๑۩۞۩๑مقالات تخصصی فیزیک و نجوم๑۩۞۩๑

لطفآ برای ورود داخل شوید--هرکه هندسه نمیداند داخل نشود--برای همه ی کسانی که میخواهند یاد بگیرند ، آن

حاشيه اي فلسفي بر مكانيك كوانتومي

در باب تعابیر فلسفی مکانیک کوانتومی سخن بسیار می توان گفت و هیچ متنی را نمی توان یافت که دربرگیرنده همه تفکرات پیرامون آن باشد. در این نوشتار نیز بنا به اصل گزینشی(selective) بودن مباحثی اینچنین, تنها به جنبه های محدودی از استنتاجات فلسفی مکانیک کوانتومی خواهیم پرداخت...

[ فلسفه و متافيزيك ]

در باب تعابير فلسفي مكانيك كوانتومي سخن بسيار مي توان گفت و هيچ متني را نمي توان يافت كه دربرگيرنده همه تفكرات پيرامون آن باشد. در اين نوشتار نيز بنا به اصل گزينشي(selective) بودن مباحثي اينچنين, تنها به جنبه هاي محدودي از استنتاجات فلسفي مكانيك كوانتومي خواهيم پرداخت. با وجود آنكه غالب فيزيكدانان بر سر اين مساله اتفاق نظر دارند كه تئوري كوانتومي پاسخگوي امور است و نتايجي را پيشگويي مي كند كه مطابقت خوبي با تجربه دارند, اما همواره مباحثات فزاينده اي پيرامون بنيادهاي فلسفي آن در جريان بوده است. يكي از رايج ترين تعابير فلسفي مكانيك كوانتومي به تعبير كپنهاگي (Copenhagen interpretation) شهرت دارد كه از سوي مبدعان اصلي و پيشگامان مكانيك كوانتومي , بوهر(Bohr) و هايزنبرگ Heisenberg)) ارائه شده است. هايزنبرگ و بوهر با شور و حرارت از اين تعبير دفاع مي كردند و سعي ميكردند آن را به قلمروهايي جز فيزيك نيز تعميم بدهند و از آن يك فلسفه تمام عيار براي حل و يا دست كم براي بيان درست همه مسائل و مشكلات فكري بسازند. مباحثات بوهر و اينشتين كه از منتقدان اصلي اين تعبير بود بخش گيرايي از تاريخ فيزيك را تشكيل مي دهد. اگرچه اينشتين سرانجام سازگاري منطقي نظريه و توافق آن با حقايق تجربي را پذيرفت اما هرگز قانع نشد كه نظريه كوانتومي حقيقت غايي را نشان مي دهد. جمله مشهور اينشتين كه "خداوند در خلقت جهان طاس نمي ريزد" به وضوح به ناخشنودي وي از كنار گذاردن عليت(causality) و رويدادهاي منفرد به سود يك تعبير صرفاً آماري اشاره دارد. در اين نوشتار, برخي ازاستدلالات مخالفان در رد تعبير كپنهاگي را تحليل خواهيم كرد. مهمترين دستاورد فلسفي تعبير كپنهاگي را مي توان طرد موجبيت دانست. به بيان ديگر غالب جستجوها براي يافتن نظريه اي بديل, به علت ايراد به عدم موجبيت فلسفي آن صورت گرفته است تا ملاحظات ديگر. بنا بر نظر اينشتين "اعتقاد به دنياي خارجي مستقل از موضوع مورد درك, پايه تمامي علوم طبيعي است". ولي مكانيك كوانتومي بر هم كنشهاي شيء و ناظر را بعنوان واقعيت غايي در نظر مي گيرد و زبان روابط فرايندهاي فيزيكي را به جاي زبان كيفيت ها و خواص فيزيكي به كار مي برد. مكانيك كوانتومي اين برداشت را نيز مردود مي كند كه در پس جهان ادراك ما دنياي عيني نهفته اي وجود دارد كه عليت(causality) بر آن حاكم است, و در عوض خود را به تشريح بين روابط بين ادراكات محدود ميكند. گروهي از فيزيكدانان از اينكه خواص عيني(objective) به ذرات بنيادي نسبت داده نشود و تنها به جنبه هاي ذهنيت گرايانه (subjectivity)ناظر پديده اكتفا شود اكراه دارند. هايزنبرگ در اين باره مي گويد: ما فرض نكرده ايم كه نظريه كوانتومي بر خلاف نظريه كلاسيك اساساً يك نظريه آماري است, بدين معنا كه كه از داده هاي دقيق فقط مي توان نتايج آماري بدست آورد... در فرمول بندي قانون علّى (causal law) , اگر حال را دقيقاً بدانيم آينده را نيزدقيقاً مي توانيم پيشگويي كنيم, اين استنتاج اشتباه نيست. بلكه صغري و كبري مسئله غلط است. بعنوان يك اصل ما نميتوانيم از حال با تمام جزئيات آن مطلع باشيم. به واقع اصل عدم قطعيت (uncertainly principle) بوضوح اشاره به اين مسئله دارد كه در فراين مشاهده پديده ها اخلال ناخواسته اي دخيل خواهد شد كه به هيچ روي قابل حذف نيست. دوبروي كه بهمراه ديويد بوهم از منتقدين تعبير طرد موجبيت هايزنبرگ و بوهر مي باشد در مقدمه كتاب "از عليت وشانس در فيزيك مدرن" (from causality and chance in modern physics)چنين مي گويد:
"با توجه به سطح پژوهشهاي ميكروفيزيكي كنوني روشهاي اندازه گيري يقيناً تعين همزمان كليه مقادير لازم براي بدست آوردن تصوير ذرات نوع كلاسيك را مجاز نمي شمارند. و نيز اختلالهاي ناشي از اندازه گيري كه حذفشان غير ممكن است, عموماً پيشگويي دقيق نتيجه حاصل از اين اندازه گيري را مانع مي شوند و تنها پيشگوييهاي آماري را مجاز مي دارند. بدين ترتيب بنا نهادن فرمولهاي صرفاً احتمالاتي كاملاً موجه بود. ولي اكثريت آنان اغلب تحت تاثير مفاهيم از پيش شكل گرفته اي كه از آيين اثبات گرايانه (positivistic doctrine) ناشي مي شد, تصور كرده اند كه مي توان از اين نيز فراتر رفته و بيان داشت كه خصلت غير قطعي و نارساي دانشي كه تجربه در مرحله امروزي اش درباره آنچه كه در دنياي فيزيك ميكروسكوپي واقعا روي مي دهد در اختيار ما ميگذارد نتيجه عدم موجبيت واقعي در حاتهاي فيزيك و تحول آنهاست. چنين تعميمي به هيچ وجه قابل توجيه به نظر نمي رسد. در آينده با درك عميق تري از واقعيتهاي فيزيكي شايد بتوان قوانين احتمال و فيزيك كوانتومي را به صورت نتايج آماري تكوين مقادير كاملاً تعيين شده اي تعبير كرد كه در حال حاضراز نظر ما پنهانند. ممكن است وسايل پرقدرتي كه اينك در شكستن ساختار هسته و آشكار ساختن ذرات جديد مورد استفاده قرار مي دهيم روزي دانش بلاواسطه اي در اختيارمان قرار دهد كه درحال حاضر در آن سطح عميق تر فاقد آنيم." اما بايد بگوييم اين خطاي اندازه گيري كه دوبروي به نقص ابزار مشاهده منتسب مي كند جزء قوانين اساسي نظريه كوانتومي است. محدوديتهاي قيد شده در اصل عدم قطعيت را نبايد به معناي نقص دستگاه هاي اندازه گيري تلقي كرد و اينگونه استنتاج نمود كه اين محدوديت روزي با پيشرفت ابزار اندازه گيري تقليل مي يابد. اين اصل قانون مهمي است كه تا زماني كه قوانين نظرية كوانتوم به شكل كنونيشان پابرجا هستند، صادق خواهد بود.مشاهده نموديم كه دليل اصلي مخالفت با تعبير كپنهاگي به مسئله عليت و موجبيت (determinism) بازميگردد. هميشه اين سوال مطرح بوده كه به راستي اعتبار درستي مسائل چيست؟ مطابق كدام منطق, تعبيري معقول و منطقي به نظر مي رسد و ديگري دور از ذهن و مغاير با عقل سليم؟ پاسخ به اين سوال تا حدودي واضح است. منطق درستي مسائل بي ترديد به معرفت ما نسبت به برهان عليت عمومي باز مي گردد. عليت در ذهن انسان يك قانون عام و فراگير است و حاصل تجربيات او از همه حوادث و وقايع زندگي. هر مساله منطق درستي براي ادراك دارد از اين رو كه با عقيده ما راجع به عليت همخواني و انطباق دارد. به عبارتي هر چيزي كه با عليت سازگاري داشته باشد منطقي به نظر مي رسد و بالعكس. در واقع عقيده و استدلال ما در باب برهان عليت, اعتبار خود را از تجربه ما در دنياي ماكروسكوپي وام ميگيرد. اين مبحث اصالتا يك جدل معرفت شناختي (epistemology)است. زماني كه ناظر به مشاهده پديده ميپردازد و قواي معرفتي او فعال مي شوند جهان خود را مي نماياند و در اينجاست كه معرفت ناظراز جهان شكل مي گيرد. كانت به طرح اين پرسش پرداخت كه اساس رابطه اي كه آن را تصور (representation) ميناميم چيست و چگونه ميان صورتي كه من در ذهن دارم و واقعيتي كه بيرون ازمن است امكان پذير مي شود؟ ايمانوئل كانت در آنتينومي هاي كتاب نقد خرد محض(critic of pure reason) اشاره به اين مطلب ميكند كه چگونه اطلاق مفاهيم و صور عقلي زماني كه محتواي تجربي براي آنها متصور نيست مانند حيطه امور متناهي به تناقض مي انجامد و از اين روست كه چارچوب مشروع اطلاق مفاهيم تعيين مي گردند. به اعتقاد كانت نمي توانيم براي اموري همچون عليت خصلتي در خود قائل شويم و آن را صفتي عيني از صفات ابژه ها بدانيم. علم به رابطه عليت نمي تواند علمي فطري باشد كه عقل انساني با آن سرشته شده و بر اساس آن در صدد تشخيص علت و معلولهاي خاص برمي‏آيد. بايد گفت فطري بودن هيچ علم حصولي قابل اثبات نيست و بفرض ثبوت هم هيچ ضمانتي براي مطابقت با جهان واقع نخواهد داشت. برخي ازعلوم, قريب به بداهت هستند و مي‏توان آنها را فطري ناميد (مانند علم به وجود واقعيات مادي) كه در واقع از يك استدلال خفي و نيمه آگاهانه سرچشمه مي‏گيرد. پايه اعتقاد به وجود رابطه عليت, علم حضوري (intuitive reasoning)است و ادراك شهودي مصاديق علت و معلول, مبناي اصلي براي انتزاع مفاهيم كلي علت و معلول محسوب ميگردد و درادامه به يك بديهي اوليه بي نياز از تحليل مي انجامد. اما مصاديق مادي علت و معلول قابل شناخت‏ حضوري و شهودي نيستند ونوعي استدلال واضح و منطقي در اين زمينه لازم است. "گاهي تصور مي‏شود كه براي شناختن علتهاي مادي مي‏توان چنين استدلال كرد اين پديده‏ها همواره متعاقب يكديگر بوجود مي آيند و هر دو پديده‏اي كه به اين صورت تحقق يابند اولي علت دومي مي‏باشد ولي اين استدلال تمام نيست زيرا تعاقب و تقارن اعم از عليت است و به اصطلاح كبراي قياس بصورت قضيه كليه يقيني نيست" . ديدگاههاي منطق وجوه علي رودلف كارناپ Rudolf Carnap)) در اين زمينه اشاره به اين دارد كه اين امكان وجود دارد تلازم دائمي دو پديده كاملاً تصادفي و هيچ زنجيره علي نيز بر آن مترتب نباشد.] براي مطالعه بيشتر به كتاب "مقدمه اي بر فلسفه علم"(مباني فلسفي فيزيك) رجوع كنيد[. كارناپ مي گويد : من نيز مانند هيوم معتقدم در يك رابطة علّي هيچ ضرورت باطني وجود ندارد. اما نمي خواهم امكان به كار گرفتن نوعي مقولة ضرورت را رد بكنم، به شرطي كه اين مقوله متافيزيكي نبوده و متعلق به منطق وجوه باشد. منطق وجهي منطق ارزش راستي را با به كار گرفتن مقولاتي همچون ضرورت امكان و عدم امكان تكميل مي نمايد. بايد به دقت بين وجوه منطقي(منطقاً ضروري و منطقاً ممكن) و وجوه علّي(از نظر علّي ضروري، از نظر علّي ممكن) تفاوتي قائل بود. از ديدگاه كارناپ " در زندگي روزمره، هيچ تفاوتي ميان فيزيك كلاسيك با جبريت و فيزيك كوانتومي با معلولهاي بي قاعده و محتمل، موجود نيست. عدم حتميّت در نظرية كوانتوم بسيار بسيار كمتر از عدم حتميّت ناشي از محدوديت دانش در زندگي روزمره است. در اينجا انسان در جهاني زيست مي كند كه توسط فيزيك كلاسيك توصيف مي شود، و در حالت اول انسان در جهاني زندگي مي كند كه توسط فيزيك مدرن وصف مي شود. بين اين دو نوع توصيف تفاوتي موجود نيست كه تأثير قابل ملاحظه اي در مسئله انتخاب آزاد و رفتار اخلاقي بگذارد. در هر دو حالت انسان نتايج اعمالش را نه با حتميّت، بلكه با درجه اي از احتمال پيش بيني مي كند، عدم تعيّن در مكانيك كوانتومي, هيچ تأثير قابل مشاهده اي بر سنگي كه انسان پرتاب مي كند، ندارد. چون سنگ مجتمع عظيمي است از ميلياردها ذره. در جهاني كه انسان زندگي مي كند عدم تعيّن مكانيك كوانتومي نقشي ايفا نمي كند. به همين دليل اين پندار را كه عدم تعيّن در سطح زير اتمي ربطي به مسئله اراده آزاد دارد، مي توان باطل دانست." ديويد هيوم در نقد خود به مسئله عليت استدلال مي كند كه هيچ دليلي وجود ندارد كه فرض كنيم ضرورتي دروني, در وقايع متواتر علت و معلول وجود دارد. واقعه اي را مشاهده مي كنيد و سپس واقعه ديگري را. آنچه كه مشاهده كرده ايد چيزي نيست جز تواتر زماني وقايع يكي پس از ديگري و هيچ ضرورتي در اينجا مشاهده نشده است. بهتر است بگوييم عليت در مكانيك كوانتومي به مفهوم اصيل آن حذف نمي شود بلكه اين تعبير سنتي جبرگرايانه آن است كه حذف ميشود. عليت در تعريف، براين اصل استواراست كه يك واقعيتفيزيكي, بستگي به ديگري دارد و پژوهش فيزيكدانان كشف اين وابستگي مي باشد و مشاهده مي كنيم كه اين مسئله هنوز هم درمكانيك كوانتومي صادق است. اگرچه اشيا مورد مشاهده كه براي آنها اين وابستگي ادعا ميشود متفاوتند، اينها احتمالات رخدادهاي بنيادي مطرح هستند و نه خود رخدادها.هايزنبرگ نيز به اين مسئله اذعان داشت كه در اصل عدم قطعيت آنچه كه سبب ناسازگاري با عليت مي گردد در حقيقت نقص تعيين(under determinate) در مقدمه استنتاج است. به طوري كه ما نمي توانيم از وضع كنوني سيستم به طور كامل مطلع بشويم. بنابراين طبيعي است كه نتيجه به صورت محتمل درآيد. اگر عليت را به تمام و كمال به معناي قابليت پيش بيني پذيري بدانيم آنگاه مكانيك كوانتومي ناقض عليت خواهد بود. اما پيش بيني پذيري علاوه بر اعتبار عليت عامه به دانش ما در باره طبيعت و شرايط اوليه هم نياز دارد. هيوم و بيكن و برنارد و ميل هيچكدام بر اساس عليت خدشه اي وارد نكردند. بحث آنها بيشتر تمايز ميان ضرورت منطقي و ضرورت تجربي است. در ثاني حتي در فيزيك كلاسيك نيز كه باور عمومي بر اين است كه موجبيتي است و رفتار آينده هر سيستم منزوي را مي توان از حالت فعلي آن تعيين نمود, در موار بسياري برخورد آماري با سيستم صورت مي گيرد. مانند ديناميك گازها يا سيستمهاي هنگردي(ensemble) در مكانيك آماري. اگرچه كه در آنجا فرض را بر اين مي گذارند كه با محاسبه تك تك ذرات سيستم مي توان اطلاعات كاملي از وضع كلي سيستم بدست آورد اما بدليل دشواري محاسبه, برايند خواص اجزاي سيستم را بصورت آماري تحليل مي كنيم. ارسطو تحقق چهار علت فاعلي ,مادي, صوري و غايي را براي وقوع رويدادها ذكر كرده است. از منظر ارسطويي هرگاه اين چهار علت فراهم آيند وجود معلول بالضروره تحقق مي يابد. از اين رو قواعد مكانيك و رياضيات را مي توان به نوعي علت غايي پديده ها پنداشت. تحليل ابعادي در مكانيك كلاسيك به گونه اي است كه در ابتدا پارامترهاي موثر در يك پديده تعيين و مطابق با نظريه پي بوكينگهام ارتباط ميان پارامترهاي مستقل و وابسته مشخص مي گردد. در اين روش ابتدا تمام پارامترهايي كه گمان مي كنيم بر پديده موثرند را فهرست مي كنيم. در صورتي كه نسبت به تاثير يك پارامتر در وقوع پديده ترديد وجود داشته باشد باز هم آن پارامتر را وارد مي كنيم. اگر پارامتر به پدبده مربوط نباشد پارامتر اضافي Π ظاهر مي گردد. اين پارامتر كه در نهايت مشخص مي گردد هيچ تاثيري روي پديده فيزيكي ندارد در رابطه نهايي كه مي خواهيم بدست آوريم وارد نميشوند. يا اينكه در نهايت يك گروه بي بعد بيشتر به دست مي آيد كه آزمايش نشان مي دهد آنها اضافي هستند. در هر صورت آنچه مسلم است امكان دارد متغيرهاي نهان در پديده ها موثر باشند و از نظر ما مغفول مانده باشند. ديويد بوهم كه از منتقدين تعبير كپنهاگي است همواره به دنبال نظريه كوانتومي بديلي بود كه فاقد عدم قطعيت باشد. او براي رد عدم قطعيت, يك جمله به معادله شرودينگرErwin Schrödinger كه تعبيري بالنسبه جبرگراترازمكانيك كوانتومي بود اضافه نمود.

−h² [∂² ψ (x,t)] / 2m∂x² + V(x,t) ψ (x,t) = ih ∂ψ (x,t)/∂t

اگر مقادير مجموعه كامل كميتهاي يك حالت براي زمان t داده شده باشد،آنگاه تابع موج كوانتومي دستگاه براي زمان t به طور منحصر به فرد تعيين مي گردد. اين تابع موج، در مكانيك كوانتومي نقشي شبيه به توصيف حالت در مكانيك كلاسيك بازي مي كنند. فرم رياضي معادله شرودينگر شبيه به يك قانون جبري است. از اين رو اگر تابع موج كوانتومي را نمايش كامل حالت آني بدانيم،بايد بگوييم جبريت درمكانيك كوانتومي نيز حفظ ميشود. اضافه كردن يك جمله به معادله شرودينگر توسط بوهم اگرچه عدم قطعيت در مكان و اندازه حركت را از ميان مي برد اما اين كار مستلزم در نظر گرفتن متغيرهايي است كه قابل آشكارسازي نيستند. بوهم اين جمله اضافه شده به معادله شرودينگر را " پتانسيل كوانتومي" مي نامد. البته نه اينشتين و نه خود بوهم اين اصلاحيه بوهم بر مكانيك كوانتومي را كه فقط به جهت خلاصي از عدم قطعيت صورت مي گرفت جدي تلقي نكردند. في الواقع نظريه بوهم هيچ برتري خاصي نسبت به فرم پيشين مكانيك كوانتومي ندارد وتنها از اين جهت مورد توجه برخي قرار گرفته كه چالشي براي تابوي عليت وناخرسندي براي اذهان عليت باور,ايجاد نمي نمايد. تعابير جديدتر از مكانيك كوانتومي نسبت به مسائل مطروحه در چند سال اول ارائه آن به مراتب پيچيده تر است. تعابير يوجين ويگنر(eygene wigner) و نيز مبحث جهان هاي موازي اورت(Everett) بنيادهاي فلسفي ذهن بشر را دگرگون كرده اند. آيا ميتوان تصور كرد كه روزي انسان به دانشي بلاواسطه ازحقيقت مطلق دست يابد و به دغدغه فلسفي كهني چون پرسش از چندي و چوني مثل افلاطوني, گوهر اسپينوزايي و ذات و نومن كانتي خاتمه دهد؟ هنوز هيچكس پاسخ اين پرسش را نمي داند!!!

به نقل از اقای كسرايي

منتظر نظرات شما هستم!

|+| نوشته شده توسط ارين در دوشنبه 1384/11/10 ساعت 23 |

پيچنده فضايي

اگر شما بخواهید به ستارگان دوردست سفر کنید، چه راه هایی در پیش رو دارید؟ توجه کنید که فاصله نزدیکترین ستاره به ما (بجز خورشید) حدود 4.28 سال نوری است. پس یک سفر رفت و برگشت به آنجا با سرعت نزدیک به نور بیشتر از 8 سال از دید یک بیننده زمینی به درازا میکشد. ماجرا برای ستاره های دیگر و منظومه ها و کهکشانهای دورتر بسیار جالب تر است. اگر بخواهیم به آنجاها برویم باید سالها (ده ها، صدها، هزاران، و بلکه میلیونها سال) در راه باشیم؛ تازه اگر سرعت سفینه ما در همه راه نزدیک سرعت نور باشد، چون به خود سرعت نور که نمیتوانیم برسیم. پس اگر بخواهیم روزی به آنجا برویم باید چه کرد؟ اصلا اگر کسی بخواهد زودتر به مقصدی برسد باید چه کار کند؟ یک راه آنست که سرعت وسیله نقلیه اش را زیادتر کند. همین؟ راه دیگری نیست؟ شاید راه دیگر آن باشد که مسافت مورد نظرش را کوتاه تر کند!

تصور كنيد اگر راندن در يك جاده كوهستاني براي شخصي مثلاً هشت ساعت طول بكشد، شايد يافتن يك تونل در آنجا، زمان لازم براي پيمودن اين مسير را به ده دقيقه كاهش دهد. پس اگر كسي با دوستانش قرار بگذارد كه اين مسير را برود و سپس به آنها اطلاع دهد كه به مقصد رسيده و آنها هم از داستان آن تونل فرضي آگاهي نداشته باشند، شايد بتواند براي دوستانش چنين وانمود كند كه راه هشت ساعته را چنان تند پيموده كه ده دقيقه اي رسيده!

اما مگر ميشود كه در هر شرايطي فاصله فيزيكي را چنان كوتاه كرد كه زودتر به مقصد برسيم؟ مگر ميشود در هر شرايطي ميانبر پيدا كرد؟ پاسخ دانش فيزيك به اين پرسش آري است.

براي شكافتن بهتر موضوع بهتر است كمي درباره نيروي گرانش (جاذبه) بگوييم. در افسانه ها ميگويند كه نيوتن با افتادن سيبي به سرش قانون گرانش را كشف كرد. او فكر كرد كه چرا سيب بالا نميرود و پايين ميايد؟ او پي برد كه اگر هر جسمي را با سرعت به اندازه كافي به هوا پرتاب كنيم، با شتاب ثابتي و در يك مسير راست به زمين برميگردد. پس ميتوان گفت كه كشش زمين و جسم دليل اين رويداد است. از آن پس دانش فيزيك پيشرفت كرد و دانشمندان فهميدند كه حركت سيارات به دور خورشيد هم از همين گونه است. گرچه به خاطر جرم زياد سيارات و خورشيد و مسافت زياد ميان آنها، خورشيد نميتواند آنها را در يك مسير راست به سوي خود بكشد و آنها روي خورشيد نمي افتند. پس با اينكه گرانش همان گرانش است و نيروي تازه اي در كار نيست، اما در اينجا كمي پيچيده تر خود را نشان ميدهد و اثر گذاري آن از حركت ساده و سقوط راست اجسام بر روي زمين، به حركت پيچيده و چرخشي سيارات گرد خورشيد با سرعتها و دوره هاي تناوب و ... متفاوت تبديل شده. پس ميتوان اينگونه نتيجه گيري كرد كه در شرايط پيچيده تر، گرانش ميتواند اثر گذاريهاي پيچيده تري را به بار دهد.

در اينجاي داستان لازم است نگاه خود را از دستاورد نيوتن به دستاورد انيشتين تغيير دهيم. نظريه نسبيت عام انيشتين گرانش نيوتن را كامل كرد و يك برداشت متفاوت از آنرا به دست داد. نظريه انيشتين گفت كه هنگام سخن از نيروي گرانش، چيزي چيزي را به سوي خود نميكشد، بلكه جرم ها فضا را به گونه اي خم ميكنند كه حركت اجسام ناشي از نيروي گرانش (آن گونه كه ما مي بينيم) در واقع سقوط آزاد آنها در يك فضاي خميده است. پس زمين سيب را به سوي خود نميكشد، بلكه نيروي گرانش كره زمين فضاي پيرامون اين سياره را جوري خم كرده كه هر جسمي بسته به ويژگي هايش (جرم، سرعت، ...) در اين فضاي خميده حركت ميكند. خورشيد هم طوري فضاي منظومه شمسي را خم كرده كه هر سياره ناگزير بايد گرد آن بچرخد. براي تجسم بهتر به سوراخ چاه حمام نگاه كنيد كه چطور آب و كفها را به سوي خودش ميكشد، طوري كه اگر هر چيزي همراه آنها باشد (مثلاً يك سوسك!) به گرد سوراخ چاه ميچرخد و ميچرخد و سرانجام به درون سوراخ ميريزد. خورشيد نيز چنين ميكند، اما خوشبختانه سيارات به اين زوديها به آن نزديك نميشوند و تنها پس از ميلياردها سال است كه ما هم مانند كفهاي درون حمام به درون خورشيد كشيده ميشويم.

به هر حال، ميخواستم اين را بگويم كه نيروي گرانش ميتواند حركتهاي پيچيده اي را نتيجه دهد، حركت راست و حركت چرخشي. همه چيز به سيستم مورد مطالعه بستگي دارد؛ اينكه جرمها چه اندازه اند و چه ويژگيهايي دارند (سرعت، شتاب، اندازه حركت، اندازه حركت زاويه اي، ...) و چه مسافتي از هم دارند و مانند اينها. بر پايه نسبيت عام انيشتين، هر چه سيستم مورد مطالعه پيچيده تر باشد، ميتواند فضاي پيرامونش را پيچيده تر خم كند. اما آيا ميتوان طوري پيچيدگي را بالا برد كه خميدگي فضاي اطراف به كم شدن فاصله ميان دو مكان بيانجامد؟ در مثال جاده كوهستاني با زدن تونل از دل كوه، ميشد كه بگوييم مسير (بهتر بگوييم: مسير موثر و نه مسير واقعي) را كوتاه كرده ايم؛ انگار كه جاده كوهستاني جوري خم شده كه آغاز و پايانش همان آغاز و پايان تونل شده است. پس براي زودتر رسيدن بايد مسير دلخواه را طوري خم كنيم كه ابتدا و انتهايش در يك مسير فشرده شده و كوتاه شده قرار بگيرد. اگر بتوانيم تا اين اندازه پيچيده كار كنيم و فضا را خميده در بياوريم، خواهيم توانست مسير را كوتاه كنيم و سرعت موثر پيمودن در آنرا افزايش دهيم.

معادلات نسبيت عام انيشتين ميگويند كه چنين كاري شدني است و اگر شما مسير مورد نظر و ويژگي هاي خمش آنرا به معادلات بدهيد، معادلات به شما ويژگي هاي آن سامانه از جرمها را ميدهند.

دانشمندان سالها روي اين موضوع كار كرده اند و به پاسخ هايي از معادلات ميدان گرانش نسبيت عام دست يافته اند كه ميتوانند كوتاه كردن مسير را براي ما به بار دهند.

دو دسته از پاسخها كه بيشترين كار روي آنها انجام پذيرفته، متريكهاي كرمچاله گذرپذير و حامل پيچشي ميباشند. در مدل يك كرمچاله گذرپذير استاتيك و كروي-متقارن، ميتوان با گذر از گلوگاه كرمچاله، از يك دهانه در يك فضاي مجانبي-تخت، به يك فضاي مجانبي-تخت ديگر رفت كه در فاصله ي به اندازه بسنده دوري قرار دارد. اينگونه كه بر ميايد، محدوديتي در برد اين سامانه نيست! پس هر دو جا در يك جهان يا دو جهان را ميتوان به هم پيوند داد. اما بررسيهاي بيشتر نشان داده اند كه چنين هندسه زمختي، نياز به مقادير زمختي از ماده شگفت يا به زبان فني تر: ماده ناقض شرط انرژي ميانگين پوچ، را به همراه مياورد.

پيوستگي مولفه هاي متريك چنان است كه گريزي براي رسيدن به يك ساختار خوشرفتار نيست. چنانكه اگر اندازه انرژي كاهش يابد، كاهش شعاع گلوگاه را به بار ميدهد؛ يا اندازه فاصله ميان دهانه تا گلوگاه را به مقادير حدي ميل ميدهد. پس بايد رهيافت رقيق سازي هندسه را برگزيد. يعني روي هر مولفه از متريك خام نخستين چنان كار ميكنيم كه - در دامنه ي توانش - به تمركززدايي چگالي انرژي در فضازمان پيرامونش كمك كند.

يكي از بهترين گزينه ها رفتن به سوي بي تقارني در اسكلت متريك است، به هدف آنكه به جز مولفه هاي قطر تانسور ماده-انرژي (كه چهار تا هستند)، هر شانزده مولفه اين تانسور باري از ماده شگفت همبسته را به دوش بگيرند و فشار ضريب كلان اندازه انرژي بجاي چهار مولفه، در پشت شانزده مولفه پخش شود. پيچيدگي رياضي چنين رهيافتي بسيار بالاست و بي ترديد نيرومندترين راهكار پرداختن به آن، به كار بردن تقريبهاي عددي و مانند سازيهاي رايانه اي است. بزرگترين گامي كه در اين راه تاكنون برداشته شده، رفتن از هندسه متقارن-كروي به هندسه متقارن-محوري بوده است.

ديگر گزينه ديناميك سازي هندسه است. يعني بگذاريم هندسه در زمان جريان بيابد و تمركز زمخت ماده شگفت "جاري" شود. گرچه در جهان واقعي هم رودخانه زمان هميشه به جلو در پيش ميرود.

گزينه ديگر افزودن چرخش به توابع ريخت و جابجايي به سرخ در متريك است كه بخشي از انرژي همبسته را به خود جذب ميكند و آنرا كاهش ميدهد.

و همچنين گزينه ديگر افزودن بار الكتريكي به متريك است كه با برپايي بر هم كنش ميان ميدانهاي الكترومغناطيسي و گرانشي ميتواند بر هندسه اثرگذار باشد. با فناوري كنوني، اين كاراترين راهكار رقيق سازي هندسه كرمچاله است.

همه گزينه هاي بالا در جبهه اي به نام كار روي سمت چپ معادلات ميدان نسبيت عام و كار روي هندسه ي بهتر جاي ميگيرند. اما جبهه دومي هم در كار است كه همان كار روي سمت راست معادلات ميدان و كار روي انرژي بيشتر نام دارد.

............................................................................................................

اکنون پرسش اینست که چگونه میتوان یک کرمچاله گذرپذیر را در آزمایشگاه ساخت؟ و پاسخ آنست که باید انرژی بایسته آنرا فراهم کرد. یعنی ........

اكنون پرسش اينست كه چگونه ميتوان يك كرمچاله گذرپذير را در آزمايشگاه ساخت؟ و پاسخ آنست كه بايد انرژي بايسته آنرا فراهم كرد. يعني بايد ماده شگفت را توليد كرد كه داراي چگالي انرژي كمتر از چگالي انرژي خلا در فضازمان تخت در دماي صفر مطلق و در شرايط خلا ايده آل (= شمار ذرات محيط آزمايش برابر صفر) ميباشد.

