‍ 📚فیزیک کوآنتوم به زبان ساده

🔰سری اول🔰

📎 قسمت هفدهم: اصول مهم کوآنتوم مکانیک - بخش‌سوم

🆔 @Physics3p

🔹تا اینجای کار با بسیاری از مفاهیم اولیه دنیای بینهایت کوچک ها آشنا شدیم و همچنین، در دو قسمت پیشین، سعی داشتیم تا با چندتا از اصول مهم و حیاتی دنیای ذرات کوچک آشنا بشیم. در ادامه این ماجرا، با یه اصل مهم دیگه در دنیای ذرات کوآنتومی آشنا میشیم که شاید بشه گفت اگه مهمتر از چیزهای گفته شده تا اینجای کار نباشه، کم اهمیتتر از اونها هم نیست!

💢 اصل عدم قطعیت

🔸بازهم مثل همیشه، الکترون رو به عنوان نماینده ذرات بینهایت ریز در نظر بگیرید! فرض کنید ما سعی داریم یکسری اطلاعات راجع به این ذره کوچک داشته باشیم. مثلأ قراره در پایه‌ای ترین حالت، مکان این ذره رو بدست بیاریم و همچنین سرعت اون رو داشته باشیم و از اونجایی که جرم نسبی الکترون رو میدونیم، اندازه حرکت الکترون یا همون "تکانه"، که با حاصلضرب جرم در سرعت این ذره برابره رو هم قصد داریم داشته باشیم تا اطلاعات مکانیکی‌مون از این ذره کامل شه! در دنیای اجسام بزرگ، با داشتن اطلاعاتی مانند مکان و نرخ تغییر مکان در واحد زمان که همون تندی یا سرعت میشه، میتونیم ادعا کنیم هر اطلاعاتی که از این جسم بخواهیم رو داریم و با نوشتن معادله حرکت این جسم و مشتق گیری از اون، میتونیم اطلاعاتمون رو ازش کامل کنیم.

🔹این اطلاعات اولیه مورد نیاز(مکان و نرخ تغییر مکان در واحد زمان یا همون سرعت) با "مشاهده" حرکت و تشخیص نوع حرکت قابل استخراج هست. حالا گاهی ممکنه با مشاهده چشمی یک جسم این عمل "مشاهده" صورت بگیره و اطلاعاتمون از حرکت جسم کامل شه یا ممکنه برای سنجش و مشاهده، به ابزارهای خاصی نیاز داشته باشیم. مثلأ برای اندازه گیری کمیت های دینامیکی و حرکتی یک ستاره یا سیاره دور، از تلسکوپ استفاده میشه یا برای سنجش حرکت یک باکتری، از میکروسکوپ که هر کدوم طرز کار خودشون رو دارند!

🔸اما چیزی که اینجا مهمه، عمل "دیدن" یا مشاهده هست. تا مشاهده‌ای صورت نگیره، همه چی بر پایه حدس و گمان استواره! برای دیدن یک چیز هم که دیگه همه میدونیم! کافیه نوری با طول موج معین، به اون جسم برخورد و سپس بازتاب کنه تا ما با استفاده از نور بازتابی، اون جسم صلب یا غیر صلب رو تشخیص بدیم. حالا قراره با همین شیوه، الکترون رو هم "مشاهده" کنیم و اطلاعات حرکتی اون رو بدست بیاریم. اما یک مشکلی وجود داره و اون ریز بودن بیش از اندازه الکترونه! برای دیده شدن و دیدن یک جسم، لازمه اندازه جسم حداقل به اندازه نصف طول موج نور برخوردی به اون جسم باشه تا نور به اون برخورد و سپس بازتاب کنه تا عمل دیدن صورت بگیره. چون در غیر اینصورت، طبق تشریحاتی که در قسمت های پیشین درباره ویژگی های موج کردیم، نور ممکنه اصلأ جسم رو دور بزنه یا حتی جسم مورد بحث رو به حساب نیاره و خیلی راحت از کنارش رد شه! در اینصورت دیگه برخورد و بازتابی صورت نمیگیره و عمل "مشاهده" هم منتفیه!!

🔹اندازه الکترون، خیلی کوچکتر از طول بازه‌ایه که طول موج امواج نور مرئی اتخاذ میکنند و عملأ الکترون در حدی نیست که بشه با نور مرئی عمل مشاهده رو انجام داد. پس باید دنبال امواج نوری با طول موج خیلی کوچکتر بگردیم و برای اینکار، «امواج گاما» مناسب اند! اما میدونیم هرچی طول موج امواج الکترومغناطیسی کوتاهتر بشه، انرژی بیشتری خواهند داشت! و از طرفی، در طی برخورد یک جسم به جسم دیگر، این انرژی بصورت انرژی جنبشی در جسم مورد برخورد(در اینجا الکترون) نمود پیدا میکنه. پس برخورد امواج گاما به الکترون، یک "برخورد کشسان یا الاستیک" محسوب میشه. اما مشکل دیگه اینه که الکترون به حدی کوچک و کم جرمه، که برخورد فوتون های موج گاما به الکترون، مثل برخورد یک کامیون به توپ بیلیارده! قطعأ چنان انرژی در طی این برخورد به الکترون منتقل میشه، با فرض اینکه الکترون از بین نره و چیزی ازش باقی بمونه! اونو به فاصله خیلی دوری پرت میکنه!!

🔸طبق توضیحات، اگر ما با دستگاه اندازه گیریمون که نقش میکروسکوپ یا تلسکوپی رو بازی میکنه که قراره یک جسم با اندازه معین، که در اینجا الکترونه رو به ما نشون بده، و ما قصد "مشاهده" و سنجش "مکان" و موقعیت الکترون رو داشته باشیم، مجبوریم به اون نور بتابونیم. نوری پر انرژی که سبب تفرق الکترون و افزایش انرژی جنبشی و در نتیجه تغییر و افزایش "سرعت" این ذره خواهد شد. هرچه هم دقت این دستگاه رو برای مشاهده و سنجش دقیقتر مکان ذره، بالاتر ببریم، مجبوریم نور بیشتر و پر انرژی‌تری بتابونیم که در نتیجه این برخورد الاستیک فوتون های نور با ذره یاد شده، شاهد تغییر بیشتر انرژی جنبشی انتقالی جسم و در نتیجه تفرق بیشتر ذره خواهیم بود.

