پرشین فیزیکال

واژه پلاسما به گاز یونیزه شدهای اطلاق میشود که همه یا بخش قابل توجهی از اتمهای آن یک یا چند الکترون از دست داده و به یونهای مثبت تبدیل شده باشند. یا به گاز به شدت یونیزه شدهای که تعداد الکترونهای آزاد آن تقریبا برابر با تعداد یونهای مثبت آن باشد، پلاسما گفته میشود.

● فیزیک پلاسما (Plasma Physics)

می دانیم که برای ماده سه حالت جامد ، مایع و گاز در نظر گرفته میشود. اما در مباحث علمی معمولا یک حالت چهارم نیز برای ماده فرض میشود. حدوث طبیعی پلاسما در دماهای بالا ، سبب تخصیص عنوان چهارمین حالت ماده به آن شده است. یک نمونه بسیار طبیعی از پلاسما آتش است بنابراین خورشید نمونهای از پلاسمای داغ بزرگ است.

● تعریف پلاسما

پلاسما گاز شبه خنثایی از ذرات باردار و خنثی است که رفتار جمعی از خود ارائه میدهد. به عبارت دیگر میتوان گفت که واژه پلاسما به گاز یونیزه شدهای اطلاق میشود که همه یا بخش قابل توجهی از اتمهای آن یک یا چند الکترون از دست داده و به یونهای مثبت تبدیل شده باشند. یا به گاز به شدت یونیزه شدهای که تعداد الکترونهای آزاد آن تقریبا برابر با تعداد یونهای مثبت آن باشد، پلاسما گفته میشود.

● حدود پلاسما

اغلب گفته میشود که ۹۹% ماده موجود در طبیعت در حالت پلاسماست، یعنی به شکل گاز الکتریسته داری که اتمهایش به یونهای مثبت و الکترون منفی تجزیه شده باشد. این تخمین هر چند ممکن است خیلی دقیق نباشد ولی تخمین معقولی است از این واقعیت که درون ستارگان و جو آنها، ابرهای گازی و اغلب هیدروژن فضای بین ستارگان بصورت پلاسماست. در نزدیکی خود ما ، وقتیکه جو زمین را ترک میکنیم بلافاصله با پلاسمایی مواجه می شویم که شامل کمربندهای تشعشعی وان آلن و بادهای خورشیدی است.

در زندگی روزمره نیز با چند نمونه محدود از پلاسما مواجه میشویم. جرقه رعد و برق ، تابش ملایم شفق قطبی ، گازهای داخل یک لامپ فلورسان یا لامپ نئون و یونیزاسیون. مختصری که در گازهای خروجی یک موشک دیده میشود. بنابراین می توان گفت که ما در یک درصدی از عالم زندگی میکنیم که در آن پلاسما بطور طبیعی یافت نمیشود.

● آیا کلمه پلاسما یک کلمه بامسما است؟

کلمه پلاسما ظاهرابه نظر می رسد. این کلمه از یک لغت یونانی آمده است که هر چیز به قالب ریخته شده یا ساخته شده را گویند. پلاسما به علت رفتار جمعی که از خودشان نشان میدهد، گرایشی به متاثر شدن در اثر عوامل خارجی ندارد، و اغلب طوری عمل میکند که گویا دارای رفتار مخصوص به خودش است.

● حفاظ دبای

یکی از مشخصات اساسی رفتار پلاسما ، توانایی آن برای ایجاد حفاظ در مقابل پتانیسیلهای الکتریکی است که به آن اعمال میشوند. فرض کنید بخواهیم با وارد کردن دو گلوله بارداری که به یک باتری وصل شدهاند یک میدان الکتریکی در داخل پلاسما بوجود آوریم. این گلوله ها ، ذرات یا بارهای مخالف خود را جذب میکنند و تقریبا بلافاصله ، ابری از یونهای اطراف گلوله منفی و ابری اطراف گلوله مثبت را فرا میگیرند.

اگر پلاسما سرد باشد و هیچگونه حرکت حرارتی وجود نداشته باشد، تعداد بار ابر برابر بار گلوله میگردد، در این صورت عمل حفاظ کامل میشود و هیچ میدان الکتریکی در حجم پلاسما در خارج از ناحیه ابرها وجود نخواهد داشت. این حفاظ را اصطلاحا حفاظ دبای می گویند.

● معیارهای پلاسما

طول موج دبای (لاندای دی) باید خیلی کوچکتر از ابعاد پلاسما ( L ) باشد.

تعداد ذرات موجود در یک کره دبای (ND ) باید خیلی بزرگتر باشد.

حاصلضرب فرکانس نوسانات نوعی پلاسما ( W ) در زمان متوسط بین برخوردهای انجام شده با اتمهای خنثی ( t ) باید بزرگتر از یک باشد.

کاربردهای فیزیک پلاسما

تخلیه های گازی :

قدیمیترین کار با پلاسما ، مربوط به لانگمیر ، تانکس و همکاران آنها در سال ۱۹۲۰ میشود. تحقیقات در این مورد ، از نیازی سرچشمه میگرفت که برای توسعه لوله های خلائی که بتوانند جریانهای قوی را حمل کنند، و در نتیجه میبایست از گازهای یونیزه پر شوند احساس میشد.

همجوشی گرما هستهای کنترل شده:

فیزیک پلاسمای جدید ( از حدود ۱۹۵۲ که در آن ساختن راکتوری بر اساس کنترل همجوشی بمب هیدروژنی پیشنهاد گردید، آغاز میشود.

فیزیک فضا:

کاربرد مهم دیگر فیزیک پلاسما ، مطالعه فضای اطراف زمین است. جریان پیوستهای از ذرات باردار که باد خورشیدی خوانده میشود، به مگنتوسفر زمین برخورد میکند. درون و جو ستارگان آن قدر داغ هستند که میتوانند در حالت پلاسما باشند.

تبدیل انرژی مگنتو هیدرو دینامیک ( MHD ) و پیشرانش یونی:

دو کاربرد عملی فیزیک پلاسما در تبدیل انرژی مگنتو هیدرو دینامیک ، از یک فواره غلیظ پلاسما که به داخل یک میدان مغناطیسی پیشرانده میشود، میباشد.

پلاسمای حالت جامد :

الکترونهای آزاد و حفرهها در نیمه رساناها ، پلاسمایی را تشکیل میدهند که همان نوع نوسانات و ناپایداریهای یک پلاسمای گازی را عرضه می دارد.

لیزرهای گازی:

عادیترین پمپاژ ( تلمبه کردن ) یک لیزر گازی ، یعنی وارونه کردن جمعیت حالاتی که منجر به تقویت نور میشود، استفاده از تخلیه گازی است.

شایان ذکر است که کاربردهای دیگری مانند چاقوی پلاسما ، تلویزیون پلاسما ، تفنگ الکترونی ، لامپ پلاسما و غیره نیز وجود دارد که در اینجا فقط کاربردهای پلاسما در حالت کلی بیان شده است.

منبع:www.hawking.ir

در جهان همه چیز از اتم ساخته شده است. اتمهای مختلف در کنار هم قرار می گیرند و مولکولهای مختلف را تشکیل می دهند. هر اتمی که در طبیعت پیدا می شود، یکی از ۹۲ نوع اتمی است که به نام عناصر طبیعی شناخته شده اند؛ پس هر چه روی زمین وجود دارد، از فلز، پلاستیک،لباس، شیشه گرفته تا مو و غیره، همه ترکیباتی از ۹۲ عنصر طبیعی هستند. جدول تناوبی عناصر، فهرست عناصری است که می توان در طبیعت پیدا کرد به اضافه عناصری که به دست بشر ساخته شده است.

درون هر اتم می توان سه ذره ریز پیدا کرد:

۱) پروتون،

۲) نوترون

۳) الکترون.

پروتونها در کنار هم قرار می گیرند و هسته اتم را تشکیل می دهند، در حالی که الکترونها به دور هسته می چرخند. پروتون بار الکتریکی مثبت و الکترون بار الکتریکی منفی دارد و از آنجا که بارهای مخالف ، یکدیگر را جذب می کنند، پروتون و الکترون هم یکدیگر را جذب می کنند و همین نیرو، سبب پایدار ماندن الکترونها در حرکت به دور هسته می گردد. در اغلب حالت ها تعداد پروتونها و الکترونهای درون اتم یکسان است، بنابراین اتم درحالت عادی و طبیعی خنثی است.

نوترون، بار خنثی دارد و وظیفه اش در هسته، کنار هم نگاه داشتن پروتونهای هم بار است.می دانیم که ذرات با بار یکسان یکدیگر را دفع می کنند .در نتیجه وظیفه نوترونها این است که با فراهم آوردن شرایط بهتر، پروتونها را کنار هم نگاه دارند. ( این کار توسط نیروی هسته ای قوی صورت می گیرد)

تعداد پروتونهای هسته نوع اتم را مشخص می کند. برای مثال اگر ۱۳ پروتون و ۱۴ نوترون، یک هسته را تشکیل دهند و ۱۳ الکترون هم به دور آن بچرخند، یک اتم آلومینیوم خواهید داشت و اگر یک میلیون میلیارد میلیارد اتم آلومینیوم را در کنار هم قرار دهید، آنگاه نزدیک به پنجاه گرم آلومینیوم خواهید داشت! همه آلومینیوم هایی که در طبیعت یافت می شوند، AL۲۷ یا آلومینیوم ۲۷ نامیده می شوند. عدد ۲۷ نشان دهنده جرم اتمی است که مجموع تعداد پروتونها و نوترونهای هسته را نشان می دهد.

اگر یک اتم آلومینیوم را درون یک بطری قرار دهید و میلیونها سال بعد برگردید، باز هم همان اتم آلومینیوم را خواهید یافت. بنابراین آلومینیوم ۲۷ یک اتم پایدار نامیده می شود.

بسیاری از اتمها در شکل های مختلفی وجود دارند. مثلاً مس دو شکل دارد: مس ۶۳ که ۷۰ درصد کل مس موجود در طبیعت است و مس ۶۵ که ۳۰ درصد بقیه را تشکیل می دهد. شکل های مختلف اتم، ایزوتوپ نامیده می شوند. هر دو اتم مس ۶۳ و مس ۶۵ دارای ۲۹ پروتون هستند، ولی مس ۶۳ دارای ۳۴ نوترون و مس ۶۵ دارای ۳۶ نوترون است. هر دو ایزوتوپ خصوصیات یکسانی دارند و هر دو هم پایدارند.

● اتمهای ناپایدار

تا اوایل قرن بیستم، تصور می شد تمامی اتم ها پایدار هستند، اما با کشف خاصیت پرتوزایی اورانیوم توسط بکرل مشخص شد برخی عناصر خاص دارای ایزوتوپ های رادیواکتیو هستند و برخی دیگر، تمام ایزوتوپ هایشان رادیواکتیو است. رادیواکتیو بدان معنی است که هسته اتم از خود تشعشع ساطع می کند.

