گفتار سوم: دستاوردهاي دانش جديد

گفتار سوم: دستاوردهای دانش جدید

1. افزایش دقت اندازه‌‌گیری همواره به پیدایش توصیف‌‌هایی در سطوح گوناگون مشاهداتی، و پیدایش مقیاس‌‌های متفاوتی برای صورت‌‌بندی پدیده، می‌‌انجامد. این بدان معناست که در تاریخ علم، هر گاه شاهد تکامل ابزارهایی تازه برای افزایش دقت مشاهدات و سنجش‌‌های‌‌مان هستیم، دیر یا زود سلسله‌‌مراتبی شدن پدیدار مورد بحث را هم می‌‌بینیم. در قرن نوزدهم و بیستم با تحول در ساخت میکروسکپ‌‌های نوری و الکترونی، ساختار بدن موجود زنده در سطوحی گوناگون – از ماکرومولکول‌‌ها گرفته تا آناتومی کلان – پیکربندی شد، و به همین ترتیب تکامل رادیوتلسکوپ‌‌ها و شتاب‌‌دهنده‌‌ها نیز به تفکیک فیزیک زیراتمی از کیهان‌‌شناسی منتهی شد.

در مورد زمان نیز، دستاوردهای یادشده دقتی خیره‌‌کننده را فراهم آورده‌‌اند و طبیعی است که انتظار داشته باشیم سلسله‌‌مراتبی از دامنه‌‌های زمانی و رخدادهای مربوط به هر یک در این میان شناسایی شده باشند. از آن‌‌جا که در بخش بعدی یافته‌‌های جدید دو شاخه از دانش را در سطوحی گوناگون از این سلسله‌‌مراتب مرور خواهیم کرد، لازم است نخست با مفاهیم پایه در این میان آشنا شویم و تصویری کلی از زمان‌‌مندی رخدادها و ماهیت روندهایی که در هر مرتبه‌‌ی زمانی رخ می‌‌دهد به دست آوریم.

2. انقلابیان فرانسه هر چند در دهگانی کردن مقیاس‌‌های روزمره‌‌ی زمان کامیاب نشدند اما بنیادی را پدید آوردند که شمارش‌‌های علمی را پس از ایشان سازمان داد و نظام دهگانی مورد نظرشان را در همه جا ترویج کرد. از این رو، هر چند مقیاس‌‌های زمانی در ابعاد ملموس و روزانه‌‌ی ما هم‌‌چنان به دقیقه و روز و ثانیه، با معیارهایی بابلی/ مصری و شصت‌‌گانی/ دوازده‌‌گانی، تقسیم می‌‌شوند اما هم‌‌چنان در دنیای علم رده‌‌بندی‌‌شان بر اساس توان‌‌های متفاوت عدد ده رواج دارد.

واحد استانده برای زمان ثانیه است که تقریباً با کمینه‌‌ی زمان قابل محاسبه برای مغزِ خودآگاه برابر است. کوچک‌‌ترین واحد شناخته‌‌شده‌‌ی زمانی، واحد پلانکی است که با 43 – 10 ثانیه برابر است. اگر کوانتومی برای زمان وجود داشته باشد، این کوانتوم با این مقدار برابر خواهد بود. با وجود این که چنین واحد بسیار بسیار کوچکی در فیزیک تعریف می‌‌شود، اما رخدادهای قابل مشاهده برای ما از مقیاس‌‌هایی بسیار بزرگ‌‌تر آغاز می‌‌شود. سریع‌‌ترین چیزهایی که در دامنه‌‌ی مشاهداتی ما رخ می‌‌دهند، از مقیاس آتوثانیه^[1] برخوردارند. یک آتوثانیه عبارت است از یک میلیاردیم میلیاردیمِ ثانیه یا 18- 10 ثانیه. هر تکانه‌‌ی پرتو لیزر، حدود 250 آتوثانیه به دراز می‌‌کشد، و این کوتاه‌‌ترین رخدادی است که تا به حال ثبت شده است^[2].

