نیازی به گفتن نیست که در فضا هیچ پزشکی وجود ندارد و البته این یک مشکل به‌حساب می‌آید، به‌خصوص آنکه این محیط خشن احتمال بروز آسیب در فضانوردان را بیشتر می‌کند. اکنون پژوهشگرانی از دانشگاه فنی درسدن روش چاپ زیستی سه‌بعدی جدیدی را برای استفاده در فضا توسعه داده‌اند که بافت‌های جدید استخوان و پوست را از منابع در دسترس فضانوردان تولید می‌کند.

زندگی برای فضانوردانی که در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) زندگی می‌کند، آسان نیست. انسان‌ برای زندگی روی جاذبه‌ی زمین تکامل پیدا کرده‌ است بنابراین هنگامی که بدن ما از این محیط جدا شود، عملکرد مناسبی نخواهد داشت. مایعات آن‌طور که باید در بدن حرکت نخواهند کرد، ماهیچه‌ها خشک می‌شوند، توده‌ی استخوانی کاهش یافته و دربرابر شکستگی‌ها آسیب‌پذیرتر می‌شود.

نمونه‌ی استخوان چاپ سه‌بعدی

فناوری چاپ زیستی سه‌بعدی که روی زمین به جراحان و پزشکان در ترمیم زخم‌ها و حتی چاپ اندام‌های کارآمد جدید برای پیوند عضو کمک می‌کند، می‌تواند مزایای فراوانی برای فضانوردان به‌همراه داشته باشد. این فناوری هم‌اکنون برای استفاده در فضا درنظر گرفته شده و قرار است در ساخت ابزارها و حتی پناهگاه از خاک مریخ به فضانوردان کمک کند.

پژوهشگران با هدف فراهم آوردن این امکان که فضانوردان بتوانند تکه‌های پوست را برای التیام زخم‌ها و قطعات استخوانی را برای ترمیم شکستگی‌ها ایجاد کنند، سعی کردند فناوری چاپ سه‌بعدی را توسعه دهند؛ اما دو مانع سر راه آن‌ها وجود داشت. نخست، منبع مواد مورد استفاده برای چاپ زیستی یا همان جوهرهای زیستی در فضا و دوم، رفع مشکل حرکت مایع در شرایط ریزگرانش بود. پژوهشگران برای حل مشکل اول پیشنهاد کرده‌اند که خود فضانوردان می‌توانند منبعی برای جوهر زیستی باشند. پلاسمای خون می‌تواند برای تولید سلول‌های پوست استفاده شود در حالیکه سلول‌های بنیادی می‌توانند به استخوان تبدیل شوند. نیوس کوبو، یکی از اعضای این پروژه می‌گوید:

سلول‌های پوستی می‌توانند با استفاده از پلاسمای خون به‌عنوان یک جوهر زیستی غنی از مواد مغذی چاپ زیستی شوند که به‌آسانی از بدن فضانوردان قابل دریافت است. تولید نمونه‌ی استخوانی شامل چاپ سلول‌های بنیادی انسانی با یک ترکیب مشابه جوهر زیستی به‌علاوه‌ی سیمان استخوانی کلسیم فسفات به‌عنوان ماده‌ی حمایت‌کننده‌ی ساختاری است که در جریان مرحله‌ی رشد جذب خواهد شد.

نمونه‌ی پوست چاپ سه‌بعدی 

مشکل دوم یعنی ریزگرانش با تغییر وسکوزیته‌ی جوهر زیستی حاصل از پلاسما که به‌طور معمول کاملا مایع است، برطرف می‌شود. پژوهشگران متیل سلولز و آلژینات را به ترکیب افزودند که موجب افزایش ویسکوزیته‌ی جوهر و مانع از جریان یافتن آن در هر جایی می‌شوند. این ترکیبات می‌توانند از گیاهان و جلبک‌هایی گرفته شود که احتمالا فضانوردان در سفرهای طولانی آن را به‌همراه دارند. درحالی‌که ما نمی‌توانیم به‌طور مصنوعی یک محیط دارای گرانش پایین را روی زمین ایجاد کنیم، پژوهشگران نشان دادند که جوهر زیستی جدید وقتی وارد چاپگر سه‌بعدیمی‌شود، از آن سرریز نخواهد شد و این ترکیب برای استفاده در فضا مناسب است. کوبو می‌گوید:

قابلیت چاپ زیستی سه‌بعدی به فضانوردان این امکان را خواهد داد که به‌محض ایجاد وضعیت‌های اضطراری پزشکی دربرابر آن واکنش نشان دهند. برای مثال، درمورد سوختگی‌ها به‌جای پیوند پوست از محل دیگر بدن که می‌تواند موجب آسیب ثانویه‌ای شود که شاید به‌راحتی در آن محیط ترمیم نشود، پوست جدید می‌تواند با روش چاپ سه‌بعدی ایجاد شود. یا درمورد شکستگی‌های استخوان که به‌علت بی‌وزنی در فضا احتمال وقوع آن بیشتر است، همراه‌با گرانش جزئی موجود روی مریخ، استخوان جایگزین می‌تواند وارد بخش آسیب‌دیده شود. در تمام موارد، مواد مورد استفاده برای چاپ زیستی از خود فضانوردان منشا خواهد گرفت؛ بنابراین مشکلی در ارتباط با رد پیوند وجود نخواهد داشت.

طرز کار این چاپ‌گر سه‌بعدی را می‌توانید در ویدئوی زیر تماشا کنید:

به قسمت دهم مجموعه مقالات گذری بر فیزیک کوانتوم خوش آمدید. در نه قسمت گذشته، مباحث و اتفاقات بسیاری در جهان فیزیک را نقد و بررسی کرده‌ایم. در این قسمت به سراغ فیزیک هسته‌ای می‌رویم. فیزیک هسته‌ای نیز به مانند مباحث کوانتومی پس از به دنیا آمدن فیزیک مدرن شکل گرفت، اما جنس و ماهیت آن با مباحث کوانتومی کمی تفاوت دارد. در فیزیک کلاسیک هیچگاه نامی از فیزیک هسته‌ای نیامده است و اساسا پدیده‌ای به نام پرتوزایی و ناپایداری معنایی نداشت و تمامی این مفاهیم جدید، پس از شکل‌گیری فیزیک هسته‌ای معنا و مفهوم پیدا کرد.

در این قسمت کمی به تاریخ پیدایش این شاخه از فیزیک می‌پردازیم و به‌صورت متمرکز بر زندگی سه تن از افرادی که بیشترین تأثیر را در رشد و شکوفایی این علم داشتند، می‌پردازیم. در ابتدا به اولین گمان‌هایی که در نهایت به پدیده پرتوزایی منجر شد، می‌پردازیم و سپس به سراغ ماری کوری، رادرفورد و در آخر لیزه مایتنر می‌رویم. این ۳ شخص تأثیر بسیار زیادی بر جریان فیزیک هسته‌ای داشته‌اند. 

لیزه مایتنر، یکی از اولین فیزیکدانان زنان تاریخ بوده است و در طول عمر خویش همواره سختی‌های زیادی را متحمل شده است، اما هیچگاه دست از تلاش نکشید، با این حال نقش شگرف او در جریان هسته‌ای اکثرا نادیده گرفته می‌شد. به همین دلیل، تصمیم گرفتیم تا برای این مقاله از عکس ایشان استفاده کنیم، تا مخاطب فارسی زبان علم دوست، با او بیشتر آشنا شود.

این مقاله نزدیک به ۱۳ هزار کلمه مطلب دارد و برای آن که راحت‌تر مطالعه شود به ۳ قسمت تقسیم شده است.  بدیهی است که این جنس مقالات با اخبار روزانه تفات ساختاری فاحشی دارند و هدف آن‌ها افزایش دانش، بینش و سواد حقیقی شما است. بنابراین اگر تمایل به خواندن آن دارید، حتما آن را ذخیره کنید و در طول مدت زمان حداقل ۳ روز مطالعه کنید. به مانند قسمت‌های قبلی، تمامی سعی نگارنده بر این بوده است، که مطالب به زبانی ساده و گیرا بیان شود و با بررسی، جمع‌آوری و مطالعه‌ی چندین کتاب سعی شده است، تا بر این اصل مهم خود وفادار بمانیم.

کمی تاریخ

اگر بخواهیم به زبان ساده بگوییم، هر اتم شامل یک بخش مرکزی با بار مثبت به نام هسته است. هسته را ساختارهای پوسته مانندی از الکترون‌ها که بار منفی دارند، احاطه کرده‌اند. اندازه‌ی هسته نسبت به سایر اتم بسیار کوچک است (توپ فوتبالی در یک استادیوم ۱۰۰ هزارنفری!) اما از سمت دیگر، همین هسته‌ی کوچک، بسیار سنگین است، به‌طوری که تقریبا می‌توان گفت، تمامی جرم اتم را در بر دارد!

دو کاشف بزرگ در پژوهش رادیواکتیویته، ماری کوری و ارنست رادرفورد بودند، کوری در پاریس و رادرفورد نخست در مونترآل، سپس در منچستر و سرانجام در کمبریج بود. ماری کوری و همسر او پیر کوری ابتدا به جداسازی عنصر رادیواکتیو رادیم اقدام کردند. رادرفورد نیز سه پرتو گسیل یافته از عناصر رادیواکتیو را مشخص کرد و آن‌ها را، آلفا، بتا و گاما نامید. رادرفورد و همکارش فردریک سادی، نشان دادند کیمیاگری، که نام مناسب‌تر برای آن تبدیل هسته‌ای است، دیگر یک افسانه نیست و تحقق یافته است؛ چرا که یک عنصر رادیواکتیو به عنصر دیگر تبدیل می‌شود!

رادرفورد، هانس گایگر و ارنست مارسدن با استفاده از ذرات آلفا (که درواقع یون‌های هلیم با دو بار مثبت‌اند، نه یک پرتو) و بمباران کردن ورقه‌های نازک فلزی با آن ذرات، دلیل محکمی برای وجود هسته در یک سری آزمایش‌ها به دست آوردند، که در سال ۱۹۱۳ کامل شد.

احتمالا کما بیش با مدل اتمی رادرفورد آشنایی داشته باشید، چرا که در کتاب‌های دوره راهنمایی و دبیرستان خود با آن برخورد کرده‌اید. مدل رادرفورد هسته را فوق‌العاده کوچک، اما با اندازه‌ای محدود و متناهی توصیف می‌کند. این موضوع پرسش دیگری را مطرح کرد؛ اجزای سازنده هسته چه هستند؟

• یکی از اجزای اولیه آشکارا پروتون بود. چرا که در کوچک‌ترین هسته‌، یعنی هسته‌ی هیدروژن(که از تنها یک پروتون تشکیل شده و نوترون ندارد) شناسایی شده بود. 
• دیگری نوترون بود، که در سال ۱۹۳۲ به وسیله‌ی جیمز چادویک که معاون رادرفورد در آزمایشگاه کاوندیش در کمبریج بود، کشف شد. نوترون جرم هسته را در حدود پروتون افزایش می‌دهد، اما بار الکتریکی ندارد!

ابزار آزمایشی مطلوب رادرفورد، ذره‌ی آلفا بود. او با این ذره به مفهوم هسته و نخستین نمونه‌ی شیمی هسته‌ای دست یافت. او دریافت که با بمباران گاز نیتروژن به وسیله‌ی ذرات پر انرژی آلفا، نیتروژن را به اکسیژن تبدیل می‌کند. چادویک با بمباران برلیم با ذرات آلفا، نوترون تولید کرد. در پاریس نیز ایرن ژولیو کوری (دختر ماری کوری) و همسرش فردریک  عنصر بور و آلومینیم را با ذرات آلفا بمباران کردند، تا عناصر رادیواکتیو مصنوعی را که در طبیعت یافت نمی‌شود، به دست آورند.

انریکو فرمی نیز با آزمایش‌های متعدد بمباران موفق به یافتن نوترون‌های کند یا در حقیقت نوترون‌های کم انرژی شد. بسیاری از عناصر پس از اکسیژن در جدول تناوبی، نوترون‌های کند را جذب می‌کنند و در این فرایند رادیواکتیو می‌شوند. گیراندازی نوترون، تأثیر ویرانگری بر یکی از سنگین ترین عناصر فراوان زمین یا همان اورانیم دارد و سبب می‌شود هسته‌اش از هم پاشیده یا به دو پاره تقریبا با جرم برابر شکافته شود.

فرمی و همکارانش نخستین بمباران اورانیم با نوترون را در سال ۱۹۳۵ انجام دادند، اما در تفسیر نتایج آن دچار اشتباه شدند. تا آن که در سال ۱۹۳۸ لیزه مایتنر و اُتو فریش مفهوم شکافت هسته‌ای را مطرح کردند.

در یک رویداد شکافت، یک نوترون مصرف شده و دو یا سه نوترون تولید می‌شود. اگر توجه دقیقی به نوترون‌های از دست رفته و نوترون‌های به دست آمده داشته باشیم، نوترون‌های تولید شده در رویدادهای شکافت می‌توانند، سبب شکافت‌های بیشتری شوند، در نتیجه یک واکنش هسته‌ی زنجیری تداوم می‌یابد. هر شکافت مقدار انرژی زیادی آزاد می‌کند. یک واکنش هسته‌ای زنجیره‌ای اگر کنترل شود، منبع انرژی مفیدی خواهد بود و اگر کنترل نشود، ممکن است به‌عنوان یک بمب به کار گرفته شود، که قادر است شهرهایی را با خاک یکسان کند!

در یک آزمایش پیچیده‌ی بی‌سابقه، فرمی در سال ۱۹۴۲ نشان داد، که چگونه واکنش زنجیره‌ای اورانیم کنترل می‌شود. طی سه سال بعد، گروه برجسته و ممتازی از فیزیکدانان، مهندسان، شیمیدانان و ریاضیدانان با کار در لوس آلاموس و نیومکزیکو بمبی را طراحی کردند و ساختند، که وقتی آن را آزمایش کردند، خودشان به وحشت افتادند!

حال بد نیست کمی در زمان سفر کنیم و با تاریخچه‌ی فیزیک هسته‌ای و افرادی که تأثیر بسزایی در پیشرفت آن داشتند، آشنا شویم.

ماری کوری؛ مایه‌ی فخر جامعه‌ی زنان

میان نام ماری کوری و فیزیک هسته‌ای پیوندی ناگسستنی برقرار است و تأثیر شگرف او بر پیشرفت این علم انکار ناشدنی است. در یک کلام زندگی او قهرمانانه بود!

ماری کوری هر کاری را که به عهده می گرفت، موانع هرچه که بود، نمی‌توانست مانع پیشروی او شود. وقتی بیست و یک ساله بود، در نامه‌ای به یکی از دوستانش نوشت:

اصل اول: هرگز نگذار کسانی با رویدادهایی تو را مغلوب کنند!

در آن زمان، او زندگی خود را به‌عنوان معلم سرخانه در شهرکی در لهستان می‌گذراند و رویای آموزش دانشگاهی در پاریس را در سر می‌پروراند. سرانجام زندگی دانشجویی در سوربون برای او واقعیت یافت و با وجود تحصیلات نامنظم در مقطع متوسطه در ورشو، او بر تمامی مشکلات پیروز گشت. ابتدا در امتحان علوم، در میان ۱۸۲۵ شاگرد، که ۲۳ نفر از آن‌ها زن بودند، نفر اول و در امتحان ریاضیات نفر دوم شد!

او برای پایان نامه دکتری خود موضوعی بسیار دشوار و نوین را برگزید. پایان نامه‌ی دکترای او متمرکز بر بررسی پدیده‌های تازه کشف شده رادیواکتیویته بود. او برای این کار جایزه‌ینوبل دریافت کرد و تبدیل به نخستین زنی شد، که موفق به دریافت این جایزه گشته است. چندی بعد نیز جایزه‌ی نوبل دوم را دریافت کرد؛ او نخستین دانشمندی بود، که به چنین افتخاری دست یافت. او نخستین زنی بود، که در دانشگاه سوربون تدریس می‌کرد، اما با اختلاف دو رأی نتوانست، اولین زن عضو فرهنگستان علوم شود!

زن نابغه

ماری ابتدا می‌خواست پس از گرفتن درجه کارشناسی ارشد، به ورشو بازگردد، تا با پدرش زندگی کند و مانند پدر و مادرش به شغل معلمی بپردازد، اما در سال ۱۸۹۴، هنگامی که پیر کوری وارد زندگی او شد، تمامی این نقشه‌ها برای همیشه به هم خورد!

وقتی آن دو با هم آشنا شدند، پیر کوری سی و پنج ساله بود و موفقیت‌های فراوانش در فیزیک نظری و تجربی، او را به شهرتی در دنیای علم رسانده بود. او و بردارش ژاک در کشف اثر پیزو الکتریک همکاری داشتند. اثری که؛ با اعمال نیرو به دو وجه مقابل بعضی از بلورها به‌ویژه کوارتز، ظرفیت الکتریکی تولید می‌کند، یا به‌عکس با به کار گرفتن یک ظرفیت به بلور، یک نیرو به وجود می‌آورد.

او به‌تنهایی با تمرکز بر آثار تغییرات دما بر مواد مغناطیسی، بررسی تجربی مغناطیس را تکمیل کرده بود. او طراح و سازنده‌ی ماهر وسایل حساس الکتریکی بود، همین توانایی او بعدها در همکاری با ماری در زمینه‌ی رادیواکتیویته اهمیت فوق‌العاده‌ای داشت. 

ماری و پیر در ژوئن سال ۱۸۹۵ در سالن شورای شهرک سوا در حومه‌ی پاریس، جایی که والدین پیر می زیستند، ازدواج کردند و این شروعی برای فتح یکی پس از دیگری سنگرهای علمی بود.

پرتوهای بکرل

اکتشافات علمی گاهی به قدری متضاد و شگفت انگیزند، که تنها می‌توان آن‌ها را بر حسب تصادف آشکار کرد. داستان در سال ۱۸۹۵ با گزارشی از یک فیزیکدان تجربی آلمانی با استعداد اما بی سروصدا به نام ويلهلم رونتگن  آغاز می‌شود. او نوع جدیدی از تابش‌ها را کشف کرده بود و آن‌ها را پرتوهای x نامید. پرتوهای جدید رونتگن شیبه نور بودند؛ آن‌ها در خط مستقیم حرکت می‌کردند، سایه ایجاد می‌کردند و به آسانی صفحه‌ی عکاسی را نورانی می‌کردند. این پرتوها توانایی حیرت‌انگیزی داشتند و آن این بود؛ که تقریبا بر هرچه می‌تابیدند، می‌توانستند در آن نفوذ کنند!

دست‌ها، پاها، ساق‌ها و بازوها از جمله مواردی بودند، که نفوذ پرتو ایکس در آن‌ها و ایجاد سایه‌هایی از آن‌ها، که استخوان‌بندی بدن انسان را نمایان می‌کرد، شور و هیجان عمومی را برانگیخت. پیش از آن هرگز یک پیشرفت علمی با چنین سرعتی گسترش نیافته بود!

پرتوهای x رونتگن در یک لوله‌ی شیشه‌ای تخلیه شده، با ایجاد یک تخلیه الکتریکی متمرکز، باریکه‌ای از پرتوهای کاتودی تولید می‌کرد. پرتوهای x در جایی به وجود می‌آمد، که باریکه‌ی پرتو کاتدی به جدار شیشه‌ای لوله برخورد می‌کرد. در همان نقطه‌ی برخورد با شیشه نیز یک درخشندگی قوی، یا فلوئورسانی ایجاد می‌شد. بنابراین این ایده به ذهن بكرل و دیگران رسید، که فلوئورسانی و پرتوهای x باید با سازوکار یکسانی تولید شوند. در سال ۱۸۹۶ این حدس بكرل را به جستجوی پرتوهای x به همراه‌ با منابع شناخته شده‌ی دیگر فلوئورسانی کشانید. او به تحقیق در رابطه با ماده‌ی مرکبی شامل اورانیم به نام سولفات اورانیل پتاسیم پرداخت، که پیش‌تر خاصیت فلوئورسانی آن را تحت تأثیر نور خورشید بررسی کرده بود. بنابراین این نمک اورانیم باید در معرض نور خورشید تابشی نافذ گسیل می‌کرد، اما در طی یه حادثه‌ی اتفاقی بکرل دریافت که نمک اورانیوم منبع ثابتی از پرتوهای نافذ است، حتی بدون آن که در معرض نور خورشید باشد.

پرتوهای بکرل منبع انرژی آشکاری نداشتند؛ و این اتفاق نقض آشکار قانون اول ترمودینامیک بود. این خبر نگران کننده‌ای بود، اما در آن زمان چنان توجهی به آن نشد، چرا که اکثریت جامعه‌ی علمی مشغول به کندوکاو در دنیای هیجان‌انگیز و ناشناخته‌ی پرتوهای ایکس بودند. 

عنصری به نام یک کشور

بکرل گزارش کرده بود؛ که پرتوهای اورانیم می‌توانند اجسام الكتريسيته دار شده را تخلیه کنند. یعنی اگر یک نمک اورانیم میان صفحات یک خازن باردار شده جای داده می‌شد، یک جریان ضعیف الکتریکی تولید می‌شد، که به آهستگی خازن را تخلیه می‌کرد. یکی از اختراعات برادران کوری، الکتریسیته سنج حساسی بود، که برای اندازه‌گیری چنین جریان‌هایی بسیار مطلوب بود.

ماری کوری کارش را با ارزیابی فهرستی از مواد مرکب خالص و کانی‌ها آغاز کرد. او هر ماده را روی یکی از صفحه‌های خازن که تا ۱۰۰ ولت باردار شده بود، می‌پاشید و سپس جریان تخلیه را به وسیبه‌ی الکتریسیته‌ سنج کوری اندازه‌گیری می‌کرد. همان گونه که انتظار می‌رفت، ثابت شد که ترکیبات اورانیم در این طرح فعال‌اند و در مورد ترکیبات عنصر توریم نیز این امر صادق است. کلیدی‌ترین مشاهده‌ی ماری کوری، که به مهم‌ترین پژوهش کوری‌ها نیز منجر شد این بود که؛ کانی‌های اورانیم، به‌ویژه پیچ‌بِلند، پس از جداسازی فعال‌تر از اورانیوم خالص بود. این موضوع وجود مقادیر اندکی از یک عنصر ناشناخته با فعالیت بیشتر از اورانیم را نشان می‌دهد، شگفت آن که پژوهش به سرعت در جهتی پیش رفت، که فیزیکدانان و شیمیدانان را امیدوار به کشف یک عنصر جدید کرده بود!

ماری در یادداشت‌های زندگینامه خود می‌نویسد:

در آغاز ما هیچ یک از خواص شیمیایی مواد ناشناخته را نمی‌دانستیم و پژوهش‌های ما فقط براساس همين پرتوها بود.

کوری‌ها با استفاده از فنون تجزیه شیمیایی پیچ‌بِلند، اجزای شامل عناصر موجود در آن را که می‌شناختند از هم جدا کردند و سپس فعالیت این اجزای جدا شده را اندازه‌گیری کردند. این رهیافت مبتکرانه به سرعت موفقیت‌آمیز شد؛ چرا که اجزای غنی از بیسموت بسیار فعال‌تر، یا به‌گفته‌ی کوری‌ها رادیواکتیوتر از نمونه پردازش نشده بودند.

کوری‌ها در مقاله‌ای در سال ۱۸۹۸ مدعی موفقیت کار خود شدند و ماری با افتخار مهر خود را بر یک عنصر جدید کوبید:

ما باور داریم، ماده‌ی استخراج شده از پیچ‌بِلند حاوی فلزی است، که تاکنون شناخته نشده و خواص شیمیایی آن ارتباط نزدیکی با بیسموت دارد. اگر وجود این فلز جديد تأیید شود، پیشنهاد می‌کنیم آن را به نام کشور مبدا یکی از ما پولونیم نام‌گذاری کنید!

در حدود شش ماه بعد، کوری‌ها با همراهی گوستاو بمون، یکی از همکاران در مدرسه‌ی فیزیک و شیمی، مدعی کشف عنصر بسیار رادیواکتیو دیگری شدند. این عنصر از لحاظ شیمیایی به باریم مربوط می‌شد و آن را رادیمنامیدند.

زوج کوری

طرح پژوهشی رادیم پُرزحمت و طاقت‌فرسا بود. اما وقتی موضوع پژوهش رادیم منتشر شد، خواه ناخواه توجه جامعه‌ی علمی جهان به سوی ماری و پیر کوری جلب شد. نمونه های غنی شده از رادیم فراتر از همه انتظارات رادیواکتیو بودند، نمونه‌ها برای آن که توانمندی خود را نشان دهند، در تاریکی می‌درخشیدند. ارنست رادرفورد در ژوئن سال ۱۹۰۳، روزی که ماری به‌طور موفقیت آمیزی از پایان نامه دکترای خود دفاع می‌کرد، به ملاقات وی رفت. او در مهمانی شامی که پل لانژون به افتخار ماری برپا کرده بود، شرکت کرد. رادرفورد یادآور می‌شود؛

پس از یک عصر هیجان‌انگیز، در حدود ساعت ۱۱ به باغ رفتیم و در آنجا پروفسور ماری کوری در لوله‌ای را باز کرد، که بخشی از آن لوله با سولفید روی (ZnS) پوشیده بود و درون آن مقداری زیاد محلولی حاوی رادیم بود. درخشش آن در تاریکی تابناک بود و این پایان یک روز باشکوه و عالی فراموش نشدنی بود!

پیر سخنرانی بسیار مقبولی در رابطه با کارشان در انجمن سلطنتی لندن ایراد کرد و اندکی بعد به خاطر مهم‌ترین کشف سال در شیمی، مدال همفری دیوی به ماری و پیر اهدا شد. پذیرفتن مدال بازتاب تغییری در موضع قدیمی پیر بود، که پیش‌تر، هرگونه نشان و مدال را تحقیر می‌کرد. سپس در سال ۱۹۰۳، کور‌ی‌ها به‌طور مشترک با بکرلجایزه نوبل را دریافت کردند. گزارش کميته نوبل این به شرح زیر بود؛

اکنون حوزه‌ی کاملا جدیدی با بیشترین اعتبار، منزلت و علاقه برای پژوهش در جهان فیزیک گشوده شده است. اعتبار این اکتشاف‌ها بدون تردید در نخستین مرحله متعلق به هانری بكرل و آقا و خانم کوری است! کشف بكرل درباره‌ی رادیواکتیویته خود به خود اورانیم، الهام بخش پژوهش جدی مداوم برای یافتن عناصر بیشتر با کیفیت‌های چشمگیر شد. عالی‌ترین پژوهش قاعده‌مند و تلاش مستمر در این زمینه به وسیله‌ی آقا و خانم کوری به عمل آمد.

جایزه‌ی نوبل، مقامی عالی رتبه را برای پیر در سوربون به ارمغان آورد و سیلی از شهرت و تبلیغات را که کوری‌ها برای آن به‌طور کلی آمادگی نداشتند، را روانه‌ی این زوج دانشمند کرد. 

روزنامه‌ نگارها شیفته‌ی زوج کوری و سادگی آزمایشگاه فیزیک آنان بودند. توجه آنان به‌ویژه معطوف به ماری بود، در یکی از زندگینامه‌های منتسب به ماری کوری چنین نوشته شده است؛

ماری بسیار متفاوت از یک زن و همسر متعارف یک دانشمند بود و این بیش از هر چیز دیگر کنجکاوی مطبوعات و عامه‌ی مردم را جلب می‌کرد. این موضوع که یک مرد و یک زن بتوانند، رابطه‌ای عاشقانه و در عین حال کاری داشته باشند، برای بعضی از مردم هیجان‌آور و برای بعضی دیگر تهدید آمیز بود!

