خاصیت بازگشتی آسمان - بخش علمی

مقدمه:

اکنون وقت آن فرارسیده تا از یافته های علمی دانشمندان آگاهی یابیم. در همین راستا در ادامه مختصری از مطالب علمی بیان می شود که انتظار می رود شما دانش آموزان پژوهشگر با مطالعه این مطالب و دیگر مطالبی که خودتان از منابع معتبر علمی می یابید بتوانید به سئوالات مطرح شده در پایان همین بخش پاسخ کامل و دقیقی ارایه نمایید.

آب و هوا

شرایط جو در یک زمان و مکان خاص را آب و هوا می‌گویند که وابسته به دما، فشار، رطوبت و بارش است. آب و هوا را در یک دوره زمانی کوتاه مثل دقایق، ساعت‌ها، روزها و هفته‌ها بیان و توضیح می‌دهند.

 میانگین ویژگی‌های آب و هوایی یک منطقه، اقلیم آن منطقه نام دارد. تغییرات اقلیم در یک دوره طولانی‌ زمین شناسی اتفاق می‌افتد و در دوره زمانی کوتاه سالانه و قرن حالت پایا و ثابت دارد. در حال حاضر از عصر یخبندان دور و به عصر گرما نزدیک‌ می‌شویم (آخرین دوره یخبندان 10000 سال قبل بوده است.) و این بدین معناست که آب و هوا در طول زمان در حال تغییر است.

 تغییرات آب و هوا و اقلیم وابسته به رابطه اقیانوس‌ها، خورشید و جو است. پیچیدگی رابطه بین این عناصر باعث شده است که پیش بینی آب و هوا برای بشر به صورت روزانه نیز سخت باشد و در بهترین حالت می‌تواند حداکثر برای یک هفته، آب و هوا را پیش بینی کند.

چرخه آب

به حرکت پیوسته آب بین زمین و جو، چرخه آب می‌گویند. این فرآیند بازگشتی می‌تواند نمونه‌ای از خاصیت بازگشتی در جو باشد که البته برای بشر در عصر نزول قرآن نیز تا حدودی قابل درک بوده است. مهمترین رویدادها در این چرخه به این شرح هستند:

1- تبخیر (Evaporation) و فراتراوش (Transpiration):

تبدیل ماده مایع به بخار تبخیر نام دارد که گرماگیر است. آب موجود در زمین توسط تابش خورشید یا رسانش گرمایی زمین یا همرفت در جو به بخار تبدیل می‌شود. هنگامی که انرژی از جو به آب می‌رسد، جو سرد می‌شود. وقتی گیاهان آب را توسط ریشه‌های خود جذب می‌کنند، آب موجود در گیاه توسط روزنه‌های گیاه خارج و وارد جو می‌شود و فراتراوش (تعرق) روی می‌دهد. این دو روش باعث وارد شدن بخار آب به جو می‌شوند.

2- چگالش (Condensation):

تبدیل ماده گازی به مایع را چگالش می‌گویند. هنگامی که بخار آب در جو بالا می‌رود، گسترده و خنک می‌شود. هنگامی که سرما به نقطه شبنم برسد، چگالش روی می‌دهد. چگالش در جو به عنوان ابر، مه یا شبنم ظاهر می‌شود. هنگامی که چگالش روی می‌دهد گرما به جو باز می‌گردد و جو گرم می‌شود.

3- بارش (Precipitation):

بارش، آب مایع یا جامدی است که از جو بر روی زمین می‌افتد. ابرها از میلیون‌ها قطره آب تشکیل شده ‌که چگالیده شده‌اند. قطرات آب با برخورد به یکدیگر و تجمع بزرگ تر می‌شوند. بزرگ شدن تا جایی پیش می‌رود که قطره نمی‌تواند خودش را در ابر نگه دارد و در این هنگام از ابر جدا می‌شود و بارش اتفاق می‌افتد. اگر دمای ابر در حد انجماد باشد، کریستال‌های یخی تشکیل می‌شوند که به یکدیگر می‌خورند و به هم می‌چسبند و دانه‌های برف را تشکیل می‌دهند.

