عاقبت یک ستاره

جمله‌ی معروفی وجود دارد که می‌گوید:

ما از گرد و غبار ستاره‌ها آمده‌ایم.

اما خود ستاره‌ها از کجا متولد شدند؟ محل تولد ستاره‌ها موجوداتی به نام سحابی‌ها هستند که مجموعه بزرگی از گازهایی مثل هیدروژن، هلیوم و باقی عناصرند. همه ستارگان از این ابرهای گازی بزرگ متولد می‌شوند. با این تفاوت که سرنوشت و عاقبت آن‌ها را جرم‌شان، یعنی مقدار گازی که در به وجود آمدنشان شرکت داشته است تعیین می‌کند. ستاره‌هایی با ده‌ها بار جرم سنگین‌تر از خورشید تنها چند میلیون سال عمر می‌کنند. این در حالی است که ستارگانی مانند خورشید با جرم متوسط و کم حدود ده میلیارد سال عمر می‌کنند. ستاره‌های سنگین بعد از چند میلیون سال که از عمرشان می‌گذرد تبدیل به یک ابر غول می‌شوند و طی انفجاری بزرگ به صورت یک ابرنواختر در می‌آیند. در ردیف پایین تصویر این قضیه با شکل قابل مشاهده است و این یک عاقبت محتمل برای این دسته از ستارگان است. اما ستارگانی با جرم خورشید سال‌های طولانی در حدود چند میلیارد سال عمر می‌کنند، زیرا به‌علت جرم کمشان آرام‌تر می‌سوزند و قبل از آن که طی انبساط و تورم نهایی به غول‌های سرخ تبدیل شده و با از دست دادن پوسته خود به یک سحابی سیاره‌نما تبدیل شوند آهسته و پیوسته می‌درخشند. با از دست دادن پوسته مرکز ستاره به شکل یک کوتوله سفید در می‌آید که تا میلیاردها سال می‌درخشد سپس به تدریج خاموش می‌شود. در ردیف اول تصویر، آینده محتمل ستارگان شبیه به خورشید با شکل قابل مشاهده است. اما دسته سومی از ستارگانی هستند که کمترین جرم ممکن را دارند، کوتوله‌های سرخ که ظرف مدت چند ده میلیارد سال به آهستگی خاموش می‌شوند. اما ستارگان ردیف دوم بعد از یک ابرنواختر چه می‌شوند؟ در پست‌های آینده بصورت مفصل راجع به این موضوع صحبت می‌کنیم، اما به‌صورت خلاصه شخصی به نام سوبرامانیان چاندراسخار محاسبه کرد که فشار تبهگنی الکترون‌های اتم‌های هسته ستارگان (از اصل طرد پائولی نتیجه می‌شود) به اجرام مختلف چقدر اجازه سنگین بودن می‌دهد به این حد، حد چاندراسخار گفته می‌شود که ۱.۴ برابر جرم خورشید است؛ اگر ستاره‌های سنگین بعد از انفجار ابرنواختری هسته به جای مانده آنها ۱.۴ برابر جرم خورشید تبدیل به یک ستاره نوترونی با چگالی بسیار زیاد می‌شوند که این ستارگان قطری از ۳ کیلومتر تا ۱۵ کیلومتر را دارند که به آن‌ها تپ‌اختر یا پالسر هم گفته می‌شود. اما اگر جرم باقیمانده سه برابر و بیشتر از سه برابر جرم خورشید باشد تبدیل به یک سیاهچاله می‌شوند.

~ پوریا
@science4lifee

تاریخ مختصر علم (قسمت یازدهم - مرکز عالم کجاست؟)

~ ویلیام باینم

خورشید هر صبح در مشرق طلوع و هر شب در مغرب غروب میکند. میتوانیم خورشید را مشاهده کنیم که طی روز حرکت میکند و سایه ما بسته به این که خورشید کجا باشد، درازتر یا کوتاه تر میشود و یا در عقب یا جلو ما می‌افتد. اگر این آزمایش را درست وسط روز انجام بدهید میبینید که سایه تان زیر پایتان جمع میشود. همه چیز واضح و روشن است و چون هر روز اتفاق می افتد اگر امروز نشد، فردا میتوانید آزمایش کنید.
البته خورشید دور زمین نمیگردد. متقاعد کردن مردم، که بفهمند آنچه به نظر واضح و مبرهن می آید آن چیزی نیست که واقعاً اتفاق می‌افتد کار بسیار سختی بود. راحت تر است بگویم زمین مركز عالم ماست. چون اینجا جایی است که ما از آن به خورشید، ماه و ستارگان نگاه می کنیم. زمین مرکز ماست، ولی مرکز عالم نیست...

