صبح روز سه‌شنبه‌ی گذشته، سه فیزیک‌دان، جیمز پیبلز، میشل ما‌یور و دیدیه کوئلوتس ، به‌خاطر دهه‌ها کار بنیادین در راه پیشرفت علم با یک تماس تلفنی از استکهلم، سوئد، باخبر شدند که برنده‌ی جایزه‌ي نوبل فیزیک شده‌اند. جایزه‌ی نوبل فیزیک امسال به خاطر «کمک در درک بهتر ما از تحول عالم و جایگاه زمین در کیهان» اهدا شده است.

نیمی از جایزه به پیبلز رسید، یک کیهان‌شناس نظری به‌خاطر کارهای پیشگامانه‌اش در موضوعاتی مانند تابش زمینه‌ی کیهانی و ماده‌ی تاریک سرد. نیم دیگر جایزه به‌خاطر کشف اولین سیاره‌ی فراخورشیدی که به‌دور ستاره‌ای خورشیدگونه می‌چرخد، 51 Pegasi b، بین مایور و کولوز تقسیم می‌شود.

در بیاینیه خبری آکادمی سلطنتی سوئد، ضمن ستودن این اکتشافات، آمده است: برندگان امسال تصورات ما درباره‌ی کیهان را دگرگون کرده‌اند. اکتشافات نظری جیمز پیبلز به درک ما از چگونگی تحول جهان پس از مهبانگ کمک می‌کند و مایکل مایور و دیدیه کوئلوتس با کاوش همسایگان کیهانی‌مان، سیاره‌های ناشناخته‌ای شکار کردند.

این اولین بار است که جایزه نوبل به‌خاطر تحقیقات کیهان‌شناسی نظری یا سیارات فراخورشیدی اهدا می‌شود. هنگامی که هر دو حوزه بسیار جدید بودند، با این مشکل مواجه بودند که آنها را به‌عنوان دانش جدی نمی‌پذیرفتند –تصوری که برندگان با یافته‌های خود آن را تغییر دادند.

پیشرفت کیهان‌شناسی

وقتی آرنو پنزیاس و رابرت ویلسون به‌صورت تصادفی در سال ۱۹۶۵ سیگنال عجیبی در پهنه آسمان کشف کردند، اخترفیزیک‌دان‌ها سعی کردند که توضیح دهند این سیگنال دقیقا چیست. (پنزیاس و ویلسون به‌خاطر کارهای تجربی خود برنده‌ی جایزه‌ی نوبل فیزیک سال ۱۹۷۸ شدند.)

گروهی متشکل از رابرت دیکی، پیتر رول، دیوید ویلکینسون از پرینستون و بعدها پیبلز،‌ فارغ‌التحصیل پرینستون، پاسخی ارائه دادند: این سیگنال، تابش زمینه‌ی کیهانی است، انتقال‌به‌ سرخ باقی‌مانده‌ی حاصل از نتایج مهبانگ.

این گروه مقاله‌ای منتشر کرد که طی آن با رابطه‌ی بین چگالی ماده‌ی جهان و دمای آن کارهای فکری پیشین درباره تابش زمینه‌ی کیهانی را ارتقاء دادند. آنها دریافتند چگالی‌های بیشتر باعث ایجاد دماهای بالاتر می‌شود که خود باعث تولید هلیم بیشتر می‌شود.

پیبلز و همکارانش بااستفاده‌از این رابطه‌ی بنیادی توانستند از دمای تابش زمینه‌ی کیهانی برای مقدار ماده‌ی معمولی جهان، درمقابل ماده‌ی تاریک یا انرژی تاریک، حدی تعیین کنند. اکنون درسایه‌ی این روش‌ها می‌دانیم که فقط حدود ۵درصد ماده‌ی موجود درجهان،‌ معمولی یا باریونی است.

پیبلز درادامه به پرسش‌های بیشتری درباره CMB می‌پردازد. پیش‌بینی شده بود که نوسانات چگالی در جهان اولیه باعث ایجاد امواجی درون پلاسمای داغ شده و آثار آن در CMB باقی مانده است. پیبلز و جر یو،‌ در سال ۱۹۷۰، چگونگی این امواج را محاسبه کردند. چهار دهه پس از آن نتایج حاصل از ماهواره‌ی پلانک نشان داد که این پیش‌بینی‌ها چقدر دقیق بوده است.