ساعات مرگبار

رادیواکتیویته جنبه‌ی منفی و تاریک خاص خود را نیز دارد. پرتوهای گسیل یافته از رادیم و عناصر رادیواکتیو دیگر فوق‌العاده پر انرژی‌اند. آن‌ها می‌توانند سلول‌های زنده را تخریب کنند، سبب سوختگی‌های عمیق شوند و به اندام‌های درونی ما آسیب برسانند. کوری‌ها و همکارانشان در پژوهش‌های رادیواکتیویته از بعضی از این آثار زیست شناختی آگاه بودند، اما آسيب را سطحی می‌پنداشتند و تهدیدهای فراگیر بر سلامتی‌شان را جدا دست کم می‌گرفتند.

با مروری بر تاریخ‌های معاینه‌های پزشکی کوری‌ها، می‌توان حدس زد که آنان از شکل‌های گوناگون آن چه امروزهبیماری‌های تابشی می‌نامیم، رنج می برده‌اند، طی سال‌های پس از کشف رادیم، هم ماری و هم پیر به‌طور فزاینده‌ای از خستگی مفرط در عذاب بودند. ماری کم خونی و کمبود وزن داشت و پیر از حمله‌ی دردهای حاد رنج می‌برد.

مشکل سلامتی پیر ابتدا روماتیسم و سپس نوعی ضعف اعصاب تشخیص داده شد. این بیماری درد استخوانی بود، که او در ساق‌ها و پشتش احساس می‌کرد. می‌توان حدس زد که پیر کوری نخستین قربانی بیماری ناشی از تابش باشد. اما خوب یا بد، پیر با چنین تهدیدی مواجه نشد و در ۱۹ آوریل سال ۱۹۰۶، درحالی‌که می‌کوشید، پیاده از یک تقاطع شلوغ در پاریس بگذرد، یک اسب عصبی او را نقش زمین کرد و سرش زیر چرخ‌های یک درشکه، خرد شد. او در آن زمان تنها چهل و هفت ساله بود.

پس از مرگ پیر، ماری مدتی طولانی درگیر افسردگی و نومیدی بود، اما پس از مدتی توانست بار دیگر روحیه‌ی خود را بازگرداند و فعالیت‌های علمی خود را از سر گیرد. پنج سال پس از مرگ پیر، ماری با ادامه دادن پژوهش‌های خود در رابطه با مواد رادیواکتیویته موفق به کسب دومین جایزه‌ی نوبل شد. نوبل دوم او در رشته‌ی شیمی و به پاس زحمات او در زمینه‌ی پیشرفت این علم، که به کشف عناصر رادیم و پلونیوم منتهی شده بود، به وی داده شد. 

سال‌های پایانی

هنگامی که کرسی تدریس ماری، در سوربون ایجاد شد، قرار بود یک آزمایشگاه برای مطالعات رادیواکتیویته تأسیس شود، اما تا زمان مرگ او این وعده تحقق نیافت. در خلال این سال‌ها مدالی به او اهدا شد و او در پاسخ گفت؛

من از شما درخواست می‌کنم که از وزیر تشکر کنید و به اطلاع ایشان برسانید، من کمترین نیازی به مدال ندارم، اما بیشترین نیاز را برای داشتن یک آزمایشگاه احساس می‌کنم!

در سال ۱۹۱۵ هنگامی که آزمایشگاه جدید آماده و ماری وارد آن شد، هنوز دوران جنگ بود. ماری در یادداشت‌های زندگینامه خود، یادآور می‌شود؛

این یک تلاش و تجربه‌ای پیچیده ای بود، که بار دیگر برای آن، من نه پولی داشتم و نه کمکی! بنابراین فقط میان سفرهایم بود که می توانستم، تجهیزات آزمایشگاهی‌ام را در ماشین‌های رادیولوژیکی خودم، منتقل کنم.

ماری همواره به فضای سبز و گل و گیاه، عشق می‌ورزید و اصرار داشت، که محوطه میان دو ساختمان مؤسسه پر از درخت و گل باشد. او بدون ترس از گلوله باران آلمان‌ها خودش گل‌کاری می‌کرد و می‌گفت؛

احساس می‌کنم، که برای استراحت چشم نگاه کردن به برگ‌های تازه‌ی بهار و تابستان ضروری باشد. بنابراین سعی می‌کنم چیزها، برای کسانی که در این ساختمان‌های جدید کار می‌کنند، خوشایند باشد. ما تا جایی که توانستیم درخت‌های چنار و لیمو کاشتیم و گل‌کاری را نیز فراموش نکردیم. من به خوبی به یاد دارم، که در نخستین روز گلوله باران پاریس به وسیله‌ی توپخانه‌ی سنگین آلمان، صبح زود به بازار گل فروشی رفته بودیم و تمام روز را، درحالی‌که گلوله‌ها نزدیک ما می‌افتاد، سرگرم گل‌کاری بودیم.

مؤسسه‌ی رادیم به سرعت، مرکز تحقیق پر رونقی شد. ماری هر کاری را که سبب پیشرفت آزمایشگاه می‌شد، انجام می داد و حتی تن به انجام کارهایی نظیر مسافرت و کسب شهرت که همواره از آن بیزار بود، می‌داد. او با همکاری گسترده با روزنامه‌نگاران، سفر به آمریکا و تبلیغات گسترده توانست مبلغ قابل توجهی را برای آزمایشگاهش به‌عنوان هدیه جمع‌آوری کند.

طی سال‌های ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ مؤسسه رادیم رونق گرفت، اما سلامت ماری به آهستگی رو به افول می‌رفت. سرانجام، تشخیص پزشکی کم خونی مهلک در شکل حاد آن بود و  او در ژوئیه سال ۱۹۳۴ درگذشت. تابوت او روی تابوت پیر در گورستان کوچک سو قرار گرفت. ژان پرن درباره‌ی این زن توانمند چنین می‌گوید؛

مادام کوری نه‌تنها یک فیزیکدان مشهور، که بزرگ‌ترین مدیر آزمایشگاهی است، که من تاکنون دیده‌ام.

پایان قسمت اول

پیشنهاد می‌کنیم پس از گذشت ۲۴ ساعت از مطالعه‌ی این بخش، بخش دوم این مقاله را مطالعه کنید.

ارنست رادرفورد؛ مردی از تبار زلاندنو

در قسمت‌های قبلی و به‌خصوص در بخش مدل‌های اتمی اندکی با ارنست رادرفورد و مدل اتمی انحصاری او آشنا شدیم. اما در این قسمت به شکل جامع و کامل‌تری با او و پژوهش‌های علمی‌اش که تأثیر شگرفی بر پیشرفت دانش فیزیک هسته‌ای داشت، آشنا می‌شویم.

انرژی و بلندپروازی رادرفورد به‌حدی زیاد بود، که می‌توان او را به مانند کوهی آتشفشانی توصیف کرد. او طی ۹ سال حضور در مک‌گیل که نخستین مقام دانشگاهی‌اش بود، توانست در حدود هفتاد مقاله منتشر کند، عضو انجمن سلطنتی شود، یک مکتب پژوهشی مهم را ایجاد و تکمیل کند، که درنهایت برای او یک جایزه‌ی نوبل را به ارمغان آورد. او تمامی این کارهای عظیم درحالی انجام داد، که تجربه اندکی داشت، چرا که هنگامی که به کانادا می‌رفت، تنها ۲۷ سال داشت.

رادرفورد از نعمت شهود علمی غیرعادی برخوردار بود. از نظر چارلز الیس که در دوره نهایی کار رادرفورد در آزمایشگاه کاوندیش در کمبریج شاگرد او بود، مرد نیوزلندی احساسی چنان حساس و دقیق درباره‌ی هنرمندی طبیعت داشت، که تقریبا آنچه را که انتظار می‌رفت، می‌دانست. در سال ۱۹۲۰، او وجود نوترون را پیش‌بینی کرد، یعنی حدود دوازده سال پیش از آنکه جیمز چادویک، نفر دوم در آزمایشگاه کاوندیش نوترون‌ها را به‌طور تجربی مشاهده کند. او می‌توانست به سرعت کُنه یک مسئله‌ی تجربی را ببیند. طرح‌های تجربی رادرفورد، به‌طور معمول با کمترین تجهیزات انجام می‌شد و همین امر او را در میان فیزیکدانان به شهرت رسانده بود.

ورود به جهان علم

ارنست شاگردی ممتاز در یک مدرسه‌ی متوسطه خوب بود و از همان ابتدا استعداد فوق‌العاده‌اش را در انجام علوم تجربی در کالج نشان داد. در آنجا او به مطالعه‌ی اثر امواج الکترومغناطیسی بر عقربه‌های فولادی مغناطيده کههاینریش هرتز اخیر آن را مشاهده کرده بود، پرداخت. این کار به سرعت او را به توسعه‌ی یک دستگاه حساس برای آشکارساز امواج هرتزی در فاصله‌های دور هدایت کرد. اختراع آشکارساز، رادرفورد را در سن بیست و چهار سالگی، پیش‌گام حوزه‌ی پژوهشی کرد، که بعدها زمینه‌ی ساخت تلگراف را فراهم آورد. 

رادرفورد تصمیم گرفته بود، تا دانشجوی پژوهشی در آزمایشگاه کاوندیش شود، نخستین مدیر کاوندیش جیمز کلارک ماکسول بود. در طول پنج سال تصدی ماکسول به‌عنوان استاد کاوندیش، او برای دانشجویان کارشناسی ارشد، آزمایشگاهی شکوفا و پررونق درجه یکی را در انگلستان سازماندهی کرد. جانشین او لرد ریلی بود، که تا حدی به هزینه خودش، آزمایشگاه را گسترش داد و همواره تأکیدی خاص بر اندازه‌گیری‌های ظریف و دقیق الکتریکی داشت. سومین استاد کاوندیش ج.ج تامسون بود. 

تامسون بیش از ده سال موجودات فیزیکی گریز پایی، به نام یون‌ها را دنبال می‌کرد. این نام‌گذاری به وسیله مایکل فارادی به این علت بود، که موجودات مذکور در میدان‌های الکتریکی به‌طور دسته جمعی حرکت می‌کردند. یون‌ها وقتی در یک گاز به وجود می‌آیند، که ولتاژی زیاد میان دو صفحه‌ی فلزی با گازی در میان آن‌ها، اعمال شود و به این فرایند یونش گفته می‌شود.

تامسون در آزمایش‌های بعدی به دلایلی مطرح کرده بود؛ که ولتاژ اعمال شده موجب باردار شدن مولکول‌های گاز می‌شود، به طوری که بعضی حامل بارهای منفی و دیگران حامل بار مثبت می‌شوند. بنابراین می‌توان گفت که یون‌ها مولکول‌هایی باردار هستند. آزمایش‌های اولیه تامسون با یونش گازی ناامید کننده بود، چرا که یا یونش به یک جرقه یا تابش پیچیده غیرقابل کنترل منجر شده بود، یا اثر الکتریکی یونش به قدری ناچیز بود، که امکان اندازه‌گیری آن وجود نداشت. سپس در سال ۱۸۹۵، هنگامی که رادرفورد به کمبریج رفت، رونتگن نتیجه کارش درباره پرتوهای ایکس را منتشر کرد.

تامسون، علاوه‌بر خواص هیجان انگیزتر پرتوهای x، به قابلیتی از آن‌ها توجه داشت؛ که با به کار گرفتن ولتاژهایی بسیار کمتر از آن چه برای تولید جرقه لازم بود، گازها اندکی رسانای جریان‌های الکتریکی می‌شدند. تامسون آزمایش‌های رونتگن را تکرار کرد و دریافت که جریان‌های کمی که با پرتوهای ایکس به وجود می‌آورد،‌ بسیار شبیه جریان‌های یونش به نظر می‌رسند، شاید این روشی برای ایجاد و بررسی یون‌ها تحت شرایط کنترل شده‌ای بود، که مدت‌ها در جست و جوی آن بودند.

آزمایش‌های رادرفورد با جزئیات فراوان، فرض یونش تامسون را تأیید کرد، که نشان می‌داد چگونه یون‌ها تولید می‌شوند، با چه سرعتی حرکت می‌کنند و چگونه می‌توانند یکدیگر را نابود کنند، یون‌ها به قدری برای رادرفورد آشکار بودند، که او به دوست صمیمی‌اش گفته بود، «تقریبا می‌تواند این پدرسوخته‌های کوچک سرحال را ببیند»

هنگامی که رادرفورد کار پرتو x مورد نظرش را تکمیل کرد، برایش دشوار نبود تا طرحی برای آزمایش‌های بعدی بریزد. اگر آثار الکتریکی پرتوهای x آن قدر جالب بود، بدون شک آثار مشابه حاصل از تابش اورانیم و عناصر رادیواکتیو دیگری که بكرل و کوری‌ها به‌تازگی مطرح کرده بودند، موضوع ارزشمندی برای کار تحقیقی او بود. او بدون تردید خط مشی پژوهشی را آغاز کرد، که او را به بنیادی‌ترین اکتشافاتش رهنمون می‌ساخت. درحالی‌ که ماری کوری روش‌هایی را برای جداسازی اورانیم کشف می‌کرد، رادرفورد فنونی فیزیکی را برای مشخص کردن تابش پرتوزای همراه آن ابداع می‌کرد. نخستین کشف مهم او این بود؛ که تابش اورانیم دست کم دو جزء دارد؛

یک جزء با ورقه‌هایی از آلومینیم که در مسیر آن قرار می‌گرفت، متوقف می‌شد و جزء دیگر قدرت نفوذ بسیار بیشتری داشت. از لحاظ سهولت آن جزئی را که نفوذ نمی‌کرد؛ پرتوهای آلفا و جزئی را که نفوذ می‌کرد؛ پرتوهای بتا نامید. معلوم شد که این یک مشخصه‌ی تقریبا کلی گسیل‌های پرتوزاست. بعدها او یک جزء دیگر، به نام پرتوهای گاما را کشف کرد.

رادرفورد هنگام تکمیل این کار، به آینده‌ای می‌اندیشید، که در کمبریج برای او امیدبخش به نظر نمی‌رسید. اما چشم اندازهای دیگری وجود داشت و برای نمایش استعدادش به دیگر اساتید، توصیه نامه‌ای پرشور و شوقی از تامسون داشت به این مضمون که؛

من هرگز برای پژوهش بدیع، دانشجویی مشتاق‌تر و تواناتر از آقای رادرفورد نداشته‌ام.

هیجان‌انگیزترین کار برای او استادی در دانشگاه مک‌گیل در مونترال بود. رادرفورد با وجود جوانی و فقدان تجربه‌ی آموزشی به کادر آموزشی مک‌گیل پیوست. رادرفورد بیش از هرچیزی به یک آزمایشگاه مجهز نیاز داشت و خیلی زود به آرزوی خود رسید و مسئول یکی از بهترین آزمایشگاه‌های جهان شد، که بودجه‌ی آن را یک تاجر میلیونر توتون تأمین کرده بود.

حال کمی با پرتوهای آلفا، بتا و گاما آشنا می‌شویم؛

ذرات آلفا

ذرات آلفا ساختاری شبیه به هسته‌ی هلیم دارند، چرا که از پیوند دو پروتون و دو نوترون تشکیل شده است. ساختمان این ذره‌ی پرانرژی معمولا از هسته‌های سنگین ناپایدار خارج می‌شود. جرم آن کمی بیش از چهار واحد جرم اتمی و حامل دو بار الکتریکی مثبت است. هسته‌ی ناپایداری که از خود پرتوی آلفا ساطع می‌کند، تبدیل به هسته دختری می‌شود، که عدد اتمی آن ۲ و عدد جرمی آن ۴ عدد کمتر از اعداد اتمی و جرمی هسته مادر است.

پرتوی آلفا ضمن عبور از درون اتم‌ها آن‌ها را یونیزه یا تحریک می‌کند و در این عمل هر بار مقداری از انرژی خودش را از دست می‌دهد. به‌دلیل سنگین و پر انرژی بودن، ذره آلفا مجبور است، که در حین طی کردن مسیر کوتاهش تمامی انرژی خود را از دست بدهد. این سخن بدین معنی است که؛ شدت یون‌سازی آن خیلی زیاد است. برای بیان کمیت شدت یون‌سازی، یون‌سازی ویژه تعریف شده‌است، که در حقیقت آن تعداد از یون‌هایی است، که در هر سانتی‌متر از طول مسیر پرتو به وجود می‌آید.

مقدار یون‌سازی ویژه هر پرتو، تابع درجه حرارت محیط و انرژی و سرعت پرتوها است. چون در طول مسیر به مرور از سرعت و انرژی پرتو کاسته می‌شود، بنابراین میزان یون‌سازی ویژه آن در ابتدا و در انتهای مسیر تفاوت زیادی دارد. در حقیقت علت رخ دادن این امر احتمال برخورد کمتر در سرعت‌های زیاد و احتمال بیشتر در سرعت‌های کمتر است.

قدرت نفوذ پرتوهای آلفا بسیار کم است. به‌طوری‌که طول پرتابه‌ی (بُرد) پرانرژی‌ترین آن‌ها در هوا از چندین سانتی‌متر تجاوز نمی‌کند. به‌طور مثال؛ مقدار آن در آب تنها حدود چند میکرون است. اگر منبع رادیواکتیو پخش‌کننده پرتوهای آلفا در نقطه‌ای قرار داده شود و در مقابل آن آشکار ساز مناسبی که به دستگاه شمارنده‌ای وصل است، قرار داده شود، ملاحظه می‌شود که تا مدتی با افزایش فاصله میان منبع تشعشع و آشکارساز، تعداد پرتوهایی که در فاصله زمانی مشخص به بعد، از این تعداد به سرعت کاسته می‌شود و درنهایت به صفر می‌رسد.

قابلیت نفوذی اشعه‌ی آلفا بسیار کم است و یک ورقه‌ی آلومینیوم به قطر چند صدم میلی‌متر یا تنها چند ورقه‌ی نازک کاغذ برای اینکه آن‌ها را به‌طور کامل متوقف کند، کافی است، زیرا انرژی تمام ذرات آلفای یک عنصر معین ثابت است و این انرژی پس از طی شدن مسافت ثابتی در هوا در اثر برخورد با مولکو‌‌ل‌های هوا تلف می‌شود. به‌طور مثال؛ در فشارعادی طول پرتابه‌ی اشعه‌ی آلفای پولونیوم در هوا ۳.۵ سانتی‌متر است و طول پرتابه‌ی هوایی اشعه‌ی آلفای سایر عناصر رادیو اکتیو نیز به‌طور نسبی بسیار کم است و بیشتر به جنس عنصری که ذرات آلفا را منتشر می‌کنند، بستگی دارد.

دلیل این رخداد این است، که پرتوهای آلفای ناشی از یک نوع منبع هم انرژی بوده و جرم آن‌ها زیاد است. بنابراین طول مسیرشان یکسان و به‌طور مستقیم است. اما به‌دلیل اینکه هر ذره به‌طور مستقل انرژی خودش را از دست می‌دهند، پس انرژی همه آن‌ها در آخر مسیر یکسان نیست.

آشکار ساز ذرات آلفا بسیار کوچک است، بنابراین شمارنده‌ها باید دارای دریچه خیلی نازک باشند. انرژی ذرات آلفای چشمه‌های رادیو میان ۴ تا ۱۰ مگا الکترون ولت است. بنابراین ضخامت دریچه اگر کمی کوچک‌تر از طول پرتابه‌ی ذرات آلفا با انرژی‌های ۴ مگا الکترون ولت باشد، برای آشکارسازی ذرات آلفا مناسب خواهد بود. اگر اشعه بتواند وارد حجم حساس آشکارساز گایگر مولر شود، شمرده خواهد شود. بدین ترتیب شمارنده‌های گایگر تقریبا دارای کارایی یا بازده ۱۰۰ درصد برای انرژی‌های معمول‌اند. به هر حال این کارایی هنگامی بدست می‌آید، که چشمه بتواند در داخل شمارنده قرار داده می‌شود. به‌علت کم بودن، قدرت نفوذی اشعه‌ی آلفا، از آن در علم پزشکی استفاده چندانی نمی‌شود!

ذرات بتا

ذرات بتا گونه‌ای از الکترون یا پوزیترون‌های پرانرژی و پرسرعت هستند، که توسط برخی هسته‌های واپاشی شونده مانند پتاسیم ۴۰ (ایزوتوپی از پتاسیم که مجموع تعداد پرتون(۱۹) و نوترون(۲۱) آن ۴۰ است) انتشار می‌یابند. ذرات بتا گونه‌ای از پرتوهای تابش یونی هستند، که همچنین پرتوهای بتا هم خوانده می‌شوند. فرایند تولید ذرات بتا واپاشی بتا نامیده می‌شود. این ذرات با حرف β در الفبای یونانی نامیده شده‌اند. دو گونه واپاشی برای بتا وجود دارد؛ -β و+β که به ترتیب مربوط‌به الکترون و پوزیترون می‌شوند. اشعه‌ی بتای عناصر رادیواکتیو از الکترون‌هایی تشکیل می‌شوند، که با سرعت اولیه ۶۰ تا ۲۸۵ هزار کیلومتر بر ثانیه از هسته‌ی اتم به خارج ساطع می‌شوند .

قابلیت نفوذی ذرات بتا از آلفا زیادتر است. اشعه‌ی بتای یک عنصر معین بر عکس اشعه‌ی آلفای آن، که همه با یک سرعت معین و ثابت از هسته‌ی اتم خارج می‌شوند، سرعت اولیه متفاوت دارند.

به همین دلیل در موقع تجزیه اشعه‌ی رادیواکتیو، هنگام عبور از میان صفحات الکتریکی یا قطب‌های مغناطیسیته، ذرات آلفا به یک مقدار انحراف پیدا می‌کنند این سخن بدین معنی است که؛ در هنگام انحراف تمامی ذرات همگرا می‌شوند، این در حالی است که اشعه‌ی بتا ضمن انحراف واگرایی حاصل می‌کند، چرا که انحراف برای ذرات بتا، باسرعت های مختلف متفاوت است!

طول پرتابه‌ی ذرات بتا در هوا نیز متفاوت است و برای سخت ترین اشعه‌ی بتا (اشعه‌ی رادیوم) چیزی حدود ۳ سانتی‌متر است و قدرت یونیزاسیون ذرات بتا، از قدرت یونیزاسیون ذرات آلفا کمتر است، چرا که هر چند که سرعت ذرات بتا، از سرعت ذرات آلفا خیلی بیشتر است، اما کوچکی جرم ذرات بتا سبب آن می‌شود که؛ انرژی سینیتیک آن‌ها از انرژی سینیتیک ذرات آلفا بسیار کمتر باشد. لازم به ذکر است، که جرم اتم هیدروژن ۱۸۴۰ برابر جرم یک الکترون در حال سکون است و هنگامی که الکترون با سرعت زیاد به حرکت در بیاید، جرم آن نیز افزایشی نسبی می‌یابد، به طوری‌که جرم الکترونی با سرعت ۲۸۵ هزار کیلومتر بر ثانیه، بیش از ۳ برابر جرم الکترون در حال سکون است.

از اشعه‌ی قوی‌شده‌ی بتا در در مان برخی از انواع سرطان‌های سطحی نظیر؛ سرطان زبان، سرطان لب، سرطان پستان و... استفاده می‌شود .

اشعه گاما

اولین نکته‌ی متمایز کننده این اشعه‌ی با اشعه‌ی آلفا و بتا این است، که اشعه‌ی گاما ذره‌ای نیست و بنابراین بار الکتریکی ندارد، ازاین‌رو در میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی انحراف پیدا نمی‌کند و ماهیت آن‌ها مانند اشعه‌ی ایکس و نور مرئی از جنس امواج الکترومغناطیسی است. فرکانس اشعه‌ی گاما از اشعه‌ی ایکس و نور مرئی به شکل چشم‌گیری بیشتر است، بنابراین فوتون‌های اشعه‌ی گاما انرژی بسیار بیشتری دارد.

پرتو گاما به‌طور معمول در نتیجه‌ی فروپاشی حالت‌های انرژی بالای هسته‌های اتم تولید می‌شود، اما روش‌های دیگری نیز برای تولید آن وجود دارد. پل ویلارد دانشمند فرانسوی در سال ۱۹۰۰ در هنگام مطالعه‌ی رادیوم موفق به کشف اشعه‌ی گاما شد.

قابلیت نفوذ اشعه‌ی گاما بسیار زیاد است و برای جلوگیری از نفوذ آن ضخامت‌های نسبتا زیاد عناصر سنگین، نظیر سرب لازم است. اگر انرژی فوتون‌های گاما از ۱.۰۲۲ مگا الکترون‌ولت فزونی یابد، ممکن است، این انرژی به ماده؛ یعنی یک جفت الکترون و پوزیترون تبدیل شود، که به آن فرایند تولید جفت گفته می‌شود. مازاد انرژی فوتون نیز برای سرعت دادن به ذرات ذکر شده مصرف می‌شود.

از پرتو گاما در درمان سرطان و رادیوتراپی استفاده فراوانی می‌شود. پرتو گاما و پرتو ایکس از خطرناک‌ترین پرتوها هستند. همچنین از پرتو گاما در تشخیص ترکیدگی لوله و بررسی چاه‌های نفت استفاده می‌شود. کاربرد پرتو ایکس از گاما بیشتر است.

باید تا جای ممکن از پرتو گاما دوری کرد، چرا ممکن است به سرطان منجر شود. درصورت اجبار باید از لباس مخصوص استفاده کرد. پرتوی گاما از دیوار و سنگ نیز عبور می‌کند. هر ۹ میلی‌متر سرب یا هر ۲۵ متر هوا شدت تابش آن را نصف می‌کند. همان‌طور که گفته شد؛ این پرتو با توجه به فرکانس بسیار بالا، انرژی زیادی دارد که اگر به بدن انسان برخورد کند از ساختار سلولی آن عبور کرده و در مسیر حرکت خود باعث تخریب DNA شده و سرانجام زمینه را برای پیدایش انواع سرطان‌ها، سندرم‌ها و نقایص غیرقابل درمان دیگر فراهم می‌کند و حتی این نقایص به نسل‌های آینده نیز منتقل خواهد شد. برای جلوگیری از نفوذ تابش گاما به حدود ۱۰ سانتی‌متر دیواره‌ی سربی نیاز است. قدرت نفوذ و تخریب این پرتو به‌حدی زیاد است، که یک لایه ۱۵ سانتی‌متری بتن یا یک لایه ۲۰ سانتی‌متری خاک فقط نیمی از شدت این اشعه را می‌گیرد و نیمی دیگر اثرات زیان‌بار خود را بر جای می‌گذارد!

