ابتدا توضیح جامعی در مورد اثر کازیمیر (Casimir Effect) می دهیم.
این اثر شامل نیرویی می شود که نه می توان آن را اثر بار و نه گرانش و رد و بدل کردن ذرات بین دو جسم دانست.
آزمایشات کازیمیر نشان می داد که این نیرو مربوط به تشدید (Resonance) میادین انرژی در میان فضای دو جسم می باشد.
از آنجاییکه اعمال این نیرو دارای اثبات ریاضی است محققان این نیرو را به ذراتی مجازی در فضای بین دو جرم نسبت دادند. اما با این وجود مشکلات زیادی در آزمایش ها بود. برای مثال محققان تا به حال متوجه نشده اند چرا این نیرو در بین دو جرم تنها هنگامی اعمال می شود که دو جرم بسیار به هم نزدیک هستند!
این نیرو در ذرات بسیار کوچک میکرونی رسانا نیروی غالب به شمار می رود زیرا در این شرایط نیروی بار بین ذرات بسیار کم خواهد بود. این مورد در آزمایش کازیمیر در سال 1948 به طور واضح دیده شد. اما سوال دیگری بعد از آن بوجود آمد که چرا این اثر تنها در خلا نمایان می شود؟
سال 1948 هندریک کازیمیر (Hendrik B.G. Casimir) فیزیکدان هلندی در آزمایشگاه فیلیپس (Philips) دو صفحه ی فلزی بدون بار را در خلا موازی یکدیگر قرار داد. نیروی مشاهده شده در این آزمایش (بین دو صفحه) تقریبا 15 درصد آن چیزی بود که او در معادلات خود پیش بینی می کرد!
بعد از این آزمایش دانشمندان نیز دریافتند این نیرو همان نیرویی است که در بین اتم های بدون بار وجود دارد. نیرویی که آن را واندروالس (Van Der Waals) نامیده بودند.
"آزمایش کازیمیر: نیروی بوجود آمده از قرار دادن دو صفحه ی موازی بدون بار در خلا"
خود کازیمیر دلیل این موضوع را متوجه نشد که چرا این صفحات تنها در خلا بین خود نیرو رد و بدل می کنند ولی آن را به مقداری به نام ارزش انتظاری (فرضی) خلا مرتبط کرد و بیان نمود از آنجا که مکان های دیگر این ارزش را ندارند پس در آنجا چنین واکنشی صورت نخواهد گرفت.
برای مثال این مقدار در مکانیک هگز – بوزون 26 گیگا الکترون ولت می باشد.
با وجود پیشرفتهای زیادی در زمینه کیهانشناسی، معمایی که هنوز هم حل نشده ، مقدار چگالی ماده موجود در جهان است. چون قسمت نامشخصی از ماده بصورت نامرئی است، امکان دستیابی به مقدار آن برای اخترشناسان تقریبا غیر ممکن است. ولی اخیرا آنها پدیده تازهای کشف کردهاند که نوید روشن کردن بسیاری پرسشها را پیرامون مقدار تام ماده مرئی و نامرئی در کائنات و پراکندگی آن را در فضا به ما میدهد. این کشف عبارتست از پدیده سرابهای جاذبهای.
سرابهای گرانشی
«سرابهای جاذبهای» زمانی حاصل میشوند که دو ستاره یا بیشتر که در فاصلههای متفاوتی از زمین واقع شدهاند، بصورت کامل با کره زمین روی یک خط قرار گیرند و بنظر برسد که در آسمان باهم برخورد کردهاند. روشنایی دورترین ستاره برای رسیدن به ما باید از میدان گرانشی نزدیکترین ستاره بگذرد و در این عبور منحرف میشود. این انحراف روشنایی یک تغییر شکل و حتی نوعی تکثیر تصویر از ستاره پدید میآورد.
پیش بینی سراب جاذبهای
آلبرت انیشتین در سال ۱۹۳۶ با استفاده از نسبیت عمومی نشان داد که اگر از دید ناظر رصد کننده ، دو ستاره با کره زمین روی یک خط قرار گیرند، دورترین ستاره علاوه بر تصویر عادی خود که یک نقطهاست، تصویر دیگری به شکل یک حلقه نورانی در اطراف آن نقطه روشن ، پیدا خواهد کرد. این حلقه نورانی ، نوعی سراب کیهانی میباشدونوعی توهم بصری نیست زیرا در پدیده رادیستزی فیزیک کوانتوم اوراءیا هاله دور اجرام که به واسطه فوتونهای آن شئی میباشد بوجودمی ایند(۱). آلبرت انیشتین همخط شدن دو ستاره با زمین را امری بسیار غیر محتمل میدانست و این پدیده را فقط بصورت تئوری ارایه داده بود.
عدسی گرانشی
در پدیده سراب کیهانی ، ستاره نزدیکتر که قوه جاذبه آن ، روشنایی ستاره دورتر را منحرف میکند، «عدسی جاذبهای» نامیده میشود. این ستاره مانند عدسی عینک ، روشنایی ستاره را منحرف میکند تا سراب جاذبهای را پدید آورد. یک سال بعد از ارایه نظریه آلبرت انیشتین ، «فریتز زوایکی» همان کسی که موضوع ماده نامرئی را مطرح کرد با قبول تئوری آلبرت انیشتین ، به جای ستارهها ، کهکشانها و انبوههای کهکشانی را به عنوان عدسی گرانشی پیشنهاد کرد.
کشف سراب کیهانی
۴۲سال بعد از ارائه این نظریات ، در سال ۱۹۷۹ یک جفت کویزار اجسام ستاره مانند بسیار دور کشف شد که خیلی به هم نزدیک و شبیه بودند. فیزیکدانان بر این اعتقاد شدند که این شباهت حیرت انگیز حاصل تصادف نیست، یکی از این کویزارها میتواند سراب گرانشی کویزار دیگر باشد، ولی در این مورد باید عدسی گرانشی آنرا هم کشف میکردند.
