دانشمندان مي‌دانند ممكن است روزي از آنها سوال شود كه آيا واقعا مطمئنند آنچه در پي آن هستند، واقعي است؟
استيو اهلن، از دانشگاه بوستون كه به اتفاق همكارانش در موسسه فناوري ماساچوست ‪ MIT‬سرگرم ساخت نمونه‌اي از يك دستگاه مدرن زيرزميني براي تحقيقات در زمينه ماده تاريك است، مي‌گويد " هرقدر آزمايش عظيم باشد، بازهم ممكن است هيچ چيزي پيدا نشود."
تاكنون چند بار زنگها بيهوده به صدا درآمده‌اند. در سال ‪، ۲۰۰۰‬ دانشمندان ايتاليايي كه در يك آزمايشگاه زيرزميني در نزديكي رشته‌كوه "گران ساسو" فعاليت مي‌كنند، ادعا كردند كه نشانه‌اي از ماده تاريك را رديابي كرده‌اند.

اما هيچكس نتوانست اين نتيجه را تكرار كند و در محافل علمي شمار اندكي ممكن است اين ادعا را قبول داشته باشند. از آن زمان به بعد، محققان ايتاليايي سرگرم كار روي يك ردياب نسل دوم بوده‌اند و پيش‌بيني مي‌كنند تا سال آينده نتايج تازه‌اي را ارايه نمايند.

در بهار امسال، يك گروه رقيب به رهبري "النا اپرايل"، از دانشگاه كلمبيا كه در "گران ساسو" نيز فعاليت مي‌كند، در يك نشست علمي گفت پروژه گازمايع ابداعي گروه وي هب نام ‪ XENON10‬در مقايسه با ردياب ‪ CDMS‬حساس تر است و صداهاي زمينه‌اي بيشتري را حذف مي‌كند.

اپرايل كه با اعلام اين موضوع ديگر پژوهشگران را شگفت زده كرد، گفت "هرقدر حساسيت دستگاهها بيشتر باشد، حقيقت نزديكتر مي‌شود."
برنار سادوله از دانشگاه تكنولوژي كاليفرنيا در بركلي و سخنگوي ‪CDMS‬ معتقد است استفاده از چند فناوري در جست‌وجوي ماده تاريك بسيار مفيد است زيرا مي‌توان نتايج به دست آمده از راههاي مختلف را در كنار هم قرار داد و آنها را با يكديگر كنترل كرد. او مي‌گويد كه گروه پژوهشي او از سال گذشته سرگرم جمع‌آوري اطلاعات از طريق دستگاههاي ارتقاء يافته ردياب بوده است و پيش‌بيني مي‌كند كه اين گروه رهبري خود را از لحاظ حساسيت دستگاه ردياب دوباره به دست آورد.

تلاش براي يافتن ماده تاريك، به دهه ‪ ۱۹۳۰‬برمي‌گردد كه در آن زمان، "فريتس تسويكي" از دانشگاه فني كاليفرنيا "كل‌تك"، درحالي كه با تلسكوپ به آسمان نگاه مي‌كرد، با مشاهده حركات كهكشاني به اين نتيجه رسيد كه در كيهان جرم گمشده‌اي وجود دارد. جا افتادن اين فكر در اذهان ديگر دانشمندان و دانش پژوهان مدتها طول كشيد اما اكنون جست‌وجوي ماده تاريك، به يك شكار علمي پررقابت زيرزميني تبديل شده است.

ساخت ردياب‌هاي ماده تاريك پرهزينه است و ارتقاء و عملياتي كردن آنها از آن هم پرهزينه تر است. اكنون بودجه بسياري از پروژه‌ها توسط مجموعه‌اي از منابع مختلف تامين مي‌شود. براي مثال، بنياد ملي علوم از سال مالي ‪۲۰۰۰‬ روي شش پروژه، از جمله ‪ CDMS‬و ‪ XENON10‬حدود ‪ ۲۱‬ميليون دلار سرمايه‌گذاري كرده است.

دانشمندان در فضا نيز به دنبال ماده تاريك مي‌گردند.

ناسا قصد دارد سال آينده تلسكوپ "گلاست ‪ GLAST‬رابراي مطالعه در مورد انفجارهاي اشعه گاما، كه ممكن است از برخوردهاي ماده‌تاريك حاصل شده باشد، به فضا بفرستد.

اين امكان نيز وجود دارد كه دانشمندان حتي قبل از آنكه وجود ماده تاريك را در كهكشانها و يا در زير زمين تاييد كنند، آن را در آزمايشگاه توليد كنند، مثلا در برخورددهنده بزرگ هالدرون كه در اعماق زمين در مرز سوييس و فرانسه قرار دارد.

پژوهشگران در همه جستجوهاي خود فقط به دنبال ‪ WIMPS‬نيستند.

"آزمايشگاه ملي لارنس ليورمور" با اجراي پروژه‌اي تحت عنوان "تجربه ماده‌تاريك اكسيون" ، به دنبال يك ذره فرضيه‌اي ديگري به نام "اكسيون ‪ "axion‬است.

نخستين مرحله اين پروژه در سال ‪ ۲۰۰۳‬بدون ثبت هيچ نشانه‌اي از ماده تاريك، پايان گرفت. اما اخيرا وزارت انرژي آمريكا براي ارتقاء كيفي اين آزمايشها، چراغ سبز نشان داده است.

