الكترون ها چگونه استراحت مى كنند

ايرنا: دانشمندانى كه در حوزه نوظهور اسپين ترونيكس تحقيق مى كنند با اين مشكل مواجه هستند كه اسپين الكترون ها در اثر تاثير ميدان هاى مغناطيسمى ذرات نزديك، ضعيف مى شود. يك گروه از محققان براى نخستين بار موفق شدند نه تنها فرايند تضعيف اسپين را در عمل مشاهده كنند، بلكه در عين حال راهى براى مقابله با آن را تكميل كنند. اسپين ترونيكس حوزه اى تازه در مهندسى الكترونيك است كه در آن به جاى استفاده از بار الكترون ها از اسپين آنها به عنوان واحدهاى پايه اى اطلاعات يعنى صفر و يك استفاده مى شود. اسپين بالا به عنوان ۱ در نظر گرفته مى شود و اسپين پايين به منزله صفر است. مقصود از اسپين نيز نحوه چرخش ابر الكترونى در فضاى اطراف هسته است. اگر چرخش در جهت عقربه هاى ساعت يا در خلاف آن باشد محور چرخش يا اسپين بالا يا پايين فرض مى شود. «پى اف براون» و همكارانش در بررسى «نقطه هاى كوآنتومى»، يعنى خوشه اى از اتم ها كه در فضايى به ابعاد چند نانومتر در كنار هم جاى گرفته اند، پديده كاسته شدن از اسپين الكترون ها را مشاهده كردند. اين محققان در بررسى اسپين الكترون هاى نيمه هادى هايى از جنس آرسنيد اينديوم و آرسنيد گاليم مشاهده كردند كه اسپين اوليه الكترون هاى اين گونه نقطه هاى كوآنتومى در مدت ۵/۰ نانوثانيه كه معادل نيمه عمر اين اسپين ها است از مقدار اوليه خود به حد يك سوم كاهش مى يابند و آنگاه در اين تراز تا مدت ۱۰نانوثانيه باقى مى مانند. اين محققان در عين حال دريافته اند كه اگر يك ميدان مغناطيسمى استاتيك ضعيف به ميزان ۱۰۰هزارم تسلا به اين نقطه ها اعمال شود مى توان از تضعيف اسپين جلوگيرى كرد. اين قبيل ميدان ها را مى توان با كمك يك آهن رباى ضعيف ايجاد كرد. حضور ميدانى از اين نوع باعث مى شود نيمه عمر اسپين الكترون تا ۴ نانوثانيه افزايش يابد و به اين ترتيب امكان بهره گيرى از پديدار اسپين در دستگاه هاى الكترونيك آينده را بالا ببرد.

نظريه اى جديد در خصوص تكامل خفاش ها رادارهاى زنده

طبق جديدترين تحقيقات ژنتيكى صورت گرفته بر روى خفاش ها ممكن است اين پستانداران در نتيجه گرم شدن ناگهانى هوا در ۵۰ ميليون سال قبل تكامل يافته باشند.خفاش ها يكى از موفق ترين راسته هاى پستانداران و احتمالاً متنوع ترين آنها هستند. خفاش ها كه در تمام دنيا به استثناى قطب جنوب پراكنده اند تنها پستاندارانى هستند كه مى توانند پرواز كنند. بر اساس آناتومى و توانايى استفاده از امواج ماوراء صوت، خفاش ها به ۱۸ خانواده مختلف تقسيم شده اند. ۶ خانواده ديگر نيز بر اساس شواهد ديرين شناختى به دست آمده معرفى شده اند.
يك چهارم تمامى پستانداران (بيش از ۲۰ درصد آنها) را خفاش ها تشكيل مى دهند. ۱۱هزار گونه (با خوش بينانه ترين تخمين) نمايش بى سابقه اى از تنوع در دنياى پستانداران است. عليرغم اطلاعات بسيارى كه در مورد اين پستانداران وجود دارد اما تاريخ تكاملى اين جانوران هنوز هم در پرده اى از ابهام قرار دارد.اما تيلينگ از دانشگاه دوبلين و هم دانشگاهى هاى او معتقدند كه شواهد ديرين شناختى ناقص موجود مانع از دسترسى كامل به تاريخ تكاملى اين پستانداران شده است.براساس گفته هاى جمع كثيرى از دانشمندان سرتاسر جهان، نزديك به ۶۰ درصد از شواهد ديرين شناختى مربوط به خفاش ها از بين رفته است. پژوهشگران توالى ژنتيكى مربوط به هر يك از خانواده هاى خفاش هاى امروزى را با يكديگر مقايسه كردند تا ارتباط تكاملى موجود ميان دو گروه بزرگ از خفاش ها را بازسازى كنند- خفاش ها داراى دو زير راسته هستند: خفاش هاى دنياى قديم يا كلان خفاشان (Megachiroptera) كه روباه هاى پرنده نيز ناميده مى شوند و خرده خفاش هاى پرتعداد (Microchiroptera) كه گسترش جغرافيايى بيشترى دارند.
Megabatها خفاش هايى بزرگ و ميوه خوار بوده كه داراى گوش هاى كوچكى هستند. اين خفاش ها بومى نواحى گرمسيرى بوده، مجهز به سيستم رديابى نبوده و بنابراين در طول روز اقدام به پرواز مى كنند. درمقابل، Microbatها خفاش هايى كوچك و حشره خوار بوده كه داراى گوش هاى بزرگى هستند. اين خفاش ها مجهز به سيستم رديابى بوده و با استفاده از امواج رادار، شكار خود را شناسايى، تعقيب و صيد مى كنند. اين خفاش ها معمولاً در طول شب اقدام به پرواز و شكار مى كنند.
پژوهشگران بخش هايى از ۱۷ ژن نمونه بردارى شده از تمامى خانواده خفاش هاى زنده امروزى را تجزيه و تحليل كرده و در كنار اين كار به تجزيه و تحليل خصوصيات مرفولوژيك اين خفاش ها نيز پرداختند. لازم به ذكر است كه تجزيه و تحليل خصوصيات مرفولوژيك ۴ خفاش منقرض شده نيز در اين ليست قرار داشت.اطلاعات به دست آمده از توالى ژنتيكى نشان داد كه خفاش هاى mega وmicro در اوايل دوره ائوسن يعنى حدود ۵۲ تا ۵۰ ميليون سال قبل از يكديگر انشعاب يافته اند. متوسط درجه حرارت هوا در آن زمان حدود ۷ درجه سلسيوس افزايش يافته و زمينه را براى شكوفايى گياهان و حشرات فراهم كرد.به گفته نانسى سيمون، جانورشناس موزه تاريخ طبيعى آمريكا از آنجا كه خفاش ها تنها پستاندارانى بودند كه توانايى پرواز داشته و در طول شب اقدام به شكار مى كردند بنابراين رقباى كمى براى حشراتى كه در طول شب هاى ائوسن پرواز مى كردند، داشته اند.
درخت تكاملى ترسيم شده توسط تيلينگ و هم دانشگاهى هاى او حاوى اطلاعات باارزش ديگرى درخصوص منشاء جغرافيايى خفاش هاست چرا كه فسيل هاى مربوط به خفاش هاى دوره ائوسن تقريباً در تمامى قاره ها يافت مى شود.تحقيقات اين پژوهشگران حاكى از آن است كه خفاش ها در اوايل دوره پالئوسن در ابرقاره «لورازيا»، در ناحيه اى كه احتمالاً امروزه در آمريكاى شمالى قرار دارد، منشاء يافته اند. لازم به ذكر است كه تاكنون هيچ شاهد ديرين شناختى از خفاش هاى اين دوره به دست نيامده است.به گفته سيمون: «تيلينگ و هم تيمى هاى او درخت تكاملى جديدى را براى خفاش ها ترسيم كرده اند كه مى تواند در پاسخ به اين سئوال كه پراكنش استثنايى خفاش ها در كجا، چه زمانى و چگونه صورت گرفت، كمك شايانى به دانشمندان بكند.»
راسلا لورنزى
ترجمه: زينب همتى
روزنامه شرق
DiscoveryNews.com,Jan.2005

