بیوگرافی ارنست ماخ

متولد ۱۸ فوریهٔ ۱۸۳۸

برنو، امپراتوری اتریش

مرگ ۱۹ فوریهٔ ۱۹۱۶ (۷۸ سال)

مونیخ، امپراتوری آلمان

ملیت اتریشی

تبار فیزیک

محل کار دانشگاه گراتس

دانشگاه کارلف

دانش آموختهٔ دانشگاه وین

دلیل شهرت عدد ماخ

دین بی خدا

ارنست والدفرید یوزف ونتسل ماخ (به آلمانی: Ernst Waldfried Josef Wenzel Mach) فیلسوف مشهور و فیزیکدان برجسته اتریشی در قرون نوزدهم و بیستم میلادی.

زندگی ارنست ماخ

در توراس، زاده شد. او که در مکانیک کلاسیک، دارای تئوری‌های ارزشمندی است، در شمار پیشگامان نظریه آلبرت انیشتین در مورد ایجاد مکانیک نسبیتی، جای دارد و نظریات خود را در دو جلد، به نام علم مکانیک، منتشر کرد.

ماخ، کرسی تاریخ و نظریه علم استقرایی در دانشگاه وین را بر عهده داشت. کار عمده او پرورش بیشتر تجربه گرایی بارکلی و هیوم بود.

پس از اتمام تحصيلات خويش به تدريس پرداخت. ماخ در اين هنگام به انتقاد از اصول مكانيک كلاسيک مشغول شد و تئوري ‏های جديدی وضع كرد كه به نام خود او معروفند. وی در زمينه فيزيولوژی و روانشناسی احساس‏ های انسان و به ويژه رابطه آن‏ها با نظريه علم نيز دست به تحقيق زد. ماخ يكي از بنيان‏گذاران مكتب امپيريوكری تيزيسم به شمار می ‏رود كه بر اساس آن فلسفه واقع‏ بينانه مبنی بر تجزيه و تحليل احساس‏ ها و عواطف انسانی می ‏باشد.

هرچند كه ماخ در علم فيزيک صاحب‏ نظر و استاد بود، با اين حال، بيشتر به عنوان فيلسوف علم شهرت دارد. وی معتقد بود هر نظريه علمی كه اشاره ‏ای به اشيايى داشته باشد و نتوان آن‏ها را به تجربه ‏های حسی باز گرداند، مردود است. در اين حال، ماخ اين اعتقاد را دارد كه علم بايد از مفاهيمی هم‏چون مكان مطلق و زمان مطلق چشم بپوشد. اين جنبه از آرای ماخ، در آلبرت انيشتين فيزيكدان شهير قرن بيستم تاثير فراوان داشته است.

اندیشه

به اعتقاد ارنست ماخ، در علم، تنها باید از واژگانی استفاده شود که به صورت تجربی قابل مشاهده‌اند و نمی‌توان در نظریه‌های علمی، از واژگانی مانند میدان الکتریکی استفاده کرد. گاهی از این دیدگاه، به عنوان تجربه گرایی خام، یاد می شود.

نخستین فیلسوفان علم و بیشتر فیزیک‌دانان و ریاضی‌دانانِ متمایل به منطق و فلسفه، از ماخ، پیروی نکردند.

مرگ

ارنست ماخ در روز ۲۹ اکتبر ۱۹۱۶ (میلادی) درگذشت.

آشنایی با عدد ماخ

عدد ماخ از نام ارنست ماخ، فیلسوف و فیزیکدان چک – اتریشی تبار گرفته شده است.عدد ماخ بیشتر به عنوان یک کمیت بدون اندازه شناخته می شود تا یک واحد اندازه گیری، به این خاطر عدد در هنگام همراه بودن با کلمهٔ ماخ، بعد از آن قرار می گیرد.

برای نوشتن دو ماخ به جای ۲ ماخ (2 mach)، شکل ماخ 2 (mach2) بکار برده می شود. این کلمه تا اندازه ای یادآور واحد قدیمی ژرفاسنجیمدرن اقیانوس مارک مترادف قولاج است که زودتر از ماخ بوجود آمده و احتمالاً بر استفاده از واژهٔ ماخ تاثیر گذارده است. یک دهه قبل از انکه انسان سریعتر از صوت پرواز کند، مهندسان هوانوردی برای اشاره به سرعت صوت از کلمهٔ عدد ماخ استفاده می کردند، نه ماخ.

