Quantum Physics via @like
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
🎦 آیا زمان بُعد چهارم است؟
💢«تیم مادلین»، فیلسوف علم، عقیده دارد که اینگونه نیست و زمان مفهومی بنیادی تر از فضا است.
🔵 همراه با زیرنویس فارسی
🆔 @Physics3p
💢«تیم مادلین»، فیلسوف علم، عقیده دارد که اینگونه نیست و زمان مفهومی بنیادی تر از فضا است.
🔵 همراه با زیرنویس فارسی
🆔 @Physics3p
📚 اصل عدم قطعیت
🆔 @Physics3p
🔸در سال ۱۹۲۷ جوان نابغه ای به نام ورنر هایزنبرگ برای اولین بار، پای اصل عدم قطعیت را به فیزیک باز کرد. ابتدا این اصل را با یک جمله ی ساده تعریف کرده و سپس به سراغ توضیح مفصل آن می روم. اصل عدم قطعیت یک واقعیت بسیار مهم را به شما گوشزد می کند :
طبیعت، به شما اجازه نمی دهد همه چیز را به صورت یکجا در موردش بدانید، اما موضوع جالب تر هم می شوذ اگر بدانید طبیعت حتی خودش هم در مورد خودش، همه چیز را یکجا نمی داند!!
🔹اصل عدم قطعیت، بیان می کند که جفت هایی از ویژگی های فیزیکی وجود دارند که نمی توان مقدار دقیق آنها را به طور همزمان بدست آورد. مشهورترین جفت، اندازه حرکت و مکان هستند. اندازه حرکت یا تکانه، حاصلضرب سرعت در جرم است. البته در مورد تکانه، تعریف فیزیکی کاملاً سرراستی وجود ندارد، اما می توان آن را به معنای “شوق حرکت یک شی” دانست. اصل عدم قطعیت می گوید، هرگاه شما یکی از این دو ویژگی را (مکان یا اندازه حرکت) به دقت اندازه گیری کنید، در مورد ویژگی دیگر، دچار بی دقتی خواهید شد. یعنی اگر مکان یک ذره را به صورت کاملاً دقیق اندازه گیری کنید، بی دقتی زیادی در اندازه حرکت به وجود خواهد آمد. پس نمی توانید مقدار دقیق هر دو ویژگی را به طور همزمان در اختیار داشته باشید. اگر یکی از آنها را دقیق تر اندازه بگیریم، عدم قطعیت یا نادقیقی در دیگری بیشتر می شود. جفت ویژگی معروف دیگر، زمان و انرژی هستند و تمام موارد بالا برای این دو کمیت نیز صادق است.
🔸بنابراین حاصلضرب دو ویژگی مورد نظر، همیشه مساوی یا بزرگتر از مقدار ثابت پلانک کاهش یافته تقسیم بر دو است. شاید بپرسید این روابط چگونه به وجود آمده اند؟ به بیان ساده، این روابط حاصل یک اصل عمومی تر در مکانیک کوانتومی هستند و آن، جابه جایی ناپذیری اپراتورهاست. برای پاسخ دادن به این سوال باید ریشه های ریاضی پیدایش اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را بررسی کنیم که این کار را در کلاس های درس تخصصی کوانتوم انجام خواهیم داد.
🆔 @Physics3p
❌یک اشتباه بنیادی
☑️برخی از افراد برای توضیح اصل عدم قطعیت، یک اشتباه بنیادی را مرتکب می شوند. آنها اصل عدم قطعیت را اغلب با اثر ناظر اشتباه می گیرند. اثر ناظر یا مشاهده گر، پدیده ای است که در اثر مشاهده ی سیستم کوانتومی یا به عبارت بهتر، اندازه گیری آن، به وجود می آید. یعنی زمانیکه یک سیستم کوانتومی، مورد اندازه گیری قرار می گیرد،دچار اختلال شده و در نتیجه حالت اصلی آن (قبل از اندازه گیری) تغییر می کند. در واقع اثر ناظر، نتیجه ی اصل برهم نهی است.
☑️استدلال اشتباه افراد (از جمله خود هایزنبرگ!!) این بود که با نگاه کردن به سیستم، فوتون های نوری به الکترون ها برخورد کرده و مکان آنها را تغییر می دهند، در نتیجه اندازه گیری ما باعث به وجود آمدن عدم قطعیت می شود. اما این پدیده، هیج ربطی اصل عدم قطعیت ندارد، زیرا عدم قطعیت در مورد مکان و اندازه حرکت یک ذره ی کوانتومی، همیشه و بدون توجه به حضور یک ناظر یا مشاهده گر رخ می دهد. پس یادمان نرود عدم قطعیت یک ویژگی ذاتی طبیعت بوده و در تاروپود آن تنیده شده است!
🆔 @Physics3p
🆔 @Physics3p
🔸در سال ۱۹۲۷ جوان نابغه ای به نام ورنر هایزنبرگ برای اولین بار، پای اصل عدم قطعیت را به فیزیک باز کرد. ابتدا این اصل را با یک جمله ی ساده تعریف کرده و سپس به سراغ توضیح مفصل آن می روم. اصل عدم قطعیت یک واقعیت بسیار مهم را به شما گوشزد می کند :
طبیعت، به شما اجازه نمی دهد همه چیز را به صورت یکجا در موردش بدانید، اما موضوع جالب تر هم می شوذ اگر بدانید طبیعت حتی خودش هم در مورد خودش، همه چیز را یکجا نمی داند!!
🔹اصل عدم قطعیت، بیان می کند که جفت هایی از ویژگی های فیزیکی وجود دارند که نمی توان مقدار دقیق آنها را به طور همزمان بدست آورد. مشهورترین جفت، اندازه حرکت و مکان هستند. اندازه حرکت یا تکانه، حاصلضرب سرعت در جرم است. البته در مورد تکانه، تعریف فیزیکی کاملاً سرراستی وجود ندارد، اما می توان آن را به معنای “شوق حرکت یک شی” دانست. اصل عدم قطعیت می گوید، هرگاه شما یکی از این دو ویژگی را (مکان یا اندازه حرکت) به دقت اندازه گیری کنید، در مورد ویژگی دیگر، دچار بی دقتی خواهید شد. یعنی اگر مکان یک ذره را به صورت کاملاً دقیق اندازه گیری کنید، بی دقتی زیادی در اندازه حرکت به وجود خواهد آمد. پس نمی توانید مقدار دقیق هر دو ویژگی را به طور همزمان در اختیار داشته باشید. اگر یکی از آنها را دقیق تر اندازه بگیریم، عدم قطعیت یا نادقیقی در دیگری بیشتر می شود. جفت ویژگی معروف دیگر، زمان و انرژی هستند و تمام موارد بالا برای این دو کمیت نیز صادق است.
🔸بنابراین حاصلضرب دو ویژگی مورد نظر، همیشه مساوی یا بزرگتر از مقدار ثابت پلانک کاهش یافته تقسیم بر دو است. شاید بپرسید این روابط چگونه به وجود آمده اند؟ به بیان ساده، این روابط حاصل یک اصل عمومی تر در مکانیک کوانتومی هستند و آن، جابه جایی ناپذیری اپراتورهاست. برای پاسخ دادن به این سوال باید ریشه های ریاضی پیدایش اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را بررسی کنیم که این کار را در کلاس های درس تخصصی کوانتوم انجام خواهیم داد.
🆔 @Physics3p
❌یک اشتباه بنیادی
☑️برخی از افراد برای توضیح اصل عدم قطعیت، یک اشتباه بنیادی را مرتکب می شوند. آنها اصل عدم قطعیت را اغلب با اثر ناظر اشتباه می گیرند. اثر ناظر یا مشاهده گر، پدیده ای است که در اثر مشاهده ی سیستم کوانتومی یا به عبارت بهتر، اندازه گیری آن، به وجود می آید. یعنی زمانیکه یک سیستم کوانتومی، مورد اندازه گیری قرار می گیرد،دچار اختلال شده و در نتیجه حالت اصلی آن (قبل از اندازه گیری) تغییر می کند. در واقع اثر ناظر، نتیجه ی اصل برهم نهی است.
☑️استدلال اشتباه افراد (از جمله خود هایزنبرگ!!) این بود که با نگاه کردن به سیستم، فوتون های نوری به الکترون ها برخورد کرده و مکان آنها را تغییر می دهند، در نتیجه اندازه گیری ما باعث به وجود آمدن عدم قطعیت می شود. اما این پدیده، هیج ربطی اصل عدم قطعیت ندارد، زیرا عدم قطعیت در مورد مکان و اندازه حرکت یک ذره ی کوانتومی، همیشه و بدون توجه به حضور یک ناظر یا مشاهده گر رخ می دهد. پس یادمان نرود عدم قطعیت یک ویژگی ذاتی طبیعت بوده و در تاروپود آن تنیده شده است!
🆔 @Physics3p
📚 کشف جدید LHC (پنتاکوآرک ها)
📎 قسمت اول
🆔 @Physics3p
🔸هر آنچه در اطرافتان می‌بینید، از ذرات بنیادی به نام کوارک ها و لپتون ها ساخته شده‌اند که می‌توانند برای ساختن ذرات بزرگتری مانند پروتون‌ها و اتم ها با یکدیگر ترکیب شوند. از طرفی آنها می‌توانند به شیوه‌های عجیب و جالبی که هرگز تصور نمی‌شده، با یکدیگر ترکیب شوند. اکنون LHC، کشف ذرات جدیدی به نام پنتاکوارک ها را اعلام کرده است. این نتایج می‌تواند به فاش کردن رازهای زیادی در مورد نظریه‌ی کوارک‌ها کمک کند. این در حالیست که سرن هفته‌ی گذشته، خبر هیجان‌انگیز دیگری را اعلام کرد که می‌تواند از یکی دیگر از بزرگترین رازهای فیزیک، یعنی عدم تقارن ماده و پادماده پرده بردارد.
🔹نخستین بار، کوارک‌ها برای توضیح انبوه ذرات جدید کشف شده در تابش کیهانی و آزمایش‌های برخورددهنده در اواسط قرن بیستم، پیشنهاد شدند. این باغ وحش در حال گسترش ذرات به ظاهر بنیادی، سبب حبرت فیزیکدانان گردید، چرا که آنها گرایشی طبیعی به سادگی و نظم دارند و از اینکه مجبور باشند بیشتر از چند ذره‌ی بنیادی را به یاد بسپارند، متنفرند. چنین نگرشی در جمله‌ی معروف فیزیکدان مشهور ایتالیایی، انریکو فرمی مشهود است:
♻من اگر می‌توانستم نام تمام این ذرات را به خاطر بیاورم که یک گیاه‌شناس شده بودم!
🔸خوشبختانه، در دهه‌ی ۱۹۶۰، فیزیکدان آمریکایی، ماری گلمان، موفق شد الگوهایی در این باغ وحش ذرات بیابد، مشابه دیمتری مندلیف که چنین الگوهایی را در عناصر شیمیایی یافت و جدول تناوبی عناصر را بنیان نهاد. درست همانطور که جدول تناوبی، وجود چیزهایی کوچکتر از اتم‌ها را نشان داد، نظریه‌ی ماری گلمان، وجود گروه جدیدی از ذرات بنیادی را پیشنهاد کرد. بنابراین در نهایت، فیزیکدانان ذرات توانستند نشان دهند صدها ذره‌ی این باغ وحش، از ذرات واقعا بنیادی کوچکتری به نام کوارک ساخته شده‌اند.
💢هادرون‌های رازآلود
🔹شش نوع کوارک در مدل استاندارد وجود دارد: پایین، بالا، شگفت، افسون، سر، ته. این کوارک‌ها همچنین دارای همتایانپادماده نیز هستند، یعنی هر ذره، یک همتای پادماده دارد که به طور مجازی با خودش یکسان است، فقط بار مخالف آن دارد. کوارک‌ها و پادکوارک‌ها برای ساختن ذراتی به نام هادرون‌ها به یکدیگر می‌چسبند. طبق مدل گلمان، دو گروه بزرگ از هادرون‌ها وجود دارد: باریونها، ذراتی که از سه کوارک ساخته شده‌اند (که شامل پروتون‌ها و نوترون‌هایی است که هسته‌های اتمی را می‌سازند) و مزونها که از یک کوارک و یک پادکوارک تشکیل شده‌اند.
🔸تا همین اواخر، باریونها و مزونها، تنها هادرون‌هایی بودند که در آزمایش‌ها دیده شده بودند، اما گلمان در دهه‌ی ۱۹۶۰ احتمال ترکیب‌های بسیار عجیب‌تری از کوارک‌ها مانند تتراکوارک (دو کوارک و دو پادکوارک) و پنتاکوارک (چهار کوارک و یک پادکوارک) را پیش‌بینی کرده بود.
🔹در سال ۲۰۱۴ که یکی از چهار آزمایش بزرگ LHC انجام شد، گزارش شد که ذره‌ی +(۴۴۳۰) Z، یک تتراکوارک است. این امر، اشتیاق‌ها را برای یافتن هادرون‌های جدید عجیب افزایش داد. پس از آن در سال ۲۰۱۵، LHC از کشف نخستین پنتاکوارک خبر داد که نشان از اضافه شدن گروه جدیدی به خانواده هادرون‌ها بود. این کار به لطف مقدار قابل توجهی از داده‌های جدید ثبت شده در طول دومین راه‌اندازی LHC ممکن شد. محققان این پروژه می‌گویند:
♻ما اکنون نسبت به سال ۲۰۱۵، ده برابر بیشتر، داده داریم که به ما امکان می‌دهد ساختارهای ظریف‌تر و هیجان‌انگیزتری را نسبت به قبل ببینیم.
ادامه دارد....
