📚 فیزیک کوآنتوم به زبان ساده

🔰سری اول🔰

📎 قسمت اول: ورود به دنیای شگفت انگیز بینهایت کوچک ها!

🆔 @Physics3p

🔹در ادامه‌ی سری مطالب "نسبیت به زبان ساده" اینبار قصد داریم وارد دنیای جدیدی از علم فیزیک بشیم!
دنیای ریزترین ها...
اما باید قبلش با یکسری از مفاهیم دست و پنجه نرم کنیم تا ابزار کافی برای شناخت این موجودات کوچک و دنیای شگفت انگیزشون رو داشته باشیم! نگرش ما در این سری مطالب دقیقأ به همون صورت مطلب نسبیت هست و سعی میکنیم برای جلوگیری از کسل کننده بودن موضوع! کمی طنز هم وارد این رمان شگفت انگیزمون کنیم که احیانأ موقع خوندن خوابتون نبره!😉

🔸خب! بهتره بریم سر اصل مطب....
داستان کوآنتومی ما از اونجا شروع شد که ما(همون فیزیکدانان!!) در علم فیزیک با این پرسش مواجه شدیم که اگر یک ماده را تا تاجای ممکن خرد و خاکشیر کنیم، آخرش به چی میرسیم و قراره چه اتفاقی بیافته؟!🤔
البته اینم بگم که اینطوری نیست که این پرسش رو اولین بار طی ظهور مکانیک کوآنتومی از خودمون پرسیده باشیم، بلکه این پرسش قدمتی چند هزارساله داره و برمیگرده به ۵۰۰ سال قبل از میلاد که اندیشمندانی مانند لئوکیپوس، و شاگردش آقای دموکریتوس اون رو مطرح کردند و مکتب جدیدی وارد فلسفه اون دوران کردند بنام مکتب اتم گرایی! حالا نگم سر این موضوع چقدر کشته و زخمی داشتیم چون یه عده موافق این مکتب بودن و یه عده هم در جناح مخالف با گرز و شمشیر تا پای جان بااون مخالفت میکردند!!

🔹بگذریم.... اما مشکل اینجا بود که در اون دوران تمام علوم بعنوان فلسفه شناخته میشدند و حالا برای اینکه قلمبه و سلمبه بنظر بیاد! یه پسوند هم آخرش مینداختن. مثلأ فلسفه طبیعی، فلسفه انسانی، فلسفه خرد گرایی و.... کلأ رو این کلمه فلسفه تعصب خاصی داشتن و تصورشون بر این بود که برای فهمیدن رازهای هستی، کافیه یه پاتو بذاری رو اون پات و یه گوشه بشینی و به یه گنج دیوار خیره شی و فکر کنی....
اصلأ معنی فلسفه هم همینه: فکرکردن روی فکر کردن!

🔸برگردیم سر بحث خودمون. همانطور که گفتیم، در زمان مطرح شدن اولین فرضیه اتمی که عقیده داشت ماده در کوچکترین جز، از ذراتی غیر منفصل و ذاتی بنام "اتم" ساخته شده، انجام آزمایش و اثبات موضوع اونقدرا هم رایج نبود و یه فیلسوفی یچیزی میگفت و بقیه مجبور بودن بپذیرن، چون هرچی باشه طرف واسه خودش یپا فیلسوف بود! شوخیه مگه؟!
اما این فرضیه تقریبأ به فراموشی سپرده شد تا پایان قرن نوزدهم و شروع قرن بیستم....

🔹شاید بشه گفت شاخه‌ی فیزیک کوآنتومی از کارهای ماکس پلانک نشأت گرفته که تونست ثابت کنه که انرژی در کوچکترین جز خودش از مجموع ذراتی ساخته شده که دارای مقدارهای ثابت و مشخصی هستند. هرچند که تا پیش از اون هم نیوتون در کتاب نورشناخت خودش به این موضوع اشاره کرده بود اما این پلانک بود که تونست رابطه موجی-ذره ای بودن کوآنتای الکترومغناطیسی(نور) که بعدها توسط اینشتین فوتون نامیده شد رو ثابت کنه. اما این شروع حقیقی مکانیک کوآنتوم نبود و شاید بشه شروع رسمی مکانیک کوانتومی رو ناشی از کارهای رادرفورد، بور، دوبراگلی، انیشتین، دیراک و در نهایت شرودینگر و دیگران دونست. اما میخوایم بدونیم فیزیک کوآنتوم و در نتیجه مکانیک کوآنتومی از کجا سر و کلش پیدا شد و چه چیزی باعث شد تا فیزیکدانان احساس کنند فیزیک کلاسیک و قوانین جبرگراش برای ادامه مسیر مناسب نیستند و لازمه دنبال یکسری قوانین جدید باشیم!

🔸در این مسیر اتفاتی افتاد که سبب شد مکانیک کوآنتومی روز بروز بزرگتر و عجیبتر بشه و بطور خلاصه مکانیک نیوتونی ضربه فنی بشه! اولین ضربات به پیکر مکانیک کوآنتومی از کارهای پلانک در باب موجی و ذره ای بودن نور انجام شد و پس از اون، تشریح اثر فوتوالکتریک توسط انیشتین در ادامه ی کارهای پلانک و ظهور مدل های اتمی که فیزیک کلاسیک در توجیح اونها ناتوان بود و لازم بود روش جدیدی رو وارد کنیم و تابش ناشی از اجسام داغ و همچنین بسیاری از چیزهای دیگه که در طی این داستان درازمون بهش خواهیم پرداخت! پس پیشنهاد میکنم زیاد عجله نکنید و گام بگام همراه ما پیش بیاید!

🔹قبل از اینکه وارد موضوع مدل های اتمی و تشریح مفاهیم اولیه مکانیک ذرات بشیم، بهتره به یکسری موضوعات و تعاریف پایه ای اشاره ای کوتاه داشته باشیم. حقیقت اینه دنیای بینهایت کوچک ها! درست مانند دنیای ما یکسری قوانین داره که ما این قوانین رو بصورت منفرد و دسته جمعی برای اونها بیان میکنیم. قوانینی که به یک ذره بینهایت کوچک، مانند الکترون مربوط میشه، در چارچوب "کوانتوم مکانیک" میگنجه و قوانینی که به تمام ساکنین این دنیای ذرات بطور دسته جمعی مربوط میشه، در چارچوب "کوآنتوم مکانیک آماری" قرار داره. به اهمیت این موضوع در قسمت های آینده به وفور خواهیم پرداخت!

ادامه دارد....

✍ نوشته A.M.H

🆔 @Physics3p

📚 فیزیک کوآنتوم به زبان ساده

🔰سری اول🔰

📎 قسمت دوم: ورود به دنیای شگفت انگیز بینهایت کوچک ها! (۲)

🆔 @Physics3p

🔹درضمن بهتره اینم بدونید در این دنیای ریزترین ها، ما با دو کشور یا ملیت! مواجه هستیم: فرمیون ها و بوزون ها. که بر زندگی بوزون ها استاتیستیک "بوز-انیشتین" و بر زندگی فرمیون ها استاتیستیک "فرمی-دیراک" حکومت میکنند!! اصلأ نگران این اسم های قلمبه و سلمبه نباشید چون هریک از اینها در آینده ای نه چندان دور! بطور کامل بررسی میشه. فقط اینجا یه اشاره ای کردیم تا اگه در میانه راه مجبور شدیم از این اسامی بهره ببریم، شاهد سبز شدن دو شاخ زیبا بر سرهای مبارکتون نباشیم! برگردیم سر اصل مطلب....

💢 مدل های اتمی

🔸بعد از کشف اتم و‌ ذرات زیراتمی مانند الکترون، پروتون و نوترون، این سئوال مطرح شد که این ذرات چطور و چگونه در اتم کنارهم قرار گرفتند؟ اولین مدل رسمی اتمی توسط تامسون ارائه شد که در این مدل، اتم رو مانند کیکی درنظر میگیرند که بارهای مثبت و منفی(الکترون و پروتون) مانند کشمش هایی بر روی این کیک قرار دارند اما این مدل پس انجام آزمایش ورقه طلا توسط رادرفورد، به کلی رد شد و مدل مداری رادرفورد جایگزین اون شد. رادرفورد با شلیک ذرات آلفا به هسته اتم سنگین(طلا و مس) متوجه شد برخلاف تصورات قبلی، ذرات آلفا پس از برخورد با این اتم، دچار انحرافانی میشن که نشون دهنده هسته ای سنگین در مرکز اتم بود. رادرفورد فرض کرد که پروتون و نوترون(که در اون زمان توسط جمیز چادویک کشف شده بود!) که جرم زیادی دارند(به نسبت اتم) در هسته ای متراکم بوده و الکترون های سبک و گریز پا درحال چرخش دور این هسته هستند. اما مدل رادرفورد مشکلاتی اساسی داشت که بنده خدا خودش هم فهمیده بود سوتی داده ولی صداشو در نیاورد تا اینکه فیزیکدانان همیشه در صحنه وارد میدان شده و ایشون و مدلشون رو ضربه فنی کردند!!