هيچكس نمي‌داند جست‌وجوي ماده تاريك تا چه زمان ادامه خواهد يافت.

لسلي روزنبرگ، يك سخنگوي پروژه "اكسيون" گفت "هنوز جام جهان نما كدر است اما روزي ماهيت ماده تاريك روشن خواهد شد."

منبع : هنر فیزیک

در آزمايشگاههايي در اعماق زمين، دانشمندان مجهز به پيشرفته‌ترين دستگاهها، سرگرم رقابت براي يافتن "ماده تاريك"، هستند. ماده‌اي نامريي كه مانند يك چسب كيهاني، مانع از هم پاشيدن كهكشانها مي‌شود.

هركس ماهيت ماده تاريك را كشف كند، يكي از بزرگترين معماهاي دانش نوين را حل كرده است و مطمئنا به سمت جايزه نوبل روانه خواهد شد.

اما اين كار، صرفا يك فقط يك آزمون مغزي نيست. كشف رمز ماده تاريك، به همراه دستيابي به درك بهتري از يك نيروي مرموز ديگر به نام "انرژي تاريك" ، مي‌تواند به كشف سرنوشت كهكشانها كمك كند.

تلاشهايي كه در گذشته براي يافتن اين ماده، كه بر اساس فرضيات موجود بايد وجود داشته باشد، انجام شده تاكنون بي‌نتيجه بوده است اما اين موضوع نتوانسته است حدود بيست گروه پژوهشي را از دنبال كردن اثري از اين ماده در تاريكي معادن متروكه و چاههاي عمودي تونلها، منصرف كند.

ماشين‌هاي امروزي ردياب "ماده تاريك" در مقايسه با نسل‌هاي قديمي بسيار نيرومندتر هستند اما بهترين آنها نيز تاكنون نتوانسته‌است كوچكترين اثري از اين ماده را ثبت كند. اكنون بسياري از تيم‌ها در حال ساختن ردياب‌هاي بزرگتر هستند و يا سعي مي‌كنند براي شكار "ماده تاريك" فناوريهاي مدرن را به كار گيرند.

"شان كرول"، يك دانشمند فيزيك نظري در موسسه فناوري كاليفرنيا كه خود شخصا در اين تجربه‌هاي علمي شركت ندارد، مي‌گويد "اكنون در عصر طلايي جست‌وجوي ماده تاريك به سر مي‌بريم و به نظر مي‌رسد كه شرايط براي وقوع يك اتفاق بزرگ در اين زمينه فراهم است."
دانشمندان معترفند كه هنوز در مورد ماده تاريك، در تاريكي به سر مي‌برند. براساس تئوري حاكم كنوني، اين ماده از ذراتي بسيار كوچك و عجيب ساخته شده كه از زمان "انفجار بزرگ" (‪ (Big Bang‬درحدود ‪ ۱۳/۷‬ميليارد سال قبل باقي مانده‌اند.

ماده تاريك كه گمان مي‌رود يك چهارم جرم كيهان را تشكيل مي‌دهد، به اين دليل به اين اسم ناميده مي‌شود كه هيچ نور يا حرارتي از خود خارج نمي‌كند.

ستاره‌شناسان بخاطر كنش و واكنش جاذبه‌اي اين ماده با ستارگان و كهكشانها پي به وجود آن برده‌اند.

اما دانستن اين موضوع كه ماده تاريك وجود دارد، با دانستن اين كه ماهيت اين ماده چيست، فاصله زيادي دارد. در اكثر تجربيات علمي، دانشمندان به دنبال ذرات فرضيه‌اي به نام ‪ WIMPS‬هستند. اين ذرات كه اسم آنها از خلاصه‌اي از "ذرات پرجرم با تعامل ضعيف" تشكيل شده است، بزرگترين كانديداي ماده تاريك هستند.

ماشين‌هاي مجهزي كه در زير زمين كار گذاشته شده‌اند، همه منتظر لحظه نادري هستند كه يك ‪ WIMP‬به هسته اتم برخورد كند و موجب يك پس‌زني الاستيك شود.اين آزمايشها بايد زير زمين انجام گيرد تا اشعه‌هاي كيهاني روي نتايج آنها اثر نگذارند.

"نيل اسپونر"، محقق ماده تاريك از دانشگاه شفيلد انگلستان داستان را به اين گونه خلاصه مي‌كند: " سوزني در انبار كاه افتاده است و ما سعي مي‌كنيم براي پيدا كردن سوزن، كاه را كنار بزنيم. اكنون براي رد كردن آنچه زايد است و يافتن رويدادي كه در پي آن هستيم، بايد فناوري بهتري داشته باشيم."
آزمايشهاي علمي زيرزميني در يك معدن آهن متروكه در ايالت مينه‌سوتاي آمريكا و در غارهاي كانادا، فرانسه، ايتاليا، ژاپن و روسيه به آرامي جريان دارد. ماه گذشته بنياد ملي علم آمريكا، معدن طلاي متروكه‌اي در داكوتاي جنوبي را به عنوان مكان يكي از بزرگترين و عميق‌ترين نمونه از اين آزمايشگاهها در جهان، انتخاب كرد. اين معدن به اندازه يك دسته شش تايي از ساختمانهاي امپايراستيت در زير زمين است.

