نظریه ی جهان ازلی علیه بیگ بنگ

نظریه ی جهان ازلی بیان می دارد که احتمالا فضا و زمان پس ازانفجار بزرگ آغاز نشده بلکه فضا و زمان همیشه وجود داشته است و یک چرخه ی بی پایان از انبساط و انقباض را انجام می دهد.پاول استینهارت ، فیزیکدان دانشگاه پرینستون و نیل توروک از دانشگاه کمبریج دو دانشمندی هستند که این نظریه را ابراز کرده اند.طبق این نظریه درهر چرخه ، جهان از ماده ی داغ و چگال انباشته می شود و پس از آن مرحله ی انبساط را آغازمی کند که طی آن جهان سرد می شود.تا این جا همه چیز شبیه تصویر ارائه شده در انفجار بزرگ است.بعد ازگذشت 14میلیارد سال جهان شتاب بیش تری به خود می گیرد.البته مشاهدات تجربی موید این نظریه می باشد.پس ازگذشت تریلیون ها سال ماده به طور کامل منتشر شده و به حداکثر انبساط خود می رسد.تابش نیز درسراسر جهان منتشرمی شود و به این ترتیب مرحله ی انبساط جهان متوقف می شود.در مرحله ی بعد یک میدان انرژی ، ماده و تابش های جدیدی تولید می کند و بنابراین این چرخه مجددا شروع می شود.این نظریه ی جدید پاسخ های محتملی را برای چندین مسئله که مدت های مدیدی در زمینه ی انفجار بزرگ در ذهن دانشمندان وجود داشت ، پاسخ می گوید.نظریه ی انفجار بزرگ طی چند دهه ی گذشته نظریه ی غالب در زمینه ی کیهان شناسی به شمار می رفت.از جمله پرسش هایی که درنظریه ی انفجار بزرگ بدون پاسخ مانده است ، می توان به پرسش زیر اشاره کرد : "چه چیزی برای اولین بار منفجر شده و چگونه قبل از آغاز زمان آن چیز وجود داشته است ؟ البته استینهارت از ارائه دهندگان این نظریه ، می گوید : "در این مرحله من نمی توانم هیچ یک از این نظریه ها را رد کنم.چیزی که برای من جالب است این است که ما در حال حاضر دونظریه داریم که از جهات اساسی فرق بسیاری با یکدیگر دارند و ما احتمالا تا چند سال آینده می توانیم به طور تجربی صحت این دو نظریه را بررسی کنیم." نظریه ی انفجار بزرگ حدود 60 سال پیش ارائه شده است و طی این مدت برای آن که بتواند مشاهدات تجربی را به نحو شایسته ای توجیه کند ، تغییراتی در آن صورت گرفته و تا حدودی توسعه یافته است.یک عنصربسیاراساسی که در دهه 1980 به آن افزوده شد مفهوم تورم است.تورم بیانگر دوره ی انبساط بسیارسریع است که درخلال اولین ثانیه های بعد از انفجاربزرگ رخ داده است.دوره ی تورم برای تشریح وضعیت یکنواختی و همگونی جهان که توسط ستاره  شناسان مشاهده شده عنصری مهم است.این مفهوم ضمنا می تواند توجیه کننده ی نحوه ی تشکیل کهکشان ها باشد.این دانشمندان بعدها مجبور شدند تا به نظریه ی انفجار بزرگ مفهوم

