تعیین عمر اشیا و بقایای اجساد كشف شده در حفاری های باستان شناسی

 

تعیین عمر اشیا و بقایای اجساد كشف شده در حفاری های باستان شناسی

در یك حفاری تكه استخوانی پیدا می شود و باستان شناسان می گویند كه این استخوان 5 هزار سال عمر دارد. یك بچه ماموت در آند كشف می شود و عمر آن را بیش از 2 هزار سال تخمین می زنند. اما دانشمندان چگونه می فهمند كه یك شیء یا اجساد و بقایای موجودات زنده متعلق به چه زمانی هستند. تاریخ سنجی به وسیله كربن 14 یك روش رایج و مطمئن برای تعیین قدمت بقایای موجودات زنده است ، با این شرط كه حداكثر 50 هزار سال عمر داشته باشند.این روش فقط درخصوص اشیایی به كار می رود كه یا خود زمانی زنده بوده اند مانند استخوان ، بقایای گیاهان و بقایای اجساد حیوانات و انسان ها و یا این كه از موجودات زنده ساخته شده اند. مانند لباسهای پنبه ای یا كتانی ، وسایل چوبی و غیره.

كربن 14 چگونه ساخته می شود؟

اشعه كیهانی هر روز و به مقدار زیاد به اتمسفر زمین می رسد. برای مثال در هر ساعت نیم میلیون تابش كیهانی به هر فرد می تابد. این اشعه كیهانی با اتمهای اتمسفر برخورد می كند و تابشهای ثانویه را به صورت نوترون های پر انرژی به وجود می آورد. این نوترون های پرانرژی با اتمهای نیتروژن برخورد می كنند. پس از برخورد نوترون با نیتروژن 7(14پروتون و 7نوترون) این اتمها به اتمهای كربن 6(14 پروتون و 8نوترون) به اضافه اتمهای هیدروژن (یك پروتون و یك نوترون) تبدیل می شوند.كربن 14 رادیواكتیو است با نیمه عمری حدود 5700 سال. (نیمه عمر مدت زمانی است كه نصف اتمهای یك ماده رادیواكتیو به دلیل تابش غیرفعال می شوند).

كربن 14 در موجودات زنده

اتمهای كربن 14 كه بر اثر تابش كیهانی به وجود آمده اند با اتمهای اكسیژن تركیب شده و گاز دی اكسیدكربن می دهند. گیاهان این گاز را جذب كرده و بر اثر پدیده فتوسنتز كربن 14 در فیبر گیاهان وارد می شود.حیوانات و انسان ها این گیاهان را می خورند و كربن 14وارد بدن آنها می شود. نسبت كربن 14 به كربن معمولی (كربن)12 در هوا و بدن موجودات زنده در تمام زمانها تقریبا ثابت بوده و هست. تقریبا در هر تریلیون اتم كربن یك اتم ، اتم كربن 14است.كربن 14واپاشی می كند. ولی همیشه تا زمانی كه موجود زنده است ، به دلیل تبادل با محیط بیرون اتمهای واپاشیده شده با اتمهای جدید كربن 14جایگزین می شوند و این نسبت تقریبا ثابت می ماند.

تعیین تاریخ یك فسیل

به محض این كه یك موجود زنده می میرد، دریافت كربن آن از محیط قطع می شود. نسبت كربن 12 به كربن 14 در لحظه مرگ موجود با مقدار استاندارد آن در بدن بقیه موجودات زنده برابر است ؛ ولی پس از مرگ كربن 14 واپاشیده شده و با هیچ كربن 14 جدیدی جایگزین نمی شود.كربن 14 بتدریج و با سرعت بسیار كم از بین می رود در حالی كه مقدار كربن 12 ثابت است.با به دست آوردن نسبت كربن 12 به كربن 14 در نمونه مورد بررسی و مقایسه آن با مقدار استاندارد این نسبت در موجودات زنده می توان قرنی را كه این موجود در آن می زیسته است ، با دقت بسیار خوبی محاسبه كرد. فرمول محاسبه عمر فسیلها با استفاده از كربن 14به شرح زیر است :

پس این نمونه در 18940 سال پیش می زیسته است. چون نیمه عمر كربن 14، 5700 سال است تعیین عمر اجسام با استفاده از كربن 14 فقط در مواردی معتبر است كه نمونه حداكثر متعلق به 60هزار سال قبل باشد. پس از این مدت مقدار كربن 14 بسیار ناچیز می شود. البته قوانین كربن 14 برای سایر ایزوتوپ ها هم معتبر است.مواد دیگری هم وجود دارند كه هم به صورت رادیواكتیو هم غیرفعال در طبیعت وجود دارند و نسبت آنها هم مقدار ثابتی است از طرفی نیمه عمر طولانی تری هم دارند.مثلا پتاسیم ماده ای است كه دو ایزوتوپ فعال و غیرفعال آن در بدن موجودات زنده به طور طبیعی یافت می شود. نیمه عمر پتاسیم 40، 103 میلیون سال است. البته روش تاریخ سنجی رادیواكتیو در آینده قابل استفاده نیست. تمام موجوداتی كه بعد از 1940 مرده اند، به دلیل فعالیت های هسته ای بمبهای اتمی ، رآكتورهای هسته ای و آزمایش های هسته ای در فضای باز دچار تغییرات هسته ای شده اند و در آینده تشخیص درصد رادیواكتیویته طبیعی در این موجودات از رادیواكتیویته حاصل از این فعالیت های هسته ای مشكل خواهد بود.

چگونه یك بمب هسته ای بسازیم ؟

 

چگونه یك بمب هسته ای بسازیم ؟

بمب های اتمی شامل نیروهای قوی و ضعیفی اند كه این نیروها هسته یك اتم را به ویژه اتم هایی كه هسته های ناپایداری دارند، در جای خود نگه می دارند. اساسا دو شیوه بنیادی برای آزادسازی انرژی از یك اتم وجود دارد:

1- شكافت هسته ای: می توان هسته یك اتم را با یك نوترون به دو جزء كوچك تر تقسیم كرد. این همان شیوه ای است كه در مورد ایزوتوپ های اورانیوم (یعنی اورانیوم 235 و اورانیوم 233) به كار می رود.

- همجوشی هسته ای: می توان با استفاده از دو اتم كوچك تر كه معمولا هیدروژن یا ایزوتوپ های هیدروژن (مانند دوتریوم و تریتیوم) هستند، یك اتم بزرگ تر مثل هلیوم یا ایزوتوپ های آن را تشكیل داد. این همان شیوه ای است كه در خورشید برای تولید انرژی به كار می رود. در هر دو شیوه یاد شده میزان عظیمی انرژی گرمایی و تشعشع به دست می آید.

برای تولید یك بمب اتمی موارد زیر نیاز است:

o یك منبع سوخت كه قابلیت شكافت یا همجوشی را داشته باشد.

o دستگاهی كه همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.

o راهی كه به كمك آن بتوان بیشتر سوخت را پیش از آنكه انفجار رخ دهد دچار شكافت یا همجوشی كرد.

در اولین بمب های اتمی از روش شكافت استفاده می شد. اما امروزه بمب های همجوشی از فرآیند همجوشی به عنوان ماشه آغازگر استفاده می كنند.

بمب های شكافتی (فیزیونی): یك بمب شكافتی از ماده ای مانند اورانیوم 235 برای خلق یك انفجار هسته ای استفاده می كند. اورانیوم 235 ویژگی منحصر به فردی دارد كه آن را برای تولید هم انرژی هسته ای و هم بمب هسته ای مناسب می كند. اورانیوم 235 یكی از نادر موادی است كه می تواند زیر شكافت القایی قرار بگیرد.اگر یك نوترون آزاد به هسته اورانیوم 235 برود،هسته بی درنگ نوترون را جذب كرده و بی ثبات شده در یك چشم به هم زدن شكسته می شود. این باعث پدید آمدن دو اتم سبك تر و آزادسازی دو یا سه عدد نوترون می شود كه تعداد این نوترون ها بستگی به چگونگی شكسته شدن هسته اتم اولیه اورانیوم 235 دارد. دو اتم جدید به محض اینكه در وضعیت جدید تثبیت شدند از خود پرتو گاما ساطع می كنند. درباره این نحوه شكافت القایی سه نكته وجود دارد كه موضوع را جالب می كند.

- احتمال اینكه اتم اورانیوم 235 نوترونی را كه به سمتش است، جذب كند، بسیار بالا است. در بمبی كه به خوبی كار می كند، بیش از یك نوترون از هر فرآیند فیزیون به دست می آید كه خود این نوترون ها سبب وقوع فرآیندهای شكافت بعدی اند. این وضعیت اصطلاحا «ورای آستانه بحران» نامیده می شود.

2 - فرآیند جذب نوترون و شكسته شدن متعاقب آن بسیار سریع و در حد پیكو ثانیه (12-10 ثانیه) رخ می دهد.

3 - حجم عظیم و خارق العاده ای از انرژی به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شكسته شدن هسته آزاد می شود.

انرژی آزاد شده از یك فرآیند شكافت به این علت است كه محصولات شكافت و نوترون ها وزن كمتری از اتم اورانیوم 235 دارند. این تفاوت وزن نمایان گر تبدیل ماده به انرژی است كه به واسطه فرمول معروف mc2= E محاسبه می شود. حدود نیم كیلوگرم اورانیوم غنی شده به كار رفته در یك بمب هسته ای برابر با چندین میلیون گالن بنزین است. نیم كیلوگرم اورانیوم غنی شده انداز ه ای معادل یك توپ تنیس دارد. در حالی كه یك میلیون گالن بنزین در مكعبی كه هر ضلع آن 17 متر (ارتفاع یك ساختمان 5 طبقه) است، جا می گیرد. حالا بهتر می توان انرژی آزاد شده از مقدار كمی اورانیوم 235 را متصور شد.برای اینكه این ویژگی های اروانیوم 235 به كار آید باید اورانیوم را غنی كرد. اورانیوم به كار رفته در سلاح های هسته ای حداقل باید شامل نود درصد اورانیوم 235 باشد.در یك بمب شكافتی، سوخت به كار رفته را باید در توده هایی كه وضعیت «زیر آستانه بحران» دارند، نگه داشت. این كار برای جلوگیری از انفجار نارس و زودهنگام ضروری است. تعریف توده ای كه در وضعیت «آستانه بحران» قرار داد چنین است: حداقل توده از یك ماده با قابلیت شكافت كه برای رسیدن به واكنش شكافت هسته ای لازم است. این جداسازی مشكلات زیادی را برای طراحی یك بمب شكافتی با خود به همراه می آورد كه باید حل شود.

1 - دو یا بیشتر از دو توده «زیر آستانه بحران» برای تشكیل توده «ورای آستانه بحران» باید در كنار هم آورده شوند كه در این صورت موقع انفجار به نوترون بیش از آنچه كه هست برای رسیدن به یك واكنش شكافتی، نیاز پیدا خواهد شد.

2 - نوترون های آزاد باید در یك توده «ورای آستانه بحران» القا شوند تا شكافت آغاز شود.

3 - برای جلوگیری از ناكامی بمب باید هر مقدار ماده كه ممكن است پیش از انفجار وارد مرحله شكافت شود برای تبدیل توده های «زیر آستانه بحران» به توده هایی «ورای آستانه بحران» از دو تكنیك «چكاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده می شود.تكنیك «چكاندن ماشه» ساده ترین راه برای آوردن توده های «زیر بحران» به همدیگر است. بدین صورت كه یك تفنگ توده ای را به توده دیگر شلیك می كند. یك كره تشكیل شده از اورانیوم 235 به دور یك مولد نوترون ساخته می شود. گلوله ای از اورانیوم 235 در یك انتهای تیوپ درازی كه پشت آن مواد منفجره جاسازی شده، قرار داده می شود.كره یاد شده در انتهای دیگر تیوپ قرار می گیرد. یك حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را برای انفجار چاشنی و بروز حوادث زیر تشخیص می دهد:

1 - انفجار مواد منفجره و در نتیجه شلیك گلوله در تیوپ

2 - برخورد گلوله به كره و مولد و در نتیجه آغاز واكنش شكافت

3- انفجار بمب

در «پسر بچه» بمبی كه در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر هیروشیما انداخته شد، تكنیك «چكاندن ماشه» به كار رفته بود. این بمب 5/14 كیلو تن برابر با 500/14 تن TNT بازده و 5/1 درصد كارآیی داشت. یعنی پیش از انفجار تنها 5/1 درصد ازماده مورد نظر شكافت پیدا كرد.

در همان ابتدای «پروژه منهتن»، برنامه سری آمریكا در تولید بمب اتمی، دانشمندان فهمیدند كه فشردن توده ها به همدیگر و به یك كره با استفاده از انفجار درونی می تواند راه مناسبی برای رسیدن به توده «ورای آستانه بحران» باشد. البته این تفكر مشكلات زیادی به همراه داشت. به خصوص این مسئله مطرح شد كه چگونه می توان یك موج شوك را به طور یكنواخت، مستقیما طی كره مورد نظر، هدایت و كنترل كرد؟افراد تیم پروژه «منهتن» این مشكلات را حل كردند. بدین صورت، تكنیك «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار درونی شامل یك كره از جنس اورانیوم 235 و یك بخش به عنوان هسته است كه از پولوتونیوم 239 تشكیل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتی چاشنی بمب به كار بیفتد حوادث زیر رخ می دهند:

- نفجار مواد منفجره موج شوك ایجاد می كند.

