از همه چیز و همه جا

ما قصد داریم در این وبلاگ مطالب جالب همه رشته ها را قرار دهیم تا شما نیز از آن لظّت ببرید.

از همه چیز و همه جا

ما قصد داریم در این وبلاگ مطالب جالب همه رشته ها را قرار دهیم تا شما نیز از آن لظّت ببرید.

از همه چیز و همه جا
پیام های کوتاه

۶ مطلب با کلمه‌ی کلیدی «فیزیک» ثبت شده است

قانون هولوگرافیک می‌گوید که ماده و انرژی در جهان را می‌توان با اطلاعات روی یک صفحه توضیح داد. اگر این موضوع صحت داشته باشد نظریه‌ها به یک بعد کمتر برای توضیح پدیده‌ها نیاز خواهند داشت و مثلا کافی است برای شرح جهان سه بعدی از مشخصات دو بعد بهره ببریم.

این محققان تصمیم گرفتند تا مشاهده کنند که آیا می‌توان به طور دقیق ابعاد یک ذره‌ی ریز را در سه بعد مشخص کرد یا خیر. محققان برای انجام این تحقیق، ذره‌ای ۱۰ میلیون میلیارد بار کوچک‌تر از یک کوارک را برگزیدند. اگر جهان ما هولوگرافیک باشد پس ممکن است نتوانیم یکی از بعدها را اندازه بگیریم. این تناقض را نویز هولوگرافیک می‌نامند.

برای آزمایش این موضوع دانشمندان از اینتر فرومتر بهره گرفتند که سیستمی از لیزرها و آینه‌ها است و می‌تواند کوچک‌ترین تغییرات در نور را تشخیص دهد. کریگ هوگان، محقق ارشد این پروژه معتقد است اگر جهان هولوگرام باشد با انتشار لیزر در جهت‌های مختلف امکان یافتن محل دقیق ذره وجود نخواهد داشت. نویز هولوگرافیک باعث می‌شود تا لیزر تکان آهسته‌ای بخورد این تکان‌ها هرچند کم هم باشند قابل تشخیص خواهند بود اما طی آزمایش شاهد هیچ گونه تکانی نبودیم.

با این حال این آزمایش بحث برانگیز است چرا که بسیاری از دانشمندان معتقد هستند که اساس هولوگرافیک نیازی به وجود نویز ندارد. یانبی چن، نظریه پرداز در موسسه‌ی فناوری کالیفرنیا بیان کرده است که نمی‌تواند اساس هولوگرافیک نویز را درک کند اما او کریگ هوگان و آزمایشگاه او را تحسین می‌کند. چن می‌افزاید:

با این حال او در تلاش برای انجام آزمایشات تجربی است. من معتقد هستم که باید ما نیز روی این کار تمرکز کنیم. اگر فردی معتقد است که آزمایش هوگان صحیح نیست بهتر است آزمایش خاص خود را طراحی کرده و مشکلات موجود را برطرف کند.

منبع:زومیت

۰ نظر موافقین ۱ مخالفین ۰ ۲۲ آذر ۹۴ ، ۱۵:۲۹
شیمی دان جوان

محققان موفق به کشف حالت جدیدی از ماده شدند


در زندگی روزمره با سه نوع از ماده سر و کار داریم، جامد، مایع و گاز. بعدها دانشمندان حالتی دیگری را با نام پلاسما به این سه نوع اضافه کردند تا به امروز که از ماده‌ای صحبت می‌کنیم که در هیچ کدام از این چهار دسته قرار نمی‌گیرد. تیمی بین‌المللی از دانشمندان موفق به کشف فازی از ماده شده‌اند که می‌تواند هم عایق باشد و هم ابررسانا و یا خواص فلزی و آهنربایی را از خود نشان دهد.


در صورت تأیید، کشف این ماده درهای جدیدی را به سوی دانشمندان و توسعه دهندگان تکنولوژی خواهد گشود. دانشمندان برای رسیدن به خواص ابر رسانایی باید برخی از مواد را تا دمای بحرانی یعنی ۲۴۳.۲- درجه‌ی سانتیگراد سرد کنند تا بتوانند برق را بدون مقاومت، یعنی بدون ایجاد گرما یا صدا یا هر نوع دیگری از انرژی در طول مسیر جابه‌جا کنند. اما در بعضی از مواد خاصیت ابررسانایی در دماهای بالاتر یعنی ۱۳۵- درجه نیز دیده می‌شود. اگر بتوان این مانع یعنی نیاز به رسیدن تا حرارت بحرانی را از میان برداشت و ابررسانایی در دمای محیط تولید شود، ابررسانایی دمای بالا انقلابی در تکنولوژی ایجاد خواهند کرد.