پس از آتوثانیه، فِمتوثانیه^[3] کوچک‌‌ترین مقیاس زمانِ کاربردی است. یک فمتوثانیه با یک میلیونیم میلیاردیم ثانیه برابر است. ارتعاش یک اتم در یک مولکول حدود 10 تا 100 فمتو ثانیه طول می‌‌کشد و وقتی یک فوتون نور به شبکیه‌‌ی چشم برخورد می‌‌کند در حدود 200 فمتوثانیه طول می‌‌کشد تا با رنگیزه‌‌های بینایی واکنش دهد. یک واکنش شیمیایی عادی، در حدود چند صد فمتوثانیه طول می‌‌کشد.

هر هزار فمتو ثانیه یک پیکوثانیه^[4] را برمی‌‌سازند که بنا به تعریف، یک هزارم میلیونیم ثانیه است و با عمر یکی از ذرات زیراتمی به نام کوارک پایین^[5] برابر است. سریع‌‌ترین ترانزیستورهای امروزین با این سرعت کار می‌‌کنند و نیمه‌‌عمر پیوند هیدروژنی میان مولکول‌‌های آبی که در لیوانی روی میزتان قرار دارد، حدود سه پیکوثانیه است.

هر میلیاردیم ثانیه که با هزار پیکوثانیه برابر است یک نانوثانیه^[6] نامیده می‌‌شود. در یک نانوثانیه، نور در خلا سی سانتی‌‌متر را می‌‌پیماید. هم‌‌چنین ریزپردازنده‌‌هایی که در یک رایانه‌‌ی شخصی عادی کار می‌‌کنند، در هر نانوثانیه دو تا چهار عمل ریاضی ساده – مانند جمع بستن – را انجام می‌‌دهند. عمر یکی از جوانمرگ‌‌ترین ذرات بنیادی شناخته‌‌شده – مزون کا – تنها 12 نانوثانیه است.

میکروثانیه که یک‌‌میلیونیم ثانیه است، واحدی است که برای ما ملموس‌‌تر می‌‌نماید. نور در یک میکرو ثانیه سیصد متر جابه‌‌جا می‌‌شود و موج صوت در این مدت تنها 3 درصد میلیمتر را می‌‌پیماید. یک فلاش چراغ‌‌های تبلیغاتی استروبوسکپی در هر برقی که می‌‌زنند به مدت حدود یک میکرو ثانیه به محیط اطراف‌‌شان نورافشانی می‌‌کنند. یک لوله‌‌ی دینامیت در 24 میکروثانیه منفجر می‌‌شود.

یک هزارم ثانیه، میلی‌‌ثانیه خوانده می‌‌شود و مقیاسی زمانی است که کارکردهای دستگاه ما در آن پایه انجام می‌‌پذیرد. یک بار بال زدن یک مگس و زنبور به ترتیب سه و پنج هزارم ثانیه طول می‌‌کشد. در دوربین‌‌های عکاسی عادی سرعت نورگیری صفحه‌‌ی حساس در همین حدود است و در رایانه‌‌های شخصی، هر ده هزارم ثانیه را با عبارتِ یک جیفی^[7] مشخص می‌‌کنند. از آن‌‌جا که ماه به تدریج در حال گریختن از مدار زمین است، در هر سال زمان گردش ماه به دور زمین – یعنی یک ماه قمری – دو هزارم ثانیه افزایش می‌‌یابد.

واحد بزرگ‌‌تر زمان، دهم ثانیه است. این همان زمان مشهورِ «در یک چشم بر هم زدن» است. چون هر حرکت عضلانی پلک، در همین حدود طول می‌‌کشد. مرخ مگس‌‌خوار در هر ده ثانیه هفت بار بال می‌‌زند و فضاپیمای وُیجِر در همین مدت دو کیلومتر از منظومه‌‌ی خورشیدی فاصله می‌‌گیرد. این زمانی است که دستگاه شنوایی ما برای تفکیک یک صدا از پژواکش، و تشخیص تفاوت میان این دو، نیاز دارد.

ثانیه که واحد بزرگ‌‌تر بعدی است، چنان که گفتیم، با کوتاه‌‌ترین بازه‌‌ی زمانی که در حالت عادی به طور خودآگاه درک می‌‌شود برابر است. هر تپش قلب در حدود یک ثانیه طول می‌‌کشد. نور ماه در ۱/۳ ثانیه به زمین می‌‌رسد. زمین در هر ثانیه مدت سی کیلومتر گرداگرد خورشید می‌‌چرخد. در همین مدت خورشید هم 274 کیلومتر در اطراف مرکز کهکشان راه شیری حرکت می‌‌کند. در ضمن، در همین فاصله مردم آمریکا 3500 برش پیتزا می‌‌خورند!