هیدورژن مثال خوبی از عنصری است که ایزوتوپ های متعددی دارد و فقط یکی از آنها رادیو اکتیو است. هیدروژن طبیعی ( همان هیدروژنی که ما می شناسیم) در هسته خود دارای یک پروتون است و هیچ نوترونی ندارد. ( البته چون فقط یک پروتون درهسته وجود دارد نیازی به نوترون نیست ) ایزوتوپ دیگر هیدروژن، هیدروژن ۲ یا دو تریوم است که یک پروتون و یک نوترون در هسته خود جای داده است. دوتریوم، فقط ۰۱۵/۰ درصد کل هیدروژن را تشکیل می دهد و در طبیعت بسیار کمیاب است، با این حال مانند هیدورژن طبیعی رفتار می کند. البته از یک جهت با آن تفاوت دارد و آن، سمی بودن دوتریوم در غلظت های بالاست. دوتریوم هم ایزوتوپ پایداری است، ولی ایزوتوپ بعدی که تریتیوم خوانده می شود، ناپایدار است. تریتیوم که هیدروژن ۳ نیز خوانده می شود، در هسته خود یک پروتون و دو نوترون دارد و طی یک واپاشی رادیواکتیو به هلیوم ۳ تبدیل می شود. این بدان معنی است که اگر ظرفی پر از تریتیوم داشته باشید و آن را بگذارید و یک میلیون سال بعد برگردید، ظرف شما پر از هلیوم ۳ است. هلیوم ۳ از ۲ پروتون و یک نوترون ساخته شده وعنصری پایدار است ).

در برخی عناصر مشخص، به طور طبیعی همه ایزوتوپ ها رادیواکتیو هستند. اورانیوم بهترین مثال برای چنین عناصری است که علاوه بر رادیواکتیویته زیاد سنگین ترین عنصر رادیواکتیو هم هست که به طور طبیعی یافت می شود. علاوه بر آن، هشت عنصر رادیواکتیو طبیعی هم وجود دارند که عبارتند از پولوتونیوم، استاتین، رادون، فرانسیم، رادیوم، اکتینیوم، توریم و پروتاکتسینانیوم. عناصر سنگین تر از اورانیوم که به دست بشر در آزمایشگاه ساخته شده اند، همگی رادیواکتیو هستند.

● واپاشی رادیو اکتیو

وحشت نکنید بر خلاف اسمش این فرایند بسیار ساده است! اتم یک ایزوتوپ رادیواکتیو طی یک واکنش خودبخودی به یک عنصر دیگر تبدیل می شود. این واپاشی معمولاً از سه راه زیر انجام می شود:

۱) واپاشی آلفا

۲) واپاشی بتا

۳) شکافت خودبه خودی

توضیح تفاوت این سه راه کمی مشکل است اما بدون اینکه بدانید این سه راه چه فرقی با هم می کنند هم می توانید از ادامه مطلب سر در آورید!! اگر خیلی هم علاقمندید بدانید اینجا را کلیک کنید.

در این فرآیندها چهار نوع تابش رادیواکتیو مختلف تولید می شود:

۱) پرتو آلفا

۲) پرتو بتا

۳) پرتو گاما

۴) پرتوهای نوترون

● تابش های طبیعی خطرناک

درست است که واپاشی رادیواکتیو، یک فرآیند طبیعی است و عناصر رادیواکتیو هم بخشی از طبیعت هستند، ولی این تابش های رادیواکتیو برای موجودات زنده زیان بار هستند. ذرات پر انرژی آلفا، بتا، نوترونها، پرتوهای گاما و پرتوهای کیهانی، همگی به تابش های یون ساز معروفند، بدین معنی که بر همکنش آنها با اتم ها منجر به جداسازی الکترون ها از لایه ظرفیتشان می شود. از دست دادن الکترونها، مشکلات زیادی از جمله مرگ سلول ها و جهش های ژنتیکی را برای موجودات زنده به دنبال دارد. جالب است بدانید جهش ژنتیکی عامل بروز سرطان است.

درات آلفا، اندازه بزرگتری دارند و از این رو توانایی نفوذ زیادی در مواد ندارند، مثلاً حتی نمی توانند از یک ورق کاغذ عبور کنند. از این رو تا زمانی که در خارج بدن هستند تأثیری روی افراد ندارند. ولی اگر مواد غذایی آلوده به مواد تابنده ذرات آلفا بخورید، این ذرات می توانند آسیب مختصری درون بدن ایجاد کنند.

ذرات بتا توانایی نفوذ بیشتری دارند که البته آن هم خیلی زیاد نیست، ولی در صورت خورده شدن خطر بسیار بیشتری دارند. ذرات بتا را می توان با یک ورقه فویل آلومینویم یا پلکسی گلاس متوقف کرد.

پرتوهای گاما همانند اشعه X فقط با لایه های ضخیم سربی متوقف می شوند. نوترونها هم به دلیلی بی یار بودن، قدرت نفوذ بسیار بالایی دارند و فقط با لایه های بسیار ضخیم بتن یا مایعاتی چون آب و نفت متوقف می شوند. پرتوهای گاما و پرتوهای نوترون به دلیل همین قدرت نفوذ بالا می توانند اثرات بسیار وخیمی بر سلول های موجودات زنده بگذارند، تأثیراتی که گاه تا چند نسل ادامه خواهد داشت.

ما اكنون در میان انقلابی از دانسته هایمان پیرامون سر منشاء تكامل جهان هستیم. انقلابی كه هم ازنظریه های جدید وهم ازتكنولوژی پیشرفته تغذیه می كند. تلسكوپهای فضایی ای كه ازآن سوی طیف الكترومغناطیسی جهان را زیر نظر دارند، تلسكوپهای عظیم زمینی، ابر رایانه ها وشتاب دهنده های ذرات اتمی وحتی تلسكوپهای زیرزمینی ، همگی نقش مهمی را در این زمینه ایفا می كنند .به مدد نظریه نسبیت عام انیشتن و فیزیك نوین ذرات، میتوان با اطمینان بیشتری تاریخ كیهان را از زمان تركیب ذرات بنیادی،كه دریك میكرو ثانیه بعداز پیدایش جهان به وجود آمدند، بررسی كرد.

بعد از چند دهه تلاش وكوشش ما نتوانسته ایم ویژگی اساسی جهان خودمان را شناسایی كنیم .در توافق نظر جدید كه در یك دهه قبل به سختی قابل تصوربود ، بیشتركیهان شناسان عمرجهان را ۷/۱۳ میلیاردسال می دانند و عقیده دارندكه تخت است ( یعنی از هندسه اقلیدسی تبعیت می كند ، با خطوط موازی ای كه در بی نهایت هم موازی می مانند وزوایای داخلی مثلث كه مجموعاً ۱۸۰ درحه هستند.)نظرات جدیدی كیهان شناسی تعدادی ازمشكلاتی راكه به مدت چند دههه مطرح بوده اند ، حل می كنند . معروفترین این معضلات این بودكه جهان ، جوان تر از ستاره هایی كه درآن قراردارند به نظر می آمد . برابری اندازه گیری های مستقل با مقادیركلیدی مانند ثابت هابل نیز از موضوعات مهم كیهان شناسی هستند . بیشترماده كهكشان هیچ نوری ازخود منتشر نمی كند و برخلاف ماده كه برای ماآشناتروملموس تراست ، از نوترون وپروتن تشكیل نشده .به نظر می آید این ماده سیاه عجیب كه ۳۰ درصدازكل جرم –انرژی جهان را تشكیل می دهد ،ازنوعی ذره بنیادی تشكیل شده كه كمی بعد ازانفجار بزرگ به وجود آمده است.حتی شگفت آورترازاین، دو سوم از جرم – انرژی كیهان است كه ازانرژی تاریك اسرارآمیزتشكیل شده، كه باعث سرعت یافتن گسترش جهان می شود.

● ساختار انفجار بزرگ

اساس دریافت ذهنی ما ازتكامل جهان ، مدل انفجار بزرگ است كه برپایه نظریه نسبیت عام انیشتن و رصدهای ادوین هابل در موردگسترش جهان مطرح شد . اثر متقابل تئوری و رصد دراینجا اهمیت خاصی دارد .درساختار نسبیت عام فضا و زمان می توانند بپیچند ، خم شوند وكشیده شوند . بوسیله رصد نیز گسترش جهان به خوبی رؤیت شده البته این گسترش به صورت به جلو برده شدن ماده است و نه پرتاب شدن آن درخلاء .علاوه براین، میل به قرمز( redshif ) نورساطع شده ازكهكشانهای دور دست ، با اثر دوپلر ،كه در اثرحركت در میان فضا به وجود می آید توجیه نشده ، بلكه به عنوان نتیجه گسترش فضاكه باعث كشیدگی طول موج فوتونهای راهی زمین می شود،توضیح داده شده است.(پدید میل به قرمزدراثركشیده شدن فوتونهای رسیده به زمین ازیك كهكشان دوردست ظاهر می شودكه باعث شكافته شدن خطوط جذبی درطیف كهكشان وتمایل آن به طیفهای قرمزتر نورمرئی درمقایسه با ستارگان كهكشان راه شیری ـ می شود.) میل به قرمز یك كهكشان دوردست مستقیماً نشان می دهد جهان از زمانی كه نورآن كهكشان را ترك كرده است چفدر بزرگ تر شده .تفاوت اندازه برابر میل به قرمز ( ۲)+۱ است .به طور مثال دورترین كوازار شناخته شده میل به قرمزی برابر۴/۶ دارد . یعنی حجمی ازفضا كه درزمان ترك نور از كوازار یك میلیون سال نوری پهنا داشته ، اكنون ۴/۷ میلیون سال نوری است!

نظام انفجار بزرگ بسیار یا از ویژگیهای اصلی جهان امروز را در خودجای می هد البته همه آنها را توضیح نمی دهد از جمله : تخت بودن فضا،امواج پس زمینه كیهانی ، وبرآمدگیهای موجوددر ماده آغازین كه ساختارهای بزرگ .آشكار امروزی راپدید آورده اند.در سال ۱۹۸۰ فیزیكدانی به نام آلن اچ گروت نظریه ای ارائه كردبه نام تورم** . بعدها دیگران نیز توضیحاتی به این نظریه افزودند .این تئوری كه نشات گرفته از فیزیك كاربردی ذرات است ، مهمترین ویژگیهای جهان امروزراتوضیح می دهد.درتئوری تورم قسمتهای كوچك كیهان اولیه به طور تصاعدی گسترش پیدا كردند وقسمتی از فضاراكه ماامروزه می بینیم ،صاف تر كردند.مانند وقتی كه بیشتر بادكردن یك بادكنك باعث می شودقسمت كوچكی روی سطح آن صاف تر به نظر برسد.

گفته می شود دلیل اصلی جریان یافتن این گسترش انرژی پتانسیلی وابسته به انرژی فرضی است به نام inflaton این انرژی پتانسیل inflatin است كه حرارت چشم گیر انفجار بزرگ رافراهم كرده درحین پدیدهinflaton نوسانات كوانتومی در مقیاسهای زیر اتمی بوسیله گسترشی مهیب به اندازه های نجومی می رسند این بزرگتر شدن ها درسالیان دراز بعدی به همراه گرانش رشد كردند ودر نهایت به پیدایش كهكشانها وخوشه های كهكشانی كنونی انجامیدند ازنظریه تورم می توان سه نتیجه گیری كرد:۱) فضا بایددرلبه مرئی آن صاف به نظر برسد.۲) توزیع ماده در مقیاسهای نجومی باید منشاكوانتومی داشته باشد.۳) فضا رابایدپس زمینه ای ازامواج گرانشی فرا گرفته باشد،كه بوسیله نوسانات كوانتومی بعد از۱۰ ثانیه به توان ۳۲ از شروع جهان بوجود آمده اند .دوپیش بینی نخست اكنون با اندازه گیری هایی كه روی CMBR انجام می شوددیده شده اند.( وسومی نیزاحتمالاً درآینده ای نه چندان دوربااندازه گیری ها به اثبات خواهد رسید.)اكنون به بحث درباره گسترش جهان می پردازیم.

