Rez@ee
26th April 2011, 02:51 PM
http://konjkav.com/images/image.php?w=200&h=200&url=/images/news/1008417689211303753360.jpegبسيار شنيده‌ايم كه واژه‌هاي مختلفي همراه واژه فيزيك آمده و به مجموعه‌اي از مطالعات خاص اطلاق شده است. از آن جمله مي‌توان به علوم فيزيك محيط زيست، متافيزيك، فيزيك هوافضا، فيزيك انرژي‌هاي بالا و... اشاره كرد.
در واقع هر كدام از اينها به نحوي به علم گسترده فيزيك مربوط است. مي‌دانيم كه «فيزيك» در لغت به معني «طبيعت» است و بيشتر در مورد آنچه كه با حواس خود از جهان طبيعت در مي‌يابيم، مربوط مي‌شود.
به بيان ديگر، علم فيزيك قوانين موجود در جهان طبيعت را شناسايي و كشف كرده و از آنها در جهت بهبود وضعيت زندگي انسان بهره مي‌گيرد.
اما بهره گرفتن از قوانين موجود و كشف شده، در شاخه‌هاي مختلف و به روش‌هاي گوناگون صورت مي‌گيرد. به عنوان مثال، در فيزيك هوا فضا با استفاده از اين قوانين مي‌توان در هدايت بهتر هواپيماها، سفينه‌ها و ديگر مصنوعات ساخت بشر كه در هوانوردي مورد استفاده قرار مي‌گيرند، استفاده كرد و يا در فيزيك انرژي‌هاي بالا مي‌توان در پي منابع جديد انرژي براي تامين زندگي آينده بشر بود بنابراين مي‌توان گفت كه علم فيزيك به نوعي با زندگي و حيات انسان عجين و آميخته شده است. نكته تكامل اين بحث علم بيوفيزيك است. علم بيوفيزيك از علم فيزيك در جهات حيات بشر بهره مي‌برد.
استفاده و كاربردهاي فراوان و روزافزون علوم و فنون هسته‌اي در رشته‌هاي مختلف زيست‌شناسي، پزشكي، علوم پايه پزشكي و... جهت پژوهش‌هاي علمي و درماني همراه با ساير كاربردهاي انرژي اتمي در كشاورزي، صنايع و غيره، ايجاب مي‌كند كه بايد شاخه‌اي از علم فيزيك تحت عنوان بيوفيزيك وجود داشته باشد تا اين‌كه بتوانيم از اين علوم و فنون در جهت بهتر كردن زندگي بشر و موجودات زنده ديگر بهره گيريم.
به طور كلي ماده چگال نرم به شكلي از ماده گفته مي‌شود كه در فازهاي ايده‌آل جامد كريستالي، مايع نيوتني و گاز قرار نمي‌گيرد. اين مواد كه در ابتدا به مايعات پيچيده شناخته مي‌شد و در سال‌هاي اخير نام ماده نرم را به خود گرفته‌اند در زندگي روزمره دامنه وسيعي از مواد را دربرمي‌گيرند.
به طور مثال تمام محلول‌هاي پليمري، كلوييدي، كريستال‌هاي مايع، ژله‌ها و شيشه‌ها در اين مجموعه قرار مي‌گيرند حتي سيستم‌هاي دانه‌اي در ابعاد مختلف از ابعاد ميكروني تا ابعاد ماكروسكوپي مانند ترافيك در حوزه مطالعه اين شاخه از فيزيك قرار مي‌گيرند.
با توجه به اين كه دنياي زنده تماما از ماده نرم ساخته شده است، يكي از مهم‌ترين موضوعات اين شاخه از علم فيزيك درك خواص فيزيكي مواد بيولوژيك و ساختار‌هاي زيستي است. فيزيك و زيست‌شناسي دوشاخه بسيار قديمي و جذاب از علوم طبيعي را تشكيل مي‌دهند.
در تقسيم‌بندي‌هاي تاريخي وظيفه شناخت جهان جاندار به‌عهده زيست‌شناسان قرار گرفته و فيزيك سعي در تبيين جهان بي‌جان دارد. اما اكنون ما مي‌دانيم كه جهان جاندار از همان ماده‌اي ساخته شده كه در جهان بي‌جان يافت مي‌شود.
بيش از نيمي از جرم بدن ما را آب تشكيل مي‌دهد. اين همان آبي است كه از مولكول‌هاي اكسيژن و هيدروژن تشكيل شده است. همان آبي كه در دماي 100 درجه سليسيوس مي‌جوشد و در صفر درجه يخ مي‌زند.