بر پايه عدم قطعيت مكانيك كوانتمي، نميتوان گفت كه در خلا كامل انرژي پايه فضازمان هيچ است، بلكه پس از كوانتيده كردن تابع انرژي، در مي يابيم كه نوسانگر مربوطه در خلا بر شمرده شده كه آنرا نقطه صفر هم مينامند، داراي مقدار است. پس قرارداد ميكنيم كه انرژي كمتر از اين مقدار را انرژي منفي بناميم.

اما اين انرژي داراي سرشتي كوانتمي ميباشد، و مهار آن كاري دشوار است. همچنين تا رسيدن به يك نظريه گرانش كوانتمي فراگير، توضيح درخوري از رفتار كف كوانتمي فضازمان را نداريم. نميدانيم كه فضازمان ماهيتي پيوسته دارد (نسبيت كلاسيك) يا از واحدهاي گسسته ساخته شده (نظريه ميدان كوانتمي) يا از واحدهايي يك بعدي و مرتعش (نظريه ريسمان) و يا سنگ بناهايي دوبعدي و رويه گونه كه مانند لوله كشي و غشابندي مي مانند (نظريه هاي ابرريسمان). بنابراين بهتر است كه به آزمايشها بسنده كرد كه رفتارهايي سرراست را گزارش ميدهند و بررسي فضازمان را بسيار ساده تر ميكنند؛ گرچه بايد پذيرفت كه دقت رهيافت نظري را در اين شيوه نداريم، اما در بيشتر پيشرفتها راهبرد نظريه را گزارشات تجربي رفتار طبيعت در اندازه هاي كوانتمي و كهكشاني به دست داده اند و فيزيك كار را پي ريخته اند. پس رهيافت بررسي آزمايشها بيشتر مهندسي و در سطح است تا فيزيكي و در عمق، و حتي برخي آنرا "مهندسي كوانتمي" ناميده اند، اما در پايه ي داستان تفاوتي را نميسازند، گرچه هر رهيافت جايگاه خود را دارد و پيشرفتهاي نظريه بسيار مهم هستند.

از ميان پديده هاي به آزمايش درآمده كه در برخي حالتها برخوردن به انرژي منفي را در سيستم مورد بررسي دارند، دو پديده اثر كازيمير و خلا فشرده بيشترين احتمال دستيابي به اندازه هاي ماكروسكوپيكي ماده شگفت را در خود دارند. جالب آنكه از اين دو پديده در نخستين مقاله هاي پديد آورندگان فيزيك كرمچاله در سال 1988 نيز نام برده شده است.

اثر كازيمير را ده ها سال است كه فيزيكدانها ميشناختند، اما تا تاييد آزمايشگاهي آن در دهه نود، چيزي بيش از يك حالت ويژه از نوسانگر هاي كوانتمي نگريسته نميشد. در اين باره از شما ميخواهم كه به يك مقاله بسيار خوب نگاهي بياندازيد:

http://www.nano.ir/printpaper.php?PaperCode=114

منبع اصلي:

http://physicsworld.com/cws/article/print/9747

و: http://www.vmrpcr.ir/main_pages/article_read.php?id=2

هنوز نيز با اينكه اين بارزترين گزينه ديدن اثرات انرژي نقطه صفر خلا ميباشد، بسياري نميپذيرند بتوان با يك اثر ذاتاً كوانتمي به ساختارهايي ماكروسكوپيكي از فضازمان پيچانده شده (كرمچاله، حامل پيچشي، لوله كراسنيكف، و هر گونه پيچنده فضايي) رسيد.

اينجاست كه اهميت مهندسي فضازمان (Spacetime Engineering) روشن ميشود كه در شرايطي كه فيزيك قضيه به مرزهاي خود رسيده و توان پيش رفتن بيشتر را در آينده اي نزديك براي خود نميبيند، مهندسي دانسته ها و داشته هاي كنوني، ميتواند رهيافتهايي در چهارچوب دانش را باز كند كه نويد اين را ميدهند كه ميتوان با تردستي، بازده توليد ماده شگفت را از سطح كوانتمي به سطح كلاسيكي برساند.

|+| نوشته شده توسط ارين در چهارشنبه 1384/09/16 ساعت 10 |

سئوال هفته

۱ -قلعه ای به شکل ۷ ضلعی است و در هر راس آن یک برج نگهبانی وجود دارد . هر نگهبان در برج انتهای یکی از هفت دیوار قلعه است و از دیوار مراقبت میکند . در برج ها دست کم چند نگهبان باید باشند تا هر دیوار حداقل تحت مراقبت هفت نگهبان قرار گیرد ؟؟؟

بعد از حل مسئله منبع ان را در اختیار شما میگذارم==www.allame....com

|+| نوشته شده توسط ارين در جمعه 1384/09/04 ساعت 20 |

یک روز بزرگ

سلام به همه دوستان

به حضور مبارکتان برسانم که امروز ۱ اذر تولد من هست اگه می خواهید به من تبریم بگویید

قسمت نظرات در اختیار شماست

|+| نوشته شده توسط ارين در دوشنبه 1384/08/30 ساعت 19 |

اگر نظر ندهید دیگرچیزی در وبلاگ نمی نویسم

|+| نوشته شده توسط ارين در دوشنبه 1384/08/23 ساعت 15 |

به گزارش رصدگران دنباله‌دار سوآن که در حال دور شدن از زمین و کم نور شدن در افق شمال غربی آسمان شامگاهی بود دوم آبان ناگهان دچار یک فوران شد و از قدر حدود ۸ به قدر ۵/۴ رسید و به اندازه مشاهده با چشم غیر مسلح پرنور شد.

تحريريه سايت نجوم

فوران دنباله‌دارها با نزدیک شدن آنها به خورشید رخ می‌دهد. این فورانها بسیار ناگهانی و با دانش امروز هنوز غیر قابل پیش‌بینی اند و ممکن است با فوران گاز و غبار تازه از سطح این کوه هاي یخ سرگردان در فضا، گیسو و دم دنباله‌دار ناگهان پرنور و بزرگ شود. معمولا در هنگام فوران یک یا چند جت (ستون فوران ذرات) از هسته دنباله درا بیرون می‌زند که در نماهای تلسکوپی از دنباله‌دار مشخص است.

در حالی که دنباله دار زیبای سوآن (SWAN) تا قدر ۸ کم نور شده بود در شب ۲ آبان با فوران غافلگیرکننده‌ای تا قدر ۵/۴ پرنور شد و به حد دید چشم برهنه رسید. دم دنباله‌دار نیز از حدود نیم درجه به حدود ۲ درجه گسترده شده است و امکان تغییرات بیشتری نیز وجود دارد. گرچه اغلب فورانهای دنباله‌دارها طی چند شب آرام می‌گیرد و دنباله‌دار به سرعت به قدر قبلی خود باز می‌گردد. به همین علت توصیه می‌شود درخشش دنباله‌دار سوآن، گیسوی زییابی سبز-آبی آن و دم کشیده اش را در چند شب آینده، پیش از آنکه دوباره کم نور شود، رصد کنید. دنباله‌دار را به خوبي با يک دوربين دوچشمي يا تلسکوپي کوچک در جاثي مي‌يابيد و در سرايطي که هم چنان پرنور بماند و در رصدگاهي به دور از نور شهر باشيد آن را با چشم برهنه نيز چون توده مه آلود کوچکي مي‌يابيد. بايد ديد که درخشش و دم دنباله‌دار طي شبهاي آينده چگونه تغيير خواهد کرد.

نقشه زیر مسیر دنباله‌دار در صورت فلکی جاثی و در افق شمال غربی نشان می‌دهد. دنباله دار را هر شب پس از تاریکی آسمان تا حدود ۳ ساعت پس از غورب خورشید در افق شمال غرب می‌توانید دنبال کنیدو اما بهتر است در ابتدای تاریکی که دنباله‌دار ارتفاع بیشتری از افق دارد آن را شکار کنید. با افزایش فاز ماه در شبهای آینده نور مزاحم ماه نیز مانع دیدن جزییات کم فروغ دنباله دار در رصد با دوربین‌های دوچشمی و تلسکوپ می‌شود. به همین علت شبهای هفته اول آبان بهترین زمان است.

برای مطالعه بیشتر درباره سوآن و ویژگی‌های رصدی آن مقاله اصلی بخش آسمان درباره آن را دراینجا

مطالعه کنيد.

به نقل از مجله نجوم

|+| نوشته شده توسط ارين در چهارشنبه 1384/08/04 ساعت 17 |

سیاهچاله سد راه شکل گیري ستارگان مي شود

تصاویر تازه ي رصدخانه ي پرتو X چاندرا محیط اطراف سیاهچاله ي ابرپرجرم مرکز M 87 ، کهکشان همسایه ي بیضوي و عظیم ، رانشان مي دهد. چاندرا حلقه هایي را در گاز داغ پیرامون کهکشان آشکار کرده است. این حلقه ها شاهدي بر وجود فوران هاي دوره اي در نزدیکي سیاهچاله ي ابر پرجرم هستند که موج ضربه هایي را به درون گاز مجاور مي فرستند. این انفجارها هر چند میلیون سال اتفاق مي افتند و از سرد شدن گاز درون خوشه و شکل گیري ستارگان جلوگیري مي کند.

غرش عظیم صوتي پدید آمده از سیاهچاله ي ابر پرجرم به وسیله رصدخانه چاندرا ناسا دریافت شد. این کشف با استفاده از داده هاي طولاني ترین رصد پرتوي X انجام شده از M87 که یک کهکشان همسایه ي بیضوي وعظیم است، صورت گرفت. M87 در مرکز خوشه ي کهکشاني سنبله قرار گرفته و جایگاه یکي از پرجرم ترین سیاهچاله هاي عالم است. دانشمندان حلقه هایي را در گاز داغ و گسیل کننده ي پرتو هاي X یافته اند که به خوشه نفوذ کرده و کهکشان را احاطه مي کند. این حلقه ها نشانه ي وجود فوران هاي دوره ای است که در اطراف سیاهچاله ي ابرپرجرم اتفاق افتاده است و تغییراتي را در فشار گاز خوشه ایجاد کرده که به صورت صدا آشکار مي‌شود.

به گفته ي ویلیام فورمن از مرکز اختر فیزیک هاروارد - اسمیتسونین مي توان گفت که در بیشتر عمر عالم صداهاي بسیار بم و متفاوت زیادي درون این خوشه مي غریدند.

انفجارهاي M 87 که هر چند میلیون سال اتفاق مي افتد از سرد شدن منبع عظیم گاز موجود در این خوشه جلوگیري کرده و مانع شکل گیري ستارگان جدید مي شود. بدون این انفجارها و گرماي ناشي از آن M 87 هرگز به صورت کهکشان بیضوي امروز وجود نداشت. پال منسون یکي از اعضاي گروه مي گوید که اگر این سیاهچاله این همه سر و صدا ایجاد نمي کرد، M87 کهکشان کاملاً متفاوتي بود. احتمالاً کهکشان عظیم مارپیچي که سي بار از راه شیري درخشان تر بود.

انفجارها نتیجه ي ورود ماده به درون سیاهچاله است. هنگامي که قسمت اعظم ماده بلعیده مي شود، مقداري از آن به شدت به صورت جت هایي به بیرون فوران مي کند. این جت ها از مناطقي در نزدیکي سیاهچاله که نور و صدا را گریزي از آن جا نیست، پرتاب شده و با فشار وارد گاز درون خوشه مي شوند و صدایي را تولید مي کنند که به بیرون منتشر مي شود.

رصدهاي چاندرا از M 87 هم چنین نشانه هاي قوي از زمان ایجاد موج ضربه ي ناشي از سیاهچاله ي ابر پرجرم را به دست مي دهد که نشانه

اي آشکار بر وجود یک انفجار عظیم است. این موج به صورت حلقه اي از پرتو هاي x پر انرژي پیرامون سیاهچاله با شعاع 85000 سال نوري ظاهر مي شود.

کهکشان بيضوي بسيار غولپيکر ۸۷ M در صورت فلکی سنبله و در مرکز خوشه کهکشانهای سنبله در این تصویر نور مریی با جت عظیم ذراتی که از قرص اطراف ابر سیاچاله مرکزی پرتاب می‌شود مشخص است.

ویژگي هاي قابل ملاحظه ي دیگري نیز براي اولین بار در M87 دیده شد. رشته هاي باریک پرتو x گسیل شده که طول برخي از آن تا 100000 سال نوري مي رسد، که احتمالاً گاز داغ به دام افتاده در میدان هاي مغناطیسي است. هم چنین حفره ي ناشناخته ي بزرگي در گاز داغ در تصاویر

پرتو x دیده مي شود، که حدود 70 میلیون سال پیش از یک انفجار از سیاهچاله ناشي شده است . کریستین جونز یکي دیگر از اعضاي گروه مي گوید ما مي توانیم برخي از آنچه را که مي بینیم مانند موج ضربه ها به وسیله ي کتاب هاي فیزیک توضیح دهیم. اما سایر جزئیات مانند رشته هایي را که یافتیم ذهن هایمان را بسیار درگیر کرده است. صدایي که از یک سیاهچاله ي دیگر در خوشه ي برساووش دریافت شده است مانند نتي است که حدود 57 اکتاو پایین تر از دو میاني است.

با این وجود صداي M87 ظاهراً پیچیده تر و ناهنجارتر است. مجموعه اي از حلقه هاي نا منظم فضایي در گاز داغ نشانه ي انفجار هاي کوچک ناشي از سیاهچاله است که حدود هر شش میلیون سال اتفاق مي افتد. این حلقه ها بر حضور امواج صوتي که در تصویر چاندرا دیده نمي شود دلالت دارد که حدود 56 اکتاو از دو میاني پایین تر است. حضور

حفره ي بزرگ و غرش صوتي شاهدي بر وجود نت هایي باز هم بم تر تا 58 یا 59 اکتاو پایین تر از دو میاني است که از انفجار هاي عظیم به وجود مي آیند.

این نتایج جدید در مورد M87 در بخش اختر فیزیک انرژي هاي بالا در نشستي در سانفرانسیسکو ارائه شد.

(به روایت فرزاد حسینی)

|+| نوشته شده توسط ارين در چهارشنبه 1384/08/04 ساعت 11 |

شاهکار جدیدهابل: کهکشان‌های آنتن

تصویر تازه منتشر شده تلسکوپ فضایی هابل از جفت کهکشان در حال ادغام آنتن داده های تازه ای از چگونگی شکل گیری خوشه های ستاره ای ابر چرم به دست می‌دهد.

جفت کهکشان مارپیچی آنتن یا NGC 4038-4039 چند صد میلیون سال پیش در حرکت های کهکشانی درون خوشه خود به یکدیگر رسیده اند و از آن زمان در حال ادغام اند. بازوهای کشیده به سبب نیروهای گرانشی کشندی دو کهکشان بر یکدیگر نام آنتن را به این جفت کهکشان داده است. این جفت یکی از نزدیک ترین و بهرتین نمونه های جفت کهشکانهای برخوردی است به همین بارها هدف بزرگترین تلسکوپهای جهان بوده است و هابل نیز برای بار دوم نگاهی بسیار عمیق و دقیق به کهکشانهای آنتن انداخته است.

در چنین برخوردی اگرچه ستاره های دو کهکشان، به علت فاصله زیاد ستاره ها از هم، دچار برخورد نمی شوند اما گاز میان ستاره ای دو کهمشان در هم می‌روند ومحیط آشفته ای را برای پیدایش میلیاردها ستاره پدید می آورند. که در تصویر جدید پرنورترین و فشرده ترین نواحی ستاره ساز ابر خوشه‌های پرجرم اند. همچنین حدوی نیمی از اجرام کم فروغ محو در تصویر کهکشان های آنتن خوشه های ستاره‌ای متولد شده ای هستند که هر کدام ده ها هزار ستاره دارند. حباب های نارنجی در چپ و راست تصویر هسته های دو کهکشان اند که بیشتر شامل ستاره های پیر و غبارند (رشته های غبار میان ستاره‌ای به صورت رشته های قهوه ای دیده می‌شود).

در دو کهکشان شمار بسیاری نقاط آبی از نور نواحی‌ای که ستاره های آبی بسیار پر چرم متولد می‌شوند دیده می شود و دور تا دور خوشه ها را هاله صورتی-قرمز گاز یونیده شده و درخشان هیدروژن گرفته است. از مجموع هزاران خوشه شکل گرفته در این کهکشان و بیش از هزر ابر خوشه فقط تعدادی اندکی به مرور زمان باقی می‌مانند و بقیه با حرکت های درون کهشکانی پخش و به ستاره های منفرد تبدیل می‌شوند اما احتمالا حدود ۱۰۰ عدد از مجموع ابر خوشه ها‍، در واقع آنهایی که از همه پرجرم تر بوده اند، باقی می مانند تا در آینده تبدیل به خوشه های کروی پیر شوند.

روند برخورد جفت کهکشان آنتن که از ۲۰۰ تا ۳۰۰ میلیون سال پیش آغاز شده است جلوه ای است از آنچه کهکشان ما، راه شیری، و همسایه آن آندرومدا در ۲ تا۳ میلیارد سال آینده پیش رو دارند. آنها نیز در مسیر برخورد با یکدیگرند.

|+| نوشته شده توسط ارين در چهارشنبه 1384/08/04 ساعت 11 |

نگاهي به بيگ بنگ

حتما ما می دانیم که جهان آغازی داشته است ، هرچند که این علم از جستجوی بشر برای بهتر فهمیدنش چندان راضی نیست . کنجکاوی های ما باعث می شود که این سؤال در ذهن ما ایجاد شود که جایگاه ما در جهان چیست و یا اینکه جایگاه خود جهان کجا است.

[ نجوم و اخترفيزيك ]

مقدمه
حتما ما مي دانيم كه جهان آغازي داشته است ، هرچند كه اين علم از جستجوي بشر براي بهتر فهميدنش چندان راضي نيست . كنجكاوي هاي ما باعث مي شود كه اين سؤال در ذهن ما ايجاد شود كه جايگاه ما در جهان چيست و يا اينكه جايگاه خود جهان كجا است . در سراسر زمان ما اين سؤالات را از خومان داشته ايم كه جهان چطور آغاز شد ؟ و يا اينكه سن جهان چند سال است ؟ ديگر سؤال مطرح اين است كه ماده چگونه پديد آمد . اين سؤالات آسان نيستند و ما در طول عمرمان در تاريخ اين سياره در تلاش هستيم كه سرنخ هايي را به دست آوريم . اما هنوز با صرف اين همه انرژي « چرا » هاي بسياري باقي است كه ما فقط مي توانيم در آنها تأمل كنيم .

ما راه هاي بسياري را براي كشف چگونگي آغاز كيهان و خواستگاه جهان هستي پيموده ايم كه بسيار طولاني نيز بوده اند . از ميان درك هاي علمي نوين ما اين امكان را داريم كه تعدادي تئوري را براي پاسخ به اين سؤالات آماده كنيم كه آنها را فرضيه مي خوانيم . طبيعت صحيح علم بدين گونه است كه اكثريت اين پاسخ ها فقط در حد يك تئوري هستند كه در آن سؤالات پيچيده اي نيز وجود دارد . شايد اين امري ذاتي باشد كه خداوند در ما قرار داده است كه به دنبال علت سؤالات مي رويم تا اينكه به بتوانيم به هستي ادامه دهيم .

اگر چه در اين مقاله ي كوتاه قادر نخواهيم بود كه به تمام اين سؤالات درباره ي آفرينش هرچيز پاسخ دهيم ، در صورتي كه واقعيت ها هستند ولي سعي مي كنيم كه پاسخي معين و قابل قبول براي اين سؤالات ارائه كنيم . اين موضوع مهم است كه اين اطلاعات در ذهن به خاطر بسپاريم . اين سؤالات به فهم دوباره ي جهان به طور شفاف كمك خواهند كرد . در ميان اين موضوعات در مورد بيگ بنگ ، سن جهان و اولين اتمها بحث خواهيم كرد . باور ما اين است كه قادريم به چند سؤال كليدي پاسخ دهيم .

بيگ بنگ

يكي از سؤالات هميشه پايدار در طول زندگي انسان ها اين بوده است كه :

جهان چگونه آفريده شده است ؟
عده اي بر اين عقيده اند كه جهان آغازي نداشته است و پايان آن نيز بي نهايت خواهد بود . در ميان اين نظريه ها ، تئوري بيگ بنگ داراي اعتباري بيشتري است . حدود 15 ميليارد سال قبل در انفجاري فوق العاده عظيم انبساط جهان آغاز شد . اين انفجار اصطلاحا" به بيگ بنگ Big Bang معروف است كه در زبان فارسي معادلي به نام مهبانگ براي آن وجود دارد . در نقطه اي كه اين رويداد انجام پذيرفت تمام ماده و انرژي جهان متمركز بود ؛ چه چيز قبل از اين رويداد وجود داشت آيا ماده اي خالص بود ، هنوز ما كاملا" نمي دانيم و در فكريم . اين رخداد يك انفجار مرسوم نبود . فضا پس از اين رويداد پر از ذرات شد . بيگ بنگ كاملا" به انفجار فضا در خودش بستگي داشت و اين انفجار برخلاف انفجار يك بمب است كه به طرف خارج تكه هايي را پرتاب مي كند . در آن زمان كهكشان ها و يا خوشه ها وجود نداشتند . ولي در كل بيگ بنگ بنياد جهان را پايه گذاري كرد .

منشأ تئوري بيگ بنگ را مي توان ادوين هابل دانست . هابل به اين موضوع پي برد كه جهان پيوسته در حال گسترش است . همچنين او به اين موضوع پي برد كه سرعت كهكشان ها با فاصله يشان متناسب است . يعني مثلا" كهكشان هايي كه دو برابر از ما دورترند دوبرابر سريع تر حركت مي كنند . ديگر نتيجه اين بود كه جهان در همه جهت در حال گسترش است . اين بدان معنا است كه هر كهكشان با مقدار حركت يكسان از زمان براي حركت از موقعيتي يكسان و مشترك مي آيند . با توجه به مشاهدات ادوين هابل تنها تئوري بيگ بنگ مي تواند اين موضوعات را شرح دهد .

بعد از بيگ بنگ جهان پيوسته در حال انبساط بوده است و بدين سان رفته رفته فاصله ي خوشه هاي كهكشاني بيشتر و بيشتر شد . اين پديده خارق العاده كه كهكشان هاي همواره از هم فاصله مي گيرند را انتقال به قرمز مي گويند . يعني نور كهكشان هاي دور وقتي به زمين يا هر كهكشان ديگر نزديك مي شود طول موج آن كشيده مي شود ، در واقع افزايش مي يابد .

اين سرعت كهكشان ها به فهم اين موضوع كمك مي كند كه همه از يك نقطه نشأت گرفته اند . مدركي ديگر نيز براي بيگ بنگ وجود دارد ؛ در سال 1964 دو ستاره شناس به نامهاي آرنو پزيانس و رابرت ويلسون در يك كوشش مشترك امواج ميكروموج را از فضاي بيروني جو كشف كردند . آنها به طور اتفاقي منشأ جار و جنجال هاي بيرون را كشف كردند . اين سر و صداها به نظر نمي آمد كه از يك نقطه نشاأت گرفته باشند در عوض از همه ي جهات به يك اندازه مي آمد . آنها از دورترين نقطه ي جهان مي آمدند كه بعد بيگ بنگ آنها محل واقعه را ترك كرده بودند . اين كشف و كه نتيجه نخستين انفجار و پرتوافشاني بوده است اعتماد به بيگ بنگ را افزايش ميدهد .

اخيرا" ماهواره ي COBE ناسا ميكروموج هايي را كشف كرد كه از بيرون جهان منشأت گرفته بودند . هرچند كه اين ماهواره كشف كرد كه جهان در سردي آغاز شده كه هنوز در حال انبساط يافتن بود نوسانات كم به علت تفاوت دمايي وجود را آغاز كرد . اين نوسانات محاسبات نخستين از امكان سرما و پيشرفت جهان در كسري از ثانيه بعد از بيگ بنگ را ثابت مي كند . اين نوسانات در جهان براي توصيف و شرح لحظه اي بعد از بيگ بنگ آماده شده است . همچنين به شكل گيري كهكشان هايي كه در فصل هاي آينده در مورد آن بحث مي كنيم كمك خواهند كرد .

در تئوري بيگ بنگ براي هريك از سؤالات مهم راه حلي قابل قبول ارائه شده است . اين موضوع در فهم آن مهم است كه در اين تئوري ثابت شده تجديد نظر شده است . چون مشاهدات كامل تر شده اند و پژوهش ها نيز افزايش يافته است ، تئوري بيگ بنگ تكامل يافته است و اطلاعات ما از منشأ جهان اساسي تر شده است .

نخستين اتم ها

حال كه در تلاش هاي بسيار دانشمندان توانسته چگونگي ساخته شدن جهان را مورد بررسي قرار دهند سؤال منطقي ديگر اينجا است كه پس از آن چه رخ داد ؟ در كسر بسيار كوچكي از نخستين ثانيه آفرينش بود كه خلاء كامل آغاز شد جايي كه امروزه مي دانيم كه جهان در آن رشد كرده است . در اين لحظه بسيار كوتاه جهان آشامه اي از پلاسما بود . ما از اين لحظه ي كوتاه چه مي دانيم ؟ علم تدابيري براي اين لحظات دارد كه پايه اي بر آنچه است كه امروز مي دانيم .

بي درنگ پس از بيگ بنگ ، چنانكه هر كس مي تواند تصور كند جهات به طور عجيبي گرم بود چنانكه به به سرعت ماده و ضد ماده در جهات مختلف انتشار يافتند . همچنين آن سرما در زماني در حدود

43- ^ 10 ثانيه بعد از آفرينش به مقداري ماده و ضد ماده تبديل شد كه هنوز كيهان شناسي با اين مقدار نامتقارن است . همچنين اين دو نوع با يكديگر آفريده شدند ؛ آنها با يكديگر برخورد مي كردند و نابود مي شدند و در عوض انرژي خالص پديد مي آمد . خوشبختانه براي ما يك عدم تقارن ، توجه ماده وجود داشت . همچنين نتيجه صحيح از فزوني كه حدودا" يك قسمت در ميليون است . جهان مي تواند در راهي مساعد براي ايستادگي ماده رشد كند . از اين گذشته جهان از آغاز با منبسط شدن همراه بود ، اين تفاوت باعث رشد وسيع آن شد . ذراتي كه در جهان به وجود آمده بودند به ترتيب آفريده مي شدند و دوباره به همراه ضد ذرات نابود مي شدند .

براي ذراتي كه در جهان به وجود آمدند نامگذاري خاصي داريم اين ذره ها هر كدام به تنهايي نامي دارند از جمله نوترينو ها ، باريون ها ، الكترون ها و كوارك ها كه هر كدام از اينها سازنده ي كالبد ماده ي زندگي است كه امروزه ما آنها را مي شناسيم . هنگام آغاز دوره ي باريون ها ذرات سنگين قابل شناخت وجود نداشت زيرا هنوز بسيار داغ بود . در اين لحظه فقط آشامه ي كوارك وجود داشت چون جهان به سردي آغاز شد و انبساط يافت ، ما فهم اين مطلب را دقيقا" واضح آغاز مي كنيم .

بهد دماي جهان در خدود 300ميليارد درجه كلوين رو به نزول گذاشت . اگر بخواهيم تشبيه نسبتا" خوبي به كار ببريم مي توانيم بگوئيم همانند آبي كه تبديل به يخ شده باشد . حال جهان تركيبي از نوترون ها و فوتون ها است كه آنها را هادرون مي خوانيم . هنوز ماده ي پيچيده اي در اين دما وجو ندارد . اگر چه ذرات بار دار يا همان لپتون ها نيز وجود داشتند ولي از واكنش دادن با هادرون ها منع مي شدند كه البته ماده ي پيچيده تري نيز هستند . به زودي لپتون ها كه شامل الكترون ها نيز هستند مي توانند به هادرون ها متصل شوند و اتصال و اتحادي را بين خود به وجود آورند كه در واقع همان ماده ي مشترك است .

در حدود يك تا سه دقيقه پس از آفرينش جهان نوترون ها و پروتون ها با هم واكنش نشان دادند و هسته ي دوتريوم كه ايزوتوپي از هيدروژن است را مي افريند به زودي دوترويوم نوترون ديگري را نيز جذب مي كند و هسته ي تريتيوم را نيز مي سازد تريتيوم نيز يكي ديگر از ايزوتوپ ها هيدروژن است . به سرعت به پيروي از اين واكنش پروتون ها و نوترون هاي ديگري نيز افزوده مي شود كه پس از تريتيوم با اضافه شدن پروتون هسته ي هليوم ساخته مي شود . دانشمندان بر اين عقيده اند كه در نخستين سه دقيقه آفرينش براي هر هسته ي هليوم ده پروتون وجود داشت . بعد از افزايش سرما اين پروتون ها مي توانستند الكترون ها براي آفريده شدن هيدروژن معمولي اسير كنند . نتيجه آن جهان امروز كه به اعضاي هر هليوم يازده اتم هيدروژن موجود مي باشد .

مي دانيم كه بيشتر اين اطلاعات صحيح از حدس انسان سرچشمه مي گيرند . با تحقيقاتي كه امروزه در جهان صورت گرفته است مي توانيم درباره گذشته آن توضيحي دهيم . تلاش هاي بسياري فهم شكل گيري باريون ها و تعداد آنها صورت گرفته است . از ميان پاسخ به سوالات مدرن امروزي نقش هاي بيگ بنگ و گذشته آن قابل قبول است . متعاقب مطالعات در زمينه ي چگونگي شكل كردن اتمهاي ساده در آزمايشگاه مي توانيم چند حدس جالب ديگر بزنيم همانند چگونه اين منشأ جهان شكل داده شد . هرچند كه تلاش هاي بسياري براي چگونگي شكل كردن نخستين اتم ها و همچنين آفريده جهان صورت گرفته است با اين حال ما هنوز از اينها كاملا" مطمئن نيستيم .

سن جهان

حالا ما دو پاسخ مهم براي دو تا از سؤالات خود داريم كه در رابطه با جهان هستند . هرچند كه هنوز يك سؤال عمده باقي مانده است ؛ اگر جهان به راستي متناهي است چند سال وجود دارد ؟ دوباره علم از روي شواهد و قرائن موجود مي تواند سن جهان را از بيگ بنگ تا كنون حدس بزند . با به كار بستن معادله هاي مشترك و معمولي فيزيك از فاصله و سرعت برابر با زمان كه دوباره از مشاهدات هابل استفاده مي شود ، نسبيتا" مي توان سن آن را به طور صحيح تخمين زد .

دو اندازه گيري به فاصله حركت كهكشان ها از ما و انتقال به قرمز كهكشان نيازمند بودند . شكست نخستين كوشش ها باعث جستجوي مسافت از ميان مثلثات شد . دانشمندان اين امكان را داشتند تا ضخامت مدار زمين را به دور خورشيد محاسبه كنند كه حركات خورشيد را در كهكشان خودمان تقويت مي كرد . متأسفانه اين محاسبات به تنهايي قادر نبودند تا فاصله هنگفت بين كهكشان ما و آن جسم را تعيين كنند تا سن جهان تخمين زده شود و اين هم خطايي معني دار و مهم بود .

گام بعد فهم ارتعاش ستاره ها بود . آن مشاهدات در زمينه ي ستارگاني بوده است كه داراي درخشش يكسان هستند و سوسو زدن آنها نيز يكسان بوده است . دانشمندان فرض مي كنند كه ستاره هايي كه در كهكشان خودمان هستند و چشمك زدن يكساني نيز دارند همچون اجرامي هستند در مقدار فاصله يكساني در فاصله هاي كهكشاني بايد باشند كه شدت يكساني دارند . استفاده از روش مثلثات محاسبه ي فاصله ي ستاره از كهكشان ما را امكان پذير مي سازد . از اين رو فاصله ي كهكشان هاي دور با مطالعات مختلفي قابل محاسبه است البته سختي اين كارها همانند تعيين فاصله ي دو اتومبيل در شب ظلماني است . فرض كنيد چراغ جلوي دو اتومبيل شدت تابش يكساني دارد . از ديد ناظر نور اتومبيلي واضح تر به نظر مي رسد كه از او فاصله ي كمتري داشته باشد و آن اتومبيلي كه از او دورتر است كم فروغ تر به نظر مي رسد . باز هم اين راه حل نمي تواند مسافت هاي بسيار زياد كهكشان ها را به تنهايي مورد محاسبه قرار دهد . در فاصله ها خاص غير ممكن است كه فاصله ي كهكشان را از يك ستاره مشخص سازيم . زيرا انتقال به قرمز زياد اين كهشكان ها بايد يك روش داشته باشد تا فاصله تمام خوشه ها كهكشاني از يك ستاره به تنهايي اندازه گيري كند .