پس از رصدهای دقیق ، کهکشانی کشف شد که روی یکی از کویزارها قرار گرفته بود. بدین ترتیب نخستین سراب کیهانی کشف شد. در واقع آنچه دیده میشد یک کویزار بیش نبود، و کهکشانی که بین این کویزار و زمین بصورت هم خط واقع شده بود، به عنوان عدسی گرانشی عمل کرده و دومین کویزار را بصورت سراب پدید آورده بود. پس از آن سرابهای دیگری نیز کشف شد. حتی حلقههای نورانی که آلبرت انیشتین پیش بینی کرده بود در جهت انبوههای کهکشانی دیده شدند.
رابطه بین سراب کیهانی و ماده نامرئی
یک سراب کیهانی ، حاصل و نتیجه تداخل عمل پیچیده میان روشنایی یک جسم نورانی سماوی «ستاره ، کویزار ، کهکشان یا انبوه کهکشانها) و میدان گرانشی یک عدسی گرانشی است. میدان جاذبه به توده تمام ماده (مرئی یا نامرئی) و تقسیم پراکندگی فضایی آن در عدسی بستگی دارد. از طرف دیگر ، مسیر روشنایی نیز تحت تاثیر میدان جاذبه گرانشی تمام مواد بین کهکشانی (مرئی یا نامرئی) است که میتواند میان جسم نورانی و عدسی و میان عدسی و زمین وجود داشته باشد.
بنابراین سرابهای کیهانی قادرند مارا نه تنها در مورد توده نامرئی در عدسیها ، بلکه درباره فضای میان کهکشانی نیز آگاه سازند. ولی یافتن سرابهای کیهانی کار آسانی نیست و مقدار سرابهایی که تا کنون یافته شدهاند، انگشت شمار میباشند. این کمیابی دلیل آنست که فضای میان کهکشانی نمیتواند پر از سیاهچالههای یک تکه تودهدار (حدود یک میلیارد برابر توده خورشید) باشد، زیرا این سیاهچالهها عدسیهای گرانشی بسیار خوبی هستند. فیزیکدانها امیدوارند با کشف سرابهای کیهانی ، بیشتر اسرار توده نامرئی کائنات را آشکار کنند.
منابع:
دانشنامه رشد به نقل از : هوپا
پدیده رادیستزی فیزیک کوانتوم-پرفسور مجتهدی جلد ۱
سلسله بحثهای محقق ارجمند استاد سید داوود موسوی
استیون هاوکینگ( Stephen Hawking )
متولد 8 ژانویه 1942
او از هر گونه تحرک عاجز است. نه می تواند بنشیند نه برخیزد. نه راه برود. حتی قادر نیست دست و پایش را تکان بدهد یا بدنش را خم و راست کند. از همه بدتر توانایی سخن گفتن را نیز ندازد. زیرا عضلات صوتی او که عامل اصلی تشکیل و ابراز کلمات اند مثل 99 درصد بقیه عضلات حرکتی بدنش در یک حالت فلج کامل قرار دارند. مشتی پوست و استخوان است روی یک صندلی چرخدار که فقط قلبش و ریه هایش و دستگاه های حیاتی بدنش کار می کنند و بخصوص مغزش فعال است. یک مغز خارق العلده که دمی از جستجو و پژوهش و رهگشایی بسوی معماها و نا شناخته ها باز نمی ماند.
این اعجوبه مفلوج استیفن هاوکینگ پرآوازه ترین دانشمند دهه آخر قرن بیستم است که اکنون در دانشگاه معروف کمبریج همان کرسی استادی را در اختیار داردکه بیش از دو قرن پیش زمانی به اسحق نیوتن کاشف قانون جاذبه تعلق داشت.همچنین وی را انیشتین دوم لقب داده اند زیرا می کوشد تئوری معروف نسبیت را تکامل بخشد و از تلفیق آن با تئوری های کوانتومی فرمول واحد جدیدی ارائه دهد که توجیه کننده تمامی تحولات جهان هستی از ذرات ریز اتمی تا کهکشان های عظیم باشد.
اینشتین معتقد بود که چنین فرمول یا قانون واحدی می بایست وجود داشته باشد و سالهای آخر عمرش را در جستجوی آن سپری کرد اما توفیقی نیافت.
استیفن هاوکینگ شهرت و اعتبار علمی خود را مدیون محاسبات ریاضی پیچیده و بسیار دقیقی است که در مورد چگونگی پیدایش و تحول سیاهچاله های آسمانی یا حفره های سیاه انجام داده است.این اجرام فوق العاده متراکم که به علت قدرت جاذبه بسیار قوی حتی نور امکان جدایی از سطح آن ها را نداردوجودشان بر اساس تئوری نسبیت انیشتین پیش بینی شده بود و به همین جهت هم سیاهچاله نامیده شدند.ردیابی و رویت آنها بوسیله قویترین تلسکوپ ها یا هر وسیله دیگر تا کنون ممکن نبوده است. با وجود این استیفن هاوکینگ با قدرت اندیشه و محاسبات ریاضی چون و چرا ناپذیرش- نه فقط وجود سیاهچاله ها را به اثبات رسانده و چگونگی شکل گیری و تحول آن ها را نشان داده بلکه به نتایج جالبی در رابطه این اجرام با کیفیت وقوع انفجار بزرگ Big Bang در آغاز پیدایش کیهان دست یافته است که در دانش فیزیک اختری و کیهان شناسی اهمیت بسزایی دارد و به عقیده صاحبنظران بنای این علوم را در قرن آینده تشکیل خواهد داد.
