علوم نوین

محمد قاسمیان و سامان بهرامی فر

 دید کلی

زمین کره‌ای است که روی آن زندگی می‌کنیم. بنا به باورهای دینی از خاک آن آفریده شده‌ایم و روزی دوباره به خاک آن باز می‌گردیم. این کره خاکی یکی از نه سیاره منظومه شمسی است که مانند سایر سیارات در مداری به دور خورشید می‌گردد.
زمین سیاره‌ای منحصر بفرد در منظومه شمسی است که در آن آب و اکسیژن و نیتروژن که برای حیات ضروری‌اند، وجود دارد.

 تاریخچه زمین

زمین در بدو پیدایش بصورت کره‌ای از مواد داغ و نیمه مذاب بود. بتدریج عناصر سنگین‌تر ته‌نشین شده و هسته فلزی را بوجود آوردند و در عین حال عناصر سبکتر به سطوح فوقانی آمده و جبه و پوسته را تشکیل دادند. پس از گذشت چند میلیارد سال ، زمین سرد شد، سطح زمین جامد گشت ، جو زمین شکل گرفت و اقیانوس بوجود آمدند.
تکامل زمین هنوز هم ادامه دارد: پوسته زمین توسط فورانهای آتشفشانی در کف اقیانوس‌ها نوسازی شده ، دائما بر اثر زمین لرزه‌ها و حرکت‌های قاره‌ای در حال تغییر و تحول است. تناسب گازهای مختلف در جو زمین نیز بر اثر دخالتهای انسان به آرامی در حال تغییر است.
حرکت زمین به شکل یک پوسته سنگی متشکل از 12 صفحه مجزاست. هر یک از قاره‌ها روی یک یا چند صفحه قرار گرفته‌اند. این صفحات با سرعتی شبیه به سرعت رشد ناخنهای انسان در حال حرکت هستند. صفحه‌های جامد ، روی سنگهای نیمه مذاب به حالت شناور هستند که خود این سنگهای نیمه مذاب توسط جریانهای داغی که از هسته فلزی زمین فوران می‌کنند، تکان خورده و باعث حرکت صفحه‌ها در سطح زمین می‌شوند.

 چهره متغیر زمین

250 میلیون سال پیش ، سه تکه بزرگ خشکی بهم نزدیک شدند و یک خشکی بزرگ بنام «پانجیا» را بوجود آوردند. بعد از مدتی دریای «تتیس» این خشکی عظیم را به دو قسمت «لوراسیا» و «گندوانلند» تقسیم کرد. 120 میلیون سال پیش اوراسیا از هم شکافت و آمریکای شمالی از اروپا جدا شد. گنوانلند نیز شکافته شد و در نتیجه هندوستان به سمت جنوب آسیا حرکت کرد.
قاره‌ها همچنان به حرکت خود ادامه داده و به این شکل کنونی که می‌بینیم در آمدند. ظرف چند میلیون سال آینده قاره آمریکا به حرکت خود در سمت غرب ادامه داده و قاره آفریقا به اروپا و آسیا ملحق خواهد شد.

 حیات در زمین

اولین موجودات زنده حدود 8/3 میلیارد سال پیش و اولین دایناسورها حدود 150 میلیون سال پیش در زمین ظاهر شدند. حدود 65 میلیون سال پیش نسل داینوسورها از بین رفت«انقراض دایناسورها). یکی از عوامل انقراض داینوسورها برخورد یک شهاب سنگ به زمین و پر شدن جو زمین از غبار بود. در چنین شرایطی نور و آزمایش‌های مربوط به گرما به زمین نرسیده و یک دوره کوتاه یخبندان باعث مرگ داینوسورها بر اثر سرما و گرسنگی شده است.
اگر همه تاریخچه زمین را در 24 ساعت خلاصه کنیم، نخستین انسانها در 2 ثانیه مانده به نیمه شب ظهور خواهند کرد.

 زمین و عقاید

یونانی‌ها که پیشروان علم بودند، در قرن ششم قبل از میلاد ، زمین را کروی و ثابت فرض می‌کردند و اکثر تمدنها معتقد بودند که جهان ، زمین مرکز است. ولی بطلیموس ستاره شناس یونانی بیشتر از سایرین بر این اندیشه معروف معتقد بوده است. در جهان زمین مرکز ، زمین در مرکز عالم قرار داشته و خورشید و سیارات و ستارگان حول آن می‌گردند.
سالها بعد معدودی از متفکران یونانی مخصوصا «آریستار خوس» اندیشه زمین مرکزی بودن دنیا را زیر سوال بردند. ولی کتاب بطلمیوس«المجسی» بر علم آن زمان سیطره داشت و مانع از قبول نظر آریستارخوس شد. تا اینکه در سال 1543 «نیکلاکپرنیک» ستاره شناس لهستانی ، مرکزیت را از زمین گرفته و به خورشید داد.

