فیزیک نوین |مقالات|

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

نظريه هاي انيشتن(نسبيت عام و خاص)چيست؟

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

انشتين دو نظريه دارد. نسبيت خاص را در سن 25 سالگي بوجود آورد و ده سال بعد توانست نسبيت عام را مطرح كند.

نسبيت خاص بطور خلاصه تنها نظريه ايست كه در سرعتهاي بالا ( در شرايطي كه سرعت در خلال حركت تغيير نكند--سرعت ثابت-) ميتوان به اعداد و محاسباتش اعتماد كرد. جهان ما جوريست كه در سرعتهاي بالا از قوانين عجيبي پيروي مي كند كه در زندگي ما قابل ديدن نيستند. مثلا وقتي جسمي با سرعت نزديك سرعت نور حركت كند زمان براي او بسيار كند مي گذرد. و همچنين ابعاد اين جسم كوچك تر ميشود. جرم جسمي كه با سرعت بسيار زياد حركت مي كند ديگر ثابت نيست بلكه ازدياد پيدا مي كند. اگر جسمي با سرعت نور حركت كند، زمان برايش متوقف مي شود، طولش به صفر ميرسد و جرمش بينهايت ميشود.

نسبيت عام براي حركتهايي ساخته شده كه در خلال حركت سرعت تغيير مي كند يا باصطلاح حركت شتابدارند. شتاب گرانش زمين g كه همان عدد 2<9.81m/sاست نيز يك نوع شتاب است. پس نسبيت عام با شتابها كار دارد نه با حركت. نظريه ايست راجع به اجرامي كه شتاب ثقل دارند. كلا هرجا در عالم، جرمي در فضاي خالي باشد حتما يك شتاب جاذبه در اطراف خود دارد كه مقدار عددي آن وابسته به جرم آن جسم مي باشد. پس در اطراف هر جسمي شتابي وجود دارد. نسبيت عام با اين شتابها سر و كار دارد و بيان مي كند كه هر جسمي كه از سطح يك سياره دور شود زمان براي او كند تر ميشود. يعني مثلا، اگر دوربيني روي ساعت من بگذارند و از عقربه هاي ساعتم فيلم زنده بگيرند و روي ساعت آدمي كه دارد بالا ميرود و از سياره ي زمين جدا ميشود هم دوربيني بگذارند و هردو فيلم را كنار هم روي يك صفحه ي تلويزيوني پخش كنند، ملاحظه خواهيم كرد كه ساعت من تند تر كار مي كند. نسبيت عام نتايج بسيار عجيب و قابل اثبات در آزمايشگاهي دارد. مثلا نوري كه به اطراف ستاره اي سنگين ميرسد كمي بسمت آن ستاره خم ميشود. سياهچاله ها هم بر اساس همين خاصيت است كه كار مي كنند. جرم انها بقدري زياد و حجمشان بقدري كم است كه نور وقتي از كنار آنها مي گذرد به داخل آنها مي افتد و هرگز بيرون نمي آيد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] فرمول معروف اينشتن (دست خط خود انيشتن)
منبع: [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
نظريه نسبيت عام
همه ما براي يك‌بار هم كه شده گذرمان به ساعت‌فروشي افتاده است و ساعتهاي بزرگ و كوچك را ديده ايم كه روي ساعت ده و ده دقيقه قرار دارند. ولي هيچگاه از خودمان نپرسيده ايم چرا؟ انيشتين در نظريه نسبيت خاص با حركت شتابدار و يا با گرانش كاري نداشت. اولين موضوعات را در نظريه نسبيت عام خود كه در 1915 انتشار يافت مورد بحث قرار داد.نظريه نسبيت عام ديد گرانشي را بكلي تغيير داد و در اين نظريه جديد نيروي گرانش را مانند خاصيتي از فضا در نظر گرفت نه مانند نيرويي بين اجرام ، يعني برخلاف آنچه كه نيوتن گفته بود !در نظريه او فضا در مجاورت ماده كمي انحنا پيدا مي‌كرد. در نتيجه حضور ماده اجرام ، مسير يا به اصطلاح كمترين مقاومت را در ميان منحنيها اختيار مي‌كردند. با اين كه فكر انيشتين عجيب به نظر مي‌رسيد مي‌توانست چيزي را جواب دهد كه قانون ثقل نيوتن از جواب دادن آن عاجز مي ماند.سياره اورانوس در سال 1781 ميلادي كشف شده بود و مدارش به دور خورشيد اندكي ناجور به نظر مي‌رسيد و يا به عبارتي كج بود !

نيم قرن مطالعه اين موضوع را خدشه ناپذير كرده بود.بنابر قوانين نيوتن مي بايست جاذبه اي برآن وارد شود. يعني بايد سياره اي بزرگ در آن طرف اورانوس وجود داشته باشد تا از طرف آن نيرويي بر اورانوس وارد شود.در سال 1846 ميلادي اختر شناس آلماني دوربين نجومي خودش را متوجه نقطه اي كرد كه « لووريه» گفته بود و بي هيچ ترديد سياره جديدي را در آنجا ديد كه از آن پس نپتون نام گرفت.نزديك ترين نقطه مدار سياره عطارد به خورشيد در هر دور حركت ساليانه سياره تغيير ميكرد و هيچ گاه دوبار پشت سر هم اين تغيير در يك نقطه خاص اتفاق نمي‌افتاد.اختر شناسان بيشتر اين بي نظمي ها را به حساب اختلال ناشي از كشش سياره هاي مجاور عطارد مي دانستند !مقدار اين انحراف برابر 43 ثانيه قوس بود. اين حركت در سال 1845 به وسيله « لووريه» كشف شد بالاخره با ارائه نظريه نسبيت عام جواب فراهم شد اين فرضيه با اتكايي كه بر هندسه نااقليدسي داشت نشان داد كه حضيض هر جسم دوران كننده حركتي دارد علاوه برآنچه نيوتن گفته بود.وقتي كه فرمولهاي انيشتين را در مورد سياره عطارد به كار بردند، ديدند كه با تغيير مكان حضيض اين سياره سازگاري كامل دارد. سياره هايي كه فاصله شان از خورشيد بيشتر از فاصله تير تا آن است تغيير مكان حضيضي دارند كه به طور تصاعدي كوچك مي شوند.اثر بخش‌تر از اينها دو پديده تازه بود كه فقط نظريه انيشتين آن‌را پيشگويي كرده بود. نخست آنكه انيشتين معتقد بود كه ميدان گرانشي شديد موجب كند شدن ارتعاش اتمها مي شود و گواه بر اين كند شدن تغيير جاي خطوط طيف است به طرف رنگ سرخ! يعني اينكه اگر ستاره اي بسيار داغ باشد و به طوري كه محاسبه مي كنيم بگوييم كه نور آن بايد آبي درخشان باشد در عمل سرخ رنگ به نظر مي‌رسد كجا برويم تا اين مقدار قواي گرانشي و حرارتي بالا را داشته باشيم، پاسخ مربوط به كوتوله هاي سفيد است.دانشمندان به بررسي طيف كوتوله هاي سفيد پرداختند و در حقيقت تغيير مكان پيش بيني شده را با چشم ديدند! اسم اين را تغيير مكان انيشتيني گذاشتند. انيشتين مي گفت كه ميدان گرانشي شعاع هاي نور را منحرف مي‌كند چگونه ممكن بود اين مطلب را امتحان كرد.اگر ستاره اي در آسمان آن سوي خورشيد درست در امتداد سطح آن واقع باشد و در زمان كسوف خورشيد قابل رؤيت باشد اگر وضع آنها را با زماني كه فرض كنيم خورشيدي در كار نباشد مقايسه كنيم خم شدن نور آنها مسلم است. درست مثل موقعي كه انگشت دستتان را جلوي چشمتان در فاصله 8 سانتيمتري قرار دهيد و يكبار فقط با چشم چپ و بار ديگر فقط با چشم راست به آن نگاه كنيد به نظر مي رسد كه انگشت دستتان در مقابل زمينه پشت آن تغيير جا مي‌دهد ولي واقعاً انگشت شما كه جابجا نشده است!

دانشمندان در موقع كسوف در جزيره پرنسيپ پرتغال واقع در آفريقاي غربي ديدند كه نور ستاره ها به جاي آنكه به خط راست حركت كنند در مجاورت خورشيد و در اثر نيروي گرانشي آن خم مي شوند و به صورت منحني در مي آيند. يعني ما وضع ستاره ها را كمي بالاتر از محل واقعيش مي‌بينيم.ماهيت تمام پيروزيهاي نظريه نسبيت عام انيشتين نجومي بود ولي دانشمندان حسرت مي كشيدند كه اي كاش راهي براي امتحان آن در آزمايشگاه داشتند.ـ نظريه انيشتين به ماده به صورت بسته متراكمي از انرژي نگاه مي كرد به همين خاطر مي گفت كه اين دو به هم تبديل پذيرند يعني ماده به انرژي و انرژي به ماده تبديل مي شود. E = mc²دانشمندان به ناگاه جواب بسياري از سؤالها را يافتند. پديده راديواكتيوي به راحتي توسط اين معادله توجيه شد. كم كم دانشمندان متوجه شدند كه هر ذره مادي يك پادماده مساوي خود دارد و در اينجا بود كه ماده و انرژي غير قابل تفكيك شدند.تا اينكه انيشتين طي نامه اي به رئيس جمهور آمريكا نوشت كه مي توان ماده را به انرژي تبديل كنيم و يك بمب اتمي درست كنيم و آمريكا دستور تأسيس سازمان عظيمي را داد تا به بمب اتمي دست پيدا كند. براي شكافت هسته اتم اورانيوم 235 انتخاب شد. اورانيوم عنصري است كه در پوسته زمين بسيار زياد است. تقريباً 2 گرم در هر تن سنگ! يعني از طلا چهارصد مرتبه فراوانتر است اما خيلي پراكنده.در سال 1945 مقدار كافي براي ساخت بمب جمـع شـده بود و ايـن كار يعني ساختن بمب در آزمايشگاهــي در « لوس آلاموس » به سرپرستي فيزيكدان آمريكايي « رابرت اوپنهايمر » صورت گرفت. آزمودن چنين وسيله اي در مقياس كوچك ناممكن بود. بمب يا بايد بالاي اندازه بحراني باشد يا اصلاً نباشد و در نتيجه اولين بمب براي آزمايش منفجر شد. در ساعت 5/5 صبح روز 16 ژوئيه 1945 برابر با 25 تيرماه 1324 و نيروي انفجاري برابر 20 هزار تنT.N.T آزاد كرده دو بمب ديگر هم تهيه شد. يكي بمب اورانيوم بنام پسرك با سه متر و 60 سانتيمتر طول و به وزن 5/4 تن و ديگري مرد چاق كه پلوتونيم هم داشت. اولي روي هيروشيما و دومي روي ناكازاكي در ژاپن انداخته شد. صبح روز 16 اوت 1945 در ساعت 10 و ده دقيقه صبح شهر هيروشيما با يك انفجار اتمي به خاك و خون كشيده شد. با بمباران هيروشيما جهان ناگهان به خود آمد، 160000 كشته در يك روز وجدان خفته فيزيكدانها بيدارر شد! « اوپنهايمر» مسئول پروژه بمب و ديگران از شدت عذاب وجدان لب به اعتراض گشودند و به زندان افتادند.انيشتين اعلام كردكه اگر روزي بخواهم دوباره به دنيا بيايم دوست دارم يك لوله كش بشوم نه يك دانشمند!

علم فيزيک به چند زير شاخه تقسيم مي شوند که برخي از آنها از نظر اهميت و فراگيري و ميزان تاثيرشان در بقيه ي شاخه ها برجسته تر و متمايز ترند.

مثلا در تقسيم بندي دانشگاهي دروس فيزيک سه درس مکانيک تحليلي، الکترو مغناطيس و مکانيک کوانتومي دروس اصلي محسوب مي شوند هر چند که در کنار اين ها بسياري دروس ديگر مانند نسبيت، حالت جامد، مکانيک آماري، ترموديناميک، ابر رسانايي، نجوم و ... تدريس مي شود.

همان طور که مشاهده مي کنيد از بين سه سر فصل اصلي دروس فيزيک که همان زير شاخه هاي اصلي و مهم فيزيک هستند دو مورد به مکانيک مربوط است. همين طور در ميان دروس ديگر ذکر شده نيز اين واژه چندين بار تکرار شده است (نسبيت در حقيقت مکانيک نسبيتي است).

اين تکرار نشان از اهميت فوق العاده ي اين شاخه و گستردگي بيش از حد آن دارد. اين شاخه انقدر گسترده شده که امروزه با عنواني جداگانه و به عنوان يک رشته ي مهندسي مجزا از فيزيک در دانشگاه ها تدريس مي شود. اهميت اين شاخه از ان جهت است که بسياري از پديده هايي که به طور طبيعي روزانه در اطراف ما اتفاق مي افتند به اين شاخه مربوط اند و در نتيجه بخش اعظم دانش ما از جهان هم بايد در اين محدوده باشد.

اما مکانيک چيست؟

مکانيک علم بررسي حرکت اجسام است. يعني مطالعه ي هر پديده اي که به نوعي حرکتي در آن مشاهده شود ما نيازمند علم مکانيک هستيم. حال اگر حرکت از نوع حرکت هاي معمولي (منظور با سرعت هاي معمولي و اندازه ي اجسام معمولي مانند راه رفت، حرکت اتومبيل و هواپيما، پرتاب موشک و ماهواره، حرکت راکت و توپ تنيس و...) باشد ما از مکانيک کلاسيک استفاده مي کنيم. اين مکانيک که با عنوان نيوتني شناخته مي شود واقعا مرهون کار هاي بسيار بزرگ و شگفت انگيز نيوتن است. واقعا بايد نيوتن را خالق اين علم بدانيم چرا که نيوتن حتي رياضيات لازم براي اين علم را هم خود بوجود اورد. چيزي که ما امروزه با نام حساب ديفرانسيل مي شناسيم.

اما اگر در سرعت هاي بالا نزديک به سرعت نور کار کنيم از مکانيک نسبيتي استفاده مي کنيم.

اگر ذرات بسيار ريز باشند و اصطلاحا در محدوده ي ميکروسکوپي باشيم بايد از مکانيک کوانتومي استفاده کنيم و بالاخره اگر هم ذرات ريز باشند و هم پر سرعت بايد ترکيبي از مکانيک کوانتومي و نسبيتي را به کار ببريم يعني کوانتوم نسبيتي يا نسبيت کوانتومي.

مکانيک چگونه حرکت را بررسي مي کند؟

در حرکت چند عامل داريم که براي بررسي حرکت لازم است انها را بررسي کنيم:

1-جابه جايي : ميزان فاصله اي که متحرک طي مي کند

2-سرعت : ميزان تغييرات فاصله نسبت به زمان

3- شتاب : ميزان تغييرات سرعت در زمان

4- نيرو: عامل بوجود اورده شتاب و در نتيجه حرکت

5- انرژي: توانايي انجام کار و منشا نيرو يعني براي وارد کردن نيرو بايد انرژي داشت.

و البته فاکتور جرم که در تمام موارد ما حرکت جسمي را بررسي مي کنيم که داراي جرم است.

حال دو راه براي بررسي حرکت داريم:

1-اگر سرعت و شتابجسم را در يک لحظه ي معين داشته باشيم، سرعت، شتاب و جابه جايي آن را در لحظات ديگر مي توانيم بدست اوريم. با روابطي که بين اين سه فاکتور يعني جابه جايي، سرعت و شتاب مي توان نوشت تمام انها قابل محاسبه اند. اين روش به سينماتيک معروف است.

2-اگر نيروهاي وارد بر جسم که عامل حرکت اند را داشته باشيم مي توانيم شتاب و ديگر فاکتور هاي لازم در حرکت را بدست اوريم.اين کار علم ديناميک است.

منبع: خودم

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.

هگز و نظريه سي. پي. اچ

نظريه سي. پي. اچ. از سه كلمه C , Creation به معني آفرينش (توليد) بوجود آوردن ، P, particles ذرات Higgs تشكيل شده است كه آن را CPH Theory مي ناميم. اما هگز به چه معني است؟

بسياري از فيزيكدانان اعتقاد دارند بزرگترين چالش فيزيك در قرن بيست و يكم به تحقيقات روي ذرات هگز مربوط مي شود .

اما سئوال اين است كه اصولاً هگز چيست؟

كلمه هگز اولين بار در سال 1960 توسط پتر هگز وارد فيزيك شد.

ايده اساسي چنين است كه تمام ذراتي كه با يكديگر كنش و واكنش دارند، كنش آنها توسط يك ميدان اعمال مي شود كه توسط ذرات هگز بوزون حمل مي شوند.

توضيح در مورد هگز و اشكالات بيگ بنگ

لازم است كمي در مورد هگز و اشكالات بيگ بنگ توضيح دهم :

Higgs هگز

تئوري هگز در سال 1960 توسط پتر هگز براي توجيح و تشريح ميدانها و نحوه كنش انها مطرح شد. اما قبل از آن بايد كمي در مورد تاريخچه ذرات تبادلي توضيح بدهم .

پس از آنكه مشخص شد هسته اتم از تعدادي پروتون و نوترون تشكيا مي شود، اين شئوال پيش آمد كه چرا پروتونها كه داراي باز الكتريكي مثبت هستند، در هسته اتم يكديگر را نمي رانند و هسته متلاشي نمي شود؟

نخستين گام در اين زمينه توسط هايزنبرگ در سال 1932 برداشته شد. وي نظر داد كه پروتونها توسط نيروهاي تبادلي در كنار يكديگر مي مانند. طبق اين طرح پروتونها و نوترونها در داخل اتم پيوسته به يكديگر تبديل مي شوند، بطوريكه يك ذره مورد نظر ابتدا پروتون است، سپس به نوترون تبديل مي شود و دوباره به پروتون تبديل مي شود. براي تصور آن ذره سومي در نظر بگيريد كه دو ذره به تبادل آن مي پردازند. اين ذره به شيوه اي از سوي يك ذره به سوي ذره ي ديگر پرتاب مي شود كه دو ذره را به سوي يكديگر مي راند.

مي دانيم كه امواج الكترومغناطيسي كوانتيده اند و از كوانتوم هايي تشكيل مي شود كه آن را فوتون مي نامند .

در حدود سال 1930 اين نظريه مطرح شد كه نيروي الكترومغناطيسي از تبادل فوتون بين دو ذره باردار ناشي مي شود .

يعني دو ذره باردار با تبادل فوتون (فوتون مجازي) بر يكديگر كنش دارند كه آنها را ذرات تبادلي مي نامند . Exchange Force ذراتي كه نيروها را حمل مي كنند، بوزون ناميده مي شوند و داراي اسپيني برابر يك عدد صفر، يك، دو... مي باشند .

اين نظريه كه نيروهاي الكتريكي توسط فوتون هاي مجازي منتقل مي شود، انگيزه اي شد تا يوكاوا فيزيكدان ژاپني طرح ذرات تبادلي را در مورد نيروهاي هسته اي بكار برد. يوكاوا با توجه به برد كوتاه نيروهاي هسته اي پيش بيني كرد ذره تبادلي نيروهاي هسته اي داراي جرمي حدود سيصد برابر جرم حالت سكون الكترون است كه بعدها چنين ذره اي كشف گرديد و آن را مزون مي نامند .

هگز تمام ذرات تبادلي را در نظريه خود جمع بندي كرد. بر اساس نظريه هگز نيروها توسط ميدانها اعمال مي شوند كه توسط ذراتي كه آنها را هگز بوزون مي نامند حمل مي شوند. علاوه بر آن هگز تلاش كرد رابطه اي بين فرميونها و بوزنها پيدا كند .

مشكلات بيگ بنگ

نظريه بيگ بنگ هنگامي مطرح شد كه مشاهدات هابل از كهكشانها نشان داد كه كهكشانها در حال دور شدن از يكديگر هستند .

بر اين اساس جهان در حال انبساط است . نظريه بيگ بنگ مدعي است جهان بر اثر يك انفجار مهيب از يك توده بسيار داغ و فوق العاده متراكم بوجود آمده است و در حال انبساط است. در اين مورد كارهاي ژرژ گاموف فيزيكدان روسي قابل تقدير است كه توانسته مراحل مختلف انفجار و انبساط جهان را تشريح كند .

اما نظريه بيگ بنگ هيچ دليل و توجيهي در مورد علت انفجار ارائه نمي دهد. علاوه بر آن تمركز تمام ماده اي كه در جهان مشاهده مي كنيم در يك حجم بسيار كوچك آنچنان كه نظريه بيگ بنگ ادعا مي كند، قابل توجيه نيست.

در حاليكه بر اساسي نظريه سي. پي. اچ. جهان بر اثر انفجار يك سياه چاله مطلق (و فوق العاده چگال) كه در آنجا سي. پي. اچ. ها فقط داراي اسپين بوده اند، ايجاد شده است و علت انفجار نيز اسپين سي. پي. اچ. ها بوده است لازم به يادآوري است كه نظريه سي. پي. اچ. نخستين نظريه اي است كه علت بيگ بنگ را بيان مي كند.

منبع : سي پي اچ

اطلاعات اولیه
در بررسی ساختار اتم مدلهای مختلفی ارائه شده است. ابتدایی‌ترین این مدلها ، مدل سیاره‌ای رادرفورد است. بعد از مدل سیاره‌ای رادرفورد ، نیلز بوهر مدل جدیدی را ارائه داد (مدل اتمی بوهر). این مدل می‌‌توانست ساختار طیفی اتم هیدروژن را توضیح دهد. در اصل موضوع بوهر که اساس و مبنای مدل بوهر است، فرض می‌‌شود که الکترونها مقیدند در مدارهایی حرکت کنند که در آنها اندازه حرکت الکترون مضرب درستی از h/2π باشد که h ثابت پلانک است. همچنین در این مدل فرض می‌‌شود که ترازهای انرژی کوانتیده‌اند. بعدها که ساختار طیف مربوط به عناصر مختلف مورد توجه قرار گرفت، انرژی هر الکترون در اتم با یک سری اعداد که به عنوان اعداد کوانتومی معروف هستند، مشخص
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
اعداد کوانتومی اصلی
گفتیم که ترازهای انرژی در اتم گسسته هستند. این امر به این معنی است که اگر اتم توسط تابش الکترومغناطیسی بمباران شود، تابش توسط الکترونها جذب می‌‌شود. لذا الکترونها از ترازهای اولیه یا پایه خود تحریک شده و به ترازهای برانگیخته می‌‌روند، اما چون این حالت یک حالت ناپایدار است، لذا الکترون با گسیل تابش از تراز برانگیخته به تراز اولیه خود برمی‌‌گردد. مقدار انرژی جذب شده یا گسیل شده متناسب با فاصله ترازهای انرژی است، یعنی اگر انرژی تراز اولیه را با E و انرژی تراز برانگیخته را با ΄E مشخص کنیم، در این صورت فرکانس نور گسیل شده یا تحریک شده از رابطه E - E΄ = hv حاصل می‌‌شود.

از طرف دیگر ، چون طبق اصل موضوع بوهر ، اندازه حرکت الکترون باید مضرب صحیحی از h/2π باشد، بنابراین اگر با تقریب مدار حرکت الکترون به دور هسته را دایره‌ای به شعاع r فرض کنیم، در این صورت nh/2π خواهد بود که در این رابطه v سرعت الکترون و m جرم آن است. همچنین با توجه به این که نیروی وارد شده از طرف هسته بر الکترون نیروی مرکزی است، لذا اگر بار هسته را برابر ze بگیریم که در آن z عدد اتمی است، مقدار نیروی وارد بر الکترون برابر ze2/r2 = mv2/r خواهد بود. از ترکیب این روابط می‌‌توان مقدار انرژی الکترون در هر تراز اتمی را بدست آورد.

در این صورت انرژی از رابطه: E = 1/2mc2/(zα)2 بدست می‌آید که در این رابطه α مقدار ثابتی است که برابر α = 1/137 e2/ћc بوده و ثابت ساختار ریز نامیده می‌‌شود. مقدار n که در رابطه انرژی ظاهر شده است، عدد کوانتومی اصلی نامیده می‌‌شود. البته می‌‌توان مقدار انرژی الکترون در هر تراز را از حل معادله شرودینگر محاسبه کرد. در این صورت نیز رابطه انرژی الکترون در هر تراز برحسب یک عدد کوانتومی که به عدد کوانتومی اصلی معروف است، مشخص می‌‌شود.
عدد کوانتومی اندازه حرکت زاویه‌ای مداری
نظریه اتم تک الکترونی بوهر عدد کوانتومی اصلی n را معرفی می‌‌کند که مقدار درست آن انرژی کل اتم را مشخص می‌‌کند. عدد کوانتومی n که یک عدد صحیح و مثبت است، بزرگی اندازه حرکت زاویه‌ای الکترون به دور هسته را بر اساس اصل موضوع بوهر ، طبق رابطه L = nћ مشخص می‌‌کند. ћ عدد ثابتی است که بصورت نسبت ثابت پلانک بر عدد 2π تعریف می‌‌شود، اما از دیدگاه مکانیک موجی درست نیست که برای الکترون یک مسیر مشخص دایره‌ای یا شکل دیگری را در نظر بگیریم. (اصل عدم قطعیت مانع این کار است) و نیز از این دیدگاه قاعده بوهر در مورد کوانتش بزرگی اندازه حرکت زاویه‌ای درست نیست.

بر خلاف نظریه کلاسیک ، مکانیک موجی نشان می‌‌دهد که بزرگی اندازه حرکت زاویه‌ای مداری (L) یک دستگاه اتمی کوانتیده است و مقادیر ممکن آن می‌‌تواند از رابطه: L = (l(l + 1))1/2ћ بدست آید. در این رابطه l عدد صحیحی است که عدد کوانتومی ‌اندازه حرکت زاویه‌ای مداری نامیده می‌‌شود. برای مقدار مفروض از عدد کوانتومی ‌اصلی n ، مقادیر ممکن l ، اعداد درست از صفر تا n - 1 خواهد بود. به عنوان مثال ، اگر n = 2 باشد، در این صورت l می‌‌تواند مقادیر (1,0) را اختیار کند.

در نمادگذاری ترازها هر مقدار از l با یک حرف مشخص می‌‌شود. در این نمادگذاری مقدار l = 0 با حرف S و l = 1 با حرف l = 2 ، P با حرف D و ... مشخص می‌‌شود. چون انرژی فقط برحسب عدد کوانتومی ‌اصلی مشخص می‌‌شود، بنابراین در مورد تک الکترونی که تحت تأثیر یک نیروی کولنی از جانب هسته است و در تراز n = 3 قرار دارد، هر سه حالت l = 0 , 1 , 2 دارای انرژی یکسانی خواهند بود.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
اعداد کوانتومی ‌مغناطیسی مداری
گفتیم که الکترون در اثر نیرویی که از طرف هسته بر آن وارد می‌‌شود، حول هسته می‌‌چرخد. چون الکترون یک ذره باردار است، بنابراین مدار الکترون را می‌‌توان یک مدار مغناطیسی در نظر گرفت. برای این مدار مغناطیسی و در واقع برای الکترون می‌‌توان یک گشتاور دو قطبی مغناطیسی تعریف نمود. این کمیت بر اساس اندازه حرکت زاویه‌ای مداری الکترون تعریف می‌‌شود. یعنی از رابطه μ = eL/2m حاصل می‌‌شود که در آن μ گشتاور دو قطبی مغناطیسی است.

حال اگر یک میدان مغناطیسی خارجی اعمال شود، در این صورت میدان سعی می‌‌کند تا گشتاور دو قطبی مغناطیسی و به تبع آن L را در راستای میدان قرار دهد، اما در مکانیک موجی بردار اندازه حرکت زاویه‌ای مداری L نمی‌‌تواند هر جهتی را نسبت به میدان مغناطیسی اختیار کند، بلکه محدود به جهتهای به خصوصی است که برای آن مؤلفه بردار اندازه حرکت زاویه مداری ، در راستای میدان مغناطیسی ، مضرب دستی از ћ باشد. بنابراین اگر جهت میدان مغناطیسی را در راستای محور z اختیار کنیم، در این صورت مؤلفه z بردار L از رابطه Lz = ml ћ حاصل می‌‌شود. در این رابطه ml عدد کوانتومی ‌مغناطیسی مداری است. به ازای یک مقدار مفروض l ، m_l می‌‌تواند مقادیر زیر را اختیار کند:



{ml ={ l , l - 1 , l - 2 , … , 0 , … , - l

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
عدد کوانتومی ‌مغناطیسی اسپینی
در نظریه کوانتومی ‌سه ثابت فیزیک کلاسیک مربوط به حرکت ذره‌ای که تحت تأثیر جاذبه عکس مجذوری قرار دارد، کوانتیده‌اند. این سه ثابت عبارتند از: انرژی ، بزرگی اندازه حرکت زاویه‌ای مداری ، مؤلفه اندازه حرکت زاویه‌ای مداری در یک جهت ثابت از فضا. در مکانیک کوانتومی ‌به این ثابتهای حرکت اعداد کوانتومی n و l و ml نسبت داده می‌‌شوند، اما علاوه بر این سه عدد کوانتومی ، عدد کوانتومی ‌دیگری به نام عدد کوانتومی ‌اسپینی که به مفهوم اسپین الکترون مربوط است، معرفی می‌‌شود.

در سال 1925/1304 گود اسمیت و اوهلن یک اظهار داشتند که یک اندازه حرکت زاویه‌ای ذاتی ، کاملا مستقل از اندازه حرکت زاویه‌ای مداری ، به هر الکترون وابسته است. این اندازه حرکت ذاتی ، اسپین الکترون نامیده می‌‌شود. چون می‌‌توان آن را با اندازه حرکت ذاتی که هر جسم گسترده بر اساس دوران یا اسپین حول مرکز جرم خود دارد، مانسته داشت. البته لازم به توضیح است که در مکانیک موجی تلقی الکترون به عنوان یک کره ساده با بار الکتریکی صحیح نیست، بلکه صرفا به خاطر مشخص کردن اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی الکترون به کمک مدل قابل تجسم ، بهتر است که آن را به عنوان جسمی که در فضا دارای گسترش است و بطور پیوسته حول یک محور به دور خود می‌‌چرخد، فرض کنیم.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
مانند اندازه حرکت زاویه‌ای مداری در اینجا نیز می‌‌توانیم یک گشتاور مغناطیسی مربوط به حرکت اسپینی الکترون در نظر بگیریم. چنانچه یک الکترون ، با گشتاور مغناطیسی دائمی خود ، در یک میدان مغناطیسی قرار گیرد، انتظار می‌‌رود که اسپین آن کوانتیده فضایی باشد، یعنی گشتاور مغناطیسی اسپینی و اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی به سمت گیری‌های خاصی محدود خواهند بود.

بنابراین اگر میدان مغناطیسی در راستای محور z فرض شود، در این صورت مؤلفه اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی Lsz در جهت این میدان از رابطه Lsz = msћ حاصل خواهد شد. در این رابطه ms عدد کوانتومی ‌مغناطیسی اسپینی نامیده می‌‌شود. از آنجا که الکترون از دسته فرمیونها می‌‌باشد، بنابراین دارای اسپین نیم فرد خواهد بود، لذا عدد کوانتومی ms فقط می‌‌تواند دو مقدار ممکن 2/1+ و 2/1- را اختیار کند.
منبع: [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

از اين به بعد شايد مقاله به صورت pdf هم بزارم تا خواندن و نظمش بهتر بشه و شلوغيشم كمتر

اولين مقاله پي دي اف : نظريه ريسمان به زبان ساده

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

شايد اصلا معاني دقيق فضا و زمان را ندانيم و به همين دليل گمراه شويم پس كمي راجع به آنها صحبت مي كنيم