نظریهٔ ریسمان شاخهای از فیزیک نظری و بیشتر مربوط به حوزه فیزیک انرژیهای بالاست. این نظریه در ابتدا برای توجیه کامل نیروی قوی به وجود آمد ولی پس از مدتی با گسترش کرومودینامیک کوانتومی کنار گذاشته شد و در حدود سالهای ۱۹۸۰ دوباره برای اتحاد نیروی گرانشی و برطرف کردن ناهنجاریهای تئوری ابر گرانش وارد صحنه شد. بنا بر آن ماده در بنیادینترین صورت خود نه ذره بلکه ریسمان مانند است. یعنی تمام ذرات بنیادین (مثل الکترون، پوزیترون و فوتون) اگر با بزرگنمایی خیلی خیلی زیاد نگریسته شوند ریسماندیس هستند. ریسمان میتواند بسته (مثل حلقه) یا باز (مثل بند کفش) باشد.
همانطور که حالتهای مختلف نوسانی در سیمهای سازهای زهی مثل گیتار صداها(نتها)ی گوناگونی ایجاد میکند، حالتهای مختلف نوسانی این ریسمانهای بنیادین نیز به صورت ذرات بنیادین گوناگون جلوهگر میشود.
خاصیت مهم ابرریسمان که فیزیکدانان را به سمت خود کشاند این بود که این نظریه به طرزی بسیار طبیعی گرانش (نسبیت عام) و مدل استاندارد (نظریهٔ میدان کوانتوم) که سه نیروی دیگر موجود در طبیعت (یعنی الکترومغناطیس، نیروی ضعیف و نیروی هستهای قوی) را توصیف میکند به هم مرتبط میسازد.
ابعاد بالاتر
به طور سنتی فضایی که ریسمانها در آن میزیند بیست و شش بعدی است (البته همیشه اینطور نیست چنان که در زیر توضیح داده خواهد شد). عدد بیست و شش از روی ضوابط ریاضی و نظریهٔ گروهها (برای حفظ تقارن لورنس) به دست میآید. این امر ممکن است در ابتدا کمی ثقیل و مشکلزا به نظر برسد چرا که به هرحال ما در اطراف خود چهار بعد (سه بعد مکانی و یک بعد زمانی) بیشتر احساس نمیکنیم پس این بعدهای اضافه کجایند؟ جوابی که معمولا به این سوال داده میشود اینست که این (بعدها برخلاف چهار بعد دیگر) کوچک و نیز فشرده (معادل انگلیسی compact )هستند. فشرده یعنی آنکه اگر در جهت آنها به اندازهٔ کافی پیشروی کنید به جای اول خود باز میگردید. کوچک بودن هم معنایش اینست که برای آنکه به جای نخست بازگردید باید مسافت خیلی کمی را طی کنید.
برای نمونه یک لولهٔ بینهایت دراز را در نظر بگیرید. سطح این لوله مسلما دوبعدی است. یعنی مورچهای که روی سطح این لوله قرار دارد میتواند در دو راستای مستقل از هم حرکت کند. فرض کنید که سر مورچه در راستای طول لولهاست. مورچه میتواند یا عقب و جلو برود یا چپ-و-راست. اما اگر بهفرض این مورچه به اندازهٔ کافی (یعنی به اندازهٔ محیط لوله) در جهت چپ حرکت کند به جای اول خود باز میگردد، اما قضیه در مورد عقب جلو رفتن صدق نمیکند. پس یکی از بعدهای این فضای دوبعدی (یعنی یکی از بعدهای سطح لوله) فشرده و یکی نافشرده است.
اینک فرض کنید که این مورچه روی یک توپ قرار دارد. باز هم میتواند در دو راستای مستقل از هم حرکت کند منتهی اینبار در هر جهتی روی سطح کره مستقیم حرکت کند، پس از طی مسافتی (برابر با محیط دایرهٔ عظیمهٔ کره) به جای نخست بازمیگردد. پس این بار هر دو بعد این فضای دوبعدی (یعنی سطح توپ) فشرده است.
بازگردیم به فضای دوبعدی سطح لوله. این بار فرض کنید که محیط این لوله خیلی کم باشد یا مثلا به جای لوله یک کابل برق داشتهباشیم. برای مورچه (اگر به اندازهٔ کافی کوچک باشد)این کابل هنوز یک سطح دو بعدی است یعنی وقتی که روی سطح کابل قرار دارد میتواند در دو راستای مستقل از هم حرکت کند. اما برای ما انسانها کابل برق یک شی یک بعدی محسوب میشود چون فقط درازای آن قابل درک است.
حالتی بسیار شبیه به این در مورد این بعدهای اضافه در نظریه ریسمان رخ میدهد. به این معنی که ما به خاطر اندازهٔ بزرگ خود از درک این ابعاد اضافی عاجز هستیم اما این ابعاد برای بعضی از ذرهها با انرژی زیاد قابل دسترسی است.
