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

آیروژل چیست ؟
       آيروژل شفافترين و كم چگالترين جامد شناخته شده در جهان است . ٪98 آيروژل از هوا تشكيل شده اما با اين وجود توانايي تحمل 500 تا 4000 برابر وزن خود را داراست .اين ماده مي تواند مساحت سطحي از250 تا 3000 متر مربع در هر گرم داشته باشد . اگر مكعبي به ضلع 1 اينچ را در نظر بگيرید ، حجم آن برابر ۱۵.۶۲۵ سانتیمتر مکعب  است که اگر آن را تخت كنيم ، مي تواند مساحتسطحی بيشتر از مساحت يك زمين فوتبال را اشغال كند...

   

 یک مقاله نوشتم در مورد این ماده از لینک پایین دانلودش کنید .

Aerogel

منبع : فیزیک و زیبایی های آن

توضيح دهيد که چگونه مي توان با استفاده از يک فشارسنج ارتفاع يک آسمان خراش اندازه گرفت؟"

سوال بالا يکي از سوالات امتحان فيزيک در دانشگاه کپنهاگ بود.

يکي از دانشجويان چنين پاسخ داد: "به فشار سنج يك نخ بلند مي بنديم. سپس فشارسنج را از بالاي آسمان خراش طوري آويزان مي کنيم که سرش به زمين بخورد. ارتفاع ساختمان مورد نظر برابر با طول طناب به اضافه ي طول فشارسنج خواهد بود."

پاسخ بالا چنان مسخره به نظر مي آمد که مصحح بدون تامل دانشجو را مردود اعلام کرد. ولي دانشجو اصرار داشت که پاسخ او کاملا درست است و درخواست تجديد نظر در نمره ي خود کرد. يکي از اساتيد دانشگاه به عنوان قاضي تعيين شد و قرار شد که تصميم نهايي را او بگيرد.

نظر قاضي اين بود که پاسخ دانشجو در واقع درست است، ولي نشانگر هيچ گونه دانشي نسبت به اصول علم فيزيک نيست. سپس تصميم گرفته شد که دانشجو احضار شود و در طي فرصتي شش دقيقه اي پاسخي شفاهي ارائه دهد که نشانگر حداقل آشنايي او با اصول علم فيزيک باشد.

دانشجو در پنج دقيقه ي اول ساکت نشسته بود و فکر مي کرد. قاضي به او يادآوري کرد که زمان تعيين شده در حال اتمام است. دانشجو گفت که چندين روش به ذهنش رسيده است ولي نمي تواند تصميم گيري کند که کدام يک بهترين مي باشد.

قاضي به او گفت که عجله کند، و دانشجو پاسخ داد: "روش اول اين است که فشارسنج را از بالاي آسمان خراش رها کنيم و مدت زماني که طول مي کشد به زمين برسد را اندازه گيري کنيم. ارتفاع ساختمان را مي توان با استفاده از اين مدت زمان و فرمولي که روي کاغذ نوشته ام محاسبه کرد."

دانشجو بلافاصله افزود: "ولي من اين روش را پيشنهاد نمي کنم، چون ممکن است فشارسنج خراب شود!"

"روش ديگر اين است که اگر خورشيد مي تابد، طول فشارسنج را اندازه بگيريم، سپس طول سايه ي فشارسنج را اندازه بگيريم، و آنگاه طول سايه ي ساختمان را اندازه بگيريم. با استفاده از نتايج و يک نسبت هندسي ساده مي توان ارتفاع ساختمان را اندازه گيري کرد. رابطه ي اين روش را نيز روي کاغذ نوشته ام."

"ولي اگر بخواهيم با روشي علمي تر ارتفاع ساختمان را اندازه بگيريم، مي توانيم يک ريسمان کوتاه را به انتهاي فشارسنج ببنديم و آن را مانند آونگ ابتدا در سطح زمين و سپس در پشت بام آسمان خراش به نوسان درآوريم. سپس ارتفاع ساختمان را با استفاده از تفاضل نيروي گرانش دو سطح بدست آوريم. من رابطه هاي مربوط به اين روش را که بسيار طولاني و پيچيده مي باشند در اين کاغذ نوشته ام."

"آها! يک روش ديگر که چندان هم بد نيست: اگر آسمان خراش پله ي اضطراري داشته باشد، مي توانيم با استفاده از فشارسنج سطح بيروني آن را علامت گذاري کرده و بالا برويم و سپس با استفاده از تعداد نشان ها و طول فشارسنج ارتفاع ساختمان را بدست بياوريم."

"ولي اگر شما خيلي سرسختانه دوست داشته باشيد که از خواص مخصوص فشارسنج براي اندازه گيري ارتفاع استفاده کنيد، مي توانيد فشار هوا در بالاي ساختمان را اندازه گيري کنيد، و سپس فشار هوا در سطح زمين را اندازه گيري کنيد، سپس با استفاده از تفاضل فشارهاي حاصل ارتفاع ساختمان را بدست بياوريد."

"ولي بدون شک بهترين راه اين مي باشد که در خانه ي سرايدار آسمان خراش را بزنيم و به او بگوييم که اگر دوست دارد صاحب اين فشارسنج خوشگل بشود، مي تواند ارتفاع آسمان خراش را به ما بگويد تا فشارسنج را به او بدهيم!"

دانشجويي که داستان او را خوانديد، نيلز بور، فيزيکدان دانمارکي  بود. 

 

منبع : فیزیک و زیبایی های آن

دانشمندان بر این باورند که کائنات در 15 بیلیون سال پیش در پی پدیده ای عظیم، به نام بیگ بنگ (انفجار بزرگ) به وجود آمده است. تمامی فضا، زمان، انرژی و موادی که امروزه جهان ما را تشکیل می دهند در پس این انفجار بزرگ ایجاد شده اند. دنیای پیش از بیگ بنگ یک دنیای بینهایت کوچک، فشرده و داغ بوده است. در نخستین کسرهای ثانیه اول فقط انرﮋی وجود داشت. هنگامی که دنیا شروع به بزرگ شدن و سرد شدن نمود، چهار نیروی اولیه (گرانش، الکترو مغناطیس، نیروی ضعیف و نیروی قوی پیوندهای هسته ای) ظاهر شدند. کوارک ها و سپس ذرات اتمی و ذرات ضد آنها (ضد مواد) به عرصه پیوستند. ماده و ضد ماده در مجاورت یکدیگر همدیگر را خنثی کرده(با برتری جزئی ماده نسبت به ضد ماده) و تولید انرﮋی و ماده اولیه یعنی هیدروﮋن و هلیوم نمودند. پس مانده ضعیف گرمای ناشی از بیگ بیگ همچنان در سراسر آسمان دیده می شود. کهکشانها در ابتدا توزیع انرﮋی و ذرات در کل جهان یکسان نبود. این ناهمگونی ها این امکان را به انواع نیروها داد تا بتوانند ذرات را گردآوری و متمرکز کنند. این توده سازی و متمرکزسازی آغاز شد تا ساختارهای پیچیده تر به وجود آیند. تمرکز ذرات منجر به پدیدار شدن غبارها در آسمان گردید و سپس غبارهای فشرده و متمرکز تبدیل به ستاره ها و مجموعه های ستارگان شدند. مجموعه هایی که به آنها کهکشان می گوییم. از حرکت و گردش کهکشانها پیداست که ستارگان و گازهای پراکنده و غبارها یی که در یک کهکشان قابل مشاهده هستند تنها یک دهم جرم کل یک کهکشان را تشکیل می دهند و بیشتر جرم یک کهکشان مربوط به بخش غیر قابل مشاهده ایست که اصطلاحا جرم پنهان خوانده می شود. این بخش نامرئی راز سرنوشت کائنات را در بر گرفته است. آیا کائنات تا ابد به انبساط خود ادامه خواهد داد یا اینکه در اثر نیروهای گرانشی که مقدار آن تا به امروز در جرم پنهان مخفی مانده پس از دوره انبساط دوران انقباض را آغاز خواهد نمود. از دیدگاه توسعه و بسط حیات، آنچه اهمیت دارد این است که هر کهکشان یک کارخانه ستاره سازیست که ستاره ها ی خود را از غبارها و ابرهای عظیم تولید می کند. هر ستاره یک کارخانه شیمیاییست که در آن عناصر سبک به عناصرسنگین تر و پیچیده تر تبدیل می شوند و حیات نیز مجموعه ایست از همین عناصرو مولکول های پیچیده. نوع کهکشانها با محاسبه چگونگی توزیع ستارگان و درخشش یا تاریکی آن مشخص می شود. ابرهای عظیم مولکولی بیشترین ساکنین کهکشانها ابرهای عظیم مولکولی هستند که مواد اولیه برای تشکیل ستاره ها و سیارات را در بردارند. ابری با ضخامت 300 سال نوری (هر سال نوری برابراست با حدود 10 تریلیون کیلومتر) جرم کافی برای ساخت ده هزار تا یک میلیون ستاره، هر یک به اندازه جرم خورشید ما را دارد. 10 درصد از این ابر چگالی کافی برای تشکیل چند صد تا چند هزار ستاره را دارد.عمر این ابرها بین 10 تا 100 میلیون سال است و بعد از آن از هم می پاشند. تشکیل عناصر در ستارگان غبارها و تولد ستارگان گرانش بر ذرات خاصی اثر می گذارد تا مجموعه ای از ذرات را ایجاد نماید که آنها خود جذب کننده ذرات دیگرند.

    

 در شرایط مناسب، گرانش، قدرت غلبه بر نیروهای مخالف خود را پیدا می کند و توده ای از غبار را تولید می کند که به اندازه کافی، برای آفرینش یک ستاره، فشرده است. اما این ستاره جوان احتمالا هنوز در نور مرئی آشکار نیست. این ستاره در میان پوششی از غبار غلیظ و مات احاطه شده است. زمانیکه ستاره غبار اطرافش را پراکنده می کند، توسط دوربین های مادون قرمز به صورت نقطه ای سوزان در بین یک ابر غلیظ مولکولی قابل رویت می شود. در نهایت بادهای ستاره ای پس مانده غبارها و ابرها ی مولکولی را کنار می زنند و در این زمان با تلسکوپ های اپتیکال نیزقابل رویت خواهد بود. ستارگان بالغ و ترکیبات هسته ای ستارگان جوان در عرصه تلاش برای حفظ تعادل بین نیروی گرانش، که سعی در فرو کشیدن ستاره دارد و فشارهای ناشی از فعل و انفعالات هسته ای درون خود، که سعی در از هم پاشیدن ستاره دارد قرار می گیرند. ستاره ها ی بالغ به آن تعادل دست پیدا کرده اند و تقریبا همه عمر خود را در تعادل سپری می کنند. اندازه ستاره، رنگ آن، درخشش آن و حتی طول عمر آن ارتباط مستقیم با جرم ستاره دارد. ستاره ها یی با جرم کمتراز خورشید ما کوتوله ها ی قرمزی می شوند که تا چندین بیلیون سال زنده اند. ستاره ای به اندازه خورشید 10 بیلیون سال زندگی می کند و ستاره ها ی غول پیکر همه سوخت هسته ای خود را در ظرف چند میلیون سال با شدت تمام می سوزانند. ستاره ها همه عمر در هسته خود هیدروﮋن را سوزانده و به هلیم تبدیل می کنند. در ادامه هلیم نیز به قدری فشرده و داغ می شود که به عناصر سنگینتر تبدیل می گردد. این چرخه تبدیل ادامه دارد. چرخه ای که هر لایه آن انرﮋی و گرمای بیشتر و بیشتری می طلبد. این انرﮋی از انفجارهای ناشی از فعل و انفعالات لایه های زیرین تامین و منجر به تشکیل عناصر سنگین و سنگین تر می شود. گرمای زیادی که در ستاره ایجاد می شود آن را متورم می کند. مرگ ستاره در نهایت سوخت هسته ای همه ستارگان روزی تمام می شود. آنها تعادل خود را از دست می دهند طوریکه نیروی گرانش غالب می شود. تفاوت جرم ستارگان باعث تفاوت در مرگ آنها نیزمی شود. ستاره های کم جرم به آرامی باقیمانده سوخت خود را سوزانده و می میرند. ستاره هایی به اندازه خورشید، به سرعت به یک کوتوله سفید به اندازه زمین تبدیل می شوند. لایه بیرونی ستاره که از اتمهایی تشکیل شده که در فرایند تبادلات هسته ای به وجود آمده اند، از آن جدا شده و به شکل ذرات در عرصه بی انتهای آسمان رها می شوند. هسته یک ستاره غول پیکر تقریبا به شکل آنی منفجر می شود. هسته به سمت بیرون پخش میشود و با ذراتی برخورد میکند که به سمت درون ستاره کشیده شده اند. این برخورد با تولید انرژی انبوهی همراه است که هم عناصر سنگین موجود در کائنات را پدیدار می نماید و هم منجر به تکه تکه شدن ستاره می شود. این انفجار ابر نواختر، منشا اولیه همه عناصر سنگین یافت شده در اجرام، ستاره ها، سیاره ها و فضاهای میان کهکشانهاست. در اعماق سرد فضا، عناصری مانند کربن، اکسیﮊن و نیتروژن می توانند با عنصر اولیه یعنی هیدروژن ترکیب شده و مولکولهای پیچیده ای را بسازند مخصوصا در فضاهای با چگالی و غلظت بالاتر که امکان برخورد ذرات به یکدیگر بیشتر است. تعداد بسیار زیادی از انواع مولکولهای پیشرفته، به خصوص مولکولهایی که اتم کربن در ترکیب آنها حضور دارد، در فضای میان ستارگان یافت شده است. شکل گیری سیارات صفحات سیاره ای مرحله شکل گیری یک سیاره ممکن است که به صورت یک صفحه درخشنده و یا تاریک در مقابل یک جرم آسمانی درخشان به چشم آید. برخی از این صفحات در انبوه گاز و غبار مخفی و تنها در نور مادون قرمز نمایان می شوند. صفحات سیاره ای دیگر به صورت گرده های ذراتی شبیه به ستاره های دنباله دار دیده می شوند که در اثر وزش بادهای ستاره ای شکل گرفته اند. وسعت هر یک از این مناطق سیاره خیز بیش از 20 برابر منظومه شمسی ما است. همه ذرات و مواد موجود در صفحات سیاره ای در یک جهت در حال چرخش به دور یک ستاره می باشند. محتویات صفحات سیاره ای، شامل مولکول های پیچیده ای است که برخی از آنها تنها در شرایط موجود دراین گونه صفحات به وجود می آیند و برخی مولکولهایی هستند که در فضاهای میان ستاره ها و کهکشانها نیز یافت شده اند. تشکیل اجرام ضمن گردش صفحات به دور ستاره، گرانش به انبوه این ذرات اجازه تشکیل اجرام کوچک را می دهد. فلزات سنگین و سیلیکاتها در معرکه داغ محدوده نزدیک به ستاره نیز دوام می آورند اما ذرات سبک تر و مولکول های فرار از جمله آب و گاز هیدروﮋن در قسمتهایی از صفحه که از ستاره دورتر است امکان ادامه حیات دارند. توده ها ی ذرات سنگین پس از اینکه جرم کافی به دست آوردند شروع به سخت شدن می نمایند و در اثر برخورد و تصادم ذرات با آنها رفته رفته اجرام بزرگی می شوند. سرانجام این توده ها و اجرام با یکپارجه شدن و جذب گازها و غبار اطراف بر فضای خود مسلط می شوند. شکل گیری سیاراتی چون زمین و مشتری اختلافات ماهرانه در توزیع ذرات بین قسمتهای مختلف یک صفحه سیاره ای تعین کننده مکان و بزرگی سیارات در آن صفحه است. اجرام کوچک صخره ای و فلزی درمنظومه شمسی سیاره ای همچون زمین را به شکل گدازان پدید آورده اند. در پی سرد شدن این سیارات لایه های سخت آنها تشکیل می شود. احتمال می رود که با گذشت زمان همه بخشهای این سیارات منجمد گردد. این سیارات تحت بمباران های اجرام کوچک صخره ای قرار می گیرند که حامل عناصر و مولکولهایی از جمله مهمترین عنصر شناخته شده حیات یعنی آب می باشند. اجرام سرد و یخی که در فاصله بیشتری از خورشید قرار داشتند سیاره ای چون مشتری را به وجود آورده اند. این سیارات ممکن است دارای هسته های فلزی و سخت باشند ولی سطح خارجی آنها به شکل مایع و پوشیده از لایه های گازاست. ساختار سیاره ای چون مشتری بسیار شبیه ستاره ایست که گرد آن در گردش است. این سیارات نیز مدام تحت آماج برخوردهای اجرام کوچک قرار می گیرند. کیمیای حیات در ساختار کائنات و بالطبع سیارات، مولکولهای پیچیده کربن و اسیدهای آمینه، دورکن اصلی تشکیل حیات، وجود دارند. با انتشار دقیق و ترکیب این اجزا و ذرات اولیه، طبیعت قادر به ساخت DNA شالوده اساسی حیات و زندگی در کره زمین گردیده است. چگونگی و شرایط ترکیب این اجزا هنوز در حال بررسی است. اما این حقیقت که این ترکیب در حال حاضر صورت گرفته و منجر به ایجاد حیات در کره زمین شده است و با در نظر گرفتن زنجیره ذرات در کائنات، رخ دادن این گونه ترکیبات و در نتیجه وجود حیات در قسمتهای دیگری از کائنات همواره امکان پذیر می باشد.