Phase change - en

هنگامی که از حالات ماده صحبت می‌کنیم سه حالت اصلی و شاید پلاسما را در طبیعت بتوانیم ببینیم، اما دانشمندان در آزمایشگاه‌های فیزیک بر روی فازهای عجیبی مانند ماده‌ی تباهیده، ابرشاره، ابر جامد، چگالش بوز-اینشتاین و پلاسمای کوارک گلوئون کار می‌کنند. تیمی از شیمیدان‌ها به سرپرستی کاسماس پرازیدس از دانشگاه توکوهوی ژاپن توانستند فاصله‌ی بین مولکول‌های کربن ۶۰ را با اضافه کردن روبیدیوم تغییر دهند و ماده را مجبور به تشکیل ساختار کریستالی جدیدی بکنند. مولکول‌های کربن ۶۰ که بیشتر به نام توپ‌های باکی شناخته می‌شود پس از گرفتن این ساختار کریستالی رفتاری ترکیبی از عایق، ابر رسانا، فلز و فاز مغناطیسی از خود نشان دادند. این تیم برای این ماده نام تجاری یان-تلر را برگزیده‌اند؛ اثری به نام یان-تلر بیان کننده‌ی حالتی در شیمی است که با فشار می‌توان آرایش هندسی مولکول‌ها و یون‌ها را تغییر داده و حالات رسانایی الکترونیکی متفاوتی به وجود آورد. این حالت جدید از ماده به دانشمندان اجازه می‌دهد به سادگی و با اضافه کردن فشار یک عایق را به هادی الکتریسیته تبدیل کنند. اضافه کردن فشار همان کاری است که اتم‌های روبیدیوم انجام می‌دهند. هنگامی که درباره‌ی اضافه کردن فشار صحبت کردیم، وارد کردن نیرویی زیاد در ذهن مجسم می‌شود که جسم را لِه کرده و مولکول‌ها را مجبور به نزدیک‌تر شدن به هم کند، اما دانشمندان این اعمال فشار را به صورت شیمیایی انجام می‌دهند، آن‌ها با اضافه کردن چیزی به ماده بین مولکول‌ها موانعی می‌سازند و مولکول‌هایی جدید را در فضاهای خالی به وجود آمده قرار می‌دهند که باعث نزدیک‌تر شدن فاصله‌ی اتم‌ها به هم می‌شود.

TOP IMAGE 2کریستال‌های یان-تلر

آنچه در تصویر بالا می‌بینید ساختار کریستالی ابر رسانای fulleride مولکولی متشکل از ۶۰ اتم کربن است که در ساختاری شبیه به توپ فوتبال در کنار هم چیده شده‌اند و فضاهای خالی به وسیله‌ی یون‌های فلزی قلیایی (کره‌ی آبی رنگ) اِشغال شده است. یون‌های فلز قلیایی روبیدیوم با اِشغال فضاهای خالی فاصله‌ی بین توپ‌های باکی را تغییر می‌دهند و به این صورت بالاترین درجه حرارت لازم برای شروع ابررسانایی ۳۵ درجه‌ی کلوین یا ۲۳۸.۱۵- درجه‌ی سانتیگراد می‌شود. البته هنوز هم این دمایی بسیار سرد است اما همین چند درجه بهبود نیز بسیار ارزشمند است.

اتفاقی که در فلز یان-تلر افتاده این است که با اعمال شدن این فشار شیمیایی تا مدتی نارسانا تبدیل به فلزی رسانای الکتریسیته می‌شود تا مولکول‌ها دوباره به ساختار قبلی خود باز گردند. بنابراین بین زمانی که ماده می‌خواهد همچون یک نارسانا عمل کند ولی الکترون‌ها هنوز آزادانه در سراسر ماده حرکت می‌کنند یک همپوشانی به وجود می‌آید، این مرحله‌ی گذار بین فازهای عایق و هادی چیزی است که قبلاً در هیچ ماده‌ای دیده نشده است. با بررسی این حالت ممکن است راهی برای تبدیل نارسانا به ابررسانا در دمای محیط به دست آید. به نظر می‌رسد با این روش توپ‌های باکی در دمای بحرانی بالاتر بتوانند خواص سوپر رسانایی را به دست بیاورند. ارتباط بین نارسانای والد، حالت فلزی بالاتر از دمای بحرانی و چیدمان اتم‌ها در حالت ابررسانایی سؤال کلیدی در رسیدن به این ابررسانای غیر معمول خواهد بود. هنوز تحقیقات زیادی بر روی این حالت از ماده و درک مکانیزم درگیر در تغییر دمای بحرانی آن در حال انجام است که نشان می‌دهد در آینده‌ای نزدیک شاهد استفاده از این ماده‌ی انقلابی در صنعت نخواهیم بود.