ماجرای نوترون

رادرفورد در سال ۱۹۲۰ سخنرانی معتبری را برای دومین بار در انجمن سلطنتی ایراد کرد. در نخستین سخنرانی او، در سال ۱۹۰۴، موضوع سخنرانی او بیشتر حول توضیحی درباره‌ی تبدیل‌ها همراه‌با پرتوزایی بود. سخنرانی دوم درباره‌ی تبدیل‌های مصنوعی بود که او به کمک ذرات آلفا به وجود آورده بود. یکی از مهم‌ترین نقاط دومین سخنرانی او پیش‌بینی‌های متعدد او درباره‌ی آینده دنیای ذرات بود. از جمله مهم‌ترین پیش‌بینی‌های او جمله او آشنا کردن مخاطبانش با نوعی ذره‌ی به لحاظ الکتریکی خنثی بود، او درباره‌ی این پدیده چنین گفت:

در شرایطی، ممکن است یک الکترون با یک پروتون پیوندی بسیار نزدیک‌تر از مورد اتم هیدروژن داشته باشد و نوعی دوتایی خنثی ایجاد کنند. چنین اتمی خواص بدیعی خواهد داشت و میدان خارجی آن عملا صفر خواهد بود. مگر آن‌که بسیار نزدیک به هسته باشد و در نتیجه این اتم باید بتواند به‌طور آزادانه در ماده حرکت کند. وجود چنین اتم‌هایی ممکن است، برای توضیح ساختار عناصر سنگین لازم باشد.

از نظر رادرفورد دوتایی خنثی که بعدها نوترون نامیده شد، به‌عنوان جزء بنیادی ساختار هسته به پروتون‌ها پیوست. تعداد پروتون‌ها در یک هسته بار مثبت آن و تعداد پروتون‌ها به اضافه نوترون‌ها وزن اتمی آن را معین می‌کنند. به‌طور مثال ایزوتوپ 7N۱۴ بارهسته‌ای برای +۷ و وزن اتمی آن ۱۴ است، که شامل ۷ پروتون و ۷ نوترون است. 

مسیر جیمز چادویک برای کشف نوترون طولانی و پر پیچ و خم بود، چرا که نوترون‌ها بار الکتریکی ندارند و به هنگام عبور از ماده ردپایی مشاهده پذیر از یون‌ها به‌جای نمی‌گذارند و در اتاقک ابر ویلسون خط سیر آن‌ها دیده نمی‌شود. آن‌ها برای آزمایشگر نامرئی و غیرقابل مشاهده بودند. در همان هنگام که چادویک مسیری پر پیج و خم را برای یافتن نوترون می‌گذارند و با آزمون خطا مسیرهای مختلف به‌دنبال یافتن مسیر صحیح بود، مصاحبه‌ای انجام داد و چنین گفت:

آزمایش‌های بسیاری انجام داده‌ام، که درباره‌ی آن‌ها هرگز چیزی نگفته‌ام. بسیاری از آن‌ها کاملا احمقانه بود. گمان می‌کنم این عادت یا تمایل یا هرچه که آن را نام‌گذاری کنیم را از رادرفورد یاد گرفته‌ام. او نیز گاهی آزمایش‌های بسیار احمقانه‌ای انجام می‌داد و بعضی از آن‌ها را با همکاری هم انجام می‌دادیم!

آن‌ها واقعا احمقانه بودند، اما او هرگز تردید نمی‌کرد. ارنست گاهی درباره چیزی حرف می‌زد، که ابلهانه به نظر می‌رسید، او از چیزهایی حرف می‌زد، که اگر روی کاغذ نوشته می‌شد، ابلهانه بود، یا در اصل ابلهانه بود. اما با اندکی تفکر درباره‌ی آن‌ها کم کم معلوم می‌شد، که کلمات او برای بیان آن‌چه او در سر دارد و در ذهن او می‌گذرد، کافی نیست! اما آنچه در پشت آن بود، ارزش فکر کردن را داشت، به از نظر من تکرار همان روند برای بعضی از این آزمایش‌های نوترونی، که گفتم احمقانه بوده است، لازم بوده است و در نهایت به کار می‌آید.

سرنخ‌هایی که چادویک برای اکتشافش لازم داشت، ناگهان سر از پاریس درآورد. در سال ۱۹۳۱، ایرن ژولیو-کوری، دختر ماری کوری به همراه فردریک ژوليو همسرش، تابش تولید شده از بمباران یک هدف بریلیم با ذرات آلفای حاصل از چشمه پولونیم را توصیف کردند. وقتی آنان کوشیدند، تا این تابش را با لایه‌هایی از پارافین تضعیف کنند، تابش به‌جای کمتر شدن، بیشتر شد و این تابش از پروتون‌ها تشکیل شده بود. توجیه آنان برای حضور پروتون‌ها این بود؛ که آن‌ها از پارافین شامل هیدروژن به وسیله پرتوهای گاما آزاد می‌شوند، اثری که آرتور کامپتون در سال‌های ۱۹۲۰ کشف کرده بود. آنان متوجه شدند، برای اینکه پرتوهای گاما این کار را انجام دهند، باید فوق‌العاده پر انرژی باشند، این درحالی که بود، که افرادی نظیر رادرفورد این استدلال را باور نداشتند. 

توجیه چادویک و رادرفورد این بود که؛ ذرات آلفا و نوترون‌ها با هسته‌ی بریلیم ترکیب می‌شوند و هسته‌های کربن و نوترون‌هایی تولید می‌کنند. (نوترون ذره‌ای بدون بار است، یعنی بار الکتریکی آن صفر است)

نوترون‌های پرجرم گزینه‌ی بسیار محتمل‌تری از پرتوهای گاما تقریبا بی‌جرم به‌عنوان پرتابه‌هایی هستند، که در برخورد با پارافین، پروتون‌ها را از آن جدا کنند. رادرفورد و چادویک دوازده سال را در جست و جوی نوترون گذراندند. چادویک پس از یک ماه آزمایش پرجوش و خروش که مقاله‌ی ژولیو-کوری انگیزه‌ی آن بود، کشف نهایی را انجام داد و از آن رونمایی کرد. 

کمی خصوصی‌تر با رادرفورد

اصل و نسب رادرفورد در نیوزیلند افرادی ساده و معمولی بودند؛ او حتی با شهرت و نفوذی که بعدها به‌دست آورد، مردی ساده باقی ماند. او هرگز ثروتمند نشد و خانه‌هایی که با همسرش ماری ترتیب می‌داد بی‌تکلف و ساده بودند. رادرفورد، به‌عنوان یک فیزیکدان همواره صریح و بی‌پیرایه بود و این ویژگی را در تمامی نقاط زندگی‌اش حفظ می‌کرد و قطعا این خصلت یکی از رموز موفقیت بود. یکی از جملات معروف او که همواره به آن تأکید داشت، این است؛

من همیشه به‌سادگی معتقد بودم و خودم نیز مرد ساده‌ای بودم. اگر نتوانیم اصلی از فیزیک را برای بقال توضیح دهیم، گرفتاری مربوط‌به آن اصل است، نه بقال!

رادرفورد صدای پرقدرتی داشت، به‌طوری که وقتی یکی از دوستانش شنید، که سخنرانی رادرفورد به وسیله رادیو از این طرف به آن طرف اقیانوس اطلس پخش می‌شود، به شوخی پرسید؛ که چرا از رادیو استفاده می‌کنید، بدون استفاده از رادیو هم می‌توان صدای او را شنید!

رادرفورد همواره سعی می‌کرد با انسان‌ها تعامل داشته باشد و به‌دنبال دشمن تراشی نبود. البته که، مردی با شهرت و نفوذ رادرفورد به ناچار دشمنانی هم داشت.

اما یافتن حتی یک نفر از دوستان بی‌شمار او، که به او پشت کرده باشد، دشوار است. او از مشاجره‌ی علمی پرهیز و از بحث‌های سیاسی و مذهبی اجتناب می‌کرد. هنگامی که، موضوعات مورد اختلاف و جنجالی، گاه و بیگاه مطرح می‌شد، او راه‌هایی می‌یافت، تا ماجرا را دوستانه برای همه افراد درگیر بحث فرونشاند و فضای مباحثه را آرام کند. همین خصلت باعث می‌شد، تا اکثر افراد او را دوست داشته باشند.

رادرفورد مانند تمامی مشاهیر فیزیک تاریخ نظیر؛ نیوتون، فارادی، ماکسول، گیبس، اینشتین و بور  این توانایی را در خود پرورش داده بود، که مدتی طولانی روی یک مسئله‌ی دشوار و ناامیدکننده متمرکز شود و بدون از دست دادن اشتیاق خود، با پشتکاری فراوان به‌دنبال راهی برای یافتن حل مسئله باشد. به نظر می‌رسید او هیچ‌گاه خسته نمی‌شود، سال‌ها حضور مستمر در آزمایشگاه حتی در بدترین شرایط نشان‌دهنده‌ی این ویژگی است!برای حسن ختامی بر فهرست اسرار موفقیت‌های رادرفورد، شاید بد نباشد یک رمز دیگر اضافه کنیم و آن شانس است!

البته که این سخن به هیچ‌وجه از ارزش کارهای ارزشمند و برجسته او نمی کاهد اما به هرحال شانس در برجسته شدن شخصیت رادرفورد تأثیرگذار بوده است، چرا که او دوره کاری‌اش را دقیقا هنگامی آغاز کرد، که پرتوزایی کشف شده بود و این اتفاق، حال و هوای آن زمان را به سمت پژوهشی تجربی‌گرا و آزمایش‌های متعدد سوق داده بود و این دقیقا همان چیزی بود، که مناسب شخصیت کاری او بود!

به‌طور مثال اگر او سی سال بعد به دنیا می‌آمد، آیا به همان خوبی این کارها را انجام می‌داد؟ احتمالا پاسخ منفی باشد، اما نباید توان شگفت‌انگیز رادرفورد برای استفاده از شانس را دست کم بگیریم! گذشته از تمامی این‌ها، هنگامی که او پژوهش پرتوزایی را آغاز کرد، دونده‌های دیگری در مسیر این تحقیق و پژوهش بودند، اما تلاش تمامی آنان کمتر از رادرفورد بود. آرتور ایو یک بار به او گفت؛

رادرفورد تو آدم خوشبختی هستی، چرا که بر قله‌ی موج حرکت می‌کنی!

و رادرفورد در پاسخ گفت؛

درست است! اما این موج را من به وجود آورده‌ام، این طور نیست؟

و بدین ترتیب اکنون از نام رادرفورد به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین فیزیکدانان تمام تاریخ یاد می‌شود.

پایان قسمت دوم

پیشنهاد می‌شود که پس از گذشت ۲۴ ساعت از مطالعه این بخش، اقدام به مطالعه‌ی بخش سوم این مقاله کنید.

لیزه مایتنر؛ بانوی آهنین

در خلال سال‌های طلایی عصر فیزیک هسته‌ای، دانشمند زن دیگری پا به این عرصه گذاشت، که اغلب نامش در میان بزرگان به فراموشی سپرده می‌شود. لیزه مایتنر فیزیک‌دان سوئدی-اتریشی بود، که باتمرکز بر حوزه‌های رادیواکتیویته و فیزیک هسته‌ای فعالیت می‌کرد. مایتنر درکنار اوتو هان و اوتو رابرت فریش گروهی بودند، که برای اولین‌بار شکافت هسته‌ای اورانیوم را درصورت دریافت نوترون اضافه کشف کردند. نتایج تحقیقات آن‌ها در سال ۱۹۳۹ منتشر شد و باوجود اهمیت بالای کشف، مایتنر هیچ‌گاه موفق‌به دریافت جایزه‌ی نوبل نشد. البته جایزه‌ی نوبل شیمی به همکار همیشگی او، اوتو هان اهدا شد. از آن‌جایی که بیشتر افراد چندان اطلاعاتی درباره‌ی زندگی مایتنر ندارند، در این بخش علاوه بر مباحث علمی کمی بیشتر به زندگی مایتنر خواهیم پرداخت، تا با این فیزیکدان، که مایه‌ی فخر جامعه‌ی زنان است، بیشتر آشنا شویم؛

جنگ برای موفقیت

لیزه مایتنر سال ۱۸۷۸ در وین، در خانواده‌‌ای آزادی‌خواه چشم به جهان گشود. او سومین فرزند از هشت فرزند خانواده بود. پدرش حقوقدان و مردی با علایق گوناگون بود. 

خانواده‌ی مایتنر همگی با استعداد بودند؛ خواهر بزرگتر لیزه، آگوسته نابغه‌ی موسیقی بود، او آهنگ‌ساز و پیانو نواز کنسرت شد. لیزه نیز، موسیقی را دوست می‌داشت، اما فاقد طبع آهنگ‌سازی بود. او از همان کودکی علاقه‌ی پیشرفته‌ای به ریاضیات و فیزیک داشت و هدف او تحصیل در دانشگاه بود. اما در اتریش قرن نوزدهم، تحصیل در مدرسه دخترانه‌ی دولتی تنها تا سن چهارده سالگی بود، که آمادگی لازم برای ورود به دانشگاه را ایجاد نمی‌کرد. اما او تسلیم نشد و به کمک یک معلم خصوصی، تلاش بی‌وقفه‌ و مطالعه‌ی شبانه روزی، توانست از امتحان ورودی دانشگاه با موفقیت عبور کند.

مایتنر، در دانشگاه وین فرصتی فوق‌العاده خوب را پیدا کرد، تا در آخرین دوره‌ی درس‌های فیزیک نظری که لودویگ بولتزمن تدریس می‌کرد، حاضر شود. بولتزمن خرسند بود، که بانوان در جلسات درس او حضور داشته باشند. اوتو فریش خواهرزاده‌ی مایتنر، که بعدها در مهم‌ترین پژوهش مایتنر با او همکاری داشت، می نویسد؛

بولتزمن بینش فیزیکی لازم را برای پیکار در دست یافتن به حقیقت غایی به او داد، بصیرتی که او هرگز از دست نداد!

بولتزمن در زمان خود بهترین معلم فیزیک در جهان بود. او همواره در اولین جلسه‌ی کلاسش به دانشجویانش می‌گفت؛

اگر امروز همه چیزهایی را که شامل قضايا، مفاهیم بسیار ظریف و اثبات‌های پیچیده است، به انجام نرساندم، پوزش می‌طلبم، چرا که فکر می‌کنم، لزوم وجود بسیاری از آن‌ها بعدا در حین انجام کار آشکار خواهد شد. امروز تنها می‌خواستم چیزهای کاملا معمولی را ارائه کنم و اذعان می‌کنم همه آن چیزی است که من دارم، از خودم است و در حقیقت روش کلی تفکر و احساس من است. همین طور در طول درس از شما انتظارهایی دارم، که آن؛ توجه کامل، پشتکار جدی و اراده‌ی خستگی ناپذیر است. اما مرا ببخشید، اگر پیش از آن که پیش‌تر برویم، چیزی را بخواهم که برایم بیشترین اهمیت را دارد و آن اعتماد شما، هم‌نوایی شما و عشق شما است و تمامی این‌ها در یک کلام بزرگ‌ترین چیزی است، که می‌توانید بدهید؛ یعنی خودتان!

مایتنر مسحور شده بود. او هر آنچه را که بولتزمن درخواست کرده بود و به ازای آن یک پایه‌ی بسیار قوی برای فیزیک نظری خود ساخته بود. یادداشت‌های دقیق او از درس‌های بولتزمن توجه پل ارنفست، دیگر شاگرد بولتزمن را که بعدها تبدیل به یک نظریه‌پرداز برجسته شد، را جلب کرد. این دو با هم مطالعه می‌کردند و مایتنر همان قدر از آموزش خلاق ارنفست بهره‌مند می‌شد، که از بولتزمن!

مایتنر بعدها نوشت؛

او یک معلم عالی و جالب بود، اطمینان دارم که کار کردن با او کمک بزرگی به توسعه‌ی علمی من کرد!

او برای پایان نامه‌ی خود تصمیم گرفت کاری را انجام دهد، که او را در قامت یک نظریه‌پرداز به جلوه در می‌آورد و با بهره‌گیری از مطالبی بود، که پیش‌تر آموخته بود. پایان نامه‌ی دکتری او شامل؛ آزمون تجربی یکی از معادلات ماکسول می‌شد. او در سال ۱۹۰۵ امتحانات شفاهی‌اش را با بهترین درجه ممکن گذراند؛ او دومین زنی بود، که از دانشگاه وین درجه دکتری گرفت!

در پاییز سال ۱۹۰۶ جامعه‌ی فیزیک از شنیدن خبر خودکشی بولتزمن، مات و مبهوت شد. درک کار بولتزمن برای مایتنر دشوار بود؛ او تنها می توانست، آن را ناپایداری ذهنی تشخیص دهد. اما این اتفاق او را به حرفه‌ای‌تر شدن در فیزیک نزدیک‌تر کرد. روت سایم می نویسد؛

مرگ بولتزمن عزم او را برای ماندن در دنیای فیزیک تقویت کرد، تا جرقه‌ای که بولتزمن در وجود او روشن کرده بود، زنده بماند!

ناگهان و به شکلی غیرمنتظره، مایتنر مسیر تحقیقی را یافت، که باقی دوره کاری‌اش آن را دنبال کرد. استفان مایر، که یک پیش‌گام در پژوهش پرتوزایی به شمار می‌رفت، زمام امور مؤسسه‌ی بولتزمن را به دست گرفت و از مایتنر دعوت کرد، که درباره‌ی رفتار تابش آلفا و بتا در گذر از فلزات مطالعه کند. 

برای مایتنر، فیزیک همیشه همان قدر که یک تلاش فنی به شمار می‌رفت، یک تلاش انسانی به شمار می‌رفت. او مشاوران و همکارانش را برای خصلت‌های انسانی‌شان انتخاب و با آنان به‌عنوان دوستان نزدیک رفتار می‌کرد. در سال ۱۹۰۷ مایتنر، پس از یک سال پژوهش موفقیت‌آمیز با استفان مایر، تصمیم گرفت به برلین برود، تا با ماکس پلانک کار کند.

جامعه‌ای علیه زنان 

لیزه در همان نخستین لحظات حضور در برلین، گرمای دوستی پلانک و برخورد تلخ آلمانی‌ها با حضور زنان در دانشگاه‌ها را تجربه کرد. در سراسر قرن نوزدهم، زنان تنها می‌توانستند، به‌صورت ثبت‌نام نکرده و به شکل مستمع آزاد در کلاس‌های دانشگاه‌های آلمان حاضر شوند. بنابراین مایتنر مجبور بود، از پلانک اجازه‌ی حضور در کلاس‌های درس او را درخواست کند. 

در جلساتی که مایتنر با پلانک داشت، با اتو هان که از شاگردان سابق رادرفورد در مونترال بود، آشنا شد. هان خونگرم، معاشرتی و خودمانی بود، او بدون معطلی پیشنهاد کرد، که مایتنر در پژوهش پرتوزایی به او ملحق شود. مایتنر که خجالتی و در محیط پر جنب و جوش برلین احساس امنیت نمی‌کرد، به سرعت هان را یک دوست و یک همکار ارزشمند تشخیص داد. مایتنر در نگاهی به گذشته یادآور می‌شود؛

هان، هم‌سن خود من بود و رفتاری بسیار خودمانی داشت و من این احساس را داشتم، که بدون تردید می‌توانم هر چیزی را که می خواهم بدانم، از او بپرسم. علاوه‌بر این، او اعتبار و شهرت بسیار خوبی در پرتوزایی داشت، بنابراین متقاعد شد، که می‌توانم چیزهای زیادی از او بیاموزم.

بدین ترتیب، یک همکاری علمی بی‌نظیر آغاز شد. هان شیمی‌دان، ماهر در فنون جداسازی شیمیایی و مجرب در رادیوشیمی بود و مایتنر فیزیک‌دانی بود، که به سرعت هم به‌عنوان نظریه‌پرداز و هم آزمایشگر پیشرفت می‌کرد. آنان با یکدیگر می‌توانستند، نیازهای میان رشته‌ای پژوهش پرتوزایی را برآورده کنند. آنان از سال ۱۹۰۷ تا سال ۱۹۳۸، به طول بیش از ۳ دهه با یکدیگر همکاری داشتند، تا زمانی‌که مایتنر مجبور شد، به دلیل قوانین نژادپرستانه حزب نازی آلمان را ترک کند.

در تمامی این سال‌ها مایتنر در مقابل تمامی محدودیت‌ها و موانعی که به دلیل زن بودن، مقابل پای او قرار داده می‌شد، صبر و بردباری کرد و در برابر تمام توهین‌هایی که در جامعه‌ی علمی نسبت به زنان روا داشته می‌شد، مقاومت کرد و هیچ‌گاه مقهور جبر شرایط نشد!

به تدریج و به‌طوری فزاینده موانع علیه زنان در دانشگاه‌ها کاهش می‌یافت. در سال ۱۹۰۹ ، تحصیل دانشگاهی برای زنان رسما تصویب شده و بدین ترتیب ماینتر امکان دسترسی بیشتری به آزمایشگاه‌های مؤسسه شیمی پیدا کرد. اما هنوز حقوقی به او پرداخت نمی‌شد و او با دریافت مستمری از والدینش با قناعت زندگی می‌کرد. با وجود شرایط کاری نامساعد، مایتنر و هان سه مقاله‌ی مهم در سال ۱۹۰۸ و شش مقاله در سال ۱۹۰۹ منتشر کردند، تمرکز اصلی آنان بر گسیل کننده‌های پرتو بتا بود. نظریه‌ی گیج‌کننده‌ حیرت‌انگیز واپاشی بتا بیش از یک دهه موضوع مورد علاقه‌ی مایتنر بود.

کار اساسی رادیوشیمی، جداسازی یک عنصر از عناصر دیگر است، که می‌توان آن را به روش‌های شیمیایی انجام داد. به‌طور مثال؛ می‌توان روی یک مخلوط، اعمالی شیمیایی انجام داد، به طوری که ترکیباتی از عناصر معین رسوب کنند و عناصر دیگر در محلول باقی بمانند، روش‌های شیمیایی کارهای متعددی انجام می‌دهند، اما به ندرت کامل‌اند، یعنی به ندرت توانایی تولید محصول کاملا خالص را دارند.

هان و ماینتر روشی را ابداع کردند، که کارآمدتر بود. آنان کشف کردند، که یک اتم «دختر» تشکیل شده از یک فروپاشی پرتوزا ممکن است، به قدری پرانرژی باشد، که از سطح جامدی که روی آن تشکیل شده است، دور شود و بتوان آن را به‌صورت خالص بر سطح دیگری جمع آوری کرد. دقیقا شبیه دانه‌ی ذرتی که در برخورد با صفحه داغ بیرون می‌جهد و در جای دیگری فرود می‌آید.

سرانجام، در سال ۱۹۱۲ مایتنر این فرصت را یافت، تا از کارگاه نجاری که تبدیل به آزمایشگاه‌ او شده بود، خارج شود و به نخستین پله‌های مراتب دانشگاهی دست یابد. مؤسسه‌هایی برای شیمی و شیمی‌فیزیک با حمایت مالی قیصر ويلهلم در دالم؛ حومه‌ی برلین گشوده شد. هان به‌عنوان دانشیار علمی منصوب شد و مسئولیت بخش پرتوزایی در مؤسسه‌ی شیمی قیصر ويلهلم به او واگذار شد. ماینتر نیز به‌عنوان فیزیکدان مهمان بدون حقوق، به او پیوست.

در حدود همان زمان، پلانک، مایتنر را به‌عنوان دستیارش منصوب کرد. گرچه کار مایتنر بی‌اهمیت بود؛ او اوراق شاگردان را تصحیح می‌کرد و نمره می‌داد. اما او پلانک را دوست داشت و این نخستین مقام دانشگاهی او بود، که از آن حقوق دریافت می‌کرد. چند سال بعد فیشر، که بدگمانی‌اش در باره‌ی کار زنان در آزمایشگاه را از دست داده بود، ترتیبی داد که به ماینتر همان عنوان اتو هان یعنی دانشیاری علمی داده شود، اما حقوق دریافتی او به‌طور قابل ملاحظه‌ای کمتر از حقوق هان بود.

بدین ترتیب بخش پرتوزایی، تبدیل به آزمایشگاه پژوهشی هان ـ مایتنر شده بود. با وجود تفاوت حقوق میان هان و مایتنر، مایتنر به هیچ‌عنوان احساس ناراحتی نداشت و تصور می‌کرد که اکنون کامیاب شده است.او به یکی از دوستانش چنین نوشته بود؛

من با تمام وجود و از ته قلب فیزیک را دوست می‌دارم. نمی توانم تصور کنم که فیزیک بخشی از زندگی من نباشد. این نوعی عشق شخصی است، عشقی که شخصی نسبت به کسی دارد، که از جهات بسیاری برای او خوشایند و دل انگیز است و من که گرایش به عذاب وجدان دارم، بدون کم‌ترین عذاب وجدانی فیزیکدان هستم!

پیشرفت‌های مایتنر در دنیای دانشگاهی برلین ادامه یافت و در سال ۱۹۱۷ بخش فیزیک مربوط‌ به خودش به او واگذار شد و حقوق او تا چهار هزار مارک افزایش یافت و آزمایشگاه پژوهشی هان ـ مایتنر به دو قسمت تبدیل شد و اکنون هرکدام از آن‌ها یک آزمایشگاه پژوهشی مستقل داشتند. دو سال بعد، مایتنر به مقام استادی رسید و احتمالا نخستین زنی بود که در آلمان دارای عنوان استادی می‌شد!

واپاشی بتا

مایتنر و هان از همان آغاز همکاری‌شان به عناصر پرتوزایی که با تولید ذرات بتا دچار فروپاشی می‌شدند، علاقه‌مند بودند. معمای عجیبی درباره‌ی واپاشی بتا در مقابا واپاشی آلفا وجود داشت، که مایتنر مصمم به حل آن بود.

همان‌طور که اشاره شد؛ ذرات آلفای حاصل از یک عنصر پرتوزای معین، همیشه با حدود انرژی یکسانی ظاهر می‌شوند. از سوی دیگر ذرات بتا با انرژی‌هایی گسیل شدند، که گستره‌ی پیوسته وسیعی، عملا از صفر تا یک مقدار ماکسیمم معین را می‌پوشاند. مهم‌ترین سؤال این بود؛ که این الکترون‌ها از کجا می‌آیند؟ مایتنر معتقد بود، که آن‌ها تا حدی منشاء ثانویه دارند، منشاءهایی که آن‌ها به‌صورت الکترون‌های اولیه از هسته گسیل می‌شدند و سپس در فرایندهای ثانویه انرژی را به‌صورت پرتو ایکس در میدان الکتریکی قوی هسته‌ها، از دست می‌داند.

یکی از همکاران رادرفورد در آزمایشگاه کاوندیش، به نام چارلز الیس با این نظر مخالف بود. او تقریبا مطمئن بود، که آثار ثانویه‌ی پیشنهادی مایتنر بسیار کوچک‌تر از آن بود، که طیف پیوسته‌ی ذرات بتا مشاهده شده را توجیه کنند. الیس در نامه‌ای که در سال ۱۹۲۵ نوشته شده، نکات مورد توافق و عدم توافق آنان را چنین خلاصه کرد؛

ما هر دو موافقیم که وقتی ذرات بتا خارج از «اتم مادر» هستند، از لحاظ سرعت ناهمگن‌اند، یعنی گستره‌ی پیوسته‌ای از انرژی‌ها را می‌پوشانند. ما هر دو موافقیم، که هسته‌ی کوانتیده باید، ذرات بتا را با انرژی معینی بدهد. درحالی‌که شما فکر می‌کنید، آثار جنبی گوناگون به قدر کافی بزرگ‌اند، تا ناهمگنی مشاهده شده را تولید کنند، من فکر می‌کنم آن‌ها بسیار بسیار کوچک و ناچیز اند!

