فیزیک نوین |مقالات|

[Mohammad Hosseyn]

يكي از مباحث جالب و در عين حال جنجالي در سالهاي اخير شتاب جهان مي باشد. كه هنوز فيزيكدانان نتوانسته اند علت و نحوه ي آن را توضيح دهند، در حاليكه نظريه ي سي. پي. اچ. بخوبي مي تواند آن را توضيح و علت آن را بيان كند

قبل از هر چيز اجازه دهيد انبساط و شتاب جهان را توضيح دهم. هنگامي كه نيوتن قانون گرانش عمومي را كشف كرد، اين سئوال پيش آمد كه اگر همه ي اجسام يكديگر را جذب مي كنند، پس چرا جهان در هم فرو نمي ريزد؟ به عبارت ديگر همه ي اجسام بايد يكديگر را جذب كرده و تمام جهان يكپارچه باشد، در حاليكه چنين نيست. زيرا گرانش يك نيروي جاذبه است و هيگاه به حالت دافعه ديده نمي شود تا بتواند مانع از فرو ريختن جهان شود. از آن زمان تاكنون نيروهاي دافعه مورد بحث بوده و هست كه آن را به انگليسي Repulsive Force مي نامند. پاسخ نيوتن به اين سئوال اين بود كه اگر جهان نامحدود باشد و از هر طرف امتداد داشته باشد، آنگاه حهان داراي مركز نيست كه درهم فرو بريزد. اما اين پاسخ نيز با يك اشكال اساسي مواجه شد. اگر جهان نامحدود باشد در اين صورت چون همه ي اجسام به يكديگر نيرو وارد مي كنند، بنابراين نيروي وارد به هر حسمي بايد بينهايت باشد كه با مشاهدات سازگار نيست. از آن زمان بحث در مورد اينكه جهان نامحدود است يا محدود همواره يكي از سئوالات مورد توجه بوده و هست .

بعد از آنكه اينشتين نظريه نسبيت را مطرح كرد، باز بحث محدود يا نامحدود بودن جهان بطور جدي مطرح شد. اينشتين تلاش كرد ساختمان جهان را از نقطه نظر نسبيت عام توضيح دهد. بر اين اساس ديدگاه جهان شناختي نسبيت عام را بر مبناي دو اصل زير مطرح كرد .

ماده داراي چگالي متوسطي در فضاست كه در همه جا يكي است و صفر هم نيست .

بزرگي شعاع فضا به زمان بستگي ندارد

اين دو فرضيه مطابق نظريه نسبيت عام ، تنها در صورتي با هم سازگار بودند كه جمله اي فرضي به معادلات ميدان افزوده مي شد، جمله اي كه خود نظريه آن را ايجاب نمي كرد و از ديدگاه نظري هم طبيعي نبود كه آنرا جمله ي " كيهان شناختي معادلات ميدان" مي نامند .

اينشتين در آن زمان تصور مي كرد كه جمله ي دوم احتناب ناپذير است، زيرا اگر از آن صرف نظر كند گرفتار نظريه پردازيهاي بي نتيجه اي خواهد شد .

در همان زمان فريدمان رياضيدان روسي متوجه شد كه اگر از فرضيه دوم صرف نظر شود مي توان فرضيه اول را حفظ كرد بي آنكه در معادلات ميدان به جمله ي كيهان شناختي نيازي باشد. به اين معني كه معادلات اوليه ي ميدان داراي جوابي هستند كه در آن شعاع جهان به زمان بستگي دارد، يعني فضا در حال انبساط است .

اينشتين طي مقاله اي نظر فريدمان را به شدت رد كرد. اما يك هفته بعد متوجه اشتباه خود شد و نظر فريدمان را پذيرفت .

چند سال بعد، هابل با پژوهش هاي كهيشاني نشان داد كه خطوط طيفي گسيل شده به سمت سرخ از خود نشان مي دهند، يعني اين كهكشانها در حال دور شدن از يكديگر هستند. مانند بادكنكي كه روي آن نقاط رنگي وجود داشته باشد و آن را باد كنيد، اين نقاط در حال دور شدن از يكديگر خواهند بود، به اين ترتيب پذيرفته شد كه جهان در حال انبساط است .

پژوهش هاي انجام شده در سالهاي اخير نشان مي دهد كه جهان علاوه بر آنكه در حال انبساط است، اين انبساط داراي شتاب نيز مي باشد. يعني ضمن آنكه كهكشانها در حال دور شدن از يكديگر هستند، علاوه بر سرعت داراي شتاب نيز مي باشد .

هنگاميكه بحث انبساط جهان مطرح شد، براي توجيه آن بايد يك نظريه منطقي و جديد ارائه مي شد تا بتواند انبساط جهان را توجيه كند.

اين نظريه بايد توضيح مي داد كه انبساط جهان از كجا و چه زماني آغاز شده است؟

براي توجيه انبساط جهان نظريه بيگ بنگ مطرح شد كه طبق آن جهان از انفجار يك توده ي فوق العاده متراكم و با حجم ناچيز آغاز شده است .

پس از آنكه شتاب جهان مطرح شد، بايد يك دليل منطقي براي توجيه آن ارائه مي شد. همچنانكه مي دانيد طبق قوانين فيزيك شتاب ناشي از اعمال نيرو يا انتقال انرژي صورت مي گيرد. بنابراين بايد نيرويي به جهان اعمال شود يا انرژي وجود داشته باشد تا بتواند شتاب جهان را توجيه كند. براين اساس بحث انرژي تاريك يا Dark Energy مطرح شد كه هنوز منشا و علت آن ناشناخته است. البته در اين زمينه نظريه هاي گوناگوني مطرح شده است، اما هيچ كدام نتوانسته پاسخ قانع كننده به آن بدهد .

نظريه ي سي. پي. اچ. و انرژي تاريك

CPH Theory and Dark Energy

طبق نظريه سي. پي. اچ. همه ي ذرات موجود در جهان از سي. پي. اچ. تشكيل شده اند و سي. پي. اچ. همواره با مقدار سرعت ثابت حركت مي كنند و هنگاميكه يكديگر را جذب مي كنند مقداري از اين سرعت ثابت به حركت دوراني تبديل مي شود كه آن را اسپين مي نامند به طوريكه

gradVc=0 and summation velocity and Spin is constant

طبق نظريه سي. پي. اچ. پس از بيگ بنگ سي. پي. اج. ها به همه ي اطراف جهان پراكنده شدند كه با سرعت ثابت

Vc, Vc>c

به حركت خود ادامه مي دادند. بتدريج سي. پي. اچ. ها يكديگر را جدب كردند و به انرژِي تبديل شدند و انرژي نيز به ماده و پاد ماده تبديل شد. بتدريج غبارهاي آسماني تشكيل گرديد و ستارگان و كهكشانها پديد آمدند. از آنجاييكه همه ي اجسام و ذرات موجود در جهان از سي. پي. اچ. تشكيل شده اند و اين سي. پي. اچ. ها در ساختمان ماده داراي حركت دوراني يا اسپين هستند، لذا هر انفجاري كه در جهان صورت گيرد، مقداري از حركت دوراني يا اسپين سي. پي. اچ. ها به حركت انتقالي تبديل مي شود .

چون بيشتر ماده ي موجود در جهان در ستارگان در حال انفجار است، لذا بطور مداوم حركت دوراني سي. پي. اچ. ها به حركت انتقالي تبديل مي شود و اين امر موجب انبساط و در عين حال شتاب جهان مي شود .


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

[Mohammad Hosseyn]

تحقيق نظريه نسبيت عام توسط پاتريك بارى

كاوشگر گرانش B ماهواره اى است كه به تازگى در مدار قرار گرفته و مامور آزمايش يكى از پيش بينى هاى نسبيت عام است.

مهندسان معمولاً درباره چيز هايى كه ساخته اند مبالغه نمى كنند، پس بى گمان ماهواره «گاوشگر گرانش B (GP-B) منحصر به فرد است كه دانشمندان براى توصيف آن از لغات «زيبا» و «هنرمندانه» استفاده مى كنند.

اين ماهواره كه در بيستم آوريل براى تحقيق يكى از پيش بينى هاى نسبيت عام اينشتين به فضا پرتاب شد، دليل واضحى بر نبوغ و كاردانى بشر است. اگرچه نظريه ساخت GP-B از دهه 1950 مطرح بوده اما از لحاظ فنى امكان ساخت آن به تازگى فراهم شده است. «جف كولد زيجزاك» رئيس پروژه در مركز پرواز هاى فضايى «مارشال» ناسا درباره GP-B مى گويد: «اگر علم تجربى يك هنر است پس من هم به GP-B به عنوان يك شاهكار رنسانس نگاه مى كنم.» زيبايى و عظمت طراحى GP-B در اين است كه اين ماهواره بايد در اطراف سياره زمين كه مملو از اجرام گوناگون است به كشفياتى بسيار دقيق بپردازد كه اثر هر كدام از اين اجرام ممكن است در نتيجه آزمايش تاثير داشته باشد. دانشمندان اميدوارند كه به وسيله اين ماهواره خميدگى فضا _ زمان در اطراف زمين را بسنجند و اين عمل آن چنان دقيق بايد انجام شود كه حتى لحظه اى دخالت يك نيروى خارجى ديگر يا يك نقص كوچك و ميلى مترى در داخل ماهواره موجب ايجاد يك خطاى سيستماتيك در نتيجه آزمايش شده و باعث پنهان شدن تاثيرى مى شود كه دانشمندان به دنبال آن هستند. (نظريه نسبيت عام كه در سال 1916 توسط اينشتين تدوين شد، پيش بينى مى كند كه زمين با حركت وضعى به دور خود، فضا _ زمان را به همراه خود مى كشد و يك مارپيچ از فضا _ زمان در اطراف زمين تشكيل مى شود.م) دانشمندان به اين پديده «كشيدگى چارچوب» مى گويند. با توجه به اثبات بسيارى از پيش بينى هاى نظريه نسبيت عام، اكثر فيزيكدانان معتقدند كه چنين وضعيت گردابى در فضا _ زمان حقيقت دارد. اما پيش از اين هيچ آزمايشى براى تاييد اين پيش بينى نظريه انجام نشده بود.

