آلبرت اینشتین

آلبرت اینشتین از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد پرش به: ناوبری, جستجو برای دیگر کاربردها، AE (ابهام‌زدایی) را ببینید. آلبرت اینشتین متولد ۱۴ مارس ۱۸۷۹اولم ، وورتمبرگ، آلمان مرگ ۱۸ آوریل ۱۹۵۵پرینستون ، نیوجرزی، آمریکا محل زندگی آلمانسوئیس آمریکا شهروند آلمان (۱۸۷۹ تا ۱۸۹۶ و ۱۹۱۴ تا ۱۹۳۳) سوئیس (۱۹۰۱ تا ۱۹۵۵) آمریکا (۱۹۴۰ تا ۱۹۵۵) ملیت آلمانی رشته فعالیت فیزیک محل کار اداره ثبت اختراعات سوییسدانشگاه زوریخ دانشگاه چارلز پراگ دانشگاه صنعتی زوریخ دانشگاه لایدن موسسه مطالعات پیشرفته موسسه کایزر ویلهلم دلیل شهرت نسبیت عام، نسبیت خاصحرکت براونی ، اثر فوتوالکتریک جوایز جایزه نوبل در فیزیک (۱۹۲۱) دین یهودی امضا
آلبرت اینشتین (به آلمانی: Albert Einstein) (زاده ۱۴ مارس ۱۸۷۹ - درگذشته ۱۸ آوریل ۱۹۵۵) فیزیک‌دان نظری زادهٔ آلمان بود. او بیشتر به خاطر نظریّه نسبیت و بویژه برای هم‌ارزی جرم و انرژی (E=mc۲) شهرت دارد. علاوه بر این، او در بسط تئوری کوانتوم و مکانیک آماری سهم عمده‌ای داشت. اینشتین جایزه نوبل فیزیک را در سال ۱۹۲۱ برای خدماتش به فیزیک نظری و به خصوص به خاطر کشف قانون اثر فوتوالکتریک دریافت کرد. او به دلیل تأثیرات چشمگیرش، به عنوان یکی از بزرگ‌ترین فیزیکدانانی شناخته می‌شود که به این جهان پا گذاشته‌اند.[۱][۲] در فرهنگ عامه، نام «اینشتین» مترادف هوش زیاد و نابغه شده‌است. محتویات  [نهفتن]  ۱ زندگی‌نامه۲ کار۳ سال‌های آخر۴ نظریات ۴.۱ نسبیت خاص۴.۲ نسبیت عام ۵ تفسیر کوپنهاگی۶ جبر باوری۷ نقص و واقع گرایی۸ نظریه میدان یکنواخت۹ ویژگی‌های شخصی۱۰ دیدگاه‌های سیاسی ۱۰.۱ حمایت از صهیونیسم ۱۱ تابعیت۱۲ اینشتین در دنیای تفریحات۱۳ اظهارات و بحث‌ها۱۴ روابط شخصی۱۵ حقوق معنوی۱۶ افتخارات۱۷ آثار اینشتین۱۸ آثار ترجمه شده به فارسی۱۹ درباره اینشتین به فارسی۲۰ یادبودها۲۱ پا نویس۲۲ منابع۲۳ جستارهای وابسته۲۴ پیوند به بیرون زندگی‌نامه [ویرایش] کودکی اینشتین آلبرت اینشتین در ۱۴ مارس ۱۸۷۹ میلادی در ساعت ۱۱:۳۰ صبح به وقت محلی در یک خانواده یهودی در شهر اولم در ورتمبرگ آلمان، واقع در ۱۰۰ کیلومتری اشتوتگارت بدنیا آمد . پدرش هرمان اینشتین یک فروشنده بود که بعدها یک کارخانه الکتروشیمیایی را تأسیس کرد و مادرش، پولین نی کوچ نام داشت . آنها در کنیسه اشتوتگارت-باد با یکدیگر ازدواج کردند . در زمان تولد، مادر آلبرت به خاطر اینکه سر او بسیار بزرگ بود و حالتی عجیب داشت بسیار نگران بود . هرچند که با رشد او، کم کم بزرگی سرش کمتر به چشم می‌آمد، اما از عکس‌های او معلوم است که سر او نسبت به بدنش بزرگ‌تر بوده است . به این ویژگی در افرادی که سرهای بزرگی دارند «سربزرگی خوش‌خیم» گفته می‌شود که هیچ ارتباطی با بیماری یا مشکلات ادراکی ندارد . یکی دیگر از مشهورترین جنبه‌های کودکی اینشتین این است که او خیلی دیرتر از بچه‌های معمولی صحبت کردن را آغاز کرد . طبق ادعای خود اینشتین، او تا سن سه سالگی حرف زدن را آغاز نکرده بود و بعد از آن هم حتی تا سنین بالاتر از نه سالگی به سختی صحبت می‌کرد . به دلیل پیشرفت کند کلامی اینشتین، و گرایش او به بی‌توجهی به هر موضوعی که در مدرسه برایش خسته کننده بود و در مقابل توجه صرف او به مواردی که برایش جالب بودند باعث شده بود که برخی همچون خدمه منزل اینشتین، او را کند ذهن بدانند . البته در زندگی اینشتین، این اولین و آخرین باری نبود که چنین انگ‌ها و نظرات آسیب شناسانه‌ای به او نسبت داده می‌شد . اعضای خانواده آلبرت، همگی یهودی‌هایی لاقید بودند و از همین رو، او در یک مدرسه ابتدایی کاتولیک درس می‌خواند . او با اصرار مادرش آموزش ویولون را فراگرفت . اگرچه او از همان ابتدای کار مشق ویولون را دوست نداشت و در نهایت نیز آنرا کنار گذاشت، اما بعدها آرامش عمیق خود را در سونات ویلون موتسارت بدست می‌آورد . وقتی اینشتین پنج ساله بود، پدرش به او یک قطب‌نمای جیبی نشان داد و اینشتین پی برد که در فضای خالی چیزی بر روی سوزن تأثیر می‌گذارد . او بعدها این اتفاق را یکی از تحول‌آمیزترین اتفاقات زندگی‌اش توصیف کرد. در سال ۱۸۸۹، دانشجویی به نام مکس تالمود (بعدها به نام تالمی)، که به مدت شش سال پنجشنبه شب‌ها به منزل خانواده اینشتین می‌آمد ، [۳]، اینشتین را با مهم‌ترین متون علمی و فلسفی آشنا کرد، که از جمله آنها می‌توان به نقد خرد ناب از کانت اشاره کرد . همچنین در اواخر دوران کودکی و اوایل دوران بزرگسالی، دو عموی او با توصیه و تهیه کتاب‌هایی در زمینه علم، ریاضی و فلسفه، به رشد فکری او کمک می‌کردند . در سال ۱۸۹۴، در پی ناموفق ماندن کسب‌وکار هرمان اینشتین در صنعت الکتروشیمی، خانوادهٔ اینشتین از مونیخ به پیوا- شهری در ایتالیا در نزدیکی میلان - مهاجرت کردند . اینشتین اولین فعالیت علمی خود را با عنوان بررسی وضعیت اتر در زمینه‌های مربوط به مغناطیس، در همان زمان برای یکی از عموهایش می‌نوشت . آلبرت برای تمام کردن درسهایش، در مدرسه شبانه روزی مونیخ ماند و پس از آنکه تنها توانست یک ترم را تمام کند در بهار سال ۱۸۹۵ دبیرستان را رها کرده و برای پیوستن به خانواده‌اش رهسپار پریوا شد . یک سال و نیم پیش از امتحانات نهایی، او بدون اطلاع والدینش و با متقاعد کردن مسئولین مدرسه به اینکه بواسطه یک گواهی پزشکی به او اجازه مرخصی بدهند مدرسه را ترک کرد و این بدان معنا بود که اینشتین هیچگونه گواهی در تحصیلات متوسطه کسب نکرد.[۴] در همان سال یعنی در سن ۱۶ سالگی، او آزمایش ذهنی که به آیینه آلبرت اینشتین شهرت دارد را انجام داد . او پس از خیره شدن به آیینه، آزمایش کرد که اگر با سرعت نور حرکت کند چه اتفاقی برای تصویرش خواهد افتاد؛ نتیجه‌گیری او مبنی بر اینکه سرعت نور مستقل از بیننده‌اش است، بعدها به یکی از دو فرضیه نسبیت خاص تبدیل شد . در آزمون ورودی موسسه فدرال پلی تکنیک زوریخ - که امروزه به ETH زوریخ شهرت دارد - اگرچه امتیاز آلبرت در بخش ریاضی و علوم عالی شد، اما امتیاز پایین او در بخش ادبیات مانع از قبولی وی شد؛ پس از آن خانواده‌اش او را به آرائو در سوییس فرستادند تا تحصیلاتش را در آنجا به اتمام برساند . پس از آن دیگر معلوم بود که آلبرت آنگونه که پدرش می‌خواست مهندس الکترونیک نخواهد شد . او در آنجا به مطالعه تئوری الکترومغناطیس که بسیار کم به آن پرداخته شده، مشغول شد و در سال ۱۸۹۶ دیپلم خود را دریافت کرد . در این مدت او در منزل خانواده پروفسور یاست وینتلر اقامت کرد و در آنجا به عنوان اولین تجربه عاشقانه، به ماری دختر این خانواده علاقمند شد . مایا، خواهر اینشتین که نزدیکترین همراز او بود بعدها با پسر همان خانواده یعنی پل ازدواج کرد و و دوست او نیز یعنی مایکل بسو با دختر دیگر همان خانواده یعنی آنا وصلت کرد .[۵] پس از آن اینشتین در ماه اکتبر در موسسه فدرال پلی تکنیک ثبت نام کرد و به زوریخ رفت؛ در همین حال ماری نیز برای تدریس به اولسبرگ در سوییس رفت . او در همان سال شهروندی خود در ورتمبرگ را لغو کرد . در بهار سال ۱۸۹۶، میلوا ماریخ صربستانی که ابتدا در دانشگاه زوریخ در رشته پزشکی آغاز به تحصیل کرده بود، پس از یک ترم به موسسه فدرال پلی تکنیک آمد تا در آنجا به عنوان تنها زن در آن سال، در رشته‌ای که اینشتین درس می‌خواند تحصیلات خود را ادامه دهد . در طی سالهای بعد رابطه ماریخ با اینشتین به یک رابطه عاشقانه تبدیل شد، هرچند که مادر اینشتین به خاطر غیر یهودی بودن، سن بالا و نقص جسمانی ماریخ، به شدت با رابطه آنها مخالف بود .[۶] کار [ویرایش] پس از فارغ‌التحصیل شدن از دانشگاه، اینشتین نتوانست شغلی در رابطه با تدریس پیدا کند . پدر یکی از هم‌کلاسی‌هایش به او کمک کرد تا در یکی از دفاتر ثبت اختراع در سوئیس در سال ۱۹۰۲ استخدام شود . سال‌های آخر [ویرایش] وی در خلال جنگ جهانی دوم به آمریکا مهاجرت کرد تا در پروژه‌ای که این کشور به منظور تحقیقات برای ساخت بمب اتمی راه‌اندازی کرده بود شرکت کند . پس از پایان جنگ و تأسیس اسرائیل به آن کشور مهاجرت کرد و به عنوان عضو هیئت علمی و استاد در دانشگاه عبری اورشلیم به تدرس پرداخت . سرانجام دوباره به آمریکا بازگشت و در شهر پرینستون ساکن شد و در روز ۱۸ آوریل ۱۹۵۵ در همان‌جا درگذشت. نظریات [ویرایش] نسبیت خاص [ویرایش] نوشتار اصلی: نسبیت خاص نسبیت خاص یکی از نظریاتی است که اینشتین مطرح کرده و شامل سه پدیده در سرعت‌های بالا است : انقباض لورنتزی که کاهش طول جسم در طی حرکت است .اتساع زمان که کند شدن زمان است .افزایش جرم . نسبیت عام [ویرایش] نوشتار اصلی: نسبیت عام اینشتن در نوامبر سال ۱۹۱۵ یک سری سخنرانی‌هایی در آکادمی علوم پروس ایراد کرد که در آن نظریه جدید گرانش، موسوم به نسبیت عام را مطرح کرد . او در آخرین سخنرانی‌ای که ایراد کرد معادله‌ای را مطرح کرد که جانشین قانون جاذبه نیوتون شد . این معادله بعدها با نام معادله میدان اینشتین شناخته شد *[۷] این نظریه قائل به این است که نه تنها کسانی که با یک سرعت ثابت در حرکتند، بلکه تمامی ناظران یکسان و هم ارز هستند . در نسبیت عام، گرانش دیگر نیرو محسوب نمی‌شود (مانند قانون جاذبه نیوتون)، بلکه آن نتیجه خمیدگی مکان- زمان است . به خاطر جنگ، مقالاتی که اینشتین در مورد نسبیت عام چاپ کرده بود، در خارج از آلمان در دسترس نبود . خبر نظریه جدید اینشتین توسط فیزیکدانهای هلندی هنریک آنتون لورنتز و پل اهرنفست و همکار آنها ویلیام دو سیتر که مدیر رصد خانه لیدن بود، به منجمان انگلیسی زبان در انگلیس و آمریکا رسانده شد . در انگلیس، آرتور استنلی ادینگتون دبیر انجمن نجوم سلطنتی از دو سیتر خواست تا یک سری مقالاتی به زبان انگلیسی به نفع منجمان بنویسد . نظریه جدید او را مجذوب خود ساخته بود و از این رو یکی از مدافعان و مبلغان اصلی نسبیت شد . .[۸] اغلب منجمان هندسی سازی گرانش توسط اینشتین را نمی‌پسندیدند و معتقد بودند پیش بینی‌های او در مورد خمیدگی نور و به قرمزی گرایی گرانشی درست از آب در نخواهد آمد . در سال ۱۹۱۷، منجمان رصدخانه ویلسون در کالیفرنیای جنوبی نتایج تحلیل طیف نور را که در ظاهر نشان می‌داد که در پرتو خورشید به قرمزی گرایی گرانشی وجود ندارد، منتشر کردند .[۹] در سال ۱۹۱۸، منجمان رصدخانه لیک در شمال کالیفرنیا تصاویری از خورشیدگرفتگی که در ایالات متحده قابل رویت بود گرفتند . پس از پایان جنگ، آنها نتایج بررسی‌های خود را اعلام کردند و مدعی شدند که پیش بینی نسبیت عام اینشتین در خصوص خمیدگی نور اشتباه بوده‌است . با این حال آنها به خاطر خطاهای احتمالی فراوان، هیچگاه اقدام به چاپ نتایجی که به دست آورده بودند نکردند .[۱۰] آرتور استنلی ادینگتون، طی سفرهایی که درماه می سال ۱۹۱۹ در زمانی که خورشید گرفتگی در بریتانیا رخ داد، به سوبرال سیارا برزیل و جزیره پرینسیپ در ساحل غربی آفریقا داشت، اندازه گیری خمیدگی گرانشی عدسی نور ستاره را به هنگام عبور از نزدیکی خورشید تحت نظارت داشت و در نهایت به این نتیجه رسید که محل قرار گرفتن ستاره از خورشید دورتر است . این حالت عدسی گرایی گرانشی نامیده می‌شود و وضعیت ستاره‌های مشاهده شده دو برابر حالتی بود که فیزیک نیوتنی پیش بینی می‌کرد . معهذا، این حالت با پیش بینی هم ارزی میدانی اینشتین (هم ارزی میدانی) نسبیت عام همخوان بود . ادینگتون اعلام کرد که نتایج به دست آمده پیش بینی اینشتین را تایید می‌کند و مجله تایمز در هفتم نوامبر آن سال با اتنخاب تیتر زیر تایید شدن پیش بینی اینشتین را گزارش کرد: ""انقلابی در علم، نظریه‌ای جدید در مورد جهان، ایده‌های نیوتن اعتبار خود را از دست می‌دهد ."" ماکس بورن، برنده جایزه نوبل از نسبیت عام به عنوان ‹‹ بزرگ‌ترین دستاورد و شاهکار تفکر بشری در مورد طبیعت›› بر شمرد و پل دیراک نیز که یکی از برندگان جایزه نوبل است، از آن به عنوان ‹‹ بزرگ‌ترین اکتشاف علمی آن زمان›› یاد کرد .[۱۱] این اظهار نظرها و تبلیغات متعاقب از آن، باعث شهرت و معروفیت اینشتین شد . او در سطح جهانی معروف شد که موفقیت استثنایی و خاصی برای یک دانشمند محسوب می‌شود . با این حال هنوز هم بسیاری از دانشمندان به دلایل مختلفی که شامل دلایل علمی (مخالفت با تفسیر اینشتین از آزمایش‌های انجام شده، اعتقاد به اتر و یا ضرورت وجود ملاک مطلق) و دلایل روانی - اجتماعی (محافظه کاری، یهود ستیزی) - می‌شد، نظریات اینشتین را نمی‌پذیرفتند . به نظر اینشتین، اغلب مخالفتهایی که با نظریه او می‌شد، از جانب آزمایش باورانی بود که درک ناچیزی از نظریه مطرح شده داشتند.[۱۲] شهرتی که اینشتین بعد از چاپ مقاله ۱۹۱۹ دست آورده بود، باعث شد بسیاری از دانشمندان نسبت به او ابراز نفرت و انزجار کنند و نفرت و انزجار برخی از آنها حتی تا دهه ۳۰ نیز ادامه یافت . مباحث زیادی در مورد ابراز انزجار نسبت به شهرت و معروفیت اینشتین وجود دارد، بویژه در میان آن دسته از فیزیک‌دانان آلمانی که بعدها جنبش ضد اینشتینی ‹‹دویچه فیزیک›› را در مقدمه Klaus Hentschel به معنای ‹‹ فیزیک و سوسیالسم اجتماعی›› به راه انداختند [۱۳] اینشتین در ۳۰ مارس سال ۱۹۲۱، یعنی همان سالی که برنده جایزه نوبل شد، برای ایراد سخنرانی در مورد نظریه جدید نسیبت به نیویورک رفت . اگرچه امروزه اینشتین به خاطر فعالیتهایش در مورد نسبیت شهرت یافته، اما جایزه نوبل به خاطر کارهای او در مورد اثر فوتوالکتریک به او اعطا شد، چرا که در مورد نسبیت عام در آن زمان هنوز اختلاف نظر وجود داشت . هیات نوبل در خود به این نتیجه رسیدند که اشاره به آن نظریه اینشتین در نوبل که اختلاف نظر و مخالفت در مورد آن کمتر است، بیشتر مورد قبول جامعه علمی واقع خواهد شد . تفسیر کوپنهاگی [ویرایش] اینشتین و نیلز بور در طول دهه ۱۹۲۰ بر سر نظریه کوانتم اختلاف دارند. این عکس توسط پاول ارنفست در دسامبر سال ۱۹۲۵ در خلال سفر وی به لایدن گرفته شده‌است در سال ۱۹۰۹ اینشتین در حضور جمعی از فیزیکدانان، مقاله‌ای تحت عنوان (Über die Entwicklung unserer Anschauungen über das Wesen und die Konstitution der Strahlung) ‹‹ شکل گیری نظریات و عقاید ما در مورد اجزای سازنده و ماهیت انرژی تابشی›› درمورد تاریخ نظریه اتر و مهم‌تر از آن در مورد اندازه گیری نور ارائه کرد . اینشتین در این مقاله و مقاله‌ای که پیش از آن در سال ۱۹۰۹ ارائه کرده بود، نشان داد که کوانتوم انرژی که توسط ماکس پلانک مطرح شده، نیز حامل مقدار حرکت مشخص و معینی بوده و از بسیاری جهات به گونه‌ای عمل می‌کرد که گویی آنها ذرات مستقل و خاصی بوده‌اند . این مقاله نشانگر ارائه مفهوم جدید و بی سابقه فوتون بود ( اگرچه این اصطلاح چندین سال بعد و طی مقاله‌ای به سال ۱۹۲۶ توسط گیلبرن لوئیز مطرح شد) . حتی مهم‌تر از آن این است که اینشتین نشان داد که نور می‌بایست به طور هم‌زمان یک موج و یک ذره باشد . اینشتین همچنین بدرستی پیش بینی کرد که فیزیک در آستانه انقلابی قرار داشت که ایجاب می‌کرد آنها این ماهیتهای دوگانه نور را یکسان و واحد سازند . با وجود این، پیشنهاد خود او برای راه حل یعنی اینکه هم ارزی‌های مطرح شده توسط جیمز ماکسول برای میدانهای الکترومغناطیسی تعدیل شوند تا زمینه برای راه حلهای موجی که با غرایب میدانی عجین هستند، فراهم شود، هیچگاه بسط و توسعه نیافت . این در حالی است که این پیشنهاد بر نظریات ‹‹ موج آزمایشی›› ‹‹ لوئیز دی بروگلی›› در ارتباط با مکانیک کوانتوم تأثیر داشته‌است . جبر باوری [ویرایش] با نشستن نظریه جدید مکانیک کوانتوم به جای نظریه کوانتوم اولیه که از اواسط دهه ۳۰ قرن ۲۰ آغاز شد، اینشتین اعتراضات خود را نسبت به تفسیر کپنهاکی از هم ارزی‌های جدید مطرح کرد . مخالفت و اعتراض اینشتین در این باره تا آخر عمرش ادامه یافت . به باور اکثریت افراد علت این مخالفت و اعتراض این بوده‌است که اینشتین فردی جبر باور و انعطاف ناپذیر بوده است . آنها به نامه‌ای اشاره می‌کنند که اینشتین در سال ۱۹۲۶ به ماکس بورن نوشته و در آن آورده‌است : « مکانیک کوانتوم قطعا مخالف آن چیزی است که تاریخ همیشه اما را به آن می‌خواند . اما صدایی از درون به من می‌گوید که این هنوز چیز حقیقی نیست . نظریه چیزهای زیادی می‌گوید، اما هرگز ما را گامی به راز آن قدیمی ترین نزدیک نمی‌کند . من به هر حال معتقد هستم که خداوند نرد بازی نمی‌کند.  » در جواب به این نوشته، نیلز بوهر که در مورد نظریه کوانتوم با اینشتین اختلاف نظر شدیدی داشت، خطاب به اینشتین چنین گفت: « از تعیین تکلیف کردن برای خدا دست بکش  » مناظرات بوهر- اینشتین در مورد جنبه‌های اساسی مکانیک کوانتوم در کنفرانس‌های سولوای انجام می‌شد . بخش مهم دیگری از دیدگاه اینشتین مقاله مشهوری است که در سال ۱۹۳۵ توسط اینشتین، پودولسکی و روزن نوشته شد .[۱۴] به زعم برخی فیزیک دانان این مقاله یکی دیگر از مواردی است که این نظریه را تقویت می‌کند که اینشتین جبر باور بوده‌است . البته جا دارد از نظر کاملاً متفاوت اینشتین در مورد ارتودوکسی کوانتوم دفاع کرد . خود اینشتین گفته‌های بیشتری در این زمینه منتشر کرد و اظهار نظر گیرایی و قاطعانه‌ای توسط یکی از هم عصران او، یعنی وولف گانگ پولی صورت پذیرفت . نقل قولی با مضمون ‹‹ خداوند نرد بازی نمی‌کند›› که در بالا به آن اشاره شد، در ابتدای کار اینشتین و توسط او مطرح شده بود، اما بیانیه‌ها و گفته‌هایی که بعدها از اینشتین داریم حول موضوعات دیگری می‌چرخد . [۱۵] نقل قول وولف گانگ به شرح ذیل است: [۱۶] « .. من نمی‌توانستم در آن زمان که شما در مورد اینشتین در نامه‌ای یا دست نوشته‌ای صحبت می‌کردید، او را شناسایی کنم . به نظرم چنین می‌آمد که شما یک اینشتین احمق برای خود ترسیم کرده‌اید و با کبکبه و دبدبه خاصی او را به زمین کوبیده‌اید . بویژه آنکه اینشتین مفهوم جبر باوری را آنگونه که شماها مطرح می‌کنید، اساسی و بنیادین در نظر نمی‌گرفته‌است ؛ (همان طور که خودش به کرات این موضوع را برای من بازگو کرده‌است) . او با استدلال می‌گوید که برای پذیرش نظریات معیارهایی را به کار می‌بندد . سوال این است که ‹‹ آیا این به غایت جبرباورانه است؟... او خیلی هم از دست تو ناراحت نبود، فقط می‌گفت تو آدمی هستی که به گفته‌های کسی گوش نمی‌دهی . . (emphasis due to Pauli)  » نقص و واقع گرایی [ویرایش] بسیاری از اظهار نظرات بیان شده توسط اینشتین حکایت از اعتقاد او به ناقص بودن مکانیک کوانتوم است . این مساله برای اولین بار در مقاله مشهوری که در سال ۱۹۳۵ توسط اینشتین، پودولسکی و روزن به نام پارادوکس EPR نوشته شد، مطرح گردید .[۱۷] و برای بار دوم در کتابی تحت عنوان آلبرت اینشتین، فیلسوف - دانشمند به سال ۱۹۴۹ عنوان شد . .[۱۸]The "EPR" مقاله تحت عنوان آیا توصیف مکانیکی کوانتوم و واقعیت فیزیکی را می‌توان کامل در نظر گرفت ؟ بود و در آن چنین نتیجه گیری شد : از آنجایی ما نشان داده‌ایم که عملکرد موج توصیف کاملی از واقعیت فیزیکی را به دست نمی‌دهد، ما این سوال را که آیا چنین توصیفی وجود دارد یا خیر حل نشده و بی پاسخ رها کردیم . با این حال، به اعتقاد ما چنین نظریه‌ای ممکن و میسر است . اینشتین پیشنهاد آزمایشی جالب توجهی را را ارائه می‌کند که تا حدودی با گربه شرودینگر مشابه‌است . او با پرداختن به موضوع متلاشی شدن رادیواکتیوی اتم کار خود را آغاز می‌کند . اگر کسی با یک اتم غیر متلاشی نشده کار خود را آغاز کند و منتظر وقفه زمانی خاصی باشد، در آن صورت نظریه کوانتوم این احتمال را می‌دهد که آن اتم دستخوش متلاشی شدن رادیواکتیوی قرار گرفته و دچار تغییر شده‌است . بدین ترتیب، اینشتین روش ذیل را به عنوان راهی برای پی بردن به متلاشی شدن مفروض می‌دارد : « به جای آنکه یک سیستمی را مورد نظر قرار دهند که تنها از یک اتم رادیواکتیوی (و روند تغییرو دگرگون آن) تشکیل شده، شما سیستمی را در نظر می‌گیرید که همچنین شامل راهی برای اندازه گیری تغییر و تحول رادیواکتیوی است . من باب مثال، یک شمارگر گایگر که دارای مکانیسم ثبت خودکار است . بگذارید که به آن یک باریکه ثبت اضافه کنیم که با مکانیسم کوکی به حرکت در آید و روی آن با حرکت شمارگر علامتی گذاشته شود . بله، از منظر مکانیک کوانتوم این سیستم جمعی بسیار پیچیده‌است و فضای پیکر بندی آن دارای گستره زیادی است . اما اگر قرار باشد به این سیستم مجعی از منظر مکانیک کوانتوم پرداخته شود، اساسا اعتراضی بر آن وارد نیست . در اینجا نیز نظریه احتمال هر یک از پیکربندی‌ها تمامی مختصات را برای هر لحظه در هر بار در نظر می‌گیرد . اگر کسی تمامی پیکربندی‌های مختصات را در نظر بگیرد، برای یک زمان طولانی در مقایسه با زمان متوسط متلاشی شدن هر یک از اتمهای رادیواکتیو ، (دست کم) یک نشانه - ثبت روی باریکه کاغذی پدیدار خواهد شد . برای نیل به مختصات - پیکربندی وضعیت خاصی از نشانه باید روی باریکه کاغذی مطابقت و همخوانی داشته باشد . اما، تا آنجا که این نظریه، نشان می‌دهد تنها احتمال نسبی مختصات-پیکربندی قابل تصور است، این نظریه همچنین، بی آنکه مکان و موقعیت مشخص و معینی برای نشانه قائل باشد، احتمالات نسبی برای وضعیتهای نشانه بر روی باریکه کاغذی را می‌پذیرد .  » اینشتین هیچگاه نسبت به روشها و افکار احتمالی و نیز در مورد آنها بی اعتنا نبود و آنها را رد نمی‌کرد . خود اینشتین یکی از متخصصان آمار بود . ,[۱۹] که از تحلیل آماری در کارهایش در ارتباط با پشنهاد براون و مقالاتی که پیش از سال ۱۹۰۵ به چاپ رسیده بود، استفاده می‌کرد . اینشتین حتی وحدت گیبز را کشف کرده بود . معهذا، بنا به گفته اکثر فیزیکدانها او بر این باور بود که بی علت انگاری یکی از معیارها برای مطرح کردن اعتراض قاطعانه به نظریه فیزیکی است . دلیلی که پولی ارائه می‌کند در تضاد با این باور است، و گفته‌های خود اینشتین بیانگر آن است که او بر عدم تکامل به مثابه دغدغه اصلی خود تمرکز و تاکید داشت . جان استوارت بل در تحقیقاتی که در مورد اینشتین، پودولسکی و روزن انجام داد، به نتایج جالب توجه (تئوری بل) و نابرابری بل بیشتری دست یافت . بر اساس تحلیل EPR در مورد عقاید و تفکراتی که در خصوص نتایج قابل استنتاج از این مساله بیان شده، تفاوت و اختلاف وجود دارد . به زعم بل، نامکانی کوانتوم محرز شده است؛ این در حالی است که دیگران قائل به مرگ علیت باوری هستند . نظریه میدان یکنواخت [ویرایش] نوشتار اصلی: نظریات میدان یکنواخت کلاسیک‎ پس از شرح و بسط نظریه نسبیت، تلاشهای تحقیقاتی اینشتین عمدتاً شامل یک سری اقدامات جهت تعمیم نظریه نیروی جاذبه بود که به منظور یکپارچه ساختن و آسان سازی قانون فیزیک، بویژه نیروی جاذبه و الکترومغتاطیسم بود . او در سال ۱۹۵۰ به تشریح این کار پرداخت، و در یک مقاله علمی آمریکایی از آن تحت عنوان نظریه میدان یکنواخت یاد کرد . راهنما و الهام بخش اینشتین این نظر و عقیده بود که یک منبع واحد برای کل قوانین فیزیکی وجود دارد . اینشتین در تحقیقاتش در مورد نظریه نسبیت عام به طور فزاینده‌ای منزوی و از دیگران جدا شد و تلاشهای او در نهایت عقیم و بی نتیجه بود . بویژه، اینشتین در پیگیری وحدت نیروهای اساسی، به طور کل کارهای انجام شده در جامعه فیزیک را نادیده گرفت (و بالعکس)؛ بویژه کشف نیروی اتمی قوی و نیروی اتمی ضعیف که تا حدود ۱۹۷۰؛ یعنی ۱۵ سال پس از مرگ اینشتین به طور مستقل شناخته نشده بود . هدف اینشتین از یکپارچه سازی قوانین فیزیک تحت لوای یک الگوی واحد هنوز هم برای یکپارچه سازی نیروها به قوت خود باقی است . ویژگی‌های شخصی [ویرایش] اینشتین در نوازندگی ویلون مهارت داشت .[۲۰] وی از کودکی تلاش داشت تا برای شمار بیشتری از همنوعان خود و به‌ویژه کسانی که در دور و بر او می‌زیسته‌اند سودمند باشد . ویژگی دوم او ذوق هنری او بود که اینشتین را وامیداشت که نه تنها اندیشه کلی مومی خود را به شیوه‌ای روشن و منطقی سازمان دهد بلکه روش سازمان‌دهی و بهینه‌سازی آنها نیز به شیوه‌ای باشد که هم خود او و هم مستمعان، از دید جهان‌شناسی لذت برند . هدف اینشتین این بود که فضای مطلق را از فیزیک براندازد، نظریه نسبیت ۱۹۰۵ که در آن اینشتین فقط به حرکت راستخط یکسان پرداخته بود اینشتین با کمک از اصل تعادل پدیده‌های جدیدی را در گفتگوی نور پیش بینی کند که قابل مشاهده بوده‌اند و می‌توانست درستی نظریه نوین او را از دید تجربی تایید کرد .[نیازمند منبع] دیدگاه‌های سیاسی [ویرایش] اینشتین خود را یک صلح‌طلب [۲۱] و بشردوست قلمداد می‌کرد ، [۲۱] و خود را در سال‌های بعدی، یک سوسیال دموکرات متعهد قلمداد می‌کرد . او یک بار گفت ، «از نظر من نگرش گاندی روشن‌بینانه‌ترین نگرش در میان تمامی سیاست‌مداران زمان ماست . باید تلاش کنیم تا با روحیه وی کارها را انجام دهیم، نه آنکه برای نبرد برای آرمان‌هایمان به خشونت متوسل شویم، بلکه باید این کار را به دور از تمامی پلیدی‌ها انجام دهیم . اینشتین که عمیقا تحت تأثیر گاندی قرار داشت، یک بار در مورد گاندی گفت : « نسل‌های بعدی به سختی باور خواهند کرد که روزگاری چنین موجودی از گوشت و پوست بر روی زمین می‌زیسته‌است .  » گاهی اوقات عقاید اینشتین جنجال‌برانگیز بود . آلبرت اینشتین در مقاله‌ای با نام چرا سوسیالیسم؟ در سال ۱۹۴۹ ، [۲۲] به توصیف مرحله شکارگری رشد انسان پرداخته، و از جامعه سرمایه‌دار، به عنوان منبع پلیدی که باید بر آن فائق آمد نام برده‌است . او با رژیم‌های خودکامه در اتحاد شوروی و دیگر نقاط جهان مخالف بود، و همواره از مزایای سیستم سوسیال دموکرات که ترکیبی از یک اقتصاد برنامه‌ریزی شده توام با احترام به حقوق بشر بود سخن می‌گفت . اینشتین یکی از بنیانگذاران حزب دمکرات آلمان و یکی از اعضای اتحادیه فدراسیون معلمان آمریکا از اتحادیه‌های وابسته به AFL-CIO بود . اینشتین دخالت بسیاری در جنبش حقوق مدنی داشت . او یکی از دوستان نزدیک پل رابسون در طول بیش از ۲۰ سال بوده‌است . اینشتین یکی از اعضای چندین گروه طرفدار حقوق بشر (از جمله بخش پرینستون NAACP) بود که رهبری بسیاری از جنبش‌های آن را پل رابسون بر عهده داشت . او به همراه پل رابسون ریاست «نهضت پایان زجرکشی در آمریکاً را بر عهده داشت . زمانی که دبلیو.ای.بی. دوبویس در دهه هشتاد عمر خود در طول دوره مک‌کارتی به نحوی جاهلانه متهم به جاسوسی برای کمونیست‌ها شد، اینشتین اعلام کرد داوطلبانه حاضر است به عنوان یکی از شهودی که به نفع وی شهادت می‌دهد در جلسه دادگاه حاضر شود . بلافاصله پس از آنکه اعلام شد اینشتین قرار است در جایگاه شهود قرار گیرد این پرونده رد شد . اینشتین گفته‌است "نژادپرستی بزرگ‌ترین بیماری آمریکاست". اف‌بی‌آی پرونده‌ای ۱۴۲۷ صفحه‌ای در مورد فعالیت‌های اینشتین داشت و توصیه می‌کرد که به موجب قانون اخراج بیگانگان از مهاجرت اینشتین به آمریکا ممانعت شود، این اداره اینشتین را متهم به «اعتقاد به اصلی خاص و پیروی و تبلیغ و تدریس آن می‌دانست که از نظر قانون، و به اعتقاد دادگاه‌ها، منجر به ' ایجاد هرج‌ومرج‌طلبی و ایجاد دولتی می‌شد که تنها به اسم دولت'»« نامیده می‌شد . آنان همچنین اینشتین را متهم به »«عضویت، حمایت مالی، یا وابستگی به سی‌وچهار جبهه کمونیست در بین سال‌های ۱۹۳۷ و ۱۹۵۴»« و »«نیز رهبری افتخاری سه سازمان کمونیستی»" کردند .[۲۳] بسیاری از اسناد این پرونده عمدتاً توسط گروه‌های سیاسی غیرنظامی به اف‌بی‌آی تحویل شد، و خود اف‌بی‌آی آنها را تهیه نکرده بود . اینشتین با دولت‌های مستبد مخالف بود، و به همبن دلیل (و به خاطر یهودی بودن)، با رژیم نازی نیز مخالف بوده و بلافاصله پس از آنکه این رژیم به قدرت رسید از آلمان گریخت . هم‌زمان، کارل اینشتین خواهرزاده هرج‌ومرج‌طلب او، که دارای بسیاری از عقاید اینشتین بود، سرگرم جنگ با فاشیست‌ها در جنگ داخلی اسپانیا بود . اینشتین ابتدا با تولید بمب اتم موافق بود، هدف وی اطمینان یافتن از این نکته بود که هیتلر زودتر به سلاح اتمی دست نیابد . ارسال نامه خطاب به رئیس‌جمهور روزولت (به تاریخ ۲ اوت، ۱۹۳۹، پیش از آغاز جنگ جهانی دوم، که احتملا توسط لئو زیلارد نوشته شده بود او را تشویق به آغاز برنامه‌ای برای تولید سلاح هسته‌ای کرد . روزولت با ایجاد کمیته‌ای برای بررسی استفاده از اورانیوم به عنوان سلاح به این نامه پاسخ گفت، و چند سال بعد پروژه منهتن جایگزین این کمیته شد . اما پس از جنگ، اینشتین برای خلع سلاح هسته‌ای و تشکیل یک دولت جهانی مبارزه کرد : « من نمی‌دانم چگونه جنگ سوم جهانی به وقوع خواهد پیوست، اما می‌دانم که مردم در جنگ جهانی چهارم با چوب و سنگ به جنگ هم می‌روند .[۲۴]  » اسکناس شکل جدید اسرائیل در سال ۱۹۶۸ با تصویر اینشتین حمایت از صهیونیسم [ویرایش] آلبرت اینشتین از حامیان صهیونیسم نبود. اینشتین در سال ۱۹۳۹ کتابی نیز به نام «درباره صهیونیسم»( About Zionism ) نوشت .[۲۵] او پس از سفر به آمریکا به سخنرانی هایش به نفع صهیونیسم ادامه داد .[۲۶] اینشتین در یک سخنرانی در هتل کومودور نیویورک، به مردم گفت «آگاهی من از ماهیت اصلی یهودیت با عقیده یک کشور یهودی دارای مرز، ارتش، و درجه‌ای از قدرت دنیوی هر چقدر هم که متعادل باشد، مخالف است . من نگران آسیب داخلی هستم که یهودیت متحمل آن خواهد شد».[۲۷] او همچنین یک نامه سرگشاده منتشر شده در نیویورک تایمز [۲۸] را نیز امضا کرد این نامه مناخیم بگین و حزب ملی‌گرای هروت را خصوصا برای برخورد نامناسب با بومیان عرب در جریان دیر یاسین توسط ارگون پیشینیان هروت محکوم کرد . علی‌رغم این نگرانی‌ها، او در تأسیس دانشگاه عبری در اورشلیم، فعالیت بسیاری کرد و در سال (۱۹۳۰) کتابی با عنوان «در مورد صهیونیسم : مجموعه مقالات و سخنرانی‌های استاد آلبرت اینشتین»، منتشر کرد و مقالات خود را وقف آن دانشگاه کرد. در سال ۱۹۵۲ و پس از درگذشت حییم وایزمن، عزرائیل کارلیباخ، روزنامه‌نگار پرنفوذ اسرائیلی در نامه‌ای به آلبرت اینشتین پیشنهاد داد که مقام رئیس‌جمهوری اسرائیل را بپذیرد، اما اینشتین این پیشنهاد را نپذیرفت و گفت که فاقد توانایی لازم برای این کار است. با این وجود، اینشتین بقیه عمر خود را وقف رفاه اسرائیل و مردم آن کرد[نیازمند منبع] . آلبرت اینشتین از ۱۹ اوت، ۱۹۴۶، با اعلام تشکیل بنیاد آموزش عالی آلبرت اینشتین ارتباط نزدیکی با طرح‌هایی داشت که مطبوعات از آن تحت عنوان «یک دانشگاه همگانی یهودی» نام می‌برد، اما وی در ۲۲ ژوئن، ۱۹۴۷، از حمایت از این بنیاد دست برداشت و با استفاده از نامش در این بنیاد مخالفت کرد. این دانشگاه در سال ۱۹۴۸ با نام دانشگاه برندیس افتتاح شد . اینشتین، به همراه آلبرت شوایتزر و برتراند راسل، علیه آزمایش هسته‌ای و بمب اتم مبارزه کردند. اینشتین به عنوان آخرین اقدام عمومی خود، تنها چند روز پیش از مرگ، بیانیه راسل-اینشتین را امضا کرد، که این اقدام وی منجر به برگزاری کنفرانس پوگواش در مورد علوم و امور جهان شد . تابعیت [ویرایش] اینشتین در آلمان به دنیا آمد. وی در ۱۷ سالگی، در ۲۸ ژانویه ۱۸۹۶ با تأیید پدرش خواستار خروج از تابعیت آلمانی خود شد و تا پنج سال یک بی‌تابعیت بود. در ۲۱ فوریه ۱۹۰۱ تابعیت سوئیس را به دست آورد و تا پایان عمر یک شهروند سوئیس بود. اینشتین در ۱۹۱۴ یعنی زمانی که وارد خدمات اجتماعی پروس شد به تابعیت روسیه درآمد، اما به دلیل موقعیت سیاسی و آزار و اذیت یهودیان در آلمان نازی، او خدمات اجتماعی را در مارس ۱۹۳۳ رها کرد و در نتیجه تابعیت روس را نیز از دست داد . در ۱ اکتبر ۱۹۴۰ اینشتین تابعیت ایالات متحده آمریکا را به دست آورد. او تا زمان مرگ ۱۸ آوریل ۱۹۵۵ هم تبعه ایالات متحده آمریکا و هم تبعه سوئیس بود.[۲۹] اینشتین در دنیای تفریحات [ویرایش] آلبرت اینشتین تبدیل به موضوع تعدادی رمان، فیلم و نمایش‌نامه، از جمله رمان رمان‌نویس فرانسوی ژان‌کلود کاریر در سال ۲۰۰۵، با نام Einstein S'il Vous Plait (به معنی لطفا آقای اینشتین)، فیلم بی‌اهمیتی ساخته نیکولاس روگ، فیلم آی‌کیو ساخته فرد شپیسی (در این فیلم والتر متهو نقش اینشتین را ایفا می‌کرد)، رمان «رویاهای اینشتین» نوشته آلن لایتمن، و نمایشنامه طنز «پیکاسو در چابکی خرگوش نوشته استیو مارتین شد .اینشتین همچنین موضوع اپرای بی‌همتای اینشتین در ساحل اثر فیلیپ گلس بود . شخصیت طنز اینشتین موضوع نمایش‌نامه تک‌بازیگر اد متزگر با نام آلبرت اینشتین: قلندر اهل عمل نیز بود . اغلب در داستان‌ها از وی به عنوان الگویی برای ترسیم دانشمندان دیوانه و اساتید حواس‌پرت استفاده می‌شود، چرا که شخصیت وی و مدل موهایش نمایانگر بی‌قاعدگی، یا حتی دیوانگی است و اغلب مورد تقلید یا اغراق قرار می‌گیرد . فردریک گلدن نویسنده تایم از اینشتین به عنوان تحقق رویای یک کارکاتوریست یاد کرده‌است.[۳۰] در جشن تولد ۷۲ سالگی اینشتین در سال ۱۹۵۱، آرتور ساسه عکاس یو پی آی تلاش می‌کرد تا وی را متقاعد کند که در برابر دوربین لبخند بزند . اینشتین که این کار را آن روز بارها برای عکاس انجام داده بود، در عوض زبان خود را از دهان خارج کرد .[۳۱] این تصویر به خاطر به تصویر کشیدن تعارض در رفتار یک دانشمند نابغه و سبک سری وی تبدیل به نمادی در فرهنگ عامه شده‌است . یاهو سیریس، یک فیلم‌ساز استرالیایی، این تصویر را به عنوان الهام بین‌المللی برای فیلم بین‌المللی و نابهنگام اینشتین جوان استفاده کرد . این تصویر همچنین در انگلیس به عنوان بخشی از آموزش خوانش پریشی به کار می‌رود، که طی آن مجموعه‌ای از پوسترهای دانشمندان، متفکران و هنرمندان بزرگ به تصویر کشیده شده و ادعا می‌شود (این امر در پوسترها مشخص نشده) که همه آنان مبتلا به خوانش‌پریشی هستند . اظهارات و بحث‌ها [ویرایش] بر اساس برخی اظهارات اینشتین یک دانش‌آموز ضعیف بوده و در آموزش با سختی مواجه بوده‌است، یا اینکه دارای نوعی وهم‌گرایی (همچون درخودماندگی، یا نارسایی آسپرجر)، خوانش پریشی، و یا نارسایی بیش‌فعالی فاقد توجه است . بر اساس زندگی‌نامه اینشتین به قلم پیس، این اظهارات بی‌اساس هستند . برخی محققان نیز گهگاه خلاف آن را ادعا کرده‌اند ، [۳۲] اما اکثر مورخان و پزشکان اعتقاد چندانی به تشخیص طبی در گذشته خصوصا در مورد شرایط حاد و بحرانی همچون نارسایی بیش‌فعالی فاقد توجه نداشته‌اند . بررسی مغز آلبرت اینشتین پس از مرگ وی هیچگونه شواهد خاصی در مورد بیماری خاصی به دست نداده‌است . اینشتین در سال ۱۸۹۶ دیپلم خود را گرفت. ۶ بهترین نمره ممکن بود. شایعه رایج در مورد رد شدن اینشتین در درس ریاضی صحت ندارد . بر خلاف آن، اینشتین همواره استعداد عجیبی در علوم ریاضی داشت؛ وقتی او دیپلم خود را به دست آورد، او بهترین نمره (۶ از ۶) را در درس‌های جبر، هندسه و فیزیک به دست آورد .[۳۳] نظام نمره‌دهی در سوئیس، که در آن "۶" بالاترین نمره‌است، ممکن است با نظام نمره‌دهی در آلمان که در آن نمره "۱" بالاترین نمره‌است به اشتباه گرفته شده باشد . با این وجود، آلبرت اینشتین تا ۱۵ سالگی نمرات پایینی در دروس تاریخ، زبان و جغرافیا می‌گرفت .[۳۴] در مورد خصیصه کودکی اینشتین در مورد زبان‌آموزی با تاخیر (که خود به عنوان دلیلی در برابر ادعاهای مبنی بر نارسایی آسپرجر به کار می‌رود : شرح بالینی آسپرجر شامل زبان‌آموزی توام با تاخیر نیست )، شمار معدودی گفته‌اند که اینشتین دارای لالی انتخابی بوده‌است و ممکن است تا زمانی که نتوانسته به صورت کامل جملات را ادا کند از تکلم امتناع کرده باشد . گرچه این مفهوم با طرح یک کمالگرای حساس ( زمانی که اینشتین شروع به صحبت کرد، قبل از اینکه عبارت را یکجا بگوید ابتدا آن را تکرار کرده و بعد آن را ادا می‌کرد )، همخوانی دارد این امر تا جایی ادامه می‌یابد که لالی انتخابی – به نحوی که امروزه شناخته می‌شود – دیگر به عنوان یک سکوت اختیاری در نظر گرفته نمی‌شود . این اصطلاح به تازگی به افرادی اطلاق می‌شود که در شرایط اجتماعی خاصی قادر به صحبت نیستند .[۳۵] این امر در مورد اینشتین، که تا زمانی که شروع به صحبت کرد اصلاً نمی‌توانست سخن بگوید فاقد کارایی است . به گفته دکتر استیو پینکر متخصص اعصاب، کالبدشکافی مغز اینشتین نشان می‌دهد احتمال اینکه اینشتین، در کودکی، یک نوع ناشناس‌تر از تاخیر در تکلم مرتبط با رشد غیرعادی و سریع پیش از تولد در نواحی مغز که مسئول منطق تحلیلی و فضایی است، در وی زیاد است . در واقع رشد سریع این نواحی از مغز منجر شده‌است مجال کمتری به دیگر کارکردهای مغز که مسئول تکلم هستند اختصاص داده شود .[۳۶] پینکر و دیگران از این فرض برای شرح رشد ناهماهنگ دیگر افراد نابغه که دیر زبان به سخن گشوده‌اند همچون جولیا رابینسون ریاضیدان، آرتور روبین اشتاین و کلارا شومن پیانیست، و ریچارد فاینمن و ادوارد تلر فیزیکدان استفاده کردند، گفته می‌شود این افراد نیز در کودکی بخشی از ویژگی‌های خاص اینشتین، همچون کج‌خلقی زیاد، فردگرایی خشن و نیز علایق شدیدا گزینشی را داشته‌اند . توماس ساول رونامه‌نگار و اقتصاددان از دید یک غیرآسیب‌شناس با ساخت واژه‌ای در ارتباط با نارسایی – «نارسایی اینشتین» – این مجموعه مشخصات که در درصد محدودی (گرچه میزان محدودیت قابل بحث است) از کودکانی که گرچه دیر زبان به سخن گشوده‌اند اما از نظر تحلیلی تبدیل به افرادی پیشرفته و (علی‌رغم) دخالت‌های گسترده پزشکی از نظر اجتماعی سرشناس دیده‌می‌شود [۳۷] روابط شخصی [ویرایش] نامه‌هایی که اینشتین به خویشاوندان خود نوشته و در دانشگاه عبری بیت‌المقدس نگهداری میشود، مشخص می‌کند که اینشتین در طول حیات خود، معشوقه‌های بسیاری داشته که با دو تن از آنان ازدواج کرده‌است .[۳۸] باربارا وولف از بخش بایگانی اینشتین دانشگاه عبری حدود ۳۵۰۰ صفحه از مکاتبات اینشتین از جمله نامه‌های وی به دو همسر و کودکانش طی سال‌های ۱۹۵۵-۱۹۱۲ را منتشر کرده‌است . اینشتین در نامه‌های خود به همسر دومش السا و دختر وی مارگوت ادعا می‌کند که زنان توجه بسیاری به وی می‌کنند . یکی از معشوقه‌های وی، که یک برلینی سرشناس با نام اتل میچانوسکی بیان داشته که وی مرا تا انگلیس تعقیب کرده، و این کار او غیرقابل تحمل شده‌است[نیازمند منبع] . بیماری اسکیزوفرنی ادوارد پسر اینشتین به شدت وی را عذاب می‌داد، و او بارها گفته بود بهتر بود ادوارد هیچگاه به دنیا نمی‌آمد . اینشتین دخترخوانده خود را می‌ستود و در نامه‌اش به السا در سال ۱۹۲۴، نوشت : « به اندازه دختر خودم، یا شاید بیشتر، مارگوت را دوست دارم، و کسی چه می‌داند اگر من پدر او بودم چه بچه بداخلاقی از وی پدید می‌آمد .  » این نامه‌ها به عنوان شاهدی برای تکذیب ادعاها در مورد بی‌مهری اینشتین به خانواده‌اش به کار رفته‌است . حقوق معنوی [ویرایش] اینشتین دارایی‌ها، و نیز استفاده از تصویر خود را به دانشگاه عبری بیت‌المقدس وقف کرده‌است .[۳۹] اینشتین در طول حیات خود از دانشگاه حمایت بسیاری کرده و این حمایت از طریق حق امتیازاتی که از طریق امتیازدهی به فعالیت‌ها دریافت می‌شود ادامه دارد . آژانس روجر ریچمن به عنوان کارگزار دانشگاه عبری بیت‌المقدس صادرکننده پروانه استفاده تجاری از نام آلبرت اینشتین و تصاویر مربوط به وی و دیگر تصاویر شبیه به آن است .این آژانس به عنوان دارنده اصلی پروانه می‌تواند استفاده تجاری از نام اینشتین را که از معیارهای خاصی متابعت نمی‌کند کنترل کند( مثلاً زمانی که نام اینشتین به عنوان یک نشان تجاری به کارمی‌رود باید به همراه آن، نشان ™ به کار رود ).[۴۰] از ماه می، ۲۰۰۵، کوربیس آژانس روجر ریچمن را در اختیار گرفت . افتخارات [ویرایش] آلبرت اینشتین شماری از افتخارات خود را پس از مرگ به دست آورده‌است . به عنوان مثال: در سال ۱۹۹۹، تایم اینشتین را مرد قرن نامید.[۴۱]همچنین در سال ۱۹۹۹، نظرسنجی گالوپ اینشتین را چهارمین مرد محبوب جهان در قرن بیستم معرفی کرد محبوبترین.یونسکو به مناسبت صدمین سال مقالات نسبیت خاص، اثر فوتوالکتریک و اثر براوانی سال ۲۰۰۵ را سال جهانی فیزیک نامید.آکادمی ملی علوم تندیس برنز یادبود آلبرت اینشتین را در محوطه مقر این آکادمی، در واشنگتن نصب کرده‌است . از جمله همنام‌های اینشتین می‌توان به این موارد اشاره کرد : واحدی که در نورشیمی مورد استفاده قرار می‌گیرد، اینشتین.عنصر شیمیایی ۹۹، اینشتینیوم.استروئید ۲۰۰۱ اینشتین.جایزه آلبرت اینشتین.جایزه صلح آلبرت اینشتین.دانشکده پزشکی آلبرت اینشتین دانشگاه یشیوا که در سال ۱۹۵۵ افتتاح شده‌است.[۴۲]مرکز پزشکی آلبرت اینشتین در فیلادلفیا، پنسیلوانیا [۴۳] آثار اینشتین [ویرایش] نوشتار اصلی: آثار آلبرت اینشتین‎ اینشتین در طول حیات خود بیش از پنجاه مقاله علمی منتشر کرد. او همچنین آثار غیرعلمی متعددی نیز منتشر کرده‌است، که از آن جمله می‌توان به «درباره صهیونیسم» (۱۹۳۰)، «چرا جنگ؟» (۱۹۳۳، به همراه زیگموند فروید)، «جهانی که من می‌بینم» (۱۹۳۴)، و «پس از سال‌های پایانی من» (۱۹۵۰) اشاره کرد. آثار ترجمه شده به فارسی [ویرایش] مقالات علمی اینشتین؛ محمود مصاحب، انتشارات پیروز/انتشارات فرانکلیننسبیت نظریه خصوصی و عمومی؛ غلامرضا عسجدی، موسسه انتشارات امیرکبیرفیزیک و واقعیت؛ محمدرضا خواجه‌پور، شرکت سهامی انتشارات خوارزمینسبیت و مفهوم نسبیت؛ محمدرضا خواجه‌پور، شرکت سهامی انتشارات خوارزمیتکامل فیزیک؛ به همراه لئوپولد اینفلد، احمد آرام، شرکت سهامی انتشارات خوارزمیحاصل عمر؛ ناصر موفقیان، شرکت انتشارات علمی و فرهنگیاینشتین ۱۹۰۵: مجموعهٔ مقاله‌های سال ۱۹۰۵؛ آلبرت اینشتین، ترجمهٔ احمد شریعتی، تهران: دانشگاه الزهراء، ۱۳۸۳ ISBN 964-6366-59-7 درباره اینشتین به فارسی [ویرایش] رنج‌های آلبرت اینشتین؛ آنتونیا والنتین، ترجمه هوشنگ گرمان، انتشارات توکااینشتین؛ ژوزف شوارتز و مایکل مک گینس، ترجمه آرام قریب، موسسه نشر و پژوهش شیرازهاینشتین در ۹۰ دقیقه؛ جان و مری گریبین، ترجمه مسعود سلطانی، انتشارات ذکرزندگی نامهٔ آلبرت اینشتین 'و تاریخ سیاسی و اجتماعی دوران او'؛ فیلیپ فرانک، ترجمه حسن صفاری، انتشارات امیرکبیر یادبودها [ویرایش] هم‌چنین ببینید: کالج پزشکی آلبرت اینشتین تمبر یادبود آلبرت اینشتین - انتشار در سال ۱۹۷۹ - چین تمبر یادبود آلبرت اینشتین - انتشار در سال ۱۹۷۹ - موناکو تمبر یادبود آلبرت اینشتین - انتشار در سال ۲۰۰۱ - بوسنی هرزگوین تمبر یادبود آلبرت اینشتین - انتشار در سال ۲۰۰۰ - ایرلند تمبر یادبود آلبرت اینشتین - انتشار در سال ۱۹۸۱ - سوئد تمبر یادبود آلبرت اینشتین - انتشار در سال ۲۰۰۰ - کنگو تمبر یادبود آلبرت اینشتین - انتشار در سال ۱۹۹۷ - ترکیه تمبر یادبود آلبرت اینشتین - انتشار در سال ۱۹۷۹ - هندوستان تمبر یادبود آلبرت اینشتین - انتشار در سال ۱۹۹۹ - ماداگاسکار تمبر یادبود آلبرت اینشتین - انتشار در سال ۱۹۷۹ - ویتنام تمبر یادبود آلبرت اینشتین - انتشار در سال ۱۹۷۱ - آرژانتین تمبر یادبود آلبرت اینشتین - انتشار در سال ۱۹۷۹ - مکزیک تمبر یادبود آلبرت اینشتین - انتشار در سال ۱۹۸۹ - آلبانی تمبر یادبود آلبرت اینشتین - انتشار در سال ۲۰۰۰ - گامبیا

