داستان اتم و کوانتوم
📚🎧 کتاب صوتی: داستان اتم و کوانتوم
🔶 قسمت (2): 73 دقیقه
🔷 خوانش: فرهاد
#پیشنهاد_ویژه_کانال
🆔 @Physics3p
🔶 قسمت (2): 73 دقیقه
🔷 خوانش: فرهاد
#پیشنهاد_ویژه_کانال
🆔 @Physics3p
📚تاریخچه ریاضیات
📎قسمت چهاردهم تاریخچه اعداد
🆔 @Physics3p
🔸تاریخچه لگاریتم
سالها پیش کسی فکر نمی کرد لگاریتمی که در رابطه با نیاز محاسبات عملی کشف شد در آینده کاربردهای وسیعی پیدا کند.
شاید هیچوقت کپلر فکر نمی کرد که جدول هایی را که برای ساده کردن محاسبات طولانی در تعیین مدار مریخ و یا کارهای اخترشناسی دیگرش تنظیم کرد، جرقه ای این چنین را در ریاضیات ایجاد کند.
یا شاید لاپلاسی که گفت: “لگاریتم طول زندگی اخترشناسان را چند برابر کرد” نمی دانست که نه تنها طول زندگی اخترشناسان بلکه دریانوردان، بازرگانان، موسیقیدانان، شیمیدانان، ریاضیدانان، زمین شناسان و حتی همه ی انسان های کره ی زمین را چند برابر کرد.
بدیهی است که تا نیاز به چیزی احساس نشود آن چیز کشف و اختراع نمی گردد، در واقع هرکدام از علومی که با آن روبه رو هستیم هریک به مقتضای نیازی و با توجه به هدف خاصی پیکر بندی شده اند.
🆔 @Physics3p
میگویند روزی جان نپر اسکاتلندی در کلاس درس جواب معادله( e^n-x=0) را از دانشجویی خواست.
او براحتی جواب را نوشت.x=e^n
از دانشجوی دیگری جواب همان معادله را وقتی e مجهول باشد خواست،او نیز نوشت:e=x^1/n ویا e مساوی است باریشه n ام x
همینجا بود که دانشجویی پرسید،آقای نپر مقدار nبر حسب x و e چگونه پیدا میشود؟
آقای نپر جوابی نداشت که بدهد.
این موضوع فکر نپر را مشغول نمود،ومرتب بدنبال جواب بود.
بلاخره وقتی متوجه شد که هنوز کسی به این سوال جواب نداده ا ست خوشحال شد وجلسه بعد گفت n را رابطه بین دوعدد x و e می نامیم.
بزبان لاتین رابطه لگ وعدد هم اریتم میشود.از ترکیب این دو کلمه لگاریتم درست میشود.
سپس وی معادله پایین را نوشت👇🏾
n=logxe
◆ میدانیم در ضرب توان ها ی هم پایه یکی ازپایه ها را نوشته وتوان ها را جمع میکنیم .بنابراین لگاریتم که همان توان بود ضرب را به جمع و تقسیم رابه تفریق تبدیل میکند.
همین موضوع بود که باعث اهمیت لگاریتم شد، و خیلی زود جهانی شد.
➖همچنین شایان ذکر است مفهوم امروزی لگاریتم در نتیجه کارهای اویلر در قرن ۱۸ میلادی توسعه یافته است. اویلر نخستین کسی بود که مفهوم لگاریتم را به مفهوم تابع نمایی پیوند داد
🆔 @Physics3p
🖋نگارش از سوفیا
📎قسمت چهاردهم تاریخچه اعداد
🆔 @Physics3p
🔸تاریخچه لگاریتم
سالها پیش کسی فکر نمی کرد لگاریتمی که در رابطه با نیاز محاسبات عملی کشف شد در آینده کاربردهای وسیعی پیدا کند.
شاید هیچوقت کپلر فکر نمی کرد که جدول هایی را که برای ساده کردن محاسبات طولانی در تعیین مدار مریخ و یا کارهای اخترشناسی دیگرش تنظیم کرد، جرقه ای این چنین را در ریاضیات ایجاد کند.
یا شاید لاپلاسی که گفت: “لگاریتم طول زندگی اخترشناسان را چند برابر کرد” نمی دانست که نه تنها طول زندگی اخترشناسان بلکه دریانوردان، بازرگانان، موسیقیدانان، شیمیدانان، ریاضیدانان، زمین شناسان و حتی همه ی انسان های کره ی زمین را چند برابر کرد.
بدیهی است که تا نیاز به چیزی احساس نشود آن چیز کشف و اختراع نمی گردد، در واقع هرکدام از علومی که با آن روبه رو هستیم هریک به مقتضای نیازی و با توجه به هدف خاصی پیکر بندی شده اند.
🆔 @Physics3p
میگویند روزی جان نپر اسکاتلندی در کلاس درس جواب معادله( e^n-x=0) را از دانشجویی خواست.
او براحتی جواب را نوشت.x=e^n
از دانشجوی دیگری جواب همان معادله را وقتی e مجهول باشد خواست،او نیز نوشت:e=x^1/n ویا e مساوی است باریشه n ام x
همینجا بود که دانشجویی پرسید،آقای نپر مقدار nبر حسب x و e چگونه پیدا میشود؟
آقای نپر جوابی نداشت که بدهد.
این موضوع فکر نپر را مشغول نمود،ومرتب بدنبال جواب بود.
بلاخره وقتی متوجه شد که هنوز کسی به این سوال جواب نداده ا ست خوشحال شد وجلسه بعد گفت n را رابطه بین دوعدد x و e می نامیم.
بزبان لاتین رابطه لگ وعدد هم اریتم میشود.از ترکیب این دو کلمه لگاریتم درست میشود.
سپس وی معادله پایین را نوشت👇🏾
n=logxe
◆ میدانیم در ضرب توان ها ی هم پایه یکی ازپایه ها را نوشته وتوان ها را جمع میکنیم .بنابراین لگاریتم که همان توان بود ضرب را به جمع و تقسیم رابه تفریق تبدیل میکند.
همین موضوع بود که باعث اهمیت لگاریتم شد، و خیلی زود جهانی شد.
➖همچنین شایان ذکر است مفهوم امروزی لگاریتم در نتیجه کارهای اویلر در قرن ۱۸ میلادی توسعه یافته است. اویلر نخستین کسی بود که مفهوم لگاریتم را به مفهوم تابع نمایی پیوند داد
🆔 @Physics3p
🖋نگارش از سوفیا
❤1
📚 از تولد تا مرگ ستارگان
🖇 قسمت اول
🆔 @Physics3p
🔸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 بگذارند!
🔹بعد از انفجار بزرگ، جهان تازه متولد شده، تنها دریایی بود از ذرات زیراتمی: الکترون، پروتون، نوترون(همچنین بیاد داشته باشید، پروتون ها و نوترون ها بعنوان ذرات غیربنیادی، از جز کوچکتری بنام کوآرک تشکیل شدند).
اما چیزی نگذشت که این ذرات زیراتمی وارد برهمکنش شده و نخستین و سبکترین 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، سیستمی متشکل از گرد و غبار و جایگاهی مطمئن برای تولد نخستین ستارگان. طبق قوانین فیزیک، میدونیم هر "جرمی" سبب ایجاد نیروی ضعیف جاذبه 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 و با گذشت زمان، 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 و اصلأ چرا ستاره ها نور و گرما تولید میکنند؟!
🔸و اما جواب: 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(تغییر ویژگی های فیزیکی ماده). 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!(البته این تعریف نسبیتی انرژی بود که به ما میگه، ماده و انرژی تنها در برخی ویژگی های فیزیکی قابل تبدیل به هم، متفاوت هستند که ما شاهد این تبدیلات در فرآیند هسته ای درون ستارگان هستیم و شاهد تبدیل شدن جرم(ماده) به انرژی خواهیم بود).
ادامه دارد....
🆔 @Physics3p
🖇 قسمت اول
🆔 @Physics3p
🔸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 بگذارند!
🔹بعد از انفجار بزرگ، جهان تازه متولد شده، تنها دریایی بود از ذرات زیراتمی: الکترون، پروتون، نوترون(همچنین بیاد داشته باشید، پروتون ها و نوترون ها بعنوان ذرات غیربنیادی، از جز کوچکتری بنام کوآرک تشکیل شدند).
اما چیزی نگذشت که این ذرات زیراتمی وارد برهمکنش شده و نخستین و سبکترین 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، سیستمی متشکل از گرد و غبار و جایگاهی مطمئن برای تولد نخستین ستارگان. طبق قوانین فیزیک، میدونیم هر "جرمی" سبب ایجاد نیروی ضعیف جاذبه 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 و با گذشت زمان، 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 و اصلأ چرا ستاره ها نور و گرما تولید میکنند؟!
🔸و اما جواب: 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(تغییر ویژگی های فیزیکی ماده). 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!(البته این تعریف نسبیتی انرژی بود که به ما میگه، ماده و انرژی تنها در برخی ویژگی های فیزیکی قابل تبدیل به هم، متفاوت هستند که ما شاهد این تبدیلات در فرآیند هسته ای درون ستارگان هستیم و شاهد تبدیل شدن جرم(ماده) به انرژی خواهیم بود).
ادامه دارد....
🆔 @Physics3p
📚 از تولد تا مرگ ستارگان
🖇 قسمت دوم
🆔 @Physics3p
🔹اما داستان ستاره ای ما همچنان ادامه داره... این ستارهی 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(طول عمر این ستاره، با جرم و در نتیجه گرانش ناشی از اون، رابطه عکس داره!).
🔸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 "کوتوله 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 ستارهی 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؟!
🔹و اما جواب: 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. درواقع این اصل و همچنین نیروی دافعه الکترومغناطیسی بین الکترون ها، بعنوان مدافع ماده در برابر بیشتر فشرده شدن عمل میکنند. 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. این حد جرمی، به ما میگه یک ستاره با حداکثر چه جرمی میتونه در نهایت به کوتوله سفید تبدیل بشه!
