دنیایی از همه چیز - دنیای فیزیک

مطالب و عکس های مرتبط ۲:

- انیشتین از کودکی تا پیری

- زندگی نامه آلبرت انیشتین

مرگ خورشید

پیمان — Thu, 22 Jul 2010 09:32:19 GMT

مرگ خورشید (Sun Death)

آیا ستاره‌ها زنده‌اند؟!

ستاره شناسان ستاره‌ها را مانند موجودات زنده می‌دانند که مراحل تولد ، زندگی و مرگ را در طول عمر خود می‌گذرانند. این مراحل که برای انسان حدود چند ده سال طول می‌کشد. در مورد ستاره‌ها از چند میلیون تا چند میلیارد سال متغیر است. یک ستاره پس از تولد و گذران عمر ، وارد مرحله مرگ و پایان موجودیت می‌شود. خورشید ما هم که یک ستاره است، از این قاعده مستثنی نیست.

غول سرخ خورشید

ذخایر هیدروژن خورشید به ما این وعده را می‌دهد که تا حدود 5 میلیارد سال دیگر دغدغه‌ای نداشته باشیم. خورشید تقریبا بصورت امروزی ، ستاره‌ای زرد که به اندازه قرص ماه دیده می‌شود، خواهد بود. ولی 5 میلیارد سال بعد بیشتر هیدروژن موجود در هسته خورشید ، گداخته شده و صرف تهیه هلیوم می‌شود. در آن زمان جاذبه باعث انقباض هسته شده و فشار و دمای آن را افزایش خواهد داد. هیدروژن شروع به سوختن در پوسته اطراف هسته خواهد کرد.

انرژی حاصل از همجوشی هسته‌ای در پوسته ، باعث انبساط لایه‌های خارجی خواهد شد، تا اینکه خورشید تبدیل به یک غول سرخ شود. هلیوم هم به کربن و اکسیژن تبدیل خواهد شد.

خورشید کوتوله

وقتی خورشید منبسط می‌شود تا تبدیل به یک غول سرخ شود ، قطرش حدود 150 برابر بزرگتر می‌شود (بدلیل همین افزایش حجم است که غول نامیده می‌شود). با افزایش حجم ، دمای سطح خورشید به آرامی کاهش می‌یابد و گازهای منبسط شده و داغ حرارت خود را از دست می‌دهند. رنگ خورشید از زرد به نارنجی و سپس قرمز تغییر می‌کند. بخاطر بزرگتر شدن سطح خورشید ، درخشندگی آن هزار برابر افزایش یافته و نور بیشتری ساطع می‌کند.

خورشید مدت 100 میلیون سال را به شکل یک غول سرخ سپری خواهد کرد، سپس لایه‌های سست بیرونی از آن جدا خواهند شد. سرانجام خورشید به شکل یک کوتوله سفید باقی مانده و به تدریج از بین خواهد رفت.

زمین سوگوار

- در مراحل پایانی عمر خورشید ، هنگامی که این ستاره به غول سرخ تبدیل می‌شود، از آسمان آبی گرفته تا سایه رنگهای سپیده و شامگاه ، کلیه پدیده‌های جوی ، عمیقا تحت تأثیر قرار می‌گیرند. زمین سرد نمی‌شود بلکه برعکس افزایش ‌مساحت خورشید ، کاهش دما را جبران می‌کند و دما از حد معمول هم بسیار فراتر می‌رود. تمام موجودات زنده از بین می‌روند و زمین در غم از دست دادن آنها و خورشید به سوگ می‌نشیند.

- با افزایش دما یخ پهنه‌های قطبی شروع به ذوب شدن می‌کنند. سطح اقیانوسها بالا می‌آیند و لایه ضخیمی از ابر ایجاد می‌کنند که برای مدتی خورشید را پنهان می‌کند. این ابرها تقابل اقلیمی میان قطبها و استوا را از بین می‌برند. نوعی جنگل آمازون داغ و مرطوب سراسر زمین را می‌پوشاند. سپس جو زمین شروع به تبخیر شدن می‌کند. گیاهان خشک شعله‌ور می‌شوند. شعله‌های آتش با استفاده از اکسیژن باقیمانده ، همه مواد آلی موجود را مصرف می‌کند. طبیعتی شبیه به ماه کنونی پدید می‌آید.

- در صخره سنگهای قاره‌ای و اعماق حوزه‌هایی که تبخیر شده‌اند، حاکمیت عصر معادن بار دیگر جایگاهی را که در نخستین سالهای عمر سیاره داشت، باز می‌یابد. پس از گذشت چند صد هزار سال ، خود صخره نیز شروع به ذوب شدن می‌کند. زیر آبشاری از حرارت سرخ ، امواج گدازه های فروزان از کوهها سرازیر و در اعماق اقیانوسهای کهن جمع می‌شوند. خورشید سرخ به گسترش خود ادامه می‌دهد و باد نیرومند ستاره‌ای به بیرون می‌فرستد.

- سیارات عطارد و زهره تحت تأثیر آن به آرامی تبخیر می‌شوند. این توفان شدید مواد آنها را جارو کرده و به صورت امواج متلاطمی از بخار به هوا می‌فرستد. از این ماده رقیق ممکن است سحابیهای جدید شکل گرفته و در میان آنها ستارگان و منظومه‌های سیاره‌ای جدید پدیدار شوند.

مراحل مرگ خورشید : از انبساط تا فنا

گرفته شده از : www.roshd.ir

گردآونده : دنیایی از همه چیز – www.supergalaxy.ir

مطالب مرتبط :

از کجا آمده ایم؟

پیمان — Thu, 22 Jul 2010 09:05:55 GMT

از کجا آمده ایم؟

من فکر می کنم همه مردم می خواهند بدانند که ما از کجا آمده ایم و جهان چگونه آغاز شده است.

استیون هاوکینگ

فیزیکدانان در پاسخ به این پرسش که جهان چگونه آغاز شده است، نظریه انفجار بزرگ را مطرح می کنند. طبق این نظریه جهان ۷۱ میلیارد سال پیش از حالتی بسیار چگال و داغ سربر آورده است. این نظریه بر انبساط مشاهده شده فضا و بررسی قرمزگرایی مبتنی است. دانشمندان بر پایه این مشاهده ها نتیجه گرفتند که جهان از وضعیتی که ماده و انرژی آن در حالتی بسیار چگال و دمای زیاد قرار داشت، آغاز شده است. در عین حال دانشمندان در این مورد که پیش از آن جهان در چه وضعیتی بود، اتفاق نظر ندارند.نظریه انفجار بزرگ که مبتنی بر ملاحظات نظری است، تایید مشاهده های تجربی را نیز به همراه دارد. به لحاظ مشاهده ای اخترشناسان دریافته بودند که سحابی های مارپیچ در حال دور شدن از زمین هستند، هر چند این رصدگران نه متوجه معنی کیهان شناختی این پدیده بودند و نه اصولا می دانستند که این سحابی ها، کهکشان های دیگری غیر از کهکشان راه شیری ما است.

در سال ۱۹۲۷ یک کشیش کاتولیک به نام جورج لوماتره با استفاده از رابطه های نسبیت عام اینشتین و مشاهده پس رفت سحابی های مارپیچ نتیجه گرفت که جهان ما با انفجار «اتم اولیه» آغاز شده است. این نظریه بعدها انفجار بزرگ نام گرفت.ادویل هابل در سال ۱۹۲۹ توانست شاهدی رصدی برای نظریه لوماتره فراهم آورد. وی کشف کرد که نور دیگر کهکشان ها قرمزگرایی دارد که مقدار آن متناسب با فاصله آن کهکشان از زمین است. امروزه این قانون را به نام قانون هابل می شناسند.

طبق اصل کیهان شناسی اگر مقیاس های بسیار بزرگ را در نظر آوریم، در جهان هیچ جهت یا مکانی بر دیگری ترجیح ندارد. هابل با توجه به این اصل گفت که جهان در حال انبساط است. این دیدگاه با دیدگاه اینشتین در مورد جهان که آن را بی پایان و ایستا می دانست در تعارض بود.در آن زمان دو احتمال مختلف برای وضعیت جهان مطرح شد. یکی نظر انفجار بزرگ لوماتره بود که جورج گاموف طرفدار آن بود و به گسترش آن بسیار کمک کرد و دیگر مدل حالت ایستای فرد هویل بود. طبق این مدل تمام نقاط جهان با گذشت زمان هیچ تغییری نمی کرد. در حقیقت هم همین فرد هویل بود که اصطلاح انفجار بزرگ یا Big Bang را سر زبان ها انداخت. وی در یک سخنرانی در سال ۱۹۴۹ بارها از نظریه لوماتره با عنوان Big Bang نام برد و آن را به تمسخر گرفت. وی سال های بعد هم در دیگر سخنرانی هایش به تمسخر اندیشه های لوماتره پرداخت، اما در نهایت Big Bang به عنوان نام رسمی نظریه لوماتره شناخته شد. این دو نظریه سال های متمادی به موازات یکدیگر گسترش یافتند و هرکدام طرفداران بسیاری یافتند اما با توسعه اخترشناسی شواهد رصدی از ایده انفجار بزرگ حمایت کردند و معلوم شد که جهان از حالتی بسیار داغ و چگال آغاز شده است. از سال ۱۹۶۵ نیز که تابش های ریزموج پس زمینه کیهانی کشف شد، نظریه انفجار بزرگ بهترین نظریه پردازی توجیه سرآغاز و چگونگی تکامل جهان محسوب می شود. در حقیقت تمام کارهای نظری در کیهان شناسی بر مبنای نظریه انفجار بزرگ یا نسخه تغییر یافته و اصلاح شده آن است. پژوهش های کنونی در کیهان شناسی نیز به بررسی و درک چگونگی تشکیل کهکشان ها با استفاده از نظریه انفجار بزرگ و درک رویدادها در لحظه انفجار بزرگ مربوط می شود.طبق این نظریه همزمان با انبساط تده اولیه چگال و داغ، دما نیز به تدریج کاهش یافت.بعد از گذشت حدود ۳۵ ۱۰ ثانیه انتقال فازی صورت گرفت که باعث شد جهان به طور نمایی رشد کند. این دوره را با عنوان تورم کیهانی می شناسند.پس از آنکه تورم کیهانی متوقف شد، مواد تشکیل دهنده به صورت پلاسمای کوآرک گلوئون بودند. در این حالت ذرات تشکیل دهنده پلاسما با سرعت های نسبیتی در حال حرکت بودند. با گسترش و انبساط جهان دما نیز به تدریج کاهش یافت و با ترکیب اجرای پلاسما با هم، پروتون ها و نوترون ها شکل گرفتند. بعدها بعضی از پروتون ها و نوترون ها با یکدیگر ترکیب شدند و طی فرآیندی با نام هسته زایی، هسته های لوتریم و هلیم را به وجود آوردند. پس از گذشت حدود ۳۰۰ هزار سال از انفجار بزرگ الکترون ها نیز به اتم ها ملحق شدند و اتم ها را که به طور عمده هیدروژن بود، به وجود آوردند. در این زمان تابش از ماده جدا شد و در نتیجه در کل جهان مانعی در برابر نور وجود نداشت. به چنین تابش هایی، تابش ریزموج پس زمینه می گویند.

با گذشت زمان منطقه های چگال تر مواد اطراف خود را جذب کردند و بزرگتر و متراکم شدند و به این ترتیب ابرهای گاز، ستارگان، کهکشان ها و دیگر ساختارهای اخترشناسی که امروزه قابل مشاهده است را به وجود آوردند.جزئیات مربوط به این فرآیند به مقدار و نوع ماده مورد نظر بستگی دارد.البته باید در نظر داشت هنگامی که جهان را با استفاده از این نظریه شرح می دهیم، نباید انفجار بزرگ را به صورت انفجاری از ماده در نظر گرفت که به سرعت از یکدیگر دور می شوند تا فضایی از پیش تهی را پر کنند، بلکه در انفجار بزرگ چیزی که منبسط می شود، خود فضا است. همین انبساط است که باعث می شود فاصله بین هر دو نقطه دلخواهی در جهان افزایش یابد. با این همه انبساط جهان در مقیاس موضعی فعلی چنان کوچک است که هر گونه ارتباطی بین قوانین فیزیک با انبساط با استفاده از تکنیک های فعلی غیرقابل اندازه گیری است.

تابش پس زمینه کیهانی

نظریه انفجار بزرگ وجود تابش های ریزموج پس زمینه کیهانی را پیش بینی کرد. این تابش ها در حقیقت از فوتون هایی تشکیل شده اند که در مراحل اولیه تشکیل جهان گسیل شده اند. در مراحل اولیه آغاز جهان و پیش از تشکیل اتم ها، این تابش ها به طور مداوم جذب می شوند و در نتیجه جهان مات بود. اما پس از انبساط و سرد شدن جهان تا حدود سه هزار درجه کلوین، وضعیت به گونه ای شد که الکترون ها و هسته ها توانستند با یکدیگر ترکیب شوند و اتم ها را به وجود بیاورند. در این حالت پلاسمای اولیه به گازی خنثی تبدیل شد. این گاز خنثی برخلاف پلاسما، عبور نور را ممکن می سازد. این تابش ها در تمام جهت های فضا جاری است و امروزه ما می توانیم آن را مشاهده کنیم. این تابش ها نیز به دلیل انبساط هابل، قرمزگرایی دارند. در هر کجای جهان که باشیم این تابش ها را مشاهده می کنیم که از همه جهت ها می آیند.

آرنو پنزیاس و روبرت ویلسون در سال ۱۹۶۴ از یک گیرنده ریزموج آزمایشگاه بل استفاده کردند تا به رصد تابش ها بپردازند. آنها با استفاده از این ابزار تابش ریزموج پس زمینه کیهانی را کشف کردند. با این کشف که نشان دهنده طیف جسم سیاه در دمای سه درجه کلوین بود، کفه ترازو به نفع نظریه انفجار بزرگ سنگین تر شد. پنزیاس و ویلسون به خاطر این کشفشان جایزه نوبل را از آن خود ساختند.ناسا در سال ۱۹۸۹ ماهواره کاشف پس زمینه کیهانی را که به اختصار کوبه یا COBE خوانده می شود پرتاب کرد. اولین اطلاعات این ماهواره که در سال ۱۹۹۰ ارائه شد، با پیش بینی های تابش های ریزموج پس کیهانی نظریه انفجار بزرگ سازگاری داشت. در سال ۲۰۰۳ نیز کاوشگر ریز موج ناهمسانگرد ویلکینسون WMAP پرتاب شد و اطلاعاتی از بعضی پارامترهای کیهان شناسی به دست آورد که دقیق ترین اطلاعات به دست آمده تا آن زمان محسوب می شد. دستاوردهای این ماهواره نیز در کل با مبانی نظریه تورم هماهنگی داشت.

تکوین و شکل گیری کهکشان ها

مشاهده های دقیق در مورد شکل و توزیع کهکشان ها و اختروش ها شواهد قاطعی در مورد انفجار بزرگ فراهم آورده است. دانشمندان با استفاده از تلفیق مشاهده و نظریه حدس می زنند که اولین اختروش ها و کهکشان ها حدود یک میلیارد سال بعد از انفجار بزرگ به وجود آمدند و پس از آن نیز ساختار بزرگ همانند خوشه ها و ابرخوشه های کهکشانی شکل گرفتند. ستارگان و کهکشان ها با گذشت زمان تکامل می یابند، بنابراین کهکشان های دور دست که آنها را به شکلی که در آغاز جهان بودند، مشاهده می کنیم با کهکشان های نزدیک که شکل فعلی آنها را می بینیم بسیار متفاوتند. با این همه کهکشان هایی که به تازگی تشکیل شدند نسبت به کهکشان هایی که در همین فاصله اما مدت کوتاهی پس از انفجار بزرگ شکل گرفتند، تفاوت دارند. این مشاهده ها به شدت مدل حالت ایستا را رد می کند. بررسی مربوط به تشکیل ستارگان و توزیع کهکشان ها و اختروش ها و ساختارهای بزرگتر با شبیه سازی های نظریه انفجار بزرگ در مورد تشکیل ساختار در جهان هماهنگ است و در عین حال کمک موثری برای کامل کردن جزئیات مربوط به این نظریه محسوب می شود.