دکتر حسابی یکبار تابستان برای مدت کوتاهی به ایران بازگشت و در خانه ای متعلق به آقای جمارانی تابستان را سپری می کرد و در همین ایام در حین مطالعات به این فکر افتادند که »علت وجود خاصیتهای ذرات اصلی باید در این باشد که این ذرات بی نهایت گسترده اند و هر ذره ای در تمام فضا پخش است و نیز هر ذره ای بر ذرات دیگر تاثیر می گذارد«. به این ترتیب به فکر آزمایشی افتاد که این نظریه را اثبات و یا نفی کند . او با خود فکر کرد اگر این تئوری صحیح باشد باید چگالی یک ذره مادی به تدریج با فاصله از آن کم شود و نه اینکه یک مرتبه به صفر برسد و نباید ذره مادی شعاع معینی داشته باشد. پس در اینصورت نور اگر از نزدیکی جسمی عبور کند باید منحرف شود و پس از اینکه محاسبات مربوط به قسمت تئوری این نظریه را به پایان رسانید پس از بازگشت به امریکا به راهنمایی پرفسور انیشتین در دانشگاه پرنیستون به تحقیقات در این زمینه پرداخت. پرفسور انیشتین قسمت نظری تئوری را مطالعه کرد و دکتر حسابی را به ادامه کار تشویق کرد. دکتر حسابی به راهنمایی پرفسور انیشتین به تکمیل نظریه پرداخت سپس یک سال دیگر در دانشگاه شیکاگو به کار پرداخت و آزمایشهایی در این زمینه انجام داد. وی با داشتن یک انتر فرومتر دقیق توانست فاصله نوری را در عبور از مجاورت یک میله اندازه بگیرد و چون نتیجه مثبت بود آکادمی علوم آمریکا نظریه دکتر حسابی را به چاپ رسانید. برخی همکاران از نامأنوس بودن و جدید بودن این فکر متعجب شدند و برخی از این نظریه استقبال کردند.
شرح آزمایشهای انجام شده و نتیجه آن:
در اثبات این نظریه اگر در آزمایش, نور باریک لیزر از مجاورت یک میله وزین چگال عبور داده شود, سرعت نور کم می شود. در نتیجه پرتو لیزر منحرف میگردد. هرگاه پرتو لیزر بطور مناسبی از میان دو جسم سنگین که در فاصله ای از هم قرار دارند عبور داده شود انحراف آن هنگام عبور از مجاورت جسم اول و سپس از مجاورت جسم دوم به خوبی معلوم میشود و این انحراف قابل عکسبرداری است.
این آزمایش گسترده بودن ذره را نشان می دهد. بر طبق این آزمایش انحراف زیاد پرتو لیزر فقط در اثر پراش نبوده بلکه مربوط به جسم است. بر حسب این نظریه هر ذره, مثلاً الکترون, کوارک یا گلویون نقطه شکل نیست بلکه بی نهایت گسترده است و در مرکز آن چگالی بسیار زیاد بوده و هر چه از مرکز فاصله بیشتر شود آن چگالی بتدریج کم می شود. بنابراین یک پرتو نور از یک فضای چگالی عبور کرده و شکست پیدا میکند و انحراف می یابد.
اختلاف تئوری بی نهایت بودن ذرات با تئوریهای قبلی:
در تئوریهای قبلی هر ذره قسمت کوچکی از فضا را در بر دارد یعنی دارای شعاع معینی است و خارج از آن این ذره وجود ندارد ولی در این تئوری ذره تا بی نهایت گسترده است و قسمتی از آن در همه جا وجود دارد. در تئوریهای جاری نیروی بین دو ذره از تبادل ذرات دیگر ناشی می شود و این نیرو مانند توپی در ورزش بین دو بازیکن رد و بدل می شود و این همان ارتباطی است که یبن آنها حاکم است و در تئوریهای جاری تبادل ذرات دیگری این ارتباط میان دو ذره را ایجاد میکند. مثلاً نوترون که بین دو ذره مبادله می شود, اما در تئوری دکتر حسابی ارتباط بین دو ذره همان ارتباط گسترده ایست که در همه جا بعلت موجودیت آنها در تمام فضا بین آنها وجود دارد.
ارتباط این تئوری با تئوری نسبیت انیشتین:
تئوری انیشتین می گوید: خواص فضا در حضور ماده با خواص آن در نبود ماده فرق دارد, به عبارت ریاضی یعنی در نبود ماده, فضا تخت است ولی در مجاورت ماده فضا انحنا دارد. اگر بگوییم یک ذره در تمام فضا گسترده است در هر نقطه از فضا چگالی ماده وجود دارد و سرعت نور به آن چگالی بستگی دارد به زبان ریاضی به این چگالی می توان انحنای فضا گفت.
ارتباط فلسفی این تئوری با فلسفه وحدت وجود:
در این نگرش همه ذرات جهان بهم مرتبط هستند. زیرا فرض بر این است که هر ذره تا بی نهایت گسترده است و همه ذرات جهان در نقاط مختلف جهان با هم وجود دارند.یعنی در واقع قسمت کوچکی از تمام جهان در هر نقطه ای وجود دارد.
رنگها و موجها
بدون تردید نور خورشید یکی از مهمترین نیازهای زندگی روی کره زمین است. اما دامنه ویژگیهای آن تنها به ایجاد زندگی و حیات در میان جانداران ختم نمیشود. در سال 1665 میلادی ، دانشمند بیست و سه ساله انگلیسی به نام آیزاک نیوتن به مطالعه نور مشغول بود. او در یک روز آفتابی و درخشان ، شیشههای اطاق را به کمک پردههایی ضخیم و بسیار تیره مسدود کرد، به گونهای که اطاق کاملا تاریک شد و از میان شکاف کوچکی در میان یکی از پردهها ، باریکهای از نور به درون اطاق میتابید. او این باریکه نور را از میان یک قطعه شیشه به شکل مثلث ، که منشور نامیده میشود، عبور داد. باریکه نور با گذشتن از میان منشور ، در مسیرش خمیده شد و شکست پیدا کرد.
نیوتون : قوانین ثابت روابط علت و معلول را تعیین میکنند.
انشتین : قوانین علمی توصیفهای احتمالات آماری هستند که به وسیلهی انسان تهیه شدهاند.
نیوتون : ماده و قانون وجودی عینی، قابل کشف و مجزا از مشاهده کننده دارند،
انشتین : همهی امور حسی وابسته به مشاهده کننده هستند و باید بالنسبه به او مورد تفسیر قرار گیرند.
نیوتون : ماده از ذرات مجزا یا نامربوط ترکیب شده است.