منبع:زومیت

۰ نظر موافقین ۰ مخالفین ۰ ۲۷ ارديبهشت ۹۴ ، ۱۶:۴۳
شیمی دان جوان

۱۰ مورد از بزرگترین اسرار ستارگان


برای هزاران سال انسان به آسمان شب همچون سرپوشی از چراغ‌های چشمک زن نگاه می‌کرد تا امروز که می‌دانیم آن‌ها میلیاردها ستاره‌ای هستند که جهان را تشکیل داده‌اند و هر ستاره دنیایی از شگفتی را همراه با خود دارد. از انفجار خیره کننده‌ی ابرانواختر تا سیاه چاله‌های نامرئی، ستاره شناسان بسیاری از اسرار ستارگان را حل کرده‌اند و بسیاری هنوز باقی‌مانده است.


۱. الماسی در آسمان

whitedwarf

وقتی یک ستاره به اندازه‌ی خورشید ما سوخت هسته‌ای خود را می‌سوزاند، آن را به لایه‌ی خارجی هُل می‌دهد تا زمانی که فقط یک هسته‌ی بسیار داغ به نام کوتوله‌ی سفید باقی بماند. در عمق ۵۰ کیلومتری پوسته‌ی کوتوله‌ی سفید، کربن کریستال شده و اکسیژن وجود دارد. در سال ۲۰۰۴ کوتوله‌ی سفید BPM 37093 در صورت فلکی قنطورس کشف شد که از کربن متبلور یا همان الماس به وزن پنج میلیون تریلیون تریلیون پوند ساخته شده است؛ الماسی به وزن ده میلیارد تریلیون تریلیون قیراط در آسمان.

۲. اجساد آسمانی

magnetar illustration

مگنتارها نوعی ستاره‌ی متراکم نوترونی یا ستاره‌ی مرده هستند که میدان مغناطیسی میلیون‌ها برابر قوی‌تر از هر آهنربایی بر روی زمین تولید می‌کنند. آن‌ها هر ده ثانیه فلش‌هایی از اشعه‌ی X همراه با انفجارهای گاه و بیگاه اشعه‌ی گاما از خود ساطع می‌کنند. تا سال ۱۹۹۸ مگنتارها به عنوان دسته‌ای مستقل از ستارگان طبقه‌بندی نشده بودند گرچه دو دهه پیش از آن، آن‌ها را دیده بودیم. در مارس سال ۱۹۷۹ یعنی چند ماه پس از فرود موفق فضاپیما به جو زهره، به ترتیب ۹ فضاپیمای اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده، همچنین چندین رصدخانه تابشی هولناک از اشعه‌ی گاما با انرژی که خورشید در طول هزار سال می‌تواند آزاد کند، ثبت کردند. این تابش حداقل صد مرتبه قوی‌تر از هر تابش ستاره‌ای است که تا آن زمان کشف شده بود. با توجه به اینکه اشعه‌ی گاما با سرعت نور حرکت می‌کند در تشخیص این انفجار توسط ماهواره‌ی هلیوس که در مدار خورشید قرار داشت و باقی فضاپیماها فاصله‌ی زمانی به وجود آمد. این انفجار از باقی مانده‌ی یک ابرنواختر به نام N49 که ۳۰۰۰ سال پیش از میلاد مسیح از بین رفته، و از میان ابر ماژلانی غول پیکری ساطع شده بود.

۳. ستاره‌های محلی

pleiades seven

خوشه‌های ستاره‌ای از ستارگانی که در یک زمان به وجود آمده‌اند، بعضی از ده‌ها و برخی دیگر از میلیون‌ها ستاره تشکیل شده‌اند؛ بعضی از خوشه‌های ستاره‌ای با چشم غیر مسلح نیز قابل رویت هستند مثل خوشه‌ی معروف پروین در صورت فلکی ثور. ستاره‌ها در یک منطقه شکل می‌گیرند ولی اینکه چرا بعضی از آن‌ها با هم تشکیل خوشه‌ی ستاره‌ای را می‌دهند هنوز یک راز حل نشده باقی‌مانده است.

۴. ستارگان غران

sgr burst

همانند زمین لرزه در این پایین، در عضی از ستاره‌های نوترونی هم با پاره شدن سطح ستاره از هم ستاره لرزه به وجود می‌آید. در سال ۱۹۹۹ ستاره شناسان انفجارهای گاما و اشعه‌ی X از ستاره‌های نوترونی را به این شگفتی نسبت دادند. اینکه چقدر این انفجار می‌تواند قدرتمند باشد هنوز از اسرار حل نشده باقی‌مانده است اما به تازگی جان میدلدیچ و تیمش از آزمایشگاه ملی لوس آلاموس آمریکا دریافتند که برای نوعی خاصی از ستاره‌های نوترونی چرخان به نام پولسار یا تپ‌اختر، زمان وقوع زلزله‌ی بعدی با قدرت آخرین زلزله متناسب است.