ماده تاریک

طی دهه ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ مشاهده های گوناگون نشان داد که برای توجیه شدت ظاهری نیروی گرانشی درون کهکشانی و بین کهکشانی مقدار ماده مرئی کافی وجود ندارد. این مشاهده ها منجر به شکل گیری این ایده شد که بیش از نود درصد ماده موجود در جهان ماده معمولی نیست، بلکه از نوع ماده تاریک است. علاوه بر این، فرض اینکه جهان به طور عمده از ماده معمولی تشکیل شده است، به پیش بینی هایی منجر می شود که به شدت با نتیجه حاصل از مشاهده ها ناهمخوانی دارد. زمانی که ایده ماده تاریک مطرح شد، بحث های بسیاری به دنبال داشت، اما امروزه به دلیل مشاهده های مربوط به سرعت انتشار کهکشان ها، توزیع ساختارهای بزرگ مقیاس، پدیده های مربوط به عدسی گرانشی و اندازه گیری های پرتو ایکس خوشه های کهکشانی، بسیاری آن را به عنوان بخشی از مدل استاندارد کیهان شناسی پذیرفته اند. در آگوست سال ۲۰۰۶ توانستند وجود ماده تاریک را با استفاده از اندازه گیری برخورد کهکشان ها، نشان دهند. این مورد اندازه گیری و دیگر روش های اندازه گیری ماده تاریک فقط نسبت به اثرهای گرانشی حساس است. تاکنون هیچ ذره ماده تاریکی در آزمایشگاه مشاهده نشده است. با این همه در فیزیک ذرات، نامزد هایی برای ماده تاریک وجود دارد و طرح های گوناگون برای آشکارسازی مستقیم آنها در دست اجرا است.

انرژی تاریک

اندازه گیری مشخصه های بعضی انواع ابر نواخترها نشان می دهد که شتاب جهان مقداری غیر خطی است. نظریه نسبیت عام برای توجیه این شتاب غیر خطی نیازمند وجود نوعی انرژی با فشار منفی در جهان است. اکنون به نظر می رسد که این انرژی تاریک تشکیل دهنده هفتاد درصد انرژی جهان است. ماهیت این انرژی یکی از رازهای مهم انفجار بزرگ است. نامزدهای احتمالی برای این انرژی وجود دارد که ثابت کیهان شناختی ازجمله آنها است. هم اکنون رصد هایی انجام می شود تا ماهیت این انرژی روشن شود. با استفاده از اطلاعاتی که ماهواره WMAP در سال۲۰۰۶ ارائه کرده است، نشان می دهد که جهان از ۷۴ درصد انرژی تاریک، ۲۲ درصد ماده تاریک و ۴ درصد ماده معمولی تشکیل شده است.

پیشرفت نجوم و کیهان شناسی در چند دهه اخیر توجه دانشمندان بسیاری را به خود جلب کرده است، زیرا با استفاده از تجهیزات جدید دید ما نسبت به جهان به طور وصف ناپذیری دگرگون شده است. کشف ستاره های نوترونی با استفاده از مشاهده های مربوط به طول موج های بلند رادیویی، به دست آوردن اطلاعات از جهان هنگامی که فقط چند دقیقه عمر داشت با استفاده از آثار دوتریم موجود و کشف چگونگی تشکیل ستارگان هنگام بررسی سردترین مناطق جهان، موضوع هایی است که می تواند توجه همه را به خود جلب کند.این کتاب که در پنج فصل تنظیم شده است از تولد و مرگ ستارگان شروع شده و با بررسی منشاء کهکشان ها و منشاء جهان به پایان رسیده است. با خواندن این کتاب می توان سوار بر ماشین زمان، به گذشته رفت و به بررسی ساختارهایی چون ستارگان، اختروش ها و سیاهچاله ها و دیگر پدیده های کیهانی پرداخت. هدف اصلی این کتاب به ادعای مترجم، آن بوده است که با بیان ساده، موضوع های دشوار نجومی را به حرفه ای ها و غیر حرفه ای ها بیاموزد.

گردآونده : دنیایی از همه چیز – www.supergalaxy.ir

Big Bang : A theory which states that the universe came into being in an instantaneous event between 15 and 20 billion years ago. Everything contained within the universe was created in that initial event and as time has gone by, the universe has expanded and the contents have evolved into the stars and galaxies of today. The theory uses the known laws of physics to describe everything that occurred in the universe following the Planck time, which ended when the universe was 10-43 seconds old. Following this space and time became distinct from matter and energy. Matter and energy continued to be completely interchangeable until the universe was fifteen seconds old. At this time, the elementary particles which make up atoms became stable. Atoms could still not form, however, because collisions between photonsand sub-atomic particles prevented them binding together. The forces of nature evolved into gravity, electromagnetism, the weak nuclear force and the strong nuclear force. As the temperature fell, because the universe expanded, atoms formed. Now that the sub-atomic particles were in orderly structures, the obstructions they had caused to the photons were removed. This allowed the photons to travel large distances through space without interacting with other particles. In effect, space became transparent to them and caused the releases of energy which are observed today as the cosmic background radiation. This also removed the radiation pressure from the matter and allowed it to be influenced by the force of gravity. This, in turn, caused galaxies to form as matter congregated together.

تحولات جهان ما

ملکولم لونگایر

ترجمه:

حبیب الله عصاره، محمدحسین عصاره

انتشارات دانشگاه شهیدچمران ۱۳۸۴

منبع :سایت سی پی اچ

گردآونده : دنیایی از همه چیز – www.supergalaxy.ir

مطالب مرتبط :

مطالب و عکس های مرتبط ۲ :

- انیشتین از کودکی تا پیری

- زندگی نامه استیون هاوکینگ
- زندگی نامه آلبرت انیشتین

جهان 2 بعدی یا جهان 3 بعدی ؟

پیمان — Wed, 21 Jul 2010 21:11:01 GMT

جهان 2 بعدی یا جهان 3 بعدی ؟

الف) دانشمندان در پی پاسخ به اینکه جهان سه‌بعدی است یا دو بعد بیشتر ندارد ؟

فیزیکدانان در تازه‌ترین تلاشها برای کشف راز نیروی اسرارآمیز جاذبه به این فرضیه توجه کرده‌اند که احتمالا این نیرو و نیز یکی از ابعاد فضا به واسطه نوعی تعامل خاص میان ذرات بنیادی و میدان‌های موجود در یکی از قلمروهای زیرین - بنیاد کیهان بوجود آمده‌اند.

در گسترش این نظریه رویکرد هولوگرافیک به کیهان به منزله یک نظریه راهنما در خدمت دانشمندان قرار گرفته است.

در اطراف ما سه بعد از ابعاد فضا قابل ادراک است. این سه بعد شامل بالا و پایین، جلو و عقب، و چپ و راست است.این سه بعد مکانی به علاوه یک بعد زمانی، کیهان چهار بعدی را که ما در آن ساکن هستیم بوجود می‌آورند.

اما برخی از تازه‌ترین نظریه‌های فیزیکی این ادعای تازه را مطرح ساخته‌اند که یکی از سه بعد مکانی که ما با آن آشنا هستیم واقعیت ندارد و نوعی وهم و تصور ذهن ماست و آنچه واقعیت دارد آن است که ذرات بنیادی و میدانهای موجود در کیهان عملا در یک فضای دو بعدی با هم در تعامل هستند.

بر مبنای این نظریه‌های جدید، نیروی جاذبه نیز واقعیت ندارد بلکه امری موهومی است که به همراه بعد سوم مکان که در تصور ما ظاهر می‌شود، این نیرو نیز پدیدار می‌گردد.

اگر بخواهیم دیدگاه این نظریه‌های جدید را دقیق تر بیان کنیم باید بگوئیم بر مبنای رای این نظریه‌ها شمار ابعاد مکان می‌تواند تابع نظر و دیدگاه ناظران باشد.
به عبارت دیگر فیزیکدانان می‌توانند واقعیت را به گونه مجموعه‌ای در نظر بگیرند که از شماری از قوانین (از جمله قانون جاذبه) در یک کیهان سه بعدی تبعیت می‌کنند و یا آنکه بر مبنای شماری دیگر از قوانین در کیهانی دو بعدی (که در آن نیروی جاذبه وجود ندارد) عمل می‌کنند. علیرغم آنکه توصیفاتی که این دو دیدگاه درباره واقعیت ارائه می‌دهند ظاهرا زمین تا آسمان با یکدیگر فرق دارند اما هر دو نظریه می‌توانند هر آنچه را که ما رویت می‌کنیم و هر شمار از داده‌هایی را که بتوانیم درباره کیهان جمع آوری کنیم بخوبی توضیح می‌دهند.
آنچه که حائز اهمیت است آن است که به زعم این نظریه‌های جدید، انسانها هیچ راهی ندارند که تشخیص دهند کدام یک از این دو دیدگاه دو بعدی یا سه بعدی، واقعی است و کدامیک صرفا ساخته و پرداخته ذهن آدمی است.
هرچند این نظریه‌های جدید با انچه که افراد به صورت متعارف و بر حسب فهم و درک عرفی خود از جهان می‌شناسند فاصله زیادی دارند اما در زندگی روزمره می‌توان به نمونه‌ها و مثالهایی برخورد کرد که با انچه که این نظریه‌ها توصیف می‌کنند شباهت زیادی دارند و به این ترتیب می‌توانند ذهن آدمی را برای فهم رویکردهای تازه آماده سازند.
یکی از این قبیل نمونه‌ها هولوگرام یا تمام نگار است. هولوگرام یک شی دوبعدی است. اما اگر تحت شرایط مناسب از حیث نور پردازی به آن نگاه شود، تصویری سه بعدی با همه جزییات پیش روی بیننده قرار می‌دهد.

به عبارت دیگر همه اطلاعاتی که در یک جهان سه بعدی یافت می‌شود در درون تصویر واقعا دو بعدی هولوگرام مندرج است. فیزیکدانانی که نظریه‌های جدید را پیشنهاد کرده‌اند با تکیه به همین تمثیل می‌گویند کل کیهان را می‌توان یک هولوگرام دو بعدی در نظر گرفت که چون ما از زاویه خاص و تحت شرایط خاصی به آن نظر می‌کنیم در نظر ما به صورت سه بعدی جلوه گر می‌شود.
توصیف هولوگرافیک از کیهان چیزی به مراتب فراتر از نوعی کنجکاوی فکری یا فلسفی است. به عنوان مثال مسائلی که محاسبات انها در یک قلمرو کار بسیار دشوار به شمار می‌آید احیانا با انتقال به قلمروهای دیگر بسادگی قابل حل می‌شود. به این ترتیب می‌توان بسیاری از مسائل لاینحل فیزیک را با منتقل ساختن به کیهان دو بعدی به مسائلی قابل حل تبدیل کرد.
به عنوان مثال به نظر می‌رسد این نظری جدید در تحلیل نتایجی که بتازگی در حوزه فیزیک ذرات پر انرژی بدست امده بسیار مفید باشد.
از این گذشته رویکرد هولوگرافیک به کیهان به فیزیکدانان امکان می‌دهد نظریه بسیار بنیادین کوانتوم گرانشی را که هدف آن تلفیق دو نظریه کوانتومی و نسبیت است و در صدد است تا همه چهار نیروی بنیادین اصلی در کیهان را در ذیل چتر واحدی یگانه و متحد سازد، به صورتی نو و قابل استفاده در اختیار دانشمندان قرار دهد.
نظریه کوانتوم گرانشی که گاهی اوقات از آن با عنوان "نظریه‌ای برای توضیح همه امور‪

(a theory for everything)

نیز استفاده می‌شود مهمترین ابزار نظری دانشمندان برای بررسی اوضاع و احوالی است که در درون سیاهچاله‌ها برقرار است و یا شناخت شرایطی است که تنها چند نانو ثانیه بعد از مه بانگ اولیه و پیدایش کیهان بوجود آمده است.

به اعتقاد فیزیکدانانی که رهیافت تازه را پیشنهاد کرده اند، رویکرد هولوگرافیک می‌تواند به نحو بالقوه راه حل بسیاری از رازها و اسراری را که کشف انها تاکنون برای دانشمندان غیرممکن بوده فراهم آورد.

آشتی دادن میان دو نظریه موفق کوانتوم و نسبیت کار بسیار دشواری است.
نظریه کوانتوم که اکنون حدود هشتاد سال از عمر آن می‌گذرد در ابتدا برای توصیف رفتار ذرات بنیادین و نیروهایی که در تراز زیر - اتمی فعالیت دارند ارائه شد.
در این مقیاسها، آثار کوانتومی، ظهور و بروز قابل توجه دارند و فهم نحوه عمل آنها، تنها با بهره‌گیری از نظریه کوانتوم امکان پذیر است.
در قلمرو کوانتومی و جهان زیر-اتمی، هستارها و اشیا در ارتباط با فاعلان شناسایی به گونه‌ای شگفت انگیز و متفاوت با آنچه که در جهان کلان و در سطح اجسام با ابعاد معمولی مشاهده می‌شود، رفتار می‌کنند.
به عنوان نمونه در تراز زیر-اتمی نمی‌توان سرعت و موقعیت ذرات بنیادی را به نحو دقیق و به صورت همزمان تعیین کرد. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ این نکته را بیان می‌کند که ذرات بنیادین دارای مشخصه‌های فیزیکی خاصی هستند که دو به دو با هم خود را به ناظران عرضه می‌کنند و اگر ناظران بخواهند کمیت یکی از این مشخصه‌ها را با دقت زیاد اندازه‌گیری کنند، اطلاعاتشان در مورد کمیت مشخصه دوم که همراه مشخصه اول است، بسیار محدود و غیر دقیق خواهد شد .

این قبیل مشخصه‌ها را می‌توان به صورت احتمالاتی، و با درجات مختلفی از تقریب محاسبه کرد.

