شیمی وزندگی
همه آنهایی که اندکی با فیزیک آشنایی دارند میدانند، که پایههای فیزیک نوین را دو نظریه نسبیت و کوانتومی تشکیل میدهند. اما هر کدام از این دو نظریه تا مرزهای معینی کاربرد دارند و بعد از آن به نتایج غیر قابل قبولی میانجامند. نسبیت که در میدانهای گرانشی متداول مثل گرانش کهکشانها نتایج کاملا درستی میدهد، وقتی با شرایط ابتدای آفرینش یعنی انفجار بزرگ مواجه میشود عباراتی نامتناسب ارائه میدهد، تضادهایی مثل ظهور بینهایتها. نظریه کوانتومی هم که در مورد فوتونها و الکترونها و دیگر اجرام ریز پیشبینیهای درستی میکند، وقتی وارد ابعاد هستهای و نیروهای مربوطه میشود به تناقضاتی میرسد. البته این بدان معنی نیست که ما اطلاعاتی در مورد هسته اتمها نداریم، بلکه منظور این است که یک نظریه جامع برای توضیح آن چه در هسته میگذرد وجود ندارد؛ وگرنه بشر سالهاست که با هسته آشنایی دارد و با فرآیندهای هستهای، انرژی (و البته سلاح!) تولید کرده است. ولی اکنون انسان قصد دارد قدمی دیگر بردارد و آن مهار و کاربردی کردن انرژی گداخت هستهای است. البته در این راه مشکلات عملی و نظری بسیاری وجود دارد. شاید سالها تا برداشتن این قدم باقی مانده باشد اما به نظر میرسد در موسسه فناوری ماساچوست (MIT (1 خبرهایی است..×× نگریستن به داخل خورشیدی مصنوعی بعد از حدود پنج دهه تحقیقات، انتظار میرود طی یک یا دو سال آینده گامهای مهمی در راستای مهار نیروی جوش هستهای برداشته شود. این مرحله که "اشتعال همجوشی2" نام دارد، باید توسط دستگاهی با همین نام که در کالیفرنیا ساخته شده است، انجام شود. آخرین آزمایشها مربوط به این دستگاه که اشتعال همجوشی ملی3 (NIF) نام گرفته است، سال گذشته مختصرا با شکستهایی مواجه شد. دانشمندان زیادی از جمله پژوهشگران مرکز علوم پلاسما و همجوشی (PSFC)4 برای عملی ساختن این بخش اساسی از عملیات ایفای نقش کردهاند. اگر بخواهیم به طور مختصر شرح دهیم، محققان PSFC معین کردهاند که چگونه میتوان از یک واکنش همجوشی به عنوان نوعی نور پس زمینه5 استفاده کرد؛ کاری که به آنها این توانایی را میدهد تا مشاهده کنند چه اتفاقی در واکنشهای نخستین در حال روی دادن است. گداخت یا جوش هستهای، به معنی ترکیب و ممزوج شدن دو اتم کوچک در یک اتم، به همراه آزاد کردن مقدار حیرتآوری انرژی است. این دقیقا همان فرآیندی است که در خورشید هم روی میدهد و شاید به گونهای بتوان آن را راه حل نهایی مسئله انرژی جهان نیز دانست. زیرا این فرآیند میتواند مقادیر عظیمی از انرژی را بدون آلودگیهای گلخانهای ایجاد کند. هر چند شاید راه کار عملی کنترل این انرژی - مثلا با ساخت نیروگاه – تا یک دهه دیگر دور از دست باقی بماند. یک مشکل اساسی پیشاروی محققان و مهندسان این است که واکنش واقعی باید در کپسولی با مقطع دایرهای شکل و قطر 2 میلیمتر اتفاق بیفتد که دما و فشار آن در حال انفجار حتی بسیار بیشتر از آنی میشود که در مرکز خورشید موجود است! در چنین محیطی، تصویرنگاری یا انجام هر نوع اندازهگیری به هیچ وجه کار آسانی نیست؛ در حالی که واضح است چنین اعمالی برای تنظیم سیستم و حصول نتیجه مطلوب حیاتی هستند. یک گروه از MIT که توسط محقق ارشد PSFC، "ریچارد پتراسو"6 رهبری میشد، در روش استفاده از نور پس زمینه به پیشرفتهایی دست یافتهاند. این موضوع برای اولین بار در سال 2008 به اطلاع عمومیرسید. اکنون