مسافرت در کهکشانها از مسیر فضای فوق فضا!
ساعت ٦:۳٢ ‎ب.ظ روز جمعه ۱٠ آبان ۱۳۸٧ : توسط : حسین

موسسه آمریکایی هوانوردی و فضانوردی هر سال به بهترین مقالاتی که در کنفرانس سالانه این موسسه برگزار شود جوایزی اعطا می‌کند.

جایزه سال ۲۰۰۵در گروه پروازهای فضایی با استفاده از سوختهای هسته‌ای و مسافرتهای فضایی آینده به مقاله‌ای تعلق گرفت که خواستار انجام آزمونهای تجربی بر روی یک نوع موتور شگفت‌انگیر جدید شده است.

بر طبق این مقاله موتور جدید قادر است سفینه فضایی را از مسیر یک بعد تازه فضایی با سرعتی حیرت انگیز انتقال دهد. سفینه مجهز به این موتور می‌تواند زمین را ظهر ترک کند و برای شام در کره ماه باشد. تنها یک نکته ضعف در مورد این مقاله وجود دارد و آن اینکه از فیزیکی استفاده می‌کند که هنوز بخوبی شناخته نشده است.

سوال این است که آیا ایده مطرح شده در این مقاله کارایی دارد یا نه؟ به نوشته هفته‌نامه "نیو ساینتیست"، موسسه هوانوردی و فضانوردی آمریکا American Institute of Aeronautics and Astronauticsاز این مقاله استقبال کرده و ارتش آمریکا نیز توجهش به این نوع موتورهای فضایی جلب شد، یک محقق موتورهای سفینه‌های فضایی در وزارت انرژی آمریکا که در آزمایشگاه ملی ساندینا تحقیق می‌کند اعلام کرده که آماده است این ایده را مورد آزمایش قرار دهد.

علیرغم آنکه بسیاری از فیزیکدانان از نظریه‌ای که این ایده به آن متکی است چیزی سر در نمی‌آورند، اما پاولوس میکلیدیس مهندس هوافضایی که در دانشگاه ایالتی آریزونا تحقیق می‌کند و داور مقاله برنده بوده، تاکید دارد که به قضاوت خود در خصوص این مقاله پای بند است.

به گفته او هرچند ایده‌هایی شبیه به ایده این مقاله در گذشته نیز مطرح شده اما موضوع مورد بحث این مقاله کاملا بی‌نظیر است.

اگر ایده این مقاله مورد ازمایش قرار گیرد شیوه‌های تازه‌ای از نحوه تعامل میان نیروهای طبیعت را آشکار می‌سازد که بکلی آینده مسافرتهای فضایی را دستخوش تغییر خواهد ساخت.

با این شیوه سفر به مریخ دیگر شش ماه به طول نمی‌انجامد بلکه رفت و برگشت به سیاره سرخ تنها به پنج ساعت زمان نیاز دارد. به این ترتیب همه نگرانیهای کنونی در این خصوص که طول اقامت فضانوردان در فضا موجب تحلیل رفتن عضلات و ماهیچه‌های آنان و یا اسیب دیدن مولکول دی ان آ در سلولهای بدنشان به واسطه برخورد پرتوهای کیهانی می‌شود، بکلی برطرف خواهد شد.

از همه مهمتر اینکه این دستگاه جدید سفر به ستارگان را نیز برای نخستین بار به امر عملی بدل می‌سازد. اما سوال این است که آیا حرکت در فضای فوق فضا به شیوه هایپر درایو hyperdriveامکانپذیر است یا نه؟ برای پاسخ دادن به این پرسش باید با اندیشه‌های یک فیزیکدان گمنام به نام بورکهارد هایم Burkhard Heimآشنا شد. هایم در دهه ۱۹۵۰در مسیر تلاش برای حل تعارض میان مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت عام، شروع به بررسی ایده موتورهای پیشبرنده به شیوه هایپر درایو کرد.

مکانیک کوانتوم رفتار ذرات در جهان بسیار ریز را توضیح می‌دهد در حالیکه نسبیت عمدتا با نیروی جاذبه اجرام بزرگ کیهانی سروکار دارد. این دو نظریه هر یک در حوزه خود یعنی جهان صغیر و جهان کبیر بسیار موفقند.

اما تعارض میان آندو زمانی مطرح می‌شود که دانشمندان می‌کوشند تا بافتار خود فضا را مورد بررسی قرار دهند. بر حسب نظریه نسبیت پیوستار زمان-مکان یک بافتار فعال و قابل انعطاف است که دارای چهار بعد است. سه بعد مکان و یک بعد زمان.