رقابت براي يافتن ماده تاريك، بسيار شديد است و فيزيكدانان تلاش مي‌كنند بهترين و مناسب‌ترين فناوري براي اين آزمايشها را بيابند.

تاكنون براي يافتن اثر محسوسي از ارتعاشات ناشي از برخورد يك ‪ ،WIMP‬از سيليكون فوق سرد و كريستالهاي ژرمانيوم استفاده كردند. در شيوه‌هاي مدرن تر، از گازهايي مانند زنون و يا فناوري‌هاي نوظهوري مانند اتاقك‌هاي حبابي مايع فوق داغ، استفاده شد اما به گفته يك دانشمند فيزيك ذرات در دانشگاه شيكاگو، هيچيك از اين روشها كامل نيستند و هريك مشكلات و محدوديتهاي خاص خود را دارند.

ادامه دارد......

منبع : هنر فیزیک

استفان ویلیام هاوکینگ، ریاضیدان و فیزیکدان برجسته معاصر خود را برای سفر به فضا در سال 2009 آماده میکند. او برای شروع تجربه پرواز در گرانش ناچیز را پشت سر گذاشت. تجربه باارزش اما سختی که بسیاری از انسانهای سالم از انجام آن ابا دارند. بدین ترتیب هاوکینگ بار دیگر قدرت اراده بشر را به رخ همه کشید. باشد که بیدار شویم...

استفان ويليام هاوكينگ 64 ساله اينك به الگويي براي مردمان سياره ما تبديل شده تا نمونه اي افسانه اي از زيستن و اميد به زندگي را ترويج كند. استفاون هاوكينگ يكي از برجسته ترين و نام آور ترين رياضيدانان و كيهان شناسان معاصر ما است. نظريات بنيادي او در حوزه عالم بزرگ مقياس و فرايندهاي مربوط به آشفتگيهاي فضا زمان و پديده هاي اعجاب انگيزي همچون سياهچاله ها باعث شده تا نام وي در عرصه دانش معاصر و براي هميشه ماندگار شود. او اينك داراي درجه لوكسيان پرفسور رياضيات در دانشگاه كمبريج است و بد نيست بدانيد اين مقام ارشد رياضيات زماني در اختيار چهره هاي برجسته اي چون سر ايزاك نيوتون و پاول ديراك بوده است. تحقيقات وسيع هاوكينگ در خصوص سياهچاله ها باعث كشف پديده اي شگفت در حوزه فضا شده است كه با نام  تابش سياهچاله شناخته مي شود. اما جالب اينجا است كه در كنار چنين فعاليتهاي علمي بسيار جدي، اين دانشمند بلند آوازه معاصر گام هاي بلند و بزرگي را براي ترويج علم در جهان برداشته است. وي نويسنده پرفروش ترين كتاب علمي عامه پسند به نام تاريخچه مختصر زمان است كه به مدت 100 هفته توانسته بود در صدر پر فروش ترين كتابهاي عالم قرار گيرد. وي همچنين كتابهايي را براي كوكان نوشته و در برنامه هايي همانند، جهان استفاون هاوكينگ به تشريح مسايل پيچيده علمي به زباني ساده براي مردم پرداخته است. هر يك از اين فعاليتها به تنهايي كافي است كه نام انساني را در تاريخ جاودان كند اما هاوكينگ فراتر از اين افقها را فتح كرده است.                    

آيا مي توان باور كرد تمام اين موفقيتها از آن مردي باشد كه به فلج اعصاب محرك عضلاني مبتلا است و از نظر پزشكي سالها قبل مي بايست در مي گذشت. اين بيماري كشنده زماني به سراغ هاوكينگ آمد كه تنها 21 سال داشت و كم كم تواناييهاي عضلاني او را سلب كرد . به تدريج كار به جايي كشيد كه تمام عضله هاي وي توان تحرك خود را از دست دادند و امروزه به جز عضلات قلب، چشم، ريه و دستگاه گوارشي، وي فاقد هرگونه توانايي حركتي است. به همين دليل ويلچير يا صندلي چرخداري ويژه اي براي وي ساخته شده كه او بتواند با كمك نگاه خود به ان فرمان دهد. آن را جركت دهد و با نگاه كردن به صفحه كليد بصري ويژه اي حروف خود را انتخاب و متن مورد نظر را بيان كند. زندگي كه براي هر كسي مي تواند جهنمي غير قابل تصور باشد براي هاوكينگ همراه با اميد به آينده و كشف تازه ها بوده است. پزشكان زماني كه هاوكينگ به اين بيماري مبتلا شد به وي گفتند كه شايد كمتر از چند سال بعد در اثر رشد اين بيماري در گذرد اما از ان زمان 45 سال مي گذرد و هاوكينگ در مبارزه اي سخت با بيماري خود به موفقيت دست يافته است. وي نشانه و سمبولي براي اميد به آينده است.                                          