🆔 @Physics3p
📎 قسمت اول
🆔 @Physics3p
🔸هر آنچه در اطرافتان می‌بینید، از ذرات بنیادی به نام کوارک ها و لپتون ها ساخته شده‌اند که می‌توانند برای ساختن ذرات بزرگتری مانند پروتون‌ها و اتم ها با یکدیگر ترکیب شوند. از طرفی آنها می‌توانند به شیوه‌های عجیب و جالبی که هرگز تصور نمی‌شده، با یکدیگر ترکیب شوند. اکنون LHC، کشف ذرات جدیدی به نام پنتاکوارک ها را اعلام کرده است. این نتایج می‌تواند به فاش کردن رازهای زیادی در مورد نظریه‌ی کوارک‌ها کمک کند. این در حالیست که سرن هفته‌ی گذشته، خبر هیجان‌انگیز دیگری را اعلام کرد که می‌تواند از یکی دیگر از بزرگترین رازهای فیزیک، یعنی عدم تقارن ماده و پادماده پرده بردارد.
🔹نخستین بار، کوارک‌ها برای توضیح انبوه ذرات جدید کشف شده در تابش کیهانی و آزمایش‌های برخورددهنده در اواسط قرن بیستم، پیشنهاد شدند. این باغ وحش در حال گسترش ذرات به ظاهر بنیادی، سبب حبرت فیزیکدانان گردید، چرا که آنها گرایشی طبیعی به سادگی و نظم دارند و از اینکه مجبور باشند بیشتر از چند ذره‌ی بنیادی را به یاد بسپارند، متنفرند. چنین نگرشی در جمله‌ی معروف فیزیکدان مشهور ایتالیایی، انریکو فرمی مشهود است:
♻من اگر می‌توانستم نام تمام این ذرات را به خاطر بیاورم که یک گیاه‌شناس شده بودم!
🔸خوشبختانه، در دهه‌ی ۱۹۶۰، فیزیکدان آمریکایی، ماری گلمان، موفق شد الگوهایی در این باغ وحش ذرات بیابد، مشابه دیمتری مندلیف که چنین الگوهایی را در عناصر شیمیایی یافت و جدول تناوبی عناصر را بنیان نهاد. درست همانطور که جدول تناوبی، وجود چیزهایی کوچکتر از اتم‌ها را نشان داد، نظریه‌ی ماری گلمان، وجود گروه جدیدی از ذرات بنیادی را پیشنهاد کرد. بنابراین در نهایت، فیزیکدانان ذرات توانستند نشان دهند صدها ذره‌ی این باغ وحش، از ذرات واقعا بنیادی کوچکتری به نام کوارک ساخته شده‌اند.
💢هادرون‌های رازآلود
🔹شش نوع کوارک در مدل استاندارد وجود دارد: پایین، بالا، شگفت، افسون، سر، ته. این کوارک‌ها همچنین دارای همتایانپادماده نیز هستند، یعنی هر ذره، یک همتای پادماده دارد که به طور مجازی با خودش یکسان است، فقط بار مخالف آن دارد. کوارک‌ها و پادکوارک‌ها برای ساختن ذراتی به نام هادرون‌ها به یکدیگر می‌چسبند. طبق مدل گلمان، دو گروه بزرگ از هادرون‌ها وجود دارد: باریونها، ذراتی که از سه کوارک ساخته شده‌اند (که شامل پروتون‌ها و نوترون‌هایی است که هسته‌های اتمی را می‌سازند) و مزونها که از یک کوارک و یک پادکوارک تشکیل شده‌اند.
🔸تا همین اواخر، باریونها و مزونها، تنها هادرون‌هایی بودند که در آزمایش‌ها دیده شده بودند، اما گلمان در دهه‌ی ۱۹۶۰ احتمال ترکیب‌های بسیار عجیب‌تری از کوارک‌ها مانند تتراکوارک (دو کوارک و دو پادکوارک) و پنتاکوارک (چهار کوارک و یک پادکوارک) را پیش‌بینی کرده بود.
🔹در سال ۲۰۱۴ که یکی از چهار آزمایش بزرگ LHC انجام شد، گزارش شد که ذره‌ی +(۴۴۳۰) Z، یک تتراکوارک است. این امر، اشتیاق‌ها را برای یافتن هادرون‌های جدید عجیب افزایش داد. پس از آن در سال ۲۰۱۵، LHC از کشف نخستین پنتاکوارک خبر داد که نشان از اضافه شدن گروه جدیدی به خانواده هادرون‌ها بود. این کار به لطف مقدار قابل توجهی از داده‌های جدید ثبت شده در طول دومین راه‌اندازی LHC ممکن شد. محققان این پروژه می‌گویند:
♻ما اکنون نسبت به سال ۲۰۱۵، ده برابر بیشتر، داده داریم که به ما امکان می‌دهد ساختارهای ظریف‌تر و هیجان‌انگیزتری را نسبت به قبل ببینیم.
ادامه دارد....
🆔 @Physics3p
📚 کشف جدید LHC (پنتاکوآرک ها)
📎 قسمت دوم
🆔 @Physics3p
🔸وقتی محققان ذره‌ی پنج کوارکی اصلی کشف شده در سال ۲۰۱۵ را بررسی کردند، با کمال تعجب دریافتند که به دو بخش تقسیم شده بود. آن پنتاکوارک، در حقیقت، دو پنتاکوارک جدا بودند که آنقدر جرم‌هایشان شبیه هم بود که به صورت یک تک ذره به نظر می‌رسیدند. حالا LHCb یک پنتاکوارک سوم با جرمی کمی کمتر از دو مورد قبلی پیدا کرده است. هر سه پنتاکوارک کشف شده از یک کوارک پایین، دو کوارک بالا، یک کوارک افسون و یک پادکوارک افسون ساخته شده بودند. حالا سوال اصلی این بود: ساختار درونی دقیق این پنتاکوارک ها چیست؟
🔹یک امکان، این است که آنها واقعا از پنج کوارک ساخته شده‌اند، به گونه‌ای که تمام آنها به طور مساوی درون یک تک هادرون، ترکیب شده‌اند. امکان دیگر این است که پنتاکوارک ها واقعا باریون و مزونی هستند که به یکدیگر چسبیده‌اند تا یک ملکول تقریبا مقید را بسازند، شبیه به شیوه‌ای که پروتون‌ها و نوترون‌ها درون هسته‌ی اتمی به یکدیگر می‌چسبند. دانشمندان می‌گویند:
🔸ذره‌ی جدید کشف شده، دارای جرمی است که ما را درباره‌ی ساختار درونی پنتاکوارک ها راهنمایی میکند.
محتمل‌ترین گزینه این است که این پنتاکوارک ها، ملکول‌های باریون-مزون هستند. فیزیکدانان برای اطمینان کامل، به داده‌های تجربی و مطالعات نظری بیشتری احتیاج دارند. اگرچه در حال حاضر، فیزیکدانان زیادی از رکود فیزیک ذرات و عدم پیدا شدن نشانه‌های فیزیک جدید توسط LHC ، اما این اندازه‌گیری‌های هیجان‌انگیز نشان می‌دهند LHC هنوز آنقدرها هم بی‌خاصیت نشده و چیزهای زیادی برای یادگیری در مورد ذرات و نیروهای مدل استاندارد وجود دارد. این خبر به همراه خبر کشف نوع جدیدی از عدم تقارن ماده-پادماده در چند روز گذشته در سرن، هفته‌ی هیجان‌انگیز LHC را کامل کرد.
🔹این بار محققان موفق شده‌اند منبع جدیدی برای این عدم تقارن پیدا کنند. اگرچه می‌دانیم که همتایان پادماده، دقیقا باید تصاویر آینه‌ای همتایان ماده ی خود باشند، اما این امر همیشه صادق نیست. در میان ذرات دارای کوارک، فقط گروه‌هایی که دارای کوارک های شگفت و ته هستند، چنین عدم تقارنی را نشان می‌دهند. چنین عدم تقارن‌هایی به ترتیب در سال‌های ۱۹۶۴ و ۲۰۰۱ مشاهده گردیده و هر دوی آنها منجر به جایزه نوبل شدند. کوارک‌های شگفت و ته دارای بار منفی هستند، اما نظریه نشان می‌دهد تنها کوارک مثبتی که بتواند چنین عدم تقارنی را نشان دهد، باید کوارک افسون باشد، اما چنین اثری بسیار کوچک بوده و آشکاسازی آن بسیار دشوار. با این حال، آزمایش LHCb اکنون توانسته چنین اثری را در ذراتی موسوم به مزون‌های D مشاهده کند؛ ذراتی که از کوارک‌های افسون ساخته شده‌اند. البته مکانیسم ایجاد عدم تقارن آن، مشابه کوارک‌های ته و شگفت نیست. بنابراین این کشف نیز می‌تواند به لیست دلایل برتری ماده بر پادماده و علت وجود داشتن ما(!) افزوده شود.
🔸به هر حال، شاید ما همان انسان‌های خوش‌شانسی باشیم که در قرن ۲۱ام بتوانیم به بنیادی‌ترین سوالات فیزیک پاسخ دهیم. البته شاید با مطالعه‌ی ذراتی که در حال حاضر می‌شناسیم، نه کشف ذرات جدید! به هر حال، هنوز راه زیادی برای پیمودن و رازهای زیادی برای کشف کردن وجود دارد…
پایان
🔵 منبع: سایت علمی دیپ لوک
🆔 @Physics3p
📎 قسمت دوم
🆔 @Physics3p
🔸وقتی محققان ذره‌ی پنج کوارکی اصلی کشف شده در سال ۲۰۱۵ را بررسی کردند، با کمال تعجب دریافتند که به دو بخش تقسیم شده بود. آن پنتاکوارک، در حقیقت، دو پنتاکوارک جدا بودند که آنقدر جرم‌هایشان شبیه هم بود که به صورت یک تک ذره به نظر می‌رسیدند. حالا LHCb یک پنتاکوارک سوم با جرمی کمی کمتر از دو مورد قبلی پیدا کرده است. هر سه پنتاکوارک کشف شده از یک کوارک پایین، دو کوارک بالا، یک کوارک افسون و یک پادکوارک افسون ساخته شده بودند. حالا سوال اصلی این بود: ساختار درونی دقیق این پنتاکوارک ها چیست؟
🔹یک امکان، این است که آنها واقعا از پنج کوارک ساخته شده‌اند، به گونه‌ای که تمام آنها به طور مساوی درون یک تک هادرون، ترکیب شده‌اند. امکان دیگر این است که پنتاکوارک ها واقعا باریون و مزونی هستند که به یکدیگر چسبیده‌اند تا یک ملکول تقریبا مقید را بسازند، شبیه به شیوه‌ای که پروتون‌ها و نوترون‌ها درون هسته‌ی اتمی به یکدیگر می‌چسبند. دانشمندان می‌گویند:
🔸ذره‌ی جدید کشف شده، دارای جرمی است که ما را درباره‌ی ساختار درونی پنتاکوارک ها راهنمایی میکند.
محتمل‌ترین گزینه این است که این پنتاکوارک ها، ملکول‌های باریون-مزون هستند. فیزیکدانان برای اطمینان کامل، به داده‌های تجربی و مطالعات نظری بیشتری احتیاج دارند. اگرچه در حال حاضر، فیزیکدانان زیادی از رکود فیزیک ذرات و عدم پیدا شدن نشانه‌های فیزیک جدید توسط LHC ، اما این اندازه‌گیری‌های هیجان‌انگیز نشان می‌دهند LHC هنوز آنقدرها هم بی‌خاصیت نشده و چیزهای زیادی برای یادگیری در مورد ذرات و نیروهای مدل استاندارد وجود دارد. این خبر به همراه خبر کشف نوع جدیدی از عدم تقارن ماده-پادماده در چند روز گذشته در سرن، هفته‌ی هیجان‌انگیز LHC را کامل کرد.
🔹این بار محققان موفق شده‌اند منبع جدیدی برای این عدم تقارن پیدا کنند. اگرچه می‌دانیم که همتایان پادماده، دقیقا باید تصاویر آینه‌ای همتایان ماده ی خود باشند، اما این امر همیشه صادق نیست. در میان ذرات دارای کوارک، فقط گروه‌هایی که دارای کوارک های شگفت و ته هستند، چنین عدم تقارنی را نشان می‌دهند. چنین عدم تقارن‌هایی به ترتیب در سال‌های ۱۹۶۴ و ۲۰۰۱ مشاهده گردیده و هر دوی آنها منجر به جایزه نوبل شدند. کوارک‌های شگفت و ته دارای بار منفی هستند، اما نظریه نشان می‌دهد تنها کوارک مثبتی که بتواند چنین عدم تقارنی را نشان دهد، باید کوارک افسون باشد، اما چنین اثری بسیار کوچک بوده و آشکاسازی آن بسیار دشوار. با این حال، آزمایش LHCb اکنون توانسته چنین اثری را در ذراتی موسوم به مزون‌های D مشاهده کند؛ ذراتی که از کوارک‌های افسون ساخته شده‌اند. البته مکانیسم ایجاد عدم تقارن آن، مشابه کوارک‌های ته و شگفت نیست. بنابراین این کشف نیز می‌تواند به لیست دلایل برتری ماده بر پادماده و علت وجود داشتن ما(!) افزوده شود.
🔸به هر حال، شاید ما همان انسان‌های خوش‌شانسی باشیم که در قرن ۲۱ام بتوانیم به بنیادی‌ترین سوالات فیزیک پاسخ دهیم. البته شاید با مطالعه‌ی ذراتی که در حال حاضر می‌شناسیم، نه کشف ذرات جدید! به هر حال، هنوز راه زیادی برای پیمودن و رازهای زیادی برای کشف کردن وجود دارد…
پایان
🔵 منبع: سایت علمی دیپ لوک
🆔 @Physics3p
Quantum Physics via @like
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
🎦 تشریح پارادوکس اطلاعات و اصل هولوگرافیک ناشی از آن
💢 اصل هولوگرافیک از کجا ناشی میشود و چه چیزی را بیان میکند؟
💢 آیا ممکن است بنا بر این اصل، جهان نیز تنها یک هولوگرام باشد؟
🆔 @Physics3p
💢 اصل هولوگرافیک از کجا ناشی میشود و چه چیزی را بیان میکند؟
💢 آیا ممکن است بنا بر این اصل، جهان نیز تنها یک هولوگرام باشد؟
🆔 @Physics3p
فریتز زوییکی در سال ۱۹۳۰ کشف کرد ستاره‌های کهکشان‌ها نیروی گرانشی بسیار کمتری برای انسجام خوشه‌های کهکشانی دارند، او پیش بینی کرد باید چیز دیگری در انسجام این خوشه‌ها دخالت داشته باشد به طوری که جرمش بیش از ۵۰ برابر ستارگان موجود در آن کهکشان‌هاست.