گزارشى در مورد مدل هاى كيهان شناسى خاستگاه و تحول جهان

نظريه انفجار بزرگ بهترين مدلى است كه عالم شناسان از خاستگاه و تحول جهان در اختيار دارند. ولى آيا واقعاً اين تمام داستان است؟ و پيش از آن واقعه عظيم چه اتفاقى افتاد؟
اين بار كه در پى پيدا كردن كانال دلخواهتان در تلويزيون به دكمه كانال ياب تلويزيون تان ور مى رويد، آن قدر آن را فشار دهيد كه در فاصله بين كانال ياب قرار گيريد. خوب به برفكى كه صفحه تلويزيون را مى پوشاند نگاه كنيد. حدود يك درصد آن انرژى ريز موج (microwave energy) است، كه حدود ۱۴ ميليارد سال پيش به صورت حرارت از انفجار بزرگ حاصل شد.
•... در آغاز
از ميان تمام پيشرفت هاى علمى سده اخير، هيچ يك هيبت انگيزتر _ يا مبهوت كننده تر _ از كشف اين مطلب نبود كه جهان ما با انفجار عظيمى آغاز شد و از آن زمان تا كنون همواره در حال گسترش است. اين نتيجه گيرى آنچنان ژرف و اساسى است كه حتى اينشتين، راديكال ترين دانشمند دوران نوين، به زور آن را پذيرفت چگونه عالم مى توانست از هيچ كجا پديد آيد؟ چه كسى ماشه آن را كشيد _ و ماده اى كه هم اكنون شاهدش هستيم از كجا آمد؟
اكنون پس از ده ها سال تلاش اخترشناسان نظرى و رصدى، تازه پاسخ ها براساس مشاهدات عينى و محكم و نه صرفاً انديشه پردازى دارند ظاهر مى شوند. آنها جهانى را ترسيم مى كنند ساخته شده از نيروهايى كه خاستگاه شان چندان معجزه آساتر از گزارش انجيل درباره خلقت به نظر نمى رسد.
كافى است دلتان براى نگاه ساده فيلسوف يونانى ارسطو و سايرين در بيش از دو هزار سال پيش، كه براساس آن عالم بى انتها، ازلى و بلاتغيير است، تنگ شود. قطعاً آلبرت اينشتين زمانى كه گزارشى را پيرامون مفاهيم و نتايج حاصل از نظريه جديد جاذبه يعنى «نسبيت عام» در سال ۱۹۱۷ مى نگاشت، دليلى براى مخالفت با اين پذيرفته ها نداشت. براساس نسبيت عام ماده بافت مكان و زمان اطراف آن را كمانى مى سازد، آثارى را موجب مى شود كه ما آنها را «نيرو»ى جاذبه تعبير مى كنيم. اين فاصله گرفتن حسابى از نظريه نسبتاً مبهم جاذبه بود كه نيوتن ارائه داد و براساس آن نيروى مذكور مثل نوعى كنش نامرئى عمل مى كرد. اينشتين نشان داد كه «نسبيت عام» گزارش دقيق ترى از واقعيت نسبت به مفهوم جاذبه نيوتن لااقل در منظومه شمسى به دست مى دهد و كاملاً از موفقيت آن به هنگام كاربرد در عالم در مجموع اطمينان داشت.
•نظريه هاى جنجالى
وى به سرعت با مشكل بزرگى مواجه شد. اخترشناسان بر اين باور بودند كه عالم ايستا و بلاتغيير است، ليكن معادلات «نسبيت عام» در خالص ترين و شكوهمندترين شكل شان اشاره بدان داشتند كه عالم همه چيز ممكن است باشد مگر ايستا. به نظر آنها برعكس ،عالم بايد در حال گسترش باشد. اينشتين كه از اين نتيجه گيرى به ظاهر مسخره گيج شده بود، واژه ديگرى را وارد معادلاتش كرد، فاكتورى من درآوردى كه بعدها آن را «ثابت جهان شناسى» خواند تا بتواند به كمك «نسبيت عام» جهانى ايستا به وجود آورد. اين نخستين نشانه از مشكلاتى بود كه اينشتين ناچار به دست و پنجه نرم كردن با آنها در رابطه با پرسش هاى پيرامون جهان شناسى بود.
در سال ۱۹۲۲ يك هواشناس روس به نام الكساندر فريدمن كار را تمام كرد و نشان داد كه «نسبيت عام» امكان وجود مجموعه كاملى از جهان هايى را فراهم مى آورد كه نه ايستا و نه بلاتغييرند. اينشتين انتظار آن را داشت كه اين صرفاً يك اشتباه لپى باشد، ولى نتوانست مشكلى در محاسبات فريدمن بيابد و نهايتاً پذيرفت كه «نسبيت عام» امكان وجود جهانى در حال گسترش را مى دهد.
بزرگترين ضربه در سال ۱۹۲۷و زمانى اتفاق افتاد كه عالم شناس و كشيش بلژيكى ژرژ لامتر به همان نتايج نظرى فريدمن رسيد و اشاره كرد كه شواهد محكمى وجود دارند حاكى از آن كه عالم واقعاً در حال گسترش است. اخترشناس وستو اسليفر (Vesto Slipher) از رصدخانه لاول در آريزونا دريافت كه نور «سحابى ها»ى قطره اى در آسمان شب اغلب جابه جايى غريبى به سمت انتهاى سرخ تر _ يا نور با طول موج بيشتر _ طيف نشان مى دهند. اسليفر به اين فكر افتاد كه در واقع شاهد به اصطلاح اثر داپلر است، اثرى كه همگى ما با آن آشنا هستيم و زمانى كه طول موج امواج صوتى سوت پليس به هنگام دور شدن از ما افزايش مى يابد متوجه آن مى شويم. در واقع، او شاهد پديده اى بس ژرف تر از اين بود: كش آمدن نور به خاطر انبساط كل عالم.
•شواهد انبساط
نخستين اشارات در سال ۱۹۲۴ آشكار شدند و آن زمانى بود كه ادوين هابل از رصدخانه ماونت ويلسون در كاليفرنيا نشان داد كه سحابى ها در واقع كهكشان هاى وسيعى بسيار دور از كهكشان ما هستند. پنج سال بعد هابل اقدام به انتشار يكى از مهم ترين نتايج دانش امروز كرد: تصاويرى كه نشان مى داد «جابه جايى هاى قرمز» اين كهكشان هاى دوردست همراه با فاصله آنها از ما به طور ثابت در حال افزايش است. اين فرمول كه امروز آن را تحت قانون هابل مى شناسيم، دقيقاً بيانگر همان رفتارى است كه «نسبيت عام» براى عالم در حال گسترش پيش بينى مى كند.
در اين مباحثه و اختلاف نظر علمى حق با فريدمن و لامتر بود و اينشتين مى دانست كه با سازگار كردن زوركى معادلاتش با باورهاى قديمى در واقع توانايى شگفت انگيزترين پيش بينى در تاريخ علم را از خود سلب مى كرد. اين لامتر بود كه به مفهومى كه كمتر از اين شگفتى آور نبود اشاره كرد: اين كه عالم بايد زمانى با انفجارى بسيار عظيم موجوديت پيدا كرده باشد. وى بعدها به عنوان پدر نظريه «انفجار بزرگ» مورد تحسين قرار گرفت. در اين ميان، اينشتين اين از دست دادن فرصت را احمقانه ترين اشتباه زندگى خويش خواند.
به زودى آشكار شد كه عالم مى تواند با اخترشناسان و نيز نظريه پردازان بازى كند. نخستين اندازه گيرى هاى سرعت انبساط عالم اين معنا را مى رساند كه جهان تنها چند ميليارد سال قبل به وجود آمده كه بدين ترتيب حتى از كره زمين هم جوان تر مى نمود. در سال ،۱۹۴۸ سه نظريه پرداز دانشگاه كمبريج به نام هاى هرمان بوندى، تاماس گولد و فرد هويل راه حل ابتكارى مناسبى براى خارج شدن از اين وضعيت دشوار و معماگونه يافتند. آنها نشان دادند كه قانون هابل با جهانى سازگار است كه در «وضعيت ايستا» قرار دارد و سرعت توسعه و چگالى اش هيچ گاه تغيير نمى كند (كه آن تحت عنوان «نظريه وضعيت ايستا»ى عالم شناسى خوانده مى شود.) از نقطه نظر رياضى، اين گفته بدان معناست كه عالم به رغم آنچه كه از ظواهر امر بر مى آيد در واقع در زمانى بى نهايت دور متولد شده است. لذا مدل «وضعيت ايستا» با زرنگى تمام مشكل سن عالم را مرتفع كرد و بدين ترتيب بسيارى از ظرافت نهفته در آن به حيرت آمدند. با اين حال براى آن كه چگالى ماده ثابت باقى بماند، لازم بود ماده از جايى چون هيچ كجا به داخل عالم نشت كند. مطرح كنندگان اوليه اين نظريه به اين نكته اشاره داشتند كه اين موضوع كمتر از اين كه بگوييم عالم به يك باره در حادثه اى كه هويل به طعنه آن را «انفجار بزرگ» خواند پديد آمد غيرقابل قبول نيست. تا اواخر دهه ،۱۹۵۰ اندازه گيرى هاى جديد نشان دادند كه سن عالم بهتر است بالاتر از سن زمين باشد، كه در واقع به نوعى خالى كردن زير پاى مدل «وضعيت ثابت» بود. ولى ضربه واقعى خردكننده در سال ۱۹۶۴ با مهم ترين كشف در عالم شناسى از زمان قانون هابل وارد شد. دو مهندس آمريكايى در حال يافتن منبع نوعى «هيس» ريزموج بودند كه نوعى آنتن راديويى شيپورى شكل در آزمايشگاه بل در نيوجرسى آن را يافته بود. چنين به نظر مى رسد كه اين موج از ماوراى كره زمين آمده بود، ولى اهميت آن تنها پس از آن كه مهندسين با اختر _ فيزيكدانان در دانشگاه پرينستون گفت وگو كردند، مشخص شد. اختر _ فيزيكدانان به مهندسين گفتند كه هيس مذكور دقيقاً از تابش حرارتى انتقال يافته به قرمز كه پس از انفجار بزرگ باقى مانده انتظار مى رفت.
•شواهد نهايى و تعيين كننده
كشف اين پس زمينه ريز موجى عالم را امروز بهترين شاهد بر اين كه جهان به صورت يك گلوله آتشين عظيم آغاز شد، تلقى مى كنند. ليكن اين تنها قرينه و شاهد نيست. بيش از ۵۰ سال قبل، اختر _ فيزيكدان روسى _ آمريكايى جورج گاموف و همكارانش دريافتند كه حرارت حاصل از انفجار بزرگ آغاز واكنش هاى هسته اى بود كه مى توانستند عناصر شيميايى را به وجود آورند. آنها حساب كردند كه جهان بايد از حدود سه قسمت هيدروژن در برابر يك قسمت هليوم تشكيل شده باشد _ چيزى كه بعدها اخترشناسان آن را تائيد كردند.
در سال هاى دهه ،۱۹۷۰ نظريه پردازان شروع كردند به دست و پنجه نرم كردن با آثار كوانتومى كه احتمالاً در عالم كوچك و به شدت گرم اوليه وجود داشت. توجه ها معطوف به به اصطلاح ميدان هاى اسكالر شد، كه عالم شناسان در اتحاد جماهير شوروى و ايالات متحده نشان دادند مى توانستند موجب آغاز انبساط عالم با سرعتى باورنكردنى تحت عنوان بادكردگى شوند. از اين هم بهتر، اين ميدان هاى ضد جاذبه مى توانستند انرژى خويش به درون عالم تازه متولد شده را خالى كنند و بدين ترتيب نوعى از حرارت و ماده را توليد كنند كه مورد نياز انفجار بزرگ بود.
اين تنها يك نظريه بود، دلايل و شواهد به نفع آن در سال ۱۹۹۲ يعنى با شروع دوران جديد جهان شناسى ظاهر شدند. ماهواره «كاوشگر پس زمينه جهان» كه در نوامبر ۱۹۸۹ به فضا پرتاب شد، تابش ريزموجى را كه عالم را با دقتى بى سابقه پر كرده بود مورد توجه و بررسى قرار داد و بدين ترتيب نگرش هايى كه زمانى تنها مى شد خواب آنها را ديد به عالم شناسان داد. «كاوشگر پس زمينه جهان» نشان داد كه گلوله آتشين اوليه اكنون با دماى درست ۷۳/۲ درجه بالاتر از صفر مطلق سرد شده است. همچنين نشان داده شد كه پس زمينه ريزموجى جهان داراى ويژگى هاى فنى است كه به طور گسترده در راستاى نظريه بادكردگى (inflation) است.
•رازگشايى هاى جديدتر
از آن زمان تاكنون، رصدها از زمين و نتايج حاصل از ماهواره ناسا به نام Wilkinson Microwave Anisotropy Prohe كه دماى تابش پس زمينه اى جهان را بر پهنه آسمان اندازه مى گيرد جزئيات بيشترى به دست داده اند، انتظار مى رود كه ماهواره «آژانس فضايى اروپا» تحت عنوان پلانك كه قرار است سال ۲۰۰۷ به فضا پرتاب شود، شواهد بيشتر و نگرش گسترده ترى پيرامون بادكردگى فراهم شود. اگر هم اطلاعاتى را كه تاكنون جمع آورى شده روى هم بگذاريم تصويرى از يك عالم نوزاد به دست مى آيد كه حدود ۱۳۷۰۰ ميليون سال پيش به ناگهان و گويى از هيچ كجا دچار تورم و بادكردگى شد. سپس در حالى كه آكنده از ميدان هاى اسكالر بود به ناگهان دچار تورم شد و ظرف حدود ۱۲ _ ۱۰ ثانيه از چيزى در حدود يك ميليارد بار كوچكتر از پروتون به اندازه يك گريپ فروت رسيد، سپس بازهم به ناگهان، ميدان اسكالر فرو ريخت و انرژى به شكل تابش ماده آزاد كرد كه آن را ما انفجار بزرگ مى خوانيم.
لذا به نظر مى رسد كه انفجار بزرگ روى هم رفته آغاز همه چيز نبود، بلكه تنها حاصل آثارى بود كه پيش از آن در جهان تازه متولد دست اندركار بودند. درك اين آثار مستلزم نه چيزى كمتر از «نظريه همه چيز» كه قادر به توضيح تمام نيروهاى طبيعت و ذراتى كه اين نيروها بر آنها عمل مى كنند - و حتى منشاء مكان و زمان _ است.اين چشم اندازى ترس آور است، ولى نظريه پردازان اميدوارند كه بتوانند منبع توانمند جديدى براى ديدگاه هايمان فراهم آورند: امواج جاذبه.
تصور مى شود اين خيزابچه ها (ripples) در خود بافت مكان و زمان، كه در سال ۱۹۱۶ اينشتين وجود آنها را پيش بينى كرده بود، با شديدترين و قوى ترين رويدادهاى عالم مثل انفجار سوپرنوواها و تصادم چاله هاى سياه آغاز شدند. اخترشناسان هم اكنون به فكر ساخت رصدخانه هاى عظيم فضايى كه قادر به كشف امواج جاذبه اى كه در جريان انفجار بزرگ، بادكردگى و شايد حتى عملاً خود لحظه خلقت به وجود آمده اند باشند.
تا اين لحظه كسى نتوانسته امواج جاذبه را كشف كند؛ حضور آنها در واقع پيش گويى بزرگ اينشتين است كه هنوز در انتظار تائيد و تصديق است. اگر آن طور كه بيشتر دانشمندان عقيده دارند اينشتين حق داشته و امواج جاذبه واقعاً وجود داشته باشند، آنها همان كليدى خواهند بود كه قفل راز نهايى عالمى را كه خود وى بسيار براى حل آن تلاش كرد، خواهند گشود.
Focus,Dec.2004
رابرت ماتيو
ترجمه: ع. فخرياسرى
روزنامه شرق

