مجله فانوس توانمندسازی جوانان از طریق رسانه
مطالب مرتبط
ارسالی سدیه
با تحقيق در مورد اسرار طبيعت، موضوعات پيچيده و حيرت آور بسياري بر ما روشن شد و جريان سيلاب وار توسعه به شكل مهارگسيخته اي شدت يافت.
در ابتداي قرن بيستم بسياري گمان مي كردند كه علم به پايان خود رسيده است، اما گذشت زمان نشان داده است كه دستاوردهايي كه از نتايج پژوهش دانشمندان برجسته حاصل شده است، جنبه هايي از طبيعت بر بشر آشكار شد كه اتفاقا از اهميت بسيار بيشتري برخوردار بود. هر چند فهرست اين اكتشاف ها بسيار بلندبالاست اما در اين بين پنج مورد از اهميت بسيار بيشتري برخوردار بودند، يا تأثير شگرف تري بر زندگي روزمره انسان داشته و يا بينش عميق تري از پديده هاي كيهان در اختيار ما قرار دادند.اما پنج مورد منتخب عبارت بوده از: پرواز، مسافرت فضايي، نسبيت، تئوري كوانتوم و دارو.
اگر بخواهيم از زماني نام ببريم كه بشر به طور كامل بر طبيعت مسلط شده است، شايد هيچ زماني بهتر از آستانه قرن بيستم به نظر نرسد. در آن هنگام فيزيكدانان توانستند با استفاده از مقدار كمي سيم و آهن ربا قدرت عظيم برق را رام كرده و به خدمت انسان درآورند. الكتريسيته خانه ها را روشن كرد، غذاها را پخت و چرخ هاي صنعت را به گردش درآورد. الكتريسيته صداها را از شهري به شهر ديگر و پيام هاي تلگرافي را به آن سوي درياها انتقال داد. در همين هنگام شيميدان ها مواد بيهوشي و ضدعفوني كننده را ساختند. با توليد اين مواد، عمل هاي جراحي بدون درد و بي خطر شد. زيست شناسان اسرار واكسن ها را كشف كرده و توانستند بر بلاي آبله و هاري غلبه كنند. مهندسان توانستند با ساخت خط آهن هاي بين قاره اي از زمان طولاني، ملال آور و پرخطر سفرهايي كه چندين ماه طول مي كشيد بكاهند. معماران توانستند با ساخت آسمانخراش ها، فضا را توسعه دهند. بشر توانست با استفاده از بالن به پرواز در آيد و اگر كمي بيشتر ماجراجو بود، با گلايدر پرواز كند. تعداد اختراعات آنچنان زياد شد، اكتشافات آنچنان زيادي صورت گرفت كه واقعا به نظر مي رسيد كه ديگر كار جديدي باقي نمانده است كه كسي انجام دهد. چارلزدوئل مسئول اداره ثبت اختراعات آمريكا ادعا كرد: «تمام چيزهايي را كه بتوان اختراع كرد، تاكنون اختراع شده است.»
در مسير پيشرفت
براي آن كه اثبات شود، دوئل در اشتباه بود، مدت زيادي طول نكشيد. طي صد سالي كه از اظهارنظر وي گذشته است، اداره اش بيش از 5 ميليون اختراع را به ثبت رسانده است. اگر چه اختراع «محافظ چشم براي مرغ ها» كه به شماره 730918 به ثبت رسيده است، نتوانست تغيير چنداني در بنيان هاي اجتماع به وجود آورد، ده ها هزار ابداع ديگر چنين تأثيري داشتند. فقط يك اختراع، يعني اختراع موتورجت، نحوه كار و تفريح ما را به شدت متحول كرده است، چرا كه امكان انتقال سريع كالا و انجام سفرهاي كم هزينه را ميسر ساخت. با نگاهي به اين حجم انبوه اختراعات كه طي قرن گذشته صورت گرفته است، اين سئوال به ذهن خطور مي كند كه از بين چند ميليون كشف علمي انجام شده، كداميك از اهميت بيشتري برخوردار است؟ و چه كسي بهتر از استفن هاوكينگ (Stephen Hawking)، فيزيكداني كه اغلب از وي با عنوان برترين متفكر پس از اينشتين ياد مي شود، مي تواند به اين پرسش پاسخ دهد.