این بافتار هرگاه جرم سنگینی در آن قرار داده شود نظیر یک صفحه لاستیکی که وزنه سنگینی روی آن قرار داده شود دچار انحنا می‌گردد و ابعاد چهار گانه‌اش اعوجاج پیدا می‌کند.

اما نظریه مکانیک کوانتومی از سوی دیگر فضا را به صورت یک هستار ثابت که دارای موقعیتی انفعالی در نظر می‌گیرد. بر طبق نظریه کوانتومی خود فضا نیز به نحوی ساخته شده از اجزا غیر پیوسته کوانتومی است .

هایم در دهه ۱۹۵۰اقدام به بازنویسی معادلات نسبیت در درون یک چارچوب کوانتومی کرد. او از ایده اینشتین در این خصوص که نیروی جاذبه از ابعاد چهارگانه فضا به وجود می‌آید استفاده کرد. اینشتین می‌گفت آنچه که نیروی جاذبه نامیده می‌شود در واقع عبارت است از انحنای فضا تحت تاثیر یک جرم معین.

اما هایم به این ایده این نکته را اضافه کرد که همه نیروهای بنیادین طبیعت از جمله نیروی الکترومغناطیس نیز مانند نیروی جاذبه از ابعاد فضا به وجود می‌آیند، هرچند که این ابعاد بالاتر از چهار بعد متعارف هستند. او در ابتدا چهار بعد اضافی برای کیهان در نظر گرفت اما بعد دو بعد را کنار گذارد و تعداد ابعاد کیهان را شش تا به حساب آورد.

در این جهان شش بعدی هایم دو نیروی جاذبه و الکترو مغناطیس به یکدیگر پیوسته و کوپله شده هستند. ما حتی در کیهانی که با آن آشنا هستیم نیز می‌توانیم نوعی ارتباط میان این دو نیرو پیدا کنیم.

این ارتباط را می‌توان در رفتار ذرات بنیادین نظیر الکترون مشاهده کرد.

یک الکترون هم جرم دارد و هم بار الکتریکی. زمانی که الکترون تحت تاثیر میدان جاذبه قرار گیرد بار الکتریکی آن در اثر به حرکت در آمدن یک میدان مغناطیسی بوجود می‌آورد و از ترکیب دو میدان الکتریکی و مغناطیسی نیروی الکترومغناطیس تولید می‌شود.

بر عکس اگر از نیروی الکترومغناطیس برای به حرکت در آوردن الکترون استفاده کنیم در آن صورت میدان جاذبه‌ای که همراه آن است نیز به حرکت در می‌آید.

در جهان چهار بعدی نمی‌توان با تغییر میدان الکترومغناطیس شدت میدان جاذبه را تغییر داد اما در کیهان شش بعدی هایم این محدودین برطرف می‌شود.

هایم مدعی شد که این امکان وجود دارد که انرژی الکترومغناطیس را به انرژی جاذبه تبدیل کرد و بالعکس و گمانزنی کرد که یک میدان مغناطیسی گردنده می‌تواند تاثیر میدان جاذبه را بر روی یک سفینه فضایی آنقدر کاهش دهد که سفینه بتواند از زمین به هوا بلند شود.

زمانی که هایم در سال ۱۹۵۷ایده خود را مطرح ساخت با استقبال زیاد روبرو شد. ورنر فن براون مهندس آلمانی مسوول ساخت موشکهای یو ۲در آلمان نازی که بعد از جنگ به آمریکا رفت و موشکهای ساترن را برای ناسا طراحی و تکمیل کرد و با استفاده از آن موفق شد انسان را بر سطح کره ماه فرود آورد از هایم سوال کرد که آیا با توجه به ایده او، موشک پر هزینه ساترن ارزش ساخت دارد یا نه؟
در نامه‌ای که پاسکال جوردن فیزیکدان برجسته آلمانی و متخصص فیزیک نسبیت و همکار نزدیک فیزیکدانان سرشناسی مانند "ماکس بورن" و " ورنر هایزنبرگ" در سال ۱۹۶۴برای هایم نوشت به او گفت که ایده‌اش آن اندازه حائز اهمیت است که آزمون موفق تجربی آن می‌تواند بدون تردید جایزه نوبل را برای وی به ارمغان آورد.

خود جوردن در آن هنگام عضو کمیته‌ای بود که برندگان جوایز نوبل را تعیین می‌کرد.