" انرژی تاریک " را نیز بیفزایند ، به این دلیل که توجیه گر مشاهده ی شتاب بیش تر درانبساط جهان باشد.اما در نظریه ی جدید صحبتی از تورم و انرژی سیاه به میان نمی آید و این دو مفهوم با نظریه ی میدان انرژی جایگزین شده است.طبق این نظریه میدان انرژی در حال نوسان است و به این ترتیب زمانی باعث انبساط جهان و زمانی باعث رکود آن می شود.در عین حال این نظریه تمام پدیده هایی که اخیرا مشاهده شده اند را به خوبی نظریه ی انفجار بزرگ توجیه می کند.استینهارت که یکی از پیشگامان نظریه ی تورم نیز به شمار می رود در این زمینه می گوید :" از آن جایی که نظریه ی جدید به مفروضات کم تری احتیاج دارد ، استفاده از آن آسان تر به نظر می رسد." حسن دیگر این نظریه این است که می تواند بدون افزودن مفروضات جدیدی آینده ی جهان را پیشگویی کند.اما در مقابل مفهوم تورم نمی تواند آینده ی دراز مدت جهان را پیشگویی کند.نظریه ی چرخه ای جهان بیانگر ترکیبی از مفاهیم استاندارد فیزیک و سایر مفاهیم پیشرفته فیزیکی است ، که نشان دهنده ی تلاش های مجدانه فیزیکدانان برای توسعه یک نظریه فراگیر که شامل تمام ذرات و نیروهای فیزیکی شناخته شده می باشد.گرچه این نظریات از ریاضیات پیشرفته ای استفاده می کنند ، در عین حال می توانند تصویری از نظریه چرخه ای جهان را نیز ارائه دهند.براساس این نظریات جهان باید شامل دو صفحه مواز ی بسیار بزرگ باشد.برای تجسم بهتر دو صفحه ی کاغذ را که فاصله ی آن ها بسیار کم است در نظر بگیرید.این فاصله به عنوان یک بعد دیگر یا بعد پنجم عمل می کند که البته تشخیص آن برای ما به طور عملی دشوار است.در مرحله ای از زمان که ما در آن به سر می بریم ، صفحات در تمام جهات منبسط می شوند و تمام انرژی و جرمی که دارند را در جهات مختلف منتشرمی کنند.بعد از گذشت تریلیون ها سال وقتی که جهان از جرم و انرژی خالی شد وارد مرحله ای جدید می شود.در این مرحله که رکود نامیده می شود ، انبساط متوقف می شود و درعوض صفحات شروع به حرکت به سمت یکدیگر می کنند و به این ترتیب بعد پنجم دچار انقباض می شود.هنگامی که صفحات منقبض می گردند کم کم به یکدیگر نزدیک شده تا در نهایت  به هم برخورد کنند.این برخورد باعث می شود که این صفحات انباشته از ماده ی چگال شوند و دمای آن ها به طور غیرمنتظره ای بالا رود.این قسمت پیش بینی ها با مفاهیم ارائه شده توسط انفجار بزرگ هم خوانی دارد.وقتی که مجددا این صفحات از یکدیگر دورمی شوند بار دیگر انبساط آغاز می گردد.نکته قابل ذکر آن است که این صفحات جهان های مختلف و موازی یک دیگر نیستند ، بلکه در حقیقت قسمت های مختلفی از یک جهان هستند.یک قسمت از این جهان یا یک صفحه آن شامل تمام ماده ی معمولی است که ماهیت آن برای ما آشنا است و صفحه دیگر شامل چیزی است که برای ما نا آشنا است.به عقیده استینهارت ، چیزی که ماده ی تاریک نامیده می شود و عقیده بر آن است که قسمت عمده ی جرم جهان را تشکیل می دهد در این قسمت از جهان قرار دارد.برهم کنش این دو صفحه فقط بر اساس جاذبه گرانشی است.یعنی اجرام موجود در یک صفحه جاذبه ی شدیدی به اجرام صفحه ی مقابل وارد می کنند.حرکت و خواص این صفحات از مفاهیم ریاضی که برای بیان آن ها به کار گرفته شده ناشی می شود.این امر بر خلاف مفهوم انفجار بزرگ است که انرژی تاریک بعدا به آن اضافه شد تا بتواند مشاهدات تجربی را توجیه کند.این ها موقعیت های جالبی هستند که ما را به سوی خود جذب می کنند.ممکن است در نظرهرکس یکی از این نظریات از دیگری جالب تر باشد ، اما طبیعت خود بهترین داور است و می تواند بگوید کدام نظریه صحیح و کدام غلط است. 

طوفان های مغناطیسی

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

 

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

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

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

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

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

پلاسما

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

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

توضیح کامل تری از پلاسما:

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

اطلاعات بیشتر iPN:

سه شیوه ی مختلف برای بررسی پلاسما وجود دارد :

نظریه ی جنبشی تعادل

نظریه مدار

نظریه ی هیدرومغناطیسی ماکروسکوپی

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

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

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

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

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

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

اسپری پلاسما :

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

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

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

اخباری درباره پلاسما:

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

---

دیدگاه های شما:

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

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

 

سفر در زمان

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

اگر کسی بگوید فیزیک کوانتوم را فهمیده، پس چیزی نفهمیده است

نیلز بور (1962-1885)، از بنیانگذاران فیزیک کوانتوم، در مورد چیزی که بنیان گذارده است، جمله ای دارد به این مضمون که اگر کسی بگوید فیزیک کوانتوم را فهمیده، پس چیزی نفهمیده است. من هم در اینجا می خواهم چیزی را برایتان توضیح دهم که قرار است نفهمید!

گام اول: تقسیم ماده

بیایید از یک رشته‌ی دراز ماکارونیِ پخته شروع کنیم. اگر این رشته‌ی ماکارونی را نصف کنیم، بعد نصف آن را هم نصف کنیم، بعد نصفِ نصف آن را هم نصف کنیم و... شاید آخر سر به چیزی برسیم ــ البته اگر چیزی بماند! ــ که به آن مولکولِ ماکارونی می‌توان گفت؛ یعنی کوچکترین جزئی که هنوز ماکارونی است. حال اگر تقسیم کردن را باز هم ادامه بدهیم، حاصل کار خواص ماکارونی را نخواهد داشت، بلکه ممکن است در اثر ادامه‌ی تقسیم، به مولکول‌های کربن یا هیدروژن یا... بربخوریم. این وسط، چیزی که به درد ما می خورد ــ یعنی به دردِ نفهمیدنِ کوانتوم! ــ این است که دست آخر، به اجزای گسسته ای به نام مولکول یا اتم می رسیم.

