رازهای سربه‌مُهر اخترفیزیک | شرق


داستان این کتاب [Great Mysteries in Astrophysics: A guide to what we don’t know] و اینکه در حال نوشتن مقاله‌ای درباره‌اش هستم، به کلاس المپیاد اخترشناسی یا همان المپیاد نجوم معروف بازمی‌گردد. مدتی است به چند نفر از دختران باهوش و باذوق کشورمان، در کلاسی دوستانه و خودمانی المپیاد اخترشناسی درس می‌دهم. در این زمانه سخت و روزگار سرد و پردرد و غصه، این نوجوانان هریک چراغ روشنی هستند برای ما. منابع درسی المپیاد اخترشناسی و سرفصل‌های آن مشخص است، اما بچه‌ها پرسش‌های فراتر از آن دارند.



کمتر از دو ماه پیش فهمیدم که انجمن اخترشناسی آمریکا به همراه انتشارات معروف آی. او. پی که در چاپ کتاب‌های درجه یک فیزیک نام‌آور است، کتابی را به قلم بانوی اخترفیزیک‌دان آمریکایی، نیکول لوید رونینگ [Nicole Lloyd-Ronning] چاپ کرده است. سرفصل‌های کتاب عالی بودند. نزدینانه (تقریبا) تمام پرسش‌هایی را که بچه‌ها از شگفتی‌های اخترشناسی می‌پرسیدند، پاسخ داده بود. دلیلش هم ساده بود. رونینگ این کتاب را برای کلاس اخترفیزیک به زبان ساده‌اش نوشته است. کتابی 164صفحه‌ای، در 10 فصل. فصل پنجم کتاب هم زمینه مورد علاقه خودم بود و مشتاق بودم بخوانم. نویسنده محبت کرد و فایل کتابش را برایم فرستاد. با ذوق بسیار خواندنش را آغاز کردم. دلم می‌خواست کتاب را ترجمه کنم و ترجمه کتاب شاید با سرعت من کار سه هفته باشد، اما یادم آمد هنوز چندین کتاب چاپ‌نشده دارم. افسوس خوردم و به خودم گفتم ترجمه کتاب جدید در شرایطی که شمار کتاب به صد نسخه کاهش یافته، کار خون دل است؛ بنابراین فصل‌ها را برای بچه‌ها درس خواهم داد و اگر فرصتی شد چکیده‌اش را به شکل مقاله‌هایی ساده، در صفحه علم روزنامه «شرق» منتشر خواهم کرد. وقتی کتاب را خواندم، دریافتم نویسنده به‌خوبی فهمیده است که دانشجویان یا دانش‌آموزان چه موضوع‌هایی را سخت می‌فهمند و چه موضوع‌هایی برای مردم و دانشجویان کنجکاوانه است. در این مقاله نگاهی به این کتاب خواهم انداخت و امیدوارم روزی به فارسی هم برگردانده شود.

چکیده‌ کتاب

بگذارید نخست چکیده‌ای از داستان کتاب را بازگو کنم. بنا بر آنچه نیکول نوشته، این کتاب خوش‌خوان برآمده از دوره درسی‌اش با نام «اخترفیزیک پیشرفته برای همه» است. کلاس درس او برای همه آزاد است و بیشترین تأکید او در کلاسش روی موضوع‌های حل‌نشده در اخترفیزیک و کیهان‌شناسی نوین است. کتاب در کنار آموزش اخترفیزیک، روی پرسش‌های باز هر موضوع مکث کرده و گفته که چه چیزهایی بی‌پاسخ مانده است. دلیلش ساده است. نیکول می‌گوید تا وقتی ندانید چه چیزی را نمی‌دانید، نخواهید دانست چه چیزی را باید حل کنید. کتاب، هم به موضوع‌های نظری اشاره دارد و هم به دستاوردهای نپاهشی یا رصدی. در کتاب با واژگان زیادی روبه‌رو می‌شوید. برای نمونه: مادّه تاریک، انرژی تاریک، ستاره نوترونی، سیاهچاله، پایای هابل یا همان که به ثابت هابل بیشتر شنیده‌ شده است. اما کار کتاب این نیست که خواننده را با تعدادی واژه اخترشناسی آشنا کند، بلکه می‌خواهد چگونه به این واژگان رسیدن را بیاموزد. برای نمونه بگوید که چرا می‌گویند ستاره نوترونی، یا چرا می‌گویند پایا یا ثابت هابل و چرا نمی‌گویند ستاره الکترونی و جز آن. با این وصف برویم و سفری را در دل کتاب داشته باشیم.

