مترجم: احمد رازیانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
جیمز گلنز
پذیرش اینكه كیهانشناسی و فیزیك ذرات كه با مقیاسهای باور نكردنی انرژی و طول سروكار دارند، پر از مسائل حل نشده است ساده است. اما شاید اگر بفهمیم كه در سیستمی بسیار ساده و دردسترس هم مسائل بغرنج حل نشدهای هست خیلی تعجب كنیم؛ سیستمی به سادگی یك فلاسك آب كه سیمی داغكننده در آن قرار گرفته و تحت تابش امواج فراصوت است. پدیده مورد نظر، كه آوا – درخشش نام دارد، عبارت است از فورانهای كوچك نور مرئی و فرابنفش از حبابهای بخاری كه از سیم داغكننده دور میشوند و در اثر فشار امواج فراصوت متناوباً و به سرعت فشرده و گسترده میشوند. فراصوت به طریقی به فوتونهای نور، كه انرژی آنها هزار میلیارد بار چگالتر است، تبدیل میشود. ویلیام ماس، از آزمایشگاه ملی لاؤرنس لیورمور، میگوید نظریه پردازان در مواجه با این معمای چند ده ساله دیوانه شدهاند.در چند ماه اخیر پیشنهادهای زیادی درباره منشاء این نور ارائه شده است، از جمله امواج شوك رمبنده، فوارههای مایع كه به حباب بر میخوردند و در دیواره آن نابود میشوند، جرقههای ریز الكتریكی، و فوتونهای جداشده از افت و خیزهای [كوانتومی] خلأ زمینه. ولی ماس، كه خود یك نظریه پرداز است، و كسانی دیگر، اعتقاد دارند كه به زودی برخی نظریهها از میدان بیرون خواهند رفت و این به علت آن است كه یك فهرست دیگر هم دارد بزرگ میشود: سنجش نور و صوت گسیلیده از حبابها، به علاوه پاسخ اینها به میدانهای مغناطیسی قوی و تغییراتی دیگر در وضعیت محیط آزمایش. به گفته ست پوترمن، فیزیكدانی از دانشگاه كالیفرنیا، لوسآنجلس (UCLA)، اكنون آزمایشگرانی هستند كه آزمایشهای بسیار تر و تمیزی انجام میدهند و با این كار میعارهایی برای یك نظریه درست میسازند؛ نظریهای كه پوترمن و دیگران اعتقاد دارند به كشف دنیایی جدید در فیزیك خواهد انجامید، دنیایی بین دنیای پدیدههای ریز كوانتومی و دنیای آشنای پدیدههای درشت كلاسیك.
رابرت اپفل، آزمایشگری از دانشگاه ییل شكایت دارد كه تعداد نظریهها به تعداد نظریه پردازان است. اپفل در ماه سپتامبر نظریه پردازان را به مبارزهای دعوت كرد كه ممكن است فرایند انتخاب طبیعی بین نظریههای مختلف را تسریع كند. طی گردهمایی مشترك انجمنهای آكوستیك آمریكا و ژاپن (2 تا 6 دسامبر) در هونولولو، اپفل ریاست جلساتی درباره آكوستیك رمبشها و آوا – درخشش را به عهده خواهد داشت. وی پیشتر از نظریه پردازان خواسته است كه برای این نشستها آزمایش تعیین كنندهای در مورد نظریهشان آماده كرده باشند. مایكل برنز، از انستیتوی تكنولوژی ماساچوست (MIT)، میگوید كه این دعوت به مبارزه جرقه نبوغ اپفل استو نظریهپردازانی از جمله خود برنز را بر آن داشته كه حتی موقع غذا محاسبههایشان را، با خط خطی كردن دستمال سفره هم كه شده، ادامه دهند و به این ترتیب به پیشواز گردهمایی بروند.
