تعريف و اصل نظريه سي. پي. اچ. و تشريح آن
مقدمه
نظريه سي. پي. اچ. بر اساس يک تعريف ساده از سي. پي. اچ. و يک اصل موضوع بنا شده است. هرچند در نگاه اول اين اصل ساده به نظر مي رسد، اما به دليل نگرش ماوراي کوانتومي به پديده ها، درک شهودي و سير انديشه را به فضاي ماوراي کوانتومي سوق دادن نيازمند دقت است. به همين دليل يکي از فصول اين کتاب را به گزيده اي از سئوالات و پاسخهايي اختصاص داده ام که با دوستان داشته ام. لذا علاوه بر اينکه دقت در مطالب مربوطه ضروري است، مطالعه ي سئوالات و جوابها را نيز توصيه مي کنم.
اما اشاره کوتاهي در مورد اصطلاح سي. پي. اچ. را لازم مي دانم. اميدوارم مفيد واقع شود.
مفهوم سي. پي. اچ.
CPH , Creation Particle Higgs
C : Creation به معني آفرينش (توليد) بوجود آوردن
P : particle ذره
تشکيل شده است که آن را
Theory of CPH or CPH Theory
مي ناميم.
بسياري ازفيزيکدانان اعتقاد دارند بزرگترين چالش فيزيک در قرن بيست و يکم به تحقيقات رويذرات هيگز مربوط مي شود و در اين زمينه نيز سرمايه گذاري زيادي انجام شده است.
اما سوال اين است که اصولاًهيگز چيست؟
کلمه هيگز اولين بار در سال 1960 توسط پتر هيگز وارد فيزيک شد.
ايده اساسي چنين استکه تمام ذراتي که با يکديگر کنش و واکنش دارند،کنش آنها توسط يک ميدان اعمال مي شودکه توسط ذرات هيگزبوزون حمل مي شوند. اين ذره که با همه ي ميدانها در آميخته وموجب کسب جرم توسط ساير ذرات مي شود، هيگزبوزون "Higgs boson" ناميده مي شود.
بار - رنگ و مغناطيس-رنگ
اجازه دهيد يک نگاه جديد به رفتارالکترومغناطيسي در ميدان گرانشي بيندازيم،اين نگرش مي تواند در حل اين معما که فوتون از چه ذراتي تشکيل شده، مفيد واقع گردد. همچنانکه مي دانيم يک موج الکترومغناطيسي از دو ميدان الکتريکي و مغناطيسي عمودبر هم تشکيلشده است که با سرعت خطي برابر با سرعت نور حرکت مي کنند. شکل زير
با توجه به توصيف امواج الکترومغناطيسي و نظريه هيگز و ترکيب اين دو نظريه به نتيجه بسيار جالبي خواهيم رسيد.
در اينجا دو ميدان داريم، يکي ميدان الکتريکي و ديگري ميدان مغناطيسي که با توجه يه نظريه هيگز، اين ميدانها توسط ذرات هيگز ايجاد مي شوند. اما در اينجا ميدانها متفاوتند، يکي ميدان ابکتريکي که توسط ذراتي ايجاد مي شوند که از خود، خواص الکتريکي بروز مي دهند و با سرعت خطي برابر سرعت نور منتقل مي شوند. اما علاوه بر سرعت خطي که در موج الکترومغناطيسي دارد، روي محور عمود بر آن نيز داراي حرکت است. لذا مجموع مسيري که اين ذرات در واحد زمان طي مي کند، بيشتر از سرعت نور است.
در اينجا سه نکته کاملاً مشهود و قابل تعمق است:
1 – اين ذرات خواص الکتريکي دارند. چون به اندازه بار الکتريکي پايه (بار الکتريکي الکترون يا پروتون) نيستند، لذا آنها را بار – رنگ مي ناميم. بطور مشابه در مورد ميدان مغناطيسي و ذرات تشکيل دهنده ي آن ميتوان چنين تعبيري داشت که ميدان مغناطيسي اطراف فوتون از مغناطيس – رنگ تشکيل شده است .
2 – حرکت اين ذرات را مي توان شامل سه نوع حرکت دانست، يکي سرعت خطي که برابر سرعت انتقال موج الکترومغناطيسي (برابر سرعت نور)، دوم سرعتي که در ميدان دارند (در شکل بالا مشخص شده است) و سوم اسپين اين ذرات. لذا مجموع مقادير سرعتها برابر مقدار سرعت اين ذرات است که آن را با Vcنشان مي دهيم. بطور وضوح مشخص است که Vc > cکه در آن Vc, cبترتيب مقدار سرعت نور و مقدار سرعت بار – رنگ و مغناطيس – رنگ هستند.
3 – ميدان گرانشي از ذراتي (گراويتون) تشکيل مي شود که داراي خواص - بار رنگي و مغناطيس – رنگي مي باشند. زيرا همچنانکه در فصل قبل مشاهده شد، هنگاميکه فوتون در ميدان گرانشي در حال سقوط است، انرژي و در نتيجه شدت ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي آن افزايش مي يابد (جابجايي بسمت آبي)، لذا ورود گراويتونها (بار – رنگ و مغناطيس – رنگ) به ساختمان فوتون موجب افزايش انرژي آن مي شود.