● گسترش جهان

در سال ۱۹۲۹ ادوین هابل و میلتون هوماسون ، فاصله چند كهكشان نزدیك را اندازه گیری كردند و رابطه میان فاصله و سرعت عقب نشینی آنها را بدست آوردند( كه وقتی كهكشانی با سرعتی كمتر ازكسری از سرعت نور از ما دورمی شود، این رابطه با میل به قرمزآن متناسب است.) این مؤلفه تناسب ، ثابت هابل نام دارد ( H ۰) وسرعت گسترش جهان امروزرا اندازه گیری می كند.تعیین دقیق فواصل كهكشانی به طرز شگفت آوری سخت است و پیچیدگیهای زیادی مزاحم تلاش برای مشخص كردن H ۰ می شود.اكنون با استفاده از پیشرفتها و ابزار پیچیده و به مدد روش های متعدد و متفاوت اندازه گیری ، برمقداری برای ین ثبات اتفاق نظر شده .

فواصل دقیق كهكشانی در مقیاسهای دوركه بوسیله بخشی از پروژه كلیدی هابل ( hstkp ) بدست آمده است ، قسمتی از سرفصلهای مدنظر آقای فریدمن ( f reed man ) مدیر این پروژه را تشكیل می دهد .با آشكار سازی و اندازه گیری ستاره های متغیر ( Cepheid) در ۲۴ كهكشان مارپیچی ، هابل محققان این پروژه را قادر كردتا ۵ روش تنظیم شده ، به عنوان دومین شاخص فاصله ، برای فواصل بیش از۱ میلیارد سال نوری، بدست آوردند.چنین فواصلی به خوبی در مسیر رصدی هابل قرار دارند. جایی كه اثر مخرب اجتماع كهكشانهای پر جرم، همچون خوشه سنبله، تاثیر محسوسی در اندازه گیری ها ندارند.

باتركیب هرپنج تكنیك ، مقدار۷۲كیلومتردرثانیه ، درمگاپارسك –باخطایی حدود۱۰ درصد – برای ثابت هابل بدست آمد .درحالیكه پارامتر اندازه گرفته شده توسط خودهابل ۵۵۰ كیلومتردرثانیه درمگا پارسك بود .ازآنجاكه اندازه جهان قابل رصد و سن آن ، هردوباثابت هابل رابطه عكس دارند.رشدی كه این مقداراصلاح شده برای جهان قابل رؤیت نشان می دهد هشت برابر گسترشی است كه فبلاً برای جهان اندازه گرفته شده بود.گروههای نجومی دیگری هم با ثابت هابلی كه این پروژه بدست آورد موافقت كردند.پس می توان گفت یكی ازپارامترهای مهم كیهان شناسی بالاخره تعیین شده است.

● سن جهان شتابدار ما

ثابت هابل می تواند زمانی كه ازانفجار بزرگ می گذرد و اندازه قسمتی از جهان راكه برای ما قابل رؤیت است ، تعیین كند .مدت زمانی كه از انفجار بزرگ می گذرد ، به سرعت گسترش كنونی جهان ونیز سرعت گسترش آن درگذشته بستگی دارد.گرانش حاصل ازوجودماده رشدیافتن جهان راكند می كند مانند توپی كه وقتی به آسمان پرتاب می شودنیروی جاذبه زمین سرعتش راكم می كند.دانشمندان چنددهه است كه برای یافتن این شتاب منفی تلسكوپهایشان را به انتهای محدوده جهان قابل رؤیت نشانه رفته اند.این افراد امیدوارند با اندازه گرفتن میزان كندشدن گسترش جهان ، سرنوشت آن را مشخص كنند.آیا این كند شدن برای معكوس كردن گسترش ودر نتیجه جمع شدن دوباره جهان كافیست؟ نشانه های بدست آمده از رصدها و تئوریهای نظری ۵ سال اخیر ،كیهان شناسان رابه این تفكرسوق داده كه جهان از ماده ای با چگالی بحرانی C ritical density تشكیل شده است . پارامتری كه میتواندگسترش جهان را بدون اینكه جمع شدن دوباره اش را تسریع بخشد ، آهسته كند . این نظریه یك تناقض بوجود می آورد .سنی كه با تركیب اندازه ثابت هابل و اینr s برای جهان تخمین زده می شد ۹ میلیارد سال بود ، درحالیكه پیرترین ستارگان دركهكشان راه شیری ۱۳ ۱۴ میلیارد ساله اند! دردهه ۱۹۹۰ بابه كارگیری تركیبی ار تكنولوژی (دوربین های CCD ۱۰۰۰مگا پیكسلی) ویك شاخص دقیق در فاصله ای دور( ابرنواخترهای نوع Ia) بالاخره شتاب منفی جهان اندازه گیری شد.اما این به معنی پیدا كردن این شتاب منفی نبود! چراكه در سال۱۹۹۸ دوگروه به رهبری لارنس بروكلی و سالپرلماتد پی بردندكه نورابرنواخترهایی كه درفاصله چندین میلیارد سال نوری قرار دارند، كمتر از مقداری است كه برای جهانی باشتاب منفی وبا چگالی بحرانی صدق می كند.نتیجه تلویحی این كشف غیرمنتظره این بود:

گسترش جهان در حقیقت درحال سرعت گرفتن است.با اینكه غباربین كهكشانی وتكامل ابرنواخترهم می تواند باعث این كاهش نورشود ،آزمایشات زیادی تاثیر این پارامترهارا برروی كم شدن نوراین ابرنواخترهاردكرده اند.ظاهراً جهان واقعاً درحال سرعت گرفتن است .تاوقتی كه قدرت جاذبه بامجموع چگالی ماده در جهان و فشاری كه از هر سانتیمتر مكعب به وجو د می آید نسبت مستقیم دارد،می توان این كشف رابانظریه انیشتن توجیه كرد.فشارمنفی عظیم موجوددرجهان(چیزی كه كیهان شناسان به آن خاصیت كشسانی فضا زمان می گوند) می تواند اثر دافعه گرانشی ایجادكند،كه این برای سرعت بخشیدن به گسترش جهان كافی است. رصد ابرنواخترها مداركی مبنی بر وجودماهیتی كشسان وعجیب بدست می دهدكه آنرا انرژی تاریك نامیده اند.انرژی تاریك كه تایك دهه قبل ازطرف بیشتركیهان شناسان ردمی شد،اكنون به نظر می رسدكه بیش از دوسوم ذخیره جرم – انرژی كیهانی را تشكیل می دهد.این كشف شگفت آورباعث شدكه كیهان شناسان در تفكرشان درموردسرنوشت نهایی جهان تغییراتی دهند.اگرجهان تنها ازماده تشكیل شده بود،سرنوشت آن تنها ازروی انحنای فضایی آن قابل تشخیص دادن بود .یك جهان بسته *(كه دارای انحنای مثبت است)سرانجام جمع شده وفرو می ریزد .در حالیكه یك جهان تخت یا باز* ( كه دارای انجنای منفی است) تا ابد به گسترش می یابد.البته انرژی تاریك هردواحتمال –گسترش ابدی وفروریزی نهایی را برای جهان ظاهراً تخت ماپیش بینی می كند.

در اینجا هندسه جهان دیگر به پیش بینی سرانجام آن كمكی نمی كند .تا وقتی كه انرژی تاریك كاملاً شناخته شود، پایان كار جهان ما بلاتكلیف خواهد ماند. گرچه اگر گسترش جهان تا۳۰ میلیاردسال دیگربه سریعتر شدن خود ادامه دهد، آسمان ازكهكشان خالی خواهدشد(بجزچندكهكشان درخوشه كهكشانی سنبله).درحالیكه گرانش جاذبه ای ماده ی عمدتاً سیاه جهان،گسترش آن را كند تر می كند،گرانش دفعی (شتاب منفی) كه دراثرانرژی سیاه بوجودآمده سعی درسرعت بخشیدن به آن را دارد .بنابراین اندازه گیری مقادیرانرژی وماده تاریك به ما اجازه می دهد فیلم كیهانی راتا زمان بوجودآمدن آن عقب ببریم و زمان شروع آن رادریابیم .برای جهان مطلوب امروزی – جهانی تخت با ثابت هابل ۷۱ تا۷۲ ونسبت ماده تاریك به انرژی سیاه سه به هشت زمان انفجار بزرگ حدود ۵/۱۳ میلیارد سال پیش است كه البته ۱۰ درصد احتمال خطا برای آن در نظر گرفته می شود.

روش های دیگر اندازه گیری عمده جهان نیزاین رقم راتایید می كنند. بهترین این روش ها، روشی است كه در آن عمر پیرترین ستارگان راه شیری كه درخوشه های كروی قرار دارند،اندازه گیری می شود.مدلهای اخیر كامپیوتری عمری حدود۵/۱۲ میلیارد سال رابرای ستارگان موجوددراین خوشه ها تخمین می زنند.(بازهم باخطای ده درصد) پیدایش این ستارگان قدیمی بیشتر از یك میلیارد سال طول نكشیده است كه بااضافه كردن این مقداربه عمرستارگان نتیجه ای با مطابقت دلخواه با عمر گسترش جهان بدست می آید.ازكرونومترهای كیهانی دیگر مانند كتوله های سفید و ایزوتوپ های رادیواكتیو نیز نتایج مشابهی بدست آمده است.

آرایش شبكه ای از ماده سیاه ، با ستارگان یكی از ویژگیهای دورازانتظار جهان بدون شك این واقعیت تامل برانگیز است كه ستارگان حدودیك درصد ازكل ذخیره جرم – انرژی آن را تشكیل می دهند.(وحتی كسری كمتر ازذخیره ماده آن را)درحالیكه یك چهارم كل جرم انرژی كیهانی را ماده تشكیل می دهد.،بیشتر آن تاریك است ووجودش تنها از آثار گرانشی آن قابل دریافت است.ماهیت این ماده تاریك هنوزناشناخته مانده،گرچه مامدارك محكمی داریم مبنی براینكه قسمت اعظم این ماده نمی تواند از پروتن ها ونوترونها ساخته شده باشد)اجزای تشكیل دهنده هسته اتم كه جمعاً باریون نامیده می شوند.

درحقیقت كیهان شناسان توانسته اند باوزن كردن كهكشانها وخوشه های كهكشانی شواهد محكمی برای اینگونه ناشناخته ماده فراهم كنند.امروزه ماده باریونی اشكال مختلفی به خود می گیرد ازابرهای سازنده ستارگان گرفته تاسیاهچاله ها .گرچه بررسی واكنشهای هسته ای انفجار بزرگ ، به ما اجازه می دهد شرح ومقدار نسبتاً دقیی از زمانهای پیشین كه ساختار جهان ساده تر بودبدست آوریم.اماآمارگیری دقیق از موادباریونی در جهان امروزی هنوز نیمه تمام مانده است .مثلاً میزان فراوانی دوتریم –ایزوتوپی ناپایدار وسنگین از هیدروژن كه تنها در انفجار بزرگ بوجود آمد – به چگالی كلی ماده باریونی كیهانی بستگی دارد.با انداره گیری مقدار دوتریم درابرهای گازی نخستین و به مددنظریه واكن هسته ای انفجاربزرگ،كیهان شناسان نتیجه گرفته اندكه ماده معمولی تنها چهاردرصد ازچگالی بحرانی را تشكیل می دهد.كه البته این ازمقدار ماده ا ی كه درستارگان دیده می شود، بسیار كمتر است .اندازه گیری مقادیر CMBR نیز نتایج مشابهی را نشان می دهند.

