محیط میان‌ستاره‌ای

محیط میان‌ستاره‌ای یا فضای میان‌ستاره‌ای (انگلیسی: Interstellar medium) یا (ISM) در اخترشناسی به موادی گفته می‌شود که در فضای بیرونی، فاصلهٔ میان سامانه‌های ستاره‌ای را پر می‌کند و این مواد معمولاً متشکل از گاز با شکل‌های یونی، مولکولی یا اتمی به همراه غبارها و پرتوهای کیهانی است.

فضای میان‌ستاره‌ای، به نحو غیرقابل امتزاجی در فضای میان‌کهکشانی نیز فرومی‌رود. انرژی که همان حجم محیط میان‌ستاره‌ای را به صورت الکترومغناطیسی اشغال کند، میدان پرتویی میان‌ستاره‌ای نامیده می‌شود.

محیط بین‌ستاره‌ای از فازهای چندگانه تشکیل شده‌است که این فازها از نظر یونیزه‌بودن یا نبودن مادهٔ تشکیل دهنده، اتمی یا مولکولی بودن، و نیز دما و چگالی ماده، از یک‌دیگر متمایز و مشخص هستند. محیط بین‌ستاره‌ای عمدتاً از هیدروژن تشکیل شده و پس از آن هلیوم، با مقدار کمی کربن، اکسیژن و نیتروژن در مقایسه با هیدروژن تشکیل شده‌است.[۱] فشارهای حرارتی این فازها با یکدیگر در تعادل تقریبی هستند. زمینه‌های مغناطیسی و حرکات آشفته نیز فشار را در محیط میان‌ستاره‌ای فراهم می‌کنند و معمولاً به صورت پویا از فشار حرارتی بیشتر هستند.

چاشنی تخیل و ایده پردازی علمی

کیپ تورن در مصاحبه ای گفت: سفر در زمان از طریق کرمچاله ها غیرمحتمل؛ اما ممکن است. او می گوید هیچ عددی برای این احتمال متصور نیست اگر بخواهد عدد بدهد به احتمال یک درصد؛ ولی نه هرگز صفر درصد. تکنولوژی و تامین انرژی چنین سفری از دید کیپ ترون نه صدها سال بلکه هزاران سال دیگر برای بشر زمان می برد. روزی در سده های آینده به هر حال بشر برای ادامه حیات مجبور به ترک زمین خواهد شد. مساله در اینجا فقط تامین انرژی برای جابجایی نیست. مساله فواصل دور نجومی است. اولین سیاره خارج از منظومه شمسی که احتمالا قابلیت حیات انسانی دارد ۱۲ سال نوری از ما دورتر است.

بعضی تکنولوژی ها که در فیلم نشان داده شده شاید طی دهه های آینده در دسترس بشر قرار گیرد. مثلا یورگن هاهن بیولوژیست از دانشگاه فرانکفورت که روی پروژه خواب زمستانی کار میکند میگوید شاید در ۲۰ یا ۳۰ سال آینده فرایند فرو بردن بدن انسان در خواب طولانی با بهره گیری از هورمون های بخصوصی ممکن شود. غیرقابل باور ترین قسمت داستان فیلم، در میان ستارگان٬ برای من اما ورود کوپر به سیاهچاله بود. او در حالی به سیاهچاله می رود که هنوز آگاهی خود را حفظ کرده و اعمال حیاتی بدن اش همانگونه که در فضای ۴ بعدی فضا و زمان کار میکرده انجام می شود. او در یک سیاهچاله درست مانند انسانی در جهان فیزیک نیوتنی نفس می کشد؛ گردش خون؛ تپش قلب و اعمال فیزیولوژیک و سیستم عصبی دارد که کارکرد همه تابعی از زمان است.

انجام این اعمال حیاتی که همه در سایهء وجود زمان معنا پیدا میکند در جایی از بعد پنجم که در آن؛ زمان یک مختصه مکانی است؛ باور پذیر نیست. در فیلم اما می بینیم که کوپر اطلاعات کوانتومی درون سیاهچاله را به صورت علایم مورس به جهان چهاربعدی انتقال می دهد. به مصداق سخن خواجه حافظ شیراز که می فرماید: „عیب می جمله بگفتی هنرش نیز بگو! و به رغم همه آنچه که گفته شد؛ فیلم در میان ستارگان ؛ دست کم از آن جهت که ذهن مخاطب عام را با یک سری از مفاهیم و پرسش های فلسفی فیزیک جدید آشنا می کند درخور توجه است و می توان با اندکی اغماض آن را تا حدی جدی گرفت.

 زبان و ادبیات علمی

کیپ تورن(Kip Thorne) فیزیکدان نظری انیستیتو تکنولوژی کالیفرنیا که تخصص اش نسبیت عام است به عنوان مشاور علمی پروژه ی در میان ستارگان” در پاسخ به این سوال که آیا مجادله ای بین او و نولان سر صحنه های فیلم وجود داشته گفت: نولان میخواست که کوپر با سرعت بیشتر از نور حرکت کند ولی من به او گفتم که نه این غیر ممکن است. ما بارها در این باره صحبت کردیم بعد از دو هفته او برگشت و گفت فکر میکنم فهمیدم! بی خیال سرعت بیشتر ازسرعت نور می شویم.