با توجه به اين اطلاعات به تعريف سي. پي. اچ. پرداخته و اصل سي. پي. اچ. را بيان مي کنيم. لازم به ذکر است که:
براي سي. پي. اچ. از کلمه ي ذره استفاده شده است،منظور از ذره همان نقطه يمادي نيست و در فارسي کلمه ايکه گوياي مفهوم سي. پي. اچ. باشد نديدم. بهمين دليل از لغت ذره استفاده شد. همچنين توجه شود که در مورد شکل آن نيز هيچ نظر خاصي وجود ندارد. لذا هر کس بنا بر برداشت و سليقه ي خود مي تواند براي آن شکل مورد نظر خويش را تجسم کند.
فرض کنيميک ذره با جرم ثابتm وجود دارد که نسبت به هر دستگاه لختي با مقدار سرعت ثابت Vcحرکت مي کند. و
Vc>c c, is speed of light
پي. اچ. يک ذره بنيادي با جرم ثابت است که با مقدار سرعت ثابت حرکت مي کند. اين ذره داري لختي دوراني است. در هر واکنش بين اين ذره با ساير ذرات يا نيروها در مقدار سرعت آن تغييري داده نمي شود، بطوريکه :
gradVc=0 in all inertial frames and any space
توجه:هنگاميکه نيروي خارجي بر آن اعمال شود،قسمتي از سرعت انتقالي آن به سرعت دوراني (يا بالعکس ) تبديل مي شود، بطوريکه درمقدارVcتغييري داده نمي شود. يعني اندازه حرکت خطي آن به اندازه حرکت دوراني و بالعکس تبديل مي شود. بنابراين مجموعانرژي انتقالي و انرژي دوراني آن نيز همواره ثابت است. تنها انرژي انتقالي آن به انرژي دوراني و بالعکس تبديل مي شود.
هنگاميکهسي. پي. اچ. داراي حرکت دوراني حول محوري کهاز مرکز جرم آن مي گذرد است،يعني زمانيکهسي. پي. اچ. داراي Spin است،آن را گراويتون مي ناميم.
When CPH has Spin, It calls Graviton
هنگاميکه يک سي. پي. اچ. وجود سي. پي. اچ. ديگري را احساس مي کند. داراي اسپين مي شوند که گراويتون ناميده مي شود. علت ايجاد اسپين در اصل موضوع سي. پي. اچ. نهفته است که بايد با مقدار سرعت ثابت Vc حرکت کند بطوريکه
gradVc=0 in all inertial frames and any space
بعبارت ديگر مجموع مقدار شتاب هاي سي. پي. اچ. روي سه محور مختصات برابر با صفر است. حال دو سي. پي. اچ. را در نظر بگيريد که متوجه بار- رنگي و مغناطيس – رنگي يکديگر شده اند. شکل زير
شکل بالا نشان مي دهد که دو گراويتون با جرم mو اندازه حرکتP =mVc ، درفاصله rتحت تاثير بار – رنگي و مغناطيس رنگي يکديگر قرار گرفته، با هم ترکيب مي شوند، اما چون مقدار سرعت آنها ثابت است،حرکت انتقالي آنها به حرکت دورانيSpinتبديل مي شود. فاصله ي بين آنها تا جايي مي تواند کاهش يابد که باهم برخورد نکنند. در صورت برخورد به دليل اسپيني که دارند، از يکديگر دور مي شوند. لذا تراکم (چگالي) آنها تا زماني مي تواند افزايش يابد که به حالت تماس نرسند. در صورت تماس طي برخوردي شديد يکديگر را مي رانند و به اطراف پراکنده مي شوند.
يکبار ديگر جابجايي بسمت آبي را به خاطر آوريد که طي آن يک فوتون در حال سقوط در ميدان گرانشي است. (اثر مسبوئر و آزمايش پوند – ربکا). فوتوني با انرژي hnبه اندازه yسقوط مي کند و انرژي آن به اندازه ي
mgyافزايش مي يابد و به مقدار hn'مي رسد
انرژي و جرم فوتون افزايش ميابد. شکل زير حرکت يک فوتون در حال سقوط در يک ميدان گرانشي را نشان مي دهد که با ورود گراويتونها به آن انرژي (جرم)، فرکانس و شدت ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي آن افزايش مي يابد.
بنابراين يک فوتون از تعدادي گراويتون تشکيلمي شود که داراي اسپين هستند. شکل زير
همچنين فوتون داراي اسپين است. بنابراين هنگاميکه فوتون با سرعت نور حرکت مي کند،گرايتون هايي که فوتون را تشکيل داده اند دارايحرکتهاي زير مي باشند:
حرکت انتقالي برابر سرعت نور،زيرا فوتون با سرعت نور منتقل مي شود و اجزاي تشکيلدهنده آن نيز الزاماً با همينسرعت منتقل مي شوند.
حرکت دوراني (اسپين)، زيرا طبق اصل سي. پي. اچ. مقدار سرعت سي. پي. اچ. بيشتر از سرعت نور استو هنگاميه سي. پي. اچ. ها با يکديگر ادغام مي شوند و ساير ذرات را تشکيل مي دهند،مقداري از سرعت انتقالي آنها به اسپين تبديل مي شود.