چند هفته پيش برجسته ترين چهره رياضيات و كيهان شناس معاصر سفري با گرانش صفر را تجربه كرد. يك بويينگ تغيير فرم يافته از پايگاه كندي عازم سفري كوتاه ولي خاطره انگيز براي استفان هاوكينگ شد. وي در اين سفر براي اولين بار پس از 40 سال توانست از روي صندلي چرخدار برخيزد و شناوري در شرايط بي وزني را تجربه كند. تجربه اي كه شايد بسياري از افراد سالم هم حاضر به انجام آن نباشند اما هاوكينگ گويا قصد دارد ثابت كند كه انسان قادر به انجام هر كاري است. هاوكينگ پس از اين سفر در گفتگويي دشوار با خبرنگاران كه با كمك رايانه متصل به صندلي چرخدارش صورت مي گرفت، گفت: " از اين تجربه بي نهايت راضيم و احساس مي كنم به دروازه هاي فضا نزديك مي شوم. من اين پرواز را براي آمادگي انجام سفر بعديم انجام دادم و قصد دارم سال 2009 به عنوان اولين معلول به سفري به مدار زمين بروم، پس فضا به من خوش آمد بگو كه من در آستانه سفر به سوي تو قرار دارم. " هاوكينگ فضا را آينده بشر توصيف كرد و از احساس خوب خود هنگام رهايي از بند گرانش سخن گفت اما او خود اميد جديدي است براي مردمي كه مبتلا به ناتوانايي هاي گوناگوني هستند يا در درياي مشكلات مي افتدند. هاوكينگ ثابت كرده است كه مي توان با اميد ، مرگ را هم به بازي گرفت. و هاوكينگ نمادي براي عصر جديد ما است.    

ارسال : علي پزشكي

منبع : SpaceScience.ir

منبع : هوپا

حرارت ناشي از فشاري كه وزن انسان روي سطح زير «اسكيت» وارد مي‌آورد موجب مي‌شود كه لايه نازكي از يخ زير سطح مذكور ذوب شود و اسكيت با اصطكاك كمتر در شياري جلو برود كه در مسير حركت بوجود مي‌آيد و مانع از انحراف و سرخوردن به اطراف مي‌گردد. ولي چون روي شيشه صيقلي عمل ذوب شدن انجام نمي گيرد لذا نه شياري بوجود مي‌آيد كه بتواند «اسكيت» را در مسيرش نگهدارد و نه لايه‌اي از آب توليد مي گردد كه اصطكاك سطح تماس را كاهش داده و مانع ليز شدن آن مي‌شود.

http://www.naeemtop.i8.com/gp45.htm

منبع : مباحثی درباره فیزیک

گرانش، نیروی جاذبه ایست که بین همه اجرام، به خاطر جرمشان، وجود دارد. جرم یک جسم، مقدار ماده آن است.به دلیل وجود گرانش، جرمی که در نزدیک زمین قرار گیرد به سمت سطح این سیاره سقوط می کند. جرمی که در سطح زمین است نیز نیرویی به سمت پائین را به دلیل گرانش تجربه می کند.  

گرانش، نیروی جاذبه ایست که بین همه اجرام، به خاطر جرمشان، وجود دارد. جرم یک جسم، مقدار ماده آن است. به دلیل وجود گرانش، جرمی که در نزدیک زمین قرار گیرد به سمت سطح این سیاره سقوط می کند. جرمی که در سطح زمین است نیز نیرویی به سمت پائین را به دلیل گرانش تجربه می کند. ما این نیرو را در بدن خود به شکل وزن تجربه می کنیم. گرانش، گازهای تشکیل دهنده خورشید را در کنار هم نگاه می دارد و باعث می شود سیارات در مدار خود به دور خورشید قرار داشته باشند.

مردم، قرنها در مورد گرانش دچار اشتباه بودند. در سال 300 قبل از میلاد مسیح، فیلسوف و دانشمند یونانی، ارسطو، بر اساس یک باور اشتباه فکر می کرد که اجرام سنگین سریعتر از اجرام سبک سقوط می کنند. این باور تا اوایل 1600 میلادی همچنان در بین مردم پابرجا بود تا اینکه دانشمند ایتالیایی، گالیله این باور را اصلاح نمود. گالیله گفت که شتاب همه اجرام به هنگام سقوط با هم برابر است مگر اینکه مقاومت هوا یا نیروهای دیگری بر آن تاثیر بگذارد. شتاب یک جرم، مقدار تغییر در سرعت آن جرم است. بنابراین اگر یک جرم سنگین و یک جرم سبک را همزمان با هم از یک ارتفاع پرتاب کنیم در یک زمان به زمین می رسند.
قوانین گرانش نیوتونی

ستاره شناسان در گذشته توانستند حرکات ماه و سیارات بر فراز آسمان را اندازه گیری کنند. با این حال تا اوایل سال 1600، هیچیک نتوانستند به درستی این حرکات را توضیح دهند. در آن زمان، ایزاک نیوتون دانشمند انگلیسی، ارتباطی را بین حرکات اجرام سماوی و نیروی جاذبه زمین توصیف نمود.

در سال 1665، زمانیکه نیوتون 23 ساله بود، سقوط یک سیب این سوال را در ذهن او ایجاد کرد که نیروی گرانش زمین تا چه فاصله ای تاثیر گذار است. نیوتون کشف خود را در سال 1687 به نام "ریشه های ریاضی در فلسفه طبیعت " تشریح نمود. نیوتون به کمک قوانین حرکت سیارات که توسط ستاره شناس آلمانی یوهانس کپلر کشف شده بود، نشان داد که چگونه نیروی گرانش خورشید با افزایش فاصله کاهش می یابد. او سپس فرض کرد که گرانش زمین نیز به روشی مشابه در فواصل دور کاهش می یابد. نیوتون می دانست که گرانش زمین، ماه را در مدار خود قرار داده است و مقدار گرانش زمین در آن فاصله را اندازه گیری کرد. او به کمک فرض خود، بزرگی گرانش در سطح زمین را به دست آورد. عدد به دست آمده، بزرگی همان نیرویی بود که سیب را به زمین کشاند.

