سفارش تبلیغ
صبا ویژن
خداوند، سکوت را در سه جا دوست دارد :به هنگام خوانده شدن قرآن، به هنگام پیش رفتن به سوی دشمن، و به هنگام تشییع جنازه . [رسول خدا صلی الله علیه و آله]
وبلاگ تخصصی فیزیک
پیوندها
وبلاگ شخصی محمدعلی مقامی
* مطالب علمی *
ایساتیس
آقاشیر
.: شهر عشق :.
جملات زیبا
تعقل و تفکر
دکتر رحمت سخنی
بیگانه ، دختری در میان مردمان
تا ریشه هست، جوانه باید زد...
اس ام اس عاشقانه
خاطرات خاشعات
اس ام اس سرکاری اس ام اس خنده دار و اس ام اس طنز
وسوسه عقل
پرهیزکار عاشق است !
فروش و تعمیر موبایل در استان یزد
آموزش
وبلاگ تخصصی کامپیوتر
هک و ترفند
فروش و تعمیر موبایل در استان یزد
انجمن فیزیک پژوهش سرای بشرویه
عاشقان خدا فراری و گریزان به سوی عشق و حق®
وبلاگ عشق و محبت ( اقا افشین)
باید زیست
دست نوشته های دو میوه خوشمزه
در دل نهفته ها
روزگاران(حتما یه سری بهش بزن ضرر نمی کنی)
فقط برای ادد لیستم...سند تو ال
تجربه های مدیریت
سولات تخصصی امتحان دکترا دانشگاه آزاد
سولات تخصصی امتحان دکترا دانشگاه آزاد
ارزانترین و بزرگترین مرکز سوالات آزمون دکترا
عکس و اس ام اس عشقولانه
دانلود نرم افزار های روز دنیا
شاهرخ
مکانیک هوافضا اخترفیزیک
مکانیک ، هوافضا ،اخترفیزیک
وبلاگ تخصصی فیزیک و اختر فیزیک
وبلاگ تخصصی فیزیک جامدات
همه با هم برای از بین نرفتن فرهنگ ایرانی
انتخاب
فیزیک و واقعیت
ترجمه متون کوتاه انگلیسی
دنیای بیکران فیزیک
آهنگ وبلاگ

در اواخر قرن نوزدهم دانشمندان تصور می کردند به توصیـف کامل گیتی نزدیک شده اند. آنان می پنداشتند که فضا در همه جا با واسطه ای پیوسته به نام اتر پر شده است. پرتوهای نور و علائم رادیویی، امواجی در اتر بودند، درست همان گونه که صوت، امواج فشار در هواست. تنها چیزی که برای تکمیل نظریه لازم بود، اندازه گیری دقیق ویژگی های کشسانی اتر بود؛ پس از تعیین این ویژگی ها، همه چیز در جای خود قرار می گرفت.

اما به زودی و به تدریج، مغایرت هایی با اندیشه اتر همه جاگیر پدیدار گردید. انتظار می رفت نور در اتر با سرعت ثابتی حرکت نمــــاید. مثلاً، اگر در جهت نور حرکت می کردید، انتظار داشتید سرعت آن کم تر به نظر برسد، و اگر در خلاف جهت نور حرکت می کردید، انتظار داشتید سرعت آن بیشتر به نظر آید. اما به رغم آزمایش های متعدد، تلاش به منظور یافتن مدرکی برای تغییر سرعت نور در اثر حرکت در اتر، ناکام ماند.

دقیق ترین آزمایش ها توسط آلبرت مایکلسون و ادوارد مورلی در سال 1887 در مؤسسه کیس کلیولند در اوهایو انجام گردید. آن ها سرعت نور را در دو باریکه که نسبت به یکدیگر دارای زاویه قائمه بودند، مقایسه نمودند. آن ها چنیـــن استدلال می کردند که زمین با چرخش به دور محور خود و گردش به گرد خورشید، از میان اتر می گذرد و سرعت نور در این دو باریکه باید متفاوت باشد. اما مایکلسون و مورلی اختلاف روزانه یا سالانه ای میان دو باریکه نور نیافتند. گویی نور، در هر جهتی که حرکت کنی، نسبت به تو با سرعتی ثابت حرکت می کند.

فیزیکدان ایرلندی، جرج فیتزجرالد و فیزیکدان هلندی دیوید لورنتز، نخستین کسانی بودند که گفتند اجسامی که در میان اتر حرکت می کنند، منقبض می شوند و ساعت ها کُند می گردند. این انقباض و کندشدگی (اتساع) چنان است که هرکسی به هر نحو که نسبت به اتر ، که فیتزجرالد و لورنتز آن را ماده ای واقعی می پنداشتند، حرکت کند، سرعت ثابتی را برای نور اندازه گیری خواهد نمود.

اما، این کارمند جوان اداره ثبت اختراعات سویس در برن به نام آلبرت اینشتاین بود که اتر را کناری نهاد و مسئله سرعت نور را یک بار برای همیشه حل کرد. او، در ژوئن 1905، یکی از سه مقاله ای را نوشت که وی را به عنوان یکی از دانشمندان برجسته جهان معرفی کرد- و در این راستا دو انقلاب مفهومی را آغاز نمود که فهم ما را از زمان، فضا و واقعیت تغییر دادند.

در مقاله 1905، اینشتاین نوشت حال که نمی توان آشکار ساخت که آیا در اتر حرکت می کنیم یا خیر، اصلاً مفهوم اتر زیادی است. در مقابل، اینشتاین از این اصل آغاز کرد که قوانین علم باید به دیده همه ناظرانی که آزادانه حرکت می کنند، یکسان بنمایند. به ویژه، ناظران به هر شیوه ای که حرکت کنند، باید همه یک سرعت را برای نور اندازه گیری نمایند.

این، مستلزم رها کردن این اندیشه بود که کمیتی عام موسوم به زمان وجود دارد که همه ساعت ها اندازه می گیرند. هر کس، زمان شخصی خود را داشت. ساعت های دو نفر در صورتی با هم هماهنگ بودند که آن دو نسبت به یکدیگر در حال سکون باشند و نه این که حرکت نمایند. این نکته با چند آزمایش تأیید شد، از جمله آزمایش با ساعت بسیار دقیقی که دور جهان گردانده شد و سپس با ساعتی که در محل ساکن مانده بود، مقایسه گردید. اگر می خواستید بیشتر زندگی کنید، می توانستید به سوی شرق پرواز کنید تا سرعت هواپیما به سرعت چرخش زمین افزوده شود. اما خوردن غذای هواپیما همان و از میان رفتن آن کسر بسیار کوچکی از ثانیه که به عمرتان افزوده می شد، همان.