قسمت اول
مقدمه
بررسي و شناخت پديده هاي فيزيكي و روابط بين آنها بدون توجه به مفاهيم و درك شهودي از فضا و زمان جندان مانوس به نظر نمي رسد. مفهوم و درك فضا و زمان نيز مانند ساير كميت هاي فيزيكي روندي پويا دارد و در طول تاريخ دستخوش تغييرات زايدي شده است. بويژه بعد از نسبيت مفاهيم فضا و زمان و درك بشر از آنها دچار تغيير زيادي شده است. البته در اينجا نمي خواهيم مسئله ي فضا-زمان را مورد بررسي قرار دهيم، تنها هدفمان از ارائه ي اين فصل اين است كه زمينه ي آشنايي با نگرش فلسفي و علمي نسبت به فضا و زمان فراهم گردد تا بعد ازبيان نسبيت فضا-زمان مورد بررسي قرار گيرد. همجنين اين مطالب قبل از قوانين نيوتن آورده شده است تا زمينه ي مطرح شدن ديدگاه منطقي نيوتن نسبت به فضا و زمان مطلق فراهم گردد.
فضا چيست؟
فضا (Space) واژه‌اي است كه در زمينه‌هاي متعدد و رشته‌هاي گوناگون از قبيل فلسفه، جامعه‌شناسي، معماري و شهرسازي بطور وسيع استفاده مي‌شود. ليكن تكثّر كاربرد واژه فضا به معني برداشت يكسان از اين مفهوم در تمام زمينه‌هاي فوق نيست، بلكه تعريف فضا از ديدگاه‌هاي مختلف قابل بررسي است. مطالعات نشان مي‌دهد با وجود درك مشتركي كه به نظر مي‌رسد از اين واژه وجود دارد، تقريباً توافق مطلقي در مورد تعريف فضا در مباحث علمي به چشم نمي‌خورد و اين واژه از تعدد معنايي نسبتاً بالايي برخوردار است و تعريف مشخص و جامعي وجود ندارد كه دربرگيرنده تمامي جنبه‌هاي اين مفهوم باشد. از اين رو در اين يادداشت به ذكر برخي كليات در مورد مفهوم فضا بسنده مي كنيم ‎.
فضا يك مقوله بسيار عام است. فضا تمام جهان هستي را پر مي‌كند و ما را در تمام طول زندگي احاطه كرده‌ است. فضا به محيط زيست اطراف ما احساس راحتي و امنيت مي‌بخشد كه اهميت آن در يك زندگي لذت بخش ‎از نور آفتاب و محلي براي آرامش كمتر نيست.
هركاري كه انسان انجام مي‌دهد، داراي يك جنبه فضايي نيز است، به عبارتي هر عملي كه انجام مي‌شود، احتياج به فضا دارد. دلبستگي بشر به فضا از ريشه‌هاي عميقي برخوردار است. اين دلبستگي از نياز انسان به ايجاد ارتباط با ساير انسانها كه از طريق زبان ‎هاي گوناگون صورت مي‌پذيرد، سرچشمه مي‌گيرد. همچنين بشر خود را با استفاده از فيزيولوژي و تكنولوژي، با اشياء فيزيكي وفق مي‌دهد و از اين طريق يك رابطه و تعادل پويا بين انسان و محيط (اشياء)، علاوه بر ارتباط ميان انسانها، بوجود مي‌آيد. اين اشياء بر‌ اساس يك سري روابط خاص به دروني و بيروني، دور و نزديك، منفرد و متحد، پيوسته و گسسته تقسيم شده‌اند. براي اينكه بشر بتواند به تصورات و ذهنيات خود عينيت بخشد، بايستي كه اين روابط را درك كند و آنها را در قالب يك مفهوم فضايي هماهنگ نمايد. لذا فضا بيانگر نوع ويژه‌‌اي از ايجاد ارتباط نيست، بلكه صورتي است جامع و دربرگيرنده هر نوع ايجاد ارتباط، چه ميان انسانها و چه ميان انسان و محيط.
فضا ماهيتي جيوه مانند دارد كه چون نهري سيال، تسخير و تعريف آن را مشكل مي‌نمايد. اگر قفس آن به اندازه كافي محكم نباشد، براحتي به بيرون رسوخ مي‎ كند و ناپديد مي‌شود. فضا مي‌تواند چنان نازك و وسيع به نظر آيد كه احساس وجود بعد از بين برود (براي مثال در دشتهاي وسيع، فضا كاملاً بدون بعد به نظر مي‌رسد) و يا چنان مملو از وجود سه بعدي باشد كه به هر چيزي در حيطه خود مفهومي خاص بخشد. با اينكه تعريف دقيق و مشخص فضا دشوار و حتي ناممكن است، ولي فضا قابل اندازه‌گيري است. مثلاً مي‌گوييم هنوز فضاي كافي موجود است يا اين فضا پر است. نزديكترين تعريف اين است كه فضا را خلائي در نظر بگيريم كه مي‌تواند شيء را در خود جاي دهد و يا از چيزي آكنده شود. نكته ديگري كه در مورد تعريف فضا بايد خاطرنشان كرد، اين است كه همواره بر اساس يك نسبت كه چيزي از پيش تعيين شده و ثابت نيست، ارتباطي ميان ناظر و فضا وجود دارد. بطوري‌كه موقعيت مكاني شخص، فضا را تعريف مي‌كند و فضا بنا به نقطه ديد وي به صورت‌هاي مختلف قابل ادراك مي‌باشد.
سير تحول تاريخي مفهوم فضا
فضا مفهومي است كه از ديرباز توسط بسياري از انديشمندان مورد توجه قرار گرفته و در دوره‎هاي مختلف تاريخي بر اساس رويكردهاي اجتماعي و فرهنگي رايج، به شيوه ‎هاي گوناگون تعريف شده است.
مصري‌ها و هندي‌ها با اينكه نظرات متفاوتي در مورد فضا داشتند اما در اين اعتقاد اشتراك داشتند كه هيچ مرز مشخصي بين فضاي دروني تصور (واقعيت ذهني) با فضاي بروني (واقعيت عيني) وجود ندارد. در واقع فضاي دروني و ذهني روياها، اساطير و افسانه‌ها با دنياي واقعي روزمره تركيب شده بود. آنچه بيش از هر چيز در فضاي اساطيري توجه را به خود معطوف مي‌كند، جنبه ساختي و نظام يافته فضاست، ولي اين فضاي نظام يافته مربوط به نوعي صورت اساطيري است كه برخاسته از تخيل آفريننده‌ مي‌باشد. در زبان يونانيان باستان، واژه‌اي براي فضا وجود نداشت. آنها بجاي فضا از لفظ مابين استفاده مي‌كردند. فيلسوفان يونان فضا را شيء بازتاب مي‌خواندند. پارميندز (Parmenides) وقتي كه دريافت، فضاي به اين صورت را نمي‌توان تصور كرد، آن را بدين دليل كه وجود خارجي ندارد، به عنوان حالتي ناپايدار معرفي كرد. لوسيپوس (Leucippos) نيز فضا را اگرچه از نظر جسماني وجود خارجي ندارد، ليكن حقيقي تلقي نمود. افلاطون مسئله را بيشتر از ديدگاه تيمائوس (Timaeus) بررسي كرد و از هندسه به عنوان علم الفضاء برداشت نمود، ولي آن را به ارسطو واگذاشت تا تئوري فضا (توپوز) را كامل كند. از نظر ارسطو فضا مجموعه‌اي از مكان‌هاست. او فضا را به عنوان ظرف تمام اشياء توصيف مي‌نمايد. ارسطو فضا را با ظرف قياس مي‌كند و آن را جايي خالي مي‌داند كه بايستي پيرامون آن بسته باشد تا بتواند وجود داشته باشد و در نتيجه براي آن نهايتي وجود دارد. در حقيقت براي ارسطو فضا محتواي يك ظرف بود.
لوكريتوس (Lucretius) نيز با اتكاء به نظريات ارسطو، از فضا با عنوان خلاء ياد نمود. او مي‌گويد: همه كائنات بر دو چيز مبتني است: اجرام و خلاء، كه اين اجرام در خلاء مكاني مخصوص به خود را دارا بوده و در آن در حركت‌اند. بعدها تئوري‌‎هاي مربوط به فضا بر اساس هندسه اقليدسي بيان مي‌شد، بطوري‌كه مشخصه تفكر يونانيان در مورد فضا در تفكرات اقليدس يا هندسه اقليدسي قابل مشاهده است. اقليدس با جمع آوري كليه قضاياي مربوط به هندسه در ميان مصري‌ها، بابلي‌ها و هندوها علم جديد هندسه را پايه‌گذاري نمود كه سيستمي مبتني بر انتزاع ذهني بود. فضاي اقليدسي فضايي يكسان، همگن و پيوسته بود كه در آن هيچ چاله، برآمدگي يا انحنايي وجود نداشت. فضاي اقليدسي، فضايي قابل اندازه‌گيري بود. با توجه به آنچه گفته شد، در يونان و بطور كلي در عهد باستان دو نوع تعريف براي فضا مبتني بر دو گرايش فكري قابل بررسي است:
تعريف افلاطوني كه فضا را همانند يك هستي ثابت و از بين نرفتني مي‌بيند كه هرچه بوجود آيد، داخل اين فضا جاي دارد. تعريف ارسطويي كه فضا را به عنوان Topos يا مكان بيان مي‌كند و آن را جزئي از فضاي كلي‌تر مي‌داند كه محدوده آن با محدوده حجمي كه آن را در خود جاي داده است، تطابق دارد.
تعريف افلاطون موفقيت بيشتري از تعريف ارسطو در طول تاريخ پيدا كرد و در دوره رنسانس با تعاريف نيوتن تكميل شد و به مفهوم فضاي سه‌بعدي و مطلق و متشكل از زمان و كالبدهايي كه آن را پر مي‌كنند، درآمد جيوردانو برونو (Giordano Bruno) در قرن شانزدهم با استناد به نظريه كپرنيك، نظريه‌هايي در مقابل نظريه ارسطو عنوان كرد. به عقيده او فضا از طريق آنچه در آن قرار دارد (جداره ها)، درك مي‌‎شود و به فضاي پيرامون يا فضاي مابين تبديل مي‌گردد. فضا مجموعه‌اي است از روابط ميان اشياء و ـ آن ‎گونه كه ارسطو بيان داشته است ـ حتماً نمي ‎بايست كه از همه سمت محصور و همواره نهايتي داشته باشد. در اواخر قرون وسطي و رنسانس، مجدداً مفهوم فضا بر اساس اصول اقليدسي شكل گرفت. در عالم هنر، جيوتو نقش مهمي را در تحول مفهوم فضا ايفا كرد، بطوري‌كه او با كاربرد پرسپكتيو بر مبناي فضاي اقليدسي، شيوه جديدي براي سازمان ‎دهي و ارائه فضا ايجاد كرد. با ظهور دوره رنسانس، فضاي سه‌بعدي به عنوان تابعي از پرسپكتيو خطي معرفي گرديد كه باعث تقويت برخي از مفاهيم فضايي قرون وسطي و حذف برخي ديگر شد. پيروزي اين شكل جديد از بيان فضا باعث توجه به وجود اختلاف بين جهان بصري و ميدان بصري و بدين ترتيب تمايز بين آنچه بشر از وجود آن آگاه است و آنچه مي‌بيند، شد.
در قرون هفدهم و هجدهم، تجربه‌گرايي باروك و رنسانس، مفهوم پوياتري از فضا را بوجود آورد كه بسيار پيچيده‌تر و سازماندهي آن مشكل‌تر بود. بعد از رنسانس به تدريج مفاهيم متافيزيكي فضا از مفاهيم مكاني و فيزيكي آن جدا و بيشتر به جنبه‌هاي متافيزيكي آن توجه شد، ولي برعكس در زمينه‌هاي علمي، مفهوم مكاني فضا پررنگ‌تر گشت. دكارت از تأثيرگذارترين انديشمندان قرن هفدهم، در حدفاصل بين دوران شكوفايي كليسا از يك‌سو و اعتلاي فلسفه اروپا از سويي ديگر، مي‌باشد. در نظريات او بر خصوصيت متافيزيكي فضا تأكيد شده‌است، ولي در عين حال او با تأكيد بر فيزيك و مكانيك، اصل سيستم مختصات راست‌گوشه (دكارتي) را براي قابل شناسايي كردن فاصله‌ها بكار برد كه نمودي از فرضيه مهم اقليدس درباره فضا بود. در روش دكارتي همه سطوح از ارزش يكساني برخوردارند و اشكال به عنوان قسمت‎هايي از فضاي نامتناهي مطرح مي‌شوند. تا پيش از دكارت، فضا تنها اهميت و بعد كيفي داشت و مكان اجسام به كمك اعداد بيان نمي‌شد. نقش عمده او دادن بعد كمي به فضا و مكان بود. لايب‌نيتز از طرفداران نظريه فضاي نسبي بود و اعتقاد داشت، فضا صرفاً نوعي سيستم است كه از روابط ميان چيزهاي بدون حجم و ذهني تشكيل مي‌شود. او فضا را به عنوان نظام اشياي همزيست يا نظام وجود براي تمام اشيايي كه همزمان‌اند، مي‌ديد. بر خلاف لايب ‎نيتز، نيوتن به فضايي متشكل از نقاط و زماني متشكل از لحظات باور داشت كه وجود اين فضا و زمان مستقل از اجسام و حوادثي بود كه در آنها قرار مي‌گرفتند. در اصل، او قائل به مطلق بودن فضا و زمان (نظريه فضاي مطلق) بود. به عقيده نيوتن فضا و زمان اشيايي واقعي و ظرف ‎هايي به گسترش نامتناهي هستند. درون آنها كل توالي رويدادهاي طبيعي در جهان، جايگاهي تعريف شده مي‌يابند. بدين ترتيب حركت يا سكون اشياء در واقع به وقوع مي‌پيوندد و به رابطه آنها با تغييرات ديگر اجسام مربوط نمي‌شود.
1800 سال بعد از ارسطو، كانت فضا را به عنوان جنبه‌اي از درك انساني و متمايز و مستقل از ماده، مورد توجه قرار داد. او جنبه‌هاي مطلق فضا و زمان در نظريه نيوتن را از مرحله دنياي خارجي تا ذهن انسان گسترش داد و نظريات فلسفي خود را بر اساس آنها پايه‌گذاري كرد. به عقيده كانت، فضا و زمان مسائل مفهومي و شهودي هستند كه دقيقاً در ذهن انسان و در ساختار فكري او جاي دارند و از ارگان ‎هاي ادراك محسوب مي‌شوند و نمي‌توانند قائم به ذات باشند. فضا مفهومي تجربي و حاصل تجارب بدست آمده در دنياي بيروني نيست. مي‌توانيم صرفاً فضا را از ديدگاه انسان تعريف كنيم. فراي وضعيت ذهني ما، بازنمودهاي فضا به هر شكلي كه باشد، معنايي ندارد، چون كه نه نشانگر هيچ يك از ويژگي‌ها و مقادير فضاست و نه نشاني از آنها در رابطه‌شان با يكديگر. بدين ترتيب و با اين ديدگاه آن چه ما اشياي خارجي مي‌ناميم، هيچ چيز ديگري جز نمودهاي صرف احساس‌هاي ما نيستند كه شكل‌شان فضاست.
در پايان اين يادداشت بهتر است به ديدگاه سه تن از فلاسفه معاصر درباره فضا اشاره گردد. هگل به حقيقت فضا و زمان معتقد نبود. در نظر او زمان صرفاً توهمي است كه ناشي از عدم توانايي ما در ديدن كل است. در فلسفه برگسون نيز فضا به عنوان مشخصه ماده از قطع جرياني برمي‌خيزد كه حقيقت است. برعكس زمان خصوصيت اساسي زندگي يا ذهن است. به عقيده او زمان، زمان رياضي نيست، بلكه تجمع همگن لحظات است و زمان رياضي در واقع شكلي از فضاست.
هايدگر يكي ديگر از فيلسوفان معاصر در تبيين واژه فضا (Raum,Rwm) بر اين عقيده است كه فضا به معني جايي است كه براي جاي‌گيري آماده باشد. فضا به چيزي كه يك محدوده و افق رهاست، جا مي‌دهد. اين تعريف از فضا، مي‌تواند تا حدودي با مفهوم مادي فضا، فضايي و جايي كه هنوز توسط اشياء فضايي و مكاني صورت تحقق نيافته است، منطبق باشد. با اين حال هايدگر اين جا بين بعد مادي فضا و بعد صوري فضا تمييز خلط مي‌كند. او مي‌گويد كه فضا در ذات خود همان است كه جا از براي آن (for which) ساخته شده است. اين تعريف از فضا مستلزم تصوري از فضا است كه صورت فضا پيش از اين كه تحقق يابد، وجود داشته است كه براي آن جا ساخته شود. اين تصوير از فضا صرفاً آن را انتزاعي مي‌سازد. زيرا براي آن كه براي فضا پيش از تحقق صوري آنجا بوجود آيد، بايد آن را صرفاً در ذهن انتزاع كرد.
درباره ي زمان
(0) پيش درآمد
زمان، مفهومي چنان آشنا، ملموس، بديهي، پيش پا افتاده، و عميق است كه نوشتن درباره اش جسارت زيادي را مي طلبد. فهم مفهوم زمان، و نقد كردنِ برداشت رايج از اين مفهوم، اگر به قدر كافي تداوم يابد، به تلاش براي دستيابي به نگاهي تازه و رويكردي كارآمدتر درباره ي مفاهيمي كليدي مانند مكان، تغيير، و رخداد منتهي مي شود. زمان، مفهومي چنان حاضر و نافذ است كه هر پيشنهاد جديدي براي جور ديگر ديدنِ آن به راهبردهايي رفتاري براي دگرگوني در كردار هم مي انجامد. اين پيشنهادهاي نظري، و آن توصيه هاي عملياتي، به طور خاص مهمترين جنبه هايي هستند كه به چالش طلبيدن مفهوم زمان را چنين ترسناك مي نمايند اميدوارم كه اين نوشتار، متني جسورانه باشد كه دستيابي به دركي انتقادي از مفهوم زمان را ممكن سازد، و اين كار را تا مرزهاي استنتاج راهبردهايي رفتاري براي "جور ديگر جريان يافتنِ زمان" دنبال كند. دقت و صحت آن ديدگاه و كارآيي اين رهنمودِ رفتاري، تنها زماني به درستي آشكار مي شوند كه با محك نقد آشنا شوند. زماني ريموند ويليامز رويكردهاي انديشمندان به زمان را در سه رده جاي داده بود (سويا، 1378:172-190 ). از ديد او سه نوع برداشت از زمان قابل تصور است.
نخست: برداشت بي طرف كه به زمان به عنوان متغيري خنثا و فرعي براي توضيح چيزهايي ديگر نگاه مي كند. چنين برداشتي به مدلهاي مكانيكي و علمي از زمانِ انتزاعي و رياضيگونه منتهي مي شود. مدلي كه نيوتون نخستين بنيانگذار آن محسوب مي شود. نگرش بي طرفانه با رويكردي جبرانگارانه از زمان به عنوان توجيهي براي تحليل علي رخدادها استفاده مي كند.
دوم: رويكرد تبارشناسانه، كه گويا براي نخستين بار توسط نيچه مورد استفاده واقع شده باشد. اين رويكرد، از زمان به عنوان بستري براي توضيح آن كه چرا رخدادهايي خاصي به شكلي ويژه رخ دادند، استفاده مي كند. اين زمان، بر خلاف مفهوم انتزاعي پيش گفته، پويا و سيال است و بسته به ماهيت رخداد و موضوع مورد پژوهش، انعطاف زيادي را از خود نشان مي دهد.
سوم: رويكرد خصمانه يا انتقادي: كه بر مبناي حمله بر دو نگرش پيش گفته استوار است و هدفش ويران كردن مباني نظري برداشتي از زمان است كه بديهي پنداشته مي شود. اين رويكرد به نگرشهاي تاريخ مدار و زمان گرا با ديدي انتقادي نگاه مي كند و در صحت قوانين تاريخي شك مي كند.
اميدوارم كه متن كنوني در رده ي سوم بگنجد. رهيافت من در اين متن چنين خواهد بود.
نخست، بحث را با آنچه كه در مورد زمان مي دانيم آغاز مي كنم. اين دانستن، به شواهدي "سخت" باز مي گردد كه از مجراي علوم تجربي استخراج شده و تصويري به نسبت دقيق از مفهوم زمان را به دست مي دهد. تصويري كه با وجود نقطه اتكاي مستحكمش در علوم تجربي، معمولا مورد غفلت واقع مي شود.
سپس، بر مبناي چارچوب نظري مورد علاقه ام -نظريه ي سيستم هاي پيچيده- مفهوم زمان را بازسازي مي كنم و تفسيري از چگونگي ظهور آن در سيستمها به دست مي دهم. پس از آن به بحث اصلي خويش مي پردازم. بحثي كه بر دلايل مسخ شدگي و دگرديسي مفهوم زمان در سطوح جامعه شناختي و روانشناختي تمركز دارد. در همين بخش بسياري از پيش فرضهاي مرسوم درباره ي زمان را به چالش خواهم كشيد و راهبردهايي را براي رويارويي با زمان به شكلي نو پيشنهاد خواهم كرد.
(1) زمان فيزيكي
در فيزيك، زمان با دو روش متفاوت تعريف مي شود:
الف) روش ترموديناميكي: اين روش را براي نخستين بار فيزيكداناني مانند كلوين و سلسيوس كه به مفهوم دما و تبادلات گرمايي علاقمند بودند، بنيان نهادند. اما شكل پخته و امروزين آن را در آثار انديشمنداني مانند بولتزمان مي بينيم. تعريف ترموديناميكي زمان، بر الگوهايي از رفتار مبتني است كه در سيستمهاي ساده ديده مي شود. بخش مهمي از سيستمهايي كه در پيرامون ما وجود دارند، نظامهايي ساده هستند كه از شمار زيادي از عناصر به نسبت ساده تشكيل يافته اند. عناصري كه رفتارشان تقريبا تصادفي به نظر مي رسد، اما برآيند رفتارهاي سطح خردشان بر مبناي قواعدي كلان پيش بيني پذير است. بررسي تحولات انرژيايي اين سيستمها، ستون فقرات علم ترموديناميك را تشكيل مي دهد. كل ساختمانِ علم ترموديناميك، بنايي است كه بر پايه ي چند شاه ستونِ اصلي تكيه كرده است. اين ستونها، قوانين ترموديناميك خوانده مي شوند. قوانين ياد شده، از نظر منطقي بسيار ساده و بديهي مي نمايند. مثلا قانون صفرم ترموديناميك چنين مي گويد كه اگر دو سيستمِ آ و ب از نظر حرارتي با هم در تعادل باشند، و دو سيستم ب و پ هم چنين وضعيتي داشته باشند، آنگاه دو سيستم آ و پ هم با هم در تعادل گرمايي خواهند بود. چنان كه مي بينيد، اين در واقع بياني حرارتي از اصل منطقي اين هماني است.
دومين قانون ترموديناميك، چنين مي گويد كه سيستمهاي باز به مرور زمان به سوي بي نظمي (آنتروپي) ميل مي كنند. اين بدان معناست كه متغيري ثابت و عام به نام زمان بر رفتار چنين سيستمهايي حاكم است. با يك مثال ساده مي توان رابطه ي زمان و آنتروپي را نشان داد فرض كنيد در يك اتاق، شيشه اي عطر داشته باشيم و درِ آن را گشوده باشيم. در چنين وضعيتي تراكم مولكولهاي عطر در يك نقطه ي خاص از اتاق -درون شيشه- نشانگر وجود شكلي از نظم است. اتاقي كه در آن مولكولهاي عطر در كنار هم و مولكولهاي هوا در كنار هم قرار گرفته اند، اتاقي منظم است و محتواي اطلاعاتي اش از اتاقي كه مولكولهاي ياد شده به طور نامنظم و درهم برهم قرار گرفته باشند، بيشتر است. قانون دوم ترموديناميك به ما مي گويد كه سيستمي باز -مانند شيشه ي عطرِ داراي درِ گشوده- در گذر زمان از حالت منظم اوليه به سوي وضعيت نامنظم دومي پيش خواهد رفت. آنچه كه در اين ميان افزايش مي يابد، بي نظمي اتاق است كه در ترموديناميك با عنوان آنتروپي شناخته مي شود.
ب) روش تاريخ مدارانه: اين روش زمان را بر مبناي سيستمهاي پيچيده اي تعريف مي كند كه امكان انباشت اطلاعات و تجربيات را در خود دارند. در اين سيستمها، گذر زمان به كاهش يافتنِ بي نظمي و افزايش نظم منتهي مي شود. مثلا وقتي به بدن مجروح يك انسانِ يا بذر يك گياه نگاه مي كنيم، مي بينيم كه با مرور زمان مقدار نظم دروني اين سيستمها زياد مي شود. فرد زخمي بهبود مي يابد و بذر به گياه تبديل مي شود. به اين ترتيب به نظر مي رسد تعريف تاريخ مدارانه از زمان، با تعريف ترموديناميكي آن در تضاد باشد.
چنان كه مي دانيم، مهمترين ويژگي حاكم بر قوانين علوم تجربي مانند فيزيك، ناوردايي يا تقارن است. تقارن بدان معناست كه قوانين ياد شده در تمام شرايط قابل تصور صدق مي كنند. اين بدان معناست كه قوانين مزبور بيانگر ماهيت موضوع پژوهش و شيوه ي رفتار آن هستند و به شرايط پيراموني آن وابسته نمي باشند.
كل قوانين فيزيك، نسبت به همه ي شرايط ناوردا هستند. تنها متغيري كه اين تقارن در هم مي شكند، زمان است و منشا اين نقض شدنِ تقارن، قانون دوم ترموديناميك است. محور زمان، تنها شاخص فيزيكي است كه جهت دارد و در مسير مشخصي جريان مي يابد و بسته به اين جهت، رفتار سيستمها دگرگون مي شود.
براي درك دقيقتر اين مفهوم اشاره به مثالي روشنگر است. قانوني مثل F=Ma را در نظر بگيريد. اين قانون بيان مي كند كه شاخصي مثل نيرو، با دو شاخص ديگر (شتاب و جرم) رابطه دارد. اين معادله نسبت به محورهاي مكان ناورداست. يعني اگر به جسمي در جهتي نيرو وارد كنيم، شتاب آن بسته به جرمش -و نه چيزي ديگر- تعيين مي شود. اگر به همان جسم در جهت معكوس نيرو وارد كنيم، بار ديگر تنها جرم آن است كه شتابش را تعيين مي كند. جهت اعمال نيرو و مكانِ ظهور چنين پديده اي در صحت اين معادله تاثيري ندارد. مكان زمينه اي خنثاست كه قانون ياد شده همواره در آن صدق مي كند. مهم نيست شما در چه جهتي بر جسم نيرو وارد كنيد و كجا اين كار را انجام دهيد، قانون ياد شده در كل كائنات و در تمام جهتهاي قابل تصور براي اعمال نيرو، مصداق دارد.
اما قانون دوم ترموديناميك چنين وضعيتي ندارد. اين قانون نسبت به محور زمان ناوردا نيست. اگر سيستم بر محور زمان "پيش برود" يعني از گذشته به آينده حركت كند، قانون دوم ترموديناميك صدق مي كند، و اگر جهتي معكوس براي آن فرض شود، اعتبار اين قانون از بين مي رود. سيستمهاي باز تنها در شرايطي كه زمان در جهت خاصي حركت كند، آنتروپي خود را افزايش مي دهند.
از اين روست كه زمان در معادلات فيزيكي به صورت متغيري مستقل وارد مي شود و به صورت شاخصي عام عمل مي كند كه "جهت و ترتيب" رخدادها را نشان مي دهد.
مفهوم فيزيكي زمان دو مشكل اساسي دارد :
الف: تعريف ترموديناميكي و تاريخ مدار از زمان به ظاهر با هم در تعارض هستند. بنابراين تعريف يگانه و فراگيري از زمان وجود ندارد. گويي زمان در سيستمهاي بازِ ساده و پيچيده به دو شكل متفاوت تعريف شود.
ب: توضيح اين كه چرا زمان -به عنوان متغيري عام- اينطور يك طرفه عمل مي كند و تنها در جهت خاصي جريان دارد، دشوار است. به بيان ديگر، "پيكان زمان" و حركت دايمي و ثابتش از گذشته به آينده امري است كه نياز به توضيح و تبيين دارد. تلاشهاي زيادي براي آشتي دادنِ دو تعريف ترموديناميك و تاريخ مدار از زمان صورت گرفته است. يكي از جالبترينِ اين تلاشها، به پيشنهاد ديويد ليزر مربوط مي شود. وي معتقد است كه مفهوم اطلاعات -مبناي اصلي تعريف مفهوم آنتروپي- در سطوح خرد و ميكروسكپي قابل تعريف نيست. به عبارت ديگر، در سطح ميكروسكپي، محور زمان متقارن است و تمايزي ميان حركت از گذشته به آينده و از آينده به گذشته وجود ندارد. او از اصل عدم قطعيت هايزنبرگ، براي تاييد حرف خود استفاده مي كند. اين اصل اعلام مي كند كه تعداد حالات قابل تصور براي يك سيستم فيزيكي متناهي است، و بنابراين توصيف آن با مقداري متناهي از اطلاعات ممكن است. اين بدان معناست كه اطلاعات در سطح ميكروسكپي حدي مشخص دارند و نامتناهي نمي باشند. اين اصل در مورد تمام زيرسيستم هاي كيهان صادق است. اصل عدم قطعيت هايزنبرگ را مي توان به خودِ كيهان هم تعميم داد. كيهان، با زيرسيستمهايش در يك مورد تفاوت دارد و آن هم بيكران بودنش است. اگر اصل تقارن محض انشتين را بپذيريم، يعني قبول كنيم كه اثرات تصادفي هم در كيهان توزيعي متقارن دارند، به اين نتيجه مي رسيم كه اطلاعات سطح ميكروسكپي، اگر در سطح كيهان -يعني كليت عالم- نگريسته شوند، عينيت ندارند. چرا كه در سطوح خرد، مي توان هماننديهايي اطلاعاتي را در ميان سيستمهايي تشخيص داد كه در سطح كلان متفاوتند يعني از محتواهاي اطلاعاتي متمايزي برخوردارند پيشنهاد ليزر به طور خلاصه آن است كه محور زمان را در سطوح ميكروسكپي متقارن فرض كنيم. در چنين شرايطي، پيش فرضِ كيهان شناساني مانند هويل و نارليكار كه اعتقاد دارند جهان از حالت عدم تعادل ترموديناميكي اوليه (مهبانگ) زاده شده و به سوي چنين تعادلي (مرگ حرارتي) حركت مي كند، قطعيت خود را از دست مي دهد. از ديد ليزر، چنين تصوري از تكامل عالم، در پيش فرضهايي قديمي تر ريشه دارد. اين پيش فرض آن است كه جهان يك سيستم ديناميك بسته است و بنابراين حركتي كه در آن مشاهده مي شود، با قانون دوم ترموديناميك تبيين مي شود. از ديد ليزر، با توجه به نقض جهت دار بودنِ زمان در سطح ميكروسكپي، اين حالت كه جهان از وضعيتي نامتعادل به سوي تعادل پيش رود، همانقدر محتمل است كه وضعيت برعكسِ آن. در واقع ليزر از اين مدل اخير دفاع مي كند و معتقد است نقطه ي شروع عالم وضعيتي نزديك به تعادل ترموديناميكي بوده و در گذر زمان كيهان از اين تعادل دور مي شود مشكل دوم، يعني جهت مند بودنِ زمان، به اشكال متفاوت تبيين شده است. فيزيكداناني مانند اميل بورل اعتقاد داشتند كه بسته نبودنِ سيستمهاي فيزيكي، به معناي آن است كه هيچ سيستمي از تاثير عناصر تصادفي و كاتوره اي محيط خود در امان نيست. در نتيجه ي اثر اين عوامل، اطلاعات سطحِ خُرد هنگام سازمان دادن نظمهاي سطح كلان به طور منظم تلف مي شوند و اين همان چيزي است كه اصل آنتروپيك و جهت دار شدنِ زمان را نتيجه مي دهد. برخي ديگر از انديشمندان -مانند مك ناگارت- اصولا جهتمند بودنِ زمان را نفي كرده اند تاكيد مك ناگارت بر مفهومي از زمان است كه بر چيده شدن رخدادها در كنار هم -به صورت تواليهايي از قبل و بعد- دلالت دارد. در اين تعريف -كه خصلتي نيوتوني هم دارد،- زمان "چيزي" است مانند مكان، كه همچون ظرفي رخدادها را در بر مي گيرد. نقطه اي به نام اكنون بر اين محور وجود دارد كه رخدادهاي قبل و بعدِ آن به گذشته و آينده منسوب مي شوند و جايگيري شان نسبت به هم به آنها -و به محور زمان- معنا مي بخشد. مك ناگارت معتقد است كه دو بيان از اين محور زماني وجود دارد نخست: "سري آ" كه بر چيده شدن رخدادها نسبت به مرجعي به نام اكنون مبتني است. سري آ در صورتي معنا دارد كه بتواند بر مبناي صفاتي اصيل و غير انضمامي رخدادها را نسبت به هم مرتب كند.
دوم: "سري ب" كه نظم رخدادها را بر مبناي رابطه ي قبل و بعدشان با يكديگر مي سنجد و مرجع اكنون را ناديده مي گيرد. استدلال او براي رد مفهوم خطي زمان اين چنين است:
الف) زمان وجود دارد اگر و فقط اگر سري ب وجود داشته باشد. يعني زمينه اي از رخدادها و تحولات وجود داشته باشند كه با يكديگر قابل مقايسه باشند.
ب) اين امر تنها زماني امكان پذير است كه چيزي به نام تغيير وجود داشته باشد. يعني چيزي ميان رخدادهاي مربوط به زمانهاي مختلف تمايز گذارد. (هرچند برخي از نويسندگان مانند شوميكر تصور جهاني فاقد تغيير ولي واجد زمان را ممكن دانسته اند.)
پ) تغيير تنها زماني ممكن خواهد بود كه نوعي سري آ وجود داشته باشد. يعني وجود زمينه اي از رخدادهاي مشابه كه نسبت به هم قبل و بعد داشته باشند ولي مرجعي بيروني براي چيده شدنشان وجود نداشته باشد، بر تفاوت ميانشان -يعني حضور تغيير- دلالت نمي كند.
ت) رخدادهاي درون سري آ تنها به يكي از مفاهيم گذشته، حال، يا آينده متصل مي شوند. اتصال آنها به بيش از يكي از اين مفاهيم، به تناقض منتهي مي شود.
ث) در نتيجه، اعتبار محور زمان و مرجعِ اكنون -كه سري آ را مي ساخت- تنها به زنجيره اي از روابط مفهومي وابسته است كه هيچ يك اعتبار كامل ندارند. يعني در هر برش مشاهداتي، هر رخداد تنها يكي از سه وضعيت ياد شده را به خود مي پذيرد. از اينجا بر مي آيد كه سه مفهوم حال، گذشته و آينده خصلتي انضمامي دارند و بنابراين نمي توانند شالوده ي استواري را براي سري آ فراهم كنند .
زمانِ زيست شناختي
سيستم زنده، نظامي است كه در زمان و مكان امتداد دارد. در نتيجه براي تنظيم رفتارهاي خويش و سازگار شدن با محيط، نياز به آن دارد تا هر دوي اين زمينه ها را بشناسد -يا خلق كند- و برمبناي آن كاركرد غايي خويش -يعني بقا- را برآورده سازد. سيستمهاي جانوري پيچيده به كمك حس بينايي و شنوايي مكان را درك مي كنند. مكان، به شكلي گسترده، بر مبناي رخدادهايي نوپديد و بديع كه در اطراف موجود ظهور مي كند، شناسايي و درك مي شود. زمان، بر عكس به شكلي دروني ادراك مي شود. سيستم زنده براي فهم زمان بيش از محركهاي بيروني و تحولات محيطي به دگرگونيهاي دروني و متغيرهاي داخلي خويش وابسته است دستگاه تشخيص زمان در تمام جانداران از ساختار شيميايي كمابيش يكساني پيروي مي كند. مبناي تمام اين دستگاه ها، چرخه هايي بيوشيميايي است كه مي توانند به صورت متناوب و پياپي تكرار شوند و هر چرخه ي تكرارشان زماني مشخص دوام مي يابد. به اين ترتيب، جانداران در سطح بيوشيميايي به ساعتي دروني مجهز هستند كه بر مبناي كنش و واكنشهاي شيميايي و با چرخ دنده هايي مولكولي تيك تاك مي كند . در جانورانِ داراي دستگاه عصبي پيچيده، اين دستگاه بسيار تكامل يافته است و Zaitgieber به آلماني يعني "زمان سنج" ناميده مي شود. در بندپايان، بخشي از عقده ي سري اين وظيفه را بر عهده دارد و در مهره داران خونسرد -ماهيان، دوزيستان و خزندگان- غده ي صنوبري اين كار را انجام مي دهد. در انسان، مركز درك زمان هسته ي كوچكي به نام هسته ي بالاي چليپايي (SCN ) است كه در هيپوتالاموس، درست در بالاي محل برخورد دو عصب بنيايي قرار گرفته است. اين هسته تنها از دو هزار نورون تشكيل يافته است. نورونهاي مورد نظر، با چرخه هاي شيميايي بسته اي، به طور منظم پيامهايي الكتريكي و تكرار شونده را توليد مي كنند. اين پيامها در شبكه ي پيچيده ي نورونهاي اين هسته تشديد مي شود و با فواصل زماني ثابتي پيامي عصبي را به ساير ساختارهاي مغزي گسيل مي دارد. به اين ترتيب هسته ي بالاي چليپايي با سرعت ثابتي تيك تاك مي كند و زمان دروني مغز را ثبت مي نمايد.
ساعت دروني به طور دايمي به كمك محركهاي نوري كه از چشمها وارد مي شوند، خود را تنظيم مي كند. به عنوان مثال، شبانه روزِ ساعت دروني، از شبانه روزِ نجومي و بيروني طولاني تر است. اگر عده اي از مردم در محيطي مانند قعر يك غار كه فاقد هر نوع محرك نشانگر زمان است، براي مدتي بمانند، طول شبانه روزشان اندكي افزايش مي يابد و در حوالي بيست و پنج ساعت تثبيت مي شود. رفتارهاي اين آزمودني ها، بر مبناي چرخه هايي 25 ساعته تنظيم مي شود و خورد و خوابشان با چنين تناوبي سازمان مي يابد. با اين تفاصيل مغزي كه روزهايي بيست و پنج ساعته را در درون خود توليد مي كند، بايد در جهانِ واقعي مرتبا خود را تصحيح كند. اين كار به كمك بازخوردهايي كه از دستگاه بينايي حاصل مي شود، انجام مي گيرد.
جانوران بر مبناي اين ساعت دروني، چرخه هاي زيستي خود را تنظيم مي كنند. اين چرخه ها عبارتند از دوره هاي روزانه -مثل خواب و بيداري-، ماهانه -مثل دوره ي تخمك گذاري- و ساليانه - مثل زمستان خوابي. اين چرخه ها هم به كمك محركهايي مانند نسبت زمان روز به شب و تغييرات دماي هوا تصحيح مي شود. اين چرخه هاي برونزاد، چنان كه مي دانيم، خود از رخدادهايي تكراري در ابعاد كيهاني ناشي مي شوند. به اين ترتيب رشته اي از رخدادهاي تكراري درونزاد -شليكهاي عصبي در SCN و برونزاد (گردش زمين به دور خورشيد و ماه به دور زمين) پديده ي زمان را در جانداران خلق مي كنند.
در پستانداران، هسته ي بالاي چليپايي از سمت پشت به مغز مياني و ساير هسته هاي هيپوتالاموسي مرتبط مي شوند و آكسون هايشان را از جلو به سپتوم مي فرستند. كاركردهاي عمده اي كه با اين هسته در ارتباطند عبارتند از: تنظيم چرخه هاي خواب و بيداري، تنظيم دماي بدن در ساعات متفاوت شبانه روز و تنظيم دوره هاي فعاليت و استراحت. طول دو چرخه ي اول 24 ساعت، و طول چرخه ي سوم 90 دقيقه است. ساعت دروني دوره هاي زماني را تنظيم مي كند، اما دوام كاركردهاي زيستي را تعيين نمي كند. اين بدان معناست كه اگر هسته ي بالاي چليپايي موشي را تخريب كنيم، چرخه هاي خوب و بيداري اش نظم خود را از دست خواهد داد، اما كل زماني كه در شبانه روز مي خوابد تغييري نخواهد كرد. ساعت دروني ساختار بسيار مقاومي است و كاركردش به راحتي در برابر محركهايي مانند سرما، داروهاي عصبي، اختلالات هورموني و شوك هيپوكسيك مختل نمي شود (Haken & Koepchen,1991). كاركرد ساعت دروني به طور مستقيم به عملكرد ژنها وابسته است. در مگس سركه و ساير حشرات ژني به نام Per ايجاد چرخه هاي پروتئيني ساعت دروني را بر عهده دارد. در كپك نوروسپورا ژني به نام Frq اين نقش را ايفا مي كند. در پستانداران عملكرد اين سيستم به يك ژن منفرد وابسته نيست، اما جهش يافته هايي مانند Clock در موش و Tau در همستر شناسايي شده اند كه چرخه هاي روزانه اي بلندتر يا كوتاهتر از ميزان معمول دارند .
به اين ترتيب، مي بينيم كه زمان در نظامهاي زيست شناختي، در واقع شيوه اي از مديريت روندهاي دروني سيستم است كه به كمك معيار گرفتنِ رشته اي از رخدادهاي تكراري و يكنواخت حاصل مي شود. بدن جاندار، به كمك رديابي يا توليد كردنِ اين رخدادهاي تكراري، مبنايي براي پردازش اطلاعات به دست مي آورد و هماهنگي ميان رفتارهاي دروني خويش و رخدادهاي محيط بيروني را ممكن مي سازد. در پردازنده ي بسيار پيچيده اي مانند مغز انسان، زمان كاركردي فراتر از تضمين سازگاري با محيط را بر عهده مي گيرد. در چنين مغزهايي، حجم كلي پردازش اطلاعات چنان زياد و شمار كاركردهاي درون سيستم به قدري بالاست كه زمان، به عنوان ابزاري كليدي براي هماهنگ كردن ساز و كارهاي دروني سيستم نيز مركزيت مي يابد. به اين ترتيب، بدنِ جانداري كه در نخستين روزهاي پيدايش حيات، زمان را بر مبناي چرخه هاي برونزاد و دگرگونيهاي تكراري محيطي مي فهميد و از آن براي تطبيق يافتن با دگرگونيهاي خارج از مرزهاي سيستم خود بهره مي برد، ناچار شد براي دستيابي به انسجام رفتاري و اتحاد عملكردي، دستگاهي درونزاد براي ترشح زمان ابداع كند و از آن به عنوان نقطه ي مرجعي براي سازگار كردن زيرسيستمهاي خويش با هم استفاده كند. اين ماشين دروني ساختِ زمان، همان مركزي بود كه در جريان تكامل مهره داران به هسته ي صنوبري خزندگان و دوزيستان و هسته ي بالاي چليايي در پستانداران منتهي شد. به اين شكل زماني كه بيشتر بر متغيرهاي بيروني متكي بود و سازگاري سيستم با محيط را تضمين مي كرد، به نظامي خودسازمانده و خودمختار تبديل شد كه وظيفه اش هماهنگ كردن رفتار زيرسيستم هاي گوناگون در سيستم اصلي بود. اهميت اين كاركرد جديد را مي توان با بررسي چند شاهد عصب شناختي درك كرد.
به عنوان مثال، به زيرسيستمهاي حسي گوناگون مغز آدمي توجه كنيد. مجاري ورود اطلاعات در جانداري مانند انسان به قدري تخصص يافته و پيچيده شده اند كه هريك تنها جنبه اي خاص و ويژه از دگرگونيهاي محيط بيروني را رديابي مي كنند و به آن توجه نشان مي دهند. به عنوان مثال، سيستم مغز بويايي كه از پياز بويايي آغاز مي شود و تا سپتوم و مراكز درك بويايي در بخشهاي پيشين مغز گسترش مي يابد، تنها به پردازش اطلاعات بويايي توجه دارد. سيستم حسي بينايي كه مسيري از شبكيه تا قشر پس سري را در بر مي گيرد، تنها به محركهاي نوري كار دارد و مركز شنوايي هم تنها امواج و ارتعاشات هوا را ثبت و تحليل مي كند. آنچه كه ما به عنوان پديده ها و چيزها در جهان خارج تشخيص مي دهيم، در واقع محصولي ساختگي است كه از برهم افتادن اين ادراكات حسي گوناگون نتيجه مي شود. يعني به عنوان مثال وقتي ما يك دانه ي گيلاس را در دست مي گيريم، از راهِ تركيب كردن محركهاي نوري (رنگ و شكل گيلاس)، پساوايي (نرمي و بافتار خاص آن) و...، پديده اي به نام گيلاس را استنتاج مي كنيم. تركيب شدنِ حواسي متمايز در قالب يك پديده ي داراي استمرار، تنها زماني ممكن مي شود كه محوري زماني جايگيري آن پديده نسبت به پديدارهاي زمينه اش را تعيين كند و دگرگوني هاي آن پديدار را هم به عنوان "تحولاتِ آن چيز در زمان" تفسير نمايد.
اين كار، با درك زمان مندِ محركهاي حسي ممكن مي شود. نسبت دادنِ يك بو، صدا، شكل، و بافتار به چيزي كه در نقطه ي خاصي از مختصات زماني/مكاني قرار گرفته است، نخستين گام براي تجزيه كردن مِهرَوند (هستي بيروني) و بيرون آوردنِ پديدارها از دل آن است. زمان، شرط لازم براي شكستن پديده هاست. اما دستگاه عصبي ما، از جنبه اي ديگر نيز زمان مند عمل مي كند.
دستگاه عصبي، اگر از زاويه اي كاركردگرايانه نگريسته شود، نظامي براي پردازش اطلاعات است كه رابطه ي ميان ورودي هاي حسي و خروجي هاي حركتي را برقرار مي سازد. اين رابطه، در واقع شبكه اي بغرنج از پاسخ به محركهاي متداخل را رقم مي زند كه ظهور "من" در زمينه ي "جهان" را ممكن مي سازد. واكنش نشان دادنِ اين سيستم، فرآيندي است زمان گير. يعني از لحظه ي ورود محرك به سيستم حسي تا مقطعِ ظهور واكنش در سيستم حركتي، وقفه اي وجود دارد كه عصب شناسان آن را زمان واكنش يا RT مي نامند. اين وقفه به متغيري به نام "توانمندي مركزي زمان" يا TCA بستگي دارد كه محدوديتهاي سرعتِ عبور پيام و پردازش اطلاعات در دستگاه عصبي را نشان مي دهد. اين وقفه در حسهاي گوناگون مقادير متفاوتي دارد. مثلا در دستگاه بينايي صد هزارم ثانيه است كه بسيار از RT در سيستم شنوايي (يك هزارم ثانيه) بيشتر است. همين تفاوت در سرعت پردازش اطلاعات است كه خطرِ ناهمزمان درك شدنِ چيزهاي منفرد را پيش مي آورد. تفاوت در RT هاي گوناگون براي رخدادهايي كه نزديك به ما هستند، چشمگير نيست. براي رخدادهايي كه در فاصله اي كمتر از ده متري ما رخ مي دهند، تفاوت سرعت پردازش در اين دو سيستم -و تفاوت سرعت انتشار محرك در محيط- به قدري اندك است كه رخدادها به صورت يكپارچه و همزمان درك مي شوند. اين فاصله در هر جانوري اندازه اي دارد، و با عنوان "افق همزماني" شهرت دارد. براي رخدادهايي كه فراتر از اين افق قرار گرفته اند، دخالت مستقيم نظام زمان سازِ عصبي لازم است، تا پديدار يكتا و يگانه فهميده شود. اگر اين سيستم در مسير تكامل پديد نمي آمد، ما از پديدارهايي كه فراتر از افق همزماني ما قرار دارند، دركي شبيه به رعد و برق پيدا مي كرديم. يعني نخست يكي از محركهاي مربوط به آن مثلا نور را ( به دليل سرعت بيشترِ انتشار نور در محيط) ابتدا درك مي كرديم و بعد محركهاي ديگرش (مثلا صدا) را مي فهميديم.
از بررسي مفهوم زمان واكنش، چند نكته آشكار مي شود.
نخست آن كه دستگاه عصبي ما اصولا همپاي دگرگونيهاي محيطي واكنش نشان مي دهد، ولي اين دگرگونيها و آن واكنشها را ديرتر از زمان واقعي شان مي فهمد. اين بدان معناست كه سيستم زنده همواره در دل تحولات محيطي شناور است و از نوسانات محيطي تاثير مي پذيرد، اما وقفه اي كه از پردازش اين نوسانات نتيجه مي شود، همواره او را ديرتر از زمان واقعي نگه مي دارد. به بيان ساده تر، مغز ما همواره تصاويري را از جهان خارج درك مي كند كه به ده تا صد هزارم ثانيه پيشتر از اكنونِ واقعي تعلق داشته اند. يعني به دلايل عصب شناختي، ما همواره از زمان عقب هستيم.
دومين نكته آن كه پيوستگي زمان، و تداوم رخدادها، از دل روندهاي پردازشي دستگاه عصبي زاده مي شوند. اين امر نياز به توضيحي بيشتر دارد.
دستگاه عصبي از واحدهايي كاركردي به نام نورون تشكيل يافته است كه به طور گسسته عمل مي كنند. يعني بر اثر تحريك پيامي الكتريكي را به طور گسسته مخابره مي كنند. به اين ترتيب، ما انتظار داريم تصويرهايي كه از اين پيامهاي گسسته نتيجه مي شود، گسسته باشد. به عبارت ديگر، منطقي مي نمايد كه دستگاه بينايي، تصويري از جهان به دست دهد كه مانند عكاسي استروبوسكوپي، مقطعهايي گسسته و بريده بريده از تغييرات محيطي را بازنمايي كند. اما تجربه ي دروني همه ي ما نشان مي دهد كه دركمان از هستي امري پيوسته و سيال است و گسستگي در آن راه ندارد. اما اين پيوستگي چطور پديد مي آيد؟
در واقع، محركهاي حسي وروديهايي از جنس شليك عصبي هستند كه نوسانات منظم و ساختاريافته ي عادي شبكه ي عصبي را متحول مي كنند. پردازش عصبي، مي تواند به صورت پيچيده تر شدنِ الگوي نوسانات يك شبكه ي منسجم، زير تاثير ورودي هايي كه به زبان همان نوسانات ترجمه شده اند، فهميده شود.
سرعت نوسانات عادي شبكه ي عصبي در شرايطي كه محرك بيروني در كار نباشد -مثلا در وضعيت كما يا خواب- آستانه اي در حدود 30-50 هزارم ثانيه دارد. اين بدان معناست كه نوسانات معمولِ شبكه ي عصبي از كوانتوم هاي زماني اي در اين حدود برخوردار است. با توجه به اين كه سرعت شليك هر نورون 1-5 هزارم ثانيه است، كوانتوم هاي ثبت و مخابره ي محركهاي حسي، از واحدهاي زماني لازم براي پردازش آنها بسيار كمتر است. در نتيجه، گسستگي سطح نوروني در نوسانات سطح شبكه اي محو مي شود و جهان پيوسته درك مي گردد (Haken,1991). .
از ديد سيستمي، بدن جانداران، مانند هر سيستم پيچيده ي خودسازمانده و خودزاينده ي ديگري، همواره زير فشار محركهاي كاتوره اي و آشوب گونه ي محيط بيروني است. سيستم پيچيده، بايد براي مديريت روابط دروني خويش، از محورها و مرجعهايي زماني/مكاني بهره برد، و اين نياز به سازگاري دروني است كه ابداع زمان را ضروري مي سازد چنان كه گفتيم، سيستم پيچيده همواره كمي از اكنون عقب تر است. از ديد ناظر فرضي اي كه فراتر از دغدغه ي چگونه پردازش كردنِ اطلاعات، هستي را همواره در اكنونِ آن مي نگرد، پردازش اطلاعاتي كه درك جهان در اكنون را ممكن مي سازد، فرآيندي وقت گير است كه پايان يافتنش به گذرِ هستي از مقطعِ اكنون منتهي مي شود. از ديد سيستم، اين وقفه اي كه ميان ورود محركها و صدور پاسخ وجود دارد، همان اكنون است. سيستم، زمان را در اكنوني انتزاعي درك مي كند كه از مفصل بندي يك گذشته ي قطعي (وروديهاي حسي) و آينده اي نامعلوم (دامنه اي از خروجي هاي رفتاري ممكن) ساخته مي شود. اين وقفه، و اين شكافي كه بين گذشته و آينده پديد مي آيد، در واقع محصول پردازش اطلاعات در سيستم است. هستي، همواره در اكنوني صريح و بي پروا قرار دارد. اين سيستم است كه در وقفه ي ياد شده، محروميت از اين اكنونِ خالص را با اختراع "اكنونِ" مصنوعي و تازه اي در شكاف ميان گذشته و آينده جبران مي كند. وقفه ي ياد شده، گرانيگاهي است كه ابهام و تقارن در آن با هم جمع مي آيند. سيستم، در اين وقفه يك تصوير منحصر به فرد از هستي را به دست مي آورد و به اين ترتيب تقارن ميان بيشمار تصويرِ ممكن از محيط خويش را در هم مي شكند تا يكي از اين تصويرها را بر بقيه ترجيح دهد. در همين وقفه، سيستم در مورد واكنش رفتاري خويش نيز تصميم گيري مي كند. به اين ترتيب تقارني رفتاري نيز مي شكند و سيستم از ميان بيشمار واكنش رفتاري ممكنِ پيشارويش، يك كردار را برمي گزيند و اين همان است كه به وقفه ي ياد شده پايان مي دهد و تبديل دايمي آينده ي مبهم به گذشته ي قطعي را ممكن مي كند.
آينده به اين دليل مبهم و نامطمئن است كه در كرانه ي وقفه ي ياد شده زاييده مي شود. وقفه اي كه ماهيتش، تقارن در بازنمايي (ابهام شناختي) و تقارن در نوع واكنش (تقارن رفتاري) است. به اين دليل است كه آينده ماهيتي مبهم و "متقارن" دارد. آينده دامنه اي از امكانات است كه همگي محتمل و غيرقطعي هستند.
سيستم در همين وقفه بايد اين تقارن را بشكند و تكليف خود را با محيط روشن كند. سيستم به تصويري صريح و يكتا از محيط نياز دارد تا واكنشي مشخص و قاطع را توجيه كند. از اين رو سيستم به طور دايم بر ابهام ياد شده غلبه مي كند و تقارنهاي دوگانه ي ياد شده را از ميان مي برد. به اين ترتيب، سيستم با چيرگي دايم بر وقفه ي ياد شده، به طور مستمر از بازنمايي خويش از جهانِ پيرامونش، و الگوي رفتاري خويش، رفع ابهام مي كند. اين رفع ابهام همان است كه آينده را به گذشته تبديل مي كند. اما وقفه ي مورد نظر همچنان بر جاي خود باقي است. چرا كه سيستم همچنان از اكنونِ بيروني اش عقب مانده است و ناچار است كل اين چرخه ي آفرينش گذشته را بار ديگر تكرار كند. چرخه اي كه تقارن و ابهام را دستمايه ي خلق اطلاعات و معنا قرار مي دهد. چرخه اي كه آينده ي بي محتوا و نامشخص و مه آلود را به خاطراتي مشخص و غني از اطلاعات و تاريخچه هايي تثبيت شده فرو مي كاهد. به تعبيري، سيستمِ خالقِ زمان، ماشيني است كه در جريان كشمكش خويش با محيط، تاريخ ترشح مي كند.