ادامه دارد....

🆔 @Physics3p

✍ نوشته A.M.H

📚 فیزیک کوآنتوم به زبان ساده

🔰سری اول🔰

📎 قسمت هجدهم: اصول مهم کوآنتوم مکانیک - بخش چهارم

🆔 @Physics3p

🔹هایزنبرگ، این نتیجه رو بصورت ریاضی بصورت رابطه‌ای که در تصویر بالا اومده نشون داد که به اینصورت تعریف میشه: «هر چه دقت ما در اندازه گیری مکان یک جسم افزایش یابد، با عدم قطعیت و دقت کمتری در سنجش اندازه حرکت(تکانه) آن مواجه خواهیم بود و هرچه در سنجش اندازه حرکت ذره دقیقتر شویم، با بی دقتی و عدم قطعیت بیشتری در سنجش مکان آن روبرو میشویم». در این رابطه، تغییرات x که در رابطه بصورت دلتا ایکس نشون داده شده، عدم قطعیت در مکان ذره بوده و تغییرات p که با دلتای اون نشون داده شده، همون عدم قطعیت در تکانه(حاصلضرب جرم در سرعت ذره که جرم ذره یا الکترون، همواره مقدار ثابتی در نظر گرفته میشه) بوده که میشه ثابت کرد، حاصلضرب این دو همواره بزرگتر یا مساوی ثابت نرمالیزه پلانک هست! این رابطه، به "اصل عدم قطعیت هایزنبرگ" معروفه.

💢 مقصر کیست؟ دستگاه یا الکترون؟!

🔸اما شاید بگیم؛ خب! چرا دستگاهی نسازیم که بدون تابوندن نور کمیت های مکانیکی ذره رو مورد سنجش قرار بده که دیگه این خطاها پیش نیاد؟!🤔
مقصر این عدم قطعیت چه چیزیه؟ دستگاه یا الکترون؟ یا شاید هم توطئه های غرب(آمریکا و انگلیس) باشه! حقیقت اینه، درسته دستگاه ما کم بی تقصیر نیست! ولی عامل دیگه ای هم هست که این عدم قطعیت رو برای ذرات بینهایت کوچک، به یک اصل ذاتی تبدیل میکنه که ما بهش توجهی نداشتیم. نه دست های پشت پرده ای درکاره، و نه دخالت غربی ها! اون عامل همون چیزیه که در قسمت های نخستین، با کمک اون وارد قلمرو کوآنتوم مکانیک شدیم و فهمیدیم چرا لازمه دنیای ذرات بینهایت کوچک رو از دنیای اجسام بزرگ، متمایز کنیم.

🔹بله درسته! خاصیت دوگانگی ماده یا همون، "موج منتسب به ماده" بوده که عامل اصلی این فاجعه هست! گفتیم طبقه رابطه دوبروی، تمام اجسام در حال حرکت، دارای موجی میشن که ما اون رو موج منتسب به ماده در نظر گرفتیم. این موج از اونجایی که با جرم جسم رابطه عکس داره(قسمت چهارم این مطلب) و حضور ثابت پلانک در اون، در اجسام بزرگ قابل تشخیص نیست ولی در ذرات کوچک نمود پیدا میکنه و ما در اینجا مجبوریم ماده یا همون ذرات رو با موج منتسب بهشون توصیف کنیم که در قسمت های پیشین مفصل در این باره حرف زدیم!!

🔸اما طبق ویژگی هایی که از موج گفتیم، باید تابحال فهمیده باشیم موج در حالت حرکتی قابل توصیفه و ما برای تشخیص ویژگی های یک موج و توصیف اون، به بیش از یک نقطه یا موقعیت از اون احتیاج داریم و بعبارتی، برای سنجش موج، ما به یک "بازه مکانی" یا موقعیت اون موج محتاجیم. برای مثال، شما نمیتونید فقط با داشتن موقعیت یک موج در یک نقطه خاص(که به فاز حرکتی اون در اون نقطه معروفه) درباره کمیت های موجی مثل طول موج، دوره تناوب، فرکانس، دامنه موج و... حرف بزنید و باید یک بازه از حالات یا فازهای موج رو داشته باشید! از اونجایی که الکترون هم بنوعی یک موج هست که گفتیم بر همین مبنا(دوگانگی موج-ماده بودن ذرات) قادر نیستیم با کمک معادلات کلاسیک این ذره رو توصیف کنیم و به یک معادله خاص که بازهم گفتیم این معادله همون معادله شرودینگره که اون هم بصورت تابع احتمال نمود پیدا میکنه، برای توصیف این ذره احتیاج داریم، پس احمقانه هست که بخواهیم از یک "موقعیت مشخص" برای الکترون حرف بزنیم!!

🔹پس طبق این توضیحات، میشه گفت؛ عامل اصلی این عدم قطعیت که سبب میشه این اصل در ذات ذره نمود پیدا کنه، همون خاصیت دوگانگی ذرات هست که این موضوع(عدم قطعیت در سنجش) با عمل "مشاهده" پررنگ شده و برای ماهم قابل تشخیصه. بر این مبنا میشه گفت؛ الکترون(ذره کوآنتومی) همواره عدم قطعیت رو در ذات خودش داراست که با عمل مشاهده، ما این عدم قطعیت رو که مثل یک ترازویی هست که جفت هایی رو در دوسوی خودش جای داده(در اینجا مکان و تکانه) به یک سمت ترازو سوق میدیم. به زبان واضح تر، عدم قطعیت در کمیت های دوگانه و شاید کاملأ نامرتبط باهم(مثلأ همین مکان و تکانه) وجود داره که ما با مشاهده ذره، این عدم قطعیت رو بسمت یکی از این جفت ها میل میدیم و از دیگری سلب میکنیم!! پس این مشاهده نیست که عدم قطعیت رو بوجود میاره، بلکه مشاهده ترازوی عدم قطعیت رو نامیزان میکنه و از سمتی به سمت دیگر سوق میده و اینچنین هست که میشه گفت ما با عمل مشاهده، بر سرنوشت ذره، با نامتعادل کردن عدم قطعیت اون تأثیر میگذاریم!

