V مقالات علمی فيزيک

 
 
 
 
 
 

                آفتابگردان

مقالات علمی فيزيک

 

صفحه اصلی

بايگانی نوشته ها پست الکترونيک

پنجشنبه ٢٩ دی ،۱۳۸٤

فهرست مقالات

 
 

وب سایت فیزیک مهندس جمشید مختاری

( دبیر فیزیک ناحیه ۳ اصفهان ) 

تلفن  ۰۹۱۳۳۳۲۶۱۷۴

فهرست مقالات این صفحه :                                

ــ تئوری ريسمان                                                              

ــ نسبيت عام                                                                

ــ ذرات بنيادی                                                                 

ــ زمان صفر                                                                         

ــ بیگ بنگ                                                                 

ــ اشعه مادون قرمز

ــ شفق قطبی

ــ فيزيک پلاسما

ــ فيزيک و فلسفه

ــ تاريخچه فيزيک

ــ منابع جديد انرژی

ــ ابر رساناها

ــ سیاهچاله ها

ــ ضد ماده

ــ زندگی دكتر حسابی

 

اگر مقاله مورد نظرتان در بالا نبود . برای دستيابی به ساير مو ضوعات به جدول زير مراجعه فرماييد .  


علوم پایهعلوم کاربردی
گرایش ها
موضوعات ویژه
علوم مرتبط
اپتیک هندسیآکوستیکدبیری فیزیکاصطلاحات رایج فیزیکالکترونیک
الکتریسیتهاپتیکژئوفیزیکاورانیوم آری سلاح نه!برق
الکترومغناطیساختر فیزیکفیزیک دریابرنامه فیزیکبیو فیزیک
ترمودینامیکانرژیفیزیک پزشکیتاریخ علم فیزیکپزشکی
ثابت‌های بنیادی فیزیکاندازه گیریگرایش آماریخواص مغناطیسی زمینرادیولوژی
ریاضی فیزیکفیزیک امواجگرایش اتمی و مولکولیجدال فیزیک و متا فیزیکریاضی
دستگاه بین المللی یکافیزیک خلاگرایش پلاسماجهان های موازیزلزله شناسی
فلسفه علمفیزیک انرژی بالاگرایش فتونیکچشم انداز فناوری نانو الکترونیکزمین شناسی
فیزیک اتمیفیزیک الکترونیکگرایش حالت جامد و الکترونیکدانشمندان فیزیکزیست شناسی
فیزیک ذرات بنیادیفیزیک پلاسماگرایش نجوم و اختر فیزیکسیاهچالهشیمی
فیزیک موادفیزیک حالت جامدگرایش فیزیک نظریعمر زمینشیمی فیزیک
فیزیک نوینفیزیک رادیوگرایش ذرات بنیادیعلمطراحی صنعتی
قوانین بقای فیزیکفیزیک زلزله شناسیگرایش لیزرعلم فیزیکعمران
گرانشفیزیک شتابدهندهگرایش ماده چگالکامپیوتر کوانتومیفیزیولوژی
مغناطیسفیزیک فضاگرایش هسته ایمثلث برموداگرافیک
مکانیک آماریفیزیک قطعات نوریگرایش هواشناسیمرگ خورشیدرایانه
مکانیک سیالاتفیزیک لیزرمهندسی سیستمتکنولوژی نانوکشاورزی
مکانیک کلاسیکفیزیک محاسباتیمهندسی موادنقد و بررسی کتب دبیرستانمخابرات
مکانیک کوانتومیفیزیک محیط زیستمهندسی هسته ایهوش فرازمینیمعدن
نجومفیزیک هسته ایفیزیک هوا فضاسرگرمیهای فیزیکمعماری
نسبیتکاربرد رایانه در فیزیکمتا فیزیکمکانیک
نظریه اختلالکیهان شناسیفیزیک وفلسفه
نظریه برخوردآشکارسازی ذرات
مکانیک تحلیلی
سینماتیک حرکت
دینامیک حرکت

      

                                               تصویر 

.

 

 


 

جمشید مختاری

پيام هاي ديگران ()

پنجشنبه ٢٩ دی ،۱۳۸٤

تئوری ريسمان

 

1

وب سايت مهندس جمشيد مختاری

تلفن ۰۹۱۳۳۳۲۶۱۷۴

 

تئوري ريسمان به زبان ساده

رشته سيمهاي گيتار را تصور كنيد كه با كشيده شدن در طول گيتار كوك شده‌اند؛ بسته به آنكه سيمها چقدر كشيده شوند و تحت فشار قرار گيرند، نت‌هاي موسيقي مختلفي بوسيله آنها ايجاد مي‌شود. مي‌توانيم اين نت‌هاي موسيقي را «حالتهاي برانگيخته» سيمهاي گيتار تحت كشش بناميم.

به طور مشابه در تئوري ريسمان ذرات بنيادين كه در شتابدهنده‌ها مشاهده مي‌شوند را مي‌توانيم نت‌هاي موسيقي و يا همان «حالتهاي برانگيخته» فرض گنيم.

در تئوري ريسمان همانند نواختن گيتار، ريسمانها بايد تحت كشش قرار بگيرند تا برانگيخته شوند. اگرچه ريسمانها در تئوري ريسمان در فضا-زمان شناور هستند و مانند گيتار مقيد نيستند وليكن با اين حال آنها كشش دارند، كشش ريسمان در تئوري ريسمان همانطور كه در قبل گفتيم با كميت :

شناخته مي‌شود و در آن ´a با مربع مقياس طول ريسمان متناسب است.

اگر تئوري ريسمان تئوري گرانش كوانتوم باشد، پس متوسط اندازه ريسمان بايد چيزي نزديك به مقياس طول گرانش كوانتوم باشد كه طول پلانك ناميده مي‌شود و حدود 10-33 سانتيمتر مي‌باشد. متاسفانه اين بدان معناست كه ريسمانها به حدي براي ديدن با تكنولوژي فعلي فيزيك ذرات كوچك هستند كه فيزيكدانان مجبور به ابداع روشهاي جديدي براي آزمايش تئوري شدند.

تئوري در ابتدا فقط براي بوزون‌ها بود، به منظور اينكه فرميون‌ها هم وارد تئوري ريسمان شوند بايد يك نوع بخصوص از تقارن به نام ابرتقارن وجود مي‌داشت كه به واسطه آن براي هر بوزون، يك فرميون متناظر وجود داشته باشد. پس ابرتقارن، ذرات حامل نيرو و ذراتي كه ماده را مي‌سازند به هم مربوط مي‌كند.

نتايج ابرتقارن در آزمايشات ذرات مشاهده نشده‌اند اما تئوريست‌ها معتقد هستند كه ذرات ابرتقارن بزرگتر و سنگين‌تر از آن هستند كه در شتابدهنده‌هاي فعلي بتوان آنها را مشاهده كرد. ايجاد شتابدهنده‌هاي قوي‌تر انرژي بالا در دهه آينده مي‌تواند شواهد لازم براي ابرتقارن در اختيار ما قرار دهند.

مهم نبود كه هر كس چقدر تلاش مي‌كرد، به نظر مي‌رسيد گرانش به هيچ وجه به نظريه‌اي قابل بهنجارش تبديل نمي‌شود؛ يك مشكل بزرگ اين بود كه امواج گرانش كلاسيك كه فرض مي‌شد ذره حامل آن گراويتون است، داراي اسپين 2 بودند و براي اسپين 2 ، عبارت 4j-8+D مساوي D مي‌شد و براي D=4 ، انتگرال بينهايت مي‌شد، مثل توان چهارم ممنتوم وقتي كه ممنتوم به سمت بينهايت ميل مي‌كند.

و اين براي فيزيكدانان غيرقابل هضم بود و سالها تلاش آنها در راه رسيدن به «گرانش كوانتوم» ناكام ماند.

در اينجا بود كه تئوري ريسمان وارد شد تا اين خلا را پر كند.

تئوري ريسمان در اصل براي توصيف روابط ميان جرم و اسپين هادرون‌ها پيشنهاد شده ‌بود. در تئوري ريسمان، ذرات از برآشفتگي ريسمان‌هاي بسيار ريزي بوجود مي‌آمدند ؛ يك ذره كه از اين برآشفتگي‌ها بر مي‌خواست، ذره‌اي بود با جرم صفر و دو واحد اسپين.

موفقيتي كه تئوري ريسمان داشت اين بود كه در مدل دياگرامهاي فاينمن، دياگرامها به سطوح صاف دو بعدي تبديل مي‌شدند و انتگرالهاي روي سطح ديگر مشكل فاصله صفر را نداشتند.

تئوري ذره‌اي :

تئوري ريسمان :

در 1974 نهايتا اين سوال مطرح شد كه " آيا تئوري ريسمان مي‌تواند تئوري گرانش كوانتوم باشد؟ ".

در تئوري ريسمان، ممنتوم بينهايت به معناي فاصله صفر نبود، زيرا در اين تئوري رابطه بين ممنتوم و فاصله به قرار زير بود:

كميت 'a به تنش ريسمان‌ها بستگي داشت ، كميتي بنيادين بر اساس رابطه :

رابطه بالا به طور غيرمستقيم بيان مي‌كند كه كمترين طول قابل مشاهده براي تئوري ريسمان به صورت زير است:

رفتار ذره در فاصله صفر كه در تئوري ميدان كوانتوم بسيار مشكل‌ساز بود، در تئوري ريسمان بسيار بي‌اهميت شد و همين باعث شد كه تئوري ريسمان نامزد تئوري گرانش كوانتوم شود.

اگر تئوري ريسمان ، تئوري گرانش كوانتوم باشد، مقدار طول مينيموم بايد حداقل اندازه طول پلانك باشد كه از تركيب ثابت پلانك و ثابت گرانش نيوتون و سرعت نور بدست مي‌آيد:

اگرچه همانطور كه بعدا خواهيم ديد، مساله مقياس طول در تئوري ريسمان به خاطر دوگانگي ريسمان‌ها پيچيده و مشكل شد.

منبع :www.cph-theory.persiangig.com

 


 

جمشید مختاری

پيام هاي ديگران ()

پنجشنبه ٢٩ دی ،۱۳۸٤

نسبيت عام

2

وب سايت مهندس جمشيد مختاری

تلفن ۰۹۱۳۳۳۲۶۱۷۴

 

نسبيت عام چيست و به چه كار مى آيد؟



نوشته: احمد شريعتى

پيش بينى هاى نسبيت خاص

نسبيت خاص پيش بينى هايى مى كند كه براى ما بسيار عجيبند. مثلاً اينكه ساعت هاى متحرك كندتر كار مى كنند، خط كش هاى متحرك كوتاه ترند. يا اينكه ممكن است مقدارى جرم به انرژى تبديل شود (E=mc2) . تمام پيش بينى هاى نسبيت خاص با دقت بسيار آزموده شده اند و امروزه تقريباً هيچ فيزيك پيشه مطرحى هيچ شكى درباره درست بودن نسبيت خاص ندارد. انگيزه اينشتين از پرداختن نسبيت خاص آشتى دادن نظريه الكتريسيته و مغناطيس مكسول با اصل نسبيت گاليله بود. در واقع نسبيت خاص كامل شده نسبيت گاليله اى است. از سال 1905 به اين طرف همه فيزيك پيشه ها متقاعد شده اند كه هر نظريه فيزيكى اى بايد با نسبيت خاص سازگار باشد.

چهار قرن و نيم پيش در سال 1543 نيكلاس كوپرنيكوس مرد و در همان سال كتاب معروف او De revolutionibus منتشر شد. در اين كتاب نظامى جديد براى هيئت پيشنهاد شده بود، نظامى كه در آن خورشيد در مركز بود و زمين و ديگر سياره ها به دور آن مى گشتند. گاليله اين ايده را پذيرفت و براى آن تبليغ بسيار كرد. اين كه زمين به دور خودش و به دور خورشيد مى گردد، با فلسفه رسمى آن دوران نمى خواند. استدلالى كه مخالفان نظام كپرنيكى مى كردند اين بود كه چرا ما متوجه حركت زمين نمى شويم. گاليله در اين باره فكر كرد و كشفى كرد كه بسيار مهم است. گاليله كشف كرد كه با هيچ آزمايشى نمى توان حركت يكنواخت را آشكار كرد. امروزه همه اين تجربه را داريم كه اگر قطارى با سرعت ثابت حركت كند، در داخل قطار همه چيز همان طورى است كه در ايستگاه است، با هيچ آزمايشى نمى توان فهميد قطار حركت مى كند يا نه (تنها با نگاه كردن به بيرون است كه مى توان اين را فهميد). فيزيك پيشه ها اين را اصل نسبيت گاليله مى نامند.

پس از گاليله، نيوتن سه قرن پيش دو چيز بسيار مهم كشف كرد: 1- قوانين مكانيك را كشف كرد؛ قوانينى كه براساس آنها مى توان فهميد كه يك سيستم مكانيكى (مثلاً منظومه شمسى) در زمان هاى آينده چه وضعيتى دارد، مشروط بر آن كه وضعيت آن در يك زمان مثلاً الان معلوم باشد. 2- قانون گرانش عمومى را كشف كرد؛ قانونى كه مى گويد در طبيعت هر دو جسمى يكديگر را با نيروى جذب مى كنند و اين نيرو متناسب است با عكس مجذور فاصله و متناسب با جرم هر كدام از جسم ها. فيزيك پيشه ها اين پديده را گرانش و اين نيرو را نيروى گرانشى مى نامند. به دليل اين نيروى گرانشى است كه ماه به دور زمين و زمين به دور خورشيد مى گردد. ضمناً مكانيكى كه نيوتن ساخت با اصل نسبيت گاليله سازگار است.

دقيقاً صد سال پيش آلبرت اينشتين با انتشار چند مقاله تاريخ ساز، انقلاب يا در واقع انقلاب هايى در علم فيزيك راه انداخت. يكى از اين مقاله ها با عنوان «درباره الكتروديناميك جسم هاى متحرك» ارائه نظريه اى است كه به نسبيت خاص معروف شد.

نسبيت خاص پيش بينى هايى مى كند كه براى ما بسيار عجيبند. مثلاً اينكه ساعت هاى متحرك كندتر كار مى كنند، خط كش هاى متحرك كوتاه ترند. يا اينكه ممكن است مقدارى جرم به انرژى تبديل شود E=mc2 . تمام پيش بينى هاى نسبيت خاص با دقت بسيار آزموده شده اند و امروزه تقريباً هيچ فيزيك پيشه مطرحى هيچ شكى درباره درست بودن نسبيت خاص ندارد.

انگيزه اينشتين از پرداختن نسبيت خاص آشتى دادن نظريه الكتريسيته و مغناطيس مكسول با اصل نسبيت گاليله بود. در واقع نسبيت خاص كامل شده نسبيت گاليله اى است. از سال 1905 به اين طرف همه فيزيك پيشه ها متقاعد شده اند كه هر نظريه فيزيكى اى بايد با نسبيت خاص سازگار باشد.

تقريباً بلافاصله پس از تكميل نسبيت خاص اين سئوال مطرح شد كه آيا گرانش عمومى نيوتن با نسبيت خاص سازگار هست و پاسخ منفى بود. پس لابد نظريه گرانش نيوتن كامل نيست. بعضى از فيزيك پيشه ها به دنبال نظريه كامل ترى براى گرانش گشتند، نظريه اى كه با نسبيت خاص سازگار باشد. هيچ كس نتوانست نظريه شسته رفته و موفقى براى گرانش بيابد كه هم نسبيت خاصى باشد، هم با تجربه بخواند.

آزمايش هاى بسيارى مويد اين هستند كه اگر نيرويى جز گرانش در كار نباشد همه اجسام با يك شتاب مى افتند! در 1911 اينشتين از اين واقعيت تجربى نتيجه گرفت1 كه اگر در اتاقكى باشيم كه از بالاى برجى رها شده باشد (ول شده باشد)، با هيچ آزمايشى نمى توانيم گرانش زمين را حس كنيم.2 امروزه فيزيك پيشه ها اين را اصل هم ارزى مى نامند. اينشتين فهميد كه كليد نظريه نسبيتى گرانش همين اصل هم ارزى است. با استدلال هايى كه نبوغ از آنها مى بارد، اينشتين از اين اصل چند نتيجه گرفت: 1- اينكه اگر نورى از زمين به بالا فرستاده شود وقتى به ارتفاع هاى بالاتر مى رسد طول موجش بيشتر مى شود. 2- اينكه ساعت ها در نزديكى سطح زمين كندتر كار مى كنند تا ساعت هايى كه در ارتفاع هاى بالاتر هستند. 3- اينكه اگر پرتوى نورى از كنار يك جسم سنگين مثلاً از كنار خورشيد بگذرد، كمى خم مى شود. در مورد خورشيد اين خم شدگى حدود 1 ثانيه قوس است.

پس از آن با پنج سال كار طاقت فرسا اينشتين نظريه اى براى گرانش ساخت و آن را نسبيت عام ناميد. بنابر نسبيت عام گرانش عبارت است از خميده بودن فضازمان علت سخت فهم بودن نسبيت عام اين است كه مبتنى است بر دو ساختار رياضى كه هنوز جزء برنامه هاى درسى مدارس و دبيرستان هاى ما نشده: خميدگى و فضازمان.

