ان فی اختلاف اللیل و النهار وما خلق الله فی السماوات والارض لایات لقوم یتقون - خداوند بیهوده نیافرید
 Surveillance Helicopter – PD-100 Black Hornet

Although this remote control helicopter may look like the latest kid’s toy, it’s actually the PD-100 Black Hornet, a surveillance helicopter designed for government agencies, either military or civilian.

The nanocopter carries a spy video camera, weighs less then an ounce and has a top speed of 20 miles per hour.

The Black Hornet is a design of Prox Dynamics and although pricing for this r/c helicopter has not been announced, we do know that it will come in packs of three and will also include a charger

and remote control unit.


 

 

|+| نوشته شده توسط حمیدرضا عرب بافرانی در شنبه سی و یکم اردیبهشت 1390  |
 تقارن ، وحدت ، ابر تقارن و ابر وحدت

مقدمه

در فيزيك نوين مفهوم تقارن نقش بسيار مهمي دارد. هرگاه يك دسته تغييرات خاص، هيچيك از كميات سنجش پذير را در يك سيستم مورد مطالعه تغيير ندهد، مي گوييم در سيستم تقارن وجود دارد.

به عنوان مثال يك دانه ي برف تحت دوران 60 درجه (يا مضارب درستي از 60 درجه) هيچ تغييري را نشان نمي دهد. اما در دوران مثلاً 50 يا 40 درجه تغييرات مشاهد خواهد شد. هنگامي كه يك برهم كنش، تحت شرايطي خاص، پديده اي ايجاد مي كند كه تقارن آن شكسته مي شود، مي گوييم كه تقارن در گير، بطور خود بخودي شكسته شده است.

به عنوان مثال يك قطعه آهن را در نظر بگيريد. اتمهاي آهن موجود در اين قطعه، نيروهايي به يكديگر وارد مي كنند كه هيچ جهت خاصي را در فضا بر نمي گزينند. ولي هنگامي كه اتم هاي آهن تشكيل آهنربا مي دهند، برهم كنش بين اتمهاي آهن، داراي جهت خاصي (شمال - جنوب ) هستند. برهم كنش اتمها در قطعه ي آهن داراي تقارني پنهان است كه بر ناظر آشكار نيست. اما هنگامي كه قطعه ي آهن تبديل به آهنربا مي شود (مثلاً توسط يك سيم پيچ كه از آن جريان الكتريكي عبور مي كند) تقارن برهم كنش بين اتمها شكسته مي شود. در اين صورت مي گوييم كه تقارن درگير، خود بخودي شكسته شده است. در اين نوشته سعي مي شود انواع تقارن مورد بررسي قرار گيرد و سرانجام خواهيم ديد كه بر خلاف روش مرسوم در فيزيك نظري، بجاي آنكه از تقارن به ابر تقارن برسيم، بايستي از ابر تقارن به تقارن رسيد.

نقش تقارن در فيزيك

فيزيك معاصر همواره بطور قراردادي نمي انديشد و روشهاي مختلفي را براي بررسي پديده ها بكار مي گيرد. يكي از تغييرات بزرگي كه در قرن بيستم ايجاد شد، نقشي است كه به مفهوم تقارن نسبت داده شد و روز به روز بر اهميت آن نيز افزوده مي شود. تقارن از مطاله ي جامدات تا كامل شدن يك نظريه ميدان وحدت يافته بكار گرفته مي شود.

ساختارهاي متقارن فراواني در طبيعت وجود دارد كه دانه ي برف يكي از نمونه هاي آن است. اگر يك دانه برف را 60 يا 120 يا 180 درجه يا بطور كلي مضرب درستي از 60 درجه دوران دهيم، شكل حاصل، از شكل قبلي غير قابل تشخيص خواهد بود. در اين صورت مي گوييم كه شكل دانه ي برف تحت دوران هايي كه مضرب درستي از 60 درجه هستند تغيير ناپذير (ناوردا) است .

روش مناسب رياصي براي توصيف چنين تقارني در رياضيات، استفاده از گروه ها است. نظريه گرو ها بخوبي مي تواند تقارن فيزيكي را توصيف كند. يك رياضيدان مثال برف را تحت گروه C(6) ناوردا مي نامند .

مثال ها

مثال يك

يك مخزن كروي محتوي آب يا هوا را در نظر بگيريد. يك ناظر در مركز چنين مخزني، در هر سو كه بچرخد، همواره همان تصوير قبلي از محتويات مخزن را مشاهده خواهد كرد. گوييم كه موقعيت ناظر تحت دوران در هر يك از سه بعد، تغيير ناپذير است. زيرا تا جاييكه به ناظر مربوط مي شود، همه ي جوانب هم ارزند. گروه مورد نياز را بصورت O(3) نشان مي دهند و آن را گروه دوران در سه بعد مي نامند. توجه شود كه مخزن آب نسبت به دانه ي برف درجه ي تقارن بالاتري دارد .

بنابراين مي توان تقارن را چنين نيز تعريف كرد. تقارن هنگامي موجود است كه ايجاد يك نوع تغيير خاص، هيچ اثر سنجش پذيري بر سيستم مورد مطالعه ايجاد نكند .

مثال دو - نيروي گرانش

مي دانيم كه نيروي گرانش به جهت دو جسم بستگي ندارد، فقط به فاصله ي بين آنها و جرمشان بستگي دارد. بنابراين اگر دو جسم موقعيت جديدي نسبت به يكديگر داشته باشند بطوريكه فاصله ي بين آنها تغيير نكند، نيروي گرانشي كه به هم وارد مي كنند، هيچ تغييري نخواهد كرد.

چون هيچ دوراني نيروي گرانش را تغيير نمي دهد، گوييم كه گرانش تحت دوران در سه بعد، ناوردا است.

مثال سه

نيروي اعمال شده توسط يك آهنربا تحت دوران در سه بعد، ناوردا نيست. چرا؟

در مثال هاي بالا تنها تقارن هايي در نظر گرفته شدند كه از نظر هندسي متقارن بودند، ولي مفهوم تقارن در فيزيك بسيار كلي تر از اين است كه بيان شد.

مثال چهار

دو بار الكتريكي مثبت (دو پروتون) را در نظر بگيريد كه بر يكديگر نيروي الكتريكي دافعه وارد مي كنند. اگر هر دو بار را به منفي تبديل كنيم (بجاي پروتون، الكترون قرار دهيم) نيرو همچنان دافعه بوده و همان مقدار قبلي را خواهد داشت. حال اگر آزمايش را با دو بار غير همنام (يك پروتون و يك الكترون) انجام دهيم، با عكس كردن بارها ( به جاي پروتون، الكترون و به جاي الكترون، پروتون قرار دهيم) باز هم نيرو تغيير نخواهد كرد. نتيجه مي گيريم كه تقارني اساسي در قوانين الكتريسيته وجود دارد كه مي گويد اگر در هر جاي سيستم كه باري ظاهر مي شود، هر بار را با قرينه اش جايگزين كنيم، اثرات الكتريكي بدون تغيير باقي خواهد ماند. اين تقارن را نيز مي توان با استفاده از گروه ها به آن برخورد كرد.

مثال پنچ

مي دانيم كه در هسته ي اتم يك ذره ي تبادلي به نام مزون، عامل برهم كنش اجزاي هسته ( پروتونها و نوترونها ) است. اگر تنها برهم كنش قوي را در نظر داشته باشيم، تغيير پروتونها با نوترونها اهميتي ندارد.

نظريه هاي پيمانه اي

يك نوع ديگر از تقارن، زماني مورد توجه قرار گرفت كه فيزيكدانان در باره ي حالاتي كه در آنها مقياس هاي طولي يك سيستم را مي توان تغيير داد به تفكر پرداختند. يكي از اين موقعيت ها اين است فرض كنيم جهاني روي يك صفحه ي لاستيكي قرار دارد كه در آن جمع شدگي يا كشيدگي لاستيك مي تواند فاصله هاي بين نقاط را تغيير دهد. معلوم شد كه بعضي از نظريه ها تحت اين نوع تبديل تغيير ناپذيرند، يعني پيش بيني هاي آنها به كشيده شدن يا نشدن لاستيك بستگي ندارد. از آنجا كه فاصله را با يك پيمانه ( مقياس) مي سنجند، اين نظريه ها را تحت تبديلات پيمانه اي تغيير ناپذير مي نامند.

تقارن پيمانه اي جهاني

مثال شش


اگر يك جسم يك كيلوگرمي را از كنار دريا به اندازه ي ده متر بالا ببريم چه مقدار انرژي لازم است؟ حال اين جسم را روي قله ي كوهي كه از سطح دريا 3000 متر بالاتر است، به اندازه ده متر بالا ببريد. با فرض اينكه شدت گرانش ثابت باشد، مقدار انرژي لازم در هر دو مرحله برابر خواهد بود. آنچه در اينجا مهم است اختلاف دو سطح است كه جسم را جا بجا مي كنيم. اين نوع تبديل كه به تعريف مجدد سطح ارتفاع يا پتانسيل صفر بستگي دارد، ساده ترين نوع تبديل پيمانه اي يا تبديلات پيمانه اي مي نامند .

اين نوع تبديلات كه به تعريف مجدد مفهوم سطح ارتفاع يا پتانسيل صفر منجر مي گردد، ساده ترين نوع تبديل پيمانه اي است. چيزي كه فيزيكدانان يك تقارن جهاني Global Symmetry مي نامند .

اين نوع تقارن در واقع معرف بينش عميقي است كه ما در باره ي طبيعت داريم. هيچ چيز در طبيعت نبايد به حالت ذهني فردي كه آنرا مشاهده مي كند، بستگي داشته باشد. ارتفاعي كه ما به عنوان صفر انتخاب مي كنيم، كاملاً اختياري است و اين است كه هر ناظر بايد صرف نظر از نحوه ي تعريف ارتفاع صفر، نيروي گرانش يكساني را ببيند. در ضمن هيچ چيز در طبيعت نمي تواند به تعاريف دلخواهي كه ممكن است از ناظري به ناظر ديگر تغيير كند وابسته باشد.

اين تبديلات كه در بالا بيان شد تقارن پيمانه اي جهاني هستند.

نكته اصلي در اين بحث اين است كه نيروي الكتريكي و گرانشي كه بين اجسام وارد مي شود، مستقل از انتخاب مبدا (يا سطح پتانسيل صفر) توسط ناظر است. انتخاب ناظر نيروي الكتريكي يا گرانشي عمل كنند بر هيچ جسمي را تغيير نمي دهد.

مكانيك كوانتومي، يعني دانشي كه مختص به توصيف رفتار ذرات بنيادي است، بايد توصيف تقارن پيمانه اي را نيز شامل شود. توصيف تقارن پيمانه اي كه در بالا عرضه شد، بايد بطريقي در تبادل فوتون ها بين ذرات باردار منعكس شود.

تقارن پيمانه اي محلي

نظريه اي كه داراي يك تقارن پيمانه اي محلي باشد، به تعاريف اختياري يك ناظر خاص، وابسته نيست. و تعريف يك ناظر مستقل از تعريف ناظر ديگري است. فرض كنيد بتوان سيستمي ايجاد كرد كه در آن مجاز باشيم صرف نظر از آنچه كه در همسايگي يك نقطه انجام شده است، آن نقطه را بعنوان نقطه صفر انتخاب كنيم. اگر بتوان چنين نظريه اي را بنا نهاد، آنگاه اين نظريه از يك تقارن پيمانه اي محلي، بجاي تقارن جهاني تبعيت مي كند. واضح است كه گرانش و الكترومغناطيس نظرياتي نيستند كه شامل تقارن محلي باشند.

مثال هفت - الكتريسيته به تنهايي يك تقارن محلي از خود بروز نمي دهد. ولي اگر ارتباط نزديك الكتريسيته و مغناطيس را بياد آوريم، مي توانيم سئوال ديگري مطرح كنيم: آيا ممكن است در جهان، تغييرات ناشي از يك تبديل پيمانه اي محلي براي الكتريسيته با تغييراتي كه توسط انجام همين تبديل در مورد مغناطيس ايجاد مي شود، جبران گردد؟ بعبارت ديگر، آيا ممكن است كه الكتريسيته و مغناطيس كه هيچيك به تنهايي تقارن پيمانه اي محلي نشان نمي دهند، چنان هم پيمان شوند كه در نظريه جديد تقارن محلي را بروز دهند؟

مهم ترين نتيجه اي كه از اين بحث گرفته مي شود، آن است كه در حاليكه نه الكتريسيته و نه مغناطيس به تنهايي يك تقارن محلي از خود بروز نمي دهند، اما نظريه وحدت يافته الكترومغناطيسي متضمن چنين تقارني است. زيرا در اين نظريه قسمت هايي از اثرات الكتريكي كه تقارن را نقض مي كنند توسط اثرات مغناطيسي خنثي مي شوند و بالعكس.