👈🏻 اما بعنوان آخرین نکته، خوبه بدونید عدم قطعیت نه تنها در مکان و تکانه وجود داره، بلکه در جفت کمیت های دیگری هم مثل "انرژی" و "زمان" هم وجود داره. در چند قسمت آتی، ضمن بررسی یک ویژگی دیگر دنیای ذرات، درباره دیدگاه های فلسفی و همچنین خرافی! که از این اصول و همچنین دنیای ذرات بینهایت کوچک ها به خورد مردم داده میشه، بیشتر حرف میزنیم!!

ادامه دارد....

🆔 @Physics3p

✍ نوشته A.M.H

قسمت 15 و 16 مطلب "فیزیک کوآنتوم به زبان ساد"👆👆

💎علم از دیدگاه ریچارد فاینمن

✍ اين که بلد باشيم چطور سانتي گراد را به فارنهايت تبديل کنيم علم نيست. البته دانستنش خيلي لازم است، ولي دقيقا علم نيست. براي صحبت کردن با همديگر بايد واژه داشته باشيم، کلمه بلد باشيم و درست هم همين است. ولي خوب است بدانيم که فرق «استفاده از واژه» و «علم» دقيقا چيست؟ در اين صورت، مي فهميم که چه وقت ابزار علم مثل واژه ها و کلمه ها را تدريس مي کنيم و چه وقت خود علم را ياد مي دهيم.

🆔 @Physics3p

📚 کتاب هفته

📎 عنوان: نظریه نسبیت چیست؟
✍ نویسنده: لانداو رومر
☑️ موضوع: فیزیک-علم

#فارسی
#پیشنهاد_ویژه_کانال

🆔 @Physics3p

‍ 🔸نظریات همه چیز
🔹بخش اول: نظریه ریسمان(۲)

📎لینک قسمت قبلی مطلب:
https://t.me/physics3p/2880

🔸 در قسمت قبل کمی در مورد تئوری ابرریسمان توضیح دادیم در این قسمت مطالب مربوط به ابرریسمان را کامل کردیم:
🆔 @Physics3p

تئوری ابرریسمان مسئله‌ی ناهنجاری های علم فیزیک را می تواند در ابر فضا (ابعاد بالاتر کیهان مانند بعد پنجم و...) حل کند. در واقع ابرریسمان می گوید که علاوه بر فضای معمولی، بایستی ابرفضا هم وجود داشته باشد. و به ازای هر فرمیون ابرفرمیون و به ازای هر بوزون ابر بوزون باید در نظر گرفته شود. اما همین موضوع ابرفضا و ابعاد فضایی بالاتر از سه بعد که برای ما قابل مشاهده نیستند جزو مشکلات این نظریه بود و بعضی دانشمندان معتقد بودند این فضا های اضافی برای جهان ما نیستند. برای مثال ما نمی توانیم یک بعد زمان، و 9 بعد مکان داشته باشیم. این یک چالش بزرگ بود که می بایستی حل می شد. البته راه کلی و ارتباط آن را هفتاد سال پیش دو فیزیکدان به نام هاي کالوزا و کلین دریافته بودند. بر طبق نظر کالوزا-کلین می توان تئوری هاي داراي ابعاد بالا را به تئوری هایی که دارای ابعاد پایین هستند ربط داد. به عبارتی با انتقال خواص فیزیکی از ابعاد بالاتر به ابعاد پایین تربرای ربط دادن دو بعد به یک بعد، می توان یک مثال خوب را که خود کلین ارائه داده بود در این رابطه آورد. یک شلنگ آب را در نظر بگیرید، اگر بر فرض ما یک موجود میکروسکوپی بودیم و روی جداره‌ی شلنگ راه می رفتیم، دو بعد را می دیدیم. یک بعد در امتداد طول شلنگ و دیگری در اطراف جداره‌ی آن. حال اگر این موجود میکروسکوپی بزرگ شود و مثلا به اندازه ی خود ما شود و فاصله‌ی زیادی از شلنگ داشته باشد، آن چه می بیند یک بعد است یعنی یک خط یا تنها طول شلنگ را خواهد دید.

به همین ترتیب کالوزا و کلین میگفتند می توان چهار بعد را به پنج بعد و به همین ترتیب، پنج بعد را به شش بعد و شش بعد را به هفت بعد و الی آخر ربط داد. هنگامی که آنها نتیجه گرفتند می توان جاذبه را با نیروی الکترومغناطیسی ادغام کرد، توجه آلبرت اینشتین را به خود جلب نمودند. اینشتین خود روی آن کار کرد و چون اگر فقط با جاذبه در پنج بعد شروع کنیم و با روش کاهش مرتبه به چهار بعد برسیم، هم الکترومغناطیس را به دست می آوریم و هم جاذبه را!

بنابراین از همان زمان پنج بعدی بودن جهان مطرح شده بود. به این صورت که بعد پنجم اش به صورت یک دایره ی بسیار بسیار کوچک میکروسکپی است که ما نمی توانیم آن را مشاهده کنیم، یعنی اگر سه بعد فضایی بزرگ داشته باشیم و یک بعد فضایی بسیار کوچک و با بعد زمان کلا به پنج بعد می انجامد. در نتیجه ابعاد بالاتر را نمی شد به راحتی رد کرد. بلکه گفته می شد می توان از آن کمک گرفت برای متحد ساختن نیروها. دلیل آن بود که براي ایجاد اتحاد بین نیروها، برای مثال اتحاد جاذبه و نیروی الکترومغناطیسی که اینشتین به دنبال آن بود، ساده تر بود که با ابعاد بالاتر کار کنیم تا کار کردن با ابعاد پایین تر! تئوری ابر ریسمان می گوید که اتحاد نیروها با ابعاد پایین تر ناهنجاری ایجاد می شود، ولی با در نظر گرفتن 10 بعد این ناهنجاری ها حذف می گردند. 10 بعد البته زیاد است اما فیزیکدانان با روش کاهش مرتبه آشنا بودند و می گفتند آن شش بعد اضافی به صورت دایره ها و یا کره های بسیار کوچک هستند. معادلات ریاضی به کار گرفته شده در تئوری ابر ریسمان پیش بینی می کردند که تعداد ابعاد بایستی 10 باشد. در غیر این صورت مفاهیم فیزیکی غلط از آب در می آیند. به این ترتیب تئوری ابر ریسمان در اوایل دهه ي هشتاد گسترش یافت و توجه بسیاری از فیزیکدانان را به خود جلب نمود.

