سطح‌نشین Insight
ناسا به سطح مریخ رسید
مریخ دارای یک مهمان روباتی جدید
شده است. سطح‌نشین اکتشاف داخلی با
استفاده از بررسی‌های لرزه‌نگاری، زمین‌سنجی و انتقال گرمای1 (insight) ناسا پس از تقریباً هفت ماه و طی مسافت 300 میلیون مایل (485
میلیون کیلومتر) از زمین به‌طور موفقیت‌آمیز بر سطح مریخ فرود آمد.
مأموریت دو ساله این سطح‌نشین مطالعه عمق مریخ و
فهمیدن آن است که چگونه اجسام آسمانی دارای سطح صخره‌ای مانند زمین و ماه شکل گرفته‌اند.
این سطح‌نشین در تاریخ 5 مه 2018 از
کالیفرنیا به فضا پرتاب شد و در 25 نوامبر همان سال در نزدیکی استوای مریخ در بخش
غربی گستره‌ای وسیع از گدازه هموار
موسوم به الیزیوم پلانیتا2 فرود آمد. این سطح‌نشین در مدت یک سال به اضافه 40
روز مریخی تا 24 نوامبر سال 2020 کار خواهد کرد.
گرچه سه آزمایش اصلی insight تصویری از وضعیت فعلی و ترکیب مریخ در اختیار خواهند گذاشت، اما
اکتشاف عملی به همین جا ختم نخواهد شد. این مأموریت به ما کمک خواهد کرد تا
فرایندهایی را که در طی 5/4 میلیارد سال، وقتی منظومه شمسی جوان بوده است، رخ داده‌اند درک کنیم.
ترکیب یک سیاره در هنگام شکل گرفتن
آن تعیین می‌شود، که برای مریخ فقط
چند میلیون سال پس از فروزان شدن خورشید بوده است. فکر می‌کنیم که به واسطه دورتر بودن فاصله
مریخ از خورشید، این سیاره از مواد متفاوت و بی‌ثبات‌تر از مواد زمین تشکیل شده باشد.
با این همه، آزمودن این ایده پیش از معلوم شدن ترکیب مریخ بسیار دشوار است. داده‌های گسیل شده از insight پاسخی بنیادی به چگونگی شکل گرفتن سیارات صخره‌ای به هنگام تشکیل منظومه شمسی و
شاید سیارات اطراف دیگر ستارگان باشد.
ترکیب، دما و میدان مغناطیسی سیاره
ما برای تداوم حیات بر روی این سیاره اهمیت فراوان دارند. بنابراین گرچه سطح‌نشین ناسا در پی یافتن زندگی نیست،
اما سرنخ‌هایی درباره چگونگی
پیدایش حیات در زمین در چهار میلیارد سال قبل در اختیارمان خواهد گذاشت.
insight
تاکنون یک موفقیت عظیم مهندسی بوده است، و اکنون تیم علمی این امکان عظیم را در
اختیار دارند که از آن برای کشف اسرار مریخ استفاده کنند.
پی‌نوشت‌ها
1. Interior Exploration Using Seismic Investigations, Geodesy
and Heat Transport (Insight)
2. Elysium Planitia
3. Cerberus Fossae
منبع
http://www.nasa.gov/mars Jet Propulsion
Laboratory, Pasadena, Calif.
روزآمد کردن تاریخی کیلوگرم
در یک رأی‌گیری تاریخی، بیش از 50 کشور به
اتفاق آرا، تجدیدنظر در دستگاه بین‌المللی اندازه‌گیری را تصویب کردند که اساس تجارت
جهانی و دیگر تلاش‌های بشر را تشکیل می‌دهد. آن‌ها در تعریف‌های جدید برای کیلوگرم و دیگر
یکاها دست اتحاد به یکدیگر دادند.
دانشمندانی که برای این به‌روز کردن دهه‌ها کار کرده‌اند، با شادمانی این تغییر را که
تحولی در اندازه‌گیری کمیت‌ها در جهان به وجود می‌آورد پذیرا شدند.
بازتعریف کیلوگرم، یکای پذیرفته
شده جرم، چیزی بود که مدت‌ها انتظارش را داشتند.