🔸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 کوتوله سفید بود، به نوترون تبدیل شده و این ذرات، با تندی زیادی نزدیک به تندی نور، بسمت لایه بیرونی حرکت میکنند. یعنی جرم این نوع ستارگان به اندازهای هست که گرانش بر نیروی دافعه الکترومغناطیسی بین ذرات غلبه کرده و ذرات درون اتم ها از هم پاشیده و در نتیجه، ما با سوپی از ذرات زیراتمی روبرو هستیم. در این سوپ تشکیل شده، الکترون ها و پروتون ها بعنوان ذرات ناهمنام باردار با هم برهمکنش کرده و به نوترون تبدیل میشن!
🔹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 خیلی زیاده!! دوم هم اینکه این ستارگان طی این فرآیند حرکت سریع، با سرعت زاویه ای 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(این پالسارها بعنوان نویزهایی در قالب امواج الکترومغناطیسی با آهنگ و ریتم منظم قابل دریافت هستند).
ادامه دارد....
🆔 @Physics3p
🖇 قسمت دوم
🆔 @Physics3p
🔹اما داستان ستاره ای ما همچنان ادامه داره... این ستارهی 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(طول عمر این ستاره، با جرم و در نتیجه گرانش ناشی از اون، رابطه عکس داره!).
🔸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 "کوتوله 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 ستارهی 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؟!
🔹و اما جواب: 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. درواقع این اصل و همچنین نیروی دافعه الکترومغناطیسی بین الکترون ها، بعنوان مدافع ماده در برابر بیشتر فشرده شدن عمل میکنند. 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. این حد جرمی، به ما میگه یک ستاره با حداکثر چه جرمی میتونه در نهایت به کوتوله سفید تبدیل بشه!
🔸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 کوتوله سفید بود، به نوترون تبدیل شده و این ذرات، با تندی زیادی نزدیک به تندی نور، بسمت لایه بیرونی حرکت میکنند. یعنی جرم این نوع ستارگان به اندازهای هست که گرانش بر نیروی دافعه الکترومغناطیسی بین ذرات غلبه کرده و ذرات درون اتم ها از هم پاشیده و در نتیجه، ما با سوپی از ذرات زیراتمی روبرو هستیم. در این سوپ تشکیل شده، الکترون ها و پروتون ها بعنوان ذرات ناهمنام باردار با هم برهمکنش کرده و به نوترون تبدیل میشن!
🔹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 خیلی زیاده!! دوم هم اینکه این ستارگان طی این فرآیند حرکت سریع، با سرعت زاویه ای 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(این پالسارها بعنوان نویزهایی در قالب امواج الکترومغناطیسی با آهنگ و ریتم منظم قابل دریافت هستند).
ادامه دارد....
🆔 @Physics3p
📚 از تولد تا مرگ ستارگان
🖇 قسمت سوم
🆔 @Physics3p
🔹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 بازهم 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!
🔸برای رسیدن یک جسم به یک سیاهچاله، یک حد اندازه خاصی بنام "شعاع شواتزشیلد" وجود داره که در مطالب مربوط به نسبیت در این کانال مورد بررسی قرار گرفت. آخرین مرحله ای که برای یک ستاره با جرم زیاد رقم میخوره، تبدیل ستاره به سیاهچاله هست. اینحالت که بعنوان سومین سرنوشت یک ستاره شناخته میشه، بدین صورته که اگر در مرحله تشکیل ستاره نوترونی، جرم ستاره به حدی زیاد و در نتیجه گرانش زیادی وجود داشته باشه که بتونه "نوترون" هارو هم در هم بشکنه، اینجاست که دیگه ما شاهد نوعی جدیدی از سوپ، بنام سوپ کوآرکی هستیم!(گفتیم که کوآرک ها جز کوچکتر نوترون ها و پروتون ها هستند).
🔹اما معمولأ بدلیل اینکه گرانش در اینگونه ستاره ها تا این لحظه از تشکیل، به حدی بوده که بر نیروی الکترومغناطیس، هسته ای قوی و ضعیف مقابله کرده، ستاره بیشتر فشرده شده و به جسمی با جرم و گرانش بسیار زیاد بنام "سیاهچاله" تبدیل میشه! 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 ناشی از اون رو نخواهد داشت. و بدتر از اون اینه که 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.
👈🏻 اما این آخرین سرنوشتیه که برای یک ستاره بعد گذر از مرحله ستاره هیدروژنی و هلیمی(کوتوله سرخ)، میشه در نظر گرفت که تابحال مشاهده و بررسی شده. دیدیم که تمام این سرنوشتهای ستاره ای بعد از انفجار ستاره کوتوله سرخ(کوتوله سفید، ستاره نوترونی، ستاره کوآرکی و سیاهچاله) و حتی نوع و شدت این انفجار، به جرم و در نتیجه گرانش ستاره اولیه بستگی داره و این عامل "جرم" بوده که تعیین کننده سرنوشت ستاره در حال مرگ خواهد بود.
✅ پایان.
〰〰〰〰〰〰〰〰〰〰〰〰〰〰
♻️ برگرفته از: سری دوم مطلب نسبیت به زبان ساده/نوشته A.M.H
🆔 @Physics3p
🖇 قسمت سوم
🆔 @Physics3p
🔹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 بازهم 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!
🔸برای رسیدن یک جسم به یک سیاهچاله، یک حد اندازه خاصی بنام "شعاع شواتزشیلد" وجود داره که در مطالب مربوط به نسبیت در این کانال مورد بررسی قرار گرفت. آخرین مرحله ای که برای یک ستاره با جرم زیاد رقم میخوره، تبدیل ستاره به سیاهچاله هست. اینحالت که بعنوان سومین سرنوشت یک ستاره شناخته میشه، بدین صورته که اگر در مرحله تشکیل ستاره نوترونی، جرم ستاره به حدی زیاد و در نتیجه گرانش زیادی وجود داشته باشه که بتونه "نوترون" هارو هم در هم بشکنه، اینجاست که دیگه ما شاهد نوعی جدیدی از سوپ، بنام سوپ کوآرکی هستیم!(گفتیم که کوآرک ها جز کوچکتر نوترون ها و پروتون ها هستند).
🔹اما معمولأ بدلیل اینکه گرانش در اینگونه ستاره ها تا این لحظه از تشکیل، به حدی بوده که بر نیروی الکترومغناطیس، هسته ای قوی و ضعیف مقابله کرده، ستاره بیشتر فشرده شده و به جسمی با جرم و گرانش بسیار زیاد بنام "سیاهچاله" تبدیل میشه! 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 ناشی از اون رو نخواهد داشت. و بدتر از اون اینه که 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.
👈🏻 اما این آخرین سرنوشتیه که برای یک ستاره بعد گذر از مرحله ستاره هیدروژنی و هلیمی(کوتوله سرخ)، میشه در نظر گرفت که تابحال مشاهده و بررسی شده. دیدیم که تمام این سرنوشتهای ستاره ای بعد از انفجار ستاره کوتوله سرخ(کوتوله سفید، ستاره نوترونی، ستاره کوآرکی و سیاهچاله) و حتی نوع و شدت این انفجار، به جرم و در نتیجه گرانش ستاره اولیه بستگی داره و این عامل "جرم" بوده که تعیین کننده سرنوشت ستاره در حال مرگ خواهد بود.
✅ پایان.
〰〰〰〰〰〰〰〰〰〰〰〰〰〰
♻️ برگرفته از: سری دوم مطلب نسبیت به زبان ساده/نوشته A.M.H
🆔 @Physics3p
سیاهچالهها
ایزاک آسیموف
📚🎧 کتاب صوتی: سیاهچالهها - قسمت اول
✍ نویسنده: ایزاک آسیموف
🎙 خوانش: فرهاد
#پیشنهاد_ویژه_کانال
🆔 @Physics3p
✍ نویسنده: ایزاک آسیموف
🎙 خوانش: فرهاد
#پیشنهاد_ویژه_کانال
🆔 @Physics3p
سیاهچالهها
ایزاک آسیموف
📚🎧 کتاب صوتی: سیاهچالهها - قسمت دوم
✍ نویسنده: ایزاک آسیموف
🎙 خوانش: فرهاد
#پیشنهاد_ویژه_کانال
🆔 @Physics3p
✍ نویسنده: ایزاک آسیموف
🎙 خوانش: فرهاد
#پیشنهاد_ویژه_کانال
🆔 @Physics3p
سیاهچالهها
ایزاک آسیموف
📚🎧 کتاب صوتی: سیاهچالهها - قسمت سوم
✍ نویسنده: ایزاک آسیموف
🎙 خوانش: فرهاد
#پیشنهاد_ویژه_کانال
🆔 @Physics3p
✍ نویسنده: ایزاک آسیموف
🎙 خوانش: فرهاد
#پیشنهاد_ویژه_کانال
🆔 @Physics3p
سیاهچالهها
ایزاک آسیموف
📚🎧 کتاب صوتی: سیاهچالهها - قسمت چهارم
✍ نویسنده: ایزاک آسیموف
🎙 خوانش: فرهاد
#پیشنهاد_ویژه_کانال
🆔 @Physics3p
✍ نویسنده: ایزاک آسیموف
🎙 خوانش: فرهاد
#پیشنهاد_ویژه_کانال
🆔 @Physics3p
سیاهچالهها
ایزاک آسیموف
📚🎧 کتاب صوتی: سیاهچالهها - قسمت پنجم
✍ نویسنده: ایزاک آسیموف
🎙 خوانش: فرهاد
#پیشنهاد_ویژه_کانال
🆔 @Physics3p
✍ نویسنده: ایزاک آسیموف
🎙 خوانش: فرهاد
#پیشنهاد_ویژه_کانال
🆔 @Physics3p
سیاهچالهها
ایزاک آسیموف
📚🎧 کتاب صوتی: سیاهچالهها - قسمت پایانی
✍ نویسنده: ایزاک آسیموف
🎙 خوانش: فرهاد
#پیشنهاد_ویژه_کانال
🆔 @Physics3p
✍ نویسنده: ایزاک آسیموف
🎙 خوانش: فرهاد
#پیشنهاد_ویژه_کانال
🆔 @Physics3p
Forwarded from اتچ بات
🔸نظریات همه چیز
🔹بخش سوم: نظریه F
(۱)
🆔 @Physics3p
🔻لینک قسمت قبل:
https://t.me/physics3p/2928
🔺 تئوری F یک رویکرد کاملا جدید می باشد. دکتر وفا با استفاده از مفهوم دوگانی در نظریهی ابرریسمان (روابط دوگانی در نظریهی ابرریسمان نشان می دهند که مدلها همگی در بنیاد هم ارز می باشند. به عبارتی آنها همگی جنبه های گوناگون نظریهی بنیادینی هستند که آن را M می نامند.) توانست راه حلی ماهرانه برای چگونگی ارتباط ابعاد اضافی و ذرات همزاد با دنیای چهار بعدی ما ابداع نماید.