هنگامی که مطالعه‌ی دوم نظریه ی ریسمان در اواسط دهه ي هشتاد شروع شد و مطالعات جدی تری روی آن انجام گرفت، معلوم شد که در واقع چندین نوع نظریه ي ریسمان وجود دارد. که در نهایت حاصل کار برابر شد با پنج نوع مختلف نظریه‌ی ریسمانی.

ریسمان نوعl
ریسمان نوع IIA
ریسمان نوعIIB
یسمان هتروتیک با تقارن (SO(32
ریسمان هتروتیک با تقارن E8*E8

(انواع ریسمان ها در تصویر 👇)

در نگاه اول چنین وضعی عجیب است. اما با وجود چنین وضعی، می توان نظریه‌ی ابر ریسمان را نظریه ای جهان شمول قلمداد کرد زیرا هم دارای بوزون و هم دارای فرمیون می باشد و با کارهای شوارز مشخص شد که گراویتون را هم شامل می شود. یک ریسمان بسته(حلقه ای) معادل است با یک ذره‌ی گراویتون. ریسمان هاي باز نماینده‌ی ذرات (فرمیونها) خواهند بود. بنابراین تنها تفاوت اشیاء یا اتمهای موجود در طبیعت تنها به علت نوع خاصی است که آن ریسمان می تواند مرتعش شود.
🆔 @Physics3p

منبع: کتاب ذرات بنیادی یا نظریه ریسمان ها (همراه با اندکی ویرایش)

نظریه ریسمان چیست؟

پیشنهاد می‌کنم علاوه بر این دو قسمت مطلبی که در کانال گذاشتیم این ویدئو را هم ببنید.

🆔 @Physics3p

📚 نسبیت به روایت فضا-زمان!

📎 قسمت اول

🆔 @Physics3p

🔹نسبیت را که دیگر همه میشناسند! هرچند که تعداد اندکی از افراد در طول تاریخ و از ابتدای کشف و فرمول بندی آن توسط آلبرت اینشتاین، آن را بطور عمیق درک کرده‌اند. اگر بگوییم مهمترین دستاورد فیزیک مدرن و در پی آن نسبیت، آشتی دادن ابعاد مکانی با بعد زمان بود، یاوه نگفته ایم! اما‌ چرا این موضوع برای ما اهمیت دارد و این آشتی دادن، با تمام پاسخ هایی که به بسیاری از پرسش های ما میدهد، چه مشکلاتی را پیش رویمان میگذارد؟!
در اینجا قصد داریم به کنکاش در این موضوع بپردازیم!

💢 فضا‌-زمان راهی برای ورود بر ابرفضا

🔸وقتی از "بعد" صحبت میکنیم، در حقیقت چه چیزی مدنظرمان است؟ بعد در حقیقت و معنای واقعی کلمه، بمعنای طول است. اما بعد در اصطلاح فیزیکی آن، عبارت است از میزان آزادی در حرکت که فضا(بمعنای مجموعه ای از ابعاد) در اختیار ما قرار میدهد. هر "بعد"، میتواند دو جهت آزادی در حرکت به ما اعطا کند. برای مثال، کوچکترین(از نظر تعداد بعد) شکل دارای "بعد"، که ما در بین اشکال هندسی سراغ داریم، خط است که دارای یک بعد است. خط به ما دو جهت آزادی عمل یا "حرکت" میدهد: جلو و عقب. اگر مساحت بین دو خط عمود برهم را درنظر گیریم، آنگاه ما وارد فضای دوبعدی شده ایم! اکنون ما علاوه بر جلو و عقب، قادریم بسمت چپ و راست نیز حرکت کنیم و یا ترکیبی از این چهار جهت که جهت های فرعی را بوجود میاورند که خود برآیندی از این چهار جهت یاد شده میباشند.

🔹حال اگر به این شکل دو بعدی که ما آن را "صفحه" مینامیم، یک بعد دیگر اضافه کنیم، در حرکت خود دارای دو آزادی عمل بیشتر خواهیم بود. ما این بعد سوم را "ارتفاع" مینامیم. ارتفاع به ما دو جهت آزادی عمل یا حرکت، که ما آن را "بالا و پایین" مینامیم، اعطا میکند. پس ما در بعد سوم که آن را "حجم" یا فضای سه بعدی مینامیم، دارای شش جهت اصلی جلو/عقب، چپ/راست، بالا/پایین و همچنین ترکیبی از این جهت ها هستیم که آن را جهت های فرعی مینامیم که هریک، برآیندی از چند جهت اصلی میباشند. اما آیا اینجا پایان قضیه است؟ بعبارتی، آیا همچنان نیز میتوان با افزودن یک و یک "بعد دیگر"، شاهد ظهور دو جهت جدید بود و بدین ترتیب، ابرفضایی مشتمل بر بینهایت بعد را تشکیل داد؟!

🔸حقیقت اینست، پاسخ این پرسش همچنان برای ما نامعلوم است! هرچند که در بسیاری از تئوری های فیزیک، مانند تئوری ریسمان و ابر ریسمان ها و همچنین نسخه بروزتر آن! تئوری M و F، فضا را تا ۲۷ بعد نیز فرض میکنیم، اما پی بردن بدین موضوع، حداقل برای ذهن محدود ما! امری کاملأ دشوار و حتی غیرممکن است. ذهن ما بسختی قادر خواهد بود که حتی وجود چهاربعد فضایی را در یک قالب درک کند، چه رسد به تعداد بیشتری از این ابعاد! اما ناتوانی ذهنی ما در درک این موضوع، نمیتواند نبود ابعاد بیشتر را نتیجه دهد و طبیعت هرآنچه را که لازم باشد، انجام خواهد داد! اما چیزی که بدیهی است اینست که ما میدانیم، فضای ما دارای سه بعد فضایی است که ممکن است در ابرفضایی چهاربعدی شناور باشد! البته این درصورتی است که زمان را در مجموعه این ابعاد یاد شده قرار ندهیم.