🔹از جمله مشکلات این مدل این بود که درباره چگونگی حرکت و پایداری الکترون بدور هسته چیزی نمیگفت و اصطلاحأ زیرسبیلی رد میکرد! با فرضیات مطرح شده در این مدل، انتظار میرفت طبق تئوری ماکسول، الکترون در نهایت با افزایش شتاب در اثر چرخش بدور هسته، از خود پرتوهایی گسیل کنه و در نهایت با از دست دادن انرژی در کسری از ثانیه به درون هسته سقوط کنه و الکترون پر!
همین مشکلات مدل رادرفور باعث شد بور که تازه دکتراشو گرفته بود و خیلی از این بابت خوشحال بود! آستین هارو بالا بزنه و مدل جدید خودش که به مدل سیاره ای معروفه رو ارائه بده.

🔸اما حالا اینکه چرا به این مدل میگیم مدل سیاره ای و فرضیاتش چی بود و آخرش چیشد، باید خدمتتون عارض شوم که در این مدل بازهم مانند مدل رادرفور هسته رو که شامل پروتون و نوترون‌ میشه که اصطلاحأ نوکلئون مینامیم، در مرکز تصور کرده و الکترون ها هم با یک فرق اساسی! بدور هسته درحال چرخش هستند. در این مدل الکترون برخلاف مدل رادرفورد تنها قادر هست در مدارهای معینی که انرژی ثابت و خاص خودشون رو دارند، بدور هسته بچرخه و تنها در صورت تبادل انرژی میتونه از یک مدار وارد مدار بالاتر یا پایینتر از خودش بشه. هرچه این مدارها از هسته دورتر میشن، به انرژی بیشتری که با مجذور فاصله متناسبه، نیازمندیم تا الکترون رو از مدار کم انرژی پایینتر وارد مدارهای پر انرژی بالاتر کنیم و در این حالت که الکترون اصطلاحأ بر انگیخته میشه(چون با افزایش انرژی، پایداری الکترون کاهش میابد)، با گسیل انرژی، که غالبأ از نوع الکترومغناطیس هست، به مدارهای پایینتر و پایدارتر نقل مکان میکنه که اصطلاحأ این مدارهای پایه ای برای هر الکترون به مدار یا حالت مانای الکترون شهره خاص و عام هست!

🔹اینجا میبینیم الکترون ها، تحت دو نیروی گریز از مرکز(بسمت خارج هسته) در اثر دوران، و الکتریکی در اثر بارهای ناهمنام با پروتون های هسته(بسمت داخل هسته)، در تعادل قرار گرفته و مانند چرخش سیارات، به پایداری میرسند و به درون هسته سقوط نمیکنند. اما با این تفاوت فاحش که الکترون ها بر خلاف سیارات، میتونند با رد و بدل انرژی تغییر مدار بدن و از لایه ای به لایه دیگر جهش کنند. این لایه ها اصطلاحأ کوآنتیته اند. یعنی الکترون حق نداره در جایی در میان اونها قرار بگیره.
اما.... این تازه شروع ماجراست! و دنیای بینهایت کوچک ها هنوز چهره‌ی عجیب خودش رو به ما نشون نداد.....

ادامه دارد....

✍ نوشته A.M.H

🆔 @Physics3p

.
⭕ شکل گیری کیهان: (قسمت اول)

تولد مه‌بانگ:

🆔 @physics3p

🔹 بهترین مدلی که امروزه برای تولد و روند تکامل کیهان موجود است؛ مدلی است موسوم به مِه‌بانگ. درواقع مِه‌بانگ عالم منبسط‌شونده‌ای را به نمایش می گذارد که ابتدا بسیار داغ و چگال بوده است. مِه‌بانگ ناخواسته زیر سایه‌ی نسبیت عام اینشتین شکل گرفت. اینشتین یک سال پس از نظریه‌ی گرانشی خود یعنی سال 1917 دریافت که این معادلات جهانی بی‌ثبات و ناایستایی (منبسط و یا منقبض‌شونده) را به نمایش می‌گذارد. اینشتین در آن ایّام هم‌چون اکثریت دانشمندان به جهانی ایستا معتقد بود- جهانی که ساختار کلی آن نه باز می‌شد و نه جمع. امّا پیامد معادلات اینشتین چیزی غیر از آن بود. از این‌رو وی در معادلاتش یک «ترمز مهارکننده» اضافه کرد که سکون جهان را حفظ می‌کرد- این ترمز با نام «ثابت کیهان‌شناسی » شناخته شد. ثابت کیهان‌شناسی نوعی نیروی دافعه بود، هم‌چون ترمزی اضطراری کشش جذبی گرانش را خنثی می‌کرد.


🔸 همان سال نیز دانشمندی هلندی به نام ویلم دیستر راه حلی از معادلات اینشتین ارائه داد که جهانی منبسط ‌شونده –مشروط بر تهی بودن جهان از ماده- را به نمایش می گذاشت. اشکال اصلی این مدل کاملاً روشن بود؛ همه می‌دانند که محتویات جهان از ماده پر شده است و سریعاً این مدل به حاشیه رفت. با این وجود در سال 1922 کیهان‌شناس و ریاضی‌دانی روسی به نام الکساندر فریدمن راه حلی برای معادلات اینشتین ارائه داد که جهانی -ملاءوار- با انبساط (یا انقباض) را توضیح می‌داد. براساس معادلات فریدمن فضا گسترش می‌یافت و موجب انبساط گیتی می‌شد. فراموش نشودکه این انبساط هیچ‌گاه به معنای دور شدن زمین از خورشید یا حتی دور شدن ستارگان از کهکشان نیست. بلکه انبساط عالم به معنای دور شدن کهکشان‌های دور نسبت به‌هم‌دیگر است.

🔹 اینشتین درباره‌ی جواب‌های فریدمن مردد بود و گمان می‌کرد که او در محاسبات خود مرتکب خطا شده است. اینشتین دوست نداشت که آلت دست ریاضیات شود. سرانجام در سال 1925 اخترشناسی امریکایی به نام هابل در رصدخانه‌ی مونت ویلسون الگوی عجیبی از کهکشان‌ها مشاهده کرد که دور شدن (انبساط) آن‌ها را از هم‌دیگر نشان می‌داد. ناگفته نماند که تا پیش از هابل، اخترشناس‌ها معتقد بودند که خارج از کهکشان راه‌شیری، کهکشان دیگری وجود ندارد.

🔸 اخترشناس‌ها لکه‌های سفیدی از گاز را مشاهده می‌کردند که به آن‌ها «گیتی‌های جزیره‌ای » می‌گفتند. برخی اعتقاد داشتند که این گیتی‌های جزیره‌ای مربوط به راه‌شیری و برخی اعتقاد داشتند که در فواصل بسیار بسیار دور از راه‌شیری قرار دارند؛ چنان‌چه هیچ‌گاه نمی توان ستاره‌هایی منفرد را در آن رصد کرد.


🔹 با این حال ابتدا هابل نشان داد که بیرون از سامانه‌‌ی راه‌شیری، کهکشان ‌های دیگری نیز موجود است و سپس با توجه به «اثر دوپلر » نشان داد که این کهکشان ها نسبت به ما در حال دور شدن است. حتی سرعت دور شدن آن‌ها را -با رابطه‌ای که امروزه به «قانون هابل» معروف است- محاسبه کرد.


🔸 هابل با توجه به «اثر دوپلر» نشان داد، طیف منتشر شده از کهکشانی به سمت ما، اگر آبی رنگ به نظر برسد، نشان‌دهنده‌ی آن است که کهکشان در حال نزدیک شدن به راه‌شیری است. مثل آندرومدا. به عبارتی این امواج نوری درهم فشرده شده و بسامد آن تقویت می‌شود و از آن‌جا که نور آبی در بالاترین بسامد طیف مرئی قرار می‌گیرد این پدیده را «انتقال به آبی » می‌نامند. از سویی دیگر اگر کهکشانی در حال دور شدن از ما باشد، خطوط طیفی آن به سمت قرمز تمایل پیدا می‌کند که این اثر را «انتقال به سرخ » می‌نامند. این نتایج باعث شد اینشتین معروف‌ترین جمله‌اش را بیان کند: ثابت کیهان‌شناسی بزرگ‌ترین اشتباه من بود.