نقش صاعقه و هيدروژن در پيدايش حيات

بر اساس يك رشته تحقيقات تازه، شرايط حاكم بر دوران اوليه زمين به گونه ا ى بود كه نخستين مصالح ابتدايى حيات ممكن است در اثر ضربات صاعقه به وجود آمده باشد. كارشناسان با انتشار مقاله ا ى در نشريه «ساينس» مى گويند كه گاز هيدروژن زمانى از عناصر اصلى تشكيل د هنده اتمسفر بود و جرقه اى آسمانى ممكن است باعث كنش و واكنش ميان هيدروژن و ساير عناصر جوى شده و به پيدايش سرمنشاء شيميايى حيات دامن زده باشد. اين تحقيقات احياگر ايده ا ى قديمى است كه مى گويد كنش و واكنش در اتمسفر اوليه زمين ميان هيدروژن و ساير گازهاى ساده، كه در اثر حرارت صاعقه داغ مى شوند، به ايجاد مصالح سازنده مولكول هاى زيستى منجر شد. آزمايش ها نشان داده است كه امكان وقوع چنين واكنش هايى وجود دارد. اما دانشمندان از مدت ها قبل بر اين باور بودند كه هرچند هيدروژن هميشه در اتمسفر وجود داشته اما مقدار آن بسيار اندك بوده است. هيدروژن كه سبك ترين گاز است به راحتى از جو زمين فرار مى كند و وارد فضا مى شود. اما به گفته برايان تون (شيميدان) و همكارانش چند ميليارد سال قبل، شرايط كاملاً متفاوتى بر زمين حاكم بود به طورى كه هيدروژن پس از فرار از آتشفشان ها در جو زمين به تله مى افتاد و تا يك سوم آن را تشكيل مى داد. اگر چنين باشد امكان پيدايش سالانه هزاران ميليون تن مولكول زيستى ساده در اثر جرقه هاى آسمانى وجود داشته است. با كنش و واكنش اين مولكول ها با يكديگر و پيدايش مولكول هاى پيچيده تر، برخى جنبه هاى حيات به تدريج آغازيدن گرفت. بعيد است هرگز دريابيم حيات دقيقاً در كجا آغاز شد. اما تحقيقات تازه اين عقيده را تقويت مى كند كه حيات از نوعى كنش و واكنش شيميايى اوليه پديد آمده است.
BBC

