چرا پیر می‌شویم ؟

بیش از یک قرن پیش نظریه نسبیت عام اینشتین، درک بشر از جهان را تغییر داد و از آن زمان، دانشمندان کشف کردند که حرکت ثابت زمان همه چیز می‌تواند باشد به جز ثابت بودن آن. از دیگر مفاهیم فراموش‌نشدنی نظریه نسبیت عام این است که زمان در بالای هر پله در جهان، سریعتر از پایین آن سپری می‌شود.

این پدیده ذهنی به این دلیل اتفاق می‌افتد که هرچه یک جسم به زمین نزدیک‌تر باشد، تأثیر جاذبه نیز قوی‌تر است. و از آنجایی که نسبیت عام، جاذبه را به‌عنوان خمیده شدن فضا و زمان توصیف می‌کند، خود زمان در ارتفاعات بالاتر و فواصل بیشتر از زمین، که جاذبه تأثیر کمتری دارد، آهسته‌تر سپری می‌شود.

بنابراین، اگر زمان با جاذبه مرتبط باشد، آیا این بدان معناست که افرادی که در بالای کوه‌ها زندگی می‌کنند سریع‌تر از افرادی که در سطح دریا زندگی می‌کنند پیر می‌شوند؟ آیا افزایش جاذبه در واقع باعث کندی پیری در افراد می‌شود؟

جیمز چین-ون چو ، فیزیکدان موسسه ملی استاندارد و فنآوری در بولدر، کلرادو، در ایمیلی به لایو ساینس می گوید: در واقع، برای همه اجسامی که دورتر از یک میدان گرانشی ، مانند زمین، هستند، زمان کند می‌شود. این بدان معناست که افرادی که در ارتفاعات زندگی می‌کنند کمی سریعتر از افرادی که در فضا-زمان در سطح دریا زندگی می‌کنند پیر می‌شوند.

چو می‌گوید:«بطور نسبی، جاذبه باعث می‌شود آهسته‌تر پیر شویم. در مقایسه با فردی که نزدیک هیچ جسم سنگینی نیست، ما به میزان کمی آهسته‌تر پیر می‌شویم. در واقع، برای آن فرد، کل جهان اطراف ما که تحت تأثیر جاذبه است آهسته تر تکامل پیدا می‌کند»

به گفته موسسه ملی استاندارد و فنآوری، اگر بخواهید به مدت ۳۰ سال در قله اورست - که ۸۸۴۸ متر بالاتر از سطح دریا است، بنشینید، ۰.۹۱ میلی ثانیه پیرتر از زمانی خواهید بود که همان ۳۰ سال را در ارتفاع هم‌سطح دریا سپری کرده باشید. این تفاوت‌ها جزئی، اما قابل اندازه گیری هستند. به طور مثال، دوقلوهایی را در نظر بگیرید که به مدت ۳۰ سال از هم جدا شوند، و یکی از آنها به ارتفاعات بولدر در کلرادو (با ۱۶۰۰ متر ارتفاع از سطح دریا) منتقل شود و دیگری در ارتفاع برابر با سطح دریا باقی بماند. اگر این دو را پس از ۳۰ سال دوباره در کنار یکدیگر قرار دهیم، کسی که به ارتفاعات برده شده است ۰.۱۷ میلی‌ثانیه از دیگری بزرگ‌تر خواهد بود.

در یک آزمایش خیره کننده، محققان NIST از یکی از دقیق ترین ساعت‌های اتمی در جهان استفاده کردند تا نشان دهند که زمان حتی در فاصله ۰.۰۰۸ اینچ (۰.۲ میلی متر) بالاتر از سطح زمین سریعتر می‌گذرد.

توبایس بوت وال فیزیکدان NIST در مقاله‌ای که سال ۲۰۲۲ در مجله Nature منتشر کرده بود ، گفت: «اینها فقط محاسبات نیستند.» او به لایو ساینس گفت: «ما شاهد تغییر تیک تاک یک ساعت در فاصله ای تقریباً به اندازه پهنای یک تار موی انسان بوده ایم.»