اليس و ویلیام ووستر درصدد آن برآمدند، که با انجام آزمایشی درستی دیدگاه خود را نشان دهند. مایتنر آزمایش آنان را تکرار کرد و به الیس نوشت؛

ما نتایج شما را به‌طور کامل تأیید می‌کنیم، اکنون به نظر می‌رسد، که از نظر شما که تابش‌های بتا در اصل ناهمگن است و طیف وسیعی را در بر می‌گیرد، که این سخن کاملا درست است. اما من این نتیجه را به هیچ وجه نمی‌فهمم!

بدین ترتیب مناظره‌ی طولانی مایتنر - الیس به پایان رسید. اما ماهیت بنیادی واپاشی بتا همچنان مرموز باقی ماند، مسئله این بود، که دو طرف مناظره معتقد بودند، انرژی کل فرایند واپاشی بتا ثابت است. مقداری از این انرژی به ذرات بتا و مقداری به یک هسته‌ی جدید داده می‌شود، اما اگر انرژی بتا کم بود، همان‌طور که در طیفی که الیس قبلا و اکنون مایتنر از آن جانبداری می‌کردند چنین بود، پس چرا مجموع این دو انرژی با انرژی کل جور درنمی‌آمد، سایر انرژی چه می‌شد؟

نظریه‌پردازان دچار بحرانی عمیق شده بودند، به‌طوری که مدتی بور درصدد آن برآمده بود تا اصل پایستگی انرژی را در مقیاس اتمی نادیده بگیرد!

دراین‌میان ولفگانگ پائولی اندیشه‌ای متفاوتی داشت. او به مانند همیشه برخلاف عرف چکیده‌ای از نظریه‌اش را در نامه‌ی سرگشاده‌ای، در سال ۱۹۳۰، برای لیزه مایتنر و هانس گایگر و دیگر کسانی که در کنفرانس توبینگن حضور داشته‌اند، ارسال کرد. او سخن از ذره‌ای جدید، که آن  را که نوترون می‌نامید، به زبان آورد. اما این ذره آن نوترونی نبود، که دو سال بعد چادویک، همراه‌با پرتون در هسته مشاهده کرد!

مضمون نامه‌ی پائولی به شرح زیر بود؛

طیف پیوسته‌ی بتا به‌شدت نیازمند درمان است، به این معنی که احتمالا در هسته، ذراتی به لحاظ الکتریکی خنثی وجود دارد، که من آن‌ها را نوترون می‌نامم، این ذرات اسپین یک دوم دارند و از اصل طرد تبعیت می‌کنند(به قسمت پنجم مجموعه مقالات مراجعه کنید) و علاوه‌بر آن، تفاوت آن‌ها با کوانتوم‌های نور این است، که با سرعت نور حرکت نمی‌کنند. جرم این نوترون باید در همان حدود جرم الکترون باشد و در هرحال نباید بزرگ‌تر از یک صدم جرم پروتون باشد. در این صورت طیف پیوسته‌ی بتا قابل فهم می‌شود، با این فرض که در واپاشی بتا یک نوترون همراه‌ با الکترون گسیل می‌شود، به طوری که مجموع انرژی‌های نوترون و الكترون ثابت می ماند!

در این لحظه اطمینان کافی ندارم، که چیز زیادی درباره‌ی این ایده منتشر کنم و با اطمینان به شما عزیزان دست‌اندرکار پرتوزایی متوسل می‌شوم، با این پرسش که چگونه می‌توانیم ازطریق آزمایش وجود چنین نوترونی را ثابت کنیم، اگر قابلیت نفوذ آن برابر یا در حدود ۱۰ برابر نفوذ تابش گاما باشد، من می‌پذیرم که شاید راه علاج پیشنهادی من در ابتدا فقط اندکی محتمل باشد، زیرا اگر نوترون‌ها وجود داشتند، باید مدت‌ها پیش مشاهده شده باشند، اما نابرده رنج گنج میسر نمی‌شود، اهمیت و جدی بودن وضع و حال طیف پیوسته با گفته‌ای از پیتر دبای پیش‌گام محترم من در این‌باره روشن می‌شود. آقای دبای اخيرا در بروکسل به من پیشنهاد کرد که در این رابطه چندان فکر نکنم و خود را بی‌دلیل درگیر این موضوع نکنم، از این‌رو باید درباره‌ی هر وسیله‌ی نجاتی بحث کنیم. بنابراین متخصصان پرتوزایی گرامی لطفت امتحان کنید و تصمیم بگیرید! متاسفانه من نمی‌توانم شخصا در کنفرانس توبینگن باشم. با درود فراوان به همگی شما، حقیرترین و خدمت‌گزار مطاع شما؛ ولفگانگ پائولی!

پیشنهاد پائولی در حقیقت علاجی از روی ناچاری بود و تنها اندکی خفیف‌تر از تمایل بور به کنار گذاشتن اصل پایستگی انرژی در مورد ذرات بنیادی بود. نوترون پائولی جرم اندکی داشت و بدون بار الکتریکی بود. او از همکاران خود درخواست کرده بود، تا با آزمایش کردن، به نوعی بر ادعای او صحه بگذارند، اما در آن زمان هیچ‌گونه تجهیزات آزمایشگاهی که بتواند، به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم، چنین ذره‌ای را آشکارسازی کند، موجود نبود و بدین ترتیب ناچاری و استیصال، اعتماد به نظریه‌های عجیب و غریب را به بار می آورد.

انریکو فرمی، در سال ۱۹۳۴ نظریه‌ی کاملتری از واپاشی بتا را پیشنهاد کرد، که در آن نوترون‌های چادویک (مشاهده شده در سال ۱۹۳۲) ساکنان اولیه‌ی هسته بودند، در واپاشی بتا، نوترون‌ها به یک الکترون (یک ذره‌ی بتا)، یک پروتون و یکی از نوترون‌های پائولی، که فرمی آن‌ها نوترینو می‌نامید، تبدیل می شدند. نظریه‌ی فرمی نکته‌های مهم وپاشی بتا و همچنین برخی مسائل مربوط‌به آمار هسته‌ای را روشن کرد. نوترینوها به‌عنوان انواع جدیدی از ذرات بنیادی به الکترون‌ها، پروتون‌ها، نوترون‌ها و پوزیترون‌های جدیدا کشف شده (که در حقیقت الکترون با بار مثبت بودند) پیوستند. گرچه تا ۲۲ سال بعد، هیچ نوترینویی به‌طور تجربی آشکارسازی نشد. جرم نوترینوی فرمی همچنان یک مسئله‌ی حل نشده و مورد بحث است!

علم ستیزی

در ۳۰ ژانویه ۱۹۳۰، آدولف هیتلر به‌عنوان صدراعظم رایش آلمان سوگند یاد کرد. هیتلر از همان ابتدا موضع سرسختی درمقابل یهودیان و هرکسی معترض بود داشت و سطحی‌ترین انتقادات را به شدیدترین شکل ممکن سرکوب می‌کرد. این وضعیت آشفته جامعه‌ی علمی را به‌شدت تحت تأثیر قرار داده بود. به‌زودی سیاست تحریم کار یهودیان در سراسر کشور اعلام شد و یک مبارزه‌ی عمومی برای اخراج یهودیان از همه نوع کارهای دولتی، پزشکی، قضایی فرهنگی، آموزشی و هنری آغاز شد.

بدین ترتیب مهاجرت بعضی از عالی‌ترین دانشمندان و روشنفکران آلمانی آغاز شد. آلبرت اینشتین یکی از کسانی بود، که به‌شدت با حذب نازی مشکل داشت و پیش از آن که ماموران نازی بتوانند، اقدامی علیه او کنند، از کشور خارج شد و اعلام کرد که آلمانی باز نمی‌گردد؛ که در آن آزادی مدنی، بردباری و برابری برای همه شهروندان دربرابر قانون وجود ندارد و گروهی اراذل خشک مغز حذب نازی بر آن حکومت می‌کنند.

جیمز فرانک مدیر دومین مؤسسه فیزیک در گوتینگن، یکی از نخستین استعفا دهندگان بود. به‌دنبال او ماکس بورنرئیس مؤسسه‌ی فیزیک نظری در گوتینگن و ریچارد کورانت یک ریاضیدان برجسته استعفا کردند.روایت شده است؛ که وزیر جدید علوم از دیوید هیلبرت بزرگ‌ترین ریاضیدان گوتینگن می‌پرسد، که آیا مؤسسه‌ها از عزیمت و خروج یهودیان و دوستانشان آسیب دیده‌اند؟

و هیلبرت در پاسخ می‌گوید؛

آقای وزیر آسیب ندیده‌اند: اکنون دیگر وجود ندارند!

دراین‌میان لیزه مایتنر در یکی از بزرگ‌ترین بلاتکلیفی‌های زندگی خود قرار داشت، از طرفی او جایگاه استادی خود را در برلین متزلزل یافته‌بود و از سوی دیگر هیچ‌جای مناسب دیگری برای او وجود نداشت. معدود جاهایی نیز که به او پیشنهاد می‌شد؛ چندان قابل‌توجه و اتکا نبودند.

از طرفی مهاجرت دشوار بود؛ جهان دچار بحران و رکود شده بود و لیزه نمی‌توانست به ناشناخته‌ها روی آورد و بار دیگر روزهای اولیه‌اش در برلین را از سر بگذراند، از طرفی او به مؤسسه‌ی فیزیک برلین دلبسته بود، چرا که سنگ اولش را او بنا کرده بود و به‌گفته‌ی خودش آنجا تمام زندگی او بود و جدایی به هیچ‌عنوان برایش آسان نبود او بورس یک ساله اقامت در مؤسسه‌ی بور در کپنهاگ را از دست داد و امکان سمت گرفتن در کالج سوارتمور در ایالات متحده را رد کرد، چرا که سوارتمور نمی‌توانست نیازهای او را از لحاظ فضای کارکنان و تجهیزات آزمایشگاهی تأمین کند.

مایتنر کار خود را ترک نکرد، تا در نهایت همه‌چیز از دست رفت و اخراج شد! او ابتدا از دانشگاه برلین اخراج شد و به او اجازه‌ی کار داده نشد، تا در ملاقات‌ها و مباحثه‌ها حضور پیدا کند. دوستان او نظیر؛ پلانک، لائو و هان همگی ضدنازی بودند و سعی می‌کردند تا به هرشکل ممکن از مایتنر حمایت کنند، اما در نهایت کار چندانی نیز از دست آنان بر نمی‌آمد.

در نهایت به کمک بسیاری از فیزیکدانان مایتنر از آلمان خارج شد. فیزیکدان هلندی؛ درک کوستر به برلین رفت و با مراقبت دقیق، که موجب سوءظن نشود، به همراه مایتنر لوازم معدودی را جمع آوری کرد. لیزه مایتنر همراه‌با کوستر به مرز هلند گریخت. جایی که کوستر قرار و مدارهای پنهانی را با گارد مرزی گذاشته بود. هنگامی که هان با مایتنر در برلین خداحافظی می‌کرد، یک حلقه‌ی الماس نشان موروثی به مایتنر داد، تا در مواقع ضرورت مجهز باشد.

دوران استکهلم

کارل مان سیگبان، حامی مایتنر در استکهلم، مردی بود با یک برنامه‌ی کاری که برای لیزه مایتنر چندان باعث تشویق و دلگرمی نبود. او آزمایشگری بود، که برای کار در رابطه با طيف نمایی پرتوی ایکس به دریافت جایزه نویل ۱۹۲۴ نائل آمده بود. او در سال ۱۹۳۷، با ساختن یک سیکلوترون برنامه‌ی پژوهش هسته‌ای را آغاز کرد، سیگبان و مایتنر از دو نسل متفاوت بودند، به‌گونه‌ای که شاید سیگبان مایتنر را قدیمی‌تر از خود می‌دانست، چرا که مایتنر هشت سال از او بزرگ‌تر بود و بسیار زودتر به فیزیک هسته‌ای رسیده بود و با وسایلی ساده اکتشافات مهمی به عمل آورده بود.

سیگبان همواره آزمایش‌هایش را به پیشرفت وسایل‌اش پیوند می‌داد. مایتنر با خود می‌اندیشید؛ که شاید سیگبان از همکاری با او خرسند خواهد شد؛ چرا که احتمالا فکر می‌کرد، که مایتنر تنها به فضای آزمایشی نیاز خواهد داشت، نه چیزی بیشتر!

مایتنر حقوق یک دستیار جزء را از فرهنگستان سوئد دریافت می‌کرد. حساب بانکی او در برلین بسته بود و او امکان دریافت پول بازنشستگی‌اش را نداشت، او با پول قرضی در اتاق هتل کوچکی زندگی می‌کرد و در نامه‌هایی که به هان نوشته بود، عاجزانه از او درخواست می‌کرد، که ترتیبی برای آزاد کردن دارایی‌ها و حساب بانکی او بیابد، این درحالی بود که وضعیت هان نیز تعریف چندانی نداشت، او و مؤسسه‌اش تحت آماج حملات نازی‌ها قرار داشتند.

آنچه بیشتر باعث نارضایتی مایتنر می‌شد، وضعیت او در مؤسسه‌ی سیگبان بود، او در نامه‌ای به هان چنین نوشته است؛

مؤسسه‌ی سیگبان به‌طور غیرقابل تصوری خالی است، ساختمانی بسیار ظریف و عالی که در آن یک سیکلوترون و یک دستگاه طیف‌نمایی پرتو ایکس آماده است، اما به ندرت کار تجربی یا فکری صورت می‌گیرد، از پمپ‌ها، رئوستاها، خازن‌ها و آمپرسنج‌ها خبری نیست. چیزی نیست که با آن آزمایشی انجام شود و در کل این بنای بزرگ چهار فیزیکدان جوان و یک سازمان کاری بسیار مرتب وجود دارد.

به نظر می رسید، که مایتنر در آن سازمان جایی نداشته باشد، چرا که نه از او دعوت می‌شد، تا به گروه سیگبان ملحق شود و نه امکاناتی به او داده می‌شد، که خودش کاری انجام دهد، او فضای آزمایشی داشت، اما نه همکارانی، نه تجهیزاتی، نه کمک‌های فنی، نه حتی دسته کلیدهایی برای کارگاه‌ها و آزمایشگاه‌ها!

با وجود این شرایط غم‌انگیز، لیزه مایتنر، با همکاری خواهرزاده‌اش، اوتو فريش، یکی از مهم‌ترین اکتشافات فیزیک قرن بیستم را به عمل آورد. که مطمئنا هم‌تراز کشف هسته‌ای رادرفورد است!

کشف بزرگ

در سال ۱۹۳۵ انریکو فرمی، که در رُم، بمباران اورانیوم با نوترون را آزمایش می‌کرد، عناصر پرتوزای جدیدی را مشاهده کرد. فرض محافظه کارانه‌ی او این بود، که وقتی اورانیم نوترون جذب کند، هم سنگین‌تر می‌شود و هم گسیل می‌کند. گسیل ذره‌ی بتا عدد اتمی اورانیم را از ۹۲ بالاتر می‌برد و آن را به قلمرو عناصر مصنوعی فرا اورانیوم که در طبیعت وجود ندارند، تبدیل می‌کند. هان و مایتنر به مطالعه‌ی این عناصر فرا اورانیوم پرداخته‌اند.

ایرن-ژولیو کوری و پاول ساویچ در پاریس نیز در جستجوی فرا اورانیوم‌های فعال بودند. مایتنر درست پیش از فرار مخاطره‌آمیز از برلین که در بخش قبلی به آن اشاره کردیم، با هان و فریتس اشتراسمان، جوانی متخصص شیمی تجزیه، درباره‌ی یافته‌ی عجیب ژولیو-کوری-ساویچ مباحثه‌ای در رابطه به اینکه یکی از عناصر پرتوزای ناشی از بمباران نوترونی رفتاری شبیه به لانتانم دارد، که وزن اتمی آن دقیقا نصف وزن اتمی اورانیوم است، داشت.

اگر بخواهیم این فرضیه را به شکلی افراطی تفسیر کنیم، بدین معنی خواهد بود؛ که بمباران اورانیوم با نوترون باعث شکافته شدن هسته‌ی اورانیوم به دو هسته‌ی کوچک‌تر، هریک با وزن اتمی در حدود نصف وزن اتمی اورانیوم، شده است.

هیچکس این موضوع را پیش‌بینی نکرده بود، اما هان و اشتراسمان آزمایش ژولیو-کوری-ساویچ را تکرار و این کشف شگفت‌انگیز را انجام دادند، که در میان محصولات بمباران اورانیوم- نوترون، عناصر پرتوزایی بودند، که رفتاری مانند رادیم داشتند، جز آن که نیمه عمرشان بسیار کوتاه‌تر از نیمه عمر رادیم بود. اشتراسمان با تجزیه‌ی دقیق نشان داد، که آن‌ها ایزوتوپ‌هایی از باریم، که عنصری با تقریبا نصف وزن اتمی اوانیوم ا‌ند. اکنون شواهد بیشتری در دست بود، که نشان می‌داد، اورانیم با بمباران نوترون شکافته می‌شود. هان همچنان مشکوک بود و نتیجه را باور نداشت. او در اواخر سال ۱۹۳۸، به مایتنر نوشت؛

خودمان می‌دانیم، که اورانیم واقعا نمی‌تواند به چیزی مانند باریم شکسته شود. اگر می‌توانید کاری انجام دهید، که بتوان آن را منتشر کرد، در این صورت این مقاله به نوعی کار هر سه نفر ما خواهد بود (به دلیل وضع قوانین جدید، هان دیگر نمی توانست مقاله‌ای را با همکار یهودی‌اش منتشر کند)

او چند روز بعد، در نامه‌ی دیگری نوشت؛

چه قدر زیبا و مهیج می‌بود، اگر می‌توانستیم مانند گذشته با یکدیگر کار کنیم. ما نمی‌توانیم نتایج کارمان را پنهان کنم، حتی اگر آن‌ها احتمالا از لحاظ فیزیکی بی‌معنی باشند. می دانی، اگر می‌توانستی راه دیگری جز این بیابی، چه قدر کار خوبی می‌شد.

هایتنر نیز در پاسخ به هان چنین نوشت؛

در فیزیک هسته‌ای شگفتی‌های بسیاری را تجربه کرده‌ایم، به طوری که نمی توان بدون قید و شرط گفت؛ این غیر ممکن است!

در همان زمان، درست پیش از کریسمس ۱۹۳۸، اُتو فریش، خواهرزاده‌ی محبوب مایتنر به سوئد رفت، تا تعطیلاتش را با خاله‌ی محبوبش در شهر کونگالو در ساحل شرقی سوئد بگذراند. او از کپنهاگ، که در آنجا در مؤسسه‌ی بور کار می‌کرد، می‌آمد. او در زندگینامه‌ی شخصی‌اش با عنوان «اندکی که به یاد می‌آورم» می‌نویسد؛

وقتی من پس از نخستین شب در کونگالو از اتاق هتلم خارج شدم، لیزه ماینتر را در حال مطالعه‌ی نامه‌ای از هان که ظاهرا نگران‌کننده بود، یافتم. من می‌خواستم درباره‌ی کارم در کپنهاگ چیزی بگویم، اما لیزه گوش نمی‌داد و می‌گفت؛ که باید این نامه را بخواند! 

در آن نامه، هان یافته‌ی خود و اشتراسمان را گزارش کرده بود، که در پرتو دهی اورانیوم با نوترون، باریم حاصل شده است و از مایتنر درخواست کرده بود، که این معما را حل کند.

هان یک پرتو-شیمیدان ورزیده و ماهر بود و مایتنر فکر نمی‌کرد، که درباره‌ی باریم اشتباه کرده باشد. بنابراین به اجبار این نتیجه‌گیری حاصل می‌شد، که هسته‌ی اورانیم واقعا شکافته شده است، اما چگونه؟

اکنون مایتنر و فریش می‌توانستند، فرایند شکافت-اورانیم را مجسم کنند، اما آنان باید با مسئله‌ی دیگری دست‌وپنجه نرم می‌کردند. دو پاره‌ی باردار مثبت هسته، با دافعه‌ی متقابلشان، با انرژی عظیم در حدود ۲۰۰ میلیون الکترون ولت، یعنی انرژی که الکترون در عبور از اختلاف پتاسیل ۲۰۰ میلیون ولت می‌گیرد، از هم دور می‌شوند! این انرژی در حدود ۱۰ برابر انرژی بود، که قبلا در یک فرایند هسته‌ای مشاهده شده بود.

سؤال مهمی که ایجاد می‌شد؛ این بود که منشاء این انرژی کجاست؟ با درنظرگرفتن تفاوت میان جرم اورانیوم و جرم کل پاره‌ها و تبدیل کردن این تفاوت به انٰرژی بر طبق معادله‌ی معروف اینشتین  آنان توانستند، به‌طور کامل ۲۰۰ مگا الکترون ولتی که از شکافت اورانیوم حاصل می‌شود، را توجیه کنند. بنابراین آنان نظریه‌ای را طراحی کردند، که شکافت هسته‌ی اورانیوم با بمباران نوترون توجیه می‌کرد.

مایتنر و فریش مقاله‌ی تاریخی خود را، از طریق چند مکالمه‌ی تلفنی طولانی از فاصله‌ی دور تنظیم و تالیف کردند. آنان تصمیم گرفتند که از واژه‌ی شکافت  که در اصل ریشه در زیست‌شناسی داشت، استفاده کنند. زیست‌شناسان از این واژه برای تقسیم سلولی استفاده می‌کنند. بدین ترتیب مایتنر-فریش نام فرایند را شکافت هسته‌ای نامیدند!

بور در راه آمریکا، فرایند مایتنر-فریش را با همکارش لئون روزنفلد، مورد بحث قرار داد و از اهمیت و اعتبار آن بیشتر آگاه شد، اما وقتی در نیویورک فرود آمدند، بور فراموش کرد به روزنفلد بگوید، که موضوع را پیش خود نگهدارد، تا هنگامی که مایتنر و فریش آن را منتشر کنند، تا حق تقدم آنان تضمین شود. هنگامی که بور چند روزی در نیویورک بود، روزنفلد به پرینستون رفت و در سمیناری حضور یافت و همه چیز را درباره‌ی شکافت هسته‌ای برای حضار حیرت زده بیان کرد.

این خبر هیجانی را در جامعه‌ی علمی ایجاد کرد. آزمایشگران به آزمایشگاه‌هایشان هجوم بردند، تا آزمایش فریش را تکرار کنند. بسیاری موفق شدند، اما خوشبختانه، حق تقدم مایتنر و فریش برای طرح نظریه و فریش برای آشکارسازی پاره‌های شکافت، محفوظ ماند. با پذیرفتن شکافت هسته‌ای اورانیم، گروه اولیه‌ی عناصر فرا اورانیمی، از میان رفت و تنها دو عنصر باقی ماند. این دو عنصر نیز اکتشاف مایتنر محسوب می‌شد.

فیزیکدان اخلاق‌مدار

دو جنبه‌ی دیگر از شکافت هسته‌ای در نخستین ماه‌های ۱۹۳۹ ظاهر شد؛

• بور و جان ویلر یک نظریه‌پرداز در پرینستون، نشان دادند، که شکافت حاصل از بمباران اورانيم طبیعی با نوترون‌های کند(كم انرژی) به‌طور عمده ناشی از ایزوتوپ کمیاب اورانیوم ۲۳۵ است، نه از ایزوتوپ‌های فراوان‌تر آن یعنی اورانیوم ۲۳۸!
• علاوه بر آن، آزمایش‌ها در پاریس و دانشگاه کلمبیا نشان دادند، که هر شکافت اورانیم نه‌تنها یک نوترون مصرف می‌کند، بلکه دو یا سه نوترون بیشتر آزاد می‌کند. این امر امکان هیجان‌انگیزی را به وجود آورد، که نوترون‌های تولید شده در یک شکافت بتوانند، موجب یک یا چند شکافت بیشتر شوند و این شکافت‌ها باز هم نوترون‌های بیشتر و بیشتری تولید کنند. چنین تکثیر سریع نوترون ممکن است، به‌صورت یک واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای ادامه یابد و با آهنگ شگفت‌انگیزی انرژی تولید کند، به‌خصوص اگر این فرایند کنترل شده نباشد!

در آن زمان، ارتش‌های آلمان، اروپا را در نوردیده بودند و تولید یک بمب شکافت اورانیم برای استفاده در مسائلنظامی برای تمامی فیزیکدانان یک اتفاق آشکار و قابل پیش‌بینی بود. تلاش آلمان توسط گروهی شامل ورنر هایزنبرگ، اتو هان، همکار سابق و قدیمی مایتنر به عدم موفقیتی شرم‌آور منجر شد، اما در ایالات متحده، پس از شروعی دیرهنگام، تلاشی عظیم در چند جا، در نهایت به تولید دو بمب ویران کننده انجامید، که در ژاپن انداخته شد!

لیزه مایتنر کاملا مخالف سلاح‌های هسته‌ای بود. از او دعوت به عمل آمد، تا به گروهی از فیزیکدانان و مهندسان بریتانیایی و مهاجر ملحق شود، که مقرر شده بود، در آزمایشگاه در حال رشد لوس‌آلاموس در نیومکزیکو که در آن بمب‌ها طراحی می شدند، کار کند، اما مایتنر با صراحت از انجام این کار امتناع کرد. او تنها فیزیکدان هسته‌ای سرشناس از جانب متفقین بود، که چنین کاری کرد. خدمت در لوس‌آلاموس برای مایتنر به‌معنی فرار از فضای بی‌روح و سرد استکهلم و همکاری مجدد با دوستانش بود، اما هیچ وسوسه‌ای عقیده‌ی او را تغییر نمی داد. او اعلام کرد؛

من هیچ‌کاری با بمب ندارم!

هنگامی که اخبار وحشتناک از هیروشیما و ناکازاکی رسید، گزارشگران از هر سو به سمت مایتنر هجوم بردند، تا با او مصاحبه‌ای ترتیب دهند، چرا که در آن زمان او تنها فیزیکدان هسته‌ای قابل دسترس بود. بسیاری از رسانه‌ها ادعا کردند، مایتنر راز بمب اتمی را از دانشمندان هیتلر دزدیده و در دسترس دوستان بریتانیایی‌اش گذاشته است. یک گزارشگر علمی معتبر نیویورک تایمز می گفت؛ مایتنر راز هسته‌ای را به اُتو فریش در کپنهاگ تلگراف زده و سپس او آن راز را به نیلس بور، پدر زنش رسانده است.

شهرت ناشی از بمب ناخواسته، برای مایتنر شدید ناراحت کننده بود، چرا که او به‌طور کامل با تمام فعالیت‌های جنگ‌طلبانه مخالف بود، این در حالی که او هیچ‌گاه آن شهرتی را که سزاوارش بود و از هر نظر انتظارش را داشت، کسب نکرد و همواره نادیده گرفته می‌شد.

باز هم بی‌عدالتی!

نیلز بور، تلاش‌های متعددی انجام داد، تا نقش مایتنر در کشف شکافت هسته‌ای به‌خوبی دیده شود، اما داوران جایزه‌ی نوبل در سال ۱۹۴۴، نوبل شیمی را به اوتو هان اهدا کردند. لیزه از رخداد پیش‌آمده بسیار ناراحت شد و دانشمندان همکار او نیز همین حس را داشتند. او از هان نیز دلخور بود، چراکه دانشمند آلمانی از ترس نازی‌ها و به‌خاطر همکاری در فرار غیرقانونی لیزه، صحبتی از همکاری با او نکرد. البته این اقدام هان پس از جنگ هم ادامه داشت، که ناراحتی مایتنر را بیشتر کرد!

