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.

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 17:26 | لینک ثابت |

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.

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 17:24 | لینک ثابت |


 

به نام خدا

نیروهای هسته ای قوی و ضعیف ، در مقایسه با عوامل دو نیروی دیگر ( فوتون و گراویتان ) ، چون با عاملی حقیقی تر یعنی اتم درگیر شدند ، سیکل مکمل آنها بفوریت و با فرکانس بالا راه اندازی ، و لذا سریعترین پیشرفت و تکامل را در بعد زمان داشته اند .

تمدن هسته ای
عدم سازگاری الکترو مغناطیس و فیزیک نیوتونی موجب ارائه نظریه مکانیک کوانتوم گردید . نظریه عجیب و غریبی که برای درک آن میبایست از تفکرات کلاسیک از دنیای مادی د ست بر داشت .
بعبارت دیگرناسازگاری سیب و تلسکوپ باعث شد در سال 1932 ، با استفاده از یک شتابدهنده ولتاژ بالا ، اولین واکنش هسته ای انجام و عصر تمدن هسته ای آغاز شود . فیزیک مذکور اعتقاد دارد که در دنیای اتم ، ذرات دارای حرکت پیوسته نیستند و بشکل جهشی ونا پیوسته تغیر مکان میدهند . همچنین معتقد است که عمل مشاهده بر رویداد تاثیر میگذارد بدین معنی که نتیجه اتفاقاتی که در دنیای اتمی رخ میدهد متغیر است و بستگی دارد باینکه آیا ناظری رخداد را مشاهده کند یا خیر . در حقیقت معتقد است که با فیزیک نیوتونی نمیتوان به اتفاقات اتمی نگاه کرد . این موضوع همواره موجب بحث های طولانی بین انیشتن و نیلز بوهر بوده است . از دیدگاه فیزیک نیوتونی نور ذره است و جهان یک ماشین عظیم که اگراطلاعات دقیقی در مورد اجزاء این ماشین بدست آید میتوان کل یعنی جهان را درک نمود ، و خواص و رفتار اجزاء است که خواص و رفتار کل را تعین میکند . همه چیز رفتار ساعت گونه ، قابل پیش بینی و آینده محاسبه پذیر میباشد .
ازدیدگاه فیزیک کوانتوم ، نور ، الکترون ، و دیگر ذرات بنیادی اتم خاصیت دو گانه ذره موج دارند و نظم بسیار خاصی بر جهان اتمی حاکم است که با آن نظمی که ما از جهان میدانیم کاملا" متفاوت است و زمانی این نظم خاص قابل درک است که ما خود را جزئی از این عالم بدانیم و کل جهان را مجموعه واحدی در نظر بگیریم که غیر قابل تقسیم است واین کل است که رفتار و خصوصیات اجزاء راتعین میکند . هر چند رفتار اجزاء بر روی رفتار کل اثر میگذارد ولی رل کنترل کننده ندارد . هرچه در آنست همگی بهم مربوطند و تفکر جزء نگری و تفکر کل نگری مکمل یکدیگرند .

فیزیک نیوتونی
که نور را ذره میدانست در توضیح آزمایشهای " تداخل امواج نور در عبور از روزنه " و " ماهیت نور و حرارت و ارتباط آنها با یکدیگر " ناتوان بود .
نتیجه فعالیت دانشمندانی مانند گالیله ، کلوین ، فاراده ، مکسول ، یانگ ، هرتز ، پلانک ، مایکلسون و مورلی و انیشتن موجب یک جهش بزرگ در علم فیزیک گردید و مشخص شد که نور و حرارت از یک جنس و امواج الکترومغناطیسی هستند .
مکس پلانک
در سال 1900 تئوری جدیدی بنام کوانتوم را پایه ریزی نمود که اصولا" بدنیای داخل اتم مربوط میباشد و اجزاء اتم و پدیدههای مربوط بآنها را مورد بررسی قرار میدهد و تمام عالم کوانتوم را در فرمول E=H*F  خلاصه کرد و برنده جایزه نوبل شد و ثابت نمود نور در بسته های کوچک انرژی بنام کوانتا منتشر میشود واین انرژی رابطه مستقیمی با فرکانس نور دارد . بدینوسیله پلانک توانست ما هیت نور و رابطه نور واجسام داغ یعنی دلیل انتشار نور از اجسام داغ را بسادگی وجامع توضیح دهد وعلم جدیدی در فیزیک متولد شد بنام فیزیک کوانتوم . علمی که با ظهورش فیزیک و فلسفه را دگر گون کرد و تفکر انسان را نسبت به جهان کاملا" تغیر داد و تا امروز نشان داده است که بسیار قدرتمند و توانا میباشد .

انیشتن
بسته های انرژی نوررا فوتون نامید وتوانست بخوبی پدیده فوتوالکتریک ر اتوضیح داده و برنده جایزه نوبل شود . وی با استفاده از فیزیک کوانتوم و ثابت گرفتن سرعت نور و معادلات مکسول ، تئوری نسبیت خاص را ارائه داد وثابت نمود همه چیز نسبی است و جهان علم را بکلی دگرگون ساخت . در مرحله بعد گرانش و شتاب را معادل هم در نظر گرفت و نسبیت عام را ارائه داد وبا فرمول جاودانه E=MC2 رابطه ماده و انرژی را معین نمود .

راترفورد
با تاباندن ذرات اتمی و مطالعه باز تاب این ذرات ، توانست ساختمان اتم را بطور علمی و عملی آشکار نماید و مدل منظومه ای اتم مورد قبول واقع شود .

نیلز بوهر
مدل کوانتومی اتم را ارائه و مدارهای بوهر را تعریف کرد که بر اساس آن ، یک الکترون وقتی مجاز به حضور در یک مدار است که مقدار ممنتوم زاویه ای آن برابر مضرب صحیحی از ثابت پلانک ( h ) باشد .

لوئی دوبروی
با توجه به مدل کوانتومی اتم بوهر و نظریه موجی یانگ ونظریه ذره ای انیشتن و استفاده از مبحث موج ایستا ، رابطه ای بین ممنتوم زاویه ای الکترون و موج ایستا بدست آورد و امواج دوبروی یا امواج ماده را ارائه داد . وی همچنین ثابت نمود که ممنتوم الکترون ( p ) در هر مدار برابر است با ثابت پلانک ( h ) تقسیم بر طول موج ( L ) آن مدار ( ( P = h / L .

شرودینگر
چگونگی جابجائی الکترون از یک مدار به مداری دیگر را معین نمود و معاد له ارتعاشات الکترونهای اتم را بدست آورد . اما شاهکار وی ارائه تابع خاصی است که موقعیت الکترون را در فضا و زمان تعین میکند . یکی از خصوصیات بسیار جالب این تابع که به تابع شرودینگر مشهور میباشد ، این است که برای تعین موقعیت همه الکترونهای یک اتم تنها یک تابع موج لازم است . در مقیاس اتمی نمیتوان یقین داشت که ماده در جای خاصی وجود داشته باشد و معادله شرودینگر احتمال یافتن ذره ای بنیادی را در فضا- زمان ارائه میدهد . واقعیت اینستکه در مقیاس اتمی هرگز بطور یقین نمیتوان وقوع یک اتفاق را پیش بینی کرد ولی میتوان احتمال وقوعش را حدس زد . با توجه باینکه فیزیک کوانتوم هر روز اهمیت بیشتری پیدا میکند ، ارزش تابع موج شرودینگر هم روز به روز بیشتر میشود .



پل دیراک
معادله مشهورش را که اساسا" به توصیف ذرات اتمی که سرعتهای بالائی دارند می پردازد ارائه داد . از ویژه گیهای این معادله یکی انتساب خاصیتی بنام اسپین به موجودات کوانتومی مانند الکترون است ، باین معنی که ذرات اتمی حول محور خود میچرخند ، مانند گردش کره زمین بدور محورش . از ویژهگیهای جالب معادله دیراک اینستکه نشان میدهد الکترون باید دو دور حول محور خود گردانده شود تا مجددا" به وضعیت سابقش بر گردد . ویژه گی دیگر معادله دیراک ، پیش بینی وجود ذره ای بود که جرم ، اسپین و بار الکتریکی الکترون را داردبا این تفاوت که بار الکتریکی این ذره مثبت است و جهت اسپین آن بر عکس جهت اسپین الکترون میباشد . بعبارت دیگر این ذره درست تقارن آئینه ای الکترون است که بعدها آنرا پوزیترون نامیدند . بر طبق پیش بینی دیراک در صورتیکه یک مقدار کافی انرژی در نقطه ای متمرکز گردد ، ماده بصورت یک ذوج الکترونپوزیترون متولد خواهد شد . در سال 1933 اندرسون با توجه به معادلات دیراک موفق شد ذوج الکترون پوزیترون را در آزمایشگاه تولید کند وبا دیراک برنده جایزه نوبل شوند ، و بشر برای اولین بار توانست انرژی را به ماده تبدیل کند .

هایزنبرگ
اصل عدم قطعیت را که در حقیقت اساس تئوری کوانتوم را تشکیل میدهد ارائه داد و بر طبق این اصل کلیه پدیدههای کوانتومی غیر قابل پیش بینی هستند و در دنیای کوانتوم معلول بدون علت وجود دارد . یعنی در یک لحظه خاص تنها میتوان مکان ویا ممنتوم ذره را بطور دقیق اندازه گیری نمود و تعین همزمان مکان و ممنتوم یک ذره امکان پذیر نمیباشد ، بعبارت دیگر در یک لحظه خاص تنها میتوان یکی از آنها را بدقت اندازه گیری نمود ، یعنی هر چه مکان یک ذره را دقیقتر و با قا طعیت بیشتر بدانیم ، عدم قطعیت در مورد ممنتوم آن بیشتر میشود و بر عکس . از دیگر کار های ارزشمند هایزنبرگ ، ارتباط دادن میزان عدم قطعیت مکان و ممنتوم یک جسم به ثابت پلانک است ،
بدین نحو که عدم قطعیت در مکان یک ذره ، ضربدر عدم قطعیت در ممنتوم همان ذره ، همواره بزرگتر و حداقل مساوی ثابت پلانک است . از آنجا که ثابت پلانک عددی فوق العاده کوچک است JS ( 34 - ) 10 ×h=6.625 ، عدم قطعیت در ابعاد بزرگ چندان اهمیتی ندارد زیرا عدم قطعیت در مورد مکان و ممنتوم یک جسم بزرگ مانند سیب ، بقدری در برابر اندازه خود جسم و ممنتوم آن کوچک است که قابل چشم پوشی میباشد . تنها در ابعاد اتمی است که این اصل ارزش پیدا میکند ، زیرا در مقایسه با ابعاد ذرات اتمی ، مقدار عددی ثابت پلانک بسیار چشم گیر است . اصل عدم قطعیت یا بعبارت دیگر ثابت پلانک مقدار اطلاعات ما را در رابطه با آنچه که در عالم اتفاق میافتد کنترل میکند وپیش بینی اینکه در آینده چه اتفاقی خواهد افتاد ، بستگی به ثابت پلانک دارد و در حقیقت این اصل در مورد اتفاقات آینده صدق نمی کند و تنها به پیش آمدهائی که در حال حاضر رخ میدهند قابل اعمال میباشد . میتوانیم از وظعیت کنونی ذره استفاده کنیم ووضعیت قبلی (گذشته ) آنرا محاسبه و تعین نمائیم ولی هرگز نخواهیم توانست با دانستن وضعیت کنونی ( حال ) ذره ، وضعیت آینده آنرا دقیقا" مشخص کنیم . فرایند تجزیه مواد رادیو اکتیو یک پدیده کاملا" اتفاقی و باصطلاح رندوم است . این بدین معنی است که زمان تجزیه یک اتم با هویت معین مثلا" ارانیوم را نمیتوان با قاطعیت پیش بینی نمود که آیا یک ثانیه بعد و یا یک سال بعد اتفاق خواهد افتاد . این عدم قطعیت در توضیح فرایند ، در مورد کلیه پدیدههای دنیای اتم یا پدیدههای کوانتومی صادق میباشد . البته باید توجه داشت که وقتی مجموعه ای از اتمهای رادیو اکتیو را در نظر بگیریم ، فرایند تجزیه آن مجموعه را را میتوان بکمک علم احتمالات با دقت بالائی تعین کرد و مثلا" گفت در فلان مدت ( نیمه عمر ) نصف آن مجموعه تجزیه خواهد شد ، ولی هرگز نمیتوان گفت کامیک از اتمها تجزیه و کامیک باقی خواهد ماند . بطور خلاصه واقعیتهای کوانتومی محاسبه نا پذیر و غیر قابل پیش بینی هستند و اطلاعاتی که ما در حال حاضر داریم میتواند اطلاعات گذشته را بما بدهد ولی هرگز نخواهد توانست که اطلاعات آینده را صحیح پیش بینی نماید ولیکن واقعیتهای عالم کبیر محاسبه پهذیر و قابل پیش بینی میباشند .
نکته بسیار پر اهمیت دیگر در مورد اصل عدم قطعیت اینستکه ، عمل مشاهده میتواند اتفاقات را تغیر دهد و آنچه که واقعا" اتفاق میافتد متفاوت از چیزی است که مشاهده میشود و در فیزیک کوانتوم ناظز قسمتی از جهان و فرآیندهای آنرا تشکیل میدهد و خود ناظر جزئی از مجموعه کوانتومی محسوب میشود . مبحث مشاهده هنوز پس ا ز چند ین د هه در بین فیزیستها وفلاسفه هنوز باز است که چه چیزی در فرایند مشاهده و اندازه گیری موجب میشود یک واقعیت ملموس شکل بگیرد . شرودینگر که یکی از بنیان گذاران تئوری کوانتوم است موضوع مشاهده و اندازه گیری را با معمای معروف به گربه شرودینگر مطرح کرده است که ذهن بعنوان عامل اصلی و نقش تعین کننده ای در نتیجه گیری و تحلیل آن دارد .
از دیدگاه فیزیک کوانتوم ، هر ماده ای دارای دو مشخصه متناقض است که ضمنا" این دو مشخصه مکمل یکدیگرند ، یا بصورت متمرکز ( ذره ) است ویا بصورت ارتعاشات ( موج ) که متمرکز نیست لذا نور نمیتواند تنها ذره و یا تنها موج باشد ، بلکه موجود و یا سیستمی استکه بطور مداوم بین دو حالت موج و ذره در نوسان است . نور زمانی فقط ذره و یا فقط موج است که مورد مشاهده قرار میگیرد ، اینکه فوتون کدام رفتار را داشته باشد بستگی به انتخاب ما ( بعنوان ناظر ) دارد ، ما هرکدام را بخواهیم همان را نشان خواهد داد . ظاهرا" بنظر میرسد با موضوع بغرنجی مواجه هستیم ، موضوع دوگانگی ذره - موج اجزاء کوانتومی مانند الکترون ، پروتون و نوترون برای ذهن نامفهوم است . اینکه یک الکترون هم ذره باشد و هم موج به نظر قدری عجیب است چرا که ذره بموجودی اطلاق میشود که در نقطه ای از فضا متمرکز باشد در حالیکه موج در گستره ای از فضا پخش میباشد ، چطور ممکن است که یک الکترون هم در فضا متمرکز باشد و هم پخش .
فیزیک کوانتوم در این مورد پاسخ دارد که ، وقتی راجع به خصیصه موجی مثلا" الکترون صحبت میشود واقعا بدان معنا نیست که یک الکترون در گستره ای از فضا پخش شده است بلکه منظور آنستکه احتمال حضور آن در گستره ای از فضا امکان پذیر میباشد . در حقیقت موج کوانتومی یک موج مادی و معمولی فیزیکی نیست بلکه عبارت است از موج اطلاعات و آگاهی . بعبارت دیگر وقتی در مورد موج کوانتوم صحبت میشود منظور موج احتمال است ، که احتمال یافتن یک الکترون را در گستره معینی از فضا مطرح میکند . همین احتمال است که بحث غیر قابل پیش بینی و محاسبه ناپذیر بودن پدیدههای کوانتومی و مقوله عدم قطعیت را وارد تئوری کوانتوم نموده است .
این مباحث نشان میدهند که تئوری کوانتوم برداشتی را که ما از واقعیت ها داریم و به آنها عادت داریم تغیر میدهد . کلمات روزمره قاصر از بیان تئوری کوانتوم هستند لذا این تئوری بزبان ریاضی ارائه گردیده که میتواند بکمک آن موقعیتها و پدیدهها را توضیح دهد که ماوراء ذهن هستند بهمین دلیل اکثر فیزیک بزبان ریاضی است .
واقعیتی را که ما تجربه میکنیم همان چیزی است که خودمان از مجموعه های دو گانه مکمل انتخاب میکنیم . ما محکوم انتخاب خودمان ودر نتیجه فکر خودمان هستیم . این دوگانگی در مورد جهان هم صدق میکند . میتوانیم جهان را مجموعه ذرات ببینیم و یا مجموعه ای از امواج . ایندو تفکر مکمل هم هستند ، بدین معنی که ما نمیتوانیم در یک لحظه جهان را بطور همزمان ذره یا موج ببینیم . این " دوگانگی مکمل " در همه چیز وجود دارد و ما هر قدر توجه مان را به یکی از این حالات دوگانه متمرکز کنیم اطلاع کمتری از حالت دیگر خواهیم داشت .
خلاصه اینکه نمیتوان به حواس اعتماد کامل و صد در صد داشت زیرا همواره با دوگانگی مکمل مواجه هستیم و همیشه یکی از حالات دوگانه مکمل خود را از ما پنهان میکند . این ثابت پلانک است که شدت پنهان بودن حالت مکمل را تعین میکند . این شدت در جهان اتمی خیلی زیاد و در جهان کبیر خیلی کم است . در جهان اتمی ، الکترونها ، پروتونها و نوترونها همگی با سرعت نور حرکت میکنند لذا موجوداتی چهار بعدی هستند یعنی در آن واحد هم بعد فضا و هم بعد زمان دارند که بعد فضای آنها خصوصیت ماده بودن آنهارا تعین میکند و بعد زمانشان خصوصیت انرژی بودن آنها را مشخص میکند . اینکه انسان به خطا خود را تنها ماده می بیند بدلیل مجزا دانستن فضا و زمان از یکدیگر است . باید پذیرفت که جهان و هرچه در آن هست حداقل چهار بعدی است .
از نظر فیزیک کوانتوم تمام دوگانگی های مربوط به جهان نیز باین صورت هستند و این ما هستیم که انتخاب میکنیم . جهان ترکیبی از دوگانگی هاست و این دوگانگی ها باید موجود باشند وگرنه واقعیت نمیتواند وجود داشته باشد ، مانند فرایند تنفس که شامل دم و بازدم است . عمل دم مکمل باز دم است و بلعکس . یکی بدون دیگری بی معنی است و موجودیت هر دو با هم است که فرایند تنفس را معنی می بخشد و واقعیت را میسازد . آنچه اهمیت دارد اینستکه نه تنها هیچیک از دو قطب فوق بر دیگری الویت ندارد ، بلکه بخودی خود و به تنهائی نمیتواند موجودیت داشته باشد . در حقیقت ایندو قطب تنها دو حد تغیرات یک فرایند واحد ( یک ) هستند . واقعیت عبارت است از ، انتخاب از بین دوگانگی ها . و چون انتخاب را ذهن انجام میدهد ، بنا بر این واقعیت جهان وابسته به ذهن ماست . فیزیک کوانتوم اعتقاد دارد که آنچه در نهایت ساختار اساسی جهان مادی را تعین میکند عبارت است از نحوه نگاهی که باین جهان داریم . بعبارت دیگر ، الگوی ساختار جهان مادی در حقیقت انعکاسی است از الگوی ساختار ذهن انسان و
" بهتر است که جهان را یک اندیشه بزرگ بدانیم تا یک ماشین بزرگ " .
این مطالب کاملا" بر خلاف تفکر جبری اجزاء نگری وماشینی نیوتونی بود که فضا و زمان را مستقل از هم و مطلق ، عالم را محاسبه پذیر و یک ماشین ساعت گونه میدانست که همه چیز از قبل تعین شده و آنچه در آینده اتفاق خواهد افتاد از قبل برنامه ریزی شده و مشخص گردیده واتفاقها اجتناب ناپذیرهستند و اختیاری وجود ندارد و با داشتن اطلاعات حا ل ، میتوان آینده را پیش بینی نمود و هر اتفاقی که رخ میدهد مستقل از مشاهده است و یک الکترون رفتاری ذره گونه دارد چه انسان این رفتار را مشاهده و چه مشاهده ننماید . بطوریکه لاپلاس ، فیلسوف و ریاضی دان مشهور فرانسوی و پیرو نظریه نیوتونی ادعا میکرد که اگر اطلاعات مورد نیاز را داشته باشد خواهد توانست پیش بینی کند که یک فرد ، مثلا" در ده سال آینده نهار را در چه شهری و کدام رستوران خواهد بود و چه غذائی سفارش خواهد داد . و یا Needham که دیدگاه ماشین گرائی را اساس تفکر علمی میدانست ، میگفت که انسان را باید یک ماشین به حساب بیاوریم ، وتوجیه یک پدیده ذهنی زمانی علمی است که با نکاه مکانیکی بآن توجه شود .
اصل عدم قطعیت مهر با طلی بر تمامی تفکرات جبری نیوتونی زد و آ،نها را کاملا" از اهمیت انداخت و بی اعتبار نمود .
طبق اصل عدم قطعیت میتوان توضیح داد چرا ذرات داخل اتم دائما" در حا ل حرکت هستند و میزان این حرکات در مورد ذرات اتمی و حتی خود اتم و ملکول بسیاربا اهمیت است .
بغیر از ذوج " مکان ، ممنتوم " اصل عدم قطعیت به کمیت های ذوج دیگری در فیزیک مانند ذوج " ا نرژی ، زمان " و همچنین ذوج " زاویه ، ممنتوم زاویه ای " قابل اعمال میباشد .
برخلاف تصور ما ، در فرایند برخورد اتمها ، آخرین لایه الکترونی یک اتم با آخرین لایه اتم دیگر تماس نمی یابد و مثلا" الکترونهای دو اتم با یکدیگر تصادم نمی کنند ، بلکه فاصله بسیار زیادی بین ایندو لایه الکترونی وجود دارد . در حقیقت این فاصله در حدود ابعاد اتم میباشد . مانند آنستکه دو منظومه شمسی از فاصله چند میلیون کیلو متری یکدیگر عبور کنند . بار منفی الکترونهای دو اتم موجب میشود که اتمها همدیگر را از فاصله ای کیهانی نسبت به اندازه اتم و الکترونها دور کنند و با فاصله بسیار زیادی از کنار یکدیگر عبور نمایند . لذا هرگز تماسی از آن نوع که ما بآن عادت داریم وجود ندارد . همین الآن فاصله بین ملکولهای انگشتان دست و موس کامپیوتر را که در دست دارید در همین مقیاس کیهانی میباشد . اینکه ما سطح مثلا" یک صفحه کاغذ را زبر یا نرم حس میکتیم ناشی از تماس ملکولهای کاغذ و دست نمیباشد زیرا اصلا" تماسی در کار نیست بلکه احساس نرمی یا زبری ناشی از تاثیر میدانهای الکترومغناطیسی بر روی یکدیگر است که این میدانها در مقایسه با اندازه آنها میلیاردها بار بزرگتر است . الکترون اضافه برمیدان الکترومغناطیسی دارای میدان گرانشی هم هست . بطور کلی فیزیک کوانتوم دنیای میدانهاست و در طبیعت اجسام بزبان میدانها با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند و با وارد نمودن نیروی خاص هر میدان بر روی یکدیگر اثر میگذارند . تمام اجزاء چون دارای جرم هستند لذا میدان جاذبه بین همه آنها مشترک و بر یکدیگر نیروی جاذبه وارد میکنند و اصولا" نیروی جاذبه یک نیروی جهان شمول میباشد .
نیروی هسته ای قوی در بین نیروها از همه قویتر است ولی حوزه فعالیت آن فوق العاده کوچک و بردی تنها در محدوده هسته اتم که بسیار از اندازه اتم کوچکتر است دارد . این نیرو موجب در کنار هم قرار گرفتن پروتونها و نوترونها در درون هسته اتم میباشد و عامل ا نتقال آن پی مزون میباشد که جرمی در حدود 300 برابر الکترون دارد و بخاطر همین جرم زیاد است که بردی بسیار کوتاه دارد .
نیروی هسته ایضعیف که خود را در تجزیه مواد رادیو اکتیو نشان میدهد و عامل انتقال آن نوترینو میباشد که امکان مشاهده آن غیر ممکن است زیرا که از تمامی اجسام عبور میکند ، مثلا" میتواند بدون گذاشتن هیچ رد پائی از اینطرف کره زمین عبور کرده و از آنطرف کره زمین خا رج شود . این نیرو ( 14( - 10 مرتبه ضعیف تراز نیروی هسته ای قوی میباشد.
تئوری کوانتوم موجب تحولات علمی و صنعتی بسیار ارزشمند ی گردیدو با ارائه ترانزیستور ، آی سی ، کامپیوتر ، لیزر ، میکروسکپ الکترونیکی ، دستگاههای تصویر برداری پزشکی ، انرژی هسته ای ، تکنولژی هسته ای وتکنولژی نانو ، زندگی و تمدن جامعه بشری را کاملا" دگرگون و وارد عصر فضا کرد ه است ولی این تئوری نیاز به تکامل دارد تا بتواند میدانها را هم بررسی کند . -
گالیله با ساخت تلسکوپ ورصد کیهان ، عصر تمدن الکترومغناطیسی را آغاز کرد . رشد تکنولژی الکترو مغناطیسی شرایط بسیار مطلوبی برای رشد تمدن هسته ای ضعیف وقوی فراهم نمود . تکنولژی هسته ای بدون شک در آینده ما را بدنیای تمدن گرانشی هدایت خواهد نمود وبا رشد تکنولژی گرانشی است که انسان میتواند به دنیای فرا زمینی ، بطور علمی و نه علمی تخیلی باندیشد وارتباط بر قرار کند .
ملاحظه و توجه به مراتب فوق ا ین حسن بزرگ را دارد که در اقیانوس بیکران علم هستی ، کمک میکند که هدفی معین و مسیری مشخص یافته شود و شرایط منطقی خوبی فراهم گردد که انجام پژوهشها و فعالیتها از نظر علمی و منطقی توجیه پذ یر و بهینه باشند و از بیراهه رفتن و اتلاف وقت و سرمایه جلوگیری شود .
بخاطر سرعتهای نزدیک به سرعت نور در دنیای اتم ، برای مطالعه این اجزاء علاوه بر فیزیک کوانتوم باید از تئوری نسبیت نیز استفاده شود . از طرفی تئوریهای کوانتوم و نسبیت علارغم اینکه هر کدام در محدوده مربوط بخود بعنوان PARTIAL THEORY بخوبی عمل نموده و کارائی دارند ولی بشدت با یکدیگر ناسازگار هستند . در حال حاظر فعالیتها بر روی این موضوع متمرکز است که تئوری واحدی یافته شود که هر دو تئوری کوانتوم و نسبیت را وحدت دهد باین امید که دنیای اتمی بهتر مطالعه شود . در همین رابطه چندین مدل از تئوری های کوانتوم - نسبیتی در فیزیک ذرات بنیادی ارائه شده که هر کدام گوشه ها وبخشهائی از پدیده های دنیای اتمی را توجیه مینماید .
( GUT ) یکی از این تئوریها جهت وحدت دادن بین نیروهای الکترومغناطیسی ، نیروی هسته ای ضعیف و نیروی هسته ای قوی میباشد . بهمین منظور شتابدهند ههای ذرات اتمی بسیاری با بود جه های نجومی ساخته شده و میشوند که ساخت آنها غیر منطقی و غیر قابل توجیه هستند به دو دلیل :
اولا" ( GUT ) در انتها غیر قابل اجرا و برای همیشه یک تئوری باقی خواهد ماند ، بدلیل اینکه پس از آشکار سازی ذره Z ، آشکار سازی دیگر ذرات ایکس و هیگز غیر عملی است و برای آشکار سازی آنها به شتابدهندههائی به عظمت منظومه شمسی و کهکشان راه شیری نیاز است .
ثانیا" فیزیک کوانتوم در درستی و صحت چیزی کم و کسری ندارد و دستآوردهای آن همواره در تئوری ، آزمایشگاهی ، کاربردی و اندازه گیریها ، هر روز قوی تر ومحکم ترصحت این تئوری را اثبات نموده . اصولا" چیزی که برای د نیای علم کشف و کاملا" اثبات شده اینستکه عالم هستی صد در صد سا ختاری کوانتومی دارد . بنا بر این کاملا" مشخص استکه علت ناسازگاری دو تئوری مذکور ، تئوری نسبیت عام است ، و این تئوری باید از پایه تغیرات اساسی پیدا کند ، از جمله میبایست ثابت پلانک ( h ) در معادلات آن گنجانده شود وهمچنین این تئوری باید بااصل عدم قطعیت هایزنبرگ مطابقت داده شود .
نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 17:22 | لینک ثابت |