كاوشگر گرانش B

ايده آزمايش بسيار ساده است. ژيروسكوپ در حال دوران كه محور دوران در چارچوب ستاره هاى ثابت وضعيت مشخصى را دارد، در مدار زمين قرار مى دهيم و تلاش مى كنيم كه نيرو هاى خارجى بر آن تاثير نداشته باشند. بنابراين محور دوران ژيروسكوپ نبايد تغيير جهت دهد و همواره بايد ثابت باشد. اما اگر فضا _ زمان در اثر جرم و حركت دورانى زمين به صورت يك مارپيچ درآمده باشد، محور دوران بايد تحت تاثير خميدگى فضا _ زمان به آرامى تغيير جهت بدهد و با اندازه گيرى اين تغييرات كوچك مى توان نظريه نسبيت عام را تحقيق كرد. اصول آزمايش ساده است ولى مشكل در نحوه انجام آن است. طبق محاسبات محور ژيروسكوپ بايد 0‎/420 ثانيه قوسى در سال نسبت به چارچوب ثوابت تغيير زاويه بدهد. (هر ثانيه قوسى يك سه هزار و ششصد درجه است.) براى تحقيق اين چرخش بايد دقت اندازه گيرى GP-B كمتر از 0005/0 ثانيه قوسى باشد.

كولد زيجزاك مى گويد: «اين آزمايش بايد از هر نظر كامل باشد. زيرا 40 سال برنامه ريزى، تحقيق و تلاش دانشمندان و مهندسين دانشگاه استانفورد مركز پرواز هاى، فضايى مارشال و شركت هواپيماسازى لاكهيد مارتين را به همراه دارد. تيم سازنده GP-B توانستند كروى ترين گوى هايى را كه تاكنون بشر ساخته است براى ژيروسكوپ هاى اين ماهواره بسازند. اين گوى ها بايد در مدار زمين در يك محفظه اى كه با پوششى فلزى از نفوذ هرگونه ميدان الكترومغناطيسى جلوگيرى مى كند، قرار بگيرند. حركات چرخشى ماهواره هم اثرات گرانش زمين را خنثى مى كند. بنابراين محور چرخش گوى ها تحت تاثير هيچ نيروى خارجى نيست و تنها خميدگى فضا _ زمان است كه مى تواند روى آن تاثير بگذارد. اين محفظه را محفظه بدون لرزش (drag-free) مى گويند. ساخت چنين محفظه اى بسيار مشكل است. زيرا ميدان مغناطيسى زمين چنان گسترده است كه GP-B را كه 400 كيلومتر بالاى سطح زمين قرار دارد احاطه مى كند. گوى هاى ژيروسكوپ به اندازه يك توپ پينگ پنگ با قطر 5/1 اينچ هستند كه از جنس آلياژ كوارتز و سيليسيم ساخته شده اند. اين گوى ها توخالى هستند و بدنه آنها به حدى نازك است كه اگر گوى ها به اندازه كره زمين بودند ضخامت جدار آنها تنها حدود 10 متر مى شد! اگر اين جدار نازك كاملاً كروى نباشد، محور دوران آن خود به خود دچار تغيير جهت مى شود (در اثر گرانش زمين) و تمام تلاش هاى آزمايشگران از بين مى رود. قرار گرفتن در مدار موجب مى شود كه گوى ها به حالت بى وزنى در محفظه خود شناور شوند اما بدون كنترل ممكن است گوى هاى چرخان چنان منحرف شوند كه به بدنه ماهواره برخورد كنند. ماهواره توسط تاثيرات آيروديناميك كندرو در حالت بى وزنى قرار دارد. در حالى كه گوى هاى شناور در داخل سفينه اين گونه نيستند. براى جلوگيرى از برخورد ژيروسكوپ با بدنه ماهواره تيم GP-B از يك بدنه ماهواره ضدلرزش استفاده كرده اند. در درون ماهواره دستگاه هاى اندازه گيرى فاصله ژيروسكوپ تا بدنه محفظه با دقتى حدود يك نانومتر در حال كنترل آن هستند و موتور هاى ماهواره كوچك ترين تغييرى در اين فاصله را تصحيح مى كنند. در نتيجه در حقيقت گوى هاى ژيروسكوپ در حالى به دور زمين مى چرخند كه درون يك محفظه اى قرار دارند كه هيچ گونه تماسى با آن ندارند اما اين محفظه همواره آنها را از شر هر نيروى خارجى در امان نگه مى دارد. براى جلوگيرى از نفوذ ميدان مغناطيسى زمين كه باعث به هم خوردن محور دوران ژيروسكوپ ها مى شود چه بايد كرد؟ ميدان هاى الكترومغناطيسى در داخل فلزات نفوذ نمى كنند به همين دليل ژيروسكوپ ها در محفظه اى سربى قرار دارند كه پيرامون آن را حدود 400 گالون هليم مايع فراگرفته كه دماى محيط را به حدود 7/1 كلوين (271 _ درجه سانتى گراد) مى رساند. اين امر باعث ايجاد خاصيت ابررسانايى در سرب مى شود و به اين ترتيب از نفوذ هرگونه ميدان الكترومغناطيسى از جمله ميدان مغناطيسى زمين و يا ميدان هاى تابشى خورشيد، به درون محفظه ژيروسكوپ ها، جلوگيرى مى كند، در حقيقت ميدان مغناطيسى در مدارى كه اين ماهواره در آن قرار دارد حدود 003/0 گاوس است (در سطح زمين اين ميزان 5/0 گاوس است) اما اثر همين مقدار كم هم بايد از بين برود تا نتايج كاملاً صحيح باشند. سرماى شديد ناشى از هليم مايع فايده ديگرى هم دارد و آن اين است كه باعث ايجاد خلا با حداقل فشار ممكن در درون محفظه مى شود. بعد از خارج كردن هوا از محفظه آن ميزان از مولكول هاى گاز كه در محيط باقى مى مانند، در اثر سرماى ايجاد شده (7/1 كلوين) عملاً به سختى حركت مى كنند و مشكلى براى چرخش ژيروسكوپ ها به وجود نمى آورند. تجهيزات ايجاد خلأ بالا (High _ Vacum) محفظه قادرند با سرعت 10 هزار دور در دقيقه به مدت هزار سال بدون كاهش حتى 1 درصد در سرعتش بچرخد. نكته مهم بعدى اندازه گيرى محور دوران ژيروسكوپ ها است كه اين عمل بايد بدون كوچك ترين ضربه به آن انجام شود. اين بار نيز از خواص ابررسانا استفاده مى شود. وقتى يك گوى رسانا مى چرخد ميدان مغناطيسى ضعيفى توليد مى كند. به همين دليل گوى ها از لايه نازكى از فلز «نيوبيوم» پوشيده شده است. در دماى محفظه فلز نيوبيوم خاصيت رسانايى دارد و در اثر چرخش ميدانى ايجاد مى شود كه توسط SQUID هاى به كار رفته در بدنه محفظه قابل رديابى هستند.

SQUID ها وسيله اى براى سنجش ميدان هاى مغناطيسى هستند كه قادرند ميدان مغناطيسى به كوچكى 50 ميلياردم يك ميكروگاوس (1014*5 گاوس) را آشكار كنند. در اثر تغيير هوا چرخش ژيروسكوپ، تغييرات ايجاد شده در ميدان مغناطيسى در همين حدود اند و قابل رديابى توسط SQUID ها هستند. در داخل ماهواره يك تلسكوپ كار گذاشته شده كه به سمت يك ستاره دوردست و تقريباً ثابت (در مدت دو سال ماموريت GP-B به نام IM-Pegasus نشانه گير شده است. اگرچه اين ستاره كاملاً ثابت نيست اما كيهان شناسان تمام حركات آن را كنترل مى كنند. اين ستاره به عنوان يك نقطه مرجع خارجى براى اندازه گيرى انحراف محور ژيروسكوپ ها به كار مى رود. ژيروسكوپ ها محفظه اى سربى ابررسانا SQUID ها، تلسكوپ ها و ساير تجهيزات GP-B كاوشگر گرانش B باعث شده كه فيزيكدانان به اين نتيجه برسند كه اين ماهواره واقعاً شاهكار فرد بشرى است.

به نقل از سي پي اچ تئوري



منبع : شرق

[Mohammad Hosseyn]

بنا بر فرضيه نسبيت اينشتين، كه او آن را در سال 1905 ميلادى ارائه كرد، ساعت هايى كه به سرعت تغيير مكان داده مى شوند نسبت به ساعت هايى با ساخت همسان كه در مكان ثابتى قرار گرفته اند، آهسته تر كار مى كنند. اين پديده كه به صورت تحت اللفظى «كش آمدن زمان» ناميده مى شود، احتمالاً يكى از نتايج اعجاب برانگيز تئورى انقلابى اينشتين در مورد فضا و زمان است. اينكه مدت يك ثانيه، بايستى به سرعت حركت خود ساعت بستگى داشته باشد، از لحاظ حسى، قابل تصور نيست و با تجارب همه روزه ما، همخوانى ندارد. با اين وجود، «انبساط زمان» كه در سال 1971 توسط ساعت هاى اتمى در داخل هواپيماهاى پر سرعت ثابت شد، يك واقعيت است. اما فيزيكدانان آلمانى درصدد برآمدند تا اين موضوع را دقيق تر بررسى كنند.