راه ديگر نگرش به تقارن پيمانه اي توجه به اين نكته است كه تنها چيزي كه واقعاً در يك آزمايش مي توانيم ببينيم تغيير در حالت حركتي كميتي از ماده است. بعبارت ديگر، فقط مي توانيم حضور نيروها را بهنگام عمل آنها مشاهده كنيم، نه چيز ديگري را. اگر راهي وجود داشته باشد كه بتوانيم سيستمي را بدون تغيير نيروهاي آن دگرگون سازيم، يعني وصفي كه در آزمايشگاه خيالي خود با آن مواجه مي شويم، تغيير در سيستم توسط هيچ آزمايشي قابل مشاهده نخواهد بود . بنابراين روي دادن يا ندادن تغيير، چيزي را در طبيعت عوض نمي كند، نظريه هاي ما بايد چنان باشد كه اين حقيقت را منعكس كنند.

ذرات تبادلي

در مورد نيروي توليد شده توسط يك تبادل، دو چيز مي تواند تغيير كند. يكي، توصيف مكانيك كوانتومي ذراتي است كه نيرو بر آنها اعمال مي گردد، ديگري توصيف مكانيك كوانتومي از ذره اي است كه مبادله مي شود. مي توان مساله تقارن پيمانه اي محلي در يك نظريه توصيف كننده ي ذرات را چنين مطرح كنيم: آيا هيچ راهي وجود ندارد كه تغيير در توصيف ذرات باردار و ذرات تبادلي اثر يكديگر را خنثي كنند و براي ما نظريه اي باقي بگذارند كه از تقارن پيمانه اي محلي برخوردار است؟

ثابت مي شود كه فقط در صورتي چنين پديده اي امكان پذير است كه ذره ي مبادله شده، داراي جرم صفر و اسپين يك باشد. البته ذره اي با اسپين يك و جرم صفر، فوتون است.

وحدت الكتروضعيف

در دهه ي 1950 يك انديشه پنهان در فيزيك نظري جريان داشت كه احتمال مي داد نوعي ارتباط عميق بين برهم كنش هاي الكترومغناطيسي و ضعيف وجود دارد، عمدتاً به اين دليل كه هر دو تبادل ذرات با اسپين يك را در بر دارند. مشخص گشته بود كه گردآوري (ساختن ) نظريه اي كه تقارن پيمانه اي گروه SU(2) محلي امكان پذير است، مفهوم اين موضوع آن است كه شما مي توانيد نظريه اي مطرح كنيد كه طبق آن در يك نقطه از فضا، نوتروني را به يك پروتون يا بالعكس تبديل نمود و سپس به نقطه ي ديگري در فضا رفت و بدون توجه به آنچه در نقطه ي اول انجام شده است، همين عمل را مجدداً تكرار كرد. اين موضوع گسترش نسبتاً وسيع بينش تقارن پيمانه اي را در بر دارد. نيروي قوي بين پروتون ها و نوترون ها را مي توان ناشي از تبادل يك مزون تصور كرد. در اين گونه تبادل، چندان تفاوتي وجود ندارد كه ذرات موجود پروتون باشند يا نوترون، نيروي قوي در هر حال يكسان خواهد بود. بنابراين تبديل متقابل پروتون ها و نوترون ها در يك هسته متناظر با دوران شاخص 180 درجه است. بدنبال اين دوران تمام پروتون ها به نوترون و تمام نوترون ها به پروتون تبديل مي شوند. چنانچه جهان در اثر اين تبديل بدون تغيير بماند، بمعني تعريف مجدد بار الكتريكي در همه جاي فضا مي باشد، گوئيم كه طبيعت تحت يك تقارن اسپين ايزوتوپي، جهاني تغيير ناپذير است. به زبان رياضي چنين نظريه اي، تقارن پيمانه اي جهاني SU(2) را به نمايش مي گذارد .

ثابت مي شود كه نظريه اي شامل پروتون ها و نوترون ها، زماني داراي تقارن پيمانه اي SU(2) خواهد بود كه نيروها از طريق تبادل خانواده اي از چهار ذره ي بي جرم با اسپين يك (كه بعضي از آنها حامل بار هستند) توليد شوند. در اين حالت مانند الكترومغناطيس، تغيير در توصيف ذرات كه از تبديل ناشي مي شود دقيقاً توسط تغييراتي در اشيا مبادله شده، خنثي مي شود و همه چيز در اين نظريه، بهمان صورت كه در آغاز بود، باقي مي ماند.

مي دانيم گروهي از اتم هاي آهن در دماهاي پائين در جهتي معين رديف مي شوند، و بر هم كنش بين اتم ها هيچ جهت مرجحي در فضا ندارد. هنگام انجام اين عمل، اتمها انرژي معيني به دست مي آورند و ما براي شكستن اين به خط شدگي و ديدن تقارن، ناگزيريم به سيستم انرژي (مثلاً گرما) بيفزاييم. در مورد برهم كنش هاي ضعيف، نظريه پيشگويي مي كند كه تقارن درگير، چنان است كه چهار ذره مبادله شده براي توليد اين نيرو بايد بدون جرم باشند.

واينبرگ و عبدالسلام

در سال 1967 واينبرگ و تقريباً همزمان با وي عبدالسلام نشان دادند كه نظريات پيمانه اي كه تا كنون بررسي كرده ايم در صورتي مي توانند جهان واقعي را توصيف كنند كه آثار شكسته شدن خود بخودي تقارن در نظر گرفته شود. نظريه پيشگويي مي كند كه تقارن درگير، چنان است كه چهار ذره مبادله شده براي توليد اين نيرو بايد بدون جرم باشند. اما واينبرگ و عبدالسلام نشان دادند كه در انرژي هاي پائين، تقارن بطور خود بخودي مي شكند و سه تا از چهار ذره ي تبادلي جرم دار مي شوند، در حاليكه چهارمي بدون جرم باقي مي ماند. اين موضوع مشابه حالت آهنربا است كه در آن به خط شدگي اتم ها، به سيستم انرژي مي دهد كه اگر تقارن شكسته نمي شد، آن را كسب نمي كرد. در مورد ذرات، اين انرژي افزوده شده شكل يك جرم را براي ذرات مبادله شده بخود مي گيرد.

با اين ديدگاه به يكي از ايرادهاي مهم نظريه ي پيمانه اي پاسخ داده شد. اين نظريه ديگر وجود چهار ذره ي بدون جرم با اسپين يك را در انرژي ها و دماهاي طبيعي پيشگويي نمي كند. لذا اين نظريه پيش بيني مي كند كه ما بايد يك ذره ي بي جرم با اسپين يك (كه مي توانيم آنرا فوتون بناميم) و سه ذره ي پر جرم با اسپين يك را مشاهده كنيم. دو تا از سه ذره ي پر جرم بايد حامل بارالكتريكي باشند و ما مي توانيم آنها را با بوزون هاي برداري معمولي يكي بدانيم كه بصورت W+, W- نشان مي دهيم. سومين ذره سنگين از نظر الكتريكي خنثي است و معرف نوع جديدي از ذرات موجود در برهم كنش هاي صعيف بنام بوزون برداري Z خنثي نشان داده مي شود .

نتيجه ي نهايي نظريه واينبرگ - عبدالسلام اين است كه ديگر لازم نيست نيروهاي ضعيف و الكترومغناطيسي را متمايز و مجزا تلقي كنيم. زيرا اينك مي دانيم كه اين نيروها به تبادل يك خانواده از ذرات وابسته اند و تفاوت هاي آشكار بين آنها، نتيجه ي شكسته شدن خودبخودي تقارن است. لذا تعداد نيروهاي بنيادي را مي توان از چهار به سه تقليل داد. نيروي جديدي كه ناشي از تبادل ذرات با اسپين يك مي باشد را برهم كنش الكترو - ضعيف مي نامند و جرم آنها در حدود 80 تا 100 گيگا الكترون ولت است .

تا چند سال بعد از انتشار مقالات واينبرگ و عبدالسلام اين نظريات ناديده گرفته مي شدند. نشريه اي تحت عنوان فهرست نقل قول علمي وجود دارد كه تعداد دفعاتي را كه محققان به مقاله معيني ارجاع مي دهند، شمارش مي كند. در سالهاي بين 1967 تا 1971 كلاً پنج بار به اين مقالات استناد شد. ولي از سال 1971 به بعد تاييد هاي اين نظريه به طور چشمگيري افزايش يافت.

وحدت بزرگ

پس از تاييد نظريه الكترو - ضعيف و كاهش تعداد نيروهاي اساسي از چهار به سه، از اوائل دهه ي 1970 نظريه پردازان اين سئوال را مطرح كردند كه كه آيا با استفاده از همين روش مي توان تعداد نيروها را به دو يا يك كاهش داد؟

مي دانيم كه نيروي قوي بين كواركها عمل مي كند و كوارك ها علاوه بر بار الكتريكي معمولي كه دارند، نوع ديگري بار را حمل مي كنند كه آنرا بار-رنگ مي نامند. نظريه اي كه برهم كنش موجود بين بارهاي الكتريكي ذرات را از طريق مبادله يك فوتون تصيف مي كند، الكترديناميك كوانتومي ناميده مي شود. اصطلاح كوانتوم به ما مي گويد كه با ذرات سرو كار داريم و اصطلاح الكتروديناميك نشان مي دهد كه با پديده هاي الكترومغناطيسي مواجه هستيم. بطور مشابه، نظريه اي به منظور توصيف برهم كنش قوي، بر اساس برهم كنشي شامل بار رنگي كوارك ها پايه ريزي شده است كه آنرا كروموديناميك كوانتومي Quantum Chromodynamic , QCD مي نامند، كه كرومو به رنگ اشاره دارد.

اين نظريه به الكترومغناطيس شبيه بوده ولي پيچيده تر از آن است و به وحدت نهائي نيروي قوي با الكتروضعيف سهولت مي بخشد.

مي دانيم كه ذرات الكتريكي (ذرات باردار) خود را در ساختارهايي دسته بندي مي كنند كه از نظر الكتريكي خنثي هستند. در بار رنگي كوارك ها نيز پديده ي مشابهي رخ مي دهد. در كوارك ها به جاي دو بار، سه بار وجود دارد كه آنها را قرمز، آبي و سبز مي نامند. توجه شود كه منظور از بار - رنگي اين است كه كوارك نوعي بار حمل مي كند و هيچ ارتباطي به رنگ فيزيكي ندارد. وقتي مي گوييم سبز منظور اين است كه بار كوارك مثبت است.

قوانين حاكم بر بار - رنگي، به دليل وجود سه نوع بار به جاي دو نوع، تا اندازه اي پيچيده ترند. ولي به نظر مي رسد كه تنها در دو حالت، نيروي رنگي از نوع جاذبه است. نيروي بين يك كوارك حامل يك رنگ معين و پاد كوارك حامل پاد رنگ آن، از نوع جاذبه است و نيروي بين سه كوارك، كه هيچ دو تاي آن همرنگ نباشند، نيز جاذبه است. هر تركيب ديگر به نيروي دافعه منجر مي شود.

تركيب كواركها

حالت اول - كوارك به اضافه ي پاد كوارك، همان چيزي است كه مزون مي ناميم .

حالت دوم - سه كوارك متناظر با يك باريون است .

لذا، اين حقيقت كه تنها ذراتي برهم كنش قوي دارند كه مزون يا باريون باشند، نيرو نيز بر حسب بار - رنگي منعكس مي گردد. با اين وجود قانون حاكم بر نيروي بين كوارك ها ساده مي گردد، كوارك ها تنها در صورتي در يك جا گرد مي آيند كه رنگ حاصله سفيد باشد. (قاعده تركيب رنگها را به ياد آوريد. تشابه كاملي بين بار -رنگ و بار الكتريكي به وجود مي آيد .

ديديم كه راه توليد يك نظريه پيمانه اي برهم كنش هاي ضعيف، بررسي تقارن هايي است كه در بر دارنده ي تغيير بارهاي الكتريكي در نقاط محتلف فضا هستند. نوع مشابهي از تقارن در ارتباط با كوارك ها به جاي بارهاي الكتريكي، بارهاي رنگي را در بر مي گيرد. متعاقب روش تدوين شده توسط واينبرگ و عبدالسلام، لازم است كه وقتي يك سيستم را پس از تغيير رنگ تصادفي كواركها بررسي مي كنيم، هيچ كميت سنجش پذيري تغيير نكند.