 

 

  

ترجمه : لنــا سجادیفر

 

                                Time Lime Of the Universe  

منبع : فیزیک، سلوک در ژرفای گیتی است

اگر يك شبح در فيزيك وجود داشته باشد، نوترونيو است. آتش‌هاي هسته‌اي ستاره‌ها تريليون ها ذره ريز اتمي را در هر ثانيه در فضا منتشر مي كند، و هنوز نوترونيونها در گيتي جاري هستند و حركتشان از ميان گيتي تقريباً با سرعت نور ادامه دارد. در حاليكه عبورشان از ميان سيارات و مردم تقريباً بطور كامل ناديد‌ه گرفته مي‌شود . در طي دهه گذشته، فيزيكدانان ذره اي، آزمايشهايي تدبير كرده‌اند كه معلوم مي‌كند كه نترونيو يك ذره بنيادي تر از گذشته است.

از طرف ديگر همان موقع، اختر شناسان فهميدند كه انبساط جهان با شتاب صورت مي‌گيرد و نيز اينكه قسمت بزرگ انرژي جهان، انرژي تاريك، از يك نوع نامعين است.

آيا همه اين چيزها مي‌توانند پيوند يابند؟ سه نفر از فيزيك‌دانان دانشگاه واشنگتن، فكر مي‌كنند آنها توانسته‌اند اين موضوعات را پيوند دهند. فيزيكدان، آن نيلسون و تيمش اعلام كرده‌اند كه قطعه گمشده اين پازل يك ذره ريز اتمي است كه هنوز اين ذره كشف نشده است آنها آن را Acceleron ناميده اند.

     

حتي بي ميل تر از نوترونيونها هستند و براي همين در فعل و انفعالات شركت نمي‌كنند بنابراين آنها آشكار نمي‌شوند. اما نيلسون حدس مي‌زند كه نوترونيو قبلاً يك عامل مهم در اطراف جهان بوده است كه مي توانسته اثر دقيق آنها آشكار شود. در سناريو اين تيم، فعل و انفعال Acceleron با اثر نوترونيونها در بين يك نيروي جديد است در انبساط جهان Acceleron متقابلاً اثر مي‌كنند و روي نوترونيونها به واسطه يك نيروي قوي تأثير مي‌گذارند. اين نيروي جديد باعث بوجود آمدن يك قوه انبساط مي‌شود  كه سوخت سريعتر انبساط جهان را تأمين مي‌كند. فيزيكدانان بحث مي‌كنند كه همه Acceleron و هم نروينون ها اجزاء انرژي تاريك هستند انرژي تاريك امروزه بيش از 65 درصد انرژي جهان را تشكيل مي‌دهد اما در روزهاي اخير گيتي اين انرژي با مشكل مواجه شده است (شايد منظور توجيه انرژي تاريك باشد) مدل هاي زيادي براي انرژي تاريك وجود دارد اما آزمايشات مربوط به اين انرژي اساساً محدود به اندازه‌گيري هاي ويژه سرعت انبساط جهان در كيهان شناسي است. زيرا اين مشاهدات اجسام خيلي دور را نيز دخيل مي‌كنند و اندازه‌گيري دقيق آنها مشكل مي‌باشد. نيلسون گفت: اين فقط يك مدل است كه به ما راه با معني براي انجام آزمايشات در زمين مي‌دهد تا بفهميم چه نيرويي انرژي تاريك را بالا مي‌برد.

نوع ديگري از حالت عجيب نوترونيو اين است كه جرم آن مي‌تواند بر اساس محيطي كه از آن گذشته است تغيير كند، بر طبق مشاهدات نيلسون، سرانجام نوترونيونها مي‌توانند از هم بسيار جدا شوند و خيلي پر جرم شده و انرژي سوخت جهان را تأمين كنند. نيلسون مي‌گويد: «جهان مي‌تواند به انبساطش ادامه دهد اما هميشه آهسته تر.»

 

با تشکر از :  خانم طاهره  اسدی

 

منبع : فیزیک، سلوک در ژرفای گیتی است

 

اينشتين دوم كاوشگر سياهچاله ها( Stephen Hawking )

متولد 8 ژانويه 1942

او از هر گونه تحرك عاجز است. نه مي تواند بنشيند نه برخيزد. نه راه برود. حتي قادر نيست دست و پايش را تكان بدهد يا بدنش را خم و راست كند. از همه بدتر توانايي سخن گفتن را نيز ندازد. زيرا عضلات صوتي او كه عامل اصلي تشكيل و ابراز كلمات اند مثل 99 درصد بقيه عضلات حركتي بدنش در يك حالت فلج كامل قرار دارند. مشتي پوست و استخوان است روي يك صندلي چرخدار كه فقط قلبش و ريه هايش و دستگاه هاي حياتي بدنش كار مي كنند و بخصوص مغزش فعال است. يك مغز خارق العلده كه دمي از جستجو و پژوهش و رهگشايي بسوي معماها و نا شناخته ها باز نمي ماند.

اين اعجوبه مفلوج استيفن هاوكينگ پرآوازه ترين دانشمند دهه آخر قرن بيستم است كه اكنون در دانشگاه معروف كمبريج همان كرسي استادي را در اختيار داردكه بيش از دو قرن پيش زماني به اسحق نيوتن كاشف قانون جاذبه تعلق داشت.همچنين وي را انيشتين دوم لقب داده اند زيرا مي كوشد تئوري معروف نسبيت را تكامل بخشد و از تلفيق آن با تئوري هاي كوانتومي فرمول واحد جديدي ارائه دهد كه توجيه كننده تمامي تحولات جهان هستي از ذرات ريز اتمي تا كهكشان هاي عظيم باشد.

اينشتين معتقد بود كه چنين فرمول يا قانون واحدي مي بايست وجود داشته باشد و سالهاي آخر عمرش را در جستجوي آن سپري كرد اما توفيقي نيافت.

استيفن هاوكينگ شهرت و اعتبار علمي خود را مديون محاسبات رياضي پيچيده و بسيار دقيقي است كه در مورد چگونگي پيدايش و تحول سياهچاله هاي آسماني يا حفره هاي سياه انجام داده است.اين اجرام فوق العاده متراكم كه به علت قدرت جاذبه بسيار قوي حتي نور امكان جدايي از سطح آن ها را نداردوجودشان بر اساس تئوري نسبيت انيشتين پيش بيني شده بود و به همين جهت هم سياهچاله ناميده شدند.رديابي و رويت آنها بوسيله قويترين تلسكوپ ها يا هر وسيله ديگر تا كنون ممكن نبوده است. با وجود اين استيفن هاوكينگ با قدرت انديشه و محاسبات رياضي چون و چرا ناپذيرش- نه فقط وجود سياهچاله ها را به اثبات رسانده و چگونگي شكل گيري و تحول آن ها را نشان داده بلكه به نتايج جالبي در رابطه اين اجرام با كيفيت وقوع انفجار بزرگ Big Bang در آغاز پيدايش كيهان دست يافته است كه در دانش فيزيك اختري و كيهان شناسي اهميت بسزايي دارد و به عقيده صاحبنظران بناي اين علوم را در قرن آينده تشكيل خواهد داد.

كتاب جديد هاوكينگ در اين زمينه كه بعنوان سياهچاله ها و جهان هاي نوزاد انتشار يافت در محافل علمي جهان مثل يك بمب صدا كرد و شگفتي فراوان برانگيخت. اما قبل از اشاره خلاصه اي مي آوريم از زندگي نويسنده اش كه براستي از كتاب او شگفتي بر انگيز تر است .

استيفن هاوكينگ در 8 ژانويه 1942 در شهر دانشگاهي آكسفورد زاده شد و دوران كودكي و تحصيلات اوليه اش را در همان شهر گذرانيد. از همان زمان به علوم رياضيات علاقه داشت و آرزوي دانشمند شدن را در سر مي پروراند اما در مدرسه يك شاگرد خودسر و بخصوص بد خط شناخته مي شد و هرگز خود را در محدوده كتاب هاي درسي مقيد نمي كرد بلكه چون با مطالعات آزاد سطح معلواتش از كلاس بالاتر بود هميشه سعي داشت در كتاب هاي درسي اشتباهاتي را گير بياورد و با معلمان به جر و بحث و چون و چرا بپر دازد !

پدر و مادرش از طبقه متوسط بودند با يك زندگي ساده در خانه اس شلوغ و فرسوده اما مملو از كتاب كه عادت به مطالعه را در فرزندانشان تقويت مي كرد. فرانك پدر خانواده پزشك متخصص در بيماري هاي مناطق گرمسيري بود و به همين جهت نيمي از سال را به سفرهاي پژوهشي در مناطق آفريقايي مي گذرانيد. اين غيبت هاي متوالي برلي بچه ها چنان عادي شده بود كه تصور مي كردند همه پدر ها چنين وضعي دارند. و مانند پرندگان هر ساله در فصل سرما به مناطق آفتابي مهاجرت مي كنند و بعد به آشيانه بر مي گردند. در عين حال غيبت هاي پدر نوعي استقلال عمل و اتكا به نفس در بچه ها ايجاد مي كرد.

استيفن در 17 سالگي تحصيلات عاليه را در رشته طبيعي آغاز كرد و از همان زمان به فيزيك اختري و كيهان شناسي علاقه مند شد زيرا در خود كنجكاوي شديدي مي يافت كه به رمز و راز اختران و آغاز و انجام كيهان پي ببرد. سالهاي دهه 60 عصر طلايي كشف فضا- پرتاب اولين ماهواره ها و سفر هيجان انگيز فضانوردان به كره ماه بود و بازتاب اين وقايع تاريخي در رسانه ها جوانان را مجذوب مي كرد. بعلاوه استيفن از كودكي عاشق رمان هاي علمي تخيلي بود و مطالعه آن ها نيز بر اشتياق او به كسب معلومات بيشتر در فيزيك و نجوم و علوم ديگر مي افزود. او دوره سه ساله دانشگاه را با موفقيت به پايان برد و آماده مي شد تا دوره دكترا را در رشته كيهان شناسي آغاز كند.

اما به دنبال احساس ناراحتي هايي در عضلات دست و پا استيفن در ژانويه 1963 يعني آغاز بيست و يكسالگي مجبور به مراجعه به بيمارستان شد و آزمايش هايي كه روي او انجام گرفت علائم بيماري بسيار نادر و درمان ناپذيري را نشان داد. اين بيماري كه به نام ALS شناخته مي شود بخشي از نخاع و مغز و سيستم عصبي را مورد حمله قرار مي دهد و به تدريج اعصاب حركتي بدن را از بين مي برد و با تضعيف ماهيچه ها فلج عمومي ايجاد مي كند بطوريكه بمرور توانايي هرگونه حركتي از شخص سلب مي شود. معمولا مبتلايان به اين بيماري بي درمان مدت زيادي زنده نمي مانند و اين مدت براي استيفن بين دو تا سه سال پيش بيني شده بود.

نوميدي و اندوه عميقي را كه پس از آگاهي از جريان بر استيفن مستولي شد مي توان حدس زد. ناگهان همه آرزوهاي خود را بر باد رفته ميديد. دوره دكترا-روياي دانشمند شدن - كشف رمز و راز كيهان - همگي به صورت كاركاتورهايي در آمدند كه در حال دورشدن و رنگ باختن به او پوزخند مي زدند. بجاي همه آن خيال پروريهاي بلند پروازانه حالا كاري بجز اين از دستش بر نمي آمد كه در گوشه اي بنشيند و دقيقه ها را بشمارد تا دوسال بعد با فلج عمومي بدن زمان مرگش فرا برسد.

به اتاقي كه در دانشگاه داشت پناه برد و در تنهايي ساعتها متفكر و بي حركت ماند. خودش بعدها تعريف كرده است كه آن شب دچار كابوسي شد و در خواب ديد كه محكوم به اعدام شده است و او را براي اجراي حكم مي برند و در آن موقعيت حس كرد كه هر لحظه زندگي چقدر برايش ارزشمند است. بعد از بيداري به ياد آورد كه در بيمارستان با يك جوان مبتلا به بيماري سرطان خون هم اتاق بوده و او از فرط درد چه فريادهايي مي كشيد. پس خود را قانع كرد كه اگر به بيماري لادرماني مبتلاست اما لااقل درد نمي كشد. بعلاوه طبع لجوج و نقادش كه هيچ چيز را به آساني نمي پذيرفت هشدار داد كه از كجا معلوم كه پيش بيني پزشكان درست از كار در بيايد و چه بسا كه از نوع اشتباهات كتب درسي باشد!

اما آنچه به او قوت قلب و اعتماد به نفس بيشتري براي مبارزه با نوميدي و بدبيني داد آشنايي اش در همان ايام با دختري به نام (جين وايلد) بود كه عد ها همسرش شد و نقش فرشته نگهبانش را به عهده گرفت. جين اعتقادات مذهبي عميقي داشت و معتقد بود كه در هر فاجعه اي بذراهي اميد وجود دارد كه با استقامت و قدرت روحي خود مي تواند رشد كند. و بارور شود. بايد به خداوند توكل داشت و از ناكاميهايي كه پيش مي آيد خيزگاههايي براي كاميابي ساخت.

جين دانشجوي دانشگاه لندن بود اما تحت تاثير هوش فوق العاده و شخصيت استثنايي استيفن چنان مجذوب او شده بود كه هر هفته به سراغش مي آمد و ساعتي را به گفتگوي با او مي گذرانيد و آمپول خوشبيني تزريق مي كرد.آنها پس از چندي رسما نامزد شدند و استيفن تحصيلات دانشگاهي اش را از سر گرفت زيرا براي ازدواج با جين مي بايست هرچه زودتر دكتراي خود را بگيرد و كار مناسبي پيدا كند.

و او طي دو سال با اشتياق و پشتكار اين برنامه را عملي كرد در حاليكه رشد بيماري لعنتي را در عضلاتش شاهد بود و ابتدا به كمك يك عصا و سپس دو عصا راه مي رفت. ازدواجش با جين در سال 1965 صورت گرفت و او چنان غرق اميد و شادي بود كه به پيش بيني دو سال پيش پزشكان در مورد مرگ قريب الوقوعش نمي انديشيد.

پروفسور استيفن هاوكينگ اكنون  ۶۵ سال دارد و ظاهرا بيش از يك ربع قرن قاچاقي زندگي كرده است. البته اگر بتوان وضع كاملا استثنايي او را در حال حاضر زندگي ناميد.!

پيش بيني پزشكان در مورد بيماري فلج پيش رونده او نادرست نبود و اين بيماري اكنون به همه بدنش چنگ انداخته است. از اواخر دهه 60 براي نقل مكان از صندلي چرخدار استفاده مي كند و قدرت تحرك از همه اجزاي بدنش بجز دو انگشت دست چپش سلب شده است. با اين دو انگشت او مي تواند دكمه هاي كامپيوتر بسيار پيشرفته اي را فشار دهد كه اختصاصا براي او ساخته اند و بجايش حرف مي زند. و رابطه اش را با دنياي خارج برقرار مي كند زيرا از سال 1985 قدرت تكلم خود را هم ازدست داده است.

در آن سال او پس از بازگشت از سفري به درو دنيا براي مدتي در ژنو بسر مي برد كه مركز پژوهشهاي هسته اي اروپاست و دانشمندان اين مركز جلسات مشاوره اي با او داشتند. يك شب كه استيفن هاوكينگ تا دير وقت مشغول كار بود ناگهان راه نفس كشيدنش گرفت و صورتش كبود شد بيدرنگ او را به بيمارستان رساندند و تحت معالجات اضطراري قرار دادند. معمولا مبتلايان به بيماري ALS در مقابل ذات الريه حساسيت شديدي دارند و در صورت ابتلاي به آن ميميرند كه اين خطر براي استيفن هاوكينگ هم پيش آمده بود و گرفتن راه تنفس او ناشي از ذات الريه بود. پس از چند روز بستري بودن در بخش مراقبتهاي ويژه بيمارستان سرانجام با اجازه همسرش تصميم گرفته شد كه با عمل جراحي مخصوص مجراي تنفس او را باز كنند اما در نتيجه اين عمل صداي خود را براي هميشه از دست مي داد

عمل جراحي با موفقيت صورت گرفت و بار ديگر استيفن از خطر مرگ جست. هر چند قدرت تكلم خود را از دست داد اما با جايگزيني كامپيوتر مخصوص سخنگو ارتباط او با اطرافيانش حتي بهتر از سابق شد زيرا قبلا بعلت ضعف عضلات صوتي با دشواري و نارسايي زياد صحبت مي كرد. كامپيوتر سخنگو را يك استاد آمريكايي كامپيوتر در كاليفرنيت براي او ساخت و تقديمش كرد. برنامه ريزي اين دستگاه شامل سه هزار كلمه است و هر بار كه استيفن بخواهد سخني بگويد مي بايست با انتخاب كلمات و فشردن دكمه هاي كامپيوتر به كمك دو انگشتش كه هنوز كار مي كنند جمله مورد نظرش را بسازد و صداي مصنوعي به جاي او حرف مي زند. البته اينگونه سخنگويي ماشيني طولاني تر است اما خود استيفن كه هرگز خوشبيني اش را از دست نمي دهد عقيده دارد كه به او وقت بيشتري مي دهد براي انديشيدن آنچه مي خواهد بگويد و سبب مي شود كه هرگز نسنجيده حرف نزند.