قلب تپنده انستيتوى فيزيك هسته اى ماكس پلانك، يك دستگاه شتاب دهنده ذرات است كه در مكانى به بزرگى جايگاه نگهدارى هواپيماها قرار گرفته است. «گيدو زاتهوف» كه به هنگام كار ترانسفورماتورها و دستگاه هاى توليدكننده خلاء به زحمت مى توانست صداى خود را به گوش ما برساند، گفت: «داستان از اينجا آغاز مى شود. ما اينجا يك قفس فارادى داريم كه درون آن يك منبع يونى جاى گرفته است.»

اين فيزيكدان متخصص به تانكى نارنجى رنگ و به شكل يك سوسيس بسيار بزرگ اشاره مى كند و مى افزايد: «در درون اين محفظه، يك جريان الكتريكى فشار قوى، يون هاى عنصر ليتيم را تحريك كرده و به ميزان 19 هزار كيلومتر در ثانيه به شتاب در مى آورد. اين سرعت كه يك ششم سرعت نور است براى گردش هر 2 ثانيه يكبار يون ها به دور زمين كفايت مى كند.»

بر اساس فرضيه نسبيت اينشتين، بايستى ساعت درونى ذرات پرسرعت يون ها نسبت به ساعت مچى زاتهوف آهسته تر كار كند. به گفته او: «بر اساس نظريه اينشتين، تقريباً 002/1 مرتبه آهسته تر. يعنى 002/0 ثانيه آهسته تر از ساعت هاى آزمايشگاه و ما مى توانيم به وسيله اسپكتروسكوپ ليزرى اين فاكتور را تا رقم دهم بعد از مميز نيز دقيقاً محاسبه كنيم.»

سفر يون هاى ليتيم در سالن جانبى انستيتوى ماكس پلانك خاتمه مى يابد. در اين محل مغناطيس هاى قوى، اين يون ها را وادار مى كنند تا در مدارى دايروى حركت كنند. اين لوله دايره مانند آلومينيومى، 55 متر درازا دارد و در درون آن، يون ها با شتاب 330 هزار دور در ثانيه در حركتند. به علت زياد بودن تعداد سيم پيچ ها، كابل ها و ديگر وسايل الكترونيكى، به زحمت مى توان اين لوله خالى از هوا را ديد.

زاتهوف در ادامه مى گويد: «اين ذرات، خود به عنوان يك ساعت كار مى كنند. به اين صورت كه آنها مى توانند نوسان داشته باشند. كار يك ساعت هميشه بر پايه يك سيستم نوسان كننده است. در يك ساعت پاندول دار، پاندول ساعت است كه نوسان مى كند و در يك ساعت كوارتز، كريستال كوارتز، اين حركت را انجام مى دهد. اتم ها و الكترون هاى درون آنها نيز مى توانند نوسان داشته باشند. اين ذرات، در مقايسه با يك كريستال كوارتز با سرعت بيشترى نوسان مى كنند. همين امر اين اجازه را به ما مى دهد كه بتوانيم زمان را با دقت بسيارى بسنجيم.»

فيزيكدانان براى محاسبه اين زمان از اشعه ليزر استفاده مى كنند. به اين ترتيب، پژوهشگران پوشش الكترونى يون هاى شتابدار ليتيم را هدف قرار داده و آنها را براى نوسانات مشخصى تحريك مى كنند. در اين حالت يون هاى مزبور نور فلوئورسانس از خود متساعد مى سازند كه نشان دهنده آن است كه ساعت درونى آنها با چه سرعتى در حال كار كردن است.

در زيرزمين موسسه ماكس پلانك، زير نورى ضعيف و در پس يك پرده پلاستيكى سياه رنگ، يك ميز به بزرگى ميز پينگ پونگ قرار دارد. 3 دستگاه بزرگ ليزر و شمار زيادى عدسى و آينه، بر اين ميز جاى گرفته اند. تنها سوار كردن اين سيستم دقيق نورى 3 سال تمام زمان نياز داشت.

تاكنون كارشناسان آلمانى موفق شده اند فرمول اينشتين را با دقت 10 رقم بعد از مميز نيز تائيد كنند. اما آنها قصد دارند به زودى اين آزمايش ها را با دستگاه قوى ترى در شهر «دارمشتات» به انجام برسانند.

DW-WORLD.DE

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

[Mohammad Hosseyn]

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 ]

[Mohammad Hosseyn]

مقدمه

علومي كه از يونان باستان توسط انديشمندان اسلامي محافظت و تكميل شد، از قرون يازدهم ميلادي به بعد به اروپا منتقل شد، بيشتر شامل رياضي و فلسفه ي طبيعي بود. فلسفه ي طبيعي توسط كوپرنيك، برونو، كپلر و گاليله به چالش كشيده شد و از آن ميان فيزيك نيوتني بيرون آمد. چون كليسا خود را مدافع فلسفه طبيعي يونان مي دانست و كنكاش در آن با خطرات زيادي همراه بود، انديشمندان كنجكاو بيشتر به رياضيات مي پرداختند، زيرا كليسا نسبت به آن حساسيت نشان نمي داد. بنابراين رياضيات نسبت به فيزيك از پيشرفت بيشتري برخوردار بود. يكي از شاخه هاي مهم رياضيات هندسه بود كه آن هم در هندسه ي اقليدسي خلاصه مي شد.

در هندسه ي اقليدسي يكسري مفاهيم اوليه نظير خط و نقطه تعريف شده بود و پنچ اصل را به عنوان بديهيات پذيرفته بودند و ساير قضايا را با استفاده از اين اصول استنتاج مي كردند. اما اصل پنجم چندان بديهي به نظر نمي رسيد. بنابر اصل پنجم اقليدس از يك نقطه خارج از يك خط، يك خط و تنها يك خط مي توان موازي با خط مفروض رسم كرد. برخي از رياضيدانان مدعي بودند كه اين اصل را مي توان به عنوان يك قضيه ثابت كرد. در اين راه بسياري از رياضيدانان تلاش زيادي كردند و نتيجه نگرفتند. خيام ضمن جستجوي راهي براي اثبات "اصل توازي" مبتكر مفهوم عميقي در هندسه شد. در تلاش براي اثبات اين اصل، خيام گزاره هايي را بيان كرد كه كاملا مطابق گزاره هايي بود كه چند قرن بعد توسط واليس و ساكري رياضيدانان اروپايي بيان شد و راه را براي ظهور هندسه هاي نااقليدسي در قرن نوزدهم هموار كرد. سرانجام و پس از دو هزار سال اصولي متفاوت با آن بيان كردند و هندسه هاي نااقليدسي شكل گرفت. بدين ترتيب علاوه بر فلسفه ي طبيعي رياضيات نيز از انحصار يوناني خارج و در مسيري جديد قرار گرفت و آزاد انديشي در رياضيات آغاز گرديد.

1-5 اصطلاحات بنيادي رياضيات

طي قرنهاي متمادي رياضيدانان اشياء و موضوع هاي مورد مطلعه ي خود از قبيل نقطه و خط و عدد را همچون كميت هايي در نظر مي گرفتند كه در نفس خويش وجود دارند. اين موجودات همواره همه ي كوششهاي را كه براي تعريف و توصيف شايسته ي آنان انجام مي شد را با شكست مواجه مي ساختند. بتدريج اين نكته بر رياضيدانان قرن نوزدهم آشكار گرديد كه تعيين مفهوم اين موجودات نمي تواند در داخل رياضيات معنايي داشته باشد. حتي اگر اصولاً داراي معنايي باشند.

بنابراين، اينكه اعداد، نقطه و خط در واقع چه هستند در علوم رياضي نه قابل بحث است و نه احتياجي به اين بحث هست. يك وقت براتراند راسل گفته بود كه رياضيات موضوعي است كه در آن نه مي دانيم از چه سخن مي گوييم و نه مي دانيم آنچه كه مي گوييم درست است.

دليل آن اين است كه برخي از اصطلاحات اوليه نظير نقطه، خط و صفحه تعريف نشده اند و ممكن است به جاي آنها اصطلاحات ديگري بگذاريم بي آنكه در درستي نتايج تاثيري داشته باشد. مثلاً مي توانيم به جاي آنكه بگوييم دو نقطه فقط يك خط را مشخص مي كند، مي توانيم بگوييم دو آلفا يك بتا را مشخص مي كند. با وجود تغييري كه در اصطلاحات داديم، باز هم اثبات همه ي قضاياي ما معتبر خواهد ماند، زيرا كه دليل هاي درست به شكل نمودار بسته نيستند، بلكه فقط به اصول موضوع كه وضع شده اند و قواعد منطق بستگي دارند.

بنابراين، رياضيات تمريني است كاملاً صوري براي استخراج برخي نتايج از بعضي مقدمات صوري. رياضيات احكامي مي سازند به صورت هرگاه چنين باشد، آنگاه چنان خواهد شد و اساساً در آن صحبتي از معني فرضها يا راست بودن آنها نيست. اين ديدگاه (صوريگرايي) با عقيده ي كهن تري كه رياضيات را حقيقت محض مي پنداشت و كشف هندسه هاي نااقليدسي بناي آن را درهم ريخت، جدايي اساسي دارد. اين كشف اثر آزادي بخشي بر رياضيدانان داشت.

2-5 اشكالات وارد بر هندسه اقليدسي

هندسه ي اقليدسي بر اساس پنچ اصل موضوع زير شكل گرفت:

اصل اول - از هر نقطه مي توان خط مستقيمي به هر نقطه ي ديگر كشيد.

اصل دوم - هر پاره خط مستقيم را مي توان روي همان خط به طور نامحدود امتداد داد.

اصل سوم - مي توان دايره اي با هر نقطه دلخواه به عنوان مركز آن و با شعاعي مساوي هر پاره خط رسم كرد.

