انبساط جهان

فیلسوفان و فیزیکدانان مدت‌ها درباره‌ی ماهیت جهان تأمل کرده‌ بودند. برای مثال، اینکه آیا جهان محدود است یا نامحدود، یا اینکه آیا آغازی دارد یا جاویدان بوده است.

اما تقریبا همه بر این باور بودند که در کل، جهان هرگز تغییر نکرده، بلکه همیشه وجود داشته است و اجسام موجود در آن در چرخه‌های دائمی درحال گردش و تحول هستند.

افراد بسیار کمی (برای مثال، ادگار آلن پو شاعر) جهانی درحال تحول و تغییر را تصور می‌کردند. اما در دهه‌ی ۱۹۲۰، ریاضیدانی به نام الکساندر فریدمان، براساس راه‌حل‌های خود برای معادلات تئوری نسبیت عام اینشتین، پیشنهاد کرد که جهان باید درحال بزرگ‌تر یا کوچک‌تر شدن باشد.

خود اینشتین قبلا متوجه این احتمال شده بود اما ازآن‌جایی که هیچ شاهدی در این زمینه در دست نداشت، معادلات خود را تغییر داد تا آن‌ها بتوانند جهانی بدون تغییر را پیش‌بینی کنند.

اما چنین شواهدی در مواردی مانند اندازه‌گیری‌های رنگ‌های نور ساطع‌شده از سحابی‌های دور (بعدا کهکشان نامیده شد) جمع‌آوری شده بود.

تجزیه‌و‌تحلیل این داده‌ها موجب شد ادوین هابل در سال ۱۹۲۹ نشان دهد که هرچه کهکشان دوتر باشد، سریع‌تر درحال حرکت و دور شدن است که نشان می‌داد جهان درواقع درحال منبسط شدن است.

ساینس نیوز لتر در سال ۱۹۳۱ گزارش کرد: «سحابی‌های دور با سرعت‌های بالایی درحال دور شدن از ما هستند؛ بنابراین، جهان واقعی به‌طور دائم درحال انبساط است».

پادماده

در سال ۱۹۳۰، ساینس نیوز لتر پیشنهاد بسیار جسورانه‌ی فیزیکدان بریتانیایی جوانی به نام پل دیراک را گزارش کرد. او استدلال کرد ماده درواقع چیزی بیش از مجموعه‌ای از حفره‌ها در خلاء فضا نیست. بنا به پیشنهاد او، فضا خالی نیست، بلکه پر از الکترون‌هایی است که دارای انرژی منفی هستند.

این الکترون‌های دارای انرژی منفی تشخیص‌پذیر نیستند؛ اما در نقاطی که در آن یک الکترون با انرژی منفی به اندازه کافی انرژی دریافت می‌کند تا از دریای انرژی منفی جدا شود، حفره‌ای مانند حبابی خالی در اقیانوس تشکیل می‌شود.

نبود الکترون موجب می‌شود حفره دارای بار الکتریکی مثبت شود.

دیراک تصور می‌کرد چنین حباب‌های دارای بار مثبتی در اقیانوس دارای انرژی منفی با پروتون‌ها مطابقت دارد. پروتون ذره بنیادینی است که بیشتر جرم تمامی اتم‌ها و به عبارت دیگر، تمام ماده را تشکیل می‌دهد.

اما او در اشتباه بود و به‌زودی متوجه شد حفره‌های دارای بار مثبت نمی‌توانند پروتون باشند، بلکه باید بسیار سبک‌تر و دارای همان جرمی باشند که یک الکترون معمولی با بار منفی دارد؛ بنابراین، دیراک وجود پادماده را پیش‌بینی کرد که ایده‌ی کاملا جدیدی بود. یک الکترون معمولی که با پادماده خود برخورد می‌کند.

با پر کردن حفره ناپدید می‌شود و طی این فرایند انفجاری از انرژی را آزاد می‌کند. پادالکترون دیراک خیلی زود در اشعه‌های کیهانی توسط فیزیکدانی به نام کارل اندرسون شناسایی شد که حاکی از وجود احتمالی ذره‌ای با بار مثبت با جرم برابر الکترون معمولی دارای بار منفی بود.

تکتونیک (زمین‌ساخت) صفحه‌ای

در دهه‌ی ۱۹۶۰، بسیاری از دانشمندان علم زمین از فهمیدن این موضوع بهت زده شدند که باید کتاب‌های توصیف‌کننده‌ی تاریخچه زمین را دور بریزند.

اگرچه آلفرد وگنر چندان شگفت‌زده نشد. او که در سال ۱۹۳۰ از دنیا رفت، ستاره‌شناسی بود که به هواشناسی نیز پرداخت و سراغ دیرینه‌شناسی و ژئوفیزیک نیز رفته بود.