🔻 فرض کنید که تعداد ابعاد 10 باشد، سه بعد مکان، یک بعد زمان و شش بعد اضافی. ما می خواهیم بدانیم که شش بعد اضافی چه فضاهایی را به خود اختصاص می دهد و به چه شکلی در می آید. کامران وفا و همکارانش برای پاسخ دادن به چنین پرسشی شکل های مختلفی را در نظر گرفتند. این شکل های مختلف دارای تقارنی هستند و در مورد آنها نظریه ای را ارائه دادند. این نظریه این است که برای هر شکل فضایی، یک فضای معادل هم وجود دارد که از نظر تمام خواص فیزیکی با شکل اولی یکی است، اما از نظر ریاضی هیچ شباهتی به هم ندارند.
🔺 به عبارتی هر یک توپولوژی مخصوص به خود را داراست. اما بر طبق تئوری ریسمانها این دو فضا اگرچه از نظر هندسی مختلف هستند، اما از نظر فیزیکی یکی می باشند و به این ترتیب پرسش هایی که مربوط به یکی از این فضاها می شود به پرسشهایی که مربوط به فضاهای دیگر (معادل) می شود ربط پیدا می کند، به عبارتی یک وضعیت دوگانی وجود دارد که آنها را به هم ربط می دهد. یعنی همانطوری که در فیزیک ذرات برای یک الکترون یک پوزیترون وجود دارد، در نظریهی ریسمانها هم باید برای هر فضای A یک فضای معادل ‘A هم وجود داشته باشد!
🔻 جالبی کار در این جاست که یک پرسش سخت در فضای A به یک پرسش آسان در فضای ‘A تبدیل خواهد شد! برای مثال در فضای A ریاضی دانان علاقه دارند که بدانند چند جور کره می تواند در خود جای دهد. این یک پرسش مشکل است زیرا در فضای شش بعدی شکل ها اوضاع پیچیده ای را به خود می گیرند و کره ها با پیروی از اصل کمینه سازی سطح عجیب و غریبی را به خود می گیرند که برای ریاضی دانان محاسبهی آنها بسیار طاقت فرسا می باشد، اما در فضای معادل‘A این مسئله به محاسبهی مساحت یک سطح و یا حجم یک فضا تبدیل می شود که با گرفتن یک انتگرال به سادگی انجام می پذیرد. فیزیکدانان به این حالت دوگانگی یا تقارن آینه ای می گویند.
🆔 @Physics3p
منبع: کتاب ذرات بنیادی یا نظریه ریسمان ها
ادامه دارد...
🔹بخش سوم: نظریه F
(۱)
🆔 @Physics3p
🔻لینک قسمت قبل:
https://t.me/physics3p/2928
🔺 تئوری F یک رویکرد کاملا جدید می باشد. دکتر وفا با استفاده از مفهوم دوگانی در نظریهی ابرریسمان (روابط دوگانی در نظریهی ابرریسمان نشان می دهند که مدلها همگی در بنیاد هم ارز می باشند. به عبارتی آنها همگی جنبه های گوناگون نظریهی بنیادینی هستند که آن را M می نامند.) توانست راه حلی ماهرانه برای چگونگی ارتباط ابعاد اضافی و ذرات همزاد با دنیای چهار بعدی ما ابداع نماید.
🔻 فرض کنید که تعداد ابعاد 10 باشد، سه بعد مکان، یک بعد زمان و شش بعد اضافی. ما می خواهیم بدانیم که شش بعد اضافی چه فضاهایی را به خود اختصاص می دهد و به چه شکلی در می آید. کامران وفا و همکارانش برای پاسخ دادن به چنین پرسشی شکل های مختلفی را در نظر گرفتند. این شکل های مختلف دارای تقارنی هستند و در مورد آنها نظریه ای را ارائه دادند. این نظریه این است که برای هر شکل فضایی، یک فضای معادل هم وجود دارد که از نظر تمام خواص فیزیکی با شکل اولی یکی است، اما از نظر ریاضی هیچ شباهتی به هم ندارند.
🔺 به عبارتی هر یک توپولوژی مخصوص به خود را داراست. اما بر طبق تئوری ریسمانها این دو فضا اگرچه از نظر هندسی مختلف هستند، اما از نظر فیزیکی یکی می باشند و به این ترتیب پرسش هایی که مربوط به یکی از این فضاها می شود به پرسشهایی که مربوط به فضاهای دیگر (معادل) می شود ربط پیدا می کند، به عبارتی یک وضعیت دوگانی وجود دارد که آنها را به هم ربط می دهد. یعنی همانطوری که در فیزیک ذرات برای یک الکترون یک پوزیترون وجود دارد، در نظریهی ریسمانها هم باید برای هر فضای A یک فضای معادل ‘A هم وجود داشته باشد!
🔻 جالبی کار در این جاست که یک پرسش سخت در فضای A به یک پرسش آسان در فضای ‘A تبدیل خواهد شد! برای مثال در فضای A ریاضی دانان علاقه دارند که بدانند چند جور کره می تواند در خود جای دهد. این یک پرسش مشکل است زیرا در فضای شش بعدی شکل ها اوضاع پیچیده ای را به خود می گیرند و کره ها با پیروی از اصل کمینه سازی سطح عجیب و غریبی را به خود می گیرند که برای ریاضی دانان محاسبهی آنها بسیار طاقت فرسا می باشد، اما در فضای معادل‘A این مسئله به محاسبهی مساحت یک سطح و یا حجم یک فضا تبدیل می شود که با گرفتن یک انتگرال به سادگی انجام می پذیرد. فیزیکدانان به این حالت دوگانگی یا تقارن آینه ای می گویند.
🆔 @Physics3p
منبع: کتاب ذرات بنیادی یا نظریه ریسمان ها
ادامه دارد...
Telegram
attach 📎
🔸نظریات همه چیز
🔹بخش سوم: نظریه F
(۲)
🆔 @Physics3p
🔺 در نظریه F، جهان در تقارن کامل شروع شده و تمام ابعاد بالاتر در مقیاس پلانک پیچیده شده اند.
🔻 آنچه که جهان را از انبساط بازداشته حلقه هایی از ریسمان ها بوده که به دور ابعاد مختلف محکم حلقه شده اند. آنها نشان دادند که در ابعاد فضایی سه یا کمتر، احتمال بیشتری وجود دارد که ریسمان ها و ضد ریسمان ها با یکدیگر برخورد کنند. هر بار که این تصادم رخ دهد، ریسمان ها از هم باز شده و ابعاد به بیرون می جهاند، و در نتیجه بیگ بنگ جدیدی رخ می دهد. ویژگی جالب این سناریو این است که با استفاده از توپولوژی ریسمان ها می توان بطور تقریبی توضیح داد که چرا ما در اطراف خود، این فضا -زمان چهار بعدی آشنا را می بینیم. با اینکه جهان های با ابعاد بالاتر محتمل هستند اما احتمال کمی وجود دارد که شاهد وجود آنها باشیم، زیرا هنوز به وسیله ریسمان ها و ضد ریسمان ها به سختی بسته و محکم شده اند.
🔺 تئوری F علاوه بر ارتباط فیزیک ذرات و تئوری ریسمانها پیش بینی های دیگری هم می کند، برای مثال این تئوری پیش بینی می کند که ابعاد بایستی به جای 11 بعد نظریهی ام، 12 باشد! البته بعد اضافه شده به وسیلهی کامران وفا، مکانی نمی باشد بلکه می تواند زمانی باشد، به این ترتیب جهان ما دارای 10 بعد مکانی و 2 بعد زمانی می باشد و این بار با در نظر گرفته شدن 2 بعد برای زمان، حالتی صفحه ای را به خود خواهد گرفت که به عقیده فیزیکدانان اگر چنین چیزی درست باشد می توان به راحتی زمان را دستکاری کرد!
🔻 کامران وفا معتقد است هر چند بعد زمانی اضافی از بسیاری جهات به یک ابزار ریاضی انتزاعی شبیه تر است تا به یک هویت فیزیکی واقعی، ولی در عین حال معتقد است که چنین برداشتی در آینده نزدیک تغییر خواهد کرد. «وفا» در این باره می گوید: « در حال حاضر شاید به نظریه F صرفاً به عنوان یک ساز وکار ریاضی مناسب تر برای تبیین رفتار کائنات نگاه شود، اما فراموش نکنیم که در تاریخ فیزیک، همواره پشت سر ساز وکارهای ریاضی جدید، پدیده های فیزیکی جدیدی نیز کشف شده اند.»
🔺 وفا در این مورد به عنوان مثال به کوارک ها اشاره می کند. تا همین چند دهه قبل به کوارک ها صرفاً به عنوان یک سازوکار ریاضی برای تبیین رفتار ذراتی نظیر پروتون ها نگاه می شد اما امروزه می دانیم کوارک ها واقعاً در جهان وجود دارند. ممکن است مشابه چنین سرنوشتی در انتظار بعد زمانی جدید و اسرار آمیز نظریه F نیز باشد.
🆔 @Physics3p
ادامه دارد...
منبع: کتاب ذرات بنیادی یا نظریه ریسمان ها
🔹بخش سوم: نظریه F
(۲)
🆔 @Physics3p
🔺 در نظریه F، جهان در تقارن کامل شروع شده و تمام ابعاد بالاتر در مقیاس پلانک پیچیده شده اند.