منجمان براین باورنددكه ماده عادی غیر قابل رؤیت كه حدو سه چهارم محتوای كل ماده ی باریونی را تشكیل می دهد، به وفور وبه صورت گاز گرم درمیان كهكشانها قرار دارد.دركل مقدار ماده – باریونی وغیرباریونی كه بیشتر آن نیز تاریك است – هشت برابر بیشتر از ماده باریونی است. تصویری گرافیكی كه از حضور ماده تاریك تهیه شده ، از رصدهای خوشه های كهكشانی ای كه در اثر گرانش ، نور كهكشان های دور دست تراز خودشان را منحرف وتشدیدی می كنند. بدست آمده است .منجمان همچنین توانسته اند مقادیر چشمگیری از ماده غیر قابل رؤیت رابااندازه گرفتن سرعت های ستارگان درمیان كهكشانها وسرعت كهكشانها درمیان خوشه های كهكشانی،شناسایی كنند.بدون وجود ماده ی تاریك غیرقابل رؤیت،این اجرام پرسرعت باید مدتها پیش متفرق می شدند.همچنین اندازه گیری دمای گازمیان خوشه هاكه چندمیلیون درجه دمادارند، اشعه ایكس ساطع می كنند و بیشترماده معمولی میان كهكشانی را تشكیل می دهند،می تواندعمق پتانسیل گرانشی بوجود آمده دراثر ماده ی تاریك راتعیین كند.بعلاوه مقدار گاز میان یك خوشه كهكشانی رامی توان بوسیله انحراف كوچكی كه درتشعشع مایكروویوپس زمینه كیهانی( CMBR) بوجود می آورد،بدست آورد.

● ساختار جهان در مقیاس بزرگ

جهان امروزساختارهای فراوانی رادرخودجای می دهد،ازخوشه ها وابرخوشه ها گرفته تا پهنه ها، فضاهای خالی ورشته های ماده موجود درخلاء . فن آوری لازم برای این نقشه برداری بوسیله طیف نگارهای جدیدی تامین می شود كه م توانند میل به قرمزصدها كهكشان رادرآن واحدتعیین كنند.عظیم ترین این پروژه ها نقش۲ dFGRS است كه با درنظر گرفتن حدود ۲۵۰ هزار میل به قرمزرسم شده وهمچنین نقشه برداری S DSS كه شمارمیل به قرمزآن درحدود پروژه اول است اما قصددارد تا سال ۲۰۰۵ این مقداررا به هفتصدهزار افزایش دهد.مااكنون می دانیم كه نظامهاییبه بزرگی ۳۰۰ میلیون سال نوری وجوددارندكه بزرگترین ساختارهای جهان محسوب می شوند. ساختارهایی كه بوسیله كهكشان ها رسم شده اندعلاوه برنشان دادن نحوه توزیع ماده تاریك،راهی غیرمستقیم برای بررسی اولین لحظات جهان فراهم می كند. این بررسی از تئوری جهان نخستین حاصل می شود.این تئوری شرایط شكل گیری اولیه ی ساختارها رامشخص می كند.ماده تاریك سرد (كه بسیار آهسته تراز نورحركت می كندوتنها دربرابر نیروهای گرانشی عكس العمل نشان می دهد ) وناهمگنی های كوچك درتوزیع ، ( كه ازنوسانات كوانتومی درحین تورم به وجودمی آیند.) این شرایط را تشكیل می دهند . هنگامی كه جهان ده هزار ساله بود ، تشدید گرانش برآمدگیهای كوچك درماده تاریك سردشروع شد .كه این تشدیدسرانجام به نظامهایی كه ماامروزه رصد می كنیم انجامید.كلیه آزمودن رابطه میان این موقعیتهای ابتدایی ونقشه كنونی كهكشانهاشبیه سازی های كامپیوترنیست.منجمان خواص جهان هایی را كه با توجه به پارامترهای كیهان شناختی و موقعیتهای آغازین متفاوت ، شبیه سازی شده اند محاسبه می كنند وباآنچه دردنیای واقعی رصد می شودمقایسه می كنند.این شبیه سازی ها باهم مغایرت دارندوباتوجه

به پیش بینی هایی برای چند جها ن متفاوت انجام میشوند. برای مثال برای جهانی كه تنها حاوی ماده تاریك داغ است

(نوتونیوهایی كه باسرعتی نزدیك سرعت نور حركت می كنند ) یا جهانی كه فقط از ماده معمولی ( باریونی) تشكیل شده ویا دنیایی با چگالی بحرانی تحت تاثیر ماده تاریك سرد. البته مدلهای تخت شامل ماده تاریك سرد فراوان وحتی انرژی تاریك بیشتربه خوبی با ساختار مقیاس بزرگ جهان كه امروزه نقشه برداری شده قابل مقایسه هستند .آزمایش دیگری كه برای بررسی تئوریهای پیدایش جهان انجام می شود از رصدآغاز پیدایش كهكشانهانتیجه می شود . درمدل حاوی ماده تاریك سردساختارها به صورت سلسه مراتبی شكل می گیرند . در این سلسه مراتب كهكشانهای آغازین درمیل به قرمز ۶یا۷ ظاهر می شوند وكهكشانهایی مانند راه شیری با میل به قرمزدر حدود۱یا۲ سپس پیدایش كهكشانها با خوشه هایی درمیل به قرمزیك یاكمتروابرخوشه هایی كه اخیراً به هم پیوسته اند ، ادامه پیدا می كند.درحالیكه رصد قطعی كهكشانها ی اولیه درانتظار پرتاب تلسكوپ فضایی جیمزوب است ، این زنجیره تكاملی بارصد قسمتی از جهان كه میل به قرمز زیادی دارد مطابقت می كند.

كشف تشعشع مایكروویوكیهانی در سال ۱۹۶۴ بوسیله آرنوپنزیاس ورابرت ویلسون مسیر كیهان شناسی راتغییر داد.این پدیده برداشت كلی ای به كیهان شناسی ارائه كرد.وقتی كه جهان ۴۰۰ هزارساله و۳/۱ میلیاردبار چگالی ترازامروز بود.این تابش باقیمانده از انفجار بزرگ ثابت می كندكه جهان،آغازی داغ داشته است.كشفی كه درسال۱۹۹۲ توسط كاوشگر تشعشعات كیهانی ( COBE ****) صورت گرفت تقریباً به اهمیت كشف وجود این تشعشات بود.دمای CMBR (كه به طور متوسط ۷/۲ درجه بیشتر ازصفر مطلق است )درپهنای آسمان با تفاوت حدوداً ۰۰۱/۰ تغییر می كند.این عدم تقارن های كوچك مدارك محكمی برای ناهمگنی های چگالی ای است،كه احتمالاً ساختارهای امروزی جهان را شكل داده اند. وسیله به كار رفته در COBE كه تفاوتهای كوچك دمایی را شناسایی كرد، تنها می توانست پدیده هایی راتفكیك كندكه در پهنه آسمان بیشتراز حدود ۷ درجه پهنا داشتند اجزایی معادل بزرگترین ساختارهای قابل رؤیت درجهان امروز . عدم تقارن هادرمقیاس های زاویه ای كه باواحد دقیقه قوسی اندازه گیری شده اند ،اطلاعاتی در مورد نوسانات چگالی كه كهكشانها وخوشه های كهكشانی راپراكنده كرده اند، فراهم می كنند.علاوه براین می توان با مطالعه این پدیده وبررسی خصوصیات جهان نوزادبوسیله ابزارهایی باقدرت تفكیك بالاتر از COBE نظریه تورم رامورد آزمایش قرار دادوپارامترهای كیهانی شناختی ای مانند تقعر جهان وچگالی ماده ی معمولی وتاریك را اندازه گیری كرد.

نقاط داغ وسردآسمان نقشه برداری شده با مایكروویو علاوه براینكه به برآمدگی آغازینی كه امروزه بوسیله تورم منتقل شده بستگی دارند،بلكه با پارامترهای مهمی از كیهان شناسی نیزرابطه دارند.پی بردن به این حقیقت باعث بوجود آمدن جوش و خروش زیادی برای فعالیتهای تجربی شده . بیش از بیست آزمایش زمینی و هوایی از زمان COBE تا بحال برای بررسی CMBR صورت گرفته است.این تلاشها به تجربه ماهواره ای دیگری انجامید كه تاكنون سرتاسر آسمان مایكرویو راباقدرت تفكیك ۳۰ برابر وحساسیت ۱۰۰ برابر COBE نقشه برداری می كند.این پروژه كه فضا پیمای نوعی ذره بنیادی باجرم بسیاركم كه تصور می شد قسمت اعظم ماده تاریك را شكل می دهدواحتمالاً آن قسمت از نوترینوهایی كه در انفجار پدید آمدند۱/۰ تا۵ درصد از چگالی بحرانی را تشكیل می دهند.

پژوهشی مایكروویو WMAP نام دارد ، اكنون بابه پایان رساندن اولین سال ماموریت چهارساله اش نقشه ای تماشایی از جهان نوزاد تهیه كرده ،شگفتی ای كه WMAP برای كیهان شناسان به ارمغان آورد این بودكه هیچ چیز شگفت آور نبود! وبا محاسبات قبلی تطابق خوبی داشت ، هرچند معلوم شدپیدایش ستارگان زودتراز آنچه پیش بینی شده بود شروع شده – تنها ۲۰۰ میلیون سال بعد از انفجار بزرگ WMAP موقعیت جهانی كه قبلاً پیش بینی شده بود راتحكیم كرد.جهانی ۵/۱۳ میلیارد ساله شامل یك سوم تا یك دوم ماده وانرژی تاریك و۴ درصد ماده معمولی (باریونی).این پروژه همچنین مقداربدست آمده برای ثابت هابل توسط پروژه كلیدی هابل( HSTKP)راتایید می كند.

نتایج WMAP باایده كلی تورم سازگاری دارند ولی تورم نظریه ای با گونه های متعدد است وبادرست انگاشتن یكی از آنها ، دقت بی سابقه ی WMAP عصر جدیدی را برای نظریه پردازان كیهان شناسی شروع می كند.