این پرسش از ساختار ماده که «آجرک ساختمانی ماده چیست؟»، پرسشی قدیمی و البته بنیادی است. ما به آن، به کمک فیزیک کلاسیک، چنین پاسخ گفته ایم: ساختار ماده، ذره ای و گسسته است؛ این یعنی نظریه‌ی مولکولی.

گام دوم: تقسیم انرژی

بیایید ایده‌ی تقیسم کردن را در مورد چیزهای عجیب تری به کار ببریم، یا فکر کنیم که می توان به کار برد یا نه. مثلاً در مورد صدا. البته منظورم این نیست که داخل یک قوطی جیغ بکشیم و در آن را ببندیم و سعی کنیم جیغ خود را نصف ـ نصف بیرون بدهیم. صوت یک موج مکانیکی است که می تواند در جامدات، مایعات و گازها منتشر شود. چشمه های صوت معمولاً سیستم های مرتعش هستند. ساده ترین این سیستم ها، تار مرتعش است ــ که در حنجره‌ی انسان هم از آن استفاده شده است. به‌راحتی(!) و بر اساس مکانیک کلاسیک می توان نشان داد که بسیاری از کمّیت های مربوط به یک تار کشیده‌ی مرتعش، از جمله فرکانس، انرژی، توان و... گسسته (کوانتیده) هستند. گسسته بودن در مکانیک موجی پدیده ای آشنا و طبیعی است (برای مطالعه‌ی بیشتر می توانید به فصل‌های 19 و 20 «فیزیک هالیدی» مراجعه کنید). امواج صوتی هم مثال دیگری از کمّیت های گسسته (کوانتیده) در فیزیک کلاسیک هستند. مفهوم موج در مکانیک کوانتومی و فیزیک مدرن جایگاه بسیار ویژه و مهمی دارد که جلوتر به آن می رسیم و یکی از مفاهیم کلیدی در مکانیک کوانتوم است.

پس گسسته بودن یک مفهوم کوانتومی نیست. این تصور که فیزیک کوانتومی مساوی است با گسسته شدن کمّیت های فیزیکی، همه‌ی مفهوم کوانتوم را در بر ندارد؛ کمّیت های گسسته در فیزیک کلاسیک هم وجود دارند. بنابراین، هنوز با ایده‌ی تقسیم کردن و سعی برای تقسیم کردن چیزها می‌توانیم لذت ببریم!

گام سوم: مولکول نور

خوب! تا اینجا داشتم سعی می کردم توضیح دهم که مکانیک کوانتومی چه چیزی نیست. حالا می رسیم به شروع ماجرا:

فرض کنید به جای رشته‌ی ماکارونی، بخواهیم یک باریکه‌ی نور را به طور مداوم تقسیم کنیم. آیا فکر می کنید که دست آخر به چیزی مثل «مولکول نور» (یا آنچه امروز فوتون می‌نامیم) برسیم؟ چشمه های نور معمولاً از جنس ماده هستند. یعنی تقریباً همه‌ی نورهایی که دور و بر ما هستند از ماده تابش می‌کنند. ماده هم که ساختار ذره ای ـ اتمی دارد. بنابراین، باید ببینیم اتم ها چگونه تابش می کنند یا می توانند تابش کنند؟

گام چهارم: تابش الکترون

در سال 1911، رادرفورد (947-1871) نشان داد که اتم ها، مثل میوه‌ها، دارای هسته‌ی مرکزی هستند. هسته بار مثبت دارد و الکترون‌ها به دور هسته می چرخند. اما الکترون های در حال چرخش، شتاب دارند و بر مبنای اصول الکترومغناطیس، «ذره‌ی بادارِ شتابدار باید تابش کند» و در نتیجه انرژی از دست بدهد و در یک مدار مارپیچی به سمت هسته سقوط کند. این سرنوشتی بود که مکانیک کلاسیک برای تمام الکترون ها /c1/پیش‌بینی و توصیه(!)



طیف تابشی اتم‌ها، بر خلاف فرضیات فیزیک کلاسیک گسسته است. به عبارت دیگر، نوارهایی روشن و تاریک در طیف تابشی دیده می‌شوند.
 