ادامه دارد

منبع : چند منبع مختلف و مهم ترين آن ها هوپا

قسمت دوم
وقفه ي ميان گذشته و آينده، در واقع وقفه ي ميان اكنونِ سيستم و اكنون محيط هم هست. اين وقفه، به فاصله ي قطعي از غيرقطعي و آشكار از پنهان نيز دلالت دارد. سيستم در اين وقفه ارزشمندترين دستاورد پيچيدگي خويش، و خطرناك ترين پيامد آن را به طور همزمان تجربه مي كند. سيستم در اين وقفه امكان انتخاب پيدا مي كند. يعني مي تواند از ميان چندين گزينه ي معنايي (كه از تقارن در بازنمايي هاي شناختي جهان ناشي مي شود) و رفتاري (كه محصولِ عدم قطعيت در رفتار آينده ي سيستم است)، يكي را بر گزيند. به اين ترتيب سيستم در اين وقفه خودمختار است. خودمختاري سيستم در اين وقفه، نشانگر حضورعدم قطعيتي در رفتار وي است، كه تنها توسط متغيرهاي دروني اش رفع ابهام مي شود. سيستمي كه مقيم اين وقفه است، مي تواند رفتار خويش را خود تعيين كند، و از ميان دامنه اي از برداشتها و كردارهاي ممكن، يك تفسير يگانه از جهان و يك پاسخ رفتاري يكتا را برگزيند. اين همان آزادي است. سيستمها در وقفه اي كه ميان گذشته و آينده مي اندازند، از جبر محيط فاصله مي گيرند. اكنونِ پايدار و سمج حاكم بر محيط، همان چيزي است كه جبر و قطعيتِ نهفته در نظم، يا رفتار كاتوره اي و آشوبگونه ي تنيده در بي نظمي محيط را هم پشتيباني مي كند. سيستم با فاصله گرفتن از اين اكنون و زايش اكنوني خودساخته در وقفه ي ياد شده، تركيبي نو از اين جبر و آن آشوب را ايجاد مي كند. سيستم در اين مجالِ كوتاه، امكان تجربه ي گوشه اي از آشوب (تقارن در بازنمايي و رفتار) و نظم دادن به آن را از راه انتخاب به دست مي آورد. به اين ترتيب، سيستم ها در اكنون خودساخته شان انتخاب مي كنند. وقفه، جايي است كه در آن آزادي زاده مي شود. آزادي، تنها محصول وقفه نيست. لمس تقارن و ابهام، پيامدي ديگر هم دارد، و آن ناامني است. سيستمهايي كه با عدم قطعيت در اين وقفه روبرو هستند، امنيتِ ناشي از جبرِ محيط را از دست مي دهند و به سوداي بازيافت همين امنيت -البته به شكل نوين و درونزادش- به طور مرتب اين تقارن را مي شكنند.
به اين ترتيب، وقفه ي اكنون، آزادي و ناامني را به يك اندازه توليد مي كند. سيستمها براي برخورداري از يكي و چيرگي بر ديگري، ساز و كارهاي گوناگوني ابداع كرده اند كه پرداختن به آنها رساله اي مستقل را در قلمرو نظريه ي سيستمهاي پيچيده مي طلبد.
زمان اسطوره‌اي و زمان مدرن
سولماز نراقى :حتي اگر مفهوم زمان يك مفهوم صرفا ذهني باشد، يا اگر ماهيت محاسبه و سنجش آن در اقوام مختلف براساس بينش دايره اي وار يا خطي آنان از جهان، متفاوت و متغير باشد، آنچه كه انكارناپذير است واقعيت جاري و بيروني پديده ها است كه اين مرز، با دو نوع حركت در زمان و مكان پشت سر مي گذارند تا ما سرانجام جوهره اين تحول را در قالب تاريخ نقد كنيم.
دكتر «محمد ضيمران» در اين زمينه مطالعات گسترده اي داشته است. او براي زمان اسطوره و زمان آ كادميك بنا به ماهيتي كه هر يك از اقوام براي زمان، دين، اسطوره، تاريخ، مرگ و خدا قايلند تعاريفي قايل است. با دكتر ضيمران درباره زمان، برداشت اقوام از آن و روند سنجش آن در نزد ملل گوناگون گفت وگو كرده ايم كه مي خوانيد.
نخستين چيزي كه ذهن فلاسفه يونان را به خود جلب كرد، مسئله «تغيير» بود. مفهوم زمان از همان ابتدا از تصور تغيير و حركت، غير قابل تفكيك بود. آيا به راستي اين تغيير است كه جوهر ادراك ما از زمان را تشكيل مي دهد يا حركت، و در نهايت كدام يك بر ديگري مقدم ترند؟
اساسا اين تغيير حركت است كه موجب مي شود انسان به طرح مسئله زمان بپردازد. زمان در ايستايي مفهومي ندارد. اگر تمام عالم حركت و پويايي خود را از دست بدهد بحث زمان منتفي مي شود. بنابراين وقتي شما با تغييرات مواجه مي شويد بايد ابزاري بيابيد تا آنها را صورت بندي كند و زمان، بهترين وسيله براي صورت بندي تغييرات است. حركت هم يك لفظ فلسفي است. توجيه انتزاعي تغيير مفهوم حركت را به وجود مي آورد و حركت در حقيقت يك استعاره است. چيزي كه بيش از همه به مفهوم زمان شكل مي دهد تغيير است، كه در قالب رويدادها جلوه مي كند.
اين رويدادها مي توانند زوال و حيات طبيعت باشند يا هر چيز ديگر، تولد و مرگ نيز به خودي خود يك حادثه اند. برخي از فلاسفه براي نخستين بار گوهر هستي را با زمان پيوند دادند. از جمله «آناكسيماندر» اعلام كرد كه نظم عالم بر حسب تعيين زمان جريان دارد. به نظر «هراكليتوس» هم زمان تنها جنبه اي از واقعيت نيست بلكه خودمقوم گوهر هستي است. اگر بخواهيم مقصود او را بيشتر روشن كنيم بايد بگوييم كه زمان فراگردي است كه نماد حركت و تحول است. در اينجا منظور از فراگرد چيزي است، در تقابل با ماهيت و جوهر كه اولي بر تكاپو دلالت دارد ودومي بر ايستايي و ثبات آيا به گفته ارسطو اين زمان است كه تغيير را در معرض شمارش قرار مي دهد يا در نهايت، تغيير است كه زمان را به شمارش درمي آورد؟
مفهوم زمان علي الاصول يك مفهوم ذهني است. چيزي كه ذهن ما كشف كرده، براي مشخص كردن زنجيره تحولات و تغييرات آن را به كار مي برد. همان چيزي كه كانت مي گويد، او معتقد است كه زمان يك پديده كاملا ذهني است و عينيتي در مورد آن وجود ندارد. زمان مفهومي انتزاعي است كه با پديده ها هموار مي شود. از اين ديد تغييرات را در معرض شمارش (كه خود مقوله اي كمي و انتزاعي است) قرار مي دهد. بنابراين دريافت ما از رويدادها موكول به پديده اي ذهني به نام زمان است.
و دريافت زمان هم موكول به مكان؟
بله، زمان را نمي توان از مكان جدا كرد. چون تحقق زمان در مكان است. به هر حال رويدادها بايد در جايي اتفاق بيفتد و اين جا همان «مكان» است. وقتي كه انسان دلمشغولي و دغدغه مكان دارد زمان هم مطرح مي شود. از تكرار روز و شب و ماه و سال و نو شدن فصول، ايده اي از زمان در ذهن انسان شكل مي گيرد. ما بدون مكان نمي توانيم تصور مستقلي از زمان داشته باشيم و حتي براي به نمايش گذاشتن و قابل رويت كردن زمان ذهني بايد از يك چارچوب مكاني كمك بگيريم.
شما در كتاب «گذار از جهان اسطوره به فلسفه» به اين نكته اشاره كرده ايد كه «به طور كلي تحول مفهوم زمان، نمود و نماد اصلي حركت از مرحله اسطوره به ساحت فلسفه نظري به شمار مي آيد.» اين نكته اهميت زمان را در مباحث انديشه خاطرنشان مي كند، كمي درباره اين گذار توضيح بدهيد. بشر از سپيده دم تاريخ به اين دليل كه ابزاري براي سنجش زمان به طور دقيق در اختيار نداشت مي كوشيد مفهومي از زمان را براي خود توجيه كند. بهترين راه توجيه زمان در آن دوره طرح افسانه ها، گفتارها و روايت هاي اساطيري بود كه فهم آن زمان را امكان پذير مي كرد، ما در تمام اسطوره هاي جهان با مسئله زمان ومكان مواجه مي شويم. اما آن زماني كه در تفكر پيشامدرن مطرح شده است به هيچ وجه جنبه كمي ندارد بلكه تماما كيفي است و اين كيفيت به نسبت فرهنگ هاي مختلف متفاوت است.
لطفا درباره زمان كمي و كيفي توضيح بدهيد.
زمان كيفي، زماني است كه با رويدادها تعريف مي شود، در واقع در تفكر اساطيري زمان نيز همچون ساير امور عالم، در گذر رويدادهاي خاص اسطوره اي اعتبار مي پذيرد. يعني زمان اساطيري طي روايت هاي خاص درباره هستي و نيستي و جاودانگي معنا مي يابد. شما در شاهنامه فردوسي مي خوانيد كه «ضحاك مار دوش 800 سال بزيست.» در عالم واقع چنين چيزي ممكن نيست اما منطق اسطوره اي اين روايت را مي پذيرد. وقتي كه سخن از 800 سال عمر ضحاك به ميان مي آيد منظور، نشان دادن شدت و وخامت ظلمي است كه ضحاك به مردم تحميل كرده است. درحقيقت اسطوره براي بيان شدت ظلم و چيرگي ضحاك از طول زمان استفاده كرده است.
شايد هم نوع محاسبات آنها متفاوت بوده است. همان گونه كه در طول تاريخ معيارهاي زمان سنجي و گاهشماري بين اقوام مختلف متفاوت بوده است. به عنوان مثال برخي شمارش سن يك انسان تعداد باران هايي را كه او به چشم ديده است مي شمردند. شايد عمر حضرت نوع هم از اين نوع محاسبه هزار سال بوده است؟
بله، اين هم يكي از احتمالات است. بعيد نيست كه چنين بوده باشد، ولي مسلم است كه ابزارهايشان با ابزارهاي محاسباتي امروز فرق داشته است. به هر حال اتفاقي كه در تفكر مدرن افتاد، اين بودكه مفهوم زمان از وابستگي محض به رويدادها جدا شد و اين يعني جدا شدن از اسطوره.
چه زماني اين اسطوره زدايي اتفاق افتاد؟
نمي توانيم نام اين رويداد را اسطوره زدايي بگذاريم، چون هنوز هم در بسياري از جوامع مردم اين پيكربندي فكري را حفظ كرده اند. ايران هم يكي از اين جوامع است. اسطوره زدايي، زمان مطلق و دقيقي ندارد و بسته به فرهنگ هاي مختلف متغير است جوامعي كه هنوز هم در دوران پيشامدرن زندگي مي كنند خود را در مركز جهان و جهان را دايره اي كه حول اين نقطه مي چرخد، مي بينند. در حقيقت آنان دردل اسطوره زندگي مي كنند.
اما به اعتقاد «بارت» همه جوامع در تمام زمان ها با اسطوره زندگي مي كنند. غرب هم از اين قاعده مستثني نيست.
اسطوره اي كه من از آن سخن مي گويم با آنچه بارت مي گويد متفاوت است. اسطوره هايي كه ما با آنها زندگي مي كنيم هنوز هم از عناصر ابتدايي اسطوره هاي اوليه برخوردارند. درست است كه ما مدرنيته را پذيرفته ايم اما با آن زندگي نمي كنيم چيزي كه ما با آن زندگي مي كنيم مجموعه اي از اسطوره ها و باورهاست كه در هنگام ازدواج و طلاق، ولادت و مرگ و تمام موقعيت هاي مشابه، خودشان را بروز مي دهند. مي توان صدها مثال از گفتارهاي روزمره مردم پيدا كرد كه پشت آنها يك اسطوره پنهان است. در مورد زمان هم چنين است. ديدگاه ما نسبت به زمان همچنان دايره اي است و ما هنوز به درك نيوتني از زمان نرسيده ايم. درست مثل دوره اي كه انسان، زمين را مركز جهان مي دانست و خيال مي كرد اين خورشيد است كه به دور زمين مي چرخد.
چه چيزي منجر به شكل گيري ادراك خطي از زمان شد؟
اين تكاملي بود كه در سير انديشه بشر اتفاق افتاد و نمونه آن را مي توان در سير فلسفه يونان باستان مشاهده كرد. با تكامل فلسفه كم كم زبان تمثيلي جاي خود رابه زبان استدلالي داد. با انديشه هاي فيثاغورث هم نوعي دگرگوني فلسفي در معناي زمان پديد آمد. درحقيقت اين فيثاغورث بود كه عنصر مقدار و عدد را به عنوان ماهيت زمان مطرح كرد و اين پديده را منش رياضي بخشيد. در واقع هنگامي كه زمان و عدد با هم پيوند يافتند زمينه براي انتزاعي شدن مفهوم زمان فراهم شد و وقتي كه زمان به تعداد واندازه مطلق حركت تعريف شد، ماهيت اساطيري آن از بين رفت و واحد مفهومي كمي گشت، رفته رفته با پيشرفت دانش و انقلاب كپرنيكي، نگاه علمي جانشين نگاه اسطوره اي شد. در حقيقت برداشت خطي از زمان يك برداشت مدرن است.
فكر نمي كنيد آن انقلاب دومي كه «نظريه نسبيت» اينشتين به پا كرد منجر به احياي دريافت دايره اي از زمان شد، كه نمونه هاي مشابه آن را قبلا در رويكرد فلاسفه يونان باستان به زمان همچون ارسطو و افلاطون به عنوان بقاياي تفكر اساطيري ديده بوديم؟ به اعتقاد من هيچ بازگشتي وجود ندارد. آنچه اتفاق مي افتد يك پديده جديد است. نسبيت خاصه و نسبيت عامه كه با اينشتين و طرفداران او مطرح مي شود پاسخي است به دغدغه نيوتني زمان. ممكن است رويكرد نسبي گرايانه نقاط مشتركي با ساختار تفكر اسطوره اي داشته باشد، اما از يك سنخ نيستند. در واقع نسبيت اينشتين يك روند تكاملي است كه در نقد برداشت نيوتني شكل مي گيرد.
تا برداشت نخستين وجود نداشته باشد نقد آن نيز وجود نخواهد داشت. تا خردگرايي و مدرنيته نباشد نقد خرد و پست مدرنتيه هم شكل نخواهد گرفت. اين به طور قطع با آن بينش اسطوره اي متفاوت است. اما آنها كه هنوز تفكر پيشامدرن دارند و در دنياي سنت شناورند خيال مي كنند كه با پست مدرن ها هم صدا هستند و مانند آنها مي انديشند. حال آنكه چنين نيست. ما هنوز به برداشت خطي از زمان به معناي نيوتني آن نرسيده ايم.
گفته مي شود كه تاريخ هم محصول برداشت خطي از زمان است. با اين حساب نبايد چيزي به نام تاريخ داشته باشيم، اين طور نيست؟
دقيقا همين طور است. درست به همين دليل ما ايراني ها هرگز چيزي به نام تاريخ نداشته ايم. ماركس مي گفت: « در دنياي غير غرب تاريخ وجود ندارد، فقط وقايع اتفاقيه و تغيير از يك سلسله به سلسله ديگر است كه تاريخ خوانده مي شود. » گرچه يونان باستان هم تاريخ را به وجود نياورد. زيرا فلاسفه يونان باستان نيز پيوندهاي خود را با جهان اسطوره اي حفظ كرده بودند. آنان نيز از زمان تلقي دايره اي داشتند.
درست است كه آنان توانستند از روايت هاي اساطيري، درباره «بدايت زمانمند» يا «بن دهش» دل بر كنند اما در عين حال الگو و انگاره كيهاني زمان را در حركتي دوراني تجسم بخشيدند. در رويكرد خطي، زمان در قياس با ابديت واجد منزلتي اعتباري است اما در بينش اساطيري يونان حركت خطي نيست و در دايره اي گرفتار است و هيچ گاه از حركت نمي ماند. زمان در اين معنا واجد مفهومي گوهري است و هيچ چيز آن را قطع نمي كند.
شما «تاريخ» را چطور تعريف مي كنيد؟
تاريخ، شكل گرفتن عقليت در طول زمان است.
به نظر مي رسد كه در اديان الهي زمان روندي خطي دارد، آيا دين يك رويكرد تعقلي به زمان است؟
اين ويژگي عام اديان الهي نيست. فقط در اديان ابراهيمي يعني : اسلام، مسيحيت و يهوديت زمان خطي است. هيچ دين ديگري به جز اين سه به زمان به صورت خطي نمي نگرند.
آيا برداشت خطي اين سه دين از زمان مي تواند ناشي از وابستگي آنها به فرهنگ و تفكر سامي بوده باشد؟
بله. اساسا برداشت خطي از زمان ريشه در تفكرات سامي دارد. نطفه تاريخ باوري را هم مي توان در اديان سامي جست وجو كرد. اين نگاه از آفرينش هستي دنبال مي شود كه شروع آن با تولد آدم و حواست، وبه كن فيكون شدن عالم مي انجامد، سپس ظهور قيامت و صواب و عقاب پيش مي آيد.
اما روساخت تفكر خطي اين اديان داراي يك ژرف ساخت دايره وار است. زيرا كه نويد پاداش جاودانه اخروي و بيم عقاب ابدي را مي دهد. در اين صورت ابديت تا بي نهايت ادامه خواهد يافت. اين طور نيست؟
نه اين دايره نيست. چون گذشته به آينده وصل نمي شود. همه چيز آينده است. ديگر آدم و حوايي زاده نمي شوند. در صورتي حركت دايره وار است كه زمان تكرار شود و دوباره آدم و حوا به دنيا بيايند و قيامت اتفاق بيفتد.
روند دايره اي روندي است كه در آن اول و آخر به يكديگر پيوند مي خورند. ما در منطق، دو فرض براي حركت داريم: يكي فرض دوري است و ديگري فرض تسلسلي. در دومي اول و آخر هرگز به هم متصل نمي شوند اما در حركت دوري چنين نيست. در حركت تسلسلي از هيچ گاه جاي ابد را نمي گيرد. زيرا يكي مقدم است و ديگري موخر. لااقل در الهيات اين سه مذهب چنين نيست. اما اديان غير سامي نظير بودائيسم و هندوئيسم زمان را دوري مي بينند. همانند نيچه كه از «بازگشت جاودانه همان»، سخن مي گويد.
فكر مي كنيد انگيزه بشر در پيگيري فلسفه زمان چه بوده است، از اين كوشش ها به دنبال چه نتيجه اي است؟
اين را شما بايد پاسخ دهيد كه به دنبال موضوع هستيد. شما فكر مي كنيد چه چيز به دغدغه زمان معني مي دهد؟
گمان مي كنم، مرگ.

منبع : چند منبع مختلف و مهم ترين آن ها هوپا

جهان هاي موازي

آيا نسخه دومي از شما ، يك رونوشت از خود شما وجوددارد كه همين الان مشغول خواندن اين مقاله باشد؟

آيا شخصي ديگر با اينكه شما نيست، روي سياره اي به نام زمين با كوه هاي مه گرفته ، مزارع حاصل خيز و شهرهاي بي در و پيكر در منظومه خورشيدي كه هشت سياره ديگر نيز دارد، زندگي مي كند؟

آيا زندگي اين شخص از هر لحاظ درست عين زندگي شما بوده است؟

اگر جوابتان مثبت است ، شايد در اين لحظه او تصميم بگيرد اين مقاله را تا همين جا رها كند در حالي كه شما به خواندن مقاله تا انتها ادامه خواهيد داد.

نظريه جهان هاي موازي

انديشه وجود يك خود ديگر نظير آنچه كه در بالا شرح آن رفت عجيب و غير معقول به نظر مي رسد، اما آنگونه كه از قرائن بر مي آيد انگار مجبوريم آن را بپذيريم. زيرا مشاهدات نجومي از اين انديشه غير مادي پشتيباني مي كنند. بنابر اين پيش بيني ساده ترين و پر طرافدار ترين الگوي كيهان شناسي كه امروزه وجود دارد، اين است كه هر يك از ما يك جفت (همزاد) داريم كه در كهكشاني كه حدود 280 ^ 10 متر دورتر از زمين قراردارد، زندگي مي كنند .

اين مسافت آنچنان زياد است كه بطور كامل خارج از هر گونه امكان بررسي هاي نجومي است اما اين امر واقعيت وجود نسخه دوم ما را كمرنگ نمي كند. اين مسافت بر اساس نظريه احتمالات مقدماتي برآورده شده و حتي فرضيات خيالپردازانه فيزيك نوين را نيز در بر نگرفته است .

فضاي بيكران

اينكه فضا بيكران است و تقريبا بطور يكنواخت از ماده انباشته شده است، چيزي كه مشاهدات هم آن را تأييد مي كنند. در فضاي بي كران حتي غير محتمل ترين رويدادها نيز بالاخره در جايي ، اتفاق خواهند افتاد.

در اين فضا ، بينهايت سياره مسكوني ديگر وجود دارد، كه نه تنها يكي بلكه تعداد بيشماري از آنها مردماني دارند كه شكل ظاهري ، نام و خاطرات آنها دقيقا همان هاست كه ما داريم. به ساكناني كه تمامي حالت هاي ممكن ار گزينه هاي موجود در زندگي ما را تجربه مي كنند. من و شما احتمالا هرگز "خود" هاي ديگران را نخواهيم ديد .

وسعت عالم

دورترين فاصله اي كه ما قادر به ديدن آن هستيم، مسافتي است كه نور در مدت 14 ميليارد سال كه از انفجار بزرگ و آغاز انبساط عالم سپري شده است، طي مي كند. دورترين اجرام مرئي هم اكنون حدود 26^10×4 متر دور تر از زمين قرار دارند. اين فاصله كه عالم قابل مشاهده توسط ما را تعريف مي كند.

به طور مشابه ، عالم هاي خود هاي ديگر ما كراتي هستند به همين اندازه ، كه مركزشان روي سياره محل سكونت آنهاست. چنين تركيبي ساده ترين و سر راست ترين نمونه از جهان هاي موازي است. هر جهان تنها بخشي كوچك از "جهان چند گانه" بزرگتر است.

جدال فيزيك و متا فيزيك

با اين تعريف از جهان ممكن است شما تصور كنيد كه مفهوم جهان چند گانه تا ابد در محدوده قلمرو متا فيزيك باقي خواهد ماند. اما بايد توجه داشت كه مرز ميان فيزيك و متا فيزيك را اين مسأله كه يك نظريه از لحاظ تجربه قابل آزمون است، يا خير تعيين مي كند نه اين موضوع كه فلان نظريه شامل انديشه هاي غريب و ماهيت هاي غير قابل مشاهده است .

مرز هاي فيزيك به تدريج با گذر زمان فراتر رفته و اكنون مفاهيمي است بسيار انتزاعي تر نظير زمين كروي ، ميدان الكترو مغناطيسي نامرئي ، كند شدن گذر زمان در شرعتهاي بالا ، برهم نهي كوانتومي ، فضاي خميده و سياهچاله ها را در بر گرفته است. طي چند سال گذشته مفهوم جهان چند گانه نيز به اين فهرست اضافه شده است .

پايه اين انديشه بر نظرياتي است كه امتحان خو را به خوبي پس داده اند. نظرياتي همچون نسبيت و نظريه مكانيك كوانتومي ، افزون بر آن به دو قاعده اساسي علوم تجربي نيز وفادار است. كه پيش بيني مي كنند و مي توانند آن را دستكاري نمايند .

انواع جهان هاي موازي

دانشمندان تاكنون چهار نوع جهان موازي متفاوت را تشريح كرده اند. هم اكنون پرسش كليدي وجود يا عدم جهان چند گانه نيست ، بلكه سوال بر سر تعداد سطوحي است كه چنين جهان مي توان داشته باشد .

يكي از نتايج متعدد مشاهدات كيهان شناسي اخير اين بوده است كه جهان هاي موازي ديگر مفهومي خيالپردازانه و انتزاعي صرف نيست. به نظر مي رسد كه اندازه فضا بينهايت است. اگر اين گونه باشد، بالاخره در جايي از اين فضا هر چيزي كه امكان پذير باشد واقعيت خواهد يافت. اصلاً مهم نيست كه امكان پذيري آن تا چه حد نامتحمل است

فراسوي محدوده ديد تلسكوپ هاي ما ، نواحي ديگري از فضا كاملا شبيه آنچه كه پيرامون ماست وجود دارند آن نواحي يكي از انواع جهان هاي موازي هستند. دانشمندان حتي مي توانند محاسبه كنند كه اين جهان ها بطور متوسط چقدر با ما فاصله دارند و مهم تر از همه اينكه تمامي اينها فيزيك حقيقي و واقعي است .

زماني كه كيهان شناسان با نظرياتي روبرو مي شوند كه از استحكام لازم برخوردار نيستند، نتيجه مي گيرند كه جهان هاي ديگر مي توانند ويژگيها و قوانين فيزيكي كاملا متفاوتي داشته باشند. وجود اين جهان ها بسياري از جنبه هاي پرسش بنيادي در خصوص ماهيت زمان و قابل درك بودن جهان فيزيكي را پاسخ داد.

منبع: عين متن هوپا

saeed جان با اجازه شما
يك گروه تحقيقاتي از دانشگاه ايالتي پن از محاسبات گرانشي كوانتومي استفاده كردند تا سر نخهائي در مورد زمان قبل از مهبانگ را پيدا كنند.

بر اساس فرضيه نسبيت عام انيشتين ، انفجار بزرگ آغاز هستي را رقم زده است. انفجار بزرگ رويدادي بزرگ بود كه نه تنها ماده بلكه فضا- زمان را بوجود آورد. در حاليكه فرضيه هاي كلاسيك هيچگونه سر نخي در مورد هستي قبل از اين رخداد را ارائه نمي دهند ، يك گروه تحقيقاتي از دانشگاه ايالتي پن از محاسبات گرانشي كوانتومي استفاده كردند تا سر نخهائي در مورد زمان قبل از مهبانگ را پيدا كنند. آبهي اشتكار ، مدير موسسه فيزيك و هندسه گرانشي از همين دانشگاه مي گويد" مي توان ازنسبيت عام براي توضيح كيهان در زمانيكه ماده آنقدر چگال شد كه هيچ معادله اي نمي تواند آن را توضيح دهد استفاده كرد. ما براي نگاه به وراي اين زمان و نقطه نياز به معادلات و ابزار كوانتومي داشتيم كه در زمان انيشتين در دسترس نبود." وي با همكاري پژوهشگران ديگر مدلي را تهيه كردند كه با دنبال كردن ردپاي مهبانگ و عبور از ميان آن به كيهان در حال چروكيده شدني بر مي خورد كه فيزيكي مشابه كيهان ما داشت.



اين گروه در تحقيق خود نشان دادند كه قبل از مهبانگ يك كيهان در حال منقبض شدن وجود داشت كه هندسه فضا-زمان آن مشابه كيهان در حال انبساط ما بود.زمانيكه نيروهاي گرانشي كيهان قبلي را به داخل مي كشاند ، به نقطه اي رسيد كه خواص كوانتومي فضا-زمان باعث مي شوند گرانش حالتي دافعه داشته باشد نه جاذبه. اشتكار مي گويد" ما با استفاده از اصلاحات كوانتمي معادلات كيهانشناسي انيشتين نشان داديم كه بجاي يك انفجار بزرگ كلاسيك ، درحقيقت يك "واگشت كوانتومي" وجود داشته است. سناريوي واگشت كوانتمي بسيار واقع گرايانه بنظر مي رسد.



در حاليكه ايده كلي وجود يك كيهان ديگر قبل از مهبانگ قبلا پيشنهاد شده بود ، اين نخستين توضيح رياضي است كه بطور روشمندي وجود يک كيهان ماقبل مهبانگ را تثبيت مي كند.

در کنار تمامی مسائلی که در علم فیزیک مطرح میشود باز هم سخن از انفجار بزرگ به گوش میرسد. انواع و اقسام نظریاتی که بر پایه ی نتایج بررسی های بدست آمده ار جهان خارج و نیز ذرات زیر اتمی هر ساله مطرح و برخی تایید و برخی حذف میشوند.برای مثال از جمله نظریاتی که تاکنون بوده و مبنای کار فیزیکدانان است این است که این انفجار در ماده ای فوق العاده چگال با جرم بسیار زیاد و دمای بی نهایت صورت گرفته است.
این نظریه تا حدودی می تواند درست باشد اما در کنار آن مسائلی قدیمی همچون اینکه در ان زمان و قبل از این انفجار و بعد از آن قوانین فیزیک یک جور بوده اند یا نه مطرح میشود.
تمام این سوالات رو مطرح کردیم تا اینکه وارد بحث اصلی شویم و آن که مسئله تاثیر جرم (ماده)، گرانش ، انرژی و دیگر نیروها بر یکدیگر است .
چیزی که امروزه زیاد دیده می شود این است که هر کسی بر اساس تحقیقات خود آمار و ارقامی را در مورد اجرام کیهانی و ...منتشر می کنند و زیاد به دنبال محدودیتهایی که در زمینه می تواند وجود داشته باشد نیستند و صرفا بر اساس برخی فرمول ها و برخی مشاهدات اقدام به این کار می کنند.
حال با این توضیحات ما یک محدودیت و یک فرض نسبتا جدید را برای نیروی گرانشی و ماده در نظر می گیریم :
V ^2= Mg/r

ما میدانیم که سرعت گریز و سرعت حرکت گرانشی با تقریب نسبتا نزدیکی از این فرمول بدست می آید.
در این فرمول ما سه متغیر سرعت گرانشی جرم ماده و شعاع ان در اختیار داریم این فرمول در محاسبات کوچک مثل محاسبه سرعت گریز و حرکت مداری زمین به راحتی مورد استفاده قرار میگیرد اما آیا در مورد اجرامی مثل ابر سیاه چاله ها و یا به طور کلی بگوییم جرم تمام عالم هستی به راحتی می تواند مورد استفاده قرار گیرد اگر بخواهیم واضح صحبت کنیم باید بگوییم که ایا سرعت گریز یا به طور کل سرعت گرانشی یک جشم می تواند از سرعت ثابت نور بیشتر شود یا نه اگر بیشتر شود که مشکلی نیست و بحث تمام است، اما اگر این سرعت در ماکزیمم حالت خود را برابر سرعت نور باشد نتایجی بسیار جالب و شگفتی را به وجود میاورد.
این نتایج در تمام موارد از کوچکترین های عالم گرفته تا بزرگترین های ان که از جمله سیاه چاله ها و نیز ماده موجود در کل عالم هست را می تواند در بر گیرد.

C^2 =mg/r

با این فرض ما به این نتیجه میرسیم که اگر سرعت گریز جسمی نزدیک سرعت نور باشد در صورت تزریق ماده از خارج به این جرم این جرم می تواند مقدار مشخصی از ان را در اختیار بگیرد و بقیه را باید به صورت انرژی از خود دفع کند. در غیر اینصورت باید چند تغییر کوچک در خود ایجاد کندو از آن جمله افزایش شعاع متناسب با افزایش جرم است.
حال بحث را به ابتدای خلقت هستی می بریم. شما می دانید که جرم جهان بسیار زیاد است. ایال اگر ما این جرم را در فرمول بالا جایگذاری کنیم و شعاع را هم در ابتدای انفجار خیلی کم در نظر بگیریم یک نوع تضاد با فرض ما ایجاد نمیشود.
پر واضح هست که در این صورت باید سرعت گریز و سرعت گرانشی را بیش از سرعت نور به دست بیاوریم برای حل این مشکل به طور کلی حل مسئله تراکم بسیار زیاد جهان ما به جای فرض تراکم ماده تراکم نوعی انرژی را مطرح می کنیم که ماده نیز از ان به وجود آمده و در واقع این همان اصل پایستگی ماده و انرژی البرت انیشتین است یعنی اگر ما قبل از انفجار بزرگ شعاع این انرژی متراکم را تقریبا صفر در نظر بگیریم جرم موجود و یا ماده در حال شکل گیری در ان حالت هم جمی تقریبا برابر صفر داشته است به محض انفجار بزرگ این انرژی به صورت بسیار سریع منبسط شده و در حین انبساط تبدیل به ماده شده است این تبدیل انرژی به ماده به صورت نا منظمی نبوده بلکه از فرمول بالا تبعیت می کرده است در کنار انبساط این انرژی و تبدیل ان به ماده انرژی موجود در داخل هم که هنوز مقدار زیادی از ان منبسط نشده است در حال انبساط بود و با حرکت تدریجی ماده به خارج انرژی موجود در داخل تبدیل به ماده میشده است تا اینجا ما در مورد تبدیل انرژی به ماده و بالعکس توضیح دادیم اما اینکه این نوع اولیه انرژی چه نوع بر هم کنشی با ماده می توانست داشته باشد و یا دارد را نمی توانیم اظهار کنیم مگر اینکه چند سوال رو مطرح کنیم .
اول اینکه آیا این انرژی می تواند ارتباطی با انرژی تاریک که امروزه ذهن بسیاری از دانشمندان را به خود مشغول د اشته است داشته باشد .
دوم اینکه این انرژی چه رابطه ای با دیگر انواع انرژی مثل انرژی فوتونی (الکترومغناطیسی ) می تواند داشته باشد .
البته اینکه ما این انرژی را همان انرژی تاریک در نظر بگیریم کمی زود است و باید اطلاعات ما در این زمینه بسیار زیاد باشد .
همچنين لازم نيست كه مااين نوع تراكم را مربوط به نوعي انرژي فرض كنيم چون در فيزيك جديد مفهومي تازه به نام خلا وارد شده كه ماده نيز تحت شرايطي به طور خودبه خود از ان به وجود و نابود مي شود
اما اگر این تبدیل انرژی يا خلا كوانتومي به ماده در حال حاضر وجود داشته باشد باید منتظر بود که روزی این فرآیند متوقف شده و فرآیند عکس آن اغاز شود چونکه نیرو های گرانشی موجود در عالم بسیار قوی هستند و انتظاری جز فرریزش جهانی برای ماده و جهان هستی نمی توان داشت
منظور از خلا كوانتومي هم همان بافت كيهان است . يعني وقتي انرژي اوليه موجود در جهان در اثر كاهش نيروهاي گرانشي براي جبران اين نيروها تبديل به ماده مي شود كيهان وبافت ان در برابر اين افزايش جرم عكس العمل نشان داده وبا افزايش شعاع كه با سرعت بيشتري نسبت به سرعت اوليه ي انبساط جهان است نوعي تعادل بين نيروهاي گرانشي برقرار مي كند اين انرژي در مكان هايي كه تراكم ماده كمتر است تمايل بيشتري براي تبديل شدن به ماده دارد كه در طي اين فرايند ذرات بسيار زيادي از انواع مختلف پا به ظهور مي گذارند توليد اين ذرات انقدر سريع و زياد است كه جرم جهان را به ناگاه به طور فزاينده اي افزايش مي دهد كه اين افزايش ناگهاني جرم باعث افزايش ناگهاني شعاع جهان نيز مي شود

اگر کمی در فیزیک نوین مطالعه کرده باشید حتما" با تئوری ریسمان برخورد داشته اید . ما در این مقاله سعی داریم تا اندکی از ناگفته های ریسمان ها را مطرح کنیم و به اطلاع شما برسانیم . حال مقدمه از ریسمان ها را مطرح می کنیم .

در تئوری ریسمان به جای اینکه ذرات سنگ بنای اولیه قرار داده شوند ریسمان های کیهانی ملاک قرار می گیرند که اندازه های بسیار کوچک است و اگر این تئوری را گرانش کوانتومی باشد پس اندازه ی ریسمان ها باید با ثابت طول پلانک که برابر 33^10 است متناسب باشد . هر چند که این مقدار بسیار کوچک است به بسیار سخت می توان آن را تصور کرد . همچنین این ریسمان ها قادرند تا به صورت حلقه در آیند و با یکدیگر پیوند برقرار کنند و متصل شوند و یا به صورت یک تار مو حالت خود را حفظ کنند .



این ریسمان ها می توانند با هر نوع نوسان خود ذره ای خاص را پدید آورند برای مثال می توانند با یک نوسان خاص الکترون بسازند و با نوسان دیگر گراویتون را خلق کنند . تئوری ریسمان در اصل بوزونیک است یعنی برای توصیف ذرات حمل کننده نیرو است و در آن ساختار فرمیونیک جایی ندارد . ولی مطرح کنندگان نظریه ی ریسمان برای توصیف این حالت ابرتقارن را وارد این نظریه کرده اند که در این صورت هر دو هم فرمیون ها دارای جایگاه هستند و هم بوزون ها . در این صورت نظریه هایی پدید می آیند که ابرریسمان نامیده می شوند . نظریه های ابر ریسمان بر پنج نوعند که در ادامه مقاله می توانند آن گفته شده اند .

یک تصویر نو از تئوری ریسمان

متخصص های نظریه ی ریسمان بر این باور هستند که پنج تئوری ابر ریسمان وجود دارد . نوع I ، نوع IIA و نوع IIB و دو حالت تئوری ریسمان اکتشافی یا هترو تیک که عبارتند از : ( (heterotic E8×E8 و ديگري ريسمان (heterotic SO(32) ) تفکر این است که از بین این پنج نماینده برای تئوری ریسمان تنها یک تئوری درست است * یک تئوری برای همه چیز * و می گفت که فضا – زمان ده بعدی در چهار بعد که امروزه توسط دانشمندان تأیید شده است فشرده شده است . دیگر تئوری ها سعی در این داشتند که تئوری ریسمان را رد کنند .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
ین کمیت های پیوند دوگانگی ها جدا از هم تصور می شدند . مقیاس ها فاصله های کم و زیاد ، نیرو ، طول و ... . این کمیت ها همیشه در فیزیک در هر دو تئوری میدان های کلاسیک و تئوری ذرات کوانتومی دارای حد خاصی هستند . اما ریسمان ها می توانند تفاوت بین کوچکی و بزرگی ، نیرومندی و ضعف باشند .
[IMG]آنتروپی سیاهچاله چیست ؟[/IMG]
عقیده نظریه ریسمان در زمینه ی سیاهچاله : همانطور که می دانیم سیاهچاله ها نتیجه معادلات اینشتین هستند و چون تئوری ریسمان وجود گرانش را می پذیرد و شامل معادلات اینشتین نیز می شود پس وجود سیاهچاله ها را نیز می پذیرد . اما تئوری ریسمان بیشتر از تقارن جالب انواعی از ماده که معمولا" در معادلات اینشتین عادی به نظر می رسند بر خواسته است . بنابراین سیاهچاله در بافت تئوری ریسمان موضوعی جالب برای مطالعه هستند .



دو مقدار مهم در ترمودینامیک دما و آنتروپی است . گرما همان چیزی است که آن را به خوبی می شناسیم و می توانیم آن را از بخاری یا دیگر اجرام گرما زا حس کنیم . آنتروپی در زندگی روزانه مردم یک امر بیگانه است .



فرض کنید ما یک جعبه ی پر از گاز داریم که مولکول های گاز مورد نظر M نام دارد . دمای گاز درون جعبه در واقع میانگین انرژی جنبشی ذرات گاز است . هر مولکول همچون یک ذره ی کوانتومی حالت انرژی کوانتیده دارد . اگر ما تئوری کوانتوم را در مورد این مولکول ها درک کنیم ، می توانیم حالت میکروسکوپی یا زیر کوانتومی موجود را محاسبه کنیم ، در این صورت عددی از محاسبات پدید می آید اگر ما لگاریتم آن عدد را به دست آوریم آنگاه آنتروپی پدید آمده است .



زمانی که این موضوع کشف شد که سیاهچاله ها می توانند با توجه به فرایند های کوانتومی نابود شوند به نظر می آمود که آنتروپی و دما دارایی ترمودینامیک هستند . دمای سیاهچاله با معکوس جرمش متناسب است . بنابراین سیاهچاله با نابودی اش گرم و گرمتر از دوره ی سابق خود می شود . آنتروپی سیاهچاله یک چهارم منطقه ی افق رویداد است ، بنابراین آنتروپی همچون سیاهچاله کوچک و کوچکتر می شود و در نتیجه منطقه ی افق رویداد نیز رفته رفته کاهش می یابد .

حال باید گفت که در تئوری ریسمان نقل روشنی بین زیر کوانتوم ها و تئوری کوانتوم و فرض آنتروپی سیاهچاله وجود ندارد .

ریسمان ها و گرانش

ریسمان ورد شیت یک کلید برای تمام فیزیک ریسمان ها است . یک ریسمان نوسان می کند و از میان چهار بعد فضا – زمان سفر می کند . این نوسان ها می توانند در دو بعد ریسمان ورد شیت نمایان گر شوند که همچون منظره ی این نوسان ها در دو بعد در تئوری کوانتوم گرانشی است . در واقع باید این نوسان های ایجاد شده با مکانیک کوانتوم و تئوری نسبیت خاص هماهنگ باشند . تعداد ابعاد فضا – زمانی در تئوری ریسمان برای نیروها که همان تئوری بوزونیک است به 26 تا محدود می شود و 10 بهد از آن در تئوری بوزونیک ، فرمیونیک که همان ابر ریسمان است مشترک است .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] بنابراین گرانش از کجا می آید ؟
گر ریسمان ها در فضا – زمانی که توسط ریسمان های دیگر محصور است سفر کنند ، سپس طیف نوسان یک ذره با 2 اسپین و جرم صفر را شامل می شود ، در این صورت ذره گراویتون خواهد بود که حامل نیروی گرانشی است .

جایی که گراویتون وجود دارد باید گرانش نیز وجود داشته باشد . گرانش در کجای تئوری ریسمان جای دارد ؟

ریسمان ها و هندسه فضا – زمان

تئوری کلاسیک از هندسه فضا زمان که ما به آن گرانش می گوئیم به معادلات آلبرت اینشتن دانشمند بزرگ آلمانی الاصل بستگی دارد که در آن خمیدگی فضا – زمان به توزیع ماده و انرژی در آن بستگی دارد . اما معادلات اینشتین در تئوری ریسمان چگونه مطرح شده اند ؟



اگر یک ریسمان در فضا – زمان خمیده به سفر بپردازد ، سپس ریسمان هم با این خمیدگی متناسب می شود همچون یک ریسمان تکثیر یافته . و این سازگار با مکانیک کوانتوم و معدلات اینشتین در مورد خمیده شدن فضا – زمان است . حال این امری واقعی است ! این نتیجه ای متقاعد کنند برای مطرح کنندگان تئوری ریسمان بود . تنهاذ تئوری ریسمان از فیزیک فضا – زمان خمیده گرانش را پیش بینی نمی کند ، اما می گوید که معادلات اینشتن از فضا – زمان خمیده در تکثیر ریسمان ها اطاعت می کنند .

آیا فضا – زمان بنیادی است ؟

رابطه ی پیچیده ای بین تئوری ریسمان و فضا – زمان وجود دارد . تئوری ریسمان از این معادلات اینشتین به طور کامل اطاعت نمی کند . در تئوری ریسمان سری های زیادی برای اصلاح تئوری گرانش وجود دارد . در شرایط پائین تر از نرمال اگر ما فقط به مقیاس بزرگتر از ریسمان ها نگاه کنیم این فواصل قابل ملاحضه نیست . اما اگر مقیاس فاصله ای کم باشد این اصلاح ها بزرگتر می شوند تا از معادلات اینشتین برای توصیف نتیجه بزرگتر نشوند .



در حقیقت زمانی که سطح این اصلاحات بزرگتر شود هندسه فضا – زمانی برای تضمین توصیف نتیجه وجود ندارد . در واقع معادلات برای محاسبه ی فضا – زمان غیر ممکن می شود . اما چیزی که در این تئوری در فاصله های زیاد نمایان گر می شود پیوندی ضعیف است . این عقیده ای با درگیری های بزرگ فلسفی است .

فاصله های کم و زیاد

تقارن دوگانه که استعداد های پیچیده و مبهمی برای تشخیص مقیاس فاصله های زیاد و کم می خواهد دو گانگی تی T – duality خوانده می شود . و از حدود ابعاد اضافه در تئوری ابر ریسمان که حدود شش تا است می آید .



فرض کنید ما در فضا – زمان 10 بعدی هستیم که بدین معنا است که 9 بعدی فضایی و یک بعد زمانی دارد . گرفتن یکی از این نه بعد فضایی دایره ای به شعاع R می سازد . که در جهت برای فاصله L=2p R گرفته می شود . شما در دور این دایره حرکت می کنید و به جایی که از آنجا حرکت خود را آغاز کرده اید باز می گردید .



یک ذره که دور این دایره به سفر می پردازد دارای مقدار حرکتی خواهد بود که گرداگرد این دایره است که به مجموع انؤزی ذره کمک می کند . اما موضوع در رابطه با یک ریسمان کاملا" تفاوت دارد . زیرا در سفر ، ریسمان می تواند دور دایره را خمیده کند . عدد زمانی پیچیدن این ریسمان به دور دایره عدد پیچ در پیچ خوانده می شود .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

حال مورد عجیب در مورد تئوری ریسمان این است که این مقدار و این نوع پیچش می تواند تعویض شود . ما میزان این طول را با تغییر شعاع دایره با مقدار Lst2/R تغییر می دهیم ، در حالی که Lst طول ریسمان است . اگر R از طول ریمان خیلی کوچکتر باشد سپس مقدار Lst2/R بسیار بزرگ خواهد شد ؛ بنابراین مقدار مبادله و نوع پیچش ریسمان تبادل یک مقیاس فاصله ای بزرگ با یک مقیاس فاصله ای زیاد است .



این نوع از دوگانگی دوگانگی تی T – duality خوانده می شود . دوگانگی تی به تئوری های ابرریسمان نوع های IIA و IIB است . این بدان معنا است که اگر این دو تئوری در روی یک دایره فشرده شوند ، سویچ مقدار و نوع پیچش و سویچ مقیاس فاصله ای با تأثیر دو تئوری بروی یکدیگر تغییر می کند .
بنابراین دوگانگی تی در مقیاس های مختلف دارای تفاوت است . مثلا" در مقیاس های فاصله ای بسیار بزرگ برای مقدار کم در ریسمان ها است و نوع پیچش برای ریسمان با مقیاس های بسیار کوچک . حال همه ی این گفته تفسیر جالبی از این است که فیزیک چگونه بعد از کپلر و نیوتون در جریان بوده و توسعه یافته است .

ریسمان ها و پیوند ضعیف

ثابت اتصال و پیوند چیست ؟

این یکی از اعدادی است که در مورد چگونگی نیرو و کنش متقابل سخن می گوید . برای مثال : ثابت نیوتن ثابت پیوند برای نیروی گرانش است . اگر میزان ثابت کنونی نیوتن دوبرابر بود سپس ما گرانش را در سطح زمین دو برابر احساس می کردیم و همچنین از زمین گرانش ماه و خورشید نیز دو برابر احساس می شد و غیره . یک ثابت پیوندی بزرگتر بدان معنا است که آن نیرو قوی تر است و ثابت پیوندی ضعیف تر بدان معنا است که نیروی مورد نظر ضعیف تر است .



هر نیرویی دارای ثابت پیوندی است . برای مثال در نیروی الکترومغناطیسی ثابت پیوندی با مربع با الکتریکی متناسب است . زمانی که فیزیکدان ها رفتار کوانتوم های الکترومغناطیسی را مورد مطالعه قرار دادند ، آنها کاملا" قادر نبودند تا تمام تئوری ها را حل کنند . بنابراین مقداری از قوانین روبه روی خود را می شکستند تا به توانند معادلات را حل کنند و هر جایی که شکسته می شد راه را برای حل موضوعات بعدی و ثابت های پیوندی باز می کرد . در انرژی های عادی در الکترو مغناطیس ثابت پیوند کوچک است و بنابراین اولین قسمت اندکی شکسته شده تقریب خوبی برای پاسخ واقعی بود . اما اگر ثابت پیوند زیاد باشد متودهای محاسبه نیز زیر پا گذاشته می شود و قسمت های کوچک نیز بی ارزش می شوند . این موضوع در تئوری ریسمان نیز قابل رخ دادن است . تئوری های ریسمان دارای ثابت پیوندی هستند . اما با تئوری ذرات تفاوت دارد . در تئوری ریسمان ثابت تنها یک عدد نیست و به نوع نوسان ریسمان وابسته است که آن را کندی می خوانند . مبادله میدان کندی از تبادل ثابت های پیوندی بسیار بزرگ یاکوچک کم می شود .



این تقارن دوگانگی اس S – dualityخوانده می شود . اگر دو تئوری ریسمان توسط دوگانگی اس به هم وابسته باشند در این صورت ثابت پیوندی یکی ضعیف خواهد بود دیگر در مقابله با آن ثابت پیوندی قوی خواهد داشت . باید توجه داشت که تئوری با نیروی پیوندی نمی تواند مفهومی از بسط آن در سری های دیگر باشد . و اما تئوری با نیروی پیوندی ضعیف این امکان را دارد . بنابراین اگر دو تئوری در دوگانگی اس به هم وابسته اند ما باید تئوری ضعیف را درک کنیم و اگر در فهم این موضوع کاملا" موفق باشیم می توان گفت که تئوری ریسمان را کاملا" فهمیده اید . این در واقع ضرب المثلی در بین فیزیکدان ها است .



تئوری های ابرریسمان وابسته به دوگانگی اس عبارتند از : نوع I با تئوری ابر ریسمان (heterotic SO(32) ) و تئوری ابر ریسمان IIB با خودش .

این به معنا است ؟

دوگانگی تی چیزی منحصر به فرد در فیزیک ریسمان ها است ، آن چیزی است که از عهده ی ذرات خارج است و قادر به انجام آن نیستند ، زیرا یک ذره نمی تواند همانند یک ریسمان گرداگرد یک دایره خمیده شود . اگر واقعا" تئوری ریسمان نظریه ی درستی در طبیعت است باید بر سطح های عمیق نیز دلالت کند . مقیاس های فاصله ای کوچک در فیزیک به صورت مستقل اصلاح نشده اند ، اما همانند یک سیال است که وابسته به تحقیق ما و استفاده از اندازه ها است ، این ها است که حالت تحقیق را مشخص می سارد .



در قسمت دیگر که دوگانگی اس است به ما می آموزد که حد نیروی پیوندی در ریسمان ها می تواند در حدهای ضعیف برای ریسمان های مختلف محاسبه شود . اما این نتیجه ای عاقلانه برای مکانیک کوانتوم گرانشی است ؛ زیرا همانطور که می دانیم در تئوری آلبرت اینشتن آمده است اجرام با بزرگی زیاد بروی فضا – زمان اطراف خود تأثیر می گذارند و آن را خمیده می کنند .



این مقاله ای مختصر در زمینه ی نظریه ی ریسمان بود ، زیرا همانطور که می دانیم تئوری ریسمان پیچیده است و جابرای بحث در آن باقی است و می توانیم چندین ده صفحه آن را به تفسیر گذاریم . انشا الله به یاری خداوند وتعال ، سعی داریم که در مقالاتی دیگر ، مباحث گفته نشده ی تئوری ریسمان را هر چند مختصر توضیح دهیم .

از همان ابتداي خلقت ، دست يافتن به نظريه اي براي همه چيز دل مشغولي بشر بود ، يافتن جوابي كه پاسخ تمامي سئوالات باشد . سئوالاتي كه مطرح شده اند و يادر آينده ممكنست مطرح شوند چه سئوالات مربوط به متافيزيك ، چه سئوالات مربوط به جهان ماده .

ناممكن بودن دست يافتن به نظريه اي براي همه چيز در محدوده ي مسائل مادي و غيرمادي بشر را مجبور ساخت تا مشكلات خود را در دو حوضه ي مجزا مورد مطالعه قرار دهد، در عرصه غير مادي انسان به سرعت، شايد در همان دوران غارنشيني به نظريه اي براي همه چيز دست يافت اما در حيطه ي مسائل مادي هزاران سال است انسان براي رسيدن به اين نظريه تلاش مي كند ودر اين راستا بشر و طبيعت به زور آزمايي با هم پرداخته اند ، اين مبارزه من را به ياد كارتون هاي افسانه اي مي اندازد كه پيرمردي با ريش سفيد و بلند، عصا به دست (طبيعت) معمايي مطرح مي كند و پسربچه اي (انسان) بي تجربه با تحمل مشقات زياد و كسب تجربه و علم به آن پاسخ مي دهد.

اين رويارويي پاياپاي تاكي ادامه دارد و برنده ي اين بازي كيست ؟ انسان يا طبيعت ؟

بيش از صد سال پيش انسان موفق شد همه معما هاي به جا مانده از گذشته هاي دور را در قالب فيزيك كلاسيك قدرتمندانه پاسخ دهد و دانشمندان را در به پايان رسيدن دوران جستجو و كنكاش دلخوش نمايد .

در اين ميان فريادهاي مستانه ي دانشمنداني از گوشه و كنار جهان به گوش مي رسيد كه ما ديگر قادر خواهيم بود هرآنچه در آينده ممكنست رخ دهد با مطالعه ي وضع موجود پيش بيني كنيم چرا كه راز نظم بنيادين طبيعت را كشف نموده ايم ودر قالب فيزيك كلاسيك فرمول بندي كرده ايم .

ولي چه زود طبيعت به حال خوش آنان (باپيش كشاندن چندين معما نظير سرعت نور ، تابش جسم سياه ، اثر كامپتون ، اثر فوتو الكتريك،...) پايان داد مشكلات پيچيده اي كه براي حل آنها ديگر از دست فيزيك كلاسيك كاري بر نمي آمد .

اما ديري نپائيد كه مسائل لاينحل و آزاردهنده ي پيش روي فيزيك كلاسيك با ابداع نظريه هاي نسبيت توسط اينشتين بر طرف شد و توپ را انسان برا ي بار ديگر به زمين طبيعت انداخت .

فيزيك كلاسيك به همراه نسبيت ها هرچه در زمين و وراي آن رخ مي داد را قانونمند ساخت و به سئوالاتي مانند موقعيت يك ذره در آينده ( با مطالعه نيرو هاي وارد بر آن ) تاريخ كسوف هاي بعدي ، ماهيت عالم و چگونگي شكل گيري آن و صدها رخداد مشابه از اين دست را به دقت پاسخ ميداد .

طولي نكشيد كه ايده اي ديگر سر از تخم تكامل انديشه ي بشر بيرون آورد . كوانتوم . ايده اي جسورانه، نظريه اي كه ريزترين اجزاء طبيعت را مورد مطالعه قرار مي دهد ، به يمن دست آورد هاي فيزيك كوانتومي بود كه به ناگاه ذراتي از پس پرده ي نمايان شدند كه تا آن زمان طبيعت آنها را از چشم بشر مخفي نگاه داشته بود ،دهها نوع ذره با نامها و رفتارها ي متفاوت ، اين كوانتوم بود كه معما هايي چون ساختمان اتم و مولكول ها را به انسان شناسانيد و او را در شكافتن دل ذرات ياري نمود تا آفتاب نهان در آنها را به نظاره بنشيند و براي بار ديگر ذهنش را از سئوالات گوناگون رهايي بخشد.

انسان قرن بيستم موفق شد به طور باور نكردني سئوالات به ارث مانده از پيشينيانش را كه طي صدها سال بي پاسخ مانده بود را پاسخ دهد . وتمام جوانب عالم را به كمك نظريه هاي گوناگون توضيح دهد اگر اين نظريه ها را ما به شكل لباسي در نظر بگيريم كه انسان تن طبيعت كرده است ،اين لباس در عين پوشاندن بدن عريان طبيعت اما از يك ناهمگوني آزاردهنده اي برخودار است ، پيراهن كوانتومي وصله خورده ،كت چروك و گشاد نسبيتي،بهمراه شلوار مرتب اما تنگ و كوتاه كلاسيكي .

