مقدمه

شواهد تجربی بسیاری وجود دارد که گرانش، انرژی الکترومغناطیسی تولید می کند. به همین دلیل از زمانی که نیروهای الکتریکی و مغناطیسی مورد توجه و آزمایش قرار گرفت، فیزیکدانان به وابستگی شدید نیروهای الکترومغناطیسی و گرانشی پی بردند. فارادی نخستین کسی است که این وابستگی را متذکر شد. پلانک نیز نظری مشابه داشت. اینشتین نیز مدت 35 سال تلاش کرد تا روابطی مشابه وابستگی الکتریسیته و مغناطیس، بین گرانش و الکترومغناطیس ارائه دهد. اما این کوششها بی نتیجه ماند.

اما سئوال این است که چرا با تمام شواهد تجربی موجود و تصریح فیزیکدانان بزرگی نظیر فارادی و پلانک هنوز نتیجه ی قابل قبولی به دست نیامده است؟ 

برای یافتن پاسخ اجازه دهید یکبار دیگر وابستگی الکتریسیته و مغناطیس را بررسی کنیم شاید بتوانیم علت این شکستها را دریابیم. 

همچنانکه می دانیم در اطراف یک بار ساکن میدان مغناطیسی احساس نمی شود. اما اگر بار حرکت کند، ما شاهد ایجاد یک میدان مغناطیسی خواهیم بود. همچنین تغییر میدان مغناطیسی نیز موجب تولید جریان القایی می گردد. در این تجربه ما شاهد ایجاد پدیده هایی هستیم که قبلاّ وجود نداشت. در اطراف یک سیم (که جریانی از آن نمی گذرد) هیچگونه اثری از میدان مغناطیسی دیده نمی شود. اما به محض عبور جریان الکتریکی از سیم، در اطراف آن میدان مغناطیسی ایجاد می شود. یا در مورد سیملوله اگر میدان مغناطیسی ثابت باشد، جریان الکتریکی در سیم بوجود نمی آید، اما با تغییر شار مغناطیسی، جریان الکتریکی ایجاد می شود

  اما در مورد گرانش مسئله بسیار پیچیده تر است. زیرا گرانش همواره وجود دارد و ما نمی توانیم شرایطی بوجود آوریم که آثار گرانشی نباشد و بعد آزمایشی ترتیب دهیم که ببینیم چه پدیده ای می تواند میدان گرانشی تولید کند.

از طرف دیگر چگونه می توانیم ببینیم هنگامیکه نیروی گرانش روی یک جسم کار انجام می دهد، خود گرانش دستخوش چه تغییری می شود؟ اگر ما می توانستیم این تغییرات را به تجربه درآوریم و بصورت کمی مورد بررسی قرار دهیم، آنگاه می توانستیم بسادگی وابستگی گرانش را به سایر پدیده ها نظیر الکترومغناطیس یا کار انجام شده بیان کنیم. اما چنین امری اگر ناممکن نباشد، بسیار مشکل و یا از حد  فناوری موجود خارج است. زیرا در شرایطی که ما آزمایش می کنیم، اگر از مقدار گرانش موجود در محل آزمایش کاسته شود، فوری از اطراف آن این کسری جبران می شود.

به عنوان مثال سنگی را از ارتفاع دلخواه رها کنید تا بطرف زمین سقوط کند. آنچنانکه در فیزیک مطرح است، انرژی پتانسیل گرانشی به انرژی جنبشی تبدیل می شود. آیا در اینجا از مقدار گرانش اطراف زمین کاسته می شود؟ اگر جواب منفی باشد آنگاه این سئوال پیش می آید که کدام اندازه گیری موجب این جواب منفی شده است؟