و حرکت ناشي از اسپين فوتون،زيرا گراويتون ها در ساختمان فوتون هستندو از حرکت اسپيني فوتون سهم مي برند.
زير کوانتوم انرژي، جرم و نيرو
در فرآيند بالا نشان داده شد که چگونه گراويتونها وارد ساختمان فوتون شده و انرژي آنرا افزايش مي دهند. از طرفي ديگر مي دانيم که گراويتونها حامل نيروي گرانشي هستند. لذا بسادگي مشاهده مي شود که نيرو قابل تبديل به انرژي است. گراويتونهايي که به اين ترتيب تبديل به انرژي مي شوند.
دريک ميدان گرانشي، هنگاميکه فوتون بسمت آبي جابجامي شود،گراويتون ها تبديل به انرژي مي شوندو زمانيکه فوتون بسمت قرمز جابجامي شود،انرژي فوتون به گراويتون تبديل مي شود وو سرانجام با تباه شدن انرژي ، ماده و پادماده پديد مي آيد.
شکل زير
در حقيقت سي. پي. اچ. يک زير کوانتوم هستي در طبيعت است که همه ي ذرات از آن ساخته شده اند.
CPH is Sub Quantum of existence in Nature
اين زير کوانتوم داراي جرم است،پس جلوه ي ماده است،داراي اندازه حرکت است که بيان کننده ي انرژي است. همچنين داراي خواص بار-رنگي و مغناطيس – رنگي است. يک کوانتوم انرژي از تعدادي سي. پي. اچ. تشکيل مي شود و امواج الکترومغناطيسي ظاهر مي شوند.
بدين ترتيب مشخص است که چرا نمي توان فوتون را در حالت سکون مشاهده کرد، زير يک فوتون در شرايط سرعت نور و از تعدادي ذرات زير فوتون (بار-رنگها و مغناطيس-رنگها) توليد مي شود که خود اين ذرات زير فوتوني با مقدار سرعتي بيشتر از سرعت نور حرکت مي کنند.
بار-رنگ و مغناطيس رنگ در امواج الکترومغناطيسمعادلات
داراي اسپين خواهند شد و مي توان نوشت.
يعني مجموع شتاب ها روي سه محور برابر صفراست
فرض کنيم کهسي پي. اچ. ( در پرتو الکترومغناطيسي) روي محورxحرکت انتقالي برابر با سرعت امواج الکترومغناطيسي(سرعت نور) دارد. شکل زير
بنابراين مقدار سرعت آن تنها روي محور هايy, zتغيير مي کند و شتاب روي محورxصفر است،يعني
تنهاروي دو محور ديگر شتاب خواهد داشتبطوريکه:
هنگاميکه
ay=0 => az is maximum. And ay is maximum when az=0
در حرکت است. اين بار-رنگ تحت تاثير ميدان مغناطيسي موجود (مغناطيس-رنگها) دائماً در حال شتاب روي اين محور است. بهمين دليل اسپين بار-رنگها دائماً در حال تغيير است و اين تغييرات از مقدار سرعت آنها روي همين محور تامين و تبديل مي شود. با افزايش اسپين، از مقدار سرعت روي محورyکاهش مي يابد و با کاهش اسپين بر مقدار سرعت روي همين محور افزوده مي شود و در صورتي که شدت ميدان گرانشي ثابت باشد، مانند فضاي بين ستارگان، سرعت نور ثابت خواهد ماند. بهمين دليل مشاهده مي کنيم که همانطور که نسبيت خاص تصريح کرده، مقدار سرعت نور در فضاي تهي نسبت به همه ي دستگاه هاي لخت ثابت و برابرCاست.
به همين ترتيب حرکت و اسپين مغناطيس – رنگها روي محور Zقابل توجيه است. توجه شود که اين تغييرات در در مورد بار – رنگها و مغناطيس – رنگها هماهنگ هستند. اگر به شکل انتشار امواج الکترومغناطيسي توجه فرماييد، مشاهده خواهيد کرد که هم زمان دامنه ي ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي ماکزيمم و صفر مي شوند.
حال مي توان معادله حرکت بار – رنگ را نوشت. با توجه به شکل بالا، سي. پي. اچ. ي که بصورت بار رنگ ظاهر شده حرکتي متناوب دارد که معادله ي حرکت آن را مي توان بصورت زير نوشت:
که در آنEcمقدار بار-رنگ استو Ecmمقدار مازيمم بار-رنگ است
براي سي. پي. اچ. ديگر کهبصورت مغناطيس-رنگ ظاهر مي شود مي توان نوشت:
که در آن Bcمقدار مغناطيس-رنگ است وBcmمقدار ماکزيمم مغناطيس رنگ است.فرض کنيم يک فوتون شامل nبار – رنگ و mمغناطيس – رنگ است که معادله ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي آن بصورت زير خواهد شد
هنگاميکه يک فوتون در حالسقوط در يک ميدان گرانشي است، تعداد بار – رنگها و مغناطيس – رنگهاي آن افزايش مي يابد و در نتيجه جابجايي بسمت آبي خواهيم داشت. و هنگام صعود فوتون در ميدان گرانشي، از تعداد آنها کاسته مي شود و شاهد جابجايي بسمت قرمز خواهيم.
