ρяoᴛᴇcᴛɪoɴ oғ ᴀŁɪᴇɴs ▲ حـمـآیت از مـوجودات فرازمینـی/مـآوراءطبیعی

[Interstellar]

محدودیت وضوح تصویر کائنات 

بهترین جزئیاتی که چشم معمولی انسان میتواند  تشخیص دهد سایز شخص یا منظره ای در فاصله ی یک متری است. این همان چیزی است که 'وضوح' نامیده میشود. بهترین وضوح برای یک سیستم اپتیکی -مانند چشم -از نسبت طول موج نوری که شما دریافت میکنید و سایز دیافراگمی که نور از آن عبور میکند به دست می آید. 

در نجوم هم وضوح یک تصویر دقیقا فرایند یکسان دارد و همین توضیح میدهد که چرا ما تلسکوپ های بسیار بزرگ میسازیم. چون تلسکوپ های بزرگ نه تنها نور بیشتری را جمع آوری میکنند تا مسافت های دورتر را بتوان دید ، بلکه هرچه دیافراگم تلسکوپ بزرگتر باشد کیفیت تصویر بهتر خواهد بود. 

اما مطالعات جدید نشان میدهد که کیهان یک محدودیت بنیادی در وضوح دارد ، بدین معنی که مهم نیست چقدر تلسکوپ های بزرگ بسازیم چون هیچوقت تصویری واضح تر و بهتر  از کهکشان های دور نخواهیم دید. 

The Trouble with Telescopes 

مشکل تلسکوپ ها 

بزرگترین تلسکوپ های اپتیکی زمینی مانند تلسکوپ های رصدخانه کک هاوایی آینه هایی به شعاع 10 متر دارند و حتی در نظر گرفته شده که تلسکوپ هایی با قطر 30 یا 40 متر نیز بسازند. اما مشکلی وجود دارد : اگر نور یک شی ( مثل شمع ، چراغ خیابان ، یا حتی یک ستاره ) در مسیر عبور خود به دید ما دچار اختلال شود هیچوقت نخواهیم توانست تصویری به آن واضحی که باید به لحاظ تئوری ماکسیموم دریافت کنیم ، داشته باشیم مهم نیست دیافراگم تلسکوپ چقدر بزرگ باشد.

میدانیم که نور میتواند ما را گول بزند -مانند زمانی که به استخر نگاه کرده و کاشی هی درون آن را در حالت مواج و رقص کنان میبینید. یا زمانی که یک نی را در داخل لیوان آب قرار میدهید و میبینید که نی بین هوا و آب شکسته دیده میشود. 
نوری که از فضا به تلسکوپ های ما وارد میشود بایستی از یک اتمسفر آشفته عبور کند و این برای منجمان یک دردسر است. 
همانند موج های موازی اقیانوس که به صخره های دریایی برخورد میکنند اتمسفر هم انتشار امواج فضایی را دچار اغتشاش میکند. برای امواج الکترومغناطیسی -نور - این باعث تار دیده شدن تصاویر میشود. مگر اینکه بتوانیم این اغتشاش را جبران کنیم بدین معنی که هیچ وقت به حداکثر وضوح نظری تلسکوپ نخواهیم رسید. قرار دادن تلسکوپ در فضا یکی از راه حل ها میباشد اما بسیار گران است. اپتیک های سازگار هم راه حل دیگری است اما فعلا از نظر تکنیکی چالش برانگیز است.

Quantom Foam 
مطالعات جدید که در انجمن بین المللی مجمع عمومی اتحادیه نجوم در این سال ارائه شد در مورد ماهیت فضا با استفاده از دنیای عجیب فیزیک کوانتوم پیش گویی هایی انجام داده. بیان میکند که ماهیت فضا-زمان در یک سطح کوانتومی ممکن است باعث به وجود آمدن نوعی محدودیت وضوح بنیادی کیهان باشد. و این یعنی دلیلی برای نگرانی در این مورد وجود دارد که تلسکوپ های آینده با چه وضوحی خواهند توانست دورترین کهکشان ها را  مشاهده کنند.

این نظریه عنوان میکند که در کوچکترین مقیاس ها که مقیاس پلانک نامیده میشوند مقیاسی در حدود 10 به توان منفی 35 ، فضا به حالت یک اسفنج توصیف شده. در این مقیاس های بسیار کوچک فیزیک کوانتوم پیش بینی میکند که کیهان از ذرات مجازی تشکیل یافته که ناگهان به وجود می آیند و سریعا یکدیگر را نابود میکنند -چیزی که به طور مداوم در ازمایشات فیزیک ذرات مشاهده میشود. اما برای کوچکترین لحظات این ذرات انرژی دارند و بنابراین بر طبق یک معادله ی معروف : E=mc^2  انرژی مساوی جرم در سرعت نور به توان 2 
هرنوع جرم هرقدر هم کوچک فضا و زمان را انحنا میدهد. این توصیف انیشتین از جاذبه است. جذابترین مثال برای این پدیده در طبیعت لنزهای گرانشی کهکشان های دور توسط خوشه های کهکشانی سنگین است. فوتون ها -ذرات نور -از همچین فضای اسفنج مانند تحت تاثیر آشفتگی های مشابه در اتمسفر عبور میکنند. 
هرچند این تاثیر د بسیار کوچک و نامحسوس است اما نوری که از یک کهکشان دور به ما میرسد مسافت بسیار زیادی را باید طی کند و در این مسیر آشفتگی های بیشماری که توسط ماهیت اسفنج مانند فضا زمان ایجاد میشود را هم باید اضافه کرد.  حال پیش بینی این است که این تاثیر در حال حاضر در بهترین عکس هایی که با بهترین تلسکوپ ها گرفته شده بسیار کوچک است اما اگر این تئوری درست باشد این تاری در تصاویر در تصویرهای آینده تهیه شده توسط تلسکوپ های نسل بعد پدیدار خواهد بود. و این شامل تصاویر تهیه شده توسط جانشین هابل یعنی تلسکوپ فضایی جیمز وب نیز میشود که قرار است در سال 2018 راه اندازی شود. 
اما تاکنون هیچ نظریه ای دیدگاه گرانی انیشتین را با مکانیک کوانتوم نتوانسته تلفیق کند کواین تلفیق یکی از کلید های طلایی فیزیک مدرن است و اگر این نظریه جدید درست باشد تاثیرات آن فقط برای اختر فیزیکدانانی که جزئیات ساختار دورترین کهکشان ها را مطالعه میکنند آزار دهنده خواهد بود. 
چیزی که شگفت انگیز است این است که مهم نیست چقدر تلسکوپ های بزرگ در زمین یا فضا داشته باشیم یک محدودیت بنیادی طبیعی در وضوح تصاویر کیهان وجود دار فراتر از جایی که ما نمیتوانیم آن را کاوش کنیم فرآیندی که از دل کوانتوم متولد شده ولی در مقیاس های کیهانی جلوه کرده مانند یک تئوری کیهانی و بعضی از رازهایی ماهیت آن شاید تا ابد پنهان بماند. 
مترجم : آیدا صفری 
منبع : Phys.org