درحقیقت چیزی که او دریافته بود همان ماده تاریک بود که سرانجام در سال ۱۹۷۰ توسط شخصی به نام ویرا روبین کشف شد. ماهیت این ماده همچنان برای دانشمندان نامشخص است و تنها اثرات آن مشاهده میشود.
🆔 @Physics3p
درحقیقت چیزی که او دریافته بود همان ماده تاریک بود که سرانجام در سال ۱۹۷۰ توسط شخصی به نام ویرا روبین کشف شد. ماهیت این ماده همچنان برای دانشمندان نامشخص است و تنها اثرات آن مشاهده میشود.
🆔 @Physics3p
بی فرهنگ ها
رفتارهای متنوعی دارند
یکی آشغال میریزد
یکی متلک میگوید
یکی آلودگی صوتی ایجاد میکند
اما همگی یک ویژگی مشترک دارند:
کتاب نمیخوانند ...
#پست_آزاد
🆔 @Physics3p
رفتارهای متنوعی دارند
یکی آشغال میریزد
یکی متلک میگوید
یکی آلودگی صوتی ایجاد میکند
اما همگی یک ویژگی مشترک دارند:
کتاب نمیخوانند ...
#پست_آزاد
🆔 @Physics3p
📚 پارادوکس زنو
#قسمت_اول
🆔 @Physics3p
🔸هر روزه هزاران انسان با وسایل نقلیه جا به جا می شوند و به کارهایشان می رسند ، ولی ما می دانیم که اگر انسان ها حرکتی نکنند هرگز جابجایی صورت نمی گیرد. این در حالیست که با اینکه آنها حرکت نمی کنند و در وسیله نقلیه شان ثابت نشسته اند ولی جابجا می شوند.
🔹پارادوکس در منطق به احکامی ظاهراً درست گفته میشود که تناقضی را به وجود می آورند یا با شهود مطابقت نمی‌یابند. در عین حال به جملات متناقض و حتی مخالف که یک حقیقت واحد را بیان می‌کنند نیز پارادوکس می‌گویند.
🔸پارادوکس های زنون( یا تضادهای زنو) را فیلسوف یونانی، در ۲۴۰۰ سال پیش مطرح نمود که نامش “زنو” بود . این مساله در تایید نظریه “همه چیز یکی است” فیلسوف بزرگ یونانی “پارامندیس” طرح شده است . در این بخش به برخی از این پارادوکس ها می پردازیم .
💢خرگوش هرگز به لاک پشت نمی رسد
🔹خرگوش از لاک پشت خیلی تندتر می دود. لاک پشت و خرگوش با یکدیگر مسابقه می دهند. خرگوش چون خیلی به سرعتش مطمئن است به لاک پشت ۱۰۰ متر آوانس می دهدانگاره ما بر این است که خرگوش ۱۰ برابر لاک پشت سرعت دارد. . حال مسابقه آغاز شده است و خرگوش صد متری را که آوانس داده بود طی می کند ،پس لاک پشت ۱۰ متر از او جلوتر است. وقتی خرگوش ۱۰ متر بعدی را می دود لاک پشت کماکان ۱ متر از او جلوتر است. وقتی خرگوش یک متر دیگر پیش می رود لاک پشت همچنان ۱۰ سانتی متر از او جلوتر است.. این دنباله تا بی نهایت پیش می رود و هرگز خرگوش از لاک پشت جلو نمی زند. در حالی که ما در پستوی ذهنمان می دانیم که خرگوش برنده این مسابقه است ولی با توجه به این منطق نمی توانیم آن را ثابت کنیم.
♻حال به راحتی مساله آشیل و لاک پشت حل می شود :
🔸اگر لاک پشت با سرعت V متر بر ثانیه، از d متر جلوتر حرکت خود را شروع، و آشیل حرکت خود را با
سرعت xV متر بر ثانیه (x>1) شروع کرده باشد، آشیل d/xv ثانیه وقت دارد تا به نقطه شروع حرکت لاک پشت برسد. در همین مدت زمان، لاک پشت d/x متر حرکت کرده است. حال آشیل در مدت d/x^2 ثانیه این مسافت(d/x) را طی می کند. در همین مدت لاک پشت d/x^2 متر حرکت کرده و الی آخر. بنابراین زمانی که طول می کشد آشیل به لاک پشت برسد با سری هندسی زیر تعریف می شود: تا زمانی که حاصل بالا مقداری محدود داشته باشد، آشیل می تواند به لاک پشت برسد.
♻ مشابه همین مساله پارادوکس دوم نیز حل می شود :
🔹اگر مرد نصف حرکت را در h ثانیه طی کند، نصف دیگر را در h/2 ، بعدی را در h/4 و الی آخر …پس طبق رابطع زیر ۲h ثانیه طول می کشد تا فرد به مقصد برسد:
♻ حال یک مثال عینی می آوریم :
🔸فرض کنید لاک پشت ۱۰ متر جلوتر از آشیل قرار گرفته و سرعت حرکت آن ۱ متر بر ثانیه است.آشیل هم ۱۰ متر بر ثانیه سرعت دارد. بنابراین بعد از ۱ ثانیه آشیل به نقطه شروع لاک پشت می رسد و لاک پشت ۱ متر طی کرده و جلوتر از اوست. بعد از ۰٫۱ ثانیه آشیل این مسافت را نیز طی می کند ولی لاک پشت ۰٫۱ متر جلوتر از اوست. بعد از ۰٫۰۱ ثانیه آشیل این مسافت را طی کرده ولی لاک پشت ۰٫۰۱ متر جلوتر از اوست …مثل اینکه آشیل هیچ وقت نمی تواند به لاک پشت برسد … اما حتی اگر تعداد این مراحل برای رسیدن به لاک پشت نامحدود باشد ولی زمانی که برای این کار وجود دارد محدود بوده و برابر۹/۱۰ = ۰.۰۰۱+ ۰.۰۱+۰.۱+۱است. بنابراین آشیل ده نهم متر بعد از نقطه شروع لاک پشت به آن می رسد !
🆔 @Physics3p
#قسمت_اول
🆔 @Physics3p
🔸هر روزه هزاران انسان با وسایل نقلیه جا به جا می شوند و به کارهایشان می رسند ، ولی ما می دانیم که اگر انسان ها حرکتی نکنند هرگز جابجایی صورت نمی گیرد. این در حالیست که با اینکه آنها حرکت نمی کنند و در وسیله نقلیه شان ثابت نشسته اند ولی جابجا می شوند.
🔹پارادوکس در منطق به احکامی ظاهراً درست گفته میشود که تناقضی را به وجود می آورند یا با شهود مطابقت نمی‌یابند. در عین حال به جملات متناقض و حتی مخالف که یک حقیقت واحد را بیان می‌کنند نیز پارادوکس می‌گویند.
🔸پارادوکس های زنون( یا تضادهای زنو) را فیلسوف یونانی، در ۲۴۰۰ سال پیش مطرح نمود که نامش “زنو” بود . این مساله در تایید نظریه “همه چیز یکی است” فیلسوف بزرگ یونانی “پارامندیس” طرح شده است . در این بخش به برخی از این پارادوکس ها می پردازیم .
💢خرگوش هرگز به لاک پشت نمی رسد
🔹خرگوش از لاک پشت خیلی تندتر می دود. لاک پشت و خرگوش با یکدیگر مسابقه می دهند. خرگوش چون خیلی به سرعتش مطمئن است به لاک پشت ۱۰۰ متر آوانس می دهدانگاره ما بر این است که خرگوش ۱۰ برابر لاک پشت سرعت دارد. . حال مسابقه آغاز شده است و خرگوش صد متری را که آوانس داده بود طی می کند ،پس لاک پشت ۱۰ متر از او جلوتر است. وقتی خرگوش ۱۰ متر بعدی را می دود لاک پشت کماکان ۱ متر از او جلوتر است. وقتی خرگوش یک متر دیگر پیش می رود لاک پشت همچنان ۱۰ سانتی متر از او جلوتر است.. این دنباله تا بی نهایت پیش می رود و هرگز خرگوش از لاک پشت جلو نمی زند. در حالی که ما در پستوی ذهنمان می دانیم که خرگوش برنده این مسابقه است ولی با توجه به این منطق نمی توانیم آن را ثابت کنیم.
♻حال به راحتی مساله آشیل و لاک پشت حل می شود :
🔸اگر لاک پشت با سرعت V متر بر ثانیه، از d متر جلوتر حرکت خود را شروع، و آشیل حرکت خود را با
سرعت xV متر بر ثانیه (x>1) شروع کرده باشد، آشیل d/xv ثانیه وقت دارد تا به نقطه شروع حرکت لاک پشت برسد. در همین مدت زمان، لاک پشت d/x متر حرکت کرده است. حال آشیل در مدت d/x^2 ثانیه این مسافت(d/x) را طی می کند. در همین مدت لاک پشت d/x^2 متر حرکت کرده و الی آخر. بنابراین زمانی که طول می کشد آشیل به لاک پشت برسد با سری هندسی زیر تعریف می شود: تا زمانی که حاصل بالا مقداری محدود داشته باشد، آشیل می تواند به لاک پشت برسد.
♻ مشابه همین مساله پارادوکس دوم نیز حل می شود :
🔹اگر مرد نصف حرکت را در h ثانیه طی کند، نصف دیگر را در h/2 ، بعدی را در h/4 و الی آخر …پس طبق رابطع زیر ۲h ثانیه طول می کشد تا فرد به مقصد برسد:
♻ حال یک مثال عینی می آوریم :
🔸فرض کنید لاک پشت ۱۰ متر جلوتر از آشیل قرار گرفته و سرعت حرکت آن ۱ متر بر ثانیه است.آشیل هم ۱۰ متر بر ثانیه سرعت دارد. بنابراین بعد از ۱ ثانیه آشیل به نقطه شروع لاک پشت می رسد و لاک پشت ۱ متر طی کرده و جلوتر از اوست. بعد از ۰٫۱ ثانیه آشیل این مسافت را نیز طی می کند ولی لاک پشت ۰٫۱ متر جلوتر از اوست. بعد از ۰٫۰۱ ثانیه آشیل این مسافت را طی کرده ولی لاک پشت ۰٫۰۱ متر جلوتر از اوست …مثل اینکه آشیل هیچ وقت نمی تواند به لاک پشت برسد … اما حتی اگر تعداد این مراحل برای رسیدن به لاک پشت نامحدود باشد ولی زمانی که برای این کار وجود دارد محدود بوده و برابر۹/۱۰ = ۰.۰۰۱+ ۰.۰۱+۰.۱+۱است. بنابراین آشیل ده نهم متر بعد از نقطه شروع لاک پشت به آن می رسد !
🆔 @Physics3p
📚 پارادوکس زنو
#قسمت_دوم
🆔 @Physics3p
💢 شیپوری که طولی نامحدود ، حجمی محدود و مساحتی نامحدود دارد!
🔹شیپور گابریل با رسم نمودار y=1/x و دَوَران آن حول محور x ها ، ایجاد میشود. با استفاده از تکنیک‌های حساب دیفرانسیل که محاسبه مساحت و حجم اجسامی را که با این روش ساخته می‌شوند را ممکن میکند، می‌توان دید که این شیپور با طول نامحدود، در واقع حجمی محدود و برابر با عدد π دارد، اما مساحت آن نامحدود است. این واقعیت به این معناست که این شیپور می‌تواند حجم بخصوصی از رنگ را در خود نگه دارد، ولی با استفاده از این رنگ باید بتوان مساحتی بینهایت را رنگ زد! چیزی که از ذهن همه ما دور است .
💢واژه هایی که خودشان را شرح نمی دهند!
🔸یکی دیگر از پارادوکسهای شناخته شده این گونه واژگان هستند . مانند واژه فعل ، که نشان دهنده بخشی از جمله است که عامل و کننده کاری است ولی خود واژه فعل ، فعل نیست بلکه یک اسم است . بر خلاف آن واژه اسم ، هم راستا با معنی خود اسم است . نشانه ای دیگر نیز واژه طولانی است که با وجود معنایی که دارد ولی یک واژه طولانی نیست ولی واژه کوتاه هم مسیر با معنای خود و کوتاه است .
🔹به بیان دیگر، مجموعه‌ای از اشیاء که شامل خود نیستند، خود را در بر می‌گیرند یا خیر؟ با ایجاد چنین «مجموعه‌های خود مخربی»، برتراند راسل اهمیت ایجاد قوانینی دقیق برای مجموعه‌ها را رساند که در ریاضی قرن بیست به آن توجه شده است.
💢 پارادوکس برداری
🔸در پارادوکس برداری، زنون از ما می خواهد تا برداری در حال پرواز را تصور کنیم. سپس ز ما می خواهد تا زمان را به لحظه های بی نهایت کوچک تقسیم کنیم. در هر کدام از این لحظه ها ، وقتی به بردار نگاه کنیم، ثابت است و نمی تواند در این زمان های بی نهایت کوچک حرکتی کند . با اینکه حرکت در زمان حال انجام گرفته است ولی نمی توانسته در زمان حال، گذشته یا آینده اتفاق افتاده باشد! پس در تمام زمان ها بردار بی حرکت است و حرکت نمی تواند اتفاق بیافتد.