بايد تغييرات ناشي از اين عمل در خواص مكانيك كوانتومي كوارك ها، با تغييرات جبراني در خواص مكانيك كوانتومي ذرات مبادله شده بين كوارك ها، يعني ذراتي كه گلوئون ناميده مي شوند، خنثي گردند.

براي اينكه چنين خنثي شدني روي دهد، بايد هشت ذره از اين نوع وجود داشته باشد. همه اين ذرات بدون جرم و داراي اسپين يك مي باشند و در حالي كه از نظر الكتريكي خنثي هستند، بار رنگي حمل مي كنند. هر گلوئون حامل يك رنگ و يك پاد رنگ است، هرچند لزوماً نيازي نيست كه اين رنگ و پاد رنگ اعضاي زوج متناظري باشند. به عنوان مثال گلوئوني وجود دارد كه بار قرمز و پاد سبز را حمل مي كند و ديگري حامل آبي و پاد قرمز است.

تبادل گلوئون ها بين كوارك ها، ذرات بنيادي را يكپارچه و در كنار هم نگه مي دارد، همانگونه كه تبادل فوتون بين الكترونها و پروتونها، اتم را منسجم نگاه مي دارد. تنها اختلاف واقعي آن است كه تبادلات براي برهم كنش هاي قوي، اندكي پيچيده تر است.

پس كروموديناميك كوانتومي، نظريه اي براي برهم كنش كواركي فراهم مي آورد كه در اصل تقارن پيمانه اي، به همان شكل كه در مورد بار رنگي بكار گرفته شد، صدق مي كند.

وحدت برهم كنش قوي و الكتروضعيف

پرسشي كه اكنون مي توان مطرح كرد اين است كه آيا مي توان اين برهم كنش را با استفاده از روشي كه در بالا تشريح شد، با نيروي الكتروضعيف وحدت بخشيد؟

پاسخ مثبت و طرح كلي آن آسان است. برهم كنش در بر گيرنده ي هر سه نيرو (قوي، الكترومغناطيسي و صعيف ) يك تقارن پيمانه به نمايش مي گذارد كه ما را مجاز مي دارد تا بارهاي الكتريكي و رنگي را به ميل خود، در نقاط مختلف فضا تغيير دهيم. از آنجا كه از تركيب برهم كنش هاي ضعيف و قوي سخن مي گوييم، الزاماً بايد اين تقارن را تعميم دهيم و اين امكان را فراهم آوريم كه تبديل كوارك ها به لپتونها به روش مشابهي صورت مي گيرد. جهت جبران كردن اين تبديلات، بايد خانواده اي از ذرات موجود باشند كه تبادل آنها، عاملي براي نيروي وحدت يافته باشد. تغيير در اين ذرات تبادلي، تغيير در ذرات اصلي را بطور كامل خنثي خواهد كرد و نظريه حاصل را تغيير ناپذير خواهد نمود. در سيماي متقارن نظريه، كليه ذرات تبادلي بدون جرمند. ولي به دليل پديده ي شكسته شدن خود بخودي تقارن، بعضي از اين ذرات تبادلي در واقع پر جرم مي شوند. همانگونه كه بوزون هاي برداري در وحدت نيروهاي الكترومغناطيسي و ضعيف چنين بودند.

نيروي بنيادي عامل در اين نظريه ي وحدت يافته بزرگ به وساطت خانواده اي از بيست و چهار ذره ي بدون جرم با اسپين يك ايجاد مي گردد. اين ذرات در وحدت بزرگ، همان نقشي را ايفا مي كنند كه چهار ذره ي بدون جرم با اسپين يك در وحدت الكتروضعيف بر عهده دارند.

در واقع چهار تا از اين ذرات با چهار بوزون الكتروصعيف معادلند، در حالي كه هشت تاي ديگر معادل گلوئون هاي عامل نيروي قوي هستند. دوازده ذره ي باقيمانده با حرف X نشان داده مي شوند ومعرف مجموعه ي جديدي از ذراتند. ذرات X حامل بار رنگي و بار الكتريكي هستند. ذرات X داراي اين خاصيت اند كه وقتي توسط يك كوارك جذب مي شوند، آن را به يك لپتون تبديل مي كنند و بالعكس. پس، اين ذرات مهم ترين پيش بيني نظريه هاي وحدت يافته بزرگ، يعني ناپايداري پروتون را نتيجه مي دهند.

هنگامي كه انرژي موجود در برخوردهاي بين ذرات از 10^15 GeV تجاوز مي كند، اين حقيقت كه X پر جرم است و گلوئون ها چنين نيستند، بي معني مي شود و تقارن هاي زمينه سيستم، در طبيعت آشكار مي شود. هنگامي كه انرژي به پائين تراز اين مقدار تنزل مي كند، آثار شكسته شدن خود بخودي تقارن پيدار خواهد گشت و نيروي قوي، از لحاظ منش، بسيار متفاوت با نيروي الكتروصعيف بنظر خواهد رسيد. به عنوان مرجح 10^15 GeV جرم وحدت بزرگ و انرژي متناظر، انرژي وحدت بزرگ ناميده مي شود.

ابر تقارن، ابر گرانش و ابر وحدت

Super Symmetry, Super Gravitation and Super Unification


كاري كه بايد انجام شود، مشتمل بر دو قسمت است. نخست بسط يك نظريه گرانش كوانتومي بر مبناي تبادل ذرات و ديگري تركيب كردن اين نظريه با وحدت بزرگ است. وضعيتي كه در اينجا با آن مواجهيم، مشابه چيزي است كه در مورد وحدت بخشيدن و يكي كردن نيروي قوي با لكتروضعيف ديديم. نخست به نظريه اي در مورد برهم كنشهاي قوي نياز داشتيم (كروموديناميك كوانتومي) سپس بايد راهي مي يافتيم تا آن نظريه را با نظريه واينبرگ - عبدالسلام يكي كرده و به يك نظريه وحدت بزرگ Grand Unified Theor, GUT مي رسيم. روشي كه شرح داده شد، امروز ابر تقارن ناميده مي شود و نظريه هاي گرانش كوانتومي كه از ابر تقارن استفاده مي كنند، نظريه هاي ابر گرانشي خوانده مي شوند.

نظريه هاي ابر تقارن بقسمي عمل مي كنند، كه تمايز بين بوزنها و فرميونها محو مي شود. سيماي كلي يك نظريه ابر گرانش، وحدت نيروي گرانشي با نيروهاي بنيادين ديگر و معرفي برهم كنشهايي است كه در آنها فرميونها و بوزونها مي توانند جاي خود را با يكديگر عوض كنند و به سيستمي منتهي شوند كه در آن فقط يك نوع فوق ذره وجود دارد. در وراي اين سيماي كلي، و اين ديدگاه كه وحدت بايد در زمان پلانك رخ دهد، در حال حاضر در اين باب هيچ نظريه محكمي وجود ندارد.

توضيح: زمان پلانك ده بتوان منهاي سي و پنج ثاتيه نخست از آغاز بيگ بنگ است كه در طول اين مدت همه ذرات موجود در جهان از يك نوع بودند .

راه حل

براي رسيدن به يك نظريه ابر تقارن و به دست آوردن يك نظريه ابر وحدت، بايستي نگرش خود را از ذرات كوانتومي به ذرات زير كوانتومي تعميم دهيم. مبدا حركت براي رسيدن به چنين نظريه اي بايستي جايي شروع باشد كه كل دستگاه فيزيك را متاثر قرار دهد. اين همان كاري است كه در نظريه سي. پي. اچ. انجام شده و با تعريف جديدي از انرژي و گرانش تلاش شده هم ارز سازي نيرو و انرژي يا به عبارت ديگر فرميونها و بوزونها را مطرح كند. با چنين ديدگاهي امواج الكترومغناطيسي و نحوه ي توليد آنها، توليد ماده و پاد مورد بررسي قرار مي گيرد. در واقع نظريه سي. پي. اج. روشي متفاوت از نظريه هاي رايج دارد. در نظريه هاي رايج تلاش مي شود از تقارن و وحدت سازي به ابر گرانش و ابر وحدت برسند، در حاليكه در نظريه سي. پي. اچ. از ابر تقارن شروع مي شود و بتدريج با شكسته شدن تقارن ها به شرايط موجود مي رسيم. به همين دليل بحث را با زير كوانتوم كروموديناميك Sub Quantum Chromo Dynamic, SQCD آغاز مي كنيم. كسانيكه به مطالعه ي بيشر در مورد نظريه سي. پي اچ. علاقه دارند مي توانند به سايت سي. پي. اچ. مراجعه كنند.

زير كوانتوم كرومودايناميك

Sub Quantum Chromo dynamics


يك زير كوانتوم كرومودايناميك چيست؟

براي يافتن پاسخ اين سئوال بايد توجه كرد كه همه ي ذرات مورد مطالعه ي فيزيكدانان در نهايت به دو دسته فرميونها و بوزنها تقسيم مي شوند. فرميونها نظير الكترون و كواركها سنگ بناي ماده را تشكيل مي دهند . بوزونها حامل نيرو هاي اساسي طبيعت هستند. اما سئوال اساسي اين است كه آيا بوزونها و فرميونها از يك ذره ي واحدي ساخته شده اند يا دو چيز كاملاً متفاوتي هستند؟

در نظريه سي. پي. اچ. همه ي ذرلت شناخته شده و ناشناخته موجود در جهان از ذره ي واحدي به نام سي. پي. اچ. ساخته شده اند. اگر به رابطه جرم-انرژي E=mc2 توجه كنيم، همه ي اجسام قابل تبديل به انرژي هستند. اين اجسام در نهايت از اتمها ساخته شده اند كه شامل فرميونها و بوزونها هستند. از طرف ديگر نوسان يك ذره ي باردار موجب انتشار امواج الكترومغناطيسي مي شود كه اين موج خود حامل دو ميدان الكتريكي و مغناطيسي با خواص مختلف است. اين ميدانها هر يك شامل تعداد زيادي ذره ي فوق العاده كوچكي هستند كه ميدان الكتريكي و مغناطيسي را شكل مي دهند. اما اين ذرا بقدري كوچك هستند كه نمي توانند بعنوان يك ذره ي باردار قابل مشاهده يا يك آهنربا بتشند. بنابراين آنها را بار-رنگ و مغناطيس-رنگ مي ناميم كه همه ي كوانتومهايي كه داراي خواص الكتريكي يا مغناطيسي هستند، از آنها ساخته مي شوند. بهمين دليل آنها را زير كوانتوم كروموديناميك مي ناميم. بهمين دليل زير كوانتوم كرموديناميك ذراتي هستند كه ميدانهاي الكتريكي و ميغناطيسي از جمله بار-رنگها را توليد مي كنند.
نقل از هوپا

|+| نوشته شده توسط حمیدرضا عرب بافرانی در چهارشنبه بیست و چهارم فروردین 1390  |
 طوفان های مغناطیسی

همانند طرح یک فیلم علمی-تخیلی نوع ب، اتفاق عجیب غریبی در عمق زیر زمین در حال اتفاق افتادن است، جایی که چرخش پیوسته‌ی هسته‌ی مایع و فلزی زمین، میدان مغناطیسی نامرئی‌ای تولید می‌کند که سیاره‌ی ما را از تابش‌های مضر کیهانی محافظت می‌کند. این میدان، به آرامی در حال ضعیف‌تر شدن است. آیا ما به سمت رستاخیز غیرمغناطیسی شدنی به پیش می‌رویم که ما را در برابر اثرات مهلک بادهای خورشیدی و اشعه‌های کیهانی بدون دفاع باقی می‌گذارد؟ «طوفان مغناطیسی» برای آینده‌ی مبهم مغناطیسی ما محتمل به نظر می‌رسد. دانشمندانی که این مسأله را مورد بررسی قرار داده‌اند در همه‌جا به مطالعه پرداخته‌اند، از مریخ، که در چهار بیلیون سال پیش دچار یک بحران مغناطیسی شده است و از آن زمان به بعد عاری از هرگونه میدان مغناطیسی، جو قابل ملاحظه و محتملاً حیات شده است، گرفته تا آزمایشگاهی در دانشگاه مریلند، که تیمی به سرپرستی دن لاترپ فیزیکدان، دست به شبیه‌سازی هسته‌ی مذاب آهنی زمین با استفاده از 240 پوند سدیم مذاب به شدت قابل انفجار زده‌اند. واضح‌ترین نشانه‌های میدان مغناطیسی زمین شفق‌های قطبی هستند، که در اثر برهمکنش ذرات باردار کیهانی با جو زمین در هنگام فروافتادن در قطب شمال و جنوب مغناطیسی به وجود می‌آیند.