اصل چهارم - همه ي زواياي قائمه با هم مساوي اند.

اصل پنجم - از يك نقطه خارج يك خط، يك خط و و تنها يك خط مي توان موازي با خط مفروض رسم كرد.

اصل پنجم اقليدس كه ايجاز ساير اصول را نداشت، به هيچوجه واجد صفت بديهي نبود. در واقع اين اصل بيشتر به يك قضيه شباهت داشت تا به يك اصل. بنابراين طبيعي بود كه لزوم واقعي آن به عنوان يك اصل مورد سئوال قرار گيرد. زيرا چنين تصور مي شد كه شايد بتوان آن را به عنوان يك قضيه نه اصل از ساير اصول استخراج كرد، يا حداقل به جاي آن مي توان معادل قابل قبول تري قرار داد.

در طول تاريخ رياضيدانان بسياري از جمله، خواجه نصيرالدين طوسي، جان واليس، لژاندر، فوركوش بويوئي و ... تلاش كردند اصل پنجم اقليدس را با استفاده از ساير اصول نتيجه بگيرنر و آن را به عنوان يك قضيه اثبات كنند. اما تمام تلاشها بي نتيجه بود و در اثبات دچار خطا مي شدند و به نوعي همين اصل را در اثباط خود به كار مي بردند. دلامبر اين وضع را افتضاح هندسه ناميد.

يانوش بويوئي يكي از رياضيدانان جواني بود كه در اين را تلاش مي كرد. پدر وي نيز رياضيداني بود كه سالها در اين اين مسير تلاش كرده بود .

و طي نامه اي به پسرش نوشت: تو ديگر نبايد براي گام نهادن در راه توازي ها تلاش كني، من پيچ و خم اين راه را از اول تا آخر مي شناسم. اين شب بي پايان همه روشنايي و شادماني زندگي مرا به كام نابودي فرو برده است، التماس مي كنم دانش موازيها را رها كني.

ولي يانوش جوان از اخطار پدير نهرسيد، زيرا كه انديشه ي كاملاً تازه اي را در سر مي پروراند. او فرض كرد نقيض اصل توازي اقليدس، حكم بي معني اي نيست. وي در سال 1823 پدرش را محرمانه در جريان كشف خود قرار داد و در سال 1831 اكتشافات خود را به صورت ضميمه در كتاب تنتامن پدرش منتشر كرد و نسخه اي از آن را براي گائوس فرستاد. بعد معلوم شد كه گائوس خود مستقلاً آن را كشف كرده است.

بعدها مشخص شد كه لباچفسكي در سال 1829 كشفيات خود را در باره هندسه نااقليدسي در بولتن كازان، دو سال قبل از بوئي منتشر كرده است. و بدين ترتيب كشف هندسه هاي نااقليدسي به نام بويوئي و لباچفسكي ثبت گرديد.

3-5 هندسه هاي نا اقليدسي

اساساً هندسه نااقليدسي چيست؟ هر هندسه اي غير از اقليدسي را نا اقليدسي مي نامند. از اين گونه هندسه ها تا به حال زياد شناخته شده است. اختلاف بين هندسه هاي نا اقليدسي و اقليدسي تنها در اصل توازي است. در هندسه اقليدسي به ازاي هر خط و هر نقطه نا واقع بر آن يك خط مي توان موازي با آن رسم كرد.

نقيض اين اصل را به دو صورت مي توان در نظر گرفت. تعداد خطوط موازي كه از يك نقطه نا واقع بر آن، مي توان رسم كرد، بيش از يكي است. و يا اصلاً خطوط موازي وجود ندارند. با توجه به اين دو نقيض، هندسه هاي نا اقليدسي را مي توان به دو گروه تقسيم كرد.

يك - هندسه هاي هذلولوي

هندسه هاي هذلولوي توسط بويوئي و لباچفسكي بطور مستقل و همزمان كشف گرديد.

اصل توازي هندسه هذلولوي - از يك خط و يك نقطه ي نا واقع بر آن دست كم دو خط موازي با خط مفروض مي توان رسم كرد.

دو - هندسه هاي بيضوي

در سال 1854 فريدريش برنهارد ريمان نشان داد كه اگر نامتناهي بودن خط مستقيم كنار گذاشته شود و صرفاً بي كرانگي آن مورد پذيرش واقع شود، آنگاه با چند جرح و تعديل جزئي اصول موضوعه ديگر، هندسه سازگار نااقليدسي ديگري را مي توان به دست آورد. پس از اين تغييرات اصل توازي هندسه بيضوي بصورت زير ارائه گرديد.

اصل توازي هندسه بيضوي - از يك نقطه ناواقع بر يك خط نمي توان خطي به موازات خط مفروض رسم كرد.

يعني در هندسه بيضوي، خطوط موازي وجود ندارد. با تجسم سطح يك كره مي توان سطحي شبيه سطح بيضوي در نظر گرفت. اين سطح كروي را مشابه يك صفحه در نظر مي گيرند. در اينجا خطوط با دايره هاي عظميه كره نمايش داده مي شوند. بنابراين خط ژئودزيك يا مساحتي در هندسه بيضوي بخشي از يك دايره عظيمه است.

در هندسه بيضوي مجموع زواياي يك مثلث بيشتر از 180 درجه است. در هندسه بيضوي با حركت از يك نقطه و پيمودن يك خط مستقيم در آن صفحه، مي توان به نقطه ي اول باز گشت. همچنين مي توان ديد كه در هندسه بيضوي نسبت محيط يك دايره به قطر آن همواره كمتر از عدد پي است.

4-5 انحناي سطح يا انحناي گائوسي

اگر خط را راست فرض كنيم نه خميده، چنانچه ناگزير باشيم يك انحناي عددي k به خطي نسبت دهيم براي خط راست خواهيم داشت k=o انحناي يك دايره به شعاع r برابر است با k=1/r.

تعريف مي كنند. همچنين منحني هموار، منحني اي است كه مماس بر هر نقطه اش به بطور پيوسته تغيير كند. به عبارت ديگر منحني هموار يعني در تمام نقاطش مشتق پذير باشد.

براي به دست آوردن انحناي يك منحني در يك نقطه، دايره بوسان آنرا در آن نقطه رسم كرده، انحناي منحني در آن نقطه برابر با انحناي دايره ي بوسان در آن نقطه است. دايره بوسان در يك نقطه از منحني، دايره اي است كه در آن نقطه با منحني بيشترين تماس را دارد. توجه شود كه براي خط راست شعاع دايره بوسان آن در هر نقطه واقع بر آن بينهايت است.

براي تعيين انحناي يك سطح در يك نقطه، دو خط متقاطع مساحتي در دو جهت اصلي در آن نقطه انتخاب كرده و انحناي اين دو خط را در آن نقاط تعيين مي كنيم. فرض كنيم انحناي اين دو خط

k1=1/R1 and k2=1/R2

باشند. آنگاه انحناي سطح در آن نقطه برابر است با حاصلضرب اين دو انحنا، يعني :

k=1/R1R2

انحناي صفحه ي اقليدسي صفر است. همچنين انحناي استوانه صفر است:

k=o

براي سطح هذلولوي همواره انحناي سطح منفي است :

k

براي سطح بيضوي همواره انحنا مثبت است :

k>o

در جدول زير هر سه هندسه ها با يكديگر مقايسه شده اند:

نوع هندسه تعداد خطوط موازي مجموع زواياي مثللث نسبت محيط به قطر دايره اندازه انحنا
اقليدسي يك 180 عدد پي صفر
هذلولوي بينهايت < 180 > عدد پي منفي
بيضوي صفر > 180 < عدد پي مثبت




4-6 مفهوم و درك شهودي انحناي فضا

سئوال اساسي اين است كه كدام يك از اين هندسه هاي اقليدسي يا نا اقليدسي درست است؟

پاسخ صريح و روشن اين است كه بايد انحناي يك سطح را تعيين كنيم تا مشخص شود كدام يك درست است. بهترين دانشي كا مي تواند در شناخت نوع هندسه ي يك سطح مورد استفاده و استناد قرار گيرد، فيزيك است. يك صفحه ي كاغذ برداريد و در روي آن دو خط متقاطع رسم كنيد. سپس انحناي اين خطوط را در آن نقطه تعيين كرده و با توجه به تعريف انحناي سطح حاصلضرب آن را به دست مي آوريم. اگر مقدار انحنا برابر صفر شد، صفحه اقليدسي است، اگر منفي شد مي گوييم صفحه هذلولوي است و در صورتي كه مثبت شود، ادعا مي كنيم كه صفحه بيضوي است .

در كارهاي معمولي مهندسي نظير ايجاد ساختمان يا ساختن يك سد بر روي رودخانه، انحناي سطح مورد نظر برابر صفر است، به همين دليل در طول تلريخ مهندسين همواره از هندسه اقليدسي استفاده كرده اند و با هيچگونه مشكلي هم مواجه نشدند. يا براي نقشه برداري از سطح يك كشور اصول هندسه ي اقليدسي را بكار مي برند و فراز و نشيب نقاط مختلف آن را مشخص مي كنند. در اين محاسبات ما مي توانيم از خطكش هايي كه در آزمايشگاه يا كارخانه ها ساخته مي شود، استفاده كنيم. حال سئوال اين است كه اگر خطكش مورد استفاده ي ما تحت تاثير شرايط محيطي قرار بگيرد چه بايد كرد؟ اما مي دانيم از هر ماده اي كه براي ساختن خطكش استفاده كنيم، شرايط فيزيكي محيط بر روي آن اثر مي گذارد. البته با توجه با تاثير محيط بر روي خطكش ما تلاش مي كنيم از بهترين ماده ي ممكن استفاده كنيم. بهمين دليل چوب از لاستيك بهتر است و آهن بهتر از چوب است.