کیلوگرم برای بیش از یک قرن جرم استوانه‌ای
از آلیاژ پلاتین ـ ایریدم بود که در گاوصندوقی امن در فرانسه نگهداری می‌شد. این دست‌ساخته ملقب به «Kبزرگ» از سال 1889 تنها کیلوگرم
واقعی جهان بود.
اکنون، با رأی‌گیری انجام شده، کیلوگرم و همه
یکاهای اندازه‌گیری دیگر با استفاده
از مقدارهای عددی تعریف خواهند شد که به راحتی در داخل یک کارت در کیف بغلی قرار
می‌گیرند. این اعداد پیش
از رأی‌گیری برای نمایندگان
ملی خوانده شد. این روزآمد شدن از 20 مه 2019 به اجرا درمی‌آید.
دانشمندان حاضر در گردهمایی بسیار
هیجان‌زده بودند و این رویداد
را گرامی داشتند.
ویلیام فیلیپس1 برنده
جایزه نوبل این روزآمد کردن را «بزرگ‌ترین
انقلاب در اندازه‌گیری از زمان انقلاب
فرانسه» نامید که در طی آن دستگاه اندازه‌گیری
متر و کیلوگرم شکل گرفت.
K
بزرگ و شش نسخه رسمی آن که همگی در یک گاوصندوق در حومه پاریس نگهداری می‌شوند بازنشسته خواهند شد ولی
فراموش نمی‌شوند. دانشمندان می‌خواهند بررسی کنند که آیا جرم آن‌ها برحسب زمان تغییر می‌کند.
این روزآمد کردن تأثیر محسوسی بر
بیشتر افراد نخواهد داشت. ترازوهای حمام همان اعداد را نشان می‌دهند و گرم‌ها و کیلوگرم‌ها در سوپرمارکت‌ها تغییر نمی‌کنند.
اما فرمول جدید برای کیلوگرم
مزایایی نسبت به استوانه فلزی استاندارد از قرن 19 تا 21 خواهد داشت که طی آن بشر
دستاوردهای جالب توجه داشته و همچنین بی‌خردی‌های تکان‌دهنده از جمله در جنگ جهانی را از
سر گذرانده است.
فرمول جدید برای کیلو که اکنون به
«کیلوی الکتریکی» هم معروف است گرد و خاک به خود نمی‌گیرد، با گذشت زمان فرسوده نمی‌شود و آسیب نمی‌بیند، و می‌توان به راحتی همه افراد را در آن
شریک کرد.
کیلوگرم جدید چطور کار می‌کند؟
آهنرباهای الکتریکی نیرو تولید می‌کنند. از آن‌ها برای بلند کردن و جابه‌جایی اشیاء فلزی بزرگ مانند
اتومبیل‌های قدیمی استفاده می‌شود. کشش این آهنرباها و نیرویی که
وارد می‌کنند با مقدار جریان
الکتریکی که از پیچه‌های آن‌ها می‌گذرد متناسب است. بنابراین، رابطه
مستقیمی بین الکتریسیته و وزن وجود دارد.
بنابراین، دانشمندان می‌توانند اصولاً کیلوگرم یا هر وزن
دیگر را برحسب مقدار الکتریسیته لازم برای متوازن ساختن وزن (نیروی گرانشی وارد بر
یک جرم) استفاده کنند. کمیتی وجود دارد که وزن را به
جریان الکتریکی مرتبط می‌سازد و آن ثابت پلانک
است که به افتخار فیزیک‌دان آلمانی ماکس پلانک
نام‌گذاری شده و با نماد h
نشان داده می‌شود.
اما h
عددی بسیار کوچک است و برای اندازه‌گیری آن، دانشمند
پژوهشگر دکتر برایان کیبل3 یک مجموعه ترازوهای بسیار دقیق ساخت. ترازوی
کیبل، دارای یک آهنربای الکتریکی است که در یک طرف آن یک آهنربای الکتریکی و در
طرف دیگر آن یک وزنه مثلاً یک کیلوگرمی قرار دارد.
جریان الکتریکی که از آهنربا می‌گذرد را می‌توان با دقت باورنکردنی اندازه
گرفت، پژوهشگران می‌توانند h
را با دقت 000001/0 درصد محاسبه کنند.این موضوع راه را برای کنار گذاشتن
K بزرگ هموار ساخت. قبلاً مجبور بودند که هرچند دهه یک
بار، تمام نمونه‌های بدل کیلوگرم در
جهان را در برابر K بزرگ آزمایش کنند، در این دستگاه جدید هر کس با یک ترازوی کیبل می‌تواند وزنه‌ها را در هر کجا و در هر زمان
آزمایش کند. کیلوی بازتعریف شده، اندازه‌گیری‌های دقیق جرم‌های بسیار، بسیار کوچک یا بسیار
بزرگ را امکان‌پذیر می‌سازد.
