کلمه گم‌شده‌ای که جرم منفی را خلق کرد

3F54FD8600000578-4419248-The_researchers_applied_lasers_that_kicked_the_atoms_back_and_fo-m-20_1492454260023
هفته گذشته خبری با عنوان خیره‌کننده سرخط خبرهای علمی رسانه‌های مختلف را به خود اختصاص داد.

 از معتبرترین سازمان‌های بزرگ رسانه‌ای تا خبرگزاری‌ها و وبلاگ‌ها به بازتاب انتشار مقاله‌ای پرداختند که به نوشته آن‌ها در آن ادعاشده بود که دانشمندان موفق شده‌اند برای اولین بار مایعی با جرم منفی تولید کنند.

در اکثر این خبرها داستان با یادآوری قانون معروف رابطه نیرو و جرم در فیزیک نیوتون آغاز می‌شود(F=ma) که در آن F نماد نیرو، m جرم و a شتاب است و ازآنجایی‌که جرم مقداری مثبت است بردارهای نیرو و شتاب با یکدیگر هم سو خواهند بود. به زبان ساده اگر به جسمی در راستای مشخصی نیرو وارد کنید آن جسم در همان راستا شتاب می‌گیرد.

اما در موارد خاص این رابطه به این سادگی عمل نمی‌کند. گاهی – برای مثال در مورد این تحقیق با دست‌کاری ماده در حالتی که به آن چگالش بوز، انیشتین گفته می‌شود اتفاق افتاده است. این حالت از ماده زمانی است که گازی شامل بوزون‌ها را تا نزدیکی صفر مطلق سرد می‌کنند و در این شرایط می‌تواند رفتارهای کوانتومی را در آن مشاهده کنند. به‌طور خیلی خلاصه شرایطی ویژه از ماده که با رفتارهای کوانتومی آن سروکار دارد – تحت تأثیر عوامل مختلف رابطه میان نیرو و شتاب تحت تأثیر عوامل دیگری قرار می‌گیرد. ریاضی‌دان‌ها و فیزیکدان‌ها از عنوانی به نام جرم مؤثر (effective mass) که به‌طور خلاصه بیانگر رفتارهای چگالش موردنظر است.

چگالش موردنظر در این آزمایش ابری فوق‌العاده سرد و تشکیل‌شده از حدود ۱۰ هزار اتم عنصر روبیدیدم است برای استخراج مقدار جرم مؤثر این ماده شما باید به رابطه پراکنش (Dispersion relation) که به معنی رابطه میان انرژی و اندازه حرکت ذرات تشکیل‌دهنده آن است نگاه کنید و بر مبنای این رابطه مشتق دوم انرژی نسبت به‌اندازه حرکت را محاسبه کنید. مقدار این مشتق دوم همان چیزی است که به جرم مؤثر این چگالش معروف است و البته که می‌تواند مقدار منفی را به خود اختصاص دهد.

نکته مهم در اینجا این است که فارغ از همه این جزییات و مسائل فنی جرم مؤثر (که نویسندگان در مقاله خود که می‌توانید اصل آن را در اینجا مطالعه کنید به آن اشاره‌کرده‌اند) با جرم متفاوت است. تعریف مشخصی دار و اگرچه درنهایت باعث می‌شود تا برای مثال این مایع مشخص در مرحله‌ای برخلاف مایعات آشنای دیگر از پخش‌شدگی خود جلوگیری کند و گویی با آن مقابله نماید اما با مفهوم جرم تفاوت دارد.

همین یک کلمه مؤثر و حذف آن از خبرها باعث می‌شود تا یک یافته علمی – که به‌خودی‌خود فوق‌العاده جذاب و قابل‌توجه و مهم است – در چشم‌انداز اشتباهی درک شود. برخی از رسانه‌ها با ارتباط دادن این مفهوم با ایده ماده و انرژی تاریک از آن به‌عنوان کلیدی برای درک رازهای سیاهچاله‌ها و امثال آن یادکردند و برخی دیگر با هیجان از عصر تازه جرم‌های منفی نام بردند.

کل این مثال نمونه بارزی از مواردی است که در مقابل خبرهای پیچیده رسانه‌های علمی چگونه باید برخورد کنند.

موضوع این مقاله و این آزمایش، در همان نخستین نگاه برای هر خبرنگاری که بخواهد آن را پوشش دهد فریاد می‌زند که موضوع پیچیده‌تر از آن چیزی است که در تیتر ساده‌ای مانند کشف ماده‌ای با جرم منفی خلاصه شود. یکی از قوانین مهم در حرفه روزنامه‌نگاری علم این است که زمانی که وقتی با ادعای به نظر خیلی عجیبی مواجه می‌شوید که با همه فرضیات قبلی متفاوت است کمی دقت کنید چون احتمال دارد نکته مهمی در آن بین فراموش‌شده باشد. این توصیه در کنار قانون طلایی هیچ‌وقت چیزی را که متوجه نشده‌اید منتشر نکنید می‌تواند جلوی انتشار متنی را که ممکن است باعث سو تفاهم شود بگیرد.

مطالعه مقاله اصلی – که حداقل در این مورد برای عموم قابل‌دسترس بود – در کنار پرسیدن نکات ناآشنا و پرسش‌برانگیز پیش از انتشار تیتر هیجان‌انگیز کشف ماده یا با جرم منفی می‌تواند جلوی اشتباه را بگیرد، اعتبار ما را حفظ کند و از سوی دیگر ما را در انجام‌وظیفه اصلی خود که رساندن خبر درست به مردم است کمک کند.

