هارمونی کائنات:کشف شباهت عمیق بین سلول های انسان و ستاره های نوترونی !!

0

به نظر می رسد کائنات، بیش از چیزی که ما تصور می کنیم، هامونیک و منظم است. این نتیجه را مقاله ای که به تازگی در ژورنال Physical Review C منتشر شد، تایید می کند. در این مقاله، شباهت عمیقی بین سلول های بدن انسان و ستاره های نوترونی کشف شده است! برای مرور این کشف جالب، با دیپ لوک همراه باشید…

سلول های بدن انسان و ستاره های نوترونی ، دو موجودیتی هستند که در نگاه اول، هیچ ربطی به یکدیگر ندارند. سلول، کوچکترین سامانه زیستی بدن انسان است و در طرف مقابل، ستاره های نوترونی یکی از چگال ترین اجزای کهکشان ها هستند که در اثر انفجار یک ابرنواختر به وجود می آیند. ستاره های نوترونی آنقدر منقبض می شوند که الکترون ها و پروتون های درون آنها برای تشکیل نوترون ها، با یکدیگر واکنش می دهند. تصویر زیر مراحل تشکیل ستاره های نوترونی را به ترتیب از یک کوتوله قرمز و ابرنواختر نشان می دهد.

کشف شباهت عمیق سلول های انسان و ستاره های نوترونی

حالا دانشمندان در این مقاله جدید، شباهت عمیقی بین این دو موجود به ظاهر متفاوت پیدا کرده اند. این شباهت، شاید بیشتر از هر چیز، جمله مشهور زیر را از آلبرت اینشتین به ذهن تداعی می کند:

I have deep faith that the principle of the universe will be beautiful and simple

من ایمان عمیق دارم که اصل کائنات، زیبا و ساده خواهد بود

به نظر می رسد کائنات دارای ساختاری ساده و منظم است و تمام پیچیدگی هایی که می بینیم، حاصل دانش کم و بی سامانی ذهن ماست. دانشمندان دریافتند که ستاره های نوترونی و سیتوپلاسم سلولی، دارای ساختار مشابهی هستند: ساختارهایی مانند پارکینگ های طبقاتی.

داستان از این قرار است که دانشمندان بیوفیزیک در سال ۲۰۱۴، این ساختارها را کشف کردند: مارپیچهایی متشکل از صفحاتی که به طور مساوی از یکدیگر قرار گرفته اند. این ساختار در یک سلول، شبکه آندوپلاسمی نامیده می شود و دانشمندان پس از کشف، آنها را رمپ های تراساکی لقب دادند. (تراساکی یک زیست شناس از دانشگاه کانکتیکات است). آنها تصور می کردند این پارکینگ طبقاتی مختص مواد نرم (مثلا درون سلول ها) است، اما پس از مقاله فیزیکدان هسته ای، چارلز هوروتیز از دانشگاه ایندیانا، قضیه تغییر کرد. او و تیمش به کمک شبیه سازی های کامپیوتری، دقیقا همین ساختار را برای اعماق پوسته ستاره های نوترونی بدست آوردند. همکاری این دو تیم، منجر به مقاله ای شد که در آن، ارتباط و شباهت بین دو نوع متفاوت ماده، شرح داده شده است.

کشف شباهت عمیق سلول های انسان و ستاره های نوترونی
ساختار پارکینگ طبقاتی در a) سیتوپلاسم سلولی b) ستاره های نوترونی

فیزیکدانان هسته ای به شکل های بدست آمده از شبیه سازی های کامپیوتری برای ستاره های نوترونی ، پاستای نوترونی می گویند. این شکل ها، متشکل از لوله ها (شبیه اسپاگتی) و صفحات موازی (لازانیا) هستند که شباهت زیادی به همان رمپ های تراساکی دارند؛ بنابراین شباهت ها، بسیار عمیق هستند.

این دو ساختار در کنار شباهت های عمیق، تفاوت های بنیادین فیزیکی هم دارند: همانطور که میدانید هر ماده ای به کمک فاز و متغیرهای ترمودینامیکی اش، یعنی چگالی (یا حجم)، دما و فشار شناخته می شود. این در حالیست که این متغیرهای ترمودینامیکی در مقیاس هسته ای و درون سلولی، بسیار با یکدیگر متفاوت هستند. در ستاره های نوترونی، نیروی هسته ای قوی و نیروی الکترومغناطیسی باعث ایجاد یک موقعیت کوانتومی می شوند؛ در حالیکه درون سلول ها، نیروهایی که غشاها را در کنار یکدیگر نگه می دارند، اساسا انتروپیک هستند و باید انرژی آزاد کلی سیستم را کمینه کنند. بنابراین در نگاه اول، این دو سیستم بسیار متفاوت به نظر می رسند.

تفاوت دیگر، مربوط به مقیاس است. در مورد ستاره هایی نوترونی ، با نوکلئون هایی مانند پروتون ها و نوترون ها سروکار داریم که جزو کوچکترین اجزای سازنده ماده بوده و در مقیاس فمتومتر (۱۰ به توان ۱۵-) اندازه گیری می شوند. در مورد غشاهای درون سلولی، مقیاس طول، نانومتر (۱۰ به توان ۹-) است؛ بنابراین تفاوت مقیاس این دو ساختار، از مرتبه میلیون (۱۰ به توان ۶-) است و دو ساختار کاملا متفاوت، شکل های یکسانی دارند. این بدان معناست که رازی در مورد چگونگی مدلسازی سیستم هسته ای وجود دارد که ما آن را درک نمی کنیم. در مجموعه بسیار چگالی از پروتون ها و نوترون ها، مانند سطح یک ستاره نوترونی، نیروهای هسته ای قوی و الکترومغناطیسی، متحد شده و فازهایی از ماده را می سازند که ما هرگز قادر به پیش بینی آنها نبودیم.

این شباهت ساختار در دو سیستم کاملا متفاوت، این ایده را به ذهن تداعی می کند که وابستگی انرژی یک سیستم به ساختار آن، رویکردی بسیار کلی و فراگیر دارد. دانشمندان معتقدند این شباهت ها، بسیار اسرار آمیز هستند و این نه تنها، پایان راه، بلکه دقیقا آغاز راه است…

دانلود مقاله اصلی به صورت PDF

زاده ی اردیبهشت ۶۹ و دانشجوی دکترای شیمی کوانتوم محاسباتی در دانشگاه شهید بهشتی است.او علاقمند به دنیای کوانتوم، تکنولوژی، فوتبال و موسیقی (رپ/راک) بوده و علاوه بر سردبیری دیپ لوک، به طراحی وب و نویسندگی در گجت نیوز، بیگ تم و ماهنامه GB جی اس ام مشغول است.

ارسال نظر


*