انشتین : ماده امواج انرژی است.
نیوتون : جرم مطلق است.
انشتین : جرم نسبت به سرعت و مشاهده کننده تغییر میکند.
نیوتون : جهان بینهایت است.
انشتین : جهان احتمالاً متناهی و در بُعد پنجم (انحنای فضا) کروی است.
نیوتون : مکان مطلق است، زمان مطلق است و حرکت نیز مطلق میباشد.
انشتین : مکان و زمان در یک سیستم چهار بُعدی متحد شدهاند.
نیوتون : جاذبه نیرویی است میان اجسام.
انشتین : میدان جاذبهای، یک خصوصیت مکانی که ماده را احاطه کرده است، موجب تغییراتی در مکان و زمان میشود.
نیوتون : اشعهی نور در خطوط مستقیم حرکت میکنند.
انشتین : میدان جاذبهای باعث انحنای اشعهی نور میشود.
نیوتون : حرکت بالنسبه به منبع نور، سرعت نور را تغییر میدهد.
انشتین : سرعت نور با توجه به همهی بینندگان در همه جا ثابت است.
نیوتون : مکان، مکان اقلیدسی است.
انشتین : مکان، مکان غیر اقلیدسی است.
نیوتون : قوانین طبیعت مطلق هستند، ماده مطلق است و زمان نیز مطلق میباشد.
انشتین : قوانین نیوتون و دیگر اصول، تعمیمات یا قضایای کلی موقتی یا آزمایشی هستند که براساس مدارک موجود تهیه شدهاند.
نیوتون : دنیای تصورات و دنیای روح در کنار دنیای مادی وجود دارد.
انشتین : دنیای نامعلوم، ما فوق قلمرو تحقیق است نه در کنار آن.
نیوتون : جهان دنیای مسدودی است، معرفت دربارهی آن به زودی معلوم خواهد شد. با اینکه دنیا نامتناهی است، مع ذلک بر طبق یک عده قوانین و اصول محدود که قابل شناختن هستند عمل میکند.
انشتین : جهان باز است؛ هر چیز ممکن است رخ دهد و احتمالاً رخ خواهد داد. تغییر ضروری است.
نیوتون : پدیده را ممکن است به طور مجزا بررسی نمود.
انشتین : پدیدهها را باید در کل میدان یا موقعیت متغیر یا دینامیک مورد تحقیق قرار داد.
نیوتون : قطعیت و ثبات خصوصیات اصلی جهان است.
انشتین : عدم ثبات و تغییر آشکارتر از هر چیز هستند.
ضدماده ها
فیزیکدانان در هر گوشه ای از دنیا، از ماشین هایی با تکنولوژی پیشرفته جهت تولید ذراتی که ضدماده نامیده می شوند، استفاده می کنند. فیزیکدانان بر این باور هستند که ضدماده در واقع تصویر آینه ای ماده است و تمام دنیای امروز ما فقط از ذرات مادی تشکیل شده است. همانگونه که شما و تصویرتان در آینه کاملا یکسان هستید فقط با این تفاوت که جای چپ و راست عوض شده اند، یک ذره و پادذره اش هم یکسان هستند به استثنای اینکه بار الکتریکی مخالف هم دارند.
این تحقیق، به احتمال زیاد هیچ چیز موجود را تغییر نخواهد داد و مسلما هیچ شباهتی با کرمچاله (Wormhole) ندارد. کرمچاله می تواند این امکان را برای شما فراهم کند که در یک لحظه از یک قسمت جهان به قسمت دیگر منتقل شوید. با این حال این تحقیق می تواند به دانشمندان کمک کند تا منشأ و ترکیب جهان را بشناسند. البته ذرات ضدماده کاربرد علمی هم پیدا کرده اند به عنوان مثال در تجهیزات پزشکی که برای تصویربرداری از مغز جهت نشان دادن فعالیت ذهنی به کار می رود، ضدذرات نقش مهمی دارند. تا به حال عده کمی از مردم که اغلب آنها را هم فیزیکدانان تشکیل می دهند، توانسته اند ضدماده را مشاهده کنند.
ما بیشتر با ماده آشنا تر هستیم. آب، هوا، تلویزیون، هر آنچه که می بینیم، لمس می کنیم، می خوریم، می نوشیم و هوایی که تنفس می کنیم، همه از ذرات کوچکی که اتم نامیده می شوند، ساخته شده اند. خود اتم ها هم از ذرات به مراتب کوچکتری به نام الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شده اند. الکترون ها بار الکتریکی منفی و پروتون ها بار الکتریکی مثبت دارند و نوترون ها هیچ بار الکتریکی ندارند. یک اتم معمولی از تعداد مساوی الکترون و پروتون تشکیل شده است اما تعداد نوترون ها لزوما با آنها برابر نیست. تعداد پروتون های یک اتم مشخص می کند، که نوع اتم چیست به عنوان مثال اتم هیدروژن یک پروتون و یک الکترون دارد و نوترون ندارد.
هر نوع از ذره یک پادذره هم دارد. آنتی پروتون درست مانند یک پروتون است با این تفاوت که بار الکتریکی منفی دارد. یک پوزیترون آنتی الکترون از همه لحاظ مانند الکترون است به استثنای اینکه بار الکتریکی مثبت دارد. هر گاه که پروتون و آنتی پروتون به هم برسند یا هنگامی که الکترون و پوزیترون با هم برخورد کنند، همدیگر را نابود می کنند و این نابودی منجر به تولید انرژی می شود.