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.

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 17:21 | لینک ثابت |


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.

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 17:16 | لینک ثابت |

GUT (Grand Unified Theories) و تئوري هاي ابر ريسمان (Superstring) هر دو وجود ذره اي با يك قطب مغناطيسي را پيش بيني مي كنند اما مشكلي كه در اين مدل وجود دارد اولا توليد بار مغناطيسي و ميدان در آنهاست و ثانيا رصد نشدن اين ذرات تا به امروز بوده است.

همچنين تعريف اسپين اين ذرات هم كار مشكلي به نظر مي رسد.

اگر مقدار بار را در معادلات گاس (Gauss) و فارادي (Faraday) كه هركدام از معادلات ماكسول (Maxwell) بهره مي برند مجهول قرار دهيم مقدار آن صفر به نظر خواهد رسيد. خود اين موضوع براي پذيرش سخت است. زيرا ذرات زيراتمي (حتي كوارك ها كه نوترون خنثي را تشكيل مي دهند) داراي بار هستند.

امروزه در نسبيت براي اثبات اينكه نيروي ميادين مغناطيسي از ديگر نيروها متفاوت است از تبديلات لورنتز (Lorentz Transformations) استفاده مي كنيم.

اما براي آشكارسازي اين ذرات بايد تنها از راه نسبيت وارد شويم.

از معدود افرادي كه مي خواست اين كار را كند ديراك بود.

ديراك قصد داشت با معادلات كوانتومي ديدي كاملا نسبيتي از الكترومغناطيس بدست بياورد.

او در سال 1931 نشان داد بدين منظور نمي توان از مكانيك كوانتومي استفاده كرد زيرا اثبات كرد كه حتي اگر تك قطبي مغناطيسي در دنيا وجود داشته باشد بايد داراي بار كوانتيده (Quantized) شود.

براي اين منظور بايد واحدي نيز مي بود. ديراك با نگاهي جديد سعي در شكافت مساله كرد و با انجام اعمال بسيار پيچيده در رياضي و با استفاده از تابع دلتا (تابع ديراك) دريافت كه واحد بار كوانتيده بايد عكس واحد بنيادين بار الكتريكي باشد.

ديراك در تمام اين محاسبات ذره ي فرضي را الكترون در نظر گرفته بود و لازم بود كه فضا-زمان را از يكديگر باز كنيم.

ديراك براي اين كار ريسمان ديراك (Dirac String) را بوجود آورد. رفتار اين ريسمان تقريبا همانند سيم پيچ در اثر آهارونوف – بوم (Aharonov-Bohm Effect) بود.

اثر مذكور تاثير بار بر ميادين مغناطيسي را در غياب ذره در ميدان بررسي مي كند.



به دليل بيان تمام اين مطالب جديد تئوري هاي ديگري كه در راس آنها تئوري شاخص (Gauge Theory) قرار داشت سعي در شناخت ساده تر بار كوانتيده كردند.

در سري تئوري هاي شاخص نيز فرضيه اي كه از همه بيشتر مورد توجه قرار گرفت در مكانيك هيگز (Higgs Mechanism) اين موضوع را بررسي مي كرد و تك قطبي هوفتپولياكوف (Hooft-Polyakov Monopole) نام داشت. ويژگي قابل توجهي كه اين مدل داشت نقطه اي نبودن بررسي آن بود. به اين معنا كه ديگر ذره ي خاصي مثل الكترون ديراك را مدنظر نداشت.

در واقع اين مدل ديگر محدود به پراكندگي ايده آل لورنتز نبود.

همچنين در مدل ديراك از معادله ي ديراك استفاده شده بود كه ذره را به حركت الكتروني محدود مي كرد.

در معادله ي ديراك الكترون پس از يك چرخش به نقطه ي اول خود مي رسد در صورتيكه مشخص نبود اين ذرات تك قطبي چه نوع اسپيني دارد!

حال گفته بوديم براي بررسي مدل ديراك بايد فضا-زمان را از هم باز كنيم.

توپولوژي (Topology) فضا-زمان در حالت معمول R4 مي باشد. اگر زمان را از آن حذف كنيم تقريبا مسئله هم ارز با هوموتوپي (Homotopy) خواهد شد و توپولوژي آن برابر با كره (S2) خواهد بود.

لازم به ذكر است كه در توپولوژي هوموتوپي دو تابع پيوسته است كه از يك فضاي توپولوژي به فضاي ديگري مي رود.

تئوري شاخص با اين محاسبات نشان مي دهد كه تك قطبي ديراك الزاما نبايد داراي بار كوانتيده باشد.

اگرچه اين تئوري مسائل را در قالب يك گروه واحد (ماتريس واحد n x n) بررسي مي كند كه اين نوع بررسي بايد الزاما جدا از توپولوژي كره باشد. اين بدان معناست كه گروه واحد U(1) در Gauge Theory اصلا مماس بر كره نيست كه توپولوژي برابري با آن داشته باشد و توپولوژي در كل اتصال و به همرسي فضاها در هندسه را بررسي مي كند.

اين خود يك خلا بزرگ بود. زيرا پيش بيني ديراك در مورد بار كوانتيده اصلا درست توجيه نمي شد.

اما در سالهاي بعد و با بدست آوردن مقدار تقريبا صفر براي يك تك قطبي از معادلات گاس و فارادي اين تئوري ارزش خود را دوباره پيدا كرد.

بعد از مدتي تئوري هاي شاخص و كوانتومي سعي كردند كه با يكديگر يك تئوري واحد را بيان كنند و به همين ترتيب GUT بيان شد. اين تئوري ذراتي را به نام ديون (Dyon) معرفي مي كند كه هم زمان هم بار الكتريكي دارند و هم بار مغناطيسي. طبق اين مدل تك قطبي مغناطيسي ذره اي است كه بار الكتريكي صفر و عدد لپتوني يك دارد.

اين بدان معناست كه تك قطبي مغناطيسي مانند الكترون نبايد واپاشي داشته باشد و تجزيه شود.

همچنين اين مدل طبق معادلات فريدمان (Freidmann Equations) بيان مي كند چگالي ذرات تك قطبي در دنياي ما حدودا بايد 1011 برابر چگالي چرخشي (Critical Density) باشد. بنابراين بايد به طور متداول در دنياي ما قابل رصد باشند. (در بين هر 1029 ذره يك تك قطبي بايد ديده شود).

گرچه پيش بيني مي شود اين ذرات ارتباط زيادي با X Bosons و Y Bosons داشته باشند و محدوده ي جرم آنها در آزمايشات 600 (Gev/C2) تا 1017 (Gev/C2) تعيين شده است اما از آنجا كه ايجاد اين نوع از بوزون ها حتي در CERN به دليل جرم زيادشان امكان ناپذير مي باشد هنوز اين ايده در حد يك فرض مانده است.

اما دانشمندان در تلاش هستند كه اين نوع بوزون ها را در توجيه واپاشي پروتون به كار گيرند. اين ايده ها در صورتي ببان شده اند كه در سال هاي اخير در ژاپن توانسته اند نيمه عمر تقريبي پروتون منفرد را 1035 سال پيش بيني كنند كه اين نتيجه عملا ورود اين بوزون ها را به مسئله نقض مي كند.

گرچه تا به حال ذره اي تك قطبي مشاهده نشده است و دقيقا بر همين مبنا مدل هاي كيهان شناسي پيش بيني مي كنند كه اين ذرات بعد از بيگ بنگ تنها بايد تعداد كمي را شامل شوند!

اگر اين مدل را بخواهيم بپذيريم بايد نتيجه ي آزمايشات را به دو نوع بوزون مذكور ربط دهيم كه تك قطبي ها را محدود به اجرام بسيار بالا مي كند!



ديدگاه VMR-PCR:


در "مدل كيهاني VMR-PCR" بيان كرديم كه اين نظريه تمام عالم را به دو ذره يكي بوزون و ديگري فرميون مرتبط مي كند و اين ذرات را تك قطبي و مكمل يكديگر مي خواند.

اين دو ذره در مركز عالم وجود دارند و داراي جرم زيادي متمركز در خود مي باشند (كه اين جرم و چگالي زياد باعث بيگ بنگ شده است).

از آنجاييكه دنيا در حال انبساط است پس هنوز جرم متمركز در مركز دنيا بايد مقدار عظيمي باشد.

تمام اين جرم را نمي توان به آن دو ذره مرتبط كرد اما گفتيم كه همواره مقدار اختلاف بين نيروي دافعه ي خلا و ماده ناچيز است.

همچنين اينكه تنها دو ذره موجود باشد يا اين خود نيز نياز به بررسي و تجربه ي بيشتري است. اما اينكه چرا اين ذرات در دنيا منتشر شده نيستند تنها مي توانند يك جواب داشته باشد:

مقدار ذرات تك قطبي هميشه در مركز دنيا ثابت است و در موقعيتي قرار دارد كه وقتي نوبت به انتشار آنها مي رسد جرم متمركز در مركز آنقدر كم است كه دافعه ي خلا شروع به منقبض كردن دنيا مي كند.

اما اين مدل در هر حال مي تواند مسئله ي انتشار نيافتن اين ذرات در دنيا را توجيه كند.

تنها تفاوتي كه نمي گذارد اين مدل نظر دانشمندان را تاييد كند اين مسئله است كه مدل VMR-PCR به جاي دو بوزون X و Y يك بوزون و يك فرميون را پيشنهاد مي كند. (X Boson – Y Fermion).



اينكه بار و ديگر پارامترها در اين ذرات بايد كوانتيده باشد از نظر VMR-PCR كاملا صحيح است.

زيرا در "مدل ديناميك و مكانيك VMR-PCR" بيان كرديم كه كوانتوم در همرسي قطرهاي ذوزنقه هاي ايجاد شده تعريف مي شود و مركز دنيا خود راس مثلث است. پس هرچيزي كه در آنجاست بايد كوانتيده باشد.

اما مسلما بار الكتريكي براي يك ذره ي تك قطبي وجود ندارد. زيرا شارش بايد بين دو منبع غيرهمنام صورت گيرد.

چگونه بار الكتريكي در يك ذره ي منفرد تك قطبي شارش كند؟

اما بالعكس در اين مدل براي مقدار بار مغناطيسي بي نهايت پيش بيني شده زيرا همانطور كه در مدل كيهاني گفتيم قدرت ميدان اجرام سماوي از بيگ بنگ تا به حال پيوسته در حال كاهش بوده است.

اما در لحظات بعد از بيگ بنگ داراي بيشترين قدرت خود بوده اند. اين نشانه ي وجود يك شارژ مغناطيسي در مركز دنياست. بنابراين نبايد قدرت ميدان و بار مغناطيسي اي محدودي داشته باشد.

مشكل ديگري كه بيان كرديم مسئله ي اسپين است.

با فرض اينكه اين دو ذره در كنار يكديگر قرار گيرند و همديگر را مكمل شون مدلي براي چرخش و دوران آنها ايجاد نمي شود. زيرا يكي از آنها فرميون با اسپين نيمه صحيح و ديگري بوزون با اسپين صحيح است.

گفتيم كه مركز دنيا بر راس مثلث در مدل VMR-PCR قرار دارد. به همين دليل زمان سفر در نظر گرفته مي شود.

بر همين مبنا متوجه مي شويم كه سرعت اين ذرات نيز صفر است و الزاما اسپين آنها صفر مي شود.

ولي با يك مثال نتيجه را بهتر بيان مي كنيم.

اگر جرمي با سرعت بي نهايت در حال چرخش به دور خود باشد آيا ما متوجه مي شويم كه در حال چرخش است؟

ثابت به نظر مي رسد. زيرا در هر لحظه هر نقطه اي از آن در همه جا وجود دارد.

اين خيلي بعيد است كه با چگالي زياد مركز دنيا چرخشي براي آن نداشته باشيم.

سرعت نهايت در VMR-PCR همان C2 است. بنابراين اينگونه اسپين هم بايد در نهايت خود باشد.

مقدار آن مشخص نيست. زيرا دلايل واضحي براي تعيين آن نداريم اما هرچه هست در نهايت است.

بنابراين آن را بي نهايت مي ناميم.

اين مدل ديگر جاي سوالي را باقي نمي گذارد.

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 17:13 | لینک ثابت |




در نظريه ي ريسمان به جاي اينكه هر ذره را مستقل در نظر بگيريم به صورت رشته اي پيوسته با شكلهاي مختلف درنظر ميگيريم , مثلا الكترون را مي توان مانند يك النگو رشته اي بدانيم كه دو سرش بهم گره خورده و حلقه دايره اي تشكيل داده است. علت بوجود آمدن اين نظريه اين بود كه گرانش با كوانتوم مشكل دارد. حتماٌ مي دانيد در دنياي ما چهار نيروي اصلي بنامهاي الكترومغناطيسي، هسته اي قوي، هسته اي ضعيف و گرانشي وجود دارد. سه نيروي اول به ترتيب مي توانند با هم در انرژيهاي بالا متحد شوند و يك نظريه واحد داشته باشند. يعني انشعاباتي از يك نظريه ي اصلي باشند. اصطلاحاٌ مي گويند اين سه نظريه در انرژيهاي بالا تقارن دارند و در انرژيهاي معمولي دچار شكست خودبخودي تقارن مي شوند. اما چهارمين نيروي اصلي يعني گرانش دو مشكل اساسي دارد. يكي وحدت نيافتن با سه نيروي ديگر و ديگر اينكه اگر ذرات را نقطه اي در نظر بگيريم، سطح مقطع برهم كنش نيروي گرانشي بين دو ذره ي نقطه اي كه بهم نزديك مي شوند طبق نظريه ي كوانتومي بي نهايت بدست مي آيد. از اينرو ذرات بصورت ريسمانهاي يك بعدي در نظر گرفته شدند. مثلا الكترون يا كواركها همگي ريسمانهاي بسته و حلقوي با شكلهاي مختلفند. در اين تصورجديد، ديگر برهم كنش ذرات در زمان و مكان خاص رخ نمي دهد بلكه شما دو حلقه داريد كه در فضا بهم نزديك مي شوند و با عكسبرداي تخيلي يك پوسته به شكل شلنگ نمايش داده مي شود. مثل اينكه دو شلنگ بهم برخورد كرده باشند و دو شلنگ جديد بوجود آورده باشند. در اين نظريه هم وحدت ميسر است و هم بينهايتهاي گرانش كوانتومي برطرف مي شود.

نظريه ي ريسمان ادعا مي كند كه دنياي ما 10 بعديست. يعني 9 بعد مكاني و يك بعد زماني دارد. اين برخلاف تجربيات ماست. يعني ما فكر مي كنيم كه در دنيايي با سه بعد مكاني و يك بعد زماني زندگي مي كنيم. به همين دليل توجيه مي كند كه 6 بعد اضافي در واقع در دنياي ما وجود دارند ولي فشرده شده اند. فشرده شدن يعني اينكه مثلا شما يك شلنگ را از فاصله ي دور بصورت يك بعدي مي بينيد اما از نزديك بصورت يك استوانه ي دو بعدي. در نظريه ي ريسمان اشكالاتي هم وجود دارد. مثلا تمام جوابهايي كه براي ريسمانهاي موجود در ابعاد R بدست مي آيد در ابعاد R-1 هم بدست مي آيد. يعني اصطلاحا ابعاد بزرگ و كوچك خواص مثل هم دارند كه بطور بديهي غلط است. و اينكه ما مي دانيم كه دما حداقل دارد ولي نظريه ي ريسمان مي گويد علاوه بر اين حداقل دمايي، يك حداكثر هم وجود دارد به اندازه ي 1032 سانتيگراد.

براي اطلاعات كامل تر مي توانيد به مقالات زير مراجعه فرمائيد :

1)
دكتر كامران وفا (استاد دانشگاه هاروارد آمريكا) در مجله ي فيزيك سال 1371 به شماره ي 4 سال 10 زمستان تحت عنوان: مروري بر فيزيك ذرات.

2)
مقالات سخنراني دكتر تهوفت (برنده ي جايزه ي نوبل فيزيك سال فكر كنم 97) درسايت نوبل .

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 17:11 | لینک ثابت |


نانوتكنولوژي چيست؟ نانوتكنولوژي توليد كارآمد مواد و دستگاهها و سيستمها با كنترل ماده در مقياس طولي نانومتر، و بهره برداري از خواص و پديده هاي نوظهوري است كه در مقياس نانو توسعه يافته اند.

يك نانومتر چقدر است؟ يك نانومتر يك ميلياردم متر (9-m 10) است. اين مقدار حدوداً چهار برابر قطر يك اتم است. مكعبي با ابعاد 5/2 نانومتر ممكن است حدود 1000 اتم را شامل شود. كوچكترين IC هاي امروزي با ابعادي در حدود 250 نانومتر در هر لايه به ارتفاع يك اتم، حدود يك ميليون اتم را در بردارند. در مقايسه يك جسم نانومتري با اندازه اي حدود 10 نانومتر، هزار برابر كوچكتر از قطر يك موي انسان است.

امكان مهندسي در مقياس مولكولي براي اولين بار توسط ريچارد فاينمن (R.Feynnman)، برنده جايزه نوبل فيزيك، مطرح شد. فين من طي يك سخنراني در انستيتو تكنولوژي كاليفرنيا در سال 1959 اشاره كرد كه اصول و مباني فيزيك امكان ساخت اتم به اتم چيز ها را رد نمي كند. وي اظهار داشت كه مي توان با استفاده از ماشين هاي كوچك ماشين هايي به مراتب كوچك تر ساخت و سپس اين كاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همين عبارت هاي افسانه وار فاينمن من راهگشاي يكي از جذاب ترين زمينه هاي نانو تكنولوژي يعني ساخت روبوت هايي در مقياس نانو شد. در واقع تصور در اختيار داشتن لشكري از نانوماشين هايي در ابعاد ميكروب كه هر كدام تحت فرمان يك پردازنده مركزي هستند ، هر دانشمندي را به وجد مي آورد. در روياي دانشمنداني مثل جي استورس هال (J.Storrs Hall) و اريك دركسلر (E.Drexler) اين روبوت ها يا ماشين هاي مونتاژكن كوچك تحت فرمان پردازنده مركزي به هر شكل دلخواهي درمي آيند. شايد در آينده اي نه چندان دور بتوانيد به كمك اجراي برنامه اي در كامپيوتر، تختخوابتان را تبديل به اتومبيل كنيد و با آن به محل كارتان برويد.