🔻 آنچه که جهان را از انبساط بازداشته حلقه هایی از ریسمان ها بوده که به دور ابعاد مختلف محکم حلقه شده اند. آنها نشان دادند که در ابعاد فضایی سه یا کمتر، احتمال بیشتری وجود دارد که ریسمان ها و ضد ریسمان ها با یکدیگر برخورد کنند. هر بار که این تصادم رخ دهد، ریسمان ها از هم باز شده و ابعاد به بیرون می جهاند، و در نتیجه بیگ بنگ جدیدی رخ می دهد. ویژگی جالب این سناریو این است که با استفاده از توپولوژی ریسمان ها می توان بطور تقریبی توضیح داد که چرا ما در اطراف خود، این فضا -زمان چهار بعدی آشنا را می بینیم. با اینکه جهان های با ابعاد بالاتر محتمل هستند اما احتمال کمی وجود دارد که شاهد وجود آنها باشیم، زیرا هنوز به وسیله ریسمان ها و ضد ریسمان ها به سختی بسته و محکم شده اند.
🔺 تئوری F علاوه بر ارتباط فیزیک ذرات و تئوری ریسمانها پیش بینی های دیگری هم می کند، برای مثال این تئوری پیش بینی می کند که ابعاد بایستی به جای 11 بعد نظریهی ام، 12 باشد! البته بعد اضافه شده به وسیلهی کامران وفا، مکانی نمی باشد بلکه می تواند زمانی باشد، به این ترتیب جهان ما دارای 10 بعد مکانی و 2 بعد زمانی می باشد و این بار با در نظر گرفته شدن 2 بعد برای زمان، حالتی صفحه ای را به خود خواهد گرفت که به عقیده فیزیکدانان اگر چنین چیزی درست باشد می توان به راحتی زمان را دستکاری کرد!
🔻 کامران وفا معتقد است هر چند بعد زمانی اضافی از بسیاری جهات به یک ابزار ریاضی انتزاعی شبیه تر است تا به یک هویت فیزیکی واقعی، ولی در عین حال معتقد است که چنین برداشتی در آینده نزدیک تغییر خواهد کرد. «وفا» در این باره می گوید: « در حال حاضر شاید به نظریه F صرفاً به عنوان یک ساز وکار ریاضی مناسب تر برای تبیین رفتار کائنات نگاه شود، اما فراموش نکنیم که در تاریخ فیزیک، همواره پشت سر ساز وکارهای ریاضی جدید، پدیده های فیزیکی جدیدی نیز کشف شده اند.»
🔺 وفا در این مورد به عنوان مثال به کوارک ها اشاره می کند. تا همین چند دهه قبل به کوارک ها صرفاً به عنوان یک سازوکار ریاضی برای تبیین رفتار ذراتی نظیر پروتون ها نگاه می شد اما امروزه می دانیم کوارک ها واقعاً در جهان وجود دارند. ممکن است مشابه چنین سرنوشتی در انتظار بعد زمانی جدید و اسرار آمیز نظریه F نیز باشد.
🆔 @Physics3p
ادامه دارد...
منبع: کتاب ذرات بنیادی یا نظریه ریسمان ها
📚 مکانیک کوآنتوم و خلقت جهان از «هیچ»؟!
📎 قسمت اول
🆔 @Physics3p
💢 پیش از مطالعه این مطلب، مطالعه لینک های زیر پیشنهاد میشود:
https://t.me/physics3p/2916
https://t.me/physics3p/2941
🔹از شگفتی های مکانیک کوآنتومی به وفور صحبت کردیم اما در این پست قصد داریم، یکی از فرضیات مهم دیگر این نظریه پر سروصدا را مورد بررسی قرار دهیم. اما بهتر است پیش از شروع بحث اصلی، کمی به بررسی مفاهیم پایه و پیش نیازهایی بپردازیم:
🔸تا اواخر قرن نوزدهم و پیش از شروع قرن بیستم، این فیزیک کلاسیک بود که در جهان حکمرانی میکرد. این فیزیک قادر بود تمامی پدیده های طبیعی که تا آن روز قادر بودیم بدانها فکر و مشاهده کنیم را توجیه کند. اما پرسش گری ذهن بشر تمامی نداشت و همچنان یک پرسش بزرگ بی پاسخ باقی مانده بود: «در کوچکترین جز سازنده جهان، با چه دنیایی روبرو هستیم؟». این پرسش، مقدمه همان چیزی بود که حال آن را "مکانیک کوآنتومی" مینامیم. بگذارید کمی نیز در این نام کنکاش کنیم!
🔹مکانیک که به معنای "پویایی و حرکت" است، واژه ایست که برای اجزای پویای جهان بکار میبریم. مقابل این واژه یعنی استاتیک، بمعنای سکون و عدم وجود حرکت است. اما ما در علم فیزیک، این دو را از یک خانواده دانسته و تمام شاخه هایی که به بررسی پویایی جهان میپردازد را در دسته "مکانیک" قرار میدهیم. فراموش نکنید هدف از علم فیزیک، بررسی حالت و پویایی جهان است پس اگر بگویم تمام فیزیک در حقیقت قرار است به "مکانیک" ختم شود، یاوه نگفته ایم!
🔸اما چیزی که حائز اهمیت است این است که مکانیک فیزیک با توجه به ابعاد سیستم های مورد بررسی، ممکن است تغییراتی را شامل شود. ما در حقیقت تمام اجسامی که در محدوده مشاهده ما قرار دارند، اعم از یک توپ بیسبال تا بزرگترین کهکشان ها و ستارگان را در دسته "مکانیک کلاسیک" قرار میدهیم. پس مکانیک کلاسیک قادر است جهان قابل مشاهده مارا مورد بررسی قرار دهد. اما پرسش اینستکه؛ اگر که اندازه اجسام مورد بررسی ما بیش از حد کوچک شود(به صفر میل کند) آنگاه تکلیف چیست؟ آیا بازهم میتوانیم از مکانیک کلاسیک برای تشریح حرک و پویایی آن، یا بطور کلی فیزیک آن بهره ببریم؟
🔹اما صبرکنید منظورمان را کمی واضحتر بیان کنیم! توپ بیسبالی که مثال زدیم را بیاد دارید؟ فرض کنید بخواهیم آن را هزار دفعه، به اندازه های برابر تقسیم کنیم. یعنی اول آن را به دوقسمت، سپس دوقسمت بوجود آمده را نیز به دوقسمت، حال چهار قسمت بوجود آمده را نیز هریک به دوقسمت و.... این روند را تا جایی ادامه دهیم که ذره بوجود آمده همچنان از جنس توپ بیسبال باشد! به این ذره، "مولکول توپ بیسبال" گوییم که از ترکیبات زنجیره ای و به هم پیوسته عناصر کربن، هیدروژن و... بوجود آمده است. اما این پایان داستان رنده کردن ما نیست و میخواهیم بازهم به خرد کردن آن ادامه دهیم. در گام بعدی که به خرد کردن ادامه میدهیم، اتم ها نیز از هم جدا شده و در گام بعدی، حتی آن ها نیز کوچکتر شده که بدانها ذرات زیراتمی گوییم.
👈🏻 حال پرسش اینست آیا در این خرد کردن ها نیز قادریم برای چنین اجزای کوچکی که بوجود میاید، قوانین آشنای مکانیک کلاسیک را برای تشریح پویایی و سکون ذرات بکار گیریم؟
🔸پاسخ آن برخواهد گشت به ظهور شاخه ای جدید از مکانیک، بنام "مکانیک کوآنتومی" که در حقیقت، به بررسی اجسام بسیار کوچک میپردازد. اما از آنجایی که همواره معتقدیم "مجموع اجزا همواره فراتر از کل آن است" ، پس بکار بردن این قوانین مکانیک کوآنتومی که برای کوچکترین اجزای جهان تدوین شده است، برای کل آن نیز بدیهی است و این همان کاریست که در اینجا قصد داریم انجامش دهیم!
اما ابتدا بهتر است کمی به معنای "کوآنتوم" بپردازیم. ولی بررسی کامل آن را به سری مطالب «فیزیک کوآنتوم به زبان ساده»(که لینک سری نخست آن در ابتدای مطلب قرار گرفته است) میسپاریم.
🔹کوآنتوم در حقیقت مجموع واژه "کوآنتا" میباشد. بسیاری کوآنتا را بمعنای بسیار کوچک میپندارند اما این واژه، به تنهایی معانی زیادی را در خود نهفته است. از جمله آنکه به ما یادآور میشود: ۱- ذرات در مقیاس بسیار کوچک ۲- دارای موجی منتسب هستند که به آنها خاصیت دوگانگی میدهد و ۳- ذرات در این مقیاس تنها قادرند مقادیر مشخصی از انرژی و در نتیجه ماده را اتخاذ کنند که ۴- کمترین مقدار آن برابر است با ثابتh پلانک. پس وقتی یک جز کوچک «غیرکلاسیک»(!) از توپ بیسبال را بررسی میکنیم، در حقیقت ما با یک "کوآنتا"ی توپ بیسبال مواجه ایم و مجموع این کوآنتاهاست که آنهارا "کوآنتوم" با ویژگی های نامبرده فوق، مینامیم که این مجموعه در حقیقت جسم کلاسیک توپ بیسبال مارا تشکیل میدهند!
ادامه دارد....
🆔 @Physics3p
✍ نوشته A.M.H
📎 قسمت اول
🆔 @Physics3p
💢 پیش از مطالعه این مطلب، مطالعه لینک های زیر پیشنهاد میشود:
https://t.me/physics3p/2916
https://t.me/physics3p/2941
🔹از شگفتی های مکانیک کوآنتومی به وفور صحبت کردیم اما در این پست قصد داریم، یکی از فرضیات مهم دیگر این نظریه پر سروصدا را مورد بررسی قرار دهیم. اما بهتر است پیش از شروع بحث اصلی، کمی به بررسی مفاهیم پایه و پیش نیازهایی بپردازیم:
🔸تا اواخر قرن نوزدهم و پیش از شروع قرن بیستم، این فیزیک کلاسیک بود که در جهان حکمرانی میکرد. این فیزیک قادر بود تمامی پدیده های طبیعی که تا آن روز قادر بودیم بدانها فکر و مشاهده کنیم را توجیه کند. اما پرسش گری ذهن بشر تمامی نداشت و همچنان یک پرسش بزرگ بی پاسخ باقی مانده بود: «در کوچکترین جز سازنده جهان، با چه دنیایی روبرو هستیم؟». این پرسش، مقدمه همان چیزی بود که حال آن را "مکانیک کوآنتومی" مینامیم. بگذارید کمی نیز در این نام کنکاش کنیم!