ده آزمايش كه جهان را متحول كرد

رابرت ماتيوز
ترجمه: ع فخرياسرى
1 - هاينريش هرتز و كشف امواج راديويى
تاريخ: ۱۸۸۸
در سال ۱۸۸۸ يك جرقه سوسوزن در محيط تاريك آزمايشگاهى در آلمان نويدبخش شروع يك انقلاب فنى با ابعادى بى سابقه شد. هاينريش هرتز فيزيكدان ۳۱ ساله در انستيتو فنى كالسروهه يك مدار الكتريكى به وجود آورده بود كه در گوشه آزمايشگاهش جرقه زد و او جرقه ديگرى را در گوشه ديگر اتاق درست روبه روى آن مشاهده كرد. هرتز وجود امواج نامريى انرژى الكترومغناطيس را نشان داد كه قادرند به سرعت نور حتى در فضاى خالى حركت كند. وجود اين امواج را فيزيكدان اسكاتلندى جيمز كلارك ماكسولى ۱۵ سال پيش از آن پيش بينى كرده بود و از آن زمان تا به امروز به صورت اساس و پايه شبكه جهانى راديو، تلويزيون و مخابرات دور درآمده است.
۲- استانلى ميلگرام و اطاعت از قدرت
تاريخ: ۱۹۶۱
در ژوئن ۱۹۶۱ يك آگهى در روزنامه اى در ايالت كنكتيكات از خوانندگان دعوت به شركت در يك مطالعه علمى درباره حافظه كرد. آگهى را يك پروفسور ۲۷ ساله روانشناس در دانشگاه ييل به نام استانل ميلگرام داده بود، ولى آزمايش مورد نظر واقعاً آن طور كه در بادى امر به نظر مى رسيد نبود. به كسانى كه در اين تجربه شركت داشتند گفته شده بود كه موضوع مورد نظر تاثير تنبيه بر روى يادگيرى است و آ نها را به اتاقى هدايت مى كردند كه مردى را در آنجا با سيم هاى داراى الكترود بسته بودند و گفته مى شد مى توانستند شوك هاى دردناكى به او بدهند. سپس به شركت كنندگان گفته مى شد كه فهرستى از واژه هايى كه با تداعى به دنبال يكديگر مى آمدند به صداى بلند بخوانند و هنگامى كه شاگرد مورد نظر در بازگويى آن واژه ها دچار اشتباه مى شد با هر اشتباه يك شوك الكتريكى به وى وارد كنند. اين كار به كمك كنسولى با كليد هاى مختلف از ۱۵ تا ۴۵۰ ولت صورت مى گرفت. شركت كنندگان كه با ديوارى از شاگرد جدا شده بودند مى توانستند فرياد هاى ناشى از درد او را در پى هر بار وارد شدن شوك الكتريكى به دنبال اشتباه بشنوند. با بدتر شدن وضع و زجر كشيدن شاگرد مورد نظر بسيارى از شركت كنندگان معترض شدند ولى دانشمند مسئول در پاسخ تنها مى گفت كه آزمايش بايد ادامه يابد و ۶۵ درصد آنها هم به اين كار ادامه دادند. با بالا رفتن ميزان ولتاژ شوك هاى الكتريكى كم كم ضجه ها و فرياد ها تبديل به سكوتى شوم شدند.
تنها پس از آن كه آزمايش به پايان رسيد، حقيقت به شركت كنندگان گفته شد: اين شاگرد اصلاً يك هنرپيشه بوده و درد و رنجى در كار نبوده است. ميلگرام نشان داد كه مى توان مردم عادى را اگر تصور كنند كه مى توانند از مسئوليت شانه خالى كنند و آن را به مقامات واگذارند، به زجر دادن افراد غريبه تا حد مرگ تشويق و قانع كرد. در دهه ۱۹۶۰ تجربه ميلگرام آب خنكى بود بر خشم ناشى از اعمال نازى ها. همان طور كه رسوايى اخير در مورد نحوه رفتار با زندانيان عراقى نشان داد، تجربه ميلگرام هنوز هم اهميت خود را از دست نداده است.
۳- انريكو فرمى و نخستين واكنش زنجيره اى هسته
تاريخ: ۱۹۴۲
فكر خارج ساختن انرژى مفيد از اتم ها را برخى از برجسته ترين دانشمندان جهان از جمله اينشتين بسيار دور از دسترس مى پنداشتند تا آنكه از تجربه اى كه مخفيانه در حياط خلوتى در دانشگاه شيكاگو صورت گرفته بود خبر دار شد؟ در يك روز سرد ماه دسامبر ۱۹۴۲ فيزيكدان ايتاليايى و برنده جايزه نوبل انريكو فرمى كار ساخت نخستين رآكتور اتمى جهان را كه تقريباً شكل كروى داشت به اتمام رساند. اين رآكتور شامل چندين تن گرانيت و اورانيوم راديواكتيو به همراه ميله هاى مركزى از جنس كارميوم بود. اينها طورى طراحى شده بودند كه مى توانستند نوترون هاى خارج شده توسط اتم هاى اورانيوم را كه هر يك قادرند اتم هاى اورانيوم بيشترى را بشكافند، جمع آورى كنند و بدين ترتيب زنجيره اى از واكنش ها را موجب شوند كه بالقوه قابليت انفجارى دارند. هنگامى كه فرمى دستور داد ميله هاى كنترل به آرامى خارج شوند تا نوترون ها آنقدر زياد شوند كه بتوانند واكنش زنجيره اى را تداوم بخشند، رآكتور عظيم شروع به توليد نيرو كرد. فرمى گذاشت به مدت چهار و نيم دقيقه اين جريان ادامه يابد. نيروى توليد شده به زور بيشتر از نيم وات مى شد، ولى بدين ترتيب ثابت شد كه واكنش زنجيره اى واقعى است و مى توان آن را كنترل كرد. نيروى هسته اى هديه اى بود كه او به دنيا داد.