ب) دانشمندان در پی پاسخ به اینکه جهان سه‌بعدی است یا دو بعد بیشتر ندارد ؟
نکته دیگری که نظریه کوانتومی درباره عجایب و غرایب جهان زیر-اتمی توضیح می‌دهد آنست که در جهان کوانتومی همه چیزها در حال سیالان مداوم قرار دارند و حتی فضا لایتناهی که بخش اعظم ان تهی و خالی از ماده و انرژی است نیز از چنین حالتی برخوردار است. فضا سرشار از ذرات مجازی است که به صورت بالقوه کل کیهان را پر کرده‌اند و هر از چندگاه به صورت الله بختکی و رندوم از جهان عدم پا به اقلیم وجود می‌گذارند و دوباره با سرعت رهسپار دیار عدم می‌شوند. به این ترتیب در این اوقیانوس پر از "هیچ" دائما غوغایی برپاست و "هیچ"ها برای ورود به صحنه وجود بیقراری می‌کنند.
در برابر این دیدگاه شگرف که به وسیله نظریه کوانتومی از جهان زیر-اتمی ترسیم می‌شود، نظریه نسبیت که به وسیله اینشتاین و در اوایل قرن بیستم پیشنهاد شد، تصویری کاملا متفاوت از جهان کبیر ارائه می‌دهد.
نظریه نسبیت نظریه‌ای کلاسیک یا غیر کوانتومی است و مدعای اصلی آن اینست که تجمع ماده و انرژی در نقاط مختلف کیهان موجب می‌شود آنچه که فیزیکدانان به آن "پیوستار زمان-مکان" لقب داده‌اند و در واقع تار و پود کیهان را تشکیل می‌دهد، دچار خمش و انحنا شود و همین خمش و انحنا نظیر گودیی که در اثر قرار دادن یک جسم سنگین بر روی یک صفحه یا ورقه لاستیکی بوجود می‌اید موجب می‌شود اجرامی که در اطراف این جسم سنگین قرار دارند در مسیرهای خاصی به حرکت در آیند. به این ترتیب بر مبنای نظریه نسبیت که نظریه‌ای بسیار موفق است و بسیاری از پیش بینی‌های آن با دقت فراوان مورد تایید قرار گرفتهف نیروی جاذبه چیزی نیست جز خمش و انحنای تار و پود کیهان.
در یک نظریه کلاسیک مانند نظریه نسبیت عام هر جسم یا هستار دارای موقعیت و سرعت معین است که می‌توان آنها را با دقت اندازه‌گیری کرد. به عنوان مثال اخترشناسان می‌توانند در هر لحظه موقعیت و سرعت سیارات را در منظومه شمسی با دقت مشخص سازند. از این گذشته بر مبنای این نظریه در هر جای کیهان که ماده و انرژی متراکم موجود نباشد، تار و پود کیهان دچار خمش نیست و در آن بخشها کیهان به صورت مسطح شکل گرفته است.
با این تفاصیل مشکلی که بر سر راه دانشمندان در آشتی دادن میان دو نظریه کوانتومی و نسبیت وجود دارد صرفا آن نیست که در یکی از دو نظریه اجسام دارای سرعتها و موقعیتهای دقیقا قابل محاسبه نیستند و در دیگر می توان این سرعتها و موقعیتها را با دقت محاسبه کرد، بلکه آنچه کار را بیش از پیش دشوار می‌سازد آنست که بر مبنای نظریه کوانتومی همچنان که اشاره شد، حتی در کوچکترین ابعاد کیهان که فیزیکدانان از آن با عنوان ثابت پلانک نام می‌برند و آن را معادل طول بغایت کوچک ‪ ۳۳-۱۰سانتیمتر(یعنی عدد ‪ 1تقسیم بر عدد ‪ ۱۰با ‪ ۳۲0صفر در جلوی آن!) در نظر می‌گیرند نیز بافتار کیهان یعنی تار و پود آن از کف غلغل‌کننده ای از جنس ذرات مجازی ساخته شده که دائما پا به عرصه می‌گذارند و لمحه‌ای بعد (در یک چشم بر هم زدن) ناپدید می‌شوند. حال اگر قرار باشد ماده و فضا این چنین خصلت متلون و دمدمی مزاجی داشته باشند، معادلات فیزیک نسبیت چگونه می‌تواند موقعیت و سرعت آنها را محاسبه کند. پاسخ آنست که معادلات فیزیک نسبیت در شکل کنونی آنها، قادر به انجام این وظیفه نیستند. حال اگر فرض کنیم که ذرات بنیادی از قوانین فیزیک کوانتوم تبعیت می‌کنند و نیروی جاذبه که اثرش در تراز اجرام و هستارهای چگال ظاهر می‌شود، از فیزیک نسبیت پیروی می‌کند، آنگاه با تعارضی غیر قابل جمع و آشتی روبرو خواهیم شد. فیزیکدانان برای رفع این تناقض سالهاست در تلاشند تا فیزیک جدیدی را تکمیل کنند که دو مولفه کوانتومی و گرانشی (جاذبه) را در کنار هم به صورتی صلح آمیز و دوستانه جای می‌دهد. نظریه کوانتوم گرانشی قرار است چنین نقشی را ایفا کند.
در بسیاری از موارد عملی و در تحقیقات فیزیکی روزمره، تعرضی که به صورت ذاتی میان فیزیک کوانتومی و فیزیک نسبی برقرار است مانعی جدی برای دانشمندان بوجود نمی‌آورد زیرا یا اثرات کوانتومی ناچیز به شمار می ایند و یا اثرات جاذبه‌ای و بنابراین می‌توان به صورت تقریبی تاثیرات یکی یا دیگری را در محاسبات منظور داشت. اما زمانی که انحنا بافتار زمان- مکان بسیار بزرگ باشد در آن صورت تاثیر نیروی جاذبه بسیار محسوس می‌گردد.
برای ایجاد چنین انحنای بزرگی می‌باید مقدار عظیمی ماده در یک نقطه از فضا متمرکز شده باشد. در چنین حالتی تنها می‌توان با بهره‌گیری از یک نظریه کوانتوم گرانشی تغییراتی را که در کیهان پدید می‌آید محاسبه کرد.
اما برای آنکه خواننده متوجه شود که به وجود این نظریه در کدام مقیاس نیاز است باید یادآور شد که حتی جرم عظیم خورشید منظومه شمسی نیز نمی تواند انحنایی را که به آن اشاره شد در بافتار کیهان بوجود آورد. برای ایجاد چنان انحنایی که استفاده از کوانتوم گرانشی را ضروری سازد به تجمع مقادیر به مراتب عظیمتری از جرم نیاز است که خورشید منظومه شمسی در قبال آن به ذره‌ای کوچک شبیه خواهد بود.
به عنوان مثال تاثیرات کوانتوم گرانشی در هنگام بروز مه بانگ اولیه که موجب پیدایش کیهان شد کاملا محسوس بوده اند. در آن هنگام کل جرم و انرژی کیهان در یک نقطه تکینگی مجتمع بود. برای فهم انچه که در هنگام وقوع انفجار بزرگ اولیه که به پیدایش کیهان منجر شد، بهره‌گیری از نظریه کوانتوم گرانشی گریز ناپذیر است. بررسی انچه که در درون سیاهچاله‌ها می گذرد نیز نیازمند کاربرد این نظریه است. سیاهچاله‌ها محصول تجمع مقادیر عظیم ماده در بخش کوچکی از فضا هستند. حضور این ماده عظیم در یک محدوده بغایت کوچک موجب پدید آمدن انحنای بزرگی در فضا می‌شود. از آنجا که نیروی جاذبه موجب انحنای بافتار کیهان می‌شود، نظریه کوانتوم گرانشی همچنین می تواند آنچه را که فیزیکدانان "کف یا حباب زمان-مکان ‪ (space-time foam)
می نامند توضیح دهد و در این رهگذر احیانا می‌تواند چشم اندازی کاملا بدیع و تازه در خصوص انچه که واقعیت در زیرین‌ترین ترازهای آن به شمار می‌آید ، پیش روی محققان قرار دهد.
یکی از نوید بخش‌ترین رویکردها برای تکمیل روایتی از نظریه کوانتوم گرانشی رویکرد موسوم به نظریه ریسمانهاست که صورتهای مختلف آن از دهه ‪ ۱۹۷۰به اینسو مطرح شده است. نظریه ریسمانها می‌تواند بر برخی از موانع منطقی که در راه آشتی دادن دو نظریه نسبیت و کوانتوم برقرار است غلبه کند. اما این نظریه هنوز در دست تکمیل است و جهات مختلف آن به واسطه دشواری ساختار ریاضی لازم برای تکمیل آن، هنوز بدرستی فهم نشده است. به بیان دقیق تر در حال حاضر فیزیکدانان برای توضیح رفتار ریسمانها، که فرض می شود بنیادی‌ترین سنگ زیر بنای عالم هستند، ناگزیرند از روابط تقریبی استفاده کنند و هنوز نتوانسته‌اند به معادلات دقیق ریاضی در این زمینه دست پیدا کنند. از این گذشته فیزیکدانان هنوز نتوانسته‌اند به سرنخهایی در این خصوص دست یابند که معادلات مورد نظر را چگونه باید سامان دهند.
مشکل در اینجاست که شماری نامتناهی از کمیات وجود دارند که برای فیزیکدانان روشن نیست چگونه می‌توانند مقادیر آنها را از روی معادلات موجود مشخص سازند.
در سالهای اخیر روایتهای مختلفی که از نظریه ریسمانها ارائه شده، در دستیابی به بسیاری از نتایج درخور توجه و حیرت انگیز توفیق داشته اند و از رهگذر این موفقیتها راههای بدیع و جدیدی برای فهم ساختار کوانتومی زمان-مکان بدست امده است. یکی از جالب توجه‌ترین پیشرفتهایی که از رهگذر پژوهشها در حوزه نظریه ریسمانها بدست امده و در این مقاله به آن پرداخته می شود، منجر به ان شده فیزیکدانان برای نخستین بار بتوانند به توصیفی کامل و بدون تناقض منطقی، بر مبنای آموزه‌های کوانتوم گرانشی، از زمان- مکانی دست یابند که دارای انحنای منفی است. نکته جالب توجه در میان آنکه به نظر می‌رسد برای این قبیل زمان-مکانهای با انحنای منفی، نظریه‌های هولوگرافیک که در ابتدای مقاله به آنها اشاره شد، صادق هستند.
زمان-مکانهای با انحنای منفی در برابر زمان-مکانهای با انحنای صفر و زمان-مکانهای با انحنای مثبت قرار دارند. همه ما کم و بیش از دوران دبستان و خواندن هندسه اقلیدسی با مکان دارای انحنای صفر آشنا هستیم.
زمان-مکان دارای انحنای صفر در قالب صفحات مسطح نشان داده می‌شود.
نمونه‌ای از مکان دارای انحنای مثبت محیط یک کره است که انحنای آن در همه نقاط یکسان است. در حالیکه انحنای سطح یک تخم مرغ، که آنهم نمونه دیگری از مکان دارای انحنای مثبت به شمار می‌اید، در نزدیک دو انتهای تخم مرغ بیشتر است. نمونه از مکان دارای انحنای منفی در قالب منحنیهای موسوم به شلجمی یا هذلولی نشان داده می‌شود.
یک مثال این نوع انحنا را می‌توان در نقشه‌های جغرافیا مشاهده کرد که می کوشند نقشه کشورهای کره زمین را بر روی یک سطح دو بعدی نمایش دهند.
در این قبیل نقشه‌ها کشورهایی که نزدیک به قطب‌ها قرار دارند کشیده تر نشان داده می‌شوند.
یک نقاش مشهور اروپایی که اثارش به فارسی نیز ترجمه شده، به نام ئی.سی اشر ‪( E.C Escher) نمونه‌های درخشانی از این قبیل فضاها با انحنای منفی را در نقاشی‌های خود ترسیم کرده است.
فیزیکدانان با افزودن بعد زمان به این قبیل مکانهای با انحناهای مثبت و منفی، زمان-مکانهای دارای انحنای مثبت و منفی بوجود می‌آورند. یک مثال مشهور از زمان-مکان با انحنای مثبت فضای "دو سیتر ‪"(de Sitter) نامیده می شود که به افتخار دو سیتر فیزیکدان هلندی نامگذاری شده که پیشنهاد دهنده این مفهوم بوده است.
بسیاری از کیهان شناسان بر این باورند که کیهان در نخستین مراحل خود شبیه زمان - مکان دو سیتر بوده است و در پایان کار خود نیز به واسطه شتاب بیش از حدی که اجزای آن پیدا می‌کنند بار دیگر شکل فضای دو سیتر را بخود خواهد گرفت.
ساده‌ترین زمان-مکان با انحنای منفی زمان مکان ضد دو سیتر (‪anti de-Sitter space-time) نام دارد. این زمان مکان شبیه یک مکان هذلولی است با این تفاوت که دارای یک بعد زمان نیز هست.
زمان-مکان ضد دو سیتر بر خلاف کیهان ما که در حال انبساط است، هیچگاه نه انبساط پیدا می‌کند و نه انقباض. این نوع کیهان در همه زمانها یکسان به نظر می‌رسد. هرچند این نوع کیهان با کیهان ما تفاوت زیاد دارد، اما فیزیکدانان دریافته‌اند که این نوع کیهان ضد دو سیتر برای صورت بندی نظریه‌های کوانتوم گرانشی بسیار مفید به شمار می‌ایند

ج) دانشمندان در پی پاسخ به اینکه جهان سه‌بعدی است یا دو بعد بیشتر ندارد ؟
اگر فضای ضد دوسیتر را به صورت دیسکی بیضی شکل در نظر بگیریم (نظیر نقشه‌های جغرافیایی از کشورهای جهان) در آن صورت زمان - مکان دو سیتر نظیر مجموعه‌ای از این دیسکها خواهد بود که یکی بر روی دیگری جای داده شده و یک استوانه را بوجود آورده است.
هر یک از این لایه‌ها یکی از حالات کیهان را در طول زمان مشخص می‌سازد.
قوانین فیزیک در کیهان ضد دو سیتر مشخص‌های عجیبی خواهند داشت. به عنوان مثال اگر در هر نقطه از کیهان با انحنای منفی از نوع ضد دو سیتر به حالت شناور در فضا به سیر بپردازید احساس می‌کنید در ته چاهی قرار گرفته‌اید که نیروی جاذبه زیادی در آن بر شما اعمال می‌شود. هر جسمی را که در این کیهان پرتاب کنید، نظیر بومرنگ به سمت خود شما باز خواهد گشت.
جالب اینکه زمان بازگشت این شی به سمت شما کاملا مستقل از انست که شما آن را با چه شدتی پرتاب کنید.
تنها فرقی که پیدا می‌شود آن است که هر چه آن را با شدت بیشتری پرتاب کنید، از شما دورتر خواهد شد اما در عوض با سرعت بیشتری به سمت شما باز می گردد.
اگر در این کیهان، فوتونهای نور را که حداکثر سرعت اجسام مادی را واجدند پرتاب کنید این فوتونها عملا فاصله‌ای معادل بی‌نهایت را که کل وسعت این کیهان خواهد بود در زمانی متناهی طی می‌کنند و به سمت شما باز می گردند.
علت این امر آن است که در این نوع کیهان، اجسامی که با سرعت حرکت می کنند بر طبق قوانین نسبیت دچار انقباض زمانی می‌شوند و میزان این انقباض زمانی هرچه که شی دورتر شود بیشتر می‌شود.
مکان ضد دو سیتر هرچند بینهایت است اما دارای مرز یا لبه‌ای است که در بی نهایت واقع شده است.
فیزیکدانان و ریاضی دانان برای ترسیم این مرز از همان مقیاس تحریف شده مکان استفاده می‌کنند که در نقاشی‌های اشر نیز برای ترسیم اجسام مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در این حالت مرز مکانی همان محیط دایره یا بیضی یی است که قاعده استوانه را بوجود می‌آورد و مرز زمانی خطی است که به صورت مارپیچ روی بدنه استوانه ترسیم می‌شود. این نوع استوانه یک کیهان ضد دو سیتر را که دارای سه بعد است نمایش می‌دهد.
در این کیهان مرز بینهایت به صورت یک بعد مکان و یک بعد زمان نمایش داده می‌شود. به همین ترتیب در کیهان ضد دو سیتر با چهار بعد ، مرز یا لبه‌ای که بی‌نهایت را مشخص می‌کند دارای دو بعد مکان و یک بعد زمان خواهد بود.
به عبارت دیگر این مرز به صورت یک کره مجسم می‌شود. همین مرز کروی است که فیزیکدانان را به صرفات انداخته تا به سراغ فیزیک هولوگرافیک بروند و از خواص آن برای فهم خواص کیهان ضد دو سیتر و نیز تکمیل نظریه کوانتوم گرانشی بهره بگیرند.
اگر بخواهیم مطلب را به زبان ساده بیان کنیم باید بگوئیم که نظریه کوانتوم گرانشی که در درون یک کیهان ضد دوسیتر به کار گرفته می‌شود کاملا معادل یک نظریه کوانتومی معمولی است که از آن در مرز یا لبه کروی شکل این کیهان استفاده به عمل اید. معنای این امر آن است که دانشمندان می‌توانند برای فهم رفتار ذرات بر اساس نظریه کوانتوم گرانشی (که مشخصه‌های آن هنوز بخوبی فهم نشده اند) از همان مکانیک کوانتومی موجود که بخوبی با آن آشنایی دارند استفاده کنند. در این میان فیزیک هولوگرافیک پل ارتباطی میان این دو قلمرو به شمار می‌آید.