ادامه دارد..
🆔 @physics3p

برگرفته از کتاب"قرآن و جهان‌های موازی"
نوشته‌ی سعید گراوندی(زاحل)
انتشارات آب‌خست(زیرچاپ)

⭕ شکل گیری کیهان: (قسمت دوم)


اولین روایت از مِه‌بانگ:
🆔 @Physics3p

🔹 مستقل از کارهای فریدمن، در سال 1927 کشیش و فیزیک‌دانی به نام ژُرژ لومت (لومتر) راه حل انبساط کیهانی را دوباره کشف کرد و هم‌چنین چندین پارامتر مهم- در راه تلاش برای درک سیر تکاملی ماده و نقش تابش در جهان اولیه- به آن افزود. لومت آمیزه‌ی برجسته‌ای از کارکشتگی بود. او مطالعاتش را به عنوان مهندس آغاز کرد، در جنگ جهانی اول توپچی مدال‌آوری شد، و سپس در حالی که در ابتدای دهه‌‌ی 1920 به درس کشیشی مشغول بود سراغ ریاضیات رفت. بعد کیهان‌شناسی را دنبال کرد؛ نخست نزد اختر‌فیزیک‌دان سرشناس سر آرتور ادینگتون درس خواند، سپس به هاروارد رفت و سرانجام دومین دکترای خود را از MIT در فیزیک گرفت.

🔸 امّا لومت با نگاهی ژرف‌تر از فریدمن، به این انبساط پرداخت. در واقع وی از این انبساط به مثابه‌ی یک گاه ‌شمار استفاده کرد و با معکوس کردن پیکان انبساط به لحظه‌ای اندیشید که تمامی جهان در وضعیتی فشرده و چگال قرار گرفته بود. از آن‌جاکه کیهان کنونی، اجسام در حال دور شدن از هم‌دیگر بودند؛ چنین بیان می‌شدکه در گذشته‌های بسیاربسیار دور، همه‌ی مواد و اجسام موجود بسیار به هم نزدیک بودند.

🆔 @Physics3p

🔹 لومت این وضعیت فشرده و چگال را «هسته‌ی نخستین» نامید. از دیدگاه لومت این هسته‌ی نخستین حاوی تمامی انرژی و جرم شناخته شده درگیتی امروزه بود. هرچند که لومت بر اساس نسبیت عام تفکرات خود را پی‌ریزی کرد امّا در نهایت برای شرح خاستگاه گیتی به مکانیک کوانتوم روی آورد. وی بی‌آن‌که متوجه شوند در مسیر وحدت نسبیت عام و مکانیک کوانتوم قدم نهاده بود. در مدلی که لومت در سال 1930 ارائه داد تاریخ گیتی به روندی فوق رادیواکتیویته تبدیل شده بود. وی روند پرتوزایی هسته‌ها و شکافت آن‌ها به هسته های کوچک‌تر را برای «هسته‌ی نخستین» کیهان در نظر گرفت. به عبارتی هسته‌ی نخستین بارها و بارها شکافته و به هسته‌های کوچک‌تر و کوچک‌تر تبدیل می‌شد تا درنهایت همه‌ی ذرات فعلی متولد شدند.


🔸 مهم‌ترین جنبه‌ی مدل لومت آن بودکه برای اجتناب از پرسش‌هایی پیرامون چیستی علت و آغاز گیتی و دور زدن تنگناهای خاستگاه گیتی از مکانیک کوانتومی (اصل عدم قطعیت) استفاده کرده بود. وی نتیجه گرفت مکانیک کوانتومی به تاریخ جهان امکان می دهد که بدون وجود مسیری از پیش تعیین شده توسط مکانیک نیوتونی، در «لحظه‌ی صفر» پدیدار شود. هسته‌ی نخستین لومت بی‌هیچ علتی و به تدریج دچار واپاشی و تغییر و فرگشت کیهانی منجر می‌شود. در مدل لومت، هسته‌ی نخستین از پیش موجود بود و هیچ توضیحی برای این واقعیت ارائه نمی‌داد که خود این هسته از کجا سردرآورده است. به هیچ عنوان نمی‌شد این مدل را یک نسخه‌ی «آفرینش از هیچ» تلقی کرد. مدل لومت که بیشتر بر پایه‌ی حدس و گمان بود همانند روایت‌های دیگر مِه‌بانگ، تنها نظریه‌ای برای «پساپیدایش» بود و نه خود پیدایش.

ادامه دارد...

🆔 @Physics3p

✍نوشته‌ی سعید گراوندی(زاحل)

⭕ شکل گیری کیهان: (قسمت سوم)


دومین روایت از مِه‌بانگ:

🆔 @Physics3p

🔹 با توجه به محاسبات لومت، جهان اولیه‌ی بسیار چگال و فشرده، باید شبیه برخی از انواع اتم‌های بزرگ بوده باشد- که وی بسیار ماهرانه آن‌ها را «هسته‌ی نخستین» نامید- که با فروپاشی آن کل ماده موجود در جهان متولد شد. سپس با یک استعاره‌ی شاعرانه، سیر تکاملی عالم را به شکل «نمایشی از یک آتش بازی پایان یافته» نشان داد که هنوز می‌توان برخی از شراره‌ها، خاکسترها و دود آن را دید. تصویری که انگار آن‌را از تابش زمینه‌ی مقدس بیرون کشید.

🔸 از تأثیر گذارترین دانشمندان نظریه‌‌ی مِه‌بانگ، ژُرژ گاموف بود. وی فیزیکدانی روسی بود که در سال 1904، هم‌گام با تولد نظریه‌ی کوانتومی به دنیا آمد. گاموف یکی از شاگردان فریدمن در دانشگاه لنینگراد بود. گاموف در سال 1934 به امریکا مهاجرت و در دانشگاه واشنگتن فعالیت‌های خود را ادامه داد. اساساً در آن‌جا بود که گاموف توجه خود را به کیهان‌شناسی معطوف کرد.

🔹 گاموف و دانشجوی فوق لیسانس با استعدادش رالف آلفر ، در سال 1948، در پاسخ به برخی از پرسش‌ها پیرامون چگونگی به وجود آمدن برخی عناصر، توانستند تصویری واضح و مفصل از شکل‌گیری و لحظات آغازین گیتی ارائه دهند- نظریه‌ای فراتر از دیدگاه‌های فریدمن و لومت. دیدگاه آن‌ها نیز هم‌چون لومت بر این اساس بود که همه‌‌ی عناصر در یک دیگ فوق‌العاده داغ و چگال از تکوین کیهانی شکل گرفته‌اند. مفهومی که لومت با نام «هسته‌ی نخستین» از آن یاد می‌کرد، گاموف به «یولِم » ارتقا داد- ماده‌ای که قبل از شکل‌گیری عناصر وجود داشت. وی به همراه آلفر و فیزیک‌دانی دیگر به نام روبرت هرمن ادعا کردند که یولم به شکل خارق‌ العاده‌ای داغ و چگال است و از پروتون‌ها، نوترون‌ها و دیگر ذرات آزاد در حال حرکت ساخته شده‌اند. به دلیل دمای بسیار بالای یولم این ذرات همیشه در حالتی برانگیخته قرار دارند. پروتون‌ها و نوترون‌ها، به طور تصادفی باهم جفت می‌شوند و هسته‌ی دوتریم را شکل می‌دهند- دوتریم، هیدروژن سنگینی‌ است که تحت شرایط خاصی از دو هیدروژن معمولی تشکیل می‌شود. برخی از این زوج‌ها با نوترون‌های اضافی بمباران می‌شوند و بعد از آن به هلیم-3 و سپس هلیم معمولی، لیتیم و ... تبدیل می‌شوند.