🔹پارادوکس های زیادی هستند که اینگونه ذهن را به چالش می کشانند، به طور مثال پارادوکسی که به وجود موجودات فضایی در سیاره های دیگر یقین می بخشد.
پایان
🆔 @Physics3p
#قسمت_دوم
🆔 @Physics3p
💢 شیپوری که طولی نامحدود ، حجمی محدود و مساحتی نامحدود دارد!
🔹شیپور گابریل با رسم نمودار y=1/x و دَوَران آن حول محور x ها ، ایجاد میشود. با استفاده از تکنیک‌های حساب دیفرانسیل که محاسبه مساحت و حجم اجسامی را که با این روش ساخته می‌شوند را ممکن میکند، می‌توان دید که این شیپور با طول نامحدود، در واقع حجمی محدود و برابر با عدد π دارد، اما مساحت آن نامحدود است. این واقعیت به این معناست که این شیپور می‌تواند حجم بخصوصی از رنگ را در خود نگه دارد، ولی با استفاده از این رنگ باید بتوان مساحتی بینهایت را رنگ زد! چیزی که از ذهن همه ما دور است .
💢واژه هایی که خودشان را شرح نمی دهند!
🔸یکی دیگر از پارادوکسهای شناخته شده این گونه واژگان هستند . مانند واژه فعل ، که نشان دهنده بخشی از جمله است که عامل و کننده کاری است ولی خود واژه فعل ، فعل نیست بلکه یک اسم است . بر خلاف آن واژه اسم ، هم راستا با معنی خود اسم است . نشانه ای دیگر نیز واژه طولانی است که با وجود معنایی که دارد ولی یک واژه طولانی نیست ولی واژه کوتاه هم مسیر با معنای خود و کوتاه است .
🔹به بیان دیگر، مجموعه‌ای از اشیاء که شامل خود نیستند، خود را در بر می‌گیرند یا خیر؟ با ایجاد چنین «مجموعه‌های خود مخربی»، برتراند راسل اهمیت ایجاد قوانینی دقیق برای مجموعه‌ها را رساند که در ریاضی قرن بیست به آن توجه شده است.
💢 پارادوکس برداری
🔸در پارادوکس برداری، زنون از ما می خواهد تا برداری در حال پرواز را تصور کنیم. سپس ز ما می خواهد تا زمان را به لحظه های بی نهایت کوچک تقسیم کنیم. در هر کدام از این لحظه ها ، وقتی به بردار نگاه کنیم، ثابت است و نمی تواند در این زمان های بی نهایت کوچک حرکتی کند . با اینکه حرکت در زمان حال انجام گرفته است ولی نمی توانسته در زمان حال، گذشته یا آینده اتفاق افتاده باشد! پس در تمام زمان ها بردار بی حرکت است و حرکت نمی تواند اتفاق بیافتد.
🔹پارادوکس های زیادی هستند که اینگونه ذهن را به چالش می کشانند، به طور مثال پارادوکسی که به وجود موجودات فضایی در سیاره های دیگر یقین می بخشد.
پایان
🆔 @Physics3p
Forwarded from اتچ بات
🤔
❌چرا نمی توان با سرعت نور حرکت کرد؟
نظریه نسبیت خاص توسط اینشتین در سال ۱۹۰۵ و در مقاله‌ای تحت عنوان “الکترودینامیک در اجسام متحرک” منتشر شد. وی این نظریه را پس از پی بردن به وجود اختلافاتی بین معادلات الکترومغناطیس جیمز کلرک ماکسول و قوانین حرکتی آیزاک نیوتن ارائه نمود. بر اساس نظریه ماکسول، نور ارتعاشی در میدان الکترومغناطیس است که با سرعتی ثابت در خلا حرکت میکند. بیش از ۱۰۰ سال قبل از آن نیز، نیوتن قوانین حرکتی خود را ارائه داده بود.
قرار دادن این نظریات در کنار عقاید گالیله، ثابت میکند که سرعت یک جسم متحرک تا چه اندازه می‌تواند متفاوت برآورد شود: بسته به اینکه چه کسی آن را اندازه می‌گیرد و آن فرد نسبت به جسم چه حرکتی دارد. توپی که در دست شما قرار دارد ممکن است از نظر شما ثابت باشد، حتی وقتی که شما درون ماشینی متحرک قرار دارید. اما همان توپ از نظر شخصی که در کنار پیاده رو ایستاده، متحرک می‌باشد.
فرض کنید شخصی در یک قطار ثابت نشسته و توپی را به سمت دیوار رو به روی خود و چند متر جلوتر از محل نشستن خود پرتاب میکند. شما، که در سکوی ایستگاه نشسته‌اید، سرعت حرکت توپ را برابر با سرعتی که خود شخص درون قطار محاسبه میکند، برآورد می‌نمایید. حال قطار شروع به حرکت میکند(در همان جهت حرکت توپ)، و شما مجددا سرعت توپ را اندازه گیری میکنید. شما این سرعت را به درستی بیشتر از قبل اندازه‌گیری میکنید(سرعت اولیه یعنی زمانی که قطار ثابت بود به علاوه سرعت رو به جلو قطار). در همین بین، فرد داخل قطار متوجه تغییری در سرعت حرکت توپ نخواهد شد. شما دو سرعت متفاوت برای حرکت توپ محاسبه کرده‌اید که هر دو از منظر دید شما صحیح می‌باشند.
حال اگر توپ را با نور جایگزین کنید، این محاسبات نتیجه‌ای متفاوت خواهد داشت. در صورتیکه فرد داخل قطار نوری را بر دیوار مقابل خود بتابد و سرعت ذرات نور(فوتون‌ها) را اندازه‌گیری نماید، شما و فرد داخل قطار متوجه خواهید شد که سرعت نور در هر حال ثابت بوده است. در هر شرایطی، سرعت حرکت فوتون‌ها کمتر از ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه بوده است، آنچنان که معادلات ماکسول نیز به همین نتیجه می‌رسد.
🆔 @Physics3p
اینشتین این ایده- سرعت ثابت نور- را به عنوان یکی از دو شرط خود در نظریه نسبیت خاص در نظر گرفت. شرط دیگر این بود که قوانین فیزیک همه جا یکسان عمل می‌کنند، چه در هواپیما چه در کنار جاده و … اما برای ثابت نگه داشتن سرعت نور در هر زمان و از دید هر ناظر، در نسبیت خاص، فضا و زمان متغیر خواهند بود. به عنوان مثال زمان دیگر مطلق و ثابت نیست. عقربه‌های یک ساعت در حال حرکت آهسته‌تر از عقربه‌های ساعت ثابت، حرکت می‌کنند. از لحاظ تئوری، در صورت حرکت با سرعت نور، زمان از حرکت باز خواهد ایستاد.
میزان کند شدن زمان می‌تواند از طریق دو معادله در تصویر زیر محاسبه گردد. در سمت راست، Δt فاصله زمانی بین دو اتفاق از نظر شخص تحت تاثیر می‌باشد.(در مثال فوق، این شخص همان شخص داخل قطار است). در سمت چپ، Δt فاصله زمانی بین همان دو اتفاق از دید ناظر خارجی است(شخص نشسته در سکوی ایستگاه). این دو زمان با عامل لورنتس به هم مرتبط می‌شوند (γ)، که در این مثال برابر است با سرعت (v) قطار نسبت به سکوی ایستگاه که در واقع ثابت است. در این معادله، c ضریب ثابت و معادل سرعت نور در خلا می‌باشد.
ادامه دارد...
🆔 @Physics3p
.
❌چرا نمی توان با سرعت نور حرکت کرد؟
نظریه نسبیت خاص توسط اینشتین در سال ۱۹۰۵ و در مقاله‌ای تحت عنوان “الکترودینامیک در اجسام متحرک” منتشر شد. وی این نظریه را پس از پی بردن به وجود اختلافاتی بین معادلات الکترومغناطیس جیمز کلرک ماکسول و قوانین حرکتی آیزاک نیوتن ارائه نمود. بر اساس نظریه ماکسول، نور ارتعاشی در میدان الکترومغناطیس است که با سرعتی ثابت در خلا حرکت میکند. بیش از ۱۰۰ سال قبل از آن نیز، نیوتن قوانین حرکتی خود را ارائه داده بود.
قرار دادن این نظریات در کنار عقاید گالیله، ثابت میکند که سرعت یک جسم متحرک تا چه اندازه می‌تواند متفاوت برآورد شود: بسته به اینکه چه کسی آن را اندازه می‌گیرد و آن فرد نسبت به جسم چه حرکتی دارد. توپی که در دست شما قرار دارد ممکن است از نظر شما ثابت باشد، حتی وقتی که شما درون ماشینی متحرک قرار دارید. اما همان توپ از نظر شخصی که در کنار پیاده رو ایستاده، متحرک می‌باشد.
فرض کنید شخصی در یک قطار ثابت نشسته و توپی را به سمت دیوار رو به روی خود و چند متر جلوتر از محل نشستن خود پرتاب میکند. شما، که در سکوی ایستگاه نشسته‌اید، سرعت حرکت توپ را برابر با سرعتی که خود شخص درون قطار محاسبه میکند، برآورد می‌نمایید. حال قطار شروع به حرکت میکند(در همان جهت حرکت توپ)، و شما مجددا سرعت توپ را اندازه گیری میکنید. شما این سرعت را به درستی بیشتر از قبل اندازه‌گیری میکنید(سرعت اولیه یعنی زمانی که قطار ثابت بود به علاوه سرعت رو به جلو قطار). در همین بین، فرد داخل قطار متوجه تغییری در سرعت حرکت توپ نخواهد شد. شما دو سرعت متفاوت برای حرکت توپ محاسبه کرده‌اید که هر دو از منظر دید شما صحیح می‌باشند.
حال اگر توپ را با نور جایگزین کنید، این محاسبات نتیجه‌ای متفاوت خواهد داشت. در صورتیکه فرد داخل قطار نوری را بر دیوار مقابل خود بتابد و سرعت ذرات نور(فوتون‌ها) را اندازه‌گیری نماید، شما و فرد داخل قطار متوجه خواهید شد که سرعت نور در هر حال ثابت بوده است. در هر شرایطی، سرعت حرکت فوتون‌ها کمتر از ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه بوده است، آنچنان که معادلات ماکسول نیز به همین نتیجه می‌رسد.
🆔 @Physics3p
اینشتین این ایده- سرعت ثابت نور- را به عنوان یکی از دو شرط خود در نظریه نسبیت خاص در نظر گرفت. شرط دیگر این بود که قوانین فیزیک همه جا یکسان عمل می‌کنند، چه در هواپیما چه در کنار جاده و … اما برای ثابت نگه داشتن سرعت نور در هر زمان و از دید هر ناظر، در نسبیت خاص، فضا و زمان متغیر خواهند بود. به عنوان مثال زمان دیگر مطلق و ثابت نیست. عقربه‌های یک ساعت در حال حرکت آهسته‌تر از عقربه‌های ساعت ثابت، حرکت می‌کنند. از لحاظ تئوری، در صورت حرکت با سرعت نور، زمان از حرکت باز خواهد ایستاد.
میزان کند شدن زمان می‌تواند از طریق دو معادله در تصویر زیر محاسبه گردد. در سمت راست، Δt فاصله زمانی بین دو اتفاق از نظر شخص تحت تاثیر می‌باشد.(در مثال فوق، این شخص همان شخص داخل قطار است). در سمت چپ، Δt فاصله زمانی بین همان دو اتفاق از دید ناظر خارجی است(شخص نشسته در سکوی ایستگاه). این دو زمان با عامل لورنتس به هم مرتبط می‌شوند (γ)، که در این مثال برابر است با سرعت (v) قطار نسبت به سکوی ایستگاه که در واقع ثابت است. در این معادله، c ضریب ثابت و معادل سرعت نور در خلا می‌باشد.
ادامه دارد...
🆔 @Physics3p
.
Telegram
attach 📎
Forwarded from اتچ بات
❌ چرا نمی توان با سرعت نور حرکت کرد؟
طول اجسام متحرک نیز در جهت حرکت آنها کوتاهتر میشود. در صورت حرکت با سرعت نور(به طور فرضی، چرا که عملا غیر ممکن است) طول اجسام به صفر خواهد رسید. میزان کاهش طول در اجسام متحرک نسبت به اجسام ثابت نیز از تقسیم طول موثر جسم بر عامل لورنتس محاسبه می‌گردد. در صورتیکه جسمی بتواند با سرعت نور حرکت کند، طول آن به صفر خواهد رسید. لازم به ذکر است اگر شما فردی باشید که سریعتر و سریعتر حرکت میکند، متوجه هیچ تغییری نخواهید شد: گذر زمان برای شما مثل قبل خواهد بود و قد شما نیز کوتاهتر نخواهد شد.
🆔 @Physics3p
اما فردی که از یک سکوی ثابت ناظر شما است، با استفاده از عامل لورنتس قادر به اندازه‌گیری تغییرات خواهد بود. اگرچه، برای اجسام و سرعت‌های روزمره، عامل لورنتس تقریبا عدد یک می‌باشد. تنها در سرعت‌های نزدیک به سرعت نور است که آثار نسبیتی اهمیتی ویژه پیدا میکند. مشخصه ی دیگر در نظریه نسبیت خاص این است که با افزایش سرعت در یک جسم متحرک، جرم آن نیز افزایش می‌یابد. جرم جسم متحرک با ضرب کردن جرم آن جسم در حالت سکون در عامل لورنتس محاسبه می‌گردد. این افزایش جرم مانع از آن می‌گردد که انرژی مصرف شده جهت افزایش سرعت در جسم به صورت کامل صرف افزایش سرعت در آن شود.