برای فهم بهتر مطلب مثال زیر را در نظر بگیرید.
فرض کنید دو کپی یا نمونه از یک فیلم سینمایی در اختیار دارید. یکی بر روی سلولزهای قدیمی ضبط شده که روی استوانه‌های هفتاد میلی متر پیچیده می شد و با آپارات به نمایش در می‌آمد و دیگری بر روی دی وی دی‌های مدرن ضبط شده است .
روشن است که فرمت ضبط این دو نسخه از فیلم کاملا با هم تفاوت دارند. هر چند که هر دو صحنه‌های مشابهی را بر روی خود ضبط کرده اند.
نسخه اول بر روی نوارهای سلولز ضبط شده که هر کدام از فریم هایش نظیر یک اسلاید است و می‌توان زیر نور به آن نگاه کرد و منظره‌های آن را تشخیص داد.در حالیکه فرمت دوم به صورت دیجیتالی و در قالب شماری از صفرها و یک‌ها رمزنگاری شده‌است. با این حال هر دو فرمت، صحنه‌های یکسانی را نمایش می‌دهند.
دو نظریه کوانتوم متعارف و کوانتوم گرانشی نیز همانند این دو نسخه از فیلم واحد هستند. هرچند فرمت اطلاعات موجود در آنها بکلی متفاوت است، اما هر دو تصویر یک کیهان واحد را نمایش می‌دهند. کیهانی که در آن نظریه کوانتوم گرانشی کاربرد دارد نظیر نسخه دی وی دی است که شبیه دیسکی است که روی آن نوارهای رنگین کمان مانندی ضبط شده، کیهانی که نظریه کوانتوم عادی در آن کاربرد دارد و مرز و لبه کیهان اول به شمار می‌آید شبیه فیلم سلولزی است.
در این کیهان دوم نظریه کوانتوم متعارف که در موزد ذرات بنیادی به کار می‌رود، در حالتی اعمال می‌شود که گویی نیروی جاذبه در مورد این ذرات غایب است و بر انها اثر نمی‌کند.
از دیسک یا لوح فشرده دی وی دی تنها در صورتی می‌توان تصاویر مورد نظر را بدست اورد که بتوان اطلاعات رمز شده دیجیتالی در روی دیسک را به نحو صحیح پردازش کرد. از روی نظریه کوانتومی متعارف که در مورد لبه کیهان ضد دوسیتر به کار می‌رود می‌توان اطلاعاتی درباره نظریه کوانتوم گرانشی و نیز یک بعد اضافی (به اعتبار چهار بعدی بودن کیهان و سه بعدی بودن لبه آن) بدست آورد به شرط آنکه اطلاعات مربوطه به نحو صحیح تحلیل شوند.
معادل بودن دو نظریه کوانتوم گرانشی و کوانتوم معمولی در این کیهان ضد دو سیتر به این معناست که برای هر هستار یا شی‌ای که در یک نظریه راجع به آن سخن گفته شود می‌توان معادلی در نظریه دوم پیدا کرد.
البته این هستارهای معادل ممکن است با یکدیگر اختلافات بسیار زیادی داشته باشند. درست همانگونه نسخه‌های دو گانه فیلم با یکدیگر اختلافات اساسی دارند.
یکی از این دو هستار در درون کیهان جای دارد و ممکن است تنها یک تک ذره باشد. در حالیکه هستار معادل آن که در مرز یا لبه کیهان جای دارد ممکن است مجموعه‌ای از ذرات بنیادی باشد که ما با آنها آشنایی بیشتری داریم. اما این دو مجموعه با یکدیگر معادلند به این معنی که تصویری از یک واقعیت را پیش روی ما می‌گذارند.
به این ترتیب اگر در دورن کیهان دو ذره بنیادی ‪ ۴۰درصد شانس برخورد با یکدیگر را داشته باشند، دو مجموعه یا توده از ذرات که بر روی لبه به عنوان معادل این دو تک ذره به شمار می‌ایند نیز ‪ ۴۰درصد شانس برخورد با یکدیگر را دارند.
اگر بازهم بخواهیم این توضیحات را دقیق تر کنیم می‌توانیم بگوئیم که توده‌های ذراتی که روی لبه یا مرز حضور دارند و نماینده تک ذرات درون کیهان ضد دو سیتر هستند به گونه‌ای با یکدیگر تعامل می‌کنند که شباهت زیادی با نحوه تعامل کوارکها و گلوئونها در کیهان خود ما دارد.
کوارک‌ها اجزای تشکیل‌دهنده پروتونها و نوترونها هستند. گلوئونها نیز مولد نیروهای قدرتمندی هستند که کوارکها را به یکدیگر متصل نگاه می دارند. کوارک‌ها دارای نوعی بار الکتریکی هستند که به سه صورت مختلف ظاهر می‌شوند.
فیزیکدانها با نوعی کج سلیقگی یا به عکس خوش سلیقگی به این سه نوع بار نام رنگهای مختلف کوارک را داده اند. و بنابراین کوارکها را هستارهایی رنگی محسوب کرده اند! علم بررسی رفتار دینامیکی این کوراکها را نیز بر همین اساس کوانتوم کرومودینامیک نامیده‌اند که واژه "کروم ‪ "chromeبه معنای رنگ است.
فرق بین ذراتی که روی لبه کیهان دو سیتر قرار دارند با کوارکها و گلوئونهای عادی که دانشمندان با آنها آشنا هستند آنست که این ذرات دارای شمار زیادی از "رنگ ها" هستند و تعداد این "رنگ ها" به سه محدود نمی‌شود.
فیزیکدانی به نام جرارد هوفت از دانشگاه اوترشت در هلند در سال ‪۱۹۷۴ به بررسی این نظریه پرداخت و در آن هنگام پیش بینی کرد که گلوئونها در روی لبه کیهان ضد دو سیتر رشته‌ها و زنجیره‌هایی را بوجود می‌آورند که شباهت زیادی به ریسمانهایی دارد که در نظریه ریسمانها از آن سخن گفته می شود.
ماهیت این ریسمانها در آن هنگام هنوز برای فیزیکدانان روشن نبود. اما در سال ‪ ۱۹۸۱یک فیزیکدان روس به نام پولیاکف که اکنون در دانشگاه پرینستن است توجه کرد که این ریسمانها عملا در فضایی حضور دارند که از حیث تعداد ابعاد مکانی بالاتر از فضایی است که گلوئونها در آن جای دارند.
همین نکته راه را برای رهیافت تازه هولوگرافیک هموار کرد. در این رهیافت فرض می‌شود که فضاهای با ابعاد بالاتر بخشهای درونی کیهان ضد دو سیتر را تشکیل می‌دهند.
برای درک این نکته که سر و کله این بعد اضافی از کجا ظاهر می‌شود؟ باید کار را از توجه به موقعیت رشته گلوئونها در روی لبه یا مرز کیهان ضد دو سیتر شروع کنیم. ریسمانی که از این گلوئونها بوجود می‌آید از یک نوع به اصطلاح "کلفتی" (thickness) برخوردار است که رابطه مستقیم با شمار گلوئونهایی دارد که در لبه جای دارند. هر چه این گلوئونها بیشتر باشند ریسمان کلفت تر می‌شود

د) دانشمندان در پی پاسخ به اینکه جهان سه‌بعدی است یا دو بعد بیشتر ندارد ؟
زمانی که فیزیکدانان به محاسبه نحوه تعامل ریسمانهای روی لبه با یکدیگر می‌پردازند به نتایج عجیبی دست می‌یابند. دو رشته که از حیث کلفتی با یکدیگر تفاوت دارند، چندان با یکدیگر تعامل نمی‌کنند. چنین به نظر می رسد که این ریسمانها به صورت مکانی از یکدیگر جدا هستند.
به عبارت دیگر می‌توان کلفتی ریسمانها را به صورت یک مختصات مکانی تازه در نظر گرفت که از روی لبه به بیرون از آن امتداد می‌یابد.
به عبارت دیگر یک ریسمان نازک، ریسمانی است که کاملا چسبیده به خود لبه است در حالیکه یک ریسمان کلفت به واسطه ضخامتش از لبه فاصله گرفته است.
همین مختصات اضافی که به واسطه کلفتی یا ضخامت ریسمان اصل می‌شود کاملا برای توصیف حرکاتی که در کیهان ضد دو سیتر اتفاق می‌افتد ضرورت دارد.
شمار "رنگهای" روی مرز یا لبه اندازه یا شعاع دایره‌ای را که سطح قاعده کیهان ضد دو سیتر را مشخص می‌سازد، تعیین می‌کند. به عنوان مثال برای آنکه کیهان یا زمان-مکان ضد دو سیتر دارای ابعادی معادل کیهانی باشد که ما در آن بسر می‌بریم شمار " رنگهای" روی مرز آن کیهان می‌باید برابر ‪ ۱۰۶۰باشد.
در بررسی این رهیافت هولوگرافیک روشن می‌شود که یک نوع از زنجیره گلوئون در زمان-مکان چهار بعدی نظیر گراویتون در کیهان ما عمل می‌کند.
گراویتون ذره‌ای است که فیزیکدانان فرض کرده‌اند نیروی جاذبه را در مقیاس کوانتومی رد و بدل می‌کند.
در این رهیافت، جاذبه یا گرانش یک خاصه ظاهرشونده (emergent property) است که از نعامل میان گراویتونها در فضای سه بعدی بوجود می‌آید. وجود ذره‌ای به نام گراویتون شگفت انگیز نیست زیرا فیزیکدانان از سال ‪ ۱۹۷۴به این نکته توجه کرده بودند که معادلات نظریه ریسمان همواره موجب بروز پارامتری برای بیان جاذبه در تراز کوانتومی می‌شود.
بنابراین در مورد نظریه کوانتوم گرانشی که در درون کیهان ضد دو سیتر عمل می‌کند نیز می‌توان انتظار داشت تعامل گلوئون‌ها منجر به ظهور گرانش شود هرچند که این گرانش در فضایی با بعدی بالاتر ظاهر می‌شود.
نتیجه‌ای که از این بحث‌ها بدست می‌آید آن است که رهیافت هولوگرافیک یک شیوه گمانزنانه بی‌در و پیکر نیست بلکه شیوه‌ای اساسی برای مرتبط کردن نظریه ریسمانها (یعنی مهمترین نظریه در بررسی گرانش) به نظریه‌های مربوط به کوارکها و گلوئونهاست که سنگ بنای فیزیک ذرات بنیادین به شمار می ایند.
بالاتر از این، چنین به نظر می‌رسد که رهیافت هولوگرافیک بصیرتهای تازه ای درباره معادلات نظریه ریسمان در اختیار فیزیکدانان قرار داده است.
نظریه ریسمانها اول بار در دهه ‪ ۱۹۶۰مطرح شد و غرض از آن ارائه توصیفی برای بیان تعاملهایی بود که در تراز زیر اتمی با توجه به نیروی موسوم به "نیروی اندر کنش قوی " (strong interaction) به انجام می‌رسید.
اما زمانی که نظریه الکترو کرومودینامیک برای بررسی همین نیرو پیشنهاد شد نظریه ریسمانها موقتا کنار گذارده شد. اما تناظری که میان این دو نظریه وجود داشت حکایت از آن داشت که تلاشهایی که برای بسط نظریه ریسمانها به انجام رسیده اتلاف وقت نبوده است. این دو نظریه در واقع برای توضیف دو روی یک سکه وضع شده بودند.
اگر شرایط مرزی نظریه الکترو کرومودینامیک تغییر داده شود، از طریق تغییر نحوه تعامل ذراتی که روی مرز قرار دارند، نتیجه عبارت خواهد بود از مجموعه‌ای از نظریه‌هایی که شرایط داخلی کیهان ضد دو سیتر را توصیف می کنند.
نکته جالب در اینجاست که این نظریه‌های جدید صرفا می‌توانند دارای نیروی جاذبه و یا نیروی جاذبه به علاوه یک نیروی اضافه، مثلا نیروی الکترو مغناطیس، باشند. فیزیکدانان هنوز نتوانسته‌اند این نکته را حل کنند که کدام نوع خاص از شرایط مرزی صرفا موجب بروز چهار نوع نیرویی می‌شود که نیروهایی اصلی در کیهان ما به شمار می‌ایند.
این چهار نیرو عبارتند از نیروی جاذبه که در مقیاس گسترده عمل می‌کند و نیروی الکترو مغناطیس که بین الکترونها و پروتونها عمل می‌کند و نیروی اندرکنش ضعیف و اندرکنش قوی که پروتونها و نوترونها را در درون هسته اتم به یکدیگر متصل نگاه می‌دارند.
فیزیکدانان نخستین بار در سال ‪ ۱۹۹۷این فرضیه را پیشنهاد کردند که رهیافت هولوگرافیک ممکن است بتواند به یک نظریه ساده الکترو کرومودینامیک در یک مرز یا لبه چهار بعدی منجر شود .
اما به علت دشواری بیش از حد ریاضیاتی که برای فهم مساله مورد نیاز است هنوز نمونه مشخص این نظریه تکمیل نشده است.
رهیافت هولوگرافیک در عین آنکه برای فهم کل کیهان کاربرد دارد می‌تواند به فیزیکدانان برای فهم اتفاقاتی که در درون سیاهچاله‌ها در جریان است کمک کند.
وجود سیاهچاله به وسیله استفن هاوکینگ از دانشگاه کیمبریج پیش بینی شد. هاوکینگ پیشنهاد کرد که سیاهچاله‌ها در دمای معین از خود پرتویی تابش می دهند که به پرتو هاوکینگ شهرت یافته است.
در مورد اجرام فیزیکی معمولی برای توضیح دما، کافی است از مکانیک آماری استفاده شود که رفتار ذرات میکروسکپی سازنده جسم را به دمای آن مرتبط می‌کند. اما در مورد سیاهچاله‌ها چه می‌توان گفت؟ برای تشخیص دمای سیاهچاله‌ها لازم است اجزای میکروسکپی سازنده آنها شناسایی شود. اما تنها یک نظریه کوانتوم گرانشی می‌تواند چنین وظیفه‌ای را به انجام برساند.
برخی از جنبه‌های رفتار ترمودینامیکی سیاهچاله‌ها فیزیکدانان را نگران ساخته بود که شاید به هیچ وجه نتوان یک مدل کوانتوم مکانیکی برای توضیح رفتار سیاهچاله‌ها ارائه داد. اما خوشبختانه برای سیاهچاله‌ای که در درون یک زمان - مکان دو سیتر مفروض انگاشته شود، می‌توان با استفاده از مکانیک کوانتومی عادی که در مورد مرز یا لبه این زمان-مکان یا کیهان خاص اعمال می شود، رفتار ذراتی را که روی مرز این زمان-مکان فرض می‌گردد معادل خود سیاهچاله‌ای گرفت که همچون یک تک ذره درون این زمان-مکان ضد دو سیتری جای دارد.
آنگاه با بررسی رفتار توده ذراتی که روی مرز یا لبه این زمان - مکان یا کیهان دو سیتری واقع شده می‌توان مشخصه‌های سیاهچاله درون آن را بدست اورد. محاسباتی که به این ترتیب به انجام رسیده با نتایجی که هاوکینگ با روشهایی کاملا متفاوت برای تعیین دمای سیاهچاله به انجام رسانده کاملا مطابفت دارد. این نکته نشان می‌دهد که محاسبات انجام شده قابل اعتمادند.
فیزیکدانان همچنین شروع به استفاده از رهیافت هولوگرافیک در جهت معکوس کرده اند. آنان با بهره گرفتن از برخی مشخصه‌های درون سیاهچاله‌ها که با شیوه‌های دیگری محاسبه شده اند، اقدام به بررسی رفتار کوارکها و گلوئونها در دماهای بسیار بالا کرده اند. به عنوان مثال فیزیکدانان دانشگاه واشنگتن کمیتی را به نام "چسبندگی صرف " معرفی کرده‌اند که برای سیالی که براحتی سیلان می‌یابد مقدارش اندک است و در عوض برای سیالی که بسختی حرکت می‌کند از مقدار بالایی برخوردارست.
این محققان در بررسیهای خود به این نتیجه رسیدند که میزان چسبندگی صرف سیاهچاله‌ها بسیار اندک است و کمیت آن از هر مقداری که برای سیالات شناخته شده تعیین شده کوچکتر است. معنای این امر آنست که کوارکها و گلوئونهایی که در دمای بسیار بالا با یکدیگر تعامل می‌کنند از درجه چسبندگی بسیار پائینی برخوردارند.
نتیجه پیش بینی شده به وسیله این فیزیکدانان با آزمایشهایی که به وسیله دستگاه برخورددهنده ذرات بنیادین در بروک هیون به انجام رسید مورد تایید قرار گرفت.
در مورد رهیافت هولوگرافیک پرسشهای بدون پاسخ بسیاری مطرح است. از جمله اینکه آیا می‌توان مدل کیهانی را که در آن زیست می‌کنیم در یک زمان-مکان ضد دو سیتری جای دهیم.
مشخصه اصلی زمان-مکان ضد دو سیتری آن است که مرز زمانی آن بخوبی تعریف شده است. این مرز همواره باقی خواهد ماند. اما کیهانی نظیر کیهان ما که از زمان مه بانگ تاکنون در حال انبساط است دارای این ویژگی نیست.
بنابراین مشخص نیست که ایا می‌توان از روش هولوگرافیک در مورد همه جنبه‌های کیهانشناسی استفاده کرد یا نه. اما درس بزرگی که از این روش می توان اموخت آن است که در بسیاری از موارد مسائلی که در ابتدا غیر قابل حل به نظر می‌رسند، نظیر تئوری گرانش کوانتومی، با یک تغییر دیدگاه مناسب به مسائلی قابل حل تبدیل می‌گردند
نقل از ایرنا

گرفته شده از : cph-theory.persiangig.com

گردآونده : دنیایی از همه چیز – www.supergalaxy.ir

مطالب مرتبط :

جهان های موازی

پیمان — Wed, 21 Jul 2010 20:48:13 GMT

جهان های موازی (Parallel Universes)

- آیا نسخه دومی از شما ، یک رونوشت از خود شما وجود دارد که همین الان مشغول خواندن این مقاله باشد؟

- آیا شخصی دیگر با اینکه شما نیست، روی سیاره‌ای به نام زمین با کوههای مه گرفته ، مزارع حاصل خیز و شهرهای بی در و پیکر در منظومه خورشیدی که هشت سیاره دیگر نیز دارد، زندگی می‌کند؟

- آیا زندگی این شخص از هر لحاظ درست عین زندگی شما بوده است؟

- اگر جوابتان مثبت است، شاید در این لحظه او تصمیم بگیرد این مقاله را تا همین جا رها کند، در حالی که شما به خواندن مقاله تا انتها ادامه خواهید داد.