🔸 این فرآیندها تماماً طیِ سه دقیقه صورت گرفت که به سه‌دقیقه‌ی نخست معروف است. پس از سه‌دقیقه‌ی‌ نخست، دما تا حدود 8^10 کلوین، تقریباً ده‌هزار برابر دمای سطح خورشید، کاهش یافت. این دما اگرچه بر مبنای معیارهای روزمره بسیار زیاد است، امّا برای ادامه‌ی فرآیندهای هسته‌ای دیگر کم بود. به نوعی، ظرف این چند دقیقه، جهان چنان سرد شد که تمامی عناصر تشکیل دهنده‌اش دیگر بیش از این از هم نپاشند؛ یعنی عناصر با کمبود انرژی گرمایی به درجه‌ای از پایداری رسیدند. فراموش نشود که در این مدت جهان در حال انبساط بوده و پیوسته هنوز هم درحال انبساط است- همانند بادکنکی که در حال باد شدن است. طبق گفته‌ی گاموف و همکارانش، این مؤلفه‌های نخستین، بذر تمامی ساختارهای عالم را ساختند. امروزه این ایده‌ی تولد جهان در نقطه‌ای منفرد ‌‌(تکینگی)،‌ با دما و چگالی بی‌نهایت به «مِه‌بانگ» یا «انفجار بزرگ» معروف شده است .

ادامه دارد...

🆔 @Physics3p

✍نوشته ی سعید گراوندی (زاحل)

⭕️ دلیل نابرابری ذرات و پاد ذرات:


🔹یکی از پیش بینی های نظریه وحدت بزرگ که سه نیروی الکترومغناطیس، هسته ای ضعیف و قوی را باهم متحد می کند این است که در انرژی های بالا پوزیترون (پادالکترون) می تواند به کوارک تبدیل شود و الکترون می تواند به پاد کوارک تبدیل شود.

🔸در فیزیک سه تقارن P،C و T وجود دارد. تقارن T می گوید که اگر شما جهت حرکت زمان را معکوس کنید قوانین فیزیک تغییری نمی کند. اما جهان اولیه از این تقارن پیروی نمی کند یعنی همانطور که زمان پیش می رود جهان منبسط می شود اما اگر جهت زمان را معکوس کنیم جهان منقبض می شود پس جهان اولیه از تقارن T پیروی نمیکرده.

🔹در اغاز جهان شرایطی که نظریه وحدت بزرگ برای تبدیل الکترون به پاد کوارد و پوزیترون به کوارک پیش بینی می کند وجود داشته. و چون جهان اغازین از تقارن T پیروی نمیکرده پس پوزیترون هایی که به کوارک تبدیل می‌شدند بیشتر از الکترون هایی بوده که به پاد کوارک تبدیل می‌شدند. و این موضوع برابری ذرات و پاد ذرات را برهم ریخته و ما هم اکنون می بینیم که جهانمان وجود دارد اگر این ذرات و پاد ذرات برابر بودند خودشان را نابود می کردند و جهانی ساخته نمی شد.

🆔 @Physics3p

📚 فیزیک کوآنتوم به زبان ساده

🔰سری اول🔰

📎 قسمت سوم: رابطه دوبروی و خاصیت موجی ماده (۱)

🆔 @Physics3p

🔹در طی دو قسمت قبل سعی داشتیم تا کمی از اصول پایه فیزیک ذرات رو مورد بررسی قرار بدیم و در این قسمت، در پی ادامه مباحث گفته شده، گذری کوتاه بر تاریخچه فیزیک ذرات نیز خواهیم داشت! بطور کلی میشه گفت مکانیک کوآنتومی جدید، مبتنی بر این سه چیزه: ۱- تئوری کوآنتومی ماکس پلانک ۲- نسبیت اینیشتین ۳- تئوری موجی-ذره ای(ماده) دوبروی. که به تفضیل به این سه موضع خواهیم پرداخت!

🔸در سال ۱۹۰۰ پلانک طی مقاله ای پیشنهاد کرد که انرژی تابشی کوآنیته هست، یعنی دارای مقادیر خاص و طبقه بندی شده ای هست که میشه مقدار کلی انرژی هر ذره متشکل رو بصورت E=hv تعریف کرد. که در اون h همون ثابت پلانک بوده که مقدار مجاز هر کوانتوم انرژی رو نشون میده و v نیز همون فرکانسه! طبق این رابطه، انرژی در حقیقت از مجموع ذرات خیلی ریز و کوچکی تشکیل شده که خود اون ذرات به اندازه مشخصی(کوآنتیته) هستند.

🔻حالا این پرسش مطرح میشه که فرکانس دقیقأ در رابطه انرژی چکاره هست؟!🤔

🔹برای اینکه به نقش فرکانس در این رابطه که یک ویژگی موج هست و ارتباط به انرژی و سپس ماده که طبق رابطه هم ارزی انیشتین، در حقیقت دوروی یک سکه اند! پی ببریم، لازمه هرکدوم از این ویژگی هارو مورد بررسی قرار بدیم. امواج بطورکلی یکسری ویژگی هایی دارند که اونها رو از دیگر چیزها متمایز و قابل شناسایی میکنه. از جمله این ویژگی ها که به نقش و حرکت موج مربوط میشه، عبارت است از شکست موج- بازتاب موج- تداخل موج و در نهایت پراش موج!

🔸ما با دومورد اول کاری نداریم اما در توضیح مختصر تداخل امواج، میشه اینطور بیان کرد هرموقع، باهم مکانی دو یا چند موج در یک نقطه از فضا مواجه باشیم، این موج با توجه دامنه موجی‌شون در اون نقطه، بایکدیگر برهم نهی کرده و یک موج برآیند رو تشکیل میدن که این موج برآیند میتونه دامنه ای بزرگتر یا کوچکتر از دو موج اصلی داشته باشه یا حتی به کلی نابود بشه!(فقط در آن نقطه مورد نظر). پراش موج هم همانطور که از اسمش مشخصه، نوعی پیچش و پخش شدن موج در حضور موانع غیرمرتعش هست که ما با توجه به این ویژگی ها، حرکت موج رو مورد بررسی قرار میدیم.

🔻اینا ویژگی های حرکتی موج بود. اما در حقیقت خود موج چیه و چطور معرفی میشه؟🤔

🔹موج در حقیقت به هرنوع ارتعاش چندگانه ذرات مربوط میشه که بصورت افقی یا عمودی(موج طولی و عرضی) در فضا انجام میشه. اما این که گفتیم چی هست حالا؟🙄
اگه بخوایم یکم زیر دیپلیم حرف بزنیم! میتونیم اینطوری بگیم که: فرض کنید شما یک توپ پلاستیکی کوچک در دست دارید و اون رو بصورت هماهنگ در طول مشخص و در دوره(زمان حرکت) معینی، به بالا و پایین حرکت میدید. حالا سعی کنید همزمان با این حرکت بالا و پایین، دستتون رو بصورت کاملأ مستقیم، بطرف چپ "یا" راست(یا حتی بالا "یا" پایین) سوق بدید! الان شما یک توپ دارید که هم درحال حرکت دوره ای به بالا و پایینه که هی تکرار میشه، و هم در حال حرکت راست خط به یکی از طرفین هست. حالا بجای این توپ، فرض کنید مجموعه ای از ذرات ریز در حال انجام این نوع حرکت باشه! به این سیستم مرتعش، به زبان ساده میگیم موج که مبتی بر فضاست!

🔸حالا ما با توجه به این حرکت، یکسری ویژگی هایی رو برای موج تعریف میکنیم تا بتونیم راحتتر اون رو شناسایی و معرفی کنیم! مثلأ فرکانس یکی از این ویژگی هاست که تعداد حرکت هماهنگ(همون بالا و پایین کردنمون!) رو در یک ثانیه نشون میده. یا بطور فیزیکی تر! تعداد گذار یک طول موج کامل در یک ثانیه از یک نقطه از فضا رو معرفی میکنه! اما حالا قصد داریم یجورایی این رابطه ذره ای موج پلانک رو به ماده(مثلأ یک الکترون یا حتی یک سیاره!) که با انرژی در حقیقت هم ارز هست، ربط بدیم!

💢 یک مقاله شگفت انگیز!

🔹در سال ۱۹۲۴، طی یک مقاله فیزیکی در مجله علمی معروف انگلستان، شاهد مقاله ای به قلم فیزیکدانی جوان بنام لویی دوبروی فرانسوی!(راستش رو بخواید خودمم نمیدونم چرا این آقا از فرانسه بلند شده رفته انگیلیس مقاله داده، و برای ماهم مهم نیست که چی مصرف کرده بود و فقط به عنوان مقاله میپردازیم!😉) بودیم که در اون مقاله چنین ذکر شده بود: «هر جسم متحرکی، موجی را با خود حمل میکند که میتوان آن را موج منتسب به این ماده نامید.»
موج منتسب به ماده؟!