ما مي‌دانيم كه نيروهاي وارد بر اتم‌ها و مولكول‌هاي تشكيل‌دهنده موجودات جاندار از همان جنس نيروهايي هستند كه در فيزيك آنها را دسته‌بندي كرده‌ايم. بارهاي مثبت و منفي با قانون كولن همديگر را دفع و يا جذب مي‌كنند.
مي‌دانيم كه عناصر تشكيل‌دهنده بدن موجودات زنده همان عناصري هستند كه در جدول تناوبي، آنها را بر حسب خواص فيزيكي و شيميايي‌شان مرتب كرده‌ايم. پس اين انتظاري كاملا منطقي است كه بخواهيم حداقل قسمتي از جهان جاندار را به كمك آنچه در فيزيك آموخته‌ايم تحليل كنيم.
اين حركت در مطالعه رفتارهاي سيستم‌هاي زيستي به كمك قوانين فيزيك اولين بار به وسيله فيزيكداناني مانند شرودينگر آغاز گشت.
اين تلاش از طرف زيست‌شناسان نيز با آغوش باز استقبال گشت. اين همكاري باعث پايه‌گذاري شاخه جديد بيوفيزيك شد كه يكي از شاخه‌هاي علمي بين‌رشته‌اي به حساب مي‌آيد. البته اين كه اين رشته عمر كوتاهي حدود نيم قرن را دارد به دليل پيچيدگي فيزيك حاكم بر سيستم‌هاي زيستي و همچنين مقياس‌هاي طولي و زماني فرآيندها در اين سيستم‌هاست.
فيزيكدانان براي آن كه بتوانند فيزيك سيستم‌هاي زيستي را مطالعه كنند نيازمند ابزارهايي چون مكانيك آماري، مكانيك كوانتمي و همچنين توانايي بررسي سيستم‌هاي پيچيده، سيستم‌هاي خارج از تعادل و سيستم‌هايي در ابعاد نانومتر بودند.
چنين توانايي‌هايي هم در تئوري و هم در ابزارهاي آزمايشگاهي در سال‌هاي اخير اين امكان را در اختيار زيست ـ فيزيكدانان قرار داده تا فيزيك حاكم بر محيط‌هاي زنده را مطالعه كنند البته اين رابطه هيچ‌گاه يك رابطه يك‌سويه نبوده و از آن طرف نيز فيزيك سيستم‌هاي زنده پنجره‌هاي جديدي را در برابر فيزيكدانان گشوده است.
امروزه بررسي سيستم‌هاي زيستي، به ما مي‌آموزد كه چگونه داشتن موتوري با بهره بسيار بالا و در ابعاد فقط چند نانومتر امكان‌پذير است. همچنين مي‌يابيم كه توليد دريچه‌هايي در ابعاد نانومتر براي عبور انتخابي يون‌ها در ديواره غشاها كاري بسيار ساده است و يا آزمايش با تك مولكول عملي است.
از طرف ديگر بيوفيزيك مسائلي به جامعه فيزيك معرفي كرده است كه اگرچه فيزيكدانان همچنان در حل آن ناموفق بوده‌اند، ولي به انجام آن اميدوارند. براي مثال، مسائلي از قبيل پيچش پروتئين‌ها، ساز و كار خواندن اطلاعات از روي DNA، عدم وجود تقارن چپگرد و راستگرد و بعضي مسائل ديگر.
به عنوان مثال مي‌توان به تشعشعات يا پرتوهاي هسته‌اي اشاره كرد كه از شار ذراتي كه بطور سريع در حال حركت بوده و از طبيعت و انرژي‌هاي متفاوتي برخوردارند، تشكيل شده است. پرتوها از پديده‌هاي طبيعي يا خودبه‌خودي تجزيه اتم‌هاي راديواكتيو (طبيعي يا مصنوعي) يا از شتاب دادن مصنوعي ذرات پديد مي‌آيند.
اين پرتوها در پزشكي و بيولوژي كاربردهاي متعدد دارند. كاربرد بسيار عمومي و عادي اشعه ايكس در تشخيص است. اختلاف درجه كاهش پرتو ايكسي كه از محيط‌هاي با طبيعت مختلف، عبور مي‌كند، اجازه مي‌دهد كه تصويري كه روشنگر حقايقي درباره اعضاي داخلي بدن است، بدست آيد.
در اين ميان فيزيك پزشكي بيشتر كاربرد علم فيزيك در علوم پزشكي است و لذا در آنجا تاكيد مي‌شود كه بايد پزشكان از فيزيك مربوط به ابزارهاي مختلف مورد استفاده در پزشكي نيز آگاهي داشته باشند.