2 - موج شوك بخش هسته را فشرده می كند.

3 - فرآیند شكافت شروع می شود.

4 - بمب منفجر می شود.

در «مرد گنده» بمبی كه در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر ناكازاكی انداخته شد، تكنیك «انفجار از درون» به كار رفته بود. بازده این بمب 23 كیلو تن و كارآیی آن 17درصد بود.شكافت معمولا در 560 میلیاردم ثانیه رخ می دهد.

بمب های همجوشی: بمب های همجوشی كار می كردند ولی كارآیی بالایی نداشتند. بمب های همجوشی كه بمب های «ترمونوكلئار» هم نامیده می شوند، بازده و كارآیی به مراتب بالاتری دارند. برای تولید بمب همجوشی باید مشكلات زیر حل شود:دوتریوم و تریتیوم مواد به كار رفته در سوخت همجوشی هر دو گازند و ذخیره كردنشان دشوار است. تریتیوم هم كمیاب است و هم نیمه عمر كوتاهی دارد بنابراین سوخت بمب باید همواره تكمیل و پر شود.دوتریوم و تریتیوم باید به شدت در دمای بالا برای آغاز واكنش همجوشی فشرده شوند. در نهایت «استانسیلا اولام» دریافت كه بیشتر پرتو به دست آمده از یك واكنش فیزیون، اشعه X است كه این اشعه X می تواند با ایجاد درجه حرارت بالا و فشار زیاد مقدمات همجوشی را آماده كند.

بنابراین با به كارگیری بمب شكافتی در بمب همجوشی مشكلات بسیاری حل شد. در یك بمب همجوشی حوادث زیر رخ می دهند:

1 - بمب شكافتی با انفجار درونی ایجاد اشعه X می كند.

2 - اشعه X درون بمب و در نتیجه سپر جلوگیری كننده از انفجار نارس را گرم می كند.

3 - گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن می شود. این كار باعث ورود فشار به درون لیتیوم - دوتریوم می شود.

4 - لیتیوم - دوتریوم 30 برابر بیشتر از قبل تحت فشار قرار می گیرند.

5 - امواج شوك فشاری واكنش شكافتی را در میله پولوتونیومی آغاز می كند.

6 - میله در حال شكافت از خود پرتو، گرما و نوترون می دهد.

7 - نوترون ها به سوی لیتیوم - دوتریوم رفته و با چسبیدن به لیتیوم ایجاد تریتیوم می كند.

8 - تركیبی از دما و فشار برای وقوع واكنش همجوشی تریتیوم - دوتریوم ودوتریوم - دوتریوم و ایجاد پرتو، گرما و نوترون بیشتر، بسیار مناسب است.

9 - نوترون های آزاد شده از واكنش های همجوشی باعث القای شكافت در قطعات اورانیوم 238 كه در سپر مورد نظر به كار رفته بود، می شود.

10 - شكافت قطعات اروانیومی ایجاد گرما و پرتو بیشتر می كند.

11 - بمب منفجر شود.

انفجار هسته ای

 

انفجار هسته ای

تعریف انفجار

انفجار اعم از عادی یا هسته ای عبارتست از رهایی مقدار زیادی انرژی در مدت زمانی بسیار كوتاه و در فضای محدود .

ساختار انفجاری هسته ای

در انفجار هسته ای حرارت و فشار حاصل از اندازه ای است كه جرم بمب و همه مواد موجود در فضای مزبور را در آن واحد زمان بصورت توده ای از گاز داغ ، ملتهب و فشرده در آورده و تشكیل گوی آتشین كه در حدود چند میلیون درجه حرارت است می دهد این گوی آتشین بلافاصله انبساط كرده و به لایه های بالای جو صعود می كند.انبساط سریع گوی آتشین فشار اطراف خود را بالا برده و موج انفجاری بسیار شدیدی و یا موج ضربه فوق العاده ای در زمین یا آب یا در زیر زمین ایجاد می كند كه اثر تخریبی انفجار مربوط به آنها ست .

مشخصات انفجاری هسته ای

- در نزدیكی انفجار سرعت موج از یك كیلومتر درثانیه یعنی هزارها كیلومتر در ساعت بیشتر است .

- قسمت عمده ای از انرژی انفجار بصورت حرارت و نور آزاد می شود كه در منطقه وسیعی ایجاد آتش سوزی نموده و حتی در فاصله های دورتر سبب سوختگی در پوست بدن موجودات زنده ای كه در معرض آنها قرارگرفته باشند می گردد .

- مقدار زیاری اشعه نامرئی هسته ای به نام تشعشع هسته ای اولیه بوجود می آید كه قدرت نفوذی فوق العاده ای داشته و بر حسب شدت تشعشع آنها آثار بیولوژیكی تشعشعات هسته ای وخیم یا كشنده در موجودات زنده بوجود می آورند .

- مواد حاصل از انفجار های هسته ای به شدت رادیو اكتیو بوده ومنطقه وسیعی را بطوری الوده می سازد كه بر حسب نزدیكی یا دوری از مركز انفجار تامدتی غیر قابل سكونت خواهند بود مانند هیروشیمای ژاپن .

- در انفجارهای معمولی درجه حرارت در مركز انفجار به حدود 5000 درجه سانتیگراد درمورد انفجارهای هسته ای به ده ها میلیون درجه می رسد .

حوزه انفجارهسته ای

قطر كره آتشین از بمب هسته ای یك مگاتنی در یك هزارم ثانیه به حدود 150 متر رسیده ودر هر ثانیه به حداكثر اندازه خود كه حدود 2000 متر است می رسد و پس از یك دقیقه نسبتا سرد شده و روشنایی خود را از دست می دهد این زمانی است كه انفجار 7 كیلو متر صعود كرده است برای تصور میزان درخشندگی آن كافیست اشاره كنیم كه :

- از فاصله یكصد كیلومتری از نور خورشید در وسط روز درخشنده تر است .

- در پاره ای از آزمایش ها كه در طبقات بالای جو انجام گرفته نور حاصله از فاصله 1000 كیلومتری محسوم بوده است كه تحت بعضی شرایط این نور می تواند موجب كوری موقتی یا سوختگی دائمی شبكیه چشم شود .

- در موقع آزمایشات هسته ای در معرض بودن تصادفی اشخاص موجب سوختگی شبكیه چشم درمسافت 10 مایلی در سلاح 20 كیلو تنی شده است .

- گوی آتشین همانطور كه به سرعت بزرگ شده و صعود می كند تغییر شكل داده و پهن تر می شود ضمناً هوا و خاك و عناصر دیگر را از پایین به داخل خود می مكد و به همین ترتیب دنباله ای از غبار تشكیل می شود كه گوی آتشین را به زمین وصل می كند كره آتشین بتدریج سرد شده و بصورت ابری متلاطم در می آید كه ابتدا سرخ رنگ بوده و بعد سفید می شود در این حال با دنباله خود شكل قارچی به خود می گیرد .

تخریب بعد از انفجار هسته ای

- چنانچه انفجار در سطح زمین یا نزدیكی آن اتفاق بیافتد مقدار زیادی خاك و شن و مواد مختلف بخار شده و همراه با گوی آتشین بالا می روند یك صدم انرژی سلاح مگاتنی در تر كش سطحی كافی است كه 4000 تن خاك و شن و سنگ را بخار نماید این مواد كه بدین ترتیب به داخل گوی آتشین كشیده شده با مواد رادیو اكتیو مخلوط می شوند و ابر اتمی قارچ شكل انفجارات اتمی را شكل می دهند ذرات این باد بتدریج به زمین بازگشته و یا در اثر برف و باران به زمین ریخته خواهد شد این عمل ریزش اتمی نامیده شده و منبع تشعشعات باقیه خواهند بود .

- در انفجارهای زیر آبی مقدار زیادی آب بخار خواهد شد یك صدم انرژی سلاح یك مگاتنی كافیست كه 20000 تن آب را بخار كند .

- انفجار زیر زمینی اتمی ایجاد تكانهایی مانند زمین لرزه می نماید در اثر این لرزش و جابه جاشدن قسمتی از سطح زمین خرابی بوجود می آید اما انرژی یك زلزله قوی با انرژی یك میلیون بمب اتمی برابر است!

تقسیم بندی انرژی انفجار سلاح اتمی

مجموع انرژی حاصله كه به نام قدرت بمب نامیده می شود به سه اثر اولیه تقسیم می شود . گرچه تقسیم بندی انرژی تا اندازه ای به نوع سلاح و سوختنش وشرایط انفجار بستگی دارد ولی بطور كلی بصورت زیر تقسیم بندی می شود .

- 50% انرژی به توسط موج انفجاری یا موج ضربه حمل می شود .

- 35% انرژی را تشعشع حرارتی و امواج نورانی در خود دارند .

- 15% انرژی را تشعشع هسته ای ( 5% تشعشع ابتدایی 10% تشعشع باقیه ) دارد.

گربه شرودینگر

 

گربه شرودینگر

هر كسی از نظریه كوانتوم شوكه نشود آن را نفهمیده است ( نیلز بور )

حوزه های معدودی از پژوهش علمی وجود داشته اند كه مانند نظریه كوانتوم تاثیر عمیقی بر فلسفه داشته باشند. دلیل امر به این حقیقت مربوط می شود كه به قول نویسنده كتاب های علمی جان گریپین: «در دنیای مكانیك كوانتوم، قوانین فیزیك كه برای هر كسی آشنا هستند دیگر عمل نمی كنند، در عوض احتمالات هستند كه بر رویدادها حكم می رانند.»آلبرت اینشتین، برخلاف بور، نه تنها از برخی از استلزامات نظریه كوانتوم تكان خورده بود، بلكه از آنها هراسان بود. چنانچه مشهور است او با عدم قطعیت كوانتومی با همین اظهارنظر صریح مخالفت می كرد كه: «خدا تاس نمی اندازد.» اروین شرودینگر یكی از معماران نظریه كوانتوم، كه به همان اندازه از این وضع آشفته بود، تجربه خیالی ساده ای را طرح كرد تا بیهودگی یكی از این استلزامات را نشان دهد. او اتاقی دربسته یا جعبه ای را تصور كرد كه گربه ای زنده درون آن قرار دارد و نیز حاوی «وسیله ای جهنمی» شامل یك شیشه سیانور و مقدار كمی ماده رادیواكتیو است. این مقدار ماده رادیواكتیو آن قدر كم است كه در طول یك ساعت ممكن است یكی از اتم های ماده رادیواكتیو متلاشی شود، اما با احتمالی مشابه ممكن است هیچ كدام از اتم ها دچار تلاشی نشود. اگر اتم رادیواكتیو تجزیه شود پرتوهای حاصل یك شمارشگر گایگر را به كار می اندازد و از طریق یك رله چكش كوچكی را فعال می كند كه شیشه سیانور را می شكند و باعث مرگ گربه می شود.

در زندگی روزمره احتمال پنجاه _ پنجاه وجود دارد كه گربه كشته شود و بدون نگاه كردن به درون جعبه می توانیم با خوشحالی تمام بگوییم كه گربه درون آن مرده یا زنده است. اما براساس نظریه كوانتوم هیچ كدام از این دو امكانی كه برای ماده رادیواكتیو و در نتیجه گربه وجود دارد واقعیت ندارد، مگر آنكه مشاهده شوند.

فروپاشی اتمی نه اتفاق می افتد و نه اتفاق نمی افتد، گربه نه كشته می شود و نه كشته نمی شود، مگر هنگامی كه ما به درون جعبه نگاه كنیم و ببینیم كه چه اتفاقی رخ داده است. نظریه پردازانی كه تفسیر استاندارد از مكانیك كوانتومی را می پذیرند می گویند كه گربه در حالتی غیرقطعی و نامعین _ به عبارت دیگر در یك «ابرمرتبه حالت ها» (Superposition of States) _ نه مرده و نه زنده وجود دارد، تا زمانی كه یك مشاهده گر واقعاً به درون جعبه بنگرد و ببیند كه گربه زنده است یا مرده.متاسفانه برخلاف میل شرودینگر، این تجربه تخیلی نه تنها باعث نشد كه فیزیكدانان پوچی بعضی از خصوصیات نظریه كوانتوم را درك كنند، جعبه شرودینگر برای اكثریت فیزیكدانان به مثال اعلای استلزام های غیرمعمول و فوق العاده این نظریه بدل شد. «ابرمرتبه حالت ها» به جای به هم ریختن نظریه كوانتوم به خصلت معرف آن بدل شد.آنهایی كه تجربه خیالی شرودینگر را با معنایی كه در نظر داشتند مطرح می كردند می توانستند با این حقیقت تسكین یابند كه موقعیت یاوه ای كه در آن گربه به طور همزمان هم زنده و هم مرده است به طور واقعی در آزمایشگاه قابل بازآفرینی نیست.

