با توجه به نظرات شما همراهان گرامی کانال، ادامه سری دوم مطلب «نسبیت به زبان ساده» در کانال قرار میگیرد.👇👇

📚 نسبیت به زبان ساده

🔰سری دوم🔰

📎 قسمت هفتم: نگاه نسبیتی به ماده و انرژی! (۱)

🔹 یک اصلی تو نسبیت هست که میگه کمیت ها در چارچوب لخت، ثابت یا تغییر ناپذیرند. تا اینجای داستان ما فهمیدیم حرکت نسبیه و در نتیجه این نسبیت، زمان هم نسبی هست. مثال معروفی هم که برای این موضوع بیان میشه، پارادوکس دوقلوهاست که در سری اول این مطلب حسابی به خدمتش رسیدیم!
اما جا داره برای همه‌ی این نسبی و مطلق بودن ها یه جمعبندی شیک داشته باشیم تا بتونیم بریم سر اصل مطلب! یعنی مفهوم نسبیتی ماده و انرژی و تعامل این دو با رابطه معروف E=mc². برای رسیدن به این رابطه هم نیاز داریم کمی بیشتر با مفهوم ماده و انرژی و پایستگی تکانه آشنا بشیم.

💢 کمیت در نسبیت

🔸فهمیدیم حرکت از دیدگاه عادی ما کلأ چیزی نیست جز جابجایی در فضا که با تغییر مکان همراست. اما نسبیت به ما میگه حرکت فقط جابجایی در فضا نیست، بلکه جابجایی در زمان هم هست که از قضا هردوی اینها هم «نسبی» هستند. یعنی به ناظر و سیستم مشخصی برای تعریف نیاز دارند. پس با این حساب وقتی ما میگیم فلان اتومبیل(مثلأ پراید یشمی!) داره با تندی x حرکت میکنه، تنها داریم جزئی از حرکتش رو بیان میکنیم و بقیه حرکتش در زمان انجام میشه که اونم برای خودش تندی مثلأ به اندازه y داره که مجموع این تندی ها که هردوشون هم نسبی هستند، باید بشهc.

🔹اما چیزی که اینجا بهش توجهی نداشتیم، اینه که این تندی c نسبت به چه سیستم یا مرجعی انجام میشه؟!
اما طبق اصلی که در اول این قسمت گفتیم، باید بگم که نسبت به هر مرجعی! شاید این جمله یه مقدار مسخره بیاد ولی اینو باید بدونید که در فیزیک قرار نیست همه چی اونطوری که ما انتظار داریم پیش بره و گاهی چنان میزنه تا ذوقتون که نگو!
بگذریم، برگردیم سر بحث اصلیمون؛ خب! با این حساب بازم بحث ثابت بودن تندی نور میاد وسط. یعنی ما گفتیم مجموع این تندی در فضا و تندی در زمان باید بشه عدد ثابت c که از قضا این عدد همون تندی نوره. یعنی یجورایی میشه گفت ظاهرأ نور تصمیم گرفته تمام حرکتش رو در واحد فضا انجام بده و یجورایی حرکت در زمان نداره. حالا تو موضوع مفهوم جرم و انرژی میفهمیم چرا نور همچین کاری کرده!

🔸تا همین جای کار، میتونیم بفهمیم ما دوتا کمیت نسبی به هم وابسته داشتیم که از جمع این دوتا رسیدیم به کمیت مطلق یا ثابت تندی نور. این مثل اینه که ما با دوتا بردار طرف هستیم که این دوبردار میتونند هر اندازه و شکلی داشته باشند ولی با این محدودیت که مجموع دوبردار مذکور، باید بشه یک بردار همواره ثابت و تغییر ناپذیر. با این حساب، برای اینکه زودتر به این ماجرا پایان بدم، باید بگم بطورکلی هر حرکت در فضا و هر حرکت در زمان که با بردار هایی نمایش داده میشه، "نسبی" هست. یعنی ممکنه طول یا حتی جهت این بردارها از دیدگاه های مختلف تغییر کنه. اما باید این دو نوع حرکت که باهم در یک سیستم کاملی بنام فضا-زمان انجام میگیرند، ثابت و تغییر ناپذیر باشند و بعبارتی "مطلق" هستند. بازم یعنی مجموع این دوبردار "تغییر پذیر" در فضا و زمان مجزا، باید بشه بردار ثابت یا "تغییر ناپذیر" در فضا-زمان مطلق. با این ایده فضا-زمان لخت و درک دقیق مفهوم نسبی و مطلق که از مهمترین موضوعات نسبیته، میشه خیلی از پارادوکس های نسبیت مثل پارادوکس دوقلو ها رو حل کرد.(در قسمت نسبیت عام به این موضوع بیشتر خواهیم پرداخت).

💢 ماده و انرژی در رابطه E=m.c²

🔹خب تا اینجای کار فهمیدیم بردارهای جزئی که ممکنه در فضا یا زمان نسبی باشند، در فضا-زمان میتونند باهم جمع بشند و همواره ثابت باشند. مثل بردار حرکت! اما یکسری از بردارها هستند که تقریبأ به زمان وابسته نیستند یا سهم مشخصی از زمان دارند و در سیستم فضایی و فضا‌زمانی، مقدار ثابتی دارند. به این جور کمیت ها میگیم کمیت های «پایسته» که "اصل پایستگی" براشون برقراره. نمونه ای از این کمیت ها، تکانه(اندازه یا پتانسیل حرکت) و انرژی هست. مثلأ قانون یا اصل پایستگی انرژی رو حتی سبزی فروش سرکوچتون هم میدونه چیه ولی یه اصل مهمتری هم تو فیزیک داریم که فیزیکدان ها خیلی عاشقشن و بهش میگن «اصل پایستگی تکانه».