 


لیکن نشانه‌های تحلیل میدان مغناطیسی بسیار ظریف می‌باشند - اگرچه آن‌ها در هر ظرف سفالی‌ای که تا کنون در کوره پخته شده است آشکارند. در هنگام پخته شدن سفال‌ها در دمای بالا، ناخالصی‌های آهنی موجود در خاک رس حالت دقیق میدان مغناطیسی زمین را دقیقاً در آن لحظه به ثبت می‌رسانند. جان شاو زمین شناس از دانشگاه لیورپول انگلیس، با بررسی کوزه‌ها از عصر حجر تا زمان حال مدرن کشف کرده است که شدت تغییرات میدان مغناطیسی تا چه حد هیجان‌انگیز می‌باشد. او می‌گوید: «هنگامی که ما نمودار نتایج حاصل از سرامیک‌ها را رسم می‌کنیم، کاهش سریعی را با حرکت به سمت زمان حال مشاهده می‌کنیم. نرخ تغییرات در 300 سال اخیر از هر زمان دیگری در 5000 سال گذشته بیشتر است. میدان مغناطیسی از یک میدان قوی به سمت یک میدان ضعیف به پیش می‌رود، و این اتفاق به سرعت در حال افتادن است.»

با نرخ کنونی، میدان مغناطیسی زمین در عرض چندین قرن به طور کامل از بین می‌رود، و سیاره زمین در برابر جرقه‌های بی‌رحمانه‌ی ذرات باردار کیهانی بدون حفاظ می‌ماند با نتایجی غیر قابل پیشبینی برای جو زمین و حیات. احتمالات ممکن دیگر: میدان می‌تواند از ضعیف شدن دست بکشد و دوباره قوی بشود، و یا بعد از ضعیف شدن تا حد خاصی ناگهان جهت خود را تغییر دهد - یعنی این‌که قطب‌نماها سمت قطب جنوب را نشان می‌دهند. آثار قدیمی‌تری از نوسان میدان مغناطیسی زمین نسبت به آن‌چه از تحقیقات شاو حاصل شده است نتایجی بسیار پیچیده‌تر را نشان می‌دهد. گدازه‌های آتشفشانی کهن در جزیره هاوایی هم در مورد قدرت میدان مغناطیسی زمین با توجه به زمان سرد شدن گدازه‌ها و هم در مورد جهت قطب‌های شمال و جنوب مغناطیسی با توجه به جهت گدازه‌ها به ما اطلاعات می‌دهند. مایک فولر زمین‌شناس از دانشگاه هاوایی می‌گوید: «وقتی ما به 700,000 سال پیش بر‌می‌گردیم پدیده‌ی غیر قابل باوری را مشاهده می‌کنیم. جهت مغناطیسی صخره‌ها ناگهان در جهت معکوس قرار گرفته است. به جای آن‌که آن‌ها به سمت شمال مغناطیسه باشند- همانند چیزی که امروز مشاهده می‌کنیم - به سمت جنوب مغناطیسه شده‌اند.»

به نظر می‌رسد که چنان تغییر جهت میدان مغناطیسی‌ای به طور متوسط هر 250,000 سال یک‌بار به وقوع پیوسته است، که نتیجتاً هم اکنون برای جابه‌جایی دیگری در قطب‌های مغناطیسی خیلی هم دیر شده است. گری گلاتزمایر دانشمندی از دانشگاه سانتا کروز کالیفرنیا چنان جابه‌جایی‌هایی را بین دو قطب شمال و جنوب در شبیه‌سازی‌های کامپیوتری مشاهده کرده است (یکی از شبیه‌سازی‌ها را در این‌جا می‌بینید). این اتفاقات مجازی شباهت خیلی زیادی با رفتار کنونی میدان مغناطیسی زمین نشان می‌دهد ولذا می‌توان نتیجه گرفت که ما در آستانه‌ی تجربه یکی دیگر از جابه‌جایی‌های قطب‌های زمین قرار داریم، اگرچه تکمیل آن چندین قرن به طول می‌کشد.

برخی از محققان عقیده دارند که ما در حال حاضر هم در مرحله انتقالی قرار داریم، با توجه به توسعه نواحی‌ با رفتارهای غیر متعارف مغناطیسی - که خطوط میدان در جهت اشتباه حرکت می‌کنند - نشانه‌هایی از حالت ضعیف‌تر و آشوبناک‌تری برای سپر محافظ ما است.

راب کو زمین شناس از دانشگاه سانتا کروز کالیفرنیا، حتی ممکن است شواهدی در گدازه‌هایی در اُرگان پیدا کرده باشد که حاکی از ضربات مغناطیسی ناشی از دوره‌ی جابه‌جایی می‌باشد. تصویری که ایجاد می‌شود ممکن است به پرسروصدایی استانداردهای آبروریزی‌های هالیوودی نباشد، لیکن با توجه به این‌که تمدن بشری هیچ گاه در چنین موقعیتی قرار نداشته است، نسل بشر می‌تواند دوران جالب و پرمبارزه‌ای را در پیش رو داشته باشد.

|+| نوشته شده توسط حمیدرضا عرب بافرانی در چهارشنبه پنجم خرداد 1389  |
 پلاسما
پلاسما ، PLASMA – حالتی از ماده است که در دمای خیلی بالا بوجود می آید و ساختارهای مولکولی مفهوم خود را در این وضعیت از دست می دهند . در حالت پلاسما اتم ها و ذرات زیر اتمی مانند مانند الکترون و پروتون و نوترون آزادانه در محیط حرکت می کنند و تغییر موقعیت می دهند . حالت ماده متشکله تمامی ستارگان ، پلاسما است .
پلاسما در فیزیک،یک محیط رسانای الکتریکی است که تعداد ذرات باردار مثبت و منفی آن تقریبا با هم برابرند و زمانی ایجاد می شود که اتم ها در گاز یونیزه شوند.
گاهی به پلاسما‏‎ حالت‌‏‎ چهارم ماده اطلاق می شود که از حالتهای سه گانه جامد،مایع،گاز متمایز است.


هر الکترون دارای یک واحد بار منفی است.
بار مثبت توسط اتمها یا مولکولهایی که این الکترونها را از دست داده اند حمل میشود در موارد نادر اما جالب ، الکترونهایی که از یک نوع اتم یا مولکول جدا شده اند به ترکیب دیگری متصل میشوند و منجر به تولید پلاسما میشوند که هر دو یون مثبت و منفی را دارا است.

توضیح کامل تری از پلاسما:

گازهایی که تا حد زیادی یونیده هستند رساناهای خوبی برای الکتریسیته هستند. علاوه بر آن حرکت ِ ذرات باردار ِ گازها هم می تواند میدان الکترومغناطیسی تولید کند. (تابش موج). وقتی گاز یونیده تحت تأثیر یک میدان الکتریکی ِ ساکن قرار بگیرد حاملهای بار در این گاز به سرعت طوری مجددا توزیع می شوند که قسمت ِ اعظم ِ گاز در مقابل ِ میدان محافظت می شود. لانگ مویر ( Langmuir ) در سال 1929 در مجله ی فیزیکال ریویو لترز Physical Review letters شماره ی 33 صفحه ی 954 ناحیه ای از گازها را که نسبتا خالی از میدان است و محافظت شده است و در آن بارهای مثبت و منفی در توازن اند پلاسما نامید و نواحی محافظ روی مرز ِ پلاسما را پوشینه نامید.
از مهمترین خواص پلاسما اینست که می کوشد از لحاظ الکتریکی خنثی بماند.
در ابتدا پلاسما در ارتباط با تخلیه ی الکتریکی در گازها و قوسهای الکتریکی و شعله ها مورد نظر بود اما اینک در اخترفیزیک نظری، مسأله ی گداخت و راکتورهای هسته ای گرمایی و مهار ِ یونها هم مورد اهمیت است. برای تشکیل پلاسما نیازمند ِ دمای بالایی هستیم تا توانایی تفکیک الکترونها را از یونهای مثبت در گازها داشته باشیم. جایی که الکترونش یک طرف و یونهای مثبتش یک طرف دیگر باشد را پلاسما می گویند. برای ایجاد پلاسما از راکتور گرمایی استفاده می شد اما جدیدا از لیزر و مواد جامد هم استفاده می شود.

اطلاعات بیشتر iPN:


سه شیوه ی مختلف برای بررسی پلاسما وجود دارد :

نظریه ی جنبشی تعادل

نظریه مدار

نظریه ی هیدرومغناطیسی ماکروسکوپی

نظریه ی تعادل مبنی بر آمار بولتزمن است و نشان می دهد که اگر بار خارجی q در پلاسما قرار داشته باشد در فاصله ای موسوم به طول دبی توسط پلاسما محافظت می شود. یعنی پتانسیل کولنی حفاظت نشده ی q/4pi*epsilon*r با فرمول زیر عوض می شود:

(phi (potential) = ( q / 4*pi*epsilon*r ) * exp (-r/h
(h= sqr ( epsilon*k*T/2N0e2
e = بار الکتریکی
h= طول دبی

نظریه مدار یا حرکت ذرات در میدان مغناطیسی هم بحث آینه های مغناطیسی را ایجاد می کند. برای نگه داشتن پلاسما نیاز به ظرف داریم ولی این ظرف چیزی بجز کاسه ای فرضی که دیواره هایش میدان مغناطیسی است نمی باشد. این ظرف مغناطیسی در واقع باعث پیچ خوردن و دایره ای شدن حرکت ذرات در پلاسما می شود. ظرف مغناطیسی میدانی نایکنواخت و همگرا اطراف پلاسماست که هرچه از پلاسما دور می شود مقدارش قوی تر می شود . اگر ذره ی بارداری در پلاسما را تصور کنیم که حرکت پیچشی حول محور مغناطیسی مذکور داشته باشد شعاع حرکتش همان شعاع لارمور است که از رابطه ی نیروی وارد بر ذره ی متحرک به جرم m و سرعت v و بار q با میدان مغناطیسی خارجی B ناشی می شود :

 (~F = q(~v*~B
~F=m. ~a -> F=mv2/R
=> Rلارمور = m vعمود / q.B

پس هر چه دورتر از پلاسما می شویم با افزایش قدرت میدان مغناطیسی شعاع چرخش دوران کم می شود و کم کم سرعت ذره کاهش می یابد. پس مارپیچ تنگ تر و حرکت محوری کندتری توسط ذرات طی می شود تا اینکه مثل اینکه به آینه برخورد کرده باشند بر می گردند. به این پدیده «آینه ی مغناطیسی» می گویند.

نظریه هیدرو مغناطیسی یعنی قانون نیروی ماکروسکوپی برای حجم واحد یا بازی با شارها (flows). میدان مغناطیسی که حکم ظرف را برای پلاسما دارد فشاری معادل با press = B^2/2.mu اعمال می کند. این اثر را تنگش مغناطیسی گویند.


اسپری پلاسما :


در روش پلاسما اسپری گازتشکیل دهنده پلاسما که درمرحله شروع قوس آرگن یا هلیم است و پس ازبرقراری قوس پایدار به ترکیبی از آرگن یا هلیم با هیدروژن یانیتروژن تبدیل می شود از بین کاتد و آند عبورکرده و بر اثر تخلیه الکتریکی این ناحیه یونیزه می گردد. مقدارانرژی صرف شده برای یونیزه کردن گاز، درناحیه ای درخارج گذرگاه مابین کاتد و آند آزاد شده و به گرما تبدیل می کردد و بدین ترتیب دمایی درحدود 15000 درجه سانتیگراد حاصل خواهد شد و مولکولهای منبسط شده گاز با سرعتی نزدیک به صوت ذرات ماده پوشش بصورت پودر را که ذوب شده اند، به سمت سطح قطعه خواهند راند و بدین ترتیب پوششی متراکم باچسبندگی بالا حاصل خواهد شد.