 زمین مرکز کائنات

تاریخچه و سیر تحولی

در سده ششم قبل از میلاد ، "فیثاغورس" نظم ریاضی را وارد اندیشه کیهان شناختی کرد. بنظر او عالم ، نظم هندسی هماهنگی داشت که قوانین ریاضی و ارقام و اعداد بر آن حاکم بودند.

افلاطون در سده چهارم پیش از میلاد ، برخی ایده‌های فیثاغورس را برای تدوین کائنات تازه‌ای از سرگرفت. به نظر او زمین شکل کروی کامل داشت و کرات آسمان می‌بایستی سفر خود را بر گرد زمین با شتاب ثابت انجام دهند.

خط سیر اشیا سماوی از مشرق به مغرب در آسمان چنین تصوری را به وجود آورده بود که زمین مرکز عالم و ساکن و بی‌حرکت است و خورشید و ماه و کرات و ستاره‌های آسمانی بر اطراف آن می‌چرخند. از آنجا که در شبهای متوالی ، موضع سیاره‌ها نسبت به ستاره‌ها تغییر می‌کرد، به آنها نام Planet  

سیاره که در زبان یونانی به معنی "ولگرد" است تعلق گرفت. ولی این تغییر موضعها و اینکه آگاهی سیاره‌ها در مسیر غرب به شرق حرکت می‌کردند، (حرکت عقبگرد) در کائنات زمین مرکزی افلاطون توجیحی نداشت.

 کائنات ارسطو

حدود 350 سال پیش از میلاد ارسطو ، برای هریک از کرات دایره‌ای در نظر گرفت. این دایره‌ها هم مرکز بودند و زمین ساکن ، در مرکز آنها قرار داشت. دایره هر یک از کرات با چهار یا پنج دایره دیگر مرتبط بود که همه به گرد محورهای متفاوتی می‌چرخیدند، بطوریکه روی هم قرار گرفتن حرکت آنها ، حرکت سیاره را موجب می‌شد.

 کائنات بطلمیوس

بنظر ارسطو ، جهان از "اتم" تشکیل شده بود. زمین و ماه به دنیای تغییر یابنده تعلق داشتند و در عوض دنیای سایر کرات ، تغییر ناپذیر و ابدی بود. کائنات افلاطونی و ارسطویی ، دو قرن بعد ، با ظهور بطلیموس به اوج تعالی رسید. بطلیموس از ترکیب تمام اطلاعات چهار سده گذشته یک کائنات هندسی ساخت که مدت 1500 سال بدون هیچ ایرادی مورد قبول قرار گرفت.

 ویژگی کائنات بطلیموس

1. زمین مرکز کائنات بود.

2. زمین کروی بود.

3. حرکت‌های طبیعی کرات سماوی دایره‌ای وهم شکل بودند.

بطلیموس کرات آسمانی را روی دایره‌های کوچکی بنام "دوایر بیرونی" فرض کرد که مرکز آنها روی دایره سماوی پیشنهادی ارسطو قرار داشت و بدین ترتیب مساله حرکت غیر عادی کرات سماوی حل شد.

 تخیلات عجیب

در سده سیزدهم بعد از میلاد "توماس داکن" راهب "فرقه دومی نیکن" این را وارد کائنات ارسطویی کرد. در مدل پیشنهادی او ، مانند مدلهای پیشین ، خورشید ، ماه ، ستارگان و سیارت ، در دوایری بر گرد زمین می‌چرخیدند. یک دایره اضافی نیز فراتر از دایره آنها وجود داشت که مقر خداوند بود. فرشتگان مسئول گردش کرات روی دایره‌های سماوی بودند. در منطقه زیر ماه ، برزخ بود و در زیر آن سرزمین آدمیان و قلمرو فانی ، و اندرون این زمین دوزخ و جایگاه شیاطین بود.

 عمر کائنات 

دید کلی

طبق نظریه انفجار بزرگ ، جهان آغازی داشته است. این آغاز که همان لحظه انفجار اولیه بوده است، بطور دقیق معلوم نیست کی بوده است. ستاره‌ها و کهکشانهایی با میلیاردها سال نوری فاصله توسط تلسکوپها رویت شده اند. پس مسلما باید عمر جهان مساوی یا بیشتر از عمر این ستاره‌ها باشد. برای تعیین این مقدار باید فاصله کهکشانهای دوردست را بدانیم ولی ژرفای کیهانی بر ما نامعلوم است و اندازه گیری فاصله کهکشانها بسیار مشکل می‌باشد. تمامی شک و تردیدها پیرامون برآورد عمر عالم ، ناشی از شک و تردیدهایی است که در اندازه گیری این فاصله‌ها وجود دارد. امروزه برای اندازه گیری سن کائنات ، از سه روش مختلف استفاده می‌شود. که هرسه تقریباً به نتیجه مشابهی می‌رسند.