نظریه جهانهای موازی

اندیشه وجود یک خود دیگر نظیر آنچه که در بالا شرح آن رفت عجیب و غیر معقول به نظر می‌رسد، اما آنگونه که از قرائن بر می‌آید انگار مجبوریم آن را بپذیریم. زیرا مشاهدات نجومی از این اندیشه غیر مادی پشتیبانی می‌کنند. بنابر این پیش بینی ساده‌ترین و پر طرافدارترین الگوی کیهان شناسی که امروزه وجود دارد، این است که هر یک از ما یک جفت (همزاد) داریم که در کهکشانی که حدود 10280 متر دورتر از زمین قراردارد، زندگی می‌کنند.

این مسافت آنچنان زیاد است که بطور کامل خارج از هر گونه امکان بررسیهای نجومی است، اما این امر واقعیت وجود نسخه دوم ما را کمرنگ نمی‌کند. این مسافت بر اساس نظریه احتمالات مقدماتی برآورده شده و حتی فرضیات خیال پردازانه فیزیک نوین را نیز در بر نگرفته است.

فضای بیکران

اینکه فضا بیکران است و تقریبا بطور یکنواخت از ماده انباشته شده است، چیزی که مشاهدات هم آن را تأیید می‌کنند. در فضای بی کران حتی غیر محتمل‌ترین رویدادها نیز بالاخره در جایی ، اتفاق خواهند افتاد. در این فضا ، بینهایت سیاره مسکونی دیگر وجود دارد، که نه تنها یکی بلکه تعداد بیشماری از آنها مردمانی دارند که شکل ظاهری ، نام و خاطرات آنها دقیقا همان هاست که ما داریم. به ساکنانی که تمامی حالتهای ممکن ار گزینه‌های موجود در زندگی ما را تجربه می‌کنند. من و شما احتمالا هرگز خودهای دیگران را نخواهیم دید.

وسعت عالم

دورترین فاصله‌ای که ما قادر به دیدن آن هستیم، مسافتی است که نور در مدت 14 میلیارد سال که از انفجار بزرگ و آغاز انبساط عالم سپری شده است، طی می‌کند. دورترین اجرام مرئی هم اکنون حدود 4x1026 متر دور تر از زمین قرار دارند. این فاصله که عالم قابل مشاهده توسط ما را تعریف می‌کند. بطور مشابه ، عالمهای خودهای دیگر ما کراتی هستند به همین اندازه ، که مرکزشان روی سیاره محل سکونت آنهاست. چنین ترکیبی ساده‌ترین و سر راست‌ترین نمونه از جهانهای موازی است. هر جهان تنها بخشی کوچک از "جهان چند گانه" بزرگتر است.

جدال فیزیک و متا فیزیک

با این تعریف از جهان ممکن است شما تصور کنید که مفهوم جهان چند گانه تا ابد در محدوده قلمرو متا فیزیک باقی خواهد ماند. اما باید توجه داشت که مرز میان فیزیک و متا فیزیک را این مسأله که یک نظریه از لحاظ تجربه قابل آزمون است، یا خیر تعیین می‌کند نه این موضوع که فلان نظریه شامل اندیشه‌های غریب و ماهیتهای غیر قابل مشاهده است. مرزهای فیزیک به تدریج با گذر زمان فراتر رفته و اکنون مفاهیمی است بسیار انتزاعی تر نظیر زمین کروی ، میدان الکترو مغناطیسی نامرئی ، کند شدن گذر زمان در شرعتهای بالا ، برهمنهی کوانتومی ، فضای خمیده و سیاهچاله را در بر گرفته است. طی چند سال گذشته مفهوم جهان چند گانه نیز به این فهرست اضافه شده است.

پایه این اندیشه بر نظریاتی است که امتحان خود را به خوبی پس داده‌اند. نظریاتی همچون نسبیت و نظریه مکانیک کوانتومی ، افزون بر آن به دو قاعده اساسی علوم تجربی نیز وفادار است. که پیش بینی می‌کنند و می‌توانند آن را دستکاری نمایند.

انواع جهانهای موازی

دانشمندان تا کنون چهار نوع جهان موازی متفاوت را تشریح کرده‌اند. هم اکنون پرسش کلیدی وجود یا عدم جهان چند گانه نیست، بلکه سوال بر سر تعداد سطوحی است که چنین جهان می‌توان داشته باشد. یکی از نتایج متعدد مشاهدات کیهان شناسی اخیر این بوده است که جهانهای موازی دیگر مفهومی خیال پردازانه و انتزاعی صرف نیست. به نظر می‌رسد که اندازه فضا بینهایت است. اگر اینگونه باشد، بالاخره در جایی از این فضا هر چیزی که امکان پذیر باشد واقعیت خواهد یافت. اصلاً مهم نیست که امکان پذیری آن تا چه حد نامتحمل است.

فراسوی محدوده دید تلسکوپهای ما ، نواحی دیگری از فضا کاملا شبیه آنچه که پیرامون ماست وجود دارند، آن نواحی یکی از انواع جهانهای موازی هستند. دانشمندان حتی می‌توانند محاسبه کنند که این جهانها بطور متوسط چقدر با ما فاصله دارند و مهمتر از همه اینکه تمامی اینها فیزیک حقیقی و واقعی است. زمانی که کیهان شناسان با نظریاتی روبرو می‌شوند که از استحکام لازم برخوردار نیستند، نتیجه می‌گیرند که جهانهای دیگر می‌توانند ویژگیها و قوانین فیزیکی کاملا متفاوتی داشته باشند. وجود این جهانها بسیاری از جنبه‌های پرسش بنیادی در خصوص ماهیت زمان و قابل درک بودن جهان فیزیکی را پاسخ داد.

گرفته شده از : http://www.roshd.ir

گردآونده : دنیایی از همه چیز – www.supergalaxy.ir

مطالب مرتبط :

پارادوکس دوقلو ها

پیمان — Wed, 21 Jul 2010 20:19:18 GMT

خداوند هرگز تاس نمی اندازد !!

اصل هم ارزی :

دو چارچوب را در نظر می گیریم :

1_ چار چوب مرجع بدون شتاب که در آن میدان گرانشی یکنواخت وجود دارد.

2_ یک چارچوب مرجع که نسبت به یک چارچوب لخت دارای شتاب است ، اما در آن میدان گرانشی وجود ندارد !

حال اگر شتاب میدان گرانشی با شتاب چارچوب شتاب دار برابر باشد ((a= -G می توانیم بگوییم که این دو چارچوب هم ارز یکدیگر می باشند به عبارت بهتر آزمایشات فیزیکی که در این دو چارچوب در شرایط یکسان انجام گیرد به نتایج یکسانی منجر می شود .

مثال:

فرض کنید یک سفینه روی زمین (قبل از پرتاب به فضا) ساکن باشد . اشیای رها شده با شتاب –g به سمت پایین سقوط می کنند . این سفینه پس از پرتاب و خروج از اتمسفر زمین ودر جایی که میدانهای گرانشی به شکل متمرکز وجود ندارند(شرایط بی وزنی) با شتابa=g به سمت جلو در حرکت است .

در این حالت نیز اشیای رها شده با شتاب –a یا همان (-g) به سمت پایین سفینه سقوط خواهند کرد .

پس هر دو آزمایش به نتایج یکسانی انجامید . این همان اصل هم ارزی انیشتین است .

جابجایی به سوی سرخ گرانشی: (نسبیت عام)

انرژی و فرکانس نور در اثر صعود در یک میدان گرانشی کاهش یافته و یا به عبارت دیگر طول موج آن افزایش می یابد . و نیز می دانیم کمترین طول موج در بین نور های مرئی متعلق به قرمز (سرخ)است .

در نتیجه رنگ ها به سمت سرخ جابجا می شوند که به این پدیده جابجایی به سوی سرخ گرانشی می گویند !

باید بدانیم که عکس این مساله نیز به طور کامل صادق است یعنی انرژی و فرکانس نور در اثر سقوط در یک میدان گرانشی افزایش پیدا می کند .

اگر بحث مربوط به جابجایی به سوی سرخ گرانشی را بپذیریم ، می توانیم به بررسی زمان ، تحت میدانهای گرانشی بپردازیم .

زمان ، تحت میدانهای گرانشی: (نسبیت عام)

اکنون بیایید فرض کنید در فاصله خاصی از یک میدان گرانشی یکنواخت و متمرکزی (ستاره/سیاره) قرار گرفته اید و می خواهید پیامهایی را به سطح ستاره یا سیاره ی مورد نظر بفرستید .

نقطه ای که شما در آن واقع هستید راA و نقطه ای که پیامهای شما را دریافت می کند B

بنامید و فاصله ی بین A تا B را همواره ثابت فرض کنید .

اگر جابجایی به سوی سرخ گرانشی را پذیرفته باشید ، خواهید پذیرفت که فرکانس دریافتی در آشکارساز B بیشتر از فرکانسی است که شما از نقطه ی A فرستاده اید .

به هر حال آشکارساز B همان تعداد مشخص ارتعاشاتی را که A فرستاده است دریافت خواهد کرد.

پس این اختلاف دریافت ها در واحد زمان را چگونه توجیه خواهیم کرد ؟

با توجه به اینکه فرکانس عبارت است از تعداد نوسانات در واحد زمان ،پس آیا اختلاف در فرکانس نمی تواند ناشی از اختلاف در زمان باشد ؟

به طور قطع این اختلاف در فرکانسها باید ناشی از اختلاف زمان باشد . یعنی آهنگ کار ساعت A با آهنگ کار ساعت B متفاوت است .

می گوییم :

ساعتهایی که در ناحیه ای با پتانسیل گرانشی زیاد قرار دارند ،

از ساعتهایی که در ناحیه ای با پتانسیل گرانشی کمتر قرار دارند ،

تند تر کار می کنند .

پارادوکس دوقلو ها یا پارادوکس ساعت ها (نسبیت خاص)

اگر به نسبیت خاص انشتین مراجعه کنیم خواهیم فهمید ساعتهای متحرک نسبت به ساعتهای ثابت کندتر کار می کنند .

دو ساعت را که نسبت به هم ساکن هستند را با هم همزمان می کنیم . یکی از ساعتها را درون سفینه ای قرار می دهیم که با سرعت u نسبت به ساعت اول به مدت t حرکت می کند .

حال که می دانیم ساعت اول چه عددی را نشان می دهد ، سوال این است که ساعت دوم چه عددی را نشان می دهد ؟

آلبرت انیشتین اینگونه بیان می کند که ساعت دوم عدد T را نشان می دهد که از رابطه زیر بدست می آید .

T = t √[1-(u/c)^2

پارادوکس دوقلوها :

تیم و جیم دو قولوهای هم سانی هستند که بیست سال سن دارند ، تیم که ماجراجوتر است تصمیم می گیرد به یکی از ستارگان نزدیک زمین که به فاصله ی 35 سال نوری از زمین قرار دارد سفر کند .

سفینه ی تیم در نوع خود بی نظیر است و می تواند به سرعت شتاب بگیرد و در مدت کمی به سرعت 0.99C برسد . وقتی به آنجا می رسد آنجا را جای ناخوشایندی می یابد و با همین سرعت به زمین باز می گردد .

هنگامی که از سفینه پیاده می شود شگفت زده می شود . همه جا تغییرات خیلی زیادی را مشاهده کرده و هنگامی که وارد خانه خود ، که به سختی پا بر جا مانده بود می شود ، برادر خود را فرد سالخورده و فرتوت می یابد ، در حالی که خود کمتر از 10 سال از عمرش گذشته است !

آلبرت انیشتین در مورد ساعتها و هم زمانی می گوید :

نگویید که قطار ساعت 7 به ایستگاه می رسد . بلکه بگویید رسیدن قطار به ایستگاه و نشان دادن ساعت 7 توسط عقربه های ساعت هم زمان است !

می دانیم ساعتهای اتمی دقیق ترین ساعتهایی هستند که بشر تا به حال داشته است !

اما آیا می دانید یک ساعت اتمی چگونه کار می کند ؟

فرکانس نور گسیل شده ، از اتمها یی که به نحو مناسبی تحریک شده اند ، اغلب با دقت بسیار زیادی ثبت می شوند . تا آنجایی که می دانیم اتمها از ابتدای پیدایش تاکنون تغییری نکرده اند و همچنین مطمئن هستیم که طی قرنهای آینده نیز تغییر نخواهند کرد ، و عواملی همچون آتش سوزی ، زمین لرزه ، یا جنگ و مانند آنها اتمها را در معرض نابودی قرار نمی دهند . از این رو تابشهای اتمی ، استاندارد های زمانی بسیار مطلوب و ماندگاری هستند .

امروزه یک ثانیه عبارت است از 9,192,631,770 بار دوره ی تناوب نوسان مربوط به یک گذر اتمی ویژه ی اتم سزیم .

به طور معمول در تمامی آزمایشهایی که به تعیین بسیار دقیق فاصله های زمانی طولانی نیاز دارند ، از ساعتهای سزیم استفاده می شود .

فرض کنید اتم گسیل کننده ، ساعتی با شد که آهنگ کار آن برابر با فرکانس تابش باشد . بنا بر این هرچه پتانسیل گرانشی محل اتم گسیل کننده زیادتر باشد فرکانس آن در مقایسه با اتم مشابهی که در محلی با پتانسیل گرانشی کمتر قرار دارد بیشتر است .

بهتر است بدانید که این مطلب (رابطه ی گرانش و زمان) که اولین بار توسط آلبرت انیشتین

بیان شده است ، توسط وی و دیگر فیزیک دانان به صور مختلفی تا به حال تعبیر شده است .

یک سال پیش وقتی من به این مطلب (رابطه ی گرانش و زمان) رسیدم ، نتوانستم آن را در وحله ی اول بپذیرم و توجیه جدیدی را برای خود بیان کردم تا بتوانم این موضوع را بهتر قبول کنم .

توجیهی که شما در ادامه خواهید خواند ، توجیه دیگری است که شاید تا به حال ندیده باشید .

این تعبیر می تواند تا حد زیادی به شما کمک نماید تا رابطه ی گرانش و زمان را بهتر بپذیرید .

شاید بگویید وقتی مطلبی را آلبرت انیشتین بیانمی کندما چشم بسته قبول می کنیم .

اما من می گویم: ممکن است قبول کنید ،

اما تا هنگامی که آن را برای خود توجیه نکنید ،نمی توانید بدان مطلب ایمان داشته باشید !