با مطالعه ي خوشه هاي كهكشاني كه به ما نزديك هستند مي توانند از عقيده جود اندازه ي ديگر خوشه ها بهره مند شوند . نتيجه ي آن مي تواند پيشگويي فاصله راه شيري از آنها باشد . بنابراين محاسبات براي بدست آوردن فاصله ي خوشه و انتقال به قرمز آن ، نظري پاياني است كه تعيين مي كند كهكشان چند سال از ما در حال حركت بوده است . تك تك اين اعداد مي توانند به صورت تك تك محاسبه شوند و زماني كه اين دو كهكشان در يك مكان و يك زمان بودند را بازگرداند كه در واقع همان لحظه ي بيگ بنگ است . معادله ي عمومي كه براي محاسبه سن جهان استفاده مي شود به صورت زير است :

(distance of a particular galaxy) / (that galaxys velocity) = (time)

4.6 x 10^26 cm / 1 x 10^9 cm/sec = 4.6 x 10^17 sec

حاصل اين معادله برابر 17 ^ 10 × 6.4 ثانيه است كه با اندكي محاسبات بسيار ساده رياضي مي توانيم آن را به عددي كه تقريبا" برابر پانزده ميليارد سال است تبديل نمود . اين محاسبه تقريبا" براي هر كهكشاني كه قابل مطالعه است صدق مي كند . هرچند كه اندازه گيري اين مقدارها كه در معادلات به دست آمده اند كه تخميني از سن جهان مي باشند مي توانند صحيح باشند . در صورتيكه برآورد سن جهان فرايندي پيچيده است . اين دستاورد در اين علم گامي بحراني است .

و حالا چه ؟

خلاصه ما نخستين موضوعات را كه دانشمندان در زمينه ي جهان كشف كرده اند را شرح داديم . درك ما از بيگ بنگ و چگونگي آن ، نخستين اتمها و سن جهان به طور معيوب آشكار است ؛ در واقع در اين زمينه مباحث زيادي براي بحث وجود دارد . در زمينه زمان نيز سؤالات بي انتهايي وجود دارد كه هنوز براي پاسخ به آنها بايد كمي صبوري كنيم . هنوز بسيار از مفاهيم پايه اي جهان پيچيده هستند و جاي تفكر در آنها باقي است .

بعد از درك اين موضوع تئوري بيگ بنگ به پايداري افراد را به مبارزه و رقابت مي طلبد . اين تئوري رقيب هاي خود را به سويي راهنمايي مي كند كه جستجوي بيشتر باعث مي شود كه ثابت شود اين تئوري صحيح است در واقع به آن ها مداركي قابل ارائه مي كند . در سر فصل هايي از اين مقاله مداركي را مورد بررسي قرار داديم كه آزموده شده بودند و از جهات مختلفي جستجو شده بودند ، در هر صورت باعث مي شوند كه تصوير نسبتا" كاملي از جهان در ذهن داشته باشيم .

اخيرا" ناسا موضوعاتي را كشف نموده است كه انسان را متحير و انگشت به دهان مي كند . در واقع دلايلي بر وجود بيگ بنگ هستند . بيشتر ستاره شناسان و فيزيكدانان از رصدخانه ي استرو 2 استفاده مي كردند اين رصدخانه مي توانست يكي از نيازمندي هاي پايه اي جهان را در بيگ بنگ تأييد كند . در ژوئن 1995 دانشمندان تونستند نخستين هليم را كشف كنند ، همچون دتريوم در فاصله هاي دور جهان . اين كشف با يكي از نمود هاي مهم بيگ بنگ هماهنگ است كه در آغاز خلقت هليوم و هيدروژن با يكديگر تركيب شدند .

بعد در مشاهدات تلسكوپ فضايي هابل اين سرنخي معين براي عناصر باقيمانده اي است كه ما امروزه مي شناسيم . دانشمندان با استفاده از تلسكوپ فضايي هابل دريافته كه در ستاره هاي كهن عنصر بور زيادي موجود بوده است . آنها فرض كردند كه وجودش مي تواند عامل هركدام از اين دوتا باشد . مي تواند باقيمانده رويداد نيرومند تولد كهكشان يا اينكه نشان دهنده ي اين است كه حتي بور تاريخ آن به قبل از بيگ بنگ برمي گردد . اگر دومي صحيح باشد ، دانشمنداني بايد دوباره سعي كنند تا تئوري جديدي براي تولد جهان ارائه كنند همچنين براي رويداد هاي پس از آن . بر طبق تئوري هاي كنوني در آن زمان امكان وجود اتم هاي سنگين و پيچيده وجود نداشته است .

در اين روش آنچه را كه مي بينيم هرگز درست نيست . اشتياق ما براي دريافتن اين علم هرگز فرونشانده نمي شود . با اين حال پاسخ سؤال حالا چه ؟ در حال حاضر غير ممكن است . در اين دوره ما نمي توانيم پاسخ اين سؤالات را به كار ببنديم .

افكار عميق

اين گمان بسيار مشكل است كه اين موضوع را از افكار روزانه جدا كنيم . هر كس در هر نقطه از زمان به سختي مي تواند با اين موضوع ستيز كند كه چرا ما اينجا هستيم ؟ برخي در فلسفه ي طبيعي محض به دنبال پناهگاهي براي اين سؤال هستند ، در صورتيكه اكثريت براي پاسخ اين سؤال به دلايل علمي نزديك مي شوند . اين افراد خاص در سطح هاي بالاتر به دنبال پاسخ اين سؤال هستند و فقط در وجود انساني تمركز نمي كنند بلكه هر چيز را كه واقعي مي دانند مد نظر قرار مي دهند .

اگر شما در مكاني بنشينيد و سعي كنيد تمام جهان را تصور كنيد متحير خواهيد شد . هرچند كه حالا علم مي تواند در رابطه با جهان به بحث بپردازد ؛ درباره ي چگونگي آغاز آن و آينده ي صحبت كند و ... . اين موضوع آسان به نظر مي رسد تا در مقياس هاي بزرگ در رابطه با سالها ( ميليارد ) بحث كنيم . ما از ميان زندگي خود به اينجا سفر مي كنيم و دوباره از همان ميان به آسمان ها بازميگرديم .

در اين مقاله سعي كرديم كه تا حدودي كمي جهان را به تقد و بررسي بگذاريم . اين موضوع نيز جالب است كه ما هنوز به طور كامل نمي دانيم كه چه طور به وجود آمده ايم و تمام اين حرفهايي را كه گفتيم در حد يك نظريه است كه امكان دارد درست باشد و يا اينكه غلط نمايان گر شود . خداوند اين توانايي را در هر انسان سالمي قرار داده است كه تفكر كند و بهترين حدس را بزند . از ميان اين گمان ها ما مي توانيم درست ترين آنها را مشخص كنيم و مبنا قرار دهيم.

نقل از سي پي اچ تئوري

|+| نوشته شده توسط ارين در سه شنبه 1384/08/03 ساعت 13 |

سايه صوت (OMBRE ACOUSTIQUE)

آيا سايه صوت قابل مشاهده است؟

سايه صوت چه شكلي تشكيل مي‌شود ؟

آيا سايه صوت را مي‌توان همانند سايه نور تشخيص داد؟

چرا هنگام مكالمه با تلفن هر چند بلند حرف بزنيم باز صداي رسيده به طرف مقابل چندان تغيير نمي‌كند؟

چرا صوت موسيقي كه ما در خارج از تالار مي‌شنويم، به اندازه صداي داخل تالار براي ما جذاب نيست؟

بين صوت و نور ظاهرا جزئي اختلاف مشاهده مي‌شود كه لازم است راجع به آن توضيح دهيم. مي‌دانيم كه صوت و نور هر دو ماهيت موجي دارند و اكثر آنچه را كه در مورد امواج نوري مشاهده مي‌كنيم ، در مورد فيزيك امواج صوتي نيز قابل مشاهده است.

علل تشكيل سايه صوت

از جمله چيزهايي كه وجودش در مورد فيزيك امواج نوري بخوبي قابل روئيت و مشاهده است سايه نور است. در صورتي كه در فيزيك امواج صوتي معمولا سايه واضح مشاهده نمي‌شود. علت حقيقي اين امر اين نيست كه امواج صوتي در برخورد با مانع ، توليد سايه نمي‌كنند. زيرا در عمل مانعي كه ابعادش به اندازه طول موج صوت بزرگ باشد، در دسترس ما نيست.

پراش نور

بزرگي طول موج نور در حدود اعشار ميكروني مي‌باشد. بنابرين ، هر گونه مانعي ولو كوچك هم كه باشد ابعادش نسبت به طول موج نور بي‌نهايت بزرگ است. مثلا ابعاد در ، ديوار ، پرده و دسته صندلي ، برگ درختان و غيره هر كدام ميليونها دفعه و بيشتر بزرگتر از طول موج نور مي‌باشند و البته وقتي مانع خيلي كوچك و يا باريك شود ، مثلا به كوچكي سوزن و يا به باريكي رشته مويي باشد. ديگر نمي‌تواند براي نور ، سايه خوبي درست كند. و در اين حالت پديده ديفراكسيون حادث مي‌گردد و در پشت مانع بطريق خاصي نور مشاهده مي‌شود.

ديفراكسيون صوت

طول موج صداهاي انساني در حدود متر است (براي حرف زدن معمولي مردان طول موج از 2.5 -3 متر و براي حرف زدن معمولي زنها طول موج از 1.2 متر تا 1.5 متر تغيير مي‌كند) بنابرين مثلا ديواري كه داراي ده متر باشد. نسبت به طول موج چندان بزرگ نيست و نمي‌تواند براي آن حائل خوبي باشد و از اين جهت در اثر ديفراكسيون صوت صداي صحبت كننده از پشت آن شنيده مي شود.

نمايش سايه صوت

اگر نت صوت خيلي زير باشد مشاهده سايه آن آسانتر است. و مي‌توان در آزمايشگاه با آنها سايه صوت را درست كرد. مثلا ممكن است با سوت گالتن (سوتي است كه طول موج آن در حدود دسيمتر و اعشار آن مي‌باشد) با بكار بردن مقوايي به ابعاد متر تا اندازه سايه صوت را قابل مشاهده نمود.

مي‌دانيم كه هر نوع صوتي با مشخصات سه گانه خود يعني شدت ، ارتفاع ، طنين مشخص مي‌گردد. و چون هر گونه صدايي مخلوط از صداي اصلي و هارمونيكهاي آن و در نتيجه مخلوطي از صداهايي با ارتفاع مختلف مي‌باشد. و لذا وقتي مانع در جلو فيزيك امواج صوتي قرار مي‌گيرد ممكن است بعضي از آن صداها زيرترند بكلي متوقف گردند و براي آنها توليد سايه شود و يا بطور ناقص به پشت مانع برسند. بنابراين عمل مانع نسبت به صداهاي زير و بم يكسان نمي‌باشد. نتيجه اينكه ممكن است در خلا ، ديوار مشخصات صوتي كه در جلوي آن درست شده است موجود نباشد. و بطور خلاصه صدا در رسيدن به پشت مانع تغيير نمايد.

|+| نوشته شده توسط ارين در جمعه 1384/07/01 ساعت 15 |

رابطه رياضي فاصله سيارات تا خورشيد

سال 1766 ميلادي، يوهان تيتوس منجم آلماني توانست رابطه ساده اي بيابد كه با استفاده از آن مي شد فاصله سيارات از خورشيد را بدست آورد. چند سال بعد نيز ديگر منجم هموطن او، يوهان الرت بُد، اين رابطه را مستقلا" دوباره كشف كرد.البته اين رابطه را هر دو از طريق بازي با اعداد بدست آوردند و بدست آوري آن رابطه پايه علمي نداشت. امروزه اين رابطه به رابطه تيتوس_بُد مشهور است. اين رابطه بدين صورت است:

فاصله سياره از خورشيد(بر حسب فاصله متوسط زمين از خورشيد)=0.4+(0.3*n)

... , n = 0, 1, 2, 4, 8

اعدادبدست آمده با دقت خوبي با فاصله واقعي سيارات همخواني داشت:

سيارات

عطارد

زهره

زمين

مريخ

؟؟؟

مشتري

زحل

جواب رابطه تيتوس_بُد

0.4

0.7

1.0

1.6

2.8

5.2

10

فاصله واقعي از خورشيد

0.39

0.72

1.00

1.52

؟؟؟؟

5.20

9.54

براي فاصله 2.8 برابر فاصله زمين از خورشيد در آن زمان سياره اي يافت نشده بود. بسياري از اخترشناسان عقيده داشتند كه سياره اي كوچك در اين فاصله بين مريخ و مشتري وجود دارد كه كشف نشده است. جستجوي منظم نوار دايرِةالبروج براي يافت اين سياره مفقود از اواخر قرن هجدهم شروع شد و سرانجام در اولين روز قرن نوزدهم، يك منجم ايتاليايي به نام جوزپه پياتزي، موفق شد جسم كوچكي را در حدود اين فاصله از خورشيد بيابد كه آن را سِرِس ناميد. بعد از آن نيز اجرام ديگري با همين فاصله از خورشيد كشف شدند. اخترشناسان آن دوران اين نظريه را پيش كشيدند كه در آن فاصله از خورشيد، بجاي يك سياره، تعداد زيادي سيارك وجود دارد كه با كشف تعدادزيادي از اين سياكها در سالهاي بعد اين نظريه تاييد شد.در حقيقت رابطه تيتوس_بُد محرك اصلي كشف سياركها بود.

سالها بعد نيز سياره اورانوس كشف شد كه فاصله اش با فاصله پيشبيني شده توسط رابطه تيتوس_بُد نيز مي خواند!(19.6 بنابر رابطه و 19.9 بنابر اندازه گيري). اما فاصله سيارات بعدي نپتون و پلوتو در اين رابطه صدق نمي كنند. امروزه نظريه اي كه به نظريه واهلش ديناميكي(Dynamical Relaxation) موسوم است توضيحي براي اين رابطه يافته است. بنا به اين نظريه، سيارات نخست در مدارات متفاوت تكوين يافتند؛ اما سپس به مداراتي منتقل شدند كه نيروهاي اغتشاشي گرانشي ديگر سيارات را به حداقل برسانند. نتيجه اين كار از نظر رياضي به روابطي شبيه رابطه تيتوس_بُد منجر مي شود.

|+| نوشته شده توسط ارين در دوشنبه 1384/06/28 ساعت 15 |

پرتگاه نهايي ، سياهچاله

سلام دوستان خوب هستید ؟

بازم باید به خاطر تآخیر ۲ ماهم معذرت خواهی بکنم

من داشتم یکی از مقالات سایت هوپا رو مطالعه می کردم که فکر کردم بد نیست اون رو برای شما هم بزارم.

در واقع یکی از مهمترین مسائل فیزیک امروز سیاهچاله ها هستند که بد نیست اطلاعات هر چند مختصر در باره ان داشته باشیم.

اگر سوالی داشتید یا مطلبی در اختیار که فکر می کنید می شود در اینجا جا داد لطفآ به این ایمیل بفرستید

یا برای اینکه به سوالاتتون پاسخ داده شود این ای دی را ادد کنید

bright_6_6_6@yahoo.com

پرتگاه نهايي ، سياهچاله

شايد يكي از چالش هاي بزرگ اختر فيزيك در اين قرون موضوع جذاب سياهچاله ها باشد . آنسوي افق رويداد بر هيچ شخصي مشخص نيشت . شايد در آن سوي آن فضايي عميق پنهان شده باشد ، شايد اين فضا آن حد بزرگ باشد كه براي انسان قابل تصور نباشد . انسان از گذشته مي دانسته كه زمين كروي بوده و به عبارت بهتر مسطح نبوده و در واقع خميده مي باشد ، به عبارت ديگر كره اي است كه لبه ندارد. ما از روي آن نمي افتيم زيرا نيروي سحرآميز گرانش هركس و هرچيزي را محافظت مي كند تا به سطح سيارات ديگر نيافتد .

پس از آنكه نسبيت آلبرت اينشتن پا به عرصه نهاد به اين موضوع پرداخته شد كه فضا خودش خميده است. حالا ما مي دانيم كه سفر به درياي بيكران فضا كه ما به آن جهان مي گوئيم در واقع به مكاني ژرف و عميق است و اگر مسافري بدون اطلاع به آن سفر كند ممكن است به داخلي اجرامي فوق العاده عظيم سقوط كند و زندگي را براي هميشه وداع گويد و با يك ريسك جانش را از دست بدهد . او به دروني افقي كاملا" مخفي سقوط مي كند و ما هنوز به طور كامل نمي دانيم كه برايش چه پيش مي آيد اين افق وحشتناك متعلق به سياهچاله است .

گرانش مهلك

يك سياهچاله يك جسم متناقض كيهاني است . يك ستاره تاريك ، يك جسم كاملا" نا مرئي ، يك زندان براي نور . اين جسم يك مرز دارد كه هر چيز وارد آن شود بازگشتي نخواهد داشت ، ما اين مرز را افق رويداد مي خوانيم . يك كره كه هر چيز وارد آن شود براي ابديت اسير آن مي شود ، مكاني كه ديگر امكان فرار از آن نيست . جايي كه در آن سطح جامد وجود ندارد . در اين هنگام هر چيز حتي نور مكيده مي شود و فقط يك گردات ژرف گرانشي مشاهده مي شود ، اين اجرام بسيار بي رحم هستند و هرجيز را كه به طرفشان بيايد جذب مي كنند ، در واقع آن جسم را براي هميشه از آمدش پشيمان مي كند . ما از مركز كه تكينگي خوانده مي شود اطلاعات چنداني نداريم ولي مي دانيم كه در آنجا گرانشي مهلك حكم فرما است .

چهره ي اين اجرام هميشه مخفي و پوشيده است . تكينگي آنها هميشه به صورت نقطه اي است كه نيروي گرانش فوق العاده اي در آن متمركز شده است . همه ي اجرام و امواج الكترومغناطيسي و انرژي كه در سياهچاله فروافتاده اند در نقطه اي فوق العاده كوچك و فوق العاده چگال فشرده شده اند و گرانشي نا متناهي ايجاد مي كنند . سياهچاله ها عموما" گازهاي ميان ستاره را حريصانه قورت مي دهند . فضا از وجود اين اجرام متلاطم است و هم چنين زمان از جود آنها فشرده مي شود تا اينكه متوقف شود . چون نور نمي تواند از افق رويداد سياهچاله عبور كند ما آن مكان را لبه جهان فرض مي كنيم .

مختصري از داستان گرانش

مفهوم گرانش : اين نيروي نامرئي كه بر زندگي ما مسلط است و ما را بروي زمين نگاه مي دارد . اين نيرو براي مدتها طولاني انسان هاي بزرگ را كشفش به مبارزه طلبيده است . حتي روزي كه گاليله در بالاي برج پيزا كه كج است به مشاهده مي پراداخت اين سؤال برايش پيش آمد كه چرا اجسام به سوي پائين سقوط مي كنند . گاليله تعجب كرد كه چرا اجرام سنگين و اجرام سبك با يك زمان يكسان به سطح زمين مي رسند . همچنين از اين موضوع كه چرا سيارات در راهشان به حركت مي پردازند حيرت كرد . زماني كه كشفيات خود را در مورد سيارات بيان كرد او را به اين جرم كه در قوانين كليسا بدعت گذاري كرده است دستگير كردند و در دادگاه هاي خود محكوم كردند . اين كه چرا آنها اين كار را كردند بحثي كاملا" مجزا است كه در اين مقال نمي گنجد . او سرانجام در سال 1642 در فلورانس زماني كه سعي مي كرد كه نشان دهد گرانش عامل اين امر است درگذشت .

در يك كريسمس چارچوب گرانش به دست دانشمند بزرگ سر ايزاك نيوتن نهاده شد . او با 28 ماه انديشه ي پياپي توانست حساب ديفرانسيل و انتگرال را كشف كند . سپس طبيعت نور را مورد مو شكافي قرار داد و با اين تلاش ها توانست قوانين حركت سيارات را وضع كند . هرچند كه امروزه مكانيك كلاسيك كه بيشتر قوانين آن به وسيله نيوتن وضع شده بود تا حد زيادي از فيزيك كنار رفته است . زيرا بعضي از كميت ها همانند نور و جرم را مطلق مي دانست و با اين گونه روابط بعضي از پديده ها قابل شرح نبودند . و سر انجام يك روز وقتي كه در حال استراحت بود و فنجان چاي را مي نوشيد مشاهده كرد كه از درخت به زمين افتاد ؛ در اين هنگام رشته افكاراتش قطع شد و در زمينه ي گرانش به فكر فرو رفت .

در ذهنش اين سؤال ها تداعي مي شد كه چرا سيب به طور مستقيم سقوط كرد ؟ آيا آن مي خواهد به مركز زمين رود ، جايي كه كانون نيروي گرانش است . با اين افكارات به اين مووضع پي برد كه هر يك از سيارات و حتي خود خورشيد داراي گرانش هستند ؛ او گفت كه در بين هر دو جسم داراي جرم در عالم گرانش وجود دارد در واقع او گفت كه هر جسم داراي جرم گرانش دارد . هم چنين او گفت كه هر چه جرم جسم بيشتر باشد گرانش آن بيشتر است . بنابراين به اين سؤال پاسخ داده شد كه چرا سيارات به دور خورشيد مي چرخند .

در پايان آلبرت اينشتن در سال 1919 با ارائه ي تئوري نسبيت عام خود كه در آن از معادلات بسيار پيچيده رياضي استفاده كرده بود گفت كه گرانش اثر هندسي جرم بر فضا اطراف خود است . به اين ترتيب براي نخستين نظريه اي كامل گرانش را شرح داد .

ستاره هاي تاريك

در سال 1784 جان ميشل دانشمند بزرگ ولي فراموش شده ي قرن 18 كه كشيش نيز بود ؛ ( در تاريخ علم دانشمندان بزرگي مشاهده مي شوند كه بدون اقتضا به شغل شان كارهاي فوق العاده كرده اند ؛ مثلا همين آقاي ميشل كه مطالعاتش چندان مناسبتي با شغلش نداشت ) از سرعت گريز بعضي از اجرام تعجب كرد ( سرعت گريز حداقل سرعتي است كه نياز است تا از سطح يك سياره يا يك ستاره جدا شويم ، در واقع سرعتي است كه يتوانيم از گرانش آن فرار كنيم ) ؛ او مي دانست كه گرانش يك جسم به جرمش بستگي دارد ، همچنين اين موضوع را مي دانست كه سرعت نور بسيار زياد است ولي با اين حال متناهي است . او از اين موضوع تعجي كرد كه خورشيد با اين جرم باز هم قادر نيست نور را در سطح خود نگه دارد و نور از سطح آن مي گريزد ( مي دانيم كه سرعت نور 299792 كيلومتر بر ثانيه است كه آن را 300000 كيلو متر بر ثانيه فرض مي كنند و از اين سرعت تقريبي بيشتر استفاده مي كنند ) . ميشل پاسخ به اين صورت استنباط كرد كه اگر خورشيد در همين اندازه بود ولي جرمش 500 برابر بود نور نمي توانست از سطح خورشيد بگريزد زيرا در اين صورت گرانش آن بسيار مي شد . چند سال بعد رياضدان بزرگ فرانسوي لاپلاس به طور مستقل تنيجه را به طور يكسان شرح داد و بدين ترتيب مفهوم ستاره تاريك زاده شد .

جهان حفره ها

سياهچاله ، اين اجرام نادر و عجيب ، را مي توان نتيجه ي تفكرات جوان باهوش آلماني كه در سال 1919 در دفتر ثبت اختراعات سوئيس مشغول به كار بود دانست . آلبرت اينشتن در سال 1919 تئوري نسبيت عام خود را كه انقلابي عظيم در فيزيك نوين بود را ارائه كرد . آلبرت اينشتن پي برده بود كه جهان اساسا" در مكان هاي متفاوت نسبت به قوانين نيوتن قابل توضيح نيست . او گفت كه سه بعد از فضا نمي توانند به صورت مجزا از بعد چهارم يعني زمان باشند . او گفت كه اين ها با هم پيوسته هستند و آنها فضا – زمان ناميد . اين ساختار همانند يك ساختار نامرئي است كه در واقع وجود دارد . او گفت كه فضا نمي تواند مطلق باشد ، بلكه پيوسته است . اين بافت فضا زماني مي تواند خميده شود و يا اينكه پيچ و تاب پيدا كند .

اين بافت كه مي تواند جالب باشد فقط در صورتي مي تواند مسطح و صاف باشد كه هيچ چيز در روي آن وجود نداشته باشد . اگر جسمي جرم دار در روي آن وجود داشته باشد گرانش نيز وجود دارد ؛ و هر جا كه گرانش وجود داشته باشد اين بافت فضا – زمان خميده مي شود . اين خميدگي اين بافت براي اجرام حكم مي كند كه چگونه حركت كنند ، در واقع مي گويد كه گرداگرد اين فضا – زمان خميده به سير و سفر بپردازند . همانطور كه در بخش گرانش گفتيم گرانش در تئوري نسبيت عام اثر هندسي جرم بر فضا ي اطراف خود است . اگر بخواهيم كمي ساده تر توضيح دهيم همين خميدگي عامل ايجاد گرانش است .

اينشتين براي تصور اين واقعيت فرض كرد كه كاغذي دارد و آن كاغذ را ساختار فضا – زمان فرض كرد . او جسمي سنگين را در روي آن ماغذ قرار داد ( آن جسم را خورشيد در نظر گرفت ) و ديد كه در ساختار كاغذ خميدگي و فرو رفتگي ايجاد شده است . او گفت كه اين فضا زمان خميده گرانشي توليد مي كند كه هرچه اين خميدگي بيشتر باشد گرانش نيز قوي تر خواهد بود . سرانجام در جهان اجرامي وجود دارند كه اين خميدگي را به نهايت خود مي رسانند و تمام مسيرها را به سوي خود خم مي كنند و اين اجرام حقيقتا" سياهچاله هاي كيهاني هستند .

تولد ستاره

براي فهم مقياس بزرگ در جهان ما بايد به مقياس هاي بسيار كوچك را درك كنيم . با باز كردن زندگي يك ستاره ما مي توانيم زاده شدن يك سياهچاله را به خوبي درك كنيم .

ستاره ها زماني پديد مي آيند كه ابري فوق العاده بزرگ از غبارهاي كيهاني و هيدروژن در زير بار گرانش خود فشرده شوند . در اين صورت گرانش به همراه افزايش چگالي فزوني مي يابد و بدين ترتيب فضا – زمان خميده و خميده تر مي شود . پس مدتي گاز هيروژن در هسته متراكم مي شود و در اين تراكم شديد اتم ها با يك ديگر برخورد مي كنند و دماي آن ها رفته رفته افزايش مي يابد . زماني كه دماي هسته به 10 ميليون درجه رسيد ، پروتون هاي هيدروژن در پي واكنش هاي زنجيره اي هم جوشي هسته اي به هليوم تبديل مي شوند . در هنگام اين واكنش ها مقداري از جرم نا پديد مي شود كه تبديل به انرژي و امواج الكترومغناطيسي همچون نور مي شوند . در اين صورت يك جسم كه همچون يك لامپ غول پيكر كيهاني است پديد آمده است و اين آغاز زندگي يك ستاره است . هر ستاره اي كه ما در آسمان مشاهده مي كنيم در هسته اش واكنش هاي عظيم هم جوشي رخ داده است تا اين نور توليد شود و به ما برسد . هنگامي كه ستاره همانند خورشيد درخشان و نوراني مي شود ، گرانش آن سعي مي كند تا ستاره را هم چنان منقبض كند و در خود فرو كشد . اما واكنش هاي عظيم هسته اي كه در هسته ي ستاره انجام مي شوند انرژي عظيمي توليد مي كند و همين انرژي از در هم كشيده شدن ستاره و فروريختن آن جلوگيري مي كند. زماني كه ستاره مورد نظر(بسته به جرمش) سوخت خود را در چند ميليون يا چند ميليارد سال مصرف كرد و تمام هيدروژن ها به هليوم تبديل شدند ستاره وارد مرحله ي جديد زندگي خود مي شود در اين هنگام ستاره سعي مي كند تا هليوم توليد شده را به عناصر سنگين تر همانند آهن تبديل كند ولي اين واكنش ها چندان انرژي زيادي را توليد نمي كنند تا با گرانش به مقابله بپردازد . سر انجام پس از مدتي گرانش پيروز مي شود و اين پايان زندگي يك ستاره است . در اين هنگام ستاره نسبت به جرمش مي تواند به سه حالت 1- كوتوله سفيد 2- ستاره نوتروني 3- سياهچاله تبديل شود .

فشردگي عظيم

سرنوشت نهايي يك ستاره به جرمش وابسته است . خورشيد ما در نيمه ي عمر است ، يعني حدود 5 ميليارد از سن خود را سپري كرده است و براي بقاياي حيات به ميزان پنج ميليارد سال ديگر سوخت دارد . اما در زمان هاي دور واقع در آينده پس از اتمام سوخت خود لايه ي بيروني خود را به بيرون خواهد انداخت . بدين ترتيب گرانش هسته را به شدت فشرده مي سازد و تا حدي اين كار را انجام مي دهد و به جايي مي رسد كه توانايي ادامه ي ادامه ي آن را ندارد . در اين صورت جرمي پديد مي آيد كه كوتوله سفيد ناميده مي شود . باقي مانده ي هسته يكصد هازار برابر از زمين فشرده تر است .

بيشتر ستاره هاي عظيم سريع تر سوخت خود را مي سوزانند و در نتيجه عمران آنها نيز كوتاه تر از حد انتظار خواهد بود . يك ستاره به جرم ده برابر خورشيد ممكن است تنها ميليون ها سال عمر كند و زندگي آن به ميليارد سال نمي رسد . چنانكه فروريختن آن آغاز شود ماده ي موجود در آن زير فشار گرانش له مي شود . در اين حالت هسته در حدود 50 ميليارد درجه حرارت دارد ، در چنين حرارتي هسته تنها چند ثانيه واكنش مي دهد و سپس به سبك سوپر نوا منفجر مي شود .

سوپرنوا نوعي انفجار عظيم كيهاني است . در پي اين واقعه ي كيهاني مقدار زيادي ماده به محيط ميان ستاره اي دميده مي شود . در اين گونه ستاره ها واقعا" از درون متلاشي مي شوند و پي از آن اتم هاي هسته در زير بار گرانش به هم مي ريزند و الكترون هاي آنها به پروتون ها متصل مي شوند و توليد ذره ي زير اتمي ديگري به نام نوترون مي نمايند . در نتيجه ستاره نوتروني پديد مي آيد كه جرمش حدود 5/1 برابر خورشيد است ولي اين جرم عظيم تنها در در يك كره فشرده شده كه ضخامت اين سر تا آن سرش تنها 20 كيلو متر است .

دانشمندان ثابت كرده اند كه ستاره هاي نوتروني واقعا" وجود دارند ، زيرا آنها سيگنال هاي خاصي را از خود ساتع مي كنند درست همانند هشدار فانوس دريايي به ساحل . يك ستاره ي نوتروني امواجي خيره كننده ساتع مي كنند ؛ اين امواج توسط ميدان مغناطيسي عظيمش كه بيش از يك ترليون برابر از ميدان مغناطيسي زمين قوي تر است توليد مي شود . اين چنين ستاره هاي نوتروني را پالسار مي خوانند . همچنين ستاره شناسان با دريافت اين امواج از فضاي تاريك ديگر ترديدي از وجود آنها را در خود راه نمي دهند .

پيروزي نهايي گرانش

يك ستاره ي نوتروني در برابر فشار عظيم گرانش در برابر فشرده شدن مقاومت مي كند . اما اگر باقيمانده ي هسته پس از انفجار بيش 3 برابر خورشيد جرم داشته باشد ، آنگاه ديگر شرايط كاملا" متفاوت مي شود . در اين شرايط حتي نوترون ها از فشار بي وقفه ي گرانش نمي توانند در امان باشند . نوترون ها در بي خبري هم چنان فشرده مي شوند و هسته ي ستاره در زير بار گرانش در فضاي خودش از پاي در مي آيد و از شكل مي افتد و در اين صورت جرمي بسيار ترسناك مي شود . يك فرم تاريك كه در قلب ستاره ها قرار داشته است و حال بي وقفه حركت مي كند و از فضاي اطراف خود مواد را مي مكد و آن را به درخشش وا مي دارد . اين اجسام گرسنه همان سياهچاله ها هستند كه در آنها گرانش به پيروزي نهايي رسيده است . هر چيز كه به محدوده ي جادويي آن وارد شود برايش بازگشتي نخواهد و نخواهد توانست تا بگريزد و سرانجام آين جسم قورت داده مي شود .