با وجود ناراحتی و اختلافی که میان هان و مایتنر پیش آمد، دانشمند آلمانی بخشی از جایزه‌ی نقدی نوبل را به همکار قدیمی‌اش بخشید. مایتنر نیز بدون معطلی پول دریافت‌شده را به انجمن دانشمندان اتمی اهدا کرد، که به‌نامAlbert Einstein's Emergency Committee of Atomic Scientists فعالیت می‌کردند. هدف فعالیت این انجمن، کشف کاربردهای صلح‌آمیز برای انرژی هسته‌ای بود.

آزمایش‌های پرتو شیمیایی هان و اشتراسمان عاملی اساسی برای اکتشاف بود، اما آن‌ها تا حد زیادی مفاهیمی فیزیکی بودند، که به وسیله‌ی ماینتر و فریش تثبیت شده بود. در بررسی مجدد این موضوع، می‌توان فهمید که یک اکتشاف به اهمیت شکافت هسته‌ای، قطعا شایسته دو جایزه است!

و در حقیقت باید جایزه‌ی نوبل شیمی به هان و اشتراسمان و نوبل فیزیک به مایتنر و فریش تعلق می‌گرفت، اما کمیته‌ی نوبل چنین نظری نداشت. گرچه مایتنر از کسب جایزه‌ی نوبل محروم ماند، اما کار او نادیده گرفته نشد. در سال ۱۹۴۶، هنگامی که برای نخستین بار به آمریکا سفر کرد، در آنجا پذیرایی مفصلی از وی شد و سیلی از جایزه‌ها، مدارج افتخاری و نامه‌های تبریک او را فرا گرفت. حتی هالیوود آمریکا درصدد ساخت فیلمی براساس زندگی‌نامه‌ی مایتنر برآمد، اما هنگامی که لیزه فیلنامه‌ را خواند، به هیچ‌عنوان موردپسندش واقع نشد و آن را مزخرفی محض نامید. تمرکز اصلی این فیلم بر داستانی علمی تخیلی در رابطه با بمب اتمی و ارتباط دادن آن به مایتنر بود و توجه چندانی به زحمات شبانه‌روزی و تلاش‌های پایان ناپذیر لیزه نشده بود!

اندکی پس از جنگ، در سال ۱۹۴۷، مایتنر از مؤسسه‌ی سیگبان بازنشسته شد و در یک آزمایشگاه کوچک، که کمیسیون انرژی اتمی سوئد در مؤسسه‌ی فناوری سلطنتی، برای او ایجاد کرده بود، آغاز به کار کرد. سپس به آزمایشگاه فرهنگستان سلطنتی علوم مهندسی رفت، تا در مورد یک راکتور هسته‌ای گرمایشی، تحقیق کند. سرانجام، در سال ۱۹۶۰، پس از حدود بیست سال حضور در سوئد، مایتنر به کمبریج در انگلستان رفت، تا در کنار اتو فریش و خانواده‌اش باشد، او به زندگی فعال همراه‌با مسافرت و سخنرانی ادامه داد.

لیزه مایتنر به‌نوعی زندگی خود را وقف علم کرده بود. او هیچ‌گاه ازدواج نکرد و فرزندی هم نداشت. پیاده‌روی، تفریح دلخواه‌ این دانشمند هسته‌ای بود و او زمان‌های زیادی را به این تفریح اختصاص می‌داد. موسیقی و حضور در سالن‌های کنسرت هم جزو علایق مایتنر عنوان شده‌اند.  مایتنر چند روز پیش از نودمین سال تولدش در گذشت. او در گورستان یک کلیسای روستایی در انگلستان دفن شد. در کتیبه‌ی سنگ گور او، که فریش آماده کرده بود، چنین نوشته است؛

لیزه مایتنر؛ فیزیکدانی که هرگز انسانیت را فراموش نکرد!

دوران کاری مایتنر سرشار از دوستی، صداقت و انسان دوستی بود. او هیچ‌گاه در مقابل محدودیت‌ها متوقف نشد و با تلاشی شبانه‌روزی با وجود تمامی مشکلات به موفقیت‌های متعددی دست پیدا کرد.

پایان قسمت سوم

در قسمت آینده به فعالیت‌های انریکو فرمی و تلاش‌هایی که به ساخت بمب هسته‌ای منجر شد، می‌پردازیم. تمرکز اصلی در قسمت بعدی به حواشی و اتفاقاتی می‌پردازیم که بشریت در ۱۰۰ سال اخیر پس از آشنایی با فیزیک هسته‌ای، درگیر آن بوده است.

هر انسان جزئی از ساختار طبیعت است. طبیعت رفتار دوره‌ای دارد که این دوره‌ها روی فیزیولوژی انسان‌ها اثرات تعیین‌کننده‌ای دارند. به‌تازگی علم فیزیولوژی به ریتم‌های ساعت بیولوژیکی بدن، که هر کدام عملکرد ویژه‌ای از بدن را تنظیم می‌کند، پی برده است. مهم‌‌ترین ریتم درونی ما همان چرخه‌ی ۲۴ ساعته‌ای است که بسیاری از فرایندهای مهم مانند درجه‌ی حرارت بدن، تولید هورمون و سایر مواد زیست‌شیمیایی و عملکرد سیستم عصبی مانند گرسنگی، خوابیدن، بیدار شدن و دفع کردن را مشخص می‌کند. همچنین ریتم‌های ماهانه و فصلی هم داریم که عادات ماهیانه‌ی زنان و عادات بیوریتم مردان، نمونه‌ای از آن‌ها است.

بعضی از این چرخه‌ها با جزر و مد دریاها و حتی فراتر از جهان، با کیهان در ارتباط است که عامل فراز و نشیب‌های جسمانی و عاطفی ما هستند. ساعت زیستی یا ساعت بیولوژیکی، چرخه‌‌ای تقریبا ۲۴ ساعته در فرایندهایزیست‌شیمیایی، فیزیولوژیکی یا رفتاری موجودات زنده (گیاهان، جانوران، قارچ‌ها و سیانوباکتری‌ها) است. اختلال در ساعت زیستی انسان می‌تواند زمینه‌ساز بیماری‌های بسیاری شود. تنوع دوره‌های فعالیت‌های زیستی در موجودات زنده برای فرایندهایی بسیار ضروری انجام می‌گیرد که در جانوران شامل خوردن، خوابیدن، تولید مثل، مهاجرت، خواب زمستانی و تقسیم یا باززایی سلول‌ها و در گیاهان شامل جنبش‌های جوانه‌زنی و واکنش‌های فوتوسنتزی است.

در میان دوره‌های گوناگون مهم‌ترین دوره، دوره‌های شبانه‌روزی است که به ریتم شبانه‌روزی هم معروف است. فعالیتی که در زمان مشخصی انجام می‌گیرد، می‌تواند تعادل و انرژی را افزایش دهد و در عین حال اگر همین فعالیت در ساعت دیگری انجام شود باعث بی‌تعادلی و خستگی می‌شود. به‌عنوان مثال بهترین ساعت جذب مواد غذایی در بدن، ساعت ۸ شب تا ۴ صبح و بهترین ساعت دفع از ساعت ۴ صبح تا ۱۲ ظهر است. چرخه‌های روزانه هر ۲۴ ساعت به دو نیمه تقسیم می‌شود یعنی روز و شب؛ که هر کدام شامل سه دوره‌ی چهارساعته برای خوردن،خوابیدن و دفع کردن می‌شوند.

تأثیر این دوره‌ها در محیط کاملا مشخص است؛ غروب پس از اتمام کار، احساسی از میل به سکوت تجربه می‌شود؛ به‌گونه‌ای که تمام طبیعت آرام می‌گیرد. هنگام شب، علاقه به نشستن و استراحت کردن زیاد است. البته ممکن است در مناطق شلوغ شهری این سکوت را نتوانید درک کنید. بهترین زمان صرف شام ساعت ۶ بعد از ظهر یا ساعت ۷ است زیرا برنامه‌ی گوارش حداکثر تا ساعت ۱۰ شب به اتمام برسد. چون هضم غذا باعث افزایش سوخت‌وساز بدنمی‌شود، خواب را مختل می‌کند. ضمن اینکه ساعت خواب در شب بستگی به فعالیت‌های روزانه دارد.

حدود ساعت ۱۰ شب بهترین زمان برای خواب است. اگر خوابیدن را در این زمان به تعویق بیاندازید، خود را از یک استراحت خوب که باعث ترشح هورمون‌ها و جذب مواد مغذی خوب می‌شود، محروم کرده‌اید. با برهم زدن این چرخه، موقع بیداری، احساس خستگی و کسالت می‌کنید. خواب می‌تواند منبع مهم انرژی و تعادل وزن باشد. نکته مهم دیگری که به‌همین اندازه اهمیت دارد، زمان بیدار شدن در طلوع خورشید حدود ساعت ۶ صبح است. اگر در این زمان بیدار شوید، ذهن و جسم شما تحت تأثیر احساساتی مثل سبکی، چالاکی، شور و اشتیاق، شادابی و نشاط است.

به‌همان اندازه که انسان‌ها باید به خوردن و ورزش کردن کافی توجه کنند باید ریتم‌های شبانه‌روزیشان را نیز در نظر داشته باشند. گزارش‌های تازه نشان داده است که بیدار ماندن بعد از رسیدن زمان خواب باعث چاقی می‌شود. از زمان پرداخته شدن فرضیه‌ی ژان‌ژاک اورتوس دومیران در سال ۱۷۲۹ تاکنون کارهای زیادی درباره‌ی ساعت زیستی انجام شده است. اکنون می‌دانیم که ساعت زیستی یک سامانه‌ی زمان‌سنجی درونی است که سوخت‌و‌ساز را در تمام اشکال حیات تنظیم می‌کند. دومیران که یک ستاره‌شناس بود، پس از انجام آزمایش‌هایی روی گیاهان دوباره به مشاهده‌ی آسمان برگشت.

باید برای توصیف یک یخچال چینی در سال ۱۷۴۹ که از اثر سردکنندگی عمل تبخیر بهره می‌برد، از دومیران سپاسگزار باشیم. با این وجود، او نمی‌دانست که ما اسیر ساعت زیستی خودمان هستیم. مشاهده شده است که صدها نقش یاخته‌ای، فیزیولوژیکی و رفتاری از چرخه‌ی ۲۴ ساعته در انسان پیروی می‌کند، به همین دلیل ساعت زیستی را نواخت شبانه‌روزی نیز می‌نامند. نواخت شبانه‌روزی با مفهوم عامیانه و شبه‌علمی بیوریتم متفاوت است. دمای بدن نمونه‌ی خوبی از نواخت شبانه‌روزی است.

دمای بدن افراد سالم در طی ۲۴ ساعت، ۳۵.۵ تا ۳۸.۵ درجه‌ی سانتی‌گراد است. در اولین ساعات صبح، دمای بدن در کم‌ترین حد خود قرار دارد و بعداز ظهر و اوایل عصر به بالاترین حد می‌رسد. خستگی پرواز یا خستگی ناشی از اختلاف ساعت و مشکلات بهداشتی ناشی از کار در نوبت‌های چرخشی شغلی، بیشتر ناشی از مبارزه‌ی بدن با نواخت شبانه‌روزی است؛ همان ساعت حساس به نور که چرخه‌ی خواب را تنظیم می‌کند. ساعت‌های معیوب می‌توانند سبب افسردگی و اختلال در خواب شوند؛ مدت نواخت شبانه‌روزی به‌ندرت ۲۴ ساعت است، ولی بین ۲۳ و ۲۵ ساعت تغییر می‌کند.

چرخه خواب-بیداری درونی انسان حدود ۲۵ ساعت است. به‌علت این چرخه، انسان‌ها ساعت خواب را پیوسته روزی یک ساعت جلو می‌کشند تا آن را با برنامه‌ی ۲۴ ساعته‌ی زمین تطابق دهند. اما وقتی انسان‌ها دوره‌ی کاری خود را تغییر می‌دهند، تغییر در چرخه‌ی خواب-بیداری بسیار چشمگیر است. کل سامانه‌، همزمانی خودش را از دست می‌دهد و چرخه‌ی ۲۴ ساعتی را به جلو می‌کشد تا اینکه دوباره به‌نظم درآید. همین بی‌همزمانی است که علت خستگی پرواز به‌شمار می‌آید زیرا چرخه‌ی ۲۴ ساعته‌ی خواب-بیداری به‌طور طبیعی سعی دارد خواب را به‌تأخیر اندازد زیرا تطابق با برنامه‌ی کاری که باعث می‌شود تا دیرتر از حد معمول بیدار باشیم، که یک چرخش به جلو است، تا حدودی آسان‌تر است.

ساعت زیستی موجودات را قادر می‌سازد تا با محیط خود سازگار شوند. چون تمام اشکال حیات دارای ساعت‌های زیستی هستند و برخورداری این ساعت برای آن‌ها مزایایی دارد، احتمال دارد که در طی تکامل ایجاد شده باشد. مثلا در مهره‌داران ساعت زیستی از ۲۴۰ میلیون سال پیش از این ایجاد شده است. اگر واقعا یک ساعت زیستی در وجود ما است، پس در کجا قرار دارد؟ در پستانداران از جمله انسان این ساعت در هیپوتالاموس مغز در تعداد کمی از یاخته‌ها به‌نام هسته‌ی سوپراکیاسماتیک قرار دارد. هسته‌ی سوپراکیاسماتیک نزدیک عصب بینایی قرار دارد و به‌طور مستقیم به چشم‌ها متصل است؛ هسته‌ی سوپراکیاسماتیک در بافت‌های دیگر بدن هم کشف شده است.

هسته‌ی سوپراکیاسماتیک فقط بخشی از محور شبانه‌روزی است؛ دو جز دیگر آن، غده‌ی صنوبری و شبکیه‌ی چشم است. در بعضی افراد ترشح زیاد ملاتونین در طی شب‌های تاریک و طولانی و روزهای زمستان می‌تواند حالتی بنام اختلال عاطفی فصلی یا غم زمستانی ایجاد کند. این حالت افسردگی را می‌توان در مجاورت با نور روشن مناسب، درمان کرد. زمین با چرخش حول محور خود، ریتمی ۲۴ ساعته دارد و سطحش به‌صورت متناوب در معرض نور خورشید و تاریکی قرار می‌گیرد.

موجودات زنده از جلبک گرفته تا انسان با سنجش زمان توسط ضربان روشنایی یا تاریکی سیاره، فرگشت یافته‌اند. آن‌ها با استفاده از مهم‌ترین زمان‌سنج‌های جهان، که ساعت‌هایی روزانه یا شبانه‌روزی هستند، اجازه می‌دهند جدول زمانی روزانه‌شان به‌وسیله‌ی طلوع و غروب خورشید غافلگیر نشود. ساعت اصلی در مغز انسان، به‌وسیله‌ی هماهنگ کردن خواب و بیداری با نور خورشید ظهور کرد. اما ساعت‌های بیشتری در بدن وجود دارد. ساعت‌های شبانه‌روزی تقریبا در هر سلولی از بدن تیک‌تاک می‌کنند. یک ساعت در کبد و ساعتی دیگر در بافت چربی و دیگری در طهال. باربارا هلم، متخصص ساعت‌های زیستی در دانشگاه گلاسکو اسکاتلند می‌گوید:

این ساعت‌ها، الگوهای خواب و زمان‌های غذا خوردن را تنظیم می‌کنند. آن‌ها جریان هورمون‌ها را کنترل و پاسخ‌های بدن به مقدار قند و بسیاری از فرآیندهای زیستی دیگر را تنظیم می‌کنند.

بسیاری از دانشمندان می‌گویند که زمان‌سنج‌ها چنین مزیت‌های فرگشتی‌ای را عرضه کرده‌اند که گونه‌های مختلف در سراسر تاریخ، بارها و بارها آن‌ها را گسترش داده‌اند. به‌غیر از مهم و متعارف بودن ساعت‌های شبانه روزی، اینکه دقیقا چرا چنین ساعت‌هایی در اولین گام از حیات پدیدار شدند، هنوز در هاله‌ای از باهام قرار دارد. بسیاری از دانشمندان طرفدار این دیدگاه هستند که ارگانیسم‌های مختلف، به‌طور مستقل، ساعت‌های زیستی خود را فرگشت دادند. هر کدام از این ساعت‌ها چرخه‌ی مخصوص به‌خودش را تکرار می‌کند.

موجودات زنده این کار را احتمالا برای محافظت از دی‌ان‌ای آسیب‌پذیر و شکننده‌ی خود دربرابر پرتوهای مخرب فرابنفش خورشید انجام داده‌اند. اما گروه کوچکی از پژوهشگران این طور فکر نمی‌کنند. آن‌ها می‌گویند باید یک ساعت مادر پیش از ظهور همه‌ی ساعت‌های زیستی دیگر وجود داشته باشد. آن ساعت برای محافظت سلول از آسیب ناشی از اکسیژن و شاید دیگر مزایای ناشناخته محافظتی، فرگشت یافت. جلبک سبز-آبی یکی از ساده‌ترین ساعت‌های شبانه‌روزی را با سه چرخ‌دنده‌ی پروتئینی، دارا است.

با رسیدن غروب آفتاب، پروتئین KaiA به پروتئین KaiC(شکل بالا) و فسفات ارغوانی کمک می‌کند تا به خودش تبدیل شوند. در شب، KaiB پروتئین KaiA را مسدود می‌کند و در سپیده‌دم، فسفات‌ها از KaiC جدا می‌شوند. این ساعت به فتوسنتز هماهنگ‌شده‌ی جلبک با نور خورشید کمک می‌کند. ساعت‌های زیستی اولیه ممکن است شباهتی به ساعت‌های دقیق بدن که امروزه دانشمندان آن‌ها را مطالعه می‌کنند، نداشته باشند. پژوهشگران می‌گویند ساعت‌های اجدادی ممکن است به‌طور ساده همانند یک ساعت آفتابی شروع به‌کار کرده باشند، اما اساسی برای ساخت مکانیزم‌های پیچیده‌تر فراهم آوردند که اکنون همه چیز ما از فشار خون گرفته تا زمان خواب را کنترل می‌کنند.

ساعت‌های شبانه‌روزی چرخ‌دنده و عقربه ندارند، آن‌ها از مولکول‌های RNA و پروتئین‌هایی تشکیل شده‌اند که به‌وفور نوسان می‌کنند. در زمان‌های خاصی از روز، پروتئین‌های ساعت‌ساز معینی، تولید پیام‌رسان RNA را که سلول از آن برای ساختن دسته‌ای جدید از دیگر پروتئین‌‌های ساعت‌ساز استفاده می‌کند، متوقف می‌کنند. درنهایت سطح آن پروتئین‌ها به آستانه‌ی معینی می‌رسد، سپس ساختن پیام‌رسان RNA را متوقف می‌کنند. پروتئین‌های خودسرکوب‌گر متلاشی یا به‌وسیله‌ی دیگر پروتئین‌ها کم‌کم خورده می‌شوند تا سطح‌شان به زیر آستانه سقوط کند، سپس پیام نیاز به دسته‌ای دیگر از پروتئین‌های ساعتی صادر و چرخه مجددا شروع می‌شود.

همانطوری که رولکس، تایمکس، اسواچ و سیکو نسخه‌هایی مخصوص به خود از ساعت مچی هستند، ارگانیسم‌هایی اعم از سیانوباکتری‌ها، قارچ‌ها، گیاهان و حشرات نیز همگی اختراعات مختلف مخصوص به خودشان را از ساعت‌های شبانه‌روزی دارند. پروتئین‌های چرخه‌ای در میان این ارگانیسم‌ها انواع مختلفی دارند همان طوری که دقت ساعت‌های دیجیتالی از ساعت‌های مکانیکی بیشتر است. اما همه‌ی آن‌ها، روز را با افزایش و کاهش تولید پیام‌رسان RNA و پروتئین علامت‌گذاری می‌کنند.

در مگس میوه، مقادیر چرخ‌دنده‌های ساعت شبانه‌روزی (شکل بالا)، یعنی پروتئین‌ها (خطوط تیره) و پیام‌رسان RNA (خطوط نقطه چین) به‌دفعات مشخصی در روز افزایش و کاهش می‌یابند. سه چرخ‌دند‌ه‌ی مهم که ساعت‌ساز (بنفش رنگ)، بدون زمان (خاکستری رنگ) و دوره‌ی تناوب (آبی رنگ) نامیده می‌شوند، همان‌طور که در شبیه‌سازی کامپیوتری دیده می‌شود، هر ۲۴ ساعت یک فراز و فرود دارند. اگر هیچ عامل اختلالی وجود نداشته باشد، این ساعت به تولید امواجی فعال در روزهای متمادی خواهد پرداخت. جان اونیل می‌گوید:

شواهد زیادی نشان می‌دهد که «فرار از نور» تنها نیروی تکامل ساعت‌های زیستی نبوده است.

اگر چرخه‌ها برای حفاظت از DNA درست شده باشند، نباید بدون حضور DNA، هیچ چرخه‌ای شکل بگیرد. بااین‌حال در آزمایش‌های انجام شده، مشخص شد حتی در محیطی که DNA وجود ندارد نیز آهنگ ساعت زیستی به‌وجود می‌آید.

 یک نوع سیانوباکتر یا همان جلبک سبزآبی (Synechococcus elongatus) وجود دارد که دارای ساده‌ترین ساعت زیستی شناخته شده است. این باکتری سه پروتئین به نام KaiA، KaiB و KaiC دارد. این سه پروتئین به‌اضافه‌ی دو پروتئین جانبی، به باکتری کمک می‌کنند تا بتواند با انباشت پروتئین‌های لازم برای فوتوسنتز و دیگر فعالیت‌های روزانه، برای طلوع خورشید آماده شود. تاکائو کوندو، از دانشگاه ناگویای ژاپن در نشریه‌ی ساینس در سال ۲۰۰۵ نوشت:

سه عدد ساعت پروتئینی در لوله‌ی آزمایش انداخته شدند و انرژی آن‌ها به‌وسیله‌ی آدنوزین تری‌فسفات (ATP) تأمین شد. ساعت زیستی، با آهنگی ثابت، مولکول فسفات را به پروتئین KaiC اضافه و کم می‌کرد.

این یافته باعث شگفت‌زدگی پژوهشگران شد، زیرا آن‌ها فهمیده بودند ساعت‌های زیستی می‌توانند بدون DNA هم کار کنند. درضمن مشخص شد که آن‌ها لازم نیست برای نگه داشتن زمان،‌ دائما RNA پیام‌رسان و فرایند تولید پروتئین را فعال و غیرفعال کنند. جلبک‌های سبزآبی و اجداد اسرارآمیز حشرات و حیوانات، بیش از یک میلیارد سال پیش، شاخه‌های متفاوتی را در درخت تکامل و انتخاب طبیعی درست کردند. ساعت‌های پروتئینی جلبک‌های سبزآبی، شبیه ساعت‌های پروتئینی مرکزی پستانداران نیست.

بنابراین بعضی از پژوهشگران به اینکه ساعت‌های فاقد DNA می‌توانند در موجودات زنده‌‌ی پیچیده‌تر از جلبک‌ها کار کنند، شک دارند. اونیل و همکارش آکیلش ردی از دانشگاه کمبریج تصور کردند که احتمالا می‌شود ساعت‌های بدون DNA را در جایی دیگر یافت. آن‌ها تصمیم گرفتند که در گلبول‌های قرمز خون انسان دنبال ساعت‌های زیستی بگردند. این سلول‌ها فاقد هسته و در نتیجه DNA هستند. بدون DNA هیچ‌نوع RNA پیام‌رسانی درست نمی‌شود، در نتیجه ساعت‌های زیستی کلاسیک نباید به‌وجود آیند.

اونیل و همکارش در کمال تعجب مشاهده کردند که در گلبول‌های قرمز ریتم ساعت‌وار وجود دارد و مقاله‌ی خود را سال ۲۰۱۱ در مجله‌ی نیچر منتشر کردند. ساعت زیستی موجود در گلبول قرمز خون، کاملا از چرخه‌ی پروتئین و RNA پیام‌رسان بی‌نیاز است. در گلبول‌های قرمز، پروتئین‌های آنتی‌اکسیدان به‌نام پروکسی‌ردوکسین، مولکول‌های اکسیژن را با ریتم ساعت‌وار جذب یا دفع می‌کنند. عمل آن‌ها به ازبین‌بردن هیدروژن‌پروکسید کمک می‌کند. هیدروژن پروکسید یک محصول جانبی در فعالیت‌های معمولی تولید انرژی سلول‌ها است.

هیدروژن‌پروکسید و دیگر اکسیدان‌ها می‌توانند به قسمت‌های مختلفی از سلول آسیب برسانند، بنابراین کنترل آن‌ها ضروری است. پروکسی‌ردوکسین‌ها در موجودات زنده‌ی مختلف، مثل یک نوع جلبک آبی به نام اوسترئوکوکوس (Ostreococcus) دیده می‌شوند. اونیل و ردی به همراه دیگر همکارانشان، پروکسی‌ردوکسین را در این جلبک آزمایش کردند. به‌گفته‌ی اونیل همانند گلبول‌های قرمز، در این جلبک هم آهنگ و ریتم مشاهده می‌شد. مقدار مولکول‌های اکسیژن چسبیده به پروکسی‌ردوکسین در یک چرخه‌ی ۲۴ ساعته، کم و زیاد می‌شد. 

یک سال بعد، پژوهشگران در مجله‌ی نیچر گزارش دادند که در مگس میوه، گیاه رشادی گوش‌موشی(Arabidopsis thaliana)، قارچی به‌نام نئوروسپورا کراسا (Neurospora crassa)، سیانوباکتری به‌نامسینوکوکوس الانگاتوس (Synechococcus elongatus) و یک تک‌یاخته‌ی آرکیایی به نام هالوباکتریوم سالیناروم(Halobacterium salinarum) هم توانسته‌اند چرخه‌ی پروکسی‌ردوکسین پیدا کنند. بدین معنی که در همه‌ی دامنه‌های حیات، شامل یوکاریوت‌ها، باکتری‌ها و آرکیاها این چرخه یافت شده است. اگر همه‌ی دامنه‌های زندگی دارای ساعت‌های پروکسی‌ردوکسین هستند، بنابراین به احتمال زیادی آنتی‌اکسیدان‌ها بسیار باستانی هستند و سن آن‌ها به میلیاردها سال می‌رسد.

مادر همه‌ی ساعت‌ها که یک تک‌سلولی به نام لوکا (شکل بالا) است و جد مشترک تمام موجودات در گذشته محسوب می‌شد، ممکن است ساعت شبانه‌روزی را توسعه داده باشد. زمان‌سنج باستانی ممکن است در جد حیوانات، گیاهان و قارچ ها در رویارویی با چالش‌های محیطی پدیدار شده باشد. نمودار میله‌ای بالا مشخص می‌کند که ساعت‌های شبانه‌روزی‌ که امروزه آن‌ها را می‌شناسیم، از چه زمانی وجود داشته‌اند. کسی به‌دقت نمی‌داند کهساعت‌های آنتی‌اکسیدانی چقدر قدمت دارند، ولی اونیل سن آن‌ها را ۲.۵ میلیارد سال حدس می‌زند.