اما براي مصافتهاي دور نظير فواصل نجومي از چه خطكشي (متري) مي توانيم استفاده كنيم؟ طبيعي است كه در اينجا هيچ خطكشي وجود ندارد كه بتوانيم با استفاده از آن فاصله ي بين زمين و ماه يا ستارگان را اندازه بگيريم. بنابراين بايد به ساير امكاناتي توجه كنيم كه در عمل قابل استفاده است. اما در اينجا چه امكاناتي داريم؟ بهترين ابزار شناخته شده امواج الكترومغناطيسي است. اگر مسير نور در فضا خط مستقيم باشد، در اينصورت با جرت مي توانيم ادعا كنيم كه فضا اقليدسي است. براي پي بردن به نوع انحناي فضا بايد مسير پرتو نوري را مورد بررسي قرار دهيم .

اما تجربه نشان مي دهد كه مسير نور هنگام عبور از كنار ماده يعني زماني كه از يك ميدان گرانشي عبور مي كند، خط مستقيم نيست، بلكه منحني است. بنابراين فضاي اطراف اجسام اقليدسي نيست. به عبارت ديگر ساختار هندسي فضا نااقليدسي است.


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

[Mohammad Hosseyn]

تابش جسم سياه
هر جسم جامدي كسر يعني از تابش فرودي بر سطح خود را درمي‌آشامد، بقيه اين تابش بازتاب مي‌يابد. يك جسم سياه ايده‌آل به صورت ماده‌اي كه تمامي تابش فرودي را ، بدون هيچ بازتابس درمي‌آشامد، تعريف مي‌شود.

از ديدگاه نظريه كوانتومي ، جسم سياه عبارت است از ماده‌اي كه تعداد بيشماري تراز انرژي كوانتيده (در گستره وسيعي از اختلاف انرژيها) است. بطوري كه هر نوتروني كه با بسامدي بر آن فرود آيد در آشاميده مي‌شود. از آنجا كه انرژي درآشاميده بوسيله يك ماده دماي آن را افزايش مي‌دهد، اگر هيچ انرژي گسيل نشود، يك درآشام كامل يا جسم سياه ، گسيل كننده كامل نيز هست.

اطلاعات اوليه

تمام اجسام در دماي متناهي ، امواج الكترومغناطيسي تابش مي‌‌كنند. طيفهاي تابشي ناشي از گازهاي اتمي ، كه در آنها اتمها بسيار از هم دور و فقط بطور ضعيف به هم بر هم كنش مي‌كنند، شامل فركانس‌ها يا طول موجهاي گسسته هستند. طيف مولكولها، كه علاوه بر گذارهاي الكتروني ، با سمعهاي ناشي از گذارها دوراني و ارتعاشي همراه هستند، نيز شامل خطوط گسسته‌اند.

يك جسم جامد ، از لحاظ تابش يا درآشامي از اين هم پيچيده‌تر است، و از بعضي لحاظ مي‌توان آن را به عنوان يك مولكول بسيار بزرگ كه تعداد درجات آزادي آن متناظر افزايش يافته است، در نظر گرفت. تابش گسيل شده توسط جامد ، با تابش تمام فركانس‌ها يا طول موج‌ها، شامل يك طيف پيوسته است. بر اين اساس به صورت ايده‌آل ماده‌اي تعريف مي‌شود كه مي‌تواند تمام فركانس‌هاي طيف الكترومغناطيسي را جذب كند. همين جسم اگر چنانچه گرم شود، بايد بتواند تمام فركانس‌هاي طيف الكترومغناطيسي را تابش كند.

جسم سياه تقريبي

كاواكي كه حفره بسيار كوچكي در روي آن تعبيه شده است، تقريب بسيار خوبي از جسم سياه است. هر تابشي مه بر اين حفره بتابد، از طريق آن وارد كاواك مي‌شود و احتمال بسيار كمي وجود دارد كه بلافاصله مجددا باز تابيده شود. در عوض بازتابش، اين تابش يا درآشاميده مي‌شود يا بطور مكرر در ديواره‌هاي داخلي جسم سياه بازتاب مي‌يابد. در نتيجه عملا تمامي تابش كه از طريق اين حفره وارد كاواك مي‌شود، در اين ظرف درآشاميده مي‌شود.

حال اگر كاواك مورد نظر را تا دماي مفروض T حرارت دهيم، ديواره‌هاي دروني آن، با آهنگ يكسان فوتونها را گسيل مي‌كنند و درمي‌آشامند. تحت اين شرايط مي‌توان گفت كه تابش الكترومغناطيسي با ديواره‌هاي داخلي در تعادل گرمايي است. كيرشهف نشان داد كه طبق قانون دوم ترموديناميك تابش داخل كاواك در هر طول موجي بايد همسانگرد (يعني ، شار تابشي مستقل از راستا باشد)، همگن (شار تابشي در تمام نقاط فضا يكسان باشد) بوده و نيز در تمام كاواك‌هايي كه دمايشان برابر است يكسان باشد.

خواص عمومي تابش جسم سياه

· انرژي كه در بازه كوچك فركانسي dv

· بين فركانس‌هاي v

· و v+dv

· گسيل مي‌شود، در دماي ثابت نخست با فركانس افزايش پيدا مي‌كند، سپس به يك تعداد ماكزيمم مي‌رسد، و سرانجام در فركانس‌هاي باز هم بالاتر كاهش مي‌يابد.

· انرژي تابشي به ازاي هر فركانس با دما افزايش پيدا مي‌كند، در نتيجه ، انرژي كل تابشي ، با دما افزايش مي‌يابد. قبل از پيدايش نظريه پلانك در مورد جسم سياه ، معلوم شد كه انرژي تابشي با توان چهارم دما تغيير مي‌كند، كه اين بيان به قانون استيفان بولتزمن معروف است.

· با افزايش دماي جسم تابش كننده كسر بيشتري از تابش گسيل شده توسط مولفه‌هاي فركانس بالاتر حمل مي‌شود.

· طيف تابش جسم سياه مستقل از ماده‌اي است كه تابش كننده از آن ساخته شده است.

توجيه خواص جسم سياه با استفاده از نظريه كلاسيك

تمام كوششها براي به دست آوردن منحني‌هاي مشاهده شده تجربي در مورد تابش جسم سياه ، با شكست مواجه شد. از جمله اين كوشش‌ها مي‌توان به قانون وين استفاده كرد. وي با استفاده از مدلي كه جز براي تاريخ دانها، براي ديگران جالب نبود، شكل خاصي را براي انرژي تابشي يا گسيل شده بر حسب دما ارائه داد. قانون وين با وجود اين كه با مفاهيم كلي فيزيك كلاسيك سازگاري نداشت، توانست در فركانس‌هاي بالا نتايج تجربي را به خوبي تفسير كند. اما در فركانس‌هاي پايين با مشكل مواجه مي‌شد.

كار ديگري كه در اين زمينه انجام شد، قانون ريلي - جينز بود. ريلي قانون خود را از دو نتيجه كلاسيكي قانون تقسيم مساوي انرژي و محاسبه تعداد مدهاي تابش الكترومغناطيسي محبوس در داخل كاواك بدست آورد. قانون ريلي - جينز نيز در فركانس بالا كه در آن فرمول وين صادق است با نتايج تجربي وفق نمي‌دهد اما در فركانس‌هاي پايين مي‌توانست منحني‌ها را توجيه كند. بطور كلي ريلي – جينز نمي‌تواند درست باشد، چون اين قانون چگالي انرژي كل را بينهايت پيشگويي مي‌كند.

توجيه موافق با آزمايش تابش جسم سياه

در سال 1900 ماكس پلانك با تلفيق ماهرانه قوانين وين در فركانس‌هاي بالا و ريلي - جينز در فركانس‌هاي پايين ، رابطه‌اي را ارائه داد كه مي‌توانست در تمام فركانس‌ها با نتايج تجربي در توافق باشد. حسن رابطه پلانك در اين است كه هرگاه فركانس به سمت صفر ميل كند، اين قانون به قانون ريلي - جينز تبديل مي‌شود. همچنين در صورتي كه فركانس بزرگتر باشد، قانون وين نتيجه مي‌شود.


منبع :daneshnameh.roshd.ir

[Mohammad Hosseyn]

باريكه الكتروني
همچنانكه بشر عميق و عميق تر به مطالعه خواص مواد اطراف خود مي پردازد با تعداد بيشتري از مظاهر نيروهاي الكتريكي مواجه مي شود انرژي الكتريكي براي بشر روشهاي گوناگون و دقيقي در حل مسائل مختلف علم و انقلاب تكنولوژيك معاصر به ارمغان آورد.

ساختمان اتم:

هر اتم به صورت سيستم يكي از بارهاي الكتريكي ظاهر مي شود. هسته داراي بار مثبت و الكترون هاي در حال چرخش در اطراف آن داراي بار منفي مي باشد. چون تمركز جرم اتم در هسته اش مي باشد. چنين به نظر مي رسد كه تقريبا تمامي وجود ماده با بار مثبت توام است كه به مقدار زيادي ، خواص دنياي اطراف ما را تعيين مي كند.

اختلاف بين مواد شيميايي مثلا اكسيژن و آهن فقط به واسطه اين واقعيت است كه هسته اتمي اكسيژن محتوي 8 بار مثبت و آهن محتوي 26 بار مثبت بوده و لايه هاي هر اتم داراي همان تعداد الكترون مي باشد بيشتر واكنشهاي شيميايي در طبيعت نتيجه عكس العمل بين الكترونهاي خارجي است كه بطور نسبي بيشترين فاصله را از هسته دارا مي باشند.