قانون گرانش نیوتون می گوید که نیروی گرانش بین دو جرم ارتباط مستقیم با جرم آن دو دارد. یعنی هر چه جرم آنها بیشتر باشد، نیروی گرانش بین آن دو بیشتر است. این قانون همچنین می گوید که نیروی گرانش بین دو جرم ارتباط عکس با فاصله بین دو جرم به توان دو دارد. برای مثال اگر فاصله بین دو جرم دو برابر شود، نیروی گرانش بین آنها یک چهارم می شود. فرمول قانون نیوتون به صورت F=m1m2/d² می باشد که در آن F نیروی گرانش بین دو جرم، m1 و m2 مقدار مواد دو جرم و d² فاصله بین دو جرم به توان دو است.

تا اوایل 1900، دانشمندان تنها یک حرکت را مشاهده کرده بودند که بر اساس قانون نیوتون قابل توضیح نبود و آن جابجایی کوچکی در مدار عطارد به دور خورشید بود. مدار عطارد، مانند مدار دیگر سیارات بیضی شکل است. خورشید درست وسط این بیضی قرار ندارد. به همین دلیل یک نقطه در این مدار نسبت به دیگر نقاط آن به خورشید نزدیکتر است. اما مکان این نقطه در هر بار گردش سیاره به دور خورشید اندکی تغییر می کند. دانشمندان به این جابجایی، سبقت سیاره می گویند. دانشمندان از قانون نیوتون برای محاسبه این جابجایی استفاده کردند اما نتیجه معادله با آنچه که مشاهده می شود اندکی متفاوت است.
تئوری گرانش انیشتین

در سال 1915، آلبرت انیشتین، فیزیکدان متولد آلمان، تئوری فضا-زمان-گرانش یا تئوری نسبیت عام را معرفی کرد. تئوری انیشتین طرز فکر دانشمندان به گرانش را به کلی دگرگون کرد. البته این تئوری، قانون نیوتون را رد نکرد بلکه آنرا گسترش داد. در بیشتر موارد، نتیجه ای که از تئوری نسبیت حاصل می شد، اندکی با نتیجه به دست آمده از قانون نیوتون متفاوت بود. برای مثال، انیشتین از تئوری خود برای اندازه گیری سبقت مداری سیاره عطارد استفاده کرد و نتیجه به دست آمده درست برابر با مشاهدات بود. این نخستین آزمون برای تائید تئوری نسبیت عام به حساب آمد.

تئوری انیشتین بر اساس دو چیز استوار بود. اول، ماهیتی به نام فضا-زمان و دوم قانونی که به نام اصل هم ارزی شناخته می شود.
فضا-زمان

در ریاضیات پیچیده نسبیت، زمان و فضا از هم جدا نیستند. در عوض، فیزیکدانان به مجموعه ای از زمان و فضای سه بعدی شامل طول، عرض و ارتفاع، فضا-زمان می گویند. انیشتین چنین بیان کرد که ماده و انرژی می توانند با ایجاد انحنا در فضا-زمان، شکل آنرا تغییر دهند و گرانش در واقع تاثیر این انحنا در فضا-زمان می باشد.

اصل هم ارزی می گوید که تاثیرات گرانش و تاثیرات شتاب با هم برابرند. برای درک این اصل، تجسم کنید که شما در سفینه ای هستید که به هیچ جرم آسمانی نزدیک نیست. بنابراین سفینه شما تحت تاثیر هیچ گونه نیروی گرانشی قرار ندارد. فرض کنید که سفینه شما به سمت جلو می رود اما شتاب ندارد. به بیانی دیگر، سفینه شما با سرعتی ثابت و در جهتی ثابت حرکت می کند. اگر شما توپی را بیرون بگیرید و رها کنید، توپ سقوط نخواهد کرد. در عوض، در کنار شما معلق خواهد ماند.

اما فرض کنید که سفینه شما با افزایش سرعت، شتاب بگیرد. در این هنگام توپ ناگهان به سمت پائین سفینه سقوط خواهد کرد دقیقا مانند زمانیکه تحت تاثیر گرانش قرار بگیرد.
پیش بینی های نسبیت عام

از زمانیکه محاسبه سبقت مداری عطارد، تئوری نسبیت را تائید نمود، مشاهدات زیادی برای بررسی پیش بینی های تئوری نسبیت انجام گرفت. برخی از نمونه ها عبارتند از: انحراف پرتوهای نور و امواج رادیویی، وجود امواج گرانش و سیاه چاله ها و گسترش کائنات.
انحراف پرتوهای نور

تئوری انیشتین پیش بینی می کرد که گرانش می تواند مسیر پرتوهای نور را هنگامیکه از نزدیک یک جرم سنگین عبور می کنند دچار انحراف کند. انحراف به این دلیل به وجود می آید که اجرام، فضا-زمان را دچار انحنا می کنند. خورشید به قدری سنگین هست که بتواند پرتوهای نور را منحرف نماید و دانشمندان در سال 1919، در حین یک کسوف کامل توانستند این پیش بینی را تائید کنند.