اين لباسي كه ما به تن طبيعت كرديم به زحمت توانستيم قسمتي از پيراهن كوانتومي را به زير شلوار كلاسيكي جاي دهيم (كنايه از بسط برخي از روابط كوانتومي جهت استفاده در محاسبه وقايع ماكروسكوپي ) و وصله هاي آن را به زير كت نسبيتي بپوشانيم (كنايه از اتحاد نسبيت خاص با مكانيك كوانتومي و تدوين نظريه كوانتومي ميدان )

با اين اوضاع آيا مي توانيم به انجام وظيفه مان خرسند باشيم و بگوييم هرچه طبيعت از ما طلب مي كرد ما آن را به انجام رسانديم.

چگونه مي توانيم طبيعت را از اين پوشش نا مرتب برهانيم ؟ طبيعتي كه ما هنوز كفشي به پاهاي برهنه اش نكرده ايم(منظورناتواني در حل معماهاي امروزي مانند ماده تاريك، انرژي تاريك ،سرانجام عالم ،ماهيت نوترينو ،...)

بله ، با دست يافتن به"نظريه اي براي همه چيز"

در اين صورت است كه وقايع لحظات اوليه ي خلقت عالم ، منشاء و چيستي ماده و انرژي تاريك ،سرانجام كائنات ،ماهيت برخي از ذرات بنيادي و دهها سئوال ديگر كه تاكنون بي پاسخ مانده اند به جوابشان دست خواهيم يافت .

اكنون سئوالات اساسي كه براي دست يافتن به اين نظريه پيش مي آيد اين است كه،

1- آيا مي توان به دست يابي بشر در آينده اي نزديك به نظريه اي براي همه چيز خوشبين بود.؟

2- آيا نظريه اي براي همه چيز تا ابد نظريه اي براي همه چيز باقي خواهد ماند.؟

اعتقاد من براين است كه تلاش انسان در اين برهه از زمان براي رسيدن به نظريه اي براي همه چيز منوط به تحقق يافتن دو چيز است

الف )آگاهي كامل از تمام جوانب عالم

ب)رسيدن به تكنولوژي پيشرفته براي آزمودن نظريه هاي پيشنهادي

مورد اول بدون شك با امكانات موجودغير ممكن به نظر مي آيد ،چرا كه ما نه شناخت كامل از عالم در بعد ماكروسكوپي آ ن داريم و نه مي توانيم به روشني از ابعاد ميكروسكوپي آن سخن برانيم، بنابراين ما در دو حيطه با تاريكي مطلق سر و كار داريم يكي ماهيت عالم در نقاط دور دست كه نه نوري از آنجا به چشم ما مي آيد و نه ما قادريم به آنجا سفر كنيم ، و مسئله ي ديگر ماهيت عالم در ابعاد فرمي و كوچكتر از آن مي باشد ،اطلاعات ما از اين بعد تنها يكسري مشاهدات غير مستقيم است كه در برخي از موارد برداشت هاي ضد و نقيضي به مشاهده گر القا مي كند . با اين وضعيت ما مي خواهيم نظريه اي ابداع كنيم كه اين دو حيطه ي ناشناخته و هر چه بين آنها ست را بدون كم و كاست توضيح دهد .

تازه اگر موفق به تدوين اين نظريه شديم مي ماند اثبات آن ،به نظر من ديگر نبايد بي درنگ تسليم ظاهر نظريه ها شد ،بدين صورت كه اگر نظريه اي بر روي كاغذ و در قالب رياضياتي آن بدون نقص بود به آن به چشم يك راه حل بي بديل و قطعي نگاه كنيم كه اين نظريه تنها راه حل مشكل ماست.

همين نظريه ي نسبيت را در نظر بگريد ،با همه توانايي هايش در برخي از زمينه هاي علم فيزيك تاكنون هيچ مدرك قطعي براي اثبات پيش بيني هايش ارائه نگرديد ،تنها نسبيت خاص را توانسته اند با ذرات موجود در شتابدهندها كه ذرات در آن از حركت شتابدار برخوردارهستند (در صورتي كه نسبيت خاص ويژه ي حركت با سرعت ثابت است ) مورد آزمايش قرار دهند مخالفت اين نظريه با "عقل سليم" وپارادوكس حل نشده ي دو قلو هاي آن ديگر بماند.

در ضمن تاكنون مدرك مستدلي در تاييدبرخي از پيش بيني هاي نسبيت عام با تمام زيباييهايي كه اين نظريه دارد ارايه نشده است.

در زمينه ي يافته هاي فيزيك كوانتومي نيز با همين مشكل مواجه هستيم جايي كه صحبت از اتحاد بزرگ و يا اثبات وجود كوارك ها مي شود (به صورت منفرد ) يا وجود ذرات گلوئون، خر شتابدهندها به گل مي نشيند .

ناتواني دانشمندان در ابداع روشي براي اثبات تجربي اين يافته ها زمينه را براي ظهور ادعا هاي تازه مهيا ساخت. ادعا هايي كه هيچگونه چشم اندازي در آينده هاي بسيار دور نيز براي اثبات آنها وجود ندارد .

گرچه تلاش و پشتكار دانشمندان براي دست يابي به نظريه اي براي همه چيز قابل احترام و ستودني است اما آنان مرا به ياد كيميا گران قديم مي اندازند كه اميدتبديل مس به طلا سراسروجودشان را فرا گرفته است ،چند سالي است كه تب كيميا گري به علم فيزيك منتقل شده است و كيمياي "نظريه اي براي همه چيز" روياي شيرين برخي از فيزيكدانان گرديده است .

البته همانطوري كه در طول تاريخ كيمياگري برخي از گوشه و كنار جهان ادعاي دست يافتن به ماده اي كه مس را به طلا تبديل مي كند را مطرح مي كردند ،اينك نيز پيدا مي شوند دانشمنداني كه مدعي دست يافتن به نظريه اي براي همه چيز هستند.

جالب اينجاست كه اينان براي منطقي جلوه دادن نظريه هايشان بنيان طبيعت را دگرگون مي سازند ، ذرات رابه ريسمان و ابعاد عالم را تا جايي كه مشكلشان حل شود افزايش مي دهند .

گيريم كه توانستيم در قرن بيست و يكم به نظريه اي براي همه چيز دست يابيم آيا در اين صورت مي توان ادعا كرد كه در قرن بيست و دوم ، بيست و سوم و... اين نظريه در آن زمان هم نظريه اي براي همه چيز باشد؟ اگر قادر به اثبات تجربي آن نباشيم" همه چيز" اين نظريه بلوفي بيش نخواهد بود چرا كه ممكنست تكنولوژي آينده به مبارزه با پيش بيني هاي آن برآيد.و ضعف هاي آن را برملا سازد.

همان طوري كه تا قرن نوزدهم فيزيك كلاسيك براي همه چيز شناخته شده تا آن زمان پاسخ قانع كننده اي داشت . و به نوعي نظريه اي براي همه چيز بود. اما تكنولوژي قرن بيستم همانند شتابدهندها ،تلسكوپ ها ي قوي ،و تجهزات دقيق آزمايشگاهي سئوالاتي پيش روي آن قرار دادند كه ناقص بودن آن را نشان دادند .

تلاش براي دست يابي به نظريه اي براي همه چيز در حالي در حال انجام است كه دانشمندان هنوز در همساز كردن نسبيت خاص با كوانتوم با مشكلات عديده اي دست به گريبان هستند ، از وجود ذرات ميدان گرانش سخن به ميان مي آورند اما قادر به اثبات تجربي آنها نيستند ، از كم و كيف نيروي قوي هسته اي اطلاعات دقيقي ندارند،و...

كوتاه سخن اينكه اگر دانش بشري در مسير دست يافتن به نظريه هايي باشند كه بتواند تنها مشكلات موجود را حل كند (مانندطريقه ي شكل گيري نسبيت و كوانتوم)و اجازه بدهيم تا با پيدايش پاره نظريه ها زواياي بيشتري از نظريه ي بزرگ آشكار شود آنگاه به راحتي وبا اطمينان بيشتر قادر خواهيم بود گمشده ي خود (كه شايد نظريه اي براي همه چيز باشد) را بيابيم.

شايد تمايل دانشمندان در اين برهه از زمان براي دست يافتن به يك نظريه اي براي همه چيز ناشي از ناتواني آنها در حل معضلات فعلي است كه براي فرار از اين مشكلات خود را به دامان نظريه اي براي همه چيز انداخته اند . همين اقدام هاي گنگ و سر در گم كننده است كه اين سئوال بزرگ را در اذهان تداعي مي كند
آيا نظريه ي ام يا ريسمان يا ابر ريسمان وديگر نظريه هايي از اين دست (كه خود را كانديد نظريه اي براي همه چيز مي دانند ) گامي در جاده است يا راهيست به نا كجا آباد؟.

از سالها پیش رد پاهایی از ناقص بودن مکانیک نیوتونی در پدیده های مختلف به چشم می خورد. که اساسی ترین آنها آزمایش مایکلسون-مورلی بود که موجب شد تا راز دیگری از طبیعت بر دانشمندان آشکار شود و آن این بود که سرعت‌ نور در خلا نسبت‌ به‌ تمام‌ ناظرهائي‌ كه‌ در حركت‌ يكنواخت نسبت‌ به‌ يكديگر هستند يكي‌ است. مکانیک نیوتونی روز به روز بیشتر به بحران می افتاد و دانشمندان زیادی سعی بر این داشتند که این نارسایی ها را بوسیله قوانین مکانیک کلاسیک توجیه کنند. اما در همین زمان بود که یک کارمند ژولیده دنیای فیزیک را متحول کرد. او کسی نبود جز آلبرت اینشتین، که در سال 1905 نسبیت خاص را بوجود آورد و سپس در چند سال بعد نسبیت عام را تقدیم جهان علم کرد.
نسبیت نتایج بسیار جالب توجهی داشت و تقریبا تمام مشکلات مکانیک کلاسیک را پوشش می داد. و البته نسبیت چند پدیده را پیش بینی کرد که از این پیش بینی ها می توان دیدن ستاره پشت خورشید در هنگام کسوف را نام برد که خود اینشتین هم شاهد رخ دادنش بود.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


در همان زمان پدیده فوتو الکتریک مشاهده شد و بعد نوبت مکانیک کوانتومی بود تا بیاید و بوسیله بزرگانی چون ماکس پلانک، بوهر، هایزنبرگ و حتی اینشتین خودنمایی کند.
آلبرت اینشتین تا آخر عمرش با نتایج مکانیک کوانتومی مخالف بود که دلیل آن را معتقد بودن به جهانی می دانست که از نظمی قاطعی پیروی می کند در حالی که کوانتومیست ها به خدایی اعتقاد دارند که طاس بازی می کند!
اما نکته مهم اینجاست که مکانیک کوانتومی هم وجود این نظم را قبول دارد اما نظم را طور دیگری تعریف می کند. این مکانیک اعتقاد دارد که دانشمندان نمی توانند جهان را قانونمند کنند تا اینکه به این نکته توجه کنند که خودشان هم جزیی از این عالم هستند و جزیی که در نحوه کار جهان رل مهمی بازی می کند و در چگونه رقم خوردن پدیده ها نقش مهمی را داراست. اما مشکل از اینجا شروع می شود که این دو نظریه با هم تفاهم ندارند! و یکی از مهمترین نتایج نسبیت برای کوانتوم غیر قابل هضم است.
از طرفی در طــبــیــعــت 4 نوع نیــرو وجود دارد : 1-گرانشی 2-الکترومغناطیس 3- هسته ای قوی 4- هسته ای ضعیف که دانشمندان در صدد واحد کردن این نیروها و همچنین آشتی دادن کوانتوم و نسبیت در قالب یک نظریه بر آمدند.
از همان روز بود که آوارگی فیزیک شروع شد. همه دانشمندان برای اینکه بتوانند نظریه همه چیز را بوجود بیاورند با هم متحد شدند و بعضی هم با افراطی نگاه کردن به این دو تئوری واقعیت که هدف اصلی علم است را بکلی فراموش کردند.
اما افراطی گری در علم تنها دلیل نیست. اکثر ایرادهایی که بر فیزیک وارد شد به این دلیل بود که نسبیت مکاینک نبود بلکه نوعی سینماتیک بود!
یعنی پدیده های مختلف را پیش بینی کرد اما به این فکر نکرد که چرا این پدیده ها بوجود می آیند . یعنی نسبیت پیش بینی کرد که در هنگام فرار نور از یک میدان گرانشی پدیده انتقال به قرمز صورت می گیرد و این پدیده مشاهده شد اما در تئوری بزرگ نسبیت گفته نشد که چرا این اتفاق می افتد. اگر دانشمندانی که روی نسبیت کار می کردند به این موضوع فکر می کردند شاید به ساختمان فوتون توجه می شد

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]



مثال دیگر، اینکه در نسبیت ذکر شده که وقتی ماده سرعت می گیرد جرمش افزوده می شود و حتی مقدار جرم را هم بوسیله روابط این تئوری می توان حساب کرد اما به این فکر نشد که این ذره چگونه جرم کسب می کند حتما خودتان حدس می زنید که اگر فکر می شد چه اتفاقی می افتاد...
این بین نظریه های زیادی بوجود آمدند که همه به دلایلی نتوانستند تئوری برای همه چیز باشند.
تا اینکه در 20 سال پیش یک تئوری با هدف اینکه یک تئوری برای همه چیز باشد متولد شد. این تئوری با الهام از آفرینش ذرات هیگز،سی.پی.اچ نام گرفت. (که در مقالات استاد جوادی به تفصیل در مورد این تئوری صحبت شده و ذکر آن تکرار مکررات می باشد
اما یکی از نتایج این تئوری که با دلیل و توجیه علمی در این تئوری ذکر شده است اینست که اسپین هیچ کمیتی ثابت نیست و چندی پیش دانشمندان شاهد این بودند که اسپین الکترون تغییر پذیر است.

آری! حقیقت از خود ردپا بجا می گذارد

توجه : در این مقاله سعی شده است که در حد ریاضیات ساده سخن به میان رود تا کاربر عادی بتواند به خوبی از آن استفاده نماید انشاالله در آینده به بحث ریاضیات اون هم خواهیم پرداخت...
بعد از مدت کمی که از انتشار نسبیت عام گذشته بود [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] اخترشناس آلمانی با بررسی معادلات این نظریه راه حلی را یافت که فضای اطراف جسم فشرده بسیار پر جرمی را که میدان گرانشی بسیار شدیدی دارد توصیف می کرد این نکته مهم است که بگوییم نیروی گرانش نه تنها به جرم بلکه به فاصله نیز بستگی دارد شوارتسشیلد دریافت که اگر جرم یک جسم چنان متراکم شود که در واقع تمام جرم آن در مرکزش جای بگیرد آنگاه فضا-زمان در فاصله ی معینی از جسم که همان شعاع شوارتسشیلد است هندسه ی خاصی به خود می گیرد جالب است که بگوییم که هیچ چیز نمی تواند از این شعاع بگذرد و آنرا پشت سر بگذارد آنچه که در نزدیکی شعاع شوارتسشیلد روی می دهد از ۲ زاویه دید متفاوت است

۱:از بیرون:از بیرون از شعاع شوارتسشیلد اگر ما در جائی ساکن باشیم خواهیم دید که آن فضاپیمائی که به داخل سیاه چاله دارد سقوط می کند تا بینهایت باید سفر کند تا به جسم مرکزی کشیده شوند

۲:از داخل:به محض اینکه پا به داخل این شعاع مرگبار بگذارید دنیا پیش روی شما تیره و تار خواهد شد

ببینید هر جسمی شعاع شوارتسشیلد مخصوص به خود را دارد نه اینکه بگوییم فقط سیاه چاله ها دارند ...شعاع شوارتسشیلد هر جرمی از فرمول زیر محاسبه می شود...

rs=2GM/c2

توجه داشته باشید که r اندازه ی شعاع G ثابت جهانی گرانش M جرم ماده ی مورد نظر و در نهایت C سرعت نور است برای جرم ۳۰ منظومه شمسی شعاع شوارتسشیلد برابر است با ۱۰۰ کیلومتر!!!

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

Horizon به معنای خط افق به کار می رود و Singularity یعنی مرکز تکینگی

جالب اینجاست که شخصی با نام جان میشل در سال ۱۷۸۳ نکته ای جالب را کشف کرد که سرعت گریز از سطح این چنین جرمهایی (مانند سیاه چاله ها) را اگر در فرمول زیر قرار دهیم سرعت نور بدست خواهد آمد یعنی سرعت گریز از سطح برای یک همچین جرمهایی سرعت نور است:

v2/2=GM/r

(V سرعت گریز از سطح است)

همان طور که گفته شد زمان در این شعاع با زمان جهانی فرق زیادی می کند و در واقع داخل آن به چشم ناظر خارح آن صفر است و اگر شخصی را در آنجا ببیند در حالت سکون خواهد دید

این جاذبه که زمان را در واقع نگه می دارد کار دیگری را هم انجام می دهد تا به حال کلمه ی انتقال به رنگ قرمز خطوط طیفی به گوشتان خورده است وقتی جسمی آسمانی پر جرم از خود پرتو بلند قرمز ساطع می کند این پرتو به دلیل گرانش بالای جرم آسمانی و تاثیر جاذبه روی نور به رنگ قرمز متمایل می شود بله در این جاذبه ی زیاد نور یک همچین حالتی را پیدا می کند.



انتقال به رنگ قرمز در سیاه چاله

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


امیدوارم مورد استفاده واقع شده باشد

در قرنی که ما زندگی می کنیم و قرنی که پشت سر نهادیم رویداد های بسیاری در زمینه ی فیزیک رخ داد و نظرییات و مبانی جدیدی پایه ریزی شد که هر یک می توانست پدیده هایی را توجیه کند . اما چیزی که بسیار از دانشمندان بزرگ در پی ان بودند ایجاد وحدت بین این نظرییات و قوانین و بکار گیری یک قانون کلی برای بررسی همه چیز از سطح اتمی گرفته تا کل عالم هستی بود البته برخی دانشمندان در این زمینه گامهای مهمی برداشته و توانستند برخی نیروها را در یکدیگر ادغام کرده و از یک حالت واحد استفاده کننداما مشغله ی اصلی دانشمندان تا به امروز ایجاد وحدت بین نیروهای گرانشی و الکترومغناطیسی است به طوری که پایه ریزان نظرییات نسبیت و کوانتوم در پی این بودند که این دو نظریه را در یک کالبد ارائه دهند . اما ایا این که موفق به چنین کاری شدند یا نه و اگر نه چرا ؟ جای بحث دارددر این مقاله ما دوباره شما را با انرژی پایه در کیهان اشنا می کنیم . این انرژی حداکثر انرژی است که به صورت کوانتومی در عالم یافت شود

البته در این که چنین انرژی در جهان وجود دارد بحث نمی کنیم و کاری با ان نداریم ما این انرژی را چون به صورت کوانتومی است در مقابل انرژی معادل جرم که از رابطه ی انیشتین بدست می اید قرار می دهیم و در ان جرم ماده ی مورد نظر را پیدا می کنیم .1 اما باز به اینکه چنین جرمی وجود دارد کاری نداریم

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

این مطلب را نگه داشته و سراغ یک رابطه ی دیگر می رویم

در این رابطه ی جدید همان جرم را با ثابت هایی دیگر ی بدست می اوریم .که دقیقا با جرم بدست امده در رابطه ی قبلی مطابقت دارد . در این رابطه همان طور که ملاحظه می شود از ثابت گرانشی نیز در کنار کمییت هاییی چون ثابت پلانک . طول پلانک و زمان پلانک استفاده شده که را ه را برای بررسی در مورد واکنشهای کوانتومی . گرانشی باز می دارد

2حال از ادغام این دو رابطه ما رابطه ی جدیدی را بدست می اوریم که در ان سرعت نور یا بهتر بگوییم حداکثر سرعت مورد نیاز برای انتقال انرژی چه انرژی گرانشی و چه انرژی الکترو مغنا طیسی بدست می اید

3 البته در این فرمول ها تماما از ثابت های فیزیکی استفاده شده و خبری از محاسبات مجموع نیست

چیزی که به نظر می رسد این است که نیروی گرانشی و نیروی الکترومغناطیسی کوانتومی را باید در بعد های بسیار کوچک بررسی کنیم . در هرحال این مطلب جای بحث فراوانی دارد و شاید حتی بتوان از نیرو های دیگر هم در ان استفاده کرد

فیزیك روشنگر جهان
اكنون ۱۰۰ سال از زمانی كه اینشتین ۵ مقاله را منتشر كرد، می گذرد. او جایزه نوبل را دریافت كرد و از معروف ترین معادله علمی دنیا پرده برداشت و فیزیك را در مسیری قرار داد كه تا امروز همچنان دنبال می شود.
یك قرن پیش نظریه های اینشتین پیشرفت های جدید ماموریت های فضایی را به وجود آورد. اكنون ماهواره ای با نام كاوشگر گرانش B كه ۶۵۰ كیلومتری بالای زمین می گردد به دنبال پیداكردن تاثیرات پیچیده ای است كه نظریه نسبیت اینشتین پیش بینی كرده است. كشف این تاثیرها نیازمند دقتی بی نظیر است. چرخنده های ابزار ژیروسكوپ ماهواره بهترین گوی هایی هستند كه تاكنون به دست بشر ساخته شده اند. این ماموریت آخرین مدركی است كه نشان می دهد جست وجو به دنبال مسیر اینشتین هرگز پایان نمی یابد.
اكنون ۱۰۰ سال از زمانی كه اینشتین ۵ مقاله را منتشر كرد، می گذرد. او جایزه نوبل را دریافت كرد و از معروف ترین معادله علمی دنیا پرده برداشت و فیزیك را در مسیری قرار داد كه تا امروز همچنان دنبال می شود. كار اینشتین در كنار پیشرفت های پی درپی در مكانیك كوانتوم، در كشف های علمی شكوفا شد كه از بسیاری جهات زندگی عادی را تحت تاثیر قرار می دهد. «استفن بنكا» (S.Benka) سردبیر مجله فیزیكس تودی (Physics Today) می گوید: «اكنون دوران طلایی فیزیك است. فیزیك نه تنها ما را از جهان طبیعت آگاه می كند، بلكه زندگی بشر را نیز در بسیاری از موارد كاربردی تحت تاثیر قرار می دهد. برای مثال با استفاده از شبكه هشدار دهنده سونامی به سرعت در مورد زمین و سیستم های فیزیكی آن اطلاعات كسب می كنیم.» به گفته وی: «حوزه زیست شناسی نیز به وسیله فیزیك روشن تر می شود.»
وی می گوید: حتی جنبه های پیچیده فیزیك كوانتوم استفاده كاربردی به شكل كدهای غیرقابل شكست (hard*to*break) دارد كه از اطلاعات بانكی آن لاین محافظت می كند.
دیگر جنبه های فیزیك بیشتر به صورت نظریه باقی مانده است: امكان وجود بعدهای بیشتر، رمزگشایی دینامیك فیزیكی سیستم های پیچیده و به شدت غیرقابل پیش بینی مثل وضعیت آب و هوای زمین.
در سال ۱۹۰۵ پنج مقاله اینشتین نشان داد كه چطور به طور قطعی می توان وجود اتم را ثابت كرد. موضوع وجود یا عدم وجود اتم حتی تا صد سال پیش هم موضوع بحث برانگیزی بود. اینشتین نشان داد كه نور از قسمت های مجزا به اسم فوتون تشكیل شده است و دیدگاه ما را نسبت به فضا و زمان برای همیشه تغییر داد. این دستاوردها برای فرد ۲۶ ساله ای كه به تازگی دكترای خود را گرفته و در اداره ثبت اختراعات سوئیس كار می كند، چندان هم بد نیست. یكی از این مقاله های شگفت انگیز كه شهرت كمتری دارد در مورد پرسشی است كه هزاران سال است برای مشاهده كنندگان به صورت معما باقی مانده است. چرا ذرات غبار در هوا و ذرات شن در آب به صورت نامرتب می چرخند؟
گیاه شناسی به نام رابرت براون این پدیده را در سال ۱۸۲۷ بررسی كرد و بعد از آن فیزیكدانان آن را «حركت براونی» نامگذاری كردند. اینشتین علت این حركت را برخورد ذرات با مولكول ها دانست. او نشان داد این حركت چگونه محاسبه می شود و چند مولكول به یك ذره شن ضربه می زنند و با چه سرعتی حركت می كنند. ژان پرن (Jean Perrin) فیزیكدان فرانسوی از دیدگاه اینشتین برای انجام چند آزمایش استفاده كرد و یك بار برای همیشه وجود اتم و مولكول را ثابت كرد. این كارش جایزه نوبل را برای او به ارمغان آورد. ایده اصلی اینشتین كه در سال ۱۹۰۵ منتشر شد این بود كه نور ذره ای است كه مانند موج رفتار می كند.
این ایده به اثر فتوالكتریك مربوط می شود. در این اثر نور به مواد خاصی می تابد و جریان الكتریكی ایجاد می كند. سلول های فتوالكتریك كه برای بازكردن در سوپرماركت استفاده می شود از همین اثر استفاده می كند. اینشتین در توضیح این پدیده گفت نور مجموعه ای از ذرات به نام فوتون است و انرژی آنها تنها بستگی به رنگ نور دارد. او برای این دیدگاه جایزه نوبل دریافت كرد. این كشف همچنین راه را برای گسترش علم فیزیك كوانتوم باز كرد. بسیاری از فیزیكدانان به دیدگاه های نسبیت توجه می كنند كه در سال ۱۹۰۵ ارائه شد. پیامدهای بعدی بزرگترین دستاورد او بودند. استیون واینبرگ (Steven Weinberg) فیزیكدان دانشگاه تگزاس و برنده جایزه نوبل می گوید: همه ما تصوری از فضا و زمان داریم كه در ما ایجاد شده است. این چیزی است كه اینشتین خلاف آن را ثابت كرد. او برای اولین بار نشان داد فضا و زمان بخشی از فیزیك است نه متافیزیك.
نیوتن و فیزیكدانان بعد از او فضا و زمان را اساساً مطلق در نظر گرفتند. فرض می شد كه فضا و زمان برای تمام مشاهده كنندگان یكسان است. هیچ كس هم در مورد صحت این فرض شك نكرد. اما اینشتین گفت قانون های طبیعت و سرعت نور مطلق هستند و برای تمام مشاهده كنندگانی كه به طور ثابت و وابسته به هم در حركت هستند یكسان است. مشاهده كنندگانی كه با سرعت های متفاوت درحركتند بعدهای فرازمانی كسب كرده و ساعت شان با سرعت متفاوتی كار می كند.
این اصول مهم پیامدهای مهمی دارند این پیامدهای مهم را كه اینشتین مهم ترین دستاورد زندگی اش می داند، مشهورترین معادله فیزیك است: E=mc۲. این معادله نشان می دهد جرم ماده و انرژی هم ارز هستند. این نظریه موجب پیشرفت بمب اتمی و نیروگاه های هسته ای شد. بعد از آن اینشتین اصل هم ارزی نسبیت را اضافه كرد و نظریه خود را با افزودن گرانش به آن گسترش داد. او فرض كرد وقتی به جسمی نیرویی وارد می شود جرمی كه شتاب را تعیین می كند و جرمی كه بر اثر جاذبه به وجود می آید یكسان هستند. در این نظریه گرانش كشش بین اجسام نیست.
به همین شیوه است كه جرمی مثل زمین فضا را تغییر می دهد و بر سرعت حركت ساعت تاثیر می گذارد. امروزه كاوشگر گرانش B مسیر منحنی ای را در فضا طی می كند كه توسط جرم زمین تولید شده است. هیچ نیروی گرانشی آن را در فضا نگه نداشته است و آن فقط مسیر مشخص را طی می كند. ماهواره ای به دقت حركت های آن را دنبال می كند تا دریابیم آیا با پیش بینی های اینشتین مطابقت دارد یا خیر؟ اینشتین همچنین پیش بینی كرد كه چرخش زمین فضا را به دور خود می كشد. این پدیده پیش از این فقط یك بار مشاهده شده بود. دانشمندان امیدوارند كاوشگر گرانش B دقت مشاهده را نسبت به آزمایش های قبلی تا ده برابر افزایش دهد.

csmonitor.com

نفهمیدن فیزیک کوانتوم در هفت گام

نیلز بور (۱۹۶۲-۱۸۸۵)، از بنیانگذاران فیزیک کوانتوم، در مورد چیزی که بنیان گذارده است، جمله ای دارد به این مضمون که اگر کسی بگوید فیزیک کوانتوم را فهمیده، پس چیزی نفهمیده است. من هم در اینجا می خواهم چیزی را برایتان توضیح دهم که قرار است نفهمید!
● گام اول: تقسیم ماده
بیایید از یک رشته‌ی دراز ماکارونیِ پخته شروع کنیم. اگر این رشته‌ی ماکارونی را نصف کنیم، بعد نصف آن را هم نصف کنیم، بعد نصفِ نصف آن را هم نصف کنیم و... شاید آخر سر به چیزی برسیم ــ البته اگر چیزی بماند! ــ که به آن مولکولِ ماکارونی می‌توان گفت؛ یعنی کوچکترین جزئی که هنوز ماکارونی است. حال اگر تقسیم کردن را باز هم ادامه بدهیم، حاصل کار خواص ماکارونی را نخواهد داشت، بلکه ممکن است در اثر ادامه‌ی تقسیم، به مولکول‌های کربن یا هیدروژن یا... بربخوریم. این وسط، چیزی که به درد ما می خورد ــ یعنی به دردِ نفهمیدنِ کوانتوم! ــ این است که دست آخر، به اجزای گسسته ای به نام مولکول یا اتم می رسیم.
این پرسش از ساختار ماده که «آجرکِ ساختمانی ماده چیست؟»، پرسشی قدیمی و البته بنیادی است. ما به آن، به کمک فیزیک کلاسیک، چنین پاسخ گفته ایم: ساختار ماده، ذره ای و گسسته است؛ این یعنی نظریه‌ی مولکولی.
● گام دوم: تقسیم انرژی
بیایید ایده‌ی تقیسم کردن را در مورد چیزهای عجیب تری به کار ببریم، یا فکر کنیم که می توان به کار برد یا نه. مثلاً در مورد صدا. البته منظورم این نیست که داخل یک قوطی جیغ بکشیم و در آن را ببندیم و سعی کنیم جیغ خود را نصف ـ نصف بیرون بدهیم. صوت یک موج مکانیکی است که می تواند در جامدات، مایعات و گازها منتشر شود. چشمه های صوت معمولاً سیستم های مرتعش هستند. ساده ترین این سیستم ها، تار مرتعش است ــ که در حنجره‌ی انسان هم از آن استفاده شده است. به‌راحتی(!) و بر اساس مکانیک کلاسیک می توان نشان داد که بسیاری از کمّیت های مربوط به یک تار کشیده‌ی مرتعش، از جمله فرکانس، انرژی، توان و... گسسته (کوانتیده) هستند. گسسته بودن در مکانیک موجی پدیده ای آشنا و طبیعی است. امواج صوتی هم مثال دیگری از کمّیت های گسسته (کوانتیده) در فیزیک کلاسیک هستند. مفهوم موج در مکانیک کوانتومی و فیزیک مدرن جایگاه بسیار ویژه و مهمی دارد که جلوتر به آن می رسیم و یکی از مفاهیم کلیدی در مکانیک کوانتوم است.
پس گسسته بودن یک مفهوم کوانتومی نیست. این تصور که فیزیک کوانتومی مساوی است با گسسته شدن کمّیت های فیزیکی، همه‌ی مفهوم کوانتوم را در بر ندارد؛ کمّیت های گسسته در فیزیک کلاسیک هم وجود دارند. بنابراین، هنوز با ایده‌ی تقسیم کردن و سعی برای تقسیم کردن چیزها می‌توانیم لذت ببریم!
● گام سوم: مولکول نور
خوب! تا اینجا داشتم سعی می کردم توضیح دهم که مکانیک کوانتومی چه چیزی نیست. حالا می رسیم به شروع ماجرا:
فرض کنید به جای رشته‌ی ماکارونی، بخواهیم یک باریکه‌ی نور را به طور مداوم تقسیم کنیم. آیا فکر می کنید که دست آخر به چیزی مثل «مولکول نور» (یا آنچه امروز فوتون می‌نامیم) برسیم؟ چشمه های نور معمولاً از جنس ماده هستند. یعنی تقریباً همه‌ی نورهایی که دور و بر ما هستند از ماده تابش می‌کنند. ماده هم که ساختار ذره ای ـ اتمی دارد. بنابراین، باید ببینیم اتم ها چگونه تابش می کنند یا می توانند تابش کنند؟
● گام چهارم: تابش الکترون
در سال ۱۹۱۱، رادرفورد (۹۴۷-۱۸۷۱) نشان داد که اتم ها، مثل میوه‌ها، دارای هسته‌ی مرکزی هستند. هسته بار مثبت دارد و الکترون‌ها به دور هسته می چرخند. اما الکترون های در حال چرخش، شتاب دارند و بر مبنای اصول الکترومغناطیس، «ذره‌ی بادارِ شتابدار باید تابش کند» و در نتیجه انرژی از دست بدهد و در یک مدار مارپیچی به سمت هسته سقوط کند. این سرنوشتی بود که مکانیک کلاسیک برای تمام الکترون ها پیش‌بینی و توصیه(!)
می کرد و اگر الکترون ها به این توصیه عمل می کردند، همه‌ی‌ مواد ــ از جمله ما انسان‌ها ــ باید از خود اشعه تابش می کردند (و همان‌طور که می‌دانید اشعه برای سلامتی بسیار خطرناک است)! ولی می‌بینیم از تابشی که باید با حرکت مارپیچی الکترون به دور هسته حاصل شود اثری نیست و طیف نوریِ تابش‌شده از اتم ها به جای اینکه در اثر حرکت مارپیچی و سقوط الکترون پیوسته باشد، یک طیف خطی گسسته است؛ مثل برچسب های رمزینه‌ای (barcode) که روی اجناس فروشگاه ها می زنند. یعنی یک اتم خاص، نه تنها در اثر تابش فرو نمی‌ریزد، بلکه نوری هم که از خود تابش می‌کند، رنگ ها ــ یا فرکانس های ــ گسسته و معینی دارد. گسسته بودن طیف تابشی اتم ها از جمله علامت سؤال های ناجور در مقابل فیزیک کلاسیک و فیزیکدانان دهه‌‌ی ۱۸۹۰ بود.
● گام پنجم: فاجعه‌ی فرابنفش
برگردیم سر تقسیم کردن نور.
ماکسول (۱۸۷۹-۱۸۳۱) نور را به صورت یک موج الکترومغناطیس در نظر گرفته بود. از این رو، همه فکر می کردند نور یک پدیده‌ی موجی است و ایده‌ی «مولکولِ نور»، در اواخر قرن نوزدهم، یک لطیفه‌ی اینترنتی یا SMS کاملاً بامزه و خلاقانه محسوب می شد. به هر حال، دست سرنوشت یک علامت سؤال ناجور هم برای ماهیت موجی نور در آستین داشت که به «فاجعه‌ی فرابنفش» مشهور شد:
یک محفظه‌ی بسته و تخلیه‌شده را که روزنه‌ی کوچکی در دیواره‌ی آن وجود دارد، در کوره ای با دمای یکنواخت قرار دهید و آن‌قدر صبر کنید تا آنکه تمام اجزا به دمای یکسان (تعادل گرمایی) برسند.
در دمای به اندازه‌ی کافی بالا، نور مرئی از روزنه‌ی محفظه خارج می‌شود ــ مثل سرخ و سفید شدن آهن گداخته در آتش آهنگری.
در تعادل گرمایی، این محفظه دارای انرژی تابشی‌ای است که آن را در تعادل تابشی ـ گرمایی با دیواره ها نگه می‌دارد. به چنین محفظه‌ای «جسم سیاه» می‌گوییم. یعنی اگر روزنه به اندازه‌ی كافی كوچك باشد و پرتو نوری وارد محفظه شود، گیر می‌افتد و نمی‌تواند بیرون بیاید.
فرض کنید میزان انرژی تابشی در واحد حجمِ محفظه (یا چگالی انرژی تابشی) در هر لحظه U باشد. سؤال: چه کسری از این انرژی تابشی که به شکل امواج نوری است، طول موجی بین ۵۴۶ (طول موج نور زرد) تا ۵۷۸ نانومتر (طول موج نور سبز) دارند. جوابِ فیزیک کلاسیک به این سؤال برای بعضی از طول موج‌ها بسیار بزرگ است! یعنی در یک محفظه‌ی روزنه دار که حتماً انرژی محدودی وجود دارد، مقدار انرژی در برخی طول موج‌ها به سمت بی نهایت می‌رود. این حالت برای طول موج‌های فرابنفش شدیدتر هم می‌شود.
● گام ششم: رفتار موجی ـ ذره‌ای
در سال ۱۹۰۱ ماکس پلانک (Max Planck: ۱۹۴۷-۱۸۵۸) اولین گام را به سوی مولکول نور برداشت و با استفاده از ایده‌ی تقسیم نور، جواب جانانه‌ای به این سؤال داد. او فرض کرد که انرژی تابشی در هر بسامدِ &#۹۵۷; ــ بخوانید نُو ــ به صورت مضرب صحیحی از &#۹۵۷;h است که در آن h یک ثابت طبیعی ــ معروف به «ثابت پلانک» ــ است. یعنی فرض کرد که انرژی تابشی در بسامد &#۹۵۷; از «بسته های کوچکی با انرژی &#۹۵۷;h» تشکیل شده است. یعنی اینکه انرژی نورانی، «گسسته» و «بسته ـ بسته» است. البته گسسته بودن انرژی به‌تنهایی در فیزیك كلاسیك حرفِ ناجوری نبود‌ (همان‌طور كه قبل‌تر در مورد امواج صوتی دیدیم)، بلکه آنچه گیج‌كننده بود و آشفتگی را بیشتر می‌کرد، ماهیتِ «موجی ـ ذره‌ای» نور بود. این تصور كه چیزی ــ مثلاً همین نور ــ هم بتواند رفتاری مثل رفتار «موج» داشته باشد و هم رفتاری مثل «ذره»، به طرز تفكر جدیدی در علم محتاج بود.
ذره چیست؟ ذره عبارت است از جرم (یا انرژیِ) متمركز با مكان و سرعتِ معلوم. موج چیست؟ موج یعنی انرژی گسترده‌شده با بسامد و طول موج. ذرات مختلف می‌توانند با هم برخورد كنند، اما امواج با هم برخورد نمی‌كنند، بلكه تداخل می‌كنند. نور قرار است هم موج باشد هم ذره! یعنی دو چیز كاملاً متفاوت.
● گام هفتم: نرسیدن!

مهدی قهرمانی
باشگاه دانش‌آموزی نانو

نويسنده : ايان باربور

مترجم: پيروز فطورچى

اهميت تاريخى و معاصر فيزيك، بسيار است زيرا بسيارى از مسلمات آن توسط علوم اخذ شده و تاثير زيادى نيزبر فلسفه و الهيات نهاده است. در فيزيك نيوتنى، سه فرض اصالت واقع، موجبيت و تحويل‏گرايى، پذيرفته شده بود كه‏هر سه فرض از ناحيه فيزيك قرن بيستم و به ويژه نظريه كوانتوم مورد معارضه قرار گرفت. اين بدان دليل بود كه جهان‏اتمى بر وفق مفاهيم فيزيك كلاسيك و پديده‏هاى مشاهده‏پذير، توضيح‏دادنى نبود. درباره ارتباط مفاهيم فيزيك‏كوانتومى با واقعيت جهان و نيز جايگاه نظريه‏ها در علم، ديدگاههاى اصالت واقع كلاسيك، ابزارانگارى و اصالت واقع‏نقادانه، تعبير و تفسيرهاى گوناگونى را ارائه داده‏اند. در اين نوشتار، «ايان باربور» همچون ديگر طرفداران اصالت واقع نقادانه قايل است كه براساس نظريه كوانتم، مشاهده‏گر همواره در روند مشاهده، شريك و سهيم است و مرزقاطعى ميان مشاهده‏گر و شئ مشاهده شده وجود ندارد. وى بكارگيرى ايده مكمليت درباره علم و دين را نقد مى‏كند.

فيزيك، مطالعه ساختارها و فرآيندهاى اساسى تغيير و تحول در ماده و انرژى است. از آنجاكه فيزيك با پايين‏ترين سطوح سازمان، سر و كار دارد و دقيق‏ترين معادله‏هاى رياضى را به كارمى‏گيرد، به‏نظر مى‏رسد در مقايسه با ساير علوم، از مسائل مورد علاقه دين درباره حيات، ذهن وهستى انسان دورتر باشد، اما اهميت تاريخى و معاصر فيزيك بسيار است. زيرا فيزيك، اولين‏علم دقيق و سيستماتيك [ منظم] به شمار مى‏آيد و بسيارى از مسلمات آن، توسط علوم اخذشده است. روش‏هاى فيزيك به‏مثابه سرمشقهاى مطلوبى براى علوم ديگر مدنظر بوده است.همچنين فيزيك تاثير زيادى بر فلسفه و الهيات نهاده است.

از اين گذشته، اگرچه فيزيكدانان فقط موجودات فاقد حيات را مطالعه مى‏كنند، ولى امروزه‏نگاه آنها متوجه موجوداتى است كه به قلمروهايى گوناگون دارند: از «كوارك‏ها» (2) و «اتم‏ها» تا«كريستال‏هاى جامد»، «سياره‏ها» و «كهكشان‏ها» - و از جمله، شالوده فيزيكى ارگانيزم‏هاى زنده،هم‏اكنون در حوزه فيزيك، ما با مسائلى درباره «مشاهده‏گر و مشاهده‏شده‏» (3) ، « تصادف و قانون‏» (4) و«اجزا و كل‏ها» (5) مواجه‏ايم.

در قرن بيستم، سه فرض مسلم و پذيرفته‏شده فيزيك نيوتنى مورد ترديد قرار گرفته است:

1. معرفت‏شناسى (6) نيوتنى، رئاليستى [واقع‏گرايانه] بود. همه بر اين باور بودند كه نظريه‏ها،جهان را چنانكه فى نفسه هست‏به 4گونه‏اى بركنار و مستقل از «مشاهده‏گر» توضيح مى‏دهند.فضا و زمان، چارچوبهايى مطلق انگاشته مى‏شد كه درون آنها تمام رويدادها بدون ارجاع به‏مشاهده‏گر، گنجانده (7) شده است. «كيفيات اوليه‏» (8) مانند «جرم‏» (9) و «سرعت‏» (10) كه با زبان رياضى‏قابل بيان است، ويژگيهاى عينى (11) جهان واقعى محسوب مى‏شد.

2. فيزيك نيوتنى، نظرگاه موحبيتى داشت. اصولا چنين تلقى مى‏شد كه آينده هر سيستيم‏از ماده متحرك را از روى شناخت دقيق وضعيت‏حاضر آن مى‏توان پيش‏بينى كرد. به‏نظر مى‏آمدتمام جهان، از كوچكترين ذرات تا دورترين سياره زير نفوذ و سيطره قوانينى تغييرناپذير ويكسانند.

3. ديدگاه نيوتنى در اين برداشت كه: رفتار كوچكترين «اجزا»، يعنى ذرات سازنده،تعيين‏كننده رفتار «كل‏» است، نگرشى تحويل‏گرايانه (12) بود. براساس اين نگرش، «تغيير و تحول‏»،عبارت است از بازآرايى اجزا كه خود آن اجزا بدون تغيير باقى مى‏مانند. در اينجا از طبيعت،تصويرى جذاب و مقتدر، بسان ماشينى قانونمند، ترسيم مى‏شد; تصويرى كه رشد علم و انديشه‏غرب را بشدت متاثر ساخت. اين ديدگاه كه به جهان همچون مكانيسم يك ساعت مى‏نگريست،به نگرشى «دئيستى‏» (13) [ خداپرستى طبيعى] درباره خداوند منجر شد كه او را ساعت‏سازى‏مى‏دانست كه ساز و كار جهان را طرح و سپس آن را به حال خود رها كرده است.

قرن هيجدهم شاهد گسترش بيشتر مكانيك نيوتنى بود. در فيزيك قرن نوزدهم انواع نوينى‏از طرحهاى مفهومى (14) ،از جمله «نظريه الكترو مغناطيس‏» (15) و «نظريه جنبشى گازها» (16) ارائه‏شده بود، ولى فرضيه‏هاى اساسى مذكور بدون تغيير باقى ماندند. چنين به‏نظر مى‏آمد كه تمامى‏قوانين، نه از نظر مكانيك ذرات، لااقل از نظر قوانين حاكم، بر چند نوع از ذرات و ميدانها دست‏يافتنى است. در نظريه جنبشى و ترموديناميك (17) ،رفتار گازها براساس احتمال تشريح مى‏شد،ولى اين شيوه را فقط تسهيلى براى امر محاسبه قلمداد مى‏كردند. همه بر آن بودند كه حركت‏تمامى مولكول‏هاى گاز، دقيقا با قوانين مكانيكى معين شده است، ولى چون محاسبه اين‏حركات بسيار دشوار و پيچيده است، ما مى‏توانيم از قوانين آمارى براى پيش‏بينى رفتار ميانگين‏گروههاى عظيم مولكول‏ها استفاده كنيم.

هر سه فرض مذكور - يعنى «اصالت واقع [رئاليسم]»، «موجبيت‏» و «تحويل گرايى‏» - از ناحيه‏فيزيك قرن بيستم مورد معارضه قرار گرفته است. تغييرهاى رخ‏داده در مفاهيم و مسلمات،آن‏چنان عظيم بود كه تعجبى ندارد اگر «كوهن‏» آن را به‏عنوان نمونه‏اى بارز از يك انقلاب عظيم ويك تغيير «سرمشق‏» به كار ببرد. در اينجا نظريه «كوانتوم‏» را بررسى مى‏كنيم.