در قرن نوزدهم هندسه پيشرفت زيادى كرد. از جمله كارل فردريش گاوس هندسه سطح هاى خميده را بررسى كرد. منظور از سطح هاى خميده چيز هايى است مثل سطح يك توپ يا سطح يك تيوب، چرخ ماشين (كه رياضى پيشه ها به آن چنبره مى گويند) يا سطح يك زين اسب. رياضياتى را كه گاوس پيش كشيده بود گئورگ فردريش برنهارد ريمان رياضى پيشه ديگر آلمانى بسيار پيش برد.3 ريمان كشف كرد كه آنچه در هندسه مهم است چه در هندسه اقليدسى، چه در هندسه رويه هاى خميده قضيه فيثاغورث براى مثلث هاى كوچك است. در هندسه اقليدسى صفحه قضيه فيثاغورث مى گويد كه اگر مثلث قائم الزاويه اى داشته باشيم كه يك ضلع آن dx و ضلع ديگرش dy باشد، طول وترش ds است و داريم ds2=dx2+dy2 كه در اينجا x و y مختصه هاى دكارتى متداول صفحه اند و dx2 يعنى 2(dx). ريمان كشف كرد كه تمام هندسه اقليدسى صفحه نتيجه اين تساوى ds2=dx2+dy2 است. اين فرمول رياضى را رياضى پيشه ها متريك ريمانى مى نامند. در مورد سطح خميده كره زمين اين اصطلاح متريك به شكل ds2=R2cos2dldj درمى آيد. كه در اينجا R شعاع زمين، l عرض جغرافيايى و j طول جغرافيايى است.

Ds فاصله دو نقطه نزديك روى سطح زمين است كه عرض جغرافيايى آنها به اندازه dl و طول جغرافيايى آنها به اندازه dj فرق دارد. ضمناً اين نكته بسيار مهم است كه در اين فرمول dj و dl بايد بسيار كوچك باشند؛ اگر نه براى محاسبه فاصله بايد از فرمولى پيچيده تر استفاده كرد.) تعميم به ابعاد بيش از دو براى رياضى پيشه اى مثل ريمان سرراست بود.

در 1908 هرمان مينكفسكى كه زمانى در پلى تكنيك زوريخ استاد رياضى اينشتين بود، كشف كرد كه آنچه نسبيت خاص مى گويد در واقع اين است كه فضا و زمان موجوديت مستقلى ندارند. آنچه موجوديت مستقل دارد چيزى است كه مينكفسكى آن را فضازمان ناميد. مينكفسكى در واقع براى نسبيت خاص يك تعبير هندسى كشف كرد: فضازمان يك پيوستار چاربعدى است و ساختار اين پيوست ها تعميمى است از چيزى كه هندسه اقليدسى مى ناميم. در واقع آنچه مينكفسكى كشف كرد اين بود كه اولاً عنصر بنيادى كه در هندسه اقليدسى نقطه است، در نسبيت خاص رويداد است، يعنى اتفاقى كه در يك لحظه خاص در يك جاى خاص روى مى دهد- براى مشخص كردن يك نقطه در صفحه اقليدسى بايد x و y آن را داد؛ حال آنكه براى مشخص كردن يك رويداد در نسبيت خاص بايد x، y، z و t آن را داد. ثانياً مينكفسكى كشف كرد كه تمام نسبيت خاص در واقع بيان اين است كه در اين فضازمان قضيه اى شبيه قضيه فيثاغورث درست است كه باعث مى شود بتوان فضازمان را مثل يك هندسه ريمانى در نظر گرفت، منتها با متريك شبه ريمانى ds2=dx2+dy2+dz2-c2dt2 كه در آن c سرعت نور است (سرعتى كه بنابر نسبيت خاص يكى از ثابت هاى طبيعت است، همان c اى كه در E=mc2 ظاهر مى شود.) به دليل علامت منفى در كنار dt2 است كه به اين متريك شبه ريمانى مى گويند.

اينشتين متوجه شد كه گرانش يعنى اينكه متريك شبه ريمانى فضازمان به شكل ساده اى كه در نسبيت خاص مى آيد نيست. اين گام كه اينشتين برداشت گام بسيار سختى بود. اينشتين با نبوغ خود از اصل هم ارزى نتيجه گرفت كه فضازمان خميده است. اما اين تازه شيوع نسبيت عام بود. اينشتين فهميد وجود ماده در فضا باعث مى شود متريك فضازمان عوض شود، اما چقدر و چگونه؟ براى يافتن پاسخ اينشتين مى بايست هندسه ريمانى فرا بگيرد. در اين كار دوست رياضى پيشه اش مارسل گرسمان (كه اينشتين در 1905 پايانه نامه دكترايش را به او تقديم كرده بود) به كمكش آمد. اينشتين از گرسمان هندسه ياد گرفت4، و توانست معادله هايى به دست آورد كه با حل كردن آنها مى توان متريك را به دست آورد. اين معادله ها كه معادله هاى اينشتين نام دارند، مى گويند كه وجود جرم و انرژى در فضا چگونه فضازمان را مى خماند. معادله هاى اينشتين بسيار پيچيده اند.

نتيجه هاى فيزيكى

يكى از نخستين حل هاى معادله اينشتين را فيزيك پيشه منجمى به نام كارل شوارتس شيلد به دست آورد.5 شوارتس شيلد متريك اطراف يك كره مثلاً اطراف يك ستاره را به دست آورد. اين متريك كه امروزه متريك شوارتس شيلد نام دارد، خاصيت بسيار عجيبى دارد: اگر شعاع ستاره از حدى كوچك تر شود، ديگر حتى نور هم از آن نمى تواند بيرون بيايد. در اين حالت ستاره تبديل به شىء عجيبى مى شود كه سياهچاله نام گرفته است. درك فيزيك سياهچاله ها يكى از چالش هايى است كه فيزيك پيشه ها بيش از نيم قرن است با آن دست و پنجه نرم مى كنند. امروزه تقريباً اكثر اخترفيزيك پيشه هاى فعال اعتقاد دارند كه در دنيا از جمله در مركز كهكشان راه شيرى سياهچاله هست. بعد از تكميل نسبيت عام اينشتين به اين مسئله پرداخت كه معادله هايى كه نوشته چه چيزى براى كل جهان يا كيهان پيش بينى مى كنند. فرض هايى بسيار معقول و كلى براى كل كيهان كرد. مثلاً اينكه كيهان در مقياس هاى بزرگ نه مركز مرجحى دارد نه امتداد. مرجحى معادله ها را حل كرد و در كمال تعجب ديد كه حل ايستا ندارند: يا جهان در حال بزرگ شدن است يا در حال كوچك شدن، در گذشته اى متناهى از يك نقطه آغاز شده و ممكن است در آينده اى متناهى به يك نقطه بينجامد! از اين حل خوشش نيامد. دستى در معادله هايش برد. جمله اى به آنها افزود. در اين جمله ثابتى ظاهر مى شود كه آن را ثابت كيهان شناختى نامگذارى كرد. اگر اين ثابت كه آن را با l نشان مى دهند، صفر باشد، معادله ها مى شوند همان معادله هاى قبلى اگر l مثبت باشد، جلوى انبساط عالم گرفته مى شود و اگر l منفى باشد، جهان به نحو فزاينده اى منبسط مى شود. چند سال بعد ادوين هابل منجم آمريكايى انبساط جهان را كشف كرد! پس از آن اينشتين گفت اين افزودن جمله كيهان شناختى به معادله هايش بزرگ ترين اشتباه زندگى اش بوده. امروز يك نظريه بسيار موفق براى كيهان شناخت داريم موسوم به مدل استاندارد كيهان شناخت.6 يكى از سنگ هاى اصلى اين بناى بسيار عظيم و زيبا نسبيت عام است.

به نقل از سي پي اچ تئوري


منبع : شرق

 
Copyright © 2003-2005 by HUPAA, All rights reserved. www.hupaa.com

استفاده از مطالب هوپا با ذكر عنوان منبع اصلي و نقل از هوپا مجاز مي باشد.

Web master: Ashkan Arefi ashkan@arefi.ir


 

جمشید مختاری

پيام هاي ديگران ()

پنجشنبه ٢٩ دی ،۱۳۸٤

ذرات بنيادی

 

3

وب سايت مهندس جمشيد مختاری

تلفن ۰۹۱۳۳۳۲۶۱۷۴

 

همه چيز درباره اتم و ذرات بنيادي

نوشته: حسين جوادي

قيزيك ذرات بنيادي چيست؟

فيزيك ذرات بنيادي بخشي از فيزيك است. موضوع مورد مطالعه ي فيزيكدانان ذرات بنيادي اين است

كه بدانند جهان از چه ذراتي ساخته شده و اين ذرات چگونه در كنش با يكديگر هستند. اما اين ذرات چه هستند؟ 

      در حدود سال 1900

تصور مي شد كه اتم سنگ بناي جهان است و غير قابل تجزيه مي باشد      

      بزودي مشخص شد كه

اتم از يك هسته ي مركزي با الكتريكي مثبت و

تعدادي الكترون كه در اطراف آن در گردشند، تشكيل شده است

      هنگاميكه هسته مورد مطالعه قرار گرفت، فيزيكدانان متوجه شدند

كه هسته از پروتون با بار الكتريكي مثبت و نوترون كه از نظر الكتريكي حنثي است

تشكيل شده

و الكترونها در اطراف آن در گردشند

      ماده از چه ذراتي ساخته شده است؟

هرچه تحقيقات روي هسته بيشتر انجام مي شد، ذرات

جديدي كشف مي شدند. همچنين تحقيقات بيشتر نشان داد

 كه پروتونها و نوترونها نيز از ذرات ديگري كه

 كوارك ناميده شدند ساخته شده است

سرانجام فيزيكدانان ذرات سازنده ي ماده را به دو دسته

 لپتونها و كواركها

 تقسيم كردند

 در اين تقسيم بندي هادرونها از جمله

پروتون و نوترون ذره ي بنيادي نيستند

و از كواركها ساخته شده اند 

 

      پاد ماده

يكي از كشفيات بسيار جالب، كشف پاد ماده است

 براي هر ذره ي بنيادي يك ذره ديگري وجود دارد

 كه آن را پا ماده ي آن مي نامند

 به عنوان مثال پاد ماده ي الكترون، پوزيترون است

 كه تنها از نظر الكتريكي با هم تفاوت دارند

 ماده و پاد ماده يكديگر را جذب كرده و به انرژي تبديل مي شوند

 بهمين دليل آنها را پاد ماده مي نامند

 توجه شود كه پاد ماده تنها يك اصطلاح است

و از نظر فيزيكي هر دوي آنها ماده مي باشند

 

اسپين

اسپين يكي از خواص ذرات مانند جرم و بار است. اسپين اندازه ي حركت زاويه اي ذره است

و ساده ترين راه براي اندازه گيري اندازه حركت زاويه اي ذره بر اثر گردش آن است

 در واقع سخن از گردش ذره درست نيست، بلكه اندازه حركت زاويه اي ذره يكي از خواص ذاتي ذرات است

 اسپين نظير اندازه حركت و انرژي در تمام مراحل ثابت است

كواركها

شش كوارك و شش پاد كوارك وجود دارد كه كه سه دسته دوتايي تشكيل مي دهند. اين گروهها عبارتند از

up-down

بالا-پايين

charm-strange

عجيب-افسون

top-bottom

سر- ته

 

     

يك خاصيت ديگر جالب كواركها اين است كه هيچگاه كواركها به تنهايي مشاهده نمي شوند

و آنها در كنار يكديگر قرار دارند و ذرات مركب را مي سازند

 اين ذرات مركب هادرون ناميده مي شوند

كواركها نطير الكترون و پروتون داراي بار الكتريكي هستند. اما بار الكتريكي كواركها كسري از بار الكتريكي پايه است

 

FlavourMass
(GeV/c2)
Electric Charge
(e)
u up0.004+2/3
d down0.08-1/3
c charm1.5+2/3
sstrange0.15-1/3
ttop176+2/3
bbottom4.7-1/3
                    

 

Leptons

FlavourMass
(GeV/c2)
Electric Charge
(e)
 electron neutrino<7 x 10-90
 electron0.000511-1
 muon neutrino<0.00030
 muon
(mu-minus)
0.106-1
 tau neutrino<0.030
 tau
(tau-minus)
1.7771-1

نيروهاي اساسي

نيروهاي اساسي طبيعت عبارتند از

نيروي الكترومغناطيسي

هسته اي ضعيف

هسته اي قوي

گرانش

       

    همه ي اين نيروها توسط ذرات تبادلي حمل مي شوند

به عنوان مثال

ذرات تبادلي نيروي الكترومغناطيسي فوتون ناميده مي شود

الكترون و پروتون با انتشار و جذب فوتون همديگر را جذب مي كنند

همچنين نوترينو يك ذره بدون بار الكتريكي است، بنابراين فوتون منتشر يا جذب نمي كند

 

نيروي هسته اي ضعيف

همه ي اجسام پايدار موجود در جهان از يك نوع لپتون (الكترون) و دو كوارك (بالا-پايين) ساخته شده اند

 كه تركيب اين دو كوارك بصورت پروتون و نوترون ظاهر مي شود

 در هر صورت شش تاي آنها پيشگويي و مشاهده شده اند و شش تاي ديگر مشاهده نشده اند، زيرا

          كواركها و لپتونهاي سنگين به دليل وجود نيروي هسته اي ضعيف قابل مشاهده نمي باشند

 نيروي هسته اي ضعيف باعث مي شود كه

 كواركها و لپتونهاي سنگين به كواركها و لپتونهاي سبكتر واپاشيده شوند 

ذره ي حامل نيروي واپاشي لپتونها و كواركهاي سنگين

 W+ and W-

هر كدام از اينها شامل يك ذره ي باردار و يك ذره ي خنثاي

 Z

است

علاوه بر بار الكتريكي، كواركها داراي خاصيت ديگري هستند كه بار - رنگ ناميده مي شود

 colour charge

     

نيروي بين درات بار - رنگب سيار قوي است كه آنرا نيروي قوي مي نامند

نيروي قوي بسيار سخت و جاذبه است كه

روي پروتونها و نوترونها اعمال مي شود

اين نيرو بر نيروي دافعه الكتريكي بين پروتونها غلبه مي كند

 و موجب مي شود هسته پايدار بماند

      

      در واقع نيروي قوي بين كواركها اعمال مي شود

ذره اي كه اين نيرو را حمل مي كند

گلوئون

gluon

 ناميده مي شود

   

 

مدل استاندارد ذرات بنيادي

 

      با توجه به مطالب بالا مدل استاندارد ذرات بنيادي به شرح زير است

شش عدد كوارك

شش عدد لپتون

و چهار بوزون كه نيروها را حمل مي كنند

بطور كلي ذراتي كه ماده را مي سازند فرميون

و ذراتي كه نيرو ها را حمل مي كنند بوزون

ناميده مي شوند

 

منبع : cph-theory.com

 
Copyright © 2003-2005 by HUPAA, All rights reserved. www.hupaa.com

استفاده از مطالب هوپا با ذكر عنوان منبع اصلي و نقل از هوپا مجاز مي باشد.

Web master: Ashkan Arefi ashkan@arefi.ir


 

جمشید مختاری

پيام هاي ديگران ()

پنجشنبه ٢٩ دی ،۱۳۸٤

زمان صفر

 

4

وب سايت مهندس جمشيد مختاری

تلفن ۰۹۱۳۳۳۲۶۱۷۴

 

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.

منبع : دانشنامه رشد

 
Copyright © 2003-2005 by HUPAA, All rights reserved. www.hupaa.com

استفاده از مطالب هوپا با ذكر عنوان منبع اصلي و نقل از هوپا مجاز مي باشد.

Web master: Ashkan Arefi ashkan@arefi.ir


 

جمشید مختاری

پيام هاي ديگران ()

پنجشنبه ٢٩ دی ،۱۳۸٤

بيگ بنگ

 

5

وب سايت مهندس جمشيد مختاری

تلفن ۰۹۱۳۳۳۲۶۱۷۴

 

بيگ بنگ يا مولتي بنگ؟

علي قيصري - دانشگاه اصفهان

ali.qeisari@gmail.com

آيا امروز در شرايطي هستيم كه بتوانيم وجود جهان هاي موازي را توضيح دهيم؟

آيا مي توانيم از تردد بين جهان ها سخن بگوييم؟

امروزه مي توانيم با احتمال خوبي ازچگونگي بوجود آمدن جهان هاي موازي صحبت كنيم و شايد روزي بتوانيم در مورد چگونگي سفر از جهاني به جهاني ديگر بحث كنيم و براي اين سفر كه امروزه تخيلي به نظر مي رسد، روشهاي عملي و فني دقيقي ارائه كنيم. اما قبل از ادامه ي كلام بر خود ملزم مي دانم از تمام دانشمندان و فيزيكدانان بزرگ تاريخ كه انسان را از خلق و خوي خرافي اساطيري به يك انسان واقع‌گرا رساندند و زندگي خود را صرف شناساندن طبيعت به انسان نمودند، قدرداني كنم.