هاوكينگ كه به استفاده از تجهيزات رايانه اي مخصوص سخن مي گويد در پاسخ اين پرسش مي گويد: «سئوال احمقانه اي است. تمام اكتشاف ها از اهميت يكساني برخوردارند.» يقينا استفن هاوكينگ، برج عاج نشين علم، صحيح مي گويد. اما در دنياي فعاليت هاي روزمره، جدا كردن برندگان از بازندگان نه تنها ممكن، بلكه در بسياري مواقع ضروري است. درست هم اكنون، كه علي رغم مواجهه با محدوديت فضا در يك نشريه، بايد دستاوردهاي صد سال ابداعات علمي را بيان كنيم. اما مي توان پنج دستاورد عمده را كه به اعتقاد ما بيشترين تأثير را داشته اند، مورد بررسي قرار داد. چهار دستاورد بزرگ بشري يعني پرواز، مسافرت هاي فضايي، تئوري نسبيت و مكانيك كوانتوم به همراه دارو، مواردي است كه فهرست ما را تشكيل داده اند. علت انتخاب مورد پنجم؟ شايد فكر كنيد انتخاب ما بسيار عجيب است، اما در نظر داشته باشيد كه بدون اين مورد نمي توانستيم سياره اي با 6 ميليارد سكنه داشته باشيم. در حقيقت ما اين مورد را به عنوان مهمترين كشف قرن بيستم مي شناسيم.
به سوي آسمان
در آغاز قرن، به نظر مي رسيد كه پرواز، آرزوي ديرينه بشر، هنوز هم رويايي دست نيافتني است. زماني كه جورج واشنگتن پسربچه اي بيش نبود، دانيل برنولي، رياضيدان سوئيسي تشريح كرد كه چگونه بال خميده مي تواند هواپيمايي را به آسمان ببرد.
پيش از آنكه اولين رئيس جمهور آمريكا فوت كند سر جورج كيلي (Sir George Cayley) فيزيكدان انگليسي بدنه كلي هواپيماهاي امروزي – بال هاي ثابت براي بلند كردن و دم براي كنترل و پايدار كردن هواپيما – را طراحي كرد و زماني كه برادران رايت با دوچرخه ورمـي فتند، پيشگامان پرواز، يـعنـي اوتـو ليلينتال (Otto Lilienthal) در آلـمـان و اكـتـاو چـانـوت (Octave Chanute) در ايالات متحده سرگرم انجام آزمايشات خود بودند تا ركورد 4 هزار پرواز خود را ثبت كنند. مسئله به حركت در آوردن بال در هوا، تا نيروي لازم براي پرواز تأمين شود، پيش از آن حل شده بود. مكانيك هايي كه سرگرم ساخت موتورهاي احتراق داخلي سبك وزني براي كالسكه هاي بدون دوچرخه هاي موتوردار بودند، موتورهاي عالي براي هواپيما ساختند. به رغم تمام اين پيشرفت ها، يك قسمت از اين پازل بزرگ پيدا شده بود. وقتي كه برادران رايت اين قطعه را پيدا كردند، شايسته عنوان پدران هوانوردي شناخته شدند.
تغيير در طرح ها
بسياري از اكتشاف ها طي يك اتفاق صورت گرفته است. برادران رايت راز پرواز را طي يك اتفاق- در حقيقت طي دو اتفاق- كشف كردند. اولين اتفاق در زمستان 86- 1885 روي داد و ويلبر، برادر بزرگتر، كه در بازي هاكي مصدوم شده بود از كالج مرخصي گرفت. وي در خانه بستري شد و خود را با خواندن كتاب هاي كتابخانه پدر سرگرم كرد و شيفته گزارش هايي شد كه روزنامه ها و مجله ها از ليلينتال، هوانورد آلماني ارائه كردند. در اين گزارش ها اخباري در مورد مرگ ليلينتال كه در آگوست 1896 به دليل سانحه گلايدر روي داد، وجود داشت كه به گفته زندگي نامه نويسان برادران رايت، آنان را تشويق كرد كه ادامه تحقيق ها را پي بگيرند. برادران رايت نيز درست مثل ليلينتال با اين مسئله علمي برخورد كردند و اطلاعات مورد نياز خود را از تونل بادي كه در كارگاه دوچرخه سازي خود در ديتون اوهايو ساخته بودند، به دست آوردند. آنها از اين بخت نيز برخوردار بودند كه با چانوت كه مهندس عمران و سازنده راه آهن بود و بعدها باشگاه گلايدرسواري در نزديكي شيكاگو راه انداخت، آشنا شوند. دوستي برادران رايت با وي تا زمان مرگش كه در سال 1910 روي داد، ادامه داشت.