ادامه دارد....

✍ نوشته A.M.H

🆔 @Physics3p

📚 فیزیک کوآنتوم به زبان ساده

🔰سری اول🔰

📎 قسمت چهارم: رابطه دوبروی و خاصیت موجی ماده (۲)

🆔 @Physics3p

🔹نه مثل اینکه راستی این آقا چیزی مصرف کرده بود😑 اما شایدم نه! باید بفهمیم منظور از موج منتسب به ماده دقیقأ چیه؟! آیا این موج مانند امواج الکترومغناطیسی یا صوتی، همون ارتعاش چندگانه در فضاست؟ یا چیز دیگه ای مدنظر نویسنده بود؟🤔
این مقاله و فرضیه مطرح شده، در حقیقت همونقدر عجیب بود که نخستین بار پلانک در سال ۱۹۰۰ ادعا کرده بود انرژی دارای مقادیر مشخص و خاصی هست که در ادامه در سال ۱۹۰۵ انیشتین در تشریح اثر فوتوالکتریک، اون رو فوتون نامید. اما اینجا اوضاع کمی عجیب شد! وقتی میگیم موج باید بنوعی تعریفی که در بالا از موج ذکر کردیم رو مدنظر قرار بدیم.

🔸دوبروی در این مقاله گفته بود: این امواج تنها زمانی ظاهر میشوند که شاهد حرکت ماده باشیم. خواه آن ماده یک ستاره باشد یا حتی یک الکترون! با حرکت آن موجی ظهور میکند و در طی مسیر، آن را همراهی میکند و زمانی که جسم بایستد، موج نام برده نیز از بین میرود. شرط تولد این موج، تنها وجود جرم در ماده بود(جرم متحرک) و مبتنی بر بار الکتریکی نبوده و حتی در اجسام خنثی نیز ظهور میکند. پس قطعأ از جنس امواج الکترومغناطیس نیست! همچنین در خلأ مطلق نیز با حرکت جسم پدید میاید و جسم متحرک آن را با خود به یدک میکشد! پس از جنس امواج مکانیکی مانند صوت هم نیست چون اونها برای انتشار مبتنی بر ماده هستند. پس تعجب فیریکدانها در اون زمان بیجا نبود چون اون بنده خداها موج دیگه ای بجز این دونوع امواج نمیشناختن! این که نیست، اونم نیست. پس چیه؟!

🔹فیزیکدانان همیشه در صحنه! هم که منتظر بودن تا یکی پیدا بشه و یچیزی بگه تا همه با گرز و شمشیر بیافتن به جونش، شروع کردن به ترور بیولوژیکی! لویی دوبروی جوان و گفتن این شخص دیوانه و مجنونه! آخه موج منتسب به ماده متحرک دیگه چه کشکیه؟! مگه سایر امواج منتسب به ماده نیستن و با ارتعاش ماده حاصل نمیشن؟! و خلاصه اینکه تا میتونستن این فیزیکدان جوان رو تخریب شخصیتی کردن...😞
اما حقیقت اینه که این موج واقعأ هم وجود داره و دلیل اینکه ما اون رو احساس نمیکنیم اینه که خیلی خیلی کوچک تر از اونیه که بشه به سادگی اون رو رصد کرد! دوبروی با ترکیب دو رابطه هم ارزی جرم-انرژی اینیشتین و کوآنتوم انرژی پلانک، به این رابطه رسید:

λ=h/mv

🔸که در اون λ همون طول موج نامبرده و h ثابت پلانک و m جرم جسم و v هم تندی حرکت جسم هست. h با ضریب ده بتوان منفی ۳۳ عدد خیلی کوچکی هست که در صورت رابطه قراره داره. بنابراین باید جرم جسم هم خیلی کوچک باشه تا ما شاهد طول موج اندکی از این موج منتسب به ماده باشیم تا برای ما قابل رصد و بررسی باشه! (چون جرم در مخرج قرار داشته و هرچی کوچکتر باشد، رابطه عکس با مقدار حاصل داشته و مقدار بزرگتر خواهد شد). بنابراین، ما در حرکت اجرام بزرگی مانند یک ستاره یا حتی یک توپ بیلیارد، شاهد موجی نیستیم که همراه با جسم در حال حرکت باشه اما اوضاع برای اجرام خیلی کوچک و کم جرمی مانند الکترون، کمی متفاوت هست! جرم بسیار کوچک این اجسام، بنوعی باعث خنثی شدن ضریب بینهایت کوچک پلانک شده و ما شاهد عدد مشخص و قابل سنجشی برای طول موج خواهیم بود!(یعنی طول موج در اجرام کم جرم اینقدر هست که بشه موج منتسب به اون رو رصد کرد! در ضمن این رو هم در نظر بگیرید، طول موج با انرژی موج رابطه عکس داره.)

🔹حالا که مشکل غیرقابل رصد بودن این نوع موج حل شد و فهمیدیم طبق رابطه دوبروی، تنها در صورتی این موج برای ما ملموس میشه که جرممون در حد جرم یک الکترون یا کمتر باشه، بازهم چیزهای زیادی مونده که لازمه بفهمیم! اول اینکه این موج دقیقأ چی هست و چطور پدید اومده؟ و دوم اینکه این موج منتسب به ماده، مارا به کجا سوق میده و در نهایت قراره به کدوم اصل مهم مکانیک کوآنتومی برسیم؟ و در نهایت اینکه این چیزایی که گفتیم، اصلأ چه ربطی به حرفایی که در قسمت های قبل در مورد ساختار اتمی زدیم میتونه داشته باشه؟🤔

پس با ما همراه باشید....

✍ نوشته A.M.H

🆔 @Physics3p

قسمت پیشین مطلب فوق👆👆

با عرض درود مجدد خدمت کاربران گرامی کانال

با توجه به قطعی موقتی اینترنت در طی چند روز گذشته, از این پس فعالیت های کانال مانند قبل ادامه خواهد یافت.

با سپاس فراوان🙏

📚 جهان در ابتدا به چه رنگی بود؟

📎 قسمت اول

🆔 @Physics3p

🔹جهان غرق در دریایی از نور است؛ از سوسو زدن آبی و سفید ستاره‌های جوان گرفته تا درخشش سرخ ابرهای هیدروژنی. در ورای رنگ‌هایی که با چشم انسان قابل مشاهده است، می‌توان به پرتوهای ایکس، پرتوهای گاما، انفجارهای قدرتمند رادیویی و درخشش کم فروغ پس زمینه ریزموج کیهانی اشاره کرد.


🔸کیهان مملو از رنگ‌های جدید و باستانی است که برخی از آنها را می‌بینیم و برخی دیگر از چشم ما به دور هستند. اما از میان همۀ اینها، یک رنگ وجود داشت که قبل از همه رنگ‌ها پدیدار شد؛ رنگ نخستِ جهان. جهان هستی ۱۳٫۸ میلیارد سال قبل با بیگ بنگ آغاز شد. جهان در نخستین لحظات پیدایش، چگال‌تر و داغ‌تر از هر زمان دیگری بود. معمولا تصور بر این است که بیگ بنگ درخشش پرنوری بوده که از دریای تاریکی پدیدار گشته، اما این تصور چندان با واقعیت همخوانی ندارد. بیگ بنگ در فضای خالی دچار انفجار نشد. بیگ بنگ فضای ِ در حال انبساطی بود که از انرژی پُر شده بود.

💢 فرگشت جهان؛ از بیگ بنگ تا به عصر حاضر

🔹در ابتدا، دما به قدری بالا بود که نور وجود نداشت. قبل از اینکه فوتون‌ها فرصتی برای ظهور داشته باشند، جهان می‌بایست برای کسری از ثانیه دمای خود را از دست داده و سردتر می‌شد. تقریبا بعد از ۱۰ ثانیه، جهان وارد دورۀ فوتونی شد. فوتون‌ها و نوترون‌ها در هسته‌های هیدروژن و هلیوم سرد شدند و فضا از پلاسمای هسته، الکترون و فوتون سرشار گشت. در آن زمان، دمای جهان تقریبا یک میلیارد درجه کلوین بود.

🔸اگرچه نور وجود داشت، اما همچنان خبری از رنگ نبود. رنگ چیزی است که ما توان مشاهدۀ آن را داریم و یا نوعی چشم‌های بخصوص می‌توانند آن را ببینند. در طول دورۀ فوتونی، دما به قدری بالا بود که نور نمیتوانست به درون پلاسمای چگال نفوذ کند.