 این دقیقا زمانی است که سیانوباکترها به‌تازگی شروع به استفاده از فوتوسنتز برای تأمین انرژی کرده‌ بودند و در فرایند بزرگ اکسیداسیون خود، مقادیر بسیار زیاد اکسیژن در اتمسفر زمین آزاد ‌کردند. هرچند که در این زمان،‌ فوتوسنتز و اتمسفر پر از اکسیژن، کاملا مفید و ضروری به نظر می‌رسید، ولی اکسیژن برای موجودات پرکامبرین یک سم محسوب می‌شد. موجودات زنده‌ای که نمی‌توانند اکسیژن آزاد را تحمل کنند، می‌میرند یا اینکه در اعماق دریا به‌صورت بی‌هوازی زندگی می‌کنند. اونیل می‌گوید:

اگر موجودات پرکامبرین نمی‌خواستند بمیرند، باید با اکسیژن کنار می‌آمدند.

در روز که فوتوسنتز انجام می‌شود، اکسیژن می‌تواند یک مشکل اساسی باشد. موجودات زنده‌ای که برای دفاع از خود از آنتی‌اکسیدان استفاده می‌کنند، مولکول اکسیژن را از پروکسی‌ردوکسین می‌گیرند تا بتوانند در روز هیدروژن پروکسید ذخیره کنند. بدین ترتیب شانس بقای آن‌ها افزایش می‌یابد. به‌گفته‌ی اونیل، زمان‌بندی برای پیش‌بینی جذب اکسیژن، می‌تواند مزیتی بزرگ به حساب آید. پروکسی‌ردوکسین‌ها چرخ‌دنده‌ی ساعت‌ها نیستند آن‌ها بیشتر شبیه به عقربه‌های ساعت هستند. میزان اکسیژن متصل به آن‌ها نشانگر ساعتی بسیار باستانی و ناشناخته‌تر است. این ساعت سحرآمیز چنان مزیت بزرگی به حساب می‌آید که موجودات زنده آن‌ را در طول تاریخ تکامل خود حفظ کرده‌اند و هر زمان که لازم بود، تغییراتی در آن داده‌اند. اونیل می‌گوید:

مثل ساعت‌های ما که می‌توانند زمان را در موقعیت‌های مختلف جغرافیایی و در فرمت AM یا PM محاسبه کنند، یا‌ تقویم را در اختیار ما قرار دهند، ساعت‌های زیستی نیز اجزایی این چنینی دارند تا بتوانند چالش‌های محیط‌های مختلف را تحمل کنند.

دیگر پژوهشگران پیشنهاد کرده‌اند، چون «ساعت‌های زیستی پروتئینی» سیانوباکتر‌ها، حیوانات و گیاهان تفاوت زیادی با یکدیگر دارد، اجداد این موجودات زنده باید ساعت‌های مختلفی را تکامل می‌دادند. اونیل می‌گوید:

هرچند که چرخ‌دنده‌های اصلی متفاوت هستند، ولی شما همیشه می‌توانید آنزیم‌های مشابهی پیدا کنید که سرعت ساعت را تنظیم می‌کنند.

این آنزیم‌های خاص که کیناز (Kinase) نام دارند، پروتئین‌هایی هستند که مولکول‌های فسفات را به دیگر پروتئین‌ها ضمیمه می‌کنند و باعث نابودی یا تغییر عملکرد آن‌ها می‌شوند. دو مورد از مهم‌ترین کینازها، CK1 وGSK3 هستند و در سرعت کار کردن ساعت‌های پروکسی‌ردوکسینی نقش مهمی دارند. این‌ها احتمالا ساعت‌های باستانی هستند که اونیل و دیگران دنبالشان می‌گردند. آن‌طور که اونیل، هلن کاستون و همکارانشان از دانشگاه کلمبیا در آوریل ۲۰۱۵ گفته بودند، حتی موجودات زنده‌ای که فاقد ریتم ساعت شبانه‌روزی هستند، چرخه‌ی پروکسی‌ردوکسینی کینازی دارند. جالب‌ اینجا است که نوعی مخمر به نام ساکرومایسس سرویزیه(Saccharomyces cerevisae) فاقد هرگونه ساعت پروتئینی و چرخه‌ی ۲۴ ساعته است.

البته این بدین معنی نیست که مخمر نمی‌تواند زمان‌سنجی کند، مخمرها دارای هشت تنفس نوسانی، هرکدام به مدت سه ساعت هستند. در این تنفس‌ها، سرعت مصرف اکسیژن آن‌ها زیاد و کم می‌شود. اگر آنزیم CK1 را به مخمر اضافه کنیم، نوسان آهسته می‌شود. همچنین طبق یافته‌ی پژوهشگران، اضافه شدن CK1 می‌تواند آهنگ ساعت زیستی سلول‌های موش را هم تغییر دهد. این یافته‌ها نشان‌دهنده‌ی این است که آنزیم‌های کیناز، در ایجاد آهنگ ساعت‌های زیستی نقش مهمی دارند. پژوهشگران فکر می‌کنند که کینازها احتمالا یک زمان‌سنج خیلی ساده را می‌سازند، چیزی شبیه به سامانه‌ی KaiA ،B ،C سیانوباکتر‌ها. اونیل می‌گوید:

در موجودات زنده‌ی اولیه، چرخ‌دنده‌ها بسیار ساده بودند، موجودات امروزی از چرخ‌دنده‌های ساعت پیچیده‌تری بهره می‌گیرند تا با زندگی پیچیده‌تر آن‌ها سازگاری بیشتری داشته باشد.

کینازها، آنزیم‌هایی هستند که ممکن است چرخ‌دنده‌هایی در ساعت شبانه‌روزی اولیه بوده باشند. امروزه آن‌ها به‌عنوان ضربان، برای بسیاری از زمان‌سنج‌های عمل می‌کنند. یک نوع از کینازها به نام Swe1 (شکل بالا) سرعت سیکل تنفسی اکسیژن را در مخمر نان تنظیم می‌کند. یک سیکل معمولا حدود سه ساعت طول می‌کشد (نمودار بالایی)، اما اگر یک جهش باعث حذف Swe1 شود، سرعت چرخه افزایش خواهد یافت (نمودار پایینی).

هرچند که کینازها مولکول‌هایی باستانی هستند که ساعت‌های امروزی ما را می‌سازند، ولی هنوز  شواهد زیادی برای اثبات آن وجود ندارد. اونیل می‌گوید که احتمال دیگری هم وجود دارد. ممکن است از اساس ساعت مادری وجود نداشته باشد. زیست‌شناسی سلولی ممکن است فقط به‌وسیله‌ی واکنش‌های بیوشیمیایی که به‌طور طبیعی الگوهای منظم به خود گرفته‌اند، شکل گرفته باشد. او می‌گوید:

من این احتمال را دوست ندارم، چرا که آزمایش یا رد آن بسیار مشکل است. تنها راه اینکه ثابت کنیم این نظریه اشتباه است، این است که به‌دنبال ساعت مادر برویم. از اساس مشکل پرسش‌هایی که به تکامل مربوط می‌شود این است که بدون وجود یک ماشین زمان نمی‌توانید پاسخ آن‌ها را پیدا کنید.

هر پژوهشگری به فرضیه‌ی پروکسی ردوکسین علاقمند نیست. به‌گفته‌ی جوزف تاکاهاشی ژنتیک‌دان و عصب‌شناس ساعت‌های شبانه‌روزی از دانشگاه مرکز پزشکی جنوب غربی تگزاس در دالاس، آن‌ها طرح‌هایی چشم نواز اما بدون سند هستند. همچنین به‌گفته‌ی اونیل، ما ساز‌و‌کاری نداریم و همه‌ی آن‌ها مشاهداتی هستند که با مدل‌های کلاسیک ناسازگارند. این مدل‌ها ساعت‌ها را به‌عنوان ماشینی از پروتئین‌های نوسان‌گر و پیام‌رسان RNA توصیف می‌کنند که توسط سازوکار گریز از نور فرگشت یافته‌اند. محور استدلال اونیل این ایده است که باید یک ساعت اجدادی وجود داشته باشد، به‌طوری که همه‌ی ارگانیسم‌هایی که ساعت دارند، زمان‌سنج‌های روزانه‌ی خود را براساس آن ساخته باشند. دیگر پژوهشگران با عجله، ایده‌ی «فرگشت مستقل» را کنار نمی‌گذارند. سوزان گلدن متخصص میکروبیولوژی در دانشگاه سندیگو کالیفرنیا می‌گوید:

من فکر نمی‌کنم باید تصور کنیم که ساختن یک ساعت دشوار است. ساز و کارهای تنظیم وقت که امروزه در طبیعت دیده می‌شوند، آنهایی هستند که در محیط پیرامون‌شان گیر افتاده‌اند.

ارگانیسم‌ها ممکن است سایر زمان‌سنج‌ها یا ریتم‌ها را آزموده و رد کرده باشند. اخیرا گروه‌های پژوهشی مستقل دریافتند که یک کرم دریایی، ساعت قمری و یک شته‌ی دریایی یک ساعت جزر و مدی دارد. گروه آزمایشگاهی گلدن با ساعت شبانه‌روزی از نوع سیانوباکتری کار کردند تا ببینند که این ساعت می‌تواند زمان را در مقیاس متفاوتی مثلا چند هفته یا ساعاتی از روز بسنجد یا نه. اگرچه هیچ کس ساعت اولیه را نیافته است، برخی از دانشمندان در مورد اینکه چرا چنین ارگانیسم‌هایی ممکن است در گام اول مفید بوده باشند، استدلال‌های فلسفی ارائه می‌کنند.

دوری کردن از اکسیژن سمی و گریز از نور ویرانگر، تنها دلایلی نیستند که ایده‌ی ساعت‌های شبانه‌روزی را به یک ایده‌ی خوب تبدیل می‌کند. بعضی از پژوهشگران می‌گویند که مزیت داشتن یک ساعت، ممکن است واکنش‌های شیمیایی متناقض را از هم جدا نگه دارد یا کارکرد سلول‌ها را به‌وسیله‌ی ایجاد یک جدول زمانی برای مولکول‌های مورد نیاز در هر مرحله از واکنش‌های زنجیره‌ای شیمیایی هموارتر سازد. تاکاهاشی می‌گوید:

ما متعجب هستیم چرا ساعت به‌جای اینکه به همه چیز اجازه دهد فقط با شیپوری شبیه به شیپور خاموشی در پادگان اداره شوند، هر روزه متابولیسم را به راه و از کار می اندازد.

یک شبیه‌سازی کامپیوتری در سال ۲۰۱۰ تخمین زده است که ساعت‌های شبانه‌روزی ممکن است ذخیره‌ی انرژی کافی برای رشد ارگانیسم‌ها را ۱۵ درصد سریع‌تر کنند. بااین‌حال، اندازه‌گیری که این مزیت ممکن در دنیای واقعی را نشان دهد دشوار است. دامیین مرن، متخصص فیزیولوژی از شرکت پژوهشی گیاه و غذا در نیوزلند، آزمایشی طبیعی را که قبلا در حال پیشرفت بوده است و آزمایش خوبی در اثبات ایده‌ی ذخیره‌ی انرژی بود، برپا کرد. مرن و همکارانش در سوئد نوعی ماهی به‌نام تترای مکزیکی یا آستیاناس مکزیکینوس را برای دانستن اینکه دیدگاه انرژی‌محور چقدر ارزشمند است، مورد مطالعه قرار دادند.

یک نمونه از این ماهی‌ها در سطح آب‌ها شنا می‌کند. نوع دیگری از این ماهی‌ها در غارهای پاشون در شمال شرقی مکزیک و همیشه در تاریکی زندگی کرده و فاقد چشم است. ماهی‌های درون غار ساعت‌های شبانه روزی را طوری تغییر داده‌اند که شب و روز برایشان فرقی ندارد. مرن ماهی‌های شناگر سطح آب و درون غار را در لوله‌های شناور و آب در جریان، بیش از مقداری که آن‌ها در چند روز به‌طور آهسته شنا می‌کردند، قرار داد. او میزان اکسیژن مورد استفاده توسط ماهی را اندازه گرفت. همان‌طور که انتظار می‌رفت، ماهی شناگر سطح آب، در طول روز نسبت به شب اکسیژن بیشتری مصرف کرد.

اما ماهی درون غار از مقدار اکسیژن یکسانی در روز و شب استفاده کرد. به‌گفته‌ی او، تصور کردیم این یک ماهی ممکن است اینطور باشد. سپس ماهی دیگری را درون آب گذاشتیم. مصرف اکسیژن آن ماهی هم یکسان بود. ماهی‌های درون غار با نگه داشتن متابولیسم‌شان روی آهنگی ثابت در سراسر روز به‌جای افزایش ریتمی آن در پی چرخه‌های نور، ۲۷ درصد انرژی خود را ذخیره کردند. هنگامی که هر دو نوع ماهی شناگر سطح آب و درون غار در تاریکی مورد آزمایش قرار گرفتند، ماهی درون غار بهتر بود و ۳۸ درصد کمتر از ماهی شناگر سطح آب انرژی مصرف کرد.

ذخیره‌ی انرژی یک ماهی بدون چشم به نام تترای مکزیکی (شکل پایین) در غارهای تاریک زندگی می‌کند. اما ساعت شبانه‌روزی‌اش همیشه منطبق با روز است. یک تیک ساعت، انرژی ماهی را توسط مصرف ثابت اکسیژن حفظ می‌کند (نمودار پایینی). اما ساعت تترای مکزیکی که در سطح آب شنا می‌کند، در طول روز از اکسیژن بیشتری استفاده می‌کند (نمودار بالایی). این کشف بدان معنا نیست که تاکاهاشی در مورد انرژی ذخیره شده‌ی ساعت‌های شبانه‌روزی در جهان ریتمی اشتباه می‌کند. فقط ماهی درون غار است که در محیطی با تاریکی نسبتا ثابت زندگی می‌کند. او می‌گوید:

اگر ماهی آمادگی لازم برای پیش‌بینی یک رویداد را داشته باشد و آن رویداد اتفاق نیافتد چه چیزی هدر می‌رود؟

اما در جهانی که طلوع خورشید طلایی با الگویی متعارف پیش‌بینی‌پذیر است، ساعت‌های شبانه‌روزی ممکن است واقعا گزینه‌های پرهزینه‌ای باشند. فقط به این دلیل که بعضی از حیوانات در محیط‌های غیرمتعارف دارای ساعت‌های بسیار متفاوتی هستند، نمی‌توان نتیجه گرفت که زندگی بدون ریتم ایده‌ی خوبی برای همه است. هلم متخصص ساعت‌های زیستی از گلاسکو می‌گوید:

من در این مورد تردید دارم که به جز در شرایط عجیب و غریب، زندگی بدون ساعت بهتر است. ماهی درون غار فاقد چشم است اما هیچ کس بر این اساس نمی‌تواند استدلال کند که چشم‌ها فاقد اهمیت هستند.

به‌گفته‌ی گلدن، ساعت‌ها ممکن است فقط به‌دلیل ایده‌ی گریز از نور فرگشت نیابند، آن‌ها بدون‌شک به‌وسیله‌ی محیط اطراف‌شان موجودیت یافته‌اند و وجودشان برای حیات ضروری است.

تردیدی نیست که امروزه ساعت‌های شبانه‌روزی باید ضمائمی برای اغلب ارگانیسم‌های زنده در سطح زمین داشته باشند. اما آیا می‌توان از داستان «خاستگاه گریز از نور» سر در آورد؟ بخشی از مدرک اصلی در حمایت از ایده‌ی گریز از نور، این است که سلول‌ها تمایل دارند که دی‌ان‌ای‌شان را در شب‌ها به‌طور ایمن در پناه تاریکی کپی کنند و در طول روز خرابی‌های ناشی از ذخیره‌ی پرتو فرابنفش (UV) را ترمیم کنند.

برخی از پروتئین‌های مشابه دندانه‌های چرخ‌دنده که ساعت‌های شبانه‌روزی را به حرکت وا می‌دارند نیز در ترمیم DNA درگیر می‌شوند و اتصالات آن را محکم تر می‌کنند. امروزه دیگر شکی وجود ندارد که حیوانات زیادی توانایی حس و رفتاری براساس جهت میدان مغناطیسی زمین دارند، حال مطالعه‌ای می‌گوید انسان‌ها هم ممکن است این حس را داشته باشند که به نام «حس ششم» نام‌گذاری شده است و جو کریش‌وینک معتقد است که انسان نیز این حس یا همان قطب‌نمای زیستی را دارد و به‌دنبال اثبات این موضوع است. 

کریش‌وینک حالا در مؤسسه‌ی فناوری کالفرنیا انسان‌ها را آزمایش کرده است تا ببیند آیا آن‌ها هم این حس مغناطیسی را ولو به‌صورت ناخودآگاه دارند یا نه؟ او تقریبا مطمئن است اما باید این مسئله را ثابت کند. نتایج آزمایش‌های کریش‌وینک که در نشست ۲۰۱۶ مؤسسه‌ی ناوبری سلطنتی ارائه شده، تا حد زیادی قانع‌کننده هستند. او در گفت‌و‌گو با نشریه‌ی Science گفته است صحبت‌هایم در آنجا به خوبی پیش رفت، بااین‌حال هنوز تا اثبات نهایی راه طولانی مانده است. آنچه کریش‌وینک ارائه کرده، نتایج آزمایش‌ها روی یک گروه کوچک ۲۴ نفره است. او هنوز مقاله‌ای را می‌نویسد که باید در داوری‌های همتانگر بررسی شود.

بااین‌حال کریش‌وینک بودجه‌ای ۹۰۰ هزار دلاری دریافت کرده و با آزمایشگاه‌هایی در ژاپن و نیوزلند برای اثبات این موضوع مشغول همکاری است. او ادعا می‌کند این حس و وجود گیرنده‌های مغناطیسی در بدن انسان پیش از این دست‌کم گرفته شده‌اند. شماری از متخصصان نتایج اولیه‌ی او را مهم قلمداد می‌کنند. پیترهور، شیمی فیزیکدان از دانشگاه آکسفورد که در زمینه‌ی گیرنده‌های مغناطیسی پیشرو است، می‌گوید:

جو، مرد بسیار باهوشی است و در آزمایش‌هایش بسیار دقت به خرج می‌دهد.

او در ادامه گفت اگر او مطمئن نبود که می‌تواند این موضوع را ثابت کند، درباره‌اش در نشست ناوبری حرف نمی‌زد و این چیزی نیست که بتوانید درباره‌ی هر دانشمندی بگویید. پس چطور می‌توانیم میدان مغناطیسی را درک کنیم وقتی آن را با چشممان نمی‌بینیم؟ می‌دانیم فقط پرندگان و پروانه‌ها نیستند که از این قطب نمای زیستی استفاده می‌کنند، مثلا سگ‌ها در میان پستانداران از حسی برای دریافت محور شمال جنوب استفاده می‌کنند. درباره نحوه‌ی ایجا قطب‌نمای زیستی، دو نظریه به عمده وجود دارد: اولی می‌گوید میدان مغناطیسی زمین واکنش‌های کوانتومیرا در پروتئینی به‌نام (کریپتوکروم) فعال می‌کند.

پروتئین کریپتوکروم در شبکیه‌ی چشم پرندگان، سگ‌ها و حتی انسان هم وجود دارد، اما هنوز مشخص نیست این پروتئین‌ها، اطلاعات مغناطیسی را به مغز منتقل می‌کنند یا نه. گروه دوم می‌گویند واقعا گیرنده‌های درون سلول‌های بدن وجود دارد که دارای سوزن‌های قطب‌نمای مغناطیسی و از کانی آهن (مگنتیت) ساخته شده است و باتوجه‌به موقعیت شخص و میدان مغناطیسی زمین جهت می‌برد. مگنتیت درون سلول‌های نوک پرنده‌ها و بینی ماهی قزل‌آلاپیدا شده است اما هنوز شواهد دقیق علمی که این توانایی را توضیح دهد، وجود ندارد.

کریپتوکروم نقش جالبی در جهت‌یابی ایفا می‌کند. وقتی پرتوی نور با طول موج کوتاه به آن برخورد می‌کند، به چیزی تبدیل می‌شود که شیمیدان‌ها به آن «جفت رادیکال» می‌گویند. مولکولی متشکل از دو الکترون غیر جفت که اسپینآن‌ها می‌تواند همسان یا غیرهمسان باشد. میدان مغناطیسی می‌تواند باعث تغییر اسپین الکترون‌ها بین حالت همسان و غیر همسان شود و رفتار شیمیایی مولکول را تغییر دهد.

در سال ۱۹۷۸ فیزیکدانی از دانشگاه ایلینویز به نام کلاوس شولتن، گفت که شاید حیوانات از واکنش‌های جفت رادیکال برای تشخیص میدان مغناطیسی استفاده می‌کنند ولی او هیچ مولکولی را کشف نکرد که این اتفاق درونش بیفتد تا اینکه در دهه‌ی ۱۹۹۰ پژوهشگران توانستند در شبکیه‌ی چشم پستانداران مولکول کریپتوکروم را پیدا کنند که به‌عنوان حسگر نور کار می‌کرد. بیشتر پژوهشگران به سراغ بررسی ساعت شبانه‌روزی روی کریپتوکروم رفتند ولی شولتن می‌دانست این مولکول می‌تواند جفت رادیکال درست کند.

شولتن در سال ۲۰۰۰ مقاله‌ای منتشر کرد و نشان داد که چگونه میدان‌های مغناطیسی می‌توانند روی واکنش‌های کریپتوکروم تأثیر بگذارند و لکه‌های تاریک و روشنی در میدان دید پرندگان ایجاد کنند. حسگر کریپتوکرومی شبکیه‌ی چشم می‌تواند توضیح دهد که چرا رنگ‌های آبی و سبز باعث فعال شدن قطب‌نمای پرندگان ولی رنگ قرمز باعث قفل شدن آن می‌شود. یا اینکه چرا پرندگان با اندازه‌گیری تغییرات در انحراف میدان و نه تشخیص مستقیم میدان مغناطیسی شمال را از جنوب تشخیص می‌دهند (کریپتوکروم نمی‌تواند قطب مغناطیسی را احساس کند).

این درحالی است که همانند مگنتیت، دانشمندان مولکول کریپتوکروم را به هنگام فعالیت ندیده‌اند و نمی‌دانند که چگونه با اعصاب ما ارتباط برقرار می‌کند. بدتر اینکه آزمایش‌ها نشان می‌دهد که فعال شدن کریپتوکروم نیازمند میدان‌های مغناطیسی چند برابر قوی‌تر از میدان مغناطیسی زمین است. بنابراین عامل به‌وجود آورنده‌ی قطب‌نمای زیستی چیست؟ پیتر هور از دانشگاه آکسفورد می‌گوید که شاید هم مگنتیت و هم کریپتوکروم جواب سؤال ما باشد؛ کریپتوکروم می‌تواند قابلیتی شبیه به قطب‌نما به ما بدهد و مگنتیت قابلیت مکان‌یابی. به هر حال شاید بتوانیم حس جهت‌یابی را حس ششم خود بدانیم، حسی که بعضی از ما در آن خیلی خوب هستیم و بعضی جهت‌یابی خوبی نداریم.

کریش‌وینک بیشتر طرفدار نظریه‌ی دوم است اما در وهله‌ی اول هدفش نشان دادن این است که گیرنده‌های مغناطیسی در انسان رخ می‌دهد. مشکل آزمایش‌های قبلی این بود که نتایج تکرارپذیر نبودند و احتمالا تحت تأثیر تداخل الکترومغناطیسی قرار گرفته بودند. کریش‌وینک برای غلبه بر این مشکل به ساخت قفس فارادی دست زد؛ جعبه‌ی آلومینیومی نازکی که می‌تواند نویز مغناطیسی زمینه را به کمک سیم پیچ‌ها خنثی کند. آزمایش‌شوندگان درون قفس در تاریکی مطلق نشستند و بدون حضور هیچ محرک دیگری در معرض میدان مغناطیسی بدون تداخل قرار گرفتند.

در همین زمان کریش‌وینک به‌وسیله‌ی نوار مغزی، فعالیت‌های مغزی شرکت‌کنندگان را زیر نظر گرفت. سپس چرخشی شبیه میدان مغناطیسی زمین بر افراد اعمال کرد تا ببیند آیا مغز آن‌ها هیچ واکنشی نشان می‌دهد یا نه. او موفق شد نشان دهد وقتی میدان مغناطیسی عکس عقربه‌های ساعت می‌چرخد، امواج آلفای مغز شرکت‌کنندگان افت می‌کند. تفسیر این اتفاق در جهان نوار مغز این است که مغز در حال پردازش است و نکته اینجا است که یک سری نورون که در پاسخ به تغییر میدان فعال شدند تنها متغیر موجود محسوب می‌شود؛ پس باید تحت تأثیر میدان مغناطیسی اتفاقی افتاده باشد.

اما فراتر از آن پاسخ عصبی به این اتفاق به‌اندازه‌ی چند میلی‌ثانیه تأخیر داشت که به‌معنای پاسخ فعال مغز است. میدان مغناطیسی تغییری در جریان‌های مغزی پدید می‌آورد که با نوار مغزی قابل رویت است اما بلافاصله مشاهده نمی‌شود. همچنین واکنش مشابه وقتی میدان مغناطیسی به سمت پایین پیچ می‌خورد، دیده شد اما در مورد پیچش به سمت بالا و چرخش ساعت‌گرد پاسخی دیده نشد که می‌تواند نشان‌دهنده‌ی قطبی بودن قطب‌نمای درونی ما باشد. جو کریش‌وینک، قابلیت درک حس مغناطیسی را روی انسان آزمایش کرد؛ به عقیده‌‌ی او، حس مورد بحث از احساسات اولیه و ابتدایی بشر است.

با این وجود دانشمندان و پژوهشگران از چگونگی استفاده از حس مغناطیسی مطمئن نیستند. درواقع این حس، حسی برای مسیریابی بوده است و حیوانات از این حس زمان شکار، فرار و امثال آن استفاده می‌کنند. به‌گفته‌ی پژوهشگران، پروتئین درون شبکیه چشم انسان که در آناتومی مگس میوه هم وجود دارد توانایی دید میدان‌های مغناطیسی را دارد و درواقع حسگر مغناطیسی بالقوه است اما قابلیت استفاده آن در بشر هنوز مشخص نیست. حالا آزمایشگاهی در زتپن تلاش می‌کند نتایج را تکرار کند و پژوهشی مستقل دراندونزی با پیگیری همین شیوه و استاندارد در حال انجام است.

کریش‌وینک می‌گوید:

این بخشی از تاریخ تکاملی ما است و دریافت مغناطیسی ممکن است حسی بسیار اولیه باشد.

دانشمندان معتقدند درک این موضوع شواهدی در مورد مهاجرت حیوانات و حس مغناطیسی بشر را مشخص می‌کند. برای درک بهتر، میدان مغناطیسی چرخشی برای اندازه‌گیری امواج مغزی به شبکیه‌ی چشم فرستاده و مشخص شد زمانی‌که این میدان برخلاف عقربه‌های ساعت می‌چرخد نوترون‌ها به این تغییر چرخشی در مغز واکنش نشان می‌دهند. البته با وجود تمامی این پژوهش‌ها، هنوز نیازمند بررسی‌های بیشتر در مورد حس مغناطیسی هستیم. نتایج این پژوهش در سال ۲۰۱۶ در نشریه Nature Communications منتشر شد.