۵. سوپر ستاره‌ها

neutron accretion

ستاره‌های نوترونی از بقایای انفجار ابر نواختر متولد می‌شوند، آن‌ها باقیمانده‌های ستاره‌ای در حال مرگ به جرم خورشید را در توپی به اندازه‌ی یک شهر کوچک فشرده کرده و تا یک قدمی تبدیل شدن به سیاه چاله پیش می‌روند. ستاره‌های نوترونی از چگال‌ترین اشیاء جهان هستند، تنها یک قاشق چایخوری از خاک آن‌ها میلیاردها تن وزن دارد و اگر میشد آن قاشق را بر روی زمین بریزیم، همانند چاقویی که در کره فرو می‌رود، تا مرکز زمین را سوراخ می‌کرد. در سال ۲۰۰۵ دانشمندان ناسا منبع پرتوهای گامایی درخشان‌تر از صد هزار خورشید کشف کردند و توانستند رازی ۳۵ ساله را حل کنند. هنگامی که دو ستاره‌ی نوترونی با سرعت ده‌ها هزار کیلومتر در ثانیه به هم برخورد کنند چنین انفجارهای عظیمی از امواج گاما به وجود می‌‌آید.

۶. ستاره‌های تک تیرانداز

rrat

کلاس جدیدی از ستاره‌ها به نام ستارگان چرخنده‌ی رادیویی ناپایدار (RRAT) کشف شده‌اند که امواج بی‌ثباتی را از خود ساطع می‌کنند. این ستاره‌ها اجرام عظیمی نوترونی هستند که متناوباً امواج رادیویی به طول حداکثر دو میلی‌ثانیه را بین سکوت‌هایی سه ساعته از خود ساطع می‌کنند. برای یافتن این ستاره‌ها ستاره شناسان مجبورند این کسرهای ثانیه‌ای از امواج رادیویی را از میان ساعت‌ها سکوت تشخیص داده و بین آن‌ها و تداخلات رادیویی زمین تمایز قائل شوند. صدها یا هزاران RRAT فقط در کهکشان راه شیری وجود دارد.

۷. متاهل‌ها

binary-star

دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که تا ۸۵ درصد از ستارگان کهکشان راه شیری در سیستم‌هایی چند ستاره‌ای قرار گرفته باشند. تا چندی پیش تصور میشد ستاره‌ها نمی‌توانند تنها باشند، امروزه می‌دانیم بیشتر از نیمی از تمام ستارگان، ستاره‌های دوتایی هستند؛ دو ستاره‌ای که نیروی گرانش آن‌ها را نزدیک به هم نگاه داشته است همچنین وقتی سه ستاره یا بیشتر به یکدیگر نزدیک می‌شوند سیستمی چند ستاره‌ای را تشکیل می‌دهند. در سال ۲۰۰۵ برای اولین بار ستاره شناسان سیاره‌ای را در حال چرخش بر دور یک سیستم دو ستاره‌ای کشف کردند.

۸. انفجار مرموز

kepler supernova

انفجار غم‌انگیز یک ستاره موج شُکی با سرعت ۳۵ میلیون کیلومتر بر ساعت را به اطراف ساطع می‌کند، این آتش بازی آخرین لحظات عمر بعضی از ستارگان را به درخششی تماشایی تبدیل می‌کند. وقتی ستاره‌ای با جرم بیشتر از هشت برابر خورشید به پایان عمرش نزدیک می‌شود، نیروی گرانش بر فشار لایه‌های درونی غلبه کرده و سطح بیرونی ستاره را به درون می‌کشد تا اصطلاحاً ستاره در خودش فرو بریزد. پس از این جت عظیمی از نور و ماده به فضا می‌پاشد و یک ابرنواختر را شکل می‌دهد. از زمان تولد ابرنواختر یوهانس کپلر در سال ۱۶۰۴، ستاره شناسان نتوانسته‌اند شاهد انفجار ابرنواختر دیگری در کهکشان راه شیری باشند.