برادران رايت دريافتند كه شكل مهم براي انجام پرواز به وسيله هواپيماهاي سنگين تر از هوا ايجاد نيروي بالابرنده هواپيما نيست، بلكه كنترل آن در هوا است. راه حل آنان براي اين مشكل اگرچه عالي نبود، اما واقعا هوشمندانه بود. خلبان بالاي بال پائين و روي يك صندلي كه به سيستم انحراف بال متصل بود مي نشست. با حركت دادن بدن به سمت چپ و راست زاويه حمله در يك بال افزايش و در بال ديگر كاهش مي يافت. نتيجه آن كه خلبان مي توانست هواپيما را حول محور طولي بگرداند و همانطور كه دوچرخه مي تواند در يك پيچ دور بزند، هواپيما نيز تغيير جهت دهد. البته بعدها شهپرها (ailerons)، دريچه هاي كوچكي كه در انتهاي بال نصب مي شدند، سيستم انحراف را منسوخ كردند. خلاصه آن كه تا زماني كه برادران رايت راه حل خود را ارائه نكرده بودند، پرواز روياي غيرممكني بود. برادران رايت طي سال هاي پس از پرواز سرنوشت سازشان در 17 دسامبر 1903 در كيتي هاوك (KittyتHawk)، طرح هواپيماي خود را اصلاح كردند.آنها اولين ماشيني را كه عملا قادر به پرواز بود، در سال 1905 ارائه كردند. يكي از شركت هاي وابسته به ارتش آمريكا در سال 1909 هواپيمايي خريداري كرد كه مي توانست به مدت يك ساعت و با سرعت متوسط 65 كيلومتر در ساعت پرواز كند. با آزمايش ها و تحقيق هايي كه طي ده سال بعد ارتش انجام داد، هواپيما ها نيز همانند اسلحه و مواد منفجره به يكي از تجهيزات نظامي بدل شدند.
عصر ماجراجويان
بسياري بر اين عقيده اند كه خلبانان در توسعه هوانوردي در فاصله بين دو جنگ نقش بسيار عمده اي ايفا كردند. در حقيقت سهم عمده اي از اين توسعه به اداره پست ايالات متحده تعلق دارد. ارائه خدمات پست هوايي عاملي براي ساخت هواپيماهاي سريع تر بود. خلبانان نيز سعي داشتند مهارت هاي خود را توسعه داده و به سايرين نيز آموزش دهند. اما در آلمان نيروهاي شيطاني دست به كار شدند. از آنجايي كه معاهده اي كه پايان بخش جنگ جهاني اول بود محدوديت هايي را به بار آورد دولت آلمان عمده كارهاي توسعه اي خود را سري انجام مي داد. نيروي هوايي جديد آلمان كه طي جنگ داخلي اسپانيا به آسمان برخاست طعم اولين جنگ جديد هوايي مدرن را به جهانيان چشاند. با تجربياتي كه از مسابقه هوايي به دست آمد، بارها ركورد سرعت، ارتفاع پرواز و بار مفيد شكسته شد و گسترش دانش پرواز به جنگنده هاي هرچه سريعتر و بمب افكن هايي با ارتفاع پرواز بيشتر منجر شد. پس از پايان جنگ جهاني دوم و برقراري صلح دانش پرواز، صنايع هواپيمايي تجاري را متحول كرد. توسعه موتور جت كه هوانوردي پس از جنگ به آن وابسـته اسـت، 20 ســال پيـش از پـرل هـار بر (Pearl Harbor) صورت گرفته بود. طرح يك موتور جت عملي براي اولين بار در مقاله اي در سال 1921 به چاپ رسيد. در سال 1930 فرانك ويتل (Frank Whittl) انگليسي اختراع توربو جت خود را به ثبت رساند. در سال 1935 نيز آلماني ها موتور جت ديگري ساختند. با اين همه در اواخر جنگ (سال 1944) اولين هواپيماهاي جت يعني هواپيماي Gloster Meteor انگليسي و Me262 آلماني وارد ميدان نبرد شدند. لاكهيد P-80 كه بعدها F-80 ناميده شد، اولين هواپيماي جت جنگنده آمريكا بود كه وارد خدمت شد، اماتا زمان جنگ كره در ميدان نبرد شركت نكرد.
ارزش تجاري
انگلستان پس از جنگ كوشيد، با استفاده از متخصصان جت گام بلندي در صنعت حمل و نقل تجاري بردارد و در سال 1949 اولين هواپيما از اين نوع را عرضه كرد. باتوجه به بروز مشكل غير منتظره خستگي فلزات (Metal Fatigue) منجر به يك رشته حوادث شد و در نهايت جت را از رده خارج كردند. در نهايت نيز بوئينگ با توجه به نبود اين گونه هواپيماها با معرفي مدل بسيار موفق 707 در اين راه گام برداشت.