به عنوان مثال، جراحي كه از چاقوي ليزري جهت جراحي استفاده مي‌كند، بايد داراي اطلاعات حداقل پايه در مورد فيزيك ليزر باشد، اما در بيوفيزيك، همانگونه كه از نامش پيداست، فيزيك در معني عام حيات مورد توجه است.
در واقع هر كدام از اينها به نحوي به علم گسترده فيزيك مربوط است. مي‌دانيم كه «فيزيك» در لغت به معني «طبيعت» است و بيشتر در مورد آنچه كه با حواس خود از جهان طبيعت در مي‌يابيم، مربوط مي‌شود.
به بيان ديگر، علم فيزيك قوانين موجود در جهان طبيعت را شناسايي و كشف كرده و از آنها در جهت بهبود وضعيت زندگي انسان بهره مي‌گيرد.
اما بهره گرفتن از قوانين موجود و كشف شده، در شاخه‌هاي مختلف و به روش‌هاي گوناگون صورت مي‌گيرد. به عنوان مثال، در فيزيك هوا فضا با استفاده از اين قوانين مي‌توان در هدايت بهتر هواپيماها، سفينه‌ها و ديگر مصنوعات ساخت بشر كه در هوانوردي مورد استفاده قرار مي‌گيرند، استفاده كرد و يا در فيزيك انرژي‌هاي بالا مي‌توان در پي منابع جديد انرژي براي تامين زندگي آينده بشر بود بنابراين مي‌توان گفت كه علم فيزيك به نوعي با زندگي و حيات انسان عجين و آميخته شده است. نكته تكامل اين بحث علم بيوفيزيك است. علم بيوفيزيك از علم فيزيك در جهات حيات بشر بهره مي‌برد.
استفاده و كاربردهاي فراوان و روزافزون علوم و فنون هسته‌اي در رشته‌هاي مختلف زيست‌شناسي، پزشكي، علوم پايه پزشكي و... جهت پژوهش‌هاي علمي و درماني همراه با ساير كاربردهاي انرژي اتمي در كشاورزي، صنايع و غيره، ايجاب مي‌كند كه بايد شاخه‌اي از علم فيزيك تحت عنوان بيوفيزيك وجود داشته باشد تا اين‌كه بتوانيم از اين علوم و فنون در جهت بهتر كردن زندگي بشر و موجودات زنده ديگر بهره گيريم.
به طور كلي ماده چگال نرم به شكلي از ماده گفته مي‌شود كه در فازهاي ايده‌آل جامد كريستالي، مايع نيوتني و گاز قرار نمي‌گيرد. اين مواد كه در ابتدا به مايعات پيچيده شناخته مي‌شد و در سال‌هاي اخير نام ماده نرم را به خود گرفته‌اند در زندگي روزمره دامنه وسيعي از مواد را دربرمي‌گيرند.
به طور مثال تمام محلول‌هاي پليمري، كلوييدي، كريستال‌هاي مايع، ژله‌ها و شيشه‌ها در اين مجموعه قرار مي‌گيرند حتي سيستم‌هاي دانه‌اي در ابعاد مختلف از ابعاد ميكروني تا ابعاد ماكروسكوپي مانند ترافيك در حوزه مطالعه اين شاخه از فيزيك قرار مي‌گيرند.
با توجه به اين كه دنياي زنده تماما از ماده نرم ساخته شده است، يكي از مهم‌ترين موضوعات اين شاخه از علم فيزيك درك خواص فيزيكي مواد بيولوژيك و ساختار‌هاي زيستي است. فيزيك و زيست‌شناسي دوشاخه بسيار قديمي و جذاب از علوم طبيعي را تشكيل مي‌دهند.
در تقسيم‌بندي‌هاي تاريخي وظيفه شناخت جهان جاندار به‌عهده زيست‌شناسان قرار گرفته و فيزيك سعي در تبيين جهان بي‌جان دارد. اما اكنون ما مي‌دانيم كه جهان جاندار از همان ماده‌اي ساخته شده كه در جهان بي‌جان يافت مي‌شود.
بيش از نيمي از جرم بدن ما را آب تشكيل مي‌دهد. اين همان آبي است كه از مولكول‌هاي اكسيژن و هيدروژن تشكيل شده است. همان آبي كه در دماي 100 درجه سليسيوس مي‌جوشد و در صفر درجه يخ مي‌زند.
ما مي‌دانيم كه نيروهاي وارد بر اتم‌ها و مولكول‌هاي تشكيل‌دهنده موجودات جاندار از همان جنس نيروهايي هستند كه در فيزيك آنها را دسته‌بندي كرده‌ايم. بارهاي مثبت و منفي با قانون كولن همديگر را دفع و يا جذب مي‌كنند.