معادلات الکترومغناطيس در گرانش
همجنانکه در بالا تشريح شد، هنگام سقوط فوتون در ميدان گرنشی، گراويتون ها خواص بار-رنگی و مغناطيس-رنگی از خود نشان می دهند. بهمين دليل بر شدت ميدانهای الکتريکی و مغناطيسی فوتون افزوده می شود. بنابراين يک رابطه ی تنگاتنگ بين گرانش و امواج الکترومغناطيسی وجود دارد. اما می دانيم که امواج الکترومغناطيسی از معادلات ماکسول پيروی می کنند. لذا وابستگی گرانش و امواج الکترومغناطيسی نيز بايد از معادله ای شبيه معادلات معادلات ماکسول تبعيت کند. سئوال اين است که اين معادله را چگونه می توانيم به دست آوريم؟
يکبار ديگر سقوط فوتون را در ميدان گرانشي مورد بررسي قرار مي دهيم. محور قائم را در جهت شتاب گرانش در نظر مي گيريم. جهت حرکت نور بطرف پايين و با شتاب گرانش همجهت است. بنابراين جهت ميدان الکتريکي افقي (عمود بر جهت حرکت فوتون) خواهد بود. با سقوط فوتون، شدت ميدان الکتريکي افزايش مي يابد و بنابر نظريه سي. پي. اچ. همان مقدار تغييرات روي ميدان گرانش ايجاد خواهد شد. يعني تعدادي بار-رنگ از ميدان گرانش وارد ساختمان فوتون خواهند شد(شکل زير). توجه شود که مجموع انرژي فضايي که فوتون در آن حرکت مي کند و انرژي فوتون مقدار ثابتي است. بنابراين هر تغييري روي يکي از آنها برابر است با همان مقدار تغيير روي ديگري با علامت مخالف.
در اينجا دو تابع برداري داريم. يکي شدات ميدان گرانشي و ديگري شدت ميدان الکتريکي:
حال اگر عملگر
را بصورت ضرب برداري روي ميدان برداري گرانش اعمال کنيم، نتيجه يک ميدان برداري عمود بر جهت حرکت فوتون به دست مي آيد و خواهيم داشت:
هنگام سقوط فوتون، شدت ميدان الکتريکي نسبت به زمان افزايش مي يابد و به همان ميزان از تعداد بار-رنگهاي موجود در ميدان گرانش کاسته مي شود. جدول زير را که با توجه به شکل بالا تنظيم شده ملاحظه کنيد:
Point A; Photon contains k1 CPH
Point B; Photon contains k2 CPH
لذا به همين مقدار که بر تعداد سي. پي. اچ. هاي فوتون افزوده مي شود، از تعداد بار-رنگهاي ميدان گرانشي کاسته مي شود. اما اين تمام فرايند انجام شده نيست، زيرا ميدان الکتريکي تغيير مي کند و اين تغيير ميدان الکتريکي موجب تغيير ميدان مغناطيسي نيز مي شود، يعني:
لذا به همين ميزان نيز که بر شدت ميدان مغناطيسي افزوده مي شود، از تعداد گراويتوننهاي ميدان گرانشي کاسته مي شود.
اين پديده فرايند معکوسي نيز دارد، و آن مربوط به زماني است که فوتون در حال فرار از ميدان گرانشي است. هنگام فرار فوتون در ميدان گرانشي، جابجايي بسمت سرخ است که انرژي و در نتيجه شدت ميدان الکتريکي فوتون کاهش مي يابد. لذا تعدادي از بار-رنگها از ساختمان فوتون خارج شده و بر تعداد گراويتون هاي ميدان گرانشي افزوده خواهد شد. لذا خواهيم داشت:
در حالت کلي اگر بخواهيم معادلات ماکسول را براي فضاي واقعي که در آن آثار گرانشي نيز وجود دارد بنويسيم، بايد معادلات شش گانه ي زير را بکار ببريم.
هر فضايي که آثار گرانشي داشته باشد و امواج الکترومغناطيسي از آن عبور کند، شدت ميدانهاي گرانشي و مغناطيسي و در نتيجه انرژي آن تغيير خواهد کرد.
ذره ي باردار چگونه امواج الکترومغناطيسي منتشر مي کند؟
از موارد مهم الکتروديناميک تشعشعات الکترومغناطيسي توسط يک بار شتاب دار است.
در نظريه الکترومغناطيس کلاسيک چنين پيشگويي شده که هرگاه يک ذره ي باردار شتاب بگيرد، تشعشعات الکترومغناطيسي تابش مي کند. اين موضوع تا زماني که دانش فيزيکدانان در مورد ساختمان اتم اندک بود، با اشکالي مواجه نمي شد. اما بعد از آزمايش راترفورد مشخص شد که اتم از يک هسته نسبتاً سنگين تشکيل شده است و فاصله بين الکترونها و هسته نسبت به اندازه اتم خيلي زياد است. در واقع قسمت عمده اي از ساختمان اتم، فضاي خالي است.