🔹مکانیک که به معنای "پویایی و حرکت" است، واژه ایست که برای اجزای پویای جهان بکار میبریم. مقابل این واژه یعنی استاتیک، بمعنای سکون و عدم وجود حرکت است. اما ما در علم فیزیک، این دو را از یک خانواده دانسته و تمام شاخه هایی که به بررسی پویایی جهان میپردازد را در دسته "مکانیک" قرار میدهیم. فراموش نکنید هدف از علم فیزیک، بررسی حالت و پویایی جهان است پس اگر بگویم تمام فیزیک در حقیقت قرار است به "مکانیک" ختم شود، یاوه نگفته ایم!
🔸اما چیزی که حائز اهمیت است این است که مکانیک فیزیک با توجه به ابعاد سیستم های مورد بررسی، ممکن است تغییراتی را شامل شود. ما در حقیقت تمام اجسامی که در محدوده مشاهده ما قرار دارند، اعم از یک توپ بیسبال تا بزرگترین کهکشان ها و ستارگان را در دسته "مکانیک کلاسیک" قرار میدهیم. پس مکانیک کلاسیک قادر است جهان قابل مشاهده مارا مورد بررسی قرار دهد. اما پرسش اینستکه؛ اگر که اندازه اجسام مورد بررسی ما بیش از حد کوچک شود(به صفر میل کند) آنگاه تکلیف چیست؟ آیا بازهم میتوانیم از مکانیک کلاسیک برای تشریح حرک و پویایی آن، یا بطور کلی فیزیک آن بهره ببریم؟
🔹اما صبرکنید منظورمان را کمی واضحتر بیان کنیم! توپ بیسبالی که مثال زدیم را بیاد دارید؟ فرض کنید بخواهیم آن را هزار دفعه، به اندازه های برابر تقسیم کنیم. یعنی اول آن را به دوقسمت، سپس دوقسمت بوجود آمده را نیز به دوقسمت، حال چهار قسمت بوجود آمده را نیز هریک به دوقسمت و.... این روند را تا جایی ادامه دهیم که ذره بوجود آمده همچنان از جنس توپ بیسبال باشد! به این ذره، "مولکول توپ بیسبال" گوییم که از ترکیبات زنجیره ای و به هم پیوسته عناصر کربن، هیدروژن و... بوجود آمده است. اما این پایان داستان رنده کردن ما نیست و میخواهیم بازهم به خرد کردن آن ادامه دهیم. در گام بعدی که به خرد کردن ادامه میدهیم، اتم ها نیز از هم جدا شده و در گام بعدی، حتی آن ها نیز کوچکتر شده که بدانها ذرات زیراتمی گوییم.
👈🏻 حال پرسش اینست آیا در این خرد کردن ها نیز قادریم برای چنین اجزای کوچکی که بوجود میاید، قوانین آشنای مکانیک کلاسیک را برای تشریح پویایی و سکون ذرات بکار گیریم؟
🔸پاسخ آن برخواهد گشت به ظهور شاخه ای جدید از مکانیک، بنام "مکانیک کوآنتومی" که در حقیقت، به بررسی اجسام بسیار کوچک میپردازد. اما از آنجایی که همواره معتقدیم "مجموع اجزا همواره فراتر از کل آن است" ، پس بکار بردن این قوانین مکانیک کوآنتومی که برای کوچکترین اجزای جهان تدوین شده است، برای کل آن نیز بدیهی است و این همان کاریست که در اینجا قصد داریم انجامش دهیم!
اما ابتدا بهتر است کمی به معنای "کوآنتوم" بپردازیم. ولی بررسی کامل آن را به سری مطالب «فیزیک کوآنتوم به زبان ساده»(که لینک سری نخست آن در ابتدای مطلب قرار گرفته است) میسپاریم.
🔹کوآنتوم در حقیقت مجموع واژه "کوآنتا" میباشد. بسیاری کوآنتا را بمعنای بسیار کوچک میپندارند اما این واژه، به تنهایی معانی زیادی را در خود نهفته است. از جمله آنکه به ما یادآور میشود: ۱- ذرات در مقیاس بسیار کوچک ۲- دارای موجی منتسب هستند که به آنها خاصیت دوگانگی میدهد و ۳- ذرات در این مقیاس تنها قادرند مقادیر مشخصی از انرژی و در نتیجه ماده را اتخاذ کنند که ۴- کمترین مقدار آن برابر است با ثابتh پلانک. پس وقتی یک جز کوچک «غیرکلاسیک»(!) از توپ بیسبال را بررسی میکنیم، در حقیقت ما با یک "کوآنتا"ی توپ بیسبال مواجه ایم و مجموع این کوآنتاهاست که آنهارا "کوآنتوم" با ویژگی های نامبرده فوق، مینامیم که این مجموعه در حقیقت جسم کلاسیک توپ بیسبال مارا تشکیل میدهند!
ادامه دارد....
🆔 @Physics3p
✍ نوشته A.M.H
Telegram
Quantum Physics
📚 فیزیک کوآنتوم به زبان ساده - سری اول
📎 ویرایش شده و بصورت یکجا برای مطالعه آسان تر
✍ نگارش: ادمین کانال فیزیک کوآنتوم A.M.H
🆔 @Physics3p
📎 ویرایش شده و بصورت یکجا برای مطالعه آسان تر
✍ نگارش: ادمین کانال فیزیک کوآنتوم A.M.H
🆔 @Physics3p
📚 مکانیک کوآنتوم و خلقت جهان از «هیچ»؟!
📎 قسمت دوم
🆔 @Physics3p
🔹اما این را هم یادآور شویم که تفاوت های بسیاری میان "مکانیک کلاسیک" و "مکانیک کوآنتومی" وجود دارد که همین تفاوت هاست که این دوشاخه را به ظاهر متمایز کرده و فیزیک کوآنتاها را برای ما جذابتر میکند. همچنین قوانین حکمفرما بر این دو حوزه نیز متفاوت است که حتمأ میدانید در فیزیک کلاسیک، حرف از قوانین نیوتن، معادلات حرکت گالیله و معادلات اسکالر انرژی اویلر-لاگرانژ و قوانین ترمودینامیک و همچنین مهمتر از آن، قوانین پایستگی آنها نظیر قانون اول ترمودینامیک که به پایستگی انرژی نیز معروف است، وجود دارد. اما در فیزیک دنیای کوآنتاها، این قوانین و اصول دیگر، همچون معادله موج شرودینگر و تابع موج آن، اصل مکملیت، اصل طرد و عدم قطعیت و نظایر آن که بررسی هریک را به مطالب مختص به فیزیک کوآنتوم در این کانال میسپاریم، حکمرانی میکند.
⭕️ مکانیک کوآنتومی و آغاز جهان از هیچ
🔸بسیار خب حال با این مقدماتی که ارائه دادیم، به سراغ بررسی یکی از مدعی های مهم مکانیک کوآنتومی میرویم. در این میان ممکن است به برخی از اصول این قلمرو از فیزیک نیازمند شویم که در میانه راه، بطور اجمالی به تشریح آنها خواهیم پرداخت.
گفتیم میتوانیم قوانین حاکم بر اجزا را به کل آن نیز تعمیم دهیم. حال که قلمرو کوآنتومی را بعنوان "جز" پذیرفتیم، آیا قادریم چیستی دنیای غیر کوانتومی را نیز با آن توضیح دهیم؟ یا بعبارتی میتوان وجودیت جهان را با آن توضیح داد؟
👈🏻 از جمله فرضیات مهم مکانیک کوآنتومی که به توضیح جهان از «هیچ»، آن نیز از نوع کوآنتومی آن! میپردازد، به ما در این امر کمک میکند. آیا ممکن است چیزی از "هیچ" پدیدار شود و در اینجا منظور از هیچ، دقیقأ چه چیزیست؟!
🔹اگر به این پرسش، از نگاه فیزیک کلاسیک پاسخ دهیم، جواب آن "خیر" است. آن هم یک خیر بزرگ و پرواضح! اما فیزیک دنیای کوآنتاها و قوانین حاکم بر آن چه میگوید؟ بگذارید ببینیم!
از دید فیزیکدانان کوآنتومی، چیزهایی وجود دارند که میتوانند از هیچ بوجود بیایند. یک فضای به اصطلاح! هیچ را در نظر بگیرید. میگوییم در حقیقت این فضا هیچ است چون عاری از هرگونه ماده و انرژی و هرآنچه که بتوان آن را "چیز" نامید میباشد. اما در فیزیک موضوعی مطرح میشود که آن را ارتعاشات و تغییرات خلأ کوآنتومی مینامیم(quantum vacuum fluctuations).
🔸عجله نکنید! بزودی به دلیل این نامگذاری پی خواهیم برد. همانطور که گفتیم، فیزیک کوآنتوم در حقیقت علم بررسی مکانیک ذرات بسیار کوچک است. در این دنیای ذرات، از ذراتی یاد میشود که به آنها ذرات مجازی میگوییم(Virtual Particles). این ذرات، زوج هایی متشکل از ذرات، و پاد ذرات آن هستند. علت وجود این ذرات نیز اصل عدم قطعیت، انرژی-زمان هایزنبرگ است(مراجعه به سری اول مطلب فیزیک کوآنتوم به زبان ساده). اما چیزی که برای ما اهمیت دارد اینست که بدانیم چگونه میتوان از این نوع ذرات برای تشریح وجود جهان بهره برد و آیا در حقیقت این ذرات در جهان وجود دارند یا تنها یک فرضیه است؟
🔹از نسبیت بیاد داریم که در حقیقت ماده و انرژی یک چیزند در دو چهره متفاوت. همچنین از قانون اول ترمودینامیک میدانیم انرژی همواره پایسته است و نه بوجود میاید و نه نابود میشود و تنها تغییر شکل آن ممکن است. اما در دنیای ریز کوآنتاها، دیگر این اصل چندان هم پر واضح نیست و اصل مهمتری، بنام اصل عدم قطعیت است که سنگ بنای این جهان ریزترین هارا تشکیل میدهد. طبق این اصل، در دنیای میکروسکوپیک کوآنتومی، انرژی میتواند در "زمان های بسیار کوچک"، از هیچ جا و هیچ چیز بوجود آمده و سپس ناپدید شود!