چرا اين مقياس طول اينقدر مهم است؟ خواص موجي شكل (مكانيك كوآنتمي) الكترونهاي داخل ماده و اثر متقابل اتمها با يكديگر از جابجايي مواد در مقياس نانومتر اثر مي پذيرند. با توليد ساختارهايي در مقياس نانومتر، امكان كنترل خواص ذاتي مواد ازجمله دماي ذوب، خواص مغناطيسي، ظرفيت بار و حتي رنگ مواد بدون تغيير در تركيب شيميايي بوجود مي آيد. استفاده از اين پتانسيل به محصولات و تكنولوژيهاي جديدي با كارايي بالا منتهي مي شود كه پيش از اين ميسر نبود. نظام سيستماتيك ماده در مقياس نانومتري، كليدي براي سيستمهاي بيولوژيكي است. نانوتكنولوژي به ما اجازه مي دهد تا اجزاء و تركيبات را داخل سلولها قرارداده و مواد جديدي را با استفاده از روشهاي جديد خود_اسمبلي بسازيم. در روش خود_اسمبلي به هيچ روبات يا ابزار ديگري براي سرهم كردن اجزاء نيازي نيست. اين تركيب پرقدرت علم مواد و بيوتكنولوژي به فرايندها و صنايع جديدي منتهي خواهد شد.

ساختارهايي در مقياس نانو مانند نانوذرات و نانولايه ها داراي نسبت سطح به حجم بالايي هستند كه آنها را براي استفاده در مواد كامپوزيت، واكنشهاي شيميايي، تهيه دارو و ذخيرة انرژي ايده ال مي سازد. سراميك هاي نانوساختاري غالباً سخت تر و غيرشكننده تر از مشابه مقياس ميكروني خود هستند. كاتاليزورهاي مقياس نانو راندمان واكنشهاي شيميايي و احتراق را افزايش داده و به ميزان چشمگيري از مواد زائد و آلودگي آن كم مي كنند. وسايل الكترونيكي جديد، مدارهاي كوچكتر و سريعتر وبا مصرف خيلي كمتر مي توانند با كنترل واكنش ها در نانوساختار بطور همزمان بدست آيند. اينها تنها اندكي از فوايد و مزاياي تهيه مواد در مقياس نانومتر است.

منافع نانوتكنولوژي چيست؟ مفهوم جديد نانوتكنولوژي آنقدر گسترده و ناشناخته است كه ممكن است روي علم و تكنولوژي در مسيرهاي غيرقابل پيش بيني تأثير بگذارد. محصولات موجود نانوتكنولوژي عبارتند از: لاستيكهاي مقاوم در برابر سايش كه از تركيب ذرات خاك رس با پليمرها بدست آمده اند، شيشه هايي كه خودبخود تميز ميشوند, مواد دارويي كه در مقياس نانو ذرات درست شده اند،ذرات مغناطيسي باهوش براي پمپهاي مكنده و روان سازها, هد ديسكهاي ليزري و مغناطيسي كه با كنترل دقيق ضخامت لايه ها از كيفيت بالاتري برخوردارند، چاپگرهاي عالي با استفاده از نانو ذرات با بهترين خواص جوهر و رنگ دانه و

قابليتهاي محتمل تكنيكي نانوتكنولوژي عبارتند از :

1-
محصولات خوداسمبل

2-
كامپيوترهايي با سرعت ميلياردها برابر كامپيوترهاي امروزي

3-
اختراعات بسيار جديد ( كه امروزه ناممكن است)

4-
سفرهاي فضايي امن و مقرون به صرفه

5-
نانوتكنولوژي پزشكي كه درواقع باعث ختم تقريبي بيماريها، سالخوردگي و مرگ و مير خواهد شد.

6-
دستيابي به تحصيلات عالي براي همه بچه‌هاي دنيا

7-
احياء و سازماندهي اراضي

8- ...

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 17:10 | لینک ثابت |

موجهای رادیو
موجهای رادیویی یک فرمی از اشعه الکترومغناطیس هستند و بوجود می آیند. وقتی یک شارژ الکتریکی موضوع شتاب با یک فرکانس که در فرکانس رادیو قرار دارد و قسمتی از طیف الکترومغناطیسی است. این یک تیررس از مقداری هرتز در برابر مقداری گیگا هرتز. اشعه الکترومغناطیس (تکثیر) حرکت می‌کنند توسط نوسان الکتریکی و زمینه‌های مغناطیسی که از هوا و خلاء فضا بخوبی عبور می‌کند و نیاز به وسیله برای حرکت و جابجایی ندارد.

توسط تفاضل ، دیگر اشعه‌های الکترومغناطیسی با فرکانسهای بیشتر از RF اشعه گاما ، اشعه ایکس و مادون قرمز ، ماورای بنفش و روشنایی قابل دیدن هستند. وقتی موجهای رادیو از یک سیم عبور می‌کنند، نوسان الکتریکی آنها یا زمینه مغناطیسی (بستگی به جنس سیم دارد) که ولتاژ را زیاد می‌کند، که این می‌تواند به صدا یا علامتهای دیگر که حاوی اطلاعات هستند تغییر فرم دهد. با وجود اینکه کلمه رادیو برای توضیح این پدیده بکار می‌رود، وسایل ارتباطی که ما می‌شناسیم تلویزیون ، رادیو ، رادار و موبایل ، همه در زیر مجموعه فرکانسهای رادیو قرار دارند.



رادیو - طیف مغناطیسی
کشف
پایه تئوریک تکثیر موجهای الکترومغناطیس ابتدا در سال 1873م توسط جیمز کلرک ماکسول شرح داده شد، در مقاله‌اش به جامعه اشرافی تئوری حرکتی زمینه الکترومغناطیس که موضوع کار او در بین سالهای 1861م و 1865م بود. هیزیچ رادولف هرتز بین سالهای 1886م و 1888م بود که تئوری ماکسول را نقض کرد و نشان داد که اشعه رادیو تمام جزئیات موجها را دارا می‌باشد (امروزه هرتزین نامیده می‌شود) و کشف کرد که معادله الکترومغناطیس می‌تواند با معادله متفاوتی دوباره فرمول نویسی شود.



کاربردها
استفاده‌های اولیه آن بیشتر در نیروی دریایی بود، برای فرستادن پیامهای که مورس بین کشتی و خشکی بکار می‌رفت. امروزه ، رادیو شکلهای متعددی دارد، شامل سیستم بی‌سیم ، ارتباط همراه در انواع گوناگون ، به خوبی رادیو صدا. قبل از اختراع تلویزیون ، رادیو فقط شامل اخبار و موسیقی نبود، بلکه قصه‌ها ، طنزها ، شوهای مختلف ، و فرم بسیاری از نمایش را دارا بود. رادیو در بین نمایشهای دراماتیک بی‌نظیر بود زیرا فقط از صدا استفاده می‌شد. استفاده‌های متعددی از رادیو وجود دارد:
صوتی
موج رادیو که صحبتها و موزیک را در یک فرکانس متوسط می‌فرستد، رادیوی از دامنه متغیر استفاده می‌کند. در حالی صداهای بلند در میکروفن سبب نوسان بیشتری در قدرت نمایش می‌شود در حالی که فرکانس نمایش بدون تغییر باقی می‌ماند. نمایشها توسط آمار مورد تأثیر قرار می‌گیرند، زیرا روشنایی و منابع دیگر رادیو موجهای رادیویی خود را به یکی از نمایش دهنده‌ها اضافه می‌کند. موج رادیو که صحبت و موزیک می‌فرستد، با توانایی بیشتر نسبت به در تغییر فرکانس ، صداهای بلند در میکروفن باعث می‌شود تا فرکانس نمایشگر نوسان بیشتری داشته باشد و قدرت نمایشگر بی‌تغییر باقی می‌ماند.

در فرکانس بسیار بالا نمایش داده می شود. به فضای فرکانس رادیویی بیشتری نیاز دارد و در فرکانس بالا فرکانسهای بیشتری قابل دسترس می‌باشند، بنابراین جایگاههای زیادی وجود دارد که هر کدام حاوی اطلاعاتی می‌باشند. موضوع دیگر این است که موجهای کوتاه رادیو خیلی بهتر عمل می‌کنند، که در یک خط مستقیم سیر می‌کنند که بازتابی نسبت به زمین ندارند توسط (یونسفر) که در یک تیر رس دریافت کوتاهتری نتیجه می‌شود. دریافت کننده‌های به صورت افکت متمرکز قرار می‌گیرند، که سبب می‌شوند که رادیو فقط سیگنالهای قوی را وقتی سیگنالهای زیادی روی یک فرکانس قرار می‌گیرد، دریافت کنند.

سرویسهای سیگنالهای دوگانه هستند که «روی شانه» را نشان می‌دادند که در مدت طولانی با یک برنامه مهم طول کشید. سرویس دهنده‌های مخصوص نیاز به بکارگیری و بهره برداری از این سرویسها دارند. کانالهای مشابه ممکن است بصورت برنامه‌های متصل باقی بمانند، مثل خواندن سرویسها برای نابینایان ، موزیک پشت صحنه یا سیگنالهای صدای استدیو. در بعضی مناطق شهری بسیار شلوغ ، برنامه‌های این کانال ممکن است بصورت برنامه رادیویی زبان خارجی متناوب باشد برای گروهها و اقشار مختلف.

رادیوی صدای هوانوردی از رادیو استفاده می‌کند، بنابراین ایستگاههای مختلف روی یک کانال را می‌توان دریافت کرد. (این امر باعث می‌شود تا ایستگاههای قویتر مانع از دریافت ایستگاههای ضعیفتر شوند، با توجه به افکت متمرکز بشقاب پرنده اغلب بسیار بالا است که رادیوی آن می‌تواند صدها مایل را بخوبی ببیند، با اینکه آنها از استفاده می کنند. رادیوی نیروی دریایی یا دریانوردها می‌توانند از موج کوتاه و فرکانس بالا استفاده کنند. اسپکتروم رادیو برای هر تیررس رادیو یا رادیو برای تیررسهای خیلی کمتر استفاده می‌شود.

دولتمردان ، پلیس ، سرویسهای صدای آتش یا تجاری از نوار در یک فرکانس مخصوص استفاده می‌کنند. کیفیت عالی برای استفاده از تیررس کمتر از فرکانسهای رادیو قربانی شده است، معمولا پنج کیلو هرتز (پنج هزار دور در هر ثانیه) برای فشار بالا ، بیشتر از 75 که توسط موج تا 25 که تلویزیون از آن استفاده می‌کند. نظامی و غیر نظامی (فرکانس بالا) برای سرویس صدا از موج کوتاه رادیو برای ارتباط کشتیها استفاده می‌کنند. بیشترین از کانال تنها از صدای استفاده می‌کنند. صداهای مثل اردکها در رادیو صدا می‌آورد. سیگنال نشان می‌دهد قدرت را هر جایی را که فرکانسهای صدا به فرکانس اصلی رادیو اضافه می‌شود، این نمایشگر را سه برابر قویتر می‌سازد، زیرا این نیازی به نمایش کانال بی‌استفاده ندارد.

رادیوی بین شهری خشکی یک سیستم تلفن همراه دیجیتالی برای نظام می‌باشد، پلیس و آمبولانسها. سرویسهای تجاری مثل رادیو ماهواره سیریوس رادیو ماهواره دیجیتالی را ساماندهی می‌دهد.



تلفنی
تلفن همراه به رادیوی همراه محلی نمایش می‌دهد، که به برنامه تلفنی سرویس عمومی متصل می‌شود. وقتی تلفن منطقه رادیوی همراه را ترک می‌کند، کامپیوتر مرکزی تلفن را به حالت جدیدی درمی‌آورد. تلفنهای همراه عموما امروزه از کدهای دیجیتال مختلف استفاده می‌کنند. تلفنهای ماهواره‌ای به دو دسته تقسیم می‌شوند: اینمار تست و ایریدیوم تست. هر دو نوع کل جهان را پوشش می‌دهند. اینمارتست از ماهواره‌های هماهنگ زمینی استفاده می‌کند، با هدف آنتنهایی یا قدرت دریافت بالا در وسایل نقلیه. ایریدیوم تلفنهای همراه را فراهم می‌کند، غیر از ماهواره‌هایی که روی مدار قرار دارند.
ویدئو
تلویزیون مثل تصویر می‌فرستد و مثل صدا می‌فرستد، بر روی یک سیگنال رادیویی. تلویزیون دیجیتال سر بیت را کد گذاری می‌کند که برابر هشت قدرت سیگنال می‌باشد. بیتها پیغامها و دستورات را می‌فرستند، برای کمتر کردن صداهای ناهنجار رادیویی. یک تصحیح کننده اشتباه رید - سولومون می‌گذارند تا دریافت کننده اشتباهات را در اطلاعات پیدا و رفع کند. با وجود اینکه بیشتر اطلاعات باید فرستاده شوند، ولی استانداردش استفاده از برای ویدئو می‌باشد و پنج کیفیت سی دی (6601) کانالهای دیجیتالی (مرکز ، چپ ، راست ، چپ عقب ، راست عقب) می‌باشد.
هدایت کشتی
تمام ماهواره‌های هدایت کشتی با این سیستم از ماهواره با زمان دقیق استفاده می‌کنند. ماهواره موقعیت خود را نشان می‌دهد و حتی زمان و ساعت نمایش را اعلام می‌کند. دریافت کننده به چهار ماهواره گوش می‌دهد و می‌تواند موقعیتهای آنان را اعلام کند که بر روی یک خط که باید مماس بر صدف کروی شکل که دور هر ماهواره است باشد و باید از ساعت پرواز سیگنالهای رادیو از ماهواره مطمئن باشد. یک کامپیوتر در دریافت کننده محاسبات ریاضی انجام می‌دهد.

لوران سیستم ساعت پرواز سیگنالهای رادیو را اعلام می‌کند، ولی از ایستگاه رادیوی روی زمین. سیستم (برای سفینه بکار می‌رود) دو نمایشگر دارد. نمایشگر مستقیم جستجو می‌کند یا سیگنالهای این را می‌چرخاند مثل یک خانه روشن بر روی یک اندازه ثابت. وقتی که نمایشگر مستقیم رو به شمال باشد، نمایشگر چند وجهی پالس می‌کند، سفینه می‌تواند از این دو بخواند و موقعیتش را بگوید و بر روی بخشی از این دو پرتو معلوم کند. پیدایشگر مستقیم رادیو قدیمیترین فرم رادیوی هدایت کشتی می‌باشد. قبل از سال1960 هدایت کننده‌ها از دورهای آنتن متحرک برای معلوم کردن محل نزدیک شهر استفاده می‌کردند. در بعضی موارد آنها از هدایتگرهای دریایی استفاده می‌کردند، که یک اندازه از فرکانسهای فقط بالای رادیویی با کارفرماهای آماتور رادیو نشان می‌داد.



رادار
رادار چیزها را در فاصله‌های دور و معلوم کردن موقعیت امواج رادیویی آنها پیدا می‌کند. تأخیر باعث می‌شود که اکو فاصله را اندازه گیری کند. هدایت پرتو هدایت بازتاب را قطبی می‌کند. قطبی شدن و فرکانس برگشت می‌تواند انواع سطح را معلوم کند. رادارهای هدایت یک منطقه وسیع را دو یا چهار بار در دقیقه جستجو می‌کند. آنها از امواج کوتاهی که از زمین و سنگ بازتاب می‌کند استفاده می‌کنند و این هدایتگرها در کشتیهای تجاری یا خصوصی و سفینه‌های خصوصی با فاصله زیاد معمول می‌باشد.

هدف اصلی و عمومی این است که رادارها عموما از فرکانسهای رادار هدایتگر استفاده می‌کنند، ولی پالس را تنظیم و قطبی می‌کنند. بنابراین دریافت کننده از نوع سطح بازتاب کننده مطلع می‌شود. بهترین مورد استفاده که رادارها باران طوفانهای سنگین را تشخیص می‌دهد، بخوبی زمین و وسایل نقلیه ، بعضیها می‌توانند اطلاعات صوتی را روی هم بیاندازند و اطلاعات را از موقعیت بدهند. رادارهای ردیاب یک منطقه وسیع را با موجهای رادیویی کوتاه جستجو می‌کند. آنها معمولا 2 یا 4 بار در دقیقه این جستجو را ادامه می‌دهند. بعضی اوقات رادارهای جستجوگر از افکت دوپلر برای جداکردن وسایل نقلیه از شلوغی و سر و صدا استفاده می‌کنند.

رادارهای هدفدار از یک مدیریت استفاده می‌کنند، به عنوان جستجوی رادار ، ولی مناطق بسیار کوچکتر را جستجو می‌کنند، معمولا چندین بار در ثانیه یا بیشتر این کار را انجام می‌دهند. رادارهای هواشناسی همانند رادارهای جستجوگر کار می‌کنند، ولی از امواج رادیو با قطبیت کروی و یک موج دراز برای بازتاب از آب استفاده می‌کنند. بعضی رادارهای هواشناسی ازپدیده دوپلر برای اندازه گیری سرعت باد استفاده می‌کنند.
سرویسهای ضروری
آژیر نجات دهنده نمایشگر موقعیت ضروری ، نمایشگر محل ضرورت یا آژیر محل شخصی یک نمایشگر رادیوی کوچک هستند که ماهواره‌ها می‌توانند استفاده کنند تا محل شخصی یا ماشینی که به کمک احتیاج دارد را تعیین کنند. هدف آنها کمک کردن به مردم در روز اول می‌باشد، وقتی که جستجو خیلی طول بکشد. انواع مختلفی وجود دارد، با نمایشگر و نمایش زیاد و مختلف ، اطلاعات رادیوی دیجیتال قدیمیترین فرم رادیوی دیجیتال مدل تلگرافی بود که توسط پیشینیان مثل مارکونی استفاده می‌شود. با فشار یک دگمه ، اپراتور می‌توانست پیغام را بفرستد کد مورس.

مبدل چرخشی یک صدایی را دریافت کننده تولید می‌کرد، جایی که سوراخ سوزنی یک صدای هیس را بوجود می‌آورد، فرم قابل مقایسه. سوراخ سوزنی نمایشگر امروزه غیر قانونی به شمار می‌رود، زیرا نمایشگر آنها چند صد مگا هرتز مصرف دارند. این بسیار اصراف هم در فرکانس رادیو و هم در قدرت و نیروی رادیو به شمار می‌رود. پیشرفت بعدی یا گام بعدی امواج متداول تلگرافی بودند، وقتی که فرکانس رادیو ، توسط تیوب خلاء نوسانگر الکترونیکی روشن و خاموش می‌شد با یک کلمه. یک دریافت کننده با یک نوسانگر محلی باید با فرکانس رادیو هیتروداین می‌شدند. کمتر از 100 مصرف داشت، هنوز استفاده می‌شوند، امروزه مقدما با کارفرماهای رادیویی آماتور استفاده می‌شود.

تلتایپ رادیو معمولا روی موج کوتاه عمل می‌کند و نظامیان به آن علاقه زیادی دارند. زیرا آنها اطلاعات نوشته شده را بدون یک اپراتور استاد انجام می‌دهند. آنها یک بیت را در یک یا دو صدا می‌فرستند. گروههای پنج یا هفت بیتی شخصیتی می‌شوند که توسط تلتایپ چاپ می‌شوند. از سالهای 1975 تا1925، از تلتایپ برای فرستادن پیغامهای خصوصی یا تجاری به کشورهای توسعه نیافته استفاده می‌شد، که اینها همچنان توسط نظام یا گروه هواشناسی استفاده می‌شد.

سفینه هوایی از 1200 باود سرویس بر برای فرستادن پیامهایشان استفاده می‌کنند، جایگاه و موقعیت و اطلاعاتی را توسط ارتباط در هوا دریافت می‌کنند. بشقابهای مایکرو ویو در ماهواره‌ها ، مبادله‌های تلفن و ایستگاههای تلویزیون از تنظیم دامنه دو وجهی استفاده می‌کنند. اطلاعاتی را توسط تعویض مرحله و دامنه سیگنالهای رادیو می‌فرستد. معمولا بیتها بصورت «ساختمان (منظم)» فرستاده می‌شوند که تکرار شوند. یک بیت مخصوص برای تعیین محل شروع یک ساختمان بکار می‌رود.
گرمایش
اجاق مایکرو ویو امواج رادیو را بیشتر می‌کند تا غذا را گرم کند. (یادداشت: درک نکردن آن متداول است که امواج رادیو فرکانس مولکولهای آب را تشدید می‌کنند. فرکانس مایکرو ویو در حدود 10 برابر پایینتر از فرکانس شدید می‌باشد.)
نیروی مکانیکی

*
پرتوهای تراکتور: امواج رادیو نیروی مغناطیسی و الکتروستاتیکهای کوچک را شدت می‌بخشند. اینها برای نشان دادن نگهداری ایستگاه در مرکز ثقل محیط کافی است.
*
نیروی رانش سفینه فضایی: فشار متعدد از تشدید امواج رادیو به عنوان روش نیروی رانش توصیه شده است که برای کاوشگر میان ستاره‌ای که دسته ستاره نامیده می‌شود، بکار رود. از وقتی که امواج طولانی شدند، کاوشگر می‌تواند خیلی سبک باشد و بنابراین شتاب بیشتری را کسب می‌کند اگر به عنوان فضاپیما بود.

دیگر رادیوی آماتور یک سرویس رادیوی عمومی و ضروری می‌باشد که توسط کسی که نیازمندیهایش را خودش ساخت و خریداری کرد. این در مقدار زیاد عمل می‌کند. رادیوهای آماتور از تمام فرمهایی که دهنده استفاده می‌کند، که شامل فرم آزمایشی و جدا می‌باشد. فرمهای زیاد رادیو توسط آماتورهای رادیو پیش قدم شدند و بعدا هم از نظر تجاری بسیار مهم تلقی شدند، که شامل ، باند جدای ، رادیویی جیبی دیجیتال و تکرار کننده ماهواره بود.

*
نمایش پرتوان: تعداد زیادی از برنامه‌ها و نقشه‌ها توصیه کردند که نمایش پرتوان از مایکرو ویو استفاده می‌کند. برای مثال ، قدرت خورشیدی.

*
کنترل از راه دور برای رادیو: استفاده از امواج رادیو برای نمایش اطلاعات کنترل در یک شی دور که در فرمهای اولیه پرانه هدایت شده بود، کنترلهای اولیه تلویزیون و مدلهای آن ، ماشین کنترل کننده رادیو و هواپیماها بود.

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 17:9 | لینک ثابت |

ليزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation
می باشد و به معنای تقويت نور توسط تشعشع تحريک شده است.
اولين ليزر جهان توسط تئودور مايمن اختراع گرذيد و از ياقوت در ان استفاده شده بود
در سال 1962 پرو فسور علی جوان اولين ليزر گازی را به جهانيان معرفی نمود وبعدها
نوع سوم و چهارم ليزرها که ليزرهای مايع ونيمه رسانا بودند اختراع شدند.در
سال ۱۹۶۷ فرانسويان توسط اشعه ليزر ايستگاههای زمينیشان دو ماهواره خود
را در فضا تعقيب کردند بدين ترتيب ليزر بسيار کار بردی به نظر امد.
نوری که توسط ليزر گسيل می گردد در يک سو و بسيار پر انرژی و درخشنده است
که قدرت نفوذ بالايی نيز دارد بطوريکه در الماس فرو ميرود . امروزه استفاده از ليزر
در صنعت بعنوان جوش اورنده فلزات و بعنوان چاقوی جراحی بدون درد در پزشکی
بسيار متداول است.

ليزرها سه قسمت اصلی دارند:
1-
پمپ انرژی يا چشمه انرژی: که ممکن است اين پمپ اپتيکی يا شيميا يي و
ياحتی يک ليزر ديگر باشد.
2-
ماده پايه و فعال که نام گذاری ليزر بواسطه ماده فعال صو رت می گيرد.
3-
مشدد کننده اپتيکی : شامل دو اينه بازتابنده کلی و جزئی می باشد.