سفری به فصل‌های کتاب

فصل نخست کتاب با عنوان «مقدمه» به این موضوع می‌پردازد که پَراسه‌ها یا مسائل دانشی چگونه حل می‌شوند و دانشمندان چه راهی را طی می‌کنند. نویسنده سه مثال گوناگون را بیان کرده است و نخستین مثال‌ها، ویروس کروناست. او از زاویه دانشمندان به کرونا نگاه کرده و نشان می‌دهد که چگونه گستره‌ای از دانشمندان با تخصص‌های گوناگون به کرونا به دیده‌ حل مسئله نگاه می‌کنند. مثال بعدی او کشف بوزون هیگز است که در سرن صورت گرفت و در صفحه علم روزنامه «شرق» بارها درباره‌اش نوشته‌ام. مثال سوم و جالب دیگرش، دستان نداشته دلفین‌هاست. اگر شمایل دلفین‌ها را به خاطر آورید، دو بالچه در دو سوی آنها می‌بینید که گویی دستانی هستند که به امروز آب رفته‌اند. سپس سراغ رازهای سربه‌مهر اخترفیزیک می‌رود. از مهبانگ و تابش زمینه کیهانی می‌گوید و به نوترینوهای خورشیدی و تپ‌اختران یا تپارها می‌رسد.

در فصل دوم با نام «گیتی را چگونه می‌بینیم» به این موضوع اشاره دارد که ابزارهایی که گیتی خودش در اختیار ما گذاشته تا آن را بکاویم، چیست؟ دو ابزار مهم طبیعت یا زاستار، نور و ذره‌ها هستند. چه ذره‌های بنیادی همچون الکترون و نوترینو و چه ذره‌های ساخته‌شده از دیگر ذرات، همچون پروتون‌ها و نوترون‌ها. در فصل دوم رونینگ نشان می‌دهد که اخترشناسان و مهندسان چگونه برای هریک از دو بخش زاستار، یعنی نور و ذره‌ها، ابزارهای انسان‌ساخت پدید آورده‌اند: تلسکوپ‌ها و شتاب‌دهنده‌ها. عنوان فصل سوم جالب است: «فهرست دارایی‌های گیتی-آنچه جا افتاده». این فصل با یادداشتی درباره دو بگرت یا مفهوم مهم در اخترفیزیک و کیهان‌شناسی نوین آغاز می‌شود: فاصله یا مسافت یا دورایی و مقیاس. دورایی که شاخصی اندازه‌پذیر است، از دوره باستان دغدغه اخترشناسان بوده است. سپس به مادّه باریونی اشاره می‌کند و راز حل‌نشده پادمادّه. همچنین در این فصل ماده تاریک را معرفی می‌کند که چگونه از دل منحنی چرخش ستارگان درآمد و هر روز بر پررمز و راز بودنش افزوده شد. او حتی نشان می‌دهد که چه‌بسا گرانش را خوب نفهمیده‌ایم یا شاید سیاه‌چاله‌ها یا گازهایی هستند که تابشی ندارند و ما آن را ماده تاریک می‌نامیم. این فضل به راز بزرگ اخترفیزیک هم پرداخته است: انرژی تاریک.

فصل چهارم با نام «گیتی گسترش‌یابنده و تنش هابل» وارد کیهان‌شناسی می‌شود و در کنار آموزاندن مسائل پایه‌ای کیهان‌شناسیِ مهبانگ، راز حل‌نشده را هم به میان می‌آورد. این فصل با مدل استاندارد کیهان‌شناسی آغاز شده، نخست ریشه ناپایایی یا ناثابتی در «ثابت هابل» را می‌گوید. نیکول اشاره می‌کند که چگونه ثابت یا پایای هابل با دو آزمون مختلف تابش زمینه کیهانی و ابرنواختر نوع یک، با هم تفاوت دارند. او نشان می‌دهد این موضوع چگونه می‌تواند حل مسائل اخترفیزیک را دشوار کند و چرا نام آن را تنش هابل گذاشته‌اند. فصل پنجم که از فصل‌های بسیار هیجان‌انگیز است و آرام‌آرام می‌رود تا در دل کتاب‌های درسی برای همیشه جا باز کند، درباره «ستارگان و کهکشان‌های نخستین» است. ستارگان و کهکشان‌های آغازین یا نخستین یا اولیه، به رده‌ای از ستارگان و کهکشان‌ها گفته می‌شود که پس از مهبانگ شکل گرفته یا دیسیده‌اند. (دیسش واژه تخصصی است که برای شکل‌گیری ستارگان و کهکشان‌ها به کار می‌رود). در این فصل رونینگ به دو موضوع خیلی مهم که هنوز هم حل نشده، اشاره می‌کند. یکی تابع جرم آغازین یا اولیه و دیگری چگونگی پیدایش نخستین کهکشان‌ها. فصل ششم عنوان بامزه‌ای دارد. در کتاب‌ها معمولا اجرام یا برآخت‌های اخترشناختی که حول یکدیگر می‌چرخند را دوتایی می‌نامند که بسیار هم درست است، اما نیکول نام این فصل را «زوج‌ها +» نامیده است.