4- جاری شدن آب و آب‌های زیر زمینی:

سیلاب‌ها و آب‌های زیرزمینی از بارش ناشی می‌شوند. هنگامی که بارش به سطح زمین می‌رسد یا توسط زمین جذب می‌شود یا اینکه به دلیل جذب نشدن توسط زمین بر روی آن جاری می‌‎شود. آب جاری و آب‌های زیرزمینی به رودخانه‌ها و در نهایت به دریاها و اقیانوس‌ها می‎رسند و دوباره تبخیر و وارد جو می‌گردند و یا توسط گیاهان جذب می‌شوند که باز هم توسط تعرق وارد جو می‌شوند. شکل 1 این چرخه را نمایش می‌دهد.

چرخه تشکیل باد

شاید بتوان حرکت هوا در تشکیل باد را نیز نمونه‌ای دیگر از خاصیت رجعی آسمان در نظر گرفت. (شکل 2)

باد حرکت ساده هوا نسبت به سطح زمین است. جهت باد فقط افقی نیست و یک حرکت سه بعدی است. سطح جو دارای دو منطقه کم فشار و پر فشار است که به وسیله خطوط ایزوبار (Isobar) پوشانده شده است. ایزوبارها خط‌های با فشار ثابت هستند که مکان‌های همفشار را نمایش می‌دهند. هر چه خطوط ایزوبار به هم نزدیک‌تر و فشرده‌تر باشند، فشار در فاصله کمتری و با سرعت بیشتری تغییر می‌کند. سه نیرو باعث وزیدن باد و جهت‌دهی به حرکت باد می‌شود.

1- نیروی گرادیان فشار:

تفاوت فشاری که در جو وجود دارد باعث حرکت هوا از فشار زیاد به فشار کم می‌شود. همچنین بر روی سرعت باد موثر است. هر چه نیروی گرادیان فشار بیشتر باشد، سرعت باد بیشتر می‌شود. بادهای شدید در جایی که ایزوبارها فشرده‌تر هستند، روی می‌دهند.

2- نیروی کوریولی:

این نیرو ناشی از چرخش زمین به دور خودش است. این نیرو باعث می‌شود، اجرام در حال حرکت از مسیرشان منحرف شوند (در نیمکره شمالی به سمت راست و در نیمکره جنوبی به سمت چپ). این نیرو در نزدیکی قطب‌ها بیشترین مقدار و در استوا مقدار صفر دارد. در بیشتر جو نیروی کوریولی و گرادیان فشار تقریباً با هم برابر هستند. اگر نیروی کوریولی و گرادیان فشار دقیقاً برابر و در جهت مخالف هم باشند، باد در جهت موازی با ایزوبارها و فشار بالا می‌وزد.

3- نیروی اصطکاک:

اصطکاک در نزدیکی زمین بسیار مهم است، زیرا سطح زمین ناهمواری‌های فراوانی دارد. اصطکاک نیرویی است که باعث می‌شود هوا به آرامی و مارپیچی به سمت پایین بیاید.

 

هنگامی که هوا به سمت پایین می‌چرخد، به سمت پایین همگرا می‌شود و این همگرایی باعث می‌شود هوا به سمت بالا برود. هنگامی که هوا بالا می‌رود ممکن است چگال شود و در نتیجه ابر و بارش تشکیل گردد. بنابراین همیشه همراه سیستم‌های کم فشار، آب و هوا متغیر می‌شود و همراه سیستم‌های پرفشار آب و هوا مناسب و لطیف است. اما هنگامی که هوا به سمت بالا می‌چرخد واگرا می‌شود و هوای بالای آن فرو می‌افتد و جایگزین هوای واگرا شده می‌گردد. هوایی که در این واگرایی فرو می‌افتد، گرم می‌شود و باعث می‌گردد هر ابری که وجود دارد از بین برود. (بالا).

شکل زیر، نمایی از حرکت‌های هوای اطراف زمین و تشکیل باد را که همراه با گردش و بازگشت‌هایی است، نمایش می‌دهد.

بازگشت امواج رادیویی توسط یونسفر

جو زمین لایه‌های مختلفی دارد (شکل زیر). یکی از بازگشت‌هایی که در جو زمین رخ می‌دهد، توسط لایه یونسفر است. این لایه می‌تواند امواج رادیویی را به زمین باز گرداند.

