کشف پرتو زایی عناصر پرتو زا (رادیو اکتیو)

دید کلی:

توریم و اورانیوم و بعضی از عناصر دیگر بدون هیچ اثر خارجی (یعنی به سبب عوامل داخلی) پیوسته تابش مرئی گسیل می دارند. این تابش مانند اشعه ایکس به درون حائل های کدر نفوذ می کند. و روی فیلمهای عکاسی اثر می گذارد. و اثر یونشی به وجود می آورد.

ویژگی گسیل خود به خودی چنین تابش به پرتوزایی معروف است به عناصر دارای این ویژگی عناصر رادیو اکتیو می گویند و تابشی که این عناصر گسیل می دارند تابش پرتوزایی «تشعشع هسته ای) نامیده می شود. خاصیت پرتوزایی اورانیم را در سال 1896 آنتوان هانری بکرل فیزیکدان فرانسوی کشف کرد. پرتوزایی اندکی پس از کشف اشعه ایکس کشف شد.

عناصر رادیو اکتیو محصول آزمایشات اولیه:

گسیل پرتوهای ایکس اولین بار در بمباران دیواره های شیشه ای لامپ تخلیه گازی با پرتوی کاتدی کشف شد. موثرترین نتیجه این بمباران تابانی شدید شیشه به رنگ سبز یعنی لیانی است. از اینجا معلوم می شود پرتوهای ایکس حاصل لیانی است و با هر لیانی همراهند، از جمله موردی که با نور برانگیخته شود.

بکرل این فرض را از راه آزمایش تحقیق کرد او مواد لیان را در معرض نور قرار داد و آن گاه این مواد را کنار فیلم عکاسی که در لفاف سیاه پیچیده شده بود، قرارداد. پس از ظاهر کردن فیلم عکاسی گسیل تابش نفوذی را از روی سیاه شدن فیلم آشکار ساخت.
از میان تمام مواد لیان که توسط بکرل مورد آزمایش قرارگرفت فقط نمکهای اورانیوم صفحه عکاسی را سیاه کردند.

با وجود این معلوم شد که نمونه ای که قبلا در معرض تابش نور شدید قرارگرفته باشد به همان اندازه نمونه ای که برانگیخته نشده باشد، صفحه عکاسی را سیاه می کند. از این مشاهده چنین استنباط می شود که گسیل تابش توسط نمک اورانیم به لیانی مربوط نیست و به اثرهای خارجی بستگی ندارد. این نتیجه با آزمایش هایی که با ترکیبهای محتوی غیر لیان که همه تابش نفوذ کننده گسیل می دارند انجام شد و مورد تایید قرارگرفت.

بعد از کشف خاصیت پرتوزایی اورانیوم توسط بکرل ، ماری کوری فیزیکدان فرانسوی متولد لهستان که بیشترین تحقیقات خود را همراه با شوهرش پیر کوری انجام داد بیشتر عناصر شناخته شده و خیلی از ترکیبها را مورد بررسی قرارداد. تا ببیند که آیا آنها خاصیت پرتوزایی دارند یا خیر. ماری کوری در آزمایشهایش یونش هوا را به عنوان شاخص خاصیت پرتوزایی مواد پرتو زا به کار می برد. این روش خیلی حساستر از روش مبتنی بر تاثیر روی صفحه عکاسی است. آزمایشهای ماری کوری به نتایج زیرمنتهی شد.

پرتوزایی نه فقط در اورانیوم بلکه در همه ترکیبات شیمیایی آن مشاهده می شود. افزون بر آن خواص پرتوزایی در مورد توریم و همه ترکیبات شیمیایی آن نیز وجوددارد.

• پرتوزایی نمونه ای از هر ترکیب شیمیایی اورانیوم و توریم برابر است با پرتوزایی اورانیم و توریم خالص موجود در آن ترکیب نتیجه اخیر نشان می دهد که خواص مولکول موجود در عنصر پرتوزا روی خاصیت پرتوزایی موثرنیست. بنابر این پرتوزایی خاصیت ذاتی اتمهای عنصرپرتو زا است نه پدیده مولکولی.

• علاوه بر عناصر خالص و ترکیبات آنها ماری کوری تعدادی از سنگهای معدنی را نیز بررسی کرد. و معلوم شد که پرتوزایی کانیها از حضور اورانیم و توریم در آنها ناشی می شود با وجود این خاصیت پرتوزایی بعضی از کانیها به طور غیر قابل انتظار خیلی بالاست. برای مثال پیچ بلند چهار برابر مقدار اورانیم موجود در خود یونش نشان می دهد.

• پرتوزایی بالای پیچ بلند را فقط می شد به عنصر پرتوزای ناشناخته موجود در این مقدار کم نسبت داد که تحلیل شیمیایی نتوانسته بود وجود آن را آشکار سازد. به رغم مقدار کم آن شار تابشی که این عنصرگسیل می کرد، قویتر از اورانیم موجود در یک مقدار بزرگتر بود.
  
  بنابراین پرتوزایی این عنصر باید چند برابر شدیدتر از پرتوزایی اوارنیم باشد. در نتیجه این ملاحظات ، پیر و ماری کوری کوشش کردند این عنصر فرضی را به طور شیمیایی از پیچ بلند جدا کنند. پرتوزایی به ازای واحد جرم محصول نهایی نشانه ای از توفیق در عملیات شیمیایی بود. این مقدار باید با افزایش مقدار عنصر جدید در محصول نهایی افزایش می یافت.
  
  پس از سالها کار سخت آنها سرانجام توفیق یافتند چند دهم از عنصرخالص به دست آورند که خاصیت پرتوزایی آن بیش از میلیون برابر اورانیوم بود. این عنصر به رادیوم یعنی تابان معروف است.

عنصر رادیو اکتیو رادیوم:

رادیم بنا به خواص شیمیایی آن یک فلز قلیایی خاکی است. برای جرم اتمی آن عدد 226 به دست آمد با توجه به خواص شیمیایی و جرم رادیوم در خانه خالی 88 جدول تناوبی قرارداده شد.

• در سنگهای معدنی اورانیم همیشه رادیوم به مقدار خیلی کم وجود دارد (حدود 1 گرم رادیوم در 3 تن اورانیوم). به این سبب استخراج رادیوم فرایند پرزحمتی است.

• رادیوم یکی از فلزات کمیاب و بسیار گرانبهاست. و به عنوان چشمه متمرکز تابش پرتوزا ارزش زیادی دارد.

سایر عناصر رادیواکتیو:

تحقیقات بعدی که توسط کوریها و دیگر دانشمندان انجام گرفت شمار عناصر پرتوزای شناخته شده را به مقدار زیادی افزایش داده است. معلوم شده است که تمام عناصری که عدد اتمی آنها بیش از 83 باشد، پرتوزا هستند. معمولا این عناصر را به مقدار کم از آمیزه های اورانیوم ، رادیوم و توریم به دست آوردند.