انگلستان و فرانسه كه دريافتند رقابت با صنايع هواپيماسازي بزرگ آمريكا بي ثمر است، براي ساخت اولين هواپيماي مافوق صوت تجاري موفق با يكديگر متحد شدند. مسافرين با وضع مالي مناسب مي توانستند در مسافرت با هواپيماي مافوق صوت كنكورد كه در سال 1976 وارد خدمت شد، طي يك روز دوبار صبحانه بخورند، يكبار در لندن و بار ديگر در نيويورك. اما جهانگرداني كه از وضعيت مالي چندان مناسبي برخوردار نبودند مي توانستند با پرداخت قيمت يك جفت كفش خوب، برگاري همين مسير يعني بوئينگ عظيم الجثه 747 سوار شدند. هزينه هاي زيست محيطي سفرهاي مافوق صوت و مخصوصا مسائل ناشي از غرش اين گونه هواپيما از ابداعات بيشتر در زمينه پروازهاي سريعتر جلوگيري مي كند. هرچند كه اندازه هواپيماهاي مسافربري از زمان عرضه مدل 707 در چهل سال پيش تاكنون افزايش يافته است، اما كنكورد آخرين گام تكنولوژي بزرگ در اين زمينه محسوب مي شود. در صنايع هواپيماسازي لاكهيد مارتين مستقر در كاليفرنيا هواپيمايي ساخته شده است كه همانند ابداع برادران رايت انقلابي است. اين هواپيما كه X-33 نام گرفته است نسخه كوچك شده اي از هواپيماهاي مورد نظر ناسا به عنوان اولين هواپيماي فضايي (Venture Star) است. X-33 از اين توانايي برخوردار است كه بدون استفاده از سكوي پرتاب به مدار زمين برود. اين هواپيما در برگشت به زمين مي تواند درهر فرودگاه مخصوص هواپيماهاي كوتاه برد فرود آيد.
پيش به سوي فضا
اگرچه مي توان زمان دقيق اختراع هواپيما را به لحظه گريز پرنده برادران رايت از بند گرانش زمين نسبت داد، اما واقعا هيچ كس به درستي نمي داند كه موشك چه زماني اختراع شد. بعضي ها در مورد زمان ابداع موشك به طرح هاي جنگي چيني ها در قرن سيزدهم اشاره مي كنند كه طي آن پيكان هاي مجهز به موشك و بمب هاي خانمان برانداز مورد استفاده قرار مي گرفتند. اما گمان مي رود كه فكر استفاده از نيروي پيشرانش موشك به زمان هاي بسيار پيشتر برمي گردد. پيــش از آغـاز قـرن بيـستم، ويـليـام هيل (William Hale) مهندس انگليسي، مسئله مشكل ساز هدايت موشك ها در مسير مورد نظر را حل كرد.
وي موشك هاي خود را به نوعي لوله هاي خروج گاز زاويه دار مجهز كرد، و در نتيجه اين موشك ها همانند گلوله اي كه از اسلحه اي شليك مي شود، طي مسير حركت خود مي چرخيد، تا در نهايت به هدف برخورد كند. تمام اين موشك هاي اوليه از نوعي محسوب مي شوند كه امروزه آنها را با نام موتورهايي با سوخت جامد مي شناسيم. سوخت و اكسيدكننده كه براي انجام عمل احتراق لازم است با يكديگر تركيب مي شود.
به اصطلاح «وقتي كه شمع روشن مي شود» سوخت مي سوزد و از لوله هاي خروجي بيرون مي رود. در اين روش انرژي بيشتر و در زمان كمتر نسبت به موتور جت به دست مي آيد. چرا كه در موتورجت سوخت فقط متناسب با اكسيژن دريافتي از هوا مي سوزد.
علم واقعي موشك فقط در ابتداي قرن بيستم كه رابرت گودارد (Robert Goddard) آمريكايي مبتكر موشك، جزئيات مربوط به موتورهاي با سوخت مايع را عملا مورد بررسي قرار داد، آغاز كرد. برخلاف موشك هاي سوخت جامد اين موتورها را مي توان به طور دلخواه خاموش و روشن كرد.
با افزايش قابليت كنترل اين موشك ها و ساير جنبه هاي جديد دانشمندان مي توانستند ماهواره ها را دقيقا به مدار مورد نظر و فضاپيماها را به ايستگاه انتقال دهند. با اولين پرواز موفقيت آميز اين گونه موشك ها در 16 مارس 1926، عصر فضا آغاز شد، هر چند كه لازم بود سي سال ديگر بگذرد تا موشكي يك ماهواره را در مدار زمين قرار دهد. در سال 1969 بشر توانست روي كره ماه قدم بردارد.