روزآمد کردن آمپر، کلوین و مول نیز
در این گردهمایی تأیید شد. جامعه بشری دارای هفت یکای اندازه‌گیری اصلی است: متر برای طول،
کیلوگرم برای جرم، ثانیه برای زمان، آمپر برای جریان الکتریکی، کلوین برای دما،
مول برای مقدار ماده و شمع برای شدت روشنایی است. از این هفت یکا، کیلو هنوز مبتنی
بر یک دست‌ساخته فیزیکی، K
بزرگ بود. با گذشت زمان و در دسترس قرار گرفتن تعریف جدید کیلو، کشورها دیگر مجبور
نیستند برای آزمایش کیلوگرم خود آن‌ها را به فرانسه
بفرستند تا ببینند استاندارد جرم آن‌ها هنوز دقیق است.
پی‌نوشت‌ها
1. William Phillips
2. Martin J. T. Milton
3. Bryan Kibble
منابع
1. http://phys.org/news/2018-11-weght grawl-kilo.html.
2.
http:www.bbc.com/news/science environment-46143399.
مسیری سریع‌تر و ارزان‌تر به انرژی همجوشی
دانشمندان در زمینه سرعت بخشیدن به
توسعه انرژی همجوشی برای تحویل آن به شبکه برق به منظور کمک به کم کردن تأثیر
تولید الکتریسیته بر تغییر اقلیم فعالیت می‌کنند.
از راه رسیدن یک فناوری موفقیت‌آمیز ـ ابررساناهای دما
بالا، که می‌توان از آن‌ها در ساخت آهنرباهایی استفاده کرد
که میدان‌های مغناطیسی شدیدتر از
آنچه پیش از این امکان‌پذیر بود تولید می‌کنند ـ ما را در رسیدن به این هدف
کمک می‌کنند. پژوهشگران برای
استفاده از این فناوری در ساخت آهنرباها در مقیاس لازم برای دست یافتن به همجوشی
برنامه‌ریزی کرده‌اند. ساخت چیزی که اولین آزمایش
همجوشی با بازده انرژی مثبت خواهد بود در پی آن می‌آید.
این برنامه کار مشترکی بین مرکز
علوم پلاسما و همجوشی انستیتوی فناوری ماساچوست و دستگاه‌های همجوشی مشترک‌المنافع است. پژوهشگران این کار را
در گردهمایی بخش فیزیک پلاسمای انجمن فیزیک امریکا پورتلند، اورگون ارائه خواهند
کرد.
همجوشی وقتی تولید می‌شود که هسته اتم‌های کوچک با هم ترکیب شوند و هسته
بزرگ‌تری را به وجود آورند
که در این فرایند مقدار زیادی انرژی آزاد می‌شود. این هسته‌ها که نوعاً خویشاوندان سنگین‌تر هیدروژن هستند، دوتریم و تریتیم
نامیده می‌شوند و دارای بار مثبت
هستند و در نتیجه نیروی دافعه قوی بین آن‌ها
وجود دارد که فقط دماهای صدها میلیون درجه می‌تواند بر آن غلبه کند. گرچه این
دماهای زیاد، و در نتیجه واکنش‌های همجوشی را می‌توان در آزمایش‌های همجوشی تولید کرد، اما
دانشمندان هنوز به شرایط لازم برای دست یافتن به بازده مثبت نرسیده‌اند.
یک راه‌حل ممکن برای رسیدن به این هدف
افزایش توان آهنرباهاست. میدان‌های مغناطیسی در وسایل
همجوشی برای نگهداری گازهای یونیده داغ، موسوم به پلاسما، به‌صورت منزوی و جدا از ماده معمولی
به‌کار می‌روند. کیفیت این عایق‌بندی با افزایش شدت میدان مؤثرتر
می‌شود، یعنی فضای کمتری
برای داغ نگه داشتن پلاسما لازم خواهد بود. دو برابر کردن میدان مغناطیسی در یک
وسیله همجوشی امکان کاهش این حجم را فراهم می‌سازد ـ که نشانه خوبی از هزینه کار
دستگاه با ضریب هشت در حالی است که به همان عملکرد می‌رسیم. بنابراین، میدان‌های مغناطیسی قوی‌تر باعث می‌شوند که وسیله همجوشی کوچک‌تر، سریع‌تر و ارزان‌تر شود.