🔹رنگ نمیتوانست ظاهر شود، تا آنکه هسته‌ها و الکترون‌ها به اندازۀ کافی سرد شدند تا امکان اتصال به اتم‌ها را داشته باشند. جهان به ۳۸۰ هزار سال زمان نیاز داشت تا به این میزان سرد شود. پس از آن، جهان به ابر کیهانی شفافی از هیدروژن و هلیوم تبدیل شد که ۸۴ میلیون سال نوری گستردگی داشت. همه فوتون‌های شکل گرفته در بیگ بنگ سرانجام آزادی عمل کافی را برای جریان در فضا و زمان پیدا کردند.

🔸تصویری از پس زمینه ریزموج کیهانی
این همان چیزی است که اکنون آن را در قالب “تابش پس زمینه ریزموج کیهانی” می‌بینیم؛ درخشش نور از زمانی که جهان سرانجام قابل مشاهده شد. در طول میلیاردها سال، دمای این درخشش تا جایی کاهش یافت که حالا به کمتر از ۳ درجه بالای صفر مطلق رسیده است.

🔹 وقتی برای بار اول پدید آمد، جهان خیلی گرمتر بود و دمای آن به تقریبا ۳۰۰۰ درجه کلوین می‌رسید. جهان ِ اولیه با درخشش گرم و تابناکی پر شده بود. نتایج ما به خوبی نشان میدهد که رنگ اول چه ویژگی‌هایی داشته است. جهان اولیه سرتاسر دارای دمای متعادلی بود و نور آن دارای توزیع طول موج‌هایی به نام «جسم سیاه» بود.

ادامه دارد....

🆔 @Physics3p

📚 جهان در ابتدا به چه رنگی بود؟

📎 قسمت دوم

🆔 @Physics3p

🔹 وقتی برای بار اول پدید آمد، جهان خیلی گرمتر بود و دمای آن به تقریبا ۳۰۰۰ درجه کلوین می‌رسید. جهان ِ اولیه با درخشش گرم و تابناکی پر شده بود. نتایج ما به خوبی نشان میدهد که رنگ اول چه ویژگی‌هایی داشته است. جهان اولیه سرتاسر دارای دمای متعادلی بود و نور آن دارای توزیع طول موج‌هایی به نام «جسم سیاه» بود.


🔸رنگ بسیاری از اجسام از نوع ماده‌ای که از آن ساخته شده‌اند، حاصل می آید، اما رنگ جسم سیاه تنها به دمای آن بستگی دارد. جسم سیاهی که دمای تقریبا ۳۰۰۰ کلوین دارد، درخشش نارنجی-سفید روشنی دارد؛ یعنی شبیه به نور گرم یک لامپ ۶۰ واتی. انسان‌ها رنگ را نمی‌توانند با دقت کامل ببینند.

🔹رنگی که ما درک می‌کنیم، نه تنها به رنگ نور، بلکه به درخشش و روشنایی آن هم بستگی دارد و اینکه چشمان ما با تاریکی سازگار شده‌اند یا خیر. اگر میتوانستیم به دوره نور اول برویم، احتمالا درخشش نارنجی را مثل نور آتش درک می‌کردیم.

💢 رنگ دقیق‌تر جهان اولیه

🔸در طول چند صد میلیون سال، درخشش نارنجی کم فروغ‌تر شده و با انبساط و کاهش دمای جهان به سرخی گروید. سرانجام، جهان به رنگ سیاه در آمد. پس از گذشت تقریبا ۴۰۰ میلیون سال، نخستین ستاره‌ها پدید آمدند و نور تازه‌ای پدیدار شد. ستاره‌های آبی-سفید پرفروغی پای به عرصه وجود گذاشتند. با پیدایش و تکامل ستاره‌ها و کهکشان‌ها، کیهان رنگ تازه‌ای به خود گرفت.

🔹در سال ۲۰۰۲، «کارل گلیزبروک» و «ایوان بالدری» متوسط رنگ حاصل از همه نور ستاره‌ها و کهکشان‌ها را مورد محاسبه قرار دادند تا رنگ فعلی جهان مشخص شود. یافته گویای آن بود که جهان قهوه‌ای کمرنگ است؛ یعنی شبیه به رنگ قهوه به همراه خامه. آنها این رنگ را «شیری کیهانی» نامگذاری کردند.

🔸حتی این رنگ هم برای مدتی دوام خواهد آورد. وقتی ستاره‌های آبی پا به سن گذاشته و نهایتا از بین می‌روند، فقط درخشش سرخ ستاره‌های کوتوله بر جای میماند. سرانجام، پس از تریلیون‌ها سال، حتی از نور آنها کاسته خواهد شد و جهان به دریایی از سیاه تبدیل خواهد گردید.

🔹همۀ رنگ‌ها با گذشت زمان کم فروغ می‌شوند و زمان ما را به سمت تاریکی خواهد برد. اما در حال حاضر، جهان ما را با موهبت رنگ‌هایش همراهی می‌کند. هنگامیکه با قهوه‌ای در دست کنار آتش می‌نشینید و به تاریکی شب می‌نگرید، فراموش نکنید که در رنگ‌های کیهانی غرق شده‌اید. گذشته، حال و آینده.

✅ پایان.

♻️ منبع: بیگ بنگ پیج

🆔 @Physics3p

در دنیای جبرگرای نیوتون، ما با دانستن تنها یک ویژگی وابسته به حرکت اجسام میتوانیم گذشته، حال یا حتی آینده آن را بدرستی پیش بینی کنیم.
اما در دنیای شگفت انگیز بینهایت کوچک ها، تنها چیزی که میتوان از آن حرف زد مجموعه ای از احتمالات است و نه چیزی دقیقتر از آن!

🆔 @Physics3p

چگالی بحرانی(ٱمگا) میزان تراکم ماده در جهان را نشان میدهد که با استفاده از آن میتوان به شکل هندسی کیهان پی برد.
بطوریکه اگر مقدار ٱمگا برابر با عدد یک باشد ما با جهانی مسطح روبرو هستیم و اگر این مقدار کمتر یا بیشتر از یک باشد، این شکل بصورت تصویر بالا خواهد بود.

🆔 @Physics3p

⭕️ ستاره پلانک چیست؟

🆔 @Physics3p

وقتی یک ستاره ی بزرگ به اواخر عمر خود نزدیک می شود بصورت یک ابر نواختر (سوپرنوا) منفجر می شود و این امر موجب می شود هسته ی این ستاره به یک سیاهچاله تجزیه شود. در مدل سنتیِ سیاه چاله، مواد به حجم هایی بی نهایت کوچک تجزیه می شوند که تکینگی نامیده می شود. البته این امر نظریه ی کوانتوم را در نظر نمی گیرد. اگرچه نظریه ی کاملی در مورد جاذبه ی کوانتوم نداریم، چیزهای کمی در این باره می دانیم.

یک مسئله این است که سیاهچاله ها تا ابد باقی نمی مانند. به دلیل نوساناتِ کوانتومی در نزدیکیِ افق رویدادِ یک سیاه چاله، سیاهچاله تابشِ هاوکینگ را از خود منتشر می کند. در نتیجه، این سیاه چاله در هنگام انتشارِ تابش به تدریج جرم خود را از دست می دهد. میزان تابشِ هاوکینگ در یک سیاهچاله با اندازه اش نسبتِ عکس دارد، بنابراین، با کوچکتر شدن سیاهچاله، میزان بیشتری از تابش هاوکینگ را از خود منتشر می کند تا زمانیکه که در نهایت تابش تمام شود.

از آنجایی که سیاه چاله ها تا ابد باقی نمی مانند، استیون هاوکینگ و افراد دیگر بیان کردند که سیاهچاله ها فاقد افق رویداد هستند اما یک افقِ آشکار دارند. این امر به این معنی است که مواد موجود در یک سیاهچاله به یک تکینگی تبدیل نمی شوند. نویسندگان بیان می کنند بجای اینکه مواد موجود در یک سیاهچاله به تکینگی تبدیل شوند، تا اندازه ی یک تریلیونمِ متر تجزیه می شوند. در این نقطه، چگالی مواد به اندازه ی چگالی پلانک است. وقتی زندگی سیاهچاله به پایان می رسد، این «ستاره ی پلانک» ظهور پیدا می کند.