طرز کار يک ليزر ياقوتی:
پمپ انرژی در اين ليزر از نوع اپتيکی ميباشد ويک لامپ مارپيچی تخليه است
(flash tube)
که بدور کريستال ياقوت مدادی شکلی پیچيده شده(ruby) کريستال
ياقوت ناخالص است و ماده فعال ان اکسيد برم و ماده پايه ان اکسيد الومينم است.
بعد از فعال شدن اين پمپ انرژی کريستال ياقوت نور باران می شود و بعضی از
اتمها را در اثرجذب القايی-stimulated absorption برانگيخته کرده و به ترازهای بالاتر
می برد.
پديده جذب القايی: اتم برانگيخته = اتم+فوتون

با ادامه تشعشع پمپ تعداد اتمهای برانگيخته بيشتر از اتمهای با انرژی کم
ميشود به اصطلاح وارونی جمعیت رخ می دهد طبق قانون جذب و صدور انرژی
پلانک اتمهای برانگيخته توان نگهداری انرژی زيادتر را نداشته و به تراز با انرژی
کم بر ميگردند و انرژی اضافی را به صورت فوتون ازاد می کنند که به اين فرايند
گسيل خودبخودی گفته می شود ولی از انجايی که پمپ اپتيکی مرتب به اتمها
فوتون می تاباند پديده ديگری زودتر اتفاق می افتد که به ان گسيل
القايی-stimulated emission گفته می شود . وقتی يک فوتون به اتم
برانگيخته بتابد ان را تحريک کرده و زودتر به حالت پايه خود بر میگرداند.

گسيل القايی: اتم+دو فوتون = اتم برانگيخته+ فوتون

اين فوتونها دوباره بعضی از اتمها را بر انگيخته ميکنند و واکنش زنجير وار
تکرار می شود. بخشی از نور ها درون کريستال به حرکت در می ايند که
توسط مشددهای اپتيکی درون کريستال برگرداننده می شوند واين نورها
در همان راستای نور اوليه هستد بتدرج با افزايش شدت نور لحظه ای می رسد
که نور ليزر از جفتگر خروجی با روشنایی زياد بطور مستقيم
خارج می شود .





ليزرهاي گازي :
ليزرهاي گازي نوع خاصي از ليزر است كه در آن گازي داخل يك لوله ي شفاف
مثل لامپ مهتابي ميرود. عبور جريان از اين لوله باعث رفت و آمد ِ فوتون مي شود.
اولين نوع اين ليزرها هليم نئون بود. يعني همين ليزرهاي خانگي و مدارس. اين
ليزر ِ ايمن توسط يك ايراني در مؤسسه ي بل به نام دكتر علي جوان اختراع شد.
نوع ديگر ليزر ليزر CO2 است. البته در محفظه ي آن هليوم و مقداري نيتروژن هم
هست. كاز نيتروژن انرژي ِ الكترودها را ذخيره مي كند. پس از برخورد مولكولهاي
نيتروژن به مولكول CO2 اين انرژي انتقال مي يابد. مولكولهاي CO2 برانگيخته
مي شوند. گاز هليوم به انتقال ِ انرژي كمك مي كند. همچنين كمك مي كند تا
مولكولهاي دي اكسيد كربن زودتر به ترازهاي انرژي عادي يا حالت عادي خود برگردند.
اين ليزرها بازده خوبي دارند.

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 17:8 | لینک ثابت |

--از انیشتین پرسیدند : جنگ جهانی سوم باچه تسلیحاتی انجام می شود ؟
میدونیم وجود دارد .گفت:نمیدانم. اما جنگ جهانی پنجم با چوب و سنگ خواهد بود .
--
انیشتین :: دو چیز بی نهایت هستند :جهان و حماقت بشر. من از بی نهایت بودن جهان
مطمئن نیستم .
--
اگر به خاطر توماس آلوا ادیسون نبود الان مجبور بودیم زیر نور شمع تلویزیون نگاه کنیم.
--
ارتعاش : حرکتی است که نمیتواند تصمیم بگیرد به کدام جهت برود.
--
خلا چیزی نیست ،اما اگر اسمی برای آن انتخاب کردیم میخواهیم بگوئیم

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 17:8 | لینک ثابت |

ر سال 1905 میلادی، آلبرت انیشتین (1955_1879)، دانشمند آمریکایی آلمانی تبار، نظریه نسبیت خاص خود را منتشر نمود. طبق این نظریه تنها چیزی که در جهان ثابت است سرعت نور در خلا بوده و تمام چیزهای دیگر مانند سرعت، طول، جرم و گذشت زمان مطابق با چهارچوب مرجع(دیدگاه خاص) شخص، تغییر می کنند.
با این نظریه تعدادی از مسائل که مدتها فیزیکدانان را به خود مشغول کرده بودند، حل شدند. معادله معروف این نظریه E=MC2 است که در آن انرژی (E) برابر است با حاصطبق نظریه نسبیت خاص، زمان، مطلق (ثابت) نیست. بنابراین نظریه، هر چه حرکت خطی جسم افزایش یابد، زمان برای ان جسم کندتر می شود. این نظریه با استفاده از دو ساعت اتمی که یکسان تنظیم شده بودند ثابت شده است.
برای اینکار، یکی از ساعتها را در زمین نگاه داشته و دیگری را در یک هواپیمای جت بسیار سریع قرار می دهند. بعد از مقایسه می بینیم که ساعت ثابت در زمین، همیشه کمی جلوتر از ساعت متحرک است.
معادله انیشتن برای ابراز عقایدش اززبان ریاضی استفاده کرد
زمان نسبی

طبق نظریه نسبیت خاص، زمان، مطلق (ثابت) نیست. بنابراین نظریه، هر چه حرکت خطی جسم افزایش یابد، زمان برای ان جسم کندتر می شود. این نظریه با استفاده از دو ساعت اتمی که یکسان تنظیم شده بودند ثابت شده است.
برای اینکار، یکی از ساعتها را در زمین نگاه داشته و دیگری را در یک هواپیمای جت بسیار سریع قرار می دهند. بعد از مقایسه می بینیم که ساعت ثابت در زمین، همیشه کمی جلوتر از ساعت متحرک است.


طول نسبی

جورج فیتز جرالد (1901_1851)، فیزیکدان ایرلندی، اعلام کرد که ماده در جهت حرکتش منقبض (فشرده) می شود. یعنی در نظر یک بیننده ساکن، طول موشک هنگامیکه در حدود سرعت نور حرکت می کند کوتاهتر از زمانی است که حرکت نمی کند.
در این حین، سرنشینان موشک در حال حرکت متوجه هیچگونه تغییری نمی شوند. آلبرت انیشتین نشان داد که اجسام، هنگامیکه با سرعت نور حرکت کنند، به طول صفر خواهند رسید.

نقطه دید هرگاه سرعت موشکی نزدیک به سرعت نور شود
ناظران خارج از موشک شکل آنرا بگونه ای متفاوت خواهند دید .

فضا و زمان
مقدمه
بررسی و شناخت پدیده‌های فیزیکی و روابط بین آنها بدون توجه به مفاهیم و درک شهودی از فضا و زمان چندان مأنوس به نظر نمی‌رسد. مفهوم و درک فضا و زمان نیز مانند سایر کمیتهای فیزیکی روندی پویا دارد و در طول تاریخ دستخوش تغییرات زایدی شده است. بویژه بعد از نسبیت مفاهیم فضا و زمان و درک بشر از آنها دچار تغییر زیادی شده است.


این نمودار مسیر حرکت یک شخص در
پیوستار فضا_زمان را نشان می‌دهد.

دویست سال قبل از آنکه آلبرت انیشتین (1955_1879) نظریه‌های نسبیت خود را ارائه کند، اسحاق نیوتن (1727_1643) ، ریاضیدان انگلیسی ، اعلام کرده که فضا کاملاً مجزا از زمان می‌باشد. اما در ریاضی نسبیت ، زمان و سه بعدی فضایی _ طول ، عرض ، ارتفاع با همدیگر ، یک چهارچوب چهار بعدی به نام پیوستار فضا _ زمان را تشکیل می‌دهند.
فضا (Space) چیست؟
واژه‌ای است که در زمینه‌های متعدد و رشته‌های گوناگون از قبیل فلسفه ، جامعه‌شناسی ، معماری و شهرسازی بطور وسیع استفاده می‌شود. لیکن تکثّر کاربرد واژه فضا به معنی برداشت یکسان از این مفهوم در تمام زمینه‌های فوق نیست، بلکه تعریف فضا از دیدگاههای مختلف قابل بررسی است. مطالعات نشان می‌دهد با وجود درک مشترکی که به نظر می‌رسد از این واژه وجود دارد، تقریباً توافق مطلقی در مورد تعریف فضا در مباحث علمی به چشم نمی‌خورد و این واژه از تعدد معنایی نسبتاً بالایی برخوردار است و تعریف مشخص و جامعی وجود ندارد که در برگیرنده تمامی جنبه‌های این مفهوم باشد. فضا یک مقوله بسیار عام است. فضا تمام جهان هستی را پر می‌کند و ما را در تمام طول زندگی احاطه کرده‌ است.
زمان
زمان ، مفهومی چنان آشنا ، ملموس ، بدیهی ، پیش پا افتاده و عمیق است که نوشتن درباره‌اش جسارت زیادی را می‌طلبد. فهم مفهوم زمان و نقد کردن برداشت رایج از این مفهوم ، اگر به قدر کافی تداوم یابد، به تلاش برای دستیابی به نگاهی تازه و رویکردی کارآمدتر درباره مفاهیمی کلیدی مانند مکان ، تغییر و رخداد منتهی می‌شود. زمان ، مفهومی چنان حاضر و نافذ است که هر پیشنهاد جدیدی برای جور دیگر دیدن آن به راهبردهایی رفتاری برای دگرگونی در کردار هم می‌انجامد. این پیشنهادهای نظری و آن توصیه‌های عملیاتی ، بطور خاص مهمترین جنبه‌هایی هستند که به چالش طلبیدن مفهوم زمان را چنین ترسناک می‌نمایند. در فیزیک ، زمان با دو روش متفاوت تعریف می‌شود:
روش ترمودینامیکی
این روش را برای نخستین بار فیزیکدانانی مانند کلوین و سلسیوس که به مفهوم دما و تبادلات گرمایی علاقمند بودند، بنیان نهادند. اما شکل پخته و امروزین آن را در آثار اندیشمندانی مانند بولتزمان می‌بینیم. تعریف ترمودینامیکی زمان ، بر الگوهایی از رفتار مبتنی است که در سیستمهای ساده دیده می‌شود. بخش مهمی از سیستمهایی که در پیرامون ما وجود دارند، نظامهایی ساده هستند که از شمار زیادی از عناصر به نسبت ساده تشکیل یافته‌اند. عناصری که رفتارشان تقریبا تصادفی به نظر می‌رسد، اما برآیند رفتارهای سطح خردشان بر مبنای قواعدی کلان پیش بینی پذیر است. بررسی تحولات انرژیایی این سیستمها ، ستون فقرات علم ترمودینامیک را تشکیل می‌دهد.
روش تاریخ مدارانه
این روش زمان را بر مبنای سیستمهای پیچیده‌ای تعریف می‌کند که امکان انباشت اطلاعات و تجربیات را در خود دارند. در این سیستمها ، گذر زمان به کاهش یافتن بی نظمی و افزایش نظم منتهی می‌شود. مثلا وقتی به بدن مجروح یک انسان یا بذر یک گیاه نگاه می‌کنیم، می‌بینیم که با مرور زمان مقدار نظم درونی این سیستمها زیاد می‌شود. فرد زخمی بهبود می‌یابد و بذر به گیاه تبدیل می‌شود. به این ترتیب به نظر می‌رسد تعریف تاریخ مدارانه از زمان ، با تعریف ترمودینامیکی آن در تضاد باشد.

چنانکه می‌دانیم، مهمترین ویژگی حاکم بر قوانین علوم تجربی مانند فیزیک ، ناوردایی یا تقارن است. تقارن بدان معناست که قوانین یاد شده در تمام شرایط قابل تصور صدق می‌کنند. این بدان معناست که قوانین مزبور بیانگر ماهیت موضوع پژوهش و شیوه رفتار آن هستند و به شرایط پیرامونیِ آن وابسته نمی باشند.
کل قوانین فیزیک ، نسبت به همه شرایط ناوردا هستند. تنها متغیری که این تقارن را در هم می‌شکند، زمان است و منشأ این نقض شدن تقارن ، قانون دوم ترمودینامیک است. محور زمان ، تنها شاخص فیزیکی است که جهت دارد و در مسیر مشخصی جریان می‌یابد و بسته به این جهت ، رفتار سیستمها دگرگون می‌شود. مفهوم فیزیکی زمان دو مشکل اساسی دارد:


*
تعریف ترمودینامیکی و تاریخ مدار از زمان به ظاهر باهم در تعارض هستند. بنابراین تعریف یگانه و فراگیری از زمان وجود ندارد. گویی زمان در سیستمهای بازِ ساده و پیچیده به دو شکل متفاوت تعریف شود.

*
توضیح اینکه چرا زمان به عنوان متغیری عام اینطور یک طرفه عمل می‌کند و تنها در جهت خاصی جریان دارد، دشوار است. به بیان دیگر ، "پیکان زمان" و حرکت دائمی و ثابتش از گذشته به آینده امری است که نیاز به توضیح و تبیین دارد. تلاشهای زیادی برای آشتی دادن دو تعریف ترمودینامیک و تاریخ مدار از زمان صورت گرفته است.

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 17:6 | لینک ثابت |


اپتیک و زندگی

از همان بدو خلقت اپتیک نقش و تأثیر خودش را در زندگی داشته و از همان اوایل نیز بررسیها و مطالعات در این زمینه شروع و اختراعاتی به ثبت رسیده است، یکی از شاخه‌های اساسی فیزیک در تمام سطوح تحصیلی ، اپتیک می‌باشد. اغلب شما در زندگی روزمره پدیده‌های اپتیکی و وسایل اپتیکی (قطعات نوری) را دیده و بکار گرفته‌اید.
مثلاً کنجکاو هستید بدانید که

عدسیها چی هستند و چگونه کار می‌کنند؟

آینه‌ها چگونه می‌تواند نور خورشید را متمرکز کند؟

یک جسم چرا رنگی دیده می‌شود؟

رنگین کمان چگونه تشکیل می‌شود؟

سرخی آسمان از چیست؟ و هزاران پدیده دیگر ... .
علم اپتیک (Optic)

برخیها دنبال این هستند که چرایی این پدیده‌ها را پیدا کنند، اما برخیها دنبال ابزارهایی هستند که این پدیده‌ها را مشاهده کنند. علم جدید پیشنهاد می‌کند که هر دو گروه بایستی خودش را به معادله عدسی نازک ، قوانین اسنل ، چگونگی ردیابی پرتو و ... مجهز نماید. یک فرد کنجکاو وفتی پدیده اپتیکی را می‌بیند سریعاً دنبال طراحی دستگاههای اپتیکی می‌رود.

اما باید بدانیم که بدون مجهز شدن به علم اپتیک نمی‌توانیم سیستمی اپتیکی بسازیم. پیشنهاد می‌کنیم که وقایع تجربی اپتیک را مشاهده کنیم و با ملاحظات نظری اپتیک مقدماتی آنها را بیان نماییم، سپس با ارائه ایده خود دنبال وسایل اپتیکی و ساخت آنها و یا چگونگی کار کردشان باشیم.
سیر تحولی اپتیک کلاسیک و مدرن

اپتیک از دیدگاههای مختلف بررسی شده ، بنابه لحاظ رشد تاریخی و پیشرفت علم ما آنها را در زیر لیست می‌کنیم. چون شروع اپتیک با مشاهده مستقیم بود، اولین آن اپتیک هندسی که اکثر پدیده‌های نوری را نیز در خود دارد. بیشتر سعی و تلاش دانشمندان اولیه بررسی و مطالعه اپتیک هندسی و توجیه پدیده‌های اپتیکی با این روش بود که پیشرفتها و اختراعات ارزنده‌ای را به دنبال داشت.

با کشف برخی پدیده‌های اپتیکی که اپتیک هندسی قادر به توضیح آنها نبود، با کشف ماهیت موجی نور دانشمندان اپتیک موجی را دنبال کردند. باید بپذیریم که با این رشد سریع علم و ظهور مکانیک کوانتومی و الکترودینامیک تمام پدیده‌های اپتیکی با نمایشهای قبلی قابل بررسی نخواهند بود که بالاخره اپتیک کوانتومی به توسط دانشمندان عصر جدید پایه گذاری شد.

هرکدام از نمایشهای اپتیکی اخیر قابل بررسی هستند و نتایج خوبی را ارائه می‌دهند و هر کدام پدیده‌های خاصی را توضیح می‌دهند و از این لحاظ این دیدگاه‌ها مکمل هم بوده و یکی از آنها کمبودهای دیگران را جبران می‌کند. در تمام نمایشهای اخیر اپتیک سرعت نور در خلا یا هوا یکسان است و مقدار عددی آن 300000 کیلو متر بر ثانیه می‌باشد.
تقسیمات اپتیک
اپتیک هندسی

این علم قادر است اکثر پدیده‌های اپتیک کلاسیک را که به ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیسی مربوط می‌شود را مورد برسی و مطالعه قرار دهد. این علم کاربردهای وسیعی در زندگی روزمره و مصارف عمومی دارد. بهتر است بدانید که پدیده‌های اولیه‌ای که در اپتیک کشف و ضبط شد، تماما به فرم کلاسیکی بود و قبول داشته باشید که فرمولبندی کلی اپتیک کلاسیک همان فرمولبندی اپنیک هندسی است. جهت معرفی اپتیک هندسی تقسیمات داخلی آن به صورت زیر لازم است:

اصول و مباحث اپتیک هندسی و تئوریهای مورد نیاز

معادلات و محاسبات مربوطه

قطعات اپتیکی (اجزا ی نوری) تشکیل دهنده تمام سیستمهای نوری

دستگاههای نوری و مکانیزم حاکم بر آنها

اپتیک موجی

با پیشرفت روز افزون علم و ظهور دانشمندانی همچون دوبروی و ماکسول و کشف پدیده‌های موجی و مشخص شدن ماهیت امواج ، دانشمندان بر این آمدند که پدیده‌های جدید اپتیکی را با فرمالیسم جدیدی تشریح نمایند که به لحاظ ماهیت زیر ساختی این علم برایش اپتیک موجی اسم دادند. جهت معرفی اپتیک موجی تقسیمات داخلی آن به صورت زیر لازم است:

اصول و مباحث اپتیک موجی و تئوریهای مورد نیاز

معادلات میدان (معادلات ماکسول) ، معادله موج ، سرعت الکترومغناطیسی نور ، شدت نور ، تداخل ، پراش و محاسبات مربوطه

ابزارها و اجزای موجی اولیه تمام سیستمهای موجی

دستگاههای موجی و مکانیزم حاکم بر آنها
اپتیک کوانتومی

ظهور پدیده‌های مدرن در اپتیک که حتی اپتیک موجی هم نتوانست از عهده توجیه آن بر آید، دانشمندان جدیدی را به عرصه فیزیک نوین معرفی کرد که برای بررسی و توصیف پدیده‌های جدید نمایش جدیدی از علم در دنیای میکروسکوپیک ارائه دادند که به مکانیک کوانتومی معروف است و شامل اپتیک کوانتومی نیز می‌باشد، که قادر است پدیده‌های اپتیک مدرن را توصیف نماید. جهت معرفی اپتیک کوانتومی تقسیمات داخلی آن به صورت زیر لازم است:
اصول و مباحث اپتیک کوانتومی مورد نیاز

مبانی کوانتوم ، تئوریهای کوانتوم ، محاسبات کوانتومی ، تابع موج کوانتومی ، احتمالات کوانتومی ، قوانین نسبیت و محاسبات مربوطه

ابزارها و قطعات اولیه کلیه سیستمهای کوانتومی

دستگاههای کوانتومی اپتیک و مکانیزم حاکم بر آنها

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 17:6 | لینک ثابت |


نويسنده : ماکس یامری

مترجم : شهرام تقی زاده انصاری

اشاره

این مقاله از تأثیر دیدگاه اینشتین بر الهیات بحث می¬کند. به نظر اینشتین، علم و دین ارتباط دارند. نگارنده به تفصیل، از ارتباط نظریۀ نسبیت با اعتقادات دینی و به ویژه، اعتقاد به خلقت بحث می¬کند و به بهره¬گیری دیگران از این نظریه اشاره می¬کند. وی به بررسی مسئلۀ ارتباط علم خداوند با آزادی و اختیار انسان می¬پردازد و آرای متکلمان مشهور مسیحی را در این مورد با آرای برخی فیزیک¬دانان مقایسه می¬نماید.

کلید واژگان: نظریۀ نسبیت، دین، علم خداوند، اختیار انسان، فیزیک کوانتوم.

ادعا مي‌شود كه آثار علمي اينشتين، لوازم (implikation) خداشناسانه دارد! در اين مقاله، ما نمي‌خواهيم دربارۀ نظرات اینشتين دربارۀ مذهب و احساس مذهبي او صحبت كنيم، بلكه مي‌خواهيم دربارۀ آثار علمي اینشتين و تأثیر آن بر خداشناسي بررسي كنيم. دقيق‌تر بگویيم، مي‌خواهيم استدلال‌هايي را توضيح دهيم كه فلاسفه و خداشناسان به وسيله آنها ادعا مي‌كنند كه مي‌توانند با در نظر گرفتن نظریۀ‌هاي فيزيكي اینشتين، نتايجي بگيرند كه براي خداشناسي حائز اهميت است.

اين موضوع، طبيعتاً با سؤال مهمي كه امروزه دربارۀ وجود رابطه بين مذهب و علم مطرح مي‌شود، رابطه بسيار نزديكي دارد. جواب اين سؤال معمولاً مثبت است، چون طبق گفته معروف اینشتين «علم بدون مذهب لنگ و مذهب بدون علم كور است». با وجود این، ما بايد دربارۀ اين مسئله بيشتر بررسي كنيم، چون به‌نظر مي‌رسد كه اين جواب اینشتين با اظهارات ديگري كه در فرصت‌هاي ديگر كرده است، در تضاد باشد، همان‌طور كه داستان ذيل نشان مي‌دهد. در ماه جولاي 1921 ميلادي، يعني دو سال بعد از آنكه گروه تحقيقاتي انگليسي، تحت رهبري آرتور استانلي ادينگتون، ثابت كرد كه نور در ميدان جاذبه منحرف مي‌شود، از اینشتين دعوت شد كه در شهرهاي لندن و منچستر، دربارۀ نظریۀ نسبيت سخنراني كند. قبل از عزيمت او از لندن، در حضور او به افتخار ملكه انگلستان خانم آنزگيت (Ann`s Gate) ، ضيافتي داده شد كه در آن، شخصيت‌‌هاي ممتازي مثل ادينگتون، آلفرد نورث وايتهد، برنارد شاو، توماس ديويدسون (Thomas Davidson) و اسقف كانتربوري (Canterbury)شركت داشتند. به اين سؤال اسقف كانتربوري كه «آيا نظریۀ نسبيت تأثیری بر خداشناسي دارد؟»، اینشتين جواب داد: «اصلاً نه، نظریۀ نسبيت يك نظریۀ كاملاً علمي است و با مذهب رابطه‌اي ندارد.» (1) در فرصتي مناسب، همسر اسقف با الزا، همسر اینشتين، به گفتگو نشست و به او گفت: «يكي از دوستان شما وقتي‌ صحبت‌هاي اینشتين را دربارة نظریۀ نسبيت و به‌خصوص دربارۀ عرفان مي‌شنيد، عميقاً تحت تأثير اینشتين قرار گرفت». خانم اینشتين با تعجب گفت: «چي، عرفان، اینشتين و عرفان!!» و هر دو خنديدند.(2) شايد الزا به‌خاطر آورد كه همسرش يك وقتي اين تذكر را داده بود كه عرفان‌گرايي آخرين چيزي است كه مي‌توان به نظریۀ من خرده گرفت.