پوشش های پلاسمااسپری، جهت محافظت سطح قطعات دربرابرعواملی مانند دمای بالا، خوردگی داغ، خوردگی دمای محیط و فرسایش مورد استفاده قرارمی گیرند، این پوشش ها درصنایع مختلف ازجمله صنایع نفت، نساجی، فولاد، نیروگاهی، شیمیایی و … کاربردفراوان دارند. بعنوان نمونه می توان موارد زیر راذکر کرد:


1- کاربید تنگستن و کاربید کرم : مقاوم دربرابرسایش
2- اکسید آلومینیم : مقاوم دربرابر دمای بالا وسایش
3- اکسید زیرکنیم : پوشش سپر حرارتی
4- آلیاژهای پایه نیکل : مقاوم دربرابر خوردگی
5- اکسیدکرم : مقاوم دربرابر سایش

اخباری درباره پلاسما:


پلاسمای سرد باکتری ها را از بین می برد:
محققین در یو اس با استفاده از پلاسمای سرد روش جدیدی برای نابود کردن باکتریها کشف کردند. این روش توسط مونیر لاروس در دانشگاه ویرجینیا و دانشکده های کالیفرنیا در ساندیاگو کشف شد. پلاسما شامل ذرات باردار -الکترونها و یونها- و ذرات بدون بار مانند اتمهای برانگیخته و مولکولها می باشد.
بیشتر پلاسما هها در فشار معمولی داغ هستند - در حدود چندین هزار درجه سانتیگراد- بنابر این کنترل آنها مشکل است.
لاروس و همکارانش با استفاده از مانع مقاوم بدون بار در دما و فشار اتاق پلاسما ی سرد تولید کردند.آنها برای این کار گاز مخلوطی شامل 97% هلیوم و 3% اکسیژن را بین دو الکترود مسطح وارد کردند،سپس ولتاژی در حدود چندکیلوولت با فرکانس 60 هرتز اعمال کردند.
مزیت این روش در توان ورودی کم - بین 50 تا 300 وات - و تولید مقدار زیادی پلاسما می باشد.
این تیم دو نوع باکتری - با غشای بیرونی و بدون غشای بیرونی- را در معرض پلاسما ی سرد قرار دادند و با میکروسکوب الکترونی تاثیرات پلاسما را روی آنها بررسی کردند.بعد از گذشت ده دقیقه دیدند که هر دو نوع باکتری بوسیله اشعه فرا بنفش و قسمتهای آزاد پلاسما، از بین رفتند.
ذرات باردار در حدود چند میکروثانیه آسیب شدیدی به پوسته سلول باکتری وارد می کنند،زیرا کشش الکتروستاتیکی وارد بر پوسته بیرونی سلول باکتری از نیروی کشش پوسته بیشتر می شود.
لاروس و همکارانش معتقدند که پلاسمای سرد، باکتریها و ویروسهای مهلک را از بین می برد و برای استریلیزه کردن سریع و مطمئن تجهیزات دارویی می تواند بجای روشهای سمی بکار برود.
لاروس میگوید:“امیدواریم این روش را بتوانیم برای قسمتهای زیرسلولی نیز بکار ببریم و تاثیرات بیوشیمی آن را نیز بدست آوریم.“


دیدگاه های شما:

دوست عزیزی(به نام آقا داوود) به بنده لطف نموده و طی دو کامنت گفته اند:(سلام ، تووي گوگل زدم "صدرا" و اين وبلاگ رو پيدا كردم ... اينكه چرا "صدرا" رو جستجو كردم قصش مفصله ... خلاصش اينه كه ، تقريبا" همه زندگيم صدرا س ، سرم درد ميكنه و حوصله خوندن مطالب رو ندارم ... ولي آدرس وبلاگ رو save كردم .... فعلا"BYE)(كاش وقت داشتم و میشد همه مطالب وبلاگت رو ميخوندم ... از آرشيو گرفته تا .... اما فعلا" فقط ميتونم بيام عكساشو ببينم ...)

در پاسخ به ابراز لطف این دوست عرض می کنم که این خاصیت فیزیک است که اغلب افرادی را که مطالعاتی در این زمینه دارند را مجذوب خود می کند و من هم که مشغول به تحصیل در این زمینه هستم از این قاعده مستثنی نیستم... این وبلاگ چند سالی از عمرش می گذرد و در این دوره مطالب گوناگونی به فراخور زمانی منتشر نموده ام... امیدوارم در راه آشنایی اذهان عموم مردم با عظمت دستگاه الهی توانسته باشم موثر بوده باشم...

 

|+| نوشته شده توسط حمیدرضا عرب بافرانی در چهارشنبه پنجم خرداد 1389  |
 سفر در زمان

سفر در زمان که درحال حاضر تنها در فیلم های علمی تخیلی امکان پذیر است می تواند در آینده و با کمک قوانین فیزیک به واقعیت تبدیل شود.

         یک فیزیکدان ایتالیایی مدل تئوریکی ساخته است که از طریق یکتایی های خام که در کهکشان ها قرار دارند، پرش به گذشته را پیش بینی می کند.


          فرناندود فلیشچه، استاد فیزیک دانشگاه پادوا در ایتالیا در زمره دانشمندانی است که تئوری های پرش در فضا زمان کهکشان ها را با استفاده از یک ماشین زمان فرضی توسعه داده اند. این فیزیکدان با بررسی پدیده های مختلف کیهانی و فرمول های ریاضی، مدل تئوریکی را ساخته است که پرش به گذشته را از طریق یکتایی های عریان که در  کهکشان  ها پیدا  می شوند ، امکان  پذیر  می کند.

          این فیزیکدان در خصوص یکتایی عریان توضیح داد : وقتی یک سیاه چاله برای فروپاشی ستاره ای که در میدان گرانش آن قرار گرفته شکل می گیرد، در داخل سیاه چاله یک یکتایی به وجود می آید. یکتایی درحقیقت منطقه ای از سیاه چاله است که موقعیت های غیرعادی را ایجاد می کند. نوری که سیاه چاله از یک ستاره بدست می آورد مانع مشاهده یکتایی می شود. اما گروهی دیگر از یکتایی ها وجود دارد که به آنها یکتایی عریان گفته می شود. نور، این یکتایی ها را نمی پوشاند و بنابراین قابل رویت هستند. از یکتایی های عریان می توان اطلاعاتی درباره میدان گرانشی سیاه چاله به دست آورد. درحقیقت در داخل این میدان گرانشی پدیده ها به طرز استثنایی تغییر می کنند که وارونگی زمانی یکی از این تغییرات عجیب است.

          به اعتقاد این دانشمند در یکتایی، ذرات نسبت به زمان وارونه حرکت می کنند، همانطور که پیش از این تئوری، نسبیت انیشتن این پدیده را پیش بینی کرده بود. در واقع اگر در زندگی ما ثانیه ها به صورت ۱،۲،۳ جلو می روند برای کسی که دریکتایی عریان  زندگی می کند ، نسبت  به مشاهده گری که از خارج به آن نگاه می کند، بصورت ۱- ، ۲- ، ۳- پیش می روند.

          این دانشمند در این خصوص اظهار داشت: سفر به آینده می تواند در لابراتوار بازسازی شود. ذراتی که با سرعت نور سفر می کنند، در یک هزارم ثانیه مخفی می شوند و می میرند، اما ما وجود این ذرات را در ۱۰ ثانیه مشاهده می کنیم. این مسئله نشان می دهد که زندگی این ذرات طولانی شده و این درست شبیه به پرش به آینده است.

          پرش به آینده با پارادکس های دوقلوها بهتر توضیح داده می شود. درحقیقت اگر دو انسان دوقلو جدا از هم یکی روی زمین و دیگری در یک فضاپیما که با سرعت نور بین ستارگان حرکت می کند، زندگی کنند، وقتی پس از ۲۰ سال نجومی همدیگر را پیدا کنند، این زمان به سالهای زمینی برابر با ۲۰۰ سال می شود. یعنی اگر این دوقلوها هنگام جدا شدن یکسال داشته باشند، پس از این مدت زمان برادر زمینی ۲۰۱ ساله و برداری که در فضا با سرعت نور سفر می کرد، ۲۱ سال خواهد داشت.

          درواقع می توان گفت که برادری که با سرعت نور سفر کرده است، به آینده برادر ساکن زمین پرش کرده است.

          این دانشمند در پاسخ به این سوال که اگر این یکتایی به جای اینکه در کهکشان ساخته شود، در لابراتوار بازسازی شود، چه اتفاقی می افتد، توضیح داد: دراینصورت محاسبه جرم این یکتایی به سختی امکان پذیر خواهد شد. دانشمندان مطمئن نیستند که بتوانند تولید مصنوعی یک سیاه چاله کوچک و یکتایی آن را در لابراتوار سازماندهی کنند. درواقع براساس قوانین کلاسیک فیزیک امکان شکل دادن سیاه چاله های مصنوعی وجود ندارد.

          دراین حال شاید ماهواره گلاست (Glast) ناسا که سال آینده با هدف اندازه گیری لامپ های نوری با انرژی بالا در فضا، در مدار قرار می گیرد، بتواند تئوری فلیچه را مورد استفاده قرار دهد

|+| نوشته شده توسط حمیدرضا عرب بافرانی در چهارشنبه پنجم خرداد 1389  |
 اگر کسی بگوید فیزیک کوانتوم را فهمیده، پس چیزی نفهمیده است

نیلز بور (1962-1885)، 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 «آجرک 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 (برای مطالعه‌ی بیشتر می توانید به فصل‌های 19 و 20 «فیزیک هالیدی» مراجعه کنید). 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 1911، رادرفورد (947-1871) 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 /c1/پیش‌بینی و توصیه(!)



طیف تابشی اتم‌ها، بر خلاف فرضیات فیزیک کلاسیک گسسته است. به عبارت دیگر، نوارهایی روشن و تاریک در طیف تابشی دیده می‌شوند.
 
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 1890 بود.

گام پنجم: فاجعه‌ی فرابنفش

برگردیم سر تقسیم کردن نور.

ماکسول (1879-1831) 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 کافی کوچک 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 546 (طول موج نور زرد) تا 578 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 1901 ماکس پلانک (Max Planck: 1947-1858) 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 ? ــ بخوانید نُو ــ به صورت مضرب صحیحی از ?h است که در آن h یک ثابت طبیعی ــ معروف به «ثابت پلانک» ــ است. یعنی فرض کرد که انرژی تابشی در بسامد ? از «بسته های کوچکی با انرژی ?h» تشکیل شده است. یعنی اینکه انرژی نورانی، «گسسته» و «بسته ـ بسته» است. البته گسسته بودن انرژی به‌تنهایی در فیزیک کلاسیک حرفِ ناجوری نبود‌ (همان‌طور که قبل‌تر در مورد امواج صوتی دیدیم)، بلکه آنچه گیج‌کننده بود و آشفتگی را بیشتر می‌کرد، ماهیتِ «موجی ـ ذره‌ای» نور بود. این تصور که چیزی ــ مثلاً همین نور ــ هم بتواند رفتاری مثل رفتار «موج» داشته باشد و هم رفتاری مثل «ذره»، به طرز تفکر جدیدی در علم محتاج بود

ماکس پلانک، از بنیانگذاران فیزیک کوانتوم

ذره چیست؟ ذره عبارت است از جرم (یا انرژیِ) متمرکز با مکان و سرعتِ معلوم. موج چیست؟ موج یعنی انرژی گسترده‌شده با بسامد و طول موج. ذرات مختلف می‌توانند با هم برخورد کنند، اما امواج با هم برخورد نمی‌کنند، بلکه تداخل می‌کنند . نور قرار است هم موج باشد هم ذره! یعنی دو چیز کاملاً متفاوت.

|+| نوشته شده توسط حمیدرضا عرب بافرانی در چهارشنبه پنجم خرداد 1389  |
 نظریه ریسمان(قسمت سوم)

به ‌لحاظ تاريخي نظريه‌ي ريسمان به ‌عنوان توضيحي براي رابطه‌ي مشاهده شده بين جرم و اسپين ذرات ويژه‌اي به‌ نام هادرون (hadron) كه شامل پرتن و نوترن است پيشنهاد شد. اين‌جا نظريه‌ كار نمي‌كرد ولي سرانجام الكتروديناميك كوانتومي (Quuantum Electrodynamics) – نظريه‌اي كه برهم‌كنش ‌هاي ميان كوارك‌ها و برهم‌كنش‌هاي ميان پرتن‌ها و نوترن‌ها را در چارچوب نظريه‌ي كوانتم توصيف مي‌كند- نظريه‌ي بهتري براي هادرون‌ها اثبات كرد.
همان‌طور كه پيش‌تر ديديم اگر نظريه‌ي كوانتومي‌ خوبي براي گرانش موجود باشد، گراويتون مي‌تواند  جرم صفر و اسپين 2 داشته باشد. اين موضوع  پيش‌گامان نظريه‌ي ريسمان را بر آن ‌داشت كه اين نظريه را نه‌تنها براي توصيف رفتار هادرون‌ها بلكه به‌عنوان يك نظريه‌ي گرانش كوانتومي (همان آرزوي ديرين فيزيك نظري)  در تلفيق گرانش و ذرات  معرفي كنند.