از سطح زمین تا ارتفاع 12-10 کیلومتری تروپسفر (Troposphere) نامیده می‌شود و در آن دما با افزایش ارتفاع، کاهش می‌یابد. بالای تروپسفر، تروپوپاز (Tropopause) قرار دارد که تروپسفر را از استراتوسفر (Stratosphere) جدا می‎‌کند. تمام رویدادهای آب و هوایی در این منطقه که ذاتاً ناپایدار است، اتفاق می‌افتد.

از بالای تروپوپاز تا ارتفاع 50 کیلومتری استراتوسفر نامیده می‌شود و شامل لایه ازن می‌باشد. اوج غلظت آن در ارتفاع 30-20 کیلومتری است. دما در این لایه جو با افزایش ارتفاع، افزایش می‌یابد. دلیل اینکه دما با افزایش ارتفاع، افزایش می‌یابد، این است که، لایه ازن تابش ماورابنفش (Ultraviolet) (UV) را جذب می‌کند. لایه ازن این انرژی را به صورت گرما به استراتوسفر تابش می‌کند. بالای لایه استراتوسفر به ترتیب لایه‌های مزوسفر (Mesosphere)، مزوپاز (Mesopause)، ترموسفر (Thermosphere) و اگزوسفر (Exosphere) قرار دارند.

یونسفر (Ionosphere) لایه‌ای الکتریکی درون جو زمین است که شامل مقدار زیادی یون (ذرات باردار) و الکترون آزاد می‌باشد. این لایه از 60 تا 1000 کیلومتری زمین قرار دارد و شامل قسمتی از مزوسفر و همه ترموسفر و اگزوسفر است.

یونوسفر برای انتشار امواج رادیویی (فقط AM) و بازتاب این امواج به زمین مهم است. یونوسفر شامل سه لایه به نام‌های D، E و F است (شکل بالا). این لایه‌ها روزانه هستند، یعنی بین روز و شب مکانشان تغییر می‌کند و ویژگی‌های متفاوتی را در فصل‌ها و روزهای مختلف دارند. به همین دلیل ایستگاه‌های رادیویی در شب و روز باید تنظیم شوند.

لایه D

لایه‌ی D پایین‌ترین لایه و از ارتفاع 60 تا 95 کیلومتری است. برهمکنش‌های شیمیایی مختلفی در این لایه انجام می‌شود. این لایه در شب هنگامی که تابش متوقف می‌شود، از بین می‌رود و یونیزاسیون انجام نمی‌شود و باز ترکیب یون‌ها و الکترون‌ها انجام می‌شود. اهمیت این لایه یونسفر در جذب امواج رادیویی AM است.

لایه E

لایه E بین لایه D و F است که در ارتفاع 90-120 کیلومتری قرار دارد. در این لایه چگالی الکترون به طور روزانه تغییر می‌کند و به علت تابش اشعه ایکس و اشعه ماورابنفش خورشید، یونیزه می‌شود و در طول بازترکیب الکترون‌ها، دیونیزاسیون می‌شود و اشعه‌هایی در همان طول موج تابش می‌کند. چگالی الکترون در روز در حدود 10¹¹ الکترون در متر مکعب است و در شب به تعداد تقریباً 5×10⁹ الکترون در متر مکعب می‌رسد.

لایه F

بالاترین لایه یونسفر، لایه F است و از 200 تا 1000 کیلومتری است. در تمام شب یونیزه است و امواج با فرکانس بالا را در طول روز بازتاب می‌کند و در شب عبور می‌دهد. امواج با فرکانس پایین (15-10 مگاهرتز) را در طول شب به زمین باز می‌گرداند.

حرکت چرخشی اجرام آسمانی

یکی از مهم ترین مباحث فیزیک، پایستگی تکانه زاویه‌ای در جهان است. اگر جسمی با جرم m و با سرعت v با فاصله r به دور نقطه‌ای حرکت کند، تکانه زاویه‌ای نسبت به آن نقطه برابر است باL = mvr sin θ ¸، که θ  زاویه بین راستای r و سرعت v است. مطابق شکل زیر پایستگی تکانه زوایه‌ای بدین معناست که این کمیت انتقال می‌یابد، اما خلق یا نابود نمی‌شود.