انيشتين : فيزيك و متافيزيك

انيشتين : فيزيك و متافيزيك

اين روزها متخصصان و هوچي هاي بورژوازي از هر قماش به اشاعه نظرات ارتجاعي در مورد شخصيت انيشتين و تئوريهايش مي پردازند. اما بيشتر جاروجنجالها در ستايش از كمكهايي كه انيشتين به پيشرفت دانش بشري نموده نيست. بلكه تبليغ اين نظريه است كه علم، مايملك "نوابغ" است.

يك ديدگاه كاملا ارتجاعي ديگر هم تبليغ ميشود كه دركي از واژه ي "نسبيت" (عنوان تئوريهاي انيشتين) ارائه ميدهد. طبق اين ديدگاه ارتجاعي "همه چيز نسبي است" و نتيجتا بشر هرگز نميتواند از جهان عيني شناخت واقعي بدست آورد.بطور نمونه، مجله نيوزويك (مورخ 12 مارس) بخش خاصي را به انيشتين اختصاص داده است. در اين بخش نظرات "جان ويلر" يكي از باصطلاح "متخصصان اصلي" و صاحب نظران درباره تئوريهاي انيشتين كه خود نيز فيزيكدان است، مطرح گشته است. او چنين جمعبندي ميكند كه "جهان فيزيكي محصول مشاهده است" و "هيچ پديده اي را تا زمانيكه مورد مشاهده قرار نگرفته باشد نميتوان پديده خواند".

كل مقالاتي كه در اين بخش ويژه مجله نيوزويك بچاپ رسيده، نمونه برجسته اي از چگونگي استفاده بورژوازي از انيشتين است. ميخواهند اين ديده را اشاعه دهند كه عوام الناس نميتوانند علم را درك كنند. بعلاوه، آنها ميخواهند اين برداشت را از تئوريهاي علمي انيشتين ارائه دهند كه نسبت به موجوديت دنياي واقعي و مستقل از ذهن ما بايد شك كرد.

اين نوع ايده آليسم ارتجاعي پرسابقه را بهيچوجه نميتوان بعنوان يكي از "خدمات" انيشتين جا زد. انيشتين كسي بود كه به فروريختن برخي ايده هاي ايده آليستي و متافيزيكي مسلط در حيطه فيزيك كمك نمود. او با توضيح و ارائه برخي نتيجه گيريها از كشفيات علمي زمان خود كه در حيطه علم فيزيك قديم بلوا بپا كرده بود، پاسخي كوبنده به كساني داد كه ادعا مي كردند آن كشفيات كلا مقوله علم را زير سئوال برده است. انيشتين در تئوريهاي ويژه و عمومي نسبيت خود، مفاهيم اساسا جديدي را در مورد زمان، مكان، جرم و انرژي مطرح كرد كه باعث جهشي در علم فيزيك، جهت انعكاس دقيقتر واقعيت عيني شد.

اين هم واقعيتي است كه ديدگاه هاي انيشتين بسيار متناقض بود. او سرسختانه اصرار داشت كه "علم بدون مذهب، فلج است و مذهب بدون علم كور". او معتقد بود كه علم را نميتوان در عملكرد بشري دخالت داد. اين عقيده اي كاملا ايده آليستي و ضد علمي است و درست خلاف پيشرفتهايي است كه انيشتين به انجامشان ياري رساند. ديدگاه متناقض وي از جهان باعث شد كه خدماتش به علم فيزيك محدود شود.

تئوريهاي انيشتين محصول علم بود، نه حاصل مغز اسرار آميز يك "شخصيت ويژه". براي محك زدن اين تئوريها هزاران آزمايش دقيق بعمل در آمد كه بيشتر آنها را به اثبات رساند. بطور نمونه اين تئوري انيشتين كه زمان در سرعتهاي بالا، آهسته تر ميگذرد را آزمايشات در مورد ذرات تشدت ناپايدار راديو آكتيو به اثبات رساند. طبق اين آزمايشات، ذرات فوق الذكر زماني كه با شتاب بيشتر به حركت در مي آيند، ديرتر از بين ميروند. انيشتين طبق اين تئوري پيش بيني كرد كه اگر يك از دوقلو ها توسط موشك با سرعتي بسيار بالا سفر كند، هنگامي كه به زمين بازگردد سني كمتر از دومي خواهد داشت (و بنابراين جوانتر خواهد بود).

تئوري ديگر او مبني بر اينكه جرم اشياء (يا مقاومتشان در برابر حركت) در سرعتهاي بالا افزايش مي يابد نيز مكررا توسط آزمايشاتي كه در مورد اجسام بعمل در آمد، اثبات شد. طبق اين آزمايشات هرقدر هم كه به يك جسم انرژي داده شود، سرعتش فقط ميتواند به سرعت نور نزديك شود ولي هيچوقت نميتواند به سرعت نور برسد. همه اينها برخلاف آنچه در عناوين درشت مطبوعات بورژوايي ميخوانيم، "رازهاي كائنات" نيست؛ بلكه پيشرفت دانش ما در مورد كائنات است. اين تئوريها توضيح ميدهد كه چرا خورشيد سالها پيش نسوخت؛ چرا سيارات و ساير اجسام چنين مسير حركتي دارند. اين تئوريها حركت نور و ساير پديده ها را بهتر از قبل(حقيقي تر از قبل) نشان داد.

شكستن فيزيك كلاسيك انيشتين در سال 1905 تئوري ويژه نسبيت خود را منتشر كرد. با آنكه اين تئوري گسستي همه جانبه از بسياري مفاهيم قديمي فيزيك محسوب ميشد، منتهي در آغاز آن را سرسري گرفتند. بتدريج روشن شد كه اين تئوري جهت فهم پديد الكترومغناطيس، راديو اكتيويته و ساير اموري كه در آن دوره قابل درك نبود، بسيار ارزشمند است. در سال 1919، بالاخره انيشتين بدنبال محاسبات دقيق در مورد جذب نور توسط حوزه جاذبه خورشيد طي يك كسوف، كانون توجه عموم واقع شد. زيرا اين محاسبات، پيش بيني هاي تئوري عمومي نسبيت وي كه در سال 1916 منتشر شده بود را تاييد كرد. آن زمان بود كه بسياري پذيرفتند "انقلابي" در علم فيزيك در جريان است و فيزيك كلاسيك تدوين شده توسط نيوتون در قرن 17 محتاج باز نگري اساسي است.

پيش از انيشتين، اركان تئوري فيزيك چه بود؟ نيوتون، مكان و زمان را مطلق ميدانست. البته نه به آن مفهوم كه ماركسيستها مطرح ميكنند، يعني نه به مفهوم يك واقعيت مطلق كه مستقل از ذهن ما و شناخت نسبي ما از آن موجوديت دارد. بلكه بدان معنا كه مكان و زمان ظاهرا مستقل از ماده ي در حال حركت وجود دارند. انگلس در انتقاد از دورينگ، فيلسوف بورژوا مقوله زمان مطلق را بدين شكل زير سئوال برد:"اگر ميخواهيم ايده زمان كاملا ناب و جدا از مشتقات خارجي و وابسته به آن را بفهميم، مجبوريم كليه اتفاقات گوناگوني كه همزمان و يكي پس از ديگري رخ ميدهند را بعنوان امور بي ارتباط به موضوع بحث كنار بگذاريم؛ و بدين طريق نظريه اي كرا در مورد زمان تدوين كنيم كه در آن هيچ اتفاقي رخ نميدهد"(آنتي دورينگ ـ فصل مكان و زمان).

بطور مشابه، بحث مكان خالي و "مطلق" كه درغياب هر شكلي از ماده وجود دارد نيز متافيزيكي بود. انگلس در رد اين بحثهاي متافيزيكي از هگل نقل ميكند كه "مكان و زمان مملو از ماده اند … همانطور كه بدون ماده، حركتي وجود ندارد، بدون حركت هم ماده اي ماده اي در كار نيست…

مكان و زمان فقط در حركت، صورت واقعيت مي يابند.

بعلاوه نيوتون ادعا داشت كه اشياء را مي توان در "سكون مطلق" در نظر گرفت. براي وي حركت مي توانست بدون ماده و ماده بدون حركت وجود داشته باشد. اما همانطور كه انگلس گفت:"حركت، شيوه موجوديت ماده است. هرگز، در هيچ كجا، ماده بدون حركت وجود نداشته و نمي تواند وجود داشته باشد ... بطور مثال، يك جسم مي تواند روي زمين از تعادلي مكانيكي برخوردار باشد، مي تواند از لحاظ مكانيكي ساكن باشد. اما اين بهيچوجه مانع از شركت اين جسم در حركت زمين و بطريق اولي در حركت كل مظومه شمسي نميشود. ماده بدون حركت همانقدر غير قابل تصور است كه حركت بدون ماده." (همانجا ـ فصل شناخت كائنات، فيزيك، شيمي) بحثهاي نيوتون، هم متافيزيكي بود و هم ايده آليستي. همانطور كه لنين خاطر نشان كرد: "مسئله اينست، تلاشي صورت ميگيرد تا فـكـر حركت بدون ماده به ذهــن رخنه كند. اين فكــري است كه از ماده جدا گشته است. اين ايده آليسم فلسفي است." (ماترياليسم و امپريوكريتيسيسم)مباحث نيوتون او را قادر ساخت خدمات عظيمي به علم مكانيك، علوم بصري، رياضيات و نجوم در قرن 17 بكند. اما آنها منعكس كننده فلسفه بورژوايي و محدوديتهاي كلي شناخت بشر از كائنات در آن دوره بودند. از زمان آغاز انقلاب بورژوايي در علوم كه نيوتون چهره اصلي آن بود، تكامل توليد و آزمونهاي علمي، بسياري امور جديد كه توسط فيزيك نيوتون قابل توضيح نبود و در واقع خلاف آن بود را آشكار نمود.

اين اكتشافات در اواخر قرن 19 به اوج خود رسيد. يكي از آنها به سرعت نور مربوط شد و ديگري به امواج الكترومغناطيس. اينها كاربرد عظيمي در تلگراف و ارتباط راديويي وساير جهش هاي تكنيكي فوق العاده مهم داشت. كشف ديگري كه صورت گرفت اين بود كه سرعت نور تحت تاثير گردش زمين قرار ندارد. يعني محاسبات نشان ميدهد كه اين سرعت هنگام تابش آن چه در جهت گردش زمين، چه در جهت عكس آن تغييري نمي كند. فيزيك نيوتون كه مبتني بر "عقل سليم" زندگي روزمره بود، اصرار داشت كه سرعت اين تابش در حالت اول برابر است با سرعت نور باضافه سرعت گردش زمين و در حالت دوم برابر است با سرعت نور منهاي سرعت گردش زمين. علم فيزيك قديم در تلاش براي تشريح اين تضاد؛ خود را به يك رشته موارد خاص و استثنائات و امثالهم مي آويخت.

بعلاوه، اكتشافاتي نيز در زمينه عناصر راديواكتيو صورت گرفت. عناصري (ذراتي) كه با آزاد كردن انرژي بشكل اشعه (رادياسيون) جرم خود را كاهش ميدادند. فيزيك نيوتون هيچ جايي براي تبديل جرم به انرژي (بدين طريق) قائل نبود. نتيجتا بسياري از فيزيكدانان به اين جمعبندي انحرافي رسيدند كه "ماده ناپديد شده است". آنها با قاطي كردن مقوله ي ماده از لحاظ فيزيكي (يعني جسم بعنوان چيزي متمايز از انرژي) با ماده در مفهوم فلسفي (يعني آنچه موجوديت عيني دارد) به ورطه ايده آليسم مي افتادند. لنين سرمنشاء اين اغتشاش را چنين خاطر نشان كرد:" ماده ناپديد ميشود. يعني محدوده شناخت تاكنوني ما از ماده ناپديد ميشود و شناخت عميقتر ميگردد. آن خواص ماده كه سابقا مطلق، تغيير ناپذير و اولي (غير قابل نفوذ، ساكن، جامد وغيره) بنظر ميرسيد، در حال ناپديد شدن است و اينكه آشكار ميشود كه اين خواص ماده نسبي بوده و فقط مشخصه حالات معيني از ماده است. يگانه خاصيت ماده كه ماترياليسم فلسفي مقيد به تشخيص آن است "واقعيت عيني بودن ماده، خارج از ذهن، است … عمدتا بخاطر آنكه فيزيكدانان ديالكتيك نميدانستند بود كه فيزيك جديد به ايده آليسم در غلطيد." (همانجا صفحات 260ـ 263)

خدمت انيشتين چه بود؟

انيشتين از مباحث نيوتون پيرامون مكان و زمان مطلق گسست كرد و نشان داد كه مكان و زمان فقط مي توانند با رجوع به وقايع معنا و تعي ن بيابند. منظور از وقايع نيز در واقعيت، حركت ماده است. او نشان داد كه يكي از نتايج اين بحث، تداخل متقابل مكان و زمان است. مثلا همانطور كه قبلا اشاره شد، ذرات راديواكتيو در سرعتهاي بالا آهسته تر نابود ميشوند و اگر سرعتشان به 94ر94 درصد سرعت نورافزايش يابد (سرعت نور محاسبه شده توسط ناظران ثابت روي كره زمين) آنگاه "عـمـر" آن ذرات تقريبا 30 برابر افزايش خواهد يافت. براي ناظراني كه همراه با اين ذرات حركت كنند افزايش عمر به همان سرعت معمول خواهد بود. و براي آندسته ناظراني كه با سرعت كمتر از ذرات در حال حركت باشند، عمر آن ذرات مثلا ميتواند 5 بار آهسته تر از حالت عادي طي شود. و همه اين ناظران در مورد مسافتي كه ذرات طي كرده اند اختلاف نظر خواهند داشت. هر يك از آنها در مورد مقدار زمان و مكاني كه دو نقطه از "طول عمر" ذره را مشخص ميكند، به نتيجه متفاوتي دست مي يابد. اما همانطور كه تئوريهاي انيشتين نشان داد اين بدان معنا نيست كه "همه چيز غير واقعي است"يا صرفا به ناظر بستگي دارد. انيشتين نشان داد كه ابعاد مكان و زمان كه فاصله واقعي بين دو نقطه را مي سازند مي تواند بطور گوناگون محاسبه شود. اما آن فاصله كه جوانب مكان و زمان را بهم آميخته بايد نسبيت ويژه، توسط همه ناظران و بر طبق فرمولي كه انيشتين كشف كرد، يكسان محاسبه شود. بعبارت ديگر، در عين حال كه اندازه گيريهاي زمان و مكان نسبي هستند اما يك واقعيت مطلق اساسي را منعكس ميكنند.

نتيجه ديگر تئوريهاي انيشتين، نظريه تبديل متقابل جرم و انرژي بود (كه در معادله مشهورج شت بيان ميشود. در اين معادله ش بيان جرم، ت نشانه سرعت نور در خلاء و ج بمعناي انرژي است) بيان ميشود. اين گسست از نظريه اي قديمي بود كه انرژي و جرم را دو چيز كاملا مجزا در نظر ميگرفت. نظريه انيشتين درست عكس اين را نشان داد. جرم و انرژي در هم تداخل ميكنند و يكي مي تواند به ديگري تبديل شود. اين همان نتيجه اي است كه انگلس قبلا خاطر نشان كرده بود. همانطور كه قبلا اشاره شد، اين معادله به توضيح پديده هاي قبلا ناشناخته ، نظير از ميان رفتن جرم، كمك كرد و به بحث ايده آليستي "ماده ناپديد ميشود" ضربه زد. اين معادله ما را به درك اينكه چرا خورشيد توانسته مدتي چنين طولاني (تقريبا 5 ميليارد سال) فروزان بماند، قادر ميسازد. طبق شناختي كه در قرن 19 از مقوله احتراق وجود داشت (و اين راهي بسيار محدود از آزاد شدن انرژي گرمايي بود) خورشيد بايد مدتها پيش سوخته باشد. اما استفاده از نظريات انيشتين ما را قادر ميسازد اين موضوع را بفهميم و بتوانيم زماني كه خورشيد همچنان فروزان خواهد بود (شايد 5 تا 10 ميليارد سال ديگر) را پيش بيني كنيم.

انيشتين در تئوري عمومي نسبيت خود، بحث نيوتون در مورد جاذبه بعنوان "عمل در يك فاصله" كه با سرعتي بي پايان اشاعه مي يابد را كنار زد. از آنجا كه هر چيزي در كائنات با سرعتي معين در حركت است، اين نا محدود بودن سرعت عمل جاذبه كاملا به اين ايده نيوتون كه حركت كليه امور كار خداست مربوط ميشد. بعقيده انيشتين، قوه جاذبه گستره ي يك حوزه مادي را در يك سرعت معين در بر ميگيرد. تاثيرات اين قوه نميتواند با سرعتي نامحدود اشاعه يابد و هيچ ماده اي نميتواند با سرعتي نامحدود حركت كند. انيشتين با درك نوينش از تاثيرات حوزه جاذبه بر فضا و زمان قادر شد كه ميزان خميدگي اشعه نور توسط جاذبه خورشيد، لرزش مدار سياره مركوري نسبت به خورشيد و امثالهم را بدرستي پيش بيني كند.

بسياري از نظريات انيشتين بويژه در زمينه نسبيت عمومي همچنان موضوع بحث و تحقيق فيزيكدانان و كيهان شناسان است. محك زدن و نقد جزء به جزء تئوريهاي انيشتين نه در حوصله اين مقاله است و نه مسئله اصلي. مهم اين است كه تئوري نسبيت تا آنجا كه صحت دارد، سلاحي عليه ايده آليسم و كل "نسبيت گرايي" فلسفي است كه در حال حاضر مورد سوء استفاده قرار گرفته و تبليغ ميشود. اين تثوري تاييد و درك عميقتري از واقعيت زير بدست ميدهد: واقعيت اساسي فقط و فقط ماده ي در حال حركت اســــت. "خطوط مرزي مشروط" در طبيعت همانطور كه انگلس گفت براستي مشروطند. براي شناخت صحيح هر جزء طبيعت بايد كل قوانين عمومي تكامل آن را در نظر گرفت و فهميد.

اين مفاهيم ديالكتيكي كه تئوريهاي انيشتين بدان اشاره دارد را بايد در چارچوب تكامل عمومي علم فيزيك در نظر گرفت. همانطور كه لنين در آستانه قرن بيستم تاكيد كرد: فيزيك مدرن... در پيشروي بسوي تنها روش حقيقي و تنها فلسفه حقيقي علوم طبيعي از طريقي مستقيم نمي گذرد بلكه جاده اي پر پيچ و خم را طي خواهد كرد. اين پيشروي، نـه آگاهانه بلكه غريزي است. با نگاه روشن به "هدف نهايي" نيست، بلكه متزلزل و گاه حتي با پشت كردن به آن، بدان نزديك ميشود. فيزيك جديد در كار است و ماترياليسم ديالكتيك را متولد ميكند. زايش كار دردناكي است. (لـنين، همانجا) معناي اين حرف آنست كه واقعيت، خود ديالكتيكي و مادي است. تئوريهاي علمي تا آنجا كه حقيقت دارند، يعني تا آنجا كه تجربه را بدرستي جمعبندي كرده و قادرند كه آن را بدرستي پيش بيني كنند، بايد اين را بازتاب دهند. از سوي ديگر، ديدگاه بورژوازي كه به علم براي پيشرفت توليد نياز دارد، متافيزيكي و ايده آليستي است و اين ديدگاه بر علم حاكم بوده و آنرا عقب ميكشد. اين مسئله روشن تر از هرجا در مورد خود انيشتين مشاهده ميشود. او نميتوانست فلسفه بورژوايي دترمينيسم را كنار نهد و اين كاملا به اعتقادات مذهبي اش مربوط بود. برعكس انيشتين برخي از پيشرفتهاي كليدي جديدي كه در علم فيزيك طي دو دهه 20 و 30 صورت گرفت را رد نمود.

