تاریخچه

اصل فرما چیست؟

اصل فرما و قوانین بازتابش

اصل فرما و قوانین شکست نور

راه نوری چیست؟

نگاهی دوباره به اصل فرما

اصل فرما و حرکت پرتوهای خورشید در جو

اصل فرما و پدیده سراب

تشعشعاتی که از ابری از اتم های 'ضدهيدروژن' توليد شد


دانشمندان می گويند موفق به توليد انبوه "ضدماده" (antimatter) در آزمايشگاه شده اند. اين گام مهمی است که به مطالعه دقيق خواص ضدماده و حل يکی از بزرگ ترين معماهای جهان کمک خواهد کرد.

"ضدهيدروژن" (antihydrogen) در گذشته به تعداد کم و در نوبت های مختلف آزمايشگاهی توليد شده بود.

اکنون دانشمندان می گويند با استفاده از دستگاه شتاب دهنده ذرات در مرکز "سرن" در شهر ژنو سوييس بيش از 50 هزار اتم ضدهيدروژن توليد کرده اند. سرن سازمان اروپايی برای مطالعات هسته ای است.

ضدماده تصوير آيينه ای ماده معمولی است و دانشمندان تصور می کنند به هنگام خلق جهان هر دو آنها به مقدار يکسان توليد شده اند. به اين ترتيب اين سوال پيش می آيد که چرا ماده معمولی بر جهان حاکم است.


آزمايش ها ادامه دارد
پروفسور مايکل چارلتون از دانشگاه ولز در سوانسی گفت: "اين گامی مهم و روشن کننده افقی تازه است که دانشمندان را قادر می کند تقارن در طبيعت را مطالعه و قوانين اساسی فيزيک را که بر جهان حاکم است کشف کنند."
پژوهشگران در آخرين آزمايش ها، از شتاب دهنده سرن برای ايجاد "ضدپروتون" استفاده کرده و آنها را در يک محفظه خلا، به دام انداختند.
در همين حال برای توليد "پوزيترون" از يک منبع راديواکتيو استفاده شد که آن نيز در چنين محفظه ای به دام انداخته شد. با تزريق ضدپروتون به ظرف پوزيترون ها، "ضدهيدروژن" توليد شد.
البته حيات ضدماده کوتاه بود و بلافاصله پس از برخورد با ماده معمولی نابود شد. دستگاه های ويژه، تشعشع منحصر به فرد ناشی از نابودی ضدماده را رديابی کردند.
محققان سال ها است که برای توليد انبوه ضدماده تلاش می کنند تا "مدل استاندارد" که ذرات بنيادی و کنش و واکنش آنها را شرح می دهد، آزمايش کنند.
چنين آزمايشی مهم است چون به گفته "جفری هنگست" از موسسه سرن، اگر ضدهيدروژن مانند هيدروژن رفتار نکند "بايد کتاب های درسی را بازنويسی کرد."
ماده و ضدماده در اثر اصابت با يکديگر، ضمن انفجاری نابود شده و به تشعشع بدل می شوند. دانشمندان معتقدند اين فرآيند در نخستين مراحل جهان ميلياردها سال قبل نقش اساسی داشته است.
در حال حاضر، ماده بر جهان غالب است، اما دانشمندان علت آن را نمی دانند.

تمجيد و ترديد

ديويد کريستين از موسسه "فرميلب" در آمريکا دستاورد سرن را مورد تمجيد قرار داد.

وی گفت: "هنوز گام های بزرگ زيادی هست که بايد برداشته شود، اما اين قدمی مهم است."

با اين حال برخی گروه ها هنوز نسبت به اين آزمايش که جزييات آن در نشريه "نيچر" (طبيعت) به چاپ رسيده است، قانع نشده اند.

جرالد گابريلسی از دانشگاه هاروارد گفت: "تجربيات طولانی ما با اين آزمايش های دشوار نشان می دهد که احتمال دارد ضدهيدروژن واقعا توليد نشده باشد."

وی افزود که مقالات گروه او که قرار است به زودی منتشر شود "نشان خواهد داد چگونه ممکن است محققان فريب بخورند."

هرگونه ايده ای برای استفاده از ضدماده برای نيرو دادن به سفينه های فضايی يا برای توليد سلاح هنوز متعلق به عالم داستان های علمی تخيلی است.

مقدمه
در دهه اول قرن بیستم انقلابی در فلسفه علوم طبیعی پیش آمد که بسیاری آن را از حیث عمق معنا و درهم ریزی احکام موجود پذیرفته شده ، نسبت به انقلاب کوپرنیکی - گالیله‌ای ، برتر به شمار می‌آورند. در این فاصله زمانی دو نظریه بسیار مهمی پا به عرصه رقابت نهادند ، نظریه نسبیت و کوانتمی که نسبت به کارهای دانشمندان پیشین از جمله ماکسول ، سارین ، کلوین و کلاوزیوس به نحو چشمگیری متفاوت بودند. این نظریه‌های جدید با مکانیک نیوتونی نیز در بعضی از اصول و فرضهای بنیادی اختلاف شدیدی داشتند.

این نظریه علاوه بر اینکه در برگیرنده پیچیدگیهای ریاضی است، تصور ذهنی و فهم آن ، بسیار دشوار است. البته شایان ذکر است که انیشتین در مقاله 1905 خود که برای اولین بار به نسبیت خاص خود پرداخت، از معادلات ریاضی ساده استفاده کرد. اما در مقاله 1919 که به نسبیت عام پرداخت ، بر خلاف مقاله پیشین از فرمولهای پیجیده ریاضی استفاده کرد. نسبیت از ریشه نسبی گرفته شده است ، یعنی هر کدام از واحدهای فیزیکی شناخته شده برای توصیف پدیده‌های طبیعی ، نسبی هستند. به عبارت دیگر می‌توان گفت که بر اساس نسبیت ، جرم ، سرعت ، شتاب و حتی زمان که برای ما تعریف می‌شوند، نسبی هستند.


نظریه نسبیت
نسبیت عام برای حرکتهایی ساخته شده که در خلال حرکت سرعت تغییر می کند یا به اصطلاح حرکت شتابدار دارند. شتاب گرانش زمین g که همان عدد 9.81m/s است نیز یک نوع شتاب است. پس نسبیت عام با شتابها کار دارد نه با حرکت. نظریه‌ای است راجع به اجرامی که شتاب ثقل دارند. کلا هر جا در عالم ، جرمی در فضای خالی باشد حتما یک شتاب جاذبه در اطراف خود دارد که مقدار عددی آن وابسته به جرم آن جسم می‌باشد. پس در اطراف هر جسمی شتابی وجود دارد.

نسبیت عام با این شتابها سر و کار دارد و بیان می‌کند که هر جسمی که از سطح یک سیاره دور شود زمان برای او کندتر می‌شود. یعنی مثلا ، اگر دوربینی روی ساعت من بگذارند و از عقربه‌های ساعتم فیلم زنده بگیرند و روی ساعت آدمی که دارد بالا میرود و از سیاره زمین جدا می‌شود هم دوربینی بگذارند و هر دو فیلم را کنار هم روی یک صفحه تلویزیونی پخش کنند، ملاحظه خواهیم کرد که ساعت من تندتر کار می‌کند. نسبیت عام نتایج بسیار عجیب و قابل اثبات در آزمایشگاهی دارد. مثلا نوری که به اطراف ستاره‌ای سنگین می‌رسد کمی به سمت آن ستاره خم می‌شود. سیاهچاله‌ها هم بر اساس همین خاصیت است که کار می‌کنند. جرم آنها به قدری زیاد و حجمشان به قدری کم است که نور وقتی از کنار آنها می‌گذرد به داخل آنها می‌افتد و هرگز بیرون نمی‌آید.

همه ما برای یکبار هم که شده گذرمان به ساعت ‌فروشی افتاده است و ساعتهای بزرگ و کوچک را دیده ایم که روی ساعت ده و ده دقیقه قرار دارند. ولی هیچگاه از خودمان نپرسیده‌ایم چرا؟ آلبرت انیشتین در نظریه نسبیت خاص با حرکت شتابدار و یا با گرانش کاری نداشت. اینیشتین در سال 1919 ، با ترمیم و تعمیم نسبیت خود ، نسبیت عام را مطرح کرد. نسبیت عام برخلاف نسبیت خاص ، در بر گیرنده معادلات و پیچیدگیهای ریاضی بود. یکی از پیش بینیهای این نظریه آن بود که ساعتها در میدان گرانشی بسیار قوی ، کندتر کار می‌کنند و همچنین نور در میدان گرانشی بسیا قوی ، در مسیر مستقیم خود منحرف می‌شوند.