● مرزهای نوین

دراین دوران هیجان انگیز كیهان شناسی ، كشفیات جدید بابالابردن سطح آگاهی باعث پدید آمدن چند سری سئوال شده اند: ماده تاریك چیست؟ ماهیت انرژی تاریك اسرار آمیز وگرانش دفعی آن چیست؟ چرا طرز كارجهان ماتااین حدپیچیده است؟ ودنیا چطور آغاز شد؟این سئوالات درحین سادگی نشان می دهندتكامل دانش مادرشناخت جهان به چه سطحی رسیده است.آخرین سئوال دنیا چطور آغاز شد ازآن دسته سئوالاتی است كه بشر برای چند هزار سال از خود پرسیده .باتوچه به متن نسبیت عام ، پاسخ ساده است: انفجار بزرگ تنها آفریننده ماده ، فضا وزمان است.بدون توضیح بیشتر.این جواب البته قانع كننده نیست ودلایلی وجود دارند كه بپذیریم پاسخ عمیق تری برای این سئوال هست.نسبیت عام شرحی ناقص ازگرانش است چون شامل مكانیك های كوانتومی نمی شودوگرانش رابادیگر نیروهای بنیادی تلفیق نمی كند.بیشتر فیزیكدانان معتقدند نسبیت عام حرف آخررا درمورد گرانش نمی زندونظریه ای گسترده تر می تواند شگفتیهایی مانند انفجار بزرگ را توضیح دهد:درحال حاضر نظریه ریسمان (كه به M Theory نیز معروف است) باوجود ناقص بودن ومورد آزمایش قرار نگرفتن بهترین تفكر رادر مورد پیوند گرانش ، دیگر نیروهای بنیادی ومكانیكهای كوانتومی ارائه می دهد.بااینكه نظریه تورم ریشه ای در نظریه ریسمان ندارد ، اما امكان دارد درآخر توضیح خودرا دراین نظریه بیابد.وهرچندتورم نظریه ای محكم است اما به آزمایشات عملی بیشتری نیازدارد.دونتیجه ازسه نتیجه ای كه این نظریه پیش بینی می كندتابه حال مراحل اولیه ی آزمایشات خورراپشت سرگذاشته اند ودرآینده به طور جدی تری این آزمایشات پیگیری می شوند.این دو نتیجه عبارتنداز تخت بودن فضا وسرمنشاء كوانتومی ناهمگن بودن ماده ی موجود درجهان.پیش بینی سوم وجودپس زمینه ای از امواج گرانشی –نیز بوسیله آزمایشاتی پی گیری می شودكه به دنبال رد قطبشی اندكی می گردندكه امواج گرانشی می توانندبروی CMBRایجاد كنند.نظریه ریسمان تاكنون توضیحی فیزیكی برای انرژی تاریك فراهم نكرده واین یك اشكال عمده است.هنوزسئوالات كیهان شناسی مهم دیگری نیزمطرحند. مثلاً چه زمانی اولین ستاره ها شكا گرفتند؟كهكشانهای منفرد چگونه تشكیل شدندوچطورتكامل می یابند؟كی وكجا عناصر شیمیایی ای كه بعداز عناصر موجود درانفجار بزرگ بودند (عناصر سنگین تری كه برای حیات ما مفید هستند)پدید آمدند؟ قسمت عمده ماده معمولی جهان كجاست وآیا فقط شامل گاز داغ است؟ پاسخ به این سئولات نیازمندرصدها ووسایل جدید وهمچنین مدلهای جدید وپیچیده تری است كه مادرمیانه دوران بزرگی از اكتشافات كیهان شناختی هستیم.اگر موفق شویم نظریه هایمان راباهركشف جدیدی تطبیق دهیم،می توانیم به جهشی بزرگ در دركمان از جهان وجای خودمان درمیان آن برسیم.

a ) در مدل انفجار بزرگ ، فضا گسترش پیدا می كند و درحین این گسترش كهكشانها را با خود حمل می كند. كهكشانها به نقطه ای مشخص و یا به خلاء پرتاب نمی شوند .

b ) یك فوتون یا ذره نور ،كه از كهكشانهای دور دست می آید ( مانند وقتی كه ابر نو اختری اتفاق می افتد ) با گسترش جهان كشیده می شود.اگر فاصله كهكشان میزبان تاكهكشان ما درطول مسافرت فوتون دو برابرشود،طول موج فوتون نیز دو برابر می شود.

۱) نمودار ادوین هابل كه درسال ۱۹۲۹رسم شدوسرعت های دورشدن كهكشانهارا درمقابل فاصله هایشان كه تنها به چندمیلیون سال نوری اززمین می رسد نشان می دهد.این نموداراشتبا هاًنشان می دادكه جهان۱یا۲ میلیاردساله است.

۲) این عكس كه درسال ۱۹۲۳ گرفته شده جایی را نشان می دهدكه هابل اولین ستاره متغیر قیفاووسی در ۳۱M (كهكشان آندرومدا) را شناسایی كرد.این عكس با تلسكوپ بازتابی ۱۰۰ اینچی دركوه ویلسون گرفته شده چون درآن زمان درخشش ذاتی ستارگان قیفاووسی شناخته شده بود.(هرچند به صورتی مبهم) هابل توانست ازاین كشف برای اندازه گیری فاصله ۳۱ M استفاده كند.این كشف همچنین راه را برای پی بردن به گسترش جهان هموار كرد.

۳) وحالا… تلسكوپ فضایی هابل ( SHT ) به فردمن( Freedman ) وگروهش اجازه داد قیفاووسی های متفاوت دركهكشانهایی با فاصله بیش از۶۰ میلیون سال نوری بررسی كندواین نمونه ازنموداراثرگذارهابل رابدست آوردند.

این دو نمودار نشان می دهندكه فاكتور مقیاس منظور اندازه نسبی جهان است – چگونه تكامل پیدا می كرد. اگر طبق آنچه برای چند دهه فرض می شد،ماده سیاه برآرایش جهان حكمفرمایی می كرد( آبی ) ویا اگر انرژی تاریك با نسبت بیش از ۲ به ۱ نسبت به ماده تاریك وجود می داشت – كه اكنون اینطور تصور می شود (قرمز) جهان تحت تاثیر انرژی سیاه برای چند میلیار سال بیشتر از جهان تحت سلطه ماده تاریك كه شتابی منفی دارد، در حال گسترش پیدا كردن بوده واین ، زمان لازم را به ستارگان خوشه های ستاره ای می دهد تا به سن تخمین زده ی كنونی برسند.

نمودار بالا ابر نواخترهای نوع Ia را كه اخیراً در فاصله های چند میلیارد سال نوری رصد شده اند نشان می دهد . درخشش ابرنواخترها كمتر از آن چیری است كه ازیك جهان حاوی ماده تاریك كه شتاب منفی سریعی دارد انتظار می رود. این پدیده وجود انرژی تاریك ودر نتیجه عصر نهایی گسترش كنترل ناپذیر را اثبات می كند.

با محاسبه چگونگی تاثیر ذرات ماده ی تاریك در سراسر زندگی ۵/۱۳ میلیارد ساله كیهان تحت تاثیر انرژی تاریك ، گروهی از دانشكده ی اختر فیزیك شیكاگو تحت رهبری آنده كراوتسف ( Andrey Krawtsov ) فیلمی تهیه كرده اندكه آغاز وتكامل ساختاركیهانی را نشان می دهد. ذرات ماده تاریك نشان داده شده در این تصاویر مستقل از نیروهای پیچیده ای مانند فشار وتشعشع هستند ونشان می دهند كه هركدام ازذرات به آرامی و با زیادكردن كنتراست میان مكانهای چگال و رقیق ترتحت تاثیر گرانش دیگری قرار می گیرند وبه آن می پیوندند. چیزی كه هنوز جای بحث باقی می گذارد این است كه چطور ماده اتمی نیز عیناً همچنین ساختار نامرئی رادنبال می كند.هر مكعب چگالی محاسبه شده ی ماده سیاه موجود در فضایی به ابعاد ۲۸۰ میلیون سال نوری را نشان می دهد.

منبع : انجمن نجوم

سایت mgeology

استيون هاوكينگ
( Stephen Hawking )

متولد 8 ژانويه 1942
او از هر گونه تحرك عاجز است. نه مي تواند بنشيند نه برخيزد. نه راه برود. حتي قادر نيست دست و پايش را تكان بدهد يا بدنش را خم و راست كند. از همه بدتر توانايي سخن گفتن را نيز ندازد. زيرا عضلات صوتي او كه عامل اصلي تشكيل و ابراز كلمات اند مثل 99 درصد بقيه عضلات حركتي بدنش در يك حالت فلج كامل قرار دارند. مشتي پوست و استخوان است روي يك صندلي چرخدار كه فقط قلبش و ريه هايش و دستگاه هاي حياتي بدنش كار مي كنند و بخصوص مغزش فعال است. يك مغز خارق العلده كه دمي از جستجو و پژوهش و رهگشايي بسوي معماها و نا شناخته ها باز نمي ماند.

اين اعجوبه مفلوج استيفن هاوكينگ پرآوازه ترين دانشمند دهه آخر قرن بيستم است كه اكنون در دانشگاه معروف كمبريج همان كرسي استادي را در اختيار داردكه بيش از دو قرن پيش زماني به اسحق نيوتن كاشف قانون جاذبه تعلق داشت.همچنين وي را انيشتين دوم لقب داده اند زيرا مي كوشد تئوري معروف نسبيت را تكامل بخشد و از تلفيق آن با تئوري هاي كوانتومي فرمول واحد جديدي ارائه دهد كه توجيه كننده تمامي تحولات جهان هستي از ذرات ريز اتمي تا كهكشان هاي عظيم باشد.
اينشتين معتقد بود كه چنين فرمول يا قانون واحدي مي بايست وجود داشته باشد و سالهاي آخر عمرش را در جستجوي آن سپري كرد اما توفيقي نيافت.
استيفن هاوكينگ شهرت و اعتبار علمي خود را مديون محاسبات رياضي پيچيده و بسيار دقيقي است كه در مورد چگونگي پيدايش و تحول سياهچاله هاي آسماني يا حفره هاي سياه انجام داده است.اين اجرام فوق العاده متراكم كه به علت قدرت جاذبه بسيار قوي حتي نور امكان جدايي از سطح آن ها را نداردوجودشان بر اساس تئوري نسبيت انيشتين پيش بيني شده بود و به همين جهت هم سياهچاله ناميده شدند.رديابي و رويت آنها بوسيله قويترين تلسكوپ ها يا هر وسيله ديگر تا كنون ممكن نبوده است. با وجود اين استيفن هاوكينگ با قدرت انديشه و محاسبات رياضي چون و چرا ناپذيرش- نه فقط وجود سياهچاله ها را به اثبات رسانده و چگونگي شكل گيري و تحول آن ها را نشان داده بلكه به نتايج جالبي در رابطه اين اجرام با كيفيت وقوع انفجار بزرگ Big Bang در آغاز پيدايش كيهان دست يافته است كه در دانش فيزيك اختري و كيهان شناسي اهميت بسزايي دارد و به عقيده صاحبنظران بناي اين علوم را در قرن آينده تشكيل خواهد داد.

كتاب جديد هاوكينگ در اين زمينه كه بعنوان سياهچاله ها و جهان هاي نوزاد انتشار يافت در محافل علمي جهان مثل يك بمب صدا كرد و شگفتي فراوان برانگيخت. اما قبل از اشاره خلاصه اي مي آوريم از زندگي نويسنده اش كه براستي از كتاب او شگفتي بر انگيز تر است .

استيفن هاوكينگ در 8 ژانويه 1942 در شهر دانشگاهي آكسفورد زاده شد و دوران كودكي و تحصيلات اوليه اش را در همان شهر گذرانيد. از همان زمان به علوم رياضيات علاقه داشت و آرزوي دانشمند شدن را در سر مي پروراند اما در مدرسه يك شاگرد خودسر و بخصوص بد خط شناخته مي شد و هرگز خود را در محدوده كتاب هاي درسي مقيد نمي كرد بلكه چون با مطالعات آزاد سطح معلواتش از كلاس بالاتر بود هميشه سعي داشت در كتاب هاي درسي اشتباهاتي را گير بياورد و با معلمان به جر و بحث و چون و چرا بپر دازد !