حال آزمایش دیگری را در نظر بگیرید. یک گلوله ی فلزی را از ارتفاعی رها کنید تا بطرف زمین سقوط کند. در محل رسیدن گلوله به سطح زمین یک صفحه ی فلزی قرار دهید. هنگامیکه گلوله به زمین می رسد و با صفحه برخورد می کند، مقداری گرما تولید می شود و حتی ما شاهد جرقه یعنی امواج الکترومغناطیسی خواهیم بود. عادت شده این پدیده را با اینکه انرژی پتانسیل گرانشی به انرژی جنبشی تبدیل می شود و انرژی ها به یکدیگر قابل تبدیل هستند، توجیه کنند. همین توجیه موجب می شود که ماهیت این فرایند کمتر مورد توجه و بررسی موشکافانه ی علمی قرار گیرد. اما اجازه دهید یک دید متفاوت به این تجارب داشته باشیم

اهمیت توجه به ساختمان فوتون

ارتباط و اطلاعات ما از اجسام فرازمینی اعم ماه و خورشید که جزئی از منظومه ی شمسی هستند تا ستارگان و کهکشانهای دور، تنها از دو طریق امکان پذیر است. یکی آثار گرانشی این اجرام و دومی نوری است که از آنها به ما می رسد. اما اطلاعات مربوط به آثار گرانشی اجرام آسمانی نیز از طریق مشاهدات و در نتیجه نور دریافتی از آنها قابل مشاهده است. بنابراین تنها پیام آوران فرازمینی امواج الکترومغناطیسی که نور بخش کوچکی از آن است می باشد. لذا توجه و شناخت نور از اهمیت منحصر به فردی برخوردار است. بنابراین شناخت هرچه بیشتر نور به منزله ی استحکام بینش جهان شناختی و درک واقعی تر از فیزیک جهان است. چگونه می توان به اطلاعات دریافتی از کهکشانها اطمینان داشت، در حالیکه حامل این اطلاعات را بخوبی نشناخته باشیم؟

آنچه که تا به حال در فیزیک مورد توجه بوده است، رفتار نور در محیط های مختلف و کنش آن با سایر ذرات از جمله الکترون است. اثر دوپلر، اثر فوتوالکتریک، اثر کمپتون، اثر موسوئر، انحنای فضا ... همه و همه بدون توجه به ساختمان فوتون تجزیه و تحلیل می شود. هرچند که ظاهراً برای بررسی اینگونه پدیده ها توجه به ساختمان فوتون ضروری به نظر نمی رسد، اما برای یک سفر میلیارد سالی که فوتون طی می کند تا از کهکشانی دور به زمین برسد، توجه به ساختمان فوتون بسیار مهم است. زیرا باید دید آیا خود فوتون در این مسافرت چند میلیارد سالی (تحت شرایط داخلی) دچار دگرگونی می شود یا نه؟

آنچه در این زمینه مورد توجه و پذیرش فیزیکدانان قرار گرفته این است که به گفته ی دیراک فوتون یک ذره ی بنیادی است که نمی توان به ساختمان آن پرداخت. و تنها چیزی که در اختر فیزیک و کیهان شناختی مورد توجه و بررسی قرار گرفته، اثر دوپلری نور و جابجایی بسمت سرخ گرانش است. مشاهدات هابل نشان داد نوری که از کهکشانها به ما می رسد، جابجایی بسمت سرخ از خود نشان می دهد

مشاهدات وی نشان داد که کهکشانها در حال دور شدن از ما هستند و هرچه فاصله ی آنها از زمین بیشتر باشد، و هرچه فاصله ی آنها از ناظر (در این حالت ما) بیشتر باشد، سرعت دور شدون نیز بیشتر می باشد

این مشاهدات فیزیکدانان را به ارائه ی نظریه انبساط فضا و بیگ بنگ رهنمون گردید. در اواخر قرن بیستم مشاهدات کیهانی نشان داد که انبساط جهان دارای شتاب است و در نتیجه مسئله ی انرژی تاریک مطرح گردید که هنوز از رموز حل نشده ی فیزیک است. اگر همانطور که دیراک تصریح کرده، فوتون را بدون ساختمان در نظر بگیریم، راهی نداریم بجز اینکه تنها با استفاده از اثر دوپلر مشاهدات خود را در مشاهدات خود را بررسی کنیم و به نتایج جدیدی دست یابیم که ما را در درک بهتری از جهان یاری کند