آن سوي تاريكي

لبه ي سياهچاله را افق رويداد مي خوانند زيرا همه ي رويداد آن سوي آن بر ما پوشيده است و بر ما نامرئي است و فقط تا جايي ما حق مشاهده داريم كه افق رويداد وجود دارد . در برخي از سياهچاله ها ممكن شعاع افق رويداد تنها چند كيلومتر باشد . هرگاه ستاره اي در مداري دوتايي با سياهچاله اي قرار گيرد هر از چند گاهي مقداري از گازهاي خود را براي سياهچاله پرتاب مي كند و سپس سياهچاله آنها را به وسيله ي تكينگي مي ربايد ؛ همانطور كه گفته شد تكينگي نقطه اي است كه در آن چگالي بي نهايت است ، در واقع جرم آن بي نهايت است ولي حجم آن بسيار بسيار كوچك است .

تكينگي جايي است پايان علم است و دانشمندان تفكر در زمينه ي آن را آغاز كرده اند . در اين مكان موجوديت فضا و زمان متوقف مي شود و جايگزين آن جرم آشفته و خروشاني مي شود كه آن را اسفنج كوانتومي مي نامند . دانشمندان حدس مي زنند اين نقطه جايي باشد كه قوانين اينشتين و نسبيت و مكانيك كوانتوم شكسته مي شود . اين حوضه ي چيزي است كه كوانتوم گرانشي ناميده مي شود ، در اين مكان از يافته هاي بسيار پيشرفته ي رياضي استفاده مي شود .

گفته مي شود كه تكينگي وجود داشته است كه جهان از آن آغاز شده است . در بسياري از راه هاي يك ستاره به تكينگي يك سياهچاله فرومي ريزد و اين معكوس بيگ بنگ است . ما نمي دانيم كه در آن سوي افق رويداد چه مي گذرد شايد در آن سويش جهاني هم چون جهان ما پنهان باشد و شايد حتي اين جهان نمونه اي از جهان هاي موازي خود باشد .

سياهچاله يا فيل سفيد

اينشتين خود به شخصه قادر نمي توانست باور كند كه سياهچاله هاي نامرئي در جهان ما واقعا" وجود دارند و آنها نتيجه معادلات خودش نيز مي باشند . امروزه اما امروزه دانشمندان با شناسايي تعداد زياد سياهچاله در درون و بيرون كهكشان راه شيري دليلي ارائه كرده اند كه پيش بيني ها اينشتين و نسبيت او درست بوده است .

يك سياهچاله شكار خود را با استتار استادانه ي خود به دست مي آورد ، جايي كه از تاريك ترين جاهاي كيهان است . براي جستجوي يك سياهچاله اول شما بايد يك ستاره ي مرئي را بيابيد كه در مدار يك سياهچاله به دام افتاده است ؛ سپس شما بايد چگونگي حركت ستاره را مورد مطالعه قرار دهيد . جان ويلر يك توصيف زيبا را براي رقص اين دو جسم در فضا گفته است : « مانند يك مرد سنگين كه چيز سياهي را پوشيده و نا مرئي است مي تواند به راحتي يك زن را كه لباسي روشن و نوراني را پوشيده است به دور خود بچرخاند . ستاره شناسان به نور ستاره اي كه در مدار يار تاريك خود اسير است توجه مي كنند .

يكي از بهترين نماينده ها براي اين امر ستاره است كه V404 گايگني ناميده مي شود . محاسبات نشان داده است كه همدم مستتر V404 دوازده برابر خورشيد جرم دارد . البته هنوز مجموع جرم آن به طور كامل مشخص نشده است . اما مدار هر سياهچاله براي به دام انداخت يك سياهچاله بايد نامرئي باشد . يكي از اين سياهچاله ها مي توانند در كمين ستاره اي پنهان شده باشد .

جاروبرقي كيهاني

اگر چه سياهچاله چنان قدرتي دارد كه مي تواند تمام اجرام را اعم از غبار و گاز را همانند جاروبرقي به درون بكشد ولي توانايي شكار كردن را ندارد . اين چيزي برخلاف اعتقادات ما است . ولي شايد اگر اين مووضع را بدانيم بهتر به درك اين مطلب كمك مي كند . اگر ما در جاي خورشيد خودمان در مركز منظومه ي شمسي سياهچاله اي با همان جرم قرار دهيم نخواهد توانست را زمين را مدار زمين را جذب خود كند و فقط ما از نور خورشيد محروم خواهيم شد .

اليته شما مي توانيد از زمين خارج شويد و رويداد هاي جالبي را تجربه كنيد شما پس از نزديك شدن به افق رويداد كشيده مي شويد و لاغر به نظر مي آييد در اين صورت شما مي توانيد پاهاي خود را با طول به اندازه ي چند كيلومتر بيابيد . پس از ورود به افق رويداد شما به ذرات بنيادي تجزيه مي شويد و در پرده ي تاريكي از نظرها ناپديد مي شويد .

همانطور كه گفته شد پس از ورود به افق رويداد شما هرگز ديده نخواهيد شد ، زيرا زمان اتساع مي يابد و فوتون هاي حمل كننده ي تصوير شما نيز در دام چنين گرانش عظيمي خود را گرفتار مي بينند و بسيار تقلا مي كنند تا بدن شما را ترك كنند و به بيرون روند هرچند كه چنين چيزي امكان پذير نيست يعني از يك ميليون سال هم تلاش كند نمي تواند .

قلب تاريكي

بيشتر ستاره شناسان اين امر را تصديق مي كنند كه سياهچاله هاي سنگين وزن در مركز كهكشان هايي همچون راه شيري هستند . آخرين برآوردها نشان مي دهد كه اين گونه سياهچاله را فوق العاده بزرگ يا سنگين مي نامند كه در كيهان موجود مي باشند .

در دهه ي 1950 با تلسكوپ هاي نوري امواج بسيار قوي دريافت كردند و آنها را با تلسكوپ هاي راديويي مورد مطالعه قرار دادند . منابع جستجو شده همچون ستاره نوراني بودند و امواج بسيار قوي كه آن را با نام " جت " مي شناسيم را از خود ساتع مي كردند . اين ها نخستين اجرامي بودند كه شناسايي شدند و سپس كوازار يا منابع راديويي شبه اختري نام گذاري شدند .

كوازار ها در قلب فعال كهكشان فعال قرار مي گيرند و گازهاي بسيار داغي كه به گرد آن به چرخش در مي آيند با سرعتي نزديك به سرعت نور به چرخش در مي آيند و درخشنده مي شوند . جت هاي عظيم ذرات باردار جريان هزار سال نوري هستند كه به بالا و پائين فضا راه مي يابند ، درست همانند محور چرخ ها در اتومبيل . و همچون موتوري كه تمام فعاليت ها به طور پنهاني در آن انجام مي گيرد . با اين تفاوت كه در مركز كهكشان سياهچاله بسيار كوچك و فوق العاده چگال و فشرده است . در سياهچاله هاي سنگين تر گازهاي در دور آنها با سرعت بيشتري مي چرخند . دانشمندان با تخمين هايي كه زده اند اين گونه كهكشان پنج هزار ميليون برار خورشيد جرم دارند .

فرضيه ي ساخته شدن اين كهكشان ها وسياهچاله هايشان بدين صورت است كه مي گويد اين كهكشان هاي از چرخش عظيم ابري از گاز به وجود مي آيد كه همين ابري پس از مدتي تبديل به ميليون ها و يا ميليارد ها ستاره مي شود ؛ در مركز جايي كه گاز ها متمركز شده است ماده ي كافي براي ساخته شدن ميليون ها و يا ميليارد ها ستاره وجود دارد و پس مدتي اين ها دست خوش تغييراتي مي شوند كه توسط گرانش فرومي ريزند و سياهچاله اي فوق العاده بزرگ را پديد مي آورند . در صورتيكه همان حفره ي ايجاد شده هنوز در مركز كهكشان ها قرار دارد و از گازها مصرف مي كند . پس از مدتي كه تمام ستاره ها را بلعيد سياهچاله به حالت خاموشي و آرامي فرو مي رود . و نسبتا" به آرامي هسته ي كهكشان را ترك مي كند . اين تئوري درست است زيرا در حال حاضر سياهچاله ها در مركز كهكشان ها قرار دارند .

آينده در درون سياهچاله

فرض كنيد شما يك فضا نورد باشيد و يك قدم به لبه ي سياهچاله يا همان افق رويداد فاصله داريد . اگر كمي در زمينه ي آناتومي سياهچاله ها مطالعه داشته ايد حتما" مي دانيد كه در نمودار پن روز راهي وجود دارد كه از آن طريق مي توان به سياهچاله وارد شد و از جهاني ديگر كه به جهان موازي معروف است ملحق شد . در ابتدا اگر نمودار پن روز را مشاهده كنيد شايد كمي به نظرتان مشكل آيد ولي در كل ساده است . شما پس از ورود به آن راه وارد سياهچاله مي شويد و پس از مدتي از يك جسم ديگر كه سفيد چاله نام دارد بيرون پرت مي شويد ؛ كاربرد سفيد چاله دقيقا" عكس كاربرد سياهچاله است يعني اينكه بر خلاف سياهچاله هر چيزي را از خود مي راند . شما پس از خروج از اين سفيد چاله وارد جهاني ديگر شده ايد كه ممكن است زندگي در آن جريان داشته باشد و آن زندگي شايد اندكي با زندگي ما تفاوت كند . خلاصه شما حالا در جايي ديگر به غير از اين جهان هستيد .

گفتار مولف:

خوب امید وارم با مطالعه این مطلب اندکی هم که شده به اطلاعات شما افزوده شده باشد.

ممنون-ارین

|+| نوشته شده توسط ارين در سه شنبه 1384/06/22 ساعت 12 |

ببخشید ولی اخه عزیزم اگه یه نظر بدی چی میشه؟

خواهش می کنم اگر کار تحقیقاتی داشتی به من بگو تا برات انجام بدم و بفرستم به ایمیل شما

.....................................................................................................................

...............................................................................................

......................................................................

|+| نوشته شده توسط ارين در یکشنبه 1384/05/09 ساعت 20 |

اثرات سوء فضا بر استخوان

نگاهی علمی به اثرات سوء فضا بر استخوان فضانوردان

[ نجوم و اخترفيزيك ]

اسكلت يكي از سيستم‌هاي مهم انسان است كه سبب حفظ وضعيت ايستاده و استوار بدن در برابر نيروي جاذبه مي‌شود. به‌طور طبيعي اسكلت انسان در محيط جاذبه 1 جي زمين رشد و نمو مي‌كند و ساختار استخواني آن به ‌شكلي طراحي شده است كه در مقابل نيروهاي وارد بر خود مقاومت كند. لايه خارجي استخوان را پريوست (در مقابل لايه داخلي يا آندوست) گويند. بافت استخواني محيطي به‌شكل تيغه‌هاي استخواني در زير پريوست قرار دارد. در لايه‌هاي زيرين، مجاري استخواني هم‌مركز (نظير تنه درخت) در اطراف يك منبع خوني قرار مي‌گيرد و سيستم‌هاي هاورس (استئون) را مي‌سازد. بافت استخواني از دو قسمت سخت قشري در خارج، و مغز‌ استخوان در داخل تشكيل شده است. قسمتي از استخوان كه در مجاورت مغز استخوان قرار دارد، استخوان اسفنجي (ترابكولار) نام دارد. استخوان قشري ، در حدود 80 درصد استخوان‌بندي افراد بزرگسال را تشكيل مي‌دهد و اكثراً در تنه استخوآنهاي دراز وجود دارد. استخوان اسفنجي به‌صورت تيغه‌هاي موازي ميكروسكوپي آرايش مي‌يابد و بيشتر در تنه مهره‌ها، دنده‌ها، لگن و انتهاي استخوآنهاي دراز وجود دارد. ترتيب قرارگيري بافت اسفنجي و متراكم، استحكام مناسب را براي تحرك فراهم مي‌سازد. قسمت اسفنجي استخوان وزن بدن را متحمل مي‌شود و آن را در برابر شكستگي محفوظ مي‌كند. بافت استخواني دائماً در حال بازسازي است و كلسيم مورد نياز بدن به‌طور متناوب از ذخاير اسكلتي آزاد مي‌شود.

فضانورداني كه بي‌تحركي طولاني‌مدت را تجربه مي‌كنند، مانند بيماران بستري، قطع نخاع، فلج اندام‌هاي تحتاني، و كساني كه اندام‌هايشان مدت‌ها در گچ مي‌ماند، بخش زيادي از توده استخواني، قدرت استخواني، و عضلاني خود را از دست مي‌دهند. مطالعات مختلف بر روي فضانوردان نشان مي‌دهد كه از دست رفتن توده استخواني در مأموريت‌هاي فضايي به طور متوسط، حدود 1 تا 2 درصد در ماه و از دست دادن كلسيم در فضانوردان تقريباً 10 برابر ميزان از دست دادن كلسيم در بدن زنان در اوايل يائسگي است (بيشترين ميزان ازبين رفتن توده استخواني انسان در روي زمين). كاهش توده استخوان باعث كاهش قدرت استخواني و افزايش خطر شكستگي مي‌شود كه يكي از مشكلات سلامتي فعلي فضانوردان است و سبب اختلال در كاركرد آنها در مأموريت‌هاي فضايي مي‌شود. پوكي استخوان در فضانوردان يكي از بزرگ‌ترين موانع مأموريت‌هاي طولاني‌مدت مثل سفر به مريخ است. آموخته‌هاي ما درباره پوكي‌استخوان در فضا موجب خواهد شد تا اين معضل را، كه بيماري شايع و ناتوان‌كننده‌اي در كره زمين است، بهتر بشناسيم. اخيراً دانشمندان متوجه شده‌اند كه اشعه درماني در بيماران مبتلا به سرطان، خطر شكستگي خودبه‌خودي استخوان را افزايش مي‌دهد و اين واقعيت افق جديدي از تحقيقات براي محققان است. بتمن يكي از دانشمندان ناسا، كه در حال حاضر بر روي پوكي‌استخوان كار مي‌كند، مي‌گويد: "بروز شكستگي استخوان در زنان يائسه‌اي كه به علت سرطان گردن رحم و روده بزرگ تحت درمان با اشعه (راديوتراپي) قرار مي‌گيرند 60 درصد و در بيماران مبتلا به سرطان مقعد به ميزان 200 درصد افزايش مي‌يابد". با توجه به آنكه كاهش توده استخواني در فضانوردان و مواجه آنها با تشعشعات كيهاني در مأموريت‌هاي فضايي 30 ماهه به مريخ، امري اجتناب‌ناپذير است بايد شرايطي مهيا كرد تا بتوان مسافران را در برابر آن‌ محافظت نمود.

بتمن در جولاي 2006، 35 موش ماده را در معرض يك مواجهه (تك دُز) اشعه‌ به شدت 2گري قرار داد. البته اين مقدار تقريباً معادل شدت اشعه‌اي است كه براي فرد مبتلا به سرطان استفاده مي‌شود. وي موش‌ها را به 4 گروه تقسيم كرد و اثر اشعه‌هاي مختلف گاما (امواج الكترومغناطيسي با طول موج كوتاه و انرژي بالا كه به وسيله مواد راديواكتيو تابيده مي‌شود)، پروتون (از اجزاي اتم با بار مثبت و اندازه حدوداً 1836 برابر بزرگ‌تر از الكترون)، كربن و يونيزه (اشعه با قدرت بالا با انرژي كافي براي خارج‌كردن الكترون از مدار حركتي و در نتيجه بارداركردن هسته) را روي آنها بررسي كرد. سپس قسمت ابتدايي استخوان بزرگ ساق پا (تيبيا) و استخوان ران (فمور) را به وسيله سي‌تي‌اسكن بررسي كرد. طبق نتايج به‌دست آمده، اشعه كربن باعث شد تا توده استخوان اسفنجي 39 درصد (بيشترين كاهش) كاهش يابد. اشعه‌هاي پروتون، يونيزه و گاما به ترتيب 35، 34 و 29 درصد توده استخوان اسفنجي را كاهش دادند. ميزان كاهش اتصالات متحمل‌كننده وزن در استخوان اسفنجي در بين چهار گروه، حدود 46 تا 64 درصد متغير بود. شايان ذكر است كه قطع اتصالات استخواني برگشت‌پذير نيست و با درمان‌هاي جبراني بهبود نمي‌يابد. تك‌تك اشعه‌هاي؛ گاما، پروتون، كربن و يونيزان در اين مطالعه نسبت به مجموع اين اشعه‌ها (پروتون و يون‌هاي سنگين يا اشعه‌هاي يونيزان) تخريب كمتري داشت. طبق اظهارات بتمن در ميزان‌هاي بسيار پايين اشعه هم، كه انتظار كاهش توده استخواني نمي‌رفت، اين معضل مشاهده شد. براساس مطالعه بتمن مشخص شده است كه اشعه بر روي قسمت قشري و سخت استخوان اثر محسوسي ندارد و فقط ناحيه اسفنجي را تحت تأثير قرار مي‌دهد. براساس نتايج اين مطالعه، تشعشعات فضايي موجب تشديد كاهش توده استخواني و وخيم‌تر شدن اثرات زيان‌آور بي‌وزني بر روي استخوان مي‌شود.

|+| نوشته شده توسط ارين در پنجشنبه 1384/04/16 ساعت 22 |

بخش نظرات

سلام دوباره عزیزان من این بخش را برای راحتی شما تنظیم کرده ام

همین جا نظر بدید.

|+| نوشته شده توسط ارين در دوشنبه 1384/04/13 ساعت 18 |

من دیگه هیچی نمی نویسم!

|+| نوشته شده توسط ارين در دوشنبه 1384/04/13 ساعت 18 |

نيلز بور (1962-1885)، از بنيانگذاران فيزيك كوانتوم، در مورد چيزي كه بنيان گذارده است، جمله اي دارد به اين مضمون كه اگر كسي بگويد فيزيك كوانتوم را فهميده، پس چيزي نفهميده است. من هم در اينجا مي خواهم چيزي را برايتان توضيح دهم كه قرار است نفهميد!

گام اول: تقسيم ماده

بياييد از يك رشته‌ي دراز ماكارونيِ پخته شروع كنيم. اگر اين رشته‌ي ماكاروني را نصف كنيم، بعد نصف آن را هم نصف كنيم، بعد نصفِ نصف آن را هم نصف كنيم و... شايد آخر سر به چيزي برسيم ــ البته اگر چيزي بماند! ــ كه به آن مولكولِ ماكاروني مي‌توان گفت؛ يعني كوچكترين جزئي كه هنوز ماكاروني است. حال اگر تقسيم كردن را باز هم ادامه بدهيم، حاصل كار خواص ماكاروني را نخواهد داشت، بلكه ممكن است در اثر ادامه‌ي تقسيم، به مولكول‌هاي كربن يا هيدروژن يا... بربخوريم. اين وسط، چيزي كه به درد ما مي خورد ــ يعني به دردِ نفهميدنِ كوانتوم! ــ اين است كه دست آخر، به اجزاي گسسته اي به نام مولكول يا اتم مي رسيم.

اين پرسش از ساختار ماده كه «آجرك ساختماني ماده چيست؟»، پرسشي قديمي و البته بنيادي است. ما به آن، به كمك فيزيك كلاسيك، چنين پاسخ گفته ايم: ساختار ماده، ذره اي و گسسته است؛ اين يعني نظريه‌ي مولكولي.

گام دوم: تقسيم انرژي

بياييد ايده‌ي تقيسم كردن را در مورد چيزهاي عجيب تري به كار ببريم، يا فكر كنيم كه مي توان به كار برد يا نه. مثلاً در مورد صدا. البته منظورم اين نيست كه داخل يك قوطي جيغ بكشيم و در آن را ببنديم و سعي كنيم جيغ خود را نصف ـ نصف بيرون بدهيم. صوت يك موج مكانيكي است كه مي تواند در جامدات، مايعات و گازها منتشر شود. چشمه هاي صوت معمولاً سيستم هاي مرتعش هستند. ساده ترين اين سيستم ها، تار مرتعش است ــ كه در حنجره‌ي انسان هم از آن استفاده شده است. به‌راحتي(!) و بر اساس مكانيك كلاسيك مي توان نشان داد كه بسياري از كمّيت هاي مربوط به يك تار كشيده‌ي مرتعش، از جمله فركانس، انرژي، توان و... گسسته (كوانتيده) هستند. گسسته بودن در مكانيك موجي پديده اي آشنا و طبيعي است (براي مطالعه‌ي بيشتر مي توانيد به فصل‌هاي 19 و 20 «فيزيك هاليدي» مراجعه كنيد). امواج صوتي هم مثال ديگري از كمّيت هاي گسسته (كوانتيده) در فيزيك كلاسيك هستند. مفهوم موج در مكانيك كوانتومي و فيزيك مدرن جايگاه بسيار ويژه و مهمي دارد كه جلوتر به آن مي رسيم و يكي از مفاهيم كليدي در مكانيك كوانتوم است.

پس گسسته بودن يك مفهوم كوانتومي نيست. اين تصور كه فيزيك كوانتومي مساوي است با گسسته شدن كمّيت هاي فيزيكي، همه‌ي مفهوم كوانتوم را در بر ندارد؛ كمّيت هاي گسسته در فيزيك كلاسيك هم وجود دارند. بنابراين، هنوز با ايده‌ي تقسيم كردن و سعي براي تقسيم كردن چيزها مي‌توانيم لذت ببريم!

گام سوم: مولكول نور

خوب! تا اينجا داشتم سعي مي كردم توضيح دهم كه مكانيك كوانتومي چه چيزي نيست. حالا مي رسيم به شروع ماجرا:

فرض كنيد به جاي رشته‌ي ماكاروني، بخواهيم يك باريكه‌ي نور را به طور مداوم تقسيم كنيم. آيا فكر مي كنيد كه دست آخر به چيزي مثل «مولكول نور» (يا آنچه امروز فوتون مي‌ناميم) برسيم؟ چشمه هاي نور معمولاً از جنس ماده هستند. يعني تقريباً همه‌ي نورهايي كه دور و بر ما هستند از ماده تابش مي‌كنند. ماده هم كه ساختار ذره اي ـ اتمي دارد. بنابراين، بايد ببينيم اتم ها چگونه تابش مي كنند يا مي توانند تابش كنند؟

گام چهارم: تابش الكترون

در سال 1911، رادرفورد (947-1871) نشان داد كه اتم ها، مثل ميوه‌ها، داراي هسته‌ي مركزي هستند. هسته بار مثبت دارد و الكترون‌ها به دور هسته مي چرخند. اما الكترون هاي در حال چرخش، شتاب دارند و بر مبناي اصول الكترومغناطيس، «ذره‌ي بادارِ شتابدار بايد تابش كند» و در نتيجه انرژي از دست بدهد و در يك مدار مارپيچي به سمت هسته سقوط كند. اين سرنوشتي بود كه مكانيك كلاسيك براي تمام الكترون ها /c1/پيش‌بيني و توصيه(!)

طيف تابشي اتم‌ها، بر خلاف فرضيات فيزيك كلاسيك گسسته است. به عبارت ديگر، نوارهايي روشن و تاريك در طيف تابشي ديده مي‌شوند.

در اين تصوير، طيف تابشي كربن را مي‌بينيد.

مي كرد و اگر الكترون ها به اين توصيه عمل مي كردند، همه‌ي‌ مواد ــ از جمله ما انسان‌ها ــ بايد از خود اشعه تابش مي كردند (و همان‌طور كه مي‌دانيد اشعه براي سلامتي بسيار خطرناك است)! ولي مي‌بينيم از تابشي كه بايد با حركت مارپيچي الكترون به دور هسته حاصل شود اثري نيست و طيف نوريِ تابش‌شده از اتم ها به جاي اينكه در اثر حركت مارپيچي و سقوط الكترون پيوسته باشد، يك طيف خطي گسسته است؛ مثل برچسب هاي رمزينه‌اي (barcode) كه روي اجناس فروشگاه ها مي زنند. يعني يك اتم خاص، نه تنها در اثر تابش فرو نمي‌ريزد، بلكه نوري هم كه از خود تابش مي‌كند، رنگ ها ــ يا فركانس هاي ــ گسسته و معيني دارد. گسسته بودن طيف تابشي اتم ها از جمله علامت سؤال هاي ناجور در مقابل فيزيك كلاسيك و فيزيكدانان دهه‌‌ي 1890 بود.

گام پنجم: فاجعه‌ي فرابنفش

برگرديم سر تقسيم كردن نور.

ماكسول (1879-1831) نور را به صورت يك موج الكترومغناطيس در نظر گرفته بود. از اين رو، همه فكر مي كردند نور يك پديده‌ي موجي است و ايده‌ي «مولكولِ نور»، در اواخر قرن نوزدهم، يك لطيفه‌ي اينترنتي يا SMS كاملاً بامزه و خلاقانه محسوب مي شد. به هر حال، دست سرنوشت يك علامت سؤال ناجور هم براي ماهيت موجي نور در آستين داشت كه به «فاجعه‌ي فرابنفش» مشهور شد:

يك محفظه‌ي بسته و تخليه‌شده را كه روزنه‌ي كوچكي در ديواره‌ي آن وجود دارد، در كوره اي با دماي يكنواخت قرار دهيد و آن‌قدر صبر كنيد تا آنكه تمام اجزا به دماي يكسان (تعادل گرمايي) برسند.

در دماي به اندازه‌ي كافي بالا، نور مرئي از روزنه‌ي محفظه خارج مي‌شود ــ مثل سرخ و سفيد شدن آهن گداخته در آتش آهنگري.

نمودار انرژي تابشي در واحد حجم محفظه، برحسب رابطه رايلي- جينز در فيزيك كلاسيك و رابطه پيشنهادي پلانك

در تعادل گرمايي، اين محفظه داراي انرژي تابشي‌اي است كه آن را در تعادل تابشي ـ گرمايي با ديواره ها نگه مي‌دارد. به چنين محفظه‌اي «جسم سياه» مي‌گوييم. يعني اگر روزنه به اندازه‌ي كافي كوچك باشد و پرتو نوري وارد محفظه شود، گير مي‌افتد و نمي‌تواند بيرون بيايد.

فرض كنيد ميزان انرژي تابشي در واحد حجمِ محفظه (يا چگالي انرژي تابشي) در هر لحظه U باشد. سؤال: چه كسري از اين انرژي تابشي كه به شكل امواج نوري است، طول موجي بين 546 (طول موج نور زرد) تا 578 نانومتر (طول موج نور سبز) دارند. جوابِ فيزيك كلاسيك به اين سؤال براي بعضي از طول موج‌ها بسيار بزرگ است! يعني در يك محفظه‌ي روزنه دار كه حتماً انرژي محدودي وجود دارد، مقدار انرژي در برخي طول موج‌ها به سمت بي نهايت مي‌رود. اين حالت براي طول موج‌هاي فرابنفش شديدتر هم مي‌شود. (نمودار شكل 4 را ببينيد.)

گام ششم: رفتار موجي ـ ذره‌اي

در سال 1901 ماكس پلانك (Max Planck: 1947-1858) اولين گام را به سوي مولكول نور برداشت و با استفاده از ايده‌ي تقسيم نور، جواب جانانه‌اي به اين سؤال داد. او فرض كرد كه انرژي تابشي در هر بسامدِ ? ــ بخوانيد نُو ــ به صورت مضرب صحيحي از ?h است كه در آن h يك ثابت طبيعي ــ معروف به «ثابت پلانك» ــ است. يعني فرض كرد كه انرژي تابشي در بسامد ? از «بسته هاي كوچكي با انرژي ?h» تشكيل شده است. يعني اينكه انرژي نوراني، «گسسته» و «بسته ـ بسته» است. البته گسسته بودن انرژي به‌تنهايي در فيزيك كلاسيك حرفِ ناجوري نبود‌ (همان‌طور كه قبل‌تر در مورد امواج صوتي ديديم)، بلكه آنچه گيج‌كننده بود و آشفتگي را بيشتر مي‌كرد، ماهيتِ «موجي ـ ذره‌اي» نور بود. اين تصور كه چيزي ــ مثلاً همين نور ــ هم بتواند رفتاري مثل رفتار «موج» داشته باشد و هم رفتاري مثل «ذره»، به طرز تفكر جديدي در علم محتاج بود.

ماكس پلانك، از بنيانگذاران فيزيك كوانتوم

ذره چيست؟ ذره عبارت است از جرم (يا انرژيِ) متمركز با مكان و سرعتِ معلوم. موج چيست؟ موج يعني انرژي گسترده‌شده با بسامد و طول موج. ذرات مختلف مي‌توانند با هم برخورد كنند، اما امواج با هم برخورد نمي‌كنند، بلكه تداخل مي‌كنند (شكل 6). نور قرار است هم موج باشد هم ذره! يعني دو چيز كاملاً متفاوت.

تداخل امواج آب

گام هفتم!

و اين داستان ادامه دارد ...

منبع : www.nanoclub.ir

|+| نوشته شده توسط ارين در جمعه 1384/04/10 ساعت 0 |

مقاله هاى اينشتين و فيزيك نوين

از ميان مجموعه مقاله هاى اينشتين مقاله اى كه او در سال 1905 عرضه كرد، اثر مهمى در پيشرفت علم داشته است. در آن مقاله پديده فوتوالكتريك را شرح مى دهد و با استفاده از نظريه كوانتوم پلانك نظريه فوتونى نور را بيان مى كند. بر طبق اين نظريه نور مانند انرژى هاى ديگر حالت كوانتومى دارد. كوانتوم نور را كه فوتون مى ناميم مقدار مشخص انرژى است كه اندازه آن، E، از رابطهhv = Eبه دست مى آيد كه v بسامد موج و h ثابت پلانك است.

بنابر اين نظريه هر چه بسامد نور بيشتر يا طول موج آن كمتر باشد، انرژى فوتون بيشتر است. چنانچه اين فوتون ها در مسير حركت خود به الكترون هايى برخورد كنند، جذب الكترون مى شوند و انرژى الكترون را بالا مى برند و در نتيجه الكترون مى تواند از ميدانى كه در آن قرار گرفته است، آزاد و خارج شود. اينشتين به مناسبت توضيح پديده فوتوالكتريك جايزه نوبل سال 1921 فيزيك را دريافت كرد. نظريه فوتونى او نه فقط نور بلكه سراسر طيف موج هاى الكترومغناطيسى از موج هاى گاما تا موج هاى بسيار بلند را دربرمى گيرد و توضيح مى دهد.

موضوع دومين مقاله اينشتين حركت براونى بود. در سال 1827 رابرت براون (1858- 1773) گياه شناس و پزشك انگليسى حركت مداوم معلق دو مايع را مشاهده كرد و متوجه شد كه اين ذره ها با قطرى حدود يك ميكرون پيوسته به اين سو و آن سو حركت مى كنند. اينشتين همين آزمايش را در مقاله اى با استفاده از نظريه جنبشى ذره ها تعبير و تفسير كرد و از روى آن عدد آوودگادرو را به دست آورد.

اينشتين نظريه نسبيت خاص را در مقاله سوم معرفى كرد. در اين مقاله بود كه مفاهيم اساسى طبيعت موجى فضا، حجم، زمان و حركت به طور كامل تغيير كرد. اينشتين ضمن مطالعه هاى خود توانست مسئله سرعت نور را كه از مدت ها پيش تعجب دانشمندان را برانگيخته بود، حل وفصل كند. او نظريه خود را براساس دو اصل زير قرار داد:

1- سرعت نور در جهان ثابت است

2- قانون هاى طبيعت براى ناظرين مختلف كه يكنواخت حركت مى كنند يكسان است.