ایزوتوپهای پرتوزای تالیم ، سرب و بیسموت نیز از طریق مشابه پیدا شدند. باید توجه داشت که فقط ایزوتوپهای کمیاب این عناصر که با اورانیم ، رادیم و توریم آمیخته باشند، پرتوزا هستند. تالیم ، سرب و بیسموت معمولی پرتوزا نیستند. افزون برعناصر آخر جدول تناوبی ، معلوم شده است که ساماریوم ، سزیم و روبیدیوم نیز پرتوزا هستند. پرتوزایی این عناصر ضعیف و با زحمت آشکارسازی می شود.

کشف مواد رادیواکتیو طبیعی:

در اواخر قرن 19 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 .

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 1919 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 17 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 1934 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 3.25 دقیقه است.

واکنش های هسته ای مصنوعی :

فسفر حاصل از واکنش آلومینیوم 27 با هلیوم 4 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.

Protactinium - Uranium - Neptunium Nd U        جدول کامل عمومی نام, علامت اختصاری, شماره Uranium, U, 92 گروه های شیمیایی اکتینید ها دوره, بلوک 7 , f جرم حجمی, سختی 19050 kg/m3, ND رنگ سفید نقره ای فلزی خواص اتمی وزن اتمی 238.0289 amu شعاع اتمیcalc. 175 ND»pm) شعاع کووالانسی ND pm شعاع وندر والس 186 pm ساختار الکترونی Rn]7s25f26d1] -e بازای هر سطح انرژی 2,8,18,32,21,9,2 درجه اکسیداسیون «اکسید) 5 «باز ضعیف) ساختار کریستالی اورتورومبیک خواص فیزیکی حالت ماده جامد __) نقطه ذوب 1405( K( 2912 °F نقطه جوش 2070( K(7473 °F حجم مولی 12.49 ש»10-6 ««متر مکعب بر مول گرمای تبخیر 477 kJ/mol گرمای هم جوشی 15.48 kJ/mol فشار بخار ND Pa at 2200 K سرعت صوت 3155 m/s at 293.15 K متفرقه الکترونگاتیویته 1.38 «درجه پائولینگ) ظرفیت گرمایی ویژه 120 J/kg·K رسانایی الکتریکی 3.8 106/m اهم رسانایی گرمایی 27.6 W/»m·K) 1st پتانسیل یونیزاسیون 597.6 kJ/mol 2nd پتانسیل یونیزاسیون 1420 kJ/mol پایدارترین ایزوتوپها iso NA نیمه عمر DM DE MeV DP 232U {syn.} 68.9 y α & SF 5.414 228Th 233U {syn.} 159,200 y SF & α 4.909 229Th 234U 0.006% 245,500 y SF & α 4.859 230Th 235U 0.72% 7.038 E8 y SF & α 4.679 231Th

اورانیوم یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن U وعدد اتمِی آن 92 می باشد. اورانیوم که یک عنصر سنگین، سمی، فلزی، رادیواکتیو و براق به رنگ سفید مایل به نقره ای می باشد به گروه آستیندها تعلق داشته و ایزوتوپ 235 آن برای سوخت راکتورهای هسته ای وسلاحهای هسته ای استفاده میشود. معمولا اورانیوم در مقادیر بسیار ناچیز درسخره ها خاک آب گیاهانو جانوران از جمله انسان یافت می شود.

خصوصیتهای قابل توجه

اورانیوم هنگام عمل پالایش به رنگ سفید مایل به نقره ای فلزی با خاصیت رادیو اکتیوی ضعیف یباشد که کمی از فولادنرم تر است. این فلز چکش خاررسانای جریان الکتریسیته و کمی Paramagnetic میباشد. چگالی اورانیوم 65% بیشتر از چگالی سرب میباشد. اگر اورانیوم به خوبی جدا شود بشدت از آب سرد متاثر شده و در برابر هوا اکسید میشود. اورانیوم استخراج شده از معادن میتواند به صورت شیمیایی به دی اکسید اورانیوم و دیگر گونه های قابل استفاده در صنعت تبدیل شود.

اورانیوم در صنعت سه گونه دارد:

• آلفا (Orthohombic) که تا دمای 667.7 درجه پایدار است.
  
• بتا (Tetragonal) که از دمای 667.7 تا 774.8 درجه پایدار است.
  
• گاما (Body-centered cubic) که از دمای 774.8 درجه تا نقطه ذوب پایدار است. ( این رساناترین و چکش خوارترین گونه اورانیوم میباشد.)
  

دو ایزوتوپ مهم ان U235 و U238 میباشند که u235 مهمترین برای راکتورهای و سلاحهای هسته ای است. چرا که این ایزوتوپ تنها ایزوتوپی است که طبیعت وجود دارد و در هر مقدار ممکن توسط نوترونهای حرارتی شکافته میشود. ایزوتوپ u238 نیز از این جهت مهم است که نوترونها را برای تولید ایزوتوپ رادیو اکتیو جذب کرده و آن را به ایزوتوپ Pu239 پلوتونیوم تجزیه میکند. ایزوتوپ مصنوعی U233 نیز شکافته شده و توسط بمباران نوترونی Thorium232 بوجود میآید.
اورانیوم اولین عنصر یافته شده بود که میتوانست شکافته شود. برای نمونه با بمباران آرام نوترونی ایزوتوپ U235 آن به ایزوتوپ کوتاه عمر U236 تبدیل شده و بلا فاصله به به دو هسته کوچکتر تقسیم میشود که این عمل انرژی آزاد کرده و نوترونهای بیشتری تولید میکند. اگر این نوترونها توسط هسته u235 دیگری جذب شوند عملکرد حلقه هسته ای دوباره اتفاق می افتد و اگر چیزی برای جذب نوترونها وجود نداشته باشد به حالت انفجاری در می آیند. اولین بمب اتمی با این اصل جواب داد «شکاف هسته ای) نام دقیقتر برای این بمبها و بمب های هیدروژنی«آمیزش هسته ای) سلاحهای هسته ای میباشد.

کاربردها:

فلز اورانیوم بسیار سنگین و پرچگالی میباشد.اورانیوم خالی توسط بعضی از ارتشها برای ساخت محافظ برای تانکها و ساخت قسمتهایی از موشکها و ادوات جنگی استفاده میشود. ارتشها همچنین از اورانیوم غنی شده برای سوخت ناوگان خود و زیردریایی ها و همچنین سلاحهای هسته ای استفاده میکند. سوخت استفاده شده در راکتورهای ناوگان ایالات متحده معمولا اورانیوم U235 غنی شده میباشد. اورانیوم موجود در سلاحهای هسته ای بشدت غنی میشوند که این مقدار بصورت تقریبی 90% میباشد.

مهمترین کاربرد اورانیوم در بخش غیر نظامی تامین سوخت دستگاههای تولید نیروی هسته ای است که در آنها سوخت U235 به میزان 2الی3% غنی میشود. اورانیوم تخلیه شده در هلیکوپترها و هواپیماها به عنوان وزن متقابل بر هر بار استفاده میشود.