زمانی می توانیم به درستی اطلاعات دریافتی باور داشته باشیم که یقین داشته باشیم که علائم حامل اطلاعات در طول مسیر دستخوش هیچگونه تغییری نشده باشند. آیا حقیقتاً خود فوتون بدون هیچ اثر خارجی در یک سفر میلیاردها سالی دستخوش هیچگونه تغییری نمی شود؟

آیا فوتونهای دریافتی از یک کهکشان دور است، همانی است که کهکشان را ترک کرده است؟

بنابراین بدون شناخت ساختمان فوتون، نمی توان به صحت اطلاعات دریافتی اعتماد کامل داشت. لذا تلاش برای شناخت و توضیح ساختمان فوتون یک ضرورت انکار ناپذیر است. بهمین دلیل نظریه سی. پی. اچ. براساس تعریف ساختمان فوتون شکل گرفته است. برای تعریف ساختمان فوتون از کجا و چگونه می توان شروع کرد؟ چنین تعریفی الزاماً بایستی از دو پشتوانه ی منطقی برخوردار باشد، یکی نظریه های معتبر و دیگری تجاربی که این نظریه ها را به اثبات رسانده است

از کدام نظریه می توان کمک گرفت؟ نسبیت یا مکانیک کوانتوم؟

هر یک از این دو نظریه به تنهایی از چنان اعتباری برخوردارند، که استناد به آنها نیز اعتبار دارد. اما خوشبختانه این نظریه ها دارای زمینه های مشترکی نیز هستند که استناد به این زمینه های مشترک می تواند ما را در ترکیب این دو نظریه یاری رساند. لذا کار را از همین زمینه های مشترک پی می گیریم

بار - رنگ و مغناطیس-رنگ

اجازه دهید یک نگاه جدید به رفتار الکترومغناطیسی در میدان گرانشی بیندازیم، این نگرش می تواند در حل این معما که فوتون از چه ذراتی تشکیل شده، مفید واقع گردد. همچنانکه می دانیم یک موج الکترومغناطیسی از دو میدان الکتریکی و مغناطیسی عمود بر هم تشکیل شده است که با سرعت خطی برابر با سرعت نور حرکت می کنند. شکل زیر

با توجه به توصیف امواج الکترومغناطیسی و نظریه هیگز و ترکیب این دو نظریه به نتیجه بسیار جالبی خواهیم رسید.

در اینجا دو میدان داریم، یکی میدان الکتریکی و دیگری میدان مغناطیسی که با توجه یه نظریه هیگز، این میدانها توسط ذرات هیگز ایجاد می شوند. اما در اینجا میدانها متفاوتند، یکی میدان ابکتریکی که توسط ذراتی ایجاد می شوند که از خود، خواص الکتریکی بروز می دهند و با سرعت خطی برابر سرعت نور منتقل می شوند. اما علاوه بر سرعت خطی که در موج الکترومغناطیسی دارد، روی محور عمود بر آن نیز دارای حرکت است. لذا مجموع مسیری که این ذرات در واحد زمان طی می کند، بیشتر از سرعت نور است

در اینجا سه نکته کاملاً مشهود و قابل تعمق است

1 – این ذرات خواص الکتریکی دارند. چون به اندازه بار الکتریکی پایه (بار الکتریکی الکترون یا پروتون) نیستند، لذا آنها را بار – رنگ می نامیم. بطور مشابه در مورد میدان مغناطیسی و ذرات تشکیل دهنده ی آن میتوان چنین تعبیری داشت که میدان مغناطیسی اطراف فوتون از مغناطیس – رنگ تشکیل شده است

2 – حرکت این ذرات را می توان شامل سه نوع حرکت دانست، یکی سرعت خطی که برابر سرعت انتقال موج الکترومغناطیسی (برابر سرعت نور)، دوم سرعتی که در میدان دارند (در شکل بالا مشخص شده است) و سوم اسپین این ذرات. لذا مجموع مقادیر سرعتها برابر مقدار سرعت این ذرات است که آن را با Vc نشان می دهیم. بطور وضوح مشخص است که Vc > c که در آن  Vc, c بترتیب مقدار سرعت نور و مقدار سرعت بار – رنگ و مغناطیس – رنگ هستند