بالاخره نظريه‌ي ريسمان چيست!؟




گيتاري را در نظر بگيريد. حتماً مي‌دانيد كه آلات موسيقي زهي زماني صداي خوبي خواهند داشت كه كوك شده باشند. يعني تاحد مشخصي كشيده شده باشند. بسته به اين ‌كه اين تارها چه‌قدر كشيده شوند و چه‌مقدار تنش را تحمل كنند، نت‌هاي موسيقي متفاوتي توليد مي‌شود كه اين نت‌ها را مي‌توان حالت‌هاي برانگيخته‌ي تار كشيده شده‌ي گيتار دانست.

بقیه ی مطلب را در ادامه ی مطلب مشاهده نمایید...


ادامه مطلب
|+| نوشته شده توسط حمیدرضا عرب بافرانی در چهارشنبه بیست و پنجم فروردین 1389  |
 نظریه ی ریسمان(قسمت دوم)

در قسمت قبل  فهميديم كه اگر يك نظريه‌ي بنيادي از تمام برهم‌كنش‌ها نظريه‌ي همه چيز ناميده شود، مدل استاندارد نظريه‌ي 4/3 همه چيز!! است. چون شامل 3 برهم‌كنش از 4 برهم ‌كنش ممكن است و 3 نيرو از 4 نيروي ممكن را توصيف مي‌كند. و نيز گفتيم كه با استفاده از دوگانه‌گي موج_ذره در طبيعت همه‌چيز را و از جمله نور وگرانش را مي‌توان برحسب ذرات توضيح داد. اين ذرات داراي خاصيتي هستند به‌نام اسپين (spin). تمامي ذرات جهان را مي‌توان به دو قسمت تقسيم كرد: ذرات با اسپين نيم صحيح (2/1 و2/3 و...) كه تشكيل‌دهنده‌ي ماده‌اند و ذرات با اسپين صحيح( 0و1و2 و...) كه منشاء نيروهاي بين ذرات ماده‌اند.


اصل طرد پاولي


كوانتم مكانيك به ما آموخته است ذرات مادي از اصل طرد پاولي پيروي مي‌كنند. اين اصل در سال 1925 به‌وسيله‌ي يك فيزيك‌دان اتريشي به‌نام ولفگانگ پاولي كشف شد و جايزه‌ي نوبل فيزيك در 1945  به همين خاطر به او تعلق گرفت. برطبق اين اصل  دوذره‌ي همانند، در يك حالت نمي‌توانند وجود داشته باشند. يعني نمي‌توانند در محدوده‌اي كه به‌وسيله‌ي اصل عدم قطعيت مشخص مي شود داراي وضعيت و سرعت يكسان باشند. اصل طرد در پايداري ماده در طبيعت اهميت زيادي دارد و علت فرونپاشيدن ماده زير تأثير نيروهاي ناشي از ذرات با اسپين صفر(فوتون) و يك(گلوئون) ودو(گراويتون) را توضيح مي دهد: اگر ذرات مادي وضعيت‌هاي يكساني داشته باشند، بايد سرعت‌هايشان باهم فرق داشته باشد يعني نمي‌توانند براي مدت زيادي در يك جا قرار بگيرند. اگر اصل طرد پاولي بر جهان حاكم نبود كوارك‌ها، نوترن‌ها و پروتن‌هاي جداگانه و مشخص ومعيني وجود نداشتند واين‌ها هم به‌نوبه‌ي خود به‌همراه الكترون‌ها  اتم‌هاي مجزا و مشخصي را ايجاد نمي‌كردند. بلكه همگي فرومي‌پاشيدند و شورباي متراكم و يكنواختي را به‌وجود مي‌آوردند.


تعبير برهم‌كنش ذرات مادي به‌كمك ذرات حامل نيرو


در كوانتم مكانيك فرض براين است كه نيروها يا واكنش‌هاي بين ذرات مادي همگي به‌وسيله‌ي ذرات با اسپين صحيح   «0 و 1 و 2» انجام مي‌گيرد. آن‌چه اتفاق مي‌افتد اين است كه يك ذره‌ي مادي- مثل يك الكترون يا كوارك- يك ذره‌ي  حامل  نيرو را گسيل مي‌كند. پس‌زدن ناشي از اين گسيل سرعت ذره‌ي مادي را تغيير مي‌دهد. ذره‌ي حامل نيرو سپس با يك ذره‌ي مادي ديگر برخورد مي‌كند و جذب مي‌شود. اين برخورد سرعت ذره‌ي دوم را تغيير مي‌دهد (درست مثل آن‌كه بين دو ذره‌ي مادي نيرويي اعمال شده‌است).


ذرات حامل نيرو از اصل طرد پيروي نمي‌كنند...


ويژگي‌ي مهم ذرات حامل نيرو اين است كه از اصل طرد پيروي نمي‌كنند. يعني هيچ محدوديتي براي تعداد ذرات رد و بدل شده  وجود ندارد واين خود عامل شكل‌گيري نيروهاي قوي است. اما اگر ذره‌هاي حامل نيرو جرم زيادي داشته باشند،

برای مطالعه ی بقیه ی ماجرا به بخش ادامه ی مطلب بروید...

ما را در ادامه ی این مسیر همراهی کتید....


ادامه مطلب
|+| نوشته شده توسط حمیدرضا عرب بافرانی در چهارشنبه بیست و پنجم فروردین 1389  |
 نظریه ی ریسمان به زبان ساده

جهان از چه چيزي ساخته شده است ؟
اين پرسش چه‌قدر براي شما آشناست ؟ تا کنون چه‌قدر به اين موضوع فکر کرده ايد؟
شايد باور نکنيد اين پرسش ظاهراً ساده بيش ترين زمان ها و خلاق ترين ذهن ها را در طول تاريخ  به خود مشغول کرده است .
نظريه ريسمان آخرين تلاش انسان براي  يافتن پاسخ اين پرسش ساده است.
پيش از آن‌که ببينيم اين نظريه چيست و چه ادعايي دارد خوب است اطلاعاتمان را درمورد ماده مرور کنيم:
علوم راهنمايي يادتان هست؟ آن جا ياد گرفتيم  ماده از اتم ساخته شده است .و اتم يعني تجزيه ناپذير. حتماً يادتان هست که دموکريتوس فيلسوف يوناني اين نظريه را نخستين بار ارائه کرده بود. وقتي بزرگ تر شديم در فيزيک دبيرستان آموختيم که اتم نيز به نوبه خود از سه جزء اصلي تشکيل شده است : پروتون ، نوترون و الکترون .
نوترون ها و پروتون ها در هسته اند ، در حالي که الکترون ها به دور هسته مي چرخند. اما اين روند تا کجا ادامه خواهد داشت؟
آيا الکترون ها ، پروتون ها و نوترون ها نيز خود از ذرات کوچک تري تشکيل شده اند؟
دانش کنوني ما درباره ي ترکيب زير اتمي جهان در نظريه اي به نام مدل استاندارد ذرات مادي (standard model) خلاصه مي شود.
    اين مدل هم اجزاي بنيادي ماده که جهان از آن ها ساخته شده را توصيف مي کند و هم نيروهايي که از طريق آن ها اين ذرات با يکديگر بر هم کنش دارند.
بر طبق اين مدل الکترون واقعاً يک ذره ي بنيادي است . يعني يکي از ذراتي است که سنگ بناي آفرينش است و خود از اجزاي کوچک تري تشکيل نشده است . اما نوترن ها و پروتن ها ذرات بنيادي نيستند و از ذرات کوچکتري به نام کوارک تشکيل شده اند. تا جايي که مي دانيم کوارک ها ذرات بنيادي هستند. در واقع طبق مدل استاندارد ذرات مادي 12 ذره بنيادي در طبيعت وجود دارند. يعني 12 نوع ذره که سنگ بناي آفرينش اند. و ماده در طبيعت از آن ها ساخته شده است . 6 تا از اين ذرات بنيادي کوارک هستند . اين کوارک ها نام هاي جالبي دارند:
بالا(up)، پايين(down) ،  عجيب(strange)، عفريت(charm) ، سر(top) و ته(bottom).
براي مثال يک پروتون از 2 کوارک بالا و يک کوارک پايين تشکيل شده است . 6 ذره ي بنيادي ديگر لپتون‌ها هستند. لپتون ها شامل الکترون و دو هم خانواده ي سنگين تر او يعني ميوئون (muon) و تاون (taun) و نيز 3 نوترينو(nutrinos) با طعم هاي مختلف هستند .
اگر‌چه نور ازامواج تشكيل شده است فرضيه‌ي كوانتم پلانك مي‌گويد كه از جهات معيني رفتار نور چنان است كه گويي مجموعه اي از ذرات است: نور تنها به‌صورت بسته‌هاي خاص يا كوانتم‌ گسيل يا جذب مي‌شود. از سوي ديگر، اصل عدم قطعيت هايزنبرگ متضمن آن است كه ذرات از پاره‌اي جهات چونان امواج رفتار مي‌كنند: آن‌ها وضعيت معيني ندارند بلكه با توزيع احتمال معيني در فضا پخش مي‌شوند. نظريه‌ي كوانتم مكانيك برنوع كاملاً جديدي از رياضيات استوار است كه ديگر جهان را به فراخور نياز با مدل مناسب توصيف مي‌كند. بنا براين ميان توصيف يك شي‌ء اعم از نور يا ماده برمبناي مدل ذره‌اي وتوصيف آن برمبناي مدل موجي يك دوگانگي وجود دارد. به اين توصيف دوگانه، دوگانگي موج- ذره گفته مي‌شود.
در طبيعت 4 نيروي بنيادي وجود دارد: گرانش ، الکترومغناطيسي، نيروي ضعيف هسته اي و نيروي قوي هسته‌اي
گرانش و الکترو مغناطيس دور برد هستند و به همين دليل است که اين دو نيرو مدت ها است شناخته شده‌اند. دو نيروي هسته اي کوتاه برد هستند و بنابر اين در مقياس فاصله هايي كه در زندگي روزمره با آن سر وكار داريم عموماً مشاهده نمي شوند.
نيروهاي هسته اي صرفاً در اين قرن شناخته شده اند . نيروي قوي هسته اي همان نيرويي است كه مسئول به هم بستن پروتن ها و نوترن ها براي ساخت هسته اتم است. اما نيروي ضعيف هسته اي  نيرويي  کاملاً  متمايز است و تنها در پديده هايي همچون واپاشي پرتوزا پديدار مي شود. اين نيرو تنها نيرويي است که از قانون تقارن راست و چپ يا پاريته (هم پايه گي )  پيروي نمي‌كند. 

سری هم به ادامه ی مطلب بزنید...

امیدوارم به موضوع علاقمند شده باشید... اگر مایل به ادامه ی این داستان هستید با ما همراه باشید....


ادامه مطلب
|+| نوشته شده توسط حمیدرضا عرب بافرانی در چهارشنبه بیست و پنجم فروردین 1389  |
 بیگ بنگ

علم امروزي بشر تا به دان جا رسيده كه قادر باشد در مورد جهان هستي توضيحاتي را ارائه كند . جهان هستي بيكران و غير قابل تصور. ستاره هاي بيشماري را كه در آسمان شب مي بينيد تنها سه هزار ستاره از سیصد میلیارد ستاره در كهكشان راه شيريند . در جهان چيزي حدود صد میلیارد كهكشان وجود دارد .بشريت همواره با اين سئوال مواجه بوده است كه : آيا اين جهان از ابتدا بدين صورت بوده يا اين كه همه چيز از جايي و به طور ناگهاني به وجود آمده است ؟ كشف اين مطلب كه جهان در حال انبساط است موجب شگفتي بسيار در اوايل قرن گذشته شد. بر اساس اين يافته فيزيكدان ها حدس زدند كه جهان مي باستي در گذشته و از اندازه بسيار كوچك متولد شده باشد . اين مطلب كه جهان آغازي دارد همچنين هيبت ابعاد و خلق آن ، انسان را با اين سئوال روبرو ساخت كه جهان چگونه آغاز شده است . اكنون بس از رصد ها و تفكرهاي بسيار به پاسخي رسيده ايم كه بيگ بنگ نام گرفته است .

