PDA

توجه ! این یک نسخه آرشیو شده میباشد و در این حالت شما عکسی را مشاهده نمیکنید برای مشاهده کامل متن و عکسها بر روی لینک مقابل کلیک کنید : بانک مقالات فیزیک



صفحه ها : [1] 2

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:19 AM
مقالات فیزیک
آيا ذرات بنيادي، " نوترينوها " جرم دارند؟

آيا ذرات بنيادي نوترينو ها جرم دارند؟ با توجه به آزمايشات قبلي ما، بله. ولي چقدر؟
يك نتيجه ي تعجب برانگيز پيشنهاد شده است كه مطابق آن چه ما فكر مي كرديم نيست.
نوترينو ها مانند فوتون ها، بدون جرم تصور مي شدند كه با سرعت نور در حال حركت اند.

در چند سال گذشته با مطالعه بر روي نوترينوهاي منتشر شده توسط خورشيد يا ايجاد شده توسط اشعه هاي كيهاني در اتمسفر زمين، فيزيكدانان متوجه شدند كه نوترينوها داراي جرمي بسيار كم ولي غير صفر هستند كه تقريبا 1ميليون بار از يك الكترون كوچك ترند. اين مقدارها با بررسي انرژي هاي جابه جا شده در واكنش هاي بين ذرات شناخته شده به دست مي آيند. در مقالات فيزيك مدرن كلپدر-كلينگروتائوسKlapdor-Kleingrothaus و همكارانش ادعا مي كنند كه موفق به ديدن يك نوع جديد از تضيف هسته اي شده اند.




اگر اين ادعا درست باشد، مي توان اين نتيجه را دريافت كه هر سه نوع نوترينوها داراي جرمي يكسان هستند و پنجره اي در فيزيك به رويمان باز خواهد شد كه به ما اجازه مي دهد تا اطلاعات خود را بالاتر ببريم.


http://i27.tinypic.com/xxamd.jpg
شكل2

براي آن كه جرم يك نوترينو رو را تصور كنيم، يك ذره ي بنيادي مانند الكترون را در نظر بگيريد كه حدود 1800 برابر از پروتون سبك تر است و نسبت به سنگين ترين ذره ي بنيادي شناخته شده يعني بوزون هاي WوZو كوارك هاي بالا 200000 برابر سبك تر است. علت اين همه اختلاف جرم حتي در مدل استاندارد ذرات بنيادي خود در هاله اي از ابهام است. در مقابل، پيش تر نوترينوها بدون جرم تصور مي شدند.
كليد ما "دستوارگي" است. در بيوشيمي دستوارگي ،handedness يك ملكول را توصيف مي كند كه ممكن است از شكل آينه ي خود متفاوت باشد. يك ملكول ساده مانند H2O مانند شكل آينه اي آن به نظر مي رسيد ولي يك ملكول پيچيده تر مانند دگستروز(شكلي از گلوكز) اين طور نيست. ملكول هاي دستواره در زيست شناسي بسيار با اهميت هستند ولي شكل آينه اي آن ها نه، چون معتقدند كه در تكامل زندگي به طور اتفاقي شكل يافته اند تا اين كه داراي تفاوت هايي ذاتي با شكل اصلي خود داشته باشد.
نوترينو ها يك شكلي شبيه به دستوارگي دارند. ذرات بنيادي يك حركت چرخشي(اسپين) ذاتي دارند. بيش تر ذرات مي توانند هم به صورت چپ گرد و هم به صورت راست گرد حول محور جهت حركتشان بچرخند ولي نوترينوها فقط به صورت چپ گرد مي چرخند.شكل2. مانند دستوارگي در زيست شناسي مي توانيم اين را به يك حادثه نسبت دهيم كه در اين جا آن حادثه بيگ بنگ است. داشتن خاصيت دستوارگي هميشگي براي ذرات داراي جرم غير ممكن است (چون جهت حركت اسپيني يك ذره ي داراي جرم مي تواند به حالت پايدار خود تغيير پيدا كند) بنابراين فيزيكدانان نتيجه گرفتند كه نوترينو ها داراي جرمي معادل صفر اند.

ولي در اين جا يك مشكل در اين بحث داريم كه به پادماده مربوط مي شود. هر ذره ي بنيادي پاد ذره ي مربوط به خود را دارد با جرمي برابر ولي بار الكتريكي مخالف. به عنوان مثال پادذره ي الكترون پوزيترون است. نوترينو هم يك پادذره ي خودش را دارد:پادنوترينو. پادنوترينو حالت دستوارگي مخالف نوترينو را داراست-هميشه در جهت راست گرد حول محور جهت حركتش مي چرخد. شكل2

جدا از شكل دستوارگي آن ها چه طور نوترينو را از پادنوترينو تشخيص مي دهيد؟ هردوي آن ها داراي بار الكتريكي خنثي و جرمي برابر هستند. ولي يك مقدار بارپايسته ديگري در انجام واكنش هاي بين ذرات وجود دارد: عدد لپتون . الكترون و نوترينو لپتون هستند و پوزيترون و پادنوترينو، پادلپتون هستند.تعداد لپتون منهاي تعداد پادلپتون در يك واكنش عدد لپتون ناميده مي شود. لپتون ها و پادلپتون ها مي توانند با روش هاي مختلفي ايجاد شوند مانند تبديل شدن يك نوترون به يك پروتون، يك الكترون و يك پادنوترينو. در اين مثال هيچ لپتوني در ابتدا وجود ندارد(نوترون باريون است) بعد يك لپتون(الكترون) و يك پادلپتون(پادنوترينو) ايجاد شده اند بنابراين عدد لپتون ثابت مانده است. در حقيقت اين در تمام تبديلات ذرات بنيادي پايسته است.

پايستگي عدد لپتون از آزمايشات برگرفته شد و هيچگونه توضيح تئوري در مورد آن وجود نداشت. در دهه ي هفتاد تحقيقات جديد در مورد مدل استاندارد فيزيك انرژي بالا چند بينش را پيشنهاد كرد: ذرات را در مدلي فرض كنيم كه در آن به وجود آمده اند كه در اين جا هم غير ممكن است كه پايستگي عدد لپتون را بشكند.مدل استاندارد قبلا از اين كه فيزيكدان از آن فراتر بروند هم بوده است. آن ها مي خواهند يك نظريه متحدي را به وجود بياورند تا وجود ذرات و نيروهاي بنيادي را سبب شود نه اين كه آن ها را توصيف كند به عنوان يك مدل استاندارد. در اين قالب بيش تر آرزومندانه-كه به آن "اتحاد بزرگ" مي گويند- پايستگي عدد لپتون به صورت خودكار نيست. بنابراين يك ديدگاه جديد ايجاد شد: عدد لپتون بايد تقريبا در طبيعت ثابت باشد چون در مدل هاي استاندارد خوبي امتحان شده است ولي بايد كمي توسط اثر اتحاد بزرگ از آن تجاوز كند.

اگر عدد لپتون ثابت نباشد طولي نخواهد كشيد كه يك راهي براي تشخيص يك نوترينو از يك پادنوترينو ساخته خواهد شد. آن ها مي توانستند در واقع دو نوع از يك ذره باشند. ذره كه به صورت راست گرد و يا چپ گرد باشد.شكل2. مانند يك ذره مانند الكترون. بنابراين اگر عدد لپتون ثابت نباشد، نوترينو مي توانست جرم داشته باشد. ولي جرم مي تواند خيلي كوچك باشد كه اين از اثري ناشي مي شود كه در مدل استاندارد غائب است. اندازه گيري جرم هاي بسيار كوچك بسيار سخت است ولي مطالعات انجام شده بر روي تضعيف هسته اي تريتيوم نشان داده است كه يك نوع از نوترينو حدودا كم تر از 2الكترون ولت است.
مطالعه و جست و جو بر روي جرم نوترينو به اين عامل هم بستگي دارد كه سه نوع نوترينو وجود دارد: الكترون نوترينو، مئون نوترينو و تائو نوترينو(كه هر كدام از آن ها به ترتيب با الكترون،مئون و تائو لپتون ها به وجود مي آيند). اين ما را به احتمال يك اثر مكانيك كوانتومي هدايت مي كند: در هنگام عبور از يك خلا، يك نوترينو مي تواند بدون اختيار از يك نوع به يك نوع ديگر تبديل شود. اين با "نوسان نوترينو" شناخته مي شود و تنها زماني مي تواند رخ دهد كه نوترينو داراي جرم باشد.

در حال حاضر شواهد بسياري براي نوسان نوترينو وجود دارد هم براي نوترينو هايي كه توسط خورشيد توليد مي شوند و هم براي نوترينوهايي كه از پرتوهاي كيهاني، در اتمسفر زمين ايجاد مي شود.(تبديل نوترينوها در "نوسان نوترينو" تناقض ميان تعداد نوترينوهايي كه ما انتظار داريم خورشيد توليد كرده باشد و تعداد نوترينوهايي كه ما آشكار مي كنيم را حل كرده است.) نتايج آزمايشات فقط از يك دسته ي ناقص از جرم هاي نوترينو هاحمايت مي كند كه از نظريه ي اتحاد بزرگ ناشي مي شود. اين آزمايش همچنين يك نتيجه تعجب برانگيز را داشته است كه زواياي تركيبي (mixing angles)(كه احتمال اين كه يك نوترينو از يك نوع به نوع ديگر تبديل شود را معين كند) خيلي بزرگ تر از آن هستند كه نظريه پردازان انتظار داشتند.

به نظر مي رسد كه منطقي باشد كه از طريق نتايج حاصل از ناپايستگي عدد لپتون نسبت به جرم نوترينو ترديد داشته باشيم. ولي نوسان نوترينو خود به تنهايي نمي تواند نشان دهد كه عدد لپتون ثابت است. خب آيا ما مي توانيم اين را از راهي ديگر انجام دهيم؟ اين چيزي است كهKlapdor-Kleingrothaus ادعا مي كنند با مشاهده ي تضيف Ge76 -هفتاد و شش عدد جرمي است- به Se76و2e -هفتاد و شش عدد جرمي است-توانسته اند انجام بدهند. اين واكنش "تضعيف دوتايي بدون نوترينو" ناميده مي شود و حالت پاياني داراي دو الكترون است(كه به عنوان ذراتb شناخته مي شوند) و پادنوترينويي مشاهده نمي شود-بنابراين واكنش با دو واحد از پايستگي عدد لپتون تجاوز مي كند. اگر اندازه گيري هاي نوسان نوترينو را با اين فرض كه ذرات مربوط همان سه ذره ي شناخته شده باشند را در كنار هم قرار دهيم آن گاه مي توانيم اين را دريابيم كه هر سه نوع نوترينو داراي جرمي يكسان هستند، حدودا چند ده الكترون ولت. اين يك نتيجه اي كاملا تعجب برانگيز است چون ديگر ذرات خانوادگي مانند كوارك ها و لپتون هاي باردار شده داراي جرمي يكسان نيستند. و اين فشار زيادي را روي تئوري جرم نوترينو خواهد گذاشت.

البته بايد به طبيعت سخت و استثنايي اين آزمايش هم توجه كرد.البته نسبت به تحليل هاي نويسنده در مورد پس زمينه و استخراج يك سيگنال بسيار كوچك هم انتقاد هايي شده است12و13 در هر صورت در آزمايش هاي طراحي شده در آينده استفاده از قسمت هايي بزرگ تر از Ge76(يا هسته هايي شبيه) مي تواند حساسيت و دقتي بالاتر را به ارمغان بياورد. با تخمين زدن اندازه گيري هاي "نوسان" قبل از اين ادعا فيزيكدانان حدس زده بودند كه براي نقض پايستگي عدد لپتون به دقتي معادل 1000 يا 10000برابر اين آزمايش نياز است.

درمورد نويسنده ي مقاله:
Edward Witten is at School of Natural Sciences,
Institute for Advanced Study, Olden Lane,
Princeton, New Jersey 08540, USA
e-mail:witten@ias.edu

منابع:
1.Klapdor-Kleingrothaus, H. V., Dietz, A., Harney, H. L. &
Krivosheina, I. V. Mod. Phys. Lett. A 16, 2409–2420 (2001).
2. Pati, J. & Salam, A. Phys. Rev. D 10, 275–289 (1974).
3. Georgi, H. & Glashow, S. Phys. Rev. Lett. 32, 438–441 (1974).
4. Yanagida, T. in Proc. Workshop on Unified Theory and Baryon
Number in the Universe (eds Sawada, O. & Sugamoto, A.) 95–98
(KEK, Tsukuba, 1979).
5. Gell-Mann, M. et al. in Supergravity (eds van Nieuwenhuysen, P.
& Freedman, D. Z.) 315–321 (North-Holland, Amsterdam, 1979).
6. Weinberg, S. in First Workshop on Grand Unification (eds
Frampton, P., Glashow, S. L. & Yildiz, A.) 347–362 (Math. Sci.
Press, Brookline, MA, 1980).
7. Bonn, J. et al. (MAINZ collaboration) Nucl. Phys. Proc. Suppl.
91, 273–279 (2001).
8. Fukuda, S. et al. (SuperKamiokande collaboration) Phys. Rev.
Lett. 85, 3999–4003 (2000).
9. Giacomelli, G. & Giorgini, M. (MACRO collaboration)

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:20 AM
نقطه کوانتومی چیست؟

موادی از قبیل سولفید سرب، سولفید روی، فسفات ایندیوم و غیره بسته به اندازه، طول موج یا رنگ معینی از نور را پس از تحریک الکترون ها با استفاده از یک منبع خارجی از خود ساطع می کنند. انتشار نور توسط نقاط کوانتومی در تشخیص های پزشکی کاربرد فراوانی دارد. این نقاط به صورت برچسب فلوئورسانتی عمل می کنند با این تفاوت که در برابر درخشان شدن خاصیت و توانایی خود را از دست نمی‌دهند و در برابر تعداد سیکل های تحریک و انتشار نور مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند
کاربردهای نقاط کوانتومی

http://cph-theory.persiangig.ir/1044-1.JPG
نقاط کوانتومی می توانند به گونه ای تنظیم شوند که در رنگ های مختلف با یک طول موج نور معین بدرخشند. به عبارتی می توانیم نقاط کوانتومی را بسته به فرکانس مورد نیاز نور انتخاب کنیم و باعث شویم تا یک گروه از نقاط کوانتومی مشابه گروه دیگری با یک یک طول موج بدرخشند. این امر به برچسبهای چندگانه امکان می دهد تا با استفاده از یک منبع نور وارد ردیابی شوند.
در دانشگاه فنی جورجیا و مرکز تحقیقات کمبریج ار نقاط کوانتومی در تصویر برداری سلول های تومور در موش استفاده شده است. این نقاط کوانتومی از هسته های کادمیومی به قطر 5 نانومتر که با سولفید سلینید پوشیده شده بودند درست شده بودند و توسط پوششی از پلیمر محافظت می شدند تا از حمله آنتی بادی های بدن موش به آنها و نیز نشت یونهای کادمیوم و سلینیوم سمی در بدن جلوگیری شود.
به پوسته خارجی این نقاط کوانتومی آنتی بادیهایی متصل شد تا به صورت هدفمند به سلول تومور پرستات متصل شوند.
نقاط کوانتومی با کمک جریان خون و از طریق تزریق وارد بدن شده و در محل تومور جمع شدند تا علاوه بر ایجاد قابلیت آشکار سازی در تصویربرداری به درمان و نابودی این سلولهای تومور نیز کمک نمایند.
امروزه از نقاط کوانتومی در تشخیص مرز واقعی بین سلولهای سالم و سلولهای تومور در مغز کمک گرفته می شود. تیمی از محققان از بنیاد کلینیک کلیولند اعلام داشته اند که نقاط کوانتومی در هنگام تزریق به حیوانات مبتلا به تومور مغزی در محل تومور تجمع می کنند این نقاط کوانتومی قابل رویت هستند و حتی زمانی که تحت تابش قرار نمی گیرند نیز مرئی می باشند.
نتایج کار این تیم تحقیقاتی در مجله نئوسرجری درج شده است. بر این اساس زمانی که حجم زیادی از نقاط کوانتومی به موشهای مبتلا به تومور مغزی تزریق شد، نانوکریستال های فلوئوروسانت در سلول های ایمنی موش ها (ماکروفاژها ) تجمع می کنند. این سلولها می توانند از سد بین مغز و خون بگذرند و در اطراف سلولهای مغزی جای گیرند.
زمانی که نور آبی یا نور ماورای بنفش به آنها تابانده می شود از خود نور فلوئورسانس قرمز ساطع می کنند. محقق این نور را با استفاده از دوربین های دیجیتالی ویژه ، وسایل اسپکتروسکوپی اپتیکی یا میکروسکوپ فلوئورسانس میدان تاریک دریافت می کنند و بدین ترتیب مکان دقیق تومور و حدفاصل آن با بافت سالم را تعیین می‌کنند.

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:21 AM
الفباي فيزيك - كار و گرما
كار و گرما

گرما نوعي انرژي است كه از اجسام گرم به اجسام سرد منتقل مي شود.

موتورهاي حاوي گاز داغ ...

ما بدون « موتورهاي گرمايي » نمي توانيم به نقاط دور دست مسافرت كنيم. در اين موتورها از سوخت براي ايجاد گازهاي داغ منبسط شده ودرنتيجه ايجاد حركت، استفاده مي شود. همچنين، اين موتورها توان اتومبيلها وقايقها وموشكها را تأمين مي كنند وژنراتورهاي برق را راه اندازي مي كنند.

توربينهاي بخار ...

در نيروگاهها به كمك توربينهاي بخار، گرماي توليد شده را به انرژي الكتريكي ( برق ) تبديل مي كنند. در مركز اين توربينها چرخي قرار دارد كه از يكسري پره تشكيل شده و به يك ميلة گردان وصل است. درون ديگ، آب تحت فشار زيادي جوشيده وبخاري با فشار بسيار زياد توليد مي كند. اين بخار با شدت به پره هاي توربين برخود كرده و موجب چرخش آنها مي شود. در يك توربين بخار كه با دقت طراحي وساخته شده باشد، تنها يك سوم انرژي بخار صرف چرخاندن پره ها مي شود.

موتورهاي بنزيني ...

در موتورها ي بنزيني، دراثر يك انفجار، گاز بسيار داغي ايجاد مي شود. اين گاز به جاي خروج از موتو، موجب حركت يك پيستون مي شود. در اين نوع موتورها، مخلوطي از قطرات بنزين وهوا به عنوان سوخت موتور مورد استفاده قرار مي گيرد. اين مخلوط در داخل سيلنر ( استوانه ) توسط جرقةئ شمع منفجر مي شود وگاز بسيار داغي توليد مي كند. اين گاز داغ، پيستون را به شدت به طرف پايين مي راند.

داخل يك موتور بنزيني معمولي چه اتفاقي مي افتد ؟ …

پيستون يك موتور بنزيني چهار ضربه اي به ترتيب، به طرف پايين، بالا، پايين وبالا حركت مي كند. حركت پيستون به طرف پايين وبالا يك ضربه نا ميده مي شود و هر ضربه اثر متفاوتي بر گازهاي داخل سيلندر دارد. اين ضربه ها به همين ترتيب و مدام تكرار مي شوند.

انبساط جامدات

چرا گرما جامدات را منبسط مي كند ؟…

وقتي يك جسم جامد گرم مي شود، مولكولهاي آن با انرژي بيشتري ارتعاش مي كنند وفاصلة مولكولها از يكديگر نيز بيشتر مي شود. در نتيجه، اين جسم جامد در تمام جهات، اندكي بزرگتر ( منبسط ) مي شود.

جريانهاي همرفتي ( جابجايي )

انبساط وهمرفتي گرمايي ...

همرفت ، انتقال انرژي گرمايي توسط جريانهاي مايع گرم ( يا گاز ) است.

هنگامي كه يك قطره از مايع گرم شود‌، منبسط شده وحجمش افزايش مي يابد. البته مقدار ماده ( جرم آن ) تغييري نمي كند و در حجم منبسط شده پخش مي شود. بنابراين چگالي يك مايع گرم كمتر از چگالي مايع سرد اطراف آن مي شود. پس در يك ظرف محتوي مايع گرم وسرد، مايع سرد به طرف ته ظرف پايين خواهد رفت ومايع گرم بالا خواهد آمد. اين مثال ساده، علت ايجاد جريان همرفتي را نشان مي دهد.

انبساط هوا

با گرم كردن هوا، انبساط آن وبا سرد كردن هوا، انقباض آن را خواهيد ديد.

وقتي يك بادكنك را در داخل ظرف آب جوش قرار دهيد، هواي داخل آن منبسط مي شود ( حجم بادكنك زياد مي شود ) و وقتي از ظرف خارج كنيد، سرد شده وهواي داخل آن منقبض مي شود ( حجم بادكنك كم مي شود ). اندازه گيري انبساط هوا ...

وقتي كه فشار گاز ثابت نگه داشته شود، حجم جرم معيني از گاز، متناسب با دماي كلوين آن است. به عبارت ديگر،

c مقدار ثابت = t دماي گاز بر حسب كلوين / حجم گاز v

رسانش گرما

قطعه اي از سيم مسي را بر روي شعلة چوب كبريت نگهداريد. گرما سريعأ در سيم مسي منتقل مي شود. با اينكه حركت گرما ديده نمي شود اما وقتي كه به انگشت شما مي رسد آن را احساس مي كنيد. به اين نوع انتقال انرژي گرمايي، رسانش يا هدايت گرمايي مي گويند.

آزمايش : آيا آب رساناي خوبي براي گرماست ؟

يك لولة آزمايش بلند را از آب سرد پر كنيد وآن را بهصورت كج بر روي شعلة ملايم چراغ نگه داريد. مقداري پودر رنگي را بالاي آب بريزيد و وسط لولة آزمايش را بهآرامي حرارت دهيد. بالا وپايين لوله را با دست لمس كنيد تا دماي اين دو نقطه را امتحان كنيد.

آيا هوا رساناي خوبي براي گرماست ؟

عايقهاي گرمايي خوب، نظير پرها، بلوز هاي پشمي و پلي استايرن داراي حفره هاي كوچك هوا هستند. اين حفره هاي كوچك، رساناي بدي براي گرما هستند، و عايقهاي بسيار مؤثري به شمار مي روند.در دما در صحبتهاي روزمره، اغلب مي گوييم كه « امروز هوا گرم است » يا « اين چاي سرد است ». اصطلاح علمي براي بيان ميزان گرم بودن اجسام را دما مي نامند.

اندازه گيري دما

دماسنـجها طوري مدرج مي شوند كه دمـا را بر حسب درجـة سيلسيوس نـشان بدهند. يخ هـميشه در دمـاي يكسانـي ذوب مـي شـود كـه آن را صفر درجه سيلسيوس مي نامند. بخار بالاي آب در حال جوش در فشار معمولي نيز هميشه دماي يكساني دارد كه آن را 100 درجة سيلسيوس مي نامند. اين دو دما را بر روي يك دماسنج مشخص مي كند وفاصلة بين آنها را به 100 قسمت تقسيم مي كنند و هر قسمت را يك درجة سيلسيوس مي گويند.

دماسنجهاي پزشكي ــ از دماسنجهاي پزشكي براي اندازه گيري دماي بدن انسان استفاده مي شود.

دماسنجهاي الكترونيكي ــ در دماسنجهاي الكترونيكي از يك شاخص ميله اي استفاده مي شود، اين شاخص، دما را به ولتاژ تبديل مي كند ودستگاه اكترونيكي، اين ولتاژ را به صورت يك عدد نشان مي دهد.

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:22 AM
بار - رنگ و مغناطيس - رنگ
نوشته: حسين جوادي

فوتون بسته انرژي در حال دوران است. همچنين ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي (الكترومغناطيسي) اطراف يك پرتو نوري ازنوع ميدانهاي الكترومغناطيسي استاتيك نست. ميدان الكترومغناطيسي كه توسط يك فوتون ايجاد مي شود، بسيار قوي تر از ميدان گرانشي آميخته با آن است. افزون بر آن تا كنون مشخص نشده كه انرژي ميدان گرانشي فوتون استاتيك است يا نوساني مي باشد. همچنين هنوز شناخته نشده كه اين دو ميداني ميدان الكترومغناطيسي و گرانشي چگونه توسط فوتون توليد مي شود و چرا تا اين اندازه اختلاف دارند. اين يك معماي حل نشده فيزيك است.

اجازه دهيد يك نگاه جديد به رفتار امواج الكترومغناطيسي در ميدان گرانشي بيندازيم، اين نگرش مي تواند در حل اين معما مفيد واقع شود. همچنانكه مي دانيم يك موج الترومغناطيسي از دو ميدان الكتريكي و مغناطيسي عمود بر هم تشكيل شده است. شكل 1


http://www.hupaa.com/Data/Pic/P00455.jpg


همچنانكه نسبيت عام پيشگويي كرده و شواهد تجربي نشان مي دهد، فركانس فوتون در ميدان گرانشي تغيير مي كند.

هنگاميكه يك فوتون در ميدان گرانشي سقوط مي كند، فركانس آن افزايش مي يابد.

در اين حالت چه اتفاقي مي افتد؟

در مجموع مي توان گفت نيروي گرانش روي فوتون كار انجام مي دهد. با توجه به رابطه

W = DE

يك قسمت از كار انجام شده توسط فوتون به انرژي التريكي و قسمت ديگر آن به انرژي مغناطيسي تبديل مي شود. شكل 2


http://www.hupaa.com/Data/Pic/P00455B.jpg


همچنانكه در بالاي صفحه بيان شد، براي اين پديده در فيزيك نظري تا بحال توضيحي ارائه نشده است. بنابراين در اينجا مي خواهم اين پديده را با توجه به نظريه. سي. پي. اچ. توضيح دهم:

Principle of CPH

CPH يك ذره بنيادي با جرم ثابت است كه با سرعت ثابت حركت مي كند. اين ذره داراي لختي دوراني است. در هر واكنش بين اين ذره با ساير ذرات يا نيروها در مقدار سرعت آن تغييري داده نمي شود، بطوريكه

gradVc=0 in all inertial frames and any space

اين ذره داراي اندازه حركت است :

P=mVc

همچنين داراي لختي دورانيI است.

هنگاميكه نيروي خارجي بر آن اعمال شود، قسمتي از سرعت انتقالي آن به سرعت دوراني (يا بالعكس ) تبديل مي شود، بطوريكه در مقدار Vc تغييري داده نمي شود. يعني اندازه حركت خطي آن به اندازه حركت دوراني و بالعكس تبديل مي شود. بنابراين مجموع انرژي انتقالي و انرژي دوراني آن نيز همواره ثابت است. تنها انرژي انتقالي آن به انرژي دوراني و بالعكس تبديل مي شود. هنگاميكه سي. پي. اچ. داراي حركت دوراني Spin است، گراويتون ناميده مي شود. شكل 3


http://www.hupaa.com/Data/Pic/P00455C.jpg


بار - رنگ و مغناطيس - رنگ

هنگاميكه يك سي. پي. اچ. وجود سي. پي. اچ. ديگري را احساس مي كند، آنها داراي اسپين مي شوند كه گراويتون ناميده مي شود. يك گراويتون نظير نيروي الكتريكي رفتار مي كند و گراويتون ديگر نظير نيروي مغناطيسي رفتار مي كند، بهمين دليل ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي ظاهر مي شود. شكل 4


http://www.hupaa.com/Data/Pic/P00455D.jpg


شكل 4 نشان مي دهد كه دو گراويتون با جرم m و اندازه حركت p=mVC در فاصله ي r , يكديگر را حس كرده و يكديگر را جذب مي كنند. اما چون مقدار سرعت آنها ثابت است، حركت انتقالي آنها به حركت دوراني Spin تبديل مي شود. هنگاميكه سي. پي. اچ. داراي اسپين، بصورت بار-رنگ يا مغناطيس-رنگ ظاهر مي شود. در واقع گراويتون به دليل آنكه داراي اسپين است به يكي از دو صورت بار-رنگ يا مغناطيس-رنگ وجود دارد.

يك فوتون از تعدادي گراويتون تشكيل مي شود كه داراي Spin هستند . شكل 5.

همچنين فوتون داراي اسپين است. بنابراين هنگاميكه فوتون با سرعت نور حركت مي كند، گرايتون هايي كه فوتون را تشكيل داده اند داراي حركتهاي زير مي باشند.

حركت انتقالي برابر سرعت نور، زيرا فوتون با سرعت نور منتقل مي شود و اجزاي تشكيل دهنده آن نيز الزاماً با همين سرعت منتقل مي شوند.

حركت دوراني (اسپين)، زيرا طبق اصل سي. پي. اچ. مقدار سرعت سي. پي. اچ. بيشتر از سرعت نور است و هنگاميه سي. پي. اچ. ها با يكديگر ادغام مي شوند و ساير ذرات را تشكيل مي دهند، مقداري از سرعت انتقالي آنها به اسپين تبديل مي شود.

و حركت ناشي از اسپين فوتون، زيرا گراويتون ها در ساختمان فوتون هستند و از حركت اسپيني فوتون سهم مي برند. شكل 5

در يك ميدان گرانشي، هنگاميكه فوتون بسمت آبي جابجا مي شود، گراويتون ها تبديل به انرژي مي شوند و زمانيكه فوتون بسمت قرمز جابجا مي شود، انرژي فوتون به گراويتون تبديل مي شود و سرانجام با تباه شدن انرژي ، ماده و پادماده پديد مي آيد. شكل 5


http://www.hupaa.com/Data/Pic/P00455E.jpg


در حقيقت CPH يك زير كوانتوم هستي در طبيعت است.

Sub Quantum of existence in Nature

اين زير كوانتوم داراي جرم است، پس جلوه ي ماده است، داراي اندازه حركت است كه بيان كننده ي انرژي است. همچنين داراي يك زير كوانتوم بار-رنگ يا مغناطيس-رنگ در اطراف خود است. هنگاميكه دو سي. پي. اچ. در زير كوانتوم بار-رنگ يا مغناطيس-رنگ يكديگر قرار گيرند، وجود يكديگر را حس كرده و همديگر را جذب مي كنند. شكل 6

يك كوانتوم انرژي از تعدادي سي. پي. اچ. تشكيل مي شود. همچنين سي. پي. اچ. ها روي سي. پي. اچ. هاي ديگر كار انجام مي دهند و توليد انرژي مي كنند. در واقع يك كوانتوم انرژي از تعدادي سي. پي. اچ. تشيل مي شود يك موج الكترومغناطيسي است.

سي. پي. اچ. ها هنگامي يكديگر را حس مي كنند كه با يكديگر تماس بگيرند (برخورد كنند كه در اينصورت به دليل اسپين يكديگر را مي رانند) يا در فاصله بسيار كمي از يكديگر باشند نظير فاصله اي به اندازه ي طول پلانك كه تقريباً برابر است با ( Plank Length that is equal 1.6x10-35 m) در چنين حالتي بار-رنگ/مغناطيس رنگ آنها روي يكديگر اثر كرده و يكديگر را جذب مي كنند. شكل 6


http://www.hupaa.com/Data/Pic/P00455F.jpg


گرانش Gravity

در نظريه سي. پي. اچ. ، گرانش يك جريان است. اين جريان دائمي بين تمام ذرات و اجسام وجود دارد. به عنوان مثال به زمين و ماه توجه كنيد.

زمين داراي ميدان گرانش است. يك ميدان گرانشي از تعداد متنابهي سي. پي. اچ. (گراويتون) تشكيل شده است. پس ميدان گرانشي زمين نيز از تعداد بيشماري سي. پي. اچ تشكيل شده است كه در اطراف زمين در حركت هستند.

فرض كنيم زمين منزوي است. يعني هيچ كنش و واكنشي بين زمين و ساير اجسام وجود ندارد. در اين صورت همه ي سي. پي. اچ. هايي كه به زمين مي رسند، جذب آن شده و از نيروهاي موجود در آنجا اطاعت مي كنند.

اما همچنان كه مي دانيم زمين منزوي نيست و با ساير احسام كنش متقابل دارد نگاهي به زمين و ماه بيندازيد. در اينجا دو ميدان وجود دارد، يكي ميدان گرانشي زمين و ديگري ميدان گرانشي ماه.

هنگاميكه يك گراويتون به زمين مي رسد، گراويتون ديگري زمين را ترك مي كند و به دليل آنكه داراي يك زير كوانتوم بار-رنگ/مغناطيس است، زمين را به دنبال خود مي كشد. تا جاييكه زمين از حوزه عمل اين زير كوانتوم ميدان خارج شود.

فرض كنيم دو سي. پي. اچ. با سرعت خطي Vc حركت مي كنند كه يكديگر ار احساس مي كنند. آنها يكديگر را جذب مي كنند و با توجه به gradVc=0 آنها داراي اسپين خواهند شد و مي توان نوشت:

gradVc=0 => axi+ayj+azk=0, that ax is accelerating on x axes, ay is accelerating on y axes, az is accelerating on z axes and i, j and k are unit vectors.


يعني مجموع شتاب ها روي سه محور برابر صفر است.

فرض كنيم كه سي پي. اچ. روي محور حركت انتقالي دارد. ما سرعت امواج الكترومغناطيسي برابر c نسبت به دستگاه لخت مي باشد. شكل 7

بنابراين مقدار سرعت آن تنها روي محور هاي y and z تغيير مي كند و شتاب روي محور x صفر است، يعني ax=0 تنها شتاب روي دو محور ديگر خواهد داشت بطوريكه ay+az=0 هنگاميكه :

ay=0 => az is maximum. And ay is maximum=> az=0



http://www.hupaa.com/Data/Pic/P00455G.jpg


يكي از سي. پي. اچ. ها به بار-رنگ تبديل مي شود و و براي آن مي توان تابع بصورت زير نوشت :

Ec=EcmCosw(t-x/c),


كه در آن Ec مقدار بار-رنگ است و Ecm مقدار مازيمم بار-رنگ است .

براي سي. پي. اچ. ديگر كه به مغناطيس-رنگ تبديل مي شود مي توان نوشت :

Bc=BcmCosw(t-x/c)


كه در آن Bc مقدار مغناطيس-رنگ است و Bcm مقدار ماكزيمم مغناطيس رنگ است. شكل 8


http://www.hupaa.com/Data/Pic/P00455H.jpg


و براي سي. پي. اچ. اختياري داريم :

E=nEcmCosw(t-x/c)

B=nBcmCosw(t-x/c)


هنگاميكه يك فوتون در حال سقوط در يك ميدان گرانشي است، تعداد n افزايش مي يابد. بنابراين شدت ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي يعني E and B افزايش مي يابد. و اين به معني آن است كه تعدادي سي. پي. اچ. وارد ساختمان فوتون مي شوند.

يك ذره ي باردار چگونه امواج الكترومغناطيسي منتشر مي كند؟

همچنانكه مي دانيم يك ذره باردار كه شتاب داشته باشد، امواج الكترومغناطيسي منتشر مي كند. هنگاميكه نيرويي روي ذره ي بار دار كار مثبت انجام دهد، يعني تعدادي سي. پي. اچ. وارد ساختمان الكترون مي شود. در حقيقت نيرو به انرژي تبديل مي شود و به عبارت ديگر بوزونها به انرژس تبديل مي شوند. شكل 9


http://www.hupaa.com/Data/Pic/P00455I.jpg


اما يك ذره ي باردار مي خواهد خواص ذاتي خود را حفظ كند. يك ذره ي باردار از تعدادي بار-رنگ تشكيل مي شود، در حاليكه انرژي الكترومغناطيسي از دو شيئي متفاوت يعني بار-رنگ و مغناطيس-رنگ تشكيل مي شود. بهمين دليل ذره باردار انرژي منتشر مي كند.

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:23 AM
شعور بلورهاي آب



شعور بلورهاي آب







بلور آب در پاسخ به احساس و تفكر انسان مي تواند اشكال متفاوت به خود بگيرد.شواهد نشان مي دهد كه ما از طريق معنا / عشق و دعا قادريم كه جهان اطراف خود را التيام بخشيم.از آنجاييكه تصويرها بسيار گوياتر از هر كلامي مي توانند پيام را بيان كنند /سعي بر اين داشته ايم كه ساده ترين تصاوير قانع كننده را جمع آوري كرده و نشان دهيم كه چگونه انديشه ها / واژه ها و احساسات ميتوانند بر روي كوچكترين ذرات/ چونان مولكولها اثر گذارند.

تصاوير و بحث مطرح شده در اين مطلب در واقع پروژه تحقيقاتي خارق العاده محقق ژاپني آقاي ماسارا ايموتو است.

http://edu9.dini.googlepages.com/masaru150.jpg/masaru150-medium.jpg تمامي تصاويري كه اين محقق تهيه كرده است در كتابش به نام (پيام آب )منتشر گرديده است.اگر هنوز هم شك داريد كه آيا انديشه هاي شما بر روي دنياي اطرافتان اثر مي گذارد يا خير با نگاهي بر اين كتاب قطعا تمامي ترديدهاي شما بر طرف خواهد شد .

http://edu9.dini.googlepages.com/emoto10.jpg/emoto10-medium.jpgآقاي ايموتو مشغول انجام تحقيقاتي گسترده است كه در طي آن سعي دارد اثر موسيقي / افكار و واژگان را بر روي مولكولهاي آب ثابت كند .

او تمامي مشاهدات خود را در كتابش ذكر كرده است.

تصويري كه مشاهده مي كنيد نمونه آبي است كه از سد فوجي وارا برداشته و سپس منجمد شده است .

همانطور كه مشاهده مي كنيد ساختار اين آب تاريك / نامنظم و بدون شكل بلوري است .



http://edu9.dini.googlepages.com/Dolphin.jpg/Dolphin-medium;init:.jpgپس از برداشتن يك نمونه از آب اين سد و مشاهده شكل بلور آن پس از منجمد شدن / كاهن اعظم معبد به مدت يكساعت در كنار سد مشغول خواندن دعا و نيايش شد. پس از اتمام مراسم دعا /نمونه تازه اي از آب سد برداشته شد وپس از منجمد كردن آن / از اين نمونه عكسبرداري شد. نتيجه حيرت آور بود . همانطور كه در عكس مشاهده مي كنيدتغييري شگفت آور در بلور پديد آمده است .

آن حباب زشت و بي شكل اكنون به صورت يك شش ضلعي منظم /روشن / و بلورين در آمده است .



تصوير زير نيز از نمونه آب همين سد پس از اتمام مراسم يكساعته دعا گرفته شده است .

http://edu9.dini.googlepages.com/SanbuichiSpring.jpg/SanbuichiSpring-medium;init:.jpg

آقاي ايموتو اظهار مي دارد كه در ميان 10000نمونه اي كه از اين آب گرفته است / چنين شكلي را مشاهده نكرده است .

اين تصوير در واقع يك بلور هفت ضلعي منظم را نشان مي دهد .



http://edu9.dini.googlepages.com/beforceremony.jpg/beforceremony-medium;init:.jpgاين تصوير در واقع از نمونه آب مقطري گرفته شده كه تحت تاثير هيچكدام از عواملي كه قبلا ذكرشد قرار نگرفته است .

{ عواملي چونان كلام / احساس / موسيقي و ... }



نمونه هاي مختلف از آب مقطر نشان ميدهد كه اين نوع آب داراي اشكال مختلف است ولي هيچكدام به صورت بلور در نمي آيند.

سپس براي همين نوع آب (مقطر ) نام انسان و برخي واژگان خوانده مي شود و يا براي همان آب موسيقي پخش مي شود ويا حتي نزديك عطر گل و گياه قرار داده مي شود.نتيجه حيرت آور و باور نكردني است !

يكي از اين نتايج جالب نشان مي دهد كه حتي نوع زبان نيز تاثير متفاوتي بر روي بلورهاي آب دارد. به عنوان مثال شكل بلوري كه با پخش صوت (thank you)ايجاد مي شود كاملا با واژه هم عرض معناييش در زبان ژاپني فرق مي كند .

تصاويري را كه مشاهده مي كنيد/ مواردي هستند كه آقاي ايموتو ادعا كرده در طي تحقيقاتش به آنها دست يافته است :

http://edu9.dini.googlepages.com/afterceremony.jpg/afterceremony-medium.jpg

1-بلورهايي كه از آب مناطق پاكيزه و بدور



از آلودگي تشكيل مي شوند به مراتب زيباتر و شكيلتر از بلور هايي هستند كه از منجمد كردن آبهاي مناطق آلوده و يا آبهاي راكد بدست مي آيند.

بلور تشكيل شده از آبهاي راكد و يا آلوده اساسا بي شكل و نا منظم هستند.



http://edu9.dini.googlepages.com/befor6.jpg/befor6-medium;init:.jpg
















تصويري كه از آب آلوده گرفته شده است



http://edu9.dini.googlepages.com/Masaru_Emoto_hado_water_foto_No_4_petit.jpg/Masaru_Emoto_hado_water_foto_No_4_petit-medium.jpg









تصويري بلوري كه از آب پاك چشمه اي گرفته شده است





2- هنگامي كه واژه (thank you)براي يك بطري آب مقطر خوانده مي شود / بلورهايي كه پس از منجمد كردن اين آب بدست مي آيد مشابه بلور همان آبي بود كه برايش موسيقي باخ را پخش كرده بودند .

3- هنگامي كه آهنگ

heart break hotel)الويس پريسلي براي آب نواخته مي شود/ بلورهاي حاصله به دو نيم مي شوند.

4-هنگامي كه براي آب موسيقي هوي متال يا واژگان منفي پخش مي شود و يا حتي در معرض افكار و احساسات منفي قرار مي گيرد پس از منجمد كردن آب نه تنها بلور تشكيل نمي شود بله ساختاري كاملا در هم و بر هم پيدا مي كند .



5- هنگامي كه آب در معرض روغن گلهاي معطر قرار مي گيرد / بلور هاي تشكيل شده پس از انجماد بسيار / نزديك به شكل گلهايي است كه عطر و يا روغن آنها در كنار آب قرار داده شده بود .

http://edu9.dini.googlepages.com/all.jpg/all-medium;init:.jpg

http://edu9.dini.googlepages.com/AmazingGrace.jpg/AmazingGrace-medium;init:.jpg



http://edu9.dini.googlepages.com/Merci.jpg/Merci-medium;init:.jpghttp://edu9.dini.googlepages.com/Sanskrit.jpg/Sanskrit-medium;init:.jpg













6- مطلب قابل توجه اينكه هنگامي كه آب در معرض واژه هاي منفي و يا افكار منفي قرار مي گرفت مانند بيان كلمه (آدولف هيتلر )نتيجه حاصله تصويري است كه نياز به هيچگونه تفسيري ندارد.

جسم ما در هنگام تولد از 70% آب تشكيل شده است . اين ميزان آب در طول حياتمان همچنان در جسم ما باقي مي ماند. كره زمين نيز از 70% آب تشكيل شده است .

با مطالبي كه در بالا ذكر شد / پر وا ضح است كه اكنون ثابت شده كه آب ديگر يك پديده فاقد حيات نيست / بلكه كاملا زنده و داراي شعور است .

شايد با مشاهده اين فرآيند به اين نكته بسيار قابل توجه پي مي بريم كه ما انسانها چه قدرت عظيمي را در خود نهفته داريم كه با انتخاب درست و افكار مثبت مي توانيم در معالجه خود و دنياي اطرافمان بسيار مؤثر باشيم البته اگر اين مساله را باور داشته باشيم .

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:24 AM
فـــيـزيـــــك نـــور(Optics)




ليزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation می باشد و به معنای تقويت نور توسط تشعشع تحريک شده است.اولين ليزر جهان توسط تئودور مايمن اختراع گرديد و از ياقوت در ان استفاده شده بود. در سال 1962 پروفسورعلی جوان اولين ليزر گازی را به جهانيان معرفی نمود و بعدها نوع سوم وچهارم ليزرها که ليزرهای مايع و نيمه رسانا بودند اختراع شدند.در سال 1967 فرانسويان توسط اشعه ليزر ايستگاههای زمينی شان دو ماهواره خود را در فضا تعقيب کردند, بدين ترتيب ليزر بسيار کار بردی به نظر آمد.نوری که توسط ليزر گسيل می گردد در يک سو و بسيار پر انرژی و درخشنده است که قدرت نفوذ بالايی نيز دارد بطوريکه در الماس فرو ميرود . امروزه استفاده از ليزر در صنعت بعنوان جوش اورنده فلزات و بعنوان چاقوی جراحی بدون درد در پزشکی بسيار متداول است.

ليزرها سه قسمت اصلی دارند:
۱-پمپ انرژی يا چشمه انرژی: که ممکن است اين پمپ اپتيکی يا شيميايی و ياحتی يک ليزر ديگر باشد
۲- ماده پايه وزفعال که نام گذاری ليزر بواسطه ماده فعال صورت ميگيرد
۳- مشدد کننده اپتيکی : شامل دو اينه بازتابنده کلی و جزئی می باشد

طرز کار يک ليزر ياقوتی:
پمپ انرژی در اين ليزر از نوع اپتيکی ميباشد ويک لامپ مارپيچی تخليه است(flash tube) که بدور کريستال ياقوت مدادی شکلی پيچيده شده(ruby) کريستال ياقوت ناخالص است و ماده فعال ان اکسيد برم و ماده پايه ان اکسيد الومينم است.
بعد از فعال شدن اين پمپ انرژی کريستال يا قوت نور باران می شودو بعضی از اتمها رادر اثرجذب القايی-stimulated absorption برانگيخته کرده وبه ترازهای بالاتر می برد.

پديده جذب القايی: اتم برانگيخته = اتم+فوتون

با ادامه تشعشع پمپ تعداد اتمهای برانگيخته بيشتر از اتمهای با انرژی کم ميشود به اصطلاح وارونی جمعيت رخ می دهد طبق قانون جذب و صدور انرژی پلانک اتمهای برانگيخته توان نگهداری انرژی زيادتر را نداشته وبه تراز با انرژی کم بر ميگردند وانرژی اضافی را به صورت فوتون ازاد می کنند که به اين فرايند گسيل خودبخودی گفته می شود ولی از انجايی که پمپ اپتيکی
مرتب به اتمها فوتون می تاباند پديده ديگري زودتر اتفاق می افتد که به ان گسيل القايی-stimulated emission گفته می شود .وقتی يک فوتون به اتم برانگيخته بتابد ان را تحريک کرده و زودتر به حالت پايه خود بر می گرداند.

گسيل القايی: اتم+دو فوتون = اتم برانگيخته+ فوتون

اين فوتونها دوباره بعضی از اتمها را بر انگيخته ميکنند و واکنش زنجير وار تکرار می شود.
بخشی از نور ها درون کريستال به حرکت در می ايند که توسط مشددهای اپتيکی درون کريستال برگرداننده می شوند واين نورها در همان راستای نور اوليه هستد بتدرج با افزايش شدت نور لحظه ای می رسد که نور ليزر از جفتگر خروجی با روشنايی زياد بطور مستقيم خارج می شود .

ليزر CO2
ليزرهاي گازي نوع خاصي از ليزر است كه در آن گازي داخل يك لوله ي شفاف مثل لامپ مهتابي مي رود. عبور جريان از اين لوله باعث رفت و آمد ِفوتون مي شود. اولين نوع ِاين ليزرها هليم نئون بود. يعني همين ليزرهاي خانگي و مدارس. اين ليزر ِايمن توسط يك ايراني در مؤسسه ي بل به نام دكتر علي جوان اختراع شد. نوع ديگر ليزر ليزر CO2 است. البته در محفظه ي آن هليوم و مقداري نيتروژن هم هست. كاز نيتروژن انرژي ِالكترودها را ذخيره مي كند. پس از برخورد مولكولهاي نيتروژن به مولكول CO2 اين انرژي انتقال مي يابد. مولكولهاي CO2 برانگيخته مي شوند. گاز هليوم به انتقال ِانرژي كمك مي كند. همچنين كمك مي كند تا مولكولهاي دي اكسيد كربن زودتر به ترازهاي انرژي عادي يا حالت عادي خود برگردند. اين ليزرها بازده خوبي دارند.

كاربردهاي ليزر :

تمام نگاري

تمام نگاري ( هولوگرافي) يك تكنيك انقلابي است كه عكسبرداري سه بعدي (يعني كامل ) از يك جسم و يا يك صحنه را ممكن مي كند. اين تكنيك در سال 1948 توسط گابور ابداع شد ( در آن زمان به منظور بهتر كرده توان تفكيك ميكروسكوپ الكتروني پيشنهاد شد) و به صورت يك پيشنهاد عملي در آمدو اما قابليت واقعي اين تكنيك پس از اختراع ليزر نشان داده شد.
اساس تمام نگاري به اين صورت است كه باريكه ليزر بوسيله آينه كه قسمتي از نور را عبور مي دهد به دو باريكه ( بازتابيده و عبوري) تقسيم مي شوند. باريكه بازتابيده مستقيما به صفحه حساس به نور برخورد مي كند در حالي كه باريكه عبوري جسمي را كه بايد تمام نگاري شود روشن مي كند. به اين ترتيب قسمتي از نوري كه از جسم پراكنده شده هم روي صفحه حساس ( فيلم ) مي افتد. به علت همدوس بودن باريكه ها يك نقش تداخلي از تركيب دو باريكه روي صفحه تشكيل مي شود حالا اگر اين فيلم ظاهر شود و تحت بزرگنمايي كافي بررسي شود مي توان اين فريزهاي تداخلي را مشاهده كرد. فاصله بين دو فريز تاريك متوالي معمولا حدود 1 ميكرومتر است. اين نقش تداخلي پيچيده است و هنگامي كه صفحه را به وسيله چشم بررسي مي كنيم به نظر نمي رسد كه حامل تصوير مشابه با جسم اوليه باشد اما اين فريزهاي تداخلي در واقع حامل ضبط كاملي از جسم اوليه است.

حال فرض كنيد كه صفحه ظاهر شده را دوباره به محلي كه در معرض نور قرار داشت بازگردانيم و جسم تحت مطالعه را برداربم باريكه بازتابيده اكنون با فريزهاي روي صفحه برهمكنش مي كنند و دوباره در پشت صفحه يك باريكه پراشيده ايجاد مي كندبنابراين ناظري كه به صفحه نگاه مي كند جسم را در پشت صفحه مي بيند طوري كه انگار هنوز هم جسم در آنجاست.

يكي از جالبترين خصوصيات تمام نگاري اين است كه جسم بازسازي شده رفتار سه بعدي نشان مي دهد بنابراين با حركت دادن چشم از محل تماشا مي توان طرف ديگر جسم را مشاهده كرد. توجه كنيد كه براي ضبط تمام نگار بايد سه شرط اصلي را براورد: الف) درجه همدوسي نور ليزر بايد به اندازه كافي باشد تا فريزهاي تداخلي در روي صفحه تشكيل شود. ب) وضعيت نسبي جسم - صفحه و باريكه ليزر نبايد در هنگام تاباندن نور به صفحه كه حدود چند ثانيه طول مي شكد تغيير كند در واقع تغيير محل نسبي بايد كمتر از نصف طول موج ليزر باشد تا از درهم شدن نقش تداخلي جلوگيري كند. ج) قدرت تفكيك صفحه عكاسي بايد به اندازه كافي زياد باشد تا بتواند فريزهاي تداخلي را ضبط كند.
تمام نگاري به عنوان يك تكنيك ضبط و بازسازي تصوير سه بعدي بيشترين موفقيت را تاكنون در كاربردهاي هنري داشته است تا در كاربردهاي علمي . اما بر اساس تمام نگاري از يك تكنيك تداخل سنجي تمام نگاشتي در كاربردهاي علمي به عنوان وسيله اي براي ضبط و اندازه گيري واكنشها و ارتعاشات اجسام سه بعدي استفاده شده است.


اندازه گيري و بازرسي

خصوصيات جهتمندي درخشايي و تكفامي ليزر باعث كاربردهاي مفيد زيادي براي اندازه گيري و بازرسي در رشته مهندسي سازه و فرايندهاي صنعتي كنترل ابزار ماشيني شده است. در اين بخش تعيين فاصله بين دو نقطه و بررسي آلودگي را نيز مد نظر قرار مي دهيم

يكي از معمولترين استفاده هاي صنعتي ليزر هم محور كردن است. براي اينكه يك خط مرجع مستقيم براي هم محور كردن ماشين آلات در ساخت هواپيما و نيز در مهندسي سازه براي ساخت بناها پلها و يا تونلها داشته باشيم استفاده از جهتمندي ليزر سودمند است. در اين زمينه ليزر به خوبي جاي وسايل نوري مانند كليماتور و تلسكوپ را گرفته است. معمولا از يك ليزر هليم - نئون با توان كم استفاده مي شود و هم محور كردن عموما به كمك آشكارسازهاي حالت جامد به شكل ربع دايره اي انجام مي شود. محل برخورد باريكه ليزر روي گيرنده با مقدار جريان نوري روي هر ربع دايره معين مي شود. در نتيجه هم محور شدن بستگي به يك اندازه گيري الكتريكي دارد و در نتيجه نيازي به قضاوت بصري آزمايشگر نيست. در عمل دقت رديف شدن از حدود 5µm تا حدود 25µm به دست آمده است.

از ليزر براي اندازه گيري مسافت هم استفاده شده است. روش استفاده از ليزر بستگي به بزرگي طول مورد نظر دارد . براي مسافتهاي كوتاه تا 50 متر روشهاي تداخل سنجي به كار گرفته مي شوند كه در آن ها از يك ليزر هليم - نئون پايدار شده فركانسي به عنوان منبع نور استفاده مي شود. براي مسافتهاي متوسط تا حدود 1 كيلومتر روشهاي تله متري شامل مدوله سازي دامنه به كار گرفته مي شود. براي مسافت هاي طولاني تر مي توان زمان در راه بودن تپ نوري را كه از ليزر گسيل شده است و از جسمي بازتابيده مي شود اندازه گيري كرد.

در اندازه گيري تداخل سنجي مسافت از تداخل سنج مايكلسون استفاده مي شود. باريكه ليزر به وسيله يك تقسيم كننده نور به يك باريكه اندازه گيري و يك باريكه مرجع تقسيم مي شود باريكه مرجع با يك آينه ثابت بازتابيده مي شود در حالي كه باريكه اندازه گيري از آينه اي كه به جسم مورد اندازه گيري متصل شده است بازتاب پيدا مي كند. سپس دو باريكه بازتابيده مجددا با يكديگر تركيب مي شوند به طوري كه با هم تداخل مي كنند و دامنه تركيبي آن ها با يك آشكار ساز اندازه گيري مي شود. هنگامي كه محل جسم در جهت باريكه به اندازه نصف طول موج ليزر تغيير كند سيگنال تداخل از يك ماكزيموم به يك مينيموم مي رسد و سپس دوباره ماكزيموم مي شود. بنابراين يك سيستم الكترونيكي شمارش فريزها مي تواند اطلاعات مربوط به جابجايي جسم را به دست دهد. اين روش اندازه گيري معمولا در كارگاههاي ماشين تراش دقيق مورد استفاده قرار مي گيرد و امكان اندازه گيري طول با دقت يك در ميليون را مي دهد. بايد يادآوري كرد كه در اين روش فقط مي توان فاصله را نسبت به يك مبدا اندازه گيري كرد. برتري اين روش در سرعت دقت و انطباق با سيستم هاي كنترل خودكار است.

براي فاصله هاي بزرگتر از روش تله متري مدوله سازي دامنه استفاده مي شود و فاصله روي اختلاف فاز بين دو باريكه ليزر مدوله مي شود و فاصله از روي اختلاف فار بين دو باريكه گسيل شده و بازتابيده معين مي شود. باز هم دقت يك در ميليون است. از اين روش در مساحي زمين و نقشه كشي استفاده مي شود. براي فواصل طولاني تر از 1 كيلومتر فاصله با اندازه گيري زمان پرواز يك تپ كوتاه ليزري گسيل شده از ليزر ياقوت و يا ليزر CO2 انجام مي گيرد. اين كاربردها اغلب اهميت نظامي دارند و در بخشي جداگانه بحث خواهد شد كاربردهاي غير نظامي مانند اندازه گيري فاصله بين ماه و زمين با دقتي حدود 20 سانتي متر و تعيين برد ماهواره ها هم قابل ذكر است.

درجه بالاي تكفامي ليزر امكان استفاده از آن را براي اندازه گيري سرعت مايعات و جامدات به روش سرعت سنجي دوپلري فراهم مي سازد. در مورد مايعات مي توان باريكه ليزر را به مايع تابانده و سپس نور پراكنده شده از آن را بررسي كرد. چون مايع روان است فركانس نور پراكنده شده به خاطر اثر دوپلر كمي با فركانس نور فرودي تفاوت دارد. اين تغيير فركانس متناسب با سرعت مايع است. بنابراين با مشاهده سيگنال زنش بين دو پرتو نور پراكنده شده و نور فرودي در يك آشكار ساز مي توان سرعت مايع را اندازه گيري بدون تماس انجام مي شود. و نيز به خاطر تكفامي بالاي نور ليزر براي برد وسيعي از سرعتها خيلي دقيق است.

يكي از سرعت سنجهاي خاص ليزر اندازه گيري سرعت زاويه اي است. وسيله اي كه براي اين منظور طراحي شده است ژيروسكوپ ليزريناميده مي شود و شامل ليزري است كه كاواك آن به شكل حلقه اي است كه از سه آينه به جاي دو آينه معمول استفاده مي شود. اين ليزر مي تواند نوسان مربوط به انتشار نور را هم در جهت عقربه ساعت و هم در خلاف آن به دور حلقه تامين كند. فركانسهاي تشديدي مربوط به هر دو جهت انتشار را مي توان با استفاده از اين شرط كه طول تشديد كننده ( حلقه اي ) برابر مضرب صحيحي از طول موج باشد به دست آورد. اگر حلقه در حال چرخش باشد در مدت زماني كه لازم است نور يك دور كامل بزند زاويه آينه هاي تشديد كننده به اندازه يك مقدار خيلي كوچك ولي محدود حركت خواهد كرد. طول موثر براي باريكه اي در همان جهت چرخش تشديد كننده مي چرخد كمي بيشتر از باريكه اي است كه در جهت عكس مي چرخد. در نتيجه فركانس هاي دو باريكه اي كه در خلاف جهت يكديگر مي چرخند كمي تفاوت دارد و اختلاف اين فركانسهاي متناسب با سرعت زاويه اي تشديد كننده است . با ايجاد تپش بين دو باريكه مي توان سرعت زاويه اي را اندازه گيري كرد. ژيروسكوپ ليزري امكان اندازه گيري با دقتي را فراهم مي كند كه قابل مقايسه با دقت پيچيده ترين و گرانترين ژيروسكوپ هاي معمولي است.

كاربرد مصرفي ديگر و يا به عبارت بهتر كاربرد مصرفي واقعي عبارت از ديسك ويدئويي و ديسك صوتي است. يك ديسك ويدئو حامل يك برنامه ويدئويي ضبط شده است كه مي توان آن را بر روي دستگاه تلويزيون معمولي نمايش داد. سازندگان ديسك ويدئويي اطلاعات را با استفاده از يك سابنده روي آن ضبط مي كنند كه اين اطلاعات به وسيله ليزر خوانده مي شود. يك روش معمول ضبط شامل برشهاي شياري با طول ها و فاصله هاي مختلف است عمق اين شيارها 4/1 طول موج ليزري است كه از آن در فرايند خواندن استفاده مي شود. در موقع خواندن باريكه ليزر طوري كانوني مي شود كه فقط بر روي يك شيار بيفتد. هنگامي كه شيار در مسير لكه باريكه ليزر واقغ شود بازتاب به خاطر تداخل ويرانگر بين نور بازتابيده از ديوارهاي شيار و به آن كاهش پيدا مي كند. به عكس نبودن شيار باعث يك بازتاب قوي مي شود. بدين طريق مي توان اطلاعات تلويزيوني را به صورت رقمي ضبط كرد.

كاربرد ديگر ليزرها نوشتن و خواندن اطلاعات در حافظه نوري در كامپيوترهاست لطف اي حافظه نوري هم در توان دسترسي به چگالي اطلاعات حدود مرتبه طول موج است. تكنيك ضبط عبارت است از ايجاد سوراخ هاي كوچكي در يك ماده مات يا نوعي تغيير خصوصيت عبور و بازتاب ماده زير لايه كه با استفاده از ليزرهاي با توان كافي حاصل مي شود. و حتي مي تواند فيلم عكاسي باشد. اما هيچ يك از اين زير لايه ها را نمي توان پاك كرد. حلقه هاي قابل پاك كردن بر اساس گرما مغناطيسي فروالكتريك و فوتوكروميك ساخته شده اند. همچنين حافظه هاي نوري با استفاده از تكنيك تمام نگاري نيز طراحي شده اند. نتيجتا اگر چه از لحاظ فني امكان ساخت حافظه هاي نوري به وجود آمده است ولي ارزش اقتصادي آن ها هنوز جاي بحث دارد.

آخرين كاربردي كه در اين بخش اشاره مي كنيم گرافيك ليزري است. در اين تكنيك ابتدا باريكه ليزر بوسيله يك سيستم مناسب روبشگر بر روي يك صفحه حساس به نور كانوني مي شود و در حالي كه شدت ليزر به طور همزمان با روبش از نظر دامنه مدوله مي شود به طوري كه بتوان آن را بوسيله كامپيوتر توليد كرد.( مانند سيستم هاي چاپ كامپيوتري بدون تماس ) و يا آنها را به صورت سيگنال الكتريكي از يك ايستگاه دور دريافت كرد( مانند پست تصويري). در مورد اخير مي توان سيگنال را به وسيله يك يك سيستم خواننده مناسب با كمك ليزر توليد كرد. وسيله خواندن در ايستگاه دور شامل ليزر با توان كم است كه باريكه كانوني شده آن صفحه اي را كه بايد خوانده شود مي روبد. يك آشكارساز نوري باريكه پراكنده از نواحي تاريك و روشن روي صفحه را كنترل مي كند و آن را به سيگنال الكتريكي تبديل مي كند. سيستم هاي ليزري رونوشت اكنون به طور وسيعي توسط بسياري از ناشران روزنامه ها براي انتقال رونوشت صفحات روزنامه به كار برده مي شود.


ارتباط نوري

استفاده از باريكه ليزر براي ارتباط در جو به خاطر دو مزيت مهم اشتياق زيادي برانگيخت :

الف) اولين علت دسترسي به پهناي نوار نوساني بزرگ ليزر است. زيرا مقدار اطلاعات قابل انتقال روي يك موج حامل متناسب با پهناي نوار آن است. فركانس موج حامل از ناحيه ميكروموج بخ ناحيه نور مرئي به اندازه 104 برابر افزايش مي يابد و در نتيجه امكان استفاده از يك پهناي بزرگتر را به ما مي دهد.

ب) علت دوم طول موج كوتاه تابش است. چون طول موج ليزر نوعا حدود 104 مرتبه كوچكتر از امواج ميكرو موج است با قطر روزنه يكسان D واگرايي امواج نوري به اندازه 104 مرتبه نسبت به واگرايي امواج ميكرو موج كوچكتر است. بنابراين براي دستيابي به اين واگرايي آنتن يك سيستم اپتيكي مي تواند به مراتب كوچكتر باشد. اما اين دو امتياز مهم با اين واقعيت خنثي مي شوند كه باريكه نوري تحت شرايط ديد ضعيف در جو به شدت تضعيف مي شود. در نتيجه استفاده از ليزرها در ارتباطات فضاي باز ( هدايت نشده ) فقط در مورد اين موارد توسعه يافته اند :

الف) ارتباطات فضايي بين دو ماهواره و يا بين يك ماهواره و يك ايستگاه زميني كه در يك شرايط جوي مطلوب قرار گرفته است. ليزرهايي كه در اين مورد استفاده مي شوند عبارتند از :

Nd:YAG ( با آهنگ انتقال 109 بيت در ثانيه ) و يا CO2 با آهنگ انتقال 3*108 بيت در ثانيه ). گرچه CO2 نسبت به Nd: YAG داراي بازدهي بالاتري است و لي داراي اين اشكال است كه نياز به سيستم آشكارسازي پيچيده تري دارد و طول موج آن هم به اندازه 10 مرتبه بزرگتر از طول موج Nd : YAG است.

ب) ارتباطات بين دو نقطه در يك مسافت كوتاه مثلا انتقال اطلاعات درون يك ساختمان. براي اين منظور از ليزرهاي نيمرسانا استفاده مي شود.

اما زمينه اصلي مورد توجه در ارتباطات نوري مبتني بر انتقال از طريق تارهاي نوري است. انتقال هدايت شده نور در تارهاي نوري پديده اي است كه از سالها پيش شناخته شده است اما تارهاي نوري اوليه فقط در مسافت هاي خيلي كوتاه مورد استفاده قرار مي گرفتند مثلا كاربرد متعارف آن ها در وسايل پزشكي براي اندوسكوپي است. بنابراين در اواخر سال 1960 تضعيف در بهترين شيشه هاي نوري در حدود 1000 دسي بل بر كيلومتر بود. از آن زمان پيشرفت تكنيكي شيشه و كوارتز باعث تغيير شگفت انگيز در اين عدد شده است به طوري كه اين تضعيف براي كوارتز به 5/0 دسي بل بر كيلومتر رسيده است. اين تضعيف فوق العاده كوچك آينده مهمي را براي كاربرد تارهاي نوري در ارتباطات راه دور نويد مي دهد

سيستم ارتباطات تارهاي نوري نوعا شامل يك چشمه نور يك جفت كننده نوري مناسب براي تزريق نور به تارها و درانتها يك فوتوديود است كه باز هم به تار متصل شده است. تكرار كننده شامل يك گيرنده و يك گسيلنده جديد است. چشمه نور سيستم اغلب ليزرهاي نيمرساناي نا هم پيوندي دوگانه است. اخيرا طول عمر اين ليزرها تا حدود 106 ساعت رسيده است. گرچه تا كنون اغلب از ليزر گاليم ارسنيد GaAs استفاده شده است ولي روش بهتر استفاده از ليزرهاي نا هم پيوندي است كه در آنها لايه فعال تركيبي از آلياژ چهارگانه به صورت In1-x Gax Asy P1-y است. در اين حالت لبه هاي P ,n پيوندگاه از تركيب دوگانه InP تشكيل شده است و با استفاده از تركيب y=2v2x مي توان ترتيبي داد كه چهار آلياژ چهارگانه شبكه اي كه با InP جور شود با انتخاب صحيح x طول موج تابش را طوري تنظيم كرد كه در اطراف µm 3/1 و يا اطراف 6/1 µm واقع شود كه به ترتيب مربوط به دو مينيموم جذب در تار كوارتز هستند. بسته به قطر d هسته مركزي تار ممكن است از نوع تك مدباشد براي آهنگ انتقال متداول فعلي حدود 50 مگابيت در ثانيه معمولا از تارهاي چند مدي استفاده مي شود. براي آهنگ انتقال هاي بيشتر تارهاي تك مدي مناسبتر به نظر مي رسند. گيرنده معمولا يك فوتوديود بهمني است اگر چه ممكن است از يك ديود PIN و يك ديود تقويت كننده حالت جامد مناسب نيز استفاده كرد.


ليزر در فيزيك و شيمي

اختراع ليزر و تكامل آن وابسته به معلومات پايه اي است كه در درجه اول از رشته فيزيك و بعد از شيمي گرفته شده اند. بنابراين طبيعي است كه استفاده از ليزر در فيزيك و شيمي از اولين كاربردهاي ليزر باشند

رشته ديگري كه در آن ليزر نه تنها امكانات موجود را افزايش داده بلكه مفاهيم كاملا جديدي را عرضه كرده است طيف نمايي است. اكنون با بعضي از ليزرها مي توان پهناي خط نوساني را تا چند ده كيلوهرتز باريك كرد ( هم در ناحيه مرئي و هم در ناحيه فروسرخ ) و با اين كار اندازه گيري هاي مربوط به طيف نمايي با توان تفكيك چند مرتبه بزرگي ( 3 تا 6) بالاتر از روش هاي معمولي طيف نمايي امكان پذير مي شوند. ليزر همچنين باعث ابداع رشته جديد طيف نمايي غير خطي شد كه در آن تفكيك طيف نمايي خيلي بالاتر از حدي است كه معمولا با اثرهاي پهن شدگي دوپلر اعمال مي شود. اين عمل منجر به بررسيهاي دقيقتري از خصوصيات ماده شده است.

در زمينه شيمي از ليزر هم براي تشخيص و هم براي ايجاد تغييرات شيميايي برگشت ناپذير استفاده شده است. ( فوتو شيمي ليزري) به ويژه در فون تشخيص بايد از روش هاي (پراكندگي تشديدي رامان ) و ( پراكندگي پاد استوكس همدوس رامان ) (CARS) نام ببريم. به وسيله اين روشها مي توان اطلاعات قابل ملاحظه اي درباره خصوصيات مولكولهاي چند اتمي به دست آورد ( يعني فركانس ارتعاشي فعال رامن - ثابتهاي چرخشي و ناهماهنگ بودن فركانس). روش CARS همچنين براي اندازه گيري غلظت و دماي يك نمونه مولكولي در يك ناحيه محدود از فضا به كار مي رود. از اين توانايي براي بررسي جزئيات فرايند احتراق شعله و پلاسما ( تخليه الكتريكي) بهره برداري شده است.
شايد جالبتري كاربرد شيميايي ( دست كم بالقوه ) ليزر در زيمنه فوتو شيمي باشد. اما بايد در نظر داشته باشيم به خاطر بهاي زياد فوتونهاي ليزري بهره برداري تجاري از فوتوشيمي ليزري تنها هنگامي موجه است كه ارزش محصول نهايي خيلي زياد باشد. يكي از اين موارد جداسازي ايزوتوپها است

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:25 AM
فیزیک هسته ای





در جهان همه چیز از اتم ساخته شده است. اتمهای مختلف در کنار هم قرار می گیرند و مولکولهای مختلف را تشکیل می دهند. هر اتمی که در طبیعت پیدا می شود، یکی از 92 نوع اتمی است که به نام عناصر طبیعی شناخته شده اند؛ پس هر چه روی زمین وجود دارد، از فلز، پلاستیک،لباس، شیشه گرفته تا مو و غیره، همه ترکیباتی از 92 عنصر طبیعی هستند. جدول تناوبی عناصر، فهرست عناصری است که می توان در طبیعت پیدا کرد به اضافه عناصری که به دست بشر ساخته شده است.


درون هر اتم می توان سه ذره ریز پیدا کرد: پروتون، نوترون و الکترون.
پروتونها در کنار هم قرار می گیرند و هسته اتم را تشکیل می دهند، در حالی که الکترونها به دور هسته می چرخند. پروتون بار الکتریکی مثبت و الکترون بار الکتریکی منفی دارد و از آنجا که بارهای مخالف ، یکدیگر را جذب می کنند، پروتون و الکترون هم یکدیگر را جذب می کنند و همین نیرو، سبب پایدار ماندن الکترونها در حرکت به دور هسته می گردد. در اغلب حالت ها تعداد پروتونها و الکترونهای درون اتم یکسان است، بنابراین اتم درحالت عادی و طبیعی خنثی است.
نوترون، بار خنثی دارد و وظیفه اش در هسته، کنار هم نگاه داشتن پروتونهای هم بار است.می دانیم که ذرات با بار یکسان یکدیگر را دفع می کنند .در نتیجه وظیفه نوترونها این است که با فراهم آوردن شرایط بهتر، پروتونها را کنار هم نگاه دارند. ( این کار توسط نیروی هسته ای قوی صورت می گیرد )


تعداد پروتونهای هسته نوع اتم را مشخص می کند. برای مثال اگر 13 پروتون و 14 نوترون، یک هسته را تشکیل دهند و 13 الکترون هم به دور آن بچرخند، یک اتم آلومینیوم خواهید داشت و اگر یک میلیون میلیارد میلیارد اتم آلومینیوم را در کنار هم قرار دهید، آنگاه نزدیک به پنجاه گرم آلومینیوم خواهید داشت! همه آلومینیوم هایی که در طبیعت یافت می شوند، al27 یا آلومینیوم 27 نامیده می شوند. عدد 27 نشان دهنده جرم اتمی است که مجموع تعداد پروتونها و نوترونهای هسته را نشان می دهد.
اگر یک اتم آلومینیوم را درون یک بطری قرار دهید و میلیونها سال بعد برگردید، باز هم همان اتم آلومینیوم را خواهید یافت. بنابراین آلومینیوم 27 یک اتم پایدار نامیده می شود.
بسیاری از اتمها در شکل های مختلفی وجود دارند. مثلاً مس دو شکل دارد: مس 63 که 70 درصد کل مس موجود در طبیعت است و مس 65 که 30 درصد بقیه را تشکیل می دهد. شکل های مختلف اتم، ایزوتوپ نامیده می شوند. هر دو اتم مس 63 و مس 65 دارای 29 پروتون هستند، ولی مس 63 دارای 34 نوترون و مس 65 دارای 36 نوترون است. هر دو ایزوتوپ خصوصیات یکسانی دارند و هر دو هم پایدارند.

اتمهای ناپایدار
تا اوایل قرن بیستم، تصور می شد تمامی اتم ها پایدار هستند، اما با کشف خاصیت پرتوزایی اورانیوم توسط بکرل مشخص شد برخی عناصر خاص دارای ایزوتوپ های رادیواکتیو هستند و برخی دیگر، تمام ایزوتوپ هایشان رادیواکتیو است. رادیواکتیو بدان معنی است که هسته اتم از خود تشعشع ساطع می کند.

هیدورژن مثال خوبی از عنصری است که ایزوتوپ های متعددی دارد و فقط یکی از آنها رادیو اکتیو است. هیدروژن طبیعی ( همان هیدروژنی که ما می شناسیم) در هسته خود دارای یک پروتون است و هیچ نوترونی ندارد. ( البته چون فقط یک پروتون درهسته وجود دارد نیازی به نوترون نیست ) ایزوتوپ دیگر هیدروژن، هیدروژن 2 یا دو تریوم است که یک پروتون و يک نوترون در هسته خود جای داده است. دوتریوم، فقط 015/0 درصد کل هیدروژن را تشکیل می دهد و در طبیعت بسیار کمیاب است، با این حال مانند هیدورژن طبیعی رفتار می کند. البته از یک جهت با آن تفاوت دارد و آن، سمی بودن دوتریوم در غلظت های بالاست. دوتریوم هم ایزوتوپ پایداری است، ولی ایزوتوپ بعدی که تریتیوم خوانده می شود، ناپایدار است. تریتیوم که هیدروژن 3 نیز خوانده می شود، در هسته خود یک پروتون و دو نوترون دارد و طی یک واپاشی رادیواکتیو به هلیوم 3 تبدیل می شود. این بدان معنی است که اگر ظرفی پر از تریتیوم داشته باشید و آن را بگذارید و یک میلیون سال بعد برگردید، ظرف شما پر از هلیوم 3 است. هلیوم 3 از 2 پروتون و یک نوترون ساخته شده وعنصری پایدار است ).


در برخی عناصر مشخص، به طور طبیعی همه ایزوتوپ ها رادیواکتیو هستند. اورانیوم بهترین مثال برای چنین عناصری است که علاوه بر رادیواکتیویته زیاد سنگین ترین عنصر رادیواکتیو هم هست که به طور طبیعی یافت می شود. علاوه بر آن، هشت عنصر رادیواکتیو طبیعی هم وجود دارند که عبارتند از پولوتونیوم، استاتین، رادون، فرانسیم، رادیوم، اکتینیوم، توریم و پروتاکتسینانیوم. عناصر سنگین تر از اورانیوم که به دست بشر در آزمایشگاه ساخته شده اند، همگی رادیواکتیو هستند.

واپاشی رادیو اکتیو
وحشت نکنيد بر خلاف اسمش این فرایند بسیار ساده است! اتم یک ایزوتوپ رادیواکتیو طی یک واکنش خودبخودی به یک عنصر دیگر تبدیل می شود. این واپاشی معمولاً از سه راه زیر انجام می شود:
1- واپاشی آلفا
2- واپاشی بتا
3- شکافت خودبه خودی

توضيح تفاوت این سه راه کمی مشکل است اما بدون اینکه بدانید این سه راه چه فرقی با هم می کنند هم می توانيد از ادامه مطلب سر در آورید!! اگر خیلی هم علاقمندید بدانید اينجا را کليک کنید.

در این فرآیندها چهار نوع تابش رادیواکتیو مختلف تولید می شود:
1- پرتو آلفا
2- پرتو بتا
3- پرتو گاما
4- پرتوهای نوترون


تابش های طبیعی خطرناک
درست است که واپاشی رادیواکتیو، یک فرآیند طبیعی است و عناصر رادیواکتیو هم بخشی از طبیعت هستند، ولی این تابش های رادیواکتیو برای موجودات زنده زیان بار هستند. ذرات پر انرژی آلفا، بتا، نوترونها، پرتوهای گاما و پرتوهای کیهانی، همگی به تابش های یون ساز معروفند، بدین معنی که بر همکنش آنها با اتم ها منجر به جداسازی الکترون ها از لایه ظرفیتشان می شود. از دست دادن الکترونها، مشکلات زیادی از جمله مرگ سلول ها و جهش های ژنتیکی را برای موجودات زنده به دنبال دارد. جالب است بدانید جهش ژنتيکي عامل بروز سرطان است.
درات آلفا، اندازه بزرگتری دارند و از این رو توانایی نفوذ زیادی در مواد ندارند، مثلاً حتی نمی توانند از یک ورق کاغذ عبور کنند. از این رو تا زمانی که در خارج بدن هستند تأثیری روی افراد ندارند. ولی اگر مواد غذایی آلوده به مواد تابنده ذرات آلفا بخورید، این ذرات می توانند آسیب مختصری درون بدن ایجاد کنند.

ذرات بتا توانایی نفوذ بیشتری دارند که البته آن هم خیلی زیاد نیست، ولی در صورت خورده شدن خطر بسیار بیشتری دارند. ذرات بتا را می توان با یک ورقه فویل آلومینویم یا پلکسی گلاس متوقف کرد.
پرتوهای گاما همانند اشعه x فقط با لایه های ضخیم سربی متوقف می شوند. نوترونها هم به دلیلی بی یار بودن، قدرت نفوذ بسیار بالایی دارند و فقط با لایه های بسیار ضخیم بتن یا مایعاتی چون آب و نفت متوقف می شوند. پرتوهای گاما و پرتوهای نوترون به دلیل همین قدرت نفوذ بالا می توانند اثرات بسیار وخیمی بر سلول های موجودات زنده بگذارند، تأثیراتی که گاه تا چند نسل ادامه خواهد داشت

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:26 AM
جدال فیزیک و متافیزیک


اغلب در زندگي روزمره خود ملاحظه مي‌كنيم كه در اثر وجود يك ناسازگاري بين ذهن ما و جهان خارج ، نظريات عجيب و غريبي اظهار مي‌كنيم. اين نظريه پردازي از سرشت مبهم و ناموزون ما ناشي مي‌شود. البته بايد توجه داشته باشيم كه نظريه پردازي علمي چيزي كاملا متفاوت از اين موردي است كه اشاره شد. در نظريه پردازي علمي ، انسان به صورت مستقيم با جهان خارج درگير مي‌شود و ذهن در مواجهه مستقيم با آن آزاد است و لذا جهان در حكم فاعل و ذهن در حكم منفعل مي‌باشد. اما در نظريه پردازي كه ما اشاره كرديم، جاي اين دو عوض مي‌شود. در علم فلسفه از اين نوع نظريه پردازيها عموما تحت عنوان متافيزيك ياد مي‌شود...
اگر تاريخ علم را مرور كنيم، ملاحظه مي‌كنيم كه همواره از روزگارهاي قديم رابطه بين علم و فلسفه ، خصوصا بين فيزيك و متافيزيك در نوسان بوده است. به عنوان مثال در زمان گاليله به دليل حكومت افكار ارسطويي ، دانشمندان در ارائه نظريات علمي با مشكلات بسياري مواجه بوده‌اند. اما تاريخ فلسفه ، مخصوصا بعد از دكارت تحولاتي در اين زمينه پديدار شد. فلسفه بعد از دكارت فلسفه‌اي است كه نقش علوم تجربي ، خصوصا فيزيك را در براندازي نظامهاي فلسفي مهم مي‌داند. مثلا نظريه‌هايي در باب زمان و مكان و حركت كه توسط نيوتون ارائه گرديد، در فلسفه نيز تاثير گذار بودند. به همين ترتيب در اوايل قرن بيستم نظريه نسبيت عام انيشتين طلوع كرد كه برداشتي بديع و متفاوت از زمان و مكان و حركت ارائه داد و تاثيرات ديگري را در حوزه فلسفه به همراه داشت.
در اين دوران فيلسوف ذهن خود را در برابر جهان خارج و تاثيرات آن منعطف مي‌گرداند. بنابراين متافيزيك نيز جنبه‌هاي واقع بينانه انديشيدن را مد نظر قرار مي‌دهد. پس در اين دوران فيلسوف شخصي واقع گرا است كه ذهن خود را از دام وسوسه‌هاي تخيل رهانيده و به جهان مانند يك پديده عيني و نه ذهني نگاه مي‌كند و لذا تعجب او و طرح پرسشهايش راهگشاي علوم تجربي است و ديگر علم تجربي را كفر و عالم تجربي را كافر نمي‌پندارد.
رابطه فيزيك و متافيزيك در قرن بيستم
پس از اينكه آراء اعضاي حلقه وين ، همچون پتكي سخت و سنگين بر سر متافيزيك رايج فرود آمد و آن را بي‌معني اعلام داشت، حريف ديرينه و سر سخت حلقه وين ، كارل ريموند پوپر بر آن شد تا متافيزيك را دوباره احيا نمايد. در قرن بيستم ما شاهد تحديد ميان علم خصوصا فيزيك و متافيزيك هستيم. علم گزينه با معناي فعاليتهاي دانشمندان تجربي بوده و متافيزيك امري نظري و بي‌معنا است كه سرگرمي عمده فلاسفه مدرسي است. اين تحديد همواره به صورتهاي گوناگون مطرح شده است. حتي مي‌توان در نظريات ويتگنشتاين نيز رد پاهاي آن را يافت.
او در رساله خود گزاره‌هاي متافيزيكي را بي‌معني دانسته و در پژوهشهاي فلسفي كه خود ردي است بر رساله منطقي- فلسفي جانب معنا را گرفته و باز راي پيشين خود را حفظ مي‌كند. اما از نظر دانالد گيليس در كتاب فلسفه علم در قرن بيستم ، ويتگنشتاين مرتكب اشتباهي فاحش شده است. او از رياضيات محض مثال مي‌زند كه در يك فعاليت و پژوهش كاملا نظري و فارغ از تجربه شكل مي‌گيرد و بعد در فيزيك بكاربرده مي‌شود و پس از آنكه فرضيه‌اي ارائه شد، در عمل مورد آزمون واقع مي‌شود و اگر از آزمون به سلامت بيرون آمد ثبت مي‌گردد. آيا مفاهيم و يافته‌هاي رياضيات محض قبل از اينكه در فيزيك الهام گر فرضيه‌اي جديد باشند، بي‌معني هستند؟ حال و روز گزاره‌هاي متافيزيكي نيز اين چنين است.
پوپر در كتاب منطق اكتشاف علمي ، فصلي را به رابطه ميان علم و متافيزيك اختصاص داده است. او مثالهاي فراواني را در دفاع از متافيزيك ارائه مي‌كند. به عنوان مثال نظريه اتمي در زمان متفكران قبل از سقراط مثل لوكيپوس و ذيمقراطيس يك مورد كاملا متافيزيكي بود. اما همين نظريه كه جنبه متافيزيكي داشت، در ابتداي قرن نوزدهم توسط دالتون براي حل برخي مسائل در شيمي بكار گرفته شد. پس از آن در اواسط قرن نوزدهم ، ماكسول آن را در نظريه جنبشي گازها وارد رياضي فيزيك كرد. اين مثال خود دليل محكمي بر معني‌دار بودن گزاره‌هاي متافيزيكي است.
عقيده پوزيتيويسم
اساس پيدايش پوزيتيويسم منطقي به قرن بيستم و به حلقه وين و اعضاي فعال و انقلابي آن بر مي‌گردد. حلقه وين عبا رت از جلسات هفتگي عده‌اي فيزيكدان و رياضيدان بود كه راجع به مسائل فلسفي به بحث و تبادل نظر مي‌پرداختند. از جمله اين افراد مي‌توان به شليك ، نويرات ، وايزمن ، هانس هان ، هربرت فايگل و برخي ديگر اشاره كرد. پس از اينكه آرا و عقايد اعضاي حلقه انتشار يافت، دانشمندان و فلاسفه ديگري از جمله كارناپ و گودل نيز بدان گرويدند.
كارناپ بعدها در سال ۱۹۲۶ يكي از تاثير گذارترين پوزيتيويست‌هاي منطقي شد. نشريه شناخت ، مجموعه‌اي بود كه مقالات پوزتيويست‌ها را منتشر مي‌ساخت. پوزيتيويسم منطقي بر پايه سه اصل عقيدتي عمده قرار دارد كه شامل تمايز ميان تحليل و تركيب ، اصل تحقيق پذيري ، برنهاد فرو كاستي و نقش مشاهده است.
سخن آخر
البته آنچه ارائه شد مجومه‌اي از مطالبي است كه افراد گوناگون در باب فيزيك و متافيزيك ارائه دادند. شايد كم نباشند تعداد فيزيكداناني كه مسائل متافيزيكي كاملا پذيرفته و به آن اعتقاد دارند. اما آنچه مهم است، ياد آوري اين دو مطلب است كه اولا اظهار نظر قطعي در اين باب مستلزم داشتن اطلاعات بسيار وسيع و گسترده از هر دو مورد مي‌باشد. و شخص بايد هم در زمينه فيزيك و هم در زمينه متافيزيك صاحب نظر باشد تا بتواند نظري قاطع و راسخ در اين باب داشته باشد.
نكته ديگر اين كه اگر ذهن و علم ما قادر به توجيه برخي رويدادها نيست، دليلي براي رد آن وجود ندارد. چه بسا در تاريخ علم موارد متعددي وجود داشته است كه در زمان مطرح شدن به دليل ناقص بودن علم بشري ، دانشمندان قادر به قبول آنها نبوده‌اند. اما پيشرفت علم در زمانهاي بعد اين مورد را به اثبات رسانده است.

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:26 AM
فيبر نوري چيست و كاربرد و عملكرد فيبر نوري چگونه است

پيش گفتار

http://www.asianews.ir/photo/th919.jpgفيبر نوري يكي از محيط هاي انتقال داده با سرعت بالا است . امروزه از فيبر نوري در موارد متفاوتي نظير: شبكه هاي تلفن شهري و بين شهري ، شبكه هاي كامپيوتري و اينترنت استفاده بعمل مي آيد. فيبرنوري رشته اي از تارهاي شيشه اي بوده كه هر يك از تارها داراي ضخامتي معادل تار موي انسان را داشته و از آنان براي انتقال اطلاعات در مسافت هاي طولاني استفاده مي شود.
مباني فيبر نوري
فيبر نوري ، رشته اي از تارهاي بسيار نازك شيشه اي بوده كه قطر هر يك از تارها نظير قطر يك تار موي انسان است . تارهاي فوق در كلاف هائي سازماندهي و كابل هاي نوري را بوجود مي آورند. از فيبر نوري بمنظور ارسال سيگنال هاي نوري در مسافت هاي طولاني استفاده مي شود.
مزاياي فيبر نوري
فيبر نوري در مقايسه با سيم هاي هاي مسي داراي مزاياي زير است :
· ارزانتر. هزينه چندين كيلومتر كابل نوري نسبت به سيم هاي مسي كمتر است .
· نازك تر. قطر فيبرهاي نوري بمراتب كمتر از سيم هاي مسي است .
· ظرفيت بالا. پهناي باند فيبر نوري بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب بيشتر از سيم مسي است .
· تضعيف ناچيز. تضعيف سيگنال در فيبر نوري بمراتب كمتر از سيم مسي است .
· سيگنال هاي نوري . برخلاف سيگنال هاي الكتريكي در يك سيم مسي ، سيگنا ل ها ي نوري در يك فيبر تاثيري بر فيبر ديگر نخواهند داشت .
· مصرف برق پايين . با توجه به سيگنال ها در فيبر نوري كمتر ضعيف مي گردند ، بنابراين مي توان از فرستنده هائي با ميزان برق مصرفي پايين نسبت به فرستنده هاي الكتريكي كه از ولتاژ بالائي استفاده مي نمايند ، استفاده كرد.
· سيگنال هاي ديجيتال . فيبر نور ي مناسب بمنظور انتقال اطلاعات ديجيتالي است .
· غير اشتعال زا . با توجه به عدم وجود الكتريسيته ، امكان بروز آتش سوزي وجود نخواهد داشت .
· سبك وزن . وزن يك كابل فيبر نوري بمراتب كمتر از كابل مسي (قابل مقايسه) است.
· انعطاف پذير . با توجه به انعظاف پذيري فيبر نوري و قابليت ارسال و دريافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظير دوربين هاي ديجيتال با موارد كاربردي خاص مانند : عكس برداري پزشكي ، لوله كشي و ...استفاده مي گردد.
با توجه به مزاياي فراوان فيبر نوري ، امروزه از اين نوع كابل ها در موارد متفاوتي استفاده مي شود. اكثر شبكه هاي كامپيوتري و يا مخابرات ازراه دور در مقياس وسيعي از فيبر نوري استفاده مي نماين
بخش هاي مختلف فيبر نوري


http://www.asianews.ir/photo/p1360.jpg
يك فيبر نوري از سه بخش متفاوت تشكيل شده است :
هسته (Core)
هسته نازك شيشه اي در مركز فيبر كه سيگنا ل هاي نوري در آن حركت مي نمايند.
روكش Cladding بخش خارجي فيبر بوده كه دورتادور هسته را احاطه كرده و باعث برگشت نورمنعكس شده به هسته مي گردد.
بافر رويهBuffer Coating
روكش پلاستيكي كه باعث حفاظت فيبر در مقابل رطوبت و ساير موارد آسيب پذير ، است .
انواع فيبر نوري
صدها و هزاران نمونه از رشته هاي نوري فوق در دسته هائي سازماندهي شده و كابل هاي نوري را بوجود مي آورند. هر يك از كلاف هاي فيبر نوري توسط يك روكش هائي با نام Jacket محافظت مي گردند. فيبر هاي نوري در دو گروه عمده ارائه مي گردند:
فيبرهاي تك حالته (Single-Mode)
بمنظور ارسال يك سيگنال در هر فيبر استفاده مي شود نظير : تلفن
فيبرهاي چندحالته Multi-Mode
بمنظور ارسال چندين سيگنال در يك فيبر استفاده مي شود( نظير : شبكه هاي كامپيوتري)
فيبرهاي تك حالته داراي يك هسته كوچك ( تقريبا" ۹ ميكرون قطر ) بوده و قادر به ارسال نور ليزري مادون قرمز ( طول موج از ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر) مي باشند. فيبرهاي چند حالته داراي هسته بزرگتر ( تقريبا" ۵ / ۶۲ ميكرون قطر ) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طريق LED مي باشند
ارسال نور در فيبر نوري

http://www.nsf.gov/od/lpa/nsf50/nsfoutreach/img/jpgs_n50/20.jpg
فرض كنيد ، قصد داشته باشيم با استفاده از يك چراغ قوه يك راهروي بزرگ و مستقيم را روشن نمائيم . همزمان با روشن نمودن چراغ قوه ، نور مربوطه در طول مسير مسفقيم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد كرد. با توجه به عدم وجود خم و يا پيچ در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشكلي وجود نداشته و چراغ قوه مي تواند ( با توجه به نوع آن ) محدوده مورد نظر را روشن كرد. در صورتيكه راهروي فوق داراي خم و يا پيچ باشد ، با چه مشكلي برخورد خواهيم كرد؟
در اين حالت مي توان از يك آيينه در محل پيچ راهرو استفاده تا باعث انعكاس نور از زاويه مربوطه گردد.در صورتيكه راهروي فوق داراي پيچ هاي زيادي باشد ، چه كار بايست كرد؟ در چنين حالتي در تمام طول مسير ديوار راهروي مورد نظر ، مي بايست از آيينه استفاده كرد. بدين ترتيب نور تابانده شده توسط چراغ قوه (با يك زاويه خاص) از نقطه اي به نقطه اي ديگر حركت كرده ( جهش كرده و طول مسير راهرو را طي خواهد كرد). عمليات فوق مشابه آنچيزي است كه در فيبر نوري انجام مي گيرد.

تكنولوژي ( فن آوري ) فيبر نوري
نور، در كابل فيبر نوري از طريق هسته (نظير راهروي مثال ارائه شده ) و توسط جهش هاي پيوسته با توجه به سطح آبكاري شده ( Cladding) ( مشابه ديوارهاي شيشه اي مثال ارائه شده ) حركت مي كند.( مجموع انعكاس داخلي ) . با توجه به اينكه سطح آبكاري شده ، قادر به جذب نور موجود در هسته نمي باشد ، نور قادر به حركت در مسافت هاي طولاني مي باشد. برخي از سيگنا ل هاي نوري بدليل عدم خلوص شيشه موجود ، ممكن است دچار نوعي تضعيف در طول هسته گردند. ميزان تضعيف سيگنال نوري به درجه خلوص شيشه و طول موج نور انتقالي دارد. ( مثلا" موج با طول ۸۵۰ نانومتر بين ۶۰ تا ۷۵ درصد در هر كيلومتر ، موج با طول ۱۳۰۰ نانومتر بين ۵۰ تا ۶۰ درصد در هر كيلومتر ، موج با طول ۱۵۵۰ نانومتر بيش از ۵۰ درصد در هر كيلومتر

سيستم رله فيبر نوري
بمنظور آگاهي از نحوه استفاده فيبر نوري در سيستم هاي مخابراتي ، مثالي را دنبال خواهيم كرد كه مربوط به يك فيلم سينمائي و يا مستند در رابطه با جنگ جهاني دوم است . در فيلم فوق دو ناوگان دريائي كه بر روي سطح دريا در حال حركت مي باشند ، نياز به برقراري ارتباط با يكديگر در يك وضعيت كاملا" بحراني و توفاني را دارند. يكي از ناوها قصد ارسال پيام براي ناو ديگر را دارد.كاپيتان ناو فوق پيامي براي يك ملوان كه بر روي عرشه كشتي مستقر است ، ارسال مي دارد. ملوان فوق پيام دريافتي را به مجموعه اي از كدهاي مورس ( نقطه و فاصله ) ترجمه مي نمايد. در ادامه ملوان مورد نظر با استفاده از يك نورافكن اقدام به ارسال پيام براي ناو ديگر مي نمايد.
يك ملوان بر روي عرشه كشتي دوم ، كدهاي مورس ارسالي را مشاهده مي نمايد. در ادامه ملوان فوق كدهاي فوق را به يك زبان خاص ( مثلا" انگليسي ) تبديل و آنها را براي كاپيتان ناو ارسال مي دارد. فرض كنيد فاصله دو ناو فوق از يكديگر بسار زياد ( هزاران مايل ) بوده و بمنظور برقراي ارتباط بين آنها از يك سيتستم مخابراتي مبتني بر فيبر نوري استفاده گردد.
سيستم رله فيبر نوري از عناصر زير تشكيل شده است :
فرستنده . مسئول توليد و رمزنگاري سيگنال هاي نوري است .
فيبر نوري مديريت سيكنال هاي نوري در يك مسافت را برعهده مي گيرد.
بازياب نوري . بمنظور تقويت سيگنا ل هاي نوري در مسافت هاي طولاني استفاده مي گردد.
· دريافت كننده نوري . سيگنا ل هاي نوري را دريافت و رمزگشائي مي نمايد.
در ادامه به بررسي هر يك از عناصر فوق خواهيم پرداخت .
فرستنده
وظيفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روي عرشه كشتي ناو فرستنده پيام است . فرستنده سيگنال هاي نوري را دريافت و دستگاه نوري را بمنظور روشن و خاموش شدن در يك دنباله مناسب ( حركت منسجم ) هدايت مي نمايد. فرستنده ، از لحاظ فيزيكي در مجاورت فيبر نوري قرار داشته و ممكن است داراي يك لنز بمنظور تمركز نور در فيبر باشد. ليزرها داراي توان بمراتب بيشتري نسبت به LED مي باشند. قيمت آنها نيز در مقايسه با LED بمراتب بيشتر است . متداولترين طول موج سيگنا ل هاي نوري ، ۸۵۰ نانومتر ، ۱۳۰۰ نانومتر و ۱۵۵۰ نانومتر است .
بازياب ( تقويت كننده ) نوري
همانگونه كه قبلا" اشاره گرديد ، برخي از سيگنال ها در موارديكه مسافت ارسال اطلاعات طولاني بوده ( بيش از يك كيلومتر ) و يا از مواد خالص براي تهيه فيبر نوري ( شيشه ) استفاده نشده باشد ، تضعيف و از بين خواهند رفت . در چنين مواردي و بمنظور تقويت ( بالا بردن ) سيگنا ل هاي نوري تضعيف شده از يك يا چندين " تقويت كننده نوري " استفاده مي گردد. تقويت كننده نوري از فيبرهاي نوري متععدد بهمراه يك روكش خاص (doping) تشكيل مي گردند. بخش دوپينگ با استفاده از يك ليزر پمپ مي گردد . زمانيكه سيگنال تضعيف شده به روكش دوپينگي مي رسد ، انرژي ماحصل از ليزر باعث مي گردد كه مولكول هاي دوپينگ شده، به ليزر تبديل مي گردند. مولكول هاي دوپينگ شده در ادامه باعث انعكاس يك سيگنال نوري جديد و قويتر با همان خصايص سيگنال ورودي تضعيف شده ، خواهند بود.( تقويت كننده ليزري)
دريافت كننده نوري
وظيفه دريافت كننده ، مشابه نقش ملوان بر روي عرشه كشتي ناو دريافت كننده پيام است. دستگاه فوق سيگنال هاي ديجيتالي نوري را اخذ و پس از رمزگشائي ، سيگنا ل هاي الكتريكي را براي ساير استفاده كنندگان ( كامپيوتر ، تلفن و ... ) ارسال مي نمايد. دريافت كننده بمنظور تشخيص نور از يك "فتوسل" و يا "فتوديود" استفاده مي كند

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:27 AM
آيا نانوذرات به سلامتي انسان آسيب مي‌رسانند؟

فناوري‌هاي نانو در زمينه‌هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، آلودگي‌زدايي آب‌ها، فناوري‌هاي ارتباطي و اطلاعاتي توليد مواد مستحكم‌تر و سبك‌تر داراي مزاياي بالقوه مي‌باشند. در حال حاضر شركت‌هاي زيادي نانوذرات را به شكل پودر، اسپري و پوشش توليد مي‌‌كنند كه كاربردهاي زيادي در قسمت‌هاي مختلف اتومبيل، راكت‌هاي تنيس، عينك‌هاي آفتابي ضدخش، پارچه‌هاي ضدلك، پنجره‌هاي خود تميزكن و صفحات خورشيدي دارند.
اما اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانومواد در سلامت كاركنان و مصرف كننده‌ها، سلامت عمومي و محيط زيست بايد به دقت مورد توجه قرار گيرد. از آنجايي كه فرآيند رشد و واكنش‌هاي شيميايي كاتاليستي در سطح اتفاق مي‌افتند، يك مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري بسيار فعال‌تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگ‌تر مي‌باشد. اين ويژگي‌ها ممكن است بر روي سلامتي و محيط زيست اثرات منفي داشته و منجر به سميت زياد نانوذرات شوند.
همزمان با توسعه دانش ما در مورد مواد در مقياس‌نانو و افزايش توانايي كار كردن با ساختارها در اين مقياس، فناوري‌نانو رفته رفته گسترش يافته و سرمايه‌گذاري جهاني در اين زمينه نيز افزايش مي‌يابد. فناوري‌هاي نانو در زمينه‌هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، آلودگي‌زدايي آب‌ها، فناوري‌هاي ارتباطي و اطلاعاتي توليد مواد مستحكم‌تر و سبك‌تر داراي مزاياي بالقوه مي‌باشند. در حال حاضر شركت‌هاي زيادي نانوذرات را به شكل پودر، اسپري و پوشش توليد مي‌‌كنند كه كاربردهاي زيادي در قسمت‌هاي مختلف اتومبيل، راكت‌هاي تنيس، عينك‌هاي آفتابي ضدخش، پارچه‌هاي ضدلك، پنجره‌هاي خود تميزكن و صفحات خورشيدي دارند. تعداد اين شركت‌ها روز به روز در حال افزايش است.
محدوده اندازه ذراتي كه چنين علاقه‌مندي را به خود جلب كرده است، عموما كمتر از 100 نانومتر است. براي داشتن تصوري از اين مقياس لازم به ذكر است كه موي انسان داراي قطر 10000 تا 50000 نانومتر، يك سلول قرمز خوني داراي قطر حدود 5000 نانومتر و ابعاد يك ويروس بين 10 تا 100 نانومتر است. با كاهش اندازه ذرات، نسبت تعداد اتم‌هاي سطحي به اتم‌هاي داخلي افزايش مي‌يابد. به عنوان مثال درصد اتم‌هاي سطحي يك ذره با اندازه 30 نانومتر، 5 درصد است، در حالي كه اين نسبت براي يك ذره با اندازه 3 نانومتر، 50 درصد مي‌باشد.
بنابراين نانوذرات در مقايسه با ذرات بزرگ‌تر نسبت سطح به وزن بسيار بزرگ‌تري دارند. با كاهش اندازه ذرات به يك دهم نانومتر يا كمتر، اثرات كوانتومي پديدار مي‌شوند و اين اثرات، مي‌تـوانـند به مقـدار زيــادي ويـژگي‌هـاي نــوري، مغـناطيسي و الكتـريكي مواد را تغيير دهند. از طريق پي‌گيري ساختار مواد در مقياس نانو، امكان طراحي و ساخت مواد جديد با ويژگي‌هاي كاملا نو به وجود مي‌آيد. تنها با كاهش اندازه و ثابت نگهداشتن نوع ماده، ويژگي‌هاي اساسي از قبيل هدايت الكتريكي، رنگ، استحكام و نقطه ذوب ماده (كه معمولا براي هر ماده مقدار ثابتي از آنها را در نظر مي‌گيريم) مي‌تواند تغيير كند.
در حال حاضر نانوذراتي كه به طور ناخواسته، از طريق فرآيندهاي احتراق انجام شده جهت توليد انرژي يا در اتومبيل‌ها، فرآيندهاي خوردگي مكانيكي و يا فرآيندهاي صنعتي معمول به وجود مي‌آيند، بيش از توليد صنعتي نانوذرات بر محيط زيست و زندگي انسان تاثير مي‌گذارند. اما اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانومواد در سلامت كاركنان و مصرف كننده‌ها، سلامت عمومي و محيط زيست بايد به دقت مورد توجه قرار گيرد. از آنجايي كه فرآيند رشد و واكنش‌هاي شيميايي كاتاليستي در سطح اتفاق مي‌افتند، يك مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري بسيار فعال‌تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگ‌تر مي‌باشد. اين ويژگي‌ها ممكن است بر روي سلامتي و محيط زيست اثرات منفي داشته و منجر به سميت زياد نانوذرات شوند.

http://images.google.com/url?q=http://nano.foe.org.au/image/view/79&usg=__p-vpz-5k77TKo8mS-TVQj5ppQoI=
تنفس نانوذرات
خطرات احتمالي نانوذراتي كه در هوا پخش شده‌اند، يعني آئروسل‌ها از اهميت بيشتري برخوردارند. اين قضيه به دليل تحرك بالاي آنها و امكان جذب آنها از طريق ريه، كه راحت‌ترين مسير ورود به بدن مي‌باشد، اهميت پيدا مي‌كند. اندازه ذرات تا حدزيادي تعيين‌كننده محل نشست اين ذرات در دستگاه تنفسي مي‌باشد. به خاطر راحت‌تر شدن كار، دستگاه تنفسي را به سه قسمت ناحيه‌اي و كاركردي تقسيم مي‌‌كنيم:
1- مسير‌هاي هوايي بالايي،
2- ناحيه نايژه‌ها، كه هر دوي آنها به وسيله لايه موكوس حفاظت مي‌شوند. در اينجا ذرات بزرگ‌تر، از طريق نشستن بر روي ديواره مسير هوايي، از هواي ورودي به ريه جدا مي‌شوند. حركات مژه‌هاي اين قسمت، خلط را به سوي گلو بالا برده و از آنجا يا در اثر سرفه خارج و يا بلعيده مي‌شوند. ذرات كوچكتر (كوچكتر از 2.5 ميكرومتر) و نانوذرات ممكن است وارد كيسه‌هاي هوايي شوند، كه ناحيه مبادله گاز در ريه مي‌باشند. جهت تسهيل جذب اكسيژن و دفع دي‌اكسيد كربن، تمام غشاها و سلول‌ها در اين قسمت از ريه، نازك و آسيب‌پذير بوده و هيچ‌گونه لايه حفاظتي ندارند. تنها مكانيسم حفاظتي در اين قسمت از طريق ماكروفاژها مي‌باشد.
3- ماكروفاژها سلول‌هاي بزرگي هستند كه اشياي خارجي را بلعيده و از طريق جابه‌جا كردن آنها، به عنوان مثال به سوي گره‌هاي لنفاوي، آنها را از كيسه‌هاي هوايي خارج مي‌كنند. نانوذرات تا حد زيادي از اين سيستم حفاظتي رها شده و مي‌توانند وارد بافت‌هاي تنفسي گردند. ذرات و الياف باقي‌مانـده مي‌تواننـد با بافت‌هاي مخاطي ريوي بر هم كنش داده و منجر به ايجاد التهاب شديد، زخم و از بين رفتن بافت‌هاي ريوي گردند. اين وضعيت ريه‌ها شبيه حالت به وجود آمده در بيماري‌هايي همچون بيماري باكتريايي ذات‌الريه، يا بيماري‌هاي ريوي صنعتي مهلك همانند سيليكوسيس يا آزبستوسيس مي‌باشد.
سيليكوسيس و آزبستوسيس
با وجودي كه بيماري‌هاي سيليكوسيس و آزبستوسيس از طريق نانوموادي كه به روش تكنيكي توليد شده‌اند به وجود نمي‌‌آيند، اما منشا ايجاد اين بيماري‌ها، تنفس موادي شبيه نانوذرات است كه اطلاعات قديمي در مورد اثرات زيان‌بخش آنها بر روي سلامتي وجود دارد. سيليكوسيس زماني ايجاد مي‌شود كه گرد و غبار حاوي سيليس به مدت طولاتي به درون ريه تنفس شود. سيليس بلوري براي سطح بيروني ريه سمي مي‌باشد. زماني كه سيليس بلوري در تماس با ريه قرار مي‌گيرد اثرات التهابي شديدي به وجود مي‌آيد. در مدت زمان طولاني اين التهاب باعث مي‌شود تا بافت ريه به طور برگشت‌ناپذيري آسيب‌ديده و ضخيم شود كه اين پديده به نام فيبروسيس ناميده مي‌شود.
سيليس بلوري عموما در ماسه‌سنگ، گرانيت، سنگ لوح، زغال سنگ و ماسه سيليسي خالص وجود دارد. بنابراين افرادي همچون كارگران كارخانه‌هاي ذوب فلزات، سفال‌گران و كارگراني كه با ماسه كار مي‌كنند، در معرض خطر قرار دارند. سيليس بلوري از سوي سازمان بهداشت جهاني به عنوان يك ماده سرطانزا معرفي شده است.
الياف پنبه نسوز داراي طول چند ميكرومتر مي‌باشند و در نتيجه جزء نانومواد قرار نمي‌گيرند. با اين‌ حال جزء ذرات و الياف مجموعه امراض شغلي قرار مي‌گيرند. پنبه نسوز يك فيبر معدني طبيعي است كه در بيش از 3000 ماده ساختماني و محصول توليد شده به كار گرفته شده است. تمام انواع پنبه نسوز تمايل به خرد شدن به الياف بسيار ريز دارند.
به دليل كوچك بودن، اين الياف پس از پخش شدن در هوا ممكن است به مدت چند ساعت يا حتي چند روز معلق بمانند. الياف پنبه نسوز تخريب‌پذير نبوده و در طبيعت پايدار مي‌باشند. اين الياف در مقابل مواد شيميايي پايدار هستند، تبخير نمي‌شوند، در آب حل نمي‌شوند و در طول زمان تجزيه نمي‌گردند. پنبه نسوز موجب ايجاد سرطان ريه و مزوتليوما مي‌شود كه نوعي تومور خطرناك غشايي است كه ريه را مي‌پوشاند .
آلودگي ذره‌اي هوا در مشاغل ديگري همچون توليد و فرآوري كربن سياه و الياف مصنوعي نيز موجب ايجاد نگراني مي‌شود.
آلودگي ذره‌اي هوا
آلودگي هوا مخلوط كمپلكسي از تركيبات مختلف در فاز گاز، مايع و جامد است. خود مواد ذره‌اي مخلوطي ناهمگن از ذرات معلق هستند كه تركيب شيميايي و اندازه آنها متفاوت است. در مطالعات اپيدمي‌شناسي، انواع مختلفي از آلودگي‌هاي ذره‌اي هواي معـرفي شـده‌اند كـه از آن جمـله ميـتـوان بـه TPS (مجموع مواد معلق) و PM 10 (مواد ذره‌اي با قطر موثر آئروديناميك كمتر از 10 ميكرومتر) اشاره كرد. در سال‌هاي اخير مطالعات زيادي در زمينه مواد ذره‌اي ريز PM 2.5 (ذراتي با قطر آئروديناميك كمتر از 2.5 ميكرومتر) و فوق ريز (ذرات با قطر كمتر از 100 نانومتر) انجام گرفته است.
با وجودي كه ميزان خالص آلودگي‌ ذره‌اي هواي شهري (يعني مقدار PM 2.5)، با كم شدن نشر ذرات از صنايع و مراكز توليد انرژي كاهش يافته است، غلظت ذرات فوق‌ريز ناشي از ترافيك افزايش يافته است. هر چند غلظت اين ذرات كوچك معمولاً مهمتر است اما سهم آنها معمولاً پايينتر از غلظت كل است. بنابراين اندازه‌‌گيري توزيع اندازه ذرات تا چند نانومتر ، براي توصيف ذرات پخش‌شده از ترافيك ضروري است.
با توسعه روش‌هاي اندازه‌گيري آثار روشن‌تري از ذرات با اندازه كوچك‌تر مشاهده گرديد. با اين‌حال، بسياري از مطالعات هنوز ادامه دارند و تعداد بسيار كمي از آنها تاكنون به نتيجه رسيده‌اند. پيشنهاد شده است كه اثرات زيان‌آور آلودگي ذره‌اي هوا به طور عمده به غلظت ذرات كوچك‌تر از 100 نانومتر ارتباط دارد و به غلظت جرمي ذرات بزر‌گ‌تر بستگي چنداني ندارد. بنابراين معقول به نظر مي‌رسد كه اطلاعات به دست آمده از اپيدمي‌شناسي محيطي را با داده‌هاي حاصل از مطالعات سم‌شناسي انجام گرفته بر روي حيوانات و يا ساير داده‌هاي تجربي تركيب نماييم.
مطالعات اپيدمي‌شناسي زيادي ثابت كرده‌اند كه ارتباط مستقيمي بين افزايش مقطعي مواد ذره‌اي و افزايش بيماري و مرگ و مير ناشي از نارسايي‌هاي قلبي و عروقي وجود دارد. بيماران مسن‌تري كه سابقه بيماري‌هاي قلبي و يا تنفسي دارند و همچنين بيماران ديابتي، در معرض خطر بيشتري قرار دارند.
مدارك تجربي، مكانيسم‌هاي بيولوژيكي محتملي همچون تحريك دستگاه تنفسي و فشار اكسيدي جهازي را نشان مي‌دهند. در نتيجه اين تحريك‌ها، مجموعه‌اي از پاسخ‌هاي زيستي همانند موارد زير ممكن است ايجاد شوند:
تغيير جريان خون به نحوي كه موجب ايجاد انعقاد در قسمتي از رگ‌هاي خوني گردد، به هم خوردن آهنگ ضربان قلب، عملكرد نادرست و بحراني رگ‌ها، ناپايداري پلاكت‌هاي خوني، و در طولاني مدت توسعه تصلب شرايين، التهاب مزاجي و ريوي ناشي از ذرات، تصلب شرايين تسريع شده و عملكرد تغيير يافته ارادي قلب.
اين موارد ممكن است بخشي از عوامل زيستي باشند كه آلودگي ذره‌اي هوا را به مرگ و مير ناشي از بيماري‌هاي قلبي ارتباط مي‌دهند. همچنين نشان داده شده است كه نشست ذرات در كيسه‌هاي هوايي شش‌ها منجر به فعال شدن توليد سيتوكين به وسيله ماكروفاژها و سلول‌هاي اپيتليال كيسه‌هاي هوايي گشته و موجب التهاب سلول‌ها مي‌شود. در نمونه‌هايي كه به طور تصادفي از ميان بزرگسالان سالم در معرض آلودگي ذره‌اي هوا انتخاب شده بودند، افزايش ويسكوزيته پلاسما، فيبرينوژن و پروتئين فعال C مشاهده گرديد.
خلاصه و چشم‌انداز بحث
در مجموع مدارك بسيار زيادي حاصل از مطالعات اپيدمي‌شناسي وجود دارد كه اثرات زيان‌آور ذرات فوق‌ريز را بر روي سلامتي نشان مي‌دهند. همچنين از مدت‌ها پيش مدارك زيادي مبني بر زيان‌آور بودن تنفس ذرات قابل تنفس در محيط‌هاي كاري وجود دارد. به طور كامل مشخص نيست كه اين مسائل به نانومواد ساخت بشر مربوط است يا نه. با اين حال منطقي آن است تا زماني كه بر اساس مطالعات بيشتر اپيدمي‌شناسي، همچنين مطالعات انجام شده بر روي حيوانات، اثرات زيان‌آور اين نانومواد كاملا مشخص نشده است، از اين داده‌ها چشم‌پوشي نكنيم.
در حال حاضر هيچ قانوني در مورد توليد و كاربرد نانومواد براي سلامتي كاركنان و مصرف‌كنندگان و همچنين براي مسائل زيست‌محيطي وجود ندارد. همچنين در زمينه قانون‌گذاري براي مواد شيميايي، هيچ گزينه‌اي براي اندازه ذرات در هنگام ثبت يك ماده مدنظر قرار نمي‌گيرد.
پيش از انجام هرگونه قانون‌گذاري در زمينه نانومواد، بايد اطلاعات بسيار زيادي راجع به اثرات فرآيندها و محصولات نانو، بر روي سلامتي انسان و همچنين محيط زيست به دست آيد. اما حتي با در نظر گرفتن عدم قطعيت علمي موجود، شواهد كافي براي انجام اقدامات پيشگيرانه در محيط‌هاي كاري و بسته وجود دارد.