مسابقه فضايي
اگر چه توسعه موشك هاي قابل پرواز به فضا در آمريكا تا پس از جنگ جهاني دوم به تعويق افتاد، تلاش براي دستيابي به چنين فناوري در آلمان از اولويت ويژه اي برخودار بود. اين تلاش ها با ساخت V-2 كه شكل اوليه موشك هاي بالستيك قاره پيماي امروزي است به نقطه اوج خود رسيد. در روزهاي پاياني جنگ جهاني دوم روس ها و متفقين براي دستيابي به آنچه كه بتواند فناوري موشكي آلمان را برملا سازد، با يكديگر رقابت مي كردند. ورنر فون براون (Wernher von Braun) دانشمند برجسته موشكي نازي ها با آمريكا وارد مذاكره شد و به همراه اعضاي گروهش به آمريكا مهاجرت كرد. در ابتدا اعضاي گروه فون براون مجبور بودند در خانه اي در نيومكزيكو تحت مراقبت و به طور سري كار كنند تا آنكه نهايتا پس از جنگ مدل اصلاح شده موشك را تحويل دادند.
در سال 1957 اين توهم نزد افكار عمومي آمريكا پديد آمد كه شايد متخصصين آلماني موشك در اتحاد شوروي از متخصصين آلماني موشك در آمريكا برتر باشند، پرتاب اسپوتنيك 1، اولين ماهواره ساخت بشر به فضا، حاوي پيامي موذيانه براي كل جهان بود.مسابقه فضايي كه تا به امروز به طور كاملا سري انجام مي گيرد، به موضوع گفت وگوهاي روزمره بدل شده است.
در نهايت نيز اولين ماهواره آمريكا با نام اكسپلورر1، (Explore1 ) در سال 1958 به فضا پرتاب شد.جان اف كندي مدت كوتاهي پس از آنكه به رياست جمهوري برگزيده شد، مسابقه فضايي را شتاب بيشتر بخشيد و آن را از دو مارتن به دو سرعت بدل كرد.
در مه 1961 وي به ناسا دستور داد تا يك مسافرت رفت و برگشت به ماه را طي همان دهه به پـايان برساند. در20 جولاي 1969نيــل آرمســترانـگ Neil Armstrong)) و ادويـن آلــدريــن (Edwin Aldrin) كاري را كه در ظاهر غير ممكن به نظر مي رسيد عملي ساختند. زماني كه آپولوي 11 در كره ماه فرود آمد، بشر روياي ديرينه خود را از زماني كه بشر اوليه چشمانش را به روي آسمان و ماه گشود، در روحش زبانه مي كشيد، حيات بخشيد. در نهايت نيز پس از آنكه ده ها نفر روي زمين خشك ولم يزرع ماه قدم گذاشتند، برنامه آپولو لغو شد. مشخص شد كه انجام عمليات در فضا براي زندگان بسيار پر هزينه است، آينده از آن روبات هاست.
از زماني كه كاوشگرهاي خودكار مسئوليت تحقيق در مريخ، زهره، مشتري و سيارات وراي آن را بر عهده گرفته اند، اكتشافات فضايي سرنشين دار به مسافرت تا مدار پائين زمين واستقرار در ايستگاه فضايي آمريكا، اسكاي لب (Skylab) محدود شد. در همين حين متخصصين موشك توجه خود را به نسل جديد فضا پيماهاي بزرگ آمريكا معطوف كردند. برخلاف ساتورن 5 (Saturn V) كه مأموريت آپولو براي سفر به ماه را به انجام رساند، فضاپيماهاي جديد از نوع شاتل بودند، يعني موشك هايي كه مي شد آن را بارها و بارها مورد استفاده قرار داد. اولين شاتل از كاروان جديد فضاپيماها كه كلمبيا نام داشت در 12 آوريل 1981 از مركز فضايي كندي در فلوريدا به فضا پرتاب شد.
پس از آنكه آتش جنگ سرد فروكش كرد، دستاوردهاي فضايي شوروي نيز كاهش يافت. حوادثي كه در چندين موشك پيچيده روي داد و پرونده آنها طي سال ها ناگشوده ماند، باعث شد كه اينگونه برنامه ها پس از فرود آپولو به حال خود رها شود. در سال 1999 روسيه كه برنامه هاي فضايي اتحاد شوروي را به ميراث برده بود، ايستگاه فضايي مير را بازنشسته كرد و به يكي از اجاره نشين هاي ايستگاه فضايي بين المللي كه تحت سرپرستي ناسا ساخته مي شود، تبديل شد.
علي رغم اختلاف هاي زيادي كه بين اين دو فناوري وجود دارد، در پايان قرن بيستم فضاپيماهاي X-33 كه پيش از اين نيز ذكرش رفت، ظاهر شد و تحولي بنيادين در حمل و نقل فضايي ايجاد خواهد كرد. طي دهه هاي آينده ماشين هايي ساخته خواهند شد كه ما را به ماه و وراي آن ببرد.