اينشتين نشان داد كه اگر ثابت نبودن سرعت نور را بپذيريم، نتيجه هاى شگفت انگيزى به بار مى آيد. براى مثل هر چه سرعت حركت جسمى بيش تر شود، طول آن كوتاه تر و جرمش بيشتر مى شود. نتيجه ديگر آنكه به زمان مطلق و فضاى مطلق به شكلى كه پيشينيان تصور مى كردند نمى توان قائل شد و زمان و فضا را جدا و مستقل از يكديگر نمى توان در نظر گرفت. دنياى مادى يك فضا و زمان چهاربعدى است. جرم يك جسم نيز ثابت نيست و با تغيير سرعت تغيير مى كند به طورى كه مى توان جرم را نوعى انرژى متراكم در نظر گرفت و يا انرژى را جرم پراكنده دانست. اينشتين با بيان نظريه نسبيت خاص، قانون بقاى ماده لاوازيه و اصل بقاى انرژى ماير را به اصل بقاى مجموع ماده و انرژى درآورد و رابطه معروف جرم و انرژى را به دست آورد. اينشتين در سال 1916 نظريه نسبيت عام را تنظيم و اعلام كرد. در اين نظريه نه تنها حركت با سرعت ثابت و مسير مستقيم، بلكه هر نوع حركتى در نظر گرفته شده بود. در بسيارى موارد دليل آنكه سرعت و مسير حركت هر متحركى تغيير مى كند، وجود نيروى جاذبه است. بنابراين در نظريه نسبيت عام بايد نيروى جاذبه در نظر گرفته شود. اينشتين يك رشته معادله تنظيم كرد كه نشان مى داد اگر در هيچ جا ماند و نيروى جاذبه وجود نداشته باشد، جسم متحرك مسير مستقيمى را طى مى كند و اگر ماده وجود داشته باشد فضاى پيرامون جسم متحرك دگرگون شده، جسم مسير منحنى را طى مى كند. نظريه نسبيت عام نشان مى دهد كه اين منحنى ها چگونه بايد باشند و اين به طور كامل با آن چه در نظريه جاذبه نيوتن پيش بينى شده بود، تطبيق نمى كرد. براى مثال بر طبق نظريه اينشتين مسير نور تحت تاثير ميدان جاذبه قوى تغيير مى كند. در صورتى كه از قانون هاى نيوتن چنين نتيجه اى به دست نمى آمد. كسوف سال 1919 نظريه اينشتين را ثابت كرد. در سال 1969 دو سفينه پژوهشى كه به سمت مريخ فرستاده شدند، اثر خورشيد بر مسير موج هاى راديويى را مورد مطالعه و مشاهده قرار دادند.

ايران و سال جهانى فيزيك

سال جهانى فيزيك فرصت مناسبى است تا در ايران به نقد آموزش علوم و پژوهش هاى علمى بپردازيم و مشخص كنيم آيا راه و روشى را كه از زمان بنيانگذارى دارالفنون تاكنون برگزيده ايم درست و بجا بوده و توانسته است بسترى مناسب براى فعاليت هاى علمى و پژوهشى به وجود آورد. آيا با همه سرمايه گذارى هاى مادى و معنوى توانسته ايم جامعه ايرانى را به حالتى برسانيم كه به علم باور داشته باشند، علمى بينديشند، بتوانند توليدكننده علم باشند و بدانند كه براى رساندن جامعه به خودكفايى و توسعه پايدار، كارى مداوم و جدى و همگانى لازم است.

گرچه نمى توان منكر تلاش هاى صميمانه افراد و سازمان هاى مؤثر در آموزش علوم جديد در ايران شد ليكن در اين مدت نتوانسته ايم به سطح مورد انتظار جامعه برسيم، ولى توانسته ايم پايه هاى اوليه را طرح ريزى و شروع به سازندگى كنيم. اين كار از يك سو از دبستان ها و از سوى ديگر از دانشگاه ها آغاز شده است. در دبستان ها فعاليت آموزش علوم با طرح جديدى كه هم اكنون در مدرسه ها اجرا مى شود، آغاز شد. كودكان را به مشاهده مستقيم طبيعت و كارگروهى برانگيخته اند و به جاى آنكه فقط دانستنى ها را به ذهن آنها منتقل كنند، معلمان، كودكان را به مشاهده طبيعت، جمع آورى اطلاعات، طبقه بندى و حتى طراحى آزمايش، فرضيه سازى و نتيجه گيرى تشويق مى كنند و همه اينها مقدمه اى است براى آنكه كودكان با روش علمى آشنا شوند.

در دانشگاه ها تحقيقات سازمان يافته آغاز شده است. پروژه هاى تحقيقاتى گرچه در ابتدا حالت تقليدى و كتابخانه اى داشت، كم كم به مرحله علمى نزديك مى شود و اميد است، تحقيقات به معناى واقعى در كشور آموزش داده شود و جريان يابد.

اكنون مشكل بزرگ در برنامه دبيرستان ها وجود دارد. دانش آموزان به جاى آموختن روش حل مسئله به حفظ كردن پاسخ ها مى پردازند تا آنها را تحويل آزمون ها و كنكور دانشگاه دهند و به مدرك هاى بالاتر دست يابند. با توجه به آنكه مخاطبان سال جهانى فيزيك، دانش آموزان نيز هستند مى توان اميدوار بود كه با نيروهاى مخلصى كه در ميان معلمان وجود دارد و نيز تشويق هايى كه از طرف سازمان ها صورت مى گيرد و كارگاه هاى علمى كه از سوى كشورهاى پيشرفته صنعتى در كشور تشكيل و اجرا مى شود، به هدف هاى مورد نظر دست يافت و روش علمى را در فعاليت هاى آموزشى و پژوهشى ياد گرفت و به كار برد.

نويسنده اين نوشته تاكنون شاهد همايش ها و جلسه هاى متعددى بوده كه از سوى دبيران فيزيك و انجمن هاى علمى تشكيل شده و دانش آموزان و دبيران به تهيه و عرضه مقاله هاى علمى و توليد نرم افزارهاى كامپيوترى و نيز ابزارهاى آزمايشگاهى و كارگاهى دست زده اند. همه اين كارها به علاقه مندان اين كشور اميد مى دهد كه جامعه علمى ما در حال بيدار شدن است. بيدارگران پرتلاش و پر اميد به بيدار كردن خواب آلودگان مشغولند. گرچه برخى از سازمان ها و افراد هنوز در كار متوقف كردن جريان علمى در كشور هستند، اما در جامعه نه تنها زنگ ها بلكه ناقوس هاى بيدارى به صدا درآمده و هيچ فردى را فرصت و مهلت خوابيدن نمى دهد.

روزى كه اينشتين رمق فكر كردن نداشت

اينشتين در نوجوانى علاقه چندانى به تحصيل نداشت. پدرش از خواندن گزارش هايى كه آموزگاران درباره پسرش مى فرستادند، رنج مى برد. گزارش ها حاكى از آن بودند كه آلبرت شاگردى كندذهن، غيرمعاشرتى و گوشه گير است. در مدرسه او را «باباى كندذهنى» لقب داده بودند. او در 15 سالگى ترك تحصيل كرد، در حالى كه بعدها به خاطر تحقيقاتش جايزه نوبل گرفت!

شايد شما نيز اين جملات را خوانده يا شنيده باشيد و شايد اين پرسش نيز ذهن شما را به خود مشغول كرده باشد كه چگونه ممكن است شاگردى كه از تحصيل و مدرسه فرارى بوده است، برنده جايزه نوبل و به عقيده برخى از دانشمندان، بزرگ ترين دانشمندى شود كه تاكنون چشم به جهان گشوده است؟

با مطالعه دقيق تر زندگى اين شاگرد ديروز، پاسخ مناسبى براى اين پرسش پيدا خواهيم كرد. آلبرت بچه آرامى بود و والدينش فكر مى كردند كه كندذهن است. او خيلى دير زبان باز كرد، اما وقتى به حرف آمد، مثل بچه هاى ديگر «من من» نمى كرد و كلمه ها را در ذهنش مى ساخت. وقتى به سن چهار سالگى پاگذاشت، با بيلچه سر خواهر كوچكش را شكست و با اين كار ثابت كرد كه اگر بخواهد، مى تواند بچه ناآرامى باشد!

پدر و مادر آلبرت به بچه هاى كوچك خود استقلال مى دادند. آنان آلبرت چهارساله را تشويق مى كردند كه راهش را در خيابان هاى حومه مونيخ پيدا كند. در پنج سالگى او را به مدرسه كاتوليك ها فرستادند. آن مدرسه با شيوه اى قديمى اداره مى شد. آموزش از طريق تكرار بود. همه چيز با نظمى خشك تحميل مى شد و هيچ اشتباهى بى تنبيه نمى ماند و آلبرت از هر چيزى كه حالت زور و اجبار و جنبه اطاعت مطلق داشته باشد، متنفر بود. اغلب كسانى كه درباره تنفر اينشتين از مدرسه، معلم و تحصيل نوشته اند، به نوع مدرسه، شيوه تدريس معلم و مطالبى كه اين دانش آموز بايد فرا مى گرفت، كمتر اشاره كرده اند. بازخوانى يك واقعه مهم در زندگى اينشتين ما را با مدرسه محل تحصيل او آشناتر مى كند: روزى آلبرت مريض بود و در خانه استراحت مى كرد. پدرش به او قطب نماى كوچكى داد تا سرگرم باشد. اينشتين شيفته قطب نما شد. او قطب نما را به هر طرف كه مى چرخاند، عقربه جهت شمال را نشان مى داد. آلبرت كوچولو به جاى اين كه مثل ساير بچه ها آن را بشكند و يا خراب كند، ساعت ها و روزها و هفته ها و ماه ها به نيروى اسرارآميزى فكر مى كرد كه باعث حركت عقربه قطب نما مى شود. عموى آلبرت به او گفت كه در فضا نيروى ناديدنى (مغناطيس) وجود دارد كه عقربه را جابه جا مى كند. اين كشف تاثير عميق و ماندگارى بر او گذاشت. در آن زمان، اين پرسش براى آلبرت مطرح شد كه چرا در مدرسه، چيز جالب و هيجان انگيزى مثل قطب نما به دانش آموزان نشان نمى دهند؟! از آن به بعد، تصميم گرفت خودش چيزها را بررسى كند و به مطالعه آزاد مشغول شود. اينشتين ده ساله بود كه در دبيرستان «لويت پولت» ثبت نام كرد. در آن موقع، علاقه بسيارى به رياضى پيدا كرده بود. اين علاقه را عمويش اكوب و يك دانشجوى جوان پزشكى به نام ماكس تالمود در وى ايجاد كرده بودند. تالمود هر پنجشنبه به خانه آنان مى آمد و درباره آخرين موضوعات علمى با آلبرت حرف مى زد. عمويش نيز او را با جبر آشنا كرده بود. اينشتين در دوازده سالگى از تالمود كتابى درباره هندسه هديه گرفت. او بعدها آن كتاب را مهم ترين عامل دانشمند شدن خود عنوان كرد. با اين كه آلبرت در خانه چنين علاقه اى به رياضيات و فيزيك نشان مى داد، در دبيرستان چندان درخششى نداشت. او در نظام خشك و كسل كننده دبيرستان، علاقه اش را به علوم از دست مى داد و نمراتش كمتر و كمتر مى شدند. بيشتر معلمانش معتقد بودند كه او وقتش را تلف مى كند و چيزى ياد نمى گيرد. هرچند اينشتين به قصد اين درس مى خواند كه معلم شود نه فيزيكدان، اما از معلمان خود دل خوشى نداشت و از زورگويى آنان و حفظ كردن درس هاى دبيرستان، دل پرخونى داشت. از اين رو، خود را به مريضى زد و با اين حيله، مدتى از دبيرستان فرار كرد! چون معلم ها نيز از او دل خوشى نداشتند، شرايط را براى اخراج او از مدرسه فراهم كردند. اينشتين بعدها در اين باره گفت: «فشارى كه براى از بر كردن مطالب امتحانى بر من وارد مى آمد، چنان بود كه بعد از گذراندن هر امتحان تا يك سال تمام، رمق فكر كردن به ساده ترين مسئله علمى را نداشتم!» اينشتين بعدها مجبور شد در دبيرستان ديگرى ديپلم خود را بگيرد و سرانجام با هزار بدبختى گواهينامه معلمى را دريافت كند. بعد از آن، مدتى معلم فيزيك در يك مدرسه فنى شد، اما چون روش هاى خشك تدريس را نمى پسنديد، پيشنهادهايى در مورد تدريس به رئيس مدرسه داد كه پذيرفته نشدند و به اين ترتيب بهانه اخراج خود را فراهم كرد.اينشتين پس از اين واقعه، زندگى دانشجويى را برگزيد و پس از فارغ التحصيلى، در اداره ثبت اختراعات به كار مشغول شد. او از كار كردن در اين اداره راضى بود. عيب دستگاه هاى تازه اختراع شده را پيدا مى كرد و در ساعت ادارى، وقت كافى داشت تا به فيزيك فكر كند. در همين اداره بود كه مقاله هاى متعددى نوشت و در مجلات معتبر منتشر كرد. جالب اين كه دانشمند بزرگ كه با فرضيات خود انقلابى در جهان دانش به پا كرد، در شرايطى كار مى كرد كه براى هر دانشمند ديگرى غيرممكن بود! او نه با فيزيكدان حرفه اى تماس داشت و نه به كتاب ها و مجلات علمى مورد نياز دسترسى داشت. در فيزيك فقط به خود متكى بود و كس ديگرى را نداشت كه به او تكيه كند! اكتشافات او چنان خلاف عرف بودند كه به نظر فيزيكدانان حرفه اى، با شغلى كه او به عنوان يك كارمند جزء در دفتر ثبت اختراعات داشت، سازگار نبودند.

برگرفته از كتاب اينشتين در 90 دقيقه - جان و مرى گريبين /ترجمه پريسا همايون روز .

به نقل از سي پي اچ تئوري

|+| نوشته شده توسط ارين در جمعه 1384/04/10 ساعت 0 |

كوانتوم كرومودايناميك QCD

معرفى دستاوردهاى برندگان نوبل فيزيك 2004 برهم كنش ذرات رنگى

اكتشافى كه جايزه نوبل فيزيك امسال را از آن خود كرد اهميتى اساسى در فهم ما از چگونگى كاركرد يكى از نيرو هاى بنيادين طبيعت داشته است. نيرويى كه كوچك ترين ذرات ماده يعنى كوارك ها را به يكديگر مى چسباند. ديويد گراس، ديويد پوليتزر و فرانك ويلچك توانستند با كار هاى تئوريك خود مدل استاندارد ذرات بنيادى را كامل كنند. مدلى كه كوچك ترين ذرات طبيعت و برهمكنش بين آنها را توضيح مى دهد.

تصاوير:

ديويد گراس (David J. Gross)

از موسسه فيزيك نظرى دانشگاه كاليفرنيا در سانتابارباراى آمريكا.شهروند آمريكا، متولد سال 1941 در واشينگتن دى سى آمريكا (63 ساله) دانشنامه دكتراى خود در رشته فيزيك را در سال 1966 از دانشگاه كاليفرنيا در بركلى اخذ كرد. استاد فيزيك نظرى موسسه كاولى در دانشگاه كاليفرنياى آمريكاست.

ديويد پوليتزر ( David Politzer H.)

از مركز فيزيك انرژى زياد در موسسه فناورى كاليفرنيا. شهروند آمريكا، متولد سال 1949 (55 ساله) دانشنامه دكتراى خود در رشته فيزيك را در سال 1974 از دانشگاه هاروارد اخذ كرد. استاد گروه فيزيك موسسه فناورى كاليفرنيا (كلتك) در پاسادناى كاليفرنيا است.

فرانك ويلچك (Frank A. Wilczek)

از مركز فيزيك نظرى موسسه فناورى ماساچوست. شهروند آمريكا، متولد 1951 (53 ساله) در كوئينز نيويورك آمريكا. دانشنامه دكتراى خود را در رشته فيزيك در سال 1974 از دانشگاه پرينستون اخذ كرد. استاد گروه فيزيك در MIT در ماساچوست آمريكاست.

نيروى برهمكنش قوى

نيروى برهمكنش قوى كه اغلب به آن برهمكنش رنگى نيز مى گويند يكى از چهار نيروى بنيادين طبيعت است. اين نيرو بين كوارك ها كه ذرات بنيادى سازنده پروتون ها، نوترون ها و نوكلئون ها هستند عمل مى كند. ديويد گراس، ديويد پوليتزر و فرانك ويلچك خاصيتى از نيروى برهمكنش قوى را كشف كردند كه به كمك آن مى توان توضيح داد به چه علت رفتار كوارك ها تنها در انرژى هاى بسيار زياد مانند رفتار ذرات آزاد است. (در حالى كه بقيه ذرات بنيادى در انرژى هاى معمول نيز چنين رفتارى را از خود بروز مى دهند. به عبارت ديگر كوارك ها در انرژى هاى پايين هميشه در دل ذرات كه از دو يا سه كوارك ساخته شده اند محبوس هستند. آنها در انرژى هاى پايين هميشه به صورت تركيب شده با كوارك هاى ديگر ديده مى شوند.

شكل 1

اين تئورى از بسيارى جهات توسط آزمايش هاى مختلفى به خصوص در سال هاى اخير در آزمايشگاه سرن (CERN) بررسى شده است. اين كشفيات توانسته اند پايه اى براى تئورى برهمكنش رنگ ها (كروموديناميك كوانتومى (QCD پى ريزى نمايند.

مدل استاندارد و چهار نيروى بنيادى طبيعت

اولين نيرويى كه انسان ها با آن آشنا شدند نيروى گرانش است. اين نيرو باعث افتادن اجسام بر روى زمين و همچنين گردش سيارات به دور خورشيد و حركت ستاره ها در كهكشان است. به نظر مى رسد كه نيروى گرانش نيروى بسيار قويياى است به عنوان مثال ارسال يك موشك به خارج از جو زمين احتياج به صرف انرژى و سوخت بسيارى دارد. با اين حال در جهان ريز (ميكرو سكوپيك) در مقايسه با نيروى بين ذراتى از قبيل الكترون و پروتون نيروى گرانش نيروى بسيار ضعيفى است [شكل (1)]. سه نيروى ديگر طبيعت كه اثر آنها اغلب در حوزه جهان هاى ريز (ميكروسكوپيك) ديده مى شود عبارتند از نيرو هاى برهمكنش.

الكترو مغناطيسى بر همكنش ضعيف و برهمكنش قوى. چگونگى عملكرد اين سه نيرو توسط نظريه مدل استاندارد توضيح داده مى شود. اين نظريه، نظريه اى بسيار قوى است براى اينكه مى تواند نظريه نسبيت خاص اينشتين و مكانيك كوانتومى را يكجا دربربگيرد. (البته به خاطر مسائل و مشكلات تكنيكى هنوز نمى توان آن را نظريه اى كامل و سازگار دانست.)

مدل استاندارد مى تواند توضيحى براى كوارك ها، لپتون ها و ذراتى كه نيروها را حمل مى كنند ارائه كند. كوارك ها به عنوان نمونه سازنده ذراتى مانند پروتون ها نوترون ها هستند.

الكترون ها كه سازنده پوشش بيرونى اتم ها هستند در دسته لپتون ها قرار دارند. تا جايى كه مى دانيم الكترون ها خود از ساختار هاى ريزترى تشكيل نشده اند.

7برهمكنش الكترومغناطيسى سازنده نور و چسبندگى مواد

برهمكنش الكترو مغناطيسى مى تواند توصيفى مشترك براى بسيارى از پديده ها كه در جهان ما را دربرگرفته اند ارائه دهد. به عنوان نمونه اصطكاك، مغناطيس و علت اينكه چرا جسمى بر روى ميز از درون ميز عبور نمى كند، به كمك اين نيرو قابل توضيح هستند.نيروى الكترومغناطيسى كه در اتم هيدروژن، الكترون و پروتون را به هم پيوند مى دهد به اندازه غيرقابل تصور 1041 بار از نيروى گرانشى بين آ نها قوى تر است. اندازه اين دو نيرو متناسب با مربع فاصله كاهش مى يابد با اين حال نيروى هاى بلند برد محسوب مى شوند.

هر دوى اين نيرو ها يعنى الكترو مغناطيس و گرانش توسط ذرات حامل كه به ترتيب فوتون (ذرات نور) و گراويتون هستند حمل مى شوند. برخلاف فوتون ذره گراويتون هنوز به صورت آزمايشگاهى كشف نشده است. دليل بلندبرد بودن اين دو نيرو را مى توان به كمك اين واقعيت كه ذرات حامل اين نيرو ها بدون جرم هستند توضيح داد.فيزيكدانان توانسته اند به كمك تئورى الكتروديناميك كوانتومى QED توصيف مناسبى براى برهمكنش الكترو مغناطيسى ارائه نمايند. اين تئورى يكى از موفقيت آميزترين تئورى هاى فيزيكى است كه با دقت يك در ده ميليون با نتايج آزمايشگاهى توافق دارد. توموناگا، جوليان شوينگر و ريچارد فاينمن جايزه نوبل فيزيك در سال 1965 را براى اين نظريه از آن خود كردند. يكى از دلايل موفقيت اين نظريه وجود يك ثابت كوچك به اسم ثابت كوپلاژ با مقدار 137/1 در معادلات است. وجود اين ثابت كوچك تر از يك اين امكان را فراهم مى سازد كه براى محاسبه اثر نيروى الكترو مغناطيس از بسط سرى ها در معادلات استفاده شود. اين روش رياضى كه به آن روش حل اختلالى مى گويند توسط فاينمن بسط و گسترش يافت.

يكى از خواص مهم نظريه الكترو ديناميك كوانتومى (QED) اين است كه ثابت كوپلاژ در انرژى هاى مختلف مقادير مختلفى دارد. اين مقدار با افزايش انرژى افزايش مى يابد. به عنوان نمونه در شتاب دهنده CERN مقدار آن به جاى 137/1 ، 128/1 در انرژى حدود 100 بيليون الكترون ولت اندازه گيرى شده است. اگر نمودار اندازه ثابت كوپلاژ نسبت به انرژى رسم شود، آن گاه اين منحنى داراى يك شيب آرام به سمت بالا خواهد بود كه فيزيكدانان اصطلاحاً مى گويند شيب منحنى يا تابع بتا مثبت است.

7برهمكنش ضعيف و واپاشى راديواكتيويته

نيروى برهمكنش ضعيف توسط ذرات بوزونى +- Wو Z0 حمل مى شود كه برخلاف فوتون و گراويتون داراى جرم هستند (حدود 100 برابر جرم پروتون!) و اين توضيحى است براى اينكه چرا اين نيرو يك نيروى كوتاه برد است. اين نيرو هم بر روى كوارك ها و هم بر روى لپتون ها اثر مى كند و علت واپاشى راديواكتيويته است. اين نيرو نسبت بسيار نزديكى با نيروى الكترو مغناطيس دارد به طورى كه فيزيكدانان توانستند هر دوى آنها را به صورت نيروى واحدى به نام برهمكنش الكترو ضعيف وحدت ببخشند (1970). جرارد هوفت و مارتينز ولتمن به خاطر فرمول بندى اين دو نيرو در يك نظريه واحد جايزه نوبل سال 1999 را از آن خود كردند.

شكل 2

برهمكنش قوى _ بار و رنگ

از دهه 1960 مشخص شده بود كه پروتون و نوترون از ذرات بنيادى ترى به اسم كوارك ساخته شده اند. اما نكته عجيب اين بود كه امكان ساخت ذره كوارك به صورت آزاد وجود نداشت. آنها هميشه محبوس هستند و اين خاصيتى بنيادى براى اين ذرات است.

تنها جمع كوارك ها به صورت دوتايى و سه تايى مى تواند وجود داشته باشد. بار الكتريكى كوارك ها كسرى از بار الكتريكى پروتون است به صورت يك سوم يا دو سوم بار پروتون و اين خاصيتى است عجيب كه هنوز توضيحى براى آن يافت نشده است. هر كوارك علاوه برداشتن بار الكتريكى خاصيت ويژه ديگرى نيز دارد كه مانند بار الكتريكى كميتى كوانتنيزه است و تنها مى تواند مقادير ويژه اى داشته باشد. به اين خاصيت بار رنگى گفته مى شود. كوارك ها مى توانند بار رنگى قرمز، آبى و سبز داشته باشند. براى هر كوارك يك پادكوارك نيز وجود دارد مانند پوزيترون كه پاد ذره الكترون است. پادكوارك ها داراى بار رنگى پاد قرمز، پاد آبى يا پاد سبز هستند. جمع كوارك هايى كه در طبيعت مى توانند وجود داشته باشند بايد داراى بار رنگى خنثى باشند همانطور كه تشكيل مولكول هاى خنثى (از نظر الكتريكى) به خاطر جاذبه الكتريكى بين اجزاى مثبت و منفى آن است. نيروى بين پروتون ها و نوترون ها در هسته اتم ها به خاطر نيروى بين بار هاى رنگى كوارك هاى تشكيل دهنده آنها به وجود مى آيد.نيروى بين كوارك ها توسط ذرات حاملى به اسم گلوئون ها حمل مى شود. اين ذرات مانند فوتون بدون جرم هستند ولى برخلاف فوتون ها داراى بار رنگى هستند. همين خصوصيت باعث پيچيدگى توضيح اين نيرو و تفاوت آن با نيروى الكترو مغناطيس است.

براى سال ها فيزيكدانان اعتقاد داشتند كه نمى توان روشى براى محاسبه برهمكنش قوى ميان كوارك ها يافت كه شبيه روش محاسبات برهمكنش هاى الكترو مغناطيسى و ضعيف باشد. به اين دليل كه ثابت كوپلاژ براى برهمكنش قوى بزرگ تر از يك است و نمى توان روش اختلالى فاينمن (كه در بالا توضيح داده شد) را براى محاسبات اين نظريه به كار برد. متاسفانه تا به امروز نيز روش رضايت بخشى براى محاسبه برهمكنش قوى يافت نشده است.به نظر مى رسد كه شرايط در انرژى هاى بالا بدتر هم باشد البته به شرط آنكه تابع بتا براى اين تئورى مثبت باشد كه در نتيجه ثابت كوپلاژ با بالا رفتن انرژى افزايش مى يابد و محاسبات را دشوارتر مى سازد.كورت زيمانسكى فيزيكدان آلمانى دريافت كه تنها راه رسيدن به يك نظريه معقول پيدا كردن يك تابع بتا منفى براى اين نظريه است. اين رهيافت همچنين مى تواند علت آنكه گاهى اوقات كوارك ها در داخل پروتون به صورت ذره هاى آزاد خود را آشكار مى سازند توضيح دهد. اثرى كه در آزمايش برخورد ميان الكترون و پروتون ديده مى شود.

متاسفانه زيمانسكى خود نتوانست به اين نظريه دست يابد حتى جرارد هوفت در تابستان 1972 به اين كشف نزديك شده بود ولى فيزيكدانان ديگر نااميد شده بودند زيرا شواهد نشان مى داد كه يك نظريه واقعى بايد داراى تابع بتاى مثبت باشد. اما امروزه ديگر مشخص شده است كه اين موضوعى نادرست است زيرا در ژانويه 1973 دو مقاله پى در پى در مجله فيزيكال ريويولترز توسط گراس و ويلچك و ديگرى توسط پوليتزر به چاپ رسيدند كه در كمال تعجب نشان مى دادند تابع بتا مى تواند مقادير منفى داشته باشد. آنها زمانى اين كشف را انجام دادند كه كاملاً جوان بودند در اين حد كه حتى گراس و ويلچك هنوز دانشجويان تحصيلات تكميلى بودند.مطابق نظريه آنها حامل هاى نيروى برهمكنش قوى يعنى گلوئون ها داراى خاصيتى غيرمنتظره و ويژه هستند به اين صورت كه آنها نه تنها با كوارك ها بلكه خودشان نيز برهمكنش مى كنند.طبق اين خاصيت هنگامى كه كوارك ها به يكديگر نزديك مى شوند برهمكنش بار رنگى ميان آنها كاهش مى يابد. كوارك ها موقعى به يكديگر نزديك مى شوند كه انرژى آنها افزايش يافته باشد و طبق اين نظريه اندازه برهمكنش در اين هنگام كاهش مى يابد. اين خاصيت كه به آن «آزادى مجانبى» مى گويند به معنى منفى بودن تابع بتا است. به عبارت ديگر برهمكنش با افزايش فاصله افزايش مى يابد كه اين مى تواند توضيحى براى اين باشد كه چرا كوارك ها هميشه در نوكلئون ها محبوس هستند. آزادى مجانبى اين امكان را فراهم مى سازد كه بتوان فاصله اى را كه در آن كوارك ها و گلوئو ن ها به صورت ذرات آزاد رفتار مى كنند، محاسبه كرد. با برخورد دادن ذرات در انرژى هاى بسيار زياد با يكديگر مى توان آنها را به اندازه كافى به يكديگر نزديك كرد. هنگامى كه آزادى مجانبى كشف شد و نظريه QCD فرمول بندى شد محاسبات توانستند توافق بسيار خوبى با نتايج آزمايشگاهى از خود نشان دهند. شكل 27 آبشار ذرات حقيقت را فاش مى كند.

يكى از مهم ترين اثبات هاى نظريه QCD توسط آزمايش برخورد الكترون و پاد ذره آن يعنى پوزيترون در انرژى هاى بالا صورت مى گيرد. در اين آزمايش الكترون و پوزيترون يكديگر را نابود مى كنند و مطابق معادله اينشتين E=mc2 انرژى اين ذرات مى تواند به صورت ذرات جديدى ظاهر شود، به عنوان مثال ذرات كوارك. در اين فرآيند ذرات كوارك در فواصل بسيار نزديك به هم آفريده مى شوند و با سرعت بسيار زيادى از يكديگر دور مى شوند. امروزه مى توان اين فرآيند را به كمك مفهوم آزادى مجانبى به دقت محاسبه كرد.در حقيقت وقتى كوارك ها مى خواهند از يكديگر دور شوند تحت تاثير نيروى افزايش يابنده برهمكنش قوى قرار مى گيرند (در بخش قبل توضيح داده شد) كه اين نيرو باعث توليد زوج ذرات جديد كوارك مى شود و بدين ترتيب آبشارى (رگبارى) از ذرات در جهت كوارك و پادكوارك اوليه توليد مى شود. با اين حال اين فرآيند خاطره اى از آزادى مجانبى ذرات اوليه را در خود نگه مى دارد كه مى توان تاثير آن را بر احتمالات وقايعى كه در آبشار ذرات اتفاق مى افتد محاسبه كرد. نتايج اين محاسبات با آزمايش ها توافق زيادى دارد.واقعه بسيار قانع كننده ديگرى كه در شتاب دهنده DESY در هامبورگ آلمان در اواخر 1970 يافت شد وجود سه آبشار در آ زمايشات بود كه اين فرآيند را مى توان در نظر گرفتن تابش گلوئون از كوارك _ پادكوارك اوليه به خوبى توضيح داد. (شكل سه)آزادى مجانبى حتى توانست پديده اى را كه قبلاً در شتاب دهنده استانفورد ديده شده بود توجيه نمايد. (فريدمن_ كندال و تيلور- جايزه نوبل 1990) اجزاى سازنده پروتون ها كه داراى بار الكتريكى هستند (كوارك ها) در انرژى هاى بالا به صورت ذرات آزاد عمل مى كنند در اين حالت اندازه حركت كوارك ها تنها نصف اندازه حركت پروتون ساخته شده از آنها است و بقيه اندازه حركت پروتون ناشى از اندازه حركت گلوئون ها است.

آيا مى توان نيروهاى طبيعت را وحدت بخشيد

شكل 3

به وجود آمدن امكان توصيف واحد براى نيروهاى طبيعت

QCD يكى از جالب ترين آثار آزادى مجانبى در نظريه است. هنگامى كه نمودار مقدار ثابت كوپلاژ بر حسب انرژى را براى برهمكنش هاى الكترومغناطيسى، ضعيف و قوى بررسى مى كنيم، اين موضوع آشكار مى شود كه اين سه نمودار يكديگر را در يك نقطه اى با انرژى بالا (به طور تقريبى نه به صورت دقيق) قطع مى كنند و در اين نقطه مقدار يكسانى دارند. بدين ترتيب مى توان ديد كه اين سه نيرو با همديگر يكى شده اند و اين يكى از روياهاى قديمى فيزيكدانان است كه دوست دارند قوانين طبيعت را به ساده ترين زبان ممكن توضيح دهند.با اين حال براى آنكه روياى وحدت نيروها به واقعيت بپيوندد بايد اصلاحاتى در مدل استاندارد به وجود آورد. يك راه ممكن در نظر گرفتن ذرات جديدى به اسم ذرات ابرتقارن است كه اگر جرمشان به اندازه كافى كم باشد مى توان وجود آنها را در شتاب دهنده در حال ساخت LHC در CERN بررسى كرد.اگر ابرتقارن كشف شود مى تواند پشتوانه قويى براى نظريه ابرريسمان ها باشد كه آن نيز شايد بتواند نيروى گرانش را با بقيه نيروها وحدت ببخشد. صرف نظر از اين پيشرفت ها كشف آزادى مجانبى در QCD تغييرات عميقى را در فهم ما از نيروهاى بنيادين طبيعت به وجود آورده است.