🔸تکانه برابره با حاصلضرب جرم در سرعت که همجهت با بردار سرعت جسمه که از قضا، این کمیت برای یک سیستم در یک مرجع، پایسته هست. برای اینکه از این پایستگی سر در بیاریم، باید به هندسه مینکوفسکی و تبدیلات تانسوری بپردازیم که در بحث ما نمیگنجه، ولی ما سعی میکنیم با یه مثال کمی باهاش آشنا بشیم و بعد میریم بفهمیم این پایستگی به چه دردمون میخوره و قراره به چی برسیم؟!
یه توپ جنگی رو در نظر بگیرید. تا وقتی که کاری نکنید، توپ هم سرجای خودش ثابته. حالا وقتی توپ شلیک میشه، مشاهده میکنید دستگاه در خلاف حرکت توپ حرکت میکنه تا تکانه توپ رو خنثی کنه. ولی چون جرم دستگاه در مقایسه با توپ زیاده، سرعت کمتری هم میگیره.

ادامه دارد....

🆔 @Physics3p

قسمت ششم مطلب فوق👆👆👆

‍ ⭕ ملاحظات کیهانی در نظریه نسبیت عام:

قسمت دوم: اینشتین و مدل های جایگزین برای جهان

🆔 @Physics3p

🔸 یکی از جنبه‌های پیچیده‌ی ملاحظات کیهانی، شکست اینشتین در مورد در نظر گرفتن ثبات جهان ایستای او است. تجزیه و تحلیل او، وجود یک رابطه‌ی مستقیم بین اندازه‌ی جهان و چگالی ماده‌ی درون آن را پیش‌بینی کرد. اما اگر چگالی ماده در طول زمان تغییر کند، چه اتفاقی می‌افتد؟‌ در حقیقت، بعدها نشان داده شد که جهان اینشتین در مقابل آشفتگی در چگالی ماده بسیار ناپایدار است. این واقعا عجیب است که اینشتین به این جنبه از مدل جهان خود توجه نکرده است.


🔹 تنها چند ماه پس از انتشار مقاله‌ی ملاحظات کیهانی، ویلم دی سیتر متوجه شد که اضافه شدن عبارت ثابت کیهانی به معادلات میدانی، امکان استفاده از یک راه حل کیهانی جایگزین، به عبارت دیگر حالت جهان بدون محتویات مادی را فراهم می‌کند. در این مقاله، دی سیتر، جهان مادی سه‌بعدی اینشتین با هندسه‌ی فضایی بسته‌ را با جهانی چهاربعدی با یک هندسه‌ی فضا-زمانی بسته‌ جایگزین کرد. اینشتین از مدل دی سیتر شدیدا آشفته شد؛ چرا که وجود یک راه‌ حل خلأ برای جهان در تناقض مستقیم با درک او از اصل ماخ* بود. بحثی طولانی بین این دو فیزیک‌دان درگرفت؛ با این حال هیچ مستندی در نوشته‌های اینشتین پیدا نشده است که نشان دهد او راه حل دی سیتر را به عنوان یک مدل واقع‌بینانه از جهان پذیرفته باشد.

🆔 @Physics3p

🔸 در سال ۱۹۹۲ فیزیک‌دان جوان روسی، الکساندر فریدمن پیشنهاد کرد که راه حل‌های غیر استاتیکی معادلات میدانی اینشتین باید در مدل‌های جهان در نظر گرفته شود. با استفاده از معادلات میدانی اصلاح شده، فریدمن به دو معادله‌ی دیفرانسیل رسید که سیر تکامل زمانی جهان را با چگالی ماده و ثابت کیهانی مرتبط می‌کرد. اینشتین به ایده‌ی فریدمن روی خوشی نشان نداد. اولین واکنش او این بود که فیزیک‌دان روسی دچار یک خطای ریاضی شده است. هرچند رفته‌رفته از این انتقاد پا پس کشید، یک پیش‌نویس منتشر شده از اینشتین نشان می‌دهد که او کیهان‌شناسی فریدمن را غیرواقع‌گرایانه می‌پنداشت.


🔹 در سال ۱۹۲۷ فیزیک‌دان بلژیکی، ژرژ لومتر هم با استفاده از معادلات میدانی اصلاح شده، به معادلاتی متغیر با زمان برای شعاع جهان رسید. با آگاهی از مشاهدات نجومی از پس‌رفت سحابی‌ های مارپیچ و با توجه به شواهد در حال ظهوری مبنی بر اینکه سحابی‌ها از کهکشان‌های متمایزی بسیار فراتر از راه شیری تشکیل شده‌اند، لومتر مشاهدات نجومی جدید را با فرض اینکه این داده‌ها مدرکی برای اثبات غیر ایستا بودن و در حال انبساط بودن جهان هستند، به تئوری نسبیت ارتباط داد. ظاهرا این نتیجه هم اینشتین را خوشنود نکرد: لومتر در خاطرات خود یادآور شده است که اینشتین مدل جهان در حال انبساط او را «زشت و منفور» توصیف کرده است.

اما همه چیز در سال ۱۹۲۹ تغییر کرد. 

«ادامه دارد...»

*اصل ماخ: اینرسی یک جسم با وجود جرم‌های دیگر در جهان تعیین می‌شود.

🆔 @Physics3p

⭕ قسمت اول 👆👆

📚 کتاب هفته

📎 عنوان: سئوال های چندهزار ساله- جلد اول
✍ نویسنده: استیون لو
☑ موضوع: فلسفه-فیزیک-علم

#فارسی
#پیشنهاد_ویژه_کانال

🆔 @Physics3p

⭕️ #شایعه

فیلم تازه از آرشیو خارج شده از آلبرت انیشتین فیلم در آخرین روزهای عمر وی ضبط شده و در آن از چیستی و معنای زندگی می گوید.از انجام ندادن کارهایی که باید انجام می داده،ابراز پشیمانی می کند.

‼توضیح:

همراهان گرامی، ویدئو بالا کاملأ ساختگی بوده و به اشتباه زیرنویس شده است. لطفأ از پخش آن خودداری فرمائید!

🆔 @Physics3p

‍ 📚 تونل زنی کوانتومی چیست؟

🆔 @Physics3p

🔹تخته سنگ بزرگی را در نظر بگیرید که به ته دره ای سقوط کرده و مدت هاست که در همان جا مانده است. چقدر تعجب می کنید اگر ببینید تخته سنگ بطور خود به خود انرژی گرفته و ناگهان شروع به بالا رفتن از دامنه دره کرده و در نهایت با خروج از دره به آن سوی دامنه کوه بغلتد. شاید باور کردنی نباشد اما مشابه چنین رویدادی به طور طبیعی به وفور در دنیای اسرار آمیز کوانتومی رخ می دهد!