🔹حال بهتر است برگردیم به بحث اصلی خودمان: در نسبیت، سه بعد فضا و یک بعد زمان را مجموعه ای بهم پیوسته درنظر میگیریم که بدان فضا‌زمان گویند. دلیل این فرض هم چنین است، که هرگونه تحریف و تشریح فضایی، تحریفات زمانی را نیز شامل میشود و عکس این موضوع نیز صادق است. این تغییرات فضا‌زمانی، با اشکال هندسی و خط هایی موسوم به دیاگرام های مینکوفسکی، که مجموع ای از "اینجا" ها و "اکنون"ها، بترتیب به منظور اشارت به موقعیت در مکان سه بعدی و زمان است، قابل تشریح اند. ما نیز در اینجا قصد نداریم که به اصول فیزیکی نسبیت و فضا‌زمان بپردازیم چون این موضوع به وفور در مطالب مربوط به نسبیت، در همین کانال مورد بررسی قرار گرفت، و آنچه که اینجا، برای ما مهم است، نتایجی است که از این موضوع بدست میاید.

ادامه دارد....

🆔 @Physics3p

✍ نوشته A.M.H

‍ 📚 نسبیت به روایت فضا-زمان!

📎 قسمت دوم

🆔 @Physics3p

🔹میتوان جهان مارا چنین فرض کرد، که مانند ابرجسم سه بعدی، در ابرفضای چهاربعدیست که زمان نیز شامل آن است. شاید بتوان گفت، تصور مکان بدون حضور زمان، امری کاملأ بیهوده است چون در حقیقت، «زمان جلوه ای از ابعاد مکانیست که به منظور نمو و درک این ابعاد، مورد نیاز است و برای گستریدن این ابعاد، که بدان فعل "حرکت" میگوییم، به آن نیاز داریم و در حقیقت، زمان در جوهر آن(فضا) تنیده شده است!». پس با این منظور، دیگر لازم نیست زمان را بعنوان یک "بعد" جدا در نظر گیریم و هرجا که از مجموعه ای از ابعاد سخن میگوییم، در حقیقت اشارتی به مجموعه ای از ابعاد طولی و زمانی داریم که ما آن را فضا-زمان در نظر گرفته ایم.

🔸اما چیزی که تا اینجای کار برای ما روشن است ، اینست که ما در حقیقت با یک مفهوم که چند مولفه را بخود اختصاص داده، درگیر شده ایم! حال در ادامه اگر مجموعه‌ی جهان را که گفتیم میتوان ابر جسمی سه بعدی و مشتمل به زمان در نظر گرفت، که در ابرفضایی چهاربعدی شناور است فرض کنیم،‌ این مولفه ها عبارت اند از: فضا(دارای سه بعد مکانی) - زمان - حرکت
اما موضوع مورد بحث اینست، این سه مولفه یاد شده، در حقیقت یک چیزاند که در هم تنیده اند، و نبود یکی، تهی شدن دیگری را نتیجه میدهد! بعبارتی، این را پذیرفته ایم که زمان با فضا در هم تنیده است چون نسبیت این را برای ما ثابت میکند! و حال میپذیریم "حرکت" نیز با این دو در هم تنیده است چون در نبود حرکت، عملأ تعریف فضا و زمان تهی میشود. این موضوع را بیاد آوردید که در ابتدای مطلب گفته بودیم، ابعاد در حقیقت همان مجموعه ای از "تعداد آزادی در حرکت" میباشند و هر بعد، یک جفت آزادی در حرکت را نتیجه میدهد. حال اگر حرکت نباشد، این «آزادی در حرکت ها» به چه کاری آیند؟! در مقابل آن نیز، وجود زمان دیگر تهی خواهد بود چون گفتیم زمان به واسطه حرکت و عوامل آن خود را به فضا پیوند میدهد(برای درک بیشتر این موضوع، سری دوم مطلب نسبیت به زبان ساده در همین کانال را مطالعه کنید).

💢 حرکت و شکل فضا

🔹حال که این موضوع را پذیرفتیم که ابعاد طولی و زمان و همراه با آن، حرکت، مجموعه ای که ما آن را فضا-زمان نامیدیم را نتیجه میدهند، بهتر است بدین پرسش پاسخ دهیم که؛ جهان که خود متشکل از این ابرفضای سه بعدیست که ما آن را مجموعه ای بنام فضا-زمان در نظر گرفتیم که آن نیز گفتیم دارای سه مؤلفه است، خود در ابرفضای چهاربعدی، چه شکلی میتواند داشته باشد و چگونه تغییر شکل آن، نتایجی که در نسبیت حاصل میشود را نتیجه میدهد؟!

🔸اینکه شکل فرضی جهان را چگونه میتوان یافت، بطور مستقیم قابل دستیابی نیست اما میتوان از اصلی انسانی در علم برای دستیابی بدین موضوع بهره برد! این اصل همان کاریست که در موارد بسیاری چه در علم و چه در کارهای ذهنی خود از آن به وفور استفاده میکنیم و آن، تبدیل کردن یک سیستم یا کل، به مجموعه ای از اجزاست که شناخت این اجزا، تصویری از آن سیستم یا کل را به ما نتیجه دهد. در اینجا باید بدانیم، اجزای فضا‌زمان با چه چیزی در تقابل اند یا چه چیزیست که با این سیستم در ارتباط است. در نسبیت میدانیم که این اجزا، همان "ماده" و "انرژی" هستند که با مولفه‌ی "حرکت"، بر دو مولفه‌ی دیگر فضا‌زمان، یعنی "ابعاد طولی" و "زمان"، تأثیر گذارند.

🔹تراکم این ماده و انرژی در فضا-زمان، میتواند شکل هندسی آن را برای ما توضیح دهد و هرگونه تغییر در این شکل است که خود نیز با حرکت ناشی شده، در حقیقت نتایج شگرفی را نتیجه میدهد که در نسبیت عام با آنها مواجه میشویم که از جمله آنها میتوان به: کرمچاله ها، سیاهچاله ها، تشکیل سحابی ها و کهکشان ها و در نتیجه ستارگان آسمان شب نام برد و یا حتی، نتایجی که در نسبیت خاص با آنها مواجه میشویم منجمله، سفر در زمان، وجود جهان های چندگانه، دورفرستی و چیزهایی از این قبیل نام برد! تمام این موارد، در نتیجه همان تغییراتیست که سه مولفه‌ی نام برده در مجموعه‌ی فضا‌زمان، با اجزای مشتمل بر فضا‌زمان، یعنی ماده و انرژی که خود در حقیقت یک چیز هستند در دو چهره‌ی متفاوت، بوجود میاورند!

👈🏻 در ادامه، به تشریح هریک از این موارد و تشریح نتایج فلسفی در نسبیت با کمک گرفتن از موارد یاد شده خواهیم پرداخت!

ادامه دارد....