بررسی ابعادی

عدد ماخ هم برای اجسام پرسرعت در حال حرکت در یک سیال و هم برای جریانات سیال پرسرعت در کانال هایی مانند نازل ها(nozzles)، پخش کن ها(diffiusers) یا تونل های باد مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجایی که این عدد نسبتی از دو سرعت است، یک عدد بدون بعد محسوب می شود.

در دمای ۱۵ درجهٔ سلسیوس، سرعت صوت در جو زمین برابر است (761.2mph, 340.3m/s). سرعتی که بوسیلهٔ عدد ماخ نشان داده می شود یک عدد ثابت نیست. برای مثال این سرعت به دما و ترکیب جوی بستگی دارد. صرف نظر از ارتفاع، این سرعت در استراتسفر هوا کره ثابت باقی می ماند، اگرچه فشار هوا با تغییر ارتفاع تغییر می کند.

آشنایی با عدد ماخ

وابستگی به دما

از آنجایی که سرعت صوت همواره با افزایش دما، افزایش پیدا می‌کند، سرعت واقعی یک شی که با سرعت یک ماخ حرکت می‌کند به دمای مادهٔ سیال اطراف آن بستگی خواهد داشت.

عدد ماخ به این دلیل مفید است که مادهٔ سیال در یک عدد ماخ مشابه، به شکل مشابهی رفتار می کند. بنابراین هواپیمایی که با سرعت یک ماخ بر سطح دریا پرواز می کند، موج شوک را به همان شکل دریافت می کند که اگر با سرعت یک ماخ در ارتفاع ۱۱۰۰۰ متری پرواز می کرد، دریافت می کرد، اگر چه که با سرعت (295m/s,654.6mph ) سرعت اش بر سطح دریا ) پرواز می کند.

جریان پرسرعت در اطراف اشیاء پرواز را می توان به طور غیر دقیق در ۵ دسته طبقه بندی کرد:

– زیرصوت (Subsonic):

M <Mcri

– نزدیک صوت (Transonic):

– صوت (Sonic)

M = ۱

– بالای صوت (۱ <M <5 :(Supersonic

– مافوق صوت (M> 5 :(Hypersonic

برای مقایسه: سرعت مورد نیاز برای مدار پایین زمین در هوا و ارتفاع بالا تقریباً km/s5/7=4/25 M است. سرعت نور در خلاء تقریباً برابر است با ۸۸۰۰۰ ماخ.

در سرعت بالای صوت، میدان جریان اطراف شی، هم شامل بخش های پایین صوت و هم بالای صوت می شود. محدودهٔ زمانی بالای صوت زمانی آغاز می‌شود که اولین نواحی جریان M>۱ در اطراف شی پدیدار می شوند.

در صورت وجود یک ایرفویل (مثلاً یک بال هواپیما) این اتفاق معمولاً در بالای بال اتفاق می افتد. جریان بالای صوت فقط در یک شوک معمولی می تواند به زیر صوت کاهش پیدا کند، این اتفاق معمولاً قبل از رسیدن به لبهٔ پشتی رخ می دهد.

همزمان با افزایش سرعت، نواحی جریان M>۱ بر روی لبهٔ پشتی و جلویی نیز افزایش می یابد. وقتی سرعت به M=1 برسد و از آن بگذرد، شک معمولی به لبهٔ پشتی می رسد و به یک شک ضعیف و غیرمستقیم تبدیل می شود. جریان بعد از شک کاهش پیدا می کند اما همچنان در محدودهٔ بالای صوت باقی می ماند. یک شک معمولی در جلوی شی بوجود می آید و، تنها ناحیهٔ زیرصوت در میدان جریان، یک محدودهٔ کوچک در اطراف لبهٔ پشتی شی است.

1- عدد ماخ در جریان هوای بالای صوت در اطراف یک ایرفویل، M<1 (a) و M>1 (b).

زمانی که یک هواپیما به سرعت یک ماخ می رسد، یک تفاوت فشار بزرگ درست در مقابل هواپیما ایجاد می شود. این تفاوت فشار ناگهانی موج شوک نامیده می شود که به سمت عقب و به بیرون از هواپیما پخش می‌شود و شکلی شبیه یک مخروط دارد (مخروط ماخ).

این موج شوک باعث ایجاد انفجار صوتی می شود که هنگام عبور یک هواپیما با سرعت زیاد از بالای سر یک شخص شنیده می شود. شخص درون هواپیما این صدا را نخواهد شنید. هرچه سرعت بیشتر باشد مخروط هم باریکتر خواهد بود و بعد از رسیدن به M=۱ دیگر کمتر شبیه یک مخروط است، بلکه بیشتر شبیه یک صفحهٔ تقریباً مقعر است.