این گروه گزارش میدهند که توانستهاند در دانشگاه رچستر7 آزمایشهای موفقیت آمیزی را ثبت کنند و موفق به یادگیری جزئیات جالبی درباره ماهیت میدانهای الکتریکی و مغناطیس اطراف کپسول کوچک شدهاند. دکتر پتراسو در این مورد میگوید: "ما در حال گرفتن یک تصویر فوری از چیزی بودیم که میدانهای الکتریکی و مغناطیسی بدان شبیه بودند، این اطلاعاتی است که مشکل بتوان از روش دیگری بهدست آورد." ساخت یک جرقهزن برای گداخت NIF از روشی بهره میبرد که "راه اندازی غیر مستقیم" نامیده میشود. در این روش، کپسول کوچکی از سوخت هیدروژن را به داخل یک گودال که " تابشگر کامل8 " نام دارد، میاندازند. سپس پرتوهای لیزر درون دیوارههای این گودال را بمباران میکنند که این کار موجب گرم شدن دیوارهها و انتشار پرتوهای ایکس میشود، و این امر نیز به نوبه خود باعث اشتعال کپسول میشود. اشتعال یعنی هدف نهایی و اساسی NIF، به این معنی است که انرژی ناشی از گداخت اتمهای داخلی کپسول، نقش یک جرقهزن را ایفا میکنند که به خودی خود باعث گداخت اتمهای فوق چگال همجوار میشود و این روند همینطور در یک فرآیند زنجیرهای ادامه مییابد. دکتر پتراسو توضیح میدهد: "اما برای رسیدن به نقطه شروع اشتعال به وسایل خطایابی نیاز است، تا جزئیات آنچه داخل کپسول میگذرد را مشخص کنند، جایی که دما به 200 ملیون درجه کلوین میرسد و فشار هم میتواند تا یک تریلیون واحد اتمسفر افزایش یابد!" 9 به منظور این که اشتعال به درستی عمل کند، کپسول حاوی دوتریوم و تریتیوم (دو شکل سنگین از عنصر هیدروژن) باید به طور تقریبا کامل کروی باشد، به طور کامل در مرکز تابشدهنده قرار گیرد و باید در حالتی تقریبا کامل از تعادل و تقارن منفجر شود. پتراسو در این مورد میگوید: "یک پرسش مهم این است که دست ما چقدر برای خطاهای آزمایشگاهی باز است؟ این یکی از چیزهایی است که هنوز مشخص نشده، و در واقع پاسخ همین پرسش است که روشن میکند چرا روشهای مشاهده سیستم این قدر با اهمیت هستند." در مرکز تحقیقات انرژی لیزر رچستر، کپسول دومی نزدیک کپسول اول جایگذاری و به وسیله پرتوهای لیزر بمباران شد که باریکهای از پروتونها را برای راه انداختن کپسول دوم در داخل تابشگر کامل تولید کرد. نلسون هوفمان دانشمند فیزیک پلاسما در آزمایشگاه لوس آلاموس میگوید: "گروه MIT در چندین روش بسیار موثر، برای اندازهگیری جنبههای مهم آنچه داخل کپسولهای گداخت روی میدهد، پیشرفت کردهاند. این جنبهها به عنوان یک شاخص برای این که معلوم شود چقدر به هدف اشتعال نزدیک هستیم بسیار حیاتیاند. به عنوان یک نتیجه، گروه MIT هم اکنون نیز پدیدههای شگفتانگیزی را در روش گسترش میدانهای الکتریکی و مغناطیسی یافتهاند." او اضافه میکند: "تلاش برای رسیدن به گداخت هستهای، یکی از سختترین مشکلات علمی است که تاکنون با آن درگیر بودهایم. بنابر این بازنگری مسئله به روشی نوین (مانند تصویر نگاری پروتونی گروه MIT)برای کشف پدیدههایی که در هیچ روش دیگری نمایان نمیشوند، میتواند کارساز باشد." به عنوان یک نمونه از نتایجی که اخیرا منتشر شده، گروهMIT همراه با همکارانی از آزمایشگاه ملی "لاورنس لیورمور10" (آزمایشگاهی برای تحقیقات مربوط به انرژی لیزر) نتایجی را مشاهده کردند که از یک آزمایش به اصطلاح خودشان "برخورد پنج چنگاله با الگوی ستارهای" به دست آمد. این نتایج در میدانهای اطراف کپسول مشاهده شدهاند.