مي‌دانيم كه عناصر تشكيل‌دهنده بدن موجودات زنده همان عناصري هستند كه در جدول تناوبي، آنها را بر حسب خواص فيزيكي و شيميايي‌شان مرتب كرده‌ايم. پس اين انتظاري كاملا منطقي است كه بخواهيم حداقل قسمتي از جهان جاندار را به كمك آنچه در فيزيك آموخته‌ايم تحليل كنيم.
اين حركت در مطالعه رفتارهاي سيستم‌هاي زيستي به كمك قوانين فيزيك اولين بار به وسيله فيزيكداناني مانند شرودينگر آغاز گشت.
اين تلاش از طرف زيست‌شناسان نيز با آغوش باز استقبال گشت. اين همكاري باعث پايه‌گذاري شاخه جديد بيوفيزيك شد كه يكي از شاخه‌هاي علمي بين‌رشته‌اي به حساب مي‌آيد. البته اين كه اين رشته عمر كوتاهي حدود نيم قرن را دارد به دليل پيچيدگي فيزيك حاكم بر سيستم‌هاي زيستي و همچنين مقياس‌هاي طولي و زماني فرآيندها در اين سيستم‌هاست.
فيزيكدانان براي آن كه بتوانند فيزيك سيستم‌هاي زيستي را مطالعه كنند نيازمند ابزارهايي چون مكانيك آماري، مكانيك كوانتمي و همچنين توانايي بررسي سيستم‌هاي پيچيده، سيستم‌هاي خارج از تعادل و سيستم‌هايي در ابعاد نانومتر بودند.
چنين توانايي‌هايي هم در تئوري و هم در ابزارهاي آزمايشگاهي در سال‌هاي اخير اين امكان را در اختيار زيست ـ فيزيكدانان قرار داده تا فيزيك حاكم بر محيط‌هاي زنده را مطالعه كنند البته اين رابطه هيچ‌گاه يك رابطه يك‌سويه نبوده و از آن طرف نيز فيزيك سيستم‌هاي زنده پنجره‌هاي جديدي را در برابر فيزيكدانان گشوده است.
امروزه بررسي سيستم‌هاي زيستي، به ما مي‌آموزد كه چگونه داشتن موتوري با بهره بسيار بالا و در ابعاد فقط چند نانومتر امكان‌پذير است. همچنين مي‌يابيم كه توليد دريچه‌هايي در ابعاد نانومتر براي عبور انتخابي يون‌ها در ديواره غشاها كاري بسيار ساده است و يا آزمايش با تك مولكول عملي است.
از طرف ديگر بيوفيزيك مسائلي به جامعه فيزيك معرفي كرده است كه اگرچه فيزيكدانان همچنان در حل آن ناموفق بوده‌اند، ولي به انجام آن اميدوارند. براي مثال، مسائلي از قبيل پيچش پروتئين‌ها، ساز و كار خواندن اطلاعات از روي DNA، عدم وجود تقارن چپگرد و راستگرد و بعضي مسائل ديگر.
به عنوان مثال مي‌توان به تشعشعات يا پرتوهاي هسته‌اي اشاره كرد كه از شار ذراتي كه بطور سريع در حال حركت بوده و از طبيعت و انرژي‌هاي متفاوتي برخوردارند، تشكيل شده است. پرتوها از پديده‌هاي طبيعي يا خودبه‌خودي تجزيه اتم‌هاي راديواكتيو (طبيعي يا مصنوعي) يا از شتاب دادن مصنوعي ذرات پديد مي‌آيند.
اين پرتوها در پزشكي و بيولوژي كاربردهاي متعدد دارند. كاربرد بسيار عمومي و عادي اشعه ايكس در تشخيص است. اختلاف درجه كاهش پرتو ايكسي كه از محيط‌هاي با طبيعت مختلف، عبور مي‌كند، اجازه مي‌دهد كه تصويري كه روشنگر حقايقي درباره اعضاي داخلي بدن است، بدست آيد.
در اين ميان فيزيك پزشكي بيشتر كاربرد علم فيزيك در علوم پزشكي است و لذا در آنجا تاكيد مي‌شود كه بايد پزشكان از فيزيك مربوط به ابزارهاي مختلف مورد استفاده در پزشكي نيز آگاهي داشته باشند.
به عنوان مثال، جراحي كه از چاقوي ليزري جهت جراحي استفاده مي‌كند، بايد داراي اطلاعات حداقل پايه در مورد فيزيك ليزر باشد، اما در بيوفيزيك، همانگونه كه از نامش پيداست، فيزيك در معني عام حيات مورد توجه است.