اصل موضوعه اینشتاین که قوانین طبیعت باید به دیده تمام ناظرانی که در حرکت آزاد هستند، یکسان بنماید، مبنای نظریه نسبیت بود که از آن رو چنیــــن نامیده می شود که حکایت از آن دارد که فقط حرکت نسبی مهم است. زیبایی و سادگی آن برای بسیاری از دانشمندان و فیلسوفان متقاعدکننده بود. اما مخالفت های بسیاری هم به جای مانده بود. اینشتاین دو مطلق علم قرن نوزدهم را واژگون کرده بود: سکون مطلق که با اتر نمایش داده می شد و زمان مطلق یا عامی که تمام ساعت ها اندازه گیری می نمودند. مردم می پرسیدند آیا این بدان معناست که معیار اخلاقی مطلقی وجود ندارد، که همه چیز نسبی است؟

این ناراحتی در دهه 1920 و 1930 ادامه یافت. هنگامی که در سال 1921 جایزه نوبل به اینشتاین داده شد، این امر به دلیل کار مهم- اما با معیارهای اینشتاین، جزئیِ- دیگری بود که در سال 1905 انجام داده بود. به نسبیت، که تصور می رفت بسیار بحث برانگیز است، اشاره ای نشد. هنوز هم من هفته ای دو یا سه نامه دریافت می کنم که می گویند اینشتاین اشتباه کرده است. با این همه، اکنون، جامعه علمی نظریه نسبیت را به طور کامل پذیرفته است و پیش بینی های آن در کاربردهای بیشمار تصدیق شده اند.

یکی از نتایج مهم نسبیت، رابطه میان جرم وانرژی است. این اصل اینشتاین که سرعت نور باید به دیده همه یکسان باشد، نشان می داد که هیچ چیز نمی تواند از نور سریع تر حرکت نماید. آن چه روی می دهد این است که با مصرف انرژی برای شتاب دادن به ذره یا سفینه، جرم شیء افزایش می یابد و شتاب بیشتر دادن به آن را دشوارتر می سازد. شتاب دادن به ذره تا سرعت نور ناممکن است زیرا به مقداری نامتناهی انرژی نیاز دارد. هم ارزی جرم و انرژی به اختصار در معادله مشهور اینشتاین، 2mc= E نشان داده می شود، که شاید تنها معادله فیزیک باشد که مردم کوچه و خیابان هم آن را می دانند.

از جمله نتایج این قانون آن است که با شکافت هسته اتم ارانیوم به دو هسته با مجموعِ جرمی که اندکی کمتر است، مقدار زیادی انرژی رها می شود. در سال 1939، با شعله ور شدن آتش جنگ، گروهی از دانشمندان که به نتایج این امر پی برده بودند، اینشتاین را وادار کردند که بر تردیدهای صلح آمیز خود غلبه نمایـد و نامه ای برای رئیس جمهور روزولت بنویسد و در آن از وی بخواهد که ایالات متحده برنامه تحقیقات هسته ای را آغاز نماید. این، به پروژه منهاتان و بمب اتمی ای منتهی گردید که در سال 1945 بر فراز هیروشیما منفجر شد. برخی، اینتشاین را به دلیل بمب اتمی سرزنش می نمایند، زیرا او بود که رابطه میان جرم و انرژی را کشف کرد. اما مثل آن است که نیوتن را به دلیل کشف گرانش که موجب سقوط هواپیـــماها می گردد، سرزنش کنند. اینشتاین در پروژه منهاتان نقشی نداشت و انفجار او را وحشت زده کرد.

هرچند نظریه نسبیت به خوبی در چارچوبِ قوانین حاکم بر الکتریسیته و مغناطیس قرار می گرفت، اما با قانون گرانش نیوتن سازگار نبود. این قانون می گفت اگر توزیع ماده را در یک منطقه از فضا تغییر دهید، تغییر در میدان گرانشی در هرجای دیگری در گیتی بلافاصله احساس خواهد شد. این نه تنها بدان معنا بود که می توانید علائمی با سرعتی بیش از سرعت نور ارسال کنید (امری که نسبیت منع می کرد)، بلکه نیازمند زمان مطلق یا عامی نیز بود که نسبیت آن را به نفع زمان شخصی یا نسبیتی کنار گذاشته بود.

اینشتاین، در سال 1907 که هنوز در اداره ثبت اختراعات برن بود، از این دشواری آگاهی داشت، اما تا سال 1911 که به دانشگاه آلمانی پراگ آمد، تفکر جدی در باره این مسئله را آغاز نکرده بود. او دریافت که میان شتاب و میدان گرانشی رابطه نزدیکی وجود دارد. کسی که در اتاقکی بسته نشسته است، نمی تواند بگوید آیا در میدان گرانشی زمین در حال ســـکون است، یا موشکی در فضای آزاد به او شتاب می دهد. (این به دوران پیش از «پیشتازان فضا» مربوط می شود، اینشتاین مردم را به جای سفینه در آسانسور تصور می کرد. اما شما نمی توانید قبل از وقوع فاجعه در آسانسور، مسافت زیادی را برای شتاب گرفتن طی کنید یا آزادانه سقوط نمایید).

اگر زمین تخت بود هم می توانستید بگویید سیب به دلیل گرانش روی سر نیوتن افتاد و هم می توانستید بگویید سر نیوتن به سیب برخورد کرد زیرا او و سطح زمین به سوی بالا شتاب می گرفتند. اما، به نظر نمی رسد که این هم ارزی میان شتاب و گرانش برای زمین کروی چندان مفید باشد؛ مردم طرف دیگر جهان می بایست در جهت مخالف شتاب بگیرند، اما در فاصله ثابتی نسبت به ما باقی بمانند.

اینشتاین با بازگشت به زوریخ در سال 1912، با توفانی مغزی روبرو گردید. او دریافت اگر در هندسة واقعیت انعطافی وجود داشته باشد، ممکن است هم ارزی شتاب و گرانش مفید باشد. اگر جا-گاه -- چیزی که اینشتاین ابداع نموده بود تا سه بُعد آشنای زمان را با بُعد چهارم یعنی زمان، در هم آمیزد-- خمیده بود و نه آن گونه که تصور می شد، تخت، چه؟ تصور وی این بود که جرم و انرژی جا-گاه را به شیوه ای که هنوز می بایست آن را تعیین نماید، خمیده می سازند. اشیائی مانند سیب و سیاره تلاش می کنند در جا-گاه در مسیر مستقیم حرکت نمایند، اما چنین می نماید که میدان گرانشی مسیر آن ها را خمیده می سازد، زیرا جا-گاه خمیده است.

اینشتاین با کمک دوست خود. مارسل گروسمان، نظریه فضاها و رویه های خمیده را مطالعه کرد که برنارد ریمان چونان بخشی از ریاضیات انتزاعی و بدون تصور این که به جهان واقعی ربطی داشته باشد، پدید آورده بود. در 1913، اینشتاین و گروسمان مقاله ای نوشتند و در آن این اندیشه را مطرح ساختند که ما نیروهای گرانشی را چونان نِمود این حقیقت می دانیم که جا-گاه خمیده است. اما به دلیل اشتباه اینشتاین (که انسان بود و جایزالخطا) نتوانستند معادلاتی را بیابند که انحنای جا-گاه را به جرم و انرژی درون آن مرتبط سازد.

اینشتاین در برلین، به دور از مسائل داخلی و عمدتاً فارغ از جنگ، به کار ادامه داد تا سرانجام در نوامبر 1915، معادلات صحیح را یافت. اینشتاین در بازدید از دانشگاه گوتینگن در تابستان 1915 در باره اندیشه های خود با دیوید هیلبرت ریاضیدان بحث کرده بود و هیلبرت، مستقل از اینشتاین و چند روز پیش از وی، همین معادلات را یافته بود. با این همه، همان گونه که هیلبرت اذعان نموده است، افتخار نظریه جدید از آن اینشتاین بود. اندیشه وی، مرتبط ساختن گرانش با خمیدگی جا-گاه بود. به لطف دولت متمدن آلمان در این دوره بود که این بحث ها و مبادلات علمی حتی در دوران جنگ، می توانست بدون دشواری ادامه داشته باشد. چه تضادی با بیست سال بعد!