پدر و مادرش از طبقه متوسط بودند با يك زندگي ساده در خانه اس شلوغ و فرسوده اما مملو از كتاب كه عادت به مطالعه را در فرزندانشان تقويت مي كرد. فرانك پدر خانواده پزشك متخصص در بيماري هاي مناطق گرمسيري بود و به همين جهت نيمي از سال را به سفرهاي پژوهشي در مناطق آفريقايي مي گذرانيد. اين غيبت هاي متوالي برلي بچه ها چنان عادي شده بود كه تصور مي كردند همه پدر ها چنين وضعي دارند. و مانند پرندگان هر ساله در فصل سرما به مناطق آفتابي مهاجرت مي كنند و بعد به آشيانه بر مي گردند. در عين حال غيبت هاي پدر نوعي استقلال عمل و اتكا به نفس در بچه ها ايجاد مي كرد.

استيفن در 17 سالگي تحصيلات عاليه را در رشته طبيعي آغاز كرد و از همان زمان به فيزيك اختري و كيهان شناسي علاقه مند شد زيرا در خود كنجكاوي شديدي مي يافت كه به رمز و راز اختران و آغاز و انجام كيهان پي ببرد. سالهاي دهه 60 عصر طلايي كشف فضا- پرتاب اولين ماهواره ها و سفر هيجان انگيز فضانوردان به كره ماه بود و بازتاب اين وقايع تاريخي در رسانه ها جوانان را مجذوب مي كرد. بعلاوه استيفن از كودكي عاشق رمان هاي علمي تخيلي بود و مطالعه آن ها نيز بر اشتياق او به كسب معلومات بيشتر در فيزيك و نجوم و علوم ديگر مي افزود. او دوره سه ساله دانشگاه را با موفقيت به پايان برد و آماده مي شد تا دوره دكترا را در رشته كيهان شناسي آغاز كند اما . . .

اما به دنبال احساس ناراحتي هايي در عضلات دست و پا استيفن در ژانويه 1963 يعني آغاز بيست و يكسالگي مجبور به مراجعه به بيمارستان شد و آزمايش هايي كه روي او انجام گرفت علائم بيماري بسيار نادر و درمان ناپذيري را نشان داد. اين بيماري كه به نام ALS شناخته مي شود بخشي از نخاع و مغز و سيستم عصبي را مورد حمله قرار مي دهد و به تدريج اعصاب حركتي بدن را از بين مي برد و با تضعيف ماهيچه ها فلج عمومي ايجاد مي كند بطوريكه بمرور توانايي هرگونه حركتي از شخص سلب مي شود. معمولا مبتلايان به اين بيماري بي درمان مدت زيادي زنده نمي مانند و اين مدت براي استيفن بين دو تا سه سال پيش بيني شده بود.

نوميدي و اندوه عميقي را كه پس از آگاهي از جريان بر استيفن مستولي شد مي توان حدس زد. ناگهان همه آرزوهاي خود را بر باد رفته ميديد. دوره دكترا-روياي دانشمند شدن – كشف رمز و راز كيهان – همگي به صورت كاركاتورهايي در آمدند كه در حال دورشدن و رنگ باختن به او پوزخند مي زدند. بجاي همه آن خيال پروريهاي بلند پروازانه حالا كاري بجز اين از دستش بر نمي آمد كه در گوشه اي بنشيند و دقيقه ها را بشمارد تا دوسال بعد با فلج عمومي بدن زمان مرگش فرا برسد.

به اتاقي كه در دانشگاه داشت پناه برد و در تنهايي ساعتها متفكر و بي حركت ماند. خودش بعدها تعريف كرده است كه آن شب دچار كابوسي شد و در خواب ديد كه محكوم به اعدام شده است و او را براي اجراي حكم مي برند و در آن موقعيت حس كرد كه هر لحظه زندگي چقدر برايش ارزشمند است. بعد از بيداري به ياد آورد كه در بيمارستان با يك جوان مبتلا به بيماري سرطان خون هم اتاق بوده و او از فرط درد چه فريادهايي مي كشيد. پس خود را قانع كرد كه اگر به بيماري لادرماني مبتلاست اما لااقل درد نمي كشد. بعلاوه طبع لجوج و نقادش كه هيچ چيز را به آساني نمي پذيرفت هشدار داد كه از كجا معلوم كه پيش بيني پزشكان درست از كار در بيايد و چه بسا كه از نوع اشتباهات كتب درسي باشد!

اما آنچه به او قوت قلب و اعتماد به نفس بيشتري براي مبارزه با نوميدي و بدبيني داد آشنايي اش در همان ايام با دختري به نام (جين وايلد) بود كه عد ها همسرش شد و نقش فرشته نگهبانش را به عهده گرفت. جين اعتقادات مذهبي عميقي داشت و معتقد بود كه در هر فاجعه اي بذراهي اميد وجود دارد كه با استقامت و قدرت روحي خود مي تواند رشد كند. و بارور شود. بايد به خداوند توكل داشت و از ناكاميهايي كه پيش مي آيد خيزگاههايي براي كاميابي ساخت.

جين دانشجوي دانشگاه لندن بود اما تحت تاثير هوش فوق العاده و شخصيت استثنايي استيفن چنان مجذوب او شده بود كه هر هفته به سراغش مي آمد و ساعتي را به گفتگوي با او مي گذرانيد و آمپول خوشبيني تزريق مي كرد.آنها پس از چندي رسما نامزد شدند و استيفن تحصيلات دانشگاهي اش را از سر گرفت زيرا براي ازدواج با جين مي بايست هرچه زودتر دكتراي خود را بگيرد و كار مناسبي پيدا كند.

و او طي دو سال با اشتياق و پشتكار اين برنامه را عملي كرد در حاليكه رشد بيماري لعنتي را در عضلاتش شاهد بود و ابتدا به كمك يك عصا و سپس دو عصا راه مي رفت. ازدواجش با جين در سال 1965 صورت گرفت و او چنان غرق اميد و شادي بود كه به پيش بيني دو سال پيش پزشكان در مورد مرگ قريب الوقوعش نمي انديشيد.

پروفسور استيفن هاوكينگ اكنون 61 سال داردو ظاهرا بيش از يك ربع قرن قاچاقي زندگي كرده است. البته اگر بتوان وضع كاملا استثنايي او را در حال حاضر زندگي ناميد.!

پيش بيني پزشكان در مورد بيماري فلج پيش رونده او نادرست نبود و اين بيماري اكنون به همه بدنش چنگ انداخته است. از اواخر دهه 60 براي نقل مكان از صندلي چرخدار استفاده مي كند و قدرت تحرك از همه اجزاي بدنش بجز دو انگشت دست چپش سلب شده است. با اين دو انگشت او مي تواند دكمه هاي كامپيوتر بسيار پيشرفته اي را فشار دهد كه اختصاصا براي او ساخته اند و بجايش حرف مي زند. و رابطه اش را با دنياي خارج برقرار مي كند زيرا از سال 1985 قدرت تكلم خود را هم ازدست داده است.

در آن سال او پس از بازگشت از سفري به درو دنيا براي مدتي در ژنو بسر مي برد كه مركز پژوهشهاي هسته اي اروپاست و دانشمندان اين مركز جلسات مشاوره اي با او داشتند. يك شب كه استيفن هاوكينگ تا دير وقت مشغول كار بود ناگهان راه نفس كشيدنش گرفت و صورتش كبود شد بيدرنگ او را به بيمارستان رساندند و تحت معالجات اضطراري قرار دادند. معمولا مبتلايان به بيماري ALS در مقابل ذات الريه حساسيت شديدي دارند و در صورت ابتلاي به آن ميميرند كه اين خطر براي استيفن هاوكينگ هم پيش آمده بود و گرفتن راه تنفس او ناشي از ذات الريه بود. پس از چند روز بستري بودن در بخش مراقبتهاي ويژه بيمارستان سرانجام با اجازه همسرش تصميم گرفته شد كه با عمل جراحي مخصوص مجراي تنفس او را باز كنند اما در نتيجه اين عمل صداي خود را براي هميشه از دست مي داد

عمل جراحي با موفقيت صورت گرفت و بار ديگر استيفن از خطر مرگ جست. هر چند قدرت تكلم خود را از دست داد اما با جايگزيني كامپيوتر مخصوص سخنگو ارتباط او با اطرافيانش حتي بهتر از سابق شد زيرا قبلا بعلت ضعف عضلات صوتي با دشواري و نارسايي زياد صحبت مي كرد. كامپيوتر سخنگو را يك استاد آمريكايي كامپيوتر در كاليفرنيت براي او ساخت و تقديمش كرد. برنامه ريزي اين دستگاه شامل سه هزار كلمه است و هر بار كه استيفن بخواهد سخني بگويد مي بايست با انتخاب كلمات و فشردن دكمه هاي كامپيوتر به كمك دو انگشتش كه هنوز كار مي كنند جمله مورد نظرش را بسازد و صداي مصنوعي به جاي او حرف مي زند. البته اينگونه سخنگويي ماشيني طولاني تر است اما خود استيفن كه هرگز خوشبيني اش را از دست نمي دهد عقيده دارد كه به او وقت بيشتري مي دهد براي انديشيدن آنچه مي خواهد بگويد و سبب مي شود كه هرگز نسنجيده حرف نزند.

ويلچر يا صندلي چرخدار استيفن كه بوسيله آن رفت و آمد مي كند نيز از پيشرفته ترين پديده هاي تكنولوژي است و با نيروي الكتريكي حركت مي كند. وي اتكاي زيادي به ويلچر خود دارد چون علاوه بر حركت با آن وسيله اي براي ابراز احساساتش نيز محسوب مي شود. مثلا اگر در يك ميهماني به وجد آيد با ويلچرش به سبك خاص خود مي رقصد و چنانچه صبر و حوصله اش را در مورد يك شخص مزاحم از دست بدهد در يك مانور سريع از روي پاهاي او رد مي شود !!! بسياري از شاگردانش ضربه چرخهاي ويلچر او را تجربه كرده اند و به گفته خودش يكي از تاسف هايش اين است كه طعم اين تجربه را به مارگارت تاچر نچشانده است !

يكي از شگفتيهاي اين آدم مفلوج و نحيف كه به ظاهر بايد موجودي تلخ و غمزده و منزوي باشد شوخ طبعي و شيطنت كودكانه اوست كه بخصوص در برق نگاه هوشمندانه و رندانه اش ديده مي شود. در حاليكه اجزاي چهره اش بي حركت و فاقد هرگونه واكنش احساسي و عاطفي هستند اما چشمانش مي درخشند.

انگار به هزار زبان با مخاطب سخن مي گويند. او بهيچوجه خودش را منزوي نكرده است. به كنسرت و پارك مي رود. در رستوران غذا مي خورد. در انجمن هاي دانشجويان شركت مي كند. و سر به سر شاگردانش كه هميشه او را سوال پيچ مي كنند مي گذارد. شيوه شيطنت آميزش اينست كه پاسخگويي را گاهي عمدا كش مي دهد و در حاليكه پرسش كنندگان پس از چند دقيقه انتظار پاسخ مفصلي را براي سوال خود پيش بيني مي كنند با يك كلمه بله يا نه از كامپيوتر سخنگويش همه را به خنده مي اندازد.