رالف لاندائو فیزیکدان در سرن سوئیس می گوید: هنگامی که درباره ضدماده با همکارانم صحبت می کنم آنها خیلی در این باره هیجان زده نمی شوند و معمولا می پرسند که ضدذره جدید کدام است و چگونه رفتار می کند. اما هنگامی که با افرادی غیر از فیزیکدانان صحبت می کنم آنها با چشمانی خیره از تعجب نگاه می کنند و انگار با مسائلی کاملا غیر عادی مواجه شده اند. در آزمایشگاه سرن، لاندائو عضو گروهی است که ATHENA نامیده می شود. این گروه فیزیکدانان برای اولین بار موفق شدند پوزیترون و آنتی پروتون را به هم اتصال دهند. نتیجه این اتصال تولید اتم آنتی هیدروژن بود که همانا ساده ترین آنتی اتم است. اصول نظری ساخت ضد ماده بسیار ساده است اما در عمل تجهیزات لازم، بسیار پیشرفته و البته گران هستند. دانشمندان در سرن از یک نوع ماشین مخصوص، برای تولید ضد ماده استفاده می کنند. معمولا هنگامی که این پاد ذره ها ایجاد می شوند، انرژی زیادی دارند.
به همین خاطر در داخل ماشین، آنها را در تونل هایی دایره ای به حرکت درمی آورند. در بدو حرکت این پادذره ها در هر ثانیه یک میلیون دور در تونل حرکت می کنند اما با کمک میدان های الکتریکی و مغناطیسی سرعت آنها را کاهش می دهند و هنگامی که ضد ذره ها از حرکت باز ایستادند آنها را حفظ می کنند تا با ضدذره های دیگر ترکیب کنند و آنتی اتم به دست آورند. تا به حال آنتی هیدروژن اولین آنتی اتمی است که توسط انسان خلق شده است. تکه های ضد ماده ساخته شده توسط انسان می تواند پنجره ای رو به سوی لحظه های آغازین زمان باشد. لاندائو می گوید: یکی از بزرگ ترین اسرار جهان این است که هنوز مکانی که شامل ضد ماده باشد پیدا نشده است البته شاید شما هرگز درباره این موضوع شبی را با بی خوابی سپری نکرده باشید اما فیزیکدانان با این قضیه درگیر هستند. یک دلیل را برای لزوم اندیشیدن درباره ضد ماده بیان می کنیم.
بسیاری از فیزیکدانان بر این باور هستند که اگر جهان از انفجار بزرگ که Big Bang نامیده می شود، به وجود آمده است باید مقدار ماده و ضد ماده در جهان به یک اندازه تولید شده باشد. اما می دانیم که هر گاه ماده و ضد ماده با هم برخورد کنند همدیگر را خنثی می کنند و هر دو نابود می شوند. بنابراین می بایست طی اولین چند میلی ثانیه عمر جهان، پس از انفجار بزرگ این دو نوع ذره به هم می رسیدند و همدیگر را نابود می کردند. اما چنین نشده است شاید به این خاطر که در آغاز پیدایش جهان مقدار ماده اندکی بیشتر از ضدماده بوده است. لذا موقع برخورد این دو نوع ذره، تمام ضدماده نابود شده است و ماده باقی مانده، تمام جهان امروز را تشکیل داده است.
دانشمندان می خواهند دریابند که چه چیز باعث عدم تعادل ماده و ضدماده در ابتدای پیدایش جهان شده است. برای این منظور آنها آنتی اتم ها را مورد بررسی قرار می دهند و با اتم ها مقایسه می کنند و در جست وجوی تفاوتی ولو کوچک میان آنها هستند. این سئوالات بسیار مهم هستند زیرا اگر هیچ عدم تعادلی میان ماده و ضدماده نبود، ما در حال حاضر وجود نداشتیم. روند پروژه کند است البته به خاطر نارسایی تکنولوژی موجود. محققان ATHENA می توانند در هر ثانیه 100 اتم آنتی هیدروژن بسازند. با این سرعت، ساخت یک گرم آنتی هیدروژن چندین میلیارد سال به طول می انجامد و این زمان بیشتر از عمر جهان است. از طرفی دیگر ذخیره ضدماده نیز بسیار دشوار است زیرا به محض آنکه ضدماده با ماده تماس پیدا کند نابود می شود.
محققان در این اندیشه هستند که چگونه آنتی اتم های بیشتری بسازند، آنها را به دام بیندازند و برای مدت طولانی نگه دارند. البته این احتمال هم وجود دارد که مقادیر بزرگی از ضدماده در مکان هایی دور دست در فضای بیرون به شکل ضدستاره یا ضدکهکشان وجود داشته باشد. اما کاوش های طولانی هنوز چیزی را نشان نداده است. اما لاندائو هنوز امید خود را در این باره از دست نداده است. این امکان هم وجود دارد که جهان های دیگری وجود داشته باشند که ما قادر به دیدن آنها نباشیم و در آنجا برتری با ضدماده باشد. اما اینکه چرا حداقل یک مورد شبیه آن جهان در این بخش از جهان ما وجود ندارد هنوز یک راز است.منبع :شرق و ملاصدرا
کوارک چیست ؟
مدت زیادی این طور تصور می شد که پروتونها و نو ترونها ذرات بنیادی هستند وبنابراین گمان می رفت مثل تقسیم الکترون دیگرقابل تقسیم نبوده و دارای یک ساختار داخلی نیستند امروزه می دانیم که نو کلئونها یا به عبارت دیگر پروتونها و نو ترونها خود از ذرات کوچکتری ساخته شده اند که کوارک نامیده می شوند.
تا به حال 6نوع کوارک متفاوت شناسایی شده اند با این همه فقط دو نوع آنها در تشکیل مواد پایدار معمولی نقش مهمی دارند که عبارت از کوارک u و کوارک D هستند U علامت اختصاری برای بالا (UP) و D علامت اختصاری برای پایین (down) می باشد .