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:28 AM
پديدة كامپتون


يكي از بهترين آزمايشاتي كه به وسيله آن مي توان خاصيت ذره اي نور را مشاهده كرد و دريافت، اثر كامپتون است. اين پديده را كه نمي توان آنرا در پرتو فيزيك كلاسيك توجيه كرد آرتور هالي كامپتون در سال 1922 كشف كرده است. وي طي آزمايشي نشان داد كه با تابيدن نور با بسامد (رنگ) مشخص بر سطح فلزي براق، الكترون ها و فوتون ها به صورت ذره اي با يكديگر برخورد مي كنند.

با ابعادي ريزتر به اين اثر نگاه مي كنيم: در هنگام تابش يك فوتون به الكترون آزادي كه در سطح فلز قرار دارد برخورد مي كند و بخشي از انرژي خود را به الكترون مي دهد كه طي اين برخورد ذره را از مسير خويش منحرف كرده و به آن انرژي منتقل مي كند (شكل 1):



http://www.hupaa.com/Data/other/1/sarnevesht_files/image001.jpg
(شكل 1)

پس از اين برخورد بدليل اينكه اندازه حركت ثابت مي ماند فوتون تخريب مي شود كه اين تخريب با كاهش انرژي يا تغيير بسامد (رنگ) فوتون مي باشد. كه مقدار اين تغيير بسامد را مي توان با توجه به رابطه زير محاسبه كرد.(شكل 2)



http://www.hupaa.com/Data/other/1/sarnevesht_files/image002.gif
(شكل 2)

از طرفي همانطور كه گفته شد انرژي ذره افزايش پيدا مي كند كه نتيجة اين افزايش انرژي، افزايش سرعت ذره مي باشد. (شكل 3)



http://www.hupaa.com/Data/other/1/sarnevesht_files/image003.jpg
(شكل 3)

با محاسبه انرژي فوتون پس از برخورد و با داشتن معلوماتي چون جرم الكترون، سرعت نور، انرژي ابتدايي فوتون مي توان زاويه انحراف الكترون را بدست آورد.(شكل 4)



http://www.hupaa.com/Data/other/1/sarnevesht_files/image004.jpg

(شكل 4)

ممكن است در برهم كنش فوتون با ماده همه انرژي فوتون به ماده منتقل شود و يا اينكه فوتون جذب الكترون شود:


اصل موضوعه اتم بور:


نيلز بور1 در سال 1913 بعد از اينكه نظريه اتمي رادرفورد نتوانست چرخش الكترون به دور هسته و پايدار ماندن اتم را توضيح دهد، مدلي نوين را براي اتم ارائه داد. در اين مدل بور به عناون اصل مي پذيرد كه الكترونها تنها مي توانند گذارهاي ناپيوسته اي از يك مدار مجاز به مدارهاي مجاز پايين تر انجام دهند، و تغيير انرژي، به صورت تابش با بسامد زير ظاهر مي شود:

http://www.hupaa.com/Data/other/1/sarnevesht_files/image005.gif
الكترونها مي توانند با جذب فوتون، گذار به مداري با انرژي بيشتر انجام دهند.


اثر فوتوالكتريك:


اين اثر كه حالتي خاص از پديده كامپتون است يكي از 4 مقاله2 تكان دهنده اي بود كه آلبرت اينشتين3 در سال 1905 نوشت. البته تحقيقات اوليه اين اثر را هرتز4 در سال 1887انجام داد. هاينريش رودلف هرتز دانشمند آلماني كه سالهاي زيادي از عمر علمي خود را صرف تحقيقات بر روي امواج كرد آغازگر كشف اثري بود كه بعدها يك پايه استوار تجربي براي نظريه مكانيك كوانتوم و ذره ذره يا گسسته بودن انرژي شد.
هاينريش هرتز در حالي كه سرگرم مطالعات امواج الكترومغناطيس بود متوجه اين موضوع شد كه با تاباندن نور با طول موج هاي كوتاه يا ماورا بنفش به سطح كلاهك فلزي الكتروسكوپي با بار منفي باعث تخليه شدن كلاهك فلزي مي شود.
همانطور كه گفته شد كار بر روي اين اثر و توجيه آن در پرتو نظريه كوانتوم كه در آن روزها يك تئوري نوپا بود، به همت آلبرت اينشتين جوان انجام شد كه دستاوردي بزرگ براي او و علم فيزيك به همراه داشت. اينشتين به واسطه توجيه اين پديده نوبل فيزيك را از آن خود كرد و فيزيكدانان به نظريه بزرگ كوانتوم جدي تر از قبل نگاه كردند.
اين پديده مي گويد كه اگر برسطح فلزي براق نور بتابانيم مشاهده مي كنيم كه در فركانسي خاص و ويژه الكترونها از سطح فلز جدا مي شوند.(شكل 5)



http://www.hupaa.com/Data/other/1/sarnevesht_files/image006.jpg

(شكل 5)


حال اگر در محفظه اي ايده آل در مقابل سطح فلزي كه در حال گسيل كردن الكترون است (كاتد) قطعه اي آندي قرار دهيم. مي بينيم كه جريان الكتريكي ايجاد مي شود. كه به آن جريان فوتوالكتريكي مي گوييم. حال بايد ببينيم چه عواملي در اين پديده وجود دارد كه موجب مي شود تا براي توجيه آن به مكانيك كوانتوم رجوع كنيم.

آ - در اين پديده مشاهده مي شود كه شدت جريان فوتوالكتريكي ايجاد شده مستقل از شدت نور مي باشد و فقط به بسامد (رنگ) نور بستگي دارد. اين مشاهده در حالي انجام شد كه ماكس پلانك5 فيزيكدان بزرگ آلماني به تازگي با توجه به تابش جسم سياه اثبات كرده بود كه انرژي بر خلاف تصور مكانيك كلاسيك ماهيت كوانتايي يا ذره ذره دارد. كه مقدار انرژي نور تنها به بسامد بستگي داشته و از شدت آن مستقل است. اين مشاهده از پديده فوتوالكتريك به وسيله فرمول پلانك يا بطور كلي تئوري كوانتوم قابل توجيه بود

ب- هر كاتد داراي يك فركانس ويژه مي باشد بطوري كه اگر بسامد نور تابانده شده از اين فركانس ويژه يا بسامد آستانه كمتر باشد هيچ جريان فوتوالكتروني ايجاد نخواهد شد و اين آستانه براي فلزهاي مختلف متفاوت است. اينشتين با در نظر گرفتن كوانتومهاي انرژي نشان داد كه هر فوتون انرژي الكترون را به اندازه معين افزايش مي دهد پس بديهي است كه مقدار انرژي كه صرف جدا كردن الكترون مي شود از فلزي به فلز ديگر فرق كند، اما نبايد به انرژي الكترون بستگي داشته باشد.


اصل عدم قطعيت


يكي از بزرگترين دستاوردهاي علمي بشر اصل عدم قطعيت و تعابير فلسفي آن مي باشد
اين اصل را ورنر هايزنبرگ6 با كمك هاي نيلز بور در سال 1927 ارائه كرد.
براي آنكه تكانه و وضعيت آينده ذره اي را پيش بيني كنيم بايد بتوانيم وضعيت و تكانه فعلي آن را به دقت اندازه بگيريم . بديهي است براي اندازه گيري بايد ذره را در پرتو نور مورد مطالعه قرار دهيم چون برخي از امواج نور به وسيله ذره پراكنده خواهند شد و در نتيجه وضعيت ذره مشخص مي شود . اما دقت اندازه گيري وضعيت يك ذره بناگزير از فاصله بين تاجهاي متوالي موج نور كمتر است در نتيجه براي تعيين دقيق وضعيت يك ذره بايد از نوري با طول موج كوتاه تر استفاده كرد . حال بنابر فرضيه كوانتوم پلانك ، نمي توانيم هر قدر دلمان خواست مقدار نور را كم اختيار كنيم ، دست كم بايد يك كوانتوم نور مصرف كنيم . اين كوانتوم يا همان فوتون ذره را متاثر خواهد كرد . از اين گذشته براي آنكه وضعيت ذره را هر چه دقيق تر اندازه بگيريم . بايد از نوري با طول موج كوتاهتر استفاده كنيم كه با توجه به رابطه پلانك كه مي گويد فركانس با انرژي رابطه مستقيم دارد انرژي هم افزايش پيدا مي كند و بنابراين انرژي هر كوانتوم بيشتر مي شود . با افزايش انرژي نور تابانده شده مقدار انرژي جنبشي كه به الكترون تزريق مي شود افزايش پيدا مي كند. كه باعث زياد شدن اندازه حركت الكترون مي شود بنا براين هرچه تلاش كنيم كه موقعيت الكترون را دقيق تر مشخص كنيم اندازه حركت آنرا بيشتر تغيير خواهيم داد. به عبارتي ديگر ما هيچگاه نمي توانيم آينده ذرات را با وجود اصل ذاتي عدم قطعيت به طور دقيق مشخص كنيم كه اين دستاورد دقيقا در مقابل فلسفه فكري مكانيك نيوتوني قرار دارد.

با يك مدل ساده مي توان گفت كه مكانيك نيوتوني براي توصيف وضعيت ذره تنها نياز به يك عكس در لحظه اي معين از ذره دارد. يعني با داشتن خاصيت هاي كمي ذره مي تواند وضعيت ذره را پيش بيني كند حال آنكه مكانيك كوانتوم از ذره فيلم مي گيرد. يعني هزاران عكس از ذره را در نظر مي گيرد. و اساس توصيف وضعيت ذره را بر ميانگين و احتمالات مي گذارد. يا به عبارتي ديگر در برگيرنده همه چيز و در عين حال هيچ چيز.
اين اصل مي گويد اندازه حركت و مكان ذره (و هر زوج ديگري كه ديمانسيون حاصلضربشان با اين زوج برابر شود) در كوانتوم بر خلاف نظريه كلاسيك مكمل يكديگرند.

http://www.hupaa.com/Data/other/1/sarnevesht_files/image007.jpg
و كوانتوم هيچ آزمايشي را براي رد كردن اين اصل ممكن نمي داند. كه حدس زدن همين آزمايش ها زماني داغترين موضوع بحث كنفرانسهاي فيزيك از جمله انجمن سلواي7 بود.
در ادامه بحث چند آزمايش در مورد عدم قطعيت را بررسي خواهيم كرد:
آ- پراش الكترون: فرض كنيد فاصله شكافها از يكديگر و فاصله شكافها تا پرده مقدار هاي معيني باشند. در اينصورت انتظار ما از آزمايش اينست كه با رقراري شرط محاسبه شده تداخل سازنده انجام شود. حال آنكه آزمايش با خطا همراه است و عدم قطعيت يك ابهام در مكان الكترون بوجود مي آورد.
كه دليل ايجاد شدن اين عدم قطعيت حضور ناظري بر آزمايش مي باشد.
ب- ميكروسكوپ هايزنبرگ: هدف اصلي اين آزمايش اينست كه بوسيله نوري كه الكترون ها پراكنده مي كنند مكان آنها مشخص شود. يعني بوسيله يك عدسي مي توان نور پراكنده شده توسط الكترون را مشاهده كرد. حال براي محاسبه دقيق تر مكان الكترون ها بايد توان تفكيك را تغيير داد يا به عبارتي ديگر عدم قطعيت در مكان الكترون را كه تابع طول موج و سينوس زاويه اي كه ميان محور اصلي و خط گذرنده از نقطه ابتداي عدسي مي باشد، را بايد كاهش داد. اما اين كار باعث مي شود تا تكانه با دقت كمتري محاسبه شود. كوانتوم مي گويد راستاي حركت فوتون پس از پراكندگي در محدوده تشكيل نامعين است. در نتيجه تكانه عدم قطعيتي دارد كه با زاويه ذكر شده رابطه مستقيم دارد. يا به عبارتي ديگر اگر ما بخواهيم بوسيله كاهش سينوس زاويه مذكور عدم قطعيت اندازه حركت را كم كنيم آنگاه عدم قطعيت ما در مكان افزايش مي يابد.
پ- الكترون ها در مدار اتم بور: در اين آزمايش تحت مطالعه قرار دادن الكترون باعث انتقال مهارنشدني تكانه به الكترون مي شود. كه خود عدم قطعيتي در انرژي الكترون ايجاد مي كند كه بسيار بزرگتر از اترژي بستگي الكترون در مدار مي باشد. يا به عبارتي ديگر اين جذب تابش در الكترون موجب خارج شدن الكترون از مدار مي شود. كه ازين رو نمي توان مدلي از مدار به دست آورد.
نكته مهمي كه از آزمايش آخر نتيجه مي گردد اينست كه عدم قطعيت تنها به زوج اندازه حركت و مكان محدود نمي گردد بلكه زوج هاي ديگري همچون انرژي- زمان را در بر مي گيرد. كه مي توان گفت كه اين زوج حاصل و ثمره نظريه نسبيت است.

http://www.hupaa.com/Data/other/1/sarnevesht_files/image008.jpg
ت- بودن يا نبودن مسئله اينست. (گربه شرودينگر): يكي از عميق ترين آزمايشاتي كه توسط ذهن خلاق اروين شرودينگر8 جوان شكل گرفت آزمايش گربه شرودينگر بود. هرچند اين آزمايش بيشتر به يك سفسطه فلسفي شبيه است تا يك آزمايش اما تفكر ذهني كه پس از مطالعه اين آزمايش به دست ميايد اعتماد ما را نسبت به عدم قطعيت بيش از پيش جلب مي كند.
در اين آزمايش او اتاقي در بسته را در نظر مي گيردكه درونش يك گربه وجود دارد و شامل مقداري سيانور در يك شيشه شكننده كه به يك چكش وصل است مي باشد. در اين اتاقك مقدار بسيار كمي ماده راديواكتيو است كه ممكن است در يك زمان طولاني حتي يك اتم آن تجزيه نشود. و در اين اتاقك شمارشگر گايگر موجود است كه به محض اكتيو شدن ماده راديواكتيو رله چكش را به كار مي اندازد و اين چكش شيشه حاوي سيانور را مي شكند و حيوان مي ميرد. حال سوال اينست كه آيا در صورت باز نكردن جعبه مي توانيم در مورد زنده بودن يا نبودن جانور حرفي بزنيم. شرودينگر مي گويد كه زندگي گربه پنجاه-پنجاه است. جان ويلسون مي گويد: « طبق كوانتوم گربه تا زماني كه كسي در جعبه را باز نكرده و مشاهده اي انجام نداده در حال زنده و مرده قرار دارد»
ث- در حيطه ماكروسكوپيك: اگر از خطاهاي كوچك در حوزه مكانيك كلاسيك چشم نپوشيم آنگاه اين اصل را مي توان براي اجسام ماكروسكوپيك هم بكار گرفت.
بطور مثال يك توپ را در نظر بگيريد اگر اين توپ را از ارتفاعي رها كنيم به زمين مي خورد و به سمت بالا بر مي گردد وآنقدر اين كار را ادامه مي دهد تا بايستد.اما آيا واقعا از حركت ايستاده است؟ اصل عدم قطعيت مي گويد نه! به اين دليل كه اگر اين توپ بخواهد دقيقا در يك نقطه باقي بماند در آن صورت مكان دقيقش مشخص مي شود طبق اصل عدم قطعيت اگر عدم قطعيت ما در مورد مكان كم باشد عدم قطعيت ما در مورد اندازه حركت فوق العاده زياد است
به حدي كه اصلا نمي توانيم عددي براي اندازه حركت قائل شويم. بنا براين احتمال اينكه توپ از حركت ايستاده باشد صفر است. يعني به محض مشاهده، نور به آن انرژي وارد مي كند پس ما هيچگاه نمي توانيم واقعيت يا همان از حركت ايستادن توپ را ببينيم.) بوسيلة اين اصل و استدلالي مشابه مي توانيم توجيه كنيم كه چرا ذرات داخل اتم مدام در حال حركت هستند.
آزمايشات ديگري نيز مطرح شده است كه از ميان آنها مي توان به مهمترين آنها يعني پديده تونل زني در كوانتوم كه بر اساس علم احتمالات در كوانتوم شكل گرفته است اشاره كرد.
اين اصل نگاه ديگري را به نوع نگرش فيزيك در طبيعت مي بخشد.كوانتوم بوسيله اين اصل توانست در خط فكري فلسفه قرن 20 و مسير كلي فلسفه علم تغييرات مهمي را ايجاد كند.


عدم قطعيت و سرنوشت غير قابل پيش بيني:


سالها از مطرح شدن اين اصل توسط هايزنبرگ مي گذرد اما اين اصل همچنان به قوت خويش باقيست. و تمام نظريه ها كه مطرح شد و تمام برداشتهايي كه بعدها از نظريه كوانتوم انجام شد اين اصل را محترم شمرد.
از دل اصل عدم قطعيت نظريه هاي ديگري بيرون آمدند كه از بين آنها مي توان به نظريه آشوب اشاره كرد. اين تئوري يكي از مهمترين جريانات در فيزيك مدرن پس از كوانتوم بود. اين نظريه تلاشي است براي پاسخگويي به پرسش هايي كه نشان از ايجاد حوادث مهم توسط حركات آشوبناك دارد. كشف وجود پديده هاي تصادفي در نظام غير قابل پيش بيني فيزيك به برآمدن رشته جديدي از علم منجر شده است كه مدعي جهان ما بسيار غير قابل پيش بيني تر از آنيست كه تصور مي شد! نظريه آشوب با در نظر گرفتن تمام آثاري كه فيزيكدانان آنها را تا پيش ازين از محاسبات خويش حذف مي كردند توانست جلوه ديگري از طبيعت را آشكار سازد: « پروانه اي در برزيل بال مي زند و در نقطه اي از آمريكاي شمالي سيل مي آيد » . البته نبايد ازين مسئله غافل شد كه نظريه آشوب غالبا در سيستم هايي حاكم است كه حساسيت فوق العاده نسبت به شرايط اوليه دارند يا اينكه به دليل دارا بدن فاكتورهاي زير تحت تاثير اثرات شگفت انگيز آشوب قرار مي گيرند:
ميان رشته اي بودن.
بزرگ مقياس بودن.
دارابودن تعداد زياد پارامتر هاي مداخله گر.
غير خطي يا بودن. بويژه زماني كه رفتار ديفرانسيلي باشد. يعني عامل زمان
(نرخ و سرعت تغيير) در سرنوشت و رفتار سيستم اثر بگذارد.
اين نظريه مدعي است كه پيچيده ترين ساختار ها تركيبي از چند قاعده ساده هستند.
اما اين نظريه تنها بر ژنتيك و هواشناسي حاكم نيست بلكه اگر به هر خاطره ذهني به چشم يك فركانس نگاه كنيم مي بينيم كه يك خاطره كوچك مي تواند آشوبي در ذهن به پا كند..


اما آشوب چگونه بوجود آمد؟


نخستين بار سيستمهايي مشاهده شدند كه اگرچه در قلمرو فيزيك مكانيك كلاسيك بودند، اما رفتار ديناميك و غير خطي آنها باعث شده بود تا پيش بيني رفتار بلند مدت آنها عملا غير ممكن گردد.
بعدا ثابت گرديد كه نه تنها در عمل پيش بيني نا ممكن است بلكه در تئوري نيز سدهايي براي رسيدن به يك پيش بيني دقيق و دراز مدت وجود دارد.
دانشمندي بنام لورنتس در سال 1965 مشغول پژوهش روي مدل رياضي بسيار ساده اي كه از آب و هواي زمين بود ، به يك معادله ديفرانسيل غير قابل حل رسيد.
وي براي حل اين معادله به روشهاي عددي با رايانه متوسل شد. او براي اينكه بتواند اين كار را در روزهاي متوالي انجام دهد، نتيجه آخرين خروجي يك روز را به عنوان شرايط اوليه روز بعد وارد مي كرد. لورنتس در نهايت مشاهده كرد كه نتيجه شبيه سازي هاي مختلف با شرايط اوليه يكسان با هم كاملا متفاوت است. بررسي خروجي چاپ شده رايانه نشان داده كه رويال مك‌بي رايانه‌اي كه لورنتس از آن استفاده مي كرد، خروجي را تا ۴ رقم اعشار گرد مي كند. از آنجايي محاسبات داخل اين رايانه با ۶ رقم اعشار صورت مي گرفت، از بين رفتن دورقم آخر باعث چنين تاثيري شده بود. مقدار تغييرات در عمل گرد كردن نزديك به اثر بال زدن يك پروانه است. اين واقعيت غير ممكن بودن پيشبيني آب و هوا در دراز مدت را نشان مي دهد..


نظم در آشوب:


هم شكلي: در تئوري آشوب ؛ نوعي شباهت بين اجزاء و كل قابل تشخيص است. بدين ترتيب كه هر جزئي از الگو همانند و مشابه كل مي باشند. خاصيت خودمانائي در رفتار اعضاي سازمان نيز مي تواند نوعي وحدت ايجاد كند ؛ همه افراد به يكسو و يك جهت و هدف واحدي نظر دارند.
جاذبه هاي بي نظم: جاذبه ها انواع مختلف دارند مانند جاذبه نقطه ثابت ؛ جاذبه دور محدود ؛ جاذبه گوي مانند و جاذبه بي شكل يا بي نظم. جاذبه هاي بي نظم برخلاف جاذبه هابي قبلي كه نوعي نظم و قابليت پيش بيني داشتند ؛ بي نظم هستند و به همين خاطر برخي آنها را جاذبه هاي بي نظم نيز ناميده اند. اما همين جاذبه بي نظمي از الگوهاي خاص و مشخصي تبعيت مي كنند.
پويا بودن: سيستمهاي بي نظم خود را با محيط پيرامون وفق مي دهند.


توضيحات پاياني:


1- دانشمند و فيلسوف بزرگ دانماركي كه مكانيك كوانتوم را بنيان نهاد.

http://www.hupaa.com/Data/other/1/sarnevesht_files/image009.jpg
نيلز بور
2- نسبيت خاص، حركت براوني، فيزيك براي مواد حالت جامد و اثر فوتو الكتريك

3- دانشمند بزرگ آلماني كه در سال 1879 در اولم آلمان بدنيا آمد و در سال 1955 در آمريكا درگذشت.


http://www.hupaa.com/Data/other/1/sarnevesht_files/image010.jpg
آلبرت اينشتين

صداي سخنراني اينشتين:
4- دانشمند پرتلاش آلماني كه وجود امواج الكترومغناطيس را اثبات كرد. وي در سال 1857 در آلمان بدنيا آمد و در سن 37 سالگي درگذشت.


http://www.hupaa.com/Data/other/1/sarnevesht_files/image011.jpg
هاينريش هرتز


5- دانشمند آلماني كه با مطرح كردن رابطه كوانتش انرژي انقلابي در فيزيك ايجاد كرد. وي در سال 1947 در سن 89 سالگي در آلمان از دنيا رفت.


http://www.hupaa.com/Data/other/1/sarnevesht_files/image012.jpg
ماكس پلانك


6 - دانشمند بزرگ آلماني كه در سال 1901 چشم به جهان گشود و در سال 1976 در مونيخ درگذشت.

http://www.hupaa.com/Data/other/1/sarnevesht_files/image013.jpg
ورنر هايزنبرگ

7- كنفرانسي كه در آن بزرگان علم فيزيك براي تبادل نظر در مورد آخرين دستاوردهاي علم گرد هم مي آمدند

http://www.hupaa.com/Data/other/1/sarnevesht_files/image014.jpg
انجمن سلواي

8- فيزيكدان اتريشي كه در سال 1887 بدنيا آمد و در سال 1961 از دنيا رفت.



http://www.hupaa.com/Data/other/1/sarnevesht_files/image015.jpg
اروين شرودينگر


نوشته : محمدرضا عظيمي

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:29 AM
انواع مكانيك در فيزيك (كلاسيك-نوين-لاگرانژي- http://www.irdanesh.com/themes/iCGstation/forums/images/spacer.gif http://www.irdanesh.com/images/topics/Physic.jpg مكانيك كلاسيك يكي از قديميترين و آشناترين شاخه‌هاي فيزيك است. اين شاخه با اجسام در حال سكون و حركت ، و شرايط سكون و حركت آنها تحت تاثير نيروهاي داخلي و خارجي ، سرو‌ كار دارد. قوانين مكانيك به تمام گستره اجسام ، اعم از ميكروسكوپي يا ماكروسكوپي، از قبيل الكترونها در اتمها و سيارات در فضا يا حتي به كهكشانها در بخش‌هاي دور دست جهان اعمال مي‌شود.
سينماتيك حركت:
سينماتيك به توصيف هندسي محض حركت ( يا مسيرهاي) اجسام ، بدون توجه به نيروهايي كه اين حركت را ايجاد كرده‌اند ، مي‌پردازد. در اين بررسي عاملين حركت (نيروهاي وارد بر جسم) مد نظر نيست و با مفاهيم مكان ، سرعت ، شتاب ، زمان و روابط بين آنها سروكار دارد. در اين علم ابتدا اجسام را بصورت ذره نقطه‌اي بررسي نموده و سپس با مطالعه حركت جسم صلب حركت واقعي اجسام دنبال مي‌شود.
http://www.newciv.org/pic/nl/artpic/10/1331/dance_steps.jpg


حركت اجسام به دو صورت مورد بررسي است:




سينماتيك انتقالي:
در اين نوع حركت پارامترهاي سيستم به صورت خطي هستند و مختصات فضايي سيستم‌ها فقط انتقال مي‌يابد. از اينرو حركت انتقالي مجموعه مورد بررسي قرار مي‌گيرد. كميت مورد بحث در سينماتيك انتقالي شامل جابه‌جايي ، سرعت خطي ، شتاب خطي ، اندازه حركت خطي و...مي‌باشد.




سينماتيك دوراني:
در اين نوع حركت برخلاف حركت انتقالي پارامتر اصلي حركت تغيير زاويه مي‌باشد. به عبارتي از تغيير جهت حركت ، سرعت و شتاب زاويه‌اي حاصل مي‌شود. و مختصات فضايي سيستم ‌ها فقط دوران مي‌يابند. جابه‌جايي زاويه‌اي ، سرعت زاويه‌اي ، شتاب زاويه‌اي و اندازه حركت زاويه‌اي از جمله كميات مورد بحث در اين حركت مي‌باشند.


ديناميك حركت :


ديناميك به نيروهايي كه موجب تغيير حركت يا خواص ديگر ، از قبيل شكل و اندازه اجسام مي‌شوند مي‌پردازد. اين بخش ما را با مفاهيم نيرو و جرم و قوانين حاكم بر حركت اجسام هدايت مي‌كند. يك مورد خاص در ديناميك ايستاشناسي است كه با اجسامي كه تحت تاثير نيروهاي خارجي در حال سكون هستند سروكار دارد.

پايه گذاران مكانيك كلاسيك:




با اين كه شروع مكانيك از كميت سرچشمه مي‌گيرد ، در زمان ارسطو فرايند فكري مربوط به آن گسترش سريعي پيدا كرد. اما از قرن هفدهم به بعد بود كه مكانيك توسط گاليله ، هويگنس و اسحاق نيوتن بدرستي پايه‌گذاري شد. آنها نشان دادند كه اجسام طبق قواعدي حركت مي‌كنند ، و اين قواعد به شكل قوانين حركت بيان شدند. مكانيك كلاسيك يا نيوتني عمدتا با مطالعه پيامدهاي قوانين حركت سروكار دارد.




قوانين سه گانه اسحاق نيوتن راه مستقيم و سادهاي به موضوع مكانيك كلاسيك مي‌گشايد.اين قوانين عبارتند از:



قانون اول نيوتن:
هر جسمي به حالت سكون يا حركت يكنواخت خود در روي يك خط مستقيم ادامه مي‌دهد مگر اينكه يك نيروي خارجي خالص به آن داده شود و آن حالت را تغيير دهد.


قانون دوم نيوتن:
آهنگ تغيير تكانه خطي يك جسم با برآيند نيروهاي وارد بر آن متناسب بوده و در جهت آن قرار دارد.


قانون سوم نيوتن:
اين قانون كه به قانون عمل و عكس‌العمل معروف است ، اينگونه بيان مي‌شود. هر عملي را عكس العملي است ، مساوي با آن و در خلاف جهت آن.





فرمولبندي لاگرانژي مكانيك كلاسيك:

در برسي حركت اجسام به كمك قوانين نيوتون اجسام به صورت ذره‌اي در نظر گرفته مي‌شود. بنابراين ، بررسي حركات سيستم هاي چند ذره‌اي ، اجسام صلب ، دستگاه‌هاي با جرم متغير ، حركات جفت شده و ... به كمك قوانين اسحاق نيوتن به سختي صورت مي‌گيرد. لاگرانژ و هاميلتون دو روش مستقلي را براي حل اين مشكل پيشنهاد كردند. در اين روشها براي هر سيستم يك لاگرانژين (هاميلتونين) تعريف كرده ، سپس به كمك معادلات اويلر-لاگرانژ (هاميلتون-ژاكوپي) حركات محتمل سيستمها مورد بررسي قرار مي‌گيرد.

موارد شكست فرمولبندي اسحاق نيوتن :




تا آغاز قرن حاضر . قوانين اسحاق نيوتن بر تمام وضعيتهاي شناخته شده كاملا قابل اعمال بودند. مشكل هنگامي بروز كرد كه اين فرمولبندي به چند وضعيت معين زير اعمال شدند:




اجسام بسيار سريع:
اجسامي كه با سرعت نزديك به سرعت نور حركت مي‌كنند.




اجسام با ابعاد ميكروسكوپي مانند الكترونها در اتم‌ها.


شكست مكانيك كلاسيك در اين وضعيتها ، نتيجه نارسايي مفاهيم كلاسيكي فضا و زمان است.

مكمل مكانيك كلاسيك:


مشكلات موجود در سر راه مكانيك كلاسيك منجر به پيدايش دو نظريه زير شد:



فرمولبندي نظريه نسبيت خاص براي اجسام متحرك با سرعت زياد




فرمولبندي مكانيك كوانتومي براي اجسام با ابعاد ميكروسكوپي

مكانيك لاگرانژي
اطلاعات اوليه

كاربرد مستقيم قوانين حركت نيوتن براي حركت سيستم‌هاي ساده راحت و آسان است. اما در صورتي كه تعداد ذرات سيستم بيشتر شود، در اين صورت استفاده از قوانين نيوتن كار دشواري خواهد بود. در اين حالت از يك روش عمومي ، پيچيده و بسيار دقيق كه به همت رياضيدان فرانسوي ژوزف لويي لاگرانژ ابداع شده است، استفاده مي‌شود. به اين ترتيب مي‌توان معادلات حركت براي تمام سيستمهاي ديناميكي را پيدا كرد. اين روش چون نسبت به معادلات نيوتن حالت كلي تري دارد، لذا در مورد حالتهاي ساده كه با معادلات حركت نيوتن به راحتي حل مي‌شود، نيز قابل اعمال است.
مختصات تعميم يافته

موقعيت يك ذره در فضا را مي‌توان با سه سيستم مختصات مشخص كرد. اين سيستمها عبارتند از سيستمهاي كارتزين ، كروي و استوانه‌اي ، يا در حقيقت هر سه پارامتر مناسب ديگري كه انتخاب شده باشند. اگر ذره مجبور به حركت در يك صفحه يا سطح ثابت باشد فقط به دو مختصه براي مشخص كردن موقغيت ذره نياز است، در حاليكه اگر ذره روي يك خط مستقيم يا يك منحني ثابت حركت كند، ذكر يك مختصه كافي خواهد بود. اما در مورد يك سيستم متشكل از N ذره ، براي تشخيص كامل موقعيت همزمان تمام ذرات به 3N مختصه نياز خواهيم داشت.

اگر محدوديتهاي بر سيستم اعمال شده باشد، تعداد مختصات لازم براي مشخص كردن پيكربندي كمتر از 3N خواهد بود. به عنوان مثال ، اگر سيستم مورد نظر يك جسم صلب باشد، براي مشخص كردن پيكربندي آن فقط به موقعيت مكاني يك نقطه مرجع مناسب از جسم (مثلا مركز جرم) و جهت يابي آن نقطه در فضا احتياج داريم. بنابراين در حالت كلي براي مشخص كردن پيكربندي يك سيستم خاص ، احتياج به تعداد حداقل معين n مختصه نياز است. اين مختصات را مختصات تعميم يافته مي‌گويند.
نيروي تعميم يافته

در سيستم مختصات تعميم يافته ، به جاي نيروهايي كه در مكانيك كلاسيك نيوتني معمول است، مرتبط با هر مختصه نيرويي تعريف مي‌شود كه به نام نيروي تعميم يافته معروف است. اين كميت كه با استفاده از تعريف كار محاسبه مي‌شود، به اين صورت است كه حاصل ضرب آن در مختصه تعميم يافته داراي ابعاد كار است. بنابراين اگر مختصه تعميم يافته داراي بعد فاصله باشد در اين صورت اين كميت از جنس نيرو خواهد بود. در صورتيكه مختصه تعميم يافته از نوع زاويه باشد، در اين صورت اين كميت داراي بعد گشتاور خواهد بود. يعني متناسب با نوع مختصه تصميم يافته مي‌تواند از جنس نيرو و يا گشتاور نيرو باشد.
معادلات لاگرانژ

براي بررسي حركت يك سيستم در مكانيك لاگرانژي انرژي جبنشي و انرژي پتانسيل سيستم را تعيين مي‌كنند. اين كار به اين صورت مي‌گيرد كه در مكانيك لاگرانژين در مورد هر سيستم دو كميت جديد به نام‌هاي لاگرانژين و هاميلتونين تعريف مي‌شود. لاگرانژين برابر تفاضل انرژي پتانسيل از انرژي جنبشي است. در صورتي كه هاميلتون برابر با مجموع انرژي جنبشي و انرژي پتانسيل سيستم است. در واقع مي‌توان گفت كه كار اصلي تعيين و محاسبه صحيح انرژي جنبشي و پتانسيل است.

سپس اين مقادير در معادله‌اي كه به معادله لاگرانژ حركت معروف است قرار داده مي‌شود. معادله لاگرانژ ، معادله‌اي است كه بر حسب مشتقات تابع لاگرانژي نسبت به مختصات تعميم يافته و نيز مشتق زماني مشتقات تابع لاگرانژي نسبت به سرعتهاي تعميم يافته نوشته شده است. به عبارت ديگر اگر تابع لاگرانژي را با L نشان دهيم و مختصات تعميم يافته را با qk و سرعت‌هاي تعميم يافته را با qk (كه نقطه بيانگر مشتق زماني مختصه تعميم يافته qk است) نشان دهيم، معادلات لاگرانژ به صورت زير خواهد بود:http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh/math/d9160b7b9258e77a49f9a9e1e840ae70.png
در صورتي كه نيروهاي موجود در سيستم همگي پايستار نباشند، به عنوان مثال يك نيروي غير پايستار مانند اصطكاك وجود داشته باشد در اين صورت در طرف دوم معادلات لاگرانژ عبارت Qk كه بيانگر نيروي تعميم يافته غير پايستار است، نيز اضافه مي‌شود.

http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh/math/634c7609c66987effeb23b66b5d1eeec.png

معادلات لاگرانژ براي تمام مختصات يكسان هستند. اين معادلات ، روش يك نواختي براي بدست آوردن معادلات ديفرانسيل حركت يك سيستم در انواع سيستم‌هاي ارائه خواهند داد.
اصل تغييرات هاميلتون

روش ديگر براي استنتاج معادلات لاگرانژ اصل تغييرات هاميلتوني است. در اين حالت همانگونه كه قبلا نيز اشاره شد در مورد هر سيستم كميتي به نام تابع هاميلتوني تعريف مي‌شود كه برابر با مجموع انرژي جنبشي و انرژي پتانسيل سيستم است. اين اصل در سال 1834 توسط رياضيدان اپرلندي ويليام .ر. هاميلتون ارائه شد.

در اين روش فرض مي‌شود كه يك تابع پتانسيل وجود دارد، يعني سيستم تحت بررسي يك سيستم پاياست. ولي اگر تعدادي از نيروها نيز غير پايستار باشد مانند مورد معادلات لاگرانژ مي‌توان سهم اين نيرو ها را نيز بطور جداگانه منظور كرد. يعني در اين حالت تابع هاميلتون برابر با مجموع انرژي جنبشي و كار انجام شده توسط تمام نيروها اعم از نيروهاي پايستار و غير پايستار است.
معادلات هاميلتون

معدلات هاميلتون از 2n معادله ديفرانسيل درجه اول تشكيل شده است. اين معادلات بر حسب اندازه حركت تعميم يافته و مشتقات آن نوشته مي‌شود. اندازه حركت تعميم يافته به صورت مشتقات تابع لاگرانژي نسبيت به سرعت تعميم يافته تعريف مي‌شود. بنابراين اين معادلات زير خواهند بود.

http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh/math/6d6dc726ca07f823ad77ddcb7889868f.png

http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh/math/9d5f85889a4c7b5de39988178f3edb43.png

در عبارت فوق qk بيانگر سرعت تعميم يافته است و علامت نقطه در بالاي Pk (اندازه حركت تعميم يافته) بيانگر مشتق زماني است. اگر معادلات هاميلتون را با معادلات لاگرانژي مقيسه كنيم ملاحظه مي‌شود كه تعداد اولين معادلات زياد است. يعني اگر سيستم V با N مختصه يافته مشخص شود، در اين صورت معادلات هاميلتون شامل 2n معادله ديفرانسيل درجه اول هستند، در صورتيكه معادلات لاگرانژ از n معادله درجه دوم تشكيل شده است. بنابراين كار كردن با معادلات هاميلتون راحتتر است. معمولا در مكانيك كوانتومي‌ و مكانيك كاري از معادلات هاميلتون استفاده مي‌شود.

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:30 AM
بازي بزرگان
نگاهى به تاريخ و شاخه هاى گوناگون فيزيك

در قرن هفدهم نيوتن با كارهايى كه بر روى نور انجام داد به اين نتيجه رسيد كه نور از ذره هاى كوچك تشكيل شده است. دانشمندان ديگر معتقد بودند كه ماهيت نور موج است. اما نفوذ نيوتن سبب شد كه نظريه او براى مدت ۲۰۰ سال مورد قبول با شد.سرانجام در سال ۱۸۶۵ جيمز ماكسول فيزيكدان اسكاتلندى همه پديده هاى الكتريكى و مغناطيسى را با تئورى خود تشريح و تفسير كرد. او گفت كه نور فقط بخشى از امواج الكترومغناطيسى است. ماكسول وجود امواج راديويى، كه موج، فروسرخ فرابنفش و اشعه ايكس و گاما كه بعد از آن كشف شد را پيش بينى كرد.تا اواخر سال ۱۸۰۰ ميلادى به نظر مى رسيد كه فيزيك ماموريت تشريح هر آن چيزى كه بايستى نسبت به رفتارمان و انرژى دانسته شود، شناخته است. به هر حال چيزى فراتر از حقيقت نيست. در اوايل دهه ۱۹۰۰ ميلادى فيزيك نيوتنى با دو نظريه نسبيت و كوانتوم مورد ضربه شديد قرار گرفت.در سال ۱۹۰۵ يك كارمند اداره ثبت آلمانى به نام آلبرت اينشتين مقاله اى نوشت كه در آن نظر كاملاً جديدى در مورد مكان و زمان مطرح كرد. او پيشنهاد كرد كه فضا و زمان نسبى هستند بدين معنى كه اندازه گيرى آنها به چارچوب مرجع (محورهاى مختصات ناظر) بستگى دارد. ده سال بعد اينشتين تئورى نسبيت عمومى خود را ارائه داد و با رياضيات نشان داد كه فضا و زمان نسبى هستند. اين تئورى همچنين جانشين تئورى جاذبه نيوتنى شد و به كمك نظريه انحناى فضا حركت اجرام فضايى را تشريح كرد. نظريه نسبيت اينشتين آثار ديگر نجومى را كه نظريه نيوتن نمى توانست آنها را توجيه كند پيش بينى كرد.اينشتين در مورد انرژى كه ابتدا ماكس پلانك فيزيكدان آلمانى در سال ۱۹۰۰ نظر خود را اعلام كرده بود تفصيل و شرح استادانه اى ارائه داد. پلانك به اين نتيجه رسيد كه انواع شكل هاى انرژى از بسته هاى كوچكى تشكيل شده اند كه او آنها را كوانتوم ناميد. اينشتين نظريه پلانك را در مورد نور به كار برد و ذره انرژى نور را فوتون ناميد. با اين مفهوم اثر فوتوالكتريك را تشريح كرد. در پديده فوتوالكتريك تابش پرتوهاى فرابنفش به سطح فلز سبب خروج دانه هاى الكتريسيته به نام الكترون مى شوند. اين امر نيز ماهيت دوگانه نور را آشكار كرد و نشان داد كه نور بعضى وقت ها مانند موج و بعضى وقت ها مانند ذره عمل مى كند نيلز بور فيزيكدان دانماركى نظريه كوانتومى را براى اتم به كار برد. او شرح داد كه در هر اتم الكترون ها مى توانند فقط سطح هاى مشخصى از انرژى را داشته باشند. هنگامى كه يك الكترون از سطح انرژى بيشتر به سطح انرژى كمتر انتقال يابد تفاوت انرژى در اثر اين پرش كوانتومى به صورت فوتون نور تابش مى شود.در سال ۱۹۲۳ لويى ويكتور دوبروى فيزيكدان فرانسوى اعلام كرد كه نور ماهيت دوگانه موج - ذره را دارد، الكترون ها نيز چنين وضعى دارند. هنگامى كه نظر دوبروى مورد بررسى قرار گرفت مفهوم فيزيك كوانتومى و مكانيك كوانتومى روشن و موجب درك و فهم اساس ماده و حركت شد.آزمايش هايى كه بر روى هسته اتم ها صورت گرفت سبب شد كه تحقيقات فيزيك در قرن بيستم بر هسته متمركز شود. وسيله اى كه براى اين تحقيقات به كار رفت شتاب دهنده ذرات بود كه وسيله اى با انرژى بسيار زياد است و مى تواند يك باريكه اى از ذره هاى اتمى الكتريسيته دار را به وجود آورد. فيزيكدانان از اين ذره ها براى بمباران اتم ها و مطالعه در چگونگى شكسته شدن آنها استفاده مى كنند.مطالعاتى كه با انرژى زياد صورت گرفت سبب كشف دو ذره جديد زيراتمى شد. جريان مطالعات اين پيشنهاد را در پى داشت كه انواع ذره هاى بنيادى از چند ذره اصلى به نام كوارك ساخته شده اند.در اواخر قرن بيستم اطلاعاتى كه دانشمندان از ذره هاى بنيادى و اثر متقابل آنها به دست آوردند تئورى جديد وحدت نيروها را مطرح كردند. اين تئورى تركيبى از چهار تئورى مربوط به نيروهاى گرانشى، الكترومغناطيسى، هسته هاى قوى و هسته هاى ضعيف بود كه به صورت تئورى واحد همه نيروها را دربرمى گيرد. پژوهش هايى كه در فيزيك ذرات بنيادى صورت گرفته منجر به پيدايش تئورى جديد جهان شناسى شده است. در اين تئورى منشاء ساز و كار و تحولات جهان بزرگ بررسى مى شود. مثلاً در دهه ۱۹۲۰ ادوين هابل اخترشناس آمريكايى و ديگران كشف كردند كه جهان منبسط و گسترده مى شود. اين موضوع تحت عنوان تئورى بينگ بنگ بيان شده و مطرح مى كند كه جهان در اثر يك انفجار بزرگ كيهانى آغاز شده است.
• شاخه هاى فيزيك
فيزيك را به طور سنتى به دو شاخه فيزيك كلاسيك و فيزيك جديد تقسيم مى كنند. فيزيك كلاسيك شامل مكانيك نيوتنى، ترمو ديناميك، اكوستيك، اپتيك و الكترومغناطيس است.
• فيزيك كلاسيك
مكانيك نيوتنى شاخه اى از علم فيزيك است كه براساس قوانين حركت كه در كارهاى آيزاك نيوتن است پايه گذارى شده است. امروزه اين شاخه فيزيك داراى حوزه وسيعى از رياضيات عالى است كه فيزيكدانان آن را براى طراحى قطارهاى جديد، اتومبيل ها، هواپيماها و زيردريايى ها و موشك هاى دوربرد و فضاپيماها به كار مى برند.ترموديناميك شاخه ديگرى از علم فيزيك است كه در موضوع انتقال گرما، تبديل گرما به كار مفيد در اثر جابه جايى هاى فيزيكى يا واكنش هاى شيميايى مطالعه مى كند. فيزيكدانان در اين حوزه ممكن است در موضوع نيمه رساناها كه گرما را از پرتوهاى خورشيد مى گيرند و آن را به الكتريسيته تبديل مى كنند كار كنند.
اكوستيك مطالعه علمى بر امواج صوتى و كنترل صوت است. فيزيكدانان در اين قسمت در طيف وسيعى كار مى كنند. آنها از لرزش هاى كوچك زمين تا نوسان هاى پرسامد فراصوتى كه در پزشكى براى تشخيص بيمارى ها كاربرد دارند مورد مطالعه قرار مى دهند. مهندسى صدا كه براساس فيزيك صوت قرار دارد در طراحى تئاتر و تهيه موزيك به كار مى رود. اپتيك به انواع پديده هاى نورى مربوط مى شود. نور هندسى با پرتو هايى كه به خط راست منتشر مى شوند (كه پرتو نور ناميده مى شوند) مربوط مى شود. پديده هاى بازتابش، شكست و تشكيل تصوير در ابزار هاى نور مانند آينه و عدسى در نور هندسى بحث مى شود. اپتيك فيزيك به ماهيت موجى نور و پديده هاى تداخل، تفرق، قطبش كه در ابزار هاى دقيق نورى مانند ميكروسكوپ، دوربين عكاسى و فيلتر هاى نورى موثرند، مى پردازد.الكترومغناطيس شاخه اى از علم فيزيك است كه از نيرو هاى ميان مواد مغناطيسى، نيرو هاى ميان جريان هاى الكتريكى و روابط ميان اين نيرو ها بحث و مطالعه مى كند. فيزيكدانان در اين حوزه از علم با مغناطيس هاى الكتريكى كه درماشين هاى صنعتى مانند موتور ها و ژنراتور ها و نيز ابزار ها علمى مانند شتاب دهنده ها و ابررسانا ها به كار مى روند سروكار دارند.
• فيزيك جديد
فيزيك جديد بر موضوعاتى مانند مكانيك كوانتومى، فيزيك هسته و ذرات بنيادى و فيزيك پلاسما متمركز است.
مكانيك كوانتومى به بررسى ساختمان و طرز كار اتم ها و ذره هاى بنيادى با توجه به اين نظر كه همه انرژى ها به صورت كوانتومى هستند مى پردازد. كوانتوم مكانيك علم بررسى سلول هاى فوتوالكتريك، باترى هاى خورشيدى، پرتو فلورسنت، ليزر و اسپكتروسكوپ است. اسپكتروسكوپ دستگاهى است كه براى تشخيص عناصر از يكديگر از راه نورى كه در اثر تحريك شدن تاثير مى كنند به كار مى رود.
فيزيك هسته اى و ذره هاى بنيادى در مورد ويژگى هاى هسته و ذره هاى درون آن كه هستك ناميده مى شوند بحث و مطالعه مى كند. ابزار آزمايش فيزيكدانان هسته اى و ذره هاى بنيادى شتاب دهنده هاى بسيار قوى ذرات و آشكار ساز ها هستند. فيزيكدانان هسته اى انرژى را كه از راه شكافت هسته اى و پيوند هسته اى به وجود مى آيد را كنترل مى كنند و آن را براى توليد انرژى هسته اى و سلاح هاى هسته اى به كار مى برند. آنها در بخش پزشكى هسته اى هم كار مى كنند تا روش هاى استفاده از مواد راديواكتيو را براى تشخيص معالجه بيمارى ها بيابند.
فيزيك پلاسما مربوط به بررسى آثار و اعمال پلاسما است. پلاسما كه حالت چهارم ماده نيز ناميده مى شود شكلى از ماده است كه به صورت گاز يونيزه يون و در آن يون ها و الكترون ها به صورت آزاد حركت مى كنند. در بيرون از اتمسفر كره زمين بيش از ۹۹ درصد موادى كه در جهان قابل مشاهده هستند به صورت پلاسما موجودند. در روى زمين پلاسما فقط در چند جا مانند درون حباب هاى فلورسنت وجود دارد. امروزه در آزمايشگاه ها از طريق يونيزه كردن گاز ها در اثر جريان الكتريكى پلاسما توليد مى كنند. اين پلاسماى مصنوعى را كه اهميت بسيار دارد در صنايع نيمه رسانا ها به كار مى برند.
• فيزيك و ديگر علوم
همه شاخه هاى فيزيك در يك يا چند موضوع با علوم ديگر مانند زيست شناسى، شيمى، زمين شناسى و اختر شناسى پيوند يافته و مبحث هاى جديد زيست فيزيك، شيمى فيزيك، زمين فيزيك و اختر فيزيك را به وجود آورده اند.
زيست فيزيكدانان درباره فيزيك موجودات زنده بحث مى كنند. به ويژه آنها مفاهيم و ابزار هاى فيزيك را براى حل مسائل زيست شناسى مانند ساختمان مولكول هاى مركب يا ماهيت پالس هاى الكتريكى در مغز، در عصب ها، در ماهيچه ها و ديگر اندام ها به كار مى برند. مثلاً در قرن بيستم پراش پرتو ايكس نقش عمده اى در كشف ساختمان و طرز كار مولكول هاى مهم، پروتئين ها و دى ان اى بر عهده داشت.
زمين فيزيكدان ها از علم فيزيك براى مطالعه زمين و سياره هاى همسايه آن استفاده كردند. روش آنها شامل مطالعه بر پوسته، هسته، اقيانوس ها و اتمسفر زمين و سيارات ديگر منظومه شمسى بود. زمين فيزيك خود شامل رشته هايى مانند زمين پيمايى يا مساحى (ژئودوزى)، لرزه شناسى، مغناطيس زمين است. در زمين پيمايى شكل زمين و ميدان گرانش آن بررسى مى شود. در لرزه شناسى لرزه هايى كه در اثر جابه جايى هاى درون زمين يا انفجار هاى هسته اى زيرزمينى به وجود مى آيد مطالعه مى شود. موضوع مغناطيس زمين در رابطه با قطب ها و ميدان مغناطيسى زمين است.شيمى فيزيكدان ها به مطالعه ساختمان ماده و تغييرات انرژى كه در اثر واكنش هاى شيميايى يا تغيير حالت هاى ماده (مانند وقتى گاز به مايع تبديل مى شود) به وجود مى آيد، مى پردازند.
كيهان شناسان در موضوع مبدا، ساختار و تحولات جهان مطالعه مى كنند. فيزيكدانان در اين حوزه به شناسايى چگونگى سازوكارى جهان و تشخيص ماهيت ماده و انرژى مى پردازند. همانطورى كه مكانيك كوانتومى در مورد هسته و ذره هاى اتمى به بررسى مى پردازد. رابطه تنگاتنگى ميان مكانيك كوانتومى و اخترفيزيك وجود دارد كه در تشريح ساختار و طرز كار ستارگان و ديگر اجرام فضايى به كار مى رود. اختر فيزيكدانان در تلاشند تا ويژگى هاى هر چيزى كه در جهان بزرگ مشاهده مى كنند با واژه هاى دما، فشار چگالى و تركيب هاى شيميايى نشان دهند.






http://cph-theory.persiangig.com/920-1.jpg
ريچارد فين من، فيزيكدان آمريكايى زمانى علم را با اين گفته تشريح كرده بود كه: «طبيعت يك بازى بزرگ شطرنج است كه آن را خدايان بازى مى كنند و ما افتخار آن را داشتيم كه آن بازى را نگاه كنيم. قوانين بازى چيزى است كه ما آن را فيزيك اساسى و مبادى مى ناميم و هدف ما درك و فهم اين قوانين است.» بر طبق گفته فين من، فيزيك از گذشته هاى دور به عنوان علمى شناخته شده است كه مى كوشد تا «همه چيز» را تشريح و تفسير كند. فيزيك، مطالعه بر ماده و انرژى و كاوش دريافتن قوانينى است كه رفتار آنها را مشخص مى كند. در حالى كه شيميدانان عنصرها و تركيب ها را مطالعه مى كنند فيزيكدانان به مطالعه نيروهايى مى پردازند كه عنصرها را به وجود مى آورند و با هم تركيب و يا از يكديگر جدا مى كنند. در حالى كه اخترشناسان اجرام فضايى را مطالعه مى كنند، فيزيكدانان نيروهايى را مطالعه مى كنند كه اين اجرام را اينگونه شكل بخشيده اند و قوانينى را بررسى مى كنند كه بر حركت آنها در فضا حاكم هستند.
فيزيكدان ها مى خواهند بدانند كه چه چيزى سبب مى شود كه اتم ها به يكديگر پيوند يافته و كهكشان ها از هم جدا هستند. براى درك همين مطالب است كه نيروهايى مانند گرانش و پديده هايى چون حركت، مغناطيس، الكتريسيته و انرژى هسته اى را آزمايش و بررسى مى كنند.
بسيارى از بزرگترين فيزيكدانان جهان، همچون فين من تحقيقات علمى را دنبال مى كنند و به تدريس آنها مى پردازند. در حالى كه گروه ديگرى از فيزيكدانان در صنايع، طراحى شبكه هاى ارتباطى برتر، نيروگاه هاى با بازده بالا، ساختمان هاى امن تر و كارخانه هاى اتومبيل سازى، كشتى سازى و هواپيماسازى بسيار پيشرفته اى كه مقاومت هوا بر آن بسيار ناچيز است، كار مى كنند. بعضى از فيزيكدانان هم با پژوهشگران امور پزشكى همكارى مى كنند تا راه هاى جديدى را براى كاوش در تن آدمى بيابند. ممكن است روزى فيزيكدانان راه هاى عملى را براى پرواز اتومبيل و قطار در هوا به دست آورند و انرژى نامحدود، ارزان و پاك را در اختيار همگان قرار دهند. اين موارد فقط شمارى از فرصت هاى بى شمار عملى است كه راه آن براى فيزيكدانان امروزى باز شده است.
• تاريخ فيزيك
ريشه هاى فيزيك را به عنوان يك علم حداقل از حدود ۲۶۰۰ سال پيش مى توان رديابى كرد. در آن زمان بود كه فيثاغورث، فيلسوف يونانى هماهنگى ميان صوت تارها را در آلت موسيقى كشف كرد و آن را به صورت يك رابطه رياضى نشان داد. همين موضوع سبب شد كه فيثاغورث به دنبال يافتن قانون هاى ساده رياضى باشد كه پديده هاى طبيعى را به درستى تشريح نمايند، قانون هايى كه حركت يك ذره معلق در فضا تا كل سازوكار جهان را نشان دهند.
در حدود ۴۰۰ سال پيش از ميلاد مسيح افلاطون و ارسطو نظر فيثاغورث را گسترش دادند. آنها نظمى را در گردش دايره اى ستارگان ديدند اما حركت سيارات در خلاف جهت ستارگان و دور و نزديك شدن آنها فكرشان را مغشوش كرد تا آن كه در سال ۱۵۴۳ ميلادى نيكلاى كپرنيك دانشمند لهستانى در فرضيه خود، با قراردادن خورشيد به جاى زمين هماهنگى فيزيكى جهان را عرضه كرد. در دهه اول ۱۶۰۰ ميلادى يوهان كپلر دانشمند آلمانى دريافت كه مسير سيارات دايره نبوده بلكه به صورت بيضى است. او به مدد رصدها و مطالعات خود قانون هايى را به دست داد كه سرعت مدار و زمان گردش هر سياره را به طور دقيق بيان مى كرد.در حدود همان سال ها گاليله فيزيكدان ايتاليايى و رنه دكارت رياضيدان فرانسوى موضوع حركت را مورد مطالعه قرار دادند. آنها جدا از هم دريافتند كه اگر جسمى در حركت باشد مسير آن خط راست است و با سرعت ثابت جابه جا مى شود مگر آن كه چيزى بر آن اثر كند يا نيرويى بر آن وارد شود. اين فكر بنياد قوانين حركت بود كه به وسيله آيزاك نيوتن فيزيكدان انگليسى به وجود آمد.نيوتن در سال ۱۶۸۷ كتاب «اصول رياضى فلسفه طبيعى» را نوشت. اين كتاب يكى از متون بسيار مهم علمى است كه تاكنون نوشته شده و راهنماى بسيارى از كارهاى علمى است كه مورد پذيرش قرار گرفته است. در اين كتاب نيوتن سه قانون حركت را مورد بحث قرار داده است: قانون اينرسى، قانون شتاب ثابت و قانون عمل و عكس العمل. در اين كتاب «قانون گرانش جهانى» نيز ارائه شده است. اين قانون براساس مشاهدات كپلر كشف و به صورت رياضى فرمول بندى شد و نشان مى دهد كه هر دو جسم با نيرويى كه با حاصل ضرب جرم هاى آن نسبت مستقيم با مجذور فاصله آنها نسبت عكس دارد يكديگر را جذب مى كنند.نظرات نيوتن كه شامل مطالعه حركت اجسام و نيروهايى كه بر آنها اثر مى كند، است اساس علم مكانيك شد و به نوبه خود مكانيك اساس فيزيك جديد شد.
در همان زمان كه نخستين فيزيكدانان به مطالعه حركت و قوانين آن مشغول بودند در جست وجوى بررسى ماهيت و رفتارهاى ماده در جهان نيز بودند. مثلاً در سال ۱۶۰۰ ميلادى روبرت بويل مشخص كرد كه اگرگازى را گرم كنيم، اتم ها جنبش بيشترى خواهند يافت و سبب مى شوند كه دما و فشار گاز افزايش يابد. تشريح رفتار گازها براساس حركت اتم ها اكنون به تئورى سينتيك گازها معروف است. اين موضوع يكى از كاربردهاى مهم و جالب مكانيك نيوتن در حوزه اتم ها _ نه ستارگان بود.در تئورى سينتيك بويل اين ايده وجود داشت كه گرما شكلى از انرژى است. شكل هاى ديگر انرژى از قبيل انرژى الكتريكى و انرژى شيميايى نيز به زودى شناخته شدند. بعدها مشخص شد كه اين شكل هاى گوناگون انرژى مى توانند به يكديگر تبديل شوند. اما انرژى خود به خود به وجود نمى آيد و نابود هم نمى شود. اين موضوع يعنى _ پايستگى انرژى يكى از پايه هاى اساسى علم فيزيك شد.در طول سال هاى ۱۷۰۰ ميلادى بسيارى از دانشمندان از جمله بنجامين فرانكلين سياستمدار، نويسنده و مخترع آمريكايى و الساندرو ولتا بسيارى از ويژگى هاى الكتريسيته و قوانين حاكم بر آن را بررسى و كشف كردند. آنها وجود بارهاى مثبت و منفى الكتريسيته را كشف كردند و دريافتند كه فلزات رساناى خوبى براى الكتريسيته هستند. يعنى بارها الكتريكى به سهولت از ميان آنها مى گذرد.
اين اكتشافات سبب شد كه فيزيكدانان و شيميدانان دريابند كه خود اتم از بارهاى مثبت و منفى الكتريكى تشكيل شده است و واكنش هاى شيميايى را به كمك جذب و دفع الكتريكى بين اتم ها مى توان تشريح و تفسير كرد.
معماهاى نور و خصوصيات آن در طول تاريخ نيز فيزيكدانان را مجذوب خود كرده است. نمونه اى از آينه فلزى كه مصرى ها در حدود چهار هزار سال پيش به كار مى برده اند در دره رود نيل از زير خاك بيرون آورده اند. دانشمندان يونان باستان مانند فيثاغورث، دموكريتوس، افلاطون و ارسطو درباره ماهيت نور به بحث پرداخته اند. اقليدس در حدود سه قرن پيش از ميلاد مسيح از انتشار نور به خط راست و برابرى زاويه تابش با زاويه بازتابش سخن رانده است. در مجموعه پرسش و پاسخ بين ابوريحان بيرونى و اين سينا به چنين پرسشى از سوى ابوريحان برمى خوريم كه «چگونه است كه ظرف شيشه اى مدور پر از آب كه در مسير نور آفتاب قرار گيرد اشياى مجاور خود را مى سوزاند اما اگر از آب تهى باشد، چنين نمى كند؟»۱
خواجه نصرالدين طوسى در كتاب تجريدالكلام مى گويد: «به نظر برخى از دانشمندان نور از ذرات خردى ساخته شده كه از منبع نور جدا شده و به اجسام گيرنده نور مى رسند. قطب الدين شيرازى در كتاب نهايه الادراك از رنگين كمان و چگونگى ديدن اجسام بحث مى كند، كمال الدين فارسى در كتاب تنفيع المناظر درباره شكست نور مى نويسد: هر گاه نور با جسم غليظ ترى مصادف شود اين غلظت مانع از حركت نور در جهت اوليه خواهد بود پس در جهتى سير مى كند كه نفوذ در آن سهل تر است مسلماً چون راه سهل ترى را اختيار مى كند زودتر به مقصد مى رسد.۲

http://cph-theory.persiangig.com/920-2.jpg

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:30 AM
آشنايي با درخش ايريديوم

اغلب ما از تعداد زياد ماهواره هايي كه يكي دو ساعت بعد از غروب خورشيد و يا پيش از طلوع آن ديده مي شوند مطلعيم. امروزه از ميان تقريباً 8000 ماهواره در حال گردش به دور زمين تعداد 400 عدد از آنها با چشم غير مسلح قابل رؤيت هستند. شاتل هاي فضايي آمريكا معمولاً پرنورتر (به روشني مشتري در قدر 5/2- ) هستند . اما آنها هميشه در حال گردش نيستند. بسياري از ماهواره هايي كه ديده مي شوند مراحل پاياني مأموريت خود را طي مي كنند. آنها در حال دورانند و در نتيجه درخشندگيشان با تغيير مقطع عرضي قابل رؤيت آنها تغيير مي كند. گهگاهي شاهد درخشندگي هاي پرنورتري هستيم كه حاصل انعكاس نور خورشيد از يك سطح آينه مانند (مثل صفحات خورشيدي يك ماهواره ) است. محاسبات نشان مي دهند كه يك متر مربع از يك سطح آينه اي شده در فاصله 1000 كيلومتر بايد شبيه ستاره اي با قدر 7- به نظر برسد. وقايعي كه بدانها اشاره شد غير قابل پيش بيني هستند زيرا موقعيت دقيق ماهواره و يا صفحات خورشيدي به دلايلي مختلف (امنيتي و غيره) افشا نمي شود. اما اين وضعيت با پرتاب ماهواره هايي توسط شركت ايريديوم كه عمليات آماده سازي آنها در ژوئن سال 1998 به پايان رسيد دگرگون شده است . پس از آنكه اين ماهواره ها درخشش هاي بسيار پرنوري (در حد قدر 8-) در نقاط مختلف آسمان ايجاد كردند، به زودي مورد توجه راصدان آماتور قرار گرفتند

http://cph-theory.persiangig.ir/1793-1.jpg

سيستم ماهواره اي ايريديوم متشكل از 66 ماهواره فعال و 11 عدد ماهواره غير فعال يدكي است كه همگي در مدار هاي پاييني (در حدود 780Km)به دور زمين مي چرخند. آنها براي پشتيباني از سيستم تلفن هاي همراه در سطوح حرفه اي و صنعتي استفاده مي شوند و قادرند هر تلفن همراه در سراسر دنيا را كه از سيستم ايريديوم استفاده مي كند به هر نقطه ديگري متصل كنند. پوشش اين نوع ماهواره ها به قدري كامل است كه نقاطي با نام نقاط كور كه در آن نتوان سيگنالي را دريافت و يا ارسال كرد وجود ندارد. اين سيستم بدين دليل ايريديوم خوانده مي شود كه عنصر ايريديوم در جدول تناوبي داراي عدد اتمي به شماره تعداد ماهواره هاي موجود در اين سيستم است. هر سيستم ايريديوم مجهز به سه آنتن آلومينيومي براق است كه بازتابنده بسيار قوي نور خورشيد هستند . هنگامي كه در وضعيتي مناسب نور خورشيد از روي يكي از آنتن ها به سطح زمين ميرسد ، به دليل مشخص بودن مسيرهاي مداري و جهت ماهواره پيش بيني اينكه انعكاس نور خورشيد به كدام نقطه زمين برمي خورد امكان پذير است .



اگر شما در چنين مكاني ايستاده باشيد و به طرف ماهواره نگاه كنيد يك نقطه ستاره مانند متحرك با نور ضعيف را خواهيد ديد كه نورش ناگهان به شكل يك درخشش تابناك در مي آيد. اينچنين درخششي مي تواند تا 30 مرتبه نوراني تر از سياره اي همچون زهره باشد كه بغير از ماه و خورشيد پرنور ترين شيء موجود در آسمان است. اينكه نورانيت اين درخشش تا چه اندازه اي خواهد بود به موقعيت شما نسبت به مركز بازتابش بستگي دارد. شما ميتوانيد براي دانستن آنكه چه موقع و كجا به آسمان نگاه كنيد تا يك درخشش ايريديوم را مشاهده نماييد به جداول موجود در بخش ايريديوم وب سايت مراجعه كنيد. از آنجايي كه تعداد زيادي ماهواره در سيستم ايريديوم وجود دارند و هر كدام از ماهواره ها هم داراي سه آنتن بازتابنده هستند، اينچنين تابش هايي بسيار متداول است. به طور معمول در يك هفته مي توانيم انتظار داشته باشيم كه به طور متوسط شاهد 6 درخشش و يا بيشتر باشيم كه غالباً در صبح زود و يا اول غروب روي مي دهند. شايد اين موضوع براي شما جالب باشد كه معمولاً غالب اين درخشش ها در اول صبح و غروب و نه در نيمه شب اتفاق مي افتند. دليلش اين واقعيت است كه ماهواره ها تنها هنگامي مي درخشند كه در داخل سايه زمين واقع نشوند. بنابراين خورشيد نبايد به مقدار زيادي زير سطح افق باشد. بعضي از اين تابش ها مي توانند بقدري درخشان شوند كه حتي در روشنايي روز هم قابل مشاهده باشند. اين درخشش ها در هر جاي زمين بين 5 تا 20 ثانيه طول مي كشند. اما شما قادريد كه اين ماهواره ها را قبل از درخشششان پيدا كنيد و تا مدتي بعد از درخشش هم رديابي كنيد. بنابراين كل زمان مشاهدات شما مي تواند تا يك دقيقه هم طول بكشد. نورانيت درخشان ترين آنها مي تواند بسيار شگفت انگيز باشد .در موارد نادري مشاهده شده كه برخي از آنها از اجسام اطراف روي زمين سايه انداخته اند. حتي بعضي ها مدعي شده اند كه در شب مي توانستند زير نور آنها روزنامه بخوانند.

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:31 AM
جواب پارادوكس اولبرس چيست؟

پيش از اين كه پاسخي به اين سوال بدهيم ، اجازه بدهيد صورت مساله را يك بار ديگر ذكر كنيم، چرا آسمان شب تاريك است؟
اولين كسي كه جرات كرد اين سوال بظاهر بچگانه را بپرسد، فيزيكدان آلماني ، هاينريش ويلهلم اولبرس در سال 1823 بود.
سوالي كه از آن پس به پارادوكس اولبرس معروف شد و سالها ذهن فيزيكدان ها و ستاره شناسان را به خود مشغول كرد؛ زيرا جواب سوال برخلاف صورت كودكانه اش ، اصلا مثل روز روشن نيست.
ابتدا به نظر رسيد گرد و غبار بين ستاره ها مي تواند مساله را حل كند.
اين مواد نور ستاره ها را جذب مي كنند و مانع رسيدن آنها به چشم ما مي شوند، اما مساله اينجاست كه جذب نور، سرانجام آنقدر دماي گردوغبار را بالا مي برد كه آن را به تابش و نورافشاني وامي دارد.
توضيح دوم پاي انتقال به سرخ كهكشان ها و ستاره هاي دور را وسط كشيد.
مي دانيم كه به دليل انبساط جهان ، همه كهكشان ها در حال دورشدن از ما هستند و اين باعث افزايش طول موج پرتوهاي تابيده از آنها يا به اصطلاح انتقال به سرخ نورشان مي شود.
تحت تاثير اين انتقال ، بخش عمده اي از نور مرئي كهكشان هاي دور به نور مادون قرمز تبديل و غيرقابل رويت مي شود؛ اما نبايد فراموش كرد كه به همين ترتيب بخشي از پرتوهاي ماوراي بنفش نيز سر از طيف مرئي درمي آورند و اثربخشي اول را تقريبا خنثي مي كنند.
بهترين توضيحي كه در حال حاضر براي اين پارادوكس وجود دارد، شامل 2 قسمت است
اول اين كه حتي اگر جهان ما بي نهايت بزرگ باشد، بي نهايت پير نيست. اين نكته از آن جهت اهميت دارد كه سرعت نور محدود است و ما هر اتفاق را تنها بعد از رسيدن نورش مي توانيم ببينيم.
به عقيده بيشتر ستاره شناسان ، جهان بين 10 تا 15ميليارد سال عمر دارد.
بنابراين بيشترين فاصله اي كه ما از آن نور دريافت مي كنيم بين 10 تا 15 ميليارد سال نوري است.
حتي اگر ستاره ها يا كهكشان هايي در فاصله دورتر از اين وجود داشته باشد، چيز از آنها به چشم ما نمي رسد.
بخش دوم جواب ، به اين واقعيت برمي گردد كه كهكشان ها، عمر لايتناهي ندارند.
ستاره ها سرانجام تاريك مي شوند و اين اثر در كهشكشان هاي نزديك به خاطر فاصله نوري كوتاه تر زودتر قابل مشاهده است.
برهم نهي اين دو عامل باعث مي شود كه ما هيچ وقت نتوانيم نور ستاره هاي دور و نزديك را همزمان در همه جهات ببينيم.
نور دورترين ستاره ها هنوز به ما نرسيده است ، يا اگر برسد اين سفر اين قدر طول مي كشد كه تعدادي از اجرام نزديك در اين فاصله دار فاني را وداع مي گويند و خاموش مي شوند. اين از تاريك بودن شب.
كسي نمي خواهد دليل روشن بودن روز را بداند؟

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:32 AM
تعديل آب و هوا به شيوه بارورسازي ابرها

تعديل آب و هوا به عنوان شاخه جديدي در علوم جو براي كنترل محدود و مقطعي بارش ، مه زدايي و كاهش خسارات تگرگ براي محققان و دانشمندان مطرح است.
دانشمندان علوم جو براساس كشفيات اوليه ، آزمايش هاي علمي گسترده اي را براي فناوري بارورسازي ابرها به عنوان روشي موثر در جهت تعديل آب و هوا به اجرا درآوردند به طوري كه اگر اين فناوري بدرستي مورد استفاده قرار گيرد، به نتايج شگفت آوري مي توان دست يافت. تاكنون هدف از بارورسازي ابرها و اقداماتي كه در اين زمينه صورت گرفته تعديل مه ، تگرگ ، باد و رعدوبرق بوده ؛ اما هدف عمده از اجراي طرح ها در اين خصوص افزايش بارش باران و برف است.
طبق اطلاعات به دست آمده از كشورهاي عضو سازمان هواشناسي جهاني ، هم اكنون طرح هاي بارورسازي ابرها در بيش از 40 كشور جهان انجام مي شود.

سال 1946 در آزمايشگاه هاي تحقيقاتي جنرال الكتريك نيويورك تحقيقاتي انجام شد كه به تعديل حجم عظيمي از ابرها با هزينه مناسب منجر شد. از افرادي كه در اين زمينه نقش بسزايي ايفا كرده اند، مي توان به برنارد ونگوت و وينست شيفر اشاره كرد.
دانشمندان علوم جو براساس كشفيات اوليه ، آزمايش هاي علمي گسترده اي را براي كاربرد فناوري بارورسازي ابرها به عنوان روشي موثر در جهت تعديل آب و هوا به اجرا درآورده اند.
فرآيندهاي طبيعي ابر و بارش
جو علاوه بر اكسيژن ، نيتروژن و گازها حاوي مقادير متغيري از بخار آب است.
مقدار بخار آب موجود در جو، در يك حجم مشخص با بالا رفتن دما افزايش مي يابد. رطوبت نسبي يكي از معيارهاي اندازه گيري بخار آب است. مي توان گفت رطوبت نسبي درصدي از بخار آب موجود در هوا در مقايسه با بيشترين مقدار بخار آبي است كه هوا مي تواند در خود نگاه دارد. به عنوان مثال ، اگر دماي مجاور سطح زمين 25 درجه سانتي گراد و تراكم بخار آب نصف بيشترين مقدار موجود در آن درجه حرارت باشد، رطوبت نسبي 50 درصد خواهد بود. وقتي حجم هوايي با مشخصات فوق سرد مي شود، با صعود به ناحيه فشار هواي كمتر رطوبت نسبي افزايش مي يابد. ضمن اين كه تراكم نسبي بخار آب و هواي خشك ثابت مي ماند. در اين حالت ، اگر دما به 12 درجه سانتي گراد برسد، رطوبت نسبي به صددرصد خواهد رسيد كه در اين حالت مي گوييم هوا اشباع شده است.
اگر سرد شدن ادامه يابد، ميزان بخار اضافه به ميزان مورد نياز براي حفظ حالت اشباع به قطرات ابر تبديل مي شوند. قطرات ابر در اطراف هسته هاي ميعان ابر به وجود مي آيد. ذرات هوا و نيز ميكروسكوپي معلق در جو هميشه وجود دارند، آنهايي كه نسبتا بزرگ و جاذبه الرطوبه هستند، به عنوان هسته هاي ميعان ابر، مناسب تر هستند. از آنجايي كه جو حاوي هسته هاي ميعان زيادي است ، بنابراين بيشتر ابرها از قطرك هاي كوچك با تراكم زياد تشكيل شده اند.
بارورسازي ابرها در ايران
حدود 10 سال از راه اندازي مركز ملي بارورسازي ابرها مي گذرد كه مسوولان اين مركز معتقدند، تاكنون اقدامات فراواني در زمينه كسب دانش فني باروري ابرها، ايجاد مركزي با عنوان مركز ملي تحقيقات و مطالعات باروري ابرها، خريد هواپيما و تجهيزات مخصوص بارور كردن ابرها و تهيه رادارهاي هواشناسي انجام شده است.
مسوولان اين امر معتقدند، در اين سالها موضوع باروري ابرها از جايگاهي ويژه در كشور و منطقه برخوردار است. به طوري كه از سوي مركز ملي تحقيقات و مطالعات باروري ابرها در سال آبي 85 - 86 در مساحتي حدود يك سوم كشور اين فعاليت انجام شد. وزارت نيرو براساس ماده 19 قانون ملي شدن آب ها و ماده 29 قانون توزيع عادلانه آب وظيفه استحصال آب از طريق باروري ابرها را به عهده دارد. جز اين ماده قانوني ، صورتجلسه اي نيز با سازمان هواشناسي مبادله شده كه براساس آن وظيفه تحقيقات درخصوص باروري ابرها به عهده سازمان هواشناسي است و وظيفه انجام مطالعات و اجراي طرح هاي باروري ابرها را وزارت نيرو عهده دار شده است.
براساس گزارش هاي منتشر شده ، طرح باروري ابرها در سال آبي 85 - 86 با استفاده از 2 فروند هواپيماي مجهز به تجهيزات مخصوص باروري ابرها از ابتداي آذر 1385 در محدوده اي به شعاع 400 كيلومتر از مركز يزد كه شامل استان هاي يزد،كرمان ، فارس ، اصفهان ، چهارمحال و بختياري و كهگيلويه و بويراحمد و بخش هايي از استان هاي خراسان رضوي و جنوبي ، قم و سمنان مي شود، به اجرا درآمده است كه اين فعاليت ها تداوم خواهد يافت. همچنين بر اساس گزارش مركز ملي تحقيقات و مطالعات باروري ابرها، در طول دوره عمليات به راه اندازي مجدد رادارهاي هواشناسي مستقر در استان هاي يزد و كرمان اقدام شد و سايت راداري كوهپايه اصفهان نيز به بهره برداري رسيد.
تعديل مه
در جهان تعديل مه براي بهبود بخشيدن به عملياتي كه در بسياري از فرودگاه ها صورت مي گيرد، كاربرد دارد. به طور خاص ، شركت هاي خطوط هوايي از فناوري تعديل آب و هوا بهره مند مي شوند. هم اكنون سيستم هاي عملياتي در چندين فرودگاه عمده و مهم كشور امريكا به كار برده مي شود. در ابتدا تاييد روي پراكنش مه سرد كه شامل قطرك هاي آب ابر سرد در دماي زير صفر درجه سانتي گراد است ، بود. در عين حال ، پيشرفت هايي در زمينه تعديل مه گرم صورت گرفته ؛ اما هنوز فناوري كم هزينه اي جهت پراكنش مه گرم شناخته نشده است.
بارورسازي مه ابرسرد يا يك استراتوس يكي از كاربردهاي فناوري تعديل آب و هواست كه تاثير آن به طور واضح و آشكار نشان داده مي شوند. هواپيماهاي سبك بيشتر براي پرواز بالاي مه فرستاده مي شوند و قرص هاي يخ خشك را روي مه رها مي كنند. در نتيجه بلورهاي يخ رشد مي كنند و طي 10 تا 15 دقيقه تبديل به برف سبك شده و فرو مي ريزند. بارش برف وضوح موقتي ايجاد مي كند كه مي تواند روي باند فرودگاه تاثير بگذارد.

اين رادارها مي توانند تمام سيستم هاي ورودي از غرب و جنوب غرب كشور به منطقه عملياتي را رصد كنند و مشخصات دقيق آن را شامل ارتفاع ابر، ضخامت و تراكم آن ، برش هاي افقي و عمودي از ابرها، ميزان بارش لحظه اي و تجمعي و نقاط حادثه زا در ابر را بررسي كرده و براي تصميم گيري درخصوص عمليات باروري ابرها در اختيار بگذارند.
يكي از نكات مهم در طراحي و اجراي طرح هاي باروري ابرها، نياز آبي منطقه و تاثير اقتصادي اجراي طرح باروري ابرهاست كه اين نكات در طراحي منطقه اجراي عمليات باروري ابرها در نواحي مركزي كشور نقش ويژه اي داشته است.
هم اكنون طرح باروري ابرها در قالب يك طرح مطالعاتي و اجرايي و در طول دوره اجراي عمليات ، ظرفيت بارورسازي ابرها در منطقه را بررسي مي كند و سپس به نتايج به دست آمده به همراه تامين امكانات سخت افزاري و نرم افزاري ، بستري براي اجراي عمليات باروري ابرها در ديگر نقاط كشور فراهم مي كند.
بارورسازي ابرها
گاهي اوقات با بارورسازي ابرها با استفاده از انواع و تعداد مناسب هسته ها در زمان و مكان مناسب ، مي توان طبيعت را در كنترل فرآيند بارش ياري كرد. بارورسازي با استفاده از هسته هاي ميعاني بزرگ مانند ذرات جاذبه الرطوبه ، مواد نمكي متداول و كپسول هاي اوره ، فرآيند بارش ابر گرم را تسريع مي كند. بارورسازي با استفاده از هسته يخ مانند ذرات يديدنقره ، يا با استفاده از ذرات يخ ابرها يا مواد بسيار خنك كننده مانند قرص هاي يخ خشك يا پروپان مايع مي تواتند كارايي فرآيند بارش «ابرسرد» در برخي از ابرها را افزايش دهد. يديد نقره معمولا از دستگاه هايي كه ژنراتورهاي سوخت مايع ، يا فلزهاي پيروتكنيك ناميده مي شوند، آزاد مي شوند. آنها مي توانند تعداد 10 به توان 14 ذره از يك گرم يديدنقره آزاد كنند.
توانايي هسته سازي يديدنقره با كاهش دما افزايش يافته و با نوع دستگاه تغيير مي كند. در بيشتر دستگاه هاي دماي آستانه اي كه در دماي پايين تر از آن ، يديدنقره هسته يخ موثر است 5 (منفي پنج) درجه سانتي گراد است.
بارورسازي ابرهاي كوهساري و همرفتي

وقتي هواي مرطوب ضمن صعود از كوه ها سرد مي شود، ابرها تشكيل مي شوند. ابرهايي كه از اين طريق شكل مي گيرند، ابرهاي كوهساري ناميده مي شود. بيشتر اين ابرها در زمستان از انبوهي از قطرات ابر سرد به وجود مي آيند؛ البته بسياري از اين ابرها در بارش بي تاثيرند. بيش از 90 درصد رطوبت مايع آنها آزاد هستند تا زماني كه با نزول هوا و گرم شدن در باد پناه كوه قطرك ها تبخير مي شوند. بعضي از اين ابرها حاوي ذرات يخ كافي براي تبديل قطرات ابر سرد به بارندگي نيستند. بارورسازي اين نوع ابرها با استفاده از مواد مصنوعي هسته هاي يخ ، باعث افزايش كارايي بارندگي مي شود. ابرهاي كوهساري ديگري كه حاوي مقادير فراوان يخ و هسته هاي يخ مصنوعي افزوده شده هستند، سبب افزايش كارايي بارش نمي شوند.
بارورسازي چنين ابرهايي در واقع مقدار بارندگي را به كمتر از آنچه ممكن است توليد كنند، كاهش مي دهد. هر چند شواهد كمي براي حمايت از اين نظريه وجود دارد، متصديان تعديل آب و هوا بايد درباره انواع مختلف ابرهايي كه در زمستان از روي رشته كوه ها عبور مي كنند، شناخت كافي داشته باشند.در بارورسازي اين ابرها از مواد مختلفي استفاده شده است ، يديدنقره كه با ژنراتورهاي زميني يا از هواپيما بالاي قله ابر آزاد مي شود، بيشترين كاربرد را داشته است.
مطالعات آماري بارندگي و اطلاعات جريان رودخانه اي نشان مي دهد كه در برخي طرح هاي بارورسازي ابرهاي زمستاني كوهساري 5 تا 15 درصد بارندگي فصلي در منطقه هدف افزايش يافته است.
ابرهاي همرفتي در بارندگي تابستاني در سراسر جهان نقش مهمي ايفا مي كنند و منبع عمده بارش در فصول مناطق حاره اي هستند. تعديل ابرهاي همرفتي بسيار پيچيده تر از ابرهاي زمستاني كوهساري است. بارورسازي ابرهاي همرفتي با هسته هاي ميعان بزرگ امكان پذير است ؛ اما از آنجايي كه ميزان مواد مورد نياز زياد است ، اين روش به ندرت عملي است.
اگر شرايط مناسب باشند، ابرهاي همرفتي مي توانند تحريك شوند تا اين كه بيشتر رشد كرده و دوام طولاني تري داشته باشند. تحقيقات نشان مي دهد وارد كردن يديدنقره يا يخ خشك به قسمت هاي ابر سرد يك ابر سبب انجماد قطرات مي شود در اثر انجماد گرماي نهان انجماد به مقدار زيادي آزاد شده ، گرماي آزاد شده شناوري ابر را بيشتر كرده و سبب مي شود ابر بيشتر رشد كند.
هم اكنون انجمن تعديل آب و هوا به نام weather modification Association در كشور امريكا با عنوان انجمن تحقيقات كنترل آب و هوا تاسيس شده است كه 200 عضو را در 5قاره جهان مستقر كرده است كه مي تواند در ارائه دستاوردها و تجارب جهان به ديگر كشورها بسيار فعال و موثر عمل كند.

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:35 AM
http://cph-theory.persiangig.ir/1542-1.JPG



شايد سفر زمانى بسيار راحت تر از آن باشد كه تصور مى كنيم

ماركوس چاون
ترجمه: شهاب شعرى مقدم



خلاصه مقاله
۱- براساس نظريه ريسمان ها، جهان ما پوسته اى ۴ بعدى است كه در يك فضا- زمان ۱۰ بعدى شناور است.
۲- درصورت انحناى شديد ابعاد فراسوى جهان ما، هر ذره اى كه قادر به خروج از ابعاد چهارگانه اين جهان باشد، مى تواند با ميان بر زدن از ميان بعد پنجم، حتى از نور هم پيشى بگيرد.
۳- حركت سريع تر از نور، از ديد برخى از ناظرهاى اين جهان، به معناى سفر در زمان و بازگشت به گذشته است.
۴- گراويتون ها و نوترينوهاى خنثى ذراتى هستند كه امكان خروج از جهان ما را دارند. بنابراين اين ذرات قادرند در زمان سفر كنند.
۵- بدين ترتيب طى چند دهه آينده و با كمك نوترينوهاى خنثى قادر خواهيم بود ايده سفر در زمان را به طور تجربى بيازماييم.

احتمالاً عنوان جديدترين مقاله علمى «هانريش پاس»

Pas.H

براى شما بيش از حد عجيب و غريب و نامفهوم به نظر برسد: «منحنى هاى زمان گونه بسته در جهان هاى پوسته اى خميده غيرمتقارن» ! اما براى آنهايى كه به فيزيك نظرى مسلط هستند اين مقاله از يك حقيقت شگفت انگيز پرده بردارى مى كند. براساس اين مقاله، ساخت ماشين زمان، بسيار راحت تر و دردسترس تر از آن چيزى است كه تاكنون تصور مى شد.
پس ديگر كند و كاو طاقت فرسا در جهان براى يافتن سياه چاله هاى چرخان يا كرم چاله هاى عجيب و غريب را ( كه تا پيش از اين به نظر مى رسيد كه تنها راه هاى سفر در زمان باشند) فراموش كنيد. براساس نظر «پاس» و همكارانش در دانشگاه هاوايى، در سفر در زمان، همواره و در همه جا در جهان بر روى ما گشوده است. نكته جالب تر اينكه برخلاف اغلب سناريوهاى قبلى، صحت اين ايده را مى توان همين جا بر روى زمين هم به معرض آزمون گذاشت. «بيل لوئيز»

Louis.B

كه فيزيكدانى از آزمايشگاه ملى لس آلاموس در نيومكزيكو و يكى از مسئولان ارشد آزمايش معروف باريكه نوترينوى

MiniBoone

در آزمايشگاه شتاب دهنده فرمى است دراين باره مى گويد: «به نظر من ايده اى كه «پاس» ارائه كرده، ايده اى بسيار شگفت انگيز و فوق العاده است. اما هم اكنون مسئله مهم، نشان دادن صحت اين ايده است.»
البته فيزيكدانانى نظير «لوئيز» حق دارند كه كمى محتاط باشند. در واقع بايد گفت كه هرچند هيچ يك از قوانين طبيعت امكان سفر در زمان را عملاً رد نمى كنند، اما فيزيكدان ها از ديرباز با اين مسئله ميانه چندان خوشى نداشته اند، چرا كه سفر در زمان مى تواند فرض پذيرفته شده تقدم علت بر معلول را زير سئوال ببرد. از طرفى نقض قانون موجبيت مى تواند اوضاع جهان را به هم بريزد. به عنوان مثال شما مى توانيد به گذشته سفر كرده و از تولد خودتان جلوگيرى كنيد.
وجود چنين تناقض نماهايى منجر به ارائه حدسى از سوى «استفن هاوكينگ» شد كه اصطلاحاً «حدس حفاظت از تاريخ» ناميده مى شود. براساس اين حدس بايد اصولى در فيزيك (كه هنوز كشف نشده اند) وجود داشته باشند كه از امكان وقوع سفر در زمان جلوگيرى كنند. تا همين سه سال پيش هيچ كس نتوانسته بود جزئيات چنين اصولى را ترسيم كند تا اينكه در سال ۲۰۰۳ گروهى از محققان كه بر روى نظريه ريسمان ها (كه بهترين گزينه براى رسيدن به نظريه اى واحد در فيزيك است) كار مى كردند، مدعى شدند كه براساس اين نظريه، ساز و كارهايى وجود دارند كه مى توانند از سفر در زمان جلوگيرى كنند

تا به اينجا ظاهراً همه چيز درست بود. اما حتماً مى دانيد كه فيزيكدان ها در قانع نشدن به يك جواب، شهره خاص و عام هستند. اين گونه بود كه «پاس» و دو نفر از همكارانش به نام هاى «سنديپ پاكواسا»

Pakvasa.S

از دانشگاه هاوايى و «توماس ويلر»

Weiler.T

از دانشگاه وندربيلت در تنسى شروع به تجزيه و تحليل مجدد نظريه ريسمان ها كردند. اين نظريه، اجزاى بنيادين جهان را نه به صورت ذرات نقطه اى بلكه به شكل ريسمان هاى مرتعش انرژى مى داند. در اين نظريه، ارتعاش سريع تر اين ريسمان ها معادل جرم بيشتر ذرات است.
اين ريسمان هاى مرتعش مى توانند نحوه هزاران نوع برهم كنش مابين تمامى ذرات بنيادى نظير كوارك ها و الكترون ها را توضيح دهند. اما نكته اى اساسى در مورد اين نظريه وجود دارد: اين نظريه تنها زمانى جواب مى دهد كه اين ريسمان هاى انرژى به جاى چهار بعد معمول، در يك فضا- زمان ۱۰ بعدى در حال ارتعاش باشند. در واقع براساس نظريه ريسمان ها، اين ابعاد اضافى يا فوق العاده كوچك هستند، به طورى كه تاكنون متوجه حضور آنها نشده ايم و يا بسيار بزرگ و به گونه اى خميده هستند كه باز هم تا به حال از ديد ما پنهان مانده اند.
بنابر نظريه ريسمان ها، جهان ما در واقع پوسته اى چهار بعدى است كه در يك فضا- زمان 10 بعدى شناور است. اما از آنجايى كه تمامى ذرات و نيروهاى جهان ما مقيد به پوسته چهار بعدى اين جهان هستند و امكان خروج از آن را ندارند، بنابراين ما نيز تاكنون از وجود ابعاد بالاتر خارج از جهان خود (يعنى همين چهار بعدى كه تجربه هاى ما محدود به آن است) هيچ اطلاعى نداشتيم. «پاس» در اين باره مى گويد: «اگر واقعاً چنين باشد پس امكان ميان بر زدن از ميان اين ابعاد بالاتر نيز وجود خواهد داشت و همين مسيرهاى ميان بر است كه سفر در زمان را ممكن مى سازد.»
تجسم چنين ميان برهايى كار چندان دشوارى نيست. فرض كنيد كه پوسته چهار بعدى جهان ما كه در بعد بالاتر (بعد پنجم) جاى گرفته همانند كاغذى باشد كه از وسط تا شده و دو انتهاى آن بر روى همديگر قرار گرفته است. در اين صورت مى توان از نقطه اى واقع بر پوسته جهان، آن را ترك كرده و وارد بعد بالاتر شد و پس از پيمودن مسيرى كوتاه در بعد پنجم دوباره و در نقطه اى ديگر در مقابل آن به جهان بازگشت. جالب اينجاست كه اگر اين صفحه خم شده (يعنى جهان ما) صفحه اى بسيار بزرگ باشد، در اين صورت براى پيمودن همين مسير از روى خود صفحه (يعنى از درون جهان) مى بايست فاصله اى بسيار طولانى را طى مى كرديم اما با خروج از پوسته جهان و عبور از ميان ابعاد بالاتر عملاً ميان بر خواهيم زد.
اما مسئله اى در ارتباط با تصويرى كه ارائه شد وجود دارد. اگرچه اساساً مى توان جهانى را تصور كرد كه بتوان از يك سوى آن به سوى ديگر ميان بر زد اما مسئله آن است كه جهان ما نمى تواند مشابه چنين جهانى باشد. علت اين امر آن است كه فضا- زمان چنين جهانى به شدت خميده بوده و نتيجتاً با نظريه نسبيت خاص اينشتين (كه هندسه فضا را تخت يا اقليدسى مى داند) ناسازگار خواهد بود. از آنجايى كه آزمون هاى تجربى متعددى تاكنون صحت پيش بينى هاى نسبيت خاص را در حوزه محلى موقعيت ما در جهان تا دقتى بالاتر از يك به يك ميليون تاييد كرده اند، بنابراين بسيار بعيد است كه پوسته چهاربعدى جهان ما همانند يك كاغذ تاشده باشد.
بنابراين پاس، پاكواسا و ويلر از فرض ديگرى استفاده كردند. آنها فضا- زمانى را در نظر گرفتند كه در آن، جهان ما يك پوسته چهاربعدى تخت بوده اما اين پوسته تخت، در ابعاد بالاترى شناور است كه به شدت خميده هستند. از آنجايى كه در اين تصوير، جهان ما تخت است بنابراين نسبيت خاص همچنان در آن معتبر خواهد بود. اما ميزان انحناى ابعاد بالاتر خارج از جهان ما به حدى است كه نسبيت خاص در آن ابعاد ديگر اعتبار خود را از دست خواهد داد. اين امر بدان معناست كه هر چيزى كه بتواند از ابعاد جهان ما خارج شده و وارد بعد پنجم شود قادر خواهد بود يكى از بنيادى ترين اصول نسبيت خاص را زير پا بگذارد: چنين چيزى قادر است با سرعتى فراتر از سرعت نور حركت كند.
اين امر، نتايج خارق العاده اى را براى ساكنان پوسته جهان ما در بر خواهد داشت. در نظر اشخاصى كه در اين جهان زندگى مى كنند، هر چيزى كه مسيرى ميان بر را از ميان ابعاد بالاتر هستى طى كند، ناگهان از نقطه اى از جهان ما غيب شده و در نقطه اى ديگر در جهان ظاهر مى شود. در نظر برخى از ساكنان جهان، هويت مزبور فاصله مابين اين دو نقطه را حتى سريع تر از نور طى خواهد كرد. اما شگفت انگيزتر آن كه در نظر برخى ديگر، آن چيز حتى در زمان سفر كرده و به گذشته باز خواهد گشت. علت اين امر آن است كه براساس نظريه نسبيت خاص، در برخى از چارچوب هاى مرجع، حركت سريع تر از نور معادل سفر در زمان و بازگشت به گذشته است. «پاس» در اين باره مى گويد: «چنين مسيرهاى ميان برى كه از ابعاد بالاتر هستى در خارج از جهان ما عبور مى كنند اصطلاحاً «منحنى هاى زمان گونه بسته» ناميده مى شوند. يافتن چنين مسيرهايى در واقع معادل دستيابى به رمز ماشين زمان است.»