علامت + برای این است که نشان دهد سامانه‌های این‌چنین می‌توانند بیش از دوتا باشند. نخست با خاستگاه دوتایی‌ها یا به قول نویسنده، زوج‌ها آشنا می‌شویم. اینکه چه می‌شود ستارگان در سامانه‌های دوتایی و چندتایی دیسیده می‌شوند یا شکل می‌گیرند. او زایش هم‌زمان این سامانه‌ها را شرح می‌دهد و نشان می‌دهد زایش هم‌زمان به معنای یکسان‌بودن نیست. ستارگان می‌توانند با شرایط آغازین متفاوت اما هم‌زمان از یک ابر بزرگ نخستین شکل بگیرند. سپس به چگونگی دگرگشت یا تحول چنین سامانه‌هایی می‌پردازد که چگونه روی یکدیگر اثر می‌گذارند. بعد به سراغ سامانه‌های دوتایی یا چندتایی می‌رود که یکی از زوج‌ها سیاهچاله است. این بخش تخصص خود نویسنده هم هست. بعد سامانه‌های چندتایی کهکشان‌ها را معرفی می‌کند که چطور در یک گروه گرد هم می‌آیند و پیرامون نقطه‌ای با ویژگی‌های فیزیکی خاص می‌چرخند.

فصل هفتم با عنوان «ستارگان پرجرم چگونه می‌میرند» هم از بخش‌های زیبای کتاب است. این فصل هم از تخصص‌های نویسنده به شمار می‌رود. این فصل با ابرنواختران آغاز می‌شود. در سال‌های دور اخترشناسان گمان می‌کردند فقط یک گونه یا یک نوع ابرنواختر داریم. آن‌هم زمانی رخ می‌دهد که ستارگان پرجرم به مرحله پایانی زندگی خودشان می‌رسند، اما به سبب پیشرفت‌‌های چشمگیر در اخترشناسی نپاهشی و نیز محاسبات رایانه‌ای و مدل‌سازی، گویی امروزه با باغ‌وحشی از ابرنواخترها روبه‌رو هستیم. نویسنده انواع ابرنواختران را به خوبی و روشنی شرح داده است. در این فصل همچنین به فوران‌های پرتوی گاما هم پرداخته شده و در کنار شناساندن این پدیده شگفت گیتی، بخش‌های حل‌نشده آن هم به زیبایی نشان داده شده است. فصل هشتم کتاب هم از موضوع‌های پژوهشی نویسنده است و عنوان آن «ماده در چگالی‌های بیشینه یا بی‌نهایت یا اُستوم» است. اشاره نویسنده به ستارگان نوترونی است و بد نیست بدانید ستارگان کوارکی هم وجود دارند که یک مدل نظری از ستارگان فراچگال است. این فصل با ماده فراچگال و معادله حالت ستارگان نوترونی آغاز می‌شود. سپس تپارها یا تپ‌اختران معرفی می‌شوند و رازهایی که درباره‌شان هنوز حل‌نشده باقی مانده است. نیکول به معرفی مگنتارها می‌پردازد که ستارگان چگال با میدان مغناطیسی بسیار قوی هستند. این فصل موضوع بسیار هیجان‌انگیز دیگری هم دارد: آمیزش یا ادغام ستارگان نوترونی و تولید عنصرها یا بُن‌پارهای سنگین.