عـــلــم، ديـــن و جــامعـــهدر قلب اين پيشرفتها تكوين فيزيك كوانتوم قرار داشت. نامگذاري اين علم بدان جهت بود كه انرژي تنها مي تواند در بسته ها(ابعاد معين) يا "كوانتا" حمل شود و انتقال يابد. طنز اينجاست كه سرمنشاء اين ايده، اقدام شخص انيشتين براي تدوين انرژي نوري بود. خود اين مسئله نشان ميدهد كه طبيعت همانطور كه ماترياليسم معتقد است نه بشكل تك خطي بلكه از طريق جهش ها تكامل مي يابد. فيزيكدانان كوانتوم از چنين دركي، "اصل عدم اطمينان" را بيرون كشيدند و به يك تئوري استاتيستيك در مورد پروسه هاي زيرـ اتمي دست يافتند. اصل عدم اطمينان اساسا منعكس كننده اين بحث مائو است كه "براي شناخت ساختار و خواص اتم بايد آزمايشاتي بر آن بعمل آوريد و وضعيتش را تغيير دهيد" نتيجه اين بحث آنست كه ما در يك مقطع معين نميتوانيم مكان دقيق و شتاب دقيق يك جسم را بدانيم زيرا براي شناخت آنها از طريق تاباندن يك شعاع نور، بايد اين يا آن را تغيير دهيم. بنابراين ما نميتوانيم كل حركت آتي يك جسم منفرد را با صحت مطلق پيش بيني كنيم. اين امر سرچشمه اي براي عذاب بسيار انيشتين بود كه فكر ميكرد قوانين در اين سطح بايد مستقيما قدر گرا، ساده و غير استاتيستيك باشند و اين بازتابي از منطق الهي و هماهنگي كائنات است. بقول انيشتين "نميتوانم تصور كنم كه خدا با كائنات نرد بازي ميكند" همانطور كه انگلس بشكلي نافذ نشان داد، اين دترمينيسم كه نافي وجود شانس در طبيعت ميشود، اساسا يك دگم است كه بسيار به دين وابسته ميباشد. تا آنجا كه هيچ راهي براي نمايش "ضرورت ساده و مستقيم"اعمال شده كه در همه جا وجود دارد، موجود نيست و اعتقاد به اين نوع از ضرورت بخشي از ايمان است. (ديالكتيك طبيعت)

اينكه انيشتين خدمات معين كرد اما بواسطه بينش خود به مخمصه افتاد و سپس در نيمه دوم عمر خود به جدل عليه پيشرفتهاي كليدي علم فيزيك پرداخت را ميتوان با تجربه ساير فيزيكداناني كه آنها نيز به همين شيوه به مخمصه افتادند، مقايسه كرد. خصوصيات اين دسته از دانشمندان در يكي از نشريات علمي چين تحت رهبري خط مائو چنين مشخص شده است:ماكس پلانك اولين فردي بود كه فيزيك كوانتوم را پروراند. بدون آنكه با اوضاعي كه تئوري كوانتوم براي مفاهيم فيزيك كلاسيك پديد آورده بود و بعدها توسط محققان بسيار تاييد شد و تكامل يافت موافق باشد. او بر تفسير تئوري كوانتوم در چارچوب فيزيك كوانتوم اصرار ميورزيد. يك نتيجه گيري اين بينش جهت گم كردگي 51 ساله او بود... شبيه همين را ميتوان در مورد لورنتس ديد خدمات مهمي به پايه ريزي تئوري نسبيت كرد... اينها درسهاي مهم تاريخي است كه نشانگر اهميت يك جهانبيني صحيح جهت هدايت موفقيت آميز فعاليت در حيطه علوم طبيعي است. ( چرا لين پيائو در مورد ضد ذر ه مخالفت ميورزد ـ علوم چين ، اكتبر 1974)

انيشتين از رد ديدگاه كلاسيك فيزيك مبني بر آنكه طبيعت چيزي "كامل" و ساخته دست خداست سر باز زد. بهمين خاطر به يان نتيجه رسيد كه براي رسيدن به يك شناخت "كامل" از طبيعت بايد هرگونه تاثير انسانث "ناكامل" بر طبيعت از ميان برود. و انسان چه بعنوان فرد، و چه در جامعه بايد كاملا خارج و جدا از طبيعت در نظر گرفته شود. و علم بايد به طبيعت "آنطور كه خودش هست" برخورد كند. در عين حال، در امور بشري بايد چيز ديگري غير از علم (بعقيده انيشتين، ديــن) بايد راهنماي عمل باشد. انگلس اين سفسطه را قبلا افشاء كرده و خاطر نشان ساخته بود كه: "... دقيقا اين تغيير طبيعت بدست انسان، و نه صرفا طبيعت بخودي خود است كه اساسي ترين و اولين مبناي بشري را تشكيل ميدهد." (ديالكتيك طبيعت)

چنين تضادهايي بود كه خدمات انيشتين به علم فيزيك را محدود نمود و بنحوي آشكار تر در ديدگاه هاي اجتماعي اش نيز بروز يافت. انيشتين از اعتبار خود براي تبليغ موضعي ترقيخواهانه در مورد بسياري از مسائل حاد سياسي استفاده كرد. او با جنگ جهاني اول و سپس با فاشيسم در زادگاه خود، آلمان مخالفت كرد. سپس در امريكا او با مك كارتيسم، با اعدام روزنبرگ ها و باج خواهي و قلدري هسته اي امريكا مخالفت كرد. اما در همه اين موارد، موضع وي بر آميزه اي از ليبراليسم و "سوسياليسم" تخيلي استوار بود.

بنابراين او به برخي مواضع سياسي ارتجاعي (نظير حمايت از صهيونيسم) در غلطيد زيرا از مبنائي علمي براي تجزيه و تحليل و درك امور بي بهره بود. هرچند وي بطور مبهم به آنچه خود از سوسياليسم ميفهميد علاقمند بود، اما مشخصا با ماركسيسم توافق نداشت زيرا به عقيده او ماركسيسم در مورد امكانات رسيدن به يك درك علمي از فعاليت بشري "اغراق" ميكرد. هرچند او عليه بت ساختن از خودش توسط بورژوازي موضع گيري نمود اما براي توده هاي خلق در حيطه علم هيچگونه نقشي قائل نبود و برخي افراد را بالاتر از بقيه در نظر ميگرفت. اين ديدگاه انيشتين بخوبي درخدمت تلاشهاي بورژوازي قرار گرفته كه بگويد "مگر انيشتين باشيد" تا بتوانيد از مسائل سر درآوريد. اين تلاشها بخاطر هرچه عميقتر كردن شكاف ميان كار يدي و كار فكري و در اسارت نگهداشتن زحمتكشان انجام ميشود.

انيشتين و گروه 5 نفر

نشريه رويزيونيستي "خبرنامه پكن" بتاريخ 2 مارس 1979 اظهار داشت كه "گروه 4 نفر... به با نفوذ ترين دانشمند قرن بيستم، به مردي كه هويتش عميقا با امر ترقي بشر گره خورده، بهتان مي زدند. اين دارودسته ديوانه خواهان علم، فرهنگ و دانشمندان نبودند... اين واقعيت كه امروز صدمين سالگرد تولد انيشتين را بزرگ ميداريم معرف پيروزي آشكار به گروه 4 نفر ميباشد". اين حرفها آشكارا توخالي است. انقلابيون چيني مدافع خدمات انيشتين بودند اما از وي ـ چه بعنوان يك دانشمند، چه در حيطه نظرات سياسي ـ بدون نقد تعريف و تمجيد نمي كردند. و مسلما از او براي علوم و دانشمندان چين، مدل نمي ساختند.

انقلابيون چيني بدرستي فلسفه انيشتين و بخشهاي شايسته ي نقد در تئوري عمومي نسبيت وي را نقد ميكردند. پوچي اين اتهام مسخره كه آنها كاملا نافي خدمات انيشتين بوده و حتي علم را نفي ميكردند و يا در پي نابودي علم بودند را ميتوان با نگاهي به مقالات نشريات تحت رهبري فرماندهي پرولتري حزب دريافت. از آن مقالات آشكار است كه تئورهاي انيشتين مورد مطالعه و بحث قرار گرفته است. حتي موسسه بدنام و ارتجاعي "هـوور" در مقاله اي كه كمي قبل از كودتاي رويزيونيستي اكتبر 1976 منتشر ساخت، اذعان كرد كه "تحقيقات در فيزيك كاربردي و فيزيك تئوريك با حدت و شدت دنبال ميشود" (مقاله ي سياستهاي علمي چين )آنچه حكام رويزيونيست فعلي درباره اش جيغ و داد ميكنند، خط رهبري كننده علم است: اولا، با توجه به شرايط مشخص چين، تاكيد علوم بايد در بخش كاربردي ميبود تا تحقيقات اساسي. تا علم بتواند به نيازهاي توده هاي خلق خدمت كند. اين امر مبناي مادي براي تحقيقات بيشتر را فراهم ميكرد. ثانيا علم نبايد ملك طلق روشنفكران برج عاج نشين باشد. دانشمندان بايد جهانبيني خويش را نوسازي كنند و موضع ماترياليستي ديالكتيكي، ديدگاه و روش پرولتاريا را اختيار كنند.

بايد ديد رويزيونيستها طي حاكميت خط مائو در پي چه بودند و امروز در چين به چه كاري مشغولند: نابودي سوسياليسم تحت عنوان دستيابي به چين "پيشرفته و مدرن"، حمله به پيشرفتهائي كه در زمينه محو تمايزات اجتماعي بدست آمده و درمقابل بيشتر كردن اين تمايزات، بيرون كردن زحمتكشان از مراكز تحصيلي و باز گرداندن آنها به مزارع و كارخانه ها تا مانند حيوان زير يوغ كار كنند و در مقابل، تشويق جنبه هاي عقب مانده ي روشنفكران و ساير نيروهاي خردن بورژوا تا جهت احياي سرمايه داري بسيج شوند. تعريف و تمجيد از انيشتين نيز در همين چارچوب قرار دارد و امري كاملا ارتجاعي است.

آنها مي كوشند از انيشتين مدلي براي خط ارتجاعي خود بسازند كه بر مبناي آن اساس پيشرفت علمي "شخصيتهاي نابغه" هستند. اين خط نه فقط ضد سوسياليسم است بلكه به علم هم ضربه مي زند. با وجوديكه انيشتين خدماتي به علم نموده، اما اين بحث كه علوم تحت سوسياليسم با خلق چندين و چند "انيشتين" پيشرفت خواهد كرد، به دو دليل رويزيونيستي است: اولا، بينش انيشتين از ماترياليسم ديالكتيك به مفهوم همه جانبه و عميق آن بسيار فاصله داشت.

مائوتسه دون خاطرنشان كرد كه: "ماركسيسم، رئاليسم را در آفرينش هنري در بر ميگيرد اما نميتواند جايگزين آن شود. همانطور كه در فيزيك نيز تئوريهاي اتمي و الكترونيك را در بر ميگيرد اما جانشين آنها نميشود". بنابراين ماركسيسم مطالعه و قياس نقادانه همه ي شاخه هاي دانش بشري را دامن زد، با تكوين و تكامل ماترياليسم ديالكتيك كه نه فقط جمع بست شناخت است بلكه از طريق بكار بست آن در عمل، به غناي مداوم دانش بشري راه مي گشايد. انيشتين مسلما صاحب ديدگاهي ماترياليستي ديالكتيكي نبود. همين مسئله باعث خطاهاي بسيار او شد كه بايد مورد نقد قرار گيرد تا بتوان بدفاع از ماترياليسم ديالكتيك برخواست و آنرا تكامل داد. اما از آنجا كه تئوريهاي وي بطور گسترده اي بازتاب اين واقعيت است كه واقعيات،خود ديالكتيكي هستند، شناخت ما از آنها را غنا بخشيده است.

وارونگي ميادين الكتريكي ، توجيهي جديد براي توليد زوج الكترون - پوزيترون ، بر خلاف انتظار ما ، ماده -

 

وارونگي ميادين الكتريكي ، توجيهي جديد براي توليد زوج الكترون - پوزيترون ، بر خلاف انتظار ما ، ماده - پاد ماده يكديگر را نابود نمي‌كنند

 

 

مقدمه :

 

به استناد مفاهيم فعلي ، " / فرآيند جالبي تحت عنوان توليد زوج ماده - پاد ماده  وجود دارد كه از نظر اهميت و مفاهيم بنيادي بي‌نظير است . توليد و واپاشي زوج الكترون - پوزيترون يك مثال بسيار بارز و عالي از تبديل انرژي به ماده و بالعكس مي‌باشد . برسي نظري اين پديده نخستين بار توسط ديراك در سال 1928 صورت گرفت . ديراك با حل معادله‌اي به دو جواب مثبت و منفي دست يافت و به جاي آنكه قسمت منفي انرژي را به دليل غير فيزيكي بودن آن كنار بگذارد ، به پژوهش پيرامون پيامدهاي تمامي معادله پرداخت و به نتايج بسيار جالبي رسيد . به طور خلاصه ديراك با توجه به قسمت منفي جواب معادله ، وجود پاد ماده را پيشگويي كرد . اگر اين پيشگويي درست مي‌بود ، مي‌بايست براي ذره‌اي مانند الكترون ، ذره ديگري وجود داشته باشد كه جرم حالت سكون آن برابر جرم الكترون باشد . تجزيه و تحليل ديراك چنين نشان مي‌داد كه اين ذره بايد داراي بار الكتريكي مثبت باشد . چهار سال بعد ، آندرسون اين ذره را در اشعه كيهاني يافت و آن را پوزيترون ناميد . بعدها در آزمايشگاه نيز با واپاشي فوتون ،  زوج الكترون - پوزيترون توليد شد . فوتوني با انرژي زياد ( فوتون گاما ) تمامي انرژي خود را در برخورد با هسته از دست ميدهد و يك زوج الكترون - پوزيترون مي‌آفريند . پوزيترون ذره‌اي است كه كليه‌ خواص آن با خواص الكترون يكسان است مگر بار الكتريكي آن ، زيرا بار الكتريكي پوزيترون مثبت است .

در فرآيند توليد زوج الكترون - پوزيترون ، اصولي بايد محفوظ بماند تا اين پديده روي دهد . اين اصول عبارت است از بقاي انرژي نسبيتي كل ، بقاي اندازه حركت و بقاي بار الكتريكي ، زيرا فوتون از نظر الكتريكي خنثي است و مجموع بارهاي الكتريكي بعد از توليد نيز بايد صفر باشد . بقاي اندازه حركت نيز نشان مي‌دهد كه يك فوتون نمي‌تواند در فضاي تهي محو شود و زوج توليد كند . چنين فرآيندي با حضور يك هسته‌ سنگين امكان پذير است تا بقاي اندازه حركت و بقاي انرژي نسبيتي نقض نشود .

در ارتباط با توليد زوج ، فرآيند معكوسي وجود دارد كه نابودي زوج ناميده مي‌شود . يك الكترون و يك پوزيترون مجاور يكديگر ، در هم ادغام مي‌شوند و به جاي آن انرژي تابشي بوجود مي‌آيد . امروزه مشاهده توليد و واپاشي زوج  الكترون - پوزيترون در آزمايشگاه يك پديده عادي بشمار مي‌رود . در سال 1955 براي نخستين بار زوجهاي  پروتون - پاد پروتون و نوترون - پاد نوترون در آزمايشگاه آفريده شدند .

توجه به نحوه توليد زوج الكترون - پوزيترون مي‌تواند در شناخت منشاء نيروي الكتريكي موثر باشد ، قبل از توليد زوج  الكترون - پوزيترون ، يك فوتون با انرژي بالا وجود دارد و فوتون نيز از نظر بار الكتريكي خنثي است . اما بعد از توليد زوج الكترون - پوزيترون ، دو ذره باردار بوجود مي‌آيد كه هر يك داراي يك ميدان الكتريكي مخالف هستند . اين فرآيند را چگونه مي توان توجيه كرد ؟ \ "

قدر مسلم قبل از اينكه اين واقعه يك پديده فيزيكي به نظر برسد چيزي شبيه  جادوگري و يا شعبده بازي است . مثل اين است كه شخصي يك گنجشك كوچك را با سرعت بسیار زیادی وارد يك محفظه فلزي در ظاهر خالي كند و سپس دو عقاب سر سفيد قوي هيكل نر و ماده با سرعت کمتری از آن خارج نمايد و دو عقاب در حال پرواز در هم ادغام شوند و دو گنجشك دیگر  سر از آسمان در آورند ،  آيا اينچنين شعبده‌اي ممكن است ؟ جواب سوال اين است كه توجيه شعبده توليد زوج ماده - پاد ماده ممكن به نظر ميرسد ولي توجيه شعبده گنجشكها و عقابها توسط شعبده باز كمي دشوار است ! در حقيقت چنين به نظر ميرسد كه اشعه گاما و الكترون - پوزيترون سر به سر بشريت گذاشته و قصد شوخي و يا گمراه كردن دارند و يا اينكه  ديد درستي نسبت به موضوع نداريم !!

معادله‌اي كه ذهن ديراك را به خود مشغول كرده بود تنها مشكلش داشتن جواب منفي براي انرژي نبود ، بلكه بوسيله آن معادله ميتوانيم تکانه و جرم منفي را هم براي موجودي قائل شده و در معادله مورد بحث منظور كنيم و شگفتا كه جواب در صورت وارد كردن جرم مثبت يا منفي ، تفاوتي نداشته و نتيجه كلي يكساني در بر داشت ، كه در ابتدا اينچنين پيش بيني مي‌شد كه جرم و انرژي منفي براي پاد ماده باشد كه اينگونه هم نشد ، پاد ذرات نیز جرم مثبت دارند و ماده باردار ، بدون جرم معني و مفهوم فيزيكي ندارد چه برسد به جرم منفي ، در واقع اعداد منفي در اين معادله كاربردي با تعاريف خاص خود دارند و بايد از انرژي ذاتا منفي نيز صرف نظر كنيم براي اينكه انرژي ذاتا يك كميت مثبت است و انرژي منفي در محاسبات رياضي مطرح ميشود و در عالم فيزيكي وجود ندارد چون كلمه وجود ، ذاتا كلمه‌اي مثبت است و در رياضيات از انرژي منفي به عنوان كسر انرژي در يك سيستم بهره مي جوييم نه انرژي مطلق منفي و در حسابداري هم اينچنين است ، عدد مثبت نشانه سرمايه ، نقدينگي و يا سود است و عدد منفي نشانه بدهكاري ، زيان يا كسر بودجه است ، در واقع پول منفي هم وجود خارجي ندارد . اين مسائل از اينجا ناشي ميشوند كه حاصل توان زوج يك عدد منفي يا مثبت ، همواره عددي مثبت است ، موضوع عادي است كه در ريشه يابي معادلات درجه دو هم بسيار متداول ميباشد و در بسياري از موارد از ريشه منفي صرف نظر ميشود و به هر حال پوزيترون توسط آندرسون يا شخص ديگري كشف مي‌شد . اين معادله از اين قرار است .

 

E² = P².C² + M².C⁴

 

 

E انرژي كل ذره ، P تكانه ، C سرعت نور و m0 يا m جرم سكون ذره ميباشد و نكته بسيار جالب اينكه  پاد ذرات همگي انرژي دارند و اين انرژي هم مثبت اندازه گيري شده است ، پس پاد ذرات نمي‌توانند در اين معادله با انرژي منفي مطرح شوند زيرا فقط علامت الكتريكي آنها قرينه است . اينك اين سوال مطرح ميشود كه تعريف درست انرژي منفي چيست ؟

همانطور كه ميدانيم طبق تعريف ، انرژي حاصل ضرب نيرو در مسافت است كه واحد آن نيوتن متر يا همان ژول است:

 

E=F.d

 

E انرژي بر حسب ژول ، F نيرو بر حسب نيوتن و d مسافت بر حسب متر است  . همانطور كه مي‌دانيم نيرو يك كميت برداري است و مسافت يك كميت جبري در دستگاه مختصات است كه هر دو را ميتوان منفي در نظر گرفت . نيروي منفي يعني برداري كه 180 درجه نسبت به حالت قبلي چرخش كرده باشد و طول منفي يعني جهت حركت روي دستگاه مختصات را معكوس كرده باشيم :

 

-E=-F.d

-E=F.-d

E=-F.-d

 

پس تعريف درست انرژي چنين خواهد بود كه اگر نيرو در جهت بردار خود انتقال يابد ، انرژي مثبت است ولي اگر خلاف جهت بردار خود انتقال يابد انرژي منفي خواهد بود .

همانطور كه در این مبحث توضیح داده خواهد شد واقعیت امر میبایست چنین باشد كه جهت میدان و اعمال نیروی میدان در پاد ذرات معكوس و وارونه شود .

---

 

 

h ثابت پلانك و v فركانس موج الكترومغناطيس است . اين مفاهيم فعلي براي توليد و واپاشي زوج الكترون - پوزيترون درست به نظر ميرسد ، براي اينكه فركانس امواج گاما در محدوده ده بتوان 20 الي 22 هرتز ميباشد . حال اين وضعيت را براي توليد و واپاشي زوج پروتون - پاد پروتون برسي مي‌كنيم .

 

آنچه كه مسلم است امواج الكترومغناطيسي با اين فركانس محاسبه شده تا به امروز نه شناسايي و نه توليد شده‌اند . پس به استناد مفاهيم فعلي ما هرگز نخواهيم توانست با تابش امواج الكترومغناطيس شناخته شده به هسته های ساکن فاقد تکانه ، زوج پروتون - پاد پروتوني بدست آوريم و نكته جالب‌تر اينكه با تصادم پروتون - پاد پروتون ، امواج الكترومغناطيس در محدوده شناخته شده و همچنين ذرات كوارك يا بوزونهايي پديدار و شناسايي ميشوند ! اين پديده فيزيكي را چگونه ميتوان با مفاهيم فعلي تطبيق داد؟

يعني با ادغام الكترون - پوزيترون دو موج الكترومغناطيس هر کدام با نصف فركانس محاسبه شده پديدار ميشود ولي با ادغام پروتون - پاد پروتون امواج الکترومغناطیسی که در مجموع معادل فركانس محاسبه شده باشند پديدار نميشود ، بلكه برعكس امواج با انرژي و فركانس پايين‌تر توليد و منتشر ميشوند و از طرفي چنين تصور مي شد كه پروتون - پاد پروتون همديگر را نابود كنند و هم ارز جرم آنها انرژي پديدار شود ولي چنين مشاهده ميشود كه ذرات جديدي حاصل اين تصادم است و اين ميتواند مويد اين موضوع مهم باشد كه ماده - پاد ماده يكديگر را نابود نمي‌كنند .

طبق معادلات و محاسبات فوق نظريه فعلي توانست توليد و فروپاشي زوج الكترون - پوزيترون را بوسيله امواج الكترومغناطيس توجيه كند ولي از توجيه توليد زوج پروتون - پاد پروتون و واپاشي آنها عاجز ماند ، چون موج الكترومغناطيس با فركانس و انرژي فوق ، شناسايي نشده است  و اين سوال مهم كه چرا اين فوتون گاما نميتواند انرژي خود را بر روي دو ذره الكترون - پوزيترون يكسان توزيع كند و آنگونه كه از تصاوير فوق برمي‌آيد انرژي جنبشي پوزيترون بيشتر از الكترون است براي اينكه كمتر منحرف شده و بيشتر تاب برمي‌دارد و به علت بيشتر بودن سرعت ،‌ مسير بيشتري نيز طي مي‌كند . اين نابرابري توزيع انرژي توسط فوتون گاما را چگونه ميتوان توجيه كرد ؟

در حقيقت پاد ذرات سنگینتر از الکترون ، از برخورد شديد ذرات ديگر به وجود مي‌آيند ( همانگونه كه پوزيترونهاي آندرسن از برخورد ذرات يا تابشهاي كيهاني با جو به وجود آمده بودند ) و اين وظيفه به عهده شتاب دهنده‌هاست نه امواج الكترومغناطيس . پس ميتوان نتيجه گرفت كه پاد ذرات از خود ذرات بوجود مي‌آيند نه از انرژي الكترومغناطيسي ! ولي چگونه ؟

 

اينك به توضيح و توجيه پديده زوج  الكترون - پوزيترون از ديدگاه فيزيك كلاسيك مي‌پردازيم هر چند که نادرست و قدیمی بنظر برسد:   

 

 

ميادين الكتريكي

 

1- ميدان الكتريكي الكترون فرضي بدون چرخش ( اسپين )

 

 

مشاهدات تجربي نشان داده است كه خطوط ميدان الكتريكي پيرامون يك بار ساكن منفي به صورت خطوط مستقيم و رو به مركز آن است ، براي اينكه بارهاي مثبت ساكن در پيرامون مركز ، به صورت مستقيم جذب مركز ميدان ميشوند . ما به طور فرضي و قراردادي جهت خطوط ميدان يا بردارهاي نيروي الكتريكي پيرامون بار ساكن منفي را به طرف مركز ميدان در نظر ميگيريم . البته شكل فوق يك مثال است و با توجه به جرم بيشتر پروتون ، الكترون به طرف آن حركت خواهد كرد . آنگونه كه از شكل فوق بر مي‌آيد دو بار الكتريكي منفي نسبت به يكديگر دافعه داشته ولي دو بار الكتريكي منفي و مثبت نسبت به يكديگر جاذبه دارند .

 

 

 

2- ميدان الكتريكي پروتون فرضي بدون چرخش ( اسپين )

 

 

همچنين مشاهدات تجربي نشان داده است كه خطوط ميدان الكتريكي پيرامون يك بار ساكن مثبت به صورت خطوط مستقيم و رو به بيرون مركز آن است ، براي اينكه بارهاي مثبت ساكن در پيرامون مركز ، به صورت مستقيم از مركز ميدان دفع ميشوند . ما به طور فرضي و قراردادي جهت خطوط ميدان يا بردارهاي نيروي الكتريكي  پيرامون بار ساكن مثبت را به طرف بيرون ميدان و خارج از مركز در نظر ميگيريم . آنگونه كه از شكل فوق بر مي‌آيد دو بار الكتريكي مثبت نسبت به يكديگر دافعه داشته ولي دو بار الكتريكي منفي و مثبت نسبت به يكديگر جاذبه دارند .

 

 

 

3- ميدان الكتريكي يكنواخت

 

 

شكل فوق ميدان الكتريكي يكنواختي را مابين دو صفحه رساناي موازي ، با بارهاي هم اندازه ولي غير همنام  نشان ميدهد .

 

 

 

انحناي ميادين الكتريكي

 

 

دو بار الكتريكي همنام ، يكديگر را دفع و ميدان الكتريكي پيرامون آنها تقريبا به صورت شكل فوق است .

 

 

 

 

دو بار الكتريكي غير همنام ، يكديگر را جذب و ميدان الكتريكي پيرامون آنها تقريبا به صورت شكل فوق است . دو شكل فوق بيانگر اين موضوع است كه ميادين الكتريكي صلب نبوده و قابليت انحنا و خميدگي دارند ، در واقع آنها خيلي منعطف هستند .