• خروج از رويه
اما اين ايده سفر در زمان نيازمند حل يك مشكل است و آن يافتن راهى است براى خروج از جهان ما و ورود به ابعاد بالاتر هستى. اما انجام چنين كارى چگونه ميسر خواهد بود؟ خوشبختانه نظريه ريسمان ها راهى را براى اين كار در پيش روى ما قرار مى دهد. براساس اين نظريه تقريباً تمامى ريسمان هاى نمايانگر ذرات بنيادى جهان ما ريسمان هايى باز هستند و دو انتهاى اين ريسمان ها همواره مقيد به پوسته جهان ماست. به همين دليل هم اين ذرات هيچ گاه نخواهند توانست از جهان ما خارج شده و با ورود به بعد پنجم، مسير ميان برى را در فضا- زمان بپيمايند. اما در اين ميان دو استثناى مهم نيز وجود دارد: يكى ذره (ريسمان) حامل نيروى گرانش به نام گراويتون و ديگرى نوع چهارمى از نوترينو كه در برابر سه نوع معمول آن اصطلاحاً نوترينوى خنثى ناميده مى شود (منظور از نوترينوى خنثى، خنثى بودن آن به لحاظ الكتريكى نيست چراكه نوترينوهاى معمولى نيز همگى فاقد بار الكتريكى بوده و هيچ يك در برهم كنش الكترومغناطيسى شركت نمى كنند. در واقع منظور از عبارت خنثى آن است كه اين نوترينوها داراى فوق بار ضعيف صفر هستند و بنابراين حتى در برهم كنش ضعيف هم شركت نمى كنند و تنها در برهم كنش گرانشى وارد مى شوند). مطابق نظريه ريسمان، اين دو ذره برخلاف ساير ذرات، ريسمان هاى حلقوى بسته هستند. از آنجايى كه اين ريسمان هاى بسته عملاً هيچ انتهاى مشخصى ندارند كه به پوسته جهان مقيد باشند، بنابراين مى توانند آزادانه از جهان ما خارج شده و به ساير ابعاد هستى سفر كنند.
همين ويژگى گراويتون ها است كه به نظريه پردازان ريسمان كمك مى كند تا ضعيف بودن نيروى گرانش را نسبت به ساير نيروهاى بنيادى نظير الكترومغناطيس تبيين كنند. بر اين اساس، ضعيف بودن نيروى گرانش در واقع بدان علت است كه تعداد بسيارى از گراويتون هاى گسيل شده توسط ذره مبدأ پيش از آنكه فرصت رسيدن به ذره مقصد را پيدا كنند از جهان ما خارج خواهند شد و به ابعاد بالاتر درز مى كنند. اما شگفت انگيزتر آنكه خروج اين ذرات از ابعاد جهان ما و ميان بر زدن آنها از ميان ابعاد بالاتر هستى بدان معنا است كه گراويتون ها و نوترينوهاى خنثى اساساً توانايى سفر در زمان را دارند. بنابراين «پاس» معتقد است كه به كمك اين ذرات مى توان امكان سفر در زمان را به طور تجربى به محك آزمون گذاشت.
اما چنين كارى چندان آسان نخواهد بود چراكه هيچ كس تاكنون موفق به دام اندازى يك گراويتون يا نوترينوى خنثى نشده است، زيرا آشكارسازى اين ذرات بسيار نامحتمل و دشوار است. در هر ثانيه هزاران ميليارد نوترينوى معمولى از بدن ما مى گذرند، اما ما متوجه عبور هيچ يك از آنها نمى شويم چراكه اين ذرات، بسيار به ندرت با الكترون ها و اتم ها برهم كنش انجام مى دهند. اما احتمال برهم كنش نوترينوهاى خنثى با ماده حتى از نوترينوهاى معمولى هم كم تر است چراكه نوترينوهاى خنثى تنها از طريق برهم كنش فوق العاده ضعيف گرانشى و نيز تبادل بوزون هيگز با ماده برهم كنش دارند. (بوزون هيگز، ذره اى است كه هنوز به طور تجربى كشف نشده است. جرم هريك از ذرات بنيادى در واقع ماحصل برهم كنش آنها با اين ذره است.)
با همه اين احوال «پاس» و همكارانش معتقدند كه براساس مكانيك كوانتومى راهى براى اين مسئله وجود دارد. قوانين فيزيك كوانتومى حاكى از آن است كه نوترينوها مى توانند از نوعى به نوع ديگر تبديل شوند. آزمايش هاى انجام شده در ژاپن و ايالات متحده نيز كه براى آشكارسازى نوترينوهاى خورشيدى و نيز نوترينوهاى حاصل از ساير منابع اخترفيزيكى طراحى شده اند، به طور تجربى موفق به تاييد امكان تبديل نوترينوها از نوعى به نوع ديگر شده اند. همين مسئله در مورد نوترينوهاى خنثى هم صادق است به گونه اى كه اين نوترينوها نيز مى توانند به نوترينوهاى معمولى (كه با سهولت بسيار بيشترى قابل آشكارسازى هستند) تبديل شوند و بالعكس. نكته حائز اهميت آنكه احتمال اين تبديل، به تناسب چگالى محيطى كه نوترينوها در حال عبور از آن هستند، افزايش مى يابد.
همين نكته بود كه سبب شد تا «پاس» و همكارانش پيشنهاد انجام آزمايشى را ارائه دهند كه خواهد توانست امكان سفر در زمان را به طور تجربى نشان دهد. در اين آزمايش، باريكه اى از نوترينوهاى معمولى از يك مركز تحقيقاتى واقع در قطب جنوب به سوى آشكارسازى در روى خط استوا ارسال خواهد شد. در هنگام عبور باريكه از ميان كره زمين، بخشى از نوترينوها به نوترينوهاى خنثى بدل خواهند شد. ازآنجايى كه اين نوع نوترينوها قادرند از ميان ابعاد بالاتر فراسوى جهان ما ميان بر بزنند بنابراين زودتر از بقيه به آن سوى كره زمين خواهند رسيد، به گونه اى كه گويى از نور هم سريع تر حركت كرده اند. اما همين كه اين نوترينوها از آن سوى زمين خارج شده و وارد اتمسفر شوند، دوباره تغيير نوع داده و به نوترينوهاى معمولى (كه قابل آشكارسازى هستند) بدل خواهند شد. اما با توجه به چرخش زمين و در كمال تعجب، اين نوترينوها (كه سريع تر از نور حركت كرده بودند) در زمانى پيش از زمان آغاز حركت خود به مقصد خواهند رسيد!
هرچند انجام چنين آزمايشى فراتر از توانمندى هاى فناورى فعلى بشر است، اما همان طور كه «پاس» هم به درستى بدان اشاره دارد، انجام اين آزمايش طى حداكثر۵۰ سال آينده ميسر خواهد شد. البته تحقق چنين آزمايشى پيش از هرچيز نيازمند صحيح بودن دو پيش فرض است. شرط اول، وجود نوترينوهاى خنثى است. اگرچه اكنون بسيارى از فيزيكدان ها معتقدند كه چنين نوترينوهايى بايد وجود داشته باشند، اما اين امر هنوز به طور تجربى تاييد نشده است. و شرط دوم آن است كه همان طور كه «پاس» فرض كرده است ما واقعاً در يك فضا- زمان خميده غيرمتقارن زندگى مى كنيم. اما چنين پيش فرضى تا چه حد قابل قبول است؟
هنگامى كه اينشتين، نظريه نسبيت عام را ارائه كرد، عملاً نشان داد كه فضا- زمان تحت چه شرايطى ممكن است خميده و يا تخت باشد. اما معادلات اينشتين چيزى درباره هندسه واقعى جهان به ما نمى گويد (بلكه صرفاً حالت هاى ممكن اين هندسه را به تصوير مى كشد). بنابراين، به عنوان مثال كيهان شناسان صرفاً با اتكا به اين معادلات نمى توانند بگويند كه آيا جهان ما تا بى نهايت ادامه دارد و يا اينكه اين جهان، جهانى خميده و بسته است. همين امر، در ماشين هاى زمان متفاوتى را بر روى فيزيكدان ها گشوده است، كه برخى قابل قبول تر از بقيه هستند.
به عنوان مثال، يكى از پاسخ هاى مشهور معادلات اينشتين كه براى نخستين بار توسط رياضيدانى به نام «كورت گودل»
Godel. K
ارائه شد، جهانى را توصيف مى كند كه با سرعت به دور خود درحال چرخش است. در چنين جهانى نور به جاى حركت در خط راست، در يك مسير مارپيچى حركت خواهدكرد. «گودل» توانست نشان دهد مسافرى كه در چنين جهانى مسيرى طولانى را در اعماق كيهان طى مى كند، قادر است حتى از نور هم پيشى گرفته و در زمانى پيش از شروع حركت خود از مبدأ، به آنجا بازگردد. به عبارتى جهان چرخنده گودل، همانند يك ماشين زمان عمل مى كند. اما مسئله همان طور كه «پاس» هم بدان اشاره مى كند، اين است كه ما واقعاً در چنين جهانى زندگى نمى كنيم.
يكى ديگر از انواع ماشين زمان را مى توان در درون سياه چاله هاى چرخان جست وجو كرد. در سياه چاله هاى چرخان، فضا- زمان آنچنان انحنا پيدا مى كند كه جاى فضا با زمان عوض مى شود. اگرچه اين نوع ماشين زمان واقعاً در جهان ما وجود دارد اما در اينجا هم مسئله آن است كه اين سياه چاله هاى چرخان عملاً خارج از دسترس ما هستند. اما پس از سياه چاله هاى چرخان، نوبت به نوع ديگرى از ماشين زمان مى رسد كه ايده آن براى اولين بار توسط فيزيكدانى به نام «فرانك تيپلر»
F.Tipler
مطرح شد. اين نوع ماشين زمان در فضا- زمان اطراف يك جرم استوانه اى چرخان نامتناهى شكل مى گيرد، اما به عقيده «پاس» ساخت چنين ماشينى هم عملاً غيرممكن است، چرا كه نيازمند جرم استوانه اى فوق العاده عظيمى است كه با سرعتى غيرقابل باور در حال چرخش باشد



شايد سفر زمانى بسيار راحت تر از آن باشد كه تصور مى كنيم


جهان خميده غير متقارن
http://cph-theory.persiangig.ir/1542-2.JPG

يكى ديگر از گزينه هاى مطرح در مورد ماشين زمان، كرم چاله ها هستند. اين تونل هاى ميكروسكوپى در ساختار فضا- زمان، مى توانند يك نقطه از زمان را به نقطه اى ديگر از آن متصل كنند. اما براى عبور از ميان اين تونل ها هم يك مشكل اساسى وجود دارد: تونل كرم چاله ها در يك چشم برهم زدن پس از تشكيل، به طور خود به خود بسته مى شود.
براى باز نگاه داشتن اين تونل ها فقط يك راه وجود دارد و آن استفاده از نوعى ماده ناشناخته است. اين نوع ماده برخلاف ماده معمولى كه در حضور ميدان گرانشى جذب مى شود، بر اثر نيروى گرانش دفع خواهد شد و همين نيروى دافعه است كه مى تواند از بسته شدن دهانه كرم چاله جلوگيرى كند. اما همان طور كه «پاس» هم مى گويد، ما هنوز نمى دانيم كه چنين ماده عجيب و غريبى در جهان وجود دارد يا خير و اگر وجود داشته باشد، آيا پايدار خواهد بود يا نه.
اگرچه «پاس» اذعان مى دارد طرحى كه توسط او و همكارانش براى سفر در زمان ارائه شده نيز، نيازمند وجود ماده عجيبى است كه بتواند به بعد پنجم انحنا بدهد، اما به نظر او، به هر حال اين طرحى، قابل قبول تر از بقيه طرح هاست. علت اين امر آن است كه ماده عجيب ناشناخته در اين طرح ( برخلاف طرح كرم چاله ها) مى تواند در ميان ابعاد بالاتر خارج از جهان ما، پنهان شده باشد. بدين ترتيب طرح «پاس» مى تواند توضيح دهد كه چرا تاكنون ما با چنين ماده عجيب و غريبى در جهان مواجه نشده ايم.
البته ايده «پاس» هم مانند هر ايده ديگرى منتقدانى دارد. يكى از اين اشخاص، «سيدنى دسر»
S.Deser
از دانشگاه برانديس ماساچوست است. دسر كه ايده وجود ماده عجيب و ناشناخته را چندان نمى پسندد، همانند اينشتين معتقد است كه سفر در زمان اساساً ممكن نخواهد بود.
اما «پاس» معتقد است كه با تصويرى كه او و همكارانش از فضا- زمان ارائه داده اند، مى توان تعدادى از مسائل بى پاسخ را كه نسبيت عام با آنها مواجه است حل كرد. به عنوان مثال، برقرارى ارتباطى فراتر از سرعت نور مابين نقاط دوردست كيهان با همديگر در جهان اوليه، مى تواند به تبادل گرمايى اين نقاط با همديگر منجر شده باشد. همين امر قادر خواهد بود كه علت يكنواختى دماى جهان را كه توسط كيهان شناسان مشاهده شده است، توضيح دهد. بدين ترتيب نظريه «پاس» مى تواند جايگزينى براى نظريه تورمى باشد (نظريه تورمى در كيهان شناسى سعى دارد تا با فرض اين كه در لحظات آغازين پيدايش جهان، فضا- زمان دچار انبساط فوق العاده سريع و غيرقابل تصورى شده است، يكنواختى دماى جهان را توضيح دهد). در واقع تا پيش از ارائه نظريه پاس، عمده كيهان شناسان از نظريه تورمى حمايت مى كردند، اما مسئله آن است كه هيچكس تاكنون موفق به ارائه جزئيات فيزيك وراى مسئله تورم كيهانى نشده است.
• جهان خميده
در اين ميان برخى نيز به آن بخش ايده «پاس» كه به فضا- زمان خميده غيرمتقارن مرتبط است با ديده ترديد مى نگرند. «تونى پاديلا»
T.Padilla
از دانشگاه بارسلوناى اسپانيا يكى از اين اشخاص است. وى مى گويد: «اين نظريه قطعاً نظريه جالب توجهى است، اما هنوز زود است كه وجود چنين فضا- زمانى را كه اين نظريه بدان اشاره دارد، طبيعى بدانيم. ابتدا بايد پايدار بودن اين نوع فضا- زمان را ارزيابى كرد و من به شخصه معتقدم كه چنين فضا- زمانى پايدار نخواهد بود ؛ هرچند ممكن است من در اشتباه باشم.»
البته «پاديلا» اذعان مى دارد كه ممكن است در آينده مشخص شود كه يك جهان پوسته اى با همان ويژگى هايى كه گروه «پاس» بدان اشاره دارد، جهان پايدارى خواهد بود؛ اما در نظر «پاديلا» هنوز چنين چيزى روشن نيست.
«جان كرامر»
J.Cramer
نيز از دانشگاه واشينگتن در سياتل معتقد است كه در ايده پاس، نكات جالبى نهفته است؛ اما او نيز مى گويد: «تحقق اين ايده نيازمند وجود يك جهان پوسته اى خميده غيرمتقارن است، اما ممكن است جهان ما مشابه چنين جهانى نباشد.» و ادامه مى دهد: «اما به هر حال اين ايده، ايده اى بسيار شگفت انگيز است.»
البته چنانچه سفر در زمان براساس ايده «پاس» ممكن باشد، تنها ذرات خاصى نظير نوترينوهاى خنثى و گراويتون ها امكان اين سفر را خواهند داشت و بنابراين ما عملاً امكان دخل و تصرف چندانى را در گذشته جهان نخواهيم داشت. اما «پاس» با نگاهى واقع بينانه به بحث مسافرت در زمان نگاه مى كند. او معتقد است تا زمانى كه به لحاظ نظرى احتمال سفر در زمان وجود داشته باشد، انجام آزمايش هاى تجربى در اين زمينه به زحمتش مى ارزد. او در اين مورد مى گويد: «حتى چنانچه سفر در زمان ميسر هم نباشد، با تحقيق بر روى ذراتى نظير نوترينوهاى خنثى مى توان به ماهيت آن قانون هاى فيزيك پى برد كه از چنين سفرى جلوگيرى مى كنند.» به هر حال، اولين پاسخ ها به پرسش هاى مطرح در مورد ذراتى نظير نوترينوهاى خنثى به زودى و توسط نتايج آزمايش باريكه نوترينوى
MiniBoone
ارائه خواهد شد. اين آزمايش تا اواخر همين امسال قادر خواهد بود كه وجود نوترينوى خنثى و مسيرهاى ميان بر در ابعاد فراسوى جهان ما را به طور تجربى تاييد كند. اما اگر سفر در زمان واقعاً حقيقت داشته باشد، ممكن است پاسخ همه پرسش هاى ما، پيش از پرسيدن آنها ارائه شده باشد

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:35 AM
فیزیک هسته ای






در جهان همه چیز از اتم ساخته شده است. اتمهای مختلف در کنار هم قرار می گیرند و مولکولهای مختلف را تشکیل می دهند. هر اتمی که در طبیعت پیدا می شود، یکی از 92 نوع اتمی است که به نام عناصر طبیعی شناخته شده اند؛ پس هر چه روی زمین وجود دارد، از فلز، پلاستیک،لباس، شیشه گرفته تا مو و غیره، همه ترکیباتی از 92 عنصر طبیعی هستند. جدول تناوبی عناصر، فهرست عناصری است که می توان در طبیعت پیدا کرد به اضافه عناصری که به دست بشر ساخته شده است.


درون هر اتم می توان سه ذره ریز پیدا کرد: پروتون، نوترون و الکترون.
پروتونها در کنار هم قرار می گیرند و هسته اتم را تشکیل می دهند، در حالی که الکترونها به دور هسته می چرخند. پروتون بار الکتریکی مثبت و الکترون بار الکتریکی منفی دارد و از آنجا که بارهای مخالف ، یکدیگر را جذب می کنند، پروتون و الکترون هم یکدیگر را جذب می کنند و همین نیرو، سبب پایدار ماندن الکترونها در حرکت به دور هسته می گردد. در اغلب حالت ها تعداد پروتونها و الکترونهای درون اتم یکسان است، بنابراین اتم درحالت عادی و طبیعی خنثی است.
نوترون، بار خنثی دارد و وظیفه اش در هسته، کنار هم نگاه داشتن پروتونهای هم بار است.می دانیم که ذرات با بار یکسان یکدیگر را دفع می کنند .در نتیجه وظیفه نوترونها این است که با فراهم آوردن شرایط بهتر، پروتونها را کنار هم نگاه دارند. ( این کار توسط نیروی هسته ای قوی صورت می گیرد )


تعداد پروتونهای هسته نوع اتم را مشخص می کند. برای مثال اگر 13 پروتون و 14 نوترون، یک هسته را تشکیل دهند و 13 الکترون هم به دور آن بچرخند، یک اتم آلومینیوم خواهید داشت و اگر یک میلیون میلیارد میلیارد اتم آلومینیوم را در کنار هم قرار دهید، آنگاه نزدیک به پنجاه گرم آلومینیوم خواهید داشت! همه آلومینیوم هایی که در طبیعت یافت می شوند، al27 یا آلومینیوم 27 نامیده می شوند. عدد 27 نشان دهنده جرم اتمی است که مجموع تعداد پروتونها و نوترونهای هسته را نشان می دهد.
اگر یک اتم آلومینیوم را درون یک بطری قرار دهید و میلیونها سال بعد برگردید، باز هم همان اتم آلومینیوم را خواهید یافت. بنابراین آلومینیوم 27 یک اتم پایدار نامیده می شود.
بسیاری از اتمها در شکل های مختلفی وجود دارند. مثلاً مس دو شکل دارد: مس 63 که 70 درصد کل مس موجود در طبیعت است و مس 65 که 30 درصد بقیه را تشکیل می دهد. شکل های مختلف اتم، ایزوتوپ نامیده می شوند. هر دو اتم مس 63 و مس 65 دارای 29 پروتون هستند، ولی مس 63 دارای 34 نوترون و مس 65 دارای 36 نوترون است. هر دو ایزوتوپ خصوصیات یکسانی دارند و هر دو هم پایدارند.

اتمهای ناپایدار
تا اوایل قرن بیستم، تصور می شد تمامی اتم ها پایدار هستند، اما با کشف خاصیت پرتوزایی اورانیوم توسط بکرل مشخص شد برخی عناصر خاص دارای ایزوتوپ های رادیواکتیو هستند و برخی دیگر، تمام ایزوتوپ هایشان رادیواکتیو است. رادیواکتیو بدان معنی است که هسته اتم از خود تشعشع ساطع می کند.

هیدورژن مثال خوبی از عنصری است که ایزوتوپ های متعددی دارد و فقط یکی از آنها رادیو اکتیو است. هیدروژن طبیعی ( همان هیدروژنی که ما می شناسیم) در هسته خود دارای یک پروتون است و هیچ نوترونی ندارد. ( البته چون فقط یک پروتون درهسته وجود دارد نیازی به نوترون نیست ) ایزوتوپ دیگر هیدروژن، هیدروژن 2 یا دو تریوم است که یک پروتون و يک نوترون در هسته خود جای داده است. دوتریوم، فقط 015/0 درصد کل هیدروژن را تشکیل می دهد و در طبیعت بسیار کمیاب است، با این حال مانند هیدورژن طبیعی رفتار می کند. البته از یک جهت با آن تفاوت دارد و آن، سمی بودن دوتریوم در غلظت های بالاست. دوتریوم هم ایزوتوپ پایداری است، ولی ایزوتوپ بعدی که تریتیوم خوانده می شود، ناپایدار است. تریتیوم که هیدروژن 3 نیز خوانده می شود، در هسته خود یک پروتون و دو نوترون دارد و طی یک واپاشی رادیواکتیو به هلیوم 3 تبدیل می شود. این بدان معنی است که اگر ظرفی پر از تریتیوم داشته باشید و آن را بگذارید و یک میلیون سال بعد برگردید، ظرف شما پر از هلیوم 3 است. هلیوم 3 از 2 پروتون و یک نوترون ساخته شده وعنصری پایدار است ).


در برخی عناصر مشخص، به طور طبیعی همه ایزوتوپ ها رادیواکتیو هستند. اورانیوم بهترین مثال برای چنین عناصری است که علاوه بر رادیواکتیویته زیاد سنگین ترین عنصر رادیواکتیو هم هست که به طور طبیعی یافت می شود. علاوه بر آن، هشت عنصر رادیواکتیو طبیعی هم وجود دارند که عبارتند از پولوتونیوم، استاتین، رادون، فرانسیم، رادیوم، اکتینیوم، توریم و پروتاکتسینانیوم. عناصر سنگین تر از اورانیوم که به دست بشر در آزمایشگاه ساخته شده اند، همگی رادیواکتیو هستند.

واپاشی رادیو اکتیو
وحشت نکنيد بر خلاف اسمش این فرایند بسیار ساده است! اتم یک ایزوتوپ رادیواکتیو طی یک واکنش خودبخودی به یک عنصر دیگر تبدیل می شود. این واپاشی معمولاً از سه راه زیر انجام می شود:
1- واپاشی آلفا
2- واپاشی بتا
3- شکافت خودبه خودی

توضيح تفاوت این سه راه کمی مشکل است اما بدون اینکه بدانید این سه راه چه فرقی با هم می کنند هم می توانيد از ادامه مطلب سر در آورید!! اگر خیلی هم علاقمندید بدانید اينجا را کليک کنید.

در این فرآیندها چهار نوع تابش رادیواکتیو مختلف تولید می شود:
1- پرتو آلفا
2- پرتو بتا
3- پرتو گاما
4- پرتوهای نوترون


تابش های طبیعی خطرناک
درست است که واپاشی رادیواکتیو، یک فرآیند طبیعی است و عناصر رادیواکتیو هم بخشی از طبیعت هستند، ولی این تابش های رادیواکتیو برای موجودات زنده زیان بار هستند. ذرات پر انرژی آلفا، بتا، نوترونها، پرتوهای گاما و پرتوهای کیهانی، همگی به تابش های یون ساز معروفند، بدین معنی که بر همکنش آنها با اتم ها منجر به جداسازی الکترون ها از لایه ظرفیتشان می شود. از دست دادن الکترونها، مشکلات زیادی از جمله مرگ سلول ها و جهش های ژنتیکی را برای موجودات زنده به دنبال دارد. جالب است بدانید جهش ژنتيکي عامل بروز سرطان است.
درات آلفا، اندازه بزرگتری دارند و از این رو توانایی نفوذ زیادی در مواد ندارند، مثلاً حتی نمی توانند از یک ورق کاغذ عبور کنند. از این رو تا زمانی که در خارج بدن هستند تأثیری روی افراد ندارند. ولی اگر مواد غذایی آلوده به مواد تابنده ذرات آلفا بخورید، این ذرات می توانند آسیب مختصری درون بدن ایجاد کنند.

ذرات بتا توانایی نفوذ بیشتری دارند که البته آن هم خیلی زیاد نیست، ولی در صورت خورده شدن خطر بسیار بیشتری دارند. ذرات بتا را می توان با یک ورقه فویل آلومینویم یا پلکسی گلاس متوقف کرد.
پرتوهای گاما همانند اشعه x فقط با لایه های ضخیم سربی متوقف می شوند. نوترونها هم به دلیلی بی یار بودن، قدرت نفوذ بسیار بالایی دارند و فقط با لایه های بسیار ضخیم بتن یا مایعاتی چون آب و نفت متوقف می شوند. پرتوهای گاما و پرتوهای نوترون به دلیل همین قدرت نفوذ بالا می توان

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:36 AM
هسته اتم از چه تشكيل شده است؟






http://www.nanoclub.ir/contents/nanocoating01/02.jpg







هسته اتم از دو نوع ذره كه "پرو تون " و "نوترون" ناميده مي شوند تشكيل شده است هر دو ذره تقريبا حدود 2000 بار سنگين تر از الكتر ون هستند درحالي كه "پروتون "بار الكتر يكي مثبت دارد اين بار داراي ارزش عددي معادل بارمنفي الكترون است "نوترون "همان طور كه از نامش پيداست خنثي است و به عبارت ديگر داراي بار الكتريكي نمي باشد .

پروتونها و نوترونها "نوكلئون" نيز ناميده مي شوند كه به معناي سنگ بناي هسته است . ارزش بار الكتريكي الكترونها و پرو تو نها "با ر بنيادي " ناميده مي شود

تعدادپرتونهاي يك هسته مشخص مي كند كه اين هسته به كدام عنصر شيميايي تعلق دارد مثلا اتمهاي هيدروژن يكپرتونكربن 6و اتمهاي اورانيوم 922پرتون درهسته هاي خود دارند. تعداد نوترونها دريك عنصر معين مي تواند متغيرباشد مثلا هسته هاي اتم هيدروژن با صفر ،يك يا دو نوترون وجود دارد كه به اصطلاح ايرو تو پ هاي هيدروژن ناميده مي شوند .

اگريك هسته اتم فر ضاَ 6پروتون مثبت داشته باشد 6الكترون منفي به دور آن در گردش خواهند بود به طوري كه آن اتم درمجموع از نظر الكتريكي خنثي مي باشد .

اگر در اين اتم يك الكترون از دست برود در نتيجه 6پروتون در مقابل 5الكترون وجود خواهد داشت آنگاه گفته مي شود كه اين اتم داراي بار الكتريكي 1+ مثبت خواهد بود . اين اتمهاي بار دار را آيون مي خوانند.

بسياري از هسته هاي اتمي به صورت هسته هاي سبكتر فر و مي باشند و از اين طريق اشعه آلفا (هسته هاي هليوم)، اشعيه بتا (الكترونها) يا اشعه گاما(فوتونها ) را از خود آزاد كرده متشر مي نمايند اين رفتار يا خاصيت را راديو اكتيويته مي نامند



http://cph-theory.persiangig.ir/1220-1.JPG.


در اين مورد ونيز در مور د كليه سوالات ديگري كه مربوط به انرژي هسته اي مي وشد در كتاب انرژي اتمي به طور كامل سخن رفته است انرژي اتمي كتاب پر ارزشي براي اين كتاب است و در ادامه دوره كتابهاي چگوننه وچرا منتشر مي شود

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:38 AM
حقيقت امر لايه ازن چيست؟





در همان سال سازمان ملل متحد و حفاظت از محيط زيست برنامه اي را طرّاحي كرد كه اين برنامه جهت محافظت و حمايت از محيط زيست و مخصوصا لايه اوزون به نام برنامهUNEPطراحي كرد كه اين برنامه جهت جلوگيري از توليد مواد سمّي و مواد شيميايي آلوده كننده،است.مولكولهاي اكسيژن(O2) به اكسيژن اتميك (O) تبديل مي -شوند .اكسيژن اتميك به سرعت با مو لكولهاي بيشتري تركيب شده و به شكل اوزون مي شود .ان پوشش حرارتي كه در سطح بالا رشد كرده و سلامتي لايه اوزون را به خطر انداخته است و اين مورد باعث شده است كه اگر استراتوسفر نباشد ما نتوانيم بدون آن زنده بمانيم . بالاي استراتوسفر مقداري از آلودگي مضّر اشعه مادون بنفش را و همچنين تشعشعاتي از خورشيد (امواج بين 320 تا 240) را كه باعث مي شود لايه اوزون آسيب ببيند و همچنين جان گياهان به خطر بيفتد را جذب ميكند.اشعه مادون بنفش با تابيدن نور مولكولهاي اوزون را ميشكافد ولي اوزون مي تواند تغيير شكل بدهد و عكس العمل زير ازآن حاصل ميشود:
O + O2 è مادون قرمز +O3

O2 + O è O3

همچنين اوزون در اثر عكس العمل زير نابود ميشود :

O3 + O è O2 + O2

عكس العمل دوم با افزايش پيدا كردن ارتفاع آهسته انجام مي شود امّا عكس العمل سوم سريعتر انجام مي شود. دربين همكاري عكس العمل ها تمركز اوزون درحال تعا دل است. دربالاي اتمسفر اكسيژن اتميك هنگا مي كه اشعه مادون بنفش در سطح بالايي است، پيدا مي شود. در اثر حركت استراتوسفر هواي متراكم تري بدست مي آيد وجذب اشعه ي مادون بنفش افزايش مي يابد و سطح اوزون به حد اكثر و تخمينا" km20مي رسد.همراه با تئوري كمپمن يك مشكل نيز وجود داشت كه اين مشكل در سال 1960 تشخيص داده شد وحقيقت اين بود كه اوزون به وسيله عكس العمل 4 آهسته حركت مي كرد و ديده نمي شود. گرم شدن زمين ترميم حفره اوزون را به تعويق مي اندازد دانشمندان هشدار داده اند :پديده گرم شدن زمين مي تواند تلاشها براي ترميم حفره اوزون را كه قرار بود تا سال 2050 انجام گيرد،حدود30سال به تعويق اندازد .اين مو ضوع به رقم پيشرفتهايي است كه باي از رده خارج كردن مواد شيميايي مخرّب اوزون انجام شده است.

طبق گزارشي كاهش فراواني در مصرف گازهاي ساخته دست انسان بنام (كلروفلورو كربن) پديد آمده است .اينها گازهايي هستندكه لايه محافظ زمين را مي خورند .دانشمندان گفتند:اگر كشورها مصمم به دنبال نمودن اين روند باشند ،(حفره داخل لايه اوزون به آغاز به جمع شدن و كوچك شدن خواهد نمودتا اينكه ظرف 50 سال ترميم خواهد شد . ) اين جمع بندي و نتيجه گيري توسط (مجمع بررسي فرايند هاي استراتوسفر و نقش آن در آب و هوا SPARC به عمل آمد .اين مجمع از صد ها كارشناس اقليمي كه دسامبر سال 1999در آرژانتين گرد هم آمدندو در سايه توجهات سازمان هواشناسي جهاني تشكيل جلسه دادند،شكل گرفته است. اين دانشمندان هشدار دادند: حتّي اگر كاهش مصرف گازهايCFC برآورده شود،پديده گرم شدن زمين_كه نتيجه تولييد گازهاي گلخانه اي با وجود كربن به عنوان عنصر اصلي آن است و از سوختهاي سنگواره اي بدست مي آيد _ميتواند محلت ترميم حفره اوزون را چند دهه به تعويق اندازد.به عنوان يك تناقض ، گرم شدن زمين ،جو را در نزديكي سطح زمين حرارت ميدهد اما لايه پاييني (استراتوسفر) يعني جايي را كه اوزون قرار دارد همچنان سرد نگه ميدارد . اين دماهاي پايين به ويژه درزمستان مسبب جمع شدن ابرهاي استراتوسفر در نواحي قطبي ميشود . اين پديده آغازگر واكنشهاي نابود كننده اوزون توسط مولكولهاي كلري استكه توسط كلروفلورو كربن ها آزاد ميشوند. پيش بيني هاي داير بر اين كه حفره اوزون كه بالاي قطب جنوب قرار دارد، به زودي كوچك خواهد شد با آخرين اطلا عات مغايرت دارد كه نشان ميدهد كه اين حفره درحال گسترش است وبه طور بي سابقه اي در چند سال اخير بزرگ شده است

http://www.export.gov.il/Eng/_Uploads/4076ozon.jpg.

تاريخچه سوراخ شدن لايه اوزون :

ابتدا: جريان تاسف بار سوراخ شدن لايه اوزون در لايه زير استرا توسفر در بالاي منطقه انتاركتيكا اولين بار در دهه هفتاد (1970 تا 1979)توسط يك گروه تحقيقاتي به نام BAS كشف شد .اين گروه در مورد اتمسفر بالاي منطقه انتاركتيكا از يك ايستگاه تحقيقاتي كه بسيار شبيه اين عكس ميباشد مشاهده مي گردند. *اطلاعات ايستگاه تحقيقاتي هالي * ايستگاه تحقيقاتي BAS فالكر اولين بار در حالي تحقيقات را انجام داد كه اندازه گيري اوليه در سال1985براي اولين بار سوراخ شدن لايه اوزون آنچنان نگران كننده بود كه دانشمندان تصور ميكردند كه دستگاهاي اندازه گيري خراب است .آنها دستگاه هاي ديگري جانشين آن دستگاه ها كردند تا آنكه نتايج بدست آمده اندازه گيري هاي اوليه را تاييد كرد .چندماه بعد كه سوراخ شدن لايه اوزون قابل مشاهده بود،(پس از مشاهده سوراخ شدن لايه اوزون تحقيقات قبلي تاييد شد)از طرف ديگر اطلاعات ماهواره TOMS سوراخ شدن لايه اوزون را نشان نمي داد ،بدين دليل كه نرم افزارهايي كه اطلاعاتي در مورد لايه اوزون ميداد به صورتي برنامه ريزي شده بود كه لا يه اوزون در منطقه كوچكي موردبررسي قرار مي گرفت .بررسي هاي بعدي ، اطلاعات بدست آمد هنگامي كه نتايج گروه BASمنتشر نشد،مورد تاييد قرار گرفت و بيانگر اين مطلب بود كه سوراخ شدن لايه اوزون به طور سريع ودر مقياس بزرگي بر بالاي منطقه انتاركتيكا انجام مي شود

http://www-user.tu-chemnitz.de/%7Ebfri/ozon-1.jpg.


اوزون لايه اي را در استراتوسفر تشكيل ميدهد كه منطقه استوا باريكتر و در دو قطب پهن تر است .ميزان اوزون در بالاي سطح كره زمين به وسيله مقياسي به نام DU Dobson units اندازه گيري ميشود كه اين ميزان در منطقه استوايي در حدود 260DUاست و به ميزان بيشتري در جاهاي ديگر است . اين در حالي است تغييرات فصلي بسيار وسيعي اتفاق ميافتد واين در حالي شكل مي گيرد و اشعه ماوراي بنفش در لايه استراتوسفر نفوذ ميكند يا آن را مي شكافد

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:39 AM
جست وجوى نقض اصول فيزيكى اينشتين

نسبيت در قلب مهم ترين نظريات بنيادين فيزيك قرار گرفته است. نسبيت آنگونه كه اينشتين آن را در ۱۹0۵ فرمولبندى كرد بر اين ايده كليدى بنا شده كه قوانين فيزيك از نگاه تمام مشاهده گرهاى لخت (اينرسى) (مشاهده گرهايى كه از ديد يك مشاهده گر داراى جهت دلخواه و سرعت ثابت هستند) يكسان است. اين نظريه يك دسته از آثار شناخته شده را پيش بينى مى كند كه از ميان آنها مى توان به ثابت بودن سرعت نور براى تمام مشاهده گرها، كند شدن ساعت هاى در حال حركت، كوتاه شدن طول اجسام متحرك و هم ارزى جرم و انرژى E=mc2 اشاره كرد. آزمايش هاى بسيار دقيق اين نتايج را تائيد مى كنند. نسبيت اكنون يك پايه و ابزار مهم و روزمره براى فيزيكدانان تجربى است: برخورد دهنده هاى ذرات از مزاياى افزايش جرم و طول عمر ذرات پرسرعت به خوبى بهره مى برند و آزمايش با ايزوتوپ هاى راديواكتيو نشان دهنده تبديل جرم به انرژى است.
حتى كاربران و بهره برداران دستگاه هاى الكترونيك نيز تحت تاثير اين پديده ها هستند. در سيستم مكان يابى جهانى بايد تصحيح مربوط به تاخير زمانى را در نظر گرفت. اين تاخير زمانى سرعت كار ساعت هاى موجود در مدارهاى ماهواره اى را تغيير مى دهد. با اين حال در سال هاى اخير تلاش براى يكى كردن نيروها و ذرات شناخته شده در يك نظريه نهايى براى عده اى از فيزيكدانان اين انگيزه را به وجود آورده كه درباره امكان تقريبى بودن اصول نسبيت تحقيق كنند. اين انتظار وجود دارد كه مشاهده انحرافى كوچك از نظريه نسبيت طليعه نخستين آزمايش ها براى جست وجو و تحقيق درباره يك نظريه نهايى است.
ثابت بودن يا ناوردايى؛ قوانين فيزيك براى مشاهده گرهاى مختلف نشان دهنده تقارن در فضا و زمان (فضا _ زمان) است كه تقارن لورنتس ناميده مى شود. هنريش آنتوان لورنتس فيزيكدان هلندى است كه براى نخستين بار در دهه ۱۸۹۰ در اين باره تحقيق كرده است. كره كامل نمايش دهنده تقارنى است كه به عنوان تقارن تحت دوران (چرخش) شناخته مى شود: كره را در هر جهت و به هر ميزان بچرخانيد كاملاً مشابه به نظر مى رسد. تقارن لورنتس اينگونه بر روى تشابه اشيا بنا نشده است بلكه مبناى آن يكى بودن قوانين فيزيك تحت تبديلات دورانى و بوست (boost كه سرعت را تغيير مى دهد) است. مشاهده گرهاى لخت مستقل از اينكه داراى چه جهت و چه سرعت ثابتى هستند قوانين فيزيك را يكى مى بينند. هنگامى كه تقارن لورنتس درنظر گرفته شود فضا- زمان همسانگرد به نظر مى رسد، بدين معنى كه همه جهت ها و حركت هاى ثابت هم ارز هستند و هيچ كدام بر ديگرى برترى ندارند.
تقارن فضا _ زمان لورنتس هسته اصلى نظريه نسبيت را تشكيل مى دهد. با دانستن قواعد تبديلات لورنتس مى توان تمام پيش بينى هاى شناخته شده نسبيت را به دست آورد. تا قبل از مقاله ۱۹۰۵ اينشتين، معادلات مربوط به اين پديده ها توسط محققان ديگرى از جمله خود لورنتس به دست آمده بود. اما آنها اين معادلات را به عنوان تغييرات فيزيكى در اشيا تعبير مى كردند؛ به عنوان مثال طول پيوند بين اتم ها كوتاه مى شود تا موجب ايجاد پديده انقباض طول شود.
سهم بزرگ اينشتين اين بود كه او تمام قطعات را به هم پيوند داد و آشكار ساخت كه طول ها و آهنگ كار ساعت ها ارتباط تنگاتنگى با يكديگر دارند و بدين ترتيب تصور فضا و زمان در مفهوم جديدى به نام فضا- زمان يكى گشتند.
تقارن لورنتس يك عنصر كليدى و پايه بهترين توصيفات ما از ذرات بنيادى و نيروها است. تقارن لورنتس هنگامى كه با اصول مكانيك كوانتومى تركيب مى شود چارچوبى را بنا مى كند كه نظريه ميدان هاى كوانتومى نسبيتى ناميده مى شود. در اين چارچوب هر ذره و نيرو توسط ميدانى توصيف مى شود كه تمام فضا- زمان را پر كرده و داراى تقارن لورنتس است. ذراتى مانند الكترون ها و فوتون ها به عنوان برانگيختگى هاى موضعى كوانتوم هاى ميدان مربوطه شناخته مى شوند. مدل استاندارد ذرات كه تمام ذرات و نيروهاى غيرگرانشى شناخته شده (شامل الكترومغناطيس؛ برهمكنش ضعيف و برهمكنش قوى) را توضيح مى دهد يك نظريه ميدان كوانتومى نسبيتى است. لزوم برقرار بودن تقارن لورنتس به شدت نوع برهمكنش و طرز رفتار اين ميدان ها را مقيد و مشخص مى سازد.




http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/14/Albert_Einstein_1947.jpg/222px-Albert_Einstein_1947.jpg




بسيارى از برهمكنش ها كه مى توانند به صورت جملات محتمل در معادلات اين نظريه ظاهر شوند به دليل نقض تقارن لورنتس ممنوع است.
مدل استاندارد شامل برهمكنش گرانشى نيست. بهترين توصيف ما از گرانش يعنى نظريه نسبيت عام اينشتين نيز از تقارن لورنتس تبعيت مى كند. (كلمه «عام» يعنى شامل گرانش است. گرانش در نسبيت «خاص» در نظر گرفته نمى شود.) در نسبيت عام، مانند قبل، قوانين فيزيك در يك مكان از ديد مشاهده گرهايى كه داراى جهت هاى مختلف و سرعت هاى متفاوت هستند يكسان است. اما وجود گرانش مى تواند مقايسه پيچيده اى بين آزمايش ها در دو مكان متفاوت ايجاد كند. نسبيت عام يك نظريه كلاسيك غيركوانتومى) است و كسى نمى داند كه چگونه مى توان آن را به صورت رضايت بخشى با مدل استاندارد تركيب كرد.
با اين همه اين دو را مى توان در نظريه اى با عنوان «مدل استاندارد با گرانش» كه دربرگيرنده تمام ذرات و چهار نيرو است، تا حدودى با يكديگر تلفيق كرد.

http://www.aftab.ir/articles/science_education/basis_science/images/6a12d6eb1c7111bc5f50ebbc3bc2ba45.jpg
• وحدت نيروها و مقياس پلانك
اين تركيب مدل استاندارد و نسبيت عام به طور حيرت انگيزى در توصيف طبيعت موفق است. در آن تمامى پديده هاى بنيادى شناخته شده و نتايج آزمايشگاهى به خوبى توضيح داده مى شود و هيچ گونه شواهد آزمايشگاهى كشف شده فراتر از آن موجود نيست. با اين حال بسيارى از فيزيكدانان مى پندارند كه اين تركيب رضايت بخش نيست. يك پايه اين دشوارى ها اين است كه هر چند دو نظريه داراى فرمول بندى درخشانى هستند اما در اين شكل خود، از ديدگاه رياضى ناسازگارند.
در شرايطى مانند آزمايش كلاسيك حركت نوترون هاى سرد برخلاف ميدان گرانشى زمين كه بايد هم گرانش را در نظر گرفت و هم فيزيك كوانتومى را، نيروى گرانشى به عنوان يك نيروى خارجى به توصيف كوانتومى اضافه مى شود. اين مدل هاى ساخته شده ممكن است كه از ديد آزمايشگاهى كارآمد باشند. اما نمى توان آنها را به عنوان يك توصيف بنيادين، سازگار و رضايت بخش درنظر گرفت. اين مورد مانند آن است كه حمل يك شىء توسط فرد را مى توان با درنظر گرفتن نيروهاى وارد بر استخوان ها و اندام هاى بدن و در سطح مولكولى با دقت زيادى توضيح داد و يا مى توان ماهيچه ها را به عنوان جعبه هاى بسته اى درنظر گرفت كه قادر به فراهم كردن نيروهاى خاص در محدوده هاى مشخص هستند.
به اين دليل و همچنين دلايل ديگر، بسيارى از فيزيكدانان معتقدند كه فرمول بندى يك نظريه نهايى امكان پذير است (توصيفى كامل و واحد از طبيعت كه در آن گرانش و فيزيك كوانتوم با هم تركيب شده اند.)
يكى از نخستين فيزيكدانانى كه بر روى ايده نظريه واحد كار كرد خود اينشتين بود كه سال هاى آخر عمر خود را صرف اين مسئله كرد.
هدف او دست يافتن به نظريه اى بود كه نه تنها گرانش بلكه الكترومغناطيس را نيز دربرگيرد. از بخت بد، او بسيار زود با اين مسئله درگير شده بود. هم اكنون ما معتقديم كه الكترومغناطيس رابطه نزديكى با نيروهاى ضعيف و قوى دارد. (نيروى قوى بين كوارك ها عمل مى كند كه سازنده ذراتى مانند پروتون و نوترون هستند، در حالى كه نيروى ضعيف عامل فعاليت هاى راديواكتيو و همچنين واپاشى نوترونى است.) تنها پس از يافته هاى آزمايشگاهى بعد از مرگ اينشتين بود كه نيروهاى قوى و ضعيف به طور جداگانه و بدون تركيب با الكترومغناطيس و گرانش به خوبى فرمول بندى و درك شدند.
يك رهيافت فراگير و اميدبخش به چنين نظريه نهايى، نظريه ريسمان است. اين نظريه بر اين ايده بنا شده كه تمام ذرات و نيروها را مى توان براساس اشيايى يك بعدى («ريسمان ها») به همراه رويه هاى دوبعدى و بالاتر كه به آنها ابررويه مى گويند، توصيف كرد. رهيافت شناخته شده ديگر گرانش كوانتومى حلقه اى loop quantum gravity است كه به دنبال يك تفسير سازگار كوانتومى از نسبيت عام است و پيش بينى مى كند كه فضا از قطعات جداى (كوانتوم ها) حجم و سطح ساخته شده است. شكل نظريه نهايى هرگونه كه باشد اين انتظار وجود دارد كه فيزيك كوانتومى و گرانش در مقياس يك طول بنيادى 10 - 35 m كه به خاطر ماكس پلانك فيزيكدان قرن ۱۹ آلمان طول پلانك ناميده مى شود؛ به طور جداناپذيرى درهم تافته شوند. طول پلانك بسيار كوچك تر از طول هايى است كه مى توان به كمك ميكروسكوپ هاى معمولى ديد و يا در شتاب دهنده هاى انرژى بالا كاويد. بنابراين نه تنها ارائه نظريه نهايى يك چالش جدى است، بلكه انجام مشاهدات مستقيم تجربى براى آزمودن پيش بينى هاى چنين نظريه اى نيز عملاً غيرممكن به نظر مى رسد.
با وجود چنين سدهايى باز هم ممكن است راه هايى براى كسب اطلاعات آزمايشگاهى از نظريه نهايى در مقياس پلانك وجود داشته باشد. شايد در آزمايش هايى كه به اندازه كافى حساس هستند، پديده هايى كوچك كه به طور غيرمستقيم بازتابنده فيزيكى جديد در نظريه نهايى است، مشاهده شود. همانند تصاوير روى نمايشگر تلويزيون يا كامپيوتر كه از تعداد زيادى نقاط روشن (Pixle) تشكيل شده اند. اين نقاط در مقايسه با فاصله تماشايى نمايشگر به حدى كوچك است كه تصوير از ديد چشم كاملاً يكنواخت به نظر مى رسد. اما در بعضى شرايط خاص اين نقاط مشاهده مى شوند، به عنوان مثال هنگامى كه گوينده خبر كراواتى راه راه با نوارهاى باريك بپوشد باعث ايجاد طرحى مى شود كه به طرح «موير» معروف است.
يكى از چنين طرح هايى كه از طول پلانك نشات مى گيرد نقض نظريه نسبيت است. در فواصل ماكروسكوپيك (معمولى)، فضا- زمان ناورداى لورنتس به نظر مى رسد، ولى ممكن است كه اين تقارن در فواصل به اندازه كافى كوچك به عنوان جلوه اى از وحدت فيزيك كوانتومى و گرانش شكسته شده باشد. انتظار مى رود كه آثار قابل مشاهده نقض نظريه نسبيت در مقياس پلانك در فاصله 10 - 17 to 10 - 34 قرار گرفته باشند. براى درك بهتر اين ابعاد بايد در نظر آوريد كه قطر تار موى انسان 10 30 برابر ابعاد كيهان است در حالى كه 10 - 17 نسبت به قطر مو مانند قطر موى انسان به قطر مدار نپتون است. بنابراين مشاهده نقض نسبيت به آزمايش هايى بسيار حساس تر از آنچه تاكنون انجام شده احتياج دارد.
تقارن بنيادين ديگرى از فضا- زمان كه مى تواند نقض شودCPT نام دارد. اين تقارن هنگامى وجود دارد كه قوانين فيزيك تحت سه تبديل زير (به طور همزمان) تغيير نكنند: تعويض ذره و پادذره مزدوج بار، C بازتاب در آينه (تبديل پاريته، P و برگشت زمانى (T) . مدل استاندارد از تقارن CPT تبعيت مى كند، در حالى كه اين تقارن ممكن است در نظريه هايى كه نسبيت را نقض مى كنند، شكسته شده باشد.






http://www.misunderstooduniverse.com/images/StringTheory2.jpg

چرخش زمين يك آ زمايشگاه را نسبت به ميدان بردارى نقض كننده نسبيت (پيكان ها) مى چرخاند. از ديد چارچوب آزمايشگاه جهت ميدان بردارى در طول روز تغيير مى كند، كه با استفاده از آن مى توان نقض نسبيت را مشاهده كرد. به عنوان مثال ممكن است نسبت جرم دو جسم غيرهمجنس در طول روز متغير باشد.

•نقض خودبه خود
نقض نسبيت در يك نظريه نهايى چگونه خود را نشان مى دهد؟ يك روش طبيعى و زيبا شكست خودبه خود تقارن لورنتس است. اين مورد بايد كاملاً مشابه شكست خودبه خود تقارن در موارد ديگر باشد هنگامى اتفاق مى افتد كه قوانين پايه متقارن هستند در حالى كه سيستم هاى واقعى اين گونه نيستند. براى درك ايده عمومى شكست خودبه خود تقارن يك ميله باريك استوانه اى را كه به صورت عمودى بر روى يك سطح صاف قرار گرفته در نظر بگيريد. تصور كنيد يك نيروى عمودى به سمت پايين بر روى ميله وارد مى گردد. اين سيستم به طور كامل تحت دوران حول محور ميله متقارن است: ميله استوانه اى است و نيرو به صورت عمودى وارد مى شود، بنابراين قوانين و معادلات فيزيكى در اين شرايط تحت دوران ناوردا هستند. اما اگر نيرو به اندازه كافى زياد شود ميله در يك جهت خم مى گردد كه تقارن تحت دوران را به صورت خودبه خود مى شكند.
در مورد نقض نسبيت، معادلات توصيف كننده ميله و نيرو با معادلات نظريه نهايى جايگزين مى شوند. به جاى ميله ميدان هاى كوانتومى مواد و نيروها قرار مى گيرند. در اغلب موارد اندازه ميدان پس زمينه اى طبيعى چنين ميدان هايى صفر است. با اين حال در بعضى شرايط ميدان هاى پس زمينه مقادير غيرصفرى كسب مى كنند. تصور كنيد چنين حالتى براى ميدان الكتريكى رخ دهد. از آنجا كه ميدان الكتريكى داراى جهت است (بردار)، هر مكانى در فضا داراى جهت ويژه اى مى شود كه توسط جهت ميدان الكتريكى در آن مكان تعيين مى شود. يك بار الكتريكى نقطه اى در آن جهت شتاب مى گيرد. در نتيجه تقارن دورانى (و همچنين تقارن «بوست») مى شكند. چنين نتايجى براى يك ميدان تانسورى غيرصفر نيز برقرار است (بردارها حالت خاص تانسورها هستند
چنين ميدان هاى تانسورى غيرصفرى در مدل استاندارد به وجود نمى آيند، اما بعضى از نظريه هاى بنيادى مانند نظريه ريسمان شامل جنبه هايى هستند كه مناسب شكست خودبه خود تقارن لورنتس هستند. اين ايده كه شكست خودبه خود تقارن لورنتس و مشاهده نقض نظريه نسبيت مى تواند در نظريه ريسمان و تئورى هاى ميدان شامل گرانش اتفاق افتد نخستين بار توسط من و استوارت ساموئل از كالج نيويورك در سال ۱۹۸۹ پيشنهاد شد.
من و روبرتوس پوتينگ در سال ۱۹۹۱ اين موضوع را به شكست تقارن CPT در نظريه ريسمان گسترش داديم. بعد از آن روش هاى متعددى براى نقض نظريه نسبيت در نظريه ريسمان و ديگر رهيافت هاى گرانش كوانتومى پيشنهاد شد. اگر شكست تقارن لورنتس واقعاً جزيى از نظريه نهايى باشد، مشاهده نقض نسبيت نخستين مشاهدات آزمايشگاهى را براى چنين نظريه اى فراهم خواهد كرد.




تعميم مدل استاندارد
فرض كنيد نظريه بنيادى طبيعت از طريق مكانيسم هايى شكست تقارن لورنتس يا CPT را شامل مى شود. اكنون اين پرسش پيش مى آيد كه اين نقض ها چگونه خود را در آزمايش نشان مى دهند و نسبت آنها با فيزيك امروزى به چه صورت است؟ براى پاسخ به اين پرسش به يك چارچوب نظرى كلى احتياج داريم كه بتواند تمام پديده هايى را كه ممكن است در آزمايشگاه رخ دهد، دربرگيرد. به كمك چنين چارچوبى مى توان پارامترهاى آزمايشگاهى را محاسبه، آزمايش هاى مختلف را مقايسه و پديده هاى قابل انتظار را پيش بينى كرد.
براى ساخت چنين چارچوبى بايد به اصول طبيعى و بدون شك زير پايبند بود. اول آنكه تمام پديده هاى فيزيكى مستقل از دستگاه مختصاتى هستند كه براى توصيف فضا- زمان انتخاب مى كنيم. دوم آنكه آزمايش هاى موفق مدل استاندارد و نظريه نسبيت عام نشان مى دهند كه نقض تقارن لورنتس و CPT بايد اثر بسيار كوچكى داشته باشند. پيروى از اين معيارها و به كار بردن نيروها و ذرات شناخته شده ما را بر مجموعه اى از جملات ممكن _ برهمكنش هاى ممكن _ رهنمون مى شود كه مى توان آنها را به معادلات نظريه اضافه كرد. هر كدام از اين جملات معادل يك ميدان تانسورى با مقدار پس زمينه اى غيرصفر است. ضرايبى كه دامنه آنها را مشخص مى كنند، نامعلوم هستند كه البته بسيارى از آنها ممكن است در يك نظريه نهايى مشخص صفر باشند.نتيجه نهايى نظريه اى است كه به آن تعميم مدل استاندارد (SME = standard Model Extention) مى گويند. زيبايى اين فرمول بندى در عموميت آن است: هر گونه منشاء دلخواه فيزيكى يا فلسفى كه براى نقض نسبيت در نظر بگيريد و همچنين نتايج آن در طبيعت بايد به كمك SME قابل توضيح باشد زيرا اين نظريه تمام اصلاحات و تعميم هاى ممكن نسبيت را كه با مدل استاندارد سازگار است، دربرمى گيرد. براى مجسم كردن آثار شكست تقارن لورنتس، مفيد است كه فرض كنيم فضا- زمان داراى يك جهت ذاتى است. در مواردى كه يك ميدان بردارى به عنوان يك جمله ويژه در معادلات SME ظاهر مى شود اين جهت ذاتى فضا- زمان بر جهت اين ميدان بردارى منطبق است. براى ميدان هاى تانسورى نيز موضوع مشابه ولى كمى پيچيده تر است. حركت و برهمكنش ذرات به دليل وجود چنين ميدان هاى پس زمينه اى، وابستگى جهت دارى به خود مى گيرد مانند حركت ذره باردار در ميدان الكتريكى يا مغناطيسى. چنين پديده هايى در مورد نقض CPT نيز اتفاق مى افتد، اما اين مورد به علت تفاوت كوپلاژ ذره و ضدذره با ميدان پس زمينه است.
http://mtalaei.persiangig.ir/image/en.jpg

SME پيش بينى مى كند كه رفتار ذرات مى تواند به روش هاى گوناگونى تحت تاثير نقض نسبيت قرار گيرد خصوصيات ذرات و برهمكنش آنها به جهت حركت (نقض تقارن دورانى) و سرعت آنها (نقض تقارن «بوست») بستگى دارد. ذره ممكن است داراى اسپين باشد (كميت نشان دهنده اندازه حركت زاويه اى درونى)، در اين حالت رفتار ناشى از نقض نسبيت مى تواند به جهت و اندازه اسپين وابسته باشد. يك ذره مى تواند تصوير آيينه اى پادذره خود نباشد (نقض CPT) نوع رفتار مى تواند به نوع ذره بستگى داشته باشد؛ به عنوان مثال شايد پروتون بيش از نوترون تحت تاثير قرار بگيرد. اين پديده ها ردهاى زيادى از خود به جا مى گذارند كه مى توان در آزمايش ها به دنبال آنها گشت. تعدادى از اين آزمايش ها از هم اكنون آغاز شده اند، اما هنوز هيچ كدام شواهد متقنى در رد نظريه نسبيت به دست نداده اند.




تقارن فضا- زمان
نسبيت رعايت مى شود
تقارن لورنتس يكى از خصوصيات بنيادى جهان بيرونى است كه اهميت زيادى براى فيزيك دارد. اين تقارن داراى دو جزء است: تقارن دورانى و تقارن بوست. تصور كنيد دو ميله و دو ساعت داريم كه ميله ها از دو ماده متفاوت ساخته شده اند ولى هنگامى كه پهلو به پهلوى يكديگر قرار مى گيرند طول يكسانى را نشان مى دهند و ساعت ها نيز به روش هاى متفاوتى كار مى كنند ولى همزمان هستند.

(a).

تقارن دورانى برقرار است اگر يك ميله و يك ساعت را نسبت به ديگرى بچرخانيم طول ميله ها نسبت به يكديگر تغيير نكرده و همزمانى ساعت ها نيز به هم نخورد

(b).

تقارن بوست شامل آن چيزى است كه هنگام حركت يك ميله به همراه يك ساعت با سرعت ثابت نسبت به ميله و ساعت ثابت اتفاق مى افتد. تقارن بوست پيش بينى مى كند كه طول ميله در حال حركت از ديد ناظر ساكن كوتاه تر شده و ساعت همراه آن نيز كندتر كار مى كند

(C) .

هنگامى كه فضا و زمان تركيب شده و تشكيل فضا- زمان را مى دهند شكل فرمول بندى رياضى تقارن بوست بسيار شبيه تقارن دورانى خواهد بود. يك تقارن وابسته به تقارن لورنتس تقارن CPT است كه بيانگر تغيير علامت بار الكتريكى، تغيير جهت پاريته (معكوس آينه اى نسبت به يك نقطه) و برگردان زمانى هستند. اين تقارن پيش بينى مى كند كه اگر يك ساعت با معادل پادماده اى خودش جايگزين شود (تغيير علامت بار) همچنين سر و ته شود (معكوس آينه اى _ پاريته) و در جهت معكوس زمانى كار بكند، آنگاه همان زمان را نشان خواهد داد كه ساعت اول نمايش مى دهد.

(d).

محاسبات رياضى نشان مى دهد كه در نظريه ميدان هاى كوانتومى هرگاه تقارن لورنتس در نظر گرفته شود، تقارن CPT نيز برقرار خواهد بود.





http://www.sharemation.com/kian8044/Wormholes.jpg
نسبيت نقض مى شود
شكست تقارن لورنتس را مى توان به وسيله يك ميدان بردارى حاضر در فضا- زمان نمايش داد. ذرات و نيروها با اين ميدان (پيكان ها) برهمكنش مى كنند، همانگونه كه يك ذره باردار با ميدان الكتريكى (كه يك ميدان بردارى است) برهمكنش مى كند. در نتيجه برخلاف زمانى كه تقارن لورنتس برقرار است تمام جهت ها و سرعت ها هم ارز نيستند. دو ميله غيريكسان كه در يك جهت نسبت به ميدان بردارى داراى طول يكسان هستند (شكل سمت چپ) ممكن است در جهت ديگر هم طول نباشد (شكل وسط) مشابه آن دو ساعت كه در يك جهت هم زمان هستند ممكن است در جهت ديگر همزمانى شان را از دست بدهند. به علاوه دو ساعت و دو ميله غيريكسان در هنگام حركت ممكن است اتساع زمانى و انقباض طولى متفاوتى را بسته به جنس و جهت حركتشان نشان دهند. (شكل راست)

Bauokstoney
Thursday 3 December 2009-1, 12:39 AM
تابش الكترومغناطيسي:




هر شي در نجوم بوسيله تابش الكترو مغناطيسي مشاهده مي شود بنابر اين توجه به برخي از مباني فيزيك درباره تابش وجذب لازم است .تابش الكترو مغناطيسي فقط يك موج متحرك در ميدان مغناطيسي و الكتريكي است كه در معادلات ماكسول به هم مربوط مي شوند.موج الكترو مغناطيسي باسرعت نور منتشر مي شود.
C=2.998*108
حاصل ضرب طول موج و فركانس برابر سرعت نور است.
C=F*g
كه به صورت سنتي طيف سنجها طول موج را اندازه گيري مي كنند.
با وسائل جديد تمام محدوده طيف قابل مشاهده است. تعدادي ازطول موجهايي كه فقط مي توانند در بالاي جو اندازه گيري شوند؛درفنآوري ماهواره اي به كارمي روند.

تابش نور به چندطريق صورت مي گيرد:
1-فرآيند پهن شدگي (فرآيند گرما يوني )-تابش جسم سياه. 2-تابش خطي .
3-تابش سينكروترون ناشي از بارهاي الكتريكي شتابدار.
ما درباره’ مورد اول بحث خواهيم كرد
تابش جسم سياه:

جسم گرم در دماي مشخص T گستره پهني از امواج الكترو مغناطيس تابش مي كندو جسم گرمتر آبي تر تابش ميكند .
براي مثال داخل زمين يك مخزن نور است كه مانند يك باطري ضعيف شده كم نورتر وقرمزتر است . اين مسئله در ابتداي قرن بيستم در فيزيك كلاسيك حل شده ويكي از موفقيتهاي مكانيك كوانتومي شكل گرفته بود.
طيف تابش گسيل يافته براي فيزيك كلاسيك يك مشكل بزرگ بود .
استفان و بولتزمن كشف كردند كه تمام گرماي تابش شده بوسيله سطح جسمي با مساحت A و دمايT برابر است با:
Q=AsT4 s =5.67*108
شدت تابش درواحد حجم كه تابع طول موج است ،اندازه گيري شد. موقعيت ماكزيمم ناگهاني در طيف ،توسط قانون جابجايي وينز ((Wiens تشريح شد و مكان بيشترين شدت در طول موج
-3^10*2.9 كه در آن Tدر مقياس كلوين است.
بنابرا ين طول موج تابش گسيل يافته، نظريه تابشي جسم را ارائه مي دهد.
تلاشهاي رايلي (Rayleigh)براي توضيح مشاهدات از نظر كلاسيكي نا موفق بود .او محاسباتي انجام داد با اين فرض كه موجها درون كاواك قرار بگيرند وتابش گريزي از سوراخ كوچكي در ديواره كاواك را بدست آورد.فقط طول موجهايي مجازبودند كه دقيقا موج بر ديواره كاواك قرار مي گرفت (ديواره’ كاواك مكان گره ها بود).
رايلي فرض كرد كه هر گونه طول موج داراي انرژي KT است( K ثابت بولتزمن است).محاسبات پش بيني مي كرد كه در دماي T تابندگي (شدت تابش ) به طول موج وابسته است.
I(l)= T/landa^4
فرض بالا يك مشكل دارد؛وقتي طول موج صفر مي شود شدت بينهايت مي گرددواين مساله به عنوان فاجعه فرابنفش شناخته شد.
در سال 1900م.پلانگ اين مشكل را با گسسته فرض كردن تابش الكترو مغناطيسي حل كرد.او فرض كرد كه تابش بوسيله نوسانگرهاي الكترو مغناطيسي درون ديواره كاواك توليد ميشود.انرژي نوسانگرها فقط مي توانست به صور ت گسسته مضربي از بسامد باشدn=0,1,2,3,… ; E=nhn.
محا سبات پلانگ تفاوت بنيادي با محاسبا ت رايلي داشت كه مقادير انرژي را پيوسته فرض كرده بود. محاسبات پلانك تابندگي در طول موج خاص را بصورت زير داد:
I(l)=2*π*h*c^2/[l^5[exp(hc/lkT)-1]]
فرم بالاقانون استفان بولتزمن و قانونوينز را تاييد مي كند
. در طول موجهاي زياد فرمول بال منجر به نتايج رايلي مي شود.
در واقع در اندازه گيري دماي يك ستاره نوعي طيف سنجي يا نور سنجي ميتواند به كار رود.
مقايسه بين تابندگي نسبي مقدار نور گسيل شده يك ستاره در دو طول موج:.
اين نسبت مشخصه دمايي است بنابر اين اندازه گيري تمام طيف جسم سياه الزامي نيست.چون تابندگي در هر دماي مشخص به طور نسبي در شدت 550 nm بهنجار شده است.called V or Visual Band )) ((
اندازه گيري دوم در تابندگي 440nm
(( called B or Blue band ))
اندازه گيري دما را ممكن ميسازد

Bauokstoney
Sunday 20 December 2009-1, 09:11 PM
پاد ماده (ضد ماده)

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Anti_Material.jpg

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

Bauokstoney
Sunday 20 December 2009-1, 09:12 PM
------ اتم

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/atomic_----.jpg

------ اتمی سلاحی است که نیروی آن از انرژی اتمی و بر اثر شکاف هسته (فیسیون ) اتمهای پلوتونیوم یا اورانیوم ایجاد می شود .در فرآیند شکافت هسته ای ، اتمهای ناپایدار شکافته و به اتمهای سبکتر تبدیل می شوند . نخستین ------ از این نوع ، در سال ۱۹۴۵ م در ایالات نیو مکزیکو در ایالات متحده آمریکا آزمایش شد . این ------ ، انفجاری با قدرت ۱۹ کیلو تن ایجاد کرد ( یک کیلو تن برابر است با انرژی اتمی آزاد شده ۱۹۰ تن ماده منفجره تی . ان . تی ) انفجار ------ اتمی موج بسیار نیرومند پرتوهای شدید نورانی ، تشعشعات نفوذ کننده اشعه گاما و نوترونها و پخش شدن مواد رادیو اکتیو را همراه دارد . انفجار ------ اتمی چندین هزار میلیارد کالری حرارت را در چند میلیونیوم ثانیه ایجاد می کند . این دمای چند میلیون درجه ای با فشار بسیار زیاد تا فاصله ۱۲۰۰ متری از مرکز انفجار به افراد بدون پوشش حفاظتی صدمه می زند و سبب مرگ و بیماری انسان و جانوران می شود . همچنین زمین ، هوا آب و همه چیز را به مواد رادیو اکتیو آلوده می کند . ------ های اتمی شامل نیروهای قوی و ضعیفی اند که این نیروها هسته یک اتم را به ویژه اتم هایی که هسته های ناپایداری دارند، در جای خود نگه می دارند. اساسا دو شیوه بنیادی برای آزادسازی انرژی از یک اتم وجود دارد:
۱) شکافت هسته ای: می توان هسته یک اتم را با یک نوترون به دو جزء کوچک تر تقسیم کرد. این همان شیوه ای است که در مورد ایزوتوپ های اورانیوم (یعنی اورانیوم ۲۳۵ و اورانیوم ۲۳۳) به کار می رود. برای تولید یک ------ اتمی موارد زیر نیاز است: ـ یک منبع سوخت که قابلیت شکافت یا همجوشی را داشته باشد. ـ دستگاهی که همچون ماشه آغازگر حوادث باشد. راهی که به کمک آن بتوان بیشتر سوخت را پیش از آنکه انفجار رخ دهد دچار شکافت یا همجوشی کرد. در اولین ------ های اتمی از روش شکافت استفاده می شد. اما امروزه ------ های همجوشی از فرآیند همجوشی به عنوان ماشه آغازگر استفاده می کنند.------ های شکافتی (فیزیونی): یک ------ شکافتی از ماده ای مانند اورانیوم ۲۳۵ برای خلق یک انفجار هسته ای استفاده می کند. اورانیوم ۲۳۵ ویژگی منحصر به فردی دارد که آن را برای تولید هم انرژی هسته ای و هم ------ هسته ای مناسب می کند. اورانیوم ۲۳۵ یکی از نادر موادی است که می تواند زیر شکافت القایی قرار بگیرد.اگر یک نوترون آزاد به هسته اورانیوم ۲۳۵ برود،هسته بی درنگ نوترون را جذب کرده و بی ثبات شده در یک چشم به هم زدن شکسته می شود. این باعث پدید آمدن دو اتم سبک تر و آزادسازی دو یا سه عدد نوترون می شود که تعداد این نوترون ها بستگی به چگونگی شکسته شدن هسته اتم اولیه اورانیوم ۲۳۵ دارد. دو اتم جدید به محض اینکه در وضعیت جدید تثبیت شدند از خود پرتو گاما ساطع می کنند. درباره این نحوه شکافت القایی سه نکته وجود دارد که موضوع را جالب می کند.
۱) احتمال اینکه اتم اورانیوم ۲۳۵ نوترونی را که به سمتش است، جذب کند، بسیار بالا است. در بمبی که به خوبی کار می کند، بیش از یک نوترون از هر فرآیند فیزیون به دست می آید که خود این نوترون ها سبب وقوع فرآیندهای شکافت بعدی اند. این وضعیت اصطلاحا «ورای آستانه بحران» نامیده می شود. ۲) فرآیند جذب نوترون و شکسته شدن متعاقب آن بسیار سریع و در حد پیکو ثانیه (۱۲-۱۰ ثانیه) رخ می دهد. ۳) حجم عظیم و خارق العاده ای از انرژی به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شکسته شدن هسته آزاد می شود. انرژی آزاد شده از یک فرآیند شکافت به این علت است که محصولات شکافت و نوترون ها وزن کمتری از اتم اورانیوم ۲۳۵ دارند. این تفاوت وزن نمایان گر تبدیل ماده به انرژی است که به واسطه فرمول معروف mc۲= E محاسبه می شود. حدود نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده به کار رفته در یک ------ هسته ای برابر با چندین میلیون گالن بنزین است. نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده انداز ه ای معادل یک توپ تنیس دارد. در حالی که یک میلیون گالن بنزین در مکعبی که هر ضلع آن ۱۷ متر (ارتفاع یک ساختمان ۵ طبقه) است، جا می گیرد. حالا بهتر می توان انرژی آزاد شده از مقدار کمی اورانیوم ۲۳۵ را متصور شد.برای اینکه این ویژگی های اروانیوم ۲۳۵ به کار آید باید اورانیوم را غنی کرد. اورانیوم به کار رفته در سلاح های هسته ای حداقل باید شامل نود درصد اورانیوم ۲۳۵ باشد.در یک ------ شکافتی، سوخت به کار رفته را باید در توده هایی که وضعیت «زیر آستانه بحران» دارند، نگه داشت. این کار برای جلوگیری از انفجار نارس و زودهنگام ضروری است. تعریف توده ای که در وضعیت «آستانه بحران» قرار داد چنین است: حداقل توده از یک ماده با قابلیت شکافت که برای رسیدن به واکنش شکافت هسته ای لازم است. این جداسازی مشکلات زیادی را برای طراحی یک ------ شکافتی با خود به همراه می آورد که باید حل شود.
۱) دو یا بیشتر از دو توده «زیر آستانه بحران» برای تشکیل توده «ورای آستانه بحران» باید در کنار هم آورده شوند که در این صورت موقع انفجار به نوترون بیش از آنچه که هست برای رسیدن به یک واکنش شکافتی، نیاز پیدا خواهد شد. ۲) نوترون های آزاد باید در یک توده «ورای آستانه بحران» القا شوند تا شکافت آغاز شود. ۳) برای جلوگیری از ناکامی ------ باید هر مقدار ماده که ممکن است پیش از انفجار وارد مرحله شکافت شود برای تبدیل توده های «زیر آستانه بحران» به توده هایی «ورای آستانه بحران» از دو تکنیک «چکاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده می شود.تکنیک «چکاندن ماشه» ساده ترین راه برای آوردن توده های «زیر بحران» به همدیگر است. بدین صورت که یک تفنگ توده ای را به توده دیگر شلیک می کند. یک کره تشکیل شده از اورانیوم ۲۳۵ به دور یک مولد نوترون ساخته می شود. گلوله ای از اورانیوم ۲۳۵ در یک انتهای تیوپ درازی که پشت آن مواد منفجره جاسازی شده، قرار داده می شود.کره یاد شده در انتهای دیگر تیوپ قرار می گیرد. یک حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را برای انفجار چاشنی و بروز حوادث زیر تشخیص می دهد: ۱) انفجار مواد منفجره و در نتیجه شلیک گلوله در تیوپ ۲) برخورد گلوله به کره و مولد و در نتیجه آغاز واکنش شکافت ۳) انفجار ------ در «پسر بچه» بمبی که در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر هیروشیما انداخته شد، تکنیک «چکاندن ماشه» به کار رفته بود. این ------ ۵/۱۴ کیلو تن برابر با ۵۰۰/۱۴ تن TNT بازده و ۵/۱ درصد کارآیی داشت. یعنی پیش از انفجار تنها ۵/۱ درصد ازماده مورد نظر شکافت پیدا کرد. در همان ابتدای «پروژه منهتن»، برنامه سری آمریکا در تولید ------ اتمی، دانشمندان فهمیدند که فشردن توده ها به همدیگر و به یک کره با استفاده از انفجار درونی می تواند راه مناسبی برای رسیدن به توده «ورای آستانه بحران» باشد. البته این تفکر مشکلات زیادی به همراه داشت. به خصوص این مسئله مطرح شد که چگونه می توان یک موج شوک را به طور یکنواخت، مستقیما طی کره مورد نظر، هدایت و کنترل کرد؟افراد تیم پروژه «منهتن» این مشکلات را حل کردند. بدین صورت، تکنیک «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار درونی شامل یک کره از جنس اورانیوم ۲۳۵ و یک بخش به عنوان هسته است که از پولوتونیوم ۲۳۹ تشکیل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتی چاشنی ------ به کار بیفتد حوادث زیر رخ می دهند:
۱) انفجار مواد منفجره موج شوک ایجاد می کند. ۲) موج شوک بخش هسته را فشرده می کند. ۳) فرآیند شکافت شروع می شود. ۴) ------ منفجر می شود. در «مرد گنده» بمبی که در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر ناکازاکی انداخته شد، تکنیک «انفجار از درون» به کار رفته بود. بازده این ------ ۲۳ کیلو تن و کارآیی آن ۱۷درصد بود.شکافت معمولا در ۵۶۰ میلیاردم ثانیه رخ می دهد.------ های همجوشی: ------ های همجوشی کار می کردند ولی کارآیی بالایی نداشتند. ------ های همجوشی که ------ های «ترمونوکلئار» هم نامیده می شوند، بازده و کارآیی به مراتب بالاتری دارند. برای تولید ------ همجوشی باید مشکلات زیر حل شود:دوتریوم و تریتیوم مواد به کار رفته در سوخت همجوشی هر دو گازند و ذخیره کردنشان دشوار است. تریتیوم هم کمیاب است و هم نیمه عمر کوتاهی دارد بنابراین سوخت ------ باید همواره تکمیل و پر شود.دوتریوم و تریتیوم باید به شدت در دمای بالا برای آغاز واکنش همجوشی فشرده شوند. در نهایت «استانسیلا اولام» دریافت که بیشتر پرتو به دست آمده از یک واکنش فیزیون، اشعه X است که این اشعه X می تواند با ایجاد درجه حرارت بالا و فشار زیاد مقدمات همجوشی را آماده کند. بنابراین با به کارگیری ------ شکافتی در ------ همجوشی مشکلات بسیاری حل شد. در یک ------ همجوشی حوادث زیر رخ می دهند: ۱) ------ شکافتی با انفجار درونی ایجاد اشعه X می کند. ۲) اشعه X درون ------ و در نتیجه سپر جلوگیری کننده از انفجار نارس را گرم می کند. ۳) گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن می شود. این کار باعث ورود فشار به درون لیتیوم - دوتریوم می شود. ۴) لیتیوم - دوتریوم ۳۰ برابر بیشتر از قبل تحت فشار قرار می گیرند. ۵) امواج شوک فشاری واکنش شکافتی را در میله پولوتونیومی آغاز می کند. ۶) میله در حال شکافت از خود پرتو، گرما و نوترون می دهد. ۷) نوترون ها به سوی لیتیوم - دوتریوم رفته و با چسبیدن به لیتیوم ایجاد تریتیوم می کند. ۸) ترکیبی از دما و فشار برای وقوع واکنش همجوشی تریتیوم - دوتریوم ودوتریوم - دوتریوم و ایجاد پرتو، گرما و نوترون بیشتر، بسیار مناسب است. ۹) نوترون های آزاد شده از واکنش های همجوشی باعث القای شکافت در قطعات اورانیوم ۲۳۸ که در سپر مورد نظر به کار رفته بود، می شود. ۱۰) شکافت قطعات اروانیومی ایجاد گرما و پرتو بیشتر می کند. ۱۱) ------ منفجر شود.

اولين ------ اتمي كه در صحراي نيومكزيكو آزمايش شد

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/atomic_----_1.jpg

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/atomic_----_1_1.jpg

Little Boy ؛ ------ اورانيومي با قدرت 9000Ton TNT كه بر روي هيروشيما انداخته شد و تصوير واقعه ي دردناك
http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/atomic_----_2.jpg
http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/atomic_----_2_2.jpg

تعداد (آزمايش) ------ هاي اتمي منفجر شده طي سالهاي 1945 تا 1995 (دوران جنگ سرد) توسط شوروي و آمريكا
http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/atomic_----_3.jpg

Bauokstoney
Sunday 20 December 2009-1, 09:12 PM
قوانین بقا در فیزیک

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/conservation.jpg

دید کلی: در دنیای فیزیک هیچ مطلبی اساسی تر و ساده‌تر از قوانین بقا و پایستگی ، نیست. در هر قانون بقا ، مقدار کل یک کمیت فیزیکی معین ، در یک دستگاه مفروض ، تنها به شرط منزوی بودن آن دستگام از تمام اثرهای خارجی ثابت یا پایسته است. مثلا ، بردار اندازه و حرکت کل یک دستگاه منزوی ، ثابت است. تغییرات داخلی در داخل مرزهای یک دستگاه منزوی می‌تواند از طریق برهمکنش متقابل ذرات داخل این دستگاه رخ دهند، ولی این تغییرات اثری در مقدار کل کمیت پایسته ندارند، و توانایی یک بقا ( پایستگی ) نیز در همین مطلب نهفته است. نیازی نیست که به جزئیات آنچه در داخل دستگاه اتفاق می‌افتد بپردازیم. درحقیقت ، می‌توان از بر همکنشهای داخلی دستگاه چشم‌پوشی کرد. ولی اگر دستگاه کاملا منزوی باشد کیفیتهای پایسته تغییر نمی‌کنند. از اینرو می‌دانیم که در فیزیک کلاسیک جرم کل ، انرژی کل ، اندازه حرکت خطی کل ، اندازه حرکت زاویه‌ای کل و بار الکتریکی کل در برخورد دو یا چند ذره مستقل از تاثیر خارجی دقیقا همان جرم کل ، انرژی کل ، اندازه حرکت خطی کل ، اندازه حرکت زاویه‌ای کل و بار الکتریکی کل پس از برخورد خواهند بود. انواع قوانین بقا را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:
● قانون بقای جرم: قانون بقای جرم یکی از قوانین بقای فیزیک کلاسیک است. با وجود تغییراتی که ممکن است در دیگر کمیتهای دستگاه ( مثل انرژی ، حجم و دما ) رخ دهد، جرم کل دستگاه بشرط منزوی و نشت ناپذیر بودن ثابت خواهد بود. به عبارت دیگر می‌توان گفت که جرم نمی‌تواند آفریده شده و یا از بین برود، یا جرم نمی‌تواند تولید و یا نابود شود. البته سیستمهایی وجود دارند که جرم آنها در طول زمان تغییر می‌کند. بعنوان مثال اگر حرکت موشک را در نظر بگیریم، موشک قبل از پرتاب دارای یک مقدار جرم کل خواهد بود. اما بعد از پرتاب سوخت موشک مصرف می‌شود. بنابراین جرم سیستم موشک در این لحظه با جرم آن قبل از پرتاب متفاوت خواهد بود. بنابراین در مورد موشک بشرط منزوی بودن سیستم ساقط می‌گردد، لذا جرم سیستم بقا نخواهد داشت. با این حال اگر موشک و گازهای خارج شده از آن را کلا بصورت یک سیستم فرض کنیم در اینصورت نیروهایی که گازهای خارج شده و موشک به یکدیگر وارد می‌کنند، در حکم نیروهای داخلی بوده و شرط منزوی بودن سیستم برقرار میشود و باز جرم بقا خواهد داشت. شایان ذکر است که این مطالب فقط در محدوده فیزیک کلاسیک معتبر است. اما در حالتی که سرعت جسم نزدیک به سرعت نور باشد، در اینصورت دیگر در قلمرو فیزیک کلاسیک نخواهیم بود و لذا قانون بقای جرم نقض می‌گردد.
● قانون بقای انرژی: قانون بقای انرژی به این صورت بیان می‌شود که اگز هیچ کاری روی دستگاه انجام نشود و یا دستگاه هیچکاری انجام ندهد، و اگر انرژی گرمایی به صورت گرما نه به دستگاه وارد و به از آن خارج می‌شود، انرژی کل دستگاه ثابت می‌ماند. چون در محدوده فیزیک کلاسیک ، در نهایت تمام انرژیها را می‌توان بصورت انرژی جنبشی یا انرژی پتانسیل بیان کرد، لذا قانون بقای انرژی بیان می‌کند که در یک دستگاه جمع انرژیهای جنبشی ذرات و انرژیهای پتانسیل بر همکنش متقابل آنها ثابت است، انرژی گرمایی صرفا انرژس مکانیکی نامنظم حرکت گستره‌ای ملکولها و اتمها در چنان مقیاس میکروسکوپیکی است که انرژی جنبشی و پتانسیلی تک تک ذرات از هم متمایز نیستند. بعبارت دیگر می‌توان گفت که قانون اول ترمودینامیک صرفا همان قانون بقای انرژی است که به کاملترین شکل خود بیان می‌شود، این قانون شامل آزمایش‌های مربوط به گرما و انتقال انرژی گرمایی به واسطه اختلاف دماست.
● قانون بقای اندازه حرکت خطی: هرگاه دستگاهی تحت تاثیر هیچ نیروی خارجی خالص نباشد، اندازه حرکت خطی کل آن هم از لحاظ بزرگی و هم از نظر جهت ثابت می‌ماند. قانون دوم نیوتن بیان می‌کند که هرگاه جسمی تحت تاثیر یک نیروی خارجی خالص قرار بگیرد، آن نیرو برابر است با آهنگ تغییرات اندازه حرکت خطی نسبت به زمان ، هنگامی که جرم تغییر نکند، نیرو بسادگی با حاصلضرب جرم در شتاب برابر خواهد بود. در فیزیک کلاسیک جرم ذره ثابت است و از سرعت آن و یا هر وضع دیگری مستقل است. بنابراین اگر برآیند کل نیروهای خارجی وارد بر یک جسم صفر باشد، در اینصورت آهنگ تغییرات اندازه حرکت خطی نسبت به زمان صفر خواهد بود. نکته دیگری که باید مورد توجه قرار گیرد این است که وقتی دو جسم بر همکنش میکنند، اندازه حرکت خطی منتقل شده به جسم اول در یک بازو زمانی بینهایت کوچک، برابر و در خلاف جهت اندازه حرکت منتقل شده به جسم دوم، در خلاف همان بازو زمانی است. بنابراین نیروهای کنش و واکنش ، که در اینجا هر دو داخلیاند مساوی و مختلف الجهت هستند.
● قانون بقای اندازه حرکت زاویه‌ای: هر گاه دستگاهی تحت تاثیر گشتاور نیروی خارجی خالص نباشد، اندازه حرکت زواویه‌ای کل آن ، هم از لحاظ بزرگی و هم از نظر جهت ، ثابت خواهد ماند. گشتاور نیرو چنین تعریف می‌شود که هر گاه تحت تاثیر یک گشتاور نیروی خارجی خالص حرکت دورانی انجام دهد، در اینصورت این گشتاور نیرو با آهنگ تغییرات اندازه حرکت زاویهای نسبت به زاویه دوران برابر است. بنابراین اگر بر جسم هیچ گشتاور نیروی خارجی وارد نشود و یا برآیند گشتاور نیروهای خارجی وارد بر یک جسم صفر باشد، در اینصورت آهنگ تغییرات اندازه حرکت زوایه‌ای نسبت به زاویه دوران صفر خواهد بود. و لذا اندازه حرکت زواویه‌ای باید مقداری ثابت باشد. در اینجا نیز مانند مورد اندازه حرکت خطی ، علاوه بر مقدار جهت اندازه حرکت زاویه‌ای نیز مقداری ثابت باشد.
● قانون بقای بار الکتریکی: باز کل یک دستگاه الکتریکی منزوی ثابت است. چون هر مشاهده ، یا اندازه‌گیری روی یک دستگاه ، الزاما با خود آن دستگاه تداخل می‌کند، منزوی شدن کامل یک دستگاه ایده‌آلی است که فقط با تقریب می‌تواند تحقق پیدا کند و هرگز به طور کامل تحققپذیر نیست. بعنوان مثال وقتیکه برای اندازهگیری دمای یک مایع ، دماسنج را در داخل آن قرار می‌دهیم، دماسنج بوسیله مایع گرم یا سرد می‌شود، و مایع در همان زمان سرد یا گرم می‌شود. آنچه دماسنج در پایان نشان می‌دهد دمای واقعی مایع ، قبل از انجام اندازه‌گیری نخواهد بود دمای خوانده شده دمایی است که مایع پس از قرار گرفتن دماسنج به آن رسیده است. اما در فیزیک کلاسیک ، با انجام ماهرانه آزمایش ، همیشه امکان دارد که اغتشاش‌ها را به میزانی کاهش داد که بتوان دستگاه را عملا منزوی در نظر گرفت. در این صورت بار کل بقا خواهد داشت. به عبارت دیگر مانند بقاء انرژی می‌توان گفت که بار نه آفریده می‌شود و نه نابود می‌گردد.
● قانون بقای جرم ـ انرژی: گفتیم که اگر سرعت جسمی بتواند به مقدار نزدیک به سرعت نور برسد، در این صورت از محدوده فیزیک کلاسیک خارج خواهیم شد. در این حالت قوانین بقای جرم و انرژی نقض می‌شود، و در عوض یک قانون واحد بنام قانون بقای جرم ـ انرژی بیان می‌شود. براین اساس هرگاه تغییری در مقدار جرم صورت گیرد، این تغییر بوسیله تغییر انرژی جبران می‌شود، به عنوان مثال اگر جرم کاهش پیدا کند در این صورت به اندازه تغییر جرم انرژی تولید می‌شود و برعکس اگر جرم افزایش پیدا کند، مقداری انرژی به جرم تبدیل شده است. هم ارزی بین جرم و انرژی اولین بار توسط اینیشتن در نظریه نسبت بیان شد.
● قانون بقای پاریته: در مکانیک کوانتومی به هر کمیت فیزیکی یک عملگر نسبت می‌دهند. اما عملگرهای دیگری نیز وجود دارند که اصلا معادل کلاسیکی ندارند. از این جمله می‌توان به عملگر پاریته اشاره کرد. این عملگر براین اساس تعریف می‌گردد که توابع موج فرد یا زوج هستند بنابراین اگر تابع موج زوج یا فرد باشد، در این صورت پاریته نیز زوج خواهد بود. اما پاریته بقا دارد، به این صورت اگر ذره‌ای دارای پاریته زوج باشد همچنان زوج خواهد بود و اگر فرد باشد، همچنان فرد باقی می‌ماند.

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/conservation%20_1.jpg

Bauokstoney
Sunday 20 December 2009-1, 09:13 PM
گرانش

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/gravity_waves_02.jpg

گرانش، نیروی جاذبه ایست که بین همه اجرام، به خاطر جرمشان، وجود دارد. جرم یک جسم، مقدار ماده آن است. به دلیل وجود گرانش، جرمی که در نزدیک زمین قرار گیرد به سمت سطح این سیاره سقوط می کند. جرمی که در سطح زمین است نیز نیرویی به سمت پائین را به دلیل گرانش تجربه می کند. ما این نیرو را در بدن خود به شکل وزن تجربه می کنیم. گرانش، گازهای تشکیل دهنده خورشید را در کنار هم نگاه می دارد و باعث می شود سیارات در مدار خود به دور خورشید قرار داشته باشند. مردم، قرنها در مورد گرانش دچار اشتباه بودند. در سال ۳۰۰ قبل از میلاد مسیح، فیلسوف و دانشمند یونانی، ارسطو، بر اساس یک باور اشتباه فکر می کرد که اجرام سنگین سریعتر از اجرام سبک سقوط می کنند. این باور تا اوایل ۱۶۰۰ میلادی همچنان در بین مردم پابرجا بود تا اینکه دانشمند ایتالیایی، گالیله این باور را اصلاح نمود. گالیله گفت که شتاب همه اجرام به هنگام سقوط با هم برابر است مگر اینکه مقاومت هوا یا نیروهای دیگری بر آن تاثیر بگذارد. شتاب یک جرم، مقدار تغییر در سرعت آن جرم است. بنابراین اگر یک جرم سنگین و یک جرم سبک را همزمان با هم از یک ارتفاع پرتاب کنیم در یک زمان به زمین می رسند.
● قوانین گرانش نیوتونی ستاره شناسان در گذشته توانستند حرکات ماه و سیارات بر فراز آسمان را اندازه گیری کنند. با این حال تا اوایل سال ۱۶۰۰، هیچیک نتوانستند به درستی این حرکات را توضیح دهند. در آن زمان، ایزاک نیوتون دانشمند انگلیسی، ارتباطی را بین حرکات اجرام سماوی و نیروی جاذبه زمین توصیف نمود. در سال ۱۶۶۵، زمانیکه نیوتون ۲۳ ساله بود، سقوط یک سیب این سوال را در ذهن او ایجاد کرد که نیروی گرانش زمین تا چه فاصله ای تاثیر گذار است. نیوتون کشف خود را در سال ۱۶۸۷ به نام "ریشه های ریاضی در فلسفه طبیعت " تشریح نمود. نیوتون به کمک قوانین حرکت سیارات که توسط ستاره شناس آلمانی یوهانس کپلر کشف شده بود، نشان داد که چگونه نیروی گرانش خورشید با افزایش فاصله کاهش می یابد. او سپس فرض کرد که گرانش زمین نیز به روشی مشابه در فواصل دور کاهش می یابد. نیوتون می دانست که گرانش زمین، ماه را در مدار خود قرار داده است و مقدار گرانش زمین در آن فاصله را اندازه گیری کرد. او به کمک فرض خود، بزرگی گرانش در سطح زمین را به دست آورد. عدد به دست آمده، بزرگی همان نیرویی بود که سیب را به زمین کشاند. قانون گرانش نیوتون می گوید که نیروی گرانش بین دو جرم ارتباط مستقیم با جرم آن دو دارد. یعنی هر چه جرم آنها بیشتر باشد، نیروی گرانش بین آن دو بیشتر است. این قانون همچنین می گوید که نیروی گرانش بین دو جرم ارتباط عکس با فاصله بین دو جرم به توان دو دارد. برای مثال اگر فاصله بین دو جرم دو برابر شود، نیروی گرانش بین آنها یک چهارم می شود. فرمول قانون نیوتون به صورت F=m۱m۲/d۲ می باشد که در آن F نیروی گرانش بین دو جرم، m۱ و m۲ مقدار مواد دو جرم و d۲ فاصله بین دو جرم به توان دو است. تا اوایل ۱۹۰۰، دانشمندان تنها یک حرکت را مشاهده کرده بودند که بر اساس قانون نیوتون قابل توضیح نبود و آن جابجایی کوچکی در مدار عطارد به دور خورشید بود. مدار عطارد، مانند مدار دیگر سیارات بیضی شکل است. خورشید درست وسط این بیضی قرار ندارد. به همین دلیل یک نقطه در این مدار نسبت به دیگر نقاط آن به خورشید نزدیکتر است. اما مکان این نقطه در هر بار گردش سیاره به دور خورشید اندکی تغییر می کند. دانشمندان به این جابجایی، سبقت سیاره می گویند. دانشمندان از قانون نیوتون برای محاسبه این جابجایی استفاده کردند اما نتیجه معادله با آنچه که مشاهده می شود اندکی متفاوت است.
● تئوری گرانش انیشتین در سال ۱۹۱۵، آلبرت انیشتین، فیزیکدان متولد آلمان، تئوری فضا-زمان-گرانش یا تئوری نسبیت عام را معرفی کرد. تئوری انیشتین طرز فکر دانشمندان به گرانش را به کلی دگرگون کرد. البته این تئوری، قانون نیوتون را رد نکرد بلکه آنرا گسترش داد. در بیشتر موارد، نتیجه ای که از تئوری نسبیت حاصل می شد، اندکی با نتیجه به دست آمده از قانون نیوتون متفاوت بود. برای مثال، انیشتین از تئوری خود برای اندازه گیری سبقت مداری سیاره عطارد استفاده کرد و نتیجه به دست آمده درست برابر با مشاهدات بود. این نخستین آزمون برای تائید تئوری نسبیت عام به حساب آمد. تئوری انیشتین بر اساس دو چیز استوار بود. اول، ماهیتی به نام فضا-زمان و دوم قانونی که به نام اصل هم ارزی شناخته می شود.
http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/gravity__1.jpg
● فضا-زمان در ریاضیات پیچیده نسبیت، زمان و فضا از هم جدا نیستند. در عوض، فیزیکدانان به مجموعه ای از زمان و فضای سه بعدی شامل طول، عرض و ارتفاع، فضا-زمان می گویند. انیشتین چنین بیان کرد که ماده و انرژی می توانند با ایجاد انحنا در فضا-زمان، شکل آنرا تغییر دهند و گرانش در واقع تاثیر این انحنا در فضا-زمان می باشد. اصل هم ارزی می گوید که تاثیرات گرانش و تاثیرات شتاب با هم برابرند. برای درک این اصل، تجسم کنید که شما در سفینه ای هستید که به هیچ جرم آسمانی نزدیک نیست. بنابراین سفینه شما تحت تاثیر هیچ گونه نیروی گرانشی قرار ندارد. فرض کنید که سفینه شما به سمت جلو می رود اما شتاب ندارد. به بیانی دیگر، سفینه شما با سرعتی ثابت و در جهتی ثابت حرکت می کند. اگر شما توپی را بیرون بگیرید و رها کنید، توپ سقوط نخواهد کرد. در عوض، در کنار شما معلق خواهد ماند. اما فرض کنید که سفینه شما با افزایش سرعت، شتاب بگیرد. در این هنگام توپ ناگهان به سمت پائین سفینه سقوط خواهد کرد دقیقا مانند زمانیکه تحت تاثیر گرانش قرار بگیرد.
● پیش بینی های نسبیت عام از زمانیکه محاسبه سبقت مداری عطارد، تئوری نسبیت را تائید نمود، مشاهدات زیادی برای بررسی پیش بینی های تئوری نسبیت انجام گرفت. برخی از نمونه ها عبارتند از: انحراف پرتوهای نور و امواج رادیویی، وجود امواج گرانش و سیاه چاله ها و گسترش کائنات.
● انحراف پرتوهای نور تئوری انیشتین پیش بینی می کرد که گرانش می تواند مسیر پرتوهای نور را هنگامیکه از نزدیک یک جرم سنگین عبور می کنند دچار انحراف کند. انحراف به این دلیل به وجود می آید که اجرام، فضا-زمان را دچار انحنا می کنند. خورشید به قدری سنگین هست که بتواند پرتوهای نور را منحرف نماید و دانشمندان در سال ۱۹۱۹، در حین یک کسوف کامل توانستند این پیش بینی را تائید کنند.
● ایجاد انحراف و کاستن از سرعت امواج رادیویی این تئوری همچنین پیش بینی کرد که خورشید امواج رادیویی را منحرف کرده و سرعت آنها را کاهش می دهد. دانشمندان با اندازه گیری انحرافی که خورشید در امواج رادیویی ارسال شده توسط کوازارها (اجرام بسیار بسیار قدرتمند که در مرکز برخی کهکشانها قرار دارند) ایجاد می کند این پیش بینی را نیز تائید کردند. محققین تاخیر امواجی که از کنار خورشید عبور می کردند را با ارسال سیگنالهایی بین زمین و فضاپیمای وایکینگ که در سال ۱۹۷۶ به مریخ رسید، اندازه گیری کردند. آن اندازه گیریها همچنان یکی از پر ارزش ترین تائیدیه های تئوری نسبیت به حساب می آیند.
● امواج گرانشی تئوری نسبیت نشان داد که اجرام سنگینی که به دور یکدیگر در چرخشند، امواجی را به نام امواج گرانشی منتشر می کنند. از سال ۱۹۷۴، دانشمندان حضور این امواج را به طور غیر مستقیم با مشاهده اجرامی به نام تپ اختر دوتایی تائید کرده اند. تپ اختر دوتایی نوعی ستاره نوترونی است که با سرعت بسیار زیاد به دور جرمی مشابه خود اما کوچکتر و غیر قابل مشاهده می چرخد. ستاره نوترونی متشکل از سلولهای نوترون، ذره ای که به طورمعمول تنها در هسته اتمها یافت می شود، می باشد. یک تپ اختر ، دو موج رادیویی را در دو جهت مخالف هم منتشر می کند. با چرخش ستاره حول محور خود، موجها مانند پرتوهای نور یک نورافکن در فضا پخش می شوند. اگر یکی از این امواج رادیویی به زمین برسد، تلسکوپهای رادیویی این موج را به صورت یک سری پالس دریافت می کنند. با مشاهده دقیقتر تغییرات پالسهای یک تپ اختر دوتایی، دانشمندان می توانند دوره مداری (زمانیکه دو ستاره یک دور کامل در مدار خود می زنند) آن را تخمین بزنند. مشاهدات تپ اختر دوتایی PSR ۱۹۱۳+۱۶ نشان داد که دوره مداری آن کاهش می یابد و ستاره شناسان این مقدار کاهش را اندازه گیری کردند. دانشمندان همچنین از معادلات نسبیت عام برای محاسبه مقدار کاهش دوره مداری، در صورت انتشار امواج گرانشی، استفاده کردند. مقدار محاسبه شده دقیقا برابر با مقدار اندازه گیری شده بود.
● سیاهچاله ها تئوری انیشتین حضور اجرامی به نام سیاهچاله ها را پیش بینی کرد. سیاهچاله منطقه ای در فضا است که نیروی گرانش آن اجازه گریز به هیچ چیز حتی پرتوهای نور را نمی دهد. محققان مدارک مستدلی در دست دارند که نشان می دهد اغلب ستارگان سنگین در نهایت به سیاهچاله تبدیل می شوند و بیشتر کهکشانها دارای یک سیاهچاله عظیم الجثه در مرکز خود می باشند.
● گسترش کائنات انیشتین در سال ۱۹۱۷، مقاله نسبیت عام را که مطالعه ای بر کل کیهان بود ارائه نمود. بر اساس این تئوری، کائنات یا در حال گسترش است و یا در حال انقباض. در آن سال دانشمندان مدارک قاطعی برای پذیرفتن هیچ یک از آن دو حالت در دست نداشتند. انیشتین برای پیشگیری از بروز مخالفت دیگران با تئوری نسبیت عام، عاملی به نام ثابت کیهانی را به تئوری خود افزود. ثابت کیهانی، دفع هر ذره در فضا توسط ذرات اطرافش، برای پیشگیری از انقباض جهان می باشد. بالاخره در سال ۱۹۲۹، ستاره شناس آمریکایی ادوین هابل (Edwin Hubble) کشف کرد که کهکشانهای دوردست در حال دور شدن از زمین می باشند و هر چه فاصله کهکشان از زمین بیشتر است سرعت دور شدن آن نیز بیشتر است. کشف هابل نشان داد که دنیا در حال انبساط است. در پی این اکتشاف و تائید آن توسط مشاهدات ستاره شناسان دیگر، انیشتین ثابت کیهانی را از تئوری خود حذف نمود و آن را بزرگترین اشتباه خود توصیف کرد. کشف گسترش کائنات به همراه مشاهدات دیگر، منجر به شکل گیری تئوری منشا کائنات یعنی تئوری بیگ بنگ یا مهبانگ شد. بر اساس این تئوری، جهان در پس یک انفجار مهیب آغاز شده است. در آغاز، کل جهانی که ما امروز در این ابعاد و اندازه می بینیم، به کوچکی یک تیله بوده است. سپس مواد شروع به گسترش کرده و این گستردگی تا به امروز ادامه یافته است.
● انرژی تاریک گرچه انیشتین ثابت کیهانی را بزرگترین اشتباه خود خواند اما شاید این عامل یکی از بزرگترین دستاوردهای مطالعات او باشد. اندازه گیریهایی که در سال ۱۹۹۸ گزارش شدند نشان می دهند که جهان با سرعت بیشتر و بیشتری رو به گسترش است. به علاوه، سرعت گسترش همانطور که در نسبیت عام با ثابت کیهانی محاسبه شده بود، افزایش یافته است. تا قبل از انتشار گزارشات، ستاره شناسان همگی فکر می کردند که از سرعت گسترش به دلیل وجود گرانش بین کهکشانها، کاسته شده است. اندازه گیریها نشان دادند که انفجارهای ابر نواختر در کهکشانهای دور دست، کم نور تر از آن هستند که انتظار می رود بنابراین کهکشانها دورتر از آن هستند که ما تصور می کنیم. اما این کهکشانها فقط در صورتی می توانند چنین فاصله دوری از ما داشته باشند که افزایش سرعت گسترش از گذشته آغاز شده باشد. ستاره شناسان به این نتیجه دست یافته اند که افزایش سرعت گسترش کائنات وابسته به عاملی است که بر خلاف گرانش عمل می کند. این عامل ممکن است ثابت کیهانی و یا چیزی به نام انرژی تاریک باشد. دانشمندان هنوز به یک تئوری برای وجود انرژی تاریک نرسیده اند اما آنها می دانند که چقدر از آن احتمالا در دنیا وجود دارد. مقدار انرژی تاریک کائنات حدودا دو برابر مقدار ماده در آن است. ماده در جهان شامل دو نوع است: ماده مرئی و ماده اسرار آمیزی به نام ماده تاریک. دانشمندان از ترکیب بندی ماده تاریک بی اطلاعند. اما اندازه گیریهای حرکت ستارگان و ابرهای گاز در کهکشانها دانشمندان را وادار به باور نمودن وجود چنین ماده ای کرده است. این اندازه گیریها نشان داده اند که جرم کهکشانها چندین بار بیشتر از جرم اجرام مرئی در آنها است. همه این مشاهدات بیانگر این هستند که مقدار ماده تاریک در کائنات ۳۰ برابر ماده مرئی در آن است. گرانش و سن جهان مشاهدات دیگری که انجام گرفته اند نشان دادند که تئوری نسبیت عام در همه جای کائنات کاربرد دارد. کیهان شناسان عمر جهان را به کمک معادلات نسبیت عام، میزان سرعت گسترش جهان و مقدار تخمینی ماده و انرژی تاریک محاسبه کردند. مقدار محاسبه شده، حدودا ۱۴ بیلیون سال، با نتایج به دست آمده توسط دو روش دیگر محاسبه عمر جهان یعنی محاسبه بر اساس تکامل ستارگان و محاسبه بر اساس نیمه عمر رادیواکتیو ستارگان پیر، همخوانی داشت. تکامل ستارگان همراه با رشد و تکامل ستاره، دمای سطحی و نورانیت آن به روش کاملا شناخته شده ای تغییر می کند. ستاره شناسان می توانند با اندازه گیری دمای سطحی و نورانیت یک ستاره، سن آن را تشخیص دهند. با بهره گیری از این روش، پیر ترین ستاره ای که تا کنون ستاره شناسان پیدا کرده اند حدود ۱۳ بیلیون سال عمر دارد. نیمه عمر رادیو اکتیو بر اساس این واقعیت است که عناصر شیمیایی مشخص، دچار تجزیه رادیواکتیو می شوند. در تجزیه رادیواکتیو، یک ایزوتوپ از یک عنصر به ایزوتوپ عنصری دیگر تبدیل می شود. ایزوتوپ های رادیواکتیو با سرعت مشخص و شناخته شده ای تجزیه می شوند. در سال ۲۰۰۱، دانشمندانی که در شیلی، با تلسکوپ بزرگ رصدخانه اروپای جنوبی کار می کردند، با تکنیک نیمه عمر رادیواکتیو، ستاره ای پیر در کهکشان راه شیری را مورد مطالعه قرار دادند. محققان اورانیوم ۲۳۸ که شامل ۹۲ پروتون و ۱۴۶ نوترون است را بررسی کردند. دانشمندان می دانستند که آن ستاره در زمان شکل گیری شامل چه مقدار اورانیوم بوده است. آنها مقدار اورانیوم فعلی آن را اندازه گیری کردند. آنان با استفاده از اطلاعات به دست آمده و محاسبات، عمر این ستاره را به دست آوردند. به احتمال خیلی زیاد آن ستاره ۵/۱۲ بیلیون سال عمر دارد، بنابراین عمر جهان احتمالا از آن بیشتر است. محاسبه عمر چندین ستاره پیر دیگر نیز تقریبا به همین نتیجه ختم شد.

Bauokstoney
Sunday 20 December 2009-1, 09:14 PM
آئرودینامیک
Aerodynamics
فیزیک - مقالات


http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/aerodynamics.gif
آئرودینامیک بخشی از فیزیک است که به بررسی مکانیک اجسام متحرک در گازها اختصاص دارد. و در آن بویژه به نیروهای وارد بر اجسامی که در هوا در حرکتند توجه می‌شود. آزمایش نشان می‌دهد که نیروی وارد بر جسم متحرک در هوا بستگی به شکل جسم و سرعت آن دارد. یکی از این نیروها ، نیروی رو به بالایی است که آن را بالابر آئرودینامیکی می‌نامند. همچنین نیرویی هم از جهت مخالف حرکت بر جسم وارد می‌شود که آن را مقاومت یا پس کششی آئرودینامیکی می‌نامد.
● مهندسی آئرودینامیک رشته مهندسی آئرودینامیک رشته‌ای است که در آن اجسام ، با استفاده از اصول شناخته شده آئرودینامیک ، به گونه‌ای طراحی و ساخته می‌شوند که به هنگام حرکت در هوا اثرات آئردینامیکی وارد بر آنها بهینه شود. برای مثال هواپیماها ، اتومبیلها و کامیونها و انواع پرتابه‌ها را بر اساس اصول آئرودینامیک طراحی می‌کنند. در هر یک از این موارد لازم است که مقاومت آئردینامیکی وارد بر جسم به هنگام حرکت در هوا به کمترین مقدار برسد. این نوع طراحی را مقاومت - کاهی می‌نامند. زیرا این طراحی عبور هوا را در اطراف جسم تسهیل می‌کند و نیروی مقاومت وارد بر جسم را به حداقل می‌رساند
● دو مثال عملی برای آئرودینامیک آهنگ مصرف انرژی در اتومبیل استانداردی که با سرعت حدود 65km/h حرکت می‌کند، در حدود 72km است. تقریبا 4.6wاز این انرژی صرف غلبه بر مقاومت آئرودینامیکی یا مقاومت هوا می‌شود. مطالعات تجربی نشان می‌دهد که توان لازم برای اینکه اتومبیلی بتواند بر مقاومت هوا غلبه کند تقریبا به نسبت مکعب سرعت آن افزایش می‌یابد. بنابراین توان لازم برای غلبه بر مقاومت هوا برای اتومبیلی که با سرعت 130km/h در حرکت است، هشت برابر توان لازم برای اتومبیلی است که با سرعت 65km/h حرکت می‌کند در دوره بحران انرژی در دهه ۱۹۷۰ مقاومت - کاهی در کامیونهای باربری اثرات مقاومت هوا را بین ۱۰ تا ۲۰ درصد کاهش داد. و کاستن حداکثر سرعت مجاز از120km/h به 90km/hاین اثرات را تا حدود ۲۲۰ درصد کاهش داد. اینها دو نمونه عملی از تحلیل آئرودینامیکی هستند که در مسائل واقعی بکار رفته‌اند.
● اساس آئرودینامیک یکی از مفیدترین تحلیلهای آئرودینامیکی ، بررسی حرکت گوی کروی در هواست. حرکت کره‌ای با سقوط آزاد در هوا را با استفاده از رابطه‌ای پس کششی (یا مقاومتی) که به قانون استوکس مشهور است، می‌توان بررسی کرد. این قانون به صورت 6πηrv= نیروی پس کششی نوشته می‌شود که در آن η ضریب چسبندگی هوا ، r شعاع کره ، v سرعت کره است. این نیروی مقاومت در خلاف جهت نیروی ناشی از گرانی (یا وزن) بر جسم وارد می‌شود. سرعت سقوط کره تا آنجا افزایش می‌یابد که بزرگی نیروی مقاومتی با وزن جسم برابر می‌شود mg = 6πnrv. سرعتی که از معادله بدست می‌آید، v=mg/6πnr ، چون تا پایان حرکت ثابت می‌ماند سرعت حد می‌گویند. همین نوع تحلیل را می‌توان برای شکلی از جسم که در هوا سقوط آزاد می‌کند بکار برد، اما ضریب شکل جسم و نحوه وابستگی به سرعت را باید از طریق آزمایش بدست آورد.
● بررسی حالات فیزیکی اجسام در آئرودینامیک (مسیر حرکت در حرکت جسم کروی در هوا ) در وضعیت حرکت توپهای بیسبال ، تنیس ، گلف ، بستکبال ، وزنه برداری پرتاب شده در پرتاب وزنه را می‌توان بر اساس سیر حرکت کره‌ای که در هوا پرتاب شده است بررسی کرد. در تمام این موارد نیروی مقاومت کند کننده وارد بر توپ متحرک با مربع سرعت کره در هوا متناسب است. به همین ترتیب نیروی مقاومت وارد بر دونده‌ای که با سرعت V در جهت مخالف با بادی که با سرعتV می‌وزد در حرکت است متناسب خواهد بود. با V+v)2) پرش طول در پرش طول نیروی مقاومتی حرکت ورزشکار را پیش از جدا شدن از زمین کند می‌کند و همچنین سرعت پرش وی را در هوا کاهش می‌دهد. در این تحلیل ، چگالی هوا نیز نقش دارد. برای مثال در بازیهای المپیک شهر مکزیک ، برای پرش رکوردهایی کسب شد که می‌توان کاهش چگالی هوا را که ناشی از ارتفاع زیاد محل مسابقات بود در آنها موثر دانست.
● اثر حفاظتی می‌توان نشان داد که اثر حفاظتی دویدن پشت سر دونده‌ای دیگر می‌تواند مقاومت وارد بر دونده پشت سری را به مقدار ۱/۲ تا ۱/۵ نیروی مقاومت وارد بر دونده جلویی کاهش بدهد. این مطلب ، مبنای فیزیکی روشهای دوندگان با تجزیه رمی است که "زیر سایه رقیب" حرکت می‌کنند. همین اصل را در مورد دوچرخه سواری نیز می‌توان بکار برد . که نتیجه موثرتری دارد. زیرا سرعتهای دوچرخه سواری بیش از دو برابر سرعتهای دویدن هستند. اثر حفاظتی برای دوچرخه سواران نشان می‌دهد که نیروی مقاومت وارد بر دوچرخه سوار جلویی هشت برابر نیروی مقاومت وارد بر دونده عقبی است. به این ترتیب نیروی مقاومت وارد بر دوچرخه عقبی دست کم به 3/1 کاهش خواهد یافت.