دیگر کاربردهای این عنصر عبارتند از :

• لعاب ظروف سفالی از مقدار کمی اورانیوم طبیعی تشکیل شده است (که داخل فرایند غنی سازی نمیشود) که این عنصر برای اضافه کردن رنگ با آن اضافه میشود.
  
• نیمه عمر طولانی ایزوتوپ اورانیوم 238 آن را برای تخمین سن سنگهای آتشفشانی مناسب میسازد.
  
• U235 در راکتورهای هسته ای Breeder به پلوتونیوم تبدیل میشود. و پلوتونیوم نیز در ساخت بمبهای هیدروژنی مورد استفاده قرار میگیرد.
  
• استات اورانیوم در شیمی تحلیلی کاربرد دارد.
  
• برخی از لوازم نوردهنده از اورانیوم و برخی در مواد شیمیایی عکاسی مانند نیترات اورانیوم استفاده میکنند.
  
• معمولا کودهای فسفاتی حاوی مقدار زیادی اورانیوم طبیعی میباشند. چراکه مواد کانی که آنها از آنجا گرفته شده اند حاوی مقدار زیادی اورانیوم میباشند.
  
• فلز اورانیوم برای اهداف اشعه ایکس در ساخت این اشعه با انرژی بالا استفاده میشود.
  
• این عنصر در وسایل Interial Guidance و Gyro Compass استفاده میشود.
  

بارگذاری میله های سوخت اتمی در راکتور

تاریخچه:

استفاده از اورانیوم به شکل اکسیدطبیعی آن به سال 79 میلادی بر می گردد یعنی زمانی که این عنصر برای اضافه کردن رنگ زرد به سفال لعابدار استفاده شد (شیشه زرد با یک در صد اورانیوم در نزدیکی ناپل ایتالیا کشف شده است.)

کشف این عنصر به شیمیدان آلمانی به نام مارتین هنریچ کلاپرس اختصاص داده شد که در سال 1789 اورانیوم را به صورت قسمتی از کانی که آن را pitchblende نامید کشف شد. نام این عنصر را بر اساس سیاره اورانوس که هشت سال قبل از آن کشف شده بود برگزیده شد .این عنصر در سال 1841 به صورت فلز جداگانه توسط eugne melchior peligot استفاده شد.

در سال 1896 Henri Becquerel فیزیکدان فرانسوی برای اولین بار به خاصیت رادیو اکتیویته آن پی برد.
در پروژه Manhattan نامهای Tuballoy و Oralloy برای اورانیوم طبیعی و اورانیوم غنی شده بکار برده شد. این اسامی هنوز نیز برای اورانیوم غنی شده و اورانیوم طبیعی بکار برده میشوند.

در آغاز قرن بیستم تفحص و جستجو برای یافتن معادن رادیو اکتیو در ایالات متحده آغاز شد. منابع رادیوم که حاوی کانی های اورانیوم نیز می بودند برای استفاده آنها در رنگ ساعت های شب نما و دیگر ابزار جستجو شدند. در طی جنگ جهانی دوم اورانیوم از نظر اهداف دفاعی اهمیت پیدا کرد.

دید کلی

• آیا می‌‌توان از انرژی خالص ماده آفرید؟
  
• یا اینکه آیا می‌‌توان انرژی سکون را به انرژی الکترومغناطیسی تبدیل کرد؟
  
  البته لازم به ذکر است که در چنین تبدیلاتی باید قوانین بقای انرژی ، اندازه حرکت و بار الکتریکی نقض نشود.

شرایط اولیه تولید زوج

در بین تمام ذرات شناخته شده ، الکترون دارای کوچکترین جرم سکون غیرصفر است و لذا کمترین انرژی برای تولید آن مورد نیاز است. اما می‌‌دانیم که فوتون ذره‌ای بدون بار است، در حالی که الکترون ذره‌ای باردار است. بنابراین برای اینکه قانون بقای بار الکتریکی نقض نشود، علاوه بر الکترون باید ذره باردار دیگری که بار الکتریکی آن به اندازه بار الکتریکی الکترون با علامت مخالف است، ایجاد شود. این ذره را پوزیترون می‌‌گویند که به آن پادذره الکترون نیز گفته می‌‌شود.

الکترون و پوزیترون به جز از نظر علامت بارها ، از هر نظر دیگری به هم شبیه هستند. بنابراین اگر جرم سکون الکترون و پوزیترون را m_0 بگیریم، کمترین مقدار انرژی فوتون آفرینش یک زوج الکترون و پوزیترون ، با لحاظ کردن قانون بقای انرژی برابر 2m0C² خواهد بود و چون انرژی سکون الکترون یا پوزیترون با لحاظ کردن مقادیر جرم الکترون و سرعت نور برابر 0،51 میلیون الکترون ولت است، لذا کمترین مقدار انرژی فوتون یا به اصطلاح انرژی آستانه برای تولید باید برابر 1،02 میلیون الکترون ولت باشد. بر این اساس زوجهای الکترون فقط به وسیله فوتونهای اشعه گاما یا فوتونهای اشعه ایکس که طول موج خیلی کوتاهی دارند، قابل تولید است.

تولید زوج با انرژیهای بیشتر از انرژی آستانه

اگر انرژی یک فوتون بیشتر از انرژی آستانه برای تولید زوج الکترون و حفره باشد، مازاد انرژی (یعنی تفاضل انرژی فوتون و انرژی آستانه) به صورت انرژی جنبشی زوج آفریده شده ، ظاهر می‌‌شود. این انرژی مجموع انرژی جنبشی الکترون و پوزیترون است.

امکان تولید زوج در فضای تهی

می‌‌توان ثابت کرد که در تولید ذره و پادذره انرژی و اندازه حرکت بطور همزمان نمی‌‌توانند پایسته بمانند، مگر اینکه فوتون در نزدیکی ذره سنگینی ، همچون هسته یک اتم باشند. به بیان دیگر ، پدیده تولید زوج در فضای تهی غیرممکن است. به عنوان مثال ، فرض می‌‌کنیم که در یک فضای تهی ، فوتون ناپدید شده و یک زوج الکترون و حفره آفریده شود.

همچنین فرض کنید که ناظر نسبت به مرکز جرم الکترون و پوزیترون ساکن است. در این صورت اندازه حرکت کل الکترون و پوزیترون نسبت به این ناظر صفر خواهد بود. اما فوتونی که زوج را تولید می‌‌کند، در این چارچوب مرجع دارای اندازه حرکت غیر صفر خواهد بود، چون فوتون در هر چارچوب مرجعی همواره با سرعت C حرکت می‌‌کند. بنابراین باید قبل از برخورد اندازه حرکت فوتون را داشته باشیم، نه اندازه حرکت خالص بعد از برخورد را. بطور خلاصه ، یک فوتون نمی‌‌تواند خودبه‌خود در فضای تهی به یک زوج الکترون _ پوزیترون واپاشیده شود.