به اين تناقض اینشتين، به اين صورت مي‌توان جواب داد كه اینشتين لغت «مذهب» را به دو شكل به‌كار برده است. يك‌ دفعه به‌معني احساس مذهبي به‌كار برده، و دفعة ديگر در جوابش به سؤال اسقف به‌معني «علوم مذهبي». اگر عملاً، معني اين حرف اینشتين، اين باشد كه احساس مذهبي و فعاليت‌ علمي، متقابلاً به يكديگر الهام مي‌دهند، و اگر جواب به سؤال ديويدسون، معني‌اش اين باشد كه نظریه¬‌هاي فيزيكي از نظر فلسفه خداشناسي هيچ ملازمه مهمي برای خداشناسي ندارند، به‌طوري‌كه براي مثال، غيرممكن است كه خداوند را بتوان در محاسبات معادلات ديفرانسيل وارد كرد، همان‌طور كه منظور ادينگتون بود، در اين‌صورت احتمالاً تناقضي وجود ندارد. راه‌حل اين تناقض، به‌نظر مي‌رسد كه اين واقعيت باشد كه اینشتين، يك دفعه، خود را بي‌ايمان مذهبي ناميد، بدون آنكه در اين اصطلاح تناقضي ببيند. كسي‌كه راه¬حل اين تناقض را رد مي‌كند، بايد اینشتين را به‌خاطر استدلال بي‌منطقش سرزنش كند.

اینشتين در موردي ديگر، به‌خاطر استدلال غير منطقي‌اش مقصر شناخته شد. آقاي استنلي جكي (Stanley Jaki) كه مورخ علم است، اینشتين را «ناسازگار» (inkonsistent) خواند، (3) چون او در مقدمه‌اي كه براي زندگي‌نامه كپلر نوشته بود، اظهار كرد كه: «كپلر يك پروتستانت مؤمن است كه اين موضوع را پنهان نكرد كه همه تصميمات كليسا را تأييد نكرده بود. به اين‌جهت به او به‌عنوان يك بدعت‌گزار (ketzer) ميانه‌رو نگاه مي‌كردند، و همان‌طور با او رفتار مي‌شد. او توانست شاهكارش را به وجود آورد، چون برايش ميسر بود، خود را از سنتي كه در آن متولد شده بود، آزاد كند.»(4) شايد ياكي حق داشته باشد كه مي‌گويد: «عنوان پروتستانت مؤمن با خصوصيات رفتار كپلر، سازگار نيست. اما انسان اجازه دارد فرض كند كه اینشتين در هنگام نوشتن اين سطور به اسپينوزا فكر مي‌كرده كه از نظر او يك مرد عميقاً مذهبي بود، با اينكه، برايش ميسر بود كه به ‌طور همه‌جانبه خودش را از سنت فكري‌اي كه در آن متولد شده بود، آزاد كند». ياكي اين حقيقت را كه «اینشتين به‌خاطر اينكه كپلر را آزاد فكر معرفي كرد، توسط مورخان علم ملامت نشد، مثالي براي عقيده منفي خداپرستي مسيحي‌اي كه امروزه در حوزه دانشمندان متنفذ حاكم است، مي‌داند.» عقيده مذهبي و عقيده معرفت‌شناختي اینشتين نيز از طرف ايدئولوژي‌هاي الحادي لا ادری¬گرا (agnostisch) نسبت به خدا محكوم شد. معروف است كه تا سال 1955 ميلادي، فلسفه رسمي ماركسيسم ـ لنينيسم كشور روسيه، عليه افكار اینشتين و جهان‌بيني‌اش به مجادله (polemik) برخاست و حزب‌ سوسياليسم ملي هم مطالعه نوشته‌هاي اینشتين را ممنوع كرد. در كشور انگلستان، ریيس جامعه ملي جهاني روشنفكران، شاپمن كوهن (Chapman Cohen)، اینشتين را مورد انتقاد قرار داد كه حرف‌هاي او متناقض است، چون خود را پيرو مذهبي اسپينوزا مي‌ناميد. قبل از آنكه ما به‌ موضوع اصلي مقاله بپردازيم، بايد به نكات ذيل توجه كنيم. اول اينكه، نام اینشتين تقريباً هميشه در ميان مردم در ارتباط با نظريه نسبيت معروف اينشتين در سال 1905 ميلادي مطرح شد و ده سال بعد هم نظریۀ نسبيت خاص مورد بحث قرار گرفت و بعداً با مقالات نظریۀ نسبيت عام و جهان‌شناسي نسبيتي چاپ شد. دوم اينكه آثار علمي اینشتين شامل كارهاي فراواني نيز مي‌شود كه براي تكامل نظریۀ كوانتوم، خيلي مهم بودند. نظریۀ كوانتوم مفاهيم اصولي ذيل را مرهون اینشتين است: اثبات خصوصيت‌ مادي نور، يعني اينكه نه فقط فوتون داراي انرژي مربوط به فركانس اشعه مربوطه است، بلكه به‌شكل ماده هم كه داراي ضربه معيني است، قابل تفسير است. مبدأ فرض اصلي نظریۀ كوانتوم در دوگانگي (dualität) ماده ـ موج، در شناخت فوق مي‌باشد. سهم اینشتين در نظریۀ كوانتوم گرماي ويژه اجسام سخت و آمار كوانتومي، از اهميت زيادي برخوردار بود. او تأثير زيادي روي تكامل بعدي مكانيك كوانتوم داشت، به‌خصوص با انتقادي كه به تفسير كپنهاگي مقبول عامه پيشنهادي نيلز بوهر كرده بود. او در مذاكرات طولاني‌اش با بوهر سعي كرد بي‌ثباتي و نقص مكانيك كوانتوم را ثابت كند. وي در كارهاي علمي‌اي كه با همكاري بوريس پودولسكي (Boris Podolsky) و ناتان روزن (Natan Rosen) داشت كه به اسم EPR معروف است، توانست حداكثر خدمت را به تحقيقات جديد مكانيك كوانتومي پديده‌ها عرضه بدارد. راه‌هاي فكري‌ او كه در كارهاي علمي EPR فوق به وجود آمد، به ژان استوارت بل (John Stewart Bell) امكان داد كه عقيده فلسفي واقعيت‌گرایي محدود اینشتين، يعني اين ادعا را كه حالت واقعي يك سيستم 2s تابع آن چيزي است كه با سيستم 1s‌اي كه از نظر مكاني از او جدا است، در نظر گرفته شود، با آزمايش‌هاي فيزيكي مقابل يكديگر قرار دهد. بل توانست براساس افكار ساده جبري ثابت كند كه نتايج اندازه‌گيري‌هاي تجربي، نامعادلات آماري حقيقي را بايد حل كند، اگر عقيده متافيزيكي اینشتين معتبر باشد. اين مسئله كه تعداد زيادي از آزمايش‌ها، اين نامعادلات را حل نمي‌كنند، و به اين ترتيب، عقيده واقع‌گرايي (realismus) محدود اینشتين را تكذيب مي‌كند، تغييري در اين مسئله نمي‌دهد كه كارهاي اینشتين منجر به اتحاد بين فيزيك و فلسفه شد كه آقاي آبنر شيموني (Abner Shimony) آن را متافيزيك تجربي ناميد. اولين‌بار در تاريخ تفكر بشر بود كه، اعتبار يك ادعاي متافيزيكي به‌وسيله تجربه، بررسي شد.

معني مفهوم فيزيكي «خداشناسي تجربي» اين است كه جزم‌هاي خداشناختي با كمك تجربه‌هاي فيزيكي مي‌توانند تصديق شوند و يا رد شوند. اين مسئله شك‌برانگيز است كه آيا فلسفه سنتي مذهب به چنين مفهومي، چنين حقي را مي‌‌دهد يا نه. عقايد مشابهي مثل تماس با ماورای ادراكات (ekstatisch) كه در مكتب اصالت روح (spiritismus) و مكتب جادوگري ارواح (schamanismus) وجود دارند، بيشتر مربوط مي‌شوند به روان‌شناسي تا پديده‌هاي فيزيكي. اگر صحبت از خداشناسي‌اي باشد كه براساس آزمايش‌هاي فيزيكي پايه‌گذاري نشده باشد، بلكه اساسش، مشاهدات فيزيكي باشد، در اين‌صورت نمي‌توان انكار كرد كه چنين مفهوم متغيري، كاربرد وسيعي پيدا كرده است. براي اينكه مثالي از مكانيك كوانتيك ارائه دهيم، بايد ادوارد نويله دا كوستا آندراده (Edward Neville da costa Andrade) فيزيك¬دان را نام ببريم كه با همكاري ارنست راتر فورد، سهم بزرگي در تكامل فيزيك هسته‌اي داشته است. مي‌دانيم كه طبق اصل عدم قطعيت هايزنبرگ، محل و ضربه (يا سرعت) يك الكترون يا يك ذره ديگر را نمي‌توان، در يك زمان، دقيقاً اندازه‌گيري كرد و بدين‌جهت براي توصيف دقيق حالت اوليه يك ذره، نظريه جبريت قابل تحقق نيست. در جواب اين سؤال كه آيا اصل هايزنبرگ، جبريت يا قانون عليت (kausalität) را انكار مي‌كند، آندراده جوابي منفي داد با اين استدلال كه اين اصل فقط اثبات مي‌كند كه علت‌هايي وجود دارند كه قابل مشاهده نيستند، چون آنها در خارج از نيروي درك انساني قرار دارند و بدين‌جهت الكترون راه مذهب را براي ما باز مي‌كند. اگر نقادانه به جواب آقاي آندراده نگاه كنيم، مي‌توان گفت كه جواب او، يك تفسير خداشناختي فاكتور پنهاني است. اينكه آيا چنين تفسيري صحيح است و يا اصلاً چنين رابطه‌اي بين فيزيك و خداشناسي به‌نفع مذهب سازماني مي‌باشد، مسائلي هستند كه در اينجا نبايد دربارۀ آنها صحبت كرد. با وجود این، بايد تذكر داده شود كه چنين سؤالاتي جديد نيستند. به انتقاد ناپلئون كه چرا در كتاب با عظمت پنج جلدي «مكانيك سماوي لاپلاس» (Mécanique Célecte) حتي يك‌بار هم نام خداوند نيامده است، از قرار معلوم ماركویيز جواب داد: «من احتياج به اين وظيفه نداشته‌ام» و معذالك، لاپلاس يك مؤمن مسيحي بود. از طرف ديگر حتي فيزيكدانان جديدي مثل جان شارلتون پولكينگهورنه(John Charlton Polkinghorne) ، كه عضو انجمن سلطنتی است يا پاول ديويس (Paul Davis) كه به‌هيچ انجمن مذهبي‌اي تعلق ندارند، ادعا مي‌كنند كه مذهب و فيزيك به‌طور لاينفك با يكديكر رابطه دارند. اولين كسي ‌كه مكانيك كوانتوم جديد را با تفكر مذهبي ارتباط داد، نيلز بوهر است. وي در يكي از سخنراني‌هاي خود كه در سال 1937 در شهر بولونا (Bologna) ايراد كرد، گفت كه تضادي بين فيزيك كلاسيك كه در آن، شيءِ مشاهده شونده از شخص مشاهده كننده، تميز داده مي‌شود و مكانيك كوانتوم كه در آن به‌عقيده او، يك چنين جدایي‌اي قابل تحقق بخشيدن نيست، وجود دارد. وضعيتي شبيه مكانيك كوانتوم را مي‌توان در حوزه‌هاي ديگري از علوم مثل روان‌شناسي يا حتي در مسائل معرفت‌شناسي‌اي كه «متفكران بزرگي مثل بودا و لائوتسه در مقابل آن قرار داشتند، و مي‌خواستند سعي كنند، بياني براي هماهنگي اين نمايشنامه وجود پيدا كنند، به‌طوري‌كه ما هم بازيگر باشيم و هم تماشاگر» (5)، پيدا كرد. وقتي‌كه مي‌خواستند به بوهر مدال تقديم كنند، او علامت يينگ‌يانگ (Ying-Yang) را انتخاب كرد كه در مذهب قديم چين، مكمليت (komplementarität) اصول متضاد يا نيروهاي جوهري در ديناميك يك كيهان غيرشخصي را نشان مي‌داد.

در دو دهه اخير، كتاب‌هاي فراواني نوشته شده است، كه در آنها، فيزيك جديد را با عقايد هندویي، بودایي، تائویي و مذاهب ديگر شرق دور، مقايسه كرده‌اند. اكثراً، در آنها، گفته معروف بوهر به‌چشم مي‌خورد، همچنين متذكر شده‌اندكه فيزيكدان كوانتومي معروف آقاي ديويد بوهم (Duvid Bohm) تحت تأثير جيدهو كريشنا مورتي قرار گرفته است. تز كل‌گرايي (holistisch) مكانيك كوانتوم كه اختلاف بين شيء و ذهن را نمي‌پذيرد، مطابق مذهب قديم چين است (اين ادعاي مؤلفين اين كتاب‌هاست)، يعني ويژگي متعالي اختلاف بين خود شخص و جهان خارجي. همچنين عقيده فيزيك¬دانان مشهوري مثل يوهان فون نويمن (Johann von Neumann) يا یوجین ويگنر (Eugene Wigner) اين است كه منشأ بسته موج ابتدا در خودآگاهي انساني به‌وقوع مي‌پيوندد و به اين‌جهت خودآگاهي يك مؤلفه كامل هر پديده اندازه‌گيري مكانيك كوانتومي است، و به‌موازات معرفت‌شناسي مذاهب قديمي آسيايي، قرار داده شده است. آقاي زال رستيوو (Sal Restivo) مفصلاً دربارۀ اين سؤال كه آيا چنين شباهت‌هايي به‌حق هستند يا اينكه به‌خاطر تفسير غلط متن‌هاي قديمي است، بررسي كرده است. چون اين شباهت‌ها منحصراً به تفسيرهاي غيرواقعي مكانيك كوانتوم مربوط مي‌شود، روشن است كه چرا به كارهاي مربوط به مكانيك كوانتوم اینشتين در اين رابطه، كم توجه مي‌شود. طبق توضيحات اینشتين كه در خارج، اين كيهان بزرگ وجود دارد كه مستقل از ما انسان‌ها است و در برابر چشم¬هاي ما مثل يك معماي بزرگ جاوداني است كه حداقل قسمتي از آن، براي ما قابل درك و ديدن است، به اضافه اينكه فيزيك كوششي است براي توصيف طبيعت، همان‌طور كه هست، اگر هم مشاهده نشود، هر دوي اينها با معرفت‌شناسي آن مذاهب، تناقض آشكاري دارند.(6)

تنها كار علمي اینشتين در مكانيك كوانتوم كه در محدوده موضوع ما، بحث شد، كار علمي EPR است كه دربارۀ آن صحبت كرديم. به‌عقيده اینشتين اين كار علمي اثبات مي‌كند كه فقط فرض‌هاي ذيل امكان دارد: (1) مكانيك كوانتوم يك نظريه ناقص است، چون براي همان حالت واقعي يك سيستم مكانيك كوانتوم، نقش‌هاي حالت‌هاي مختلف را اجازه مي‌دهد. اینشتين مي‌گويد: «انسان فقط مي‌تواند از اين نتيجه طفره رود كه (2) يا فرض كند كه اندازه‌گيري در يك سيستم 1s، حالت واقعي يك سيستم ديگر را كه از نظر مكاني دور است يعني 2s از طريق تله‌پاتي، تغيير مي‌دهد، يا (3) اينكه انسان براي اشيایي كه از نظر مكاني از يكديگر جدا هستند، اصلاً حالت‌هاي واقعي مستقل را انكار كند. اینشتين در رابطه 2 و 3 توضيح مي‌دهد كه هر دو از نظر من غير قابل قبول هستند. همان‌طور كه مي‌دانيم،‌ تقريباً تمام اندازه‌گيري‌هاي تجربي اینشتين، واقعيت‌گرايي محدود را رد كرد و بدين‌ترتيب، فرض كل‌گرايي را كه اینشتين رد كرد (3) معتبر شناخته شد.

تذكر ضمني و شايد هم طنزآميز اینشتين نسبت به اثر دور از طريق تله پاتي در (2)، گاهي در كارهاي علمي فرا روان ¬شناختي مثل روشن‌بيني يا پديده‌هاي EPR (به خصوص ادراك نفساني) نقل مي‌شود، در حالي‌كه تأثير متقابل EPR به‌‌عنوان مدل يا حتي توضيح فيزيكي پديده‌هاي روان¬شناسي نامبرده شده، تفسير مي‌شود. ما دربارۀ اين تفيسر صحبت نمي‌كنيم، چون ما رابطه بين مذهب و حوزه‌هاي مرزي روان‌شناسي در موضوع خودمان را، مهم نمي‌دانيم. دربارۀ اين ادعا كه فرض كل‌گرايي غيرتفكيك‌پذيري (nichtseparabilität) اینشتين با عرفان مذاهب شرق دور تضادي ندارد و مكانيك كوانتوم براي فهم عميق عقايد مذهبي يا بالعكس نظرهاي فلسفه مذهبي براي فهم عميق‌تر مكانيك كوانتوم مي‌توانند كمك كنند، بايد دقيق‌تر بحث شود.

اینشتين فرض جدايي را به بهترين وجه در مقاله «مكانيك كوانتوم و حقيقت» تعريف كرده و ادعا مي‌كند كه بدون اين فرض وجود مستقل اشياء مجزاي از يكديگر در فضا توسط تفكر فيزيكي، آن‌چنان كه ما مي‌شناسيم، غير ممكن است.

حقايق اصلي، اشيای فيزيكي‌اي هستند كه مي‌توانند نيروي تفكيك‌پذيري را منفرد كنند، به‌طوري‌كه بين آنها روابطي بتواند طرح شود كه تحقيق در آنها، وظيفه علم فيزيك است. اين روابط،‌ فقط حقيقت ثانوي دارند. همان‌طور كه مي‌دانيم، نتايج تحقيقات آزمايشي ثابت كرد كه فرض تفكيك‌پذيري اینشتين غير قابل دفاع است. بنابراين اگر انسان مكانيك كوانتوم را به‌رسميت شناخته باشد و اثرات از دور را غير ممكن بداند، اين امكان را نتيجه مي‌دهد (3) كه طبق آن اشيایي كه از نظر مكاني از يكديكر جدا هستند، حالات واقعي مستقل را بكلي طرد مي‌كنند. اگر بايد واقعيت مستقل را براي اشيا رد كرد، به‌سادگي فهميده مي‌شود كه مي‌توان براي روابط، واقعيت را به‌رسمت شناخت و شيء را تركيبي از روابط دانست. وجود او فقط روابط در يكديگر يا با يكديگر است. اين فكر يكي از اصول اساسي هستي‌شناسي آیين بودا است و نقش اصلي را در آموزش ماهايانا (Mahāyāna) كه مربوط به قرن سوم قبل از ميلاد است، بازي مي‌كند. ماهايانا نيز فكرش را از سونياتا (Sūnyatā) گرفته است كه ادعا مي‌كند كه آخرين سنگ بناي طبيعت، داراي حقيقت دروني فردي نيست و وجود هر عنصر حقيقت، در درونش قرار ندارد، بلكه در نتيجه وابستگي‌هاي دو جانبه به‌وجود مي‌آيد. چون همه چيز فقط وجود دارد وهمه چيز با يكديگر رابطه دارند، حقيقت اوليه در روابط ريشه دارد و فقط تأثير متقابل روابط، حقيقت ثانوي يك چيز منفرد را نتيجه مي‌دهد. ويكتور مانفيلد (Victor Manfield) كه اين قياس‌ها را خوب مطالعه كرده است، ادعا مي‌كند كه مقايسه سو نياتا با نتايج فلسفي كارهاي علمي EPR و كار علمي بل، در حقيقت، يك استدلال فيزيكي براي عقيده مذهب بودایي نيست، اما همان‌طور كه گفتيم مي‌تواند به‌فهم عميق هر دو حوزه فكري كمك كند: «ماجيا ميلكا (Mādhyamika) ممكن است به فهم مكانيك كوانتوم كمك كند، و مكانيك كوانتوم هم مي‌تواند به‌فهم ماجيا ميلكا كمك كند.»(7) در مقابل ادعاي مانفيلد كه مي‌توان از مطالعه تطبيقي، اين نتيجه را گرفت، آرون بالاسو برامانيام (Arun Balasubramaniem) اين ايراد را گرفت (ايرادي كه شايد بتواند در مقابل تمام تذكرات مربوط به كتب رابطه فيزيك و مذاهب شرق دور قرار داشته باشد) كه اين نتيجه فقط موقعي صحيح است،‌ كه شباهت‌هاي بين مكانيك كوانتوم و فلسفه مذهبي بودایي شباهت‌هاي هويتي باشند و نه شباهت‌هاي قياسي، يعني وقتي‌كه چنين شباهت‌هايي فقط به مقولات يكسان مربوط شوند، و اين شرطي است كه از نظر او به‌دلايل متعددي صحيح نيست.

از قرار معلوم بعضي از فیلسوفان دین عقيده دارند كه مفهوم «مذهب» به‌معني غربي آن مخالف معني مذهب در آيين بودا است و به اين دليل،‌ آيين بودا را يك «مذهب الحادي» مي‌نامند. پس مي‌توان ايراد گرفت كه گفته‌هاي بالا خيلي كم با مذهب رابطه دارد. اما به‌معناي «مذهب يكتاپرستي وحداني»، كار علمي EPR و كليه بحث‌هاي بوهر و اینشتين، تفسير خداشناختي شد. دانشمند زيست‌شناس مولكولي گونتر استنت (Gunter Stent) در سال 1979 مقاله مفصل‌تري تحت عنوان «آيا خداوند تاس مي‌اندازد؟» به‌چاب رساند كه در آن مفصلاً دربارۀ استدلال EPR‌ و بحث اینشتين با بوهر صحبت مي‌كند و به اين سؤال كه چرا بحث دربارۀ اين مسائل آن‌قدر مهم است؟ جواب داد: «چون به‌نظر من، موضوع اصلي، فيزيك نظري نبود، بلكه خدا بود.» به‌نظر استنت موضوع اين بحث، در اصل، نزاع به‌وجود آمده بين ايمان مذهبي و جهان‌بيني الحادي در زبان فيزيك است كه در آن، اینشتين نقطه نظر علم غرب را كه براساس يكتاپرستي سنتي است، قبول دارد و بوهر نقطه نظر دانشمندان ملحد را.