 

 

 

دوران ميادين الكتريكي

 

الف - دوران ميدان الكتريكي الكترون فرضي با چرخش ( اسپين ) ، موافق چرخش عقربه‌هاي ساعت

 

 

همانطور كه ميدانيم الكترونها ساكن نيستند و حول محور فرضي خود با سرعت چرخشي بسيار بالايي در حال دوران هستند كه به اين حركت آنها در فيزيك كلاسيك اسپين گفته ميشود . اگر دوران الكترون را موافق چرخش عقربه‌هاي ساعت فرض كنيم و آن را از بالا بنگريم مشاهده ميشود كه :

 

 

 

1- اگر سرعت دوران ( سرعت زاويه‌اي ) الكترون را كم در نظر بگيريم ، خطوط ميدان تقريبا همانند شكل 1 خواهد بود

2- با افزايش سرعت دوران الكترون ، خطوط ميدان تقريبا به صورت شكل 2 خواهد بود

3 - و در نهايت با در نظر گرفتن سرعت دوران الكترون كه بسيار زياد ميباشد ، امتداد خطوط ميدان از مركز الكترون يا ميدان الكتريكي ، خارج  و حول مركز به صورت دوايري تو در تو و پيوسته در مي‌آيد كه ميتوانيم آن را يك ميدان الكتريكي بسته و تا بينهايت در نظر بگيريم ، براي اينكه اين ميدان دايره‌اي شكل هيچ آغاز و پاياني ندارد ، البته اين پديده در برد كم و در جوار الكترون روي ميدهد و ميدان الكتريكي در خارج از دواير نيز موجود است ، البته خميده و رو به طرف داخل ، همانند شكل زير :

 

 

 

 

ولي چنين به نظر ميرسد كه داخل و مابين دواير ، خلاء ميادين الكتريكي حاكم شده باشد . لازم به توضيح است كه دو شكل فوق نماي الكترون را از بالا نشان ميدهد و اگر آن را از پايين بنگريم مشاهده ميكنيم كه :

 

 

الكترون در حال چرخش مخالف جهت گردش عقربه‌هاي ساعت است و همچنين سمت و سوي ميدان الكتريكي آن ، مخالف حركت عقربه‌هاي ساعت شكل گرفته است كه ميتوانيم اين پديده جالب و شگفت انگيز را " انعكاس دوران ذرات و ميادين آنها در فضاي سه بعدي " تعريف كنيم ، زيرا شكل فوق همانند تصويري در آينه است . صرف نظر از تعريف اسپين در فيزيك جديد يا مدرن ، مسئله اسپين براي الكترون و در كل براي ذرات ديگر نياز به دقت فراوان دارد ، براي اينكه الكترون هر دو اسپين را بسته به ديد ناظر از خود نشان ميدهد و مسلما تمامي ذرات هم اينچنين رفتار ميكنند ، در حقيقت تمامي ذرات دوران و ميادين آينه‌اي در فضاي سه بعدي دارند . و با توجه به مطالب فوق ميتوانيم ساختار فيزيكي اتمها را توجيه نماييم .

 

 

 

الكترومغناطيس

 

همانطور كه ميدانيم ، هرگاه ميدان الكتريكي در فضا برقرار شود ، ميدان مغناطيسي عمود بر امتداد آن پديدار خواهد شد و برعكس آن نيز صادق است كه به مجموعه اين دو ميدان در فضا ، الكترومغناطيس گفته ميشود .

 

 

در شكل فوق نماي الكترون ( سطح دايره‌اي قرمز رنگ ) از پهلو و در حال دوران حول محور عمودي نشان داده شده است ، به گونه‌اي كه اگر از بالا به آن بنگريم جهت چرخش آن موافق جهت چرخش عقربه‌هاي ساعت خواهد بود . خطوط افقي سياه رنگ ، ميادين الكتريكي دوران يافته و فلش قرمز رنگ جهت ميدان  الكتريكي از روبرو را نشان ميدهد كه در اين صورت جهت فلشهاي آبي رنگ ، جهت ميدان مغناطيسي تشكيل شده را نشان ميدهد . تصوير سه بعدي زير ، يك الكترون فرضي و ميدان مغناطيسي پيرامون آن را نشان ميدهد .

 

 

رنگ آبي به طور قراردادي بيانگر قطب S و رنگ قرمز بيانگر قطب N  ميباشد . در اين وضعيت قطبين مغناطيسي الكترون از ديد ناظر همسو با  قطبين مغناطيسي فعلي سياره زمين فرض ميشوند .

اينك ما با توجه به دوران ذرات و ميادين الكتريكي و همچنين انعكاس دوران  ذرات و ميادين الكتريكي آنها در فضاي سه بعدي ميتوانيم پديدار شدن دو قطب مغناطيسي  در الكترون را توجيه كنيم . به شكل زير توجه نماييد .

 

 

 

همانطور كه از شكل فوق بر مي‌آيد هر مقدار كه به طرف قطبين مغناطيسي الكترون نزديك شويم امتداد بردار ميدان الكتريكي به محور دوران الكترون نزديكتر شده و از قطر مارپيچ دوران كم ميشود . كاملا روشن است كه جهت دوران دو مارپيچ با يك ديگر متفاوت است ، مارپيچ بالايي در جهت موافق عقربه‌هاي ساعت و پاييني مخالف جهت چرخش عقربه‌هاي ساعت تاب مي‌خورد و اين مسئله باعث به وجود آمدن قطبهاي مغناطيسي S و N ميشود ولي در كل ، وقتي به الكترون از پهلو يعني عمود بر محور چرخش آن نگاه ميكنيم ، جهت ميدان الكتريكي در الكترون ثابت مي‌ماند براي اينكه امتداد خطوط ميدان الكتريكي را از بيرون به طرف داخل فرض كرده‌ايم و با استفاده از قانون دست راست مسير ميدان مغناطيسي براي ما روشن است .

 

جهت درك بهتر موضوع انيميشن زير را ببينيد

 

 

 

 

 

پديده زوج شدن الكترونها  ( زوج ماده - ماده )

 

يكي از بزرگترين سوالات مطرح شده در مكانيك كوانتومي اين است كه چگونه دو الكترون در يك اربيتال اتم جاي ميگيرند ، براي اينكه دو الكترون به خاطر داشتن بار الكتريكي همنام مي‌بايست همديگر را برانند و يكديگر را در يك تراز انرژي تحمل نكنند و اين سوال به اين خاطر  مطرح ميشود كه امتداد خطوط ميادين الكتريكي در اجسام ساكن ، مستقيم است و اجسام با بارهاي همنام همديگر را مي‌رانند . ولي چون ميدانيم الكترونها در حال دوران به دور خود هستند و ميدان مغناطيسي پيرامون آنها شكل گرفته است پس اين ميدان مغناطيسي ميبايست نيروي جاذبه‌اي قوي مابين دو الكترون بوجود آورد و بر دافعه الكتريكي چيره شود ! ولي  چگونه ؟ 

جواب سوال ما در جريان الكتريسيته DC  در دو سيم رساناي موازي نهفته است !

 

 

دو پيكان قرمز رنگ سمت چپ تصوير ، مسير ميدان الكتريكي در دو سيم هادي جريان الكتريسيته را نشان ميدهد كه جهت جريان به طور قراردادي از قطب مثبت به منفي در نظر گرفته ميشود و دواير سبز رنگ تو در تو ، خطوط ميادين مغناطيسي تشكيل شده را نشان ميدهند كه جهت ميدان مغناطيسي به طور قراردادي طبق قانون دست راست از قطب  N  به  S  مي‌باشد ، يعني جهت مخروطهاي آبي رنگ . در سمت راست تصوير فوق به خاطر درك بهتر موضوع ، خطوط ميدان مغناطيسي را از كمان به پاره خط تغيير داده‌ايم براي اينكه همواره در ميادين مغناطيسي جهت ميدان مشخص است ولي تجسم قطبين مغناطيسي كمي دشوار است ، لازم است مقداري از ميدان برش داده شود ، و اصولا در تمامي ميادين ، سمت و جهت گيري ميدان مهم است و قطبين صرفا جهت درك ابتدا و انتهاي ميدان مطرح ميشوند كه در ميادين بسته مسئله قطبين نيز منتفي ميشود ، به هر حال چون جهت اين خطوط  مغناطيسي مخالف يكديگر است در نتيجه قطبين مغناطيسي مخالف در جوار  يكديگر قرار گرفته و آنها يكديگر را جذب و در نتيجه سيم‌ها همديگر را مي‌ربايند هرچند كه امتداد خطوط مغناطيسي رو در روي يكديگر قرار گرفته است و چنين پديده‌اي دور از انتظار مي‌باشد ولي آزمون آن را ثابت كرده است ، پس براي دو الكترون در حال دوران كه ميادين الكتريكي آنها به صورت دايره‌وار پيرامون آنها شكل گرفته  و ميادين مغناطيسي در آنها تشكيل شده است نيز همين پديده پيش بيني ميشود :

 

 

دو كره زرد رنگ در تصوير فوق ، دو الكترون در حال دوران را نشان ميدهد كه اگر از بالا به آنها بنگريم ، الكترون شماره يك در جهت موافق عقربه‌هاي ساعت در حال دوران بوده ولي الكترون شماره دو در حال دوران مخالف جهت عقربه‌هاي ساعت ميباشد . دواير قرمز رنگ تو در تو ، خطوط ميادين الكتريكي تشكيل شده را نشان ميدهند كه جهت ميادين الكتريكي به وسيله مخروطهاي قرمز رنگ مشخص شده است . البته لازم به توضيح است كه فقط يك لايه از ميادين الكتريكي پيرامون الكترونها رسم شده است . با توجه به اينكه جهت خطوط ميادين الكتريكي دو الكترون هم سو با يكديگر است مسلما ميادين مغناطيسي يكديگر را جذب و هم چنين دو الكترون يكديگر را خواهند ربود ولي چون مقداري از نيروي الكتريكي الكترون در خارج از دواير رسم شده موجود ميباشد دو الكترون كاملا به هم نخواهند چسبيد بلكه تعادلي مابين جاذبه مغناطيسي و دافعه الكتريكي برقرار ميشود كه الكترونها را همانند يك پيوند شيميايي در كنار يكديگر نگه ميدارد . براي درك بهتر موضوع شكل زيرا را به بينيد .

 

 

در حقيقت دو الكترون در نزد هم قرار ميگيرند و يك زوج ماده - ماده را تشكيل ميدهند و ميدان الكتريكي پيرامون الكترون در فاصله كوتاه مي‌بايست به صورت دايره‌اي و بسته باشد كه در غير اين صورت ميادين مغناطيسي پديدار نخواهند شد و دو الكترون نمي‌توانند يكديگر را در يك اربيتال تحمل كنند . صرف نظر از تعريف اسپين در فيزيك كوانتومي در واقع الكترونها به راحتي با يك چرخش 180 درجه‌اي  ، اصطلاحا اسپينشان را در ديد ناظر معكوس مي‌كنند ، و در حالت فوق چنين تصور ميشود كه دو الكترون نسبت به يكديگر قفل ميشوند و جدا شدن آنها به اين راحتي‌ها نخواهد بود و آنچه كه باعث زوجيت در آنها ميشود همجنس بودن يا هم بار بودن آنها نيست بلكه اين نيروي مغناطيسي قوي مابين دو قطب غير هم نام باعث پيوند و زوجيت آنها ميشود كه اين پديده در پروتونهاي داخل هسته و پيوندهاي شيميايي مابين اتمها در ملكولهاي گاز هيدروژن و اكسيژن و .... بسيار مشهود است ، كه از اينرو نظريه نيروي قوي هسته‌اي و نظريات مربوط به پيوندهاي شيميايي را ميتوانيم به گونه‌اي ديگر توجيه نماييم كه در آينده در مورد آنها بحث خواهد شد .

 

 

 

وارونگي ميادين الكتريكي الكترونها و پديده زوج الكترون - پوزيترون

 

وارونگي ميدان الكتريكي در يك الكترون زماني روي ميدهد كه يك شوك قوي الكترومغناطيسي توسط پرتو پر انرژي گاما به الكترون وارد شود ، در اين حالت بخصوص ، الكتروني كه تحت تاثير تابش اشعه گاما قرار ميگيرد به علت شارژ ناگهاني و شديد الكترومغناطيسي قوي از جانب گاما ، ميدان الكتريكي پيرامونش  وارونه شده و به پوزيترون تبديل ميشود . همانطور كه از شكل زير بر مي‌آيد امتداد خطوط الكتريكي در پوزيترون همانند پروتون از داخل به خارج شده است :

 

 

 

 

تابش گاما چيست ؟

 

همانطور كه مي‌دانيم اشعه گاما از نوع امواج الكترومغناطيس مي‌باشد ، البته با فركانس بسيار زياد . طبق تعاريف فعلي موج الكترومغناطيس نوسان سينوسي يك ميدان الكتريكي است كه يك ميدان مغناطيسي مشابه نيز در راستاي عمود بر آن پديدار ميشود . به شكل ( نمودار ) زير توجه نماييد :

 

 

صرف نظر از اينكه در مكانيك كوانتومي انرژي الكترومغناطيسي كوانتومي است و فوتون ذره اي حامل اين انرژي ميباشد  همانطور كه ميدانيم از ديدگاه فيزيك كلاسيك انرژي موج گاما در  0 ، 2π ، π برابر صفر است ، يعني دوره تناوب  a   0±kπ. اگر در اين دوره تناوب ، اشعه گاما با زوج الكترون - الكترون ملاقاتي داشته باشد هيچ اتفاقي روي نمي‌دهد . ولي همانطور كه ميدانيم انرژي موج گاما در π/2 و 3π/2 ماكزيمم است يعني دوره تناوب a π/2±kπ . اگر در اين دوره تناوب ، اشعه گاما با زوج الكترون - الكترون ملاقاتي داشته باشد ، بسته به فاز موج گاما كه منفي باشد يا مثبت ، انرژي موج در يكي از الكترونها بسته به وضعيت قطبين مغناطيسي آن الكترون ، تخليه شده و تابش گاما مستهلك ميشود ، يعني تابش گاما و الكترون هدف ميبايست غير هم فاز باشند ( قطبين مغناطيسي غير هم نام رو در رو قرار گيرند ) تا انرژي انتقال يا شارژ شود . در اين وضعيت انرژي دريافتي باعث تشديد ميدان الكتريكي و مغناطيسي ( الكترومغناطيسي ) در يكي از الكترونها ميشود كه مسلما مقداري از آن توسط ميدان مغناطيسي مشترك پيوند به الكترون مجاور شارژ ميشود ، ولي عمده انرژي گاما در الكترون اول باعث وارونگي ميدان الكتريكي آن خواهد شد . چنين به نظر ميرسد كه علت اين وارونگي ميدان ، بيشتر به ساختار ذرات مربوط ميشود . در اين حالت چون جهت ميدان الكتريكي در پوزيترون وارونه شده است بدون اينكه اسپين آن تغييري كرده باشد ، الكترون - پوزيترون همديگر را به شدت مي‌رانند و پيوند قبلي زوج الكترون - الكترون گسسته ميشود و علت اين رانش قرار گرفتن قطبين مغناطيسي هم نام در جوار يكديگر است ، براي اينكه با وارونه شدن ميدان الكتريكي در يك الكترون ، قطبين مغناطيسي آن هم معكوس خواهد شد ، الكترون - پوزيترون از هم جدا شده و در آشكار ساز مشخص ميشوند .

 

 

در شكل A اگر از بالا به دو الكترون نگاه كنيم ، الكترون اول موافق ولي الكترون دوم مخالف جهت چرخش عقربه‌هاي ساعت مي‌چرخند . در اين حالت دو الكترون با هم پيوند دارند ، در شكل B جهت چرخش الكترونها مشابه حالت قبل است ولي انرژي گاما در الكترون اول تخليه و ميدان آن وارونه شده و به پوزيترون تبديل شده است . همانطور كه قبلا در مورد جريان الكتريسيته DC  در دو سيم رساناي موازي گفته شد ، وقتي جهت جريان در دو سيم هم سو مي‌باشد ، سيم‌ها يكديگر را مي‌ربايند ولي اگر  جهت جريان را در يكي از سيم‌ها وارونه كنيم دو سيم همديگر را مي‌رانند .  در اين روي داد در تصوير فوق ، سه بردار نيرو بر هر يك از الكترون و پوزيترون  وارد ميشود .

 

 

 

آشكارسازي زوج الكترون - پوزيترون

 

 

به دليل اثرهاي يونشي كه ذرات باردار هنگام حركت خود در گاز توليد می‌كنند ، مسير حركت آنها قابل رويت است . حال اگر در اين محيط يك ميدان مغناطيسي اعمال شود ، در اين صورت پوزيترون و الكترون به دليل داشتن بارهاي الكتريكي مخالف در قوسهاي دايره‌اي و با جهت‌هاي مخالف منحرف می‌‌شوند . بنابراين مسير الكترون و پوزيترون از هم تفكيك و قابل مشاهده خواهند بود . لازم به توضيح است كه در اين روش ، تنها ذراتي كه داراي سرعت و شتاب قابل توجهي هستند قابل شناسايي خواهند بود . در شكل فوق نيروي اشعه  γ  توسط بردار تقريبا افقي نشان داده ميشود ، همانطور كه مشخص ميباشد تمام انرژي آن (γ) روي الكترون تبديل شده به پوزيترون اعمال و سپس مقداري از انرژي آن (γ)  در همان راستا از طريق پيوند به الكترون ديگر منتقل شده است . بردارهاي تقريبا عمودي جمع نيروي دافعه الكترون و پوزيترون در لحظه اول و نيروي انحراف دهنده ميدان مغناطيسي آشكارساز است كه بردار پوزيترون بزرگتر از الكترون است و اين مسئله دال بر زياد بودن انرژي جنبشي ناشي از سرعت و شتاب بيشتر پوزيترون است كه بر تعداد دوران مارپيچي آن نيز افزوده است ، براي اينكه هر چه قدر سرعت و شتاب يك ذره باردار بيشتر باشد مسلما مسير طولاني تري را خواهد پيمود زيرا استهلاك انرژي جنبشي آن به علت اصطكاك با گاز درون اطاقك ، بيشتر طول خواهد كشيد و به هر حال انرژي پوزيترون از هر لحاظ ، بيشتر از انرژي الكترون است و علت آن تمركز انرژي گاما بر روي آن در لحظات ابتداي تصادم و يا القاي انرژي مي‌باشد . فلش‌هاي داخل دايره نشان دهنده بردارهاي دوراني الكترون و پوزيترون به علت چرخش آنها حول محور فرضي خود ، عمود بر صفحه تصوير ميباشد كه برآيند  بردارهاي نيروي گاما و نيروي انحراف دهنده است كه باعث بوجود آمدن قوسهاي مارپيچي شكل ميشود . علت بر اينكه ذرات باردار در يك ميدان مغناطيسي يا الكترومغناطيسي همواره در راستاي ميدان يا جهت جريان الكتريكي ، چرخش مارپيچي دارند . تصوير فوق بيانگر اين موضوع بديهي است كه در يك بازه مشخص و ثابت از زمان ، پوزيترون مسير طولاني‌تري را نسبت به الكترون پيموده است كه اين نشانه سرعت و شتاب بيشتر پوزيترون نسبت به الكترون است . 

 

 

 

در حقيقت انرژي گاما ميتواند سرعت زاويه اي ( دوران ) الكترون اول را افزايش داده و در نهايت وارونگي ميدان را سبب شده باشد ، يا مي‌توانيم چنين فرض كنيم كه در يك سيم هادي جريان الكتريسيته ، جرياني وجود دارد ولي از خارج سيم ، القاي الكترومغناطيسي قوي صورت مي‌گيرد كه باعث تغيير جهت لحظه‌اي ميدان الكتريكي در سيم ميشود كه البته اين وارونگي در ميدان پوزيترون هم لحظه‌اي بوده و با برگشت ميدان به حالت قبلي ، انرژي ذخيره شده در پوزيترون به حالت پرتو گاما گسيل و پس داده ميشود :

 

 

تصوير فوق دليلي بر اين مدعاست كه پوزيترون انرژي دريافتي خود را به صورت گاما مسترد كرده و اين تابش به نوبه خود ميتواند زوج الكترون - پوزيترون جديدي را باعث شود . و اين سوال مطرح ميشود كه چرا اشعه گاماي دريافتي مجددا به صورت گاما پس داده ميشود و فرآيندهاي ديگري روي ميدهد ؟

براي اينكه قطر الكترون و پوزيترون بسيار كم است و دامنه نوساني كمتر و سرعت زاويه‌اي خيلي زيادي ميتوانند داشته باشند ، پس به اين خاطر انرژي به صورت پرتو گاما ( موج با فركانس بالا ) پس داده ميشود .

 

 

در رابطه فوق Eγ يا hvγ انرژي تابش گاما ، W انرژي بستگي زوج الكترون - الكترون به اتم يا ملكول گاز ، We→p انرژي لازم براي تبديل الكترون به پوزيترون ، Te انرژي جنبشي الكترون و Tp انرژي جنبشي پوزيترون ميباشد كه هميشه انرژي جنبشي پوزيترون بيشتر از انرژي جنبشي الكترون مشاهده ميشود . انرژي بستگي زوج الكترون - الكترون به اتم را ميتوان انرژي يونيزاسيون اتم يا همان انرژي يونش دو الكترون موجود در يك اربيتال در نظر گرفت و در مورد ملكول گاز ، مجموع انرژي يونش دو الكترون و همچنين انرژي پيوند دو اتم در يك ملكول دانست . به طور مثال انرژي بستگي زوج الكترون - الكترون در يك ملكول گاز هليم پر شده در اطاقك ابر را محاسبه مي‌كنيم . همانطور كه مي‌دانيم انرژي يونش اولين الكترون اتم هليم معادل 567 كیلو كالري يا 2370 كيلو ژول بر مول و انرژي پيوند ملكول هليم معادل 3.8 كيلو ژول بر مول است .

كه انرژي بسيار كم و ناچيزي در مقابل انرژي تابش گاما با فركانس مينيمم لازم جهت تشكيل زوج است كه ميتوان از آن به طور كلي صرف نظر كرد .

در رابطه زير كه مربوط به مفاهيم پذيرفته شده فعلي ميشود :

 

 

m0  جرم سكون الكترون است . نكته ابهام برانگيز در اينجاست كه رابطه فوق نميتواند با رابطه پايستگي تكانه فوتون و زوج الكترون - پوزيترون تواما برقرار باشد . از اينرو تصور نموده‌اند كه يك زوج الكترون - پوزيترون فقط ممكن است در مجاورت يك ذره سوم كه بتواند مقداري از تكانه را بپذيرد ، توليد شود .

 

 

Pγ تكانه گاما ، Pe تكانه الكترون ، Pp تكانه پوزيترون ، V سرعت ، E در اينجا انرژي جنبشي ، Ee انرژي جنبشي الكترون ، Ve سرعت الكترون ، Ep انرژي جنبشي پوزيترون و Vp سرعت پوزيترون ميباشد . همانطور كه مشخص است مجموع تكانه زوج الكترون - پوزيترون با تكانه فوتون برابر نبوده بلكه تكانه فوتون همواره بيشتر است و تفاضل اين دو تكانه ( فوتون و زوج ) با انرژي بستگي زوج الكترون - الكترون به اربيتال و همچنين انرژي لازم جهت تبديل الكترون به پوزيترون متناسب است كه ميتوان از رابطه هم ارزي تكانه و انرژي جنبشي ، معادله جديد را بر حسب تكانه زوج بدست آورد كه همانطور كه قبلا گفته شد سرعت ، انرژي جنبشي و تكانه پوزيترون بيشتر از الكترون مشاهده ميشود .

 

طبق نظريات فعلي مينيمم مقدار انرژي لازم جهت توليد زوج تقريبا 1.02Mev است كه مازاد آن به صورت انرژي جنبشي زوج تبديل ميشود . با توجه به معادله پلانك ( E=hf ) انرژي فوتون گاما با فركانس 22^10 هرتز برابر 11-^6.626 ژول يعني 8^4.1361 الكترون ولت يا 413 مگا الكترون ولت است . يعني اين فوتون با تعاريف فعلي فيزيك كوانتوم مي‌تواند يك زوج ذره - پاد ذره با جرم هر كدام 206.8 Mev بيافريند البته ذرات بدون تكانه خواهند بود و از طرفي اين آزمون با انرژي 25.6Mev نيز در مجاورت الكترونهاي هسته انجام شده ولي همان زوج الكترون - پوزيترون حاصل شده است و اينك اين سوال مهم مطرح ميشود كه چرا زوج ذرات - پاد ذرات با جرم بيشتر از الكترون يا پوزيترون در اين آزمون خلق نشده و نمي‌شوند و آيا ما ذراتي با اين جرم نداريم . يعني ذراتي با جرم چند الي 405 برابر جرم الكترون يا پوزيترون كه اگر چنين ذراتي وجود داشته باشند و شناسايي شوند ، نظريه فعلي در مورد زوج الكترون - پوزيترون خود به خود منتفي است . و اينكه چرا با اين انرژي ماكزيمم گاما ، ذرات جديد با جرم بيشتر از الكترون - پوزيترون آفريده و پديدار نمي‌شوند ؟  وقتي الكترون و پوزيتروني وجود خارجي ندارد و اصلا در كار نيستند و قرار است تابش گاما ذره - پاد ذره بيافريند ، چرا الكترون و پوزيترون را اجبارا ترجيح مي‌دهد و برمي‌گزيند ؟ در حالي كه اين فوتون قادر است و آزاد است ذرات پر جرم تر از الكترون و يا پوزيترون را بيافريند و اصولا مانعي در سر راه آن وجود ندارد !

میون  (Muon)، ذره بنیادی با جرم ۲۰۷ برابر جرم الکترون ، به شکل باردار مثبت و منفی وجود دارد و فعلا نامزد مناسبی برای این امر میباشد .

 

 

 

سرنوشت زوج الكترون - پوزيترون

 

بعد از تبديل زوج الكترون - الكترون به زوج الكترون - پوزيترون  و بعد از انحراف آنها توسط انحراف دهنده مغناطيسي در آشكارساز ، با گذشت زمان انرژي جنبشي الكترون - پوزيترون به علت اصطكاك با گاز درون اطاقك ابر مستهلك شده ، وارونگي ميدان پوزيترون نيز برطرف ميشود و مجددا به الكترون تبديل خواهد شد و هر دو به صورت بار ساكن الكتريكي در محفظه گاز آشكارساز شناور ميشوند و چون سرعت و شتاب خود را از دست داده‌اند ، نه ديگر آشكار ميشوند و نه انحراف پيدا ميكنند و محققان را با هزاران سوال بي پاسخ رها ميكنند يعني عكس زير :

 

 

http://teachers.web.cern.ch/teachers/archiv/HST2002/Bubblech/weigh.html

 

و چاره‌اي نيست جز پناه بردن به حدس و گمان و دانسته‌هاي قبلي . حال اگر انحرافي توسط انحراف دهند اعمال نشود بعد از تبديل زوج الكترون - الكترون به زوج الكترون - پوزيترون ،  9 مرحله از حالات اين دو ذره را مي توانيم پيشگويي كنيم :

 

 

1 -  زوج الكترون - الكترون با پيوندي در كنار هم و در اربيتال يك ملكول گاز مثل هليم حضور دارند .