اما همه این توجهات صرفا منجر به آن شد که هایم خود را از نظار عمومی کنار بکشد. یک علت این امر ان بود که وی از معلولیت شدید بدنی ناشی از یک انفجار شدید در دوران نوجوانی رنج می‌برد. اما هایم در عین حال اکراه داشت که نظریه خود را بدون یک محک تجربی محکم ارائه کند.

او هیچگاه زبان انگلیسی را فرانگرفت زیرا نمی‌خواست کارهای علمیش به زبانهای دیگر عرضه شود. در نتیجه این امر تنها شمار اندکی از افراد از تحقیقات او مطلع بودند و هیچ یک از آنان نیز اقدامی برای تامین بودجه لازم برای انجام تحقیقات او صورت ندادند.

در سال ۱۹۵۸یک شرکت هوافضای آلمانی به بولکو بودجه اندکی در اختیار هایم قرار داد اما این پول برای انجام آزمون تجربی کفایت نمی‌کرد.

در دورانی که هایم منتظر تهیه پول لازم بود مدیر شرکت بولکو یعنی لودویگ بولکو Ludwig Bن lkowاو را تشویق کرد که کار روی نظریه‌اش را ادامه دهد. هایم این توصیه را به کار بست و یکی از نتایجی که به دست آورد اثبات قضیه‌ای بود که منجر به رشته از فرمولها برای محاسبه جرم ذرات بنیادین شد. نکته جالب آنکه نظریه‌های متعارف مربوط به ذرات بنیادین نتوانسته بودند چنین فرمولی را پیدا کنند و در تعیین جرم ذرات با مشکل روبرو بودند.

هایم دیدگاه کلی خود را در سال ۱۹۷۷در نشریه علمی موسسه ماکس پلانک به چاپ رساند و این تنها مقاله داوری شده وی است که انتشار یافته. در این مقاله او با زبانی غامض و پیچیده که تعداد فیزیکدانانی که می‌توانند ادعا کنند آن را فهمیده‌اند زیاد نیست، راهی برای محاسبه جرم ذرات بنیادین با استفاده از مشخصه‌هایی مانند بار اکتریکی و اندازه حرکت زاویه‌ای آنها پیشنهاد کرده است.

اما علیرغم زبان دشوار این مقاله، قضیه‌ای که هایم اثبات کرده بود با موفقیت فراوان همراه شد. مدل استاندارد مربوط به ذرات بنیادین که کم و بیش در میان همه فیزیکدانان به عنوان بهترین مدل در مورد ذرات بنیادین پذیرفته شده است، نمی‌تواند جرم این قبیل ذرات را پیش بینی کند.

حتی شیوه‌های پذیرفته شده تخمین زدن جرم این ذرات به صورت نظری، که از آن با نام "کوانتوم شبکه‌ای کرومودینامیک " quantum chromodynamics latticeیاد می‌شود تنها می‌تواند عددی برای جرم ذرات بنیادین بدست آورد که مقدارش بین یک تا ۱۰درصد مقداری است که در تجربه به دست می‌آید.

اما در سال ۱۹۸۲زمانی که محققان آلمانی در مرکز الکترون سینکروترون در هامبورگ از قضیه هایم برای پیش بینی جرم ذرات بنیادین استفاده کردند جوابی که کامپیوتر ارائه داد با دقت زیاد معادل جوابی بود که از آزمایش به دست آمده بود.

تنها عاملی که اندکی دقت پیش بینی را کم می‌کرد کمیات مربوط به ثابتهای بنیادین کیهان بود که مقادیر دقیق آن در دسترس فیزیکدانان قرار نداشت. دو سال بعد از مرگ هایم در سال ۲۰۰۱زمانی که همکار دیرینه او با استفاده از کمیتهایی دقیق‌تر مجددا جرم ذرات بنیادین را محاسبه کرد، نتایج بدست آمده با دقت بیشتری با نتایج تجربی تطابق داشت.

اما هایم پس از انتشار فرمول خود دیگر به موضوع فضای فوق فضا hyperspaceو استفاده از نیروی پیشران در این فضا نپرداخت و تحقیق در مورد آن را پیگیری نکرد.

در عوض در پاسخ به درخواستها درباره اطلاعات بیشتر درباره نظریه‌اش در خصوص تعیین جرم ذرات او وقت خود را صرف تالیف سه کتاب به المانی کرد که در آن به تفصیل جزییات نظریه خود را توضیح داد.