براي مدتها تصور مي شد كه الكترون ساده ترين و كوچكترين ذره در جهان است. الكترون هاي تمامي مواد كاملا يكسان و مشابه هم مي باشند. چه در آب يا چوب يا آهن تحت هيچ شرايطي ممكن نيست كه بار الكتريكي مثبت يا منفي كوچكتر از بار مطلق يك الكترون وجود داشته باشد.

قوانين حاكم بر حركت الكترون:

- در طي مطالعات زياد معلوم شده كه قوانين حركتي اثبات شده براي مواد بزرگ را نمي تواند بطور كامل براي الكترونهاي داخل اتم به كار رود. در اجسامي كه يكصد ميليونيم سانتي متر بعد دارند به كلي قوانين متفاوتي مطرح مي شود. در مقايسه با منظومه شمسي يا هر سيستم مكانيكي عظيم الجثه اي كه مي تواند با توجه به سرعت اوليه اش در هر مسيري حركت كند.

- الكترون ها در اتم مجبورند كه فقط در طول مدارهايي حركت كنند كه مربوط به مقادير معين انرژي و همان مغناطيسي آنها مي شود. به طوري كه الكترون نمي تواند مقادير ديگري انرژي را جز مقادير فوق الذكر داشته باشد. طبيعت منفرد و غير متوالي مكان الكترون ها در مدارها يا به طور دقيق تر وجود مقادير دقيقاً معين از انرژي در اتم يكي از خواص اساسي تئوري مكانيك كوانتومي است.

- بر طبق تئوري كوانتومي انتقال يك الكترون از يك مدار به مدار ديگر يعني از يك حالت انرژي به حالت ديگري از انرژي در اتم با جذب يا پخش يك بار انرژي دقيقا معين همراه است. اگر يك حالت معين انرژي بوسيله يك الكترون اشغال شود، الكترون ديگر نمي تواند آن را اشغال نمايد و يك اتم نمي تواند دو الكترون با حالت انرژي يكسان داشته باشد.

- از تمام حالات ممكني كه يك الكترون مي تواند در يك اتم داشته باشد در اولين حالت آن الكترون كمترين مقدار انرژي را داشته در نتيجه به شدت جذب هسته شده و در داخلي ترين مدار الكتروني نزديك به هسته متمركز مي گردد. بنابر اين ، همه الكترونها نمي توانند در يك سطح انرژي متمركز شوند و هر الكترون بعدي سطح انرژي بيشتري را اشغال كرده و بقيه سطوح غيراشغال شده باقي مي مانند. اين قانون كه نشان دهنده پخش الكترون در تمام عناصر به ترتيب افزايش انرژي مي باشد، حالت كوانتومي نام دارد.

- خواص شيميايي يك اتم بستگي به مقدار و ترتيب الكترون ها در مدار الكتروني دارد.

مدار الكتروني عناصر در جدول تناوبي:

- هر دوره تناوب از جدول تناوبي مطابق با شباهتهاي موجود در خواص شيميايي اتمها ساخته شده است. بنابر اين ، خواص شيمايي مثلا تناوب دوم ، نزديك به خواص شيميايي تناوب اول است.

- ترتيب الكترون ها در اتم ليتيوم شبيه اتم سديم است (با سطوح انرژي متفاوت تناوب بعدي). شكل الكتروني مشابهي را براي اتم پتاسيم داريم. در مورد اتمهاي روبيديوم و سزيوم همين شباهت وجود دارد. تمامي اين عناصر متعلق به اولين گروه از جدول تناوبي يعني گروه فلزات قليايي مي باشد.

- براي جداكردن خارجي ترين الكترون ها در اتمي مثلا ليتيوم لازم است كه انرژيي معادل 5.39 الكترون ولت مصرف شود. براي دو الكتروني كه به هسته نزديك تر مي باشند، چون با قدرت بيشتري به وسيله هسته نگهداري مي شوند انرژي اتصال آنها با هسته به ترتيب برابر 75.6ev و 122.4ev مي باشد.

- جريان مستقيمي از الكترون ها (مستقل از نوع اتمهايشان) در يك هادي يا نيمه هادي جريان الكتريسته خوانده مي شود.

انتقالات مجاز الكتروني بين ترازي:

- زماني كه يك اتم از خارج انرژي دريافت مي كند اين انرژي در بسته هاي دقيقا معين كوانتا جذب اتم مي گردد و الكترون ها به مدارهاي دورتر از هسته به سطوح انرژي بالاتر جابه جا مي شوند و جذب بيشتر كوانتاي انرژي به وسيله اتم باعث انتقال بيشتر الكترون از هسته مي گردد. اين حالت كه اتم به صورت تحريك شده در آمده نمي تواند براي مدت طولاني دوام بياورد و با برگشتن الكترون به حالت قبلي اتم نيز به حالت عادي خود بر مي گردد.

- قسمت زيادي از انرژي الكترون تحريك شده به صورت كوانتايي از اشعه الكترومغناطيس پخش مي شود زماني كه اين انتقال الكتروني در خارجي ترين لايه ها انجام گيرد كه انرژي اتصال الكترون به هسته كمترين مقدار است، كوانتاياشعه مادون قرمز ، نورمرئي يا اشعه ماوراي بنفش پخش مي گردد.

- در زماني كه الكترون ها به اربيتالهاي نزديك هسته منتقل شوند (براي مثال پرش به يك يا چند مدار) كوانتاي پر انرژي تري از تشعشعات الكترومغناطيسي «اشعه ايكس محتوي انرژي چند برابر بيشتر از تابش مادون قرمز و ماوراي بنفش) منتشر مي شود.


منبع : دانشنامه رشد

[behnam karami]