به نقل از سي پي اچ تئوري

|+| نوشته شده توسط ارين در جمعه 1384/04/10 ساعت 0 |

ديدگاه اينشتين نسبت به مكانيك كوانتومى

او هرگز با كوانتوم آشتى نكرد

هميشه وقتى سخن از اينشتين به ميان مى آيد، ذهن ها متوجه نظريه نسبيت و پيامدهاى انقلابى آن در فيزيك مى شود. اما كمتر كسى اين نكته را به خاطر مى آورد كه اينشتين همانطور كه در اولين انقلاب علمى قرن بيستم يعنى نظريه نسبيت سهيم بود، در انقلاب ديگر يعنى فيزيك كوانتومى نيز نقش بسزايى داشت. حتى جايزه نوبل هم به خاطر مقاله «اثر فوتوالكتريك» كه تاييدى بر كوانتومى بودن نور بود، به او اهدا شد. اما بازى سرنوشت آنگونه شكل گرفت كه يكى از بزرگترين حاميان مكانيك كوانتومى، منتقد تراز اول آن نيز باشد. اين مقاله نگاهى است به واكنش اينشتين نسبت به مكانيك كوانتومى و مباحثات او با فيزيكدانان بانى نظريه كوانتوم به ويژه نيلز بور. هدف توصيف اتفاقاتى است كه در تاريخ كوانتوم افتاده است و تنها در موارد ضرورى مسائل علمى ذكر شده است.

كنگره سولوى

همه چيز از كنگره سولوى شروع شد. بانى اين سرى كنگره ها، يك صنعتگر آلمانى به نام ارنست سولوى بود. او اولين كنگره بين المللى سولوى را كمى قبل از شروع جنگ جهانى اول، در شهر بروكسل برگزار كرد. قرار بر اين بود كه در اين كنفرانس ها حدود 30 نفر از فيزيكدانان برجسته دعوت شوند و بر روى موضوع از قبل تعيين شده اى، بحث و بررسى كنند. از سال 1911 تا 1927 پنج كنگره با اين روش برگزار شد و هر كدام به يكى از پيشرفت هاى فيزيك در آن سال ها اختصاص داشت. معروف ترين كنگره سولوى در سال 1927 و با موضوع فيزيك كوانتومى برگزار شد. در بين شركت كنندگان در اين كنفرانس 9 فيزيكدان نظرى حضور داشتند كه بعد ها همه آنها به خاطر سهم مهمى كه در شكل گيرى نظريه كوانتوم داشتند، برنده جايزه نوبل شدند. ماكس پلانك، نيلز بور، ورنر هايزنبرگ، اروين شرودينگر و... آلبرت اينشتين از جمله آن فيزيكدان ها بودند. اما اينشتين هنگام شركت در كنگره به خاطر نظريه نسبيت و همين طور دريافت جايزه نوبل به قدر كافى مشهور بود. به همين دليل نظر او براى ديگر فيزيكدان ها اهميت زيادى داشت. هنگام برگزارى پنجمين كنگره سولوى يكى، دو سال بود كه از ارائه فرمول بندى شسته رفته اى از مكانيك كوانتومى مى گذشت. ماكس بورن يك فرمول بندى آمارى از مكانيك كوانتومى منتشر كرده بود و هايزنبرگ هم اصل عدم قطعيت (uncertainty principle) خود را مطرح كرده بود. نيلز بور نيز براساس اين دستاوردها تعبير معرفت شناختى خود را از مكانيك كوانتومى پيشنهاد كرده بود كه در ضمن آن ايده مكمليت (complementarity) را نيز معرفى مى كرد. همه اين موارد دلايلى كافى بودند كه اينشتين در تمام طول كنفرانس با بور و هايزنبرگ به بحث بنشيند.

تعبير كپنهاگى

نكته مهم در اصل عدم قطعيت هايزنبرگ اين بود كه، نمى توان مكان و تكانه (يا سرعت) يك ذره را به طور همزمان و به طور دقيق اندازه گيرى كرد. با اندازه گيرى مكان عدم قطعيتى در اندازه گيرى سرعت به وجود مى آيد و بالعكس. با مطرح شدن اين اصل جنجال برانگيز خيلى ها عدم قطعيت را ذاتى طبيعت دانستند و گفتند كه اين مشكل دستگاه اندازه گيرى يا ناظر نيست. به اين ترتيب اصل عليت را زير سئوال بردند، به اين معنى كه وقتى نمى توانيم زمان حال يك سيستم را به طور دقيق بدانيم پس از آينده آن نيز چيزى نمى دانيم و از آنجا كه اين جهل به ذات طبيعت و نه به دستگاه اندازه گيرى مربوط است، روابط على مخدوش مى شود. اين نتيجه گيرى از يك اصل كاملاً فيزيكى يكى از جنبه هاى تعبيرى بود كه بعدها به «تعبير كپنهاگى» از مكانيك كوانتومى معروف شد. از ديگر مولفه هاى تعبير كپنهاگى ويژگى آمارى و احتمالاتى پديده هاى زيراتمى بود. براى مثال اگر ناظرى سرعت ذره اى را در راستاى معينى اندازه گيرى كند، به احتمال X يك مقدار خاص و به احتمال Y مقدار ديگرى را به دست مى آورد. روى دادن هر كدام از اين احتمالات هم كاملاً تصادفى است و هيچ مكانيسمى براى چگونگى اتفاق آنها بيان نمى شود. نكته ديگر تعبير كپنهاگى انكار واقعيت فيزيكى بود، به اين معنا كه فرمول بندى مكانيك كوانتومى تنها واقعيت موجود است. پيش بينى نتايج و كارآمد بودن فرمول بندى كافى است و لازم نيست كه اين فرمول بندى حتماً با يك واقعيت عينى فيزيكى متناظر باشد.

اينشتين بر ضد بور

اينشتين به هيچ وجه نمى توانست زير بار يك چنين تعبيرى برود. او فيزيكدانى بود كه همواره به دنبال كشف طبيعت بود و يك چنين نظريه اى با اين نتايج عجيب و غيرشهودى او را راضى نمى كرد. اينشتين به رئاليسم اعتقاد داشت و نمى توانست بپذيرد كه مشاهده كننده واقعيت يك پديده فيزيكى را تعيين مى كند. او معتقد بود كه فيزيكدان ها به ايده آليسمى از نوع باركلى روى آورده اند كه آنها را سرمست كرده است و از هدف اصلى علم و همچنين فيزيك دور شده اند. به همين دليل بود كه در كنگره سولوى به شدت در مقابل نظريات بور و هايزنبرگ موضع گيرى كرد. هايزنبرگ در خاطرات خود مى نويسد: «همه بحث ها در سر ميز غذا شكل مى گرفت و نه در تالار كنفرانس و بور و اينشتين كانون همه بحث ها بودند. بحث معمولاً از سر ميز صبحانه شروع مى شد و اينشتين آزمايش فكرى جديدى كه گمان مى كرد اصل عدم قطعيت را رد مى كند، مطرح مى كرد. پس از بحث هاى بسيار در طول روز، بور سر ميز شام به اينشتين ثابت مى كرد كه آن آزمايش هم نمى تواند اصل عدم قطعيت را خدشه دار كند. اينشتين كمى ناراحت مى شد، اما صبح روز بعد با يك آزمايش فكرى ديگر كه پيچيده تر از آزمايش قبلى بود، از راه مى رسيد. پس از چند روز پاول اهرنفست فيزيكدان هلندى كه دوست اينشتين بود گفت: من به جاى تو خجالت مى كشم، استدلال هاى تو در برابر مكانيك كوانتومى شبيه استدلال هايى است كه مخالفانت در برابر نظريه نسبيت مى آورند.» اينشتين با اين آزمايش هاى فكرى مى خواست وجود ناسازگارى در مكانيك كوانتومى را نشان دهد تا بتواند آن را رد كند، اما موفق نشد. او هميشه مى گفت نمى تواند قبول كند كه خدا شير يا خط بازى مى كند. او معتقد بود اگر خدا مى خواست تاس بازى كند اين كار را به طور كامل انجام مى داد و در آن صورت ما ديگر مجبور نبوديم به دنبال قوانين طبيعت بگرديم، چرا كه ديگر قانونى نمى توانست وجود داشته باشد. جواب بور به تمامى اين جملات نغز اين بود كه: ما هم وظيفه نداريم براى خدا در اداره كردن جهان تعيين تكليف كنيم. به اين ترتيب بور در پنجمين كنگره سولوى توانست از سازگارى منطقى تعبير كپنهاگى دفاع كند. اما بحث هاى اينشتين و بور به ششمين كنگره سولوى در سال 1930 نيز كشيده شد و باز هم اينشتين نتوانست نتيجه اى بگيرد. پس از آن تلاش كرد كه ناقص بودن مكانيك كوانتومى را نشان دهد.

اينشتين، پودلسكى و روزن

اينشتين در ادامه تلاش هايش براى اثبات ناقص بودن تعبير استاندارد مكانيك كوانتومى، مقاله اى را در سال 1935 با همكارى پودلسكى و روزن منتشر كرد. اين مقاله با عنوان «آيا توصيف مكانيك كوانتومى از واقعيت فيزيكى مى تواند كامل باشد؟» بعدها با نام اختصارى EPR معروف شد. آنها در مقاله شان سعى كردند كه با يك آزمايش فكرى نشان دهند عناصرى از واقعيت وجود دارند كه در توصيف كوانتومى وارد نشده اند و بنابراين مكانيك كوانتومى ناقص است. طبق نظر اينشتين نظريه اى كامل است كه هر عنصرى از واقعيت فيزيكى مابه ازايى در آن داشته باشد. چهار ماه بعد، بور در مقاله اى با همان عنوان آزمايش EPR را رد كرد و نشان داد كه استدلال آنها مغالطه آميز است.اما اين پايان ماجرا نبود. نه اينشتين و نه بور، هيچكدام راضى نشده بودند. اينشتين تا پايان عمرش در سال 1955 همچنان مشكلات مكانيك كوانتومى را يادآورى مى كرد. در مورد بور هم معروف است عكسى كه از تخته سياه او درست يك روز قبل از مرگ او گرفته شده، شامل طرح آزمايشى است كه در سال 1930 مورد بحث او و اينشتين بوده است. اينشتين هيچ گاه مكانيك كوانتومى را نپذيرفت و در بهترين حالت قبول كرد كه اين نظريه، فقط يك نظريه موقتى است كه كامل نيست و فيزيكدانان بايد به دنبال نظريه اى ديگر باشند. نظريه اى كه هم به عليت و هم به رئاليسم مقيد باشد و در عين حال زيبا و ساده نيز باشد.

منابع:

1- جزء و كل/ ورنر هايزنبرگ/ حسين معصومى همدانى/ نشر دانشگاهى

2- تحليلى از ديدگاه هاى فلسفى فيزيكدانان معاصر/ مهدى گلشنى/ انتشارات مشرق

3- Stanford Encyclopedia of Philosophy / Quantum Mechanics

به نقل از سي پي اچ تئوري

|+| نوشته شده توسط ارين در جمعه 1384/04/10 ساعت 0 |

سخنی چند از بزرگان

.بیشتر کسانی موفق میشوند که تعریف کمتری می شنوند.

                                                                            ( امیل زولا)

2.نیک بخت ترین مردم کسی است که کردار به راستی و گفتار به راستی بیاراید .

                                                                                               ( بوعلی سینا)

3.امید دارویی است که شفا نمی دهد ولی درد را قابل تحمل می کند.

                                                                                      ( اشار)

4.ما همان می شویم که تمام روز به ان می اندیشیم.

                                                                   ( نایتینگل)

5.خدا دوست سکوت و سکوت تنها صدای خداست.

                                                                  ( ملوین)

6.زندگی محصول تفکر و اندیشه ماست.

                                                    ( دایر)

7.چیزی که انسان را انسان واقعی می سازد تربیت صحیح اراده اوست.

                                                                                           ( میلتون)

8.به گرسنگی مردن بهتر از نان فرو مایگان خوردن.

                                                                     ( سعدی)

9.آنان که نمیتواند خود را اراده کند ناچار به اطاعت دیگرانانند.

                                                                                  ( هوگو)

10.این جهان تغییر است نه تقدیر.

                                            ( جیمز)

11.بخشودن یعنی رهایی از رنجشها.

                                               ( گری)

12.یک حلقه سست زنجیر کافی است که همه زنجیر را پاره کند.

                                                                                   ( پرمودابتر)

13.مرد بزرگ دیر وعده میدهد و اما زود انجام میدهد.

                                                                       ( کنفوسیوس)

14.از دست دادن فرصت غصه می اورد.

                                                    (حضرت علی«ع»)

۱5.فرو افتادن در مقابل خدا راه بر خاستن است

/////////////////////////////////////////////////////////////

                آنقدر قوی باش که هر روز با زندگی روبرو شوی!    OK

|+| نوشته شده توسط ارين در جمعه 1384/04/10 ساعت 0 |

زمان صفر

زمان گذشته تر از گذشته

بنابه نظريه انفجار بزرگ ، گسترش جهان از يك انفجار آتشين آغاز شده و تا امروز ادامه يافته است و احتمال دارد اين گسترش تا بينهايت ادامه داشته باشد. ولي ما يقينا مي‌خواهيم بدانيم پيش از اين انفجار اوليه وضع از چه قرار بوده است. اما براي فهميدن اين موضوع بايد از ديوار زمان صفر عبور كنيم. نه تنها در عرصه فيزيك ، بلكه حتي در عرصه منطق نيز دشواريهاي زيادي در اين سير وجود دارد.

ما نمي‌توانيم تاريخ كائنات را از زمان صفر يعني درست لحظه آفرينش فضا و زمان آغاز كنيم ولي قادريم آن را از لحظه‌هاي بسيار كوتاه و غير قابل تصور يعني 43- ^10 ثانيه پس از انفجار بزرگ آغاز كنيم. قوانين بنيادي فيزيك توانسته‌اند از امروز تا آن لحظه كه كائنات بسيار بسيار كوچك ، داغ و غليظ بوده ، استواري خود را حفظ كنند.

خصوصيات كائنات در زمان صفر

در 43- ^10 ثانيه پس از انفجار بزرگ ، كائنات بيش از 35 - ^ 10 متر قطر نداشته و ده ميليون ميليارد ميليارد بار كوچكتر از يك اتم هيدروژن بوده است. در اين زمان عالم چنان جوان است كه نور نمي‌تواند به دورها سفر كند و افق كيهاني كه كائنات قابل ديد را در بر مي‌گيرد، بسيار نزديك است. در اين زمان حرارت به 32 ^ 10 كلوين ميرسد. كائنات بسيار غليظ و فشرده (96 ^ 10 برابر غلظت آب) و انرژي آن غير قابل اندازه گيري است. چنانچه اگر بخواهيم چنين نيرويي توليد كنيم بايد دستگاههاي تسريع كننده ذرات اوليه‌اي بسازيم كه چندين سال نوري قطر داشته باشند.

زمان صفر يا زمان پلانك

در 43- ^10 ثانيه پس از انفجار ، كائنات چنان فشرده و غلظت چنان انباشته است كه نيروي جاذبه ، كه در حالت معمولي در مقياس ميكروسكوپي قابل اغماض است، مانند نيروها از قبيل نيروهاي هسته‌اي قوي و ضعيف نيروي الكترومغناطيسي ، بسيار قوي مي‌باشد. ولي ما نمي‌توانيم رفتار و مشخصات اتمها و نور را در جاذبه بسيار قوي دريابيم. اين مساله نخستين بار در آغاز قرن حاضر توسط "ماكس پلانك" مطرح شد. به همين دليل زمان 43- ^10 ثانيه را "زمان پلانك" مي‌گويند. كه در آن فيزيك از توضيح عاجز مي‌شود و مرز آگاهي‌ها به نهايت مي‌رسد.

جاذبه سد زمان صفر

براي پشت سر گذاشتن زمان پلانك به نظريه‌اي‌ كوانتيك از جاذبه نياز است كه در آن قوه جاذبه بتواند با ساير نيروها متحد شود. فيزيكدانان در تلاشند تا يك نظريه جامع طبيعت بيابند كه در آن چهار نيروي حاكم بر جهان بصورت يك نيروي واحد عمل كنند. و تا كنون موفق شده‌اند شرايط گرد آمدن نيروهاي هسته‌اي قوي و ضعيف و نيروي الكترومغناطيسي را بدست آورند. ولي نيروي جاذبه همچنان با اتحاد با اين نيروها مخالفت مي‌كند. اين نيرو كه بر دنياي بينهايت بزرگها حاكم است از هر گونه اتحاد با دنياي بينهايت خردها سرباز مي زند.

پيوند و اتحاد مكانيك كوانتومي با نسبيت در حال حاضر همچنان سدي غير قابل عبور است و حتي اينشتين كه در سي سال آخر عمر خود ، سر سختانه در اين زمينه به كار پرداخت، نتوانست از اين سد بگذرد. تا وقتي مقاومت و استقامت جاذبه شكسته نشود، فراتر از زمان پلانك را در يافتن ، كاري غير ممكن است. اين زمان مرز و حد نهايي آگاهي و شناخت ما است. در پشت ديوار پلانك واقعيتي هنوز دست نيافتني پنهان است كه در آن جفت فضا ـ زمان كائنات چهار بعدي ما مي‌تواند كاملا متفاوت باشد با ديگر وجود نداشته باشد.

پشت ديوار پلانك

فيزيكدانهايي كه شكافهاي كوتاه و گذرايي در پشت ديوار پلانك وارد كرده‌اند، مي‌گويند كه با كائنات پرآشوبي كه ده يا حتي بيست و شش بعد دارد، برخورد كرده‌اند، كه در آن قوه جاذبه چنان قوي است كه فضا را به كلي دگرگون كرده است و در آن ، فضا ، تحت تاثير جاذبه به تعداد بيشماري سوراخ سياه ميكروسكوپيك تبديل شده است كه گذشته ، حال و آينده و حتي زمان در آن معنا ندارد. هر كدام از اين سوراخها صد ميليارد ميليارد بار كوچكتر از يك پروتون هستند، كه با حرارت 32 ^10 كلوين در فاصله 43- ^10 ثانيه تبخير مي‌شوند، ناپديد مي‌شوند و دوباره ظاهر مي‌شوند.

زمان مرجع

سالها كوشش و مطالعه طاقت فرسا لازم است تا ديوار پلانك سوراخ شود و تا رسيدن به آن روز ما بايد "زمان پلانك" را به منزله "زمان صفر" بپذيريم. بنابرين ، وقتي از مبدا و آغاز خلقت كائنات گفتگو مي‌كنيم، زمان مرجع ما زمان پلانك خواهد بود.

|+| نوشته شده توسط ارين در جمعه 1384/04/10 ساعت 0 |

تلاش برای دیدن سیاه چاله

به گفته اخترشناسان طي چند سال آينده ميتوان سايه كلي سياهچاله واقع در مركز كهكشان راه شيري را مشاهده كرد.

در هسته كهكشان راه شيري يك سياهچاله پرجرم قرار دارد كه نور را به درون خود مي مكد و بدين ترتيب باعث نامرئي شدن خود مي شود. اما اختر شناسان مي گويند كه طي چند سال آينده قادر خواهند شد سايه كلي اين سياهچاله را مشاهده كنند.

آوري برادريك (Avery Broderick) از مركز اختر فيزيك هاروارد مي گويد" كليد و اساس اختر شناسي سياهچاله اي اكنون در چنگ ماست. ما اكنون مي توانيم سايه اي كه سياهچاله بر روي مواد اطراف خود مي اندازد مشاهده كرده و اندازه و چرخش خود سياهچاله را تعيين كنيم.هيچ چيز حتي نور نمي تواند از حوزه گرانشي شديد يك سياه چاله فرار كند. و به دليل اينكه از خود نور يا هر گونه شكلي از ماده منتشر نمي كند ، مدرك قابل روئيتي از وجود آنها در دست نيست. اما همينكه ماده به داخل كشيده مي شود ، گرم شده و انرژي را به صورت "نقاط داغ" (Hot Spots) منتشر مي كند. بخشي از اين تابش فرار كرده و قابل رديابي مي گردد. اختر شناسان قبلا تابش ناشي از نقاط داغ را درست بيرون از سياهچاله رديابي كرده اند. آنها عقيده دارند كه اين تابشها پس زمينه اي را ترسيم مي كند كه شناسه و به عبارت ديگر سايه سياهچاله بر روي آن خودنمائي مي كند.به دليل اينكه فن آوري جهت روئيت اين سايه تا چند سال آينده امكان پذير نخواهد بود ، برادريك و آويل اوب از مركز اختر فيزيك هاروارد مدلي را طراحي كرده اند كه ظاهر اين سايه را پيش بيني مي كند.

نقطه داغ تابش به دور سياهچاله مي چرخد اما محققين نمي دانند كه آيا خود سياهچاله هم مي چرخد يا نه. بنابراين Broderick و Loeb دو حالت را ايجاد كردند : يكي سياهچاله بدون حركت و ديگري چرخش با حداكثر سرعت. در هر كدام از حالتها ، نقطه داغ بصورت يك حباب با رنگهاي رنگين كماني كه به دور يك صفحه آبي سخت مي چرخد نمايش داده مي شود. صفحه آبي نمايانگر صفحه پيوسته سياهچاله است كه ماده در آن جمع و داغ مي شود تا در نهايت به درون خود سياه چاله مكيده شود.برادريك مي گويد" مشاهده تمام وقايع تا لبه سياهچاله واقع در مركز كهكشان راه شيري يك رصد واقعا قابل ملاحظه است: چاله اي با قطر 10 ميليون مايل كه بيش از 25.000 سال نوري دور مي باشد. بمنظور روئيت اين سايه ، اختر شناسان به راديو تلسكوپي نياز دارند كه به بزرگي كره زمين باشد. يك چنين تلسكوپي كما بيش درتحقيقات استفاده مي شود. به جاي راديو تلسكوپي كه اندازه غول آساي آن امكان ساخت را غير ممكن مي كند ، اختر شناسان قرائتهاي مجموعه اي از تلسكوپهاي submillimeter سراسر قاره را ادغام خواهند كرد.

قبلا از اين روش كه interferometry ناميده مي شود براي مطالعه پرتوها و علائم طول موج بلند فضاي خارج استفاده شده است. اختر شناسان معتقدند كه بررسي علائم طول موج كوتاه مي تواند تصاويري با كيفيت بالا از ناحيه بيروني سياهچاله ايجاد كند. چاه گرانشي موجود در مركز كهكشان راه شيري بهترين هدف براي رصد با استفاده از interferometry مي باشد زيرا اين روش وسيع ترين منطقه از آسمان را براي رصد سياهچاله پوشش مي دهد. ادغام نتايج رصدهاي انجام شده توسط ابزارهاي فروسرخ مي تواند تصوير با كيفيت تري بوجود آورد.لينكولن گرين هيل (Lincoln Greenhill) از مركز اختر فيزيك هاروارد مي گويد: رصدهاي فرو سرخ و Submillimeter مكمل يكديگر هستند. ما مي بايد هر دو روش را براي بوجود آوردن با كيفيت ترين رصدها مورد استفاده قرار دهيم. اين تنها راهي است كه بتوان يك تصوير كامل از مركز كهكشاني بدست آورد." اما يك تصوير واضح و شفاف از اين سياهچاله تنها حسن شناسائي و رويت سايه آن نيست. اين داده ها در نهايت به اختر شناسان كمك خواهد كرد تا فرضيه نسبيت عام انيشتين را در ميان ميدان گرانشي شديدا قدرتمند يك سياهچاله مورد آزمايش قرار دهند.زمانيكه اختر شناسان به اين هدف نايل شوند ، اولين تصوير از سايه سياهچاله و صفحه يكنواخت درون آن به كتابهاي درسي راه خواهد يافت و نظريات ما در مورد گرانش گستره فضا- زمان كه قويا منحني تصور مي شود مورد آزمايش قرار خواهند گرفت.

|+| نوشته شده توسط ارين در جمعه 1384/04/10 ساعت 0 |

جهان های موازی

جهاني‌ در کنار جهان ما؟!

آيا تا کنون انديشيده ايد که جهان هاي ديگري هم وجود دارد و افرادي مشابه ما در سياره هاي ديگري زندگي‌ مي‌ کند؟

سال 1909 بود در همان حال که جفري تيلور مشغول انجام آزمايش هاي خود بود مي‌ انديشيد که چرا اين همه زحمت متحمل مي‌ شود. زيرا از قبل مي‌ توانست نتيجهٔ آزميش را حدس بزند. با وجود اين چون استاد راهنمايش جوزف تامسون در دانشگاه کمبريج اين را از او خواسته بود به کار خود ادامه مي داد. سوزن را در جاي خود گذاشت،منبع نوراني‌ را روشن کرد و به منظور کنترل مقدار نوري که بايد از دستگاه مي‌ گذشت فيلتر را تنظيم کرد. سپس شيشه ي حساس عکاسي‌ را در مقابل نور خورشيد قرار داد و پس از کنترل مجدد تمام قسمت ها براي گذراندن تعطيلات از آزمايشگاهش‌ خارج شد.

هنگامي‌ که تيلور بار ديگر قدم در آزمايشگاهش گذاشت موفق به کشفي‌ حيرت آور شده بود. بر روي شيشه ي حساس عکاسي‌ نوار هايي‌ تيره و روشن نقش بسته بود. طرحي‌ کاملا واضح از تداخل پرتو هاي نوراني‌. قبلا طرحي‌ مشابه اين توسط تعدادي از فيزيکدانان و با کمک تجهيزات مشابه به دست آماده بود. اما طرح تيلور واقعا خيره کننده بود چرا که در آزمايش خود تيلور به درخواست تامسون از نوري فوق العاده ضعيف استفاده کرده بود. نوري که قدرتش مانند نور يک شمع در فاصلهٔ يک مايلي‌ بود. به همين دليل تيلور و توماس انتظار داشتند که حتي‌ پس از گذشت چندين هفته باز هم هيچ علامتي‌ از آثار تداخل بر روي شيشه حساس عکاسي‌ ديده نشود در نتيجه هنگامي‌ که آنها شيشه حساس را مورد بررسي‌ قرار داردند، بسيار شگفت زده شدند. حتي‌ توماس که به دليل کشف الکترون موفق به اخذ جايزهٔ نوبل شده بود نمي‌ توانست اظهار تعجب نکند. از آن تاريخ بعد بحث هاي زيادي دربارهٔ (( تداخل فوتوني‌ )) صورت گرفت. اما امروز فيزيکدانها معتقدند که چنين تداخلي‌ دليل محکمي‌ است براي اثبات آن چيزي که هميشه جز داستان هاي علمي تخيلي به حساب مي‌ آمدند، يعني‌ جهان هاي مشابه.

نديشه اي جهاني‌

کشف تيلور در ارتباط با جهان بزرگ، شايد نقطه پاياني‌ باشد بر بحث هايي‌ که از 2000 سال قبل آغاز شده بود. از زمان هاي دور فلاسفه معتقد بودند که تعريف جهان، ما را به نتايج چشمگيري رهنمون مي‌ کند. 56 سال قبل از ميلاد، شاعر و فيلسوف رومي‌ لوکرتيوس گفته بود: (( اگر جهان مرز دارد پس چه چيزي فراسوي آن مرز است؟ آيا آن هم جهان است؟ کهن جهان يعني‌ همه چيز پس جهان بايد نامحدود و بدون مرز باشد.

از آن زمان تا حدود يک قرن پيش چنين بحث هايي‌ به فراموشي‌ سپرده شده بود تا اينکه اينشتين نظريه خود در مورد جاذبه را ارائه کرد. نظريه اي که با عنوان نظريه نسبيت عام GR شناخته مي‌ شود و موضوعي‌ حيرت آور با اين عنوان مطرح مي‌ کند: (( در حاليکه هيچ گونه مرزي وجود ندارد، جهان مي‌ تواند محدود باشد.))

براي درک اين مساله مثال ساده اي مطرح شد. تصويري سه بعدي از جهان را تصور کنيد که پيچ خورده، گلوله مي‌ شود تا به شکل يک توپ در آيد.حال تصور کنيد که تعدادي مورچه به آرامي‌ بر سطح آن حرکت مي‌ کنند. آنها هر قدر بر سطح اين کره حرکت کنند، هيچ گاه با مرزي روبرو نمي شودند. در حاليکه در حقيقت سطح زير پايشان محدود است.

بر طبق نظريه اينشتين اگر مقدار کافي‌ ماده و انرژي وجود داشته باشد، جهان مي‌ تواند هم محدود باشد و هم بدون مرز. با اين وجود مشاهدات اخير درمورد فضا فيلسوف رومي‌ لوکرتيوس را تاييد مي‌ کند. شواهد به دست آمده از ستاره هاي دور دست و گرماي به جا مانده از انفجار بزرگ يا بيگ بنگ نشان مي‌ دهد که جهان از نظر بعد نامحدود است و ما تنها بخش کوچکي‌ از اين دنياي بي‌ کران و با عظمت را ميبينيم يعني‌ بخشي‌ که نور آن پس از گذشت 13 ميليارد سال نوري يا کمي‌ بيشتر از زمان انفجار بزرگ به چشم ما مي‌ رسد.

با وجود چنين موانعي‌ بر سر راه دانش تقريبا مي‌ توان با قطعيت گفت که چه حوادثي‌ در اين جهان نامحدود اتفاق مي‌ افتد. اگر بخواهيم به اين سوال تنها در يک کلمه پاسخ بدهيم، جواب اين است( هر چيزي )) مثلا در همين لحظه و در نقطه اي که حتي‌ فاصله اش قابل درک نيست يعني‌ در فاصله اي چندين ترليون سال نوري، نسخهٔ مشابه شما شما در پشت ميز کامپيوتر نشسته است و در حال خواندن اين متن است! و يا در مکان ديگري نسخهٔ ديگري از شما در حال برنده شدن جايزه نوبل است و يا...

به طور خلاصه، يک دنياي نا محدود شامل تعداد نامحدودي از هر چيز قابل باور و غير قبل باور است. به عبارت ديگر، چنين دنيايي‌ شامل بي‌ نهايت نسخهٔ مشابه از آن چيز هايي‌ است که ما ميبينيم

تصويري گسترده تر

چنين نتايج شگفت انگيزي باعث خلق واژه هاي جديدي براي اين دنياي نامحدود گشته است:چند جهاني‌(MULTI VERSE ) . در حال حاضر لغت جهان تنها به بخش کوچکي‌ از مالتي‌ ورس که ما قادر به مشاهدهٔ آن هستيم، اشاره مي‌ کند. چنين اختلافي‌ به ما کمک مي‌ کند تا به پاسخ برخي‌ سوالات حيرت آور دست پيدا کنيم. به عنوان نمونه، چرا دنياي ما و قوانين حاکم بر آن تنها بر پايهٔ وجود و هستي‌ و زندگي‌ بنا شده است؟

برخي‌ معتقدند که دليل آن اين است که دنيا توسط خالقي‌ خير خواه خلق شده است. اما در ديدگاه چند جهاني‌، ما تنها در يکي‌ از جهان هاي مشابه بي‌ شمار زندگي‌ مي‌ کنيم.

امروزه بسياري از فيزيکدانان معتقدند که جهان مشابه (Parallel Universes ) اهداف عالي‌ تري را دنبال مي‌ کنند. آنها معتقدند که اين ديدگاه به بسياري از پرسش هاي شگفت انگيز در تمامي‌ رشته هاي علمي‌ پاسخ مي‌ دهد. سوالاتي‌ که در نتيجهٔ آزمايشات مختلف در مورد ساختار و طبيعت ماده و انرژي ايجاد شده اند. دانشمندان از طريق همين آزمايش ها متوجه شده اند که موج هاي راديويي‌ از قبيل نور و گرما ، خصوصيات ذره اي نيز دارند و انرژي خود را از ((کوانتا)) به دست مي‌ آودند.

بسياري از فيزيکدانان برجستهٔ قرن گذشته، از جمله اينشتين تلاش کردن تا پاسخي‌ براي اين اثر تداخلي‌ بيابند. و در نهايت تلاش آنها منجر به خلق نظريه نويني‌ شد به نام نظريه کوانتوم.

در سال 1925 شرودينگر فيزيکدان اترشي‌، معادله اي را ارائه کرد که به نظر مي‌ رسيد بتوان به کمک آن به اصول و مبني‌ يافته هاي نوين دست يافت. در وهلهٔ اول به نظر مي‌ رسيد اين معادله مانند ديگر معادلات فيزيک به منظور توضيح رفتار موج گونه به کار ميروند. اما چيزي شگرف در اين معادله وجود داشت. طبق معادله شرودينگر هر ذره از طيف وسيعي‌ از امواج شکل گرفته که هر کدام از آنها يکي‌ از وضعيت هاي ذره را نشان مي‌ دهند.

مساله اي که به مدت چند دهه باعث شگفتي‌ شرودينگر و ديگر فيزيکدانان گرديد اين بود که يک ذره چطور خود را از ديگر وضعيت هاي ممکن خلاص مي‌ کند. در نهايت اکثر آنها نظريهٔ تفسير کپنهاگن (Copenhagen Interpretation) را که توسط نيلز بور، فيزيکدان دانمارکي‌ ارائه شده بود پذيرفتند. هر چند هنوز مشخص نيست که اين مساله چرا و چگونه اتفاق مي‌ افتاد.