آشکارسازی زوج الکترون و پوزیترون

به دلیل اثرهای یونشی که ذرات باردار هنگام حرکت خود در گاز تولید می‌‌کنند، مسیر حرکت آنها قابل روئیت است. حال اگر در این محیط یک میدان مغناطیسی اعمال شود، در این صورت پوزیترون و الکترون به دلیل داشتن بارهای الکتریکی مخالف در قوسهای دایره‌ای با جهتهای مخالف منحرف می‌‌شوند. بنابراین مسیر الکترون و پوزیترون قابل مشاهده خواهد بود.

کشف پوزیترون

وجود پوزیترونها در سال 1307 – 1928 توسط دیراک بطور نظری پیشگویی شد. چهار سال بعد اندرسون (C.D. Anderson) در جریان مطالعاتش روی تابش کیهانی ، پوزیترون را مشاهده و مشخص کرد. کمی ‌بعد از آن بوسیله شتابدهنده‌های ذره که با چند میلیون الکترون ولت کار می‌‌کردند، زوجهای الکترون و پوزیترون در آزمایشگاه تولید شدند. امروزه مشاهده زوجهای الکترون و پوزیترون در برهمکنش فوتونهای با انرژی بالا و ماده یک پدیده عادی به شمار می‌‌روند. در سالهای 1334 – 1955 برای نخستین بار زوجهای پروتون _ پادپروتون و نوترون _ پادنوترون در آزمایشگاه آفریده شدند.

پدیده نابودی زوج

اطلاعات اولیه

یکی از نتایج اصل هم ارزی جرم و انرژی این است که این دو می‌‌توانند به یکدیگر تبدیل شوند. مشاهده تجربی این مسئله در فرایندهای مختلف مانند اثر فوتوالکتریک ، اثر کامپتون ، پدیده تولید زوج و … انجام شده است. در پدیده تولید زوج تابش الکترومغناطیسی در مجاورت یک هسته سنگین به دو ذره الکترون و پوزیترون واپاشیده می‌‌شود، اما پوزیترون نمی‌‌تواند طول عمر زیادی داشته باشد، چون فضا پر از الکترون است، لذا پوزیترون بعد از مدت کوتاهی از تولید شدن با یک الکترون ترکیب شده و از بین می‌‌رود و به جای آن فوتون یا تابش الکترومغناطیسی ایجاد می‌‌شود که به این پدیده نابودی زوج می‌گویند.

شرایط اولیه نابودی زوج

نابودی زوجهای ذره و پادذره و همراه با آن آفرینش فوتونها ، عمل عکس تولید زوج است. نابودی ماده و آفرینش انرژی الکترومغناطیسی را برای حالتی در نظر می‌‌گیریم که الکترون و پوزیترون نزدیک به هم و اساسا ساکن باشند. در آغاز اندازه حرکت خطی کل این دو ذره صفر است، بنابراین وقتی این دو ذره به هم می‌‌پیوندند و نابود می‌‌شوند، یک تک فوتون نمی‌‌تواند آفریده شود، زیرا این عمل باعث نقض قانون بقای اندازه حرکت خطی می‌‌شود، ولی اگر دو فوتون آفریده شوند که با اندازه حرکتهای مساوی و در جهتهای مخالف حرکت کنند، اندازه حرکت خطی می‌‌تواند پایسته بماند.

چنین زوج فوتونهایی دارای فرکانسها و انرژیهای یکسان هستند. در واقع می‌‌توان گفت که سه یا چند فوتون می‌‌توانند آفریده شوند، ولی با احتمال به مراتب کمتر از آفرینش دو فوتون. همین طور ، وقتی چندین زوج الکترون و پوزیترون در نزدیکی یک هسته سنگین نابود می‌‌شوند، تعداد کمی ‌از این نابودیها یک تک فوتون تولید خواهند کرد.

سرنوشت نهایی پوزیترون

سرنوشت نهایی پوزیترونها بعد از تولید در پدیده تولید زوج ، نابودی است. وقتی که یک 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 حرکت می‌‌کند. آنگاه این پوزیترون با یک الکترون ترکیب می‌‌شود و تشکیل یک دستگاه مقید به نام پوزیترونیوم می‌‌دهد که خیلی سریع (در مدت 10^-10 ثانیه) به دو فوتون با انرژی مساوی واپاشیده می‌‌شود.

از این رو ، مرگ یک پوزیترون با ظهور دو کوانتوم نابودی یا دو فوتون ، که انرژی هریک 0،51 میلیون الکترون ولت است، خبر داده می‌‌شود. قابلیت فنا شدن پوزیترونها به دلیل ناپایداری ذاتی نیست، بلکه به خاطر احتمال زیاد برخورد آنها و نابودیهای بعدی با الکترونهاست.

جهان فرضی

در جهانی که ما در آن زندگی می‌‌کنیم، کثرت تعداد الکترون ، پروتون و نوترون (در حالت کلی ذره) برقرار است، بنابراین زمانی که پادذره‌های این ذرات خلق می‌‌شوند، بلافاصله طی فرایندهایی نابود می‌‌شوند، اما می‌‌توان فرض کرد که بخشی از جهان وجود دارد که در آن تعداد پوزیترون ، پادپروتون ، پادنوترون (در حالت کلی پادذره) زیاد است. هرچند این امر در حال حاضر فقط در حد یک حدس و گمان است.

مقدمه

آلبرت انیشتین در چهاردهم مارس 1879 در شهر اولم که شهر متوسطی از ناحیه و ورتمبرگ آلمان بود متولد شد. اما شهر مزبور در زندگی او اهمیتی نداشته است، زیرا یک سال بعد از تولد او خانواده وی از اولم عازم مونیخ گردید. پدر آلبرت ، هرمان انیشتین کارخانه‌ کوچکی برای تولید محصولات الکترو شیمیایی داشت و با کمک برادرش که مدیر فنی کارخانه بود از آن بهره‌برداری می‌کرد. گر چه در کار معاملات بصیرت کامل نداشت. پدر آلبرت از لحاظ عقاید سیاسی نیز مانند بسیاری از مردم آلمان گر چه با حکومت پروسیها مخالفت داشت، اما امپراتوری جدید آلمان را ستایش می‌کرد و صدر اعظم آن «بیسمارک» و ژنرال «مولتکه» و امپراتور پیر یعنی «ویلهم اول» را گرامی می‌داشت.

مادر انیشتین که قبل از ازدواج پائولین کوخ نام داشت بیش از پدر زندگی را جدی می‌گرفت و زنی بود از اهل هنر و صاحب احساساتی که خاص هنرمندان است و بزرگترین عامل خوشی او در زندگی و وسیله تسلای وی از علم روزگار موسیقی بود. آلبرت کوچولو به هیچ مفهوم کودک اعجوبه‌ای نبود و حتی مدت زیادی طول کشید تا سخن گفتن آموخت، بطوری که پدر و مادرش وحشت زده شدند که مبادا فرزندشان ناقص و غیر عادی باشد. اما بالاخره شروع به حرف زدن کرد، ولی غالباً ساکت و خاموش بود و هرگز بازیهای عادی را که مابین کودکان انجام می‌گرفت و موجب سرگرمی کودک و محبّت فی مابین می‌شود را دوست نداشت.