با افزایش سرعت در جسم تا اندازه‌ای که به کسر قابل توجهی از سرعت نور(c) برسد، سهم انرژی مصرفی در افزایش جرم جسم نیز بیشتر و بیشتر میشود. این امر ثابت میکند که چرا هیچ چیز نمی‌تواند سریعتر از نور حرکت کند، و یا حتی با سرعتی مساوی و یا نزدیک به سرعت نور. در واقع، وارد کردن انرژی بیشتر به جسم باعث افزایش سرعت در آن جسم نخواهد شد بلکه تنها جرم آن را افزایش خواهد داد. جرم و انرژی یکی هستند؛ این نتیجه، عمیقا حائز اهمیت است. اما این خود داستانی دیگر است.
پایان
🆔 @Physics3p
طول اجسام متحرک نیز در جهت حرکت آنها کوتاهتر میشود. در صورت حرکت با سرعت نور(به طور فرضی، چرا که عملا غیر ممکن است) طول اجسام به صفر خواهد رسید. میزان کاهش طول در اجسام متحرک نسبت به اجسام ثابت نیز از تقسیم طول موثر جسم بر عامل لورنتس محاسبه می‌گردد. در صورتیکه جسمی بتواند با سرعت نور حرکت کند، طول آن به صفر خواهد رسید. لازم به ذکر است اگر شما فردی باشید که سریعتر و سریعتر حرکت میکند، متوجه هیچ تغییری نخواهید شد: گذر زمان برای شما مثل قبل خواهد بود و قد شما نیز کوتاهتر نخواهد شد.
🆔 @Physics3p
اما فردی که از یک سکوی ثابت ناظر شما است، با استفاده از عامل لورنتس قادر به اندازه‌گیری تغییرات خواهد بود. اگرچه، برای اجسام و سرعت‌های روزمره، عامل لورنتس تقریبا عدد یک می‌باشد. تنها در سرعت‌های نزدیک به سرعت نور است که آثار نسبیتی اهمیتی ویژه پیدا میکند. مشخصه ی دیگر در نظریه نسبیت خاص این است که با افزایش سرعت در یک جسم متحرک، جرم آن نیز افزایش می‌یابد. جرم جسم متحرک با ضرب کردن جرم آن جسم در حالت سکون در عامل لورنتس محاسبه می‌گردد. این افزایش جرم مانع از آن می‌گردد که انرژی مصرف شده جهت افزایش سرعت در جسم به صورت کامل صرف افزایش سرعت در آن شود.
با افزایش سرعت در جسم تا اندازه‌ای که به کسر قابل توجهی از سرعت نور(c) برسد، سهم انرژی مصرفی در افزایش جرم جسم نیز بیشتر و بیشتر میشود. این امر ثابت میکند که چرا هیچ چیز نمی‌تواند سریعتر از نور حرکت کند، و یا حتی با سرعتی مساوی و یا نزدیک به سرعت نور. در واقع، وارد کردن انرژی بیشتر به جسم باعث افزایش سرعت در آن جسم نخواهد شد بلکه تنها جرم آن را افزایش خواهد داد. جرم و انرژی یکی هستند؛ این نتیجه، عمیقا حائز اهمیت است. اما این خود داستانی دیگر است.
پایان
🆔 @Physics3p
Telegram
attach 📎
نظر شما در مورد متن "❌ چرا نمی توان با سرعت نور حرکت کرد؟" چیست؟
عالی بود 👌 (3)
👍👍👍👍38%
خوب بود (4)
👍👍👍👍👍50%
جالب نبود 😒 (1)
👍👍13%
بد بود
▫️0%
🕴 تعدادکل رای ها: 8
عالی بود 👌 (3)
👍👍👍👍38%
خوب بود (4)
👍👍👍👍👍50%
جالب نبود 😒 (1)
👍👍13%
بد بود
▫️0%
🕴 تعدادکل رای ها: 8
Forwarded from اتچ بات
📚 نسبیت به زبان ساده
📎 قسمت دوم: چه بر سر زمان آمده؟!
🆔 @Physics3p
🔸در قسمت قبل به بررسی ماده و انرژی و تفاوت این دو پرداختیم و گفتیم اصولآ ماده و انرژی دو رویه یک سکه هستند و این که بخوایم اون دوتا رو چیزی جدا از هم بدونیم بنوعی بی معناست!
در این قسمت میخواهیم یکی دیگه از آثار نسبیت که شاید بتونم بگم مهمترین چیزی که باعث معروفیت نسبیت شد همین باشه رو مورد بررسی قرار بدیم!
پس با ما همراه باشید...
🔹از بطمیوس تا نیوتون و حتی تا خود جناب انیشتین، تصور همگان بر این بود که زمان یه چیز ثابتی هست که هیچ چیز باعث تغییرش نمیشه. هرچند که تعریف مشخصی برای زمان وجود نداره و تو خیلی از مباحث کانال به موضوع زمان اشاره کردیم و حتی در مبحثی گفتیم که ممکنه زمان فقط توهم ذهنی ما یا درک ناقص ما از مکان باشه و لاغیر!
🔸اما چیزی که باعث شد تا طلسم زمان مطلق شکسته بشه، نسبیت خاص انیشتین بود که میگه نه تنها تندی ، بلکه زمان هم چیزی نسبی هست و بستگی به این داره که چجوری به قضیه زمان نگاه کنیم! الان دیگه کمتر کسی پیدا میشه که ندونه منظور انیشتین از این حرف چی بوده!
🔹حالا میخوایم بررسی کنیم چرا زمان برای افراد با تندی های مختلف، متفاوته. البته به این موضوع توجه کنید که تحریف زمانی در تندی های بالا(نزدیک تندی نور) محسوس بوده و مثلآ دلتونو خوش نکنید اگه روزی دوساعت بدوید بیشتر عمر میکنید!(به تأثیر ورزش به سلامتی کاری ندارم😑)
💢برای اینکه بدونیم چرا در تندی c زمان برای شخص متحرک متوقف میشه به این مثال توجه کنید:
🔸فرض کنید یه پرایدی(😜) کنار خیابون بدون حرکت ایستاده! حال این پراید دوست داشتنی ما هیچ حرکتی در بعد مکانی(x) نداره.
ولی محور زمان(t) برای این خودروی ملی! در حال حرکته. به عبارتی این خودرو تمام حرکتش در بعد زمان انجام میشه.
🔹حالا اگه راننده این پراید تصمیم بگیره تو پیست رالی شرکت کنه و فرض کنید این مسابقه در فضایی نامحدود انجام بشه و این پراید هم بتونه خودشو به ۹۹٪ تندی نور برسونه(فرض کنیداااا !) اونوقت طبق گفته انیشتین، با افزایش تندی این خودرو، زمان براش آهسته تر میشه و اگه این پراید ما بتونه به تندی نور برسه! زمان براش متوقف میشه و میشه سوپر پراید!
🔸اگه بتونیم نمودار حرکت این خودرو را از اول قضیه تا اینجا رسم کنیم، میبینیم وقتی حرکت در مکان نداریم، تابع ما خطی راست موازی محور زمان بوده و هرچی تندی ما به c نزدیکتر میشه این منحنی بسمت محور مکان (متونید محور x-t رو تو ذهنتون در حال مایل و موازی شدن بسمتx فرض کنید) مایل میشه تا در نهایت در تندی نور، در موازات x بسمت بینهایت میل میکنه!
👈 میتونیم از این نمودار چندتا نتیجه مهم بگیریم!
💠اول اینکه هرچی شیب این نمودار که نشون دهنده تندی هست(حتمأ میدونید که شیب نمودار مکان زمان میشه تندی!) بیشتر میشه، گذر زمان بسمت صفر میل میکنه و چون طبق ریاضیات، هیچوقت ممکن نیست این تابع ما کاملأ همراستا با x بشه(شیب بینهایت) پس هرگز برای اجسام جرم دار! ممکن نیست که به سرعت نور برسند و به عبارتی سوپر پراید نداریم!
💠دوم هم اینکه دیدم هرچی شیب نمودار برحسب زمان زیاد میشه(بسمت x میل کنه نمودارمون!) ، از اونور شیب نمودار برحسب مکان کم میشه!
این به ما یچیز مهمی رو میگه:
♻اجسام همواره دونوع حرکت دارند:
حرکت در زمان و حرکت در مکان.
هرچی تندی حرکت در مکان(همون شیب تابع برای x) زیاد بشه، از اونور تندی حرکت در زمان(دوباره نگم چیه!) کم میشه!
👈 یعنی به زبون ساده:
🔹مجموع تندی حرکت در مکان و زمان همه ی اجسام در فضا برابر است با تندی نور! هرچی یکیشون کمتر بشه، اون بنده خدا بیشتر میشه تا کم و کسری رو جبران کنه!
ادامه دارد....
🆔 @Physics3p
📎 قسمت دوم: چه بر سر زمان آمده؟!
🆔 @Physics3p
🔸در قسمت قبل به بررسی ماده و انرژی و تفاوت این دو پرداختیم و گفتیم اصولآ ماده و انرژی دو رویه یک سکه هستند و این که بخوایم اون دوتا رو چیزی جدا از هم بدونیم بنوعی بی معناست!
در این قسمت میخواهیم یکی دیگه از آثار نسبیت که شاید بتونم بگم مهمترین چیزی که باعث معروفیت نسبیت شد همین باشه رو مورد بررسی قرار بدیم!
پس با ما همراه باشید...
🔹از بطمیوس تا نیوتون و حتی تا خود جناب انیشتین، تصور همگان بر این بود که زمان یه چیز ثابتی هست که هیچ چیز باعث تغییرش نمیشه. هرچند که تعریف مشخصی برای زمان وجود نداره و تو خیلی از مباحث کانال به موضوع زمان اشاره کردیم و حتی در مبحثی گفتیم که ممکنه زمان فقط توهم ذهنی ما یا درک ناقص ما از مکان باشه و لاغیر!
🔸اما چیزی که باعث شد تا طلسم زمان مطلق شکسته بشه، نسبیت خاص انیشتین بود که میگه نه تنها تندی ، بلکه زمان هم چیزی نسبی هست و بستگی به این داره که چجوری به قضیه زمان نگاه کنیم! الان دیگه کمتر کسی پیدا میشه که ندونه منظور انیشتین از این حرف چی بوده!
🔹حالا میخوایم بررسی کنیم چرا زمان برای افراد با تندی های مختلف، متفاوته. البته به این موضوع توجه کنید که تحریف زمانی در تندی های بالا(نزدیک تندی نور) محسوس بوده و مثلآ دلتونو خوش نکنید اگه روزی دوساعت بدوید بیشتر عمر میکنید!(به تأثیر ورزش به سلامتی کاری ندارم😑)
💢برای اینکه بدونیم چرا در تندی c زمان برای شخص متحرک متوقف میشه به این مثال توجه کنید:
🔸فرض کنید یه پرایدی(😜) کنار خیابون بدون حرکت ایستاده! حال این پراید دوست داشتنی ما هیچ حرکتی در بعد مکانی(x) نداره.
ولی محور زمان(t) برای این خودروی ملی! در حال حرکته. به عبارتی این خودرو تمام حرکتش در بعد زمان انجام میشه.
🔹حالا اگه راننده این پراید تصمیم بگیره تو پیست رالی شرکت کنه و فرض کنید این مسابقه در فضایی نامحدود انجام بشه و این پراید هم بتونه خودشو به ۹۹٪ تندی نور برسونه(فرض کنیداااا !) اونوقت طبق گفته انیشتین، با افزایش تندی این خودرو، زمان براش آهسته تر میشه و اگه این پراید ما بتونه به تندی نور برسه! زمان براش متوقف میشه و میشه سوپر پراید!
🔸اگه بتونیم نمودار حرکت این خودرو را از اول قضیه تا اینجا رسم کنیم، میبینیم وقتی حرکت در مکان نداریم، تابع ما خطی راست موازی محور زمان بوده و هرچی تندی ما به c نزدیکتر میشه این منحنی بسمت محور مکان (متونید محور x-t رو تو ذهنتون در حال مایل و موازی شدن بسمتx فرض کنید) مایل میشه تا در نهایت در تندی نور، در موازات x بسمت بینهایت میل میکنه!
👈 میتونیم از این نمودار چندتا نتیجه مهم بگیریم!
💠اول اینکه هرچی شیب این نمودار که نشون دهنده تندی هست(حتمأ میدونید که شیب نمودار مکان زمان میشه تندی!) بیشتر میشه، گذر زمان بسمت صفر میل میکنه و چون طبق ریاضیات، هیچوقت ممکن نیست این تابع ما کاملأ همراستا با x بشه(شیب بینهایت) پس هرگز برای اجسام جرم دار! ممکن نیست که به سرعت نور برسند و به عبارتی سوپر پراید نداریم!
💠دوم هم اینکه دیدم هرچی شیب نمودار برحسب زمان زیاد میشه(بسمت x میل کنه نمودارمون!) ، از اونور شیب نمودار برحسب مکان کم میشه!
این به ما یچیز مهمی رو میگه:
♻اجسام همواره دونوع حرکت دارند:
حرکت در زمان و حرکت در مکان.
هرچی تندی حرکت در مکان(همون شیب تابع برای x) زیاد بشه، از اونور تندی حرکت در زمان(دوباره نگم چیه!) کم میشه!
👈 یعنی به زبون ساده:
🔹مجموع تندی حرکت در مکان و زمان همه ی اجسام در فضا برابر است با تندی نور! هرچی یکیشون کمتر بشه، اون بنده خدا بیشتر میشه تا کم و کسری رو جبران کنه!
ادامه دارد....