ایجاد انحراف و کاستن از سرعت امواج رادیویی

این تئوری همچنین پیش بینی کرد که خورشید امواج رادیویی را منحرف کرده و سرعت آنها را کاهش می دهد. دانشمندان با اندازه گیری انحرافی که خورشید در امواج رادیویی ارسال شده توسط کوازارها (اجرام بسیار بسیار قدرتمند که در مرکز برخی کهکشانها قرار دارند) ایجاد می کند این پیش بینی را نیز تائید کردند.

محققین تاخیر امواجی که از کنار خورشید عبور می کردند را با ارسال سیگنالهایی بین زمین و فضاپیمای وایکینگ که در سال 1976 به مریخ رسید، اندازه گیری کردند. آن اندازه گیریها همچنان یکی از پر ارزش ترین تائیدیه های تئوری نسبیت به حساب می آیند.
امواج گرانشی

تئوری نسبیت نشان داد که اجرام سنگینی که به دور یکدیگر در چرخشند، امواجی را به نام امواج گرانشی منتشر می کنند. از سال 1974، دانشمندان حضور این امواج را به طور غیر مستقیم با مشاهده اجرامی به نام تپ اختر دوتایی تائید کرده اند. تپ اختر دوتایی نوعی ستاره نوترونی است که با سرعت بسیار زیاد به دور جرمی مشابه خود اما کوچکتر و غیر قابل مشاهده می چرخد. ستاره نوترونی متشکل از سلولهای نوترون، ذره ای که به طورمعمول تنها در هسته اتمها یافت می شود، می باشد.

یک تپ اختر ، دو موج رادیویی را در دو جهت مخالف هم منتشر می کند. با چرخش ستاره حول محور خود، موجها مانند پرتوهای نور یک نورافکن در فضا پخش می شوند. اگر یکی از این امواج رادیویی به زمین برسد، تلسکوپهای رادیویی این موج را به صورت یک سری پالس دریافت می کنند. با مشاهده دقیقتر تغییرات پالسهای یک تپ اختر دوتایی، دانشمندان می توانند دوره مداری (زمانیکه دو ستاره یک دور کامل در مدار خود می زنند) آن را تخمین بزنند.

مشاهدات تپ اختر دوتایی PSR 1913+16 نشان داد که دوره مداری آن کاهش می یابد و ستاره شناسان این مقدار کاهش را اندازه گیری کردند. دانشمندان همچنین از معادلات نسبیت عام برای محاسبه مقدار کاهش دوره مداری، در صورت انتشار امواج گرانشی، استفاده کردند. مقدار محاسبه شده دقیقا برابر با مقدار اندازه گیری شده بود.
سیاهچاله ها

تئوری انیشتین حضور اجرامی به نام سیاهچاله ها را پیش بینی کرد. سیاهچاله منطقه ای در فضا است که نیروی گرانش آن اجازه گریز به هیچ چیز حتی پرتوهای نور را نمی دهد. محققان مدارک مستدلی در دست دارند که نشان می دهد اغلب ستارگان سنگین در نهایت به سیاهچاله تبدیل می شوند و بیشتر کهکشانها دارای یک سیاهچاله عظیم الجثه در مرکز خود می باشند.
گسترش کائنات

انیشتین در سال 1917، مقاله نسبیت عام را که مطالعه ای بر کل کیهان بود ارائه نمود. بر اساس این تئوری، کائنات یا در حال گسترش است و یا در حال انقباض. در آن سال دانشمندان مدارک قاطعی برای پذیرفتن هیچ یک از آن دو حالت در دست نداشتند. انیشتین برای پیشگیری از بروز مخالفت دیگران با تئوری نسبیت عام، عاملی به نام ثابت کیهانی را به تئوری خود افزود. ثابت کیهانی، دفع هر ذره در فضا توسط ذرات اطرافش، برای پیشگیری از انقباض جهان می باشد.

بالاخره در سال 1929، ستاره شناس آمریکایی ادوین هابل (Edwin Hubble) کشف کرد که کهکشانهای دوردست در حال دور شدن از زمین می باشند و هر چه فاصله کهکشان از زمین بیشتر است سرعت دور شدن آن نیز بیشتر است. کشف هابل نشان داد که دنیا در حال انبساط است. در پی این اکتشاف و تائید آن توسط مشاهدات ستاره شناسان دیگر، انیشتین ثابت کیهانی را از تئوری خود حذف نمود و آن را بزرگترین اشتباه خود توصیف کرد.

کشف گسترش کائنات به همراه مشاهدات دیگر، منجر به شکل گیری تئوری منشا کائنات یعنی تئوری بیگ بنگ یا مهبانگ شد. بر اساس این تئوری، جهان در پس یک انفجار مهیب آغاز شده است. در آغاز، کل جهانی که ما امروز در این ابعاد و اندازه می بینیم، به کوچکی یک تیله بوده است. سپس مواد شروع به گسترش کرده و این گستردگی تا به امروز ادامه یافته است.

انرژی تاریک

گرچه انیشتین ثابت کیهانی را بزرگترین اشتباه خود خواند اما شاید این عامل یکی از بزرگترین دستاوردهای مطالعات او باشد. اندازه گیریهایی که در سال 1998 گزارش شدند نشان می دهند که جهان با سرعت بیشتر و بیشتری رو به گسترش است. به علاوه، سرعت گسترش همانطور که در نسبیت عام با ثابت کیهانی محاسبه شده بود، افزایش یافته است.