 تعیین عمر کائنات با حرکت کهکشانها

حرکت فرار کهکشانها برای ما به منزله یک ساعت شنی کیهانی ، برای تاریخ بندی کائنات است. سرعت دور شدن این کهکشانها متناسب با فاصله‌ای است که از ما دارند. بنابراین چنانچه فاصله کهکشانی دو برابر فاصله کهکشان دیگر باشد، کهکشان دورتر با سرعتی دوبرابر سرعت کهکشان نزدیک از ما دور می‌شود. با قبول نظریه انفجار بزرگ ، جریان زمان را به لحظه ای بر می گردانیم که همه کهکشانها کنار هم جمع بودند. این لحظه که می‌توان آنرا سپیده دم کائنات نامید، حدود پانزده میلیارد سال قبل بوده است. این زمان صفر نقطه مرجع ساعت کیهانی ما خواهد بود.

 سن پیرترین ستارگان

عالم ما در درون خود ، اجسامی مثل زمین و ستاره‌های کهنسال دارد که می‌توان سن آنها را معلوم کرد. این سن باید مساوی یا کمتر از سن کائنات باشد، زیرا نمی‌توان کائناتی را فرض کرد که اشیا درون آن عمر بیشتری از خود داشته باشند. در این روش فرض کنیم که نخستین ستارگان بلافاصله پس از ولادت کائنات متولد شده‌اند. برای اندازه گیری عمر آنها به مساله انرژی متوسل می‌شویم. نور ستارگان حاصل از سوختن ذخیره هسته‌ای آنهاست. این سوختن از هیدروژن و هلیوم آغاز شده و به سوختن اتم‌های سنگین می‌رسد.
ستارگان تا زمانیکه ذخیره سوختی داشته باشند، باقی می‌مانند، سپس با تمام شدن این ذخیره تغییر ساختار داده و می‌میرند. همه ستارگان به یک اندازه عمر نمی‌کنند. ستاره‌های حجیم و درخشان عمر کوتاهتری دارند. ستارگان بصورت گروهی به دنیا می‌آیند (خوشه). هر خوشه در زمان تولد خود شامل طیف گسترده‌ای از انواع ستارگان است. بنابراین سن هر خوشه را می‌توان از سن ستارگان سالخورده‌اش حدس زد. در کهکشان ما ستارگانی با14تا16 میلیارد سال سن وجود دارند که می‌توان گفت عمر کائنات هم در همین حدود است.

 سن قدیمیترین ذرات

بعضی اتمها ناپایدارند و مدتی عمر کرده ، سپس به انواع دیگر اتمها تبدیل می‌شوند. معروفترین آنها کربن  14 است که نیمه عمر آن 6000 سال می‌باشد، یعنی پس از این مدت ، مقدار آن نصف خواهد شد. با استفاده از این کربن می‌توان سن هر جسمی را که دارای کربن چهارده می‌باشد، تعیین کرد. ولی این 6000  سال در مقایسه با سن و سال ستارگان و تاریخ کیهانی زمان بسیار اندکی است. باید از ذراتی با نیمه عمر قابل قیاس با مقیاس جهانی استفاده کنیم.

عناصر مورد استفاده در سنجش عمر کائنات

اورانیوم با دو ایزوتوپ اورانیوم 235 با نیمه عمر یک میلیارد سال و اورانیوم 238 با نیمه عمر 5/6 میلیارد سال ، می‌تواند مورد مناسبی برای این سنجش باشد.

چون اورانیوم 235  بسیار سریعتر از اورانیوم 238   از بین می‌رود، تناسب تعداد ذرات اورانیوم

235 به ذرات اورانیوم 238 پیوسته کاهش می‌یابد. بنابراین فراوانی نسبی این دو ایزوتوپ ، نوعی ساعت شنی جهانی است که گذر زمان را ثبت می‌کند.

هسته‌هایی با عمر طولانی:
توریوم 232 با نیم عمر 20 میلیارد سال – رنیوم  

187 با نیم عمر 50 میلیارد سال – ساماریوم 132 با نیم عمر 60 میلیارد سال؛ با اندازه گیری فراوانی این هسته‌ها می‌توانیم تقویم نسبتا خوبی از رویدادهای گذشته تنظیم کنیم.

این روش به ما امکان می‌دهد که با استفاده از نمونه‌های صخره‌ای عمر زمین ، ماه ، و شهاب سنگ را تعیین کنیم. در کلیه این موارد با دقت حدود 2درصد به 6/4  میلیارد سال رسیده‌ایم. این سنی است که می‌توانیم آنرا به کل منظومه شمسی نسبت دهیم. به ترکیبی که گذشت می‌بینیم که کهکشانها ، ستارگان ، و اتمها ، سن کائنات را حدود 15 میلیارد سال تخمین می‌زنند.

http://www.ngdir.ir/SiteLinks/Kids/html/zamin-mafahim_fr_koreye%20zamin.htm

 


ادامه مطلب