این نظریه توانست به بسیاری از معماهای کیهان شناسی در مورد سیاهچاله ، عمر کرات و سیارات ، انرژی ستاره‌ها و کهکشانها ، چگالی جهان و ... پاسخ دهد. به اعتقاد وی تأثیرات جاذبه و شتاب جدایی ناپذیر بوده و بنابراین باهم برابرند. او همچنین نحوه ارتباط نیروهای جاذبه به انحنای فضا _ زمان را تشریح نمود.

انحنای فضا _ زمان
انیشتن با استفاده از قوانین ریاضی نشان داد که چگونه هر جسمی ، به فضا _ زمان اطراف خود انحنا می‌بخشد. در مورد بعضی اجسام ، مثل ستارگان که جرم نسبتا زیادی دارند، این انحنا می‌تواند باعث تغییراتی در مسیر هر چیز که از کنار آن می‌گذرد شود، و نور نیز از این قاعده مستثنی نمی‌باشد. این نظریه با چارچوبهای نالخت سر و کار دارد و در کیهان شناسی و گرانش کاربرد دارد. فرض اساسی نسبیت عام این است که تمام دستگاههای مختصات که در حالتهای حرکت اختیاری هستند، برای بیان ریاضی قوانین فیزیک باید به یک اندازه مناسب باشند. بنابراین ، باید برای نوشتن قوانین فیزیک روشهایی یافت، بطوری که تحت هر تبدیل مختصات دلخواه ، تغییری در شکل آنها حاصل نشود.
نقش تساوی جرم گرانشی و جرم لختی
نقش تساوی جرم گرانشی و جرم لختی در پیشرفت نسبیت مساوی بودن جرم گرانشی و جرم لختی نقش اساسی در پیشرفت تاریخی نسبیت عام داشت. منشأ تساوی مزبور در این نکته است که قانون دوم نیوتن f = ma برای شتابهای گرانشی در میدان گرانشی با شدت g ، بصورت mGg = mAa در می‌آید. چون مشاهده می‌شد که در یک میدن گرانشی هر اشیاء به یک میزان شتاب می‌گیرند، یعنی g = a انیشتین به تحقیق دریافت که گرانش اساسا یک پدیده سینماتیکی است که شامل تغییر در مختصات فضا و زمان در همسایگی منبع میدان گرانشی است.


نظریه نسبیت عام در کیهان شناسی و نجوم
ظهور نظریه نسبیت عام دید گرانشی را بکلی تغییر داد و در این نظریه جدید نیروی گرانش را مانند خاصیتی از فضا در نظر گرفت نه مانند نیرویی بین اجرام ، یعنی برخلاف آنچه که اسحاق نیوتن گفته بود. در نظریه او فضا در مجاورت ماده کمی انحنا پیدا می‌کرد. در نتیجه حضور ماده اجرام ، مسیر یا به اصطلاح کمترین مقاومت را در میان منحنیها اختیار می‌کردند. با اینکه فکر آلبرت انیشتین عجیب به نظر می‌رسید می‌توانست چیزی را جواب دهد که قانون ثقل نیوتن از جواب دادن آن عاجز می‌ماند. سیاره اورانوس در سال 1781 میلادی کشف شده بود و مدارش به دور خورشید اندکی ناجور به نظر می‌رسید و یا به عبارتی کج بود!

نیم قرن مطالعه این موضوع را خدشه ناپذیر کرده بود. بنابر قوانین اسحاق نیوتن می‌بایست جاذبه‌ای برآن وارد شود. یعنی باید سیاره‌ای بزرگ در آن طرف اورانوس وجود داشته باشد تا از طرف آن نیرویی بر اورانوس وارد شود. در سال 1846 میلادی اختر شناس آلمانی دوربین نجومی خودش را متوجه نقطه‌ای کرد که «لووریه» گفته بود و بی هیچ تردید سیاره جدیدی را در آنجا دید که از آن پس نپتون نام گرفت. نزدیکترین نقطه مدار سیاره عطارد به خورشید در هر دور حرکت سالیانه سیاره تغییر می‌کرد و هیچگاه دو بار پشت سر هم این تغییر در یک نقطه خاص اتفاق نمی‌افتاد.

اختر شناسان بیشتر این بی نظمی‌ها را به حساب اختلال ناشی از کشش سیاره‌های مجاور عطارد می‌دانستند! مقدار این انحراف برابر 43 ثانیه قوس بود. این حرکت در سال 1845 بوسیله لووریه کشف شد، بالاخره با ارائه نظریه نسبیت عام جواب فراهم شد. این فرضیه با اتکایی که بر هندسه نا اقلیدسی داشت نشان داد که حضیض هر جسم دوران کننده حرکتی دارد علاوه برآنچه اسحاق نیوتن گفته بود.
وقتی که فرمولهای آلبرت انیشتین را در مورد سیاره عطارد بکار بردند، دیدند که با تغییر مکان حضیض این سیاره سازگاری کامل دارد.

سیاره‌هایی که فاصله شان از خورشید بیشتر از فاصله تیر تا آن است تغییر مکان حضیضی دارند که بطور تصاعدی کوچک می‌شوند. اثر بخش‌تر از اینها دو پدیده تازه بود که فقط نظریه آلبرت انیشتین آنرا پیشگویی کرده بود. نخست آنکه آلبرت انیشتین معتقد بود که میدان گرانشی شدید موجب کند شدن ارتعاش اتمها می‌شود و گواه بر این کند شدن تغییر جای خطوط طیف است به طرف رنگ سرخ!
انتقال به سرخ
یعنی اینکه اگر ستاره‌ای بسیار داغ باشد و بطوری که محاسبه می‌کنیم بگوییم که نور آن باید آبی درخشان باشد، در عمل سرخ رنگ به نظر می‌رسد. کجا برویم تا این مقدار قوای گرانشی و حرارت بالا را داشته باشیم، پاسخ مربوط به کوتوله‌های سفید است. دانشمندان به بررسی طیف کوتوله‌های سفید پرداختند و در حقیقت تغییر مکان پیش بینی شده را با چشم دیدند! اسم اینرا تغییر مکان آلبرت انیشتینی گذاشتند.


خمش نور در میدان گرانشی
آلبرت انیشتین می‌گفت که میدان گرانشی شعاعهای نور را منحرف می‌کند، چگونه ممکن بود این مطلب را امتحان کرد. اگر ستاره‌ای در آسمان آن سوی خورشید درست در امتداد سطح آن واقع باشد و در زمان کسوف ، خورشید قابل رؤیت باشد، اگر وضع آنها را با زمانی که فرض کنیم خورشیدی در کار نباشد مقایسه کنیم خم شدن نور آنها مسلم است. درست مثل موقعی که انگشت دستتان را جلوی چشمتان در فاصله 8 سانتیمتری قرار دهید و یکبار فقط با چشم چپ و بار دیگر فقط با چشم راست به آن نگاه کنید، به نظر می‌رسد که انگشت دستتان در مقابل زمینه پشت آن تغییر جا می‌دهد، ولی واقعا انگشت شما که جابجا نشده است!

دانشمندان در موقع کسوف در جزیره پرنسیپ پرتغال واقع در آفریقای غربی دیدند که نور ستاره‌ها بجای آنکه به خط راست حرکت کنند در مجاورت خورشید و در اثر نیرو ی گرانشی آن خم می‌شوند و بصورت منحنی در می‌آیند. یعنی ما وضع ستاره‌ها را کمی بالاتر از محل واقعیش می‌بینیم. ماهیت تمام پیروزیهای نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین نجومی بود، ولی دانشمندان حسرت می‌کشیدند که ای کاش راهی برای امتحان آن در آزمایشگاه داشتند. البته اخیرا چندین آزمایش عملی برای آزمون این نظریه به توسط دانشمندان فیزیک و کیهان شناسی ساخته شده است.