اگر روابط ونسبتها در اتمها که در مقایسه با کوارکها بزرگ هستند مهم و چشمگیر است این روابط در کوارکها ی کوچک مسلماً مهمتر هستند مثلا کوارکها هیچ گاه به تنهایی نقشی را به عهده ندارند بلکه همیشه در گروههای 2و 3تایی هستند ذراتی که از 2کوارک تشکیل می شوند مزون نام دارند ذراتی را که از 3کوارک دارند بار یون می نامند کوارکها درکنار بار الکتریی ای که دارند خاصیت مرموز دیگری نیز دارا می باشند که رنگ خوانده می شود کوراکها از ین جهت به قرمز سبز و آبی طبقه بندی می شود البته از این طبقه بندی باید رنگهای حقیقی را تصور کرد بلکه منظور نوع با ر الکتریکی آنهاست . بنابراین ذرات آزاد معلق درطبیعت باید همیشه دارای رنگ خنثی و به عبارت دیگر سفید باشند به شرخ زیر این نتیجه حاصل ی شودیک کوارک قرمز یک کوارک سبر ویک کوارک آبی یک گروه سه تایی مثلا یک پروتون می سازد.
همان طور که ترکیب رنگهای رنگین کمان رنگ سفید را به وجود می آورد ازترکیب رنگهای سه گانه کوارک نیز سفید به دست می آید به این ترتیب یک ذره سفید مجاز و پایدار تشکیل می شود. امکان دیگر این است که یک کوارک قرمز با یک ضد کوارک که رنگ ضد قرمز دارد یک زوج بسازند قرمز و ضد قرمز همدیگر را خنثی کرده رنگی خنثی را به وجود می آورند به هرحال چون این گروههای دوتایی (مزونها ) از ماده و پادماده ایجاد شده اندخیلی سر یع فور می پاشند به این جهت مزونها پایدار نیستند .
کوارکها نوکلئونها را میسازند وآنها به یکدیگر متصل شده هسته اتمها را به وجود می آروند . هسته هاو الکترونها دراتحاد با یکدیگر اتمها را ایجاد می کنند و اتمها نیز با پیوستن به یکدیگر مولکولها ی کوچک و بزرگ از قبیل مولکولهای آب یا سفیده تخم مرغ را می سازد.
میلیاردها مولکول سلولهای بدن ما را به وجودمی آورند و هرانسان در بدن خود میلیاردها سلول دارد اما با تمام تقاوتهایی که انسانها ،جانوران ،گیاهان سیاره ها و یا ستارگان با یکدیگر دارند باز هم تمام آنها فقط اط 3ذره زیر بنایی ساخته شده اند که عبارتند از کوراکها U کوارکهای D و الکترونها .
آیا کوارک ها را می توان مشاهده کرد؟ روشن است که کوارک ها را نمی توان مشاهده کرد بلکه می وشد وجود أنها را مثل هسته اتمها از طریق آزمایشهای فراوان پیچیده اثبات نمود برای این کار مثل آنچه که رادرفورد 75 سال پیش برای شناسایی هسته اتم انچام داد عمل می شود و پرو تونها یا الکترونها ی بسیار پر شتاب مورد اصابت قرار می گیردند بیشتر الکترونها در این آزمایش به ندرت تغییر مسیر می دهند ولی تعدادی از "آنها کاملا از مدار خود خارج می شوند درست مثل اینکه به گلوله های سخت وکوچکی در داخل پرو تونها برخورد کنند این گلوله های بسیار کوچک همان کوا رک ها هستند که در جستجویشان بوده ایم یک بررسی دقیق نشان داده که پرو تون در مجموع از سه سنگ بنای اولیه این چنین تشکیل شده است .
منبع : physicsir.com
آب ماده ای شگفت انگیز
هر مولکول آب دارای یک ناحیه مثبت و یک ناحیه منفی است که این دو ناحیه در دو طرف مولکول آب واقع شدهاند. شیمیدانها با کمک شواهد به این نتیجه رسیدهاند که مولکول آب شکل خطی ندارد، یعنی به این صورت نیست که دو اتم هیدروژن بصورت خطی در دو طرف یک اتم اکسیژن قرار گرفته باشند (HــOــH). بلکه مولکول آب حالت خمیده ای دارد که اتم های هیدروژن در سر مثبت مولکول و اتم های اکسیژن در سر منفی مولکول آب تجمع پیدا نموده اند.
ـــــــ وزن مولکولی آب ۱۸ است .با این وزن مولکولی در شرایط کره زمین ( از نظر فشار و دما ) آب می بایستی بحالت گاز باشد . امونیاک با وزن مولکولی ۱۷ در ۳۳ درجه سانتیگراد زیر صفر به حالت بخار است . هیدروژن سولفوریک که از حیث محل در جدول تناوب پهلوی أب قرار دارد و وزن مولکولی آن ۳۴ است در پایین تر از ۵۹ درجه سانتیگراد زیر صفر هنوز بخار است .
مایع بودن آب در حرارت معمولی بسیار شایان توجه است .آب تقریبا سه ربع مساحت زمین را پوشانیده و تاثیر فوق العاده مهم روی حرارت هوا و شرایط جوی دارد . اگر آب حالت استثنایی نداشت و خواص شیمیایی پیش بینی شده در جدول تناوبی را می داشت تغییرات جوی٬ شکل بلای آسمانی بخود می گرفت . و حیات در آن پایدار نمی ماند.