 وینک متوجه شد که مگنتیت در منقار پرندگان، بینی ماهی‌ها و حتی مغز انسان به مقداری قابل ملاحظه وجود دارد و این ماده به‌شدت به میدان مغناطیسی حساس است. وینک می‌گوید که حیوان به کمک این ماده نه‌تنها می‌تواند جهت‌گیری بدن خود را بفهمد (عملکرد شبیه به قطب‌نما)، بلکه حتی می‌تواند مکانش را هم پیدا کند. بااین‌حال هنوز راه طولانی مانده است تا مشخص شود انسان هنوز به‌طور کامل رابطه‌اش را با این حس ششم (GPS) یا قطب‌نمای زیستی انسان، از دست نداده است. نوروبیولوژیستی به‌نام کنت لومان از دانشگاه کارولینای شمالی می‌گوید:

حتی وجود یک قطب‌نما نمی‌تواند توضیح دهد که چگونه لاک‌پشت دریایی در کل پهنه‌ی اقیانوس سفر می‌کند و دوباره دقیقا به همان ساحلی که از آنجا آمده بود، برمی‌گردد.

داشتن حس شبیه به قطب‌نما فقط به حیوان کمک می‌کند که بتواند عرض جغرافیایی را از روی تغییرات شیب و انحراف خطوط میدان مغناطیسی بفهمد. ولی فهمیدن طول جغرافیایی نیازمند درک تغییرات جزئی میدان مغناطیسی در جابجایی بین مکان‌های مختلف زمین است. این حسی است که مگنتیت می‌تواند آن را به‌وجود آورد. انسان فقط دارای حواس پنجگانه نیست بلکه حس ششمی با قابلیت درک میدان‌های مغناطیسی زمین دارد. بسیاری از حیوانات از حس مغناطیسی برخوردار هستند و به‌وسیله‌ی آن مسیر خود را در فواصل دور تعیین می‌کنند.

آن‌ها با قرار گرفتن در میدان مغناطیسی نسبت به میدان مغناطیسی شمال مسیریابی می‌کنند. بسیاری از ما می‌دانیم که جهت‌یابی خوبی نداریم و تعجب می‌کنیم که چطور بعضی از دوستانمان در هنگام رانندگی به‌راحتی می‌توانند مسیرهایی که فقط یک‌بار رفته‌اند را دوباره پیدا کنند یا مسیر‌های جدید را در جهت درست طی کنند. ظاهرا فارغ از فاکتورهای تاثیرگذاری مثل تجربه و دقت به محیط اطراف، آدم‌ها در توانایی ذهنی جهت‌یابی هم متفاوت هستند. مغز سیستم خاص خود را برای ردیابی و تعیین موقعیت مکانی دارد.

با وجود اینکه دانش بشر در مورد این نوع قابلیت‌های مغز در حال گسترش است اما همچنان سوالات و ابهامات بسیاری در این زمینه وجود دارد که هنوز پاسخ درستی به آن‌ها داده نشده است. به‌راستی مغز چگونه می‌تواند موقعیت مکانی را تشخیص دهد؟ آیا مغز نیز از سیستمی مشابه GPS استفاده می‌کند؟ گروهی از دانشمندان در یکی از پژوهش‌های مرتبط، موفق به کشف اجزای کلیدی در مغز موش‌ها شدند که می‌توان از آن‌ها به‌‌عنوان یک سیستم ناوبری فوق پیشرفته اما قدیمی یاد کرد.

سلول‌های سرعت، سلول‌های شبکه‌ای و سلول‌های مکانی همه از مهم‌ترین اجزای سازنده‌ی مغز هستند که تشریح عملکرد آن‌ها می‌تواند تا حدودی معماهای جهت‌یابی مغز را حل کند. حرکت مطمئن در فضاهای باز مستلزم مهارت‌های ناوبری است. پژوهش‌های جدید نشان می‌دهد که عملکرد سلول‌های شبکه‌ای مغز تاحد زیادی شبیه سیستم تعیین موقعیت جهانی است. پژوهشگران می‌گویند گروهی از نورون‌ها را به‌نام «سلول‌های سرعت» کشف کرده‌اند که می‌تواند سرعت دویدن در حیوانات را نشان دهد.

یافته‌های جدید احتمالاً کمک موثری در راستای تشریح قابلیت‌های مغز به‌خصوص توانایی مغز در ایجاد نقشه‌های ذهنی مستمر و جدید از موقعیت‌های مکانی گوناگون است. در دهه‌ی ۷۰ میلادی یک دانشمند عصب‌شناس به نامجان اوکیف نورون‌هایی را کشف کرد که بعدها با عنوان سلول‌های مکانی خوانده شدند. یک سلول مکانی در حقیقت یک یاخته‌ی عصبی از نوع هرمی در ناحیه‌ی هیپوکمپوس یا اسبک مغز است. اسبک مغز که در اعماق لوب گیج‌گاهی جای گرفته، از دو شاخک منحنی‌شکل تشکیل شده است و نقش اساسی در یادگیری و به خاطر آوردن خاطرات گذشته دارد.

پژوهش‌ها نشان می‌دهد که سلول‌های مکانی اسبک مغز زمانی فعال می‌شوند که حیوان به هر دلیل وارد یک جایگاه یا مکان خاص شود. دانشمندی به نام کنت کریک در سال ۱۹۴۳ به این نتیجه‌گیری رسید که مغز انسان احتمالاً الگوها یا مدل‌هایی کوچک مقیاس را می‌سازد و با استفاده از آن‌ها موقعیت مکانی خود را تشخیص می‌دهد. در سال ۱۹۷۸، اوکیف این نظریه را کامل‌تر کرد و به این جمع‌بندی رسید که مغز با استفاده از سلول‌های مکانی، نقشه‌های تشخیصی را می‌سازد و این نقشه‌های تشخیصی در تصمیم‌گیری و موقعیت‌یابی مورد استناد قرار می‌گیرند یعنی به‌فرض عملکرد یک موش در یک دالان به این بستگی دارد که سلول‌های مکانی چه نقشه‌ای را از آن محل تداعی کنند.

پژوهش‌های بعدی نشان داد که این تنها سلول‌های مکانی نیستند که نقشه‌های تشخیصی مغز را می‌سازند بلکه انواع دیگری از یاخته‌های عصبی اسبک مغز و حتی سلول‌های عصبی اطراف نیز در این کار نقش دارند و مجموع این عوامل است که سبب می‌شود تا فرایند تشخیص فضایی در ذهن یک حیوان شکل بگیرد و نسبت به موقعیت مکانی‌اش از خود عکس‌العمل نشان دهد. نحوه‌ی عملکرد این مجموعه پیچیده هنوز ابهامات زیادی دارد و پژوهش‌ها روی آن همچنان ادامه دارد. اوکیف که هم‌اکنون در کالج لندن مشغول به تدریس است، به‌واسطه‌ی تجزیه‌وتحلیل فوق‌العاده‌اش موفق به کسب جوایز متعددی شد.

این پژوهشگر برجسته از پژوهشگرانی است که در حل معمای تعیین موقعیت مکانی توسط مغز گام‌های بسیار مهمی را برداشته است. جان اوکیف یکی از عصب‌شناسان برجسته و برنده‌ی جایزه‌ی نوبل فیزیولوژی و پزشکی در سال ۲۰۱۴، سال‌ها پیش توانست فرضیه‌ی خود مبنی بر استفاده‌ی مغز از نقشه‌های تشخیصی را اثبات کند. پژوهش‌های این عصب‌شناس از جمله موثرترین کارهایی است که تاکنون در راستای حل معمای ناوبری مغز انجام شده است. ۳۵ سال زمان لازم بود تا دو عصب‌شناس دیگر به نام‌های می بریت و ادوارد موزر از دانشگاه علوم و فناوری تروندهایم نروژ بتوانند یک گروه مجزا از نورون‌ها به‌نام سلول‌های شبکه‌ای را کشف کنند.

این سلول‌های عصبی که یکی از مهم‌ترین نورون‌های عصبی مغزی گونه‌های مختلف جانوری هستند، نقش تاثیرگذاری در درک موقعیت مکانی و فضایی برعهده دارند. همان‌طور که گفته شد، این سلول‌ها ۳۵ سال پس از اوکیف کشف شدند. اما اهمیت این کشف تازه در چیست؟ پژوهش‌های اوکیف نشان داد که وقتی یک موش وارد یک مکان خاص می‌شود سلول‌های مکانی برانگیخته می‌شوند. اما پژوهش‌های موزر و همکارانش که در یک محیط بزرگ‌تر انجام شد، نشان داد که وقتی یک موش در یک فضای باز حرکت می‌کند، سلول‌های شبکه‌ای مغزش در فواصلی مشخص و منظم برانگیخته و تحریک می‌شوند.

از آنجایی که الگوی تحریک‌پذیری این سلول‌ها شبیه شبکه‌ی ۶ گوش با مثلث‌های درهم تنیده است، لذا آن‌ها را به‌نام سلول‌های شبکه‌ای می‌خوانند. این الگوی مختصات‌گونه تا حد زیادی شبیه شبکه‌های مختصات در سیستم GPS است. این کشف به اندازه‌ای مهم و ارزشمند بود که در سال ۲۰۱۴ جایزه‌ی نوبل فیزیولوژی و پزشکی (شکل بالا) را هم‌زمان برای ادوارد موزر و همکارانش و پروفسور اوکیف به ارمغان آورد. همان‌طور که پیش‌تر گفته شد، ابهام در این زمینه همچنان ادامه دارد به‌عنوان مثال هنوز مشخص نیست که سلول‌های شبکه‌ای و مکانی چگونه اطلاعاتی را که لازمه‌ی هر سیستم تعیین موقعیت است، به‌دست می‌آورند. پروفسور موزر که به همراه همسر و یکی از شاگردانش روی این مسئله کار می‌کند، می‌گوید:

زاویه و سرعت حرکت نسبت به نقطه‌ی شروع بسیار مهم است. کاری که مغز انجام می‌دهد این است که یک نقشه‌ی دینامیک از محیط اطراف ترسیم می‌کند و برای ترسیم این نقشه باید بتواند سیگنال‌های سرعت را هم در اختیار داشته باشد. این سیگنال‌ها به مغز می‌گویند که در یک مدت زمان مشخص چه مسافتی طی شده است.

جفری تائوب (Jeffry Taube) یک عصب‌شناس دیگر می‌گوید:

مطالعات قبلی مشخص کرده است که نورون‌ها تنها زمانی تحریک می‌شوند که سر به سمت جهت مشخصی چرخش پیدا کند یعنی به‌فرض زمانی‌ که سر یک موش به سمت شرق یا غرب یا بالا و پایین منحرف شود، نورون‌های عصبی نیز تحریک می‌شوند. اما اطلاعات درباره‌ی نورون‌های عصبی که نسبت به تغییر سرعت عکس‌العمل نشان می‌دهند، هنوز کامل نیست. اطلاعات در این زمینه تاکنون پراکنده و بیشتر به یک نوع روایت شبیه بوده است تا بیان واقعیت.

پروفسور موزر و همکارانش برای بررسی بیشتر روی این نوع از سلول‌های عصبی مطالعاتی تخصصی‌تر روی قشر انتورهینال میانی مغز (Medial Entorhinal Cortex) انجام دادند. انتورهینال (بینی داخلی) قشری از مغز در ناحیهلوب گیجگاهی است که نقش موثری در یادآوری خاطرات و جهت‌یابی دارد. در سال ۲۰۰۵ پژوهش‌های جامعی روی این بافت عمقی مغز، انجام شد و حاصل آن چنانچه پیش‌تر هم گفته شد، کشف کم‌نظیر سلول‌های شبکه‌ای بود. پروفسور موزر و همکارانش در ادامه‌ی پژوهش‌های خود الکترودهایی را روی مغز موش‌ها جای دادند تا بتوانند عملکرد هزاران نورون این ناحیه از مغز را به دقت مورد مطالعه قرار دهند.

آن‌ها سپس موش‌ها را روی یک نقاله متحرک قرار دادند و عکس‌العمل‌های آن‌ها را ثبت کردند. نقاله‌ی متحرک، موش‌ها را مجبور می‌کرد که با سرعت‌های متفاوتی که از قبل توسط کامپیوتر برنامه‌ریزی شده بود، بدوند. در یکی از این آزمایش‌ها موش‌ها را مجبور کردند که تمام طول مسیر را با یک سرعت ثابت بدوند و در آزمایش دیگر آن‌ها را وادار کردند که تنها نیمی از مسیر را بدوند و در آخرین آزمایش نیز موش‌ها مجاز بودند که سرعت دویدن خود را روی نقاله‌ی خودشان تنظیم کنند. نتیجه‌ی این آزمایش‌ها نشان می‌دهد که در هر سه آزمایش، الگوی تحریک‌پذیری ۱۳ الی ۱۵ درصد سلول‌های مغزی به‌طور مشخص تابعی از سرعت حرکت موش‌ها بوده است.

این بدان معنا است که برخی از سلول‌های مغز موظف هستند تا سرعت دویدن را تنظیم کنند. دانشمندان نام این گروه جدید را سلول‌های سرعت گذاشته‌اند و معتقدند که سرعت تحریک‌پذیری آن‌ها به‌طور مشخص تابع سرعت حرکت موجود زنده است. مایکل هسلو، عصب‌شناس از دانشگاه بوستون می‌گوید که یافته‌های همکارانش به هیچ‌وجه او را شوکه نکرده است. جدای از سلول‌های سرعت قشر انتورهینال میانی مغز، سلول‌های دیگری هم در مغز هستند که نسبت به سرعت از خود واکنش نشان می‌دهند. ظاهرا قرار است به‌زودی مقالات مرتبط زیادی در این زمینه چاپ شود.

یکی از جالب‌ترین یافته‌های پژوهش اخیر براساس روایت عصب‌شناسان این است که پژوهشگران در این پروژه‌ی پژوهشی توانسته‌اند عملکرد سلول‌های سرعت را در کامپیوتر پیش‌بینی کنند. این مسئله که بتوان از قبل سرعت موش‌ها را پیش‌بینی کرد یعنی با دقت بالا بیان کرد که یک موش چه زمانی سرعت خود را زیاد و چه زمانی سرعت خود را کم می‌کند، شاید به نظر عجیب باشد اما پروفسور موزر و همکارانش توانسته‌اند در طول آزمایش‌های کم‌نظیرشان این موضوع را اثبات کنند. دانشمندان امیدوار هستند که ادامه‌ی پژوهش‌هایشان در این زمینه ابهامات عملکرد مغز در تعیین موقعیت و جهت‌یابی را تا اندازه‌ای حل کند.

یکی از بدافزارهایی که در اینترنت کمین کرده، برنامه‌ای است که به آنچه تایپ می‌کنید، نگاه می‌کند؛ ولی ترسناک به‌ نظر نمی‌رسد. باوجوداین، متاسفانه اگر آن‌ها به سیستم نفوذ کنند، می‌توانند موحب بروز مشکلات ویرانگری درزمینه‌ی حریم خصوصی برای قربانی شوند. اجازه دهید کی‌لاگرها را بررسی کنیم: اینکه آن‌ها چه کاری انجام می‌دهند و چگونه از اطلاعات خود دربرابر این‌ها محافظت کنید.

کی‌لاگر چیست؟

هدف کی‌لاگر از نامش پیدا است: این برنامه به‌طور پنهانی خود را روی کامپیوتر نصب می‌کند و هر آنچه تایپ می‌کنید، ثبت و سپس اطلاعات ثبت‌شده را به هکر ارسال می‌کند. کی‌لاگر اکنون دارنده‌ی رکورد کاملی است از هر آنچه در روز نوشته‌اید. کی‌لاگرها از روش منحصربه‌فردی برای انتشار در کامپیوترها استفاده نمی‌کنند. شما می‌توانید آن‌ها را در ایمیل‌های فیشینگ و لینک‌های آلوده و دانلودهای مخرب پیدا کنید.

آنچه آن‌ها را ترسناک می‌کند، این است که آن‌ها بی سرو‌صدا هستند و برخلاف باج‌افزار که سریعا مشخص می‌شود که به شما حمله شده است، کی‌لاگر ازلحاظ تئوریکی می‌تواند در سیستم شما مشغول به کار باشد تا زمانی‌ که آن را پیدا کنید. این ویژگی بدین معنا است که کاربران می‌توانند بدون اینکه متوجه شوند، مدت‌ها در حال استفاده از سیستم آلوده به کی‌لاگر باشند.

شما ممکن است از این موضوع تعجب کنید برنامه‌ای که بر تایپ‌کردن شما نظارت می‌کند، چه مشکلی می‌تواند به‌وجود بیاورد. چه اهمیتی دارد اگر هکر پست‌های فیسبوک فهرست خرید یا کاراکترهایی را ببیند که هنگام بازیویدئویی فشار می‌دهید. این مسئله زمانی ترسناک می‌شود که به اطلاعات حساسی فکر کنید که با استفاده از کیبورد تایپ می‌کنید؛ مثلا نوشتن ایمیل کاری که حاوی اطلاعات بسیار شخصی است. اگر کی‌لاگر روی سیستم شما باشد، هکر قادر خواهد بود هر آنچه می‌نویسید، بخواند و امنیت شرکت به خطر بیفتد.

به‌ همین ترتیب، تصور کنید حساب کاربری بانکی را روی تلفن‌همراه خود داشته باشید. نام کاربری «۱۱۰۶۷۳» و رمزعبور opensesame است. اکنون تصور کنید در حالی‌ که کی‌لاگر روی سیستم شما وجود دارد، می‌خواهید حساب بانکی خود را بررسی کنید. شما به صفحه‌ی وب بانک دسترسی پیدا می‌کنید و نام کاربری و رمزعبور خود را تایپ می‌کنید و وارد سایت می‌شوید. هکر این موارد را خواهد دید. برای هکر چندان سخت نیست متوجه شود اطلاعات واردشده پس از آدرس اینترنتی بانک، نام کاربری و رمزعبور شما است. او با استفاده از این اطلاعات می‌تواند با جزئیاتی که به او داده‌اید، وارد حساب کاربری بانکی شما شود.

به‌طور خلاصه تصور کنید در حال استفاده از کامپیوتر عمومی هستید و یک نفر همیشه درکنار شما مشغول نگاه‌کردن به نوشته‌های شما است. اینکه هنگام تایپِ کدام اطلاعات حس بدی به شما دست می‌دهد، به این معنا است که این اطلاعات همان اطلاعاتی هستند که شما می‌خواهید از آن‌ها دربرابر کی‌لاگر محافظت کنید.

چگونه از اطلاعات خود دربرابر کی‌لاگرها محافظت کنید؟

خوشبختانه در حالی‌ که کی‌لاگرها می‌توانند به‌طور جدی حریم خصوصی را نقض کنند، مبارزه با آن‌ها دشوار نیست. محافظت دربرابر آن‌ها نیازمند سطح دیگری از امنیت برای جلوگیری از دسترسی هکرها به حساب‌های کاربری شما است.

۱. شناساگر کی‌لاگر یا آنتی‌ویروس قدرتمند نصب کنید

نخستین قدم این است که مطمئن شوید سپرهای دفاعی کامپیوتر شما به‌اندازه‌ی کافی قدرتمند هستند که بتوانند کی‌لاگر را دفع کنند. برنامه‌ی امنیتی قدرتمند رفتار سخن‌چینانه‌ی کی‌لاگر را تشخیص می‌دهد و می‌تواند از نصب کی‌لاگر جلوگیری کند. به‌ همین ترتیب، برای مقابله با این حملات استفاده از آنتی‌ویروس قوی مفید است. لازم نیست برای آنتی‌ویروس قدرتمند هزینه‌ی هنگفتی صرف کنید؛ چراکه برخی از آنتی‌ویروس‌های عالی حتی رایگان هستند.

۲. فعال‌کردن تأیید دومرحله‌ای (2FA) 

اگر می‌توانید، بهتر است با فعال‌کردن تأیید دومرحله‌ای حساب کاربری خود، کی‌لاگرها را متوقف کنید. تأیید دومرحله‌ای معمولا به دو سبک وجود دارد: کد موقت یا رمزعبور ثانویه که آن را تایپ نمی‌کنید. هر دو مورد دربرابر کی‌لاگرها مؤثر هستند.

الف) استفاده از کد موقت برای حفاظت از حساب کاربری

در روش‌های کد موقت، برای واردشدن به حساب کاربری به رمزعبور دیگر نیاز است. این رمزعبور معمولا کد کوتاهی است که ازطریق ایمیل یا پیام متنی یا با استفاده از اپلیکیشن رسمی برایتان فرستاده می‌شود. شما می‌توانید برای دسترسی به حساب کاربری خود، کد مذکور را در صفحه‌ی ورود وارد کنید. موضوع درخورتوجهی که درباره‌ی این روش وجود دارد، آن است که کدهای مذکور یک‌بار مصرف هستند. مثال بانک را تصور کنید، هنگامی که کدی به تلفن‌همراه شما ارسال می‌شود، شما در صفحه‌ی ورود هستید. وقتی این کد را وارد وب‌سایت می‌کنید، هکر نیز آن را خواهد دید؛ اما این کد موقت است. اگر هکر بخواهد از همان کدی استفاده کند که وارد کرده‌اید، با پیغام «کد منقضی‌ شده است» روبه‌رو خواهد شد. در این صورت، اگرچه هکر نام کاربری و رمزعبور شما را دارد؛ ولی هرگز نمی‌تواند به حساب کاربری شما دسترسی پیدا کند؛ مگر اینکه ابزارهایی را نیز کنترل کند که شما ازطریق آن، کد دوم خود را دریافت می‌کنید. اگر می‌خواهید حضور آنلاین خود را دربرابر کی‌لاگرها پنهان کنید، راه‌هایی برای ایمن‌سازی جیمل و اوت‌لوک و دیگر حساب‌های کاربری وجود دارد که در روش تأیید دومرحله‌ای از آن‌ها استفاده می‌شود.

ب) استفاده از رمزعبور ثانویه‌ی جزئی برای گیج‌کردن کی‌لاگرها

آیا تاکنون سرویسی انتخاب کرده‌اید که بخشی از رمزعبور و نه کل آن را از شما بپرسد. در این روش، ممکن است مثلا کاراکترهای سوم و پنجم و هشتم رمزعبور شما پرسیده شود. این روش، روشی هوشمند برای محافظت دربرابر کی‌لاگرها است. فرض کنید رمزعبور حساب کاربری بانکی شما opensesame است؛ اما رمزعبور ثانویه‌ی شما ineedbetterpasswords است. وقتی وارد حساب کاربری خود می‌شوید، وب‌سایت سومین و پنجمین و هشتمین کاراکتر رمزعبور ثانویه‌ی شما را می‌پرسد. شما کاراکترهای e و d و e را وارد می‌کنید و می‌توانید وارد حساب کاربری خود شوید. اکنون زمانی‌ که کی‌لاگر اطلاعات شما را به هکر منتقل می‌کند، او رمزعبور شما را به‌شکل ede خواهد دید.

حتی اگر هکر بداند ede بخشی از رمزعبور ثانویه‌ی شما است، اطلاعاتی از آن به‌ دست نخواهد آورد. هیچ سرنخی درباره‌ی این موضوع وجود ندارد که رمزعبور ثانویه‌ی شما چیست یا اینکه این سه حرف در کدام بخش آن قرار گرفته‌اند. افزون‌براین، برخی از وب‌سایت‌ها به شما این امکان را می‌دهند که کاراکترهای رمزعبور ثانویه‌ی خود را با استفاده از منوهای کشویی بردارید. به‌جای استفاده از کیبورد برای تایپ‌کردن کاراکترها، با استفاده از موس روی هر کاراکتر کلیک خواهید کرد. این امر به‌کلی از عمل کی‌لاگر جلوگیری خواهد کرد و هیچ سرنخی از رمزعبور ثانویه‌ دراختیار هکر قرار نخواهد داد.

۳. استفاده از روش مدیریت رمزعبور

تا زمانی‌ که رمزعبور به‌صورت فیزیکی تایپ نشود، هکر به آن دسترسی ندارد. برنامه‌های مدیریت رمزعبور به‌طور خودکار اطلاعات شما را هنگام ورود وارد می‌کند؛ بنابراین، نیازی نیست چیزی تایپ کنید. این ویژگی موجب دورزدن کی‌لاگر و اطمینان از امنیت حساب کاربری می‌شود.

۴. واردکردن اطلاعات حساس بدون استفاده از کیبورد فیزیکی

در صورتی‌ که راهکارهای گفته‌شده را انجام داده باشید، احتمالا به این تکنیک نیازی نیست؛ اما اگر درباره‌ی فعال‌بودن کی‌لاگر مشکوک هستید، انجام این کار هنگام واردکردن اطلاعات حساس ارزشش را دارد. می‌توانید اطلاعات را بدون استفاده از کییورد فیزیکی وارد سایت کنید. برای مثال، این اطلاعات را از جای دیگری کپی یا از کیبورد مجازی کامپیوتر برای کلیک روی کاراکترهای مدنظر خود استفاده کنید.

توصیه‌ی نهایی

در ابتدا کی‌لاگرها کاملا بی‌ضرر به‌ نظر می‌رسند؛ اما هنگامی که درباره‌ی پیامدهای برنامه‌ای فکر کنید که هرآنچه تایپ می‌کنید، ثبت می‌کند، به‌آسانی متوجه خواهید شد که این‌ها می‌توانند چقدر مخرب باشند. با اتخاذ روشی هوشمندانه با نصب آنتی‌ویروس قدرتمند و مدیریت بهتر رمزهای عبور می‌توانید از اطلاعات خود دربرابر این برنامه‌های مخرب محافظت کنید.

مدیران صنعتی و بانکداران می‌گویند درک فزاینده‌ی صنعت خودرو از ارزش فناوری پیشرانه‌ی احتراق‌داخلی به‌منظور سازگاری با مقررات جدید آلایندگی، احتمالا در دو سال آینده‌، موج جدیدی از اتحاد و ادغام خودروسازان را رقم خواهد زد. از زمان رسوایی دیزل‌گیت فولکس‌واگن در سال ۲۰۱۵، ادغام شرکت‌ها و تصاحب سهام آن‌ها وارد مرحله تازه‌ای شد. دیزل‌گیت باعث شد مقررات انتشار گازهای گلخانه‌ای در سطح جهانی سختگیرانه‌تر پیگیری شود و درنتیجه، ارزش فناوری‌های خودروهای دیزلی و بنزینی کاهش یافت. 

با این حال، کارشناسان می‌گویند بازار خودرو جداسازی شرکت‌های مختلف درزمینه‌ی تعهد به اجرای مقررات جدید انتشار گازهای گلخانه‌ای را شروع می‌کند؛ درنتیجه، شرکت‌هایی که می‌توانند این استانداردها را اجرایی کنند، از شرکت‌هایی که نمی‌توانند تمییز داده می‌شوند. چنین کاری می‌تواند در ۱۲ تا ۲۴ ماه آینده، فاصله‌ی ایجادشده در قیمت‌های موردانتظار بین خریداران و فروشندگان را کاهش دهد. با تمام این‌ها، صنعت خودرو توسعه‌ی نسل آینده‌ی پیشرانه‌های احتراق داخلی را متوقف می‌کند؛ چراکه منابع محدود به‌سمت ساخت خودرو الکتریکی وخودران سوق داده شده می‌شود.

باوجوداین، خودروهای الکتریکی همچنان با ۱.۲۶ میلیون دستگاه (۱.۵ درصد) از مجموع ۸۶ میلیون دستگاه خودرو فروخته‌شده در سراسر جهان، سهم کمی از بازار را ازآنِ خود کرده‌اند. تحلیلگران پیش‌بینی می‌کنند روند روبه‌رشد فروش خودرو برقی ادامه خواهد داشت و تا اواسط دهه‌ی آینده‌ی میلادی، سهم خودروهای بنزینی از بازار کمتر خواهد شد.

