مهندسی‌های عظیم قرن بیست‌ویکم

معمولا پیشبرد چنین پروژه‌های علمی به حضور دانشمندانی از کشورهای مختلف جهان و سرمایه‌گذاری تحقیقاتی و مالی چندین دهه‌ای نیازمندند. در این گزارش به برخی از این پروژه‌ها پرداخته شده است.

ماشین زمان برای کشف راز پیدایش عالم

در آزمایشگاه ملی بروک هاون آمریکا یکی از هیجان‌انگیزترین پروژه‌های علمی تاریخ بشر با سرعت قابل توجهی به جلو حرکت می‌کند. این پروژه در حقیقت ماشین زمانی است که هدف از طراحی و ساخت آن چیزی نیست جز فاش شدن اساس پیدایش عالم. زمانی که یون‌های طلا با سرعتی خیره‌کننده در دل شتاب‌دهنده یونی Relativistic Heavy که در جزیره لانگ نیویورک نصب شده به حرکت در می‌آیند، بشدت به یکدیگر برخورد می‌کنند. در خلال این برخوردها دمای ماورای تصوری تولید می‌شود که تا 2‌‌/‌‌7 تریلیون درجه فارنهایت (4 تریلیون سانتی‌گراد) است. این دما آنقدر زیاد است که پروتون‌ها و نوترون‌ها ذوب می‌شوند. همزمان با این‌که این ذرات در هم خرد می‌شوند ذرات بنیادینی رها می‌شوند که با ترکیب شدن با یکدیگر حالت جدیدی از ماده موسوم به پلاسمای کوارک ـ گلون را تشکیل می‌دهند. در همان لحظه که این ماده شروع به سرد شدن می‌کند و این فرآیند رو به پایان می‌رود، پروتون‌ها و نوترون‌ها بار دیگر شکل می‌گیرند و طی یک فرآیند مشخص تا چهار هزار ذرات در ابعاد اتمی تولید می‌شود. دانشمندانی که در این پروژه کار می‌کنند با استفاده از این ماشین زمان در تلاش هستند تا شرایط سخت و پیچیده‌ای را باز تولید کنند که در نخستین میلیونیوم ثانیه پس از انفجار بزرگ و پیدایش هستی وجود داشته است. این پروژه یکی از پرهزینه‌ترین پروژه‌های علمی در تاریخ بشر و بودجه سالانه آن بالغ بر 160 میلیون دلار است. در واقع رقم خیره‌کننده 671 میلیون دلار به عنوان بودجه کلی ساخت آن نشان از عظمت این پروژه دارد. بیش از 700 دانشمند و محقق علمی و کارکنان دیگر در این مجموعه گرد هم آمده اند تا بتوانند یکی از بزرگ‌ترین رویاهای بشر یعنی ساخت ماشین زمان و سفر در آن را عملی سازند. این ماشین زمان در ساختار دایره‌ای شکلی ساخته می‌شود که محیط آن 8‌‌/‌‌3 کیلومتر است و این یعنی یکی از بزرگ‌ترین ماشین‌های ساخته شده به دست بشر.

گرچه دانش ما درباره فضا و اعماق مرموز آن در سال‌های اخیر و به لطف طراحی و ساخت نسل جدیدی از سیستم‌های فضایی و تلسکوپ‌ها پیشرفت قابل توجهی یافته است اما به هرحال آنچه ما درباره فضا می‌دانیم قطره‌ای است در برابر اقیانوس، قطره‌ای که هر روز بزرگ‌تر می‌شود! تلسکوپ‌های رادیویی از جمله ابزارهای قدرتمندی هستند که در این راه کمک زیادی به بشر کرده‌اند. آنها ابزارهای قدرتمندی هستند که همچون گوش شنوای زمین به فضا گوش می‌دهند.