طبيعي است كه روند تكامل دانش با پيگيري مداوم افرادي امكان پذير شد كه مشتاقانه در پي كشف رموز طبيعت بودند تا پرده ي جهل را از روي پيئه هاي فيزيكي كنار بزنند. در اين تلاش مداوم و طاقت فرسا، هر نگاه تازه اي به جهان از بصيرت گذشتگان ياري جست و بر دست آورد آنان افزود. مكانيك نيوتني بر انديشه هاي گاليله و كپلر استوار گشت و فضا-زمان انيشتين، قاون جهاني گرانش نيوتن را تكامل بخشيد. كارهاي فاراده و ارستد و آمپر در معادلات الكترومغناطيس ماكسول به ثمر نشست و ابهامات تابش جسم سياه به مكانيك كوانتومي انجاميد. تلاش ها و تجارب قرن بيستم زمينه ي انديشيدن به يكسان سازي نيروها را فراهم كرد و انديشه ي ابر نيرو، فيزيكدانان را نسبت به لحظه ي آغاز جهان كنجكاو كرد.

امروزه پس از صدها سال تلاش به جايي رسيده ايم كه احساس مي كنيم به يك نظريه وحدت بخش بشدت نياز دازيم تا بتوانيم لحظه ي آغاز را توضيح دهيم. بر اساس چنين نيازي است كه در طول و بويژه اواخر قرن بيستم، نظريه هاي زيبا و پيچيده و تقريباً موفقي نظير لوپ كوانتوم تئوري و ابر ريسمانها ارائه شدند. همه ي اين نظريه ها در صددند تا لحظه ي آغاز انفجار بزرگ Big Bang و يكسان سازي نيروها Unification را توضيح دهند.

اما نگرش شهودي و ساده ي نظريه سي. پي. اچ.

CPH Theory, Creation Particle Higgs

با مطرح كردن هم ارزي جرم، انرژي و نيرو، باب جديدي براي انديشيدن به فيزيك جهان مي گشايد. نظريه سي. پي. اچ. علاوه بر توجيه خميدگي فضا بر نظريه تورم مهر تاييد مي گذارد و با رياضيات بسيار ساده، ما را به درك شهودي از جهان و آنچه كه بيگ بنگ مي ناميم رهنمون مي‌سازد.

در نظريه سي. پي. اچ، انفجار بزرگ (بيگ بنگ) بدين صورت بيان مي‌شود كه لحظه‌اي در يك سياه‌چاله مطلق، يك ميدان گرانش فوق العاده عظيم، تا آن حد چگالي گراويتون (1) بالا مي‌رود كه ديگر فضايي براي حتي حركت دوراني (اسپين) آن وجود ندارد و در نتيجه با يك عكس العمل قوي، سي. پي. اچ. ها با سرعت بسيار بالا از مركز ميدان گرانشي خارج مي شوند.( شكل 1)



شكل 1


سپس در بيرون انفجار با يكديگر تركيب شده و بخشي از سرعت خطي، Vc آنها به اسپين تبديل مي‌شود و هنگامي كه چند CPH در كنار يكديگر قرار گيرند، فوتون بوجود مي‌آيد (شكل 2) كه نتيجه آن توليد امواج الكترومغناظيسي يعني انتقال انرژي است. در نهايت با تبديل اين انرژي به ماده و پاد ماده، ذرات بنيادي توليد مي شوند و هسته‌ها و اتم‌ها بوجود مي‌آيند .



شكل 2


دو باره به شكل 1 باز مي‌گرديم. همانطور كه در شكل مشخص شده چگالي CPH بعد از انفجار بزرگ در نقاط مختلف يكسان نيست و اين موضوع باعث انحراف جهان از مختصات كروي مي‌شود. اما موضوع بحث درون آن حلقة بيضوي مي‌باشد. همانطور كه در شكل پيداست، پس از انفجار بزرگ كليه سي. پي. اچ. ها به سرعت از ميدان گرانش توليد شده از خودشان خارج مي شوند. اما اتفاقي كه مي‌افتد تخليه كلي مركز گرانش از سي. پي. اچ. است كه منجر به از بين رفتن گرانش در نقطه‌اي از فضا مي‌شود كه اين موضوع با تعريف گرانش بوسيله نظريه سي. پي. اچ. كه گرانش جريان دائمي ميان اجرام مي‌باشد و در همه جا وجود دارد، كه منجر به ناتواني بشر در حذف نيروي گرانش و تأثير آن در آزمايش‌هاي عملي مي‌باشد، مغاير است. پس بايد تعدادي از سي. پي. اچ. ها به مركز گرانش باز گردند و ميدان گرانشي بوجود ‌آورند و موجب جذب اجرام بطرف يكديگر شوند.

در نظريه سي. پي. اچ. بعد از انفجار بزرگ و شكل گيري اجرام و فروريزش ستارگان بر اثر گرانش، در نقطه اي از فضا مجدداً سياه چاله‌اي جديد بوجود مي‌آيد و با ادامه در سقوط اجرام درون سياه چاله ي مذكور، چگالي سي. پي. اچ. ها افزايش يافته و دوباره يك سياه چاله مطلق شكل مي‌گيرد، كه هر چيزي را كه در حوزه گرانشي آن قرار داشته باشد مي‌بلعد. بدين ترتيب مجدداً چگالي سي. پي. اچ. ها در سياه چاله افزايش مي‌يابد و شرايط بحراني ايجاد مي گردد و انفجار بزرگ ديگري رخ مي‌دهد و جهان ديگري بوجود مي‌آيد.

حال اگر بدانيم در چه شرايطي و با چه چگالي از سي. پي. اچ. انفجار بزرگ رخ مي‌دهد مي‌توانيم لحظه تولد يك جهان جديد را تخمين بزنيم.

پس با توضيح فوق مي‌توانيم نتيجه‌ بگيريم كه هر جهان، انفجار بزرگ (Big Bang) مختص خود را دارد. حال اگر بپذيريم كه تعداد كل CPH هاي هستي ثابت است و هيچ CPH از بين نمي‌رود و متولد نمي‌شود، به اين نتيجه خواهيم رسيد كه انفجار بزرگ و تولد جهان‌ها تا بي نهايت نمي‌تواند ادامه پيدا كند چرا كه در لحظه‌اي چگالي باقي مانده در مركز هستي به حد انفجار بزرگ نمي‌رسد و ديگر جهاني متولد نمي‌شود.

حال اگر به مطالب فوق نگاهي دوباره بيندازيم، متوجه مي‌شويم كه لحظه مشترك هر جهان، لحظة وجود يك سياه چاله مطلق آماده انفجار است. پس مي‌توان با بررسي سياه چاله‌ها راهي به جهان ديگر كه قبل يا بعد از جهان خودمان متولد شده پيدا كنيم

حال سؤالي كه ما را به نظريه سياه چاله‌ها (سياه چاله‌اي در سياه چاله ديگر) رهنمون ساخته اين است كه آيا ما در يك سياه چاله قرار داريم؟

براي پاسخ به اين سؤال به نظريه تورم نگاهي مي‌اندازيم و نيز اينكه جهان ما با شتاب زيادي در حال انبساط است. تنها جرياني از گرانش ضعيف ميان ما اجرام بر قرار است. ديگر اينكه شعاع دوران رو به افزايش است، پس در ميدان گرانش جذبي يك سياه چاله قرار نداريم.

هدف از بيان اين بحث اين است كه به اين نتيجه برسيم كه دليل انبساط جهان علاوه بر حركت دوراني و خطي اجرام درون جهان و خميدگي فضا ـ زمان، جهان ما به دليل وجود جهان هاي ديگر مجبور به انبساط است و شايد آن انرژي را كه ما انرژي تاريك مي‌ناميم، امواج الكترومغناطيسي متولد شده از يك انفجار جديد باشد كه باعث اين انبساط مي‌شوند.

بدليل وجود نيروي گرانشي ميان جهاني با جهان ديگر مي‌توان سياه چاله‌ها را مركز نيروي گرانشي و دروازه ورود و خروج از جهاني به جهان دگر فرض كرد.

در پايان به عقيدة نگارنده، اين هستي ناشي از يك انفجار بزرگ نمي‌باشد بلكه هر جهاني در اين هستي متولد يك انفجار است، و هر جهاني با توجه به سرعت خطي خاص خود كه ناشي از زمان تولد آن نسبت به ديگر جهانها است زمان خاص خود را خواهد داشت و با چنين فرضي مي توان زمان خاص هر جهاني را و در نتيجه شتاب تورم خاص آن را بدست آورد و بدنبال نقاط مشترك آن با جهان خود باشيم تا بتوان از جهاني به جهاني ديگر رفت.

منابع :

http://cph-theory.Persiangig.com

http:/www.hupaa.com

با تشكر از استاد گرامي آقاي حسين جوادي بدليل آنكه دانسته‌هاي خود بذل اين جانب نمود. و دوست عزيزم حامد پورايماني بدليل مباحثه‌هاي جالبش در اين باب.

. 1 - Graviton ،با اپسين CPH

توضيح سي. پي. اچ

ضمن تشكر از دوست عزيز آقاي علي قيصري كه براي مطالعه نظريه سي. پي. اچ. و نوشتن اين مطلب وقت گذاشتند لازم مي دانم متذكر شوم كه گريز سي. پي. اچ. ها هنگام انفجار در تمام جهات صورت مي گيرد. بنابراين تعدادي از سي. پي. اچ. هاي لايه ي كناري سياه چاله ي مطلق بطرف مركز جهت خواهند گرفت. موفقيت روز افزون ايشان را در كسب و اشاعه دانش آرزومندم.

نكته ي ديگر اينكه زماني مي توانيم از مركز هستي سخن بگوييم كه جهان هستي محدود و ابعاد و مرزهاي آن براي ما شناخته شده باشد. اما همچنانكه نويسنده اظهار داشته جهان هاي موازي بسياري وجود دارد كه ما از تعداد آنها بي اطلاع هستيم. بنابراين در اين هستي كه ابعادش نامتناهي است، نمي توان از مركز هستي سخن گفت.

حسين جوادي

منبع : سي پي اچ تئوري

 


 

جمشید مختاری

پيام هاي ديگران ()

چهارشنبه ٢۱ دی ،۱۳۸٤

مادون قرمز

6

 

 

اشعه مادون قرمز

مادون در لغت به معناي زير دست و قرمز به معناي هر چه به رنگ خون باشد، است. پس ميتوان گفت كه مادون قرمز اشعه بسيار ريز و قرمز رنگ است.

اطلاعات اوليه

كشف هرسل اولن گام در ايجاد پديده‌اي كه ما آن را طيف الكترومغناطيسي ميناميم. نور مرئي و پرتوهاي مادون قرمز دو نمونه اشكال فراواني از انرژي هستند كه توسط تمام اجسام موجود در زمين و اجرام آسماني تابانده ميشوند. مادون قرمز در طيف الكترومغناطيسي داراي محدوده طول موجي بين 0.78 تا 1000 ميكرو متر است. تنها با مطالعه اين تشعشعات است كه ميتوانيم اجرام آسماني را تشخيص و تميز دهيم و تصويري كامل از چگونگي ايجاد جهان و تغييرات آن بدست آوريم. در سال 1800 سر ويليام هرشل يك نمونه نامرئي از تشعشعات را كشف كرد كه اين نمونه دقيقا زير بخش قرمز طيف مرئي قرار داشت. او اين شكل از تشعشعات را مادون قرمز ناميد.

سير تحولي و رشد

Greathouse و همكارانش طي مطالعه‌اي تاثير ليزر مادون قرمز را به انتقال عصبي ، عصب راديال بررسي كردند. زمان تاخير ، دامنه پتانسيل عمل و دما ، متغيرهاي مورد آزمايش مشاهده نشد.Lynn Snyder و همكارانش اثر ليزر كم توان هليوم - نئون را بر زمان تاخير شاخه حسي عصب راديال در دو گروه ليزر و پلاسبو بررسي نمودند و مشاهده كردند كه در گروه ليزر ، افزايش معني دارا در زمان تاخير حسي پس از بكارگيري ليزر ايجاد گرديده است.

Bas Ford و همكارانش طي مطالعه‌اي اثر ليزر كم توان هليوم - نئون را بر شاخه حسي اعصاب راديال و مدين بررسي كردند. هيچ اختلاف معني داري در دامنه پتانسيل عمل ، زمان تاخير و دما ساعد بعد از بكارگيري ليزر مشاهده نشد.Baxter و همكارانش افزايش معني دار در زمان تاخير عصب مدين بعد از بكارگيري ليزر گرارش كردند. Low و همكارانش كاهش دما را به دنبال تابش ليزر كم توان مادون قرمز ديدند.

نتايج اشعه مادون قرمز

گرمايي كه ما از خورشيد يا از يك محيط گرم احساس ميكنيم، همان تشعشعات مادون قرمز يا به عبارتي انرژي گرمايي است. حتي اجسامي ‌كه فكر ميكنيم خيلي سرد هستند، نيز از خود انرژي گرمايي منتشر ميسازند (يخ و بدن انسان). سنجش و ارزيابي انرژي مادون قرمز ساطع شده از اجرام نجومي ‌به علت اينكه بيشترين جذب را در اتمسفر زمين دارند مشكل است. بنابراين بيشتر ستاره شناسان براي مطالعه انتشار گرما از اين اجرام از تلسكوپهاي فضايي استفاده ميكنند.

مادون قرمز در نجوم

تلسكوپها و آشكارسازهايي كه توسط ستاره شناسان مورد استفاده قرار ميگيرند نيز از خودشان انرژي گرمايي منتشر ميسازند. بنابراين براي به حداقل رساندن اين تاثيرات نامطلوب و براي اينكه بتوان حتي تشعشعات ضعيف آسماني را هم آشكار ساخت، اخترشناسان معمولا تلسكوپها و تجهيزات خود را به درجه حرارتي نزديك به 450?F ، يعني درجه حرارتي حدود صفر مطلق ، ميرسانند. مثلا در يك ناحيه پرستاره ، نقاطي كه توسط نور مرئي قابل رويت نيستند، با استفاده از تشعشعات مادون قرمز بخوبي نشان داده ميشود. همچنين مادون قرمز ميتواند چند كانون داغ و متراكم را همره با ابرهايي از گاز و غبار نشان دهد. اين كانونها شامل مناطق پرستاره‌اي هستند كه در واقع ميتوان آنها را محل تولد ستاره‌اي جديد دانست. با وجود اين ابرها ، رويت ستاره‌هاي جديد با استفاده از نور مرئي به سختي امكانپذير است.

اما انتشار گرما باعث آشكار شدن آنها در تصاوير مادون قرمز ميشود. اختر شناسان با استفاده از طول موجهاي بلند مادون قرمز ميتوانند به مطالعه توزيع غبار در مراكزي كه محل شكل گيري ستاره‌ها هستند، بپردازند. با استفاده از طول موجهاي كوتاه ميتوان شكافي در ميان گازها و غبارهاي تيره و تاريك ايجاد كرد تا بتوان نحوه شكل گيري ستاره‌هاي جديد را مورد مطالعه قرار داد. فضاي بين ستاره‌اي در كهكشان راه شيري ما نيز از توده‌هاي عظيم گاز و غبار تشكيل شده است. اين فضاهاي بين ستاره‌اي يا از انفجارهاي شديد نواخترها ناشي شده‌اند و يا از متلاشي شدن تدريجي لايه‌هاي خارجي ستاره‌هايي جديد از آن شكل ميگيرند. ابرهاي بين ستاره‌اي كه حاوي گاز و غبار هستند، در طول موجهاي بلند مادون قرمز خيلي بهتر آشكار ميشوند (100 برابر بيشتر از نور مرئي).

اخترشناسان براي ديدن ستاره‌هاي جديد كه توسط اين ابرها احاطه شده‌اند، معمولا از طول موجهاي كوتاه مادون قرمز براي نفوذ در ابرهاي تاريك استفاده ميكنند. اخترشناسان با استفاده از اطلاعات بدست آمده از ماهوارهاي نجومي ‌مجهز به مادون قرمز صفحات ديسك مانندي از غبار را كشف كردند كه اطراف ستاره‌ها را احاطه كرده‌اند. اين صفحات احتمالا حاوي مواد خامي ‌هستند كه تشكيل دهنده منظومه‌هاي شمسي هستند. وجود آنها خود گوياي اين است كه سياره‌ها در حال گردش حول ستاره‌ها هستند.

مادون قرمز در پزشكي

اگر نگاه دقيق و علمي ‌به يك طيف الكترومغناطيسي بيندازيم، ميبينيم كه از يك طرف طيف تا سوي ديگر آن ، انواع تشعشعات و پرتوها بر اساس طول موج و فركانس‌هاي مختلف قرار دارند، از آن جمله ميتوان به تشعشعات گاما ، اشعه ايكس ، ماوراي بنفش ، نور مرئي ، مادون قرمز و امواج راديويي اشاره كرد. هر كدام از اين پرتوها و تشعشعات همگام با پيشرفت بشر ، به نوبه خود چالش‌هايي را در زمينه‌هاي علمي ‌پديد آورده‌اند كه در اينجا علاوه بر كاربرد مادون قرمز در شاخه ستاره شناسي ، اشاره‌اي به كارآيي چشمگيري اين پرتو در رشته پزشكي خواهيم داشت.

كاربرد درماني مادون قرمز

بكار بردن گرما يكي از متداولترين روشهاي درمان فيزيكي است. از موارد استعمال درماني مادون قرمز موارد زير را ميتوان ذكر كرد.