🔸در فیزیک کلاسیک تخته سنگ  از بالای تپه عبور داده می شود اما در فیزیک کوانتوم برای عبور تخته سنگ میان تپه تونل زنی صورت می گیرد.
در این پدیده که اصطلاحا "تونل زنی کوانتومی" نامیده می شود یک ذره کوانتومی که پشت یک سد پتانسیل گیر افتاده و از نگاه فیزیک کلاسیک ، انرژی و امکان لازم برای عبور از مانع مزبور ندارد ممکن است براساس رابطه عدم قطعیت هایزنبرگ بتواند بطور موقت انرژی گرفته و ناگهان از مانع یا سد مقابل خود عبور کند و آن سوی آن برود. براساس معادله شرودینگر هر چه ارتفاع و عرض این مانع کمتر باشد احتمال عبور ذره مزبور از میان آن بیشتر خواهد بود.

🔹وجود پدیده اسرار آمیز تونل زنی کوانتومی برای نخستین بار در سال ۱۹۲۷ میلادی توسط یک فیزیکدان آلمانی بنام فردریک هاند کشف شد. هنوز یک سال بیشتر از این کشف مهم نگذشته بود که فیزیکدان دیگری بنام جرج گاموف موفق شد بر مبنای همین پدیده شگفت انگیز معمای چگونگی گسیل ذرات آلفا از هسته های رادیواکتیو پرتو زا را حل کند. محاسبات گاموف نشان می داد که چگونه ذرانت آلفا به رغم نداشتن انرژی لازم برای رسیدن به قله سد پتانسل هسته اتمی می توانند با تونل زدن از میان این سد پتانسیل، از درون هسته اتمی فرار کرده و به بیرون هسته پرتاب شوند.

🔸با گذشت زمان و با پیشرفت صورت گرفته در فیزیک هسته ای، فیزیک اتمی و فیزیک حالت جامد مشخص شد که پدیده تونل زنی کوانتومی در عرصه های بسیار مختلف و متعددی – از واکنش های گرما هسته ای در قلب خورشید و سایر ستارگان گرفته تا برخی پدیده های مرتبط با ابر رسانایی در جامدات- نقش ایفا می کند. در سال ۱۹۵۸ میلادی یک فیزیکدان ژاپنی بنام لئو ازاکی یک نوع دیود بنام « دیود تونلی » را که بر مبنای پدیده تونل زنی الکترون ها در نیمه رساناها کار می کرد در مرکز تحقیقات شرکت سونی ژاپن اختراع کرد. این دیود به واسطه عملکرد بسیار سریع خود از وقوع پدیده تونل زنی کوانتومی در نقطه اتصال دو سیم ابر رسانا پرده برداشت. در این پدیده شگفت انگیز، بدون اعمال هیچ ولتاژ خارجی، یک جریان الکتریکی دائمی در مدار ابررسانای مزبور ایجاد می شود. اتصادلات جوزفسون در ساخت دستگاه های اندازه گیری بسیار دقیق میدان های مغناطیسی کاربرد دارند. به مناسبت این دستاوردهای مهم مبتنی بر پدیده تونل زنی کوانتومی ، ازاکی و جوزفسون مشترکا جایزه نوبل سال ۱۹۷۳ فیزیک را دریافت کردند.

🔹البته شگفتی پدیده تونل زنی کوانتومی به همین جا ختم نمی شود؛ چرا که بعنوان مثال در اوایل دهه ۱۹۸۰ میلادی پژوهشگران IBM با استفاده از همین پدیده ، میکروسکوپ ویژه ای را ساختند که امکان مشاهده تک تک اتم ها را برای بشر فراهم کرد. اما شگفت انگیز تر از همه اینها کشف فیزیکدانی بنام توماس هارتمن در مورد پدیده تونل زنی کوانتومی است. هارتمن در سال ۱۹۶۲ کشف کرد که تونل زنی ذرات کوانتومی از میان یک سد پتانسل- فارغ از پهنای این سد – همواره بطور لحظه ای و آنی صورت می گیرد و این بدان معناست که ذرات کوانتومی حین تونل زدن حتی مرز حیرت انگیز سرعت نور زا هم می شکنند!

📎 منبع: سایت بیگ بنگ

🆔 @Physics3p

⭕ براساس قوانین فیزیک کلاسیک در خورشید همجوشی هسته ای نمی تواند رخ دهد. تونل زنی کوانتومی همجوشی هسته ای را در خورشید میسر می کند.

⚛ تونل زنی کوانتومی، نتیجه ای از اصل برهمنهی کوانتومی و اصل عدم قطعیت است. طبق فیزیک کلاسیکی، دمای خورشید برای همجوشی هسته ای کافی نیست. اما اصل برهم نهی کوانتومی می گوید هسته می تواند در بیش از یک مکان وجود داشته باشد (به خاطر ماهیت موج گونه اش)، بنابراین برای رسیدن به دمای کافی و رخ دادن همجوشی، احتمال معینی وجود دارد. بنابر اصل عدم قطعیت هایزنبرگ، اندازه حرکت یک شی همیشه دارای عدم قطعیت است، بنابراین با گذشت زمان، دو هسته می توانند به سرعت لازم برای همجوشی برسند.

🆔 @Physics3p

‍ 📚 نسبیت به زبان ساده

🔰سری دوم🔰

📎 قسمت هشتم: نگاه نسبیتی به ماده و انرژی! (۲)

🔹خب! گفتیم برخی بردارهای فضا زمانی، سهم مشخصی در «زمان» دارند و بیشتر سهمشون در «مکان» هست و این باعث میشه ما بتونیم این بردارهای چهاربعدی(شامل سه بعد مکانی و یک بعد ثابت زمانی) را جمع ببندیم و به عدد ثابتی در فضا‌زمان فیزیکی که به فضازمان مینکوفسکی هم معروفه(البته در ریاضیات اسم های دیگه ای هم داره که برای ما اهمیتی نداره!) برسیم. مثل بردار حرکت که شامل جز فضایی و جز زمانی میشه و مجموع این اجزا(بردارها) میشه عدد ثابت c که متوجه شدیم براساس معادلات ماکسول، این عدد ثابت همون تندی نوره که در قسمت های ابتدایی مطلب مورد بررسی قرار دادیم.