دلیل این امر ناپیوستگی كوانتومی (quantum decoherence) است _ پدیده ای كه به وسیله آن یك «ابرمرتبه» از یك حالت به حالت دیگر بدل می شود. سرعت این ناپیوستگی در یك سیستم فیزیكی به اندازه آن بستگی دارد. در حالی كه در موجودیت های فیزیكی در اندازه اتم ممكن است در یك «ابرمرتبه حالت ها» وجود داشته باشند، موجودیت های بزرگ تر، به خصوص در اندازه یك گربه، كه متشكل از میلیاردها اتم هستند، در یك حالت منفرد و معین ثابت می شوند. در نتیجه افرادی كه با موضع اینشتین همدلی دارند می توانند مدعی شوند كه گرچه خصوصیات غریب كوانتومی ممكن است در جهان زیراتمی مصداق داشته باشند، در دنیای روزمره متشكل از اشیای معمول مثل گربه، كتاب و افراد و... خدا از هر لحاظ تاس نمی اندازد. اما اكنون حتی این دفاع (تاحدی نومیدانه) از شعور عام در خطر سرنگون شدن است. فیزیكدانان ویلیام مارشال، كریستوف سایمون و ویك بوویستر اخیراً آزمایشی را طراحی كرده اند كه در آن می توان از «ناپیوستگی كوانتومی» اجتناب كرد تا به یك «ابرمرتبه حالت ها» در مورد جسمی در اندازه حدود یك گلبول قرمز (به طور مشخص آینه ای با قطر ?? میكرون یا یك صدم میلی متر) دست یافت، اندازه ای كه شاید در مقایسه با یك گربه بزرگ نباشد ولی در مقیاس های اتمی بسیار بزرگ است. براساس گزارش مارشال و همكارانش: «این جسم تقریباً دامنه ای ? برابر بیشتر از هر ابرمرتبه مشاهده شده تا به حال دارد.»

این آزمایش فرضی در اصول بر تعامل یك فوتون منفرد نور با یك آینه كوچك كه بر روی یك بازوی كوچك نصب شده است تكیه دارد. فشار تابش فوتون برای جابه جا كردن آینه كوچك كافی است. به وجود آمدن یك ابرمرتبه فوتون باعث می شود سیستم به صورت یك ابرمرتبه حالت های متناظر با دو جایگیری متمایز آینه تكوین پیدا كند.پیشنهاد این دانشمندان اولین پیشنهاد برای تعیین كردن چگونگی ایجاد و مشاهده یك ابرمرتبه ماكروسكوپیك نیست، اما اولین پیشنهادی محسوب می شود كه امكان تحقق آن با تكنولوژی فعلی وجود دارد.

در واقع در حال حاضر ساختن اجزای لازم برای این آزمایش در جریان است و بنابراین تنها اندكی باید صبر كرد تا گونه ای از «وسیله جهنمی» شرودینگر به واقعیتی مشاهده پذیر بدل شود. معانی ضمنی این آزمایش بر آفرینندگان آن پوشیده نیست چرا كه بدون اغراق اظهار می كنند: «اینكه انجام آزمایشی بر روی یك میز توانایی بالقوه به آزمون گذاشتن مكانیك كوانتوم را در نظامی كاملاً نوین در اختیار بگذارد، امری فوق العاده است.»

و غیرعادی تر این است كه این آزمایش بر مبنای تجربه ای فرضی تكوین یافته است كه در اصل برای افشا كردن پوچی نظریه كوانتوم طراحی شده بود. شرودینگر مسلماً از روبه رو شدن با این آزمایش شوكه می شد.

پاد ماده (ضد ماده)

 

پاد ماده (ضد ماده)

ضدماده

ما انسانها و هر آنچه در اطراف ماست از موجودات زنده زمین و سیارات ، خورشید و دیگر ستارگان ، همه از ماده ساخته شده‌ایم. اما با تصور وجود یك جهان دیگر كه مانند تصویر آینه‌ای جهان كنونی ما باشد، چه احساسی به شما دست میدهد؟ البته وجود چنین جهانی پذیرفته نیست. با این حال جهان ذرات زیر اتمی (الكترون ، پروتون ، نوترون ، ...) چنین همتایی دارد و هر یك از این ذرات برای خود همتایی در آن جهان دارند كه به اصطلاح پاد ذره آن ذرات مینامند.

تاریخچه

دیراك فیزیكدان معروف در 1928 چنین استنباط كرد كه همه مواد میتوانند در دو حالت وجود داشته باشند. وی در آغاز نظریه خود را در مورد الكترون بیان كرد و اظهار داشت كه باید ذراتی به نام ضد الكترون هم وجود داشته با شد. این گفته تحقق یافت و فیزیكدان آمریكایی كارل اندرسون در 1932 ضد الكترون و یا پوزیترون را كشف كرد. پس از اكتشاف دیراك و اندرسون ، سرانجام در اكتبر 1955 اییلوگسلر ، فیزیكدان اهل ایتالیا توانست در شتابدهنده بیوترون در آزمایشگاهی در كالیفورنیا پاد پروتون و یك سال بعد 1956 پاد نوترون را آشكار كند. اما دانشمندان پارا فراتر گذاشته و در پی ساخت پاد اتم و پاد مولكول برآمدند.

مكانیزم

اینكه اصلا پاد ذرات چیستند ، چه خواصی دارند و در قیاس با همتای ماده‌ای خود چگونه رفتار میكنند، مدتی فیزیكدان را به خود مشغول كرد؟ ابتدا این تصور وجود داشت كه پاد ماده در واقع تصویری از ماده در آینه است. این بدان مناست كه پاذرات ، باید باری مخالف و هم اندازه و جرمی قرینه جرم تصویری خود در دنیای ماده داشته باشند. بحث بار الكتریكی كاملا پذیرفته شده بود. اما جرم منفی بسیار دشوار مینماید. ویژگی دیگر پاد ذرات ، ویژگی نابودی در صورت برخورد و تماس با پاد ماده خود است. در این انهدام مشترك هر دو نابود میشوند، و به مقدار قابل توجهی انرژی كه بیشتر به صورت پرتوهای گاما ظاهر میشود، در میآیند. البته اگر این انرژی به اندازه كافی زیاد باشد، میتواند به جفت ماده و پاد ماده دیگری نیز تبدیل شود كه این تصویر خوبی از تبدیل ماده و انرژی به یكدیگر و بیان فرمول معروف انیشتن است.

پاد ذرات از برخورد شدید ذرات دیگر بوجود میآیند. این وظیفه به عهده شتابدهنده‌ها است. در توضیح اینكه چرا ما بیشتر ماده را میبینیم تا ضد ماده ، در تاریخ كیهان آمده است. در مرحله دوم از هشت مرحله یا مقطع تاریخ كیهان آمده است كه اولین سنگ بناهای ماده (مثلا كوارك و الكترون و پاد ذرات آنها) از برخورد پرتوها ، با یكدیگر بوجود میآیند. قسمتی از این سنگ بناها دوباره با یكدیگر برخورد میكنند و به صورت تشعشع فرو میپاشند. در لحظه های بسیار بسیار اولیه ، ذرات فوق سنگین نیز میتوانسته‌اند بوجود آمده باشند. این ذرات دارای این ویژگی هستند كه هنگام فروپاشی ، ماده بیشتری نسبت ضد ماده (مثلا كوارك‌های بیشتری نسبت به آنتی كواركها) ایجاد كنند. ذراتی كه فقط در میان اولین اجزای بسیار كوچك ثانیه‌ها وجود داشتند، برای ما میراث مهمی به جا گذاردند كه عبارت از فزونی ماده در برابر ضد ماده بود.

آزمایش ساده

برای تصور جسم منفی ، ماهی باهوشی را تصور كنید كه به سطح آب میآید و به قعر آن نمیرود. همچنین فرض كنید حباب‌هایی از داخل بطری كه در كف اقیانوس قرار دارد به سمت بالا حركت میكنند. ماهی باهوش با مشاهده حباب‌ها شدیدا علاقمند خواهند شد به آن جرمی منفی نسبت دهد. زیرا در خلاف جهت نیروی وارد از سوی جاذبه زمین حركت میكنند. با این تصورات ، فیزیكدانان وجود چنین حالتی را برای پاد ماده غیر تحمل میدانند.

آینده پاد ماده

نویسندگان داستان غیر علمی ، تخیلی بر این باورند كه میتوان با استفاده از ماده و پاد ماده ، فضاپیماهایی را به جلو راند. یك فضاپیمای مجهز به موتور ماده - پاد ماده در كسری از مدت زمان كه امروزه یك فضاپیمای مجهز به موتور هیدروژن مایع لازم دارد تا به ستارگان همسایه خورشید برسد، ما را به آن سوی مرزهای منظومه شمسی (خورشیدی) خواهد برد. سرعت این چنین فضاپیمایی در مقایسه با سرعت شاتلهای فضاهای كنونی هم ، چون سرعت یك یوزپلنگ در مقابل لاك پشت است. این فضاپیما میتواند سفر یازده ماهه جستجوگر سیاره بهرام را یك ماهه به انجام رساند. دیگر توانایی پاد ماده در ایجاد سرعتهای بسیار بالا و نزدیك به سرعت نور است. اما این بار به جای سفر در كیهان ، سفر در زمان مورد نظر است. این تصور جدید از زمان ، به ما میآموزد كه میتوان با سرعت گرفتن ، نقطه خاصی از فضا- زمان را كمتر منتظر گذاشت و این همان جایی است كه پاد ماده به كمك ما میشتابد.

ضد جاذبه

 

ضد جاذبه

نیویورك تایمز

ترجمه : نیلوفر قدیری

زمانی بود كه وقتی از پایان جهان صحبت به میان می آمد، همان طور كه «رابرت فراست» هم می گوید، میان دو گزینه آتش و یخ مجبور به انتخاب یكی بودید، یا دنیا آتش می گیرد و پایان می یابد یا یخ می زند و به انتها می رسد. اما ارزیابی های تعجب آور جدید از ستارگان دوردست كه توسط تلسكوپ فضایی هابل صورت گرفته است نشان می دهد، یك انرژی تاریك ناشناخته رفته رفته و با قدرت زیاد در حال متلاشی كردن گیتی است. انیشتین این انرژی را كه منشأ آن هنوز ناشناخته است پیش بینی كرده بود. با این حال بعدها او آن را بزرگترین اشتباه خود خواند. انیشتین گفته بود یك نوع نیروی جاذبه در حال فروپاشاندن گیتی است. قدرت این نیرو چنان زیاد است كه طی میلیاردها سال عمر دنیا تغییری نكرده است.

نظریه پردازانی كه در تلاش برای توضیح این نیروی مرموز هستند، می گویند این نیرو در طول زمان می تواند نیرومندترین یا ضعیفتر شود. این نیرو یا سرانجام دنیا را در یك لحظه و از هم می پاشاند یا در آینده دور رفته رفته آن را خاموش می كند؛ این آینده دور ده ها میلیارد سال با زمان حال فاصله دارد. اگر این نیرو خود به خود از میان برود، جاذبه بار دیگر بر گیتی مستولی می شود و جهان خود به خود فرو می پاشد.

چندی پیش دكتر «آدام ریس» از مؤسسه علوم تلسكوپ فضایی در بالتیمور(آمریكا) نخستین تصاویر قابل مشاهده و گستردهای را نشان داد كه قدرت این نیروی ضد جاذبه را در طول زمان تحلیل می كرد. او گفت: داده های موجود نشان می دهد كه كیهان رفته رفته توسعه می یابد، سرد و تاریك می شود و رفته رفته از بین می رود نه این كه در یك لحظه و در یك واقعه ناگهانی نابود شود.دكتر «ریس» و تیم او كه شامل چند استاد دانشگاه كالیفرنیا هستند از هابل برای جستجو و مطالعه ستارگان و ابرنواختران استفاده می كند. آنها 42 ابرنواختر جدید كشف كرده اند كه شش یا هفت عدد از آنها از دورترین ابرنواختران شناخته شده اند.یافته های پژوهش های چند ساله آنها نشان می دهد، از میان نظریه هایی كه درباره پایان دنیا وجود دارد نظریه انیشتین از همه بیشتر با اطلاعات موجود همخوانی دارد. دكتر «ریس» می گوید: آنچه ما یافته ایم نشان می دهد این نیرو یك انرژی تاریك نیمه دائم است و به نظر می رسد كه مدت هاست با ماست و اگر تغییری می كند، این تغییر بسیار كند و آرام است. در گذشته كه این اطلاعات را نداشتیم با نظریه انیشتین احساس نزدیكی نمی كردیم. اما اكنون فرق می كند.

دكتر «مایكل ترنر» كیهان شناس دانشگاه شیكاگو می گوید: «این بزرگترین راز همه تاریخ علم است، چه این انرژی تاریك در طول زمان تغییر بكند و چه نكند در ماهیت این راز تغییری ایجاد نمی شود. اطلاعاتی كه به تازگی به دست آمده پیشرفت بزرگی است. این نخستین اطلاعات از این نوع است.اگرچه این نتایج جدید، پیش بینی یك قرن پیش انیشتین را تأیید میكند اما دكتر «ترنر» می گوید: «نمی توان با استناد به این نتایج جدید نظریه های دیگر را رد كرد. اطلاعات مزبور همچنان این احتمال را كه نیروی ضد جاذبه ناگهان قدرت بگیرد و سیارات، ستارگان و حتی اتمها را متلاشی كند، تقویت می كند.»