تسكين درد

با وجود حرارت ملايم ، كاهش درد به احتمال زياد بواسطه اثر تسكيني بر روي پايانه‌هاي عصبي ، حسي ، سطحي است. همچنين به علت بالا رفتن جريان خون و متعاقب آن متفرق ساختن متابوليتها و مواد دردزاي تجمع در بافتها ، درد كاهش مييابد.

استراحت ماهيچه

تابش اين اشعه راه مناسبي براي درمان اسپاسم و دستيابي به استراحت عضلاني ميباشد.

افزايش خون رساني

در درمان زخمهاي سطحي و عفونتهاي پوستي ، براي اينكه فرآيند ترميم به خوبي انجام گيرد، بايد به مقدار كافي خون به ناحيه مورد نظر برسد و در صورت وجود عفونت نيز افزايش گردش خون سبب افزايش تعداد گلبولهاي سفيد و كمك به نابودي باكتريها ميكند. از اين پرتو ميتوان براي درمان مفصل آرتوريتي و ضايعات التهابي نيز استفاده كرد.

كاربرد تشخيصي مادون قرمز

از مهمترين كابردهاي تشخيصي آن ميتوان توموگرافي را نام برد. اصطلاح ترموگرافي به عمل ثبت و تفسير تغييراتي كه در درجه حرارت سطح پوست بدن رخ ميدهد، اطلاق ميشود. تصوير حاصل از اين روش كه توموگرام ناميده ميشود، بخش الگوي حرارتي سطح بدن را نشان ميدهد. در توموگرافي ، آشكار ساز ، تشعشع حرارتي دريافت شده توسط دوربين را به يك سيگنال الكترونيكي تبديل ميكند و سپس آن را علاوه بر تقويت بيشتر ، پردازش ميكند تا اينكه يك صفحه كاتوديك مثل مونيتور تلويزيون آشكار شود.

تصاوير بدست آمده به صورت سايه‌هاي خاكستري رنگ ميباشند، بدين معني كه سطوح سردتر به صورت سايه‌هاي خاكستري روشن ديده ميشوند و در نوع رنگي آن نيز نواحي گرم ، رنگ قرمز و نواحي سرد ، رنگ روشن خواهند داشت. درجه حرارت پوست بدن در نتيجه فرآيندهاي فيزيكي ، فيزيولوژيك طبيعي يا بيماري تغيير ميكند. از اين خاصيت تغيير گرمايي در عضوي خاص يا در سطح بدن براي آشكارسازي يك بيماري استفاده ميشود كه مهمترين آنها به قرار زير است.

- بيماري پستان : وسيع ترين جنبه كاربردي توموگرافي در آشكار سازي سرطانهاي پستاني است.

زيرا روشي كاملا مطمئن و بدون آزار است.

از پرتوهاي يونيزان استفاده نميشود.

روشي كاملا سريع ، راحت و ارزان است.

به دليل بي ضرر بودن از قابليت تكراري بسيار زيادي برخوردار است.

كاربرد ترموگرافي در مامائي

چون جفت از فعاليت بيولوژيكي زيادي برخوردار است. درجه حرارت حاصله در اين محل بطور قابل ملاحظه‌اي از بافتهاي اطراف بيشتر است. پس ميتوان از توموگرافي براي تعيين محل جفت استفاده كرد.

ضررهاي مادون قرمز

از طرف ديگر خطرهايي نيز در استفاده از مادون قرمز وجود دارد كه ميتوان به سوختگي الكتريكي (در اثر اتصال بدن به مدارات الكتريكي دستگاه) سر درد ، توليد ضعيف در بيمار و آسيب به چشمها در اثر تابش مستقيم پرتو اشاره كرد.

منبع : دانشنامه رشد

 
Copyright © 2003-2005 by HUPAA, All rights reserved. www.hupaa.com

استفاده از مطالب هوپا با ذكر عنوان منبع اصلي و نقل از هوپا مجاز مي باشد.

Web master: Ashkan Arefi ashkan@arefi.ir


 

جمشید مختاری

پيام هاي ديگران ()

چهارشنبه ٢۱ دی ،۱۳۸٤

شفق قطبی

7

وب سايت فيزيک مهندس جمشيد مختاری 

 

حقيقت شفق قطبي

شفق قطبي چيست و چگونه تشكيل مي شود؟

نيروهاي لورنتس كه موجب انحراف مسير الكترونها در ميدان هاي مغناطيسي مي شود در بسياري از پديده هاي طبيعي تجلي مي يابند و فقط با ياري گرفتن از اين نيروها توضيح آنها ممكن است. يكي از تماشايي ترين و با شكوهترين پديده ها از اين نوع شفق قطبي است، كه مشخصه عرض هاي جغرافيايي بالا , نزديكي هاي شمال يا جنوب مدار قطبي است. پديده شگفت آور و زيبايي كه در طول شب قطبي طولاني در آسمان ديده مي شود.

آسمان تابان مي شود و نقش هايي با رنگها و شكل هاي گوناگون ديده مي شود. گاهي داراي شكل كمان يكنواخت ، ساكن يا تپنده است و گاهي عبارت است از شمار زيادي پرتو با طول موج هاي متفاوت ، كه مانند پرده ها و نوارها بازي مي كنند و پيچ و تاب مي خورند. رنگ تاباني از سبز مايل به زرد به سرخ و بنفش مايل به خاكستري تغيير مي كند. طبيعت و منشا شفق هاي قطبي زمان درازي به كلي پوشيده مانده بود. تا اينكه به تازگي براي اين راز توضيح رضايت بخشي پيدا شد.

ارتفاع شفق هاي قطبي

قبل از همه , دانشمندان موفق شدند ارتفاعي را كه شفق هاي قطبي ظاهر مي شوند، تعيين كنند. به اين منظور از يك تاباني از دو نقطه به فاصله چند ده كيلومتر از يكديگر عكس گرفتند. به كمك چنين عكس هايي ثابت كردند كه شفق هاي قطبي در ارتفاع 80 تا 100 كيلومتري بالاي زمين (بيشتر اوقات در ارتفاع 100 كيلومتر) ظاهر مي شوند. به اين ترتيب دريافتند كه شفق هاي قطبي تاباني گازهاي رقيق موجود در جو زمين هستند، كه تا اندازه اي به تاباني در لامپ هاي تخليه گاز شبيه مي باشند.

دوره تناوب ظهور شفق هاي قطبي

رابطه جالب بين شفق هاي قطبي و پديده هاي ديگر روشن است. شفق هاي قطبي با دوره هاي متفاوت مشاهده مي شوند. اختلاف دوره هاي شفق قطبي بعضي اوقات به چندين سال مي رسد. مشاهدات چندين ساله آشكار ساخته اند كه دوره هاي زيادي ماكزيمم شفق هاي قطبي به طور مرتب در 11.5 سال تكرار مي شوند . در طول اين مدت ، شماره شفق هاي قطبي نخست سال به سال كاهش مي يابد و سپس شروع مي كند به زياد شدن تا مقدار آن در 11.5 سال از نو به ماكزيمم مي رسد.

ساير پديده هاي زيباي جوي

مشاهده سطح خورشيد ، از خيلي پيش ، وجود لكه هاي تار و نامنظمي را روي قرص آن آشكار ساخته اند كه اغلب شكل و جايشان عوض مي شود، معلوم شده است كه تعداد و مساحت كل اين لكه ها از سالي به سال ديگر ، نه به طور كاتوره اي بلكه با همان دوره 11.5 سال , تغيير مي كنند . در اين فرايند , ماكزيمم لكه هاي خورشيدي ، يا فعاليت خورشيدي ماكزيمم ، همزمان با شفق قطبي ماكزيمم عارض مي شوند و نابودي آنها نيز با هم هماهنگ مي باشد.

تعداد توفان هاي مغناطيسي به ماكزيمم خود مي رسد. در سالهاي اخير رابطه مشابهي بين فعاليت خورشيدي (تعداد لكه هاي خورشيدي) و شرايط انتشار امواج راديويي در لايه هاي بالاي جو اثبات شده است. بنابراين مساله ، علاوه بر معناي نظري محض ، اهميت عملي نيز پيدا كرده است.

فرضيه بيركلند در مورد لكه هاي خورشيدي

بيركلند (B.Birkeland ) دانشمند نروژي با مقايسه نتايج اخير اين فرضيه را مطرح كرد كه لكه هاي خورشيدي ناحيه هايي هستند كه آنها باريكه هاي ذرات باردار (الكترونها) به داخل فضاي اطراف گسيل مي شوند. اين ذرات با رسيدن به لايه هاي بالاي جو زمين ، از طريق برخوردهاي الكترون در اين لايه ها ، مشابه تخليه گاز در لوله ، گازها را به تاباني وا مي دارند. اين الكترون ها همچنين روي ميدان مغناطيسي زمين و شرايط انفجار امواج راديويي مجاور زمين اثر مي گذارند.

يك پرسش و يك پاسخ

اگر نظريه بيركلند درست باشد، چرا شفق هاي قطبي در عرض هاي بالا ، يعني در نواحي نزديك به قطب ها مشاهده مي شوند؟ در صورتيكه مي دانيم پرتوهاي خورشيد تمام سطح زمين را روشن مي كنند. پاسخ اين پرسش را استرمر (Stermer) ، دانشمند نروژي ديگر پيدا كرد. ذرات باردار گسيل شده از خورشيد به جو زمين مي رسند و به درون ميدان مغناطيسي آن نفوذ مي كنند. در آنجا نيروي لورنتس بر آنها اثر مي كند. و آنها را از مسير اوليه خود منحرف مي سازد.

استرمر محاسبات رياضي پيچيده اي انجام داد و مسير اين الكترون ها را در ميدان مغناطيسي زمين حساب كرد. او نشان داد كه ذرات باردار منحرف شده توسط ميدان مغناطيسي زمين ، به يقين فقط به نواحي قطبي كره زمين وارد مي شوند.

كاربرد ويژه نيروي لورنتس

اين نظريه كه در انحراف ذرات باردار در ميدان مغناطيسي زمين نيروي لورنتس را به حساب مي گيرد، با شمار زيادي از نتايج آزمايشگاهي به خوبي همخواني دارد و در حال حاضر پذيرش همگاني يافته است. هر چند به تازگي براي توضيح كمي تمامي اين ديدگاه دشواريهايي بروز كرده است.

منبع : دانشنامه رشد

 
Copyright © 2003-2005 by HUPAA, All rights reserved. www.hupaa.com

استفاده از مطالب هوپا با ذكر عنوان منبع اصلي و نقل از هوپا مجاز مي باشد.

Web master: Ashkan Arefi ashkan@arefi.ir


 

جمشید مختاری

پيام هاي ديگران ()

چهارشنبه ٢۱ دی ،۱۳۸٤

پلاسما

8

 

 

فيزيك پلاسما

فيزيك پلاسما (Plasma Physics)

مي دانيم كه براي ماده سه حالت جامد ، مايع و گاز در نظر گرفته ميشود. اما در مباحث علمي معمولا يك حالت چهارم نيز براي ماده فرض ميشود. حدوث طبيعي پلاسما در دماهاي بالا ، سبب تخصيص عنوان چهارمين حالت ماده به آن شده است. يك نمونه بسيار طبيعي از پلاسما آتش است بنابراين خورشيد نمونهاي از پلاسماي داغ بزرگ است.

تعريف پلاسما

پلاسما گاز شبه خنثايي از ذرات باردار و خنثي است كه رفتار جمعي از خود ارائه ميدهد. به عبارت ديگر ميتوان گفت كه واژه پلاسما به گاز يونيزه شدهاي اطلاق ميشود كه همه يا بخش قابل توجهي از اتمهاي آن يك يا چند الكترون از دست داده و به يونهاي مثبت تبديل شده باشند. يا به گاز به شدت يونيزه شدهاي كه تعداد الكترونهاي آزاد آن تقريبا برابر با تعداد يونهاي مثبت آن باشد، پلاسما گفته ميشود.

حدود پلاسما

اغلب گفته ميشود كه 99% ماده موجود در طبيعت در حالت پلاسماست، يعني به شكل گاز الكتريسته داري كه اتمهايش به يونهاي مثبت و الكترون منفي تجزيه شده باشد. اين تخمين هر چند ممكن است خيلي دقيق نباشد ولي تخمين معقولي است از اين واقعيت كه درون ستارگان و جو آنها، ابرهاي گازي و اغلب هيدروژن فضاي بين ستارگان بصورت پلاسماست. در نزديكي خود ما ، وقتيكه جو زمين را ترك ميكنيم بلافاصله با پلاسمايي مواجه مي شويم كه شامل كمربندهاي تشعشعي وان آلن و بادهاي خورشيدي است.

در زندگي روزمره نيز با چند نمونه محدود از پلاسما مواجه ميشويم. جرقه رعد و برق ، تابش ملايم شفق قطبي ، گازهاي داخل يك لامپ فلورسان يا لامپ نئون و يونيزاسيون. مختصري كه در گازهاي خروجي يك موشك ديده ميشود. بنابراين مي توان گفت كه ما در يك درصدي از عالم زندگي ميكنيم كه در آن پلاسما بطور طبيعي يافت نميشود.

آيا كلمه پلاسما يك كلمه بامسما است؟

كلمه پلاسما ظاهرا بيمسما به نظر ميرسد. اين كلمه از يك لغت يوناني آمده است كه هر چيز به قالب ريخته شده يا ساخته شده را گويند. پلاسما به علت رفتار جمعي كه از خودشان نشان ميدهد، گرايشي به متاثر شدن در اثر عوامل خارجي ندارد، و اغلب طوري عمل ميكند كه گويا داراي رفتار مخصوص به خودش است.

حفاظ دباي

يكي از مشخصات اساسي رفتار پلاسما ، توانايي آن براي ايجاد حفاظ در مقابل پتانيسيلهاي الكتريكي است كه به آن اعمال ميشوند. فرض كنيد بخواهيم با وارد كردن دو گلوله بارداري كه به يك باتري وصل شدهاند يك ميدان الكتريكي در داخل پلاسما بوجود آوريم. اين گلوله ها ، ذرات يا بارهاي مخالف خود را جذب ميكنند و تقريبا بلافاصله ، ابري از يونهاي اطراف گلوله منفي و ابري اطراف گلوله مثبت را فرا ميگيرند.

اگر پلاسما سرد باشد و هيچگونه حركت حرارتي وجود نداشته باشد، تعداد بار ابر برابر بار گلوله ميگردد، در اين صورت عمل حفاظ كامل ميشود و هيچ ميدان الكتريكي در حجم پلاسما در خارج از ناحيه ابرها وجود نخواهد داشت. اين حفاظ را اصطلاحا حفاظ دباي مي گويند.

معيارهاي پلاسما

طول موج دباي (لانداي دي) بايد خيلي كوچكتر از ابعاد پلاسما ( L ) باشد.

تعداد ذرات موجود در يك كره دباي (ND ) بايد خيلي بزرگتر باشد.

حاصلضرب فركانس نوسانات نوعي پلاسما ( W ) در زمان متوسط بين برخوردهاي انجام شده با اتمهاي خنثي ( t ) بايد بزرگتر از يك باشد.

كاربردهاي فيزيك پلاسما

- تخليه هاي گازي :

قديميترين كار با پلاسما ، مربوط به لانگمير ، تانكس و همكاران آنها در سال 1920 ميشود. تحقيقات در اين مورد ، از نيازي سرچشمه ميگرفت كه براي توسعه لوله هاي خلائي كه بتوانند جريانهاي قوي را حمل كنند، و در نتيجه ميبايست از گازهاي يونيزه پر شوند احساس ميشد.

- همجوشي گرما هستهاي كنترل شده:

فيزيك پلاسماي جديد ( از حدود 1952 كه در آن ساختن راكتوري بر اساس كنترل همجوشي بمب هيدروژني پيشنهاد گرديد، آغاز ميشود.

- فيزيك فضا:

كاربرد مهم ديگر فيزيك پلاسما ، مطالعه فضاي اطراف زمين است. جريان پيوستهاي از ذرات باردار كه باد خورشيدي خوانده ميشود، به مگنتوسفر زمين برخورد ميكند. درون و جو ستارگان آن قدر داغ هستند كه ميتوانند در حالت پلاسما باشند.

- تبديل انرژي مگنتو هيدرو ديناميك ( MHD ) و پيشرانش يوني:

دو كاربرد عملي فيزيك پلاسما در تبديل انرژي مگنتو هيدرو ديناميك ، از يك فواره غليظ پلاسما كه به داخل يك ميدان مغناطيسي پيشرانده ميشود، ميباشد.

- پلاسماي حالت جامد :

الكترونهاي آزاد و حفرهها در نيمه رساناها ، پلاسمايي را تشكيل ميدهند كه همان نوع نوسانات و ناپايداريهاي يك پلاسماي گازي را عرضه مي دارد.

- ليزرهاي گازي:

عاديترين پمپاژ ( تلمبه كردن ) يك ليزر گازي ، يعني وارونه كردن جمعيت حالاتي كه منجر به تقويت نور ميشود، استفاده از تخليه گازي است.

- شايان ذكر است كه كاربردهاي ديگري مانند چاقوي پلاسما ، تلويزيون پلاسما ، تفنگ الكتروني ، لامپ پلاسما و غيره نيز وجود دارد كه در اينجا فقط كاربردهاي پلاسما در حالت كلي بيان شده است.