Bauokstoney
Sunday 20 December 2009-1, 09:15 PM
ابررسانایی
super conductors
فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/superconductors.jpg
رسانایی خاصیتی از مواد است که باعث انتقال انرژی الکتریکی در آنها می شود. این خاصیت در مواد مختلف، یکسان نیست. طلا و نقره رسانا های خیلی خوبی هستند در حالی که شیشه یا پلاستیک اصلاً رسانا نیستند. مانعی در برابر رسانش الکتریکی است که مقاومت نامیده می شود. تغییرات جزیی ترمودینامیکی و الکترو مغناطیسی، روی آن تاثیر می گذارد رسانایی خاصیتی از مواد است که باعث انتقال انرژی الکتریکی در آنها می شود. این خاصیت در مواد مختلف، یکسان نیست. طلا و نقره رسانا های خیلی خوبی هستند در حالی که شیشه یا پلاستیک اصلاً رسانا نیستند. مانعی در برابر رسانش الکتریکی است که مقاومت نامیده می شود. تغییرات جزیی ترمودینامیکی و الکترو مغناطیسی، روی آن تاثیر می گذارد. بشر همواره می خواسته که راه های تولید انرژی را ارزان تر کند و یکی از بهترین گزینه ها برای کم کردن هزینه کشف موادی است که مقاومت کمتری دارند. اما در بعضی از مواد وقتی که به یک دمای خاص برسیم، تغییری در حالت ماده به وجود می آید که به آن ابررسانایی می گویند. در این حالت مقاومت الکتریکی از بین می رود به طوری که جریانی که در یک حلقه ابررسانا تولید می شود تا صد هزار سال بدون تغییر باقی می ماند!
● کشف ابررساناها نرنست فیزیکدان آلمانی نشان داده بود که با کم شدن دما، مقاومت فلز باید به تدریج کاهش یابد تا سرانجام در صفر مطلق به کلی ناپدید شود. یکی از خالص ترین فلزات در آن زمان جیوه بود. به همین دلیل کامرلینگ اونس فیزیکدان هلندی به سراغ اندازه گیری مقاومت جیوه رفت. نتایجی که وی به دست آورد تا دمای ۴ کلوین طبیعی بود اما پایین تر از این دما ناگهان مقاومت الکتریکی به حدی می رسید که با دستگاه هایی که تا آن روز وجود داشت، قابل اندازه گیری نبود. در سلسله مقالاتی که اونس تا سال ۱۹۱۳ در مورد این پدیده منتشر کرد، نام ابررسانایی را بر روی آن گذاشت. این خاصیت توسط خود اونس در سرب و قلع نیز مشاهده شد. البته به نظر می رسد که اونس این کلمه را برای صرفه جویی در لغات به کاربرده در مقاله هایش به کار برد و در ابتدا درک عمیقی از آنچه که کشف کرده بود، نداشت.«کارهه کامرلینگ اونس» اصیل زاده هلندی در سال ۱۹۱۳ به خاطر کشف خاصیت ابررسانایی به دریافت بزرگترین جایزه علمی دنیا، نوبل فیزیک مفتخر شد.
● اندازه گیری مقاومت ابررسانا اونس برای اندازه گیری مقاومت ابررسانا آزمایشی را به این صورت طرح کرد که ابتدا جریانی را در دو سر یک پیچه برقرار کرد و سپس آن را داخل یک ظرف هلیم مایع فرو برد تا به حالت ابررسانایی درآید. سپس دو سر پیچه را به هم وصل کرد تا اتصال کوتاه شود. سپس با قرار دادن یک قطب نما، هرگونه افت در میعان مغناطیسی تولید شده توسط جریان در پیچه را اندازه گرفت. چنین آزمایشی، چندین سال بعد در MIT (موسسه فناوری ماساچوست) در ابعاد بسیار بزرگ انجام شد و پس از مدت دو سال هیچ گونه افت جریانی مشاهده نشد. اما سرانجام اعتصاب صنفی کارگران بخش حمل و نقل در ایالت ماساچوست باعث شد که هلیم مایع به موقع به آزمایشگاه نرسد و آزمایش متوقف شود.
● اثر میدان مغناطیسی کشف خاصیت ابررسانایی در نخستین مراحل، دانشمندان را مصمم به ساخت منبع لایزالی برای تولید انرژی کرد؛ یعنی ساخت سیم پیچ هایی عظیم از ابررسانا برای صرفه جویی در مصرف برق. اما این بار هم اونس بود که نشان داد زیاد شدن میدان مغناطیسی باعث از بین رفتن خاصیت ابررسانایی می شود.در واقع هم دما و هم میدان مغناطیسی و هم شدت جریان الکتریکی عبوری در ایجاد خاصیت ابررسانایی در فلزات موثر است. اگر میدان مغناطیسی در محیط ایجاد شود، دمای ابررسانی پایین تر می رود.
● ماهیت ابررسانایی از زمان کشف خاصیت ابررسانایی تا بیش از نیم قرن پس از آن هر دهه به طور متوسط ۷ یا ۸ نظریه برای توضیح ابررسانایی ارایه می شد. اما همه این نظرات در یک نکته با هم مشترک بودند و آن عدم انطباق با واقعیت بود. کار به جایی رسید که فلیکس بلوخ، فیزیکدان حالت جامد فرضیه جدیدی را به طنز منتشر کرد که تا مدت مدیدی تنها نظر صحیح در مورد ابررسانایی بود: «می توان ثابت کرد هر نظریه ای که برای توضیح ابررسانایی داده شود، غلط است!» در تمام این مدت افرادی نظیر مایسنر، برادران لاندن، گورتر، کازیمیر، ابریکوسوف، لاندایو و گینزبرگ کشفیات نظری و تجربی مهمی در مورد ابررسانایی انجام داده بودند که بعضی از آنها هم به خاطر کشفیات شان موفق به اخذ جایزه نوبل فیزیک شدند. اما سرانجام در ۱۹۵۷ سه فیزیکدان آمریکایی باردین، کوپر و شریفر در مقاله ای که ۱۵ سال بعد (۱۹۷۲) جایزه نوبل فیزیک را برایشان به ارمغان آورد، موفق به توضیح ابررسانایی شدند. این تیوری که به اختصار BCS (ابتدای نام سه نویسنده) نامیده می شود، در مجله فیزیکال ریویو لترز به چاپ رسید. ایده این نظریه را سال قبل کوپر در مقاله‌ای که در آن تشکیل یک زوج از الکترون ها را داده بود، فراهم کرده بود.در حقیقت تشکیل یک زوج از الکترون باعث می شود که این زوج در هنگام حرکت در طول یک رسانا اثرات اصطکاکی ناشی از مقاومت را حس نکنند. البته این تنها یک توصیف بسیار ساده شده از آنچه که واقعاً رخ می دهد است. پدیده های مهمی در این بین رخ می دهند که باردین، کوپر و شریفر در مقاله شان توضیح دادند. لازم به ذکر است که جان باردین تنها فیزیکدانی است که دو بار موفق به کسب جایزه نوبل فیزیک شده است: در ۱۹۵۶ به خاطر کشف نیم‌رساناها و در ۱۹۷۲ به خاطر توضیح ابررسانایی.
● ابر رسانا های دمای بالا اما ماجرا با توضیح ابررسانایی خاتمه نیافت. در دهه ۱۹۸۰ در آزمایشگاه IBM در زوریخ فیزیکدان سوییسی، الکس مولر به همراه دستیار جوانش جورج بدنورز در حال ساخت نوعی سرامیک بودند که اشتباه این جوان در گرم نکردن یک اجاق باعث کشفی شد که هم پای کشف آتش از بزرگترین دستاورد های بشر در تهیه انرژی است. این سرامیک در دمای بسیار بالاتری از صفر مطلق در حدود ۷۰ تا ۸۰ کلوین خاصیت ابررسانایی از خود بروز می دهد. البته امروزه ابررساناهای سرامیکی ساخته شده اند که تا بیش از ۲۰۰ کلوین (منفی ۶۰ درجه سانتیگراد) از خود خاصیت ابررسانایی نشان می دهند. امروزه گروه های مختلفی از سرتاسر جهان به دنبال این هستند که بالاخره ماده ای را کشف کنند که بتواند در دمای معمولی (۳۰۰ کلوین) هم از خود خاصیت ابررسانایی نشان دهد. همان طور که از ظاهر امر برمی آید، خاصیت ابررسانایی در سرامیک ها و فلزات، سرشتی متفاوت دارند. سرامیک ها، نارسانا هستند و سپس به ابررسانا تبدیل می شوند. در حالی که فلزات رسانا هستند و ناگهان مقاومت در آنها صفر می شود. دمای گذار به ابررسانایی هم در فلزات بسیار پایین تر از سرامیک ها است. به این ترتیب نظریه BCS دیگر قادر به توضیح ماهیت ابررسانایی در سرامیک ها یا ابررسانا های دمای بالا (High TC) نیستند. دانشمندان تاکنون نظریه ای رضایت بخش برای توضیح این پدیده نیافته اند و این مسیله یکی از مهم ترین مسایل حل نشده تاریخ فیزیک است.
● تکنولوژی ابررساناها در ارتباط با ابررسانا های جدید در دمای بالا تاکنون هیچ کاربرد تجاری در گستره دمایی که فعلاً کشف شده (زیر ۲۰۰ کلوین) به طور کامل به منصه ظهور نرسیده است. حتی در آزمایش های فضایی که در دمایی پایین تر از دمای گذار به ابررسانایی در این مواد انجام می شود، پژوهشگران ترجیح می دهند از همان ابررسانا های قبلی و در محیط هلیم مایع استفاده کنند تا به تمام جنبه های مسیله مسلط باشند. فوری ترین کاربرد برای ابررسانا های دمای بالا ساخت تراشه های فوق سریع است که انقلابی عظیم را در فناوری اطلاعات ایجاد خواهد کرد که با اختراع ترانزیستور ها قابل قیاس است. یکی از کاربرد های ابررسانا ها با توجه به حساسیت آنها به میدان مغناطیسی اکتشافات معدنی، زمین شناختی و حتی ردیابی زیردریایی ها است. ساخت قطار هایی که با استفاده از خاصیت ابررسانایی میدان مغناطیسی تولید می کنند که آنها را بالاتر از سطح زمین و بدون هیچ گونه اصطکاک با ریل که موجب تلف کردن مقدار زیادی از انرژی می شود، قطار را به حرکت درمی آورد، یکی از شناخته شده و معروف ترین کاربرد های ابررسانایی است. این قطار ها قادرند مسافت بیش از ۵۰۰ کیلومتر را در کمتر از یک ساعت بپیمایند. به کار بردن ابررسانا ها در خطوط انتقال نیرو حتی با احتساب کلیه هزینه های سرد نگه داشتن ابررسانا رقمی معادل ۷۰ تا ۸۰ درصد صرفه جویی در مصرف برق را نشان می دهد که بسیار عظیم است.به کار بردن ابررسانا ها در وسایل تحقیقاتی (مثل شتاب دهنده ها) و وسایل پزشکی (مثل دستگاه MRI) از کاربرد های عادی ابررسانا ها شده است. به کار بردن ابررسانا های سرامیکی مزیت دیگری هم دارند و آن این که برای سرد کردن آنها (با توجه به دمای بالاتر نسبت به ابررسانا های فلزی) به جای هلیم مایع می توان از نیتروژن مایع استفاده کرد که بسیار ارزان تر و فراوان تر است. یکی از مهم ترین مسایل فنی، تبدیل ابررسانای سرامیکی به هلیم است که باید حل شود و تا آن زمان چاره ای جز صبر نداریم.

Bauokstoney
Sunday 20 December 2009-1, 09:16 PM
پدیده نابودی زوج

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/idrogeno_anti.gif
پدیده نابودی زوج یكی از نتایج اصل هم ارزی جرم و انرژی این است كه این دو می‌توانند به یكدیگر تبدیل شوند. مشاهده تجربی این مسئله در فرایندهای مختلف مانند اثر فوتوالكتریك ، اثر كامپتون ، پدیده تولید زوج و … انجام شده است. در پدیده تولید زوج تابش الكترومغناطیسی در مجاورت یك هسته سنگین به دو ذره الكترون و پوزیترون واپاشیده می‌شود، اما پوزیترون نمی‌تواند طول عمر زیادی داشته باشد، چون فضا پر از الكترون است، لذا پوزیترون بعد از مدت كوتاهی از تولید شدن با یك الكترون تركیب شده و از بین می‌رود و به جای آن فوتون یا تابش الكترومغناطیسی ایجاد می‌شود كه به این پدیده نابودی زوج میگویند.پدیده نابودی زوج یكی از نتایج اصل هم ارزی جرم و انرژی این است كه این دو می‌توانند به یكدیگر تبدیل شوند. مشاهده تجربی این مسئله در فرایندهای مختلف مانند اثر فوتوالكتریك ، اثر كامپتون ، پدیده تولید زوج و … انجام شده است. در پدیده تولید زوج تابش الكترومغناطیسی در مجاورت یك هسته سنگین به دو ذره الكترون و پوزیترون واپاشیده می‌شود، اما پوزیترون نمی‌تواند طول عمر زیادی داشته باشد، چون فضا پر از الكترون است، لذا پوزیترون بعد از مدت كوتاهی از تولید شدن با یك الكترون تركیب شده و از بین می‌رود و به جای آن فوتون یا تابش الكترومغناطیسی ایجاد می‌شود كه به این پدیده نابودی زوج میگویند. شرایط اولیه نابودی زوج نابودی زوجهای ذره و پادذره و همراه با آن آفرینش فوتونها ، عمل عكس تولید زوج است. نابودی ماده و آفرینش انرژی الكترومغناطیسی را برای حالتی در نظر می‌گیریم كه الكترون و پوزیترون نزدیك به هم و اساسا ساكن باشند. در آغاز اندازه حركت خطی كل این دو ذره صفر است، بنابراین وقتی این دو ذره به هم می‌پیوندند و نابود می‌شوند، یك تك فوتون نمی‌تواند آفریده شود، زیرا این عمل باعث نقض قانون بقای اندازه حركت خطی می‌شود، ولی اگر دو فوتون آفریده شوند كه با اندازه حركتهای مساوی و در جهتهای مخالف حركت كنند، اندازه حركت خطی می‌تواند پایسته بماند. چنین زوج فوتونهایی دارای فركانسها و انرژیهای یكسان هستند. در واقع می‌توان گفت كه سه یا چند فوتون می‌توانند آفریده شوند، ولی با احتمال به مراتب كمتر از آفرینش دو فوتون. همین طور ، وقتی چندین زوج الكترون و پوزیترون در نزدیكی یك هسته سنگین نابود می‌شوند، تعداد كمی ‌از این نابودیها یك تك فوتون تولید خواهند كرد. سرنوشت نهایی پوزیترون سرنوشت نهایی پوزیترونها بعد از تولید در پدیده تولید زوج ، نابودی است. وقتی كه یك پوزیترون با انرژی بالا ظاهر می‌شود، هنگام عبور از ماده ، در اثر برخوردها ، انرژی جنبشی خود را از دست می‌دهد و سرانجام با سرعت پایین حركت می‌كند. آنگاه این پوزیترون با یك الكترون تركیب می‌شود و تشكیل یك دستگاه مقید به نام پوزیترونیوم می‌دهد كه خیلی سریع (در مدت 10- ^ 10 ثانیه) به دو فوتون با انرژی مساوی واپاشیده می‌شود. از این رو ، مرگ یك پوزیترون با ظهور دو كوانتوم نابودی یا دو فوتون ، كه انرژی هریك 0،51 میلیون الكترون ولت است، خبر داده می‌شود. قابلیت فنا شدن پوزیترونها به دلیل ناپایداری ذاتی نیست، بلكه به خاطر احتمال زیاد برخورد آنها و نابودیهای بعدی با الكترونهاست. جهان فرضی در جهانی كه ما در آن زندگی می‌كنیم، كثرت تعداد الكترون ، پروتون و نوترون (در حالت كلی ذره) برقرار است، بنابراین زمانی كه پادذره‌های این ذرات خلق می‌شوند، بلافاصله طی فرایندهایی نابود می‌شوند، اما می‌توان فرض كرد كه بخشی از جهان وجود دارد كه در آن تعداد پوزیترون ، پادپروتون ، پادنوترون (در حالت كلی پادذره) زیاد است. هرچند این امر در حال حاضر فقط در حد یك حدس و گمان است.

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/idrogeno_anti_1.gif

Bauokstoney
Sunday 20 December 2009-1, 09:16 PM
فوزیون
همجوشی هسته ای
fusion
فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/fusion.jpg
از دیرباز آرزوی بشر دستیابی به منبعی از انرژی بوده که علاوه بر آنکه بتواند مدت مدیدی از آن استفاده کند تولید پسماندهای خطر ناک نیز در پی نداشته باشد.اکنون در هزاره سوم میلادی این آرزوی به ظاهر دست نیافتنی کم کم به واقعیت می پیوندد.اکنون بشر خود را آماده می کند تا با ساخت اولین رآکتور گرما هسته ای (همجوشی هسته ای)آرزوی نیاکان خود را تحقق بخشد.سوختی پاک و ارزان به نام هیدروژن,انرژی تولیدی ای سرشار و پسماندی بسیار پاک به نام هلیوم از دیرباز آرزوی بشر دستیابی به منبعی از انرژی بوده که علاوه بر آنکه بتواند مدت مدیدی از آن استفاده کند تولید پسماندهای خطر ناک نیز در پی نداشته باشد.اکنون در هزاره سوم میلادی این آرزوی به ظاهر دست نیافتنی کم کم به واقعیت می پیوندد. به نام خدای متعال که منزه است از شرک مشرکان از دیرباز آرزوی بشر دستیابی به منبعی از انرژی بوده که علاوه بر آنکه بتواند مدت مدیدی از آن استفاده کند تولید پسماندهای خطر ناک نیز در پی نداشته باشد.اکنون در هزاره سوم میلادی این آرزوی به ظاهر دست نیافتنی کم کم به واقعیت می پیوندد.اکنون بشر خود را آماده می کند تا با ساخت اولین رآکتور گرما هسته ای (همجوشی هسته ای)آرزوی نیاکان خود را تحقق بخشد.سوختی پاک و ارزان به نام هیدروژن,انرژی تولیدی ای سرشار و پسماندی بسیار پاک به نام هلیوم. اکنون می پردازیم به واکنشهای گرما هسته ای راهکارهای استفاده از آن.
● خورشید و ستارگان: سالهاست که دانشمندان واکنشی را که در خورشید و ستارگان رخ داده و در آن انرژی تولید می کند کشف کرده اند.این واکنش عبارت است از ترکیب (برخورد) هسته های چهار اتم هیدروژن معمولی و تولید یک هسته اتم هلیوم.اما مشکلی سر راه این نظریه است. بالا ترین دمایی که در خورشید وجود دارد مربوط به مرکز آن است که برابر ۱۵ضرب در ۱۰ به توان۶ می باشد.در حالی که در ستارگان بزرگتر این دما به ۲۰ ضرب در ده به توان ۶ می رسد.به همین خاطر تصور بر این است که آن واکنش معروف ترکیب چهار اتم هیدروژن معمولی وتولید یک اتم هلیم در سایر ستارگان بزرگ نیست که باعث تولید انرژی می شود.بلکه احتمالا چرخه کربن در آنها به کمک آمده و کوره آنها را روشن نگه می دارد. منظور از چرخه کربن آن چرخه ای نیست که روی زمین اتفاق می افتد.بلکه به این صورت است که ابتدا یک اتم هیدروژن معمولی با یک اتم کربنC۱۲ترکیب می شود(همجوشی) و یک اتم N۱۳ به علاوه یک واحد گاما را آزاد می کند.بعد این اتم با یک واپاشی به یک اتمC۱۳به علاوه یک پوزیترون ویک نوترینو تبدیل می شود.بعد اینC۱۳دوباره با یک اتم هیدروژن ترکیب می شود وN۱۴و یک واحد گاما حاصل می شود.دوباره در اثر ترکیب این نیتروژن با یک هیدروژن معمولی اتمO۱۵و یک واحد گاما تولید می شود.O۱۵واپاشی کرده و N۱۵به علاوه یک پوزیترون ویک نوترینو را بوجود میاورد.و دست آخر با ترکیب N۱۵با یک هیدروژن معمولیC۱۲به علاوه یک اتم هلیوم بدست می آید. دیدید که در این چرخه C۱۲نه مصرف شد و نه به وجود آمد بلکه فقط نقش کاتالیزور را داشت.این واکنشها به ترتیب و پشت سر هم انجام می شوند.و واکنش اصلی همان تبدیل چهار اتم هیدروژن به یک اتم هلیوم است.مزیت چرخه کربن این است که سرعت کار را خیلی بالا می برد. ولی اشکالی که دارد این است که در دمای حد اقل۲۰ ضرب در ده به توان۶ شروع می شود.بنا بر این احتمال زیادی میرود که در ستاره های بزرگتر چرخه کربن باعث تولید انرژی می شود.
● محصور سازی یک تعریف ساده و پایه ای از همجوشی عبارت است از فرو رفتن هسته های چند اتم سبکتر و تشکیل یک هسته سنگینتر.مثلا واکنش کلی همجوشی که در خورشید رخ میدهد عبارت است از برخورد هسته های چهاراتم هیدروژن وتبدیل آنها به یک اتم هلیوم . تا اینجا ساده به نظر میرسد ولی مشکلی اساسی سر راه است;می دانیدهسته ازذرات ریزی تشکیل شده است که پروتون ونوترون جزءلاینفک آن هستند.نوترون بدون بار وپروتون بابارمثبت که سایربارهای مثبت رابه شدت ازخودمیراند.مشکل مشخص شد؟ بله…اگرپروتونها(هسته های هیدروژن)یکدیگررادفع میکنندچگونه میتوان آنهارادرهمجوشی شرکت داد؟ همانطورکه حدس زدید راه حل اساسی آن است که به این پروتونهاآنقدرانرژی بدهیم که انرژی جنبشی آنهابیشترازنیروی دافعه کولنی آنهاشود و پروتونها بتوانند به اندازه کافی به هم نزدیک شوند.حال چگونه این انرژی جنبشی را تولید کنیم؟گرما راه حل خوبیست.در اثر افزایش دما جنب و جوش وبه عبارت دیگرانرژی جنبشی ذرات بیشتر و بیشتر میشود به طوری که تعداد برخوردها و شدت آنها بیشتر و بیشتر میشود.به نظر شما آیا دیگر مشکلی وجود ندارد؟ خیر,مسئله اساسیتری سر راه است. یک سماور پر از آب را تصور کنید.وقتی سماور را روشن می کنید با این کار به آب درون سماور گرما میدهید(انرژی منتقل می کنید).در اثر این انتقال انرژی دمای آب رفته رفته بالاتر می رود و به عبارتی جنب و جوش مولکولهای آب زیاد می شود.در این حالت بین مولکولهای آب برخوردهایی پدید می آید.هر مولکول که از شعله(یا المنت یا هر چیز دیگری)مقداری انرژی دریافت کرده است آنقدر جنب و جوش می کند تا بالاخره (به علت محدود بودن محیط سماور و آب)انرژی خود رابه دیگری بدهد. مولکول بعدی نیز به نوبه خود همین عمل را انجام میدهد.بدین ترتیب رفته رفته انرژی منبع گرما در تمام آب پخش می شود و دمای آب بالا میرود.خوب یک سوال:آیا وقتی بدنه سماور را لمس می کنیم هیچ گرمایی حس نمی کنیم؟…بله حس میکنیم.دلیلش هم که روشن است.برخورد مولکولهای پر انرژی آب با بدنه سماور و انتقال انرژی خود به آن.هدف ما از روشن کردن سماور گرم کردن آب بود نه سماور.امیدوارم تا اینجا پاسخ اولین مشکل اساسی بر سر راه همجوشی را دریافت کرده باشید. بله اگر اگر با صرف هزینه و زحمت بالا سوخت را به دمایی معادل میلیونها درجه کلوین برسانیم آیا این اتمها آنقدر صبر خواهند کرد تا با دیگر اتمها وارد واکنش شوند یا در اولین فرصت انرژی بالای خود را به دیواره داده وآن را نا بود میکند؟(...شما بودید چه می کردید؟؟؟...).بنابر این نیاز به ((محصور سازی))داریم;یعنی باید به طریقی اجازه ندهیم که این گرما به دیواره منتقل شود.
● رسیدن به دمای بالا: شروع واکنش همجوشی به دمای بسیار بالایی نیازمند است.درست است که دمای پانزده میلیون درجه دمای بسیار بالایست و تصور بوجود آوردنش روی زمین مشکل و کمی هم وحشتناک می باشد ولی معمولا در زندگی روزمره دور و برمان دماهای خیلی بالایی وجود دارند و ما از آنها غافلیم.مثلا وقتی در اثر اتصالی سیمهای برق داخل جعبه تقسیم میسوزد وشما صدای جرقه آنرا میشنوید و پس از بررسی متوجه می شوید که کاملا ذوب شده فقط به خاطر دمای وحشتناکی بوده که آن تو به وجود آمده.شاید باور نکنید ولی این دما به حدود سی-چهل هزار درجه کلوین میرسد.البته این دما برای همجوشی حکم طفل نی سواری را دارد. یا اینکه می توانیم با استفاده از ولتاژهای بسیار بالا قوسهای الکتریکی را از درون لوله های مویین عبور بدهیم.به این ترتیب دمای هوای داخل لوله که اکنون به پلاسما تبدیل شده به نزدیک چند میلیون درجه می رسد.(که باز هم برای همجوشی کم است).یکی از بهترین راهها استفاده از لیزر است.می دانید که لیزرهایی با توانهای بسیار بالا ساخته شده اند. مثلا نوعی از لیزر به نام لیزر نوا(NOVA)می تواند در مدت کوتاهی انرژی ای معادل ده به توان پنج ژول تولید کند.اما بازهم در کنار هر مزیت معایبی هست.مثلا این لیزر تبعا انرژی زیادی مصرف میکند که حتی با صرف نظر از آن مشکل دیگری هست که میگوید اگر انرژی تولیدی لیزر در آن مدت کوتاه باید تحویل داده بشود پس برای برقرار ماندن معیار لاوسن (حالا که مدت زمان محصور سازی پایین آمده)باید چگالی بالا تر برود.که در این مورد از تراکم و چگالی جامد هم بالا تر میرود
● انواع واکنشها: برای بهینه سازی کار رآکتورهای همجوشی و افزایش توان خروجی آنها راههای متعددی وجود دارد.یکی از این راهها انتخاب نوع واکنشیست که قرار است در رآکتور انجام بشود. ظبق تصویر زیر نوعی از واکنش همجوشی بصورتیست که در آن دو هسته سبک با یکدیگر واکنش داده و یک هسته سنگین تر را بوجود میاورند.یعنی حاصل ترکیب دو هسته دوتریم و تولید یک هسته ترتیم به علاوه یک هسته هیدروژن معمولیست. این واکنش انرژی ده می باشد.چون تفاوت انرژی بستگی هسته سنگین تر وهسته های سبکتر مقداری منفیست. در این واکنش مقدار انرژی ای تولیدی برابر۴MeVمی باشد. قبلا گفته شد که باید برای انجام همجوشی هسته ها به اندازه کافی به هم نزدیک بشوند.این مقدار کافی حدودا معادل۳fmمی باشد.چون در این فاصله ها انرژی پتانسیل الکترواسناتیکی دو دوترون در حدود ۰.۵MeVهست پس می توانیم با این مقدار انرژی دادن به یکی از دوترونها دافعه کولنی بین دوترونها ر شکسته و واکنش را شروع کنیم که بعد از انجام مقدار۴.۵MeVتولید می شود.(۰.۵MeVانرژی جنبشی به علاوه ۴MeVانرژی آزاد شده) همانطور که می بینید بهترین گزینه واکنش سوم می باشد می توانیم رآکتور خود را طوری طراحی کنیم که دور دیواره بیرونی آن لیتیم مایع تحت فشار جریان داشته باشد.این لیتیم مایع گرمای تولیدی اضافی را از واکنش گرفته و به آب منتقل می کند و با تبدیل آن به بخار باعث می شود که توربین و ژنراتور به حرکت درآیند و برق تولید بشود.
● اما چرا لیتیم؟ قبلا دیدید که مقرون به صرفه ترین واکنش در رآکتور همجوشی واکنش دوتریم . ترتیم است.در این واکنش دیدید که یک نوترون پر انرژی تولید می شد.این مساله یعنی نوترون زایی می تواند سبب تضعیف بخشهایی از رآکتور شود.از طرفی برای محیط زیست و مخصوصا سلامتی کسانی که در اطراف رآکتور فعالیت می کنند بسیار مضر است.اما اگر لیتیم را به عنوان خنک کننده داشته باشیم این جریان لیتیم همچنین نقش مهم کند کنندگی را بازی خواهد کرد.به این صورت که با نوترون اضافی تولید شده در واکنش ترکیب شده و سوخت گران قیمت و بسیار کمیاب رآکتور رو که همان ترتیم است تولید می کند.واکنش دقیق آن به شکل زیر است.البته در این مورد باید ضخامت لیتیم مایع در جریان حداقل یک متر باشد.
● انواع رآکتور: توکامک یکی از انواع رآکتورهای همجوشی هسته ایست که عمل محصورسازی را به خوبی انجام میدهد.طرح توکامک در دهه پنجاه میلادی توسط روسها پیشنهاد شد.کلمه توکامک از کلمات "toroidalnaya", "kamera", and "magnitnaya" به معنی " اتاقک مغناطیسی چنبره ای" گرفته شده است. یکی از دلایل و توجیحاتی که برای چنبره ای بودن محفظه های محصور سازی می شود بیان کرد این است که : توپ پر مویی را تصور کنید که شما قصد دارید موهای این توپ را شانه بزنید. شما هر طور و از هر طرف که بخواهید این کار بکنید همیشه دو طرف از موهای توپ شانه نشده و نامنظم باقی می ماند.حال به جای توپ فرض کنید که یک کره مغناطیسی داریم .میخواهیم که بردارهای میدان در سراسر اطراف این کره یکنواخت و منظم باشند(در واقع همه در یک جهت باشند).بنا به مثال این کار غیر ممکن بوده ونا منظمی در دو طرف کره باعث عدم پایداری محصور ساز می شود.ولی در یک محصور ساز چنبره ای چنین مشکلی وجود ندارد و یکنواختی میدان سراسر محصور ساز(توکامک)باعث پایداری آن می شود.مهم ترین و حیاتی ترین وظیفه یک ابزار همجوشی پایدار نگه داشتن پلاسما است. اسفرومک نوع دیگری از رآکتورهای همجوشی هسته ایست. اسفرومک نوع دیگری از رآکتورهای همجوشیست که بر خلاف توکامک که چنبره ایست شکلی کروی دارد.البته تفاوت اسفرومک با توکامک در این است که در مرکز اسفرومک هیچ جسم مادی ای وجود ندارد. اسفرومک متاسفانه با بی مهری مواجه شد و به اندازه توکامک مورد توجه واقع نشد.در حالی که اسفرومک مدت زیادی بعد از توکامک اختراع شد. در دهه گذشته اغلب تحقیقات در بخش انرژی همجوشی مغناطیسی روی توکامک چنبره ای شکل برای رسیدن به واکنشهای همجوشی در سطح بالا متمرکز شده است. کار توکامک در ایالات متحده وخارج آن ادامه دارد ولی سازمان دانشمندان انرژی همجوشی در حال بازدید از اسفرومک هستند. قسمت زیادی از علاقه تجدید شده به پروژه اسفرومک روی تحقیقات فعالی در لاورنس لیورمور در گروهی به نام SSPX (Sustained Spheromak Physics Experiment) متمرکز شده است.SSPX در ۱۴ژوئن ۱۹۹۹ در مراسمی با حضور نماینده ای از DOE و با همکاری دانشمندانی از Sandia و آزمایشگاه ملی لس آلاموس آغاز به کار کرد.SSPX یک سری از از آزمایشات است که برای این طراحی شده که توانایی اسفرومک را در این مورد که اسفرومک چقدر این کیفیت را داراست که پلاسما های داغ سوخت همجوشی را درون خود داشته باشد مشخص کند . به عقیده رهبر پروژه SSPX آقای David Hill توکامک با دمای بالایی که در آن قابل دسترسیست (بیشتر از ۱۰۰میلیون درجه سلسیوس که بارها بیشتر از دمای مرکز خورشید است)فعلا برنده جریان رهبری پروژه های همجوشی به حساب می آید.با این حال میدانهای مغناطیسی توکامک بوسیله کویل (سیم پیچ) های بیرونی بسیار بزرگ که چنبره رآکتور را کاملا احاطه می کنند تولید می شوند.این کویل های بسیار بزرگ هزینه بسیار زیاد و بی نظمی و اختلالاتی در کار رآکتور خواهند داشت. در حالی که اسفرومک ها پلاسمای بسیار داغ را در یک سیستم میدان مغناطیسی ساده و فشرده که فقط از یک سری ساده از کویل های کوچک پایدار کننده استفاده میکند بوجود می آورد.میدانهای مغناطیسی قوی لازم درون پلاسما با چیزی که دینام مغناطیسی نامیده می شود تولید می شوند.
● انرژی ده کردن: می دانید درنوعی از رآکتورهای شکافت هسته ای بوجود آوردن زنجیره واکنشها بوسیله برخورد دادن یک نوترون پر انرژی با هسته یک اتم اورانیم۲۳۵ انجام می شود.به این صورت که وقتی که این نوترون وارد هسته اتم اورانیوم۲۳۵ می شود آن را به یک هسته اورانیم۲۳۶ تبدیل میکند.از آنجا که این هسته ناپایدار است به سرعت واپاشی می کرده و اتمهای سبکتری به همراه سه نوترون پر انرژی دیگر را تولید می کند. توضیح کاملتر اینکه در هسته های سنگین پایدار مثل اورانیوم بین نیروهای الکترواستاتیکی که مایل هستند ذرات تشکیل دهنده اتم را از هم دور کنند و نیروی هسته ای که آنها را کنار هم نگه میدارد تعادل بسیار حساسی وجود دارد که این تعادل رو می توانیم براحتی و به روشی که گفته شد به هم زده و واکنش شکافت هسته ای را شروع کنیم.واکنش حاصل از یک اتم با تولید کردن سه نوترون پر انرژی دیگر باعث میشود سه اتم اورانیم دیگر وارد واپاشی بشوند.به همین ترتیب واکنش اصطلاحا زنجیره ای میشود. قدر مسلم یک رآکتور همجوشی ایده آل رآکتوریست که در آن واکنشهای زنجیره ای داریم. در واقع هدف اساسی در راه ساخت رآکتور همجوشی هسته ای زنجیره ای کردن آن است. اگر قرار باشد که ما در این راه انرژی صرف کنیم تا یک مقدار کمتر از آن را بدست بیاوریم مطمئنا این واکنش نه زنجیره ایست نه مفید.دانشمندان این رشته مفهومی به نام گیرانش را تعریف کرده اند که به معنی این است که مقداری انرژی صرف شروع واکنش کنیم و انرژی بیشتر از سلسله واکنشها بگیریم.در واقع در شرایط گیرانش واکنش زنجیره ای میشود.یعنی نه تنها انرژی تولیدی یک واکنش برای انجام واکنش بعد کافیست بلکه مقدار زیادی از آن هم اضافه است ومیتواند در اختیار ما برای تولید برق قرار بگیرد. اگر بخواهیم توکامک یا هر وسیله دیگر که همجوشی در آن انجام می شود توان مفید داشته باشد یعنی به ما انرژی بدهد باید شرایط خاصی داشته باشد. برای آنکه احتمال برخورد ذرات(یونهای) نامزد همجوشی بالا برود اولا باید دمای خیلی بالایی درون آن تولید بشود و رآکتور هم بتواند بخوبی دمای بالا را تحمل کند.(این دما در محدوده ده به توان هشت درجه کلوین می باشد!)دوما رآکتور باید این توانایی را داشته باشد که درونش چگالی زیاد از یونها را وارد کرد و سوم اینکه زمان محصور سازی در آن طولانی باشد. دمای بالا برای آن است که بتوانیم تقریبا مطمئن باشیم که می توانیم از سد محکم پتانسیل کولنی هسته ها بگذریم.چگالی زیاد هم برای این است که هر چه بیشتر احتمال برخورد های کارا بالا برود. در این مسیر قانونی وجود دارد که نام آن معیار لاوسون است.به کمک این معیار می شود محاسبه کرد که آیا شرایط طوری هست که واکنش به گیرانش برسد یا نه. معیار لاوسن = باید: مقدار چگالی*مدت زمان محصور سازی > ده به توان۲۰ذره در متر مکعب باشد تا این واکنش به گیرانش برسد(البته بستگی مستقیم با دمای پلاسما دارد) اما به طور دقیق تر: برای رسیدن به شرایط مطلوب درواکنشهای گرما هسته ای که در آنها از سوخت دوتریم - ترتیم استفاده می شود دمای پلاسما (T) باید در محدوده یک الی سه ضرب در ده به توان هشت درجه کلوین و زمان محصورسازی(تی ای)(تی اندیس E) باید در حدود یک الی سه ثانیه و چگالی (n) باید حوالی یک الی سه ضرب در ده به توان بیست ذره بر متر مکعب باشد. برای آغاز به کار رآکتور یعنی برای رسیدن به کمینه دمای حدود ده به توان هشت کلوین باید از وسیله گرما ساز کمکی استفاده کرد.بعد از محترق شدن سوخت مخلوط پلاسما باذرات آلفایی که در اثر احتراق اولیه بوجود اومده اند گرم شده و می توانیم دستگاه کمکی را از مدار خارج کنیم.از آن به بعد سرعت فعالیتهای همجوشی با افزایش دادن چگالی پلاسما افزایش پیدا می کند.با این وجود افزایش چگالی به بالای مرزهای تعیین شده و مطمئن به معنی به هم خوردن پایداری پلاسما و یا اینکه خاموش شدن رآکتور را در پی خواهد داشت یا فاجعه.به عبارت دیگه (در صورت افزایش چگالی پلاسما) برای پایدار کردن پلاسما زمان محصور سازی و دمای احتراق و صد البته حجم پلاسما و نقطه پایداری پلاسما با افزایش چگالی بالا تر رفته و شرایط را برای کار سخت تر می کند.به حالت تعادل در آوردن این ملزمات با شکل بندی رآکتور در کوچکترین اسپکت ریتو که به شکل بندی مغناطیسی آن بستگی دارد مقدور میشود. نسبت R به a را اسپکت ریتو می گویند.
● خروج پسماندها: طبق شکل زیر که تصویری از سطح مقطع رآکتور می باشد نحوه کنترل و خارج کردن پسماندهای واکنش که همان هلیوم باشند را مشاهده می کنید.
● واقعیت: ITERاسم مجموعه ایست که اولین رآکتور همجوشی جهان را که از نوع توکامک خواهد بود در فرانسه خواهند ساخت.این مجموعه متشکل است از کشورهای: روسیه اروپا ژاپن کانادا چین ایالات متحده و جمهوری کره. آنها در این راه از فوق هادی ها برای قسمت های مغناطیسی رآکتور استفاده می کنند.توان خروجی این توکامک ۴۱۰ مگا وات خواهد بود.

Bauokstoney
Sunday 20 December 2009-1, 09:17 PM
کاربرد ابررسانا
super conductor
فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/super_conductor.jpg
● کاربرد ابررسانا در ترانسفورماتورها استفاده از مواد ابررسانا در سیم‌بندی ترانسفورماتورها باعث ۵۰% کاهش در تلفات، وزن و ابعاد ترانسفورماتور نسبت به انواع متداول ترانسفورماتورهای روغنی شده و به علاوه تأثیر قابل توجهی نیز در افزایش بازده، کاهش افت ولتاژ و افزایش ظرفیت اضافه بار ترانسفورماتور دارد. استفاده از ترانسفورماتورهای ابررسانا با توجه به حجم کم و عدم استفاده از روغن برای خنک‌سازی، نقش قابل ملاحظه‌ای در بهبود فضای شهری و کاهش هزینه‌های زیست محیطی خواهد داشت.
● کاربرد ابررسانا در موتورها و ژنراتورها درصورت استفاده از سیمهای ابررسانا به جای سیمهای مسی در روتور ماشینهای القایی، تلفات، حجم، وزن و قیمت آنها کاهش قابل ملاحظه‌ای خواهد داشت و با افزایش بازده، صرفه‌جویی قابل توجهی در انرژی الکتریکی صورت می‌گیرد. کویل ژنراتورهای سنکرون نیز با مواد ابررسانای سرامیکی قابل ساخت می‌باشد که منجر به افزایش قابل توجهی در بازده ژنراتور خواهد شد. به علاوه تکنولوژی ابررسانا امروزه در ساخت کندانسورهای سنکرون نیز کاربرد دارد. کندانسورهای ابررسانا دارای بازده بیشتر، هزینه نگهداری کمتر و قابلیت انعطاف بهتری هستند.
● کاربرد ابررسانا در ذخیره سازهای مغناطیسی در سیستم قدرت بین قدرتهای الکتریکی تولیدی و مصرفی تعادل لحظه‌ای برقرار است و هیچگونه ذخیره انرژی در آن صورت نمی‌گیرد. بنابراین تولید شبکه ناچار به تبعیت از منحنی مصرف است که غیر اقتصادی می‌باشد. ابرسانای ذخیره کننده انرژی مغناطیسی (SMES) وسیله‌ای است که برای ذخیره کردن انرژی، بهبود پایداری سیستم قدرت و کم کردن نوسانات قابل استفاده می‌باشد. این انرژی توسط میدان مغناطیسی که توسط جریان مستقیم ایجاد می‌شود ذخیره می‌شود. ابرسانای ذخیره کننده انرژی مغناطیسی هزاران بار قابلیت شارژ و دشارژ دارد بدون اینکه تغییری در خواص مغناطیس آن ایجاد شود. ویژگی ابر رسانایی سیم پیچ نیز موجب می‌شود که راندمان رفت و برگشت فرایند ذخیره انرژی بسیار بالا و در حدود ۹۵% باشد. اولین نظریه‌ها در مورد این سیستم در سال ۱۹۶۹ توسط فریه مطرح شد. وی طرح ساخت سیم‌پیچ مارپیچی بزرگی را که توانایی ذخیره انرژی روزانه برای تمامی فرانسه را داشت ارائه کرد که به خاطر هزینه ساخت بسیار زیاد آن پیگیری نشد. در سال ۱۹۷۱ تحقیقات در آمریکا در دانشگاه ویسکانسین برای فهمیدن بحثهای بنیادی اثر متقابل بین انرژی ذخیره شده و سیستم‌های چند فاز به ساخت اولین دستگاه انجامید. شرکت هیتاچی در سال ۱۹۸۶ یک دستگاه SMES به ظرفیت ۵ مگاژول را آزمایش کرد. در سال ۱۹۹۸ نیز ذخیره‌ساز ۳۶۰ مگاژول توسط شرکت ایستک در ژاپن ساخته شد. علاوه بر ذخیره‌سازی انرژی به منظور تراز منحنی مصرف و افزایش ضریب بار، سیستم‌های مورد اشاره با اهداف دیگری نیز مورد توجه قرار گرفته‌اند. بروز اغتشاشهای مختلف در شبکه قدرت از جمله تغییرات ناگهانی بار، قطع و وصل خطوط انتقال و … به عدم تعادل سیستم می‌انجامد. در این شرایط انرژی جنبشی محور ژنراتورهای سنکرون مجبور به تأمین افزایش انرژی ناشی از اختلال هستند و درصورت حفظ پایداری دینامیکی، حلقه‌های کنترل سیستم فعال شده و تعادل را برقرار می‌سازند. این روند، نوسان متغیرهای مختلف مانند فرکانس، توان الکتریکی روی خطوط و… را موجب می‌شود که مشکلات مختلفی را در بهره برداری از سیستم قدرت به دنبال دارد. اما اگر در سیستم مقداری انرژی ذخیره شده باشد، با مبادله سریع آن با شبکه در مواقع مورد نیاز می‌توان مشکلات فوق را کاهش داد. با توجه به اینکه در این سیستم انرژی از صورت الکتریکی به صورت مغناطیسی و یا بر عکس تبدیل می‌شود، ذخیره‌ساز ابررسانایی دارای پاسخ دینامیکی سریع می‌باشد و بنابراین می‌تواند در جهت بهبود عملکرد دینامیکی نیز به کار رود. معمولاً واحدهای ابررسانایی ذخیره انرژی را در دو مقیاس ظرفیت بالا یعنی حدود ۱۸۰۰ مگاژول برای تراز منحنی مصرف، و ظرفیت پایین (چندین مگا ژول) به منظور افزایش میرایی نوسانات و بهبود پایداری سیستم می‌سازند. سیم پیچ ابررسانا از طریق مبدل به سیستم قدرت متصل و شارژ می‌شود و با کنترل زاویه آتش تریسیتورها ولتاژ DC دو سر سیم پیچ ابررسانا به طور پیوسته در بازهٔ وسیعی از مقادیر ولتاژهای مثبت ومنفی قابل کنترل است. ورودی ذخیره‌ساز انرژی می‌تواند تغییرات ولتاژ شبکه، تغییر فرکانس شبکه، تغییر سرعت ماشین سنکرون و… باشد و خروجی نیز توان دریافتی خواهد بود. مهم ترین قابلیت SMESجداسازی و استقلال تولید از مصرف است که این امر مزایای متعددی از قبیل بهره برداری اقتصادی، بهبود عملکرد دینامیکی و کاهش آلودگی را به دنبال دارد. در کابرد AC جریان الکتریکی هنوز تلفات دارد اما این تلفات می‌تواند با طراحی مناسب کاهش پیدا کند. برای هر دوحالت کاری AC وDC انرژی زیادی قابل ذخیره‌سازی است. بهترین دمای عملکرد برای دستگاههای مورد اشاره نیز ۵۰ تا ۷۷ درجه کلوین است.
● کاربرد ابررسانا در محدودسازهای جریان خطا علاوه بر موارد گفته شده، محدودسازهای ابررسانائی جریان خطا یا SFCL نیز رده تازه‌ای از وسایل حفاظتی سیستم قدرت را ارائه می‌کنند که قادرند شبکه را از اضافه جریانهای خطرناکی که باعث قطعی پر هزینه برق و خسارت به قطعات حساس سیستم می‌شوند حفاظت نمایند. اتصال کوتاه یکی از خطاهای مهم در سیستم قدرت است که در زمان وقوع، جریان خطا تا بیشتر از ۱۰ برابر جریان نامی افزایش می‌یابد و با رشد و گسترش شبکه‌های برق، به قدرت اتصال کوتاه شبکه نیز افزوده می‌شود. تولید جریانهای خطای بزرگتر، ازدیاد گرمای حاصله ناشی از عبور جریان القائی زیاد در ژنراتورها، ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات و همچنین کاهش قابلیت اطمینان شبکه را در پی دارد. لذا عبور چنین جریانی از شبکه احتیاج به تجهیزاتی دارد که توانایی تحمل این جریان را داشته باشند و جهت قطع این جریان نیازمند کلیدهایی با قدرت قطع بالا هستیم که هزینه‌های سنگینی به سیستم تحمیل می‌کند. اما اگر به روشی بتوان پس از آشکارسازی خطا، جریان را محدود نمود، از نظر فنی و اقتصادی صرفه‌جویی قابل توجهی صورت می‌گیرد. انواع مختلفی از محدود کننده‌های خطا تا به حال برای شبکه‌های توزیع و انتقال معرفی شده‌اند که ساده‌ترین آنها فیوزهای معمولی است که البته پس از هر بار وقوع اتصال کوتاه باید تعویض شوند. از آنجاییکه جریان اتصال کوتاه در لحظات اولیه به خصوص در پریود اول موج جریان، دارای بیشترین دامنه است و بیشترین اثرات مخرب از همین سیکل‌های اولیه ناشی می‌شود باید محدودسازهای جریان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطا در مدار قرار گیرند. محدودکننده‌های جریان اتصال کوتاه طراحی شده در دهه‌های اخیر، عناصری سری با تجهیزات شبکه هستند و وظیفه دارند جریان اتصال کوتاه مدار را قبل از رسیدن به مقدار حداکثر خود محدود نمایند به طوری که توسط کلیدهای قدرت موجود قابل قطع باشند. این تجهیزات در حالت عادی، مقاومت کمی در برابر عبور جریان از خود نشان می‌دهند ولی پس از وقوع اتصال کوتاه و در لحظات اولیه شروع جریان، مقاومت آنها یکباره بزرگ شده و از بالا رفتن جریان اتصال کوتاه جلوگیری می‌کنند. این تجهیزات پس از هر بار عملکرد باید قابل بازیابی بوده و در حالت ماندگار سیستم، باعث ایجاد اضافه ولتاژ و یا تزریق هارمونیک به سیستم نگردند. محدودسازهای اولیه با استفاده از کلیدهای مکانیکی امپدانسی را در زمان خطا در مسیر جریان قرار می‌دادند. با ورود ادوات الکترونیک قدرت کلیدهای تریستوری برای این موضوع مورد استفاده قرار گرفتند و مدارهای متعددی از جمله مدارهای امپدانس تشدید و ابررسانا، ارائه گردیده است. محدودکننده‌های ابررسانا در شرایط بهره‌برداری عادی سیستم یک سیم‌پیچ با خاصیت ابررسانایی بوده (مقاومت و افت ولتاژ کمی را باعث می‌شود) ولی به محض وقوع اتصال کوتاه و افزایش جریان از یک حد معینی (جریان بحرانی) سیم‌پیچ مربوط مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهد و به همین دلیل جریان خطا کاهش می‌یابد. عمل فوق در زمان کوتاهی انجام می‌پذیرد و نیاز به سیستم کشف خطا نمی‌باشد. برآورد اولیه بخش ابر رسانائی EPRI نشان می‌دهد که استفاده از محدودسازهای ابررسانائی جریان یک بازار فروش با درآمد حدود ۳ تا ۷ میلیارد دلار در ۱۵ سال آینده به وجود خواهد آورد.
● سوئیچهای ابررسانا با تغییر در شدت میدان مغناطیسی، امکان تغییر در وضعیت جسم ابررسانا از ابررسانایی به مقاومتی و برعکس امکانپذیر است. بنابراین از مواد ابررسانا جهت انجام سوئیچینگ یا کلیدزنی نیز می‌توان بهره گرفت. تحقیقات اولیه در این زمینه از اواخر دهه ۱۹۵۰ میلادی آغاز شد و کوششهایی برای استفاده از سوئیچهای ابررسانا در مدارها و حافظه کامپیوترهای بزرگ صورت گرفت. باک در سال ۱۹۵۶ مداری با نام کرایوترون شامل یک سیم‌پیچ نیوبیوم با دمای بحرانی ۳/۹ درجه کلوین و هسته‌ای از سیم تانتالوم با دمای بحرانی ۴/۴ درجه کلوین معرفی نمود که با توجه دمای ۲/۴ درجه کلوین هلیوم مایع، امکان تغییر وضعیت سیم تانتالوم در اثر ایجاد جریان الکتریکی و درنتیجه میدان مغناطیسی در سیم‌پیچ نیبیوم وجود داشت. با توسعه دانش نیمه‌هادی، توجه به سوئیچهای ابررسانا کاهش یافت اما حجم و تلفات کمتر، و سرعت بالاتر تراشه‌های ابررسانا نسبت به تراشه‌های نیمه‌هادی، استفاده از سلولهای کرایوترونی و جایگزینی ابررسانا به جای مدارهای مسی را برای ساخت ابرکامپیوترهای بسیار سریع و کم تلفات، حتی با وجود پیشرفتهای صنعت نیمه‌هادی توجیه‌پذیر می‌سازد. علاوه بر سلولهای کرایوترونی که با سرعت ۱/۰ میکروثانیه در ساخت حافظه و تراشه‌های الکترونیک قابل استفاده است، از اتصالات جوزفسون که مبنای عملکرد آنها، اثر تونل‌زنی است نیز برای ساخت سوئیچهای بسیار سریع و با سرعت ۱/۰ نانوثانیه (فرکانس ۱۰ گیگاهرتز) استفاده شده اما درمورد تکنولوژی ساخت آنها به تعداد زیاد، پژوهشها ادامه دارد.
● ابررساناها و ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی: اصول کلی ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی (MHD) که از سال ۱۹۵۹ پژوهشهایی برای تولید برق به وسیله آنها شروع شده و هنوز ادامه دارد، بر این اساس است که جریان گاز پلاسما (بسیار داغ) یا فلز مذاب از میان میدان مغناطیسی قوی عبور داده می‌شود. با عبور گاز داغ یا فلز مذاب، در اثر میدان مغناطیسی بسیار قوی موجود، یونهای مثبت و منفی به سمت الکترودهایی که در بالا و پایین جریان گاز پلاسما یا فاز مذاب قرار دارند، جذب می‌شوند و مانند یک ژنراتور جریان مستقیم، تولید الکتریسیته را باعث می‌شوند. قدرت الکتریکی این ژنراتور جریان مستقیم با اینورترهای الکترونیک قدرت، به برق جریان متناوب تبدیل و به شبکه متصل می‌شود. با توجه به هزینه بالای تولید الکتریسیته در ژنراتورهای MHD، استفاده از آنها تنها به منظور یکنواختی منحنی مصرف در زمانهای پرباری شبکه مفید است. سیم‌پیچهای بزرگ ابررسانا که از مواد ابررسانای متعارف مانند آلیاژ نیوبیوم تیتانیوم ساخته شده‌اند برای تولید میدانهای مغناطیسی بسیار قوی مناسب و قابل استفاده است. اگر فاصله دو الکترود ۱/۰ متر، سرعت یونها ۴۰۰ متر بر ثانیه و میدان مغناطیسی ۵ تسلا باشد، ولتاژ خروجی ۲۰۰ ولت خواهد بود و در طول کانال ۶ متری و با قطر یک متر، ۴۰ مگاوات انرژی قابل تولید است. مزیت اصلی ژنرتورهای MHD وزن نسبتاً کم آنها در مقایسه با ژنراتورهای متعارف است که استقبال از کاربرد آنها را در صنایع هوایی و دریایی موجب شده است.

Bauokstoney
Sunday 20 December 2009-1, 09:17 PM
تاریخچه و زمینه پیدایش فیزیک کلاسیک

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/physics_1%282%29.gif
هنگامی كه اروپا در ظلمت جهل و بی خبری بسر می برد، دانشمندان اسلامی و در راس آنان اندیشمندان ایرانی اندوخته های علمی یونانیان را جمع آوری و حراست كردند و با دانش و اندیشه های ایرانیان باستان درآمیختند. تعاریف و اصول هندسه ی اقلیدسی توسط ایرانیان مورد بررسی و نقد قرار گرفت. مثلثات كروی توسط فضلای ایرانی ابداع و دستگاه اعداد با كشفیات هندیان تكمیل و بوسیله ی بازرگانان به اروپا برده شد. از قرن یازدهم میلادی به بعد بعضی از كشیشان به جامه ی طلاب مسلمان در می آمدند و كتبی را كه با دقت محافظت می شد با خود به غرب می بردند و ترجمه می كردند هنگامی كه اروپا در ظلمت جهل و بی خبری بسر می برد، دانشمندان اسلامی و در راس آنان اندیشمندان ایرانی اندوخته های علمی یونانیان را جمع آوری و حراست كردند و با دانش و اندیشه های ایرانیان باستان درآمیختند. تعاریف و اصول هندسه ی اقلیدسی توسط ایرانیان مورد بررسی و نقد قرار گرفت. مثلثات كروی توسط فضلای ایرانی ابداع و دستگاه اعداد با كشفیات هندیان تكمیل و بوسیله ی بازرگانان به اروپا برده شد. از قرن یازدهم میلادی به بعد بعضی از كشیشان به جامه ی طلاب مسلمان در می آمدند و كتبی را كه با دقت محافظت می شد با خود به غرب می بردند و ترجمه می كردند. در قرن شانزدهم دستگاه خورشید مركزی منظومه شمسی تدوین و مسیر حركت سیارات با دقت رصد شد. در نتیجه تقدس دایره ها در هم شكسته شد و مدار بیضوی حركت سیارات مورد قبول واقع شد. روش استقرایی توانی نو یافت و به مقابله با قیاس برخاست و مسیر جدیدی برای اندیشه های علمی بوجود آمد. آزمایش كردن قباحت خود را از دست داد و اجسام از بلندی رها شدند تا زمان سقوط آنها بطور تجربی بررسی شود. قوانین سقوط آزاد اجسام به كل جهان تعمیم داده شد شد و قانون جهانی گرانش كشف گردید. علت حركت سیارات به دور خورشید صورت بندی شد. اختراع و تكمیل تلسكوپ انسان را با دنیایی رو به رو ساخت كه قبل از آن هرگز تصورش نمی رفت. آنگاه ناچیزی زمین در مقابل كاینات به اثبات رسید. استفاده از نماد گرایی در ریاضیات آغاز و هندسه تحلیلی به عنوان ابزاری قدرتمند برای تجسم و تكمیل كشفیات حساب دیفرانسیل و انتگرال به كار گرفته شد. ماهیت فیزیكی نور با آزمایش مورد سئوال قرار گرفت. در نتیجه نظریه ی دانه ای و نظریه ی موجی بودن نور برای توجیه آن ابداع شد. عنصر پنجم ارسطوئی اتر بیش از پیش بكار گرفته شد. اما این بار نه به عنوان یك عنصر، بلكه به عنوان زمینه ای برای انتشار نور و توجیه حركت نور در فضا و انتقال نیروی گرانش و تصور می شد كه كالبد فضا از اتر انباشته شده است.
● عصر تاریكی و دوره ی انتقال اول با سقوط امپراطوری روم در اواسط قرن پنجم میلادی تمدن در اروپای غربی به سطح بسیار پائینی رسید. تعلیم و تربیت تقریباً از بین رفت و تنها راهبان دیرهای كاتولیك و معدودی افراد غیر روحانی با فرهنگ و دانش یونانی و لاتینی رشته ی باریكی داشتند. در این دوران دانش باستان توسط دانشمندان اسلامی محفوظ ماند، دانشمندان اسلامی ضمن آنكه دانش یونانی را حفظ كردند، اندوخته های علمی ایران باستان، چین و هند را را نیز جمع آوری نموده، خود نیز به باروری آن كوشیدند. خلفای بغداد به حامیان علم بدل گشتند و فضلای برجسته ای را به دربار خود فراخواندند. آثار هندی و یونانی از جمله آثار برهمگویت، و اصول اقلیدسی و مجسطی به عربی ترجمه شد. كتب یونانی به عنوان یكی از شرایط صلح، از امپراطور بیزانس مصادره شد و در اختیار فضلای عرب زبان قرار گرفت. در این عصر فضلای زیادی به نوشتن آثاری در زمینه ریاضیات و نجوم پرداختند كه مشهورترین آنها محمد ابن موسی الخوارزمی بود. خوارزمی رساله ای در جبر و كتابی در باره ارقام هندی نوشت كه بعدها در قرن دوازدهم به لاتین ترجمه شد و تاثیر زیادی در اروپا گذاشت. ابوالوفا بوزجانی كتب بطلمیوس را ترجمه و تشزیح كرد و شرحی بر كتاب دیوفانتس نوشت. اصیل ترین و بدیع ترین اثر جبری حل معادله درجه سوم توسط خیام بوجود آمد. وی اصلاحیه دقیقی نیز برای تقویم انجام داد. خواجه نصیرالدین طوسی اولین اثر در باب مثلثات مسطحه و كروی را نوشت و كار پیشتر خیام را با شرح و تصیحیحاتی منتشر كرد كه ساكری كارش را در هندسه نااقلیدسی با یاد داشتی از نوشته های نصیرالدین در باب توازی شروع كرد. نوشته های خواجه نصیرالدین توسط جان والیس در آكسفورد تدریس شد. ابن هیثم كه در غرب به الهازن شناخته می شود، بزرگترین فیزیكدان مسلمان شناخته شده است. وی رساله ای در نور نوشت و ذره بین را كشف كرد. به نسبت زاویه تابش و زاویه انكسار پی برد و اصول تاریكخانه را شرح داد و در مورد قسمتهای مختلف چشم بحث كرد. رساله ی نور ابن هیثم نفوذ زیادی در اروپا گذاشت. كارهای وی توسط كمال الدین فارسی پیگیری شد. در مورد نجوم تنها كافیست گفته شود كه بسیاری از نامها و واژه های امروزی در نجوم ریشه عربی دارند. بتدریج آثار علمی ایرانیان تنها زینت بخش كتاب خانه گردید و هنگامیكه شرق در حال به خواب رفتن علمی و غفلت بود، غرب در حال بیدار شدن بود. اوضاع علمی سایر كشورهای اسلامی و هندوستان و چین هم از ایران بهتر نبود، بلكه بدتر بود.
● فیزیك در ایران كشور ما نسبت دیرینه ای در نجوم دارد. قدیمی ترین متن ایران پیش از اسلام، اوستا كتاب دینی زرتشتیان است كه متاسفانه فقط یك پنجم آن باقی مانده است. در این متن به كروی بودن زمین اشاره شده است كه این یك ردپای نجومی از ایران باستان است. همچنین در متن های دینی زرتشتی مربوط به دوره ساسانی به نام صورت های فلكی، ستاره ها و سیارات اشاره شده است. مورد دیگر نجوم ایران پیش از اسلام مربوط به قرن اول میلادی یعنی ۶ قرن پیش از ظهور اسلام است.در قرن اول میلادی عده ای از فعالان (رهبران دینی كه هم رهبر بودن و هم دانشمند) به علتی نامعلوم و زمان اشكانیان از سیستان به هند مهاجرت كردند و دانش و فرهنگ ایرانی را با خود به این كشور بردند و آن را با فرهنگ و دانش هندی آمیخته كردند. گفته می شود این افراد همچنین در هند باقی مانده اند و تمایز نژادی خود را حفظ كرده اند. در هر حال این مسلم است كه تقویم ایرانی كه این افراد به هند بردند كه در آن شروع سال اول بهار است و هنوز در هند مورد استفاده قرار می گیرد. البته آنها عملا از تقویم اروپایی استفاده می كنند اما تقویم رسمی در قانون اساسی این كشور همان تقویم ایرانی است. از كتب قدیمی ایران كتاب نجومی باقی نمانده است غیر یك اثر مهم به نام ذیج شهریاران. ذیج به معنی كتابچه نجومی است كه لغت قدیمی فارسی است. این كتاب در زمان بهرام گور و توسط پادشاهان ساسانی تالیف شده است كه یك قرن بعد در زمان انوشیروان تصمیم گرفتند این كتاب را كامل تر كنند كه به دستور انوشیروان كتاب های نجوم یونان و هند خوانده شد و مقایسه كردند و گفتندكه كتاب های نجوم هندی دقیق تر است در نتیجه یك ویرایش جدیدی از ذیج شهریار براساس متن های هندی فراهم كردند. بعضی از منجمان اسلامی مثل ابوریحان بیرونی و خوارزمی مطالبی از این كتاب را در كتاب های خود آورده اند. مثلا ابوریحان بیرونی كتابی به نام افراط المقال فی امر الضلال (مقاله ای یكتا در مورد سایه ها) دارد كه در آن روش مدرج كردن ساعت های آفتابی را از كتاب ذیج شهریار نقل كرده است. همچنین در یكی از نوشته های دینی زرتشتی یك آیین مقدسی ذكر شده است كه گفتند این آیین باید زمانی انجام شود كه ماه، ستاره ها، سیاره ها و خورشید در یك موقعیت ویژه كه در رسانه ذكر شده است، باشد. در عین حال، در نوشته هایی كه به زبان پهلوی است برای محاسبه موقعیت ماه، خورشید، ستاره ها و سیاره ها گفته شده است كه باید محاسبه آنها براساس یك ذیج (كتابچه نجومی) باشد و آنجایی كه از منابع ساسانی نام برده از ذیج هندی، ذیج شهریاران و ذیج بطلمیوس نام برده است به این ترتیب مشخص می شود كه در زمان ساسانیان، ایرانی ها با نجوم یونان باستان كه خیلی پیشرفته بود آشنا بوده اند كه شاخص تر اثر آن كتاب نجومی یونان باستان است كه بعدها به عربی ترجمه شد. ولی این عقیده هم وجود دارد كه اولین ترجمه آن از یك ترجمه فارسی قدیمی گرفته شده است. نجوم ایران باستان از نجوم دوره یونان باستان تاثیر گرفته و بر نجوم دوره اسلامی اثر گذاشت و نجوم این دوره هم بعدها بر تكامل نجوم در اروپا تاثیر گذاشت. بعد از اسلام یكی دو قرن صرف كشمكش و تثبیت حكومت جدید در ایران شد. در این دوره یا هیچ اثری بوجود نیامد و یا اگر به وجود آمد باقی نماند. اما بعد از آن از قرن سوم تا قرن ۷ و ۸ هجری شكوفایی بسیاری در كشورهای اسلامی به خصوص در ایران به وجود آمد و دانشمندان دستاوردهای زیادی به وجود آوردند كه به دوره طلایی اسلامی شهرت یافت. خیام غیاث الدین ابوالفتح، عمر بن ابراهیم خیام (خیامی) در سال ۴۳۹ هجری (۱۰۴۸ میلادی) در شهر نیشابور و در زمانی به دنیا آمد كه تركان سلجوقی بر خراسان، ناحیه ای وسیع در شرق ایران، تسلط داشتند. وی در زادگاه خویش به آموختن علم پرداخت و نزد عالمان و استادان برجسته آن شهر از جمله امام موفق نیشابوری علوم زمانه خویش را فراگرفت و چنانكه گفته اند بسیار جوان بود كه در فلسفه و ریاضیات تبحر یافت. خیام در سال ۴۶۱ هجری به قصد سمرقند، نیشابور را ترك كرد و در آنجا تحت حمایت ابوطاهر عبدالرحمن بن احمد , قاضی القضات سمرقند اثر برجسته خود را در جبر تألیف كرد. خیام سپس به اصفهان رفت و مدت ۱۸ سال در آنجا اقامت گزید و با حمایت ملك شاه سلجوقی و وزیرش نظام الملك، به همراه جمعی از دانشمندان و ریاضیدانان معروف زمانه خود، در رصد خانه ای كه به دستور ملكشاه تأسیس شده بود، به انجام تحقیقات نجومی پرداخت. حاصل این تحقیقات اصلاح تقویم رایج در آن زمان و تنظیم تقویم جلالی (لقب سلطان ملكشاه سلجوقی) بود. در تقویم جلالی، سال شمسی تقریباً برابر با ۳۶۵ روز و ۵ ساعت و ۴۸ دقیقه و ۴۵ ثانیه است. سال دوازده ماه دارد ۶ ماه نخست هر ماه ۳۱ روز و ۵ ماه بعد هر ماه ۳۰ روز و ماه آخر ۲۹ روز است. هر چهار سال، یكسال را كبیسه می خوانند كه ماه آخر آن ۳۰ روز است و آن سال ۳۶۶ روز می شود در تقویم جلالی هر پنج هزار سال یك روز اختلاف زمان وجود دارد در صورتیكه در تقویم گریگوری هر ده هزار سال سه روز اشتباه دارد. دستاوردهای علمی خیام برای جامعه بشری متعدد و بسیار درخور توجه بوده است. وی برای نخستین بار در تاریخ ریاضی به نحو تحسین برانگیزی معادله های درجه اول تا سوم را دسته بندی كرد، و سپس با استفاده از ترسیمات هندسی مبتنی بر مقاطع مخروطی توانست برای تمامی آنها راه حلی كلی ارائه كند. وی برای معادله های درجه دوم هم از راه حلی هندسی و هم از راه حل عددی استفاده كرد، اما برای معادلات درجه سوم تنها ترسیمات هندسی را به كار برد؛ و بدین ترتیب توانست برای اغلب آنها راه حلی بیابد و در مواردی امكان وجود دو جواب را بررسی كند. اشكال كار در این بود كه به دلیل تعریف نشدن اعداد منفی در آن زمان، خیام به جوابهای منفی معادله توجه نمی كرد و به سادگی از كنار امكان وجود سه جواب برای معادله درجه سوم رد می شد. با این همه تقریبا چهار قرن قبل از دكارت توانست به یكی از مهمترین دستاوردهای بشری در تاریخ جبر بلكه علوم دست یابد و راه حلی را كه دكارت بعدها (به صورت كاملتر) بیان كرد، پیش نهد. خیام همچنین توانست با موفقیت تعریف عدد را به عنوان كمیتی پیوسته به دست دهد و در واقع برای نخستین بار عدد مثبت حقیقی را تعریف كند و سرانجام به این حكم برسد كه هیچ كمیتی، مركب از جزء های تقسیم ناپذیر نیست و از نظر ریاضی، می توان هر مقداری را به بی نهایت بخش تقسیم كرد. همچنین خیام ضمن جستجوی راهی برای اثبات “اصل توازی” (اصل پنجم مقاله اول اصول اقلیدس) در كتاب شرح اصول مشكل آفرین كتاب اقلیدس، مبتكر مفهوم عمیقی در هندسه شد. در تلاش برای اثبات این اصل، خیام گزاره هایی را بیان كرد كه كاملا مطابق گزاره هایی بود كه چند قرن بعد توسط والیس و ساكری ریاضیدانان اروپایی بیان شد و راه را برای ظهور هندسه های نااقلیدسی در قرن نوزدهم هموار كرد. بسیاری را عقیده بر این است كه مثلث حسابی پاسكال را باید مثلث حسابی خیام نامید و برخی پا را از این هم فراتر گذاشتند و معتقدند، دو جمله ای نیوتن را باید دو جمله ای خیام نامید. البته گفته می شود بیشتر از این دستور نیوتن و قانون تشكیل ضریب بسط دو جمله ای را جمشید كاشانی و نصیرالدین توسی ضمن بررسی قانون های مربوط به ریشه گرفتن از عددها آورده اند. استعداد شگرف خیام سبب شد كه وی در زمینه های دیگری از دانش بشری نیز دستاوردهایی داشته باشد. از وی رساله های كوتاهی در زمینه هایی چون مكانیك، هیدرواستاتیك، هواشناسی، نظریه موسیقی و غیره نیز بر جای مانده است. اخیراً نیز تحقیقاتی در مورد فعالیت خیام در زمینه هندسه تزئینی انجام شده است كه ارتباط او را با ساخت گنبد شمالی مسجد جامع اصفهان تأئید می كند. اما گذشته از همه اینها، بیشترین شهرت خیام در طی دو قرن اخیر در جهان به دلیل رباعیات اوست كه نخستین بار توسط فیتزجرالد به انگلیسی ترجمه و در دسترس جهانیان قرار گرفت و نام او را در ردیف چهار شاعر بزرگ جهان یعنی هومر، شكسپیر، دانته و گوته قرار داد. خواجه نصیرالدین محمد بن حسن جهرودی طوسی مشهور به خواجه نصیرالدین طوسی از اهالی جهرود از توابع قم بوده است كه در تاریخ ۱۵ جمادی الاول سال ۵۹۷ هجری قمری ولادت یافته است. او به تحصیل دانش، علاقه زیادی داشت و از دوران جوانی در علوم ریاضی و نجوم و حكمت سرآمد شد و از دانشمندان معروف زمان خود گردید. خواجه نصیرالدین طوسی ستاره درخشانی بود كه در افق تاریك مغول درخشید و در هر شهری پا گذارد آنجا را به نور حكمت و دانش و اخلاق روشن ساخته و در آن دوره تاریك و در آن عصری كه شمشیر تاتار و مغول خاندانهای كوچك و یا بزرگ را از هم پاشیده و جهانی از حملات مغولها به وحشت فرو رفته و همه در گوشه و كنار منزوی و یا فراری می شدند و بازار كسادی دانش و جوانمردی و مروت می بود و فساد حكمفرما. وجود و بروز چنین دانشمندی مایه اعجاب و اعجاز است. تاسیس رصدخانه مراغه و انجام نخستین فعالیت علمی، پژوهشی و آموزشی در این موسسه از مهم ترین اقدامات این دانشمند است. رصدخانه مراغه به عنوان بزرگ ترین مركز پژوهشی نجومی در زمان خود مطرح بوده است و امروز نیز علاوه بر ثبت در كتب، جزوات و اسناد ملی و بین المللی هر ساله صدها محقق نجوم در داخل و خارج از كشور را به خود جذب می كند. همچنین خواجه نصیرالدین طوسی با انجام نخستین كار علمی و آموزشی در رصدخانه بین المللی مراغه پس از گذشت ۷۵۰ سال از زمان فعالیت های علمی دراین مركز پیشتاز نجوم در دنیای قدیم است. رصدخانه مراغه در سال ۶۵۷ هجری قمری به دستور هلاكوخان و به همت دانشمند ایرانی خواجه نصیرالدین طوسی ساخته شد كه ساخت آن ۱۵ سال به طول انجامید. در این رصدخانه اسباب و آلات نجومی بسیاری متمركز شده بود كه متاسفانه این مجموعه بعد از سال ۷۰۳ هجری قمری بر اثر زلزله و بی توجهی حكام رو به ویرانی گذاشت. گفته می شود كتابخانه آن دارای چهار هزار جلد كتاب بوده است كه از بغداد به این رصدخانه انتقال یافته بود. رصدخانه كهن مراغه بنابر اسناد معتبر الهام بخش تولد رصدخانه های سمرقند در تاجیكستان اوجین در هندوستان، فندو در بنارس اورانین برگ در دانمارك و رصدخانه شانگهای چین بوده است.
● بیداری غرب و دوره ی انتقال دوم ارتباط غربیان با جوامع اسلامی بویژه از طریق بازرگانان موجب توجه آنان آثار علمی اندیشمندان اسلامی شد. در این دوره مسیر برعكسی آغاز شد بدین ترتیب كه چون بسیاری از آثار نجومی یونان باستان از بین رفته بود و فقط ترجمه عربی آن باقی مانده بود به لاتین ترجمه شدند. در این دوره بود كه تعداد زیادی از اصطلاحات عربی به زبان های اروپایی راه پیدا كرد. در حدود سال ۹۵۰ میلادی ژربر متولد شد، وی در مدارس مسلمانان اسپانیا درس خواند و در مراجعت ارقام عدد نویسی عربی را با خود به اروپای مسیحی برد. ژربر مورد سوء ظن معاصرانش قرار گرفت و متهم شد كه روح خود را به شیطان فروخته است. با این حال ژربر به تدریج در كلیسا ترقی كرد و سرانجام در سال ۹۹۹ به مقام پاپی انتخاب شد. بدین ترتیب ورود آثار كلاسیك علوم یونانی و اسلامی به اروپای غربی شروع شد. در حدود ۱۱۲۰ میلادی یك راهب انگلیسی به نام آدلارد باثی كه در اسپانیا درس خوانده بود، خود را در جامه یك طلبه در آورد و به گنجی از دانش كه شدیداً مورد حفاظت بود دست رسی پیدا كرد. وی اصول اقلیدس و جداول خاورزمی را به لاتین ترجمه كرد. قرن دوازدهم میلادی به قرن ترجمه آثار و فرهنگ و دانش اسلامی بدل گشت. كوشاترین مترجم این عصر گراردوی كرمونایی بود كه بالغ بر ۹۰ اثر عربی را به لاتین ترجمه كرد. مجسطی، اصول اقلیدس و جبر خوارزمی از آن جمله بودند. در حدود سال ۱۲۵۰ میلادی، اكوایناس اساس استدلال و منطق ارسطو را بكار برد. وی بر اساس اصول ارسطویی سیستم تومیسم Tomism را بنیاد نهاد كه در حال حاضر نیز پایه الهیات كلیسای كاتولیك رومی است. دیگران نیز به زودی از احیای اندیشه های یونانی در زمینه های دنیوی استفاده كردند. مهمترین كار در این زمینه با انتشار كتاب كوپرنیك صورت گرفت كه در آن یكی از بدیهیات اختر شناسی، یعنی دستگاه زمین مركزی منظومه شمسی رد شد.
● ظهور و پیدایش رنسانس در نیمه دوم قرن ۱۴ در ایتالیا و در شهر فلورانس پدیده ای به نام رنسانس به وجود می آید و به بخش های مختلف اروپا اشاعه پیدا می كند . چرا با وجود كشورهایی مثل آلمان وفرانسه و امثال اینها كه به شكل امروزی نبودند، چرا این پدیده در ایتالیا رخ داده است ؟ درذیل دلایل مختلفی را كه در این زمینه مطرح كرده اند كه رنسانس در ایتالیا اتفاق افتاده است،بیان شده است : پایگاه مسیحیت در روم بود ولی به مرور زمان نفوذ كلیسا قدرت قبلی خود را در ایتالیا از دست می دهد و تحت فشار شاهان فرانسه در اواخر قرون وسطی دربار پاپ از روم به آونیوم در فرانسه منتقل می شود . بنابراین نفوذ كلیسا در ایتالیا كمتر می شود . به مرور زمان، زبان رسمی و علمی در اروپا زبان لاتینی می شود. زبان های مثل اسپانیایی، ایتالیایی و فرانسوی در مقایسه با زبانی مثل آلمانی نسبت به هم دارای قرابت و نزدیكی زیادی هستند. بسیاری از آثار دوران یونان باستان به زبان لاتینی ترجمه شده بود و زبان لاتینی به زبان ایتالیایی نزدیكتر از دیگر زبان ها بود. بنابر این ایتالیایی ها راحتتر می توانستند با ترجمه های آثار یونانی ارتباط برقرار كنند . مقر اصلی تمدن روم و امپراطوری روم درایتالیا بود . روم شرقی و بیزانس در حوزه شرقی اروپا و بالكان و سوریه بود و امپراطوری روم غربی در ایتالیا و فرانسه و آلمان بود اما مركزیت آن در ایتالیا بود. بنابر این مردم ایتالیا به یونان و روم باستان نزدیكتر بودند چون امپراطوری روم در ایتالیا قرار داشت . بنابر این با توجه به مجموعه این دلایل پدیده رنسانس در ایتالیا اتفاق می افتد . رنسانس یعنی قبول نداشتن كلیسا و عقاید آن و بازگشت به یونان و روم باستان است. در یونان و روم باستان اصالت با انسان بوده است. برای برگشت به یونان و روم باستان باید در تمام مسائل از جمله هنر و ادبیات و فلسفه باید به همان روش عمل نمود. بنابر این باید به آثار همان زمان رجوع كرد و چون آثار یونان به لاتینی ترجمه شده و ایتایایی ها با توجه به قرابت زبانشان به زبان لاتینی راحتترمی توانستند زبان لاتینی را فرا گیرند اینها زودتر از بقیه توانستند به آثار یونانی دست پیدا كنند
● دستگاه خورشید مركزی خورشید كوپرنیك ▪ نیكلا كوپرنیك (۱۵۴۳-۱۴۷۳) ریاضیدان اخترشناس، حقوقدان و اقتصادان با استعدادی بود كه در نزد مردم بسیار محترم بود. اصلیت وی لهستانی بود و برای ادامه تحصیل به ایتالیا رفت. كوپرنیك نخستین كسی بود كه در دوران رنسانس، انقلاب بزرگی را در زمینه اخترشناسی برپا می كند. كوپرنیك به مسئله حركت دورانی افلاطون در مورد اجرام آسمانی بسیار علاقه مند بود و در این زمینه تلاش های بسیار انجام داد. كوپرنیك معتقد بود كه حركت اجرام آسمانی مانند ستاره ها، سیارات و ماه یك حركت دورانی(دایره ای) و یا تركیبی از حركات دورانی است. زیرا در حركات دورانی، جرم در یك دوره مشخص و ثابت به حالت و وضعیت قبلی خود برمی گردد. كوپرنیك با مشاهدات و تحقیقات گسترده و محاسبات دقیق به این نتیجه رسید كه اگر حركت سیارات با حركت دوره ای زمین در ارتباط باشد، و حركت دوره ای سیارات را بر اساس گردش آن ها به دور خورشید محاسبه كنیم به این نتیجه می رسیم كه علاوه بر نظم و ارتباط میان آن ها(منظور حركت دورانی زمین و خورشید مركزی) و ترتیب حاكم بر مدار های سیارات، حركت دورانی این اجرام با هم در ارتباط می باشند. به طوری كه تغییر در هر یك از این مدار ها باعث در هم فرو ریختن اجرام و در نتیجه منظومه می شود. سرانجام كوپرنیك منظومه خود را تدوین كرد كه منظومه وی با منظومه زمین مركزی بطلیموس كه مورد قبول عامه مردم (از جمله كلیسا) آن دوره بود، مغایرت داشت. وی در منظومه خود خورشید را مركز قرار داد كه زمین و دیگر سیارات به دور آن در حال حركت هستند. نیكلا منظومه خود را بر اساس چند فرض بنیان نهاد: ▪ مركزیِ هندسی و دقیق برای مدار اجرم آسمانی وجود ندارد. ▪ خورشید در مركز قرار دارد و زمین و دیگر سیارات به دور آن حركت می كنند. ▪ زمین دیگر مركز جهان نیست. زمین علاوه بر حركت گردشی به دور خورشید، به دور خود نیز می چرخد. ▪ حركت خورشید در آسمان بر اساس حركت دوره ای زمین می باشد. ▪ حركت ظاهری اجرام آسمانی در آسمان تنها بر اساس حركت خود آن ها نیست، بلكه این حركت ها با حركت دوره ای زمین نیز در ارتباط می باشند. ▪ كوپرنیك نظر داد كه گردش زمین به دور خود یك شبانه روز به طول می انجامد. كوپرنیك تلاش می كرد تا نظریه خود را از طریق ریاضیات اثبات كند. وی با محاسبات خود به این نتیجه رسید كه هرچه قدر از سیارات دور به خورشید نزدیك شویم، بر سرعت گردش آن ها افزوده می شود. زحل كه دورترین سیاره آن زمان بود، یك دور یكنواخت خود را به مدت ۲۹.۵ سال و سپس مشتری این دوره را در ۱۱.۸ سال می پیماید. بعد از مشتری نوبت به مریخ می رسد كه این دوره را در مدت ۶۸۷ روز و زهره ۲۲۴ روز و عطارد ۸۸ روز سپری می كنند. البته این مقادیر را كوپرنیك محاسبه كرده است و اختلاف این مقادیر با مقادیر امروزی ناچیز است. این محاسبات بخشی از اثبات تئوری كوپرنیك با استفاده از هندسه بود. مزیت تئوری كوپرنیك آن بود كه وی با استناد به نظریه خورشید مركزی به نتایجی دست یافت كه برخی از این نتایج در نظریه بطلیموسی امكان پذیر نبود. مهمترین این نتایج عبارتند از: الف) محاسبه اندازه مدار سیارات كه به دور خورشید می گردند. ب) محاسبه دوره تناوب گردش سیارات به دور خورشید. ج) بدست آوردن سرعت نسبی حركت دورانی سیارت. د) مشخص كردن حركت زاویه ای سیارات و موضع آن ها در آسمان. كه این نتیجه در هر دو تئوری كوپرنیك و بطلیموس وجود داشت. بر این اساس بود كه كوپرنیك به این نتیجه رسید كه میان مدار های سیارات و جایگاه آن ها ارتباطی وجود دارد؛ طبق گفته خود هرگونه تغییر مكانی در هر قسمت از آن باعث به هم خوردن قسمت های دیگر و همه جهان می شود)). كوپرنیك مدعی بود كه برتری نظریه او در زیبایی و سادگی آن است. وی در این رابطه در كتاب خود، “”درباره گردش افلاك آسمانی”" می گوید((در میانه همه خورشید بدون حركت می پاید. به راستی، چه كسی در این معبد عظیم و زیبا، منبع نور را در جایی جز آنجا كه بتواند همه قسمت های دیگر را بیفروزد و روشنایی بخشد، قرار می دهد؟ پس در اساس این برگزیدگی، تقارن قابل ستایش در جهان و هماهنگی بارزی در حركت و اندازه كرات می یابیم، آن چنان كه به هیچ وجه دیگری نمی توانست باشد. تئوری كوپرنیك بنا به دلایلی به زودی مورد قبول عامه مردم قرار نگرفت. بیش از یك قرن طول كشید تا نظریه خورشیدمركزی میان اخترشناسان مورد پذیرش قرارگیرد
. ● مهمترین دلایلی كه علیه این نظریه مطرح شده بود: منظومه كوپرنیكی بیشتر جنبه ریاضی، سادگی و زیبایی داشت و با مشاهدات نجومی آن زمان مطابقت نداشت و به همین دلیل مورد پذیرش عام قرار نگرفت. یكی از ضعف هایی كه كوپرنیك در اثبات نظریه خود داشت آن بود كه او نمی توانست با استفاده از نظریه های پیشین، نظریه خود را اثبت كند. یكی از دلایلی كه همیشه بر ضد نظریه خورشیدمركزی مطرح بود آنست كه اگر زمین در حال حركت می بود، بایستی به كلی منهدم شود. زیرا اگر زمین حركت كند، آنگاه هوا، پرندگان و قطرات بارانی كه به زمین می بارند، جا می ماندند. یكی از مثل هایی كه مخالفین به گالیله می گفتند آن بود كه اگر زمین در حال حركت باشد، توپی كه از بالای برج پیزا پرتاب می شد باید به عقب (جهت خلاف گردش زمین) جا بماند. اما كوپرنیك می پنداشت كه هوا به همراه زمین در حال حركت است. و از طرفی وی در نظر داشت كه اگر چنین می بود پس چرا دیگر اجرام آسمانی كه در حال حركتند، منهدم و نابود نمی شوند. الگوی خورشید مركزی كوپرنیك با عقاید و اصول ارسطو مغایرت داشت. و از طرفی چون در آن زمان كلیسا طرفدار اصول ارسطو بود، به همین دلیل نظر همه مسیحیان بر ضد كوپرنیك بود. آنان به آیات انجیل استناد می كردند و می گفتند كه معمار و طرح خلقت جهان بر اساس منظومه و تئوری بطلیموس است. به همین دلیل سازمان تفتیش عقیده، كتاب كوپرنیك را كه مخالف با كتاب مقدس بود، ممنوع اعلام كرد. اگر چه نظریه خورشید مركزی كوپرنیك با نظریه زمین مركزی بطلیموس از نظر علمیِ مشاهده نجومی سازگار بود اما از نظر فلسفی مغایرت داشت. چون كوپرنیك چارچوب مرجع خود را از زمین به خورشید منتقل كرده بود. و این انتقال چارچوب از نظر فیزیك سینماتیكی امروزی كاملا صحیح می باشد. ● قوانین كپلر كوپرنیك با قرار دادن خورشید در مركز منظومه شمسی توصیف بسیار ساده تر و توضیح طبیعی تری در باره برخی از خصوصیات حركت سیاره ای به دست داد. هرچند طرح كوپرنیك بسیار ساده تر از طرح بطلمیوس بود، اما چون كوپرنیك نیز به تقدس دایره ها اعتقاد داشت، به همان اندازه بطلمیوس از مدارهای تدویر و نظایر آن استفاده كرد. تنها تفاوت دو دستگاه این بود كه یكی زمین را مركز حركت سیارات می دانست و دیگری خورشید را. با آنكه ستاره شناسان از پذیرش دستگاه خورشید مركزی بطلمیوس اجتناب می كردند، اما این دستگاه تاثیر خود را بر اندیشه آنان گذاشته بود و بحث و جدل در مورد آن روز به روز بیشتر می شد. این مجادلات باعث شد كه منجمین اطلاعات رصدی بیشتری و دقیق تری به دست آورند. تیكو براهه این اطلاعات را جمع آوری كرد و اعتقاد داشت كه همه ی سیارات بجز زمین به دور خورشید می گردند و خورشید همراه سیارات به دور زمین می چرخد. در این دوران یوهان كپلر (۱۵۷۱-۱۶۳۰) به عنوان دستیار نزد تیكو براهه در رصد خانه ی پراگ مشغول كار شد. پس از كوپرنیك ، كپلر نخستین منجم نامداری بود كه نظریه مركزیت خورشید را اتخاذ كرد ، اما معلوماتی كه تیكو براهه ثبت كرده بود نشان داد كه این نظریه به صورتی كه كوپرنیك بدان بخشیده بود ، نمی تواند كاملا صحیح باشد. با این وجود ظرفداری كپلر از دستگاه خورشید مركزی كوپرنیك مورد پسند تیكو برهه نبود. هنوز یكسال از همكاری این دو نگذشته بود كه تیكو براهه فوت كرد و تمام رصدهایی را كه جمع آوری كرده بود به عنوان ارثیه ای ارزشمند برای كپلر باقی گذارد. پس از مرگ تیكو براهه، كپلر به توده ی عظیمی از رصدهای بسیار دقیق در حركت سیارات دست یافت. بعداً مسئله به این صورت در آمد كه الگویی برای حركت سیارات ارائه دهد كه دقیقاً با مجموعه رصدهای انجام شده مطابقت كند. بدین ترتیب كپلر نیاز داشت كه ابتدا به كمك تخیل جواب موجهی را حدس بزند و سپس با پشتكار، كوهی از محاسبات كسل كننده را انجام دهد تا حدس خود را تایید یا رد كند. توفیق بزرگ كپلر همانا كشف سه قانون حركت سیارات است دو تا از این قوانین را وی در ۱۶۰۹ و سومی را در ۱۶۱۹ انتشار داد . ▪ قانون اول كپلر یا قانون بیضوی ها مدار هر سیاره به شكل یك بیضی است كه خورشید در یكی از كانونهای آن قرار دارد . كه میتوان از این مطلب این را نتیجه گرفت كه فاصله سیاره تا خورشید به لحاظ واقع بودن بر مدار بیضی دارای حداقل و حداكثر است. كپلر بیش از ۲۰ سال برای درك چگونگی مدارات سیارات زحمت كشید او مدلهای مختلفی را امتحان نمود ولی سرانجام نشان داد كه صفحه مداری سیاره ها از خورشید می گذرد و كشف كرد كه شكل مداری سیارات به صورت بیضی است .این قانون در سال ۱۶۰۹ میلادی انتشار یافت. ▪ قانون دوم كپلر یاقانون سطح معادل خط مستقیم واصل سیاره و خورشید (شعاع حامل یك سیاره)، در فواصل زمانی مساوی مساحتهای مساوی را در فضا جاروب می كند. یعنی برای مثال در شكل سیاره ای در مدت ۱ ماه از Aبه B می رود . مدت زمانی كه از Cبه D می رود نیز یك ماه است اما اكنون از خورشید دورتر است بنابراین فاصله A تا B باید بیشتر باشد تا سیاره در همان مدت یك ماه مساحتی برابر با مساحت اول را جاروب كند . به همین دلیل سیاره هنگامی كه به خورشید نزدیكتر است با سرعت بیشتری حركت می كند. برای فهم بهتر اینجا را كلیك كنید . ▪ قانون سوم كپلریا قانون هارمونیك نسبت مجذور زمان تناوب گردش دو سیاره برابر است با نسبت مكعب نیم قطر اطول آنها كپلر برای بدست آوردن این فرمول ۷ سال تلاش كرد . در آن زمان فاصله واقعی میان خورشید و سیارات معلوم نبود اما محاسبه نسبت فاصله یك سیاره تا خورشید به فاصله زمین تا خورشید میسر بود . مثلا كپلر می دانست كه نیم قطر اطول مدار مریخ تقریبا ۱.۵ برابر نیم قطر اطول مدار زمین است . حال او متوجه شد اگر در هر سیاره نیم قطر اطول را به توان ۳ و دوره گردش را به توان ۲ برسانیم . دو رقم بدست آمده باهم برابر می شوند و فقط اختلافهای اندكی برای برجیس (مشتری) و كیوان (زحل) دیده می شود. در زمان كپلر دو قانون اول فقط در مورد مریخ قابل اثبات بود . در مورد سایر سیارات رصد ها با آن قوانین سازش داشت ، منتهی چنان نبود كه آنها را قطعا محقق سازد و مدتها گذشت تا دلایل قطعی در تایید آنها بدست آمد . كشف قانون اول ، یعنی اینكه سیارات روی مدارات بیضوی حركت می كنند ، بیش از آنكه برای مردم امروز به آسانی قابل تصور باشد مستلزم كوشش در رها ساختن گریبان خود از چنگ سنتها بود . تنها نكته ای كه همه ی ستاره شناسان در آن خصوص با هم توافق داشتند این بود كه همه ی حركات سماوی ، دورانی است یا از حركات دورانی تركیب شده است . قرار دادن بیضی به جای دایره ، مستلزم رها كردن آن تمایل زیباشناختی بود كه از زمان فیثاغورث به بعد بر نجوم حكومت كرده بود . دایره شكل كامل و افلاك سماوی اجسام كامل شناخته می شدند _ كه در اصل مقام خدایی داشتند و حتی در آثار افلاطون و ارسطو نیز رابطه ی نزدیكی با خدایان دارند . واضح به نظر می رسید كه یك جسم كامل باید بر یك مدار كامل حركت كند . به علاوه چون اجسام آسمانی آزادند ، یعنی بی اینكه كشیده یا رانده شوند حركت می كنند ، پس حركت آنها باید طبیعی باشد و تصور اینكه دایره طبیعی است و بیضی چنین نیست امر آسانی بود . بدین ترتیب بسیاری از باورهای ذهنی عمیق می بایست منسوخ و مطرود گردد تا قانون اول كپلر بتواند مورد قبول واقع شود . قانون دوم مربوط به سرعت متغیر سیاره در نقاط مختلف مدار خویش است. بنابراین سیاره در نزدیك ترین فاصله ی خود به خورشید ، بیشترین سرعت را دارد و در دورترین فاصله ی خود از خورشید ، كمترین سرعت را . این نكته هم باز سبب حیرت می شد زیرا كه وقار و متانت سیاره مغایر این بود كه گاهی شتابان و گاهی خرامان راه برود ! قانون سوم از این لحاظ مهم بود كه حركت سیارات مختلف را نسبت به هم می سنجید . قانون سوم می گوید كه اگر r فاصله ی متوسط یك سیاره نسبت به خورشید و Tطول سال آن باشد . پس r^۳/T^۲ در مورد همه ی سیارات یك اندازه است . این قانون ( تا آنجا كه به منظومه ی شمسی مربوط می شود ) دلیل قانون جادبه ی نیوتن قرار گرفت.
● نتیجه: آنچه كه كپلر انجام داد، از جزئیات یعنی رصدهای موضعی، به كلیات یعنی مسیر حركت سیارات دست یافت. سه قانون كپلر از رویدادهای بسیار مهم علم است كه بطور كامل تقدس دایره ها را در هم شكست و نظریه كپرنیك را از حمایت موثری برخوردار كرد. این قوانین نشان داد كه اگر خورشید به عنوان مرجع در نظر گرفته شود، حركت سیارات را می توان به آسانی توصیف كرد. اما اشكال این قوانین آن بود كه صرفاً تجربی بود، یعنی فقط مسیر حركت مشاهده شده را بیان می كردند، بی آنكه هیچگونه تعبیر نظری در باره ی آنها به دست بدهند. یا در مورد منشاء این قواعد توضیح نمی داد. همزمان ارائه این قوانین توسط كپلر، واقعه ی بزرگی در شرف تكوین بود. گالیله در زمان ارائه این قوانین به حركت اجسام، آونگ، نور … می اندیشید و دست به آزمایشهای سرنوشت سازی می زد. بطور قطع این دو نفر در شكل گیری اندیشه های نیوتن نقش برجسته ای داشتند.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:29 AM
اتمسفر
atmosphere
فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/stars/article/atmosphere.gif
● تركیب اتمسفر : اتمسفر یا جو زمین، مخلوطی از گازهای مختلف است كه تا ارتفاع ۹۰ كیلومتری از سطح زمین ازت‌ـ اكسیژن‌‌ـ آرگون‌ـ دی‌اكسیدكربن‌ و بخار آب از نظر حجم ۹۹/۷۷ در صد آن را تشكیل می‌دهند. مشاهدات نشان می‌دهد كه تا ارتفاع ۵۰ كیلومتری نسبت اختلاط گازهای اتمسفری باستثناء بخار آب، به طور محسوس ثابت است. اتمسفر دارای جرمی برابر با ۱۰۱۴ ×۵/ ۶تن می‌باشد.
● تغییرات اتمسفر:
▪ تغییرات با ارتفاع : گازهای سبكتر (بویژه هیدروژن‌ـ هلیوم) اصولاً باید در اتمسفر فوقانی بسیار فراوان باشند. تغییرات اساسی وابسته به میزان دو گاز عمده غیر دائمی یعنی بخارآب و ازن می‌باشد. ▪ بخار آب : هوا‌ در بعضی نواحی تقریباً فاقد بخار آب و دربرخی نقاط تا ۴ درصد از نظر حجم خود دارای رطوبت است. ۹۰ درصد از بخار آب در پایین‌ترین قسمت اتمسفر حدود ۶ كیلومتری از سطح زمین قرار گرفته است. ▪ ازن : عمدتاً در ۱۵ تا ۳۵ كیلومتری از ضخامت اتمسفر، متمركز می‌شود. اشعه ماوراء بنفش كه لایه‌های فوقانی اتمسفر را منور می‌كند سبب تجزیه مولكول‌های اكسیژن در لایه‌های بین ۸۰ تا ۱۰۰ كیلومتر می‌گردد. ● تغییرات در ارتباط با فصل و عرض جغرافیایی : مقدار ازن در روی استوا كم و در عرض‌های فوق ۵۰ درجه شمالی بویژه در بهار بیشتر می‌شود. ازن ذخیره شده در طول «شب قطبی» سبب به وجود آمدن یك لایه غنی از آن در اوایل بهار می‌گردد. مقدار آب دقیقاً وابسته به حرارت است از این رو در عرض‌های پایین و تابستان‌ها بیشتر است ولی در بیابانهای مناطق حاره استثنا می‌باشد. ● تغییرات با زمان : كمیت‌هایی از دی‌اكسیدكربن و ازن در اتمسفر ممكن است مربوط به تغییرات در طی دوره‌ایی طولانی باشد. دی اكسیدكربن به طور عمده بوسیله كنش ارگانیزم‌های زنده در زمین و دریا وارد اتمسفر می‌شود. از منابع كوچك دیگر فساد عناصر اورگانیك در خاك و اشتعال سوخت‌های فسیل می‌باشند افزایش میزان دی‌اكسیدكربن سبب می‌شود كه اتمسفر به مقدار زیاد، انرژی حاصل از خورشید را بگیرد. اگر تغییراتی در اشعه ماوراء بنفش خورشید رخ دهد در ارتباط با آن تغییراتی نیز ممكن است در میزان ازن حاصل آید زیرا ازن هم تابش خورشید و هم تشعشع زمینی را جذب می‌كند. با توجه به پراكندگی دما، اتمسفر به لایه‌های زیر تقسیم می‌شود.: ۱) تروپوسفر : دارای ضخامتی حدود ۸ كیلومتر در قطب‌ها ۱۶ تا ۱۹ كیلومتر در مناطق استوایی است از خصوصیات عمده آن كاهش دما در جهت قائم تقریباً ۶ درجه سانتی‌گراد برای ۱۰۰۰ متر افزایش سرعت بادها با ارتفاع رطوبت قابل ملاحظه در سطوح پایین‌تر، و به طور كلی مجموعه پدیده‌های اتمسفری كه هوا نامیده می‌شود در این لایه قابل بررسی است. ۲) تروپوپوز : مرز انتقال خصوصیات اتمسفری را در مقیاس بزرگی از تلاطم و اختلاط را تشكیل می‌دهد. این لایه كم‌ژرفا در منطقه استوا نسبتاً مشخص شده است این مرز فوقانی تروپوسفر نسبت به فصول سال تغییر می‌كند. ۳) استراتوسفر : دومین لایه بزرگ اتمسفر كه بالای تروپوسفر و پایین مزوسفر قرار دارد. استراتوسفر نامیده می شود. افزایش تدریجی دما از ویژگی آن است یكی دیگر از ویژگی‌های استراتوسفر میزان نسبتاً زیاد گاز ازن به خصوص در اطراف لایه استراتوپوز است كه ضخامتی حدود ۱۶ تا ۳۰ كیلومتر در این لایه را تشكیل می‌دهد. و از نظر جلوگیری از اثرات مرگبار تابش‌های شدید ماوراء بنفش، وجود ازن بسیار موثر است. از طرف دیگر گاز ازن توأم با دی‌اكسیدكربن اثر بسزائی در پراكندگی عمودی دما دارد. ۴) استراتوپوز : این لایه از ارتفاع حدود ۵۰ كیلومتری شروع شده و منطقه انتقالی بین استراتوسفر و مزوسفر را تشكیل می‌دهد. ۵) مزوسفر : در این لایه درجه حرارت به سرعت كاهش می‌یابد بطوریكه در ارتفاع ۸۰ كیلومتری میزان آن به حدود ۹۰- درجه سانتی‌گراد می‌رسد. فشار هوا در مزوسفر بسیار پایین است و میزان آن از یك میلی‌ بار در ارتفاع ۵۰ كیلومتری به ۱ درصد در ۹۰ كیلومتری كاهش می‌یابد. ۶) مزوپوز : منطقه فوق مزوسفر در ارتفاع ۸۰ كیلومتری به وسیله حداقل دما، و وارونگی پس از آن مشخص می‌شود. این منطقه انتقالی بین مزوسفر و ترموسفر را مزوپوز می‌گویند. ۷) ترموسفر : فاقد مرز فوقانی معین است. اصطلاح ترموسفر به سبب دمای فوق‌العاده زیاد ترمودینامیك، به این لایه داده شده است كه این میزان ممكن است به ۱۵۰۰ درجه كلوین برسد جلوه سرخی شفق یكی از پدیده‌های ترموسفر پایینی است قسمت پایینی ترموسفر به طور عمده مركب از ازت (N) و اكسیژن O۲ به صورت مولكولی اتمی (O) است در حالیكه در فوق كیلومتری اكسیژن به ازت غلبه می‌كند. دمای زیاد در این لایه مدیون جذب تشعشع ماوراء بنفش بوسیله اكسیژن اتمی . ۸) یونسفر : بخشی از اتمسفر زمین است كه از حدود فوق ۶۰ كیلومتری به سبب یونیزاسیون، به صورت منطقه (تمركز یون‌ها و الكترون‌های) آزادی در می‌آید كه سبب انعكاس امواج رادیویی می‌شود. از طرف دیگر فجرهای قطبی شمالی و جنوبی نیز بوسیله نفوذ ذرات یونیزه، در درون اتمسفر از ۳۰ تا ۸۰ كیلومتری به ویژه در مناطق حدود ۲۰ تا ۲۵ درجه از قطب‌های مغناطیسی مشاهده می‌شوند. این لایه فاقد گازهای سنگینی نظیر بخارآب‌ـ اكسیژن‌ و ازت حالت مولكولی است.در این لایه ناوه‌های كم‌ژرفا به صورت لایه‌های یونسفری E و F۱ و F۲ طبقه‌بندی می‌شوند.كه به ترتیب در حدود ۱۱۰-۱۶۰- و ۳۰۰ كیلومتری قرار دارند. انعكاسات رادیویی بعضاً در سطوحی به ارتفاع ۶۵ تا ۸۰ كیلومتری رخ می‌دهد كه بنام لایه D نامیده می‌شود.این لایه با حداكثر از تمركز یونیزاسیون مشخص می‌شود. لایه‌های E و F۱ تقریباً منظم و در میزان‌های حداكثر خود از نظر یون و چگالی الكترون‌ها، دارای تغییرات منظم روزانه‌ـ فصلی و چرخه لك‌های خورشیدی می‌باشند. لایه F۲ در ارتباط با كشنده‌های خورشیدی‌ـ قمری و اثر میدان مغناطیسی زمین، آنومالی‌های بسیاری را نشان می‌دهد. تغییرات كوتاه مدت از پراكندگی و تمركز در این لایه، دقیقاً وابسته به طوفان‌های مغناطیسی است كه بنام طوفان‌های یونسفری نامیده می‌شود. ۹- اگزوسفر : در ارتفاع بیش از ۳۰۰ كیلومتری از زمین و در ورای یونسفر منطقه‌ایی كه جاذبه زمین نیروی چندانی ندارد. لایه‌ای از گازها وجود دارد كه بنام اگزوسفر نامیده می‌شود. در اینجا اتمهای اكسیژن و هلیوم اتمسفر رقیقی را تشكیل می‌دهند. هلیوم خنثی و اتم های هیدروژن كه دارای وزن‌های اتمی پایینی هستند می‌توانند فرار كنند. هیدروژن با تجزیه بخار آب و متان از نزدیكی مزوپوز جایگزین می‌شود. در حالی كه هلیوم به طریق عمل پرتوهای كیهانی در ازت و از شكستن عناصر پرتوزا در پوسته سطحی زمین به طور آرام ولی مداوم تولید می‌شود. با توجه به تغییرات و پراكندگی دما اتمسفر به لایه‌های زیر تقسیم می‌شود: ۱) تغییرات با ارتفاع : گازهای سبكتر (بویژه هیدروژن‌ـ هلیوم) اصولاً باید در اتمسفر فوقانی بسیار فراوان باشند. تغییرات اساسی وابسته به میزان دو گاز عمده غیر دائمی یعنی بخارآب و ازن می‌باشد. ▪ بخار آب : هوا‌ در بعضی نواحی تقریباً فاقد بخار آب و دربرخی نقاط تا ۴ درصد از نظر حجم خود دارای رطوبت است. ۹۰ درصد از بخار آب در پایین‌ترین قسمت اتمسفر حدود ۶ كیلومتری از سطح زمین قرار گرفته است. ازن : عمدتاً در ۱۵ تا ۳۵ كیلومتری از ضخامت اتمسفر، متمركز می‌شود. اشعه ماوراء بنفش كه لایه‌های فوقانی اتمسفر را منور می‌كند سبب تجزیه مولكول‌های اكسیژن در لایه‌های بین ۸۰ تا ۱۰۰ كیلومتر می‌گردد. ۲) تغییرات در ارتباط با فصل و عرض جغرافیایی : مقدار ازن در روی استوا كم و در عرض‌های فوق ۵۰ درجه شمالی بویژه در بهار بیشتر می‌شود. ازن ذخیره شده در طول «شب قطبی» سبب به وجود آمدن یك لایه غنی از آن در اوایل بهار می‌گردد. مقدار آب دقیقاً وابسته به حرارت است از این رو در عرض‌های پایین و تابستان‌ها بیشتر است ولی در بیابانهای مناطق حاره استثنا می‌باشد. ۳) تغییرات با زمان : كمیت‌هایی از دی‌اكسیدكربن و ازن در اتمسفر ممكن است مربوط به تغییرات در طی دوره‌ایی طولانی باشد. دی اكسیدكربن به طور عمده بوسیله كنش ارگانیزم‌های زنده در زمین و دریا وارد اتمسفر می‌شود. از منابع كوچك دیگر فساد عناصر اورگانیك در خاك و اشتعال سوخت‌های فسیل می‌باشند افزایش میزان دی‌اكسیدكربن سبب می‌شود كه اتمسفر به مقدار زیاد، انرژی حاصل از خورشید را بگیرد. اگر تغییراتی در اشعه ماوراء بنفش خورشید رخ دهد در ارتباط با آن تغییراتی نیز ممكن است در میزان ازن حاصل آید زیرا ازن هم تابش خورشید و هم تشعشع زمینی را جذب می‌كند. ▪ تروپوسفر : دارای ضخامتی حدود ۸ كیلومتر در قطب‌ها ۱۶ تا ۱۹ كیلومتر در مناطق استوایی است از خصوصیات عمده آن كاهش دما در جهت قائم تقریباً ۶ درجه سانتی‌گراد برای ۱۰۰۰ متر افزایش سرعت بادها با ارتفاع رطوبت قابل ملاحظه در سطوح پایین‌تر، و به طور كلی مجموعه پدیده‌های اتمسفری كه هوا نامیده می‌شود در این لایه قابل بررسی است. ▪ تروپوپوز : مرز انتقال خصوصیات اتمسفری را در مقیاس بزرگی از تلاطم و اختلاط را تشكیل می‌دهد. این لایه كم‌ژرفا در منطقه استوا نسبتاً مشخص شده است این مرز فوقانی تروپوسفر نسبت به فصول سال تغییر می‌كند. ▪ استراتوسفر : دومین لایه بزرگ اتمسفر كه بالای تروپوسفر و پایین مزوسفر قرار دارد. استراتوسفر نامیده می شود. افزایش تدریجی دما از ویژگی آن است یكی دیگر از ویژگی‌های استراتوسفر میزان نسبتاً زیاد گاز ازن به خصوص در اطراف لایه استراتوپوز است كه ضخامتی حدود ۱۶ تا ۳۰ كیلومتر در این لایه را تشكیل می‌دهد. و از نظر جلوگیری از اثرات مرگبار تابش‌های شدید ماوراء بنفش، وجود ازن بسیار موثر است. از طرف دیگر گاز ازن توأم با دی‌اكسیدكربن اثر بسزائی در پراكندگی عمودی دما دارد. ▪ استراتوپوز : این لایه از ارتفاع حدود ۵۰ كیلومتری شروع شده و منطقه انتقالی بین استراتوسفر و مزوسفر را تشكیل می‌دهد. ▪ مزوسفر : در این لایه درجه حرارت به سرعت كاهش می‌یابد بطوریكه در ارتفاع ۸۰ كیلومتری میزان آن به حدود ۹۰- درجه سانتی‌گراد می‌رسد. فشار هوا در مزوسفر بسیار پایین است و میزان آن از یك میلی‌ بار در ارتفاع ۵۰ كیلومتری به ۱ درصد در ۹۰ كیلومتری كاهش می‌یابد. ▪ مزوپوز : منطقه فوق مزوسفر در ارتفاع ۸۰ كیلومتری به وسیله حداقل دما، و وارونگی پس از آن مشخص می‌شود. این منطقه انتقالی بین مزوسفر و ترموسفر را مزوپوز می‌گویند. ▪ ترموسفر : فاقد مرز فوقانی معین است. اصطلاح ترموسفر به سبب دمای فوق‌العاده زیاد ترمودینامیك، به این لایه داده شده است كه این میزان ممكن است به ۱۵۰۰ درجه كلوین برسد جلوه سرخی شفق یكی از پدیده‌های ترموسفر پایینی است قسمت پایینی ترموسفر به طور عمده مركب از ازت (N) و اكسیژن O۲ به صورت مولكولی اتمی (O) است در حالیكه در فوق كیلومتری اكسیژن به ازت غلبه می‌كند. دمای زیاد در این لایه مدیون جذب تشعشع ماوراء بنفش بوسیله اكسیژن اتمی ▪ یونسفر : بخشی از اتمسفر زمین است كه از حدود فوق ۶۰ كیلومتری به سبب یونیزاسیون، به صورت منطقه (تمركز یون‌ها و الكترون‌های) آزادی در می‌آید كه سبب انعكاس امواج رادیویی می‌شود. از طرف دیگر فجرهای قطبی شمالی و جنوبی نیز بوسیله نفوذ ذرات یونیزه، در درون اتمسفر از ۳۰ تا ۸۰ كیلومتری به ویژه در مناطق حدود ۲۰ تا ۲۵ درجه از قطب‌های مغناطیسی مشاهده می‌شوند. این لایه فاقد گازهای سنگینی نظیر بخارآب‌ـ اكسیژن‌ و ازت حالت مولكولی است. در این لایه ناوه‌های كم‌ژرفا به صورت لایه‌های یونسفری E و F۱ و F۲ طبقه‌بندی می‌شوند.كه به ترتیب در حدود ۱۱۰-۱۶۰- و ۳۰۰ كیلومتری قرار دارند. انعكاسات رادیویی بعضاً در سطوحی به ارتفاع ۶۵ تا ۸۰ كیلومتری رخ می‌دهد كه بنام لایه D نامیده می‌شود.این لایه با حداكثر از تمركز یونیزاسیون مشخص می‌شود. لایه‌های E و F۱ تقریباً منظم و در میزان‌های حداكثر خود از نظر یون و چگالی الكترون‌ها، دارای تغییرات منظم روزانه‌ـ فصلی و چرخه لك‌های خورشیدی می‌باشند. لایه F۲ در ارتباط با كشنده‌های خورشیدی‌ـ قمری و اثر میدان مغناطیسی زمین، آنومالی‌های بسیاری را نشان می‌دهد. تغییرات كوتاه مدت از پراكندگی و تمركز در این لایه، دقیقاً وابسته به طوفان‌های مغناطیسی است كه بنام طوفان‌های یونسفری نامیده می‌شود. ▪ اگزوسفر : در ارتفاع بیش از ۳۰۰ كیلومتری از زمین و در ورای یونسفر منطقه‌ایی كه جاذبه زمین نیروی چندانی ندارد. لایه‌ای از گازها وجود دارد كه بنام اگزوسفر نامیده می‌شود. در اینجا اتمهای اكسیژن و هلیوم اتمسفر رقیقی را تشكیل می‌دهند. هلیوم خنثی و اتم های هیدروژن كه دارای وزن‌های اتمی پایینی هستند می‌توانند فرار كنند. هیدروژن با تجزیه بخار آب و متان از نزدیكی مزوپوز جایگزین می‌شود. در حالی كه هلیوم به طریق عمل پرتوهای كیهانی در ازت و از شكستن عناصر پرتوزا در پوسته سطحی زمین به طور آرام ولی مداوم تولید می‌شود.
● گرم شدن اتمسفر : بطور كلی اتمسفر كره زمین تمام گرمای طبیعی خود را به طور مستقیم و یا غیرمستقیم از خورشید دریافت می‌كند. این امر به طرق زیر صورت می‌پذیرد: ۱) انرژی تابشی : انرژی تابشی دریافت شده از خورشید، گستره‌ای از طول موج‌ها است كه بنام طیف خورشیدی معروف است. در این طیف وسیع بلندترین امواج (امواج رادیویی) حدود ۱۰n برابر امواج كوتاه (اشعه گاما) می‌باشد ولی حداكثر انرژی و مقدار زیادی از كل انرژی تابش در محدوده كم عرض قسمت مرئی واقع است. امواج مرئی خورشیدی از درون گازهای اتمسفر عبور می‌كنند ولی اشعه ماورای بنفش با طول موج كوتاه، در اتمسفر فوقانی جذب می‌گردد. مقداری از اشعه مادون‌قرمز توسط دی‌‌اكسیدكربن و بخار آب اتمسفر تحتانی جذب می‌شود. اما بیشتر انرژی خورشیدی بدون اینكه توسط هوا جذب شود. به زمین می‌رسد. گرما قسمت اعظمی از اتمسفر در وهله اول بوسیله سطح زیرین آن، پس از گرم شدن توسط تابش خورشیدی تأمین می‌شود. سه طریقه انتقال گرما (تابش‌ـ رسانش‌ـ همرفت) به همراه گرمای نهان تبخیر در هم آمیخته اتمسفر را گرم می‌كنند. ۲) تشعشع زمین : سطح زمین با جذب نورخورشیدی، به نوبه خود گرم می‌شود. مواد گرم ساطع كننده انرژی هسته و طول موج این تابش به درجه حرارت جسمی كه انرژی تابشی از دست می‌‌دهد بستگی دارد. زمین نورمرئی را به اشعه مادون‌قرمز با طول موج بلندتر تبدیل می‌كند بخار ‌آب و تا حدی كمتر دی‌اكسیدكربن، اشعه مادون قرمز را جذب می‌كنند. قطرات مایع آب موجود در ابرها نیز یك جاذب خیلی قوی اشعه مادون قرمز هستند و در نتیجه شب‌های ابری همیشه گرمتر از شب‌های صاف است. ۳) انتقال آشفته : دومین طریقه مهم گرم شدن اتمسفر، انتقال انرژی بوسیله هدایت مستقیم، گرما از سطح زمین به اتمسفر با تماس مستقیم با آن است هوا یك هادی خیلی ضعیف انرژی گرمایی است چرا كه فقط پایین‌ترین قسمت اتمسفر بوسیله آن گرم می‌شود. اما به محض گرم شدن، هوا گسترش یافته، صعود می‌كند و از طریق همرفت گرمایی هدایت شده را به سطوح بالا انتقال می‌دهد تركیب اعمال هدایت و همرفت در گرم كردن هوا را معمولاً تبادل گرمایی آشفته می‌نامند. ۴) گرمای نهان : هنگامی كه آب بخار شده از حالت مایع خارج می‌گردد. ۵۴۰ تا ۶۰۰ كالری توسط هر گرم آب تبدیل شده به بخار جذب می‌شود. هیچ مقداری از این گرما در تغییر دما دخالت ندارد. بلكه صرفاً برای تأمین انرژی لازم مولكول‌های آب جهت خارج شدن از حالت مایع به گاز می باشد (تنها یك كالری لازم است كه دمای یك گرم آب را یك درجه سانتی‌گراد بالا ببرد) ۵۴۰ تا ۶۰۰ كالری كه برای تبدیل یك گرم آب به گاز لازم است بسیار زیاد می‌باشد. سرانجام بخار آب در فرآیند تراكم قطرات آب، ابرها را بوجود آورده و در نتیجه گرمای نهان خود را به صورت گرمای محسوس آزاد می‌كند. ۵) پدیده گلخانه : اتمسفر كره زمین همانند شیشه گلخانه، با جلوگیری از اتلاف انرژی برگشتی از سطح زمین، بخش اعظم انرژی تابش از خورشید را محبوس می‌كند زیرا جو زمین تقریباً شرایط شفافی را نسبت به تابش خورشیدی با امواج كوتاه دارد ولی در مقابل امواج طولانی تشعشع زمین تقریباً شرایط كدری را دارا می باشد در این بین بخار‌آب‌ـ ابرها و دی‌اكسیدكربن نقش بسیار عمده‌ایی در مقیاس وسیعی در درون اتمسفر جهت بازداشتن از خروج تشعشع زمین به عهده دارند این امر سرانجام شرایط پدیده‌ گلخانه‌ای را برای جو زمین بوجود آورده و سبب افزایش درجه حرارت آن می‌گردد. مهمترین عوامل در تغییر مقدار انرژی تابش كه به سطح زمین می‌رسد. ▪ انحراف محور گردش وضعی و گردش به دور خورشید : باعث می‌شود كه اشعه خورشید تحت زاویه‌ای كه با ایام سال و در نواحی مختلف متغیر است به زمین می‌رسد. ▪ ضخامت اتمسفر : كه محل عبور اشعه خورشید است انرژی خورشیدی كه وارد اتمسفر می‌شود در ارتفاع كم بیشتر از ارتفاعات زیاد، توسط هوا و ذرات خارجی موجود در جو تصفیه می‌شود ضعف نور خورشید به هنگام غروب را می‌توان با تابش آن در ظهر مقایسه كرد. ▪ ذرات خارجی از قبیل گردوغبار‌ـ ابر‌ـ در اتمنسفر با توجه به مكان و زمان دارای تغییرات مشخصی هستند. غبار روی قسمت‌های میانی اقیانوس حداقل و در صورتی كه اتمسفر شهرهای صنعتی حداكثر مقدار غبار را دارد و ذرات غبار و آب در تصفیه قسمت زیادی از انرژی خورشیدی بوسیله جذب‌‌ـ انعكاس‌ و پخش حائز اهمیت بسیارند. ▪ دوره تابش خورشیدی : در یك مكان بندرت می‌توان دید كه دوره تابش خورشیدی ثابت باشد. این امر خود سهم بسزائی در تغییر میزان انرژی ورودی از خورشید در دوره‌های مختلف سال و در نقاط مختلف كره زمین دارد. ▪ تركیبات سطح زمین : تنوع در تركیبات زمین سبب تفاوت‌های چشمگیری در مقدار انرژی جذب شده می‌گردد. ▪ اثرات نا برابر خشكی‌‌ها و آبها : عواملی مانند شفافیت آب‌ـ گرمای ویژه خیلی بیشتر از گرمای ویژه سنگ و سیال بودن آب، جریان آب و عمل تبخیر باعث گرم نامساوی خشكی و دریا می‌شود