لینک

بیگ بنگ

~ پوریا

در اواسط سال ۱۹۱۵ میلادی که آلبرت اینشتین تئوری نسبیت خود را ارائه کرد، همه بر این باور بودند که جهان ایستا و ساکن است، حتی خود اینشتین! باور بر ساکن بودن جهان از خیلی قبل‌تر، از زمان آیزاک نیوتن بیان شده بود، بماند که در اساطیر یونان باستان هم بر این باور بودند.
در سال ۱۹۲۰ که اولین بار ادوین هابل متوجه شد جهان در حال منبسط شدن است، چیزی عجیب کشف شد! معادلات نسبیت عام نشان می‌داد که باید تمامی اجرام در فضا به علت خمیدگی فضا زمان اطراف خود به هم نزدیک شوند و به درون هم بریزند؛ اما این‌چنین نمی‌شود، تا اینکه ثابتی را که امروزه به ثابت کیهان‌شناختی معروف است اینشتین به‌صورت دستی وارد معادلات کرد تا این موضوع را حل کند.
در اوایل سال ۱۹۳۰ دانشمند و کشیش کاتولیک ژرژ لومتر برای اولین بار ایده عجیبی را مطرح کرد که مستقیماً نتیجه معادلات نسبیت عام بودند. او این ایده را مطرح کرد که اکنون تمام جهان در حال منبسط شدن است و اجرام درون آن در حال دور شدن هستند، پس روزی این اجرام در نقطه‌ای بسیار چگال و داغ نزدیک همدیگر بودند و توسط انفجار بزرگی از هم دور شدند و منبسط شدند و جهان این گونه متولد شد. این ایده به گوش پاپ آن زمان رسید و در طی سخنرانی، پاپ این ایده را به حرف‌های کتاب مقدس ارجاع داد، زمانی که لومتر از این اتفاق باخبر شد، به او گفت: این کار خطرناکی است. اگر فردا معلوم شود این ایده علمی غلط بوده است. این باورها زیر سوال می‌رود. ایده ژرژ لومتر چندان مورد استقبال قرار نگرفت تا حدود سال ۱۹۴۸ میلادی...

لینک

❈ دولت و محیط‌زیست:

دریاچه‌ی آرال، شوروی سابق:
در اوایل دهه‌ی ۱۹۶۰، دولت شوروی با هدف تبدیل شدن به صادرکننده‌ی عمده‌ی پنبه، تصمیم گرفت رودهای آمودریا و سیردریا را که آب دریاچه‌ی آرال را تأمین می‌کردند به سوی بیابان‌های آسیای میانه تغییر مسیر دهد تا پنبه، برنج، صیفی‌جات و غلات در این مناطق کشت شود.

دریاچه‌ی ارومیه، ایران:
در دهه‌ی ۱۳۷۰، جمهوری اسلامی با هدف ساخت پل در میان دریاچه، در اولین گام، اقدام به پرکردن عمیق‌ترین قسمت‌های دریاچه کرد، که به کاهش عمق دریاچه و سرریز شدن آب آن انجامید. سپس برای حل مشکل به سدسازی و انحراف رودها روی آورد، این اقدام سبب توسعه‌ی کشاورزی در آن مناطق، و مصرف بی‌رویه‌ی آب شد.

دریاچه‌ی اُوِنز، ایالات متحده آمریکا:
در سال ۱۹۱۳، اداره‌ی آب و برق لس‌آنجلس، رودها و نهرهایی را که آب دریاچه‌ی اونز را تأمین می‌کردند به سوی کانال لس‌آنجلس منحرف کرد. کشاورزان و دامداران در برابر این حرکت ساکت ننشستند ولی راه به جایی نبردند. علاوه بر این مهندسان به استخراج آب‌های زیرزمینی هم پرداختند. دریاچه‌ی اونز در سال ۱۹۲۶ خشکید.

@Notes_On_Liberty
@science4lifee

سنتز هسته‌ای

در اوایل گیتی سنتز هسته‌ای باعث به‌وجود آمدن عناصر اولیه (هیدروژن و هلیوم) بوده است.