ويلچر يا صندلي چرخدار استيفن كه بوسيله آن رفت و آمد مي كند نيز از پيشرفته ترين پديده هاي تكنولوژي است و با نيروي الكتريكي حركت مي كند. وي اتكاي زيادي به ويلچر خود دارد چون علاوه بر حركت با آن وسيله اي براي ابراز احساساتش نيز محسوب مي شود. مثلا اگر در يك ميهماني به وجد آيد با ويلچرش به سبك خاص خود مي رقصد و چنانچه صبر و حوصله اش را در مورد يك شخص مزاحم از دست بدهد در يك مانور سريع از روي پاهاي او رد مي شود !!! بسياري از شاگردانش ضربه چرخهاي ويلچر او را تجربه كرده اند و به گفته خودش يكي از تاسف هايش اين است كه طعم اين تجربه را به مارگارت تاچر نچشانده است !

يكي از شگفتيهاي اين آدم مفلوج و نحيف كه به ظاهر بايد موجودي تلخ و غمزده و منزوي باشد شوخ طبعي و شيطنت كودكانه اوست كه بخصوص در برق نگاه هوشمندانه و رندانه اش ديده مي شود. در حاليكه اجزاي چهره اش بي حركت و فاقد هرگونه واكنش احساسي و عاطفي هستند اما چشمانش مي درخشند.

انگار به هزار زبان با مخاطب سخن مي گويند. او بهيچوجه خودش را منزوي نكرده است. به كنسرت و پارك مي رود. در رستوران غذا مي خورد. در انجمن هاي دانشجويان شركت مي كند. و سر به سر شاگردانش كه هميشه او را سوال پيچ مي كنند مي گذارد. شيوه شيطنت آميزش اينست كه پاسخگويي را گاهي عمدا كش مي دهد و در حاليكه پرسش كنندگان پس از چند دقيقه انتظار پاسخ مفصلي را براي سوال خود پيش بيني مي كنند با يك كلمه بله يا نه از كامپيوتر سخنگويش همه را به خنده مي اندازد.

اين اعجوبه فاقد تحرك عاشق جنب و جوش و گشت و سياحت است و تا كنون دوبار به سفر دور دنيا رفته و حتي از چين و ديوار باستاني آن ديدن كرده است. همچنين در صدها كنفرانس و سمينار علمي شركت كرده است و به ايراد سخنراني پرداخته است. كه البته اين سخنراني ها قبلا در نوار ضبط و در روز كنفرانس پخش مي شود.

پرفروشترين كتاب علمي

از نكات جالب ديگر در زندگي استيفن هاوكينگ يكي هم اينست كه او در سالهاي اوليه زناشويي اش با جين وايلد از او صاحب سه فرزند شد يك دختر و دو پسر. لذت پدري و احساس مسئوليت در تامين زندگي فرزندان يكي از مهمترين انگيزه هايي بود كه او را در مقابله با مشكلاتش ياري داد زيرا با طبع لجوج و بلندپروازش اصرار داشت كه بهترين امكانات زندگي و تحصيل را براي بچه هايش فراهم كند و اين امر مخارج هنگفتي روي دستش مي گذاشت. هزينه خودش هم كم نبود چون مي بايست به دو پرستار تمام وقت و يك دستيار حقوق بپردازد و درامد استادي دانشگاه كفاف اين مخارج را نمي داد. به همين جهت در اواسط دهه 80 به فكر نوشتن كتاب افتاد و در سال 1988 كتاب معروف خود به نام ( تاريخ كوتاهي از زمان) را منتشر كرد.{بزودي اين كتاب را در سايت خواهيم آورد}

در اين كتاب كه به فارسي هم ترجمه شده است استيفن هاوكينگ به زبان ساده و قابل فهم عامه پيچيده ترين مسائل فيزيك جديد و كيهان شناسي و بخصوص ماهيت زمان و فضا را بررسي كرده و نظريات و محاسبات خودش را شرح داده است. بي آنكه خواننده را با فرمولها و معادلات رياضي بغرنج گيج كند. اما به رغم سادگي بيان و جذابيت مباحث بسياري از مردم از آن سر در نمي آورند. زيرا ايده هاي مطرح شده در كتاب در سطح بالاي علمي است. با وجود اين كتاب مزبور 8 ميليون نسخه به فروش رفته و 183 هفته در ليست 10 كتاب پرفروش جهان قرار داشته است و طبعا چنين موفقيت بيمانندي مشكلات مادي استيفن را براي هميشه حل مي كند.

كتاب جديد استيفن به نتايج پژوهشها و يافته هاي او درباره ي سياهچاله ها اختصاص دارد. اين اجرام مرموز و فاقد نورانيت آسماني كه بر اساس تئوري پذيرفته شده اي در سالهاي اخير از فروريزي و تراكم ستارگان سنگين وزن پس از اتمام سوخت هسته اي آن ها پديد مي آيند ستارگان ديگر را در اطراف خود مي بلعند و با افزايش جرم و در نتيجه دستيابي به نيروي جاذبه قويتر به تدريج ستارگان دورتر را به كام مي كشند. بدينگونه در سياهچاله ها ماده به حدي از تراكم مي رسد كه هر سانتي متر مكعب آن مي تواند ميليونها و حتي ميلياردها تن وزن داشته باشد و نيروي جاذبه آنچنان قوي است كه نور و هيچگونه تشعشعي امكان خروج از سطح آن ها را ندارد. به همبن جهت ما هرگز نمي توانيم حتي با قويترين تلسكوپها اين غولهاي نامرئي را رديابي كنيم.

اما استيفن هاوكينگ در كتاب تازه اش برداشتهاي متفاوتي از سياهچاله ها ارائه داده است و با محاسبات خود به اين نتيجه مي رسد كه اين اجرام بكلي فاقد نورانيت نيستند و بعلاوه موادي را كه از ستارگان ديگر جذب و بلع مي كنند در مرحله نهايي تراكم به حالتي انفجار گونه از يك كانال ديگر بيرون مي ريزند. منتها آنچه دفع مي شود به همان صورتي نيست كه بلعيده شده است. به عبارت ديگر سياهچاله ها نوعي بوته زرگري هستند كه طلا آلات مستعمل را به شمش تبديل مي كنند. از كانال خروجي عناصر تازه در يك جهان نوزاد تزريق مي شود كه مي توان آن را در مقابل سياهچاله ( سپيد چشمه) ناميد.

شايد سالها طول بكشد تا صحت و سقم نظزيه هاي جديد استيفن هاوكينگ روشن شود زيرا آنقدر تازگي دارد كه عجيب به نظر مي رسد. اما عجيب تر از آن مغز اين مرد است كه اين نظزيه پردازي ها و رهگشائيها از آن مي تراود. او براي محاسبات طولاني و پيچيده رياضي و نجومي خود حتي از نوشتن ارقام روي كاغذ محروم است و بايد همه اين عمليات بغرنج را در مغز خود انجام بدهد و نتايج را در حافظه اش نگهدارد بدينگونه فقط با مغزش زنده است و به قول دكارت چون فكر مي كند پس وجود دارد.

اما اين موجود اين آدم معلول و نحيف و عاجز از تحرك و تكلم يك سرمشق است . . . .

براي آن ها كه با اميد و استقامت و تلاش بيگانه اند . . .

براي آن ها كه تواناييهاي انسان و ارزش انديشه سالم و سازنده را دست كم مي گيرند . . .

براي بدبين ها و منفي باف ها كه در افق ديد خود جهان را به گونه سياهچاله اي مخوف و ظلماني مي بينند . . . .

به سخن استيفن هاوكينگ : ( در آنسوي هر سياهچاله سپيد چشمه اي وجود دارد )

منبع :www.physicsir.com

منبع ۲:هوپا

 

نمیدونم دقت کردید یا نه که هر وقت یک مقام بزرگ علمی میخواد به ایران بیاد یه مشکلی پیش میاد.

---

پژوهشگاه دانش های بنیادی(IPM) اعلام کرد سفر استفان هاوکینگ به ایران به تاخیر افتاده است 

اولین نشانه‌های وجود پوزیترون یعنی ذره سبکی که تنها اختلاف آن با ‏الکترون در علامت بار است، در سال 1932 به کمک اتاقک ابر ویلسون بدست آمد. در اتاقک ابر ویلسون ، واقع در میدان مغناطیسی ، رد باریکی که ‏بطور آشکار مربوط به یک ذره تک‌بار و خیلی سبک همانند الکترون بود، ‏مشاهده شد. اما در جهتی متناظر با بار مثبت منحرف می‌شد. ‏

خواص پوزیترون و نحوه شناسایی
بعدها ثابت شد که فرایند عمده برای تشکیل پوزیتون‌ها ، عبارتند از پرتوزایی ‏مصنوعی و اندرکنش اشعه های گامای پرانرژی وابسته به آنها با هسته‌های اتمی. یکی از این فرایندها را می‌توان با قراردادن اتاقک ابر ‏ویلسون در میدان و تاباندن باریکه نازک تابش بر آن بررسی کرد. در بعضی عکسها در مسیر باریکه تابش گاما ، رد دوگانه خاصی دیده می‌‏شود.

ذرات باردار متحرک در گاز ، با یونیدن اتمهای گازدار ، انرژی از دست می‌‏دهند و در نتیجه پیوسته از سرعت آن کاسته می‌شود. آزمون کامل این رد ، ‏آشکار می‌کند که خمیدگی هر شاخه آن با افزایش فاصله از پیچیدگی رد ‏تیزتر می‌شود. ‏این پدیده به این معناست که ما با ردهایی از جفت ذره خارج شونده از ‏یک نقطه سروکار داریم نه رد خم شده یک ذره. تنها با داوری از روی درجه ‏یونش ، هر دو رد به رد الکترون‌ها می‌مانند.

این ردها که معرف جفت ذرات ‏اخیر هستند، در میدان مغناطیسی و در جهتهای مختلف خم شده‌اند، ‏یعنی به ذره‌هایی باردار تعلق دارند.‏ با استفاده از مواد پرتوزا به‌عنوان چشمه‌های غنی پوزیترون ، مطالعه ‏جزئیات خواص این مواد ممکن شده است، بویژه ثابت شده است که ‏جرم پوزیترون دقیقا با جرم الکترون برابر یعنی حدود 2000/1 جرم پروتون ‏است.‏

انفعالات پوزیترونی
نتایج اخیر ، ما را به این نتیجه منجر می‌کند که یکی از ذره‌ها ، الکترون و ‏دیگری پوزیترون است. بنابراین کوانتومهای گاما که از درون ماده می‌گذرند ‏‏(گاز در اتاقک ابر ویلسون) ، به جای ذره واحد ، جفت الکترون و پوزیترون ‏تشکیل می‌دهند. این پدیده به تشکیل جفتهای الکترون و پوزیترون ‏معروف شده است کوانتوم با میدان ‏الکتریکی هسته اتمی ماده ، این جفت تشکیل می‌شود. در این فرایند ، کوانتوم به جفت الکترون و پوزیترون تبدیل می‌شود و ‏هسته بدون تغییر باقی می‌ماند.

فرایند عکس تشکیل جفت الکترون و پوزیترون نیز کشف شده است و ‏معلوم شده است که با نزدیکتر کردن الکترون و پوزیترون تا فاصله‌های ‏کوتاه بر اثر نیروهای جاذبه الکترومغناطیسی ، ممکن است دو کوانتوم ‏تشکیل و در جهتهای مخالف از یکدیگر دور شوند. فرایند ترکیب الکترون و ‏پوزیترون همراه با تبدیل آنها به کوانتوم‌های گاما را نابودی جفت نامیده‌اند. ‏نابودی بدلیل نبود پوزیترون روی زمین انتخاب شده است.

ناپایداری پوزیترون
پس از زمان کوتاهی از تشکیل آن ، هر پوزیترون با یک الکترون محیط ترکیب ‏می‌شود و به دو کوانتوم نور تبدیل می‌شود. تشکیل جفتهای الکترون و ‏پوزیترون از کوانتومها و ترکیب الکترونها با پوزیترون‌ها که به تشکیل دو ‏کوانتوم منجر می‌شود، اساساً فرایند جدیدی است که در آن ، تبدیل ‏متقابل تابش میدان الکترومغناطیسی ( فوتون های گاما ) و ذرات ماده ‏الکترون و پوزیترون صورت می‌گیرد.



کشف پوزیترون اثباتی بر خواص موجی ذرات
خواص ذرات از جنبه‌های زیادی با خواص میدان الکترومغناطیسی (نور) ‏فرق دارد. عمده‌ترین اختلاف این است که همه اجسام پیرامون ما از ذرات ‏ساخته شده‌اند. ممکن است به نظر رسد که فقط نور است که عمل ‏انتقال انرژی از بعضی اجسام به بعضی دیگر را انجام می‌دهد، به این دلیل ‏حتی در آغاز قرن 20 بر این باور بودند که نور (میدان الکترومغناطیسی) و ‏ماده را سد غیر قابل گذری از یکدیگر جدا کرده است.

بعدا خواص ذره‌ای نور کشف شد و معلوم شد که نور ، خواص شارش ذرات ‏فوتون‌ها را باخواص موجی همراه دارد. از طرف دیگر خواص موجی که قبلاً ‏فقط به نور اختصاص می‌دادند و ‏یکی از خصایص متمایز آن می‌شمردند، در ذرات ماده نیزکشف شد. این ‏اکتشافات روی شکاف میان مفاهیم نور و ماده پل زد. مهمتر از این ، بعد از کشف تبدیل‌های متقابل نور (کوانتومهای گاما) و ذرات ‏ماده (جفتهای الکترون و پوزیترون) ، روشن شد که ارتباط بسیار ریشه‌داری ‏میان نور و ماده وجود دارد.

ذرات ماده و فوتون‌ها (میدانهای ‏الکترومغناطیسی) دو شکل مختلف ماده‌اند. فوتون خصایص مشترک زیادی با ذرات دیگر از خود به نمایش می‌گذارد، ‏ولی ویژگی مهمی دارد و آن این است که جرم در حال سکون (جرم سکون) آن برابر ‏صفر است. فوتون ، همیشه با سرعت نور حرکت می‌کند. هرگاه ناگزیر به ‏توقف شود (نظیر موقع جذب) ، دیگر نوری وجود نخواهد داشت.‏

چشمه‌های تولید پوزیترون
پوزیترون را به‌تنهایی نمی‌توان تولید کرد، زیرا ذره ناپایداری است و به‌سرعت ناپدید می‌شود. عموما پوزیترون را به کمک واکنشهای هسته‌ای بنیادی و نیز به‌کمک پدیده تولید جفت به همراه الکترون از نابودی یک فوتون بدست می‌آورند. سیستم آشکارسازی پوزیترون نیز همانند نحوه تولیدش به لحاظ ناپایداری پوزیترون فرایند مستقلی نمی‌باشد و بیشتر از طریق پدیده نابودی جفت به وجود پوزیترون پی می‌برند.

 

با تشکر از بهزاد طماسب زاده .

برگرفته از سایت هوپا

 

منبع : هنر فیزیک

در شرايطي که کمتر از يک روز تا آغاز رسمي سي و هشتمين دوره المپياد جهاني فيزيك در اصفهان باقي است، تا پيش از ظهر امروز، حدود 40 تيم خارجي از مجموع 78 تيم به کشور وارد شده‌اند.

عليرضا دوستاني، مسؤول تيم‌يارهاي المپياد فيزيک در گفت‌وگو با خبرنگار اعزامي خبرگزاري دانشجويان ايران (ايسنا) به اصفهان گفت: علاوه بر تيم مکزيک که روز چهارشنبه به عنوان نخستين تيم خارجي وارد اصفهان شد، تا ساعت 11 صبح روز جمعه حدود 40 تيم از جمله تيم‌هاي لهستان، بلژيک، روماني، کلمبيا، برزيل، کامبوج، قبرس، ژاپن، تايلند، عربستان، مالزي، اسلواکي، سوئيس، ترکيه، ارمنستان، آذربايجان، کانادا، چين، کوبا، مونته نگرو، فنلاند، فرانسه، گرجستان، پاکستان، آلمان، مجارستان، ايتاليا، مولداوي، روسيه، صربستان، چک، کرواسي، اتريش، لتوني، يونان، اکراين و اندونزي نيز در محل اسکان (دانشگاه صنعتي اصفهان) پذيرش شده‌اند.

وي افزود: با توجه به اين که افتتاحيه مسابقات صبح روز شنبه 23 تيرماه برگزار مي شود، پيش‌بيني مي‌شود بيشتر تيمها طي ظهر و بعد از ظهر امروز (جمعه) وارد دانشگاه شده و بقيه تيمها نيز تا شامگاه که برنامه خوشامدگويي و آشنايي اعضاي تيمها با يکديگر برگزار مي‌شود در دانشگاه باشند.

دوستاني خاطرنشان کرد: تيمهاي خارجي از طريق سه فرودگاه بين‌المللي مهرآباد، امام‌خميني(ره) و اصفهان وارد کشور شده و به دانشگاه منتقل مي‌شوند و پس از آن دانش‌آموزان در دانشگاه صنعتي اصفهان و اساتيد و سرپرستان تيمها در هتلي که به اين منظور پيش‌بيني شده اسکان داده مي‌شوند.