🔸این ذرات(ذرات مجازی) در حقیقت از همین عدم قطعیتی که در انرژی وجود دارد بوجود میایند. اما این بوجود آمدن، قانون معروف پایستگی انرژی(قانون اول ترمودینامیک) در مقیاس ماکروسکوپیک را نقض نمیکند. چون در حقیقت، ذرات بسیار کوچک، برای بوجود آمدنشان انرژی را در "مقیاس زمانی بسیار کوتاه" قرض میگیرند و سپس نابود شده و دوباره این انرژی را پس میدهند که این نتیجه واضح اصل عدم قطعیت و یکی از تفاوت های بارز میان فیزیک کلاسیک و کوآنتومی است! اما نتیجه دوم این موضوع که شگفتی دیگر دنیای کوآنتوم را برایمان روشن میکند، اینست که این ذرات بصورت کاملأ اتفاقی و غیرقابل پیش بینی، و بدون هیچ الگویی بوجود میایند که این نیز یکی از تفاوتهای جالب میان این دو شاخه فیزیک است. همچنین این ذرات بدین سبب "ذرات مجازی" مینامند چون آنأ بوجود آمده و نابود میشوند، یا بعبارتی وجود دائمی ندارند.
ادامه دارد....
🆔 @Physics3p
✍ نوشته A.M.H
📎 قسمت دوم
🆔 @Physics3p
🔹اما این را هم یادآور شویم که تفاوت های بسیاری میان "مکانیک کلاسیک" و "مکانیک کوآنتومی" وجود دارد که همین تفاوت هاست که این دوشاخه را به ظاهر متمایز کرده و فیزیک کوآنتاها را برای ما جذابتر میکند. همچنین قوانین حکمفرما بر این دو حوزه نیز متفاوت است که حتمأ میدانید در فیزیک کلاسیک، حرف از قوانین نیوتن، معادلات حرکت گالیله و معادلات اسکالر انرژی اویلر-لاگرانژ و قوانین ترمودینامیک و همچنین مهمتر از آن، قوانین پایستگی آنها نظیر قانون اول ترمودینامیک که به پایستگی انرژی نیز معروف است، وجود دارد. اما در فیزیک دنیای کوآنتاها، این قوانین و اصول دیگر، همچون معادله موج شرودینگر و تابع موج آن، اصل مکملیت، اصل طرد و عدم قطعیت و نظایر آن که بررسی هریک را به مطالب مختص به فیزیک کوآنتوم در این کانال میسپاریم، حکمرانی میکند.
⭕️ مکانیک کوآنتومی و آغاز جهان از هیچ
🔸بسیار خب حال با این مقدماتی که ارائه دادیم، به سراغ بررسی یکی از مدعی های مهم مکانیک کوآنتومی میرویم. در این میان ممکن است به برخی از اصول این قلمرو از فیزیک نیازمند شویم که در میانه راه، بطور اجمالی به تشریح آنها خواهیم پرداخت.
گفتیم میتوانیم قوانین حاکم بر اجزا را به کل آن نیز تعمیم دهیم. حال که قلمرو کوآنتومی را بعنوان "جز" پذیرفتیم، آیا قادریم چیستی دنیای غیر کوانتومی را نیز با آن توضیح دهیم؟ یا بعبارتی میتوان وجودیت جهان را با آن توضیح داد؟
👈🏻 از جمله فرضیات مهم مکانیک کوآنتومی که به توضیح جهان از «هیچ»، آن نیز از نوع کوآنتومی آن! میپردازد، به ما در این امر کمک میکند. آیا ممکن است چیزی از "هیچ" پدیدار شود و در اینجا منظور از هیچ، دقیقأ چه چیزیست؟!
🔹اگر به این پرسش، از نگاه فیزیک کلاسیک پاسخ دهیم، جواب آن "خیر" است. آن هم یک خیر بزرگ و پرواضح! اما فیزیک دنیای کوآنتاها و قوانین حاکم بر آن چه میگوید؟ بگذارید ببینیم!
از دید فیزیکدانان کوآنتومی، چیزهایی وجود دارند که میتوانند از هیچ بوجود بیایند. یک فضای به اصطلاح! هیچ را در نظر بگیرید. میگوییم در حقیقت این فضا هیچ است چون عاری از هرگونه ماده و انرژی و هرآنچه که بتوان آن را "چیز" نامید میباشد. اما در فیزیک موضوعی مطرح میشود که آن را ارتعاشات و تغییرات خلأ کوآنتومی مینامیم(quantum vacuum fluctuations).
🔸عجله نکنید! بزودی به دلیل این نامگذاری پی خواهیم برد. همانطور که گفتیم، فیزیک کوآنتوم در حقیقت علم بررسی مکانیک ذرات بسیار کوچک است. در این دنیای ذرات، از ذراتی یاد میشود که به آنها ذرات مجازی میگوییم(Virtual Particles). این ذرات، زوج هایی متشکل از ذرات، و پاد ذرات آن هستند. علت وجود این ذرات نیز اصل عدم قطعیت، انرژی-زمان هایزنبرگ است(مراجعه به سری اول مطلب فیزیک کوآنتوم به زبان ساده). اما چیزی که برای ما اهمیت دارد اینست که بدانیم چگونه میتوان از این نوع ذرات برای تشریح وجود جهان بهره برد و آیا در حقیقت این ذرات در جهان وجود دارند یا تنها یک فرضیه است؟
🔹از نسبیت بیاد داریم که در حقیقت ماده و انرژی یک چیزند در دو چهره متفاوت. همچنین از قانون اول ترمودینامیک میدانیم انرژی همواره پایسته است و نه بوجود میاید و نه نابود میشود و تنها تغییر شکل آن ممکن است. اما در دنیای ریز کوآنتاها، دیگر این اصل چندان هم پر واضح نیست و اصل مهمتری، بنام اصل عدم قطعیت است که سنگ بنای این جهان ریزترین هارا تشکیل میدهد. طبق این اصل، در دنیای میکروسکوپیک کوآنتومی، انرژی میتواند در "زمان های بسیار کوچک"، از هیچ جا و هیچ چیز بوجود آمده و سپس ناپدید شود!
🔸این ذرات(ذرات مجازی) در حقیقت از همین عدم قطعیتی که در انرژی وجود دارد بوجود میایند. اما این بوجود آمدن، قانون معروف پایستگی انرژی(قانون اول ترمودینامیک) در مقیاس ماکروسکوپیک را نقض نمیکند. چون در حقیقت، ذرات بسیار کوچک، برای بوجود آمدنشان انرژی را در "مقیاس زمانی بسیار کوتاه" قرض میگیرند و سپس نابود شده و دوباره این انرژی را پس میدهند که این نتیجه واضح اصل عدم قطعیت و یکی از تفاوت های بارز میان فیزیک کلاسیک و کوآنتومی است! اما نتیجه دوم این موضوع که شگفتی دیگر دنیای کوآنتوم را برایمان روشن میکند، اینست که این ذرات بصورت کاملأ اتفاقی و غیرقابل پیش بینی، و بدون هیچ الگویی بوجود میایند که این نیز یکی از تفاوتهای جالب میان این دو شاخه فیزیک است. همچنین این ذرات بدین سبب "ذرات مجازی" مینامند چون آنأ بوجود آمده و نابود میشوند، یا بعبارتی وجود دائمی ندارند.
ادامه دارد....
🆔 @Physics3p
✍ نوشته A.M.H
📚 مکانیک کوآنتوم و خلقت جهان از «هیچ»؟!
📎 قسمت سوم
🆔 @Physics3p
💢 آیا ذرات مجازی شناسایی شده اند؟
🔹اما پرسشی که در ابتدا بدان پرداختیم همچنان بی پاسخ ماند. آیا این ذرات در حقیقت وجود دارند یا تنها یک فرضیه است؟ پاسخ آنست که؛ این ذرات نتایج قابل اندازه گیری را از خود بجای میگذارند که نشان میدهد در حقیقت وجود خارجی دارند و چیزی که بیان کردیم، تنها یک فرضیه نیست! از جمله این نتایج قابل اندازه گیری، میتوان به دو موضوع و آزمایش مهم انتقال لمبی(Lamb Shift) و همچنین اثرکازیمیر(Casimir Effect) اشاره کرد.
🔸هرچند که این ذرات مجازی قابل مشاهده نیستند ولی ما میدانیم که قطعأ در فضای خالی وجود دارند! چون در حقیقت از خود اثر قابل مشاهده و اندازه گیری بجای میگذارند. برای مثال، هر فوتون مجازی قادر است انتقال جزئی را در تراز انرژی اتم ها و الکترون های آن بوجود آورد یا گشتاور مغناطیسی آن را تغییر دهد. با اینکه این تغییرات بسیار ناچیزهستند، اما قابل اندازه گیری بوده که مارا از بابت وجود این ذرات مجازی مطمئن میکنند. این اندازه گیری برای اتم هیدروژن، نخستین بار توسط وایلز لمب انجام شد که از آن بعنوان لمب شیفت نیز یاد میکنند.
🔹اما مورد دوم، اثر کازیمیر است که در خلأ ناشی بین دو جسم با فاصله چند میکرومتر، سبب ملموس شدن وجود ذرات مجازی، از طریق اعمال نوعی نیروی قابل اندازه گیری میشود. اما همه ی اینها بدین سبب بود تا از وجود این ذرات مجازی مطمئن شویم! حال پرسش اصلی این است چطور این ذرات میتوانند وجود جهان از "هیچ" را توضیح دهند؟ حال که پذیرفتیم خلأ در حقیقت نمیتواند "هیچ" باشد، چون حتی در خالی ترین حالت ممکن، ذرات مجازی وجود دارند که دائما بوجود آمده و از بین میروند، این به ما نشان میدهد، «هیچ مطلق» یا عدم وجود نداشته و وقتی میگوییم جهان ممکن است از "هیچ" بوجود آمده باشد، منظورمان همان «هیچ کوآنتومی» است. یعنی "هیچی" که در آن دائما ذرات مجازی بدلیل اصل عدم قطعیت بوجود آمده و نابود میشوند و بمعنای عدم نیست!