🔸اما حالا میدونیم همه ی این بردارها های فضا و‌ زمانی در فضازمان مینکوفسکی(شما میتونید هر اسم دیگه ای براش بذارید یا اصلأ چیزی نذارید!) لزومأ شامل اجزای فضایی و زمانی متغیر نیستند و ممکنه در یک بعد مثلأ زمانی، جز ثابت یا حتی ناچیزی داشته باشند که گفتیم در اینصورت از اصل "پایستگی" پیروی میکنند. نمونه ای از اون که خیلی هم مهمه و در اثبات ریاضیاتی رابطه یا هم‌ارزی جرم-انرژی انیشتین مورد استفاده قرار میگیره، "تکانه" یا اندازه حرکت هست که سعی کردیم با یک مثال اونو جا بندازیم! و اما چیزهای دیگه ای هم هستند که از این موضوع پیروی میکنند(یعنی شامل اجزا یا بردار های ثابت اند.) که از جمله اونها جرم و انرژی هست که همواره در حال تبدیل شدن بهم هستند.

🔹ماده و انرژی با رابطه معروف انیشتین بهم تبدیل میشن طوریکه مقدار کمی از جرم(ماده)، میتونه مقدار زیادی انرژی آزاد کنه و دلیلش هم وجود ضریب c² در این رابطه هست. ما قصد نداریم این رابطه رو اثبات کنیم و بگیم از کجا اومده چون برای این کار به کمی ریاضیات نیاز داریم که ممکنه خیلی هارو اذیت کنه! بنابراین فقط میخوایم بفهمیم ماده و انرژی چی هستند، چه رابطه ای باهم دارند، و اصلأ چرا باهم مرتبط اند؟ و در نهایت به ارتباط این دو با فضا-زمان و پیچش ناشی از این دو برای فضا-‌زمان چهاربعدی برسیم.(نسبیت عام).

💢 ماده و انرژی

🔸موضوع ماده و انرژی، موضوع نسبتأ پیچیده ای هست که در فیزیک مدرن و حتی کلاسیک، با تعابیر مختلفی روبرو بوده. مثلآ تا قبل از ظهور نسبیت و مکانیک کوآنتومی، جرم رو فقط توده ای از ماده با شکل و لعاب متفاوت میدونستند که زیاد ربطی هم به انرژی نداشت!
اما حالا موضوع این دو به موضوع پیچیده ای تبدیل شده و باعث شد شاخه ای از علم فیزیک ظهور کنه بنام "فیزیک ذرات" که دقیقأ به بررسی همین موضوع میپردازه. بخوام خلاصه کنم، در نسبیت تفاوت چندانی بین ماده و انرژی قائل نیستیم و این دو رو تقریبأ یکی میدونیم و تنها در برخی ویژگی های ظاهری مثل ارتعاش و حرکت باهم متفاوتند که سبب بروز ظاهری متفاوت برای ماده شده که ما اسم این ظاهر جدید رو گذاشتیم انرژی! و اگه از سری اول این مطلب بیاد داشته باشید! گفته بودیم "ماده و انرژی، دورویه یک سکه اند" که این میشه خلاصه مطلب بالا.

🔹و اما فیزیک ذرات(کوآنتوم) ماده و انرژی رو دوچیز نسبتأ متفاوت از نظر فیزیکی میدونه! برای مثال ما در این علم میفهمیم ماده و انرژی از ذرات ریزی تشکیل شدند که برخی از اونها بنیادی اند(یعنی دیگه ریزتر نمیشن!) و برخی هم غیر بنیادی که اسم ذرات تشکیل دهنده ماده رو گذاشتند فرمیون و انرژی رو هم بوزون! و تفاوت عمدشون(دقت کنید گفتیم از لحاظ فیزیکی متفاوت اند، یعنی جرم، بار الکتریکی، اسپین و... که هرکدوم اینها هم توضیحات مخصوص به خودشون رو دارند و به وضعیت ذره بستگی دارند. ولی ممکنه از لحاظ ظاهری همشون یکی باشند و نشه تفاوتی بینشون قائل شد!) هم در چیزی هست به اسم اسپین(بطور خلاصه،همون چرخش ذرات هست😉)، که میگیم «فرمیون ها اسپین نیمه صحیح دارند و بوزون ها اسپین صحیح» که این نشون میده به چرخش نیاز دارند یا نه! اگه توجه کنید میبینید اینم یجورایی مثل همون تعریف کشک و بزن در رویی بود که نسبیت از ماده و انرژی ارائه داد حالا یه چهارتا اسم عجیب و غریب هم روش گذاشتن که ظاهرأ انیشتین هم مثل ما خاکی بود و از این باکلاس بازی ها بلد نبود و اومد با یه جمله سر و تهش رو با نظریه نسبیت خودش جمع کرد!

🔸اما یه تعبیر دیگه ای هم از جرم و انرژی وجود داره که برمیگرده به نظریه ریسمان ها که میگه ماده از ریسمان های مرتعش تشکیل شده که ما زیاد با این کاری نداریم چون خودش هنوز لنگ در هواست و تکلیفش با خودش مشخص نیست!
اما راستش رو بخواید، اینم داره از "ارتعاش" صحبت میکنه که بدجوری مارو یاد داستان هایی که در سری اول گفتیم میندازه! یعنی همون تفاوت ماده و انرژی از نظر «ارتعاش»!!

ادامه دارد....