گفتني است در حال حاضر بسياري ديگر از تيمهاي شرکت‌کننده از جمله تيم المپياد فيزيک آمريکا که ابتدا اعلام شده بود، در اين مسابقات شرکت نمي‌کند و اعضاي آن از حدود يک ماه پيش معرفي شدند، کشورهاي خود را به سمت ايران ترک کرده‌اند و طي ساعات آينده وارد کشور مي‌شوند.

منبع : هنر فیزیک

 

غني سازي واژه‌اي است كه به فلز غليظ شده اورانيوم 235 اطلاق مي‌شود و به كمك آن مي‌توان يك نيروگاه هسته‌اي ساخت.

به گزارش سرويس «علمي» خبرگزاري دانشجويان ايران (ايسنا)، عنصر اورانيوم شباهت زيادي به آهن دارد و اين سنگ معدني به كمك حفاري از زمين استخراج شده و پس از انجام فرآيندهايي، اورانيوم خالص حاصل شده و پس از اتمام فرآيندها، اكسيد اورانيوم از سنگ معدني آن به دست مي‌آيد.

اكسيد اورانيوم شامل دو نوع (ايزوتوپ) اورانيوم به نام‌هاي235U- و 238U-، است كه نوع اول ماده‌اي است كه به عنوان سوخت، در نيروگاه هسته‌اي به كار برده مي شود اما حدود 99 درصد اكسيد اورانيومي كه از معادن به دست مي‌آيد از نوع دوم تشكيل شده و بايستي به طريق 235U- از 238U- جدا شده و غلظت آن افزايش يابد كه اين فرايند غلظت 235U- ، «غني سازي» نام دارد و دستگاه سانتريفوژ (گريز از مركز) بخش مركزي فرايند غني سازي را تشكيل مي‌دهند.

بر اساس اين گزارش وزن 235U- اندكي كمتر از 238U- است و به كمك اين اختلاف وزن، مي‌توان 235U- را از 238U- جدا كرد كه نتيجه مرحله اول واكنش دادن اورانيوم با اكسيد هيدروفلوريك، يك اسيد فوق العاده قوي است كه پس از چندين مرحله واكنش،‌ گاز هگزافلوريد اورانيوم به دست مي‌آيد.

در مرحله‌اي كه اورانيوم به صورت گاز در آمده، ‌كار كردن با آن راحت‌تر است، به طوري كه گاز در داخل دستگاه‌هاي سانتريفوژ قرار داده شده و به دور مركز خود و با سرعت بسيار زياد به چرخش در مي‌آيد.

با توجه به اين كه نيروي گريز از مركز حاصل از چرخش دستگاه، هزاران بار قدرتمندتر از نيروي جاذبه زمين است، به دليل اين كه اتم‌هاي 238U- كمي سنگين‌تر از 235U- هستند، به سمت ديواره‌هاي دستگاه سانتريفوژ حركت مي‌كنند و اتم‌هاي سبك‌تر در مركز باقي مي‌مانند.

انجام اين فرايند، غلظت اورانيوم را اندكي افزايش مي‌دهد، به گونه‌اي كه زماني كه گاز از مركز دستگاه خارج مي‌شود، غلظت 235U- آن اندكي افزايش مي‌يابد و گاز خارج شده در يك دستگاه سانتريفوژ ديگر قرار داده مي‌شود تا دوباره كمي بيشتر غليظ شود واگر اين كار هزاران بار انجام شود، گازي به دست مي‌آيد كه به شدت از 235U- غني شده است.

در يك تاسيسات غني سازي، هزاران دستگاه سانتريفوژ قرار دارند كه به صورت آبشارهايي بلند به يكديگر متصل‌اند و در پايان زنجيره بلند سانتريفوژها، گاز هگزافلوريدي به دست مي‌آيد كه داراي غلظت بالايي از اتم‌هاي 235U- است.

به گزارش ايسنا، ساخت دستگاه‌هاي سانتريفوژ احتياج به فن‌آوري پيشرفته بوده و اين دستگاه‌ها بايد با سرعت بسيار بالايي (حدود 100 هزار دور در دقيقه) به دور محور خود بچرخند كه براي چرخش با اين سرعت بايد سانتريفوژ بسيار سبك بوده و مجهز به موتورهايي قوي بوده و به خوبي تراز شده باشد، همچنين بايد داراي ياتاقان‌هايي با قابليت كاركرد در سرعت‌هاي بالا باشد كه معمولا از نيروي مغناطيسي براي كاهش اصطكاك در آنها استفاده مي‌شود.

گردهم آوردن اين پارامترها براي اغلب كشورها غير ممكن است ولي به دليل گسترش تجهيزات و وسايل كنترلي رايانه‌اي دقيق و ارزان قيمت امروزه اين كار آسانتر شده و در نتيجه كشورهاي بيشتري در تلاشند تا به فن‌آوري هسته‌اي دست يابند.

پس از غني‌سازي، گاز هگزافلوريد بايد دوباره به فلز اورانيوم تبديل شود كه اين كار با افزودن كلسيم انجام مي‌پذيرد به طوري كه كلسيم با فلوريد واكنش داد و با توليد نمك، فلز اورانيوم خالص از آن جدا مي شود كه به وسيله اين فلز غليظ شده 235 ـ u مي‌توان يك نيروگاه هسته‌اي ساخت.

 

منبع : ایرنا

منبع : هنر فیزیک

سلام.یکی از دوستان من آقای سروش شاکری که دانشجوی رشته فیزیک هستند به نتایجی رسیده اند و از من خواستند که خلاصه ای از اونها رو اینجا بنویسم که ملت نظر بدن ببینیم حدس های ایشون درست هست یا نه.من عین مطلب ایشون رو در زیر میارم(خلاصه هست):

 

اینیشتن در بارهی مسئله ی اندازه گیری در مکانیک کوانتومی گفت آیا زمانی که به ماه نگاه نمی کنیم ماه سر جایش است؟

یک نکته می خام بگم در مورد اصل عدم نا پا برجایی هایزنبرگ من به این نتیجه رسیدم که عدم نا پا برجایی در مورد بوزون ها صدق نمی کنه ! امیدوارم قب از این کشف نشده باشه!
بر طبق اصل عدم قانونمندی پاوولی در مورد بوزونها و قرار گرفتن بوزونها در تراز کوانتومی یکسان با توجه به گنده شدن جرم و طولانبی شدن راه امکان تونل زنی کوانتومی وجود ندارد این است علت این مطلب که با سر عت ما ورای نور نمیتوان در جهان مادر به حرکت پرداخت!
همونتور که کاک کرافت اتم را با کمتر از 1 میلیوئن الکترون ولت شکافت برای خروج از این جهان و رهیافت به جهان موازی به سرعت کند نیازمندییم نه سرعت تند!


نظریه پرداز بزرگ : سروش شاکری

 

آقای شاکری متن کاملتری از نظریه خودشون را در اختیار ما قرار دادند که درخواست میکنم اونو هم مطالعه کنید:

بر طبق تعبیر کپنهاگنی نیلز بور باید جهان را به 2 سازه بخش کرد یکی سازه ی کوانتومی و دیگری سازه ی کلاسیک علاوه بر شرو دینگرو اینیشتن که از منتقدانم این نظریه بودند
همه جنگ ما در این میدان بر روی اندازه گیری است اندازه گیری است که تابع موج را ویران کرده و. یکی از شرایط ممن را برای ما بر می انگیزد! همه می دانیم که اینیشتن درس می گفت که اگر به مته نگاه نکنید مطمئنید که ماه سر جایش خواهد بود!
همه می دانیم که همهی مواد از اتم ها و الکترونها ساخته شده اند حتی خود آزمایشگر نیز از اتم ها و الکترون ها ساخته شده اند ! پس این دستور آشپزی نیلز بور چیست که بسیاری از فیزیک دانان را خو ش آمد نمی آید!

علت آن این است که چیز های کوانتومی در مقیاس کلاسیک دیگر آن شیطنت های بچه گانه را نمی کنند نه بالا و پایین می پرند نه جفتک می اندازند نه پرش کوانتومی انجام می دهند! هر چه باشد بزرگتر شده اند!
رفتارها ی پرا کندهی کوانتومی همان مفهوم بزرگ شدن است تراز های مختلف کوانتومی همان مفهوم را تداعی می کند ! می دانید که چیز ها 2 دسته اند یا فرمیونند یا ذرات دوست داشتنی سانتیندار بوز (بوزونها) هستند!
برای فرمیونها بزرگ شدن معنا دارد زیرا طرد پاوو لی را دوست دارند اما بوزون ها بر خلاف فرمیون ها از طرد پاوولی پیروی نمی کنند آنها همیشه دوست دارند در کنار هم باشند آنها همیشه دوت دارند در تراز پایه باشند و در بچگی خود سیر کنند آنها دوست ندارن بزگ شوند و آخشیج های گو ناگون را بسازند!
ما باید فرمیونها را در فضایی قرار دهیم که به یاد رفتار کوانتومی و شی طنت های خود بیفتند و قتی ما He 4 را سرد می کنیم در واقع او را در شرایطی قرار می دهیم که رفتار کوانتومی انجام دهد و در واقع تنها راهی که ما می توانیم فرمیونها را به شیطنت های بچه گانه وا داریم استفاده از اتحاد بوزونی می باشد !
بور درست می گفت با آن که مقیاس کلاسیک از مقیاس کوانتوم تشکیل شده اما به دلیل نا به هنجاری های کوانتومی ر فتاری کوانتومی از خود نشان نخواهد داد!

و تنها راه برای بدست آوردن رفتار کوانتومی استفاده از اتحاد بوزونی می با شد که در هر مقیا سی قابل استفاده است آن موقع است که به قول دوس عزیزم ریچارد فاینمن رفتار کوانتومی در مقیاس کلان بسیار شگفت انگیز به نظر خواهد آمد
آن موقع است که جفت های کوپر برای ما ابر رسانایی را به با خواهند آورد و آن موقع است که هلیم آبگون از دیوار بالا خواهد رفت و در مقبل چشمان شما به رقص و پایکو بی خواهد پرداخت
پس راه دیافت خواص کوانتومی گسترش ساختار کوانتومی در مقیاس کلان است امید وارم همانطور که این خاصیت اتم را از حالت پایدار به حالت پادار تر برد با پرش کوانتومی
بتواند ما را با با پرواز کوانتومی به جهان موازی راهبرد شود!
من نظریه پرداز بزرگ سروش شاکری از متن پیشین به عنوان بزرگترین اشتباه زندگیم ذکر می کنم و این متن که در حال حاظر می بینید در کتاب آینده ی من با نام (جهان کوانتومی در مقیاس کلان ) the quantum universe in unlimited rang به چاپ خواهم رساند
با آرزوی موفقیت برای شما جوانان که آینده سازان این مرزو بوم هستید

آدرس ایمیل آقای شاکری: soroush.physic@gmail.com

متن سخنرانی اینشبین در 14 دسامبر 1922 در دانشگاه " کیوتو "، بر اساس یادداشت های مفصل
" ج.ایشیوارا ". این یادداشت ها نخستین بار در سال 1922 در ماهنامه ی " کایزو " ( به زبان ژاپنی) منتشر شد.

 

چگونه نظریه ی نسبیت را ابداع کردم؟

 

صحبت از اینکه چگونه به انديشه ی نظریه ی نسبیت دست یافتم، آسان نیست؛ پیچیدگی های پنهان بسیار فکر مرا بر می انگیخت؛ و تأثیر هر فکر در مراحل مختلف رشد این انديشه متفاوت بود. در اینجا نه به ذکر آنها خواهیم پرداخت و نه مقالاتی را برخواهم شمرد که در لین موضوع نوشته ام.بلکه به اختصار تحول فکر خود را که مستقيمن به این مسئله مربوط می شود شرح خواهم داد.

بیش از هفده سال پیش ، فکر بسط نظریه ی نسبیت برای نخستین بار در من پيدا شد. گرچه دقیقن نمی توانم بگویم این فکر از کجا به ذهنم راه یافت؛ اما یقين دارم که به مسئله ی خواص نور مربوط می شد.نور در دریای اثیر منتشر می شود که زمین نیز در آن حرکت می کند. به عبث کوشيدم که قرينه ی آزمایشی برای سیلان اثیر در نوشته های فيزیک بیابم.

  آنگاه خواستم که خود سیلان اثیر نسبت به زمین، یا به عبارت ديگر حرکت زمین را ثابت کنم. وقتی که سخت در انديشه ی این مسئله بودم، هيچ شکی به وجود اثیر يا حرکت زمین از میان آن نداشتم.

  به آزمایش زیر، که در آن دو ترموکوپل بکار می رود، فکر کردم : آینه هایی را چنان قرار دهید که نور یک چشمه ی تنها، در دو امتداد متفاوت از آنها منعکس شود، یکی موازی حرکت زمین و ديگری موازی و مختلف الجهت با آن.اگر فرض شود که میان دو تابه ی منعکس شده اختلاف انرژی وجود دارد، این اختلاف انرژی را نمی توان با استفاده از ترموکوپل به کمک گرمای ایجاد شده اندازه  گرفت. اگر چه فکر اصلی این آزمایش خيلی شبیه به آزمایش " مایکلسون " است، من این آزمایش را به بوته ی آزمایش ننهادم.

در همان سال های دانشجویی که به این مسئله می انديشیدم، از نتیجه ی حیرت آور آزمایش مایکلسون آگاه شدم. ديری نگذشت که به این نتیجه رسیدم: اگر نتيجه ی پوچ آزمایش مایکلسون را واقعیتی بشماریم، تصوری که از حرکت زمین نسبت به اثیر داریم، نادرست خواهد بود. این نخستین راهی بود که مرا به نظريه ی نسبیت خاص رهنمون شد. از آن پس معتقد شده ام که گرچه زمین به دور خورشید می چرخد، ولی حرکت زمین را با هیچ آزمایش نورشناختی نمی توان ردیابی کرد.

  فرصتی یافتم که رساله ی 1895 لورنتس را بخوانم.او در مسئله ی الکترودینامیک بحث کرده بود و آن را به طور کامل تا تقریب {مرتبه} اول، یعنی با چشم پوشیدن از جملات مرتبه ی بزرگتر از  v/c حل کرده بود.در اینجا v سرعت جسم متحرک و c سرعت نور است.آنگاه کوشیدم که آزمایش " فیزو " را بر اساس این فرض که معادلات لورنتس برای الکترون، باید هم در چارچوب مرجع جسم متحرک و هم در چارچوب مرجع خلأ ( که در ابتدا توسط لورنتس بررسی شده بود) برقرار باشد، بررسی کنم.در آن زمان عقيده راسخ داشتم که معادلات الکترودينامیک ماکسول و لورنتس درستند.بعلاوه  این فرض که که معادلات الکترودينامیک باید در چارچوب مرجع جسم صدق کنند به مفهوم ناوردایی سرعت نور می انجامد که ناقض قاعده ی جمع سرعتها در مکانيک است.

  چرا این دو مفهوم ناقض یکديگرند؟ بر من آشکار شد که حل این مشکل براستی دشوار است. تقريبن یک سال را به عبث صرف تعديل انديشه ی لورنتس کردم به این اميد که این مسئله را بگشایم.

  بر حسب تصادف یکی از دوستانم در برن (میشل بسو) مرا یاری کرد. روزی که با این مسئله در ذهنم نزد او رفتم، روز زیبایی بود. صحبت را چنين آغاز کردم: این اواخر به مسئله ی دشواری مشغول بوده ام. امروز آمده ام تا با هم به جنگ آن برویم. در جنبه های مختلف مسئله بحث کردیم.ناگهان راه حل مسئله را یافتم. روز بعد نزد او بازگشتم و بدون اینکه سلام کنم، گفتم :" متشکرم، من مسئله را به طور کامل حل کرده ام." راه حل من تحلیل مفهوم زمان بود. زمان را نمی توان به صورت مطلق تعریف کرد، و میان زمان و سرعت رابطه ای ناگسستنی وجود دارد.به یاری این مفهوم توانستم برای اولین بار همه ی مشکلات را به نحو کامل حل کنم.

پنج هفته ی بعد نظریه ی نسبیت خاص کامل شده بود.در این شکی نداشتم که نظریه ی جدید از نظر فلسفی معقول است. همچنین پی بردم که نظریه ی جديد با نظر " ماخ " توافق دارد. برخلاف نظریه ی نسبیت عام که نظر ماخ را شامل می شود، تحلیل ماخ فقط پیامدهایی غيرمستقیم در نظریه ی نسبیت خاص داشت.

  بدین طریق بود که نظریه ی " نسبیت خاص " آفریده شد.

فکر نظریه ی " نسبیت عمومی " نخستین بار، دو سال بعد در سال 1907 در ذهنم پیدا شد. این فکر ناگهان به ذهنم خطور کرد. از نظریه ی نسبیت خاص راضی نبودم، زیرا این نظریه به چارچوب های مرجعی محدود می شد که با سرعت ثابت نسبت به یکدیگر حرکت می کردند. آنها را نمی شد در مورد حرکت عام یک دستگاه مرجع به کار برد. کوشیدم تا این محدودیت را برطرف سازم، و می خواستم مسئله را برای حالت کلی تدوین کنم.