مقیاس‌‌های بعدی زمان برای ما آشناتر هستند. دقیقه، واحدی زمانی است که یک آدم عادی می‌‌تواند در درازای آن 150 کلمه حرف بزند یا 250 کلمه را بخواند. نوری که از خورشید می‌‌تابد، در هشت دقیقه به زمین می‌‌رسد، و قلب موش حشره‌‌خوار^[8] در هر دقیقه هزار بار می‌‌تپد. مغز نوزاد آدم در همین مدت، در اثر رشد عمومی کودک، یک تا دو میلی‌‌گرم سنگین‌‌تر می‌‌شود!

ساعت، ضرباهنگی است که زندگی اجتماعی آدمیان بر اساس آن تعریف می‌‌شود. هر سلول در بدن پستانداران در این مدت تقسیم می‌‌شود و نوری که از سیاره‌‌ی پلوتو تابیده است، در پنج ساعت و بیست دقیقه بعد به زمین می‌‌رسد. روز، که بنیادی‌‌ترین و کهن‌‌ترین ضرباهنگ رفتاری در جانداران است، واحدی زمانی است که از بیست‌‌ و سه ساعت و پنجاه و شش دقیقه و ۴/۱ ثانیه تشکیل یافته است. در هر روز، قلب آدم صد هزار بار می‌‌تپد و شش‌‌هایش یازده هزار لیتر هوا را جابه‌‌جا می‌‌کنند. نوزاد یک نهنگ در هر روز حدود صد کیلو چاق‌‌تر می‌‌شود!

واحد سال، ضرباهنگی است که دوره‌‌های زندگی آدمیان بر اساس آن تعریف می‌‌شود. در هر سال سطح اقیانوس‌‌ها یک تا دو و نیم میلی‌‌متر بالاتر می‌‌آید، و آمریکای شمالی به خاطر حرکات تکتونیک صفحه‌‌ای سه سانتی‌‌متر از قاره‌‌ی اروپا فاصله می‌‌گیرد. نور نزدیکترین ستاره در ۳/۴ سال به زمین می‌‌رسد.

قرن، که واحد دگرگونی‌‌های فرهنگی و اجتماعی محسوب می‌‌شود، زمانی است که در طی آن فاصله‌‌ی ماه از زمین ۳/۸ متر بیشتر می‌‌شود، و یک دیسک نوری (CD) عادی در این مدت خراب می‌‌شود.

واحدهای زمانی بزرگ‌‌تر، معمولاً، به رخدادهای کیهانی یا زمین‌‌شناختی مربوط می‌‌شوند. در یک میلیون سال، نوری که از نزدیک‌‌ترین کهکشان همسایه‌‌ی ما تابیده، هنوز به نیمی از مسیر خود برای رسیدن به ما نرسیده، و یک نقطه از آمریکای شمالی در این مدت چهل کیلومتر به سمت شمال و شمال غربی جابه‌‌جا می‌‌شود. ستاره‌‌های موسوم به ابرغول‌‌های آبی که چند میلیون برابر خورشید درخشش دارند، در این مدت می‌‌سوزند و از بین می‌‌روند.

بزرگترین واحد زمانی کاربردی، میلیارد سال است که برای اندازه‌‌گیری رخدادهای مربوط به کل عالم کاربرد دارد. مدتی که طول کشید تا زمین از وضعیت یک توپ گداخته به سرزمینی مناسب برای میزبانی حیات تبدیل شود، حدود یک میلیارد سال بوده، و در همین زمان خورشید چهار بار دور مرکز کهکشان راه شیری می‌‌چرخد. در حال حاضر، کل عمر عالم بنا بر تخمین‌‌های گوناگون 13 تا 15 میلیارد سال است.

 

 

1. Attosecond ↑
2. Scientific American, Jun. 2006. ↑
3. Femtosecond ↑
4. Picosecond ↑
5. Bottom Quark ↑
6. Nanosecond ↑
7. Jiffy ↑
8. Shrew ↑

 

 

ادامه مطلب: بخش  چهارم: علمِ زمان – گفتار نخست: فيزيک زمان

رفتن به: صفحات نخست و فهرست کتاب