تصویر نخست: در ابتدا دو هسته‌ی هیدروژن با هم همجوشی انجام می‌دهند و یک ذره نوترینو و پادالکترون از این برهم‌کنش آزاد می‌شود، که با آزاد شدن این ذرات یکی از هیدروژن‌ها تبدیل به ذره دیگری به نام نوترون (یک هادرون دیگر) می‌شود و با برخورد یک هیدروژن دیگر به این مجموعه دوتایی از خود انرژی (در غالب پرتو گاما پر انرژی) ساطع می‌کند؛ این امواج الکترو مغناطیس همان امواج پس‌زمینه کیهانی هستند که عامل تایید نظریه بیگ‌بنگ بوده است و ما بهترین مدرکی که از ابتدای عالم برایمان مانده است این امواج اند که پیش‌بینی‌های دقیق نظریه بیگ‌بنگ آن‌ها را پیش‌بینی کرده و سپس با تلسکوپ‌های متعدد از این نقشه آسمانی عکس‌برداری شده است. بعد از این برخورد یک هسته هلیوم-۳ به وجود می‌آید که با برخورد به هسته هلیوم-۳ دیگری دو هیدروژن آزاد می‌شود و یک هسته هلیوم-۴ به وجود می‌آورد که حدود ۲۴ درصد از عناصر عالم را شامل می‌شود.

تصویر دوم: برای تشکیل عناصر سنگین‌تر یعنی برلیوم و لیتیوم هلیم-۳ با یک هلیوم-۴ برخورد بر‌هم‌کنش می‌کند و برلیوم تشکیل می‌شود، اما این هسته‌ها آنقدر ناپایدار هستند که سریعاً به هلیوم تجزیه می‌شوند.

پس عناصر سنگین‌تر چگونه سنتز شده است؟
در ابتدا یکی از مشکلات تئوری بیگ بنگ بوده است و بعد از مدتی راه‌حل آن پیدا شد...

~ پوریا
@science4lifee

تک قطبی‌های مغناطیسی: همانطور که می‌دانیم آهنربا از دو قطب شمال و جنوب ساخته شده است؛ و اگر شما یک آهنربا‌ را از وسط بشکنید، امکان ندارد دو قطب شمال و جنوب مجزا از هم درست شود؛ بلکه دو آهنربا با قطب‌های شمال و جنوب برای خود تشکیل می‌شوند. در سال ۱۹۳۰ پاول دیراک وجود تک قطبی‌های مغناطیسی را پیش‌بینی کرد. اما چرا در کیهان تا به حال تک قطبی مغناطیسی دیده نشده است؟
نظریه میدان‌های واحد پیش‌بینی‌هایی برای تولید تعداد زیادی تک قطبی مغناطیسی در آغاز گیتی کرده بود، اما تا به حال یک مورد از آنها مشاهده نشده است!
آلن گوث خالق نظریه تورم (inflation)‌ روی این مشکل کار می‌کرد که مدت‌ها فکر کیهان‌شناسان و تئوری‌پردازان بیگ‌بنگ را به خود مشغول کرده بود؛ او ناگهان متوجه مسئله‌ای شد. در یک لحظه، تمام مشکلات این قضیه حل شد. او متوجه شد که اگر ابتدای عالم که در نقطه آغازین بوده است، یک خلاء کاذب وجود می‌داشت، جهان می‌توانست به صورت نمایی منبسط شود؛ آنقدر سریع متورم شود که چگالی تک قطبی‌ها بسیار رقیق شود.
او راه‌حل این مسئله را با تورم حل کرد که البته تئوری تورم مشکل‌گشای دیگر مسائل مطرح شده هم بود.

~ پوریا
@science4lifee

تاریخ مختصر علم (قسمت دوازدهم - برج کج و تلسکوپ)

~ ویلیام باینم

برج ناقوس قدیمی هشتصد و پنجاه ساله کلیسای جامع شهر پیزا در ایتالیا از عجیب ترین بناهای دنیاست. احتمالاً آن را به نام برج کج پیزا میشناسید. عکس جالبی میشود اگر دوستی تظاهر کند که برج را نگه داشته است. همچنین داستان‌هایی هست در این باره که گالیله چطور از این برج برای اجرای آزمایش‌هایش استفاده کرد. او دو گوی با وزن های متفاوت را از بالای برج رها کرد تا ببیند کدام یک زودتر به زمین میرسند. در حقیقت گالیله از این برج استفاده نکرد ولی آزمایش‌های دیگری انجام داد که نشان میدادند نتیجه چنین کاری چه میتواند باشد، و کشف کرد که گوی پنج کیلویی و گوی نیم کیلویی در زمان واحدی به زمین میرسند. به نظر میرسد این آزمایش مثل گشتن خورشید به دور زمین با تجربه های روزمره ما در تناقض باشد. در هر حال، یک پر و یک توپ که از بالای برج رها شوند در زمان واحدی به زمین نمی رسند. پس چطور ممکن است که گوی‌هایی با وزن های مختلف با هم به زمین برسند؟