در 1907 "یوهانس اشتارک" از من خواست مقاله ای درباره ی نظریه ی نسبیت خاص بنويسم. در ضمن نوشتن مقاله متوجه شدم که همه ی قوانین طبیعی را، جز قانون گرانش، می توان در چارچوب نظریه ی نسبیت خاص مورد بررسی قرار داد.می خواستم به دلیل این امر پی برم ولی نتوانستم به راحتی به این هدف دست یابم.

نکته ی زير از همه نا مقبولتر بود : اگر چه از نظریه ی نسبیت خاص رابطه ی  " جرم و انرژی " صریحن به دست آمد اما در این نظریه رابطه ی میان جرم و وزن یا انرژی ميدان گرانشی به روشنی توضیح داده نمی شد. احساس می کردم که حل این مسئله در چارچوب نظریه ی نسبیت خاص میسر نیست.

گشایش کار را، روزی به ناگهانی یافتم. پشت ميز خود در اداره ی ثبت علایم و اختراعات در برن نشسته بودم. ناگهان فکری به ذهنم خطور کرد : اگر کسی آزادانه سقوط کند، وزن خود را حس نمی کند. یکه خورده بودم.این آزمایش ساده ذهنی اثر عمیقی بر من نهاد، و مرا به نظریه ی گرانش رهنمون شد. دنباله ی این فکر را گرفتم. کسی که سقوط می کند دارای شتاب است. پس آنچه حس می کند و درباره اش حکم می کند در چارچوب مرجع شتابدار واقع می شود. بر آن شدم که نظریه ی نسبیت را به چارچوب مرجع شتابدار بسط دهم. حس کردم با این کار می توانم در عین حال مسئله ی گرانش را نیز حل کنم. کسی که در حال سقوط است وزن خود را حس نمی کند، زیرا در چارچوب او میدان گرانشی جدیدی وجود دارد که میدان گرانشی زمین را خنثی می کند. در چارچوب مرجع شتابدار به میدان گرانشی جديدی نیاز است.

در آن زمان نتوانستم این مسئله را  به طور کامل حل کنم. هشت سال طول کشید تا سرانجام به جواب کامل دست یافتم.در این سال ها جواب های ناقصی برای این مسئله به دست آوردم.

ارنست ماخ بر این اندیشه اصرار می ورزید که دستگاه هایی که نسبت هم شتاب دارند، با هم معادلند. این اندیشه با هندسه ی اقلیدسی در تضاد است. زیرا در چارچوب مرجع شتابدار ، هندسه ی اقلیدسی را نمی توان بکار برد.توصیف قوانین فیزیکی بدون ارجاع به هندسه مانند بیان افکار بدون استفاده از کلمات است.برای بیان منظور خود به لغات احتیاج داریم؛ برای توصیف مسئله ی خود به جستجوی چه چیز باید بر آییم؟این مسئله تا سال 1912 حل نشده باقی ماند؛ آنگاه این فکر به ذهنم خطور کرد که ممکن است نظریه ی سطوح "کارل فریدریش گاوس"مفتاح معما باشد. دریافتم که مختصات سطحی گاوس برای فهم این مسئله بسیار با معنی است.تا آن زمان نمی دانستم که "برنهارد ریمان" ( که شاگرد گاوس بود) شالوده ی هندسه را عمیقن بررسی کرده است. دست بر قضا، درس هندسه ی "کارل فریدریش گایزر" را در سال های دانشجویی (در زوریخ) به یاد داشتم، که در آن نظریه ی گاوس بحث شده بود. پی بردم که در این مسئله شالوده های هندسه معنی عمیقی دارند.

وقتی که از "پراگ" به زوریخ بازگشتم دوست ریاضیدانم " مارسل گروسمان" منتظرم بود. او قبلن، زمانی که در اداره ی ثبت اختراعات و علایم برن کار می کردم و تهیه ی مقاله ی ریاضی برایم دشوار بود، در فراهم کردن نوشته های ریاضی به من کمک کرده بود. نخست کارهای " کورباستر" و "گرگوریو ریچی" و سپس کار ریمان را به من یاد داد. این مطلب را با او در میان نهادم که آیا می توان این مسئله را با استفاده از نظریه ی ریمان، یا به عبارت دیگر با استفاده از مفهوم ناوردایی جزء خطی، حل کرد. در سال 1912 با هم در این موضوع مقاله ای نوشتیم، ولی نتوانستیم معادلات صحیح گرانش را به دست آوریم. معادلات ریمان را بیشتر مطالعه کردم تا ببینم چرا نتایج مطلوب به دست نمی آید.

  پس از دو سال تلاش پی بردم که در محاسباتم دچار اشتباهاتی شده ام. به معادله ی اصلی که در آن از نظریه ی ناوردایی استفاده شده بود بازگشتم و کوشیدم که معادلات درست را بنویسم. پس از دو هفته این معادلات درست در برابر دیدگان من بودند.

  در مورد کارهایم پس از 1915، می خواهم فقط به مسئله ی کیهان شناسی اشاره کنم. این مسئله به هندسه ی جهان و به زمان مربوط می شود.شالوده ی این مسئله از شرایط کرانه ای نظریه ی نسبیت عام و بحث مسئله ی جرم به وسیله ی ماخ نشأت می گیرد. اگر چه اندیشه ی ماخ درباره ی جرم را به درستی نمی فهمیم، تأثیر او بر افکار من عظیم بود.

  مسئله ی کیهان شناسی را با اعمال ناوردایی بر شرایط کرانه ای معادلات گرانش حل کردم. سرانجام، جهان را دستگاهی بسته شمردم و کرانه را حذف کردم. حاصل آنکه، جرم به صورت خاصیتی از ماده ی در حال کنش متقابل آشکار می شود؛ و اگر ماده دیگری وجود نداشته باشد که با آن به کنش متقابل بپردازد، جرم صفر می شود.به گمان من، با این نتیجه، نظریه ی نسبیت عام را می توان از نظر معرفت شناسی به وجهی رضایتبخش فهمید.

  این گزارش تاریخی ِ کوتاهی از افکاری است که من در ابداع نظریه ی نسبیت داشته ام.

از کتاب " فیزیک و واقعیت" البته با کمی تصحیح در ترجمه.

نوشته ی آلبرت اینشتین

ترجمه ی محمدرضا خواجه پور

 

منبع :   روزی که آمدی

دید کلی
یونانیان باستان ، عالم را متشکل از چهار عنصر آتش ، خاک ، آب و هوا میدانستند. امروزه دانشمندان بکمک این عناصر ، تمام اجزای تشکیل دهنده جهان را آن طور که هست ، توضیح میدهند. آتش بیانگر انرژی بوده و سه عنصر دیگر نشان دهنده سه حالت از ماده جامد ، مایع و گاز میباشند. بر طبق این تقسیم بندی ، مواد جامد دارای شکل و ابعاد مشخصی بوده و همچنین جرم ، حجم و وزن مشخصی دارند.
مایعات و گازها شاره هستند، یعنی جریان مییابند. این اجسام شکل معینی ندارند و شکل ظرفی را که در آن قرار دارند بخود میگیرند، در حالیکه مقدار معینی دارند. مثلا مقدار آب ، دی اکسید کربن ، هوا ، شیر و غیره جرم قابل اندازه گیری و معینی دارند، اما نمیتوانند همانند جامدات با اعمال نیروی پس زنی کشانی ، در مقابل تغییر شکل ، مقاومت کنند.

بررسی حالات پنج گانه ماده و تحلیلی بر چیستی حالات تازه آن

تا کنون با سه شکل ماده آشنا شده اید: گاز، مایع و جامد.
ولی اینها تمام حالات ماده نیستند. اشکال ماده به طور کلی عبارتند از : جامد ,مایع ,گاز ,پلاسما و ماده چگال بونز -انیشتین- و حالت تازه کشف شده یعنی ماده چگال فرمیونی.

جامد
مواد جامد در برابر تغییر شکل مقاومت می کنند و آنها سفت و شکننده هستند.
برای درک چگونگی این موضوع می توان جامدات را اینگونه تعریف کنیم.
در حالت جامد ، نیروهای بین مولکولی ، بقدری قویتر از انرژی جنبشی هستند که باعث سخت شدن جسم در نتیجه عدم جاری شدن آن میگردند. جامدات شکل و حجم معینی دارند. در جامدات فاصله مولکولها مانند فاصله آنها در مایع است. جامدات نمیتوانند مانند وضعیتی که حالات مایع و گاز دارند، آزادانه به اطراف حرکت کنند. بلکه ، در جامد ، مولکولها در مکانهای خاصی قرار میگیرند و فقط میتوانند در اطراف این مکانها حرکت نوسانی رفت و برگشتی بسیار کوچک انجام دهند.
این حرکت نوسانی ، بخصوص در جامدات بلورین ، کاربردهای صنعتی و علمی زیادی را برای این دسته از مواد به دنبال دارد.

مایع
در حالت مایع ، مولکولها بهم نزدیکتر بوده، بطوریکه نیروهای مابینشان قویتر از انرژی جنبشی آنان میباشد. از طرف دیگر ، نیروها آنقدر قوی نیستند که قادر به ممانعت از حرکت مولکولها گردند. از این روست که جریان مایع از ظرفی به ظرف دیگر شدنی است، اما نسبت سرعت جاری شدن آب در مقایسه با مایعات دیگر از قبیل روغنها و گلسیرین بسیار متفاوت است که این تفاوت در سرعت جاری شدن ، میزان مقاومت یک مایع در مقابل جاری شدن ،یعنی ویسکوزیته آن خوانده می شود که خود تابعی از شکل ، اندازه مولکولی ، درجه حرارت و فشار میباشد. بنابراین مایعات حجم معین و شکل نامعینی دارند.
فاصله مولکولها در مایعات در مقایسه با گازها بسیار کم است. در مایعات مولکولها به اطراف خود حرکت میکنند و به سهولت روی هم میلغزند و راحت جریان (شارش) پیدا میکنند. مواد مایع با قابلیت شکل پذیری و جریان یافتن در شبکههای ریز ، کاربردهای زیادی در صنعت پیدا کردهاند.

گاز
به طور کلی می توان گازها را اینگونه تعریف کرد ؛
گاز ها کم چگالند و ساده متراکم می شوند و نه تنها شکل ظرف خود را می گیرند بلکه آنقدر منبسط می شوند تا ظرف را کاملا پر کنند.
اما اگر بخواهیم گازها را بهتر بشناسیم می توانیم بگوییم که ؛
حالت فیزیکی مواد در شرایط فشار و درجه حرارت طبیعی ، بستگی به اندازه مولکولی و نیروهای فیمابین آن دارد. اگر مقدار کمی از یک گاز ، در یک تانک نسبتا بزرگی قرار گیرد، مولکولهای آن با سرعت در سرتاسر تانک پخش میشوند. پخش سریع مولکولهای گاز دلالت بر آن میکند که نیروهای موجود فیمابین مولکولها ، بمراتب ضعیفتر از انرژی جنبشی آن است و از آنجایی که ممکن است مقدار کمی از یک گاز در سرتاسر تانک یافت شود، نشان دهنده آن است که مولکولهای گاز باید نسبتا از هم فاصله گرفته باشند. بنابراین گازها شکل و حجمشان بستگی به ظرفی دارد که در آن جای دارند.
در حالت گازی ، مولکولها آزادانه به اطراف حرکت کرده و با یکدیگر و نیز با دیواره ظرف برخورد میکنند. فاصله مولکولها در حالت گازی در حدود چند ده برابر فاصله آنها در حالت مایع و جامد است. اگر در یک ظرف نوشابه پلاستیکی را بسته و آنرا متراکم کنید و سپس آنرا با آب پر کرده و دوباره سعی کنید که آنرا متراکم کنید، در حالت اول بعلت فاصله زیاد بین مولکولی در گاز ، متراکم کردن سنگینتر و سختتر صورت میگیرد، در صورتی که در حالت دوم چنین نیست.

پلاسما
حالت چهارم ماده پلاسما ,شبیه گاز است و از اتمهایی تشکیل شده است که تمام یا تعدادی از الکترون های خود را از دست داده اند (یونیده شده اند) .
بیشتر مواد جهان در حالت پلاسما هستند مانند خورشید که از پلاسما تشکیل شده است. پلاسما اغلب بسیار گرم است و می توان آن را در میدان مغناطیسی به دام انداخت.
اما در تعریفی کلی از پلاسما باید گفت که ؛ پلاسما حالت چهارمی از ماده است که دانش امروزی نتوانسته آنها را جزو سه حالت دیگر پندارد و مجبور شده آنرا حالت مستقلی به حساب آورد. این ماده با ماهیت محیط یونیزه ، ترکیبی از یونهای مثبت و الکترون با غلظت معین میباشد که مقدار الکترونها و یونهای مثبت در یک محیط پلاسما تقریبا برابر است و حالت پلاسمای مواد ، تقریبا حالت شبه خنثایی دارد. پدیدههای طبیعی زیادی از جمله آتش ، خورشید ، ستارگان و غیره در رده حالت پلاسمایی ماده قرار میگیرند.
پلاسما شبیه به گاز است، ولی مرکب از ذرات باردار متحرکی به نام یون است. یونها بشدت تحت تاثیر نیروهای الکتریکی و مغناطیسی قرار میگیرند. مواد طبیعی در حالت پلاسما عبارتند از انواع شعله ، بخش خارجی جو زمین ، اتمسفر ستارگان ، بسیاری از مواد موجود در فضای سحابی و بخشی از دم ستاره دنبالهدار و شفقهای قطبی شمالی که نمایش خیره کننده ای از حالت پلاسمایی ماده است که در میدان مغناطیسی جریان مییابد
بد نیست بدانید که دانش امروزی حالات دیگری از جمله برهمکنش ضعیف و قوی هستهای را نیز در دستهبندیها بعنوان حالات پنجم و ششم ماده بحساب میآورد که از این حالات در توجیه خواص نکلئونهای هسته ، نیروهای هستهای ، واکنش های هستهای و در کل ((فیزیک ذرات بنیادی)) استفاده میشود.

چگال بوز – اینشتین
حالت پنجم با نام ماده چگال بوز-اینشتین(Booze-Einstein condensate) که در سال ۱۹۹۵ کشف شد، در اثر سرد شدن ذراتی به نام بوزونها (Bosons)تا دماهایی بسیار پایین پدید میآید. بوزونهای سرد در هم فرومیروند و ابر ذرهای که رفتاری بیشتر شبیه یک موج دارد تا ذرههای معمولی ، شکل میگیرد. ماده چگال بوز-اینشتین شکننده است و سرعت عبور نور در آن بسیار کم است.