در سرعت کاملاً بالای صوت، موج شوک شروع به تشکیل شکل مخروطی خود می‌کند و جریان هم کاملاً بالای صوت است، یا (در صورت بدون نوک بودن شی) فقط یک محدودهٔ جریان زیرصوت خیلی کوچک بین دماغهٔ شی و موج شوک که در مقابل ایجاد می‌کند، باقی می ماند (در صورت نوک تیز بودن شی، هیچ هوایی بین دماغه و موج شوک وجود ندارد، موج شوک از خود دماغه شروع می شود).

هم زمان با افزایش عدد ماخ، قدرت موج شوک نیز افزایش پیدا می‌کند و مخروط ماخ هم به طور فزاینده ای باریک می شود. با عبور جریان سیالاز موج، سرعت آن کاهش پیدا می کند و دما، فشار و چگالی افزایش می یابد.

هرچه شوک قوی تر باشد، تغییرات هم بزرگتر خواهد بود.در عدد ماخ بسیار بالا پس از شوک دما آن قدر افزایش پیدا می کند که تجزیه یونی و تفکیک مولکول های گاز در پشت موج شوک شروع می شود. چنین جریان هایی مافوق صوت نامیده می شوند.

واضح است که هر شئی که با سرعت مافوق صوت حرکت می کند نیز در معرض همان دمای شدیدی قرار می گیرد که گازهای پشت موج شوک دماغه در معرض آن قرار می گیرند، و از این رو انتخاب مواد مقاوم در برابر گرما اهمیت می یابد.

زندگینامه ارنست ماخ

جریان پرسرعت در یک کانال

زمانی که یک جریان در یک کانال ازM=1 عبور کند، بالای صوت می‌شود، یک تغییر بزرگ هم رخ می دهد.به طور معمول انسان توقع دارد که با منقبض کردن کانال سرعت جریان افزایش پیدا کند.در سرعت زیر صوت این موضوع صحت دارد، اما زمانی که جریان بالای صوت شود، رابطهٔ محدودهٔ جریان و سرعت برعکس می شود.

در واقع بسط دادن تونل سرعت را افزایش می دهد. نتیجهٔ کلی این است که برای رساندن یک جریان به سرعت بالای صوت یک nozzle همگرا – واگرا لازم است که در آن بخش همگرا سرعت جریان را به سرعت صوت، M=1، برساند و بخش واگرا این افزایش سرعت را ادامه دهد. چنین nozzle هایی را de Laval nozzles می نامند و در شرایط خاص آنها قادر به دست یافتن به سرعت های مافوق صوت باورنکردنی ای هستند (۱۳ماخ در سطح دریا)

ماخ متر یا سیستم الکترونیکی اطلاعات پرواز(EFIS) یک هواپیما می تواند عدد ماخ مشتق شده از فشار ایستایی و فشار ساکن را نشان دهد.

بیوگرافی جیمز واتسون

جیمز دیویی واتسون (به انگلیسی: James Dewey Watson) (زادهٔ ۶ آوریل ۱۹۲۸ میلادی در شیکاگو، ایلینوی) زیست‌شناس مولکولی، زیست‌فیزیک‌دان، جانورشناس و متخصّص علم ژنتیک آمریکایی است.

او به همراه فرانسیس کریک و موریس ویلکینز و روزالیند فرانکلین نقشی مهم در کشف ساختار مولکولی دی ان ای بازی کرد. ماده‌ای که اساس انتقال موروثی و اطلاعات ژنتیکی در موجودات زنده به نسل‌های بعدی به شمار می رود. واتسون جایزه نوبل فیزیولوژی و پزشکی را در سال ۱۹۶۲ میلادی به همراه دو دانشمند دیگر دریافت کرد.

جیمز واتسون در سن ۱۵ سالگی وارد دانشگاه شیکاگو شد. سال ۱۹۴۶ بصورت اتفاقی با کتاب معروف اروین شرودینگر با نام زندگی چیست روبرو شد که این کتاب باعث شد تا مسیر زندگی وی تغییر کند و رشته‌ی خود را از پرنده شناسی به ژنتیک تغییر دهد. واتسون در سال ۱۹۴۷کارشناسی خود را در رشته‌ی جانورشناسی گرفت. سپس برای پیگیری رشته‌ی ژنتیک به دانشگاه ایندیانا رفت و سال ۱۹۵۰ دکترای خود را از این دانشگاه دریافت کرد.