🆔 @Physics3p

⭕ قسمت هفتم از سری دوم👆👆

🔰 تابع موج چیست؟


🔵 مکانیک کوانتوم را میتوان به دو بخش قدیم و مدرن تقسیم کرد. دوره ی کوانتوم قدیم، اندکی پس از معرفی دوگانگی موج-ذره توسط دوبروی، به پایان رسید. به این ترتیب سال های ۱۹۰۰تا ۱۹۲۵ را دوره ی کوانتوم قدیم می نامند. پدیده های اصلی کوانتوم قدیم، کوانتش انرژی و دوگانگی موج-ذره هستند. از سال ۱۹۲۵ به بعد، با مکانیک کوانتومی مدرن سروکار داریم. فیزیکدان اتریشی، اروین شرودینگر در سال ۱۹۲۵، نظریه ی نادقیق دوبروی را اصلاح کرد و به هر شی کوانتومی یک تابع موج را نسبت داد. بررسی فضایی یک تابع موج با یک معادله ی پیچیده بنام معادله ی شرودینگر توصیف می شود. تابع موج را با حرف یونانی Ψ (بخوانید:سای) بزرگ یا ψ کوچک نشان می دهیم (به طور دقیق تر: اگر تابع موج به زمان و مکان وابسته باشد، با حرف سای بزرگ و اگر تابع موج مستقل از زمان و تنها وابسته به مکان باشد، با سای کوچک نمایش داده می شود).

🆔 @Physics3p

🔴 تابع موج یک تابع ریاضی پیچیده است که تمام ویژگی های شی کوانتومی (اندازه حرکت، موقعیت و …) در آن ذخیره می شود. این مجموعه از ویژگی های شی کوانتومی، حالت کوانتومی نامیده می شود. به همین دلیل  است که به تابع موج، تابع حالت هم گفته می شود. یک حالت کوانتومی به صورت 〈 Ψ | نشان داده می شود. تابع موج، مهمترین ایده و در واقع قلب مکانیک کوانتومی است، زیرا اکثر پدیده های مکانیک کوانتومی مدرن با استفاده از آن بدست آمده اند. بعضی از این پدیده ها به ویژهاصل برهم نهی کوانتومی با چیزهایی که ما در جهان عادی خود می بینیم، کاملاً متفاوت بوده و باور آنها بسیار دشوار است

🆔 @Physics3p

⚛ کانال فیزیک کوانتوم 👆👆👆

🔹 نیروی قوی با نوعی از بوزون‌ها به نام «گلئون» منتقل می‌شود. نام این ذره از کارکرد آن که شبیه به چسبی ذرات هسته را کنار هم نگه می‌دارد و باریون‌ها را درست می‌کنند آمده است.

🔸 چیز عجیبی در جاذبه بین دو کوارک رخ می‌دهد: نیروی قوی با افزایش فاصله بین دو ذره کاهش نمی‌یابد، بلکه بر عکس نیروی الکترومغناطیس با افزایش فاصله نیروی قوی نیز افزایش می‌یابد، شبیه به کشیدن یک فنر مکانیکی.

🔹 همان‌طور که برای یک فنر مکانیکی، حدی برای کشیدگی وجود دارد، دو کوارک نیز می‌توانند تا فاصله مشخصی از هم دور شوند، که در حدود قطر پروتون است. وقتی به این حد برسند، انرژی عظیم مورد نیاز برای رسیدن به این جدایی ناگهان به جرم به صورت یک جفت کوارک-پادکوارک تبدیل می‌شود. این تبدیل انرژی به جرم طبق اصل هم ارزی مشهور جرم-انرژی اینشتین رخ می‌دهد. به دلیل این‌که این تبدیل هر بار که ما سعی کنیم کوارک‌ها را از یکدیگر جدا کنیم رخ می‌دهد، کوارک آزاد تا کنون مشاهده نشده است و بر این باوریم که هرگز کوارک تنها یافت نخواهد شد.

🆔 @Physics3p

‍ 🔺 حالت هارتل-هاوکینگ

🔻 مدل هاوکینگ برای آغاز کیهان:


🔸 استیون هاوکینگ فیزیکدان نظری معتقد بود جهان هیچ «انفجار» مشخصی نداشته است. هاوکینگ شرط بدون مرز بودن را برای فضا-زمان پیشنهاد می‌دهد. با نزدیک‌تر شدن به لحظات نخستین، فضا-زمان جای خود را به زمان موهومی می‌دهد. در فیزیک نظری، حالت هارتل-هاوکینگ، که به نام جیمز هارتل و استیون هاوکینگ نامیده شده است، یک پیشنهاد و ایده است که حالتِ جهان پیش از دوره پلانک را مورد توجه قرار می‌دهد.

🆔 @Physics3p

🔹 هارتل و هاوکینگ پیشنهاد کردند که اگر می‌توانستیم در زمان به عقب سفر کنیم به سوی آغاز جهان، درخواهیم یافت که در لحظات بسیار نزدیک به آنچه که آغاز جهان می‌نامیم، زمان تبدیل به مکان می‌شود بطوری که در ابتدا فقط مکان وجود داشته و نه زمان. آغازها موجوداتی هستند که با زمان معنا دارند؛ به دلیل آنکه زمان قبل از بیگ بنگ وجود نداشته، مفهوم یک آغاز برای جهان نیز بی‌معنا خواهد بود. طبق پیشنهاد هارتل-هاوکینگ، جهان آنطور که ما می‌فهمیم مبدایی ندارد: پیش از بیگ بنگ جهان هم از جهت فضا و هم زمان در یک تکینگی قرار داشت. بنابراین، در جهانی با حالت هارتل-هاوکینگ هیچ آغازی نیست، اما جهان حالت پایای هویل نیز نیست؛ بلکه در این پیشنهاد هیچ شرایط اولیه‌ای در زمان و یا مکان نداریم.
حالت هارتل-هاوکینگ تابع موج جهان است که از دل انتگرال مسیر فاینمن بدست آمده است. به طور دقیق‌تر، یک بردار فرضی در فضای هیلبرت از یک نظریه‌ی گرانش کوانتومی است که این نظریه می‌تواند حالت هارتل-هاوکینگ را توصیف کند.