او در سال ۱۹۱۵، کتابی نوشت که پیشنهاد می‌کرد قاره‌های زمین زمانی در توده زمین واحدی به نام پانگه‌آ (کهن‌قاره) درکنار هم قرار داشتند. آن‌ها سپس در طول میلیون‌ها سال، از موقعیت‌های خود دور شدند و در جایی قرار گرفتند که در نقشه جهان امروز دیده می‌شود.

وگنر ادعا کرد که این نقشه تصویری دائمی از ویژگی‌های زمین نیست، بلکه فقط تصویری لحظه‌ای از فیلمی طولانی است.

اما افراد کمی وگنر را باور کردند و ژئوفیزیکدانان استدلال کردند که ازنظر فیزیکی، چنین حرکت گسترده‌ای از این توده‌های سخت و عظیم غیرقابل توضیح است.

با‌این‌حال، ایده وگنر درمورد رانش قاره‌ای از بین نرفت. اما ایده‌ی او تا دهه‌ی ۱۹۶۰، یعنی زمانی که الگوهای مغناطیسی تشخیص داده‌شده در کف دریا نشان ‌داد اقیانوس‌ها گسترش پیدا کرده‌اند و قاره‌ها را از هم دور کرده‌اند، با مخالفت دیگران رو‌به‌رو بود. ساینس نیوز لتر در سال ۱۹۶۳ گزارش کرد: «شواهد جدید… از تئوری مدت‌ها جنجال‌برانگیز که قاره‌ها زمانی به هم متصل بودند و سپس از هم دور شدند، حمایت می‌کند».

پژوهش‌های بیشتر طی سال‌های بعد نشان داد که رانش قاره‌ای نشانه‌ای از مکانیسم‌های پیچیده درون زمین است که به‌ تکتونیک صفحه‌ای یا زمین‌ساخت صفحه‌ای معروف شد. تکتونیک صفحه‌ای نه‌تنها موقعیت قاره‌ها، بلکه نحوه شکل‌گیری رشته‌کوه‌ها و علت تجمع زمین‌لرزه‌ها را در مناطق دارای فعالیت زمین‌لرزه‌ای بالا توضیح می‌دهد.

در سال ۱۹۶۹، ساینس نیوز به نقل از کارشناسان اعلام کرد: «زمان آن فرا رسیده است که تکتونیک صفحه‌ای به‌عنوان یک مدل نظری بنیادین در ژئوفیزیک پذیرفته شود».

درحالی‌که بسیاری از مقامات برای سال‌ها تمایلی به پذیرش آن نداشتند، در دهه‌های پس از آن، ایده‌ی شگفت‌انگیز وگنر تأیید شد.

گازهای بی‌اثر در ایجاد ترکیبات شرکت می‌کنند

آن اتم‌های مقاوم دربرابر واکنش به‌عنوان گازهای نجیب یا بی‌اثر شناخته شدند؛ زیرا در شرایط عادی همه‌ی آن‌ها در حالت گازی وجود داشتند.

در همه کتاب‌های درسی آمده بود که آرایش الکترون‌ها در اطراف اتم‌های گاز بی‌اثر مانع از این می‌شود که این گازها بتوانند در ایجاد ترکیب شیمیایی جدیدی شرکت کنند.

در دهه‌ی ۱۸۹۰، شیمیدانان خانواده جدیدی از عناصر یعنی گازهای بی‌اثر را به جدول تناوبی دمیتری مندلیف اضافه کردند.

هلیوم (ده‌ها سال پیش‌تر در خورشید شناسایی شده بود اما تا سال ۱۸۹۵ روی زمین کشف نشده بود)، نئون، آرگون، زنون، کریپتون و رادون قبلا مورد غفلت داشمندان قرار گرفته بودند، زیرا با عناصر دیگر ترکیباتی ایجاد نمی‌کردند.

با‌این‌حال در سال ۱۹۶۲، مطلبی با عنوان «ترکیب غیرممکن ساخته‌شده با گاز بی‌اثر» در ساینس نیوز لتر منتشر شد. آن مقاله ترکیبی از زنون به نام زنون تترافلورید را گزارش کرد که در آزمایشگاه ملی آرگون در ایلینوی تولید شده بود و به این موضوع نیز اشاره کرده بود که قبلا، در سال ۱۹۶۲ شیمیدانی به نام نیل بارتلت ترکیب دیگری از زنون به نام زنون-پلاتین هگزافلوراید را تولید کرده بود.

شیمیدانان مجبور شدند کتاب‌های خود را بازنگری کنند و به دانشمندان یادآوری شد که همیشه نباید آنچه را که به آن‌ها گفته می‌شود، باور کنند.