نظریه جدید جا-گاه خمیده را نسبیت عام نامیدند تا آن را از نظریه اولیه بدون گرانش، که اکنون نظریه نسبیت خاص خوانده می شد، متمایز سازند. در سال 1919 که هیئت اعزامی انگلیسی به آفریقای غربی، در حین خورگرفت (کسوف)، جابجایی اندکی را در موضع ستارگان نزدیک خورشید رصد کردند، این نظریه به طرزی شگفت تأیید شد. همان گونه که اینشتاین پیشبینی نموده بود، نور این ستارگان با عبور از کنار خورشید، خمیده می شد. این شاهدی است مستقیم بر آن که فضا و زمان خمیده اند، یعنی بزرگترین تغییری که از زمانی که اقلیدس در حدود 300 پیش از میلاد مبانی خود را نوشت، در درک ما از عرصه ای که در آن زندگی می کنیم، پدید آمده است.

نظریه نسبیت عام اینشتاین، فضا و زمان را از زمینه منفعلی که رویدادها در آن روی می دهند به شرکت کنندگان فعالی در دینامیک کیهان تبدیل نمود. این، به مشکل بزرگی منتهی شد که در انتهای قرن بیستم، هنوز در پیشانی فیزیک قرار دارد. جهان سرشار از ماده است و ماده جا-گاه را چنان خمیده می سازد که اجسام به سوی یکدیگر سقوط می کنند. اینشتاین دریافت که معادلات وی برای توصیف جهانی که در طول زمان تغییر نمی کند، جوابی ندارند. به جای رها کردن جهان ایستا و جاوید، که در آن زمان وی و اغلب مردم دیگر بدان باور داشتنـــد، معادلات را با افزودن جمله ای به نام ثابت کیهانی تغییر داد که فضا را در جهت دیگر چنـــــان خمیده می ساخت که اجسام از هم دور شوند. اثر رانشی ثابت کیهانی، اثر کششی ماده را خنثی می نمود و جهانی را ممکن می ساخت که تا ابد به جای خود باقی است.

معلوم شد که این یکی از بزرگترین فرصت های از دست رفته فیزیک نظری بوده است. اگر اینشتاین به همان معادلات اصلی خود وفادار مانده بود، می توانست پیش بینی نماید که جهان باید یا در حال انقباض باشد یا در حال انبساط. تا دهه 1920، که رصدهایی با تلسکوپ 100 اینچی مونت ویلسون انجام گرفت، امکان جهان وابسته به زمان جدی گرفته نشد. این رصدها نشان دادند هرچه کهکشان ها از ما دورتر باشند، سریعتر دور می شوند. به عبارت دیگر، جهان در حال انبساط است و فاصله میان دو کهکشان با گذشت زمان به طرز یکنواخت افزایش می یابد[1]. اینشتاین، بعدها، ثابت کیهانی را بزرگترین اشتباه عمر خود خواند.

پس از جنگ جهانی دوم به متفقین اصرار کرد برای مهار بمب اتمی، حکومتی جهانی برقرار سازند. در سال 1952 ریاست جمهوری دولت جدید اسراییل به وی پیشنهاد شد، اما آن را نپذیرفت. زمانی نوشته بود «سیاست امری است لحظه ای در حالی که معادله به ابدیت تعلق دارد». بهترین گورنوشت و یادمان برای او، معادلات نسبیت عام است.

جهان در طول 100 سال گذشته بسیار بیش از هر قرن دیگری در طول تاریخ تغییر کرده است. دلیل این امر نه سیاسی است و نه اقتصادی، بلکه فناورانه است- فناوری هایی که مستقیماً از پیشرفت های علوم پایه سرچشمه گرفته اند. بدیهی است که برای این پیشرفت ها، نماینده ای بهتر از اینشتاین، مرد قرن مجله تایم، وجود ندارد.


کلمات کلیدی: فیزیک نوین


نوشته شده توسط مهدی 86/3/31:: 6:5 عصر     |     () نظر
  پس از اعلام خبر تعیین سرعت گرانش ، برخی از دانشمندان اعلام کردند که از روش استنتاج این روش اطمینان ندارند.

در شهریور گذشته دانشمندان با اندازه گیری انحراف نور کوازارهایی که در مسیر خود از اطراف مشتری رد شده بود اعلام کردند به کشف عمده ای دست یافته اند اما اکنون به نظر می رسد در ماهیت این کشف اختلاف نظر ایجاد شده است.

Sergei Kopeikin فیزیکدان دانشمند میسوری اعلام کرده بود که وی و همکارش با این اندازه گیری موفق به تعیین سرعت گرانش شده اند در حالیکه Clifford Will از دانشگاه واشنگتن معتقد است این کشف مربوط به یک مولفه مغناطیسی میدان گرانش موسوم به "Gravitiomagnetism" است.دانشمندان برای تعیین این اختلاف از یک آرایه برگ شامل 10 تلسکوپ رادیویی استفاده کرده و نتایج آن را با یک تلسکوپ رادیویی 100 متری ادغام کردند.مشتری در خلال حرکت خود در آسمان از فاصله تقریبی 7/3 درجه ای کوازار J0842+1835 گذشت نزدیکی این کوازار به مشتری (نسبت به خط دید ما) منجر به خمیدگی معادل 0000057/0 ثانیه قوس شد. در حال حاضر علی رغم حدسهای اولیه که این انحنا را مربوط به سرعت گرانش می دانست علت این انحراف نامشخص باقیمانده است. با وجود این دانشمندان معتقدند این تغییر به نوعی وابسته به میزان سرعت گرانش است. انیشتین در نظریه نسبیت خود سرعت گرانش را معادل سرعت نور می دانست و پیش از وی نیوتن معتقد بود که گرانش به شکل آنی اثر می کند.


کلمات کلیدی: اختر فیزیک


نوشته شده توسط مهدی 86/3/21:: 8:54 عصر     |     () نظر
  اکنون وظیفه ماست که ماهیت رابطه ذهنمان با طبیعت را چنان تمام و کمال درک کنیم که تغییر دیگرى، نظیر آنچه اینشتین در درک ما از این ماهیت به وجود آورد، براى همیشه غیرممکن باشد.

پرسى بریجمن- منطق فیزیک مدرن

در بررسى هاى تازه اى که درباره شکل گیرى مکاتب تجربه گراى نوین - نظیر پوزیتیویسم منطقى و عملیات گرایى- صورت پذیرفته است یک نکته واضح است: تجربه گرایان نوین بیش و پیش از آن که وامدار فلاسفه تجربه گراى پیش از خودشان باشند ملهم از نظریه هاى انقلابى علمى معاصر خود هستند. از نظر ایشان مکاتب فلسفى باید بتوانند نتایج ناشى از انقلابات علمى در فیزیک، شیمى، زیست شناسى، هندسه و منطق در پایان قرن نوزدهم و ابتداى قرن بیستم را هضم کنند. نمونه عالى این نتایج انقلابى نظریه نسبیت خاص و عام اینشتین است که درک فیزیکدانان و فلاسفه را از مفهوم فضا و زمان براى همیشه دستخوش تغییر کرد.