یکی از مدیران بانک‌های مطرح اروپا در این زمینه می‌گوید تقاضا برای خودروهای مجهز به پیشرانه‌های احتراق‌داخلی سازگار با مقررات انتشار گازهای گلخانه‌ای همچنان وجود دارد؛ بنابراین، تولیدکنندگان احتمال دارد مجبور شوند در ارزیابی‌های خود بازنگری کنند. درضمن، تأمین‌کنندگانی که با این موضوع سروکار دارند، در امر فروش با دشواری‌هایی مواجه خواهند داشت.

در عین حال، بانکداران اعتقاد دارند به‌دلیل کاهش ظرفیت تولید پیشرانه‌های بنزینی و دیزلی، انگیزه‌ی قطعه‌سازان و تأمین‌کنندگان برای ادغام می‌تواند افزایش پیدا کند. فولکس‌واگن، یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان پیشرانه‌های بنزینی و دیزلی، گفته است آخرین نسل از پیشرانه‌های احتراق‌داخلی را تا سال ۲۰۲۶ توسعه خواهد داد؛ در حالی کهفورد ماه گذشته اعلام کرد دو کارخانه‌ی ساخت پیشرانه را در اروپا تعطیل می‌کند.

مدیرعامل گلدمن‌ساکس می‌گوید:

 سود شرکت‌هایی که از فناوری مربوط به پیشرانه‌ی احتراق‌داخلی استفاده می‌کنند، با افزایش خودروهای الکتریکی و دیجیتالی‌شدن صنعت خودرو کاهش می‌یابد. می‌توانید انتظار داشته باشید که شرکت‌ها بتوانند با ادغام و صرفه‌جویی در هزینه‌ها ازطریق افزایش تولید به سود برسند. 

فولکس‌واگن هم‌اکنون به قطعه‌سازان و تأمین‌کنندگان خود هشدار داده است که برای کاهش تولید پیشرانه‌های احتراقی در سراسر جهان آماده شوند؛ زیرا قصد دارد تولید انبوه خودروهای الکتریکی را افزایش دهد. خودروساز آلمانی ۱۶ کارخانه‌ی خود را برای تولید وسایل نقلیه‌ی الکتریکی تجهیز می‌کند و طرح‌هایی برای آغاز ساخت ۳۳ مدل مختلف خودرو برقی با برندهای فولکس‌واگن، آئودی، سئات و اشکودا تا اواسط سال ۲۰۲۳ دارد که باعث تغییر زنجیره‌ی تأمین این صنعت خواهد شد.

استفان سامر، مدیر خرید فولکس‌واگن به رویترز گفت:

منطقی نیست که کارخانه‌ها با ۴۰ درصد ظرفیت خود کار کنند. صنعت خودروسازی موظف است برای تثبیت ارزش پیشرانه‌های احتراق‌داخلی، ساختارهایی ایجاد کند و تصمیماتی بگیرد که فعالیت‌های خود را در کجا متمرکز کند. 

طبق گزارش شرکت الیکس‌پارتنرز (AlixPartners)، بیش از ۱۲۰ کارخانه تولید پیشرانه احتراق‌داخلی در اروپا وجود دارد. انجمن خودروسازی آلمانی VDA می‌گوید ۴۳۶ هزار شغل در آلمان به ساخت پیشرانه‌های بنزینی و دیزلی وابسته هستند. تقاضا برای پیشرانه‌های احتراق‌داخلی سازگار با قوانین زیست‌محیطی هم‌اکنون باعث ایجاد انگیزه برای ادغام در میان خودروسازان شده است. گروه پژوسیتروئن هم با همین هدف شرکت اوپل را در سال ۲۰۱۷ ازجنرال‌موتورز خرید.

فرانسیس ون‌میل، مدیر بخش توسعه‌ی بی‌ام‌و به رویترز گفت:

با سختگیرانه‌ترشدن مقررات آلایندگی به‌ویژه در اروپا، برخی از تولیدکنندگان ازلحاظ داشتن توانایی برای توسعه‌ی پیشرانه‌های سازگار با محیط‌زیست عقب مانده‌اند.

تا همین اواخر، توافقنامه‌های ادغام به‌دلیل اختلاف‌نظرها درزمینه‌ی ارزش‌گذاری‌ها با مشکل روبه‌رو بود. برخی می‌گویند گروه آمریکایی دینا (Dana) در سال ۲۰۱۸ فروش برند اروپایی خود در حوزه‌ی ساخت واشر سرسیلندر را آغاز کرد؛ شرکتی که یکی از قطعات مهم را برای پیشرانه‌ی خودروهای احتراق‌داخلی تولید می‌کند. دینا با کمک بانک آمریکا (Bank of America) شرکت‌کنندگان را برای مزایده دعوت کرد؛ اما به‌دلیل نرسیدن به منافع خود، این مزایده را چند هفته عقب انداخت. 

گروه آلمانی Ifa نیز که درزمینه‌ی ساخت شفت‌های کاربردی در پیشرانه‌های احتراق‌داخلی فعالیت می‌کند، سال گذشته برای فروش به مزایده گذاشته شد؛ اما فرایند فروش آن هرگز به خط‌پایان نرسید. برخی افراد مطلع می‌گویند وانکسیانگ (Wanxiang) چین نیز به‌عنوان یکی از شرکت‌کنندگان در این مزایده حضور یافت؛ اما تفاوت قیمت‌گذاری مانع توافق شد. به‌گفته‌ی کارشناسان، مشکل اصلی این است که انتظارات خریداران و فروشندگان درباره‌ی قیمت باهم مطابقت ندارد. 

جیمز کمسیکاس، مدیرعامل دینا، معتقد است تقاضا برای پیشرانه‌ی احتراق‌داخلی تا چندین سال آینده ادامه خواهد داشت. کمسیکاس به رویترز گفت:

بسیاری از افراد درباره‌ی اینکه چه زمانی پیشرانه‌های احتراق‌داخلی از رده خارج می‌شوند، کمی بیش‌ازحد هیجان‌زده شده‌اند. با این حال، من یکی از طرفداران بسیار سرسخت دنیای هیبریدی‌شدن خودروها تا ۱۵ سال آینده هستم. تا جایی که می‌دانم، در این فناوری (هیبرید) هنوزهم به پیشرانه‌ی احتراقی نیاز است.

به‌گزارش شرکت امنیتی Check Point، بدافزار جدید اندرویدی موفق شده است با جایگزین‌کردن کدهای خود در برخی از اپلیکیشن‌ها، دستگاه ۲۵ میلیون نفر را آلوده کند. پژوهشگران Check Point این بدافزار را به‌دلیل روشی که برای حمله به دستگاه و جلوگیری از کشف‌شدن خود به کار می‌برد، Agent Smith یا «مأمور اسمیت» نام‌گذاری کرده‌اند.

این بدافزار هیچ داده‌ای را از کاربر سرقت نمی‌کند. درعوض، اپلیکیشن‌ها را هک و آن‌ها را مجبور می‌کند تبلیغات بیشتری نمایش دهند یا از تبلیغات قبلا نمایش داده شده اعتبار دریافت کنند تا سازنده‌ی آن از سود این نمایش‌های کلاه‌بردارانه بهره‌مند شود. به‌گفته‌ی متخصصان شرکت Check Point، این بدافزار ابتدا در دستگاه به‌دنبال اپلیکیشن‌های معروف مثل واتساپ و اوپرا مینی و فلیپکارت (Flipkart) می‌گردد و سپس خود را جایگزین قسمتی از کدهای آن‌ها می‌کند و از به‌روز شدن اپلیکیشن مانع می‌شود

Agent Smith بیشتر توانسته دستگاه‌های کاربران هندی و کشورهای مجاور آن را آلوده کند؛ زیرا راه اصلی گسترش آن ازطریق یکی از فروشگاه‌های نرم‌افزاری جانبی به‌نام 9Apps است که در این منطقه محبوبیت زیادی دارد. این بدافزار در اپلیکیشن‌های تصویری و بازی‌ها پنهان می‌شود. پس از اینکه کاربری آن را دانلود کند، خود را به‌شکل یکی از اپلیکیشن‌های گوگل درمی‌آورد و با جعل نام‌هایی مثل Google Updater، پردازش و جایگزین‌کردن کدها را شروع می‌کند.

به‌گفته‌ی Check Point، اگرچه تمرکز این بدافزار روی هند است و ۱۵ میلیون دستگاه را در این کشور آلوده کرده، توانسته به آمریکا هم نفوذ کند و ۳۰۰ هزار دستگاه را تحت‌تأثیر قرار دهد. همچنین، به نظر می‌رسد سازنده‌ی این بدافزار سعی کرده است به فروشگاه گوگل‌پلی هم نفوذ کند و نسخه‌ی ساده‌تری از کدهای مخرب خود را در ۱۱ اپلیکیشن موجود در این فروشگاه قرار دهد. خوشبختانه گوگل تمامی اپلیکیشن‌های مخرب را کشف و آن‌ها را حذف کرده است.

پژوهشگران Check Point می‌گویند یکی از آسیب‌پذیری‌های مهمی که Agent Smith از آن استفاده می‌کند، سال‌ها قبل یکی از وصله‌های امنیتی برای اندروید رفع کرده بود؛ ولی توسعه‌دهندگان برای بهره‌گیری از آن باید اپلیکیشن‌های خود را به‌روز کنند؛ عملی که قطعا بسیاری از آن‌ها انجام نداده‌اند.

به‌گفته‌ی متخصصان، به نظر می‌رسد این بدافزار را یکی از شرکت‌های چینی منتشر کرده که مدعی کمک به توسعه‌دهندگان برای انتشار بین‌المللی اپلیکیشن‌هایشان است.

نرم‌افزارهای ریموت دسکتاپ از ابتدای شکل‌گیری کامپیوترها به شکل‌های مختلفی وجود داشتند. شاید یکی از قدیمی‌ترین آن‌ها را بتوان برنامه‌ی قدیمی و دوست‌داشتنی Telnet دانست. با این حال، امروزه با توجه‌ به تغییر کاربری کامپیوترها و نحوه‌ی استفاده ما از آن‌ها، نرم‌افزارهای ریموت دسکتاپ هم تغییراتی کرده‌اند. نرم‌افزارهای کنترل از راه دور از ابتدا برای حل یک مشکل آمده بودند: دسترسی از راه دور از کامپیوتری به کامپیوتر دیگر.

شما به ریموت دسکتاپ نیاز دارید؟

اگر فامیل یا دوستتان مشکل کامپیوتری دارد یا دیگران برای حل مشکلات کامپیوتری زیاد با شما تماس می‌گیرند یا کامپیوترتان خراب شده است و به کمک نیاز دارید یا اینکه فایلی را در منزل فراموش کرده‌اید و به آن نیاز دارید، استفاده از ریموت دسکتاپ را به شما توصیه می‌کنیم. البته این برنامه‌ها فقط به استفاده‌های شخصی محدود نیستند و حتی سازمان‌ها و مدیران IT برای ارائه خدمات پشتیبانی و حرفه‌ای استفاده می‌کنند.

درکنار کاربردهای برنامه‌های ریموت دسکتاپ، ممکن است ازنظر امنیتی برای بعضی کاربران این سؤال پیش بیاید که آیا این برنامه‌ها مطمئن هستند؟ با توجه‌ به اینکه اکثر این برنامه‌ها از رمزهای شخصی برای دسترسی به کامپیوتر مقصد استفاده می‌کنند و می‌توانید فقط به اشاخص خاص اجازه‌ی دسترسی دهید، از امنیت این برنامه‌ها تقریبا می‌توان مطمئن بود.

برنامه‌های ریموت دسکتاپ بسته به نوع آن‌ها می‌توانند ویژگی‌های مختلفی به کاربران ارائه دهند؛ ویژگی‌هایی مانند انتقال فایل، دیدن صفحه‌نمایش، کنترل موس و صفحه‌کلید، مدیریت فایل و... . درادامه تعدادی از این برنامه‌ها را معرفی و بررسی خواهیم کرد.

TeamViewer

برنامه‌ی TeamViewer را می‌توان یکی از بهترین برنامه‌های ریموت دسکتاپ نامید و در صدر این فهرست قرار دارد. این برنامه به‌جز امکانات دسترسی از راه دور، به شما امکاناتی مانند جلسات آنلاین را هم می‌دهد. این برنامه پلتفرم‌های مختلفی را پشتیبانی می‌کند و می‌توانید هم‌زمان به چندین کامپیوتر مختلف ریموت کنید. TeamViewer با داشتن چندین لایه‌ی امنیتی، می‌توان آن را یکی از امن‌ترین برنامه‌های ریموت دسکتاپ نامید. جدا از تمام امکانات کاربردی موجود TeamViewer باید به رابط کاربری بسیار مناسب آن هم اشاره کرد. این برنامه با رابط کاربری جذاب خود توانسته بیشتر مسائل پیچیده و سخت ریموت‌کردن در دستگاه‌های دیگر را برای کاربرانش آسان کند. اگر تمام این امکانات بازهم برایتان جذاب نیست، باید گفت TeamViewer نسخه‌ای رایگان برای استفاده‌های غیرتجاری دارد که می‌توانید به‌راحتی نصب و استفاده کنید.

RemotePC

نرم‌افزار RemotePc با داشتن رابط کاربری بسیار ساده و سرراست، به شما این امکان را می‌دهد با چند کلید ساده به دستگاه دلخواهتان ریموت کنید، این برنامه از انتقال فایل پشتیبانی و به شما کمک می‌کند به‌راحتی فایل‌های خود را به کمک آن منتقل کنید. شما می‌توانید جلسات خود را ذخیره کنید و به کمک اپلیکیشن موبایل این برنامه نیز می‌توانید ازطریق تلفن‌همراه خود به کامپیوتر مدنظرتان ریموت کنید.

AnyDesk

اگر به برنامه‌ای سریع و روان نیاز دارید، شاید AnyDesk آن چیزی باشد که دنبالش هستید. این برنامه با حجم کم، در مواقع ضروری کمک می‌کند سریعا شروع به کار کنید. شاید به‌دلیل حجم سبک و راحتی استفاده این برنامه خیلی‌ها آن را دست‌کم گرفته باشند؛ ولی باید گفت این برنامه قدرتی مشابه اکثر برنامه‌های ریموت دسکتاپ دارد و تقریبا بیشتر امکانات دیگر برنامه‌ها در آن لحاظ شده است.  AnyDesk به نصب‌شدن روی کامپیوتر شما نیازی ندارد و می‌توانید بسته به سرعت اینترنت خود کیفیت تصویر را کنترل کنید. این برنامه از خروجی صدا هم پشتیبانی می‌کند و می‌توانید جلسات خود را به‌صورت ویدئو ذخیره کنید. این برنامه به‌صورت خودکار به‌روزرسانی می‌شود و می‌توانید از آن روی لینوکس و ویندوز و مک استفاده کنید. افزون‌براین، نسخه‌ی موبایلی دارد که به شما امکان می‌دهد ازطریق گوشی ریموت کنید.

Chrome Remote Desktop

برنامه‌ی Chrome Remote Desktop به‌عنوان افزونه برای مرورگر کروم ارائه می‌شود. این افزونه را شرکتگوگل ارائه کرده و تقریبا روی تمام پلتفرم‌ها می‌توان از آن استفاده کرد. شما با یک‌بار تنظیم و راه‌اندازی این برنامه می‌توانید انتظار ارتباطی کاملا امن و بدون وقفه را داشته باشید. Chrome Remote Desktop رایگان است و اگر حجم مرورگر کروم را درنظر نگیریم، خود این افزونه حجم بسیار کمی دارد. ریموت دسکتاپ کروم برای کسانی مناسب است که می‌خواهند بدون نیاز به هربار صدور مجوز دسترسی و راحت و سریع به کامپیوتر مقصد متصل شوند. البته، این افزونه مشکلاتی دارد؛ از جمله اینکه شما حتما باید در کامپیوتر مقصد برنامه‌ی Google Chrome را نصب کنید.

Windows Remote Desktop

شاید یکی از بهترین راه‌های ریموت‌کردن به کامپیوتر ویندوزی استفاده از برنامه‌ای است که خود مایکروسافتبه‌همراه ویندوز ارائه کرده است؛ یعنی Windows Remote Desktop. این برنامه قادر است در امنیت کامل به شما ارتباطی باکیفیت را ارائه کند. این ریموت دسکتاپ اجازه‌ی انتقال فایل و کنترل کامل کامپیوتر مقصد را می‌دهد. Windows Remote Desktop را می‌توان طبیعی‌ترین راه برای ارتباط بین دو کامپیوتر ویندوزی معرفی کرد.

گزینه‌ی مناسب

فهرست ما تنها به چند برنامه محدود بود تا انتخاب برای خوانندگان عزیز آسان‌تر شود؛ اما بازهم انتخاب از بین این گزینه‌ها بیشتر به نوع استفاده‌ی شما بستگی دارد. اگر مغازه‌ی خدمات کامیپوتری دارید یا هر روز مشکلات کامپیوتر افراد زیادی را حل می‌کنید، شاید گزینه‌ی مناسب برای شما TeamViewer باشد یا اگر فقط یک‌بار قرار است از آن استفاده کنید، شاید AnyDesk گزینه مناسب‌تری باشد. اگر هم می‌خواهید به کامپیوتر شخصی خودتان متصل شوید، شاید افزونه‌ی Chrome Remote Desktop را باید در نظر بگیرد و اگر روی شبکه‌ی محلی خود کامپیوتر دیگری دارید که به ریموت‌شدن نیاز دارد، Windows Remote Desktop کار شما را راه می‌اندازد.

درحالی‌که بسیاری از کاربران از دستگاه‌های ردیاب خواب برای بهبود کیفیت خواب خود استفاده می‌کنند، اما همواره این سؤال مطرح می‌شود که آیا واقعا دستگاه‌های ردیاب خواب می‌توانند بر کیفیت خواب تأثیر مثبتی داشته باشند یا اینکه برعکس، خواب و آرامش صاحبان خود را برهم می‌زنند و نتیجه‌ی معکوس خواهند داشت؟

تعدادی از پژوهشگران خواب در گفتگویی با نیویورک تایمز در مورد قابلیت اطمینان ردیاب‌های خواب هشدار دادند. پژوهشگران معتقدند که داده‌های ناقص و ردیابی‌هایی که دستگاه‌های ردیاب خواب انجام می‌دهند، ممکن است نه‌تنها آرامش کاربر را برهم بزنند، بلکه حتی داده‌هایی که در اختیار او قرار می‌دهند نیز اطلاعاتی نباشد که به بهبود کیفیت خواب کمک کند. 

دکتر کلی بارون از دانشگاه یوتا، بررسی‌های مختلفی روی خواب افرادی که از دستگاه‌های ردیاب استفاده می‌کنند، انجام داده و معتقد است ردیاب‌های خواب برای دریافت داده‌های مورد نیاز خود، باعث انفصال خواب می‌شوند. او باور دارد که ردیاب‌های خواب، اغلب وضعیت خواب کاربر را به‌درستی رصد نمی‌کنند و در بیشتر مواقع به کاربر هشدار می‌دهند که باید تحت درمان پزشکی قرار گیرد و خودِ چنین داده‌هایی باعث افزایش اضطراب و تشویش کاربر و در نتیجه برهم‌خوردن آرامش او برای خواب آسوده خواهد بود. 

دکتر کلی بارون در سال ۲۰۱۷، مقاله‌ای علمی در مورد خواب کامل به‌همراه یکی دیگر از پژوهشگران خواب منتشر کرد. او در همان مقاله نیز به این موضوع اشاره کرده بود که احتمالا ردیاب‌های خواب باعث افت کیفیت خواب خواهند شد. Fitbit نیز با انجام مطالعه‌ی تحقیقی دیگری درباره‌ی ردیاب‌های خواب نشان داد که ردیاب‌های پوشیدنی خواب دقت زیادی دارند. فیت‌بیت اعلام کرد که آنچه ردیاب‌های خواب پوشیدنی به‌عنوان نتایج بررسی خود نشان می‌‌دهند، دقتی برابر با ۷۰ درصد دقت تجهیزات پزشکی و ۹۰درصد تحلیل توسط مختصصان را دارد.

با افزایش تدریجی استفاده از ردیاب‌های پوشیدنی و رشد صنعت فناوری‌های مربوط‌به سلامت، ردیاب‌های خواب نیز به‌صورت فزاینده‌ای به هدفی برای کسب‌وکارها‌ی تجاری تبدیل شده‌اند. اخیرا شرکت Pokémon، اپلیکیشن جدیدی به نام Sleep Pokémon معرفی کرد که به موضوع ردیابی خواب را بیش‌ازپیش به موضوعی سرگرم‌کننده تبدیل کرده بود. 

تبدیل خواب به جریانی از داده‌ها، تنها می‌تواند باعث اضطراب و بی‌خوابی کاربران چنین دستگا‌ه‌هایی شود. عموم کاربران چنین دستگاه‌هایی قبل و بعد از خواب مجبور هستند با گوشی هوشمند سروکار داشته باشند و همین مسئله ممکن است عامل بی‌خواب آن‌ها باشد. پس به‌نظر می‌رسد که ردیاب‌های خواب بر بهبود کیفیت خواب شما تأثیر مثبتی ندارند و وقتی فردی در ساعاتی از شب برای آنکه خوابش ببرد به‌ناچار با گوشی هوشمند یا اپلیکیشن‌های خواب کار کند، همین کار بر اضطراب او می‌افزاید.

دکتر سیم خُسلا، مدير بخش پزشکی مرکز خواب داکوتای شمالی می‌گوید:

لازم است تا به درک درستی از فناوری‌های مرتبط با موضوع خواب برسیم و درکنار منابع اطلاعاتی ارزشمندی که دراختیار ما قرار می‌دهند، به محدودیت‌‌های مربوط‌به این فناوری‌ها نیز توجه کنیم.

رنو فروش شاسی‌بلند کوپه‌ی خود با نام آرکانا (Arkana) را آغاز کرد که در حال حاضر تنها در بازار روسیه عرضه می‌شود. ثبت سفارش برای این خودرو چند روزی است که شروع شده و قیمتی حدود ۱۵ هزار و ۹۰۰ دلار برای نسخه‌ی پایه‌ی آن تعیین شده است. در مدل پایه که با نام Life شناخته می‌شود این خودرو به یک پیشرانه‌ی ۱.۶ لیتری تنفس طبیعی به قدرت ۱۱۳ اسب‌بخار مجهز است. جعبه‌دنده‌ی این مدل نیز از نوع ۵ سرعته‌ی دستی است و نیرو را به چرخ‌های جلو انتقال می‌دهد. 

امکانات استاندارد این خودرو شامل چراغ‌های LED، رینگ‌های ۱۷ اینچی آلومینیومی، سیستم  Radio Connect، بلوتوث، شیشه‌های برقی، سیستم تهویه‌ی مطبوع و فرمان قابل تنظیم تلسکوپی است. مشتریان می‌توانند مدل TCe150 این خودرو را با پیشرانه‌ی ۱.۳ لیتری توربوشارژر به قدرت ۱۴۸ اسب‌بخار و با جعبه‌دنده‌ی CVT سفارش دهند. قیمت این تیپ در نسخه‌ی تک دیفرانسیل از ۱۹ هزار و ۳۰۰ دلار شروع می‌شود و با پرداخت ۱۷۲۵ دلار قیمت بیشتر می‌توان مدل چهارچرخ محرک را هم سفارش داد. 

رنو آرکانا در سه تیپ Life، Drive و Style به بازار عرضه می‌شود. یک نسخه‌ی تولید محدود از این خودرو با نام Edition One نیز وجود دارد که با قیمت ۲۳ هزار و ۵۰۰ دلار عرضه می‌شود. این نسخه به پیشرانه‌ی توربو و سیستم چهارچرخ محرک مجهز است. حالت‌های رانندگی این مدل شامل اسپرت، اکونومی و MySense هستند و با انتخاب هر یک از آن‌ها واکنش، تنظیمات پیشرانه و جعبه‌دنده‌ی تغییر می‌کند. 

بسته به تیپ انتخابی، رنو آرکانا می‌تواند به امکاناتی مانند سیستم اطلاعات و سرگرمی با نمایشگر ۸ اینچی، اپلکارپلی، اندروید اتو، سیستم صوتی حرفه‌ای بوز و نورپردازی داخلی ۸ رنگ مجهز شود. امکانات ایمنی که به‌صورت آپشن روی این خودرو عرضه می‌شوند نیز شامل دوربین‌های دید اطراف، سیستم هشدار نقطه‌ی کور و غیره هستند. 

رنو آرکانا در ۷ رنگ به بازار عرضه می‌شود که دوتای آن‌ها ویژه بوده و فقط در تیپ TCe 150 قابل سفارش هستند. رنو آرکانا در کارخانه‌ی رنو در مسکو مونتاژ می‌شود و گفته شده که رنو تست‌های لازم را برای این خودرو در شرایط آب و هوای سخت روسیه انجام داده است.

لایکا V-Lux 5 معرفی شد؛ این دستگاه، جدیدترین دوربین کامپکت پریمیوم از مجموعه‌دوربین‌های V-Lux لایکا و نسخه‌ی تغییربرندیافته‌‌ی لومیکس FZ1000 II پاناسونیک (LUMIX FZ1000 II) است که فوریه‌ی امسال معرفی شد.

لایکا، V-Lux را «بهترین دوربین چندمنظوره‌ی V-Lux برای مسافرت تا به امروز» می‌نامد. طراحی کلی و ویژگی‌های V-Lux 5 مشابه FZ1000 II است. داخل دوربین جدید لایکا، حسگر CMOS یک اینچی با وضوح ۲۰ مگاپیکسل با سطح ایزوی ۱۲۵ تا ۱۲۵۰۰ (با امکان ارتقا به ۸۰ تا ۲۵۶۰۰) مشاهده می‌شود.

در بخش جلویی دوربین، یک لنز ۱۴۶-۹.۱ میلی‌متری ASPH با دیافراگم f/2.8-4 و فاصله‌ی کانونی ۴۰۰-۲۵ میلی‌متر (در معیار ۳۵ میلی‌متری) دارد. در قسمت پشت دوربین هم یک منظره‌یاب الکترونیکی ۲٫۳۶ مگاپیکسلی OLED با قدرت بزرگنمایی 0.74x قرار گرفته است. زیر دوربین، یک نمایشگر لمسی مفصل‌دار ۳ اینچی با رزولوشن ۱٫۲۴ میلیون پیکسل دیده می‌شود.

دوربین لومیکس FZ1000 II پاناسونیک

سایر جزئیات دوربین لایکا V-Lux 5 بدین شرح است:

• فلش پاپ‌آپ
• فوکوس خودکار با سرعت بالا
• امکان عکسبرداری پی‌درپی ۱۲ فریم‌بر‌ثانیه
• سرعت عکاسی مستمر ۱۲ فریم‌برثانیه
• ضبط ویدئوی 4K
• حالت‌ عکس 4K
• حالت Post-Focus
• حالت Focus Stacking
• شارژ با microUSB
• یک اسلات برای کارت SD
• اتصال وای‌فای/بلوتوث
• سازگاری با برنامه‌ی Leica FOTOS

پیش‌خرید دوربین V-Lux 5 از دیروز و با قیمت ۱۲۵۰ دلار آغاز شده؛ درحالی‌که که قیمت لومیکس FZ1000 II پاناسونیک، ۹۰۰ دلار است.