🔸اما دقت کنید که گفتیم این ذرات، ناشی از عدم قطعیت انرژی و زمان بوده و در نتیجه طول عمر بسیار کوتاهی دارند. پس اینکه بگوییم جهان و ماده و انرژی درون آن مستقیمأ از این ذرات بوجود آمده اند، خود ناقض قانون اول ترمودینامیک(در مقیاس ماکروسکوپیک) و پایستگی انرژی است! برای رفع این مشکل، میتوانیم چنین "فرضی" را مدنظر قرار دهیم که کل جهان، در حقیقت خود یک افت و خیز خلأ کوآنتومی است یا بعبارتی نوعی از آن است. اما برای اینکه مجاز به چنین فرضی باشیم تا در نتیجه از نقصان قانون اول ترمودینامیک پیشگیری کنیم، باید ثابت کنیم مجموع کل انرژی موجود در جهان «صفر» است!
🔹فیزیکدانان چنین اظهار میکنند که اگر انرژی موجود در ماده(یا خود آن) را مثبت درنظر گیریم، آنگاه انرژی گرانشی، از نوع انرژی منفی است. در اینصورت، مجموع کل انرژی مواد(انرژی مثبت) و انرژی گرانشی(انرژی منفی) جهان، برابر با صفر خواهد شد. با این فرض، میتوان چنین اظهار کرد که تمام ذرات مادی جهان، از دل انرژی، میتوانند بصورت زوجهای ذره و پاد ذره(ذرات مجازی) بوجود آیند. اما پرسش اینست، خب! این انرژی از کجا آمده؟ پاسخ میدهیم، انرژی کل جهان صفر است و ماده موجود در جهان، از این انرژی مثبت بوجود آمده است(یعنی در حقیقت، انرژی مثبت خود را بصورت ماده نمایان کرده است. چون از نسبیت بیاد داریم که ماده و انرژی در حقیقت یک چیزاند، پذیرفتن این موضوع کاملأ روشن است).
🔸اما تکلیف انرژی منفی چه میشود؟ گفتیم این انرژی همان انرژی گرانشی است که سبب جذب مواد(انرژی های مثبت) بسمت یکدیگر میشود. برای اینکه منفی بودن این انرژی را درک کنیم، میتوانیم چنین درنظر گیریم که برای خارج کردن یک سیاره از مدار آن بدور خورشید، باید به آن "انرژی بدهیم" و این صرف انرژی که از نوع انرژی مثبت است، در حقیقت مسبب خنثی شدن انرژی منفی گرانشی خواهد شد. در حقیقت، در فیزیک هرآنچه که خرج کننده یا مصرف کننده است را میتوان منفی در نظر گرفت و چیزی که خرج میشود را مثبت(این یک مثال بسیار ساده است که از دوران دبیرستان بیاد داریم!).
🔹بگذارید یکبار مرور کنیم! گفتیم ماده میتواند از ارتعاشات خلأ یا همان ذرات مجازی بوجود آید و این ذرات مجازی نیز برای بوجود آمدن، به انرژی نیاز دارند. اگر بتوان اینگونه فرض کرد که جهان هستی بطور کاملأ یکنواخت و با آنتروپی بالا در فضا گسترش یافته است، مجموع کل انرژی مثبت ماده و منفی گرانشی برابر با صفر است. و این یعنی، ماده توانسته از "هیچ" بوجود بیاید! در حقیقت در این مدل، ارتعاشات خلأ بعنوان بذر اولیه عالم و تورم فضا-زمان در نظر گرفته میشود. یا در حقیقت، ماده موجود در جهان، اثر جانبی این افت و خیز ها و تورم ناگهانی فضازمان است.
ادامه دارد....
🆔 @Physics3p
✍ نوشته A.M.H
📎 قسمت سوم
🆔 @Physics3p
💢 آیا ذرات مجازی شناسایی شده اند؟
🔹اما پرسشی که در ابتدا بدان پرداختیم همچنان بی پاسخ ماند. آیا این ذرات در حقیقت وجود دارند یا تنها یک فرضیه است؟ پاسخ آنست که؛ این ذرات نتایج قابل اندازه گیری را از خود بجای میگذارند که نشان میدهد در حقیقت وجود خارجی دارند و چیزی که بیان کردیم، تنها یک فرضیه نیست! از جمله این نتایج قابل اندازه گیری، میتوان به دو موضوع و آزمایش مهم انتقال لمبی(Lamb Shift) و همچنین اثرکازیمیر(Casimir Effect) اشاره کرد.
🔸هرچند که این ذرات مجازی قابل مشاهده نیستند ولی ما میدانیم که قطعأ در فضای خالی وجود دارند! چون در حقیقت از خود اثر قابل مشاهده و اندازه گیری بجای میگذارند. برای مثال، هر فوتون مجازی قادر است انتقال جزئی را در تراز انرژی اتم ها و الکترون های آن بوجود آورد یا گشتاور مغناطیسی آن را تغییر دهد. با اینکه این تغییرات بسیار ناچیزهستند، اما قابل اندازه گیری بوده که مارا از بابت وجود این ذرات مجازی مطمئن میکنند. این اندازه گیری برای اتم هیدروژن، نخستین بار توسط وایلز لمب انجام شد که از آن بعنوان لمب شیفت نیز یاد میکنند.
🔹اما مورد دوم، اثر کازیمیر است که در خلأ ناشی بین دو جسم با فاصله چند میکرومتر، سبب ملموس شدن وجود ذرات مجازی، از طریق اعمال نوعی نیروی قابل اندازه گیری میشود. اما همه ی اینها بدین سبب بود تا از وجود این ذرات مجازی مطمئن شویم! حال پرسش اصلی این است چطور این ذرات میتوانند وجود جهان از "هیچ" را توضیح دهند؟ حال که پذیرفتیم خلأ در حقیقت نمیتواند "هیچ" باشد، چون حتی در خالی ترین حالت ممکن، ذرات مجازی وجود دارند که دائما بوجود آمده و از بین میروند، این به ما نشان میدهد، «هیچ مطلق» یا عدم وجود نداشته و وقتی میگوییم جهان ممکن است از "هیچ" بوجود آمده باشد، منظورمان همان «هیچ کوآنتومی» است. یعنی "هیچی" که در آن دائما ذرات مجازی بدلیل اصل عدم قطعیت بوجود آمده و نابود میشوند و بمعنای عدم نیست!
🔸اما دقت کنید که گفتیم این ذرات، ناشی از عدم قطعیت انرژی و زمان بوده و در نتیجه طول عمر بسیار کوتاهی دارند. پس اینکه بگوییم جهان و ماده و انرژی درون آن مستقیمأ از این ذرات بوجود آمده اند، خود ناقض قانون اول ترمودینامیک(در مقیاس ماکروسکوپیک) و پایستگی انرژی است! برای رفع این مشکل، میتوانیم چنین "فرضی" را مدنظر قرار دهیم که کل جهان، در حقیقت خود یک افت و خیز خلأ کوآنتومی است یا بعبارتی نوعی از آن است. اما برای اینکه مجاز به چنین فرضی باشیم تا در نتیجه از نقصان قانون اول ترمودینامیک پیشگیری کنیم، باید ثابت کنیم مجموع کل انرژی موجود در جهان «صفر» است!
🔹فیزیکدانان چنین اظهار میکنند که اگر انرژی موجود در ماده(یا خود آن) را مثبت درنظر گیریم، آنگاه انرژی گرانشی، از نوع انرژی منفی است. در اینصورت، مجموع کل انرژی مواد(انرژی مثبت) و انرژی گرانشی(انرژی منفی) جهان، برابر با صفر خواهد شد. با این فرض، میتوان چنین اظهار کرد که تمام ذرات مادی جهان، از دل انرژی، میتوانند بصورت زوجهای ذره و پاد ذره(ذرات مجازی) بوجود آیند. اما پرسش اینست، خب! این انرژی از کجا آمده؟ پاسخ میدهیم، انرژی کل جهان صفر است و ماده موجود در جهان، از این انرژی مثبت بوجود آمده است(یعنی در حقیقت، انرژی مثبت خود را بصورت ماده نمایان کرده است. چون از نسبیت بیاد داریم که ماده و انرژی در حقیقت یک چیزاند، پذیرفتن این موضوع کاملأ روشن است).
🔸اما تکلیف انرژی منفی چه میشود؟ گفتیم این انرژی همان انرژی گرانشی است که سبب جذب مواد(انرژی های مثبت) بسمت یکدیگر میشود. برای اینکه منفی بودن این انرژی را درک کنیم، میتوانیم چنین درنظر گیریم که برای خارج کردن یک سیاره از مدار آن بدور خورشید، باید به آن "انرژی بدهیم" و این صرف انرژی که از نوع انرژی مثبت است، در حقیقت مسبب خنثی شدن انرژی منفی گرانشی خواهد شد. در حقیقت، در فیزیک هرآنچه که خرج کننده یا مصرف کننده است را میتوان منفی در نظر گرفت و چیزی که خرج میشود را مثبت(این یک مثال بسیار ساده است که از دوران دبیرستان بیاد داریم!).
🔹بگذارید یکبار مرور کنیم! گفتیم ماده میتواند از ارتعاشات خلأ یا همان ذرات مجازی بوجود آید و این ذرات مجازی نیز برای بوجود آمدن، به انرژی نیاز دارند. اگر بتوان اینگونه فرض کرد که جهان هستی بطور کاملأ یکنواخت و با آنتروپی بالا در فضا گسترش یافته است، مجموع کل انرژی مثبت ماده و منفی گرانشی برابر با صفر است. و این یعنی، ماده توانسته از "هیچ" بوجود بیاید! در حقیقت در این مدل، ارتعاشات خلأ بعنوان بذر اولیه عالم و تورم فضا-زمان در نظر گرفته میشود. یا در حقیقت، ماده موجود در جهان، اثر جانبی این افت و خیز ها و تورم ناگهانی فضازمان است.
ادامه دارد....
🆔 @Physics3p
✍ نوشته A.M.H
📚 مکانیک کوآنتوم و خلقت جهان از «هیچ»؟!