درگستره اتم
اظهار نظر دوئل كارمند اداره ثبت اختراعات مبني بر اينكه ديگر چيزي براي اختراع باقي نمانده است، موجي از خشم و عصبانيت، مشابه خشمي كه در صورت بروز چنين نظري در اين روزگار ايجاد مي كند، به وجود نياورد. در حقيقت در آغاز قرن بيستم بسياري از دانشمندان واقعا بر اين عقيده بودند كه گذشته از افزودن چند رقم اعشاري ديگر به دقت ثابت هاي فيزيكي، ديگر كاري براي انجام دادن وجود ندارد. به نظر مي رسيد، فيزيك كه در حقيقت نقش شاهزاده علم را طي قسمت اعظم اين قرن برعهده داشته است، براي كار در زمينه مهندسي برق بسيار مناسب است.
البته لازم به ذكر است كه همه بر اين عقيده نبودند كه به پايان جاده علم رسيده ايم. تعداد كمي از فيزيكدانان عقيده داشتند ممكن است نكات بسيار با اهميتي در نتايج غير عادي بعضي از آزمايش هاي هوشمندانه آنان نهفته باشد. براي مثال، تلاش هاي انجام شده براي اندازه گيري سرعت زياد و باورنكردني نور نشان داد كه مقدار آن ثابت است و چه به سمت منبع نور حركت كنيم و چه از آن دور شويم، سرعت نور بدون تغيير مي ماند. اين مسئله بسيار مشكل ساز بود.
زيرا رياضياتي را كه براي توصيف رفتار امواج به كار مي رفت، نقض مي كرد و نور هم به شكل موج حركت مي كند. مشكل ديگر به نور نشر شده از اجسام با دماي بالا مربوط مي شد، چرا كه نمي توانستند رنگ نور نشر شده را توجيه كنند.
در آغاز شكاكين از اين نابهنجاري ها چشم پوشي مي كردند، چرا كه بر اين عقيده بودند كه از عدم دقت در كارهاي آزمايشگاهي به وجود آمده است. اما پس از آنكه اين آزمايش ها بارها و بارها تكرار شد و نتايج يكساني به دست آمد، عقايد نگران كننده اي گسترش پيدا كرد. شايد توصيف طبيعت كه موجب چنان پيشرفت هاي عظيمي در قرن نوزدهم شده بود و اقعا كامل نبود و همانند قسمت پيداي يك كوه يخ، فقط نشان دهنده قسمت كوچكي از تمام آن بود.
تلاش هاي انجام شده براي درك لايه هاي عمقي تر طبيعت به دو انقلاب بزرگ علمي قرن بيستم، يعني نسبيت و تئوري كوانتوم منجر شده است. تئوري نسبيت تعبير تازه اي براي درك ما از ماده، انرژي، فضا و زمان ارائه مي دهد. درك مباني تئوري كوانتومي از آن هم مشكل تر است.
آن قواعدي كه در حوزه قابل درك براي انسان معتبر است، در مراكز اتم اعتبار خود را از دست مي دهد. ايده هم ارزي ماده و انرژي كه در قالب تئوري نسبيت بيان شده است، در نيمه هاي قرن در سلاح هاي نظامي و نيروگاه ها به كار گرفته شد. مكانيك كوانتوم نيز، با توجه به كاربردهايش در ترانزيستورها و استفاده ده ها عدد ترانزيستور در راديو و تلويزيون و ميليون ها عدد از آن در كامپيوترهاي شخصي، تأثير شگرفي بر زندگي روزمره ما داشته است.
ليزر يكي ديگر از فناوري هايي است كه از تئوري كوانتوم ناشي شده است. پيش از پايان قرن بيستم به پركاربردترين ابزار همه ادوار تبديل شد. از جمله موارد كاربرد بسيار زياد آن مي توان به برش استيل، ضبط موسيقي و اعمال جراحي قلب اشاره كرد.
نسبيت
اگر به فهرست نام هاي دانشمندان توجه كنيم، اسمي را در صدر همه اين نام ها مي بينيم: آلبرت اينشتين. اينشتين در مجامع علمي از اعتبار ويژه اي برخوردار است، چرا كه وي با انجام رشته اي از اكتشاف هاي هوشمندانه، تصور ما از مفاهيم فضا و زمان و ماده و انرژي را تغيير داده است. براي بسياري از مردم نام وي با يك كلمه كه عموما اشتباه نيز درك شده است، گره خورده است: نسبيت.
نسبيت به ما مي گويد نحوه كاركرد ظاهري جهان- مواردي مثل اجسام با چه سرعتي حركت مي كنند، زمان با چه سرعتي عبور مي كند – به اين نكته بستگي دارد كه ما در كجا قرار داريم. اگر با سرعتي كاملا نزديك سرعت نور حركت كنيم ساعات كند مي شود. با سفر به مركز سياهچاله، كه در آن جرم ستاره رمبش (collapse) يافت است، زمان متوقف مي شود.