بیشتر كوشش نظری برای فهم عجیبترین نمونه این پدیده (آوا – درخشش) است. نمونهای كه در آن نور از یك تك حباب میآید؛ حبابی كه ساعتها یا روزها، در حالی كه نیروی شناوری وارد بر آن نیروی فشار رو به پایین میدان فراصوت را خنثی میكند، گیرافتاده است. حباب، در بخش كم فشار میدان فراصوت تا قطر تقریباً 50 یا 100 میكرون منبسط میشود؛ سپس تا قطر كسری از میكرون منقبض میشود. این فاز فشرده حباب است كه نور میگسیلر، آن هم از ناحیهای كه از این هم ده بار كوچكتر است. آذرخشها مثل ساعت منظماند: در هر دوره صوت یكی؛ و پهنای هر آذرخش 50 پیكو ثانیه است. وقتی كه دمای آب تا حد نقطه انجماد آن كم میشود آذرخشها به طور قابل ملاحظهای روشنتر میشوند و این به معما میافزاید. به علاوه، اصولاً برای تولید نور لازم است گاز حل شده در آب حاوی اندكی گاز بی اثر مثل گزنون یا آرگون باشد؛ و البته هوای معمولی چنین است.
فیزیكدانان در چند سال گذشته سناریوی مشخصی برای تولید این نور نوشتهاند: دیواره حباب هنگام رمبش حباب، با سرعتی نزدیك به سرعت صوت فشرده میشود و موج شوكی تولید میكند كه پلاسمایی داغ و گداخته، یعنی گازی یونیده، میسازد. اما پوترمن میگوید كه ریاضیات رعبآور امواج شوك قدرت پیشبینی را از این نظر گرفته است.
اما به لطف برنامههای كامپیوتریای كه پیشتر برای تحلیل آزمایشهای گداخت لیزری نوشته شده است، آزمایشهایی كه در آن یك باریكه لیزر قرصی از هیدروژن را میرمباند، ممكن است اوضاع عوض شود. ماس، در مورد امواج شوك درون حبابهایی كه داخل آب در حال رمبشاند، شبیهسازیهایی انجام داده است و توانسته كه حداقل برخی از ویژگیهای آوا – درخشش را بازسازی كند. این نتایج قرار است در گردهمایی هونولولو ارائه شود. به گفته وی محاسبات وحشتناكاند. موج شوك باعث ایجاد گرما و فشردگی میشود. در عین حال، الكترونهای داغ پلاسمای درون حباب با برخوردهای پرانرژی خود گرما را از مركز پلاسما به بیرون میبرند. این دو اثر را باید با هم در نظر گرفت. با وجود این، شبیه سازیهای كامپیوتری نشان میدهند كه دما در مركز حباب تا حدود K000ر100 میرسد، و هالهای كه اندكی سردتر است آذرخش آوا – درخشنده را تولید میكند.
به گفته ماس، طیف همواری كه محاسبات او پیشبینی میكند، با طیفی كه رابرت هیلر و همكارانش از UCLA برای حبابهای واقعی گزارش دادهاند (ساینس 14 اكتبر 1994) میخواند و این به گفته خودش، كمترین توقعی است كه میتوان داشت. شباهتهای دیگری با پدیده واقعی وجود دارد كه دلگرم كنندهتر است: شوكها آذرخشهایی تولید كردهاند، با تقریباً همان روشنی و طول عمری (تقریباً 15 پیكوثانیه) كه در آزمایشگاه دیده میشود.
همچنین، محاسبه توضیح میدهد كه چرا گرمتر بودن آب باعث كم سو شدن نور میشود: با افزایش غلظت بخار آب در حبابها، سرعت امواج صوت درون آنها هم زیاد میشود، و این باعث میشود كه سرعت دیواره حباب مشكل به سرعت صوت نزدیك شود؛ سرعتی كه برای تولید شوك لازم است. لاؤرنس كرام از دانشگاه واشینگتن، سیاتل میگوید ماس محاسبات زیبایی انجام داده است؛ محاسباتی كه نشان میدهد [مدل امواج شوك] نظریهای قوی است.
كیوییچی یاسویی از دانشگاه واسرا در توكیو، كه خودش هم محاسباتی در همین زمینه انجام میدهد، میگوید توضیح حساسیت گسیل نور به وجود اندكی گاز بیاثر بر اساس امواج شوكی كمی مشكل است. اما احتمالاً با نتایج تجربی جدیدی كه تامس ماتولا و همكارانش از واشینگتن قرار است در هونولولو اعلام كنند، پیشرفت كل نظریه تسریع خواهد شد. ماتولا و همكارانش با گذاشتن یك هیدروفون حساس در نزدیكی حباب چیزی شنیدهاند كه احتمالاً همان موج شوك است پس از بازگشت دیواره حباب. چنانكه كرام میگوید، این گروه صدایی فوقالعاده تیز شبیه موسیقی پاپ آشكار كرده است.