تحول در فناوری ابررسانا می‌تواند امکان دستیابی به نیروگاه‌های همجوشی را فراهم سازد.
ابررساناها موادی هستند که جریان بدون اتلاف انرژی از آن‌ها می‌گذرد، اما برای انجام این کار باید
بسیار سرد باشند. با این همه، ترکیب‌های ابررسانای جدید می‌توانند در دماهای بسیار بالاتر از
ابررساناهای معمولی کار کنند. نکته مهم برای همجوشی آن است که این ابررساناها حتی
وقتی در میدان‌های بسیار قوی قرار
گیرند هم کار می‌کنند.
در حالی‌که ابررساناهای اولیه برای ساخت
آهنربا مناسب نبودند، پژوهشگران اکنون روش‌هایی
را برای ساخت ابررساناهای دما بالا به‌صورت
«نوار» یا «روبان» یافته‌اند که آهنرباهایی با
عملکرد بی‌سابقه را با آن‌ها می‌سازند. طراحی این آهنرباها برای
ماشین‌های همجوشی مناسب نیست
زیرا آن‌ها بسیار کوچک‌اند. پیش از آنکه وسیله همجوشی
جدید موسوم به SPARC را بتوان ساخت، ابررساناهای جدید باید در نوعی آهنربای بزرگ و قوی
لازم برای همجوشی قرار بگیرند.
اگر ساخت آهنربا موفقیت‌آمیز باشد، گام بعدی ساخت و به‌کار انداختن آزمایش همجوشی SPARC خواهد بود. SPARC یک وسیله همجوشی توکامک خواهد بود، نوعی پیکربندی محصورسازی
مغناطیسی مشابه وسایل بسیار دیگری که مشغول به‌کارند.
دستاوردی شبیه کار برادران رایت1
در اولین پرواز کیتی هاک2، دست یافتن به بازده انرژی مثبت که برای مدت
60 سال هدف پژوهش‌های همجوشی بوده است،
می‌تواند برای قرار دادن
محکم همجوشی در برنامه‌های انرژی ملی و عملی
کردن تحولات تجاری کافی باشد. هدف این برنامه آغاز به‌کار SPARC
در سال 2025 است.
پی‌نوشت‌ها
1.Wright brothers
2. Kitty Hawk
منبع
http://phys.org/news/2018-11.
faster-Cheaper-fusion-energy
استفاده از شگردهای کوانتومی تکامل
طبیعت در فناوری کوانتومی
فیزیک‌دانان دانشگاه واریک1 روشی
را برای استفاده از توان مکانیک کوانتومی شکل گرفته در طبیعت به وجود آورده‌اند. این آزمون یک مشخصه روشنگر همدوسی
کوانتومی را شناسایی و ویژگی‌های ذرات در حالت
کوانتومی را که با محیط دنیای واقعی برهم‌کنش
دارند طبقه‌بندی می‌کند. تجربه حاصل به دانشمندان
امکان می‌دهد تا همدوسی کوانتومی
در جهان طبیعی را با استفاده از آزمایش‌ها
در آزمایشگاه ردگیری کنند و کمّی سازند. مقاله این دانشمندان که در مجله
فیزیکال ریویو2A چاپ شده است یک کار نظری است. این کار می‌تواند به آزمایش‌هایی بینجامد که به بحث مربوط به
امکان استفاده از مکانیک کوانتومی در فرایندهای زیست‌شناختی و اینکه آیا تکامل می‌تواند الگویی برای فناوری‌های کوانتومی مانند رایانه‌ها، حسگرها و منابع انرژی باشد کمک
کند.
مشاهده ذرات میکروسکوپی در یک حالت
کوانتومی بسیار دشوار است زیرا عمل مشاهده حالت آن‌ها را تغییر می‌دهد. این ذرات پنهان می‌توانند همزمان در بسیاری از مکان‌ها یا پیکربندی‌ها وجود داشته باشند، جنبه‌ای که به همدوسی کوانتومی معروف
است.