من که این مقاله رو خوندم چیزی نفهمیدم . حالا ببینید شما میتونید بفهمید
متن زير ترجمه مقاله‌اي است از پروفسور هاوكينگ :
پس از سال 1985 كم كم مشخص شد كه تئورى تار (ريسمان) تصوير كاملى نيست. اول آن كه مشخص شد كه تارها فقط يك عضو از دسته وسيعى از موضوعاتى هستند كه مى‌توان آنها را به بيش از يك بعد گسترش داد. پال تونسند كه همانند من يكى از اعضاى بخش رياضى كاربردى و فيزيك نظرى در كمبريج است و بسيارى از پژوهش‌هاى بنيادى اين حوزه را انجام داده است، نام پ-برين را براى آنها برگزيده است. هر پ-برين در جهت داراى طول است. بنابراين يك برين با تار است و برين با يك سطح يا غشا و به همين ترتيب تا آخر. به نظر مى‌رسد كه هيچ دليلى وجود ندارد كه تارهاى با را بر ساير مقدارهاى ممكن ترجيح دهيم. در عوض بايد اصل موكراسى را بپذيريم: تمام تارها به طور برابر ايجاد شده‌اند.
تمام تارها را مى‌توان به عنوان راه حل‌هايى براى معادلات نظريه‌هاى ابرگرانش در 10 يا 11 بعد در نظر گرفت. هر چند كه ابعاد 10 گانه يا 11 گانه با فضا زمانى كه درك مى‌كنيم، چندان شباهتى ندارد؛ اما در توجيه اين نكته گفته مى‌شود كه 6 يا 7 بعد ديگر چنان پيچ خورده و كوچك شده‌اند كه متوجه وجود آنها نمى‌شويم و فقط 3 بعد باقيمانده را كه بزرگ و تقريباً مسطح هستند، درك مى‌كنيم.
لازم است يادآور شوم كه شخصاً از پذيرفتن ابعاد بالاتر چندان خرسند نبوده‌ام. اما از آنجا كه اثبات‌گرا هستم، پرسش «آيا ابعاد بالاتر واقعاً وجود دارند؟» بى‌معنى است. فقط مى‌توان پرسيد آيا مدل‌هاى رياضياتى با ابعاد بالاتر توصيف مناسبى از جهان ارائه مى‌دهد يا خير. ما تاكنون مشاهداتى نداشتيم كه براى تفسير آنها به وجود ابعاد بالاتر نيازى باشد. با اين همه اين احتمال وجود دارد كه اين ابعاد را در برخورد دهنده بزرگ هادرون كه در ژنو قرار دارد، مشاهده كنيم. اما آنچه كه بسيارى از افراد و از جمله مرا متقاعد ساخته است كه مدل‌هاى با ابعاد بالاتر را جدى تلقى كنند، آن است كه شبكه‌اى از ارتباط‌هاى غيرمنتظره كه دوگانگى ناميده مى‌شود، در اين مدل‌ها وجود دارد. اين دوگانگى‌ها نشان مى‌دهد كه مدل‌ها اصولاً معادل يكديگرند، به عبارت ديگر اين مدل‌ها جنبه‌هاى مختلف يك نظريه بنيادى هستند، كه نظريه ام-تئوري نام گرفته است.
اگر وجود اين شبكه از دو گانگى‌ها را نشانه‌اى از حركت در مسير صحيح ندانيم، تقريباً مثل آن است كه فكر كنيم خداوند فسيل ها را در صخره‌ها قرار داده است تا داروين در مورد تكامل حيات گمراه شود. اين دوگانگى‌ها نشان مى‌دهد كه 5 نظريه ابرتار مبانى فيزيكى يكسانى را بيان مى‌كند و از لحاظ فيزيكى معادل ابرگرانش است. نمى‌توان گفت كه ابر تارها بنيادى‌تر از گرانش است يا برعكس، ابر گرانش بنيادى‌تر از ابرتار. بلكه اين نظريه‌ها بيان‌هاى متفاوتى از يك نظريه بنيادى است كه هركدام از آنها براى محاسبه در موقعيت‌هاى مختلف مفيد واقع مى‌شوند. نظريه‌هاى تار براى محاسبه حوادثى كه هنگام برخورد چند ذره با انرژى بالا و تفرق آنها روى مى‌دهد، مناسب است زيرا فاقد بى‌نهايت‌ها است. با اين همه اين نظريه براى توصيف چگونگى تابدار شدن جهان به وسيله انرژى تعداد زيادى ذره يا تشكيل حالت محدود مثل سياهچاله فايده چندانى ندارد. براى چنين وضعيت‌هايى به ابر گرانش نياز است كه اصولاً از نظريه فضا زمان خميده اينشتين همراه با بعضى موضوع‌هاى ديگر تشكيل شده است. اين تصويرى از عمده مطالبى است كه پس از اين در مورد آنها صحبت خواهم كرد.
مناسب است براى تشريح اينكه چگونه تئورى كوآنتوم به زمان و فضا شكل مى‌دهد، ايده زمان موهومى را بيان كنيم. شايد به نظر برسد زمان موهومى برگرفته از داستان‌هاى علمى تخيلى باشد، اما زمان موهومى در رياضيات مفهومى كاملاً تعريف شده است: زمان موهومى زمانى است كه با اعداد موهومى سنجش مى‌شود. مى‌توان اعداد حقيقى معمولى همانند 1، 2، 5/3- و غيره را به صورت مكانشان روى خطى كه از چپ به راست امتداد دارد در نظر گرفت: صفر در وسط خط، اعداد حقيقى مثبت در سمت راست و اعداد منفى حقيقى در سمت چپ قرار دارند.
اعداد موهومى را مى‌توان به صورت مكانشان روى خط عمود در نظر گرفت: صفر باز هم در وسط خط قرار دارد، اعداد موهومى مثبت رو به بالا و اعداد موهومى منفى رو به پايين ترسيم مى‌شود. بنابراين اعداد موهومى را مى‌توان به صورت نوع جديدى از اعداد، عمود بر اعداد حقيقى معمولى در نظر گرفت. از آنجايى كه اين اعداد ساختارى رياضياتى هستند لازم نيست كه به طور فيزيكى تحقق يابند، هيچكس نمى‌تواند به تعداد عدد موهومى پرتقال داشته باشد يا صاحب يك كارت اعتبارى با صورت حساب اعداد موهومى باشد.
ممكن است كسى فكر كند كه اين گفته‌ها به اين معنى است كه اعداد موهومى فقط يك بازى رياضى است كه با دنياى واقعى كارى ندارد. با اين همه از ديدگاه فلسفه اثبات‌گرا نمى‌توان تعيين كرد كه چه چيزى واقعى است. تنها كارى كه مى‌توانيم انجام دهيم اين است كه دريابيم كدام مدل‌هاى رياضى جهانى را كه در آن زندگى مى‌كنيم، توصيف مى‌كند. معلوم مى‌شود كه مدل رياضياتى شامل زمان موهومى نه تنها آثارى را كه پيش از اين مشاهده كرديم، پيش گويى مى‌كند، بلكه آثارى را پيش گويى مى‌كند كه تاكنون نتوانسته‌ايم اندازه گيرى كنيم، ولى به دلايل ديگر، آنها را باور داشتيم. پس چه چيز واقعى و چه چيز موهومى است؟ آيا اين دو فقط در ذهن ما متمايز از يكديگرند؟
نظريه نسبيت عام كلاسيك (يعنى غير كوآنتومى) اينشتين زمان واقعى را با سه بعد ديگر فضا ادغام مى كند تا فضا زمان چهار بعدى را به وجود آورد. اما جهت زمان واقعى با سه جهت ديگر زمان تفاوت داشت؛ خط جهانى يا تاريخ يك ناظر در زمان واقعى هميشه افزايش مى‌يابد (به عبارت ديگر زمان هميشه از گذشته به سوى آينده حركت مى‌كند.) ولى سه بعد ديگر فضا هم مى‌توانند كاهش يابند و هم افزايش به عبارت ديگر مى‌توان در فضا تغيير جهت داد اما نمى‌توان در خلاف جهت زمان حركت كرد.
از طرف ديگر، از آنجايى كه زمان موهومى عمود بر زمان واقعى است، همانند جهت فضايى چهارم رفتار مى‌كند و بنابراين زمان موهومى مى‌تواند شامل احتمال‌هايى بيش از مسير راه آهن زمان واقعى باشد كه داراى آغاز و پايان است يا روى يك مسير بسته حركت مى‌كند. با توجه به اين مفهوم موهومى است كه مى‌گوييم زمان داراى شكل است.
××××××××××××××××××××××××× ××××××××××××××××
اين هم يك متن يك خبر در اين باره :
آيا زمين در يك چاله فضا-زمان واقع شده است؟
به زودي جواب را به دست خواهيم آورد: آزمايش فيزيكي مشتركي بين سازمان فضايي آمريكا(ناسا) و دانشگاه استنفورد ، به نام "گرانش كاو B" اخيرا به نخستين نتايج رسيده است. اكنون اولين سال جمع‌آوري اطلاعات اين ماهواره در مدار زمين به پايان رسيده است. نتايج‌، كه تجزيه و تحليل آنها يك سال ديگر طول خواهد كشيد، شكل انحناي فضا-زمان را در نزديكي زمين مشخص خواهد كرد.
زمان و فضا –بر طبق نظريه نسبيت اينشتين –به يكديگر بافته شده اند و ساختار تار و پودي چهاربعدي به نام فضا-زمان را به وجود آورده اند.جرم قابل توجه زمين ، اين ساختار را به شكل يك گودي در مي آورد.مانند شخص سنگيني كه وسط يك تشك بادي نشسته باشد (هر چند كه چنين خميدگيهاي فضا-زمان را اغلب در محيط اطراف اجرام بسيار پر جرم تر و فشرده تري مانند سياهچاله ها، ستاره هاي نوتروني، و كوتوله هاي سفيد سراغ داريم اما اگر با دقت كافي محيط اطراف اجرام بسيار كم جرم تري مانند زمين را نيز بررسي كنيم خميدگي فضا-زمان ناشي از جرم زمين را مي توانيم بيابيم).
بر طبق نظريه نسبيت عام اينشتين ، حركت اجسام در ساختار تار و پودي فضا-زمان صورت مي گيرد. يعني جسم در حال حركت تابع شكل فضا-زماني است كه در آن واقع شده است. بر اساس اين نظريه، گرانش باعث تغيير شكل ساختار فضا-زمان مي شود و در نتيجه حركت جسم نيز بر اثر ميدان گرانشي تغيير مي كند. مي توان گفت كه به زبان اينشتين گرانش در اصل حركت اجسام در مسير خميدگي ساختار فضا-زمان در اطراف جسم پرجرم است. يعني وقتي زمين ر مداري به دور خورشيد در گردش است از ديد نسبيتي به دليل انحناي فضا-زمان اطراف خورشيد در اين مسير هدايت مي شود.
اگر زمين ثابت بود، ضرورتي براي انجام اين كاوش نبود، ولي از آنجا كه زمين به دور خود حركت دوراني دارد ، اين خميدگي نيز بايد همراه با زمين بچرخد.زمين با پيچ و تاب دادن ساختار فضا-زمان به دور خود به آرامي آن را به صورت يك ساختار چرخشي 4 بعدي در مي آورد.اين همان چيزي است كه ماهواره گرانش كاو يا Gp-b براي آزمايش آن به فضا فرستاده شده است.
اين آزمايش براساس فكر بسيار ساده اي انجام مي شود: يك ژيروسكوپ (گردش نما) در حال چرخش در مداري در نزديكي زمين قرار مي دهند ، در حالي كه محور چرخش آن به سمت يك ستاره بسيار دور -در نقش يك مرجع ثابت و بدون حركت- نشانه رفته است. بدون وجود نيروهاي خارجي، محور ژيروسكوپ بايد تا ابد به سمت همان ستاره ثابت بماند.ولي چون فضا-زمان در نزديكي زمين خميده است، جهت محور ژيروسكوپ به مرور زمان تغيير مي كند.با اندازه گيري بسيار دقيق تغييرات جهت محور ژيروسكوپ نسبت به ستاره، مي توان ميزان خميدگي فضا-زمان را در نزديكي زمين اندازه گرفت.
اما در عمل اين آزمايش بسيار دشوار است:
4 ژيروسكوپي كه در Gp-b كار گذاشته شده اند، كامل ترين كره هايي هستند كه تا به حال به دست بشر ساخته شده اند.اين كره ها كه هر كدام به اندازه يك توپ پينگ پونگ اند (به قطر حدود 4 سانتي متر)، از جنس سيليكون و كوارتز هستند. هيچ گاه اختلاف آنها با يك كره كامل بيش از 40 لايه اتمي نيست. اگر ژيروسكوپ ها كاملا كروي نبودند، محور چرخش آنها حتي بدون اثرات نسبيتي ‌، حركت مي كرد.
بر طبق محاسبات فضا-زمان انحنا پيدا كرده در نزديكي زمين باعث مي شود تا محور ژيروسكوپ در طول يك سال به اندازه ي 041/0 ثانيه قوس جابه جا شود. يك ثانيه قوس 3600/1 يك درجه است. براي اندازه گيري دقيق اين زاويه، Gp-b به دقت سنجش فوق العاده 0005/0 ثانيه قوس نياز دارد.اين عمل مانند آن است كه بخواهيم قطر يك ورق كاغذ را از فاصله‌ي 150 كيلومتري اندازه بگيريم.
محققان Gp-b فناوري هاي كاملا جديدي را براي اين اندازه گيري اختراع كرده اند. آنان ماهواره گرانش كاو را كاملا “بدون لرزش” ساخته اند تا در هنگام حركت ماهواره در لايه هاي بالايي جو به ژيروسكوپ ها لرزشي وارد نشود. آنها دريافتند كه چگونه از نفوذ ميدان مغناطيسي زمين به داخل فضاپيما جلوگيري كنند و همچنين دستگاهي را براي اندازه گيري چرخش ژيروسكوپ ، بدون تماس با آن، اختراع كردند.
فرانسيس اوريت ، استاد فيزيك دانشگاه استنفورد و محقق اصلي پروژه Gp-b مي گويد: “در جريان انجام آزمايش هيچ حادثه غافلگير كننده اي اتفاق نيفتاده است.” اكنون كه مرحله جمع آوري اطلاعات پايان يافته است ، او مي گويد : “دانشمندان Gp-b با اشتياق و علاقه بيشتري به كار خود ادامه مي دهند و كار سخت پيش روي خود را ناديده نمي گيرند.”
در مرحله بعدي آنها بايد اطلاعات گرفته شده را به طور دقيق و كامل بررسي كنند.اوريت توضيح مي دهد كه دانشمندان Gp-b اين كار را در سه مرحله انجام مي دهند: در مرحله اول آنان اطلاعات را به صورت روز به روز بررسي مي كنند تا بي نظمي هاي موجود در آنها را بيابند. سپس اطلاعات را به صورت ماه به ماه در مي آورند و در نهايت آنها را به صورت يك مجموعه كامل به دست آمده در طول يك سال، تحليل مي كنند. بدين ترتيب دانشمندان ايرادات موجود در اطلاعات را ، كه از طريق يك روش تجزيه و تحليل ساده نمي توان پيدا كرد، مي يابند.
نهايتا دانشمندان از سراسر دنيا نتايج را به دقت بررسي مي كنند.اوريت مي گويد: “بدين طريق به سخت ترين منتقدان، اجازه شركت در اين پروژه داده مي شود.” اگر Gp-b بتواند به طور دقيق چاله فضا-زماني را كه انتظار مي رود مشخص كند، بدين معني است كه بر اساس باور عمومي فيزيكدانان نظريه اينشتين حقيقت داشته است ولي اگر اين گونه نشود، چه اتفاقي رخ خواهد داد؟ شايد ايرادي در نظريه نسبيت عام اينشتين يافته شود. اختلاف كوچكي كه ظهور انقلابي بزرگ را در فيزيك عصر جديد اعلام خواهد كرد.