توجیه تغییرات زمان تحت میدانهای گرانشی به بیان روشن تری از اصل هم ارزی و نسبیت خاص

با توجه به اصل هم ارزی می دانیم نتایج آزمایشات فیزیک که در شرایط یکسان، در چارچوبهای هم ارز انجام می گیرد ، یکسان است .

فرض کنید که شما در بلندترین طبقه از بلندترین آسمان خراش دنیا هستید . به داخل آسانسور می روید و دکمه ی مربوط به طبقه ی مورد نظر را فشار می دهید . در همین لحظه کابل آسانسور پاره شده و ترمز های آن نیز عمل نمی کنند !

آسانسور در حال سقوط است وشما وحشت زده احساس بی وزنی می کنید !

گویی هیچ میدان گرانشی بر شما اثر نمی کند ! شما احساس بی وزنی می کنید !

شما با سرعت به سمت پایین سقوط می کنید !

می دانیم اگر نسبت به یک چارچوب سرعت داشته باشیم آهنگ کار ساعت ما ، به همان نسبت کند تر خواهد شد !

آیا آسانسور در حال سقوط نسبت به مرجع گرانشی خود سرعت ندارد ؟ !

آیا آسانسور در حال سقوط هم ارز یک چارچوب بدون گرانش نیست ؟ !

( در اینجا علامت تساوی به معنای هم ارز بودن چار چوبهاست )

چارچوب متحرک = آسانسور در حال سقوط = چارچوبهای ثابت و بدون گرانش

آیا در هر سه چارچوب ، آهنگ کار ساعت ها کندتر نمی شود ؟

آیا آهنگ کار ساعت ها در چارچوبهایی که دارای میدان گرانشی هستند تندتر نیست ؟

گرفته شده از : www.hupaa.com

گردآونده : دنیایی از همه چیز – www.supergalaxy.ir

مطالب مرتبط :

نظریه نسبیت انیشتین

پیمان — Wed, 21 Jul 2010 20:07:37 GMT

نظریه نسبیت آلبرت انیشتین (Theory of Relativity)

تئوری جاذبه ای که نیوتن (Newton) ارائه کرد خیلی زود بدون تقریبآ هیچ سئوالی جدی مورد پذیرش دانشمندان قرار گرفت. تا اینکه در اویل قرن بیستم آلبرت اینشتین (Albert Einstein 1879-1955) با ارائه نظریه نسبیت خاص در سال 1905 و نظریه نسبیت عام در سال 1915 نه تنها قوانین فیزک و جاذبه عمومی نیوتن بلکه پایه های فیزیک عصر خود را لرزاند.
هر چند قبل از او ماکس پلانک (Max Planck) با ارائه نظریه کوانتم (Quantum) تا حد زیادی فیزیک نیوتنی را زیر سئوال برده بود اما اینشتین با انتشار مقاله های خود راجع به تئوری نسبیت رسما" ثابت کرد که فیزیک نیوتن در حالت های بسیار خاص پاسخگوی پدیده های فیزیکی می باشد.
وی بعد ها با فعالیت هایی که در سالهای 1920 تا 1925 انجام داد بعنوان یکی از پایه گذاران اصلی مکانیک کوانتم نیز شناخته شد.
آلبرت اینشتین طی سالهای 1930 الی 1955 به بررسی رفتار عالم هستی پرداخت و مقالاتی در این باره منتشر کرد. او می خواست با ترکیب تئوری نسبیت و کوانتم به تئوری جامعی برای مدل کردن جهان هستی دست پیدا کند که زندگی این فرصت را برای تکمیل کار به او نداد. اما بعد ها در سال 1933 هابل (Hubble) و هومنسون (Humanson) با تحقیقاتی که در زمینه کهکشانهای مختلف انجام دادند بر نظریه های او را جع به جهان هستی صحه گذاردند.
آلبرت انیشتین دو نظریه دارد. نسبیت خاص را در سن 25 سالگی بوجود آورد و ده سال بعد توانست نسبیت عام را مطرح کند.

نظریه نسبیت خاص

نسبیت خاص یکی از نظریاتی است که انیشتین مطرح کرده و شامل سه پدیده در سرعت ‌های بالا است .
* انقباض لورنتزی که کاهش طول جسم در مسیر حرکت است
* اتساع زمان که کند شدن زمان است
* افزایش جرم .

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.

حتی زمان هم نسبی می باشد!
از نتایج جالب تئوری نسبیت خاص می توان به بیان ارتباط میان زمان و و فضا (فاصله) و اینکه تمام موجودیت ها در دنیا با یکدیگر مرتبط بوده و بر یکدیگر اثر می گذارند، اشاره کرد. نیوتن معتقد بود که زمان ثابت است و در تمام نقاط به یک صورت عمل می کند. اما اینشتین نشان داد که اینگونه نیست.
مثال جالبی که معمولا" در این باره بیان می شود آن است که دو برادر دوقلو را در نظر بگیرید. یکی روی زمین می ماند و دیگری با یک فضا پیما با سرعت نزدیک به نور به سمت فضا حرکت می کند. پس از آنکه برادر روی زمین 100 سال از عمرش بگذرد، برادری که در فضا پیما می باشد فقط یکسال از عمرش گذشته است!

نظریه نسبیت عام
انیشتین در نوامبر سال ۱۹۱۵ یک سری سخنرانی‌هایی در آکادمی علوم پروس ایراد کرد که در آن نظریه جدید گرانش، موسوم به نسبیت عام را مطرح کرد. او در آخرین سخنرانی ای که ایراد کرد معادله‌ای را مطرح کرد که جانشین قانون جاذبه نیوتون شد، معادله میدان انیشتین. این نظریه قائل به این است که نه تنها کسانی که یا یک سرعت ثابت در حرکتند، بلکه تمامی ناظران یکسان و هم ارز هستند. در نسبیت عام، گرانش دیگر نیرو محسوب نمی‌شود (مانند قانون جاذبه نیوتون)، بلکه آن نتیجه خمیدگی مکان- زمان است .
به خاطر جنگ، مقالاتی که انیشتین در مورد نسبیت عام چاپ کرده بود، در خارج از آلمان در دسترس نبود. خبر نظریه جدید انیشتین توسط فیزیک دانهای هلندی هنریک آنتون لورنتز و پل اهرنفست و همکار آنها ویلیام دو سیتر که مدیر رصد خانه لیدن بود، به منجمان انگلیسی زبان در انگلیس و آمریکا رسانده شد. در انگلیس، آرتور استنلی ادینگتون که دبیر انجمن نجوم سلطنتی از دو سیتر خواست تا یک سری مفالاتی به زبان انگلیسی به نفع منجمان بنویسد. نظریه جدید او را مجذوب خود ساخته بود و از این رو یکی از مدافعان و مبلغان اصلی نسبیت شد. . اغلب منجمان هندسی سازی گرانش توسط انیشتین را نمی‌پسندیدند و معتقد بودند پیش بینی‌های او در مورد خمیدگی نور و به قرمزی گرایی گرانشی درست از آب در نخواهد آمد. در سال ۱۹۱۷، منجمان رصد خانه ویلسون در کالیفرنیای جنوبی نتایج تحلیل طیف نور را که در ظاهر نشان می‌داد که در پرتو خورشید به قرمزی گرایی گرانشی وجود ندارد، منتشر کردند. . در سال ۱۹۱۸، منجمان رصد خانه لیک در شمال کالیفرنیا تصاویری از خورشیدگرفتگی که در ایالات متحده قابل رویت بود گرفتند.پس از پایان جنگ، آنها نتایج بررسی‌های خود را اعلام کردند و مدعی شدند که پیش بینی نسبیت عام انیشتین در خصوص خمیدگی نور اشتباه بوده‌است. با این حال آنها به خاطر خطاهای احتمالی فراوان، هیچگاه اقدام به چاپ نتایجی که به دست آورده بودند نکردند .
آرتور استنلی ادینگتون، طی سفرهایی که درماه می ‌سال، ۱۹۱۹ در زمانی که خورشید گرفتگی در بریتانیا رخ داد، به سوبرال سیارا برزیل و جزیره پرینسیپ در ساحل غربی آفریقا داشت، اندازه گیری خمیدگی گرانشی عدسی نور ستاره را به هنگام عبور از نزدیکی خورشید تحت نظارت داشت و در نهایت به این نتیجه رسید که محل قرار گرفتن ستاره از خورشید دورتر است. این حالت عدسی گرایی گرانشی نامیده می‌شود و وضعیت ستاره‌های مشاهده شده دو برابر حالتی بود که فزیک نیوتنی پیش بینی اش را می‌کرد. معهذا، این حالت با پیش بینی هم ارزی میدانی انیشتین (هم ارزی میدانی) نسبیت عام همخوان بود. ادینگتون اعلام کرد که نتایج به دست آمده پیش بینی انیشتین را تایید می‌کند و مجله تایمز در هفتم نوامبر آن سال با اتنخاب تیتر زیر تایید شدن پیش بینی انیشتین را گزارش کرد: ""انقلابی در علم، نظریه‌ای جدید در مورد جهان، ایده‌های نیوتن اعتبار خود را از دست می‌دهد."" ماکس بورن، برنده جایزه نوبل از نسبیت عام به عنوان ‹‹ بزرگ‌ترین دستاورد و شاهکار تفکر بشری در مورد طبیعت›› بر شمرد و پل دیراک نیز که یکی از برندگان جایزه نوبل است، از آن به عنوان ‹‹ بزرگ ‌ترین اکتشاف علمی آن زمان›› یاد کرد. این اظهار نظرها و تبلیغات متعاقب از آن، باعث شهرت و معروفیت انیشتین شد.او در سطح جهانی معروف شد که موفقیت استثنایی و خاصی برای یک دانشمند محسوب می‌شود.
با این حال هنوز هم بسیاری از دانشمندان به دلایل مختلفی که شامل دلایل علمی (مخالفت با تفسیر انیشتین از آزمایش ‌های انجام شده، اعتقاد به اتر و یا ضرورت وجود ملاک مطلق) و دلایل روانی- اجتماعی (محافظه کاری، یهود ستیزی) می‌شد، نظریات انیشتین را نمی‌پذیرفتند. به نظر انیشتین، اغلب مخالفتهایی که با نظریه او می‌شد، از جانب آزمایش باورانی بود که درک ناچیزی از نظریه مطرح شده داشتند .
شهرتی که انیشتین بعد از چاپ مقاله ۱۹۱۹ دست آورده بود، باعث شد بسیاری از دانشمندان نسبت به ابراز نفرت و انزجار کنند و نفرت و انزجار برخی از آنها حتی تا دهه ۳۰ نیز ادامه یافت. مباحث زیادی در مورد ابراز انزجار نسبت به شهرت و معروفیت انیشتین وجود دارد، بویژه در میان آن دسته: از فیزیک ‌دانان آلمانی که بعد‌ها جنبش ضد انیشتینی ‹‹دویچه فیزیک›› را در مقدمه Klaus Hentschel ؛ یعنی ‹‹ فیزیک و سوسیالسم اجتماعی›› به راه انداختند.
انیشتین در ۳۰ مارس سال ۱۹۲۱، یعنی همان سالی که برنده جایزه نوبل شد، برای ایراد سخنرانی در مورد نظریه جدید نسیبت به نیویورک رفت. اگرچه امروزه انیشتین به خاطر فعالیتهایش د رمورد نسبیت شهرت یافته، اما جایزه نوبل به خاطر کارهای او در مورد اثر فوتوالکتریک به او اعطا شد؛ چرا که در مورد نسبیت عام در آن زمان هنوز اختلاف نظر وجود داشت. هیات نوبل با خود به این نتیجه رسیند که اشاره به آن نظریه انیشتین در نوبل که اختلاف نظر و مخالفت در مورد آن کمتر است، بیشتر مورد قبول جامعه علمی واقع خواهد شد.

نظریه نسبیت عام به زبان ساده
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(سیاهچاله ها: اگر یه ستاره چند برابر خورشید باشد و همه سوختش را بسوزاند، از انجا که یک نیروی جاذبه قوی دارد لذا جرم خودش در خودش فشرده میشود و یک حفره سیاه رنگ مثل یه قیف درست میکند که نیروی جاذبه فوق العاده زیادی دارد طوری که حتی نور هم نمیتواند از آن فرار کند) 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.
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!

برخی نتایج حاصل از نسبیت
اینشتین با نظریه نسبیت خاص خود نشان داد که سه قانون فیزیک نیوتن تنها در شرایط خاصی آنهم بصورت تقریبی صحت دارند و هنگامی که سرعت اجسام زیاد شده و با سرعت نور قابل مقایسه شوند به هیچ وجه نمی توان قوانین نیوتن را در مورد اجسام حتی با تقریب بالا بکار برد. همچنین نظریه نسبیت عام او نشان داد که باز نظریه نیوتن راجع به قانون جاذبه عمومی دقیق نمی باشد و در میدان های جاذبه بسیار قوی فرمول نیوتن جای بحث دارد.
مطالعه حرکت عطارد (Mercury) به دور خورشید از دیر باز مورد علاقه ستاره شناسان و فیزیک دانان بوده است. مشکل اینجا بوجود آمد که مشاهده شد صفحه ای که عطارد در آن به دور خوشید می چرخد خود دارای حرکت می باشد. این حرکت در شکل بوضوح نشان داده شده است.
اندازه گیری ها نشان داد که این حرکت در هر یکصد سال معادل 43 ثانیه (در اینجا منظور از ثانیه واحد اندازه گیری کمان می باشد که معادل 1/3600 درجه است) می باشد. با وجود آنکه این مقدار حرکت برای هر سال بسیار کم می باشد اما قانون جاذبه عمومی نیوتن از توجیه آن عاجز است.
نیوتن معتقد بود که نور در یک مسیر مستقیم حرکت می کند اما اینشتین نشان داد که اگر جسمی دارای یک میدان جاذبه بزرگ باشد و نور از کنار آن عبور کند دچار انحراف از مسیر مستقیم خود می شود.
دیگر مواردی که از قانون نسبیت عام می توان نتیجه گرفت آن که نور ستارگانی که دارای میدانهای مغناطیسی قوی میباشند در راه رسیدن به زمین تغییر طول موج می دهند. این اثر که به Red Shift مشهور است، باعث می شود طول موج نور این ستاره ها بزرگتر شود. این مسئله که باز با قوانین نیوتن قابل تحلیل نمی باشد توسط معادلات تئوری نسبیت عام بسادگی مدل می شود.

آیا زمین در یک چاله فضا-زمان واقع شده است؟

تصور یک تصویرگر از فضا-زمان خمیده در اطراف زمین

زمان و فضا –بر طبق نظریه نسبیت انیشتین –به یکدیگر بافته شده اند و ساختار تار و پودی چهاربعدی به نام فضا-زمان را به وجود آورده اند.جرم قابل توجه زمین ، این ساختار را به شکل یک گودی در می آورد.مانند شخص سنگینی که وسط یک تشک بادی نشسته باشد (هر چند که چنین خمیدگیهای فضا-زمان را اغلب در محیط اطراف اجرام بسیار پر جرم تر و فشرده تری مانند سیاهچاله ها، ستاره های نوترونی، و کوتوله های سفید سراغ داریم اما اگر با دقت کافی محیط اطراف اجرام بسیار کم جرم تری مانند زمین را نیز بررسی کنیم خمیدگی فضا-زمان ناشی از جرم زمین را می توانیم بیابیم).
بر طبق نظریه نسبیت عام انیشتین ، حرکت اجسام در ساختار تار و پودی فضا-زمان صورت می گیرد. یعنی جسم در حال حرکت تابع شکل فضا-زمانی است که در آن واقع شده است. بر اساس این نظریه، گرانش باعث تغییر شکل ساختار فضا-زمان می شود و در نتیجه حرکت جسم نیز بر اثر میدان گرانشی تغییر می کند. می توان گفت که به زبان انیشتین گرانش در اصل حرکت اجسام در مسیر خمیدگی ساختار فضا-زمان در اطراف جسم پرجرم است. یعنی وقتی زمین ر مداری به دور خورشید در گردش است از دید نسبیتی به دلیل انحنای فضا-زمان اطراف خورشید در این مسیر هدایت می شود.
اگر زمین ثابت بود، ضرورتی برای انجام این کاوش نبود، ولی از آنجا که زمین به دور خود حرکت دورانی دارد ، این خمیدگی نیز باید همراه با زمین بچرخد.زمین با پیچ و تاب دادن ساختار فضا-زمان به دور خود به آرامی آن را به صورت یک ساختار چرخشی ۴ بعدی در می آورد.این همان چیزی است که ماهواره گرانش کاو یا GP-B برای آزمایش آن به فضا فرستاده شده است.
این آزمایش براساس فکر بسیار ساده ای انجام می شود: یک ژیروسکوپ (گردش نما) در حال چرخش در مداری در نزدیکی زمین قرار می دهند ، در حالی که محور چرخش آن به سمت یک ستاره بسیار دور -در نقش یک مرجع ثابت و بدون حرکت- نشانه رفته است. بدون وجود نیروهای خارجی، محور ژیروسکوپ باید تا ابد به سمت همان ستاره ثابت بماند.ولی چون فضا-زمان در نزدیکی زمین خمیده است، جهت محور ژیروسکوپ به مرور زمان تغییر می کند.با اندازه گیری بسیار دقیق تغییرات جهت محور ژیروسکوپ نسبت به ستاره، می توان میزان خمیدگی فضا-زمان را در نزدیکی زمین اندازه گرفت.