آلبرت مرتباً و هر سال از پس سال دیگر طبق تعالیم کاتولیک تحصیل کرد و از آن لذّت فراوان می‌برد وحتّی در مواردی از دروس که به شرعیات و قوانین مذهبی کاتولیک بستگی داشت چنان قوی شد که می‌توانست در هر مورد که همشاگردانش قادر نبودند به سؤالهای معلّم جواب دهند او به آنها کمک می‌کرد.

انیشتین جوان در ده سالگی مدرسه ابتدائی را ترک کرد و در شهر مونیخ به مدرسه متوسطه «لوئیت پول» وارد شد. در مدرسه متوسطه اگر مرتکب خطایی می‌شدند، راه و رسم تنبیه ایشان آن بود که می‌بایست بعد از اتمام درس ، تحت نظر یکی از معلّمان ، در کلاس توقیف شوند و با درنظر گرفتن وضع نابهنجار و نفرت انگیز کلاسهای درس ، این اضافه ماندن شکنجه‌ای واقعی محسوب می‌شد.

ذوق هنری

ذوق هنری انیشتین چنان بود که او وقتی پنج ساله بود، روزی پدرش قطب نمایی جیبی را به وی نشان داد، خاصّیت اسرار آمیز عقربه مغناطیسی در کوک تأثیر عمیقی گذاشت. با وجود آنکه هیچ عامل مرئی در حرکت عقربه تأثیری نداشت، کودک چنین نتیجه گرفت در فضای خالی باید عاملی وجود داشته باشد که اجسام را جذب کند. وقتی که انیشتین پانزده ساله بود حادثه‌ای اتفاق افتاد که جریان زندگی او را به راه جدیدی منحرف ساخت.

هرمان پدر او در کار تجارت خویش با مشکلاتی مواجه شد و در پی آن صلاح را در آن دیدند که کارخانه خود را در مونیخ بفروشد و جای دیگری را برای کسب و کار خود ترتیب دهند. از آنجا که وی خوش بین و علاقمند به کسب لذّتهایی بود، تصمیم گرفت که به کشوری مهاجرت کند که زندگی در آن با سعادت بیشتری همراه باشد و به این منظور ایتالیا را انتخاب کرد و در شهر میلان مؤسسه مشابهی را ایجاد کرد. هنگامیکه وارد شهر میلان شدند آلبرت به پدر خود گفت که قصد دارد تابعیت کشور آلمان را ترک گوید. آقای هرمان به وی تذکر داد که این کار زشت و نابهنجار است.

دوران دانشجویی

در این دوران مشهورترین مؤسسه فنی در اروپا مرکزی به استثنای آلمان ، مدرسه دارالفنون سوئیس در شهر زوریخ بوده است. آلبرت در امتحان داوطلبان شرکت کرد، ولی بخاطر اینکه در علوم طبیعی اطلاّعات وسیعی نداشت درامتحان پذیرفته نشد. با این حال مدیر دارالفنون زوریخ تحت تأثیر اطلاّعات وسیع او در ریاضیات واقع شد و از او درخواست کرد که دیپلم متوسطه‌ای را که برای ورود به دارالفنون لازم است در یک مدرسه سوئیسی بدست آورد و او را به مدرسه ممتاز شهر کوچک «آرائو»که با روش جدیدی اداره می‌شد معرفی کرد.

بعد از یک سال اقامت در مدرسه مذبور دیپلم لازم را بدست آورد و در نتیجه بدون امتحان در دارالفنون زوریخ پذیرفته شد. با اینکه درسهای فیزیک دارالفنون آمیخته با هیچگونه عمق فکری نبود، باز هم حضور در آنها آلبرت را تحریک کرد که کتب جستجو کنندگان بزرگ این را مورد مطالعه قرار دهد. او ، آثار استادان کلاسیک فیزیک نظری از قبیل: بولتزمان ، ماکسول و هرتز را با حرص عجیبی مطالعه کرد. شب و روز اوقات او با مطالعه این کتابها می‌گذشت و ضمن مطالعه آنها با هنر استادانه‌ای آشنا شد که چگونه بنیان ریاضی مستحکمی ساخت. او درست در خاتمه قرن 19 تحصیلات خود راپایان داد و به مسأله مهم تهیه شغل مواجه شد.

از آنجا که نتوانست مقام تدریسی در مدرسه پلی تکنیک بدست آورد، تنها یک راه باقی ماند و آن این بود که چنین شغل و مقامی در مدرسه متوسطه‌ای جستجو کند. اکنون سال 1910 شروع شده و آلبرت بیست و یک سال داشت و تابعیت سوئیس را بدست آورده بود. او در هنگام داوطلب شغل معلّمی خصوصی گردید و پذیرفته شد. انیشتین از کار خود راضی و حتّی خوشبخت بود که می‌تواند به پرورش جوانان بپردازد، امّا بزودی متوجّه شد معلمّان دیگر نیکی را که او می‌کارد ضایع و فاسد می‌کنند و این شغل را ترک کرد.

بعد از این دوران تاریک ، ناگهان نوری درخشید و بعد از مدّتی در دفتر ثبت اختراعات مشغول به کار شد و به شهر «برن» انتقال یافت. کمی بعد از انتقال به شهر برن انیشتین با میلواماریچ همشاگردی قدیم خود در مدرسه پلی تکنیک ازدواج کرد و حاصل آن دو پسر پی در پی بود که اسم پسر بزرگتر را آلبرت گذاشتند. کار انیشتین در دفتر اختراعات خالی از لطف نبود و حتّی بسیار جالب می‌نمود وظیفه وی آن بود که اختراعات را که به دفتر مذبور می‌آوردند، مورد آزمایش اوّلیه قرار می‌داد.

شاید تمرین در همین کار موجب شده بود که وی با قدرت خارق العاده و بی‌مانند بتواند همواره نتایج اصلی و اساسی هر فرض و نظریه جدیدی را با سرعت درک و استخراج کند. چون انیشتین بخصوص به قوانین کلی فیزیک علاقه داشت و به حقیقت در صدد بود که با کمک محدودی میدان وسیع تجارت را به وجهی منطقی استنتاج کند.

کسب کرسی استادی دانشگاه

در اواخر سال 1910 کرسی فیزیک نظری در دانشگاه آلمانی پراگ خالی شد. انتصاب استادان این قبیل دانشگاهها طبق پیشنهاد دانشکده بوسیله امپراتور اتریش انجام می‌گرفت که معمولاً حقّ انتخاب خویش را به وزیر فرهنگ وا می‌گذاشت. تصمیم قطعی برای انتخاب داوطلب ، قبل از همه ، بر عهده فیزیکدانی به نام «آنتون لامپا» بود و او برای انتخاب استاد دو نفر را مدّ نظر داشت که یکی از آنها «کوستاو یائومان» و دیگری «انیشتین» بود. «یائومان» آن را نپذیرفت و پس از کش و قوسهای فراوان انیشتین این مقام را پذیرفت.

