برترین‌ها: نوبلیستهای فیزیک امسال چه کشف مهمی داشتند و چرا ۳ تا از نوبل‌های فیزیک در ۴ سال اخیر به کیهانشناسها و اخترفیزیکدانها تعلق گرفته است؟
این روز‌ها مشغلههای فراوان و درگیریهای روزمره شاید مجالی برای کنجکاویهای قدیمیمان باقی نگذاشته باشد و از کنار خبر‌ها و تیتر‌های مرتبط با علم به سرعت عبور کنیم و زمانی برایش خرج نکنیم، اما به لطف فیلمها و داستانهای علمی تخیلی، ماجرای سیاهچالهها و رفتار‌های مرموز و شگفت انگیزشان شاید هنوز جذابیتهای زیادی برای خیلیها داشته باشد. سرگذشت ستارههای سنگین وزنی که خاموش شدهاند، ولی همچنان فعالیتها و ویژگیهای هولناکی از خود به نمایش می‌گذارند حتی برای کسانی که فیزیک را دوست ندارند هم جالب است.
از شنبه تا پنج‌شنبه‌ای که گذشت، هفته اعلام جوایز نوبل بود. سه‌شنبه (۶ اکتبر، ۱۵ مهر) جایزه نوبل فیزیک اعلام شد و اتفاق جالب این بود که فیزیکدانهایی که سال‌های زیادی از عمرشان را روی سیاهچالههای فضایی گذاشته بودند، این جایزه مهم و ارزشمند را به خانه بردند. دستاورد‌هایی که در حوزه سیاهچالهها حتی فراتر از نظریات اینشتین محسوب می‌شود. در پرونده امروز زندگی سلام، نگاهی به کار‌های تحقیقاتی برندگان نوبل فیزیک امسال میاندازیم که تقریبا مهم‌ترین جایزه در بین دیگر رشتههاست و سری می‌زنیم به سیاهچالهها و جاذبه باورنکردنیشان و در نهایت در یک مطلب کوتاه به سراغ آلفرد نوبل میرویم تا ببینیم چه شد که نامش بر بزرگترین و مهم‌ترین جایزه علمی دنیا ماندگار شد. با ما همراه باشید.
در سیاهچاله چه خبر است؟
«برندگان امسال اسراری را در تاریک‌ترین گوشه جهان ما کشف کرده‌اند، اما این فقط یک ماجراجویی قدیمی نیست که حالا به نتیجه پیروزمندانه خود رسیده باشد بلکه شروع جدیدی است. هرچه بیشتر به افق سیاهچالهها نزدیک شویم، طبیعت ممکن است شگفتی‌های جدیدی را در چنته داشته باشد». این جملات را که حاکی از اهمیت سیاهچالهها برای آینده فیزیک و کیهان‌شناسی است «اولف دانیلسن» استاد فیزیک دانشگاه اوپسالای سوئد در مراسم معرفی برندگان نوبل فیزیک ۲۰۲۰ گفته است.
سیاهچالهها هر قدر هم حیرت آور و شگفت انگیز باشند، اما باید باور کنید که زمانی برای خودشان ستاره‌ای بودند. آن‌ها که کمی با دنیای نجوم آشنا باشند یا هر از گاهی پرونده‌های چاپ شده در «زندگی سلام» در همین باره را پیگیری کرده باشند، می‌دانند که ستاره‌ها هم مثل ما آدم‌ها زندگی می‌کنند، یعنی متولد می‌شوند، دوره کودکی و نوجوانی را پشت سر می‌گذارند، بیشترین سال‌های زندگیشان در دوره جوانی میگذرد و کمکم میافتند توی سرازیری عمرشان و میان سالی و پیری را تجربه می‌کنند. فقط نکته مهم این جاست که دورههای مختلف زندگیشان و این که عمرشان چقدر و چطور بگذرد به جرمشان بستگی دارد، اگر سنگین وزن باشند و پر جرم، سال‌های پایانی حیاتشان بسیار پر حادثه و هولناک است.