تا حالا ما فقط، كارهاي علمي اینشتين را با توجه به رابطه‌اش با افكار مذهبي در نظر گرفتيم. اگر ما حالا به كارهاي علمي اینشتين دربارۀ نظریۀ نسبيت رجوع كنيم، خواهيم ديد كه در اين رابطه، تحقيقات ما موفقيت بيشتري خواهد داشت. اين موفقيت به‌خاطر اين است كه مفاهيم زمان و مكان در نظریۀ نسبيت از اهميت بسياري برخوردار است، ضمناً در خداشناسي سنتي در رابطه با عقايد وجود هميشگي خداوند و جاودانگي او نقش مهمي را ايفا مي‌كند. فقط بايد فلسفه طبيعي اصول رياضيات نيوتن يا نورشناسي او را به‌خاطر بياوريم كه در سال‌هاي 1687 و 1704 نوشته شده است و در آن به‌جاي احساس خداوند، بحث از مكان است. نيوتن در نامه‌اي به لايب‌نيتس از او سؤال كرد كه آيا زمان و مكان، مفاهيم مطلقي هستند يا نسبي؟ لايب‌نيتس در جواب نوشت: «تا آنجايي‌كه فيزيك با مذهب در ارتباط است، از اهميت زيادي برخوردار است، زيرا به سؤالات مربوط به آزادي و سرنوشت، مربوط به حركت و ماده و نيروها، مربوط به دلايل حاكميت هميشگي خداوند بر دنيا، بر اساس پديده‌هاي طبيعت جواب مي‌دهد.»(8) هنوز هم فيزيكدانان، زمان و مكان را با ديد مذهبي ربط مي‌دهند. به‌‌‌عنوان مثال، چند جمله‌اي را از كتاب روح و ماده اروين شرودينگر نقل مي‌كنيم كه در آن با استفاده از نظریۀ نسبيت اینشتين مي‌گويد: «امروزه اين چيزها (اثرات نسبيتي نظریۀ نسبيت خاص) براي ما فيزيكدانان حقايق قوي‌اي شده‌اند و ما در كار روزانه خود،‌ از آنها مثل عقايد پيتاگوراس استفاده مي‌كنيم. من بعضي اوقات تعجب مي‌كردم كه چرا نظریۀ نسبيت نه فقط پيش فلاسفه، بلكه در ميان مردم هم جلب توجه كرده است. به‌نظر من دليلش اين است كه آنها از پادشاهي انداختن زمان را مثل ستمگري كه از خارج به ما تحميل شده باشد، نگاه مي‌كردند،‌ يعني نجات قانون «قبل و بعد». چون زمان واقعاً آقاي سخت‌گير ماست، بدين‌ترتيب كه ظاهراً وجود هر كدام از ما را براي 80 سال به داخل مرزهاي تنگي فشار مي‌دهد، همان‌طور كه در سرودهاي مذهبي به‌چشم مي‌خورد. اگر حالا اجازه داشته باشيم، با نقشه يك چنين آقايي كه تا حالا غيرقابل درك بود، بازي خود را شروع كنيم، هر چند اين بازي كوچك باشد، يقيناً تسهيلات بزرگي است. به‌نظر مي‌رسد كه ما به افكاري تشويق مي‌شويم كه تمام نقشه زمان را نبايد جدي بگيريم، مثل نگاه اول. و اين مسئله يك فكر مذهبي است، من ميل دارم نام آن‌را، اصلاً افكار مذهبي بنامم.»(9)

اینشتين نيز يك چنين فكري داشته است. وقتي‌كه خبر مرگ دوست قديمي‌اش آقاي ميشل آنجلو بسو (Michele Angelo Besso) را كه با او از زمان دانشجويي‌اش در زوريخ دوست بود،‌ شنيد، در روز 21 ماه مارس 1955 براي خانواده‌اش تسليت فرستاد و نوشت: «او با خداحافظي‌اش از اين جهان، به‌خصوص از من كمي پيشي گرفت. اين اهميتي ندارد. از نظر ما فيزيكدانان مؤمن، جدایي بين گذشته، حال و آينده، فقط معني‌اش، يك خواب سرسختانه است.»(10)

عملاً، طرح زمان ـ مكان در نظریۀ نسبيت اینشتين در تفكرات جديد فلسفه مذهبي، مورد توجه خاصي قرار گرفته است، شاهد اين ادعا، كتاب زمان، مكان و خداگرائي آقاي ساموئل الكساندر (Samuel Alexander) و كتاب زمان ـ مكان و انسان شدن فيلسوف الهي توماس تورانس (Thomas Torrance) مي‌باشند. تورانس در مقدمه كتابش به‌نام خدا و عقل‌گرایي،‌ يادي از كارل بارت پيشرو معروف الهيات ديالكتيكي و اینشتين مي‌كند كه از آثار آنها، مطالب زيادي در مورد هماهنگي افكار با حقيقت تجربه، آموخته است.

مؤلفيني كه در جستجوي قياسات و يا پيش‌گویي‌هاي فيزيك جديد در نوشته‌هاي مذهبي قديمي بوده‌اند، ادعا مي‌كنند كه مواد اوليه براي نظریۀ نسبيت كمتر بوده است تا براي كارهاي علمي او براي نظریۀ كوانتوم. تقريباً تنها نقطه اتصال، مفهوم زمان مكاني است كه هرمان مينكوسكي وارد نظریۀ نسبيت كرد كه بدون آن، اینشتين نمي‌توانست نسبيت را طرح‌ريزي كند.

مطالب ذيل فقط قسمتي از اين مثال‌ها، براي موضوع ما مي‌باشد:

در يكي از مقالاتي كه در سال 1965 دربارۀ علم پزشكي چيني‌ها، چاپ شده است، ادعا شده است كه 4500 سال پيش، حكيمي در دربار شاهنشاهي چين، نظریۀ نسبيت اینشتين دربارۀ زمان ـ مكان و هم‌ارز بودن انرژي و ماده را پيش‌گويي كرده است. در مورد اين ادعا، سينولوگ ناتان سيوين (Sinolog Nathan Sivin) نوشته است كه «اين ادعا هيچ اساسي ندارد جز يك تفسيرغلطي كه از يك ترجمه غلط يك متن قديمي شده كه به‌طرز خنده‌آوري نيز ثبت شده است.» ژوزف نيدهام (Joseph Needham) كه محقق معروف فرهنگ سنتي چيني مي‌باشد، در مقاله‌اي، دربارۀ مفهوم زمان در چين و غرب مي‌نويسد كه اصطلاح “yu-chou” كه براي مثال “Huai Nan Tzu” كه يكي از آثار قديمي فلسفي چين مربوط به قبل از تولد مسيح مي‌باشد، اكثراً معني زمان ـ مكاني مي‌دهد. شبيه اين موضوع نيز براي اصطلاح قديمي “ōlām” وجود دارد كه فقط معني زماني «دورترين زمان» داشته است، اما در طي گذشت زمان، با كلمه يوناني “Kosmos” مساوي گرفته شد و بالاخره به‌معني دنيا كه منظور مينكوسكي بود، به‌عنوان زمان ـ مكان تفسير شد. بايد به آثار يوهانس اريوژنا (اسكاتوس) (Scottus) به‌نام «تقسيم دوگانه طبيعت» كه اولين و بلند‌نظرترين كتاب فلسفي ـ مذهبي قرون وسطي است، اشاره كنيم.(11) اظهار نظرهاي وي مثل «ذات همه موجودات هم مكاني است و هم زماني» توسط يكي از فلاسفه هم‌عصرش، به‌صورت ذيل تشريح شده است: «اريوژنا با اين نظراتش اولين كسي است كه يك رابطه دروني بين مكان و زمان را نشان مي‌دهد. هر دو با يكديگر شرايطي را براي امكان وجودي هستي‌شناختي دنياي پديده‌ها، به‌وجود آورده‌اند

خواننده منتقد، اين سؤال به‌حق را مطرح خواهد ساخت، كه آيا اين قياس‌ها يا پيشگويي‌ها، واقعاً معني حقيقي مفهوم زمان ـ مكان نسبيتي را درك مي‌كند. مفهوم نسبيتي زمان ـ مكان فقط نمي‌گويد كه زمان و مكان مشتركاً، شرايط امكان وجودي هستي‌شناختي دنياي پديده‌ها را به‌وجود مي‌آورد، مسئله اساسي اين مفهوم، فقط اتحاد زمان و مكان نيست، بلكه اين خصوصيت است كه تقسيم اين اتحاد ب
منبع : فصلنامه ذهن ، شماره 25

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 17:5 | لینک ثابت |

نظريه مكانيك كوانتومي نيز به روش هاي فكري كاملا جديدي كه پايه فهم ساختار اتمي و هسته اي اند، منجر مي شود. با اين وجود بعضي از جنبه هاي توصيف كوانتومي طبيعت كاملا جديد نيستند و در حقيقت در فيزيك كلاسيك نيز يافت مي شوند.

تقسيم بندي كميت ها:

در مطالعه دنياي فيزيكي با دو نوع عام از كميت هاي فيزيكي سروكار داريم: كميت هايي كه داراي پيوستاري از مقاديرند «كميت هاي پيوسته). و كميت هايي كه كوانتيده اند. كميت هاي كوانتيده محدود به مقادير گسسته معيني هستند. گاهي آنها را به عنوان كميت هايي كه داراي "اتميسيته" يا "دانه" هستند نيز بيان مي كنند.

برخي كميت هاي فيزيكي پيوسته كلاسيكي يا غير كوانتيده عبارتند از:

سرعت يك ذره آزاد كه مي تواند از صفر تا سرعت نور تغيير كند.

بزرگي اندازه حركت زاويه اي يك ذره كه از صفر تا بينهايت مي تواند هر مقداري را اختيار كند.

انرژي مكانيكي يك دستگاه دو ذره اي ، كه هر گاه اين دو ذره به يكديگر مقيد باشند هر مقدار منفي (Em<0) و هر گاه آزاد باشند هر مقدار مثبتي (Em>0) را مي توانند بپذيرند. كه Em معرف انرژي مكانيكي سيستم مي باشد.

زاويه بين جهت گشتاور دو قطبي يك آهنربا و يك مغناطيس خارجي ، كه مي تواند از 0 تا 180 درجه تغيير كند.

برخي كميت هاي فيزيكي با مقادير كوانتيده عبارتند از:

جرم هاي سكون مشاهده شده اتم ها كه در يك گستره پيوسته قرار نمي گيرند. اين مطلب ابتدا در مطالعات بنيادي تركيبات شيميايي كه به نظريه اتمي دالتون منجر شدند، مشاهده شد.

امروزه جرم اتم هايي كه در طبيعت يافت مي شود بادقت زيادي معلوم شده است. اما جالب است بدانيم كه اين جرم ها تقريبا به نسبت اعداد صحيح اند، نه دقيقاً برابر با آن.

يكي از وظايف فيزيك هسته اي توضيح اين انحراف ها نسبت به اعداد صحيح به كمك چند اصل اساسي است.

بار الكتريكي كوانييده است:

زيرا بار كل هر جسمي دقيقا ً مضرب صحيحي (مثبت يا منفي) از بار الكتريكي بنيادي الكترون (e) است. كوانتومي شدن بار كه به وضوح در مفهوم شميايي ظرفيت و در قوانين الكتروليز آشكار شده بود، به وسيله آزمايش قطره روغن ميليكان به طور مستقيم نشان داده شد. در اين آزمايش بار الكترون مستقيماً اندازه گيري شد(اندازه گيري بار الكترون).

كوانتيدگي فركانس نوسان فيزيك امواج ايستاده:

امواج ايستاده و تشديد كه ظهورات كاملاً برجسته كوانتش در فيزيك كلاسيك هستند. فركانس نوسان يك تار مرتعش تشديد كننده كه دو انتهاي آن ثابت است فقط مي تواند مضرب صحيحي از پايين ترين فركانس يا فركانس اصلي نوسان باشد. فركانس اصلي به نوبه خود با استفاده از خواص فيزيكي و طول تار تعيين مي شود.

اين موج مكرراً از مرزها يا از دو انتهاي ثابت تار رويش باز مي تابد و با خود موج اوليه تداخل سازنده ايجاد مي كند و فيزيك امواج ايستاده توليد مي گردد.

تشديد فقط در صورتي حاصل مي شود كه فاصله بين دو نقطه انتهايي «طول تار) دقيقاً مضرب نصف صحيحي از نصف طول موج باشد. البته فقط وقتي موج داراي گسترش نامتناهي در فضا باشد، فركانس آن دقيقاً تعيين مي شود.

اين استدلال حتي براي موج هايي كه بين مرزهاي بازتابان به دام افتاده اند، نيز معتبر است. زيرا مي توان چنين تصور نمودكه اين فيزيك امواج بينهايت بار برروي خود تاب خورده است.

مثالهاي عام كوانتش كلاسيكي:

يك تاس پرتابي برروي وجوه خود فقط اعداد صحيح 1و2و3و4و5و6 را دارد. اين تاس يكي از مثال هاي روزمره است كه كميت هاي كوانتيده را نشان مي دهند. مثال هاي معروف ديگر عبارتند از:

روي يك سكه ، افراد مردم و تعداد سكه ها

نظريه مكانيك كوانتومي در مورد كوانتش چه مي گويد؟

نظريه مكانيك كوانتومي به مقدار زيادي مبتني بر اين كشف است كه بعضي كميت ها كه در فيزيك كلاسيك پيوسته در نظر گرفته مي شدند، در حقيقت كوانتيده اند. از لحاظ تاريخي آغاز اين نظريه به تعبير شدت تابش الكترومغناطيسي از يك جسم سياه بر حسب طول موج با انتظارات نظري الكترومغناطيس توافق ندارد.

ماكس پلانك تدوين كننده نظريه مكانيك كوانتومي در سال 1900 ميلادي نشان داد كه تجديد نظر در مفاهيم كلاسيكي به كمك كوانتش انرژي منجر به برقراري توافق بين آزمايش و نظريه مي شود و از اين طريق يك پل ارتباطي بين مكانيك كلاسيك و مكانيك كوانتومي ايجاد شد كه با وجود تعارضات فاحش ، تشابهات زيادي نيز باهم دارند.

اینشتین هرگز با كوانتوم آشتى نكرد

هميشه وقتى سخن از اينشتين به ميان مى آيد، ذهن ها متوجه نظريه نسبيت و پيامدهاى انقلابى آن در فيزيك مى شود. اما كمتر كسى اين نكته را به خاطر مى آورد كه اينشتين همانطور كه در اولين انقلاب علمى قرن بيستم يعنى نظريه نسبيت سهيم بود، در انقلاب ديگر يعنى فيزيك كوانتومى نيز نقش بسزايى داشت. حتى جايزه نوبل هم به خاطر مقاله «اثر فوتوالكتريك» كه تاييدى بر كوانتومى بودن نور بود، به او اهدا شد. اما بازى سرنوشت آنگونه شكل گرفت كه يكى از بزرگترين حاميان مكانيك كوانتومى، منتقد تراز اول آن نيز باشد. اين مقاله نگاهى است به واكنش اينشتين نسبت به مكانيك كوانتومى و مباحثات او با فيزيكدانان بانى نظريه كوانتوم به ويژه نيلز بور. هدف توصيف اتفاقاتى است كه در تاريخ كوانتوم افتاده است و تنها در موارد ضرورى مسائل علمى ذكر شده است.

كنگره سولوى

همه چيز از كنگره سولوى شروع شد. بانى اين سرى كنگره ها، يك صنعتگر آلمانى به نام ارنست سولوى بود. او اولين كنگره بين المللى سولوى را كمى قبل از شروع جنگ جهانى اول، در شهر بروكسل برگزار كرد. قرار بر اين بود كه در اين كنفرانس ها حدود 30 نفر از فيزيكدانان برجسته دعوت شوند و بر روى موضوع از قبل تعيين شده اى، بحث و بررسى كنند. از سال 1911 تا 1927 پنج كنگره با اين روش برگزار شد و هر كدام به يكى از پيشرفت هاى فيزيك در آن سال ها اختصاص داشت. معروف ترين كنگره سولوى در سال 1927 و با موضوع فيزيك كوانتومى برگزار شد. در بين شركت كنندگان در اين كنفرانس 9 فيزيكدان نظرى حضور داشتند كه بعد ها همه آنها به خاطر سهم مهمى كه در شكل گيرى نظريه كوانتوم داشتند، برنده جايزه نوبل شدند. ماكس پلانك، نيلز بور، ورنر هايزنبرگ، اروين شرودينگر و... آلبرت اينشتين از جمله آن فيزيكدان ها بودند. اما اينشتين هنگام شركت در كنگره به خاطر نظريه نسبيت و همين طور دريافت جايزه نوبل به قدر كافى مشهور بود. به همين دليل نظر او براى ديگر فيزيكدان ها اهميت زيادى داشت. هنگام برگزارى پنجمين كنگره سولوى يكى، دو سال بود كه از ارائه فرمول بندى شسته رفته اى از مكانيك كوانتومى مى گذشت. ماكس بورن يك فرمول بندى آمارى از مكانيك كوانتومى منتشر كرده بود و هايزنبرگ هم اصل عدم قطعيت (uncertainty principle) خود را مطرح كرده بود. نيلز بور نيز براساس اين دستاوردها تعبير معرفت شناختى خود را از مكانيك كوانتومى پيشنهاد كرده بود كه در ضمن آن ايده مكمليت (complementarity) را نيز معرفى مى كرد. همه اين موارد دلايلى كافى بودند كه اينشتين در تمام طول كنفرانس با بور و هايزنبرگ به بحث بنشيند.

تعبير كپنهاگى

نكته مهم در اصل عدم قطعيت هايزنبرگ اين بود كه، نمى توان مكان و تكانه (يا سرعت) يك ذره را به طور همزمان و به طور دقيق اندازه گيرى كرد. با اندازه گيرى مكان عدم قطعيتى در اندازه گيرى سرعت به وجود مى آيد و بالعكس. با مطرح شدن اين اصل جنجال برانگيز خيلى ها عدم قطعيت را ذاتى طبيعت دانستند و گفتند كه اين مشكل دستگاه اندازه گيرى يا ناظر نيست. به اين ترتيب اصل عليت را زير سئوال بردند، به اين معنى كه وقتى نمى توانيم زمان حال يك سيستم را به طور دقيق بدانيم پس از آينده آن نيز چيزى نمى دانيم و از آنجا كه اين جهل به ذات طبيعت و نه به دستگاه اندازه گيرى مربوط است، روابط على مخدوش مى شود. اين نتيجه گيرى از يك اصل كاملاً فيزيكى يكى از جنبه هاى تعبيرى بود كه بعدها به «تعبير كپنهاگى» از مكانيك كوانتومى معروف شد. از ديگر مولفه هاى تعبير كپنهاگى ويژگى آمارى و احتمالاتى پديده هاى زيراتمى بود. براى مثال اگر ناظرى سرعت ذره اى را در راستاى معينى اندازه گيرى كند، به احتمال X يك مقدار خاص و به احتمال Y مقدار ديگرى را به دست مى آورد. روى دادن هر كدام از اين احتمالات هم كاملاً تصادفى است و هيچ مكانيسمى براى چگونگى اتفاق آنها بيان نمى شود. نكته ديگر تعبير كپنهاگى انكار واقعيت فيزيكى بود، به اين معنا كه فرمول بندى مكانيك كوانتومى تنها واقعيت موجود است. پيش بينى نتايج و كارآمد بودن فرمول بندى كافى است و لازم نيست كه اين فرمول بندى حتماً با يك واقعيت عينى فيزيكى متناظر باشد.

اينشتين بر ضد بور

اينشتين به هيچ وجه نمى توانست زير بار يك چنين تعبيرى برود. او فيزيكدانى بود كه همواره به دنبال كشف طبيعت بود و يك چنين نظريه اى با اين نتايج عجيب و غيرشهودى او را راضى نمى كرد. اينشتين به رئاليسم اعتقاد داشت و نمى توانست بپذيرد كه مشاهده كننده واقعيت يك پديده فيزيكى را تعيين مى كند. او معتقد بود كه فيزيكدان ها به ايده آليسمى از نوع باركلى روى آورده اند كه آنها را سرمست كرده است و از هدف اصلى علم و همچنين فيزيك دور شده اند. به همين دليل بود كه در كنگره سولوى به شدت در مقابل نظريات بور و هايزنبرگ موضع گيرى كرد. هايزنبرگ در خاطرات خود مى نويسد: «همه بحث ها در سر ميز غذا شكل مى گرفت و نه در تالار كنفرانس و بور و اينشتين كانون همه بحث ها بودند. بحث معمولاً از سر ميز صبحانه شروع مى شد و اينشتين آزمايش فكرى جديدى كه گمان مى كرد اصل عدم قطعيت را رد مى كند، مطرح مى كرد. پس از بحث هاى بسيار در طول روز، بور سر ميز شام به اينشتين ثابت مى كرد كه آن آزمايش هم نمى تواند اصل عدم قطعيت را خدشه دار كند. اينشتين كمى ناراحت مى شد، اما صبح روز بعد با يك آزمايش فكرى ديگر كه پيچيده تر از آزمايش قبلى بود، از راه مى رسيد. پس از چند روز پاول اهرنفست فيزيكدان هلندى كه دوست اينشتين بود گفت: من به جاى تو خجالت مى كشم، استدلال هاى تو در برابر مكانيك كوانتومى شبيه استدلال هايى است كه مخالفانت در برابر نظريه نسبيت مى آورند.» اينشتين با اين آزمايش هاى فكرى مى خواست وجود ناسازگارى در مكانيك كوانتومى را نشان دهد تا بتواند آن را رد كند، اما موفق نشد. او هميشه مى گفت نمى تواند قبول كند كه خدا شير يا خط بازى مى كند. او معتقد بود اگر خدا مى خواست تاس بازى كند اين كار را به طور كامل انجام مى داد و در آن صورت ما ديگر مجبور نبوديم به دنبال قوانين طبيعت بگرديم، چرا كه ديگر قانونى نمى توانست وجود داشته باشد. جواب بور به تمامى اين جملات نغز اين بود كه: ما هم وظيفه نداريم براى خدا در اداره كردن جهان تعيين تكليف كنيم. به اين ترتيب بور در پنجمين كنگره سولوى توانست از سازگارى منطقى تعبير كپنهاگى دفاع كند. اما بحث هاى اينشتين و بور به ششمين كنگره سولوى در سال 1930 نيز كشيده شد و باز هم اينشتين نتوانست نتيجه اى بگيرد. پس از آن تلاش كرد كه ناقص بودن مكانيك كوانتومى را نشان دهد.

اينشتين، پودلسكى و روزن

اينشتين در ادامه تلاش هايش براى اثبات ناقص بودن تعبير استاندارد مكانيك كوانتومى، مقاله اى را در سال 1935 با همكارى پودلسكى و روزن منتشر كرد. اين مقاله با عنوان «آيا توصيف مكانيك كوانتومى از واقعيت فيزيكى مى تواند كامل باشد؟» بعدها با نام اختصارى EPR معروف شد. آنها در مقاله شان سعى كردند كه با يك آزمايش فكرى نشان دهند عناصرى از واقعيت وجود دارند كه در توصيف كوانتومى وارد نشده اند و بنابراين مكانيك كوانتومى ناقص است. طبق نظر اينشتين نظريه اى كامل است كه هر عنصرى از واقعيت فيزيكى مابه ازايى در آن داشته باشد. چهار ماه بعد، بور در مقاله اى با همان عنوان آزمايش EPR را رد كرد و نشان داد كه استدلال آنها مغالطه آميز است.اما اين پايان ماجرا نبود. نه اينشتين و نه بور، هيچكدام راضى نشده بودند. اينشتين تا پايان عمرش در سال 1955 همچنان مشكلات مكانيك كوانتومى را يادآورى مى كرد. در مورد بور هم معروف است عكسى كه از تخته سياه او درست يك روز قبل از مرگ او گرفته شده، شامل طرح آزمايشى است كه در سال 1930 مورد بحث او و اينشتين بوده است. اينشتين هيچ گاه مكانيك كوانتومى را نپذيرفت و در بهترين حالت قبول كرد كه اين نظريه، فقط يك نظريه موقتى است كه كامل نيست و فيزيكدانان بايد به دنبال نظريه اى ديگر باشند. نظريه اى كه هم به عليت و هم به رئاليسم مقيد باشد و در عين حال زيبا و ساده نيز باشد.

منابع:

1-
جزء و كل/ ورنر هايزنبرگ/ حسين معصومى همدانى/ نشر دانشگاهى

2-
تحليلى از ديدگاه هاى فلسفى فيزيكدانان معاصر/ مهدى گلشنى/ انتشارات مشرق

3- Stanford Encyclopedia of Philosophy / Quantum Mechanics

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 17:1 | لینک ثابت |

كشف تشعشع مايكروويو كيهانى در سال 1946 به وسيله آرنوپنزياس و رابرت ويلسون مسير كيهان شناسى را تغيير داد . اين پديده برداشتى كلى به كيهان شناسى ارائه كرد. وقتى كه جهان 400 هزار ساله بود. اين تابش باقى مانده از انفجار بزرگ ثابت مى كند كه جهان، آغازى داغ داشته است.

4
درصد جهان هستى از «ماده معمولى» (Ordinary Matter) ساخته شده است. 21 درصد ديگر آن از ماده اى كه اصطلاحاً «ماده تاريك» (Dark Matter) ناميده مى شود ساخته شده است كه مقدار آن با توجه به تأثيرات گرايشى آن روى ماده تخميناً برآورد مى شود. 75 درصد باقى مانده نيز شامل «انرژى تاريك» است كه كه رفتارى شبيه گرانش در جهت عكس را از خود بروز مى دهد.