شواهد تجربی نشان می‌دهد، تمام اجرام آسمانی جهان تکانه زاویه‌ای دارند و شاید بتوان گفت تولد جهان همراه با چرخش بوده است. احتمالاً مه‌بانگ چرخش اولیه‌ای داشته است و این تکانه خالص را به کهکشان‌ها منتقل کرده است. بنابراین حرکت چرخشی اجرام آسمانی در مدارهای مشخص خود که نوعی از حرکت بازگشتی و تکرارپذیر است، در تمام اجزاء سازنده آسمان دیده می شود.

چرخه تحول ستارگان

همانطور که می دانید خورشید ما و دیگر ستارگان از سحابی ها به وجود آمده اند. زمانی که سحابی که شامل

گاز و غبار است، در مرکز آن فرو بپاشد، توپی از گاز داغ و چگال به نام ستاره وجود می‌آید. فعالیت‌های هسته‌ای درون مرکز ستاره شروع و انرژی آزاد می‌شود. این فعالیت‌های هسته‌ای به جرم ستاره وابسته است. در پایان فعالیت هسته‌ای، ستارگان تبدیل به کوتوله سفید، ستاره نوترونی یا سیاه چاله می‌گردند. هنگامی که انفجار ابرنواختری اتفاق می‌افتد مواد ستاره به بیرون پرتاب می‌شود و چرخه تولد ستاره تکرار می‌گردد. شکل بالا نمایی از تولد انواع ستارگان از سحابی تا مرگ آنها و تولد دوباره آنها (چرخه حیات ستارگان) از سحابی را نمایش می‌دهد. شکل به خوبی نشان می‌دهد که حیات ستارگان یک چرخه‌ای از رویدادهای تکرار پذیر است.

بازگشت جهان به نقطه آغاز

برخی از مفسران با توجه به آیات 11 سوره فصلت و 104 سوره انبیاء منظور از ذات الرجع بودن آسمان را تولد آن از دود و دخان و بازگشت آن به همان حالت اولیه دانسته اند.

از لحاظ علمی سه مدل برای شکل جهان تعریف شده است:

1) تخت و انحنای صفر

2) کروی یا بسته و انحنای مثبت

3) هذلولی یا باز و انحنای منفی.

اگر جرم جهان زیاد باشد و چگالی آن از حد بحرانی که برای چگالی جهان تعریف می‌کنند، بیشتر باشد، انحنای جهان مثبت و بسته خواهد بود، اگر جرم و چگالی جهان از مقدار حدی جهان کمتر باشد، انحنای جهان منفی و باز خواهد بود. شکل فوق به ترتیب از سمت راست، جهان تخت، هذلولی و کروی را نمایش می‌دهد.

اگر مدل جهان بسته باشد اندازه جهان محدود است و مرزی ندارد. در زمان هم بسته خواهد بود، یعنی گسترش آن، روزی متوقف خواهد شد و مه‌رمب (BigCrunch) اتفاق خواهد افتاد.

اگر مدل جهان تخت باشد، می‌تواند گسترده گردد. در فضا نامحدود است و مرزی ندارد. این جهان برای همیشه گسترده می‌شود، اما شتاب این گسترش صفر است.

اگر جهان باز باشد، بدون مرز و بینهایت است. هم چنین برای همیشه گسترده می‌گردد، اما شتاب گسترش آن صفر نیست. به عبارت ساده‌تر جهان باز به گسترده شدن خود ادامه می دهد. جهان بسته منقبض می‌شود و مه‎رمب اتفاق افتد و جهان تخت بدون مرز است و بدون شتاب گسترش می یابد.

چگالی جهان، پایان جهان را تعیین می‌کند. اگر چگالی جهان از چگالی بحرانی بیشتر باشد، جهان بسته است. اگر چگالی جهان از چگالی بحرانی کمتر باشد جهان باز خواهد بود و اگر چگالی برابر چگالی بحرانی باشد، جهان تخت است.