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:29 AM
گرانش
gravity
: فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/orbites_gravity.png
کره زمین و دیگر کرات و سیارات تشکیل دهنده جهان ما همگی دارای نیرویی هستند که اشیاء را به سوی خود جذب می‌کنند این نیرو را گرانِش یا جاذبه می‌‌نامیم، که نیوتن آن را کشف کرد. از دیر باز همواره دو مسئله مورد توجه بود: تمایل اجسام به سقوط به طرف زمین هنگام رها شدن. حرکات سیارات،از جمله خورشید و ماه که در آن زمان سیاره بشمار می‌آمدند. در گذشته این دو موضوع را جدا از هم میدانستند.یکی از دستاوردهای بزرگ آیزاک نیوتن این بود که نتیجه گرفت: این دو موضوع در واقع امر واحدی هستند و از قوانین یکسانی پیروی می‌کنند. در سال ۱۶۶۵ ،پس از تعطیلی مدرسه به خاطر شیوع طاعون، نیوتن، که در آن زمان ۲۳ سال داشت،از کمبریج به لینکلن شایر رفت.او در حدود پنجاه سال بعد نوشت:....در همان سال (۱۶۶۵) این فکر به نظرم آمد که نیروی لازم برای نگه داشتن ماه در مدارش و نیروی گرانش در سطح زمین با تقریب خوبی با هم مشابهند. ویلیام استوکلی، یکی از دوستان جوان ایزاک نیوتن می‌‌نویسد، وقتی با آیزاک نیوتن زیر درختان سیب یک باغ مشغول صرف چای بوده است نیوتن به او گفته که ایده گرانش در یک چنین حایی به ذهنش خطور کرده است کره زمین و دیگر کرات و سیارات تشکیل دهنده جهان ما همگی دارای نیرویی هستند که اشیاء را به سوی خود جذب می‌کنند این نیرو را گرانِش یا جاذبه می‌‌نامیم، که نیوتن آن را کشف کرد. از دیر باز همواره دو مسئله مورد توجه بود: تمایل اجسام به سقوط به طرف زمین هنگام رها شدن. حرکات سیارات،از جمله خورشید و ماه که در آن زمان سیاره بشمار می‌آمدند. در گذشته این دو موضوع را جدا از هم میدانستند.یکی از دستاوردهای بزرگ آیزاک نیوتن این بود که نتیجه گرفت: این دو موضوع در واقع امر واحدی هستند و از قوانین یکسانی پیروی می‌کنند. در سال ۱۶۶۵ ،پس از تعطیلی مدرسه به خاطر شیوع طاعون، نیوتن، که در آن زمان ۲۳ سال داشت،از کمبریج به لینکلن شایر رفت.او در حدود پنجاه سال بعد نوشت:....در همان سال (۱۶۶۵) این فکر به نظرم آمد که نیروی لازم برای نگه داشتن ماه در مدارش و نیروی گرانش در سطح زمین با تقریب خوبی با هم مشابهند. ویلیام استوکلی، یکی از دوستان جوان ایزاک نیوتن می‌‌نویسد، وقتی با آیزاک نیوتن زیر درختان سیب یک باغ مشغول صرف چای بوده است نیوتن به او گفته که ایده گرانش در یک چنین حایی به ذهنش خطور کرده است. استوکس می‌‌نویسد:«او در حالی که نشسته و در فکر فرو رفته بود سقوط یک سیب توجهش را جلب می‌کند و به مفهوم گرانش پی می‌‌برد. پس از آن به تدریج خاصیت گرانش را در مورد حرکت زمین و اجسام سماوی به کار می‌‌برد........» البته باید گفت: اینکه سیب مذکور به سر آیزاک نیوتن خورده است یاخیرمعلوم نیست! آیزاک نیوتن تا سال ۱۶۷۸ ،یعنی تقریبا تا ۲۲ سال پس از درک مفهوم اساسی گرانش نتایج محاسبات خود را به طور کامل منتشر نکرد. در این سال دستاوردهایش را در کتاب مشهور اصول که از آثار بزرگ اوست منتشر کرد. از دلایلی که باعث می‌‌شد او نتایج خود را انتشار ندهد، می‌توان به دو دلیل اشاره :یکی شعاع زمین ،که برای انجام محاسبات لازم بود و آیزاک نیوتن آن را نمی‌دانست و دیگری، آیزاک نیوتن به طور کلی از انتشار نتایج کار خود ابا داشت زیرا مردی کمرو و درونگرا بود واز بحث و جدل نفرت داشت. راسل در مورد او می‌‌گوید:«اگر او با مخالفت‌هایی که گالیله با آن‌ها مواجه بود ،روبرو می‌‌شد، شاید هرگز حتی یک سطر هم منتشر نمی‌کرد. در واقع ،ادموند هالی(که ستاره دنباله دار هالی به نام اوست) باعث شد آیزاک نیوتن کتاب اصول را منتشر کند. آیزاک نیوتن در کتاب اصول از حد مسائل سیب-زمین فراتر می‌‌رود و قانون گرانش خود را به تمام اجسام تعمیم می‌دهد. گرانش را می‌توان در سه قلمرو مطالعه کرد: جاذبه بین دو جسم مانند دو سنگ و یا هر دو شیئ دیگر.اگر جه نیروی بین اجسام به روش‌های دقیق قابل اندازه گیری است ولی بسیار ضعیف تر از آن است که ما با حواس معمولی خود آن را درک کنیم. جاذبه زمین بر ما و اجسام اطراف ما که یک عامل تعیین کننده در زندگی ماست و فقط با اقدامات فوق العاده می‌توانیم از آن رهایی پیدا کنیم. مانند پرتاب فضاپیماهایی که باید از قید جاذبه زمین رها شوند. در مقیاس کیهانی یعنی در قلمرو منظومه خورشیدی و بر هم کنش سیاره‌ها و ستاره ها،گرانش نیروی غالب است. آیزاک نیوتن توانست حرکت سیارات در منظومه خورشیدی و حرکت در حال سقوط در نزدیکی سطح زمین را با یک مفهوم بیان کند.به این ترتیب مکانیک زمینی و مکانیک سماوی را که قبلا از هم جدا بودند در یک نظریه واحد با هم بیان کند. متن بالا گرانش از دیدگاه مکانیک کلاسیک است.از نظریه‌های دیگر می‌توان به نظریه گرانش اینشتین یا همان نسبیت عام و همچنین نظریه‌های کوانتومی اشاره کرد که در اکثر آنها (نظریه‌های کونتومی) عامل انتقال گرانش ذرات بوزونی بنام گرویتون (Graviton) هستند.
● قانون گرانش جهانی نیرویی که دو ذره به جرم‌های m۱ و m۲ و به فاصله r ازهم به یکدیگر وارد می‌کنند،نیروی جاذبه‌ای است که در امتداد خط واصل دو ذره اثر می‌کند و بزرگی آن برابر است با: F=Gm۱m۲/r^۲ G یک ثابت جهانی است و مقدار آن برای تمام زوج ذرات یکسان است. این،قانون گرانش جهانی آیزاک نیوتن است.برای اینکه این قانون را خوب درک کنیم بعضی خصوصیات آن را یادآور میشویم: ۱) اولا:نیروهای گرانش میان دو ذره، زوج نیروهای کنش-واکنش هستند.ذره اول نیرویی به ذره دوم وارد می‌کند که جهت آن به طرف ذره اول «جاذبه)و در امتداد خطی است که دو ذره را به هم وصل می‌کند.به همین ترتیب ذره دوم نیز نیرویی به ذره اول وارد می‌کند که جهت آن به طرف ذره دوم(جاذبه) و در متداد خط واصل دو ذره است.بزرگی این نیروها مساوی ولی جهت آنها خلاف یکدیگر است. ۲) ثانیا:ثابت جهانی G را نباید با g ،که شتاب ناشی از جاذبه گرانشی زمین روی یک جسم است اشتباه کرد.ثابت G دارای بعد و یک کمیت نرده ایست(عددثابتی است)،در حالی که g با بعد LT-۲ یک کمیت برداری است، که نه جهانی است و نه ثابت(در نقاط مختلف زمین بسته به فاصله تا مرکز زمین تغییر می‌کند با انجام آزمایشات دقیق می‌‌توان مقدار G را بدست آورد.این کار را برای اولین بار لردکاوندیش در سال ۱۷۹۸ انجام داد .در حال حاضر مقدار پذیرفته شده برای G برابر است با G =۶.۶۷۲۶×۱۰-۱۱ نیروی گرانش بزرگی که زمین به تمام اجسام نزدیک به سطحش وارد می‌کند،ناشی از جرم فوق العاده زیاد آن است.در واقع ،جرم زمین را می‌توان با استفاده از قانون گرانش جهانی آیزاک نیوتن و مقدار محاسبه شده G در آزمایش کاوندیش تعیین کرد.به همین دلیل کاوندیش را نخستین کسی می‌دانند که زمین را وزن کرده است!.جرم زمین راMe و جرم جسمی واقع بر سطح آن را m می‌‌کیریم.داریم: F =GmMe/Re^۲ & F =mg mg =GmMe / Re^۲ →Me =g Re^۲/G: بنابراین که Re شعاع زمین یا همان فاصله دو جسم از یکدیگر است.زیرا جرم زمین را در مرکز آن فرض میکنیم.بنا بر این: M=۹.۸*(۶.۳۷*۱۰۶)۲/۶.۶۷*۱۰- ۱۱=۵.۹۷*۱۰۲۴kg تن ۲۱ ۱۰ * ۶.۶: یا
● میدان گرانش یک حقیقت اساسی درباره گرانش این است که دو جرم بر یکدیگر نیرو وارد می‌کنند.اگر بخواهیم می‌توانیم این موضوع را به صورت تأثیر«کنش) مستقیم میان دو ذره در نظر بگیریم.این دیدگاه را کنش از راه دور می‌‌نامند.یعنی ذرات از راه دور و بدون اینکه با هم تماس داشته باشند روی هم اثر میگذارند.دیدگاه دیگر استفاده از مفهوم میدان است،که بنا به آن یک ذره جرم دار فضای اطرافش را طوری تغییر می‌دهد که در آن میدان گرانشی ایجاد می‌کند.این میدان بر هر ذره جرم داری که در آن قرار گیرد یک نیروی جاذبه گرانشی وارد می‌کند. بنابراین در تصور ما از نیروهای میان ذرات جرم دار،میدان نقش واسطه ایفا می‌کند. در مثال جرم - زمین ،اگر جسمی را در مجاورت زمین قرار دهیم ،نیرویی بر آن وارد می‌شود،این نیرو در هر نقطه از فضای اطراف زمین دارای جهت و بزرگی مشخصی است. جهت این نیرو که در راستای شعاع زمین است، به طرف مرکز زمین و بزرگی آن برابر mg . بنابراین در هر نقطه در نزدیکی زمین می‌توان یک بردار g وابسته کرد. بردار g شتابی است که جسم رها شده در هر نقطه بدست می‌‌آورد و آن را شدت میدان گرانش در آن نقطه مینامند. چون g =F/mشدت میدان گرانش در هر نقطه را می‌توان به صورت نیروی گرانشی وارد بر یکای جرم در آن نقطه تعریف کنیم و!زن وجرم وزن جسمی روی زمین ۱۰ آیزاک نیوتن است. اگر این جسم را به فضا برده و بخواهیم به آن شتاب یک متر بر مجذور ثانیه بدهیم،چند آیزاک نیوتن نیرو باید وارد کنیم؟ یک؟ ده؟ صفر؟ در فضا نمی‌توان به جسمی شتاب داد!وزن هر جسم عبارت است از نیروی جاذبه‌ای که زمین به آن وارد می‌کند. وزن چون از نوع نیروست،کمیتی است برداری. جهت این بردار همان جهت نیروی گرانشی، یعنی به طرف مرکز زمین است. بزرگی وزن بر حسب یکای نیرو یعنی آیزاک نیوتن بیان می‌شود. وقتی جسمی به جرم m آزادانه «در خلا» سقوط می‌کند،شتاب آن برابر شتاب گرانش«g» ونیروی وارد بر آن «w» برابر وزن خودش است. اگر از ««قانون دوم نیوتن(F=ma)، برای جسمی که آزادانه سقوط می‌کند استفاده کنیم خواهیم داشت :w=mg . که w و g بردارهایی هستند که جهتشان متوجه مرکز زمین است. برای اینکه از سقوط جسمی جلوگیری کنیم باید نیرویی که بزرگی آن برابر بزرگی w و جهت آن به طرف بالاست به آن وارد کنیم، به گونه‌ای که برایند نیروهای وارد بر جسم صفر شود. وقتی جسمی از فنری آویزان است و به حال تعادل قرار دارد، کشش فنر این نیرو را تأمین می‌کند. گفتیم وزن هر جسم، یعنی نیرویی که زمین به طرف پایین بر جسم وارد می‌کند، یک کمیت برداری است. جرم جسم یک کمیت نرده‌ای است. رابطه میان وزن و جرم است. برابر ۷۸/۹ متر بر مجذور ثانیه است،۷۸/۹ آیزاک نیوتن وزن دارد. در نتیجه بر خلاف جرم که خاصیت ذاتی جسم است (و همیشه ثابت)،وزن یک جسم به محل آن نسبت به مرکز زمین بستگی دارد.در نقاط مختلف روی زمین ترازوهای فنری (نیروسنج‌ها)،مقادیر متفاوت و ترازوهای شاهین دار، مقادیر یکسانی را نشان می‌دهند.(زیرا نیروسنج وزن را نشان می‌دهد ولی ترازوی شاهین دار جرم را) در نواحیی از فضا که نیروی گرانش (نیرویی که از طرف زمین بر اجسام وارد می‌شود(همان وزن)) وجود ندارد،وزن یک جسم صفر است،در حالی که اثرهای لختی و در نتیجه جرم جسم نسبت به مقدار آن در روی زمین بدون تغییر می‌‌ماند. در یک سفینه فضایی بلند کردن یک قطعه سربی بزرگ کار ساده‌ای است(w=۰) ولی اگر فضانورد به این قطعه لگد بزند همچنان به پایش ضربه وارد می‌شود (زیرا mمخالف صفر است برای شتاب دادن به یک جسم در فضا ،همان اندازه نیرو لازم است که برای شتاب دادن آن در امتداد یک سطح افقی بدون اصطکاک در روی زمین.زیرا جرم جسم همه جا یکسان است. اما برای نگه داشتن یک جسم در سطح زمین، نیروی بسیار بیشتری از نیروی لازم برای نگه داشتن آن در فضا مورد نیاز است. زیرا در فضا وزن صفر است ولی در روی زمین چنین نیست.

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/gravity_1%281%29.jpg

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:30 AM
زیر ساخت مكانیك نیوتنی

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/newton__s_laws.jpg
● قبل از آنكه اندیشه ی آدمی شكوفا گردد و به بهره وری رسد، باید شرایط آن فراهم گردد. در جو اختناق آلود قرون وسطی چنین شرایطی فراهم نبود. به همین دلیل تولیدات فكری تقریباً به صفر رسید. برای رشد و پیشرفتهای علمی نخست باید زمینه ی فلسفی آن در جامعه فراهم باشد، به عبارت دیگر فلسفه های مورد قبول و حمایت جامعه بایستی پذیرای نظریه های جدید باشند تا جامعه شاهد شكوفایی اندیشه و تولیدات آن باشد. فلسفه توضیحی است برای بی نظمی طبیعی مجموعه ای از تجارب یا دانسته ها. بنابراین برای هر مجموعه ای از تجارب و فلسفه ای وجود دارد. هرچند ممكن است بدون توجه به فلسفه ی یك دانش، آن را آموخت و به كار برد، اما درك عمیق آن دانش بدون توجه به فلسفه اش امكان پذیر نیست. در واقع بر عهده ی فلسفه ی علم است كه حوزه ی فعالیتهای یك دانش از جمله فیزیك، اهداف و اعتبار گزاره های آن را تعیین كند و روش به دست آوردن نتایج را توضیح دهد. این فلسفه ی علم است كه نشان می دهد هدف علم، پاسخ به هر سئوالی نیست. علم تنها می تواند آنچه را كه متعلق به حوزه واقعیت های فیزیكی (آزمون های تجربی قابل سنجش) است، پاسخگو باشد. علم نمی تواند در مورد احكام ارزشی كه متعلق به حوزه اخلاق و پیامدهای یك عمل است، نظری ابراز دارد. در فیزیك هیچ فلسفه ای غایت اندیشه های فلسفی نیست و هرگاه فلسفه ی خاصی به چنین اعتباری برسد، با اندیشمندان و مردم آن خواهد شد كه در قرون وسطی شد. سیاه ترین دوران زندگی انسان زمانی بود كه فلسفه و فیزیك ارسطویی از حمایت دینی برخوردار و غایت فلسفه ی علوم طبیعی قلمداد شد. در قرون وسطی گزاره های علمی، زمانی معتبر بودند كه با گزاره های پذیرفته شده ی قبلی سازگار بودند. پس آزمون گزاره های جدید عملی بیهوده شمرده می شد و تنها سازگاری آنها با گزاره های قبلی كفایت می كرد. علاوه بر آن بانیان گزاره های ناسازگار با مجازات رو به رو می شدند. آتش زدن برونو و محاكمه ی گالیله به همین دلیل بود. بنابراین نتیجه ی آزمایشهای گالیله بیش و پیش از آنكه یك تلاش علمی باشد، یك حركت انقلابی برای سرنگونی یك نظام فكری و حكومتی بر اندیشه ی انسان بود . اندیشه ی روش استقرایی بعد از ترجمه ی آثار دانشمندان اسلامی بویژه ایرانیان به لاتین مورد توجه قرار گرفت. آزمایشهای گالیله با تدریس كارهای خواجه نصیرالدین طوسی و خیام توسط استادانی چون جان والیس در دانشگاه های اروپا همزمان بود. و همه اینها بعد از ترجمه ی آثار ابن هیثم به لاتین بود. فرانسیس بیكن فیلسوف انگلیسی برای اولین بار در كتاب خود با نام ارگانون جدید كه نام آن برگرفته از كتاب ارسطو با نام ارغنون است، روش های تحقیق را مورد بررسی قرار داد و جان استوارت میل نیز به دنبال او در كتاب منطق خود بحث درباره شیوه های تجربی را بسط داد. البته برخی بر این باورند كه سخن از استقرا و منطق عملی را اولین بار روگر بیكن، (در قرن سیزدهم میلادی) به كار برد. اما این گالیله بود كه عملاً با آزمایشهای خود روش استقرایی را بكار برد. گالیله تا جایی پیش رفت كه خواست سرعت نور را اندازه گیری كند. و این واقعاً یك انقلاب فكری بود كه برتری روش استقرایی را نسبت به روش قیاسی نشان داد. اندیشه اصلی استقراگرایی بر این مبناست كه علم از مشاهده آغاز می شود و مشاهدات به تعمیم ها و پیش بینی ها می رسد. حال اگر یك مورد پیدا شود كه با گزاره ی مورد قبول سازگار نباشد، گزاره ی فوق باطل می شود. تفسیر استقراگرایان از این ابطال این است كه استنتاجات علمی، هیچ گاه به یقین منتهی نمی شوند اما آنها بر این باورند كه اینگونه استنتاجات می توانند درجه بالایی از احتمال را به بار آورند. رایشنباخ می گوید : اصل استقرا داور ارزش نظریه ها در علوم است و حذف آن از علم به مثابه ی خلع علوم از مسند قضاوت در باره ی صدق و كذب نظریه های علمی است. بدون این اصل، علم به كدام دلیل میان نظریه های علمی و توصیف های شاعرانه فرق خواهد گذاشت؟ ولی دقیق تر این است كه اصل مجوز استقرا، معیار سنجش احتمالات خوانده شود.
●مقاومت جزم اندیشی در مقابل نوآوری هرچند سازمان تفتیش عقیده، كتاب كوپرنیك را كه مخالف با كتاب مقدس بود، ممنوع اعلام كرد، اما اندیشه های كوپرنیك اثر شایسته ی خود را در اذهان دگراندیشان بچا گذاشت. یكی از این اندیشمندان جردانو برونو بود. وی ریاضیدان، متفكر و فیلسوف ایتالیایی قرن شانزدهم بود كه هم استاد كالج دوفرانس پاریس بود وهم استاد دانشگاه اكسفورد در انگلستان بود. او می گفت : تمام حقایق دارای ذات واحد هستند و خدا با جهان یكی است. همچنین ، به عقیده او روح و ماده یكی هستند و هر جزئی از حقیقت از دو امر مادی و روحی تركیب یافته است كه تجزیه نمی شوند. بنابراین وظیفه ی فلسفه عبارت است از مشاهده وحدت در كثرت، روح در ماده و ماده در روح و همچنین: مقصود از فلسفه عبارتست از پیدا كردن تركیبی كه در آن تمام تضاد ها و تناقض ها باهم یكی شده اند و همچنان مقصود از فلسفه رسیدن به بالا ترین درجه ی معرفت وحدت كلی است كه مساوی است با عشق به خدا برونو، نظریه ی كوپرنیك را تایید می كرد. یعنی این كه : زمین به دور خورشید می گردد. نه خورشید به دور زمین . در كاینات خورشید ها و منظومه های شمسی دیگری وجود دارند. زمین یكی از اجزای سماوی است مانند میلیونها سیاره و ستاره دیگر. برونو از پژوش های كوپرنیك نتیجه های فلسفی نوین گرفت كه با آموزش های كلیسا ناسازگار بود. بنابراین از طرف دیوان یا دادگاه تفتیش عقاید "انگزیسیون " به عنوان مرتد به محاكمه خوانده شد. او هشت سال شكنجه و رنج زندان را با شكیبایی فراوانی سپری كرد ولی چون از عقاید خود دست نكشید، بالاخره محكمه ی تفتیش عقاید او را محكوم كرد كه با راحت ترین و سهل ترین طرق ممكن و بدون خونریزی كشته شود،یعنی زنده سوزانده شد. گفتنی است كه ماجرای نفرت انگیز، انگیزیسیون، چند قرن پیاپی ادامه داشت و اروپای مسیحی را به كشتار گاهی تبدیل كرد كه خلایق را گروه گروه به شكنجه گاه ها و سیاهچال ها و شعله های آتش و چوبه های دار می سپرد. چراكه پاپ اعظم در مورد مشروعیت اینهمه جنایات هولناك از جانب عیسای مسیح فتوای شرعی صادر كرده بود . جلوه دیگری كه شاید عیسای مسیح از آن بی خبر بود ولی به نام او و سبب رضا و خشنودی خدا انجام می گرفت . تنها در دادگاه تفتیش عقاید اسپانیا طبق آمار كلیسا ۳۱۹۱۲ تن زنده در آتش سوزانیده شدند اما گالیله (۱۶۴۲ - ۱۵۶۴م ) ریاضی دان و فیزیكدان ایتالیایی كه اختر شناس بنامی نیز بود و مخترع یكی از اولین دوربین های نجومی، ناگزیر شد در هفتاد ساله گی در برابر قضات و داوران انگیزیسیون زانو به زمین بزند، دست بر كتاب مقدس انجیل بگذارد و قسم بخورد كه از عقیده كفر آمیز خود صرف نظر و توبه كند. گالیله در ۳۶ سالگی یعنی در سال ۱۶۰۰ شاهد به آتش كشیده شدن برونو بود. شاید همین تجربه موجب شد كه توبه كند و از اندیشه های خود دست بردارد. گالیله اظهار داشته بود كه زمین ساكن نیست و به دور خورشید می چرخد، نه خورشید به دور زمین. گالیله به وسیله ی آن دوربینی كه اختراع كرده بود معلوم ساخت كه: كره ماه دارای كوههای متعدد است و همچنین كهكشان از ستاره گان كوچك تشكیل شده و نیز به جز ستاره گانی كه با چشم می بینیم ،ستاره گان بیشمار در آسمان وجود دارند و نیز چهار ماه (قمر ) از اقمار مشتری و لكه های خورشید را كه متحركند كشف كرد. گالیله تحت تاثیر فرضیه های ذیمقراطیس معتقد شد كه هرگونه تغییری در عالم و كاینات مبتنی بر ریاضی می باشند. طولی نكشید كه مطالعات گالیله بر مطالعات كپلر اضافه گشت و این عقیده پیدا شد كه فرضیه ی قدیم مبتنی بر مركزیت زمین نسبت به جهان مادی صحیح نیست و خورشید مركز منظومه ی شمسی است منطق اساسی كلیسا در رد فرضیه ی گالیله این بود كه در كتاب مقدس تصریح شده بود كه خدا اول زمین را ساخت و بعد خورشید و ماه را. ماجرای استغفار و توبه ی گالیله نقطه عطف مبارزه مذهب با كسانی بود كه می خواستند حقیقتی را در خارج از چهار چوب " متون مقدس" جستجو كنند كه طبیعتاً از دید كلیسا كفر مطلق به حساب می آمد. معروف است كه چون گالیله توبه كرده و از جا برخاست و بیرون رفت، كسانی كه در آنجا بودند دیدند كه او با انگشت در روی زمین نوشته است : با این همه زمین حركت می كند. اما در مورد نظریه گرانش نیوتن. اسحاق نیوتن در سال مرگ گالیله یعنی ۱۶۴۳ متولد شد. وی فیزیكدان، ریاضیدان و فیلسوف انگلیسی است كه در دانشگاه كمبریج تحصیل می كرد و قانون جهانی گرانش را كشف و قوانین اساسی میكانیك را تنظیم كرد. نیوتن به همان اندازه مورد خشم و مخالفت كلیسا قرار گرفت كه گالیله و برونو . چراكه در نظریه ی نیوتن توازن كاینات تابع قانون گرانش شناخته شده بود، در حالیكه این توازن در كتاب مقدس به خواست خداوند برپا بود، بدون هیچ قانونی . پس این نظریه نیز از جانب كلیسا تجلی تازه ای از گمراهی های شیطانی تلقی شد و فتوا دادند كه نیوتن عامل شیطان است و كافر و مرتد و لعین. اما نتوانستند به وی گزندی برسانند، زیرا نیوتن در انگلستان و مورد حمایت بود.

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/gravity_.gif
‌● علم و ایمان ▪ گالیله - عامل جدایی علم و دین می گویند گاوس، ریاضیدان بزرگ آلمانی وقتی خبر از مشاهده سیاره هشتم در منظومه شمسی داد، هگل، فیلسوف پرآوازه هموطنش، در اعتراض و تمسخر پاسخ داد چنین چیزی از محالات است. ساختار منظومه شمسی با هفت سیاره به كمال خود رسیده و وجود سیاره هشتم قابل تصور نیست! استیلمن دریك ، استاد ممتاز تاریخ علم در دانشگاه تورنتوی كانادا و نویسنده كتاب مشهور «زندگی نامه علمی گالیله» معتقد است از آنجا كه فلسفه به مثابه رویكردی به تبیین جهان، به لحاظ ترتیب زمانی میان دین و علم می نشیند، پس طبیعی است كه فلسفه در ابتدا دنباله رو دین و راهبر علم بوده باشد. دریك در بررسی این اپیزود تراژیك از سرگذشت علم، فرآیند استقلال فرزند معنوی فلسفه _ یعنی علم _ را در كانون تحلیل های خویش قرار می دهد. او گالیله را سرآغاز این زایش دردناك می داند. گالیلئو گالیله ای ( ۱۵۶۴ ــ ۱۹۴۲ ) بزرگ ترین فرزند خانواده بود و شش خواهر و برادر داشت. پدرش موسیقیدانی بااستعداد بود. گالیله تحصیلاتش را در مدرسه ای در فلورانس آغاز كرد و سپس به دانشگاه پیزا رفت. سال ها بعد در یادداشتی نوشت كه از همان ابتدای فراگیری فلسفه طبیعی ارسطو در اینكه سرعت سقوط اجسام واقعا متناسب با ابعاد آنها باشد، تردید داشته است. او دیده بود كه دانه های تگرگ با اندازه های بسیار متفاوت با آنكه همه سقوط را تقریبا از یك ارتفاع و همزمان آغاز كرده اند با هم به زمین می خورند. گالیله در جلساتی به اصول اقلیدس علاقه مند شد، در نتیجه به رغم خواست پدر برای اتمام دوره پزشكی، ریاضیات و فلسفه خواند و در سال ۱۵۸۵ بی آنكه درجه ای كسب كرده باشد دانشگاه را رها كرد. پس از ترك دانشگاه چند سالی به تدریس خصوصی ریاضیات پرداخت و در ۱۵۸۶ نخستین رساله علمی خود را درباره تعادل هیدروستاتیكی نوشت. در اواخر سال ۱۵۸۷ روش هوشمندانه و مفیدی برای تعیین مركز ثقل بعضی جامدات كشف كرد كه از ارشمیدس فراتر می رفت و آوازه گالیله را به خارج از ایتالیا می رساند. در سال ۱۵۸۸ آكادمی فلورانس از گالیله دعوت كرد تا درباره محل، ابعاد و طبقات جهنم، چنان كه در دوزخ دانته آمده بود، برای اعضای آكادمی سخنرانی كند. در سال ۱۵۸۹ به كرسی استادی ریاضیات دانشگاه پیزا دست یافت. گالیله تفاوت اساسی رهیافت ارسطویی با روش خودش را در آخرین كتابش چنین توضیح داده است: ارسطو می گوید كه گلوله ای به وزن صد پوند كه از ارتفاع صد زراع رها شده باشد قبل از اینكه گلوله ای یك پوندی به اندازه یك زراع سقوط كند به زمین می رسد. من می گویم كه هر دو گلوله همزمان به زمین می رسند. شما اگر آزمایش كنید خواهید دید كه گلوله بزرگ تر در انتهای مسیر فقط دو بند انگشت از گلوله كوچك تر جلو افتاده است. حالا شما می خواهید نود و نه زراع ارسطو را پشت این دو بند انگشت پنهان كنید. دشمنان نوآوری حتی كوچك ترین اشتباه مرا به خطای كبیره تعبیر می كنند، چنان كه گویی آدمی بهتر است هم رنگ جماعت به خطا برود تا آنكه یك تنه راه استدلال درست را بپیماید. در قبال نظریه كپرنیك به نقل از یكی از دوستانش می گوید: انجیل به ما می گوید كه چگونه به سوی عرش اعلی حركت كنیم نه آنكه عرش اعلی خود چگونه حركت می كند. گالیله یك پرگار هندسی و نظامی اختراع كرد كه در حل یك مسئله عملی توپخانه كاربرد داشت و بعدها از آن در حل تقریبی تمام مسائل ریاضی عملی قابل تصور در آن زمان استفاده شد. یك دستگاه گرمان ها نیز ساخت كه در پزشكی به كار برده شد. در سال ۱۶۰۳ گالیله چندین مسئله حركت روی سطوح شیبدار را حل كرد و به بررسی شتاب پرداخت. در ۱۶۰۴ روشی ابداع كرد تا بتواند آهنگ تغییر مسافت را در حركت شتابدار عملا اندازه بگیرد. از زمان قدیس آكویناس تا گالیله در حدود ۴ قرن دانایی در اروپا زیر سایه ارسطو بود. اگر كسی می خواست بداند، راهش این بود كه كتاب های ارسطو را به دقت بخواند، تفسیرهایی را كه بر آثار ارسطو نوشته شده بود مطالعه كند تا منظور او را در بندهای دشوار بفهمد. فلسفه و دانش یكی بودند. ارسطو در آثار متعددی به فلسفه طبیعی (فیزیك) پرداخته، اما اصول علوم فیزیكی را در كتاب، مابعد الطبیعه (متافیزیك) بیان كرده بود. هدف اصلی فلسفه ارسطو تعمق در علل پدیده ها و پی بردن به منظور غایی از همه رویدادهای طبیعت است. انواع علت ها عبارتند از ماده، صورت، فاعل و غایب. در كیهان شناسی ارسطو بر آن بود كه ورای عناصر در بعد كه تغییرپذیرند، جوهر پنجمی هست كه تغییرناپذیر است. كیهان شناسی ارسطویی در مقابل نجوم بطلمیوسی تاب آورد و دچار تغییری نشد اما در مواجهه با نجوم كپرنیكی- كه خود زمین را در حركت می دانست- نتوانست دوام بیاورد. سپس در تاریخ فرهنگ اروپا سه متفكر سرشناس ظهور كردند كه فلسفه طبیعی ارسطو را بی حاصل اعلام كردند؛ فرانسیس بیكن در انگلستان، گالیله در ایتالیا و رنه دكارت در فرانسه. ارسطو دانش را به علمی و عملی یا اپیستمه و تخنه تقسیم می كرد. انقلاب علمی به طور عمده عبارت بود از زدودن این وجوه تمایز و پیوند میان آنها، در واقع جست وجوی قوانین به جای جست وجوی علت ها. گالیله درباره آینده فلسفه نوشته است: خود فلسفه به یقین از مجادلات ما منتفع خواهد شد، زیرا اگر معلوم شود تصورات ما درست بوده اند، موفقیت های جدیدی حاصل خواهد شد و اگر غلط باشند، ابطال آنها به معنی تأیید بیشتری بر نظریه های قبلی است. پس نگرانی خود را برای بعضی فلاسفه نگه دارید؛ به كمكشان بیایید و از آن دفاع كنید. و اما علم، هیچ راهی جز پیشرفت ندارد. گالیله هم مانند بیكن و دكارت در آرزوی فلسفه جدیدی بود كه بتواند جای سخن پردازی های مكتب ارسطو را بگیرد، اما برخلاف آن دو این نوع فلسفه در نظر او متعلق به آینده ای دور بود. نخستین نشانه های علم در قرن شانزدهم بیرون از دانشگاه ها ظاهر شد. فلسفه طبیعت از پیش به شدت سازمان یافته و كامل بود و هر تغییری در آن به تغییر ما بعدالطبیعه می انجامید و بر باقی فلسفه تأثیر می گذاشت. به این ترتیب علم اصولا اگر قرار بود پیشرفتی حاصل كند بایستی مستقل از فلسفه پیش می رفت. در اكتبر ۱۶۰۴ یك ابرنواختر در آسمان شب پدیدار شد. بنابه اصول بنیادی ارسطو وقوع هیچ تغییری در آسمان هرگز ممكن نبود، چون همه چیز های آن از ماده تغییر ناپذیری به نام اتر ساخته شده است. گالیله سه سخنرانی عمومی درباره ستاره جدید برگزار كرد و نشان داد كه جای این ستاره باید در آسمان باشد. یعنی كه ارسطو به كلی در اشتباه بوده است. امروزه فهمیدنش سخت است كه روزگاری اگر یك ریاضیدان محض می توانست ثابت كند كه آسمان واقعا تغییر می كند چه تیشه ای به ریشه فلسفه طبیعی زده بود! كرمونینی به نمایندگی از طرف فلاسفه اعلام كرد كه قواعد معمولی اندازه گیری در روی زمین را نمی شود در مورد فواصل بسیار دور به كار برد. گالیله در پاسخ گفت برای ریاضیدان فرقی نمی كند كه چیزی كه مشاهده می شود جوهر پنجم باشد یا پوره سیب زمینی، چون ماهیت این چیز را فاصله اش تغییر نمی دهد. در سال ۱۶۰۹ ابزاری در هلند اختراع شد كه اجسام دور دست را نزدیك نشان می داد. گالیله سرانجام توانست تلسكوپی بسازد كه اجسام را بیست بار جلوتر می آورد. در حالیكه فیلسوفان طبیعت افلاك را بی نقص می دانستند و بر كرویت كامل اجرام آسمانی اصرار داشتند، گالیله در شب هایی كه آسمان صاف بود چیزهایی در ماه دید كه آنها را به درستی كوه ها و گودال های آتشفشانی تعبیر كرد. یك سال بعد نیز چهار قمر كشف كرد كه به دور مشتری می گشتند و این ناقض تصور فیلسوفان طبیعت بود كه می گفتند زمین مركز تمام حركات آسمانی است. در رم پدركلاویوس اظهار كرد كه به عقیده او همه چیز های جدیدی كه دیده شده اند در عدسی ها بودند نه در آسمان. دلیلی ندارد چیزی كه در شیشه های خمیده دیده می شود در جایی جز در خود آن عدسی ها وجود داشته باشد. چون اگر عدسی ها را از مقابل چشم برداریم آن چیز هم ناپدید می شود. اما كرمونینی هرگز نپذیرفت كه با تلسكوپ به آسمان نگاه كند. از نتایج آزمایش های اپتیك گالیله معلوم می شد كه اگر ماه كره كامل باشد بازتاب نور خورشید از آن را فقط به صورت یك نقطه روشن می دیدیم. گالیله كوه هایی را در ماه اندازه گرفته بود كه ارتفاعشان به چهار مایل هم می رسید. اما فلاسفه دینی برای آن كه برسر حرف خود مبنی بر كرویت و هموار بودن سطح ماه بمانند اظهار كرده بودند كه سطح ماه پوشیده از بلور شفافی است كه گالیله كوه ها را در زیر آن دیده و به غلط گمان كرده است كه روی آنند. بدین ترتیب روش گالیله در شكل گیری فیزیك امروزی اهمیت اساسی داشت و همانی بود كه موجب شد علم و دین سرانجام راه هایشان را از هم جدا كنند. گالیله تحقیقات خود را ادامه داد و رساله ای تحقیقی نوشت كه در آن به این نتیجه رسیده بود كه كهكشان راه شیری متشكل از بسیاری ستاره است كه زمین نیز در آن مجموعه قرار دارد. تا این جای این كشف مشكل شرعی برای كلیسا وجود نداشت چون هنوز نظر اصلی این بود كه زمین مركز دنیاست و همه ستاره ها دور زمین می گردند و به همین لحاظ محبوبیت گالیله در سراسر اروپا گسترش یافت بدون اینكه كلیسا با او دشمن باشد. در ۱۶۱۱ گالیله به رم رفت و نتیجه تحقیقات او مورد تایید قرار گرفت و از او تقدیر شد. در همان زمان گالیله با كاردینال مافیو باربرینی آشنا شد كه در پرونده گالیله از حامیان اصلی او بود. در همان جلسه و در میهمانی شامی كه به افتخار گالیله برپا شده بود یكی از نجیب زادگان از نظریات گالیله و تعالیم انجیل و كلیسای كاتولیك پرسید و گالیله در جواب گفت: شاید انجیل بگوید كه انسان چگونه به بهشت می رود، اما جوابی ندارد كه بگوید بهشت به كجا می رود. همین مسئله و صحبت هایی كه از او در بیرون درز كرد باعث شد تا گالیله با كلیسا سرشاخ شود. در جلسه دادگاه كه به جرم ارتداد برگزار شده بود، گالیله پس از درخواست بخشش با پای خود بر زمین زد و گفت: اما من می دانم كه تو می چرخی! دو باره گالیله به رم احضار شد تا درباره نظریات كوپرنیك صحبت كند و به دادگاه پاسخگو باشد. جرم بزرگ او به دو اتهام بازمی گشت:
●زمین به دور خورشید می گردد و اینكه زمین دور خود نیز می چرخد. هر دو مخالف با گفته كلیسا بود. باربرینی در همان زمان به مقام پاپ رسید و گالیله پیش او می رفت و با او از كشفیات خود سخن می گفت بدون اینكه كوچك ترین اشاره ای به مطالعات و نظریات كوپرنیك داشته باشد. در همان زمان و در نتیجه كار كمیته تحقیق كلیسا گالیله از نوشتن درباره یافته های علمی خود ممنوع شد. در ۱۶۳۳ او را به رم فراخواندند تا در دادگاه نهایی خود شركت كند. در ابتدای محكمه به او گفتند كه تا آخر عمر حق تدریس ندارد اما گالیله دو نامه از دوستان كشیش خود داشت كه با نظریات او موافق بودند. از آنجایی كه هر دو كشیش از دنیا رفته بودند دادگاه نامه ها را فاقد اعتبار دانست. نتیجه نهایی دادگاه این بود كه گالیله به حبس ابد محكوم شده و روانه زندان شود. پس از آن گالیله یك دور شكنجه شد تا مامورین تحقیق مطمئن شوند كه او حرف خود را درباره حركت زمین به دور خورشید و چرخش زمین را پس گرفته است. به دلیل كهولت سن او را به زندان نفرستاده و در منزل مسكونی خود او را زندانی كردند. هر چه درخواست كرد كه پزشك یا دارو به او داده شود مخالفت شد حتی كشیش و كاردینال آرچتری كه از دوستان گالیله بودند، پادرمیانی كردند اما تغییری حاصل نشد.گالیله در حین دست و پازدن با بیماری درگذشت. در سال ۱۹۹۸ و پس از گذشت حدود ۴۰۰ سال واتیكان حكم بخشش گالیله را صادر كرد تا روح او از سرگردانی آزاد شده و راهی بهشت شود.
●روش استقرایی و دیفرانسیلی: جهان بینی علمی در فیزیك نظری با كارهای گالیله آغاز شد. هرچند كه تلاشهای گالیله زیربنای فیزیك را تشكیل داد، اما این تلاشها ریشه در نگرشهای جدید به پدیده های فیزیكی داشت كه مهمترین آنها را می توان در آثار برونو و كپلر مشاهده كرد. برونو به طرز ماهرانه ای در آثار خود تشریح كرد كه همه ی ستارگان جهان نظیر خورشید هستند. كپلر با ارائه سه قانون خود نشان داد كه حركت سیارات قانونمند است و یك نظم منطقی در حركت، دوره تناوب و مسیر آنها وجود دارد. گالیله آزمایشهای زیادی انجام داد تا بتواند حركت اجسام را در یكسری قوانین كلی خلاصه كند. در این میان آزمایش سطح شیبدار گالیله از همه مشهورتر است. اما نمی توان تاثیر نگرش گالیله را در پیشرفت علم به این آزمایشها خلاصه كرد. در حقیقت گالیله نوعی نگرش منطقی به پدیده های فیزیكی داشت كه تا آن زمان بی سابقه بود. این نگرش زیربنای روش استقرایی را در فیزیك تشكیل داد و بتدریج به سایر علوم گسترش یافت. هرچند آزمایشهای گالیله از نظر كمی و كیفی با آزمایشهای امروزی قابل مقایسه نیست، اما آزمایشهای بسیار پیچیده و پیشرفته امروزی نیز از همان قاعده ی نگرش استقرایی گالیله پیروی می كنند. به این ترتیب گالیله زیر ساخت فیزیك را ایجاد كرد و نحوه ی برخورد علمی با طبیعت را نشان داد. اما نتیجه ی این تلاشها به صورت تشریحی بیان می شد. سالها بعد نیوتن نتایج به دست آمده توسط گالیله را فرمول بندی و در قالب یكسری معادلات ریاضی ارائه كرد و ساختار فیزیك كلاسیك را مدون ساخت. نیوتن برای توجیه پدیده های فیزیكی " نگرش دیفرانسیلی" را جایگزین روش انتگرالی كرد. در روش انتگرالی همواره نتایج مورد نظر است. در حالیكه در نگرش دیفرانسیلی تحلیل روند رسیدن به نتایج مورد بحث قرار می گیرد و جواب های خاص را می توان از ان به دست اورد. به عنوان مثال قوانین كپلر را با قانون جهانی گرانش نیوتن مقایسه كنید. در قوانین كپلر نمی توان دوره ی گردش یك سیاره را از روی دوره ی گردش سیاره ی دیگر استخراج كرد. علاوه بر آن هر سه قانون كپلر مستقل از هم هستند. در حالیكه در قانون نیوتن می توان دوره گردش همه ی سیارات به دور خورشید را به دست آورد و همه آنها از یك قانون قابل استنتاج هستند. بنابراین می توان گفت گالیله روش استقرایی را به وجود آورد و نیوتن روش دیفرانسیلی را ابداع كرد. اما از زمان گالیله تا نیوتن تغییرات عمده ای در نگرش به علم و پدیدها های فیزیكی ایجاد شده بود. یكی عموامل بسیا موثر در این زمینه آثار رنه دكارت ۱۵۶۹ - ۱۶۵۰ بود. دكارت آن بخش از آگاهی ها و دانش انسان را علم می دانست كه مسلم باشد و با استدلال به دست آید و از این رو ریاضیات را نمونه كامل علوم می شمرد و می كوشید تا روشهای ریاضی را در كلیه رشته های دانش بشری به كار برد. او روش فیلسوفانی را كه برای اثبات یك موضوع به گفته ها و شنیده های این و آن متوسل می شوند كنار زد و بنا را بر این نهاد كه باید در همه چیز شك كند تا مطمئن شود كه عملش تقلیدی نیست دكارت سعی داشت روشی پیدا كند جامع كه بتواند از آن برای استدلال در هر علمی استفاده كند. او قبلا" طی مطالبی سعی در یكی كردن جبر و هندسه نیز كرده بود. او در یادداشت های خود در سال ۱۶۱۹ می نویسد : اگر امكان این باشد كه به ارتباط میان علوم پی ببریم در آنصورت نگهداری آنها در حافظه انسان به سادگی یادگیری رشته اعداد خواهد بود. او در جایی دیگر می گوید : بعد از تحقیق بسیار دریافتم كه در علم ریاضیات شما با مسائل مربوط به ترتیب و مقدار درگیر هستید و برای شما هیچ فرقی ندارد كه این مقدار مربوط به ستارگان باشد یا هر شكل دیگری. بنا براین باید علمی وجود داشته باشد كه هر پرسشی مربوط به ترتیب و مقدار را پاسخ گوید بدون توجه به آنكه راجع به ترتیب یا مقدار چه صحبت می كند. من این علم را ریاضیات عام (Universal Mathematic) می نامم. دكارت در رساله گفتار در روش راه بردن عقل می گوید: چهار دستور آینده مرا بس است به شرط آن كه عزم دائم راسخ كنم بر اینكه هرگز از رعایت آن ها تخلف نورزم. نخست اینكه هیچ گاه هیچ چیز را حقیقت نپندارم جز آن كه درستی آن بر من بدیهی شود. یعنی از شتابزدگی و سبق ذهنی سخت بپرهیزم و چیزی را به تصدیق نپذیرم مگر آن كه در ذهنم چنان روشن و متمایز گردد كه جای هیچ گونه شكی باقی نماند. دوم آنكه هر یك از مشكلاتی را كه به مطالعه در می آورم تا می توانم و تا اندازه ای كه برای تسهیل حل آن لازم است تقسیم به اجزا نمایم. سوم آن كه افكار خویش به ترتیب جاری سازم و از ساده ترین چیز ها كه علم به آن ها آسانتر باشد آغاز كرده و كم كم به مركبات برسم و حتی برای اموری كه طبعا تقدم و تاخر ندارد ترتب فرض كنم. چهارم آن كه در هر مقام شماره امور و ساده كردن را چنان كامل نمایم و بازدید مسائل را به اندازه ای كلی سازم كه مطمئن باشم چیزی فروگذار نشده است. دكارت می گوید : یك چیز هست كه در آن شك نتوان كرد و آن این كه شك می كنم. چون شك می كنم فكر دارم و می اندیشم. پس كسی هستم كه می اندیشم و یا به عبارت معروف او می اندیشم - پس هستم . دكارت به رساله گفتار در روش راه بردن عقل سه صمیمه تحت عناوین نور شناسی، كائنات جو، و هندسه تحلیلی اضافه كرد. هرچند كتاب هندسه تحلیلی دكارت بسط منظم روش تحلیلی نیست، اما وی با نشان دادن اینكه یك حرف می تواند معرف هر كمیتی، مثبت یا منفی باشد، تغییر عمده ای در محاسبات به وجود آورد. كلمات مختصات طول و عرض كه امروزه به معنی فنی آنها در هندسه تحلیلی مورد استفاذه قرار می گیرد، از جانب لایب نیتز وارد موضوع شد و بدین ترتیب دستگاه مختصات دكارتی شكل گرفت. لازم به ذكر است كه حكـیم عـمر خـیام، اولین كسی است كه هـندسه تحلیلی را برای حل معـادلات به كار برده است و از این حیث قریب چـهار قرن قـبل از " دكارت " هـندسهً تـحلیلی را وضع كرده است. دكـتر جورج سارتون در این باره اینگـونه اظهار نظر كرده است: خیام اول كسی است كه به تحـقـیـق منظم و عـلمی در معـادلات درجات اول، دوم و سوم پرداخـته و به طبقه بندی تحسین آمیزی از معـادلات اقدام نموده است. و در حل تمام صور معادلات درجه سوم منظماً تحـقـیق كرده و به حل هـندسی آنها توفـیق یافته است. رسالهً وی در عـلم جـبر كه مشـتمل بر این تحـقـیقات است معرف یك فكـر منظم عـلمی است و این رساله یكی از برجـسته ترین آثار قرون وسطایی و احـتمالا برجسته ترین آنها در این عـلم است. اولین بار تعـریف مـنطقی اعـداد اصم به وسیلهً رشته های بـیـنهایت در مجـموعـهً تحـقـیقات حـكـیم عـمر خیام دیده می شود. اولین شخـصی كه راجع به زوایای صحیح در یك چهـار ضلعی بخـصوص در ارتـباط با پـنجـمین اصل هندسه اقـلیدس كار بسیار كرد، حكـیم عـمر خـیام بود. با توجه به مطلبی كه مطرح شد، از نظر فلسفی و ابزار شرایط برای فرمول بندی قوانین حركت آماده شد و در این شرایط بود كه نیوتن پا به عرصه هستی نهاد.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:30 AM
نظریه نسبیت عام
General Relativity
فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/General_Relativity.png
همه ما برای یك‌بار هم كه شده گذرمان به ساعت‌فروشی افتاده است و ساعتهای بزرگ و كوچك را دیده ایم كه روی ساعت ده و ده دقیقه قرار دارند. ولی هیچگاه از خودمان نپرسیده ایم چرا؟مقاله ای كه در پیش رو دارید به بحث درباره نظریه نسبیت عام می پردازد و در آخر پاسخ سؤال بالا را مطـرح مـی كند. انیشتین در نظریه نسبیت خاص با حركت شتابدار و یا با گرانش كاری نداشت. اولین موضوعات را در نظریه نسبیت عام خود كه در ۱۹۱۵ انتشار یافت مورد بحث قرار داد.نظریه نسبیت عام دید گرانشی را بكلی تغییر داد و در این نظریه جدید نیروی گرانش را مانند خاصیتی از فضا در نظر گرفت نه مانند نیرویی بین اجرام ، یعنی برخلاف آنچه كه نیوتن گفته بود !در نظریه او فضا در مجاورت ماده كمی انحنا پیدا می‌كرد. در نتیجه حضور ماده اجرام ، مسیر یا به اصطلاح كمترین مقاومت را در میان منحنیها اختیار می‌كردند. با این كه فكر انیشتین عجیب به نظر می‌رسید می‌توانست چیزی را جواب دهد كه قانون ثقل نیوتن از جواب دادن آن عاجز می ماند.سیاره اورانوس در سال ۱۷۸۱ میلادی كشف شده بود و مدارش به دور خورشید اندكی ناجور به نظر می‌رسید و یا به عبارتی كج بود ! نیم قرن مطالعه این موضوع را خدشه ناپذیر كرده بود.بنابر قوانین نیوتن می بایست جاذبه ای برآن وارد شود. یعنی باید سیاره ای بزرگ در آن طرف اورانوس وجود داشته باشد تا از طرف آن نیرویی بر اورانوس وارد شود.در سال ۱۸۴۶ میلادی اختر شناس آلمانی دوربین نجومی خودش را متوجه نقطه ای كرد كه « لووریه» گفته بود و بی هیچ تردید سیاره جدیدی را در آنجا دید كه از آن پس نپتون نام گرفت.نزدیك ترین نقطه مدار سیاره عطارد به خورشید در هر دور حركت سالیانه سیاره تغییر میكرد و هیچ گاه دوبار پشت سر هم این تغییر در یك نقطه خاص اتفاق نمی‌افتاد. اختر شناسان بیشتر این بی نظمی ها را به حساب اختلال ناشی از كشش سیاره های مجاور عطارد می دانستند !مقدار این انحراف برابر ۴۳ ثانیه قوس بود. این حركت در سال ۱۸۴۵ به وسیله « لووریه» كشف شد بالاخره با ارائه نظریه نسبیت عام جواب فراهم شد این فرضیه با اتكایی كه بر هندسه نااقلیدسی داشت نشان داد كه حضیض هر جسم دوران كننده حركتی دارد علاوه برآنچه نیوتن گفته بود.وقتی كه فرمولهای انیشتین را در مورد سیاره عطارد به كار بردند، دیدند كه با تغییر مكان حضیض این سیاره سازگاری كامل دارد. سیاره هایی كه فاصله شان از خورشید بیشتر از فاصله تیر تا آن است تغییر مكان حضیضی دارند كه به طور تصاعدی كوچك می شوند. اثر بخش‌تر از اینها دو پدیده تازه بود كه فقط نظریه انیشتین آن‌را پیشگویی كرده بود. نخست آنكه انیشتین معتقد بود كه میدان گرانشی شدید موجب كند شدن ارتعاش اتمها می شود و گواه بر این كند شدن تغییر جای خطوط طیف است به طرف رنگ سرخ! یعنی اینكه اگر ستاره ای بسیار داغ باشد و به طوری كه محاسبه می كنیم بگوییم كه نور آن باید آبی درخشان باشد در عمل سرخ رنگ به نظر می‌رسد كجا برویم تا این مقدار قوای گرانشی و حرارتی بالا را داشته باشیم، پاسخ مربوط به كوتوله های سفید است.دانشمندان به بررسی طیف كوتوله های سفید پرداختند و در حقیقت تغییر مكان پیش بینی شده را با چشم دیدند! اسم این را تغییر مكان انیشتینی گذاشتند. انیشتین می گفت كه میدان گرانشی شعاع های نور را منحرف می‌كند چگونه ممكن بود این مطلب را امتحان كرد.اگر ستاره ای در آسمان آن سوی خورشید درست در امتداد سطح آن واقع باشد و در زمان كسوف خورشید قابل رؤیت باشد اگر وضع آنها را با زمانی كه فرض كنیم خورشیدی در كار نباشد مقایسه كنیم خم شدن نور آنها مسلم است. درست مثل موقعی كه انگشت دستتان را جلوی چشمتان در فاصله ۸ سانتیمتری قرار دهید و یكبار فقط با چشم چپ و بار دیگر فقط با چشم راست به آن نگاه كنید به نظر می رسد كه انگشت دستتان در مقابل زمینه پشت آن تغییر جا می‌دهد ولی واقعاً انگشت شما كه جابجا نشده است!دانشمندان در موقع كسوف در جزیره پرنسیپ پرتغال واقع در آفریقای غربی دیدند كه نور ستاره ها به جای آنكه به خط راست حركت كنند در مجاورت خورشید و در اثر نیروی گرانشی آن خم می شوند و به صورت منحنی در می آیند. یعنی ما وضع ستاره ها را كمی بالاتر از محل واقعیش می‌بینیم. ماهیت تمام پیروزیهای نظریه نسبیت عام انیشتین نجومی بود ولی دانشمندان حسرت می كشیدند كه ای كاش راهی برای امتحان آن در آزمایشگاه داشتند.ـ نظریه انیشتین به ماده به صورت بسته متراكمی از انرژی نگاه می كرد به همین خاطر می گفت كه این دو به هم تبدیل پذیرند یعنی ماده به انرژی و انرژی به ماده تبدیل می شود. E = mc²دانشمندان به ناگاه جواب بسیاری از سؤالها را یافتند. پدیده رادیواكتیوی به راحتی توسط این معادله توجیه شد. كم كم دانشمندان متوجه شدند كه هر ذره مادی یك پادماده مساوی خود دارد و در اینجا بود كه ماده و انرژی غیر قابل تفكیك شدند.تا اینكه انیشتین طی نامه ای به رئیس جمهور آمریكا نوشت كه می توان ماده را به انرژی تبدیل كنیم و یك ------ اتمی درست كنیم و آمریكا دستور تأسیس سازمان عظیمی را داد تا به ------ اتمی دست پیدا كند. برای شكافت هسته اتم اورانیوم ۲۳۵ انتخاب شد. اورانیوم عنصری است كه در پوسته زمین بسیار زیاد است. تقریباً ۲ گرم در هر تن سنگ! یعنی از طلا چهارصد مرتبه فراوانتر است اما خیلی پراكنده.در سال ۱۹۴۵ مقدار كافی برای ساخت ------ جمـع شـده بود و ایـن كار یعنی ساختن ------ در آزمایشگاهــی در « لوس آلاموس » به سرپرستی فیزیكدان آمریكایی « رابرت اوپنهایمر » صورت گرفت. آزمودن چنین وسیله ای در مقیاس كوچك ناممكن بود. ------ یا باید بالای اندازه بحرانی باشد یا اصلاً نباشد و در نتیجه اولین ------ برای آزمایش منفجر شد. در ساعت ۵/۵ صبح روز ۱۶ ژوئیه ۱۹۴۵ برابر با ۲۵ تیرماه ۱۳۲۴ و نیروی انفجاری برابر ۲۰ هزار تنT.N.T آزاد كرده دو ------ دیگر هم تهیه شد. یكی ------ اورانیوم بنام پسرك با سه متر و ۶۰ سانتیمتر طول و به وزن ۵/۴ تن و دیگری مرد چاق كه پلوتونیم هم داشت. اولی روی هیروشیما و دومی روی ناكازاكی در ژاپن انداخته شد. صبح روز ۱۶ اوت ۱۹۴۵ در ساعت ۱۰ و ده دقیقه صبح شهر هیروشیما با یك انفجار اتمی به خاك و خون كشیده شد. با بمباران هیروشیما جهان ناگهان به خود آمد، ۱۶۰۰۰۰ كشته در یك روز وجدان خفته فیزیكدانها بیدارر شد! « اوپنهایمر» مسئول پروژه ------ و دیگران از شدت عذاب وجدان لب به اعتراض گشودند و به زندان افتادند.انیشتین اعلام كردكه اگر روزی بخواهم دوباره به دنیا بیایم دوست دارم یك لوله كش بشوم نه یك دانشمند!

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/General_Relativity_1.jpg

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:31 AM
بعد پنجم

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/dimension5.png
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 ۱۹۲۰ 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 معادل۱۰۳۵ 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 ۱۰۱۹ گیگا الكترون ولت (GeV ) مرتبط است . این انرژی تنها در خلال اولین كسر تأیید انفجار بزرگ در دسترس ذرات قرار داشت و مقدار آن ۱۰۰ 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 ۱۰۰۰ 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 ۱۹۹۰ 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 ۱۰۱۶ 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 ۱۰۱۶ پیدا كرد اما در اوایل سال ۹۸ 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 ۱۰۱۶ امكان پذیر است در حقیقت اگر ابعاد اضافی در طولی معادل m ۱۰۱۹ متر در هم پیچیده شده باشند انرژی اتحاد می تواند مقداری برابر GeV ۱۰۰۰ 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 ۱۰۱۶ 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 ۵ 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 ۵ بعد را نقض كنند و بدین ترتیب واپاشی پروتون روی ندهد

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/4Dimensions.jpg

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:32 AM
نوترینو
neutrino
فیزیک - مقالات


http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/neutrino.jpg
اگر یك شبح در فیزیك وجود داشته باشد، نوترونیو است. آتش‌های هسته‌ای ستاره‌ها تریلیون ها ذره ریز اتمی را در هر ثانیه در فضا منتشر می كند، و هنوز نوترونیونها در گیتی جاری هستند و حركتشان از میان گیتی تقریباً با سرعت نور ادامه دارد. در حالیكه عبورشان از میان سیارات و مردم تقریباً بطور كامل نادید‌ه گرفته می‌شود . در طی دهه گذشته، فیزیكدانان ذره ای، آزمایشهایی تدبیر كرده‌اند كه معلوم می‌كند كه نترونیو یك ذره بنیادی تر از گذشته است اگر یك شبح در فیزیك وجود داشته باشد، نوترونیو است. آتش‌های هسته‌ای ستاره‌ها تریلیون ها ذره ریز اتمی را در هر ثانیه در فضا منتشر می كند، و هنوز نوترونیونها در گیتی جاری هستند و حركتشان از میان گیتی تقریباً با سرعت نور ادامه دارد. در حالیكه عبورشان از میان سیارات و مردم تقریباً بطور كامل نادید‌ه گرفته می‌شود . در طی دهه گذشته، فیزیكدانان ذره ای، آزمایشهایی تدبیر كرده‌اند كه معلوم می‌كند كه نترونیو یك ذره بنیادی تر از گذشته است. از طرف دیگر همان موقع، اختر شناسان فهمیدند كه انبساط جهان با شتاب صورت می‌گیرد و نیز اینكه قسمت بزرگ انرژی جهان، انرژی تاریك، از یك نوع نامعین است. آیا همه این چیزها می‌توانند پیوند یابند؟ سه نفر از فیزیك‌دانان دانشگاه واشنگتن، فكر می‌كنند آنها توانسته‌اند این موضوعات را پیوند دهند. فیزیكدان، آن نیلسون و تیمش اعلام كرده‌اند كه قطعه گمشده این پازل یك ذره ریز اتمی است كه هنوز این ذره كشف نشده است آنها آن را Acceleron نامیده اند. حتی بی میل تر از نوترونیونها هستند و برای همین در فعل و انفعالات شركت نمی‌كنند بنابراین آنها آشكار نمی‌شوند. اما نیلسون حدس می‌زند كه نوترونیو قبلاً یك عامل مهم در اطراف جهان بوده است كه می توانسته اثر دقیق آنها آشكار شود. در سناریو این تیم، فعل و انفعال Acceleron با اثر نوترونیونها در بین یك نیروی جدید است در انبساط جهان Acceleron متقابلاً اثر می‌كنند و روی نوترونیونها به واسطه یك نیروی قوی تأثیر می‌گذارند. این نیروی جدید باعث بوجود آمدن یك قوه انبساط می‌شود كه سوخت سریعتر انبساط جهان را تأمین می‌كند. فیزیكدانان بحث می‌كنند كه همه Acceleron و هم نروینون ها اجزاء انرژی تاریك هستند انرژی تاریك امروزه بیش از ۶۵ درصد انرژی جهان را تشكیل می‌دهد اما در روزهای اخیر گیتی این انرژی با مشكل مواجه شده است (شاید منظور توجیه انرژی تاریك باشد) مدل های زیادی برای انرژی تاریك وجود دارد اما آزمایشات مربوط به این انرژی اساساً محدود به اندازه‌گیری های ویژه سرعت انبساط جهان در كیهان شناسی است. زیرا این مشاهدات اجسام خیلی دور را نیز دخیل می‌كنند و اندازه‌گیری دقیق آنها مشكل می‌باشد. نیلسون گفت: این فقط یك مدل است كه به ما راه با معنی برای انجام آزمایشات در زمین می‌دهد تا بفهمیم چه نیرویی انرژی تاریك را بالا می‌برد. نوع دیگری از حالت عجیب نوترونیو این است كه جرم آن می‌تواند بر اساس محیطی كه از آن گذشته است تغییر كند، بر طبق مشاهدات نیلسون، سرانجام نوترونیونها می‌توانند از هم بسیار جدا شوند و خیلی پر جرم شده و انرژی سوخت جهان را تأمین كنند. نیلسون می‌گوید: «جهان می‌تواند به انبساطش ادامه دهد اما همیشه آهسته تر.»

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:32 AM
باران
Rain
فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Rain.jpg
● همه ابرها ذرات آب یا کریستالهای یخ را با خود حمل می‌کنند، اما این ذرات بسیار کوچکتر از آن هستند که به زمین ببارند. اگر ارتفاع ابرها بیشتر شود ، هوای سردتر ، باعث فشرده‌تر شدن بخار آب می‌شود و این ممکن است برای شکل دادن باران ، تگرگ یا برف مناسب باشد. باران آبی است که پس از سرد شدن بخارهای جوی بوجود آمده و بر زمین می‌‌ریزد. در زبان پهلوی بدان واران (waran) می‌‌گفتند.
● باران سنجی با استفاده از امواج تحقیقات یک دانشمند و همکارانش نشان می‌دهد که می‌توان مقدار ریزش باران را اندازه گرفت و حتی امیدوارانه با استفاده از اطلاعاتی که شرکتهای تلفن همراه از این افت و خیزها جمع آوری کرده‌اند، بتوانند مدلهای خیلی دقیقتری برای آب و هوای کره زمین تهیه کنند. اصل پدیده ، چیز تازه‌ای نیست و در واقع همه خیلی خوب می‌دانند که بارش باران روی مخابره سیگنالهای تلفن همراه تأثیر می‌گذارد: قطره‌های ریز آب موجود در هوا این سیگنالها را ضعیف می‌کند. بطور دقیقتر ، این قطره‌ها بسته به اندازه‌شان ، شدت فرکانسهای خاصی از سیگنال را کاهش می‌دهد و این پدیده ، آنقدر تأثیرگذار است که در حال حاضر ایستگاههای مخابره امواج تلفن همراه ، بطور خودکار بسته به تغییر شرایط جوی ، شدت سیگنالهایشان را بالا و پایین می‌برند. حالا یک دانشمند نشان داده است که این بالا و پایین شدنها حاوی اطلاعات مهمی است که اتفاقاً به درد هم می‌خورد: او و گروهش توانستند با استفاده از افت و خیزهای مشاهده شده در شدت سیگنالهای مخابره‌ای بین ایستگاههای شهر در هنگام توفان مقدار بارش باران را هر ۱۵دقیقه محاسبه کنند. این اطلاعات با اندازه گیری مستقیم ایستگاههای هواشناسی دو شهر مختلف همخوانی قابل قبولی دارد. البته این اولین باری نیست که از شدت سیگنالها چنین استفاده‌ای می‌شود. پیش از این سیگنالهای دریافتی از ماهواره‌های GPS هم برای اندازه گیریهای جوی مورد استفاده قرار گرفته بود: بسته به رطوبت و دمای هوا ، تأخیرهای کوچکی در زمان دریافت سیگنالها مشاهده می‌شود و این تأخیرها را می‌توان به اطلاعات آب و هوایی ترجمه کرد. حتی از خود سیگنالهای تلفن همراه هم قبلاً برای بیرون کشیدن اطلاعات متفاوت استفاده شده بود. بعضی از محققان ، از جمله اریک هورویتز از شرکت مایکروسافت ، ایده استفاده از تعداد مکالمات تلفن همراه هر منطقه برای تخمین میزان ترافیک راههای شهری را مطرح کرده بودند، غیر از این در جریان درگیریهای سال ۱۹۹۹ در کوزوو ، خیلی‌ها فکر می‌کردند که صربها از روی اختلالات شبکه‌های تلفن همراه توانسته‌اند جنگنده‌های ضد رادار F -۱۱۷ نیروی هوایی آمریکا را ردیابی و یکی از آنها را سرنگون کنند. تحقیقات قبلی یکی از محققان دانشگاه اسکس هم استفاده پذیری این افت و خیزهای سیگنالی را برای اندازه گیری بارش ، نشان داده بود. اما طرحهای پیشنهادی او به نوع خاصی از ارتباط بین ایستگاههای تلفن همراه نیاز داشت. زیبایی و جذابیت تحقیقات این دانشمند در این است که به بازآرایی شبکه‌ها نیازی ندارد و از همان اطلاعات جمع آوری شده بوسیله شرکتهای تلفن همراه برای کسب داده‌های هواشناسی استفاده می‌کند. به عبارت دیگر مواد خام طرح وی کاملاً مجانی از آب در می‌آید. البته تا وقتی که شرکتهای ارتباطی در بودجه‌شان برای این اطلاعات ، ردیف تازه‌ای باز نکنند. یکی از مشکلات جدی محیط زیست که امروزه بشر در اکثر نقاط جهان با آن درگیر است، باران اسیدی می‌باشد. باران اسیدی به پدیده‌هایی مانند مه اسیدی و برف اسیدی که با نزول مقادیر قابل توجهی اسید از آسمان همراه هستند، اطلاق می‌شود.
● باران اسیدی باران هنگامی اسیدی است که میزان PH آب آن کمتر از ۵،۶ باشد. این مقدار PH بیانگر تعادل شیمیایی بوجود آمده میان دی‌اکسید کربن و حالت محلول آن یعنی بی‌کربنات (HCO۳) در آب خالص است. باران اسیدی دارای نتایج زیانبار اکولوژیکی می‌باشد و وجود اسید در هوا نیز بر روی سلامتی انسان اثر مستقیم دارد. همچنین بر روی پوشش گیاهی تأثیرات نامطلوبی می‌گذارد. در چند دهه اخیر میزان اسیدیته آب باران ، در بسیاری از نقاط کره زمین افزایش یافته و به همین خاطر اصطلاح باران اسیدی رایج شده است. برای شناخت این پدیده سوالات زیادی مطرح گردیده است که به عنوان مثال می‌توان به این موارد اشاره کرد: چه عناصری باعث تغییر طبیعی باران می‌شوند؟ منشأ این عناصر چیست؟ این پدیده در کجا رخ می‌دهد؟ معمولا نزولات جوی به علت حل شدن دی‌اکسید کربن هوا در آن و تشکیل اسید کربنیک بطور ملایم اسیدی هستند و PH باران طبیعی آلوده نشده حدود ۵.۶ می‌باشد. پس نزولاتی که به مقدار ملاحظه‌ای قدرت اسیدی بیشتری داشته باشند و PH آنها کمتر از ۵ باشد، باران اسیدی تلقی می‌شوند.
{● نماز باران وقتی رحمت الهی (باران) قطع شود و چشمه‏ها و قناتها بخشکد و کمبود آب پدید آید، برای نزول رحمت الهی و آمدن باران ، نمازمی‏خوانند. نام این نماز ،نماز استسقاء ،یا نماز باران است. این نیز یک درس توحیدی و توجه دادن به قدرت و رحمت الهی است. خداوند می‏فرماید: «قل ارایتم ان اصبح ماؤکم غورا فمن یاتیکم بماءمعین؟»: بگو: اگر آب شما بخشکد، چه کسی برای شما آب گوارا می‏آورد؟ بی آبی یک منطقه و نیامدن باران ،نشان قهر خدا و گاهی به سبب‏گناهانی است که مردم جامعه انجام می‏دهند.پس توجه به خدا و گریه‏ و التماس و توبه و تضرع ، سبب می‏شود خداوند عنایت کند و کم‏ آبی را بر طرف سازد. نماز باران برای جلب رحمت‏ خداوند است. رسول خدا صلی‌الله‌علیه‌وآله‌وسلم فرموده است: وقتی خداوند بر امتی غضب کند و عذاب بر آنان نفرستد، نرخها گران می‏شود و عمرها کوتاه می‏گردد، تجار سود نمی‏برند و درختها میوه ‏نمی‏دهند و نهرها پر آب نمی‏شود و باران از مردم قطع می‏شود و اشرار برآنان تسلط می‏یابند. در حدیث دیگری ، امام صادق علیه‌السلام فرموده است: «... و اذا جار الحکام فی القضاء امسک القطر من‏السماء»: هرگاه زمامداران و حاکمان ، در دادرسی ستم کنند، باران‏ از آسمان قطع می‏شود. طبق روایات ، غیر از آنچه یاد شد، شیوع گناه ، کفران نعمت ، منع حقوق ، کم فروشی ، ظلم و حیله ،ترک امر به معروف و نهی از منکر ،ندادن ‏زکات و ... نیز ،گاهی سبب قطع باران می‏شود. در حدیث آمده: حضرت سلیمان با اصحاب خود برای نماز باران‏بیرون می‏رفت. در راه ، به مورچه‏ای برخورد که یکی از پاهایش را به ‏آسمان بلند کرده و می‏گوید: خدایا! ما مخلوقات ضعیف تو هستیم و از روزی تو بی نیاز نیستیم، پس به سبب گناهان بنی آدم ، ما را به هلاکت‏ مرسان. حضرت سلیمان علیه‌السلام به اصحاب خود فرمود:برگردید! همانا بخاطر دعای غیر خودتان سیراب شدید!... پس خیلی هم نباید مغرور بود، خداوند گاهی به خواسته مورچه‏ای ، رحمت ‏خود را بر بندگان نازل می‏کند.حتی گاهی دعای کافری چون‏ فرعون را می‏پذیرد و باران و فراوانی آب را عطا می‏کند. در حدیث است از قول امام صادق علیه‌السلام که یاران فرعون از کاهش آب نیل پیش او سخن ‏گفتند و اظهار کردند که این باعث هلاکت ما خواهد شد. فرعون از آنان‏ خواست که آنروز برگردند. شب که شد، به میان رود نیل رفت و دست ‏بسوی آسمان بلند کرد و گفت: خدایا! می‏دانی که می‏دانم، که جز تو ، کسی توان آب آوردن ندارد، پس به ما آب بده. کیفیت نماز باران مثل نماز عید ، دو رکعت است و رکعت اول ، پنج قنوت و رکعت دوم ‏چهار قنوت دارد و بهتر است که با جماعت‏ خوانده شود. در قنوتها ، هر دعایی می‏توان خواند،ولی بهتر است دعایی خوانده ‏شود که در آن ، از خداوند طلب باران شده باشد و قبل از هر دعا ،صلوات بر پیامبر و آلش فرستاده شود. مستحب است که حمد و سوره‏اش بلند خوانده شود.}

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:33 AM
جرم نوع دوم

فیزیک - مقالات
در جهانی كه ما در آن زندگی می كنیم دركنار خلاء، ماده و انرژی اشغالگران اصلی آن محسوب می شوند. ماده و انرژی در بحث های مربوط به فیزیك بسیار پركار بودند بگونه ای كه بدون آنها فیزیك چیزی برای گفتن ندارد.
ما با صورت های مختلف انرژی آشنا هستیم و می دانیم كه هر كدام به نوعی به دیگری تبدیل می شوند. اما چیزی كه ما ازآن به عنوان یك چیز واحد نام می بریم ماده است. اما سوالی كه اینجا پیش می آید این استكه آیا چیزی كه ما از آن به عنوان ماده یاد می كنیم همین چیزی است كه در اطراف ما وجوددارد وما همه روزه با آن سرو كارداریم. از بدن ما گرفته تا تمام وسایل و لوازمی كه برای گذراندن زندگی در آنها از ماده استفاده شده است ؟
سوالمان را واضح تر بیان می كنیم. آیا بجز این ماده كه جهان پیرامون ما از الكترون ها گرفته تا كهكشان هاكه از آن ساخته شده اند تنها نوع ماده در جهان است. آیا نوع دیگری از ماده نیز وجوددارد كه ما تا به حال به آن دسترسی نداشته‌ایم. یا اصلاً در حالت عادی نمی توانیم درباره‌ی آن صحبت كنیم؟
بحث خود را با سرعت نور ادامه می دهیم ما می دانیم كه ماده نمی تواند به این سرعت برسد. اگر هم برسد طبق فرمول e=mc^2 به انرژی كامل تبدیل خواهد شد. این مطلب به این معنا است كه ما برای ماده نوعی محدودیت قائل می شویم و این محدودیت در سرعت نور خود را بروز می دهد. این مطلب را داشته باشید تا طبق فرمول هایی كه ما به شما معرفی می كنیم سری هم به سرعت های بالای نور بزنیم. فرمولی كه ما برای سرعت بالای نور از اثبات هندسی نسبیت خاص بدست می آوریم. بسیار شگفت انگیز است چون دقیقا قرینه‌ی فرمول سرعتهای پائین نوراست بطوریكه اعداد بدست آمده در یك تقارن اعدادی برای هر دو محاسبه تقریبا یكسان بدست می آیند.
در اینجا ما مطلب خود را با به میان كشیدن بحثی به نام جرم نوع دوم ادامه می دهیم. شاید در ابتدا تعجب آور باشد اما چیزی كه ما از آن به عنوان ماده یاد می كنیم و دارای جرم است شاید آن چیزی نباشد كه همیشه در ذهن خود داریم. یعنی ماده ای كه همیشه در سرعت های پائین نور می تواند حركت كند و ما برای آن سرعتی بالاتر از سرعت نور متصور نیستیم. البته این مطلب درست هم هست.
چون ماده معمولی و آن چیزی كه جهان اطراف ما از آن ساخته شده همین خاصیت ها را نیز با خود به همراه دارد .اما اگر ما نوع دیگری از ماده داشته باشیم كه در سرعت های بالای نور حركت كند و برعكس ماده معمولی سكون برای آن بی معنا باشد مسئله فرق خواهد كرد.
بر طبق نمودارهایی كه ما رسم می كنیم از فرمول های كه برای نسبیت خاص درسرعت های پائین وبالای نور بدست می آوریم ماده نوع یك كه ما آن را ماده ی معمولی مینامیم هنگامی كه به سرعت نور نزدیك می شود جرم حركتی اش افزایش می یابد و در آن طرف نیز ماده ی نوع دوم را داریم كه همواره در بالای سرعت نور حركت می كند. اما برعكس ماده ی نوع یك هنگامی كه به این ماده انرژی دهیم سرعت آن كاسته خواهد شد. وسرعت آن به نزدیكیهای سرعت نور افول پیدا خواهد كرد. چیزی كه دراین دو نوع ماده یا جرم یكسان است این است كه آن ها نمی توانند با سرعت نور حركت كنند. چون دراین صورت به انرژی تبدیل خواهند شد. یعنی چه ماده ی معمولی و چه ماده ی ما فوق سرعت نورهنگام رسیدن به سرعت نور به انرژی خالص تبدیل می شوند و ما نمی توانیم تشخیص دهیم كه این انرژی مربوط به ماده ی نوع اول است یا نوع دوم.
حال سوالی كه اینجا پیش می آید این است كه چرا ما تا به حال نتوانسته ایم چنین ماده ای را شناسایی كنیم. در پاسخ می توان گفت ما هنوز بسیاری از ذراتی كه در سرعت های پائین نور حركت می كنند را نتوانسته ایم شناسایی كنیم و برخی آنها مثل نوترینوها را نیز به تازگی و با روش های خاصی آشكار كرده ایم. پس پیدا كردن این ماده هم باید كمی مشكل باشد. چون شاید با ماده ی معمولی بر هم كنش نداشته و فرایندهای دیگری را از ماده ی معمولی دنبال می كند.
در ادامه ما مجبور هستیم اندكی در مورد اثبات هندسی این فرمول ها توضیح دهیم تا بتوانیم فرمول هایی را كه بدست آورده ایم ثابت كنیم با قوانین مربوط به نسبیت سازگاری دارند.

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/germ%20no%20dovom.jpg

در اثبات سرعت های پائین نور ما از زمان و سرعت نور بهره می گیریم و از یك متحرك و ناظری كه زمان مربوط به آن را می سنجد استفاده می كنیم.
در ابتدا متحرك A با سرعت V در زمان t از ناظر B دور می شود. دراین لحظه اتساع زمانی كه ناظر B محاسبه می كند t” خواهد بود. همچنین متحرك A وقتی به مكانA' می رسد نوری از خود ساطع می كندكه در زمان t و با سرعت C به سمت ناظر B می رسد.
پس بدین ترتیب با چند محاسبه ی ساده فرمول مربوط به اتساع زمان برای سرعت های پائین نور بدست می آید كه معكوس این فرمول هم برای محاسبه ی جرم حركتی استفاده میشود. اما برای سرعت های بالای نور ما از همان موارد یعنی متحرك A و ناظر B استفاده می كنیم بااین تفاوت كه متحرك A با سرعت بالای نور یعنی V و در زمان t شروع به حركت می كند در ابتدا ناظر B اتساع زمانی را با t” محاسبه می كند و درادامه متحرك A در مكان A' نوری از خود ساطع می كند كه با سرعت ثابت c و در زمان t به ناظر B می رسد.
دراین مورد هم معكوس فرمول بدست آمده مربوط به جرم حركتی ماده‌ی نوع دوم خواهد بود. با این توضیحات ما می توانیم با استفاده از فرمول سرعت های بالای نور به این پیش بینی برسیم كه نوع دیگری از ماده وجود دارد كه در سرعت های بالای نور حركت می كند و خواص آن باماده ی معمولی متفاوت است. البته این كه این نوع ماده را بتوان با نظریه ی ریسمان ها تطبیق داد جای بحث دارد.اما نتایجی كه قبلا به آن اشاره شد به طور خلاصه به این شرح است.
1ـ ماده چه از نوع اول باشد چه از نوع دوم نمی تواند باسرعت نور حركت كند چون در این حالت به انرژی تبدیل خواهد شد.
2 ـ ماده نوع دوم برعكس ماده نوع اول هنگام گرفتن انرژی با افت سرعت مواجه می شود.
3 ـ ماده ی نوع دوم چون هنوز برای ما ناشناخته است و باماده‌ی معمولی شاید برهم كنش نداشته باشد نمی توان آن را با آشكارسازهای معمولی شناسایی كرد.
در پایان هم باید گفت ماده‌ی نوع دوم چیزی است كه از فرمول های بالای سرعت نور سر در می آورد و فقط می تواند یك نظریه باشد. اما ما باید منتظر باشیم و در آینده برای شناسایی این نوع ماده تلاش هایی ار صورت دهیم چون جهان بسیار پیچیده تر از آن چیزی است كه ما فكر می كنیم و همیشه چیزهای جدیدی برای رو كردن با خود به همراه دارد.
البته دراین فرمول ها ما از ماهیت این نوع ماده یا ذرات كه آیا قانون گرانش برای آن صادق است یا هنگامی كه ماده‌ی نوع اول ودوم در كنار هم قرار گیرند چه اتفاقی می افتد نمی توانیم صحبت كنیم. در مورد فرمول های سرعت بالای نور شاید این سوال به ذهن آید كه این فرمول ها اصل علیت رانقض می كنند. چون نور یك جسم دیرتر از خود جسم به ناظر خواهد رسید. اما در پاسخ باید گفت ما تمام چیزها را در جهان با سرعت نور نمی سنجیم و شاید امواجی یا ذراتی باشند كه سریعتراز سرعت نور حركت می كنندچنانكه هنگامی كه رعد و برق می زند آیا ما از نور آن به وجود آن پی می بریم یا از صدای آن كه دیرتر از نور رعد و برق می رسد. پاسخ به این پرسش می تواند متفاوت باشد اما باز می توان گفت كه سرعت نور پایان سرعت نیست و تنها یك ثابت است. چنانكه به تازگی دانشمندان توانسته اند فوتون های در حال حركت را به هم به سرعت های پائین نور برسانند و هم اندكی آنها را به سرعت بالای نور برسانند. البته این مطلب را هم باید گفت كه انرژی هم جرم دارد و جرم نوع دوم طبعا با آن ماده ای كه ما می شناسیم متفاوت خواهدبود. در پایان هم باید گفت این جرم احتمالاً در اطراف سرعت m/s 8 10 × 23/4 حرکت میکند در واقع این سرعت برای این نوع جرم نوعی تعادل انرژیك به حساب می آید. چون تغییرات در این سرعت باید بیانگر تغییرات در انرژی این ذرات ملاحظه شود. این سرعت با استفاده از محاسباتی كه در فرمول بالای سرعت نور انجام می گیرد بدست می آید.و با اندکی محاسبه میتوان به ان رسید.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:33 AM
اتساع زمان

فیزیک - مقالات
برابان گرین در کتاب The Elegant universe که در آن به بررسی و توضیح نظریه ریسمان می پردازد، سه تناقض اساسی که بین نظریه های فیزیکی در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم بوجود آمده بود راچنین بیان می کند .

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/ettesa%20zaman.jpg

۱) تناقض بین نظریه حرکت نیوتن و الکترومغناطیس ماکسول : بنا برقوانین حرکت نیوتن اگر به اندازه ی کافی سرعت داشته باشیم میتوانیم از یک دسته پرتو نور پیشی بگیریم.درحالیکه بنا به قوانین ماکسول جنین چیزی امکان ندارد. این مساله بدست اینشتین و در نظریه نسبیت خاص او در سال ۱۹۰۵ حل شد.
۲) تناقض بین نظریه نسبیت خاص و قانون جهانی گرانش نیوتن:اینشتین در نسبیت خاص سرعت همه اجرام را به سرعت نور محدود کرده بود.درحالیکه بنا به قانون گرانش نیوتن امواج گرانشی با سرعت بینهایت در فضا سفر می کنند.این مساله نیز بدست اینشتین در نظریه نسبیت عام او و در سال ۱۹۱۵ حل شد.
۳) تناقض بین نسبیت عام اینشتین و کوانتوم مکانیک:این اساسی ترین تناقض بین نظریه های فیزیکی است که با وجود تلاش فیزیکدانان هنوز سر به مهر باقیمانده است.
البته برایان گرین در این کتاب بعد از توضیح ۲ تناقض اولی بیشتر توجه خود را معطوف به تناقض سوم و راه حل برون رفت از این مشکل بوسیله String theory کرده است که در اینجا مدنظر ما نیست. ولی در این مقاله سعی خواهیم کرد که اولین راه حلی که از طرف اینشتین در سال ۱۹۰۵ انجام گرفت را بررسی کرده تا به یکی از شگفت آور ترین نتایج نسبیت خاص یعنی اتساع زمان و مفهوم فیزیکی آن برسیم.
گفته میشود که اگر در فضا با کسری از سرعت نور سفر کنید بعد از مدتی که به زمین برمیگردید خواهید دید که بر روی زمین چندین سال سپری شده است،در حالیکه ممکن است سفر شما از دید خودتان چند دقیقه هم نگذشته باشد! چگونه چنیین چیزی ممکن است؟ کدامیک از زمانها " واقعی" است؟در انتهای بخش نخست این مقاله بحث واقعیت در نسبیت را بررسی میکنیم.
ماکس بورن به این مطلب اشاره میکند که بیشتر ما در مفهوم زمان مشکل داریم. ما از ابتدا مفهوم زمان را بصورت مفهومی مطلق در نظر گرفته ایم.درحالیکه بنا به نظر اینشتین زمان نسبی است.ابتدا به بررسی اینکه چگونه در نسبیت خاص زمان نسبی مطرح می شود می پردازیم:
هاوکینگ در معروفترین کتاب خود یعنی تاریخچه زمان (پرفروش ترین کتاب علمی تاریخ)این مطلب را به گونه ای استادانه شرح میدهد.ولی از آنجا که بیشتر خوانندگان کتاب با همین قسمت مشکل دارند بد نیست تا مقداری در این مورد بحث بیشتری کنیم:
از دیدگاه نیوتن مکان نسبی است. (بر خلاف نظر ارسطو که مکان را مطلق می پنداشت) بنا به رابطه X=Vt با توجه به نسبی بودن مکان،سرعت نیز نسبی و بنابراین زمان مطلق است.به عبارت دیگر وقتی رابطه را بصورت t=X/V بنویسیم حاصل تقسیم دو عبارت نسبی بر هم عبارتی مطلق خواهد شد.برای بسیاری از ما مفهوم نسبی بودن مکان امری نسبتا واضح است.همچنین بارها در قوانین فیزیک کلاسیک نیوتنی سرعت نسبی را هم پذیرفته ایم.پس مشکل کجاست؟اگر روابط بالا درست باشند زمان نسبی مفهومی زاید و غلط است.ولی ....
اینشتین در ۱۹۰۵ دو فرض اساسی را برای نظریه نسبیت خاص خود در نظر گرفت:(دو اصل موضوع) ۱.سرعت نور نسبت به تمام چارچوبها و ناظرها ثابت است.۲.شکل تمام قوانین فیزیکی در تمام دستگاه های لخت یکسان است.
اصل موضوع اولی را اصل ثبات سرعت نور در نسبیت می گوییم.خوب! وقتی سرعت نور ثابت و برابر C باشد رابطه سرعت برابر جابه جایی بخش بر زمان را به گونه ای دیگر باید تفسیر کرد.سرعت ثابت است. پس صورت مخرج کسر X/t بایستی نسبی باشند تا حاصل تقسیم آنها عبارتی ثابت (سرعت نور) شود! به این صورت زمان نسبی بدست می آید.به عبارت دیگر یکی از نتایج اصل ثبات سرعت نور بدست آمدن زمان نسبی است.این مفهوم را می توان با اصل موضوع دوم و به صورتی دیگر نیز تفسیر کرد. هاوکینگ به ساده ترین شکل ممکن می گوید:"نیوتن فاتحه مفهوم مکان مطلق و نسبیت فاتحه زمان مطلق را خواند! "
فرمول بدست آمده برای اتساع زمان طبق روابط نسبیتی چنین است : T=t[(۱-v^۲/c^۲)^۱/۲] ]^۱/۲ T=t/[۱-v^۲/c^۲
طبق این رابطه اگرV=C باشد مخرج کسر صفر شده و لذاT بینهایت می شود.یعنی بازه ی زمانی که از دید ناظر ساکن برای جسم متحرک اندازه گرفته میشود به سمت بینهایت میل می کند.به عنوان مثال فرض کنید با کسری از سرعت نور سفر می کنید و زمان را یک ثانیه اندازه میگیرید.این زمان اندازه گیری شده توسط شما بسته یه سرعتی که دارید برای ناظر ساکن از چند دقیقه تا چند سال اندازه گرفته می شود.گاهی اوقات این مطلب را به عنوان سفر به آینده تفسیر می کنند: زمان برای ناظر متحرک در فضا نسبت به ناظر ساکن روی زمین کندتر می گذرد.اذا وقتی از سفر باز میگردد میبیند که روی زمین چندین سال گذشته در حالیکه او تنها جند ساعت در سفر بوده است!
ولی آیا اندامهای بدن متوجه گذشت کند زمان میشوند؟ آزمایشی موسوم به آزمایش میون ها.
در نسبیت زمان مطلقی در کار نیست."هر ناظری زمان مخصوص به خود رااندازه می گیرد."
کدام یک از زمانهای اندازه گیری شده بایستی واقعی تلقی شود؟
به نظر من این مطلب را ماکس بورن(برنده ی جایزه نوبل فیزیک) در کتاب نظریه نسبیت اینشتین به بهترین وجه توضیح داده است.او می گوید: فرض شود که می خواهم یک ورقه از تکه کالباس ببرم.اینک به حسب آنکه برش ، بیشتر یا کمتر مایل انجام گیرد،ورقه ی کالباس کلفت تر یا نازک تر خواهد بود.پس بی معنا خوهد بود اگرورقه های کالباس به کلفتیهای مختلف را اندازه ی ظاهری تلقی کنیم و مثلا نازک ترین ورقه که از برش عمودی بدست می آید اندازه واقعی بدانیم." به نظر من این میتواند زیباترین تعبیری باشد که مفهوم واقعیت در نسبیت را بیان می کند.
بد نیست که سخنانی دیگر از ماکس بورن را به عنوان نتیجه بحث بخوانیم که انصافا با توانایی استادانه گفته شده است: " نسبی انگاشتن مفهومهای طول و مدت زمان برای بسیاری از افراد دشوار می نماید، صرفا به این دلیل که با این مفاهیم انس نگرفته اند.نسبی انگاری مفهوم های "پایین" و" بالا" که به دنبال شناسایی کرویت زمین جنبه عادی یافت،برای مردم آن روزگار بیگمان کمتر دشواری را فراهم نکرده بود.در آن زمان هم دستاورد پژوهش برخلاف مشهودات عقلی متاثر از وقوف مستقیم حکم می کرد.اینک مشابه همان وضع چنین می نماید که نسبی انگاری زمانی اینشتین با وقوف زمانی افراد مطابقت نداشته باشد."