همچنین پیبلز با تکیه بر کار پیشگامانِ حوزه‌ی ماده‌ی تاریک، مانند ورا روبین، که تأثیر گرانشی ماده‌ی تاریک بر کهکشان‌ها را محاسبه کرد، اولین پیش‌بینی‌ها را درمورد ارتباط بین ماده‌ی تاریک سرد و ساختار بزرگ‌مقیاس جهان و نیز توضیحاتی برای چگونگی شکل‌گیری کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی ارائه داد.

پیبلز در سال ۱۹۸۴ دوباره «ثابت کیهان‌شناسی» ترسناک را معرفی کرد، ضریب موهومی‌ای که آلبرت اینشتین برای ایستا نگه‌داشتن جهان به‌کار برد. پس از اینکه هابل ثابت کرد جهان درحال انبساط است، اینشتین این ثابت را که با نماد Λ (لامبدا) نشان داده بود،‌ رها کرد.

اما پیبلز این ثابت را به‌عنوان راهی برای نجات ساختار جهان از خودش می‌نگریست. فضازمان پس از مهبانگ باید بیشتر و بیشتر خمیده می‌شد. اما اندازه‌گیری‌ها نشان می‌دهد که فضازمان تخت است –موقعیتی که با آنچه دانشمندان درباره مقدار قابل‌مشاهده‌ی ماده و انرژی جهان می‌دانند ممکن به‌نظر نمی‌رسد. به‌این‌ترتیب افزودن دوباره‌ی ثابت اینشتین می‌تواند انرژی گم‌شده را تأمین کند.

امروزه ما درباره‌ی انبساط شتاب‌دار جهان، که تصور می‌شود با انرژی تاریک ایجاد شده، چیزهایی می‌دانیم. بهترین توضیح آن به مدل ΛCDM معروف است. Λ برای ثابت کیهان‌شناسی و CDM برای ماده‌ی تاریک سرد –درست همان‌طور که پیبلز پیش‌بینی کرده بود.

بهارات راترا، کیهان‌شناسی‌از دانشگاه ایالتی کانزاس و از همکاران پیبلز در چندین مقاله، می‌گوید: احتمالا او (پیبلز) به‌عنوان یک نظریه‌پرداز مهم‌ترین نقش را (در توسعه کیهان‌شناسی) ایفا کرده است.

پیبلز طی سال‌های بعد کار خود روی معماهای کیهان‌شناسی را ادامه داد و به موضوعاتی همچون انرژی تاریک پرداخت. اما شاید برخی از مهم‌ترین کارهای او در پیشرفت در این زمینه آن چیزی نباشد که امروز کمیته نوبل آن را درنظر گرفته است. پیبلز نویسنده‌ی چندین کتاب تاثیرگذار است که پهنه‌ی کیهان‌شناسی را شکل داده و نسلی از کیهان‌شناسان تربیت کرده است.

پیبلز در مصاحبه تلفنی در یک کنفرانس خبری گفت: به جوانان توصیه می‌کنم که وارد علم شوند: شما باید به خاطر عشق به دانش وارد آن شوید. جایزه‌ها جذابند و جای قدردانی بسیاری دارد. اما جایزه‌گرفتن جزو برنامه شما نیست. شما به این دلیل وارد علم می‌شوید که جذب آن شده‌اید –این کاری است که من کردم.

سیارات فراخورشیدی وجود دارند!

بیست‌وچهار سال پیش وقتی دیدیه کوئلوتس و میشل مایور اعلام کردند که سیاره‌ای، 51 Pegasi b، خارج از منظومه‌ی شمسی خودی پیدا کرده‌اند، عده کمی حرف آنها را باور کردند. امروزه دانشمندان بیش از ۴۰۰۰ فراسیاره‌ی خورشیدی به آن فهرست افزوده‌اند. با کشف تعداد بیشتر سیارات فراخورشیدی، دیدگاه ما نسبت به جهان دستخوش نوعی انقلاب کوپرنیکی شد. دیگر ما در عالم تنها نیستیم. اکنون می‌دانیم که خورشیدهای دیگری هم هستند که جهان‌های دیگری دارند.

کولوز و مایور اولین کسانی نبودند که یک سیاره‌ی فراخروشیدی کشف کردند. در سال‌های پیش از اعلام کشف آنها، چیزهایی درباره‌ی سیگنال‌های سیاراتی که به‌دور تپ‌اخترها، ستارگان عجیبی که شبیه خورشید ما نیستند، می‌چرخند، شنیده شده بود. اما شواهدی از سیاراتی که به دور ستاره‌ای شبیه خورشید ما می‌چرخند، وجود نداشت.