اما در عمل این آزمایش بسیار دشوار است :
۴ ژیروسکوپی که در GP-B کار گذاشته شده اند، کامل ترین کره هایی هستند که تا به حال به دست بشر ساخته شده اند.این کره ها که هر کدام به اندازه یک توپ پینگ پونگ اند (به قطر حدود ۴ سانتی متر)، از جنس سیلیکون و کوارتز هستند. هیچ گاه اختلاف آنها با یک کره کامل بیش از ۴۰ لایه اتمی نیست. اگر ژیروسکوپ ها کاملا کروی نبودند، محور چرخش آنها حتی بدون اثرات نسبیتی ‌، حرکت می کرد.
بر طبق محاسبات فضا-زمان انحنا پیدا کرده در نزدیکی زمین باعث می شود تا محور ژیروسکوپ در طول یک سال به اندازه ی ۰.۰۴۱ ثانیه قوس جابه جا شود. یک ثانیه قوس ۳۶۰۰/۱ یک درجه است. برای اندازه گیری دقیق این زاویه، GP-B به دقت سنجش فوق العاده ۰.۰۰۰۵ ثانیه قوس نیاز دارد.این عمل مانند آن است که بخواهیم قطر یک ورق کاغذ را از فاصله ی ۱۵۰ کیلومتری اندازه بگیریم.
محققان GP-B فناوری های کاملا جدیدی را برای این اندازه گیری اختراع کرده اند. آنان ماهواره گرانش کاو را کاملا “بدون لرزش” ساخته اند تا در هنگام حرکت ماهواره در لایه های بالایی جو به ژیروسکوپ ها لرزشی وارد نشود. آنها دریافتند که چگونه از نفوذ میدان مغناطیسی زمین به داخل فضاپیما جلوگیری کنند و همچنین دستگاهی را برای اندازه گیری چرخش ژیروسکوپ ، بدون تماس با آن، اختراع کردند.
فرانسیس اوریت ، استاد فیزیک دانشگاه استنفورد و محقق اصلی پروژه GP-B می گوید: “در جریان انجام آزمایش هیچ حادثه غافلگیر کننده ای اتفاق نیفتاده است.” اکنون که مرحله جمع آوری اطلاعات پایان یافته است ، او می گوید : “دانشمندان GP-B با اشتیاق و علاقه بیشتری به کار خود ادامه می دهند و کار سخت پیش روی خود را نادیده نمی گیرند.”
در مرحله بعدی آنها باید اطلاعات گرفته شده را به طور دقیق و کامل بررسی کنند.اوریت توضیح می دهد که دانشمندان GP-B این کار را در سه مرحله انجام می دهند: در مرحله اول آنان اطلاعات را به صورت روز به روز بررسی می کنند تا بی نظمی های موجود در آنها را بیابند. سپس اطلاعات را به صورت ماه به ماه در می آورند و در نهایت آنها را به صورت یک مجموعه کامل به دست آمده در طول یک سال، تحلیل می کنند. بدین ترتیب دانشمندان ایرادات موجود در اطلاعات را ، که از طریق یک روش تجزیه و تحلیل ساده نمی توان پیدا کرد، می یابند.
نهایتا دانشمندان از سراسر دنیا نتایج را به دقت بررسی می کنند.اوریت می گوید: “بدین طریق به سخت ترین منتقدان، اجازه شرکت در این پروژه داده می شود.” اگر GP-B بتواند به طور دقیق چاله فضا-زمانی را که انتظار می رود مشخص کند، بدین معنی است که بر اساس باور عمومی فیزیکدانان نظریه انیشتین حقیقت داشته است ولی اگر این گونه نشود، چه اتفاقی رخ خواهد داد؟ شاید ایرادی در نظریه نسبیت عام انیشتین یافته شود. اختلاف کوچکی که ظهور انقلابی بزرگ را در فیزیک عصر جدید اعلام خواهد کرد.

حلقه های انیشتین
شاهد عینی نسبیت عام انیشتین حلقه هایی از نور است که بر اثر خمیده شدن نور کهکشانهای دوردست در گذر از کنار میدان گرانشی نیرومند کهکشان بزرگ یا مجموعه کهکشانهای میان راه پدید آمده اند.

در تصاویر بالا که با تلسکوپ فضایی هابل گرفته شده است،اشکال آبی رنگی کــه مانند چشم گاو به نظر می رسند، به حلقه های انیشتین معروف اند و زیباترین جلوه ی پدیده انحنای گرانشی در کیهان هستند. لکه های قرمز مایل به زرد، کهکشان های بیضوی غولپیکری هستند که نقش منحرف کننده نور یا همان عدسی های گرانشی را اجرا می کنند. آنها 2 تا 4 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند و با وجود فتصله زیادشان بسیار نزدیکتر از کهکشانهای منشا حلقه های انیشتین اند.

حلقه معمولا نماد عینی رمز آلود بودن، نماد یک قدرت- مانند داستان معروف ارباب حلقه ها- یا نماد پیوند بین دو انسان است. اما در فضا حلقه ای از نور ، چیزی بیش از یک نماد است.این حلقه یا کمان نورانی ، ما را به ماده نامریی راهنمایی می کند و نوری است که از کهکشان های بسیار دور به ما می رسد.آلبرت انیشتین حدود ۷۰ سال پیش ، وجود چنین حلقه هایی را پیش بینی کرد.وی در مقاله ای در سال ۱۹۳۶ توصیف کرد که چگونه بر اثر انحراف نور در میدان گرانشی یک جرم عظیم ممکن است نور دوردستی چنان منحرف شود که حلقه ای کامل به نام “حلقه ی انیشتین” بسازد. جرم منحرف کننده نور در بین راه مانند یک عدسی عمل می کند و علاوه بر ایجاد تصویری بزرگتر، هر چند به هم ریخته، از جرم دوردست، همچنین منبع نور را روشن تر می سازد؛ به صورتی که در بعضی موارد این عدسی های عظیم کیهانی کهکشان های بسیار کم نور را قابل مشاهده می نمایند.
آدام بولتون از مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیت سونی (CFA) می گوید:“حلقه انیشتین یکی از جذاب ترین جلوه های نظریه نسبیت عام در کیهان به شمار می رود و به ما امکان می دهد تا کهکشان های بسیار پرجرم موجود در کیهان را مطالعه کنیم.”
این خطای اپتیکی ایجاد شده بر اثر انحنای فضا به “همگرایی گرانشی” معروف است.درست مانند آنکه یک عدسی بزرگ با بزرگنمایی بالا را در فضا قرار دهیم تا ضمن تشدید نور اجسام دورتر ، به آن انحنا دهد.در همگرایی گرانشی نور کهکشانی دور می تواند بر اثر یک کهکشان در بین راه منحرف شود و یک کمان یا چند تصویر جدا از هم بسازد.هنگامی که هر دو کهکشان ذکر شده نسبت به ما درست در یک خط قرار گیرند، نور به شکل حلقه ای مانند “چشم گاو” در می آید، که به “حلقه انیشتین” معروف است و پیرامون کهکشان نزدیک تر یعنی همان عدسی گرانشی تشکیل می شود.
اخترشناسان در حال حاضر دو منبع قوی برای جمع آوری اطلاعات در این زمینه در اختیار دارند: طرح نقشه برداری دیجیتالی آسمان یا (Sloan Digital Sky Survey) SDSS و تلسکوپ فضایی هابل که از آنها برای شناسایی ۱۹ مورد مشکوک به پدیده انحنای گرانشی کهکشانی استفاده می کنند. این موارد به ۱۰۰ مورد از قبل شناسایی شده اضافه می شوند. با بررسی این کمان ها و حلقه های تشکیل شده بر اثر انحراف نور، اخترشناسان می توانند به صورت دقیق جرم کهکشان نزدیک تر را محاسبه کنند. در بین این ۱۹ مورد، آنها ۸ مورد از “حلقه های انیشتین” یافته اند که فقط ۳ مورد از آنها قبلا در طیف مریی دیده شده بودند.
این موارد تازه کشف شده، از طرح در حال انجامی به نام « slacs » گرفته شده اند.گروهی از منجمان به سرپرستی آدام بولتون از «CfA » و لئون کوپمانس از مؤسسه نجوم کپتین در هلند، نامزدهای پدیده انحنای گرانشی را از میان چند صدهزار طیف مرئی گرفته شده از کهکشان های بیضوی در طرح «SDSS » انتخاب کردند.آنان برای تایید این انتخاب از چشمان تیزبین دوربین پیشرفته نقشه برداری هابل استفاده کردند. بولتون توضیح می دهد که “حجم انبوه اطلاعات « sdss » همراه با کیفیت عکس برداری تلسکوپ فضایی هابل فرصت جدیدی را برای کشف موارد جدیدی از انحنای گرانشی فراهم آورده است. ما موفق شده ایم از هر هزار کهکشان که علائمی از انحنای گرانشی نشان می دادند، فقط یک مورد را از بقیه جدا کنیم.”

علاوه بر ایجاد این اشکال عجیب، پدیده همگرایی گرانشی مستقیم ترین نشانه وجود ماده ی تاریک در کهکشان های بیضوی است.
ماده تاریک شکل نامرئی و بسیار اسرارآمیز ماده است که هنوز به طور مستقیم مشاهده نشده است و اخترشناسان وجود آن را با اندازه گیری تاثیر گرانشی آن بر محیط اطراف نتیجه می گیرند. ماده تاریک در داخل کهکشان ها پخش شده و بیشتر مقدار ماده ی موجود در کیهان را تشکیل می دهد. با بررسی ماده تاریک در کهکشان ها، اختر شناسان امیدوارند تا بینش بهتری نسبت به تشکیل کهکشان ها، که در زمان فشردگی ماده تاریک در عالم اولیه آغاز شده است، به دست آورند.
کوپمانس می گوید:“با مطالعه موارد مختلف پدیده انحنای گرانشی که نور منشا آنها به چندین میلیارد سال پیش بر می گردد، این امکان فراهم می شود تا تغییرات توزیع ماده تاریک و مرئی را در طی زمان از ابتدای عالم تا دوران نزدیک به ما بررسی کنیم. با استفاده از این اطلاعات ، درستی نظریه رایجی که بر طبق آن کهکشان ها از جمع شدن و به هم پیوستن کهکشان های کوچکتر به وجود می آیند، آزمایش می شود.”طرح تحقیقاتی «Slacs » که بولتون آن را در دانشگاه « MIT » آغاز کرد ، کماکان ادامه دارد و تاکنون گروه او از تلسکوپ فضایی هابل برای بررسی ۵۰ کهکشان نامزد به منظور جستجوی پدیده همگرایی گرانشی استفاده کرده است. تعداد کهکشان های مطالعه شده در نهایت بالغ بر ۱۰۰ عدد خواهد بود که در بین آنها موارد وقوع همگرایی گرانشی بیشتری وجود خواهد داشت. یافته های اولیه این تحقیق در مقاله ای در فوریه ۲۰۰۶ در نشریه اخترفیزیک «(Astrophysical Journal) »

Theory of Relativity : (Physics) theory of relativity as developed by Albert Einstein, theory that time and space are relative concepts and that motion must be defined in relation to a point of reference

منابع :

http://fa.wikipedia.org
http://www.roshd.ir
http://www.supergalaxy.ir
http://supergalaxy.blogsky.com
http://piranshahr2008.blogfa.com
http://www.spaceflightnow.com
http://www.sigma.dortinblog.com
http://www.senmerv.com

سایت : سی پی اچ

گردآونده : دنیایی از همه چیز – www.supergalaxy.ir

مطالب مرتبط :

- انیشتین از کودکی تا پیری

مطالب و عکس های مرتبط ۲ :

- زندگی نامه استیون هاوکینگ
- زندگی نامه آلبرت انیشتین

بمب اتمی

پیمان — Sun, 18 Jul 2010 02:43:50 GMT

بمب اتم (Atom Bomb)

بمب 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 بمب از این نوع ، در سال 1945 م در ایالات نیو مکزیکو در ایالات متحده آمریکا آزمایش شد . این بمب ، انفجاری با قدرت 19 کیلو تن ایجاد کرد ( یک کیلو تن برابر است با انرژی اتمی آزاد شده 190 تن ماده منفجره تی . ان . تی ) انفجار بمب اتمی موج بسیار نیرومند پرتوهای شدید نورانی ، تشعشعات نفوذ کننده اشعه گاما و نوترونها و پخش شدن مواد رادیو اکتیو را همراه دارد . انفجار بمب 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 1200 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 .

بمب 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: 1- 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 235 و اورانیوم 233) به کار می رود.

برای تولید یک بمب اتمی موارد زیر نیاز است :

یک منبع سوخت که قابلیت شکافت یا همجوشی را داشته باشد.

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 بمب های اتمی از روش شکافت استفاده می شد. اما امروزه بمب های همجوشی از فرآیند همجوشی به عنوان ماشه آغازگر استفاده می کنند.بمب های شکافتی (فیزیونی): یک بمب شکافتی از ماده ای مانند اورانیوم 235 برای خلق یک انفجار هسته ای استفاده می کند. اورانیوم 235 ویژگی منحصر به فردی دارد که آن را برای تولید هم انرژی هسته ای و هم بمب هسته ای مناسب می کند. اورانیوم 235 یکی از نادر موادی است که می تواند زیر شکافت القایی قرار بگیرد.اگر یک نوترون آزاد به هسته اورانیوم 235 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 235 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.

1 - احتمال اینکه اتم اورانیوم 235 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.

2 - فرآیند جذب نوترون و شکسته شدن متعاقب آن بسیار سریع و در حد پیکو ثانیه (12-10 ثانیه) رخ می دهد.

3 - 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 235 دارند. این تفاوت وزن نمایان گر تبدیل ماده به انرژی است که به واسطه فرمول معروف mc2= E محاسبه می شود. حدود نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده به کار رفته در یک بمب 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 17 متر (ارتفاع یک ساختمان 5 طبقه) است، جا می گیرد. حالا بهتر می توان انرژی آزاد شده از مقدار کمی اورانیوم 235 را متصور شد.برای اینکه این ویژگی های اروانیوم 235 به کار آید باید اورانیوم را غنی کرد. اورانیوم به کار رفته در سلاح های هسته ای حداقل باید شامل نود درصد اورانیوم 235 باشد.در یک بمب 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 بمب شکافتی با خود به همراه می آورد که باید حل شود :

1 - 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.

2 - نوترون های آزاد باید در یک توده «ورای آستانه بحران» القا شوند تا شکافت آغاز شود.

برای جلوگیری از ناکامی بمب 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 235 به دور یک مولد نوترون ساخته می شود. گلوله ای از اورانیوم 235 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 :

1 - انفجار مواد منفجره و در نتیجه شلیک گلوله در تیوپ

2 - برخورد گلوله به کره و مولد و در نتیجه آغاز واکنش شکافت انفجار بمب

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 بمب 5/14 کیلو تن برابر با 500/14 تن TNT بازده و 5/1 درصد کارآیی داشت. یعنی پیش از انفجار تنها 5/1 درصد ازماده مورد نظر شکافت پیدا کرد.