در مدل جهان بسته، جهان به نقطه آغازین خود مه‌بانگ (BigBang)، باز می‌گردد که مه‌رمب (Bigcrunch) نام دارد. چنین پایانی زمانی اتفاق می‌افتد که جرم کافی در جهان برای تامین نیروی گرانش جلوگیری کننده از گسترش جهان وجود داشته باشد. (شکل زیر).

نکته پایانی تاکنون با خاصیت های بازگشتی متعدد آسمان آشنا شدید، البته همان طور که می دانید آسمان علاوه بر خواص و پدیده های گفته شده دارای عجایب بی شمار و خواص و پدیده های شگفت انگیز متعدد است، اما سوال این است که با وجود تمامی این شگفتی ها چرا خداوند صفت ذات الرجع را به آسمان نسبت می دهد.

برای پاسخ به این سوال باید به این نکته توجه کرد که برای اینکه پدیده‌ای، با ویژگی خاصی (فارغ از مابقی ویژگی‌هایش) معرفی شود، باید آن ویژگی یا بسیار بارز و در مقیاس وسیعی باشد و یا اینکه از جنبه‌های متعددی واقع شود. در مورد ذات الرجع بودن آسمان نیز به نظر می‌رسد که وجود پدیده‌های بازگشتی بارز و متعدد در آسمان سبب شده تا خداوند آسمان را با این صفت معرفی نماید.

سئوالات:

1- آیا به نظر شما چرخه آب می تواند مصداقی از ذات الرجع بودن آسمان باشد (توضیح دهید)؟

در این صورت کدام معنای رجع مورد نظر است (بازگشتن یا بازگرداندن)؟

به عبارت دیگر آیا این خود جو است که حرکت بازگشتی دارد یا اینکه جو باعث بازگرداندن چیز دیگر و ایجاد حرکت چرخشی در آن می شود؟

2- به نظر شما آیا حرکت های چرخشی بادها می تواند مصداقی از خاصیت های بازگشتی جو باشد؟

در این صورت کدام یک از معانی رجع مورد نظر است (بازگشتن یا بازگرداندن)؟

3- لایه های مختلف جو زمین را بیان کرده و مهم ترین ویژگی های هریک را توضیح دهید.

4- چگونگی بازتاب امواج رادیویی از لایه یونسفر را توضیح دهید. به نظر شما آیا این ویژگی جو زمین می تواند مصداقی از ذات الرجع بودن آسمان باشد؟

در این صورت کدام یک از معانی رجع مورد نظر است (بازگشتن یا بازگرداندن)؟

5- به نظر شما آیا می توان حرکت چرخشی اجرام آسمانی را مصداقی از ذات الرجع بودن آسمان دانست؟ با توجه به وجود این حرکت چرخشی در اجرام آسمانی، آیا می توانید دیدگاه گذشتگان را که ذات الرجع بودن آسمان را به طلوع و غروب متناوب خورشید و ماه و ستارگان نسبت می دادند، اصلاح کرده و دیدگاه صحیح را بیان نمایید؟

6- انواع ستارگان و چرخه حیات هر یک را شرح دهید.به نظر شما آیا چرخه شکل گیری ستارگان را می توان مصداقی از ذات الرجع بودن آسمان دانست؟ در این صورت منظور از سماء چیست؟

7- تحقیق کنید که آخرین یافته های علمی چگونه پایانی را برای جهان توصیف می کنند؟

8- به نظر شما با توجه به یافته های علمی می توان چگونگی پایان جهان را مصداقی از ذات الرجع بودن آسمان دانست؟

9- به نظر شما مردم در عصر نزول قرآن با کدامیک از خاصیت ها و پدیده های بازگشتی در آسمان می توانستند آشنایی داشته باشند؟

10- آیا شما در مطالعات خود به پدیده های بازگشتی دیگری برخورد کردید؟ نام ببرید.

11- به نظر شما این احتمال وجود دارد که پدیده‌های بازگشتی دیگری نیز در آسمان وجود داشته باشد که انسان‌ها در سالیان آینده بدان دست یابند؟

گام آخر:

با جمع بندی مطالعات خود و با راهنمایی معلمان و مشاوران خود، تلاش کنید این مطالب را در قالب یک مقاله علمی تدوین و تنظیم نمایید.