نکته کلیدی برای درک اینکه چرا اجسام سنگین گذر زمان را منحرف می‌کنند این است که «فضا-زمان» یک بستر چهار بعدی شامل سه مختصات فضایی (بالا/پایین، راست/چپ و جلو/پشت) و یک مختصات زمانی (گذشته /آینده) است. جاذبه، در یک مدل نسبیتی، چیزی است که ما آن را زمانی می‌نامیم که هر جسمی با جرم آن را منحرف می کند وانحنای فضا و زمان یکی می شود.

جاذبه زمین بر پیر شدن تاثیرگذار است؟

اندرو نورتون، استاد اخترفیزیک در دانشگاه آزاد در بریتانیا، در ایمیلی به لایو ساینس گفت: «هر چیزی که جرم داشته باشد بر فضا-زمان تأثیر می‌گذارد.» و در مجاورت جسمی با جرم، فضا-زمان منحرف می شود و نتیجه آن خم شدن فضا و انبساط زمان است.

نورتون می گوید: «این اثر، واقعی و قابل اندازه‌گیری است، اما در موقعیت‌های روزمره ناچیز است».

با این حال، وقتی صحبت از موقعیت‌های غیر روزمره می‌شود، این پدیده – که به عنوان اتساع زمان گرانشی نیز شناخته می‌شود – می‌تواند دچار آشفتگی شود. طبق گفته نورتون، در حقیقت ساعت‌های ماهواره‌های جی‌پی‌اس که در ارتفاع 20186 کیلومتری، به دور کره زمین می‌چرخند، 45.7 میکروثانیه سریع‌تر از ساعت‌های روی زمین در طول بیست و چهار ساعت کار می‌کنند که باید تنظیم شوند.

چو می‌گوید: «مهم‌ترین اثر نسبیت در گذر زمان احتمالاً دقت جی پی اس است. از آنجایی که آنها [ماهواره های جی پی اس ] با سرعت زیاد و در فاصله دور از زمین حرکت می کنند، باید اثرات نسبیتی ناشی از سرعت و گرانش را به دقت در نظر گرفت تا بتوانیم موقعیت خود را در کره زمین با دقت بالا بسنجیم».

واضح است که گرانش زمین در واقع ما را آهسته‌تر پیر می‌کند. مطمئناً، این معمولاً فقط چند میلی ثانیه است و زندگی در ارتفاع همسطح دریا یک استراتژی ضدپیری نخواهد بود. اما زمان هم گرانبها و هم زودگذر است، به خصوص زمانی که از اجسام سنگین دور باشد./ لایوساینس

کشف دوم درباره علت پیری در انسان 

طبق بررسی محققان افزایش تولید سرامید‌، در پیری عضلات افراد نقش ایفا می‌کند. در طول پیری، موش‌ها مانند انسان‌ها از نظر آناتومیک و بدنی غیر فعال می‌شوند و توده عضلانی و قدرت خود را از دست می‌دهند.

تیمی از دانشمندان به سرپرستی یوهان اوورکس کشف کرده‌اند که وقتی موش‌ها پیر می‌شوند، ماهیچه‌های آن‌ها پر از سرامید می‌شود.

سرامید‌ها اسفنگولیپید‌هایی هستند که دسته‌ای از مولکول‌های چربی و برای تولید انرژی استفاده نمی‌شوند، بلکه وظایف مختلفی را در سلول انجام می‌دهند.

نویسنده اصلی این مقاله گفت: اسفنگولیپید‌ها و سرامید‌ها از دسته چربی‌های پیچیده، در عین حال بسیار جالب هستند و پتانسیل بالایی برای مطالعه بیشتر نقش آن‌ها در پیری وجود دارد؛ زیرا عملکرد‌های متنوعی انجام می‌دهند.