دید کلی

* می‌دانید فیزیک نوین چیست؟
* فیزیک نوین با فیزیک کلاسیک چه تفاوتی دارد و در چه مواردی با آن مشابه است؟
* چه مفاهیم اساسی از فیزیک کلاسیک به فیزیک قرن بیستم ، که با ذرات خیلی و خیلی سریع سروکار دارد ، انتقال یافته‌اند؟
* کدامیک از مفاهیم کلاسیک بدون تغییر می ماند و کدامیک باید اصلاح شود؟


این سوالها و سوالهای مهم دیگر موضوعاتی هستند که در فیزیک نوین مورد بحث قرار می‌گیرند.
پیدایش فیزیک نوین
تا اواخر قرن نوزده قوانین حرکت نیوتن بر دنیای مکانیک حکومت میکرد و به عنوان پایه‌های مکانیک کلاسیک بودند. همچنین تا این زمان تبدیلات گالیله به عنوان بهترین الگو جهت تبدیل مختصات به شمار می رفت. بر اساس این تبدیلات سرعت نور مقداری ثابت می‌شود و با حرکت ناظر تغییر می‌کرد. تا اینکه آلبرت انیشتین نظریه نسبیت را ارائه داد و دنیای فیزیک را متحول ساخت. در این زمان آزمایشهای زیادی برای اندازه گیری سرعت نور انجام شد و دانشمندان به این نتیجه رسیدند که سرعت نور مستقل ار حرکت چارچوبهای مرجع مقداری ثابت است. به این ترتیب فیزیک نوین بصورت رسمی پایه ریزی شد. در حالت کلی می‌توان گفت که فیزیک نوین در مورد اصول فیزیک قرن بیستم به صورت نسبتا دقیق و در عین حال در یک سطح بنیادی بحث می‌کند.
پایستگی جرم
برخلاف آنچه در مکانیک کلاسیک تصور می‌شد ، در فیزیک نوین جرم یک جسم کمیتی تغییر ناپذیر نیست ، بلکه با بالا رفتن سرعت افزایش پیدا می‌کند. بدین ترتیب است که وقتی سرعت یک جسم به سرعت نور (C=3X10⁸m/s) نزدیک می‌شود، جرم آن به سوی بینهایت میل می‌کند. پس سرعت نور معرف حدی است که تجاوز از آن را نمی‌توان انتظار داشت. لازم به یادآوری است که غیر از مورد سرعتهای بیشتر از سرعت نور ، این تصحیح جرم محسوس نیست. از طرف دیگر ، قبول می‌کنیم که جرم و انرژی می‌‌توانند متقابلا به یکدیگر تبدیل شوند. بدین جهت است که در فروپاشیهای اتمی چنانکه می‌دانیم ، انرژی قابل ملاحظه ای تولید می‌شود. مجموع جرمهای اجسام حاصل همیشه کمتر از جرم جسم خرد شده است. با استفاده از فرمول آلبرت انیشتین می‌توان انرژی آزاد شده را محاسبه کرد.
E=mC²


بنابراین ، بجای پایستگی جرم در حالت کلاسیک ، پایستگی جرم و انرژی قرار می‌گیرد. به عبارت دیگر هرگاه جرم تغییر کند آن تغییر به وسیله تغییر انرژی جبران می‌شود. و لذا انرژی و جرم را می‌توان به یکدیگر تبدیل کرد.
پایستگی زمان
برخلاف فیزیک کلاسیک ، در فیزیک نوین زمان یک کمیت ثابت و پایا نیست و بلکه به حرکت چارچوبهای مرجع بستگی دارد و با بالا رفتن سرعت طولانیتر می‌گویند. از این مسئله تحت عنوان پدیده اتساع زمان در فیزیک نوین یاد می‌شود.
T=T₀/√1-(v/c)²



پدیده اتساع زمان به مسائل بسیار جالبی مانند پاردوکس دو قلوها منجر می‌شود. به عبارت دیگر ، اگر دو برادر دو قلو را در نظر بگیریم که در یک لحظه در روی زمین متولد می‌شوند ، آنگاه یکی از این دو برادر بوسیله سفینهای که با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند به طرف کره ماه برود ، در اینصورت بعد از گذشت مدت زمانی ، فاصله سنی که دو برادر از یکدیگر دارند متفاوت خواهد بود.

لازم به ذکر است که در حد V<زمان نسبی در فیزیک نوین به زمان مطلق در فیزیک کلاسیک تحویل می‌شود. در تجربه‌های روزمره ، اجسامی را مشاهده می‌کنیم که با سرعتهای خیلی کوچکتر از سرعت نور در حرکت‌اند. بنابراین ، اثرهای نسبیتی برجسته‌ای که بوسیله تبدیلات لورنتس جسم می‌شوند ، به آسمانی قابل درک نیستند. این پدیده ها اغلب در واپاشیهای پرتوزا اعمال می‌شوند.
پایستگی طول
در فیزیک نوین فضا نیز مطلق بودن خود را از دست داده و به یک کمیت نسبی تبدیل می‌شود که به سرعت ناظرها بستگی دارد. این پدیده نیز به عنوان انقباض فضا معروف است. رابطهای که انقباض فضا بر حسب آن بیان می‌شود ، به صورت زیر است.
L=L₀x√1-(v/c)²


بر اساس رابطه فوق اگر سرعت افزایش پیدا کند ، طول کوتاهتر می‌شود.
جرم فوتون
ملاحظه کردیم که در فیزیک نوین جرم بر اساس رابطه M=M₀√1-(V/C)²غییر می‌کند. بنابراین در مورد فوتون که دارای سرعت C می‌باشد ، مقدار بینهایت برای جرم فوتون حاصل می‌گردد. برای احتزار از این مسئله جرم سکون فوتون (m₀) را برای صفر فرض می‌شود.
پایستگی تکانه
می‌دانیم که در فیزیک کلاسیک تکانه بر حسب رابطه P=mv بیان می‌شود. از طرف دیگر گفتیم که جرم پایسته نبوده و بسته به سرعت ناظرها تغییر می‌کند. بنابراین تکانه که یک کمیت پایسته در فیزیک کلاسیک است ، پایستگی خود را از دست می‌دهد. همچنین دیدیم که طبق رابطه آلبرت انیشتین تغییر در جرم با تغییر در انرژی جبران میشود. بنابراین ، بجای کمیت پایسته تکانه فیزیک کلاسیک ، در فیزیک نوین کمیت دیگری بنام اندازه حرکت-انرژی معرفی می‌شود. این کمیت همواره مقداری پایسته خواهد بود که براساس رابطه زیر بیان می شود.

E²=E²₀+(pc)²


معادله فوق یک رابطه اساسی در دینامیک نسبیتی می‌باشد. چون در فضای سه بعدی اندازه حرکت (تکانه) دارای سه مولفه است. رابطه فوق به عنوان چهار بردار اندازه حرکت - انرژی معروف است.
چهار بردار فضا-زمان
ملاحظه کردیم که در فیزیک نوین رابطه پایسته جدیدی به نام اندازه حرکت-انرژی حاصل شد. همچنین بجای پایستگی جداگانه فضایی و پایستگی زمانی فیزیک کلاسیک ، در فیزیک نوین زمان و فضا به یکدیگر وابسته گشته و یک کمیت پایسته به عنوان چهار بردار فضا-زمان بوجود می‌آید.
سخن آخر
آنچه اشاره شد در واقع مفاهیم اولیهای هستند که برای ورود به فیزیک نوین لازم است. یعنی باید ابتدا در نگرش کلاسیکی خود تغییراتی اعمال کنیم و سپس وارد فیزیک نوین شویم. بعد از اینکه خود را به این اطلاعات اولیه تجهیز کردیم ، به راحتی می‌توانیم پدیده‌هایی چون پدیده فوتوالکتریک ، اثر کامپتون ، تولیدزوج و نابودی زوج ، تولید اشعه ایکس و موارد دیگر را به راحتی تغییر کنیم.

مسئله دیگری که در فیزیک نوین مورد مطالعه قرار می گیرد ، مطالعه ساختار اتمی مواد ، برهمکنش فوتون با ماده و واکنش های هسته‌ای با استفاده از مفاهیم اولیه فیزیک نوین بحث می‌شود.

بررسی ساختار اتمی به این نتیجه منجر می‌شود که رفتار الکترونها در اتم را نظیر رفتار فوتونها ، نمی‌توان با قوانین فیزیک کلاسیک یعنی قوانینی که در آزمایش با اجسام ماکروسکوپی ثابت می‌شوند، توضیح داد. وجود ترازهای انرژی گسسته در لایه‌های الکترونی اتم و قواعد حاکم بر انتقال بین ترازها و پر شدن این حالتهای انرژی را نیز نمی‌توان با بکارگیری مفاهیم قراردادی مکانیک و قوانین الکترومغناطیس توجیه کرد.
نظریه دوبروی در مکانیک کوانتومی
قدم مهم در روشن شدن تناقضات بین مکانیک کلاسیک و مکانیک کوانتومی توسط دوبروی فیزیکدان فرانسوی برداشته شد. ایشان کسی بود که این تفکر را که نه تنها فوتونها بلکه تمام ذرات دارای خواص موجی هستند، پیشنهاد و اثبات کرد. این خواص با قوانین کلاسیکی قابل بیان نیستند، ولی نقش مهمی در پدیده‌های اتمی بازی می‌کنند. معلوم شده است که کوانتوم تابش الکترومغناطیسی ، یعنی فوتونها ، با اندازه حرکت P = E/C مشخص می شوند. در ضمن موج نوری با فرکانس ν دارای طول موج λ = ν/C است.با حذف فرکانس از این رابطه‌ها ،رابطه بین طول موج و اندازه حرکت فوتون به دست می آید. λ = h/P در صورتی که خواص فوتونها و سایر ذرات همان گونه که با فرضیه دوگانگی موج و ذره پیش بینی شد، واقعا نظیر هم باشند.