ستاره‌ها راکتور‌های همجوش عظیمی هستند که در خود میجوشند و به دو دلیل تمایل بسیار زیادی برای فروپاشی دارند؛ به شدت بزرگ هستند و از گاز تشکیل شدهاند. این دو عامل کافی است تا میدان گرانشی شدیدی شکل بگیرد و ستاره را از درون منهدم کند. بار دیگر که خورشید را در آسمان دیدید، به این فکر کنید که همان لحظه در سطح خورشید میلیون‌ها اتم در حال همجوشی با یکدیگر هستند تا هسته اتمهای سنگینتر را بسازند و هر چه این فعالیت ادامه می‌یابد، خورشید پیرتر و پیرتر می‌شود تا در نهایت سوختش پایان می‌یابد و به روز‌های نهایی عمرش نزدیک می‌شود.
به محض اینکه ستاره از پا در میآید، واکنش همجوشی هستهای متوقف می‌شود چراکه سوخت مدنظر دیگر تمام شده و چیزی برای سوختن و انفجار وجود ندارد. در همین حال، نیروی انفجاری به صفر میرسد، اما نیروی جاذبه سر جای خود باقی می‌ماند؛ بنابراین با قدرت هر چه تمامتر ستاره را به درون میکشد. ستاره که فشرده می‌شود به تدریج داغ و منفجر می‌شود که طی آن مواد و اشعهها به درون فضا پرتاب می‌شوند. آن چه باقی می‌ماند، هسته بسیار فشرده و عظیمی است که به آن سیاهچاله گفته می‌شود. گرانش هسته در این قسمت به قدری بالاست که حتی نور هم نمیتواند از دست آن فرار کند.
نوبلیستهای فیزیک ۲۰۲۰ چه کشف مهمی داشتند؟
نوبل فیزیک امسال به یکی از عجیبترین پدیدههای جهان رسید. پدیدهای که همیشه در داستانها و فیلمهای علمی تخیلی بر سر آن بحث میشد، حالا مهم‌ترین جایزه علمی حوزه فیزیک را از آن خود کرده است. نیمی از این جایزه امسال فیزیک به دانشمند معروف «سِر راجر پنرُز» از دانشگاه آکسفورد انگلیس تعلق گرفت و نیمه دیگرش به «راینهارد گنزل» از موسسه فیزیک فرازمینی ماکس پلانک آلمان و دانشگاه برکلی کالیفرنیا به همراه «آندره گز» فیزیک دان موسسه فناوری کالیفرنیا رسید. مبلغ جایزه نوبل ۱۰ میلیون کرون سوئد است که معادل با ۹۳۵ هزار دلار می‌شود، اما آیا واقعا کشف برندگان نوبل امسال، این‌قدر می‌ارزد؟
اثبات وجود داشتن سیاهچالهها که اینشتین به آن اعتقاد نداشت
«پنرُز» با روش‌های ریاضی نشان داد که سیاهچالهها میتوانند در دنیای واقعی وجود داشته باشند در حالی که خود اینشتین زمانی که معادلات نسبیت عام را پایه گذاری میکرد، به وجود سیاهچالهها اعتقادی نداشت، اما پنرُز سال‌ها مشغول معادلات ریاضی شد و ۱۰ سال پس از مرگ اینشتین در نهایت نتیجه مهمی گرفت. مقاله پیشگامانه او هنوز به عنوان مهم‌ترین سهم در نظریه عمومی نسبیت از زمان اینشتین تا کنون شناخته می‌شود.
شناسایی یک جرم فوق‌العاده سنگین و نامرئی
دیگر برندگان نوبل فیزیک ۲۰۲۰ یعنی «آندره گز» و «راینهارد گنزل» هر کدام‌شان مسئولیت یکی از گروههای اخترشناسی را به عهده دارند و از اوایل دهه ۱۹۹۰ مطالعاتشان را بر ناحیهای از مرکز کهکشان راه شیری متمرکز کردند.
آن‌ها جرم فوق العاده سنگین و نامرئی را شناسایی کردند که تاثیر گرانشی شدیدی روی حرکت ستارگان دارد و باعث شده آن‌ها با سرعت دیوانه کنندهای به دور مرکز کهکشان بگردند. محاسبات هر دو گروه وجود جرمی عظیم را که حدود ۴.۵ میلیون برابر جرم خورشید است در مرکز کهکشان تایید می‌کند که هم اکنون می‌دانیم، فقط یک سیاهچاله می‌تواند چنین رفتار و خواصی داشته باشد. گنزل و گز با استفاده از بزرگترین تلسکوپهای جهان روش‌های رصد از میان گاز‌های میان ستاره‌ای و غبار‌های مرکز کهکشان راه شیری را ابداع کردند و نقش موثری در یافتن سیاهچاله کهکشان خودمان داشتند.