ــــــ گرمای ویژه ( مقدار گرمایی که باید ۱ کیلوگرم از هر ماده دریافت کند تا دمای آن ۱ درجه سانتیگراد افزایش یابد ) آب ۴۲۰۰ است (SI)و این بسیار زیاد است چون گرمای ویژه الکل و نفت ۲۴۰۰ و گرمای ویژه جیوه ۱۴۰ و این عدد برای مس برابر ۳۸۰ می باشد . استثنا بودن گرمای ویژه برای آب تاثیر زیادی بر روی تعادل دما بر روی کره زمین دارد . آب گرمای زیادی می خواهد تا بصورت مذاب و مایع در آید و فاصله بین ذوب و بخار شدن آن طولانی است یعنی مدت زیادی بحال مایع باقی می ماند و در درجات خیلی بالا بخار می شود و در نتیجه تغییرات حرارت را تعدیل می کند . بعبارت دیگر اگر آب در برابر تغییرات حرارت زمین این مقاومت را نمی داشت زمین قابل سکنی نمی شد و بشر نمی توانست روی آن زنگی و فعالیت کند .
ـــــــ تغییرات چگالی آب بین صفر تا ۴ درجه سانتیگراد استثنایی است . همه مواد با افزایش دما حجمشان زیاد و در نتیجه چگالی انها کم می شود ولی آب اینطور نیست و بر عکس است . یعنی اگر دمای آب را از صفر تا ۴ درجه سانتیگراد افزایش دهیم حجم آن کاهش می یابد و در نتیجه چگالی آن زیاد می شود .اگر اینطور نبود چه می شد ؟
با سرد شدن هوا و رسیدن به دماهای زیر صفر ، سطح آب یخ می زد و چون چگالی آن بیشتر از آب بود ، یخ به زیر آب می رفت و در کف دریا جای می گرفت و باز هم آب موجود در سطح دریا در اثر تماس با هوا سرد می شد و دوباره یخ می زد و به قطعه قبلی اضافه میشد و این عمل ادامه پیدا می کرد تا همه آب دریا یخ بزند. و زندگی تمام موجودات دریایی از بین می رفت.ولی در این حالت استثنایی سطح آب یخ می زند و چون چگالی آب با دمای ۴ درجه سانتیگراد از همه بیشتر است در زیر و کف دریا قرار می گیرد و به تدریج که بالا می رویم دما کاهش می یابد تا به صفر درجه سانتیگراد در سطح دریا برسد . در اینحالت با سرد شدن بیشتر دما اندکی ضخامت یخ افزایش می یابد و این یخ مانند یک لباس آب را می پوشاند ( رسانایی گرمایی یخ بسیار کم است و در واقع یک عایق حرارتی است ) و در زیر دما بین صفر تا ۴ درجه باقی می ماند و زندگی در زیر آب همچنان جریان پیدا می کند
ــــ آب خصوصیات دیگری نیز دارد که خالق متعال آن را به منظور استفاده مخلوقات خود چنین آفریده است .در میان اجسام فقط آب است که در حال انجماد، چگالی آن کمتر می شود و این باعث می شود که یخ در سطح آب باقی بماند و خود مانند لباسی آب را در برابر سرما محفوظ بدارد و هنگام بهار نیز یخ به سرعت ذوب شود .
ـــــــ چسبندگی سطحی آب بسیار زیاد است و همین باعث می شود که آب براحتی از آوند های درختان بالا رود ، در خاک نفوذ کند و باعث حیات آنها شود .
ــــــ خاصیت دیگر ، زیادی قدرت امتزاجی آب است . آب که بهترین مایع حلال است قسمت مهمی از بدن مارا تشکیل می دهد و مهمترین جز خون بشمار می رود .
خیلی از دانشمندان خواص شگفت انگیز آب را مطالعه کرده و خواسته اند علت آنرا کشف کنند ولی از قبول این ناگزیریم که اگر ما کیفیت حصول تمام پدیده ها را نیز بدانیم باز در مقابل سوال ( چرا ) یعنی موضوع علیت ، باید سکوت اختیار کنیم . غیر از آب اجسام دیگری نیز هستند که خواص شگرفی دارند و بشر با فکر محدود خویش از کشف و درک آنها عاجز است و باید در مقابل آنها سر حیرت و تعظیم فرود بیاورد .
جواب این چراها چیست ؟ایا جز آنست که نظم و ترتیب طبیعت روی یک حکمت عالیه و مشیت بالغه بوجود آمده و این لطفی است که خالق متعال به مخلوقات خود ارزانی فرموده است .
یک گروه از شیمیدانان در پژوهشی که شباهت زیادی به کار کیمیاگران باستانی دارد نشان دادهاند که میدان مغناطیسی میتواند خواص آبی را که در آن اکسیژن حل شده باشد، تغییر دهد.
به نوشته نشریه "جورنال او فیزیکال کمیستری"، ایچیرو اوتسوکا و سومیئو اوزکی از دانشگاه شینشو در ژاپن یک سلسله آزمایش روی آب مقطر در محیط خلا و بر روی آبی که اکسیژن در آن حل شده بود، انجام دادند.
این آزمایشها هر کدام در دو نوبت به انجام رسید. در نوبت اول بدون اعمال میدان مغناطیسی و در نوبت دوم تحت تاثیر یک میدان مغناطیسی صورت گرفت.
در این بررسی مشاهده شد که میدان مغناطیسی خواص آب مقطر را تغییر نمیدهد اما خواص آب حاوی اکسیژن را دستخوش تغییر میسازد. از جمله این تغییرات آنکه آب حاوی اکسیژن تحت تاثیر میدان مغناطیسی ویژگیهای جدیدی در طیف جذب نور بدست میآورد.
نتایج بدست آمده البته تاییدکننده دعاوی عجیبی که در گذشته به وسیله گروهی از شرکتهای تجاری در مورد خوا ص آب مغناطیسی شده مطرح شده بود، نیست اما این پرسش جدی را مطرح ساخته که چه عاملی موجب میشود میدان مغناطیسی بر ساختار آب تاثیر بگذارد.
By Ashoora.ir & Blog Skin