۹. فوران‌های خورشیدی

soho

جو خورشید یا تاج خورشید در دمای دو میلیون درجه‌ی سانتیگراد می‌جوشد و می‌تواند فوران‌هایی از ذرات پر انرژی را با سرعتی نزدیک به سرعت نور به اطراف بفرستد که توفان خورشیدی نامیده می‌شوند. هنگامی که این ذرات باردار به سیاره‌ی ما می‌رسند توسط میدان مغناطیسی زمین منحرف شده و گاهی ارتباط ماهواره‌ها، دستگاه‌های الکترونیکی و حتی تلفن‌های همراه را مختل می‌کنند. شفق‌های قطبی یکی دیگر از زیبایی‌های این پدیده‌ی طبیعی هستند که پس از ورود ذرات باردار خورشیدی به جو در مدارهای قطبی دیده می‌شوند. بزرگترین فوران‌های خورشید انرژی برابر میلیون‌ها بمب هیدروژنی دارد و اگر می‌توانستیم این انرژی را مهار کنیم، تنها یکی از آن‌ها برای تأمین نیروی ایالات متحده تا صد هزار سال کافی بود. ستاره شناسان شروع به تحقیق بر مکانیزم درونی خورشید کرده‌اند تا شاید بتوانند این فوران‌های آتشین را پیش‌بینی کنند.

۱۰. دروگر شوم

black-hole

سیاه چاله‌ها انقدر چگال هستند که هیچ چیز نمی‌تواند از جاذبه‌ی قدرتمند آن‌ها فرار کند و اگر چیزی از افق رویداد آن‌ها بگذرد هیچ راهی برای فرار نخواهد داشت، حتی اگر آن چیز نور باشد. ستاره شناسان شواهدی قوی از وجود سیاه چاله‌هایی فوق قدرتمند کشف کرده‌اند که از فرو ریختن ستارگانی عظیم ایجاد شده و جرمی برابر با میلیون‌ها خورشید را در خود فرو کشیده‌اند.

منبع:زومیت

۰ نظر موافقین ۰ مخالفین ۰ ۲۵ ارديبهشت ۹۴ ، ۲۱:۰۷
شیمی دان جوان

فیزیکدانان دانشگاه MIT و دانشگاه بلگراد (University of Belgrade) تکنیکی جدید را جهت در هم تنیدن ۳۰۰۰ اتم به وسیله تنها یک فوتون ابداع کرده اند.

این تصویر هنری در هم تنیدگی تعداد زیادی از اتم ها را با بصورت متقابل نشان می دهد.

به گزارش بیگ بنگ، نتایج انتشار یافته، نشان دهنده ی بیشترین تعداد ذراتی است که طی یک آزمایش در هم تنیده شدند. این تکنیک با ایجاد همبستگی بی سابقه ای، روشی جدید را جهت ساخت ساعتهای اتمی دقیقتر ارائه می کند. در هم تنیدگی کوانتومی (Quantum entanglement) که تأثیر همزمان تغییرات بر دو ذره – در مقیاس نانو – بدون توجه به فاصله آنهاست، ورای قوانین مکانیک کلاسیک عمل می کند.
دانشمندان در تلاش برای یافتن روشهایی جهت در هم تنیدن تعداد بالای اتمها به منظور ساخت کامپیوترهای قدرتمند کوانتومی و ساعتهای اتمی بسیار دقیق هستند، در حالیکه بهترین ساعتهای اتمی موجود بر اساس نوسانات طبیعی در ابر یک اتم گیر افتاده عمل می کنند؛ ساعتهایی که اگر از بیگ بنگ تا بحال کار کنند، زیر یک دقیقه خطا دارند. دقت ساعتهای اتمی موجود، متناسب با مجذور تعداد اتمهاست. اما در صورت در هم تنیدن اتمها می توان تناسبی یک به یک میان تعداد اتمها و دقت ساعت برقرار نمود، که این دستاوردی عالی است.

طرحی که برای در هم تنیدگی ۳۰۰۰ اتم با یک فوتون استفاده شد.

تا پیش از این تمامی تلاشها جهت در هم تنیدن اتمها بدانجا رسیده بود که تنها یک تیم موفق به در هم تنیدن ۱۰۰ اتم شده بود. حال با بکارگیری لیزر بسیار ضعیف این میزان تا ۳۰۰۰ عدد افزایش یافته است. با کاهش قدرت لیزر، در هم تنیدگی بهتری حاصل می شود، زیرا ابر اتمی، آشفتگی کمتری داشته و بی نقصی کوانتومی سیستم بالا می رود. این تیم با سرد کردن ابر اتمها، آنها را در یک تله لیزری گیر انداخته و باریکه ضعیف لیزر را به درون ابر هدایت نمودند. آنگاه بوسیله یک آشکارساز دنبال فوتونی خاص در باریکه می گردند. اگر فوتونی بدون برهمکنش از میان ابر اتمی عبور کند، قطبش، یا جهت نوسان آن ثابت می ماند.
فوتون های برهمکنش داشته با اتمها اما، تغییر قطبش کوچکی خواهند داشت، که حاصل تأثیر ‘نوفه کوانتومی’ (Quantum noise) – اختلاف تعداد اتمهای ساعتگرد و پادساعتگرد – است. گهگاه فوتونی خروجی با میدان الکتریکی عمود بر میدان الکتریکی فوتونهای ورودی مشاهده می شود. این همان جایی است که می توان حالت در هم تنیده بسیار قدرتمندی را ایجاد نمود. نتایج این پژوهش در Nature منتشر شده است.