در سال 1957 يک دانشجوي فارغ التحصيل پرينستون به نام هاف اورت با ارائه پيشنهادي جسورانه با نظريهٔ نيلز بور مخالفت کرد. بر طبق نظريهٔ مشهور او به نام (Many Worlds Interpretation) وجود طيف وسيعي‌ از امواج دليلي‌ است بر وجود همزمان يک ذره در تعداد زيادي از جهان هاي مشابه، در حاليکه ما تنها يکي‌ از وضعيت هاي ممکن را ميبينيم، زيرا در هر يک از جهان هاي مشابه تنها يک وضعيت وجود دارد. بدين ترتيب وضعيتي‌ را که ما در حال حاضر شاهد آن هستيم وضعيتي‌ است که به جهان خود ما اختصاص دارد. با اين حال، جهان هاي ديگر بر آنچه تاثير مي‌ گذارند. به نحوي که در نتيجهٔ تاثير امواج آنها بر امواج موجود در جهان ما (حتي‌ يک ذره) اثرات تداخلي‌ ايجاد مي‌ شود.

بدين ترتيب جفري تيلور حق داشت که از نتيجهٔ آزمايش خود دچار شگفتي‌ و حيرت شود چرا که او اولين فردي بود که جهان هاي مشابه را کشف کرد.

نيروهاي مشابه

در حاليکه بسياري از نظريه پردازان، نظريه کوانتوم را بهترين تئوري در مورد اين قبيل موضوعات مي‌ دانند و بيشتر دانشمندان بدون توجه به عقايد ماورا طبيعه فقط نظريهٔ کوانتوم را مورد استفاده قرار مي‌ دهند اما برخي‌ فيزيکدانان اين بعد از نظريه کوانتوم را داراي ارزش واقعي‌ و عملي مي دانند و معتقدند که جهان هاي مشابه ارزش تجاري دارد.

در سال 1985((ديويد دويچ)) از دانشگاه آکسفورد انگلستان طرحي‌ از يک کامپيوتر خارق العاده ارائه داد. کامپيوتري که قادر است با استفاده از جهان هاي مشابه ، هر مشکل قابل باوري را با سرعت غير قابل باور حل کند.

در رايانه هاي معمولي‌، ابتدا مسائل به يکسري واحد هاي اطلاعاتي‌ (بيت) تبديل مي‌ شوند. صفر و يک هايي‌ که توسط ريز پردازنده به عنوان علائم روشن و خاموش تفسير شده کنترل مي‌ شوند. و در آنها اطلاعات با سريع ترين حالت ممکن ذخيره شده و يا مورد جستجو قرار مي‌ گيرد. هر چه ميزان پردازش اطلاعات بيشتر باشد، رايانه اي که در اختيار داريد رايانهٔ بهتري خواهد بود.

دويچ چشم اندازي از کامپيوتر هاي کوانتومي‌ را به تصوير کشيد. کامپيوتر هايي‌ که مي‌ توانند وضعيت هايي‌ را ثبت کند که مطابق آنها ذرات در جهان هاي مشابه وجود دارند.

در اين رايانه ها، مسائل به نوع جديدي از واحد هاي اطلاعاتي‌ به نام کوبيت (qbit) تبديل مي‌ شوند که از قاعدهٔ 0 و 1 پيروي نميکنند بلکه ترکيبي‌ از اين دو را به کار مي‌ برند. چنين مسئله اي باعث مي‌ شود که يک qbit مانند دو bit به طور همزمان عمل کند و آن هم با سرعتي‌ دو برابر رايانه هاي قديمي‌.

دويچ معتقد است که يک کامپيوتر کوانتومي‌ محاسبات را به طور همزمان در جهان هاي مشابه انجام مي‌ دهد. يک چنين توانايي‌ بسيار مهيج است. به عنوان مثال، يک کامپيوتر کوانتومي‌ با قدرت کپردزش 100کويبيت معادل يک رايانهٔ معمولي‌ 2100 بيت است يعني‌ يک ميليون ميليون ميليارد ميليارد بيت! بدين ترتيب حافظه ي چنين کامپيوتري از حافظهٔ تمام ابر کامپيوتر هاي جهان بيشتر خواهد بود.

طرح دويچ توجه همگان را به کاربرد کامپيوتر هاي کوانتومي‌ جلب کرد. دانشمندان رشتهٔ کامپيوتر تلاش خود را براي خلق نرم افزار هاي مناسب آغاز کردند.

فيزيکدانان نيز سعي‌ کردند واحد هاي اطلاعاتي‌ جديد کوبيت ها را خلق کنند. در عين حال دانشمندان توجه خود را بر استفاده از ذرات زير اتمي‌ مانند پروتون معطوف کرده اند. ذراتي‌ که مي‌ توانند در يک زمان در دو وضعيت متفاوت وجود داشته باشند.

اما محققان در اين راه به مانعي‌ برخورد کردند: (( کوبيت ها فوق العاده حساس اند و اطلاعات ذخيره شده در آنها به سادگي‌ مخدوش مي‌ شود.))

در سال 1998 گروهي‌ به رهبري آيزاک چانگ از شرکت IBM در سن خوزه مشکل اصلي‌ را استفاده از تعداد زيادي کوبيت در قالب تريليون ها فوتون در يک ماجراي کوچک آب دانسته اند و پيشنهاد کردند که حداقل تعداد کمي‌ کوبيت محاسبات را انجام دهند و بدين ترتيب تلاش براي ساخت آن شروع شد.

چانگ و همکارانش، ليست کوتاهي‌ از اطلاعات را به واحد هاي اطلاعاتي کوبيت تبديل کردند و سپس يک برنامهٔ کامپيوتر کوانتومي‌ را براي دست بندي اطلاعات به کار بردند.

نتيجهٔ کار با استفاده از ميدان هاي مغناطيسي‌ در مجراب آب مشخص مي‌ شود. در سال 2001 گروه IBM با استفاده از روشي‌ مشابه عدد 15 را به ضريب اولش يعني‌ 3 و 5 تجزيه نمود.

فقط قسمت آخر اين مقاله مانده که آن را به زودي تايپ مي‌ کنم. اين قسمت در مورد کامپيوتر هاي کوانتومي‌ بود. با مزايايي‌ که اين نوع از کامپيوتر ها دارد در حال حاضر تحقيقات زيادي در اين زمينه انجام مي شود و نسل بعدي کامپيوتر ها ، کوانتومي خواهد بود.

خلاصهٔ بحث

اين موضوع هميشه براي انسان به صورت سوالي‌ مطرح بوده که آيا در جهاني‌ محدود زندگي‌ مي‌کند يا در جهاني‌ نامحدود.

در طول تاريخ فلاسفه معتقد بودند که جهان نا محدود است. پنجاه و پنج سال قبل از ميلاد لوکريتوس شاعر و فيلسوف رومي‌ در کتاب طبيعت اشيا به بحث دربارهٔ جهان نا محدود مي‌ پردازد. مشاهدات اخير فضايي‌ نيز اين نکته را تعييد مي‌ کند.

بر طبق نظريه چند جهاني‌، جهاني‌ که ما در آن زندگي‌ مي‌ کنيم تنها بخش کوچکي‌ از جهان حقيقي‌ است. بي‌ نهايت دنيا شبيه ما يا متفاوت و موازي ما وجود دارند.

درست در همين لحظه در جهاني‌ ديگر نسخهٔ مشابه شما در حال خواندن روزنامه است، ديگري مشغول چتر بازي است و ديگري به بستر خواب رفته. به اين ترتيب بر صحنه هاي اين دنياي بي‌ کاران هر نمايشي‌ مي‌ تواند به در آيد.

مطابق فرضيه چند جهاني‌ Many worlds يا مالتي‌ ورس، تنها يکي‌ از وضعيت هايي‌ که به جهان ما تعلق دارد قابل است و وضعيت هاي ديگر طبق معادله شرودينگر که به آنها اشاره شده به جهان هاي موازي ديگر تعلق دارند.

تصاويري که توسط تلسکوپ فضايي‌ هابل گرفته شده هزاران کهکشان را نشان مي‌ دهد که تمام آنها به جهان ما تعلق دارند.

يافته هاي جديد اين موضوع خارق العاده را مطرح مي‌ کنند که تعداد بيشماري دنيا مشابه به دنياي ما وجود دارند.دنياهايي که هر حادثه اي در آنها امکان پذير است. ممکن است در برخي‌ از اين جهان ها قوانين فيزيکي‌ متفاوتي‌ حاکم باشد، ولي‌ به هر حال بسياري از اين جهان ها مثل ما هستند. يکي‌ از آنها دنياي خود ماست.
براي اطلاعات بيشتر در خصوص جهان هاي موازي اگر کلمات Multiverse يا parallel universe را سرچ کنيد به مطالب جالبي برخود مي کنيد.
با تشکر از توجه شما به مقاله.

|+| نوشته شده توسط ارين در جمعه 1384/04/10 ساعت 0 |

کوانتوم به زبان خیلی ساده

شاید خیلی جاها به کلمه کوانتم و نظریه کوانتم برخورد کرده باشید. ولی نمی دونم چقدر با اون آشنایی دارید. می خوام با استفاده از کتاب کوانتمم یه کم درباره مکانیک کوانتمی و تاریخچه اون بگم.

در پایان قرن نوزدهم میلادی، فیزیک تشکیل شده بود از مکانیک کلاسیک نیوتنی و نظریه الکترومغناطیس ماکسول ( Maxwell ). از مکانیک کلاسیک برای پیش بینی دینامیک اجسام مادی و بررسی اون و از نظریه الکترومغناطیس برای مطالعه "تابش" استفاده می شد. ماده و تابش بر حسب "ذرات" و "امواج" توصیف می شدند و رابطه و برهم کنش های بین موج و ذره با استفاده از نیروی لورنتز یا ترمودینامیک تشریح می شد.
در آن زمان فکر می کردن که با استفاده از این مکانیک نیوتنی، نظریه الکترومغناطیس ماکسول و ترمودینامیک تمام پدیده های فیزیک در جهان رو می تونن توضیح بدن.
اما در آغاز قرن بیستم، فیزیک کلاسیک در دو حوزه (یا به قول کتاب کوانتمم دو جبهه) با مشکل مواجه شد :
1- در حوزه نسبیتی : تئوری نسبیت اینشتین در ابتدای قرن بیستم(1905) نشان داد که مکانیک کلاسیک در سرعت های بسیار بالا (نزدیک به نور) حرفی برای گفتن نداره. 2- در حوزه میکروسکپی : با پیشرفت تکنولوژی و توانایی انسان در بررسی دنیای اتمی و زیر اتمی، معلوم شد که مکانیک کلاسیک نمی تونه چندین پدیده تازه کشف شده رو توضیح بده. پس لازم بود که مفهوم جدیدی بوجود بیاد که در دنیای میکروسکوپی کاربرد داشته باشه و مثلا بتونه ساختار اتم و ملکول و برهم کنش نور رو با اون ها توصیف کنه.
ناتوانی فیزیک کلاسیک در توصیف چندین پدیده میکروسکوپی مانند تابش جسم سیاه، اثر فتوالکتریک، پایداری اتم و طیف سنجی اتم باعث شد تا نیاز به نظریه های جدیدی خارج از محدوده فیزیک کلاسیک احساس بشه.
اولین قدم رو ماکس پلانک در سال 1900 با معرفی مفهوم کوانتم یا گسستگی انرژی برداشت. اون تنها زمانی تونست پدیده تابش جسم سیاه رو توصیف کنه که فرض کرد مبادله انرژی بین تابش و محیط با مقدارهای گسسته یا کوانتیزه انجام می شه. این ایده پلانک باعث کشف های جدیدی شد که نتیجه اون ارائه راه حل هایی برای برجسته ترین مسئله های اون زمان بود.
در سال 1905 اینشتین که می خواست اثر فتوالکتریک رو توضیح بده، فهمید که نظریه پلانک در مورد کوانتیزیشن امواج الکترومغتاطیسی، باید در مورد نور هم درست باشه. پس با استفاده از راه حل پلانک، فرض کرد که نور از تکه های گسسته انرژی که فوتون نامیده میشن تشکیل شده. اینشتین با استفاده از این فرض تونست توضیح قانع کننده ای در مورد اثر فتوالکتریک ارائه بده.
گام اصلی بعدی با ارائه مدل اتمی بور برداشته شد. (درباره اون یه جای دیگه کامل توضیح دادم که خودتون بخونید دیگه اینجا نمی نویسم.)
پس از اون در سال 1923 کامپتون کشف مهمی کرد که تایید دیگری بر خاصیت ذره ای نور بود. به طور خیلی خلاصه کشف اون که به اثر کامپتون معروفه مربوط می شه به پراکنده شدن اشعه ایکس در اثر برخورد فوتون به الکترونها.
این کشف ها و کارهای پلانک، اینشتین، بور و کامپتون به طور تئوری و تجربی نشان داد که امواج در مقیاس میکروسکوپی، مانند ذرات رفتار می کنند.
در سال 1923 دوبروی یک مفهوم تازه را بیان کرد : نه تنها امواج رفتار ذره مانند دارند، بلکه ذره های مادی نیز رفتار موج مانند دارند. این فرضیه در سال 1927 بوسیله آزمایش Davisson و Germer به طور تجربی تایید شد.

اگرچه مدل بور کاملا با نتایج تجربی سازگار بود اما از یک تئوری خاص پیروی نمی کرد. فرض ها و طرح های پلانک و بور نیز کاملا اختیاری بودن یعنی چیزیایی بودن که اونا از خودشون درآورده بودن! نه چیزایی که مثلا دیده باشن. یا بوسیله ریاضی بشه بیانشون کرد.
پس لازم بود که این فرضیه ها و طرح ها در قالب یک تئوری که همه اونا رو در بر بگیره و توضیح بده بیان بشن. در سال 1925 این کار انجام شد و تئوری مکانیک کوانتمی بوسیله شرودینگر و هایزنبرگ ارائه شد. این تئوری به 25 سال کارهای جسته و گریخته که بوسیله پلانک و بور ارائه شد و بعد ها به تئوری کوانتم قدیم معروف شد پایان داد.

از نظر تاریخی دو فرمول بندی برای مکانیک کوانتمی وجود داره. اولی که مکانیک ماتریسی نامیده می شه، بوسیله هایزنبرگ در سال 1925 برای توصیف ساختار اتمی مشاهده شده از طیف ها توسعه یافت. با الهام از پلانک و بور، هایزنبرگ فهمید که تنها مقادیر گسسته انرژی بین سیستم های میکروفیزیکی مبادله میشن. او کمیت های دینامیکی مانند انرژی، مکان، تکانه و تکانه زاویه ای را با استفاده از ماتریس ها بیان کرد. مکانیک ماتریسی در توصیف نور تابش شده یا جذب شده بوسیله اتم بسیار موفق بود.
فرمولبندی دوم که به مکانیک موجی معروفه، در سال 1926 بوسیله شرودینگر ارائه شد که حالت کلی اصل موضوع دوبروی است. این روش با استفاده از یک معادله موج، که معادله شرودینگر نامیده می شه و به جای ماتریس یک معادله دیفرانسیلی است، دینامیک مواد میکروسکوپی را توضیح می ده.
دیراک با ارائه یک فرمولبندی کلی تر نشان داد که این دو فرمولبندی جداگانه، معادل هستند. نمایش فرمول دیراک در مورد کمیت های پیوسته به معادله شرودینگر و در کمیت های گسسته به فرمولبندی ماتریسی هایزنبرگ منجر می شود.
دیراک در سال 1928 با ترکیب نسبیت خاص با مکانیک کوانتمی، معدلی ای به دست آورد که حرکت الکترون ها را توصیف می کرد.

به طور خلاصه مکانیک کوانتمی تئوریی است که دینامیک ماده در مقیاس میکروسکوپی رو توصیف می کنه. ولی آیا مهمه که ما اونو یاد بگیریم؟ اصلا به دردمون می خوره؟
بهتره یادمون باشه که مکانیک کوانتمی تنها چارچوب معتبر برای توصیف دنیای میکروسکپی است. بنابر این یاد گرفتن اون برای فهمیدن و درک کردن فیزیک جامدها، لیزر، نیم رساناها و ابر رساناها، پلاسما و... حیاتیه.
خلاصه این که مکانیک کوانتمی اساس همه بخش های فیزیک مدرن مانند : فیزیک حالت جامد، ملکولی، اتمی، هسته ای، فیزیک ذرات، اپتیک، ترمودینامیک، مکانیک آماری و ... هست.
علاوه بر این اساس و بنیاد شیمی و زیست شناسی نیز مکانیک کوانتمیه.

|+| نوشته شده توسط ارين در جمعه 1384/04/10 ساعت 0 |

فرضیه گودل چیست؟ آیا طبق این فرضیه حقیقت دست نیافتنی است؟

از زمان اقلیدس یعنی دوهزارودویست سال پیش، ریاضیدانان اساس کارخودرابرتعدادی«اصل» گذاشته وسعی کرده بودند که ازانها نتایج مختلف ومفیدی استنتاج کنند.

این کارمانند یک بازی، بادوقانون است.اول: تعداد اصول باید تاممکن است کم باشد واگراصلی رابه توان از

اصل دیگر استنتاج کرد، اصل استنتاج شده باید حذف شود. دوم :اصل ها باید هماهنگ باشند و هیج اصلی

مخالف اصل دیگر نباشد.

هر کتاب هندسه درسی با چند اصل شروع می شود:مثلآ از دو نقطه، بیش از یک خط مستقیم نمی توان عبور داد، کل برابر است با مجموعه اجزای تشکیل دهنده ان واز این قبیل. تا مدتها تصور می شد که اصول اقلیدس

تنها اصولی هستند که می توان با انها یک هندسه هماهنگ ساخت و بنابراین، اصول اقلیدس را« حقیقی»

می پنداشتند.

در قرن نوزدهم نشان دادند که می توان اصول اقلیدس را به روش های معینی تغییر داد، و در نتیجه

«هندسه های غیر اقلیدسی» بوجود امدند .هر یک از این انواع هندسه با انواع دیگر تفاوت داشت ولی همه شان هماهنگ بودند. پس از ان دیگر کسی سوال نمی کرد که کدامیک« حقیقی» است؛ بلکه می پرسید: کدام مفید تر است در واقع اصول بسیاری وجود دارند که با انها می توان دستگاه های مختلف ریاضی را بنا کرد که با یکدیگر

تفاوت داشته و هماهنگ باشند.

در هریک از دستگاه های ریاضی نباید از هیچ یک از اصول ان نتیجه گرفت که چیزی به یک صورت، هم هست وهم نیست. زیرا در این حالت ریاضیات هماهنگ نیست و باید به کناری گذاشته شود. ولی اگر نتیجه ای بگیریم

که اثبات یا نفی ان امکان پذیر نباشد چطور؟

فرض کنید بگوییم:« این جمله که ساخته ام غلط است!»

ایا غلط است؟ اگر غلط باشد، پس اینکه گفته ام«غلط است» غلط است؛ پس جمله من صحیح است. اگر راست می گویم پس حقیقت دارد که چیز غلطی گفته ام پس جمله من غلط است. این استدلال به همین ترتیب ادامه پیدا می کند و غیر ممکن است که نتیجه بگیرم که جمله ام درست است یا درست نیست.

فرض می کنم که شما اصول منطق را به نحوی تنظیم کنید تا امکان ساختن جملاتی مثل جمله من را ازبین ببرید.

ایا می توانید راه های دیگری برای ساختن چنین جملاتی که اثبات یا نفی ان امکان پذیر نیست پیدا کنید؟

در سال 1931 یک ریاضیدان اتریشی به نام « کورت گودل»((Kurt Godel اثبات کرد که برای هر دسته از اصول می توان نتایجی گرفت که می توان صحیح بودن انها را اثبات کرد و نه غلط بودنشان را. بنابراین هیچگاه

نمی توان«اصولی» داشت که ریاضیات کاملی به ما عرضه کند.

به این ترتیب ایا هیچگاه نمی توان به حقیقت دست یافت؟ ابدآ این طور نیست.

اولآ: کامل نبودن یک دستگاه ریاضی دلیل بر غلط بودن محتوای ان نیست. این دستگاه هنوز هم می تواند

بی نهایت مفید باشد، به شرطی که از حدود ان فراتر نرویم.

ثانیآ:فرضیه گدل در مورد دستگاه های استنتاجی از ان نوع که در ریاضیات بکار می رود صادق است. اما استنتاج تنها راه رسیدن به حقیقت نیست. هیچ اصلی نمی تواند کمک کند تا ما ابعاد منظومه شمسی را

استنتاج کنیم. این ابعاد با مشاهده و اندازه گیری بدست امده اند که راه دیگری بسوی حقیقت است.

|+| نوشته شده توسط ارين در جمعه 1384/04/10 ساعت 0 |

مواد سازنده جهان از کجا امده اند؟ در ان سوی جهان چه چیزی وجود دارد؟

پاسخ این پرسش اول آنست که:«هیچکس به یقین ان را نمیداند»

علم تعهد نمی کند که برای همه پرسش ها،پاسخی داشته باشد. بلکه تنها دستگاهی را ارائه می کند که در صورت حصول اطلاعات کافی ، پاسخ را بدست اورد. ما تا به حال ان نوع اطلاعاتی را که به ما بگوید مواد سازنده جهان از کجا امده اند،در اختیار نداشته ایم.

در این باره میتوان فرضیه هایی را پیشنهاد کرد. در هر صورت خود من شخصآ تصور میکنم که باید چیزی به نام«انرژی منفی»وجود داشته باشد؛درست مانند«انرژی مثبت» ،ودر صورتی که مقادیر مساوی «انرژی منفی» و«انرژی مثبت» به یکدیگر افزوده شود از ترکیب این دو چیزی بوجود نمی آید.(درست مانند 1+ و1- که جمع شده و تبدیل به صفر می شوند.)

بالعکس،هیچ چیز نمی تواند ناگهان تبدیل به یک توده«انرژی مثبت» و توده معادل ان «انرژی منفی» بشود. اگر فرض آسیموف درست باشد،ممکن است که« توده انژی مثبت» به جهانی که ما می شناسیم تبدیل شده و در جایی دیگر«جهان منفی» مربوط به ان وجود داشته باشد.

اما چرا نیستی ناگهان به توده انرژی مخالف تبدیل شود؟

راستی چرا اینطور نباشد؟اگر 0 = (1-)+(1-) بنا براین چیزی که صفر نام دارد باید بتواند به 1+و1- تبدیل شود.شاید در دریای بیکران نیستی توده های بیکران مساوی انرژی مثبت و منفی به تدریج دارند تشکیل می شوند و بعد از گذر از تغییرات تکاملی، یکباره با هم تر کیب شده و نابود می شوند ما بر روی یکی از این توده ها، در مرحله زمانی بین دو نیستی قرار گرفته ایم و در این باره خود نیز تعجب می کنیم.!

در هر صورت تمام اینها تنها فرضیه ای بیش نیست. دانشمندان تا به حال چیزی مانند«انرژی منفی» پیدا نکرده اند و به هیچ دلیلی تصور وجود ان را نکرده اند و تا موقعی که به این فرضیات نرسیده اند عقاید آسیموف بی اعتبار خواهد بود.

پس در ماوراء این جهان چه چیزوجود دارد؟

بر فرض من بهتر است بگوییم هیچ جهانی وجود ندارد. ممکن است اعتراض کنید که گفته من هیچگونه مفهومی ندارد و شاید شما هم درست بگویید. از سوی دیگر پرسش های بسیاری است که هیچ پاسخ روشنی برایشان پیدا نمی شود(مثل این پرسش که ارتفاع جهان چقدر است؟) و اینها پرسش های « بی معنایی » هستند. بطور کلی دانشمندان حتی از اندیشیدن در مورد پرسش های بی معنا خود داری می کنند (« آخه ادعا مگه تو دانشمندی؟»)

لیکن بیایید،اندکی در مورد ان فکر کنیم.

فرض کنید شما مورچه بسیار باهوشی بودید که در وسط قاره اسیا زندگی می کردید. در طول زندگی تان زمینی به وسعت چند کیلومتر مربع را پیموده اید و تلسکوپی اختراع کرده اید که با ان می توانید زمینی به وسعت چند کیلومتر را ببینید. طبیعتآ تصور می کردید که پهنه زمین تا بینهایت ادامه دارد.

اما باید تعجب می کردید اگر زمین در جایی به پایان می رسید. اگر این طور بود یک پرسش گیج کننده پیش می اید.«اگر زمین انتهایی داشته باشد، در ان سوی این انتها چیست؟»

به خاطر داشته باشید که تجربه شما تنها در مورد زمین بود. شما هیچ گاه اقیانوس را ندیده بودید، هیچ مفهومی از اقیانوس نداشتید و نمی توانستید که بجز زمین چیزی را تصور کنید. ایا نمی گفتید:« اگر زمین حقیقتآ در جایی به پایان میرسید، پس در ماوراء ان باید زمینی وجود نداشته باشد حال هر چه که می خواهد باشد.»و ایا حق با شما نبود؟

بسیار خوب، اگر جهان،مجموع کل ماده و انرژی و همه فضایی را که اشغال می کند در نظر گرفته شود و اگر جهان واقعآ انتهایی دارد در ماوراء ان غیر ماده و غیر انرژی است که در غیر فضا جا گرفته است، بطور خلاصه در ان طرف جهان، غیر جهان وجود دارد،حال هرچه که میخواهد باشد.

و اگر جهان از نیستی به صورت توده ای انرژی مبت و توده ای انرژی منفی بوجود امده باشد پس در ماوراء جهان،نیستی وجود دارد، به عبارت دیگر شاید بهتر است بگوییم غیر جهان.

|+| نوشته شده توسط ارين در جمعه 1384/04/10 ساعت 0 |

سرعت نور، چالش ها و نظريه ها

نور و مسائل مربوط به آن همواره يکي از مباحث مهم و مورد توجه فيزيکدانان بوده و هست. نحستين تلاش هاي علمي در اين زمينه از زمان گاليله آغاز شد. وي به اتفاق همکارش براي اندازه گيري سرعت نور اقدام کردند. روش کار به اين طريق بود که همکار گاليله در حاليکه فانوسي در دست داشت بالاي تپه اي ايستاده بود و گاليله بالاي تپه اي ديگر. هر دو با خود فانوسي داشتند که روي آن را پوشانده بودند. دستيار وي به مجرد آنکه نور گاليله را مي ديد، با برداشتن پرده از روي فانوس خود به گاليله علامت مي داد. گاليله اين آزمايش را با فواصل بيشتر و بيشتر تکرار کرد، اما نتوانست اختلاف زماني بين برداشتن پرده از روي فانوس خود و دستيارش به دست آورد و سرانجام گفت که سرعت نور خيلي زياد است .

نخستين بار سرعت نور در سال 1676 توسط رومر (Romer) با استفاده از ماه گرفتگي محاسبه شد و معلوم گشت که سرعت نور نيز محدود است. عددي را که رومر به دست آورد 215 هزار کيلومتر بر ثانيه بود. اين عدد آنقدر بزرگ بود که معاصران وي آن را باور نمي کردند در سال 1726 برادلي با استفاده از تغيير وضعيت ستارگان نسبت به زمين سرعت نور را محاسبه کرد و عدد سيصد هزار کيلومتر بر ثانيه را به دست آورد.

نخستين بار فيزيو با ستفاده از روش غير نجومي و اصلاح روش گاليله سرعت نور را اندازه گيري کرد و مقدار آن را سيصد و سيزده هزار کيلومتر بر ثانيه به دست آورد. تمام اين نتايج به صورت تجربي به دست آمده بود و از پشتوانه ي نظري بي نصيب بود و استناد به اين اندازه گيري نمي توانست به يک نتيجه ي جهان شمول برسد. به عنوان نمونه آيا اندازه ي سرعت هاي به دست آمده زميني و سماوي بايد يکسان باشد يا خير؟

در دهه ي 1860 کلارک ماکسول با استفاده از قوانين الکترومغناطيس که خود معادلات آن را نوشته بود ديدگاهي کلي و جهان شمول در مورد سرعت امواج الکترومغناطيسي که نور بخش کوچکي از آن بود، ارائه کرد.

امواج الکترومغناطيسي

امواج الکترومغناطيسي که بطور نظري در سال 1864 توسط معادلات کلارک ماکسول پيشگويي شد، نشان داد که سرعت انتشار اين امواج در خلاء از رابطه ي زير به دست مي آيد:

همچنانکه رابطه ي بالا نشان مي دهد، سرعت نور (امواج الکترومغناطيسي) در خلاء ثابت است. اما سرعت ثابت امواج الکترمغناطيسي بايستي نسبت به يک دستگاه مقايسه مي شد، و اين دستگاه همان دستگاه اتر بود. يعني اتر ساکن مطلق فرض مي شد و تمام اجسام نسبت به آن در حرکت بودند و سرعت امواج الکترومغناطيسي و در حالت خاص سرعت نور نسبت به اتر ثابت بود. اين نظريه در حالي شکل گرفت که نسبيت گاليله اي نيز معتبر و بي نقص تصور مي شد. بنابراين اگر سرعت نور نسبت به يک دستگاه لخت c باشد و دستگاه با سرعت v نسبت به اتر در حرکت باشد، در آنصورت سرعت نور نسبت به اتر w برابر خواهد شد با :

w=c+v

چنانچه نور در جهت مخالف دستگاه حرکت کند، آنگاه خواهيم داشت :

w=c-v

بر اين اساس ماکسول به فکر محاسبه سرعت حرکت منظومه ي شمسي نسبت به اتر افتاد. وي در سال 1879 طي نامه اي که براي تاد در آمريکا نوشت، طرحي را براي اندازه گيري سرعت حرکت منظومه ي شمسي نسبت به اتر پيشنهاد کرد. يک آمريکايي به نام مايکلسون اين طرح را دنبال کرد و براي انجام آزمايش تداخل سنجي نيز ساخت و در سال 1880 آزمايش کرد.

آنچه ازآزمايش مايکلسون به دست آمد بسيار گيج و ناراحت کننده بود. اولين فکري که قوت گرفت اين بود که بايد اشکال از معادلات ماکسول باشد که تنها بيست سال از عمر آن مي گذشت. يعني بايد آنها را طوري تغيير داد تا با نسبيت گاليله اي سازگار باشد. اما آزمايش فيزو و ساير نتايج حاصل از حرکت نور و امواج الکترومغناطيسي آنها را تاييد مي کرد.

هر تلاشي که براي توجيه علت شکست نتيجه ي آزمايش مايکلسون انجام مي دادند، با شکست رو به رو مي شد. در اين ميان دو نظريه از بقيه حالب تر به نظر مي رسيد.

يکي کشش اتري که به موجب آن جارجوب اتر بطور موضعي به کليه ي اجسام با جرم محدود متصل است. اين نظريه هيچ اصلاحي را در قوانين نيوتن، نسبيت گاليله اي و معادلات ماکسول لازم نمي دانست. اما اين نظري با کجراهي نور ستارگان ناسازگار بود.

نظريه دوم نظريه گسيلي بود که طبق آن معادله هاي ماکسول را بايد طوري اصلاح مي کردند که سرعت نور با سرعت چشمه ي صادر کننده بستگي داشته باشد. اين نظريه نيز با نور واصل از ستارگان دوتايي ناسازگار بود.

در اين اثنا انيشتين نظريه ي انقلابي نسبيت را ارائه کرد. مسئله نسبي بودن سرعت ، از نظر انيشتين ، تا جاييکه به اعتبار اصل نسبيت مربوط مي شد به اتر و حرکت سوقي ربطي نداشت. طبق اصل نسبيت : قوانين طبيعت در تمام چارچوب هاي مرجع لخت يکسان اند. انيشتين پس از مطرح کردن اصل نسبيت ، به دو اصل موضوع بنيادي زير پرداخت:

1- قوانين فيزيکي در تمام دستگاه هاي لخت يکسان است.

2 - سرعت نور در خلاء ، در هر چارچوب لختي که اندازه گيري مي شود با صرفه نظر از حرکت منبع نور ، معادل c است.

اصل موضوعي دوم انيشتين ، در واقع انديشه مکانيکي نيوتني و سينماتيکي گاليله اي را رد مي کند . طبق اصول سينماتيک ، اگر دو جسم متحرک با سرعت ثابت ، در حال حرکت به سمت يکديگر باشند ، سرعت هر يک از آن ها در نقطه بر خورد ، برابر با مجموع سرعتشان است.

اما درنسبيت انيشتين اينگونه نيست . اگر در نقطه اي نوري را گسيل کنيم ، ناظر ساکن و ناظر متحرک که با سرعت v در حال حرکت به سمت منبع است ، سرعت نور را c محاسبه مي کنند.