تنها در سال ۱۹۸۰و هنگامی که کتابهای او نظر یک مسوول بازنشسته اداره ثبت اختراعات را در اتریش به خود جلب کرد ایده استفاده از نیروی پیشران در فضای فوق فضا در حیطه عمومی مطرح شد.

"والتر دروشر" بازنشسته، با نگاهی دوباره به ایده‌های هایم روایت بسط یافته‌ای از نظریه او را در مورد فضاهای شش گانه مطرح و دو بعدی را که هایم کنار گذارده بود نیز مجددا احیا کرد نتیجه این اقدام یک نظریه جدید موسوم به "فضای هایم- دروشر " scher space Heim-Drبود که توصیفی ریاضی از یک کیهان هشت بعدی به شمار می‌رفت.

دروشر مدعی است که از این مدل می‌توان نیروهای شناخته شده در فیزیک مربوط به کیهان چهار بعدی را استنتاج کرد. این نیروهای چهارگانه عبارتند از نیروی جاذبه، نیروی الکترومغناطیس، نیروی بین هسته‌ای ضعیف و نیروی بین هسته‌ای قوی.

اما این نظریه حاوی نکات بیشتری است. به گفته دروشر اگر نظر هایم درست باشد در آن صورت ما ناگزیریم دو نیروی بنیادی تازه را نیز وضع کنیم و وجودشان را بپذیریم. این دو نیرو به نیروی جاذبه ارتباط دارند. یکی از این دو نیرو یک نیروی دافعه است مشابه آنچه که اکنون فیزیک جدید از آن با عنوان انرژی تاریک dark energyیاد می‌کند .

این نیرو ظاهرا مسوول انبساط اجزای کیهان است. نیروی دیگر احتمالا نیروی است که می‌توان از آن برای به حرکت در آوردن موشکها و سفاین فضایی بدون مصرف سوخت استفاده کرد.

این نیرو محصول تعامل میان دو بعد پنجم و ششم در کیهانی است که هایم توصیف می‌کند با دو بعد هفتم و هشتم که دروشر اضافه کرده است. این نیرو یک زوج فوتون گرانشی gravitophotonتولید می‌کند. اینها ذراتی واسطه تبدیل انرژی الکترومغناطیس به انرژی جاذبه و بالعکس هستند.

دروشر با همکاری "یواخیم هاوسر" فیزیکدان و استاد علوم کامپیوتر در دانشگاه علوم کاربردی در سالزیتگر در آلمان در تلاش است تا این مدل نظری را به مجموعه‌ای قابل آزمایش تجربی تبدیل کند.

مقاله‌ای که این دو نفر مشترکا تولید کرده‌اند با عنوان "راهنمائیهایی برای یک دستگاه پیشران فضایی با تکیه به نظریه کوانتومی هایم" همان مقاله ای است که موسسه هوانوردی و فضانوردی آمریکا به آن جایزه داده است.

موسسه فضایی آمریکا (ناسا) در گذشته دعاوی مشابهی در خصوص "کاهش جاذبه" یا "ایجاد نیروی ضد جاذبه" را مورد بررسی قرار داده اما به گفته دروشر این نظریه با نظریه‌های قبلی تفاوت دارد.

این نظریه درباره یک نیروی ضد حاذبه نیست بلکه درباره میدانهایی بکلی جدید با خواص تازه است و هاوسر مدعی شده که آزمایش می‌تواند این نظریه را تایید کند.

برای انجام آزمایش باید یک حلقه گردان بسیار بزرگ را در بالای یک سیم پیچ ابر-رسانا قرار داد تا یک میدان مغناطیسی بسیار قدرتمند بوجود آورد. اگر جریانی که در سیم پیچ برقرار است به اندازه کافی بزرگ و میدان مغناطیسی به اندازه کافی شدت داشته باشد، انگاه به ادعای دروشر میدان الکترومغناطیسی که از ترکیب ایندو تولید می‌شود، می‌تواند چنان از شدت میدان جاذبه بکاهد که حلقه گردان بالای آن به حال شناور در آید.

به گفته دروشر و هاوسر برای آنکه بتوان تاثیر میدان جاذبه زمین را بر روی یک سفینه ۱۵۰تنی بکلی از بین برد، باید شدت میدان مغناطیسی در حدود ۲۵تسلا باشد.

چنین میدانی ۵۰۰هزار مرتبه قدرتمندتر از میدان مغناطیسی کره‌زمین است. در حال حاضر دانشمندان می‌توانند با استفاده از پالسهای مغناطیسی بسیار کوتاه میدانی با شدت ۸۰تسلا تولید کنند.