ترجمه: حامد احدی / سایت علمی بیگ بنگ

انجمن فیزیک هوپا

۰ نظر موافقین ۰ مخالفین ۰ ۰۷ ارديبهشت ۹۴ ، ۲۱:۴۲
شیمی دان جوان

 احتمالاً می دانید چنانچه در یک سیاهچاله سقوط کنید چه بلایی سرتان خواهد آمد. چنین سقوطی قطعاً برای شما دلپذیر نخواهد بود چرا که پیش از محو شدن در سیاهچاله اجزای بدنتان ریز ریز خواهد شد. اما اگر بخواهید در درون یک سیاهچاله زندگی کنید هنوز یک راه حل برای شما باقی است: سیاهچاله ای را پیدا کنید که پنج بعدی باشد.

به گزارش بیگ بنگ، برخی محققان معتقدند که امکان استمرار حیات در یک سیاهچاله پنج بُعدی، بسیار بیشتر از یک سیاه چاله چهار بعدی معمولی است. در سیاهچاله های چهار بعدی، تغییرات نیروهای کشندی در فاصله های بسیار کم آنقدر شدید است که اجزای بدنتان را پاره پاره خواهد کرد. اما در سیاهچاله های پنج بُعدی، اندازه نیروهای کشندی، قابل صرف نظر کردن است و بنابراین بدون نگرانی جدی از ریز ریز شدن می توانید به کاوش در سیاهچاله بپردازید. از آن جالب تر آنکه تحقیقات حاکی از آن است که ممکن است همگی ما هم اکنون نیز در حال انجام چنین کاری باشیم! در واقع، تجزیه و تحلیل های ریاضی نشان می دهد که کل جهان ما ممکن است یک سیاهچاله پنج بُعدی باشد.

وجود بعد پنجم، تخیل صرف نیست. در واقع، از زمانی که دو فیزیکدان به نام های “تئودور کالوزا” و “اسکار کلین” در دهه ،۱۹۲۰ امکان وحدت یافتن دو نظریه نسبیت و الکترومغناطیس را در سایه افزودن بعد پنجم به ساختار فضا- زمان مطرح کرده بودند، جست وجو برای آن آغاز شده بود. حتی خود اینشتین هم از چنین ایده ای استقبال کرده بود. اکنون باید گفت که فیزیکدان ها دلایل متعددی مبنی بر صحت وجود بُعد پنجم در دست دارند. نسخه پنج بعدی نسبیت حتی از تمامی آزمون های تجربی نیز (که صحت نسخه چهار بعدی آن را نشان داده بودند) با موفقیت بیرون آمده است. در اینجا به عنوان مثال می توان به پیش بینی های نسبیت چهار بعدی در برخی آزمون های نجومی نظیر اندازه گیری های مربوط به عدسی های گرانشی اشاره کرد.

در سال ۱۹۹۵ فیزیکدانی به نام “دیمیتری کالیگاس” و همکارانش از دانشگاه استنفورد کالیفرنیا نشان دادند که نسخه جدید پنج بعدی نسبیت نیز با چنین مشاهداتی کاملاً سازگار است. البته چنین دستاوردی برای نظریه پردازانی که می دانستند نسخه قدیمی تر چهار بعدی نسبیت، به خوبی در درون نسخه جدید پنج بعدی آن می گنجد چندان مایه شگفتی نبود چراکه براساس نظریه جدید، هیچ دلیلی وجود ندارد که یک جهان پنج بعدی، ظاهراً متفاوت از یک جهان چهار بعدی به نظر برسد. در واقع باید گفت که به دلایلی، وجود یک جهان پنج بعدی حتی طبیعی تر از یک جهان چهار بعدی است. یکی از این دلایل، مربوط به چگونگی پیدایش جهان ماست.

دانشمندان مدتی است به دنبال گزینه های دیگری فراتر از مدل استاندارد بیگ بنگ برای تبیین نحوه پیدایش جهان ما هستند. در مدل استاندارد بیگ بنگ، با بازگشت به زمان صفر، به یک تکینگی می رسیم که در آن، تمامی قوانین فیزیک در هم می پاشد و بنابراین مدل یاد شده، عملاً چیزی را در مورد نحوه پیدایش جهان ارائه نمی دهد. اما راه حل هایی برای این معضل وجود دارد. به عنوان مثال براساس برخی از پاسخ های معادلات نسبیت عام، بیگ بنگ، در واقع حاصل از انقباض جهان بوده که پیش از آنکه به نقطه تکینگی رسیده باشد، به ناگهان به بیرون جهش کرده و شروع به انبساط کرده است. اکنون می دانیم که چنین ایده ای در پنج بُعد، بهتر از چهار بعد جواب می دهد. در اینجا موضوع اصلی در ارتباط با تبیین علت وجود ماده در جهان ماست. در مدل های کیهان شناسی چهار بعدی، وجود ماده در جهان را تنها باید به عنوان یک پیش فرض پذیرفت.