چگال فرمیونی
حالت تازه هم ماده چگال فرمیونی (Fermionic condensate) است. “دبورا جین” (Deborah Jin) از دانشگاه کلورادو که گروهش در اواخر پاییز ۱۳۸۲ ، موفق به کشف این شکل تازه ماده شده است، میگوید”: وقتی با شکل جدیدی از ماده روبرو میشوید، باید زمانی را صرف شناخت ویژگیهایش کنید. آنها این ماده تازه را با سرد کردن ابری از پانصدهزار اتم پتاسیم با جرم اتمی ۴۰ تا دمایی کمتر از یک میلیونیم درجه بالاتر از صفر مطلق پدیدآوردند. این اتمها در چنین دمایی بدون گرانروی جریان مییابند و این ، نشانه ظهور مادهای جدید بود.
در این حالت اتمهای پتاسیم بدون آنکه چسبندگی میان آنها وجود داشته باشد ، بصورت مایع جریان یافتند . حالت چگالیده فرمیونی تا حدی شبیه چگالش بوز- اینشتین است .
هر دو حالت از اتمهایی تشکیل شده اند که این اتم ها در دمای پایین به هم می پیوندند و جسم واحدی را تشکیل می دهند . در چگالش بوز- اینشتین اتم ها از نوع بوزون هستند در حالیکه در چگالش فرمیونی اتم ها فرمیون هستند.
تفاوت میان بوزون ها و فرمیونها چیست ؟
رفتار بوزون ها به گونه ای است که تمایل دارند با هم پیوند برقرار کنند و به هم متصل شوند . یک اتم در صورتی که حاصل جمع تعداد الکترون ، پروتون و نوترون هایش زوج باشد، بوزون است . بعنوان مثال اتمهای سدیم بوزون هستند زیرا اتمهای سدیم در حالت عادی یازده الکترون ، یازده پروتون و دوازده نوترون دارند که حاصل جمع آنها عدد زوج ۳۴ می شود . بنابراین اتمهای سدیم این قابلیت را دارند که در دماهای پایین به هم متصل شوند و حالت چگالیده بوز- اینشتین را پدید اورند اما از طرف دیگر فرمین ها منزوی هستند . این ذرات طبق اصل طرد پائولی هنگامی که در یک حالت کوانتومی قرار می گیرند همدیگر را دفع می کنند و اگر ذره ای در یک حالت کوانتومی خاص قرار گیرد مانع از آن می شود که ذره دیگری هم بتواند به آن حالت دسترسی یابد .
هر اتم که حاصل جمع تعداد الکترون ، پروتون و نوترون هایش فرد باشد فرمیون است . به عنوان مثال ، اتم های پتاسیم با عدد جرمی ۴۰ فرمیون هستند زیرا دارای ۱۹ الکترون ، ۱۹ پروتون و ۲۱ نوترون هستند و حاصل جمع این سه عدد برابر ۵۹ می شود . دکتر جین و همکارانش بر پایه همین خاصیت انزوا طلبی فرمیونها روشی را پیش گرفتند و از میدانهای مغناطیسی کنترل شونده ای برای انجام آزمایشها استفاده کردند . میدان مغناطیسی باعث می شود که اتمهای منفرد با هم جفت شوند و میزان جفت شدگی اتمها در این حالت با تغییر میدان مغناطیسی قابل کنترل است . انتظار می رفت که اتمهای جفت شده پتاسیم خواص همانند بوزونها داشته باشند اما آزمایشها نشان دادند که در بعضی از اتمها که میزان جفت شدگی ضعیف بود هنوز بعضی از خواص فرمیونی خود را از دست نداده بودند .
در این حالت یک جفت از اتمهای جفت شده می تواند به جفت دیگری متصل شود و این جفت شدگی به همین ترتیب ادامه یابد تا این که سرانجام باعث تشکیل حالت چگالیده فرمیونی شود .
دکتر جین شک داشت که جفت شدگی اتم های مشاهده شده همانند جفت شدگی اتمهای هلیوم مایع باشد که به آن ابر شارگی می گویند . ابرشاره ها نیز بدون اینکه خاصیت چسبندگی بین آنها باشد به راحتی جریان می یابند . وضعیت مشابه دیگر ، حالت ابر رسانایی است . در یک ابر رسانا الکترونهای جفت شده( الکترون ها فرمیون هستند ) به محض آنکه با مقاومت الکتریکی مواجه شوند به راحتی جریان می یابند . علاقه وافری به ابر رساناها وجود دارد زیرا از آنها برای تولید الکتریسیته پاک و ارزان می توان استفاده کرد در صورتی که استفاده از ابر رساناها در تکنولوژی میسر شود قطارهای برقی سریع السیر و کامپیوترهای فوق سریع با قیمت پایین روانه بازار خواهد شد اما متاسفانه استفاده از ابررساناها و حتی تحقیق در باره آنها دشوار است .
بزرگترین مشکل این است که حداقل دمایی که لازم است تا یک ابررسانا ایجاد شود ۱۳۵- درجه سلسیوس است . بنابراین نیتروژن مایع یا دستگاه سرد کننده دیگری لازمست تا سیمهای رابط و هر وسیله جانبی دیگری که الکترونهای جفت شده در ان محیط قرار می گیرند را نگه دارد . این فرایند هزینه زیادی می خواهد و به دستگاههای پر حجمی نیاز دارد . اما اگر ابررسانایی بردمای اتاق شود کار کردن با آن فوق العاده راحت می شود و استفاده ازآن به خاطر مزیت های یاد شده سریعا افزایش می یابد جین می گوید کنترل میزان جفت شدگی اتمهابا استفاده از تغییر میدان مغناطیسی همانند تغییر دما برای یک ابررسانا ست . این روند ما را امیدوار می کند که بتوانیم آموخته های خود از چگالش فرمیونی را به دیگر زمینه ها از جمله ابر رسانایی در دمای اتاق تسری دهیم.
ناسا کاربردهای زیادی را برای ابررساناهادر نظر گرفته است به عنوان مثال استفاده از ابر رساناها باعث خواهد شد که مدار ماهواره های چرخنده به دور زمین با دقت بسیاربالایی کنترل شوند . خاصیت اصلی ابر رساناها به دلیل نداشتن مقاومت الکتریکی امکان انتقال جریان الکتریکی – حجم کوچکی از ابررسانا است . به همین خاطر اگر به جای سیم های مسی از ابر رساناها استفاده شود ،موتورهای فضاپیماها تا ۶ برابر نسبت به موتورهای فعلی سبکتر خواهند شد و باعث می شود که وزن و فضاپیما بسیار کاهش یابد .
از دیگر زمینه هایی که ابررساناها می توانند نقش اساسی در آنها بازی می کنند می توان کاوش های بعدی انسان از فضا را نام برد . ابررساناها بهترین گزینه برای تولید وانتقال بسیارکارآمد انرژی الکتریکی هستند و طی شب های طولانی ماه که دما تا ۱۷۳- درجه سانتی گراد پایین می آید و طی ماه های ژانویه تا مارس دستگاه های MRI ساخته شده ازسیم های ابررسانا ، ابزار تشخیص دقیق و توانمندی در خدمت سلامت خدمه فضاپیما خواهد بود .

منبع : هنر فیزیک

برای اغلب مردم، درست كردن یخ كار ساده ای است: كافی است یك ظرف آب را در فریزر قرار دهیم. اما شیمیدانی به نام «یون می چوی» Eun Mi Choi و همكارانش در دانشگاه ملی سئول در كره جنوبی به این مسئله به گونه ای دیگر می نگرند. برای آنها درست كردن یخ از طریق كاهش دما تا زیر نقطه انجماد آب، آخرین گزینه محسوب می شود و نه اولین گزینه. این محققان ترجیح می دهند با قرار دادن آب در معرض میدان های الكتریكی یخ درست كنند و شگفت انگیزتر آنكه این كار را در دمای اتاق انجام می دهند.
اما همانطور كه «دنیس ویتلی» (Denys Wheatley) زیست شناس سلولی دانشگاه آبردین انگلستان كه بر روی تاثیر آب بر سیستم های زنده تحقیق می كند نیز اذعان دارد، ایجاد یخ در دمای اتاق یا اصطلاحا «یخ داغ» واقعا حیرت انگیز است چراكه قرن های متمادی تصور بشر آن بود كه ایجاد یخ فقط با سرما میسر است.
آزمایش موفقیت آمیز «چوی» كه چند ماه پیش صورت گرفت سرانجام به جست وجویی ۱۰ساله در مورد نحوه تشكیل «یخ داغ» پایان داد. اما نتیجه غیرمنتظره این آزمایش شگفت انگیز سئوال جدیدی را نیز برای دانشمندان مطرح كرد. آزمایش «چوی» حاكی از آن است كه نه تنها تبدیل آب ولرم به یخ توسط اعمال میدان الكتریكی، كاری شدنی است بلكه شدت میدان لازم برای این كار نیز به طور غیرمنتظره ای پایین است، آنقدر پایین كه به سهولت می توان میدان های مشابهی را در گوشه و كنار طبیعت
از شكاف میان تخته سنگ ها و خلل و فرج ذرات خاك معلق در هوا گرفته تا فضای میان پروتئین ها در سلول های بدن یافت. به همین علت تحقیقات اخیر پس از كشف «یخ داغ»، بر روی این پرسش متمركز شده است كه آیا «یخ داغ»، به طور طبیعی در طبیعت نیز شكل می گیرد
اما بازگردیم به داستان كشف «یخ داغ». داستان تشكیل یخ در دمای اتاق با كشفی به ظاهر تصادفی در سال ۱۹۹۵ و توسط یك دانشمند علم مواد به نام «یاكوب كلین» Jacob Klein در مؤسسه علوم ویزمان Weizmann در اسرائیل آغاز شد. او متوجه شد كه مایعات آلی محصور شده مابین صفحاتی از جنس میكا كه تنها چند نانومتر با همدیگر فاصله گرفته اند در دمایی بسیار بالاتر از حالت معمول خود منجمد می شوند.
همین مسئله سبب شد تا او به این فكر بیفتد كه شاید به روشی مشابه بتوان در دمای اتاق یخ ایجاد كرد. اینگونه بود كه كلین شش سال بعد را صرف آزمایش بر روی آب و دیگر مایعات كرد. آزمایش های او برای منجمد كردن اغلب مایعات در دمای اتاق موفقیت آمیز بود اما در مورد آب خیر. می دانیم كه آب یك مایع معمولی نیست. در حالی كه اغلب مواد در حالت جامد خود، چگال تر از حالت مایع هستند اما موضوع در مورد آب برعكس است به همین دلیل هم كوه های یخ در آب شناور می مانند چراكه آب، پس از انجماد، منبسط شده و نتیجتا چگالی یخ، كم تر از چگالی آب است. نهایتا «كلین» به این نتیجه رسید كه محصور كردن مولكول های آب در فضای تنگ مابین صفحات جامد خود به عنوان مانعی برای انجماد آب عمل می كند. به همین دلیل هم او از ادامه آزمایش خود بر روی آب منصرف شد.
اما «كلین» یك عامل حیاتی را كه برای ایجاد یخ در دمای اتاق لازم است ندیده بود و آن، میدان الكتریكی بود. اما همین كه كلین پروژه تحقیقاتی خود را متوقف كرد دو زیست فیزیكدان به نام های «رونن زانگی» Ronen Zangi و «آلن مارك» Alan Mark كه در آن زمان در دانشگاه گرونینگن در هلند بودند، ادامه تحقیق را به دست گرفتند. این دو محقق در سال ۲۰۰۳ موفق به انجام یك شبیه سازی رایانه ای شدند كه نشان می داد در هنگام اعمال یك میدان الكتریكی چه اتفاقی برای مولكول های آب محصور میان صفحات جامد خواهد افتاد.
از آنجایی كه دو اتم هیدروژن موجود در مولكول آب دارای بار جزیی مثبت بوده و اتم اكسیژن این مولكول نیز بار جزیی منفی دارد بنابراین اعمال میدان الكتریكی بر روی آب می تواند جهت گیری های تصادفی مولكول های آب را تغییر داده و آنها را همانند مولكول های جامدات منظم كند. شبیه سازی های «زانگی» و «مارك» حاكی از آن است كه این میزان نظم می تواند به حدی باشد كه حتی در دمای اتاق هم آب را منجمد و جامد گرداند. «مارك» دراین باره می گوید: «با یك میدان الكتریكی قوی حتی می توان یك لیوان پر از آب را در دمای اتاق به یخ تبدیل كرد.» اما هیچ كس نتوانسته بود صحت این پیش بینی را
حتی با مقادیر بسیار جزیی آب به طور تجربی نشان دهد تا اینكه نوبت به «چوی» رسید.
«چوی» و همكارانش ابتدا لایه نازكی از آب را مابین یك صفحه و یك سوزن بسیار باریك فلزی محصور كردند. سپس میدان الكتریكی ضعیفی را مابین سوزن و صفحه فلزی اعمال كرده و سر سوزن را به تدریج به صفحه نزدیك كردند. هنگامی كه سر سوزن فقط ۷۰ نانومتر با صفحه فلزی فاصله داشت، سوزن به مانعی برخورد كرد و دیگر جلوتر نرفت. این مانع، در واقع لایه ای از یخ بود و بدین ترتیب «چوی» برای اولین بار در جهان موفق به ایجاد «یخ داغ» شده بود.
اما آنچه محققان را به طور خاص شگفت زده كرد آن بود كه ایجاد «یخ داغ» با اعمال شدت میدانی در حدود یك میلیون ولت بر متر میسر شده بود. اگرچه ممكن است این شدت میدان، زیاد به نظر برسد اما برعكس تصور شما، این میدان در حدی است كه به راحتی می توان مشابه آن را در بسیاری از نقاط طبیعت یافت. به عنوان مثال، در میان خلل و فرج ذرات خاك معلق در هوا، بار الكتریكی كافی برای ایجاد چنین شدت میدانی وجود دارد. چنین میدانی می تواند حتی در هوای معتدل نیز توده ای از مولكول های آب را به بلورهای بسیار كوچك یخ تبدیل كند. بدین ترتیب پدیده «یخ داغ» ممكن است بتواند نحوه تشكیل ابرها در آسمان را كه سال هاست به شكل یك راز سر به مهر باقی مانده و دانشمندان علوم جوی را سردرگم كرده است تبیین كند برای توضیح بیشتر در این مورد، به حاشیه مقاله با عنوان «ابرها هیچگاه فراموش نمی كنند» مراجعه كنید. به همین ترتیب، میدان های الكتریكی موجود مابین غشاء سلول های عصبی و یا سطوح پروتئین ها و پلی ساكاریدها نیز می توانند به اندازه كافی شدید باشند كه منجر به شكل گیری ذرات بسیار كوچك یخ در درون سلول ها شوند.
«ویتلی» معتقد است كه بدین ترتیب، به زودی جست وجو برای یافتن «یخ داغ» در حفره های درون پروتئین ها نیز آغاز خواهد شد. او می گوید: «در فواصل بسیار كوچك در سطح پروتئین ها می توان میدان های الكتریكی بسیار شدیدی را یافت.»
درواقع ممكن است نشانه هایی از وجود «یخ داغ»، پیش از این نیز بدون آنكه كسی متوجه آن شده باشد خود را بروز داده باشد. شیمیدان هایی كه میزان تحرك مولكول های آب را مطالعه می كردند دریافته بودند كه حركت این مولكول ها در اطراف یون هایی كه دارای دو یا سه بار مثبت هستند نظیر یون های كلسیم و كروم به شدت كند می شود. میزان این كند شدن به حدی است كه مولكول هایی كه در لایه های نزدیك این یون ها قرار دارند ممكن است تا پیش از آنكه جای خود را به دیگر مولكول ها بدهند حتی تا یك ساعت تمام همانطور در اطراف یون مزبور باقی بمانند. اما همین مولكول ها در اطراف یون های تك بار نظیر پتاسیم و سدیم برعكس بسیار پرجنب و جوش هستند. در واقع ممكن است حركت كند آب در اطراف یون های با بیش از یك بار مثبت، نشانه ای از انجماد آب در حضور میدان الكتریكی اطراف یون باشد.
«ویتلی» معتقد است كه پیامدهای كشف این رفتار شگفت انگیز آب بسیار تكان دهنده خواهد بود. آب بستر حیات محسوب می شود و چنانچه ویژگی های این بستر حتی اندكی هم تغییر كند منجر به تحول بیش از یكصد عامل دیگر در سلول ها خواهد شد. «ویتلی» ادامه می دهد: «به نظر می رسد كه آب یعنی همان مایعی كه بیشترین بخش بدن ما را تشكیل می دهد هنوز هم جزء ناشناخته ترین عوامل طبیعت است. ویژگی های ناشناخته این مایع حیات بخش، هنوزهم پس از قرن ها تحقیق علمی، ما را شگفت زده می كند.»

 

منبع : هنر فیزیک

 

«نيلس بور» فيزيكدان دانماركى، معمار اصلى اين نظريه، واكنش نمونه اى به اين نظريه را چنين خلاصه كرده است: «هر كسى از نظريه كوانتوم تكان نخورد آن را نفهميده است.»
اينشتين اين نظريه را به خاطر استلزامات احتمال گرايانه اش دوست نمى داشت، اما علت عدم تمايلش اين هم بود كه اعتقاد داشت وظيفه علم فراهم آوردن دانشى از جهان است كه مستقل از مشاهده گران و اعمال مشاهده گرانه شان باشد و اين چيزى بود كه تعبير كپنهاكى از نظر كوانتوم به وضوح آن را رد مى كرد.
واضح است كه چنين وضعيتى حالتى غيرعادى از امور است، با اين حال اين تعبير بخشى از اصول پذيرفته شده علمى در 80 سال گذشته بوده است. اما احتمالاً اين اعتبار ديگر ادامه نخواهد يافت، اگر ثابت شود كه نتايج آزمايش بحث برانگيز فيزيكدان شهريار افشار معتبر است.
يكى از خصلت هاى عجيب واحدهاى ساختمانى واقعيت اين است كه تحت برخى شرايط به صورت ذره عمل مى كند، در حالى كه تحت شرايط ديگر خواص موج مانند آشكارى دارد. اين وضع را روشن تر از همه مى توان در آزمايش «شكاف دوتايى» double-slit experiment نشان داد كه در آن الكترون ها به سوى يك حائل فلزى نازك با دو شكاف باريك روى آن پرتاب مى شوند. الكترون ها از يكى از اين شكاف ها مى گذرند و به يك صفحه پوشيده از فسفر برخورد مى كنند. برخورد الكترون ها با اين صفحه جرقه اى نورانى به وجود مى آورد كه به وسيله يك شناساگر ثبت مى شود.
اين آزمايش در سه مرحله انجام مى شود. در مرحله اول، تنها يكى از شكاف ها گشوده است و الكترون ها الگويى روى صفحه تشكيل مى دهند كه مشابه آنى است كه هنگام شليك گلوله به يك هدف ديده مى شود. تمركزى از اصابت ها كه روى قسمتى از صفحه كه به تدريج هنگامى كه فرد از مركز دور مى شود محو مى شود. در مرحله دوم اين آزمايش، شكاف اول بسته مى شود، شكاف دوم باز مى شود و الكترون ها الگويى روى صفحه تشكيل مى دهند كه مشابه الگوى مشاهده شده در مرحله اول است، اما تمركز يافتن «اصابت ها» در موقعيتى متفاوت در صفحه انجام مى گيرد كه با موقعيت متفاوت شكاف دوم روى حائل فلزى تطبيق مى كند. تا اينجا همه چيزها مطابق روال معمول است. موضوع وقتى جالب مى شود كه هر دو شكاف حائل فلزى را باز مى كنيد و الكترون ها را به سمت صفحه آشكاركننده شليك مى كنيد. اگر الكترون ها هميشه مانند ذره عمل مى كردند (همچنان كه در مراحل ۱ و ۲ اين گونه هستند)، شما انتظار داشتيد كه تركيبى از نتايج مرحله ۱ و ۲ را ببينيد. به اين معنى كه صفحه بايد دو ناحيه تمركز «اصابت ها» مربوط به الكترون هايى كه از ميان دو شكاف مى گذرند داشته باشد. اما شما چيز ديگرى را مشاهده مى كنيد. آنچه مشاهده مى كنيد يك الگوى تداخلى كلاسيك است، مانند طرحى كه هنگام برخورد دو موج آب به وجود مى آيد. به عبارت ديگر مجموعه اى از اوج و فرودهاى «اصابت ها» را روى صفحه مى بينيد، كه با الگوى اصابت حاصل از پرتاب شدن ذراتى ساده از ميان دو شكاف متفاوت است. به نظر مى رسد الكترون ها هنگامى كه از تفنگ الكترونى شليك مى شوند رفتار ذره اى دارند و هنگامى كه مسيرشان را با اصابت بر صفحه فسفرى به پايان مى رسانند نيز ذره هستند، اما در مسير حركتشان بين اين دو نقطه خودشان را به نوعى از موج تغيير شكل مى دهند.براساس چنين آزمايش هايى ممكن است به نظر رسد كه الكترون ها مى توانند هم موج و هم ذره باشند، اما «بور» اعتقاد داشت كه محتمل است كه آنها چيزى مطلقاً متفاوت باشند، چيزى آن قدر بديع كه نه تجربه هاى عادى روزمره ما به ما امكان توصيف يا فهم آن را بدهد و نه تجهيزات آزمايشگاهى ما توان احاطه كامل بر آن را داشته باشد. يك موجوديت كوانتومى هنگامى كه اندازه گيرى مى شود يا مانند ذره يا مانند موج رفتار خواهد كرد. «بور» استدلال مى كرد كه طريقه اى كه شما آزمايش خود را ترتيب مى دهيد است كه تعيين مى كند شما چه نوع رفتارى را مشاهده كنيد و همزمان و در يك آزمايش هر دو رفتار را نخواهيد ديد. او اين وضعيت را «اصل مكمليت» principle of conplementarity ناميد. اينشتين به اين اصل اعتراض داشت اما نمى توانست به طور تجربى آن را نقض كند. اكنون به نظر مى رسد شهريار افشار از عهده اين كار برآمده است.