🆔 @Physics3p
Telegram
attach 📎
👍1🤯1
🤔
⭕️ جرم چیست؟ (1)
تعریف دقیق جرم چیست؟
یک قالب مکعبی شکل یخ را در نظر بگیرید که کمی بیشتر از ۳ سانتی متر طول دارد. فرض کنید این قالب یخ را در کف دستان خود قرار داده‌اید این قالب، سرد و کمی لغزنده بوده و اندازه‌گیری جرمش، کار سختی است، اما می‌دانیم که داری جرم است. اجازه دهید سوال را با دقت بیشتری بیان کنیم. این مکعب یخ از چه چیزی ساخته شده؟ و یک سوال باز هم مهم‌تر: جرم آن از کجا ناشی میشود؟
برای درک اینکه یک مکعب یخ از چه چیزی ساخته شده، باید از شیمیدانان کمک گرفت. آنها بر پایه یک سنت قدیمی که توسط کیمیاگران ایجاد شده، بین عناصر شیمیایی مختلف مانند هیدروژن، کربن و اکسیژن تفاوت قائل می‌شوند. تحقیق در مورد جرم نسبی این عناصر و ترکیب حجمی گازها، جان دالتون و لوئیس گی لوساک را به این نتیجه رساند که عناصر شیمیایی مختلف شامل اتم‌هایی با جرم‌های مختلف هستند که مطابق مجموعه‌ای از قوانین که شامل تعداد کل اتم‌ها میشود، با یکدیگر ترکیب می‌شوند.
مسئله‌ی تولید آب از ترکیب حجمی گازهای اکسیژن و هیدروژن، زمانی به درستی درک شد که دانشمندان پی بردند اکسیژن و هیدروژن هر دو در طبیعت به صورت گازهای دو اتمی (مولکولی)، O۲ و H۲، وجود دارند. این موضوع تا حدودی به اولین سوال ما پاسخ می‌دهد. مکعب یخ ما از مولکول‌های H۲O تشکیل شده که در یک شبکه‌ی بلوری منظم قرار گرفته‌اند. همچنین می‌توانیم به سوال دوم نیز تا حدودی، پاسخ دهیم: بر اساس قانون آووگادرو، یک مول ماده شیمیایی حاوی حدود ۱۰۲۳×۶ ذره از آن ماده خواهد بود. حال می‌توانیم مقدار مول یک ماده را بر اساس جرم مولکولی آن بر اساس گرم بیان نماییم. جرم مولکولی یک مولکول هیدروژن، H۲، برابر دو است که بیانگر آن است که هر اتم هیدروژن دارای جرم نسبی ۱ است. همین موضوع برای اکسیژن مولکولی با جرم ۳۲، صادق است و هر اتم اکسیژن جرم نسبی ۱۶ دارد. بنابراین جرم مولکولی یک مولکول آب برابر ۱۸ گرم است.
اگر جرم قطعه یخی که در اختیار داریم ۱۸گرم باشد، به این معناست که یک مول یخ در دست داریم. بر اساس قانون آووگادرو، ۱۰۲۳×۶ مولکول آب در این قطعه یخ وجود دارد و به نظر می‌رسد این پاسخی قطعی برای پرسش دوم ما باشد. توده‌ی مکعب یخ از جرمی به اندازه جرم اتم‌های هیدروژن و اکسیژن موجود در ۱۰۲۳×۶ مولکول آب حاصل میشود.
اما به این مسئله از دیدگاه دیگری نیز می‌توان نگریست. ما از دانشمندانی همچون جی. جی. تامسون، ارنست رادرفورد، نیلز بور و بسیاری دیگر از فیزیکدانان اوایل قرن بیستم آموخته‌ایم که تمام اتم‌ها از یک هسته‌ی سنگین مرکزی و الکترون‌های سبک در حال چرخش به دور آن تشکیل شده‌اند. این هسته سنگین متشکل از پروتون‌ها و نوترون‌هاست. تعداد پروتون‌های موجود در هر اتم (که از آن به عنوان عدد اتمی یاد میشود) بیانگر ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی هر اتم است. هر اتم هیدروژن دارای یک پروتون و هر اتم اکسیژن دارای ۸ پروتون در ساختار هسته خود هستند. اگرچه جرم کلی هر اتم برابر با مجموع جرم پروتون‌ها و نوترون‌های تشکیل دهنده آن اتم است، اما هسته‌ی اتم هیدروژن فاقدنوترون بوده و تنها از یک پروتون تشکیل شده است. فراوانترین ایزوتوپاکسیژن نیز دارای ۸ پروتون و ۸ نوترون در ساختار هسته خود است.بدیهی است که این شمارش پروتون و نوترون، مانند جرم نسبی اتمی است که در بالا ذکر شد.
🆔 @Physics3p
اگر از جرم الکترون‌ها به دلیل سبکی آنها صرف نظر کنیم می‌توانیم ادعا کنیم که جرم قطعه یخ، ناشی از جرم تمام پروتون‌ها و نوترون‌های موجود در هسته‌ی اتم‌های هیدروژن و اکسیژن موجود در مولکول آب است. در تشکیل هر مولکول آب ۱۰ پروتون و ۸ نوترون مشارکت دارند. بنابراین اگر ۱۰۲۳×۶ مولکول در یک قطعه یخ وجود داشته باشد و اگر از تفاوت ناچیز جرم پروتون و نوترون صرف نظر کنیم، می‌توانیم نتیجه‌گیری کنیم که این قطعه یخ شامل ۱۸ برابر این مقدار (۱۰۲۳×۶ مولکول) یعنی۱۰۲۳×۱۰۸ پروتون و نوترون است.
اما این پایان ماجرا نیست! اکنون می دانیم که پروتون‌ها و نوترون‌ها ذرات بنیادی نیستند و خودشان از ذراتی به نام کوارک‌ها تشکیل شده‌اند. هر پروتون دارای دو کوارک بالا و یک کوارک پایین و هر نوترون نیز دارای دو کوارک پایین و یک کوارک بالا است و نیرویی که کوارک‌ها را در داخل این ذرات بزرگتر در کنار یکدیگر قرار می‌دهد، توسط گلوئون‌های بی‌جرم انجام میشود. اگر جرم کوارک‌های بالا و پایین را یکسان فرض کنیم، با سه برابر کردن تعداد پروتون‌ها و نوترون‌های آب (۱۰۲۳×۱۰۸) تعدادکوارک‌های بالا و پایین برابر ۱۰۲۳×۳۲۴ خواهد بود. پس می‌توان چنین نتیجه گیری کرد که تمام جرم یخ ناشی از این تعداد است؟ به نظر می رسد حدود ۹۹ درصد ازجرم پروتون و نوترون برای محاسبه جرم اجسام در نظر گرفته نمی‌شود!
ادامه دارد…
🆔 @Physics3p
.
⭕️ جرم چیست؟ (1)
تعریف دقیق جرم چیست؟
یک قالب مکعبی شکل یخ را در نظر بگیرید که کمی بیشتر از ۳ سانتی متر طول دارد. فرض کنید این قالب یخ را در کف دستان خود قرار داده‌اید این قالب، سرد و کمی لغزنده بوده و اندازه‌گیری جرمش، کار سختی است، اما می‌دانیم که داری جرم است. اجازه دهید سوال را با دقت بیشتری بیان کنیم. این مکعب یخ از چه چیزی ساخته شده؟ و یک سوال باز هم مهم‌تر: جرم آن از کجا ناشی میشود؟
برای درک اینکه یک مکعب یخ از چه چیزی ساخته شده، باید از شیمیدانان کمک گرفت. آنها بر پایه یک سنت قدیمی که توسط کیمیاگران ایجاد شده، بین عناصر شیمیایی مختلف مانند هیدروژن، کربن و اکسیژن تفاوت قائل می‌شوند. تحقیق در مورد جرم نسبی این عناصر و ترکیب حجمی گازها، جان دالتون و لوئیس گی لوساک را به این نتیجه رساند که عناصر شیمیایی مختلف شامل اتم‌هایی با جرم‌های مختلف هستند که مطابق مجموعه‌ای از قوانین که شامل تعداد کل اتم‌ها میشود، با یکدیگر ترکیب می‌شوند.
مسئله‌ی تولید آب از ترکیب حجمی گازهای اکسیژن و هیدروژن، زمانی به درستی درک شد که دانشمندان پی بردند اکسیژن و هیدروژن هر دو در طبیعت به صورت گازهای دو اتمی (مولکولی)، O۲ و H۲، وجود دارند. این موضوع تا حدودی به اولین سوال ما پاسخ می‌دهد. مکعب یخ ما از مولکول‌های H۲O تشکیل شده که در یک شبکه‌ی بلوری منظم قرار گرفته‌اند. همچنین می‌توانیم به سوال دوم نیز تا حدودی، پاسخ دهیم: بر اساس قانون آووگادرو، یک مول ماده شیمیایی حاوی حدود ۱۰۲۳×۶ ذره از آن ماده خواهد بود. حال می‌توانیم مقدار مول یک ماده را بر اساس جرم مولکولی آن بر اساس گرم بیان نماییم. جرم مولکولی یک مولکول هیدروژن، H۲، برابر دو است که بیانگر آن است که هر اتم هیدروژن دارای جرم نسبی ۱ است. همین موضوع برای اکسیژن مولکولی با جرم ۳۲، صادق است و هر اتم اکسیژن جرم نسبی ۱۶ دارد. بنابراین جرم مولکولی یک مولکول آب برابر ۱۸ گرم است.
اگر جرم قطعه یخی که در اختیار داریم ۱۸گرم باشد، به این معناست که یک مول یخ در دست داریم. بر اساس قانون آووگادرو، ۱۰۲۳×۶ مولکول آب در این قطعه یخ وجود دارد و به نظر می‌رسد این پاسخی قطعی برای پرسش دوم ما باشد. توده‌ی مکعب یخ از جرمی به اندازه جرم اتم‌های هیدروژن و اکسیژن موجود در ۱۰۲۳×۶ مولکول آب حاصل میشود.
اما به این مسئله از دیدگاه دیگری نیز می‌توان نگریست. ما از دانشمندانی همچون جی. جی. تامسون، ارنست رادرفورد، نیلز بور و بسیاری دیگر از فیزیکدانان اوایل قرن بیستم آموخته‌ایم که تمام اتم‌ها از یک هسته‌ی سنگین مرکزی و الکترون‌های سبک در حال چرخش به دور آن تشکیل شده‌اند. این هسته سنگین متشکل از پروتون‌ها و نوترون‌هاست. تعداد پروتون‌های موجود در هر اتم (که از آن به عنوان عدد اتمی یاد میشود) بیانگر ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی هر اتم است. هر اتم هیدروژن دارای یک پروتون و هر اتم اکسیژن دارای ۸ پروتون در ساختار هسته خود هستند. اگرچه جرم کلی هر اتم برابر با مجموع جرم پروتون‌ها و نوترون‌های تشکیل دهنده آن اتم است، اما هسته‌ی اتم هیدروژن فاقدنوترون بوده و تنها از یک پروتون تشکیل شده است. فراوانترین ایزوتوپاکسیژن نیز دارای ۸ پروتون و ۸ نوترون در ساختار هسته خود است.بدیهی است که این شمارش پروتون و نوترون، مانند جرم نسبی اتمی است که در بالا ذکر شد.
🆔 @Physics3p
اگر از جرم الکترون‌ها به دلیل سبکی آنها صرف نظر کنیم می‌توانیم ادعا کنیم که جرم قطعه یخ، ناشی از جرم تمام پروتون‌ها و نوترون‌های موجود در هسته‌ی اتم‌های هیدروژن و اکسیژن موجود در مولکول آب است. در تشکیل هر مولکول آب ۱۰ پروتون و ۸ نوترون مشارکت دارند. بنابراین اگر ۱۰۲۳×۶ مولکول در یک قطعه یخ وجود داشته باشد و اگر از تفاوت ناچیز جرم پروتون و نوترون صرف نظر کنیم، می‌توانیم نتیجه‌گیری کنیم که این قطعه یخ شامل ۱۸ برابر این مقدار (۱۰۲۳×۶ مولکول) یعنی۱۰۲۳×۱۰۸ پروتون و نوترون است.
اما این پایان ماجرا نیست! اکنون می دانیم که پروتون‌ها و نوترون‌ها ذرات بنیادی نیستند و خودشان از ذراتی به نام کوارک‌ها تشکیل شده‌اند. هر پروتون دارای دو کوارک بالا و یک کوارک پایین و هر نوترون نیز دارای دو کوارک پایین و یک کوارک بالا است و نیرویی که کوارک‌ها را در داخل این ذرات بزرگتر در کنار یکدیگر قرار می‌دهد، توسط گلوئون‌های بی‌جرم انجام میشود. اگر جرم کوارک‌های بالا و پایین را یکسان فرض کنیم، با سه برابر کردن تعداد پروتون‌ها و نوترون‌های آب (۱۰۲۳×۱۰۸) تعدادکوارک‌های بالا و پایین برابر ۱۰۲۳×۳۲۴ خواهد بود. پس می‌توان چنین نتیجه گیری کرد که تمام جرم یخ ناشی از این تعداد است؟ به نظر می رسد حدود ۹۹ درصد ازجرم پروتون و نوترون برای محاسبه جرم اجسام در نظر گرفته نمی‌شود!
ادامه دارد…
🆔 @Physics3p
.
👍1
⭕️ جرم چیست؟ (2)
در رسیدن به پاسخ سوال جرم چیست به این سوال رسیدیم: آیا جرم یک اتم، فقط به جرم پروتون‌ها و نوترون‌های آن مربوط است؟ قطعا چنین نیست! اینجا دیپرلوک است، بنابراین باید باز هم عمیق‌تر شویم! اگر جرمکوارک بالا و پایین را بر روی وب‌سایت Particle Data Groupجستجو کنیم، درمی‌یابیم که کوارک‌های بالا و پایین بسیار سبک هستند به نحوی که اندازه‌گیری دقیق جرم آنها امکان‌پذیر نیست و مقادیر ذکر شده برای آنها نیز، به صورت بازه‌ای از جرم، و با واحد MeV/c۲ بیان می‌گردد. بر اساس این واحد، جرم کوارک‌های بالا ۲.۳ و در بازه‌ی ۳-۱.۸ در نظر گرفته میشود. کوارک‌های پایین، اندکی سنگین‌تر هستند و جرمی برابر ۴.۸ و در بازه‌ای از ۵.۳-۴.۵ قرار دارند. حال جرم این کوارک‌ها را با جرم یک الکترون که در این واحد برابر ۰.۵۱ است، مقایسه کنید!