مکاتب فلسفه علم غالب در نیمه اول قرن بیستم که دغدغه به دست دادن معیار معنادارى براى تمییز گزاره هاى معنادار از بى معنا را داشتند معمولاً به مثال هاى اینشتین در مورد مفهوم همزمانى ارجاع مى دادند. فرض کنید کسى ادعا مى کند دو رویداد که از لحاظ مکانى دور از یکدیگر واقع شده اند به صورت همزمان رخ داده اند: مثلاً کسى ادعا مى کند که اولین خمیازه صبحگاهى رئیس جمهور ایران همزمان با یک سرفه عصرگاهى نخست وزیر ژاپن رخ داده است. این دو رویداد را به ترتیب رویداد ایران و رویداد ژاپن مى نامیم. همانطور که اینشتین به ما مى گوید براى تحقق این ادعا چند کار باید صورت پذیرد. اول به دو وسیله اندازه گیرى زمان احتیاج داریم که درون یک دستگاه زمانى واحد همزمان synchronized شده باشند. دو مشاهده گر باید لحظه وقوع رویداد ایران و رویداد ژاپن را ثبت کنند. سپس نتایج ثبت شده باید با یکدیگر مقایسه شوند؛ براى این کار باید یکى از مشاهده گرها نتیجه عمل اندازه گیرى خود را به دیگرى اعلام کند. در بهترین شرایط این انتقال اطلاعات حداکثر با سرعت نور میسر است. به این ترتیب مشخص مى شود که صحبت از همزمانى مطلق دو رویداد که در نقطه واحدى در جریان زمانى رخ داده باشند بى معناست. همه آنچه مى شود گفت همزمانى نسبى دو رویداد (درون یک دستگاه زمانى است) که محدودیت هاى ناشى از حد نهایى سرعت (نور) در آن دخیلند. تجربه گرایى نوین از مثال هایى نظیر این استفاده مى کردند تا نشان دهند همه محتواى تجربى یک گزاره آن است که بشود به صورت تجربى تحقیقش کرد. گزاره ها چیزى بیشتر از روش تحقیق تجربى شان نمى گویند.

از بین پوزیتیویست هاى منطقى موریتس شلیک بنیانگذار حلقه وین اولین کسى بود که به نتایج فلسفى نظریه نسبیت علاقه نشان داد. او در 1915مقاله اى منتشر کرد با عنوان «اهمیت فلسفى اصل نسبیت» که در آن ادعا کرده بود نه پوزیتیویسم ماخ و نه فلسفه نوکانتى کاسیرر نمى توانند حق نظریه نسبیت را ادا کنند و در نتیجه هر دو باید طرد شوند. ریشه هاى تفکر پوزیتیویست هاى منطقى را مى توان به راحتى در این کتاب یافت. از نظر آنان همه آنچه از فلسفه (علم) انتظار مى رود این است که تبعات منطقى/ مفهومى نظریه هاى علمى را بررسى کند.

از سوى دیگر استفاده از دستگاه هاى هندسى غیراقلیدسى در نظریه هاى اینشتین نیز باردیگر فلاسفه ریاضى را با سئوال «دستگاه هندسى درست کدام است؟» رو به رو کرد. این پرسشى است که کارنپ در تز دکترایش (1922) پى گرفت و باعث شد او بین هندسه تجربى/ مشاهدتى، هندسه قراردادى/ صورى و هندسه پیشینى/ شهودى تمایز قائل شود. از سوى دیگر مسئله سادگى (کدام نظریه ساده تر است؟ و چرا نظریه ساده تر بهتر است؟) از همین زمان به عنوان یکى از مسائل محورى فلسفه علم تجربه گرایان درآمد. براى تجربه گرایان منطقى صحبت از سادگى دستگاه هندسه اقلیدسى به خودى خود معنایى نداشت چون از این دستگاه پیش بینى تجربى در نمى آید. بحث سادگى آنجا مطرح مى شد که استفاده از دستگاه هاى هندسى غیراقلیدسى به صورتبندى ساده ترى از نظریه نسبیت عام- به مثابه یک ادعاى تجربى- مى انجامید و در نتیجه به انتخاب آنها توصیه مى شد.

از بین اعضاى حلقه وین اما شاید مهمترین کار درباره تبعات فلسفى نظریه نسبیت را فیزیکدان آلمانى هانس رایشنباخ انجام داده باشد. وى در دو کتاب مهمش «نظریه نسبیت و معرفت پیشینى» و «اصول بندى نظریه نسبیت» به بررسى توامان علمى و فلسفى این نظریه مى پردازد و ادعا مى کند مفهوم معرفت پیشینى که توسط کانتى ها ضرورى و جهانشمول فرض مى شود باید تغییر کند. رایشنباخ مفهوم معرفت پیشینى نسبى (نسبت به یک دستگاه مختصات) را پیش مى نهد که البته به دنبال انتقادات شلیک از این نگرش دست مى شوید.

نتیجتاً اینکه نظریه هاى نسبیت اینشتین هم در شکل گیرى آراى فلسفى تجربه گرایان نوین نقش داشته اند و هم به عنوان نظریه هاى غالب علمى موضوع بحث هاى فلسفه علمى ایشان بوده است.

کلمات کلیدی: هسته ای


نوشته شده توسط مهدی 86/3/21:: 8:24 عصر     |     () نظر
 مقدمه
علومی که از یونان باستان توسط اندیشمندان اسلامی محافظت و تکمیل شد، از قرون یازدهم میلادی به بعد به اروپا منتقل شد، بیشتر شامل ریاضی و فلسفه ی طبیعی بود. فلسفه ی طبیعی توسط کوپرنیک، برونو، کپلر و گالیله به چالش کشیده شد و از آن میان فیزیک نیوتنی بیرون آمد. چون کلیسا خود را مدافع فلسفه طبیعی یونان می دانست و کنکاش در آن با خطرات زیادی همراه بود، اندیشمندان کنجکاو بیشتر به ریاضیات می پرداختند، زیرا کلیسا نسبت به آن حساسیت نشان نمی داد. بنابراین ریاضیات نسبت به فیزیک از پیشرفت بیشتری برخوردار بود. یکی از شاخه های مهم ریاضیات هندسه بود که آن هم در هندسه ی اقلیدسی خلاصه می شد.