مهم‌ترین این نوع تلسکوپ‌ها هم‌اکنون در اطراف پایتخت مکزیک یعنی شهر همیشه شلوغ نیومکزیکو قرار دارد. در مساحتی به وسعت کیلومترها مجموعه عظیم تلسکوپ‌های رادیویی Very Large Array یا همان VLA قرار دارد. این مجموعه دارای 27 آنتن عظیم رادیویی است که هر یک نزدیک به 25 متر قطر دهانه دارند. کاری که این آنتن‌ها انجام می‌دهند چیزی نیست جز جمع‌آوری سیگنال‌هایی از درخشان‌ترین اجرام آسمانی. این مجموعه یک خواهر نیز دارد که البته کوچک‌تر از آن است. مجموعه Very Long Baseline Array یا همان VLBA که متشکل از 10 آنتن رادیویی است 8900 کیلومتر طول دارد و از هاوایی تا جزایر ویرجین قرار گرفته‌اند. این دو مجموعه تصاویر بسیار دقیق با جزئیات کاملی از اجرام مختلف فضایی را از ماه در نزدیکی زمین گرفته تا اجرامی در دوردست‌ترین مناطق ارائه می‌کند. برای پروژه VLA که حدود 280 دانشمند و محقق همکاری نزدیکی با آن دارند سالانه تا 15 میلیون دلار هزینه می‌شود و البته گفته می‌شود برای راه‌اندازی آن 300 میلیون دلار هزینه شده است. اما چرا تلسکوپ‌های رادیویی تا این حد برای دانشمندان از اهمیت برخوردارند؟ امواج رادیویی قابلیت نفوذ در ذرات کیهانی را دارند و به همین دلیل تلسکوپ‌های رادیویی نظیر VLA و VLBA می‌توانند چیزهایی را ببینند که تلسکوپ‌های نوری قادر به انجام آن نیستند.

کشف رازهای پنهان هسته ستارگان در بزرگ‌ترین مجموعه لیزری جهان

از سال 1993 یکی از پیچیده‌ترین پروژه‌های علمی جهان فعالیت خود را آغاز کرده است. در این پروژه که در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی آمریکا آغاز شده، گروهی از محققان روی منبع پیشرفته نوری موسوم به ALS کار می‌کنند که نسخه فوق مدرنی از شتاب‌دهنده‌های ذره‌ای است. آنها سال‌هاست که پرتوی فوتونی را که یک میلیون بار درخشان‌تر از سطح خورشید است به درون پروتئین‌ها، الکترودهای باتری، ابرهادی‌ها و سایر تجهیزاتی از این دست ارسال می‌کنند تا ویژگی‌های الکترونیکی، مولکولی و اتمی آنها برملا شود. برای پیشبرد این پروژه سالانه 54 میلیون و 200 هزار دلار صرف می‌شود. پروژه ALS یکی از درخشان‌ترین منابع نوری متشکل از پرتوهای ملایم اشعه ایکس به شمار می‌آید. سال 2006 دانشمندانی که در این پروژه مشغول به فعالیت هستند موفق به کشف اطلاعات ارزشمندی درباره عناصر و ترکیبات موجود در دنباله‌داری شدند که گفته می‌شد در نزدیکی خورشید و در اوایل پیدایش منظومه شمسی تشکیل شده است. این بررسی نشان داد که ترکیب چنین عناصری در کیهان بسیار پیشتر از تصورات قبلی بشر آغاز شده‌اند. در همان سال راجر دی کرانبرگ از دانشگاه استنفورد به جهت کار روی ساختار 3 بعدی آنزیم‌های پلیمری RNA در این پروژه عظیم نوری موفق به کسب جایزه نوبل شیمی شد. داده‌های ساختاری که وی با استفاده از نتایج به دست آمده از پروژه ALS موفق به کسب آنها شد به او این امکان را داد تا به توصیف دقیق، فرآیند تبدیل رشته‌های DNA به RNA در فرآیندی موسوم به نسخه‌برداری بپردازد. هزینه راه‌اندازی این پروژه که شاید بهتر باشد آن را نوعی میکروسکوپ بسیار قدرتمند بنامیم 154 میلیون دلار بوده است. در این مجموعه که 223 دانشمند و محقق مشغول به فعالیت هستند مطالعاتی انجام می‌شود که ممکن است نتایج آنها سال‌ها بعد مشخص شود.