بور با در نظر گرفتن اين موضوع مدل اتمي خود را ارائه کرد. طبق مدل اتمي بور، اتم از يک هسته نسبتاً سنگين تشکيل شده است و الکترونها در مدارات ثابتي به دور آن در حال چرخش هستند. اين مدل نشان مي داد که الکترونها در ساختمان اتم داراي شتاب هستند و طبق نظريه الکترومغناطيس مي بايست انرژي تابش کند. پس مي بايست بتدريج انرزِي از دست بدهند و سرانجام در هسته سقوط کنند.
اين مدل با نظريه ي الکترومغناطيس کلاسيک سازگار نبود. زيرا الکترونها ضمن آنکه به دور هسته مي چرخند (داراي شتاب هستند) اما انرژي از دست نمي دهند و در هسته سقوط نمي کنند. بور براي دوري از اين مشکل فرض کرد اتم هيدروژن مانند نوسان کننده هاي پلانک، در حالت هاي ثابت و معيني وجود دارد. که در آنها تابشي از خود گسيل نمي کنند. وقتي تابش گسيل مي شود که الکترون از يک حالت پايه به حالت ديگري با انرژي کمتر انتقال يابد بطوريكه
.hf که در آن انرژي فوتون گسيل شده برابر است با
هرچند مدل اتمي بور داراي نارسايي هايي است، اما مفهوم کوانتيزه بودن را در قالب فيزيک کلاسيک با بيان رياضي ساده اي نشان داد.
پيش از ادامه بحث لازم به يادآوري است که الگوي مکانيک موجي جايگزين مدل اتمي بور شد، اما کاملاً پذيرفته شده است که الکترونها در مدار ثابت انرژي تابش نمي کنند. هنگاميکه الکترون انرژي کسب مي کند به مدار بالاتر صعود مي کند و هنگام بازگشت به مدار پائينتر، انرژي از دست مي دهد. الکترومغناطيس کلاسيک پيش بيني مي کند که وقتي بار الکتريکي شتاب داشته باشد، انرژي تابشي از خود گسيل مي کند. بهمين دليل است که آنتن يک فرستنده راديويي که در آن الکترونها به عقب و جلو رانده مي شوند، امواج الکترومغناطيسي تابش مي کنند. شکل زير
الکترونهاي متحرک در اثر تابش مقداري انرژي از دست مي دهند که در آنتن راديو بوسيله يک نوسان کننده جبران مي شود.
حال بايد ديد اين پديده را چگونه مي توان با نظريه سي. پي. اچ. توضيح داد. در حاليکه در مکانيک کوانتوم اين پديده به عنوان يک فرض پذيرفته شده است و هيچگونه تحليلي براي آن وجود ندارد. اما اجازه بدهيد اين پديده (گسيل تابش توسط بار شتاب دار) را در حالت کلي مورد توجه قرار دهيم. آيا اين پديده حالت کلي و عمومي دارد که هرگاه يک ذره باردار شتاب بگيرد تشعشعات الکترومغناطيسي تابش مي کند يا در موارد خاصي چنين است و اصولاً چرا هنگام شتاب انرژي تابش مي کند؟
مي دانيم هرگاه جسمي در ميدان گرانشي سقوط (يا صعود) کند شتاب مي گيرد. سئوال اين است که اگر يک ذره ي باردار در ميدان گرانشي سقوط کند، انرژي تابش مي کند؟
جواب نسبيت به اين سئوال مثبت است. اما هنوز يک توافق کلي و تجربي در اين مورد وجود ندارد. در هر صورت طبق نسبيت هرگاه يک ذره ي باردار در ميدان گرانشي شتاب بگيرد، انرژي تابش مي کند. اما چون گرانش نيروي بسيار ضعيفي است، هنوز بطور تجربي نتوانسته اند گسيل انرژي توسط يک ذره ي باردار را در ميدان گرانشي بطور آزمايشي ثابت کنند. معمولاً اثبات آن را به دستگاه هاي مقايسه اي و از ديد ناظر مورد بحث قرار مي دهند.