ارزیابی های آینده ممكن است در گشودن راز این انرژی تاریك مؤثر باشند. اما دكتر «ریس» می گوید: نتایج تحقیقات و اطلاعات كنونی نشان می دهد، هر گونه تحول تسریع كننده كه به قدرتمند شدن این انرژی تاریك منجر شود تا 30 میلیارد سال دیگر روی نخواهد داد. بسیاری از فیزیكدانان می گویند، این تخمین ها چندان مطمئن نیستند اما یافته های جدید ممكن است به ارزیابی دوباره مدل هایی منجر شود كه حجم و تحولات این انرژی در فضا را پیش بینی می كنند. این مدل ها فعلاً چندان خوب نیستند. دانشمندان مؤسسه علوم فضایی هابل اخیراً در یك كنفرانس خبری آخرین نتایج یافته های خود را درباره موجود سیاه یا انرژی تاریك در دنیا اعلام كرده اند.

نخستین بار شش سال پیش دو گروه از منجمان از وجود یك نیروی مرموز به نام انرژی تاریك خبر دادند و اعلام كردند كه این نیرو در حال متلاشی كردن دنیاست.

كیهان شناسان یك قرن است كه فكر می كردند این نیرو در اثر جاذبه كیهانی كند و آرام شده است اما این دو گروه دریافتند كه از 5 میلیارد سال پیش كهكشان ها در اثر این نیرو سرعت گرفته اند.در آن زمان وجود انرژی تاریك و حرف زدن درباره آن چندان جدی نبود، اما در سال های بعد یافته های جدید این موضوع را تقویت كرد و اكنون همه باور دارند كه در جایی دور در آسمان ها، اتفاقاتی در حال روی دادن است. هیچ كس به راستی نمی داند این انرژی تاریك چیست.

اكنون صدها و هزاران ستاره شناس برای یافتن پرسشی برای این سؤال بزرگ شب ها با مجهزترین تلسكوپ ها و تجهیزات رو به آسمان قرار می گیرند. بعضی از آنها در پیروی از كار دو گروهی كه شش سال پیش نخستین نشانه ها را دریافت كردند، در جستجوی نوعی ستاره در حال انفجار هستند به نام «ابرنواختر نوع اول.»

این ستارگان در فضا كاملاً مشخص هستند و دانشمندان را قادر می سازند تا درباره اندازه دنیا و میزان و چگونگی رشد آن در طول زمان اطلاعات مفیدی به دست آورند. گروه های دیگر تحقیقات خود را بر روی چگونگی تأثیر نیروی ضد جاذبه این انرژی تاریك بر رشد كهكشان ها متمركز كرده اند. بعضی دیگر از ستاره شناسان و به ویژه گروهی از دانشگاه شیكاگو در حال ساخت مجموعه ای از رادیو تلسكوپ ها در قطب جنوب هستند تا به وسیله آن تحولات كهكشان ها را مطالعه كنند.یافته های جدید و ماجرای جذاب انرژی تاریك، تصمیم سازمان ناسا برای از بین بردن تلسكوپ فضایی هابل در فضا را زیر سؤال برده است.ناسا طراحی را در دست دارد كه در آن مرگ تدریجی هابل در فضا پیش بینی شده است. كارشناسان ناسا می گویند بعد از حادثه پیش آمده برای فضاپیمای كلمبیا، اعزام یك هیأت جدید با یك فضاپیمای جدید به فضا بسیار خطرناك است.

دكتر «ریس» می گوید كه با این تصمیم مخالف است و توقف كار هابل به معنای توقف تحقیقات بسیار مهم در سال های آینده است.همكاران این دانشمندان نیز كه سال هاست در جستجوی یافته های جدید درباره ماجرای انرژی تاریك هستند. با نظر او موافقند. آنها از این كه ناسا در حال بررسی چنین تصمیمی است حیرت زده شده اند و تأكید می كنند كه هابل باید به عمر خود ادامه دهد.اخیراً پیشنهاد ارسال ماهواره ای به فضا مطرح شده كه نام اختصاری آنSNAP است و برای مشاهده و مطالعه هزاران ستاره در حال انفجار از درون فضا طراحی می شود.

فیزیكدانان دانشگاه بركلی مسئول طراحی و ساخت این ماهواره هستند. انیشتین در سال 1917 در جستجو برای یافتن پاسخی به این سؤال كه چرا گیتی به خودی خود متلاشی نشده است، نظریه انرژی تاریك را مطرح كرد. در سال 1929 «ادوین هابل» ستاره شناسی كه تلسكوپ هابل به نام او نامگذاری شده است كشف كرد كه دنیا و كیهان در حال توسعه است. در این تحلیل چنین تصور شده كه نیروی جاذبه، این گسترش و توسعه را كند می كند و شاید روند آن را در طول زمان عكس كند. اما همان طور كه گفته شد شش سال پیش دو گروه ستاره شناس دریافتند كه این روند گسترش به جای تسریع در حال كند شدن است.جدیدترین یافته ها نشان می دهد كه چیزی شبیه انرژی تاریك انیشتین در فضا در حال فعالیت است. در نظریه انیشتین توضیح داده نشده كه چرا این انرژی از ابتدا به وجود آمده است. انرژی تاریك هیچگاه مستقیماً دیده نشده است. این موضوع شبیه یك داستان علمی تخیلی به نظر می رسد اما همه دانشمندان از گذشته تا به حال به وجود چنین نیروی ناشناخته ای معترف بوده اند.

برخی محاسبات دانشمندان درباره قدرت این انرژی به یك عدد واحد رسیده است كه نام آن را «>W گذاشته اند. این عدد در حقیقت نسبت میان فشار و تراكم این انرژی تاریك است. شناختن این عدد و چگونگی تغییر آن در طول زمان ممكن است به شناسایی ماهیت این انرژی كمك كند.هدف دانشمندان از تحقیقات آینده ارزیابی عدد « >W با دقت 5 درصد است. اما حتی این ارزیابی ها هم می تواند به پایان كابوس انرژی تاریك منجر شود.با از بین رفتن تلسكوپ هابل كار صیادان انرژی تاریك پیچیده تر می شود. اما آنها از فعالیت باز نمی ایستند. با ادامه كار دانشمندان شاید زمانی در آینده نزدیك هیجان انگیزترین راز علم حل شود.

بعد پنجم

 

بعد پنجم

اكنون دسامبر 2005 است و تصادم دهنده عظیم هادرون (ال اچ سی) در سرن در نزدیكی ژنو اولین عملیات موفقیت آمیز خود را به پایان رسانده است . در اتاق فرمان نیمه تاریكی در اعماق زمین، نمایشگر رایانه تصاویر رنگی دو رویداد ذوره ای از میلیلردها رویداد مشاهده شده توسط یكی از آشكارسازهای غول پیكر ( ال اچ سی ) را نشان میدهد. این تصاویر برای فیزیكدانانی كه دور آن جمع شده اند و طی هفته های گذشته به سختی مشغول كار بوده اند ، بسیار مهیج است آنها از خوشحالی فریاد میكشند ،زیرا بر صفحه نمایش امظای غیر قابل تردید بعد پنجم را میبینند .گروه بسیاری از فیزیكدانان بر این عقیده اند كه چهار بعد چهان ما ( سه بعد مربوط به فضا و یك بعد مربوط به زمان) همانند نوك یك كوه یخ هستند كه قسمت اعظم آن زیر آب قرار دارد. علاوه بر این میگویند ممكن است به زودی قادر به دیدن اثرات بعد پنجم باشند. حتی ممكن است بعد پنجم دست خود را در دور بعدی آزمایشهای شتاب دهنده، برای ما رو كند و این چشم اندازی است كه دهان هر فیزیكدان ذره ای را آب خواهد انداخت ! اما این شور و شعف تنها به خاطر خود بعد پنجم نخواهد بود . زیرا چنین چیزی گامی بزرگ در پیشروی دراز مدت به سوی یك « نظریه همه چیز» خواهد بود .

نظریه ای كه دانشمندان مدتها در جستجوی آن بودند و چهار نیروی اساسی فیزیك را با هم یكی خواهد كرد . كوردون كین ، نظریه پردازی از دانشگاه میشیگان ، میگوید: اگر بعد پنجم را كشف كنیم ، این مهمترین كشف پس از نظریه كوانتوم خواهد بود نظریه ای كه دانشمندان مدتها در جستجوی آن بودند و چهار نیروی اساسی فیزیك را با هم یكی خواهد كرد .

اندیشه وجود بعد پنجم چیز جدیدی نیست و از كارهای انجام گرفته دو ریاضی دان‌ آلمانی به نام های تئودور-كالوتساو اسكار كلاین در دهه 1920 ناشی شده است ، با استفاده از كارهای انیشتین كه نشان داده بود (گرانش از انحنای ساختار چهار بعدی فضا -زمان ناشی میشود ) این دو ریاضی دان كه مستقل از یكدیگر كار میكردند در جستجوی این بودند كه نشان دهند ممكن است نتوان نیروی الكترومغناطیسی توسط یك بعد پنجم به حساب آورد برای توضیح اینكه چرا هرگز اثرات بعد پنجم در انرژیها و فواصل عادی دیده شده است ، آنها فرض كردند كه بعد پنجم به اندازه ای كوچكتر از یك اتم در هم پیچیده است در نظریه كالوتسل-كلاین(KK ) هر نقطه فضای عادی ، در واقع یك حلقه در این بعد پنجم میباشد . یك ذره باردار ( حتی اگر در فضای عادی بی حركت باشد ) همانند موش در چرخ گردان دائماً به دور حلقه در حركت خواهد بود آنچه ما بار الكتریكی مینامیم ، در واقع حركت در این بعد مخفی میباشد . چند ارتباط قانع كننده بین این حركت و نظریه كلاسیك الكترومغناطیس وجود دارد . به عنوان مثال ، اگر قانون نیوتن را كه میگوید برای هر عمل در امتداد بعد در هم پیچیده یك عكس العمل وجود دارد را اعملا منید به قانون بقای بار الكتریكی خواهد رسید. كالوتسا و كلاین علی رغم موفقیتی كه بدست‌آوردند نتوانستند تعریفی مه نیروی الكتومغناطیسی و گرانش را با هم در بر بگیرد ، ادامه دهنده دو نیروی اساسی دیگر در آن زمان كشف نشده بودند .

این دو نیرو عبارتند از نیروی ضعیف كه روی كواركها عمل میكنند تا «چاشی» آنها رامثلاً‌از یك كوارك بالا به یك كوارك پائین انتقال دهد . و نیروی قوی كه چیزی را به نام بار «رنگی» كواركها شناخته میشود ، تغییر میدهد . تا اینجا برای ساختن چهارچوبی كه شامل همه این چهار نیرو باشد ، نسخه های جدید نظریه KK باید ابعاد بیشتری را در نظر بگیرد . خواص كواركها مثل چاشنی و رنگ در حلقه های چند بعدی KK تبدیل به رقصهای مداری میشوند .

امروزه نظریات ابر ریسمانی كه قطعات اساسی سازنده ماده را به عنوان ظهور چهار بعدی تكه های كوچكی از ریسمان ارتعاش كننده در نظر میگیرند ، به ده بعد نیاز دارد .

معمولاً بیان میشود كه شش بعد اضافی ، با شعاع انحنائی معادل1035 متر در هم پیچیده شده اند این مقدار به عنوان طول « پلانك» نامیده میشود مقیاسی كه در آن گرانش از لحاظ قدرت باسایر نیروهای طبیعت قابل مقایسه میشود اصل عدم قطعیت كه یكی ار اجزای اصلی نظریه كوانتوم است ، میگوید كه هر چه مقیاسی را كع میخواهید كاوش كنید كوچكتر باشد ، به انرژی بیشتری نیاز خواهید داشت بنابراین مقیاس بسیار كوچك پلانك با انرژی عظیمی معادل 1019 گیگا الكترون ولت (GeV ) مرتبط است . این انرژی تنها در خلال اولین كسر تأیید انفجار بزرگ در دسترس ذرات قرار داشت و مقدار آن 100 تریلیون برابر بالاترین انرژی هایی است كه امروزه در شتابدهنده های ذرات میتوان به آن دست یافت .

بنابراین هیچ تعجبی ندارد كه تا قبل از این بعد پنجم تنها به عنوان یك كنجكاوی ذهنی در نظر گرفته میشد .

موضوعی كه همه چیز را دستخوش تغییر كرده است ، فهمیدن این مسئله است كه نیازی نیست ابعاد اضافی در اندازه ای به كوچكی طول یك پلانك در هم پیچیده شده باشند كیت دنیس از آزمایشگاه فیزیك ذره ای سرن میگوید :هیچ دلیل قابل قبولی در این مورد وجود نداشت ، جز اینكه طول پلانك یك مقیاس فیزیكی طبیعی است اگر ابعاد اضافی بزرگتر از ابعاد پلانك باشند در این صورت اثرات آنها در انرژی كمتری (كه حتی ممكن است انرژی كمی معدلGeV 1000 باشد) توسط ذرات قابل احساس خواهد بود . و این چیزی است كه توسط تصادم دهنده هادرون به آسانی قابل دسترسی خواهد بود .