نسبيت علاوه بر آنکه بخوبي توانست علت شکست نتيجه ي آزمايش مايکلسون را توجيه کند، از تمام آزمايش هاي مربوط به آن نيز با موفقيت بيرون آمد. علاوه بر آن به نتايج گرانقدري رسيد که همه ي انديشه بشريت را تحت ناثير قرار داد.

همجنانکه که در بالا بيان شد، ثابت بودن سرعت نور به عنوان يک اصل موضوع مطرح شده است. اصول موضوع در هر زمينه ي علمي داراي اين ويژگي هستند که اعتبار خود را تا زمانيکه با مورد نقض رو به رو نشده اند، حفظ مي کنند و به محض مواجه با يک تناقض از اعتبار ساقط مي شوند. ار آن جاييکه فيزيک يک دانش تجربي است، الزاماً بايستي ابطال اصولش نيز بر پايه تجربه باشد.

علاوه بر مشاهدات تجربي که مي تواند اصول موضوعي را به چالش بکشد، سازگاري اين اصول با ساير نظريه هايي که قادر به توجيه پديده هاي فيزيکي هستند نيز از اهميت خاصي برخور دار است. تجارب کيهاني دهه ي 1970 به بعد اصل ثابت بودن سرعت نور را با مشکل جدي مواجه ساخته است که در زير به برخي از آنها اشاره مي شود.

سرعت نور ثابت نيست

تئوري جديدي كه دانشمندان استراليايي مطرح كرده‌اند و سرعت نور را ثابت نمي‌دانند مهمترين تئوري فيزيك نوين يعني نسبيت انيشتين را از اريكه قدرت به پايين مي‌‌كشد.

تيم فيزيك‌دانان دانشگاه مك كواري سيدني در استراليا به رياست پال ديويز Paul Davies احتمال آن كه سرعت نور طي ميلياردها سال كندتر شده باشد را مطرح ساخته‌اند. در اين صورت فيزيكدانان بايد در مورد بسيار از فرضيه‌ها و تئوريهاي پايه بويژه در مورد قوانين حاكم بر عالم تجديد نظر كنند. ديويز در مصاحبه با رويتر گفت: «معني اين تئوري جديد آن است كه بايد از خير تئوري نسبيت و فرمول E=mc2 و اين جور چيزها بگذريم البته نه به اين معني كه كتابها را در اين مورد دور بيندازيم؛ هميشه تحولات علمي تئوريهاي قديمي‌تر را در خود هضم مي‌‌كند‌».

نتايج تحقيقات اين تيم در مجله نيچر Nature به چاپ رسيده است. جان وب اختر شناس دانشگاه نيوساوث ويلز با ارائه تئوري خود براساس شواهدي كه به دست آمده است ادعا مي‌‌كند كه سرعت نور مي‌‌تواند ثابت نباشد، كه اين موضوع معماي لاينحلي را پيش روي فيزيكدانان و اخترشناسان قرار داده است. براساس يافته‌هاي وب، نوري كه از كوثر- Quasar شي‌ء شبيه به ستاره در آسمان - در طي دوازده ميليارد سال سفر خود تا رسيدن به زمين فوتونهايي از سحابي بين ستاره‌اي دريافت كرده است كه با فوتونهايي كه تاكنون مي‌‌شناختيم تفاوت دارد.

ديويز در توضيح يافته‌هاي وب مي‌‌گويد: مشاهدات وب به معني آن است كه ساختار اتمهايي كه از نور كوثر ساطع مي‌‌شود تفاوت بسيار جزيي اما با اهميت ساختار اتمهاي انسان دارد. دليل اين تفاوت فقط مي‌‌تواند از دو چيز ناشي شود: يا بخاطر سرعت نور و يا بخاطر تخليه الكتروني (Electron Charge).

از سويي دو قانون در قوانين فيزيك كيهاني مطرح است كه سالهاست مورد پرسش قرار گرفته است. براساس اين دو قانون نه تخليه الكتروني و نه سرعت نور قابل تغيير نيستند. اما بايد براي مشاهدات وب توضيحي داد: يا اين مشاهدات اشتباه است و يا يكي از دو قانون ثبات سرعت نور و يا تخليه الكتروني قابل تكيه نيست. تيم ديويز بنا را براين گذاشتند كه مشاهدات وب درست بوده و يكي از اين دو قانون ممكن است آنطور كه تصور مي‌‌شد غيرقابل تغيير نباشد.

به اين ترتيب اين تيم به مطالعه سياه چاله‌ها روي آوردند. سياه چاله‌ها توده‌هاي عظيم و اسرارآميزي هستند كه ماده را مي‌‌بلعند و حتي نور نيز از چنگال اين مكنده در امان نيست. اگر قرار باشد به قانون دوم ترموديناميك- كه خود يك دگماتيسم ديگر در فيزيك است- اعتقاد داشته باشيم در اين صورت تغيير در قانون ثبات تخليه الكتروني قانون دوم ترموديناميك را در هم خواهد ريخت به همين دليل يك گزينه باقي ماند و آن بررسي امكان متغير بودن سرعت نور است.

گرچه هنوز مطالعات به اندازه كافي نيست و مشاهدات وب از نور كوثر براي درهم ريختن تئوري‌هاي موجود كافي نيست اما مطالعه در اين زمينه از چندي پيش آغاز شده است. ا ز جمله مي‌‌توان به مقاله‌هايي كه در مجله Physical Review Letters منتشر شده مراجعه كرد و گرچه بسياري از وفاداران به تئوريهاي موجود سعي دارند مشاهدات وب و ديويز را اشتباه مشاهده‌اي و اشتباه محاسباتي و آماري جلوه دهند، اما بحثي كه در اين زمينه آغاز شده است روز به روز دامنه‌دارتر مي‌‌شود و به همان اندازه‌اي كه خود كيهان سئوالات لاينحل باقي گذاشته مشاهدات اخير نيز بسياري از تئوريها را به چالش كشانده است.

در اين وضعيت بايد روشن شود به چه چيزهايي از تئوري گذشته مي‌‌توان تكيه كرد و بايد ديد تئوريهاي جديد از عهده پاسخگويي به بسياري از پرسشها بر مي‌‌آيند يا خير. در واقع از نظر ديويز همان بلايي كه تئوري نسبيت انيشتين و فيزيك كوانتوم بر فيزيك قرن نوزدهم وارد آورد حالا خود شاهد آن خواهد بود كه تئوريهاي جديد پايه و اساس اين تئوريها را متزلزل خواهد كرد. حداقل دستاورد اين مشاهدات اين است كه در بررسي ساختار كيهان و اين كه از كجا نشأت گرفته و به كجا تكامل پيدا مي‌‌كند يك گام رو به جلو برداشته شده است.

تئوري نسبيت مي‌‌گويد كه سرعت هيچ چيز از نور فراتر نمي‌رود (سرعت نور در خلأ، تقريباً000ر300 كيلومتر در ثانيه است). آرزوي انسان فراتر رفتن از اين سرعت است و اين آرزوها در فيلمهايي مثل "Star Trek" انعكاس يافته‌اند. حتي اگر انسان ابزاري بسازد كه بتواند با سرعت نور حركت كند براي عبور از كهكشان راه شيري يكصدهزار سال وقت لازم است.

|+| نوشته شده توسط ارين در جمعه 1384/04/10 ساعت 0 |

سياهچاله ها وشتاب جهان از ديدگاه سي.پي.اچ

همان طور كه مي دانيم در نظريه سي.پي.اچ اسپين وزمان رابطه ي مستقيمي دارند. با توجه به اين نظريه، سي. پي. اچ. بنيادي ترين ذره است و همه چيز از سي. پي. اچ. ساخته شده است. توليد ساير ذرات نظير پروتون و الكترون ... با افزايش اسپين سي. پي. اچ. ها امكان پذير است. اين فرايند را مي توان در توليد و واپاشي زوج الكترون-پوزيترون بخوبي مشاهده و توجيه كرد.

فوتوني با انرژي زياد، تمامي انرژي E=hf خود را در برخورد با هسته از دست مي دهد و يك زوج الكترون - پوزيترون مي آفريند. پوزيترون ذره اي است كه كليه ي خواص آن با خواص الكترون يكسان است مگر بار الكتريكي و علامت گشاور مغناطيسي آن، زيرا بار الكتريكي پوزيترون مثبت است.

توليد زوج الكترون - پوزيترون

در ارتباط با توليد زوج، فرايند معكوسي وجود دارد كه نابودي زوج ناميده مي شود. يك الكترون و يك پوزيترون مجاور يكديگر، در هم ادغام مي شوند و به جاي آن انرژي تابشي به وجود مي آيد

نابودي زوج

امروزه مشاهده ي توليد و واپاشي زوج الكترون - پوزيترون در آزمايشگاه يك پديده ي عادي بشمار مي رود. در سال 1955 براي نخستين بار زوجهاي پروتون- پاد پروتون و نوترون - پاد نوترون در آزمايشگاه آفريده شدند.

با توجه به پديده هاي فوق بسادگي (طبق نظريه سي. پي. اچ.) مشاهده مي مي شود كه هنگام توليد زوج، سرعت خطي سي. پي. اچ. هاي موجود در ساختمان فوتون به اسپين تبديل مي شود و هنگام واپاشي زوج، اسپين به سرعت خطي تبديل مي شود. حال با توجه به اتساع زمان

T = To ( 1 – (V^2) / (C^2) ) ^1/2

كه نسبيت بر آن تكيد دارد بخوبي مي توان اتساع زمان نسبيتي را از نظريه سي. پي. اچ. به دست آورد. زيرا همچنانكه مي دانيم با افزايش سرعت ذره/جسم طبق رابطه ي بالا آهنگ زمان كند مي شود. اين امر دلالت بر آن دارد كه رابطه ي مستقيمي بين اسپين و زمان قابل اثبات و پذيرفتني است.

لذا مي توان نتيجه گرفت كه در عالم هستي،جهان هايي با زمانهاي مختلف( به خاطر داشتن اسپينهاي مختلف ) وجود دارند. حال انتقال از يك جهان به جهان ديگر را تصور كنيد كه داراي زمان هاي (اسپين هاي) مختلفي هستند. اين دو حهان را با الف و ب نشان مي دهيم.

حالت اول : زمان در ب تندتر از الف است

چون زمان در ب تندتر از الف است، لذا اسپين در ب بيشتر از الف است. هنگام ورود از جهان الف به جهان ب اسپين سي.پي.اچ ها افزايش يافته و انرژي انتقالي آنها به انرژي دوراني تبديل مي شود. بنابراين در مرز دو جهان چگالي سي.پي.اچ ها بالا ميرود ( چون انتقال كمنري داريم ) و در صورتيكه چگالي به اندازه ي كافي باشد، بتدريج سياهچاله بوجود مي آيد. در اين صورت از ديد ناظر بيروني كه به سياهچاله مي نگرد، گذشت زمان درون سياه چاله قابل مشاهده نيست. چرا كه سياهچاله روي مرز دو عالم با زمانهاي مختلف قرار گرفته است.

حالت دوم : زمان در ب كندتر از الف است

چون آهنگ زمان در ب كندتر از الف است، لذا اسپين در ب كمتر از الف است. بنابراين حركت سي. پي. اچ. ها از حالت اسپيني به انتقالي تغيير مي كند. با افزايش حركت انتقالي سي. پي. اچ. ها، تكانه ي خطي آنها موجب افزايش تكانه جهان شده و افزايش انرژي انتقالي (انرژي دوراني سي. پي. اچ. ها به انرژي انتقالي تغيير مي كند) به كل جهان ب منتقل و موجب شتاب آن خواهد شد. به برداشت اينجانب اين همان راز نهفته ي علت شتاب جهان و منبع تامين نيرو و انرژي لازم براي اين شتاب است!

پاسخ به سئوالاتی پیرامون سی پی اچ:

سئوال 1

ايده ي سي پي اچ چگونه به ذهن شما خطور كرد و چه مدت براي تدوين آن وقت صرف كرده ايد؟

پاسخ

از دوران دبيرستان (سال 1341) اين سئوال برايم مطرح بود كه چرا سرعت نور ثابت است؟ جرم-انرژي نامتناهي نيز برايم قابل قبول نبود و به اين مسئله فكر مي كرم كه چرا جرم تابع سرعت است؟ بعد كه متوجه شدم مكانيك كوانتوم و نسبيت در حالت خاص به نتايج مكانيك كلاسيك مي رسند، اين سئوال مطرح شد كه آيا مي توان اين سه نظريه را در يك نظريه متمركز كرد؟ سرانجام تمام توجه خود را در سال 1366 روي ساختمان فوتون متمركز كردم و پاسخ سئوالات و ابهامات را در اين ديدم كه ساختمان فوتون مورد توجه و تعريف قرار گيرد. آنگاه متوجه شدم كه با چنين نگرشي مي توان هر سه مكانيك كلاسيك، كوانتوم و نسبيت را با هم تركيب كرد. نام سي. پي. اچ. را با راهنمايي آقاي دكتر ابراهيم ويكتوري انتخاب كردم.

سئوال2

ذره ي سي پي اچ براساس اين گفته ي شما (هنگاميكه سي. پي. اچ. داراي حركت دوراني حول محوري كه از مركز جرم آن مي گذرد است، يعني زمانيكه سي. پي. اچ. داراي Spin است، آن را گراويتون مي ناميم.) تا قبل از تبديل شدن به گراويتون فاقد اسپين است چه عامل يا عواملي اين حركت دوراني را در سي پي اچ ايجاد مي كند و چگونه سي پي اچ هم مي تواند از اسپين صحيح( ذرات ميدان ) و هم نيمه صحيح (فرميون ها) برخوردار باشد؟

پاسخ

افزايش چگالي سي. پي. اچ. در فضا موجب تركيب آنها و توليد انرژي مي شود. اما اينكه اين تركيب چگونه ايجاد مي گردد مسئله اي قابل تعمق و بررسي است كه مي تواند زمينه تحقيقات آتي را فراهم كند. توجه داشته باشيد كه هر نظريه اي كه مطرح مي شود، خود با ابهاماتي همراه است كه همين ابهامات دليل آن است كه هيچ نظريه اي نمي تواند به تمام سئوالا پاسخ دهد. در مورد مكانيك كلاسيك و نسبيت هم، اين موضوع صادق است. بنابراين نحوه ي تركيب سي. پي. اچ. ها و توليد انرژي مانند بار رنگي نظريه كرموديناميك و گلئون ها، از ابهامات است كه بايد مورد پژوهش قرار گيرد

همچنانكه مي دانيد در فيزيك مدرن اسپين يك كميت ثابت است و همواره همان مقاديري را كه به آنها نسبت داده اند، در نظر مي گيرند. اما سئوال اين است كه با افزايش سرعت، همچنانكه نظريه هاي جديد نشان مي دهد در لحظاط آغاز بيگ بنگ سرعتها خيلي بيشتر از سرعت نور بوده، آيا اسپين هم ثابت و به همين مقدار مورد قبول بوده است؟

بنابر نظريه سي. پي. اچ. در سرعت هاي خيلي بالا (بالاتر از سرعت نور شناخته شده) فرميونها و بوزونها از يكديگر قابل تفكيك نخواهند بود. همچنين اسپين نيز يك مقدار ثابت نخواهد داشت.

سئوال3

طبق اصل سي پي اچ ذره ي سي پي اچ داراي جرم است و سرعتي فراتر از سرعت نور دارد. تناقض اين اصل را با نسبيت چگونه توجيه ميكنيد؟

پاسخ

در نظريه ي سي. پي. اچ. هم سرعت نور در دستگاه هاي لخت ثابت است. اما اين به معني آن نيست كه با تغيير شرايط بازهم سرعت نور ثابت است. تجربيات اخير نشان مي دهد كه مي توان سرعت نور را افزايش داد.

سئوال 4

آيا تمام قوانين پايستگي در مورد ذره سي پي اچ صدق مي كند (پايستگي انرژي –پايستگي تكانه خطي – پايستگي تكانه زاويه اي¬-ايزوسپين و ...

پاسخ

نظريه سي. پي. اچ. بخوبي مي تواند دليل وجود اين قوانين پايستگي را بيان و با توجه به اصل سي. پي. اچ. آنها را اثبات كند. به عنوان مثال در يك دستگاه منزوي مقدار ورودي و خروجي سي. پي. اچ. ها برابر است، بنابراين مقدار انرژي و تكانه ي دستگاه نيز تغيير نمي كند.

سئوال 5

اگر سي پي اچ ها داراي جرم باشند اين نظريه ي (سي پي اچ) به صراحت سر نوشت عالم را پيش بيني مي كند و فروپاشي عالم در خود را سرنوشت محتوم كائنات ميداند. اگر جرم مريي عالم و ماده تاريك را با آن جمع كنيم آيا احتمال نمي دهيد كه مقدار امگا بايد خيلي بيشتر از آنچه دانشمندان اندازه گيري كرده اند، باشند

پاسخ

اينكه جهان در هم خواهد ريخت و تبديل به يك سياه چاله ي مطلق خواهد شد، مطلبي است كه با توجه به اصل سي. پي. اچ. قابل اثبات است. همچنين مقدار پيش بيني شده براي امگا در نظريه تورم برابر يك است و نظريه سي. پي. اچ. بخوبي مي تواند دليل تورم را توضيح دهد و اين دو نظريه با هم سازگارند. علاوه بر آن دانشمندان در صدد هستند مقدار دقيق امگا را اندازه گيري كنند. بنابراين جرم سي. پي. اچ. ايجاد اشكال نمي كند. همچنين توجه داشته باشيد كه در نظريه نسبيت هم جرم حالت سكون فوتون صفر است. حال اگر بپذيريم كه گراويتونها بايد داراي جرم حالت سكون صفر باشند، با توجه به اينكه سي. پي. اچ. ها هيچگاه به حالت سكون نمي رسند، اين امر نمي تواند با نسبيت در تضاد قرار گيرد. بلكه برعكس مي تواند علت اينكه چرا فوتون و گراويتون در حالت سكون قابل مشاهده نيستند را نيز توضيح دهد.

سئوال 6

به نظر شما اگر بنا باشد شتابدهندهاي ساخته شود تا سي پي اچ ها را توليد كند انرژي اين شتابدهنده بايد در گستره ي چند الكترون ولت باشد . در صورت توليد اين ذره ايا اشكار ساز هاي امروزي قادر به اشكار سازي اين ذره هستند؟

پاسخ

براي آشكار سازي سي. پي. اچ. ها نيازي به شتابدهنده نيست، تنها كافيست آشكار سازهاي قوي ساخته شود. اما براي نشان دادن قابل تبديل بودن بوزونها و فرميونها به يكديگر بايستي كاري كنيم كه تقارن اوليه در آزمايشگاه ايجاد شود و اين يكي از پروژه اي شتابدهنده ي سرن است.

سئوال 7

پيوند بين اتم ها و مولكول ها را چگونه با نظريه ي سي پي اچ توجيه مي كنيد؟

پاسخ

اين پديده ها با توجه به نيروهاي الكترومغناطيسي توجيه مي شوند و اصولاً نظريه سي. پي. اچ. قوانين شناخته شده را نه تنها رد نمي كند و در برخي موارد كه در محدوده ي اين نظريه است، آنها را اثبات مي كند. بنابراين تصور نمي كنم در اين زمينه نياز به توضيح متفاوتي باشد.

سئوال 8

هنگاميكه اسپين سي. پي. اچ. كاهش مي يابد، زمان نيز كاهش مي يابد، به عبارت ديگر ساعت ها كندتر كار مي كنند. بنابراين هنگاميكه سرعت انتقالي جسم يا ذره افزايش مي يابد، زمان كند مي شود. در جايي ديگر گفته شده است هنگاميكه سي. پي. اچ. داراي حركت دوراني حول محوري كه از مرز جرم آن مي گذرد است، يعني زمانيكه سي. پي. اچ. داراي Spin است، آن را گراويتون مي ناميم ايا اين دو مطلب با هم متناقض نيستند؟ از مطلب اولي نتيجه مي شود كه سي پي اچ ها داراي اسپين هستند و از موضوع ديگر نتيجه مي شود كه تا قبل از تبديل سي پي اچ ها به گراويتون سي پي اچ ها فاقد اسپين هستند.

در اين صورت اگر سي پي اچ ها داراي اسپين هستد اسپين سي پي اچ ها چه مقدار است؟

پاسخ

سي. پي. اچ. ها زماني فاقد اسپين هستند كه با سرعت خطي Vcحركت كنند. اين تنها در شرايطي لحظاط آغازين بيگ بنگ رخ داده است. بنابراين آنچه كه در جهان وجود دارد، گراويتون يا بار-رنگ . مغناطيس-رنگ است كه داراي اسپين هستند و اين اسپين در فيزيك مدرن مشخص و بيان شده است. و نظريه سي. پي. تنها اظهار مي دارد كه مقدار اين اسپين متغيير است. ميزان تغيير اسپين نيز تابع چگالي سي. پي. اچ. در فضاي مورد نظر است.

سئوال 9

انتقال به قرمز و انتقال به آبي را بر اساس نظريه ي سي پي اچ چگونه توضيح مي دهيد؟

پاسخ

اين مطلب را بطور مشروح در مقاله نور و گرانش، اثر متقابل فوتون و گراويتون توضيح داده ام.

سئوال 10

نظريه ي GUT براي نوترون ها يك نيمه عمر قايل است. آيا سي پي اچ نيز همين نظر را دارد؟

بر اساس نظريه ي سي پي اچ پايداري هسته ها و اتم ها را چگونه تشريح مي كنيد؟

پاسخ

طول عمر پيش بيني شده فقط يك حدس علمي است و با مشاهدات تجربي سازگار است. اما هنوز واپاشي خود بخودي نوترون و پروتون مشاهده نشده است. بنابراين طول عمر آنها مي تواند از مقدار پيش بيني شده نيز بيشتر باشد، اما نمي تواند كمتر باشد.

همچنين پايداري اتم ها و هسته نيز تابع چگالي سي. پي. اچ. در فضا است. هرچه چگالي بيشتر باشد، تلاشي سريع تر انجام مي شود. بنابراين در سياه چاله ها اتم و هسته به مفهومي كه ما در زمين و ستارگان مي شناسيم، وجود ندارد.

سئوال 11

چگالي ذرات سي پي اچ را در فضاي بين ستاره اي چگونه تخمين مي زنيد؟ آيا عالم از تراكم يكنواختي از اين ذرات برخوردار است يا نه؟

پاسخ

چگالي سي. پي. اچ. در مناطق مختلف فضا متغيير است، اما اگر كل فضا را در نظر بگيريم، تقريباً يكنواخت است. همين چگالي سي. پي. اچ. است كه نوع هندسه ي فضا را مشخص مي كند. اگر با ديد هندسي به فضا نگاه منيم، كل فضا تقريبا تخت است. اما خواص هندسي و توپولوژيك فضا از يك نقطه به نقطه ي ديگر تغيير مي كند

سئوال 12

گرانش و سي پي اچ. هنگاميكه يك گراويتون به زمين مي رسد، گراويتون ديگري زمين را ترك مي كند. اگر نيروي جاذبه ناشي از تبادل سي پي اچ بين دو جسم است كه هنگام ترك سي پي اچ زير كوانتوم آن موجب كشيده شدن آن جسم به سمت جسم ديگر مي شود و بالعكس بنابراين بايد فاصله ي ماه تا زمين رفته رفته كم شود و ماه درون زمين سقوط كند چرا كه جرم ماه كمتر از زمين است مگر اينكه تعداد سي پي اچ هاي كه از ماه به زمين گسيل مي يابد كمتر از سي پي اچ هاي باشد كه از زمين به ماه ميرسد تا اختلاف جرم سبب سقوط يكي در ديگري نشود . اين گفته را چگونه ارزيابي مي كنيد ؟

پاسخ

اگر در تبادل سي. پي. اچ. مقدار ورودي و خروجي به ماه (از طرف زمين) برابر نباشد، انگاه قانون سوم نيوتن نقض خواهد شد. اما توجه داشته باشيد كه تنها سي. پي. اچ. هاي ورودي و خروجي تعيين كنند نيستند، بلكه عوامل ديگري از جمله سرعت انتقالي ماه و ساير اجرام (نظير خورشيد ) نير دخالت دارند

سئوال 13

سي پي اچ ها در آغاز خلقت چگونه بوجود آمدند و چگونه جرم بدست آوردند و چگونه اسپن سي پي اچ ها انفجار بزرگ را موجب شده اند

پاسخ

طبق نظريه سي. پي. اچ.، سي. پي. اچ. ها همواره وجود داشته و دارند و هيچ لحظه اي از عمر آنها نگذشته است. بنابراين سي. پي. اچ. ها نخستين و آخرين سنگ بناي جهان هستند. با چنين ديدي كه همواره بوده و خواهند بود و هيچ لحظه اي از عمرشان نمي گذرد، چگونه مي توانيم در مورد بوجود آمدن آنها صحبت كنيم؟

|+| نوشته شده توسط ارين در جمعه 1384/04/10 ساعت 0 |

جدال فيزيك و متافيزيك

مقدمه

اغلب در زندگي روزمره خود ملاحظه مي‌كنيم كه در اثر وجود يك ناسازگاري بين ذهن ما و جهان خارج ، نظريات عجيب و غريبي اظهار مي‌كنيم. اين نظريه پردازي از سرشت مبهم و ناموزون ما ناشي مي‌شود. البته بايد توجه داشته باشيم كه نظريه پردازي علمي چيزي كاملا متفاوت از اين موردي است كه اشاره شد. در نظريه پردازي علمي ، انسان به صورت مستقيم با جهان خارج درگير مي‌شود و ذهن در مواجهه مستقيم با آن آزاد است و لذا جهان در حكم فاعل و ذهن در حكم منفعل مي‌باشد. اما در نظريه پردازي كه ما اشاره كرديم، جاي اين دو عوض مي‌شود. در علم فلسفه از اين نوع نظريه پردازيها عموما تحت عنوان متافيزيك ياد مي‌شود.

اگر تاريخ علم را مرور كنيم، ملاحظه مي‌كنيم كه همواره از روزگارهاي قديم رابطه بين علم و فلسفه ، خصوصا بين فيزيك و متافيزيك در نوسان بوده است. به عنوان مثال در زمان گاليله به دليل حكومت افكار ارسطويي ، دانشمندان در ارائه نظريات علمي با مشكلات بسياري مواجه بوده‌اند. اما تاريخ فلسفه ، مخصوصا بعد از دكارت تحولاتي در اين زمينه پديدار شد. فلسفه بعد از دكارت فلسفه‌اي است كه نقش علوم تجربي ، خصوصا فيزيك را در براندازي نظامهاي فلسفي مهم مي‌داند. مثلا نظريه‌هايي در باب زمان و مكان و حركت كه توسط نيوتون ارائه گرديد، در فلسفه نيز تاثير گذار بودند. به همين ترتيب در اوايل قرن بيستم نظريه نسبيت عام انيشتين طلوع كرد كه برداشتي بديع و متفاوت از زمان و مكان و حركت ارائه داد و تاثيرات ديگري را در حوزه فلسفه به همراه داشت.

در اين دوران فيلسوف ذهن خود را در برابر جهان خارج و تاثيرات آن منعطف مي‌گرداند. بنابراين متافيزيك نيز جنبه‌هاي واقع بينانه انديشيدن را مد نظر قرار مي‌دهد. پس در اين دوران فيلسوف شخصي واقع گرا است كه ذهن خود را از دام وسوسه‌هاي تخيل رهانيده و به جهان مانند يك پديده عيني و نه ذهني نگاه مي‌كند و لذا تعجب او و طرح پرسشهايش راهگشاي علوم تجربي است و ديگر علم تجربي را كفر و عالم تجربي را كافر نمي‌پندارد.

رابطه فيزيك و متافيزيك در قرن بيستم

پس از اينكه آراء اعضاي حلقه وين ، همچون پتكي سخت و سنگين بر سر متافيزيك رايج فرود آمد و آن را بي‌معني اعلام داشت، حريف ديرينه و سر سخت حلقه وين ، كارل ريموند پوپر بر آن شد تا متافيزيك را دوباره احيا نمايد. در قرن بيستم ما شاهد تحديد ميان علم خصوصا فيزيك و متافيزيك هستيم. علم گزينه با معناي فعاليتهاي دانشمندان تجربي بوده و متافيزيك امري نظري و بي‌معنا است كه سرگرمي عمده فلاسفه مدرسي است. اين تحديد همواره به صورتهاي گوناگون مطرح شده است. حتي مي‌توان در نظريات ويتگنشتاين نيز رد پاهاي آن را يافت.

او در رساله خود گزاره‌هاي متافيزيكي را بي‌معني دانسته و در پژوهشهاي فلسفي كه خود ردي است بر رساله منطقي- فلسفي جانب معنا را گرفته و باز راي پيشين خود را حفظ مي‌كند. اما از نظر دانالد گيليس در كتاب فلسفه علم در قرن بيستم ، ويتگنشتاين مرتكب اشتباهي فاحش شده است. او از رياضيات محض مثال مي‌زند كه در يك فعاليت و پژوهش كاملا نظري و فارغ از تجربه شكل مي‌گيرد و بعد در فيزيك بكاربرده مي‌شود و پس از آنكه فرضيه‌اي ارائه شد، در عمل مورد آزمون واقع مي‌شود و اگر از آزمون به سلامت بيرون آمد ثبت مي‌گردد. آيا مفاهيم و يافته‌هاي رياضيات محض قبل از اينكه در فيزيك الهام گر فرضيه‌اي جديد باشند، بي‌معني هستند؟ حال و روز گزاره‌هاي متافيزيكي نيز اين چنين است.

پوپر در كتاب منطق اكتشاف علمي ، فصلي را به رابطه ميان علم و متافيزيك اختصاص داده است. او مثالهاي فراواني را در دفاع از متافيزيك ارائه مي‌كند. به عنوان مثال نظريه اتمي در زمان متفكران قبل از سقراط مثل لوكيپوس و ذيمقراطيس يك مورد كاملا متافيزيكي بود. اما همين نظريه كه جنبه متافيزيكي داشت، در ابتداي قرن نوزدهم توسط دالتون براي حل برخي مسائل در شيمي بكار گرفته شد. پس از آن در اواسط قرن نوزدهم ، ماكسول آن را در نظريه جنبشي گازها وارد رياضي فيزيك كرد. اين مثال خود دليل محكمي بر معني‌دار بودن گزاره‌هاي متافيزيكي است.

عقيده پوزيتيويسم

اساس پيدايش پوزيتيويسم منطقي به قرن بيستم و به حلقه وين و اعضاي فعال و انقلابي آن بر مي‌گردد. حلقه وين عبا رت از جلسات هفتگي عده‌اي فيزيكدان و رياضيدان بود كه راجع به مسائل فلسفي به بحث و تبادل نظر مي‌پرداختند. از جمله اين افراد مي‌توان به شليك ، نويرات ، وايزمن ، هانس هان ، هربرت فايگل و برخي ديگر اشاره كرد. پس از اينكه آرا و عقايد اعضاي حلقه انتشار يافت، دانشمندان و فلاسفه ديگري از جمله كارناپ و گودل نيز بدان گرويدند.

كارناپ بعدها در سال 1926 يكي از تاثير گذارترين پوزيتيويست‌هاي منطقي شد. نشريه شناخت ، مجموعه‌اي بود كه مقالات پوزتيويست‌ها را منتشر مي‌ساخت. پوزيتيويسم منطقي بر پايه سه اصل عقيدتي عمده قرار دارد كه شامل تمايز ميان تحليل و تركيب ، اصل تحقيق پذيري ، برنهاد فرو كاستي و نقش مشاهده است.

سخن آخر

البته آنچه ارائه شد مجومه‌اي از مطالبي است كه افراد گوناگون در باب فيزيك و متافيزيك ارائه دادند. شايد كم نباشند تعداد فيزيكداناني كه مسائل متافيزيكي كاملا پذيرفته و به آن اعتقاد دارند. اما آنچه مهم است، ياد آوري اين دو مطلب است كه اولا اظهار نظر قطعي در اين باب مستلزم داشتن اطلاعات بسيار وسيع و گسترده از هر دو مورد مي‌باشد. و شخص بايد هم در زمينه فيزيك و هم در زمينه متافيزيك صاحب نظر باشد تا بتواند نظري قاطع و راسخ در اين باب داشته باشد.

نكته ديگر اين كه اگر ذهن و علم ما قادر به توجيه برخي رويدادها نيست، دليلي براي رد آن وجود ندارد. چه بسا در تاريخ علم موارد متعددي وجود داشته است كه در زمان مطرح شدن به دليل ناقص بودن علم بشري ، دانشمندان قادر به قبول آنها نبوده‌اند. اما پيشرفت علم در زمانهاي بعد اين مورد را به اثبات رسانده است.

|+| نوشته شده توسط ارين در جمعه 1384/04/10 ساعت 0 |