تشعشع و سي. پي. اچ
در نظريه سي. پي. اچ. نيرو و انرژي قابل تبديل به يکديگر هستند، يعني نيرو به انرژي تبديل مي شود و انرژي نيز به نيرو تبديل مي گردد. هرگاه نيرو به جسمي وارد شود و روي آن کار مثبت انجام دهد، نيرو به انرژي تبديل مي شود. اما اگر کار انجام شده منفي باشد، انرژي به نيرو تبديل مي شود، يعني با توجه به رابطه
اگر کار مثبت باشد، انرژي جسم (يا ذره ) افزايش مي يابد که در اين صورت نيرو به انرژي تبديل مي شود. اگر کار انجام شده روي جسم منفي باشد، يعني جسم انرژي از دست بدهد، انرژي به نيرو تبديل مي شود. آگر کار انجام شده برابر با صفر باشد، هيچ تغييري در انرژي جسم ايجاد نمي شود
بنابراين هنگاميکه الکترون در ساختمان اتم روي مدار خاصي به دور هسته مي گردد، هرچند داراي شتاب است اما کار انجام شده روي آن صفر است. و تغييري در انرژي آن ايجاد نمي شود. اما هنگاميکه الکترون شتاب بگيرد، بطوريکه کار انجام شده روي آن صفر نباشد ، امواج الکترومغناطيسي تابش مي کند. يعني تابش امواج الکترومغناطيسي توسط ذره ي باردار تابع کاري است که روي آن انجام مي شود. در اين بحث هنوز دو نکته مشخص نشده است، يکي اينکه اصولاً چگونه تابش امواج الکترومغناطيسي توسط ذره ي باردار شتاب دار قابل توضيح است؟ و ديگر اينکه چرا هنوز تابش ذره ي باردار در ميدان گرانشي (آنچنان که نسبيت پيش گويي کرده) با تجربه ثابت نشده است؟
طبق نظريه ي سي. پي. اچ. هرگاه يک ذره ي باردار حرکت کند، گرانش در مقابل اين حرکت مقاومت مي کند و مقامت گرانش با حرکت ذره ي باردار به صورت نيروي مغناطيسي ظاهر مي شود. اما اگر ذره ي باردار علاوه بر سرعت، شتاب نيز داشته باشد بطوريکه کار انجام شده روي آن مخالف صفر باشد، امواج الکترومغناطيسي تابش مي کند. در ساختمان اتم جون کار انجام شده روي الکترون صفر است ، لذا انرژي تابش نمي کند
بطور کلي مي توان براي يک ذره ي شتاب دار چنين گفت
W(on electron or proton)=E
در مورد سقوط يک ذره ي باردار در ميدان گرانشي بايد به جرم ناچيز ذره توجه کرد که با توجه به رابطه ي
کاري که نيروي گرانش روي ذره ي باردار انجام مي دهد بسيار ناچيز است و اندازه گيري آن به ابزار بسيار دقيقي نياز دارد. در اينجا لازم به يادآوري است که امواج الکترومغناطيسي داراي طيف بسيار گسترده اي است و يک ذره که در ميدان گرانشي سقوط مي کند، مي تواند امواج الکترومغناطيسي با طول موج بسيار بلند توليد کند که آشکار سازي آن عهده ي فناوري حاضر خارج است.
گرانش در نظريه سي. پي. اچ
در نظريه سي. پي. اچ. گرانش يک جريان است. اين جريان دائمي بين تمام ذرات و اجسام وجود دارد. به عنوان مثال به زمين و ماه توجه کنيد. زمين داراي ميدان گرانش است. يک ميدان گرانشي از تعداد متنابهيسي. پي. اچ. (گراويتون) تشکيل شده است. پس ميدان گرانشي زمين نيزتعداد بيشماري سي. پي. اچ تشکيل شده استدر اطراف زمين در حرکت هستند.
نگاهي به زمين و ماه بيندازيد. در اينجا دو ميدان وجود دارد،يکي ميدان گرانشي زمين و ديگري ميدان گرانشي ماه. هنگاميکه يک گراويتون به زمين مي رسد،گراويتون ديگري زمين را ترک مي کندبه دليل اينکه گراويتون يک زير کوانتوم با خواص بار – رنگي يا مغناطيس – رنگي است، هنگام ترک زمين، آنرا به دنبال خود مي کشد. به عنوان مثال فرض کنيم يک بار – رنگ (گراويتون) از ماه به زمين براسد و به يک اتم زمين وارد شود و وارد الکترون شود. تعادل الکتريکي الکترون بهم مي خورد و الکترون مذکور با ارسال بار- رنگ مشابهي (گراويتون ديگري) مقدار بار الکتريکي خود را ثابت نگاه مي دارد. بار-رنگ ورودي و خروجي از نظر علامت يکسان هستند تا بار الکتريکي الکترون ثابت بماند. هنگاميکه بار – رنگ ورودي وارد ساختمان اتم مي شود، با توجه به علامت آن (منفي يا مثبت) بطرف الکترون يا پروتون تغيير مسير مي دهد و جذب آنها مي شود. فرض کنيم بار – رنگ ورودي منفي است که جذب پروتون مي شود. با ورود بار-رنگ منفي به ساختمان پروتون، تعادل بار پروتون بهم مي خورد. پروتون مزبور براي حفظ مقدار بار الکتريکي که موجوديت و خواص پروتون مربوط به آن است، بار – رنگ مزبور را باز پس مي فرستد و بار – رنگ با سرعتي بالاتر از سرعت نور، پروتون را ترک مي کند. اما به دليل بار – رنگي منفي که دارد، پروتون را به دنبال خود مي کشد. پروتون مزبور در کنش با ساير ذرات، آنها را به دنبال خود مي کشد.
دقيقاً نظير گلوئون ها(گلوئون به معني چسب است) که موجب کشيده شدن کوارکها بطرف يکديگر مي شود. با توجه به اينکه پروتونها خود نيز از کوارکها با بار الکتريکي کسري ساخته شده اند، در واقع بار – رنگ هاي ورودي (گراويتونها) با کوارکها کنش خواهند داشت. در مورد الکترون نيز بحث مشابهي مي توان ارائه داد.