3 –  میدان گرانشی از ذراتی (گراویتون) تشکیل می شود که دارای خواص - بار رنگی و مغناطیس – رنگی می باشند. زیرا همچنانکه در فصل قبل مشاهده شد، هنگامیکه فوتون در میدان گرانشی در حال سقوط است، انرژی و در نتیجه شدت میدانهای الکتریکی و مغناطیسی آن افزایش می یابد (جابجایی بسمت آبی)، لذا ورود گراویتونها (بار – رنگ و مغناطیس – رنگ) به ساختمان فوتون موجب افزایش انرژی آن می شود

 با توجه به این اطلاعات به تعریف سی. پی. اچ. پرداخته و اصل سی. پی. اچ. را بیان می کنیم. لازم به ذکر است که

برای سی. پی. اچ. از کلمه ی ذره استفاده شده است، منظور از ذره همان نقطه ی مادی نیست و در فارسی کلمه ای که گویای مفهوم سی. پی. اچ. باشد ندیدم. بهمین دلیل از لغت ذره استفاده شد. همچنین توجه شود که در مورد شکل آن نیز هیچ نظر خاصی وجود ندارد. لذا هر کس بنا بر برداشت و سلیقه ی خود می تواند برای آن شکل مورد نظر خویش را تجسم کند

CPH تعریف

فرض کنیم یک ذره با جرم ثابتm  وجود دارد که نسبت به هر دستگاه لختی با مقدار سرعت ثابت Vcحرکت می کند. و

Vc>c   c, is speed of light

بنابراین سی. پی. اچ. دارای اندازه حرکت خطی برابر  mVc می باشد. شکل زیر

CPH اصل

پی. اچ. یک ذره بنیادی با جرم ثابت است که با مقدار سرعت ثابت حرکت می کند. این ذره داری لختی دورانی است. در هر واکنش بین این ذره با سایر ذرات یا نیروها در مقدار سرعت آن تغییری داده نمی شود، بطوریکه

توجه: هنگامیکه نیروی خارجی بر آن اعمال شود، قسمتی از سرعت انتقالی آن به سرعت دورانی (یا بالعکس ) تبدیل می شود، بطوریکه در مقدار Vc تغییری داده نمی شود. یعنی اندازه حرکت خطی آن به اندازه حرکت دورانی و بالعکس تبدیل می شود. بنابراین مجموع انرژی انتقالی و انرژی دورانی آن نیز همواره ثابت است. تنها انرژی انتقالی آن به انرژی دورانی و بالعکس تبدیل می شود

هنگامیکه سی. پی. اچ. دارای حرکت دورانی حول محوری که از مرکز جرم آن می گذرد است، یعنی زمانیکه سی. پی. اچ. دارای Spin  است،آن را گراویتون می نامیم

When CPH has Spin, It calls Graviton

تشریح

هنگامیکه یک سی. پی. اچ. وجود سی. پی. اچ. دیگری را احساس می کند. دارای اسپین می شوند که گراویتون نامیده می شود. علت ایجاد اسپین در اصل موضوع سی. پی. اچ. نهفته است که باید با مقدار سرعت ثابت Vc  حرکت کند بطوریکه

gradVc=0 in all inertial frames and any space

 بنابراین هر مقدار که از سرعت آن روی یک محور مختصات کاسته می شود، به همان میزان بر مقدار سرعت روی دو محور دیگر افزوده می شود. یعنی

بعبارت دیگر مجموع مقدار شتاب های سی. پی. اچ. روی سه محور مختصات برابر با صفر است. حال دو سی. پی. اچ. را در نظر بگیرید که متوجه بار- رنگی و مغناطیس – رنگی یکدیگر شده اند. شکل زیر

شکل بالا نشان می دهد که دو گراویتون با جرم m  و اندازه حرکت  p=mVc ، درفاصله  r تحت تاثیر بار – رنگی و مغناطیس رنگی یکدیگر قرار گرفته، با هم ترکیب می شوند، اما چون مقدار سرعت آنها ثابت است، حرکت انتقالی آنها به حرکت دورانی