این رابطه باید برای هر ذره کاربرد داشته باشد. به این طریق ، فرمول طول موج دوبروی بدست آمد. طول موج دوبروی به ذره ای با اندازه حرکت P برای بیان خواص موجی آن نسبت داده می‌شود. اگر سرعت ذره ای با جرم سکون m در مقایسه با سرعت نور کم باشد، فرمول طول موج دوبروی را می‌توان به صورت زیر نوشت:
λ = h/mv


مبنای تجربی دیدگاه موجی ذرات
اعتبار نظریه دوبروی با آزمایش پراکندگی الکترونی در بلورها تایید شد. قبلا ، شبیه این آزمایش ، آزمایش پراکندگی اشعه ایکس در بلورها برای اثبات ماهیت موجی اشعه ایکس استفاده شده بود. بر اثر تداخل فیزیک امواج ثانویه گسیلی از اتمهای بلور که آرایش منظم دارند، پراکندگی به جای تمام جهات فقط با زاویه معین نسبت به باریکه تابشی روی می‌دهد. علاوه بر نقطه مرکزی حاصل از باریکه مستقیم ، حلقه‌هایی نیز از تابش پراکنده شده (پراش یافته) روی فیلم عکاسی واقع در پشت بلور ، پراکنده می‌شود. معلوم شده است که اگر بلور به جای اشعه ایکس با الکترونها بمباران شود، الکترونهای پراکنده شده نیز روی فیلم عکاسی دسته حلقه‌هایی همانند حلقه‌های ایجاد شده توسط اشعه ایکس تشکیل می‌دهند. به این ترتیب می‌توانیم بپذیریم که الکترونها تداخل می‌کنند، یعنی دارای خواص موجی هستند. بعدها پدیده‌های پراش برای سایر ذرات ، یعنی اتمها ، مولکولها و نوترونها نیز مشاهده شد.

این آزمایشها بطور انکار ناپذیری ثابت کردند که در بعضی از پدیده‌ها ، ریز ذرات همانند امواج رفتار می‌کنند. همچنین این آزمایشها به دانشمندان امکان تعیین طول موجی را دادند که برای بیان پراش ذره باید به آن نسبت داده شود. نتایج تجربی حاصل برای طول موج با مقدار حاصل از فرمول دوبروی توافق کامل داشتند. بنابرین ، معلوم گردید که طول موج با عکس حاصلضرب جرم ذره در سرعت آن mv متناسب بوده و ضریب تناسب همان ثابت پلانک است. ثابت پلانک بسیار کوچک h = 6.6 x 10-34 j.s است.
طول موج دوبروی وابسته به موج مادی
چون ثابت پلانک بسیار کوچک است، به همین علت طول موج دو بروی برای ذره ای با جرم محسوس ، خیلی کوچک و در حد قابل اغماض است. مطابق فرمول دوبروی ، یک ذره خاک با جرم حدود میکروگرم ( 9-10 کیلوگرم ) که با سرعت 1Cm/s در حرکت است دارای طول موج
λ = 6.6x10-34/(10-11)6.6x10-23 m است. این مقدار حتی در مقایسه با ابعاد اتمی نیز تا حد قابل اغماض کوچک است. برای اتمها و الکترونها با جرمی بسیار کوچکتر از میکروگرم وضعیت متفاوتی پیش می‌آید. در سرعتهای معمولی ، طول موج وابسته به آنها در حدود طول موج پرتوهای ایکس است. برای مثال در مورد اتم هلیوم با انرژی 0.04 ev (انرژی حرکت گرمایی در اتاق) ، λ = 0.7x10-10 m و برای الکترون با انرژی 13.5 ev طول موج دوبروی برابر λ = 3.3x10-10 m است.

با توجه به قوانین و مفاهیم نور شناسی نتیجه می‌گیریم، ماهیت موجی نور وقتی به وضوح آشکار می‌شود که طول موجها با ابعاد اجسامی که نور با آنها اندرکنش می‌کند قابل مقایسه باشد. برای مثال وقتی نور از روزنه‌ای می‌گذرد که ابعاد آن چند برابر طول موج است، یا وقتی از توری پراشی بازتابیده می‌شود که ثابت توری آن کوچک است، از خواص موجی نور می توان صرف نظر کرد، زیرا عملا غیر قابل ملاحظه‌اند. همینطور خواص موجی ذرات فقط وقتی مهمند که طول موج دوبروی در مقایسه با ابعاد اجسامی که اندرکنش با آنها صورت می‌گیرد، کوچک نباشد. هنگام اندرکنش اتمها با الکترونها یا با ریز ذرات دیگری که برای آنها طول موج دوبروی در حدود ابعاد اتمی است، خواص موجی ذرات نقش مهم و گاهی تعیین کننده دارند. هرگاه فرآیندها وابسته به رفتار الکترونها در اتمها یا مولکولها باشد، این نقش مهمتر است.


زمینه ظهور مکانیک کوانتومی
وقتی که ذرات با ابعاد ماکروسکوپی اندرکنش می‌کنند، ذراتی که برای آنها طول موج دوبروی تقریبا 9-10 برابر ابعاد آنهاست، خواص موجی نباید در نظر گرفته شود. به همین علت مکانیک کلاسیک که قوانین آن از بررسیهای اجسام بزرگ بدست می‌آید و خواص موجی اجسام هرگز به حساب نمی‌آید، نمی‌تواند پدیده‌های مربوط به این ذرات را بررسی نماید. مکانیک کلاسیک در مسائل مربوط به حرکت اجرام آسمانی ، قطعات ماشینها و غیره نتایج خوبی بدست می‌دهد. اما درست به همین دلیل مکانیک کلاسیک برای توجیه پدیده‌های اتمی کاملا نامناسب است.

مسائل مربوط به فیزیک اتمی را نمی‌توان به کمک مکانیک نیوتونی حل کرد. بنابراین ، بایستی مکانیکی جدیدتر و کاملتری پیدا شود تا خواص موجی ماده را نیز به حساب آورد. این مسئله مهم در اواخر سالهای بیست حل شد و در حل آن دانشمندان زیر بیشترین سهم را داشتند ورمز کارل هایزنبرگ (1976-1901) فیزیکدان آلمانی ، اروین شرودینگر ( 1961- 1887 ) فیزیکدان اتریشی و پاول آدرین موریس دیراک (1984-1902) فیزیکدان انگلیسی مجموعه قوانین حرکت ذرات ماده ، که خواص موجی آنها را نیز به حساب می آورد به مکانیک کوانتومی یا مکانیک موجی معروف است.
حوزه عمل مکانیک کوانتومی
مکانیک کوانتومی تعداد زیادی از مسائل از جمله رفتار الکترونها در اتمها و مولکولها و اندرکنش بین آنها که نشر و جذب نور را سبب می شوند و نیز برخورد الکترونها و سایر ذرات با اتمهای مواد فرومغناطیس و بسیاری پدیده‌های دیگر را شامل می‌شود. مکانیک کوانتومی تعدادی پدیده تازه را نیز پیش بینی کرده است که تمام پیش بینیهای آن با آزمایش تأیید شده‌اند. توضیح رضایت بخش از پدیده‌های اتمی توسط مکانیک کوانتومی ثابت می‌کند که این شاخه از فیزیک بازتاب صحیحی از قوانین واقعی طبیعت است. میدان الکتریکی هسته ، الکترون را درون اتم در ناحیه معینی از فضا نزدیک هسته نگه می‌دارد. با در نظر گرفتن الکترون به عنوان موج نمی‌توانیم بطور دقیق حجمی را مشخص کنیم که این موج در آن محبوس می‌شود همچنان که نمی‌توانیم در لوله باز مرز مشخص را نشان دهیم که آن طرف مرز ارتعاشها از بین می‌روند. منظور ما از "ابعاد اتم" ابعاد ناحیه اصلی از اتم است که در آن موج الکترون یافت می‌شود.