در واقع، مدل های چهار بعدی نمی توانند توضیح دهند که جهان چگونه و در چه زمانی مملو از ماده شد. اما در مدل پنج بعدی چنین مسئله ای قابل تبیین است. براساس مدل پنج بعدی چنین به نظر می رسد که مسئله پیدایش ذرات بنیادی در کیهان، با جهش ناگهانی آن از حالت انقباض به انبساط قابل تبیین باشد. در واقع در این مدل، جهش کیهان همانند یک تغییر فاز عمل کرده است و ذرات ماده بر اثر انرژی حاصل از این جهش به وجود آمده اند. اما پنج بُعدی بودن کیهان، چه ربطی به سیاهچاله های پنج بعدی دارد؟

در واقع این ارتباط توسط فیزیکدان ها کشف شده است. فیزیکدانی به نام پائول وسون به همراه یک دانشجوی دکترا با نام سانجیو سیرا مشغول بررسی هندسه سیاهچاله ها بودند، آنها می خواستند رفتار سیاهچاله ها را در فضا- زمان پنج بعدی مورد بررسی قرار دهند. این بررسی، کار دشواری بود چرا که سیاهچاله های پنج بعدی، بسیار پیچیده تر از سیاهچاله های چهار بعدی معمولی هستند. اما نتیجه حاصل کاملاً شگفت انگیز بود: از دیدگاه ریاضی، یک جهان پنج بُعدی می تواند یک سیاهچاله پنج بُعدی باشد. نکته جالب آن است که تا پیش از این، دانشمندان تقریباً مطمئن بودند که در جهان ما سیاهچاله های چهار بعدی وجود دارند (یکی از آنها احتمالاً در مرکز کهکشان ما واقع است).

از طرفی در سال ۱۹۷۲ نشان داده شده بود که شباهت هایی میان جهان ما و سیاهچاله چهار بُعدی وجود دارد. فیزیکدان ها دریافته اند که با ورود به بُعد پنجم، این شباهت کامل خواهد شد. تصور این که جهان ما یک سیاهچاله پنج بُعدی باشد واقعاً شگفت انگیز است. اما بررسی های انجام شده روی نیروی گرانش و برهم کنش ذرات بنیادی مستمراً فیزیکدان ها را به سوی مدل هایی با بیش از چهار بُعد معمول سوق داده است. بنابراین ممکن است جهان های بی شماری وجود داشته باشند که هر یک در دل دیگری واقع شده و هر یک دارای ابعاد بالاتری نسبت به قبلی باشد. انسان هنوز نمی داند در کاوش و جست وجو در این ابعاد، با چه حقایق ناشناخته و شگفت انگیزی روبه رو خواهدشد. اما آنچه مسلم است این است که همین مدل ساده پنج بعدی هم ما را با دیدگاهی جدید نسبت به کیهان مواجه ساخته است. بار دیگر که زیر آسمان شب به ستاره ها خیره شدید، اندکی مکث کرده و به این واقعیت غریب بیندیشید که ممکن است ما واقعاً در یک سیاهچاله پنج بُعدی زندگی کنیم.

نویسنده و ترجمه: شهاب شعری مقدم

سایت علمی بیگ بنگ

۰ نظر موافقین ۰ مخالفین ۰ ۰۷ ارديبهشت ۹۴ ، ۲۱:۴۱
شیمی دان جوان

نگاه اجمالی

جیمز کلرک ماکسول (James Clerk Maxwell) ، که در سال کشف قانون القای فاراده به دنیا آمد ، بیشتر عمر کوتاه اما پر بار ، خود را در راه تدوین مبانی نظری کشف‌های تجربی فاراده صرف کرد. و به این ترتیب توانست معادلات احساسی خود را که بعد او تحسین همگان را برانگیخت، ابداع کند. بطوری که انیشتین با دو شکافی زیاد در معادلات ماکسول ، به نظریه نسبت رهنمون شد. انیشتین بزرگترین تحسین کننده ماکسول ، درباره او نوشت: "احساسات او را در لحظه‌ای تصویر کنید که معادلات دیفرانسیل فرمولبندی می‌شد. توسط می برایش ثابت کردند که میدانهای الکترومغناطیسی به صورت امواج قطبیده و با سرعت نور منتشر می‌شوند." 