🆔 @Physics3p

✍ نوشته A.M.H

۱/۳
⭕️ پس از بیگ بنگ چه اتفاقی افتاد؟!

حدود ۳۶-^۱۰ (۱۰ به توان ۳۶- )ثانیه بعد از بیگ بنگ(انفجار بزرگ) دمای عالم به ۲۷^۱۰ درجه کلوین رسید. در این مرحله جهان هستی شروع به انبساط کرد که به آن تورم کیهانی می گویند. بین لحظه ۳۵-^۱۰ و لحظه ۳۳-^۱۰ ثانیه پس از بیگ بنگ، عالم با سرعت فرا نوری به میزان ۵۰^۱۰ انبساط پیدا کرد. در ثانیه ۳۳-^۱۰، دما به ۲۵^۱۰ درجه کلوین می رسد، در این موقع کوارک ها و پاد کوارک ها به وجود می آیند. ولی در این هنگام گرما چندان زیاد است که پروتون ها و نوترون ها نمی توانند تشکیل شوند. بعد از ۱۲-^۱۰ ثانیه دمای عالم به ۱۶^۱۰ درجه کلوین می رسد. در این زمان چهار نیروی شناخته شده شکل می گیرد: ۱- نیروی هسته ای ضعیف ۲- نیروی هسته ای قوی ۳- نیروی الکترومغناطیس ۴- نیروی گرانش. به گفته ی محققان این چهار نیرو در آغاز بیگ بنگ یکی بوده اند.

ادامه👇👇
🆔 @Physics3p

۲/۳
⭕️ پس از بیگ بنگ چه اتفاقی افتاد؟!

در ثانیه ۱۶-^۱۰ دما به ۱۳^۱۰ کلوین رسید، کوارک ها دیگر نمی توانستند بصورت آزاد وجود داشته باشند و به هادرون تبدیل شدند که از آنها پروتون ها و نترون ها و پادنترون ها(با بار مثبت) و نوترون ها(با بار منفی) و سرانجام مقدار زیادی ذرات خنثی به نام نوترینو به وجود آمدند. بعد از ۴-^۱۰ ثانیه دما به ۱۲^۱۰ درجه کلوین می رسد، اکثر پروتون ها و نوترون ها با برخورد به پاد پروتون ها و پاد نوترون ها از بین می روند و تنها مقدار بسیار ناچیزی از پروتون ها و نوترون ها به نسبت ۱/۶ باقی می مانند که بعدها از آنها هلیم ساخته می شود در این لحظه گرما چندان بود که الکترون ها و پاد الکترون ها به وجود آمدند.

ادامه👇👇
🆔 @Physics3p

۳/۳
⭕️ پس از بیگ بنگ چه اتفاقی افتاد؟!

یک ثانیه بعد از بیگ بنگ ، دما به ۱۰^۱۰ درجه کلوین افت می کند، حال الکترون ها و پادالکترون ها نیز همدیگر را نابود می کنند و جز مقدار ناچیزی(۹-^۱۰قسمت آن) باقی نمی ماند؛ از این مقدار ناچیز الکترون مواد آینده هستی به وجود می آید. پس از ۱۰ ثانیه که از بیگ بنگ می گذرد، دما به ۹^۱۰ کلوین می رسد. پروتون ها و نوترون ها از طریق همجوشی هسته ای اولین هسته اتمی را به وجود آوردند.به این مرحله هسته زایی می گویند. در این مرحله %۲۵ ایزوتوپ هیلیم ۴ و ۰٫۰۰۱ % ایزوتوپ های هیدروزن سنگین یا دوتریم،D و همچنین مقدار بسیار ناچیزی ایزوتوپ هیلیم ۳ تولید می شود، %۷۵ بقیه پروتون ها بعد ها هسته اتم هیدروژن را ساختند.

بعد از ۵ دقیقه از هسته سازی بیگ بنگ، نوترون های آزاد باقی مانده دیگر ثابت نبودند و به تدریج به پروتون و الکترون تبدیل شدند. بقیه عناصر سنگین بعدها درون ستارگان به وجود آمدند. بعد از خود سیصد هزار سال دما به ۳۰۰۰ درجه کلوین افت کرد، در این شرابط پروتون ها و نوترون ها و الکترون ها توانستند اتم های پایدار به وجود آوردند و نور توانست بدون مانع به حرکت خود ادامه دهد.

🆔 @Physics3p

(1/2)

💢 چگونه میتوان عدم توانایی در گریز اجسام از سیاهچاله را توجیه کرد؟

برای درک این موضوع، ما در اینجا دو دیدگاه نسبیتی و کلاسیک را مورد بررسی قرار میدهیم.

الف) دیدگاه نسبیتی:

🔻در نگاه نسبیتی میدانیم که گرانش ناشی از یک جرم، عبارت از میزان خمش ایجاد شده در فضا-زمان توسط آن جرم که با چگالی خطی(جرم در واحد طول) آن رابطه مستقیم دارد. یعنی هرچه یک جسم جرم بیشتری را در مقیاس مکانی معین گنجانده باشد، انتظار میرود تندی گریز از آن نیز افزوده گردد و در نتیجه در حد طولی معینی که طول شوارتزشیلد نام دارد، تندی گریز از آن به تندی نور میرسد.

👈🏻 از آنجایی که براساس نسبیت خاص میدانیم هیچ جسمی در فضا-زمان قادر نیست به تندی نور برسد، عملأ این ناتوانی جسم سبب گیر افتادن آن در گرو جاذبه گرانشی ناشی از سیاهچاله خواهد شد!

🆔 @Physics3p

(2/2)

ب) دیدگاه کلاسیک:

🔻از دبیرستان بیاد داریم طبق قانون دوم نیوتن عکس العمل وارده ناشی از یک نیرو به یک جرم معین بصورت "شتاب" خود را به ما نشان میدهد که این شتاب با جرم جسم رابطه عکس دارد. از طرفی طبق قانون گرانش نیوتن جاذبه گرانشی نیز یک نیروست که با جرم اجسام رابطه مستقیم و با مجذور فاصله رابطه عکس دارد. همچنین میدانیم افزایش شتاب، یعنی افزایش تغییرات سرعت در یک ثانیه.