منبع : دانشنامه رشد

 
Copyright © 2003-2005 by HUPAA, All rights reserved. www.hupaa.com

استفاده از مطالب هوپا با ذكر عنوان منبع اصلي و نقل از هوپا مجاز مي باشد.

Web master: Ashkan Arefi ashkan@arefi.ir


 

جمشید مختاری

پيام هاي ديگران ()

چهارشنبه ٢۱ دی ،۱۳۸٤

فيزيک وفلسفه

9

 

 

فيزيك و فلسفه

فيزيك علمي است كه روابط رياضي يك پديده را كه خاصيت تكرار داشته باشد بصورت يك قانون بيان مي كند هر چند ممكن است تعاريف متفاوتي از فيزيك ارائه داد ولي مهم آن است كه علم فيزيك در مورد روابط بين اشياء مادي بحث مي كند.

ابتداي فلسفه فيزيك

فلسفه ، اين دانش در پي توضيح اصل پديده هاست هر چند در تعريف فلسفه بزرگان زيادي اظهار نظر كرده اند مي توان اين تعريف هگل را ذكر كرد(فلسفه تحقيق اشياء به انديشه و ديده خرد است) شايد بتوان گفت فلسفه روشني بخش راهي است كه دانش در آن طي مسير مي كند و به همين دليل علم و فلسفه رابطه اي بسيار نزديك و پيوسته براي درك جهان دارند اگر كل دانش را يك خط فرض كنيم تا جايي كه مربوط به امور ماده و اشيا مي شود را علم مادي و از آن به بعد كه در وراء ماده است را ماوراء ماده يا متافيزيك گويند با اين مقدمه نظرات فلسفي كه توسط فيزيكدانان مطرح شده است را به طور مختصر مرور مي كنيم. بسياري از دانشمندان اعصار گذشته از فلاسفه زمان خود بودند و تقريباً در تمام علوم زمانه خود احاطه داشتند در تاريخ مرداني از علوم مادي بودند كه در عين حال دلمشغولي فلسفي نيز داشتند و سعي مي كردند ديدگاه فلسفي خود را با پيشرفت علوم همزمان سازند خوب برگرديم به زمان خلق فيزيك به صورت كلاسه شده كه از زمان گاليله و اسحاق نيوتن آغاز شد هنگامي كه اسحاق نيوتن اصل جاذبه عمومي و گرانش را بنيان نهاد پرسشهايي در مورد عليت مطرح شد از جمله اگر علت وزن جاذبه است پس علت جاذبه چيست؟ هر چند اسحاق نيوتن در جواب مي گفت اگر ما با ديدن چرخ دنده هاي ساعت به طرز كار آن پي ببريم ولي شناختي از نيرويي كه باعث نوسان آونگ آن مي شود نداشته باشيم همين پيشرفت خود گامي به جلو است و سعي مي كرد از حيطه اي كه منجر به سئوالات فلسفي مي شود دوري كندپس از موفقيت كارهاي گاليله و اسحاق نيوتن ديگاه مكانيكي جهان بسيار رونق گرفت ظاهرا با در نظر گرفت هر سيستم به صورت يك دستگاه و بكار بردن قوانين اسحاق نيوتن مي توانستند علت حركات و واكنشهاي آن را توضيح دهند و اين خود سرآغاز پرسشهايي در مورد موجبيت (جبر و اختيار)شد آيا انسان موجودي داراي اراده است و يا موجودي محكوم به قوانين مكانيكي است تصور مكانيكي كه بعد از قرن هفدهم با قوانين اسحاق نيوتن حمايت مي شد تصويري كاملا مكانيكي از جهان ترسيم مي كرد به طوري كه لاپلاس در جايي مي گويد اگر رياضيدان نابغه اي پيدا شد كه بتواند تحولات تك تك ذرات يك سيستم را محاسبه كند مي تواند پيش بيني كند كل سيستم در لحظه بعد به چه صورت خواهد بود البته تفكر ماشيني فهم بسياري از مسائل طبيعت را فراهم آورد و در قرن هفدهم مكانيك نيوتني زير بناي فلسفه مادي به رهبري هابز بود در اين طرز تفكر انسان را همانند ماشيني تصور مي كردند كه بدني از ماده دارد حتي احساساتش را ناشي از حركت مكانيكي ذرات بدنش مي دانستند و كل جهان مانند ماشين عظيمي شباهت مي يافت كه هر كس در جاي خود مانند چرخ دنده هاي ساعت مشغول كار مي شد و هيچ اختياري از خود نداشت و مسئول هيچ يك از اعمال خود نبود چون از خود اراده اي نداشت در اين صورت آنچه را كه ما از آن احساس به اراده مي كنيم چيست؟

فلسفه فيزيك از ديدگاه فيلسوفان

دكارت مي گفت :محقق است كه خدا قبلا همه چيز را مقدر كرده است و قدرت اراده فقط ناشي از اينست كه ما به قسمي عمل مي كنيم كه از نيروي خارجي كه به سبب آن مجبور به عمل خاصي هستيم آگاه نمي باشيم. دنياي جديدي كه گاليله و نيوتن.. ساخته بودند حتي عامه مردم را درگير خود كرده بود هرچند مردم بصورت فطري از آن سر باز مي زدند و آن را قبول نداشتند آنها اراده مي كردند و به مقصود مي رسيدند در واقع فيزيك كلاسيك از طرز تفكر موجبيت (دترمي سيسم ) دفاع مي كرد و پايه استدلالات آن بر پايه منطق رياضي بود و ظاهرا چاره اي جز قبول موجبيت در طبيعت نبود امانوئل كانت براي رفع اين مشكل در مورد آزادي اراده مي گويد اگر عالم فقط همين است (كه مي بينيم) در اين صورت بديهي است كه اراده نميتواند آزاد باشد يعني كه چيزي را كه مي بينيم شايد چيزي نباشد كه در واقع هست همان مثال مشهور غار افلاطون كه كساني كه در زنجير شده اند سايه ها را واقعيت مي شمارند و نمي دانستند كه سايه ها فقط سايه اي از واقعيت هستند! كانت بدين صورت عقيده خود را بيان مي كند كه پديده ها فقط نشانه ها و نمايشهايي از حقيقت مطلق هستند نه خود حقيقت و استدلال مي كند كه منشاء اصلي آنها بايد در جايي غير از اين عالم پديده ها باشد بطوري كه هر چند يك پديده با پديده ديگر رابطه علت و معلول داشته باشد ضرورتي براي قبول عليت بين توليد كنندگان آن پديده نباشداگر، توجه خود را به پديده ها معطوف كنيم ظاهرا قوانين ماشيني و جبر درست هستند و اگر بتوانيم با حقيقتي كه اساس و اصل پديده ها ست تماس حاصل كنيم شايد ببينيم كه چنين قانوني وجود ندارد كانت در ادامه مي گويد هدفش اثبات آزادي اراده نبود بلكه فقط مي خواست اين مسئله را حل كند كه حداقل طبيعت و آزادي متضاد هم نيستند البته آنان سعي مي كردند آزادي اراده را به اثبات برسانند هر چند بطور كامل موفق نشدند مكانيك نيوتني توسط فرمولهاي رياضي پايه ريزي شده بود و ظاهرا شكست ناپذير بنظر ميرسيد اما پس از مدتي مشخص شد آنگونه كه در ابتدا فكر مي كردند نمي توانند تمام پديده ها را توجيه كنند از جمله خواص نور كه خاصيت دوگانه اي از خود نشان مي داد هم عصر نيوتن، هويگنس از لحاظ هندسي ثابت كرد كه نور داراي خاصيت موجي است هر چند بعضي از پديده ها با در نظر گرفتن خاصيت ذره اي نور قابل توجيه بوده با اين حال در پديده ها يي مانند تداخل و پراش نظريه ذره اي دچار مشكل مي شد و در عوض نظريه موجي به طور كامل آنها را توجيه مي كرد.

فيزيك كلاسيك از ديدگاه فلسفه

فيزيك كلاسيك با اين تناقضات وارد مرحله جديدي مي شد اوايل قرن بيستم مصادف شد با چند انقلاب فكري در محدوده ها ي مختلف فيزيك از ذرات زير اتمي تا كهكشانها دستخوش تحولات جدي گشت نظريه كلاسيك در مورد اثر گذاري دو جسم متحرك از راه دور فرض مي كرد كه در تمام فضا ماده اي به نام اتر وجود دارد و سرعت نور را نيز بي نهايت فرض مي كرد اثبات عدم و جود اتر و آزمايشهايي كه براي آشكارسازي اتر صورت گرفت دانشمندان را متقاعد كرد كه اتر اصلا و جود خارجي ندارد و با عث شد ديدگاهي كامل تر از نظريه كلاسيك شكل گيرد، نظريه جديد نسبيت انيشتن كه با فرض و اثبات متناهي بودن سرعت نور توانست بسياري از تناقضات را حل كند.يكي از مسائلي كه مكانيك كلاسيك نمي توانست آن را توضيح دهد پديده تشعشع بود كه پاسخ به آن منجر به پيدايش حوزه جديدي در دنياي اتمي شد اين انقلاب جديد انقلاب مكانيك كوانتومي بود نام ماكس پلانك خود را در اين تحولات نشان مي دهد كه تابش را نيز چيزي مادي فرض كرد كه از اتمها تشكيل شده بودند او پديده تشعشع را همانند رگباري از انرژي تصور كرد و آنرا منقطع دانست كه اين مقادير جداي انرژي تابش را كوانتوم ناميد. تئوري او چند سال بعد توسط انيشتين فرمول بندي شد و به طور عملي در آزمايش فوتو الكتريك به اثبات رسيد و از اين رهگذر مفهوم فوتون وارد فيزيك شد. بعد از شكل گيري مكانيك كوانتومي كه افرادي مانند هايزنبرگ و بور در آن نقش اساسي داشتند و تحولات فيزيك جديد باعث نگرشهاي جديدي شد تصويري كه ما از طبيعت داريم تنها جزئي از حقيقت است كه بصورت قابل فهم مي توانيم تصور كنيم در فيزيك جديد دو تصوير جزئي از طبيعت وجود دارد تصوير جزئي و تصوير موجي كه هر كدام براي خود اهميت دارند مثلا براي فهم پديده فوتوالكتريك از تصوير ذره اي استفاده مي كنيم يا براي فهم پديده تداخل از خاصيت موجي استفاده مي كنيم آيا طبيعت با اين دوگانگي قابل فهم است؟ در اينجا مي خواهم مثال تاريخي در مورد دوگانگيهاي قوانين ساخته شده بدست بشر را يادآور شوم حركات اجرام آسماني همواره جالب بوده است و بطلميوس در دوران زمين مركزي توانست با فرض اينكه زمين مركز جهان است با دقت خوبي مدارات سيارات و زمان طلوع و غروب آنها را محاسبه كند. قرنها بعد كوپرنيك ادعا كرد كه زمين مركز جهان نيست و مانند ذره اي كوچك همانند سيارات ديگر گرد خورشيد مي گردد اين نظريه نيز توانست با دقت حركت اجرام سماوي را پيشگويي كند پس دو سيستم كه هر دو نتايج تقريبا يكساني دارند در دست داشتند ولي كدام يك حقيقت را پيش بيني مي كرد؟ اگر هر دو به يك صورت زمان بر آمدن سياره اي را پيشگويي مي كنند كداميك بر ديگري ترجيح دارد؟

اگر هدف علم فقط پيشگويي وقايع آينده بصورت يك قانون باشد در آن صورت نمي توان يك قانون را واقعيت بيروني اشياء دانست شايد گفته انيشتين در مورد قوانين فيزيك جالب باشد كه مي گفت :قوانين فيزيك بايد ساده باشند .پس اگر دو نظريه كه نتايج معادلي داشته باشند در دست داشته باشيم آنكه ساده تر است قابل قبول تر است اين نشان مي دهد كه دانش هيچگاه نمي تواند ادعا كند آنچه را كه بيان مي كند حقيقت مطلق است.

لاپلاس گفته بود اگر حالت فعلي تك تك ذرات را بدانيم حالت بعدي آن را مي توانيم محاسبه كنيم كه اين به نوعي بيان قانون عليت است و مكانيك كلاسيك عليت را به وضوح نشان مي دهد اما فيزيك جديد و اصل عدم قطعيت هايزنبرگ در مكانيك كوانتومي بيان مي كند كه ما زمان حال يك ذره را هم نمي توانيم با دقت تعيين كنيم پس پيشگويي بعدي ما نيز نمي تواند دقيق باشد و نيز مي گويد ما تنها مي توانيم شناختي صرفا آماري داشته باشيم و آينده اي كه پيش بيني مي كنيم نيز آماري خواهد بود و هيچگاه نمي توانيم با دقت آينده را پيش بيني كنيم براي مثال اگر بخواهيم جاي يك الكترون را دور هسته بدانيم بايد دسته نوري كه خود داراي انرژي هستند از آن بازتاب كند و چون الكترون كوچك است پس بايد نوري با طول موج كوتاه را مورد استفاده قرار دهيم يعني هر چقدر بخواهيم دقيق تر باشيم، بايد طول موجها كوتاهي بكار ببريم كه خود داراي انرژي بيشتري هستند و باعث انحراف الكترون از مسير قبلي آن مي شوند بعبارتي مي توان گفت هر تلاش براي شناخت دقيق(البته از نقطه نظر ما) جهان به عامل مزاحمي بر مي خورد كه فقط اجازه مي دهد شناخت نسبي از آن كسب كنيم هر چند بعضي ها عدم قطعيت را قبول ندارند و مي گويند كه اين بخاطر جهل ماست با اين حال فيزيك جديد در مورد موجبيت نظرات جديدي ارائه كردند بورن در كتاب فلسفه طبيعي علت و شانس مي نويسد شكي نيست كه فرماليزم مكانيك كوانتومي و تعبير آماري آن در تنظيم و پيش بيني تجارب فيزيكي خيلي موفق بوده اما آيا اشتياق به فهم و توضيح اشياء را مي توان با نظريه اي كه وضوحا و بي پروا آماري و غير موجبيتي است ارضا كند آيا، مي توانيم به قبول شانس و نه علت به عنوان قانون متعالي جهان فيزيكي راضي باشيم. به اين سئوال جواب اينست كه عليت به مفهوم درست آن حذف نمي شود بلكه تنها تعبير سنتي از آن كه با دترمي سيسم (جبرگرايي ) تطبيق مي كند حذف ميشود…عليت در تعريف، اين اصل است كه يك واقعيت فيزيكي بستگي به ديگري دارد و كاوش حقيقي كشف اين و ابستگي است و اين هنوز در مكانيك كوانتومي صادق است گرچه اشيا مورد مشاهده كه براي آنها اين وابستگي ادعا مي شود متفاوتند، اينها احتمالات حوادث بنيادي هستند و نه خود حوادث فردي .

نظر انيشتين در مورد مكانيك كوانتومي

آلبرت انيشتين با مكانيك كوانتومي كاملا موافق نبود او معتقد بود يك نظريه كامل بايد خود رويداد ها را توصيف كند نه فقط احتمال آنها را او مي گويد: من ناچارم اعتراف كنم كه براي تعبير آماري ارزشي گذرا قائلم من هنوز به امكان ارائه طرحي از واقعيت يعني نظريه اي كه بتواند خود اشياء را نمايش بدهد،نه فقط احتمال آنها را ايمان دارم. انيشتين تا زمان مرگش حاضر به قبول مكانيك كوانتومي نشد.

منبع : دانشنامه رشد

 
Copyright © 2003-2005 by HUPAA, All rights reserved. www.hupaa.com

استفاده از مطالب هوپا با ذكر عنوان منبع اصلي و نقل از هوپا مجاز مي باشد.

Web master: Ashkan Arefi ashkan@arefi.ir


 

جمشید مختاری

پيام هاي ديگران ()

چهارشنبه ٢۱ دی ،۱۳۸٤

تاريخچه فيزيک

10

 

فيزيك در گذار زمان

تاريخچة مختصر فيزيك

ماقبل تاريخ

همانطور كه متقدمين از روي تجربه و امتحان به خواص باطني پاره‌اي از اجسام بي‌پرده و از تركيب مواد به وسايل مختلف (تشويه، تكليس، تقطير و غيره) مواد شيميائي بدست آورده و براي علماي شيمي جديد مايه‌اي درست كرده‌اند، همينطور هم تحقيق در خواص فيزيكي اجسام از مسائل تازه نيست و از قديم الايام انسان درصدد كشف آنها بوده و از توجه به تغييرات و خواص ظاهري به بعضي اصول و قواعد فيزيكي پي برده و فيزيك جديد در حقيقت مولود توجهات و تحقيقات متقدمين مي‌باشد.

مثلاً‌ تالس كه قديمي‌ترين و معروفترين حكماي سبعه است و تقريباً در شش قرن قبل از ميلاد مي‌زيسته محقق ساخت كه از مالش كهربا خاصيتي در آن به ظهور مي‌رسد كه اجسام سبك را جذب مي‌كند، همچنين فيثاغورث حكيم و رياضي‌دان معروف يوناني و شاگردهايش به پاره‌اي مسائل و قضاياي صوت پي برده بودند. (اين دانشمند اول كسي است كه زمين را متحرك مي‌دانست).

ارسطو نيز در چهار قرن قبل از ميلاد تئوريهاي دقيقي در باب كائنات الجو (از قبيل جرثقيل، منجنق، ميزان‌الغلظة و پيچ (پيچ ارشميدس Vis sans pin) را اختراع نموده.