در هندسه ی اقلیدسی یکسری مفاهیم اولیه نظیر خط و نقطه تعریف شده بود و پنچ اصل را به عنوان بدیهیات پذیرفته بودند و سایر قضایا را با استفاده از این اصول استنتاج می کردند. اما اصل پنجم چندان بدیهی به نظر نمی رسید. بنابر اصل پنجم اقلیدس از یک نقطه خارج از یک خط، یک خط و تنها یک خط می توان موازی با خط مفروض رسم کرد. برخی از ریاضیدانان مدعی بودند که این اصل را می توان به عنوان یک قضیه ثابت کرد. در این راه بسیاری از ریاضیدانان تلاش زیادی کردند و نتیجه نگرفتند. خیام ضمن جستجوی راهی برای اثبات "اصل توازی" مبتکر مفهوم عمیقی در هندسه شد. در تلاش برای اثبات این اصل، خیام گزاره هایی را بیان کرد که کاملا مطابق گزاره هایی بود که چند قرن بعد توسط والیس و ساکری ریاضیدانان اروپایی بیان شد و راه را برای ظهور هندسه های نااقلیدسی در قرن نوزدهم هموار کرد. سرانجام و پس از دو هزار سال اصولی متفاوت با آن بیان کردند و هندسه های نااقلیدسی شکل گرفت. بدین ترتیب علاوه بر فلسفه ی طبیعی ریاضیات نیز از انحصار یونانی خارج و در مسیری جدید قرار گرفت و آزاد اندیشی در ریاضیات آغاز گردید.

1-5 اصطلاحات بنیادی ریاضیات

طی قرنهای متمادی ریاضیدانان اشیاء و موضوع های مورد مطلعه ی خود از قبیل نقطه و خط و عدد را همچون کمیت هایی در نظر می گرفتند که در نفس خویش وجود دارند. این موجودات همواره همه ی کوششهای را که برای تعریف و توصیف شایسته ی آنان انجام می شد را با شکست مواجه می ساختند. بتدریج این نکته بر ریاضیدانان قرن نوزدهم آشکار گردید که تعیین مفهوم این موجودات نمی تواند در داخل ریاضیات معنایی داشته باشد. حتی اگر اصولاً دارای معنایی باشند.

بنابراین، اینکه اعداد، نقطه و خط در واقع چه هستند در علوم ریاضی نه قابل بحث است و نه احتیاجی به این بحث هست. یک وقت براتراند راسل گفته بود که ریاضیات موضوعی است که در آن نه می دانیم از چه سخن می گوییم و نه می دانیم آنچه که می گوییم درست است.

دلیل آن این است که برخی از اصطلاحات اولیه نظیر نقطه، خط و صفحه تعریف نشده اند و ممکن است به جای آنها اصطلاحات دیگری بگذاریم بی آنکه در درستی نتایج تاثیری داشته باشد. مثلاً می توانیم به جای آنکه بگوییم دو نقطه فقط یک خط را مشخص می کند، می توانیم بگوییم دو آلفا یک بتا را مشخص می کند. با وجود تغییری که در اصطلاحات دادیم، باز هم اثبات همه ی قضایای ما معتبر خواهد ماند، زیرا که دلیل های درست به شکل نمودار بسته نیستند، بلکه فقط به اصول موضوع که وضع شده اند و قواعد منطق بستگی دارند.

بنابراین، ریاضیات تمرینی است کاملاً صوری برای استخراج برخی نتایج از بعضی مقدمات صوری. ریاضیات احکامی می سازند به صورت هرگاه چنین باشد، آنگاه چنان خواهد شد و اساساً در آن صحبتی از معنی فرضها یا راست بودن آنها نیست. این دیدگاه (صوریگرایی) با عقیده ی کهن تری که ریاضیات را حقیقت محض می پنداشت و کشف هندسه های نااقلیدسی بنای آن را درهم ریخت، جدایی اساسی دارد. این کشف اثر آزادی بخشی بر ریاضیدانان داشت.

2-5 اشکالات وارد بر هندسه اقلیدسی

هندسه ی اقلیدسی بر اساس پنچ اصل موضوع زیر شکل گرفت:

اصل اول - از هر نقطه می توان خط مستقیمی به هر نقطه ی دیگر کشید.

اصل دوم - هر پاره خط مستقیم را می توان روی همان خط به طور نامحدود امتداد داد.

اصل سوم - می توان دایره ای با هر نقطه دلخواه به عنوان مرکز آن و با شعاعی مساوی هر پاره خط رسم کرد.

اصل چهارم - همه ی زوایای قائمه با هم مساوی اند.

اصل پنجم - از یک نقطه خارج یک خط، یک خط و و تنها یک خط می توان موازی با خط مفروض رسم کرد.

اصل پنجم اقلیدس که ایجاز سایر اصول را نداشت، به هیچوجه واجد صفت بدیهی نبود. در واقع این اصل بیشتر به یک قضیه شباهت داشت تا به یک اصل. بنابراین طبیعی بود که لزوم واقعی آن به عنوان یک اصل مورد سئوال قرار گیرد. زیرا چنین تصور می شد که شاید بتوان آن را به عنوان یک قضیه نه اصل از سایر اصول استخراج کرد، یا حداقل به جای آن می توان معادل قابل قبول تری قرار داد.

در طول تاریخ ریاضیدانان بسیاری از جمله، خواجه نصیرالدین طوسی، جان والیس، لژاندر، فورکوش بویوئی و ... تلاش کردند اصل پنجم اقلیدس را با استفاده از سایر اصول نتیجه بگیرنر و آن را به عنوان یک قضیه اثبات کنند. اما تمام تلاشها بی نتیجه بود و در اثبات دچار خطا می شدند و به نوعی همین اصل را در اثباط خود به کار می بردند. دلامبر این وضع را افتضاح هندسه نامید.

یانوش بویوئی یکی از ریاضیدانان جوانی بود که در این را تلاش می کرد. پدر وی نیز ریاضیدانی بود که سالها در این این مسیر تلاش کرده بود .

و طی نامه ای به پسرش نوشت: تو دیگر نباید برای گام نهادن در راه توازی ها تلاش کنی، من پیچ و خم این راه را از اول تا آخر می شناسم. این شب بی پایان همه روشنایی و شادمانی زندگی مرا به کام نابودی فرو برده است، التماس می کنم دانش موازیها را رها کنی.

ولی یانوش جوان از اخطار پدیر نهرسید، زیرا که اندیشه ی کاملاً تازه ای را در سر می پروراند. او فرض کرد نقیض اصل توازی اقلیدس، حکم بی معنی ای نیست. وی در سال 1823 پدرش را محرمانه در جریان کشف خود قرار داد و در سال 1831 اکتشافات خود را به صورت ضمیمه در کتاب تنتامن پدرش منتشر کرد و نسخه ای از آن را برای گائوس فرستاد. بعد معلوم شد که گائوس خود مستقلاً آن را کشف کرده است.

بعدها مشخص شد که لباچفسکی در سال 1829 کشفیات خود را در باره هندسه نااقلیدسی در بولتن کازان، دو سال قبل از بوئی منتشر کرده است. و بدین ترتیب کشف هندسه های نااقلیدسی به نام بویوئی و لباچفسکی ثبت گردید.

3-5 هندسه های نا اقلیدسی

اساساً هندسه نااقلیدسی چیست؟ هر هندسه ای غیر از اقلیدسی را نا اقلیدسی می نامند. از این گونه هندسه ها تا به حال زیاد شناخته شده است. اختلاف بین هندسه های نا اقلیدسی و اقلیدسی تنها در اصل توازی است. در هندسه اقلیدسی به ازای هر خط و هر نقطه نا واقع بر آن یک خط می توان موازی با آن رسم کرد.

نقیض این اصل را به دو صورت می توان در نظر گرفت. تعداد خطوط موازی که از یک نقطه نا واقع بر آن، می توان رسم کرد، بیش از یکی است. و یا اصلاً خطوط موازی وجود ندارند. با توجه به این دو نقیض، هندسه های نا اقلیدسی را می توان به دو گروه تقسیم کرد.