دروشر و هاوسر پا را از این حد نیز فراتر گذارده‌اند و مدعیند اگر سرعت گردش حلقه گردان بیشتر و میدان مغناطیسی شدیدتری تولید شود ذرات فوتو گرانشی با میدان جاذبه متعارف یک نیروی پیش برنده از جنس ضد جاذبه تولید می‌کنند.

دروشر معتقد است که سفینه‌ای مجهز به حلقه گردان و سیم پیچ می- تواند در فضای فوق فضا به حرکت در آید.

در این فضای فوق فضا احتمالا مقادیر ثابت طبیعت متفاوتند و حتی سرعت سیر اجسام نیز احیانا می‌تواند به چندین برابر سرعت سیر نور برسد. در چنین صورتی می‌توان در کمتر از سه ساعت تا مریخ سفر کرد و به ستارگانی که ۱۱ سال نوری از زمین فاصله دارند در فاصله ۸۰روز رسید.

حال سوال این است که آیا این سخنان همه بی‌پایه است یا انکه مبنای یک انقلاب تازه در علم را پی می‌ریزد.

اغلب فیزیکدانان اسمی از هایم به گوششان نخورده و او را نمی‌شناسند و درک نظریه هایم حتی با توضیحات دروشر نیز ساده نیست.

مارکوس پوسل فیزیکدان نظری در موسسه ماکس پلانک می‌گوید که زمانی که سرگرم گذراندن دوره لیسانس خود بود با دقت نظریه هایم را مطالعه کرده و بخش اعظم ان را نامفهوم یافته است. این فیزیکدان معتقد است که سازگار کردن دیدگاههای هایم با فیزیک امروز کار دشواری است.

نظر اجماعی فیزیکدانان آن است نظریه دروشر و هاوسر در بهترین حالت هنوز ناکامل است و در عین حال در دشوار بودن ان تردیدی نیست.

در حال حاضر تنها نکته مثبتی که موجب شده تا این نظریه جدی گرفته شود موفقیت نظریه در پیش بینی دقیق جرم ذرات بنیادی است.

به گفته "تئودور اوئرباح" که در موسسه فدرال تکنولوژی در زوریخ تحقیق می‌کند شاید نظریه هایم چیزی داشته باشد که بتواند به فیزیک جدید کمک کند.

به اعتقاد این فیزیکدان، فیزیک جدید در آینده به راهی می‌رود که هایم پیشنهاد کرده است.

در حال حاضر به اعتقاد اغلب مهندسان مواد موجود از توانایی لازم برای تولید جریان و میدان قدرتمندی که جهت آزمایش نظریه هایم دروشر لازم است، برخوردار نیستند.

البته در آزمایشگاه ملی "ساندیا" یک دستگاه مولد پرتو ایکس موسوم به "ماشین زد" موجود است که احیانا می‌تواند میدان مغناطیسی و الکتریکی مورد نیاز برای انجام آزمایش را تولید کند اما به گفته راجر لنارد محقق موتورهای فضایی در این آزمایشگاه، نظریه هایم دروشر در شکل کنونی آن به صورتی نیست که استفاده از این دستگاه را موجه سازد.

به اعتقاد این محقق در حال حاضر بهتر است مبانی ریاضی این نظریه به نحو دقیق‌تری توضیح داده شود.

مختصری درباره بورکهارد هایم:
بورکهارد هایم در ۱۹۲۵در پوتسدام به دنیا آمد و در شش سالگی تصمیم گرفت که مهندس موشک شود. او طرحهای خود را به صورت رمز گونه در می‌آورد که هیچ کس نتواند از اسرار وی مطلع شود. او در زیر زمین منزل والدینش به آزمایش با مواد منفجره می‌پرداخت.

در اواخر دومین جنگ جهانی به عنوان سازنده مواد منفجره مشغول کار شد. اما در سال ۱۹۴۴در اثر انفجار این مواد دو بازوی خود و نیز ۹۰درصد شنوایی و بینایی خود را از دست داد.

پس از جنگ به دانشگاه گوتینگن رفت و به تحصیل در رشته فیزیک پرداخت.

ایده یک موشک که با نیروهای کوانتومی به پیش رانده شود و نه با سوختهای معمولی او را به نسبیت اینشتین و مکانیک کوانتومی هدایت کرد.

از سال ۱۹۴۸به بعد پدر و همسرش به جای چشم و گوش و دستهای او برایش کار می‌کردند و او حافظه‌ای متکی به تصاویر را برای خود شکل داد.

منبع :همشهری