«دیوید هاویلند»، رئیس کمیته فیزیک نوبل میگوید: «هنوز سوالات زیادی درباره این اجرام مرموز و عجیب وجود دارد که نیازمند پاسخ و تحقیقات بیشتر است نه تنها سوالاتی درباره ساختار سیاهچالهها بلکه پرسشهایی درباره چگونگی آزمایش نظریه گرانش در نزدیکی یک سیاهچاله». هرچه هست، این کشف آن‌قدر مهم بوده که جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۰ را به خود اختصاص داده است.
کیهان‌شناسی، درو کننده نوبل‌های فیزیک در چند سال اخیر
سه تا از نوبل‌های چهار سال اخیر در حوزه فیزیک به کیهانشناسها و اخترفیزیکدانها تعلق گرفته است. با این که دانش فیزیک، علمی پهناور با گسترهای متنوع است و دانشمندان زیادی از حوزه درون اتم بگیرید تا فیزیک پزشکی، لیزر و پلاسما روی آن کار و تحقیق می‌کنند، اما به شکل معناداری جوایز نوبل به سمت حوزه کیهان‌شناسی و اخترفیزیک روانه شده است. سال ۲۰۱۷ نوبل فیزیک به کیهانشناسهایی اهدا شد که با استفاده از رصدخانهای ویژه توانستند یکی از پیشبینیهای فیزیک را رصد کنند و دربارهاش اطلاعات ارزشمندی به دست بیاورند.
آن‌ها امواج گرانشی را شناسایی کردند که آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۶ از طریق نظریه نسبیت عام به طور نظری پیش‌بینی کرده بود. امواج گرانشی توسط میدانهای گرانشی عظیمی تولید می‌شود که ستارههای پر جرم و سنگین در فضا ایجاد می‌کنند و کشف و رصد آن سوالات زیادی در فیزیک را توضیح میدهد. پس از یک وقفه یک ساله، مجدد در سال ۲۰۱۹ نوبل فیزیک به گروه کیهان‌شناسی تعلق گرفت؛ نیمی از جایزه به محققانی رسید که برای اولین بار یک سیاره فراخورشیدی را به دور ستاره‌ای شبیه خورشید خودمان پیدا کرده بودند و نیمه دیگرش به دانشمندی سالخورده اهدا شد که بیش از ۵۰ سال از عمرش را وقف بررسی دادههای مربوط به کهکشانها کرده بود تا بتواند تئوری دقیقی از زمان بیگ بنگ تا به امروز ارائه دهد و بالاخره امسال که نوبل ۲۰۲۰ در رشته فیزیک به کسانی رسید که از راز‌های تاریک سیاهچالهها پردهبرداری کردند.
این انتخابها از سوی کمیته علمی جایزه نوبل باعث شده که خیلیها به فکر فرو روند، جوایزی که میتوانست به حوزههای کاربردی و ملموستر گرایشهای دیگر فیزیک برسد، در فاصله چهار سال به حوزهای تعلق گرفته که بیشتر به شناخت آدمی از عالم مرتبط است و سوالهای بنیادین بشر درباره هستی، آغاز و پایانش را پاسخ میدهد. انگار رویکرد آکادمی نوبل این است که بیشتر به حوزههایی روی خوش نشان دهد که رویکرد انسان را نسبت به کیهان تغییر میدهند و افقهای تازهای در برابرش میگشایند.
آن چه درباره
«آلفرد نوبل» و جایزه نوبل نشنیده‌اید
آلفرد نوبل از همان کودکی زندگی متمولانه ای را تجربه می کرد، پدرش مهندس و مخترعی بود که نیاز مالی نداشت و حتی برای آلفرد معلم خصوصی گرفت تا او به مدرسه نرود و در خانه آموزش ببیند. آلفرد کم سن و سال در خانه، شیمی و زبان‌های انگلیسی، فرانسوی، آلمانی و روسی را فرا گرفت و فقط ۱۸ ماه به مدرسه رفت.