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:34 AM
اثر فوتو الكتريک
Photoelectric Effect
فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Photoelectric_Effect.png

اثرفوتوالکتریک یک پدیده ی الکترونیک کوانتومی است که الکترون ها از ماده بعد از گرفتن انرژی از تشعشعات الکترومغناطیسی مانند اشعه ی X یا نور مرئی، جدا می شوند. در این مبحث الکترون های جدا شده را می توان به عنوان فوتوالکترون ها مربوط دانست. این پدیده را به خاطر این که هنریش رادولف هرتز این را کشف کرد، اثر هرتز هم می نامند هر چند که این مورد به کلی خارج از استفاده ماند.
مطالعه ی اثرفوتوالکتریک ما را به قدم هایی مهم در درک خاصیت کوانتومی نور و الکترون ها هدایت می کند و به شکل مفاهیم دو گانگی موج-ذره اعتبار می بخشد. این بخش هم ممکن است به اثر فوتورسانایی یا اثر فوتو ولتائیک یا فوتوالکتروشیمی مربوط شود.
معرفی
وقتی که یک سطح فلزی در معرض فرکانسی بالاتر از حد معینی از تابش های الکترومغناطیسی قرار گیرد، نور جذب می شود و الکترون ها جدا می شود. در سال 1902 فیلیپ ادوارد وان لنارد، متوجه شد که انرژی الکترون های جدا شده با افزایش فرکانس یا رنگ نور تابشی افزایش می یابد. این با تئوری جیمز کلرک ماکسول که تبیین می کرد که انرژی با شدت تابش متناسب است، در تناقض بود. در سال 1905 آینشتین این تناقض را با توصیف نور به عنوان تکه های کوانتومی جدا از هم ، که فوتون نامیده شد، به جای موج های پیوسته حل کرد. با توجه به تئوری تابش جسم سیاه ماکس پلانک، آینشتین گفت که انرژی هر کوانتوم از نور برابر است با فرکانس آن ضرب در یک ثابت که بعدها ثابت پلانک نامیده شد. یک فوتون بالاتر از یک حد آستانه می تواند یک الکترون را جدا کند و آن اثر را ایجاد کند. این کشف موجب یک انقلاب در فیزیک کوانتومی شد و به خاطر همین جایزه نوبل سال 1921 را به آینشتین بابت این کشف او دادند.
توضیح
فوتون های پرتوهای نور یک مشخصه انرژی دارند که توسط فرکانس نور معین می شود. در جریان خروج الکترون از فلز، اگر انرژی دریافتی الکترون از فوتون بیش تر از تابع کار آن باشد آن گاه فوتون از فلز خارج می شود. و اگر هم انرژی کم تر از تابع کار باشد الکترون نمی تواند از سطح فلز خارج شود. افزایش شدت پرتوی نور، تعداد فوتون های یک پرتو را موجب می شود و در نتیجه الکترون های بیش تری خارج می شوند، بدون این که انرژی هر الکترون بیش تر شود. بنابراین انرژی الکترون خارج شده به شدت نور ورودی بستگی ندارد بلکه فقط به انرژی انفرادی فوتون ها بستگی دارد.
الکترون ها وقتی که منتشر شدند می توانند انرژی را از فوتون دریافت کنند ولی از قاعده ی "همه یا هیچ" پیروی می کنند. تمام انرژی یک فوتون می بایستی برای آزادسازی یک الکترون از بند اتم مصرف شود یا دوباره ساتع می شود. اگر انرژی فوتون دریافت شود، مقداری از انرژی صرف آزادسازی الکترون می شود و مابقی آن به انرژی جنبشی الکترون به عنوان یک الکترون آزاد تبدیل می شود.
نتایج تجربی انتشار فوتوالکتریک
1.برای یک فلز و تابش فرودی، میزان این که چه مقدار الکترون خارج شده است مستقیما با شدت نور متناسب است.
2.برای یک فلز معین، یک مقدار معینی از فرکانس وجو دارد که کم تر از آن هیچ گونه الکترونی جدا نمی شود که به این فرکانس، فرکانس آستانه (Threshold Frequency)می گویند.
3. بالاتر از فرکانس آستانه، مقدار انرژی جنبشی فوتوالکترون جدا شده به فرکانس نور واردی بستگی دارد نه شدت نور
4.مدت زمان بین برخورد تابش و انتشار فوتوالکترون بسیار کم است، کم تر از ده به توان منفی نه ثانیهمی باشد.
معادلات
در آنالیز کردن اثر فوتوالکتریک،برحسب روش آینشتین این معادلات استفاده می شود:
انرژی فوتون= انرژی مورد نیاز برای جدا کردن الکترون + انرژی جنبشی الکترون جدا شده. که
به این صورت نمایش می دهند:
hf=φ+EKmax
که: φ =hf0
h ثابت پلانک، f فرکانس نور برخوردی، تابع کار است( برخی مواقع باw نشان می دهند)، کم ترین مقدار انرژی لازم برای جدا کردن الکترون جدا شده از سطح فلز EKmax=1/2{mvm2}
بیش ترین مقدار انرژی جنبشی الکترون جدا شده است
f0فرکانس آستانه برای انجام اثرفوتوالکتریک است.
mمقدار جرم باقی مانده از الکترون جدا شده است
vm سرعت الکترون جدا شده
به خاطر این مسئله که الکترون جدا شده نمی تواند انرژی جنبشی منفی داشته باشد، معادلات نشان می دهند که اگر انرژی فوتون از تابع کار کم تر باشد، هیچ الکترونی جدا نخواهد شد.
با توجه به نظریه نسبیت خاص آینشتین رابطه ی بین انرژیE و تکانهP یک ذره برابر است با:( E=√((pc)2+(mc2 )2که mجرم باقی مانده ی ذره و c سرعت نور در خلا است.
مدل سه پله ای
اثر فوتوالکتریک در یک جسم بلورین معمولا به سه مرحله تقسیم می شود:
1. اثر فوتوالکتریک درونی.حفره باقی مانده می تواند موجب پدید آمدن اثرauger شود که حتی در زمانی که الکترون ها از ماده خارج نمی شود هم قابل رویت هست. در جامدهای ملکولی، فوتون ها در این مرحله برانگیخته می شوند و ممکن است به شکل خطی در آخرین تراز انرژی الکترون قابل رویت باشند. اثر فوتوالکتریک درونی مجبور است که دو قطبی شود. قوانین جابه جایی برای اتم ها توسط مدل tight-binding در کریستال ها تبیین می شود. از لحاظ هندسی به نوسان پلاسما شبیه هستند که آن ها مجبورند عرضی شوند.
2.انتقال بالستیکی نیمی از الکترون ها به سطح که مقداری از الکترون ها پراکنده می شوند.
3. الکترون ها از ماده در سطح آن جدا می شود.
در این مدل سه مرحله ای الکترون می تواند چندین راه را برگزیند. تمام این راه ها می تواند به صورت فرمول بندی انتگرالی راه شناخته شود. برای قسمت سطح و ملکول ها، مدل سه مرحله ای بازهم مقداری درک در این مورد می سازد هرچند که اتم ها چندین الکترون دارند که هر کدام می توانند خروج الکترون را پراکنده کند.
تاریخ
در سال 1839 الکساندر ادموند بیکیورل اثر فوتوالکتریک را با قرار دادن نور بر روی الکترودی در یک محلول رسانا مشاهده کرد. در سال1873 ویلوبی اسمیت متوجه شد که سلنیوم یک فوتورسانا هست.
دهانه جرقه هرتز (hert’s spark gap )
در سال 1887 هنریش هرتز اثر فوتوالکتریک و تولید و دریافت موج های الکترومغناطیسی را مشاهده کرد. او این مشاهدات را در نشریه Annalen der Physik منتشر کرد. دریافت کننده ی او از یک سیم پیچ و یک دهانه جرقه تشکیل شده بود که جرقه به صورت موج الکترومغناطیسی دیده می شد. او دستگاه را در یک جعبه ی تاریک گذاشت تا جرقه را بهتر ببیند هرچند که می دانست طول موج جرقه در جعبه کاهش پیدا خواهد کرد. یک تخته ی شیشه ای بین منبع امواج الکترومغناطیسی و دریافت کننده قرار داد تا تابش های فرابنفش که به الکترون ها کمک می کند تا از شکاف بپرند را جذب کند. وقتی که این تخته برداشته شد طول موج جرقه بیش تر شد. او وقتی که کوارتز را به جای شیشه گذاشت هیچ گونه کاهش طول موجی را در جرقه ندید باوجود این که کوارتز پرتوهای فرابنفش را جذب نمی کند. هرتز از ماه ها تحقیقاتش نتیجه گیری کرد و نتایج به دست آورده را گزارش داد. او تحقیقات در مورد این اثر را ادامه نداد و تلاشی برای توضیح این اثر نداشت.
جی جی تامسون: الکترون ها
در سال 1899 جی جی تامسون در لوله ی کاتدی نورفرابنفش را پیدا کرد. با توجه به کار جیمز کلرک ماکسول، تامسون استنباط کرد که اشعه ی کاتدی از ذرات باردار منفی تشکیل شده است که ّبعدها الکترون نامیده شد که او آن را ذرات نامید. در آزمایشات تامسون یک بشقاب فلزی (کاتد) را درون یک لوله ی خلا قرار داد و آن را در معرض تابش های با فرکانس بالا قرار داد. این طور فکر کردند که میدان نوسان کننده موج الکترومغناطیسی باعث برانگیختن اتم می شود و وقتی که اتم به یک حد خاصی رسید آن گاه شروع به انتشار ذرات(الکترون) می کند و می توان جریان را آشکار کرد. این مقدار با تغییر شدت و رنگ تابش فرق می کرد. تابش با شدت یا فرکانس بیش تر جریان بیش تری را تولید می کرد.
انرژی تابشیhttp://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Photoelectric_Effect%28Tesla%29.jpg
نیکولا تسلا اثر فوتوالکتریک را در سال 1901 توصیف کرد. او تابش ها را به صورت نوسان اتر طول موج های کوچک که اتمسفر را یونیزه کرده اند توصیف کرد. در 5 نوامبر 1901 دستگاه US685957 که برای استفاده انرژی تابش بود را اختراع و ثبت کرد. این دستگاه بار دار کردن و خنثی کردن رساناها(مانند یک بشقاب فلزی یا قطعه ای از میکا) به وسیله ی تابیدن را توضیح می داد. تسلا از این اثر و با استفاده از یک بشقاب فلزی رسانا برای باردار کردن خازن استفاده کرد. انرژی تابشی با سرعت بسیاری ذرات ریزی (الکترون) را که دارای بار الکتریکی زیادی است را به بیرون پرتاب می کرد. اختراع مشخص می کرد که تابش( انرژی تابشی) شامل شکل های مختلفی بود. این دستگاه ها به عنوان "پله کردن جریان متناوب فوتوالکتریک" می شناختند.

در واقع یک فلز براق توسط انرژی تابشی با بیرون رفتن الکترون ها دارای بار مثبت می شد. وقتی که بشقاب دارای بار مثبت می شد، الکترون ها شکل یک نیروی الکترواستاتیکی را روی بشقاب ایجاب می کردند (به علت انتشار فوتوالکترون از سطح) و بارهای منفی خازن ها را جریان می دادند. به محض این که پرتوها بر روی رساناهای عایق شده (که به یک خازن وصل شده بود) فرود می آمدند، خازن تا مقدار نامعینی شارژ می شد.

مشاهدات وان لنارد
در سل 1902 فیلیپ ادوارد آنتون وان لنارد با فرکانس نور اختلافاتی را در انرژی الکترون ها مشاهده کرد. او از یک لامپ قوسی الکتریکی استفاده کرد که به او اجازه می داد تا تغییرات زیاد را در شدت را بررسی کند و قدرت لازم را برای بررسی تغییرات پتانسیل بافرکانس نور را به او می داد. آزمایش او مستقیما پتانسیل را اندازه می گرفت، نه انرژی جنبشی الکترون: او انرژی الکترون را با توجه به بیش ترین مقدار پتانسیل (ولتاژ) در یک لامپ نور-برقی(فوتوتیوب) به دست آورد. او دریافت که بیش ترین انرژی جنبشی محاسبه شده با توجه به فرکانس نور مشخص شده است. برای مثال برای آزاد سازی الکترون با افزایش فرکانس، بیشینه ی انرژی جنبشی هم افزایش پیدا می کرد. پرتوهای فرابنفش یک مقدار بیش تری پتانسیل ایستایی برای متوقف کردن جریان در یک لامپ نور-برقی نسبت به نور آبی نیاز دارد. هر چند که به خاطر سختی انجام آزمایش نتایج لنارد بیش تر کیفی بود تا کمی. آزمایشات به قطعه ای از فلز خالصی نیاز داشت که به خوبی پیدا می شد ولی در عرض چند دقیقه اکسیده می شدند حتی در برخی مواقع که در خلا هم استفاده می شد. جریان خارج شده از سطح توسط شدت نور یا روشنایی مشخص می شد: دو برابر شدن شدت نور به معنای دو برابر شدن تعداد الکترون های جدا شده بود. لنارد از فوتون ها چیزی نفهمیده بود.
آینشتین: کوانتوم های نور
توضیحات ریاضیاتی آلبرت آینشتین در مورد چگونه اثرفوتوالکتریک از جذب کوانتوم های نور(که اکنون فوتون نامیده می شود) موجب می شود، در سال 1905 در مقاله ای به نام "یک ایده ی ذهنی در مورد تولید و انتقال نور"منتشر کرد. این مقاله شکل ساده ی "نور کوانتومی" یا همان فوتون، را پیشنهاد می داد و نشان می داد که آن ها چگونه باعث بروز برخی پدیده ها مانند فوتوالکتریک می شد. توضیح ساده ی او بر حسب دریافت کوانتوم های تکی از نور، شکل پدیده و صفات فرکانس را توضیح می داد. توضیح آینشتین در مورد اثر فوتوالکتریک باعث شد تا جایزه نوبل فیزیک سال 1921 را به او بدهند.
ایده ی نور کوانتومی با انتشار قانون تابش جسم سیاه ماکس پلانک ( قانون گسترش انرژی در طیف های معمولی) با فرض کردن این که نوسان دهنده های هرتزی فقط در حالتی می توانند وجود داشته باشند که انرژی با فرکانس نوسان دهنده متناسب باشد یعنی E=H، که h ثابت پلانک است، آغاز شد. با فرض این که نور واقعا از تکه های انرژی جداگانه تشکیل شده است، آینشتین یک معادله برای اثر فوتوالکتریک نوشت که برای آزمایش متناسب است (این توضیح می داد که چرا انرژی فوتوالکترون ها به فرکانس ورودی بستگی داردنه شدت آن: شدت کم و فرکانس زیاد می تواند مقدار کمی از فوتون های با انرژی را تولید کند، جایی که شدت زیاد و فرکانس کم نمی تواند انرژی لازم را برای خارج کردن الکترون تامین کند.) این یک جهش بزرگ نظری بود و حقیقت وجود کوانتوم های نوری به خوبی استقامت پیدا کرد. ایده ی کوانتومی بودن نور با نظریه ی موجی نور که طبیعتا از معادلات جیمز ماکسول برای رفتار الکترومغناطیسی پیروی می کرد، در تناقض بود در مورد فرض کردن تقسیم بی نهایتی نور در سیستم های فیزیکی. حتی بعد ها آزمایشات هم درستی معادلات آینشتیتن را نشان دادند و با معادلات ماکسول که تصحیح و فهمیده شده بود در تناقض بود.
کار آینشتین پیش بینی کرد که انرژی الکترون خارج شده با فرکانس نور به صورت خطی افزایش می یابد. احتمالا تا آن زمان هنوز امتحان نشده بوده است. در سال 1905 متوجه شدند که انرژی فوتوالکترون ها با افزایش فرکانس نور افزایش می یابد نه شدت نور.
تا سال 1915 به صورت عملی این موضوع که شکل افزایش به صورت خطی است مشخص نشده بود تا این که رابرت میلیکان نشان داد که حق با آینشتین بوده است.
تاثیرات بر روی موجی- ذره ای
اثر فوتوالکتریک به پیشرفت درک مفاهیم رفتار موجی-ذزه ای نور کمک کرد. این اثر در قالب شکل کلاسیک نور یعنی شکل موجی آن غیرممکن بود، چون انرژی فوتون های خارجی به شدت نور واردی بستگی نداشت. نظریه کلاسیک پیش بینی می کرد که الکترون ها در یک مدت زمانی می توانند انرژی بگیرند و خارج بشوند. برای نظریه ی کلاسیک برای کار کردن با حالت پیش بارگیری نیاز است تا در مورد ماده پا فشاری کنیم. ایده ی پیش بارگیری در کتاب الکترون(+&-) رابرت میلیکان و کتاب اشعه ی X در نظریه و آزمایشات بحث شده است.
استفاده ها و تاثیرات
فوتودیود ها و فوتوترانزیستورها
سلول های خورشیدی (برای استفاده از انرژی خورشیدی) دیودهای حساس نوری از شکل مختلف اثرفوتوالکتریک استفاده می کند ولی از ماده الکترون خارج نمی کند. در نیمه رساناها، نور حتی کم انرژی آن مانند فوتون های مرئی می توانند الکترون های از حالت والانس خود در بیاورند و به رسانایی برسانند، جایی که می توان آن [الکترون]را کنترل کرد و جریان الکتریکی با ولتاژی متناسب با شکاف نواری انرژی تولید کنند.
حس گرهای عکس
در روزهای اولیه ی تلویزیون لوله های دوربین عکاسی از اثرفوتوالکتریک استفاده می کردند و در تغییرات جدید بیش تر از فوتورساناها استفاده می شد.
حس گرهای عکسی سیلیکون مانند سی سی دی ها برای عکاسی ها بسیار کاربرد دارد، آن ها بر پایه یک شکل دیگر از اثرفوتوالکتریک بنا شده اند که فوتون ها، الکترون ها را از نوار والانسشان در نیمه رساناه بیرون می کنند، و البته نه از خود جامد.
الکتروسکوپ ورقه ی طلاییhttp://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Photoelectric_Effect_Gold_leaf_electroscope_diagra m.jpg
الکتروسکوپ های ورقه طلا برای شناسایی الکتریسیته ی ساکن طراحی شده اند. الکتروسکوپ ها در شرح اثر فوتوالکتریک بسیار مهم اند. بگذارید بگوییم که الکتروسکوپ دارای بار منفی است. الکترون هایی اضافی وجود دارند و ورقه ها از هم دور شده اند. حال اگر ما یک نور با فرکانس بالا را روی کلاهک الکتروسکوپ بتابانیم، الکتروسکوپ خنثی می شود و ورقه ها می افتند. این به این علت است که فرکانس تابشی از فرکانس آستانه ی کلاهک بیش تر است. فوتون های موجو در نور انرژی لازم را برای آزاد سازی الکترون ها دارند و بار منفی آن ها را کم تر کند. این یک راه برای خنثی کردن یک الکتروسکوپ دارای بار منفی است و اگر پیش تر برویم، دادن بار مثبت به آن.
اگر تابش الکترومغناطیسی ما فرکانس کافی را برای آزاد سازی الکترون ها را نداشته باشد آن گاه هیچ گاه الکتروسکوپ خنثی نمی شود حتی اگر مدت زیادی هم نور را بر روی کلاهک بگیریم.
طیف بینی فوتوالکترون
از آن جایی که انرژی فوتوالکترون خارج شده برابر است با انرژی فوتون ورودی منهای تابع کار ماده یا همان انرژی پیوندی، تابع کار یک نمونه را می توان با بمباران کردن توسط منبع تکفام اشعه ی ایکس یا منبع تابش فرابنفش و اندازه گیری انرژی جنبشی الکترون های خارج شده، مشخص کرد.
طیف بینی فوتوالکترون در یک محیط خلا انجام پذیر است چون الکترون ها ممکن است توسط ملکول های هوا منحرف بشوند.
فضاپیما
اثرفوتوالکتریک موجب آن می شود که بدنه فضاپیما که در معرض نور خورشید است دارای بار مثبت شود. این می تواند به ده ها ولت برسد. این می تواند به یک مشکل بزرگ تبدیل شود و منطقه ی در سایه را دارای بار منفی کند(بالای چند کیلو ولت). عدم تعادل می تواند در طول ترکیبات حساس الکتریکی خنثی شود. الکتریسیته ساکن تولید شده توسط فوتوالکتریک توسط خودش محدود شده است. چون اشیا دارای بار الکتریکی زیاد الکترون هایش را کم تر از دست می دهد.
غبار های ماه
نور خورشید می تواند خاک ماه را دارای بار الکتریکی کند. آن گاه این گرد و غبار باردار شده به خاطر بارش از خودش دور می شود. این یک جور از خاک را آشکار می کند که به صورت یک مه تیره از دور نمایان می شود و وقتی که خورشید غروب کرد به صورت تابش تیره رنگی نمایان می شود. این مورد اولین بار در دهه 1960 معلوم شد. این جور فکر کردند که قطعات بسیار ریز تا ارتفاع چندکیلومتری بالا می رود و ذرات به محض این که باردار و خنثی می شوند به صورت فواره در می آیند.
دستگاه های دید در شب
فوتون ها یک آرسنیک گالیم را در دستگاه دید در شب مورد هدف قرار می دهند و موجب خروج فوتوالکترون می شوند. بعد این ها در یک آبشار از الکترون ها تقویت می شوند و موجب روشن شدن فسفر می شوند.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:35 AM
ذرات بنیادی

فیزیک - مقالات
جهان ، بزرگترین مجموعه ممكن است كه از ذرات بنیادی شكل یافته است. این ذرات توسط نیروهای گرانشی ، الكترومغناطیسی و هسته‌ای به هم پیوند یافته‌اند. سلسله مراتب ساختمانی آن در فضا ( از هسته‌های اتم گرفته تا ابر كهكشانها) و سیر تكاملی آن (از گوی آتشین تا اشكال كنونی) توسط ویژگیهای ذرات بنیادی و برهمكنش آنها اداره می‌شود. بنابراین ، تشریح ساختمان جهان و تكامل آن بر اساس خواص و برهمكنش ذرات بنیادی صورت می‌گیرد.
ماده جهان از ذرات بنیادی تشكیل شده است. اجسام ، بدن انسان ، ستارگان و ... سیستم‌هایی متشكل از ذرات بنیادی هستند كه از نظر تعداد و نحوه جفت و جور شدن با هم تفاوت دارند. بنابراین ، وجود ذرات بنیادی باید در تمام پدیده های جهان ملموس باشد. فیزیك ذرات بنیادی درك عمیقتر و دید بالایی را در مورد ساختمان و تكامل اجسام منفرد مانند اتم‌ها ، مولكول‌ها ، بلورها ، صخره‌ها ، سیارات ، ستارگان ، منظومه‌های ستاره‌ای و كل جهان ارائه می‌دهد. برای همین مطالعه ذرات بنیادی برای فیزیك معاصر و بخصوص اختر فیزیك و كیهان شناسی اهمیت اساسی دارد.

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/atom-aza.jpg

خواص ذرات بنیادی
ذرات بنیادی دیده نمی‌شوند. فقط از اثری كه می‌گذارند و یا پدیده‌هایی را كه سبب می‌شوند ، پی به وجودشان برده می‌شود.
برخی خواص ذرات بنیادی با تعمیم مفاهیم فیزیك كلاسیك ناشی می‌شود. مانند ؛ جرم ، انرژی و بارالكتریكی
برخی دیگر از خواص ذرات بنیادی ریشه در مكانیك نسبیتی دارد. مانند ؛ زمان ویژه ، طول ویژه
عمده خواص ذرات بنیادی با تئوری‌های مكانیك كوانتومی تشریح می‌شوند. برای درك این رفتارها ، پدیده‌های كوانتومی از جمله اسپین ، بار لپتونی ، بار باریونی ، اسپین ایزوتوپی ، شگفتی ، زوجیت ، كوانتوم عمل ، نابودی زوج ، تولید زوج ، اصل طرد پاولی ، اصل دوگانگی موج و ذره و ... بایستی بررسی شوند.
هر ذره ، توسط مجموعه‌ای از اعداد مشخص می‌شود كه آن را از دیگر ذرات مجزا می‌كند. و ویژگیهای آنرا توضیح می‌دهد.
ویژگیهایی همچون جرم سكون ، بارالكتریكی ، اسپین ، بار باریونی ، بار لپتونی ، شگفتی ، اسپین ایزوتوپی ، زوجیت برای ذرات بنیادی ساكن هستند اما خواص اندازه حركت خطی ، اندازه حركت زاویه‌ای ، انرژی كل به دنیای اطراف ارتباط دارند.

جرم ذرات بنیادی
جرم ذرات بنیادی بسیار كوچك است ، از اینرو آنها را می‌توان تا سرعت بالایی رساند. مانند فوتونها كه بدون جرم بوده و بالاترین سرعت ممكن «سرعت نور) را دارا هستند. سبكترین ذره با جرم غیر صفر الكترون است با جرمی در حدودme = 9x10-28 gr اغلب به عنوان واحدی برای سنجش جرم سایر ذرات به كار می‌برند. جرم پروتون برابر mp=1836me و جرم نوترون mn=1838.6me می‌باشد.

انرژی ذرات بنیادی
انرژی به سبب تغییرپذیری زیادش بر كل جهان حاكم است كه ساختمان فضایی ، تكامل زمانی تمام سیستم‌ها از ذرات بنیادی گرفته تا خوشه‌های كهكشانی را تعیین می‌كند. این تنوع انرژی به چند برهمكنش معدود بین ذرات بنیادی می‌تواند تقلیل یابد.

عدد باریونی
ذرات سنگین ، باریون نام دارند. چنانچه باریونها به حال خود رها شوند ، متلاشی می‌گردند. تنها باریون پایدار پروتون است. در تمام فرایندهای مشاهده شده ، تعداد باریونها همواره بقا دارد «قانون بقای باریون ?N=0).قانون بقای باریون پایداری پروتونها را بیان می‌كند ، باریونی سبكتر از پروتون وجود ندارد. آزمایشات نشان داده‌اند كه مدت زمانی كه طول می‌كشد تا پروتون تلاشی یابد طولانی تراز 1022 سال ، یعنی <1012 بار طولانی تر از عمر جهان باشد. عدد بار یونی را با N نشان می‌دهند كه برای باریونها (پروتون ، نوترون ، هیپرونها) N=+1 ، برای پاد باریونها N=-1 برای سایر ذرات مزونها ، لپتونها) N=0 ، برای هسته‌ها N>+1 ( N برابرعدد جرمی A است) و برای پاد هسته ها N<-1(Nبرابر -A است) می باشد.

عدد لپتونی
فرمیونهای سبك همان لپتونها هستند كه عدد لپتونی را با L نشان می‌دهند. برای لیپون‌ها «الكترون ، موئون ، نوترینو) این عدد برابر L=+1 ، برای غیر لیپونها (باریونها ، بوزونها) این عدد برابر L=0 و برای پالیتونها «پوزیترون ، موئون مثبت ، پادنوترینو) این عدد برابر L=-1 می‌باشدو قانون بقای لیپتون بصورت ?L=0 می‌باشد. یعنی مجموع تمام لیپتونها قبل و بعد از واكنش مقدار ثابتی دارند.

ایزواسپین
برهمكنش قوی نوكلئون‌ها در هسته ، به بار الكتریكی بستگی ندارد. اندركنش‌های N-P ، N-N ، P-P ، همگی شبیه هم هستند و تفاوت چندانی بین نكلئونهای باردار و خنثی وجود ندارد. كه اختلاف آنها به وسطه ایزواسپین بیان می‌شود.

شگفتی
شگفتی (strangeress) به منظور توضیح یك رفتار عجیب بین هیپرونها و مزونهای K (كائونها) معرفی شده است. این ذرات توسط برهمكنش قوی به وجود آمده‌اند و از طریق برهمكنش ضعیف متلاشی می‌شوند.

زوجیت
زوجیت یكی از ویژگیهای اساسی ذرات بنیادی است كه متناظر با انعكاس آینه ای مختصات فضایی است. این ویژگی ، یك خاصیت تقارنی تابع موج است. زوجیت ممكن است مثبت یا منفی باشد بر حسب آنكه تابع موج در اثر انعكاس فضایی ، زوج یا فرد باشد. زوجیت در بر همكنش‌های قوی و الكترومغناطیسی بقا دارد. اما در برهمكنش‌های ضعیف نقض می شود.

چكیده
ذرات بنیادی واحدهای اساسی برای ساختمان جهان می باشند و بر اساس جرم در حال سكونشان به بار یونها (ذرات سنگین) ، لپتونها (ذرات سبك) و مزونها (ذرات میان وزن) طبقه بندی می شوند.
بیشتر ذرات بنیادی و احتمال تمام آنها می توانند در نتیجه تبدیل انرژی به ماده به وجود آیند حداقل انرژی لازم برای تولید گروهی از ذرات از معادله انرژی انیشتین بدست می آید.
در چگالی های زیاد ذرات ناپایدار «نوترون ، هیپرونها ، مزونها) پایدار می شوند. و نیز ذرات پایدار «الكترون و پروتون) می‌توانند در اثر برخوردهای متقابل با ذرات خود نابود شوند.
چنانچه واحدهای اساسی پایدار (ذرات بنیادی پایدار) ، دارای وجود تضمین شده‌ای نباشند، هیچ چیز در جهان مادی وجود تضمین شده‌ای نخواهد داشت.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:35 AM
لایه های جو زمین
earth atmosphere layer
فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/chemistry/article/earth_atmospher_layers.gif
اتمسفر زمین را بر حسب چگونگی روند دما، اختلاف چگالی، تغییرات فشار، تداخل گازها و سرانجام ویژگیهای الکتریکی به لایه‌های زیر تقسیم کرده‌اند:
۱- تروپوسفر Troposphere
۲- استراتوسفر Stratosphere
۳- مزوسفر Mesosphere
۴- یونسفر Ionosphere
۵- اگزوسفر Exosphere

۱- تروپوسفر
تروپوسفر پایین ترین لایه اتمسفر است که خود از لایه های کوچکتری تشکیل شده است.
وجه تمایز این لایه با دیگر لایه های اتمسفر، تجمع تمامی بخار آب جو زمین در آن است؛ به همین دلیل بسیاری از پدیده های جوی که با رطوبت ارتباط دارند و عاملی تعیین کننده در وضعیت هوا به شمار می آیند (از قبیل ابر، باران، برف، مه و رعد و برق) تنها در این لایه رخ می دهند.
منبع حرارتی لایه تروپوسفر انرژی تابشی سطح زمین است. از این رو با افزایش ارتفاع با کاهش دما مواجه خواهیم بود.
ضخامت تروپوسفر، از شرایط حرارتی متفاوتی که در عرضهای جغرافیایی مختلف حاکم است تبعیت می کند. این ضخامت معمولاً از ۱۷ تا ۱۸ کیلومتر در استوا به ۱۰ تا ۱۱ کیلومتر در مناطق معتدل و ۷ تا ۸ کیلومتر در قطبها تغییر می کند.

۲- استراتوسفر
لایه استراتوسفر بر روی لایه تروپوسفر قرار دارد و ضخامت متوسط آن حدود ۲۳ کیلومتر است. در ۳ کیلومتر اول استراتوسفر، دمای هوا ثابت است اما در قسمتهای بالاتر دمای هوا با ارتفاع افزایش می یابد.
در استراتوسفر به ندرت ابر تشکیل می شود و تنها در شرایط ویژه ای ممکن است ابرهای کوهستانی به نام ابرهای مرواریدی در ارتفاع ۲۱ تا ۲۹ کیلومتری از سطح زمین ظاهر شوند که علت وجود آنها حرکات موجی شکل هوا از سوی موانع می باشد.
از دیگر ویژگیهای مهم استراتوسفر وجود ازن در این لایه است که بخصوص در ارتفاع ۲۰ تا ۳۰ کیلومتری سطح زمین بر اثر واکنشهای مختلف فتوشیمیایی بدست می آید. مقدار ازن در این لایه معمولاً روند فصلی دارد حداکثر آن در بهار و حداقل آن در پاییز مشاهده می شود.

۳- مزوسفر
در بالای لایه گرم ازن لایه مزوسفر قرار دارد که دما در آن متناسب با افزایش ارتفاع با آهنگ ۳/۰ سانتیگراد به ازای هر ۱۰۰ متر کاهش می یابد به طوریکه دما در مرز فوقانی آن در ارتفاع ۸۰ تا ۹۰ کیلومتری به ۸۰- درجه سانتیگراد می رسد. و نتیجه این دمای پایین انجماد بخار آب ناچیز موجود در این لایه است که باعث بوجود آمدن ابرهای شب تاب می شوند. این ابرها درتابستان و در عرضهای بالا دیده می شوند. مزوسفر سردترین لایه اتمسفر تلقی می شود.

۴ - یونوسفر
از بخش فوقانی مزوسفر تا ارتفاع تقریبی ۱۰۰۰ کیلومتری اتمسفر زمین، بار الکتریکی شدیدی حاکم است که زاییده وجود یونها و الکترونهای آزاد است. در حقیقت پرتوهای پر انرژی خورشید که از فضای خارج به طبقات بالایی اتمسفر وارد می شوند باعث گسستگی پیوند یا یونیزاسیون مولکولها و اتمها می شوند. بر اثر یونیزاسیون، الکترون آزاد می شود و باقی مانده اتم به صورت یون در می آید؛ به همین علت این لایه از جو را یونوسفر نامیده اند.
شدت یونیزاسیون در تمام ارتفاعات یونسفر یکسان نیست؛ بنابراین لایه های متفاوت با تراکم الکترون و یون متفاوت با ارتفاعات مجاور خود در یونسفر وجود دارد؛
این لایه ها در ارتباطات رادیویی اهمیت بسیاری دارند. این لایه ها عبارتند از لایه های D,E,F .

۵ - اگزوسفر
شرایط موجود در یونوسفر در این لایه نیز حاکم است؛ بدین معنی که گازها در این لایه همچنان قابلیت هدایت الکتریکی خود را حفظ می کنند. سرعت ذرات در این لایه بسیار زیاد است و در مواردی به ۲/۱۱ کیلومتر در ثانیه می رسد.
اگزوسفر لایه گذار جو به فضای کیهانی به شمار می آید که بخش فوقانی آن را در ارتفاع بیش از سه هزار کیلومتری از سطح زمین برآورد کرده اند.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:36 AM
مواد رادیو اکتیو

فیزیک - مقالات
● کشف مواد رادیواکتیو طبیعی:
در اواخر قرن ۱۹ هانری بکرل دانشمند فیزیکدان فرانسوی مشاهده کرد که ترکیبات اورانیوم از خود اشعه ای صادر می کنند که قادر است مانند اشعه خورشید صفحات عکاسی را متاثر سازند و رد پای خود را بر روی فیلم عکاسی بگذارند اما بر خلاف نور خورشید این اشعه حتی از کاغذ سیاه عبور کرده و بر صفحه اثر می گذارد .


http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/radioactive.jpg
● سیر تحولی ورشد :
بعدها تعداد زیادی از دانشمندان کار بکرل را دنبال کردند ماری کوری و شوهرش پیری کوری ثمر بخش ترین آزمایشات را در این زمینه انجام دادند این دو دانشمند از اول نشان دادند که اوانیوم و توریوم قادر به صدور اشعه ای هستند که بکرل برای اولین بار کشف نمود .
● دستگاه پیرکوری :
این اشعه در حین عبور از هوا آنرا یونیزه می کند و آنرا هادی الکتریسته می نماید پیرکوری برای کشف این اشعه از خاصیت اخیر استفاده نمود و دستگاه مخصوصی را ساخت دستگاه پیرکوری از دو صفحه فلزی موازی هم تشکیل یافته است که یکی از صفحات به قطب مثبت یک پیل الکتریکی و دیگری به قطب منفی همان پیل وصل شده است اگر جسمی که اشعه را ساتع می کند روی صفحه اول قرارگیرد هوای اطراف آن هادی الکتریسته شده و مدار مسدود می شود و عقربه گالوانومتر بیشتر منحرف می گردد.
هر چه این جسم فعالتر باشد یونیزاسیون هوا بیشتر صورت گرفته و عقربه گالوانومتر بیشتر منحرف می شود ماری کوری ثابت کرد که شدت تشعشع با مقدار اورانیوم موجود در جسم متناسب است بعدها متوجه شدند که فعالیت تشعشعی پیچ بلند که فقط محتوی مقدار ناچیزی اورانیوم است به مراتب بیشتر از اورانیوم خالص است بنابر این پی بردند که در این سنگ باید ماده ای فعالتر از اورانیوم نیز وجود داشته باشد.
● پارامترهای مهم دخیل در میزان تشعشع مواد رادیو اکتیو :
ماری و پیر کوری به تحقیق درباره سنگ پیچ بلند پرداختند که فعالتر از اورانیوم خالص بود که پس از دو سال کار مداوم توانستند در سنگ معدنی اورانیوم دو نوع اتم جدیدیعنی رادیوم (Radium) و پلونیوم (Polonium) را کشف کنند عنصر اولی را بعلت تشعشعش رادیوم ، و خود این اشعه را رادیواکتیو نام نهادند عنصر دومی به افتخار میهن اصلی ماری کوری لهستان پلونیوم نامیده شد .
نکته مهم و قابل توجه اینست که درجه حرارت و فشار و عوامل شیمیایی هیچگونه تاثیری روی میزان صدور اشعه رادیو اکتیو توسط اجسام ندارند و این پارامتر ها روشن می سازد که خاصیت رادیو اکتیو فقط مربوط به تغییرات هسته درون اتم می باشد تشعشع صادره از یک قطعه رادیوم در کلیه جهات به خط مستقیم صورت می گیرد سرب جاذب (حاجب) خوبی برای این پرتوهامی باشد از این رو هر گاه در ته یک محفظه سربی که سوراخی در بالای آن تعبیه شده باشد یک قطعه رادیوم گذاشته شود اشعه گذرنده از سوراخ بر روی صفحه حساس عکاسی که در کاغذ سیاه پیچیده شده و مقابل سوراخ قراردارد ، به اندازه لکه کوچکی اثر می گذارد اشعه صادره در سایر جهات توسط سرب متوقف خواهد شد .
● تقسیم بندی پرتوهای تشعشعی :
با کمک صفحه عکاسی به سادگی می توان مشاهده کرد که این اشعه پس از عبور از بین دو صفحه فلزی که دارای بار الکتریکی زیادی هستند یا از بین دو قطب یک آهنربا ی قوی به سه شاخه تقسیم می شوند و در روی صفحه عکاسی به جای یک لکه سه لکه دیده خواهد شد یکی دروسط دیگری خیلی نزدیک به آن و سومی در طرف دیگر قرارداد این سه نوع اشعه را آلفا ، بتا و گاما نامیده اند .
اشعه ای که کمی به طرف صفحه منفی منحرف شده دارای بار مثبت است و به نام ذره آلفا نام گذاری شده است .
اشعه ای که کاملاً به سمت صفحه مثبت منحرف شده دارای بار منفی است و به نام ذره بتا نام گذاری شده است .
اشعه وسطی که بدون انحراف عبور کرده است از نظر الکتریکی خنثی است و به نام اشعه گاما نام گذاری شده است .
● کشف مواد رادیو اکتیو مصنوعی :
کیمیاگران قرون وسطی برای تبدیل فلزات معمولی به طلا کوشش فراوانی کردند اما تلاش همه آنها بی نتیجه ماند در سال ۱۹۱۹ رادرفورد به این فکر افتاد که از انرژی تشعشعی اجسام رادیو اکتیو ( انرژی هسته ای ) مثلا ذره آلفا برای خورد کردن (شکستن) هسته اتم و تشکیل هسته جدید استفاده کند چون این ذرات سرعت زیادی دارند ومی توانند به عنوان گلوله های توپخانه کوچکی بمنظور خرد کردن هسته اتم و تشکیل هسته جدید به کارروند.
● اولین کشف ;تبدیل ازت به اکسیژن:
رادرفورد یک منبع تشعشعی رادیو اکتیو را در یک لوله پر از گاز ازت قرار داده و ملاحظه نمود که ذرات آلفا که بر اتم های ازت برخورد می کنند در هسته آنها وارد شده و آنها را به دو پاره تقسیم می نمایند (یک هسته اتم اکسیژن سنگین ۱۷ و یک هسته اتم هیدروژن یعنی پروتون) بدین ترتیب برای اولین مرتبه تغییر و تبدیل مصنوعی عناصر به حقیقت پیوست بعدها موفق شدند هسته اتم های عناصر ساده دیگر را نیز بشکنند.
● کشف پوزیترون :
ایران ژولیوکوری (Irene Joliot Curie) و شوهرش فردریک ژولیوکوری (Frederic Joliot Curie) در سال ۱۹۳۴ هنگام مطالعه بمباران عناصر ساده مختلف بوسیله ذره آلفا به کشف بزرگی نائل شدند آنها مشاهده نمودند وقتیکه آلومینیوم با ذرات آلفا بمباران می شود ذرات پوزیترون گسیل می کند جرم این ذرات مساوی جرم الکترون بوده و دارای بار مثبت هستند و مقدار این بار از لحاظ قدر مطلق مساوی با بار الکترون می باشد.
صدور پوزیترون بلافاصله پس از بمباران شروع می شود اما کم کم ضعیف شده و بالاخره کاملا قطع می گردد بدین ترتیب این زن و شوهر پی بردند که فعل و انفعالات ذرات آلفا با هسته آلومینیوم سبب تولید یک عنصر رادیو اکتیو مصنوعی شده است که نیم عمر این عنصر رادیو اکتیو ۳.۲۵ دقیقه است.
● واکنش های هسته ای مصنوعی :
فسفر حاصل از واکنش آلومینیوم ۲۷ با هلیوم ۴ یک پوزیترون ساتع می کند و تجزیه می گردد و به هسته پایدار سیلیبوم تبدیل می شود ، این پدیده را رادیو اکتیویته مصنوعی و اجسام نا پایداری که بدین ترتیب بدست می آید را عناصر رادیو اکتیو مصنوعی نامیده اند.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:36 AM
تبدیل اورانیوم به انرژی

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/chemistry/article/reactor_schematic_.jpeg
در تأسیسات تولید سوخت توجه زیادی به شکل و اندازه مخزن های عملیاتی می شود تا از اتفاقات خطرناک جلوگیری شود. (یک زنجیر محدود واکنش پرتو آزاد می کند). با سوخت غنی شده ضعیف امکان اتفاق افتادن این حوادث بعید به نظر می رسد. اما در تأسیسات هسته ای بررسی سوخت های مخصوص برای تحقیقات راکتورها عملی حیاتی است.

تولید نیرو
درون یک راکتور هسته ای اتم های اورانیوم ۲۳۵ (u-۲۳۵) شکافته می شوند و در جریان عملیات پردازش انرژی آزاد می کنند. این انرژی اغلب برای حرارت دادن آب و تبدیل کردن آن به بخار استفاده می شود.
بخار توربینی را که به ژنراتور متصل است به حرکت می اندازد و باعث تولید الکتریسیته می شود. مقداری از اورانیوم ۲۳۸ (u-۲۳۸ به شکل سوخت) در هسته و مرکز راکتور به پلوتونیوم تبدیل می شود و این یک سوم انرژی در یک راکتور هسته ای معمولی را حاصل می کند. شکافتن اورانیوم به عنوان منبع حرارت در راکتورها استفاده می شود. همان گونه که سوزاندن زغال سنگ، گاز و یا نفت به عنوان سوخت فسیلی در تأسیسات نیرو استفاده می شود.

سوخت مصرف شده (خرج شده)
با گذشت زمان، غلظت قطعات و عناصر سنگین شکافته شده مانند پلوتونیوم در مجموعه سوخت افزایش خواهد یافت تا جایی که دیگر هیچ سودی در استفاده دوباره از سوخت نیست. بنابراین پس از گذشت ۱۲ الی ۲۴ ماه سوخت مصرف شده از راکتور خارج می شود. مقدار انرژی که از مجموعه سوختی تولید شده است با نوع راکتور و ---------- و کاردانی گرداننده راکتور تغییر می کند.
معمولا بیش از ۴۵ میلیون کیلو وات ساعت الکتریسیته از یک تن اورانیوم طبیعی تولید می شود. تولید این مقدار انرژی الکتریکی با استفاده از سوخت های فسیلی ملزم به سوزاندن بیش از ۲۰ هزار تن زغال سنگ سیاه و ۳۰ میلیون مترمکعب گاز است.

انبار کردن سوخت مصرف شده
وقتی یک مجموعه سوختی، از راکتور خارج می شود از خود پرتو ساطع می کند که اساساً بیشتر از شکافتن قطعات و حرارت آن است. سوخت مصرف شده فوراً در استخرهای انبار که در اطراف راکتور برای کاهش میزان پرتوزایی آن است تخلیه می شوند. در استخرها، آب جلوی پرتوزایی را می گیرد و همچنین حرارت را به خود جذب می کند.
سوخت مصرف شده در چنین استخرهایی برای ماه ها و یا سال ها نگه داشته می شوند.
وابسته به ---------- کشورهای مختلف در بعضی از آنها مقداری از سوخت مصرف شده به امکانات و تأسیسات انبار مرکزی انتقال می یابند. سرانجام، سوخت مصرف شده یا باید دوباره پردازش شود و یا برای دفع اتمی آماده شود.

پردازش دوباره
سوخت مصرف شده چیزی حدود ۹۵ درصد اورانیوم ۲۳۸ است ولی دارای حدود یک درصد اورانیوم ۲۳۵ که شکافته شده نیز نیست، و در حدود یک درصد پلوتونیوم و سه درصد محصولات شکافته شده که در حد زیادی پرتوزا هستند و دیگر عناصر ترانزورانیک (که عدد اتمی بیشتری نسبت به اورانیوم دارد) که در راکتور شکل گرفته اند در دستگاه های دوباره سازی سوخت مصرف شده به سه جزء تشکیل دهنده خود تفکیک می شوند: اورانیوم، پلوتونیوم و پس مانده که شامل محصولات شکافته شده است. دوباره سازی امکان بازسازی مجدد اورانیوم و پلوتونیوم به سوخت تازه را می دهد و بخش عمده ای از پس مانده کاهیده را تولید می کند. (مقایسه با به حساب آوردن کل سوخت مصرف شده به عنوان پس مانده)

بازسازی مجدد اورانیوم و پلوتونیوم
اورانیوم حاصل از دوباره سازی که معمولا غلظتی کمی بیشتر از اورانیوم ۲۳۵ دارد و در طبیعت رخ می دهد، می تواند اگر نیاز باشد پس از تبدیل کردن و غنی شدن به عنوان سوخت استفاده شود. پلوتونیوم می تواند مستقیماً به MOX (سوخت مخلوط اکسید) تبدیل شود که در آن اورانیوم و پلوتونیوم مخلوط شده اند.
در راکتورهایی که از سوخت MOX استفاده می کنند، پلوتونیوم به جای اورانیوم ۲۳۵ جانشین سوخت اورانیوم اکسید معمولی می شود.

دفع سوخت مصرف شده
در حال حاضر، هیچ گونه امکاناتی برای دفع سوخت مصرف شده (برخلاف امکانات انبارسازی) وجود ندارد که برای دوباره سازی استفاده می شود و پس مانده های به جا مانده از دوباره سازی می توانند در محلی انباشته شوند. هرچند نتایج فنی و تکنیکی مرتبط با دفع سوخت ثابت کرده اند که هیچ احتیاجی به تأسیس چنین امکاناتی در برابر حجم کم پس مانده ها نیست. انبار کردن با توجه به کاهش در حال رشد پرتوزایی برای مدت طولانی آسان تر است. همچنین مقاومت مغناطیسی در سوخت دفع شده وجود دارد، چون منبع قابل توجهی از انرژی در آن است که می تواند دوباره فرآوری شود و امکان بازیافت دوباره را به اورانیوم و پلوتونیوم بدهد.
تعدادی از کشورها در حال انجام مطالعاتی در زمینه تصمیم گیری بهترین راه برای نزدیک شدن به دفع سوخت مصرف شده و پس مانده های پس از دوباره سازی هستند. روش متداولی که امروزه استفاده می شود قرار دادن سوخت مصرف شده در انبارهای زیرزمینی است:

پس مانده ها
پس مانده های حاصل از چرخه سوختی هسته ای در رده های: شدید، متوسط و کم دسته بندی می شوند و این تقسیم بندی براساس تشعشعات رادیواکتیوی که از خود ساطع می کنند، است.
این پس مانده ها از منابعی سرچشمه می گیرند که شامل موارد زیر است:
پس مانده های رده پایین (Low-level) که در تمام مراحل چرخه سوختی تولید می شوند.
پس مانده های رده متوسط (Intermediat-level) که در جریان عملکرد راکتور و دوباره سازی تولید می شوند.
پس مانده های رده بالا (High-Level) که شامل محصولات شکافته شده حاصل از دوباره سازی و در بسیاری از کشورها خود سوخت مصرف شده هستند.
فرآیند غنی سازی تولیدات را به سوی تهی کردن اورانیوم هدایت می کند. غلظت اورانیوم ۲۳۵ به طور عمده کمتر از ۷/۰ درصد است که در طبیعت پیدا می شود. تعداد کمی از این مواد که اصولاً اورانیوم ۲۳۸ هستند زمانی استفاده می شوند که چگالی بسیار زیاد نیاز است. مثل استحفاظ پرتوافشانی و گاهی استفاده در تولید سوخت Mox. در حالی که اورانیوم ۲۳۸ قابل شکافتن نیست ماده ای پرتوافشانی کم است و باید درمورد آن احتیاط کرد، از این رو یا آن را انبار و یا دفع می کنند.

میزان مواد موجود در چرخه سوختی هسته ای
موارد زیر فرضیات مختلفی ایجاد می کنند. (پاورقی شماره ۲ را ملاحظه فرمایید) اما مورد ملاحظه عملکرد راکتور انرژی هسته ای NWE ۱۰۰۰ قرار می گیرند.
۲۰۰۰۰ تن از یک درصد سنگ معدن اورانیوم استخراج
۲۳۰ تن از اورانیوم اکسید غلیظ شده (همراه ۱۹۵ تن اورانیوم) آسیاب سازی
۲۸۸ تن UF۶ (همراه ۱۹۵ تن اورانیوم) تبدیل کردن
۳۵ تن UF۶ (همراه ۲۴ تن اورانیوم غنی شده) غنی سازی
۲۷ تن UO۲ (همراه ۲۴ تن اورانیوم غنی شده) ساخت و تولید سوخت
۷۰۰۰ میلیون کیلووات ساعت (kwh) نیروی الکتریسیته عملکرد راکتور
۲۷ تن شامل ۲۴۰ کیلوگرم پلوتونیوم، ۲۳ تن اورانیوم(u-۲۳۵ ۸/۰ درصد)، ۷۲۰ کیلوگرم محصولات شکافتی، همچنین ترانزورانیک سوخت مصرف شده


**غلیظ کننده های اورانیوم بعضی اوقات در شرایط u۳o۸ قرار می گیرند که حجم آن (مخلوطی از دو اورانیوم اکسیدی که نسبتاً همان چیزی است که در طبیعت یافت می شود. محصول u۳o۸ خالص شامل حدوداً ۸۵ درصد فلز اورانیوم است.
**غلظت اورانیوم ۸۰ درصد است، غنی سازی در ۴ درصد اورانیوم ۲۳۵ به همراه ۳ درصد دنباله آزمایش شده، ۸۰ درصد برای عملکرد راکتور ۷۲ تن اورانیوم بارگزاری می شوند. سوخت گیری سالانه است و هر سال یک سوم سوخت را عوض می کنند.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:36 AM
رآکتور هسته‌ای
nuclear reactor
فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/nuclear_reactor.gif
واکنشگاه هسته‌ای یا رآکتور اتمی دستگاهی برای انجام واکنشهای هسته‌ای بصورت تنظیم شده و تحت کنترل است. این دستگاه در اندازه‌های آزمایشگاهی، برای تولید ایزوتوپهای ویژه مواد پرتوزا (رادیواکتیو) و همینطور پرتو-داروها برای مصارف پزشکی و آزمایشگاهی، و در اندازه‌های صنعتی برای تولید برق ساخته می‌شوند. واکنشهای هسته‌ای به دو صورت شکافت و همجوشی، بسته به نوع مواد پرتوزا استفاده شده انجام میگیرند. واکنشگاه‌ها بسته به اینکه چه نوع کاربردی داشته باشند از یکی از این دو نوع واکنش بهره می‌گیرند. در واکنشگاه دو میله ماده پرتوزا یکی به‌عنوان سوخت و دیگری به‌عنوان آغازگر بکار می‌رود. میزان این دو ماده بسته به نوع واکنش، اندازه واکنشگاه و نوع فراورده نهایی بدقت محاسبه و کنترل می‌شود. در واکنشگاه هسته‌ای همیشه دو عنصر پرتوزا به یک یا چند عنصر پرتوزا دیگر تبدیل می‌شوند که این عناصر بدست آمده یا مورد مصرف صنعتی یا پزشکی دارند و یا بصورت پسماند هسته‌ای نابود می‌شوند. حاصل این فرایند مقادیر زیادی انرژی است که بصورت امواج اتمی والکترومغناطیس آزاد می‌گردد. این امواج شامل ذرات نوترینو، آلفا، بتا، پرتو گاما، امواج نوری و فروسرخ است که باید بطور کامل کنترل شوند. امواج آلفا، بتا و گامای تولیدی توسط واکنش هسته‌ای به‌عنوان محرک برای ایجاد واکنشهای هسته‌ای دیگر در رآکتورهای مجاور برای تولید ایزوتوپهای ویژه بکار میروند. انرژی گرمایشی حاصل از این واکنش و تبدیل این عناصر پرتوزا در واکنشگاه‌های صنعتی برای تولید بخار آب و تولید برق بکار می‌رود. برای نمونه انرژی حاصل از واکنش یک گرم اورانیوم معادل انرژی گرمایشی یک میلیون لیتر نفت خام است. قابل تصور است که این میزان انرژی با توجه به سطح پایداری ماده پرتوزا در واکنشهای هسته‌ای تا چه میزان مقرون به صرفه خواهد بود.

با این حال مشکلات استخراج، آماده سازی، نگهداری و ترابری مواد پرتوزای بکار رفته در واکنشگاه‌های تولید برق و دشواری‌های زیستبومی که این واکنشگاه‌ها ایجاد می‌کنند باعث عدم افزایش گرایش بشر به تولید برق از طریق این انرژی شده است. باید توجه داشت که میزان تابش در اطراف واکنشگاه‌های هسته‌ای به اندازه‌ای بالاست که امکان زیست برای موجودات زنده در پیرامون واکنشگاه‌ها وجود ندارد. به همین دلیل برای هریک از رآکتورهای هسته‌ای پوششهای بسیار ضخیمی از بتن همراه با فلزات سنگین برای جلوگیری از نشت امواج الکترومغناطیس به بیرون ساخته می‌شود. بدون این پوششها تا کیلومترها پیرامون واکنشگاه، سکونت‌پذیر برای موجودات زنده نخواهد بود. مشکلاتی که نشت مواد پرتوزا از واکنشگاه نیروگاه اتمی چرنوبیل در دهه ۸۰ میلادی بوجود آورد خود گواهی بر این مدعاست.

کاربرد تابش‌های پرتوزا
بسیاری از محصولات تولیدی واکنش شکافت هسته‌ای شدیدا ناپایدارند و در نتیجه، قلب راکتور محتوی مقادیر زیادی نوترون پر انرژی، پرتوهای گاما، ذرات بتا وهمچنین ذرات دیگر است. هر جسمی که در راکتور گذاشته شود، تحت بمباران این همه تابشهای متنوع قرار می‌گیرد. یکی از موارد استعمال تابش راکتور تولید پلوتaaونیوم ۲۳۹ است .این ایزوتوپ که نیمه عمری در حدود ۲۴۰۰۰ سال دارد به مقدار کمی در زمین یافت می‌شود. پلوتونیوم ۲۳۹ از لحاظ قابلیت شکافت خاصیتی مشابه اورانیوم دارد. برای تولید پلوتونیوم ۲۳۹، ابتدا اورانیوم ۲۳۸ را در قلب راکتور قرار می‌‌دهند که در نتیجه واکنش‌هایی که صورت می‌‌گیرد اورانیوم ۲۳۹ بوجود می‌‌آید. اورانیوم ۲۳۹ ایزوتوپی ناپایدار است که با نیمه عمری در حدود ۲۴ دقیقه، از طریق گسیل ذره بتا، به نپتونیوم ۲۳۹ تبدیل می‌شود. نپتونیوم ۲۳۹ نیز با نیمه عمر ۲/۴ روز و گسیل ذره بتا واپاشیده و به محصول نهایی یعنی پلوتونیوم ۲۳۹ تبدیل می‌شود. در این حالت پلوتونیوم ۲۳۹ همچنان با مقادیری اورانیوم ۲۳۸ آمیخته است اما این آمیزه چون از دو عنصر مختلف تشکیل شده است، بروش شیمیایی قابل جدا سازی است. امروزه با استفاده از تابش راکتور صدها ایزوتوپ مفید می‌توان تولید کرد که بسیاری از این ایزوتوپ‌های مصنوعی را در پزشکی بکار میبریم. آثار زیانبار انفجارهای اتمی و تشعشعات ناشی از آن باعث آلودگی آبهای زیرزمینی، زمین‌های کشاورزی و حتی محصولات کشاورزی می‌شود ولی با همه این مضرات اورانیوم عنصری است ارزشمند، زیرا در کنار همه سواستفاده‌ها می‌‌توان از آن به نحوی احسن و مطابق با معیارهای بشر دوستانه استفاده نمود. فراموش نکنید از اورانیوم و پلوتونیوم می‌‌توان استفاده‌های صلح آمیز نیز داشت چرا که از انرژی یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ می‌‌توان چهل هزار کیلو وات ساعت الکتریسیته تولید کرد که معادل مصرف ده تن ذغال سنگ یا ۵۰۰۰۰ گالن نفت است.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:37 AM
انفجار هسته ای

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/nuclear_explosion1.jpg
تعریف انفجار
انفجار اعم از عادی یا هسته ای عبارتست از رهایی مقدار زیادی انرژی در مدت زمانی بسیار کوتاه و در فضای محدود .

ساختار انفجاری هسته ای
در انفجار هسته ای حرارت و فشار حاصل از اندازه ای است که جرم ------ و همه مواد موجود در فضای مزبور را در آن واحد زمان بصورت توده ای از گاز داغ ، ملتهب و فشرده در آورده و تشکیل گوی آتشین که در حدود چند میلیون درجه حرارت است می دهد این گوی آتشین بلافاصله انبساط کرده و به لایه های بالای جو صعود می کند.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 کند که اثر تخریبی انفجار مربوط به آنها است .


http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/nuclear_----_badger.jpg
مشخصات انفجاری هسته ای
- در نزدیکی انفجار سرعت موج از یک کیلومتر درثانیه یعنی هزارها کیلومتر در ساعت بیشتر است .
- قسمت عمده ای از انرژی انفجار بصورت حرارت و نور آزاد می شود که در منطقه وسیعی ایجاد آتش سوزی نموده و حتی در فاصله های دورتر سبب سوختگی در پوست بدن موجودات زنده ای که در معرض آنها قرارگرفته باشند می گردد .
- مقدار زیاری اشعه نامریی هسته ای به نام تشعشع هسته ای اولیه بوجود می آید که قدرت نفوذی فوق العاده ای داشته و بر حسب شدت تشعشع آنها آثار بیولوژیکی تشعشعات هسته ای وخیم یا کشنده در موجودات زنده بوجود می آورند .
- مواد حاصل از انفجار های هسته ای به شدت رادیو اکتیو بوده ومنطقه وسیعی را بطوری الوده می سازد که بر حسب نزدیکی یا دوری از مرکز انفجار تامدتی غیر قابل سکونت خواهند بود مانند هیروشیمای ژاپن .
- در انفجارهای معمولی درجه حرارت در مرکز انفجار به حدود ۵۰۰۰ درجه سانتیگراد درمورد انفجارهای هسته ای به ده ها میلیون درجه می رسد .

حوزه انفجارهسته ای
قطر کره آتشین از ------ هسته ای یک مگاتنی در یک هزارم ثانیه به حدود ۱۵۰ متر رسیده ودر هر ثانیه به حداکثر اندازه خود که حدود ۲۰۰۰ متر است می رسد و پس از یک دقیقه نسبتا سرد شده و روشنایی خود را از دست می دهد این زمانی است که انفجار ۷ کیلو متر صعود کرده است برای تصور میزان درخشندگی آن کافیست اشاره کنیم که :
- از فاصله یکصد کیلومتری از نور خورشید در وسط روز درخشنده تر است .
- در پاره ای از آزمایش ها که در طبقات بالای جو انجام گرفته نور حاصله از فاصله ۱۰۰۰ کیلومتری محسوم بوده است که تحت بعضی شرایط این نور می تواند موجب کوری موقتی یا سوختگی دایمی شبکیه چشم شود .
- در موقع آزمایشات هسته ای در معرض بودن تصادفی اشخاص موجب سوختگی شبکیه چشم درمسافت ۱۰ مایلی در سلاح ۲۰ کیلو تنی شده است .
- گوی آتشین همانطور که به سرعت بزرگ شده و صعود می کند تغییر شکل داده و پهن تر می شود ضمناً هوا و خاک و عناصر دیگر را از پایین به داخل خود می مکد و به همین ترتیب دنباله ای از غبار تشکیل می شود که گوی آتشین را به زمین وصل می کند کره آتشین بتدریج سرد شده و بصورت ابری متلاطم در می آید که ابتدا سرخ رنگ بوده و بعد سفید می شود در این حال با دنباله خود شکل قارچی به خود می گیرد .

تخریب بعد از انفجار هسته ای
- چنانچه انفجار در سطح زمین یا نزدیکی آن اتفاق بیافتد مقدار زیادی خاک و شن و مواد مختلف بخار شده و همراه با گوی آتشین بالا می روند یک صدم انرژی سلاح مگاتنی در تر کش سطحی کافی است که ۴۰۰۰ تن خاک و شن و سنگ را بخار نماید این مواد که بدین ترتیب به داخل گوی آتشین کشیده شده با مواد رادیو اکتیو مخلوط می شوند و ابر اتمی قارچ شکل انفجارات اتمی را شکل 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 یک صدم انرژی سلاح یک مگاتنی کافیست که ۲۰۰۰۰ تن آب را بخار کند .
- انفجار زیر زمینی اتمی ایجاد تکانهایی مانند زمین لرزه می نماید در اثر این لرزش و جابه جاشدن قسمتی از سطح زمین خرابی بوجود می آید اما انرژی یک زلزله قوی با انرژی یک میلیون ------ اتمی برابر است!

تقسیم بندی انرژی انفجار سلاح اتمی
مجموع انرژی حاصله که به نام قدرت ------ 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 کلی بصورت زیر تقسیم بندی می شود .
- ۵۰% انرژی به توسط موج انفجاری یا موج ضربه حمل می شود .
- ۳۵% انرژی را تشعشع حرارتی و امواج نورانی در خود دارند .
- ۱۵% انرژی را تشعشع هسته ای ( ۵% تشعشع ابتدایی ۱۰% تشعشع باقیه ) دارد.


با عرض پوزش به علت
ارائه تصاویری دلخراش ، از مصدومان بمباران های اتمی



http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/nuclear_bomb2.jpg

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/nuclear_----_badger1.jpg

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/nuclear_explosion4.jpg

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/nuclear_explosion5.jpg

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/nuclear_explosion6.jpg

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/nuclear_explosion7.jpg

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/nuclear_explosion8.jpg

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/nuclear_explosion9.jpg

به امید روزی که دیگر شاهد چنین صحنه های دلخراشی نباشیم

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:39 AM
بحث در مورد فرضیه
سفر در زمان

فیزیک - مقالات


شاگرد:
- به هیچ وجه باورم نمی شه که تا ساعاتی بعد، کوششهای شما برای سفر در زمان به نتیجه می رسه. واقعا که شاهکار بی نظیریه.
دانشمند:
- دقیقا همینطوره. خودت شاهد بودی که سالها روی این پروژه کار کردم. هرچند که بخاطر مخفی بودن اون، از خیلی کمکها محروم شدم. ولی به هرحال آنرا به انجام رساندم.
- با اینکه تنها کسی بودم که در جریان جزء به جزء کارهاتون قرار داشتم، ولی هنوز هم به لحاظ تئوریک نمی دونم اون رو درک کنم. کاری ندارم به اینکه ماشین زمان شما چطوری کار می کنه … (و لبخندی می زنه و ادامه می ده) هرچند که می دونم اگه ازتون بپرسم هم تا لحظۀ آزمایش، جوابی نمی گیرم. با اینحال هنوز هم دوست دارم پارادوکسهای سفر در زمان برام حل بشه.
- می دونی پسرم. مشکل تو اینه که درک فلسفی ت از قضیه ضعیفه. موضوع زمان - در حال حاضر - بیشتر از اونی که به لحاظ تجربی و محاسباتی قابل درک باشه، یک مفهوم فلسفی و ماوراء طبیعه محسوب می شه. به همین جهت هم توضیح فرآیندی که رخ می ده، حتی برای من هم مشکله. از طرفی بخاطر الکن بودن زبان - در بیان حقیقت - اونچه که بیان می کنم نیز پر از اشکال و کاستی هست. موضوع، مشابه انسانهای ماقبلی است که وقتی سفاین فضایی بر آنها وارد می شدن، ناچار بودن از واژه هایی که در دسترسشون بود استفاده کنن. اونها ارابۀ خدایان رو می دیدن که با اسبهای آتشین حمل می شدن و هنگام عصبانیت صاعقه پرتاب می کردن. توصیفاتی که برای ما خنده دار و نامفهوم هستن. در اینجا نیز همین مشکل پیش روی ماست. به همین جهت هم ناچاریم از واژه های مترادف استفاده کنیم.
- به طور مثال من نمی فهمم چرا ما نباید شاهد حضور مسافرانی از آیندۀ پیشرفته تر باشیم. وقتی به گذشته می رویم و تغییراتی در اون می دهیم، این تغییرات چه تاثیری بر زمان حال می گذارن؟ اگر ما به دو روز قبل برویم و دو روز در آنجا بمانیم، در روز دوم (همان لحظه ای که زمان حال را ترک کردیم) با چه چیزی مواجه می شیم؟ یک نفر دیگرهمانند ما که می خواهد زمان را ترک کند؟
دانشمند دستی به موهای سفیدش کشید و به سمت اتاق کار خود حرکت کرد. شاگرد نیز همراهش رفت. در اتاق کار همه چیز کاملا در هم ریخته و شلوغ بود و حکایت از شرایط ویژه ای داشت که ظاهرا در چند روز خیر پیش آمده بود. روی یکی از دیوارها صفحۀ بزرگ نمایش نصب شده بود و در کنار آن نیز یک تخته سیاه قرار داشت. روی تخته سیاه، نمودارها و اعداد فراوانی به چشم می خورد.
دانشمند چراغ اتاق را روشن کرد و از شاگرد خواست تا در گوشه ای بنشیند. خود نیز با آرامش پشت میزش نشست. آرامشی که تنها پس از رسیدن به هدف به انسان دست می دهد. سپس شروع کرد:
- قبل از هر چیز، تو باید نگاه جدید و متفاوتی نسبت به فرایند زمان و موجودیت مکان داشته باشی. بگذار از فیلسوف بزرگ، «اوسپنسکی» کمک بگیرم. می دانی که جهانی که در آن زندگی می کنیم، چند بعدی ست و ما به کمک حواس خود قادر به تشخیص سه تای آنها بطور مستقیم و یکی بطور غیر مستقیم هستیم. خود ما دارای سه بعد (ارتفاع، عرض و طول) هستیم. ولی در جهانی چهار بعدی زندگی می کنیم. فرض کن در یک جهان یک بعدی قرار داری. این جهان طبیعتا یک «خط» صاف خواهد بود. اگر بطور فرضی، «نقطه» را نیز واقعی در نظر بگیریم، در این جهان دو موجود زندگی می کند: نقطه و خط.

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Traveling_in_time_1.jpg

این دو موجود، قادر هستند در طول «یک» محور یعنی «طول» خط حرکت کنند. یعنی تنها حرکتی که می شناسند حرکت رو به جلو و عقب است. توجه کن که این موجودات هیچ شناختی نسبت به ابعاد بالاتر یعنی حرکت به بالا یا چپ و راست ندارند. این موجودات وقتی به یکدیگر می نگرند، تنها چیزی که می بینند «نقطه» است. با این حال چشم آنها با کمک مغزشان می تواند بعد «طول» را شبیه سازی کند و بین خط و نقطه، تمیز قائل شود.
شاگرد که کمی حوصله اش سر رفته بود داشت با یک پاک کن بازی می کرد. دانشمند ادامه داد:
- حالا می رویم سراغ یک بعد بالاتر. در این جهان که از یک «سطح» تشکیل شده، موجودات متنوع تری زندگی می کنند. ما در این جهان انواع سطوح بعلاوۀ انواع خطوط و نقاط را دارد


http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Traveling_in_time_2.jpg

این موجودات می توانند در دو بعد «طول» و «عرض» حرکت کنند. آنها نیز هیچ شناخت و آگاهی نسبت به بعد سوم یعنی «ارتفاع» ندارند. سایر موجودات را تنها به صورت خط می بینند ولی آگاهند به اینکه آنها دارای بعد دوم هستند.
و اما جهان سه بعدی که با آن آشنا هستیم. در این جهان همه نوع حجم زندگی می کنند و آزادانه به هر سمت حرکت می کنند. این موجودات نیز یکدیگر را بصورت «سطح» می بینند ولی آگاهند به اینکه بعد سومی نیز وجود دارد. (همۀ ما یکدیگر را بصورت سطوح می بینیم و این مغز ماست که احساس عمق و بعد سوم را ایجاد می کند).

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Traveling_in_time_3.jpg
در اینجا دانشمند بطرف شاگرد آمد و با لبخند گفت:
- می دانم حوصله ات سر رفته و هنوز نمی دانی کل این ماجرا چه ربطی به زمان دارد. پس خوب گوش کن. از اینجا داستان زمان شروع می شود: می دانیم که همۀ ما زمان را به عنوان تغییر می شناسیم. یعنی عاملی که باعث بروز تحول در اجسام و عالم می شود. بیا با این تعریف کلی به سراغ جهان های خود برویم.
از جهان تک بعدی شروع می کنیم. در این جهان خط و نقطه داشتیم. فرض کن از عالمی بالاتر - یعنی دارای دو بعد - یک شی دو بعدی با این عالم تصادم ایجاد کند. می دانی چه احساسی به موجودات واقع در آن دست می دهد؟

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Traveling_in_time_4.jpg
می دانی که از برخورد سطح با خط، یک خط تشکیل می شود. در نظر بگیر یک سطح مربعی شکل با جهان تک بعدی برخورد کند. در این حال نیز در محل برخورد، موجودی جدید به دنیا می آید: یک خط! موجوداتی که در جهان دو بعدی زندگی می کنند هیچ شناختی نسبت به سطحی که موجود جدید را بدنیا آورده، ندارند. سطح فوق برای آنان یک «ابر موجود» است که آنها حتی نمی توانند شکل یا ماهیت آنرا تصور کنند. اما ایشان بطور کاملا طبیعی، موجود یا شی جدیدی را در جهان خویش می یابند.
حالا فرض کن یک مثلث وارد جهان آنان شود. در این حال نیز آنان «قطاع» یا بخشی از آنرا بصورتی که ادراکشان اجازه می دهند خواهند دید. بگذار چیزی بگویم. به نظر می رسد آنچه آنان تجربه خواهند کرد، به مراتب فراتر از یک شی تک بعدی خواهد بود.
یک وجود دو بعدی حاوی خصائصی فراتر از حواس آنان و شامل کلیۀ پدیده هایی است که جهان آنان را تشکیل می دهد. حضور این شی در جهان تک بعدی، می تواند از ظهور یک تکه سنگ یا یک موجود کامل تک بعدی یا بروز احساس خشم و یا هر پدیدۀ دیگری تفسیر شود. چرا که حقیقتی که کل جهان آنان را شکل می دهد (با تمامی پدیده های آن) در واقع از جهانی دو بعدی نشات می گیرد که حاوی تمامی آن پدیده هاست.
ولی در صورت حرکت مثلث چه اتفاقی می افتد؟ موجود مورد نظر (فرضا کودکی که به دنیا آمده یا خورشید صبحگاهی) تغییر حالت یا حتی تغییر ماهیت می دهد. بزرگ می شود و متحول می گردد (همانگونه که در شکل، خط بزرگتر می شود)… و این تصور زمان است که برای موجودات تک بعدی بوجود می آید. در این مورد بعدا بطور کامل صحبت خواهم کرد.
اینک برویم سراغ جهان دو بعدی:

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Traveling_in_time_5.jpg
در اینجا نیز صحبت از حضور موجوداتی سه بعدی است که با توجه به ادراک ناقص جهان دو بعدی، فقط بخشی از ماهیت آنان - به صورتی متفاوت وقابل درک برای جهان کهتر دوبعدی - تجلی می یابد. در اینجا نیز حرکت موجودات سه بعدی همانند هرم یا مخروط می تواند بصورت عامل «زمان» تلقی گردد. موجودات دوبعدی، شاهد حضور پدیده هایی متغیر در جهان خود هستند که با توجه به ادراک محدود آنان، می تواند به پدیده های طبیعی محیط - همانند روز و شب یا رشد گیاهان یا بروز جنگ و زلزله و غیره - تعبیر شود.
شاگرد که کاملا هیجان زده شده بود به میان سخنان دانشمند پرید و گفت:
- شگفت انگیزه! شما می خواهید به همین ترتیب تمامی تغییراتی که در جهان سه بعدی شاهد آن هستیم را نیز به عاملی چهار بعدی نسبت دهید؟ …
و بعد از لحظه ای تامل - که دانشمند احساس کرد وی به آن نیاز دارد - ادامه داد:
- … ای داد! پس لابد خود ما نیز به عنوان پدیده های جهان سه بعدی، بخشی از حضور محدود شدۀ یک وجود چهار بعدی هستیم؟
دانشمند سرش را تکان داد و گفت:
- همینطوره. اصولا هر آنچه در این جهان می بینیم، بازتاب محدودی از یک حضور سه بعدی - و آنطور که «اوسپنسکی» می گوید، چند بعدی - می باشد. بگذار قضیه را اینطور مطرح کنم. می دانی که زمان و مکان ابعادی به هم وابسته و از یک جنس هستند. وقتی می گویی «از اینجا تا آنجا»، در حالیکه داری به مکان اشاره می کنی، ولی صحبت از زمان می کنی. همان زمانی که برای گذر از «اینجا» به «آنجا» نیاز است. همچنین وقتی می گوئیم «از امروز تا فردا»، صحبت از مکان می کنیم. چرا که برداشت ما از«امروز تا فردا»، به تغییراتی باز می گردد که در محیط می بینیم و اگر مکانی در کار نباشد - هیچ مکانی - دیگر سخن از گذر زمان، بی معنی ست.
حال فرض کن وضعیت را عوض کنیم. به موقعیتی بی اندیش که در آن «از اینجا تا آنجا» بدون هیچ درنگی طی شود. یعنی برای رفتن و حتی اندیشیدن به «اینجا تا آنجا» نیاز به هیچ گذری در زمان نباشد. با این اوصاف «اینجا» و «آنجا» مفهوم خود را از دست می دهند و بصورت یک واقعیت یک پارچه در می آیند. یکی می شوند. تو در یک آن هم در «اینجا» و هم در «آنجا» هستی. در واقع در وضعیتی که زمان را حذف کنیم، مفهوم مکان نیز خود بخود حذف می شود و ما به حضور «همۀ واقعیات در همۀ اعصار از ازل تا ابد» در یک وجود مطلق می رسیم. همۀ واقعیات بر هم منطبق می شوند. همۀ اجزاء تبدیل به یک کل می گردند.
شاگرد گفت:
- می فهمم. می فهمم. ولی با سر درد فراوان!
- بله. شناخت این موضوع از طریق قیاس امکان پذیر است. ولی باز هم شناخت است، نه درک. مترتینگ می گوید: «روزی که ما بعدچهارم را درک کنیم و به کار بندیم تقریبا فوق انسانی خواهیم بود».
سپس به سمت پنجرۀ اتاق رفت و آنرا گشود. هوای خنکی وارد اتاق شد که تا حدی باعث آرامش هردو می شد. پس از چند لحظه ادامه داد:
- بیا یک مرور کلی بر آنچه گفته شد، انجام دهیم. گفتیم که در جهان های با ابعاد پائینتر، موجودات فقط می توانند در محدودۀ همان جهان حرکت کنند و هیچ ادراکی نسبت به ابعاد بالاتر ندارند. به همین جهت وقتی با ابعاد بالاتر برخورد می کنند، ناخودآگاه آنرا به مفاهیمی که می شناسند تجزیه می کنند. فرض کن در یک جهان دو بعدی (سطح) دایره به معنای خورشید باشد. مربع موجودات و مستطیل، اشیاء آن جهان باشند. حالا در نظر بگیر از جهان بالاتر، یک شی سه بعدی، مثلا یک مخروط - از جهت باریکتر - با جهان آنها تماس بر قرار کند. آنها تنها قطاع آنرا خواهند دید که بصورت دایره - یعنی خورشید - می باشد. در صورتیکه این مخروط به سمت جهان دو بعدی حرکت کند، دایرۀ فوق بزرگتر می شود. پس آنچه این موجودات شاهد آن هستند، ظهور خورشید و بزرگتر شدن آن است. همچنین از آنجا که یک شیء سه بعدی، شامل تمامی خصائص و ویژگی های شیء دو بعدی می باشد - و البته خصائصی به مراتب فراتر نیز دارد - پس برخورد یک شیء سه بعدی، می تواند در جهانی کهتر به هر آنچه در آن جهان وجود دارد تعبیر شود. دقت کن: «هر آنچه در آن جهان وجود دارد». یعنی نه فقط اجسام و موجودات بلکه تمامی پدیده ها و احساسات و وقایع را نیز در بر می گیرد.
در ضمن به این نکته نیز توجه کن: فرض کن یک موجود سه بعدی انگشتان دست خود را در سطح فرو کند. در جهان دو بعدی پنج دایره پدیدار می شوند که هیچ ارتباطی با هم ندارند. آنها پنج شیء یا پدیدۀ گوناگون هستند که در باور دو بعدی ها، هیچ ارتباطی به هم ندارند. ولی در واقع از یک موجود واحد نشات گرفته اند. (در اینجا به یاد داستان معروف مولوی و انسانهایی می افتیم که در تاریکی به بدن فیل دست می کشیدند).
حالا قدمی به پیش می گذاریم. همانطور که گفتم، پدیدۀ زمان چیزی نیست جز برداشت لحظه به لحظۀ ما از یک وجود چند بعدی. در حقیقت چون ما عاجز از مشاهده یا شناخت یک وجود چهار، یا چند بعدی بطور کامل هستیم، پس با توجه به ادراک سه بعدی خویش، فقط قطاعهایی از آنرا مشاهده می کنیم که شعور - یعنی بخش زنده و پویای هستی - در آنجا حضور دارد.
شاگرد پرسید:
- یعنی می خواهید بگویید که بطور مثال در همان جهان دو بعدی، وقتی یک استوانه وارد جهان آنها می شود و دایره (که مثلا یک موجود زنده است) می آفریند، در واقع تعداد بسیار زیادی از همان موجود در بطن استوانه موجود بوده؟
- آفرین. اشارۀ درستی کردی. اگر بپذیریم که یک وجود با ابعاد بالاتر، حاوی تمامی خصائص و پدیده های جهان کهتر است، پس این می تواند شامل تمامی حالات و احوالات موجودات آن جهان (فرضا دوبعدی) نیز باشد. در حالت واقعی - یعنی در جهانی که ما در آن زندگی می کنیم - آن وجود چهار یا چند بعدی، خود هیچ محدوده ای ندارد. یعنی نا محدود است. پس حاوی تمامی امکانات و احوالات موجود و قابل تصور می باشد. ولی این حالات به صورت به القوه هستند که وقتی نور شعور بر آن می تابد - با توجه به اینکه این شعور تنها می تواند سه بعد از آنرا روشن کند - یکی از حالات فوق به الفعل می گردد.
- پس شعور، قاعدتا باید این وجود چهاربعدی را اصطلاحا «جاروب» کند تا تصور گذر زمان برای ما بوجود بیاید. اینطور نیست؟
- دقیقا همینطوره. در واقع سرعت حرکت آن نیز مشخص است. سرعت حرکت آنرا نور تعیین می کند. یعنی زمان گذر از یک وضعیت به وضعیت دیگر، به اندازه ای است که فوتون از عرض کوچکترین ذرۀ شناخته شده در طبیعت عبور می کند.
- چیزی که شما تشریح کردید، شبیه به نمایش فیلمهای انیمیشن است. در آنجا نیز ما یک رشته فیلم داریم که روی سرتاسر آن تصاویر ثابت و بی جان از حالات مختلف موجودات ترسیم شده. وقتی نور به تک تک فریمها می تابد، آنچه بر پرده می بینیم مناظری جاندار و زنده است.
- بله و بشر - بطور نا خودآگاه و- با توجه به مکانیزم هستی، چنین سیستمی طراحی کرده تا از دل یک نوار بی جان، زمان را بیرون بکشد. البته با یک تفاوت اساسی. نوار فیلمی که مفهوم زمان و وجود سه بعدی ما از آن نشات می گیرد، دارای ابعادی بی نهایت است. یعنی هم در درازا و هم در «سناریو های ممکن». پس حاوی تمامی حالات مفروض برای جهان ما می باشد و این شعور ماست که با راهنمایی «اراده»، می تواند راهی مناسب را از بین آنها انتخاب کند. به این شکل توجه کن:

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Traveling_in_time_6.jpg
می توانی حقیقت جهان را، یا همان وجود چهار یا چند بعدی را بصورت رشته هایی در امتداد هم تصور کنی. توجه داشته باش که زبان و بیان ما برای تشریح یک وجود چهار بعدی الکن است و همانطور که در ابتدا هم گفتم، در چنین وضعیتی ناچاریم از مفاهیمی که می شناسیم استفاده کنیم که قطعا دارای نقائص فراوانی خواهد بود. ولی در هر حال می تواند تصور مناسبی بدست دهد. این رشته ها حاوی تمامی حالات و اوضاع ممکن در هستی می باشند. یعنی هر آنچه در تصور بگنجد. ولی هیچیک از این حالات بالفعل نیستند. بلکه تصاویری هستند بر کادر نوار فیلمبرداری. تصاویری که تنها وقتی از سه بعد به آنها می نگریم، واقعی و ملموس می شوند (همانند استوانه ای که تنها وقتی با جهان دو بعدی - یعنی سطوح - مماس می شود، واقعی و ملموس می شود). حال در نظر بگیر که برشی از این استوانه ها داشته باشیم. صفحه ای که در محل برخورد، جهان سه بعدی را می سازد:

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Traveling_in_time_7.jpg
باز هم تکرار می کنم که این شکل تنها یک قیاس است. دوایری که از محل برخورد صفحه با استوانه ها تشکیل می گردد، همانند جهان واقعی است که دنیای سه بعدی را می سازد. در اینجا برای سادگی، فقط وضعیت یک نفر را در نظر می گیریم. استوانه های فوق هریک حاوی یکی از حالات ممکن برای فرد از ازل تا ابد می باشد. یعنی هریک حاوی سرنوشتی مشخص برای وی است. مثلا در یکی از آنها فرد، کودکی باهوش است که در بزرگسالی دانشمندی قابل می گردد. در دیگری امکانی دیگر برایش مهیاست و غیره. در نظر داشته باش که تعداد این استوانه ها بی نهایت است. یعنی تمامی حالات و سرنوشتهای ممکن برای فرد مهیاست. ولی شعور - یا بهتر است بگوئیم نور شعور - فقط بر یکی از آنها می تابد. صفحۀ فوق همان نور شعور است:

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Traveling_in_time_8.jpg
وقتی این صفحه حرکت می کند، در هر لحظه فقط یکی از حالات قابل تصور، برای فرد محقق می گردد. فرضا در یک لحظه فرد در اتاق نشسته است (الف) در وضعیت بعدی احساس تشنگی می کند(ب) در وضعیت بعد تصمیم می گیرد آب بخورد(پ) در وضعیت بعدی منصرف می شود (ت) و در وضعیت بعدی عمل دیگری انجام می دهد(ث). می بینیم که شعور از یک وضعیت به وضعیت دیگری می رود و یکی از حالات ممکن برای فرد را محقق می سازد. حالاتی که از قبل تصویر شده اند و اینک قابل انتخاب و تحقق هستند. آنچه ما اینک از وجود خویش می بینیم و احساس می کنیم، تنها بخش سه بعدی و محدود شده ای ست که شعور محدود ما از آن کل - یعنی وجود چهار یا چند بعدی - می بیند.
شاگرد در حالیکه چشمانش را می مالید گفت:
- پس یعنی تمام آنچه ما می بینیم و با آن زندگی می کنیم، بنوعی غیر واقعی و تصور ماست؟
- چیزی در همین حد!
- با این تفسیر، پس چرا همۀ ما یک تصور واحد از جهان و هستی داریم؟ چرا مثلا همۀ ما وقتی به این بطری نگاه می کنیم، آنرا یک شکل می بینیم؟ چرا وقایع در تصور ما یکسان شکل می گیرد؟
- تمام آنچه می بینیم و احساس می کنیم (که البته همه را به واسطۀ حواس چند گانۀ خویش در می یابیم)، به واسطۀ انعکاس آن وجود چند بعدی بر آینۀ ذهن قابل لمس است. ذهن ما چون محدود به سه بعد است - طبق آنچه گفته شد - قادر به درک تمام هستی (بطور یک پارچه و یک جا) نیست. به همین سبب آنرا از filter عبور می دهد و به خورد ما می دهد. دو نوع ذهن داریم: یکی ذهن کل و دیگری ذهن فردی. آنچه از « کل » برداشت می کنیم و شامل تمامی جهان به همراه کلیۀ حوادث و پدیده های آن و همچنین وجود مادی خود ما می شود، از طریق ذهن کل به ما می رسد (و در واقع بازتاب آن وجود چند بعدی بر ذهن کل است که ما نیز جزوی از آن هستیم). اما یک ذهن فردی نیز وجود دارد که در ارتباط مستقیم با ذهن کل است. تمامی احوالات شخصی و امیال و اراده و خواسته های ما مستقیما بر ذهن فردی تاثیر می گذارد. بگذار چیزی را بگویم. خواسته و ارادۀ ما و همچنین خیال پردازی و تخیل ما، همگی دارای ماهیتی چند بعدی هستند (دقیقا همانند همان وجودی که شرح دادم) و تنها زمانی که از filter ذهن فردی عبور می کنند، در جهان مادی متجلی می شوند. و از آنجا که ذهن کل و فردی مستقیما بر هم تاثیر می گذارند، هر آنچه در اولی جان بگیرد، در دومی نیز پدیدار می گردد.
شاگرد گفت:
- حالا تکلیف سفر در زمان چه می شود؟ چرا ما شاهد مسافرانی از آینده نیستیم؟ با توضیحات شما وقتی به گذشته سفر می کنیم، به کدام حالت ممکن می رویم؟ همان که قبلا رخ داده؟ در این صورت (اگر به چند سال قبل باز گردیم) در کنار خود قبلی مان قرار می گیریم…
- صبر کن پسرم. یکی یکی ! در اینجا توجه تو را باز به مفهوم « بی نهایت » جلب می کنم. ما گفتیم که جهان ما پس از تابش نور شعور بر وجودی چند بعدی، و گذر از filter ذهن هویت می یابد و گفتیم که آن وجود چند بعدی دارای گسترۀ بی نهایت است. به این ترتیب در چنین وجودی برای هر حوزۀ امکان، یک وضعیت « جدید » (و نه همان وضعیت قبلی) رخ می دهد. فرض کن هم اکنون سکه ای را به هوا پرتاب کنی. اگر ساعتی بعد همان سکه را در همان شرایط به هوا پرتاب کنی، وضعیتی جدید آفریده ای. حتی اگر سکه با همان حالت قبل بچرخد و به همان مکان سقوط کند، ولی همه چیز تغییر کرده. اصلا جهان در این یک ساعت عوض شده. سکه در ظاهر همان سکه است، ولی حتی وضعیت قرار گیری مولکولهای آن تغییر کرده. وقتی به زمان گذشته می روی، درست است به همان وضعیتی می روی که قبلا رخ داده، ولی این همان وضعیت نیست. بگذار مثالی عملی بزنم:
تو به پنج سال قبل می روی. به جایی که خودت حضور داری و مثلا می خواهی از خیابان عبور کنی. برای راحتی به خود فعلی ات (که به زمان گذشته سفر کرده) « من ۱ » و به خود قبلیت « من ۲ » می گوئیم. « من ۲ » با تعجب شخصی را می بیند که کاملا شبیه اوست! البته او واقعیست. « من ۲ » به سمت شما می آید و با شما صحبت می کند. شما برای وی از آینده می گویی. از ماشین زمان و سفر خویش. شما با هم دوست می شوید! و مدتی را با هم می گذرانید. همۀ این وقایع رخ می دهند ولی نه در گذشتۀ شما. بلکه در گذشته ای که همان لحظه و همان جا خلق شده! نور شعور شما این گذشته را خلق کرده که کاملا شبیه همان است که در همان زمان روی داده و نه دقیقا همان. در واقع درست از لحظه ای که شما در آن گذشته ظاهر می شوید، این گذشته مسیر خود را عوض می کند و با حفظ تمامی شرایط قبلی (که در ذهن کل ثبت گردیده و برای همیشه محفوظ است) عنصر « من ۱ » را به عناصر قبلی می افزاید. باید توجه داشته باشی که این گذشته نمی تواند روی آینده ای که تو از آن آمده ای تاثیر بگذارد. حضور تو در آنجا ممکن است همه چیز را به هم بریزد. همه راجع به تو سخن می گویند. علم و دانش تو همه را شگفت زده می سازد (البته خود تو بزرگترین شگفتی خواهی بود!) ممکن است هرج و مرج پیش آید. ممکن است تو « من ۲ » را نابود کنی. اصلا ممکن است بشریت در اثر عواقب غیر قابل پیش بینی از صفحۀ روزگار محو شود… ولی همۀ اینها مربوط به تاریخی است که به زمان حاضر مربوط نمی شود. وقتی مجددا به زمان حاضر باز گشتی، همه چیز سر جای خود است. آب از آب تکان نخورده چون هیچ کس ، هیچ گاه نمی تواند گذشته ای را که به زمان حاضر مربوط می گردد، تغییر دهد. آنچه شما تغییر می دهید، برداشتی نو از هستی ست که توسط ذهن شما ایجاد شده. این برداشت یک کپی برابر اصل از آنچه در ذهن کل ثبت شده می باشد.
- خب تکلیف کسانی که هم اکنون از آینده به حال سفر می کنند چیست؟ چرا ما آنها را نمی بینیم.
- نور شعور تنها بر حال (و آنجا که ذهن فردی اجازه می دهد) می تابد. آنها هنوز بالفعل نیستند. با کلام مادی ، آنها هنوز وجود ندارند.
- یک سوال دیگر. شما فرمودید وقتی به گذشته می رویم، در واقع به یک کپی از آنچه در همان زمان رخ داده سفر می کنیم و البته در آن گذشته تمام جهان (با همۀ انسانها و حوادث و دیگر اجزاء) وجود دارند و حتما تمامی آن افراد نیز نسبت به خود احساس واقعی دارند. خب من از کجا بدانم هم اکنون واقعی هستم و یا فقط در اثر سفر فرد دیگری بوجود نیامده ام؟
- در ظاهر هیچ راهی برای تمیز بین این دو وجود ندارد. ولی در اصل « من ۱ » با « من ۲ » فرق دارد. « من ۱ » دارای عنصری به نام اراده است. او می تواند تصمیم بگیرد و از بین بینهایت راه ممکن (که قبلا از آنها صحبت شد) یکی را برگزیند. هرچند که او نیز تا حدودی اسیر بایدهاست. بایدهایی که به خاطر تاثیر عوامل محیطی او را به سمت خاصی می رانند. با این حال او قادر به انتخاب است. ولی « من ۲» فاقد چنین ویژگی است. هرچند که در ظاهر نمی توان آنرا تشخیص داد. چرا که او در واقع راهی را می رود که یک بار قبلا توسط « من ۱» پیموده شده. با این حال « من ۱ » دارای تفاوتی بنیادی با « من ۲ » است. او از خود و منیت خویش آگاهی دارد. ولی « من ۲ » هیچ آگاهی از خود ندارد. تنها یک نسخه از تو دارای آگاهی از خویش است که تو هستی.
- یک سوال دیگر. وقتی شما به زمانهای گذشته می روید، از کجا معلوم در زمان ظهور، در مکانی نامناسب حاضر نشوید؟ فرضا در مکانی که سالها قبل در آنجا تپه ای بوده.
- این امکان وجود دارد. ولی من می توانم در هر مکان دلخواه حاضر شوم. وقتی از تنگنای زمان خارج می شوی، در همان آن، از مخمصۀ مکان نیز رها می گردی. به بیانی دیگر ماشین زمان، ماشین مکان هم هست و تو را به هر زمان و مکان دلخواه می برد. با این حال خطر فوق همواره وجود دارد.
در اینجا دانشمند به ساعت خود نگاه کرد و گفت:
- بسیار خب. وقت شروع آزمایش فرا رسیده. باید از تو جدا شوم.
- ولی استاد، هنوز سوالاتی دارم.
- می دانم. ولی بگذار تا هنگام بازگشت راجع به آنها صحبت کنیم. پاسخ بسیاری از سوالاتت را با شروع آزمایش در خواهم یافت و هنگام بازگشت به آنها پاسخ خواهم داد.
- ولی اگر در محاسبات خود اشتباه کرده باشید چه؟
- هر چیزی ممکن است. هرچیزی. به هرحال من برای تمام آنچه پیش آید، آماده ام.
و از شاگرد جدا شد. شاگرد که نمی توانست از استاد خویش جدا شود، با اندوه گفت:
- پس لااقل چیزی بگویید تا دل من به دیدار مجددتان امیدوار شود.
دانشمند گفت:
- به یاد داشته باش: « زمان و مکان، هردو فریب ذهن ما هستند. ماشین زمان، دور زدن این فریب ذهنی ست». به امید دیدار.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:40 AM
جدال فيزيك و متافيزيك
physic & Meta Phisic
علي اصل هاشمي

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/meta_physic.gif

اغلب در زندگي روزمره خود ملاحظه مي‌كنيم كه در اثر وجود يك ناسازگاري بين ذهن ما و جهان خارج ، نظريات عجيب و غريبي اظهار مي‌كنيم. اين نظريه پردازي از سرشت مبهم و ناموزون ما ناشي مي‌شود. البته بايد توجه داشته باشيم كه نظريه پردازي علمي چيزي كاملا متفاوت از اين موردي است كه اشاره شد. در نظريه پردازي علمي ، انسان به صورت مستقيم با جهان خارج درگير مي‌شود و ذهن در مواجهه مستقيم با آن آزاد است و لذا جهان در حكم فاعل و ذهن در حكم منفعل مي‌باشد. اما در نظريه پردازي كه ما اشاره كرديم، جاي اين دو عوض مي‌شود. در علم فلسفه از اين نوع نظريه پردازيها عموما تحت عنوان متافيزيك ياد مي‌شود.
اگر تاريخ علم را مرور كنيم، ملاحظه مي‌كنيم كه همواره از روزگارهاي قديم رابطه بين علم و فلسفه ، خصوصا بين فيزيك و متافيزيك در نوسان بوده است. به عنوان مثال در زمان گاليله به دليل حكومت افكار ارسطويي ، دانشمندان در ارائه نظريات علمي با مشكلات بسياري مواجه بوده‌اند. اما تاريخ فلسفه ، مخصوصا بعد از دكارت تحولاتي در اين زمينه پديدار شد. فلسفه بعد از دكارت فلسفه‌اي است كه نقش علوم تجربي ، خصوصا فيزيك را در براندازي نظامهاي فلسفي مهم مي‌داند. مثلا نظريه‌هايي در باب زمان و مكان و حركت كه توسط نيوتون ارائه گرديد، در فلسفه نيز تاثير گذار بودند. به همين ترتيب در اوايل قرن بيستم نظريه نسبيت عام انيشتين طلوع كرد كه برداشتي بديع و متفاوت از زمان و مكان و حركت ارائه داد و تاثيرات ديگري را در حوزه فلسفه به همراه داشت.
در اين دوران فيلسوف ذهن خود را در برابر جهان خارج و تاثيرات آن منعطف مي‌گرداند. بنابراين متافيزيك نيز جنبه‌هاي واقع بينانه انديشيدن را مد نظر قرار مي‌دهد. پس در اين دوران فيلسوف شخصي واقع گرا است كه ذهن خود را از دام وسوسه‌هاي تخيل رهانيده و به جهان مانند يك پديده عيني و نه ذهني نگاه مي‌كند و لذا تعجب او و طرح پرسشهايش راهگشاي علوم تجربي است و ديگر علم تجربي را كفر و عالم تجربي را كافر نمي‌پندارد.
رابطه فيزيك و متافيزيك در قرن بيستم
پس از اينكه آراء اعضاي حلقه وين ، همچون پتكي سخت و سنگين بر سر متافيزيك رايج فرود آمد و آن را بي‌معني اعلام داشت، حريف ديرينه و سر سخت حلقه وين ، كارل ريموند پوپر بر آن شد تا متافيزيك را دوباره احيا نمايد. در قرن بيستم ما شاهد تحديد ميان علم خصوصا فيزيك و متافيزيك هستيم. علم گزينه با معناي فعاليتهاي دانشمندان تجربي بوده و متافيزيك امري نظري و بي‌معنا است كه سرگرمي عمده فلاسفه مدرسي است. اين تحديد همواره به صورتهاي گوناگون مطرح شده است. حتي مي‌توان در نظريات ويتگنشتاين نيز رد پاهاي آن را يافت.
او در رساله خود گزاره‌هاي متافيزيكي را بي‌معني دانسته و در پژوهشهاي فلسفي كه خود ردي است بر رساله منطقي- فلسفي جانب معنا را گرفته و باز راي پيشين خود را حفظ مي‌كند. اما از نظر دانالد گيليس در كتاب فلسفه علم در قرن بيستم ، ويتگنشتاين مرتكب اشتباهي فاحش شده است. او از رياضيات محض مثال مي‌زند كه در يك فعاليت و پژوهش كاملا نظري و فارغ از تجربه شكل مي‌گيرد و بعد در فيزيك بكاربرده مي‌شود و پس از آنكه فرضيه‌اي ارائه شد، در عمل مورد آزمون واقع مي‌شود و اگر از آزمون به سلامت بيرون آمد ثبت مي‌گردد. آيا مفاهيم و يافته‌هاي رياضيات محض قبل از اينكه در فيزيك الهام گر فرضيه‌اي جديد باشند، بي‌معني هستند؟ حال و روز گزاره‌هاي متافيزيكي نيز اين چنين است.
پوپر در كتاب منطق اكتشاف علمي ، فصلي را به رابطه ميان علم و متافيزيك اختصاص داده است. او مثالهاي فراواني را در دفاع از متافيزيك ارائه مي‌كند. به عنوان مثال نظريه اتمي در زمان متفكران قبل از سقراط مثل لوكيپوس و ذيمقراطيس يك مورد كاملا متافيزيكي بود. اما همين نظريه كه جنبه متافيزيكي داشت، در ابتداي قرن نوزدهم توسط دالتون براي حل برخي مسائل در شيمي بكار گرفته شد. پس از آن در اواسط قرن نوزدهم ، ماكسول آن را در نظريه جنبشي گازها وارد رياضي فيزيك كرد. اين مثال خود دليل محكمي بر معني‌دار بودن گزاره‌هاي متافيزيكي است.
عقيده پوزيتيويسم
اساس پيدايش پوزيتيويسم منطقي به قرن بيستم و به حلقه وين و اعضاي فعال و انقلابي آن بر مي‌گردد. حلقه وين عبا رت از جلسات هفتگي عده‌اي فيزيكدان و رياضيدان بود كه راجع به مسائل فلسفي به بحث و تبادل نظر مي‌پرداختند. از جمله اين افراد مي‌توان به شليك ، نويرات ، وايزمن ، هانس هان ، هربرت فايگل و برخي ديگر اشاره كرد. پس از اينكه آرا و عقايد اعضاي حلقه انتشار يافت، دانشمندان و فلاسفه ديگري از جمله كارناپ و گودل نيز بدان گرويدند.
كارناپ بعدها در سال ۱۹۲۶ يكي از تاثير گذارترين پوزيتيويست‌هاي منطقي شد. نشريه شناخت ، مجموعه‌اي بود كه مقالات پوزتيويست‌ها را منتشر مي‌ساخت. پوزيتيويسم منطقي بر پايه سه اصل عقيدتي عمده قرار دارد كه شامل تمايز ميان تحليل و تركيب ، اصل تحقيق پذيري ، برنهاد فرو كاستي و نقش مشاهده است.
سخن آخر
البته آنچه ارائه شد مجومه‌اي از مطالبي است كه افراد گوناگون در باب فيزيك و متافيزيك ارائه دادند. شايد كم نباشند تعداد فيزيكداناني كه مسائل متافيزيكي كاملا پذيرفته و به آن اعتقاد دارند. اما آنچه مهم است، ياد آوري اين دو مطلب است كه اولا اظهار نظر قطعي در اين باب مستلزم داشتن اطلاعات بسيار وسيع و گسترده از هر دو مورد مي‌باشد. و شخص بايد هم در زمينه فيزيك و هم در زمينه متافيزيك صاحب نظر باشد تا بتواند نظري قاطع و راسخ در اين باب داشته باشد.
نكته ديگر اين كه اگر ذهن و علم ما قادر به توجيه برخي رويدادها نيست، دليلي براي رد آن وجود ندارد. چه بسا در تاريخ علم موارد متعددي وجود داشته است كه در زمان مطرح شدن به دليل ناقص بودن علم بشري ، دانشمندان قادر به قبول آنها نبوده‌اند. اما پيشرفت علم در زمانهاي بعد اين مورد را به اثبات رسانده است.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:41 AM
مغناطیس سلطان میدان ها
Magnetic Field
فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Magnetic_Field_Lines.gif
مغناطيس و الكتريسيته تاريخي طولاني و درازي دارند. الكتريسيته و مغناطيس ابتدا در قرن هشتم قبل از ميلاد مورد توجه يونانيان باستان قرار گرفتند. مهمترين عاملي كه موجب جذب و توجه مردم به الكتريسيته ومغناطيس شد، دو ماده طبيعي كهربا و كاني مگنتيت(سنگ مغناطيس) بود. كهربا، شيره برخي از درختاني است كه چوب نرمي دارند؛ هنگامي كه اين شيره از درخت بيرون مي آيد، پس از مدتي سفت مي شود. اين جامد سفت كه رنگي بين قهوه اي و زرد دارد، كهرباست. و اگر كهربا را به پارچه اي بماليم، باردار شده و مي تواند تكه هاي برگ يا كاغذ را جذب كند.
سنگ مغناطيس، همان اكسيد آهن است؛ كه براده هاي آهن را جذب مي كند. سنگ هاي مغناطيسي مي توانند يكديگر را جذب كنند. و علت اين نامگذاري آنست كه اين سنگ در منطقه اي به نام “مگنزيا” يا “مغناطيس” براي نخستين بار كشف شد. كه به ماهيت اين سنگ، مغناطيس گفته مي شود. اگر يك تكه از اين سنگ ها را بر روي آب شناور كنيم، جهت آن در راستاي شمال-جنوب قرار مي گيرد. همين خاصيت سنگ مغناطيسي سبب شد كه در قرون گذشته دريانوردان از آن بعنوان جهت ياب استفاده كنند.
دموكريتوس، كه يكي از فلاسفه بزرگ باستان و بنيانگذار تئوري اتمي است، معتقد است كه ميان سنگ مغناطيسي جرياني از ذرات بسيار ريز به نام اتم وجود دارد. و در اين جريان هنگامي كه اتم به آهن يا سنگ مغناطيسي ديگر برخورد مي كند، در برگشت به سوي سنگ مناطيس، سبب مي شود كه آهن را به دنبال خود بكشاند. ويليام گيلبرت يكي از نخستين دانشمنداني است كه در زمينه مغناطيس دست به آزمايش ها و بررسي هاي اساسي كرد. او مشاهده كرد كه براده هاي آهن در اطراف سنگ مغناطيس در راستاي منظمي قرار مي گيرند. و همچنين سنگ مغناطيس در حالت آويزان يا حتي سوزن هاي آهني در حالت شناور در راستاي شمال-جنوب قرار مي گيرند. او چنين پنداشت كه علت اين امر آنست كه زمين يك سنگ مغناطيس بسيار بزرگيست كه اينگونه عمل مي كند. او براي اثبات نظريه خود، يك سنگ مغناطيس را به صورت يك كره بزرگ در آورد و سپس در اطراف و بر روي سطح اين كره، سنگ هاي مغناطيسي كوچك و براده هاي آهني قرار داد و مشاهده كرد كه اين براده ها در راستاي شمال-جنوب قرار مي گيرند.
قبل از اينكه به بحث در مورد خطوط و ميدان مغناطيسي آهنربا و زمين بپردازيم، لازم است كه به قطب هاي مغناطيسي و خاصيت آن اشاره اي كنيم.
در آهنربا يا همان سنگ مغناطيسي، دو ناحيه وجود دارد كه نسبت به ساير نقاط ديگر آهنربا، خاصيت جذب براده هاي آهن بيشتر و راستاي اين براده ها به سمت اين نواحي است. كه به اين دو ناحيه، قطب هاي مغناطيسي مي گويند. اگر آهنربا را شناور قرار دهيم، قطبي كه به سمت شمال است را قطب شمال يا شمال ياب، و قطب مقابل آن را قطب جنوب يا جنوب ياب مي گويند. پس هر ماده مغناطيسي از دو قطب شمال وجنوب تشكيل شده است. در مغناطيس مانند الكتريسيته، قطب هاي ناهمنام يكديگر را جذب و قطب هاي همنام يكديگر را دفع مي كنند. پس در خاصيت مغناطيسي، نيروي دفع وجذب نيز وجود دارد. آزمايش ها نشان مي دهد كه اگر در اطراف يك آهنربا، قطب نما يا سنگ هاي مغناطيسي كوچك قرار دهيم، نيروي حاصله از مغناطيس بر قطب هاي آن ها اثر گذاشته، به طوري كه قطب شمال قطب نما به سمت قطب جنوب آهنربا و بلعكس قرار مي گيرد. و اين نشان مي دهد، كه در نقاط اطراف آهنربا، نيرويي وجود دارد كه بر قطب هاي قطب نما وارد مي شود و آن را در راستاي مشخصي قرار مي دهد. كه به مجموعه اي از اين نيروها يا نقاط، ميدان مغناطيسي مي گويند. ميدان مغناطيسي اطراف آهنربا را توسط خطوطي نشان مي دهند كه اين خطوط قطب جنوب(s) را به قطب شمال(n) وصل مي كند. و جهت اين خطوط از شمال(n) به جنوب(s) است. خطوط ميدان مغناطيسي ويژگي هايي دارند كه عبارتند از:
۱) خطوط همانطور كه قبلا گفته شد راستاو جهتشان از شمال به جنوب است.
۲) خطوط يكديگر را قطع نمي كنند.
۳) تراكم خطوط در نزديكي قطب ها بيشتر از نواحي ديگر است و اين نشان دهنده آن است كه نيروي مغناطيسي در اين نواحي زياد است.
۴) برآيند نيروهاي مماس بر خطوط ميدان در يك نقطه برابر با نيروي مغناطيسي در آن نقطه است.
اكنون به سراغ علت تاثير نيروي مغناطيسي بر براده هاي آهن مي رويم. مي دانيم كه الكترون در ساختار تمام اجسام وجود دارد كه الكترون ها داراي دو قطب مغناطيسي مي باشند. بنابراين مي توان نتيجه گرفت كه تمام اجسام از ذراتي تشكيل شده اند كه داراي دو قطب مغناطيسي هستند كه به اين ذرات، دو قطبي مغناطيسي مي گويند و به موادي كه داراي دوقطبي مغناطيسي هستند، مواد مغناطيسي مي گويند. البته لزومي ندارد كه بگوييم اين دوقطبي ها همان الكترون ها هستند بلكه اين دوقطبي ها ذرات بنيادي مغناطيس هستند همانطور كه از الكترون بعنوان بار بنيادي در الكتريسيته ياد مي كنيم. اين دوقطبي هاي مغناطيسي مانند يك آهنربا عمل مي كنند و در اطراف خود ميدان مغناطيسي توليد مي كنند. آهن نيز داراي اين دوقطبي هاي مغناطيسي است اما در آهن دو قطبي هاي مغناطيسي به گونه اي رفتار مي كنند، كه خاصيت مغناطيسي يكديگر را خنثي مي كنند. و هنگامي كه در يك ميدان مغناطيسي قرار مي گيرند، بر اين دوقطبي ها نيروي مغناطيسي وارد مي شود، به طوري كه قطب شمال تمام اين دوقطبي ها در جهت خطوط ميدان قرار مي گيرند. و آهن ساختار ساختماني منظمي پيدا مي كند و به يك آهنربا تبديل مي شود. كه از آن مي توان بعنوان يك قطب نما استفاده كرد. اگر اين آهنربا را به دوقسمت تقسيم كنيم، اين آهنربا باز هم خاصيت مغناطيسي خود را حفظ مي كند، زيرا دوقطبي هاي مغناطيسي در يك جهت قرار دارند و اين دو قطبي ها عامل ايجاد خاصيت مغناطيسي در آهنربا هستند.
سوالي كه پيش مي آيد اين است كه آيا فقط آهن تحت تاثير ميدان مغناطيسي قرار مي گيرد؟ براي پاسخ به اين سوال برمي گرديم به مواد مغناطيسي كه از دو قطبي هاي مغناطيسي تشكيل شده اند در مواد مغناطيسي، حركت و رفتار دوقطبي ها به گونه اي است كه اثر ميدان مغناطيسي يكديگر را خنثي مي كنند. مواد مغناطيسي از نظر رفتار دوقطبي هاي مغناطيسي به سه دسته تقسيم مي كنند:
الف) مواد پارامغناطيس ب) مواد ديامغناطيس پ) مواد فرومغناطيس
الف) مواد پارامغناطيس: موادي هستند كه حركت و جنبش دوقطبي هايشان راحت و آسان تر است. هنگامي كه اين مواد را در ميدان مغناطيسي قرار دهيم، بر دوقطبي هاي آن نيرو وارد شده و تعداد زيادي از آن ها در خطوط ميدان به طوري كه قطب هاي شمال در جهت خطوط قرار مي گيرند. و اين امر سبب مي شود كه اين مواد به يك آهنرباي قوي تبديل شود. اما چون حركت وجنبش اين دو قطبي ها سريع است، با برداشتن اين مواد از ميدان مغناطيسي، اين دوقطبي ها به سرعت از مسير خطوط خارج و به حالت كاتوره اي قبلي برمي گردند و اين مواد در خارج از خطوط ميدان به سرعت خاصيت مغناطيسي خود را از دست مي دهند. مانند آلومينيوم.
ب) مواد ديامغناطيس : مواد ديامغناطيس موادي هستند كه اگر در ميدان مغناطيسي قرار بگيرند از آهنربا دفع مي شوند. در اين مواد برآيند گشتاور دو قطبي مغناطيسي صفر است و در واقع فاقد دوقطبي ذاتي هستند و هنگامي كه در ميدان مغناطيسي قرار مي گيرند، گشتاور دو قطبي در آن ها القا مي شود اما جهت اين دوقطبي هاي القا شده بر خلاف جهت ميدان مغناطيسي خارجي مي باشد و اين امر باعث مي شود كه ماده ديامغناطيس از ميدان مغناطيسي دفع شود. البته اين خاصيت در تمام مواد وجود دارد، و هنگامي اين خاصيت در مواد ظاهر مي شود كه خاصيت پارامغناطيسي آن ها ضعيف باشد.مانند: بيسموت.