 

بيگ بنگ چیست ؟

 

بر اساس نظریه بيگ بنگ جهان از انفجار حجم بسیار کوچک - ابعادی کوچکتر از حفره های روی پوست - ، با دما و چگالی بسیار زیاد آغاز شده است .بر اساس این نظریه شکل گیری  فضا همانند کش آوردن سطح   یک بادکنک است – مواد، دردرون و سطح بيروني فضای در حال انبساط می یاشند، همانند ذرات غبار روی  شطح یک بادکنک-  این انفجار همانند انفجار ماده در یک فضای خالی نیست بلکه خود  فضا به همراه این انفجار متولد شده است و ماده را همچنان که منبسط میشود به همراه خود حمل می کند . فیزیکدان ها حتی بر این عقيده هستند که زمان نيز با بيگ بنگ آغاز شده است . امروزه ، اکثر دانشمند ها نظریه يگ بنگ را قبول دارند . شواهد موجود به قدر کافی محکم بودند که در سال 1951 دفتر کلیسای کاتولیک اعلام کرد نظریه بيگ بنگ با کتب مقدس مطابقت دارد .

سری به ادامه مطلب بزنید....
|+| نوشته شده توسط حمیدرضا عرب بافرانی در دوشنبه بیست و سوم فروردین 1389  |
 سياه چاله ها

طبق نظریه ، نسبیت عام ، گرانش انحنا دهنده فضا زمان است. فضای حول ستاره به نحو بارزی خم می شود در لحظه ای که هسته ستاره تبدیل به حفره سیاه می شود. این جرم خطوط فضا زمان را مانند پیله ای به دور خود می پیچد. امواج نوری کم تحت زوایای خاصی به سمت سیاه چاله روان می شود.

در سطح کره ای که هم مرکز نقطه یکتایی سیاهچاله است، تجمع می کنند. در فاصله معینی از سیاهچاله که بسته به جرم ستاره رمبیده دارد، جاذبه آنچنان زیاد است که نور نمی تواند فرار کند به این فاصله افق حادثه گفته می شود.
 

ساختار سیاهچاله ها:                                          

با حل استاتیک غیر چرخشی با تقارن کروی برای معادلات میدان اینشتین این نکته مشخص می شود که سیاهچاله ها که از یک سمت به صورت چاه عمل می کنند، در سطح دیگری به صورت چشمه عمل می کند. یعنی می تواند دو سطح مختلف فضا زمان را از جهان های گوناگون یا دو نقطه بسیار دور از جهان خودمان را به هم متصل کند. که به این حالت کرم چاله یا پل اینشتین رزن گفته می شود.
 

سیاهچاله ها چگونه به وجود می آیند؟

هر چه ستاره های نوترونی بزرگتر باشد کشش جاذبه ای داخلی آن نیز بیشتر خواهد بود. در سال 1939 او پنهایمه فکر کرد که نوترون ها نمی توانند در برابر همه چیز مقاومت کنند. به نظر او اگر یک چیز در حال از هم پاشیدن بزرگتر از 3/2 برابر اندازه خورشید بود، آنگاه نه تنها الکترون ها بلکه نوترون های آن نیز در هم می شکست.

همچنین باید بدانیم که وقتی نوترونها در هم شکستند دیگر هیچ چیز مطلقا وجود ندارد که از ، در هم پاشیدن ستاره جلوگیری کند. اگر شما خود را روی سطح یک توده در حال از هم پاشیدن تصور کنید، آنگاه شما با فرو ریختن آن جسم به مرکز آن نزدیکتر و نزدیکتر خواهید شد. و بنابراین نیروی جاذبه بیشتر و بیشتری را حس خواهید کرد. تا هنگامی که ستاره به مرحله کوتوله سفید برسد، شما بیش از 1.016 تن وزن پیدا خواهید کرد.

وقتی که ستاره به در هم پاشیدن ادامه داد و از مرحله ستاره نوترونی هم گذشت و به طور کامل از هم پاشید، وزن شما از 15000 میلیون تن بیشتر و بیشتر خواهد شد. اگر سیاهچاله به اندازه کافی به ما نزدیک بود، می توانستیم نیروی جاذبه بر آن را حس کنیم. اما وقتی یک سیاه چاله در میان ستاره ها خیلی دورتر از ما قرار دارد، آیا می توانیم وجود آنرا اثبات کنیم؟ برای این منظور اخترشناسان دو راه آشکار شدن حدس می زنند.

  • اول از روی جرم سحابی برای مثال اگر آنها جرمهای تمام ستارگان موجود در یک خوشه ستاره ای مرئی به طور قابل ملاحظه ای کمتر از جرم خوشه وجود داشته باشد، مرکز کهکشان ها به عنوان مکانهایی تلقی می شوند که در آنها سیاهچاله ها وجود دارند. زیرا چگالی مواد در آنجا زیاد است.

 راه دوم نیز این بوده که اگر چهنمی شود اما چیزهایی که در سیاهچاله ها سقوط می کنند به هنگام سقوط اشعه ایکس از خود منتشر می کنند و هر چیز کوچکی که در سیاهچاله ها سقوط کند تنها مقدار کمی اشعه ایکس از خود منتشر می کند. این مقدار برای کشف آن در فاصله میلیون ها میلیون کیلومتری کافی نخواهد بود.

در سال 1971 یک دانشمند انگلیسی به نام استفن هاوکینگ عنوان کرد که این واقعه به وجود آمدن سیاهچاله ها هنگامی که جهان نخستین انفجار بزرگ خود را آغاز کرد اتفاق افتاده است. هنگامی که تمامی مواد تشکیل دهنده جهان منفجر شد، مقداری از این مواد آن چنان به هم فشرده شدند که تبدیل به سیاهچاله گشتند. وزن برخی از این سیاهچاله ها ممکن است به اندازه وزن یک سیاره کوچک و یا از آن کمتر باشد. و وی آنها را سیاهچاله کوچک نامید. 
 نتایج تحقیقات هاوکینگ:

  • سیاهچاله ها می توانند وزن از دست بدهند

  • مقداری از انرژی جاذبه ای آنها در خارج ازمحدوده شعاع شوارتز شیلد ستاره به ذرات ماده تبدیل می شود.

  • ممکن است این ذرات به فضای بیرون بگریزند از این طریق مقداری از مواد تشکیل دهنده سیاهچاله های بزرگ که به اندازه یک ستاره وزن دارند، برای تبخیر همه مواد تشکیل دهنده اش میلیون ها میلیون سال وقت لازم است. درحالی که در این مدت خیلی بیشتر از این مقدار ماده به آن اضافه می شود. بنابر این هیچگاه از طریق تبخیر وزن آن کاسته نمی شود

  • هر چه سیاهچاله کوچکتر باشد سرعت تبخیر آن بیشتر است یک سیاهچاله کوچک واقعی باید بیشتر از مقدار ماده ای که به خود جذب می کند وزن از دست بدهد. بنابر این سیاهچاله کوچک باید بوسیله تبخیر کوچکتر و کوچکتر شود و بالاخره هنگامی که دیگر خیلی خیلی کوچک شد یک مرتبه تبخیر آن حالت انفجاری بخود گرفته و تشعشعاتی حتی با انرژی بیشتر از اشعه ایکس منتشر کند. اشعه منتشر شده از این طریق اشعه گاما خواهد بود

  • سیاهچاله های کوچکی که 15 میلیون سال پیش هنگام نخستین انفجار بزرگ جهان ایجاد شده اند، اکنون ممکن است در حال ناپدید شدن باشند. هاوکینگ اندازه اولیه آنها و نوع اشعه گامایی را که هنگام انفجار تولید می کنند، حساب کرد.

 

مجهولات سیاهچاله ها:

اگر ستاره شناسان بتوانند نوع پرتوهایی که هاوکینگ پیش بینی کرده است، شناسایی کنند، مدرک خوبی برای تایید تشکیل و وجود سیاهچاله بدست خواهد آمد. اما تاکنون پرتوهای پیش بینی شده کشف نشده اند. با این حال هر لحظه ممکن است این پرتو ها شناسایی شوند.

دلیل تابش اشعه ایکس از حفره سیاه این است که جرمی که توسط طوفانهای ستاره ای خود ستاره ، از سطح آن می گریزند، در فاصله مناسبی که به حفره سیاه رسیدند، توسط حفره شکار می شوند. و در مداری به دور حفره شروع به چرخش کرده و به این ترتیب شکل یک دیسک عظیم را تشکیل می دهند

با توجه به این نکته که لایه های داخلی تر دیسک سریع تر از لایه های خارجی می چرخند، در اثر اصطکاک لایه های مختلف دیسک گرم شده و شروع به تابش اشعه ایکس می کنند. به این دیسک ، دیسک تجمعی گفته می شود. این حالت برای اولین بار در ستاره دوتایی ( دجاجه1-X ) مشاهده شده است. احتمالا قطر خود حفره سیاه (قطر افق حادثه) 30 کیلومتر است و برای تمامی ستاره های دو تایی سیاهچاله ساختمان به همین شکل است.


انواع سیاهچاله

شوارتس شیلد                    ساده ترین نوع سیاهچاله‌هاست، بار و چرخش ندارد، تنها یک افق رویداد و یک فوتون کره دارد، از آن نمی توان انرژی استخراج کرد. شامل تکینگی ، نقطه‌ای است که در آن ماده تا چگالی نامحدود در هم فرو رفته است.
رایزنر- نورد شتروم            هم بار دارد وهم چرخش ، می تواند دو افق رویداد داشته باشد ، اما تنها یک فوتون کره دارد. شامل یک تکینگی نقطه ای است که وجود آن در طبیعت نامحتمل است، زیرا بارهای آن همدیگر را خنثی می کنند
ارگوسفراست                  چرخش دارد، اما بار ندارد. بیضی و از بیرونی حد استاتیک است. منطقه تیره میان افق رویداد و حد استاتیک ، که می توان از آن انرژی استخراج کرد. می تواند دو افق رویداد و دو حد استاتیک داشته باشد. دو فوتون کره دارد. شامل یک تکینگی حلقه‌ای است.
کر- نیومان                    هم باردارد و هم چرخش ، ساختارش شبیه ساختار سیاهچاله کر است. می‌توان از آن  انرژی استخراج کرد. یک تکنیگی حلقه‌ای دارد به نظر پژوهشگران چهارنوع سیاهچاله همچنانکه ذکر شد می تواند وجود داشته باشند.
|+| نوشته شده توسط حمیدرضا عرب بافرانی در سه شنبه نهم مهر 1387  |
 نور

نور

تعریف واقعی نور چیست؟
تعریف دقیقی برای نور وجود ندارد، جسم شناخته شده یا مدل مشخص که شبیه آن باشد وجود ندارد. ولی لازم نیست فهم هر چیز بر شباهت مبتنی باشد. نظریه الکترومغناطیسی و نظریه کوانتومی با هم ایجاد یک نظریه نامتناقض و بدون ابهام می‌کنند که تمام پدیده‌های نوری را توجیه می‌‌کنند.

نظریه ماکسول درباره انتشار نور و بحث می‌‌کند در حالیکه نظریه کوانتومی بر هم کنش نور و ماده یا جذب و نشر آن را شرح می‌‌دهد ازآمیختن این دو نظریه ،نظریه جامعی که کوانتوم الکترو دینامیک نام دارد،شکل می‌‌گیرد. چون نظریه‌های الکترو مغناطیسی و کوانتومی علاوه بر پدیده‌های مربوط به تابش بسیاری از پدیده‌های دیگر را نیز تشریح می‌کنند منصفانه می‌‌توان فرض کرد که مشاهدات تجربی امروز را لااقل در قالب ریاضی جوابگو است. سرشت نور کاملاً شناخته شده است اما باز هم این پرسش هست که واقعیت نور چیست؟


آیا ذرات نوری وجود دارند ؟

صدها آزمایش گوناگون ثابت كرده كه امواج نوری ووجود دارند .این امواج بر خلاف امواج آب و امواج صوتی . در خلاء نیز انتشار می یابد . نور . امواج رادیویی امواج مادون قرمز .امواج ماوراء بنفش و امواج (روتنگن ) همگی به خانواده بزرگ (امواج مغناطیسی ) تعلق دارند .