او مدتی هم در پاریس مشغول تحصیل شد و سپس در ۱۸ سالگی برای تحصیل در رشته مورد علاقه اش یعنی شیمی به آمریکا سفر کرد، اما زمانی که با خبر شد پدرش ورشکسته شده است به وطن خود برگشت و زمانش را وقف تحقیق درباره مواد منفجره کرد. احتمالا نوبل هرگز فکرش را هم نمیکرد که علاقهاش به شیمی و آزمایش او را به اختراع دینامیت برساند. او در طول عمرش ۳۵۰ اختراع را به ثبت رساند، ولی اختراع دینامیت چیزی بود که بیش از یک اختراع روی زندگیاش اثر گذاشت.
برادر نوبل سوداگر مرگ بود؟
در این سال‌ها او کارخانههای زیادی تاسیس کرد و اوضاع مالی خیلی خوبی داشت، اما دورههای افسردگی متعددی را تجربه کرد. هیچوقت نتوانست ازدواج کند و عمرش در اندوه گذشت. سال ۱۸۸۸ وقتی برادرش فوت کرد، او به فرانسه سفر کرده بود و آگهی ترحیم برادرش را در یک روزنامه دید. این نشریه فرانسوی لودویگ را به دلیل فعالیت‌هایش در زمینه مواد منفجره متهم کرده و تیتر زده بود: «سوداگر مرگ مُرد».
آلفرد نوبل به فکر فرورفت و حس کرد که دوست ندارد پس از مرگش روزنامه‌ها بنویسند: «دکتر آلفرد نوبل که با یافتن راه‌هایی برای کشتن سریع‌تر انسان‌های بیشتر ثروتمند شد، روز گذشته بدرود حیات گفت». همین ماجرا باعث شد که در سال ۱۸۹۵ در باشگاهی سوئدی – نروژی آخرین وصیت‌نامه‌اش را امضا کند و ۹۴ درصد از میراثش (۳۱ میلیون و ۲۲۵ هزار کرون سوئد) را صرف راه‌اندازی پنج جایزه نوبل پزشکی، شیمی، ادبیات، فیزیک و صلح کند. این جایزه قرار شد هر سال با در نظر گرفتن ملاک‌های آلفرد نوبل که در وصیت‌نامه‌اش قید شده به برترین شخصیت‌های جهان بدون درنظر گرفتن ملیت آن‌ها اعطا شود. احتمالا میپرسید خب پس ریاضیات چه؟ چرا برای این رشته جایزهای در نظر نگرفت؟
خصومت نوبل با ریاضی!
گفته می‌شود خصومتی که نوبل با یک ریاضی‌دان داشت، دلیل تخصیص داده نشدن جایزه به رشته ریاضی شد. به دلیل کامل نبودن طراحی که آلفرد نوبل در وصیت‌نامه خود ارائه داده بود، تاسیس بنیاد نوبل پنج سال طول کشید و اولین جایزه نوبل در ۱۰ دسامبر ۱۹۰۱ اعطا شد. نوبل یک سال بعد از وصیت به یادماندنیاش به دلیل آنژین (گلودرد) از دنیا رفت، ولی نامش بیش از آن که آدم‌ها را به یاد دینامیت بیندازد به یاد جایزههای سالانهای می‌اندازد که به علوم پایه و صلح اهدا می‌شود.
حالا آکادمی سلطنتی علوم سوئد سالهاست که مسئول برگزاری مراسم جایزه نوبل است. این آکادمی سازمانی مستقل و هدف کلی آن ترویج علوم و تقویت نفوذ آن‌ها در جامعه است. این نهاد مسئولیت ویژه علوم طبیعی و ریاضیات را بر عهده دارد، اما تلاش می‌کند تا تبادل نظر بین رشتههای مختلف را برقرار کند. طی سال‌های اخیر انتقاد‌های زیادی به آکادمی نوبل شده و برخی انتخاب‌های آن سیاسی قلمداد شده است.