مشهورترين و در عين حال بدنامترين جنبه تئوري نسبيت، هم ارزي جرم (M) و انرژي (E) است. اين هم ارزي در رابطه اي خلاصه شده است كه حتي دانشجوي رشته ادبيات هم آن را مي داند:
E=MC2 قسمت وحشتناك داستان اين است كه ثابتC اين دو كميت را به يكديگر مربوط مي كند. اين ثابت سرعت نور يعني عددي بسيار بزرگ است و هنگامي كه در خود ضرب مي شود به عدد بسيار بزرگ تبديل مي شود كه تقريبا غير قابل درك است. كافي است فقط چند كيلوگرم جرم در يك آن به انرژي تبديل شود تا هيروشيما سوخته و به تلي از خاكستر تبديل شود. اما اگر جرم به آرامي به انرژي تبديل شود انرژي لازم براي حركت طولاني مدت يك زير دريايي در اعماق آب فراهم مي شود.
تئوري كوانتوم
تا سال 1911 چارچوب كلي ساختار اتم مشخص شده بود. قسمت اعظم جرم اتم در مركز آن كه منطقه اي بسيار كوچك است و هسته نام دارد متمركز بود. اوايل دانشمندان ساختار اتم را به منظومه شمسي كوچكي تشبيه مي كردند كه هسته داراي بار مثبت، نقش خورشيد را برعهده دارد. الكترون ها نيز كه ذرات باردار منفي هستند همانند سياراتي هستند كه به گرد خورشيد مي گردند. اين تشبيه براي تصور قلمروي كه آنچنان كوچك و غير قابل مشاهده است، كمك بسيار مؤثري محسوب مي شد، اما نمايش كاملا دقيقي از اتم به حساب نمي آمد. گام بزرگ بعدي را نظريه پرداز بزرگ دانماركي نيلزبور (Niels Bohr) برداشت.
وي ايده هاي نو ماكس پلانك (Max Plank) فيزيكدان آلماني را كه مي گفت انرژي به صورت ذرات مجزا از هم، همانند دانه هاي شن يك ساعت شني منتقل مي شود و همانند عبور رودخانه به صورت قسمت هايي از يك جريان پيوسته نيست، به دنياي اتم وارد كرد.
در سال 1913 تصور مي شد كه ابرهاي الكتروني، مدارهاي ثابتي را اشغال كرده اند و سطوح انرژي ثابتي دارند ، كه اين سطوح انرژي با جذب يا نشر يك ذره انرژي كه فوتون (Photon) نام دارد، تغيير مي كند. فيزيكداناني كه ساختار هسته اي را دقيقتر كاويدند، دريافتند كه هسته اتم يك جنگل تمام عيار از ذرات زير اتمي با طول عمر متفاوت جديد سامان يافت. اين تئوري فرض مي كند كه جهان از تعداد كمي ذرات مشخص كه كوآرك (quark) نام دارند، تشكيل شده است. بسته به آرايش اين ذرات و روش انجام آزمايش ها، كوآرك ها حضور خود را به شكل يكي از اين ذره زير اتمي آشكار مي سازند. هم اكنون، مفهومي كه مدل استاندارد (Standard Model) ناميده مي شود، اغلب (و البته نه همه) اسرار قلمرو كوانتوم را كشف مي كند.
طي اين روند بود كه تمام انواع تجهيزات مفيد سربرآوردند: از تصوير برداري مغناطيسي هسته (MRI) كه قادر به شناسايي غده سرطاني موجود در قسمت هاي داخلي بدن است، گرفته تا ليزر كه مي توان آن را چنان دقيق تنظيم كرد كه سلول هاي سرطاني را از بين ببرد بدون آنكه به بافت هاي سالم اطراف آن آسيبي وارد كند. علي رغم همه اين پيشرفت هاي عظيم كه حاصل شده است، هنوز يك راز ناگشوده باقي مانده است. تئوري نسبيت مي تواند دنياي بسيار بزرگ اطراف ما و نحوه عملكرد نيروهاي گرانشي در گيتي را به شيوه اي بسيار عالي تشريح كند. تئوري كوانتوم هم براي تفسير قلمروهاي بسيار كوچك، يعني فواصل درون اتم به كار مي رود.
چيزي كه هنوز حاصل نشده است و فيزيكدانان اميدوارند طــي آزمايش هاي قرن بيست و يكم بـه آن دسـت يـابـنـد، تئـوري هـمـه چيــز (Theory of every thing) نام دارد. پاداش عظيم دستيابي به اين بينش توانايي استفاده از الكترومغناطيس براي ايجاد گرانش است، همانطور كه با كليد مي توان چراغ را روشن و خاموش كرد.