می کرد و اگر الکترون ها به این توصیه عمل می کردند، همه‌ی‌ مواد ــ از جمله ما انسان‌ها ــ باید از خود اشعه تابش می کردند (و همان‌طور که می‌دانید اشعه برای سلامتی بسیار خطرناک است)! ولی می‌بینیم از تابشی که باید با حرکت مارپیچی الکترون به دور هسته حاصل شود اثری نیست و طیف نوریِ تابش‌شده از اتم ها به جای اینکه در اثر حرکت مارپیچی و سقوط الکترون پیوسته باشد، یک طیف خطی گسسته است؛ مثل برچسب های رمزینه‌ای (barcode) که روی اجناس فروشگاه ها می زنند. یعنی یک اتم خاص، نه تنها در اثر تابش فرو نمی‌ریزد، بلکه نوری هم که از خود تابش می‌کند، رنگ ها ــ یا فرکانس های ــ گسسته و معینی دارد. گسسته بودن طیف تابشی اتم ها از جمله علامت سؤال های ناجور در مقابل فیزیک کلاسیک و فیزیکدانان دهه‌‌ی 1890 بود.

گام پنجم: فاجعه‌ی فرابنفش

برگردیم سر تقسیم کردن نور.

ماکسول (1879-1831) نور را به صورت یک موج الکترومغناطیس در نظر گرفته بود. از این رو، همه فکر می کردند نور یک پدیده‌ی موجی است و ایده‌ی «مولکولِ نور»، در اواخر قرن نوزدهم، یک لطیفه‌ی اینترنتی یا SMS کاملاً بامزه و خلاقانه محسوب می شد. به هر حال، دست سرنوشت یک علامت سؤال ناجور هم برای ماهیت موجی نور در آستین داشت که به «فاجعه‌ی فرابنفش» مشهور شد:

یک محفظه‌ی بسته و تخلیه‌شده را که روزنه‌ی کوچکی در دیواره‌ی آن وجود دارد، در کوره ای با دمای یکنواخت قرار دهید و آن‌قدر صبر کنید تا آنکه تمام اجزا به دمای یکسان (تعادل گرمایی) برسند.

در دمای به اندازه‌ی کافی بالا، نور مرئی از روزنه‌ی محفظه خارج می‌شود ــ مثل سرخ و سفید شدن آهن گداخته در آتش آهنگری.

در تعادل گرمایی، این محفظه دارای انرژی تابشی‌ای است که آن را در تعادل تابشی ـ گرمایی با دیواره ها نگه می‌دارد. به چنین محفظه‌ای «جسم سیاه» می‌گوییم. یعنی اگر روزنه به اندازه‌ی کافی کوچک باشد و پرتو نوری وارد محفظه شود، گیر می‌افتد و نمی‌تواند بیرون بیاید.

فرض کنید میزان انرژی تابشی در واحد حجمِ محفظه (یا چگالی انرژی تابشی) در هر لحظه U باشد. سؤال: چه کسری از این انرژی تابشی که به شکل امواج نوری است، طول موجی بین 546 (طول موج نور زرد) تا 578 نانومتر (طول موج نور سبز) دارند. جوابِ فیزیک کلاسیک به این سؤال برای بعضی از طول موج‌ها بسیار بزرگ است! یعنی در یک محفظه‌ی روزنه دار که حتماً انرژی محدودی وجود دارد، مقدار انرژی در برخی طول موج‌ها به سمت بی نهایت می‌رود. این حالت برای طول موج‌های فرابنفش شدیدتر هم می‌شود.
گام ششم: رفتار موجی ـ ذره‌ای

در سال 1901 ماکس پلانک (Max Planck: 1947-1858) اولین گام را به سوی مولکول نور برداشت و با استفاده از ایده‌ی تقسیم نور، جواب جانانه‌ای به این سؤال داد. او فرض کرد که انرژی تابشی در هر بسامدِ ? ــ بخوانید نُو ــ به صورت مضرب صحیحی از ?h است که در آن h یک ثابت طبیعی ــ معروف به «ثابت پلانک» ــ است. یعنی فرض کرد که انرژی تابشی در بسامد ? از «بسته های کوچکی با انرژی ?h» تشکیل شده است. یعنی اینکه انرژی نورانی، «گسسته» و «بسته ـ بسته» است. البته گسسته بودن انرژی به‌تنهایی در فیزیک کلاسیک حرفِ ناجوری نبود‌ (همان‌طور که قبل‌تر در مورد امواج صوتی دیدیم)، بلکه آنچه گیج‌کننده بود و آشفتگی را بیشتر می‌کرد، ماهیتِ «موجی ـ ذره‌ای» نور بود. این تصور که چیزی ــ مثلاً همین نور ــ هم بتواند رفتاری مثل رفتار «موج» داشته باشد و هم رفتاری مثل «ذره»، به طرز تفکر جدیدی در علم محتاج بود

ماکس پلانک، از بنیانگذاران فیزیک کوانتوم

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