مفاهیم موجی همساز در مورد رفتار الکترون در اتم را می‌توان با استفاده از مکانیک کوانتومی فرمولبندی کرد. محاسبات مکانیک کوانتومی عملا امکان تعیین حالتهای معین اتم و تعیین ترازهای انرژی مربوط به این حالتها را فراهم می‌آورد. با اینکه قوانین مکانیک کوانتومی با محاسبات حجیم و فرمولهای ریاضی نسبتاً پیچیده‌ای بیان می‌شوند. اما جای نگرانی نیست، زیرا آنهایی که مکانیک کوانتومی را سخت می‌دانند و از آن هراس دارند اصول بنیادی و مفاهیم آنرا درک نکرده‌اند.

شاید این نظریه دهها سال پیش می بایست مطرح می شد که نیروی گرانشی وجود ندارد و این تماما برآیند دافعه ی بین خلا و ماده است که گرانش می نامیم.

اما با گذشت چندین سال حتی فکر محققی به این سو نمی رود که سیستم جارو برقی (Vacuum cleaner) که از نام آن نیز مشخص است دلالت بر این امر دارد که نیروی گرانشی وجود ندارد.

در جارو برقی یک فن قوی خلایی تقریبی در آن ایجاد می کند که باعث مکش اجسام سبک می شود.

شاید از دیدگاه کلاسیک دلیلی واضح برای این امر نباشد اما اگر کمی دقیق فکر کنیم می بینیم که ماده (هوا) بر خلا دافعه وارد می کند. صرفا به این دلیل که مقدار خلا در این مورد کمتر از ماده است.

حتی در زندگی روزمره بارها این امر را می بینیم:

بعد از خوردن آبمیوه اگر مکیدن را همچنان ادامه دهیم خلایی تقریبی در درون پاکت ایجاد می شود. به همین دلیل است که با تکرار این عمل پاکت چروکیده می شود.

فیزیک کلاسیک به سادگی این دو امر را با فشار هوا توجیه می کند اما همانطور که گفتم دلایل آن واضح و قاطع نیست.

آیا فشار هوایی که از گرانش بین ذرات ایجاد شده نباید فشاری گرانشی ایجاد کند؟

اگر اینگونه بود پاکت آبمیوه باید حجیم تر می شد!

تمام این قضایا نیز به صورت عکس توجیه می شوند. آزمایشی که به راحتی می توان برای این مورد طراحی کرد این است که:

درون پاکت آبمیوه ای را خلایی تقریبی ایجاد می کنیم. این پاکت را درون محفظه ای از خلا نگهداری می کنیم تا پاکت چروکیده نشود.

سپس آنرا به فضا منتقل می کنیم و یکی از فضانوردان بوسیله ی یک نی در خلا باید سعی کند تا در آن پاکت بدمد و آنرا از هوا پر کند.

طبق این دو مثال این امر یا امکان ناپذیر است و یا به نیروی زیادی احتیاج دارد.

بهتر است بگوییم که این سری از ایده ها قبلا به ندرت بیان شده اما یا به شکست انجامیده و یا در زمان خود توجهی به آن نشده است.

سالها قبل فرضیه ای با نام Vacuum fusion (گداختگی خلا) مطرح گردید. دلیل از بیان این فرضیه افزایش فشار گازها و تبدیل آنها به مایع یا فلز آنها بود.

آمار دقیقی در دست نیست که آیا این آزمایش به صورت کامل صورت گرفت یا نه.

اما واضح است که اگر از این طرح استفاده می شد به صورت باید و شاید جوابی دریافت نمی گردید.

زیرا طرح اولیه ی مفروض جارو برقی بود و در واقع محاسبه ای دقیق برای آن انجام نشد.

اگر این طرح با بیان امروزی نظریه ی  انجام شود بدون شک ارزان تر و بهتر از طرح پر هزینه ی Diamond Anvil Cell (DAC) خواهد بود.

زیرا دیگر نه احتیاجی به دو تکه سلول دایاموند بزرگ خواهد بود و نه لیزر و نیروی های بسیار بزرگ می خواهیم.

به هر حال به نظر می رسد طرح گداختگی خلا در فیزیک به موفقیت دست نیافت.

جالب تر اینکه به تازگی نسلی جدید از جاروبرقی های شرکت هوور (Hoover®) با این فناوری وارد بازار شده اند.

حتی با دست یافتن به این تکنولوژی می توان گرانشی مطلوب در سفینه های فضایی ایجاد کرد!



مثال بهتر سیاه چاله ها هستند:

طبق فرضیه های فعلی ستاره ای پیر بعد از چندین سال که جرمش را سوزاند (طی یک فرآیند هم جوشی) گرانش خود را از دست می دهد و به همین دلیل میدان مغناطیسی خودش بر خود آن غلبه می کند و در نتیجه آنرا چروکیده می سازد.

مگر طبق قوانین نیروی مغناطیسی یک جسم متناسب با جرم آن نیست؟

پس چطور هنگامیکه جرم کم می شود نیروی مغناطیسی آن دست نخورده قدرتمند باقی می ماند؟

بنابراین منطقی تر است بگوییم ستاره در حالت عادی در برآیند دافعه بین خلا و خودش تنها نیروی گرانشی قوی ای را ایجاد می کند.

هنگامیکه جرم خود را از دست داده نیروی کافی برای غلبه بر نیروی خلا را نخواهد داشت. بنابراین خلا آنرا چروکیده می سازد.



این طرح منطقی است اما شاید سوالاتی پیش بیاید از قبیل اینکه چرا خلا با اینکه خالی است این همه اثر دارد؟

شاید بتوان گفت با کشف ذرات پاد یک گام به عقب بر داشتیم زیرا تمام افکار نسبت به آنها منحرف شد. در صورتیکه اصلا آنها ضد ماده نبودند.

می دانیم ذراتی مانند آنتی نوترون و آنتی پروتون ها جرم دارند.

در واقع پاد هر چیزی باید خواص مخالف اصل را حمل کند. برای مثال جرم نداشته باشد. اشعه ای از خود گسیل نکند و رفتاری موج – ذره گونه نداشته باشد.

منطقی است که ضدماده امواج نوری از خود گسیل ندهد زیرا این خاصیت مواد است. حتی ضد ماده نباید از نیرو انرژی به عنوان دو عامل مادی تبعیت کند.

اما اینگونه نیست. آنها حتی اسپین هم دارند!!!

حال اگر خلا از ذراتی به این شکل تشکیل شده باشد به راحتی می توان (تا فعلا) این مسئله را رها کرد. تا اینکه ماهیت آنها دقیقا کشف شود.

حتی اگر ساختار آنها را بفهمیم شاید درک کنیم که اثر آنها در قوانین ما نیرو و انرژی معنا می دهد در صورتیکه شاید برای آنها اثری ناشناخته و متفاوت باشد.



سوال دیگر این است که چرا این ذرات طیف ندارند؟



اگر واقعا این ذرات ضدماده باشند دلیلی برای داشتن طیف هم نخواهند داشت.

نور سفید طیف ماده است که متشکل از تمام رنگ های مواد است.

ممکن است این ذرات نور سیاه بدهند که این برای ما غیر قابل درک خواهد بود و این نور ممکن است رنگهای مختلف ضد مواد را تشکیل بدهند (اگر این ضد مواد رنگی داشته باشند)!

به هر حال این نظریه منطقی تر است زیرا هنگامیکه به مرکز ثقل و ثابت شتاب گرانشی فکر می کنید هیچ توجیه مناسبی برای آنها نمی بینید.

چرا گرانش در مرکز هر جسمی تاثیر می گذارد؟

از نظر من که این موضوع باید سریعا بعد از طرح نقض می شد.

زیرا گرانش هوشمند نیست که به دنبال مرکزی ترین نقطه بگردد و قدرت خود را در آن نقطه مرکزیت بدهد.

طبق این نظریه ی جدید از آنجا که نیرو از خلا بر زمین (برآیند این نیروها) وارد می شود در هر نقطه از یک جسم یک مقدار ثابت نیرو وارد می شود.

و درباره ی شتاب گرانشی:

چرا تمام اجسام با یک شتاب ثابت سقوط می کنند؟ این سوالی است که تا امروز کسی جواب قطعی نداده بود و در این مورد تمام ایده ها تنها در حد فرضیه بیان شده اند.



این سوال را سوالات دیگری در فیزیک سخت تر می کند:



مگر جرم جسم متناسب با نیرو نیست؟ پس چرا یک جسم با جرم بیشتر دقیقا نیروی وارده ای برابر با یک جسم با جرم کمتر دارد؟

منطقی تر است که بگوییم از آنجا که برآیند نیروهای دافعه بین زمین و خلا است هر جسمی که نیروی سقوط خود را از این مقدار ثابت می گیرد با شتاب ثابتی نیز سقوط می کند.