وی صاحب دو ویژگی بود که موجب گردید وی استاد زبردستی گردد. اوّلین آنها این بود که علاقه فراوان داشت تا برای عدّه بیشتری از همنوعان خود و بخصوص کسانی که در حول و حوش او می‌زیسته‌اند مفید باشد. ویژگی دوّم او ذوق هنریش بود که انیشتین را وا می داشت که نه فقط افکار عمومی خود را به نحوی روشن و منطقی مرتّب سازد، بلکه روش تنظیم آنها به نحوی باشد که چه خود او و چه استفاده کنند از نظر جهان شناسی نیز لذّت می‌برند.

هدف انیشتین این بود که فضای مطلق را از فیزیک براندازد، نظریه نسبیت سال 1905 که در آن انیشتین فقط به حرکت مستقیم الخط متشابه پرداخته بود، انیشتین با کمک اصل تعادل پدیده‌های جدیدی را در مبحث نور پیش بینی کند که قابل مشاهده بوده‌اند و می‌توانست صحت نظریه جدید او را از لحاظ تجربی تأیید کرد.

عزیمت از پراگ

در مدّتی که انیشتین در پراگ تدریس می‌کرد، نه فقط نظریه جدید خود را درباره غیر وی بنا نهاد بلکه با شدّت بیشتری نظریه خود را درباره کوانتوم نو را که در شهر برن شروع کرده بود، توسعه داد. با همه این تفاصیل انیشتین به دانشگاه پراگ اطّلاع داد که در خاتمه دوره تابستانی سال 1912 خدمت این دانشگاه را ترک کرد. عزیمت ناگهانی انیشتین از شهر پراگ موجب سر و صدای بسیار در این شهر شد، در سر مقاله بزرگترین روزنامه آلمانی شهر پراگ نوشته شد: «که نبوغ و شهرت فوق العاده انیشیتن باعث شد که همکارانش او را مورد شکنجه و آزار قرار دهند و به ناچار شهر پراگ را ترک کرد.»

انیشتین عازم شهر زوریخ گردید و در پایان سال 1912 با سمت استادی مدرسه پلی تکنیک زوریخ مشغول به کار شد. شهرت انیشتین به تدریج تا آنجا رسیده بود که بسیاری از مؤسسات و سازمانهای علمی جهان علاقه داشتند که وی به عنوان عضو وابسته با مؤسسه ایشان در ارتباط باشد. سالها بود که مقامات رسمی آلمان کوشش می‌کردند که شهر برلین نه فقط مرکز قدرت سیاسی و اقتصادی باشد، بلکه در عین حال کانون فعالیت هنری و علمی نیز محسوب گردد، به همین جهت از انیشتین دعوت به عمل آوردند. مدّت کمی بعد از ورود انیشتین به برلین ، انیشتین از زوجه خویش هیلوا که از جنبه‌های مختلف با او عدم توافق داشت جدا گردید و زندگی را با تجرد می‌گذارند.

هنگامی که به عضویت آکادمی پادشاهی انتخاب شد، سی و چهار سال سن داشت و نسبت به همکاران خود که از او مسن‌تر بودند بیش از حد جوان می‌نمود. در این حال همه انیشتین را در وهله اوّل مردی مؤدب و دوست داشتنی به نظر می‌آوردند. فعالیت اصلی انیشتین در برلین این بود که با همکاران خویش و یا دانشجویان رشته فیزیک درباره کارهای علمی مصاحبه و مذاکره کند و آنها را در تهیه برنامه جستجوی علمی راهنمایی کند.

انیشتین و جنگ جهانی اول

هنوز یکسال از اقامت انیشتین در برلین نگذشته بود که ماه اوت 1914 جنگ جهانی شروع شد. در مدّت جنگ جهانی اول ، روزنامه‌های برلین همه روزه از وقایع جنگ و شروع فتوحات ارتش آلمان بود. در عین حال انیشتین در منزل خود با دختر عمه خویش الزا آشنایی پیدا کرد. الزا زنی مهربان و خونگرم بود و همچنین او از شوهر مرحوم سابق خود دو دختر داشت، با اینحال انیشتین با او ازدواج کرد. جنگ بین المللی و شرایط معرفت النفسی که در نتیجه آن بر دنیای علم تحصیل گردید مانع از آن نشد که انیشتین با حرارت فوق العاده به توسعه و تکمیل نظریه ثقل خویش بپردازد.

وی با پیمودن راه تفکّری که در پراگ و زوریخ پیش گرفته بود توانست در سال 1916 نظریه‌ای برای ثقل و جاذبه عمومی بنا نهد که مستقل از نظریه‌های گذشته و از نظر منطقی دارای وحدت کامل بود. اهمیت نظریه جدید به زودی مورد تأیید و توجه دانشمندانی واقع گردید که دارای قدرت خلاق علمی بودند. تأیید تجربی نظریه انیشتین توجّه عموم مردم را به شدّت جلب کرده بود از این پس دیگر انیشتین مردی نبود که فقط مورد توجّه دانشمندان باشد و بس. بزودی وی نیز همچون زمامداران مشهور ممالک ، بازیگران بزرگ سینما و تئاتر شهرت عام بدست آورد.

مسافرتهای انیشتین

تبلیغات مخالف و حملاتی که علیه انیشتین می‌شد موجب گردید که در تمام ممالک جهان و در همه طبقات اجتماعی توجّه عموم مردم بسوی نظریه‌های او جلب شود. مفاهیمی که برای توده‌های مردم هیچگونه اهمیتی نداشته است و عامه ایشان تقریبا چیزی از آن درک نمی‌کردند، موضوع مباحث سیاسی گردید. انیشتین در این زمان سفرهای خود را آغاز کرد، ابتدا به هلند ، بعد به کشورهای چک و اسلواکی ، اسپانیا ، فرانسه ، روسیه ، اتریش ، انگلیس ، آمریکا و بسیاری کشورهای دیگر. امّا نکته قابل توجّه این است که وقتی انیشتین و همسر او به بندرگاه نیویورک شدند با استقبال شدید و تظاهرات پر شوری مواجه شدند که به احتمال قوی نظیر آن هرگز هنگام ورود یکی از دانشمندان رخ نداده بود.

انیشتین به آسیا و به کشورهای چین ، ژاپن و فلسطین سفر کرده است و این خاتمه سفرهای او بود. درسال 1924 بعد از مسافرتهای متعدد به اکناف جهان انیشتین بار دیگر در برلین مستقر گردید. حملات همچنان بر او ادامه داشت و نظریات او را به عنوان بیان افکار قوم یهود و به سود فاشیسم می‌دانستند، به این دلیل انیشتین به شهر پرنیستون در آمریکا می‌رود. بعد از چندی همسرش الزا در سال 1936 از دنیا می‌رود و خواهر انیشتین که در فلورانس بود به شهر پرنیستون نزد برادرش آمد.