از آنجاییکه چگالی این ستاره به اندازه ی چگالی پلانک است، در یک طول موجِ معین از پرتوهای گاما تابش می کند. بنابراین اگر این ستارگان وجود داشته باشند، تلسکوپِ پرتو گاما قادر است آنها را رصد کند. البته این امر هنوز در حد یک فرضیه است. تاکنون هیچگونه شواهد عینی در مورد وجود چنین ستاره ی پلانکی یافت نشده است. هرچند، این راه حل برای بخشِ متناقضِ سیاهچاله ها جالب است.

🆔 @Physics3p

⚛ کانال فیزیک کوآنتوم👆👆

📚 کتاب هفته

📎 عنوان: فیزیک و فلسفه
✍ نویسنده: جی.اچ. جینز
☑️ موضوع: فلسفه-فیزیک-علم

#فارسی

🆔 @Physics3p

⭕️ شکل گیری کیهان: (قسمت چهارم)

🆔 @Physics3p

💠 جایگزینی برای مِه‌بانگ

🔹هر چندکه مدل کیهان‌شناسی مِه‌بانگ بسیار جذاب و پرطرفدار بود، امّا در همان آغاز مورد نقد برخی از دانشمندان قرار گرفت. همان‌طورکه از نامش پیدا است، عنوان «مِه‌بانگ» نیز در ابتدا به تمسخر از سوی فِرِد هویل استفاده شد. او دستاورد گاموف وهمکارانش را یک نظریه‌ی غیر علمی خواند و نمی‌توانست قبول کندکه: «همه‌ی مواد در عالم از هیچ و در اثر انفجاری بزرگ و منفرد پدیدار شده‌اند.» زیرا که قانون پایستگی انرژی را نقض می‌کرد. بعدها دو منجم به نام‌های توماس گلد و هرمن بوندی ، در ادامه‌ی انتقادهای هویل به مدل مِه‌بانگ، مدلی دیگر را موسوم به «حالت پایا »، معرفی نمودند. در نظریه‌ی حالت پایا، سن جهان بی‌نهایت است و جهان هرگز در آینده دچار مرگ‌گرمایی (تعادل ترمودینامیکی) نمی‌شود، زیراکه پیوسته مواد جدیدی با انتروپی پایین، به وجود می‌آیند و به ماده‌ی موجود جهان اضافه می‌گردد. بنابراین بر خلاف مدل مِه‌بانگ که در آن ماده به یکباره و از هیچ متولد می‌شود، در مدل حالت پایا، ماده به تدریج تولید می‌گردد.

🔸حالت پایا بر پایه‌ی اصل «خلقت پیوسته» بنا شده است و فرض بر این بودکه وقتی کهکشان‌ها در عالم از هم دور می‌شوند به آرامی مواد جدیدی خلق می‌شوند تا جاهای خالی را پُر کنند. عاقبت، این مواد کهکشان‌های جدید را شکل می‌دهند؛ به طوری‌که، در نهایت، ظاهر کلی کیهان را یکسان باقی می‌گذارد. اگرچه کهکشان‌ها در حال دور شدن از هم هستند، عالم باز هم هرگز به شکل توده‌ی بسیار کوچک ادعایی مِه‌بانگ نبوده است. به طور خلاصه در حالت پایا هیچ چیز تغییر نمی‌یابد و معلوم است که این مدل جایگاهی برای خدا هم قائل نیست، چراکه اعتقاد دارد فضا-زمان به طور ازلی وجود داشته‌اند و نیازی به خلق شدن نداشته‌اند!!! البته با آشکاری‌سازی تابش‌های باقی‌مانده ازمِه‌بانگ، دیگر حالت پایا در فیزیک امروزه، جایگاهی ندارد؛ هرچند که هنوز عده‌ای بردرستی آن تکیه می‌کنند.

💠 سرود باستانی مِه‌بانگ

🔹گاموف پیش بینی کرده بود که اگر مدل مِه‌بانگ صحیح باشد، تابشی به عنوان پس‌ماند، امروزه در سراسر کیهان بخش شده است. در آن ايّام مدل حالت پایا بزرگ‌ترین رقیب مِه‌بانگ محسوب می‌شد، مِه‌بانگ به شدت به این تابش‌ها نیاز داشت تا رقیب خود را از پای درآورد. متاسفانه پیش‌بینی کلیدیِ گاموف و همکاران تا دهه‌ی 1960 ناشناخته باقی‌ماند. در اوایل دهه‌ی 1960 دو گروه به طور مستقل و کم‌وبیش هم تصادفاً به پیش‌بینی گاموف نزدیک شدند. اولین گروه از دانشگاه پرینستون به رهبری رابرت دیکی بود. آن‌ها بی خبر از کارهای قبلی گاموف و با پیگیری مسیری مشابه، به این نتیجه رسیدند که میراث مِه‌بانگ باید به شکل تابش زمینه‌ی فراگیری که فضا پر کرده است، وجود داشته باشد.

🔸گروه دوم آزمایشگاه بل بود و در فاصله‌ای حدود 48 کیلومتر از پرینستون قرار داشت. دو اختر فیزیک‌دان رادیویی به نام‌های آرنو پنزیاس و رابرت ویلسون ، با آنتن‌ رادیویی 6 متری واقع در تپه‌های نیوجرسی -که بسیار پیچیده‌تر از آنتن دانشگاه پرینستون بود- در آزمایشگاه بل کار می‌کردند. پنزیاس و ویلسون با استفاده از این آنتن در پیِ جست‌وجوی سیگنال‌های کهکشانی بودند که سیگنالی ممتد و مداوم (البته نوعی پارازیت یا نوفه محسوب می‌شد)، توجه‌شان را جلب کرد. این سیگنال‌های ضعیف در تمامی جهات، قابل دریافت بود. این سیگنال‌های دریافتی ویژگی‌های عجیبی داشتند. هر سیگنالی که پیش‌تر دریافت می‌شد- از امواج رادیویی گرفته تا نور مرئی، پرتوهای گاما - با دمای چشمه‌هایشان خود را معرفی می‌کردند.

ادامه دارد....

🆔 @Physics3p

✍ نوشته سعید گراوندی(زاحل)

⭕️ شکل گیری کیهان: (قسمت پنجم)

🆔 @Physics3p

🔹تقریباً همه‌ی اجسام چه در زمین و چه در بیرون زمین (مثلاً خورشید)، امواجی الکترومغناطیسی‌ای را از خود گسیل می‌کنند. حتی اشیاء بسیار بسیار سرد نیز از خود تابش ریزموج و رادیویی گسیل می‌کنند. پنزیاس و ویلسون دریافتند، این سیگنال‌های ضعیف (یا پارازیت) که سراسر عالم را گرفته بود، امواجی در محدوده‌ی ریزموج متمرکز شده‌اند و دمایی در حدود 5/2 الی 5/4 درجه‌ی کلوین، یعنی اندکی بالاتر از صفر مطلق را برای آن‌ها تخمین زدند؛ امّا چه چیزی بر روی زمین می‌توانست تا این حد سرد باشد؟ پاسخ این سوال جایی در میان بقایای منجمد شده‌ی کوره‌ی کیهانیِ سابقاً داغی قرار داد که به میلیاردها سال پیش از خلقت زمین باز می‌گردد.

🔸گروه آزمایشگاه بل نتوانستند، توضیحی برای آن سیگنال‌های ضعیف (نوفه یا پارازیت) پیدا کنند. ژانویه 1965 بود که پنزیاس با ناامیدی با دانشمندی از MIT به نام برنارد برک، پیرامون این سیگنال‌های ضعیفِ فراگیر صحبت می‌کرد. برک که از کارهای گروه دیکی در پرینستون باخبر بود، پیوندی میان آن دو گروه برقرار نمود. سرانجام گروه پرینستون به آزمایشگاه‌های بل رفتند. در بررسی اندازه‌گیری‌ها، گروه دیکی به اتفاق پنزیاس و ویلسون، تشخیص دادند که آزمایشگاه بل وقعاً فوتون‌های اولیه را آشکارسازی کرده است. در ماه مه 1965، پنزیاس و ویلس ون در مجله‌ی اخترفیزیک، مقاله‌ای را پیرامون اندازه‌گیری‌های دمای آنتن اضافی را [k] 5/3 منتشر کردند.