البته موضوع محاصرة سيراكوز را به توسط روميان و سه سال مقاومت اهالي آن شهر را به وسيله نقشه‌هاي ارشميدس اغلب در تاريخ ديده‌ايم. گويند يكي از وسايلي كه ارشميدس براي دفاع از وطن خود بكار مي‌برد اين بود كه به وسيله آئينه‌هاي مقعر اشعه آفتاب را جمع كرده به جانب كشتيهاي دشمن منعكس مي‌ساخت وبدين‌وسيله آنها را آتش مي‌زد.

همچنين قانوني را كه راجع به «اجسام مرتمسة در مايعات» وضع كرده از قوانيني است كه به وسيلة اتفاق غريبي به كشف آن نائل شده است:

هيرن پادشاه سيراكوز به زرگري دستور داده بود كه تاجي از طلاي خالص براي او بسازد، زرگر در ساختن تاجي تقلب كرده مقداري نقره با آن ممزوج كرده و نزد هيرن بود. اتفاقاً پادشاه به زرگر ظنين شد و براي اطمينان خاطر خود ارشميدس را بطلبيد و او را مأمور تحقيق خلوص يا عدم خلوص تاج نمود. ارشميدس مدتها در اين باب فكر مي‌كرد ولي راه‌حلي به نظرش نمي‌رسيد تا روزي كه به حمام رفته بود در خزينه آب احساس كرد كه دست‌ها و پاهايش سبكتر به نظرش مي‌آيد.

اين مسئله كوچك روزنة اميدي براي او پيدا و بدين‌وسيله به كشف حقيقت بزرگي نايل گرديد. معروف است كه در اثر حالت غيرطبيعي كه از اكتشاف مزبور براي ارشميدس دست داده بود با همان حال برهنگي از حمام خارج و دوان دوان به جانب خانه سلطان روان گرديد و فرياد مي‌زد: Eureka! Eureka يعني يافتم، يافتم . در واقع هم وسيله كشف تقلب زرگر را از روي كشف قانون كلي «تعيين وزن خالص مخصوص اجسام نسبت به آب» پيدا كرده بود.

قانوني را كه ارشميدس به وسيلة فوق موفق به كشف آن گرديده موسوم به D’Archimede Principle و به قرار ذيل مي‌باشد:

بر كليه اجسام مرتمسه در سيال (مايعات و گازها) فشاري از تحت به فوق وارد مي‌آيد كه مقدار آن مساوي است با وزن سيال تغيير مكان يافته.

بالاخره بطليموس (قرن دوم ميلادي) منجم و رياضي‌دان يوناني نيز تحقيقات عميقي راجع به نور كرده و كتاب نفيسي در اين مبحث از خود باقي گذارده است.

پس از بطلميوس تحقيقات فيزيكي تا قرن 13 ميلادي متوقف شد و حتي مي‌توان گفت كه رو به انحطاط گذارد. فقط عده‌اي از قبيل جابر و محمدبن موسي در اين رشته زحماتي كشيده و اطلاعات قابل توجهي كسب كرده بودند.

قرون وسطي

اما تحصيل فيزيك در كشورهاي غربي از قرون سيزدهم شروع مي‌شود علماي معروف اين علم در اين قرن عبارتند از: راجر بيكن و آلبرت كبير.

در اين عصر دو اختراع مهم بعمل آمد:

يكي آئينه‌هاي صيقلي و ديگري عينك (Salvino Degli-Armati)

در قرن چهاردهم استعمال ))قطب نما تعميم يافت. قرن پانزدهم راجع به ««فيزيك تقريباً چيز مهمي ندارد.

بالعكس در قرن شانزدهم مخصوصاً مباحث ثقل و نور و مغناطيس رو به كمال رفته‌اند. در اين زمان فراسكاتور (ايتاليائي) قانون تركيب قوه، را وضع كرد،‌ Gardon رياضيات را با فيزيك مربوط ساخت، Moralyeus عمل زجاجيه چشم را به واسطة آثار عدسيها به مورد تجربه گذارد.

جانسن ))ميكروسكپ را اختراع «1590» و روبرت ««نورمن انگليسي ميل مغناطيسي را تعيين نمود. بالاخره ژيلبرت اولين تجارت علمي الكتريكي و مغناطيسي را در كتاب معروف خود (Magnete)تدوين و منتشر ساخت.

فيزيك جديد

پاية فيزيك جديد در قرن هفدهم به توسط گاليله گذارده مي‌شود؛ اين ))دانشمند شهير ايتاليائي متولد شهر پيزا رفته بود اتفاقاً چشمش به قنديلي مي‌افتد كه به سقف آويزان بود و آهسته نوسان مي‌كرد چون خوب متوجه شد ديد: نوسانات كه رفته رفته از وسعت خود مي‌كاستند زمانشان پيوسته تغيير ناپذير مي‌ماند _ بدين طريق قانون متحدالزمان بودن «Lsoc hronisme » نوسانات كوچك پاندول را كشف و بعد هم بلافاصله مورد استعمال آن براي تنظيم ساعتهاي ديواري از نظرش خطور كرد.

دماسنج، ترازوي آبي و دوربين نجومي از اختراعات و اصول ««ديناميك جديد و عده‌اي از قوانين نقل از كشفيات اومي‌باشد.گاليله نه تنها فيزيكدان«« معروفي بوده بلكه در ««رياضيات و نجوم مقامي بس ارجمند داشته. اين دانشمند درسال 1609 اولين دوربين نجومي را در شهر ونيز بنا نهاد و به وسيلة آن حركت ماه را بدور محور خود مشاهده كرد.

رصدهاي دقيق گاليله او را به سلسله هيئت كپرنيك هدايت نمود و به عكس نظر به قدما كه زمين را مركز عالم سماوي مي‌دانستند ثابت كرد كه مركز عالم شمسي آفتاب است نه زمين. بيان اين نظريه در آن زمان در ايتاليا كه به منزلة كفر و زندقه محسوب مي‌شد و بخصوص دربار رم با اين نظر بشدت مخالفت كرده و گاليله را وادار كردند سوگند ياد كند ديگر به اظهار چنين نظريه‌اي زبان نگشايد‌، گاليله نيز خواهي نخواهي قبول كرد ولي در سال (1632) در مراجعت به فلورانس كتابي تدوين و در آن جميع ادله و براهين خود را در موضوع سلسلة هيئت مزبور بيان نمود.

باري دانشمند ايتاليائي براي صرف اظهار حقيقت اواخر عمر را بطور نيمه اسير و شديداً تحت نظر انگيزيسيون مي‌زيسته تا اينكه بالاخره در سال (1642) زندگاني را بدرود و خود را از شر دشمنان علم و حقيقت آسوده ساخت.

اگر چه مخترع دماسنج گاليله مي‌باشد ولي نقطه ذوب يخ را براي صفردماسنج (Hooke) قرار داد و ثبوت نقطه جوش آن را Halley تعيين كرد. بالاخره دماسنجي كه صعود منظم درجات حرارت را نشان دهد به توسط Renaldini ساخته شد.

دكارت قوانين انكسار و تئوري رنگين كمان را بنا نهاد. توريچلي ميزان الهوا را ساخت كه پس از او پاسكال آن را براي اندازه‌گيري ارتفاعات بكار برد. تحقيقات و تجسساتي كه پاسكال در تعادل مايعات كرد او را به اختراع منگنه آبي راهنما شد.

در همين دوره آكادمي دل سيمانتو Academie Del cimento كه لئوپلد دومديسي در فلورانس تشكيل داده بود كمك زيادي به پيشرفت شاخه هاي گوناگون فيزيك نمود.

چندي بعد در فرانسه نيروي جاذبه را اندازه گرفتند و مقدار (G) تصحيح شد (81/9متر) مجدداً اسحاق نيوتن بعد از شنيدن اين خبر به خيال اول خود رجوع نموده و آن را موضوع حساب قرارداد، گويند در اواخر همين كه ديد نتيجه موافق پيش‌بيني اوست از فرط شعف نتوانسته محاسبه را به اتمام رساند.

اسحاق نيوتن به واسطه استدلال رفته رفته به كشف اين قانون كلي نايل شد: هر دو ذره مادي يكديگر را به نسبت معكوس مجذور فاصله و مقدار جرمشان جذب مي‌كنند.

خلاصه اين عالم شهير به واسطه اكتشافات و اختراعات خود يك روح جديد به فيزيك (بخصوص مبحث نور) بخشيد. حلقه‌هاي رنگين (Anneaux colrees) و تجزيه نور بالون اصليه آن از اكتشافات و تلسكوپ آئينه‌دار از اختراعات او است.

رمر (Ronmer) سرعت نور را اندازه گرفت و ماريت (فرانسوي) و بويل (Boyle) (انگليسي) قانون فشار گاز را وضع كردند.در درجه حرارت ثابت حجم هر بخار يا گاز با فشار ي كه بر آن وارد مي‌آيد نسبت معكوس دارد .

بويل ماشين تخليه هوا را كه Otto de Cueriche قاضي عدليه شهر ماگدبورگ اختراع كرده بود تكميل نمود. بالاخره اولين طرح ماشين بخار به توسط Papin ريخته شد.

اگر چه قرن هجدهم براي فيزيك بدرخشندگي قرن هفدهم نمي‌باشد ولي به هرحال آن را قرن بي‌ثمري هم نمي‌توان ناميد.

در اين قرن صوت بر روي مباني محكم قرار گرفت: قانون تارهاي مرتعشه را سوور طرح‌ريزي، و تايلر(Taylor) و (Bevnoulli) و Euler و (D’Alambtrt) تكميل كردند.

دوفه جذب و دفع‌هاي الكتريكي را تحت تحقيق درآورد. دوفه مي‌گويد:

''من در تجربيات خود قانوني يافتم كه غالب مشكلات را حل مي‌كند و تا درجه‌اي راه تاريك را روشن مي‌سازد.

اجسام الكتريزه هر چيز غير الكتريك را جذب مي‌كنند و چون الكتريزه شدند دفع مي‌نمايند و تا طلائي را بدوا لوله بلوري الكتريزه جذب مي‌كند ولي فوراً دفع مي‌نمايد و تا هنگامي كه ورقه طلا مجاور جسم ديگري نشود تا الكتريسته آن را خارج شود جذب نمي‌گردد.''

علاوه بر اين دفع الكتريسته را به دو بخش نموده و مي‌گويد:

اتفاق به من قانون عمومي‌تر و مهمتري آموخت و در الكتريسته تغييري كامل داد و آن اين است كه الكتريسته دو نوع است كه من يكي را شيشه‌اي و ديگري را سقزي مي‌نامم. خواص دو نوع الكتريسته مزبور اين است كه دو الكتريسته هم جنس يكديگر را دفع و دو الكتريسته مختلف‌ همديگر را جذب مي‌نمايند. بلور‌، سنگ، سنگهاي بزرگ، پشم و بسياري از اجسام ديگر جزء نوع اول و كهربا، سقزها، ابريشم، نخ، كاغذ و غيره، جزء نوع دوم مي‌باشند.

بعد قوانين و اصول كولن در خصوص جذب و دفع باعث شد كه الكتريسته تحت محاسبات دقيق درآيد.

گري ثابت كرد كه بدن انسان را مي‌توان الكتريزه نموده و دوفه در تجربه‌اي كه همه تماشاچيان را مبهوت ساخت از بدن انسان جرقه درآورد. در سقف اطاق خود چند ريسمان ابريشمي مي‌آويخت و در زير آن چيزي گهواره مانند بسته در آن مي‌خوابيد خود را با ميله كلفت بلوري الكتريزه مي‌نمود و چون كسي دست به طرف او دراز مي‌كرد از بدنش جرقه مي‌جست اولين دفعه‌اي كه دوفه اين تجربه را نمود موجب تعجب بسيار شاگرد خود آبه نله كه بعدها عالم مشهوري شد گرديد. آبه نله مي‌گويد «هيچوقت تعجبي را كه از رويت جهش جرقه از بدن انسان برايم دست داد فراموش نمي‌كنم». خلاصه كارهاي دوفه به تجسسات بي‌فايده علما خاتمه داد و از آن بعد الكتريسته وارد تاريخ تازه‌اي گرديد.

Muschenbroech بطري ليد را اختراع كرد (1743) و فرانكل شباهت تخليه الكتريكي و صاعقه را نشان داد و در نتيجه برق گير را براي حفظ ساختمان از برق اختراع نمود. تجربه گالواني، ولتا را به اختراع پيل (1800) يعني اساس الكتريسته جاري هدايت كرد و آن به قرار ذيل است:

ابتدا ستون فقرات ناحيه قطني قورباغه‌اي را به دو قسمت كرده فوراً قسمت تحتاني را پوست مي‌كنند بعد مابين دو عصب قطني را كه در طرفين ستون فقرات مثل رشته‌هاي سفيدي به نظر مي‌آيند مفتولي از مس داخل مي‌كنند سر ديگر مفتول وصل به مفتول ديگرست كه از روي ساخته شده، هر وقت سر مفتول مسي را به اعصاب قطني وسر مفتول رويي را به عضلات يكي از پاي قورباغه وصل كنيم پاهاي حيوان تا شده و تكان مي‌خورد و هر دفعه كه اين دو مفتول را مجاور آن دو عضو كنيم اين اثر تجديد مي‌شود: اين دو فلز «مس و روي) كه به شكل قوسي ساخته شده‌اند براي جريان الكتريسته با بدن قورباغه تشكيل مدار مي‌دهد.

بايد دانست كه مبحث مغناطيس الكتريك نتيجه اكتشافات دو عالم سابق الذكر يعني ارستد و آمپر مي‌باشد و همانطور كه نام اين دو دانشمند در يك موقع و يك عصر و يك مبحث برده شده همانطور هم جهات تشبيه در بسياري از مباحث بين ايشان موجود بود: اولاً هر دو معاصر بوده تولدشان دو سال و وفاتشان يك سال با يكديگر فرق داشته‌، ثانياً آمپر فقط يكسال بيش از ارستد عمر كرده (عمر آمپر 75 و عمر ارتسد 74 سال است). ثالثاً هر دو در ابتداي تحصيل در نهايت فقر و پريشاني بسر مي‌بردند و به خرج و كفالت اولياي ديگر و معلمين خود تحصيل را تكميل كردند. رابعاً ارتسد در عنفوان جواني اشعاري مي‌سرود كه چندان بي‌اهميت نبوده آمپر نيز قطعات نظمي گفته كه بعضي از آنها را آراگو و ديگران ضبط كرده‌اند. پنجم آمپر فيلسوف و حكيم نيز بوده و ارستد هم فلسفه و حكمت را نزد بزرگترين فلاسفه يعني كانت آموخته و از اين علم نيز بهره كافي داشت، ششم در باقي علوم نيز با يكديگر شباهت داشته باشند.

فاراده (Faraday) ابتدا الكتريسيته را بنا نهاد، اصول گالوانوپلاستي را ژاكبي اهل پتروگرادواسپنسر اهل لندن وضع الكينگتن و روالتس را مطلاكاري بكار بردند.

گالوانوپلاستي صنعتي است كه توسط تجزيه الكتريكي فلزات را در قالب مخصوص رسوب و مورق مي‌كنند به نحوي كه به جدار آن نچسبد و خود تشكيل شكل دروني قالب را بدهد. چنانكه سابقاً ذكر شد آمپر عمرش وفا نكرد و بعد از او به نتيجه رسيدند چنانكه آراگو قانون او را تكميل كرده و تعميم داد و گوس يكي از بزرگترين ستاره شناسان و رياضي دانان آلمان اختراع تلگراف را تكميل كرده و بعدها طبيعي‌دان آمريكائي موسوم به مرس الفبائي براي تلگراف درست كرده دستگاه آن را ساخت و دستگاه تلگرافي وي كه به تلگراف مرس موسوم است هنوز در كليه كشورهاي معمول و مرسوم مي‌باشد. آراگو علاوه بر تكميل قوانين آمپر و ارستد اكتشافات و تحقيقات علمي ديگر هم كرده است منجم««له ثابت كرد كه در عالم خلاء وجود ندارد بلكه در تمام فضاي لايتناهي جسم سيال بسيار رقيقي موسوم به ««اتر موجود است كه در همه جا حتي در خلل و فرج اجسام جاي دارد و نيز اثبات نمود كه اجسام نوراني داراي ارتعاشات بسيار سريعي هستند و اثر اين ارتعاشات را با سرعت زيادي به ما منتقل مي‌كند. پس از تكميل تلگراف طولي نكشيد كه به واسطه تجربيات هرتز آلماني در خصوص انتشار امواج الكتريكي باب جديدي براي تلگراف بي‌سيم باز شد چنانكه پس از او ماركني ايتاليائي و برانلي فرانسوي تجربيات او را تعقيب و بالاخره تلگراف بي‌سيم را عمل كردند. در اينجا بي‌مناسبت نيست كه بطور اختصار شرحي از تاريخ تلگراف بيان شود. در قديم الايام بين چيني‌ها و يوناني‌ها و رومي‌ها مرسوم بود كه در اوقات جنگ براي اخبار يا استخبار از وضعيات دستجات قشون خود و يا دادن دستورات سوق الجيشي در بالاي برجهاي مخصوص ويا قلل تپسه‌ها و كوه‌ها آتش روشن مي‌كردند و به وسيله حركت دادن مشعل‌هاي بزرگ و علامات و اشاراتي كه قبلاً قرارداد كرده بودند مطالب خود را به طرف مقابل مي‌فهماندند. مردم گل مرسومشان اين بود كه از افراد خود به فواصل متساوي پست مي‌گذارند و اين مأموران كنايات در مورد قرارداد را فرياد كنان به پست‌ها مي‌رساندند.