این نظر كه ممكن ا ست ابعاد اضافی در طولهایی بسیار بزرگتر از مقیاس پلانك ظهور كنند اولین بار توسط ایگناتیوس آنتونیادلیس ار دانشكه فنی پاریس مطرح شد . در سال 1990 او سعی میكرد كه یك مسله پیچیده در مسئله ابر آسمانی را حل كند ، و متوجه شد كه مسئله را می توان با ابعاد اضافی بزرگی كه دقیقاً‌چنین ویژگی هائی را دارا بودند حل كرد . با این حال او به مشكل جدیدی برخورد كرد ابعاد بیشتر به طور خودكار ذرات جدیدی را به وجود می آورند و این ذرات اثرات مشكل برانگیزی دارند . ذرات جدید به این دلیل به وجود می آیند كه تمامی ذرات اصلی میتوانند شبیه موج نیز رفتار كنند تصور این مسئله مشكل است اما هنگامی كه یك ذره اساسی در ابعاد بالاتر حركت می كند مؤلفخ موج مانند آن به حركت در اطراف آن در بعد بالاتر می پردازند و تولید یك مجموعه «پژواك» میكند این پژواكها كه حالات كالوسا -كلاین نامیده میشوند برای ما به عنوان ذرات كاملاً‌جدید به نظر خواهند رسید به عنوان مثال بوزون كه یكی از حمل كنندگان نیروی هسته ای ضعیف است دارای مجموعه كاملی از خویشاوندان بزرگتر است كه در تصادمهای پرانرژی موجودیت خواهند یافت.

مسئله ای كه آنتونیادیس با آن برخورد كرد مبدأ تلاشهای دانشمندان برای یافتن بك «‌نظریه بزرگ واحد»‌ (GUT ) گردید چنین نظریه ای باید توضیح دهد كه چگونه نیروهای ضعیف ،قوی و الكترومغناطیسی، همچنان كه جهان اولیه سرد میشد از حل یك نیروی واحد تنها بیرون آمدند و از هم جدا شدند و برعكس چگونه در انرژی های بسیار زیاد این سه نیرو مجدداً‌ یكی میشوند طبق این نظریه با افزایش انرژی نیروهای الكترومغناطیسی و ضعیف ، قویتر و نیروی قوی ضعیفتر میشود آنها در انرژی حدودGeV 1016 تبدیل به یك نیروی واحد میشوند متأسفانه ظهور گروه هایی از ذرات جدید حامل بعد نیرو از دل بعد پنجم نیروهای ضعیف الكتریكی و قوی را قویتر را قویتر از آنچه كه انتظار میرود میسازد و اغلب فیزیكدانان از جمله آنتونیادیس گمان میكنند كه آنها آنقدر قوی خواهند شد كه نمی توان شیوه های مرشوم ریاضی را در موردشان بكار برد .

كواركهای آزاد به نظر میرسد كه این مسئله مانع بزرگی بر سر راه باشد ، دنیس میگوید: این چیزی بیشتر از یك مشكل ریاضی است نیروها آنقدر قوی خواهند شد كه كل روش نظری برای اتحاد نیرو ها را نا معتبر میكند این همانند آن است كه بخواهیم كواركها را هنگامی كه نیروهای بین آنها آنقدر قو ی است كه وجود كواركهای آزاد را امكان پذیر میسازد به عنوان ذرات آزاد در نظر بگیریم .

آنتونیادیس با خنثی كردن اثرات پژواكهای KK راهی را برای حل مسئله و در نتیجه حفظ اتحاد در انرژی GeV 1016 پیدا كرد اما در اوایل سال 98 برای دنیس و دو نفر از همكارانش در سرن به نامهای ایملیان دوداس و تونی كركتا این سؤال پیش خواهد آمد كه چه روی خواهد داد اگر به پژواكهای KK اجازه داده شود تا در قدرت نیروهای ضعیف الكتریكی و قوی دستكاری كنند . این سه نفر خیلی خود ه این نتیجه رسیدند كه بعضی از نیروها خیلی زود قوی میشوند اما در كمال تعجب دریافتند كه نیروها هنوز یكی «متحد»‌ شوند علاوه بر این اتحاد هنگامی روی داد كه نیروها هنوز ضعیفتر از آن بودند كه بتوان شیوه های مرسوم ریاضی را در مورد آنها بكار بود دنیس می گوید : بر خلاف تصور همه اتحاد در انرژی كمتر از GeV 1016 امكان پذیر است در حقیقت اگر ابعاد اضافی در طولی معادل m 1019 متر در هم پیچیده شده باشند انرژی اتحاد می تواند مقداری برابر GeV 1000 داشته باشد .

محققان از این موضوع شگفت زده شدند زیرا گمان میرفت كه اتحاد در چنین انرژی كمی غیر ممكن است یكی از دلایل برای این موضوع واپاشی پروتون بود اگرچه نظریه های GUT پیش بینی میكنند كه پروتون ها باید واپاشیده شوند اما این واپاشی هرگز مشاهده نشده است توضیح معمول برای این مسئله این بود كه واپاشی شامل یك ذره حامل نیروی GUT است این ذره آنقدر سنگین است كه تا كنون شناخته نشده است اما اگر مقیاس GUT از GeV 1016 پائین تر آورده شود حاملین نیروی GUT نسبتاً ‌سبكتر خواهند شد و بنابراین شاهد واپاشی پروتون های بسیاری خواهیم بود دنیس می گوید : خوشبختانه یك بعد پنجم ما را نجات خواهد داد واپاشی پروتون باید به حفظ اندازه حركت در 5 بعد بپردازد بنابراین خواص بعد پنجم را می توان چنان انتخاب كرد كه بسیاری از عواملی كه در فروپاشی پروتون دخالت دارند بقای اندازه حركت در 5 بعد را نقض كنند و بدین ترتیب واپاشی پروتون روی ندهد .

سرعت گرانش

 

سرعت گرانش

نوشته: حسین جوادی

همچنانكه می دانیم در نسبیت، سرعت نور بالاترین سرعت هاست و هیچ چیز بالاتر از سرعت نور حركت نمی كند.

این سرعت تقریباً c=3x10^8 m/s است. بنابراین در نسبیت سرعت گرانش برابر سرعت نور است. اما هنگامیكه اسپین یك الكترون تغییر می كند، اسپین الكترون مشابه آن نیز فوری تغییر می كند و چنین به نظر می آید كه این تغییرات همزمان انجام می شود.

این نشان می دهد كه انتقال اطلاعات دز اندازه های اتمی بالاتر از سرعت نور صورت می گیرد. ما می توانیم بپذیریم كه هیچ چیز بالتر از سرعت نور حركت نمی كند، اما انتقال اطلاعات از این قانون طبعیت نمی كند. اما چنین دیدگاهی برخورد علمی با طبیعت نیست. اما چگونه می توانیم این پدیده را توجیه كنیم؟ ما باید بپذیریم كه انتقال اطلات بالاتر از سرعت نور انجام می شود، اما این پدیده نیز از قوانین طبیعی طبعیت می كند و باید آنرا توجیه كرد آیا علامتی در فیزیك وجود دارد كه سریعتر از امواج الكترومغناطیسی حركت كند؟

مطمئاً چنین علامتی هست و آن گراویتون است.

گرانش

در نظریه سی. پی. اچ. ، گرانش یك جریان است. این جریان دائمی بین تمام ذرات و اجسام وجود دارد. به عنوان مثال به زمین و ماه توجه كنید.

زمین دارای میدان گرانش است. یك میدان گرانشی از تعداد متنابهی سی. پی. اچ. (گراویتون) تشكیل شده است. پس میدان گرانشی زمین نیز از تعداد بیشماری سی. پی. اچ تشكیل شده است كه در اطراف زمین در حركت هستند.

فرض كنیم زمین منزوی است. یعنی هیچ كنش و واكنشی بین زمین و سایر اجسام وجود ندارد. در این صورت همه ی سی. پی. اچ. هایی كه به زمین می رسند، جذب آن شده و از نیروهای موجود در آنجا اطاعت می كنند اما همچنان كه می دانیم زمین منزوی نیست و با سایر احسام كنش متقابل دارد. نگاهی به زمین و ماه بیندازید. در اینجا دو میدان وجود دارد، یكی میدان گرانشی زمین و دیگری میدان گرانشی ماه هنگامیكه یك گراویتون به زمین می رسد، گراویتون دیگری زمین را ترك می كند و به دلیل آنكه دارای یك زیر كوانتوم گرانشی است، زمین را به دنبال خود می كشد.

تا جاییكه زمین از حوزه عمل این زیر كوانتوم گرانشی خارج شود. مانند یك توپ كه جدار خارجی آن را با چسب مایع آغشته كرده باشیم. هنگامیكه می خواهیم آن را از زمین جدا كنیم، زمین را به دنبال خود می كشد.

اما سی. پی. اچ. چیست؟

تعریف سی. پی. اچ

فرض كنیم یك ذره با جرم ثابت m وجود دارد كه با مقدار سرعت ثابت Vc نسبت به تمام دستگاه های لخت حركت می كند. و Vc>c, c is speed of light بنابراین سی. پی. اچ. دارای اندازه حركت خطی برابر mVc است.

اصل سی. پی. اچ

Principle of CPH

سی. پی. اچ. یك ذره بنیادی با جرم ثابت است كه با مقدار سرعت ثابت حركت می كند. این ذره داری لختی دورانی است. در هر واكنش بین این ذره با سایر ذرات یا نیروها در مقدار سرعت آن تغییری داده نمی شود، بطوریكه حال با توجه به اصل سی. پی. اچ. و گراش از دیدگاه نظریه سی. پی. اچ. اجازه بدهید نگاه جدیدی به انتقال اطلاعات در ساختمان اتم بیندازیم.

دو الكترون الف و ب را در ساختمان فوتون در نظر بگیرید. این دو الكترون مدام در حال تبادل سی. پی. اچ. هستند، مانند همه ی ذرات و اجسام موجود در جهان هنگامیكه یك گراویتون از الكترون الف به الكترون ب می رسد، اسپین و جهت حركت آن تملم اطلاعات الكترون الف را به الكترون ب منتقل می كند.

بنابراین اگر اسپین الكترون الف تغییر كرده باشد، الكترون ب، این اطلاعات را از طریق گراویتون دریافت می كند. حال ما می توانیم سرعت گراویتون را حساب كنیم. فرض كنید دو الكترون در فاصله d=1x10^-15 m كه برابر با قطر اتم است قرار دارند. یك گراویتون فاصله ی d را در كمترین زمان ممكن طی می كند. این كمترین زمان برابر است با زمان پلانك كه برابر است با T=5.39x10^-44 s. بنابراین سرعت گراویتون V از رابطه ی زیر به دست می آید.

V=d/T=(10^-15m)/(5.39x10^-44s)=2x10^28 m/s این مقدار تقریباً ده بتوان بیست برابر سرعت نور است:

یعنی V=10^20c لطفاً توجه كنید كه Vc>V زیرا گراویتون دارای اسپین است و Vc سرعت سی. پی. است زمانیكه دارای اسپین نیست.
vv

زمان صفر

زمان صفر

زمان گذشته تر از گذشته

بنابه نظریه انفجار بزرگ ، گسترش جهان از یك انفجار آتشین آغاز شده و تا امروز ادامه یافته است و احتمال دارد این گسترش تا بینهایت ادامه داشته باشد. ولی ما یقینا می‌خواهیم بدانیم پیش از این انفجار اولیه وضع از چه قرار بوده است. اما برای فهمیدن این موضوع باید از دیوار زمان صفر عبور كنیم. نه تنها در عرصه فیزیك ، بلكه حتی در عرصه منطق نیز دشواریهای زیادی در این سیر وجود دارد.

ما نمی‌توانیم تاریخ كائنات را از زمان صفر یعنی درست لحظه آفرینش فضا و زمان آغاز كنیم ولی قادریم آن را از لحظه‌های بسیار كوتاه و غیر قابل تصور یعنی 43- ^10 ثانیه پس از انفجار بزرگ آغاز كنیم. قوانین بنیادی فیزیك توانسته‌اند از امروز تا آن لحظه كه كائنات بسیار بسیار كوچك ، داغ و غلیظ بوده ، استواری خود را حفظ كنند.

خصوصیات كائنات در زمان صفر

در 43- ^10 ثانیه پس از انفجار بزرگ ، كائنات بیش از 35 - ^ 10 متر قطر نداشته و ده میلیون میلیارد میلیارد بار كوچكتر از یك اتم هیدروژن بوده است. در این زمان عالم چنان جوان است كه نور نمی‌تواند به دورها سفر كند و افق كیهانی كه كائنات قابل دید را در بر می‌گیرد، بسیار نزدیك است. در این زمان حرارت به 32 ^ 10 كلوین میرسد. كائنات بسیار غلیظ و فشرده (96 ^ 10 برابر غلظت آب) و انرژی آن غیر قابل اندازه گیری است. چنانچه اگر بخواهیم چنین نیرویی تولید كنیم باید دستگاههای تسریع كننده ذرات اولیه‌ای بسازیم كه چندین سال نوری قطر داشته باشند.

زمان صفر یا زمان پلانك

در 43- ^10 ثانیه پس از انفجار ، كائنات چنان فشرده و غلظت چنان انباشته است كه نیروی جاذبه ، كه در حالت معمولی در مقیاس میكروسكوپی قابل اغماض است، مانند نیروها از قبیل نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف نیروی الكترومغناطیسی ، بسیار قوی می‌باشد. ولی ما نمی‌توانیم رفتار و مشخصات اتمها و نور را در جاذبه بسیار قوی دریابیم. این مساله نخستین بار در آغاز قرن حاضر توسط "ماكس پلانك" مطرح شد. به همین دلیل زمان 43- ^10 ثانیه را "زمان پلانك" می‌گویند. كه در آن فیزیك از توضیح عاجز می‌شود و مرز آگاهی‌ها به نهایت می‌رسد.