شهریار افشار، هنگام آزمایش

دانش آموخته دانشگاه هاروارد - در دانشگاه روآن مشغول تحقیق

آزمايش افشار كه اخيراً در مجله نيوساينتيست توصيف شده است، گونه اى از همان آزمايش «شكاف هاى دوتايى» است. نور ليزر روى دو سوراخ ريز روى يك صفحه مات تابانده مى شود. در طرف ديگر اين صفحه يك عدسى وجود دارد كه نورى را كه از هر يك از اين سوراخ هاى ريز مى گذرد، مى گيرد (يك صفحه مات ديگر مانع رسيدن پرتوهاى ديگر نور به عدسى مى شود) و شعاع هاى در حال پراكندگى را روى يك آينه دوباره متمركز مى كند. اين آينه هر يك از اين شعاع ها را به يك كشف كننده فوتون جداگانه بازتاب مى دهد. به اين ترتيب افشار مى تواند ميزان فوتون هاى بيرون آمده از هر سوراخ را ثبت كند. بر طبق اصل مكمليت، چنين وضعى به معناى آن است كه نبايد هيچ شاهدى از الگوى تداخلى وجود داشته باشد.

آزمایش افشار

1- آزمایش بدون وجود یک تور سیمی بعنوان مانع

آزمایش با یک مانع تور سیمی و یک پن هول

آزمایش با مانع توری فلزی و دو پن هوا

 اما به نظر افشار [بر اساس نتايج اين آزمايش] چنين الگويى وجود دارد، همچنان كه او به طور خاص اين آزمايش را براى آزمودن حضور همين الگو طراحى كرده است. به گفته افشار: «اين آزمايش مكمليت را زير پا مى گذارد... به نظر مى آيد چيزى كه همه به آن اعتقاد داشتند و هيچ كس در 80 سال گذشته در مورد آن ترديدى به خرج نمى داد، اشتباه باشد» هنگامى كه افشار براى تكرار آزمايش اش در ابتداى سال جارى ميلادى به دانشگاه هاروارد دعوت شد نتايج مشابهى را به دست آورد و اكنون كار او براى انتشار پس از مرور به وسيله دانشمندان ديگر پذيرفته شده است. اين مرحله يقيناً آزمونى حساس براى پژوهش اوست و معين خواهد كرد كه آيا نظرات او به وسيله جامعه گسترده تر علمى پذيرفته مى شود يا نه، گرچه عده اى از فيزيكدانان از هم اكنون پشتيبانى از نظرات او را آغاز كرده اند.
افشار مطمئن است كه پژوهش او مورد قبول قرار خواهد گرفت و براى بسيارى اين آزمايش مايه آسودگى خاطر خواهد بود. به گفته افشار: «بسيارى از فيزيكدانان نظرات بور را يا مبهم يا غيرقابل پذيرش يافته بودند، اما تا به حال كسى نتوانسته است در يك آزمايش بى پايه بودن مكمليت را نشان دهد.»
با اين حال پيش از آغاز جشن گرفتن براى پيروزى ظاهرى عقل سليم بر غرابت كوانتومى، بايد يادآور شد كه براى مثال ما هنوز در موقعيتى مى مانيم كه در آن يك ذره، يك موج است و يك موج يك ذره، بخشى از معضل لاينحل نظريه كوانتوم ممكن است به آهستگى در حال گشوده شدن باشد، اما بيشتر بقيه آن به همان اندازه 80 سال قبل كاملاً پيچيده باقى مى ماند.
Philosupher,s Magazine, Oct. 2004

منبع : هنر فیزیک

ماده تاریك یكی از اساسیترین موضوعات كیهان شناسی است كه حاصل جهل ماست.
اخبار علمی را بیشتر ترجیح میدهید یا بازیهای رایانهای را؟ در هر صورت، به احتمال زیاد نام ماده تاریک به گوشتان خورده است. در بازیهایی مانند Final Fantasy و Quake ۴، ماده تاریک، عنصری جادویی و قدرتبخش است، اما در واقع این اسم برای مفهومی اسرارآمیز به کار میرود که هنوز دانشمندان چیز خیلی زیادی دربارهاش نمیدانند.
یكی از اساسیترین معماهای كیهانشناسی مدرن، حاصل یك عدم تطابق ساده است. در دهههای اول قرن بیستم، وزن كردن كهكشانها از سرگرمیهای مورد علاقه اختر ـ فیزیكدانها بود. البته آنها برای این كار از باسكول استفاده نمیكردند!
برای محاسبه جرم كهكشانها، ۲ راه وجود دارد: راه اول محاسبه جرم گرانشی است. حتما از فیزیك دبیرستان هنوز آنقدر یادتان هست كه بین جرم یك جسم و جاذبه آن رابطه مستقیم وجود دارد.
به این ترتیب با دانستن سرعت و شعاع مدار گردش اقمار یك ستاره به دور آن، میتوان جرم آن را به دست آورد. از این روش برای محاسبه جرم كهكشانها و خوشههای كهكشانی هم استفاده میشود.
راه دوم محاسبه جرم نورانی است. در این روش، دانشمندان با استفاده از روابط شناخته شده بین جرم یك ستاره با رنگ و شدت روشنایی آن، نور قابل مشاهده كهكشانها را به مجموع جرم موجود در آنها تعبیر میكنند.
در دهه ۱۹۳۰، فریتز زویكی - ستارهشناس سوئیسی- متوجه شد نتایج این ۲ روش، با هم تفاوتهای اساسی دارند. او و همكارانش بارها محاسبات خود را تكرار كردند و سرانجام به این نتیجه رسیدند كه قضیه، خطا در محاسبه نیست و این اختلاف واقعا وجود دارد. به عنوان مثال در مورد كهكشان خودمان ـ راه شیری ـ میزان جرم مورد نیاز برای اینكه اجرام موجود در كهكشان سر جای فعلی خودشان باشند، حدودا ۱۰ برابر جرم قابل دیدن بود.
برای توجیه این پدیده، چند پیشنهاد وجود داشت اما راهحلی كه تا الان هم مورد قبول عدهای از اختر ـ فیزیكدانها بوده است، همان است كه زویكی در ۱۹۳۳ پیشنهاد داد:
۱ ـ باید نوعی ماده در كیهان وجود داشته باشد كه هیچگونه تولید یا بازتاب نور یا سایر تشعشعات الكترومغناطیسی از خودش نداشته باشد؛ یك ماده غیرقابل دیدن، یك ماده نامرئی یا به عبارت بهتر «یك ماده تاریك».
با به رسمیت شناختن وجود ماده تاریك، اولین سؤالی كه به ذهن میرسد درباره جنس این ماده كذایی است. مسلما این سیاهی، پارسیكولا نیست! اما اینكه دقیقا چه جنسی دارد، هنوز هیچكس نمیداند. قویترین حدس در بین دانشمندان، این است كه ماده تاریك، نوعی ذره بنیادی است كه هنوز شناسایی نشده است؛ ذرهای شبیه به نوترینو. نوترینو، ذرهای است مشابه الكترون اما با جرمی بسیار كمتر و بدون بار الكتریكی.
البته نوترینوی شناخته شده، بسیار سبكتر از آن است كه بتواند كل ماده تاریك فرضی را تشكیل دهد. همچنین اجرام بزرگی مانند سیاهچالهها، سیارات و سنگهای آسمانی هم میتوانند بخشی از جدول ماده تاریك را پر كنند.
در سالهای اخیر ماده تاریك، موضوع بسیاری از تحقیقات كیهانی بوده است؛ مخصوصا در یك سال اخیر ستارهشناسان شواهد خوبی برای تأیید این نظریه پیدا كردهاند. قضیه تا آنجا پیش رفته است كه چند ماه پیش دانشمندان، نقشهای ۳ بعدی از ماده تاریك را به عنوان داربستی برای كیهان ارائه كردند. بیشتر تحقیقات مرتبط با ماده تاریك، با استفاده از تلسكوپهای فضایی مخصوصا تلسكوپ هابل انجام شده است.
طبق آخرین محاسبات، برای تولید جاذبه لازم برای حفظ نظم فعلی آسمانها، به جرمی حدودا ۵ تا ۶ برابر جرم قابل مشاهده نیاز است. در غیر این صورت كهكشانها در گوشه وكنار فضای لایتناهی پخش و پلا میشوند. نظریه ماده تاریك در موارد دیگری مانند محاسبات مربوط به تشعشعات پس زمینهای كیهانی هم به كار میآید. محققان از این امواج میكروویوی برای ترسیم تصویری از عالم در ابتدای خلقت آن، استفاده میكنند.
جالب است كه بدانید در سالهای اخیر، گروهی از اختر ـ فیزیكدانها به این نتیجه رسیدهاند كه مجموع ماده روشن وماده تاریك قابل پیشبینی، تنها حدودا یك چهارم از چگالی لازم برای كیهان را تأمین میكنند. آنها برای توجیه ۷۵ درصد باقیمانده، چیزی عجیبتر به نام «انرژی تاریك» را پیشنهاد میكنند. اینكه این یكی دیگر چیست، بماند اما میشود گفت ماجرا ـ حداقل فعلا ـ به مسائل متافیزیكی مانند «طرف تاریك نیرو» در جنگهای ستارهای، ربطی ندارد. از این بحثها، منتظر دارت ویدر نباشید!
یكی از پدیدههایی كه با استفاده از مفهوم ماده تاریك توجیه میشود، «عدسی گرانشی» است. نوری كه از كهكشان آبی در نزدیكی لبه قابل مشاهده كیهان، ساطع میشود.
۱- از كنار یك خوشه كهكشانی بزرگ و ماده تاریك احاطهكننده آن میگذرد. این اجرام بین زمین و كهكشان مبدا قرار گرفتهاند. جاذبه ماده تاریك مانند یك عدسی، پرتوهای خود را خم میكند.
۲- بخشی از پرتوهای خمشده به سمت زمین متمركز میشوند.
۳- در نتیجه ستارهشناسان چند تصویر بههم ریخته را از كهكشان مبدأ رصد میكنند.

● فیل در تاریکی
روزی روزگاری، ولی نه در زمانهای قدیم، دوتا دانشمند بودند که در یک دانشگاه اما روی دو موضوع مختلف کار میکردند. اولی عاشق آسمان و اجرام کهکشانی بود و آن یکی مجذوب عالم بسیار کوچک ذرات ریز. این دوتا دانشمند قصه ما برای تحقیقاتشان بهترین وسایل را داشتند.
اولی بزرگترین و قویترین تلسکوپ دنیا را داده بود. برایش بسازند و دومی دقیقترین میکروسکوپ دنیا را تهیه کرده بود. اما از روزی که این وسیلهها به دست آنها رسید و این دو شروع کردند به ثبت تصاویر جدید از اعماق عوالم موردعلاقهشان، روزبهروز بیشتر شگفتزده و مبهوت میشدند، چون ساختارها و رفتارهایی را میدیدند که قبلا صحبت و خبری از آنها نبود. این مشاهدات جدید با فرضیههای موجود و مقبول آنها کاملا سازگار نبودند.
یک روز دوتا دانشمند ما خسته و کوفته، برای رفع خستگی رفتند بوفه دانشگاه! و آنجا برای اولین بار همدیگر را دیدند. حین خوردن قهوه و چای صحبتهایشان گل انداخت و مشکلهایشان را برای همدیگر تعریف کردند.
اینجا بود که ناگهان متوجه شدند با اینکه دارند بر روی دو عالم مخالف کار میکنند، هر دو دارند یک پدیده را میبینند؛ مثل ماجرای فیل در تاریکی. یکی از سر به فیل رسیده بود و خرطومش را لمس کرده بود و آن یکی، در ته جانور بزرگ، دمش را به دست گرفته بود.
این قصه لوس و بیته، به نوعی حکایت فیزیک مدرن است. محققان ذرات بنیادی با شتابدهندههای دقیق (مثل سینکروترونهای شماره قبل) و ستارهشناسان با تلسکوپهای پیشرفته (مثل تلسکوپ فضایی هابل) چیزهایی میبینند که هر روز به تعداد سؤالات بیپاسخ آنها اضافه میکند.
بعد از کشمکشهای زیاد اوایل قرن بیستم و رد نظریات بسیار، دو نظریه جان سالم به در بردند و اساس فیزیک مدرن در دهههای اخیر شدند: مکانیک کوانتوم در عالم ذرات و نسبیت عام در مقیاسهای کیهانی. اما برای سالها، تلاشها برای کنار هم نشاندن و ترکیب این دو با شکست روبهرو و بیسرانجام بوده. هنوز هم ارائه یک نظریه متحد که عوالم خرد و کلان را یکجا توصیف و تبیین کند، از آرزویهای بزرگ فیزیکدانان است.
در سال ۲۰۰۰، یکی از مدیران ناسا پیشنهاد داد در راستای وحدت، بررسی شود که ستارهشناسان و فیزیکدانان ذرات بنیادی تا چه اندازه میتوانند از دیدگاههای طرف دیگر استفاده کنند. ۲ سال بعد، گزارش یک کمیته تخصصی در این باره شامل ۱۱ سؤال بود که پاسخ به آنها میتواند باعث جهشی بزرگ در دانش بشری بشود.
در رأس این سؤالها، ماهیت ماده تاریک است. همین برای روشن کردن اهمیت قضیه ماده تاریک کافی نیست؟

منبع : هنر فیزیک

مغناطيس و الكتريسيته تاريخي طولاني و درازي دارند. الكتريسيته و مغناطيس ابتدا در قرن هشتم قبل از ميلاد مورد توجه يونانيان باستان قرار گرفتند. مهمترين عاملي كه موجب جذب و توجه مردم به الكتريسيته ومغناطيس شد، دو ماده طبيعي كهربا و كاني مگنتيت(سنگ مغناطيس) بود. كهربا، شيره برخي از درختاني است كه چوب نرمي دارند؛ هنگامي كه اين شيره از درخت بيرون مي آيد، پس از مدتي سفت مي شود. اين جامد سفت كه رنگي بين قهوه اي و زرد دارد، كهرباست. و اگر كهربا را به پارچه اي بماليم، باردار شده و مي تواند تكه هاي برگ يا كاغذ را جذب كند.

سنگ مغناطيس، همان اكسيد آهن است؛ كه براده هاي آهن را جذب مي كند. سنگ هاي مغناطيسي مي توانند يكديگر را جذب كنند. و علت اين نامگذاري آنست كه اين سنگ در منطقه اي به نام “مگنزيا” يا “مغناطيس” براي نخستين بار كشف شد. كه به ماهيت اين سنگ، مغناطيس گفته مي شود. اگر يك تكه از اين سنگ ها را بر روي آب شناور كنيم، جهت آن در راستاي شمال-جنوب قرار مي گيرد. همين خاصيت سنگ مغناطيسي سبب شد كه در قرون گذشته دريانوردان از آن بعنوان جهت ياب استفاده كنند.