🔸 می‌توان نشان داد که چنین تابع موجی برای جهان در معادله ویلر-دویت صدق می‌کند. معادله ویلر- دویت توصیفگر حالت کوانتومی کل جهان است. زمان موهومی یک نمایش ریاضیاتی از زمان است که در برخی رویکردهای نسبیت خاص و مکانیک کوانتومی پدیدار می‌شود. در اتصال مکانیک کوانتومی با مکانیک آماری و در برخی نظریه‌های کیهان‌شناختی زمان موهومی پدیدار می‌شود. از لحاظ ریاضیاتی، زمان موهومی یک زمان حقیقی است که در معرض یک تبدیل چرخشِ Wick قرار گرفته بطوری که مختصات آن در ریشه موهومی i ضرب شده است. زمان موهومی به این مفهوم که واقعی نیست موهومی نیست، این زمان بطور ساده بر حسب اعداد موهومی بیان می‌شود.

🆔 @Physics3p

🔹 استیون هاوکینگ مفهوم زمان موهومی را در کتابش «جهان در پوسته گردو» اینطور توصیف می‌کند:

🔸 ممکن است تصور شود که زمان موهومی بدین معناست که اعداد موهومی فقط یک بازی ریاضیاتی هستند که کاری به جهان واقعی ندارند. از دیدگاه فلاسفه پوزیتیویست، نمی‌تواند آنچه واقعی است را تعیین کرد. همه کاری که می‌شود کرد یافتن آنچه مدلهای ریاضی از جهان توصیف می‌کنند است. یک مدل ریاضیاتی که شامل زمان موهومی است نه تنها اثراتی که ما هم اکنون مشاهده کرده‌ایم را پیش‌بینی می‌کند بلکه اثراتی که قادر به اندازه‌گیری تاکنون نبوده‌ایم ولی به دلایل دیگر معتقد به آن‌ها هستیم را نیز پیش‌بینی می‌کند. پس چه چیزی واقعی و چه چیز موهومی است؟ آیا این تنها تمایزی در ذهن‌های ما است؟

🔹 در نظریه نسبیت، زمان در یک کمیت موهومی i ضرب می‌شود. این ممکن است به عنوان یک مشخصه رابطه‌ی بین فضا و زمان پذیرفته شود، یا در خود زمان به عنوان زمان موهومی وارد شود، و معادلات بازنویسی شوند.

🔸 در کیهان‌شناسی، زمان موهومی ممکن است در مدل‌های خاصی از جهان که جواب‌های معادله میدان نسبیت عام هستند وارد شود. به ویژه، زمان موهومی می‌تواند به حل تکینگی‌های گرانشی که در آن‌ها قوانین فیزیک فرو می‌پاشند کمک کند، یا تکینگی‌ها را (مانند حالت هارتل-هاوکینگ) حذف کند. بطور مثال، بیگ بنگ به عنوان یک تکینگی در زمان ظاهر می‌شود، اما وقتی با زمان موهومی مدل‌سازی کنیم، تکینگی می‌تواند حذف شود و بیگ بنگ مانند هر نقطه‌ی دیگری در فضا زمان چهار بعدی عمل می‌کند.


🆔 @Physics3p

نویسنده: دکتر حسین مصحفی

🔺 در این مطلب حالت هارتل هاوکینگ کامل توضیح داده می شود و بیان می کند که زمان موهومی چست و چه قابلیت ها و توانایی هایی دارد و اینکه آغاز کیهان با توجه به زمان موهومی چگونه بوده است.

🔻 مطلب جالبی است و من توصیه میکنم که چند دقیقه ای وقت برای مطالعه آن بگذارید.

تکامل جهان را میتوان شبیه به آتش بازی‌ای دانست که به تازگی تمام شده است: مقداری کاغذ پاره، خاکستر و دود....
ما که بر روی ذغال خنک شده ای ایستاده ایم، محو شدن خورشیدها را میبینیم، و سعی میکنیم تا زیبایی منشأ جهان ها را بخاطر آوریم...

👤 جرج لمایتر، پدر نظریه بیگ بنگ

🆔 @Physics3p

📚 نسبیت به زبان ساده

🔰سری دوم🔰

📎 قسمت نهم: تعامل ماده و انرژی و تولد نخستین سیاهچاله (۱)

🔹اما در حقیقت نقطه اشتراک بیشتری هم بین هرکدوم از دیدگاه های فیزیکی ماده و انرژی وجود داره. مثلأ همانطور که گفتیم، نسبیت به ما میگه ماده و انرژی تنها در یک عامل «ارتعاش» باهم متفاوت اند ولی فیزیک کوانتوم برای هر کدوم از ذرات تشکیل دهنده ماده و انرژی یک اسم خاصی گذاشته که در نگاه اول بنظر میاد این دو(ماده و انرژی) زمین تا آسمون باهم فرق دارند!
اما تو این قسمت با بررسی زندگی ستارگان، میفهمیم که واقعأ هم «ماده و انرژی دو رویه یک سکه اند» و همچنین این موضوع باعث منتهی شدن این رمان ما به نسبیت عام میشه!

💢 از تولد تا مرگ ستارگان

🔸در حقیقت تا قبل از کشف رابطه معروفE=mc²توسط انیشتین، ستارگان این رو کشف کرده بودند و ازش استفاده میکردند! با شروع قرن بیستم، پرسش ها درباره نحوه عملکرد ستارگان نسبت به قبل بیشتر شده بود. اما چه چیزی درباره یک ستاره وجود داره که برای ما جالبه؟! در ادامه میفهمیم ستارگان اولین موجودات این جهان هستند که جرأت کردند قوانین فیزیک رو زیر پا بزارند!

🔹بعد از انفجار بزرگ، جهان تازه متولد شده، تنها دریایی بود از ذرات زیراتمی: الکترون، پروتون، نوترون...
اما چیزی نگذشت که این ذرات زیراتمی وارد برهمکنش شده و نخستین عناصر، یعنی هیدروژن و هلیم از جدول مندلیف رو بوجود آوردند. این تازه شروع داستان بود. این ذرات با گذشت زمان سبب تشکیل نخستین سحابی ها شدند. جایگاهی مطمئن برای تولد نخستین ستارگان. طبق قوانین فیزیک، میدونیم هر جرمی سبب ایجاد نیروی ضعیف گرانشی و تعامل با جرم های دیگه میشه. این ذرات هم، تحت جرم خودشون و با گذشت زمان وارد برهمکنش ناشی از گرانش خودشون شده و هرچه تجمع اونها بیشتر میشد، بیشتر تحت تأثیر گرانش خودشون قرار گرفته و جزهای سنگین تری رو پدید میاوردند!