بر پايه مشاهدات «انرژى تاريك» داراى مقدارى ثابت و بدون تغيير است و بيشتر شبيه «ثابت كيهان شناختى» (Cosmological Constant) در تئورى هاى اينشتين درباره تكامل تدريجى جهان رفتار مى كند. اساساًً اين بدان معناست كه «مقدار انرژى بر واحد حجم فضا» ثابت باقى مى ماند. در اينصورت مى توان مدعى شد كه جهان (Universe) با نرخ فزاينده اى به رشد و گسترش خويش ادامه خواهد داد. طى مدت زمانى در حدود 20 ميليارد سال فقط حدود 100 كهكشان را مى توان از زمين رويت نمود به گونه اى كه مى توان آن را «غربت بزرگ» نامگذارى كرد. در دهه 1990 با به كارگيرى تركيبى از تكنولوژى (دوربين هاى CCD 100مگا پيكسلى) و يك شاخص دقيق در فاصله اى دور (ابرنواخترهاى نوع ( Ia بالاخره شتاب منفى جهان اندازه گيرى شد. ظاهراً جهان در حال سرعت گرفتن است. تا وقتى كه انرژى تاريك كاملاً شناخته شود، پايان كار جهان ما بلاتكليف خواهد ماند. گرچه اگر گسترش جهان تا 30 ميليارد سال ديگر به سريع تر شدن خود ادامه دهد، آسمان از كهكشان خالى خواهدشد( بجز چند كهكشان در خوشه كهكشانى سنبله). درحالى كه گرانش جاذبه اى ماده عمدتاً سياه جهان، گسترش آن را كندتر مى كند، گرانش دفعى (شتاب منفى( كه در اثر انرژى سياه به وجود آمده سعى در سرعت بخشيدن به آن را دارد. بنابراين اندازه گيرى مقادير انرژى و ماده تاريك به ما اجازه مى دهد فيلم كيهانى را تا زمان به وجود آمدن آن عقب ببريم و زمان شروع آن را دريابيم .

منجمان براين باورند كه ماده عادى غيرقابل رؤيت كه حدود سه چهارم محتواى كل ماده باريونى (پروتون و نوترون ) را تشكيل مى دهد، به وفور و به صورت گاز گرم درميان كهكشان ها قرار دارد. در كل مقدار ماده _ باريونى و غيرباريونى كه بيشتر آن نيز تاريك است _ هشت برابر بيشتر از ماده باريونى است. منجمان همچنين توانسته اند مقادير چشمگيرى از ماده غيرقابل رؤيت را با اندازه گرفتن سرعت هاى ستارگان درميان كهكشان ها و سرعت كهكشان ها درميان خوشه هاى كهكشانى، شناسايى كنند. بدون وجود ماده تاريك غيرقابل رؤيت، اين اجرام پرسرعت بايد مدت ها پيش متفرق مى شدند.

بيشتر كيهان شناسان عمر جهان را 13.7 ميليارد سال مى دانند و عقيده دارند كه جهان تخت است (يعنى از هندسه اقليدسى تبعيت مى كند، با خطوط موازى كه دربى نهايت هم موازى مى مانند و زواياى داخلى مثلث كه مجموعاً 180 درجه هستند(.

مقدار 72 كيلومتر در ثانيه، در مگاپارسك - با خطايى حدود 10 درصد _ براى ثابت هابل به دست آمد. در حالى كه پارامتر اندازه گرفته شده توسط خود هابل 550 كيلومتر در ثانيه در مگاپارسك بود. از آنجا كه اندازه جهان قابل رصد و سن آن، هر دو با ثابت هابل رابطه عكس دارند. رشدى كه اين مقدار اصلاح شده براى جهان قابل رؤيت نشان مى دهد هشت برابر گسترشى است كه قبلاً براى جهان اندازه گرفته شده بود.

در سال 1980 فيزيكدانى به نام آلن اچ - گروت نظريه اى به نام تورم را ارائه كرد. بعدها ديگران نيز توضيحاتى به اين نظريه افزودند. اين تئورى كه نشات گرفته از فيزيك كاربردى ذرات است، مهمترين ويژگى هاى جهان امروز را توضيح مى دهد. در تئورى تورم قسمت هاى كوچك كيهان اوليه به طور تصاعدى گسترش پيدا كردند و قسمتى از فضا را كه ما امروزه مى بينيم، صاف تر كردند. مانند وقتى كه بيشتر بادكردن يك بادكنك باعث مى شود قسمت كوچكى روى سطح آن صاف تر به نظر برسد.

گفته مى شود دليل اصلى جريان يافتن اين گسترش انرژى پتانسيلى وابسته به انرژى فرضى به نام inflaton است، اين انرژى پتانسيل inflatin است كه حرارت چشمگير انفجار بزرگ را فراهم كرده در حين پديده inflaton نوسانات كوانتومى در مقياس هاى زيراتمى به وسيله گسترشى مهيب به اندازه هاى نجومى مى رسند. اين بزرگ تر شدن ها در ساليان دراز بعدى به همراه گرانش رشد كردند و در نهايت به پيدايش كهكشان ها و خوشه هاى كهكشانى كنونى انجاميدند. از نظريه تورم مى توان سه نتيجه گيرى كرد:

1-
فضا بايد در لبه مريى آن صاف به نظر برسد. 2- توزيع ماده در مقياس هاى نجومى بايد منشاء كوانتومى داشته باشد. 3- فضا را بايد پس زمينه اى از امواج گرانشى فرا گرفته باشد، كه به وسيله نوسانات كوانتومى بعد از 10به توان 32 - ثانيه از شروع جهان به وجود آمده اند. دو پيش بينى نخست اكنون با اندازه گيرى ها ديده شده اند و سومى نيز احتمالاً در آينده اى نه چندان دور با اندازه گيرى ها به اثبات خواهد رسيد.

پروژه كه فضاپيماى پژوهشى مايكروويو WMAP نام دارد، با به پايان رساندن اولين سال ماموريت چهارساله اش نقشه اى تماشايى از جهان نوزاد تهيه كرده، شگفتى اى كه WMAP براى كيهان شناسان به ارمغان آورد اين بود كه هيچ چيز شگفت آور نبود! وبا محاسبات قبلى تطابق خوبى داشت، هرچند معلوم شد پيدايش ستارگان زودتر از آنچه پيش بينى شده بود شروع شده _ تنها 200 ميليون سال بعد از انفجار بزرگ. WMAPموقعيت جهانى كه قبلاً پيش بينى شده بود را تحكيم كرد - جهانى 13.5 ميليارد ساله شامل يك سوم تا يك دوم ماده و انرژى تاريك و 4 درصد ماده معمولى (باريونى). اين پروژه همچنين مقدار به دست آمده براى ثابت هابل را تاييد مى كند. نتايج WMAP با ايده كلى تورم سازگارى دارند ولى تورم نظريه اى با گونه هاى متعدد است .

با توجه به متن نسبيت عام، پاسخ ساده است: انفجار بزرگ تنها آفريننده ماده، فضا و زمان است، بدون توضيح بيشتر. اين جواب البته قانع كننده نيست و دلايلى وجود دارند كه بپذيريم پاسخ عميق ترى براى اين سئوال هست. نسبيت عام شرحى ناقص از گرانش است چون شامل مكانيك هاى كوانتومى نمى شود و گرانش را با ديگر نيروهاى بنيادى تلفيق نمى كند. در حال حاضر نظريه ريسمان (كه بهM-Theory نيز معروف است) با وجود ناقص بودن و مورد آزمايش قرار نگرفتن بهترين تفكر را در مورد پيوند گرانش، ديگر نيروهاى بنيادى و مكانيك هاى كوانتومى ارائه مى دهد. با اينكه نظريه تورم ريشه اى در نظريه ريسمان ندارد، اما امكان دارد در آخر توضيح خود را در اين نظريه بيابد و هر چند تورم نظريه اى محكم است اما به آزمايشات عملى بيشترى نيازدارد. نظريه ريسمان تاكنون توضيحى فيزيكى براى انرژى تاريك فراهم نكرده و اين يك اشكال عمده است.

كشفيات جديد با بالا بردن سطح آگاهى باعث پديد آمدن چند سرى سوال جديد شده اند:

ماده تاريك چيست؟ ماهيت انرژى تاريك اسرار آميز و گرانش دفعى آن چيست؟ چرا طرز كار جهان ما تا اين حد پيچيده است؟ و دنيا چطور آغاز شد؟ اينكه انرژى تاريك چگونه با اكتشافات فيزيكدانان درباره نيروهاى موجود در طبيعت و ذرات درون اتمى مرتبط با آنها تعامل برقرار مى كند معمايى است كه همچنان بى پاسخ باقى مانده است. يك اخترشناس مى گويد: «به ياد داشته باشيد كه ما اين پديده را انرژى تاريك مى ناميم اما اين نامگذارى ممكن است اين باور غلط را در ذهن مخاطبان ايجاد كند كه ما حقيقتاً مى دانيم كه آن پديده چيست. اما بايد اذعان داشت كه ما واقعاً چيز زيادى در اين باره نمى دانيم

چه زمانى اولين ستاره ها شكل گرفتند؟ كهكشان هاى منفرد چگونه تشكيل شدند و چطور تكامل مى يابند؟ كى و كجا عناصر شيميايى اى كه بعد از عناصر موجود در انفجار بزرگ بودند (عناصر سنگين ترى كه براى حيات ما مفيد هستند)پديد آمدند؟ قسمت عمده ماده معمولى جهان كجاست و آيا فقط شامل گاز داغ است؟ پاسخ به اين سئوالات نيازمند رصدها و وسايل جديد و همچنين مدل هاى جديد و پيچيده ترى است كه ما در ميانه دوران بزرگى از اكتشافات كيهان شناختى هستيم. اگر موفق شويم نظريه هايمان را با هر كشف جديدى تطبيق دهيم، مى توانيم به جهشى بزرگ در دركمان از جهان برسيم.

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 17:0 | لینک ثابت |


فوتوالكتریك
$
مطالعه‌ی آزاد$
مشاهده

هانریش هرتز ، در حین انجام یك آزمایش مشاهده كرد كه هنگامی پرتوهای نور با طول‌موج بسیار كوتاه ، مانند فرابنفش ، به كلاهك فلزی یك برق‌نمای باردار منفی می‌تابد ، باعث تخلیه‌ی الكتروسكوپ می‌شود . آزمایش‌های دیگر نشان دادند كه این تخلیه‌ی الكتریكی ، به دلیل جدا شدن الكترون از سطح كلاهك فلزی روی داده است .

هرچه شار نوری ( انرژی كه در واحد زمان توسط نور انتقال می‌یابد )تابیده شده به الكتروسكوپ بیشتر باشد ، تخلیه سریع‌تر انجام می‌شود .

اگر شیشه‌ی جذب‌كننده‌ی تابش فرابنفش را در مسیر پرتوها قرار دهیم تخلیه ی الكتریكی مشاهده نمی‌شود

اگرالكتروسكوپ بار مثبت داشته باشد با تابش فرابنفش تخلیه نمی‌شود . یعنی با تابندن نور بر سطح فلز بار منفی از آن ناپدید می‌شود ولی به رغم تاباندن نور بر سطح فلز بار مثبت در آن باقی می ماند .







آزمایشی كه در بالا توضیح دادیم تفاوت در خواص بارهای منفی و مثبت تشكیل دهنده ی فلز را نشان می‌دهد . الكترون‌ها با فلز پیوند ضعیفی دارند و به آسانی می‌توانند در فلز حركت كنند ( رسانندگی ) و به سهولت به ورای مرزهای آن بروند( اثر فوتوالكتریك ) . یون‌های مثبت شبكه‌ی بلوری فلز را می‌سازند به طوری كه بیرون راندن آن ها به منزله ی تصعید فلز است . اگر فلز بار خالص منفی داشته باشد ، الكترون آزاد شده بر اثر میدان الكتریكی حاصل از فلز بار دار ، از فلز خارج می‌شود . در مورد بار مثبت خالص در فلز ، نور می تواند الكترون هایی را كه همیشه در فلز حضور دارند نیز آزاد كند ولی میدان الكتریكی ایجاد شده در اطراف جسم فرار الكترون‌ها را كند می‌كند و می خواهد آن‌ها را به جسم برگرداند . بنابراین اگر انرژی جنبشی الكترون در حال فرار ( در واقع سرعت آن ) خیلی زیاد نباشد ، به رغم اثر نور الكترون‌ها نمی‌توانند جسم را ترك كنند و بار مثبت جسم بدون تغییر می‌ماند





فوتوالكتریك


اثر فوتوالكتریك
خروج الكترون‌ها را از سطح فلزات ، با تاباندن نور ( یا پرتوالكترومغناطیس دیگر ) با بسامد مناسب به آن‌ها ، پدیده‌ی‌فوتوالكتریك و الكترون گسیل شده از سطح فلز را فوتوالكترون نامند
آزمایش مربوط به پدیده ی فوتوالكتریك
دو الكترود A و B درون یك حباب خالی از هوا قرار دارند این دو الكترود به پایانه های یك مولد برق پیوسته وصل است آمپرسنج جریانی نشان نمی‌دهد ، زیرا بین دو الكترود رسانایی برای انتقال جریان وجود ندارد به الكترود B ، نور می‌تابانیم . با این كه كلید باز است ، آمپرسنج جریا ن نشان می دهد .زیرا تعدادی از فوتوالكترون‌هایی كه از به الكترود A دارند . در نتیجه بدون آن كه بین دو الكترود الكترود B ، جدا می‌شوند انرژی جنبشی كافی را برای رسیدن رسانایی نظیر فلزات یا هوا یا ... وجود داشته باشد ، این الكترون‌ها شارش می كنند . كلید را می‌بندیم شدت جریان بیشتر می‌شود

ü
نتیجه :

1.
با تغییر اختلاف پتانسیل برقرار شده بین دو الكترود A و B ، مشاهده می‌شود كه شدت جریان مدار تغییر می‌كند

2.
هرگاه الكترود B به پایانه‌ی منفی و الكترود دیگر به پایانه ی مثبت باتری وصل باشد ، می گوییم V مثبت است . وقتی V مثبت افزایش می‌یابد ، ابتدا جریان زیاد می‌شود و سپس ثابت می‌ماند . زیرا با زیاد شدن V مثبت ، تعداد بیشتری از فوتوالكترون‌ها شارش می‌یابند و به سمت الكترود مثبت كشیده می شوند . از زمانی كه هر فوتوالكترونی كه از الكترود B خارج می‌شود توسط الكترود A جذب می شود شدت جریان ، ثابت مانده و دیگر افزایش اختلاف پتانسیل ، مقدار جریان را تغییر نمی‌دهد







3.
هنگامی كه اتصال باتری را وارون كنیم یعنی الكترود B كه حالامثبت است را در معرض تابش قرار دهیم می‌گوییم ولتاژ منفی برقرار است .الكترون ها به طرف الكترود A شارش می‌كنند . اما چون الكترود A منفی است نیروی مخالفی به آن‌ها وارد می‌شود و از سرعت آن‌ها می كاهد .در نتیجه انرژی جنبشی شان كاهش می‌یابد . در این وضعیت اگر اختلاف پتانسیل منفی را افزایش دهیم شدت جریان كمتر می‌شود . با ادامه‌ی‌ این وضعیت به حالتی می‌رسیم كه شدت جریان صفر است یعنی هیچ‌یك از فوتوالكترون‌های گسیل شده انرژی كافی برای رسیدن به الكترود A را ندارد و حداكثر تا نزدیكی آن می روند ولی متوقف شده وباز می گردند .







(-V0)
اختلاف­پتانسیل­منفی‌ای كه به­ازای آن، شدت جریان در مدار فوق صفر می­شود­، اختلاف­پتانسیل­ متوقف­كننده نام ‌دارد



می توان برای همه ی ولتاژها نمودار شدت جریان برحسب ولتاژ را به صورت زیر رسم كرد :



&
نكته

آزمایش‌ها نشان می دهند كه :

1.
بازیاد شدن شدت نور فرودی ، ولتاژ متوقف كننده ، تغییر نمی كند .

2.
بازیاد شدن شدت نور فرودی ، شدت جریان ، افزایش می یابد .











3.
باتغییر بسامد منبع نور ، مقدار ولتاژ متوقف كننده‌ی V0 تغییر می‌كند و تغییر V0 برحسب بسامد n به صورت خطی است و به ازای یك بسامد

خاص no كه بسامد قطع نامیده می شود پدیده‌ی فوتوالكتریك مشاهده نمی‌شود و در  no نیز پدیده‌ی فوتوالكتریك روی نمی‌دهد  بسامد‌های كمتر از



4.
با تغییر جنس الكترودی كه در معرض تابش نور قرار دارد . هم ولتاژ متوقف كننده V0 و هم no بسامد قطع جدیدی خواهیم داشت . جالب است بدانیم كه شیب نمودارهای V0 برحسب n برای همه‌ی جنس‌های فلزات یكسان است






ناتوانی فیزیك كلاسیك در تفسیر پدیده‌ی فوتوالكتریك

گفتیم كه موج های نور كه دسته ای از امواج الكترو مغناطیسی هستند ،‌دارای میدان های الكتریكی و مغناطیسی هستند . بنابه نظریه‌های فیزیك كلاسیك ، وقتی نور به فلزی می تابد ، در اثر میدان‌ الكتریكی آن الكترون های آزاد فلز شتاب می‌گیرند و انرژی جنبشی آن ها افزایش می‌یابد و از فلز كنده می‌شوند ( فوتوالكترون‌ها ) . حال اگر انرژی جنبشی فوتوالكترون به هنگام خروج از سطح الكترودA برابر K A وبه هنگام رسیدن به الكترود B برابر KB باشد بین دو الكترود ولتاژ V برقرار باشد بنابر قضیه‌ی كار ـ انرژی داریم :

KB – KA = eV
كه در آن eV كار نیروی وارد بر الكترون از سوی میدان الكتریكی بین الكترودها در تغییر مكان از A به B است . اگر ولتاژ منفی باشد KB كمتر از KA خواهد بود

اگر این ولتاژ منفی برابر ولتاژ متوقف كننده باشد ( V = - Vo ) ، تنها آن الكترون هایی كه بیشترین انرژی جنبشی را دارند می توانند تا نزدیكی الكترود B برسند .برای این الكترون‌ها داریم :



KA = Kmax , KB = o

o – Kmax = - eVo

Kmax = eVo
بنابر این‌رابطه‌ی كلاسیكی با دو مشكل روبرو هستیم :

1.
بنابر قانون‌های فیزیك كلاسیك ،‌ با افزایش شدت نور فرودی و در نتیجه افزایش میدان الكتریكی مربوط به موج الكترومغناطیسی ، باید بتوان Kmax را افزایش داد . در حالی كه دیدیم Vo و در نتیجه Kmax مستقل از شدت نور فرودی است .



2.
اگر شدت نور برای گسیل فوتو الكترون‌ها از الكترود A كافی باشد ، اثر فوتو الكتریك باید در هر بسامدی رخ دهد . در حالی كه دیدیم اگر بسامد نور فرودی كمتر از بسامد قطع باشد اثر فوتوالكتریك رخ نمی‌دهد.





1
یادآوری

به انرژی نور می توان طبیعت ذره‌ای نسبت داد . انرژی نوربا بسامد معینی نمی‌تواند به قسمت های اختیاری تقسیم شود بلكه به شكل بخش‌های مساوی كاملاً مشخصی ، یعنی « بسته‌های » انرژی تجلی می‌یابند . به این بخش‌های انرژی « كوانتوم‌های نور » یا « فوتون » می‌گویند .
تفسیر كوانتمی پدیده‌ی فوتوالكتریك توسط انیشتین

1.
انیشتین انرژی هر فوتون را hn در نظر گرفت و عنوان كرد هرگاه شدت نوری زیاد می‌شود تعداد فوتون­های آن بیشتر است و فوتون آن پر انرژی‌تر نیست .

2.
انیشتین هم چنین فرض كرد كه فقط یك فوتون ( با انرژی hn ) به طور كامل توسط هر الكترون جذب می‌شود و انرژی خود به الكترون می‌دهد . در نتیجه انرژی جنبشی فوتوالكترون گسیل شده از سطح فلز به هنگام خروج برابر است با :



K = hn - W



كه در آن W برابر است با كار لازم برای غلبه بر نیروهای داخلی وارد بر الكترون در فلز. برخی از الكترون ها در فلز كمتر مقیدند، و برای خارج كردن آن ها از فلز كار كمتری لازم است

تابع كار

اگر حداقل كار لازم برای خارج كردن یك الكترون از یك فلز خاص كه آن را تابع كار می نامیم برابر Wo باشد ، انرژی جنبشی سریع ترین فوتوالكترون‌های گسیل شده از آن برابر خواهد بود با:



Kmax = hn - Wo

eVo = hn - Wo



رابطه ی فوق كه با فرضیه‌های انیشتین نوشته شده است ، پاسخ پرسش‌های پدیده‌ی فوتوالكتریك را چنین می‌دهد :

1.
با تغییر بسامد نور ولتاژ متوقف كننده تغییر می‌كند . نمودار تغییرات تغییر V0 برحسب بسامد n به صورت خطی است كه شیب آن در همه ی فلزات h / e است . انیشتین با كمك نمودارهای تجربی موجود مقدار h را به دست آورد

2.
با تغییر جنس فلز الكترود Wo تغییر می‌كند و در نتیجه اختلاف پتانسیل متوقف كننده تغییر خواهد كرد .

1.
اگر hn انرژی هر فوتون نور ، كمتر از Wo تابع كار فلز باشد از فلز كنده نمی‌شود .

2.
حداقل مقدار انرژی كه فوتون های نور برای كندن الكترون لازم دارند Wo است .



hno = Wo

no = Wo / h =
بسامد قطع



3.
اگر بسامد پرتو تابیده شده بر الكترود فلز از no مربوط به آن فلز ( نقطه ای كه نمودار محور n را قطع می‌كند ) كمتر باشد پدیده‌ی فوتوالكتریك رخ no را بسامد قطع می نامند . برای بسامدی مانند no و پایین تر از نمی‌دهد  آن پدیده‌ی فوتو الكتریك رخ نمی دهد . ( no حداقل بسامدی كه قادر به جدا كردن الكترون از فلز خواهد بود . )

4.
برای بسامد قطع ولتاژ متوقف كننده ( Vo ) صفر می شود و برای بسامدهای كمتر از no ولتاژ متوقف كننده منفی است . مفهوم آن این است كه در بسامدهای كمتر از no فوتوالكتریك رخ نمی دهد .

ü
توجه :

در رابطه­ی





اگر





باشد







است و



( h = 4.14 × 10 - 15 eV )



باشد





است

"
تمرین

مقدار ثابت پلانك h توسط دو نفر و در دو زمان مختلف در ضمن توجیه دو پدیده ی متفاوت ، اندازه‌گیری و محاسبه شده است . آن دو نفر و پدیده‌های مورد استفاده‌ی توسط آن‌ها را نام ببرید .



پلانك در رابطه با تابش جسم سیاه و انیشتین در پدیده‌ی فوتوالكتریك



"
تمرین

نوری با طول موج 2000 آنگستروم به سطح فلز آلومینیوم می تابد . تابع كار آلومینیوم برابر 4.­2 الكترون ولت است . بیشینه‌ی انرژی جنبشی فوتوالكترون‌هایی كه از سطح آلومینیوم گسیل می‌شوند ، چقدر است ؟





"
تمرین

در مثال فوق بسامد قطع چند هرتز است ؟





"
تمرین

طول‌موج قطع برای فلزی 240 nm است .

الف ) بسامد قطع و تابع كار این فلز چقدر است ؟

ب ) به ازای چه طول‌موجی بیشینه ی انرژی جنبشی الكترون خروجیJ 1.6 × 10 - 19 می‌شود ؟

پ ) ولتاژ متوقف كننده به ازای این بیشینه‌ی انرژی چقدر است ؟





"
تمرین

تابع كار فلزی 2.4 eV است . طول موج قطع برای این فلز را به دست آورید .



"
تمرین

تابع كار فلزی 2.5 eV است تحت تاثیر نوری تكفام قرار می‌گیرد . برای قطع جریان فوتوالكتریك پتانسیل 1.5 V لازم است . در این وضعیت طول‌موج نوری كه به فلز تابیده است را به دست آورید .