مایور و کولوز برای انجام کشف خود از یک تلسکوپ نسبتاً کوچک –با قطر کمتر از ۲ متر- استفاده کردند که نور کافی برای دیدن آنچه به دنبال آن بودند را فراهم می‌کرد. این کار بیشتر یک ترفند تکنیکی بود.

بااین‌که ستارگان بسیار عظیم هستند، سیاره‌ای که به‌اندازه‌ی کافی بزرگ باشد و به دور آن بچرخد می‌تواند مکان ستاره را تغییر دهد. ستاره و سیاره، در چنین سیستم‌هایی، حول مرکز جرم مشترک خود می‌چرخند. این باعث می‌شود که ستاره به جلو و عقب لنگش داشته باشد. خورشید ما به‌واسطه‌ی وجود مشتری،‌ با اختلاف حدود ۶۰ مایل بر ساعت در هر ۱۲ سال مداری مشتری، به جلو و عقب کشیده می‌شود.

ناظر خارجی می‌تواند این اختلاف را اندازه‌گیری کند، زیرا تغییر در سرعت خورشید باعث تغییر فرکانس نور تابشی از آن می‌شود. وقتی ستاره به‌سمت ناظر جابه‌جا می‌شود، نور آبی‌تر می‌شود؛ و وقتی ستاره از ناظر دور می‌شود، نورقرمزتر می‌شود. با اندازه‌گیری انتقال‌به سرخ دوپلری در هر دور چرخش ستاره می‌توان مکان سیاره را تعیین کرد.

خوشبختانه آنها مجبور نشدند چند دهه صبر کنند. بااینکه 51 Pegasi b به‌اندازه‌ی مشتری است، هر چهار روز یک‌بار به‌دور خورشید خود می‌چرخید که اطلاعات زیادی به مایور و کولوز درباره‌ی کار با آن داد.

سارا سیگر، محقق سیارات فراخورشیدی در MIT، می‌گوید: این موضوع در آن زمان بسیار بحث‌برانگیز بود، افراد زیادی باور نمی‌کردند که آن (جرم کشف‌شده) یک سیاره‌ی فراخورشیدی باشد.

تا سال ۲۰۰۰، ۲۰ سیاره‌ی فراخورشیدی در فهرست قرار داشت و کنارگذاشتن این حوزه‌ی تازه‌سربرآورده مشکل‌تر شده بود. امروزه محققان سیارات فراخورشیدی زیادی پیدا کرده‌اند. آنها به دنبال جو این سیارات هم هستند، و حتی به‌دنبال طعمه‌های کوچک‌تر و سخت‌تر هم می‌گردند: قمرهای فراخورشیدی.

درحالی‌که روش دوپلر تا حد زیادی نسبت به دیگر روش‌های دقیق، موفق‌تر بوده است، کشف 51 Pegasi b به‌عنوان یک کاتالیزور در این زمینه عمل کرده و آن را از یک حوزه ی گمنامِ مورد تمسخر تا دریافت جایزه نوبل پیش برده است.

تغییر زمان

درسال‌های اخیر اهداء جایزه‌ی نوبل تحت بررسی دقیق قرار گرفته است. منتقدین می‌گویند محدودکردن جایزه به سه دریافت‌کننده مانع از پرداختن به تحقیقات مهمی در فیزیک شده است که صدها نفر، اگر نگوییم هزاران فیزیک‌دان، در آن همکاری داشته‌اند، و افسانه «نابغه‌ی تنها» را جاودانه کرده است.

پاریته، با این که یک مفهوم مهم در فیزیک است،‌ از دریافت جایزه نوبل بازمانده است. دونا استریکلند که سال گذشته برنده این جایزه شد، سومین زنی بود که برنده‌ی جایزه‌ی نوبل فیزیک می‌شد، علی‌رغم این‌که کاندیداهای شایسته‌ی بسیاری وجود دارند، همچون چینگ-شیونگ وو (Chien-Shiung Wu)، جاسلین بل برنل (Jocelyn Bell Burnell)، لیز مینتر (Lise Meitner) و ورا روبین که اشاره شد،‌ و تا به امروز هیچ سیاه‌پوستی برنده‌ی جایزه‌ی نوبل فیزیک، شیمی و پزشکی نشده است.