[مرتضی nvcd]

كوارك چيست ؟
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 .

[Silence so loud]

هر كسي از نظريه كوانتوم شوكه نشود آن را نفهميده است
نيلس بور

حوزه هاي معدودي از پژوهش علمي وجود داشته اند كه مانند نظريه كوانتوم تاثير عميقي بر فلسفه داشته باشند. دليل امر به اين حقيقت مربوط مي شود كه به قول نويسنده كتاب هاي علمي جان گريپين: «در دنياي مكانيك كوانتوم، قوانين فيزيك كه براي هر كسي آشنا هستند ديگر عمل نمي كنند، در عوض احتمالات هستند كه بر رويدادها حكم مي رانند.»آلبرت اينشتين، برخلاف بور، نه تنها از برخي از استلزامات نظريه كوانتوم تكان خورده بود، بلكه از آنها هراسان بود. چنانچه مشهور است او با عدم قطعيت كوانتومي با همين اظهارنظر صريح مخالفت مي كرد كه: «خدا تاس نمي اندازد.» اروين شرودينگر يكي از معماران نظريه كوانتوم، كه به همان اندازه از اين وضع آشفته بود، تجربه خيالي ساده اي را طرح كرد تا بيهودگي يكي از اين استلزامات را نشان دهد. او اتاقي دربسته يا جعبه اي را تصور كرد كه گربه اي زنده درون آن قرار دارد و نيز حاوي «وسيله اي جهنمي» شامل يك شيشه سيانور و مقدار كمي ماده راديواكتيو است. اين مقدار ماده راديواكتيو آن قدر كم است كه در طول يك ساعت ممكن است يكي از اتم هاي ماده راديواكتيو متلاشي شود، اما با احتمالي مشابه ممكن است هيچ كدام از اتم ها دچار تلاشي نشود. اگر اتم راديواكتيو تجزيه شود پرتوهاي حاصل يك شمارشگر گايگر را به كار مي اندازد و از طريق يك رله چكش كوچكي را فعال مي كند كه شيشه سيانور را مي شكند و باعث مرگ گربه مي شود.

در زندگي روزمره احتمال پنجاه _ پنجاه وجود دارد كه گربه كشته شود و بدون نگاه كردن به درون جعبه مي توانيم با خوشحالي تمام بگوييم كه گربه درون آن مرده يا زنده است. اما براساس نظريه كوانتوم هيچ كدام از اين دو امكاني كه براي ماده راديواكتيو و در نتيجه گربه وجود دارد واقعيت ندارد، مگر آنكه مشاهده شوند.

فروپاشي اتمي نه اتفاق مي افتد و نه اتفاق نمي افتد، گربه نه كشته مي شود و نه كشته نمي شود، مگر هنگامي كه ما به درون جعبه نگاه كنيم و ببينيم كه چه اتفاقي رخ داده است. نظريه پردازاني كه تفسير استاندارد از مكانيك كوانتومي را مي پذيرند مي گويند كه گربه در حالتي غيرقطعي و نامعين _ به عبارت ديگر در يك «ابرمرتبه حالت ها» (Superposition of States) _ نه مرده و نه زنده وجود دارد، تا زماني كه يك مشاهده گر واقعاً به درون جعبه بنگرد و ببيند كه گربه زنده است يا مرده.متاسفانه برخلاف ميل شرودينگر، اين تجربه تخيلي نه تنها باعث نشد كه فيزيكدانان پوچي بعضي از خصوصيات نظريه كوانتوم را درك كنند، جعبه شرودينگر براي اكثريت فيزيكدانان به مثال اعلاي استلزام هاي غيرمعمول و فوق العاده اين نظريه بدل شد. «ابرمرتبه حالت ها» به جاي به هم ريختن نظريه كوانتوم به خصلت معرف آن بدل شد.آنهايي كه تجربه خيالي شرودينگر را با معنايي كه در نظر داشتند مطرح مي كردند مي توانستند با اين حقيقت تسكين يابند كه موقعيت ياوه اي كه در آن گربه به طور همزمان هم زنده و هم مرده است به طور واقعي در آزمايشگاه قابل بازآفريني نيست.

دليل اين امر ناپيوستگي كوانتومي (quantum decoherence) است _ پديده اي كه به وسيله آن يك «ابرمرتبه» از يك حالت به حالت ديگر بدل مي شود. سرعت اين ناپيوستگي در يك سيستم فيزيكي به اندازه آن بستگي دارد. در حالي كه در موجوديت هاي فيزيكي در اندازه اتم ممكن است در يك «ابرمرتبه حالت ها» وجود داشته باشند، موجوديت هاي بزرگ تر، به خصوص در اندازه يك گربه، كه متشكل از ميلياردها اتم هستند، در يك حالت منفرد و معين ثابت مي شوند. در نتيجه افرادي كه با موضع اينشتين همدلي دارند مي توانند مدعي شوند كه گرچه خصوصيات غريب كوانتومي ممكن است در جهان زيراتمي مصداق داشته باشند، در دنياي روزمره متشكل از اشياي معمول مثل گربه، كتاب و افراد و... خدا از هر لحاظ تاس نمي اندازد. اما اكنون حتي اين دفاع (تاحدي نوميدانه) از شعور عام در خطر سرنگون شدن است. فيزيكدانان ويليام مارشال، كريستوف سايمون و ويك بوويستر اخيراً آزمايشي را طراحي كرده اند كه در آن مي توان از «ناپيوستگي كوانتومي» اجتناب كرد تا به يك «ابرمرتبه حالت ها» در مورد جسمي در اندازه حدود يك گلبول قرمز (به طور مشخص آينه اي با قطر ۱۰ ميكرون يا يك صدم ميلي متر) دست يافت، اندازه اي كه شايد در مقايسه با يك گربه بزرگ نباشد ولي در مقياس هاي اتمي بسيار بزرگ است. براساس گزارش مارشال و همكارانش: «اين جسم تقريباً دامنه اي ۹ برابر بيشتر از هر ابرمرتبه مشاهده شده تا به حال دارد.»

اين آزمايش فرضي در اصول بر تعامل يك فوتون منفرد نور با يك آينه كوچك كه بر روي يك بازوي كوچك نصب شده است تكيه دارد. فشار تابش فوتون براي جابه جا كردن آينه كوچك كافي است. به وجود آمدن يك ابرمرتبه فوتون باعث مي شود سيستم به صورت يك ابرمرتبه حالت هاي متناظر با دو جايگيري متمايز آينه تكوين پيدا كند.پيشنهاد اين دانشمندان اولين پيشنهاد براي تعيين كردن چگونگي ايجاد و مشاهده يك ابرمرتبه ماكروسكوپيك نيست، اما اولين پيشنهادي محسوب مي شود كه امكان تحقق آن با تكنولوژي فعلي وجود دارد.

در واقع در حال حاضر ساختن اجزاي لازم براي اين آزمايش در جريان است و بنابراين تنها اندكي بايد صبر كرد تا گونه اي از «وسيله جهنمي» شرودينگر به واقعيتي مشاهده پذير بدل شود. معاني ضمني اين آزمايش بر آفرينندگان آن پوشيده نيست چرا كه بدون اغراق اظهار مي كنند: «اينكه انجام آزمايشي بر روي يك ميز توانايي بالقوه به آزمون گذاشتن مكانيك كوانتوم را در نظامي كاملاً نوين در اختيار بگذارد، امري فوق العاده است.»

و غيرعادي تر اين است كه اين آزمايش بر مبناي تجربه اي فرضي تكوين يافته است كه در اصل براي افشا كردن پوچي نظريه كوانتوم طراحي شده بود. شرودينگر مسلماً از روبه رو شدن با اين آزمايش شوكه مي شد.