4- تاييد نظريه جاذبه اينشتين توسط ادينگتون
تاريخ: ۱۹۱۹
آلبرت اينشتين صبح روز هفتم نوامبر ۱۹۱۹ از خواب بيدار شد و يك باره كشف كرد كه به عنوان درخشا ن ترين دانشمند جهان مورد تحسين همگان است. رسانه هاى جهانى نتايج تجربه اى را منتشر كرده كه برترى نظريه جاذبه وى تحت عنوان «نسبيت عام» را بر قانون جاذبه نيوتن با چند صد سال سابقه نشان مى داد. بر طبق «نسبيت عام» جاذبه حاصل منحنى شدن مكان و زمان است كه موجب خم برداشتن مسير اشعه نورى مى شود كه از نزديكى هرجرمى عبور مى كند. آرتور ادينگتون اختر- فيزيكدان از دانشگاه كمبريج بر آن شد كه با اندازه گيرى از كسوفى كه در تاريخ مه ۱۹۱۹ اتفاق افتاد از ستارگان قابل رويت در نزديكى خورشيد اين نظريه را ثابت كند. نظريه اينشتين اثر خم كننده اى در برابر آنچه كه از نظريه نيوتن انتظار مى رفت را پيش بينى مى كرد ولى اين هنوز بسيار ناچيز بود. يعنى معادل ضخامت يك تار مو كه در فاصله ۱۴ مترى ما قرار دارد! ادينگتون پس از ماه ها تحليل تصاوير برداشته شده از كسوف اعلام كرد كه جابه جايى بسيار ناچيزى كه در محل ستارگان مشهود است نشان مى دهد كه نظريه اينشتين بر نظريه نيوتن پيروز شده است. برخى تاريخ نگاران در آن زمان و بعد ها گفتند كه گويا نتايج ادينگتون آن گونه اى كه ادعا مى كرد روشن و صريح نبودند و اين در حالى است كه ادينگتون هيچ گاه تحسين خويش از اينشتين و نظريه اش را مخفى نمى كرد. اندازه گيرى هاى بسيار دقيق تر از آن زمان تاكنون بار ها صحت پيش بينى اينشتين را تاييد كرده اند.
۵-آزمايش مايكلسون - مورلى
تاريخ: ۱۸۸۷
اگر در جاده اى با سرعت ۷۰ كيلومتر در ساعت در حركت هستيد و اتومبيل ديگرى نيز با سرعت ۷۰ كيلومتر در ساعت به سمت شما مى آيد سرعت نسبى دو اتومبيل چقدر است؟ پاسخ آسان است، اين طور نيست؟ ۱۴۰ كيلومتر عقل سليم هم اين را مى فهمد. با اين وجود در سال ۱۸۸۷ آلبرت مايكلسون و ادوارد مورلى نشان دادند كه «عقل سليم» را با شعاع نورى كارى نيست .آنها در پى يافتن «اتر» بودند، ماده اى كه گفته مى شد عالم پر از آن است و تنها به خاطر آن است كه نور مى تواند در خلا حركت كند. آنها نتوانستند هيچ اثرى از «اتر» بيابند ولى كشف كردند كه نور صرف نظر از آن كه بيننده نسبت به آن چگونه حركت مى كند همواره سرعت يكسانى دارد. اين نتيجه گيرى برخى از دانشمندان را بر آن داشت كه مطرح كنند تقصير به گردن ابزار مورد استفاده از آزمايش است و ساختمان اتمى آن با حركت زمين در فضا دستخوش تغيير مى شود. يك كارمند جوان اداره ثبت اختراعات در سوئيس به نام اينشتين تصور مى كرد كه پاسخ اين سئوال را مى دانست. او چنين استدلال مى كرد كه سرعت نور از جمله سرعت هاى معمولى نيست، بلكه يك ثابت جهانى و براى تمام بينندگان يكسان است. اين فكر او را به سمت نظر نسبيت خاص راهنمايى كرد كه شامل حال همه چيز از الكترونيك تاmc2 = E مى شد.
۶- دالى گوسفند زاده شده از كلون
تاريخ: ۱۹۹۷
در فوريه ۱۹۹۷ تصوير يك گوسفند بر صفحات نخست روزنامه ها در سرتاسر جهان ظاهر گرديد. اين گوسفند كه نامش دالى بود نخست كلون حيوان بالغ ديگرى بود: رونوشت ژنتيكى كاملى از DNA خارج شده از يكى از سلول هاى يك گوسفند ماده. چند ماه بعد همين تيم دانشمندان از موسسه روسلين در اسكاتلند دو بره ديگر زاده شده از كلون به نام هاى مولى و پولى را معرفى كردند كه DNA آنها به وسيله مهندسى ژنتيك از يك انسان منتقل شده بود و لذا شير آنها حاوى نوعى ماده لخته كننده خون بود كه در درمان هموفيلى كاربرد داشت. اين نخستين تجربيات همچون گام هاى بزرگى به سمت «داروسازى» به معناى توليد انبوه تركيبات دارويى سودمند براى انسان توسط حيواناتى كه به همين منظور «كلون» شده اند مورد تحسين و تمجيد قرار گرفتند. ليكن بعد ها معلوم شد كه دالى تنها مورد موفق از ميان ۳۰۰ مورد تلاشى بود كه در انستيتو روسلين براى «كلون» كردن جنين حيوانات صورت گرفت. دالى در سال ۲۰۰۳ در حالى كه تنها نيمى از عمر طبيعى اش را پشت سر گذاشته بوده درگذشت، در حالى كه به دنبال خودنگرانى عميقى درباره استفاده از تكنيك «كلون» براى خلق همه چيز از موش آزمايشگاهى تا انسان هاى «كامل» بر جاى گذاشت. اين نگرانى ها پايايى تجارى آن را نيز زير سئوال برد.
۷- اوسوالد آورى و DNA
تاريخ: ۱۹۴۴
زيست شناسان فرانك كريك و جيمز وات معمولاً به عنوان كسانى كه راز حيات در شكل DNA موجود در سلول هاى زنده را كشف كردند شناخته مى شوند ليكن «سرنخ اساسى و مهمى كه آنها را متوجه اهميت DNA ساخت نتيجه آزمايشاتى بود كه اوسوالد آورى و همكارانش در دانشگاه راكفلر در نيويورك انجام داده بودند. سال ها دانشمند DNA را به اين دليل كه بيش از اندازه براى توضيح تنوع خيره كننده جهان ساده است رد مى كردند و در عوض بر اين گمان بودند كه اين پروتئين ها هستند كه اطلاعات ژنتيكى را منتقل مى كنند. ليكن آورى و همكارانش نشان دادند كه همه در اشتباه بودند. در سال ۱۹۴۴ پس از سال ها آزمايشات توان فرسا بر روى باكترى ها نشان دادند كه انتقال DNA از يك ميكروب به ديگر موجب مى شود كه صفاتش نيز منتقل شود. خيلى ها با اين شواهد به شدت مخالفت كردند ولى كريك و واتسون بر آن شدند كه اين رشته حياتى را دنبال مى كنند كه حاصل آن جايزه نوبلى بود كه نصيب اين دو گرديد. جالب است كه بدانيم تنها نتيجه مخالفت منتقدين محروم شدن آورى از جايزه نوبل بود!
۸- جورج مندل و وجود ژن ها
تاريخ: ۱۸۵۷
نظريه داروين درباره تكامل در درك ما از زندگى بر روى زمين تحولى به وجود آورد. ليكن اين فكر كه چگونه صفات در ميان نسل ها انتقال مى يابد همواره فكر داروين را مشغول مى داشت. در سال ۱۸۵۷ يك كشيش و راهب اتريشى به نام جورج مندل پاسخ اين پرسش را يافت. او با آزمايشات دقيقى بر روى گياهان نشان داد كه هر دو والد گياه به يكسان صفاتى را به فرزند خويش منتقل مى كنند و همين قانون بسيار ساده است كه تنوع گسترده اى از تركيبات بين صفات را موجب شده است. از اين مهم تر او كشف كرده كه صفات با يكديگر تركيب نمى شوند بلكه متمايز از يكديگر باقى مى مانند. گياهان بلند و كوتاه همواره گياهانى را به وجود مى آورند كه همواره در يكى از اين مقوله قرار مى گيرند و نه بين آن دو. اين نشان داد كه صفات مذكور به صورت دستجات مشخص و مجزايى به ارث مى رسند كه بعدها آنها را ژن خواندند ليكن جالب اينجاست كه اهميت يافته هاى مندل تا اوايل سده بيستم ناشناخته باقى ماند.
۹- ادوارد جنر و واكسيناسيون
تاريخ: ۱۷۹۶
در سال ۱۹۸۰ «سازمان جهانى بهداشت» بيانيه شگفتى آورى را منتشر ساخت. آبله بيمارى ويروسى كه زمانى سالانه يك ميليون تن را به هلاكت مى رساند از كره زمين محو شده بود. نخستين پيروزى كامل و تمام عيار بر يك بيمارى همه گير نتيجه مستقيم شايد مهم ترين آزمايشى بود كه تاكنون صورت گرفته است. اين آزمايش دويست سال قبل توسط پزشكى اهل گلوكستر شاير صورت گرفت. قرن ها بود كه پزشكان در آسيا متوجه شده بودندكسانى كه در معرض بيمارى آبله بودند، گاه مى توانستند در برابر آن محافظت شوند. در اوايل سده هجدهم اين فكر توسط بانو مرى ورتلى مونتاگو، همسر ديپلماتى در تركيه به انگلستان آورده شد. وى طرفدار «آبله اى» كردن عمدى مردم با استفاده از مقدار بسيار كمى از بافت آلوده بود. اگرچه اين شيوه تا اندازه اى موثر بود ولى هنوز از هر هشت نفر كه مبادرت به اين كار مى كردند يكى به خاطر ابتلا به آبله كشته مى شد.
جنر در فكر آن بود كه ببيند مى توان مردم را با قرار گرفتن در معرض آبله گاوى كه بيمارى ظاهراً مرتبط با آبله انسانى و بى ضرر است در برابر بيمارى آبله انسانى محافظت نمود. در ۱۴ مه ۱۷۹۶ جنر مواد آلوده به آبله گاوى را وارد بريدگى روى بازوى كودك هشت ساله اى به نام جيمز پيپس نمود. پس ازگذشت ده روز پيپس دچار تب خفيف و سپس تاول هاى چركى شبيه آبله گرديد. سپس در اول جولاى جنر كودك را «آبله اى » نمود كه حاصل آن بود كه به هيچ وجه دچار بيمارى و عوارض آن نشد.
ظرف چند سال «واكسيناسيون» (كه در لاتين از لغتى به معناى گاو گرفته شده) در انگلستان و خارج از آن كاملاً رواج يافت. اين كه دقيقاً واكسيناسيون چه مى كند تا زمان پى بردن به سيستم ايمنى ناشناخته باقى ماند. امروز مى دانيم كه سلول هاى اين سيستم توسط واكسن آموزش مى بينند تا بتوانند هرچه سريع تر مهاجمين را پيدا كنند. جنر خود بر اين باور بود كه اين موضوع به هر حال به تعامل بين بدن و آنچه كه او «ويروس» آبله گاوى مى خواند مربوط مى شد. در واقع واژه ويروس كه امروز هم به كار مى بريم توسط ادوارد جنر ابداع گرديد.
۱۰- پاستور و ميكروب
تاريخ: ۱۸۶۰
در سال ۱۸۶۰ شيميدان برجسته فرانسوى لويى پاستور مبادرت به انجام آزمايشى با استفاده از لوله هايى با اشكال عجيب و غريب نمود كه نه تنها تصورات قرون وسطايى در مورد حيات را كنار زد بلكه علت حقيقى بيمارى ها را نيز آشكار ساخت. قرن ها تصور مى كردند كه حيات خود به خود از ماده مرده مثل گوشت در حال فساد به وجود مى آيد. پاستور اين تصور را خيالى بيش نمى دانست در عوض بر اين باور بود كه آنچه كه ما مى بينيم در واقع آثار ناشى از ميكروب هاى غيرقابل ديدن يا به اصطلاح ژرم در هواست.
او براى اثبات اين نظر خويش لوله هاى آزمايش را پر از شيره گوشت پخته و جوشيده شده كرد كه هريك تنها از طريق لوله اى به شكل S با هواى بيرون رابطه داشت. برطبق نظريه ايجاد خود به خودى حيات اين اتفاق بايد پس از مدت كوتاهى به شكلى معجزه آسا رخ دهد. ولى پس از ماه ها انتظار چنين اتفاقى رخ نداد. اين براى پاستور كاملاً معنى دار بود. جوشاندن موجب كشته شدن هر ژرمى كه در شيره گوشت وجود داشت شد و ژرم هاى جديد نيز به دليل دهانه هاى لوله اى S مانند نتوانستند خود را به آنجا برسانند.
طرفداران ايجاد خود به خودى حيات كوشيدند با اين ادعا كه جوشاندن به هر صورت و به هر نحوى آن «نيروى حياتى» اسرارآميز موجب بروز حيات را از ميان برده موضوع را پاسخ دهند ليكن پاستور جلوتر از آنها بود. او بعضى از دهانه هاى شيشه اى S شكل را شكست و منتظر ماند. بر طبق نظريه ايجاد خود به خودى حيات هيچ اتفاقى نبايد مى افتاد چون نيروى حيات مرده بود. ولى شيره گوشت به تدريج كدر شد چه ديگر مانعى بر سر راه ميكروب ها براى رسيدن به محتويات درون لوله هاى آزمايش نبود. پاستور ثابت كرد كه نيروى حيات در واقع افسانه اى بيش نيست. از سوى ديگر آزمايش وى مبين قدرت ميكروب هاى غيرقابل ديدن نيز بود. او بلافاصله از اين كشف خويش در عمل استفاده كرد و با اين كار صنعت ابريشم فرانسه با ابداع آزمونى براى يافتن كرم هاى ابريشم آلوده به اين ژرم ها سود بسيار برد.
, Dec.2004 Focus