بخش تعجب‌آور اینجاست که یک پروتون در این واحد، جرمی برابر ۹۳۸.۳ دارد! و این در صورتی است که جمع جرم دو کوارک بالا و پایین، مقداری برابر با ۹.۴ دارد که تنها ۱ درصد جرم یک پروتون خواهد بود! در مورد هر نوترون نیز، مجموع جرم دو کوارک پایین و یک کوارک بالا برابر ۱۱.۹ است که تنها ۱.۳ درصد جرم نوترون را شامل میشود. بنابراین ۹۹ درصد جرم پروتون و نوترون را در محاسبه جرم یک اتم در نظر نگرفته‌ایم! جرم چیست؟ واقعا چه اتفاقی رخ داده است؟
ادامه دارد...
🆔 @Physics3p
در رسیدن به پاسخ سوال جرم چیست به این سوال رسیدیم: آیا جرم یک اتم، فقط به جرم پروتون‌ها و نوترون‌های آن مربوط است؟ قطعا چنین نیست! اینجا دیپرلوک است، بنابراین باید باز هم عمیق‌تر شویم! اگر جرمکوارک بالا و پایین را بر روی وب‌سایت Particle Data Groupجستجو کنیم، درمی‌یابیم که کوارک‌های بالا و پایین بسیار سبک هستند به نحوی که اندازه‌گیری دقیق جرم آنها امکان‌پذیر نیست و مقادیر ذکر شده برای آنها نیز، به صورت بازه‌ای از جرم، و با واحد MeV/c۲ بیان می‌گردد. بر اساس این واحد، جرم کوارک‌های بالا ۲.۳ و در بازه‌ی ۳-۱.۸ در نظر گرفته میشود. کوارک‌های پایین، اندکی سنگین‌تر هستند و جرمی برابر ۴.۸ و در بازه‌ای از ۵.۳-۴.۵ قرار دارند. حال جرم این کوارک‌ها را با جرم یک الکترون که در این واحد برابر ۰.۵۱ است، مقایسه کنید!
بخش تعجب‌آور اینجاست که یک پروتون در این واحد، جرمی برابر ۹۳۸.۳ دارد! و این در صورتی است که جمع جرم دو کوارک بالا و پایین، مقداری برابر با ۹.۴ دارد که تنها ۱ درصد جرم یک پروتون خواهد بود! در مورد هر نوترون نیز، مجموع جرم دو کوارک پایین و یک کوارک بالا برابر ۱۱.۹ است که تنها ۱.۳ درصد جرم نوترون را شامل میشود. بنابراین ۹۹ درصد جرم پروتون و نوترون را در محاسبه جرم یک اتم در نظر نگرفته‌ایم! جرم چیست؟ واقعا چه اتفاقی رخ داده است؟
ادامه دارد...
🆔 @Physics3p
🐳1
🤔
⭕️ جرم چیست؟ (3)
کوارک‌ها ذراتی حقیقی مانند آنچه فیلسوفان یونانی در نظر می‌گرفتند نیستند، بلکه ذرات موجی کوانتومی یا افت و خیز میدان های کوانتومیبنیادی هستند. کوارک‌های بالا و پایین، فقط چند مرتبه از الکترون سنگین‌تر هستند. خاصیت موجی الکترون نیز از سال‌ها قبل به اثبات رسیده، بنابراین باید خود را برای رفتارهای عجیب و غریب آماده کنیم!
نکته‌ای که نباید از آن غافل شد مسئله‌ی گلوئون‌های بی جرم، قانون نسبیت خاص، E=mc۲، و تفاوت میان جرم برهنه (bare) و جرم پوشیده (dressed) است. در نهایت، نباید نقش میدان هیگز را در «منشا» جرم ذرات بنیادی فراموش کنیم. برای درک آنچه در داخل پروتون یا نوترون اتفاق می‌افتد، باید از طریق کرومودینامیک کوانتومی (QCD)، به نظریه میدان کوانتومی نیروی رنگ بین کوارک‌ها دست یابیم.
کوارک‌ها و گلوئون ، بارهای رنگی دارند. اگرچه معنای دقیقی از این مفهوم در اختیار نداریم، اما رنگی بودن بار‌ها یکی از مشخصه‌های گلوئون‌ها و کوارک‌هاست که بر اساس تصمیم فیزیکدانان در سه نوع قرمز، سبز یا آبی دسته‌بندی می‌شوند. تاکنون کوارک یا گلوئون به تنهایی مشاهده یا به دام انداخته نشده، بلکه تنها در ساختار ذرات بزرگتر که به هادرون معروف هستند (از معروفترین هادرون‌ها می‌توان به پروتون‌ها و نوترون‌ها اشاره کرد) یافت می‌شوند، بنابراین هیچ کس تا به حال کوارک برهنه را نیز مشاهده نکرده است. در حقیقت، کرومودینامیک کوانتومی نشان می‌دهد اگر یک بار رنگی را بتوان مشاهده کرد، احتمالا انرژی نزدیک به بینهایت خواهد داشت. بر اساس قانون ارسطو «طبیعت، خلا را از بین می‌برد» اما امروزه می‌توان چنین گفت که «طبیعت، بارهای رنگی برهنه یا آزاد را از بین می‌برد».
🆔 @Physics3p
بنابراین اگر ما یک کوارک مجزا با بارهای رنگی برهنه ایجاد کنیم، چه اتفاقی رخ می‌دهد؟ ممکن است در اثر این فرآیند، انرژی بسیار زیادی تولید شود، در حدی که قادر به تولید گلوئون‌های مجازی از یک فضای خالی خواهد بود. همانطور که در اثر چرخش الکترون به دور خودش (حرکت اسپینی)، میدان مغناطیسی تولید میشود و این میدان باعث تولیدفوتون‌های مجازی می‌گردد. در اثر انتشار کوارک‌ها نیز گولوئون‌های مجازی تولید می‌شوند. بر خلاف فوتون‌ها، گلوئون‌ها به تنهایی دارای بارهای رنگی هستند و توانایی کاهش انرژی به صورت جزئی را دارند. بهتر است به این شکل به موضوع فکر کنید:
کوارک‌های برهنه به شدت خجالتی هستند و به سرعت با پوشش گلوئونی خود را می‌پوشانند.
انرژی تولید شده به اندازه کافی زیاد است، به طوری که نه تنها قادر به تولید ذرات مجازی بوده، بلکه امکان تولید ذرات بنیادی نیز وجود دارد. در تلاش برای پوشش بار رنگی ایجاد شده، یک پادکوارک تولید خواهد شد که با یک کوارک برهنه برای تشکیل یک مزون (Meson) جفت می‌گردد. نکته مهم این است که یک کوارک هیچگاه به تنهایی دیده نمی‌شود.
برای پوشش کامل بارهای رنگی، باید پادکوارک‌ها را در مکان و زمان مشابه، در کنار یک کوارک قرار دهیم، اما اصل عدم قطعیت هایزنبرگ اجازه چنین عملی را به طبیعت نمی‌دهد: یک مکان دقیق دارای یک اندازه حرکت نامحدود است و همچنین سرعت تغییر مقدار معینی انرژی با زمان، نیازمند مقدار نامحدودی از انرژی خواهد بود. طبیعت هیچ راهی جز سازش ندارد. اگرچه امکان پوشش کامل بارهای رنگی وجود ندارد، ولی امکان پوشش یک پادکوارک توسط یک گلوئون مجازی وجود دارد. با این عمل، انرژی به حد قابل کنترلی خواهد رسید.
رخدادهای مشابهی درون پروتون‌ها و نوترون‌ها نیز رخ می‌دهد. سه کوارک در محدوده ذرات میزبانشان، نسبتا آزادانه حرکت می‌کنند، اما همچنان، بارهای رنگی منتشر شده باید پوشیده شوند یا حداقل، میزان انرژی آنها کاهش یابد. هر کوارک، محیط درهم و برهمی از گلوئون‌های مجازی ایجاد میکند که همراه با کوارک و پادکوارک‌ها، در آن، جلو و عقب می‌رود. فیزیکدان‌ها گاهی سه کوارکی که یک پروتون یا نوترون را تشکیل می دهند، کوارک‌های «ظرفیت» می‌نامند، زیرا انرژی کافی برای ایجاد دریایی از جفت‌های کوارک-پادکوارک، در داخل این ذرات وجود دارد. کوارک‌های ظرفیت، تنها موجودات درون این ذرات (پروتون‌ها و نوترون‌ها) نیستند. این بدان معنی است که جرم پروتون و نوترون تا حد زیادی می‌تواند به انرژی گلوئون‌ها و دریای جفت‌های کوارکی-پادکوارکی ناشی از میدانهای رنگی، مربوط باشد.
ادامه دارد…
🆔 @Physics3p
.
⭕️ جرم چیست؟ (3)
کوارک‌ها ذراتی حقیقی مانند آنچه فیلسوفان یونانی در نظر می‌گرفتند نیستند، بلکه ذرات موجی کوانتومی یا افت و خیز میدان های کوانتومیبنیادی هستند. کوارک‌های بالا و پایین، فقط چند مرتبه از الکترون سنگین‌تر هستند. خاصیت موجی الکترون نیز از سال‌ها قبل به اثبات رسیده، بنابراین باید خود را برای رفتارهای عجیب و غریب آماده کنیم!
نکته‌ای که نباید از آن غافل شد مسئله‌ی گلوئون‌های بی جرم، قانون نسبیت خاص، E=mc۲، و تفاوت میان جرم برهنه (bare) و جرم پوشیده (dressed) است. در نهایت، نباید نقش میدان هیگز را در «منشا» جرم ذرات بنیادی فراموش کنیم. برای درک آنچه در داخل پروتون یا نوترون اتفاق می‌افتد، باید از طریق کرومودینامیک کوانتومی (QCD)، به نظریه میدان کوانتومی نیروی رنگ بین کوارک‌ها دست یابیم.
کوارک‌ها و گلوئون ، بارهای رنگی دارند. اگرچه معنای دقیقی از این مفهوم در اختیار نداریم، اما رنگی بودن بار‌ها یکی از مشخصه‌های گلوئون‌ها و کوارک‌هاست که بر اساس تصمیم فیزیکدانان در سه نوع قرمز، سبز یا آبی دسته‌بندی می‌شوند. تاکنون کوارک یا گلوئون به تنهایی مشاهده یا به دام انداخته نشده، بلکه تنها در ساختار ذرات بزرگتر که به هادرون معروف هستند (از معروفترین هادرون‌ها می‌توان به پروتون‌ها و نوترون‌ها اشاره کرد) یافت می‌شوند، بنابراین هیچ کس تا به حال کوارک برهنه را نیز مشاهده نکرده است. در حقیقت، کرومودینامیک کوانتومی نشان می‌دهد اگر یک بار رنگی را بتوان مشاهده کرد، احتمالا انرژی نزدیک به بینهایت خواهد داشت. بر اساس قانون ارسطو «طبیعت، خلا را از بین می‌برد» اما امروزه می‌توان چنین گفت که «طبیعت، بارهای رنگی برهنه یا آزاد را از بین می‌برد».
🆔 @Physics3p
بنابراین اگر ما یک کوارک مجزا با بارهای رنگی برهنه ایجاد کنیم، چه اتفاقی رخ می‌دهد؟ ممکن است در اثر این فرآیند، انرژی بسیار زیادی تولید شود، در حدی که قادر به تولید گلوئون‌های مجازی از یک فضای خالی خواهد بود. همانطور که در اثر چرخش الکترون به دور خودش (حرکت اسپینی)، میدان مغناطیسی تولید میشود و این میدان باعث تولیدفوتون‌های مجازی می‌گردد. در اثر انتشار کوارک‌ها نیز گولوئون‌های مجازی تولید می‌شوند. بر خلاف فوتون‌ها، گلوئون‌ها به تنهایی دارای بارهای رنگی هستند و توانایی کاهش انرژی به صورت جزئی را دارند. بهتر است به این شکل به موضوع فکر کنید:
کوارک‌های برهنه به شدت خجالتی هستند و به سرعت با پوشش گلوئونی خود را می‌پوشانند.
انرژی تولید شده به اندازه کافی زیاد است، به طوری که نه تنها قادر به تولید ذرات مجازی بوده، بلکه امکان تولید ذرات بنیادی نیز وجود دارد. در تلاش برای پوشش بار رنگی ایجاد شده، یک پادکوارک تولید خواهد شد که با یک کوارک برهنه برای تشکیل یک مزون (Meson) جفت می‌گردد. نکته مهم این است که یک کوارک هیچگاه به تنهایی دیده نمی‌شود.
برای پوشش کامل بارهای رنگی، باید پادکوارک‌ها را در مکان و زمان مشابه، در کنار یک کوارک قرار دهیم، اما اصل عدم قطعیت هایزنبرگ اجازه چنین عملی را به طبیعت نمی‌دهد: یک مکان دقیق دارای یک اندازه حرکت نامحدود است و همچنین سرعت تغییر مقدار معینی انرژی با زمان، نیازمند مقدار نامحدودی از انرژی خواهد بود. طبیعت هیچ راهی جز سازش ندارد. اگرچه امکان پوشش کامل بارهای رنگی وجود ندارد، ولی امکان پوشش یک پادکوارک توسط یک گلوئون مجازی وجود دارد. با این عمل، انرژی به حد قابل کنترلی خواهد رسید.