2 - انرژي گاما به يكي از الكترونها القا و الكترون دچار وارونگي ميدان شده و به پوزيترون تبديل ميشود .

3 - قطبين مغناطيسي پوزيترون معكوس الكترون قبلي شده و در نتيجه قطبين هم نام مغناطيسي الكترون - پوزيترون رو در رو و در كنار هم قرار گرفته و پيوند گسسته شده و زوج الكترون - پوزيترون از هم فاصله ميگيرند و هر دو از اربيتال به بيرون پرتاب ميشوند .

4 - زوج الكترون - پوزيترون هر كدام مخالف يكديگر 90 درجه چرخش انجام ميدهند .

5 - زوج الكترون - پوزيترون همديگر را جذب و پيوند تازه‌اي برقرار مي‌كنند كه در اين حالت مقداري از انرژي دريافتي ، پس داده ميشود .

6 - وارونگي پوزيترون برطرف شده و به الكترون تبديل ميشود .

7 - زوج الكترون - الكترون همديگر را ميرانند ،  در اين حالت مجددا مقداري از انرژي دريافتي ، پس داده ميشود .

8 - زوج الكترون - الكترون مجددا هر كدام مخالف يكديگر 90 درجه چرخش انجام ميدهند .

9 -  زوج الكترون - الكترون همديگر را جذب و مجددا پيوند  برقرار ميكنند كه در اين حالت نيز مقداري از انرژي دريافتي ، پس داده ميشود . يا ممكن است هر كدام به صورت بار ساكن در آمده و درون محفظه گاز شناور شوند .

در تمامي حالات فوق ، الكترون و پوزيترون را آهن رباهايي در نظر گرفته‌ايم كه رنگ آبي بيانگر قطب S و رنگ قرمز بيانگر قطب N مغناطيسي ميباشد .

چنين پيش بيني ميشود كه در نهايت انرژي جنبشي دو ذره مستهلك شده و غير قابل رويت در آشكارساز شوند و هر دو همانند يك بار الكتريكي در گاز شناور ميشوند و چنين به نظر ميرسد كه در هم ادغام و يكديگر را نابود كرده‌اند كه در واقع اينچنين نمي‌باشد .

براي درك بهتر موضوع آزمايشي را توصيه ميكنيم ، دو عدد آهن‌رباي ميله‌اي را به صورتي كه قطبهاي همنام رو در رو (‌ به صورت متقابل ) قرار گرفته و نسبت به يكديگر دافعه دارند را نزديك يكديگر نموده و با فشار به هم بچسبانيد ،‌ البته به صورتي كه هر دو آهن‌ربا از وسط مابين دو انگشت شما قرار گرفته‌اند و يكي در پايين به طرف زمين و ديگري در بالا به طرف آسمان باشد (‌ يعني روي هم باشند ) ، كم كم فشار را كم كنيد و مشاهده كنيد كه آهن‌رباها نه تنها همديگر را دفع مي‌كنند بلكه هر دو آهن‌ربا در مجموع 180 درجه مي‌چرخند و هر دو به هم قفل ميشوند يعني قطبهاي غير همنام متقابل يكديگر قرار مي‌گيرند البته هر كدام كه اصطكاك كمتري با انگشتان داشته باشد بيشتر خواهد چرخيد . حال هرچه قدر مي خواهيد قبل از آزمايش امتداد آهن‌رباها را در يك راستا قرار داده و متقابل كنيد براي اينكار از سطح ميز استفاده كنيد و بعدا فشار را كم كنيد . براي آزمون بهتر است از آهن‌رباهايي كه در آزمايشگاه مدارس استفاده ميشود و در بازار هم موجود است استفاده كنيد . اين آهن‌رباها به شكل مكعب مستطيل بوده و روي هم سر نمي‌خورند . در واقع همانطور كه ميدانيم ميدان مغناطيسي دو قطبي است و جهت خطوط ميدان مغناطيسي را از طرف قطب  N به S فرض مي‌كنيم ، اگر شما يك قطب نما را در امتداد يك آهن‌رباي الكتريكي قرار دهيد قطب N  قطب نما به طرف قطب S  آهن‌رباي الكتريكي انحراف پيدا كرده و هر دو در يك راستا قرار مي‌گيرند . حال اگر جهت جريان الكتريكي را عوض كنيد جهت ميدان مغناطيسي نيز عوض شده و در نتيجه عقربه قطب نما 180 درجه دوران پيدا مي‌كند و علت اين است كه آهن‌رباها همواره تمايل دارند به گونه‌اي نسبت به هم چرخش انجام دهند كه خطوط مغناطيسي آنها تشكيل يك مغناطيس واحد را بدهد يعني امتداد خطوط مغناطيسي از قطب N  آهن‌رباي اول خارج و وارد قطب S  آهن رباي دوم شده و بعد از گذر از درون آهن‌رباي دوم مجددا از قطب N  آن خارج و وارد قطب S آهن رباي اول شود و خطوط مغناطيسي دو آهن‌ربا مسيري دايره‌اي و بسته را تشكيل دهند ، اصولا جذب يا دفع قطبين مغناطيسي مطرح نيست بلكه اتحاد خطوط ميادين مغناطيسي مطرح است و امتداد اين خطوط بر هم اثر كرده و باعث دوران آهن‌رباها ميشود . براي ديدن اين رفتار آنها انيميشن‌هاي زير را ببينيد :

 

1- چرخش و جذب دو آهنربا در فضا :
http://ki2100.com/AVI/stern_gerlach/1-1.wmv

 

2- دفع و چرخش سپس جذب و چرخش دو آهنربا در فضا :
http://ki2100.com/AVI/stern_gerlach/1-2.wmv

 

 

 

http://teachers.web.cern.ch/teachers/archiv/HST2002/Bubblech/mbitu/electron-positron.htm

 

دليل ديگر براي اثبات اين موضوع كه تابش گاما با زوج الكترون - الكترون اربيتال برهمكنش مي‌كند و ميتواند انرژي خود را منتقل كند اينكه اين تابش در اين آزمون در اطاقك ابر با الكترون منفرد نيز واكنش انجام مي‌دهد و اين الكترون با گرفتن انرژي جنبشي از گاما به صورت منفرد و تك مارپيچي مشاهده ميشود .

 

 

 

آيا ماده - پاد ماده همديگر را نابود مي‌كنند ؟

 

جواب سوال فوق به سه دليل منفي است

1 - درون محفظه آشكارساز ، گاز وجود دارد و همانطور كه ميدانيم الكترونها در بيرون هسته اتم يا ملكول گازها حضور دارند و پوزيترون در حال شتاب با آنها تماس و برخورد دارد و به همين دليل مسير آن در آشكارساز ديده ميشود ! ولي هيچ انهدامي صورت نمي‌گيرد و پوزيترون به حركت خود ادامه ميدهد تا انرژيش مستهلك شود و از حركت باز ايستد .

2 - به انيميشن زير توجه نماييد :

 

 

 

يك پاد پروتون ( پروتون با بار منفي ) با سرعت به هسته اتم هيدروژن شليك ميشود ، ولي با كمال تعجب مشاهده ميشود كه علي رغم اغتشاش در اربيتالهاي هيدروژن ، تصادمي مابين پروتون - پاد پروتون به وجود نمي‌آيد . اين شبيه سازي در حالي صورت مي‌گيرد كه پاد پروتون از كنار پروتون رد شده و علي رغم داشتن بار الكتريكي مخالف ، دو ذره نسبت به هم بي‌تفاوت هستند و دليل آن سرعت زياد پاد پروتون است . جهت اينكه تصادمي مابين ماده - پاد ماده برقرار شود بايد سرعت كاهش يافته تا قطبين مخالف مغناطيسي مجالي براي جذب و تشكيل پيوند داشته باشند و درست است كه با برخورد اين ذرات انرژي توليد ميشود ولي اين انرژي همان انرژي ميباشد كه صرف تبديل ماده به پاد ماده شده است ، اگر تصادم در انرژي و سرعت بالا صورت گيرد به احتمال زياد ذرات همديگر را خرد و متلاشي كرده و به ذرات كوچك‌تر تبديل ميشوند مثلا كواركها و بوزونها . ذرات پاد ماده بعد از تبديل شدن به ماده ، به ذرات هم جنس خود از نوع ماده ملحق شده و چنين به نظر ميرسد كه همديگر را نابود كرده‌اند و اين در حالي است كه قابليت آشكار شدن را ندارند ، براي اينكه عمر پاد ماده بسيار كوتاه است و ميتواند سريعا به ماده تبديل شود .

3 - پروتون و الكترون غير هم بار هستند و مي‌توانيم آنها را به گونه‌اي پاد و ضد هم قلمداد كنيم و اگر به حد كافي انرژي نداشته باشند تا اتم هيدروژن را تشكيل دهند ، در هم ادغام و به نوترون تبديل ميشوند ، البته به همراه تابش مقاديري از انرژي . ماده و پاد ماده هم اينگونه‌اند اگر فرض كنيم وارونگي پاد ذرات برطرف نشود در نهايت ماده - پاد ماده‌اي كه ما مي‌شناسيم در هم ادغام و ذرات جديد را پديدار مي‌كنند و در هر حال نابودي در كار نمي‌باشد بلكه همواره تبديلاتي از ذرات روي ميدهد . با برسي دقيق يك ميدان الكترومغناطيسي به اين نتيجه كلي ميرسيم كه در حقيقت چيزي به نام بار الكتريكي يا قطب مغناطيسي وجود ندارد بلكه وجود ميادين الكتريكي و مغناطيسي مشهود و قابل درك است و يقينا اين ميادين براي خود شدت ، جهت و سمت و سو دارند كه بار الكتريكي و قطب مغناطيسي صرفا قراردادهايي هستند براي شناساي و شناخت جهت ميادين . فلذا اين موضوع كه فوتون فاقد بار الكتريكي است و يا بار آن خنثي است و ميبايست مجموع بارهاي دو ذره آفريده شدن از آن خنثي و صفر باشد ، منطقي به نظر نمي‌رسد . به طور مثال هر چند كه اتم هيدروژن خنثي به نظر ميرسد ولي بار الكتريكي در آن محدود شده و وجود دارد و دليل آن اينكه با جدا شدن الكترون و پروتون از هم ، بارهاي الكتريكي مجددا آشكار ميشوند و همچنين است در مورد نوترون .

 

4 - طبق مفاهيم فعلي در مورد ناپایداری پوزیترون :

پس از زمان كوتاهی از تشكیل آن ، هر پوزیترون با یك الكترون محیط تركیب ‏می‌شود و به دو كوانتوم نور تبدیل می‌شود . تشكیل جفتهای الكترون و ‏پوزیترون از كوانتومها و تركیب الكترونها با پوزیترون‌ها كه به تشكیل دو ‏كوانتوم منجر می‌شود ، اساساً فرایند جدیدی است كه در آن ، تبدیل ‏متقابل تابش میدان الكترومغناطیسی ( فوتون های گاما ) و ذرات ماده ‏الكترون و پوزیترون صورت می‌گیرد.

 

 

ولي چنين به نظر ميرسد كه با تركيب الكترون و پوزيترون ميبايست جرم و انرژي هر دو زوج با هم جمع و متحد شده و تابش با كوانتوم واحدي انجام پذيرد كه در عمل دو تابش با دو كوانتوم انرژي خواهيم داشت كه مربوط به تشكيل زوج پيوندي دو ذره در اربيتال است كه هر تابش مربوط به يك ذره خواهد بود و چون اين دو ذره انرژي خود را از دست مي‌دهند و با مقيد شدن به هسته ، آشكار نمي شوند چنين خواهيم پنداشت كه همديگر را نابود كرده‌اند . در حالي كه در مدار اتم بوده و الكترون ديگر مدار به بيرون پرتاب ميشود . چون هر اربيتال توان پذيرش دو الكترون را خواهد داشت و الكترون سوم مجبور به خروج است كه آشكار هم ميشود .

 

 

و اما موضوع بسيار جالب اين است كه :

 

تصوير را با اندازه واقعي ببينيد

 

ما براي توليد زوج الكترون - پوزيترون چند متغير اساسي  داريم :

1 -  زاويه تابش گاما

2 -  فاز موج گاما در زمان دوره تناوب و هنگام ملاقات با زوج الكترون - الكترون

3 -  انرژي گاما در زمان دوره تناوب و هنگام ملاقات با زوج الكترون - الكترون

4 -  موقعيت زوج در فضا

5 - انرژي بستگي زوج الكترون - الكترون به تراز كه با تغيير لايه و يا زير لايه تغيير خواهد كرد .

6 -  و .............

آنگونه كه از شكل فوق بر مي‌آيد مسير تابش گاما متغير مي‌باشد ، براي اينكه زوج ماده - پاد ماده خود گاما توليد ميكنند كه ممكن است زاويه تابش آن با زاويه گاماي دريافتي متفاوت باشد . اندازه انحراف و همچنين اندازه قوسها نيز متغير است كه بستگي به انرژي و فاز گاما در زمان دوره تناوب و هنگام ملاقات با زوج دارد .  مسير انحراف الكترونها - پوزيترونها متفاوت است  و متغيرهاي ديگر .

اصل عدم قطعيت عنوان مي‌كند "هيچگاه ما نمي‌توانيم همزمان مكان و سرعت ( تندي و جهت حركت ) يك ذره را با دقت بدانيم" براي اينكه موج الكترومغناطيس ميتواند حامل يا نوسان دهنده ذرات باشد ولي خودش ماهيت ذره‌اي ندارد و ممكن است حركت ، نوسان و مكان ذرات با موج الكترومغناطيس هماهنگي نداشته باشند و يا اينكه تحت تاثير چندين موج الكترومغناطيس در محيط قرار گيرند ، در حقيقت ماهيت نور از امواج الكترومغناطيس بوده و مي‌توانيم فعلا آن را موجي در نظر بگيريم نه ذره‌اي . و اين نظريه كه فوتون ميتواند به ماده و پاد ماده تبديل شود درست به نظر نمي‌رسد زيرا اين استنباط به نوعي خطا در ديد و انديشه است و واقعيت اين است كه انرژي و نيروي الكترومغناطيس  ميتواند ماده را به پاد ماده تبديل كند . و از طرف ديگر پاد ذرات از برخورد شديد ذرات با هم بوجود مي‌آيند و اين وظيفه به عهده شتاب دهنده‌ها است . در واقع پاد ذرات همواره از ذرات توليد ميشوند و ما نمي‌توانيم ابتدا به ساكن از هيچ چيز كه جسم مادي ندارد ، پاد ذره توليد كنيم و اين موضوع بسيار مهم است كه ضربه برخورد ذرات شتاب‌دار ميتواند وارونگي ميادين را حاصل شود كه اين پديده در برخورد شهاب سنگها با سيارات ميتواند رخ دهد و انرژي جنبشي آنها را به انفجارهاي شديد الكترومغناطيسي تبديل كند كه بيشتر به صورت تابش گاما خواهد بود .

 

اما اصولي كه بايد در اين پديده محفوظ بمانند تا فرآيند انجام گيرد عبارت است از :

1- بقاي انرژي نسبيتي كل ، تعريف جديد آن اين است : انرژي كه صرف جدا كردن دو الكترون از هم و تبديل يكي از آنها به پوزيترون مي‌شود ، بعدا توسط الكترون و پوزيترون پس داده ميشود ، يعني ما نمي‌توانيم با اين پديده فيزيكي انرژي توليد كنيم و به بيان ديگر نيروگاه هسته‌اي ايجاد كنيم ، در واقع انرژي داده شده به فرآيند معادل انرژي پس گرفته شده مي‌باشد .

2- چنين فرآيندي با حضور يك هسته سنگين امكان پذير است و تعريف جديد آن اين است كه : هسته‌هاي سنگين اربيتالهاي ( زوج الكترون - الكترون هاي ) بيشتري داشته و چگالي زوج الكترون - الكترونها در فضاي اتمي آنها بيشتر از هسته‌هاي سبك‌تر است و به اين جهت احتمال اينكه پرتوهاي  گاما  زوج الكتروني را يافته و انرژي خود را در يكي از زوجين تخليه كنند بيشتر است ، و دليل اين موضوع اين است كه چون الكترونها در لايه خارجي اتم هستند پس زودتر از ذرات ديگر شكار پرتوهاي  گاما ميشوند و  بهتر است بگوييم كه نمي‌توانيم انرژي را به ذرات ماده و پاد ماده تبديل كنيم .

وجود پاد ذره‌اي براي هر ذره كه داراي همان جرم باشد يك اصل بديهي در فيزيك است براي اينكه بدون تغيير در جهت دوران ذرات از ديد ناظر يا همان اسپين ، ميتوان جهت ميدان آنها را وارونه كرد . توليد انرژي از طريق تبديل ماده به پاد ماده و ادغام مجدد آنها بازدهي نداشته و توجيه اقتصادي هم ندارد براي اينكه انرژي لازم براي تبديل ماده به پاد ماده برابر انرژي دريافتي از فرآيند است و مقدار زيادي انرژي در اين سيستم جهت شتاب دادن ذرات تلف ميشود . احتمال بسيار زيادي وجود دارد كه اگر زوج ماده - پاد ماده به زوج ماده - ماده تبديل نشوند ، زوج ماده - پاد ماده به دخان ( ماده تاريك با تعاريف جديد ) تبديل شده و موج گرانشي پديدار شود كه به مرور زمان باعث تخريب و خوردگي محل تصادم ذرات در تجهيزات شتاب شود ( مراجعه شود به واكنش هسته‌اي از نوع چهارم ) حتي ممكن است ميكرو سياه چاله هاي ( اجرام نوتروني كوچك ) پديدار شوند كه بسيار دردسر ساز نيز باشند . توليد پوزيترون و پاد پروتون و در كنار قرار دادن آنها گرچه باعث بوجود آمدن پاد هيدروژن ميشود ولي اين پاد هيدروژن در جاذبه سياره زمين عمر چنداني ندارد ، پاد ماده دائمي با ساختار اصلي خود در دنياي خود قادر به بقا ميباشد يعني اجرام سماوي درست شده از پاد ماده كه شرايط خود را دارند . ذرات همنام و هم بار در طبيعت اكثرا به صورت زوج يافت ميشوند و علت آن تشكيل ميادين الكتريكي دايره‌وار پيرامون آنهاست و به دنبال آن تشكيل ميادين مغناطيسي كه اين زوجيت مربوط به اختلاف قطبين مغناطيسي ميشود نه همجنسي ذرات .  تحت شرايطي دو الكترون ميتوانند ميادين الكتريكي همديگر را خارج از دواير ايجاد شده خنثي و از نظر بار الكتريكي صفر به نظر برسند و ماهيت الكتريكي آنها آشكار نشود .

فيزيكدانان بر اين باور هستند كه " پاد ماده در واقع تصوير آينه‌اي ماده است و تمام دنياي امروز ما فقط از ذرات مادي تشكيل شده است . همانگونه كه ما و تصويرمان در آينه كاملا يكسان هستيم فقط با اين تفاوت كه جاي چپ و راست عوض شده ‌است ، يك ذره و پاد ذره‌اش هم يكسان هستند به استثناي اينكه بار الكتريكي مخالف همديگر دارند "  كه نظريه‌اي كاملا درست است ، ولي بعضي‌ها بر اين باورند كه ماده و پاد ماده از خلا و توسط فوتون بيرون مي‌جهند ، و هسته‌هاي سنگين و به دنبال آن اجرام سماوي پر جرم دريچه‌اي جهت ورود به دنياي ديگري هستند كه اگر با سرعت نور به آنها نزديك شويم ( يعني سرعت انتقال طولي فوتون ) پا به جهان ديگري خواهيم گذاشت كه در كل انديشه‌اي نادرست است كه از استدلال‌هاي نادرست بدست مي‌آيد ، براي اينكه آنها چنين مي‌پندارند كه فوتون در آزمايشگاه در جوار هسته‌هاي سنگين تبديل به ماده و پاد ماده ميشود ، ولي همانطور كه ميدانيم پاد ماده از وارونه كردن ميدان ماده به وجود مي‌آيد ، و اينكه با سرعت نور نزديك شدن به يك سياه‌چاله نه تنها ما را به دنياي ديگري انتقال نمي‌دهد بلكه شايد براي هميشه راه برگشتي براي دنياي خود نداشته باشيم و در نهايت قرباني ميدان گرانش سياه‌چاله شويم . شايد علم روز ما به نوعي با خرافات و فانتزي آميخته شده است .  با توجه به اينكه اسپين ذرات نسبي بوده و ميتواند در ديد ناظر تغيير كند و حالت انعكاسي از خود نشان دهد ، پس ميتوانيم چنين فرض كنيم كه اسپين جز مشخصات حقيقي ذرات محسوب نمي‌شود بلكه جز مشخصات ظاهري آنهاست البته بسته به موقعيت آنها در فضا و ديد ناظر .

 

سخن آخر اينكه ما مي توانيم با دوران ميادين الكتريكي و ميادين گرانشي  ، بسياري از پديده‌هاي فيزيكي منجمله موارد زير را توجيه نماييم !

 

1-  توليد و انتشار امواج الكترومغناطيس توسط ذرات و عناصر

2 - حالات و رفتار عجيب و دوگانه سياه‌چاله‌ها و ستارگان نوتروني

3 - چگونگي تشكيل پيوندهاي شيميايي

4 - سقوط اجسام به مراكز جاذبه و سيستم چرخش شگفت آور ستارگان در مجموعه‌ي كهكشاني

5 - توجيه ساختار اتمها و .......  كه در آينده در مورد آنها مطالبي ارايه خواهد شد .

 

با توجه به مطالب فوق نظريه نيروي هسته‌اي قوي و ضعيف را ميتوان به گونه‌اي ديگر توجيه كرد ،  چرا كه پروتون‌ها نيز وضعيتي مشابه الكترونها  دارند و به سادگي مي‌توانند زوج ماده - ماده تشكيل داده و هسته عناصر را به همراه نوترون‌ها نظم دهند ، براي اينكه دوران ميدان الكتريكي آنها بسيار قوي و كوتاه برد است و چنين استنباط ميشود كه در عالم فقط دو نيروي گرانش و الكترومغناطيس قابل شناسايي باشد . نظريه دوران ميادين الكتريكي جايگزيني مناسب براي تئوري نيروهاي هسته‌اي قوي است زيرا آنگونه كه از قدرت اين نيروي دوران در كهكشانها مشاهده ميشود ، اين نيرو ميبايست بسيار قوي باشد .

تقريبا تمامي ميادين گرانشي و الكتريكي در عالم با  دوران خود محدود ميشوند  و نيروي آنها از خط مستقيم به صورت دايره و كره در مي‌آيد زيرا در صورت خطي بودن اين نيروها ، اين نيروها تجمع كرده و بعد از اتحاد باعث عدم ثبات و بقاي هستي مي‌شدند ، يعني همان ايرادي كه به قانون جهاني گرانش در مكانيك كلاسيك وارد است . اين دوران براي پديدار شدن هستي و بقاي آن الزامي است .

 

آیا تصادم فوتونهای گاما و ذرات آلفا فیزیک کوانتوم ما را به چالش می کشد؟

همانطور که میدانیم تصادم مابین فوتونهای گاما با ملکولهای هلیم در اطاقک ابر رخ داده و حاصل فرایند زوج ذرات الکترون – پوزیترون بوده است و اینک این سوال مطرح میشود که آیا نتیجه مشابهی برای تصادم فوتونهای گاما و ذرات آلفا ( هسته اتم هلیم فاقد الکترون ) بدست خواهد آمد؟

که جواب ما قبل از انجام آزمون منفی است که در این صورت دانش فعلی ما از فیزیک کوانتوم به چالشی بزرگ کشیده خواهد شد .

قطبش (موج‌ها)

این مقاله نیازمند ویکی‌سازی است. لطفاً با توجه به راهنمای ویرایش و شیوه‌نامه، محتوای آن را بهبود بخشید.

قطبش یا پلاریزاسیون (به انگلیسی: Polarization) یک ویژگی امواج عرضی است که جهت نوسان را در صفحهٔ عمود بر انتشار موج نشان می‌دهد. در الکترومغناطیس، قطبش یک موج الکترومغناطیسی (مانند نور) نشان‌دهندهٔ جهت بردار میدان الکتریکی آن نسبت به راستای انتشار است.

در امواج قطبش‌های متفاوتی را می‌توان دید؛ از جمله قطبش بیضوی و دایروی (که البته نوع خاصی از قطبش بیضوی است) و قطبش خطی.

خطی

دایروی

بیضوی

امواج طولی مانند صوت قطبش ندارند، زیرا راستای نوسان در این امواج در راستای پیشروی آن‌ها بوده و بنابراین به طور یکتا تعیین می‌شود. ولی در امواج عرضی مانند نور جهت نوسان میدان الکتریکی یکتا نیست و با قطبش تعیین می‌شود.قطبش عمود بر مسیر حرکت موج است.در این حالت میدان الکتریکی در یک جهت هدایت میشود(قطبش خطی) یا ممکن است که آن به حالت چرخشی درآید مثل حرکت موج(قطبش چرخشی یا فشرده) در حالت های دیگر نوسان ها میتوانند در حرکت به طرف راست یا چپ بچرخند.طبق اینکه کدام چرخش در یک موج مشخص نشان داده شود به آن گردش میگویند.در کل قطبش موج الکترومغناطیسی یک مسئله پیچیده است.برای مثال در یک موج مثل فیبرنوری یا پرتوهای پلاریزه شده در فضای آزاد توضیح دادن پلاریزاسیون موج پیچیده تر است، چون میدان ها اجزای طولی و عرضی دارند.برای موج های طولی مثل امواج صوتی در سیال ها، جهت نوسان به وسیله مسیر حرکت مشخص میشود و بنابراین قطبشی وجود ندارد.در یک وسیله جامد امواج صوتی میتوانند به صورت عرضی باشند.در این حالت قطبش با مسیر تنش برشی در سطح عمود بر جهت انتشار در ارتیاط است.این در زلزله شناسی اهمیت دارد.قطبش در زمینه علوم و تکنولوژی در رابطه با انتشار موج اهمیت دارد مثل علوم نوری، مخابرات و علوم رادار.قطبش نور را میتوان با یک قطبش اندازه گیری کرد.