بدین معنا که تفاوتی ندارد ما یک توپ یک گرمی را در نظر گرفته باشیم یا یک توپ یک کیلویی را!

در هر دو حالت شتاب سقوط آنها ناشی از برآیند نیرو بین دو عامل با مقادیر ثابت است. زمین (ماده) و خلا!

از آنجاییکه این نیرو ثابت است شتاب ایجاد شده از این نیرو نیز برای هر جرمی ثابت است.



حال حدس می زنم فکر هر کسی کمی متاثر از این ایده شد که ماده می تواند دفع کند اما جذب مستقیم ندارد. زیرا جذب خود متشکل از برآیند دو یا تعداد بیشتری دافعه است.



دو توپ را فرض کنید. با به هم زدن آنها می توان آنها را از هم دور کرد. اما تنها با یک میدان مغناطیسی می توان آنها را مستقیما جذب کرد و همانطور که می دانید مغناطیس مقوله ای جدا از گرانش است.



چندی پیش بود که در سایت پارس اسکای (بخش اخبار) مطلب زیر را خواندم:



آبهي اشتكار ، مدير موسسه فيزيك و هندسه گرانشي از همين دانشگاه مي گويد" مي توان ازنسبيت عام براي توضيح كيهان در زمانيكه ماده آنقدر چگال شد كه هيچ معادله اي نمي تواند آن را توضيح دهد استفاده كرد. ما براي نگاه به وراي اين زمان و نقطه نياز به معادلات و ابزار كوانتومي داشتيم كه در زمان انيشتين در دسترس نبود." وي با همكاري پژوهشگران ديگر مدلي را تهيه كردند كه با دنبال كردن ردپاي مهبانگ و عبور از ميان آن به كيهان در حال چروكيده شدني بر مي خورد كه فيزيكي مشابه كيهان ما داشت.



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



این موسسه تقریبا نه ماه پیش (1Q – 2006) به این موضوع رسید در حالیکه VMR – PCR این مطلب را از دو سال پیش (4Q – 2003) بیان کرده بود.

در خبر می بینیم که تبدیل جاذبه به دافعه از اثرات کوانتومی فضا – زمان معرفی شده در صورتیکه VMR – PCR دلیل واضحی را برای این اثر ارائه می دهد:

در ریاضیات به صورت جدا هیچ گاه یک فضای سه بعدی توسط خطی تک بعدی خم نمی شود. اینشتین برای حل این موضوع تعریف جدیدی به نام فضا – زمان را ارائه داد.

اما باید گفت هنگامیکه یک فضا تک بعدی است (زمان) و فضای دیگر سه بعدی (فضا) ما حتی اجازه نداریم آنها را بررسی کنیم زیرا نقطه ی اشتراکی ندارند.

لازمه ی ترکیب آنها که انطباق آنهاست.

شاید این مطالب در اوایل قرن بیستم نیز مطرح شد اما اثبات اینشتین آزمایشی بود که در آن نور به سمت زمین منحرف شده بود و از آنجا که این یک دلیل تجربی محسوب می شد مستقیما نظریه را اثبات می کرد.

اما آیا واقعا انحراف فضا باعث تغییر مسیر نور می شود؟

با فرض اینکه خلا مملو از ضدماده باشد با ایجاد یک جرم این ذرات باید در اطراف جرم ایجاد شده چگال تر از دیگر نقاط شوند. همین افزایش چگالی باعث فعال کردن این ذرات بدون جرم (و بدون اثر در شرایط معمولی) می شود. این ذرات شروع به دفع کردن جرم که فضای آنها را اشغال کرده می کنند. (دقیقا مانند مثال پاکت آبمیوه که ذرات هوا می خواهند فضای اشغال شده توسط خلا را خود پر کنند)!

طبق قانون سوم نیوتن مبنی بر داشتن عکس العمل برای هر عملی ذرات جرم نیز شروع به دفع (عکس العمل) می کنند. مسلما این بار نتیجه برعکس مثال آبمیوه خواهد بود زیرا مقدار جرم در مقابل خلا اندک است.

البته برآیند این نیروها کم است که چنین شتاب گرانشی اندکی ایجاد می شود. به همین دلیل می توان بیشتر شدن چگالی زمین (کم شدن حجم) آنرا به مرور زمان و با افزایش شتاب گرانشی زمین دید که البته این مقدار نا محسوس است.

روابط زیر طریقه ی احتساب این نیرو و فرمول محاسبه ی نیرو ی خلا و ماده را نشان می دهد:



F = G x M_m x M_e / R_e²

Vacuum has no mass. The distance between vacuum and earth is 0. So:



F = ma



F_e = 5.98 x 10^24 x (3 x 10^8 – 9.8) = 17.93 x 10^32

F_v = 5.98 x 10^24 x 3 x10 ^8 = 17.94 x 10^32

F_v – F_e = resultant = 0.01 x 10^32 = 10^30 (N)



This force creates the gravity acceleration constant.

S0:

F_V = MC

F_e = M(C-g)



این روابط نشان می دهند که شتاب گرانشی زمین حاصل برآیند نیروی 10^32 x 17.94 نیوتنی خلا بر زمین و نیروی 17.93 x 10^32 نیوتنی زمین بر خلا است. این برآیند به صورت تقریبی برابر با 10^30 نیوتن است.

نکات مهم دیگری که از این محاسبات بدست می آیند این است که دافعه خلا بر یک جسم برابر است با جرم جسم در سرعت نور و دافعه ی ماده بر خلا برابر است با جرم ماده در تفاضل سرعت نور و شتاب گرانشی (یا ضریب چروکیدگی ماده در نیروهای بالا).

توجه داشته باشید طبق این تعاریف از آنجا که نور در سرعت بی نهایت (مادی) قرار دارد شتاب آن نیز برابر با سرعت آن خواهد بود. بنابراین می توان تفاضل آنرا با شتاب گرانشی با در نظر گرفتن واحد شتاب انجام داد.

توجه داشته باشید که اینشتین به این دلیل شتاب را در نسبیت خاص تعریف نکرد زیرا اعتقاد داشت نور بالاترین سرعت است و حتی با دادن نیروی بیشتر سرعت آنرا بیشتر نمی کنیم .

می دانیم که اگر نوری از اتمسفر وارد خلا شود به سرعت اولیه ی خود شتاب می گیرد.

حتی امروزه ذراتی با نام تاکیون ها به فیزیک معرفی شده اند که این خود نشان می دهد نور آخرین سرعت را دارا نیست.

همچنین می دانیم که طبق نسبیت خاص و هم ارزی جرم و انرژی اگر ماده ای به سرعت نور شتاب بگیرد مقدار جرم بیشتری از آن به انرژی تبدیل می شود. در پدیده ی انتقال به آبی نیز نور بر اثر نیروی زیاد یک میدان گرانشی قوی منحرف به سمت جرم مرکزی می شود و طیف آن متمایل به آبی می گردد که این نشان دهنده ی افزایش انرژی در آن است.

VMR – PCR با این مقدمه نتیجه گیری می کند که:

الف) نور صورتی کامل از انرژی نیست و در آن جرم نیز وجود دارد.

ب) سرعت نور سرعت نهایی نیست.

ج) در پدیده ی انتقال به آبی انرژی و در نتیجه سرعت نور بیشتر می گردد.



همچنین این نظریه بازه ی نور را طبق محاسبات زیر معرفی می کند (در قالب نوری و پیرو قوانین نسبیتی و نه تاکیونی و فرا نسبیتی):



سرعت 300195025.68574004 متر بر ثانیه آخرین سرعت یک ذره – موج در قالب نوری می باشد اگر که سرعت خلا در نور 299792458 متر بر ثانیه باشد.

به همین دلیل است که نمی توان خواص نور را در کل موجی دانست زیرا کلا از انرژی نیست و به دلیل حمل مقداری جرم خواص ذره ای نیز دارد.

این نسبت باید تا حدی باشد که سرعت مجذور نور تقریبا سرعت بی نهایت باشد.

نهایت سرعت نور از رابطه ی زیر و بر طبق شکل بالا بدست می آید:



از آنجاییکه اگر ضلع پایینی مثلث سمت چپ بر ضلع پایینی مستطیل (FG) منطبق باشد خط D در سرعت C = 3 x 10^ 8 (m/s) قرار دارد نتیجه می گیریم که DC = 2707000 و حال که فرض کرده ایم طول قطر مستطیل ثابت است و با تغییر زاویه تغییر نمی کند پس طول پاره خط DC نیز ثابت و برابر با Sin θ در DC و بنابراین سرعت در D برابر است با C بعلاوه ی اندازه ی DC . ]حل: نوید حقیقت[ .