دانشمندان می‌خواستند ببینند، آیا کاهش اضافه بار سرامید می‌تواند از کاهش عملکرد عضلانی ناشی از افزایش سن جلوگیری کند یا خیر.

آن‌ها موش‌های قدیمی را با مسدودکننده‌های سرامید، مانند میریوسین و مسدودکننده مصنوعی Takeda-۲ درمان کردند و از ویروس‌های مرتبط با آدنو برای جلوگیری از سنتز سرامید به‌طور خاص در ماهیچه‌ها استفاده کردند.

مسدودکننده‌های سرامید، جلوی از دست رفتن توده عضلانی در طول پیری را می‌گیرد، موش‌ها را قوی‌تر می‌کنند و به آن‌ها اجازه می‌دهند مسافت‌های طولانی‌تری را بدونند و هماهنگی خود را بهبود ببخشند.

برای مطالعه عمیق‌تر این تأثیر، دانشمندان هر محصول ژنی شناخته شده در عضله را با استفاده از تکنیکی به نام توالی‌یابی RNA اندازه‌گیری کردند.

دکتر مارتین ولوند توضیح داد: جلوگیری از تولید سرامید، سلول‌های بنیادی عضلانی را فعال می‌کند و باعث می‌شود ماهیچه‌ها پروتئین بیشتری بسازند تا عضلات بزرگ‌تر و قوی‌تر در موش‌های مسن تولید شود.

در نهایت، دانشمندان به این موضوع پرداختند که آیا کاهش سرامید‌ها در ماهیچه می‌تواند برای انسان نیز مفید باشد.

آن‌ها هزاران مرد و زن ۷۰ تا ۸۰ ساله را مورد بررسی قرار دادند و دریافتند که ۲۵ درصد از آن‌ها دارای شکل خاصی از ژن هستند که محصولات ژنی مسیر‌های تولید اسفنگولیپید را در ماهیچه کاهش می‌دهند.

افرادی که دارای این فرم ژن کاهنده سرامید بودند، می‌توانستند طولانی‌تر راه بروند و قوی‌تر باشند که نشان‌دهنده پیری سالم‌تر است.

این تحقیق در Nature aging منتشر شده است.

علت پیر نشدن فضانوردان در زمین چیست؟

محققان در مطالعه اخیرشان اظهار کرده‌اند فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی اندکی کندتر از افراد روی زمین پیر می‌شوند. اما علت این امر چیست؟ در این خبر به بررسی این موضوع پرداختیم.

زمان ممکن است برای ما نسبت به دیگران در بخش متفاوتی از فضا-زمان سریع‌تر یا کندتر به نظر برسد. این بدان معناست که فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی اندکی کندتر از افراد روی زمین پیر می‌شوند.

نتایج یک مطالعه نشان داده فضانوردان در ماموریت‌های طولانی ممکن است در برابر عوامل استرس زای منحصر به فردی که می‌توانند بر پیری انسان تاثیر بگذارند آسیب پذیر باشند.

همه ما این جمله را شنیده‌ایم که زمان نسبی است. همه ما تجربه خود را در فضا-زمان به طور متفاوتی اندازه‌گیری می‌کنیم. دلیل آن این است که فضا-زمان مسطح نیست - منحنی است و می‌تواند توسط ماده و انرژی منحرف شود. برای مثال زمان برای افرادی که در کوه زندگی می‌کنند سریع‌تر از کسانی که در سطح دریا زندگی می‌کنند می‌گذرد.

بنابراین بسته به موقعیت و سرعت ما، زمان می‌تواند نسبت به دیگران در بخش متفاوتی از فضا-زمان سریع‌تر یا کندتر به نظر برسد و برای فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی، این بدان معناست که آنها در فرایندی کمی کندتر از افراد روی زمین پیر می‌شوند.