این اثر اساس بسیاری فناوری‌ها مانند رایانه‌های کوانتومی، حسگرهای کوانتومی و
سامانه‌های مخابرات کوانتومی
را تشکیل می‌دهد که از سامانه‌های بسامان مجزا از بقیه جهان
استفاده می‌کنند. با این همه،
شناسایی وجود همدوسی کوانتومی در جهان واقعی پرهیاهو و آشفته‌تر، بسیار دشوارتر است.
این آزمون شامل دستورالعمل از بین
بردن همدوسی کوانتومی و سپس مشاهده تغییر در اندازه‌گیری‌های بعدی است. اگر تأثیری شدید و
قابل اندازه‌گیری مشاهده شود،
دانشمندان می‌توانند نشان دهند که
باید همدوسی کوانتومی در دستگاه وجود داشته باشد. این کار جدید استثناهای ممکن به
این نتیجه‌گیری را نشان می‌دهد و بستگی به این دارند که
دستورالعمل با چه سرعتی می‌تواند همدوسی را از بین
ببرد.
دکتر جورج نی3، یک عضو
پژوهشی بخش فیزیک دانشگاه گفت، «نشان دادن حضور همدوسی کوانتومی در یک دستگاه زیست‌شناختی مستلزم این تغییر تفکر است
که فقط انسان‌ها توانایی مهندسی
سامانه‌هایی را دارند که می‌توانند همدوسی کوانتومی را از خود
نشان دهند و از آن بهره‌برداری کنند. این کار
شامل گامی به سوی آزمایش فکری گربه شرودینگر نیز هست که در آن یک سازواره زنده در
حالتی قرار می‌گیرد که به‌صورت کوانتومی همدوس هم زنده است و
هم مرده».
همکار وی در این کار اظهار داشت:
«نتایج این آزمون برای ارتقای شناخت ما از طرز کار شیمی و زیست‌شناسی ارزشمند است، و شاید به این
پرسش که آیا فیزیک کوانتومی در فرایندهای تکاملی نقش داشته است پاسخ دهد».
طبق فیزیک کوانتومی، یک ذره، مانند
آنچه حامل انرژی در سازواره فوتوسنتزی است، می‌تواند مسیرهای مختلفی را بین ورودی
و خروجی اختیار کند. انرژی‌ای که ذره حمل می‌کند می‌تواند در هر لحظه از زمان پس از
تولید از بین برود. اگر ذره سریع‌تر به طرف مقصد حرکت
کند، احتمال اتلاف کمتر می‌شود و به کارآیی
بالاتری دست می‌یابیم.
همدوسی امکان تداخل بین دو مسیر را
فراهم می‌سازد و به ذره اجازه می‌دهد در دوره
زمانی مشخص مسیر طولانی‌تری را طی کند. این
موضوع نشان می‌دهد که شاید آثار
کوانتومی امتیاز بارزی نسبت به روش‌هایی داشته باشند که
سازواره‌ها برای به‌کارگیری آن‌ها سازگار شده‌اند.
دکتر نی اضافه کرد: «امکانات موجود
وسوسه‌انگیزند. اگر آزمون
مورد نظر ما در یک سامانه زیست‌شناختی انجام شود و
نتیجه مثبت به دست دهد، شاید بتوانیم اصول طراحی مهندسی کوانتومی را از طبیعت بیاموزیم.
سپس می‌توانیم فناوری‌های زیست‌تقلید را به وجود آوریم که مستحکم‌تر و شاید حتی توانمندتر از نسل
کنونی فناوری‌های کوانتومی باشند که
تقریباً تنها و تنها مبتنی بر دستگاه‌های
کاملاً منزوی هستند. اگر بتوانیم برداشت نور مصنوعی مانند مورد مثال سلول‌های خورشیدی را تقویت کنیم، توان
بالقوه عظیم تأمین انرژی تجدیدپذیر ارزان در اختیارمان خواهد بود».
پی‌نوشت‌ها
1. Warwick University
2. Physical Review A
3. George knee
برای اطلاعات بیشتر رجوع کنید به:
George C. Knee et al. subtleties
of Witnessing quantum coherence in nonisolated systems, Physical Review
A(2018).
DoI: 10. 1103/Phys Rev A. 98.
052328