در صورتیکه:

الف) θ زاویه ی ایجاد شده بالای قطر مستطیل باشد.

ب) در هر مستطیل با رسم قطر زوایای قائمه (رئوس) آن به دو زاویه ی 70 درجه (بالای قطر) و 20 درجه (پایین قطر) تقسیم شود.

آنگاه =>

Vc (max) = C + Sin θ (C – Vl)

که در Vl آن سرعت نور در خلا برابر با 299792458 متر بر ثانیه و C ثابت تقریبی سرعت نور برابر با 3 x 10^8 متر بر ثانیه و Vc (max) بالاترین سرعت یک ذره – موج در قالب نوری می باشد.



دو نکته در این مسئله حائز اهمیت است:

1) طبق یکی از نظریه های اینشتین سرعت اثر گرانش برابر با سرعت تقریبی نور (نه سرعت خود نور در خلا) است که فرضیه ی همیشگی بودن اثر گرانش نیوتن را با اثباتی که از سوی کیهان شناسان در سال 2004 – 2002 صورت گرفت نقض می کند. به همین دلیل ما در این محاسبه بین دو سرعت تقریبی نور و سرعت نور در خلا تقاوت قائل شده ایم.

2) در فرمول بدست آمده اصل تقدم ضرب بر جمع باید رعایت شود تا جواب صحیح بدست بیاید.



و بنابراین در این مدل هنگامیکه به سرعت مجذور نور (تقریبی) برسیم آنگاه گرانش در ما اثری نخواهد داشت و اثر زمان چندین برابر اثر معمولی آن بر ذره ای با چنین سرعتی خواهد بود.

بنابراین ذره ای با این سرعت به آینده سفر خواهد کرد. (در این سرعت شتاب برابر با تندی است).

همچنین عکس این مطلب نیز صادق است که اگر با چنین سرعتی در سفر باشیم و ناگهان چنان شتاب منفی ای پیدا کنیم که در یک ثانیه سرعتمان به صفر برسد (اصطلاحا سرعت منفی بگیریم) از زمان جا خواهیم ماند و به گذشته خواهیم رفت. (البته این بدان معناست که دیگران طبق زمان معمول می روند و ما در گذشته جا می مانیم و تنها از نظر افرادی که در زمان معمولی هستند به گذشته رفته ایم اما برای خود ما بازه ی زمانی مشخصی تکرار خواهد شد).

به همین دلیل است که کسی از آینده به گذشته نمی آید. زیرا با سفر به گذشته در بازه ی زمانی خاصی (از همان جا که سفر را شروع کرده ایم) زندانی خواهیم شد. نه به عقب می رویم و نه به جلو!

اما سفر به آینده امکان پذیر است.



از این مسائل که بگذریم باید به موضوع هم ارزی نیرو و انرژی و ارتباط آن با گرانش پرداخت.



همانطور که دیدید VMR – PCR هم نظریه ی اینشتین مبنی بر انرژی بودن ماهیت گرانش را می پذیرد و هم اثرات نیروی گرانش نیوتن را قبول دارد بنابراین سعی در ترکیب آنها دارد.

این دید ترکیبی به صورت زیر است:



1) هنگامیکه جرمی سرعت می گیرد به نسبت سرعت جرم آن به انرژی تبدیل خواهد شد. به طوریکه اگر جرم جسمی در حالت سکون M باشد در سرعت V برابر با m خواهد بود که در آن M>m و نسبت M به m متناسب با سرعت و انرژی ایجاد شده می باشد.

2) در فرآیند تبدیل جرم به انرژی جرم مستقیما به انرژی تبدیل نمی شود بلکه ابتدا به نیرو و سپس به انرژی تبدیل می شود.

3) ماهیت گرانش از ترکیب دو عامل انرژی و نیرو ایجاد شده است. بر همین مبنا (در مدل مشخص شده) هنگامیکه سرعت جسمی صفر است شتاب لازم برای حرکت آن جسم تنها تابع نیروهای وارده است زیرا عامل انرژی در سرعت های بالا فعال است. بنابراین می توان گفت که اگر نور در خلا به صورت طبیعی حرکت کند عامل آن بیشتر نیرو خواهد بود تا انرژی و در هنگام انتقال به آبی نیروی بیشتری به انرژی تبدیل می شود.

4) رابطه ی هم ارزی نیرو و انرژی به صورت زیر است: (به یاد داشته باشید که در ابتدا ما شتاب را در نسبیت تعریف و توجیه کرده ایم):



E x a = F x C^2 ó E x g = F x C^2



اما نیروی گرانش (وزن) همچنان با قبل تفاوتی نخواهد داشت:



Fv = MC

Fm = M (C-g)

Fg = Fv – Fm

Fg = MC – MC – Mg

è Fg = W = - Mg

*

5) محیطی که چنین پدیده هایی (افزایش انرژی) در آن توسط گرانش رخ می دهد محیط دوگانه ی انتشار می نامیم:





6) اگر جسمی به سرعت مجذور نور برسد تماما از انرژی خواهد بود و به همین دلیل تماما خاصیت موجی خواهد داشت. در این سرعت گرانشی برای جسم وجود نخواهد داشت. زیرا طبق مدل در این سرعت جسم از محیط دوگانه ی انتشار عبور کرده بنابراین دیگر محیط اثر گرانشی برای آن نخواهد بود.



7) نسبت نیرو به انرژی در فرمول E x a = F x C^2 ó E x g = F x C^2 برابر است با:



M = F/a

a = g è M = F/ [G (Me/Re^2)

E = (F x Re^2 x C^2)/ (G x Me)

è E ≈ F (9.18 x 10^15)

یعنی هر ژول انرژی تقریبا معادل 9.18 x 10^15 نیوتن است! این عدد را ثابت هم ارزی می نامیم.



حال VMR – PCR چگونه اثبات می کند که انرژی نیز عاملی در ماهیت گرانش است؟



یک دلیل تجربی ویژه برای اثبات این مطلب وجود دارد که علاوه بر اثبات اینکه دافعه ی خلا متناسب با دافعه ی ماده است اثبات می کند که انرژی یکی از عوامل ماهیت گرانش نیز هست.

طبق فرمول زیر انرژی لایه های الکترونی بدست می آید:



که در آن ثابت ریدربرگ و Q بار هسته ی اتم و n تعداد عدد کوانتومی اصلی و e بار الکترون و h ثابت پلانک و C ثابت سرعت نور می باشد. (مرحله ی ریدربرگ تنها به عدد کوانتومی اصلی وابسته است و از بین یک تا 10^30 الکترون ولت بر طبق آن تعیین می شود).



طبق این فرمول هرچه عدد کوانتومی اصلی (لایه ی الکترونی) بیشتر بشود باید انرژی آن لایه و الکترون هایش نیز بیشتر بشود.




همانطور که می دانید بین اتم و اولین لایه ی الکترونی و همچنین بعد از آخرین لایه ی الکترونی خلا وجود دارد. طبق تعاریف گفته شده باید فرآیند دفع در آنها نیز صورت بگیرد و طبق قوانین باید در نزدیکترین نقطه به منبع دفع ماده اثر گرانش باید برابر با اثر گرانش در نزدیک ترین نقطه به منبع دفع خلا باشد و فاصله ی میانگین بین آنها باید از اثر گرانش بیشتری برخوردار باشد.



می بینید که در شکل بالا لایه های آخر و اول انرژی یکسانی دارند. در صورتیکه طبق مدل اتمی بور اگر الکترونی بخواهد به لایه ی بالاتری برود باید انرژی بیشتر داشته باشد. بنابراین لایه ی آخر الکترونی قطعا باید از لایه ی اول الکترونی طبق فرمول ذکر شده انرژی بیشتری داشته باشد.

اما همانطور که می بینید در طبیعت این مورد نیز از VMR – PCR پیروی می کند.

دقیقا لایه ی چهارم که لایه ی میانی هست نیز از انرژی بیشتر برخوردار است!



بنابراین متوجه می شویم گرانش ماهیتی دوگانه از عوامل انرژی و نیرو دارد و تبادل ذره و گراویتونی در کار نیست. (اگر ذرات خلا را گراویتون بنامیم آن وقت تمام اثرات را باید به آنها نسبت دهیم در صورتیکه می دانیم ذرات خلا بدون وجود ذرات ماده در اطراف خود گرانشی ایجاد نمی کنند و می دانیم که ذرات در هر دو طرف ثابت اند و حرکت نمی کند تنها یکدیدگر را دفع می کنند. ذراتی که در این فرآیند دفع حرکت می کنند را در بخش بعد بررسی می کنیم).