لینک

غول سرخ

در ستاره‌هایی با جرم و اندازه خورشید، سوخت ستاره هیدروژن است؛ هیدروژن‌ها با همجوشی هسته‌‌ای تبدیل به عنصر سنگین‌تری به نام هلیوم می‌شوند.
بعد از چند میلیارد سال سوزاندن هیدروژن، حالا هسته ستاره از خاکستر هلیوم پر شده است، ستاره اکنون سوخت کافی برای غلبه بر نیروی گرانش را ندارد.
لایه‌های بیرونی‌تر ستاره توسط گرانش به داخل کشیده می‌شوند، ستاره منقبض می‌شود اما هنوز مقداری هیدروژن در لایه‌های دورتر از هسته وجود دارد که توسط این انقباض به درون ستاره کشیده می‌شود و انرژی زیادی را آزاد می‌کند، به‌طوری که باعث می‌شود ستاره به یک غول سرخ تبدیل شود و اندازه آن چندین برابر حالت اولیه خود بشود.
برای ستاره خورشید حدوداً زمانی که به یک غول سرخ تبدیل شود، تا مدار سیاره مریخ منبسط می‌شود و سیارات قبل از آن را به درون خود می‌بلعد!‌ البته نگران نباشید چندین میلیارد سال زمان باقی مانده است.
یک غول سرخ تا حدود ۲۵ درصد درخشنده‌تر از حالت اولیه خود می‌شود.

~ پوریا

@science4lifee

عادت‌های سمی
(قلیان، فست‌فود، سیگار، مشروب و...)

~ دکتر کی
@science4lifee

قانون صفرم ترمودینامیک:
اگر جسم A با جسم B در تعادل گرمایی باشد و جسم B با جسم C در تعادل باشد، آنگاه جسم A با جسم C در تعادل گرمایی است.

@science4lifee

قانون اول ترمودینامیک:
همان قانون بقای کار و انرژی است. قانون اول ترمودینامیک می‌گوید تغییرات انرژی یک سیستم برابر با مجموع گرما وارد شده به آن و کار انجام شده روی سیستم است. در حقیقت:
ΔE=Q−W
ΔU=ΔE
که در آن Q گرما و W کار انجام شده روی سیستم و U انرژی درونی سیستم است. در رابطه بالا Q و W تابع مسیر هستند. منظور ما از تابع مسیر بودن این است که تغییرات آنها به مسیر فرآیند بستگی دارد نه حالت اولیه و نهایی آن. این در حالی است که میزان تغییرات انرژی درونی وابسته به حالتی است که U در ابتدا و انتهای فرآیند دارد که به آن تابع حالت میگوییم.
کمیت وابسته به مسیر را با نماد δ و تغییرات کمیت‌های وابسته به حالت را با نماد d نمایش می‌دهند. از این رو قانون اول ترمودینامیک در حالتی که خواص سیستم به صورت دیفرانسیلی تغییر می‌کند، به‌ شکل زیر بیان می‌شود:
dU=δQ−δW
حالتی که سیستم روی محیط اطرافش کار انجام می‌دهد، علامت کار مثبت (W+) و در حالتی که محیط روی سیستم کار انجام می‌دهد، علامتش منفی است (W-)
اگر به سیستم گرما بدهیم علامت Q مثبت و اگر از سیستم گرما بگیریم علامت Q منفی است.

@science4lifee

قانون دوم ترمودینامیک:
بیان میدارد مقدار بی نظمی یا آنتروپی همواره در حال افزایش است که مقدار آن برابر با تغییرات انرژی در دمای T است. به همین علت است که گرما همیشه از اجسام گرم‌تر به اجسام سردتر منتقل می‌شود تا به تعادل گرمایی برسند.
دقت شود به صورت لوکال می‌توانیم بی‌نظمی سیستم ها را کاهش دهیم، اما همیشه پیکان آنتروپی این عالم به سمت زیاد شدن است.
آنتروپی یک تابع حالت است و فقط به حالت اولیه و نهایی سیستم وابسته است.
بیان های مفصل‌تری از قانون دوم وجود دارد که در این جا به همین میزان اکتفا می‌کنیم.

@science4lifee