فصل نهم درباره سیاه‌چاله‌هاست. اگر از من بپرسند مهم‌ترین خبر درباره سیاه‌چاله‌ها در هفته‌های پیشین چه بوده، خواهم گفت که چاپ یک کتاب تخصصی درباره سیاه‌چاله‌ها که یکی از دو نویسنده آن «محمدمهدی شیخ‌جباری»، استادتمام فیزیک نظری آی‌پی‌ام است. شاید اگر اوضاع جور دیگری بود، چاپ این کتاب مهم را باید از اخبار می‌شنیدیم و برایش جشن می‌گرفتند و از نویسنده دعوت می‌کردند تا در دانشگاه‌های گوناگون درباره‌اش سخنرانی کند.

این فصل با سیاهچاله‌های جرم-اختری آغاز شده و به مسئله مهم و کماکان حل‌نشده شکاف جرمی در سیاهچاله‌ها می‌پردازد - همین‌جا برای اطلاع خوانندگان خوب صفحه علم پیشنهاد می‌کنم متن گفت‌وگوی نویسنده این مقاله با محمدمهدی شیخ‌جباری را در سالنامه «شرق» سال گذشته درباره سیاهچاله‌ها بخوانید- سپس به سیاهچاله‌های میان‌جرم پرداخته و این پرسش را پیش کشیده که از کجا آمده‌اند. سیاهچاله‌های ابرپرجرم و سیاهچاله‌های گیتی آغازین از دیگر موارد شورانگیز این فصل است. پایان‌بخش کتاب و فصل دهم عنوان «نگاه به آینده» را دارد. رونینگ به دو چیز اشاره کرده است؛ یکی نگاه رو به آینده کشف‌های فضایی و دیگری آینده ساخت ابزارهای اخترشناسی است. اخترشناسی نوین کاملا ابزارمحور است و بدون ابزار، همان‌گونه که نیکول اشاره کرده، شناخت گیتی ناممکن و پر از حدس و گمان خواهد بود. در پایان معرفی فصل‌های کتاب، می‌خواهم بار دیگر ابراز امیدواری کنم که ای‌ کاش این کتاب و کتاب‌هایی از این دست ترجمه شوند و در دسترس دانشجویان و دانش‌آموزان باشند. همچنین از آموزانندگان اخترشناسی دعوت می‌کنم این کتاب را بخوانند و به شاگردا‌شان درس بدهند.

درباره نویسنده

نیکول لوید رونینگ بانوی اخترفیزیک‌دان برجسته‌ای است که هم‌اکنون در دانشگاه نیومکزیکوی شمالی در ایالات متحد آمریکا، به کار پژوهشی و آموزشی می‌پردازد. زمینه پژوهشی او مرگ ستارگان بسیار پرجرم است و فوران‌های سامانه‌های سیاهچاله‌ای. او همچنین در فیزیک پلاسما هم کار می‌کند و فیزیک پلاسما را به چگونگی فرگشت یا دگرگشت ستارگان پرجرم گره زده است. نیکول در آمریکا و آلمان بزرگ شده است. دوره دبیرستان را در هونولولویِ هاوایی تمام کرده است. خوب است خوانندگان بدانند که هاوایی از دو سو جای مهمی است. یکی به خاطر طبیعت یا زاستار زیبایی که دارد و هرساله در تمام فصل‌ها گردشگران بسیاری را به‌ سوی خود می‌کشد. از سوی دیگر یکی از بهترین جاهای پژوهشی اخترشناسی نپاهشی یا همان نجوم رصدی است. از ایرانی‌ها هم چند نفری در هاوایی حضور داشته‌اند. نیکول کارشناسی فیزیک را از دانشگاه کورنل دریافت کرده است. دانشگاهی که از شهرتی جهانی برخوردار است. سپس راهی استنفورد شده و دکترایش را از آنجا گرفته است. پس از دکترا، مدتی را به صورت دوره پسادکترا در انستیتوی اخترفیزیک نظری کانادا سپری کرده و مدتی را هم در آزمایشگاه ملی لوس‌آلاموس. لوس‌آلاموس به خاطر گره‌خوردن نامش با بمب هسته‌ای و آزمایش آن در آمریکا بسیار شناخته‌شده است. امروزه آزمایشگاه لوس‌آلاموس در زمینه‌های گوناگونی به پژوهش‌های درجه یک می‌پردازد. نیکول اخترفیزیک‌دانی خوش‌‌ذوق و خوش‌بیان است و گفت‌وگو با او بسیار دلنشین است. خارج از جهان اخترفیزیک و البته خارج از جهان ترویج دانش که آن را با ذوق فراوان دنبال می‌کند، در زمان‌هایی که فرصت و فراغت دارد، موسیقی و شنا و ورزش و پخت غذا از کارهای مورد پسند اوست.