پس از هجوم و استيلاي وحشيان و تا مدتي بعداز آن يعني تا قرن شانزدهم اين نوع علائم اخباري از بين رفت. از قرن شانزدهم به بعد مجدداً اين ترتيب مخابره شروع شد و تا قرن هجدهم ادامه داشت در اين قرن كلدشاپ مهندس و فيزيكدان فرانسوي يك دستگاه تلگراف هوائي اختراع كرد و اولين دفعه مجمع كنوانسيون آن را براي پيغام و اطلاع خبر فتح كننده اتريشي‌ها به كار برد. بالاخره پس از آنكه دامنه الكتريسته وسعت يافت، واسطة انتقال اخبار جريان الكتريسيته شد. اولين دستگاه تلگرافي دنيا در سال 1774م به توسط لزاژ فرانسوي در ژنو ساخته شد. هر دستگاه تلگراف (باسيم) شامل چهار قسمت است: اولاً يك منبع الكتريكي از قبيل پيل يا آكومولاتر، ثانياً يك دستگاه ارسالي خبر كه بتوان منبع الكتريك را به وسيله مفتول‌هاي فلزي (سيم) به پست مقابل مربوط ساخت بطوري كه تلگرافچي بتواند با اراده خود جريان را قطع و وصل كند. ثالثاً‌ سيم، واسطة ارتباط و هادي جريان الكتريسيته دستگاه ارسال است به دستگاه ضبط. چهارمً‌ دستگاهي براي ضبط خبر كه به توسط آلات مخصوص علامت و رموز را در روي نواري از كاغذ ثبت كند. سيمهاي تلگرافي بر سه نوعند: هوائي،‌ زيرزميني و زيرآبي سيمهاي هوائي _ زيرزميني و زيرآبي سيمهاي هوائي _ چون مقاومت سيمهاي مسي چندان زياد نيست و ممكن است زود بزود گسيخته شود لهذا سيمهاي هوائي را با آلياژهاي مسي مي‌سازند اين مفتولها به واسطه مقره‌هاي چيني به تيرهاي فلزي يا چوبي ثابت و در هوا نگاه داشته شده است. سيمهاي زيرزميني _ مركب است از چند مفتول مسي بهم پيچيده كه از يك ورقه ضخيم گوتاپيركا پوشيده و روي آنرا يك ورقه سرب كشيده‌اند. سيم‌هاي زيرزميني و زيرآبي _ اين نوع سيمها معمولاً مركبند از يك دسته هفت‌تائي مفتول مسي متصل به هم كه روي آن را با يك ورقه ضخيم از جسم عايقي پوشانده‌اند. اين ورقه عايق از سيمهاي فولادي مستور است و دور اين مفتولها نوار مارپيچي شكل علفي (از جنس شاهدانه) الوده به قطران پيچيده‌اند.

منبع : دانشنامه رشد

 
Copyright © 2003-2005 by HUPAA, All rights reserved. www.hupaa.com

استفاده از مطالب هوپا با ذكر عنوان منبع اصلي و نقل از هوپا مجاز مي باشد.

Web master: Ashkan Arefi ashkan@arefi.ir


 

جمشید مختاری

پيام هاي ديگران ()

چهارشنبه ٢۱ دی ،۱۳۸٤

منابع جديد انرژی

11

 

 

نگاهي به جديدترين طرح توليد انرژي در قرن بيست و يكم



امروز سوخت و انرژي در دنيا به چند دسته كلي تقسيم مي شوند. سوخت هاي فسيلي و سوخت هاي غيرفسيلي و انرژي هاي تجديد پذير و غيرقابل تجديد.

سوخت هاي فسيلي عبارتند از: نفت، گاز و زغال سنگ كه با اكسيژن هوا تركيب مي شوند و ايجاد انرژي به شكل حرارت مي كنند. اين سوخت ها در مقايسه با سوخت هاي ديگر انرژي كمتر توليد مي كنند. مثلاً يك كيلوگرم زغال سنگ حدود 8 كيلووات ساعت انرژي توليد مي كند و يك كيلوگرم نفت حدود 12 كيلووات ساعت انرژي توليد مي كنند. اين سوخت ها آلوده كننده محيط زيست نيز هستند.

به علاوه جزء ذخاير غيرقابل تجديد بوده و داراي مشكلات زيادي در حمل و نقل ايمني نيز هستند. مانند گازگرفتگي (خفگي) يا توليد گاز سمي منوكسيد كربن. دسته ديگر از سوخت ها شامل سوخت هاي هسته اي هستند مانند اورانيوم يا پلوتونيوم يا ايزوتوپ هاي هيدروژن مانند دوتريوم يا تريتيوم يا فلز سبك ليتيوم. اين سوخت ها در مقايسه با سوخت هاي دسته اول داراي امتيازات مثبت و منفي هستند. اول اينكه در اين سوخت ها بعضي ايزوتوپ ها توانايي توليد انرژي به وسيله تكنولوژي فعلي بشر را دارد مانند ايزوتوپ هاي كمياب اورانيوم 235 يا پلوتونيوم 239 يا اورانيوم 233 كه به اين ايزوتوپ ها شكاف پذير مي گويند. امتيازات اينها عبارتند از توليد مقادير زياد انرژي به وسيله حجم كم ماده سوختني. مثلاً از يك كيلوگرم اورانيوم 235 يا پلوتونيوم 239 مي توان مقدار 23 ميليون كيلووات ساعت گرما ايجاد كرد، اما مشكلاتي نيز دارند از آن جمله اين كه: غني سازي و توليد اين ايزوتوپ ها مشكلات و هزينه زيادي دارند. دوم اينكه، اين سوخت هاي هسته اي سنگين پس از توليد انرژي مقادير زيادي ايزوتوپ هاي پرتوزا از خود به جاي مي گذارند كه به زباله هاي هسته اي موسوم است.

اين زباله ها براي محيط زيست و سلامت افراد خطرناك هستند و بايد براي صدها سال در انبار هاي محكم نگهداري شوند تا راديواكتيو آن از بين برود. دسته ديگر از سوخت هاي هسته اي شامل عناصر سبك مانند دوتريوم يا تريتيوم يا ليتيوم هستند كه قرار است در راكتور هاي گداخت يا همجوش هسته اي توليد انرژي كنند. البته تاكنون از اينها در بمب هاي هيدروژني بهره برداري نظامي و تسليحاتي مي شد، اما براي توليد انرژي براي مصارف صلح آميز تكنولوژي راكتور هاي گداخت بايد تكميل شود، اين سوخت ها معايب و مزاياي فراواني دارند. اول توليد نوترون و تشعشعات نوتروني مي كنند كه بايد در راكتور هاي همجوشي هسته اي به نحوي جذب و كنترل شوند دوم اينكه تريتيوم نبايد از راكتور نشت كند زيرا يك ايزوتوپ راديواكتيو است.مزاياي اين سوخت ها عبارت از اين كه فراوان در دسترس هستند و دوم اينكه توليد انرژي زيادتري نسبت به اورانيوم يا پلوتونيوم مي كنند. مثلاً انرژي حاصل از گداخت هيدروژن به هليوم مساوي است با 177 ميليون كيلووات ساعت در صورتي كه انرژي حاصل از اورانيوم برابر است با 23000000 كيلووات ساعت. بنابراين يك كيلوگرم هيدروژن حدود 8 برابر يك كيلوگرم اورانيوم توليد انرژي مي كند.

انواع ديگر انرژي عبارتند از: انرژي خورشيدي، انرژي باد، انرژي زمين گرمايي و انرژي بيوگاز كه مشكل بزرگ اين انرژي تجديدپذير اينكه بازده انرژي اينها پايين است و دوم اينكه دائمي نيستند و سوم اينكه تكنولوژي بشر براي استفاده مقياس زياد از اينها تكميل نيافته است. ما در اين مقاله سعي مي كنيم جديدترين طرح توليد انرژي كه شايد يكي از منابع انرژي قرن 21 باشد را معرفي كنيم. اين طرح توليد انرژي عبارت از شتاب دهنده ذرات اتمي براي توليد انرژي زياد، عملكرد اين سيستم و دستگاه براساس استفاده از ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي براي شتاب دادن و كنترل ذرات باردار الكتريكي تا مرز سرعت نور است. اين سيستم ها قادر هستند سرعت الكترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتي ذرات تا اين حد شتاب يافتند سطح انرژي آنها چند ميليون برابر مي شود و داراي انرژي عظيم و فراواني مي شود. يك مثال نشان دهنده اين مطلب است، به عنوان مثال شتاب دهنده پروتون در آزمايشگاه فرمي آمريكا قادر است ذرات پروتون را تا يك تريليون الكترون ولت (Tev) شتاب دهد.

اگر ما به وسيله اين شتاب دهنده پروتون هاي يك گرم هيدورژن معمولي كه در آب زياد است را تزريق كنيم و شتاب دهيم انرژي پروتون ها برابر خواهد بود با انرژي 26 ميليارد كيلووات ساعت انرژي، كه مساوي است با انرژي توليد شده به وسيله شكافت حدود 1200 كيلوگرم اورانيوم يا 15 ميليون بشكه نفت. همه اين انرژي عظيم و غيرقابل باور فقط به وسيله شتاب دادن پروتون هاي يك گرم هيدروژن تا سطح انرژي يك تريليون الكترون ولت است. پس با اين محاسبات دانستيم كه شتاب دهنده ها داراي چه قدرت عظيمي هستند.

شتاب دهنده ها به چند دسته كلي تقسيم بندي مي شوند

1 - شتاب دهنده هاي خطي

2 - شتاب دهنده هاي مداري

3 - شتاب دهنده سيلكووترون

علاوه بر آن ساخت و نگهداري شتاب دهنده آسان و كم هزينه است. در ضمن مي توان اين سيستم هاي مولد را در ابعاد و مقياس هاي مختلف ساخت به عنوان مثال يك شتاب دهنده خطي كه طول آن 100 متر و ولتاژ آن 10 ميليون ولت است كه قادر است انرژي معادل يك گيگا (Gev) الكترون ولت توليد كند. اين انرژي معادل است با انرژي 26 ميليون كيلووات ساعت در هر ثانيه. اگر تنها موفق شويم 50 درصد انرژي اين شتاب دهنده را استفاده كنيم اين شتاب دهنده قادر است معادل 20 هزار نيروگاه اتمي در مقياس نيروگاه اتمي هزار مگاواتي نيروگاه بوشهر توليد انرژي كند. يعني قادر خواهد بود 20 ميليون مگاوات انرژي الكتريكي توليد كند.

علاوه بر آن از حرارت و گرماي توليدي اين دستگاه مي توان براي بخار كردن آب دريا و توليد آب شيرين استفاده كرد. محاسبات نشان مي دهد كه اين سيستم قادر خواهد بود در سال معادل بارندگي ساليانه كشور آب شيرين توليد كند، بدون اينكه هوا را آلوده كند يا مشكلاتي از قبيل زباله هاي هسته اي يا پس مانده و آلودگي ايجاد كند، در واقع يكي از بهترين منابع انرژي خواهد بود. سوخت مصرفي اين دستگاه تنها چند گرم هيدروژن معمولي است انرژي توليدي از يك دستگاه شتاب دهنده يك گيگا الكترون ولت (Gev) برابر است با انرژي حاصل از سوختن 2500000 ليتر بنزين خواهد بود. بنابراين اگر به مدت يك سال كار كند معادل انرژي 500 ميليارد بشكه نفت انرژي توليد مي كند.

ارزش اقتصادي اين مقدار انرژي كه 2 برابر انرژي ذخاير نفت عربستان سعودي است با احتساب قيمت هر بشكه نفت بر مبناي 20 دلار برابر است با 10 تريليون دلار. در صورتي كه ما از اين سيستم شتاب دهنده استفاده كنيم نيازي به سوزاندن اين حجم عظيم نفت و گاز براي توليد انرژي نداريم. مزاياي اين سيستم عبارتند از: 1- مي توان در ابعاد و اندازه هاي مختلف ساخت. 2- هزينه ساخت و نگهداري آن كم بوده است. 3- هيچ گونه زباله يا آلودگي محيطي توليد نمي كند. محصول نهايي آن آب خالص يا بخار آب است. 4- با استفاده از اين دستگاه عملاً عمر منابع انرژي نامحدود مي شود و منبع عظيمي از انرژي در دسترس خواهد بود.

در حوزه ذرات

1- الكترون ولت: واحد انرژي است و برابر انرژي يك الكترون يا پروتون وقتي از اختلاف پتانسيل يك ولت عبور كند برابر است با

1.6 * 10^-19


ژول

2 _ يك گرم هيدروژن

6.02*10^23


اتم بوده كه به آن يك اتم گرم يا يك مول هيدروژن گويند.

اگر اين مقدار هيدروژن از شتاب دهنده يك (Gev) عبور كند معادل انرژي آن برابر خواهد بود:

9.6*10^13


ژول

يك كيلووات ساعت برابر است با 3600000 ژول. بنابراين انرژي آن برابر است با 26 كيلووات ساعت.

9.6*10^13


ژول تقسيم بر 3600000 مساوي

26*10^5


نقل از سي پي اچ تئوري

منبع : moadi.blogfa.com

 
Copyright © 2003-2005 by HUPAA, All rights reserved. www.hupaa.com

استفاده از مطالب هوپا با ذكر عنوان منبع اصلي و نقل از هوپا مجاز مي باشد.

Web master: Ashkan Arefi ashkan@arefi.ir


 

جمشید مختاری

پيام هاي ديگران ()

چهارشنبه ٢۱ دی ،۱۳۸٤

ابر رسانا

12

 

ابر رسانا ها



اگردماي فلزات مختلف را تا دماي معيني(دماي بحراني) پايين اوريم پديده شگرفي در انها اتفاق مي افتد كه طي ان به ناگهان مقاومتشان را در برابرعبور جريان برق تا حد صفراز دست خواهند داد .وتبديل به ابررسانا خواهند شد.

(البته موادي مانند نقره نيز هستند كه مقاومت ويژه شان حتي در دماي صفر درجه كلوين نيز صفر نمي شود).هرچند در اين دما ميتوان بسياري از مواد را ابر رسانا نمود محققا ن براي رسيدن به چنين دمايي مجبورند از هليم مايع ويا هيدرژن استفاده كنند كه بسيار گرانند .

امروزه ابر رسانايي را در موادي ايجاد مي كنند كه دماي بحرانيشان زيادتر از 77 درجه كلوين است كه براي رسيدن به چنين دمايي از ازت مايع استفاده مي كنند كه نقطه جوشش 77 درجه كلوين است.

تاريخجه ابررسانا يي

ابررسانايي براي اولين باردر سال 1911 توسط هايك كامرلينگ اونس(1926-1853)مطرح گرديد. وي دماي يك ميله منجمد جيوه اي را تا دماي نقطه جوش هليم مايع(4.2 درجه كلوين )پايين اوردد و مشاهده نمود كه مقاومت ان ناگهان به صفر رسيد. سپس يك حلقه سربي را در دماي 7 درجه كلوين ابررسانا نمود و قوانين فارادي را بر روي ان ازمايش كردومشاهده نمود وقتي با تغيير شار در حلفه جريان القايي توليد شود.

حلقه سربي برعكس رسانا هاي ديگر رفتارمي نمايديعني پس از قطع ميدان تا ماداميكه در حالت ابر رسانايي قرار داردجريان اكتريكي را حفظ مي كند. به عبارتي اگريك سيم ابررسانا داشته باشيم پس از بوجود امدن جريان الكتريكي دران بدون مولد الكتريكي ( مثل باطري يا برق شهر )نيز مي تواند حامل جريان باشد.

اگر در همين حالت ميدان مغناطيس قوي در مجاورت سيم ابررسانا قرار دهيم ويا دماي سيم را با لاتر از دماي بحراني ببريم جريان در ان بسرعت صفر خواهد شد چون دراين حالتها سيم را از حالت ابررسانايي خارج كرده ايم .

اقاي اونس با همين كشف جايزه نوبل فيزيك در سال 1913 را از ان خود نمود.در عكس بالا اونس و همسرش نشسته و دوستان دانشمند مانند البرت انيشتين در پشت سر وي قرار دارند.

اثرمايسنر

سپس در سال 1933 Meissner وOschsenfeld مطابق شكل نشان دادند كه وقتي ماده مورد ازمايش قبل از ابررسانا شدن در ميدان مغناطيسي باشد شار از ان عبور ميكند ولي وقتي در جضور ميدان به دماي بحراني برسدو ابررسانا گردد ديگر هيچگونه شار مغناطيسي از ان عبور نمي كند تبديل به يك ديامغناطيس كامل مي شود كه شدت ميدان درون ان صفر خواهد بود.