پ) مواد فرومغناطيس : اين مواد مانند مواد پارامغناطيس است اما با اين تفاوت كه در اين مواد مجموعه اي از دوقطبي هاي مغناطيسي در يك جهت و راستا قرار دارند كه اين مجموعه ها در راستا و جهت هاي متفاوتي قرار دارند به طوري كه اثر ميدان يكديگر را خنثي مي كنند. كه به اين مجموعه از دوقطبي هاي مغناطيسي كه در يك استا قرار دارند، حوزه مغناطيسي مي گويند. هنگامي كه اين مواد در ميدان مغناطيسي قرار مي گيرند، بر حوزه هاي مغناطيسي نيرو وارد مي شود و آن ها را در جهت ميدان قرار مي دهند. خاصيت مغناطيسي اين مواد به سرعت تغيير مسير اين حوزه ها و قرار گرفتن در جهت ميدان بستگي دارد. كه از اين لحاظ مواد فرومغناطيس را به دو دسته تقسيم مي كنند:
۱) مواد فرومغناطيس نرم: در اين مواد سرعت تغيير حوزه ها بسيار آسان و سريع است و به همين خاطر در ميدان مغناطيسي اين حوزه ها به سرعت در جهت خطوط ميدان قرار مي گيرند و خاصيت مغناطيسي بسيار قوي بدست مي آورند. اما همينكه اين مواد را از ميدان دور كنيم، جهت اين حوزه ها به سرعت تغيير و به حالت كاتوره اي قبلي بر مي گردند. مانند آهن
۲) مواد فرومغناطيسي سخت: در اين مواد سرعت تغيير حوزه ها بسيار سخت و كُند است و همين كه در ميدان قرار مي گيرند، اين حوزه ها به كندي در جهت خطوط قرار مي گيرند و خاصيت مغناطيسي آن ها نسبت به مواد فرومغناطيس نرم ضعيفتر است؛ اما همين كه از ميدان دور مي شوند بر خلاف مواد فرومغناطيس نرم خاصيت مغناطيسي خود را حفظ مي كنند.مانند آلياژ هاي نيكل.
پس مواد پارامغناطيس و فرومغناطيس تحت تاثير ميدان مغناطيسي قرار مي گيرند و به يك آهنربا تبديل مي شوند.
در قرن هيجدهم هانس اورستد نشان داد كه در اطراف سيم حامل جريان ميدان مغناطيسي ايجاد مي شود و بعد ها آمپر و مايكل فارادي در اين زمينه دست به فعاليت هاي گسترده اي زدند. آن ها نشان دادند كه در اطراف يك سيم حامل جريان، ميدان مغناطيسي توليد مي شود و حتي موفق شدند كه روابط كمي آن را محاسبه كنند. بنابراين منبع توليد ميدان مغناطيسي عبارتند از:سنگ مغناطيس يا همان آهنرباي طبيعي و جريان الكتريكي. البته بعدها ماكسول نتيجه گرفت كه بر اثر تغيير جريان الكتريكي، ميدان مغناطيسي در فضا منتشر مي شود و همچنين براثر تغيير ميدان مغناطيسي، جريان الكتريكي در فضا توليد مي شود كه نتيجه اين، امواج الكترومغناطيسي است.
و از طرفي تغيير ميزان عبور ميدان مغناطيسي از يك رسانا، باعث توليد جريان الكتريكي در همان رسانا مي شود. پس منبع توليد ميدان الكتريكي عبارتند از: اختلاف پتانسيل بين دو سر رسانا و تغيير شار(ميزان عبور ميدان) مغناطيسي است.
پس مي توان اينگونه نتيجه گرفت كه الكتريسيته و مغناطيس باهم در ارتباطند و به جر‌‌أت مي توان گفت كه يكي بدون ديگري معني ندارد. چون وجود يكي باعث پيدايش ديگري مي شود.
مي دانيم كه ذرات باردار تحت تاثير ميدان الكتريكي يا نيروي كولني قرار مي گيرند. اگر اين ذرات وارد ميدان مغناطيسي شوند تحت تاثير نيروي ديگري كه همان نيروي مغناطيسي است مي شوند. آزمايش ها نشان مي دهند كه ميزان انحراف ذره باردار به بزرگي ميدان، اندازه بار، سرعت و زاويه حركت ذره بستگي دارد. اگر اين ذره در راستاي خطوط ميدان حركت كند، هيچ نيرويي مغناطيسي بر آن وارد نمي شود. نيروي مغناطيسي بر راستاي حركت ذره عمود است و بر سرعت آن تاثيري نمي گذارد و فقط جهت بردار حركت آن را تغيير مي دهد. به همين دليل اگر ذره باردار وارد ميدان مغناطيسي شود حركت مارپيچي يا دايره اي خواهد داشت. اگر ذره به طور عمود بر راستاي خطوط وارد ميدان شود، چون اندازه سرعتش ثابت و نيروي وارده بر آن عمود بر جهت حركت است، شتاب مركز گرا خواهد گرفت و اين امر موجب مي شود كه ذره در ميدان يك مسير دايره اي داشته باشد. البته ذره باردار بر اثر حركتش مقداري از انرژي خود را به صورت امواج الكترومغناطيسي گسيل مي كند و انرژي آن كاهش و سرعتش كم مي شود و به همين خاطر شعاع حركت دايره اي آن در طي مدت زماني، كوچك و كوچكتر مي شود. و اگر به صورت غير عمود بر خطوط ميدان وارد شود، حركت مارپيچي خواهد داشت.
همين خاصيت ذرات باردار در ميدان مغناطيسي سبب مي شود كه ما را از آسيب هاي ذرات باردار و پرانرژي كيهاني كه به زمين برخورد مي كنند، مصون نگاه دارد.
در اطراف كره زمين ميدان مغناطيسي وجود دارد و طبق نظريه اي كه گيلبرت پيشنهاد كرد، زمين يك آهنرباي بزرگي است كه قطب شمالش در قطب جنوب جغرافيايي و قطب جنوب مغناطيسي در قطب شمال جغرافيايي قرار دارد كه ميدان مغناطيسي در اين دو قطب نسبت به ساير نواحي ديگر كره زمين قوي تر مي باشند. ذرات باردار و پر انرژي كيهاني كه به سوي زمين مي آيند گرفتار ميدان مغناطيسي زمين شده و حركت مارپيچي به خود مي گيرند كه به اين منطقه، كمربند “وان آلن” مي گويند.اين ذرات با حركت مارپيچي خود به سمت دو قطب حركت مي كنند. اين ذرات با نزديك شدن به دو قطب بر اثر برخورد به لايه هاي بالايي جو قطب شمال و جنوب، مقدار زيادي از انرژي خود را ازدست مي دهند كه به صورت تابش آزاد و روشنايي را در دو قطب ايجاد مي كنند كه به اين روشنايي، شفق هاي قطبي مي گويند.
علت ايجاد ميدان مغناطيسي در اطراف زمين و يا آهنربا بودن زمين، سوالي است كه ذهن دانشمندان را در طي چند ده مشغول كرده بود. نظريه اي كه توانست در توضيح علت ميدان مغناطيسي موفق ظاهر شود، را بيان مي كنيم:
در درون زمين فلزاتي نظير آهن و نيكل به صورت مذاب و گداخته وجود دارند كه در حال حركت و جنبش هستند. حركت اين مواد از هسته شروع شده و به نزديكي سطح زمين نزديك شده و دوباره به هسته و مركز زمين بر مي گردند. اين مواد مذاب با حركت رفت وبرگشتي كه دارند باعث پيدايش جريان الكتريكي در درون زمين مي شوند. از همين خاصيت الكتريكي مواد مذاب درون زمين، براي پيش بيني وقوع فوران آتشفشان يا زلزله استفاده مي كنند. جريان الكتريكي كه اين مواد مذاب ايجاد مي كنند، باعث پيداش ميدان مغناطيسي در اطراف زمين مي شود. خطوط ميدان مغناطيسي به اينگونه هستند كه از هسته به قطب جنوب جغرافيايي وصل و سپس از قطب جنوب به قطب شمال و از آنجا دوباره به هسته وصل مي شوند. و به اين گونه اين خطوط در اطراف زمين رسم مي شوند.
قطب هاي مغناطيسي زمين بر روي قطب هاي جغرافيايي آن منطبق نيستند و امروزه حدود ۱۱ درجه اختلاف دارند.
بررسي ها و مطالعه آثار نشان مي دهند كه ميدان مغنطيسي زمين ثابت نيست و تغيير مي كند. آثاري كه از روي سنگ هاي زمين بدست آمده حاكي از آنست كه ميدان مغناطيسي زمين به مدت حدود ۸۰۰۰۰۰ سال وارونه بوده و حدود ۱۰۰۰۰۰ سال دچار افت شديدي مي شود. علت اين امر آنست كه مواد مذاب و گداخته حركت رفت و برگشتي كاتوره اي دارند كه سرعتشان حدود ۵ سانتي متر در روز است. و جابجايي اين مواد باعث تغيير جريان الكتريكي و درنتيجه ميدان مغناطيسي زمين مي شود. البته دانشمندان در تلاش هستند تا بتوانند به ساختار كاتوره اي تغيير ميدان مغناطيسي در آينده دست يابند.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:41 AM
اعداد ثابت در فرمولهای فیزیک معنی ندارند
حقیقت گرانش
earth pull
وهاب نوتاش

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/earth_pull.JPG
قوانین علی و معلولی فیزیکی در هستی مابین پارامترهای موجود و قابل اندازه گیری نمایان می شود . مثلا نیروی f به جسمی به جرم m وارد می شود و با تکرار مقادیر و اندازه گیری a به فرمول زیر f = m / a دسترسی می یابیم . همین استدلال برای فرمول سرعت یکنواخت نیز ، می باشد .
بسیاری از فرمول های فیزیک دارای مقادیر ثابت هستند ، مانند فرمول نیروی جاذبه و نیروی بارهای الکتریکی . ترتیب بدست آمدن این گونه فرمول ها به قرار زیر است :
مثلا با آزمایشات تجربی می فهمیم که تغییرات پارامتر x به تغییرات پارامتر y , z بستگی دارد و می نویسیم تغییرات x با تغییرات y , z متناسب است و برای تبدیل تناسب به مساوی ضریب فرضی k وارد می شود که مقدار تجربی آن را با قراردادن اعداد در پارامتر های فرمول بدست می آوریم :
x = k * f ( z , y) که ( f ( z , y رابطه ریاضی مابین z و y می باشد .
اشتباه بزرگ در اینجا اتفاق می افتد که عدد k یعنی چه ؟
به صراحت بگویم که این عدد جز راه گریز برای ایجاد فرمول نیست و ما را از رسیدن به حقیقت دور کرده و سرمست از بدست آوردن یک فرمول واحی .
سوالی که باعث پدید آمدن یک نگرش جدید به فرمول بندی فیزیکی می شود ، این است که :
آیا می توان گفت تغییر مقدار پارامتری به کسری از تغییرات دیگر پارامتر های بوجود آورنده آن ، بستگی دارد یا نه ؟
لطفا دقت کنید :http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Isac_Newton_2.gif
به یک فیزیک دان چندین اطاق که نصف آن روشن است را نشان میدهند و فیزیک دان می داند نور باعث روشنایی اطاق شده ولی نمی داند با قرار دادن یک مانع از رسیدن نور به نصف اطاق ممانعت شده . آقای فیزیک دان سریع می فهمد پارامتر روشنایی اطاق با پارامتر نور متناسب است و طبق معمول یک ضریب k را برای تبدیل تناسب به مساوی قرار می دهد که با قراردادن عدد در پارامترها ، k را بدست می آورد و چون تمام اطاق ها را نصفه روشن دیده می نویسد :
روشنایی اطاق = ۲/۱ * تاثیر نور
آیا عقل سلیم باور می کند اگر نور باعث روشنایی اطاق شده ، آنگاه فقط نیمی از آن است که در روشنایی اطاق تاثیر گذاشته .

تمام مسئله همین جاست . عدم روشنایی کل اطاق ، از تاثیر نور نیست ، بلکه تاثیر پارامتر دیگری به نام مانع است که در فرمول نیامده . در حقیقت باید می نوشتیم :
روشنایی اطاق = تاثیر نور - تاثیر مانع
تمام هدف از این مسال ساده این است که :
اگر در یک فرمول ، پارامتر فیزیکی x ، به تغییرات پارامتر های y , z بستگی پیدا کرد ، هرگز نمی توان گفت قسمتی از تغییرات z , y در x تاثیر می گذارد ( یعنی اعداد ثابت در فیزیک ) بلکه پارامتر دیگری هست که تاثیرش در نظر گرفته نشده و یا مقادیر اندازه گیری شده اشتباهند .
به عبارت دیگر نمی توان انتضار داشت یک فرایند مافوق طبیعی مقدار تاثیر پارامتر ها را در یک پدیده تغییر دهد .
در خصوص فرمول گرانش زمین که به قرار زیر می باشد :

F = G * ( Me * m ) /( ( Re + r ) ^ ۲
در این فرمول داریم :
F: نیروی وارد بر جسم m از طرف کره زمین به جرم Me .
G : ثابت گرانش زمین که برابر است با ۶/۷ * ۱۰ ^ -۱۱ .
Re : شعاع کره زمین
r : شعاع جسم مورد نظر ( در حالت چسبیده به کره زمین )
با نادیده گرفتن شعاع جسم و جرم جسم فرمول بالا به صورت تغریبی مناسب به صورت زیر نوشته می شود :
F = G * Me / ( Re ^ ۲
به صراحت باید گفت که نیروی وارده از طرف زمین به جرم جسم برابر مقدار فرمول زیر می باشد :
F = Me / ( Re ^ ۲)
به عبارت دیگر مقادیر نیروی وارد بر جسم از طرف دیگر اجرام آسمانی که قبلا تقریبا صفر در نظر گرفته می شد ، اکنون برابر با مقدار فرمول زیر می باشد :
F = ( ۱-G ) * Me / ( Re ^ ۲
جالب اینجاست که مقدار این نیرو خیلی بیشتر از مقدار نیروی وارده از طرف کره زمین بر همان جسم می باشد ، البته با تفکر فرمول قدیم . یعنی اگر با فرمول قدیم می گفتیم که مقدار نیروی وارده برابر زیر است :
F = G * Me / ( Re ^ ۲
جهت بدست آوردن شتاب گرانش واقعی کره زمین ( g ) که قبلا از رابطه زیر استفاده شده :
F = G * ( Me * m ) /( ( Re + r ) ^ ۲) = m * a
a = g
و مقدار آن به صورت تغریبی برابر ۸/۹ آمده اکنون دارای مقدار متفاوتی خواهد بود :
F = ( Me + m ) /( ( Re + r ) ^ ۲)= m * a
a = g
البته درست است که شتاب منفی ایجاد شده در همان جسم مقدار g را در روی کره زمین همین مقدار کنونی به نظر می رساند ولی باید دانست که مقدار واقعی آن همان فرمول بالاست .
اکنون به سادگی میتوان فهمید که مقادیر واحد جرم که ۱ kg در نظر گرفته شده نادرست است و یا باید مقدار واحد نیرو را تغییر داد و نام یک نیوتون را بر آن گذاشت :
دلیل :
قبلا شتاب کره زمین برابر ۸/۹ بود ولی اکنون بیشتر می باشد . اگر بنویسیم :
F = m * g
یعنی می خواهیم جسمی را وزن کنیم و چون مقدار واقعی g بیشتر است پس مقدار طرفین مساوی با هم برابر نخواهند بود . یا باید واحد نیرو مقدارش بیشتر شود و یا باید واحد جرم مقدارش بیشتر شود .
البته درست این است که مقدار واحد جرم تغییر کند . زیرا در حقیقت ما اکنون فهمیده ایم که اجسام سنگین تر از آن هستند که ما می پنداشتیم . و مقدار جرم ۱ kg باید بیشتر شود با همان نام ۱ kg .
حال یک سوال مطرح میشود :
چرا مجموع برآیند نیروهای کل هستی بر یک جسم در روی کره زمین فقط در راستای مخالف حرکت یک جسم ظاهر میشود ؟
جواب آن ساده است برآیند نیروهای کل هستی برای کره زمین معرف زمان برای زمین می باشند .
این نیروها با هرگونه تغییر زمان برای اجسام جرم دار ، در چهارچوب زمان تعریف شده برای کره زمین مخالفت میکنند . به عبارتی هستی موافق تعدیل است .

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:43 AM
اصل مکملی

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/aslemokammeli.jpg

بر اساس رابطه دوبروی به ذرات مادی هم مشخصه‌های موجی و هم مشخصه‌های ذره‌ای نسبت داده می‌شود و این انتساب نوعی دوگانگی بوجود می‌آورد که اصل مکملی برای از بین بردن آن ، قرارداد می‌کند که همواره در هر پدیده خاص فقط یک دیدگاه را می‌توان بکار برد.

نگاه‌ اجمالی
بر اساس رابطه دوبروی به ذرات مادی هم مشخصه‌های موجی و هم مشخصه‌های ذره‌ای نسبت داده می‌شود. در نگاه ‌اول این بیان نوعی نگرانی ایجاد می‌کند، چون این بیان نوعی دوگانگی ایجاد می‌کند. اصل مکملی برای از بین بردن این دوگانگی ، قرارداد می‌کند که همواره در هر پدیده خاص فقط یک دیدگاه را می‌توان بکار برد. بنابراین اعمال هر دو دیدگاه موجی و ذره‌ای به صورت هم‌زمان ممنوع است.

موارد روشن اصل مکملی
در فیزیک مفاهیم موج و ذره دو مفهوم اساسی هستند، زیرا این دو نمایشگر تنها دو مد ممکن انتقال انرژی هستند. وقتی انرژی منتقل می‌شود، همواره می‌توان انتشار آن را به کمک امواج یا ذرات توصیف کرد. در توصیف انتقال انرژی معمولی (بزرگ مقیاس) در فیزیک کلاسیک ، همواره می‌توان یکی از این دو توصیف را بکار برد.
به عنوان مثال ، یک آشفتگی که در سطح آب استخر حرکت می‌کند، یک پدیده موجی است و پرتاب توپ بیسبال ، انتقال انرژی توسط یک ذره را توصیف می‌کند. در اینگونه موارد که در آنها آشفتگی در حال حرکت را به دو صورت مستقیم مشاهده می‌کنیم، راجع به ‌اینکه کدام توصیف را باید بکار برد، هرگز تردیدی وجود ندارد.

چند مثال ساده ‌از کاربرد اصل مکملی
انتشار صوت از یک محیط کشسان را می‌توان به صورت یک آشفتگی موجی درک کرد، اما آن طور که ‌امواج آب قابل مشاهده هستند، امواج صوتی را نمی‌بینیم. با این وجود، توصیف موجی را با اطمینان خاطر در مورد انتشار صوت بکار می‌بریم، زیرا تا آنجا که به تعبیر پراش و تداخل مربوط می‌شود، روی هم رفته ، این پدیده با پدیده مربوط به ‌امواج آب مشابه‌ است. بنابراین گفته می‌شود که ‌انتشار صوت جنبه‌های صوتی را نشان می‌دهد. به بیان دیگر ، منظور این است که ‌انتشار صوت را با یک مدل موجی می‌توان تشریح کرد، چون مدل موجی با تمام مشاهدات تجربی درباره صوت توافق دارد.

یک نمونه ‌از رفتار ذره‌ای در نظریه جنبشی گازها ظاهر می‌شود . هرگز به صورت مستقیم نمی‌توانیم مولکول‌های یک گاز را مشاهده کنیم، ولی کاملا مطمئن هستیم که رفتار مولکول‌ها نسبتا همانند رفتار اجسام کروی سخت و کوچک است، زیرا آزمایشهای گوناگونی صحت این مطلب را تایید می‌کند. منظور این است که یک مدل ذره‌ای تنها وسیله مناسب برای بیان رفتار مولکول‌هاست. بنابراین ، وقتی پدیده‌هایی را توضیح می‌دهیم که تا حدی از تجربه عادی ما به دور هستند، باز هم یکی از دو مد توصیف را بکار می‌بریم، زیرا همواره یکی از آنها در توضیح حقایق تجربی موفق است.
ارتباط توصیف موجی و ذره‌ای
توصیف‌های موجی و ذره‌ای متقابلا ناسازگار و متناقض هستند. هرگاه بخواهیم فرکانس یا طول موج یک موج را با دقت بینهایت معلوم کنیم، در اینصورت آن موج باید دارای گسترش بینهایت در فضا باشد. برعکس ، چنانچه موج در ناحیه محدودی از فضا محبوس باشد، بطوری که ‌انرژی آن در هر زمان به ناحیه محدودی نسبت داده شود، در آن صورت به‌واسطه ‌این موضعی بودن ، به ذره شباهت دارد، ولی نمی‌توان آن را با یک تک فرکانس یا طول موج مشخص کرد.

در عوض باید تعداد زیادی از امواج سینوسی ایده‌آل را که هر کدام دارای فرکانس و طول موج مشخص هستند، بر هم نهاد، تا آشفتگی موجی حاصل شود. بنابراین ، یک موج ایده‌آل (موجی که طول موج و فرکانس آن کاملا معلوم است) روی هم رفته با یک ذره ‌ایده‌آل (ذره‌ای که هیچ گسترشی در فضا ندارد) ناسازگار است.

احتمال وجود توصیف‌های دیگر در مورد انتقال انرژی
هر پدیده ‌انتقال انرژی ، خواه ‌از مشاهده مستقیم یا تجربه ما دور باشد یا نباشد، باید بر حسب امواج یا ذرات بیان شود. هرگاه بخواهیم که ‌این پدیده را مجسم کنیم و یا هرگاه بخواهیم که نوعی تصویر از آنچه در برهمکنش‌هایی که مشاهده مستقیم و بدون واسطه‌ آنها غیرقابل‌حصول است، داشته باشیم، آن تصور باید برحسب رفتار موجی و یا برحسب رفتار ذره‌ای باشد. هیچ شق دیگری موجود نیست. به دلیل وجود تناقض متقابل بین مشخصه‌های موجی ، نمی‌توان توصیف ذره‌ای و توصیف موجی را بطور همزمان بکار برد. می‌توانیم و باید یکی از این دو توصیف را بکار بریم، ولی هرگز نمی‌توانیم به صورت همزمان از هر دو استفاده کنیم.

اصل کمکی در مورد تابش الکترو مغناطیسی
تابش الکترو مغناطیسی هم جنبه‌های موجی و هم جنبه‌های ذره‌ای را نشان می‌دهد، اما نه در یک آزمایش. موردی که تداخل یا پراش را نشان می‌دهد، مستلزم تعبیر موجی است و هم‌زمان نمی‌توان از تعبیر ذره‌ای استفاده نمود. آزمایشی که برهمکنش فوتون و الکترون (مانند فتوالکتریک) را نشان می‌دهد، مستلزم تعبیر ذره‌ای است و همزمان نمی‌توان از تعبیر موجی استفاده کرد. جنبه‌های موجی و ذره‌ای ، خصوصیات ذاتی تابش الکترومغناطیسی هستند و باید هر دو جنبه را بپذیریم. بر اساس مکملی که توسط بوهر ، پیشنهاد شد، جنبه‌های موجی و ذره‌ای مکمل یکدیگرند.
در هر آزمایش ، برای تعبیر رفتار تابش الکترومغناطیسی ، برحسب یک تصویر مرئی و با معنی ، باید یا توصیف ذره‌ای یا توصیف موجی را انتخاب کنیم. جنبه‌های موجی و ذره‌ای مکمل هستند، زیرا تا زمانی که ‌این دو جنبه هر دو معلوم نباشند، دانش ما درباره خصوصیات تابش الکترومغناطیسی ناقص است. اما گزینش یک توصیف ، که طبیعت آزمایش آن را ایجاب می‌کند، از گزینش همزمان توصیف دیگر جلوگیری می‌کند. درست همان طوری که نظریه نسبیت مشخص می‌کند که تصورات عادی ما از فضا - زمان و جرم در پدیده‌هایی با سرعت زیاد کاربرد ندارند. نظریه کوانتومی ‌نیز ، از طریق دوگانگی موجی – ذره‌ای ، نشان می‌دهد که برای توصیف پدیده‌های زیرمیکروسکوپیک مفاهیم ساده معمولی کفایت نمی‌کنند.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:44 AM
موج صوتی
sound wave
فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/sound_wave_animated.gif

امواج صوتی ، امواج مکانیکی طولی هستند. این فیزیک امواج می‌توانند در جامدات ، مایعات و گازها منتشر شوند. ذرات مادی منتقل کننده این فیزیک امواج ، در راستای انتشار موج نوسان می‌کنند. فیزیک امواج مکانیکی طولی در گستره وسیعی از بسامدها به وجود می‌آیند و در این میان بسامدهای فیزیک امواج صوتی در محدوده‌ای قرار گرفته‌اند که می‌توانند گوش و مغز انسان را برای شنیدن تحریک کنند.
این محدوده تقریبا از ۲۰ هرتز تا حدود ۲۰۰۰۰ هرتز است و گستره شنیده شدنی نامیده می‌شود. فیزیک امواج مکانیکی طولی را که بسامدشان زیر گستره شنیده شدنی باشد امواج فرو صوتی ، و آنهایی که بسامدشان بالای این گستره باشد ، امواج فراصوتی گویند.

تولید صوت :
هر گاه به جسمی ضربه می‌زنیم لایه‌های هوا بین دست ما در جسم جابجا می‌شوند و اگر این جابجاییها بیش از ۱۶ بار در ثانیه باشند، صدا ایجاد می‌شود. برای اینکه بهتر بتوانیم نقش اندامهای گفتار را در تولید آواهای زبان فارسی مورد مطالعه قرار دهیم، ابتدا به نظر می‌رسد لازم است مطالب مختصری درباره چگونگی تولید آوا یا صوت ارائه کنیم.
آوا یا صوت از ارتعاش مولکولهای هوا حاصل می‌شود. ارتعاش یعنی حرکت مولکولهای هوا از جای خود در مسیر معین و بازگشت آنها به جای اولیه. این پدیده فیزیکی را اصطلاحا موج می‌نامیم. برای آنکه بتوانیم یک تصویر تقریبی از طرز بوجود آمدن موج صوتی را مجسم کنیم پاندولی را در نظر می‌گیریم. اگر وزنه پاندول را به یک طرف کشیده آن را رها سازیم، پاندول با سرعت ، به منتهی الیه طرف دیگر رفته دوباره در همان مسیر بجای اول می‌گردد. این حرکت به دفعات زیاد صورت می‌گیرد، ولی در هر دفعه خط سیر آن اندکی کوتاهتر می‌شود تا اینکه وزنه پاندول دوباره به حالت اولیه یعنی سکون در آید.
وزنه پاندول در این حرکت ، لایه‌ای از مولکولهای هوا را با خود به جلو می‌راند و این عمل موجب می‌شود که در یک سوی وزنه ، رقت مولکولی در سوی دیگر تراکم مولکولی ایجاد شود. رقت یعنی زیاد شدن فاصله بین مولکولها و تراکم یعنی کم شدن فاصله آنها. اگر با دو دست یک لاستیک را بکشیم طول لاستیک زیاد می‌شود یا به سخن دیگر ، لاستیک کش می آید.
علت این موضوع آن است که فاصله بین مولکولها در قسمتهای میانی لاستیک زیاد شده و مولکولها بین دو سر لاستیک زیاد شده و مولکولها به طرف دو سر لاستیک کشانده می‌شوند و در نتیجه فاصله میان مولکولها در دو سر لاستیک کم می‌شود. بدین ترتیب در قسمت میانی لاستیک رقت مولکولی و در دو سر آن تراکم مولکولی ایجاد می‌شود. اکنون اگر دو سر لاستیک را رها کنیم مولکولها دوباره به جای اولیه خود بر می‌گردند.

خاصیت ارتجاعی هوا :
هوا نیز دارای همین خاصیت ارتجاعی است، منتهی به مراتب بیشتر از لاستیک. هر رقت و تراکم مولکولی در هوا موجب رقت و تراکمهای دیگر می‌گردد. بدین معنی که ، هنگامی که یک لایه از مولکولهای هوا به جلو رانده می‌شود این لایه به نوبه خود لایه دیگری را به جلو می‌راند و خود به حال اول بر می‌گردد. لایه جدیدی نیز لایه دیگری را ، و به همین ترتیب این عمل بارها و بارها تکرار می‌گردد تا انرژی به پایان برسد. این جابجایی مولکولها اگر بیش از ۱۶مرتبه در ثانیه تکرار گردد صدا بوجود می‌آید.
اگر کتابی را از ارتفاع معینی به طرف زمین رها کنیم بر اثر سقوط کتاب ، فشار هوای بین کتاب و زمین زیاد می‌شود و این فشار ، مولکولهای هوا را به اطراف می‌راند. مولکولهای رانده شده به نوبت مولکولهای مجاور خود را به جلو رانده و خود به حالت اول بر می‌گردند. این عمل آنقدر تکرار می‌شود تا انرژی حاصل از سقوط کتاب به پایان برسد. هنگام تماس کتاب با زمین صدایی به گوش می‌رسد، در صورتی که در اثنای سقوط آن صدایی شنیده نمی‌شود.
علت این است که هنگام تماس کتاب با زمین ، بر اثر زیاد بودن مقدار انرژی جابجا شدن مولکولها یا همان رقت و تراکم هوا خیلی بیشتر از ۱۶ مرتبه در ثاینه است و به این علت صدای حاصله قابل شنیدن می‌باشد. هر رقت و تراکم یک سیکل نام دارد و تعداد سیکل در ثانیه تواتر یا بسامد نامیده می‌شود. بنابراین ، وقتی می‌گوییم فرکانس (تواتر) موج مثلا ۵۰۰ سیکل است، یعنی ۵۰۰ مرتبه رقت و تراکم در مولکولهای هوا ایجاد شده است. هر قدر بسامد بیشتر باشد صدا به اصطلاح زیرتر است و نیز قدر بسامد کمتر باشد صدا اصطلاحا بمتر است.

چشمه فیزیک امواج فروصوتی و فراصوتی :
فیزیک امواج فروصوتی که با آنها سروکار داریم معمولا توسط چشمه‌های بزرگ تولید می‌شوند. امواج زمین لرزه‌ای از آن جمله‌اند. بسامدهای بالای مربوط به فیزیک امواج فراصوتی را می‌توان به وسیله ارتعاشات کشسان یک بلور کوارتز که بر اثر تشدید با یک میدان الکتریکی متناوب در بلور القا شده است ، ایجاد کرد. به این طریق می‌توان بسامدهای فراصوتی به بزرگی ۶×۱۰۸ هرتز تولید کرد. طول موج متناظر با این بسامد در هوا در حدود ۵×۱۰-۵ سانتی‌متر است که همان حدود طول موج نور مرئی است.

مشخصات فیزیکی :
جابجایی یا ارتعاش مولکولهای هوا در تمام جهات صورت می‌گیرد و بسته به مقدار انرژی موجود ، هر لایه از مولکولها مسافتی را طی می‌کنند. به سخن دیگر هر چه انری بیشتر باشد مسافتی را که موج می‌پیماید بیشتر است. طول مسافتی را که هر طبقه از مولکولهای هوا طی نموده و دوباره به جای اولیه خود بر می‌گردد دامنه نوسان نامند. هر چه آن مسافت زیادتر باشد صدا بلندتر است. بلندی صدا را با زیر و بمی آن نباید اشتباه کرد، زیرا بلندی صدا مربوط به تعداد ارتعاش در ثانیه است.
بنابراین صدای ممکن است بم ولی بلند باشد. بالعکس صدای دیگری ممکن است زیر ولی کوتاه باشد. اگر امواج صوتی در مسیر حرکت خود به جسمی از قبیل پرده گوش برخورد کنند و آن را به همان اندازه مرتعش سازند، ارتعاش پرده گوش بوسیله اندامهای گوش داخلی به مراکز اعصاب شنوایی منتقل گشته و در نتیجه صدا شنیده می‌شود و عکس العمل لازم صادر می‌شود.

چشمه فیزیک امواج شنیده شدنی :
فیزیک امواج شنیده شدنی در تارهای مرتعش (بلندگو ، طبل) ایجاد می‌شوند. همه این عناصر مرتعش به تناوب هوای پیرامون خود را در حرکت به طرف جلو ، فشرده و در حرکت به طرف عقب ، رقیق می‌کنند. هوا این آشفتگیها را بصورت موج از چشمه به خارج انتقال می‌دهد. این فیزیک امواج به هنگام وارد شدن در گوش ، احساس صوت را بوجود می‌آورند. موجهایی که تقریبا متناوب هستند و یا تعداد کمی از مؤلفه‌های تقریبی متناوب را شامل می‌شوند، احساس خوشایندی بوجود می‌آورند (اگر شدت خیلی زیاد نباشد) اصوات موسیقی از این جمله‌اند. صوتی که شکل موج آن متناوب نباشد ، بصورت نوفه شنیده می شود. نوفه را می‌توان برهمنهشی از امواج متناوب دانست که در آن تعداد مؤلفه‌ها خیلی زیاد است.

یک آزمایش ساده :
دو سر یک سیم فولادی به طول یک متر و به قطر یک میلیمتر را که کشیده شده و بوسیله دو قطعه سنگ یا آهن محکم شده است ، در نظر می‌گیریم. حال اگر وسط سیم را به کناری کشیده و رها کنیم صدایی شنیده نمی‌شود، در صورتی که ارتعاش آن کاملا به چشم دیده می‌شود. ولی اگر یک طرف سیم را به کنار یک لنگه در تخته‌ای متصل کنیم و آزمایش را دوباره انجام دهیم، صدای آن کاملا شنیده می‌شود، با وجود آنکه ارتعاش آن مشهود نیست. علت این امر آن است که در دفعه اول هوای مجاور سیم بجای اینکه تراکم و انبساط پیدا کند، روی سیم لغزیده است و در مرتبه دوم هوای مجاور لنگه در ، مجال لغزیدن و رسیدن به کنار آن را قبل از تجدید ارتعاش نداشته است.

امواج صوتی در جامدات و مایعات :
همانطور که درون هوا ارتعاشات طولی توام با تراکم و انبساط منتشر می‌شود، به همان طریق نیز ارتعاشات طولی توأم با تراکم و انبساط در داخل مایعات و جامدات انتشار پیدا می‌کنند. اگر میله فلزی را برای لحظه کوتاهی در امتداد خودش کشیده و رها کنیم ، تراکم و انبساط در طول میله انتشار پیدا خواهد کرد و همین طور اگر نقطه‌ای از جسم جامد را مرتعش سازیم (به عنوان مثال با چکش به گوشه یک قطعه سنگ یا فلز بزنیم) تراکم و انبساط به شکل سطوح کروی در تمام جسم مرتعش منتشر می‌شوند.
مخصوصا نباید چنان کرد که انتشار تراکم و انبساط درون اجسام مختص به ارتعاشات شنیدنی است، بلکه هر نوع ارتعاش با هر فرکانس ممکن است در آنها انتشار یابد. تنها فرقی که جامدات و مایعات در انتقال صوت با هوا و گاز دارند در زیاد بودن سرعت انتشار صوت در آنهاست.

مشاهدات تجربی :
چیزی که در موقع انتشار صوت در هوا انتقال می‌یابد، هوا نیست. به دلیل اینکه صدای هواپیما از ابر و دود غلیظ عبور کرده و به ما می‌رسد. بدون آنکه ابر را پراکنده ساخته و با خود به طرف ما بیاورد.
هوا در حین انتشار صوت جلو و عقب می‌رود. یعنی مرتعش می‌شود. برای مشاهده این امر کافی است یک قطعه فیلم عکاسی را بین دو انگشت گرفته و در مقابل آن با آواز بلند بخوانیم، در اینصورت حرکت رفت و آمد تند فیلم را به خوبی در محل اتصال انگشتان خود با فیلم حس می‌نماییم.

عبور فیزیک امواج صوتی در هوا با کم و زیاد شدن فشار (انبساط و تراکم) همراه می‌باشد. در جدار لوله صوتی سوراخی درست کرده و سپس ورقه نازک کاغذی روی آن می‌چسبانیم و از خارج به این کاغذ پاندول سبک ساده از چوب آقطی آویزان نموده و لوله را بطور افقی نگاه به بالا و پایین رفتن می‌کند. اگر تنها هوا حرکت می‌کرد و اختلاف فشار در آن وجود نداشت پاندول رفت و آمد نمی‌کرد زیرا حرکت ارتعاشی هوای درون لوله موازی با سطح کاغذ بوده و ممکن نبود که تولید حرکت متناوب در ورقه کاغذ بنماید.
در نتیجه وجود همین انبساط و تراکم ، در فیزیک امواج صوتی ، اختلاف چگالی متناوب پیدا می شود. زیرا اگر تغییر فشار را در فیزیک امواج صوتی قبول کنیم لازم است که تغییر چگالی در آنها رانیز قبول کنیم. به کمک چندین پاندول که در طول لوله صوتی افقی بطریق فوق آویزان کرده‌ایم می‌توانیم ثابت کنیم که هنگام ایجاد صوت در لوله ، پاندولی که نزدیکتر به دهانه لوله است زودتر از پاندولهای دیگر به ارتعاش در می‌آید.
پس وقتی قسمتی از هوای درون لوله در داخل آن به سمت انتهای آن حرکت کرده و قسمت دیگری از هوای درون لوله ساکن است، ناچار چگالی قسمتی که بین این دو قسمت متحرک و ساکن قرار دارد ، تغییر کرده است. موضوع وجود اختلاف چگالی در هوای مرتعش عملا به تحقیق رسیده است و از تغییر چگالی هوا در موقع ارتعاش که باعث تغییر ضریب شکست می‌شود، استفاده کرد. و فیزیک امواج صوتی را به کمک جرقه الکتریکی عکسبرداری نموده‌اند.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:44 AM
تاریخچه فیزیک

صدرا جدی

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/physic_history.jpg

ماقبل تاریخ
همانطور كه متقدمین از روی تجربه و امتحان به خواص باطنی پاره‌ای از اجسام بی‌پرده و از تركیب مواد به وسایل مختلف (تشویه، تكلیس، تقطیر و غیره) مواد شیمیائی بدست آورده و برای علمای شیمی جدید مایه‌ای درست كرده‌اند، همینطور هم تحقیق در خواص فیزیكی اجسام از مسائل تازه نیست و از قدیم الایام انسان درصدد كشف آنها بوده و از توجه به تغییرات و خواص ظاهری به بعضی اصول و قواعد فیزیكی پی برده و فیزیك جدید در حقیقت مولود توجهات و تحقیقات متقدمین می‌باشد.
مثلاً‌ تالس كه قدیمی‌ترین و معروفترین حكمای سبعه است و تقریباً در شش قرن قبل از میلاد می‌زیسته محقق ساخت كه از مالش كهربا خاصیتی در آن به ظهور می‌رسد كه اجسام سبك را جذب می‌كند، همچنین فیثاغورث حكیم و ریاضی‌دان معروف یونانی و شاگردهایش به پاره‌ای مسائل و قضایای صوت پی برده بودند. (این دانشمند اول كسی است كه زمین را متحرك می‌دانست).
ارسطو نیز در چهار قرن قبل از میلاد تئوریهای دقیقی در باب كائنات الجو (از قبیل جرثقیل، منجنق، میزان‌الغلظة و پیچ (پیچ ارشمیدس Vis sans pin) را اختراع نموده.
البته موضوع محاصرة سیراكوز را به توسط رومیان و سه سال مقاومت اهالی آن شهر را به وسیله نقشه‌های ارشمیدس اغلب در تاریخ دیده‌ایم. گویند یكی از وسایلی كه ارشمیدس برای دفاع از وطن خود بكار می‌برد این بود كه به وسیله آئینه‌های مقعر اشعه آفتاب را جمع كرده به جانب كشتیهای دشمن منعكس می‌ساخت وبدین‌وسیله آنها را آتش می‌زد.
همچنین قانونی را كه راجع به «اجسام مرتمسة در مایعات» وضع كرده از قوانینی است كه به وسیلة اتفاق غریبی به كشف آن نائل شده است:
هیرن پادشاه سیراكوز به زرگری دستور داده بود كه تاجی از طلای خالص برای او بسازد، زرگر در ساختن تاجی تقلب كرده مقداری نقره با آن ممزوج كرده و نزد هیرن بود. اتفاقاً پادشاه به زرگر ظنین شد و برای اطمینان خاطر خود ارشمیدس را بطلبید و او را مأمور تحقیق خلوص یا عدم خلوص تاج نمود. ارشمیدس مدتها در این باب فكر می‌كرد ولی راه‌حلی به نظرش نمی‌رسید تا روزی كه به حمام رفته بود در خزینه آب احساس كرد كه دست‌ها و پاهایش سبكتر به نظرش می‌آید.

این مسئله كوچك روزنة امیدی برای او پیدا و بدین‌وسیله به كشف حقیقت بزرگی نایل گردید. معروف است كه در اثر حالت غیرطبیعی كه از اكتشاف مزبور برای ارشمیدس دست داده بود با همان حال برهنگی از حمام خارج و دوان دوان به جانب خانه سلطان روان گردید و فریاد می‌زد: Eureka! Eureka یعنی یافتم، یافتم . در واقع هم وسیله كشف تقلب زرگر را از روی كشف قانون كلی «تعیین وزن خالص مخصوص اجسام نسبت به آب» پیدا كرده بود.
قانونی را كه ارشمیدس به وسیلة فوق موفق به كشف آن گردیده موسوم به D’Archimede Principle و به قرار ذیل می‌باشد:
بر كلیه اجسام مرتمسه در سیال (مایعات و گازها) فشاری از تحت به فوق وارد می‌آید كه مقدار آن مساوی است با وزن سیال تغییر مكان یافته.

بالاخره بطلیموس (قرن دوم میلادی) منجم و ریاضی‌دان یونانی نیز تحقیقات عمیقی راجع به نور كرده و كتاب نفیسی در این مبحث از خود باقی گذارده است.

پس از بطلمیوس تحقیقات فیزیكی تا قرن ۱۳ میلادی متوقف شد و حتی می‌توان گفت كه رو به انحطاط گذارد. فقط عده‌ای از قبیل جابر و محمدبن موسی در این رشته زحماتی كشیده و اطلاعات قابل توجهی كسب كرده بودند.

قرون وسطی
اما تحصیل فیزیك در كشورهای غربی از قرون سیزدهم شروع می‌شود علمای معروف این علم در این قرن عبارتند از: راجر بیكن و آلبرت كبیر.
در این عصر دو اختراع مهم بعمل آمد:
یكی آئینه‌های صیقلی و دیگری عینك (Salvino Degli-Armati)
در قرن چهاردهم استعمال -قطب نما- تعمیم یافت. قرن پانزدهم راجع به ««فیزیك تقریباً چیز مهمی ندارد.

بالعكس در قرن شانزدهم مخصوصاً مباحث ثقل و نور و مغناطیس رو به كمال رفته‌اند. در این زمان فراسكاتور (ایتالیائی) قانون تركیب قوه، را وضع كرد،‌ Gardon ریاضیات را با فیزیك مربوط ساخت، Moralyeus عمل زجاجیه چشم را به واسطة آثار عدسیها به مورد تجربه گذارد.

جانسن میكروسكپ را اختراع «۱۵۹۰» و روبرت ««نورمن انگلیسی میل مغناطیسی را تعیین نمود. بالاخره ژیلبرت اولین تجارت علمی الكتریكی و مغناطیسی را در كتاب معروف خود (Magnete)تدوین و منتشر ساخت.

فیزیك جدید
پایة فیزیك جدید در قرن هفدهم به توسط گالیله گذارده می‌شود؛ این ))دانشمند شهیر ایتالیائی متولد شهر پیزا رفته بود اتفاقاً چشمش به قندیلی می‌افتد كه به سقف آویزان بود و آهسته نوسان می‌كرد چون خوب متوجه شد دید: نوسانات كه رفته رفته از وسعت خود می‌كاستند زمانشان پیوسته تغییر ناپذیر می‌ماند _ بدین طریق قانون متحدالزمان بودن «Lsoc hronisme » نوسانات كوچك پاندول را كشف و بعد هم بلافاصله مورد استعمال آن برای تنظیم ساعتهای دیواری از نظرش خطور كرد.
دماسنج، ترازوی آبی و دوربین نجومی از اختراعات و اصول ««دینامیك جدید و عده‌ای از قوانین نقل از كشفیات اومی‌باشد.گالیله نه تنها فیزیكدان«« معروفی بوده بلكه در ««ریاضیات و نجوم مقامی بس ارجمند داشته. این دانشمند درسال ۱۶۰۹ اولین دوربین نجومی را در شهر ونیز بنا نهاد و به وسیلة آن حركت ماه را بدور محور خود مشاهده كرد.
رصدهای دقیق گالیله او را به سلسله هیئت كپرنیك هدایت نمود و به عكس نظر به قدما كه زمین را مركز عالم سماوی می‌دانستند ثابت كرد كه مركز عالم شمسی آفتاب است نه زمین. بیان این نظریه در آن زمان در ایتالیا كه به منزلة كفر و زندقه محسوب می‌شد و بخصوص دربار رم با این نظر بشدت مخالفت كرده و گالیله را وادار كردند سوگند یاد كند دیگر به اظهار چنین نظریه‌ای زبان نگشاید‌، گالیله نیز خواهی نخواهی قبول كرد ولی در سال (۱۶۳۲) در مراجعت به فلورانس كتابی تدوین و در آن جمیع ادله و براهین خود را در موضوع سلسلة هیئت مزبور بیان نمود.

باری دانشمند ایتالیائی برای صرف اظهار حقیقت اواخر عمر را بطور نیمه اسیر و شدیداً تحت نظر انگیزیسیون می‌زیسته تا اینكه بالاخره در سال (۱۶۴۲) زندگانی را بدرود و خود را از شر دشمنان علم و حقیقت آسوده ساخت.
اگر چه مخترع دماسنج گالیله می‌باشد ولی نقطه ذوب یخ را برای صفردماسنج (Hooke) قرار داد و ثبوت نقطه جوش آن را Halley تعیین كرد. بالاخره دماسنجی كه صعود منظم درجات حرارت را نشان دهد به توسط Renaldini ساخته شد.
دكارت قوانین انكسار و تئوری رنگین كمان را بنا نهاد. توریچلی میزان الهوا را ساخت كه پس از او پاسكال آن را برای اندازه‌گیری ارتفاعات بكار برد. تحقیقات و تجسساتی كه پاسكال در تعادل مایعات كرد او را به اختراع منگنه آبی راهنما شد.

در همین دوره آكادمی دل سیمانتو Academie Del cimento كه لئوپلد دومدیسی در فلورانس تشكیل داده بود كمك زیادی به پیشرفت شاخه های گوناگون فیزیك نمود.
چندی بعد در فرانسه نیروی جاذبه را اندازه گرفتند و مقدار (G) تصحیح شد (۸۱/۹متر) مجدداً اسحاق نیوتن بعد از شنیدن این خبر به خیال اول خود رجوع نموده و آن را موضوع حساب قرارداد، گویند در اواخر همین كه دید نتیجه موافق پیش‌بینی اوست از فرط شعف نتوانسته محاسبه را به اتمام رساند.
اسحاق نیوتن به واسطه استدلال رفته رفته به كشف این قانون كلی نایل شد: هر دو ذره مادی یكدیگر را به نسبت معكوس مجذور فاصله و مقدار جرمشان جذب می‌كنند.
خلاصه این عالم شهیر به واسطه اكتشافات و اختراعات خود یك روح جدید به فیزیك (بخصوص مبحث نور) بخشید. حلقه‌های رنگین (Anneaux colrees) و تجزیه نور بالون اصلیه آن از اكتشافات و تلسكوپ آئینه‌دار از اختراعات او است.

رمر (Ronmer) سرعت نور را اندازه گرفت و ماریت (فرانسوی) و بویل (Boyle) (انگلیسی) قانون فشار گاز را وضع كردند.در درجه حرارت ثابت حجم هر بخار یا گاز با فشار ی كه بر آن وارد می‌آید نسبت معكوس دارد .
بویل ماشین تخلیه هوا را كه Otto de Cueriche قاضی عدلیه شهر ماگدبورگ اختراع كرده بود تكمیل نمود. بالاخره اولین طرح ماشین بخار به توسط Papin ریخته شد.
اگر چه قرن هجدهم برای فیزیك بدرخشندگی قرن هفدهم نمی‌باشد ولی به هرحال آن را قرن بی‌ثمری هم نمی‌توان نامید.
در این قرن صوت بر روی مبانی محكم قرار گرفت: قانون تارهای مرتعشه را سوور طرح‌ریزی، و تایلر(Taylor) و (Bevnoulli) و Euler و (D’Alambtrt) تكمیل كردند.

دوفه جذب و دفع‌های الكتریكی را تحت تحقیق درآورد. دوفه می‌گوید:
”من در تجربیات خود قانونی یافتم كه غالب مشكلات را حل می‌كند و تا درجه‌ای راه تاریك را روشن می‌سازد.
اجسام الكتریزه هر چیز غیر الكتریك را جذب می‌كنند و چون الكتریزه شدند دفع می‌نمایند و تا طلائی را بدوا لوله بلوری الكتریزه جذب می‌كند ولی فوراً دفع می‌نماید و تا هنگامی كه ورقه طلا مجاور جسم دیگری نشود تا الكتریسته آن را خارج شود جذب نمی‌گردد.”
علاوه بر این دفع الكتریسته را به دو بخش نموده و می‌گوید:
اتفاق به من قانون عمومی‌تر و مهمتری آموخت و در الكتریسته تغییری كامل داد و آن این است كه الكتریسته دو نوع است كه من یكی را شیشه‌ای و دیگری را سقزی می‌نامم. خواص دو نوع الكتریسته مزبور این است كه دو الكتریسته هم جنس یكدیگر را دفع و دو الكتریسته مختلف‌ همدیگر را جذب می‌نمایند. بلور‌، سنگ، سنگهای بزرگ، پشم و بسیاری از اجسام دیگر جزء نوع اول و كهربا، سقزها، ابریشم، نخ، كاغذ و غیره، جزء نوع دوم می‌باشند.
بعد قوانین و اصول كولن در خصوص جذب و دفع باعث شد كه الكتریسته تحت محاسبات دقیق درآید.
گری ثابت كرد كه بدن انسان را می‌توان الكتریزه نموده و دوفه در تجربه‌ای كه همه تماشاچیان را مبهوت ساخت از بدن انسان جرقه درآورد. در سقف اطاق خود چند ریسمان ابریشمی می‌آویخت و در زیر آن چیزی گهواره مانند بسته در آن می‌خوابید خود را با میله كلفت بلوری الكتریزه می‌نمود و چون كسی دست به طرف او دراز می‌كرد از بدنش جرقه می‌جست اولین دفعه‌ای كه دوفه این تجربه را نمود موجب تعجب بسیار شاگرد خود آبه نله كه بعدها عالم مشهوری شد گردید. آبه نله می‌گوید «هیچوقت تعجبی را كه از رویت جهش جرقه از بدن انسان برایم دست داد فراموش نمی‌كنم». خلاصه كارهای دوفه به تجسسات بی‌فایده علما خاتمه داد و از آن بعد الكتریسته وارد تاریخ تازه‌ای گردید.
Muschenbroech بطری لید را اختراع كرد (۱۷۴۳) و فرانكل شباهت تخلیه الكتریكی و صاعقه را نشان داد و در نتیجه برق گیر را برای حفظ ساختمان از برق اختراع نمود. تجربه گالوانی، ولتا را به اختراع پیل (۱۸۰۰) یعنی اساس الكتریسته جاری هدایت كرد و آن به قرار ذیل است:

ابتدا ستون فقرات ناحیه قطنی قورباغه‌ای را به دو قسمت كرده فوراً قسمت تحتانی را پوست می‌كنند بعد مابین دو عصب قطنی را كه در طرفین ستون فقرات مثل رشته‌های سفیدی به نظر می‌آیند مفتولی از مس داخل می‌كنند سر دیگر مفتول وصل به مفتول دیگرست كه از روی ساخته شده، هر وقت سر مفتول مسی را به اعصاب قطنی وسر مفتول رویی را به عضلات یكی از پای قورباغه وصل كنیم پاهای حیوان تا شده و تكان می‌خورد و هر دفعه كه این دو مفتول را مجاور آن دو عضو كنیم این اثر تجدید می‌شود: این دو فلز «مس و روی) كه به شكل قوسی ساخته شده‌اند برای جریان الكتریسته با بدن قورباغه تشكیل مدار می‌دهد.
باید دانست كه مبحث مغناطیس الكتریك نتیجه اكتشافات دو عالم سابق الذكر یعنی ارستد و آمپر می‌باشد و همانطور كه نام این دو دانشمند در یك موقع و یك عصر و یك مبحث برده شده همانطور هم جهات تشبیه در بسیاری از مباحث بین ایشان موجود بود: اولاً هر دو معاصر بوده تولدشان دو سال و وفاتشان یك سال با یكدیگر فرق داشته‌، ثانیاً آمپر فقط یكسال بیش از ارستد عمر كرده (عمر آمپر ۷۵ و عمر ارتسد ۷۴ سال است). ثالثاً هر دو در ابتدای تحصیل در نهایت فقر و پریشانی بسر می‌بردند و به خرج و كفالت اولیای دیگر و معلمین خود تحصیل را تكمیل كردند. رابعاً ارتسد در عنفوان جوانی اشعاری می‌سرود كه چندان بی‌اهمیت نبوده آمپر نیز قطعات نظمی گفته كه بعضی از آنها را آراگو و دیگران ضبط كرده‌اند. پنجم آمپر فیلسوف و حكیم نیز بوده و ارستد هم فلسفه و حكمت را نزد بزرگترین فلاسفه یعنی كانت آموخته و از این علم نیز بهره كافی داشت، ششم در باقی علوم نیز با یكدیگر شباهت داشته باشند.
فاراده (Faraday) ابتدا الكتریسیته را بنا نهاد، اصول گالوانوپلاستی را ژاكبی اهل پتروگرادواسپنسر اهل لندن وضع الكینگتن و روالتس را مطلاكاری بكار بردند.
گالوانوپلاستی صنعتی است كه توسط تجزیه الكتریكی فلزات را در قالب مخصوص رسوب و مورق می‌كنند به نحوی كه به جدار آن نچسبد و خود تشكیل شكل درونی قالب را بدهد. چنانكه سابقاً ذكر شد آمپر عمرش وفا نكرد و بعد از او به نتیجه رسیدند چنانكه آراگو قانون او را تكمیل كرده و تعمیم داد و گوس یكی از بزرگترین ستاره شناسان و ریاضی دانان آلمان اختراع تلگراف را تكمیل كرده و بعدها طبیعی‌دان آمریكائی موسوم به مرس الفبائی برای تلگراف درست كرده دستگاه آن را ساخت و دستگاه تلگرافی وی كه به تلگراف مرس موسوم است هنوز در كلیه كشورهای معمول و مرسوم می‌باشد. آراگو علاوه بر تكمیل قوانین آمپر و ارستد اكتشافات و تحقیقات علمی دیگر هم كرده است منجم««له ثابت كرد كه در عالم خلاء وجود ندارد بلكه در تمام فضای لایتناهی جسم سیال بسیار رقیقی موسوم به ««اتر موجود است كه در همه جا حتی در خلل و فرج اجسام جای دارد و نیز اثبات نمود كه اجسام نورانی دارای ارتعاشات بسیار سریعی هستند و اثر این ارتعاشات را با سرعت زیادی به ما منتقل می‌كند. پس از تكمیل تلگراف طولی نكشید كه به واسطه تجربیات هرتز آلمانی در خصوص انتشار امواج الكتریكی باب جدیدی برای تلگراف بی‌سیم باز شد چنانكه پس از او ماركنی ایتالیائی و برانلی فرانسوی تجربیات او را تعقیب و بالاخره تلگراف بی‌سیم را عمل كردند. در اینجا بی‌مناسبت نیست كه بطور اختصار شرحی از تاریخ تلگراف بیان شود. در قدیم الایام بین چینی‌ها و یونانی‌ها و رومی‌ها مرسوم بود كه در اوقات جنگ برای اخبار یا استخبار از وضعیات دستجات قشون خود و یا دادن دستورات سوق الجیشی در بالای برجهای مخصوص ویا قلل تپسه‌ها و كوه‌ها آتش روشن می‌كردند و به وسیله حركت دادن مشعل‌های بزرگ و علامات و اشاراتی كه قبلاً قرارداد كرده بودند مطالب خود را به طرف مقابل می‌فهماندند. مردم گل مرسومشان این بود كه از افراد خود به فواصل متساوی پست می‌گذارند و این مأموران كنایات در مورد قرارداد را فریاد كنان به پست‌ها می‌رساندند.
پس از هجوم و استیلای وحشیان و تا مدتی بعداز آن یعنی تا قرن شانزدهم این نوع علائم اخباری از بین رفت. از قرن شانزدهم به بعد مجدداً این ترتیب مخابره شروع شد و تا قرن هجدهم ادامه داشت در این قرن كلدشاپ مهندس و فیزیكدان فرانسوی یك دستگاه تلگراف هوائی اختراع كرد و اولین دفعه مجمع كنوانسیون آن را برای پیغام و اطلاع خبر فتح كننده اتریشی‌ها به كار برد. بالاخره پس از آنكه دامنه الكتریسته وسعت یافت، واسطة انتقال اخبار جریان الكتریسیته شد. اولین دستگاه تلگرافی دنیا در سال ۱۷۷۴م به توسط لزاژ فرانسوی در ژنو ساخته شد. هر دستگاه تلگراف (باسیم) شامل چهار قسمت است: اولاً یك منبع الكتریكی از قبیل پیل یا آكومولاتر، ثانیاً یك دستگاه ارسالی خبر كه بتوان منبع الكتریك را به وسیله مفتول‌های فلزی (سیم) به پست مقابل مربوط ساخت بطوری كه تلگرافچی بتواند با اراده خود جریان را قطع و وصل كند. ثالثاً‌ سیم، واسطة ارتباط و هادی جریان الكتریسیته دستگاه ارسال است به دستگاه ضبط. چهارمً‌ دستگاهی برای ضبط خبر كه به توسط آلات مخصوص علامت و رموز را در روی نواری از كاغذ ثبت كند. سیمهای تلگرافی بر سه نوعند: هوائی،‌ زیرزمینی و زیرآبی سیمهای هوائی _ زیرزمینی و زیرآبی سیمهای هوائی _ چون مقاومت سیمهای مسی چندان زیاد نیست و ممكن است زود بزود گسیخته شود لهذا سیمهای هوائی را با آلیاژهای مسی می‌سازند این مفتولها به واسطه مقره‌های چینی به تیرهای فلزی یا چوبی ثابت و در هوا نگاه داشته شده است. سیمهای زیرزمینی _ مركب است از چند مفتول مسی بهم پیچیده كه از یك ورقه ضخیم گوتاپیركا پوشیده و روی آنرا یك ورقه سرب كشیده‌اند. سیم‌های زیرزمینی و زیرآبی _ این نوع سیمها معمولاً مركبند از یك دسته هفت‌تائی مفتول مسی متصل به هم كه روی آن را با یك ورقه ضخیم از جسم عایقی پوشانده‌اند. این ورقه عایق از سیمهای فولادی مستور است و دور این مفتولها نوار مارپیچی شكل علفی (از جنس شاهدانه) الوده به قطران پیچیده‌اند

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:44 AM
فیزیک پزشکی

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/physic_for_medicine.jpg

فیزیك پزشكی به معنی كاربرد فیزیك در حرفه پزشكی است، مانند رادیوگرافی ، سونوگرافی ، بینایی‌سنجی و غیره. چون بیوفیزیك به معنی فیزیك حیات است، فیزیك پزشكی درباره فیزیك حیات بشر بحث می‌كند. مانند گردش خون ، آناتومی گوش ، آناتومی چشم و غیره. از طرفی بكارگیری اصول و قوانین این گروههای علمی در طرح‌ریزی و یا ساختن یك سیستم ، به ترتیب مهندسی پزشكی و بیومهندسی نامیده می‌شود.

تاسیس دوره‌های آموزشی مهندسی پزشكی و بیومهندسی از ضروریات یك جامعه پشرفته است. از طرف دیگر ، آموزش فیزیك و بیوفیزیك پزشكی ، مقدم بر آموزش تكنولوژی و یا مهندسی پزشكی است. به عبارت دیگر ، می‌توان چنین بیان كرد كه فیزیك پزشكی ، ابزاری بسیار قوی و قدرتمند است كه می‌تواند در اختیار پزشكان و مهندسان پزشكی قرار گیرد. در واقع در سایر رشته‌های مهندسی نیز تقریبا همین شرایط حاكم است. به‌عنوان مثال ، در فیزیك الكترونیك ساختار قطعات الكترونیكی به ‌دقت مورد بررسی قرار می‌گیرد. حال آنكه در مهندسی الكترونیك بیشتر كاربرد این قطعات مورد تاكید قرار می‌گیرد.

ضرورت آشنایی با فیزیك پزشكی
امروزه به ‌واسطه پیشرفت سریع تكنولوژی و افزایش روزافزون دستگاهها در بیمارستانها و كلینیكها نه تنها وجود هزاران مهندس پزشكی در جامعه ما مورد نیاز است، بلكه پزشكان و پیراپزشكان باید در زمینه نگهداری از دستگاهها نیز توانا باشند و لازمه این امر نیز آشنایی با فیزیك پزشكی است.

عواقب بی‌‌توجهی به فیزیك پزشكی
بی‌توجهی به اصول فیزیكی حاكم بر كار تشخیص و درمان ، باعث تشدید بیماری ، اتلاف وقت و سرمایه ملی و بالاخره اتلاف جان بیماران خواهدشد. به ‌عنوان مثال ، می‌توان از بی‌دقتی در اندازه‌گیری مواد رادیواكتیو مصرفی در بخش پزشكی هسته‌ای یاد كرد كه گاهی باعث نمایش نادرست تصویر ارگان مورد آزمایش می‌شود. اگر بخواهیم تمام ناهماهنگیها و گرفتاری‌های حاصل از ناآگاهی از فیزیك پزشكی را بیان كنیم، شاید چندین مقاله نیز كفایت نكند.

فواید آشنایی پزشكان و پیراپزشكان با فیزیك پزشكی
برای انجام صحیح كارهای تشخیصی و درمانی و جلوگیری از آسیبهای وارده به بیماران و حفظ و حراست دستگاهها ، باید به فیزیك مربوطه تسلط داشته‌ باشیم. بدین معنی كه همه فارغ‌التحصیلان رشته‌های پزشكی و پیراپزشكی باید به اصول فیزیك پزشكی آشنایی كافی پیدا كنند، تا به نگهداری از دستگاهها و انجام صحیح كار با آنها توانایی داشته ‌باشند. در این صورت نه‌ تنها احتیاج ما به مهندسی پزشكی بصورت روزافزون احساس نمی‌شود، بلكه از آسیب‌دیدن دستگاهها و خرید دستگاههای ناخواسته جلوگیری خواهد شد.

چگونه فیزیك پزشكی بخوانیم؟
فیزیك پزشكی یكی از گرایشهای فیزیك در مقطع كارشناسی ارشد می‌باشد. به ‌بیان دیگر ، دانشجویان رشته فیزیك بعد از اخذ مدرك كارشناسی در این رشته ، می‌توانند بعد از امتحان ورودی وارد رشته فیزیك پزشكی شده و مدرك فوق لیسانس خود را در این رشته اخذ نمایند. البته لازم به ذكر است كه در كشور ما ، در مقایسه با سایر گرایش‌های رشته فیزیك كه در بیشتر دانشگاهها ارائه می‌گردد، گرایش فیزیك پزشكی در تعداد كمی از دانشگاهها وجود دارد.

ارتباط فیزیك پزشكی با سایر علوم
می‌توان گفت كه رشته فیزیك تقریبا با بیشتر شاخه‌های علوم ارتباط دارد. رابطه فیزیك با پزشكی نیز از طریق فیزیك پزشكی برقرار می‌شود. به ‌بیان دیگر ، فیزیك پزشكی مانند پلی است كه بین شاخه‌های مختلف فیزیك و پزشكی وجود دارد. به ‌عنوان مثال ، فیزیك پزشكی با گرایش‌های لیزر و فیزیك هسته‌ای ارتباط تنگاتنگ دارد.

آینده فیزیك پزشكی
با توجه به كاربردی كه علوم در بهینه‌سازی زندگی بشر دارد، توجه اندیشمندان و نخبگان دنیا به پیشرفت و ترقی شاخه‌های مختلف علمی معطوف شده است. لذا در حال حاضر شاهد پیشرفت وسیع تكنولوژی هستیم. هر روز وسایل جدید و پیشرفته‌تری ساخته می‌شوند كه نسبت به وسایل قبلی از كارایی بیشتری برخوردار هستند. بوجود آمدن وسایل پیشرفته و استفاده از آنها نیازمند تربیت افراد متخصص در این زمینه است.

به بیان دیگر ، هر روز وسایل مختلف پیشرفته‌ای در علم پزشكی بوجود می‌آیند. مثلا چاقوی لیزری ، چاقوی پلاسمایی و … چند نمونه از این موارد فوق‌العاده زیاد هستند. اما برای استفاده بهینه از این وسایل و جلوگیری از صدمات جانبی آنها كه جان بیمارانی را كه بوسیله این ابزار مورد درمان قرار می‌گیرند، وجود متخصصین فیزیك پزشكی ، امری اجتناب ناپذیر است. بنابراین باید در این زمینه سرمایه‌گذاری بیشتری انجام شده و نسبت به تربیت چنین افرادی اقدام شود، تا ما نیز در آینده بتوانیم از این حیث به خودكفایی برسیم و شاهد هیچگونه آسیبی ناشی از استفاده نادرست این ابزارها نباشیم.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:45 AM
از سنگ اورانیوم تا ------ اتم

فیزیک - مقالات
استخراج اورانیوم از معدن
اورانیوم كه ماده خام اصلی مورد نیاز برای تولید انرژی در برنامه های صلح آمیز یا نظامی هسته ای است، از طریق استخراج از معادن زیرزمینی یا سر باز بدست می آید. اگر چه این عنصر بطور طبیعی در سرتاسر جهان یافت میشود اما تنها حجم كوچكی از آن بصورت متراكم در معادن موجود است.
هنگامی كه هسته اتم اورانیوم در یك واكنش زنجیره ای شكافته شود مقداری انرژی آزاد خواهد شد.http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/uranium_1.jpg
برای شكافت هسته اتم اورانیوم، یك نوترون به هسته آن شلیك میشود و در نتیجه این فرایند، اتم مذكور به دو اتم كوچكتر تجزیه شده و تعدادی نوترون جدید نیز آزاد میشود كه هركدام به نوبه خود میتوانند هسته های جدیدی را در یك فرایند زنجیره ای تجزیه كنند.


مجموع جرم اتمهای كوچكتری كه از تجزیه اتم اورانیوم بدست می آید از كل جرم اولیه این اتم كمتر است و این بدان معناست كه مقداری از جرم اولیه كه ظاهرا ناپدید شده در واقع به انرژی تبدیل شده است، و این انرژی با استفاده از رابطه E=MC۲ یعنی رابطه جرم و انرژی كه آلبرت اینشتین نخستین بار آنرا كشف كرد قابل محاسبه است.
اورانیوم به صورت دو ایزوتوپ مختلف در طبیعت یافت میشود. یعنی اورانیوم U۲۳۵ یا U۲۳۸ كه هر دو دارای تعداد پروتون یكسانی بوده و تنها تفاوتشان در سه نوترون اضافه ای است كه در هسته U۲۳۸ وجود دارد. اعداد ۲۳۵ و ۲۳۸ بیانگر مجموع تعداد پروتونها و نوترونها در هسته هر كدام از این دو ایزوتوپ است.
برای بدست آوردن بالاترین بازدهی در فرایند زنجیره ای شكافت هسته باید از اورانیوم ۲۳۵ استفاده كرد كه هسته آن به سادگی شكافته میشود. هنگامی كه این نوع اورانیوم به اتمهای كوچكتر تجزیه میشود علاوه بر آزاد شدن مقداری انرژی حرارتی دو یا سه نوترون جدید نیز رها میشود كه در صورت برخورد با اتمهای جدید اورانیوم بازهم انرژی حرارتی بیشتر و نوترونهای جدید آزاد میشود.
اما بدلیل “نیمه عمر” كوتاه اورانیوم ۲۳۵ و فروپاشی سریع آن، این ایزوتوپ در طبیعت بسیار نادر است بطوری كه از هر ۱۰۰۰ اتم اورانیوم موجود در طبیعت تنها هفت اتم از نوع U۲۳۵ بوده و مابقی از نوع سنگینتر U۲۳۸ است.

فراوریhttp://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/uranium_2.jpg
سنگ معدن اورانیوم بعد از استخراج، در آسیابهائی خرد و به گردی نرم تبدیل میشود. گرد بدست آمده سپس در یك فرایند شیمیائی به ماده جامد زرد رنگی تبدیل میشود كه به كیك زرد موسوم است. كیك زرد دارای خاصیت رادیو اكتیویته است و ۶۰ تا ۷۰ درصد آنرا اورانیوم تشكیل میدهد.
دانشمندان هسته ای برای دست یابی هرچه بیشتر به ایزوتوپ نادر U۲۳۵ كه در تولید انرژی هسته ای نقشی كلیدی دارد، از روشی موسوم به غنی سازی استفاده می كنند. برای این كار، دانشمندان ابتدا كیك زرد را طی فرایندی شیمیائی به ماده جامدی به نام هگزافلوئورید اورانیوم تبدیل میكنند كه بعد از حرارت داده شدن در دمای حدود ۶۴ درجه سانتیگراد به گاز تبدیل میشود.
هگزافلوئورید اورانیوم كه در صنعت با نام ساده هگز شناخته میشود ماده شیمیائی خورنده ایست كه باید آنرا با احتیاط نگهداری و جابجا كرد. به همین دلیل پمپها و لوله هائی كه برای انتقال این گاز در تاسیسات فراوری اورانیوم بكار میروند باید از آلومینیوم و آلیاژهای نیكل ساخته شوند. همچنین به منظور پیشگیری از هرگونه واكنش شیمیایی برگشت ناپذیر باید این گاز را دور از معرض روغن و مواد چرب كننده دیگر نگهداری كرد.


غنی سازی
هدف از غنی سازی تولید اورانیومی است كه دارای درصد بالایی از ایزوتوپ U۲۳۵ باشد.
اورانیوم مورد استفاده در راكتورهای اتمی باید به حدی غنی شود كه حاوی ۲ تا ۳ درصد اورانیوم ۲۳۵ باشد، در حالی كه اورانیومی كه در ساخت ------ اتمی بكار میرود حداقل باید حاوی ۹۰ درصد اورانیوم ۲۳۵ باشد.
http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/uranium_3.jpg
یكی از روشهای معمول غنی سازی استفاده از دستگاههای سانتریفوژ گاز است.
سانتریفوژ از اتاقكی سیلندری شكل تشكیل شده كه با سرعت بسیار زیاد حول محور خود می چرخد. هنگامی كه گاز هگزا فلوئورید اورانیوم به داخل این سیلندر دمیده شود نیروی گریز از مركز ناشی از چرخش آن باعث میشود كه مولكولهای سبكتری كه حاوی اورانیوم ۲۳۵ است در مركز سیلندر متمركز شوند و مولكولهای سنگینتری كه حاوی اورانیوم ۲۳۸ هستند در پایین سیلندر انباشته شوند.
اورانیوم ۲۳۵ غنی شده ای كه از این طریق بدست می آید سپس به داخل سانتریفوژ دیگری دمیده میشود تا درجه خلوص آن باز هم بالاتر رود. این عمل بارها و بارها توسط سانتریفوژهای متعددی كه بطور سری به یكدیگر متصل میشوند تكرار میشود تا جایی كه اورانیوم ۲۳۵ با درصد خلوص مورد نیاز بدست آید.
آنچه كه پس از جدا سازی اورانیوم ۲۳۵ باقی میماند به نام اورانیوم خالی یا فقیر شده شناخته میشود كه اساسا از اورانیوم ۲۳۸ تشكیل یافته است. اورانیوم خالی فلز بسیار سنگینی است كه اندكی خاصیت رادیو اكتیویته دارد و از آن برای ساخت گلوله های توپ ضد زره پوش و اجزای برخی جنگ افزار های دیگر از جمله منعكس كننده نوترونی در ------ اتمی استفاده میشود.
یك شیوه دیگر غنی سازی روشی موسوم به دیفیوژن یا روش انتشاری است.
دراین روش گاز هگزافلوئورید اورانیوم به داخل ستونهایی كه جدار آنها از اجسام متخلخل تشكیل شده دمیده میشود. سوراخهای موجود در جسم متخلخل باید قدری از قطر مولكول هگزافلوئورید اورانیوم بزرگتر باشد.
در نتیجه این كار مولكولهای سبكتر حاوی اورانیوم ۲۳۵ با سرعت بیشتری در این ستونها منتشر شده و تفكیك میشوند. این روش غنی سازی نیز باید مانند روش سانتریفوژ بارها و باره تكرار شود.

راكتور هسته ای
راكتور هسته ای وسیله ایست كه در آن فرایند شكافت هسته ای بصورت كنترل شده انجام میگیرد. انرژی حرارتی بدست آمده از این طریق را می توان برای بخار كردن آب و به گردشhttp://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/uranium_4.jpg درآوردن توربین های بخار ژنراتورهای الكتریكی مورد استفاده قرار داد.
اورانیوم غنی شده ، معمولا به صورت قرصهائی كه سطح مقطعشان به اندازه یك سكه معمولی و ضخامتشان در حدود دو و نیم سانتیمتر است در راكتورها به مصرف میرسند. این قرصها روی هم قرار داده شده و میله هایی را تشكیل میدهند كه به میله سوخت موسوم است. میله های سوخت سپس در بسته های چندتائی دسته بندی شده و تحت فشار و در محیطی عایقبندی شده نگهداری میشوند.
در بسیاری از نیروگاهها برای جلوگیری از گرم شدن بسته های سوخت در داخل راكتور، این بسته ها را داخل آب سرد فرو می برند. در نیروگاههای دیگر برای خنك نگه داشتن هسته راكتور ، یعنی جائی كه فرایند شكافت هسته ای در آن رخ میدهد ، از فلز مایع (سدیم) یا گاز دی اكسید كربن استفاده می شود.
برای تولید انرژی گرمائی از طریق فرایند شكافت هسته ای ، اورانیومی كه در هسته راكتور قرار داده میشود باید از جرم بحرانی بیشتر (فوق بحرانی) باشد. یعنی اورانیوم مورد استفاده باید به حدی غنی شده باشد كه امكان آغاز یك واكنش زنجیره ای مداوم وجود داشته باشد.
برای تنظیم و كنترل فرایند شكافت هسته ای در یك راكتور از میله های كنترلی كه معمولا از جنس كادمیوم است استفاده میشود. این میله ها با جذب نوترونهای آزاد در داخل راكتور از تسریع واكنشهای زنجیره ای جلوگیری میكند. زیرا با كاهش تعداد نوترونها ، تعداد واكنشهای زنجیره ای نیز كاهش میابد.
حدودا ۴۰۰ نیروگاه هسته ای در سرتاسر جهان فعال هستند كه تقریبا ۱۷ درصد كل برق مصرفی در جهان را تامین میكنند. از جمله كاربردهای دیگر راكتورهای هسته ای، تولید نیروی محركه لازم برای جابجایی ناوها و زیردریایی های اتمی است.



http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/uranium_5.jpgباز فراوری
برای بازیافت اورانیوم از سوخت هسته ای مصرف شده در راكتور از عملیات شیمیایی موسوم به بازفراوری استفاده میشود. در این عملیات، ابتدا پوسته فلزی میله های سوخت مصرف شده را جدا میسازند و سپس آنها را در داخل اسید نیتریك داغ حل میكنند.
در نتیجه این عملیات، ۱% پلوتونیوم ، ۳% مواد زائد به شدت رادیو اكتیو و ۹۶% اورانیوم بدست می آید كه دوباره میتوان آنرا در راكتور به مصرف رساند.
راكتورهای نظامی این كار را بطور بسیار موثرتری انجام میدهند. راكتور و تاسیسات باز فراوری مورد نیاز برای تولید پلوتونیوم را میتوان بطور پنهانی در داخل ساختمانهای معمولی جاسازی كرد. به همین دلیل، تولید پلوتونیوم به این طریق، برای هر كشوری كه بخواهد بطور مخفیانه تسلیحات اتمی تولید كند گزینه جذابی خواهد بود.


------ پلوتونیومیhttp://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/uranium_6.jpg
استفاده از پلوتونیوم به جای اورانیوم در ساخت ------ اتمی مزایای بسیاری دارد. تنها چهار كیلوگرم پلوتونیوم برای ساخت ------ اتمی با قدرت انفجار ۲۰ كیلو تن كافی است. در عین حال با تاسیسات بازفراوری نسبتا كوچكی میتوان چیزی حدود ۱۲ كیلوگرم پلوتونیوم در سال تولید كرد.
كلاهك هسته ای شامل گوی پلوتونیومی است كه اطراف آنرا پوسته ای موسوم به منعكس كننده نوترونی فرا گرفته است. این پوسته كه معمولا از تركیب بریلیوم و پلونیوم ساخته میشود، نوترونهای آزادی را كه از فرایند شكافت هسته ای به بیرون میگریزند، به داخل این فرایند بازمی تاباند.
استفاده از منعكس كننده نوترونی عملا جرم بحرانی را كاهش میدهد و باعث میشود كه برای ایجاد واكنش زنجیره ای مداوم به پلوتونیوم كمتری نیاز باشد.
برای كشور یا گروه تروریستی كه بخواهد ------ اتمی بسازد، تولید پلوتونیوم با كمك راكتورهای هسته ای غیر نظامی از تهیه اورانیوم غنی شده آسانتر خواهد بود. كارشناسان معتقدند كه دانش و فناوری لازم برای طراحی و ساخت یك ------ پلوتونیومی ابتدائی، از دانش و فنآوری كه حمله كنندگان با گاز اعصاب به شبكه متروی توكیو در سال ۱۹۹۵ در اختیار داشتند پیشرفته تر نیست.
چنین ------ پلوتونیومی میتواند با قدرتی معادل ۱۰۰ تن تی ان تی منفجر شود، یعنی ۲۰ مرتبه قویتر از قدرتمندترین بمبگزاری تروریستی كه تا كنون در جهان رخ داده است.

------ اورانیومی
هدف طراحان بمبهای اتمی ایجاد یك جرم فوق بحرانی ( از اورانیوم یا پلوتونیوم) است كه بتواند طی یك واكنش زنجیره ای مداوم و كنترل نشده، مقادیر متنابهی انرژی حرارتی آزاد كند.
http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/uranium_7.jpgیكی از ساده ترین شیوه های ساخت ------ اتمی استفاده از طرحی موسوم به “تفنگی” است كه در آن گلوله كوچكی از اورانیوم كه از جرم بحرانی كمتر بوده به سمت جرم بزرگتری از اورانیوم شلیك میشود بگونه ای كه در اثر برخورد این دو قطعه، جرم كلی فوق بحرانی شده و باعث آغاز واكنش زنجیره ای و انفجار هسته ای میشود.
كل این فرایند در كسر كوچكی از ثانیه رخ میدهد.
جهت تولید سوخت مورد نیاز ------ اتمی، هگزا فلوئورید اورانیوم غنی شده را ابتدا به اكسید اورانیوم و سپس به شمش فلزی اورانیوم تبدیل میكنند. انجام این كار از طریق فرایندهای شیمیائی و مهندسی نسبتا ساده ای امكان پذیر است.
قدرت انفجار یك ------ اتمی معمولی حداكثر ۵۰ كیلو تن است، اما با كمك روش خاصی كه متكی بر مهار خصوصیات جوش یا گداز هسته ای است میتوان قدرت ------ را افزایش داد.
در فرایند گداز هسته ای ، هسته های ایزوتوپهای هیدروژن به یكدیگر جوش خورده و هسته اتم هلیوم را ایجاد میكنند. این فرایند هنگامی رخ میدهد كه هسته های اتمهای هیدروژن در معرض گرما و فشار شدید قرار بگیرند. انفجار ------ اتمی گرما و فشار شدید مورد نیاز برای آغاز این فرایند را فراهم میكند.
طی فرایند گداز هسته ای نوترونهای بیشتری رها میشوند كه با تغذیه واكنش زنجیره ای، انفجار شدیدتری را بدنبال می آورند. اینگونه بمبهای اتمی تقویت شده به بمبهای هیدروژنی یا بمبهای اتمی حرارتی موسومند.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:46 AM
ماده شگفت
کوارک
Quark
فیزیک - مقالات



http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/quark%281%29.jpg
بیشتر ماده ای که ما در عالم می شناسیم، ستاره ها، سحابی ها، سیارات ، غبار های میان ستاره ای و… از پروتون ها و نوترون ها ساخته شده اند. تا مدتها گمان بر این بود که این ذرات (پروتون،نوترون و الکترون )ذرات بنیادی سازنده عالم هستند و نمی توان آن هارا به اجزای کوچکتر تقسیم کرد این باور هنوز در مورد الکترون وجود دارد.
اما تبدیل پروتون و نوترون به یکدیگر در برخی واکنش های هسته ای و ازمایش های پیشرفته تری که در شتاب دهنده های ذرات بنیادی انجام شد، نشان داد که ان ها از ذرات سازنده ی کوچکتری به نام کوارک ساخته شده اند. البته کوارک ها نیز انواع مختلفی دارند. تا کنون شش نوع کوارک شناخته شده است که با اسامی جالبی نامگذاری شده است:
بالا top
پایین bottom
افسون Charm
شگفت Strange
سر Down
ته Up
انتخاب این اسامی معنی خاصی ندارد. زیرا کوارک ها نه بالا و پایین دارند و نه زیر و ته! پروتون ها و نوترون ها هر کدام از سه کوارک ساخته شده اند. دو کوارک بالا و یک کوارک پایین نوترون را بوجود می اورد و یک کوارک بالا و دو کوارک پایین یک پروتون را تشکیل می دهند. برای نگه داشتن کوارک ها در کنار یکدیگر چسب مخصوصی لازم است. این وظیفه بر عهده ی ذرات دیگری است که گلوئون نام دارند. در حالت طبیعی نمی توان کوارک ها را به صورت آزاد و منفرد یافت.
بیش تر ماده موجود در عالم از کوارک ساخته شده است. این کوارک ها در گروه های سه تایی در بسته ای از جنس گلوئون مقید شده اند. اما در مرکز یک ستاره نوترونی بی اندازه چگال ممکن است نوترون ها ان چنان فشرده شوند که ساختارشان در هم بشکند و ماده به دریایی از کوارک های آزاد و گلوئون ها و الکترون ها تبدیل شود.اما اگر چگالی ان قدر زیاد باشد که ساختار پروتون ها و نوترون ها در هم بشکند. شاید ماده ی جدیدی خلق شود که دیگر ساختار شناخته شده ی قبلی ماده را ندارد.دیگر نمی توان از ذره یا ذرات به صورت مشخص نام برد.چرا که ماده به دریای یکپارچه ای از کوارک ها ، الکترون ها و گلوئون ها تبدیل شده است.چگالی این ماده از چگالی هسته ، اتم ها که شامل پروتون ها و نوترون ها ی مجزاست.بسیار بیشتر است و خاصیت های آن نیز با خواص ماده معمولی بسیار متفاوت خواهد بود . دانشمندان این ماده را ماده ی کوارکی یا “ماده ی شگفت” نامیدند.
ماده ی شگفت ممکن است پایدارترین شکل ممکن ماده باشد.تا کنون این عنوان به هسته ی اتم آهن اطلاق می شد که نقطه ی پایانی واکنش های هسته ای در مرکز ستاره های سنگین و پرجرم است. اگر چنین باشد ، پس از ساخته شدن ماده ی شگفت ، برای نگهداری ان به همین شکل فشرده نیازی به گرانش نخواهد بود. برخی نظریه پردازان معتقدنداین ماده بسیار چگال می تواند هر شکل دیگری از ماده را که با آن برخورد کند در هم بشکند و تبدیل به ماده ی شگفت کند.اما جای نگرانی نیست ، به هر حال اگر مقداری ماده ی شگفت روی زمین یا خورشید بریزد ، به سرعت به سمت مرکز می رود و در همان جا باقی می ماند، بدون انکه آسیبی به محیط اطراف وارد کند.فیزیکدانان ذرات بنیادی نیز امیدوارند بتوانند با استفاده از شتاب دهنده ی نسبیتی آزمایشگاه بروکهاون در مدت بسیار کوتاهی کوارک و گلوئون های آزاد ایجاد کنند( که البته این وضعیت بسیار ناپایدار است) آسمان بالای سر ما و اجرام گوناگونی که در این فضای بی انتها قرار دارند آزمایشگاهی طبیعی در اختیار اخترشناسان قرار داده اند تا بتوانن گاهی فیزیکدان ها را پشت سر بگذارند و خیلی سریعتر از آزمایشگاه های زمینی به نتیجه برسند.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:46 AM
انقلاب نسبیت
Relativity
علی حداد قناعتی

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/relativity.gif
در دهه اول قرن بیستم انقلابی در فلسفه طبیعی پیش آمد كه بسیاری آن را از حیث عمق معنا و درهم ریزی احكام جزمی پذیرفته شده ، نسبت به انقلاب كوپرنیكی _گالیله ای ،برتر به شمار می آورند . در این فاصله زمانی دو نظریه بسیار مهمی پا به عرصه رقابت نهادند ، نظریه نسبیت و كوانتمی كه نسبت به كار های دانشمندان پیشین از جمله ماكسول ،سارین كلوین وكلازیوس به نحو چشمگیری متفاوت بودند .این نظریه های جدید نیز ،با میكانیك نیوتونی در بعضی از اصول و فرض های بنیادی اختلاف شدیدی داشتند . این نظریه علاوه بر اینكه در بر گیرنده پیچیدگی های ریاضیست ،تصور ذهنی و فهم آن ،بسیار دشوار است .
البته شایان ذكر است كه انیشتین در مقاله ۱۹۰۵ خود كه برای اولین بار به نسبیت خاص خود پرداخت از معادلات ریاضی ساده استفاده كرد اما در مقاله ۱۹۱۹ كه به نسبیت عام پرداخت ،بر خلاف مقاله بیشین از فرمول های پیجیده ی ریاضی استفاده كرد .
نسبیت از ریشه نسبی گرفته شده است ، یعنی هر كدام از واحد های فیزیكی شناخته شده برای توصیف پدیده های طبیعی ، نسبی هستند . یعنی وزن ،سرعت ،شتاب و حتی زمان كه برای ما تعریف می شوند ، نسبی هستند . برای درك این بهتر است چند مثالی بزنم . در میكانیك نیوتنی ،نیروی وزن شیء در كره زمین را مقدار نیرویی كه از زمین بر شیء وارد می شود و آن را با شتاب g به سمت خود می كشاند ، تعریف كرده اند . اگر از شخصی بپرسید كه وزنتان چقدر است ؟ او احتمالاً می گوید : در كجا ؟ . وزن شخص در آسانسوری كه با شتاب به سمت پایین می رود در مقایسه با هنگامی كه آن آسانسور با همان شتاب به سمت بالا می رود ، فرق می كند . حال به مثال دیگری می پردازیم :
مجید و فرهاد دو دوست هستند كه سوار بر اتومبیل پراید ، با سرعت ثابت V در حال حركت هستند ومقصد آن ها ، منزل احمد ، است . در این هنگام احمد از پشت بام منزلشان ، اتومبیل مجید را مشاهده می كند . وی در آنجا ، با انجام محاسباتی توسط دستگاهش ، سرعت مجید و فرهاد را V بدست می آورد (معادل سرعت اتومبیل) . در این لحظه ، اتومبیل پدر احمد ، با سرعت ثابت P از كنار اتومبیل مجید می گذرد ، در آن لحظه ی عبور ، دستگاه تعبئه شده در اتومبیل پدر احمد ، سرعت مجیدو فرهاد را U=V+P نشان می دهد . در آن لحظه عبور ، احمد با مجید تماس می گیرد و از او می پرسد كه سرعت فرهاد را اندازه گیری كند . مجید با شنیدن سخنان احمد ، تعجب می كند و می گوید :” این دیگر چه سوال بی خودی است . می بینی كه فرهاد در كنار من ساكن نشسته است ، پس باید سرعت او صفر باشد “. احمد گوشی را می بندد و به پدرش زنگ می زند و از او می پرسد كه دستگاه محاسبه گر تو ، سرعت مجید و فرهاد را چند بدست آورده است ؟ پدر می گوید : “سرعت مجید و فرهاد U=V+P است ” . احمد در این هنگام با خود فكر می كند كه چگونه فردی در درون اتومبیل با سرعت ثابت ، بنشیند و در حالی كه خود دارای سه سرعت كاملاً متفاوتی باشد . احمد با مبنای سینماتیك آشنایی زیادی ندارد. پس سرعت هم نسبی است .
مسئله نسبی بودن سرعت ، از نظر انیشتین ، آن قدر كه به اعتبار اصل نسبیت مربوط می شد به اتر و حركت سوقی ربطی نداشت .

طبق اصل نسبیت : قوانین طبیعت در تمام چارچوب های مرجع لخت یكسان اند .
انیشتین پس از مطرح كردن اصل نسبیت ، به دو موضوع بنیادی پرداخت :
۱ - اصل نسبیت در تمام رویداد های طبیعی صحیح و صادق است.
۲ - سرعت نور در خلاء ،در هر چارچوب لختی كه اندازه گیری می شود با صرفه نظر از حركت منبع نور ، معادل cاست .

اصل موضوعی دوم انیشتین ، در واقع اندیشه میكانیكی نیوتنی و سینماتیكی گالیله ای را زیر پا می گذارد . طبق اصول سینماتیك ، اگر دو جسم متحرك با سرعت ثابت ، در حال حركت به سمت یكدیگر باشند ، سرعت هر یك از آن ها در نقطه بر خورد ، برابر با مجموع سرعتشان است .
اما درنسبیت انیشتین ایگنونه نیست . اگر در نقطه ای نوری را گسیل كنیم ، ناظر ساكن و ناظر متحرك كه با سرعت vدر حال حركت به سمت منبع است ، سرعت نور را cمحاسبه می كنند .
این دو اصل سه نتیجه ی حیرت آوری به همراه دارد :
الف) همزمانی اتساع زمان . ب) پارادوكس دو قلوها پ) انقباض جرالد-لورنتس .

الف) همزمانی اتساع زمان :
مطابق میكانیك نیوتنی ، زمان مطلق است ، یعنی زمان در تمام نقاط جهان و بدون وابستگی به شرایط حاكم بر محیط ، به طور یكنواخت جریان دارد .
اما انیشتین خلاف آن را معتقد است ، و در واقع اینجاست كه نیوتن و انیشتین از هم جدا می شوند .
انیشتین برای اثبات گفته های خود در مورد عدم مطلق بودن زمان ، به اصل موضوعی دوم خود پناه می برد . برای اثبات فرضیه ی انیشتین ، دو لامپ فلاش در نقاط A و B داریم . فردی در میانه ی BA قرار می گیرد . ومشاهده می كند كه دو فلاش A و B همزمان به او می رسد ، اما اگر فرد به نقطه A نزدیكتر باشد ، مشاهده می كند كه نور گسیل شده از A زودتر از B به او می رسد ، اما اگر فرد به نقطه B نزدیكتر باشد ، مشاهده می كند كه نور گسیل شده از B زودتر از A به او می رسد . پس این رویداد ها همزمان نیستند .
اكنون یكی از معروفترین پیامدهای این نظریه ، یعنی اتساع زمان ، را بررسی می كنیم .
منظور از اتساع زمان اینست كه ، ساعت در چارچوب های لختی متحرك نسبت به چارچوب های لختی ساكن ، كند كار می كند .
برای روشن كردن بحث اتساع زمان , یك جفت ساعت كاملاً متشابه به هم را تهیه نموده ایم . در این ساعت ، در آینه به طور موازی و به فاصله ی dاز یكدیگر قرار دارند . در یكی از آینه ها نقطه ای وجود دارد كه از آن نوری گسیل می شود و آن نور پس از انعكاس از آینه دومی ، به همان نقطه تابش خود برمی گردد . این ساعت به گونه ای كار می كند كه واحد زمان را معادل ، زمان رفت و برگشت نور بین دو آینه ، نشان می دهد . یعنی واحد زمانی كه این ساعت نشان می دهد برابر t =۲d/c است .
یكی از ساعت ها در چاچوب مرجع ساكن لختی قرار می دهیم ، و مشاهده می كنیم كه واحد زمان محاسبه شده معادل t می باشد .
ساعت دیگر را در چارچوب متحرك لختی كه با سرعت فوق العاده u حركت می كند، قرار می دهیم . در این چارچوب مسیر رفت و برگشت نور ، بیشتر از ۲d است . زیرا این ساعت با سرعت u در حال حركت است . پس مكان این آینه پیوسته در حال تغییر است به همین دلیل نور در این مسیر رفت و برگشت خود ، یك مسیر شكسته ( به صورت ۸ است ) طی می كند . پس واحد زمان در چارچوب متحرك لختی بزرگتر از واحد زمان در یك چارچوب ساكن لختی است . به همین دلیل ساعت ها در چارچوب متحرك لختی نسبت به چارچوب ساكن لختی كند كار می كنند .

ب) پارادوكس دوقلو ها :
اتساع زمان در نظریه نسبیت ما را به پارادوكس دو قلو ها می كشاند ، این پارادوكس بیش از ۵۰ سال بعد از انتشار نظریه نسبیت انیشتین ، مورد بحث میان دانشمندان بوده است . كه خلاصه این داستان بدین شرح است كه : یكی از دو قلوه ها تصمیم می گیرد كه با یك فضاپیما كه با سرعت نزدیك به سرعت نور حركت می كند , به یك سیاره دور برود . این مسافرت ۷۰ سال زمینی طول می كشد . هنگامی كه او بر می گردد می بیند كه برادرش به سن ۹۰ سالگی رسیده ودر حالی كه او ۲۹ سال بیشتر سن ندارد .

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/paradox.JPG

پ) انقباض لورنتس-جرالد :
اتساع زمان كه یكی از مهمترین نتایج نظریه نسبیت است ، موجب شد كه انقباض لورنتس-جرالد ، قدم به صحنه رقابت بگذارد .
ناظر o در چارچوب ساكن لختی قرار دارد و می خواهد طول لوله ای را محاسبه كند . روش اندازه گیری او ، اینگونه است كه یك شیء را با سرعت ثابت v ، از یك سر لوله پرتاب می كند و با ثبت مدت زمانی كه آن شیء به آن سر لوله می رسد ، و با استفاده از فومول های سینماتیك ، طول لوله را می یابد . او طول لوله را L محاسبه می كند . L = t .v
ناظر Z واقع در چارچوب متحرك لختی نیز می خواهد طول همان لوله را محاسبه كند . او برای محاسبه طول لوله از شیوه ی ناظر O استفاده می كند و طول لوله را L` می یابد .(L`=t` .v` )
طبق نتایج قبلی نسبیت ( اتساع زمان ) ، به این نتیجه رسیدیم كه زمان در چارچوب متحرك نسبت به چارچوب ساكن ، كندتر می گذرد . پس t > t` بنابراین L > L` ، كه نشان دهنده انقباض طول لوله در چارچوب متحرك است .
درك چنین واقعیتی بسیار دشوار و سخت است . اما لورنتس علت آن را تغییر در نیروی الكترومغناطیسی اتم ها در سرعت های بالا می داند.
اما متاسفانه تا كنون دانشمندان موفق نشده اند كه انقباض لورنتس-جرالد را در حد آزمایش عملی كند .
یك از نتایج نسبیت خاص ، كه با سینماتیك در تضاد است جمع سرعت هاست كه در خور مسائل ریاضی است .

E=MC^۲
یكی از معادلات زیبا و پراهمیتی كه انیشتین آن را در مقاله ی علمی با استدلال زیبا و دور از هرگونه پیچیدگی های ریاضی استنتاج كرد ، معادله هم ارزی جرم-انرژی است . وی در مقاله ی خود می نویسد :” اگر جسمی انرژی E را بصورت تابش از دست بدهد ، جرمش به اندازه ی E/C^۲ ، كم می شود “.
اگر جسمی ، مقداری از جرم خود را از دست بدهد ، انرژی به اندازه ی E كه معادل E=MC^۲ ، می باشذ به صورت تابشی آزاد می كند و M مقدار جرم از دست رفته است .
در واكنش های هسته ای ، مشاهده شده است كه در طی شكافت هسته ، مقداری از جرم هسته كاهش و به انرژی تابشی تبدیل می شود . البته عكس این معادله نیز صادق است ، یعنی می توان با فراهم آوردن مقدار انرژی به اندازه كافی ، جسمی پر جرم را به وجود آورد .
یكی از نتایج مهم هم ارزی جرم-انرژی ، تغییر جرم جسم در سرعت های نزدیك به سرعت نور است .
جرم جسم متحرك با سرعت نزدیك به سرعت نور ، نسبت به همان جسم ولی در حال سكون ، بیشتر است .
امروزه در آزمایشگاه ها ، با دادن انرژی به الكترون ها ، توانسته اند سرعت آن ها را نزدیك به سرعت نور ، برسانند .
در این آزمایش ها مشاهده شده كه جرم الكترون ها مطابق با فرمول نسبیت ، افزایش پیدا كرده است . و همچنین با استفاده از ساعت های اتمی (سزیم ) ،كندی گذر زمان در چارچوب متحرك نسبت به چارچوب ساكن را مشاهده كرده اند .
انیشتین در سال ۱۹۱۹ ، با ترمیم و تعمیم نسبیت خود , نسبیت عام را مطرح كرد . نسبیت عام برخلاف نسبیت خاص ، در برگیرنده معادلات و پیچیدگی های ریاضی بود .
یكی از پیش بینی های این نظریه آن بود كه ساعت ها در میدان گرانشی بسیار قوی ، كندتر كار می كنند و همچنین نور در میدان گرانشی بسیا قوی ، در مسیر مستقیم خود منحرف می شوند . این نظریه توانست به بسیاری از معما های كیهان شناسی در مورد سیاهچاله ها ، عمر كرات وسیارات ، انرژی ستاره ها وكهكشان ها ، چگالی جهان و … پاسخ دهد .

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:47 AM
تاریخچه فیزیک کلاسیک

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/physic_classic.gif
مقدمه
هنگامی كه اروپا در ظلمت جهل و بی خبری بسر می برد، دانشمندان اسلامی و در راس آنان اندیشمندان ایرانی اندوخته های علمی یونانیان را جمع آوری و حراست كردند و با دانش و اندیشه های ایرانیان باستان درآمیختند. تعاریف و اصول هندسه ی اقلیدسی توسط ایرانیان مورد بررسی و نقد قرار گرفت. مثلثات كروی توسط فضلای ایرانی ابداع و دستگاه اعداد با كشفیات هندیان تكمیل و بوسیله ی بازرگانان به اروپا برده شد. از قرن یازدهم میلادی به بعد بعضی از كشیشان به جامه ی طلاب مسلمان در می آمدند و كتبی را كه با دقت محافظت می شد با خود به غرب می بردند و ترجمه می كردند.
در قرن شانزدهم دستگاه خورشید مركزی منظومه شمسی تدوین و مسیر حركت سیارات با دقت رصد شد. در نتیجه تقدس دایره ها در هم شكسته شد و مدار بیضوی حركت سیارات مورد قبول واقع شد. روش استقرایی توانی نو یافت و به مقابله با قیاس برخاست و مسیر جدیدی برای اندیشه های علمی بوجود آمد.
آزمایش كردن قباحت خود را از دست داد و اجسام از بلندی رها شدند تا زمان سقوط آنها بطور تجربی بررسی شود. قوانین سقوط آزاد اجسام به كل جهان تعمیم داده شد شد و قانون جهانی گرانش كشف گردید. علت حركت سیارات به دور خورشید صورت بندی شد. اختراع و تكمیل تلسكوپ انسان را با دنیایی رو به رو ساخت كه قبل از آن هرگز تصورش نمی رفت. آنگاه ناچیزی زمین در مقابل كاینات به اثبات رسید.
استفاده از نماد گرایی در ریاضیات آغاز و هندسه تحلیلی به عنوان ابزاری قدرتمند برای تجسم و تكمیل كشفیات حساب دیفرانسیل و انتگرال به كار گرفته شد. ماهیت فیزیكی نور با آزمایش مورد سئوال قرار گرفت. در نتیجه نظریه ی دانه ای و نظریه ی موجی بودن نور برای توجیه آن ابداع شد. عنصر پنجم ارسطوئی اتر بیش از پیش بكار گرفته شد. اما این بار نه به عنوان یك عنصر، بلكه به عنوان زمینه ای برای انتشار نور و توجیه حركت نور در فضا و انتقال نیروی گرانش و تصور می شد كه كالبد فضا از اتر انباشته شده است.

۱-۲ عصر تاریكی و دوره ی انتقال اول
با سقوط امپراطوری روم در اواسط قرن پنجم میلادی تمدن در اروپای غربی به سطح بسیار پائینی رسید. تعلیم و تربیت تقریباً از بین رفت و تنها راهبان دیرهای كاتولیك و معدودی افراد غیر روحانی با فرهنگ و دانش یونانی و لاتینی رشته ی باریكی داشتند.
در این دوران دانش باستان توسط دانشمندان اسلامی محفوظ ماند، دانشمندان اسلامی ضمن آنكه دانش یونانی را حفظ كردند، اندوخته های علمی ایران باستان، چین و هند را را نیز جمع آوری نموده، خود نیز به باروری آن كوشیدند. خلفای بغداد به حامیان علم بدل گشتند و فضلای برجسته ای را به دربار خود فراخواندند. آثار هندی و یونانی از جمله آثار برهمگویت، و اصول اقلیدسی و مجسطی به عربی ترجمه شد. كتب یونانی به عنوان یكی از شرایط صلح، از امپراطور بیزانس مصادره شد و در اختیار فضلای عرب زبان قرار گرفت. در این عصر فضلای زیادی به نوشتن آثاری در زمینه ریاضیات و نجوم پرداختند كه مشهورترین آنها محمد ابن موسی الخوارزمی بود. خوارزمی رساله ای در جبر و كتابی در باره ارقام هندی نوشت كه بعدها در قرن دوازدهم به لاتین ترجمه شد و تاثیر زیادی در اروپا گذاشت. ابوالوفا بوزجانی كتب بطلمیوس را ترجمه و تشزیح كرد و شرحی بر كتاب دیوفانتس نوشت. اصیل ترین و بدیع ترین اثر جبری حل معادله درجه سوم توسط خیام بوجود آمد. وی اصلاحیه دقیقی نیز برای تقویم انجام داد.
خواجه نصیرالدین طوسی اولین اثر در باب مثلثات مسطحه و كروی را نوشت و كار پیشتر خیام را با شرح و تصیحیحاتی منتشر كرد كه ساكری كارش را در هندسه نااقلیدسی با یاد داشتی از نوشته های نصیرالدین در باب توازی شروع كرد. نوشته های خواجه نصیرالدین توسط جان والیس در آكسفورد تدریس شد.
ابن هیثم كه در غرب به الهازن شناخته می شود، بزرگترین فیزیكدان مسلمان شناخته شده است. وی رساله ای در نور نوشت و ذره بین را كشف كرد. به نسبت زاویه تابش و زاویه انكسار پی برد و اصول تاریكخانه را شرح داد و در مورد قسمتهای مختلف چشم بحث كرد. رساله ی نور ابن هیثم نفوذ زیادی در اروپا گذاشت. كارهای وی توسط كمال الدین فارسی پیگیری شد.
در مورد نجوم تنها كافیست گفته شود كه بسیاری از نامها و واژه های امروزی در نجوم ریشه عربی دارند. بتدریج آثار علمی ایرانیان تنها زینت بخش كتاب خانه گردید و هنگامیكه شرق در حال به خواب رفتن علمی و غفلت بود، غرب در حال بیدار شدن بود. اوضاع علمی سایر كشورهای اسلامی و هندوستان و چین هم از ایران بهتر نبود، بلكه بدتر بود.