🔹مقاله پنزیاس و ویلسون هیچ تلاشی برای تفسیر کیهان‌شناسی نداشت. جهت توضیح بیش‌تر آن‌ها به مقاله‌ای در مورد «گوی آتشین اولیه» که در همان شماره نشریه که توسط اعضای گروه پرینستون منتشر شده بود، ارجاع می‌دادند. نهایتاً در سال 1978 پنزیاس و ویلسون جایزه نوبل را به خاطر کشف این تابش‌های باستانی دریافت کردند. این تابش‌ها امروزه «تابش زمینه‌ی ریزموج کیهانی» یا به اختصار «CMB » می‌نامند. خاطرنشان کنم که یافته‌های اخیر ماهواره‌ی «کاوشگر ناهمسان‌گرد ریزموجی ویلکینسون» که به ماهواره‌ی «WMAP» معروف است، تأییدی بر این تابش‌ها بود.

💠 ناکامی مِه‌بانگ:

🔸مدل استاندارد مِه‌بانگ مدل خوبی برای کیهان‌شناسی بود؛ امّا همه چیز را توضیح نمی‌داد. پرسش‌های گوناگونی در کیهان‌شناسی مطرح بود که مدل مِه‌بانگ از پاسخ‌گویی به آن‌ها عاجز بود. آلن گوث کیهان‌شناس امریکایی، در سال 1979 پس از پنجاه سال، تنها یا یک رصد معمولی، اولین بازبینی اساسی را در نظریه‌ی استاندارد مِه‌بانگ ارائه کرد. گوث این گونه فرض کرد که جهان درست در لحظه‌ی تولد دچار افزایش حجم یا تورم شدید شده است. این تورم از نظر ستاره‌‌شناسی بسیار سریع‌تر از آن‌چه که اغلب فیزیک‌دانان تصور می‌کردند رخ داده است. با این فرض نسبتاً ساده او توانست پاسخی برای برخی از عمیق‌ترین معماهای کیهان‌شناسی بیابد.

🔹او دریافت که در صورت پذیرش وجود چنین انبساط شدیدی، می‌توان به راحتی به مجموعه‌ای از سوآلات عمیق کیهان‌شناسی پاسخ داد. این همان ایده‌ای بود که کیهان‌شناسی را متحول کرد. داده‌های مختلف کیهان‌شناسی، از جمله یافته‌های ماهواره‌یWMAP، با پیش‌بینی‌های «نظریه‌ي تورمی» گوث، سازگارند. با این‌که تورم تنها نظریه‌ی کیهان‌شناسیِ موجود نیست، ولی در عین حال می‌توان گفت ساده‌ترین و معتبرترین آن هاست. توجه داشته باشیدکه نظریه‌ی تورم، جایگزینی برای مدل مِه‌بانگ نیست. درواقع این نظریه مراحل تکویل عالم در دوره‌های بسیار اولیه در انبساط عالم را توضیح می‌دهد. می‌توان گفت‌که مِه‌بانگ مدل تقریبی تورم است. به نوعی در نظریه‌ی تورمی با جزییات بیشتری از رشد و تکوین عالم آشنا می‌شویم.

ادامه دارد....

🆔 @Physics3p

✍ نوشته سعید گراوندی(زاحل)

قسمت پیشین مطلب فوق👆👆

📚 تاریخچه ریاضیات:

📎قسمت چهارم: تاریخچه اعداد

🆔 @Physics3p

🔸تاریخچه عدد صفر:


دو نکته مهم حائز اهمیت در درک عدد صفر وجود دارد و آن این است که این عدد دو کاربرد دارد که هر دو بسیار مهم تلقی می شود. یکی از کاربرد های عدد صفر این است که به عنوان نشانه ای برای جای خالی در دستگاه اعداد (جدول ارزش مکانی اعداد) به کار می رود. بنابر این در عددی مانند ۲۱۰۶ عدد صفر استفاده شده تا جایگاه اعداد در جدول مشخص شود که به طور قطع این عدد با عدد ۲۱۶ کاملا متفاوت است. دومین کاربرد صفر این است که خودش به عنوان عدد به کار می رود که ما به شکل عدد صفر از آن استفاده می کنیم.

هیچکدام از این کاربرد ها تاریخچه پیدایش واضحی ندارند. در دوره اولیه تاریخ کاربرد اعداد بیشتر به طور واقعی بوده تا عصر حاضر که اعداد مفهوم انتزاعی دارند. به طور مثال مردم دوران باستان اعداد را برای شمارش تعداد اسبان، ...به کار می بردند و در این گونه مسائل هیچگاه به مسأله ای برخورد نمی کردند که جواب آن صفر یا اعداد منفی باشد.

🔹بابلی ها:

بابلی ها تا مدت ها در جدول ارزش مکانی هیچ نمادی را برای جای خالی در جدول به کار نمی بردند. می توان گفت از اولین نمادی که آن ها برای نشان دادن جای خالی استفاده کردند گیومه (") مثلا عدد ۶"۲۱ نمایش دهنده ۲۱۰۶ بود. البته باید در نظر داشت که از علائم دیگری نیز برای نشان دادن جای خالی استفاده می شد ولیکن هیچگاه این علائم به عنوان آخرین رقم آورده نمی شدند بلکه همیشه بین دو عدد قرار می گرفتند. به طور مثال عدد "۲۱۶ را با این گونه علامت گذاری نداریم. به این ترتیب به این مطلب پی می بریم که کاربرد اولیه عدد صفر برای نشان دادن جای خالی اصلا به عنوان یک عدد نبوده است.

در حقیقت بابِلی ها بیش از شصت سیستم متفاوت عددی را بنیان گذاری کرده اند. آنها حتی مواردی را پیدا کرده بودند تا بتوانند با آن طول، عرض و مساحت اجرام هندسی را محاسبه کنند. آنها حتی سیستمی را پایه گذاری کرده اند که بین دهگان، صدگان و همچنین اعداد بالاتر از هزار تمایز قائل می شد.
🆔 @Physics3p
🔸سومری ها:

از نوشتن گرفته تا سیستم زمانی و ریاضیات (سیستم عددی و جبر و هندسه) ابزار سازی و حمل و نقل تکنولوژی و صنعت دنیا مدیون اختراعات فراوان سومری‌های باستانی است یکی از اختراعات مهم آنها عدد صفر بود.

سیستم عددی: سومریهای باستانی اولین کسانی بودند که حدود 3000 سال قبل از میلاد یک سیستم عددی را به شیوه و سبک خط میخی ایجاد کردند. سیستم عدد نویسی آنها بر پایه 60 یا سیستم شمارش شصت تایی بود بدین معنی که دارای شماره پایه 60 بود (عدد 60 مبنا و پایه‌ی شمارش محسوب می‌شود). این سیستم شبیه به سیستم ده دهی یا اعشاری مدرن است، اعداد آنها به این صورت بود که ارقام بزرگتر در سمت چپ نوشته می‌شد و نماد بکار رفته برای 60 و 1 همانند هم بود. این سیستم همچنین در محاسبه زمان در 60 ثانیه و دقیقه، همچنین 360 درجه یک دایره بکار برده می‌شد. آنها همچنین نخستین کسانی بودند که با استفاده از سیستم فوق چرتکه و منحنی را ساختند. همچنین این نخستین مرتبه بود که نمادها برای معاملات تجاری مورد استفاده قرار می‌گرفتند. آنها همچنین از فضای خالی برای فاصله گذاشتن بین اعدادشان استفاده می کردند در حقیقت چهار هزار سال پیش به عنوان پیشتازان ریاضیات جهان، سیستم نوینی از اعداد را بنیان گذاری کردند.

🔸یونان

یونانیان هم خود را از اولین کسانی می دانند که در جای خالی از صفر استفاده می کردند. اما یونانیان دستگاه اعداد (جدول ارزش مکانی اعداد) مثل بابلیان نداشتند. اساساً دستاورد های یونانیان در زمینه ریاضی بر مبنای هندسه بوده و به عبارت دیگر نیازی نبوده است که ریاضیدانان یونانی از اعداد نام ببرند؛ زیرا آن ها اعداد را به عنوان طول خط مورد استفاده قرار میدادند.
البته بعضی از ریاضیدانان یونانی ثبت اطلاعات نجومی را بر عهده داشتند. در این قسمت به اولین کاربرد علامتی اشاره می کنیم که امروزه آن را به این دلیل که ستاره شناسان یونانی برای اولین بار علامت 0 را برای آن اتخاذ کردند، عدد صفر می نامیم. تعداد معدودی از ستاره شناسان این علامت را به کار بردند و قبل از این که سر انجام عدد صفر جای خود را به دست آورد، دیگر مورد استفاده قرار نگرفت.

🆔 @Physics3p

🖋نگارش:بانو سوفیا

ادامه 👇