یک - هندسه های هذلولوی

هندسه های هذلولوی توسط بویوئی و لباچفسکی بطور مستقل و همزمان کشف گردید.

اصل توازی هندسه هذلولوی - از یک خط و یک نقطه ی نا واقع بر آن دست کم دو خط موازی با خط مفروض می توان رسم کرد.

دو - هندسه های بیضوی

در سال 1854 فریدریش برنهارد ریمان نشان داد که اگر نامتناهی بودن خط مستقیم کنار گذاشته شود و صرفاً بی کرانگی آن مورد پذیرش واقع شود، آنگاه با چند جرح و تعدیل جزئی اصول موضوعه دیگر، هندسه سازگار نااقلیدسی دیگری را می توان به دست آورد. پس از این تغییرات اصل توازی هندسه بیضوی بصورت زیر ارائه گردید.

اصل توازی هندسه بیضوی - از یک نقطه ناواقع بر یک خط نمی توان خطی به موازات خط مفروض رسم کرد.

یعنی در هندسه بیضوی، خطوط موازی وجود ندارد. با تجسم سطح یک کره می توان سطحی شبیه سطح بیضوی در نظر گرفت. این سطح کروی را مشابه یک صفحه در نظر می گیرند. در اینجا خطوط با دایره های عظمیه کره نمایش داده می شوند. بنابراین خط ژئودزیک یا مساحتی در هندسه بیضوی بخشی از یک دایره عظیمه است.

در هندسه بیضوی مجموع زوایای یک مثلث بیشتر از 180 درجه است. در هندسه بیضوی با حرکت از یک نقطه و پیمودن یک خط مستقیم در آن صفحه، می توان به نقطه ی اول باز گشت. همچنین می توان دید که در هندسه بیضوی نسبت محیط یک دایره به قطر آن همواره کمتر از عدد پی است.

4-5 انحنای سطح یا انحنای گائوسی

اگر خط را راست فرض کنیم نه خمیده، چنانچه ناگزیر باشیم یک انحنای عددی k به خطی نسبت دهیم برای خط راست خواهیم داشت k=o انحنای یک دایره به شعاع r برابر است با k=1/r.

تعریف می کنند. همچنین منحنی هموار، منحنی ای است که مماس بر هر نقطه اش به بطور پیوسته تغییر کند. به عبارت دیگر منحنی هموار یعنی در تمام نقاطش مشتق پذیر باشد.

برای به دست آوردن انحنای یک منحنی در یک نقطه، دایره بوسان آنرا در آن نقطه رسم کرده، انحنای منحنی در آن نقطه برابر با انحنای دایره ی بوسان در آن نقطه است. دایره بوسان در یک نقطه از منحنی، دایره ای است که در آن نقطه با منحنی بیشترین تماس را دارد. توجه شود که برای خط راست شعاع دایره بوسان آن در هر نقطه واقع بر آن بینهایت است.

برای تعیین انحنای یک سطح در یک نقطه، دو خط متقاطع مساحتی در دو جهت اصلی در آن نقطه انتخاب کرده و انحنای این دو خط را در آن نقاط تعیین می کنیم. فرض کنیم انحنای این دو خط

k1=1/R1 and k2=1/R2

باشند. آنگاه انحنای سطح در آن نقطه برابر است با حاصلضرب این دو انحنا، یعنی :

k=1/R1R2

انحنای صفحه ی اقلیدسی صفر است. همچنین انحنای استوانه صفر است:

k=o

برای سطح هذلولوی همواره انحنای سطح منفی است :

k

برای سطح بیضوی همواره انحنا مثبت است :

k>o

در جدول زیر هر سه هندسه ها با یکدیگر مقایسه شده اند:


نوع هندسه
تعداد خطوط موازی
مجموع زوایای مثللث
نسبت محیط به قطر دایره
اندازه انحنا
اقلیدسی
یک
180
عدد پی
صفر
هذلولوی
بینهایت
< 180
> عدد پی
منفی
بیضوی
صفر
> 180
< عدد پی
مثبت



4-6 مفهوم و درک شهودی انحنای فضا

سئوال اساسی این است که کدام یک از این هندسه های اقلیدسی یا نا اقلیدسی درست است؟

پاسخ صریح و روشن این است که باید انحنای یک سطح را تعیین کنیم تا مشخص شود کدام یک درست است. بهترین دانشی کا می تواند در شناخت نوع هندسه ی یک سطح مورد استفاده و استناد قرار گیرد، فیزیک است. یک صفحه ی کاغذ بردارید و در روی آن دو خط متقاطع رسم کنید. سپس انحنای این خطوط را در آن نقطه تعیین کرده و با توجه به تعریف انحنای سطح حاصلضرب آن را به دست می آوریم. اگر مقدار انحنا برابر صفر شد، صفحه اقلیدسی است، اگر منفی شد می گوییم صفحه هذلولوی است و در صورتی که مثبت شود، ادعا می کنیم که صفحه بیضوی است .

در کارهای معمولی مهندسی نظیر ایجاد ساختمان یا ساختن یک سد بر روی رودخانه، انحنای سطح مورد نظر برابر صفر است، به همین دلیل در طول تلریخ مهندسین همواره از هندسه اقلیدسی استفاده کرده اند و با هیچگونه مشکلی هم مواجه نشدند. یا برای نقشه برداری از سطح یک کشور اصول هندسه ی اقلیدسی را بکار می برند و فراز و نشیب نقاط مختلف آن را مشخص می کنند. در این محاسبات ما می توانیم از خطکش هایی که در آزمایشگاه یا کارخانه ها ساخته می شود، استفاده کنیم. حال سئوال این است که اگر خطکش مورد استفاده ی ما تحت تاثیر شرایط محیطی قرار بگیرد چه باید کرد؟ اما می دانیم از هر ماده ای که برای ساختن خطکش استفاده کنیم، شرایط فیزیکی محیط بر روی آن اثر می گذارد. البته با توجه با تاثیر محیط بر روی خطکش ما تلاش می کنیم از بهترین ماده ی ممکن استفاده کنیم. بهمین دلیل چوب از لاستیک بهتر است و آهن بهتر از چوب است.

اما برای مصافتهای دور نظیر فواصل نجومی از چه خطکشی (متری) می توانیم استفاده کنیم؟ طبیعی است که در اینجا هیچ خطکشی وجود ندارد که بتوانیم با استفاده از آن فاصله ی بین زمین و ماه یا ستارگان را اندازه بگیریم. بنابراین باید به سایر امکاناتی توجه کنیم که در عمل قابل استفاده است. اما در اینجا چه امکاناتی داریم؟ بهترین ابزار شناخته شده امواج الکترومغناطیسی است. اگر مسیر نور در فضا خط مستقیم باشد، در اینصورت با جرت می توانیم ادعا کنیم که فضا اقلیدسی است. برای پی بردن به نوع انحنای فضا باید مسیر پرتو نوری را مورد بررسی قرار دهیم .

اما تجربه نشان می دهد که مسیر نور هنگام عبور از کنار ماده یعنی زمانی که از یک میدان گرانشی عبور می کند، خط مستقیم نیست، بلکه منحنی است. بنابراین فضای اطراف اجسام اقلیدسی نیست. به عبارت دیگر ساختار هندسی فضا نااقلیدسی است.