بر همین مبنا پیش بینی می کنیم که در زمین نیز هسته بیشترین گرانش را ندارد بلکه فاصله ی میانی بیشترین گرانش را دارد. (فاصله ی میانی به صورت تقریبی = فاصله ی آخرین لایه جو از زمین بعلاوه ی شعاع زمین تقسیم بر دو). بنابراین طبق این مدل اگر از نقطه ی میانی به زمین نزدیک شویم گرانش بیشتر خواهد بود تا اگر به همان اندازه به خلا نزدیک شویم:





همانطور که گفتیم حال قصد داریم ذراتی را که در این فرآیند حرکت می کنند و تنها رد می شوند و نه بدل بررسی کنیم. (چون برآیند از سمت خلا به ماده است بنابراین تنها ذراتی ترکیبی بر جو زمین سقوط می کنند).



حتی اگر این موضوعات (دفع خلا و ماده) با اختراع جاروبرقی کشف نشده بودند باید با بیان تشعشات چرنکوف مطرح می شدند.



جالب است که از سال 1927 دانشمندان اظهار دارند که ماهیت پرتوهای کیهانی را کاملا شناخته اند. اما چگونه امکان دارد که پرتوهایی که خود از اتم های هیدروژن (96 درصد) و هلیم (یک درصد) و کربن – نیتروژن – اکسیژن – فلئور و ذرات پروتون (96 درصد) – ذرات آلفا (3 درصد) – پرتوهای گاما – الکترون – پوزیترون و نوترینو تشکیل شده اند در برخورد با اتم های تشکیل دهنده ی جو آنها را تجزیه کنند؟

طبق فرضیه ها پرتوهای کیهانی با برخورد به هسته ی اتم های جوی به مقدار تجزیه شده ای از خود + ذرات بنیادی هسته + نوترینو و چند نوع مزون (پاد – مجازی – مثبت) تبدیل می شوند.

در صورتیکه در شیمی هر اتمی پروتون را دفع می کند – در برخورد با هیدروژن هایبرید می شود و با بمباران هلیم یا ذرات آلفا دو عدد اتمی و چهار اتم جرمی به آن اضافه می شود.

در هیچ کدام از این فرآیندها نیز هیچ ذره ای با انرژی بالا بوجود نمی آید.



اینجاست که متوجه می شویم تعریف ما از پرتوها کیهانی دقیق نبوده است.

بنابراین احتمال می دهیم با برخورد این ذره به اتم های جوی آنها بیشتر به اتم های سبک تر و چند نوع ذره ی بنیادی تبدیل می شوند.

گازهای دیگر که خود در جو موجود هستند و ممکن است طی فرآیندهای شناخته شده با این مواد ترکیب شوند.

پرتوهای چرنکوف در دنباله ی این ذرات نشان دهنده ی سرعت فرانور آنهاست و پرتوهای کیهانی نیز تشکیل شده از پرتوهایی هستند که پس از برخورد با اتمهای جوی تشکیل شده اند.

فرآیند بالا به راحتی توسط امواج هادرونیک نیز قابل اثبات است.

بعد از بیان فرمول پرتوهای کیهانی و ایجاد فرآیند هادرونیک جوابی برای این قضیه نبود که چرا مقداری از پرتوهای کیهانی بر روی اولین ذرات جوی تاثیر می گذارند و مقداری از آنها از این مواد عبور کرده و به مراحل بعدی می رسند. اما پرتوهای کیهانی هیچ گاه به زمین نمی رسند؟

بعد از مدتی دانشمندان متوجه شدند انرژی این پرتوها در فرآیندی به نام امواج هادرونیک(Hadronic cascades) تبدیل به ذرات و امواج مختلف می شود و به همین دلیل کل پرتو دیگر انرژی رسیدن به زمین را ندارد و قسمت زیادی از آن در راه تجزیه به بسته های جزئی تر انرژی و ماده شده است.





این مطلب را به صورت تاکیونی توجیه می کند:VMR – PCR

در این توجیه طبق شکلی که در ابتدای موضوع بیان کردیم ذره ای به نام (ε) با سرعت C^2 در دنباله ی خود به دلیل سرعت بالا اشعه ی چرنکوف ایجاد می کند و این ذره در برخورد با اتم ها جوی با ایفای نقشی نیمه کاتالیزگر از پرتوی چرنکوف در دنباله ی خود (در دنبال اشعه ی چرنوکوف) پرتوهای کیهانی را ایجاد می کند.



بنابراین این ذرات چیزی از خود مصرف نمی کنند و اگر هم بکنند طبق این محاسبات نباید اثری در خود آنها ایجاد شود:





این محاسبات نشان می دهند که در این ذرات m = E = F = V = ∞ زیرا این ذرات باید بر فراز جو (زوایای 180 و 360) سقوط کنند که کتانژانت این زوایا تعریف نشده است. مقادیر صورت طبق فرمول صفر شده و مخرج نیز تعریف نشده است بنابراین مقادیر برای این ذره تعریف نشده (بی نهایت) می باشد. از آنجاییکه بی نهایت نیز برای ما مشخص نیست تقریبا تعریف نشده است.

می دانیم که سرعت این ذره در نهایت است و سرعتی بالاتر از آن نداریم. پس زمان نیز در این سرعت برای جسم تعریف نمی شود و در واقع در نهایت است. بنابراین تمام عوامل دیگر از جمله نیرو و جرم و انرژی برای این ذره بی نهایت (تعریف نشده) می شوند.



مثال قابل درک تر این است که:



اگر دو ماشین با سرعت تقریبا یکسان به یکدیگر برخورد کنند تکه های خرد شده ی آنها در زوایای خاصی نسبت به زاویه ی روبرویی دو ماشین و با سرعتی بیشتر از سرعت دو ماشین به اطراف پرتاب می شوند.



همین موضوع به همین شکل برای مواد اتفاق می افتد. نیروی دفع خلا با سرعت تقریبی نور و نیروی دفع ماده با سرعتی کمی پایین تر به هم برخورد می کنند. از آنجا که برآیند دافعات به سمت زمین است ذرات حاصل از برخورد با سرعتی بیشتر از نور بر فراز جو زمین سقوط می کنند.



مثال تجربی دیگر بمباران اتم بوسیله ی نوترون است. یک نوترون و یک اتم با سرعتی کم به هم دیگر برخورد کرده و از آنها امواجی ساطع می شود که سرعت نور را دارند.

حتی اینگونه می فهمیم که تفاوتی بین تولید اشعه ی چرنکوف در پدیده های چرنکوف و بزامشتراهلونگ نیست.

زیرا اثر چرنکوف مثال مایکروسکوپیک این اثر (تولید این اشعه ها در اتمسفر سیارات) است و اثر بزامشتراهلونگ مثال میکروسکوپیک این اثر (تولید این تشعشات در اتم ها) می باشد.

این اشعه ها به این دلیل در سیارات بدون جو دیده نمی شود که ذرات نام برده توانایی شکست و تجزیه ی عظیم سطح سیاران خاکی بدون جو را ندارند.

لازم به ذکر است که طبق این فرآیند انرژی تمام ذرات پر انرژی ای که در یک ثانیه به جو زمین وارد می شوند نباید بیشتر از 1.95 x 10^17 ژول باشد. (دافعه ی زمین تقسیم بر ثابت هم ارزی)!

همچنین این تشعشعات در اتم های سبک دیده نمی شوند زیرا در آنها لایه های الکترونی و در واقع پدیده ی دافعه ی خلا و ماده و در نتیجه انتشار ذرات پر سرعت و پر انرژی کمتر است.

البته طبق قوانین این پرتوها در اتم های سبک نیز وجود دارند اما به دلیل مقدار کم به سختی دیده می شوند.




با بیان این مطلب چکیده ای از دیدگاه جدید تئوری VMR – PCR را بیان کردیم.

این تئوری هنوز به طور قطعی اثبات نشده و در حال معرفی شدن به مجامع علمی است.



Copyright © (2003 – 2006) VMR – PCR ® theory by Mohammad nazmabadi. All rights reserved!



Copyright conditions: 2006-10-21:

1) Publishing this article or a brief of that is only permitted by mentioning the name of author (mohammad nazmabadi).

2) Any technological usage of this theory is only permitted by asking the author (mohammad nazmabadi) personally. For more information send your request to nazmabadcity@yahoo.com.

3) This theory is not completely proven. Please do not publish this article in applied physics sections.

4) Your comments and suggestions are highly appreciated and respected. Contact us and we will concern. E-mail: nazmabadcity@yahoo.com. Thank you!