نظريه كوانتوم

مدلهاى مربوط به «ذره‏» نظير مدل «توپ بيليارد»، بر فيزيك كلاسيك ماده، حاكم بوده است.در قرن نوزدهم، نظريه‏پردازان براى تشريح گروه متفاوتى از پديده‏ها كه متضمن «نور» و «الكترومغناطيس‏» بودند، از مدل اساسى ديگرى استفاده كردند كه عبارت بود از: [انتشار] امواج در«محيطهاى ميانجى پيوسته‏». (18)

ولى در اوايل قرن حاضر به‏نظر مى‏رسيد كه چند آزمايش‏حيرت‏انگيز، استفاده از هر دو مدل «موج‏» و «ذره‏» را براى هر دو نوع از پديده‏ها ايجاب مى‏كند. ازيك‏طرف، معادله انيشتين درباره اثر فتوالكتريك (19) و كار «كامپتون‏» بر روى پراكندگى فوتون (20) نشان داد كه نور در بسته‏هاى مجزا و منفصل، با انرژى و اندازه حركت معين، گسيل مى‏گردد وبسيار شبيه به جريانى از ذرات عمل مى‏كند، و از طرف ديگر و در مقابل آن، الكترون‏ها كه همواره‏به‏صورت «ذرات‏» تصوير مى‏شدند، آثار تداخل انتشار را كه از ويژگيهاى امواج است، از خود نشان‏دادند. امواج، پيوسته و گسترده‏اند و به‏موجب «فاز» (21) بر يكديگر تاثير متقابل دارند; اما ذرات،گسسته و به مكانى خاص محدودند و تاثير متقابل آنها براساس «اندازه حركت‏» (22) است. به‏نظرمى‏رسد هيچ راهى براى تلفيق اين دو مدل، در مدل واحد، وجود ندارد. [1]

از باب نمونه، فرض كنيد يك دسته از الكترون‏ها به سمت دو شكاف موازى كه در يك پرده‏فلزى قرار دارند، گسيل شده‏اند و با يك صفحه عكاسى كه چند سانتيمتر پشت پرده قرار داده‏شده، برخورد مى‏كنند. هر الكترون به‏صورت يك نقطه ريز بر روى فيلم ثبت مى‏شود و به مثانه‏ذره‏اى كه به آنجا رسيده باشد به‏نظر مى‏آيد و چنانچه «بار» و «جرم‏» الكترون تقسيم‏ناپذير باشد،قاعدتا احتمال مى‏رود فقط از يكى زا دو شكاف عبور كرده باشد. با وجود اين، نقاطى كه بر روى‏فيلم مى‏افتد، الگويى تداخلى را از نوارهاى موازى، نشان مى‏دهند كه تنها در صورتى توضيح‏دادنى است كه فرض شود يك «موج‏» از دو شكاف عبور كرده است و همين دوگانگى موج - ذره، درسرتاسر فيزيك اتمى يافت مى‏شود، ولى يك فرماليزم وجدانى رياضى مى‏تواند به‏وجود آيد كه‏امكان پيش‏بينى رويدادهاى مشاهده‏شده را به‏صورت آمارى فراهم آورد. اين فرماليزم رياضى،«توابع موج‏» (23) را براى آميزه‏اى از امكانها يعنى «تركيبى از حالتها» (24) به دست مى‏دهد. مى‏توان احتمال برخورد يك الكترون را به هر نقطه مفروض، محاسبه كرد. اما در «توزيع احتمال‏» (25) موردمحاسبه، نقطه دقيقى كه يك الكترون خاص به آن اصابت‏خواهد نمود، قابل پيش‏بينى نيست.

به همين ترتيب در نظريه كوانتوم، هيچ مدل وحدت‏يافته‏اى از اتم پيدا نشده است. مدل اوليه‏بور درباره اتم به سادگى قابل تصوير و تجسم بود: الكترون‏هاى ذره‏وار در حركت‏خود پيرامون‏هسته، به مانند يك منظومه شمسى كوچك، از مدارهايى تبعيت مى‏كنند. ولى «اتم‏» در نظريه‏كوانتوم به‏هيچ‏وجه قابل تصوير و تصور نيست. ممكن است كسى بكوشد تا الگوهاى «موج‏هاى‏احتمال‏» (26) را كه فضاى پيرامون «هسته‏» را پر كرده‏اند، شبيه نوسانهاى يك سمفونى سه‏بعدى ازاصوات موسيقيايى كه پيچيدگى حيرت‏انگيزى دارند، تصور كند; ولى اين تمثيل كمك زيادى به‏ما نمى‏كند، «اتم‏» در دسترس مشاهده مستقيم قرار ندارد و بر وفق «كيفيات حسى‏»، قابل تصورنيست; حتى نمى‏توان آن را براساس مفاهيم كلاسيك نظير «فضا»، «زمان‏» و «عليت‏» به گونه‏اى‏منسجم توضيح داد. رفتارشى بسيار خرد با رفتار اشياى تجربه روزمره، متفاوت است. ما مى‏توانيم آنجه را در آزمايشها رخ مى‏دهد با «معادلات آمارى‏» توضيح دهيم، ولى نمى‏توانيم‏صفات كلاسيك مانوس را به ساكنان جهان اتمى نسبت دهيم.

در بسط و توسعه‏هايى كه طى سالهاى اخير در نظريه كوانتوم، به سمت قلمروهاى هسته‏اى ومادون هسته‏اى حاصل شده است، خصلت «احتمالى‏» نظريه اوليه كوانتوم، همچنان محفوظ،مانده است. نظريه ميدان كوانتومى (27) ،تعميمى است از نظريه كوانتوم كه با نظريه نسبيت‏خاص،هماهنگ و منسجم است. از اين نظريه با موفقيت‏بسيار در برهم كنشهاى الكترومغناطيس (28) وبرهم كنشهاى مادون هسته‏اى (29) (كروموديناميك كوانتومى (30) يا نظريه كوارك) و نظريه الكتروضعيف، بهره‏بردارى شده است.[2] اجازه دهيد چالشى را كه نظريه كوانتوم در قبال اصالت واقع‏ابراز كرده است، دنبال كنيم.

نيلزبور از به‏كارگيرى مدلهاى موج و ذره و ديگر زوجها از مجموعه‏هاى مفاهيم متضاد،حمايت مى‏كرد. بحث‏بور درباره آنچه او آن را «اصل مكمليت‏» (31) ناميد، چند موضوع را شامل شد.بور تاكيد داشت كه سخن ما درباره يك «سيستم اتمى‏» بايد همواره به يك آرايش آزمايشگاهى‏مربوط باشد; ما هرگز نمى‏توانيم درباره يك سيستم اتمى به تنهايى و «فى نفسه‏» و عين معلوم (33) را در هر آزمايشى مد نظر قرار دهيم.نمى‏توان هيچ خط فاصل دقيقى بين روند مشاهده و شى‏ء مشاهده شده، رسم كرد. در صحنه‏آزمايش، ما «بازيگريم‏» نه صرفا «تماشاچى‏» و ابزار آزمايشى مورد استفاده را خود برمى‏گزينيم.بور اظهار داشت كه آنچه بايد به حساب آيد، روند تعاملى [كنشى - واكنشى] «مشاهد» است، نه‏ذهن يا شعور مشاهده‏گر.

موضوع ديگر در نوشتار بور، محدوديت مفهومى درك بشر است در اينجا، انسان به‏عنوان يك‏عالم [ داننده] و نه يك آزمايشگر، كانون توجه قرار مى‏گيرد. بور، با شكاكيت كانت (34) درباره‏امكان شناخت «جهان فى نفسه‏» (35) سهيم است. اگر سعى ما آن باشد كه «قالبهاى مفهومى‏» (36) خاص را بر طبيعت تحميل كنيم، در اين صورت استفاده تام از ساير مدلها را مانع شده‏ايم.بدين‏سان، بايد بين توصيفات كامل على يا - فضا زمانى، بين مدلهاى موج يا ذره، بين اطلاع دقيق‏از مكان يا اندازه حركت، يكى را برگزينيم. هرچه بيشتر از يك مجموعه مفاهيم استفاده شود،كمتر مى‏توان مجموعه مكمل را به‏طور همزمان به كار برد. اين محدوديت دوجانبه از آن جهت‏رخ مى‏دهد كه جهان اتمى را نمى‏توان بر وفق مفاهيم فيزيك كلاسيك و پديده‏هاى‏مشاهده‏پذير توضيح داد.[3]

ادامه مطلب در بخش دوم مقاله …


منبع :فصلنامه ذهن ، شماره 1

فيزيك و متافيزيك - بخش دوم
نويسنده : ايان باربور

مترجم: پيروز فطورچى

بخش نخست مقاله را در اينجا مطالعه نماييد.

بنابراين، چگونه مفاهيم فيزيك كوانتومى به واقعيت جهان مربوط مى‏شود؟ ديدگاههاى‏مختلف درباره جايگاه «نظريه‏ها» در علم، تعبير و تفسير متفاوتى از نظريه كوانتوم مى‏كنند.

1. اصالت واقع كلاسيك: نيوتن و تقريبا تمام فيزيكدانان قرن نوزدهم، نظريه‏ها را توصيفات‏«طبيعت‏»، آن‏گونه كه فى نفسه و مستقل از مشاهده‏گر تحقق دارد، تلقى مى‏كردند. فضا [ مكان]،زمان، جرم، و ساير «كيفيات اوليه‏» (37) خواص همه اشياى واقعى‏اند. مدلهاى مفهومى، نسخه‏بدلهايى از جهانند كه ما را قادر مى‏سازند تا ساختار مشاهده‏ناپذير جهان را با اصطلاحات مانوس‏كلاسيك مجسم كنيم. اينشتين اين سنت را با پافشارى بر اين نكته ادامه داد كه يك توصيف كامل از سيستم اتمى، مستلزم مشخص كردن متغيرهاى كلاسيك «مكان - زمانى‏» است كه حالت‏آن را به گونه‏اى عينى و غيرمبهم، تعيين كند. او بر آن بود كه چون نظريه كوانتوم چنين نيست‏پس نظريه‏اى ناقص است و عاقبت‏به‏وسيله نظريه‏اى كه انتظارهاى كلاسيك را تحقق بخشد،كنار گذاشته خواهد شد.

2. ابزارانگارى: (38)

مطابق اين راى، نظريه‏ها ساخته‏هاى مفيد بشر و تمهيدهايى براى‏محاسبه‏اند (39) كه جهت مرتبط كردن مشاهدات و انجام پيش‏بينيها به كار مى‏آيند. آنها همچنين‏ابزارهايى عملى براى دستيابى به كنترل فنى شمرده مى‏شوند. مبناى داورى درباره آنها، مفيدبودنشان در به ثمر رساندن اين اهداف است، نه مطابقت آنها با واقعيت (كه براى ما امرى‏دست‏نيافتنى است). مدلها، مجعولهايى تخيلى‏اند (40) كه موقتا براى ساختن نظريه‏ها استفاده‏مى‏شوند و پس از آن مى‏توان آنها را كنار نهاد; آنها بازنمودهاى (41) حقيقى جهان نيستند. اگرچه‏مى‏توانيم از معادلات كوانتومى براى پيش‏بينى پديده‏هاى مشاهده‏پذير استفاده كنيم، امانمى‏توانيم در ميان مشاهداتمان از اتم سخن بگوييم.

اغلب چنين پنداشته مى‏شود كه بور قاعدتا بايد ابزارگرا باشد، زيرا او در بحث طولانى باانيشتين، اصالت واقع كلاسيك را رد كرده است. اما آنچه او واقعا گفت، آن است كه مفاهيم‏كلاسيك را نمى‏توان بدون ابهام براى تشريح سيستمهاى اتمى موجود به كار برد. از مفاهيم‏كلاسيك فقط مى‏توان براى توضيح پديده‏هاى مشاهده‏پذير، در موقعيتهاى ويژه آزمايشگاهى‏استفاده كرد. ما نمى‏توانيم جهان را آن گونه كه «فى نفسه‏» تحقق دارد، جداى از تاثير متقابل ما باآن، مجسم كنيم. بور، به ميزان زيادى با نقد طرفداران ابزارانگارى از اصالت واقع كلاسيك موافق‏بود ولى او به‏طور مشخص از ابزارانگارى حمايت نمى‏كرد و با تحليل دقيق‏تر به‏نظر مى‏رسد كه اوگزينه سومى را اختيار كرده باشد.

3. اصالت واقع نقادانه: (42)

قايلين به اصالت واقع نقادانه، نظريه‏ها را بازنمودهايى ناتمام ازجنبه‏هاى محدود جهان، آن‏گونه كه با ما در كنش متقابلند، تلقى مى‏كنند. نظريه‏ها به ما اجازه‏مى‏دهند تا جنبه‏هاى مختلف جهان را كه در موقعيتهاى گوناگون آزمايشگاهى آشكار مى‏شوند،به يكديگر مرتبط كنيم. از نظر حاميان اصالت واقع نقادانه، مدلها، اگرچه انتزاعى و گزينشى‏اند امابراى مجسم كردن ساختارهاى جهان كه موجب اين كنشهاى متقابلند، كوششهايى ضرورى به‏حساب مى‏آيند. در اين نگرش، هدف علم، فهم است نه كنترل. تاييد پيش‏بينيها آزمونى است‏براى فهم معتبر (43) ولى خود پيش‏بينى، هدف علم نيست.

بخوبى مى‏توان ادعا كرد كه بور - اگرچه نوشته‏هاى او همواره واضح نبوده است - صورتى ازاصالت واقع نقادانه را پذيرفته بود. او در بحث‏با انيشتين، واقعيت الكترون‏ها يا اتم‏ها را انكارنكرد، بلكه مدعى بود كه آنها از آن رسته اشيايى نيستند كه توصيفات فضا - زمانى كلاسيك راپذيرند. وى پديدارشناسى (44) « ماخ‏» (45) را كه واقعيت اتم‏ها را مورد ترديد قرار مى‏داد، نپذيرفت.«هنرى فولس‏»، (46) اين بحث را چنين خلاصه مى‏كند: «او [بور] چارچوب كلاسيك را كنار گذاشت‏و استنباط واقع‏گرايانه را درباره توصيف علمى طبيعت‏حفظ نمود. آنچه او طرد مى‏كند اصالت‏واقع نيست، بلكه تعبير كلاسيك آن است.»[4] بور، واقعيت‏سيستم اتمى را كه با سيستم‏مشاهده‏گر در برهم كنش است، فرض مسلم گرفت. در قبال تعبيرهاى ذهن‏گرا (47) از نظريه‏كوانتوم كه مشاهده را يك برهم كنش ذهنى - فيزيكى (48) تلقى مى‏كنند، بور از برهم كنشهاى‏فيزيكى ميان سيستمهاى ابزارى و اتمى، در وضعيت كامل آزمايشگاهى، سخن مى‏گويد.به‏علاوه، «موج و ذره‏» يا «اندازه حركت و موقعيت مكانى‏» يا ديگر وصفهاى مكمل، حتى اگر هم‏بروشنى قابل اطلاق نباشند، بر يك شى‏ء واحد صدق مى‏كنند. آنها از نمودهاى متفاوت سيستم‏اتمى واحد حكايت مى‏كنند. «فولس‏» مى‏نويسد:

«بور احتجاج مى‏كند كه اين‏گونه باز نمودها، انتزاعهايى هستند كه در امكان توصيف يك‏پديده به‏عنوان كنش متقابل ميان سيستمهاى مشاهده‏گر و سيستمهاى اتمى، نقشى حياتى‏ايفا مى‏كنند، اما نمى‏توانند خواص يك واقعيت مستقل را تصوير كنند .... ما مى‏توانيم چنين‏واقعيتى را به حسب توانايى آن براى ايجاد برهم كنشهاى گوناگون توصيف كنيم - برهم كنشهايى‏كه نظريه مذكور، آنها را تامين‏كننده شواهد مكمل درباره شى‏ء عين واجد قلمداد مى‏كند.[5]بور نگرش اصالت واقع كلاسيك را كه براساس آن، جهان دربردارنده موجوداتى با خواص‏معين كلاسيك است، نپذيرفت. ولى با وجود اين، بر آن بود كه جهانى واقعى وجود دارد كه دركنش متقابل، توانايى ايجاد پديده‏هاى مشاهده‏پذير را داراست. فولس كتاب خود را درباره بور بااين نتيجه‏گيرى به پايان مى‏رساند:

«هستى‏شناسى (49) اى كه اين نحوه تعبير و تفسير از پيام "بور" مستلزم آن است، اشياى‏فيزيكى را نه مطابق با چارچوب كلاسيك و از راه خواص معين كه با خواص پديده‏ها مطابقند،بلكه از طريق توان آنها براى ظاهر شدن در نمودهاى گوناگون پديده‏ها، توصيف مى‏كند.بدين‏ترتيب در چارچوب مكمليت، حفظ استنباط واقع‏گرايانه و پذيرفتن كامل بودن نظريه‏كوانتوم فقط با تجديد نظر در فهم ما از ماهيت‏يك واقعيت مستقل فيزيكى و اينكه ما چگونه‏مى‏توانيم آن را بشناسيم، ممكن است.»[6]

كوتاه سخن اينكه ما بايد اكيدا جدايى قاطع بين مشاهده‏گر و شى‏ء مشاهده‏شده را كه درفيزيك كلاسيك فرض مى‏شد، انكار كنيم. براساس نظريه كوانتوم، مشاهده‏گر همواره يك‏شريك و سهيم به حساب مى‏آيد.

در مكمليت، استفاده از يك مدل، استفاده از مدلهاى ديگر را محدود مى‏سازد. مدلها،بازنمودهاى نمادين (سمبوليك) از وجوه واقعيت متعاملند كه نمى‏توانند منحصرا بر وفق‏شباهتهايى كه با تجربه روزمره دارند، مجسم شوند. آنها صرفا به‏طور كاملا غيرمستقيم، با جهان‏اتمى و يا با پديده‏هاى مشاهده‏پذير، مربوط‏اند. ولى ما مجبور نيستيم ابزارانگارى‏اى را بپذيريم‏كه نظريه‏ها و مدلها را ابزارهاى فكرى و عملى مفيدى مى‏انگارد كه درباره جهان چيزى به مانمى‏گويند.

خود بور پيشنهاد كرد كه ايده مكمليت قابل بسط به ساير پديده‏هايى است كه با دو نوع مدل،تحليل‏پذيرند، مانند: مدلهاى «مكانيستى و ارگانيك‏» (50) در زيست‏شناسى; مدلهاى‏«رفتارگرايانه و درون نگرانه‏» (51) در روان‏شناسى; مدلهاى «جبر» و «اختيار» در فلسفه; يا مدلهاى‏«عدل الهى و «عشق الهى‏» در الهيات. بعضى نويسندگان پا را فراتر نهاده و از مكمليت «علم‏» و«دين‏» سخن مى‏گويند. بدين‏سان «سى.اى. كولسون‏» (52) پس از تشريح دوگانگى موج - ذره وتعميم بور از آن، علم و دين را «توضيح‏هاى مكمل درباره واقعيت‏» مى‏نامد.[7]من به اين‏گونه استعمال گسترده از اصطلاح مزبور، با ديده شك مى‏نگرم. در زير چند شرط رابراى به كار بردن مفهوم مكمليت مطرح مى‏كنم:[8]

1. مدلها بايد فقط در صورتى مكمل يكديگر ناميده شوند كه به يك موجود واحد و يك گونه‏واحد منطقى اشاره كنند. موج و ذره، مدلهايى براى يك موجود منفرد (مثلا يك الكترون) در يك‏موقعيت منفرد (مثلا در يك آزمايش دو شكاف) به‏شمار مى‏آيند. آنها هر دو در يك سطح‏منطقى قرار دارند و قبلا در يك شعبه از علم استعمال شده‏اند. اين شرايط در مورد علم و دين‏صدق نمى‏كند. آن دو، نوعا در موقعيت‏هايى متفاوت پديد مى‏آيند و در زندگى انسان وظايف‏مختلفى را به انجام مى‏رسانند.[9] ازاين‏رو، من علم و دين را زبانهاى بديل (53) مى‏دانم و اصطلاح‏مكمليت را به مدلهاى مربوط به يك گونه واحد منطقى و در چارچوب يك زبان خاص، محدودمى‏كنم; نظير مدلهاى «انسان‏وار» و «غيرانسان‏وار» براى خداوند.

است و نه‏«استدلالى‏». (55) بايد دلايل مستقلى براى ارزش دو مدل بديل و يا مجموعه‏هايى از ساختها درحوزه ديگر وجود داشته باشد. نمى‏توان فرض كرد كه مدلهاى مفيد در فيزيك، در ساير رشته‏هانيز ثمربخش باشند.

3. مكمليت، هيچ توجهى را براى پذيرش غيرنقادانه حصرهاى دووجهى (56) فراهم نمى‏آورد.اين اصطلاح را نمى‏توان براى اجتناب از پرداختن به ناهماهنگيها يا «وتو» كردن جست‏وجوى‏وحدت، به كار برد. درباره ويژگى متناقض‏نما (57) در دوگانگى موج - ذره نبايد مبالغه شود. مانمى‏گوييم كه يك الكترون هم موج است و هم ذره، بلكه مى‏گوييم رفتارى موج‏گونه و ذره‏وار ازخود نشان مى‏دهد. به‏علاوه، ما يك فرماليزم رياضى وحدت‏يافته در اختيار داريم كه لااقل، پيش‏بينى‏هايى احتمالى را فراهم مى‏آورد، حتى اگر تلاشهاى گذشته، هيچ نظريه‏اى را بهتر ازنظريه كوانتوم در طابقت‏با داده‏ها به دست نداده باشد، ما نمى‏توانيم تحقيق براى مدلهاى‏وحدت بخش جديد را طرد كنيم. انسجام (58) ، حتى اگر با اعتراف به محدوديتهاى زبان و تفكربشرى تعديل شده باشد، همواره در سراسر پژوهش انديشه‏مندانه به‏صورت يك آرمان باقى‏مى‏ماند.

پى‏نوشتها:

1- متن مقاله بخشى از فصل هفتم كتاب دين و علم: مسائل تاريخى و معاصر نوشته ايان باربور است كه درسال 1997 منتشر شده است. اين كتاب آخرين و مهمترين اثر باربور در زمينه مباحث علم و دين است كه در پژوهشگاه‏فرهنگ و انديشه اسلامى در دست ترجمه به فارسى است و بزودى منتشر خواهد شد.

2- quarks ،دسته‏اى از بنيادى‏ترين اجزاى مفروض ماده. (م).

3- observer and observed ،در جريان هر مشاهده سه امر تشخيص داده مى‏شود: (الف) عمل مشاهده، (ب) مشاهده‏گر [ل ناظر]، و (ج) شى‏ء مشاهده‏شده. ارتباط اين سه با يكديگر، هم در فلسفه و هم در تعابير ارائه‏شده از فيزيك‏نوين، محل بحث و گفت‏وگوست. (م).

4- . chance and law

5- . psrts and wholes

6- . Epistemology

7- . absolute

8- . Primary qualities

9- . Mass

10- . Velocity

11- . objective

12- . Reductionistic

،به‏معناى پيروى از مكتبى است‏به‏نام Deism كه در اواسط قرن شانزدهم ميلادى در انگلستان ظاهر شد.اين مكتب متاثر از پيشرفتهاى علم، نيروى عقل را در رسيدن به خداوند كافى مى‏دانست و جهان را همچون ماشينى مى‏پنداشت كه خداوند، طراح آن است. پيروان اين نظر، دين والهيات مبتنى بر وحى را منكر بودند و از دين و الهيات‏طبيعى و يا به تعبيرى عقلانى طرفدارى مى‏كردند. (م).

14- . Conceptual Schemes

15- electromagnetic theory ،در دهه 1860 ميلادى، فيزكدانى به‏نام مكسول، (Maxwell) توانست از راه توصيف‏رياضى، نيروهاى الكتريكى و مغناطيسى را در نظريه‏اى واحد، با عنوان «نظريه الكترومغناطيس‏» تلفيق كند. (م) .

16- Kenetic theory of gases ،نظريه‏اى كه درصدد است‏با بيانى رياضى، رفتار گازها را براساس حركات اجزاى اتمى ومولكولى آنها توضيح دهد. (م).

17- thermodyan mics ،اين اصطلاح كه از دو واژه يونانى، يكى به‏معناى حرارت و ديگرى حركت، تركيب شده است،بيانگر قوانين و روابط بين حرارت و حركت مولكول‏ها بويژه مولكولهاى گاز است. (م)

18- Continuous media ،فيزيكدانان قرن نوزدهم براى توجيه انتشار امواج نور و به‏طوركلى امواج الكترومغناطيس درفضا، به نوعى واسطه و ميانجى به نام «اثير» قايل شدند كه ساختارى پيوسته داشت و آنها را محمل انتشار آن امواج‏مى‏پنداشتند. البته ناروا بودن اين فرض كه ناشى از قياس امواج الكترومغناطيس (از جمله نور) با امواج صوتى بود، بعداروشن شد. (م).

19- Photoelectric effect ،اثر فتوالكتريك به جريانى الكتريكى كه به‏واسطه تاثير انرژى نور از راه جدا كردن الكترون‏هااز سطح فلزات ايجاد مى‏شود، اطلاق مى‏گردد. انيشتين در مقاله‏اى (1905) درباره اثر فتوالكتريك، اين فرضيه را مطرح‏ساخت كه نور متشكل از ذراتى منفصل است. تا قبل از انيشتين اغلب فيزيكدانان مى‏پنداشتند كه نور صرفا پديده‏اى‏موج‏گونه است، ولى فرضيه انيشتين مستلزم آن بود كه نور جريانى است از ذرات كه از بسته‏هاى مجزا و كوچك انرژى كه‏بعدا فوتون ناميده شدند، تشكيل شده است. با استفاده از اين ايده، او معادله‏اى را براى اثر فتوالكتريك تنظيم كرد كه‏نهايتا در سالهاى 1923 - 1924 تاييد و اثبات شد. (م).

20- Photon ،كوچكترين واحد تشكيل‏دهنده نور كه فاقد بار الكتريكى و جرم است.

21- Phase ،تابعى رياضى است كه مختص معادله‏هاى مربوط به حركت موج است.

22- Momentum ،حاصل ضرب جرم در سرعت هر جسم متحرك را اندازه حركت آن مى‏نامند.

23- Wave functions ،تابع موج، تابعى است رياضى كه در نظريه كوانتوم براى نشان دادن وضعيت‏يك سيستم فيزيكى‏و محاسبه احتمال وقوع يك رويداد (مثلا تابش يك فوتون از يك اتم) در زمان اندازه‏گيرى، به كار مى‏رود. (م).

24- Super position of states ،در مكانيك كوانتومى، اصلى وجود دارد به‏نام «اصل تركيب‏» كه مطابق آن، امكانهاى(وضعيتهاى محتمل) كوانتومى مى‏توانند با يكديگر آميخته شوند و «تركيبى از وضعيتها» را كه خود وضعيتى جديداست، پديد آورند. (م).

25- Probability distribution ،مفهومى است اساسى در نظريه احتمالات، به‏معناى تخصيصى احتمالات به‏مجموعه‏اى از رويدادها كه به يكديگر مرتبطند. (م).

26- Probability waves ،امواجى هستند كه احتمال وجود يك ذره را (مثلا الكترون) در نقطه‏اى از فضا (مثلا فضاى‏پيرامون هسته) بيان مى‏كنند. اين امواج در مكانيك كوانتومى، داراى هويتى مادى و متعارف نيستند بلكه صرفا كيفيت انتشار احتمالات را نشان مى‏دهند. (م).

27- Quantum field theory ،نظريه‏اى است كه در نتيجه اعمال نظريه كوانتوم در مورد رفتار يك ميدان، نظير ميدان‏الكترومغناطيس، حاصل شده است. اين نظريه نقشى اساسى در درك نيروهاى بنيادى حاكم بر قلمرو مادون اتمى‏داشته است. (م).

28- . electromaghetic interactions

29- . Subnuclear interactions

30- Quantum chromodymantics ،نظريه‏اى نوين است كه توصيف برهم كنشهاى قوى بين كوارك‏ها و گلوئون‏ها(ذراتى كوانتومى كه عامل پيوند مستحكم كوارك‏ها بر يكديگرند) را بر عهده دارد. عنوان اختصارى اين نظريه‏« QCD »است. (م).

31- . Complementarity principle

32- . Subject

33- . Object

34- از ديدگاه كانت آنچه ما ازجهان مى‏دانيم آن است كه با قالبهاى مفهومى و ذهنى خود فهميده‏ايم. ازاين‏رو، آنچه‏مى‏يابيم عوارض معرفتى جهان است نه خود جهان، آن‏گونه كه هست. (م).

35- . Word in itself

36- . Conceptual Molds

37- Primary qualities ،جان لاك (1632 - 1704) فيلسوف انگليسى براى هر شى‏ء فيزيكى دو دسته كيفيات مطرح‏كرد: 1. كيفيات اوليه: مانند شكل معين، اندازه معين و .... كه هر شى‏ء فيزيكى از آنها برخوردار است، خواه كسى آنها رادرك كند يا نه. 2. كيفيات ثانويه: نظير طعم، رنگ، بو، و .... كه وجود آنها مشروط به حضور نيرويى درك‏كننده و اندامهاى‏حسى است. (م).

38- Instrumentalism

39- Calculating

40- Imaginative fictions

41- Representations

42- Critical realism

43- Valid understanding

44- Phenomenalism

45- Ernst mach

46- Henry folse

47- Subjectivist

48- Mental - physical

49- Ontology

50- Mechanistic and organic models ،در مدلهاى مكانيستى، موجودات زنده بسان «ماشينهاى پيچيده‏اى‏» كه‏چيزى جز مجموع اجزا نيستند، در نظر گرفته مى‏شوند و براساس قوانين فيزيكى و شيميايى تشريح پذيرند. اما درمدلهاى ارگانيك، آنچه ارائه مى‏شود يك كل يكپارچه به‏نام ارگانيزم است كه داراى سلسله مراتبى از سطوح مختلف نظم‏است. اين كل سازمان يافته، چيزى بيشتر و فراتر از مجموع اجزاست و صرفا با قوانين فيزيكى و شيميايى نمى‏توان آن راتشريح كرد. (م).

51- Behavioristic and instropesti models ،رفتارگرايى و درون‏نگرى دو مدل و شيوه در روان‏شناسى است.براساس درون‏نگرى، حالتهاى درونى و فرآيندهاى ذهنى انسان، موضوع اصلى تحقيقات روان‏شناسى را تشكيل‏مى‏دهد. اما در رفتارگرايى، بررسى و مشاهده «رفتار» بويژه از راه آزمونهاى «محرك و پاسخ‏» نقش اصلى را بر عهده دارند.(م).

52- C. A. Coulson

53- alternative languages

54- analogical

55- inferential

56- Dichotomies ،يعنى تقسيمهاى ثنايى، كه محصول اين تقسيمها، در قالب قضايايى كه در علم منطق به قضاياى‏منفصله مانعة الجمع و حقيقه شهرت دارند، بيان مى‏شود. مانند اين قضيه: عدد يا زوج است‏يا فرد.

57- Paradoxical

58- Coherence


منبع :فصلنامه ذهن ، شماره 1

نظریهٔ ریسمان شاخه‌ای از فیزیک نظری و بیشتر مربوط به حوزه فیزیک انرژی‌های بالاست .این نظریه در ابتدا برای توجیه کامل نیروی قوی به وجود آمد ولی پس از مدتی با گسترش کرومودینامیک کوانتومی کنار گذاشته شد و در حدود سالهای ۱۹۸۰ دو باره برای اتحاد نیروی گرانشی و برطرف کردن ناهنجاری‌های تئوری ابر گرانش وارد صحنه شد. بنا بر آن ماده در بنیادین‌ترین صورت خود نه ذره بلکه ریسمان مانند است. یعنی تمام ذرات بنیادین (مثل الکترون، پوزیترون و فوتون) اگر با بزرگنمایی خیلی خیلی زیاد نگریسته‌شوند ریسمان‌دیس هستند. ریسمان می‌تواند بسته (مثل حلقه) یا باز (مثل بند کفش) باشد.

همانطور که حالت‌های مختلف نوسانی در سیمهای سازهای زهی مثل گیتار صداها(نتها)ی گوناگونی ایجاد می‌کند، حالتهای مختلف نوسانی این ریسمانهای بنیادین نیز به صورت ذرات بنیادین گوناگون جلوه‌گر می‌شود.

خاصیت مهم ابرریسمان که فیزیکدانان را به سمت خود کشاند این بود که این نظریه به طرزی بسیار طبیعی گرانش (نسبیت عام) و مدل استاندارد (نظریهٔ میدان کوانتوم) که سه نیروی دیگر موجود در طبیعت (یعنی الکترومغناطیس، نیروی ضعیف و نیروی هسته‌ای قوی) را توصیف می‌کند به هم مرتبط می‌سازد.


ابعاد بالاتر
به طور سنتی فضایی که ریسمان‌ها در آن می‌زیند بیست و شش بعدی است (البته همیشه اینطور نیست چنان که در زیر توضیح داده خواهد شد). عدد بیست و شش از روی ضوابط ریاضی و نظریهٔ گروهها (برای حفظ تقارن لورنس) به‌ دست می‌آید. این امر ممکن است در ابتدا کمی ثقیل و مشکل‌زا به نظر برسد چرا که به هرحال ما در اطراف خود چهار بعد (سه بعد مکانی و یک بعد زمانی) بیشتر احساس نمی‌کنیم پس این بعدهای اضافه کجایند؟ جوابی که معمولاً به این سوال داده می‌شود اینست که این بعدها برخلاف چهار بعد دیگر) کوچک و نیز فشرده (معادل انگلیسی compact) هستند. فشرده یعنی آنکه اگر در جهت آنها به اندازهٔ کافی پیش‌روی کنید به جای اول خود باز می‌گردید. کوچک بودن هم معنایش اینست که برای آنکه به جای نخست بازگردید باید مسافت خیلی کمی را طی کنید.

برای نمونه یک لولهٔ بینهایت دراز را در نظر بگیرید. سطح این لوله مسلما دوبعدی است. یعنی مورچه‌ای که روی سطح این لوله قرار دارد می‌تواند در دو راستای مستقل از هم حرکت کند. فرض کنید که سر مورچه در راستای طول لوله‌است. مورچه می‌تواند یا عقب-جلو برود یا چپ-و-راست. اما اگر به‌فرض این مورچه به اندازهٔ کافی (یعنی به اندازهٔ محیط لوله) در جهت چپ حرکت کند به جای اول خود باز می‌گردد اما قضیه در مورد عقب جلو رفتن صدق نمی‌کند. پس یکی از بعدهای این فضای دوبعدی (یعنی یکی از بعدهای سطح لوله) فشرده و یکی نافشرده است.

اینک فرض کنید که این مورچه روی یک توپ قرار دارد. باز هم می‌تواند در دو راستای مستقل از هم حرکت کند منتهی این‌بار در هر جهتی روی سطح کره مستقیم حرکت کند، پس از طی مسافتی (برابر با محیط دایرهٔ عظیمهٔ کره) به جای نخست بازمی‌گردد. پس این بار هر دو بعد این فضای دوبعدی (یعنی سطح توپ) فشرده است.

بازگردیم به فضای دوبعدی سطح لوله. این بار فرض کنید که محیط این لوله خیلی کم باشد یا مثلاً به جای لوله یک کابل برق داشته‌باشیم. برای مورچه (اگر به اندازهٔ کافی کوچک باشد)این کابل هنوز یک سطح دو بعدی است یعنی وقتی که روی سطح کابل قرار دارد می‌تواند در دو راستای مستقل از هم حرکت کند. اما برای ما انسان‌ها کابل برق یک شی یک بعدی محسوب می‌شود چون فقط درازای آن قابل درک است.

حالتی بسیار شبیه به این در مورد این بعدهای اضافه در نظریه ریسمان رخ می‌دهد. به این معنی که ما به خاطر اندازهٔ بزرگ خود از درک این ابعاد اضافی عاجز هستیم اما این ابعاد برای ‌بعضی از ذره‌ها با انرژی زیاد قابل دسترسی است.

انواع نظریه ریسمان
باید گفت که چندین نظریه ریسمان وجود دارد. تنها تعداد کمی از آنها می‌توانند نامزدی برای توصیف طبیعت باشند. برای مثال نظریهٔ ریسمانی که در طیف ذراتش (یعنی در حالت‌های مختلف نوسانی‌اش) ذره‌ای دارد که سریع‌تر از نور حرکت می‌کند نمی‌تواند مدل خوبی از طبیعت باشد. چون هیچ چیز نمی‌تواند سریع‌تر از سرعت نور حرکت کند. اما حتی نظریه‌های ریسمانی که مدل خوبی از طبیعت نیستند می‌توانند به فهم فیزیکدانان از این نظریه و نظریه‌هایی که می‌توانند به فهم طبیعت کمک کنند، مدد برسانند.

به طور کلی دو گونه نظریه‌ ریسمان وجود دارد:

ریسمان بوزونی
اَبَرریسمان

ریسمان بوزونی
نخستین نوع و ساده‌ترین نوع نظریه‌ٔ ریسمان است. به طور سنتی احتیاج به ۲۶ بعد برای همخوانی با ضوابط و پیش‌فرضهای فیزیکی (مانند تقارن لورنس) دارد. متاسفانه در طیف ذرات آن تاکیون (ذره‌ای که سریعتر از نور حرکت می‌کند) وجود دارد بنابراین نمی‌تواند مدلی از طبیعت باشد. همچنین از آمار بوز (در مقابل فِرْمی در مکانیک آماری) پیروی می‌کند بنابراین به طور طبیعی نمی‌تواند توصیف‌گر ذراتی مثل الکترون باشد.البته این نظریه در توصیف ذرات میدانی مانند گراویتون‌ها و فوتون‌ها موفق است.


ابرریسمان
با استفاده از فرض ابرتقارن (یعنی در مقابل هر ذره بوزی ذره‌ای فرمیی داریم) نوعی نظریه ‌است که قابلیت آن را دارد که توصیف‌گر طبیعت باشد. تعداد ابعاد مورد نیاز در ابرریسمان غالبا ده است. در حال حاضر پنج نظریهٔ ابرریسمان وجود دارند که می‌توانند توصیف‌گر طبیعت باشند.

د-وسته (D-Brane) و نظریه-م (M-Theory)
در سال ۱۹۹۵ میلادی ادوارد ویتن فیزیکدان مشهور با معرفی د-وسته (خوانده می‌شود دالوسته بر وزن آموخته) انقلابی در نظریه‌ٔ ریسمان پدید آورد. د-وسته‌ها اشیایی هستند که دو سر ریسمانهای باز روی آنها می‌لغزند. این اشیا می‌توانند صفر-بعدی تا تعداد ابعاد-فضایی(غیر زمانی)-بعدی باشند. به د-وستهٔ دو بعدی یعنی شکلی مثل یک صفحه‌کاغذ با ضخامت صفر «پوسته» یا د۲-وسته (تلفظ می‌شود دال-دووسته) می‌گویند. (نام د-وسته هم به قرینهٔ پوسته انتخاب شده‌است). د۱-وسته (خوانده می‌شود دال-یکوسته) خود به شکل ریسمان است. به همین منوال می‌توانیم د۰-وسته(دال-صفروسته) د۳-وسته(دال-سووسته) د۴-وسته و ... داشته‌باشیم. حرف «د» که در ابتدای این کلمه‌ها می‌آید حرف نخستین نام دریشله(ریاضیدان‌است) ‌است. بنابراین د-وستهٔ هرچند بعدی که داشته‌باشیم آن را به صورت «د تعداد ابعاد-وسته» می‌نویسیم. علاوه‌براین برای گنجاندن این اشیای جدید در نظریهٔ ابرریسمان تعداد ابعاد به ۱۱ ارتقا پیدا کرد.

ویتن همچنین ثابت کرد که پنج نظریهٔ ابرریسمان موجود بی‌ارتباط به هم نیستند و با نوعی روابط همزادی (duality) به هم مربوط می‌شوند. امروزه به نظر می‌آید این پنج نظریه درواقع پنج «نمود» (=جلوه) گوناگون از یک‌ نظریهٔ مادر و بزرگ‌تر هستند. یعنی این نظریهٔ مادر که آن را نظریه-م(تلفظ می‌شود نظریهٔ میم) می‌خوانند در شرایط خاص به هر یک از این پنج نظریه تقلیل می‌یابد (بسته به شرایط به نظریه‌های مختلف).

فیزیکدانان هنوز شناخت کاملی از نظریه-م ندارند حتی بر سراینکه «م» در نام نظریه دقیقا مبین چیست اختلاف نظر وجود دارد. بعضی می‌گویند «م» به معنی مادر است. برخی می‌گویند «م» مخفف «ماتریس» است. برخی دیگر (البته به شوخی) می‌گویند «م» (M) از واژگون‌کردن حرف نخست نام ویتن (W) می‌آید.

هرچه‌ هست همکنون بسیاری از فیزیکدانان به دنبال کشف و درک نظریه-م هستند. احتمالاً یافتن نظریه-م از بزرگ‌ترین دستاوردهای بشر خواهد بود زیرا این نظریه قادر خواهد بود تمام دنیا را در بنیادین‌ترین حالت توصیف کند.

باید توجه داشت که نظریهٔ ریسمان (و به تبع آن نظریه-م)، نظریه‌‌ای فاقد پارامتر آزاد است. یعنی جایی برای تنظیم پارامترها به کمک آزمایش باقی نمی‌گذارد. به بیان روشن‌تر خواص تمام ذرات باید از روی معادلات ریاضی درآورده شود. بنابراین مثلاً این نظریه‌ باید بگوید چرا الکترون وجود دارد و چرا جرم آن فلان اندازه و چرا اسپین آن یک‌دوم و چرا بار الکتریکی آن بهمان مقدار است.

آیا حقیقتاً نظریهٔ ریسمان علمی‌است؟
بعضی از فیزیکدانان معتقدند که نظریهٔ ریسمان اصولا نظریه‌ای علمی نیست چرا که هیچ پیش‌بینی ابطال‌پذیری نمی‌کند و در بهترین شرایط تنها به توضیح واقعیات موجود می‌پردازد.

در اینجا طنز کوچکی مطرح می‌شود: ما انسان‌ها یا قابلیت آن را داریم که به کشف نظریه-م نایل شویم یا نه. یعنی نظریه-م اصولا یا قابل کشف/فهم هست یا نیست. در نهایت به نظر می‌آید که این نظریه-م است که در مورد قابل کشف/فهم بودن یا نبودن خود تصمیم گرفته است! چون بالاخره ما انسان‌ها محصول جهانی هستیم که بر اساس قوانین نظریه-م کار می‌کند.

به علاوه این سوال بنیادی‌تر هم مطرح است که آیا اصلاً نظریه-م وجود دارد؟ چرا طبیعت باید موجودی قانونمند و در درجهٔ بعد قابل فهم باشد. اینشتین معتقد بود که غیرقابل‌فهم‌ترین چیز در مورد طبیعت این‌است که طبیعت قابل فهم است. متاسفانه یا خوشبختانه از هیچ‌کجا آیه نیامده‌است که نظریه-م به عنوان نظریهٔ همه چیز یا نظریهٔ وحدت‌بخش وجود دارد تا حالا ما به دنبال آن باشیم. هرچند که به نظر می‌آید تمام فیزیکدانان ریسمان‌کار به طور ضمنی معتقد/ خستو/ اند که نظریه-م وجود دارد و همچنین قابل درک برای ما انسان‌ها است وگرنه بعید بود عمر خود صرف آن کنند. اما این فرض تماما برخاسته از خوشبینی مفرط است که خوشبختانه تاکنون خلاف آن ثابت نشده‌است.

همچنین این احتمال (هرچند بسیار اندک) وجود دارد که روزی ثابت شود نظریهٔ ریسمان اساسا نادرست است. اتفاقی شبیه این امر در مورد نظریهٔ متغیر پنهان چندین سال قبل رخ‌ داد. ریسمان‌کارها معتقدند که شانس از بیخ و بن نادرست بودن نظریهٔ ریسمان بسیار بسیار اندک و حتی نزدیک صفر است. چرا که تاکنون شواهد بسیار زیادی مبنی بر صحت آن یافت شده‌است. ممکن است آزمایش‌های آینده جهت تحقیقات را تغییر دهد ولی احتمال تکذیب این نظریه چنانکه که گفته شد تقریباً صفر است.

در ابتدای امر این عقیده های انقلابی عجیب به نظر می رسند، چراکه ما به خودمان اینطور قبولانده ایم که دنیا سه بعدی است...




در ابتدای امر این عقیده های انقلابی عجیب به نظر می رسند، چراکه ما به خودمان اینطور قبولانده ایم که دنیا سه بعدی است. هینز پاگلز می گوید : " یک ویژگی از جهان فیزیکی ما، آنقدر بدیهی است که اکثر مردم هیچ مشکلی با آن ندارند : این حقیقت که فضا سه بعدی است ".

می توان گفت که بواسطه احساست درونی می دانیم که هر شی را می توان با نوشتن ارتفاع ، پهنا، و عمق توصیف نمود، و مثال هایی از این دست...

انیشتن این ایده را تعمیم داد تا شامل زمان به عنوان بعد چهارم شود. به عنوان مثال جهت ملاقات فرد مشخص می کنیم در ساعت 12 در میدان تجریش منتظر وی هستیم. یعنی برای توصیف یک اتفاق نیاز به بعد چهارم داریم که حادثه در آن اتفاق می افتد : زمان.

امروزه دانشمندان علاقه دارند که فراتر از مفهوم بعد چهارم انیشتن گام بگذارند. توجه کنونی علم بر روی بعد پنجم ( بعد فضایی ورای زمان و سه بعد فضا ) و ابعاد بالاتر از آن متمرکز است.

چگونه می توانیم بعد چهارم فضایی را مشاهده کنیم ؟

مشکل این است که ما قادر به این کار نیستیم. هرمان فون هلمهولتز ناتوانی در دین بعد چهارم را با نا توانی یک شخص نابینا برای درک مفهوم رنگ قیاس می کند.

حتی ریاضیدانان و فیزیکدانهای نظری که سالها با فضا با ابعاد بالاتر سر و کار داشته اند، اعتراف کرده اند که قادر به تجسم چنین فضاهایی نیستند این در حالی است که آنها در دنیای معادلات و کامپیوتر با آنها سر و کار دارند اما انسان تصور جهان هایی ورای جهان خویش را غیر ممکن می داند.