محتویات

 [نهفتن] 

• ۱ موج تخت
• ۲ حالت قطبش
• ۳ نور پلاریزه نشده
• ۴ پارامتر سازی
• ۵ پارامتر ساز ی درانعکاس نیم پلاریزه شده و وابسته(همدوس)
• ۶ انتشار؛ انعکاس، تفرق (پراکندگی)
• ۷ پلاریزاسیون(قطبش)در طبیعت، علوم و تکنولوژی
• ۸ اثرات قطبش در زندگی روزمره
• ۹ زیست شناسی
• ۱۰ زمین شناسی
• ۱۱ شیمی
• ۱۲ ستاره شناسی
• ۱۳ فیلم های3 بعدی
• ۱۴ کاربردهای آن در رادارو ارتباطات
• ۱۵ علوم پایه
• ۱۶ دریا نوردی(کشتیرانی)
• ۱۷ عکاسی
• ۱۸ منابع

موج تخت [ویرایش]

ساده ترین مظهر قطبش که قابل تصور است موج تخت میباشد که تقریب مناسب در اکثر امواج نوری هستند.(یک موج تخت عبارت است از یک موج با جبهه موج وسیع و بلند) برای توابع موج های تخت "مکس ول" مخصوصا قوانین گاوس نیاز به نوسنجی را تحمیل میکند که میدان الکتریکی و مغناطیسی عمود بر جهت انتشار و عمود بر یکدیگر هستند.وقتی که قطبش را در نظر میگیریم بردار میدان الکتریکی مشخص میشود و میدان مغناطیسی نادیده گرفته میشود، چون آن عمود بر میدان الکتریکی در یک موج تخت به طور دلخواه به دو مولفه عمود بر هم تحت عنوانx وyتقسیم میشوند.برای مثال یک موج هارمونیک در جائیکه دامنه بردار الکتریکی در حالت سینوسی در زمان متفاوت است، دو مولفه دقیقا دارای فرکانس یکسانی هستند.با این حال این مولفه ها دارای ویژگی های مشخص دیگری هستند که با هم فرق دارند.اولا دو مولفه دارای دامنه یکسانی نیستند، ثانیا دو مولفه دارای فاز یکسانی نیستند یعنی اینکه آن ها همزمان به حداقل و حداکثرنمیرسند. از نظر ریاضی میدان الکتریکی در یک موج به صورت زیر نوشته میشود: یا متناوبا که :

حالت قطبش [ویرایش]

طرح ترسیم شده در یک طرح ثابت با بردار الکتریکی مثل یک موج صفحه ای که از آن میگذرد، حالت قطبش را نشان میدهد. شکل های بالا بعضی از نمونه های تغییر شکل بردار میدان الکتریکی را با زمان (محورهای عمودی) در یک نقطه ی مشخص در فضا در راستای مولفه های x وy را نشان میدهد و مسیر با نوک بردار در صفحه مشخص میشود.تغییر مشابه زمانی رخ میدهد که به میدان الکتریکی در یک زمان مشخص نگاه کنیم در حالی که تغییر نقطه در فضا در راستای خلاف جهت انتشار باشد: خطی، دایره ای، بیضی.در سمت چپ ترین شکل بالا دو مولفه قائم در فاز وجود دارند.در این حالت نسبت مقاومت دو مولفه ثابت است، بنابراین جهت بردار الکتریکی هم ثابت است چون نوک بردار یک خط در صفحه رسم میکند این حالت خاص را قطبش خطی مینامند.مسیر (جهت) این خط به نوسان نسبی در دو مولفه بستگی دارد. در شکل وسط دو مولفه عمود بر هم دقیقا نوسان یکسانی دارند، دقیقا 90 درجه خارج از فاز هستند.در این حالت یک مولفه صفر است.وقتی مولفه دیگر در دامنه مینیمم یا ماکسیمم باشد دو رابطه فازی احتمالی وجود دارند که این نیازمندی را جبران میکنند.مولفهx نود درجه از مولفه y جلو است یا آن میتوان 90 درجه از مولفه y عقب باشد در این حالت مخصوص مدار الکتریکی یک دایره در سطح رسم میکند.این حالت به خصوص را قطبش دایره ای (چرخشی) می نامیم.جهت چرخش های میدان به این بستگی دارد که کدام دو رابطه فازی موجود باشد.این حالت را قطبش دایره ای دست راست و قطبش دایره ای دست چپ نامیده میشوند و بستگی به این دارند که کدام جهت بردار الکتریکی می چرخد.حالت دیگر وقتی است که دو مولفه در فاز نباشند و با دامنه یکسانی نداشته باشند یا 90 درجه بیرون از فاز نباشند.اگرچه فاز آنها عوض میشود ونسبت دامنه آنها ثابت می ماند. این نوع قطبش، قطبش بیضی شکل نامیده میشود چون بردار الکتریکی یک بیضی در سطح رسم می کند.این در شکل بالا در سمت راس نشان داده شده است. تجزیه دکارت در میدان الکتریکی در مراحل X.Y به صورت اختیاری است. امواج صفحه ای در هر پلاریزاسیون با جایگزین کردن ترکیب دو موج پلاریزه شده بیضی شکل برای نمونه امواج در خلاف پلاریزاسیون دایره ای مشخص می شوند. تجزیه پلاریزاسیون دکارت وقتی طبیعی است که با انعکاس از سطوح، انکسار مضاعف مواد، یا انعکاس سینکروترون سر و کار داشته باشد. حالت های پلاریزه شده دایره ای سودمندترین پایه و اساس برای تحقیق درباره انتشار نور در ایزومر فضایی هستند. اگرچه این بخش پلاریزاسیون را برای امواج صفحه ای ایده آل مورد بررسی قرار می دهد ولی تمام مواد بالا را می توان برای تشخیص خیلی دقیق و صحیح اکثر آزمایش های اپتیکال(نوری)عملی که از روش هایMET استفاده می کنند بکار برد. که شامل اپتیک گاس هم می شود.

Animation of a circularly polarized wave as a sum of two components

نور پلاریزه نشده [ویرایش]

اکثر منابع انعکاس الکترو مغناطیسی شامل تعداد زیادی از اتم ها یامولکول هایی هستند که نور را منعکس می کنند. جهت داری میدان های الکتریکی که توسط این ساطع کننده ها به وجود می آیندبا هم همبسته نیستند، که در آن حالت گفته می شود که نور پلاریزه نشده است. اگر یک همبستگی میان ساطع کننده ها وجود داشته باشد، نور پلاریزه می شود.اگر پلاریزاسیون با طیف منبع سازگاری داشته باشد، نور پلاریزه شده بعنوان یک انطباق در یک مؤلفه کاملا پلاریزه نشده و یک مؤلفه پلاریزه شده مشخص می شوند. ممکن است که نور بر حسب میزان پلاریزاسیون و پارامترها در بیضی پلاریزاسیون مشخص شوند.

پارامتر سازی [ویرایش]

برای راحتی کار حالت های پلاریزاسیون اغلب بر حسب بیضی پلاریزاسیون مخصوصاًجهت داری و کشیدگی (افزایش طول)مشخص می شوند.یک پلاریزاسیون معمولی از زاویه جهت داریΨ استفاده می کنندکه آن یک زاویه بین نیم محور اصلی در بیضی و محورX (به عنوان زاویه انحراف یا زاویه گرا)و بیضیت(تفاضل قطرین)،εنسبت محور اصلی به فرعی(که نسبت هم محوری نامیده می شود)است.تفاضل قطرین صفر یا بی نهایت برابر با پلاریزاسیون خطی است و تفاضل قطرین(بیضیت)1برابر با پلاریزاسیون دایره ای است.زاویه تفاضل قطرین (بیضیت)εtoccra=Xمعمولا استفاده می شود.یک نمونه را می توانید در نمودار سمت راست ببینید.یک تناوب برای تفاضل قطرین یا زاویه تفاضل قطرین(بیضیت)گریز از مرکز است.با ایسن حالت بر خلاف زاویه گرا و زاویه بیضیت این مورد اخیر هیچ تغییر هندسی واضحی بر حسب کره"پوئین کر"ندارد. اطلاعات کامل در مورد حالت کاملا پلاریزه شده به وسیله دامنه و فاز اوسیلاسیون(نوسان)در دو مولفه در بردار میدان الکتریکی در صفحه پلاریزاسیون بدست می آید.از این مورد می توان برای نشان دادن اینکه چطور حالت های مختلف در پلاریزاسیون امکان پذیر هستند به کار برد.اطلاعات فاز و دامنه نشان دهنده یک بردار پیچیده دو بعدی است.در اینجا1aو2a نشان دهنده موج در دو مولفه در بردار میدان الکتریکی است در حالیکه 1θو2θنشان دهنده فازهاست.ایجاد یک بردار جونز با یک تعداد زیادی از ضرایب واحد یک بردار متفاوت جونز را مشخص می کند که نشان دهنده بیضی مشابه است و بنابراین حالت مشابهی هم در پلاریزاسیون درد.میدا ن الکترکی فیزیکی به عنوان یک قسمت واقعی در بردار جونز تغییر داده می شود.ولی خود حالت پلاریزاسیون مستقل از فاز مطلق می باشد.بردارهای اصلی که برای نشان دادن و معرفی بردار جونز به کار برده می شود نیازی ندارند تا حالت های پلاریزاسیون خطی را نشان دهند.در کل هر دو حالت را می توان در جایی به کار برد که یک جفت بردار عمودی بعنوان یک بردار باشند که یک حاصل داخلی صفر دارند.یک انتخاب معمولی پلاریزاسیون های دایره ای راست و چپ است.صرفنظر از اینکه آیا بیضی های پلاریزاسیون با استفاده از پارامترهای هندسی یا بردارهای جونز نشان داده می شوند یا خیر، پلاریزاسیون یک جهت دار ی چارچوب مختصات است.این مقداری آزادی عمل بوجود می آورد.برای مثال چرخش در جهت انتشار وقتی نور مورد نظر موازی با سطح زمین منتشر می شود.عبارت پلاریزاسیون افقی و عمودی بکار برده می شود که با پلاریزاسیون قبلی که با مولفه اول در بردار جونز یا زاویه گرا ارتباط دارد.

از طرف دیگر در ستاره شناسی سیستم مختصات استوایی با گرا ی صفر برابر با شمال به جای آن بکار می رود. سیستم مختصات دیگری که غالبا بکار می رود با صفحه ای که با مسیر انتشار و یک بردار عمود بر صفحه در سطح انتشار مرتبط می شود.این به عنوان صفحه تابش نامیده می شود.مولفه میدان الکتریکی با این صفحه موازی است کهekil -P(پی شکل)نامیده می شود.و مولفه عمود بر این صفحهekil -S (اس شکل)گفته می شود که نور با میدان الکتریکی پلاریزه، پی –پلاریزه صفحه مماس پلاریزه شده است یا یک موج عرضی مغناطیسی است(MT).نور با میدان الکتریکی (اس شکل)به صورتdeziralop-S(پلاریزه شده به شکل اس) و همچنین پلاریزه شده سیگما یا صفحه سهمی پلاریزه شده است یا به عنوان یک موج عرضی الکتریکی(ET) نامیده می شود.

پارامتر ساز ی درانعکاس نیم پلاریزه شده و وابسته(همدوس) [ویرایش]

در حالت انعکاس نیم پلاریزه شده، بردار جونز در زمان و مکان طوری در تغییر هستند که از سرعت ثابت چرخش فاز در تکفام موج های کاملا پلاریزه شده متفاوت می باشند.در این حالت میدان موج دارای تغییر است و فقط اطلاعات آماری را می توان درباره وریاسیون ها(نوسان ها)و همبستگی های بین مولفه هادر میدان الکتریکی جمع آوری کرد.این اطلاعات در ماتریس وابسنگی(همدوسی)قرار دارند.جائیکه پارانتزهای زاویه دارنشان دهنده میانگین در چرخه های موج های زیادی هستند.چندین متغیر در ماتریس وابستگی پیشنهاد شده اند.ماتریس وابستگی (همدوسی)" وینر" و ماتریس وابستگی طیفی "ریچارد باراکارت" میزان وابستگی یک تجزیه طیفی را در سیگنال اندازه گیری می کنددر حالیکه ماتریس وابستگی( همدوسی) ولف تمام زمان فرکانس ها را میانگین گیری می کند. ماتریس وابستگی (همدوسی) شامل تمام اطلاعات آماری منظم ثانویه درباره پلاریزاسیون است.این ماتریس را می توان در مجموع به دو ماتریس تجزیه کرد که برابر با بردار ماتریس وابستگی( همدوسی) است و هر کدام حالت پلاریزاسیون را که عمود بر دیگری است را نشان می دهد.یک تجزیه انتخابی کامل با در مولفه های پلاریزه شده دترمینان صفر و غیر پلاریزه شده ماتریس واحد درجه بندی شده وجود دارد.در هر حالت عملیات جمع کردن مولفه های با انطباق نا همدوس در موج هایی از دو مولفه برابر است.یک حالت دیگر برای مفهوم درجه میزان پلاریزاسیون به وجود می آید یعنی شکستگی در مجموع شدت بوجود آمده توسط مولفه کاملا پلاریزه شده .ماتریس همدوس را نمی توان به راحتی تصور کردبنابراین آن را برای توصیف انعکاس نیمه پلاریزه شده یا ناهمدوس در مجحموع شدت آن(I) میزان پلاریزاسیون (p)و پارامتر های قالبی در بیضی پلاریزاسیون می باشد.توصیف مناسب و پیشنهادی توسط پارامترهای استوک ارائه شده توسط جورج گابریل استوک در سال1852معرفی شدند.رابطه پارامترهای استوک در پارامترهای بیضی پلاریزاسیون، شدت در معادلات، شکل زیر نشان داده شده اند.

در اینجاpI،ψ2،X2 مختصات کروی در حالت پلاریزاسیون(قطبش)سه بعدی در سه پارامتر آخر استوک هستند.به فاکتورهای دو قبل ازψ،X که برابر با حقیقت هایی است که هر بیضی قطبش (پلاریزاسیون)از یک چرخش180درجه یا با طول های نیمه محور خارج شده با یک چرخش 90درجهت غیر قابل تشخیص هستند.پارامترهای استوک بعضی اوقات I،U،V،Qرا مشخص می کنند. پارامترهای استوک شامل تمام اطلاعات مربوط به ماتریس همدوس هستند و با آن از نظر خطی به وسیله ماتریس واحد به اضافه سه ماتریس "پلی"ارتباط دارند.از نظر ریاضی فاکتور دو زاویه فیزیکی مربوط به هم نسبت به نقاط مقابل آن ها در فضای استوک از به کار گیری گشتاورهای مرتبه دوم و همبستگی ها مشتق می شوندو نقاط مقابل اطلاعات را به علت تغییر ناپذیری فاز مطلق از دست می دهند.شکل بالا به کار بردن یک معرف مناسب را در سه پارامتر آخر استوک بعنوان مولفه ها در یک فضای بردار سه بعدی را بوجود می آورد.این فضای بسیار مرتبط با فضای "پوئین کر"است که سطح کروی کاملاً با حالت های پلاریزه شده در محل بردار اشغال شده است.کل چهار پارامتر استوک را می توان با بردار چهار بعدی استوک ترکیب کرد که می توان آن را تحت عنوان چهاربردار در فضای "مین کوسکی"تفسیر کرد.در این حالت تمام حالت های پلاریزاسیون قابل درک، برابر با زمان مشابه بردارهای بعدی هستند.

Poincaré sphere diagram

انتشار؛ انعکاس، تفرق (پراکندگی) [ویرایش]

در خلأ مولفه ها در میدان الکتریکی با سرعت نور منتشر می شوندطوریکه فاز موج در زمان و مکان متفاوت می شود در حالیکه حالت پلاریزاسیون این گونه نیست.یعنیK تعداد موج وZ مثبت مسیر(جهت)انتشار است.همان طوری که در بالا به آن اشاره کردیم بردار الکتریکی فیزیکی یک قسمت واقعی در بردار جونز به شمار می رود.وقتی که موج های الکترومغناطیسی به یک ماده اثر می کنند، انتشار آنها تغییر می کند.در بسیاری از وسایل، امواج الکترومغناطیسی در داخل به دو مولفه عمودی تجزیه می شوند که اثرات انتشار متفاوتی دارند .یک شرایط مشابه در مسیرهای پردازش سیگنال در سیستم ردیاب وجود دارد که مستقیما ًمیدان الکتریکی را ثبت می کند.چنین اثراتی را می توان به آسانی به شکل یک کمپلکس 2×2ماتریس تغییر که ماتریس جونز نامیده می شود مشخص کرد.به طور کلی ماتریس جونز در یک واسطه به فرکانس امواج بستگی دارد.در مورد اثرات انتشار در دو حالت عمود بر هم ماتریس جونز رامی توان به صورت زیر نوشت که 1g،2gتعداد کمپلکس هستند که نشان دهنده تغییر در دامنه و فازی است که در هر یک از دو حالت انتشار به وجود آمده است وT یک ماتریس واحد است که نشان دهنده یک تغییر اساسی از این حالت های انتشار به سیستم خطی به کار رقته برای بردارهای جونز است.برای این وسایل که دامنه ها تغییر نمی کنندولی یک تغییر فازی متفاوت اتفاق می افتد.ماتریس جونز واحد است در حالیکه آنهایی که دامنه را بدون فاز تحت تأثیر قرار می دهند دارای ماتریس های"هرمیتین جونز"هستند.در حقیقت چون هر ماتریس به عنوان محصول ماتریس های مثبت هرمیتین و واحد نوشته می شود، هر نوع نتیجه گیری در اثرات انتشار خطی صرف نظر از میزان پیچیدگی و کمپلکس را می توان به عنوان محصول دو نوع اصلی تغییرات در نظر گرفت.جهت ها به وسیله بردارها در فضای پوئین تحت انکسار مضاعف در نظر گرفته می شوند.حالت های انتشار را با خط های آبی و قرمز و زرد نشان داده می شوند و بردارهای اولیه با خط های سیاه ضخیم و جهت هایی که آنها دارند با بیضی های رنگی نشان داده می شوند.وسیله ای که در آن دو حالت یک تأخیر تفاضلی را افزایش می دهد انکسار مضاعف نامیده می شوند.جلوه های معروف این اثر در صفحه های موج اپتیکال(روش های خطی)و در چرخش اپتیکال (روش های دایره ای یا چرخشی)ظاهر می شوند.یک مثال ساده و قابل تصور این است که در جایی که حالت های انتشار خطی هستند و انعکاس وارده به صورت خطی در یک زاویه 45درجه در حالت پلاریزه می شوند همانطوریکه تفاوت فاز شروع ظاهر شدن می کند پلاریزاسیون(قطبی شدن)به صورت بیضی در می آیدو تبدیل به پلاریزاسیون کاملاً دایره ای (تفاوت فاز 90درجه)می شود و سپس به صورت بیضی و بعد به صورت خطی(فاز180درجه)با یک زاویه گرای عمود بر جهت اصلی در می آید و سپس دوباره در فاز 270درجه می چرخد و سپس با زاویه گرای اصلی به صورت بیضی شکل در می آید و سپس به حالت پلاریزه شده خطی اصلی فاز 360درجه بر می گردد که درآنجا چرخه دوباره آغاز می شود.در کل این حالت پیچیده تر است و به عنوان یک چرخش در فضای "پوئین کار"مشخص می شوند که درباره محور تعیین شده به وسیله حالت های انتشار است.(این نتیجه هم ریختی(2)usبا(3)os است).نمونه هایی از انکسار مضاعف خطی(آبی)، دایره ای(قرمز)و بیضی(زرد)را در شکل سمت چپ مشاهده می کنید.

شدت مطلق(کلی)و میزان پلاریزاسیون بی اثر هستند.اگر میزان طول در وسیله انکسار نور کافی باشد، موج های صفحه ای ماده را با یک مسیر انتشار بر حسب انکسار متفاوت خارج خواهد کرد.برای مثال این حالتی است که در کریستال های ماکروسکوپی آهک وجود دارد که به بیننده دو نقطه را نشان می دهد، تصاویرپلاریزه شده قائم(عمودی)درآنچه که از طریق آنها دیده می شوند.این اثربود که اولین کشف پلاریزاسیون را توسط اراسبوس بارسلونیوس در سال 1669فراهم کرد.بعلاوه تغییر فاز و بنابراین تغییر در حالت پلاریزاسیون معمولاً یک بسامد مستقل است که در ترکیب با دو رنگی غالباًرنگ های روشن و اثرات شبه رنگین کمانی افزایش می یابد.وسیله ای که در آن دامنه انتشار امواج در یکی از حالت ها کاهش می یابد تحت عنوان دو رنگ نما شناخته می شوند.وسایل یکه تقریباًتمام انعکاس ها را در یک حالت مسدود می کنند صافی قطبی یا به عبارت ساده تر قطبنده نامیده می شوند.طبق پارامترهای استوک شدت مطلق کاهش می یابد وقتی که بردارها در فضای"پوئین کار"به طرف جهت حالت مطلوب کشیده می شوند.از نظر ریاضی در عملیات پارامترهای استوک مثل یک بردار -4منیکوویسکی، تغییر یک افزایش مدرج لورنتز است(بر طبق هم ریختی(C،2) SL، گروه محدود شده لورنتز(3،1)OSاست.)وقتی که اطلاعات لورنتز زمان دقیق را حفظ می کندمقدار Ψ = S₀²-S₁²-S₂²-S₃² در داخل یک عدد ثابت افزاینده در تغییرات ماتریس جونز تغییر ناپذیر است.در انکسار مضاعف و در وسیله دورنگ نما علاوه بر نوشتن یک ماتریس جونز برای تاثیر اصلی برای عبور از میان یک مسیر مشخص در یک واسطه مشخص ارزیابی حالت پلاریزاسیون(قطبی شدگی)در راستای آن مسیر (جهت)را می توان به عنوان نتیجه در سری های نامحدود و در گام های بی نهایت کوچک مشخص کرد که هر کدام در حالت بوجود آمده توسط تمام ماتریس ها عمل می کنند.در یک وسیله (واسطه)یکنواخت هر گام یکسان است و به صورت زیر نوشته می شود:کهJاتلاف/بهره واقعی است.D ماتریس بی اثر مثلeDα است کهe را نسبتZ مشتق گیری می کند.اگر Dهرمیتینی باشدپس تؤثیر آن دو رنگی است در حالیکه یک ماتریس واحدانکسار مضاعف را مدل سازی می کند.ماتریس Dرا می توان به عنوان یک ترکیب خطی در ماتریس های "پوئلی"بیان کردکه ضرایب واقعی ماتریس های هرمیتینی را به وجود آورد و ضرایب فرضی ماتریس های واحد را به وجود می آورند.ماتریس جونز در هر حالت با ساختار مناسب نوشته می شوند.که یکσ بردار-3ایجاد شده از ماتریس های پوئلی است(که در اینجا بعنوان ژنراتورهایی برای گروه لیSL استفاده می شوند و n،mبردارهای -3واقعی در فضای پوئین کار برابر با یکی از حالت های انتشار در واسطه(وسیله)است.تأثیرات بوجود آمده در آن فضا مشابه یک افزایش لورنتز در پارامتر سرعت β2در راستای جهت مشخص با یک چرخش در زاویهΦ2 در محور مشخص است.این تغییرات را می توان به عنوان دو چهارتایی نوشت که عناصر مرتبط با ماتریس جونز شبیه پارامترهای استوک هستند که با ماتریس همدوسی رابطه دارند.سپس آنها را می توان در پس ضریب و پیش ضریب به صورت چهار قسمتی که نشان دهنده ماتریس همدوسی هستند. با کاربرد معمولی در نمای چهار قسمتی برای چرخش های صورت گرفته به کاربرد و افزایش ها به صورت مشابه با معادلات نمایی ماتریس بالا در می آیند.علاوه بر انکسار مضاعف و دو رنگی در واسطه گسترده شده، اثرات پلاریزاسیون با استفاده از ماتریس های جونز قابل توضیح هستند و می توانند در یک واسطه بین دو چیز با شاخص انکسار متفاوت به وجود آیند.این تأثیرات را می توان با معادلات فرنل مرتبط کرد.قسمتی از موج فرستاده می شود و قسمتی منعکس می شود که مقدار آن بستگی به زاویه انکسار و انتشار دارد.بعلاوه اگر صفحه سطح انعکاس با صفحه انتشار موج هم تراز نباشد پلاریزاسیون در دو قسمت تغییر می کند.به طور کلی ماتریس جونز در انعکاس و انتقال واقعی هستند و اثرات مشابهی با یک پلاریزاسیون خطی ساده بوجود می آورند.برای یک نور غیر قطبی(غیر پلاریزه)که به یک سطح با یک زاویه مناسب که زاویه"بری واستر"نامیده می شود، برخورد می کند، موج منعکس شده کاملاًبه شکلSپلاریزه شده خواهد شد.اثرات بخصوص باعث بوجود آمدن تغییرات خطی در بردار جونز نخواهند شد و بنابراین نمی توانند با ماتریس های جونز توصیف شوند.در این شرایط بهتر است که به جای آن از یک ماتریس 4×4استفاده کردکه در بردار -4استوک عمل می کند.چنین ماتریس هایی در ابتدا توسط "پل سولیلت"در سال1929به کار برده شده، اگرچه آنها را با نام ماتریس های مولر به طور فراوان برای مطالعه اثرات پراکندگی امواج از سطوح پیچیده یا مجموعه ها یا ذرات به کار می روند.