Eugen Reichl در مقاله ای با عنوان کرمچاله ها سیاهچاله ها و چاله های منطقی می گوید: داستان فیلم در میان ستارگان” چیز حدود سال ۲۰۶۰ اتفاق می افتد. زمانی که بزرگترین تهدید روی زمین برای بشریت؛ نابودی بیوسفر است و طوفان های ویرانگر خاک؛ بزرگترین چالش بشر دیگر نه ابداعات و اختراعات و پژوهش های فضایی بلکه موضوع غذا و گرسنگی و هواست. جامعه مهندس نمی خواهد. کشاورز می خواهد. کرمچاله ای اطراف سیاره زحل راه به کهکشان دیگری می برد که در آن سیستم سیاره ای به دور گارگانچوا می گردند. ناسا که در آن زمان بصورت زیرزمینی فعالیت می کند در حدود ده سال پیش تعداد ۱۲ نفر از دانشمندان را برای بررسی امکان حیات به آن سیارات فرستاده که از این میان تنها سه نفر به زمین سیگنال فرستاده اند.

گرانش و سیاهچاله ها

همه ما آثار ناشی از گرانش را می شناسیم. مثلا وقتی اشیاء را رها می کنیم به سوی زمین حرکت میکنند و یا اینکه می بینیم دویدن به سمت بالای تپه بسیار سخت تر از دویدن به پایین آن است. با این حال از نظر یک فیزیکدان آثار ناشی از گرانش بسیار فراتر از این مثال های ساده روزمره است. به عنوان مثال در مقیاس اشیاء بسیار بزرگ ؛ نقش گرانش خیلی مهمتر می شود. این گرانش است که باعث چرخش زمین به دور خورشید و یا ماه به دور زمین است. گرانش است که باعث می شود خورشید به دور مرکز کهکشان را شیری گردش کند، گردشی که با سرعت ۲۲۰ کیلومتر بر ثانیه چیزی در حدود ۲۵۰ میلیون سال طول می کشد. در اثر نیروی گرانش است که کهکشان های آندرومدا و راه شیری با سرعت ۱۰۰ – ۱۴۰ کیلومتر در ثانیه به هم نزدیک می شوند در ۳ تا ۴ میلیارد سال آینده به هم می رسند.

گرانش یکی از نیروهای بنیادی طبیعی است که میل عمومی هر ماده به جذب سایر مواد را می نمایاند. در واقع در طبیعت ۴ نیروی بنیادی وجود دارد. گرانش؛ الکترومغناطیس و نیروی هسته ای ضعیف و قوی. عمومیت داشتن گرانش (یعنی از این حیث که همواره به صورت جاذبه عمل می کند) آن را از ۳ نیروی دیگر متمایز می کند. مثلا نیروی الکتریکی میان اجسام باردار را در نظر بگیرید بارهای الکتریکی دو نوع هستند. مثبت و منفی. لذا نیروی الکتریکی می تواند هم به صورت جاذبه ظاهر شود (برای بارهای ناهمنام) هم به صورت دافعه (بارهای همنام). این در حالیست که گرانش فقط به صورت جاذبه وجود دارد و به همین خاطر است که این نیرو در کیهان شناسی از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

اگر در زمان به عقب سفر کنیم و به زمان نزدیک بیگ بنگ بر گردیم این چهار نیروی بنیادی طبیعت با یکدیگر ادغام می شوند اگر در زمان تا لحظه بیگ بنگ به عقب بر گردیم گرانش آخرین نیرویی است که بعد از بیگ بنگ ؛ بصورت دقیق تر در زمان پلانک یعنی ۱۰ به توان منفی ۴۳ ثانیه پس از انفجار بزرگ جدا می شود. نیروی هسته ای قوی بعد نیروی هسته ای ضعیف و دست آخر نیروی الکترومغناطیس. ادغام سه نیرو همگی با نظریه کوانتوم تبیین می شود. تمام تلاش ها برای اراﯬ نظریه همه چیز در این راستاست که نیروی چهارم یعنی گرانش را تبیین کند. اولین گام در جهت انجام چنین کاری ؛ متحد کردن فیزیک کوانتومی با نظریه گرانش یعنی به وجود آوردن یک نظریه گرانش کوانتومی است. همان چیزی که پروفسور براند در فیلم اینترستلار ۴۰ سال برای حل آن زمان صرف کرده است.

اما باز گردیم به مساله سیاهچاله ها. ایده وجود سیاهچاله ها به جان میشل کشیش انگلیسی در سال ۱۷۸۳ باز می گردد و توسط لاپلاس هم مورد بحث قرار گرفته بود. اما تعبیر کنونی از سیاهچاله به نظریه نسبیت عام اینشتین بر میگردد. در خصوص سیاهچاله ها بد نیست به راه حل معروف شوارتسشیلد اشاره کنیم که تنها یک سال پس از انتشار نظریه اینشتین در سال ۱۹۱۶ بر مبنای توزیع متقارن کروی از ماده منتشر شده بود.

در فیزیک هر جسمی با هر جرمی یک شعاع بحرانی دارد که به آن شعاع شوارتسشیلد گفته می شود . اگر یک جسم چگال تماما درون شعاع شوارتسشیلد قرار بگیرد آنگاه هیچ نوری نمی تواند از سطح آن جسم فرار کند. برای جرمی معادل زمین شعاع بحرانی تنها ۱ سانتی متر است. یعنی اگر شعاع زمین با همین جرم کنونی اش تنها یک سانتی متر بود آنگاه زمین نیز یک سیاهچاله بود! برای جرمی معادل جرم خورشید این شعاع چیزی در حدود ۳ کیلومتر است. با این وجود هنوز مدرک محکم و بی شبهه ای مبنی بر وجود سیاهچاله در طبیعت وجود ندارد. در فیلم اینترستلار؛ کوپر بر سیاره ای نزدیک یک سیاهچاله به نام گارگَنچوا(Gargantua) فرود می آید که هر ساعت اش ۷ سال زمین است.