تا قبل از انتشار گزارشات، ستاره شناسان همگی فکر می کردند که از سرعت گسترش به دلیل وجود گرانش بین کهکشانها، کاسته شده است. اندازه گیریها نشان دادند که انفجارهای ابر نواختر در کهکشانهای دور دست، کم نور تر از آن هستند که انتظار می رود بنابراین کهکشانها دورتر از آن هستند که ما تصور می کنیم. اما این کهکشانها فقط در صورتی می توانند چنین فاصله دوری از ما داشته باشند که افزایش سرعت گسترش از گذشته آغاز شده باشد.

ستاره شناسان به این نتیجه دست یافته اند که افزایش سرعت گسترش کائنات وابسته به عاملی است که بر خلاف گرانش عمل می کند. این عامل ممکن است ثابت کیهانی و یا چیزی به نام انرژی تاریک باشد. دانشمندان هنوز به یک تئوری برای وجود انرژی تاریک نرسیده اند اما آنها می دانند که چقدر از آن احتمالا در دنیا وجود دارد. مقدار انرژی تاریک کائنات حدودا دو برابر مقدار ماده در آن است.

ماده در جهان شامل دو نوع است: ماده مرئی و ماده اسرار آمیزی به نام ماده تاریک. دانشمندان از ترکیب بندی ماده تاریک بی اطلاعند. اما اندازه گیریهای حرکت ستارگان و ابرهای گاز در کهکشانها دانشمندان را وادار به باور نمودن وجود چنین ماده ای کرده است. این اندازه گیریها نشان داده اند که جرم کهکشانها چندین بار بیشتر از جرم اجرام مرئی در آنها است. همه این مشاهدات بیانگر این هستند که مقدار ماده تاریک در کائنات 30 برابر ماده مرئی در آن است.
گرانش و سن جهان

مشاهدات دیگری که انجام گرفته اند نشان دادند که تئوری نسبیت عام در همه جای کائنات کاربرد دارد. کیهان شناسان عمر جهان را به کمک معادلات نسبیت عام، میزان سرعت گسترش جهان و مقدار تخمینی ماده و انرژی تاریک محاسبه کردند. مقدار محاسبه شده، حدودا 14 بیلیون سال، با نتایج به دست آمده توسط دو روش دیگر محاسبه عمر جهان یعنی محاسبه بر اساس تکامل ستارگان و محاسبه بر اساس نیمه عمر رادیواکتیو ستارگان پیر، همخوانی داشت.
تکامل ستارگان

همراه با رشد و تکامل ستاره،  دمای سطحی و نورانیت آن به روش کاملا شناخته شده ای تغییر می کند. ستاره شناسان می توانند با اندازه گیری دمای سطحی و نورانیت یک ستاره، سن آن را تشخیص دهند. با بهره گیری از این روش، پیر ترین ستاره ای که تا کنون ستاره شناسان پیدا کرده اند حدود 13 بیلیون سال عمر دارد.

نیمه عمر رادیو اکتیو بر اساس این واقعیت است که عناصر شیمیایی مشخص، دچار تجزیه رادیواکتیو می شوند. در تجزیه رادیواکتیو، یک ایزوتوپ از یک عنصر به ایزوتوپ عنصری دیگر تبدیل می شود. ایزوتوپ های رادیواکتیو با سرعت مشخص و شناخته شده ای تجزیه می شوند.

در سال 2001، دانشمندانی که در شیلی، با تلسکوپ بزرگ رصدخانه اروپای جنوبی کار می کردند، با تکنیک نیمه عمر رادیواکتیو، ستاره ای پیر در کهکشان راه شیری را مورد مطالعه قرار دادند. محققان اورانیوم 238 که شامل 92 پروتون و 146 نوترون است را بررسی کردند. دانشمندان می دانستند که آن ستاره در زمان شکل گیری شامل چه مقدار اورانیوم بوده است. آنها مقدار اورانیوم فعلی آن را اندازه گیری کردند. آنان با استفاده از اطلاعات به دست آمده و محاسبات، عمر این ستاره را به دست آوردند. به احتمال خیلی زیاد آن ستاره 5/12 بیلیون سال عمر دارد، بنابراین عمر جهان احتمالا از آن بیشتر است. محاسبه عمر چندین ستاره پیر دیگر نیز تقریبا به همین نتیجه ختم شد.

منبع:

Primack, Joel R. "Gravitation." World Book Online Reference Center. 2004. World Book, Inc.

 