۲-۲ فیزیك در ایران
كشور ما نسبت دیرینه ای در نجوم دارد. قدیمی ترین متن ایران پیش از اسلام، اوستا كتاب دینی زرتشتیان است كه متاسفانه فقط یك پنجم آن باقی مانده است. در این متن به كروی بودن زمین اشاره شده است كه این یك ردپای نجومی از ایران باستان است. همچنین در متن های دینی زرتشتی مربوط به دوره ساسانی به نام صورت های فلكی، ستاره ها و سیارات اشاره شده است.
مورد دیگر نجوم ایران پیش از اسلام مربوط به قرن اول میلادی یعنی ۶ قرن پیش از ظهور اسلام است.در قرن اول میلادی عده ای از فعالان (رهبران دینی كه هم رهبر بودن و هم دانشمند) به علتی نامعلوم و زمان اشكانیان از سیستان به هند مهاجرت كردند و دانش و فرهنگ ایرانی را با خود به این كشور بردند و آن را با فرهنگ و دانش هندی آمیخته كردند. گفته می شود این افراد همچنین در هند باقی مانده اند و تمایز نژادی خود را حفظ كرده اند. در هر حال این مسلم است كه تقویم ایرانی كه این افراد به هند بردند كه در آن شروع سال اول بهار است و هنوز در هند مورد استفاده قرار می گیرد. البته آنها عملا از تقویم اروپایی استفاده می كنند اما تقویم رسمی در قانون اساسی این كشور همان تقویم ایرانی است. از كتب قدیمی ایران كتاب نجومی باقی نمانده است غیر یك اثر مهم به نام ذیج شهریاران. ذیج به معنی كتابچه نجومی است كه لغت قدیمی فارسی است. این كتاب در زمان بهرام گور و توسط پادشاهان ساسانی تالیف شده است كه یك قرن بعد در زمان انوشیروان تصمیم گرفتند این كتاب را كامل تر كنند كه به دستور انوشیروان كتاب های نجوم یونان و هند خوانده شد و مقایسه كردند و گفتندكه كتاب های نجوم هندی دقیق تر است در نتیجه یك ویرایش جدیدی از ذیج شهریار براساس متن های هندی فراهم كردند. بعضی از منجمان اسلامی مثل ابوریحان بیرونی و خوارزمی مطالبی از این كتاب را در كتاب های خود آورده اند.
مثلا ابوریحان بیرونی كتابی به نام افراط المقال فی امر الضلال (مقاله ای یكتا در مورد سایه ها) دارد كه در آن روش مدرج كردن ساعت های آفتابی را از كتاب ذیج شهریار نقل كرده است. همچنین در یكی از نوشته های دینی زرتشتی یك آیین مقدسی ذكر شده است كه گفتند این آیین باید زمانی انجام شود كه ماه، ستاره ها، سیاره ها و خورشید در یك موقعیت ویژه كه در رسانه ذكر شده است، باشد. در عین حال، در نوشته هایی كه به زبان پهلوی است برای محاسبه موقعیت ماه، خورشید، ستاره ها و سیاره ها گفته شده است كه باید محاسبه آنها براساس یك ذیج (كتابچه نجومی) باشد و آنجایی كه از منابع ساسانی نام برده از ذیج هندی، ذیج شهریاران و ذیج بطلمیوس نام برده است به این ترتیب مشخص می شود كه در زمان ساسانیان، ایرانی ها با نجوم یونان باستان كه خیلی پیشرفته بود آشنا بوده اند كه شاخص تر اثر آن كتاب نجومی یونان باستان است كه بعدها به عربی ترجمه شد. ولی این عقیده هم وجود دارد كه اولین ترجمه آن از یك ترجمه فارسی قدیمی گرفته شده است. نجوم ایران باستان از نجوم دوره یونان باستان تاثیر گرفته و بر نجوم دوره اسلامی اثر گذاشت و نجوم این دوره هم بعدها بر تكامل نجوم در اروپا تاثیر گذاشت. بعد از اسلام یكی دو قرن صرف كشمكش و تثبیت حكومت جدید در ایران شد. در این دوره یا هیچ اثری بوجود نیامد و یا اگر به وجود آمد باقی نماند. اما بعد از آن از قرن سوم تا قرن ۷ و ۸ هجری شكوفایی بسیاری در كشورهای اسلامی به خصوص در ایران به وجود آمد و دانشمندان دستاوردهای زیادی به وجود آوردند كه به دوره طلایی اسلامی شهرت یافت.
خیام غیاث الدین ابوالفتح، عمر بن ابراهیم خیام (خیامی) در سال ۴۳۹ هجری (۱۰۴۸ میلادی) در شهر نیشابور و در زمانی به دنیا آمد كه تركان سلجوقی بر خراسان، ناحیه ای وسیع در شرق ایران، تسلط داشتند. وی در زادگاه خویش به آموختن علم پرداخت و نزد عالمان و استادان برجسته آن شهر از جمله امام موفق نیشابوری علوم زمانه خویش را فراگرفت و چنانكه گفته اند بسیار جوان بود كه در فلسفه و ریاضیات تبحر یافت. خیام در سال ۴۶۱ هجری به قصد سمرقند، نیشابور را ترك كرد و در آنجا تحت حمایت ابوطاهر عبدالرحمن بن احمد , قاضی القضات سمرقند اثر برجسته خود را در جبر تألیف كرد.
خیام سپس به اصفهان رفت و مدت ۱۸ سال در آنجا اقامت گزید و با حمایت ملك شاه سلجوقی و وزیرش نظام الملك، به همراه جمعی از دانشمندان و ریاضیدانان معروف زمانه خود، در رصد خانه ای كه به دستور ملكشاه تأسیس شده بود، به انجام تحقیقات نجومی پرداخت. حاصل این تحقیقات اصلاح تقویم رایج در آن زمان و تنظیم تقویم جلالی (لقب سلطان ملكشاه سلجوقی) بود.
در تقویم جلالی، سال شمسی تقریباً برابر با ۳۶۵ روز و ۵ ساعت و ۴۸ دقیقه و ۴۵ ثانیه است. سال دوازده ماه دارد ۶ ماه نخست هر ماه ۳۱ روز و ۵ ماه بعد هر ماه ۳۰ روز و ماه آخر ۲۹ روز است. هر چهار سال، یكسال را كبیسه می خوانند كه ماه آخر آن ۳۰ روز است و آن سال ۳۶۶ روز می شود در تقویم جلالی هر پنج هزار سال یك روز اختلاف زمان وجود دارد در صورتیكه در تقویم گریگوری هر ده هزار سال سه روز اشتباه دارد.
دستاوردهای علمی خیام برای جامعه بشری متعدد و بسیار درخور توجه بوده است. وی برای نخستین بار در تاریخ ریاضی به نحو تحسین برانگیزی معادله های درجه اول تا سوم را دسته بندی كرد، و سپس با استفاده از ترسیمات هندسی مبتنی بر مقاطع مخروطی توانست برای تمامی آنها راه حلی كلی ارائه كند. وی برای معادله های درجه دوم هم از راه حلی هندسی و هم از راه حل عددی استفاده كرد، اما برای معادلات درجه سوم تنها ترسیمات هندسی را به كار برد؛ و بدین ترتیب توانست برای اغلب آنها راه حلی بیابد و در مواردی امكان وجود دو جواب را بررسی كند. اشكال كار در این بود كه به دلیل تعریف نشدن اعداد منفی در آن زمان، خیام به جوابهای منفی معادله توجه نمی كرد و به سادگی از كنار امكان وجود سه جواب برای معادله درجه سوم رد می شد. با این همه تقریبا چهار قرن قبل از دكارت توانست به یكی از مهمترین دستاوردهای بشری در تاریخ جبر بلكه علوم دست یابد و راه حلی را كه دكارت بعدها (به صورت كاملتر) بیان كرد، پیش نهد.
خیام همچنین توانست با موفقیت تعریف عدد را به عنوان كمیتی پیوسته به دست دهد و در واقع برای نخستین بار عدد مثبت حقیقی را تعریف كند و سرانجام به این حكم برسد كه هیچ كمیتی، مركب از جزء های تقسیم ناپذیر نیست و از نظر ریاضی، می توان هر مقداری را به بی نهایت بخش تقسیم كرد. همچنین خیام ضمن جستجوی راهی برای اثبات “اصل توازی” (اصل پنجم مقاله اول اصول اقلیدس) در كتاب شرح اصول مشكل آفرین كتاب اقلیدس، مبتكر مفهوم عمیقی در هندسه شد. در تلاش برای اثبات این اصل، خیام گزاره هایی را بیان كرد كه كاملا مطابق گزاره هایی بود كه چند قرن بعد توسط والیس و ساكری ریاضیدانان اروپایی بیان شد و راه را برای ظهور هندسه های نااقلیدسی در قرن نوزدهم هموار كرد. بسیاری را عقیده بر این است كه مثلث حسابی پاسكال را باید مثلث حسابی خیام نامید و برخی پا را از این هم فراتر گذاشتند و معتقدند، دو جمله ای نیوتن را باید دو جمله ای خیام نامید. البته گفته می شود بیشتر از این دستور نیوتن و قانون تشكیل ضریب بسط دو جمله ای را جمشید كاشانی و نصیرالدین توسی ضمن بررسی قانون های مربوط به ریشه گرفتن از عددها آورده اند.
استعداد شگرف خیام سبب شد كه وی در زمینه های دیگری از دانش بشری نیز دستاوردهایی داشته باشد. از وی رساله های كوتاهی در زمینه هایی چون مكانیك، هیدرواستاتیك، هواشناسی، نظریه موسیقی و غیره نیز بر جای مانده است. اخیراً نیز تحقیقاتی در مورد فعالیت خیام در زمینه هندسه تزئینی انجام شده است كه ارتباط او را با ساخت گنبد شمالی مسجد جامع اصفهان تأئید می كند.
اما گذشته از همه اینها، بیشترین شهرت خیام در طی دو قرن اخیر در جهان به دلیل رباعیات اوست كه نخستین بار توسط فیتزجرالد به انگلیسی ترجمه و در دسترس جهانیان قرار گرفت و نام او را در ردیف چهار شاعر بزرگ جهان یعنی هومر، شكسپیر، دانته و گوته قرار داد.
خواجه نصیرالدین محمد بن حسن جهرودی طوسی مشهور به خواجه نصیرالدین طوسی از اهالی جهرود از توابع قم بوده است كه در تاریخ ۱۵ جمادی الاول سال ۵۹۷ هجری قمری ولادت یافته است. او به تحصیل دانش، علاقه زیادی داشت و از دوران جوانی در علوم ریاضی و نجوم و حكمت سرآمد شد و از دانشمندان معروف زمان خود گردید.
خواجه نصیرالدین طوسی ستاره درخشانی بود كه در افق تاریك مغول درخشید و در هر شهری پا گذارد آنجا را به نور حكمت و دانش و اخلاق روشن ساخته و در آن دوره تاریك و در آن عصری كه شمشیر تاتار و مغول خاندانهای كوچك و یا بزرگ را از هم پاشیده و جهانی از حملات مغولها به وحشت فرو رفته و همه در گوشه و كنار منزوی و یا فراری می شدند و بازار كسادی دانش و جوانمردی و مروت می بود و فساد حكمفرما. وجود و بروز چنین دانشمندی مایه اعجاب و اعجاز است.
تاسیس رصدخانه مراغه و انجام نخستین فعالیت علمی، پژوهشی و آموزشی در این موسسه از مهم ترین اقدامات این دانشمند است. رصدخانه مراغه به عنوان بزرگ ترین مركز پژوهشی نجومی در زمان خود مطرح بوده است و امروز نیز علاوه بر ثبت در كتب، جزوات و اسناد ملی و بین المللی هر ساله صدها محقق نجوم در داخل و خارج از كشور را به خود جذب می كند.
همچنین خواجه نصیرالدین طوسی با انجام نخستین كار علمی و آموزشی در رصدخانه بین المللی مراغه پس از گذشت ۷۵۰ سال از زمان فعالیت های علمی دراین مركز پیشتاز نجوم در دنیای قدیم است. رصدخانه مراغه در سال ۶۵۷ هجری قمری به دستور هلاكوخان و به همت دانشمند ایرانی خواجه نصیرالدین طوسی ساخته شد كه ساخت آن ۱۵ سال به طول انجامید. در این رصدخانه اسباب و آلات نجومی بسیاری متمركز شده بود كه متاسفانه این مجموعه بعد از سال ۷۰۳ هجری قمری بر اثر زلزله و بی توجهی حكام رو به ویرانی گذاشت.
گفته می شود كتابخانه آن دارای چهار هزار جلد كتاب بوده است كه از بغداد به این رصدخانه انتقال یافته بود. رصدخانه كهن مراغه بنابر اسناد معتبر الهام بخش تولد رصدخانه های سمرقند در تاجیكستان اوجین در هندوستان، فندو در بنارس اورانین برگ در دانمارك و رصدخانه شانگهای چین بوده است.

۳-۲ بیداری غرب و دوره ی انتقال دوم
ارتباط غربیان با جوامع اسلامی بویژه از طریق بازرگانان موجب توجه آنان آثار علمی اندیشمندان اسلامی شد. در این دوره مسیر برعكسی آغاز شد بدین ترتیب كه چون بسیاری از آثار نجومی یونان باستان از بین رفته بود و فقط ترجمه عربی آن باقی مانده بود به لاتین ترجمه شدند. در این دوره بود كه تعداد زیادی از اصطلاحات عربی به زبان های اروپایی راه پیدا كرد.
در حدود سال ۹۵۰ میلادی ژربر متولد شد، وی در مدارس مسلمانان اسپانیا درس خواند و در مراجعت ارقام عدد نویسی عربی را با خود به اروپای مسیحی برد. ژربر مورد سوء ظن معاصرانش قرار گرفت و متهم شد كه روح خود را به شیطان فروخته است. با این حال ژربر به تدریج در كلیسا ترقی كرد و سرانجام در سال ۹۹۹ به مقام پاپی انتخاب شد. بدین ترتیب ورود آثار كلاسیك علوم یونانی و اسلامی به اروپای غربی شروع شد.
در حدود ۱۱۲۰ میلادی یك راهب انگلیسی به نام آدلارد باثی كه در اسپانیا درس خوانده بود، خود را در جامه یك طلبه در آورد و به گنجی از دانش كه شدیداً مورد حفاظت بود دست رسی پیدا كرد. وی اصول اقلیدس و جداول خاورزمی را به لاتین ترجمه كرد. قرن دوازدهم میلادی به قرن ترجمه آثار و فرهنگ و دانش اسلامی بدل گشت. كوشاترین مترجم این عصر گراردوی كرمونایی بود كه بالغ بر ۹۰ اثر عربی را به لاتین ترجمه كرد. مجسطی، اصول اقلیدس و جبر خوارزمی از آن جمله بودند.
در حدود سال ۱۲۵۰ میلادی، اكوایناس اساس استدلال و منطق ارسطو را بكار برد. وی بر اساس اصول ارسطویی سیستم تومیسم Tomism را بنیاد نهاد كه در حال حاضر نیز پایه الهیات كلیسای كاتولیك رومی است. دیگران نیز به زودی از احیای اندیشه های یونانی در زمینه های دنیوی استفاده كردند. مهمترین كار در این زمینه با انتشار كتاب كوپرنیك صورت گرفت كه در آن یكی از بدیهیات اختر شناسی، یعنی دستگاه زمین مركزی منظومه شمسی رد شد.

ظهور و پیدایش رنسانس
در نیمه دوم قرن ۱۴ در ایتالیا و در شهر فلورانس پدیده ای به نام رنسانس به وجود می آید و به بخش های مختلف اروپا اشاعه پیدا می كند . چرا با وجود كشورهایی مثل آلمان وفرانسه و امثال اینها كه به شكل امروزی نبودند، چرا این پدیده در ایتالیا رخ داده است ؟ درذیل دلایل مختلفی را كه در این زمینه مطرح كرده اند كه رنسانس در ایتالیا اتفاق افتاده است،بیان شده است :
پایگاه مسیحیت در روم بود ولی به مرور زمان نفوذ كلیسا قدرت قبلی خود را در ایتالیا از دست می دهد و تحت فشار شاهان فرانسه در اواخر قرون وسطی دربار پاپ از روم به آونیوم در فرانسه منتقل می شود . بنابراین نفوذ كلیسا در ایتالیا كمتر می شود .
به مرور زمان، زبان رسمی و علمی در اروپا زبان لاتینی می شود. زبان های مثل اسپانیایی، ایتالیایی و فرانسوی در مقایسه با زبانی مثل آلمانی نسبت به هم دارای قرابت و نزدیكی زیادی هستند. بسیاری از آثار دوران یونان باستان به زبان لاتینی ترجمه شده بود و زبان لاتینی به زبان ایتالیایی نزدیكتر از دیگر زبان ها بود. بنابر این ایتالیایی ها راحتتر می توانستند با ترجمه های آثار یونانی ارتباط برقرار كنند .
مقر اصلی تمدن روم و امپراطوری روم درایتالیا بود . روم شرقی و بیزانس در حوزه شرقی اروپا و بالكان و سوریه بود و امپراطوری روم غربی در ایتالیا و فرانسه و آلمان بود اما مركزیت آن در ایتالیا بود. بنابر این مردم ایتالیا به یونان و روم باستان نزدیكتر بودند چون امپراطوری روم در ایتالیا قرار داشت .
بنابر این با توجه به مجموعه این دلایل پدیده رنسانس در ایتالیا اتفاق می افتد .
رنسانس یعنی قبول نداشتن كلیسا و عقاید آن و بازگشت به یونان و روم باستان است. در یونان و روم باستان اصالت با انسان بوده است. برای برگشت به یونان و روم باستان باید در تمام مسائل از جمله هنر و ادبیات و فلسفه باید به همان روش عمل نمود. بنابر این باید به آثار همان زمان رجوع كرد و چون آثار یونان به لاتینی ترجمه شده و ایتایایی ها با توجه به قرابت زبانشان به زبان لاتینی راحتترمی توانستند زبان لاتینی را فرا گیرند اینها زودتر از بقیه توانستند به آثار یونانی دست پیدا كنند.

۴-۲ دستگاه خورشید مركزی خورشید كوپرنیك
نیكلا كوپرنیك(۱۵۴۳-۱۴۷۳) ریاضیدان اخترشناس، حقوقدان و اقتصادان با استعدادی بود كه در نزد مردم بسیار محترم بود. اصلیت وی لهستانی بود و برای ادامه تحصیل به ایتالیا رفت. كوپرنیك نخستین كسی بود كه در دوران رنسانس، انقلاب بزرگی را در زمینه اخترشناسی برپا می كند. كوپرنیك به مسئله حركت دورانی افلاطون در مورد اجرام آسمانی بسیار علاقه مند بود و در این زمینه تلاش های بسیار انجام داد. كوپرنیك معتقد بود كه حركت اجرام آسمانی مانند ستاره ها، سیارات و ماه یك حركت دورانی(دایره ای) و یا تركیبی از حركات دورانی است. زیرا در حركات دورانی، جرم در یك دوره مشخص و ثابت به حالت و وضعیت قبلی خود برمی گردد. كوپرنیك با مشاهدات و تحقیقات گسترده و محاسبات دقیق به این نتیجه رسید كه اگر حركت سیارات با حركت دوره ای زمین در ارتباط باشد، و حركت دوره ای سیارات را بر اساس گردش آن ها به دور خورشید محاسبه كنیم به این نتیجه می رسیم كه علاوه بر نظم و ارتباط میان آن ها(منظور حركت دورانی زمین و خورشید مركزی) و ترتیب حاكم بر مدار های سیارات، حركت دورانی این اجرام با هم در ارتباط می باشند. به طوری كه تغییر در هر یك از این مدار ها باعث در هم فرو ریختن اجرام و در نتیجه منظومه می شود.
سرانجام كوپرنیك منظومه خود را تدوین كرد كه منظومه وی با منظومه زمین مركزی بطلیموس كه مورد قبول عامه مردم (از جمله كلیسا) آن دوره بود، مغایرت داشت.
وی در منظومه خود خورشید را مركز قرار داد كه زمین و دیگر سیارات به دور آن در حال حركت هستند. نیكلا منظومه خود را بر اساس چند فرض بنیان نهاد:
مركزیِ هندسی و دقیق برای مدار اجرم آسمانی وجود ندارد.
خورشید در مركز قرار دارد و زمین و دیگر سیارات به دور آن حركت می كنند.
زمین دیگر مركز جهان نیست. زمین علاوه بر حركت گردشی به دور خورشید، به دور خود نیز می چرخد.
حركت خورشید در آسمان بر اساس حركت دوره ای زمین می باشد.
حركت ظاهری اجرام آسمانی در آسمان تنها بر اساس حركت خود آن ها نیست، بلكه این حركت ها با حركت دوره ای زمین نیز در ارتباط می باشند.
كوپرنیك نظر داد كه گردش زمین به دور خود یك شبانه روز به طول می انجامد.
كوپرنیك تلاش می كرد تا نظریه خود را از طریق ریاضیات اثبات كند. وی با محاسبات خود به این نتیجه رسید كه هرچه قدر از سیارات دور به خورشید نزدیك شویم، بر سرعت گردش آن ها افزوده می شود. زحل كه دورترین سیاره آن زمان بود، یك دور یكنواخت خود را به مدت ۲۹.۵ سال و سپس مشتری این دوره را در ۱۱.۸ سال می پیماید. بعد از مشتری نوبت به مریخ می رسد كه این دوره را در مدت ۶۸۷ روز و زهره ۲۲۴ روز و عطارد ۸۸ روز سپری می كنند. البته این مقادیر را كوپرنیك محاسبه كرده است و اختلاف این مقادیر با مقادیر امروزی ناچیز است. این محاسبات بخشی از اثبات تئوری كوپرنیك با استفاده از هندسه بود.
مزیت تئوری كوپرنیك آن بود كه وی با استناد به نظریه خورشید مركزی به نتایجی دست یافت كه برخی از این نتایج در نظریه بطلیموسی امكان پذیر نبود.
مهمترین این نتایج عبارتند از:
الف) محاسبه اندازه مدار سیارات كه به دور خورشید می گردند.
ب) محاسبه دوره تناوب گردش سیارات به دور خورشید.
ج) بدست آوردن سرعت نسبی حركت دورانی سیارت.
د) مشخص كردن حركت زاویه ای سیارات و موضع آن ها در آسمان. كه این نتیجه در هر دو تئوری كوپرنیك و بطلیموس وجود داشت.
بر این اساس بود كه كوپرنیك به این نتیجه رسید كه میان مدار های سیارات و جایگاه آن ها ارتباطی وجود دارد؛ طبق گفته خود هرگونه تغییر مكانی در هر قسمت از آن باعث به هم خوردن قسمت های دیگر و همه جهان می شود)). كوپرنیك مدعی بود كه برتری نظریه او در زیبایی و سادگی آن است. وی در این رابطه در كتاب خود، “”درباره گردش افلاك آسمانی”" می گوید((در میانه همه خورشید بدون حركت می پاید. به راستی، چه كسی در این معبد عظیم و زیبا، منبع نور را در جایی جز آنجا كه بتواند همه قسمت های دیگر را بیفروزد و روشنایی بخشد، قرار می دهد؟ پس در اساس این برگزیدگی، تقارن قابل ستایش در جهان و هماهنگی بارزی در حركت و اندازه كرات می یابیم، آن چنان كه به هیچ وجه دیگری نمی توانست باشد.
تئوری كوپرنیك بنا به دلایلی به زودی مورد قبول عامه مردم قرار نگرفت. بیش از یك قرن طول كشید تا نظریه خورشیدمركزی میان اخترشناسان مورد پذیرش قرارگیرد.
مهمترین دلایلی كه علیه این نظریه مطرح شده بود:
منظومه كوپرنیكی بیشتر جنبه ریاضی، سادگی و زیبایی داشت و با مشاهدات نجومی آن زمان مطابقت نداشت و به همین دلیل مورد پذیرش عام قرار نگرفت.
یكی از ضعف هایی كه كوپرنیك در اثبات نظریه خود داشت آن بود كه او نمی توانست با استفاده از نظریه های پیشین، نظریه خود را اثبت كند.
یكی از دلایلی كه همیشه بر ضد نظریه خورشیدمركزی مطرح بود آنست كه اگر زمین در حال حركت می بود، بایستی به كلی منهدم شود. زیرا اگر زمین حركت كند، آنگاه هوا، پرندگان و قطرات بارانی كه به زمین می بارند، جا می ماندند. یكی از مثل هایی كه مخالفین به گالیله می گفتند آن بود كه اگر زمین در حال حركت باشد، توپی كه از بالای برج پیزا پرتاب می شد باید به عقب (جهت خلاف گردش زمین) جا بماند.
اما كوپرنیك می پنداشت كه هوا به همراه زمین در حال حركت است. و از طرفی وی در نظر داشت كه اگر چنین می بود پس چرا دیگر اجرام آسمانی كه در حال حركتند، منهدم و نابود نمی شوند.
الگوی خورشید مركزی كوپرنیك با عقاید و اصول ارسطو مغایرت داشت. و از طرفی چون در آن زمان كلیسا طرفدار اصول ارسطو بود، به همین دلیل نظر همه مسیحیان بر ضد كوپرنیك بود. آنان به آیات انجیل استناد می كردند و می گفتند كه معمار و طرح خلقت جهان بر اساس منظومه و تئوری بطلیموس است. به همین دلیل سازمان تفتیش عقیده، كتاب كوپرنیك را كه مخالف با كتاب مقدس بود، ممنوع اعلام كرد.
اگر چه نظریه خورشید مركزی كوپرنیك با نظریه زمین مركزی بطلیموس از نظر علمیِ مشاهده نجومی سازگار بود اما از نظر فلسفی مغایرت داشت. چون كوپرنیك چارچوب مرجع خود را از زمین به خورشید منتقل كرده بود. و این انتقال چارچوب از نظر فیزیك سینماتیكی امروزی كاملا صحیح می باشد.

۵-۲ قوانین كپلر
كوپرنیك با قرار دادن خورشید در مركز منظومه شمسی توصیف بسیار ساده تر و توضیح طبیعی تری در باره برخی از خصوصیات حركت سیاره ای به دست داد. هرچند طرح كوپرنیك بسیار ساده تر از طرح بطلمیوس بود، اما چون كوپرنیك نیز به تقدس دایره ها اعتقاد داشت، به همان اندازه بطلمیوس از مدارهای تدویر و نظایر آن استفاده كرد. تنها تفاوت دو دستگاه این بود كه یكی زمین را مركز حركت سیارات می دانست و دیگری خورشید را. با آنكه ستاره شناسان از پذیرش دستگاه خورشید مركزی بطلمیوس اجتناب می كردند، اما این دستگاه تاثیر خود را بر اندیشه آنان گذاشته بود و بحث و جدل در مورد آن روز به روز بیشتر می شد.
این مجادلات باعث شد كه منجمین اطلاعات رصدی بیشتری و دقیق تری به دست آورند. تیكو براهه این اطلاعات را جمع آوری كرد و اعتقاد داشت كه همه ی سیارات بجز زمین به دور خورشید می گردند و خورشید همراه سیارات به دور زمین می چرخد. در این دوران یوهان كپلر (۱۵۷۱-۱۶۳۰) به عنوان دستیار نزد تیكو براهه در رصد خانه ی پراگ مشغول كار شد.
پس از كوپرنیك ، كپلر نخستین منجم نامداری بود كه نظریه مركزیت خورشید را اتخاذ كرد ، اما معلوماتی كه تیكو براهه ثبت كرده بود نشان داد كه این نظریه به صورتی كه كوپرنیك بدان بخشیده بود ، نمی تواند كاملا صحیح باشد. با این وجود ظرفداری كپلر از دستگاه خورشید مركزی كوپرنیك مورد پسند تیكو برهه نبود. هنوز یكسال از همكاری این دو نگذشته بود كه تیكو براهه فوت كرد و تمام رصدهایی را كه جمع آوری كرده بود به عنوان ارثیه ای ارزشمند برای كپلر باقی گذارد.
پس از مرگ تیكو براهه، كپلر به توده ی عظیمی از رصدهای بسیار دقیق در حركت سیارات دست یافت. بعداً مسئله به این صورت در آمد كه الگویی برای حركت سیارات ارائه دهد كه دقیقاً با مجموعه رصدهای انجام شده مطابقت كند.
بدین ترتیب كپلر نیاز داشت كه ابتدا به كمك تخیل جواب موجهی را حدس بزند و سپس با پشتكار، كوهی از محاسبات كسل كننده را انجام دهد تا حدس خود را تایید یا رد كند.
توفیق بزرگ كپلر همانا كشف سه قانون حركت سیارات است دو تا از این قوانین را وی در ۱۶۰۹ و سومی را در ۱۶۱۹ انتشار داد .

قانون اول كپلر یا قانون بیضوی ها
مدار هر سیاره به شكل یك بیضی است كه خورشید در یكی از كانونهای آن قرار دارد .
كه میتوان از این مطلب این را نتیجه گرفت كه فاصله سیاره تا خورشید به لحاظ واقع بودن بر مدار بیضی دارای حداقل و حداكثر است. كپلر بیش از ۲۰ سال برای درك چگونگی مدارات سیارات زحمت كشید او مدلهای مختلفی را امتحان نمود ولی سرانجام نشان داد كه صفحه مداری سیاره ها از خورشید می گذرد و كشف كرد كه شكل مداری سیارات به صورت بیضی است .این قانون در سال ۱۶۰۹ میلادی انتشار یافت.

قانون دوم كپلر یاقانون سطح معادل
خط مستقیم واصل سیاره و خورشید (شعاع حامل یك سیاره)، در فواصل زمانی مساوی مساحتهای مساوی را در فضا جاروب می كند.
یعنی برای مثال در شكل سیاره ای در مدت ۱ ماه از Aبه B می رود . مدت زمانی كه از Cبه D می رود نیز یك ماه است اما اكنون از خورشید دورتر است بنابراین فاصله A تا B باید بیشتر باشد تا سیاره در همان مدت یك ماه مساحتی برابر با مساحت اول را جاروب كند . به همین دلیل سیاره هنگامی كه به خورشید نزدیكتر است با سرعت بیشتری حركت می كند.

قانون سوم كپلریا قانون هارمونیك
نسبت مجذور زمان تناوب گردش دو سیاره برابر است با نسبت مكعب نیم قطر اطول آنها كپلر برای بدست آوردن این فرمول ۷ سال تلاش كرد . در آن زمان فاصله واقعی میان خورشید و سیارات معلوم نبود اما محاسبه نسبت فاصله یك سیاره تا خورشید به فاصله زمین تا خورشید میسر بود . مثلا كپلر می دانست كه نیم قطر اطول مدار مریخ تقریبا ۱.۵ برابر نیم قطر اطول مدار زمین است . حال او متوجه شد اگر در هر سیاره نیم قطر اطول را به توان ۳ و دوره گردش را به توان ۲ برسانیم . دو رقم بدست آمده باهم برابر می شوند و فقط اختلافهای اندكی برای برجیس (مشتری) و كیوان (زحل) دیده می شود.
در زمان كپلر دو قانون اول فقط در مورد مریخ قابل اثبات بود . در مورد سایر سیارات رصد ها با آن قوانین سازش داشت ، منتهی چنان نبود كه آنها را قطعا محقق سازد و مدتها گذشت تا دلایل قطعی در تایید آنها بدست آمد .
كشف قانون اول ، یعنی اینكه سیارات روی مدارات بیضوی حركت می كنند ، بیش از آنكه برای مردم امروز به آسانی قابل تصور باشد مستلزم كوشش در رها ساختن گریبان خود از چنگ سنتها بود . تنها نكته ای كه همه ی ستاره شناسان در آن خصوص با هم توافق داشتند این بود كه همه ی حركات سماوی ، دورانی است یا از حركات دورانی تركیب شده است .
قرار دادن بیضی به جای دایره ، مستلزم رها كردن آن تمایل زیباشناختی بود كه از زمان فیثاغورث به بعد بر نجوم حكومت كرده بود . دایره شكل كامل و افلاك سماوی اجسام كامل شناخته می شدند _ كه در اصل مقام خدایی داشتند و حتی در آثار افلاطون و ارسطو نیز رابطه ی نزدیكی با خدایان دارند . واضح به نظر می رسید كه یك جسم كامل باید بر یك مدار كامل حركت كند . به علاوه چون اجسام آسمانی آزادند ، یعنی بی اینكه كشیده یا رانده شوند حركت می كنند ، پس حركت آنها باید طبیعی باشد و تصور اینكه دایره طبیعی است و بیضی چنین نیست امر آسانی بود . بدین ترتیب بسیاری از باورهای ذهنی عمیق می بایست منسوخ و مطرود گردد تا قانون اول كپلر بتواند مورد قبول واقع شود .
قانون دوم مربوط به سرعت متغیر سیاره در نقاط مختلف مدار خویش است. بنابراین سیاره در نزدیك ترین فاصله ی خود به خورشید ، بیشترین سرعت را دارد و در دورترین فاصله ی خود از خورشید ، كمترین سرعت را .
این نكته هم باز سبب حیرت می شد زیرا كه وقار و متانت سیاره مغایر این بود كه گاهی شتابان و گاهی خرامان راه برود !
قانون سوم از این لحاظ مهم بود كه حركت سیارات مختلف را نسبت به هم می سنجید . قانون سوم می گوید كه اگر r فاصله ی متوسط یك سیاره نسبت به خورشید و Tطول سال آن باشد . پس r^۳/T^۲ در مورد همه ی سیارات یك اندازه است . این قانون ( تا آنجا كه به منظومه ی شمسی مربوط می شود ) دلیل قانون جادبه ی نیوتن قرار گرفت

نتیجه:
آنچه كه كپلر انجام داد، از جزئیات یعنی رصدهای موضعی، به كلیات یعنی مسیر حركت سیارات دست یافت. سه قانون كپلر از رویدادهای بسیار مهم علم است كه بطور كامل تقدس دایره ها را در هم شكست و نظریه كپرنیك را از حمایت موثری برخوردار كرد. این قوانین نشان داد كه اگر خورشید به عنوان مرجع در نظر گرفته شود، حركت سیارات را می توان به آسانی توصیف كرد. اما اشكال این قوانین آن بود كه صرفاً تجربی بود، یعنی فقط مسیر حركت مشاهده شده را بیان می كردند، بی آنكه هیچگونه تعبیر نظری در باره ی آنها به دست بدهند. یا در مورد منشاء این قواعد توضیح نمی داد.
همزمان ارائه این قوانین توسط كپلر، واقعه ی بزرگی در شرف تكوین بود. گالیله در زمان ارائه این قوانین به حركت اجسام، آونگ، نور … می اندیشید و دست به آزمایشهای سرنوشت سازی می زد. بطور قطع این دو نفر در شكل گیری اندیشه های نیوتن نقش برجسته ای داشتند.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:47 AM
طرز کار راکت فضایی

محمد محمدی

فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/shatel.jpg
مقدمه:
یكی از عجیب ترین كشفیات انسان دسترسی به فضا است كه پیچیدگی و مشكلات خاص خود را دارد. راه یابی به فضا پیچیده است، چرا كه باید با بسیاری از مشكلات روبرو شد. مثلا:
- وجود خلا در فضا
- مشكلات گرما و حرارت
- مشكل ورود مجدد به زمین
- مكانیك مدارها
- ذرات و باقی مانده های فضا
- تابش های كیهانی و خورشیدی
- طراحی امكانات برای ثابت نگه داشتن اشیا در بی وزنی
ولی بزرگترین مشكل ایجاد انرژی لازم برای بالا بردن فضاپیما از زمین است كه برای درك این موضوع باید به بررسی طرز كار موتورهای موشك پرداخت.
در یك دیدگاه ساده، می توان موتورهای موشك را به آسانی و با هزینه ای نسبتا كم طراحی كرد و حتی آن را به پرواز درآورد اما اگر بخواهیم مسئله را در سطح كلان بررسی كنیم با مشكلات و پیچیدگی های بسیاری مواجه هستیم و این موتورهای موشك (و به خصوص سیستم سوخت آن ها) آنقدر پیچیده است كه تا به حال تنها سه كشور توانسته اند با استفاده از این فناوری انسان را در مدار زمین قرار دهند.

در این مقاله ما موتورهای موشك های فضایی را مورد بررسی قرار می دهیم تا با طرز كار و پیچیدگی های آن ها آشنا شویم.
نكات پایه ای:
عموما وقتی كسی درباره موتورها فكر می كند، خود به خود مطالبی درباره چرخش برایش تداعی می شود.برای مثال حركت متناوب پیستون در موتور بنزینی كه انرژی چرخشی برای به حركت در آوردن چرخ ها را تولید می كند. و یا موتور الكتریكی كه با تولید میدان الكتریكی كه با تولید میدان مغناطیسی نیروی چرخشی برای پنكه یا سی دی رام تولید می كنند. موتور بخار هم به طور مشابه كار می كنند.
ولی موتور موشك از لحاظ ساختار متفاوت است. موتور موشك ها موتورهای واكنشی هستند.اساس كار موتور موشك برپایه ی قانون معروف نیوتون است كه می گوید: “برای هر كنش واكنشی وجود دارد به مقدار مساوی ولی درجهت مخالف آن”. موتور موشك نیز جرم را در یك جهت پرتاب می كند و از واكنش آن در جهت مخالف سود می برد.
البته تصور این اصل (پرتاب جرم و سود بردن از واكنش) ممكن است در ابتدا كمی عجیب به نظر بیاید، چرا كه در عمل بسیار متفاوت می نمایاند. انفجار، صدا و فشار چیزهایی است كه در ظاهر باعث حركت موشك می شود و نه “پرتاب جرم”.
بگذارید تا با بیان چند مثال تصویری بهتر از واقعیت را روشن كنم:
● اگر تا به حال با اسلحه ی(به خصوص سایز بزرگ آن) shotgun شلیك كرده باشید، متوجه می شوید كه ضربه ی بسیار قوی ای، با نیروی بسیار زیاد به شانه شما وارد می كند.
یك اسلحه مقدار ۱ انس فلز را به یك جهت و با سرعت ۷۰۰ مایل در ساعت شلیك می كند و در واكنش شما را به عقب حركت می دهد.
● اگر تا به حال شیر آتش نشانی را دیده باشید، متوجه می شوید كه برای نگه داشتن آن باید نیروی بسیار زیادی را صرف كنید (اگر دقت كرده باشید گاهی ۲ یا ۳ آتش نشان یك شیر را نگه می دارند) كه در این جا شیر آتش نشانی مثل موتور موشك عمل می كند.
شیر آتش نشانی، آب را در یك جهت پرتاب میكند و آتش نشان ها از نیرو و وزن خود استفاده می كنند تا در برابر واكنش آن مقاومت كنند. اگر آن ها اجازه بدهند تا شیر رها شود، شیر به این طرف و آن طرف پرتاب می شود.
حال اگر آتش نشان ها روی یك اسكیت برد ایستاده باشند شیر آتش فشانی آن ها را با سرعت زیادی به عقب می راند.
● اگر یك بادكنك را باد كنید و آن را رها كنید، بادكنك به پرواز در می آید، تا وقتی كه هوای داخل آن به طور كامل خالی شود. پس می توان گفت كه شما یكم موتور موشك ساخته اید. در این جا چیزی كه به بیرون پرتاب می شود مولكول های هوای درون بادكنك هستند.
بسیاری از مردم فكر می كنند كه مولكول های هوا اهمیتی ندارند، در حالی كه اینطور نیست. هنگامی كه شما به آن ها اجازه می دهید تا از دریچه بادكنك به بیرون پرتاب شوند، بر اثر واكنش به وجود آمده بادكنك به جهت مخالف پرتاب می شود.
در ادامه برای درك بهتر موضوع، به مثالی دقیق تر اشاره می كنم:
● سناریوی توپ بیسبال در فضا:
شرایط زیر را تصور كنید،
مثلا شما لباس فضانوردان را پوشیده اید و در فضا در كنار فضاپیما معلق مانده اید و چندین توپ بیسبال در دست دارید. حال اگر شما توپ بیسبال را پرتاب كنید، واكنش آن بدن شما را به جهت مخالف توپ حركت می دهد.
سرعت شما پس از پرتاب توپ به وزن توپ و شتاب وارده بستگی دارد. همانطور كه می دانیم حاصلضرب جرم در شتاب برابر نیرو است، یعنی:
F=m.a
همچنین میدانیم كه هر نیرویی كه شما به توپ وارد كنید، توپ نیز نیرویی مساوی ولی در جهت مخالف به بدن شما وارد میكند كه همان واكنش است. پس می توان گفت:
m.a=m.a
حال فرض می كنیم كه توپ بیسبال ۱ كیلو گرم وزن داشته باشد و وزن شما و لباس فضایی هم ۱۰۰ كیلوگرم باشد. پس با این حساب اگر شما توپ بیسبال را با سرعت ۲۱ متر در ساعت پرتاب كنید. یعنی شما با دست خود به یك توپ بیسبال ۱ كیلو گرمی، شتابی وارد كرده اید كه سرعت ۲۱ متر در ساعت گرفته است. واكنش آن روی بدن شما تاثیر می گذارد، ولی وزن بدن شما ۱۰۰ برابر توپ بیسبال است. پس بدن شما با ۱۰۰/۱ سرعت توپ بیسبال (یا ۰.۲۱ متر بر ساعت) به عقب حركت می كند.
حال اگر شما می خواهید از توپ بیسبال خود قدرت بیش تری بگیرید، شما دو انتخاب دارید: افزایش جرم یا افزایش شتاب وارده
شما می توانید یا یك توپ سنگین تر پرتاب كنید و یا اینكه شما می توانید توپ بیسبال را سریع تر پرتاب كنید (شتاب آن را افزایش دهید)، و این دو تنها كارهایی است كه می توانید انجام دهید.
یك موتور موشك نیز به طور كلی جرم را در قالب گازهای پرفشار پرتاب می كند؛ موتور گاز را در یك جهت به بیرون پرتاب می كند تا از واكنش آن در جهت مخالف سود ببرد. این جرم از مقدار سوختی كه در موتور موشك می سوزد بدست می آید.
عملیات سوختن به سوخت شتاب می دهد تا از دهانه خروجی موشك با سرعت زیاد بیرون بیاید.
وقتی سوخت جامد یا مایع می سوزد و به گاز تبدیل می شود، جرم آن تغییر نمی كند بلكه تغییر در حجم آن است. یعنی اگر شما مقدار یك كیلو سوخت مایع موشك را بسوزانید مقدار یك كیلو جرم با حجمی بیشتر، از دهانه خروجی موشك با دمای بالا و سرعت زیاد خارج می شود. عملیات سوختن، جرم را شتاب می دهد.
بیایید تا بیش تر درباره ی نیروی پرتاب بدانیم:
نیروی پرتاب:
قدرت موتور یك موشك را نیروی پرتاب آن می گویند. نیروی پرتاب در آمریكا به صورت
(پوند) ponds of thrust
و در سیستم متریك با واحد نیوتون شناخته شده است (هر ۴.۴۵ نیوتون نیروی پرتاب برابر است با ۱ پوند نیروی پرتاب).
هر یك پوند نیروی پرتاب (۴.۴۵ نیوتون) مقدار نیروی است كه می تواند یك شی ۱ پوندی (۴۵۳.۵۹ گرم) را در حالت ساكن مخالف نیروی جاذبه زمین نگه دارد.
بنابر این در روی زمین شتاب جاذبه ۲۱ متر در ساعت در ثانیه (۳۲ فوت در ثانیه در ثانیه) است.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:47 AM
مواد سازنده عدسی عینک
Glassess
فیزیک - مقالات


http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Glassess.jpg


امروزه در بیشتر کشورهای پیشرفته چیزی حدود ۹۵ در صد عدسیهای عینک از مواد پلاستیکی ساخته می شود پلاستیک بدلیل سبکی و ایمنی ذاتی آن بطور کلی جایگزین شیشه شده و عنوان نخستین انتخاب برای مواد عدسیهای عینک را بخود اختصاص داده است مقدار اندکی استفاده از شیشه بطور کلی مربوط به شیشه های دارای ضریب انکساری بالا (بالاتر از ۱.۸)و همچنین عدسیهای فتوکرومیک با ویژگیهای خاص مانند شیشه های CPF شرکت corning می گردد
اطلاعاتی که بطور معمول در مورد مواد عدسیهای عینک منتشر می شود عبارتند از :
۱-ضریب انکسار
۲- دانسیته
۳-عدد Abbe
۴- UV cut off point
اگر ضریب انکسار ماده ای مشخص باشد دو مورد دیگر از ویژگیهای مواد سازنده عینک مانند عامل تغییر انحناء( CVF) و انعکاس از سطح آن ماده را که با ρ نشان داده می شود را می توان بدست آورد.

ضریب انکساری :
ضریب انکساری نسبت سرعت یک طول موج مشخص نور در هوا به سرعت همان طول موج نور در محیط منکسر کننده نور می باشد.
در حال حاضر در بریتانیا و آمریکا ضریب انکساری بر اساس طول موج خط d هلیم ( با طول موج nm۵۸۷.۵۶)اندازه گیری می شود در حالیکه در قاره اروپا بر اساس خط eجیوه (با طول موج nm۵۴۶.۰۷)اندازه گیری می شود
توجه کنید که میزان ضریب انکساری با خط e جیوه بیشتر از d هلیم می باشد بنابراین وقتی که میزان ضریب انکسارماده ای بر حسب خط e جیوه داده می شود بنظر می رسد که آن ماده ضریب انکساری بیشتری دارد.
ممكن است گاهی وقتها لازم باشد تا بدانیم چه میزان تغییر در حجم و ضخامت یك عدسی خاص وقتی كه به جای شیشه استاندارد كرون از ماده دیگری استفاده شود روی خواهد داد این اطلاعات را از CVF می توان بدست آورد CVFامكان مقایسه مستقیم ضخامت عدسیهای ساخته شده از مواد مختلف با شیشه استاندارد كرون را فراهم می آوردبرای مثال ماده ای با ضریب انكسار ۱.۷۰ دارای CVF=۰.۷۵ می باشد كه این بدین مفهوم می باشد كه در صورت جایگزینی این ماده بجای شیشه كرون كاهشی معادل ۲۵%در ضخامت عدسی روی خواهد داد.
یكی از استفاده های مهم CVF تبدیل قدرت عدسی كه قرار است ساخته شود به معادل آن از جنس كرون است و این كار بسادگی با ضرب قدرت عدسی در CVFآن ماده امكان پذیر می باشد برای مثال فرض كنید ما می خواهیم یك عدسی ۱۰.۰۰-دیوپتر را از ماده ای به ضریب انكسار ۱.۷۰ داشته باشیم معادل همین عدسی از جنس شیشه كرون ازضرب ۱۰.۰۰ × ۰.۷۵ كه مساوی ۷.۵۰-می شود بدست می آید به عبارت دیگر استفاده از ماده ای به ضریب شكست ۱.۷۰ عدسی ای به قدرت ۱۰.۰۰-ایجاد می كند كه از نظر سایر مشخصات شبیه یك عدسی به قدرت ۷.۵۰- از جنس كرون می باشد.
ماده ای به ضریب شكست ۱.۶۰ دارای CVF=۰.۸۷ می باشد . بنابراین ما انتظار داریم كه در صورت ساختن عدسی ای از این ماده ۱۳ %كاهش در ضخامت داشته باشیم و یك عدسی ۱۰.۰۰- دیوپتر از این ماده مشابه یك عدسی به قدرت ۸.۷۵-از شیشه كرون می باشد CVFیك ماده در واقع نسبت انكسار شیشه كرون به انكسار توسط آن ماده خاص می باشد ( n-۱ ) /۰.۵۲۳ و در واقع انحناءبدست آمده برای آن قدرت خاص از جنس شیشه كرون را با انحناءشیشه همان قدرت وقتی كه از جنس ماده مورد نظر ساخته شود را با هم مقایسه می كند
عدسیهای ساخته شده از مواد پلاستیكی با CR۳۹ مقایسه می گردند
یك استفاده عملی دیگر CVF تعیین میزان تقریبی ضریب انكساری یك عدسی ناشناخته است كه بعدا در باره آن بحث خواهیم كرد.

دانسیته:
دانسیته یك ماده مشخص كننده میزان سنگینی آن ماده می باشد و مقایسه دانسیته موادمختلف می تواند تغییرات احتمالی را كه ممكن است در اثر استفاده از یك ماده خاص در ساخت عدسی مورد نظر ما روی دهد را بیان می كند دانسیته معمولا بر حسب گرم وزن یك سانتی متر مكعب از هر ماده بیان می گردد دانسیته عدسیهایی كه از مواد دارای ضریب انكساری بالا ساخته می شوند بیشتر از دانسیته شیشه كرون است اما برای مقایسه وزن عدسیهای ساخته شده از مواد مختلف لازم است تا حجم را نیز در نظر بگیریم برای مثال اگر دانسیته ماده ای ۳.۰ ذكر شود این بدین مفهوم است كه این ماده ۲۰%سنگین تر از شیشه كرون است
بطور كلی در صورتی كه كاهش ایجاد شده در حجم (كه از رویCVF مشخص می گردد)بیشتر از افزایش دانسیته باشد عدسی نهایی ساخته شده از شیشه كرون سنگین تر نخواهد بود برای مثال یك شیشه CVFباضریب شكست ۱.۸۰۲ حدود ۰.۶۳ است كه نشاندهنده این است كه ۳۵%كاهش حجم در مقایسه با شیشه كرون وجود خواهد داشت اما دانسیته این ماده ۳.۷ است كه به مفهوم این است كه این ماده ۴۸%سنگین تر از شیشه كرون در واحد حجم می باشد ما می توانیم پیش بینی كنیم كه شیشه دارای ضریب انكسار ۱.۸۰۲ چیزی حدود ۱۵% سنگین تر از معادل آن كه از شیشه كرون ساخته شده است می باشد.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:48 AM
موج زمین لرزه
Earthquake
فیزیک - مقالات


http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Earthquake.jpg

دید کلی:
زمین لرزه یکی از وحشتناک ترین پدیده های طبیعت محسوب می شود. اغلب ‏زمینی را که روی آن ‏ایستاده ایم، به صورت تخته سنگ های صلب و محکمی تصور ‏می کنیم که از استحکام زیادی برخوردار ‏است. هنگامی که زمین لرزه ای روی ‏می دهد، برای لحظه ای این تصور بر هم می ریزد. اما طی همان لحظه ‏کوتاه ‏خسارت های شدیدی وارد می شود. با توجه به پیشرفت هایی که در حوزه علوم ‏مختلف صورت گرفته ‏است، دانشمندان توانسته اند نیروهایی را که باعث زمین ‏لرزه می شود، شناسایی کنند.‏
علاوه بر آن با استفاده از فناوری های نوین می توان شدت یک زلزله و مکان آن را ‏حدس زد. مهم ترین ‏کار آن است که راهی برای پیش گویی زمین لرزه بیابیم تا ‏مردم هنگام وقوع آن غافلگیر نشوند. درست مثل ‏هنگامی که در سطح آب ‏اغتشاش روی می دهد، انرژی آن به صورت فیزیک امواج منتقل می شود، وقتی که ‏شکست ‏یا جابه جایی در پوسته زمین روی می دهد، انرژی آن به صورت فیزیک امواج ‏زمین لرزه منتقل می ‏شود.


http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Earthquake_1.JPG


نحوه پیدایش فیزیک امواج زمین لرزه:
در هر زمین لرزه ای چند نوع موج مختلف مشاهده می شود. فیزیک امواج اصلی از ‏لایه های داخلی زمین عبور می ‏کنند، در حالی که فیزیک امواج سطحی از سطح ‏می گذرند. اغلب ویرانی های زلزله توسط فیزیک امواج سطحی که فیزیک امواج ‏L‏ هم نامیده ‏می شوند، به وجود می آید، زیرا این فیزیک امواج ارتعاشات شدیدی را به وجود ‏می آورند. هنگامی که ‏امواج اصلی به سطح زمین رسیدند، فیزیک امواج سطحی را به ‏وجود می آورند. ‏
تقسیم بندی فیزیک امواج زمین لرزه:
‏امواج اصلی به دو گروه مهم تقسیم بندی می شوند:‏

* امواج اولیه:
o امواج اولیه که فیزیک امواج ‏P‏ نیز نامیده می شوند، با سرعت ۵.۱ تا ۸ کیلومتر در ‏ساعت حرکت می کنند.
o سرعت حرکت این فیزیک امواج به جنس زمینی که این فیزیک امواج از آنها عبور می کنند ‏بستگی دارد.
o سرعت این فیزیک امواج از موج های دیگر بیشتر است و بنابراین سریع تر به سطح ‏زمین می رسند.
o این فیزیک امواج قابلیت عبور از جامدات ، مایعات و گازها را دارند و به همین دلیل ‏به ‏طور کامل از زمین عبور می کنند. وقتی که این فیزیک امواج از صخره ها عبور می کنند، ‏در مسیر حرکت خود ‏به آنها به سمت جلو و عقب فشار وارد می کنند.
* امواج ثانویه:
o امواج ثانویه امواج ‏S‏ نامیده می شوند و مدت کوتاهی بعد از امواج ‏P‏ ‏می رسند. ‏این فیزیک امواج هنگام حرکت خود، صخره ها را به سمت بالا فشار می دهند، یعنی ‏ارتعاش صخره ها ‏عمود بر مسیر حرکت این فیزیک امواج است. فیزیک امواج ‏S‏ برخلاف فیزیک امواج ‏P‏ ‏نمی توانند در داخل زمین به خط مستقیم ‏حرکت کنند.‏
o این فیزیک امواج فقط از مواد جامد می گذرند و به همین دلیل هنگامی که در مرکز ‏زمین به مایع برسند، متوقف ‏می شوند. با این همه هر دو نوع موج از سطح زمین ‏می گذرند و بنابراین می توان آنها را در آن سوی نقطه ‏ای که زمین لرزه روی داده ‏است، شناسایی کرد.‏

شناسایی فیزیک امواج زمین لرزه:
سه نوع مختلف موج زلزله وجود دارد که هر کدام با سرعت مشخصی حرکت ‏می کند. به رغم آنکه سرعت ‏دقیق فیزیک امواج ‏P‏ و ‏S‏ بسته به جنس و نوع ماده ای که ‏این فیزیک امواج از آن عبور می کنند، متغیر است، نسبت سرعت ‏حرکت آن دو در تمام ‏زمین لرزه ها تقریباً ثابت باقی می ماند. معمولاً سرعت فیزیک امواج ‏P‏ ، حدود ۶.۱ ‏‏برابر سرعت فیزیک امواج ‏S‏ است.‏
‏دانشمندان می توانند با استفاده از این نسبت ، فاصله ‏بین هرنقطه از سطح زمین را با کانون زمین لرزه ‏محاسبه کنند. کانون زلزله مکانی ‏است که فیزیک امواج زمین لرزه از آنها شروع شده اند. برای تشخیص کانون ‏زلزله از ‏ابزاری استفاده می شود که زلزله نگار نامیده می شود. ‏

دستگاه زلزله نگار:
http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Earthquake_2.jpgزلزله نگار دستگاهی است که فیزیک امواج مختلف را ثبت می کند. برای یافتن فاصله بین ‏زلزله نگار و کانون ‏زلزله ، دانستن زمان رسیدن این فیزیک امواج نیز ضروری است. با در ‏اختیار داشتن این اطلاعات، اختلاف زمانی ‏بین رسیدن این فیزیک امواج محاسبه شده و ‏سپس نمودار ویژه ای رسم می شود که در آن فاصله ای را که موج می ‏تواند طی ‏مدت اختلاف زمانی محاسبه شده طی کند، به دست می آید. اگر اطلاعاتی از این ‏دست را از سه یا ‏چند نقطه مختلف به دست آوریم، می توان مکان کانون زلزله را ‏به دست آورد.‏

بدست آوردن مکان کانون زلزله:
برای این کار کافی است که کره ای فرضی حول هر یک از زلزله نگار ها رسم کرد ‏که در آن مکان اندازه ‏گیری به عنوان مرکز کره و فاصله محاسبه شده تا کانون ‏زلزله به عنوان شعاع کره در نظر گرفته می شود. ‏پس سطح کره مورد نظر نشان ‏دهنده تمام نقاطی است که از زلزله نگار به اندازه مورد نظر فاصله دارد. ‏بنابراین ‏کانون زلزله مورد نظر باید در جایی در سطح این کره قرار داشته باشد. اگر دو کره ‏را بر اساس ‏اطلاعات به دست آمده از دو زلزله نگار مختلف رسم کنید، از تقاطع دو ‏کره یک دایره به دست می آید.‏
از آنجایی که کانون زلزله باید در سطح هر دو کره قرار گرفته باشد، محیط دایره ای ‏که از تقاطع دو کره ‏به دست می آید، نشان دهنده تمام کانون های ممکن برای ‏زلزله مورد نظر است. از تقاطع کره سوم با این ‏دایره فقط دو نقطه حاصل می شود ‏که نشان دهنده کانون های محتمل برای زلزله است. از این دو نقطه یکی ‏در ‏سطح زمین قرار دارد و دیگری در هوا. با توجه به آنکه کانون زلزله همیشه در ‏سطح زمین قرار دارد، ‏نقطه موجود در هوا کنار گذاشته شده و نقطه موجود در ‏سطح زمین نشان دهنده مکان واقعی کانون زلزله ‏است.‏

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:49 AM
گرانش
Gravity
فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/gravity_force.jpg
گرانش، یا جاذبه، پدیده‌ای است که در آن همه اجسام یکدیگر را جذب می‌کنند. در فیزیک معاصر نظریه نسبیت عمومی برای توضیح این پدیده بکار می‌رود، اما توضیح کمتر دقیق ولی ساده‌تر آن در قانون جاذبه عمومی نیوتن یافت می‌شود.

پدیده جاذبه
کره زمین و دیگر کرات و سیارات تشکیل دهنده جهان ما همگی دارای نیرویی هستند که اشیاء را به سوی خود جذب می‌کنند این نیرو را «گرانِش» یا «جاذبه» می‌‌نامیم، که نیوتن آن را کشف کرد.
از دیر باز همواره دو مسئله مورد توجه بود:
* تمایل اجسام به سقوط به طرف زمین هنگام رها شدن.
* حرکات سیارات،از جمله خورشید و ماه که در آن زمان سیاره بشمار می‌آمدند.
در گذشته این دو موضوع را جدا از هم میدانستند. یکی از دستاوردهای بزرگ آیزاک نیوتن این بود که نتیجه گرفت: این دو موضوع در واقع امر واحدی هستند و از قوانین یکسانی پیروی می‌کنند.
در سال ۱۶۶۵، پس از تعطیلی مدرسه به خاطر شیوع طاعون، نیوتن، که در آن زمان ۲۳ سال داشت، از کمبریج به لینکلن شایر رفت.او در حدود پنجاه سال بعد نوشت:…در همان سال (۱۶۶۵) این فکر به نظرم آمد که نیروی لازم برای نگه داشتن ماه در مدارش و نیروی گرانش در سطح زمین با تقریب خوبی با هم مشابهند.

ویلیام استوکلی، یکی از دوستان جوان ایزاک نیوتن می‌‌نویسد، وقتی با آیزاک نیوتن زیر درختان سیب یک باغ مشغول صرف چای بوده است نیوتن به او گفته که ایده گرانش در یک چنین حایی به ذهنش خطور کرده است.
استوکس می‌‌نویسد: «او در حالی که نشسته و در فکر فرو رفته بود سقوط یک سیب توجهش را جلب می‌کند و به مفهوم گرانش پی می‌‌برد. پس از آن به تدریج خاصیت گرانش را در مورد حرکت زمین و اجسام سماوی به کار می‌‌برد…» اینکه سیب مذکور به سر آیزاک نیوتن خورده است یا خیرمعلوم نیست!

آیزاک نیوتن تا سال ۱۶۸۷ ،یعنی تقریباً تا ۲۲ سال پس از درک مفهوم اساسی گرانش نتایج محاسبات خود را به طور کامل منتشر نکرد. در این سال دستاوردهایش را در کتاب مشهور اصول که از آثار بزرگ اوست منتشر کرد. از دلایلی که باعث می‌‌شد او نتایج خود را انتشار ندهد، می‌توان به دو دلیل اشاره: یکی شعاع زمین، که برای انجام محاسبات لازم بود و آیزاک نیوتن آن را نمی‌دانست و دیگری، آیزاک نیوتن به طور کلی از انتشار نتایج کار خود ابا داشت زیرا مردی کمرو و درونگرا بود واز بحث و جدل نفرت داشت.
راسل در مورد او می‌‌گوید: «اگر او با مخالفت‌هایی که گالیله با آن‌ها مواجه بود ،روبرو می‌‌شد، شاید هرگز حتی یک سطر هم منتشر نمی‌کرد. در واقع، ادموند هالی (که ستاره دنباله دار هالی به نام اوست) باعث شد آیزاک نیوتن کتاب اصول را منتشر کند.

آیزاک نیوتن در کتاب اصول از حد مسائل سیب-زمین فراتر می‌‌رود و قانون گرانش خود را به تمام اجسام تعمیم می‌دهد.
گرانش را می‌توان در سه قلمرو مطالعه کرد:
جاذبه بین دو جسم مانند دو سنگ و یا هر دو شیئ دیگر. اگر جه نیروی بین اجسام به روش‌های دقیق قابل اندازه گیری است ولی بسیار ضعیف تر از آن است که ما با حواس معمولی خود آن را درک کنیم. جاذبه زمین بر ما و اجسام اطراف ما که یک عامل تعیین کننده در زندگی ماست و فقط با اقدامات فوق العاده می‌توانیم از آن رهایی پیدا کنیم. مانند پرتاب فضاپیماهایی که باید از قید جاذبه زمین رها شوند.

در مقیاس کیهانی یعنی در قلمرو منظومه خورشیدی و بر هم کنش سیاره‌ها و ستاره‌ها، گرانش نیروی غالب است.
آیزاک نیوتن توانست حرکت سیارات در منظومه خورشیدی و حرکت در حال سقوط در نزدیکی سطح زمین را با یک مفهوم بیان کند. به این ترتیب مکانیک زمینی و مکانیک سماوی را که قبلا از هم جدا بودند در یک نظریه واحد با هم بیان کند.

قانون گرانش جهانی
نیرویی که دو ذره به جرم‌های m۱ و m۲ و به فاصله r ازهم به یکدیگر وارد می‌کنند،نیروی جاذبه‌ای است که در امتداد خط واصل دو ذره اثر می‌کند و بزرگی آن برابر است با: F=Gm۱m۲/r^۲
G یک ثابت جهانی است و مقدار آن برای تمام زوج ذرات یکسان است. این،قانون گرانش جهانی آیزاک نیوتن است.برای اینکه این قانون را خوب درک کنیم بعضی خصوصیات آن را یادآور میشویم:
اولا:نیروهای گرانش میان دو ذره، زوج نیروهای کنش-واکنش هستند.ذره اول نیرویی به ذره دوم وارد می‌کند که جهت آن به طرف ذره اول «جاذبه)و در امتداد خطی است که دو ذره را به هم وصل می‌کند.به همین ترتیب ذره دوم نیز نیرویی به ذره اول وارد می‌کند که جهت آن به طرف ذره دوم(جاذبه) و در متداد خط واصل دو ذره است.بزرگی این نیروها مساوی ولی جهت آنها خلاف یکدیگر است.
ثانیا:ثابت جهانی G را نباید با g ،که شتاب ناشی از جاذبه گرانشی زمین روی یک جسم است اشتباه کرد.ثابت G دارای بعد L۳/MT۲ و یک کمیت نرده ایست(عددثابتی است)،در حالی کهg با بعد LT-۲ یک کمیت برداری است، که نه جهانی است و نه ثابت(در نقاط مختلف زمین بسته به فاصله تا مرکز زمین تغییر می‌کند).
با انجام آزمایشات دقیق می‌‌توان مقدار G را بدست آورد.این کار را برای اولین بار لردکاوندیش در سال ۱۷۹۸ انجام داد .در حال حاضر مقدار پذیرفته شده برای G برابر است با
G =۶.۶۷۲۶×۱۰-۱۱
نیروی گرانش بزرگی که زمین به تمام اجسام نزدیک به سطحش وارد می‌کند،ناشی از جرم فوق العاده زیاد آن است.در واقع ،جرم زمین را می‌توان با استفاده از قانون گرانش جهانی آیزاک نیوتن و مقدار محاسبه شده G در آزمایش کاوندیش تعیین کرد.به همین دلیل کاوندیش را نخستین کسی می‌دانند که زمین را وزن کرده است!.جرم زمین راMe و جرم جسمی واقع بر سطح آن را m می‌‌کیریم.داریم:
F =GmMe/Re^۲ & F =mg
mg =GmMe / Re^۲ →Me =g Re^۲/G: بنابراین
که Re شعاع زمین یا همان فاصله دو جسم از یکدیگر است.زیرا جرم زمین را در مرکز آن فرض میکنیم.بنا بر این: M=۹.۸*(۶.۳۷*۱۰۶)۲/۶.۶۷*۱۰-
۱۱=۵.۹۷*۱۰۲۴kg
تن ۲۱ ۱۰ * ۶.۶: یا

گرانش و لَختی
نیروی گرانش وارد بر هر جسم،همانطورکه در معادلهF=Gm۱m۲/r۲مشخص است با جرم متناسب است.به دلیل وجود این تناسب میان نیروی گرانش وجرم است که ما معمولاً نظریه گرانش را شاخه‌ای از مکانیک میدانیم،در حالی که نظریه مربوط به دیگر نیروها«الکترومغناطیسی،هست ه‌ای و..)را جداگانه بررسی میکنیم. یک نتیجه مهم این تناسب آن است که ما می‌توانیم جرم را با اندازه گیری نیروی گرانشی وارد بر آن (وزن آن) تعیین کنیم.برای این کار از یک نیرو سنج استفاده میکنیم،یا نیروی گرانشی وارد بر یک جرم را با نیروی گرانشی وارد بر جرم استاندارد (مثلاً وزنه یک کیلو گرمی)،به کمک ترازو مقایسه میکنیم.به عبارت دیکر برای تعیین جرم جسمی،آن را وزن میکنیم.

اگر بخواهیم جسم ساکنی را روی یک سطح افقی بدون اصطکاک به جلو برانیم ،متوجه میشویم که برای حرکت دادن آن نیرو لازم است زیرا جسم لخت است و میخواهد در حال سکون باقی بماند،یا اگر در حال حرکت است،می کوشد این حالت را حفظ کند.در این حالت گرانش وجود ندارد. در فضا(دور از زمین) نیز همین نیرو برای شتاب دادن به یک جسم لازم است. این جرم است که ایجاب می‌کند که برای تغییر دادن حرکت جسم،نیرو بکار رود.همین جرم است که در دینامیک در رابطهF=ma ظاهر می‌شود. اما وضع دیگری نیز وجود دارد که در آن هم جرم جسم ظاهر می‌شود.به عنوان مثال،برای نگه داشتن جسمی در ارتفاعی بالا تر از سطح زمین،نیرو لازم است.اگر ما جسم را نگه نداریم با حرکت شتابدار به زمین سقوط می‌کند.نیروی لازم برای نگه داشتن جسم در هوا از نظر بزرگی با نیروی جاذبه گرانشی میان جسم و زمین برابر است.در اینجا لختی هیچ نقشی ندارد،بلکه خاصیت جذب شدن اجسام توسط اجسام دیگری چون زمین مهم است.

تغییرات شتاب گرانشی(g)همانطورکه گفتیم g ثابت نیست و از نقطه‌ای به نقطه دیگر زمین ،بسته به فاصله آن نقطه از مرکز زمین تغییر می‌کند(در نقاط نزدیک سطح زمین می‌توان آن را ثابت فرض کرد که شما هم در حل مسائل همین کار را انجام میدهید و آن را ۹.۸ یا ۱۰ متر بر مجذور ثانیه فرض می‌کنید).
اما موضوع دیگری بجز فاصله تا مرکز زمین ،نیز وجود داردکه بر g تأثیر میگذارد،وآن دوران زمین است. اگر جسمی در استوا به یک نیرو سنج آویخته شده باشد،نیروهای وارد بر جسم عبارت‌انداز:کشش رو به بالای نیروسنج،w ،که همان وزن ظاهری جسم است و کشش رو به پایین جاذبه گرانشی زمین که با رابطه F=GmMe/Re۲بیان می‌شود.این جسم در حال تعادل نیست زیرا ضمن دوران با زمین تحت تأثیر شتاب جانب مرکز aR قرار دارد. بنا براین باید نیروی جانب مرکز برایندی به طرف مرکز زمین به جسم وارد شود.در نتیجه F ،نیروی جاذبه گرانشی (وزن واقعی جسم) باید از w،نیروی کشش رو به بالای نیرو سنج (وزن ظاهری جسم)بیشتر باشد.بنابر این: (در استوا)
G.Me.m/Re۲-mg=maR: آنکاه F-w=maR: بنابراین F=ma نیروی برآیند
g=GMe/Re۲-aR: پس
از آنجایی که: aR =Reω^۲ =Re(۲π/T)^۲ =۴π^۲Re/T^۲
که در آن ω سرعت زاویه‌ای دوران زمین ،T دوره تناوب وRe شعاع زمین است. در قطب‌ها از آنجایی که شعاع دوران صفر است بنابراین:۰ = aR است پس داریم:
g=GMe/Re^۲
که همان نتیجه قبلی است.

میدان گرانش
یک حقیقت اساسی درباره گرانش این است که دو جرم بر یکدیگر نیرو وارد می‌کنند.اگر بخواهیم می‌توانیم این موضوع را به صورت تأثیر«کنش) مستقیم میان دو ذره در نظر بگیریم.این دیدگاه را کنش از راه دور می‌‌نامند.یعنی ذرات از راه دور و بدون اینکه با هم تماس داشته باشند روی هم اثر میگذارند.دیدگاه دیگر استفاده از مفهوم میدان است،که بنا به آن یک ذره جرم دار فضای اطرافش را طوری تغییر می‌دهد که در آن میدان گرانشی ایجاد می‌کند.این میدان بر هر ذره جرم داری که در آن قرار گیرد یک نیروی جاذبه گرانشی وارد می‌کند. بنابراین در تصور ما از نیروهای میان ذرات جرم دار،میدان نقش واسطه ایفا می‌کند.
در مثال جرم - زمین ،اگر جسمی را در مجاورت زمین قرار دهیم ،نیرویی بر آن وارد می‌شود،این نیرو در هر نقطه از فضای اطراف زمین دارای جهت و بزرگی مشخصی است. جهت این نیرو که در راستای شعاع زمین است، به طرف مرکز زمین و بزرگی آن برابر mg .بنابراین در هر نقطه در نزدیکی زمین می‌توان یک بردار g وابسته کرد. بردار g شتابی است که جسم رها شده در هر نقطه بدست می‌‌آورد و آن را شدت میدان گرانش در آن نقطه مینامند. چون g =F/mشدت میدان گرانش در هر نقطه را می‌توان به صورت نیروی گرانشی وارد بر یکای جرم در آن نقطه تعریف کنیم و!زن وجرم وزن جسمی روی زمین ۱۰ آیزاک نیوتن است. اگر این جسم را به فضا برده و بخواهیم به آن شتاب یک متر بر مجذور ثانیه بدهیم،چند آیزاک نیوتن نیرو باید وارد کنیم؟

یک؟ ده؟ صفر؟ در فضا نمی‌توان به جسمی شتاب داد!
وزن هر جسم عبارت است از نیروی جاذبه‌ای که زمین به آن وارد می‌کند. وزن چون از نوع نیروست،کمیتی است برداری. جهت این بردار همان جهت نیروی گرانشی، یعنی به طرف مرکز زمین است. بزرگی وزن بر حسب یکای نیرو یعنی آیزاک نیوتن بیان می‌شود. وقتی جسمی به جرم m آزادانه «در خلا» سقوط می‌کند،شتاب آن برابر شتاب گرانش «g» ونیروی وارد بر آن «w» برابر وزن خودش است. اگر از ««قانون دوم نیوتن)) (F=ma)، برای جسمی که آزادانه سقوط می‌کند استفاده کنیم خواهیم داشت :w=mg. کهw و g بردارهایی هستند که جهتشان متوجه مرکز زمین است.

برای اینکه از سقوط جسمی جلوگیری کنیم باید نیرویی که بزرگی آن برابر بزرگی w و جهت آن به طرف بالاست به آن وارد کنیم، به گونه‌ای که برایند نیروهای وارد بر جسم صفر شود. وقتی جسمی از فنری آویزان است و به حال تعادل قرار دارد، کشش فنر این نیرو را تأمین می‌کند.
گفتیم وزن هر جسم، یعنی نیرویی که زمین به طرف پایین بر جسم وارد می‌کند، یک کمیت برداری است. جرم جسم یک کمیت نرده‌ای است. رابطه میان وزن و جرم به صورت w=mg است.چون g از یک نقطه زمین به نقطه دیگر آن تغییر می‌کند، w یعنی وزن جسمی به جرم m در مکانهای مختلف متفاوت است.بنابر این یک کیلو گرم جرم در محلی که g برابر ۸/۹ متر بر مجذور ثانیه است،۸/۹ آیزاک نیوتن (۸/۹= ۸/۹*۱= w)و درمحلی که g برابر ۷۸/۹ متر بر مجذور ثانیه است،۷۸/۹ آیزاک نیوتن وزن دارد. در نتیجه بر خلاف جرم که خاصیت ذاتی جسم است (و همیشه ثابت)،وزن یک جسم به محل آن نسبت به مرکز زمین بستگی دارد.در نقاط مختلف روی زمین ترازوهای فنری (نیروسنج‌ها)،مقادیر متفاوت و ترازوهای شاهین دار، مقادیر یکسانی را نشان می‌دهند.(زیرا نیروسنج وزن را نشان می‌دهد ولی ترازوی شاهین دار جرم را) در نواحیی از فضا که نیروی گرانش (نیرویی که از طرف زمین بر اجسام وارد می‌شود(همان وزن)) وجود ندارد،وزن یک جسم صفر است،در حالی که اثرهای لختی و در نتیجه جرم جسم نسبت به مقدار آن در روی زمین بدون تغییر می‌‌ماند.در یک سفینه فضایی بلند کردن یک قطعه سربی بزرگ کار ساده‌ای است(w=۰) ولی اگر فضانورد به این قطعه لگد بزند همچنان به پایش ضربه وارد می‌شود (زیرا m مخالف صفر است).

برای شتاب دادن به یک جسم در فضا ،همان اندازه نیرو لازم است که برای شتاب دادن آن در امتداد یک سطح افقی بدون اصطکاک در روی زمین.زیرا جرم جسم همه جا یکسان است. اما برای نگه داشتن یک جسم در سطح زمین، نیروی بسیار بیشتری از نیروی لازم برای نگه داشتن آن در فضا مورد نیاز است. زیرا در فضا وزن صفر است ولی در روی زمین چنین نیست .

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:49 AM
فیزیک فضا و اتمسفر
Space Physics
فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Space_Physics.jpg
فیزیك فضا (Space Physics)
انسان كنجكاو همواره در جریان پیشرفت علوم مختلف از فضای بالای سر خود غافل نبوده ‌است. و تلاش فوق‌العاده زیادی را جهت گشودن اسرار آن انجام داده‌است. انواع ماهواره‌های فضایی ، سفینه‌های فضایی ، تلسكوپهای گوناگون از جمله ابزار و وسایلی هستند كه در این راستا توسط انسان ایجاد شده‌اند.
فیزیك فضا یكی از این شاخه‌های علم فیزیك است كه تا اندازه‌ای پاسخگوی هزاران سوال موجود در ذهن بشر در مورد فضا می‌باشد. بخشی از فیزیك فضا كه در آن اجرام آسمانی مورد مطالعه قرار می‌گیرد، مكانیك سماوی است. در این بخش نیروهای موثر بر حركت اجسامی نظیر سیارات ، ماهواره‌ها و پروپهای مصنوعی مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

قوانین كپلر
در سال ۱۶۱۹ ، كپلر در مورد حركت سیارات سه قانون اساسی خود را با استفاده از مشاهدات تیكو براهه بیان كرد. قوانین كپلر كه پایه و اساس قوانین نیوتن و مكانیك كلاسیك برای حركت سیارات است، عبارتند از :
- حركت سیارات به ‌دور خورشید در یك مدار بیضوی انجام می‌گیرد كه خورشید در یكی از كانونهای آن بیضی قرار دارد.

- مدار یك سیاره به ‌دور خورشید ، سطحی را تشكیل می‌دهد كه این سطح جاروب شده توسط خط واصل بین سیاره و خورشید با زمان حركت سیاره نسبت مستقیم دارد.

- نسبت بین مربع دوره تناوب گردش هر سیاره و مكعب نصف محور بزرگ مدار بیضوی ، در مورد هر سیاره منظومه شمسی عدد یكسانی است.

فیزیك اتمسفر
فیزیك فضا یك علم بسیار جدید است. با وجود این یك تكنولوژی مهم سبب حل بسیاری از ناشناخته‌های قبلی بوده ‌است. محیط ، فضایی از اندركنش‌های زیادی مانند نیروی گرانشی ، ماگنتواستاتیك ، الكترواستاتیك ، الكترومغناطیس و … ، نسبت به زمان تغییرات مهمی را نشان می‌دهد كه طبیعت تركیب و توزیع ماده ، دمای گاز بین ستاره‌ای را تغییر می‌دهد.
در فیزیك اتمسفر پارامترهای مهم معین در هر نقطه از اتمسفر مانند فشار ، چگالی ، دما ، میدان مغناطیسی زمین ، میدان الكتریكی ، تابش الكترومغناطیسی موجود در اتمسفر ، ذرات باردار و شهاب سنگها مورد مطالعه قرار می‌گیرند.

برهمكنش نور خورشید با اتمسفر
انرژی تابش خورشیدی در مسیر فاصله خورشید تا زمین در اثر برخورد با گازهای موجود در اتمسفر زمین در فرایندهای مختلفی شركت می‌كند. در اثر این فرایندها قسمت اعظمی از تابش خورشیدی كه برای انسان و موجودات زنده زیان ‌آور است، جذب می‌گردند. تعدادی از این پدیده‌های برهمكنشی عبارتنداز :

- جذب تابش در اتمسفر :
در اتمسفر زمین عناصری مانند اوزن ، اكسیژن ، ازت ، هلیوم ، گاز كربنیك ، هیدروژن و گازهای دیگر وجود دارد. همچنین می‌دانیم كه امواج الكترومغناطیسی از ذراتی به‌ نام فوتون تشكیل شده‌اند. این فوتونها بعد از گسیل از خورشید توسط عناصر موجود در جو زمین تحت فرایندهای مختلف مانند پدیده فوتوالكتریك ، اثر كامپتون و … جذب می‌شوند.

-پدیده یونش :
در اثر برهمكنش فوتون با گازهای موجود در جو زمین ، این گازها یونیزه می‌شوند. اتمهای یونیزه دوباره در اثر برخورد با الكترونهای موجود در اتمسفر در فرایند تركیب مجدد شركت می‌كنند. این فرایندها همچنین در جو زمین انجام می‌شوند. یكی از نتایج این فرایندها ایجاد پلاسما در اتمسفر می‌باشد.

تابش فیزیك امواج كوتاه خورشیدی
اكنون تكنولوژی پژوهشهای فضایی توسعه یافته ‌است و اطلاعات غیر مستقیم تابش خورشیدی كه موجب یونش می‌شوند، به حد كافی مورد مطالعه قرار گرفته است. اطلاعات اولیه حاصل از پرتاب موشكها ، اشعه ایكس تابشی ناشی از خورشید ، ، خطوط طیفی لیمن ذره آلفا را نتیجه داده ‌است. با دستگاههای مجهزتر می‌توان طیف فیزیك امواج كوتاه خورشید را عكسبرداری كرد و اثر فوتوالكتریكی را با موشكها مشاهده كرد.

پدیده‌های بارز فیزیك فضا
-فروغ آسمانی :
آسمان شب سیاه كاملا تاریك نیست. ستارگان ، سیارات ، نور منطقه البروجی و ماه هر كدام سطح زمین را روشن می‌كنند. در عرضهای بالاتر شعله‌های شفق و سوسوزدن در سراسر آسمان وجود دارد و این پدیده‌ها بر حسب اقتضا در عرضهای متوسط زمین ظاهر می‌شوند. اتمسفر سیاره در پی این اثرات تابش می‌كند، كه این تابش را فروغ آسمانی می‌گویند.

- شفق قطبی :
در عرض‌های بالای زمین ، آسمان شب گاهی به صورت ناگهانی و به شكل متحرك روشن می‌شود كه این درخشش‌ها را شفق قطبی می‌گویند. این درخشش‌ها شفاف هستند و می‌توان ستارگان را از داخل آنها مشاهده كرد. اغلب درخشندگی آنها به اندازه‌ای است كه با نور آنها می‌توان نوشته‌ای را مطالعه كرد. معمولا در هر شب روشن می‌توان شفق قطبی شمالی و شفق قطبی جنوبی را در آسمان مشاهده كرد.

- طوفان مغناطیسی :
اغلب در میدان مغناطیسی زمین یك تغییر ناگهانی ظاهر می‌گردد كه این آشفتگی مغناطیسی به ‌عنوان طوفان مغناطیسی معروف است. فراوانی ظهور این طوفان به صورت مستقیم به دوره یازده ساله فعالیت خورشیدی مربوط است. با وجود این زمانی كه یك شعله بزرگ خورشیدی ظاهر می‌شود، یك طوفان مغناطیسی با یك یا دو روز تاخیر شروع می‌شود.

- كمربندهای تشعشعی زمین :
در مورد پدیده‌های مربوطه به ذرات باردار موجود در جو زمین نظریه‌های گوناگونی به‌وسیله دانشمندان مختلف ارائه شده‌است. از جمله این افراد می‌توان به اشتورمر (Stormer) و بیركلند (Birkeland) اشاره ‌كرد كه بیشتر عمر خود را صرف مطالعه و مشاهدات شفق قطبی كردند. وان آلن و گروه پژوهشگر او با هدف مطالعه اشعه كیهانی كنتورهایی از نوع كایگرمولر را در ماهواره‌های خود تعبیه كردند. آنان توانستند مناطق تشعشعی از ذرات باردار را كه در میدان مغناطیسی زمین به‌دام افتاده بودند، نشان دهند. این مناطق به كمربندهای تشعشعی وان آلن معروف شدند.

ارتباط فیزیك فضا با شاخه‌های دیگر فیزیك
شاخه‌های مختلف علم فیزیك را می‌توان مانند دانه‌های یك زنجیر تصور كرد كه به صورت محكم به یكدیگر پیوند خورده‌اند، با این تفاوت كه در برخی موارد مرز موجود میان این دانه‌ها به اندازه‌ای پیچیده است كه به راحتی نمی‌توان آن را تشخیص داد. به ‌عنوان مثال فضای بالای سرمان توسط علوم مختلف فیزیك مانند نجوم ، كیهان شناسی ، اختر فیزیك ، مكانیك سماوی ، فیزیك هوا فضا ، فیزیك محیط زیست ، فیزیك نظری ، فیزیك مواد ، فیزیك هسته‌ای و … مورد مطالعه قرار می‌گیرد. طبیعت امواج الكترومغناطیسی كه خورشید به عنوان یك چشمه عظیم تولید این فیزیك امواج است، در فیزیك امواج و فیزیك رادیو بررسی می‌شود. هر كدام از این علوم ، فضا را از دیدگاه خاصی مورد توجه قرار می‌دهد.

ارتباط فیزیك فضا با علوم دیگر
تنها شاخه‌های مختلف علم فیزیك نیست كه با فیزیك فضا ارتباط ناگسستنی دارند، بلكه علوم دیگر مانند زمین شناسی ، شیمی ، ریاضیات ، هوا فضا ، زیست شناسی و … نیز به نوعی با فیزیك فضا در ارتباط هستند. به عنوان مثال ماهیت گازهای تشكیل‌دهنده اتمسفر در علم شیمی به تفضیل مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد.

آینده فیزیك فضا
یكی از مزایا و یا به بیان دیگر معایب علم بشری این است كه همواره ناقص بوده و روز به روز در حال پیشرفت و تكامل است. عیب بودن از این لحاظ كه ناقص است و مزیت بودن از این لحاظ كه این نقص ، انسان را به تحرك و تحقیق وادار می‌كند و همین امر موجب پیشرفت در علوم مختلف می‌شود. فیزیك فضا نیز از این پیشرفت و ترقی مستثنی نمی‌باشد. شاید روزگاری تمام اطلاعات بشر از فضا محدود به چند نظریه و یا پیشگویی بود، اما امروزه با فرستادن انواع سفینه‌های فضایی و ماهواره‌ها به فضا ، اطلاعات بسیار درست و دقیقی از فضا در اختیار انسان قرار می‌گیرد.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:50 AM
فیزیک و فلسفه
philosophy & physic
صدرا جدی

فیزیک - مقالات


http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/philosophy_physic100.jpg


فیزیك علمی است كه روابط ریاضی یك پدیده را كه خاصیت تكرار داشته باشد بصورت یك قانون بیان می كند هر چند ممكن است تعاریف متفاوتی از فیزیك ارائه داد ولی مهم آن است كه علم فیزیك در مورد روابط بین اشیاء مادی بحث می كند.

ابتدای فلسفه فیزیك
فلسفه ، این دانش در پی توضیح اصل پدیده هاست هر چند در تعریف فلسفه بزرگان زیادی اظهار نظر كرده اند می توان این تعریف هگل را ذكر كرد(فلسفه تحقیق اشیاء به اندیشه و دیده خرد است) شاید بتوان گفت فلسفه روشنی بخش راهی است كه دانش در آن طی مسیر می كند و به همین دلیل علم و فلسفه رابطه ای بسیار نزدیك و پیوسته برای درك جهان دارند اگر كل دانش را یك خط فرض كنیم تا جایی كه مربوط به امور ماده و اشیا می شود را علم مادی و از آن به بعد كه در وراء ماده است را ماوراء ماده یا متافیزیك گویند با این مقدمه نظرات فلسفی كه توسط فیزیكدانان مطرح شده است را به طور مختصر مرور می كنیم. بسیاری از دانشمندان اعصار گذشته از فلاسفه زمان خود بودند و تقریباً در تمام علوم زمانه خود احاطه داشتند در تاریخ مردانی از علوم مادی بودند كه در عین حال دلمشغولی فلسفی نیز داشتند و سعی می كردند دیدگاه فلسفی خود را با پیشرفت علوم همزمان سازند خوب برگردیم به زمان خلق فیزیك به صورت كلاسه شده كه از زمان گالیله و اسحاق نیوتن آغاز شد هنگامی كه اسحاق نیوتن اصل جاذبه عمومی و گرانش را بنیان نهاد پرسشهایی در مورد علیت مطرح شد از جمله اگر علت وزن جاذبه است پس علت جاذبه چیست؟ هر چند اسحاق نیوتن در جواب می گفت اگر ما با دیدن چرخ دنده های ساعت به طرز كار آن پی ببریم ولی شناختی از نیرویی كه باعث نوسان آونگ آن می شود نداشته باشیم همین پیشرفت خود گامی به جلو است و سعی می كرد از حیطه ای كه منجر به سئوالات فلسفی می شود دوری كندپس از موفقیت كارهای گالیله و اسحاق نیوتن دیگاه مكانیكی جهان بسیار رونق گرفت ظاهرا با در نظر گرفت هر سیستم به صورت یك دستگاه و بكار بردن قوانین اسحاق نیوتن می توانستند علت حركات و واكنشهای آن را توضیح دهند و این خود سرآغاز پرسشهایی در مورد موجبیت (جبر و اختیار)شد آیا انسان موجودی دارای اراده است و یا موجودی محكوم به قوانین مكانیكی است تصور مكانیكی كه بعد از قرن هفدهم با قوانین اسحاق نیوتن حمایت می شد تصویری كاملا مكانیكی از جهان ترسیم می كرد به طوری كه لاپلاس در جایی می گوید اگر ریاضیدان نابغه ای پیدا شد كه بتواند تحولات تك تك ذرات یك سیستم را محاسبه كند می تواند پیش بینی كند كل سیستم در لحظه بعد به چه صورت خواهد بود البته تفكر ماشینی فهم بسیاری از مسائل طبیعت را فراهم آورد و در قرن هفدهم مكانیك نیوتنی زیر بنای فلسفه مادی به رهبری هابز بود در این طرز تفكر انسان را همانند ماشینی تصور می كردند كه بدنی از ماده دارد حتی احساساتش را ناشی از حركت مكانیكی ذرات بدنش می دانستند و كل جهان مانند ماشین عظیمی شباهت می یافت كه هر كس در جای خود مانند چرخ دنده های ساعت مشغول كار می شد و هیچ اختیاری از خود نداشت و مسئول هیچ یك از اعمال خود نبود چون از خود اراده ای نداشت در این صورت آنچه را كه ما از آن احساس به اراده می كنیم چیست؟

فلسفه فیزیك از دیدگاه فیلسوفان
دكارت می گفت :محقق است كه خدا قبلا همه چیز را مقدر كرده است و قدرت اراده فقط ناشی از اینست كه ما به قسمی عمل می كنیم كه از نیروی خارجی كه به سبب آن مجبور به عمل خاصی هستیم آگاه نمی باشیم. دنیای جدیدی كه گالیله و نیوتن.. ساخته بودند حتی عامه مردم را درگیر خود كرده بود هرچند مردم بصورت فطری از آن سر باز می زدند و آن را قبول نداشتند آنها اراده می كردند و به مقصود می رسیدند در واقع فیزیك كلاسیك از طرز تفكر موجبیت (دترمی سیسم ) دفاع می كرد و پایه استدلالات آن بر پایه منطق ریاضی بود و ظاهرا چاره ای جز قبول موجبیت در طبیعت نبود امانوئل كانت برای رفع این مشكل در مورد آزادی اراده می گوید اگر عالم فقط همین است (كه می بینیم) در این صورت بدیهی است كه اراده نمیتواند آزاد باشد یعنی كه چیزی را كه می بینیم شاید چیزی نباشد كه در واقع هست همان مثال مشهور غار افلاطون كه كسانی كه در زنجیر شده اند سایه ها را واقعیت می شمارند و نمی دانستند كه سایه ها فقط سایه ای از واقعیت هستند! كانت بدین صورت عقیده خود را بیان می كند كه پدیده ها فقط نشانه ها و نمایشهایی از حقیقت مطلق هستند نه خود حقیقت و استدلال می كند كه منشاء اصلی آنها باید در جایی غیر از این عالم پدیده ها باشد بطوری كه هر چند یك پدیده با پدیده دیگر رابطه علت و معلول داشته باشد ضرورتی برای قبول علیت بین تولید كنندگان آن پدیده نباشداگر، توجه خود را به پدیده ها معطوف كنیم ظاهرا قوانین ماشینی و جبر درست هستند و اگر بتوانیم با حقیقتی كه اساس و اصل پدیده ها ست تماس حاصل كنیم شاید ببینیم كه چنین قانونی وجود ندارد كانت در ادامه می گوید هدفش اثبات آزادی اراده نبود بلكه فقط می خواست این مسئله را حل كند كه حداقل طبیعت و آزادی متضاد هم نیستند البته آنان سعی می كردند آزادی اراده را به اثبات برسانند هر چند بطور كامل موفق نشدند مكانیك نیوتنی توسط فرمولهای ریاضی پایه ریزی شده بود و ظاهرا شكست ناپذیر بنظر میرسید اما پس از مدتی مشخص شد آنگونه كه در ابتدا فكر می كردند نمی توانند تمام پدیده ها را توجیه كنند از جمله خواص نور كه خاصیت دوگانه ای از خود نشان می داد هم عصر نیوتن، هویگنس از لحاظ هندسی ثابت كرد كه نور دارای خاصیت موجی است هر چند بعضی از پدیده ها با در نظر گرفتن خاصیت ذره ای نور قابل توجیه بوده با این حال در پدیده ها یی مانند تداخل و پراش نظریه ذره ای دچار مشكل می شد و در عوض نظریه موجی به طور كامل آنها را توجیه می كرد.

فیزیك كلاسیك از دیدگاه فلسفه
فیزیك كلاسیك با این تناقضات وارد مرحله جدیدی می شد اوایل قرن بیستم مصادف شد با چند انقلاب فكری در محدوده ها ی مختلف فیزیك از ذرات زیر اتمی تا كهكشانها دستخوش تحولات جدی گشت نظریه كلاسیك در مورد اثر گذاری دو جسم متحرك از راه دور فرض می كرد كه در تمام فضا ماده ای به نام اتر وجود دارد و سرعت نور را نیز بی نهایت فرض می كرد اثبات عدم و جود اتر و آزمایشهایی كه برای آشكارسازی اتر صورت گرفت دانشمندان را متقاعد كرد كه اتر اصلا و جود خارجی ندارد و با عث شد دیدگاهی كامل تر از نظریه كلاسیك شكل گیرد، نظریه جدید نسبیت انیشتن كه با فرض و اثبات متناهی بودن سرعت نور توانست بسیاری از تناقضات را حل كند.
یكی از مسائلی كه مكانیك كلاسیك نمی توانست آن را توضیح دهد پدیده تشعشع بود كه پاسخ به آن منجر به پیدایش حوزه جدیدی در دنیای اتمی شد این انقلاب جدید انقلاب مكانیك كوانتومی بود نام ماكس پلانك خود را در این تحولات نشان می دهد كه تابش را نیز چیزی مادی فرض كرد كه از اتمها تشكیل شده بودند او پدیده تشعشع را همانند رگباری از انرژی تصور كرد و آنرا منقطع دانست كه این مقادیر جدای انرژی تابش را كوانتوم نامید.
تئوری او چند سال بعد توسط انیشتین فرمول بندی شد و به طور عملی در آزمایش فوتو الكتریك به اثبات رسید و از این رهگذر مفهوم فوتون وارد فیزیك شد. بعد از شكل گیری مكانیك كوانتومی كه افرادی مانند هایزنبرگ و بور در آن نقش اساسی داشتند و تحولات فیزیك جدید باعث نگرشهای جدیدی شد تصویری كه ما از طبیعت داریم تنها جزئی از حقیقت است كه بصورت قابل فهم می توانیم تصور كنیم در فیزیك جدید دو تصویر جزئی از طبیعت وجود دارد تصویر جزئی و تصویر موجی كه هر كدام برای خود اهمیت دارند مثلا برای فهم پدیده فوتوالكتریك از تصویر ذره ای استفاده می كنیم یا برای فهم پدیده تداخل از خاصیت موجی استفاده می كنیم آیا طبیعت با این دوگانگی قابل فهم است؟ در اینجا می خواهم مثال تاریخی در مورد دوگانگیهای قوانین ساخته شده بدست بشر را یادآور شوم حركات اجرام آسمانی همواره جالب بوده است و بطلمیوس در دوران زمین مركزی توانست با فرض اینكه زمین مركز جهان است با دقت خوبی مدارات سیارات و زمان طلوع و غروب آنها را محاسبه كند.
قرنها بعد كوپرنیك ادعا كرد كه زمین مركز جهان نیست و مانند ذره ای كوچك همانند سیارات دیگر گرد خورشید می گردد این نظریه نیز توانست با دقت حركت اجرام سماوی را پیشگویی كند پس دو سیستم كه هر دو نتایج تقریبا یكسانی دارند در دست داشتند ولی كدام یك حقیقت را پیش بینی می كرد؟ اگر هر دو به یك صورت زمان بر آمدن سیاره ای را پیشگویی می كنند كدامیك بر دیگری ترجیح دارد؟

اگر هدف علم فقط پیشگویی وقایع آینده بصورت یك قانون باشد در آن صورت نمی توان یك قانون را واقعیت بیرونی اشیاء دانست شاید گفته انیشتین در مورد قوانین فیزیك جالب باشد كه می گفت :قوانین فیزیك باید ساده باشند .پس اگر دو نظریه كه نتایج معادلی داشته باشند در دست داشته باشیم آنكه ساده تر است قابل قبول تر است این نشان می دهد كه دانش هیچگاه نمی تواند ادعا كند آنچه را كه بیان می كند حقیقت مطلق است.

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:50 AM
کمربند تشعشعی زمین
Earths Magnetic Field
فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/earths_magnetic_field%282%29.jpg

دید کلی :
پس از کشف اشعه کیهانی (جریانات ذره‌ای ، وارد شده به میدان مغناطیسی زمین از فضا) ، پیشرفت در این شاخه بی‌نهایت مهم و جدید فیزیک تقریبا بطور کامل به ارتفاعی بستگی داشت که دانشمندان دستگاههای پیچیده و شمارنده‌های خود را در سال به نمایش می‌گذاشتند. در این حال از رصدخانه‌های کوهستانهای بلند ، آزمایشگاه‌ها ، بالون ، آزمایشات و غیره استفاده می‌شده است. بنابرین حتی بالاترین ارتفاع حاصل (۲۰ تا ۸۰ کیلومتر) برای حمل دستگاهها به آن سوی لایه‌های نسبتا متراکم جو کافی نبوده و این مسئله تفکیک اشعه کیهانی اولیه (مهمترین جزء جریانهای ذره‌ای) را از کل جریانهای ذره‌ای ثبت شده ، مشکل می‌ساخت.
طبیعی است که قسمت حساس موشکهایی که ابتدا وارد فضای خارجی‌تر می‌شوند بطور اساسی شامل وسایل مختلفی جهت مطالعه ذرات باردار باشد. علائمی که از دستگاههای ارسالی ، بطور اتوماتیک و بسیار ابتدایی به زمین می‌رسید بسیار باعث تعجب دانشمندان گردید. در ارتفاعات معینی ، آزمایشگاههای فضایی خود را در لایه‌هایی یافتند که به شدت از ذرات باردار پر انرژی اشباع شده بود. این ذرات باردار بطور وسیعی با اشعه کیهانی اولیه و ثانویه تفاوت دارند.

تاریخچه پیدایش :
این پدیده در حین پرواز اقمار مصنوعی روسی و آمریکایی آشکار شد و برای مدتها دانشمندان از اختلاف شدید در اطلاعات حاصله متعجب و حیران بودند. بنابرین ، بزودی این معما تفسیر گردید. یک دانشمند روسی ، ورنوف (vernov) و تقریبا بطور هم زمان فیزیکدان آمریکایی وان آلن (van Allen) ثابت کردند که سطح زمین در سطح استوا بوسیله دو کمربند (مطابق با اطلاعات جدیدتر حتی سه کمربند) نسبتا مجزا مگنتوسفرها احاطه شده است.

نحوه پی بردن بوجود کمربند تشعشعی زمین :
این کمربندها بطور غلیظی بوسیله ذرات باردار با بارها ، انرژیها و جرمهای مختلف اشغال شده‌اند. غلظت ذرات در هر یک از این کمربندها از مرزی به مرز دیگر تفاوت دارد و فضای اطراف قطبها عملا عاری از ذرات باردار می‌باشد.
پس از اولین پرتاب موشک و پرواز اقمار مصنو عی ، به کمک اطلاعات حاصله ، معلوم شد که ذرات باردار بوسیله میدانهای مغناطیسی زمین جذب شده‌اند.
هر ذره بارداری که یک مربه وارد میدان مغناطیسی زمین شود، شروع به پیچ خوردن حول خطوط نیرو کرده و بطور مداوم در طول آنها حرکت می‌کند.
میزان پیچش مارپیچهای اولیه بستگی به سرعت اولیه جرم و بار الکتریکی آنها دارد. علاوه بر آن به شدت میدان مغناطیسی زمین در ناحیه‌ای از دایره فضایی که ذرات وارد آن شده و تغییر جهت داده‌اند، نیزبستگی دارد. زیرا میدان مغناطیسی زمین در نواحی مختلف آن یکسان نمی‌باشد. نزدیک قطب متراکمتر (غلیظتر) می‌گردد.
ذره بارداری که در طول خط مغناطیسی به صورت مارپیچ حرکت می‌کند، از ناحیه نزدیک به استوا حرکت نموده و چون به یکی از قطبین می‌رسد، با مقاومت در حال افزایشی مواجه شده و متوقف می‌شود. سپس به طرف استوا برگشته و بیشتر به طرف قطب مخالف ، یعنی در جهت عکس شروع به حرکت می‌کند. بدین ترتیب ذره در چیزی به نام تله بزرگ مغناطیسی سرگردان می‌شود.

موقعیت فضایی کمربندهای تشعشعی زمین :
اولین کمربند از ارتفاعی قریب ۵۰۰ کیلومتر بالای نیمکره غربی و ۱۵۰۰ بالای نیمکره شرقی زمین شروع می‌شود. بالاترین غلظت ذرات در این کمربند (هسته‌اش) در ارتفاع ۲ تا ۳ هزار کیلومتری زمین قرار دارد. مرز فوقانی این کمربند به ارتفاع ۳ تا ۴ هزار کیلومتری سطح زمین می‌رسد.
دومین کمربند از ۱۱ – ۱۰ هزار کیلومتری زمین شروع شده و تا ارتفاع ۶۰ – ۴۰ هزار کیلومتری ادامه دارد و در ارتفاع ۲۰ هزار کیلومتری دارای بیشترین غلظت است.
کمربند خارجی‌تر (سومین کمربند) از ارتفاع ۷۵ – ۶۰ هزار کیلومتری شروع می‌شود.
مرز کمربندهای مذکور تا کنون فقط بطور تقریبی تعیین شده‌اند و در محدوده معینی بطور تناوبی تغییر می‌کنند. دانشمندان درباره نظم و ترتیب این تغییرات در حال تحقیق هستند.

ساختار کمربندهای تشعشعی زمین :
با روانه ساختن سیستماتیک اقماری که وسایلی جهت کشف ذرات پر انرژی در ارتفاعات معین با خود حمل می‌کنند، کمربندهای مذکور در حال مطالعه و بررسی می‌باشند. ماهیت هر یک از این کمر بندها نسبت به دیگری متفاوت است.
اولین آن یعنی نزدیکترین کمربند به زمین ، محتوی پروتونهای مثبت حامل انرژی بسیار زیاد است (بالغ برMev ۱۰۰) فقط متراکم‌ترین قسمت میدان مغناطیسی زمین آنها را جذب کرده و نگاه می‌دارد.
دومین کمر بند اساسا محتوی الکترونهای با انرژی ۱۰۰-۳۰ کیلو الکترون ولت (Kev) می‌باشد.
کمربند سوم که میدان مغناطیسی زمین در آن ضعیف‌تر است، محتوی ذراتی با انرژی ev ۲۰۰ یا بیشتر است.
با توجه به اینکه اشعه معمولی که در صنعت دارو سازی بکار می‌رود محتوی انرژی ۳۰ تا ۴۰ کیلو الکترون ولت بوده یا هنگامی که دستگاههای قوی برای تابش به قطعات بزرگ و توده‌های فلزی ، ذرات اتمی را از Mev ۲۰۰ تا Mev ۲ سرعت می‌دهند.
خطر بزرگ این کمربندها (مخصوصا اول و دوم) برای انسان و جانوران و مسافرانی که در آینده به دیگر سیارات مسافرت می‌کنند، به سهولت حس می‌شود. به همین دلیل دانشمندان با کوشش و زحمت هر چه تمامتر ، سعی در تعیین تمر کز دقیق و شکل این کمربندها و کیفیت پخش ذرات آن دارند. تا کنون فقط یک چیز معلوم شده است.
نواحی نزدیک به قطبهای مغناطیسی زمین از ذرات پر انرژی آزاد بوده و می‌توان از آنها به عنوان دالانهای هدایت کننده کشتیهای فضایی حامل سرنشین بسوی دنیاهای دیگر استفاده نمود.

منشأ پیدایش کمربندهای تشعشعی زمین :
طبیعی است که این سوال مطرح ‌شود، این ذرات تشکیل دهنده کمربندهای تشعشعی از کجا آمده‌اند؟ آنها اساسا از اعماق خورشید پرت شده‌اند. زمین علی‌رغم فاصله‌اش با خورشید ، دقیقا در خارجی ترین منطقه اتمسفر آن قرار دارد. زیرا هر زمان که فعالیت خورشیدی زیاد می شود و به تعداد ذرات منتشر شده از خورشید و نیز انرژی آنها افزوده می‌گردد. تعداد الکترونها در کمربند تشعشعی دوم نیز افزایش یافته و کمربند به طرف زمین فشرده‌تر می‌شود و مثل این است که تحت فشار این ذرات ، کمربند پیچ خورده است.
دلیل دیگر آن که ذرات در تله مغناطیسی زمین گیر کرده ، آن دسته از ذراتی هستند که انرژی آنها برای گذشتن از کمربند غیر کافی بوده است. ذراتی که در اثر برخورد اشعه کیهانی اولیه پر انرژی با اتمهای بیرونی‌ترین و بی‌نهایت رقیق شده لایه‌های جو ، بوجود می‌آیند و در این تله بزرگ قرار می‌گیرند.

کمربندهای تشعشعی در نقش حفاظهای الکترومغناطیسی زمین :
لایه‌های جو بیشتر از آنچه که تصور می‌شد، تقریبا تا مسافت ۱۵۰ کیلومتری از سطح زمین توسعه یافته‌اند. ما حتی تجسم نکرده‌ایم که جو شفاف و تقریبا غیر محسوس و نیز میدان مغناطیسی کاملا غیر قابل روءیت و غیر محسوس سیار ، همان ، سایبانهای قابل اطمینانی برای بشر و بطور کلی موجودات زنده می‌باشند. ماده زنده نیز بطور کاملی در طول صدها میلیون سال ، خود را به قسمتهای کوچکی از تشعشعات نفوذ کرده و از دو زره طبیعی زمین تطبیق داده است مشکل است. تصور کنیم اگر زمین بطور کاملی از تمام انواع تشعشعات کیهانی حفظ نمی‌شد، زندگی از روی زمین برداشته شده بود.
بشری که در حال پرواز به فضاهای خارجی‌تر است، بطور اتوماتیک از سایبانهای نجات دهنده خویش اتمسفر زمین و میدان مغناطیسی آن) محروم شده و در نتیجه بطور ناگهانی تحت تأثیر تمام انواع تشعشعات قرار می‌گیرد. کمربندهای تشعشعی زمین به علت غلظت و انرژی زیاد الکترونهایی که درآن به دام افتاده‌اند، بسیار خطرناک هستند. تمام الکترونهای با انرژی بالای Kev ۱۰ به دیواره‌ها و هر ماده فلزی سفینه فضایی ضربه زده و باعث تشعشع ناشی از توقف می‌شود و اشعه حاصل شبیه به ذرات ، ماده سلولها و بدن انسان را یونیزه کرده و سبب هلاک وی می‌گردد.
ساده‌ترین روش برای حفظ سرنشینان سفینه از تشعشعات مذکور افزایش ضخامت دیواره‌های سفینه و احاطه کردن آن ، مثلا با یک لایه ضخیم سرب می‌باشد و این بطور اجتناب ناپذیری کشتی فضایی را سنگین خواهد کرد. به تناسب فشار خارجی ، دانشمندان کوشش می‌کنند این اشکال را با قرار دادن یک میدان مصنوعی مغناطیسی یا الکتریکی در اطراف سفینه فضایی ، برطرف نمایند (شبیه به زمین). این میدان آنقدر قوی است که تمام ذرات مهاجم را دفع می‌کند.
در عین حال دانشمندان در حال تحقیق روشهای دیگر حفاظت می‌باشند. برای مثال داروهایی که اثرات مضر تشعشع را به روی سلولهای ارگانیسم محو کرده و یا به تندی کاهش دهد. بعضی دانشمندان معتقدند که اگر سرنشینان سفینه را در خواب هیپنوتیک فرو برند و یا به حالت آنابیوز سرد نمایند، در آن حال تمامی عوارض حیاتی بدن به مقدار زیادی کند شده و در نتیجه مقدار اکسیژن مصرفی کاهش یافته و ضرر تحمیلی حاصل از تشعشعات یونیزه کننده بر سلولها کم می‌شود .

Bauokstoney
Monday 21 December 2009-1, 12:51 AM
کیک زرد
Yellowcake
فیزیک - مقالات

http://www.daneshema.com/upload/mayor/upload/image/technology_engineering/physics/article/Yellowcake.jpg
کیک زرد یا Yellowcake که بنام اورانیا (Urania) هم شناخته می شود در واقع خاک معدنی اورانیوم است که پس از طی مراحل تصفیه و پردازشهای لازم از سنگ معدنی آن تهیه می شود. تهیه این