کلمات کلیدی: فیزیک نوین


نوشته شده توسط مهدی 86/3/19:: 7:5 عصر     |     () نظر
 A Theory for Everythings
سالهای متمادی است که بحث تئوری همه چیز در فیزیک مطرح شده است. منظور از این تئوری چیست؟ یک تئوری برای همه چیز به چه سئوالاتی باید پاسخ دهد؟

اجازه دهید بحث را با سخنان هاوکینگ دنبال کنیم. هاوکینگ می گوید.

نظریه نسبیت عام اینشتین نظریه‌ای در باره جرم‌های آسمانی بزرگ مثل ستارگان، سیارات و کهکشان‌هاست که برای توضیح گرانش در این سطوح بسیار خوب است.

مکانیک کوانتومی نظریه‌ای است که نیروهای طبیعت را مانند پیام‌هایی می‌داند که بین فرمیون‌ها (ذرات ماده) رد و بدل می‌شوند. مکانیک کوانتومی در توضیح اشیاء، در سطوح بسیار ریز خیلی موفق بوده بوده است.

یک راه برای ترکیب این دو نظریه بزرگ قرن بیستم در یک نظریه واحد آن است که گرانش را همانطور که در مورد نیروهای دیگر با موفقیت به آن عمل می‌کنیم، مانند پیام ذرات در نظر بگیریم. یک راه دیگر بازنگری نظریه نسبیت عام اینشتین در پرتو نظریه عدم قطعیت است.

با توجه به سخنان هاوکینگ دو نظریه مهم فیزیک و مکانیک کوانتوم، هریک به تنهایی خوب عمل می کنند، اما با یکدیگر ناسازگارند. بنابراین مسئله اصلی این است که راهی بیابیم تا این دو نظریه را با یکدیگر ترکیب کنیم.

برای ترکیب این دو نظریه تلاشهای زیادی انجام شده است که به چند مورد آنها اشاره می کنیم:

ابر گرانش

همه ی مواد موجود در طبیعت از دو نوع ذره ی بنیادی به نام فرمیون ها و بوزن ها تشکیل شده اند. تفاوت فرمیون ها و بوزن ها در اسپین آنها می باشد به طوری که اسپن فرمیون ها نیمه درست و اسپین بوزن ها عددی درست است. همه ی انواع ذرات دست کم از دو خاصیت ذاتی جرم و اسپین برخوردارند. جرم خاصیتی آشنا برای تمام مواد است که به همان صورتی که برای اجسام بزرگ مقیاس در نظر گرفته می شود ، در مورد کوچک ترین اجزا تشکیل دهنده ی ماده نیز کاربرد دارد . اسپین خاصیت ظریف تری است که در اجسام بزرگ مقیاس به سادگی قابل شناسایی نیست . اسپین ، در واقع ، خاصیتی است که در قرن بیستم کشف شد تا رفتار بی هنجار الکترون ها را در میدان مغناطیسی توضیح دهد.

هر تقارنی که در جست و جوی ارتباط میان فرمیون ها و بوزون ها ، یعنی ذراتی با اسپین های متفاوت ، باشد ابَرَتقارن نامیده می شود. و اما ابَرَگرانش ، نظریه ای پیشنهادی در فیزیک بنیادی است که ابرتقارن و گرانش را در هم می آمیزد. اولین نظریه ی ابرگرانش توسط سه فیزیکدان در سال 1976 فرمول بندی شد.

ابر ریسمان

در مطالعات و بررسی های مرسوم در فیزیک کوانتومی نسبیتی ، ذرات بنیادی را به صورت نقاط ریاضی و بدون گستردگی فضایی در نظر میگیریم. این رهیافت موفقیت های بسیار چشمگیری داشته است ، ولی در انرژی های خیلی خیلی زیاد یا فاصله های بسیار بسیار کوتاه که بزرگی میدان گرانشی با بزرگی نیروهای هسته ای و الکترو مغناطیسی قابل مقایسه می شود این رهیافت با شکست رو به رو می شود. در سال 1974 ژوئل شرک و جان شوارتز به منظور غلبه بر این مشکل توصیف وحدت یافته ای از ذرات بنیادی را بر اساس منحنی های یک بعدی بنیادی به نام ریسمان مطرح کردند . به نظر میرسد که نظریه های ریسمان از هر نوع ناسازگاری که در تمام تلاش های قبلی دست یابی به نظریه ای وحدت یافته برای توصیف گرانش و سایر نیرو ها ایجاد مزاحمت کرده است ، مبراست . نظریه ابرریسمان که در آنها از نوع خاصی تقارن به نام ابرتقارن ، بهره گیری می شود ، بیشترین امیدواری را برای ارائه ی نتایج واقع بینانه پدید آورده اند.

بوزون هگز

در دهه های اخیر فیزیکدانان یک مدل تحت عنوان مدل استاندارد را ارائه کردند تا یک چوب بست نظری برای فهم ذرات بنیادی و نیروهای طبیعت فراهم آورند. مهمترین ذره در این مدل، یک ذره ی فرضی موجود در همه ی میدانهای کوانتومی است که نشان می دهد سایر ذرات چگونه جرم به دست می آورند. در واقع این میدان پاسخ می دهد که همه ی ذرات در حالت کلی چگونه جرم به دست می آورند. این میدان، میدان هگز Higgs field خوانده می شود. نتیجه ی منطقی دوگانگی موجو - ذره این است که همه ی میدانهای کوانتومی دارای یک ذره ی بنیادی باشند که با میدان در آمیخته است. این ذره که با همه ی میدانها در آمیخته و موجب کسب جرم توسط سایر ذرات می شود، هگز بوزون Higgs boson نامیده می شود.

جمع بندی

حال مطلب بالا را جمع بندی می کنیم:

یک - نسبیت عام باید مکانیک کوانتوم ترکیب شود تا مشکلات موجود در فیزیک نظری بر طرف گردد. طبق نسبیت عام مسیر نور در میدان گرانشی خمیده است که آن را تحت عنوان فضا - زمان مطرح می کنند. مکانیک کوانتوم به ویژگیها و رفتار ذرات زیر اتمی می پردازد و با کوانتومها یا کمیتهای گسسته سروکار دارد. در حالیکه در نسبیت عام فضا - زمان پیوسته است.

دو - باید ارتباط بین فرمیونها و بوزونها توضیح داده شود. همجنانکه می دانیم فرمیونها شامل ذراتی نظیر الکترونها و پروتونها هستند که دارای اسپین نادرست می باشند و بوزونها دارای اسپین درست هستند.