Spin

تبدیل می شود. فاصله ی بین آنها تا جایی می تواند کاهش یابد که باهم برخورد نکنند. در صورت برخورد به دلیل اسپینی که دارند، از یکدیگر دور می شوند. لذا تراکم (چگالی) آنها تا زمانی می تواند افزایش یابد که به حالت تماس نرسند. در صورت تماس طی برخوردی شدید یکدیگر را می رانند و به اطراف پراکنده می شوند

 یکبار دیگر جابجایی بسمت آبی را به خاطر آورید که طی آن یک فوتون در حال سقوط در میدان گرانشی است. (اثر مسبوئر و آزمایش پوند – ربکا). فوتونی با انرژی

 به اندازه y   سقوط می کند و انرژی آن به اندازه ی mgy  افزایش می یابد و به مقدار

می رسد

انرژی و جرم فوتون افزایش میابد. شکل زیر حرکت یک فوتون در حال سقوط در یک میدان گرانشی را نشان می دهد که با ورود گراویتونها به آن انرژی (جرم)، فرکانس و شدت میدانهای الکتریکی و مغناطیسی آن افزایش می یابد

بنابراین یک فوتون از تعدادی گراویتون تشکیل می شود که دارای اسپین هستند. شکل زیر

همچنین فوتون دارای اسپین است. بنابراین هنگامیکه فوتون با سرعت نور حرکت می کند، گرایتون هایی که فوتون را تشکیل داده اند دارای حرکتهای زیر می باشند:

حرکت انتقالی برابر سرعت نور، زیرا فوتون با سرعت نور منتقل می شود و اجزای تشکیل دهنده آن نیز الزاماً با همین سرعت منتقل می شوند.

حرکت دورانی (اسپین)، زیرا طبق اصل سی. پی. اچ. مقدار سرعت سی. پی. اچ. بیشتر از سرعت نور است و هنگامیه سی. پی. اچ. ها با یکدیگر ادغام می شوند و سایر ذرات را تشکیل می دهند، مقداری از سرعت انتقالی آنها به اسپین تبدیل می شود.

و حرکت ناشی از اسپین فوتون، زیرا گراویتون ها در ساختمان فوتون هستند و از حرکت اسپینی فوتون سهم می برند

زیر کوانتوم انرژی، جرم و نیرو

 در فرآیند بالا نشان داده شد که چگونه گراویتونها وارد ساختمان فوتون شده و انرژی آنرا افزایش می دهند. از طرفی دیگر می دانیم که گراویتونها حامل نیروی گرانشی هستند. لذا بسادگی مشاهده می شود که نیرو قابل تبدیل به انرژی است. گراویتونهایی که به این ترتیب تبدیل به انرژی می شوند.

در یک میدان گرانشی، هنگامیکه فوتون بسمت آبی جابجا می شود، گراویتون ها تبدیل به انرژی می شوند و زمانیکه فوتون بسمت قرمز جابجا می شود، انرژی فوتون به گراویتون تبدیل می شود و و سرانجام با تباه شدن انرژی ، ماده و پادماده پدید می آید.  شکل زیر

در حقیقت سی. پی. اچ. یک زیر کوانتوم هستی در طبیعت است که همه ی ذرات از آن ساخته شده اند

CPH is Sub Quantum of existence in Nature

این زیر کوانتوم دارای جرم است، پس جلوه ی ماده است، دارای اندازه حرکت است که بیان کننده ی انرژی است. همچنین دارای خواص بار-رنگی و مغناطیس – رنگی است. یک کوانتوم انرژی از تعدادی سی. پی. اچ. تشکیل می شود و امواج الکترومغناطیسی ظاهر می شوند.

بدین ترتیب مشخص است که چرا نمی توان فوتون را در حالت سکون مشاهده کرد، زیر یک فوتون در شرایط سرعت نور و از تعدادی ذرات زیر فوتون (بار-رنگها و مغناطیس-رنگها) تولید می شود که خود این ذرات زیر فوتونی با مقدار سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت می کنند