در خوشبینانه ترین حالت می توانیم برای تجسم سایه های اشیا با ابعاد بالاتر ، از گستره وسیعی از ترفند های ریاضی که توسط چارلز هینتون در اوایل قرن بیستم ابداع شده اند، استفاده کنیم.ریاضیدانان دیگری نظیر توماس بنکهوف برنامه هایی کامپیوتری نوشته اند که به ما این اجازه را می دهند تا از طریق ترسیم اشیا با ابعاد بالاتر، بر روی صفحه دو بعدی کامپیوتر با آنها سر و کار داشته باشیم. همانطور که افلاطون بیان داشت ما مثل ساکنین غار ناچاریم تا سایه های تار و مبهمی از زندگی واقعی را در غارهایمان ببینیم.


parssky.com

ناسا در حال طراحى سفرى علمى است تا به سه سئوال اضطرارى كه از نظريه اينشتين برخاسته و هنوز پاسخى برايشان يافت نشده است، پاسخ گويد



بخش اول
. اول آنكه ماهيت انرژى تاريك (Dark energy) يعنى نيرويى كه باعث تسريع انبساط جهان شده است، چيست؟ دوم: در كرانه يك سياهچاله چه اتفاقى مى افتد؟
سوم: چه چيزى نيروى لازم براى انفجار بزرگ را تامين كرده است؟
اين ماموريت ها كمك خواهند كرد تا مفهوم ميراث عجيب اينشتين معين شود: مفاهيمى چون پيچش فضا- زمان، جهان در حال شتاب، سياهچاله ها، ابعاد پنهان احتمالى و حتى اين عقيده كه همه فضا كوانتيزه۱ بوده و از دستجات مشخص و نامحدودى از ماده و انرژى ساخته شده است. (كوانتيزه: قابل تقسيم دانستن ماده و انرژى به ذرات كوچك و مشخص كه در نظريه كوانتوم به آن مى پردازند.)
دانشمندان ناسا در حال تكميل مجموعه اى از ماموريت هاى فضايى هستند كه هدفشان پاسخگويى به اين سئوالات است. اين سفرها با دو ماموريت بسيار مهم آغاز مى شود كه هم اكنون به نام هاى صورت فلكى (Constellation-x)X و آنتن تداخل سنج ليزرى فضايى ليزا (LISA) ناميده شده اند و فضا را از طريق رهگيرى اشعه x و تابش گرانشى كاوش مى كنند. براى تكميل اين دو ماموريت، سه سفر كوچكتر كه بر روى مطالعه سياهچاله ها، انفجار بزرگ و انرژى سياه متمركز شده اند، تدارك ديده شده است. با پيشرفت هاى علمى و فنى به دست آمده در طول اين سفرها دانشمندان به انجام هدف نهايى يعنى ماموريت راجع به دو مسئله عمده تئورى اينشتين و تصويرسازى از يك سياهچاله و خود انفجار بزرگ دست خواهند يافت.
دانشمندان اين تلاش چند ماموريتى را پروژه «فراتر از اينشتين» (Beyond Einstein) ناميده اند چرا كه باعث كشفياتى خواهد شد كه ايشان را به سمت درك بهتر از فيزيك بنيادى در وراى نظريه هايى كه اينشتين، همكارانش و اسلاف وى بدان پرداخته اند، راهنمايى خواهد كرد.
• بازگشت به صد سال پيش
در ماه مارس ،۱۹۰۵ چند روز بعد از بيست و ششمين سالروز تولد اينشتين، اولين مقاله از پنج مقاله علمى وى در آن سال روى ميز سردبير نشريه Annalen der physic قرار داشت. مقاله اينشتين مى گفت كه نور از ذرات انرژى تشكيل شده است كه بعدها فوتون نام گرفتند. اين نظريه، به نام اثر فوتوالكتريك، با درك عميقاً جاافتاده اى كه حركت نور را به صورت موجى تعريف مى كرد، در چالش قرار گرفت. دو مقاله بعدى در آوريل و مه همان سال به انتشار سپرده شد تا پرونده وجود اتم ها (كه هنوز سرفصلى جديد و موضوعى مورد مناقشه بود) بسته شود. مقاله ماه آوريل كه براى اينشتين درجه دكترى را به ارمغان آورد، نشان داد كه چگونه مى توان تعداد و اندازه مولكول ها را در يك محلول تعيين كرد؛ مقاله ماه مه نيز به شرح حركت براونى مى پرداخت.
اين بار در ماه ژوئيه اينشتين بى تعارف نوك پيكان حمله را به سمت ايزاك نيوتن نشانه رفت (و در آنچه كه بعدها به نام تئورى نسبيت خاص خوانده شد) اظهار كرد كه سرعت نور يك ثابت بنيادى طبيعت بوده و فضا و زمان نسبى هستند و اين نسبى بودن ارتباطى به سيستم ارجاعى مشاهده كننده ندارد.
قوانين حركت نيوتن، مدتى نزديك به دويست سال قوانين طلايى فيزيك بودند اما به اين ترتيب تنها به تقريبى از واقعيت تبديل مى شدند كه تنها در سرعت هاى «روزمره» معتبر بوده و در سرعت هاى نزديك به سرعت نور اعتبار خود را از دست مى دادند. در ماه سپتامبر اينشتين تئورى خود را كاملتر كرده و مهمترين معادله مهم همه زمان ها يعنى E=mc2 را ارائه كرد. بنابراين نسبيت خاص، ماده و انرژى را قابل تبديل به هم دانست.
اينشتين تازه گرم شده بود اما در سال هاى بعد متوجه شد كه گرانش و شتاب معادل يكدگرند و نور نيز رفتار دوگانه اى (موجى و ذره اى) دارد. اينشتين پس از آن سعى كرد كه تئورى نسبيت خود را به تئورى جديد گرانش مرتبط سازد و بار ديگر با قوانين گرانش نيوتن دست و پنجه نرم كرد، قوانينى كه گويى درون سنگ حك شده بودند. تا انتهاى سال ،۱۹۱۵ اينشتين ديگر تئورى نسبيت عام خود را منتشر كرده بود كه گرانش را همچون پيامدى از جرم و انرژى توصيف مى كرد كه باعث تغيير فضا- زمان مى شد، مفهومى چهاربعدى كه عموماً به صورت ساختار خود فضا تلقى مى شود. بزرگترين خدمت اينشتين به علوم در سال هاى دهه ۲۰ با حداكثر توان ادامه يافت. يعنى زمانى كه وى و ساتيندرا نات بوز حالت جديدى از ماده را پيش بينى كردند كه به نام مگاليده بوز- اينشتين ناميده مى شود و بايستى در دماهايى كه تنها كسرى از يك درجه بالاتر از صفر مطلق است، وجود داشته باشد. همان طور كه گفته شد، اينشتين با تلاشى بيست ساله درك ما را از زمان، انرژى و جرم تغيير داد. بسيارى سئوالاتى كه وى قادر به پاسخگويى آنها نبود تا زمان مرگش (در سال ۱۹۵۶) با آنها دست و پنجه نرم مى كرد، امروز نيز بى پاسخ مانده اند. سئوالاتى راجع به انرژى تاريك، سياهچاله ها، انفجار بزرگ و طبيعت گرانش در نوك پيكان علم نورى قرار دارند. جست وجوى پاسخ اين پرسش ها ممكن است باعث رسيدن دانشمندان به هدف تمامى زندگانى اينشتين يعنى تركيب كردن نسبيت با مكانيك كوانتوم در يك تئورى وحدت يافته شود كه نظريه همه چيز نام دارد.
• پرسش هاى بى پاسخ
نظريه هاى اينشتين راجع به فضا و زمان دانشمندان را به سوى مجموعه اى از پيش بينى هاى شگفت آور كشاند كه حتى خود وى نيز نمى توانست آنها را باور كند، از جمله اينكه جهان بعد از يك انفجار بزرگ در حال گسترش است، سياهچاله ها باعث ايجاد خميدگى در فضا مى شوند و زمان را متوقف مى كنند، ضمناً يك نيروى مرموز فضا را كشيده و گسترش داده و باعث مى شود كهكشان ها براى هميشه از مرزهاى جهانى كه انسان مى تواند مشاهده كند، فراتر روند. اين پيشگويى ها يك به يك، بررسى شده اند كه آخرين مورد آنها نيز آزمايش هايى بود كه در سال ۱۹۹۸ انجام شد.
متاسفانه نظريه هاى اينشتين در مورد علت انفجار بزرگ و جزئيات فيزيكى سياهچاله ها و انرژى تاريك سكوت كرده است. در نتيجه اين سه حوزه به نقاطى مبدل شده اند كه دانشمندان بايد آنها را بررسى كنند. با تجربيات كاملى راجع به انفجار بزرگ، سياهچاله ها و انرژى هاى تاريك مى توان نقايص ادراك جارى از طبيعت را آشكار كرد و دانشمندان را قادر ساخت تا حركت به سوى دوره تاريخى جديدى از فيزيك را آغاز كنند. اين رويكرد بدون سابقه نيست. در آغاز قرن بيستم، اينشتين خطاهاى موجود در قوانين حركت نيوتنى و تئورى جيمز كلارك ماكسول را كه حركت نور را درون اترى فراگير ممكن مى دانست به كنارى نهاد. در آغاز قرن بيست ويكم نيز با ناهمسازى هاى بزرگ روبه رو هستيم. مكانيك كوانتومى و نسبيت عام هر دو در خدمت علم فيزيك قرار دارند كه البته هر دوى آنها آشكارا با مسائلى حل نشده روبه رو هستند. براى مثال نوترينوها۲ به لحاظ نظرى بايستى داراى جرم باشند، اما آزمايش ها نشان داده است كه داراى جرم (هر چند اندك) هستند. ذرات پيش بينى شده در تئورى هنوز در حالت ابهام باقى مانده اند.
احتمالاً بزرگترين نقص آن است كه: گرانش نيرويى غريب باقى مانده كه تاكنون برخلاف نور (فوتون ها) و نيروهاى زيراتمى قوى (گلوئون ها)۳ در مقابل كوانتيزه شدن مقاومت كرده است.
در حقيقت گرانش در فصل مشترك درك ما از انفجار بزرگ، سياهچاله ها و انرژى تاريك قرار گرفته است.
•در جست وجوى وحدت
همان گونه كه ديويد شرام كيهان شناس اهل شيكاگو در سال ۱۹۹۸ نوشت «مطالعه جهان در مقياس خيلى بزرگ (كيهان شناسى) و مطالعه مواد در مقياس خيلى كوچك (تئورى ذرات بنيادى) در كنار هم قرار گرفته اند.» اين بينش راجع به اتحاد دو تئورى نسبيت عام و مكانيك كوانتوم در درون تئورى وحدت يافته همه چيز در گزارش آكادمى ملى علوم در سال ۲۰۰۳ بيان شده است، گزارشى به نام «يازده سئوال علم براى قرن جديد»، كه به صورت غيررسمى با نام گزارش ترنر شناخته مى شود.
در سال ۲۰۰۴ اداره سياستگزارى علم و تكنولوژى آمريكا در جواب به گزارش ترنر، تعهدى مبنى بر هماهنگ كردن كوشش هاى ناسا بنياد ملى علم و دپارتمان انرژى ارائه كرد. برنامه ناسا به نام «فراتر از اينشتين» تقريباً در برگيرنده تمامى پيشنهادهاى اين گزارش است كه مى تواند باعث كشف اسرار انرژى تاريك، ماده تاريك، سياهچاله، ابعاد اضافى، نوترينوها و ديگر مسائل شود. در اصل اين برنامه از يك مجموعه ماموريت تشكيل شده است كه با فناورى هاى نوين و رويكردهاى تكميلى براى دستيابى به اهداف مشترك علمى طراحى شده اند.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

برنامه فراتر از اينشتين با تصويب بودجه اى در سال ۲۰۰۴ توسط ناسا آغاز شد و حاصل كوشش مشترك انجمن هاى فيزيك ذرات و ستاره شناسى است. ناسا در فضا به دنبال پاسخ است، در حالى كه سازمان هاى ديگر عمدتاً روى تجهيزات مستقر روى زمين و بالن ها و رصدخانه ها متمركز شده اند، هر چند رابطه نزديك و هيجان انگيزى ميان اين برنامه ها وجود دارد. همگى اميدوارند كه تا انتهاى دهه بعد پاسخ برخى از پرسش هاى مهم امروز مشخص شود.
• انرژى تاريك چيست
انرژى تاريك رمزآميزترين مفهوم در فيزيك و ستاره شناسى است. اين انرژى چيزى حدود ۷۰ درصد جهان را تشكيل مى دهد و ما واقعاً هنوز سرنخ واضحى از چيستى آن نداريم. انرژى تاريك به يك مسئله بنيادين فيزيك در مدل استاندارد ذرات اشاره مى كند و مى تواند زمينه لازم را براى ايجاد اتحاد ميان نسبيت عام و مكانيك كوانتوم فراهم آورد. انرژى تاريك نامى است كه به نيروى شتاب دهنده گسترش جهان داده مى شود. اين كشف نقطه عطفى در اواخر دهه ۱۹۹۰ محسوب مى شود، اما اينشتين خود با اين مفهوم چگونه روبه رو شد؟ تقريباً به صورتى تصادفى:
از آنجا كه اينشتين در ابتدا فكر مى كرد جهان ايستا است، نياز به ايجاد يك موازنه و جلوگيرى از تاثير گرانش و انقباض جهان را احساس مى كرد ولى زمانى كه ادوين هابل انبساط جهان را كشف كرد، وى اين ايده را كنار گذاشته و حتى آن را بزرگترين اشتباه زندگى خود ناميد. احتمالاً اينشتين راجع به اشتباه خود درست فكر نمى كرد. همان طور كه انتظار مى رود انبساط جهان از لحظه انفجار بزرگ به علت تاثير گرانش كند شده است كه البته اين موضوع به چند ميليارد سال پيش مربوط مى شود. اما پس از آن چيزى شبيه به انرژى تاريك به نيروى غالب در جهان تبديل شده است كه باعث شده كه جهان براى هميشه در حال انبساط شتابدار باشد.
• اين نيرو چگونه نيرويى است
ريچارد فاينمن و ديگران كه نظريه كوانتومى ماده را ارائه كردند، متوجه شدند كه «فضاى خالى» پر است از ذرات موقتى يا مجازى كه به طور مستمر توليد شده و نابود مى شوند. امروزه فيزيك كم كم به اين تصور مى رسد كه در حقيقت اين ذرات مجازى باعث ايجاد نيروى خلأ در فضا مى شوند كه حالتى با انرژى دافعه است. اما علم هنوز قادر به پيش بينى اندازه قدرت اين نيرو نيست. ما هنوز نمى دانيم كه آيا ميان مرحله تورم كه همان انبساط شتابدار اوليه بوده با انبساط مثبت موجود در جهان كنونى (ناشى از انرژى تاريك) ارتباطى وجود دارد يا نه؟ و اگر ارتباطى وجود دارد، اين ارتباط چگونه است؟
در ماموريتى فضايى به نام كاوشگر انرژى تاريك (Dark Energy Probe) با اندازه گيرى دقيق، انبساط فضا را سنجيده و خواهيم دانست كه آيا اين انرژى يك خصوصيت ثابت فضاى خالى است (آن گونه كه اينشتين مطرح مى كرد) و يا با زمان در حال تغيير است. (آنچنان كه نظريه هاى جديد وحدت نيروها بيان مى كنند.)
•در كرانه هاى يك سياهچاله
بالاترين حد گرانش در سياهچاله ها به وجود مى آيد كه در مركز كهكشان ها و در اثر فروريختن ستارگان به وجود آمده اند. مى توانيم اين اجرام ناديدنى را با بررسى ماده اى كه درون آن كشيده مى شود گاهى نيز به بيرون پرتاب مى شود و با بررسى امواج اختلال هاى ايجاد شده در فضا و زمان بيازماييم.
اطلاعات جديد حاصل از ماهواره هاى اشعه x به نام رصدخانه اشعه- x چاندرا متعلق به ناسا و ماهوراه XMM نيوتن متعلق به سازمان فضايى اروپا (اسا) مناطقى را در فضا آشكار ساخته اند كه گويا فضا- زمان در اين مناطق توسط سياهچاله اى به درون كشيده مى شود. (همان گونه كه معادلات اينشتين پيش بينى كرده اند.)
اما هنوز معلوم نيست بر سر ماده اى كه در كنار يك سياهچاله حركت مى كند و از افق رويداد مى گذرد، چه مى آيد. افق رويداد مرزى نظرى است كه هيچ چيز از آن قادر به گريز نيست. آيا واقعاً زمان در اين مكان متوقف مى شود؟
نسبيت عام پيشگويى هاى خاصى را راجع به ماده و انرژى كه در نزديك يك سياهچاله قرار دارد، مطرح مى كند. اگر در بررسى هاى دقيق، كوچكترين انحرافى ميان تئورى و مشاهدات ديده شود، آن گاه به محدوديت هاى معادلات اينشتين پى خواهيم برد.
دو ماموريت مهم پروژه «فراتر از اينشتين» ما را بيش از هر زمان ديگر به مرزهاى افق رويداد نزديكتر خواهد كرد و تصاوير دقيقى از آنچه كه در كرانه هاى اين گرداب بر سر فضا و زمان مى آيد، ارائه خواهد داد. ليزا ماموريتى مشترك ميان ناسا و اسا است هم اكنون در مرحله محاسباتى است و قرار است در آينده به امواج گرانشى كه از ادغام سياهچاله ها به وجود مى آيند گوش فرادهد. اين امواج نيز در نسبيت عام پيش بينى شده اند و شبيه امواج نور با سرعت نور حركت مى كنند و داراى طيفى از فركانس هاى مختلف هستند. اين امواج تاكنون كشف نشده اند و كشف آنها موهبتى خواهد بود كه باعث ايجاد نگاه كاملاً جديدى به جهان خواهد شد. مجموعه ماهواره اى صورت فلكى X يك رصدخانه چند ماهواره اى اشعهx است. ماهواره هاى مزبور به گونه اى در كنار هم آرايش گرفته اند كه قدرت جمع آورى نور را براى ساختن فيلمى از فضا- زمان خميده در كنار يك سياهچاله را دارند. قدرت مجموعه ماهواره اى x براساس طيف سنجى است. اين روش براى تحليل خصوصيات فيزيكى اتم هاى مجاور يك سياهچاله، براساس نور ساطع شده از آنها عمل مى كند. مجموعه ماهواره اى x صد برابر كاراتر از رصدخانه هاى جمع آورى كننده اشعه x موجود است.
مجموعه ماهواره اىX همانند ليزا محكمترين شواهد مربوط به نظريه نسبيت عام را كه تاكنون بشر موفق به دستيابى به آنها شده است، ارائه خواهد داد.
سياهچاله ها بهترين آزمايشگاه براى بررسى گرانش هستند. در نظر آوريد كه چگونه از قانون گرانش نيوتن به طور موفقيت آميزى براى اندازه گيرى مدار گردش سيارات به دور خورشيد استفاده شد. (البته غير از مدار سياره عطارد) اندازه گيرى هاى دقيق در قرن نوزدهم آشكار ساخت كه اين نوع محاسبه ها در مورد سياره عطارد حدود ۴۰ ثانيه زاويه اى با مشاهدات اختلاف دارند. آنچه كه معادله نيوتن در نظر نگرفته بود نيروى گرانش خورشيد است كه باعث پيچش فضا- زمان در نزديكى خورشيد مى شود. سيارات ديگر كه از خورشيد دورترند تحت تاثير اين نيرو قرار نمى گيرند. معادلات اينشتين مدار غيرمعمول عطارد را به درستى پيش بينى مى كنند. همان گونه كه نيروى گرانش نسبتاً ضعيف خورشيد وجود يك خطا را در محاسبات نيوتن آشكار كرد، در اينجا نيز ممكن است بررسى دقيق سياهچاله ها باعث آشكار شدن خطا در محاسبات اينشتين شود.
هم ليزا كه اطراف سياهچاله ها را بررسى خواهد كرد و هم مجموعه ماهواره اى X كه ديناميك خوشه هاى كيهانى را بررسى خواهد كرد دانسته هاى بشر را در مورد رازهاى انرژى تاريك افزايش خواهند داد.
يابنده سياهچاله اى (Black hole finder) در برنامه فراتر از اينشتين يك سرشمارى حقيقى را سرپرستى خواهد كرد. اين جست وجوگر، كارهاى مجموعه ماهواره اى X و ليزا را تكميل خواهد كرد. منابع سياهچاله اى را كه توسط اين رصدخانه ها كشف شده اند بررسى كرده و انواع مختلف سياهچاله ها را مشخص مى كند و نقش آنها را در شكل دادن به كهكشان ها آشكار مى سازد. اين كوشش ها در نهايت تصوير مستقيمى از افق رويداد يك سياهچاله را فراهم خواهد آورد كه دستاوردى پرارزش خواهد بود. تصويرگر سياهچاله نيز يك تلسكوپ اشعه X است كه درجه تفكيك آن يك ميليون بار دقيق تر از تلسكوپ هابل است. اين تلسكوپ داراى آينه هاى متعدد و آشكارگرهاى در حال پروازى است كه شبيه تداخل سنج هاى راديويى موجود در سراسر ايالات متحده پراكنده خواهند بود. اين پيشرفت هاى فنى به دست آمده قادرند در دو دهه آينده اين هدف را به واقعيت بدل سازند، آنگاه تصويرهاى به دست آمده دليل غيرقابل انكارى از وجود يك سياهچاله خواهد بود.
پى نوشت ها:
۱- كوانتيزه (Quantized) قابل تقسيم دانستن ماده و انرژى به ذرات كوچك و مشخص كه در تئورى كوانتوم بدان مى پردازند.
۲- نوترينو ها :(Neutrino) ذره اى است تقريباً بدون جرم و بدون بار كه از تلاشى بتا راديواكتيو هسته توليد مى شود و به همراه الكترون ها و موئون ها و ذره تاو جزء گروه لپتون ها طبقه بندى مى شود. نوترينوها تنها از برهم كنش ضعيف و گرانش متاثر مى شوند.
۳- گلوئون Gluon)): پروتون و نوترون داخل هسته هريك از سه ذره مجزا به نام كوارك Quark تشكيل شده اند كه توسط ذره ديگرى به نام گلوئون به همديگر متصل شده اند. منشاء نيروى برهم كنش قوى در هسته همين گلوئون ها هستند.





parssky.com

اسپین(Spin),از خاصیت‌های بنیادی ذرات زیراتمی است که معادل کلاسیک ندارد و یک خاصیت کوانتومی بشمار می‌آید. نزدیک‌ترین خاصیت کلاسیک به اسپین اندازه‌حرکت زاویه‌ای است. در مکانیک کوانتوم عملگر اسپین درست از همان قانون جابجایی عملگر اندازه‌حرکت زاویه‌ای پیروی می‌کند. از لحاظ ریاضی اسپین‌های گوناگون جنبه‌های نمایش‌یافته (Representation) مختلف گروه (SU(2 هستند در حالی که اندازه‌حرکت زاویه‌ای از جبر لی (SO(3 پیروی می‌کند. همانطور که ذره‌های بنیادی جرم و بار متفاوت دارند اسپین متفاوت نیز دارند. اسپین یک ذره می‌تواند هرعدد صحیح و نیم‌صحیح بزرگ‌تر از صفر باشد یعنی ‎ ۱/۲ یا ‎۱ یا ‎ ۳/۲ و الی آخر. مثلاً اسپین الکترون ‎۱/۲ و اسپین فوتون ۱ و اسپین گراویتون ۲ است. به ذراتی که اسپین نیم‌صحیح دارند اصطلاحاً فرمیون و به ذراتی که اسپین صحیح دارند بوزون می‌گویند. ثابت می‌شود که فرموین‌ها و بوزون‌ها از قوانین آماری متفاوتی پیروی می‌کنند. که به اولی آمار فرمی-دیراک و به دومی آمار بوز-اینشتین می‌گویند.

در مکانیک کوانتومی با توجه به قانون جابجایی عملگرهای [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] (هر یک از این عملگرها اسپین را در جهت محور خاصی اندازه می‌گیرند) ( [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] )*ثابت می‌شود که در آن واحد تنها می‌توان اسپین را در جهت یکی از محورها اندازه گرفت.

رسم بر این است که این جهت خاص را معمولاً جهت z انتخاب می‌کنند. وقتی گفته می‌شود که اسپین ذره‌ای s است منظور این است که بزرگ‌ترین مقداری که مؤلفهٔ z (یا هر مؤلفهٔ) دیگری می‌تواند بپذیردs است. همچنین ثابت می‌شود که اگر بیشترین مقدار مولفه s باشد، اندازهٔ کل اسپین [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] است ولی رسم بر این است که هنگام نامیدن اسپینها از همان مقدار s استفاده می‌شود نه [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] . برای ذره‌ای با اسپین s، هر یک از مولفه‌های بردار اسپین آن می‌تواند مقادیر [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] را بپذیرد. البته چنانکه که گفته شد در آن واحد تنها می‌توان آن را در یک جهت اندازه گرفت. پس نتیجه می‌شود برای اسپین s‎: 2s + 1 حالت وجود دارد.

کوچک‌ترین اسپین غیر صفر برای یک ذره می‌تواند‎ ۱/۲ باشد. عملگرهای اسپین ‎۱/۲ را به کمک ماتریسهایی ۲×۲ به نام ماتریس‌های پاولی نشان می‌دهند. این کوچک‌ترین نمایش وفادار (faithfull representation) از گروه (SU(2 است. در حالت اسپین یک‌دوم ذره فقط می‌تواند دو حالت داشته باشد یا اسپینش (یعنی درواقع مولفهٔ z بردار اسپینش) ‎۱/۲ باشد یا ‎-۱/۲ باشد. به حالت اولی اصطلاحاً اسپین بالا و به دومی اسپین پایین می‌گویند. در توضیحات غیرتخصصی معمولاً این را حرکت ساعتگرد و پادساعتگرد ذره حول محور z می‌نامند. ولی این تنها برای فهماندن مطلب است و به معنی کلمه درست نیست.

یک مساله که فهم آن عجیب است مساله شکل این ذرات است ذراتی که اسپین صفر دارند مانند نقطه اند از هر طرف که نگاه کنیم یا به هر طرف بپرخانیم یک شکل اند ولی ذرات با اسپین ۱ مانند یک تیر(پیکان) هستند واگر آنها را ۱۸۰ درجه بچرخانیم درست عکس شکل خود را می‌گیرند ذراتی با اسپن ۲ در ۹۰ درجه چنین شکلی می‌گیرند اما اصل کار بر روی فرمیون هاست زیرا آنها اسپین اعشار دارند و یک الکترون با اسپین ۱/۲ اگر ۳۶۰ درجه چرخانده شود درست به شکل قبل دیده نمی‌شود(معکوس دیده می‌شود) ولی در چرخش ۷۲۰ درجه درست مانند قبل مشاهده می‌شود. حالا شما سعی کنید شکل آن را تصور کنید.


پانویس

1. ^ توجه شود که در معادلهٔ فوق از رسم جمع‌زنی اینشتین (تکرار اندیس به معنی جمع‌خوردن روی آن اندیس است) پیروی شده‌است. به εijk اصطلاحاً نماد Levi-Civita گفته می‌شود. مقدار ε123 و هر جابجایی (permutation) زوج از این سه عدد ۱ و هر جابجایی فرد از این سه عدد ‎-۱ است. و در صورت تکرار اندیس مقدار آن صفر است.
2. ^ به بیان دقیقتر چون این عملگرها جابجاپذیر نیستند در آن واحد فقط می‌توان یکی از آنها را قطری کرد.


ویکی پدیا

مرکز جرم نقطه‌ای است که به نمایندگی از کل جسم یا کل ذرات یک سیستم می‌‌تواند بیانگر حرکت سیستم یا جسم باشد. به بیان دیگر ، فرض می‌‌شود که کل نیروهای وارد بر سیستم بر مرکز جرم اعمال می‌‌شود.


دید کلی
فرض کنید دو جعبه میخ به ما داده شده است که در یکی از آنها تعداد n میخ با طول [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] و در جعبه دیگر تعداد [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] میخ با طول [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] وجود دارد. اگر چنانچه [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] باشد، میانگین طول میخها برابر با نصف مجموع دو طول [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] و [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] خواهد بود، اما اگر [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] باشد، در این صورت تعداد مربوط به یک نوع از میخها از تعداد نوع دیگر بیشتر خواهد بود. بنابراین برای تعیین طول میانگین میخها باید یک ضریب وزنی برای هر طول در نظر بگیریم. به عنوان مثال ، ضریب میانگین وزنی برای میخهای نوع اول برابر [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] و برای میخهای نوع دوم [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] خواهد بود. به این ترتیب ، اگر میانگین طول میخها را با [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] نشان دهیم، خواهیم داشت:

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

مرکز جرم چیزی شبیه به کمیت فوق است.





رابطه مرکز جرم
سیستمی ‌در نظر بگیرید که از دو ذره با جرمهای [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] و [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] تشکیل شده است. اگر مختصات این دو ذره را به ترتیب با (x1 , y1 , z1) و (x2 , y2 , z2) نشان دهیم، در این صورت مختصات مرکز جرم از روابط زیر محاسبه می‌‌شود:

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در رابطه فوق مختصات مرکز جرم به صورت (xc.m , yc.m , zc.m) است.
رابطه مرکز جرم در یک جسم صلب
در مورد یک جسم صلب که تقریبا حالت پیوسته وجود دارد، یعنی می‌‌توان چنین تصور کرد که جسم صلب از تعداد بینهایت ذره تشکیل شده است، علامت (+) در رابطه قبلی به انتگرال تبدیل می‌شود و بسته به اینکه جسم به صورت یک سطح با ضخامت ناچیز باشد (توزیع سطحی جرم) و یا به صورت یک جسم با حجم معین (توزیع حجمی ‌جرم) انتگرال سطحی یا حجمی ‌خواهیم داشت. بطور کلی می‌‌توان گفت که در بررسی حرکت جسم صلب اولین و شاید اصلی‌ترین کاری که انجام می‌‌گیرد، تعیین موقعیت مرکز جرم است. چون بعد از تعیین موقعیت مرکز جرم ، شتاب و سرعت آن به راحتی قابل محاسبه است.
مشخصات مرکز جرم
معادله حرکت سیستم ذرات
هرگاه به یک سیستم تعداد زیادی نیرو (به عنوان مثال n نیرو) وارد شود، در این صورت حاصل‌ضرب جرم کل گروهی از ذرات در شتاب مرکز جرم آنها ، برابر است با حاصل‌جمع برداری تمام نیروهای وارد بر آنها. به عبارت دیگر داریم:

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در عبارت فوق [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] شتاب مرکز جرم و M برابر مجموع جرم تمام ذرات سیستم (و یا در مورد یک جسم صلب برابر با جرم کل جسم) می‌‌باشد.





شتاب مرکز جرم
مرکز جرم یک سیستم و یا یک دستگاه ذرات طوری حرکت می‌‌کند که گویی تمام جرم آن دستگاه در آن نقطه متمرکز شده است و تمام نیروهای خارجی بر آن نقطه وارد می‌‌شوند:

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در رابطه فوق [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] نمایشگر برایند نیروهای خارجی وارد بر سیستم است.
تکانه کل یک سیستم ذرات
تکانه یا اندازه حرکت خطی کل هر دستگاه یا سیستم ذرات ، با حاصل‌ضرب جرم کل دستگاه (یا مجموع جرم ذرات سیستم) در سرعت مرکز جرم آن ، برابر است.



دانشنامه رشد

هرگاه سيستمي از جسم هاي تابش كننده و جذب كننده بسته باشد در اينصورت گاز فوتوني « گازي كه جسم ها به ياري آن انرژي تبادل مي كنند » بايد با اتم هاي تامين كننده فوتون ها در تعادل باشد. تعداد فوتون ها با انرژي hv به اين بستگي دارد كه چند اتم در سطح E1 و چند تا در سطح E2 قرار دارند؟. در مورد تعادل اين عددها بدون تغيير باقي مي مانند. به هر حال از آنجا كه روندهاي تحريك و تابش در همان زمان روي مي دهند. تعادل ماهيت ديناميك دارد. اتم ها يا سيستم اتمي به طريقي ( با برخورد با ذره ها يا بر اثر جذب يك فوتون از خارج ) به سطح بالاتري ارتقا مي يابند. سيستم تا مدت تا حدي نامعين ( معمولا كسري از يك ثانيه ) در حالت تحريك شده پافشاري مي كندو سپس به سطح پايين تري بر مي گردد. اين روند را تابش خودبخودي مي خوانند. اتم همانند توپ كوچكي رفتار مي كند كه بر روي قله نوك تيزي با برجستگي ها و فرورفتگي هاي پيچيده قرار دارد. كمترين نسيم كافي است تا تعادل را بر هم زند. توپ رو به پايين دره معمولا پايين ترين نقطه غلت مي خورد و در اين صورت تنها تاثير نيرومندي مي تواند دوباره آن را در بياورد ما مي گوييم كه اتم در پايين ترين سطح افتاده است و در حالت پايداري است.

ولي در اينجا بايد توجه كنيم كه بين قله و پست ترين بخش هاي دره حالت هاي بينابيني نيز وجود دارد. ممكن است توپ در فرورفتگي ناچيزي در حال سكون باشد كه مي توان آن را به ياري به اصطلاح دمي از هوا و با حداقل فشار كمي از مخمصه نجات داد.اين حالت ناپايدار تزلزل پذير است. بدين ترتيب در كنار حالت پايدار و تحريك شده نوع سومي از سطح انرژي - نوع تزلزل پذيري - وجود دارد. خلاصه كنيم در اينصورت انتقال در هر دو جهت روي خواهد داد. ابتدا يك اتم و سپس اتم ديگري به سطح انرژي بالاتري حركت خواهد كرد.

در لحظه بعدي آن ها به سطح پايين تر سقوط خواهد كرد و نور خارج مي كنند ولي در همان زمان ويژه اتم هاي ديگري انرژي دريافت خواهد كرد و به سطح هاي بالاتر ارتقا خواهند يافت.

قانون بقاي انرژي ملزم مي كند كه تعداد انتقال به بالا با تعداد انتقال به پايين برابري مي كند. تعداد انتقال به بالا به چه چيزي بستگي دارد؟

دو عامل : نخست تعداد اتم ها در طبقه پايين تر و دوم تعداد ضربه ها يا برخورد كه آن ها را به طبقه بالاتر ارتقا مي دهد از تعداد رو به پايين چه ؟

البته آن با تعداد اتم هاي واقع در طبقه بالاتر تعيين مي شود و به نظر خواهد رسيد كه مستقل از هر عامل ديگري است. اين دقيقا همان چيزي است كه فيزيكدانان در ابتدا تصور مي كردند و با اين حال تكه ها با هم جور در نمي آمدند. تعداد انتقال هاي بالا كه به دو عامل بستگي دارد با مقايسه تعداد انتقال هاي رو به پايين كه تنها به يك عامل بستگي دارد با افزايش دما بسيار تندتر افزايش مي يافت . معلوم شد كه اين مدل چنين آشكاري هيچ و پوچ است. دير يا زود همه اتم ها به بالاترين سطح رانده مي شدند. سيستم در حالت ناپايداري بدون هيچ تابشي مي بود.

دقيقا همين نتيجه گيري غير ممكن بود كه انيشتين در سال 1926 از ميان استدلال هاي پيشينيان خود دست چين كرد. ظاهرا تاثير « نفوذ » ديگري وجود داشت كه بر انتقال اتم ها از طبقه بالاتر به طبقه پايين تر اثر مي گذاشت. هر كس تنها مي توانست نتيجه بگيرد كه علاوه بر انتقال خودبخودي انتقال اجباري به سطح پايين تر وجود داشت.

به اصطلاح تابش ( اميسيون ) تحريك شده چيست؟ به طور خلاصه اين است سيستمي در سطح پايين تر است آن با تفاوتE2-E1=hv از سطح پايين تر جدا شده است. اينك هرگاه فوتوني با انرژي hv بر روي سطح بيفتد در اينصورت سيستم را وادار مي كند تا به سطح پايين تري حركت كند. اين فوتون افتاده در طول روند جذب نمي شود ولي به حركت خود ادامه مي دهد در حالي كه با فوتون تازه اي دقيقا از همان نوع كه توسط فوتون نخست ايجاد شده است همراهي مي شود. در اين استدلال دنبال هيچ منطقي نباشيد. آن استدلال اشراقي حدس بود و قرار بود آزمايش درست يا نادرست بودن آن را اثبات كند

با استفاده از فرض خروج ( تابش ) تحريك شده ما قادريم فرومولي كمي اتخاذ كنيم كه نمودار تابش را به صورت تابعي از طول موج جسم گرم شده نمايان مي سازد. تئوري ثابت كرد كه توافق نماياني با آزمايش دارد و بدين ترتيب فرضيه را محق جلوه داد.




منبع : physicsir.com

جهان ، بزرگترين مجموعه ممكن است كه از ذرات بنيادي شكل يافته است. اين ذرات توسط نيروهاي گرانشي ، الكترومغناطيسي و هسته‌اي به هم پيوند يافته‌اند. سلسله مراتب ساختماني آن در فضا ( از هسته‌هاي اتم گرفته تا ابر كهكشانها) و سير تكاملي آن (از گوي آتشين تا اشكال كنوني) توسط ويژگيهاي ذرات بنيادي و برهمكنش آنها اداره مي‌شود. بنابراين ، تشريح ساختمان جهان و تكامل آن بر اساس خواص و برهمكنش ذرات بنيادي صورت مي‌گيرد.

ماده جهان از ذرات بنيادي تشكيل شده است. اجسام ، بدن انسان ، ستارگان و ... سيستم‌هايي متشكل از ذرات بنيادي هستند كه از نظر تعداد و نحوه جفت و جور شدن با هم تفاوت دارند. بنابراين ، وجود ذرات بنيادي بايد در تمام پديده هاي جهان ملموس باشد. فيزيك ذرات بنيادي درك عميقتر و ديد بالايي را در مورد ساختمان و تكامل اجسام منفرد مانند اتم‌ها ، مولكول‌ها ، بلورها ، صخره‌ها ، سيارات ، ستارگان ، منظومه‌هاي ستاره‌اي و كل جهان ارائه مي‌دهد. براي همين مطالعه ذرات بنيادي براي فيزيك معاصر و بخصوص اختر فيزيك و كيهان شناسي اهميت اساسي دارد.

خواص ذرات بنيادي

ذرات بنيادي ديده نمي‌شوند. فقط از اثري كه مي‌گذارند و يا پديده‌هايي را كه سبب مي‌شوند ، پي به وجودشان برده مي‌شود.

برخي خواص ذرات بنيادي با تعميم مفاهيم فيزيك كلاسيك ناشي مي‌شود. مانند ؛ جرم ، انرژي و بارالكتريكي

برخي ديگر از خواص ذرات بنيادي ريشه در مكانيك نسبيتي دارد. مانند ؛ زمان ويژه ، طول ويژه

عمده خواص ذرات بنيادي با تئوري‌هاي مكانيك كوانتومي تشريح مي‌شوند. براي درك اين رفتارها ، پديده‌هاي كوانتومي از جمله اسپين ، بار لپتوني ، بار باريوني ، اسپين ايزوتوپي ، شگفتي ، زوجيت ، كوانتوم عمل ، نابودي زوج ، توليد زوج ، اصل طرد پاولي ، اصل دوگانگي موج و ذره و ... بايستي بررسي شوند.

هر ذره ، توسط مجموعه‌اي از اعداد مشخص مي‌شود كه آن را از ديگر ذرات مجزا مي‌كند. و ويژگيهاي آنرا توضيح مي‌دهد.

ويژگيهايي همچون جرم سكون ، بارالكتريكي ، اسپين ، بار باريوني ، بار لپتوني ، شگفتي ، اسپين ايزوتوپي ، زوجيت براي ذرات بنيادي ساكن هستند اما خواص اندازه حركت خطي ، اندازه حركت زاويه‌اي ، انرژي كل به دنياي اطراف ارتباط دارند.

جرم ذرات بنيادي

جرم ذرات بنيادي بسيار كوچك است ، از اينرو آنها را مي‌توان تا سرعت بالايي رساند. مانند فوتونها كه بدون جرم بوده و بالاترين سرعت ممكن «سرعت نور) را دارا هستند. سبكترين ذره با جرم غير صفر الكترون است با جرمي در حدودme = 9x10-28 gr اغلب به عنوان واحدي براي سنجش جرم ساير ذرات به كار مي‌برند. جرم پروتون برابر mp=1836me و جرم نوترون mn=1838.6me مي‌باشد.

انرژي ذرات بنيادي

انرژي به سبب تغييرپذيري زيادش بر كل جهان حاكم است كه ساختمان فضايي ، تكامل زماني تمام سيستم‌ها از ذرات بنيادي گرفته تا خوشه‌هاي كهكشاني را تعيين مي‌كند. اين تنوع انرژي به چند برهمكنش معدود بين ذرات بنيادي مي‌تواند تقليل يابد.

عدد باريوني

ذرات سنگين ، باريون نام دارند. چنانچه باريونها به حال خود رها شوند ، متلاشي مي‌گردند. تنها باريون پايدار پروتون است. در تمام فرايندهاي مشاهده شده ، تعداد باريونها همواره بقا دارد «قانون بقاي باريون ?N=0).قانون بقاي باريون پايداري پروتونها را بيان مي‌كند ، باريوني سبكتر از پروتون وجود ندارد. آزمايشات نشان داده‌اند كه مدت زماني كه طول مي‌كشد تا پروتون تلاشي يابد طولاني تراز 1022 سال ، يعني <1012 بار طولاني تر از عمر جهان باشد. عدد بار يوني را با N نشان مي‌دهند كه براي باريونها (پروتون ، نوترون ، هيپرونها) N=+1 ، براي پاد باريونها N=-1 براي ساير ذرات مزونها ، لپتونها) N=0 ، براي هسته‌ها N>+1 ( N برابرعدد جرمي A است) و براي پاد هسته ها N<-1(Nبرابر -A است) مي باشد.

عدد لپتوني

فرميونهاي سبك همان لپتونها هستند كه عدد لپتوني را با L نشان مي‌دهند. براي ليپون‌ها «الكترون ، موئون ، نوترينو) اين عدد برابر L=+1 ، براي غير ليپونها (باريونها ، بوزونها) اين عدد برابر L=0 و براي پاليتونها «پوزيترون ، موئون مثبت ، پادنوترينو) اين عدد برابر L=-1 مي‌باشدو قانون بقاي ليپتون بصورت ?L=0 مي‌باشد. يعني مجموع تمام ليپتونها قبل و بعد از واكنش مقدار ثابتي دارند.

ايزواسپين

برهمكنش قوي نوكلئون‌ها در هسته ، به بار الكتريكي بستگي ندارد. اندركنش‌هاي N-P ، N-N ، P-P ، همگي شبيه هم هستند و تفاوت چنداني بين نكلئونهاي باردار و خنثي وجود ندارد. كه اختلاف آنها به وسطه ايزواسپين بيان مي‌شود.

شگفتي

شگفتي (strangeress) به منظور توضيح يك رفتار عجيب بين هيپرونها و مزونهاي K (كائونها) معرفي شده است. اين ذرات توسط برهمكنش قوي به وجود آمده‌اند و از طريق برهمكنش ضعيف متلاشي مي‌شوند.

زوجيت

زوجيت يكي از ويژگيهاي اساسي ذرات بنيادي است كه متناظر با انعكاس آينه اي مختصات فضايي است. اين ويژگي ، يك خاصيت تقارني تابع موج است. زوجيت ممكن است مثبت يا منفي باشد بر حسب آنكه تابع موج در اثر انعكاس فضايي ، زوج يا فرد باشد. زوجيت در بر همكنش‌هاي قوي و الكترومغناطيسي بقا دارد. اما در برهمكنش‌هاي ضعيف نقض مي شود.

چكيده

ذرات بنيادي واحدهاي اساسي براي ساختمان جهان مي باشند و بر اساس جرم در حال سكونشان به بار يونها (ذرات سنگين) ، لپتونها (ذرات سبك) و مزونها (ذرات ميان وزن) طبقه بندي مي شوند.

بيشتر ذرات بنيادي و احتمال تمام آنها مي توانند در نتيجه تبديل انرژي به ماده به وجود آيند حداقل انرژي لازم براي توليد گروهي از ذرات از معادله انرژي انيشتين بدست مي آيد.

در چگالي هاي زياد ذرات ناپايدار «نوترون ، هيپرونها ، مزونها) پايدار مي شوند. و نيز ذرات پايدار «الكترون و پروتون) مي‌توانند در اثر برخوردهاي متقابل با ذرات خود نابود شوند.

چنانچه واحدهاي اساسي پايدار (ذرات بنيادي پايدار) ، داراي وجود تضمين شده‌اي نباشند، هيچ چيز در جهان مادي وجود تضمين شده‌اي نخواهد داشت.


منبع : دانشنامه رشد

ذرات تا بی‌نهايت ادامه دارند ...

خلاصه اي از تئوري معروف او:

دكتر حسابي يكبار تابستان براي مدت كوتاهي به ايران بازگشت و در خانه اي متعلق به آقاي جماراني تابستان را سپري مي كرد و در همين ايام در حين مطالعات به اين فكر افتادند كه »علت وجود خاصيتهاي ذرات اصلي بايد در اين باشد كه اين ذرات بي نهايت گسترده اند و هر ذره اي در تمام فضا پخش است و نيز هر ذره اي بر ذرات ديگر تاثير مي گذارد«. به اين ترتيب به فكر آزمايشي افتاد كه اين نظريه را اثبات و يا نفي كند . او با خود فكر كرد اگر اين تئوري صحيح باشد بايد چگالي يك ذره مادي به تدريج با فاصله از آن كم شود و نه اينكه يك مرتبه به صفر برسد و نبايد ذره مادي شعاع معيني داشته باشد. پس در اينصورت نور اگر از نزديكي جسمي عبور كند بايد منحرف شود و پس از اينكه محاسبات مربوط به قسمت تئوري اين نظريه را به پايان رسانيد پس از بازگشت به امريكا به راهنمايي پرفسور انيشتين در دانشگاه پرنيستون به تحقيقات در اين زمينه پرداخت. پرفسور انيشتين قسمت نظري تئوري را مطالعه كرد و دكتر حسابي را به ادامه كار تشويق كرد. دكتر حسابي به راهنمايي پرفسور انيشتين به تكميل نظريه پرداخت سپس يك سال ديگر در دانشگاه شيكاگو به كار پرداخت و آزمايشهايي در اين زمينه انجام داد. وي با داشتن يك انتر فرومتر دقيق توانست فاصله نوري را در عبور از مجاورت يك ميله اندازه بگيرد و چون نتيجه مثبت بود آكادمي علوم آمريكا نظريه دكتر حسابي را به چاپ رسانيد. برخي همكاران از نامأنوس بودن و جديد بودن اين فكر متعجب شدند و برخي از اين نظريه استقبال كردند.

شرح آزمايشهاي انجام شده و نتيجه آن:

در اثبات اين نظريه اگر در آزمايش, نور باريك ليزر از مجاورت يك ميله وزين چگال عبور داده شود, سرعت نور كم مي شود. در نتيجه پرتو ليزر منحرف ميگردد. هرگاه پرتو ليزر بطور مناسبي از ميان دو جسم سنگين كه در فاصله اي از هم قرار دارند عبور داده شود انحراف آن هنگام عبور از مجاورت جسم اول و سپس از مجاورت جسم دوم به خوبي معلوم ميشود و اين انحراف قابل عكسبرداري است. اين آزمايش گسترده بودن ذره را نشان مي دهد. بر طبق اين آزمايش انحراف زياد پرتو ليزر فقط در اثر پراش نبوده بلكه مربوط به جسم است. بر حسب اين نظريه هر ذره, مثلاً الكترون, كوارك يا گلويون نقطه شكل نيست بلكه بي نهايت گسترده است و در مركز آن چگالي بسيار زياد بوده و هر چه از مركز فاصله بيشتر شود آن چگالي بتدريج كم مي شود. بنابراين يك پرتو نور از يك فضاي چگالي عبور كرده و شكست پيدا ميكند و انحراف مي يابد.

اختلاف تئوري بي نهايت بودن ذرات با تئوريهاي قبلي:

در تئوريهاي قبلي هر ذره قسمت كوچكي از فضا را در بر دارد يعني داراي شعاع معيني است و خارج از آن اين ذره وجود ندارد ولي در اين تئوري ذره تا بي نهايت گسترده است و قسمتي از آن در همه جا وجود دارد. در تئوريهاي جاري نيروي بين دو ذره از تبادل ذرات ديگر ناشي مي شود و اين نيرو مانند توپي در ورزش بين دو بازيكن رد و بدل مي شود و اين همان ارتباطي است كه يبن آنها حاكم است و در تئوريهاي جاري تبادل ذرات ديگري اين ارتباط ميان دو ذره را ايجاد ميكند. مثلاً نوترون كه بين دو ذره مبادله مي شود, اما در تئوري دكتر حسابي ارتباط بين دو ذره همان ارتباط گسترده ايست كه در همه جا بعلت موجوديت آنها در تمام فضا بين آنها وجود دارد.

ارتباط اين تئوري با تئوري نسبيت انيشتين:

تئوري انيشتين مي گويد: خواص فضا در حضور ماده با خواص آن در نبود ماده فرق دارد, به عبارت رياضي يعني در نبود ماده, فضا تخت است ولي در مجاورت ماده فضا انحنا دارد. اگر بگوييم يك ذره در تمام فضا گسترده است در هر نقطه از فضا چگالي ماده وجود دارد و سرعت نور به آن چگالي بستگي دارد به زبان رياضي به اين چگالي مي توان انحناي فضا گفت

ارتباط فلسفي اين تئوري با فلسفه وحدت وجود:

در اين نگرش همه ذرات جهان بهم مرتبط هستند. زيرا فرض بر اين است كه هر ذره تا بي نهايت گسترده است و همه ذرات جهان در نقاط مختلف جهان با هم وجود دارند.يعني در واقع قسمت كوچكي از تمام جهان در هر نقطه اي وجود دارد

آشكارسازي ذرات عبارتست از فرآيندي كه در آن خصوصياتي مانند جرم ، انرژي ، بار الكتريكي ، مسير حركت و ... و در مجموع نوع يك ذره حامل انرژي كه در واكنش‌هاي هسته‌اي بوجود مي‌آيد، توسط دستگاهي (اغلب آشكارساز) تعيين مي‌شود.