فيزيكدانان مختلف همواره سعي كرده بودند به موادي دست پيدا كنند كه اولا دردماي پايين ابرسانا شوند و ثانيا براي فرايند سرمايش بجاي هليم پر هزينه از نيتروژن مايع استفاده شود.تا بدن ترتيب بتوانند كابلهاي مناسب براي حمل و انتقال برق ويا موتور الكتريكي بسازند.





در اين شكل يك مغناطيس استوانه اي روي يك قطعه ابررسانا كه توسط نيتروژن خنك شده شناور است زيرا ابررسانا طبق خاصيت يعني اثر مايسنر مي توانند خطوط ميدان مغناطيس را به خارج پرتاب كنند دارد.و همانطور كه ميبينم قرص مغناطيسي را شناور نگه دارندو بدن ترتيب يك موتور چرخان ساخته ميشود.

بلاخره در سال 1986 دو فيزيكدان سويسي به نامهاي George bednorz-Alex Muller از آزمايشگاه زوريخ توانستند ابرسانايي ازجنس سراميك اكسيد مس در دماي بالا 60 درجه كلوين بسازند كه براي فرايند سرمايش از نيتروژن مايع استفاده ميشد كه بسيار كم هزينه بود. بدين ترتيب دو گام مهم براي ساخت كابلهاي ابررسانايي برداشته شد و لي سراميك اكسيد مس براي ساخت كابل شكننده بود بنابراين تلاشهاي ديگري آغاز شد.كه تا به امروز هم ادامه دارد دانشجويان و دانشمندان ايراني هم در اين عرصه بسيار فعال هستند.

طبق گزارش ايرنا سعيد سلطانيان به همراه يك گروه علمي در دانشگاه ولو نگوگ ايالت نيو ساوت ولز استراليا به سرپرستي پروفسور دو ابررسانايي ساختند كه بالاترين ركورد را در ميان ابررسانا دارد اين ابررسانا به شكل سيم يا نوار ي از جنس دي بريد منيزيم با پوششي از آهن است كه شكل ميكروسكوپي آن در پايين نشان داده شده است.



كاربردهاي مختلف ابررساناها

از ابررسانايي ميتوان در ساخت آهن رباهاي ويژه طييف سنجهاي رزونانس مغناطيسي هسته و عكسبرداري تشديد مغناطيسي هسته و تشخيص طبي استفاده نمود و همچنين چون با حجم كم جريانهاي بسيار بالا را حمل مي كنند مي توان از آنها در ساخت موتورهاي الكتريكي (ژنراتورها- كابلها) استفاده نمود كه حجمشان 4 تا 6 برابر كوچكتر از موتورهاي فضاپيماي امروزي هستند.

ميتوان از آهن رباهاي ابررسانا در ساختمان ژيروسكوپ براي هدايت فضا پيما استفاده نمود.

مي توان از نيم رسانا ها در ساخت قطارهاي شناور استفاده نمودمانند قطار سريع السير ژاپني ها كه در سال 2000 ميلادي ساخته شد وبا با سرعت 581 km/h حركت مي كرد در اين بجاي قطار بجاي استفاده از چرخ از ميدان مغناطيسي استفاده شده است.

منبع : khayam.persianblog.ir

 
Copyright © 2003-2005 by HUPAA, All rights reserved. www.hupaa.com

استفاده از مطالب هوپا با ذكر عنوان منبع اصلي و نقل از هوپا مجاز مي باشد.

Web master: Ashkan Arefi ashkan@arefi.ir


 

جمشید مختاری

پيام هاي ديگران ()

چهارشنبه ٢۱ دی ،۱۳۸٤

سياهچاله ها

14

 

 

پرتگاه نهايي ، سياهچاله



نويسنده : امير سجاد رضايي

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 .

منبع : پارس اسكاي

 
Copyright © 2003-2005 by HUPAA, All rights reserved. www.hupaa.com

استفاده از مطالب هوپا با ذكر عنوان منبع اصلي و نقل از هوپا مجاز مي باشد.

Web master: Ashkan Arefi ashkan@arefi.ir


 

جمشید مختاری

پيام هاي ديگران ()

چهارشنبه ٢۱ دی ،۱۳۸٤

ماده و ضد ماده

16

وب سایت فیزیک مهندس جمشید مختاری

تلفن  ۰۹۱۳۳۳۲۶۱۷۴

پاد ماده (ضد ماده)

ضدماده

ما انسانها و هر آنچه در اطراف ماست از موجودات زنده زمين و سيارات ، خورشيد و ديگر ستارگان ، همه از ماده ساخته شده‌ايم. اما با تصور وجود يك جهان ديگر كه مانند تصوير آينه‌اي جهان كنوني ما باشد، چه احساسي به شما دست ميدهد؟ البته وجود چنين جهاني پذيرفته نيست. با اين حال جهان ذرات زير اتمي (الكترون ، پروتون ، نوترون ، ...) چنين همتايي دارد و هر يك از اين ذرات براي خود همتايي در آن جهان دارند كه به اصطلاح پاد ذره آن ذرات مينامند.

تاريخچه

ديراك فيزيكدان معروف در 1928 چنين استنباط كرد كه همه مواد ميتوانند در دو حالت وجود داشته باشند. وي در آغاز نظريه خود را در مورد الكترون بيان كرد و اظهار داشت كه بايد ذراتي به نام ضد الكترون هم وجود داشته با شد. اين گفته تحقق يافت و فيزيكدان آمريكايي كارل اندرسون در 1932 ضد الكترون و يا پوزيترون را كشف كرد. پس از اكتشاف ديراك و اندرسون ، سرانجام در اكتبر 1955 اييلوگسلر ، فيزيكدان اهل ايتاليا توانست در شتابدهنده بيوترون در آزمايشگاهي در كاليفورنيا پاد پروتون و يك سال بعد 1956 پاد نوترون را آشكار كند. اما دانشمندان پارا فراتر گذاشته و در پي ساخت پاد اتم و پاد مولكول برآمدند.

مكانيزم

اينكه اصلا پاد ذرات چيستند ، چه خواصي دارند و در قياس با همتاي ماده‌اي خود چگونه رفتار ميكنند، مدتي فيزيكدان را به خود مشغول كرد؟ ابتدا اين تصور وجود داشت كه پاد ماده در واقع تصويري از ماده در آينه است. اين بدان مناست كه پاذرات ، بايد باري مخالف و هم اندازه و جرمي قرينه جرم تصويري خود در دنياي ماده داشته باشند. بحث بار الكتريكي كاملا پذيرفته شده بود. اما جرم منفي بسيار دشوار مينمايد. ويژگي ديگر پاد ذرات ، ويژگي نابودي در صورت برخورد و تماس با پاد ماده خود است. در اين انهدام مشترك هر دو نابود ميشوند، و به مقدار قابل توجهي انرژي كه بيشتر به صورت پرتوهاي گاما ظاهر ميشود، در ميآيند. البته اگر اين انرژي به اندازه كافي زياد باشد، ميتواند به جفت ماده و پاد ماده ديگري نيز تبديل شود كه اين تصوير خوبي از تبديل ماده و انرژي به يكديگر و بيان فرمول معروف انيشتن است.

پاد ذرات از برخورد شديد ذرات ديگر بوجود ميآيند. اين وظيفه به عهده شتابدهنده‌ها است. در توضيح اينكه چرا ما بيشتر ماده را ميبينيم تا ضد ماده ، در تاريخ كيهان آمده است. در مرحله دوم از هشت مرحله يا مقطع تاريخ كيهان آمده است كه اولين سنگ بناهاي ماده (مثلا كوارك و الكترون و پاد ذرات آنها) از برخورد پرتوها ، با يكديگر بوجود ميآيند. قسمتي از اين سنگ بناها دوباره با يكديگر برخورد ميكنند و به صورت تشعشع فرو ميپاشند. در لحظه هاي بسيار بسيار اوليه ، ذرات فوق سنگين نيز ميتوانسته‌اند بوجود آمده باشند. اين ذرات داراي اين ويژگي هستند كه هنگام فروپاشي ، ماده بيشتري نسبت ضد ماده (مثلا كوارك‌هاي بيشتري نسبت به آنتي كواركها) ايجاد كنند. ذراتي كه فقط در ميان اولين اجزاي بسيار كوچك ثانيه‌ها وجود داشتند، براي ما ميراث مهمي به جا گذاردند كه عبارت از فزوني ماده در برابر ضد ماده بود.

آزمايش ساده

براي تصور جسم منفي ، ماهي باهوشي را تصور كنيد كه به سطح آب ميآيد و به قعر آن نميرود. همچنين فرض كنيد حباب‌هايي از داخل بطري كه در كف اقيانوس قرار دارد به سمت بالا حركت ميكنند. ماهي باهوش با مشاهده حباب‌ها شديدا علاقمند خواهند شد به آن جرمي منفي نسبت دهد. زيرا در خلاف جهت نيروي وارد از سوي جاذبه زمين حركت ميكنند. با اين تصورات ، فيزيكدانان وجود چنين حالتي را براي پاد ماده غير تحمل ميدانند.

آينده پاد ماده

نويسندگان داستان غير علمي ، تخيلي بر اين باورند كه ميتوان با استفاده از ماده و پاد ماده ، فضاپيماهايي را به جلو راند. يك فضاپيماي مجهز به موتور ماده - پاد ماده در كسري از مدت زمان كه امروزه يك فضاپيماي مجهز به موتور هيدروژن مايع لازم دارد تا به ستارگان همسايه خورشيد برسد، ما را به آن سوي مرزهاي منظومه شمسي (خورشيدي) خواهد برد. سرعت اين چنين فضاپيمايي در مقايسه با سرعت شاتلهاي فضاهاي كنوني هم ، چون سرعت يك يوزپلنگ در مقابل لاك پشت است. اين فضاپيما ميتواند سفر يازده ماهه جستجوگر سياره بهرام را يك ماهه به انجام رساند. ديگر توانايي پاد ماده در ايجاد سرعتهاي بسيار بالا و نزديك به سرعت نور است. اما اين بار به جاي سفر در كيهان ، سفر در زمان مورد نظر است. اين تصور جديد از زمان ، به ما ميآموزد كه ميتوان با سرعت گرفتن ، نقطه خاصي از فضا- زمان را كمتر منتظر گذاشت و اين همان جايي است كه پاد ماده به كمك ما ميشتابد.
 
 

15

دكتر محمود حسابي

 استاد دکتر محمود حسابي چهره برجسته علم و فرهنگ معاصر و بينانگذار فيزيک نوين ايران در سال 1281 شمسي از پدر و مادر تفرشي در تهران متولد شدند. در 7سالگي تحصيلات ابتدايي خود را در بيروت با تنگدستي و مرارتهاي غربت آغاز نمودند. از ابتدا تا پايان تمامي تحصيلات عاليه در ميان همشاگرديها که از کشورهاي مختلف بودند. رتبه نخست را حائز گرديدند، در منزل نيز قرآن کريم، گلستان و بوستان سعدي، غزليات حافظ و منشات قائم مقام را نزد مادرشان خانم گوهرشاد حسابي آموختند.
در نخستين تابستاني که مصادف با جنگ جهاني اول بود زبان انگليسي را به تنهايي فراگرفتند، در چند رشته ورزشي کسب موفقيت نمودند، در شنا داراي ديپلم نجات غريق شدند.
با موسيقي سنتي ايران و موسيقي کلاسيک غربي به خوبي آشنا بودند و درآموختن ويولون و پيانو تبحر داشتند.

پرفسور محمود حسابي مدارج عالي تحصيلي را بدين شرح طي نمودند:

ليسانس ادبيات سال 1920 از دانشگاه آمريکايي بيروت در 17 سالگي، مهندسي راه و ساختمان سال 1922 در 19 سالگي، دروس پزشکي از دانشگاه آمريکايي بيروت، دانشنامه رياضي، نجوم و ستاره شناسي، دانشنامه بيولوژي (زيست شناسي)، مهندسي برق سال 1925 از دانشکده برق اکول سوپريورد والکتريسيته پاريس، مدرک مهندسي معدن (پاريس)، دکتراي فيزيک از دانشگاه سوربن پاريس سال 1927.
استاد دکتر محمود حسابي چهار زبان زنده دنيا فرانسه، انگليسي، آلماني و عربي را براي ومطالعه و صحبت مورد استفاده قرار مي دادند.
همچنين به زبانهاي سانسکريت، يوناني، و لاتين، پهلوي، اوستا، ترکي و ايتاليايي اشراف داشتند و آن را در تحقيقات علمي خود بخصوص در امر واژه گزيني زبان فارسي بکار مي بردند. دکتر محمود حسابي در طول عمر گرانمايه خود مصدر مشاغل و خدمات علمي و فرهنگي متعددي بودند. تاسيس مراکز علمي نظير مدرسه مهندسي وزارت راه، دارالمعلمين عالي، و دانشسراي عالي، نوشتن قانون دانشگاه، تاسيس دانشگاه تهران و بنياگذاري دانشکده هاي فني و علوم از برجسته ترين خدمات فرهنگي ايشان مي باشد
داشتن چند هزار دانشجو، فعاليت در دو نسل کاري و تربيت 7 نسل استاد، شاخص عمده اين بزرگ مرد است.

از مشاغل واقدامات مهم استاد:

اولين نقشه برداري از راه ساحلي سراسري بنادر ميان خليج فارس، اولين راه تهران به شمشک، ساخت اولين راديو در کشور، ماموريت خلع يد شرکت ملي نفت انگليس، اولين رئيس هيئت مديره و مدير عامل شرکت ملي نفت ايران، وزير فرهنگ در دولت دکتر محمد مصدق، رياست و استادي در دانشکده هاي فني و علوم دانشگاه تهران و تدريس در دانشگاه تا سن 90 سالگي از ويژگيهاي اين استاد است. همچنين بنيانگذاري مؤسسه ژئوفيزيک، تاسيس سازمان انرژي اتمي، ايجاد اولين ايستگاه هواشناسي، پايه گذاري انجمن موسيقي ايران، تشکيل فرهنگستان زبان ايران، تدوين قانون و تشکيل مؤسسه استاندارد، تاسيس اولين بيمارستان خصوصي ايران، گوهر شاد ( به نام مادرشان)، بنيانگذاري مرکز مخابرات اسدآباد، تعيين ساعت ايران، نصب و راه اندازي اولين دستگاه راديولوژي در ايران، پايه گذاري اولين مدرسه عشايري در ايران ( لرستان )، ايجاد اولين رصد خانه نوين در ايران ( تعقيب ماهواره ها)، نمايانگر گوشه ديگري از خدمات پرفسور حسابي به کشور مي باشد.
در زمينه تحقيق علمي تاکنون 23مقاله رساله و کتاب به وسيله استاد چاپ شده است که در برگيرنده زمينه هاي مختلف بوپژه فيزيک مدرن، واژه هاي علمي، زبان فارسي و مباحث علمي گوناگون مي باشد.
تئوري بينهايت بودن ذرات اين دانشمند ايراني در ميان فيزيکدانان جهان شناخته شده است. نشان کومان دوردولالژيون دونور بزرگترين نشان علمي کشور فرانسه به همين مناسبت به ايشان اهداء گرديد.
طي سالها تحقيق و مطالعات علمي در دانشگاههاي معتبر عالم با دانشمندان بزرگ جهان نظير پرفسور اينشتين، شرودينگر، بورن، فرمي و چندين فيزيکدان ديگر و همچنين علماي بزرگ مانند راسل و آندره ژيد همکاري و تبادل نظر نموده ايشان تنها ايراني شاگرد پروفسور آلبرت اينشتين بودند.
در سال 1366 در کنگره 60 سال فيزيک ايران که به مناسبت بزرگداشت استاد برگزار شد ازخدمات دکترحسابي به عنوان پدر فيزيک ايران قدرداني به عمل آمد. باشد تا جوانان را ه اين دانشمند گرانقدر وانسان والا را بپويند.
پرفسور محمود حسابي در 12 شهريور سال 1371 هنگام معالجه بيماري قلبي در بيمارستان دانشگاه ژنو بدرود حيات گفتند.

راهش پر رهرو و يادش گرامي باد 


 

جمشید مختاری

پيام هاي ديگران ()

پرشين بلاگ

 

صفحه اصلی

مديريت كلاس درس

معلم موفق

معلمان خوب من

____________

 

مقالات علمی فيزيک

نجوم

مكانيك نيوتني
فيزيک هسته ای
ساير موارد

هوپا
 _____________

آموزش دروس

المپياد فيزيک

کانون دانش

______________

سوالات امتحان نهايی
آموزش و پرورش ناحيه ۳

گروه فيزيك ناحيه 3

_____________

خدا شناسی

زيبائيهاي هستي

____________


روانشناسی

هیپنوتيزم

______________
سرگرمي

اصفهان

زنگ تفريح

فال روزانه

فال حافظ

فال چوب

فال انبيا

طالع بيني اسم

طالع بيني چيني

تست هاي شناخت شخصيت

______________

انيميشن هاي فيزيك

______________

شعر
بیوگرافی
آرشیو عکس

_______________

_______________

امکانات
 

اخبار آموزش و پرورش

آموزش و پرورش اصفهان

سازمان سنجش

خبرگزاری ایرنا

جام جم

روزنامه جمهوری اسلامی

شبکه رشد

باشگاه دانش پژوهان

سازمان پژوهشهای علمی

دانشگاه اصفهانَ 

دانشگاه صنعتی اصفهان

آمار بازديد کنندگان

 

   
>