جاذبه سد زمان صفر

برای پشت سر گذاشتن زمان پلانك به نظریه‌ای‌ كوانتیك از جاذبه نیاز است كه در آن قوه جاذبه بتواند با سایر نیروها متحد شود. فیزیكدانان در تلاشند تا یك نظریه جامع طبیعت بیابند كه در آن چهار نیروی حاكم بر جهان بصورت یك نیروی واحد عمل كنند. و تا كنون موفق شده‌اند شرایط گرد آمدن نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف و نیروی الكترومغناطیسی را بدست آورند. ولی نیروی جاذبه همچنان با اتحاد با این نیروها مخالفت می‌كند. این نیرو كه بر دنیای بینهایت بزرگها حاكم است از هر گونه اتحاد با دنیای بینهایت خردها سرباز می زند.

پیوند و اتحاد مكانیك كوانتومی با نسبیت در حال حاضر همچنان سدی غیر قابل عبور است و حتی اینشتین كه در سی سال آخر عمر خود ، سر سختانه در این زمینه به كار پرداخت، نتوانست از این سد بگذرد. تا وقتی مقاومت و استقامت جاذبه شكسته نشود، فراتر از زمان پلانك را در یافتن ، كاری غیر ممكن است. این زمان مرز و حد نهایی آگاهی و شناخت ما است. در پشت دیوار پلانك واقعیتی هنوز دست نیافتنی پنهان است كه در آن جفت فضا ـ زمان كائنات چهار بعدی ما می‌تواند كاملا متفاوت باشد با دیگر وجود نداشته باشد.

پشت دیوار پلانك

فیزیكدانهایی كه شكافهای كوتاه و گذرایی در پشت دیوار پلانك وارد كرده‌اند، می‌گویند كه با كائنات پرآشوبی كه ده یا حتی بیست و شش بعد دارد، برخورد كرده‌اند، كه در آن قوه جاذبه چنان قوی است كه فضا را به كلی دگرگون كرده است و در آن ، فضا ، تحت تاثیر جاذبه به تعداد بیشماری سوراخ سیاه میكروسكوپیك تبدیل شده است كه گذشته ، حال و آینده و حتی زمان در آن معنا ندارد. هر كدام از این سوراخها صد میلیارد میلیارد بار كوچكتر از یك پروتون هستند، كه با حرارت 32 ^10 كلوین در فاصله 43- ^10 ثانیه تبخیر می‌شوند، ناپدید می‌شوند و دوباره ظاهر می‌شوند.

زمان مرجع

سالها كوشش و مطالعه طاقت فرسا لازم است تا دیوار پلانك سوراخ شود و تا رسیدن به آن روز ما باید "زمان پلانك" را به منزله "زمان صفر" بپذیریم. بنابرین ، وقتی از مبدا و آغاز خلقت كائنات گفتگو می‌كنیم، زمان مرجع ما زمان پلانك خواهد بود.

نظریه جعفر صادق در باب پیدایش جهان

 

نظریه جعفر صادق در باب پیدایش جهان

مجمع مطالعات اسلامی استراسبورك

امام جعفر صادق راجع به بعضی از مسائل فیزیكی چیزهائی گفته كه از لحاظ تئوری كوچكترین تفاوت با نظریه بوجود آمدن جهان در این عصر ندارد ویك دانشمند فیزیكی این دوره وقتی تئوری جعفر صادق را در مورد ایجاد دنیا میخواند تصدیق میكند كه نظریه ایست مطابق با تئوری فیزیكی ایجاد دنیا در این عصر.

هنوز نظریه مربوط به پیرایش جهان در كادر قانون علمی قرار نگرفته و هرچه گفته اند تئوری است و ممكن است صحیح باشد یا نادرست جلوه كند.

تئوری جعفرصادق هم راجع به پیدایش دنیا همین طور است و در كادر قانون علمی قرار نگرفته تا این كه بتوان آن را حقیقت غیر قابل تردید علمی دانست.

اما این مزیت را دارد كه با این كه در دوازده قرن قبل از این ابراز شده یا تئوری جدید فیزیكی راجع به پیدایش دنیا مطابقه میكند.

امام جعفر صادق راجع به دنیا چنین گفته است:

جهان از یك جرثومه بوجود آمد و آن جرثومه دارای دو قطب متضاد سبب پیدایش ذره گردید و آنگاه ماده بوجود آمد و ماده تنوع پیدا كرد و تنوع ماده ناشی از كمی یا زیادی ذرات آنها میباشد.

این تئوری با تئوری اتمی امروزی راجع بوجود آمدن جهان هیچ تفاوت ندارد و دو قطب متضاد دو شارژ مثبت و منفی درون اتم است و آن دو شارژ سبب تكوین اتم گردیده و اتم هم ماده را بوجود آورده و تفاوتی كه بین مواد(یعنی عناصر )دیده میشود ناشی از كمی یا زیادی چیزهائی است كه درون اتم عناصر موجود میباشد.

چند نفراز فیلسوفان یونان قدیم كه در قرن ششم و پنجم قبل از میلاد بسر می‌بردند راجع به پیدایش دنیا نظرهائی ابراز كردند و (ذیمقراطیس )نظریه (اتم )را راجع به پیدایش دنیا ابراز كرد و بعید نمیدانیم كه امام جعفر صادق از تئوری فیلسوف یونانی راجع به پیدایش جهان اطلاع داشته و تئوری خود را با وقوف بر آن نظریه ها ابراز كرده است.

به احتمال قوی اگر امام جعفر صادق از نظریه فیلسوفان قدیم یونان اطلاع داشته آن تئوریها از همان راه كه جغرافیا و هندسه وارد مدینه گردید به آن شهر رسیده بود یعنی از راه دانشمندان مصری از فرقه قطبی.

میتوانیم فكر كنیم كه چون امام جعفر صادق از تئوری های دانشمندان قدیم یونانی كه سیزده قرن یا دوازده قرن قبل از او میزیسته اند راجع به پیدایش جهان اطلاع داشته توانسته آن تئوری ها را تكمیل كند و راجع بوجود آمدن دنیا نظریه ای ابراز نماید كه امروز علمای فیزیك آن را میپذیرند و هنوز نتوانسته اند نظریه ای جالب توجه تر از نظریه آن مرد راجع به پیدایش دنیا بگویند.

در این نظریه بر جسته ترین قسمت موضوع دو قطب متضاد است قبل از جعفر صادق فیلسوفان یونان و دانشمندان اسكندریه پی برده بودند كه در هستی اضداد وجود دارد و بعضی از آنها گفتند كه هر چیز را بایستی از ضد آن شنا خت.

اما در تئوری جعفر صادق تئوری مربوط با ضداد صریح بیان شده و این صراحت نه در نظریه فیلسوفان قدیم یونان وجود دارد و نه در نظریه دانشمندان مكتب علمی اسكندریه.

دانشمندان یونان و اسكندریه نظریه های خود را در مورد اضداد طوری بیان كرده اند كه گوئی میخواسته اند راهی برای فرار داشته باشند و اگر دریافتندكه اشتباه كرده اند بتوانند گفته خود را پس بگیرند.

واضح است كه از این جهت نظریه آنها به آن شكل ابراز شده كه اطمینان نداشتند كه اشتباه نمیكنند.

ولی جعفر صادق نظریه خود را صریح و بدون قید و شرط بیان كرده و در تئوری او (اگر )و (اما )وجود ندارد و صراحت نظریه اش ثابت میكند كه میدانسته اشتباه نمینماید و نمیخواسته راه باز گشت را برای خود حفظ كند.

شیعیان میگویند تمام چیز هائی كه امام جعفر صادق در مورد بوجود آمدن جهان و نجوم و فیزیك و عناصر و شیمی و ریاضیات و چیزهای دیگر گفت از علم امامت یعنی علم لدنی او بوده است.

اما مورخ نمی تواند علم جعفر صادق را لدنی بداند و دیگر این كه تردید نداریم كه جعفر صادق قبل از این كه خود شروع به تدریس كند مدتی تحصیل میكرده و در جلسه درس پدرش حضور بهم میرسانیده است و مورخ نمیتواند مردی را كه مدتی تحصیل میكرده دارای علم لدنی بداند.

تصور میكنیم كه حتی شیعیان هم انكار كنند كه جعفر صادق الفبا را از دیگران فرا گرفته بود و مردی كه الفبا و مقدمات دیگر را از سایرین فرا گرفته چگونه از نظر یك مورخ میتوانید دارای علم لدنی باشد.

(مجمع مطالعات اسلامی در استراسبورك بزرگان اسلام را فقط از لحاظ تاریخی مورد تحقیق قرار میدهد.) یك مورخ او را یك دانشمند بر جسته میبیند و میفهمد كه نیروی تفكر علمی او خیلی قوی تر از معاصرین بوده و آنچه در علوم مختلف گفته و كشف كرده از آن نیروی تفكر علمی سر چشمه میگرفته نه از یك علم لدنی و ملكوتی و یكی از چیز هائی كه جعفر صادق در مورد پیدایش جهان گفته دو قطب متضاد است. اهمیت آنچه آن مرد گفت بعد از قرن هفدهم میلادی كه وجود دو قطب متضاد در فیزیك به ثبوت رسید آشكار شد. معاصرین او و كسانی كه بعد از وی آمدند دو قطب متضاد را در شمار آنچه قدما گفتند معشر بر این كه هر چیز بضد خود شناخته میشود محسوب كردند و اهمیت گفته جعفر صادق پس از این كه وجود دو قطب متضاد در فیزیك به ثبوت رسید آشكار گردید و امروز هم در اتم شناسی و الكترونیك وجود دو قطب متضاد غیر قابل تردید است. ما علوم جعفر صادق را از جغرافیا و نجوم و فیزیك در مبحث پیدایش دنیا و عناصر شروع كرده ایم و لذا مبحث فیزیك جعفر صادق را ادامه خواهیم داد و بعد از آن به مباحث دیگر خواهیم رسید و میگوئیم در فیزیك جعفر صادق چیزهائی گفته كه قبل از او كسی نگفت و بعد از وی تا نیمه دوم قرن هجدهم و قرن نوزدهم و بیستم بعقل كسی نرسیده كه آنها را بگوید.

منبع : گروه نابغه www.groups.yahoo.com/group/nabegheha V

پدیده فتوالكتریك

 

پدیده فتوالكتریك

در اواخر قرن 19هانریش هرتز مشاهده نمود كه هرگاه نور فرابنفش به كلاهك فلزی الكتروسكوپ باردار با بار منفی بتابد الكتروسكوپ خنثی میشود یعنی نور فرودی میتواند الكترونهای اضافی را از الكتروسكوپ جدا كند . در سال 1905 میلادی انیشتین با استفاذه از نظریه كوانتمی نور توانست چگونگی بوقوع پیوستن این پدیده را توضیح دهد.

نظریه انیشتین:

وقتی به صفحه فلزی نور با طول موج كوتاه بتابانیم تعدادی از كوانتومهای انرژی نور فرودی جذب صفحه فلزی می شود كه می تواند الكترونهای منفرد اتمهای فلز را از محل خودشان جدا سازد زیرا وقتی یك فوتون به یك الكترون منفرد برخورد كند از حركت باز میایستد و انرژی خود را به الكترون میدهد. اگر این انرژی (E) بیشتر از انرژی مقید الكترون(انرژی كه تحت ان در مدار قرار گرفته) باشد پس از جدا كردن الكترون بقیه انرژی فوتون به انرژی جنبشی الكترون تبدیل میشود.

E=انرژی فوتون فرودی

hf=انرژی مقید الكترون در فلز

k=انرژی جنبشی الكترون

E=hf+k

1-لامپ كوارتز (خالی شده از هوا) 2-ولتمتر 3-گالوانومتر 4-مقاومت 5- باطری 6-دوالكترود از جنس فلز سدیم

مشاهدات ازمایش :

1-تا زمانیكه نور بر الكترود A كه كاتد انتخاب شده نتابد با وجود ولتاژ بالا هیچ جریانی ازلامپ عبور نمی كند.

2-در اثر تابش نور بر سطح فلز سدیم امپر متر عبور جریان در كمتر از 10 نانو ثانیه نشان می دهد.

3- اگر ولتاژ مثبت را زیادتر كنیم فتو الكترونهای بیشتری از A به B شارش می یابند و گالوانومتر عدد بیشتری را نشان میدهد.

4-وقتی ولتاژ مثبت به حدی زیاد شود كه بتواند تمام فتوالكترونها را به سمت الكترود B بكشاند بیشترین جریان فتوالكتریكی را گالوانومتر از خود عبور میدهد كه به ان جریان اشباع گفته میشود و پس از ان مقدار جریان ثابت خواهد ماند.

5- اگر جای قطبین باطری را عوض كنیم بطوریكه الكترود B ولتاژ منفی شود (V<0)خواهیم دید جریان فتو الكترون از مقدار بیشینه رو به كاهش می گذارد و در یك ولتاژ معین V- كه به ان ولتاژ متوقف كننده گویند جریان فتوالكترون صفرمیشود و اگر ولتاژكمتر از -V شود جریان صفر خواهد ماند.