🔸در نهایت دیری نپایید! که این عناصر و ذرات موجود در سحابی ها به اندازه ای فشرده شدند که دمای لازم برای تشکیل نخستین ستاره فراهم شد(طبق تعریف فیزیکی از دما، دمای یک سیستم برابر است با میانگین انرژی جنبشی و تندی مجموعه ذرات تشکیل دهنده سیستم. با این حساب بدیهی است با افزایش جنب و جوش ذرات در اثر گرانش، با افزایش دما روبرو خواهیم بود.) حالا ما با جسمی عظیم، با مجموعه ای از عنصرهای هیدروژن، ذرات الکترون، نوترون و پروتون روبرو هستیم که همچنان تحت تأثیر گرانش در حال بیشتر فشرده شدن هست.

🔹اما هرچه این فشردگی بیشتر میشه، تندی ذرات هم بیشتر شده و ذرات سبک تر بسمت لایه های بیرونی گسیل پیدا کرده و حالتی از ماده بنام پلاسما را تشکیل میدهند. این فرار ذرات بسمت بیرون با تندی زیاد برای رهایی از فشردگی بیشتر تحت تأثیر گرانش، باعث برخورد بیشتر این ذرات زیراتمی به هسته هیدروژن موجود در این توپ عظیم، و تبدیل اون به عناصر سنگین تر مانند، هلیم، کربن، آهن و... میشد که این فرآیند که به گداخت یا همجوشی هسته ای معروفه، با گسیل انرژی همراه بود.

⭕ برای مثال میدونیم که خورشیدما با تبدیل عناصر سبک تر مانند هیدروژن به هلیم، حجم عظیمی از انرژی که ما بصورت نور و گرما اون رو احساس میکنیم، بسمت زمین گسیل میکنه. اما چرا و چگونه این انرژی آزاد میشه؟!🤔

🔹گفتیم ماده و انرژی در حقیقت یک فردند با دو چهره متفاوت، که با رابطه هم ارزی جرم-انرژی، به همدیگه تبدیل میشن. در حقیقت این تبدیل شدن به معنای مرتعش شدن یا تغییر چهره دادن هست که در سری اول این مطلب به وفور در این باره صحبت کردیم!وقتی ذره‌ای مانند پروتون یا نوترون به هسته اتمی مثل هیدروژن در یک ستاره برخورد میکنه، میشه با محاسبات ریاضی فهمید مجموع جرم ذرات قبل از برخورد در مقایسه با جرم این ذرات بعد از برهمکنش و تشکیل ماده یا مواد جدید، بیشتر هست! یعنی ما اینجا با یک کاهش جرم روبرو هستیم که این کاهش جرم در واکنش های هسته ای در حقیقت همون تبدیل ماده به انرژی هست که ما از ستارگان بصورت نور و گرما دریافت میکنیم. برای توضیح بیشتر باید بگم، در این برخورد برای مثال یک ذره نوترون به دو ذره پروتون و الکترون تبدیل شده که به واپاشی بتای منفی معروفه که عکس این فرآیند که ذره ای بنام پوزیترون(پاد ذره الکترون) بجای الکترون تولید میکنه، به واپاشی بتای مثبت شهره خاص و عام هست! که همواره با تولید مقداری انرژی همراست.

🔸علاوه بر این ذرات، ذره‌ی نسبتأ بی جرمی بنام نوترینو هم تولید میشه. و در نتیجه همه‌ی اینها در طی فرآیند تبدیل ماده، ما شاهد نمود ذرات با انرژی جنبشی و "ارتعاش" زیاد و گاهی هم با ویژگی های فیزیکی متفاوت (مانند نوترینو) هستیم که ما آنها را بصورت نور و گرما احساس کرده و اسمشون رو هم گذاشتیم "انرژی"! پس همانطور که دیدید، انرژی در حقیقت همون بازی با ذرات ماده و مرتعش کردن و بهم کوبیدن اونهاست!

ادامه دارد....

🆔 @Physics3p

📚 نسبیت به زبان ساده

🔰سری دوم🔰

📎 قسمت دهم: تعامل ماده و انرژی و تولد نخستین سیاهچاله (۲)

🔹اما داستان ستاره ای ما همچنان ادامه داره...😉 این ستاره تازه متولد شده ما با توجه به اندازه‌اش، تا حداکثر چند میلیارد سال فرصت داره تا تمام هیدروژن ذخیره‌ای خودش رو با فرآیند گداخت، به ذرات سنگین تر مانند هلیم، کربن، آهن و... تبدیل کنه. در نهایت با تموم شدن سوخت هیدروژنی، این ستاره ما از سر ناچاری میره سراغ ذره سنگین تر از هیدروژن، یعنی هلیم! فرآیند تبدیل هلیم به عناصر سنگین تر، به این ستاره فرصت زندگی بعنوان یک ستاره سرخ در حال مرگ رو میده که ممکنه اینم چند میلیارد سالی، با توجه به جرم اون ستاره بطول بینجامه. اما در نهایت سوخت هلیم ستاره داستان ما هم به پایان رسیده و دیگه انرژی‌‌ای برای مقابله با گرانشی که همچنان در تلاشه تا این جرم عظیم رو بسمت مرکز و فروریزش به درون خودش بکشونه، وجود نخواهد داشت. در نتیجه ستاره ما با توصل به عناصر سنگین‌تر مانند کربن، سعی در مقابله در برابر گرانش را خواهد داشت تا جاییکه در آخر تنها کره ای سنگین و آهنی باقی خواهد ماند که ما اون رو بعنوان کوتوله سفید میشناسیم.