سه - هگز بوزونها باید توضیح داده شوند، یعنی اینکه ذرات چگونه جرم به دست می آورند. با توجه به رابطه جرم - انرژی می دانیم هرگاه ذره ای در یک میدان شتاب بگیرد، انرژی و در نتیجه جرم آن افزایش می یابد. بنابراین مسئله این است که این پدیده یعنی افزایش جرم را چگونه می توان توجیه کرد؟

راه حل

برای رسیدن به یک راه حل اساسی که بتواند مشکلات عمده ی فیزیک معاصر را بر طرف سازد، راه های مختلفی وجود که به نتایج متفاوت و گاهی ناسازگار می انجامد. نظریه های مختلفی که در این زمینه مطرح شده اند، بخوبی نشان می دهند که نگرش بانیان آنها بر اساس دو گانگی بین بوزونها و فرمیونها شکل گرفته است. سئوال اساسی این است که آیا حقیقتاً بوزون و فرمیون دو موجود کاملاً متفاوت از یکدیگرند؟ در نظریه ریسمانها، ریسمان به عنوان یک بسته فوق العاده کوچک انرژی تلقی می شود و که با پیوستن آنها به یکدیگر و با ارتعاشات مختلف آنها سایر ذرات نمود پیدا می کنند. در نظریه هگر بوزون به دنبال ذره ای هستند که موجب ایجاد یا افزایش جرم می شود. اگر این مسئله ی هگز بوزون را با دقت بیشتری بررسی کنیم شاید بتوانیم به نتایج جالب توجه تری برسیم.

اجازه بدهید تصورات خود را از بوزون و فرمیون یا به عبارت دیگر از جرم - انرژی و نیرو تغییر دهیم. در فیزیک مدرن جرم و انرژی دو تلقی مختلف از یک کمیت واحد هستند. جرم هر ذره را می توان با محتویات انرژی آن اندازه گرفت و همچنین انرژی یک ذره را می توان با جرم آن هم ارز دانست. لذا در فیزیک معاصر ما با دو کمیت بیشتر سروکار نداریم، انرژی و نیرو.

اگر رابطه ی نیرو و انرژی را با دید متفاوتی مورد بحث قرار دهیم، می توانیم به نتایج جالب توجهی برسیم. نیرو به عنوان انرژی در واحد طول مطرح می شود که برای آن رابطهی زیر داده شده است:

F=-dU/dx => du= - Fdx

حال ذره ای را در نظر بگیرید که انرژی آن در حال تغییر است. این تغییرات را از دو جهت می توان مورد توجه قرار داد. یکی از جهت افزایش و دیگری از جهت کاهش. از نظر افزایش نسبیت برای آن محدودیتی قائل نشده است و طبق رابطه ی جرم نسبیتی، جرم آن بینهایت قابل افزایش است. اما از جهت کاهش طبیعت خود برای آن محدودیت قائل شده و آن این است که تمام ذره تمام انرژی خود یا به عبارت دیگر، جرم - انرژی خود را از دست بدهد.

ذره ای را در نظر بگیرید که در یک میدان دارای شتاب منفی است. اگر فاصله به اندازه ی کافی بزرگ و میدان بسیار قوی باشد، آیا انرژی آن به صفر خواهد رسید؟ چنین آزمایشی برای اجسام مثلاً یک فطعه فلز چندان قابل تصور نیست، اما برای یک کوانتوم انرژی( فوتون) به خوبی قابل درک است. زیرا در نسبیت فوتون نمی تواند از یک سیاه چاله بگریزد. این پدیده را چگونه می توان توجیه کرد؟ یکبار دیگر به رابطه نیرو - انرژی بر گردیم.

F=-dU/dx => du= - Fdx

در رابطه ی بالا انرزِ و فاصله تغییر می کنند، اما نیرو ثابت است. اگر نیرو یعنی F یک کمیت ثابت و تغییر ناپذیر است، چگونه می توان هگز بوزون را توجیه کرد؟ یعنی واقعاً این کاهش یا افزایش جرم چگونه امکان پذیر است. متاسفانه این دیدگاه از مکانیک کلاسیک به نسبیت تسری یافت و هیچگونه بخثی در این زمینه مطرح نشد. اگر بخواهیم با همان نگرش کلاسیکی مشکلات فیزیک و ناسازگاری نسبیت و مکانیک کوانتوم را بر طرف سازیم، راه به جایی نخواهیم برد، همچنانکه تا به حال این چنین بوده است.

اشکال بعدی که مانع رسیدن به یک نتیجه ی قابل توجه می شود این است فیزیکدانان به مشکلات به گونه ای پراکنده برخورد می کنند. هگز بوزون مسیر خود را می پیماید، مکانیک کوانتوم می خواهد مشکلات فیزیک را در چاچوب قوانین کوانتومی حل کند، و مهمتر از همه اینکه مکانیک کلاسیک تقریباً به فراموشی سپرده شده است. همه اینها هر کدام نگرشی خاص به جهان دارند و عمومیت ندارند. در حالیکه طبیعت یگانه است و قانون نیز بایستی از یک وحدت برخوردار باشد که هست. ترکیب مکانیک کوانتوم و نسبیت زمانی امکان پذیر است که نگرش هگز بوزون همراه با مکانیک کلاسیک نیز در این ترکیب منظور گردد .

هر کدام از این تئوری ها قسمتی از قوانین حاکم بر طبیعت را نشان می دهند. اگر در یک نگرش همه جانبه این قسمتهای مختلف را که با تجربه تایید شده اند توام در نظر بگیریم می توانیم به یک فیزیک یا یک نظریه برای همه چیز برسیم .

از کجا شروع کنیم؟

1 - با روند تکامل نظریه ها پیش می رویم. نخست مکانیک کلاسیک را در نظر می گیریم و به مورد خاص آن قانون دوم نیوتن توجه می کنیم، این قانون را با جرم نسبیتی یعنی

m=m0/(1-v2/ c2)1/2 , E=mc2

و نظریه هگز بوزون می توان ترکیب کرد. اگر ذره/جسمی تحت تاثیر نیرو جرمش تغییر می کند، این تغییر جرم ناشی از این است که بوزون (نیرو) تبذیل به انرژی می شود. البته این روند جهت معکوس نیز دارد، یعنی در روند عکس با کاهش سرعت، انرژی به نیرو یا بوزون تبدیل می شود.

2 - در مورد قضیه کار انرژی

W=DE

برخوردی دوگانه وجود دارد. قسمت کار آن را با مکانیک کوانتوم مد نظر قرار می دهند و کار را کمیتی پیوسته در نظر می گیرند، در حالیکه با انرژی آن برخوردی کوانتومی دارند. در واقع بایستی هر دو طرف رابطه را با دید کوانتومی در نظر گرفت. در این مورد مثالهای زیادی می توان ارائه داد که با این برخورد دوگانه در تناقض قرار خواهد گرفت. اگر این مورد را بکار بندیم مشکل ارتباط فرمیونها و بوزونها بر طرف خواهد شد. این مورد مکمل قسمت پیشین است و حرف تازه ای نیست.

3 - اگر بپذیریم که کار کوانتومی است، الزاماً به این نتیجه خواهیم رسید که نیرو بطور کلی و از جمله گرانش نیز کوانتومی است. مفهوم صریح و در عین حال ساده آن این است که فضا - زمان کوانتومی است. با نگرش کوانتومی به گرانش یا به تعبیر نسبیت فضا - زمان، مکانیک کوانتوم و نسبیت با یکدیگر ترکیب خواهند شد. تنها موردی که در این جا باید متذکر شد این است که کوانتومی بودن فضا - زمان می تواند انحنای آن را نیز نتیجه دهد.

کلمات کلیدی: فیزیک نوین


نوشته شده توسط مهدی 86/3/19:: 7:5 عصر     |     () نظر
<      1   2   3   4   5   >>   >