"
تمرین

تابع كار تنگستن 4.52 eV است . بسامد قطع را برای این فلز محاسبه كنید .اگر نوری با بسامد

Hz 6 × 10 14
به این فلز برخورد كند آیا پدیده‌ی فوتوالكتریك رخ خواهد داد ؟



خیر





"
تمرین

وقتی بر سطح فلزی نوری به طول موج 480 nm می‌تابد ، حداكثر انرژی جنبشی الكترون‌های گسیلی 0.50 eV است طول‌موج قطع را برای این سطح حساب كنید .







"
تمرین

در پدیده‌ی ‌فوتوالكتریك ولتاژ متوقف كننده 2 V است ماكزیمم انرژی فوتوالكترون‌ها را برحسب الكترون‌ولت به دست آورید .



"
تمرین

تابع كار یك فلزی 2.5 eV است كمترین بسامدی كه می‌تواند الكترون های سطح آن را خارج كند چند هرتز است ؟



( h = 4.14 × 10 - 15 )



1. 6 × 10 - 14

2. 6 × 10 14

3. 2.5 × 10 - 14

4. 2.5 × 10 14



گزینه «« 2 »





"
تمرین

كوچكترین مقدار انرژی كه می تواند الكترونی را از اتم تنگستن بكند ، J 6.63 × 10 - 19 است بلند ترین طول موج نور كه باعث می‌شود فوتوالكترون‌ها از اتم تنگستن گسیل شوند ، چقدر است ؟



1. 100 nm
2. 20 nm
3. 300 nm
4. 400 nm



.
گزینه «« 3 »





"
تمرین

بسامد قطع در پدیده ی فوتوالكتریك با الكترودی از جنس تنگستن ، 10 15 هرتز است بنابراین :



1.
نورهای با بسامد بیشتر از 10 15 هرتز نمی‌توانند از تنگستن ، الكترون جدا كنند .

2.
نورهای با بسامد برابر 10 15 هرتز نمی‌توانند از تنگستن ، الكترون جدا كنند .

3.
نورهای با بسامد بیشتر یا مساوی 10 15 هرتز می‌توانند از تنگستن ، الكترون جدا كنند .

4.
اگر شدت نور كافی باشد ، نورهای با بسامدكمتر از 10 15 هرتز می‌توانند از تنگستن ، الكترون جدا كتند .



گزینه « 3 »



"
تمرین

در یك پدیده‌ی فوتوالكتریك ،‌طول موج قطع 420 nm است یعنی :



1.
به ازای l > 420 nm اثر فوتوالكتریك مشاهده نمی‌شود .

2.
به ازای l > 420 nm اثر فوتوالكتریك مشاهده نمی‌شود .

3.
به ازای l > 420 nm اثر فوتوالكتریك مشاهده می‌شود .

4.
احتمال دارد به ازای l > 420 nm اثر فوتوالكتریك مشاهده ‌شود .



گزینه « 1 »



"
تمرین

فوتون چیست ؟

1.
الكترونی درحالت برانگیخته است

2.
شكلی از نوكلئون ، یعنی ذراتی كه هسته را تشكیل می دهند به شمار می‌آید .

3.
الكترونی كه از نظر الكتریكی خنثی است .

4.
این اصطلاحی است كه بسته های كوچك انرژی الكترومغناطیسی با خواص ذره را توصیف می‌كند .



گزینه « 4 »



"
تمرین

فوتون ذره ای است كه :



1.
بار الكتریكی ندارد .

2.
میدان الكتریكی ندارد .

3.
در خلا حركت نمی‌كند .

4.
سرعت حركت آن در خلا با بسامد فوتون تغییر می‌كند .



گزینه « 1 »

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 16:59 | لینک ثابت |
فیزیک اتمی الگوهای اتمی الگوی اتمی تامسون : تامسون كاشف الكترون نخستین الگوی اتمی را ارائه داد . در این الگو بارهای مثبت و منفی درون اتم به صورت یكنواخت توزیع شده است . این مدل قادر به توجیه آزمایش‌های رادرفورد نبود الگوی اتمی رادرفورد: در الگوی اتمی رادرفورد همه‌ی بارهای مثبت اتم در یك ناحیه‌ی مركزی با حجم بسیار كوچك به نام هسته متمركز شده است . الكترون‌ها با بار منفی اطراف این هسته‌ی مركزی را در فاصله‌ی زیادی احاطه كرده‌اند . به گونه ای كه فضای بین هسته و الكترون‌ها خالی است . رادرفورد در الگویی كه برای اتم ارائه كرد اشاره‌ای به این كه الكترون‌ها در اتم چگونه حركت می‌كنند ، نكرد . اشكال مدل رادرفورد 1. اگر الكترون ها نسبت به هسته ساكن باشند ، تحت تاثیری نیروی الكتریكی ، روی هسته سقوط می‌كنند . یعنی اتم رادرفورد ناپایدار است . 2. اگر الكترون دور هسته بچرخد ، بنابه تئوری الكترومغناطیسی فیزیك كلاسیك ، چون حركت شتابدار دارد ، لزوماً باید تابش كند . در این صورت انرژی آن به تدریج كم شده و روی هسته سقوط می كند . بنابراین مدل اتمی رادرفورد به هر صورت ناپایدار است . بنابه فرضیه های كلاسیكی ، بسامد تابش های پیاپی كم شده و شعاع مدارش تغییر می‌كند در نتیجه باید بسامدی جدید داشته باشد .یعنی طیف تابشی چنین عنصری دارای همه‌ی بسامدها و پیوسته است .در حالی كه طیف عناصری كه در دسترس می‌باشد ، خطی است . الگوی اتمی رادر فورد با تجربه سازگار نیست . زیرا اولاً نمی‌تواند پایداری حركت الكترون‌ها در مدارهای اتمی و در نتیجه پایداری اتم‌ها را توضیح دهد ثانیاً طیف گسسته اتمی را توضیح نمی‌دهد . الگوی اتمی بور بور در الگوی خود پیشنهاد كرد كه قانون های مكانیك و قانون های الكترومغناطیس كلاسیك در مقیاس اتمی باید همراه فرضیه‌هایی در نظر گرفته شود . این فرضیه ها را به صورت ساده‌ در چهار اصل زیر می‌توان بیان كرد: 1. الكترون فقط روی مدارهاای دایره ای با شعاع معینی حركت می‌كند . این مدارها « مدارهای مانا » نامیده می‌شود ( مدار مانا ) الكترون ها تا وقتی كه در یك مدار مانا دور هسته می چرخند ، تابشی گسیل نمی‌كتند ( حالت مانا ). شعاع مدار های مانا مقدار مشخص و گسسته ای می‌تواند داشته باشدو هر الكترون در این مدارها انرژی معینی دارد ( شعاع و انرژی مجاز ) اگر شعاع اولین مدار را برابر r1 بگیریم شعاع های مجاز از رابطه‌ی زیر به دست می آید كه در آن n یك عدد صحیح و rn شعاع تراز n وانرژی در مدار n برابر E n و انرژی ریدبرگ برابر E R است. اتم به شرطی تابش می كند كه الكترون آن از یك مدار مانا با انرژی بیشتر ( E n ) ، به یك مدار مانا با انرژی كمتر ( E m ) سقوط كند . به عبارت دیگر مدار خود را تغییر دهد . در این صورت انرژی فوتون موج الكترومغناطیسی گسیل شده برابر اختلاف انرژی بین دو تراز است : h n = E n - E m & نكته بور برای كوچكترین شعاع مدار الكترون در اتم هیدرژن ، یعنی ao كه آن راشعاع اتم بور نیز می‌نامندمقدار زیر را به¬دست آورد. كه در آن h ثابت پلانك , k ثابت كولن , e با ر الكترون وm جرم الكترون است . " تمرین شعاع اتم بور را محاسبه كنید . & نكته انرژی ریدبرگ از رابطه‌ی به دست می‌آید كه در آن h ثابت پلانك ، k ثابت كولن ، e با رالكترون وm جرم الكترون است . " تمرین انرژی ریدبرگ ( یك ریدبرگ ) را محاسبه كنید " تمرین شعاع مدار چهارم هیدروژن در مدل بور چند آنگستروم است ؟ ( ao = 0.529 Ao ) rn = n2 ao = 16 ´ 0.529 = 8.464 Ao " تمرین نسبت شعاع مدار پنجم هیدرژن در مدل بور به شعاع مدار سوم آن را به دست آورید . حالت پایه ـ حالت برانگیخته اگر الكترون اتم هیدرژن در مدار اول ( n = 1 ) باشد می گوییم در حالت پایه قرار دارد و انرژی آن E1 است مدارهای با انرژی بالا تر از E1 را حالت های برانگیخته می خوانند . تراز انرژی بنابر اصل بور الكترون در یك اتم نمی‌تواند هرمقدار انرژی داشته¬باشد بلكه مجاز است انرژی برابر با یكی از مقدارهایی که به کمک رابطه‌ی زیر به¬دست می¬آید داشته¬باشد هریك ازاین مقدارهای مجاز را یك تراز انرژی می‌نامند . محاسبه‌ی ترازهای انرژی الكترون در اتم هیدرژن به همین ترتیب برای بقیه‌ی مدارهای n می‌توان انرژی مجاز الكترون را حساب كرد هریك از این مقدارها ، ( مقدارهای مجاز انرژی الكترون در اتم هیدرژن ) یك تراز انرژی الكترون در اتم هیدرژن می‌نامیم . از رابطه‌ی نتیجه‌های زیر یه دست می‌آید : 1. انرژی الكترون در مدار مانا منفی است . 2. انرژی الكترون در مدار مانا ، هر مقداری نمی تواند باشد . 3. انرژی الكترون در مدار مانای اول ، n 2 برابر انرژی الكترون در مدار مانای n ام است . 4. وقتی الكترون به مداری با شماره‌ی بالاتر می رود ، انرژی‌اش بیشتر می‌شود . بالا ترین مقدار انرژی‌ الكترون ، صفر است و آن هنگامی است كه الكترون از قید جاذبه ی هسته آزاد شده باشد ( n ® ¥ Þ E ® o ) هریك از مقدارهای مجاز ِ انرژی را یك تراز انرژی می نامند . وقتی كه الكترون به هر دلیلی ، از یكی از مدارهای مدار های مجاز با شماره ی كوانتایی n به مدار مجاز دیگر ی با شماره‌ی كوانتایی n' سقوط می كند . انرژی معینی از دست می دهد كه برابر است با : " تمرین انرژی الكترون اتم هیدرژن را در تراز چهارم و پنجم برحسب ریدبرگ و نیز برحسب الكترون‌ولت محاسبه كنید. برتری‌های مدل بور 1. در الگوی اتمی بور اتم ناپایدار نیست ، زیرا الكترون با سرعت V دور هسته می‌چرخد . بنابراین به طرف هسته سقوط نمی كند . 2. در الگوی اتمی بور با این كه الكترون حركت شتابدار دارد ، تابش نمی كند . بنابراین اتم بور پایدار است . 3. در الگوی اتمی بور ، طیف تابشی عنصر ، پیوسته نیست زیرا الكترون فقط می‌توانند مقدارهای خاصی از انرژی را گسیل‌كند . ( D E ها مقدار مشخصی هستند ) 4. مدل اتمی بور ، طیف جذبی را هم توصیف می‌كند . زیرا الكترون فقط مقدارهای معینی از انرژی را می تواند ، جذب كند . 5. در مدل اتمی بور ، شعاع مدارهای الكترون و نیز انرژی الكترون در روی این مدارها ،‌مقدارهای خاصی دارد . نارسایی های مدل بور 1. بور هم از تئوری‌های كلاسیك و هم از نظریه‌های كوانتومی استفاده كرد . 2. مدل بور فقط طیف هیدروژن را توصیف می كند . 3. مدل بور هیچ گونه اطلاعی در باره‌ی تعداد فوتون‌های گسیل شده با یك بسامد معین به دست نمی‌دهد . 4. نظریه‌ی بور برای اتم هایی كه یونیزه شده‌اند و فقط یك الكترون دارند هم به كار می‌رود . در این گونه اتم‌ها ، انرژی الكترون در هر تراز از رابطه‌ی به دست می‌آید محاسبه‌ی ثابت ریدبرگ به كمك مدل اتمی بور دیدیم هنگامی كه الكترون در اتم هیدروژن از مدار n به مدار n'می‌رود یك فوتون با بسامد n تابش می‌كند : مقدار را حساب می كنیم: و طول¬موج فوتون تابشی در یون¬های تک¬الکترونی که بار هسته¬ی آن¬ها Z است به صورت زیر محاسبه می¬شود : انرژی فوتون در اتم هیدرژن و یون¬های تک¬الکترونی که بار هسته¬ی آن¬ها Z است به صورت زیر محاسبه می¬شود " تمرین بلندترین طول موج (كمترین بسامد تابشی ) رشته‌ی بالمر را برحسب نانومتر حساب كنید . انرژی بستگی الكترون انرژی كه بتواند اتم را از یك ترازمجاز n به¬حالتی برساندكه E = o باشد و الكترون از قیدهسته رهاشود، انرژی¬بستگی¬الكترون در همان تراز می‌نامند . " تمرین انرژی بستگی الكترون را در تراز اول اتم هیدروژن محاسبه كنید. " تمرین انرژی بستگی الكترون اتم هیدروژن را در حالت برانگیخته ( n = 3 ) محاسبه كنید . " تمرین هسته‌ی اتم هلیوم دارای دو بار مثبت است ( Z = 2 ) الف ) انرژی‌های مجاز در اتم هلیوم یك بار یونیده از كدام رابطه‌به دست می‌آید ؟ ب ) انرژی لازم برای یونیزه كردن هلیوم یك بار یونیده چند ریدبرگ و نیز چند الكترون ولت است ؟ " تمرین طبق مدل اتمی رادرفورد بار مثبت در اتم چگونه است شاهد ریاضی 70 1. بر روی كرات متحدالمركز توزیع شده است . 2. در تمام حجم اتم به طور نامنظم توزیع شده است . 3. در قسمت كوچكی متمركز است . 4. در تمام حجم اتم به طور نامنظم توزیع شده است . گزینه «3» رادرفورد هسته ی اتم را با بار مثبت در مركز آن و دارای حجم بسیار كم فرض كرد كه الكترون ها در فاصله‌ی نسبتا دور روی دوایری به مركز هسته به دور آن می چرخند " تمرین اشكال مدل اتمی رادرفورد كدام است ؟ 1. عدم توجیه طیف گسسته اتم 2. عدم توجیه پایداری اتم 3. سقوط الكترون روی هسته 4. هر سه مورد . گزینه «4» با توجه به متن كتاب درسی هر سه مورد اشكالات این مدل فرض شده اند .البته گزینه های «2» و «3» هم معنی هستند . " تمرین با در نظر گرفتن مدل اتمی بور كدام گزینه درست است ؟ سراسری ریاضی 50 1. الكترون با هر شعاع دلخواهی می تواند حول هسته دوران كند . 2. مداری كه شعاع آن بزرگتر باشد انرژیش كمتر است . 3. اگر الكترون از مدار با شعاع كوچكتر به مدار با شعاع بزرگتر برود نور گسیل می شود . 4. اگر الكترون از مدار با شعاع بزرگتر به مدار با شعاع كوچكتر برود نور گسیل می شود . . گزینه «4» در مدل بور ساز و كار تابش فوتون دقیقا منطبق بر بازگشت الكترون از مدار بالاتر به مدار پایین تر است " تمرین اتم در صورتی نور گسیل می كند كه : سراسری تجربی 62 1. در اثر گرما الكترون مستقیما به فوتون تبدیل می شود . 2. الكترون جذب هسته ی اتم گردد . 3. الكترون از تراز انرژی بالا تر به تراز انرژی پایین تر برود . 4. الكترون از تراز انرژی پایین تر به تراز انرژی بالا تر برود گزینه «3» " تمرین طبق مدل اتمی بور با افزایش شماره ی تراز در اتم ‚ فاصله انرژی دو تراز متوالی ‚ در اتم : 1. كم می شود . 2. زیاد می شود . 3. تغییر نمی كند . 4. در اتم های مختلف متفاوت است . گزینه«1» انرژی الكترون در تراز n ام هیدرژن از رابطه¬ی زیر به دست می آید می توان اختلاف انرژی دو تراز متوالی را به¬صورت زیر به دست آورد . " تمرین اگر شعاع مدار الكترون ، n برابر شود ، انرژی ان در مدار جدید نسبت به¬مدار قبلی: 1. n برابر می شود . 2. 1/ n برابر می شود . 3. n 2 برابر می شود . 4. 1/n2 برابر می شود . گزینه «2» طبق متن درسی بنا بر نظریه ی بور ، اصولا می توان انرژی الكترون در مداری به شعاع r را چنین به دست آورد كه با شعاع نسبت عكس دارد . " تمرین اگر در اتم هیدروژن الكترون از تراز n = 2 به تراز n =2 برود شعاع مدار الكترون نسبت به حالت قبل چند برابر و انرژی الكترون چه تغییری می كند ؟ 1. 2 وكمتر 2. 2 و بیشتر 3. 4 و بیشتر 4. 4 وكمتر گزینه «3» اگر شعاع تراز اول را r1 در نظر بگیریم شعاع تراز n ام عبارت است از rn =n2r1 , n = 1, 2 ,…….. پس شعاع مدار الكترون 4 برابر می شود . اما انرژی الكترون بیش تر می شود زیرا انرژی الكترون در لایه n ام از رابطه ی زیر به دست می آید و با افزایش n مقدار آن افزایش می یابد .
نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 16:57 | لینک ثابت |

فیزیک اتمی
لیزر

1
یادآوری

هرگاه در یك اتم الكترون‌ها روی مدار مانا حركت­كنند، از اتم تابشی­گسیل نمی­شود .

1
یادآوری

برای آن­كه الكترونی را از­حالت n1 به­حالت n2 منتقل­كنیم (n1 < n 2 ) ، باید به­آن مقداری­معین انرژی بدهیم­. در­این­صورت گفته­می‌شود­، اتم به­حالت برانگیخته رفته­است­. كه به­صورت زیر­نمایش می‌دهیم­:



*
اتم g فوتون + اتم



این برهم‌كنش فوتون با اتم را جذب می‌نامیم­



1
یادآوری

هرگاه اتم در یك­حالت برانگیخته باشد با گسیل یك­فوتون به­حالت پایین­تر می­رود . این برهم‌كنش ­گسیل خود­به­خود ­نامیده­می­شود كه آن­را به صورت زیر نمایش می دهیم



*
اتم g فوتون + اتم


گسیل­القایی

نوع دیگری از برهم‌كنش ­فوتون با اتم كه اساس كار لیزر به­شمار­می آید گسیل­القایی ( تحریك­شده ) است­. در این­برهم‌كنش ابتدا اتم در­حالت برانگیخته است­. یك فوتون با­انرژی hn كه برابر اختلاف­انرژی دوتراز اتم است­، اتم را وامی‌دارد تا با گسیل یك فوتون دیگر با همین بسامد­،‌به­حالت پایین­تر ، یا پایه­، ­برود­. این برهم­كنش را به­صورت زیر نمایش می‌دهیم





&
نكته

توجه به این نكته ضروری است كه اگر اتم در حالت برانگیخته باشد و به حال خود گذاشته شود­، سرانجام با تابش یك فوتون به حالت­پایه می­رود­. اما با تابش یك فوتون به­آن نه­تنها این فرآیند سریع‌تر صورت­می‌گیرد­، بلكه فوتون گسیل­شده از اتم و فوتون فرودی هم­جهت­، هم­فاز­، موازی و هم­انرژی است­.



&
نكته

نتیجه‌ی نهایی برخورد یك فوتون مناسب با الكترون در مدار پر انرژی‌تر، این است كه الكترون به مدار كم‌انرژی‌تر سقوط می­كند و دو فوتون دقیقاً ­همانند هم روان می شوند ( گسیل القایی ) .این دوفوتون در برخورد به اتم های دیگر به 4 فوتون تبدیل می‌شوند­و ...­



&
نكته

در بیش­تر چشمه­های نور تنها بخش كوچكی از نور در اثر گسیل­القایی تولید­می‌شود­. قسمت عمده‌ی نور­، حاصلِ گسیل­خود­به­خودی است ، اما در لیزر­، نور فقط از طریق گسیل­القایی تولید­می‌شود­.



&
نكته

در گسیل­خود­به­خودی­، فوتون­ها در راستاهای مختلف و با اختلاف فاز منتشر می­شوند­. اما وقتی نور نتیجه‌ی گسیل­القایی­است­ ( لیزر ) همه‌ی فوتون‌ها دقیقاًً هم‌فاز هستند و در یك راستا منتشر می‌شوند و موازیند .

&
نكته

در لیزر فوتون‌های هم­فاز و هم‌راستا تولید می­شود كه طول­موج یكسانی­دارند . به­عبارت­دیگر همه‌ی فوتون‌ها دقیقاً هم­رنگند یعنی نور لیزر كاملا ً تك‌رنگ است و به­هیچ­وجه تجزیه­نمی‌شود­.

&
نكته

پرتوهای نور لیزر كاملا ً موازی­اند­. در­حالی­كه پرتوهای نور ناشی از گسیل­خود­به­خودی در همه­ی راستاها منتشر می­شوند­.

"
تمرین

كدام پدیده­ی زیر اساس كار لیزر به­شمار می­آید ؟

1.
بازتاب

2.
جذب فوتون

3.
گسیل­القایی­فوتون

4.
گسیل­خود­به­خودی فوتون



گزینه ««3»»

باتابش فوتون به اتم های برانگیخته ، الكترون ها از حالت تحریكی پایین می آیند و فوتون های ثانوی تولید می شود كه با فوتون های اولیه هم جهت . هم فاز و هم انرژی هستند . این پدیده نشر تحریكی یا گسیل القایی نام دارد

"
تمرین

تفاوت لیزر با نور معمولی در این است كه:

1.
لیزر شدید تر و پر انرژی تر خواهد بود.

2.
لیزر در بسامد مرئی وجود ندار د.

3.
فوتون های لیزر هم فاز ، هم انرژی و هم جهت اند.

4.
لیزر با نور معمولی هیچ تفاوتی ندارد.



گزینه ««3 »»



وقتی پرتوهای نور به شكل لیزر­، در­می­آیند­. به­علت­آن­كه اساس لیزر گسیل القایی است­، فوتون­هایی تولید­می­شوند كه با فوتون­های­ فرودی هم­جهت­، هم­فاز و هم­انرژی هستند­، و این خاصیت در نور معمولی وجود­ندارد­.

"
تمرین

اگر فوتون با الكترون ­اتمی بر­هم­كنش­ نماید­ چه پدیده­ای رخ­می­دهد­­؟

1 )
الكترون ممكن­است از تراز­پایین­تر به تراز­بالا­تر برود­.

2 )
الكترون ممكن­است از تراز­بالا­تر به تراز­پایین­تر­ برود

3 )
گزینه ی 1 و2 ­درست است­.

4 )
فوتون هرگز با الكترون بر­هم­كنش نخواهد­كرد .



گزینه ««3 »»



گزینه ی ««1»» تحریك نام دارد و گزینه ی ««2 »» نشر تحریكی ( گسیل القایی ) است، كه اساس لیزر است.

"
تمرین

در یك لیزر گازی هلیوم نئون هنگامی كه نور ورودی 10 وات توان داشته­باشد­، در خروجی آن پرتویی به­توان 10 میلی­وات ­خواهیم­داشت­. بازده­ی این لیزر چند در­صد است­؟

1. 100
2. 10
3. 0.1
4. 0.001



گزینه ««3 »»

می توان بازده لیزر را چنین محاسبه كرد :

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 16:56 | لینک ثابت |



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 VMR – PCR 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 Mm x Me / Re^2

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



F = ma



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

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

Fv – Fe = resultant = 0.01 x 10^32 = 10^30 (N)



This force creates the gravity acceleration constant.

S0:

Fv = MC

Fe = M(C-g

نوشته شده توسط محمد نظم آبادی در دوشنبه سوم دی 1386 ساعت 16:55 | لینک ثابت |
 
business articles
Powered By Blogfa - Designing & Supporting Tools By WebGozar