⭕ اما صبرکنید! آیا همه ستارگان سرنوشتشون رسیدن به این مرحله هست و چرا ستاره بعد از رسیدن به این مرحله بیشتر به درون خودش فروریزش نمیکنه؟!🤔

🔸دلیل عدم فروریزش بیشتر ستاره به درون خودش، اصل طرد پائولی هست که در نتیجه این اصل، الکترون ها در برابر این گرانش روبه درون، فشار گریز روبه بیرونی وارد میکنند و از فروریزش بیشتر جلوگیری میشه. اما در پاسخ به سؤال اصلیمون، باید بگیم همه‌‌ی ستارگان به این سرنوشت دچار نمیشن و برای رسیدن به این مرحله، باید ستاره مورد نظر محدوده جرمی مشخصی داشته باشه که این محدوده یا نهایت جرم، توسط فیزیکدان هندی بنام سابرامانیان چاندراسخار در سال ۱۹۳۰ محاسبه شد که به "حد چاندراسخار" معروفه. اما اگر ستاره ما جرم بیشتری داشته باشه، دو سرنوشت متفاوت دیگه برای اون خواهیم داشت:
اولین مورد تبدیل به "ستاره نوترونی" هست که در این ستارگان، پروتون و الکترون موجود در ستاره در آخرین مرحله که در توضیحات قبلی ستاره ما در حال تبدیل به ستاره کوتوله سفید بود، به نوترون تبدیل شده و این ذرات، با تندی زیادی نزدیک به تندی نور، بسمت لایه بیرونی حرکت میکنند. در این ستارگان دو اتفاق جالب میافته: اول اینکه چون از الکترون خبری نیست و تمام ذرات در طی زمان به نوترون تبدیل میشن، جرم ستاره خیییلی زیاده!! دوم هم اینکه این ستارگان طی این فرآیند حرکت سریع، با سرعت دایره‌ای زیادی بدور خودشون گردش میکنند که برخی از اونها اشعه زیادی به اطراف ساطح کرده و مثل فانوس دریایی در فضای بین ستاره‌ای عمل میکنند که به «پالسار» معروف هستند.

🔹همانطور که دیدیم، بازی با این ذرات زیر اتمی و تبدیل اونها به یکدیگر و تبدیل ماده و انرژی طی این فرآیند، عملکرد اصلی ستاره هاست که هرچی جرم یک ستاره بیشتر باشه، گرانش فروریزش ستاره هم بیشتر بوده و در نتیجه ستاره برای فرار از این فروریزش و حفظ «قوانین و اصول فیزیکی» مثل اصل طرد، سعی در فرار از این گرانش داره که بازم جرم اون ستاره سرنوشتش رو رقم میزنه!
و اما سرنوشت سوم یک ستاره که مارو به موضوع فضا-زمان و نسبیت عام سوق میده، تبدیل ستاره با جرم زیاد به سیاهچاله هست!

🔸اگه یادتون باشه!🙄 در سری اول این مطلب در یک قسمت مفصل درباره سیاهچاله ها بحث کردیم و برای رسیدن یک جسم به یک سیاهچاله، یک حد اندازه خاصی بنام "شعاع شواتزشیلد" معرفی کرده بودیم. اما فکر کنم الان فهمیدیم و بیشتر خواهیم فهمید! چرا همه ی اجسام به سیاهچاله تبدیل نمیشن. حالا میدونیم برای تبدیل یک جسم عظیم مانند ستاره به یک سیاهچاله، لازمه جرم و در نتیجه گرانش و نیروی فروریزش زیادی رو داشته باشیم و فرآیندهای زیادی صورت بگیره!

🔹برگردیم سر اصل مطلب! آخرین مرحله ای که برای یک ستاره با جرم زیاد رقم میخوره، تبدیل ستاره به سیاهچاله هست. اما چیزی که سیاهچاله ها و فیزیک سیاهچاله رو برای ما جذاب میکنه، اینه که در این اجسام گرانش به حدی به نیروی های گریز که قبل از تبدیل ستاره به سیاهچاله وجود داشت غلبه کرده، که در نتیجه باعث تسلیم این نیروها و ایجاد نیروی گرانشی عظیم در این اجسام شده که حتی نور هم توان گریز از این جاذبه رو نخواهد داشت. و بدتر از اون اینه که میشه گفت هیچکدوم از قوانین فیزیک در محدوده فراتر از افق رویداد این ستاره مرده، میشه گفت کارایی نداره و ما واقعأ نمیدونیم اون داخل چه خبراست؟؟!!!
اما همه ی این سیاهچاله ها هم از مرگ ستاره های عظیم الجثه پدید نیومدن و حتی برخی از اونها در اوایل تشکیل کیهان، در اثر تکینگی زیاد، وجود داشتند.

در ادامه داستان، سعی میکنیم یکم بیشتر درباره «جرم» و تأثیر اون در پیچش فضا-زمان و نسبیت عام حرف بزنیم😉

ادامه دارد....

🆔 @Physics3p

قسمت هشتم مطلب فوق👆👆👆

معادله موج شرودینگر که بصورت تصویر نمایش داده میشود، احتمال حضور ذره کوانتومی در هر لحظه ی فیزیکی را نشان میده.
از جمله چیزهایی که باعث سردرگمی برخی فیزیکدانان دوره ظهور کوآنتوم از جمله آلبرت انیشتین و نیلز بور شده بود، ورود احتمالات به فیزیک بود که این جمله معروف انیشتین را بیاد ما میاندازد: «من مطمئنم خدا تاس نمی اندازد!»
این موضوع باعث شد تا انیشتین اینطور بیان کند که حضور احتمال در مکانیک کوانتوم بدلیل وجود متغیرهای پنهان و عدم اندازه گیری درست ماست.
اما باید توجه شود که احتمال در مکانیک کوانتوم با احتمال در مثلأ پرتاب یک سکه یا تاس متفاوت است بصورتیکه در مکانیک کوآنتوم احتمالات از ویژگی طبیعی ذره بوده ولی در پرتاب یک تاس حضور احتمال بدلیل نداشتن اطلاعات کافی از سیستم شمول آن است.
یعنی شما در پرتاب یک تاس اگر متغیرهایی مانند مقاومت هوا، جرم نسبی، تأثیر گرانش، دما و... را اندازه بگیرید، میتوانید بطور دقیق نتیجه پرتاب خود را بگویید اما در مکانیک کوآنتومی، این احتمال از ویژگی طبیعی و ذاتی جهان است!
شاید طبیعت نیز تاس میاندازد!

🆔 @Physics3p