در همان ابتدای «پروژه منهتن»، برنامه سری آمریکا در تولید بمب 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 235 و یک بخش به عنوان هسته است که از پولوتونیوم 239 تشکیل شده و با مواد منفجره احاطه شده است.

وقتی چاشنی بمب به کار بیفتد حوادث زیر رخ می دهند :

1- انفجار مواد منفجره موج شوک ایجاد می کند.

2 - موج شوک بخش هسته را فشرده می کند.

3 - فرآیند شکافت شروع می شود.

4 - بمب 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 بمب 23 کیلو تن و کارآیی آن 17درصد بود.شکافت معمولا در 560 میلیاردم ثانیه رخ می دهد.بمب های همجوشی: بمب های همجوشی کار می کردند ولی کارآیی بالایی نداشتند. بمب های همجوشی که بمب های «ترمونوکلئار» هم نامیده می شوند، بازده و کارآیی به مراتب بالاتری دارند. برای تولید بمب 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 بمب 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 بمب شکافتی در بمب همجوشی مشکلات بسیاری حل شد.

در یک بمب همجوشی حوادث زیر رخ می دهند :

1 - بمب شکافتی با انفجار درونی ایجاد اشعه X می کند.

2 - اشعه X درون بمب و در نتیجه سپر جلوگیری کننده از انفجار نارس را گرم می کند.

3 - گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن می شود. این کار باعث ورود فشار به درون لیتیوم - دوتریوم می شود.

4 - لیتیوم - دوتریوم 30 برابر بیشتر از قبل تحت فشار قرار می گیرند.

5 - امواج شوک فشاری واکنش شکافتی را در میله پولوتونیومی آغاز می کند.

6 - میله در حال شکافت از خود پرتو، گرما و نوترون می دهد.

7 - نوترون ها به سوی لیتیوم - دوتریوم رفته و با چسبیدن به لیتیوم ایجاد تریتیوم می کند.

8 - ترکیبی از دما و فشار برای وقوع واکنش همجوشی تریتیوم - دوتریوم ودوتریوم - دوتریوم و ایجاد پرتو، گرما و نوترون بیشتر، بسیار مناسب است.

9 - نوترون های آزاد شده از واکنش های همجوشی باعث القای شکافت در قطعات اورانیوم 238 که در سپر مورد نظر به کار رفته بود، می شود.

10 - شکافت قطعات اروانیومی ایجاد گرما و پرتو بیشتر می کند.

11 - بمب منفجر شود.

منابع :

http://www.hupaa.com

http://www.supergalaxy.ir

http://babakmc2.blogfa.com

گردآونده : دنیایی از همه چیز – www.supergalaxy.ir

مطالب مرتبط :

کهکشان و انواع آن

پیمان — Fri, 16 Jul 2010 10:54:44 GMT

کهکشان (Galaxy)

کهکشان به مجموعه ستارگان ، گاز و غبار گفته می شود که با نیروی جاذبه کنار هم نگاه داشته شده‌اند. کوچکترین کهکشانها دارای عرضی برابر با چند صد سال نوری ، شامل حدود 100000 میلیارد سال ستاره هستند. بزرگترین کهکشانها تا 3 میلیون سال نوری عرض دارند و شامل بیش از 1000 میلیارد ستاره هستند.

اشکال کهکشانها بر اساس شیوه‌ای طبقه بندی می‌شود که طبق شیوه طبقه بندی ستاره شناس آمریکایی ، ادوین هابل (1953- 1986) ، شکل یافته است. در مورد تکامل کهکشانها اطلاعات قطعی کمی در دست است. تنها مطلب مورد اطمینان این است که کهکشانها میلیاردها سال پیش به شکل توده‌ای از ابرهای گازی و غباری بوجود آمدند.

انواع کهکشان ها :

- کهکشان نامنظم (Irregular Galaxy)

- کهکشانهای مار پیچی (Spiral Galaxy)

- کهکشان مارپیچی میله ای (Barred Spiral Galaxy)

- کهکشانهای بیضوی (Elliptical Galaxy)

- کهکشانهای فعال و غیر عادی

- کهکشانهای رادیویی

کهکشان نامنظم (Irregular Galaxy)

کهکشانهای نامنظم هیچ شکل یا ساختار منظمی ندارند، آنها دارای جرم بیشتری از کهکشانهای دیگر هستند و بیشتر ستاره‌های موجود در آنها دارای طول عمر کم و درخشان می‌باشند. با وجود اینکه بسیاری از کهکشانهای نا منظم در بر گیرنده نواحی تابان گازی هستند که ستاره‌ها در آنها شکل می‌گیرند، بیشتر گاز میان ستاره ای کهکشانها بایستی متراکم شوند تا ستاره‌های جدیدی بوجود آورند. حدود 5% از هزار کهکشان درخشان را کهکشانهای نا منظم تشکیل می‌دهند. این در حالی است که یک چهارم کهکشانهای شناخته شده نیز کهکشانهای نامنظم هستند.

کهکشانهای مار پیچی (Spiral Galaxy)

کهکشانهای مارپیچی دارای بازوهایی هستند که شکلی مارپیچی در اطراف بر آمدگی مرکزی یا هسته ، قرصی ایجاد می‌کنند که چرخش هسته با چرخش بازوهای آن همراه می‌شود. جوانترین ستاره‌های کهکشانهای مارپیچی در بازوهای کم توده یافت می‌شوند و ستاره‌های کهن اکثرا در هسته متراکم قرار دارند. کهنترین ستاره‌ها در هاله‌های کروی پراکنده قرار دارند و اطراف قرص کهکشانی را فرا گرفته‌اند. بازوهای مذکور همچنین دارای غبار و گاز فراوانی هستند که منجر به تشکیل ستاره‌های جدید می‌شود.

کهکشان مارپیچی میله ای (Barred Spiral Galaxy)

یک کهکشان مارپیچی میله‌ای دارای یک هسته برآمدگی مرکزی کشیده شده و میله‌ای شکل است. همزمان با چرخش هسته اینطور به نظر می‌رسد که در هر سوی هسته یک بازو نیز می‌چرخد. برخی ستاره شناسان عقیده دارند کهکشان راه شیری نیز یک کهکشان مارپیچی میله‌ای است. شکل کهکشانهای مارپیچی و کهکشانهای مارپیچی میله‌ای متغیر است.

از کهکشانهای با برآمدگیهای مرکزی بزرگ با بازوهای نه چندان بهم پیوسته تا کهکشانهای با برآمدگیهای مرکزی کوچک و بازوهای آزاد. گر چه کهکشانهای مارپیچی و مارپیچی میله‌ای پیش از این به عنوان دو نوع کهکشان متفاوت طبقه بندی می‌شدند، ولی امروزه ستاره شناسان آنها را مشابه می‌دانند.

کهکشان مارپیچی میله ای - راه شیری (Milky Way Galaxy)

کهکشان راه شیری ، کهکشانی مارپیچی است که شامل حدود 500 میلیارد ستاره است. این کهکشان حدود 10 میلیارد سال پیش ، از یک ابر عظیم گاز و غبار تشکیل یافت. در قسمت مرکزی کهکشان راه شیری هسته‌ای کروی قرار دارد که ممکن است شامل یک حفره سیاه نیز باشد. هسته توسط گروهی از دنباله‌های مارپیچی در برگرفته شده است. این دنباله‌ها از ستاره‌های فروزان تازه شکل یافته تشکیل شده‌اند. هسته و قرص کهکشان با هاله‌ای از ستاره‌هایی با طول عمر بسیار زیاد ، در بر گرفته شده‌اند.

قطر هسته یک کهکشان در حدود 10000 سال نوری است. قسمت احاطه کننده هسته دارای قطری برابر با 100000 سال نوری و ضخامتی برابر با 1000 سال نوری است . هاله کهکشان دارای قطری تا 50000 سال نوری است. منظومه شمسی (شامل ابر اوپتیک-اورت) با عرضی برابر با سه سال نوری نسبتا کوچک به نظر می‌رسد. خورشید با سرعتی حدود 220 کیلومتر (135 مایل) در ثانیه ، مرکز کهکشان را در مدت زمانی حدود 250 میلیون سال دور می‌زند. تا کنون خورشید 15 تا 20 دور به گرد هسته کهکشان چرخیده است.

گذر صورتهای فلکی از راه شیری

بیرون از راستای راه شیری تعداد بسیار کمی ستاره کم نور وجود دارد. بطوری که درخشش مبهمی نیز از آنها آشکار نمی‌شود. به علت آنکه راه شیری دایره کاملی در سرتاسر آسمان تشکیل می‌دهد، در هر نقطه روی زمین می‌توان بخشهایی از آن را دید. چند صورت فلکی مهم که راه شیری از میانشان می‌گذرد، شامل ذات الکرسی ، پرساوس ، ممسک الاعنه (ارابه ران) ، تکشاخ ، بادبان ، صلیب ، عقرب ، قوس ، دلو و دجاجه است.

فراوانی میدان ستاره

انبوهترین میدان ستاره‌ای ، در راه شیری جنوبی قرار دارد که منظر زیبایی در آسیای جنوبی و آفریقایی جنوبی بوجود می‌آورد. برای رصد کنندگان واقع در نیمکره شمالی ، بهترین حالت راه شیری اواخر تابستان دیده می‌شود. هنگامی که دجاجه را بتوان در بالای سر دید.

ماهیت راه شیری

ما منظره کهکشان عظیم و پرستاره‌ای را که درون آن زندگی می‌کنیم، به صورت راه شیری می‌بینیم. در کهکشان ما ، احتمالا صد هزار میلیون ستاره وجود دارد. ما در میان این کهکشان هستیم و به همین دلیل نمی‌توانیم شکل کلی آن را به آسانی تجسم کنیم. در واقع ، کهکشان راه شیری ، شبیه یک چرخ فلک غول پیکر است و دو بازوی پرستاره دارد، که چندین بار به دور بخش مرکزی پیچیده‌اند. طول کهکشان ما 100000 سال نوری است. 30000 سال طول می‌کشد تا یک پیام رادیویی از زمین به مرکز آن برسد. اگر ستارگان کهکشان را با سرعت سه ستاره در یک ثانیه بشماریم، هزار سال طول می‌کشد.

قسمت نورانی راه شیری

روشن ترین بخش راه شیری در صورت فلکی قوس است. تلسکوپهای رادیویی فروسرخ ، علامتهای پرقدرتی از این منطقه آشکار می‌کنند. شاید درمرکز بیظلم کهکشان ما ، یعنی نقطه‌ای در راستای صورت فلکی قوس ، سیاهچاله بسیار بزرگی وجود داشته باشد که آزادانه ستارگان و سیاره‌ها را می‌بلعد و توده انبوهی از آنها را در کنار هم جمع می‌کند.

کهکشانهای بیضوی (Elliptical Galaxy)

کهکشانهای بیضوی از نظر شکل ، از شکل بیضی‌گون (شبیه توپ فوتبال امریکایی) تا شکل کروی متغیر هستند و اشکالی ما بین این دو نیز یافت می‌شوند. بر خلاف کهکشانهای دیگر که نوری آبی از ستاره‌های فروزان و کم عمر منعکس می‌کنند، کهکشانهای بیضوی زرد رنگ بنظر می‌رسند. علت این امر توقف شکل گیری ستارگان در این کهکشانها می‌باشد که در نتیجه تقریبا تمام نور آنها از ستاره‌های غول سرخ که دارای طول عمر زیادی هستند تأمین می‌شود.

کهکشانهای فعال و غیر عادی

از تمام کهکشانها میزان معینی تشعشع الکترومغناطیسی ساطع می‌شود. برخی کهکشانها ، به طرز غیر عادی ، مقادیر زیادی تشعشع تابش می‌کنند. این کهکشانها ، کهکشانهای فعال نامیده می‌شوند. انرزی آنها از منبعی با جرم بسیار زیاد اما به هم فشرده که در مرکز کهکشان فعال قرار دارد تأمین می‌شود.

انرژی اغلب بصورت اشعه ایکس ، موج رادیویی و همچنین نور است و میزان انرژی آزاد شده به قدری زیاد است که نمی‌توان تصور کرد ستاره‌ها آنرا بوجود آورده باشند. ستاره شناسان بر این عقیده اند که تنها جسمی که قادر است این مقدار انرژی را ازاد کند یک حفره سیاه فوق العاده پر جرم است. بنابر این، علت اینکه برخی کهکشانها از جمله کهکشان خودمان انرژی نسبتا کمی آزاد می‌کنند این است که حفره سیاه مرکزی کوچکی را در میان گرفته‌اند.

کوازارها

بنظر می‌رسد که کوازارها (شبه ستاره‌ها) هسته فعال کهکشانهای دور دست باشند. آنها درخشانترین ، سریعترین و دورترین اجرام شناخته شده در جهان هستند. کوازارها همانند ستارگان از سطح زمین به مثابه یک نقطه نورانی خیلی ریز دیده می‌شوند. اگر چه کوازارها فقط به اندازه منظومه شمسی هستند، نور برخی از آنها مسافتی در حدود 10 میلیارد سال نوری را طی می کند تا به ما برسد. ما برای اینکه بتوانیم چنین اجرام دوری را شناسایی کنیم نیاز به تابش زیاد نور آنها داریم. تشعشع انرژی بعضی از کوازارها حدود 100 برابر تشعشع کهکشانهای عظیم است.

با گسترش جهان کوازارها که در لبه خارجی آن قرار دارند بسرعت از زمین فاصله می‌گیرند. دورترین کوازارهایی که قابل رویت حدود 12 میلیارد سال نوری در جهت انتهای قابل مشاهده جهان قرار دارند. بخاطر زمان زیادی که طول می‌کشد تا نور کوازارها به زمین برسد، این کهکشانها ستاره شناسان را قادر می‌سازند تا جهان را در اولین مراحل شکل گیری ، مورد مطالعه قرار دهند. کوازارها فوق العاده درخشان و در عین حال بسیار مهم فشرده می‌باشند. در مقایسه با گستره کهکشان راه شیری که 100000 سال نوری می‌باشد، کوازارها قطری معادل چند روز یا هفته نوری را تشکیل می‌دهند.

کهکشانهای رادیویی

تمامی کهکشانها ، موج رادیویی ، نور قابل رویت و انواع تشعشع از خودشان تولید می‌نمایند. انرژی رادیویی یک کهکشان رادیویی خیلی متراکمتر از انرژی کهکشانهای معمولی است. این انرژی از دو قطعه خیلی بزرگ ، یا ابرهای عظیم الجثه متشکل از ذرات در حال دور روشن از کهکشانها تشتشع می‌یابند.

این ابرهای عظیم از فورانهای گازی که از مرکز کهکشان با سرعتی معادل یک پنجم سرعت نور خارج می‌شوند، در آسمان شکل می‌گیرند. به نظر می‌رسد که فوران این انرژی عظیم توسط یک حلقه پیوستگی صورت می‌گیرد که یک حفره سیاه خیلی متراکم را در بر می‌گیرد و در مرکز کهکشان واقع است. از هر یک میلیون کهکشان فقط یکی از آنها یک کهکشان رادیویی است.

تصادم کهکشانها

بیشتر کهکشانها از کهکشانهای همسایه خود صد هزار سال نوری فاصله دارند. به هر حال، بعضی از کهکشانها تا اندازه‌ای به یکدیگر نزدیک می‌شوند که نیروی جاذبه دو طرفه آنها اشیاء موجود در کهکشانها دیگر را به اطراف خود می‌کشد و این امر باعث بوجود آمدن توده‌هایی به نام دنباله‌های کشندی می‌گردد، که این دنباله‌ها مانند پلی کهکشانها را به یکدیگر وصل می‌نمایند. نزدیکی بیش از حد کهکشانها ممکن است، توأم با تصادم آنها گردیده و به دنبال این عمل یک تغییر شکل بنیادی در شکل ظاهری آنها صورت پذیرد.

منابع :

http://daneshnameh.roshd.ir

http://www.supergalaxy.ir

گردآونده : دنیایی از همه چیز – www.supergalaxy.ir

مطالب مرتبط :