نواحى درياگونه بر روى مريخ

مهدى اسحاقى: يك منطقه غير عادى بر روى مريخ، كه شايد در اثر جريان هاى آتشفشانى يا باران خاكستر به وجود آمده و بعدها توسط جريان آب فرسايش يافته باشد، كشف شد. اين تصوير كه توسط دوربين استريو وضوح بالاى (HRSC) مريخ نورد سازمان فضايى ناسا گرفته شده است، بخش هايى از گودال ها و نواحى دريامانند در مرز سرزمين هاى پست و مرتفع مريخ را نشان مى دهد. وضوح تصوير ۱۳ متر بر پيكسل است. بسيار جالب است كه اختلاف ارتفاع بين سرزمين هاى مرتفع و پست حدود ۵ هزار متر است. بنابراين مرز بين اين دو ناحيه شيب زيادى دارد. اما عاملى كه چنين اختلاف ارتفاعى را بر روى مريخ ايجاد كرده است جزء سئوال هاى بدون پاسخ اين سياره باقى مى ماند. مرز بين نواحى آتشفشانى و گودال هاى دريامانند، «آمازونيس سولسى» ناميده مى شود. اين توافق بين دانشمندان وجود دارد كه ماده تشكيل دهنده نواحى دريامانند خاكسترهاى ته نشين شده آتشفشانى است. ديواره هاى اين گودال ها با جريان هاى گدازه اى پوشيده شده است. عكس ها نشان مى دهد كه فرسايش آب قبل از ته نشين شدن مواد آتشفشانى پايان يافته است. سپس در اثر برخورد يك «بوليد» به نزديكى اين سطح جريان هاى سيالى مانند آب كه در زير سطح پوسته قرار داشته اند به بيرون فوران مى كنند. بوليدها اجسام آسمانى هستند كه ممكن است با سطح سياره برخورد كنند.
ParsSky.com

تايرهاى فرسوده در راه كارخانه هاى سيمان

فرايند توليد سيمان نيازمند انرژى زيادى است و از اين جهت علاقه زيادى به يافتن سوخت هاى جايگزين و ارزان در بين توليدكنندگان اين ماده وجود دارد.نبايد از نظر دور داشت كه كوره هاى سيمان محيط مناسبى براى به كارگيرى سوخت هاى جايگزين هستند. اين موضوع بيشتر از آن جهت است كه اين كارخانه ها داراى يك كوره طويل و بسيار داغ با دماى بالا هستند كه ضمناً زمان اقامت در آن نيز نسبتاً زياد است. در ادامه بايد متذكر شد كه كلينكر توليد شده در كوره مى تواند با خاكستر حاصل از سوخت هاى ديگر مخلوط شود بدون آن كه از كيفيت سيمان كاسته شود. اساساً تايرها يك سوخت فشرده با رطوبت بسيار كم هستند. تايرها داراى مقدارى از تركيبات آهن و روى هستند كه هر دو براى اختلاط با مواد خام سيمان مفيد است. به علاوه در اكثر كارخانه هاى سيمان مى توان تجهيزات حمل و نقل مواد را يافت و فقط بايد اندكى اصلاحات در آن صورت پذيرد تا بتوان در آنها سوخت حاصل از تاير (TDF) را خوراك دهى كرد.قابل ذكر است كه سوختن تاير در كوره سيمان باعث ايجاد مشكلات زيست محيطى نخواهد شد چون گزارشات سازمان حفاظت محيط زيست آمريكا (EPA) بيانگر آن است كه مواد منتشره از اين كوره ها مشكل ساز نبوده و در بعضى موارد باعث كاهش آلاينده هاى منتشره خواهد شد. بر اين اساس در سال ۲۰۰۱ حدود ۶۰ كوره سيمان آمريكا از تاير به عنوان سوخت كمكى استفاده كرده و بيش از ۵۳ ميليون حلقه تاير را به مصرف رسانده اند.در حال حاضر وجود تايرهاى فرسوده در محيط به ايجاد يك سرى مشكلات زيست محيطى براى سازمان هاى خدمات شهرى منجر شده است كه با به كارگيرى آنها در كوره هاى سيمان مى توان از حجم اين مشكل كاست. هدف اين مقاله ارائه نتايج تحقيق در زمينه وضعيت موجود ايران و جهان از لحاظ پتانسيل به خدمت گرفتن تاير به عنوان سوخت در كارخانه هاى سيمان و ارائه راهكارهاى مناسب است.
• مقدمه
در حال حاضر بيش از ۶۰ خط توليد سيمان در كشور وجود دارد كه سالانه بيش از ۳۰ ميليون تن سيمان توليد مى كنند و قرار است در پايان برنامه چهارم توسعه به رقم ۷۰ ميليون تن در سال برسد كه براى توليد اين حجم سيمان به انرژى الكتريكى و حرارتى زيادى نيازمند هستند (۶- ۴ ميليون كيلوژول براى توليد هر تن محصول) و با توجه به رشد چشمگير اين صنعت در ساليان گذشته و آهنگ تسريع اين رشد در سنوات آتى، اين صنعت بايستى در مصرف انرژى خود بازنگرى كند كه بخشى از آن از طريق ارتقاى سيستم ها و بهينه سازى مصارف انرژى به دست مى آيد. با توجه به سياست هاى جديدى كه دولت در بخش سوخت در پيش گرفته است به نظر مى رسد كه مناسب است صنعت سيمان نيز به دنبال سوخت هاى جايگزين و ارزان باشد تا در روند توسعه اى آن مشكلى بروز ننمايد. • فرايند توليد سيمان و وضعيت سيمان كشورصنعت سيمان ايران با سابقه هفتاد سال فعاليت با توجه به نوع و سطح تكنولوژى به كار گرفته شده در آن داراى روش هاى مختلف توليد است.از آنجايى كه سيمان پودرى است نرم، جاذب آب و چسباننده خرده سنگ كه اساساً مركب از تركيبات پخته شده و گداخته CaO با SiO2، Al2O3و Fe2O3 است، ملات اين پودر قادر است به مرور در مجاورت هوا يا در زير آب سخت شود و در زير آب ضمن داشتن ثبات حجم، مقاومت خود را حفظ كند. براساس اين تعريف ماده اصلى تشكيل دهنده سيمان اكسيد كلسيم (آهك) است كه با سه اكسيد ديگر تشكيل خواص سيمانى و چسبندگى را مى دهد و براى ساخت چنين موادى از سنگ آهك و يا خاك رس و يا مخلوط آنها استفاده مى شود. براى اين كه اين مواد با يكديگر تركيب شوند ابتدا بايستى مواد در سنگ شكن اوليه خرد شده پس از طى مرحله هموژنيزاسيون در آسياب، مواد خام پودر شده و پس از تنظيمات مقدماتى و نهايى به عنوان مواد خام يا خوراك كوره مورد استفاده بعدى قرار گيرد. در فرايند پخت شرايطى فراهم مى شود كه مواد اوليه تنظيم شده تبديل به مينرال هاى هيدروليك شوند. شرايط لازم اين تغييرات آن است كه درجه حرارت تا حدى بالا باشد كه مواد اوليه ضمن از دست دادن رطوبت و تجزيه شدن به اكسيدهاى متشكله، مقدارى گداخته شدند تا مينرال اصلى سيمان پديد آيد، سپس مواد حاصله را سريعاً سرد كرده تا كريستال ها فرصت درشت شدن و برگشت واكنش را نداشته باشند. محصول حاصله در اين بخش كلينكر نام دارد و مى بايد همراه با چند درصد سنگ گچ در آسياى سيمان پودر و به سيمان آماده مصرف تبديل شود. روش توليد سيمان با توجه به نوع سيستم پخت كه شامل كوره و خنك كن آن است براساس ميزان رطوبت مواد كه به كوره تغذيه مى شوند به چهار روش توليد تقسيم مى شوند: ۱- روش تر با درصد رطوبت خوراك كوره بين ۴۰- ۲۵ درصد ۲- روش نيمه تر با درصد رطوبت خوراك كوره بين۲۱- ۱۷ درصد۳- روش نيمه خشك با درصد رطوبت خوراك كوره بين ۱۲- ۱۰ درصد۴- روش خشك كه درصد رطوبت مواد ورودى به كوره كمتر از يك درصد است.
• مواد اوليه از آنجايى كه بخش اعظمى از مواد خام مورد نياز سيمان متشكل از كربنات كلسيم است بنابراين حرارت دادن به مواد خام در يك كوره سيمان همراه با حدود ۳۵ درصد كاهش وزنى ناشى از متصاعد شدن CO2 است، لذا به خاطر جبران اين كاهش وزن براى توليد يك تن سيمان حدود ۵/۱ تن مواد اوليه مصرف مى شود. مواد خام مورد نياز در صنعت سيمان عبارتند از: سنگ آهك، خاك رس، سنگ شيشه، سنگ آهن، سنگ گچ، سنگ تراس يا پوزولان خوراك كوره هاى سيمان به طور رايج حاوى ۷۸ تا ۸۰ درصد كربنات كلسيم (CaCO3) است و بنابراين بسته به مقدار ديگر تركيبات موجود در سنگ آهك، تركيبات شيميايى آن به تركيب شيميايى خوراك كوره نزديك مى شود. وجود مقدار كافى از كمك ذوب ها (Mg ، Fe ، Al ،F) به عنوان عامل پيش برنده پديده ذوب و امتزاج مواد در كوره كاملاً ضرورى است.مواد اوليه استخراج شده معمولاً به نسبت هاى زير با هم مخلوط مى شوند:سنگ آهك CaO ۸۵ درصدشيل يا خاك رس ۱۳ درصدمواد افزودنى ۱۲ درصداغلب كارخانجات سيمان در كنار ذخاير سنگ آهك و شيل يا خاك رس كه معمولاً براى اكثر كارخانجات شرايط دسترسى و استخراج آن سهل الوصول است، احداث مى شوند. مواد افزودنى و تصحيح كننده خوراك كوره به رغم مقادير كم و محدود آن معمولاً از بيرون كارخانه تامين مى شود.مواد اوليه مورد نياز براى توليد سيمان بعد از استخراج به وسيله لودر يا بيل مكانيكى بارگيرى و به وسيله كاميون، نوار نقاله، واگن زمينى يا هوايى، مواد حمل شده و به داخل سنگ شكن هدايت مى شوند.بايستى متذكر شد كه ارزش سوخت مصرفى كارخانجات سيمان ايران بالغ بر ۲۵۰ ميليون دلار برآورد شده است كه اين رقم ارزش يك ميليارد و هفتصد و پنجاه ميليون ليتر نفت كوره و حدود ۵۰۰ ميليون مترمكعب گاز طبيعى است.

