نظریه ریسمان(قسمت سوم)

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

بالاخره نظريه‌ي ريسمان چيست!؟

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

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

ادامه نوشته

نظریه ی ریسمان(قسمت دوم)

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

اصل طرد پاولي

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

تعبير برهم‌كنش ذرات مادي به‌كمك ذرات حامل نيرو

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

ذرات حامل نيرو از اصل طرد پيروي نمي‌كنند...

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

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

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

ادامه نوشته

نظریه ی ریسمان به زبان ساده

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

سری هم به ادامه ی مطلب بزنید...

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

ادامه نوشته

بیگ بنگ

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

 

بيگ بنگ چیست ؟

 

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

سری به ادامه مطلب بزنید....