در همین دوران انیشتین تابیعت کشور آمریکا را می‌پذیرد. انیشتین در سال 1945 طبق قانون بازنشستگی مقام استادی مؤسسه مطالعات عالی پرنیستون را ترک کرد. ولی این تغییر سمت رسمی ، تغییری در روش زندگی و کار او بوجود نیاورد. وی کماکان در پرنیستون بسر می‌برد و در مؤسسه مذبور تجسّسات خود را ادامه دهد.

آخرین سالهای زندگی انیشتین

این دوران تجسس در نیمه انزوای شهر پرنیستون با اضطراب و اغتشاش آمیخته ‌شده بود. هنوز ده سال دیگر از زندگی انیشتین باقی مانده بود، لیکن این دوره ده ساله درست مصادف با هنگامی بود که عصر بمب اتمی شروع می‌گردید و بشریّت تمرین و آموزش خویش را در این زمینه آغاز می‌کرد. بنابراین مسأله واقعی که برای او مطرح شد موضوع چگونگی پیدایش بمب اتمی نبود، با وجود اینکه منظور ما در اینجا دادن چشم اندازی مختصر از روابط انیشتین با حوادث بزرگ سیاسی آخرین سالهای زندگی او می‌باشد، باز هم اگر از دو موضوع اساسی یاد نکنیم همین چشم انداز هم ناقص خواهد بود. یکی از آنها نامه مشهور است که وی می‌بایست برای همکاری خود در شوروی سابق بفرستد و دوم شرح وقایعی است که در اوضاع و احوال فیزیکدانان آمریکایی ، خاصه دانشمندان اتمی ، در داخل مملکت خودشان تغییر بسیار ایجاد کرد.

اکنون می‌توانیم بصورت شایسته‌تری همه آنچه را که گهگاه موجب تیره شدن پایان زندگی وی می‌شد مشاهده کنیم و سرانجام روز هجدهم آوریل 1955 بزرگترین دانشمند و متفکر قرن بیستم ، پیغمبر صلح و حامی و مدافع محنت دیدگان جهان ، مردی که احتمالأ همراه با ناپلئون و بتهوون مشهورتر از همه‌ مردان جهان بوده است، در شهر پرنیستون واقع در ممالک متحده آمریکای شمالی از زندگی و تفکر و مبارزه دست کشید و از دار دنیا رفت و در گذشت.

نظریه‌های آلبرت انیشتین(نسبیت عام و خاص)

آلبرت انیشتین دو نظریه دارد. نسبیت خاص را در سن 25 سالگی بوجود آورد و ده سال بعد توانست نسبیت عام را مطرح کند.

نسبیت خاص بطور خلاصه تنها نظریه ایست که در سرعتهای بالا ( در شرایطی که سرعت در خلال حرکت تغییر نکند--سرعت ثابت) میتوان به اعداد و محاسباتش اعتماد کرد. جهان ما جوریست که در سرعتهای بالا از قوانین عجیبی پیروی می کند که در زندگی ما قابل دیدن نیستند. مثلا وقتی جسمی با سرعت نزدیک سرعت نور حرکت کند زمان برای او بسیار کند می گذرد. و همچنین ابعاد این جسم کوچک تر میشود. جرم جسمی که با سرعت بسیار زیاد حرکت می کند دیگر ثابت نیست بلکه ازدیاد پیدا می کند. اگر جسمی با سرعت نور حرکت کند، زمان برایش متوقف می شود، طولش به صفر میرسد و جرمش بینهایت میشود.

نسبیت عام برای حرکتهایی ساخته شده که در خلال حرکت سرعت تغییر می کند یا باصطلاح حرکت شتابدار دارند. شتاب گرانش زمین g که همان عدد 9.81m/sاست نیز یک نوع شتاب است. پس نسبیت عام با شتابها کار دارد نه با حرکت. نظریه ایست راجع به اجرام ی که شتاب ثقل دارند. کلا هرجا در عالم، جرمی در فضا ی خالی باشد حتما یک شتاب جاذبه در اطراف خود دارد که مقدار عددی آن وابسته به جرم آن جسم می باشد. پس در اطراف هر جسمی شتابی وجود دارد. نسبیت عام با این شتابها سر و کار دارد و بیان می کند که هر جسمی که از سطح یک سیاره دور شود زمان برای او کند تر میشود. یعنی مثلا، اگر دوربینی روی ساعت من بگذارند و از عقربه های ساعتم فیلم زنده بگیرند و روی ساعت آدمی که دارد بالا میرود و از سیاره ی زمین جدا میشود هم دوربینی بگذارند و هردو فیلم را کنار هم روی یک صفحه ی تلویزیونی پخش کنند، ملاحظه خواهیم کرد که ساعت من تند تر کار می کند. نسبیت عام نتایج بسیار عجیب و قابل اثبات در آزمایشگاهی دارد. مثلا نوری که به اطراف ستاره ای سنگین میرسد کمی بسمت آن ستاره خم میشود. سیاهچاله ها هم بر اساس همین خاصیت است که کار می کنند. جرم انها بقدری زیاد و حجمشان بقدری کم است که نور وقتی از کنار آنها می گذرد به داخل آنها می افتد و هرگز بیرون نمی آید.

نظریه نسبیت عام
همه ما برای یک‌بار هم که شده گذرمان به ساعت‌فروشی افتاده است و ساعتهای بزرگ و کوچک را دیده ایم که روی ساعت ده و ده دقیقه قرار دارند. ولی هیچگاه از خودمان نپرسیده ایم چرا؟ آلبرت انیشتین در نظریه نسبیت خاص با حرکت شتابدار و یا با گرانش کاری نداشت. اولین موضوعات را در نظریه نسبیت عام خود که در 1915 انتشار یافت مورد بحث قرار داد.نظریه نسبیت عام دید گرانشی را بکلی تغییر داد و در این نظریه جدید نیرو ی گرانش را مانند خاصیتی از فضا در نظر گرفت نه مانند نیرو یی بین اجرام ، یعنی برخلاف آنچه که اسحاق نیوتن گفته بود !در نظریه او فضا در مجاورت ماده کمی انحنا پیدا می‌کرد. در نتیجه حضور ماده اجرام ، مسیر یا به اصطلاح کمترین مقاومت را در میان منحنیها اختیار می‌کردند. با این که فکر آلبرت انیشتین عجیب به نظر می‌رسید می‌توانست چیزی را جواب دهد که قانون ثقل نیوتن از جواب دادن آن عاجز می ماند.سیاره اورانوس در سال 1781 میلادی کشف شده بود و مدارش به دور خورشید اندکی ناجور به نظر می‌رسید و یا به عبارتی کج بود !