ديد كلي

فرآيند آشكارسازي متشكل از يك دستگاه آشكارساز است كه بسته به نوع ذره تابشي و آشكارسازي خصيصه‌اي از ذره ، نوع دستگاه فرق مي‌كند. سهم عمده در آشكارسازي ذره توسط ماده‌اي متناسب با ذره تابشي در دستگاه آشكارساز انجام مي‌شود كه عبارت است از برهمكنش ذره باردار حامل انرژي با الكترونهاي مداري ماده آشكارسازي كه اين برهمكنش توسط مدارهاي الكترونيكي آشكارساز ، به يك پالس الكتريكي تبديل مي‌شود. عوامل موثر بر آشكارسازي ذرات در اين مقوله مورد بررسي قرار مي‌گيرد.

ذرات تابشي

واپاشي هسته‌اي يك فرآيند خودبخودي است، يعني سيستم بطور خودبه‌خودي ، از حالتي به حالتي ديگر تغيير مي‌كند. پايستگي انرژي ايجاب مي‌كند كه انرژي حالت نهايي پايين‌تر از حالت اوليه باشد. اين اختلاف انرژي به طريقي به خارج سيستم فرستاده مي‌شود. در تمام اين موارد ، اين امر با گسيل ذرات حامل انرژي بدست مي‌آيد كه اين ذرات يك يا تركيبي از گسيل الكترومغناطيسي ، گسيل بتا و گسيل نوكلئون است كه كلا مي‌توان ذرات تابشي را به دو بخش ، ذرات تابشي باردار حامل انرژي و ذرات بي‌بار حامل انرژي ، تقسيم‌بندي كرد.

ذرات تابشي باردار حامل انرژي

بار الكتريكي ذرات باردار حامل انرژي سهم مهمي در آشكارسازي ذره دارد. وقتي ذره تابشي از كنار اتمها عبور مي‌كند، به علت باردار بودن ، بر الكترونهاي مداري نيروي الكتريكي وارد مي‌كند. در اين برهم‌كنش انرژي مبادله مي‌شود كه باعث كند شدن حركت ذره تابشي و كنده شدن الكترونها از مدارشان مي‌شود. اين الكترونهاي جدا شده از مدار اساس بسياري از روشهاي آشكارسازي ذرات تابشي و اندازه گيري جرم ، بار ، انرژي و ... آنها است.

روش‌هاي كلي آشكار كردن ذرات باردار حامل انرژي

سه روش اساسي براي آشكار كردن ذرات باردار تابشي با استفاده از يونش وجود دارد :

يونش را مي‌توان قابل روئيت كرد، بطوري كه رد ذرات را بتوان ديد و يا عكسبرداري كرد.

وقتي كه زوج الكترون _ يون دوباره تركيب مي‌شوند، نور گسيل شده را با يك دستگاه حساس به نور مي‌توان آشكارسازي كرد.

با استفاده از يك ميدان الكتريكي مي‌توان الكترونها و يونها را جمع‌آوري كرد و از اين طريق يك علامت الكتريكي توليد كرد.

ذرات تابشي بي‌بار حامل انرژي

در آشكارسازي ذرات باردار حامل انرژي ، بار ذره عامل مهمي در آشكارسازي ذره بود ولي نوترونها و فوتونها (در ناحيه پرتوهاي ايكس و گاما) فاقد بار هستند، لذا روش‌هايي كه براي آشكارسازي آنها بكار رفته، كمتر از ذرات باردار است. احتمال برهمكنش نوترونها يا پرتوهاي ايكس و گاما با اتم يا هسته آن به‌صورت سطح مقطع كل بيان مي‌شود.

فوتونها (در ناحيه پرتوهاي ايكس و گاما)

پرتوهاي ايكس و گاما با الكترونهاي مداري ماده از طريق سه برهمكنش شناخته شده ، يعني اثر فوتوالكتريك ، پراكندگي كامپتون و توليد زوج الكترون _ پوزيترون برهمكنش مي‌كنند. براي پرتوهاي ايكس و گاما سطح مقطع كل با مجموع سطح مقطع‌هاي سه برهمكنش اساسي ياد شده در بالا برابر است.

نوترونها

نوترونها مي‌توانند پراكنده شوند و يا واكنشهاي هسته‌اي ايجاد كنند كه بسياري از اين واكنشها منجر به گسيل ذرات باردار حامل انرژي مي‌شود. تمام روشهاي آشكارسازي نوترونها در نهايت به آشكارسازي ذرات باردار منجر مي‌شود كه بعد از تابش نوترون به يك ماده خاص ذره باردار تابش مي‌شود. براي نوترون سطح مقطع كل با مجموع سطح مقطع‌هاي واكنش و پراكندگي برابر مي‌باشد.

اصول كار دستگاههاي آشكارساز

اصول كار اغلب دستگاههاي آشكارساز مشابه است. تابش وارد آشكارساز مي‌شود، با اتمهاي ماده آشكارساز برهمكنش مي‌كند (اثر تابش بر ماده) و ذره ورودي بخشي از انرژي خود را صرف جداسازي الكترونهاي كم‌انرژي ماده آشكارساز از مدارهاي اتمي خود مي‌كند. اين الكترونها و يونش ايجاد شده جمع‌آوري مي‌شود و توسط يك مدار الكترونيكي براي تحليل به صورت يك تپ ولتاژ يا جريان در مي‌آيد.

خصوصيات مواد آشكارساز بكار رفته در آشكارسازها

ماده مناسب براي آشكارسازي هر ذره بستگي به نوع ذره تابشي دارد.

براي تعيين انرژي تابشي بايستي تعداد الكترونهاي آزاد شده از ماده زياد باشد.

براي تعيين زمان گسيل تابش بايد ماده‌اي را انتخاب كنيم كه در آن الكترونها به سرعت تبديل به تپ شوند.

براي تعيين نوع ذره بايد ماده‌اي انتخاب شود كه جرم و بار ذره اثر مشخصي بر روي ماده داشته باشد.

اگر بخواهيم مسير ذره تابشي را دنبال كنيم، بايد ماده آشكارساز نسبت به محل ورود ذره تابشي حساس باشد.

انواع آشكارسازها

اتاقك ابر

اتاقك ابر متشكل از محفظه‌اي از هوا و بخار آب به حالت اشباع است. در اطراف يونهاي تشكيل شده از تابش ذرات باردار حامل انرژي ، قطره‌هاي آب تشكيل مي‌شود كه با نوردهي مناسب مي‌توان مسير حركت ذره را ديد يا عكسبرداي كرد.

اتاقك حبابي

اتاقك حباب متشكل از محفظه‌اي از مايع فوق گرم است. در اتاقك حباب وقتي به طرز ناگهاني از فشار كاسته مي‌شود، مايع شروع به جوشيدن مي‌كند. حبابها بر روي يونهايي كه در مسير ذرات باردار تابشي پرانرژي قرار دارند، تشكيل مي‌شوند كه مي‌توان آنها را روئيت كرد يا از آنها عكسبرداري كرد.

اتاقك جرقه‌اي

اتاقك جرقه متشكل از دو صفحه يا دو سيم موازي است كه ولتاژ قوي ميان هر جفت از صفحه‌ها برقرار است. در مواقعي كه جرقه‌هاي قوي بين دو صفحه زده مي‌شود كه به احتمال قوي جرقه‌ها در همان مسير حركت ذره باردار حامل انرژي است كه در گاز مربوطه يونش ايجاد كرده است كه مي‌توان آن را ديد يا عكسبرداري كرد.

امولسيون عكاسي

در مسير ذرات تابشي باردار حامل انرژي دانه‌هاي هالوژنه نقره تشكيل مي‌شود كه مي‌توان آن را پس از ظهور فيلم عكاسي روئيت كرد.

آشكارساز سوسوزن (سينتيلاسيون)

در يك بلور جسم جامد ، برهمكنش ذره باردار پرانرژي با الكترونهاي مداري باعث كنده شدن آنها مي‌شود. الكترون كنده شده وقتي در تهيجا (مدار الكتروني فاقد الكترون) مي‌افتد، نور گسيل مي‌كند. اگر بلور به اين نور شفاف باشد، عبور ذره باردار حامل انرژي با سينتيلاسيون يا سوسوزني نور گسيل شده از بلور علامت داده مي‌شود كه اين علامت نوري توسط اثر فتوالكتريك به يك تپ الكتريكي تبديل مي‌شود.

آشكارساز گازي

در آشكارساز گازي ذره باردار حامل انرژي در گاز پر شده ميان دو الكترود فلزي توليد زوج الكترون _ يون مي‌كند. ميدان الكتريكي از برقراري ولتاژ حاصل مي‌شود كه اين ميدان باعث شتاب الكترونها و يون‌ها به ترتيب به طرف الكترود مثبت و منفي مي‌شود. چون در مسير حركت با اتمهاي ديگر برخورد مي‌كنند، حركت آنها حركت سوقي است.

آشكارسازهاي حالت جامد يا نيم رسانا

اين نوع آشكارسازها از يك اتصال p - n ميان سيليسيم يا ژرمانيم نوع P و نوع n تشكيل يافته است. وقتي ولتاژي در خلاف جهت رسانش ديود اعمال مي‌شود، ناحيه‌اي تهي از حاملهاي بار در پيوندگاه بوجود مي‌آيد. هنگامي كه ذره باردار حامل انرژي در طول ناحيه تهي حركت مي‌كند، در نتيجه برهمكنش آن با الكترونهاي داخل بلور مسير با زوجهاي الكترون _ حفره معين مي‌شود. الكترونها و حفره‌ها جمع مي‌شوند و تپي الكتريكي در شمارشگر بوجود مي‌آيد.

طيف‌سنج‌هاي مغناطيسي

در طيف‌سنج‌هاي مغناطيسي از ميدان مغناطيسي يكنواخت استفاده مي‌كنند. اگر از يك منبع چند تابش مختلف داشته باشيم، وقتي ذرات باردار حامل انرژي تابشي وارد ميدان مغناطيسي يكنواخت مي‌شوند، مسيرهاي دايره‌اي متفاوت مي‌گيرند. از برخورد اين مسيرهاي دايره‌اي متفاوت با وسيله ثابتي مثلا فيلم عكاسي به تعداد ذرات باردار تابشي ، تصوير تشكيل مي‌شود.

آشكارساز تلسكوپي

آشكارسازي تلسكوپي متشكل از دو يا چند شمازشگر است كه در آن تابش به ترتيب از شمارشگرها عبور مي‌كند. شمارشگرهاي اوليه نازك هستند، بطوري كه ذره نسبتي از انرژي خود را به آنها مي‌دهد، ولي در آخرين شمارشگر بطور كامل انرژي ذره جذب مي‌شود. اين شمارشگر بيشتر براي زمان‌سنجي استفاده مي‌شوند.

شمارشگر تناسبي چندسيمي

اين شمارشگر به عنوان آشكارسازي كه نسبت به محل برهمكنش ذره حساس است، استفاده مي‌شود.

قطب‌سنج‌ها

اغلب براي اندازه گيري قطبيدگي تابش استفاده مي‌شود.

منبع : [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

به نقل از: [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

احمدرضا همتى مقدم

اوايل قرن بيستم مصادف با دو انقلاب بزرگ در نظريه هاى فيزيكى بود، يعنى مكانيك نسبيت و مكانيك كوانتوم. با شروع قرن بيستم مشخص شد كه فيزيك كلاسيك نيوتنى و ماكسولى قادر به پاسخگويى به مشكلاتى كه در بررسى اشيا و با اندازه هاى اتمى رخ مى دهد نيست. اما تا دهه 1920 هيچ نظريه اى قادر نبود به خوبى مسائل حوزه اتمى را تبيين كند. در سال ،1927 «هايزنبرگ» تلاش كرد حالت و تكانه يك الكترون را محاسبه كند. «هايزنبرگ» نشان داد انجام آزمايشى كه با آن بتوان حالت و تكانه يك الكترون را محاسبه كرد ناميسر است. از طرف ديگر هر محاسبه اى كه انجام دهيم، به سبب اختلافى كه ابزار محاسبه گر به وجود مى آورد، تقريبى خواهد بود. او استدلال كرد نه تنها عملاً محاسبه كردن امكان پذير نيست، بلكه به لحاظ نظرى نيز انجام محاسبه به طور دقيق ناميسر است. اما قبل از هايزنبرگ دانشمندان ديگرى در رشد و تكامل نظريه او سهيم بودند. يكى از اين دانشمندان «ماكس پلانك» بود. پژوهش هاى وى در خصوص تابش جسم سياه (جسمى كه همه پرتوهاى تابيده شده را جذب مى كند) نشان داد كه تابش انرژى به صورت جريانى متصل گسيل نشده بلكه گسيل آن در بسته هاى جداگانه موسوم به «كوانتوا» است (quanta). او با اين كشف توانست معادله اى را كه در جست وجوى آن بود صورت بندى كند يعنى hV = E كه «V» بسامد نور و «h» ثابت پلانك است كه عددى بسيار كوچك است و پيوسته در فرمول هاى فيزيك قرن بيستم تكرار مى شود.

اينشتين نيز در نظريه نسبيتش كار پلانك را مبنا قرار داد و تبيين نور بر حسب كوانتوم ها را يكى از اصول موضوعه بنيادى نظريه اش قرار داد. او با كشف اثر «فتوالكتريك» به رشد نظريه كوانتوم يارى رساند. اينشتين پى برد كه نور مركب از ذراتى به نام «فوتون» است. هنگامى كه جريانى از فوتون ها گسيل مى شوند تا به يك صفحه فلزى برخورد كنند الكترون هايى كه صفحه فلزى از آنها ساخته شده است كنده شده و آزاد مى شوند. در سال 1925 نيز «دوبروى» اعلام داشت الكترون ها ذره نيستند بلكه منظومه هايى از امواج اند. «شرودينگر» اين نظريه را گسترش داد و اعلام كرد نه فقط الكترون ها، بلكه فوتون ها، اتم ها و تمام مولكول ها را مى توان به منزله امواج دانست. «هايزنبرگ» در اين سال ها وارد صحنه مى شود. وى نشان داد با توجه به نوع معادله اى كه استفاده مى شود فيزيكدان ها مى توانند كوانتوم هاى نور را ذرات يا امواج محسوب كنند. او در تلاش هايش براى تعيين حالت و تكانه يك الكترون به اين نتيجه رسيد كه دشوارى اى كه در چنين محاسبه اى وجود دارد اين است كه الكترون كوچك تر از يك موج نورى است. چون براى مشاهده الكترون بايد از ميكروسكوپ استفاده كرد و هنگام استفاده از ميكروسكوپ از يك چشمه نور هم استفاده خواهيم كرد. چون بنابر اثر فوتوالكتريك اينشتين، فوتون هاى نور در حالت الكترون ها اختلال ايجاد مى كند در نتيجه در محاسبه حالت و تكانه يك الكترون با دو مشكل روبه روييم:

اول آنكه از هر نورى استفاده كنيم در حالت الكترون اختلال ايجاد مى شود و اگر از پرتوهاى گاماى راديوم استفاده كنيم چون آنها هم بسامد بالا دارند و هم موج هايى با طول موج هاى كوتاه تر از نور، در نتيجه در حالت الكترون اختلال ايجاد مى كنند. به اين ترتيب محاسبه حالت و تكانه الكترون عملاً و نظراً غيرممكن است. اين نظريه كوانتوم جديد به سرعت در حوزه عمل نيز موفقيت خود را ثابت كرد هم در شرح پديده هايى مانند پايدارى اتم ها و هم در پيش بينى جزئيات كمى مانند طول موج و شدت نورى كه اتم ها در هنگام تحريك گسيل مى كنند. در مكانيك كلاسيك نيوتنى، حالت يك سيستم در يك زمان خاص كاملاً با داشتن مكان و تكانه هر يك از اجزاى سازنده آن، مشخص مى شود. در نظريه مكانيك كلاسيك، معادلات حركت مى توانند تغيير حالت سيستم را مشخص كنند. لااقل در مورد سيستم منزوى ساده حل اين معادلات حالت سيستم را در همه زمان هاى بعدى مشخص مى كنند. با توجه به حالت اوليه و نيروهاى عمل كننده بر آن، مكانيك كلاسيك نظريه موجبيتى است. رفتار زمان هاى آينده سيستم منحصراً به وسيله حالت فعلى تعيين مى شود. در اين حالت يك مشاهده ايده آل حالت سيستم نه تنها موقعيت و تكانه دقيق هر يك از اجزاى سازنده آن را در يك زمان خاص تعيين مى كند بلكه پيش بينى حالت آينده دقيق آن را نيز ممكن مى سازد. اگرچه مكانيك كوانتوم از همان كميت هاى ديناميكى استفاده مى كند با اين حال براى سيستمى كه در مورد آن اعمال مى شود (مانند الكترون) حالتى را كه در آن همه كميت ها مقدار دقيقى داشته باشند مشخص نمى كند. در عوض حالت يك سيستم منزوى به وسيله يك مفهوم رياضى انتزاعى نشان داده مى شود. به طور نمونه يك تابع موج يا به طور كلى تر يك بردار حالت (بردارى كه از يك nتايى تشكيل شده است كه تعدادى ورودى و تعدادى خروجى دارد). اين بردار فقط نشان مى دهد كه يك اندازه گيرى از هر كميت ديناميكى سيستم با چه احتمالى، مقدارى مشخص را پيدا مى كند و هيچ يك از اين احتمالات نمى تواند معادل با يك يا صفر باشد. به علاوه هيچ تلاشى براى تعيين حالت اوليه سيستم از طريق اندازه گيرى كميت هاى ديناميكى نمى تواند اطلاعاتى بيش از آنچه يك بردار حالت به ما مى دهد فراهم كند. به طور كلى هيچ اندازه گيرى يا حتى تعيين نظرى حالت فعلى سيستم نمى تواند در چارچوب نظرى مقاديرى را كه در اندازه گيرى هاى يك كميت دلخواه ديناميك در زمان هاى بعدى مشاهد مى شوند، تعيين كند.

در اين معنا، نظريه مكانيك كوانتوم «غيرموجبيت گرايانه» است. مكانيك كوانتوم در دهه 1920 بحث هاى داغى را ميان فيزيكدانان ايجاد كرد كه در نهايت به «تفسير كپنهاگى» انجاميد. تفسير كپنهاگى به صورت كلى بيان مى كند كه كامل ترين توصيف يك سيستم در يك زمان معين تنها از نظر احتمالاتى پيش بينى رفتار آتى آن را ممكن مى سازد. اين تفسير كپنهاگى اشاره بر اين دارد كه جهان غيرموجبيتى است. آيا اين سخن به معناى نفى عليت است؟ عليت واژه مبهمى است. اگر عليت به اين معناست كه پديده هاى تكرارپذير قوانين طبيعى را تاييد مى كنند پس مكانيك كوانتوم نفى عليت نيست حتى اگر اين نظريه دلالت بر اين داشته باشد كه جهان نهايتاً غيرموجبيتى است. اگر عليت معادل با موجبيت (نظريه اى موجبيت گرايانه است كه آگاهى معين درباره رويدادهايى معين در زمان و مكان خاصى بدهد) است، پس عليت در چنين جهانى ناتوان است. اما آيا عليت مى تواند در يك جهان غيرموجبيتى وجود داشته باشد؟ اين سئوال و سئوالاتى مشابه بحث هاى دقيق فلسفى را ايجاد كرده است كه تا به امروز محل نزاع فيلسوفان است.

فلسفه علم _ نيكلاس كاپالدى. ترجمه على حقى. 1377.


منبع : [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

فيزيكدانان در هر گوشه اي از دنيا، از ماشين هايي با تكنولوژي پيشرفته جهت توليد ذراتي كه ضدماده ناميده مي شوند، استفاده مي كنند. فيزيكدانان بر اين باور هستند كه ضدماده در واقع تصوير آينه اي ماده است و تمام دنياي امروز ما فقط از ذرات مادي تشكيل شده است. همانگونه كه شما و تصويرتان در آينه كاملا يكسان هستيد فقط با اين تفاوت كه جاي چپ و راست عوض شده اند، يك ذره و پادذره اش هم يكسان هستند به استثناي اينكه بار الكتريكي مخالف هم دارند.

اين تحقيق، به احتمال زياد هيچ چيز موجود را تغيير نخواهد داد و مسلما هيچ شباهتي با كرمچاله (Wormhole) ندارد. كرمچاله مي تواند اين امكان را براي شما فراهم كند كه در يك لحظه از يك قسمت جهان به قسمت ديگر منتقل شويد. با اين حال اين تحقيق مي تواند به دانشمندان كمك كند تا منشأ و تركيب جهان را بشناسند. البته ذرات ضدماده كاربرد علمي هم پيدا كرده اند به عنوان مثال در تجهيزات پزشكي كه براي تصويربرداري از مغز جهت نشان دادن فعاليت ذهني به كار مي رود، ضدذرات نقش مهمي دارند. تا به حال عده كمي از مردم كه اغلب آنها را هم فيزيكدانان تشكيل مي دهند، توانسته اند ضدماده را مشاهده كنند.

ما بيشتر با ماده آشنا تر هستيم. آب، هوا، تلويزيون، هر آنچه كه مي بينيم، لمس مي كنيم، مي خوريم، مي نوشيم و هوايي كه تنفس مي كنيم، همه از ذرات كوچكي كه اتم ناميده مي شوند، ساخته شده اند. خود اتم ها هم از ذرات به مراتب كوچكتري به نام الكترون، پروتون و نوترون تشكيل شده اند. الكترون ها بار الكتريكي منفي و پروتون ها بار الكتريكي مثبت دارند و نوترون ها هيچ بار الكتريكي ندارند. يك اتم معمولي از تعداد مساوي الكترون و پروتون تشكيل شده است اما تعداد نوترون ها لزوما با آنها برابر نيست. تعداد پروتون هاي يك اتم مشخص مي كند، كه نوع اتم چيست به عنوان مثال اتم هيدروژن يك پروتون و يك الكترون دارد و نوترون ندارد.

هر نوع از ذره يك پادذره هم دارد. آنتي پروتون درست مانند يك پروتون است با اين تفاوت كه بار الكتريكي منفي دارد. يك پوزيترون آنتي الكترون از همه لحاظ مانند الكترون است به استثناي اينكه بار الكتريكي مثبت دارد. هر گاه كه پروتون و آنتي پروتون به هم برسند يا هنگامي كه الكترون و پوزيترون با هم برخورد كنند، همديگر را نابود مي كنند و اين نابودي منجر به توليد انرژي مي شود.

رالف لاندائو فيزيكدان در سرن سوئيس مي گويد: هنگامي كه درباره ضدماده با همكارانم صحبت مي كنم آنها خيلي در اين باره هيجان زده نمي شوند و معمولا مي پرسند كه ضدذره جديد كدام است و چگونه رفتار مي كند. اما هنگامي كه با افرادي غير از فيزيكدانان صحبت مي كنم آنها با چشماني خيره از تعجب نگاه مي كنند و انگار با مسائلي كاملا غير عادي مواجه شده اند. در آزمايشگاه سرن، لاندائو عضو گروهي است كه ATHENA ناميده مي شود. اين گروه فيزيكدانان براي اولين بار موفق شدند پوزيترون و آنتي پروتون را به هم اتصال دهند. نتيجه اين اتصال توليد اتم آنتي هيدروژن بود كه همانا ساده ترين آنتي اتم است. اصول نظري ساخت ضد ماده بسيار ساده است اما در عمل تجهيزات لازم، بسيار پيشرفته و البته گران هستند. دانشمندان در سرن از يك نوع ماشين مخصوص، براي توليد ضد ماده استفاده مي كنند. معمولا هنگامي كه اين پاد ذره ها ايجاد مي شوند، انرژي زيادي دارند.

به همين خاطر در داخل ماشين، آنها را در تونل هايي دايره اي به حركت درمي آورند. در بدو حركت اين پادذره ها در هر ثانيه يك ميليون دور در تونل حركت مي كنند اما با كمك ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي سرعت آنها را كاهش مي دهند و هنگامي كه ضد ذره ها از حركت باز ايستادند آنها را حفظ مي كنند تا با ضدذره هاي ديگر تركيب كنند و آنتي اتم به دست آورند. تا به حال آنتي هيدروژن اولين آنتي اتمي است كه توسط انسان خلق شده است. تكه هاي ضد ماده ساخته شده توسط انسان مي تواند پنجره اي رو به سوي لحظه هاي آغازين زمان باشد. لاندائو مي گويد: يكي از بزرگ ترين اسرار جهان اين است كه هنوز مكاني كه شامل ضد ماده باشد پيدا نشده است البته شايد شما هرگز درباره اين موضوع شبي را با بي خوابي سپري نكرده باشيد اما فيزيكدانان با اين قضيه درگير هستند. يك دليل را براي لزوم انديشيدن درباره ضد ماده بيان مي كنيم.

بسياري از فيزيكدانان بر اين باور هستند كه اگر جهان از انفجار بزرگ كه Big Bang ناميده مي شود، به وجود آمده است بايد مقدار ماده و ضد ماده در جهان به يك اندازه توليد شده باشد. اما مي دانيم كه هر گاه ماده و ضد ماده با هم برخورد كنند همديگر را خنثي مي كنند و هر دو نابود مي شوند. بنابراين مي بايست طي اولين چند ميلي ثانيه عمر جهان، پس از انفجار بزرگ اين دو نوع ذره به هم مي رسيدند و همديگر را نابود مي كردند. اما چنين نشده است شايد به اين خاطر كه در آغاز پيدايش جهان مقدار ماده اندكي بيشتر از ضدماده بوده است. لذا موقع برخورد اين دو نوع ذره، تمام ضدماده نابود شده است و ماده باقي مانده، تمام جهان امروز را تشكيل داده است.

دانشمندان مي خواهند دريابند كه چه چيز باعث عدم تعادل ماده و ضدماده در ابتداي پيدايش جهان شده است. براي اين منظور آنها آنتي اتم ها را مورد بررسي قرار مي دهند و با اتم ها مقايسه مي كنند و در جست وجوي تفاوتي ولو كوچك ميان آنها هستند. اين سئوالات بسيار مهم هستند زيرا اگر هيچ عدم تعادلي ميان ماده و ضدماده نبود، ما در حال حاضر وجود نداشتيم. روند پروژه كند است البته به خاطر نارسايي تكنولوژي موجود. محققان ATHENA مي توانند در هر ثانيه 100 اتم آنتي هيدروژن بسازند. با اين سرعت، ساخت يك گرم آنتي هيدروژن چندين ميليارد سال به طول مي انجامد و اين زمان بيشتر از عمر جهان است. از طرفي ديگر ذخيره ضدماده نيز بسيار دشوار است زيرا به محض آنكه ضدماده با ماده تماس پيدا كند نابود مي شود.

محققان در اين انديشه هستند كه چگونه آنتي اتم هاي بيشتري بسازند، آنها را به دام بيندازند و براي مدت طولاني نگه دارند. البته اين احتمال هم وجود دارد كه مقادير بزرگي از ضدماده در مكان هايي دور دست در فضاي بيرون به شكل ضدستاره يا ضدكهكشان وجود داشته باشد. اما كاوش هاي طولاني هنوز چيزي را نشان نداده است. اما لاندائو هنوز اميد خود را در اين باره از دست نداده است. اين امكان هم وجود دارد كه جهان هاي ديگري وجود داشته باشند كه ما قادر به ديدن آنها نباشيم و در آنجا برتري با ضدماده باشد. اما اينكه چرا حداقل يك مورد شبيه آن جهان در اين بخش از جهان ما وجود ندارد هنوز يك راز است.


منبع :شرق و ملاصدرا

اتم - ملكول - ساختار اتم

از مدتها قبل ،انسان مي داند كه تمام مواد از ذرات بنيادي يا عناصر شيميايي ساخته شده اند. از ميان اين مواد،مثلاً مي توان از اكسيژن ،گوگرد ،و آهن نام برد .كوچكترين ذره آهن ،يك اتم آهن و كوچكترين ذره گوگرد ،يك اتم گوگرد ناميده مي شود .
آهن خالص فقط داراي اتمهاي آهن است و گوگرد خالصل نيز فقط اتمهاي گوگرد دارد . اتمها جرمهاي گوناگوني دارند .سبكترين آنها اتم هيدوژن است .
اتمهاي آهن بسيار سنگينتر از هيدروژن و اتمهاي "اورانيم" از اتمهاي آهن سنگينترند ،يعني جرمشان بيشتر ايت .واژه اتم ،از بان يوناني گرفته شده و معناي آن در واقع "ناكسستني" يا "تقسيم ناپذير" است .
امروزه ما مي دانيم كه امها را هم مي توان به اجزاء كوچكتر تقسيم كرد.ولي به هر حال ،اگر مثلاً يك اتم آهن را درهم بشكنيم ،اجزاء شكسته شده ،و ديگر آهن نسيتند و خصوصيات آهن را ندارند به اين دليل است كه در بسياري از كتابهاي شيمي تعريف زير در باره واژه "اتم" آورده شده است :
"يك اتم كوچكترين سنگ بناي يك عنصرشيميايي است كه كليه خصوصيات ويژه آن عنصر را دارا بوده و در صورت تقسيم آن به اجزاء كوچكتر ،اين خصوصيات را از دست خواهد داد ".
اتمها در مقايسه با كليه چيزهايي كه ما در زندگي معمولي خود با آنها برخورد مي كنيم ،خيلي خيلي كوچك هستند .قطر يك اتم تقريباً سانتيمتر يا 8 - 10×1 سانتيمتراست . با ذكر يك مثال مي توان پي برد كه اتمها چقدر كوچك هستند :
برروي كره زمين تقريباً 5 ميليارد نفر زندگي مي كنند. اگر هر نفر را يك اتم حساب كنيم و با اين اتمها يك زنجير بسازيم طول اين زنجير به زحمت 50 سانتيمتر خواهد شد .
مولكول چيست؟ اتمها مي توانند براي ايجاد ذرات بزرگنر با يكديگر پيوند پيدا كنند و به اصطلاح "مولكولها " را تشكيل دهند.به عنوان مثال ،دو اتم اكسيژن با يكديگر تشكيل يك مولكول اكسيژن را مي دهند. در طبيعت اغلب اوقات اتفاق مي افتد كه امهاي عناصر مختلف به صورت مولكول با يكديگر اتحاد مي يابند .
يكي از معروفترين اين اتحادها مولكول آب است . كه ازيك اتم اكسيژن و دو اتم هيدوژن تشكيل شده است . يك مولكول آمونياك ،يك اتم نيتروژن وسه اتم هيدوژن دارد .
آب و آمونياك برخلاف اكسيژن و كربن عناصر شيميايي نيستند بلكه تركيبات شيميايي از عناصر متقاوت هستند .كوچكترين ذره چنين تركيبي مولكول ناميده مي شود .چنانچه يك مولكول آب را تجزيه كنيم خصوصيات آب از دست مي رود و فقط ذرات تشكيل دهنده آن يعني هيدروژن و اكسيژن باقي مي مانند كه خصوصياتي كاملاً متفاوت با آب دراند .
مولكولهانيز مثل اتمها به طرز غيرقابل تصوري كوچك هستند دريك ليوان ـآب معمولي تقريباً 6000000000000000000000000 يا 24 10×6 مولكول آب وجود دارد . اگر اين لوان آب را به ميزان مساوي بر روي تمام اقيانوسها و درياهاي كره زمين پخش كنيم درهر ليتر از آب درياها ،چندين هزار مولكول از آب ليوان وجود خواهد داشت .
ساختار اتم چيست ؟ تقريباً 75سال پيش "ارنست رادر فورد " در انگلستان مطلبي را كشف كرد كه فيزيك اتمي جديد را نبيان گذارد . اما اكنون به اين مطلب مي پردازيم .اين فيزيكدان بريتانيايي يك ورق نازك طلايي را مورد اصابت ذرات آلفا قرار داد تا در ون اتمها را شناسايي كند .
اگر مواد در يك چنين ورق فلزي بطور متناسب و يكنواخت پخش بودند ذرات آلفا درهمان مسير پرواز خود به حركت ادامه مي دادند،اگر چه در اين حالت كمي از سرعت ذرات آلفا كاسته مي شد. تمام "ذرات آلفا" تقريباً به همين شكل رفتار كردند .البته تعداد كمي نيز كاملاً از مسير خود منحرف شدند درست مثل اينكه به يك گلوله كوچك اما خيلي سنگين برخورد كرده باشند "رادرفورد " از اين آزمايش چنين نتيجه گيري كرد كه تقريبا تمام جرم اتم طلا در يك هسته بسيار كوچك وناچيز تمركز يافته است .
هسته اتم كشف شده بود.امروز ه ما دقيقاً مي دانيم ساختار اتم چيست ."اتم ماننديك منظومه شمسي كوچك است ". در مركز اتم يك هسته بسيار كوچك قرار دارد كه از نظر الكتريكي داراي با ر مثبت است و تقريباً تمام جرم اتم را تشكيل مي دهد به دور اين هسته ذرات كوچك و بسيار سبكي كه داراي بار الكتريكي منفي هستند يعني الكترونها در حركت هستند.
اتمها ي سنگين تر ين فلزات در وقاع داراي "ساختماني اسفنجي " هستند و تقريبا فقط از فضاي خالي تشكيل شده اند اگر هسته اتم را به برزگي يك گيلاس فرض كنيم ،ساختمان اتم با مدارهاي اكتروني خود تقريبا به بزرگي "كليساي دم " در شهر كلن خواهد بود .
قطر هستهه اتم تقريبا برابر سانتيمتر يا 12- 10سانتيمتر مي باشد به عبارت ديگر 100ميليارد هسته اتم دركنار هم زنجيري به طول يك ميليمترخواهند ساخت .
ساده ترين اتم هيدروژن است . دراين اتم فقط يك الكترون به دور هسته بسيار كوچكي مي گردد . در شرايط عادي اين اكترون فقط پنج ميليارددم سانتيمتر يا 9- 10×5 سانتيمتر از هسته فاصله دارد .اما اين الكترون مي تواند روي مدارهاي دور تري نسيت به هسته نيز قرار گيرد و در اينجاست كه متاسفانه و جه تشابه بين اتم و منظومه شمسي از بين مي رود .
حركت الكترون فقط روي مدارهاي ويژه و معين يا به عبارت ديگر"تراز انرژي " مشخصي امكان پذير مي بادش در حالي كه سياره ها در هر فاصله دلخواهي از خورشيد مي توانند حركت كنند مثلا اگريك الكترون از يك مدار داخلي يا به عبارت ديگراز يكتراز پر انرژي تر به يك مدارداخلي يا يك تراز كم انرژي تر منتقل شود مقدار انرژي به شكل يك ذره يا "كوانت نوري " يا "فوتون" رها مي وشد چون فقط مدارها يا ترازهاي انرژي كاملاً معيني وجود دارد در نتيجه فقط ذره هاي نوري يا انرژي كاملاً معيني نيز منتشر خواهند شد و به عبارت ديگردرنمودار موجي طول موجهاي كاملا معيني پديدار مي شوند كه انسان ار روي آنها مي تواند درتمام كيهان يك انم هيدروژن را باز شناسايي كند.
اين مطلب براي ساير عناصر شيميايي نيزصادق است زير بناي علم "طيف نگاري و طيف شناسي " مي باشد كه به كمك آن مثلا مي توان تشخيص داد چه نوع اتمهايي در آتمسفر خورشيد وجود دارند .


منبع : physicsir.com

اعماق ماده

بخش اول

درك بشر از طبيعت، از يكسو مداوما از نزديك به دور پيش ميرود، به كاتگوريهاي وسيعتر بسط پيدا ميكند و در گستردگي طبيعت پيشرفت ميكند. از سوي ديگر، درك بشر مداوما از سطح به عمق ميرود، بيش از پيش به سطوح عميقتر ساختارهاي مادي ميرسد و بسوي عمق طبيعت راه مي گشايد.

تاريخ تكامل علوم طبيعي، مارش پيروزمندانه بشر به گستره و عمق طبيعت را ثبت كرده است. نوع بشر در ابتدا فقط پديده هاي مختلف را مي ديد. بعدها بشر پديده هاي گوناگون متعدد را به چندين ميليون نوع از اجزاء متشكله تقسيم كرد و معلوم شد كه اين اجزاء نيز بنوبه خود متشكل از اتمهاي ده ها و صدها عنصر شيميائي هستند.

انسانها بعد از اينكه به ساختار اتمها عميقتر پرداختند، بدين نيز پي بردند كه همه اين اتمهاي بيشمار متشكل از پروتونها و نوترونها و الكترونها هستند. اين مهمترين ذرات را به اصطلاح ذرات "اوليه" مي نامند. با تكامل بيشتر علوم نه فقط شمار ذرات "اوليه" مداوما به ده ها عدد افزايش يافت بلكه بيش از پيش نشان داد كه يك ذره "اوليه"، اولين نبوده و ميتواند باز هم تقسيم شود. اين نام بسيار غيرعلمي است. در حال حاضر ميدانيم كه اين ذرات نه فقط ذره كه موج نيز هستند. برخي افراد به اين ذرات، عنوان ساده "واويكل" (موجذره) را داده اند كه در واقع خصوصيات كليدي اين اجسام ـ ميكرو را منعكس ميكند.

جدائي و تداوم در دنيا، انواع گوناگون پديده ها وجود دارند ـ اجرام و غبار آسماني، كوهها و اقيانوسها، موجودات ارگانيك و "چيزهاي بيجان". آيا در پس اين تنوع پديده ها چيز مشتركي وجود دارد؟ آيا بين اين تنوع لايتناهي وحدتي وجود دارد؟ اين سئوال نوع بشر را وا مي دارد كه گام به گام از دل انواع گوناگون پديده هاي سطحي بسوي جوهر آنها پيشروي كند. بقول انگلس "بنابراين، در اينجا كل ماترياليسم خودروي ابتدائي را مي بينيم كه از آغاز كار، بطور بسيار طبيعي انتظار دارد در تنوع لايتناهي پديده هاي طبيعي، وحدتي موجود باشد." (ديالكتيك طبيعت)

تنوع دنياي مادي فقط ميتواند در ماده بودن متحد باشد. پديده ها با يكديگر اختلافات بيشمار دارند، اما همه آنها ماده هستند. با اين وجود، در دوران باستان بواسطه سطح پايين پراتيك توليدي، انسان هنوز قادر به تجريد مقوله "ماده" از اشكال مشخص مادي گوناگون نبود. آنها بناگزير "درون چيزي مشخصا فيزيكي، درون يك چيز معين، بدنبال (اين وحدت) ميگشتند." (ديالكتيك طبيعت، انگلس)

آنها هميشه در پي يافتن چيزي بودند "كه همه پديده ها از آن تشكيل شده باشند، نخست از درون آن بظهور رسند و نهايتا درون آن حل شوند." اين "عنصر و اصل كل هستي" چيست؟

ابتدا برخي افراد اين نظريه را مطرح كردند كه يك نوع ماده مطلقا دائمي وجود دارد. در يونان باستان، تاليس اعلام نمود كه آب، اساس همه پديده هاست. آناخيمينس، هوا را عنصر اصلي و پايه اي دانست. در چين، در دوره "دولتهاي در حال جنگ" ، نويسنده "گوانتزي" نيز فكر ميكرد، آب "خون و هواي تنفسي كره ارض" است. "يانگ كوان" كه در دوره "سه پادشاهي" مي زيست گمان ميكرد كه "زمين و آسمان از آب ساخته شده است." و بسياري از ماترياليستها نيز در چين باستان فكر ميكردند كه اين عنصر پايه اي، هواست. آنها وارث نظريات "سونگ خيان" و "يي ون" در دوره "بهار و پاييز" بودند كه هوا را "جوهر ماده" معرفي ميكردند. آنها فكر ميكردند كه زمين و آسمان، "طبيعت متشكل از هوا" بوده و هوا "ماده اساسي" كائنات است؛ آنها فكر ميكردند كه همه پديده ها "اشكال عيني" (انباشت شده، تلف شده و تغيير يافته اي) است كه يك ماده اساسي يگانه، يعني هوا بخود گرفته است.

آنها در دنياي مادي در پي يافتن يگانگي از ميان چندگانگي بودند؛ يعني چيزي كه تبارز وحدت ماده باشد. اين ماترياليسم بود. پديده هاي سيالي نظير آب، آتش و هوا، برخلاف اجسام (جامد مجزا)، همگي ادامه دار بودند. "آب جاري بلاانقطاع". آب را ميشد با حجمش سنجيد (مثلا در يك منبع)، يا ميشد آن را بگونه اي ظاهرا بي انتها به قطرات يا ذرات ريز تقسيم كرد. بقول "هان في" : "هر چيزي كه شكل داشته باشد را ميتوان بسادگي بريد و تقسيم كرد." چرا؟ "اگر شكل داشته باشد، پس طولي دارد. اگر طول داشته باشد، پس اندازه اي دارد." براي مثال، يك چوب نيم متري را در نظر بگيريد. اگر امروز آن را نصف كنيم و فردا نصفه ديگر را دو نيم كنيم، ميتوانيم اينكار را تا 10 هزار سال ادامه دهيم و هنوز آن نيم متر چوب تمام نشده باشد.

ماده مسلما تا بينهايت قابل تقسيم است. انسانها در دوران باستان از برخي اشكال مشخص ماده استفاده ميكردند تا فكر خود در مورد تقسيم پذيري لايتناهي ماده بروز دهند و بدين ترتيب، به لحاظ عيني ديالكتيك را بيان كنند. اما تقليل همه چيز به يك شكل مشخص و معين ماده، بمعناي ساده كردن بيش از حد مسئله است. اگر آب يا هوا را بدين طريق تقسيم كنيم، آب كماكان آب باقي مي ماند و هوا كماكان هوا. يعني فقط در كميت تقسيم صورت گرفته و كيفيت هيچ تغييري نكرده است. انگلس اين را "تقسيم پذيري مجرد، ابديت بد" ناميد. (ديالكتيك طبيعت) اين نوع "تقسيم پذيري مجرد"، كاملا صوري، گول زننده بوده و در اساس بهيچوجه تقسيم پذيري نيست. اگر همه چيز از اين ملاط عام تشكيل شده باشد، پس چگونه كائنات ميتواند متنوع باشد؟ چنين "وحدتي" يكجانبه ميشود.

اين فكر فقط "وحدت" را تشخيص مي شناسد و تنوع را منحل ميكند؛ و بنابراين به ضد خود تبديل ميشود. عبور از مسير تقسيم پذيري مجرد، شخص را به نسبيت گرائي و منطق گول زننده ميكشاند. ماكروكوزم (دنياي بزرگ) چنين است؛ ميكروكوزم (دنياي كوچك) نيز چنين است؛ دنياي كوچك فقط تصوير كوچك شده دنياي بزرگ است. در يونان باستان، برخي افراد تصور ميكردند هر ذره همانند كل دنياي ماست: شهرهاي مسكوني و مزارع شخم زده وجود دارند و خورشيد و ماه و ستارگان موجودند. ميگوئيد دنياي شما بزرگ است اما ساكنان يك دنياي كوچك نيز احساس نميكنند كه دنياي آنها كوچك است. بنابراين هيچ تفاوتي بين بزرگ و كوچك وجود ندارد. "كل دنيا بزرگتر از پياز يك تار مو نيست؛ و كوه تاي نيز كوچك است." (ژانگزي) سوراخ سوزن به بزرگي دنياست. "در هر منفذ پوست بودا، همه بوداها، همه مكان ها، همه زمان ها، همه خوبي ها وجود دارد." (آموزه هاي بودا) هر منفذ به بزرگي كل دنياست. بزرگ نيز كوچك است، كوچك نيز بزرگ است، و هيچ معيار عيني براي پديده ها وجود ندارد. آنها به پديده هاي عجيب و غير قابل درك تبديل ميشوند.بعلاوه، اين بحث كه كل دنيا چيزي جز يك نوع "ماده اوليه" نيست، در را بروي ايده اليسم مي گشايد.

از آنجا كه "ماده اوليه" همه كاره است، پس ديگر يك ماده معمولي نيست. يعني بايد يك چيز خاص، فراتر از ماده، فراتر از طبيعت باشد. ارسطو چنين چيزي را "اتر" يا يك چيز ماوراء الطبيعه، فراتر از طبيعت، كه ساخته ويژه خداست، ناميد. پيروان كنفوسيوس در چين، گاهي "هوا" را كه موضوع بحث ماترياليستها هم بود ميگرفتند و به يك چيز مرموز و فراتر از ماده تبديل ميكردند. آن را "هواي كبير" ـ يك ماده معنوي جهانشمول ـ مي ناميدند. آنها همچنين موعظه ميكردند كه دنيا در خداي تفكيك ناپذير، يا در "اراده آسماني" وحدت وجود يافته است.

برخي ماترياليستها با تز تداوم مطلق مخالفت كردند. شما ميگوئيد چوب نيم متري را ميتوان تا بي نهايت تقسيم كرد. اما وقتي آن را به خاك اره تبديل كرديد مسلما ديگر نميتوانيد تقسيمش كنيد! هوا را در نظر بگيريد. شما در آفتاب ميتوانيد ذرات ريز غبار را در هوا ببينيد. در باغ ميتوانيم گرده ريز مطبوعي كه از گل ها برخاسته را استشمام كنيم. همه اينها نشان ميدهد كه برخي پديده هاي غير قابل تقسيم وجود دارند. آنها با حركت از اين تجارب، نتيجه متضادي ميگرفتند: همه چيز در دنيا از ذرات ريز تشكيل شده كه بعد از حدي از تقسيم، ديگر نميتوان آنها را تقسيم نمود.

در يونان باستان، "ليوسيپوس" و "دمكريتوس" اين ذرات را "اتم" ناميدند. مكتب "مو" در چين طي دوران بهار و پاييز، اين ذرات را "نقطه پاياني كه نميتوان آن را خردتر كرد" خواند. "پايان تقسيم پذيري" بدين معناست كه ذره به آخرين حد خود رسيده و ديگر نميتواند تقسيم شود. آنها جنبه تقسيم پذيري نسبي ماده را ميديدند. در آن زمان اين نقطه نظري انتقادي بود كه جنبه گول زننده تقسيم پذيري مطلق را نشانه گرفته بود. يك معيار عيني براي اندازه ماده وجود دارد. تفاوتهاي كمي موجودند. سوراخ سوزن با دنيا فرق دارد. اين بازتاب جنبه تقسيم ناپذير ماده است. وقتي ما آب را به ملكول هاي آب تقسيم كرديم، تا آنجا كه در چارچوب آب بحث ميكنيم، ديگر نميتوان تقسيمش كرد. اگر ما يك ملكول آب را باز هم تقسيم كنيم به دو اتم هيدروژن و يك اتم اكسيژن تبديل ميشود و ديگر آب نيست. انگلس گفت كه در فيزيك ما "كوچكترين ذرات... معيني" را قبول ميكنيم؛ "در شيمي، تقسيم پذيري يك حد معين دارد." (ديالكتيك طبيعت) بعلت اين تقسيم پذيري نسبي، ملكولها و اتمها ميتوانند وجود داشته باشند كه اين نقطه شروع تكامل فيزيك و شيمي است.

اما تقسيم پذيري اتمها نيز فقط ميتواند نسبي باشد نه مطلق. اگر كسي تقسيم پذيري را مطلق ببيند، ماده را بعنوان يك چيز مطلقا مجزا در نظر گرفته و ادامه دار بودن آن را نفي ميكند. بدين ترتيب شخص به ايده اليسم و متافيزيك مي رسد. نيوتون چنين بود. او فكر كرد هر چه ماده بر اثر تقسيم كوچكتر شود، محكمتر ميشود. و زمانيكه اندازه اش به حد ميكرو رسيد، آنچنان محكم و پايدار خواهد شد كه هيچ نيروئي غير از خدا قادر به تقسيم آن نيست. اين منطق ايده اليسم عيني است.