📎 قسمت چهارم
🆔 @Physics3p
👈🏻 اما تکلیف این تورم ناگهانی و برهم خوردن تقارن اولیه چه میشود؟
🔹در نسبیت عام گفتیم که فضا-زمان خود در حقیقت بخش پویای عالم است و نه یک صحنه نمایش مطلق هستی! در حقیقت، فضا-زمان در تارو پود جهان تنیده است و هرآنچه که روی میدهد، بخشی از همین فضا-زمان است(لینک دوم در ابتدای مطلب جهت مطالعه بیشتر). در نسبیت عام، با وجود خالی بودن فضا(یا کاملتر، فضا-زمان) در یک نقطه، این خالی بودن نیز دارای "انرژی" است. این انرژی در حقیقت در بافت فضا-زمان نهفته است که ناشی از پیچ و خم های آن است که در هر نقطه از آن(البته به میزان متفاوت) وجود دارد. درک این موضوع نیز بسیار ساده است، چون در نسبیت عام میدانیم "گرانش" در حقیقت چیزی نیست جز همین خمش های فضا-زمانی و حال نیز چنین اظهار داشتیم که گرانش دارای انرژی است که آن را «انرژی منفی» نامیدیم. با تفکر در این گزاره، منظور از گفته بالا کاملأ روشن خواهد شد.
🔸اگر در یک بافت فضا-زمان تا اندازه مقیاس کوآنتومی زوم کنیم، شاهد افت و خیزهای تصادفی در این نقطه خواهیم بود که از آن ذرات مجازی نمود پیدا کرده و نابود میشوند. حال اگر در این نقاط توجه کنیم، میبینیم در نتیجهی این افت و خیزها و تشکیل و نابودی ذرات مجازی، مدام انرژی مصرف و بازگردانده میشود. این تبادل انرژی، سبب انحناهایی در این بافت ریز فضا-زمانی میشود که در برخی نقاط بصورت فرو رفتگی(نقاطی که ذرات مجازی بوجود آمده اند) و در برخی نقاط بصورت برآمدگی هستند(چون گفتیم ذرات مجازی انرژی را از خلأ موقتأ قرض گرفته و آنأ با نابودی خود آن را پس میدهند. و این قرض گرفتن سبب کاهش انرژی مثبت خلأ در آن نقطه و افزایش انرژی منفی میشود که این نوع انرژی که از آن بعنوان انرژی گرانشی یاد کردیم، طبق تئوری نسبیت چیزی نیست جز خمش یا فرورفتگی فضا-زمان). به این نقاط فضا-زمانی که همچون حبابهایی بسیار ریز هستند را حبابهای خلأ کاذب یا کف کوآنتومی گویند.
🔹حال در مرحله بعدی، هرجا که خم و پیچش فضا-زمان مثبت است، یک حباب از خلأ کاذب نامبرده بوجود میاید که براساس معادلات انیشتین بشکل تورم خود را نمایان میکند. این حباب در طی مدت زمانی به اندازه زمان پلانک به اندازه یک پروتون متورم میشود و انرژی ذخیره شده در آن به اندازه ای میشود که برای تأمین تمام جرم موجود در جهان کافی خواهد بود. با جدا شدن این حباب ها با آنتروپی بالا، تنها انرژی موجود در آنها انرژی خمش و پیچ و تابشان است. هرچه این حبابها متورم میشوند، انرژی آنها نیز بشکل چشمگیری افزایش میابد(توجه کنید گفتیم انرژی این حبابها ناشی از خمش آنهاست و این یعنی، خمش بیشتر، انرژی بیشتری را نیز شامل میشود!).
🔸از آنجا که این خلأ کاذب دارای فشار منفی است، قانون اول ترمودینامیک در اینجا حفظ میشود. با متورم شدن بیشتر این حباب، نوعی نیروی مقاومتی نیز بدان وارد میشود که سبب تبدیل انرژی به ذرات ماده خواهد شد. همچنین با افزایش روند این رشد و کاهش فشار و دما، شکست های تقارن خود بخودی نیز پدیدار میشوند. بازهم با روند رشد تورم و کاهش بیشتر دما، ساختار ذرات و نیروها نیز پدیدار گشته(به شکست تقارن اولیع) و در نهایت تورم این حباب خلأ کاذب به پایان رسیده و با کاهش دما به اندازه ای معین، به نقطه ای میرسیم که بدان بیگ بنگ(Big Bang) گوییم. و حالا وارد عصر جدیدی از تورم و رشد جهان نوزاد خواهیم شد.
👈🏻 دیدیم در حقیقت از "انرژی موجود در خلأ" با طی روند فوق، میتوان به ماده موجود در جهان، یا در حقیقت خود جهان! دست یافت. این نشان میدهد چه حجم عظیمی از انرژی در محیط "به ظاهر خالی" نهفته است....
💥و این هم پایان تشکیل جهان ما از "هیچ"!!!
اگر فکر میکنید برخی چیزهای گفته شده را متوجه نشدید، اصلأ نگران نباشید!!
این نیز یکی از شگفتی های کوآنتوم است که به آن اصل "هیچکی کوآنتوم رو نمیفهمه!" و "هرکی هم بگه فهمیدم داره حرف مفت میزنه!" میگویند که همه ی فیزیکدانان قدیم و جدید نیز به آن توافق دارند🤯
✅ پایان.
🆔 @Physics3p
✍ نگارش و تایپ A.M.H
📎 قسمت چهارم
🆔 @Physics3p
👈🏻 اما تکلیف این تورم ناگهانی و برهم خوردن تقارن اولیه چه میشود؟
🔹در نسبیت عام گفتیم که فضا-زمان خود در حقیقت بخش پویای عالم است و نه یک صحنه نمایش مطلق هستی! در حقیقت، فضا-زمان در تارو پود جهان تنیده است و هرآنچه که روی میدهد، بخشی از همین فضا-زمان است(لینک دوم در ابتدای مطلب جهت مطالعه بیشتر). در نسبیت عام، با وجود خالی بودن فضا(یا کاملتر، فضا-زمان) در یک نقطه، این خالی بودن نیز دارای "انرژی" است. این انرژی در حقیقت در بافت فضا-زمان نهفته است که ناشی از پیچ و خم های آن است که در هر نقطه از آن(البته به میزان متفاوت) وجود دارد. درک این موضوع نیز بسیار ساده است، چون در نسبیت عام میدانیم "گرانش" در حقیقت چیزی نیست جز همین خمش های فضا-زمانی و حال نیز چنین اظهار داشتیم که گرانش دارای انرژی است که آن را «انرژی منفی» نامیدیم. با تفکر در این گزاره، منظور از گفته بالا کاملأ روشن خواهد شد.
🔸اگر در یک بافت فضا-زمان تا اندازه مقیاس کوآنتومی زوم کنیم، شاهد افت و خیزهای تصادفی در این نقطه خواهیم بود که از آن ذرات مجازی نمود پیدا کرده و نابود میشوند. حال اگر در این نقاط توجه کنیم، میبینیم در نتیجهی این افت و خیزها و تشکیل و نابودی ذرات مجازی، مدام انرژی مصرف و بازگردانده میشود. این تبادل انرژی، سبب انحناهایی در این بافت ریز فضا-زمانی میشود که در برخی نقاط بصورت فرو رفتگی(نقاطی که ذرات مجازی بوجود آمده اند) و در برخی نقاط بصورت برآمدگی هستند(چون گفتیم ذرات مجازی انرژی را از خلأ موقتأ قرض گرفته و آنأ با نابودی خود آن را پس میدهند. و این قرض گرفتن سبب کاهش انرژی مثبت خلأ در آن نقطه و افزایش انرژی منفی میشود که این نوع انرژی که از آن بعنوان انرژی گرانشی یاد کردیم، طبق تئوری نسبیت چیزی نیست جز خمش یا فرورفتگی فضا-زمان). به این نقاط فضا-زمانی که همچون حبابهایی بسیار ریز هستند را حبابهای خلأ کاذب یا کف کوآنتومی گویند.
🔹حال در مرحله بعدی، هرجا که خم و پیچش فضا-زمان مثبت است، یک حباب از خلأ کاذب نامبرده بوجود میاید که براساس معادلات انیشتین بشکل تورم خود را نمایان میکند. این حباب در طی مدت زمانی به اندازه زمان پلانک به اندازه یک پروتون متورم میشود و انرژی ذخیره شده در آن به اندازه ای میشود که برای تأمین تمام جرم موجود در جهان کافی خواهد بود. با جدا شدن این حباب ها با آنتروپی بالا، تنها انرژی موجود در آنها انرژی خمش و پیچ و تابشان است. هرچه این حبابها متورم میشوند، انرژی آنها نیز بشکل چشمگیری افزایش میابد(توجه کنید گفتیم انرژی این حبابها ناشی از خمش آنهاست و این یعنی، خمش بیشتر، انرژی بیشتری را نیز شامل میشود!).
🔸از آنجا که این خلأ کاذب دارای فشار منفی است، قانون اول ترمودینامیک در اینجا حفظ میشود. با متورم شدن بیشتر این حباب، نوعی نیروی مقاومتی نیز بدان وارد میشود که سبب تبدیل انرژی به ذرات ماده خواهد شد. همچنین با افزایش روند این رشد و کاهش فشار و دما، شکست های تقارن خود بخودی نیز پدیدار میشوند. بازهم با روند رشد تورم و کاهش بیشتر دما، ساختار ذرات و نیروها نیز پدیدار گشته(به شکست تقارن اولیع) و در نهایت تورم این حباب خلأ کاذب به پایان رسیده و با کاهش دما به اندازه ای معین، به نقطه ای میرسیم که بدان بیگ بنگ(Big Bang) گوییم. و حالا وارد عصر جدیدی از تورم و رشد جهان نوزاد خواهیم شد.
👈🏻 دیدیم در حقیقت از "انرژی موجود در خلأ" با طی روند فوق، میتوان به ماده موجود در جهان، یا در حقیقت خود جهان! دست یافت. این نشان میدهد چه حجم عظیمی از انرژی در محیط "به ظاهر خالی" نهفته است....
💥و این هم پایان تشکیل جهان ما از "هیچ"!!!
اگر فکر میکنید برخی چیزهای گفته شده را متوجه نشدید، اصلأ نگران نباشید!!
این نیز یکی از شگفتی های کوآنتوم است که به آن اصل "هیچکی کوآنتوم رو نمیفهمه!" و "هرکی هم بگه فهمیدم داره حرف مفت میزنه!" میگویند که همه ی فیزیکدانان قدیم و جدید نیز به آن توافق دارند🤯
✅ پایان.
🆔 @Physics3p
✍ نگارش و تایپ A.M.H
👍1