نیم قرن مطالعه این موضوع را خدشه ناپذیر کرده بود.بنابر قوانین اسحاق نیوتن می بایست جاذبه ای برآن وارد شود. یعنی باید سیاره ای بزرگ در آن طرف اورانوس وجود داشته باشد تا از طرف آن نیرو یی بر اورانوس وارد شود.در سال 1846 میلادی اختر شناس آلمانی دوربین نجومی خودش را متوجه نقطه ای کرد که « لووریه» گفته بود و بی هیچ تردید سیاره جدیدی را در آنجا دید که از آن پس نپتون نام گرفت.نزدیک ترین نقطه مدار سیاره عطارد به خورشید در هر دور حرکت سالیانه سیاره تغییر میکرد و هیچ گاه دوبار پشت سر هم این تغییر در یک نقطه خاص اتفاق نمی‌افتاد.اختر شناسان بیشتر این بی نظمی ها را به حساب اختلال ناشی از کشش سیاره های مجاور عطارد می دانستند !مقدار این انحراف برابر 43 ثانیه قوس بود. این حرکت در سال 1845 به وسیله لووریه کشف شد بالاخره با ارائه نظریه نسبیت عام جواب فراهم شد این فرضیه با اتکایی که بر هندسه نااقلیدسی داشت نشان داد که حضیض هر جسم دوران کننده حرکتی دارد علاوه برآنچه اسحاق نیوتن گفته بود.وقتی که فرمولهای آلبرت انیشتین را در مورد سیاره عطارد به کار بردند، دیدند که با تغییر مکان حضیض این سیاره سازگاری کامل دارد. سیاره هایی که فاصله شان از خورشید بیشتر از فاصله تیر تا آن است تغییر مکان حضیضی دارند که به طور تصاعدی کوچک می شوند.اثر بخش‌تر از اینها دو پدیده تازه بود که فقط نظریه آلبرت انیشتین آن‌را پیشگویی کرده بود. نخست آنکه آلبرت انیشتین معتقد بود که میدان گرانشی شدید موجب کند شدن ارتعاش اتمها می شود و گواه بر این کند شدن تغییر جای خطوط طیف است به طرف رنگ سرخ! یعنی اینکه اگر ستاره ای بسیار داغ باشد و به طوری که محاسبه می کنیم بگوییم که نور آن باید آبی درخشان باشد در عمل سرخ رنگ به نظر می‌رسد کجا برویم تا این مقدار قوای گرانشی و حرارت ی بالا را داشته باشیم، پاسخ مربوط به کوتوله های سفید است.دانشمندان به بررسی طیف کوتوله های سفید پرداختند و در حقیقت تغییر مکان پیش بینی شده را با چشم دیدند! اسم این را تغییر مکان آلبرت انیشتینی گذاشتند. آلبرت انیشتین می گفت که میدان گرانشی شعاع های نور را منحرف می‌کند چگونه ممکن بود این مطلب را امتحان کرد.اگر ستاره ای در آسمان آن سوی خورشید درست در امتداد سطح آن واقع باشد و در زمان کسوف خورشید قابل رؤیت باشد اگر وضع آنها را با زمانی که فرض کنیم خورشیدی در کار نباشد مقایسه کنیم خم شدن نور آنها مسلم است. درست مثل موقعی که انگشت دستتان را جلوی چشمتان در فاصله 8 سانتیمتری قرار دهید و یکبار فقط با چشم چپ و بار دیگر فقط با چشم راست به آن نگاه کنید به نظر می رسد که انگشت دستتان در مقابل زمینه پشت آن تغییر جا می‌دهد ولی واقعاً انگشت شما که جابجا نشده است!

دانشمندان در موقع کسوف در جزیره پرنسیپ پرتغال واقع در آفریقای غربی دیدند که نور ستاره ها به جای آنکه به خط راست حرکت کنند در مجاورت خورشید و در اثر نیرو ی گرانشی آن خم می شوند و به صورت منحنی در می آیند. یعنی ما وضع ستاره ها را کمی بالاتر از محل واقعیش می‌بینیم.ماهیت تمام پیروزیهای نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین نجومی بود ولی دانشمندان حسرت می کشیدند که ای کاش راهی برای امتحان آن در آزمایشگاه داشتند.ـ نظریه آلبرت انیشتین به ماده به صورت بسته متراکمی از انرژی نگاه می کرد به همین خاطر می گفت که 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 رادیواکتیو ی به راحتی توسط این معادله توجیه شد. کم کم دانشمندان متوجه شدند که هر ذره مادی یک پادماده مساوی خود دارد و در اینجا بود که ماده و انرژی غیر قابل تفکیک شدند.تا اینکه آلبرت انیشتین طی نامه ای به رئیس جمهور آمریکا نوشت که می توان ماده را به انرژی تبدیل کنیم و یک بمب اتمی درست کنیم و آمریکا دستور تأسیس سازمان عظیمی را داد تا به بمب اتمی دست پیدا کند. برای شکافت هسته اتم اورانیوم 235 انتخاب شد. اورانیوم عنصری است که در پوسته زمین بسیار زیاد است. تقریباً 2 گرم در هر تن سنگ! یعنی از طلا چهارصد مرتبه فراوانتر است اما خیلی پراکنده.در سال 1945 مقدار کافی برای ساخت بمب جمـع شـده بود و ایـن کار یعنی ساختن بمب در آزمایشگاهــی در « لوس آلاموس » به سرپرستی فیزیکدان آمریکایی «رابرت اوپنهایمر» صورت گرفت. آزمودن چنین وسیله ای در مقیاس کوچک ناممکن بود. بمب یا باید بالای اندازه بحرانی باشد یا اصلاً نباشد و در نتیجه اولین بمب برای آزمایش منفجر شد. در ساعت 5/5 صبح روز 16 ژوئیه 1945 برابر با 25 تیرماه 1324 و نیرو ی انفجاری برابر 20 هزار تنT.N.T آزاد کرده دو بمب دیگر هم تهیه شد. یکی بمب اورانیوم بنام پسرک با سه متر و 60 سانتیمتر طول و به وزن 5/4 تن و دیگری مرد چاق که پلوتونیم هم داشت. اولی روی هیروشیما و دومی روی ناکازاکی در ژاپن انداخته شد. صبح روز 16 اوت 1945 در ساعت 10 و ده دقیقه صبح شهر هیروشیما با یک انفجار اتمی به خاک و خون کشیده شد. با بمباران هیروشیما جهان ناگهان به خود آمد، 160000 کشته در یک روز وجدان خفته فیزیکدان ها بیدارر شد! « اوپنهایمر» مسئول پروژه بمب و دیگران از شدت عذاب وجدان لب به اعتراض گشودند و به زندان افتادند. آلبرت انیشتین اعلام کرد که اگر روزی بخواهم دوباره به دنیا بیایم دوست دارم یک لوله‌کش بشوم نه یک دانشمند!