6- اگر از فلزات دیگری به جای الكترود A استفاده شود به ازای بعضی از انها گالوانومتر هیچ جریانی را نشان نمیدهد.

7 -اگرنور قرمز با شدت زیاد ، به الكترود فلز سدیم بتابانیم اگر چه تعداد بیشتری الكترون ازاد می سازد ولی نسبت به نور ابی با شدت كم، الكترونهای با انرژی كمتر تولید می كند.

8- مقدار ولتاژ متوقف كننده تابع جنس الكترود فلز A نیست و به شدت نور فرودی وابسته است.

eV(stop) = hf - W

اگر شدت موج فرودی بزرگتر باشد الكترونها با انرژی بیشتری از سطح فلز A جدا خواهند شد.و اگر شدت موج فرودی كم باشد زمان بیشتری طول می كشد تا اینكه الكترونها به اندازه كافی انرژی كسب نمایند.

بطور خلاصه نتایج حاصل از نظریه انیشتین:

1- برای جدا كردن یك الكترون مقید به فلز باید انرژی نور فرودی بزرگتر و یا مساوی با بسامد الكترون مقید به فلز باشد.

هما نطور كه در شكل می بینم نور قرمز چون طول موجش بلندتر ودر نتیجه بسامد و انرژی كوچكتری نسبت به نور سبز و بنفش دارد نمی تواند الكترون مقید فلز پتاسیم را جدا كند در مقایسه نور سبز و بنفش می بینیم كه چون طول موج نور بنفش كمتر وبسامد ان بیشتر است وانرژی بیشتری دارد نه تنها الكترون را از سطح فلز جدا میكند بلكه سرعت بیشتری هم به ان میدهد. انرژی فوتون فرودی را میتوان به صورت زیر هم نوشت*f همان فركانس یا بسامد فرودی نورهای قرمز وسبز و بنفش است :

Ephoton=h*f

2-هر چقدر شار نور فرودی مناسب بیشتر باشد تعداد الكترونهای بیشتری از سطح فلز ازاد خواهند شد.

حالت های مواد

 

حالت های مواد

احمد شكیب

كلاً مواد در جهان در شش حالت ظاهر می شوند :

جامد، مایع، گاز، پلاسما، ماده چگال باس-اینشتین و حالت تازه كشف ‌شده: ماده چگال فرمیونی.

مواد جامد در برابر تغییر شكل مقاومت می‌كنند، آنها سخت و گاهی شكننده اند.

مایع‌ها به راحتی تغییر حالت می دهندو به سختی متراكم می‌گردند و شكل ظرف خود را می‌گیرند.

گاز‌ها كم چگال‌تر اند و ساده‌تر متراكم می‌شوند و نه‌تنها شكل ظرف محتویشان را می‌گیرند، بلكه آن‌قدر منبسط می‌شوند تا كاملا آن را پر كنند. در ترمودینامیك بررسی قوانین گاز ها از گازهای كامل استفاده می شود . این گازها معمولاً در شرایط استاندارد حالت گاز را به خود می گیرند.

حالت چهارم ماده، پلاسما، شبیه گاز است و اما ذرات سازنده آن یون ها می باشد. در جهان بیشتر مواد در حالت پلاسماهستند، مثل خورشید و سایر ستارگان . پلاسما اغلب بسیار گرم است و می‌توان آن را در میدان‌های مغناطیسی به دام انداخت.

حالت پنجم با نام ماده چگال باس-اینشتین (Bose-Einstein condensate) كه در سال 1995 كشف شد، در اثر سرد شدن ذراتی به نام باسن‌ها (Bosons) تا دما‌هایی بسیار پایین پدید می‌آید. باسن‌های سرد در هم فرومی‌روند و ابر ذره‌ای كه رفتاری بیشتر شبیه یك موج دارد تا ذره‌ای معمولی شكل می‌گیرد. ماده چگال باس-اینشتین شكننده‌است وسرعت نور در آن بسیار كم است .

دیبورا جین (Deborah Jin) از دانشگاه كلورادو كه گروهش در اواخر پاییز امسال ( 1382 ) موفق به كشف این شكل تازه ماده شده‌است، می‌گوید: وقتی شكل جدیدی از ماده روبرو می‌شوید باید زمانی را صرف شناخت ویژگی‌هایش كنید. آنها این ماده تازه را با سرد كردن ابری از پانصدهزار اتم پتاسیم - 40 تا دمایی كمتر از یك میلیونیم درجه بالاتر از صفر مطلق پدیدآوردند. این اتم‌ها در چنین دمایی بدون گران‌روی جریان می‌یابند و این نشانه ماده جدید بود. در دما‌های پایین‌تر چه اتفاقی می‌افتد؟ هنوز نمی‌دانیم.

ماده چگال فرمیونی بسیار شبیه ماده چگال باس-اینشتین (BEC) است. هر دو از فرورفتن اتم‌ها در دماهایی بسیار پایین ساخته‌می‌شوند. اتم‌های BEC باسن اند و اتم‌های ماده چگال فرمیونی، فرمیون. باسن‌ها درهم فرومی‌روند، اما فرمیون‌ها اینگونه نیستند. باسن‌ها اتم‌هایی هستند كه می‌توانند در هم فرو روند. به طور كلی اگر تعداد (الكترون + پروتون + نوترون اتمی) عددی زوج باشد، آن اتم یك باسن است. مثلا اتم‌های سدیم معمولی باسن ‌اند و می‌توانند به حالت فاز چگال باس-اینشتین ادغام شوند. اما فرمیون‌ها مطابق اصل طرد پائولی نمی‌توانند در یك واحد كوآنتومی در هم ادغام شوند. هر اتمی كه تعداد الكترون‌ها + پروتون‌ها + نوترون‌هایش عددی فرد باشد، مثل پتاسیم - 40 یك فرمیون است. گروه جین برای مقابله با خواص ادغام‌ناپذیری فرمیون‌ها از تأثیر میدان مغناطیسی بر آنها استفاده‌كردند.

میدان مغناطیسی سبب می‌شود اتم‌های تنهای فرمیون جفت شوند. قدرت این پیوند را میدان مغناطیسی تعیین می‌كند. جفت‌های اتم‌های پتاسیم برخی از خواص فرمیونیشان را حفظ می‌كنند، ولی كمی شبیه باسن‌ها عمل خواهند‌كرد. یك جفت فرمیون می‌تواند در جفت دیگری ادغام شود - و جفت تازه در جفتی دیگر ...- تا سرانجام ماده چگال فرمیونی شكل‌گیرد. در اثر این پدیده، گران‌روی (Viscosity) ماده به وجود آمده باید بسیار كم باشد. جفت‌های فرمیون می‌توانند درهم فروروند و شبیه باسن‌ها عمل كنند. مشابه این پدیده را در ابررسانایی می‌بینیم. در یك ابررسانا، جفت‌های الكترون (الكترون‌ها فرمیون اند) می‌توانند بدون هیچ مقاومتی جریان یابند. متأسفانه مطالعه و دسترسی به ابررسانا‌ها بسیار مشكل است. گرم‌ترین ابررسانای امروزی می توانند در دمای (135- )درجه سانتیگیراد عمل می‌كند و این بزرگ‌ترین مشكل برای مطالعه و استفاده از آنهاست. قدرت جفت‌شدن شگفت‌انگیز در حالت جدید، دانشمندان را امیدوار كرده‌است كه بتوانند از یافته‌های خود درباره حالت تازه ماده، برای تولید ابررساناها در دمای اتاق استفاده ‌كنند.

پیش بینى آینده

 

پیش بینى آینده

از دست رفتن اطلاعات در سیاهچاله ها و ناتوانى در پیش بینى آینده

استفن هاوكینگ

ترجمه: سلیمان فرهادیان

بشر همیشه دوست داشته است كه آینده را رام خود سازد یا حداقل بتواند آنچه را كه بعداً روى مى دهد پیش گویى كند. به همین دلیل است كه طالع بینى از چنین محبوبیتى برخوردار است. طالع بینى مدعى است حوادثى كه در زمین روى مى دهد با حركت سیارات در آسمان ارتباط دارد. این فرضیه با شیوه هاى علمى قابل آزمایش است، یا اگر طالع بینان جرات كرده و پیش گویى هاى مشخصى ارائه دهند، قابل آزمایش خواهد بود. با این همه طالع بینان آنقدر عاقلند كه پیش بینى هایشان چنان مبهم باشد كه بتوان براى هر پیشامدى به كار برد. هیچ وقت نمى توان اثبات كرد كه عبارت هایى همچون «ممكن است روابط شخصى مستحكم شود» یا «فرصت اقتصادى ارزشمندى به دست خواهید آورد» غلط است.

اما دلیل اصلى كه باعث مى شود اغلب دانشمندان به طالع بینى اعتقاد نداشته باشند، وجود شواهد علمى یا فقدان آن نیست بلكه این است كه با سایر نظریه هایى كه به طور تجربى آزمایش شده اند، هماهنگى ندارد. وقتى كه كپرنیك و گالیله كشف كردند كه سیارات به دور خورشید مى گردند و نه به دور زمین و نیوتن قوانین حاكم بر حركت آنان را كشف كرد، از اعتبار طالع بینى كاسته شد. چرا باید موقعیت سیارات دیگر در پس زمینه آسمان، آنگونه كه از زمین دیده مى شود، با ماكرومولكول هایى روى سیاره اى كوچك كه خود را موجودى هوشمند مى خوانند، ارتباطى داشته باشد؟ با این همه، این چیزى است كه طالع بینى انتظار دارد باور كنیم. براى بعضى از نظریه هایى كه در این كتاب بیان شده است نیز شواهد تجربى بیشترى نسبت به طالع بینى وجود ندارد، اما آنها را مى پذیریم، زیرا با نظریه هایى كه صحت آنها با آزمایش تایید شده است، سازگار است. موفقیت قوانین نیوتن و نظریه هاى دیگر به ایده موجبیت علمى (Scientific determinism) منجر شده است كه اولین بار آن را ماركى دولاپلاس دانشمند فرانسوى در ابتداى قرن نوزدهم ابراز كرد. لاپلاس بیان كرد كه اگر ما موقعیت و سرعت تمام ذرات جهان را در یك لحظه بدانیم مى توانیم با استفاده از قوانین فیزیك وضعیت جهان را در هر زمان دیگرى در گذشته یا آینده پیش گویى كنیم.

به عبارت دیگر اگر موجبیت علمى صحیح باشد، اصولاً مى توان آینده را پیش گویى كرد و نیازى به طالع بینى نیست. البته در عمل حتى نظریه هاى ساده اى همانند نظریه گرانش نیوتن معادلاتى را به وجود مى آورند كه نمى توان آنها را براى بیش از دو ذره، به طور دقیق حل كرد. گذشته از آن، معادلات اغلب خاصیتى به نام آشوب (chaos) دارند، به گونه اى كه تغییر كوچكى در موقعیت یا سرعت در یك زمان مشخص مى تواند به رفتارى كاملاً متفاوت در زمانى دیگر منجر شود. همان طور كه كسانى كه فیلم پارك ژوراسیك را دیده اند مى دانند، یك اختلال كوچك در جایى مى تواند به تغییر بزرگى در جاى دیگر منجر شود. پروانه اى كه بال هایش را در توكیو به هم مى زند مى تواند باعث بارش باران در سنترال پارك نیویورك شود. مشكل اینجاست كه توالى رویدادها تكرارپذیر نیست. بار دیگر كه پروانه بال هایش را به هم مى زند، عوامل متعدد و متفاوت دیگرى حضور دارند و باز هم بر وضعیت آب و هوا تاثیر مى گذارد. به همین دلیل است كه پیش بینى وضع آب و هوا اینقدر غیرقابل اعتماد است.

بنابراین اگرچه قوانین الكترودینامیك كوانتوم ما را قادر مى سازد كه اصولاً هر چیزى را در شیمى و زیست شناسى محاسبه كنیم، در پیش گویى رفتار انسان براساس معادلات ریاضى موفقیت چندانى نداشتیم. با این همه اغلب دانشمندان به رغم این مشكلات عملى، این ایده را پذیرفته اند كه اصولاً آینده قابل پیش گویى است.در نگاه اول شاید به نظر برسد كه اصل عدم قطعیت كه مى گوید موقعیت و سرعت یك ذره را نمى توان به طور همزمان با دقت اندازه گرفت، موجبیت را با مشكل مواجه سازد. هر چه كه موقعیت یك ذره را با دقت بیشترى اندازه بگیریم، دقت اندازه گیرى سرعت كمتر مى شود و برعكس. از بیان موجبیت علمى لاپلاس برمى آید كه اگر مكان و سرعت ذرات را در یك زمان مشخص بدانیم، مى توانیم موقعیت و سرعت آنها را هر زمان دیگرى در گذشته و آینده بدانیم. اما در شرایطى كه اصل عدم قطعیت مانع از آن مى شود كه مكان و سرعت ذرات را در یك زمان مشخص به طور دقیق تعیین كنیم، چگونه مى توانیم حتى اولین گام ها را برداریم. رایانه هاى ما هر چقدر كه عالى باشند، وقتى كه اطلاعات غلط وارد مى كنیم، پیش گویى هاى غلطى نیز دریافت مى داریم.