رخدادهای مشابهی درون پروتون‌ها و نوترون‌ها نیز رخ می‌دهد. سه کوارک در محدوده ذرات میزبانشان، نسبتا آزادانه حرکت می‌کنند، اما همچنان، بارهای رنگی منتشر شده باید پوشیده شوند یا حداقل، میزان انرژی آنها کاهش یابد. هر کوارک، محیط درهم و برهمی از گلوئون‌های مجازی ایجاد میکند که همراه با کوارک و پادکوارک‌ها، در آن، جلو و عقب می‌رود. فیزیکدان‌ها گاهی سه کوارکی که یک پروتون یا نوترون را تشکیل می دهند، کوارک‌های «ظرفیت» می‌نامند، زیرا انرژی کافی برای ایجاد دریایی از جفت‌های کوارک-پادکوارک، در داخل این ذرات وجود دارد. کوارک‌های ظرفیت، تنها موجودات درون این ذرات (پروتون‌ها و نوترون‌ها) نیستند. این بدان معنی است که جرم پروتون و نوترون تا حد زیادی می‌تواند به انرژی گلوئون‌ها و دریای جفت‌های کوارکی-پادکوارکی ناشی از میدانهای رنگی، مربوط باشد.
ادامه دارد…
🆔 @Physics3p
.
👍1
🤔
⭕️ جرم چیست؟ (4)
چگونه می‌توان میزان انرژی ایجاد شده توسط گلوئون‌های مجازی را محاسبه کرد؟ در واقع، محاسبه انرژی آنها با استفاده از محاسبات QCD بسیار پیچیده و دشوار خواهد بود. نیروهای رنگی میان این ذرات بسیار قوی بوده و باعث بالا بودن میزان انرژی برهمکنش آنها خواهد شد. از طرفی گلوئون‌ها، بارهای رنگی را نیز حمل می‌کنند، بنابراین امکان برهمکنش هر چیزی با چیز دیگر وجود دارد! تقریبا هر چیزی می تواند به طور مجازی اتفاق بیفتد و ردیابی تمام جایگشت‌های ممکن بین ذرات مجازی و بنیادی، لازم است.
بنابراین اگر چه می‌توان معادلات QCD را به روش نسبتا ساده‌ای بیان نمود، اما تحلیل آنها روی کاغذ بسیار دشوار خواهد بود. از سوی دیگر، امکان استفاده از ریاضیات ساده، آنطور که در QED به طور موفقیت آمیزی مورد استفاده قرار گرفته نیز، وجود ندارد، زیرا انرژی برهمکنش‌ها بسیار زیاد است و این مسئله مانع استفاده از تکنیک‌های بازهنجارش (renormalization) معادلات خواهد شد. تنها راه پیش روی فیزیکدانان برای حل این معادلات، استفاده از کامپیوتر است.
پیشرفت قابل توجهی در نسخه‌ی جدیدی از QCD به نام QCD-lite صورت گرفت. این نسخه فقط گلوئون‌های بی‌جرم و کوارک‌های بالا و پایین را در نظر گرفته و فرض بر این است که کوارک‌ها نیز بی‌جرم (یا به معنای واقعی کلمه، سبک) هستند. جرم پروتون محاسبه شده با استفاده از این تقریب‌ها، فقط ۱۰ درصد سبکتر از مقدار اندازه‌گیری شده بود. یک نسخه ساده از QCD که در آن فرض میکنیم در آغاز هیچ ذره‌ای دارای جرم نیست، در عین ناباوری جرم یک پروتون را ۹۰ درصد درست محاسبه نموده است! نتیجه‌ی بسیار شگفت‌آوری است. این بدان معناست که بیشتر جرم پروتون ناشی از انرژی برهمکنش‌های میان کوارک‌ها و گلوئون‌های تشکیل‌دهنده‌ی آن است.
جان ویلر از عبارت جرمِ بدون جرم (mass without mass) برای توصیف اثرات برهم‌نهی امواج گرانشی استفاده میکند که می‌توانند انرژی مورد نیاز برای تشکیل یک سیاهچاله را در خود جای دهند. اگر چنین چیزی صحیح باشد، آنگاه یک سیاهچاله، نه از ماده موجود در یک ستاره در حال فروپاشی، بلکه از افت و خیزهای فضا-زمان ایجاد شده است. آنچه که ویلر بیان نموده به زبان ساده این است که ایجاد یک سیاهچاله (یا جرم) را می‌توان ناشی از انرژی‌های گرانشی دانست.
فرانک ویلچک، یکی از طراحان QCD، از عبارت ویلر در تحلیل نتایج محاسبات QCD-lite استفاده کرده است. اگر مقدار جرم پروتون و نوترون ناشی از انرژی برهمکنش‌های درون این ذرات باشد، در واقع عبارت جرمِ بدون جرم صحیح است، یعنی به رفتاری برای توصیف ماده‌ی دارای جرم دست یافته‌ایم، بدون آنکه از ویژگی‌های یک ماده دارای جرم استفاده کرده باشیم!
این واقعیت برایتان آشنا نیست؟ کافی است معادله‌ای که از قانون نسبیت خاص اینشتین مشتق شده را به یاد بیاورید: m=E/c۲ . اینشتین با آگاهی و اطمینان کامل بیان داشت که: «جرم یک جسم در واقع اندازه گیری محتوای انرژی آن جسم است». این جمله کاملا درست است! در کتاب The Lightness of Being نوشته ویلچک می‌خوانیم:
اگر جسم مورد نظر، بدن یک انسان باشد که جرم آن ناشی از جرم پروتون‌ها و نوترون‌هاست، پاسخ روشن و قاطع است: لختی (اینرسی) آن جسم، با دقت ۹۵درصد، محتوای انرژی آن است.
در فرایند شکافت هسته‌ی ۲۳۵U مقداری از انرژی رنگی موجود در پروتون‌ها و نوترون‌های آن، همراه با انفجار آزاد می‌گردد. در زنجیره‌ی پروتون-پروتونِ درگیر در فرایند گداخت ۴ پروتون، تبدیل ۲ کوراک بالا به ۲ کوراک پایین منجر به تشکیل ۲ نوترون می‌گردد که نتیجه‌ی آن، آزاد شدن مقداری از انرژی اضافی میدانهای رنگی آن است. جرم به انرژی تبدیل نشده، بلکه انرژی از یک میدان کوانتومی به نوع دیگری از میدان کوانتومی تبدیل شده است.
فیزیک مدرن، درسی کاملا متفاوت و عمیقا مخالف با شهودمان به ما می‌آموزد. در گذر زمان و زندگی، ما همواره در حال تبدیل شدن از ماده به اتم، از اتم به ذرات زیراتمی، از ذرات زیراتمی به میدان‌ها و نیروهای کوانتومی بوده و در واقع ما در حال از دست دادن بخشی از جرم خود هستیم! حالا ماده، معنای گذشته‌ی خود را از دست داده و تبدیل به یک مفهوم ثانویه شده است! این امر، نتیجه‌ی برهمکنش بین میدانهای کوانتومی نامحدود است. یعنی چیزی که به عنوان ماده شناخته میشود، در واقع رفتار این میدان کوانتومی است و نه یک ویژگی خاص و یا لازم برای آن.
علی‌رغم اینکه دنیای ماکروسکوپی اطرافمان با اجسام سخت و سنگین پر شده، ولی آنها چیزی جز انرژی میدانهای کوانتومی نیستند! ماده، تنها یک ابزار فیزیکی برای بیان انرژی است و نه چیز دیگری! این مفهوم، کاملا تکان دهنده، اما در عین حال فوق العاده جذاب است: ویژگی اصلی این جهان، انرژی میدان کوانتومی است، نه اتم‌های سخت و غیر قابل نفوذ، واقعیتی که احتمالا با رویای فلاسفه بسیار متفاوت است!
🆔 @Physics3p
.
⭕️ جرم چیست؟ (4)
چگونه می‌توان میزان انرژی ایجاد شده توسط گلوئون‌های مجازی را محاسبه کرد؟ در واقع، محاسبه انرژی آنها با استفاده از محاسبات QCD بسیار پیچیده و دشوار خواهد بود. نیروهای رنگی میان این ذرات بسیار قوی بوده و باعث بالا بودن میزان انرژی برهمکنش آنها خواهد شد. از طرفی گلوئون‌ها، بارهای رنگی را نیز حمل می‌کنند، بنابراین امکان برهمکنش هر چیزی با چیز دیگر وجود دارد! تقریبا هر چیزی می تواند به طور مجازی اتفاق بیفتد و ردیابی تمام جایگشت‌های ممکن بین ذرات مجازی و بنیادی، لازم است.
بنابراین اگر چه می‌توان معادلات QCD را به روش نسبتا ساده‌ای بیان نمود، اما تحلیل آنها روی کاغذ بسیار دشوار خواهد بود. از سوی دیگر، امکان استفاده از ریاضیات ساده، آنطور که در QED به طور موفقیت آمیزی مورد استفاده قرار گرفته نیز، وجود ندارد، زیرا انرژی برهمکنش‌ها بسیار زیاد است و این مسئله مانع استفاده از تکنیک‌های بازهنجارش (renormalization) معادلات خواهد شد. تنها راه پیش روی فیزیکدانان برای حل این معادلات، استفاده از کامپیوتر است.
پیشرفت قابل توجهی در نسخه‌ی جدیدی از QCD به نام QCD-lite صورت گرفت. این نسخه فقط گلوئون‌های بی‌جرم و کوارک‌های بالا و پایین را در نظر گرفته و فرض بر این است که کوارک‌ها نیز بی‌جرم (یا به معنای واقعی کلمه، سبک) هستند. جرم پروتون محاسبه شده با استفاده از این تقریب‌ها، فقط ۱۰ درصد سبکتر از مقدار اندازه‌گیری شده بود. یک نسخه ساده از QCD که در آن فرض میکنیم در آغاز هیچ ذره‌ای دارای جرم نیست، در عین ناباوری جرم یک پروتون را ۹۰ درصد درست محاسبه نموده است! نتیجه‌ی بسیار شگفت‌آوری است. این بدان معناست که بیشتر جرم پروتون ناشی از انرژی برهمکنش‌های میان کوارک‌ها و گلوئون‌های تشکیل‌دهنده‌ی آن است.
جان ویلر از عبارت جرمِ بدون جرم (mass without mass) برای توصیف اثرات برهم‌نهی امواج گرانشی استفاده میکند که می‌توانند انرژی مورد نیاز برای تشکیل یک سیاهچاله را در خود جای دهند. اگر چنین چیزی صحیح باشد، آنگاه یک سیاهچاله، نه از ماده موجود در یک ستاره در حال فروپاشی، بلکه از افت و خیزهای فضا-زمان ایجاد شده است. آنچه که ویلر بیان نموده به زبان ساده این است که ایجاد یک سیاهچاله (یا جرم) را می‌توان ناشی از انرژی‌های گرانشی دانست.
فرانک ویلچک، یکی از طراحان QCD، از عبارت ویلر در تحلیل نتایج محاسبات QCD-lite استفاده کرده است. اگر مقدار جرم پروتون و نوترون ناشی از انرژی برهمکنش‌های درون این ذرات باشد، در واقع عبارت جرمِ بدون جرم صحیح است، یعنی به رفتاری برای توصیف ماده‌ی دارای جرم دست یافته‌ایم، بدون آنکه از ویژگی‌های یک ماده دارای جرم استفاده کرده باشیم!
این واقعیت برایتان آشنا نیست؟ کافی است معادله‌ای که از قانون نسبیت خاص اینشتین مشتق شده را به یاد بیاورید: m=E/c۲ . اینشتین با آگاهی و اطمینان کامل بیان داشت که: «جرم یک جسم در واقع اندازه گیری محتوای انرژی آن جسم است». این جمله کاملا درست است! در کتاب The Lightness of Being نوشته ویلچک می‌خوانیم:
اگر جسم مورد نظر، بدن یک انسان باشد که جرم آن ناشی از جرم پروتون‌ها و نوترون‌هاست، پاسخ روشن و قاطع است: لختی (اینرسی) آن جسم، با دقت ۹۵درصد، محتوای انرژی آن است.
در فرایند شکافت هسته‌ی ۲۳۵U مقداری از انرژی رنگی موجود در پروتون‌ها و نوترون‌های آن، همراه با انفجار آزاد می‌گردد. در زنجیره‌ی پروتون-پروتونِ درگیر در فرایند گداخت ۴ پروتون، تبدیل ۲ کوراک بالا به ۲ کوراک پایین منجر به تشکیل ۲ نوترون می‌گردد که نتیجه‌ی آن، آزاد شدن مقداری از انرژی اضافی میدانهای رنگی آن است. جرم به انرژی تبدیل نشده، بلکه انرژی از یک میدان کوانتومی به نوع دیگری از میدان کوانتومی تبدیل شده است.
فیزیک مدرن، درسی کاملا متفاوت و عمیقا مخالف با شهودمان به ما می‌آموزد. در گذر زمان و زندگی، ما همواره در حال تبدیل شدن از ماده به اتم، از اتم به ذرات زیراتمی، از ذرات زیراتمی به میدان‌ها و نیروهای کوانتومی بوده و در واقع ما در حال از دست دادن بخشی از جرم خود هستیم! حالا ماده، معنای گذشته‌ی خود را از دست داده و تبدیل به یک مفهوم ثانویه شده است! این امر، نتیجه‌ی برهمکنش بین میدانهای کوانتومی نامحدود است. یعنی چیزی که به عنوان ماده شناخته میشود، در واقع رفتار این میدان کوانتومی است و نه یک ویژگی خاص و یا لازم برای آن.
علی‌رغم اینکه دنیای ماکروسکوپی اطرافمان با اجسام سخت و سنگین پر شده، ولی آنها چیزی جز انرژی میدانهای کوانتومی نیستند! ماده، تنها یک ابزار فیزیکی برای بیان انرژی است و نه چیز دیگری! این مفهوم، کاملا تکان دهنده، اما در عین حال فوق العاده جذاب است: ویژگی اصلی این جهان، انرژی میدان کوانتومی است، نه اتم‌های سخت و غیر قابل نفوذ، واقعیتی که احتمالا با رویای فلاسفه بسیار متفاوت است!
🆔 @Physics3p
.
👍1