پيشرفت هاي صورت گرفته در زمينه علوم پزشكي طي قرن بيستم مديون توصيفات غني و عميقي است كه از دنياي طبيعي توسط زيست شناسان طي 200 سال گذشته صورت گرفته است. اين مشاهدات عميق نهايتا منجر به كشف آنتي بيوتيك ها شد، كه همانند گلوله اي در مقابل آلودگي ها مي مانند و واكسن هايي كه عملا فلج اطفال را ريشه كن كردند، شد. بزرگترين شكاف موجود در آگاهي ما از سيستم زنده با كشف DNA، پر شد. با پر شدن اين شكاف، زيست شناسان توانستند با ارائه يك نظريه منسجم چگونگي تشكيل و عملكرد حيات را شرح دهند.
آنتي بيوتيك ها
آنتي بيوتيك ها به طور طبيعي در طبيعت يافت شده و قادرند در مقادير بسيار كم چرخه زندگي باكتري ها را از كار بيندازند. مكانيسم هاي به كاراندازنده آنتي بيوتيك ها متفاوت است اما تأثير نهايي آنها يكي است : مرگ ارگانيسم هاي مهاجر.نخستين آنتي بيوتيك مورد استفاده در دنياي پزشكي، پني سيلين بود.
اين آنتي بيوتيك توسط ميكروب شناس اسكاتلندي، الكساندر فلمينگ (A.Fleming) در سال 1928 كشف شد. كشف اين آنتي بيوتيك يكي از معروف ترين و مبارك ترين اتفاقات به وقوع پيوسته در طول تاريخ است. فلمينگ، باكتري استافيلوكوك را در تعدادي محيط كشت رشد داد. در ادامه كار او متوجه شد در محيط كشتي كه در آن مقداري كپك رشد كرده بود اثري از باكتري ها باقي نمانده و همگي از بين رفته بودند.
او براي اطمينان دوباره آزمايش خود را تكرار كرده و با كمال تعجب مشاهده كرد كه با رشد كپك ها در محيط كشت حاوي استافيلوكوك، رشد استافيلوكوك ها متوقف و از بين مي رفتند. فلمينگ توانسته بود در دنياي پزشكي انقلابي به پا كند و از آن پس مستقيما از كپك ها بر روي زخم ها استفاده مي كرد. متأسفانه در آن زمان، بيوشيميست ها قادر به جدا كردن اجزاي فعال موجود در كپك ها نبودند. تا اينكه، 10 سال قبل پژوهشگران دانشگاه آكسفورد موفق به جدا كردن فرم خالص پني سيلين شدند و از آن پس اين آنتي بيوتيك در تمامي كارخانه ها سنتز مي شود.
پني سيلين در مقابل تمامي باكتري ها مؤثر نيست. به عنوان مثال اين آنتي بيوتيك در مقابل باكتري مسئول توبركلوزيس بي اثر است. تحقيقات صورت گرفته در جهت شناسايي يك ماده مؤثر در مقابل اين بيماري منجربه كشف استرپتومايسين در سال 1944 شد. در دهه 1950، كمپاني هاي تهيه دارو تلاش هاي خود براي يافتن آنتي بيوتيك هايي كه قادر به نابود كردن باكتري هاي مقاوم به پني سيلين و استرپتومايسين بودند را گسترش دادند.
با توجه به اينكه روش تهيه آنتي بيوتيك ها بسيار ارزان قيمت بود طيف وسيعي از آنتي بيوتيك ها تهيه شد. اما اين طيف وسيع آنتي بيوتيك ها همانند يك شمشير دو لبه عمل مي كرد. طي ساليان جنگ، رساندن پني سيلين به ميدان جنگ بسيار با ارزش بود و گاه ديده مي شد كه اين آنتي بيوتيك به صورت دستبندي به مچ دست قاصدان بسته شده و به ميادين جنگ رسانده مي شد.
پس از جنگ، يك مرتبه توليد پني سيلين افزايش يافته و كمپاني هاي توليد دارو در جست وجوي يافتن بازارهاي جديد برآمدند. آنتي بيوتيك ها به سرعت راه خود را به داخل غذاي حيوانات نيز باز كردند. اضافه كردن كمي آنتي بيوتيك به داخل علوفه گاو و گوسفندان باعث تشديد رشد آنان مي شد.
علاوه بر اين با دادن دارو به ماكيان، سلامتي آنان تضمين شد. بسياري از فروشگاه هاي مربوط به حيوانات خانگي، آنتي بيوتيك هايي را براي درمان ماهي هاي بيمار به فروش مي رساندند. سرانجام اين اجزاي ضد باكتري راه خود را به داخل صابون ها نيز باز كردند.
در دهه 1990 مشخص شد كه استفاده از آنتي بيوتيك ها بسيار افراطي و زياده از حد شده است.