🔻بنابراین هرچه نیروی گرانش افزوده گردد، طبق قانون دوم نیوتن شتاب وارده به جسم نیز زیاد میشود و با زیاد شدن این نیرو، شتاب افزایش میابد که در نقطه ای این شتاب برابر با 8^10×3 متر بر مجذور ثانیه میشود و این یعنی در هر ثانیه، تندی جسم در اثر گرانش به اندازه سرعت نور زیاد خواهد شد!

👈🏻 بدین سبب برای خنثی کردن این شتاب، جسم نیز باید به همین اندازه شتاب در جهت عکس شتاب جاذبه بگیرد و این یعنی در هر ثانیه باید به اندازه تندی نور سرعت آن افزایش یابد که اگر محدودیت های نسبیتی را در نظر نگیریم، کار ناشی از این نیروی خنثی کننده، بینهایت خواهد شد و این یعنی اعمال بینهایت انرژی توسط نیروی خارجی به جسم که در عمل غیرممکن است!

🆔 @Physics3p

‍ 📚 فیزیک کوآنتوم به زبان ساده

🔰سری اول🔰

📎 قسمت نوزدهم: دو پدیده شگفت انگیز! (۱)

🆔 @Physics3p

🔹خب! تا اینجای داستان، سعی کردیم با قوانین پایه دنیای ذرات بینهایت کوچک آشنا بشیم و همچنین، به این موضوع پرداختیم که منشأ این قوانین و رفتارهای متفاوت دنیای ذرات از کجاست و این رفتارهای متفاوت ذرات، که از مهم ترینش بعنوان دوگانگی ذرات یادکردیم، اصول مهمی رو بوجود میاره که در قسمت های پیشین، به چند مورد مهم این اصول پرداختیم!
حال در ادامه، برای اینکه اطلاعات پایه‌مون از دنیای ذرات کامل شده و بتونیم وارد سری دوم مطلب بشیم و بطور تخصصی تر و موشکافانه تر دنیای مرموز این موجودات کوچک که ساختمان هستی رو تشکیل میدن، مورد بررسی قرار بدیم، لازمه با دو پدیده مهم و شگفت انگیز و بسی متفاوت! از دنیای ذرات آشنا بشیم.

💢 تونل زنی کوآنتومی

🔸فرض کنید در مکانی قرار گرفتیم که دور تا دورش دیوار کشیده شده، همچنین هیچ درب یا خروجی هم در اون تعبیه نشده! از اونجایی که ما انسان ها نمیتونیم یجا بند بشیم و فکر میکنیم اون بیرون خبریه! سعی داریم از این دیوارها بالا بریم و خودمون رو از اون محیط محبوس نجات بدیم. برای بالا رفتن از این دیوار، به یک ابزار مانند نردبان یا کمک دیگران نیاز داریم ولی بعد از اینکه از دیوار بالا رفتیم، دیگه تقریبأ به هدفمون رسیدم و درصوتی که در حین پریدن کله پا نشیم! میتونیم ادعا کنیم از این سد(دیوار) رد شدیم. اما چرا برای بالا رفتن از دیوار به یک ابزار و همچنین "صرف انرژی" نیاز داریم؟ از دوران مهدکودک بیاد داریم، هرچه یک جسم در ارتفاع بیشتری از مرجع پتانسیل گرانشی(در اینجا زمین) قرار داشته باشه، انرژی بیشتری داره و هرچه به این مرجع نزدیکتر بوده یا ارتفاع کمتری داشته باشه، دارای انرژی کمتری خواهد بود. همچنین از دوران پیش دبستانی بیاد داریم که مقدار این انرژی برابر است با حاصلضرب وزن جسم در ارتفاع اون از سطح زمین که به این انرژی، "انرژی پتانسیل" ، در اینجا از نوع گرانشی! میگفتیم(اینم همون وسط مهد و پیش دبستانی بود که خوندید!).

🔹خب از این توضیحات میشه اینطور بیان کرد که؛ وجود یک سد(در اینجا دیوار) باعث احتیاج ما به افزایش نوعی انرژی‌ خواهد شد که این انرژی همون انرژی پتانسیل هست! به این سد در اصطلاح میگیم: "سد پتانسیل". حالا فرض کنید اینبار بجای اینکه پشت دیواری محبوس بشیم، به درون چاهی افتادیم و بازهم از اونجاییکه فکر میکنیم اون بیرون آش مجانی میدن! سعی داریم از درون چاه بیایم بیرون. بازهم میبینیم قضیه فرقی نمیکنه و همون داستان بالا برقراره و از قضا، در اینجا هم لازمه خروج از چاه، افزایش انرژی پتانسیل هست. ما اسم این چاه رو هم میذاریم: "چاه پتانسیل".

🔸خب حالا اگه از این اسم گذاری ها بگذریم! ببینیم نظر فیزیک کلاسیک و همچنین فیزیک کوآنتوم درباره خروج از این چاه یا عبور از سد چیه! فیزیک کلاسیک به ما میگه تنها راه خروج از چاه یا عبور از دیوار، اینه که راهی پیدا کنیم تا انرژی پتانسیل رو به اندازه مورد نیاز افزایش بدیم. مثلأ به یک نردبان یا کمک یک شخص یا هرچیزی که بتونه این انرژی رو برامون تأمین کنه و در غیر اینصورت، یعنی نبود هرگونه ابزار‌ برای تأمین این انرژی، هرگز ممکن نیست که بشه از این چاه پتانسیل خارج شد. اما در دنیای ذرات، قضیه کمی متفاوته!

🔹بازهم الکترون رو بعنوان نماینده ذرات کوچک در نظر بگیرید. اینبار برای اینکه مفهوم چاه پتانسیل رو در دنیای ذرات روشن کنیم، به ساده ترین مثال، یعنی اتم هیدروژن رجوع میکنیم. در این اتم، ما یک الکترون داریم که توسط کشش جاذبه هسته، درون این اتم محبوس شده‌. در حقیقت، کشش جاذبه الکترواستاتیک هسته، همون چاه پتانسیل ماست که الکترون، برای خروج از این چاه، نیاز به افزایش انرژی پتانسیل خود داره. از نظر فیزیک کلاسیک، هرگز ممکن نیست که الکترون همینطوری یهویی! و بدون صرف هرگونه انرژی از خارج، از این چاه پتانسیل خارج بشه، اما از اونجاییکه گفتیم در دنیای ذرات کوچک، قوانین کلاسیک فیزیک پشیزی ارزش نداره!! با حل معادله شرودینگر که در دنیای ذرات نقش خدارو بازی میکنه! میشه بدین موضوع پی برد، احتمال غیرصفری وجود داره که این الکترون داستان ما، تونل بزنه و بدون صرف انرژی، زیرخاکی بره و از این چاه پتانسیل محبوس شده در اون خارج بشه(تصویر زیر).