ایستگاه فضایی بین‌المللی موسوم به ISS نامی آشنا برای بسیاری از ساکنان روی زمین است و البته تقریبا تمامی آنها نیز می‌دانند که این پروژه به جهت مشخصه‌های ساختاری و مکانی یکی از بزرگ‌ترین پروژه‌های تاریخ بشر نیز به شمار می‌آید. آگاهی از همین نکته که سالانه حدود 2 میلیارد دلار برای ادامه ساخت آن صرف می‌شود کافی است تا در خاص بودن آن شک نکنیم. در هر شبانه‌روز هزاران دانشمند و محقق، فعالیت‌های مستمری را ادامه می‌دهند تا چراغ ایستگاه فضایی بین‌المللی خاموش نشود. تاکنون 201 فضانورد از 11 کشور جهان و البته 7 توریست فضایی در این ایستگاه اقامت داشته‌اند. عمر حضور انسان در این ایستگاه فضایی نوامبر به 11 سال خواهد رسید و پیش‌بینی می‌شود این حضور تا یک دهه دیگر نیز ادامه داشته باشد. یکی از نکات جالب توجه در خصوص این ایستگاه قرار داشتن اسپکترومتر مغناطیس آلفا موسوم به AMS در آن است. این دستگاه، سنگین‌ترین تجهیزات ساخت دست بشر است که روانه فضا شده است، اما آیا چنین هزینه نجومی برای پیشبرد اهداف این ایستگاه فضایی واقعا توجیه فنی دارد؟ برای پاسخ به این پرسش باید گفت تنوع اهدافی که از راه‌اندازی این ایستگاه فضایی دنبال می‌شود قابل توجه است که برخی از آنها شامل بررسی دقیق تجهیزات و قطعات فضاپیماها و سیستم‌های حمایتی آنها می‌شود. از نتایج این بررسی‌ها می‌توان برای توسعه اکتشافات فضایی در آینده نزدیک استفاده کرد. دانشمندانی که با این پروژه در ارتباط هستند می‌توانند به مطالعه دقیق واکنش بدن انسان در محیط سخت بی‌وزنی و تاثیرات آن بر استخوان‌ها و جریان خود فضانوردان بپردازند. کل این پروژه با هزینه‌ای نزدیک به 5‌‌/‌‌4 میلیارد دلار به پایان خواهد رسید و این درحالی است که بالغ بر دو هزار نفر، از دانشمندان ارشد گرفته تا کارمندان رده پایین در ارتباط مستقیم با این پروژه هستند.

بدون شک باید شتاب‌دهنده ذرات در آزمایشگاه سرن اروپا واقع در سوئیس را یکی از سه پروژه تاریخی و عظیم علمی بشر دانست. شتاب‌دهنده سرن یکی از بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده‌های دنیاست که سال 2007 کار احداث آن با 27 کیلومتر محیط به‌پایان رسید. در این پروژه کشورهای آمریکا، ژاپن، هند، ترکیه، پاکستان و البته ایران حضور دارند. کل هزینه‌های ساخت و سایر آزمایش‌های مربوط به آن به رقمی حدود 7 میلیارد و 820 میلیون دلار بالغ می‌شود و این در حالی است که سالانه نزدیک به یک میلیارد و 200 میلیون دلار برای آن هزینه می‌شود. در حال حاضر آزمایشگاه‌های لازم برای مطالعات ذرات، نیازمند شتاب‌دهنده‌های عظیمی است که ساخت آنها چه از نظر زمانی و چه از لحاظ فنی از توان یک کشور خارج است. به همین دلیل است که بالغ بر 37 کشور جهان در سطوح مختلف در این پروژه حضور دارند. دستگاهی که در سرن ساخته شده، ال‌اچ‌سی (Large Hadron Collider) یا برخورددهنده بزرگ ذرت نام دارد و هدف آن شناخت اجرام ماده در حد فاصل 10 به توان منفی 23 سانتی‌متر، آزمون نظریه استاندارد ذرات، کشف اجزای یافت نشده مدل استاندارد و چند مورد دیگر است. یافتن پاسخی مناسب به این پرسش اساسی که ماده تاریک واقع چیست، یکی از مهم‌ترین اهداف این شتاب‌دهنده عظیم است.

منابع: Popular Science

Technologyreview