چرا نوبل به «قیچی ژنتیکی» رسید؟
پس از سال‌ها ۲ دانشمند زن توانستند روشی مطمئن و کم‌هزینه برای ایجاد برش در دی‌ان‌ای ابداع کنند که می‌تواند ویروس‌ها را از کار بیندازد.
چهارشنبه هفته گذشته، ۲ دانشمند زن به نام‌های «امانوئل شارپنتیر» و «جنیفر دودنا» به‌خاطر ایجاد روش‌های ویرایش دی‌ان‌ای، جایزه نوبل شیمی سال ۲۰۲۰ را از آن خود کردند. کشف این ۲ دانشمند که درباره فناوری ویرایش ژنوم تحقیق می‌کنند، به «قیچی ژنتیکی» کریسپر-کاس۹ معروف است. اهمیت این کشف در این است که امکان ایجاد تغییرات مشخص و دقیق در دی‌ان‌ای موجود در سلول‌های زنده را فراهم می‌کند.
قیچی ژنتیکی به چه درد می‌خورد؟
سیستم کریسپر-کاس۹ از ۲ مولکول تشکیل شده است که در دی‌ان‌ای تغییراتی ایجاد می‌کند:
۱ ـ کاس ۹ آنزیمی است که به‌عنوان یک جفت قیچی مولکولی عمل می‌کند. این قیچی توانایی برش ۲ رشته دی‌ان‌ای را در یک مکان خاص در ژنوم دارد.
۲ ـ RNA راهنما (gRNA) قطعه‌ای کوتاه از توالی آران‌ای از قبل طراحی شده است که در یک چارچوب آران‌ای بلندتر قرار دارد. gRNA، کاس ۹ را به قسمت برنامه‌ریزی‌شده ژنوم هدایت می‌کند تا اطمینان حاصل شود که محل برش درست بوده است. به این ترتیب، از نظر تئوری این اطمینان وجود دارد که gRNA فقط به توالی مورد نظر متصل می‌شود و نه جایی دیگر.
آنزیم قیچی کاس ۹ به محل مورد نظر هدایت می‌شود و در میان هر دو رشته دی‌ان‌ای شکاف ایجاد می‌کند، یا به‌عبارتی آن را قیچی می‌کند. هنگامی که این اتفاق می‌افتد، مکانیسم سلولی درک می‌کند که دی‌ان‌ای آسیب دیده است و به همین‌خاطر مکانیسم ترمیم را آغاز می‌کند. حالا درست همان زمانی است که می‌توان از این فرصت برای ایجاد تغییر در طراحی ژن‌ها استفاده کرد. یکی از مهم‌ترین بخش‌های زیست‌شناسی مولکولی، درک عملکرد یک ژن خاص است.
سال‌ها، تنها راه مطالعه این بود که یک تغییر کوچک (جهش) در ژن ایجاد کنیم و ببینیم چه تأثیری روی ژنوم یا حتی کل ارگانیسم می‌گذارد. به‌عنوان مثال، یک تغییر کوچک در ژن دیستروفین، بسته به اینکه در کجا و چگونه جهش می‌کند، می‌تواند منجر به شکل خفیفی از دیستروفی به نام دیستروفی عضلانی یا نسخه کشنده‌ای به نام DMD شود. تنها راهی که زیست‌شناسان مولکولی می‌توانستند در این مورد مطالعه کنند، استفاده از مواد شیمیایی یا تابش برای ایجاد این جهش بود، اما اِشکال اصلی این روش این بود که راهی برای کنترل هدف‌گیری ژن وجود نداشت و هر خطری محتمل بود.
روش‌های خاص دیگری برای هدف‌گیری ژن وجود داشت، اما قابل اعتماد نبود و در ضمن بسیار وقت‌گیر و پرهزینه بود. اما سیستم جدید کریسپر-کاس ۹ سریع‌ترین و ارزان‌ترین روش است که توانست کاشفان آن را به جایزه ۱/۱ میلیون دلاری نوبل برساند. درواقع این سیستم مثل یک قیچی ژنتیکی عمل می‌کند و ویروس‌ها را از طریق شکافتن دی‌ان‌ای آن‌ها از کار می‌اندازد.
منبع: روزنامه‌های خراسان و همشهری