فضا-زمانچگونه انرژي توليد مي کند؟
يک کوانتومانرژي از تعداد زياديسي. پي. اچ. تشکيل مي شود. سي. پي. اچ. ها روي يکديگر کار انجام مي دهند(با تغيير اسپين يکديگر) و با ترکيب آنها کوانتومهاي انرژي توليد مي شود. البتهاين رويداد هنگامي رخ مي دهدکه چگالي گرانش در فضا به حد کافيباشد.
با توجه به اندازه ي فوتون گاما مي توانچگالي سي. پي. اچ. را در ساختمان فوتون به دست آورد. قطر يک الکترون تقريباً بربر 18- 10 متر است. يک فوتون گاما در توليد زوج،يک الکترون و يک پوزيترون توليد مي کند. فرض کنيم حجم يک فوتون گاما تقريباً دو برابر حجم الکترون باشد. حال فرض کنيم چگالي سي. پي. اچ. در ساختمان فوتون به صورت زير باشد.
اما مي دانيم که فضا از گراويتون انباشته است. هنگاميکه چگالي آنها به مقدار بالا برسد، کوانتومهاي انرژي پيديد مي آيند. بنابراين انتگرال روي فضا از چگالي صفر تا چگالي فوتون،توليد انرژي الکترومغناطيسي توسط فضا-زمان ( گرانش) است.
is a projection to production electromagnetic energy
جنين فرايندي در فضايي رخ مي دهد که چکالي گراويتونها به اندازه ي لازم براي توليد انرژي باشد. چنين رويدادي در اطراف سياه چاله ها انري عادي است.
در چنين فضايي با چگالي گراويتون بالا، داراي فرايند جالبي نيز مي تواند ياشد و آن توليد ماده – پاد ماده است که تحت عنوان تابش هاوکينگ مطرح شده است. شکل زير
سرعت انتقالي و اسپين
سي. پي. اچ. با مقدار سرعت ثابت Vc حرکت مي کند . بنابراين هنگاميکه سرعت انتقالي آن کاهش مي يابد بر مقدار اسپين آن افزوده مي شود. شکل زير
gradVc=0, in all inertial frames and any space
حرکت فوتون در ميدان گرانشي و انحناي فضا
اگر حرکت فوتون ها در فضا بدون هيچگونه اثر گرانشي باشد،تنها حرکت راست خط خواهند داشت(قسمت بالاي شکل زير). اما فضا از گرانش انباشته است، يعني جايي در فضا وجورد ندارد که بدون اثر گرانشي باشد. بنابراين مسير فوتون شبيه سمت راست شکل زير است
در سمت چپ تصوير بالا، فوتون در يک ميدان گرانشي حرکت مي کند. فوتون داراي سرعت و فرکانس و انرژي زير است:
در نقطه A ، Energy E, Frequency f ،گرانش روي فوتون کار انجام مي دهد. تعدادي گراويتون وارد ساختمان فوتون مي شوند. فوتون به طرف جسم شتاب مي گيرد. فرکانس، انرژي و سرعت فوتون افزايش مي يابد.
در نقطهB ، Energy E1, Frequency f ، در مدت زمانيکه فوتون در حال سقوط است، فاصله ي فوتون و جسم رو به کاهش است. تا به نقطه ي Gبرسد. در اين نقطه فرکانس و انرژي فوتون در مسير مورد بحث ماکزيمم است. از اين نقطه به بعد انرژي و فرکانس فوتون کاهش مي يابد تا به نقطه A’ برسد. در نقاط A and A’انرژي و فرکانس فوتون مشابه است(با فرض يکنواخت بودن شدت ميدان گرانشي). در صورتي که شدت ميدان گرانشي زياد باشد (نظير فضاي اطراف يک سياه چاله) فوتون در جسم عامل ميدان گرانشي سقوط مي کند. در غير اينصورت جسم نظير يک عدسي رفتار مي کند.
در شکل زير نشان داده شده است که ناظر داخل و خارج مسير نور را چگونه مي بينند
بنابراين مشاهدات براي ناظر داخل و خارج يک ميدان گرانشي يکسان نيست.
اطلاعات در مورد مهبانگ و درون سياه چاله ها
با توجه به نظريه بيگ بنگ، جهان در 14 بيليون سال پيش از يک توده فوق العاده داغ و چگال آغاز شده است. پس از آن جهان به طور مداوم شروع به گسترش کرده و در حال سرد شدن است. و تمام جهان سرشار از نورهاي ساطع شده از مهبانگ است. نوري که اکنون به ما مي رسد، حدود 14 بيليون سال در راه بوده است. بنابراين به ما اين امکان را مي دهد که ازدل زمان عبور کرده و نگاهي به گذشته بيندازيم و دوران ابتدايي عالم را ببينيم
نگاهي به اطلاعات و ارقام مي تواند کمک کند تا پرده از برخي اسرار جهان بر داريم
عمر جهان
Age of universe
Universe is 13.7 billion years old
T=13.7x1012 years =4.3x1020 s
شعاع جهان
Radius of universe
R=1.6x1026 m
حجم جهان
Volume of universe
V=17.1x1078m3
چگالي چهان
Density of universe
D=10-18 kg/m3
جرم جهان
Mass of universe
M=(density)x(volume), so;
M= 17.1x1060 kg
توجه شود که ارقام فوق تقريبي است، اما نتيجه اي که از آنها مي خوهيم بگيريم، عميقتر از اهميت درستي يا نادرستي ارقام فوق است.