مهمترین دستاورد علمی دکتر واتسون به کشف ساختار DNA باز می گردد. دی ان ای یا دئوکسی‌ ریبونوکلئیک‌ اسید نوعی اسید نوکلئیک است که دستورالعمل های ژنتیکی دارد که برای کارکرد و توسعه‌ی بیولوژیکی موجودات زنده و ویروس‌ها مورد استفاده قرار می گیرد. شکل گیری حیات موجودات زنده به این مولکول پیچیده مربوط می شود. نقش اصلی این مولکول ذخیره سازی اطلاعات ژنتیکی است. پیام های ژنتیکی موجود در مولکول دی ان اِی در نهایت برای مواردی چون ساخت پروتئین و مولکول های RNA، مورد استفاده قرار می گیرد.

قطعه هایی از دی ان ای که پیام های ژنتیکی را با خود حمل می کنند ژن نامیده می شوند ولی دی ان ای توالی های دیگری نیز دارد که برای ساخت خود دی ان ای یا تنظیم استفاده از اطلاعات ژنتیکی موجود در ژن، مورد استفاده قرار می گیرند.

کشف ساختار DNA از مهمترین دستاوردهای علمی می باشد

او در فصل بهار سال ۱۹۵۱ به همراه «کلکر» به مقر جانورشناسى ناپل عزیمت کرد و طى حضورش در یکى از سمپوزیوم هاى علمى با «موریس ویلکینز» ملاقات کرد و براى نخستین دفعه قضیه الگوى انکسار اشعه X در بلور DNA دقت اورا جلب کرد و ذیل تاثیر آن، مورد اصلى پژوهش ها خویش را بر مورد ساختار شیمیایى اسیدهاى نوکلئیک و پروتئین ها متمرکز کرد و در همین راستا آزمایشگاه مجهز دانشکده کاوندیش را تحت عنوان رأس پژوهش ها علمى خویش برگزید.

اندکى بعد واتسون با دانشمند دیگرى به نام «فرانسیس کریک» آشنا شد که از قضا او نیز علاقه شدیدى به کشف ساختار DNA داشت. بدین ترتیب همکارى این دو آغاز شد و پس از چندى براساس شواهد تجربى و همچنین آزمایش هاى متعدد براى مطالعه ساختار زنجیره اى پلى نوکلئوتید ها توانستند ساختار اولیه DNA را بیابند که به عنوان گام نخستین موفقیت آمیز نبود. اما تلاش دوم این دو دانشمند که بیش از پیش بر شواهد تجربى استوار بود توانست نظر دانشمندان معاصر را به خود جلب کند که خبر از ساختار مارپیچى DNA مى داد.

قصه از این قرار بود که واتسون 24 ساله اهل شیکاگو و کریک 36 ساله اهل نورتامپتون انگلستان با نشاط مفرد از در آزمایشگاه کاوندیش دانش کده کمبریج بیرون شدند و با هیجان شدید به مذاکره پرداختند. زمانی دیگر دانشجو یان از آنان پرسیدند که موضوع چه است، کریک با استعمال از یکسری واژه و کلمه اظهار کرد: «ما سر معاش را کشف کردیم».

در پایان آن روز در سال 1953 دو دانشمند ناشناخته، شکل دو رشته ای دواوکسی ریبونوکلوئیک یا همان DNA خودمان را کشف کرده بودند که در داخل آن مارپیچ ها، بسیاری از رموز همچون: وراثت، بیماری،کهنسالی و در انسانها هوش و ذکاوت و حافظه نیز نهفته است. البته کسی از آن دانشجویان فکر نمی کرد که آن دو بتوانند به صورت مشترک با موریس ویکینز جایزه نوبل سال 1962 را کسب نمایند.

واتسون هم زمان بر روى ساختار تى ام وى ( TMV ) با منفعت گیرى از تکنیک هاى ناکامی ( انکسار ) اشعه X آزمایشات متعددى انجام بخشید با این انگیزه که آیا ساختار شیمیایى آن ها هم صورتى مارپیچى داراست یا این که خیر که در ژوئن ۱۹۵۲ بعد از پژوهش ها زیاد سرانجام معین شد که ویروس هم ساختارى مارپیچى دارا است.