ادامه دارد....

🆔 @Physics3p

✍ نوشته A.M.H

‍ ‍ ‍ 📚 فیزیک کوآنتوم به زبان ساده

🔰سری اول🔰

📎 قسمت بیستم: دو پدیده شگفت انگیز! (۲)

🆔 @Physics3p

🔹دلیلش هم بر میگرده به اصل عدم قطعیتی که در قسمت پیش به توجیه اون پرداختیم و گفتیم این اصل هم نتیجه دوگانگی ذرات هست. کاملأ مشاهده میکنید از نخستین قسمت این مطلب تا حالا، هرچی بدبختی داشتیم، زیر سر این دوگانگی بوده و بس!!
اما این پدیده که توضیح دادیم و برای نخستین بار توسط فیزیکدانی آلمانی با حل معادله شرودینگر، بنام فردریک هاند، درست حدود یکسال پس کشف این معادله، یعنی در اوایل سال ۱۹۲۷، کشف شد و با توجه به ماهیت اون، به پدیده "تونل زنی کوآنتومی" شهره خاص و عام هست و مانند بسیاری از پدیده های دنیای ریزترین ها، در نهایت ظریف بودن، اسم دهن پرکنی داره طوریکه چهارستون بدن رو به لرزه میندازه!! اما علاوه بر داشتن چنین اسم شیک و مجلسی و دهن پرکنی، خواص دیگه ای هم داره که از جمله اون میشه به توجیه پرتوزایی طبیعی، ابررسانایی فلزات، دگرگونی الکتریکی مواد، کامپیوترهای کوآنتومی و... اشاره کرد(توضیحات تکمیلی در سری بعدی مطلب).

💢 درهم تنیدگی کوآنتومی

🔸در حقیقت قصد داشتیم این موضوع رو در سری دوم بطور مفصل مورد بررسی قرار بدیم، ولی حالا بد نیست که یک توضیح مختصری در اینجا هم داشته باشیم!
بازهم بعنوان نماینده ذرات ریز، الکترون رو در نظر میگیریم. پدیده درهم تنیدگی که یکی دیگر از شگفتی های دنیای ذراته، میگه ممکنه دو ذره ماننده الکترون در ابتدا تنها بریکدیگر اثر متقابل داشته باشند اما پس از جدایی این دو، حتی اگه تا میلیون ها سال نوری از هم دور باشند!!! با تغییر حالت یکی از این دو، دیگری هم دچار تغییر خواهد شد و بنوعی به رفتار اولی، واکنش متقابل نشون میده!! این پدیده که یجورایی مارو بیاد قانون سوم نیوتن میندازه(شاید بگید چه ربطی داره؟ ولی راستش خودم هم نمیدونم فقط خواستم یه مثالی زده باشم!😃)، با این تغییر که اینجا فاصله مکانی اهمیتی نداره، نخستین بار توسط خود شخص انیشتین(از دشمنان خونین و در عین حال! یکی از بنیانگذاران نظریه کوآنتوم)، برای زیر سئوال بردن این تئوری ارائه شد.

🔹انیشتین در مقاله ای مشترک با دو فیزیکدان دیگر با نامهای ناتان روزن و بوریس پودولسکی، در سال ۱۹۳۵ در تلاش بود با ارائه این موضوع و پیشنهاد وجود "نوعی از متغیرهای پنهان" در دنیای ذرات، ناکامل بودن کوآنتوم مکانیک رو به همگان ثابت کرده و از وجود احتمالات ناشی از معادله موج شرودینگر در فیزیک، خودش رو خلاص کنه و از این پدیده، که در اون مقاله یاد شده، از سه فیزیکدان نام برده، اومده، بعنوان "پارادوکسEPR"(مخفف نام سه فیزیکدان) یاد کرد، چون طبق نظریه نسبیت، معتقد بود که هیچ چیز در دنیا سریعتر از نور حرکت نمیکنه و در اینجا ما شاهد تبادل اطلاعات اونم بسیار فراتر از تندی نور هستیم!!! و به تمسخر، از اون بعنوان عمل شبح وار بین دو ذره یاد کرد. اما شرودینگر که خود از بنیانگذاران همیشه در صحنه مکانیک موجی بود، در طی نامه ای به انیشتین، از این پدیده بعنوان "درهم تنیدگی کوآنتومی" یاد کرده و به توجیه اون پرداخت(در سری دوم این مطلب، به توجیه بیشتر این پدیده و همچنین توصیف ریاضیات آن خواهیم پرداخت).

👈🏻 اما این پدیده هم برای تأیید، نیاز به یک آزمایش تجربی داشت که در آزمایشی موسوم به آزمایش فریدمن-کلاورز(برگرفته از نام دو دانشمند آزمایشگر) وجودش تأیید شد. هرچند که بعد از اون هم چندین آزمایش دیگر مانند آزمایش آلن اسپکت و دیگران انجام شد و فهمیدن مو لا درزش نمیره!! و انیشتین گل بخودی زد😉

ادامه دارد....

🆔 @Physics3p

✍ نوشته A.M.H

قسمت 17 و 18 مطلب "فیزیک کوآنتوم به زبان ساده"👆👆

📚 کتاب هفته

📎 عنوان: الفبای فلسفه
✍ نویسنده: نایجل واربرتون
☑️ موضوع: فلسفی-اجتماعی-عقیدتی

#فارسی
#پیشنهاد_ویژه_کانال

🆔 @Physics3p

_من نمیتوانم بدون شک و عدم قطعیت و نادانی زندگی کنم به گمان من که بهتر است انسان نادان باشد اما به پاسخهایی دل نبندد که نادرست هستند من برای چیزهای مختلف جواب های تقریبی و باورهایی دارم و به درجه ای از قطعیت نگاه میکنم اما به هیچ چیز یقین مطلق ندارم و چیزهای زیادی هست که درباره آنها چیزی نمی دانم , از جمله اینکه << چرا ما هستیم >> به چه معنیست و هدفمان از این پرسش چیست.

_ریچارد فاینمن _

📚" لذت فهمیدن "

🆔 @Physics3p