با این همه موجبیت به صورت اصلاح شده در نظریه جدیدى كه مكانیك كوانتوم (Quantum Mechanics) نام دارد و اصل عدم قطعیت را شامل مى شود، مجدداً مطرح شده است. تقریباً مى توان گفت كه در مكانیك كوانتوم مى شود نیمى از آنچه را كه از دیدگاه كلاسیك لاپلاس انتظار داریم، به دقت پیش بینى كرد. یك ذره در مكانیك كوانتوم، مكان یا سرعت كاملاً دقیقى ندارد، اما مى توان حالت آن را با استفاده از مفهومى كه تابع موج (Wave Function) نام دارد، نشان داد. تابع موج عددى به هر نقطه از فضا نسبت مى دهد كه احتمال یافتن ذره مورد نظر را در آن موقعیت بیان مى كند. میزان تغییر تابع موج از یك نقطه به نقطه دیگر بیانگر آن است كه سرعت محتمل ذرات مختلف چقدر است. بعضى از توابع موج در نقطه مشخصى از فضا داراى قله اى نیز هستند. در چنین مواردى میزان عدم قطعیت در مكان ذره مقدار كوچكى است. با این همه مى توان در نمودار مشاهده كرد كه در چنین مواردى تابع موج در نزدیكى قله موج به سرعت تغییر كرده، از یك طرف بالا رفته و از طرف دیگر پایین مى آید. این نكته بیانگر آن است كه توزیع احتمال سرعت در گسترده وسیعى پخش شده است.

از طرف دیگر قطار پیوسته اى از امواج را در نظر بگیرید. در این حالت عدم قطعیت مكان زیاد است، اما سرعت عدم قطعیت كمى دارد. بنابراین در توصیف یك ذره به وسیله تابع موج، سرعت و مكان آن كاملاً مشخص نیست. یعنى در تابع موج اصل عدم قطعیت رعایت شده است. اكنون دریافتیم كه تابع موج تمام چیزى است كه مى توان به روشنى بیان كرد. حتى نمى توان تصور كرد كه ذره سرعت و مكان مشخص دارد كه شیطان مى داند، اما از چشم ما پنهان است. این نظریه هاى «متغیرهاى پنهان» نتایجى را پیش گویى مى كند كه با مشاهدات هماهنگى ندارد. حتى شیطان هم دچار محدودیت اصل عدم قطعیت است و نمى تواند مكان و سرعت را بداند، او هم فقط مى تواند تابع موج را بداند.

نظریات آغاز و پایان - كائنات باز

 نظریات آغاز و پایان - كائنات باز

نظریه های مختلفی درباره پیدایش جهان ارائه شده است ولی مقبول ترین نظریه ، نظریه انفجار بزرگ است كه می گوید، جهان حدود 15 میلیارد سال پیش بر اثر انفجاری عظیم بوجود آمد. جهان در آغاز بسیار كوچك ، درخشان ، داغ و متراكم بود، اما از آن زمان تا كنون در حال انبساط و گسترش بوده است. در مورد پایان جهان هم نظریه های مختلفی وجود دارد:

برخی معتقدند جهان برای همیشه در حال گسترش و انبساط خواهد بود. كائناتی را كه همیشه در حال انبساط باشد، كائنات باز می نامند.

به عقیده برخی دیگر ، هنگامی كه جهان به اندازه معین رسید ، انبساط آن متوقف شده و در همان حال ثابت می ماند.

گروه دیگر می گویند جهان سرانجام از انبساط باز می ایستد و انقباض و فروپاشی درونی آن آغاز می گردد. طبق این نظریه فروپاشی بزرگ همان مراحل انفجار بزرگ را در جهت عكس طی خواهد كرد تا به یك نقطه واحد تبدیل شود. جهانی با این خصوصیات را كائنات بسته می گویند.

تقابل دو نیرو

كائنات در حال انبساط و گسترش است ولی نیرویی وجود دارد كه در مقابل این انبساط قرار می گیرد، آن نیرو ، گرانش است. بدلیل وجود نیروی گرانشی است كه ماده ، ماده را جذب می كند. پس مواد تشكیل دهنده كائنات می خواهند همدیگر را جذب كنند، لذا گرایش كل كائنات بر آن است كه روی خود فرو افتد و منقبض شود. آیا در این صورت نظر گروه سوم تایید می شود و كائنات فرو می پاشد؟

پاسخ این سوال بطور دقیق مشخص نیست. در اینجا با تقابل دو نیرو مواجهیم. یكی نیروی گرانشی و دیگری نیروی حاصل از انفجار بزرگ. هر كدام قویتر باشد، سرنوشت كائنات را رقم می زند. اگر نیروی گرانشی به اندازه كافی نیرومند باشد ، جریان دور شدن كهكشانها از یكدیگر روزی متوقف خواهد شد. آنها جهت خود را معكوس خواهند كرد و در یك حركت انقباضی رو به سوی یكدیگر خواهند گذاشت. درجه حرارت و چگالی افزایش خواهد یافت و كائنات با طی روندی معكوس مراحل عظیم انفجار بزرگ را تجربه خواهد كرد و كائنات بسته خواهد بود.

اگر دو نیرو با هم برابر باشند ، نظریه گروه دوم حاكم خواهد بود و جهان ثابت خواهد ماند ولی اگر نیروی حاصل از انفجار بزرگ قویتر از نیروی گرانشی باشد ، جهان همچنان به انبساط خود ادامه خواهد داد، كهكشانها از یكدیگر دورتر خواهند شد و كائنات ما كائناتی باز خواهد بود.

چگالی جهان

با وجود خلا فضای بین ستاره‌ای بنظر می رسد جرم جهان ما كمتر از آن باشد كه بتواند در آینده منقبض شود. آینده ما چگونه است؟ یك حریق بزرگ تازه یا شاید پیشروی به سمت سرمای بیشتر و فضای خالی بیشتر؟ برای پاسخگویی به این سوال ، باید نیروی گرانشی كائنات یا معادل آن چگالی ماده موجود در كائنات را حساب كنیم.

جهان در حال انبساط است و نیروهای جاذبه بین مواد باعث كند شدن این انبساط می شوند. هرچه جرم جهان متراكم تر باشد ، به همان اندازه چگالی زیاد شده و انبساط آن كندتر می شود. جهانی كه چگالی بالایی دارد ، ممكن است بالاخره به خاطر قدرت نیروهای جاذبه بین قسمتهای تشكیل دهنده اش ، منقبض شود و جهان بسته بماند (كائنات بسته).

اگر جهان به اندازه كافی چگالی نداشته باشد، برای همیشه در حال انبساط و بصورت جهان باز خواهد بود.(كائنات باز)

چگالی بحرانی

اندازه كافی كه برای چگالی گفته می شود، چقدر است؟ این اندازه برابر 5x10-27Kg/m3 است كه چگالی بحرانی می باشد. چگالی بحرانی معیاری است برای تعیین باز یا بسته بودن جهان.

اگر چگالی جهان از چگالی بحرانی بیشتر باشد، جهان ، جهان بسته خواهد بود.

اگر چگالی جهان از چگالی بحرانی كمتر باشد، جهان ، جهان باز خواهد بود.

اندازه گیری چگالی جهان

حال ببینیم چگالی جهان را چگونه اندازه بگیریم؟ چگالی كمیت یك ماده در واحد حجم معین است. حجم مورد نظر در مورد كائنات باید بسیار بزرگ باشد. حجمی شاید به اندازه یك ابرخوشه. برای محاسبه ماده موجود در این حجم ، جرم كهكشانها را با هم جمع می كنیم. این كار در مورد مواد مرئی كه به سمت ما نور می فرستند، میسر است ولی در مورد ماده ای كه نمی بینیم ، نمی توانیم جرم آن را حدس بزنیم. موادی مثل ستارگان و سیاره های مرده ، سیاره هایی كه دور از هر منشا نوری قرار دارند ، صورتهای احتمالی ماده كه هنوز نمی شناسیم ، ماده سیاه و ...

اسحاق نیوتن می گوید: ماده ، چه نورانی چه تاریك ، شناخته شده یا ناشناخته ، از طریق نیروی گرانشی خود را به ما نشان می دهد. فرض كنیم خورشید نور افشانی نمی كرد در این صورت نمی توانستیم آن را ببینیم ولی حركت سیاره ها به دور خورشید همچنان ادامه داشت و اختر شناسان می توانستند بدون آنكه قادر به دیدن خورشید باشند، به وجود آن پی ببرند و با دنبال كردن حركات زمین نسبت به ستارگان ، جرم آن را اندازه بگیرند.

اخترشناسان با بهره گیری از روشهای مشابه می‌توانند چگالی كل كائنات را اندازه بگیرند. نتیجه اندازه گیری آنها در كل فضای قابل مشاهده بطور میانگین حدود یك سوم اتم در حجم یك متر مكعب فضا است. به لحاظ نظری برای اینكه حركت كهكشانها در آینده متوقف یا معكوس شود ، این چگالی باید بیش از ده اتم در هر متر مكعب باشد. با توجه به واقعیات مشهود چنین امری بعید به نظر می رسد، ولی چون ابزار دقیق اندازه گیری نداریم، نمی توانیم این امكان را كاملا منتفی بشماریم، ولی اگر چنین باشد ، كائنات باز خواهد بود.

نسبت فراوانی هیدروژن سنگین (دوتریوم) به هیدروژن سبك از فرضیه كائنات باز حمایت می كند. پس سبك بودن كائنات و فراوانی دوتریوم نشان می دهد كه كائنات تا ابد منبسط خواهد شد.

روی دیگر سكه

در بحث فوق ما فرض كردیم می توانیم چگالی همه حفره های سیاه را كه بصورت ستاره های تاریك یا هاله های تیره هستند، محاسبه كنیم. ضمنا ما برای نوترینوها جرم در نظر نگرفتیم . ممكن است این ذرات جرمی هرچند بسیار بسیار اندك داشته باشند ولی به دلیل تعداد بیشمار آنها این جرم می تواند نتیجه محاسبات ما را معكوس كند.

نامریی كردن اجسام

یك محقق ایرانی در دانشگاه پنسیلوانیا به كمك یكی از همكارانش ، نشان داده است كه می توان با استفاده از پرتوهای پلاسمایی اجسام را نامریی كرد.

ایده نامریی كردن اجسام تا چندی پیش تنها در سطح داستانهای تخیلی علمی نظیر «مرد نامریی» ، «چ جی ولز» مطرح بود اما «نادر انقطاع» و «آندرآ آلو» از دانشگاه پنسیلوانیا شیوه ای را پیشنهاد كرده اند كه با استفاده از آن می توان با فناوریهای موجود، اجسام را تا حد زیادی غیر قابل رویت ساخت .

به اعتقاد فیزیكدان این روش كاربردهای متعددی در فناوری های نظامی مربوط به مخفی كردن و استتار اجسام خواهد داشت . در گذشته گروههایی از فیزیكدانان كوشیده بودند با روش موسوم به «روش آفتاب پرست» به استتار اشیا و اجسام دست یابند.

محققان دانشگاه توكیو نیز بر روی نوعی پارچه تحقیق می كنند كه بر همین مبنا عمل استتار را انجام می دهد: در داخل این پارچه دانه هایی نظیر رشته تسبیح كار گذارده شده كه می تواند صحنه ای را كه برروی آن تابانده می شود منعكس سازد و جسمی را كه این پارچه بر آن پوشانده شده نظیر بدن آفتاب پرست به رنگ محیط درآورد و به این ترتیب آن را نامریی سازد.

محقق ایرانی و همكارش با انجام محاسباتی نشان داده اند اجسام كروی یا استوانه ای كه با این قبیل سپرها پوشیده شوند، عملا نور بسیار كمی از خود بازمی تابند. در عمل زمانی كه این اجسام در معرض نور مریی قرار داده می شوند، نوری كه از آنها به چشم می رسد آنقدر اندك است كه عملا دیده نمی شوند.

یك محدودیت این فناوری آن است كه هر سپر مخصوص تنها برای یك طول موج خاص كار می كند و به عنوان مثال جسمی كه در زیر نور قرمز غیرقابل رویت شده اگر تحت پرتوهای به رنگ سبز یا آبی قرار گیرد قابل مشاهده خواهد بود. نكته دیگر آنكه سپر نامریی كننده زمانی عمل می كند كه طول موج با تابیده شده نزدیك ابعاد خود جسم باشد. به این ترتیب در مورد نور مریی، از این سپر تنها برای مخفی كردن اجسام میكروسكوپی می توان استفاده به عمل آورد. اجسام بزرگتر تنها هنگامی از دید پنهان می شوند كه پرتوهای با طول موج بلندتر به آنها تابیده شود. بنابراین با این فناوری نمی توان افراد یا خودروها را نامریی كرد.

اما انقطاع معتقد است كه از این فناوری می توان در زمینه های دیگر نظیر تولید موادی كه از برق زدن و درخشش اجسام جلوگیری می كنند استفاده به عمل آورد. این سپرها همچنین می توانند مانع از تاثیر نامطلوب نوری شوند كه از اجسام ریز پراكنده می شود و به این ترتیب می توانند بازده میكروسكوپها را افزایش دهند. یك كاربرد دیگر این روش نامریی كردن ماهواره ها در فضا است.

به نقل از سی پی اچ تئوری