واتسون از سال ۱۹۵۳ به بازه ۲ سال در انستیتو تکنولوژى دانشکده کالیفرنیا تحت عنوان مسئول پژوهش ها بیولوژى کالج شاغل شد و در کنار «الکساندر ویچ» پژوهش ها مبسوطى را در قضیه RNA به انجام رساندند. وی بعد از آن به «کاوندیش» رجوع و در خلال 1 سال حضورش، مقاله ها علمى متعددى را در مسئله اصول عمومى ساختار ویروس منتشر کرد.

اوایل سال ۱۹۵۶ بود که واتسون به عنوان عضو هیات علمى دانشکده زیست شناسى دانشگاه هاروارد برگزیده شد و طى سه سال موفق شد به مقام استادى در این دانشگاه نائل آید. او در این دوران تمام هم و غم خود را بر یافتن نقش RNA در سنتز پروتئین صرف کرد.

دکتر واتسون به همراه فرانسیس کریک سال ۱۹۵۳ توانست ساختار مولکول DNA را کشف کند تا یک انقلاب در علم زیست شناسی به وجود آید. وی به خاطر این کشف و تحقیق در خصوص عملکرد این مولکول در موجودات زنده سال ۱۹۶۲ جایزه نوبل پزشکی را دریافت کرد.

دکتر واتسون در خلال سال های ۱۹۵۶ تا ۱۹۷۶ در دپارتمان زیست شناسی دانشگاه هاروارد به تحقیق و تدریس پرداخت. وی یکی از کسانی است که کمک بسیار زیادی به راه اندازی پروژه معروف ژنوم انسان کرده است، این پروژه طرح نقشه ‌برداری و تعیین توالی کل ژنوم انسان بوده است. این پروژه یکی از بزرگ ترین پروژه‌های ژنتیکی تاریخ به شمار می رود.

کمک بسیار زیادی به راه اندازی پروژه معروف ژنوم انسان کرده است

فعالیت سیاسی

واتسون در دورهٔ فعالیت خود به عنوان استاد در هاروارد در اعتراضات سیاسی گوناگونی شرکت کرد.

جنگ ویتنام: در کنار ۱۲ عضو هیئت علمی دانشکده زیست‌شناسی بیوشیمیایی و مولکولی از جمله یک برنده دیگر نوبل قطعنامه ای برای بازگردانی فوری نیروی های ایالات متحده از ویتنام را صادر کرد.

گسترش سلاح هسته‌ای و محیط زیست گرایی: او در ۱۹۷۵ و در سیمین سالگرد بمباران اتمی هیروشیما همراه بیش از ۲۰۰۰ دانشمند و مهندس، علیه گسترش سلاح هسته ای بخاطر عدم وجود راه‌حلی نهایی برای دفع زباله‌های هسته‌ای و نیز ناکافی بودن پروسه‌های امنیتی علیه سرقت تروریستی پلوتونیوم تولیدشده و پیامد آن به خطر افتادن آزادی آمریکایی و امنیت بین‌المللی، به پرزیدنت فورد نامه نوشتند.

واتسون در سال ۲۰۰۷ گفته: «به مخالفی برای جناح چپ تبدیل شدم زیرا آنها ژنتیک را دوست ندارند، زیرا ژنتیک تأیید می‌کند که گاهی در زندگی ما شکست می‌خوریم چون ژنهای بدی داریم. آنها می‌خواهند دلیل همه شکست ها در زندگی را ناشی از سیستمی شیطانی قلمداد کنند»

فروش جایزه نوبل

جیمز واتسون تمام عمر خود را به تحقیق پرداخته است. وی از سال ۲۰۰۷ با مشکلات مالی و کاهش درآمد مواجه شد و به همین خاطر نمی‌توانست هزینه‌ی بعضی از کارهای تحقیقاتی خود را تامین کند در نتیجه سال ۲۰۱۴ تصمیم گرفت تا مدال نوبل خود را برای فروش به مناقصه بگذارد. مدال نوبل دکتر واتسون به قیمت ۴.۱ میلیون دلار به فروش رسید اما خریدار بلافاصله مدال را به وی بازگرداند. گفته می ‌شود این تصمیم با کاهش درآمد واتسون پس از سخنان نژادپرستانه او در سال ۲۰۰۷، ارتباط دارد.

جیمز واتسون در طول عمر علمى خود افتخارات بسیارى را از آن خود کرد که (به غیر از نوبل که به آن اشاره شد) مى توان به جایزه «جان کالین وارن»، جایزه «الى لیلى» در زمینه بیوشیمى اشاره کرد. او هیچ گاه ازدواج نکرد و همیشه اوقات فراغت خود را به پیاده روى و تماشاى پرندگان گذراند.