تصویر





شباهت معادلات ماکسول با معادلات دیگر

در مطالعه مکانیک کلاسیک و ترمودینامیک به یک سری قوانین و معادلات برخورد می‌کنیم که تا حد امکان یک موضوع را بطور کامل بیان می‌کنند. مثلا در مکانیک کلاسیک قوانین حرکت نیوتن نقش کلیدی بازی می‌کنند، به گونه‌ای که تشریح حرکت بدون استفاده از این قوانین عملا غیر ممکن است. در ترمودینامیک نیز سه قانون اساسی وجود دارند که همواره بحث‌های ترمودینامیک پیرامون این قوانین صورت می‌گیرد.

اغراق نکرده‌ایم که اگر بگوییم کلیه مباحث الکترومغناطیس کلاسیک بر اساس معادلات ماکسول صورت می‌گیرند. البته معادلات دیگری مانند معادله مربوط به شدت میدان الکتریکی و موارد دیگر نیز وجود دارند، اما همه این کمیتها باید به گونه‌ای تعیین شوند که معادلات ماکسول را ارضا کنند، یعنی جهت امتحان درست یا غلط بودن محاسبه یک کمیت مانند میدان الکترکی یا میدان مغناطیسی کافی است، کمیت مورد نظر در معادلات ماکسول قرار دهیم، اگر در این معادلات صدق کرد، نتیجه محاسبه درست بوده ، در غیر این صورت نتیجه محاسبه غلط خواهد بود. 

تاریخچه

ماکسول نظریه الکترومغناطیس خود را در کتابی تحت عنوان "رساله‌ای درباره الکتریسته و مغناطیس" که در سال 1873 یعنی درست 6 سال قبل از نوشتن ، انتشار یافت، ارائه داد. اولیور هوی ساید (Oliver Heaviside) ، که به عنوان فردی بسیار خود آموخته و تلگرافچی بیکار شده شهرت داشت، نظریه الکترومغناطیس را در سالهای 1870 بخوبی فرا گرفته بود و همان اوست که نظریه ماکسول را در قالب چهار معادله‌ای که امروزه می‌شناسیم، در آورده است. 

مقایسه قوانین حرکت نیوتن با قوانین ماکسول

گفتیم که معادلات ماکسول ، در الکترومغناطیس همان اهمیتی را دارد که قوانین حرکت نیوتن در مکانیک کلاسیک دارند. اما میان این دو تفاوت فاحشی وجود دارد. انیشتین نظریه نسبیت خود را در سال 1905 ، یعنی تقریبا 200 سال بعد از اعلام قوانین حرکت نیوتن و در حدود 40 سال بعد از معرفی معادلات ماکسول ارائه داد. همانگونه که معرفی شده است، در حالتهایی که سرعت اجسام نزدیک سرعت نور می‌شود، باید قوانین نیوتن بطور جدی تصحیح شوند، اما در این حالتها لزومی ندارد که تغییری در معادلات ماکسول داده شود، این معادلات با نظریه نسبیت خاص کاملا سازگار است. در واقع ، نظریه انیشتین از تفکر عمیق و دقیق او در باره معادلات الکترومغناطیس ماکسول نشات گرفته است. 



تصویر

تشریح معادلات ماکسول

  • معادله اول که می‌توان آنرا قانون گاوس در الکتریسته نیز نامید، بیان می‌کند که میدان الکتریکی با مقدار باری آن میدان را ایجاد می‌کند، رابطه مستقیم دارد.

  • معادله دوم که می‌توان آنرا قانون گاوس در مغناطیس نام نهاد، بیان می‌کند، که تک‌قطب مغناطیسی وجود ندارد. یعنی بر خلاف بارهای مثبت و منفی که می‌توانند جدا از هم وجود داشته باشند، هرگز نمی‌توانیم دو قطب مغناطیسی (به عنوان مثال قطبهای یک آهنربا) را از هم جدا کنیم.

  • معادله سوم که به قانون القای فارادی معروف است، بیان می‌کند که اگر میدان مغناطیسی (جدا از نظر تعداد یا از نظر جهت) تغییر کند، میدان الکتریکی در مدار القای می‌شود که به آن میدان الکتریکی القایی می‌گویند.

  • معادله چهارم که به عنوان قانون آمپر نیز معروف است، بیان می‌کند که میدان مغناطیسی می‌تواند در نتیجه یک میدان الکتریکی متغیر و یا یک جریان الکتریکی متغیر ایجاد کرد.
۰ نظر موافقین ۰ مخالفین ۰ ۱۵ بهمن ۹۳ ، ۱۶:۳۱
شیمی دان جوان