ايده اليسم ذهني، تقسيم پذيري را از جانبي ديگر تحريف ميكند. "بركلي" و "هيوم" هر دو فكر ميكردند كه چون ماده فقط مجموعه اي از احساسات است، بنابراين آنچه كوچكترين ذره قابل رويت براي انسان بود، تقسيم ناپذير است. "يك پديده نميتواند جدا از ذهني كه آن را تصور نموده موجوديت داشته باشد." (مقاله جديد درباره قدرت تصور، بركلي)


ادامه دارد ...

اعماق ماده

بخش دوم

نيوتون بر مبناي تئوري اتمها، "تصويري از دنياي اتمي" ترسيم نمود. همه اجرام آسماني كه از اتمهاي جداگانه تشكيل شده و خلاء كائنات را نقطه وار پر كرده اند، بي وقفه بر حسب قوانين حركت مكانيكي در فضاي مطلق حركت ميكنند. همه تغييرات و تكامل پديده ها در دنيا هيچ چيز نيست مگر تجمع و تجزيه اتمها. مهم نيست كه پديده ها چه اندازه تغيير كنند، منشاء تغييرات آنها يكي است. از آنجا كه اتمها خود توسط خداوند آفريده شده اند، هرگز تغيير نمي يابند. بنابراين، تا وقتيكه انسان حركت اتمها را بفهمد، ميتواند "گذشته و آينده را بداند"؛ همه چيز را بداند. بدين طريق، مكانيك نيوتوني به "حقيقت نهائي" تبديل شد.

بنابراين بنظر مي آمد كه تداوم مطلق و جدائي مطلق، غير قابل دفاع است. اين يك تضاد است. "كانت" اين تضاد را عميقا مد نظر قرار داد و يك "آلياژ انعطاف پذير" پيشنهاد كرد: درست است كه گفته شود هر چيز در دنيا از پديده هاي تقسيم ناپذير و مطلقا ساده تشكيل شده است. زيرا فقط يك پديده مطلقا ساده ميتواند يك پديده اوليه باشد. در غير اينصورت هيچ چيز پيچيده اي كه از چنين پديده هاي ابتدائي تشكيل شده باشد وجود نخواهد داشت، و در دنيا هيچ چيز نميتواند موجود باشد. به همين ترتيب، اين نيز صحيح است كه گفته شود هيچ چيز مطلقا ساده اي وجود ندارد. هر چيز نوعي پديده مطلقا تقسيم پذير است؛ زيرا پديده هر قدر هم كه ساده باشد بايد حجمي از فضا را اشغال كند و بنابراين ميتواند مداوما تقسيم شود. "آلياژ" كانت تضاد را آشكار ساخت و اين سئوال را فرموله كرد. اين يك شرط ضروري براي پيشروي بسمت ديالكتيك و ارتقاء شناخت بشر بود. اما كانت تضاد را حل نكرد. بالاخره پديده هاي عيني تقسيم پذيرند يا تقسيم ناپذير، تداوم دارند يا جدا هستند؟

جواب كانت چنين بود: كسي نميداند.

او فكر كرد كه پديده هاي عيني بهر حال غير قابل فهم هستند. اگر بر فهم آنها اصرار ورزيد، آنگاه تضاد ايجاد ميشود. بنابراين، اين تضاد فقط زائيده "توهمي" است كه از توانائي ذهني ادراكي و احساسي انسان بر ميخيزد و بر "منطقي استوار است" كه "از نتايج حركت ميكند تا به دلايل برسد." بدين ترتيب كار كانت از آشكار ساختن تضاد آغاز شده و به پوشاندن و به سازش كشاندن آن منتهي ميشود و به اپريوريسم ايده اليستي در مي غلتد.در مورد اين مسئله، حرف هگل صحيح بود كه ميگفت: انقطاع و تداوم "هر يك به تنهائي حاوي حقيقت نيست، فقط در وحدت اين دو حقيقت وجود دارد." انگلس گفت: "ماده، هم تقسيم پذير است و هم ادامه دار؛ و در آن واحد، هيچيك از اين دو نيست. اين نكته مسلم است و اينك تقريبا به اثبات رسيده است." (ديالكتيك طبيعت) بعدها، هر گام در تكامل علوم طبيعي مداوما اين اظهاريه علمي انگلس را به اثبات رسانده و محتواي غني اشكال گوناگون ماده را بعنوان وجودي ادامه دار و جداگانه آشكار نموده است.

جسم و حوزه (ميدان)

بشر براي فهم ساختار ماده، نخست ماده را به دو شكل متضاد مشخص طبقه بندي كرد. بشر در ابتدا، مقوله "جسم" (چيز واقعي) را از همه اشكال ديگر ماده، تجريد نمود. خصوصيت اجسام، محكم بودنشان است. نيوتون اين نظر را جلو گذاشت كه همه اجسام از اتمها، كوچكترين ذرات اجسام، درست شده اند. يك اتم، يك ذره مطلقا مجزا و مشخص مادي كروي است. اتم "محكم، منسجم، سخت، غير قابل نفوذ" است.

بدين معني، اتم يك چيز محكم ايده اليزه شده است، يك جسم فوق العاده فشرده است. خصوصيت اساسي اتم، تقسيم ناپذيري آنست. هيچ "فضاي بازي" درون اتم وجود ندارد. "نه آب ميتواند به درونش نفوذ كند و نه سوزن ميتواند درونش فرو شود." با اين وجود، "استحكام" بدون "تهي بودن"، "چيزي بودن" بدون "چيزي نبودن" وجود ندارد. اشياء خالي نيستند؛ هر تهي بودني از بيرون بر اشياء احاطه دارد.

در زندگي عادي ما شاهد پديده هاي گوناگون هستيم: ستارگان، كوه ها، خانه ها، خاك و شن … همه اينها جسم هستند. اما اينها قادر به پر كردن كل فضا نيستند. آنچه فضاي بين ستارگان پراكنده و پخش شده را پر مي كند خلاء است. بين بيشه ها زمينهاي خالي وجود دارد. حتي درون يك دانه شن فضاي خالي وجود دارد. اگر اجسام موجودند پس بايد تهي بودن هم موجود باشد. به همين خاطر بود كه دموكريتوس بهنگام ارائه تئوري اتمها گفت درجهان "فقط اتمها و تهي ها واقعي هستند." تهي يك مكمل ضروري جسم است.

اين نشان مي دهد كه دنياي مادي همواره وحدت بين انقطاع و تداوم است. اگر ماده را بعنوان اجسام مطلقا جداگانه در نظر بگيريم آنوقت ضرورتا درك وارونه اي از تداوم ماده از دل فضاي تهي بدست مي آوريم. تخالف استحكام و تهي بودن، تخالف بين چيز واقعي و چيز خالي است. يعني بين "آنچه هست" و "آنچه نيست". اين نخستين "تقسيم يك به دو" در پروسه شناخت بشر از دنياي مادي است.اما چگونه استحكام و تهي بودن، يا "آنچه هست" و "آنچه نيست" با يكديگر متحد مي شوند؟

كداميك اساسي است.

"لائودان" چنين پاسخ داد كه "هر چيز در جهان از "آنچه هست" بر مي خيزد و "آنچه هست" از "آنچه نيست" بر مي خيزد." (فصل 40 از كتاب لائوتسي) بر مبناي اين حرف نبود اساسي است. و جسم حالت منتج شده دارد. اين مونيسم ايده آليستي است. "في وي" از سلسله جين (420 ـ 265 بعد از ميلاد مسيح) در ضديت با گفته بالا و "در دفاع از آنچه هست" چنين نوشت كه همه چيز در دنيا بايد از "آنچه هست" برخيزد و نمي تواند از "آنچه نيست" منتج شود. اين مونيسم ماترياليستي است. نيوتن در تحليل نهائي يكي از طرفداران "آنچه هست" بود. او اتم را بعنوان نماينده كلي اجسام در نظر مي گرفت و از آن براي ترسيم يك تصوير كلي از طبيعت كه در آن، ماده بطور خالص مقوله اي جداگانه بوده و تداوم كاملا به تهي بودن مطلق ربط داده شده، استفاده مي كرد.

وحدت بين جداگانه بودن و تداوم در ساختار دروني ماده توسط نيوتن بعنوان تضاد بين ماده و عدم وجود توصيف شد. از يكطرف يك شئي مطلقا جامد وجود دارد و از طرفي ديگر يك چيز تهي كه مطلقا هيچ چيز نيست. دنيا بين ايندو نيمه غير مرتبط دافع يكديگر تقسيم شده است. نيوتن نمي توانست اين جوانب متضاد را با هم متحد كند. بالاخره او تهي بودن را چيزي عالي تر از ماده در نظر گرفت و از طرفداري "آنچه هست" به "پرستش آنچه نيست" چرخيد. چگونه فضاي مطلق نيوتن مي تواند "مطلق" باشد؟ اولا يك قدرت جاذبه متقابل بين اجرام آسماني وجود دارد. ثانيا اجرام آسماني به خلاء گسترده نور ساطع مي كند. اين دو پديده نيز مي بايد نشانگر انواع معيني از تداوم ماده باشند.

نيوتن در مواجهه با اين واقعيت براي حفظ فضاي مطلق خود فقط مي توانست توضيح مصنوعي زير را ارائه دهد: قدرت جاذبه بين اجرام آسماني نوعي از "عمل از راه دور" است كه نيروي خود را بر فضائي كه كماكان خالي است اعمال مي كند. شعاع نور نوعي از ذرات جاري است كه توسط اجرام آسماني پراكنده شده و به فضاي تهي بي پايان پرتاب گشته است. موفقيت مكانيك نيوتوني در توضيح حركت مكانيكي موقتا متزلزل بودن استدالالش بر سر ايندو مسئله را پوشاند.اما در اين دنيا اين به اصطلاح تهي بودن مطلق كجاست؟ آيا هوا كل فضاي نزديك كره ارض را پر نكرده است.

بنابريان بشر همچنان تصور مي كرد كه در فضاي گسترده كائنات احتمالا نوعي از ماده ادامه دار در هر كجا وجود دارد. (اتر يا هوا). گفته مي شد كه كائنات، اقيانوس مداومي از اتر است كه يك "طبيعت متشكل از هوا است" مي باشد. بقول "ژانگ زي" : "كائنات خالي نمي تواند بدون هوا باشد." بعدها دكارت در فرانسه و "حوي ژنس" در هلند مطرح كردند كه همه فضاي كائنات با ذرات اتر پر شده است و اين ذرات به يكديگر پيوسته و يك واسط ادامه دار را شكل داده اند. ذرات يك ديگر را مي فشرند و پديده اي سيال را تشكيل مي دهند. و همين سيالهاست كه ماه را به چرخش گرد زمين و زمين را به چرخش گرد خورشيد مي راند. نور هم از امواج اتر تشكيل شده كه منتج از لرزش اجسام هستند. درست همانطور كه وزش باد "بر روي يك بركه موج ايجاد مي كند."

تا قرن نوزدهم، فاكتهاي تجربي بيش از پيش نشانگر خصلت حركت موجي نور بود. نور درست مثل يك موج آب است و ميتواند گرداگرد موانع به پيش رود. تئوري حركت موجي نور به يك پيروزي تعيين كننده دست يافت. اتر جايگزين تهي شد. تخالف جسم و تهي (خلاء) بر تخالف جسم و اتر راه گشود. بدين ترتيب جهان مادي تقسيم ميشود، هرچند حلقه هاي ناگسستني همچنان وجود دارند.

تضاد بين جداگانه بودن و تداوم در ساختار ماده، خود را بعنوان تخالف دو نوع متفاوت از اشكال مادي بروز ميداد و البته اين در مقايسه با تهي بودن مطلق مرموز يك پيشرفت بزرگ بود.در قرن نوزدهم، شناخت انسان از اشكال ادامه دار ماده بواسطه تحقيقاتي كه در مورد پديده الكترومغناطيس انجام شد، پيشرفت كرد. براي مثال، بر اثر عبور جريان برق از سيمي كه دور يك سوزن مغناطيسي پيچيده شده، سوزن در جهت عمود بر سطح سيم چرخش ميكند. اين چه نيروئي است كه باعث چرخش سوزن مغناطيسي ميشود؟ نيروهاي نيوتوني فقط ميتوانند در راستاي خط مستقيمي كه دو جسم را بهم مرتبط ميكند عمل كنند.

بوضوح اين "نيرو" از نوع ديگري است و خصوصياتي كاملا متفاوت دارد. يعني نيروي الكترومغناطيسي كه كاملا با نيروي مكانيكي فرق دارد. اين نيرو در نزديكي قطبهاي مغناطيسي و جريان الكتريكي فعال است. "فاراده" براي تشريح تاثير نيروي الكترومغناطيس به ارائه "خطوط نيروي مغناطيسي" و "خطوط نيروي الكتريكي" بسيار پرداخت كه تقليدي از شيوه موجود در علم مكانيك مايعات يعني استفاده از "خطوط موجي" براي تشريح حركت مايعات بود. سوزنهاي مغناطيسي يا جريانات الكتريكي توسط يك نيرو بر راستاي خطوط نيروي مغناطيسي و خطوط نيروي الكتريكي عمل ميكنند. هر چه "خطوط" كلفت تر باشند، "نيرو" قويتر است. بدين ترتيب، بر مبناي شكلبندي خطوط نيروي مغناطيسي و الكتريكي ميتوان شكل حركت الكترومغناطيسي اجسام را ترسيم نمود.

بدين طريق، با انباشت خطوط بصورت سطوح و انباشت سطوح بصورت احجام، يك "حوزه" (ميدان) ساخته شد. حوزه هاي الكتريكي و حوزه هاي مغناطيسي متقابلا به يكديگر تبديل ميشوند، بنابراين يك ميدان الكترومغناطيسي شكل ميگيرد. در گذشته استفاده از جريان يابي اتر براي توضيح حركت امواج نور خيلي مصنوعي بود. حال ديگر خيلي سر راست تر بود كه ميدان هاي الكترومغناطيسي بعنوان نوعي واسط كه فضا را پر ميكند در نظر گرفته شوند، بدين شكل كه تاثير الكترومغناطيسي را انتشار ميدهند. بنابراين، ميدان از اينجا تكوين يافت و بجاي اتر نشست و به نماينده سراسري شكل ادامه دار ماده تبديل شد.اما بار ديگر همان سئوال قديمي مطرح شد: چگونه اين دو نوع شكل مادي متحدند؟


ادامه دارد ...

اعماق ماده

بخش سوم

برخي افراد تصور ميكردند كه اجسام ـ ذرات همانند آجر و سنگ هستند و حوزه ها مانند سيمان. و كائنات از چسبيدن اين دو به يكديگر ساخته شده است. بدين طريق، جداگانه بودن (انقطاع) در اجسام تبارز مي يافت و تداوم در حوزه ها، اما اين دو اساسا و مطلقا جدا و بي ارتباط با هم باقي مي ماندند. وحدت بين جدائي و تداوم ساختار مادي بعنوان يك پيوند خارجي ميان دو شكل كاملا متفاوت از اشكال مادي باقي مي ماند. اين كماكان دواليسم در برخورد به مسئله ساختار مادي است. اين تعبير، "اينشتين" را قانع نكرد. او كوشيد از ميدان، از اين نوع شكل مادي، براي وحدت بخشيدن به دنيا استفاده كند. او يك "ميدان وحدت يافته" ساخت كه همه چيز را در بر ميگرفت و يك "تصوير جهاني ميدان" را ترسيم ميكرد.

اين در مقايسه با تصوير جهاني اتمها كه توسط نيوتون مطرح شده بود، جنبه تداوم ماده را منعكس ميكرد. اما ميدان نيز نميتواند حد كمال شناخت بشر از ساختار مادي باشد. "ميدان وحدت يافته" انيشتين نه فقط بيرحمانه ميخواهد اجسام را در ميدان منحل كند، اجسام ـ ذرات را به "اجزائي از ميدان" تقليل دهد، بلكه بيرحمانه ميخواهد همه چيز را "متحد كند." بدين طريق، ميدان به چيزي شبيه آتش، آب يا هواي انسان باستان تبديل ميشود. يعني بار ديگر پديده اي بعنوان سرمنشاء مطلقا تقسيم ناپذير همه چيز ارائه ميشود.

هنگاميكه اين ميدان وحدت يافته را تشخيص داديد، ديگر ميتوانيد همه چيز از كائنات گرفته تا ذرات را بفهميد و به حقيقت نهائي دست يابيد. بدين ترتيب، اينشتين نيز به بيراهه اي گام نهاد كه نيوتون با تئوري خود در باب اتم بدان كشيده شده بود.

در چند ساله پاياني قرن نوزدهم، دروازه اتم گشوده شد. انسان عميقا در مورد اسرار اتم تحقيق كرد. روشن شد كه اتم يك نوع شيئي مطلق نيست، درون آن نيز ذرات و ميدانها وجود دارند، يك دنياي ديگر. انسان نخست الكترون را يافت. اين نخستين جايگاه دنياي اتمي بود كه انسان شناخت. بعدا كشف شد كه در مركز اتم يك هسته سخت وجود دارد كه شامل بيش از 59ر99 درصد از جرم اتم است اما فقط چند كوادريليون حجم اتمي را در برميگيرد. اين هسته اتم است. هسته اتم حامل بار مثبت است و الكترون حامل بار منفي. بين اينها يك ميدان الكتريكي موجود است كه اين دو را بهم پيوند ميدهد.

افراد بر اين مبنا يك سيستم سيارات را در مورد اتم ارائه دادند. هسته اتم نظير خورشيد است، و الكترونها مانند سيارات كه هسته را در مسير مدارهاي معين از طريق عمل ميدان الكترومغناطيس دور ميزنند. درست مثل سيارات كه خورشيد را از طريق عمل ميدان جاذبه دور ميزنند. "يك غبار، يك دنيا"، يك اتم بسيار كوچك در يك منظومه شمسي كوچك. بعدها اين نيز كشف شد كه هسته اتم هم چيزي مطلقا جداگانه و تقسيم ناپذير نيست. درون هسته اتم، نوترون ها و پروتونها وجود دارند كه توسط نيروي قدرتمند (عمل متقابل ميدان "مزون" ) محكم به يكديگر پيوسته اند.چگونه ممكنست اجسام مطلق (مطلقا يكپارچه) وجود داشته باشند؟ درون اجسام "يكپارچه"، باز هم اجسام و ميدان هاي بيشتري وجود دارند.

درون ساختار مادي، اجسام و ميدانها بهم مرتبطند، در هم تداخل ميكنند، در هم منتشر ميشوند و بهم وابسته اند. براي نمونه اتم هيدروژن را در نظر بگيريم. قطر آن حدودا 10 سانتيمتر به قوه 8 - است. اما قطر هسته آن فقط 10 سانتيمتر به قوه 13 - است. يعني 100 هزار بار كوچكتر. يعني اجسام يك اتم بروي هم (هسته اتمي و الكترون) فقط يك هزار تريليونيم كل حجم آن را شامل ميشود. بقيه اين حجم گسترده تماما ميدان الكترومغناطيسي و ميدان جاذبه است. براي تشبيه، اگر يك اتم هيدروژن را به اندازه يك سالن بزرگ كنيم، هسته اتم مثل يك دانه كنجد در وسط سالن خواهد بود و الكترون مثل يك ذره غبار كه بموازات ديوار در هوا ميچرخد. چگونه چنين اتمي ميتواند "يكپارچه" باشد؟

پروتون و نوترون درون هسته نيز فقط يك چند دهم كل حجم هسته را شامل ميشوند و بقيه را ميدان الكترومغناطيسي، ميدان جاذبه و ميدان مزون پر كرده است. چگونه اين را ميتوان يك جسم (محكم) به حساب آورد؟ و اين موجذره هاي بسيار درون اتم نيز خود به دو گروه تقسيم ميشوند: "هادرون" ها (گروه سنگين) و "لپتون" ها (گروه سبك). اينها حكم آجر و سنگ را دارند. بعلاوه ميدان هاي مزون و ميدانهاي فوتون هم هستند كه نقش سيمان را بازي ميكنند.

تخالف جداگانه بودن (انقطاع) و تداوم عميقا در داخل اتم نفوذ دارد. انگلس ميگويد: "ديالكتيك هيچگونه خطوط سخت و سريع، هيچ چيز غيرمشروط، هيچ "يا اين، يا آن" عموما معتبر را نمي شناسد." (ديالكتيك طبيعت) ذرات و ميدان ها از هم متفاوت و بهم مرتبطند. در اينجا تداوم درون انقطاع وجود دارد. يك جسم (يكپارچه)، "يكپارچه" نيست. مهم نيست كه آجرها چقدر سخت باشند. حتي درون يك قطعه آهن هم فضاي خالي وجود دارد. بعلاوه، انقطاع نيز درون تداوم وجود دارد. درون سيمان نيز ذرات موجودند. (مقولات) ذره و ميدان فقط اسامي عامي است كه منطبق بر سطح معيني از تكامل علم بوده و محصول مرحله معيني از شناخت انسان از ساختار مادي است. تكامل علم در حال نفوذ به رده هاي عميقتر اشكال مادي است. اين تكامل بيش از پيش روشن ميكند كه آنها ( "يا اين، يا آن" نبوده، بلكه) "هر دو" هستند و خطوط سخت و سريع در كار نيست.

ماجراهاي عرصه كوچك : رفتار عجيب موجذره

ذرات و امواج

تكامل بيشتر علوم نشان ميدهد كه ساكنان دنياي اتمي ـ موجذرات ـ خود هم جداگانه (مشخص) اند و هم ادامه دار. "اشياء فقط در حركت است كه چگونگي خود را آشكار ميسازند." (نامه انگلس به ماركس، 30 مه 1873) و موجذرات دقيقا در حركت است كه خود را هم بمثابه ذرات بنمايش ميگذارند و هم بمثابه امواج.

نور چيست؟ بشر در قرن نوزدهم فكر ميكرد كه نور فقط يك موج الكترومغناطيسي است. اما برخي آزمايشات در اواخر قرن 19 نشان داد كه انرژي امواج الكترومغناطيسي نه بشكل مداوم، بلكه بشكل پرشي (يعني يكي يكي) تشعشع مي يابد. درست همانطور كه هنگام خريد اجناس و پرداخت پول، سكه اي وجود دارد كه كوچكترين واحد محسوب ميشود و ديگر قابل تقسيم نيست، بهنگام تشعشع يا جذب انرژي توسط پديده ها نيز كوچكترين واحد انرژي موجودست كه ديگر قابل تقسيم نيست. اين واحد را يك "كوانتوم انرژي" يا فقط "كوانتوم" مي نامند. كميت انرژي، مشخص است. معنايش اينست كه جسم در حال حركت (در برگيرنده انرژي) نيز يك ذره مشخص است كه يك "فوتون" خوانده ميشود.

نور نه فقط بمثابه موج، كه بمنزله ذره هم وجود دارد. از طرف ديگر، بعدا كشف شد كه ذرات نيز داراي موج (ويژگيها) هستند. امواج الكترون، امواج نوترون، امواج فوتون وجود دارند. ذرات فقط مثل "كوه يخ و قطرات باران" نبوده بلكه نظير "ابر متحرك و آب جاري" نيز هستند. يك شعاع الكتروني، نظير يك شعاع نوري، هنگام عبور از يك سوراخ كوچك، يك ميدان انكسار موج وار نيز ايجاد ميكند. مضافا اين امر نشان ميدهد كه الكترون نه فقط يك ذره، بلكه يك موج هم هست. خلاصه آنكه موجذرات، خواه الكترونها و خواه فوتونها، يا بقولي آجر يا سيمان، همگي شبيه "هنرپيشه اي هستند كه دو نقش ايفاء ميكند." همگي آنها هم جداگانه اند و هم ادامه دار، و هر دو هم بمثابه ذره موجوديت دارند و هم موج. واقعا اينطور است كه: "درون ذره، موج است و درون موج، ذره."

با اين وجود، كار علم صرفا تشخيص دوگانه بودن اشياء ريز (ميكرو) بمثابه موج و ذره نيست. علم بايد اين امر را "مورد بررسي قرار دهد كه اضداد چگونه ميتوانند وجود داشته باشند و چگونه مشخص (ويژه) هستند (چگونه به چيزي ويژه تبديل ميشوند) " (لنين، يادداشتهاي فلسفي، جلد 38 مجموعه آثار) و بررسي كند كه اين دوگانگي چگونه در ساختار مشخص اشياء ريز "جاي ميگيرد."

اين كار دشواري است. اگر امواج، لرزه هاي ميداني بوده و ذرات، توده "گلوله" هائي است كه مستقيما از يك پديده شليك شده، چگونه اين دو ميتوانند متحد باشند؟ برخي گفتند كه در تحليل نهائي، يك موج وجود دارد. امواج گوناگون متعدد با هم تداخل ميكنند، يك تاج موج با تاجي ديگر منطبق ميشود و يكديگر را تقويت ميكنند. اگر تاج هاي متعدد امواج در يك نقطه تمركز يابند، يك "بسته موجي" را تشكيل داده و به يك ذره تبديل ميشوند. اما اين بسته موجي بسيار بي ثبات بوده و خيلي ساده از ميان ميرود و نميتواند خصلت ذره اي خود را حفظ كند. برخي افراد هم ميگفتند كه در تحليل نهائي يك ذره وجود دارد. ذرات در پروسه حركت بالا و پايين ميروند. يكي ديگري را ميكشد و لرزه ها را شكل ميدهد، و لرزه ها بشكل موج انتشار مي يابند.

اين درست مثل سفر در كوه و كمر است. اتوموبيل در مسيري موج وار حركت ميكند. اين در واقع همان ديدگاه قديمي مكتب كلاسيك در باب ذرات است. اين ديدگاه نميتواند سئوال قديمي انكسار و تداخل نور را حل كند. مكتب كپنهاك به رهبري "بوهر" يك توضيح جديد از دوگانگي اشياء ريز بمثابه هم ذره و هم موج ارائه داد. به عقيده آنها يك جسم ريز بمثابه يك چيز جداگانه، يك ذره است. اما وقتيكه بطور پياپي تحت شرايط مشابهي ظاهر شود، در بعضي نقاط بيشتر و در بعضي نقاط كمتر بنظر مي آيد. غلظت آن در نقاط گوناگون به شكل متفاوتي توزيع ميشود، قله ها و دره ها را در جاهاي مختلف شكل ميدهد، و درست مثل يك موج است. اين را يك "موج احتمالي" مي نامند.

اگر ما الكترونها را دانه دانه از يك سوراخ ريز عبور دهيم و بر يك صفحه تصويرشان كنيم، در ابتدا فقط ميتوانيم آنها را يكي پس از ديگري به صورت نقاط پراكنده ببينيم. الكترونها به اينجا و آنجا اصابت ميكنند، و خود را بسيار "آزاد" جلوه ميدهند. اما وقتي تعداد كل الكترونهائي كه از سوراخ ريز ميگذرند را بسيار زياد كنيم، حلقه هاي متحدالمركز متناوبا سايه روشن ظاهر ميشوند. نواحي تاريك نشانگر نقاطي است كه الكترونهاي كمتري اصابت كرده، و نواحي روشن نشانه اصابت الكترونهاي بيشتر است. تا جائي كه به يك الكترون جداگانه مربوط ميشود، معين نيست كه چه مسيري را در پيش ميگيرد و به كجا اصابت ميكند. ما فقط ميتوانيم از احتمال اصابت آن به يك نقطه معين صحبت كنيم. در كل ناحيه اي كه الكترون ميتواند به آنجا اصابت كند، يك توزيع احتمالات ادامه دار عادي شكل گرفته است، يعني يك "ميدان احتمالات".

بنابراين، وحدت بين خصلت ذره اي و موجي يك الكترون در واقع در وحدت بين خصلت ذره اي آن و توزيع احتمالاتي كه در حركت بنمايش ميگذارد نهفته است. موج الكتروني با موج نوري (فوتون) فرق ميكند. اين نوع ويژه ديگري از موج است، يعني "موجي" كه توسط احتمالات ذره اي كه در نقاط مختلف حركت ميكند شكل گرفته است. بر مبناي اين توضيح: درون يك اتم، همانند حلقه هاي يك الكترون حول هسته اتم، نميتواند يك مدار و جايگاه دقيق وجود داشته باشد. الكترون ميتواند اينجا باشد و نباشد. اصل مسئله فقط اينست كه الكترون درون يك "ابر الكتروني" جاي گرفته و هيچ راهي براي مشخص كردن محل دقيق آن وجود ندارد. امواج احتمالات نشان ميدهد كه بين ذرات جداگانه همچنان ارتباطاتي موجود است. اينها نشانگر تداوم بين ذرات از طريق امواج احتمالات است. اين بازتاب تضاد موجذرات است كه هم جداگانه اند و هم ادامه دار. بنظر مي آيد كه جداگانه و ادامه دارند، و نه جداگانه اند و نه ادامه دار. اين شامل جداگانه بودن درون تداوم و تداوم درون جداگانه بودن است.

چرا چنين تضادي در كار است؟ اين را فقط از طريق ساختار دروني موجذرات ميتوان توضيح داد. زيرا كماكان سطوح ساختاري عميقتري زير موجذرات وجود دارند كه خود ميتوانند باز هم تقسيم شوند. با اين وجود، به اعتقاد مكتب كپنهاگ اين نوع ارتباط، "انتخابي آزادانه" بر مبناي اراده آزادانه خويش بوده و هيچگونه تصادفي در كار نيست. الكترونها هيچ ردي از رفت و آمد بر جاي نميگذارند، بلكه فقط بر "صفحه نوراني" با هم ظاهر ميشوند. و تا آنجا كه به علت اصابت يك الكترون با يك نقطه خاص بر صفحه نوراني مربوط ميشود، هيچگونه نشانه اي وجود ندارد كه بتوانيم آن را رديابي كنيم، هيچ شاخصي وجود ندارد كه به ما اجازه پيش بيني بدهد. هيچ پديده ماقبل و مابعدي وجود ندارد كه بتوانيم درباره اش فكر كنيم. آدم فقط ميتواند از انواع مختلف "ابزار" استفاده كند تا موجذرات خود را در برخي آزمايشات بمثابه ذره، و در برخي ديگر بمنزله موج بروز دهند. و اينها دو جنبه دافع يكديگر و مكمل هم هستند كه "تصويري از دنياي مكمل ها" را تشكيل ميدهند.

معنايش اينست كه ماده خود را اينجا بمثابه ذره و آنجا بمثابه موج بروز ميدهد. امروز ذره است و فردا حوزه. هر يك از اين دو جنبه متناوبا برجسته ميشود. يكي بدون ديگري كاري از پيش نميبرد. نيوتون ميگفت كه در دنيا فقط ذرات وجود دارند. اينشتين ميگفت كه در دنيا فقط حوزه ها وجود دارند. مكتب كپنهاگ ميگفت كه نيمي از دنيا از ذره تشكيل شده و نيمي ديگر از حوزه. نيمي منقطع است و نيمي ادامه دار. و اين دو نيمه بسادگي با يكديگر همراه شده اند "دو در يك تركيب شده است" مسئله بي كم و كاست همين است.

چنين نتيجه اي از كجا برميخيزد؟ به گفته "هايزنبرگ": "درست همانگونه كه آرزوي يونانيان بود، ديگر ما تنها جسم اوليه كه واقعا موجوديت دارد را پيدا كرديم." اين جسم، كوانتوم انرژي است يعني "ذره اوليه" كه "كوچكترين واحد غير قابل تقسيم هر ماده اي است." (سئوالات فلسفي مربوط به فيزيك هسته اي، 1948) اين كوانتوم، حد نهائي تحليل را تعيين ميكند. بشر درون اين محدوده ميتواند يك كميت معين را دقيقا اندازه گيري كند. ميتواند به هزار و يك طريق مناسبات گوناگون خارج "كوانتوم" را مورد بررسي قرار دهد، اما بمحض عبور از اين محدوده و ورود به درون كوانتوم، همه چيز نامشخص ميشود.


ادامه دارد ...

اعماق ماده

بخش چهارم

اگر شما بخواهيد محل دقيق ذره را مشخص كنيد، سرعت را نميتوان معين نمود. اگر بخواهيد سرعت را مشخص كنيد، آنگاه مكان نامشخص خواهد شد. خلاصه اينكه، دقيقا به علت غير قابل تقسيم بودن كوانتوم، جسم ريز هم بصورت ذره ظاهر ميشود و هم موج. و ما فقط ميتوانيم آنها را بمثابه ذره يا بمثابه موج توصيف كنيم. اين توصيف نهائي ما از اجسام ريز است. درك ما از دنياي مادي فقط تا اين حد ميتواند جلو برود و بايد همينجا متوقف شود. اگر تقسيم پذيري مطلق ماده را نافي شويد، بناگزير به بيراهه "حقيقت نهائي" مي رويد. چگونه ممكنست برخي چيزها باصطلاح مطلقا غير قابل تقسيم باشند؟

دنياي اتمي، پيچيده و فناناپذير بوده و با تكامل علوم، بشر حتما به جوانب بيشتري از اين دنيا نفوذ خواهد كرد، اشكال و نحوه بروز اجسام ريز را بيشتر درك خواهد كرد. "كوانتوم"، الكترون يا فوتون، هر يك " "نقطه عطفي" در يك سلسله بخش بندي شده لايتناهي هستند. اينها (كل) سلسله را شامل نميشوند، بلكه تفاوتهاي كيفي را مشخص ميكنند." (نامه انگلس به ماركس، 16 ژوئن 1867) اين نقاط عطف، وحدت بين تقسيم پذيري مطلق و تقسيم ناپذيري نسبي هستند. اگر الكترون و فوتون را نتوان تقسيم كرد، شناخت ما به حد نهائي رسيده است. آنگاه چه كاري براي دانشمندان باقي مي ماند؟ "ماده اوليه" در كار نيست. يك موجذره، نوعي "ذره اوليه" نيست و هنوز قابل تقسيم است. موجذره يك صفت مشخصه بسيار مشهور دارد. يعني تحت شرايط معين، فورا تغيير كرده و بي وقفه متحول ميشود.

"در شرايط معين هر جنبه متضاد درون يك پديده به ضد خود تبديل ميشود." (مائوتسه دون، درباره تضاد) تغيير و تبديلات همواره وابسته به تضادهاي دروني است. يك در درون به دو تقسيم ميشود. بدون تضاد دروني بين پروتون و نوترون درون هسته راديوم، ذره آلفا تشعشع نمي يابد و خود را به "رادون" تبديل نميكند.

پديده ها بي علت بوجود نمي آيند. اگر باد وزيدن نگيرد، موج در كار نخواهد بود. اگر تضاد نباشد، هيچ تحولي صورت نخواهد گرفت. اين يك قانون جهانشمول است. بطريقي مشابه، تغيير و تبديلات متقابل موجذرات نشانگر تقسيم پذير بودن آنهاست. موجذرات حاوي تضادهاي دروني هستند.در غرب يك نظريه وجود دارد كه موجذرات را تماما "برابر" ميداند. بدين صورت كه بين موجذرات فقط رابطه متقابل "من به تو وصلم، تو به من وصلي" برقرار است. بدين ترتيب رابطه، عينيت واقعي را به خاك ميسپارد.

طبق اين ديدگاه، نهايتا نه فقط هيچگونه "ساختاري در هر سطح" وجود ندارد، بلكه هيچ "ذره اي" و هيچ چيزي بمثابه "حوزه" هم موجود نيست. و بنابراين مسلم است كه هيچگونه باصطلاح "تضادهاي دروني" موجذرات هم وجود ندارد. اين نظريه فقط از ارتباطات خارجي پديده ها استفاده ميكند تا تضادهاي دروني آنها را منحل نمايد. تصوير سه بعدي و در هم تنيده بناي عمودي (سلسله سطوح مختلف ساختار مادي) و افقي (بخش بندي هر سطح) دنياي مادي در "آئينه مسخره" اين نظريه، بشكلي يك بعدي از بخش بندي افقي در مي آيد و تحريف ميشود. يعني هيچ نشاني از عمق عمودي ندارد.

نظريه ديگري بحث از اين ميكند كه موجذرات فقط "نقاط هندسي" بوده و ساختار دروني ندارند. پس چگونه ميتوانند تغيير و تبديل يابند؟ اين نظريه براي توضيح اين تحولات مجبور است از ذراتي ياد كند كه از هيچ سربلند ميكنند و بي علت ناپديد ميشوند. اما هر چه اشعه يك ذره كوچكتر باشد، انرژي آن بزرگتر است. "نقاط هندسي" بينهايت بايد حامل يك انرژي بزرگ بينهايت باشند. اين نظريه در يك طاس لغزان گريز ناپذير گرفتار مي آيد. تكامل علوم طبيعي، خود مداوما تقسيم پذيري موجذرات را تاييد ميكند.

در دهه 1950، "س. ساكاتا"ي ژاپني اين نظريه را ارائه كرد كه در گروه "هادرون ـ مزون" موجذرات، سه "ذره بنيادين" پايه اي تر وجود دارد كه وحدت اضداد آنها بقيه "هادرون"ها و "مزون"ها را تماما شكل ميدهد. متعاقبا برخي افراد بر پايه مدل "ساكاتا" چنين مطرح كردند كه همه ذرات در گروه "هادرون ـ مزون" از سه "هادرون بنيادين" تشكيل شده اند كه "كوارك" نام گرفتند. در سالهاي اخير، برخي افراد ديگر در ادامه مطرح كردند كه حتي يك نوع واحد "كوارك" كماكان ميتواند "رنگهاي" مختلف يا صفات مشخصه مختلف داشته باشد. و اين نشان ميدهد كه "كوارك ها" بواقع "بنيادين" نبوده بلكه داراي اختلافاتي هستند.

بتازگي يك مدل "ذره جزئي" هم ارائه شده است. برخي افراد بر مبناي نتايج آزمايشاتي كه نشان ميداد الكترونهاي حاوي انرژي بسيار هنگام اصابت به يك پروتون، نه به يك توپ يكدست بلكه به بعضي نقاط جداگانه برخورد ميكنند، به اين نقطه رسيدند كه پروتون احتمالا از "ذرات جزئي" تشكيل شده كه از پروتون هم كوچكترند. در حال حاضر، علم از زواياي گوناگون به دنياي دروني موجذرات ميپردازد. "هايزنبرگ" در مواجهه با واقعيات تكامل علمي، به جستجوي "ذره اوليه"اي پرداخت كه پايه اي تر از موجذره باشد. اين يك پيشرفت بود. اما او كماكان فكر ميكرد كه همه "ذرات پايه اي" اساسا يكسان هستند و تضادي وجود ندارد. او فكر ميكرد كه اين ذرات يك "حوزه ابتدائي" را شكل ميدهند كه دربرگيرنده تمامي حوزه هاي موجذره بوده و حاوي هيچگونه تضادي نيست.

اينست باصطلاح "نظريه حوزه متحد" وي كه قرار است "نظريه اي نهائي" باشد كه كل شناخت بشري از ساختارهاي مادي را به يك ضربت از دور خارج كند. او كوشيد در دنياي كوچك يك حد پايينتر براي كائنات ترسيم كند. درست مثل اينشتين كه كوشيد در دنياي بزرگ، "حوزه متحد" را بمثابه يك حد بالاتر براي كائنات ترسيم نمايد. هر دو كار عبثي است. "هايزنبرگ" فقط يك گام به پيش برداشت، اما بعد دوباره به عقب بازگشت و به منجلاب متافيزيك درغلتيد. مي بينيد اين جهانبيني متافيزيكي چقدر سرسخت است.

موجذرات به چه طريق تقسيم خواهند شد؟ اين نميتواند يك طريق عادي باشد و نميتوان تجربه قديمي را كوركورانه بكاربست. مولكول به اتمها، ميدان جاذبه و ميدان الكترومغناطيسي تقسيم ميشود. اتم به هسته اتمي، ميدان الكترومغناطيسي و الكترون تقسيم ميشود. هسته اتمي به پروتون، نوترون و حوزه هسته اي تقسيم شده است. در هر سطح، همگي اينها شكل جديدي از وحدت بين ذره و حوزه است. همه اينها نقاط عطف جديد هستند و همگي بلحاظ كيفي تفاوت دارند.

موجذرات به چه تقسيم خواهند شد؟ به چه اشكالي؟ ممكنست به شكل جاري وحدت ذرات و حوزه ها تقسيم شوند. همچنين ممكنست كه يك تغيير كيفي بزرگ صورت بگيرد و به يك شكل مادي جداگانه جديد و يك شكل مادي ادامه دار جديد تقسيم شود. اينها ميتوانند چيزهاي جديدي متفاوت از ذرات و حوزه هائي كه تا بحال ميشناسيم باشند. احتمال دارد كه آنها كوچكتر و كوچكتر شوند، اما اين احتمال هم وجود دارد كه به بزرگتر و بزرگتر تقسيم شوند. چيزي كه از موجذرات بيرون كشيده ميشود احتمال دارد "چاقتر شود". يعني بزرگتر از زماني شود كه درون موجذره قرار داشت.

اين ممكنست به تكوين رابطه جديدي ميان جزء و كل بينجامد. چه چيزي ايجاد خواهد شد؟ اين يك سئوال علمي مشخص است. ماده، تنوع لايتناهي دارد، تقسيم مشخص ماده نيز تنوع لايتناهي دارد. ماترياليسم ديالكتيك هرگز براي صدور فرمان به عرصه هاي ديگر پا نميگذارد، در مورد اين سئوال به نتيجه گيري نمي پردازد، خود را جانشين علوم طبيعي نميكند. ما از تقسيم صحبت ميكنيم. يك به دو تقسيم ميشود. اين يعني "تقسيم يك وحدت به اضداد دافع يكديگر." معنايش اينست كه درون هر شكل از ماده، تضادها وجود دارند.

كل تاريخ تكامل علوم طبيعي نشان داده كه: صاف و ساده در دنيا هيچ چيزي بمثابه "ماده اوليه"اي كه حاوي تضادها نيست، وجود ندارد. هرگاه پديده نويني ظاهر شده بود، بعنوان "ماده اوليه" تصوير گشت. در مورد عنصر چنين بود، در مورد اتم چنين بود. ميدان جاذبه و ميدان الكترومغناطيسي چنين بودند. موجذره نيز چنين است. اما اين زياد طول نميكشد. "تا بحال فكر ميكرديم ما به چنان موضعي ارتقاء يافته ايم كه هزار كيلومتر جلوتر است. اما معلوم شد كه فقط يك طبقه بالا رفته ايم." پديده هائي اوليه تر از "اوليه" مداوما ظاهر شده اند. اگر موجذره "ذره اوليه" است، اگر كوچكترين چيز ممكنست، ديگر چه كاري براي دانشمندان باقي مي ماند؟ب قول لنين: "الكترون همانقدر فناناپذير است كه اتم." (ماترياليسم و امپيريو كريتيسيسم) اين حقيقتي بسيار عميق است. علوم طبيعي هميشه تعميق مي يابد. هميشه پديده هاي نوين بطور بي پايان ظاهر شده اند. تكامل علوم بي وقفه موجوديت "ماده اوليه" را نفي كرده است.

"دنياي بزرگ" هيچ مرزي ندارد. "دنياي كوچك" نيز هيچ مرزي ندارد و حقيقتا يك "سوراخ بي انتها" است. اين واقعيت تاريخي چند هزار سال تكامل علوم طبيعي است. اين واقعيت تاريخي حائز اهميت بسيار است. اين دو ديدگاه متضاد درباره ساختار مادي، كه مبارزه بين دو جهانبيني بر سر مسئله ساختار مادي است، نيازمند مطالعه و بررسي از جانب ماست.

كوارك چيست ؟

مدت زيادي اين طور تصور مي شد كه پروتونها و نو ترونها ذرات بنيادي هستند وبنابراين گمان مي رفت مثل تقسيم الكترون ديگرقابل تقسيم نبوده و داراي يك ساختار داخلي نيستند امروزه مي دانيم كه نو كلئونها يا به عبارت ديگر پروتونها و نو ترونها خود از ذرات كوچكتري ساخته شده اند كه كوارك ناميده مي شوند.

تا به حال 6نوع كوارك متفاوت شناسايي شده اند با اين همه فقط دو نوع آنها در تشكيل مواد پايدار معمولي نقش مهمي دارند كه عبارت از كوارك u و كوارك D هستند U علامت اختصاري براي بالا (UP) و D علامت اختصاري براي پايين (down) مي باشد .

اگر روابط ونسبتها در اتمها كه در مقايسه با كواركها بزرگ هستند مهم و چشمگير است اين روابط در كواركها ي كوچك مسلماً مهمتر هستند مثلا كواركها هيچ گاه به تنهايي نقشي را به عهده ندارند بلكه هميشه در گروههاي 2و 3تايي هستند ذراتي كه از 2كوارك تشكيل مي شوند مزون نام دارند ذراتي را كه از 3كوارك دارند بار يون مي نامند كواركها دركنار بار الكتريي اي كه دارند خاصيت مرموز ديگري نيز دارا مي باشند كه رنگ خوانده مي شود كوراكها از ين جهت به قرمز سبز و آبي طبقه بندي مي شود البته از اين طبقه بندي بايد رنگهاي حقيقي را تصور كرد بلكه منظور نوع با ر الكتريكي آنهاست . بنابراين ذرات آزاد معلق درطبيعت بايد هميشه داراي رنگ خنثي و به عبارت ديگر سفيد باشند به شرخ زير اين نتيجه حاصل ي شوديك كوارك قرمز يك كوارك سبر ويك كوارك آبي يك گروه سه تايي مثلا يك پروتون مي سازد.

همان طور كه تركيب رنگهاي رنگين كمان رنگ سفيد را به وجود مي آورد ازتركيب رنگهاي سه گانه كوارك نيز سفيد به دست مي آيد به اين ترتيب يك ذره سفيد مجاز و پايدار تشكيل مي شود. امكان ديگر اين است كه يك كوارك قرمز با يك ضد كوارك كه رنگ ضد قرمز دارد يك زوج بسازند قرمز و ضد قرمز همديگر را خنثي كرده رنگي خنثي را به وجود مي آورند به هرحال چون اين گروههاي دوتايي (مزونها ) از ماده و پادماده ايجاد شده اندخيلي سر يع فور مي پاشند به اين جهت مزونها پايدار نيستند .

كواركها نوكلئونها را ميسازند وآنها به يكديگر متصل شده هسته اتمها را به وجود مي آروند . هسته هاو الكترونها دراتحاد با يكديگر اتمها را ايجاد مي كنند و اتمها نيز با پيوستن به يكديگر مولكولها ي كوچك و بزرگ از قبيل مولكولهاي آب يا سفيده تخم مرغ را مي سازد.

ميلياردها مولكول سلولهاي بدن ما را به وجودمي آورند و هرانسان در بدن خود ميلياردها سلول دارد اما با تمام تقاوتهايي كه انسانها ،جانوران ،گياهان سياره ها و يا ستارگان با يكديگر دارند باز هم تمام آنها فقط اط 3ذره زير بنايي ساخته شده اند كه عبارتند از كوراكها U كواركهاي D و الكترونها .

آيا كوارك ها را مي توان مشاهده كرد؟ روشن است كه كوارك ها را نمي توان مشاهده كرد بلكه مي وشد وجود أنها را مثل هسته اتمها از طريق آزمايشهاي فراوان پيچيده اثبات نمود براي اين كار مثل آنچه كه رادرفورد 75 سال پيش براي شناسايي هسته اتم انچام داد عمل مي شود و پرو تونها يا الكترونها ي بسيار پر شتاب مورد اصابت قرار مي گيردند بيشتر الكترونها در اين آزمايش به ندرت تغيير مسير مي دهند ولي تعدادي از 'آنها كاملا از مدار خود خارج مي شوند درست مثل اينكه به گلوله هاي سخت وكوچكي در داخل پرو تونها برخورد كنند اين گلوله هاي بسيار كوچك همان كوا رك ها هستند كه در جستجويشان بوده ايم يك بررسي دقيق نشان داده كه پرو تون در مجموع از سه سنگ بناي اوليه اين چنين تشكيل شده است .

منبع : physicsir.com