ماون قرمز به نوبه خود نسبت به نور قرمز از طول موج بلندتری برخودار است . در حالی كه نور مارواءبنفش دارای طول موج كوتاهتری از نور بنفش بوده و اشعه رونتگن در جای خود طول موج كوتاهتر ی از نور ماوراء بنفش دارد . تا آغاز قرن حاضر این طور تصور می شد كه با توجه به آگاهی ذهنی كه انسان از نور به عنوان موج دارد به تمام خصوصیات نو ر پی برده و آن را كاملاً شناخته است .ولی با ظهور فیزیكدانهای بزرگی چون “پلانك ” و “اینشتین ” این تصور تغییر یافت .


ادامه مطلب
|+| نوشته شده توسط حمیدرضا عرب بافرانی در دوشنبه بیست و سوم اردیبهشت 1387  |
 انقلاب نسبیت

انقلاب نسبیت

در دهه اول قرن بیستم انقلابی در فلسفه طبیعی پیش آمد كه بسیاری آن را از حیث عمق معنا و درهم ریزی احكام جزمی پذیرفته شده ، نسبت به انقلاب كوپرنیكی _گالیله ای ،برتر به شمار می آورند . در این فاصله زمانی دو نظریه بسیار مهمی پا به عرصه رقابت نهادند ، نظریه نسبیت و كوانتمی كه نسبت به كار های دانشمندان پیشین از جمله ماكسول ،سارین كلوین وكلازیوس به نحو چشمگیری متفاوت بودند .این نظریه های جدید نیز ،با میكانیك نیوتونی در بعضی از اصول و فرض های بنیادی اختلاف شدیدی داشتند . این نظریه علاوه بر اینكه در بر گیرنده پیچیدگی های ریاضیست ،تصور ذهنی و فهم آن ،بسیار دشوار است .

البته شایان ذكر است كه انیشتین در مقاله ۱۹۰۵ خود كه برای اولین بار به نسبیت خاص خود پرداخت از معادلات ریاضی ساده استفاده كرد اما در مقاله ۱۹۱۹ كه به نسبیت عام پرداخت ،بر خلاف مقاله بیشین از فرمول های پیجیده ی ریاضی استفاده كرد .

نسبیت از ریشه نسبی گرفته شده است ، یعنی هر كدام از واحد های فیزیكی شناخته شده برای توصیف پدیده های طبیعی ، نسبی هستند . یعنی وزن ،سرعت ،شتاب و حتی زمان كه برای ما تعریف می شوند ، نسبی هستند . برای درك این بهتر است چند مثالی بزنم . در میكانیك نیوتنی ،نیروی وزن شیء در كره زمین را مقدار نیرویی كه از زمین بر شیء وارد می شود و آن را با شتاب g به سمت خود می كشاند ، تعریف كرده اند . اگر از شخصی بپرسید كه وزنتان چقدر است ؟ او احتمالاً می گوید : در كجا ؟ . وزن شخص در آسانسوری كه با شتاب به سمت پایین می رود در مقایسه با هنگامی كه آن آسانسور با همان شتاب به سمت بالا می رود ، فرق می كند . حال به مثال دیگری می پردازیم :


ادامه مطلب
|+| نوشته شده توسط حمیدرضا عرب بافرانی در دوشنبه بیست و سوم اردیبهشت 1387  |
 اورانیوم

اگه به اورانیوم علاقه دارید(!!!!!!!!)سری به ادامه مطلب بزنید.

آیا می دانید  کیک زرد   چیست؟

همراه با اورانیوم    از سنگ اورانیوم تا بمب اتم

اورانیوم كه ماده خام اصلی مورد نیاز برای تولید انرژی در برنامه های صلح آمیز یا نظامی هسته ای است، از طریق استخراج از معادن زیرزمینی یا سر باز بدست می آید. اگر چه این عنصر بطور طبیعی در سرتاسر جهان یافت میشود اما تنها حجم كوچكی از آن بصورت متراكم در معادن موجود است.


هدف از غنی سازی تولید اورانیومی است كه دارای درصد بالایی از ایزوتوپ U۲۳۵ باشد.اورانیوم مورد استفاده در راكتورهای اتمی باید به حدی غنی شود كه حاوی ۲ تا ۳ درصد اورانیوم ۲۳۵ باشد، در حالی كه اورانیومی كه در ساخت بمب اتمی بكار میرود حداقل باید حاوی ۹۰ درصد اورانیوم ۲۳۵ باشد.

و.....


ادامه مطلب
|+| نوشته شده توسط حمیدرضا عرب بافرانی در دوشنبه بیست و سوم اردیبهشت 1387  |
 نسبیت
اينشتين چندين سال بي‌وقفه در تلاش بود تا نظريه‌اي در باره گرانش بيابد كه با آن‌چه خود او در باره نور و حركت نزديك به سرعت نور يافته بود، هم‌خوان باشد. او در سال 1915، نظريه نسبيت عام را اعلان كرد. بنابراين نظريه گرانش نه به عنوان نيرويي بين اجسام، بلكه بر حسب شكل و خميدگي فضا ـ زمان چهار بعدي، در نظر گرفته مي‌شود. در نسبيت عام، گرانش، هندسه جهان است. برايس دويت، از دانشگاه تگزاس توصيه مي‌كند كه براي شروع فكر كردن در باره اين خميدگي، مي‌توانيم فردي را تصور كنيم كه عقيده دارد كره زمين كروي نيست، بلكه مسطح است و مي‌خواهد يك شبكه شطرنجي صاف، روي زمين پهن كند: نتيجه را مي‌توان از درون يك هواپيما، در روزي با هواي صاف، روي كشتزارهاي گريت‌پلينز آمريكا، نگريست. زمين، بين جاده‌هاي شمال جنوب و شرق ـ غرب به تكه‌هايي كه هر يك، يك مايل مربع وسعت دارد، تقسيم شده است. جاده‌هاي شرقي ـ غربي اغلب با خطوطي كه در طول چند كيلومتر بريدگي ندارد، ادامه مي‌يابد ولي در مورد جاده‌هاي شمال ـ جنوب، وضع بدين منوال نيست. اگر يك راه شمالي ـ جنوبي را پي‌بگيريم، در هر چند مايل با پيش‌آمدگيها و پس‌رفتگيهايي، در شرق و غرب اين جاده، برخورد مي‌كنيم. اين بي‌قاعدگي‌ها، در اثر خميدگي زمين پديد مي‌آيند. اگر اين انحرافات را از بين ببريم، جاده‌ها به هم نزديك شده و قطعاتي به وجود مي‌آيد كه كمتر از يك مايل مربع وسعت خواهند داشت. در حالت سه بعدي، مي‌توان داربست غول پيكري را در فضا تصور كرد كه از اتصال ميله‌هايي راست با طول مساوي و زواياي 90 درجه و 180 درجه تشكيل شده باشد. اگر فضا مسطح باشد، ساختمان اين داربست بدون اشكال پيش مي‌رود. اما اگر فضا خميده باشد، ساختمان داربست منوط به اين خواهد بود كه ميله‌ها را كوتاهتر يا درازتر كنيم، تا روي خميدگي فضا جا بيفتد. بر اساس نظريه اينشتين، خميدگي، به علت وجود جرم و انرژي ايجاد مي‌شود. هر جسم پرجرم بسيار بزرگ، در خميدگي فضا ـ زمان، نقش دارد. اجسامي كه در «امتداد خطي مستقيم در جهان حركت مي‌كنند»، مجبور به دنبال كردن مسيرهاي خميده‌اي هستند. يك تشك ورزش آكروبات را در نظر بگيريم. فرض كنيم در مركز آن، يك توپ بولينگ وجود دارد كه تا اندازه‌اي در تشك، فرو مي‌رود. يك توپ كوچك بازي گلف را روي تشك در امتداد يك خط مستقيم به‌نحوي رها كنيم كه از كنار توپ بزرگتر، بگذرد. توپ گلف، هنگامي كه به فرورفتگيهاي نزديك توپ، بولينگ كه در اثر آن به وجود آمده است، مي‌رسد، مسير خودش را تغيير مي‌دهد. احتمال دارد كه اين توپ، از اين هم فراتر رود. ممكن است مسير بيضي شكلي انتخاب كرده و به عقب بازگردد. چيزي شبيه اين، زماني كه كره ماه روي مسير مستقيمي در نزديكي زمين قرار دارد، روي مي‌دهد. زمين، فضا ـ زمان را همان گونه منحرف مي‌كند كه توپ بزرگ، مسير توپ كوچك را تغيير مي‌دهد. مدار ماه، نزديكترين چيز به خط مستقيم، در فضا ـ زمان منحرف شده است. ملاحظه مي‌كنيم كه اينشتين، همان پديده‌اي را كه نيوتن به توجيه آن پرداخته بود، تشريح كرده است. از نظر اينشتين، يك جسم با جرم زياد، موجب انحراف فضا ـ زمان مي‌شود. در نظريه نيوتن يك جسم بزرگ روي جسم كوچكتر، نيرو اعمال مي‌كند. نتيجه در هر دو حالت، تغيير مسير جسم كوچكتر است. طبق نظريه نسبيت عمومي، «ميدان جاذبه» و «خميدگي» دو مفهوم يكسان‌اند. اگر مدارهاي سيارات منظومه شمسي را بر اساس نظريه‌هاي نيوتن و سپس با استفاده از نظريه اينشتين محاسبه كنيم، نتيجه، بجز در مورد عطارد، تقريباً يكسان خواهد بود زيرا عطارد نزديكترين سياره به خورشيد است و بيشتر تحت تأثير جاذبه خورشيد، قرار مي‌گيرد. پيش‌بيني نتيجه اين نزديكي طبق نظريه اينشتين، اندكي با آنچه طبق نظريه نيوتن به دست مي‌آيد، متفاوت است. مشاهدات نشان مي‌دهد كه مدار عطارد، با پيش‌بيني اينشتين، هم‌خواني بهتري دارد، تا نظريه نيوتن. نظريه اينشتين، پيش‌گويي مي‌كند كه چيزهاي ديگري بجز ماه و سيارات نيز، تحت تأثير خميدگي فضا ـ زمان قرار مي‌گيرند. مثلاً فوتونها (ذرات نور)، بايد در فضاي خميده حركت كنند. اگر باريكه نوري كه از ستاره‌اي دور سير مي‌كند، مسير آن از نزديكي خورشيد بگذرد، خميدگي فضا ـ زمان در نزديكي خورشيد موجب مي‌شود كه اين مسير اندكي به طرف خوردشيد خميده شود همان گونه كه مسير توپ گلف به طرف توپ بولينگ، اندكي منحرف مي‌شود. شايد هم مسير نور ستاره به نحوي خميده شود كه نور در نهايت با زمين برخورد كند. خورشيد خيلي نوراني‌تر از آن است كه بتوانيم نور ستاره را در كنارش ببينيم مگر در حالت كسوف. اگر ما ستاره را در اين حالت ببينيم و متوجه نباشيم كه خورشيد مسير نور ستاره را منحرف مي‌كند، برداشتي نادرست خواهيم داشت از اينكه نور از كجا به طرف ما مي‌آيد و ستاره دقيقاْ در كجاي آسمان جا دارد. ستاره‌شناسان، با استفاده از اين پديده، جرم اجسام آسماني را با اندازه‌گيري مقدار انحراف مسير نور ستارگان دور، حساب مي‌كنند. هر چه جرم اين «خم‌كننده» زيادتر باشد، خميدگي مسير نور بيشتر خواهد بود. تا اينجا ما از گرانش، با در نظر گرفتن آنچه كه در مقياس بزرگ مشاهده مي‌كنيم، گفتگو كرديم. البته اين مقياسي است كه در آن گرانش در ستارگان، كهكشانها و حتي تمام جهان آشكار مي‌شود و اين همان مقياسي است كه هاوكينگ در دهه 1960، با آن سروكار داشت اما، گرانش را مي‌توان در مقياسهاي بسيار كوچك، حتي تا سطح كوانتومي نيز مورد توجه قرار داد. در حقيقت، اگر ما به گرانش در اين سطح توجه نكنيم، هرگز نمي‌توانيم به يگانگي آن با سه نيروي ديگر كه دوتاي آنها تنها دراين سطح عمل مي‌كنند، دست يابيم. روش مكانيك كوانتومي براي در نظر گرفتن نيروي گرانش بين ماه و زمين آن است كه اين نيرو را با تبادل گراويتونها (بوزونها يا ذرات پيام‌رسان نيروي گرانش)، بين ذرات تشكيل دهنده اين دو كره
|+| نوشته شده توسط حمیدرضا عرب بافرانی در پنجشنبه هجدهم بهمن 1386  |
 
 
بالا