این به دلیل اثرات اتساع زمان است. به نظر می‌رسد زمان در نزدیکی اجرام پرجرم کندتر حرکت می‌کند، زیرا نیروی گرانشی آن جسم فضا-زمان را خم می‌کند. این پدیده اتساع زمان گرانشی (gravitational time dilation) نامیده می‌شود. به طور خلاصه این عبارت به این معنی است که زمان با افزایش گرانش؛ کندتر حرکت می‌کند.

به همین دلیل است که زمان برای اجرام نزدیک به مرکز زمین که گرانش قوی‌تر است کندتر می‌گذرد. این بدان معنا نیست که شما می‌توانید خود را در یک زیرزمین حبس کنید، فقط برای اینکه از بقیه ما که در اینجا در سطح زمین زندگی می‌کنیم بیشتر زنده بمانید. زیرا اگر در زیرزمین ساکن شوید، در تمام طول عمرتان فقط کسری از ثانیه کندتر از بقیه افراد روی زمین پیر می‌شوید.

عامل دوم چیزی به نام «اتساع زمان با سرعت نسبی»است که در آن زمان با سرعت بیشتری حرکت می‌کند. نمونه کلاسیک این موضوع، سناریوی دوقلوها (twin scenario) است. یکی از دوقلوها در یک سفینه فضایی که نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند به فضا پرتاب می‌شود و دیگری در زمین می‌ماند. وقتی آن دوقلو مسافر فضایی به زمین بازمی‌گردد، تنها چند سال پیر شده است، اما متوجه می‌شود خواهرش که در زمین بوده بیش از یک دهه پیر شده است.

البته هیچ کس آن آزمایش را در زندگی واقعی انجام نداده است، اما شواهدی وجود دارد که این آزمایش واقعی است. زمانی که دانشمندان یک ساعت اتمی را به مدار فرستادند و بازگرداندند (در حالی که یک ساعت یکسان را در اینجا روی زمین نگه داشتند) دریافتند این ساعت کمی عقب‌تر از ساعت زمینی حرکت می‌کرد. زیرا اتساع زمان گرانشی و اتساع زمان سرعت نسبی می‌توانند همزمان اتفاق بیفتند. یک راه خوب برای فکر کردن در مورد آن، در نظر گرفتن فضانوردانی است که در ایستگاه فضایی بین‌المللی زندگی می‌کنند.

به گفته ناسا، در حال حاضر، خدمه بین‌المللی هفت نفره روی ایستگاه فضایی بین‌المللی زندگی و کار می‌کنند و هر ۹۰ دقیقه یک بار به دور زمین می‌چرخند. آنها در ارتفاع ۲۶۰ مایلی بالاتر از زمین شناور هستند، جایی که کشش گرانشی زمین ضعیف‌تر از سطح آن است. این بدان معناست که زمان برای آنها نسبت به افراد روی زمین باید سرعت بیشتری داشته باشد. اما ایستگاه فضایی نیز با سرعت تقریباً پنج مایل در ثانیه به دور زمین می‌چرخد. این بدان معناست که زمان برای فضانوردان نسبت به افراد روی سطح نیز باید کند شود.

شما فکر می‌کنید که ممکن است زمان یکنواخت باشد، اما در واقع اتساع زمان سرعتی آنها تأثیر بیشتری نسبت به اتساع زمان گرانشی آنها دارد، بنابراین فضانوردان در نهایت کندتر از افراد روی زمین پیر می‌شوند. اگرچه این تفاوت قابل توجه نیست اما فضانوردان پس از گذراندن شش ماه در ایستگاه فضایی بین‌المللی، حدود ۰.۰۰۵ ثانیه کمتر از بقیه ما پیر شده‌اند.

این بدان معناست که وقتی اسکات کلی، فضانورد سابق ناسا در سال ۲۰۱۶ از اقامت یک ساله خود در ایستگاه فضایی بین‌المللی به خانه بازگشت، از نظر فنی ۰.۰۱ ثانیه از برادر فضانورد دوقلوی خود مارک کلی که روی زمین مانده بود، کوچک‌تر بود.