اين اعجوبه فاقد تحرك عاشق جنب و جوش و گشت و سياحت است و تا كنون دوبار به سفر دور دنيا رفته و حتي از چين و ديوار باستاني آن ديدن كرده است. همچنين در صدها كنفرانس و سمينار علمي شركت كرده است و به ايراد سخنراني پرداخته است. كه البته اين سخنراني ها قبلا در نوار ضبط و در روز كنفرانس پخش مي شود.

پرفروشترين كتاب علمي

از نكات جالب ديگر در زندگي استيفن هاوكينگ يكي هم اينست كه او در سالهاي اوليه زناشويي اش با جين وايلد از او صاحب سه فرزند شد يك دختر و دو پسر. لذت پدري و احساس مسئوليت در تامين زندگي فرزندان يكي از مهمترين انگيزه هايي بود كه او را در مقابله با مشكلاتش ياري داد زيرا با طبع لجوج و بلندپروازش اصرار داشت كه بهترين امكانات زندگي و تحصيل را براي بچه هايش فراهم كند و اين امر مخارج هنگفتي روي دستش مي گذاشت. هزينه خودش هم كم نبود چون مي بايست به دو پرستار تمام وقت و يك دستيار حقوق بپردازد و درامد استادي دانشگاه كفاف اين مخارج را نمي داد. به همين جهت در اواسط دهه 80 به فكر نوشتن كتاب افتاد و در سال 1988 كتاب معروف خود به نام ( تاريخ كوتاهي از زمان) را منتشر كرد.{بزودي اين كتاب را در سايت خواهيم آورد}

در اين كتاب كه به فارسي هم ترجمه شده است استيفن هاوكينگ به زبان ساده و قابل فهم عامه پيچيده ترين مسائل فيزيك جديد و كيهان شناسي و بخصوص ماهيت زمان و فضا را بررسي كرده و نظريات و محاسبات خودش را شرح داده است. بي آنكه خواننده را با فرمولها و معادلات رياضي بغرنج گيج كند. اما به رغم سادگي بيان و جذابيت مباحث بسياري از مردم از آن سر در نمي آورند. زيرا ايده هاي مطرح شده در كتاب در سطح بالاي علمي است. با وجود اين كتاب مزبور 8 ميليون نسخه به فروش رفته و 183 هفته در ليست 10 كتاب پرفروش جهان قرار داشته است و طبعا چنين موفقيت بيمانندي مشكلات مادي استيفن را براي هميشه حل مي كند.

كتاب جديد استيفن به نتايج پژوهشها و يافته هاي او درباره ي سياهچاله ها اختصاص دارد. اين اجرام مرموز و فاقد نورانيت آسماني كه بر اساس تئوري پذيرفته شده اي در سالهاي اخير از فروريزي و تراكم ستارگان سنگين وزن پس از اتمام سوخت هسته اي آن ها پديد مي آيند ستارگان ديگر را در اطراف خود مي بلعند و با افزايش جرم و در نتيجه دستيابي به نيروي جاذبه قويتر به تدريج ستارگان دورتر را به كام مي كشند. بدينگونه در سياهچاله ها ماده به حدي از تراكم مي رسد كه هر سانتي متر مكعب آن مي تواند ميليونها و حتي ميلياردها تن وزن داشته باشد و نيروي جاذبه آنچنان قوي است كه نور و هيچگونه تشعشعي امكان خروج از سطح آن ها را ندارد. به همبن جهت ما هرگز نمي توانيم حتي با قويترين تلسكوپها اين غولهاي نامرئي را رديابي كنيم.

اما استيفن هاوكينگ در كتاب تازه اش برداشتهاي متفاوتي از سياهچاله ها ارائه داده است و با محاسبات خود به اين نتيجه مي رسد كه اين اجرام بكلي فاقد نورانيت نيستند و بعلاوه موادي را كه از ستارگان ديگر جذب و بلع مي كنند در مرحله نهايي تراكم به حالتي انفجار گونه از يك كانال ديگر بيرون مي ريزند. منتها آنچه دفع مي شود به همان صورتي نيست كه بلعيده شده است. به عبارت ديگر سياهچاله ها نوعي بوته زرگري هستند كه طلا آلات مستعمل را به شمش تبديل مي كنند. از كانال خروجي عناصر تازه در يك جهان نوزاد تزريق مي شود كه مي توان آن را در مقابل سياهچاله ( سپيد چشمه) ناميد.

شايد سالها طول بكشد تا صحت و سقم نظزيه هاي جديد استيفن هاوكينگ روشن شود زيرا آنقدر تازگي دارد كه عجيب به نظر مي رسد. اما عجيب تر از آن مغز اين مرد است كه اين نظزيه پردازي ها و رهگشائيها از آن مي تراود. او براي محاسبات طولاني و پيچيده رياضي و نجومي خود حتي از نوشتن ارقام روي كاغذ محروم است و بايد همه اين عمليات بغرنج را در مغز خود انجام بدهد و نتايج را در حافظه اش نگهدارد بدينگونه فقط با مغزش زنده است و به قول دكارت چون فكر مي كند پس وجود دارد.

اما اين موجود اين آدم معلول و نحيف و عاجز از تحرك و تكلم يك سرمشق است . . . .

براي آن ها كه با اميد و استقامت و تلاش بيگانه اند . . .

براي آن ها كه تواناييهاي انسان و ارزش انديشه سالم و سازنده را دست كم مي گيرند . . .

براي بدبين ها و منفي باف ها كه در افق ديد خود جهان را به گونه سياهچاله اي مخوف و ظلماني مي بينند . . . .

به سخن استيفن هاوكينگ : ( در آنسوي هر سياهچاله سپيد چشمه اي وجود دارد )
منبع :

www.iranika.ir

تکنولوژی ساخت پیوندها مبحث بسیار گسترده ای است که دانش و تجربه گروههای تحقیقاتی و تولیدی متعددی را در این زمینه در بر می گیرد. با این وجود بدون سعی در تشریح دقیق این روشهای ساخت ، می توان برخی از روشهای بنیادی تشکیل پیوندها و زدن اتصالات مناسب به آنها را مورد بررسی قرار داد.

ساخت پیوندهای p n پیوندهای رشد یافته یکی از روشهای اولیه ساخت پیوند ، روش پیوند رشد یافته است. در این روش حین رشد بلور ، نوع ناخالصی در ماده مذاب به صورت ناگهانی عوض می شود. ادامه مطلب …

فرمول‌های فیزیک/مکانیک کلاسیک

از ویکی‎نسک، کتاب‌خانه آزاد.

< فرمول‌های فیزیک

پرش به: ناوبری, جستجو

[ویرایش] کمیت ها و یکاهادر فیزیک

کمیت	نشانه ی فرمول	اسم یکا	نشانه ی یکا	رابطه ی بین یکاها
کار, انرژی	$W, E$	ژول	$J$	$1 \mathrm{J} = 1 \mathrm{N}\cdot\mathrm{m} = 1 \frac{\mathrm{kg}\cdot\mathrm{m}^2}{\mathrm{s}^2}$
شتاب	$a,α$	متر بر مجذور ثانیه	$\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}$
چگالی	$ρ$	کیلوگرم بر متر مکعب	$\frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3}$	$1 \frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3} = 0,001 \frac{\mathrm{g}}{\mathrm{cm}^3}$
گشتاور چرخشی	L	نیوتون متر ثانیه	N · m · s	1 N · m · s = 1 kg · m² / s
گشتاور	M	نیوتون متر	N · m	1 N · m = 1 kg · m² / s²
فشار	p	پاسکال	Pa	1 Pa = 1 N / m² = 1 kg / m · s²
ثابت فنر	D, k	نیوتون بر متر	N / m	1 N / m = 1 kg / s²
سطح, واحد سطح	A	متر مربع	m²	1 m² = 1 m · 1 m
فرکانس	f, v	هرتز	Hz	1 Hz = 1 / s
سرعت	v	متر بر ثانیه	m / s
حرکت	p	کیلوگرم متر بر ثانیه	kg · m / s	1 kg · m / s = 1 N · s
نیرو	F	نیوتون	N	1 N = 1 kg · m / s²
طول	l	متر	m	یکای مبنا
توان	P	وات	W	1 W = 1 J / s = 1 N · m / s = 1 kg · m² / s³
جرم	m	کیلوگرم	kg	یکای مبنا
دوره تناوب،نوسان	T	ثانیه	s
اینرسی	J	کیلوگرم در متر مربع	kg · m²
حجم	V	متر مکعب	m³	1 m³ = 1m · 1m · 1m
طول موج	λ	متر	m
شتاب زاویه ای	α	رادیان بر مجذور ثانیه	rad / s²	1 rad / s² = 1 / s²
سرعت زاویه ای	ω	رادیان بر ثانیه	rad / s	1 rad / s = 1 / s
زمان	t	ثانیه	s	یکای مبنا

مکانیک کوانتوم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

پرش به: ناوبری, جستجو

مکانیک کوانتومی

$\Delta x \, \Delta p \ge \frac{\hbar}{2}$

بیشتر

فرمول‌بندی ریاضی

[نمایش]مفاهیم بنیادی
واهمدوسی · تداخل عدم قطعیت · اصل طرد Transformation theory قضیه اهرنفست · اندازه‌گیری برهم‌نهی · درهم‌تنیدگی

[نمایش]آزمایش‌ها
آزمایش دوشکاف (تاخیردار) Davisson-Germer experiment آزمایش اشترن-گرلاخ Bell's inequality experiment Popper's experiment گربه شرودینگر

[نمایش]معادلات
معادله شرودینگر معادله پائولی معادله کلاین-گوردون معادله دیراک

[نمایش]نظریه‌های پیشرفته
نظریه میدان‌های کوانتومی Wightman axioms الکترودینامیک کوانتومی کرومودینامیک کوانتومی گرانش کوانتمی نمودار فاینمن

[نمایش]تفسیرها
کپنهاکی · Ensemble متغییرهای پنهان · Transactional دنیاهای چندگانه · Consistent histories Quantum logic خودآگاهی باعث فروریزش تابع موج

[نهفتن]دانشمندان
پلانک · شرودینگر · هایزنبرگ · بور · پائولی · دیراک · دیوید بوهم · بورن · لویی دوبروی · وان نویمان · آلبرت اینشتین · فاینمن · هیو اورت · راجر پنرز · یوجین ویگنر · جان ویلر · هنری استپ • دیگران

مکانیک کوانتومی شاخه‌ای بنیادی از فیزیک نظری است که در مقیاس اتمی و زیراتمی به جای مکانیک کلاسیک و الکترومغناطیس کلاسیک به کار می‌رود. مکانیک کوانتومی بنیادی‌تر از مکانیک نیوتنی و الکترومغناطیس کلاسیک است، زیرا در مقیاس‌های اتمی و زیراتمی که این نظریه‌ها با شکست مواجه می‌شوند، می‌تواند با دقت زیادی بسیاری از پدیده‌ها را توصیف کند. مکانیک کوانتومی به همراه نسبیت عام پایه‌های فیزیک جدید را تشکیل می‌دهند.