• وضعيت تايرهاى فرسوده كشورميزان توليد كنونى انواع تاير در كشور بين۲۰۰-۱۸۰ هزار تن برآورد مى شود كه اين عدد به نوعى بيانگر توليد حدود ۱۰ ميليون حلقه انواع تاير در كشور است. در حال حاضر در كشور ۸ كارخانه توليد تاير وجود دارد كه بين ۹۰-۸۰ درصد از نياز كشور را تامين مى كنند و بقيه نيز از طريق واردات تامين مى شود.نبايد از نظر دور داشت كه ارقام فوق براى توليد حدود ۵۰۰ هزار خودرو در سال بوده است و با افزايش توليد خودرو تا حد يك ميليون خودرو در سال بايد منتظر روند رو به رشد توليد و مصرف تاير در كشور بود. اين موضوع بيانگر الزاماتى است كه بابت افزايش خودروهاى جديد به بازار وارد مى شود. در مورد الزاماتى كه از سوى خودروهاى موجود در كشور بر اين بازار اعمال مى شود، مى توان به شديدتر شدن سختگيرى ها در مورد آج تايرهاى خودرو اشاره كرد، چون در حال حاضر شاهد تردد خودروهايى هستيم كه تاير آنها فاقد آج مناسب و شرايط لازم براى استفاده است كه شديدتر شدن سختگيرى ها در اين زمينه نيز باعث افزايش مصرف تاير در كشور خواهد شد.در مورد دسته بندى كلى روش هاى استفاده از تايرهاى فرسوده نيز مى توان به موارد زير اشاره كرد:

۱- دفن در مراكز دفن زباله يا تلنباركردن در مراكز ديگر

۲- بازيابى انرژى

۳- بازيابى لاستيك (استفاده در آسفالت، پوشش سالن ها و مراكز بازى، قطعات لاستيكى و...)

۴- استفاده در امور راه و ساختمان (جاده، پل، ديواره و...)

۵- صادرات تايرهاى مستعمل۶- كاربردهاى متفرقه

• وضعيت استفاده از تايرهاى فرسوده در جهانتاير محصولى است كه در تمامى نقاط دنيا مورد استفاده قرار مى گيرد و البته ميزان مصرف تاير در نقاط مختلف دنيا متاثر از تعداد خودروها، قوانين، فرهنگ مصرف، ميزان دسترسىبه تاير، رشد اقتصادى كشور و... است.طبق آمار به دست آمده در كشورهاى صنعتى در هر سال به ازاى هر شهروند يك حلقه تاير مصرف مى شود و اين به معنى سرانه مصرف تقريبى ۹ كيلوگرم تاير در سال است. طبق آمارهاى موجود جمعيت ۶۵ ميليون نفرى ايران نيز در هر سال حدود ۱۰ ميليون حلقه تاير مصرف مى كنند كه اين به معنى مصرف بيش از ۲۰۰ هزار تن تاير در سال است.بازيافت تايرهاى فرسوده در كشورهاى عضو اتحاديه اروپا به شكل گسترده اى در حال اجرا است. در حال حاضر تعدادى از نخستين اعضاى اصلى اين اتحاديه پروژه انهدام تايرهاى فرسوده را به اجرا گذاشته اند و اين مسئله ظرف پنج سال آينده در تمامى كشورهاى جديدالورود به اين اتحاديه نيز به وقوع خواهد پيوست.در اتحاديه اروپا شركت هاى تايرسازى تمايل خود را براى مشاركت در فرايند انهدام اين تايرها تحت اصل «تعهدات بيشتر توليدكنندگان» اعلام كرده اند.بايد توجه داشت كه در اروپا وضعيت در حال سخت تر شدن است و كشورهاى عضو اتحاديه اروپا حق ندارند پس از سال ۲۰۰۵ تايرهاى مستعمل را به صورت خرد شده و يا خرد نشده در مراكز زباله دفن كنند و كشورها بايستى براى آنها كاربردهاى جديد پيشنهاد كنند.در آمريكا نيز به عنوان يكى از قطب هاى مصرف تاير جهان وضعيت مشابهى برقرار شده است به نحوى كه طبق بررسى هاى انجام شده امروزه در آمريكا حدود ۴۰ درصد از ۲۸۰ ميليون تاير فرسوده به عنوان سوخت مكمل (TDF) در صنايع توليد سيمان، كاغذ و وسايل الكتريكى مورد استفاده قرار مى گيرد و كلاً حدود ۸۰ درصد از تايرهاى فرسوده مورد بازيافت قرار مى گيرند. در آمريكا در سال ۲۰۰۲ در بيش از ۶۰ كوره سيمان از سوخت تاير استفاده شده است.اين در حالى است كه حدود ۱۰ سال قبل وضعيت بازار تايرهاى فرسوده در آمريكا تقريباً برعكس اوضاع كنونى بود يعنى فقط حدود ۲۰ درصد از تايرهاى توليدى مورد بازيافت قرار مى گرفت و حدود ۸۰ درصد به مراكز دفن زباله مى رفت.نبايد فراموش نمود كه دفن تاير ها در مراكز زباله كار بسيار مشكلى است چون تاير ها نسبت به وزن خود حجم زيادترى را نسبت به ساير زباله ها اشغال مى نمايند و در صورت خرد كردن نيز هزينه خردايش آنها بر عهده مراكز زباله و سازمان هاى خدمات شهرى خواهد بود.قبل از سال ۱۹۸۵ مديريت تاير هاى فرسوده در آمريكا فقط شامل ارسال تاير هاى كامل به مراكز دفن زباله بود. يكى ديگر از اين امور مديريتى جمع آورى تاير هاى فرسوده و قرار دادن آنها در يك محوطه باز بوده است. از آنجايى كه در آن زمان هيچ قانونى در مورد نحوه مديريت تاير هاى فرسوده وجود نداشت و ضمناً برنامه هاى تشويقى نيز جهت ايجاد انگيزه براى به كارگيرى تاير هاى فرسوده وجود نداشت، فقط دو راهكار فوق (به دليل هزينه ارزان آن) كارايى داشت.