دموكريتوس، كه يكي از فلاسفه بزرگ باستان و بنيانگذار تئوري اتمي است، معتقد است كه ميان سنگ مغناطيسي جرياني از ذرات بسيار ريز به نام اتم وجود دارد. و در اين جريان هنگامي كه اتم به آهن يا سنگ مغناطيسي ديگر برخورد مي كند، در برگشت به سوي سنگ مناطيس، سبب مي شود كه آهن را به دنبال خود بكشاند. ويليام گيلبرت يكي از نخستين دانشمنداني است كه در زمينه مغناطيس دست به آزمايش ها و بررسي هاي اساسي كرد. او مشاهده كرد كه براده هاي آهن در اطراف سنگ مغناطيس در راستاي منظمي قرار مي گيرند. و همچنين سنگ مغناطيس در حالت آويزان يا حتي سوزن هاي آهني در حالت شناور در راستاي شمال-جنوب قرار مي گيرند. او چنين پنداشت كه علت اين امر آنست كه زمين يك سنگ مغناطيس بسيار بزرگيست كه اينگونه عمل مي كند. او براي اثبات نظريه خود، يك سنگ مغناطيس را به صورت يك كره بزرگ در آورد و سپس در اطراف و بر روي سطح اين كره، سنگ هاي مغناطيسي كوچك و براده هاي آهني قرار داد و مشاهده كرد كه اين براده ها در راستاي شمال-جنوب قرار مي گيرند.

قبل از اينكه به بحث در مورد خطوط و ميدان مغناطيسي آهنربا و زمين بپردازيم، لازم است كه به قطب هاي مغناطيسي و خاصيت آن اشاره اي كنيم.

در آهنربا يا همان سنگ مغناطيسي، دو ناحيه وجود دارد كه نسبت به ساير نقاط ديگر آهنربا، خاصيت جذب براده هاي آهن بيشتر و راستاي اين براده ها به سمت اين نواحي است. كه به اين دو ناحيه، قطب هاي مغناطيسي مي گويند. اگر آهنربا را شناور قرار دهيم، قطبي كه به سمت شمال است را قطب شمال يا شمال ياب، و قطب مقابل آن را قطب جنوب يا جنوب ياب مي گويند. پس هر ماده مغناطيسي از دو قطب شمال وجنوب تشكيل شده است. در مغناطيس مانند الكتريسيته، قطب هاي ناهمنام يكديگر را جذب و قطب هاي همنام يكديگر را دفع مي كنند. پس در خاصيت مغناطيسي، نيروي دفع وجذب نيز وجود دارد. آزمايش ها نشان مي دهد كه اگر در اطراف يك آهنربا، قطب نما يا سنگ هاي مغناطيسي كوچك قرار دهيم، نيروي حاصله از مغناطيس بر قطب هاي آن ها اثر گذاشته، به طوري كه قطب شمال قطب نما به سمت قطب جنوب آهنربا و بلعكس قرار مي گيرد. و اين نشان مي دهد، كه در نقاط اطراف آهنربا، نيرويي وجود دارد كه بر قطب هاي قطب نما وارد مي شود و آن را در راستاي مشخصي قرار مي دهد. كه به مجموعه اي از اين نيروها يا نقاط، ميدان مغناطيسي مي گويند. ميدان مغناطيسي اطراف آهنربا را توسط خطوطي نشان مي دهند كه اين خطوط قطب جنوب(s) را به قطب شمال(n) وصل مي كند. و جهت اين خطوط از شمال(n) به جنوب(s) است. خطوط ميدان مغناطيسي ويژگي هايي دارند كه عبارتند از:

۱) خطوط همانطور كه قبلا گفته شد راستاو جهتشان از شمال به جنوب است.

۲) خطوط يكديگر را قطع نمي كنند.

۳) تراكم خطوط در نزديكي قطب ها بيشتر از نواحي ديگر است و اين نشان دهنده آن است كه نيروي مغناطيسي در اين نواحي زياد است.

۴) برآيند نيروهاي مماس بر خطوط ميدان در يك نقطه برابر با نيروي مغناطيسي در آن نقطه است.

اكنون به سراغ علت تاثير نيروي مغناطيسي بر براده هاي آهن مي رويم. مي دانيم كه الكترون در ساختار تمام اجسام وجود دارد كه الكترون ها داراي دو قطب مغناطيسي مي باشند. بنابراين مي توان نتيجه گرفت كه تمام اجسام از ذراتي تشكيل شده اند كه داراي دو قطب مغناطيسي هستند كه به اين ذرات، دو قطبي مغناطيسي مي گويند و به موادي كه داراي دوقطبي مغناطيسي هستند، مواد مغناطيسي مي گويند. البته لزومي ندارد كه بگوييم اين دوقطبي ها همان الكترون ها هستند بلكه اين دوقطبي ها ذرات بنيادي مغناطيس هستند همانطور كه از الكترون بعنوان بار بنيادي در الكتريسيته ياد مي كنيم. اين دوقطبي هاي مغناطيسي مانند يك آهنربا عمل مي كنند و در اطراف خود ميدان مغناطيسي توليد مي كنند. آهن نيز داراي اين دوقطبي هاي مغناطيسي است اما در آهن دو قطبي هاي مغناطيسي به گونه اي رفتار مي كنند، كه خاصيت مغناطيسي يكديگر را خنثي مي كنند. و هنگامي كه در يك ميدان مغناطيسي قرار مي گيرند، بر اين دوقطبي ها نيروي مغناطيسي وارد مي شود، به طوري كه قطب شمال تمام اين دوقطبي ها در جهت خطوط ميدان قرار مي گيرند. و آهن ساختار ساختماني منظمي پيدا مي كند و به يك آهنربا تبديل مي شود. كه از آن مي توان بعنوان يك قطب نما استفاده كرد. اگر اين آهنربا را به دوقسمت تقسيم كنيم، اين آهنربا باز هم خاصيت مغناطيسي خود را حفظ مي كند، زيرا دوقطبي هاي مغناطيسي در يك جهت قرار دارند و اين دو قطبي ها عامل ايجاد خاصيت مغناطيسي در آهنربا هستند.

سوالي كه پيش مي آيد اين است كه آيا فقط آهن تحت تاثير ميدان مغناطيسي قرار مي گيرد؟ براي پاسخ به اين سوال برمي گرديم به مواد مغناطيسي كه از دو قطبي هاي مغناطيسي تشكيل شده اند در مواد مغناطيسي، حركت و رفتار دوقطبي ها به گونه اي است كه اثر ميدان مغناطيسي يكديگر را خنثي مي كنند. مواد مغناطيسي از نظر رفتار دوقطبي هاي مغناطيسي به سه دسته تقسيم مي كنند:

الف) مواد پارامغناطيس ب) مواد ديامغناطيس پ) مواد فرومغناطيس

الف) مواد پارامغناطيس: موادي هستند كه حركت و جنبش دوقطبي هايشان راحت و آسان تر است. هنگامي كه اين مواد را در ميدان مغناطيسي قرار دهيم، بر دوقطبي هاي آن نيرو وارد شده و تعداد زيادي از آن ها در خطوط ميدان به طوري كه قطب هاي شمال در جهت خطوط قرار مي گيرند. و اين امر سبب مي شود كه اين مواد به يك آهنرباي قوي تبديل شود. اما چون حركت وجنبش اين دو قطبي ها سريع است، با برداشتن اين مواد از ميدان مغناطيسي، اين دوقطبي ها به سرعت از مسير خطوط خارج و به حالت كاتوره اي قبلي برمي گردند و اين مواد در خارج از خطوط ميدان به سرعت خاصيت مغناطيسي خود را از دست مي دهند. مانند آلومينيوم.

ب) مواد ديامغناطيس : مواد ديامغناطيس موادي هستند كه اگر در ميدان مغناطيسي قرار بگيرند از آهنربا دفع مي شوند. در اين مواد برآيند گشتاور دو قطبي مغناطيسي صفر است و در واقع فاقد دوقطبي ذاتي هستند و هنگامي كه در ميدان مغناطيسي قرار مي گيرند، گشتاور دو قطبي در آن ها القا مي شود اما جهت اين دوقطبي هاي القا شده بر خلاف جهت ميدان مغناطيسي خارجي مي باشد و اين امر باعث مي شود كه ماده ديامغناطيس از ميدان مغناطيسي دفع شود. البته اين خاصيت در تمام مواد وجود دارد، و هنگامي اين خاصيت در مواد ظاهر مي شود كه خاصيت پارامغناطيسي آن ها ضعيف باشد.مانند: بيسموت.

پ) مواد فرومغناطيس : اين مواد مانند مواد پارامغناطيس است اما با اين تفاوت كه در اين مواد مجموعه اي از دوقطبي هاي مغناطيسي در يك جهت و راستا قرار دارند كه اين مجموعه ها در راستا و جهت هاي متفاوتي قرار دارند به طوري كه اثر ميدان يكديگر را خنثي مي كنند. كه به اين مجموعه از دوقطبي هاي مغناطيسي كه در يك استا قرار دارند، حوزه مغناطيسي مي گويند. هنگامي كه اين مواد در ميدان مغناطيسي قرار مي گيرند، بر حوزه هاي مغناطيسي نيرو وارد مي شود و آن ها را در جهت ميدان قرار مي دهند. خاصيت مغناطيسي اين مواد به سرعت تغيير مسير اين حوزه ها و قرار گرفتن در جهت ميدان بستگي دارد. كه از اين لحاظ مواد فرومغناطيس را به دو دسته تقسيم مي كنند:

۱) مواد فرومغناطيس نرم: در اين مواد سرعت تغيير حوزه ها بسيار آسان و سريع است و به همين خاطر در ميدان مغناطيسي اين حوزه ها به سرعت در جهت خطوط ميدان قرار مي گيرند و خاصيت مغناطيسي بسيار قوي بدست مي آورند. اما همينكه اين مواد را از ميدان دور كنيم، جهت اين حوزه ها به سرعت تغيير و به حالت كاتوره اي قبلي بر مي گردند. مانند آهن

۲) مواد فرومغناطيسي سخت: در اين مواد سرعت تغيير حوزه ها بسيار سخت و كُند است و همين كه در ميدان قرار مي گيرند، اين حوزه ها به كندي در جهت خطوط قرار مي گيرند و خاصيت مغناطيسي آن ها نسبت به مواد فرومغناطيس نرم ضعيفتر است؛ اما همين كه از ميدان دور مي شوند بر خلاف مواد فرومغناطيس نرم خاصيت مغناطيسي خود را حفظ مي كنند.مانند آلياژ هاي نيكل.

پس مواد پارامغناطيس و فرومغناطيس تحت تاثير ميدان مغناطيسي قرار مي گيرند و به يك آهنربا تبديل مي شوند.

در قرن هيجدهم هانس اورستد نشان داد كه در اطراف سيم حامل جريان ميدان مغناطيسي ايجاد مي شود و بعد ها آمپر و مايكل فارادي در اين زمينه دست به فعاليت هاي گسترده اي زدند. آن ها نشان دادند كه در اطراف يك سيم حامل جريان، ميدان مغناطيسي توليد مي شود و حتي موفق شدند كه روابط كمي آن را محاسبه كنند. بنابراين منبع توليد ميدان مغناطيسي عبارتند از:سنگ مغناطيس يا همان آهنرباي طبيعي و جريان الكتريكي. البته بعدها ماكسول نتيجه گرفت كه بر اثر تغيير جريان الكتريكي، ميدان مغناطيسي در فضا منتشر مي شود و همچنين براثر تغيير ميدان مغناطيسي، جريان الكتريكي در فضا توليد مي شود كه نتيجه اين، امواج الكترومغناطيسي است.

و از طرفي تغيير ميزان عبور ميدان مغناطيسي از يك رسانا، باعث توليد جريان الكتريكي در همان رسانا مي شود. پس منبع توليد ميدان الكتريكي عبارتند از: اختلاف پتانسيل بين دو سر رسانا و تغيير شار(ميزان عبور ميدان) مغناطيسي است.

پس مي توان اينگونه نتيجه گرفت كه الكتريسيته و مغناطيس باهم در ارتباطند و به جر‌‌أت مي توان گفت كه يكي بدون ديگري معني ندارد. چون وجود يكي باعث پيدايش ديگري مي شود.

مي دانيم كه ذرات باردار تحت تاثير ميدان الكتريكي يا نيروي كولني قرار مي گيرند. اگر اين ذرات وارد ميدان مغناطيسي شوند تحت تاثير نيروي ديگري كه همان نيروي مغناطيسي است مي شوند. آزمايش ها نشان مي دهند كه ميزان انحراف ذره باردار به بزرگي ميدان، اندازه بار، سرعت و زاويه حركت ذره بستگي دارد. اگر اين ذره در راستاي خطوط ميدان حركت كند، هيچ نيرويي مغناطيسي بر آن وارد نمي شود. نيروي مغناطيسي بر راستاي حركت ذره عمود است و بر سرعت آن تاثيري نمي گذارد و فقط جهت بردار حركت آن را تغيير مي دهد. به همين دليل اگر ذره باردار وارد ميدان مغناطيسي شود حركت مارپيچي يا دايره اي خواهد داشت. اگر ذره به طور عمود بر راستاي خطوط وارد ميدان شود، چون اندازه سرعتش ثابت و نيروي وارده بر آن عمود بر جهت حركت است، شتاب مركز گرا خواهد گرفت و اين امر موجب مي شود كه ذره در ميدان يك مسير دايره اي داشته باشد. البته ذره باردار بر اثر حركتش مقداري از انرژي خود را به صورت امواج الكترومغناطيسي گسيل مي كند و انرژي آن كاهش و سرعتش كم مي شود و به همين خاطر شعاع حركت دايره اي آن در طي مدت زماني، كوچك و كوچكتر مي شود. و اگر به صورت غير عمود بر خطوط ميدان وارد شود، حركت مارپيچي خواهد داشت.

همين خاصيت ذرات باردار در ميدان مغناطيسي سبب مي شود كه ما را از آسيب هاي ذرات باردار و پرانرژي كيهاني كه به زمين برخورد مي كنند، مصون نگاه دارد.

در اطراف كره زمين ميدان مغناطيسي وجود دارد و طبق نظريه اي كه گيلبرت پيشنهاد كرد، زمين يك آهنرباي بزرگي است كه قطب شمالش در قطب جنوب جغرافيايي و قطب جنوب مغناطيسي در قطب شمال جغرافيايي قرار دارد كه ميدان مغناطيسي در اين دو قطب نسبت به ساير نواحي ديگر كره زمين قوي تر مي باشند. ذرات باردار و پر انرژي كيهاني كه به سوي زمين مي آيند گرفتار ميدان مغناطيسي زمين شده و حركت مارپيچي به خود مي گيرند كه به اين منطقه، كمربند “وان آلن” مي گويند.اين ذرات با حركت مارپيچي خود به سمت دو قطب حركت مي كنند. اين ذرات با نزديك شدن به دو قطب بر اثر برخورد به لايه هاي بالايي جو قطب شمال و جنوب، مقدار زيادي از انرژي خود را ازدست مي دهند كه به صورت تابش آزاد و روشنايي را در دو قطب ايجاد مي كنند كه به اين روشنايي، شفق هاي قطبي مي گويند.

علت ايجاد ميدان مغناطيسي در اطراف زمين و يا آهنربا بودن زمين، سوالي است كه ذهن دانشمندان را در طي چند ده مشغول كرده بود. نظريه اي كه توانست در توضيح علت ميدان مغناطيسي موفق ظاهر شود، را بيان مي كنيم:

در درون زمين فلزاتي نظير آهن و نيكل به صورت مذاب و گداخته وجود دارند كه در حال حركت و جنبش هستند. حركت اين مواد از هسته شروع شده و به نزديكي سطح زمين نزديك شده و دوباره به هسته و مركز زمين بر مي گردند. اين مواد مذاب با حركت رفت وبرگشتي كه دارند باعث پيدايش جريان الكتريكي در درون زمين مي شوند. از همين خاصيت الكتريكي مواد مذاب درون زمين، براي پيش بيني وقوع فوران آتشفشان يا زلزله استفاده مي كنند. جريان الكتريكي كه اين مواد مذاب ايجاد مي كنند، باعث پيداش ميدان مغناطيسي در اطراف زمين مي شود. خطوط ميدان مغناطيسي به اينگونه هستند كه از هسته به قطب جنوب جغرافيايي وصل و سپس از قطب جنوب به قطب شمال و از آنجا دوباره به هسته وصل مي شوند. و به اين گونه اين خطوط در اطراف زمين رسم مي شوند.

قطب هاي مغناطيسي زمين بر روي قطب هاي جغرافيايي آن منطبق نيستند و امروزه حدود ۱۱ درجه اختلاف دارند.

بررسي ها و مطالعه آثار نشان مي دهند كه ميدان مغنطيسي زمين ثابت نيست و تغيير مي كند. آثاري كه از روي سنگ هاي زمين بدست آمده حاكي از آنست كه ميدان مغناطيسي زمين به مدت حدود ۸۰۰۰۰۰ سال وارونه بوده و حدود ۱۰۰۰۰۰ سال دچار افت شديدي مي شود. علت اين امر آنست كه مواد مذاب و گداخته حركت رفت و برگشتي كاتوره اي دارند كه سرعتشان حدود ۵ سانتي متر در روز است. و جابجايي اين مواد باعث تغيير جريان الكتريكي و درنتيجه ميدان مغناطيسي زمين مي شود. البته دانشمندان در تلاش هستند تا بتوانند به ساختار كاتوره اي تغيير ميدان مغناطيسي در آينده دست يابند.

منبع : هنر فیزیک