و هنگاميه جهان در هم فرو خواهد ريخت
براي يک لحظه شتاب جهان و انبساط جهان را فراموش کنيد. حالا فرض کنيد جهان در حال فرو ريختن در خود است. چه اتفاقي خواهد افتاد؟
در اين حالت تمام شواهد نشان مي دهد که جهان در حال انقباض است.نخست نور دريافتي از ستارگان به طرف آبي جابجا مي شوند.فاصله بين اجسام در حال کاهش است.
بنابراين فاصله بين زمين و ماه کاهش مي يابد، ماه به زمين وصل مي شود. زمين و ساير سيارات در خورشيد سقوط مي کنند. فشار گرانش افزايش مي يابد. خورشيد وستاره ي آلفا قنطورس (نزديکترين ستاره به خورسيد) يکديگر را جذب مي کنند. فاصله ها به سرعت کاهش مي يابد. حجم جهان کاهش مي يابد و شدت گرانش و فشار آن افزايش مي يابد.
چه اتفاقي براي اتمها مي افتد؟
شعاع مدار اتمها کاهش مي يابد. الکترونها در هسته سقوط مي کنند. بنابراين تنها هسته ها باقي مي مانند. همچنين ممکن است حجم هسته ها نيز کاهش يابد. اما ما هيچگونه شاهدي بر اين امر نداريم. لذا اجازه بدهيد با توجه به چگالي هسته بحث را ادامه دهيم.
چگالي هسته
2x1017 kg/m3
فرض کنيم جهان کاملاً درهم فرو ريزد. بنابراين با توجه به چگالي هسته حجم جهان را حساب مي کنيم
حجم جهان Vo=M/D=8.5x1043 m3آنگاه شعاع جهان برابر خواهد شد با
Ro=2.7x1014 mو اين يک سياه چاله ي مطلق است.
سياه چاله مطلق
با توجه به نظريه سي. پي. اچ. همه چيز از سي. پي. اچ. ساخته شده است. همچنين هسته ها نيز از سي. پي. اچ. ساخته شده اند. سي. پي. اچ. ها در هسته اتم اسپين دارند و در کنار يکديگر حرکت مي کنند. سي. پي. اچ. داراي اسپين و حرکت انتقالي است. بطوريکه
gradVc=0 in all inertial frames and any space
در اين حالت سرعت انتقالي سي. پي. اچ. نزديک به صفر است. مهبانگ (بيگ بنگ ) از سياه چاله اي نظير آن بوجود آمده است.
با توجه به معادله زير ما مي توانيم درک خوبي از مهبانگ داشته باشيم
فرض کنيم شدت گرانش به قدري باشد کهاسپين سي. پي. اچ. ها در سطح يک سياه چاله به حداکثر ممکن برسند، يعني سرعت انتقالي آنها بسمت صفر ميل کند. چنين سياه چاله اي يک سياه چاله ي مطلق است. در اين حالت سياه چاله حالت بحراني خواهد داشت و با افزايش شدت ميدان گرانشي آن، سي. پي اچ. از نيروي خارجي تبعيت نمي کند و سياه چاله ي مطلق منفجر مي شود.
در لحظات اوليه سي. پي. اچ. ها با سرعت Vc مي گريزند و اثر گرانش در همه جا گسترش مي يابد. با توجه به اينکه شعاع جهان در اين حالت از رابطه زير به دست مي آيد
و با توجه به سرعت سي. پي. اچ. جهان در چند ثانيه شديداً منبسط مي شود. اما در آنجا ماده و انرژي وجود ندارد. در اين وضعيت تنها سي. پي. اچ. است که با سرعت انتقالي Vc در فضا منتشر مي شود. اما سي. پي . اچ. ها با يکديگر داراي کنش متقابل هستند و يکديگر را جذب مي کنند. سي. پي. اچ. ها اسپين مي گيرند و کوانتوم هاي کوچک انرژي شکل مي گيرند. آنگاه امواج الکترومغناطيسي ظاهر مي شوند. اين مرحله در يک مدت زمان بسيار طولاني اتفاق مي افتد. بتدريج انرژي در مدت هاي کوتاه تري توليد مي شود. و مقدار زيادي کوانتوم هاي بزرگ انرژي ظاهر مي شود.
حال به مرکز انفجار توجه فرماييد. مرکز سياه چاله مطلق نظير مرکز ساير اجسام بزرگ است و فشار گرانش در آنجا تقريباً صفر است. بنابراين هنگاميکه جهان (سياه چاله مطلق) منفجر مي شود، مرکز آن تحت فشار شديد از همه ي اطراف قرار مي گيرد.
در ثانيه اول انفجار کنش و واکنش ها در مرکز جهان بسيار شديد است. مقادير متنابهي انرژي تشکيل مي شود و به ماده و پاد ماده تبديل مي شوند. بتدريج گرد وعبار و اجسام ظاهر مي شوند. با انبساط جهان اندازه اتمها نيزافزايش مي يابد.
و اين تاريخ واقعي جهان ما است.
منبع:
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
نظريه ي ذرات نوسان كننده
جواب بصورت نقل قول