منبع : آسمان پارس

يك پديده فيزيكي باورنكردني كه واقعًا در يخچال خانه ها اتفاق ميافتد.شايد فكر كنيد اين پديده اي جديد است، اما بهتر است بدانيد كه اين موضوع را از زمان ارسطو ميدانستند وافرادي مانند ارسطو، بيكن و دكارت مطالعاتي روي آن انجام داده بودند، اما اين پديده تا سال ١٩٦٩ عملا در تحقيقات علم مدرن وارد نشده بود، در اين سال دانش آموزان مدرسه اي در تانزانيا نسبت به اين پديده كنجكاو شدند و آزمايش هايي روي آن انجام دادند و نام آن را مپمبا گذاشتند. چون بسياري از خوانندگان با شك و ترديد به اين موضوع نگاه ميكنند، بهتر است دقيقا مشخص كنيم منظور ما از مپمبا چيست؟
با دو ظرف آب شروع ميكنيم كه شكلهاي يكساني دارند. مقدار آب كاملا مساوي و تنها تفاوت آنها دردرجه حرارت آب آنهاست، هر دوي آنها را با دقت بسيار زياد با يك روش خنك ميكنيم. در شرايطي كه اختلاف دماي ٢ ظرف آب چيزي حدود ٢٠ تا ٣٠ درجه باشد و دماي هيچكدام خيلي نزديك به صفر نباشد. آب
گرم زودتر از آب سرد يخ ميزند و ما مپمبا را مشاهده خواهيم كرد ! باورش سخت است اما واقعًا دليل آن چيست؟
وقتي ميگوييم يك ظرف آب مثلا ٣٠ درجه سانتيگراد دما دارد، از دماي ميانگين آن صحبت ميكنيم، يعني ميتوان آن را ٢ ظرف آب ٣٠ درجه سانتيگرادي دانست در حاليكه خصوصيات بسيار متفاوتي دارند. يكي دماي جداره هايش بسيار سرد و دماي مركزش بسيار گرم است. در حالي كه ديگري دماي تمام نقاطش يكسان است.آب گرمي كه تا ٣٠ درجه خنك شده با آبي كه از ابتدا30 درجه بوده است. بسيار متفاوت است ! چرا ؟ ممكن است جرمش كم شود، گازهاي محلول در آب كم شود يا حتي ممكن است آب گرم تغييراتي در محيط اطراف خود يا ظرف به وجود آورد. تمامي امكانات فوق به طور باور نكردني مهم هستند و در ادامه به طور جداگانه آنها را توضيح ميدهيم :

تبخير:

هنگام سرد شدن آب گرم ممكن است بخش قابل توجهي از آن بخار شود، پس ٢ تأثير در جريان
خنك شدن آب ميگذارد اول اينكه جرم آب كم ميشود. پس خنك شدن آن راحت تر و سريع تر ميشود. دوم اينكه هر مايعي براي تبخير شدن احتياج به گرما دارد و اين گرما را از محيط اطراف خود ميگيرد. در نتيجه آب باقيمانده سردتر ميشود.
گاز محلول در آب : آب داغ ، گاز كمتري را نسبت به آب سرد ميتواند در خود نگه ميدارد. پس آب گرم اوليه ممكن است گاز كمتري نسبت به آب سرد در خود داشته باشد. اين موضوع تأمل برانگيز است. شايد اين خاصيت تغييراتي در شكل مولكولي آب دهد. براي مثال شايد جريان همرفت در آب گرم راحت تر انجام شود و آب گرم به طور يكنواخت تري خنك شود، يا شايد بر اثر اين پديده گرماي لازم كه بايد از واحد جرم آب گرفته شود تا آب گرم يخ نبندد، نسبت به آن سرد كاهش يابد. بسياري از آزمايشگران طرفدار اين توضيح هستند.

جريان هاي همرفت :
احتمالا هنگامي كه آب سرد ميشود جريان هاي همرفتي گسترش مييابند و ديگر يك توزيع يكنواخت حرارت در حجم آب نخواهيم داشت. در بيشتر دماها چگالي با افزايش حرارت كم ميشود و به همين دليل سطح آب از ته آن گرمتر است. آب گرم چگالي كمتري دارد، پس سبكتر است و روي آب سرد كه سنگين تر است قرار ميگيرد. اين پديده((اثرسطح داغ)) ناميده ميشود. ميدانيم كه حرارت آب از سطحش به بيرون منتقل ميشود، پس آب با سطح داغ ، حرارتش را سريع تر از آنچه انتظار داريم از دست ميدهد. وقتي آب گرم اوليه خنك ميشود، ممكن است به دليل جريان هاي همرفتي يك سطح داغ در آن ايجاد شود، پس سرعت خنك شدن آن از سرعت خنك شدن آب سرد اوليه در دماي ميانگين يكسان، بيشتر ميشود.

محيط :
تفاوت نهايي بين سرد كردن آب گرم و آب سرد به خود آب مربوط نمي شود، بلكه به محيط اطراف بستگي دارد، آب گرم ممكن است در محيط اطراف خود تغييراتي ايجاد كند كه در كل روند سرد كردن تأثير بگذارد.
براي مثال اگر ظرفها را روي لايه اي از يخ بگذاريم ، تمام دور سطح تماس جامد با جامد است. ولي آب گرمتر ميتواند يك لايه از يخ زير خود را ذوب كند و در حقيقت در آب صفر درجه حاصل ، غوطه ور شود و
تماس بهتري با سطح خنك كننده برقرار كند.پس انتقال حرارت راحت تري صورت ميگيرد. البته اين توجيه خوبي نيست ، چون دقيقا به همين دليل آزمايشگران ازاين روش كمتر براي خنك كردن استفاده ميكنند.
در مجموع بايد گفت در گستره وسيعي از شرايط ممكن است آب گرم زودتر از آب سرد يخ ببندد. اين امر غيرممكن نيست و در بسياري از آزمايشها ديده شده است. با وجود اين كه بعضي از منابع يا افراد هر از مدتي ادعا ميكنند كه دليل اصلي اين پديده را فهميده اند، هنوز هم هيچ توضيح قابل قبول و ثابت شده اي براي اين پديده وجود ندارد.

 

منبع : مقالات فیزیک