مکانیک کوانتومی که به عنوان نظریه کوانتومی نیز شناخته شده است، شامل نظریه ای درباره ماده، تابش الکترومغناطیسی و برهمکنش میان ماده و تابش است.^[۱]

محتویات

[نهفتن]

۱ آشنایی
۲ مکانیک کوانتومی و فیزیک کلاسیک
۳ کوشش برای نظریهٔ وحدت‌یافته
۴ مکانیک کوانتومی و زیست‌شناسی
۵ جستارهای وابسته
۶ منابع

آشنایی

واژهٔ کوانتوم (به معنی «بسته» یا «دانه») در مکانیک کوانتومی از اینجا می‌آید که این نظریه به بعضی از کمیت‌های فیزیکی (مانند انرژی یک اتم در حال سکون) مقدارهای گسسته‌ای نسبت می‌دهد. بسیاری از شاخه‌های دیگر فیزیک و شیمی از مکانیک کوانتومی به عنوان چهارچوب خود استفاده می‌کنند؛ مانند فیزیک ماده چگال، فیزیک حالت جامد، فیزیک اتمی، فیزیک مولکولی، شیمی محاسباتی، شیمی کوانتومی، فیزیک ذرات بنیادی، و فیزیک هسته‌ای. پایه‌های مکانیک کوانتومی در نیمهٔ اول قرن بیستم به وسیلهٔ ورنر هایزنبرگ، ماکس پلانک، لویی دوبروی، نیلس بور، اروین شرودینگر، ماکس بورن، جان فون نویمان، پاول دیراک، ولفگانگ پاولی و دیگران ساخته شد. بعضی از جنبه‌های بنیادی این نظریه هنوز هم در حال پیشرفت است.

توصیف مکانیک کوانتومی از رفتار سامانه‌های فیزیکی اهمیت زیادی دارد، زیرا در مقیاس اتمی نظریه‌های کلاسیک نمی‌توانند توصیف درستی ارائه دهند. مثلاً، اگر قرار بود مکانیک نیوتنی و الکترومغناطیس کلاسیک بر رفتار یک اتم حاکم باشند، الکترون‌ها به سرعت به سمت هسته اتم حرکت می‌کردند و به آن برمی‌خوردند. ولی در دنیای واقعی الکترون‌ها در نواحی خاصی دور اتم‌ها باقی می‌مانند.

در ساختار مکانیک کوانتومی، حالت هر سیستم در هر لحظه به وسیلهٔ یک تابع موج مختلط توصیف می‌شود (که در مورد الکترون‌های یک اتم گاهی به آن اُربیتال می‌گویند). با این ابزار ریاضی می‌توان احتمال نتایج مختلف در آزمایش‌ها را پیش‌بینی کرد. مثلاً با آن می‌توان احتمال یافتن الکترون را در ناحیهٔ خاصی در اطراف هسته در یک زمان مشخص محاسبه کرد. بر خلاف مکانیک کلاسیک، نمی‌توان هم‌زمان کمیت‌های مزدوج را، مانند مکان و تکانه، با هر دقتی پیش‌بینی کرد. مثلاً می‌توان گفت که الکترون در ناحیهٔ مشخصی از فضا است، ولی مکان دقیق آن را نمی‌توان معلوم کرد. البته معنی این حرف این نیست که الکترون در تمام این ناحیه پخش شده‌است. الکترون در یک ناحیه از فضا یا هست و یا نیست. این ناتوانی در تعیین مکان الکترون را اصل عدم قطعیت هایزنبرگ به طور ریاضی بیان می‌کند.

پدیدهٔ دیگری که منجر به پیدایش مکانیک کوانتومی شد، امواج الکترومغناطیسی مانند نور بودند. ماکس پلانک در سال ۱۹۰۰ هنگام مطالعه بر روی تابش جسم سیاه کشف کرد که انرژی این امواج را می‌توان به شکل بسته‌های کوچکی در نظر گرفت. آلبرت اینشتین از این فکر بهره برد و نشان داد که امواجی مثل نور را می‌توان با ذره‌ای به نام فوتون که انرژی‌اش به بسامدش بستگی دارد توصیف کرد. این نظریه‌ها به دیدگاهی به نام دوگانگی موج-ذره بین ذرات زیراتمی و امواج الکترومغناطیسی منجر شد که در آن ذرات نه موج و نه ذره بودند، بلکه ویژگی‌های هر دو را از خود بروز می‌دادند. مکانیک کوانتومی علاوه بر این که دنیای ذرات بسیار ریز را توصیف می‌کند، برای توضیح برخی از پدیده‌های بزرگ‌مقیاس (ماکروسکوپیک) هم کاربرد دارد، مانند ابررسانایی و ابرشارگی.

مکانیک کوانتومی و فیزیک کلاسیک

نوشتار اصلی: گربه شرودینگر

نوشتار اصلی: آزمایش دوشکاف

نمایش دوگانگی موج-ذره با یک بسته موج فوتونی

اثرات و پدیده‌هایی که در مکانیک کوانتومی و نسبیت پیش‌بینی می‌شوند، فقط برای اجسام بسیار ریز یا در سرعت‌های بسیار بالا آشکار می‌شوند. تقربیاً همهٔ پدیده‌هایی که انسان در زندگی روزمره با آن‌ها سروکار دارد به طور کاملاً دقیقی توسط فیزیک نیوتنی قابل پیش‌ بینی است.

در مقادیر بسیار کم ماده، یا در انرژی‌های بسیار پایین، مکانیک کوانتومی اثرهایی را پیش‌بینی می‌کند که فیزیک کلاسیک از پیش‌بینی آن ناتوان است. ولی اگر مقدار ماده یا سطح انرژی را افزایش دهیم، به حدی می‌رسیم که می‌توانیم قوانین فیزیک کلاسیک را بدون این که خطای قابل ملاحظه‌ای مرتکب شده باشیم، برای توصیف پدیده‌ها به کار ببریم. به این «حد» که در آن قوانین فیزیک کلاسیک (که معمولاً ساده‌تر هستند) می‌توانند به جای مکانیک کوانتومی پدیده‌ها را به درستی توصیف کنند، حد کلاسیک گفته می‌شود.

کوشش برای نظریهٔ وحدت‌یافته

وقتی می‌خواهیم مکانیک کوانتومی را با نظریهٔ نسبیت عام (که توصیف‌گر فضا-زمان در حضور گرانش است) ترکیب کنیم، به ناسازگاری‌هایی برمی‌خوریم که این کار را ناممکن می‌کند. حل این ناسازگاری‌ها هدف بزرگ فیزیکدانان قرن بیستم و بیست‌ویکم است. فیزیکدانان بزرگی همچون استیون هاوکینگ در راه رسیدن به نظریهٔ وحدت‌یافتهٔ نهایی تلاش می‌کنند؛ نظریه‌ای که نه تنها مدل‌های مختلف فیزیک زیراتمی را یکی کند، بلکه چهار نیروی بنیادی طبیعت -نیروی قوی، نیروی ضعیف، الکترومغناطیس و گرانش- را نیز به شکل جلوه‌های مختلفی از یک نیرو یا پدیده نشان دهد.

مکانیک کوانتومی و زیست‌شناسی

تحقیقات چند موسسه در آمریکا و هلند نشان داده است که بسیاری از فرایندهای زیستی از مکانیک کوانتومی بهره می‌برند. قبلا تصور می‌شد فتوسنتز گیاهان فرایندی بر پایه بیوشیمی است اما تحقیقات پروفسور فلمینگ و همکارانش در دانشگاه برکلی و دانشگاه واشنگتن در سنت لوییس به کشف یک مرحله کلیدی از فرآیند فوتوسنتز منجر شده که بر مکانیک کوانتومی استوار است. همچنین پژوهشهای کریستوفر آلتمن، پژوهشگری از موسسه دانش نانوی کاولی در هلند، حاکی از آن است که نحوه کارکرد سلولهای عصبی خصوصا در مغز که تا مدتها فرایندی بر پایه فعالیتهای الکتریکی و بیوشیمی پنداشته می‌شد و محل بحث ساختارگرایان و ماتریالیستها و زیستشناسها بود، شامل سیستمهای کوانتومی بسیاری است. این پژوهشها نشان می‌دهد که سلول عصبی یک حلزون دریایی می‌تواند از نیروهای کوانتومی برای پردازش اطلاعات استفاده کند. در انسان نیز، فیزیک کوانتومی احتمالا در فرآیند تفکر دخیل است.^[۲]

جستارهای وابسته

کلاس‌ درس برخطی مربوط به موضوع این مقاله در کلاس‌های درس اینترنتی در بخش فیزیک موجود است.

منابع

	در ویکی‌انبار منابعی در رابطه با مکانیک کوانتوم موجود است.

David J. Griffiths, Introduction to Quantum Mechanics, Prentice Hall, 1995. ISBN 0-13-124405-1
Shankar, R., Principles of Quantum Mechanics, 2nd edition (Plenum, 1994)
Sakurai, J. J. (1967). Advanced Quantum Mechanics. Addison Wesley. ISBN 0-201-06710-2.

↑ هالیدی، دیوید. رزنیک، رابرت . واکر، جرل . -مبانی فیزیک . تهران، انتشارات مبتکران، 1386 . ISBN 978-964-395-951-7
↑ آیا افکار ما توسط مکانیک کوانتم کنترل می‌شود؟ ترجمه‌ای از مقاله مجله DiscoverMagazine.com , January 13, 2009

[نمایش] ن • ب • و شاخه‌های اصلی فیزیک

الکترومغناطیس · ترمودینامیک · مکانیک آماری · مکانیک کلاسیک · مکانیک کوانتومی · نسبیت · نظریه میدان‌های کوانتومی · فیزیک ماده چگال · فیزیک انرژی‌های بالا · فیزیک اتمی، مولکولی و نوری

این یک نوشتار خُرد پیرامون فیزیک است. با گسترش آن به ویکی‌پدیا کمک کنید.

برگرفته از «http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%DA%A9%D8%A7%D9%86%DB%8C%DA%A9_%DA%A9%D9%88%D8%A7%D9%86%D8%AA%D9%88%D9%85»

رده‌های صفحه: فیزیک نوین | مکانیک کوانتم

ردهٔ پنهان: مقاله‌های خرد

پرشین فیزیکال

فیزیک پلاسما چیست ؟

فیزیک هسسسسسسته ای

فیزیک هسته ای

کیهان شناسی!

كیهان شناسی

استیون هاوکینگ؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟

استيون هاوكينگ

فیزیک هاوکینگ

انواع پیوند نیمه رسانا

نظریه ای بر روش آموزش مقدماتی فیزیک

شکل جدید ماده

مفهوم چهار نیروی بنیادی چیست ؟

الفبای فیزیک انرژی الکتریکی

پلاسما و تاریخچه ی فیزیک پلاسما

قوس الکتریکی چیست؟

فیزیک نظری مشکلات و راه حل ها

مفاهیم و قوانین مکانیک نیوتنی

آمپر متر چیست؟

مکانیک کلاسیک

فرمول‌های فیزیک/مکانیک کلاسیک

[ویرایش] کمیت ها و یکاهادر فیزیک

مکانیک کوانتوم

مکانیک کوانتوم

محتویات

آشنایی

مکانیک کوانتومی و فیزیک کلاسیک

کوشش برای نظریهٔ وحدت‌یافته

مکانیک کوانتومی و زیست‌شناسی

جستارهای وابسته

منابع

نوشته‌های پیشین