نکته مهم دیگری که این داستان به همراه دارد برای برخی از رسانه‌ها – مانند عمده رسانه‌ها در ایران – است که بخش عمده‌ای از خبرهای خود را از روی منابع دست‌دوم بازتولید می‌کنند. ما به دلایل مختلف و ازجمله به دلیل عدم دسترسی به برخی از منابع دست‌اول بسیاری از مواقع ناچاریم خبرهایی که رسانه‌های معتبر – با استناد به منابع دست‌اول خود – منتشر کرده‌اند را ترجمه کنیم.

ترجمه این متن‌ها که برای مخاطب عام نوشته‌شده است و در آن بسیاری از جزییات حذف شده است هم برای ما راحت‌تر است و هم اعتبار و اطمینانی که به این رسانه‌ها داریم باعث می‌شود بااحتیاط کمتری صحت خبرهای منتشرشده در آن‌ها را به چالش بکشیم و بیشتر به آن‌ها اعتماد کنیم.

این داستان یادآوری خوبی است که حتی معتبرترین رسانه‌ها نیز ممکن است دچار چنین اشتباهی شوند. برای بازنشر این خبرها حتی از منابع معتبر باید مراقب بود و اگر به نظر می‌رسد چیزی درجایی زیادی از حد عجیب و غیرعادی است دقیقه‌ای در انتشار خبر درنگ کرد و به سراغ منابع بیشتر و توضیح دقیق‌تر رفت.

انتشار نخست: سیناپرس

۳ نظر

  1. ایمان مهیائه می‌گه:

    سلام جناب آقای ناظمی،

    بسیار خوشحالم که شما این مساله را منعکس کردید. به جز شما، حداقل در دید کوچک من، تنها یک استاد فیزیک که وبلاگ دارد به موضوع پرداخت و خطا را متذکر شد:
    https://goo.gl/SkVa3m

    من در ادامه‌ی فرمایشات شما سعی می‌کنم یک توضیح کوتاهی بدم.

    در مورد بسیاری از مواد و کاربردهای آزمایشگاهی ما به این علاقمه‌مند هستیم که بپرسیم اگر به ماده “تلنگری” بزنیم چه می‌شود؟ برای نمونه، این تلنگر می‌تونه قرار دادن ماده در میدان الکتریکی یا مغناطیسی باشه و یا تاباندن لیزر بر آن! در این صورت باید به «برانگیختگی‌های»(excitation) ماده نگاه کنیم. دانش ما از این برانگیختگی‌ها است که به ما کمک می‌کنه ماده و خواصش رو بشناسیم. خب برای این کار چه باید کرد؟ ما به طور معمول با مساله‌ای طرف هستیم که اصطلاحا بهش میگیم بَس‌ذره‌ای (many-body) و حل چنین مساله‌ای سخت است. خب چه کنیم؟ اجازه بدید یک مثال رو بررسی کنیم.

    ما می‌دونیم الکترون‌ها همدیگر با نیروی کولنی دفع می‌کنند. اما جالب اینجا است که برای توصیف بسیاری از خواص مواد، مثلن رساناها، میشه فرض کرد که الکترون‌ها هیچ کاری به هم ندارند! برای برخی دیگه کافی است فرض کنیم که مثل توپ‌های بیلیارد به هم برخورد می‌کنند! این کار یک فیزیک‌دان است: ساده‌سازی، مدلسازی! حل هر دو مساله به نسبت ساده‌ است. اما اگر شما بخواهید نیروی دافعه‌ی بین‌شون رو در نظر بگیرید، کار بسیار سخت است و با مساله‌ی بسیار سختی طرف می‌شید. در این میون راه‌های مختلفی برای مسائل و مواد مختلف پیدا شده. یکی از بهترین راه‌ها این است که ما باز فرض کنیم که الکترون‌ها به هم کاری ندارند اما مثلن جرم‌شون متفاوت از جرم الکترون عادی است. به این مفهوم میگن جرم موثر. این توصیف برای بعد از زدن «تلنگر» است و از این روی اینا برانگیختگی هستن و برای اینکه با ذرات اولیه و اصلی قاطی نکنیم، به‌شون می‌گیم شبه ذره:(quasiparticle) https://goo.gl/yvk57O

    مساله‌ی جزم موثر برای هر سیستمی میشه تعریف کرد. برای اینکه حکمت اسم را بفهمیم کافی است رابطه‌‌ی انرژی جنبشی معمول را نگاه کنیم:
    E= 1/2 P^2/2m
    اگر دو بار از انرژی نسبت به تکانه مشتق بگیرید به شما یک بخش بر جرم می‌دهد.

    خب چطور میشه جرم موثر رو حساب کرد؟ بالطبع باید اول به سیستم تلنگری زد، و سپس رابطه‌ی پراکندگی یعنی رابطه‌ی بین انرژی و تکانه را اندازه گرفت. این نمودار در شکل بالایی تصویری که در متن است آمده. در جایی می‌بینیم که تقعر نمودار به سمت پایین است! تقعر به سمت بالا، یعنی مستق دوم مثبت است. در اکثر بخش‌های نمودار چنین است. اما در ناحیه‌ی هاشورخودره تقعر به پایین است و یعنی جرم موثر در این ناحیه منفی است.

    با سپاس،
    ایمان مهیائه

نظرتان را بنویسید