• امكان استفاده از تاير در صنعت سيمان ايرانكربن، اكسيژن و هيدروژن حدود ۹۰ درصد از تاير را تشكيل مى دهد كه اين امر باعث احتراق سريع و ارزش حرارتى نسبتاً بالاى آن مى شود. قابل ذكر است كه ارزش حرارتى تاير ها حدود 32MJ/kg است.در مورد استفاده از تاير به عنوان سوخت در صنعت سيمان به عنوان نمونه مى توان از شركت بزرگ Lafarge نام برد كه در بيش از ۴۰ كشور جهان داراى كارخانجات توليد سيمان است. اين شركت در پنج كارخانه در آمريكا شمالى و ده كارخانه در اروپا و دو كارخانه در آسيا و يك كارخانه در آمريكاى جنوبى از تاير هاى فرسوده به عنوان سوخت كمكى استفاده مى نمايد و براى سروسامان دادن به اين امر يك شركت جانبى با عنوانSystechEnvironmental را خريدارى نموده است تا بهتر بتوانداز اين مزيت استفاده كند.همانطورى كه گفته شد طبق اطلاعات جمع آورى شده از موسسات توليد كننده تاير در حال حاضر در ايران سالانه حدود ۲۰۰ هزار تن تاير مصرف مى شود كه اين رقم مجموع توليد كارخانه هاى داخل كشور
به علاوه تاير هاى وارداتى است. در شكل فوق چرخه كل مصرف تاير ها نشان داده شده است.همانطورى كه در شكل فوق ديده مى شود تاير ها را پس از مستعمل شدن مى توان روكش نموده و مجدداً مورد استفاده قرار داد. براى اين كار در ايران حدود ۱۲ واحد صنعتى تاسيس شده است كه به روش هاى گرم و سرد عمليات روكش كردن را انجام مى دهند. قابل ذكر است كه استفاده از تاير هاى روكش شده در ايران با استقبال مواجه نشده است چون اين تاير ها پس از روكش شدن بايد در خودرو هايى استفاده شوند كه سرعت پايينى دارند (مانند خودرو هاى تاكسى و مسافر كش و نيز خودرو هاى شهردارى در قسمت خدمات شهرى). به علاوه كيفيت پائين محصولات روكش شده بعضى شركت ها به اين مسئله دامن زده است. جميع اين عوامل باعث شده كه بعضى از ۱۲ واحد فوق الذكر تعطيل شده و بقيه نيز با ظرفيت پايين فعاليت داشته باشند. نكته آخر در اين زمينه آن است كه تنها تاير هايى را مى توان روكش كرد كه قسمت اصلى يا منجيد آن سالم باشد و در غير اين صورت تاير براى عمليات روكش مناسب نيست و دورريز مى شود. عموماً روكش كردن براى تاير هاى خودرو ها و ماشين آلات سنگين از اقبال مناسبى برخوردار بوده است.البته بايد متذكر شد كه ديگر كاربردهاى تاير هاى فرسوده نيز كسر كوچكى از آنها را تشكيل مى دهد. با توجه به تمامى اين مطالب انتظار مى رود كه بتوان بيش از ۵۰ درصد از تاير هاى مصرفى را براى استفاده به عنوان سوخت در نظر گرفت كه رقمى بالغ بر صد هزار تن لاستيك خواهد بود.ضمناً نبايد فراموش كرد كه در ۱۱ سال آينده بالغ بر ده ميليون خودرو به وسايل نقليه كشور اضافه خواهد شد كه اين مسئله نيز بايستى مدنظر قرار گيرد.يكى از نكات مثبت در اين طرح آن است كه تاير هاى فرسوده در اقصى نقاط كشور وجود دارند و در مقابل كارخانه هاى سيمان نيز در سراسر كشور توزيع شده اند و با يك مكانيسم ساده مى توان تاير ها را جمع كرده و در اختيار كارخانه هاى سيمان قرار داد.اساساً الزام هاى موجود براى به كارگيرى تاير به عنوان سوخت در صنعت سيمان ايران را مى توان به صورت زير برشمرد: الف- حذف تدريجى يارانه هاى سوخت در آيندهب- سخت تر شدن استاندارد شاخص مصرف ويژه سوخت در كارخانه هاى سيمان در ساليان آتىج- بيشتر شدن تعداد خودرو هاى كشورد- از رده خارج نمودن خودرو هاى فرسودهه- سخت تر شدن استاندارد آج تاير در خودرو هاو- تصميم سازمان هاى قانونگذار به جمع آورى كامل تاير ها و نيز عدم دفن تايرز- توجه به ريسك آتش سوزى در مراكز تجمع تاير هاح- تصويب قانون پسماند ها در مجلس كه دولت را موظف به برنامه ريزى هاى جديد مى كند.بر اين اساس با اجرايى شدن هر يك از موارد فوق وضعيت توليد تاير و توليد سيمان تغيير كرده و تمايل بيشترى به استفاده از تاير هاى فرسوده به وجود خواهد آمد.با توجه به تحقيقات انجام شده و نيز واحد هاى در حال توليد در جهان امكان تزريق تاير به صورت كامل و يا خرد شده به كوره هاى سيمان وجود دارد. در اكثر موارد اين تزريق از دهانه فوقانى كوره (محل خوراك دهى) مواد خام انجام مى شود.قابل ذكر است كه كوره هاى مجهز به پيش گرمكن بهترين محيط جهت استفاده از تاير هاى كامل و يا خرد شده است.البته گروهى از مراكز پيشنهاد كرده اند كه تاير هاى خرد شده را به قسمت پيش گرمكن و تاير هاى كامل را به دهانه ورودى كوره تزريق نمود.در مورد آلايندگى اين سيستم نيز بايد متذكر شد كه طى سا ل هاى ۹۰- ۱۹۸۵ سازمان حفاظت محيط زيست آمريكا اقدام به راه اندازى پروژه هاى مختلفى در مورد بررسى آلاينده هاى توليدى هنگام سوختن تاير در كوره هاى مختلف نمود كه اين بررسى را در مقياس آزمايشگاهى و نيمه صنعتى و نيز واحد هاى صنعتى به اجرا درآورد و حاصل اين تحقيقات را به صورت كتابى در سال ۱۹۹۱ منتشر نمود و بيان داشت كه آلاينده هاى منتشره از اين سوخت مكمل بيشتر از آلايندگى سوخت هاى اصلى كارخانه هاى سيمان نبوده و در اكثر موارد از ميزان NOX توليدى نيز كاسته شده است.با توجه به موارد فوق مى توان سوخت حاصل از تاير (TDF) را به عنوان سوخت كمكى در كارخانه هاى سيمان ايران نيز مورد استفاده قرار دارد.
• نتيجه گيرىطولانى بودن زمان ماند و بالا بودن دماى عملياتى در كوره هاى پخت سيمان باعث به وجود آمدن شرايط ايده آلى جهت استفاده از تاير به عنوان سوخت كمكى شده است. نتايج به دست آمده از آزمايشات انجام شده بر روى چندين كوره كه تاير را به صورت كامل يا خرد شده مصرف كرده اند بيانگر آن بوده است كه آلاينده هاى منتشره در هوا علاوه بر آنكه تاثير منفى نداشته اند در بعضى موارد بهبود شرايط را نيز نشان داده اند.با توجه به الزامات تشريح شده در متن مقاله صنعت سيمان از شرايط مناسبى براى تعامل با معضل تاير هاى فرسوده برخوردار بوده و مى توان از مزاياى آن كمال استفاده را برد.نبايد فراموش كرد كه تاير هاى فرسوده علاوه بر آنكه داراى مشكل عدم جذب در طبيعت هستند، از ريسك آتش سوزى در مراكز تجمع تاير نيز برخوردارند كه بايستى مورد مداقه بيشتر قرار گيرد.
عبدالله مصطفايى عليرضا مرادى، امير سهرابى كاشانى روزنامه شرق

مهارت شگفت انگيز هشت پا در استتار

ايرنا: يك گروه از محققان دانشگاه بركلى با فيلمبردارى از رفتار هشت پا در اعماق دريا موفق شده اند از شگرد حيرت آور نحوه عمل اين جانور دريايى در استتار خود اطلاعات دقيقى به دست آورند. اين محققان در تلاش براى تهيه فيلم از شيوه عمل دو گونه هشت پا با شگفتى متوجه شدند زمانى كه دوربين به اين جانوران نزديك مى شود، آنها خود را به صورت يك توپ گرد
درمى آورند و سپس با استفاده از دو بازوى عقبى خود كه از آن به عنوان دو پا استفاده مى كنند، مى كوشند خود را از صحنه خطر دور سازند بدون آنكه حساسيتى در تعقيب كننده برانگيزند. محققان دانشگاه بركلى كه نتايج مشاهدات خود را در نشريه علمى «ساينس» درج كرده اند متذكر شدند در ميان دو گونه مورد بررسى، تفاوت هاى كوچكى در نوع راهبرد استتار به چشم مى خورد. يكى از اين دو گونه كه بومى اندونزى است چنانچه توضيح داده شد خود را به صورت يك توپ گرد يا يك نارگيل گرد بزرگ در مى آورد و وانمود مى كند كه نظير نارگيلى كه در آب افتاده همراه جريان آب در حركت است. اين جانور براى حركت به طور ظريفى از دو بازوى عقب خود استفاده مى كند. گونه دوم كه بومى استراليا است از شش بازوى خود براى تبديل خود به يك علف دريايى بزرگ استفاده مى كند و سپس در همان حال كه شكل علف به خود گرفته به آرامى و با سرعت ۱۴سانتى متر در ثانيه از محل خطر فرار مى كند. در اينجا نيز جانور به گونه اى رفتار مى كند كه گويى جريان آب سرگرم حركت دادن علف دريايى است. به اعتقاد محققان شيوه استتار هشت پا كه براى اولين بار مشاهده شده به اندازه كافى فريب دهنده است و به راحتى مى تواند جانورانى كه قصد حمله به هشت پا را دارند در خصوص تشخيص خود در مورد وجود هشت پا دچار ترديد كند.

نحوه برخورد قطرات با سطح جامد در خلأ

ايرنا: هيچ گاه با خود فكر كرده ايد كه بر سر قطره اى كه در يك محيط
خالى از هوا بر روى سطح جامدى سقوط مى كند چه مى آيد؟ آيا اين قطره به ذرات ريز و خردترى بدل مى شود كه از محل برخورد به اطراف پراكنده مى شوند، يعنى مشابه آنچه كه در شرايط معمولى و در محيط داراى هوا اتفاق مى افتد يا آنكه وضع ديگرى ظهور مى كند؟ يك گروه سه نفره از فيزيكدانان در دانشگاه شيكاگو واقع در ايلى نويز در جريان آزمايش هايى كه در دست داشتند به طور تصادفى به پاسخى براى اين پرسش ظاهراً عجيب دست يافتند. سيدنى نيگل، لى خود و وندى ژانگ سرگرم اندازه گيرى ميزان انرژى ذراتى بودند كه در هنگام برخورد قطرات الكل با يك سطح سخت به اطراف پراكنده مى شدند. اين گروه به منظور آنكه تاثير هواى موجود در محيط آزمايشگاه را بر روى انرژى اين ذرات خنثى كنند تصميم گرفتند آزمايش را در درون يك محيط خلأ به انجام برسانند. در اين محيط محققان قادر بودند فشار هواى محيط را از يك بار به ۱۰ هزارم بار كاهش دهند، اما اين فيزيكدانان در كمال حيرت مشاهده كردند كه هر اندازه فشار هواى محيط كمتر باشد، از ميزان پراكنده شدن قطره الكل در هنگام برخورد با سطح سخت كاسته خواهد شد و زمانى كه فشار هوا در محيط تا حد ۲/۰ بار تنزل پيدا كرد، قطره الكل در هنگام برخورد با سطح سخت شكل كروى خود را حفظ كرد و به هيچ روى دچار پراكندگى و شكست نشد.