پلاریزاسیون(قطبش)در طبیعت، علوم و تکنولوژی [ویرایش]

اثرات قطبش در زندگی روزمره [ویرایش]

اثر یک دو قطبی کننده در انعکاس از سطوح تیره، در تصویر سمت چپ، دو قطبی کننده می چرخد و انعکاس ها را تا حد امکان، امکان پذیر می کند.یک دو قطبی کننده با یک چرخش90درجه تقریباًتمام نورهای مسدود شده را منعکس می کند.اثر صافی قطبی در فضای یک عکس در تصویر سمت راست از یک فیلتر(صافی)استفاده می شود.نور منعکس شده توسط مواد روشن و شفاف کاملاً، تا حدی پلاریزه می شود به جز در موارد ی که نور عمود بر سطح بتابد.با توجه به وجود این اثر پلاریزاسیون اولین بار در سال1808توسط ریاضیدانی به نام "اتینی لوئیس مالوس"کشف شد.یک صافی قطبی مثل یک عینک آفتابی قطبی را می توان برای جذب این اثر با چرخش صافی در مواقعی بکار برد که از آن به نور منعکس شده از سطح افقی دور دست نگاه می کنیم.در زوایای خاص چرخش، انعکاس نور به حداقل می رسد یا حذف می شود.صافی قطبی نور قطبی را در 90درجه نسبت به محور قطبی صافی جابجا می کند و از بین می برد.اگر دو عدد قطبی کننده در بالای یکدیگر با زاویه های 90درجه نسبت به همدیگر قرار داده شوند، انتقال نور به حداقل می رسد.

Effect of a polarizer on reflection from mud flats. In the picture on the left, the polarizer is rotated to transmit the reflections as well as possible; by rotating the polarizer by 90° (picture on the right) almost all specularly reflected sunlight is blocked.

The effects of a polarizing filter on the sky in a photograph. The picture on the right uses the filter.

پلاریزاسیون همراه با پراکندگی را می توان به عنوان نوری مشاهده کرد که از جو عبور می کند.نور پراکنده شده باعث روشن شدن و رنگی شدن آسمان می شود.پلاریزاسیون نسبت به نور پراکنده شده را می توان برای تیره کردن آسمان در عکس ها بکاربرد که فضا را افزایش می دهد.این اثر را براحتی در غروب خورشید، در افق در یک زاویه 90درجه از خورشید مشاهده می کنید.اثر دیگری که به راحتی قابل مشاهده کاهش شدید نور تصاویر در آسمان و ابرها ی منعکس شدهاز سطوح افقی است که دلیل اصلی استفاده از صافی ها در عینک های آفتابی است و هم چنین رؤیت پذیری از طریق این اثرات عینک های آفتابی قطبی نمونه هایی شبیه رنگین کمان هستندکه از طریق اثرات انکسار پذیری مضاعف وابسته به رنگ بوجود می آیند.برای مثال در شیشه مقاوم(مثل شیشه های اتومبیل )یا وسایلی که از پلاستیک های شفاف ساخته می شوند.نقشی که پلاریزاسیون در عملکرد کریستال مایع بازی می کند(sDCL)برای کسی که از عینک های آفتابی قطبی استفاده می کند معلوم است و آن میزان اختلاف را کاهش میدهد. پلاریزاسیونعینک های آفتابی میزان فشار را در شیشه اتومبیل آشکار می کند.تصویر سمت راست با استفاده از عینک های آفتابی قطبی و از پشت شیشه مقاوم اتومبیل گرفته شده است.نور از آسمان بوسیله شیشه جلوی ماشین، در ماشین دیگر در یک زاویه منعکس می شودو غالباً آن را به صورت افقی پلاریزه می کند.شیشه مقاوم از شیشه آبداده تهیه می شود.فشار حاصل از گرما در شیشه، پلاریزاسیون نوری را که از آن عبورمی کندتغییر می دهد.مثال یک موج صفحه ای.بدون این اثر، عینک آفتابی نورپلاریزه شده افقی را که از شیشه ماشین دیگر منعکس می شود را مسدود می کند(مانع از تابش می شود).فشار در شیشه مقاوم بعضی از نورهای پلاریزه شده افقی را در نور پلاریزه شده عمودی تغییر می دهد که می توان از داخل شیشه ها عبورکند.در نتیجه الگوی_نمونه)منظم در رفتار گرما رؤیت پذیر می شود.

Polarizing sunglasses reveal stress in car window (see text for explanation.)

زیست شناسی [ویرایش]

بسیاری از حیوانات ظاهراً قادر هستند تا بعضی از مؤلفه های پلاریزاسیون نوربرای مثال نور پلاریزه شده افقی خطی را مشاهده کنند.این معمولاًبرای اهداف کشتیرانی به کار می رود.چون پلاریزاسیون خطی در نور آسمان همیشه در مسیر(جهت)خورشید منتشر می شود.این توانایی در میان حشرات شایع است که شامل زنبورها می شود.آنها از این اطلاعات برای هماهنگ کردن حرکت های ارتباطی استفاده می کنند.حساسیت پلاریزاسیون را میتوانیم در گونه هایی از اختابوس ها، ده پاها و میگوها مشاهده شده است.در حالت دیگر یک گونه تمام شش مؤلفه قائم(عمودی) پلاریزاسیون را اندازه گیری می کند و تصور می شود که دارای بینایی پلاریزاسیون مطلوب هستند.تغییرات سریع در رنگ پوست ده پاها که برای برقراری ارتباط است، الگوهای پلاریزاسیون را بوجود می آورد.و میگوها هم دارای بافت انعکاسی انتخابی پلاریزه شده هستند.تصور می شود پلاریزاسیون آسمان که به وسیله کبوتر ها درک می شود.یکی از اهداف آنها در لانه یابی است.ولی تحقیقات نشان دادند که این یک افسانه معروف است.چشم غیر مسلح انسان نسبت به پلاریزاسیون بدون نیاز به صافی های رابط از حساسیت ضعیفی برخوردار است.نور پلاریزه شده یک نمونه کم رنگی نزدیک به مرکز میدان بینایی ایجاد می کند کهhsurb s´regnidiaH نامیده می شود.

زمین شناسی [ویرایش]

Photomicrograph of a volcanic sand grain; upper picture is plane-polarized light, bottom picture is cross-polarized light, scale box at left-center is 0.25 millimeter.

فتومیکروگراف در یک شن های زیر آتش فشانی در تصویر یک نور پلاریزه شده صفحه ای است و تصویر قسمت پایین یک نور متقاطع پلاریزه شده است و مقیاس در قسمت وسط دست چپ 0.25میلی متر است.خاصیت انکسار مضاعف خطی در مواد کریستال پخش می شود و به راستی در کشف اولیه پلاریزاسیون مؤثر بودند.در معدن شناسی این خاصیت با استفاده از میکروسکوپ های پلاریزه شده قطبی برای شناسایی مواد معدنی بکار برده می شود.برای اطلاعات بیشتر به معدن شناسی اپتیکال مراجعه کنید.

شیمی [ویرایش]

پلاریزاسیون در شیمی به علت دورنگی دایره ای و چرخش اپتیکال که به وسیله مولکول های فعال نمایش داده می شوند، مهم است آن با استفاده از قطبش سنجی اندازه گیری می شود. عبارت پلاریزاسیون(قطبی شدگی)به اثر القایی یا موجی در یک گروه عامل در خواص الکترونیکی (گشتاور دو قطبی)در یک پیوند کوالانسی یا اتم گفته می شود.این مفهوم بر اساس تشکیل یک گشتاور الکتریکی در داخل یک مولکول است که معمولاًبا پلاریزاسیون امواج الکترومغناطیسی مرتبط نیست.نور پلاریزه شده با مواد ناهمسانگرد که اساس انکسار مضاعف است رابطه ای ندارد.این معمولاًدر مواد کریستالی دیده می شود و در زمین شناسی مفید هستند.نور پلاریزه شده یک انکسار دوبل است.چون شاخص انکسار برای نور پلاریزه شده افقی و عمودی در این مواد متفاوت است، گفته می شود توانایی قطبی شدن در مواد ناهمسانگرد در تمام جهت ها با هم برابر نیست.این ناهمسانگردی باعث بوجود آمدن تغییراتی در پلاریزاسیون پرتوهای فرعی می شود و به آسانی با استفاده از ذره بینی(میکروسکوپی)یا قطبش سنجی قطب های متقابل قابل رؤیت است.چرخش اپتیکال در مؤلفه های کایرال از انکسار مضاعف دایره ای مشتق می شود.انکسار مضاعف دایره ای همانند انکسار مضاعف خطی که در بالا توضیح داده شدیک انکسار دوبل در نور پلاریزه شده دایره ای است.

ستاره شناسی [ویرایش]

در بسیاری از حوزه های ستاره شناسی، تحقیق درباره انعکاس الکترومغناطیسی پلاریزه شده از فضای خارجی از اهمیت خاصی برخوردار است.اگر چه معمولاً یک عامل در انعکاس گرمایی در ستارگان وجود ندارد ولی پلاریزاسیون در انعکاس از منابع همدوسی نجومی و منابع ناهمدوس مثل قطعات رادیویی بزرگ در کهکشان های فعال و انعکاس رادیویی بالسار وجود دارد.و پراکندگی پلاریزاسیون میدان مغناطیسی بین ستاره ای را از طریق چرخش فارادی ردیابی می کند. پلاریزاسیون در زمینه میکروویوهای کیهانی برای تحقیق درباره فیزیک در جهان خیلی قدیم به کار می رود.انعکاس سینکروترون پلاریزه می شود.

فیلم های3 بعدی [ویرایش]

پلاریزاسیون هم چنین برای بعضی از فیلم های سه بعدی به کار برده می شود که در آن ها تصاویری که هر کدام برای یکی از چشمها است یا توسط دو پروژکتور مختلف با صافی های پلاریزه در راستای قائم پخش میشود یا از روش معمول یک پروژکتور با پلاریزاسیون مالتیپلکس زمانی (به طور متناوب و سریع قطبش را تغییر میدهد). در این میان عینک های سه بعدی پلاریزه شده که هر چشم آن قطبش مخصوص آن چشم را از منبع پخش تصویر عبور میدهد نهایتا این امکان را به وجود می آورد که هر چشم فقط یک تصویر را دریافت کند. در فدیم صفحه های استریوسکوپیک از قطبش خطی استفاده می کردند چون هم ارزان و هم روش خوبی برای جداسازی [پرتو] بودند. پلاریزاسیون دایره ای باعث میشود که جدایی چشم راست و چپ از هم نسبت به راستای نگاه غیر حساس یا بی تفاوت شود؛ پلاریزاسیون چرخشی در نمایش فیلمهای معمول امروزی به کار گرفته میشود مانند سامانه ی ساخت RealD. [تصویر] سه بعدی پلاریزه شده فقط در صفحه هایی قابل نمایش است که پلاریزاسیون را حفظ میکنند (مثل صفحه های نقره ای [از جنس نقره])؛ صفحه های معمولی باعث قطبش زدایی یا دیپلاریزاسیون می شوند و جلوه تصویر سه بعدی را از بین میبرد.

کاربردهای آن در رادارو ارتباطات [ویرایش]

تمام انتقال های رادیویی و آنتن های دریافت پلاریزه می شود.مخصوصا وقتی که در یک رادار اکثر آنتن ها پلاریزاسیون دایره ای عمودی یا افقی را منعکس می کند.اگر چه پلاریزاسیون بیضی همیشه وجود دارد.میدان الکتریکی یا صفحه شکل، پلاریزاسیون یا چرخش موج رادیویی را نشان می دهد.پلاریزاسیون عمودی غالباً زمانی بکار می رود که یک سیگنال رادیویی در تمام جهات مثل واحدهای متحرک توزیع شده منعکس می شود.رادیوییM FوMAاز پلاریزاسیون عمودی استفاده می کنند در حالیکه تلویزیون از پلاریزاسیون افقی استفاده می کند. پلاریزاسیون عمودی یا افقی انتخابی در ارتباط ماهواره به کار می رود.به ماهواره این امکان را می دهد تا دو ارسال مجزا در یک فرکانس مشخص عمل کند و بنابراین تعداد مشتری ها را در یک ماهواره دو برابر می کند.وسایل انکسار مضاعف کنترل شده از نظر الکترونیکی را در ترکیب با صافی های پلاریزه به عنوان واسطه هایی در فیبرهای نوری به کار می برند.

علوم پایه [ویرایش]

تغییر شکل(انبساط)در شیشه های (عینک های)پلاستیکی

در مهندسی رابطه بین انبساط و انکسار مضاعف کاربرد پلاریزاسیون را در تشخیص توزیع استرس و تغییر شکل در نمونه های اولیه تحریک می کند.

Strain in plastic glasses

دریا نوردی(کشتیرانی) [ویرایش]

از پلاریزاسیون آسمان در قطب نمای آسمانی استفاده می شود که این کار در سال 1950در زمانیکه دریانوردی در نزدیک قطب های میدان مغناطیسی زمین در زمانیکه اصلاًخورشید یا ستارگان دیده نمی شدند، صورت گرفت.پیشنهاد شده است که وایکینگ ها یک وسیله مشابهی را در سفر طولانی مدتشان به قطب شمال در قرن ها ی نهم تا یازدهم قبل از رسیدن به قطب مغناطیسی در اروپا در قرن بیستم به کار بردند.قطب آسمان یک ساعت قطبی است که توسط "ویت استون"در اواخر قرن نوزدهم کشف شد.

عکاسی [ویرایش]

A polarizer filters out the polarized component of light from the sky in a color photograph, increasing contrast with the clouds (right).

در عکاسی صافی های قطبی به کار می روند و اغلب برای بهبود کیفیت ظهور به کار می روند.فیلترهای قطبی کننده خارج از مؤلفه پلاریزه شده در نور آسمان در یک عکس رنگی تضاد بین سایه ها را افزایش می دهد.

خطوط میدان الکتریکی

خطوط میدان الكتریكی

همان طور كه مشاهده نمودید بارهای الكتریكی در فضای اطرافشان میدان الكتریكی به وجود می‌آورند. وجود نقشه‌ای كه جهت و شدت میدان را در هر نقطه نشان دهد، بسیار مفید خواهد بود.

 

مایكل فارادی ایده چنین نقشه‌ای را ارائه كرد و آن را خطوط میدان الكتریكی نامید. از آنجا كه شدت میدان الكتریكی برابر نیروی وارد بر واحد بار است، گاهی به خطوط میدان الكتریكی، خطوط نیرو نیز گفته می‌شود.

 

برای معرفی خطوط میدان الكتریكی در اطراف بار نقطه ای q+ به شكل سمت راست توجّه كنید.

 

در محل‌‌های شماره گذاری شده ١ الی ٨، به بار آزمون نیروی دافعه وارد می‌شود، فلش ها جهت این نیرو را نشان می‌دهند. بنابراین میدان الكتریكی حاصـل از بار q+ به صورت شعاعی از آن خارج می‌شود.

 

خطوط میدان الكتریكی طوری رسم می‌شوند كه این جهت را نشان دهند. این خطوط از محل بار q+ شروع شده و به صورت شعاعی به سمت بیرون امتداد می یابند.

 

 

 

شكل زیر خطوط میدان در اطراف بار q- را نشان می‌دهد.

 

 

 

در این مثال، خطوط به سمت داخل و شعاعی هستند زیرا نیروی وارد بر یك بار آزمون مثبت، جاذبه‌ می‌باشد كه نشان دهنده جهت میدان به سمت داخل است.

 

به طور كلی خطوط میدان الكتریكی همیشه به سمت خارج بار مثبت و به سوی بار منفی می‌باشند. در شكل های بالا برای سادگی نمایش، میدان حاصل از بار مثبت و منفی در دو بعد رسم شده ولی در واقع خطوط میدان در تمام فضای سه بعدی پراكنده بوده و در اطراف بارهای نقطه‌ای به صورت شعاعی در می آیند. تعداد خطوط میدان نیز بیشمار است اما باز هم برای سادگی و وضوح شكل، تنها تعداد محدودی از این خطوط رسم می‌شوند. البته بهتر است كه تعداد خطوط متناسب با بار انتخاب شود، پس تعداد خطوط اطراف بار ٥q+، پنج برابر تعداد خطوط اطراف بار q+ خواهد بود.

 

شكل خطوط میدان، اطلاعات مفیدی درباره شدت یا اندازه میدان ارائه می كند، برای مثال در نزدیكی بارهای الكتریكی كه میدان قوی است، خطوط میدان به یكدیگر فشرده می‌باشند.

 

این موضوع در حالت كلی نیز صحیح است، به این معنی كه در محل هایی كه خطوط میدان به هم نزدیك ترند، شدت میدان الكتریكی بیشتر و قوی‌تر می‌باشد. بدون در نظر داشتن تعداد بار موجود در فضا، تعداد خط عبوری از یك سطح مشخص، متناسب با اندازه میدان الكتریكی در آن محل است.

 

حركت بار در ميدان الكتريكي

وقتي يك ذره باردار q در ميدان الكتريكي E قرار گيرد، نيروي F=qE بر آن وارد مي‌شود. اگر اين نيرو، تنها نيروي وارد بر q (به جرم m) باشد، جسم باردار شتاب‌ مي گيرد، اندازه اين شتاب از رابطه F=ma به دست مي‌آيد:

 

 

در سال 1897 تامسون توانست با استفاده از اين معادله و انجام يك سري آزمايش نسبت بار به جرم الكترون را به دست آورد.

 

نكته مهم در رابطه فوق اين است كه m هميشه مثبت است ولي q گاهي مثبت و گاهي منفي مي‌باشد. اگر q مثبت باشد آنگاه مثبت بوده، جهت شتاب a همان جهت E خواهد بود. مي‌دانيم كه جهت E جهت خطوط ميدان الكتريكي است پس اگر بار مثبتي در ميدان الكتريكي رها يا پرتاب شود، شتاب دار حركت نموده و جهت شتاب آن هم راستا با خطوط ميدان خواهد بود.

 

با استدلالي مشابه مي‌توان نشان داد كه اگر بار منفي در ميدان الكتريكي رها يا پرتاب شود جهت شتاب خلاف جهت ميدان خواهد بود.

 

سؤال مهم اين است كه آيا بار همان راستاي خطوط ميدان الکتريکي را در پيش خواهد گرفت و روي خطوط ميدان حركت مي‌كند؟

 

در دو فيلم زير باري در فضاي اطراف بار ساكن ديگري پرتاب شود. در زمان مشاهده فيلم موارد زير را در نظر داشته باشيد.

 

آيا خطوط ميدان تغيير مي كند؟ آيا تغيير آرايش ميدان به نوع بار پرتاب شده بستگي دارد؟ آيا مي توانيد نحوه حركت بار را به‌كمك خطوط ميدان توصيف كنيد.

 

براي مشاهده فيلم کليک کنيد.

 

اكنون حركت بار منفي را بررسي مي كنيم.

 

براي مشاهده فيلم کليک کنيد.

 

صفحه نمايشگر تلويزيون

به نظر شما در صفحه نمايشگر تلويزيون تصوير چگونه ايجاد مي‏شود؟ چرا وقتي به صفحه تلويزيون دست مي‏زنيم صداي جرقه مي‏شنويم؟ چرا صفحه تلويزيون باردار مي‏شود؟

 

در تصوير سمت چپ، نمايي از لامپ تصوير را مشاهده مي كنيد. پرتوي سبز رنگ در شكل زير، پرتوي الكتروني را نشان مي دهد كه توسط تفنگ الكتروني توليد مي شود.

 

پرتوي الكتروني، دسته اي الكترون است كه با سرعت زياد به سمت صفحه نمايشگر تلويزيون پرتاب مي شود و بر اثر برخورد به آن نور توليد مي كند. از كنار هم قرار گرفتن نقاط نوراني، تصوير ايجاد مي گردد. به شكل سمت راست توجّه كنيد.

 

سوال اين است كه پرتوي الكتروني چگونه منحرف مي شود؟

 

آيا ميدان مغناطيسي نيز چنين تواني دارد؟ براي پاسخ به اين سوال به فيلم زير توجّه كنيد. در اين فيلم صفحه تلويزيون را مشاهده مي كنيد. همان طور كه مي‌دانيد خط سفيد بر روي صفحه تلويزيون بر اثر اصابت پرتوي الكتروني با صفحه تلويزيون حاصل شده است. آهن رباي قوي را از بالا به تلويزيون نزديك مي كنيم. آيا آهن‌ربا اثري بر صفحه تلويزيون مي گذارد؟

 

فيلم زير را مشاهده كنيد.

 

براي مشاهده فيلم کليک کنيد.

 

همان طور كه در فيلم ملاحظه نموديد مسير پرتو كمي تغيير كرد.

 

براي درك بهتر اثر مغناطيسي بر روي حركت بار به فيلم ديگري توجّه كنيد (اثر ميدان مغناطيسي بر بار در حال حركت را بعداً خواهيد آموخت).

 

 

امواج الكترومغناطيس در اجاق ماكروويو

در اجاق ماكروويو امواج الكترومغناطيس باعث انتقال گرما به ماده غذايي مي شود.

امواج الكترومغناطيس در حقيقت ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي در حال تغيير مي‌باشند. اين امواج وقتي به ملكول هاي قطبي مثل آب مي رسند باعث حركت و جنبش آن ها مي‌شوند. بالا رفتن جنبش مولكولي نيز مترادف با افزايش دما است.

اختلاف پتانسیل

اختلاف پتانسیل

در علوم فیزیکی اختلاف پتانسیل اختلاف در پتانسیل بین دو نقطه در یک میدان برداری پایدار است. در مهندسی، این کمیت گاهاً به عنوان متغیرهای عرضی در برابر کمیت هایی مانند شار که متغیر عبوریاست، توصیف می شود.

تولید

نتیجه ی شار و اختلاف پتانسیل توان است که نرخ تغییرات کمیت پایدار انرژی است. در مایعات، اختلاف پتانسیل اختلاف در فشار است. در سیستم های دمایی اختلاف پتانسیل اختلاف در دما است. در مکانیک، اختلاف پتانسیل، اختلاف در پتانسیل گرانشی بین دو نقطه است. در مهندسی برق، اختلاف پتانسیل ولتاژ است، یعنی اختلاف بین نقاط ابتدایی و انتهایی یک پتانسیل الکترواستاتیک.

تعاریف الکتریکی

یک اختلاف پتانسیل بین دو نقطه منجر به ایجاد یک نیرو می شود که یک نیروی الکتروموتیو یا emf خوانده می شود. این نیرو مایل است تا الکترون ها یا دیگر بارهای حامل را از یک نقطه به نقطه دیگر انتقال دهد. اگر یک هادی الکتریکی در یک میدان مغناطیسی به صورت عمود بر میدان حرکت کند، بین دو سرش یک اختلاف پتانسیل ایجاد می شود.

اختلاف پتانسیل بین دو نقطه یک مدار الکتریکی برابر اختلاف در پتانسیل های الکتریکی آن دو نقطه تعریف می شود.

اختلاف پتانسیل به صورت مقدارکار انجام شده برای انتقال واحد بار الکتریکی از نقطه دوم به نقطه اول یا به طور برابر، مقدار کاری که واحد بار می تواند در انتقال از نقطه اول به نقطه دوم انجام دهد، است. در سیستم واحد های ««SI، اختلاف پتانسیل، پتانسیل الکتریکی و نیروی الکتروموتیو توسط ««ولت که نشان دهنده واژه معروف ولتاژ و نماد V است، اندازه گیری می شود.

یک ولت که پس از الساندور ولتا نامگذاری شد، به صورت یک ژول از انرژی برای انجام کار روی یک کلمب از بار تعریف شده است.

اختلاف پتانسیل بین دو نقطه a و b انتگرال خط میدان الکتریکی "E" است:

V_a-

اگر یک مدار الکتریکی را به یک چرخه آب در یک شبکه لوله ها که در غیاب جاذبه زمین توسط پمپ ها به گردش در می آید، تشبیه کنیم، آنگاه اختلاف پتانسیل معادل فشار بین دو نقطه است. اگر اختلاف پتانسیلی بین دو نقطه وجود داشته باشد، آنگاه جریان آب از نقطه اول به نقطه دوم قادر به انجام کار خواهد بود، همانند راه اندازی یک توربین.

ولتاژ دارای خاصیت جمع پذیری است، یعنی ولتاژ بین A و C برابر ولتاژ بین A و B به علاوه ولتاژ بین B و C است.

دو نقطه در یک مدار الکتریکی که توسط یک هادی (ایده آل) بدون مقاومت به هم متصل شده اند، دارای اختلاف پتانسیل صفر خواهند بود. اما با این وجود بین دیگر نقاط هم ممکن است که اختلاف پتانسیل صفر وجود داشته باشد. اگر چنین نقاطی را توسط یک هادی به هم متصل کنیم جریانی عبور نخواهد کرد. ولتاژهای مختلف در یک مدار را می توانیم توسط قانون مداری کیرشهف محاسبه کنیم.

تجهیزات

منابع عمومی تولید emf باتری«الکتریسته»/باتری، ژنراتور الکتریکی و خازن ها هستند.
تجهیزات اندازه گیری اختلاف پتانسیل شامل ولتمتر، پتانسیومتر (تجهیزات اندازه گیری) و اسیلوسکوپ هستند.

ولتمتر توسط اندازه گیری جریان عبوری از یک مقاومت ثابت که بر طبق قانون اهم متناسب با اختلاف پتانسیل دو سر این مقاومت است، کار می کند.
پتانسیومتر توسط مقایسه ولتاژ مجهول با یک ولتاژ معلوم در یک پل مداری کار می کند.
اسیلوسکوپ اشعه کاتدی توسط تقویت اختلاف پتانسیل و بکار بردنش برای منحرف کردن یک شعاع الکترون از یک مسیر مستقیم کار می کند، در این صورت انحراف اشعه متناسب با اختلاف پتانسیل خواهد بود.

تاریخچه

در تاریخ 1800 م در پی یک اختلاف حرفه ای بر سر واکنش گالوانیکی که از سوی لوییجی گالوانی حمایت می شد، الساندور ولتا پیل ولتایی خود را که مقدمه ابداع باتری بود، اختراع کرد که این پیل جریان الکتریکی پایداری را ایجاد می کرد. ولتا کشف کرده بود که موثرترین جفت فلز متفاوتی که جریان الکتریسته ایجاد می کنند، روی و نقره اند.

در دهه 1800 م کنگره بین المللی الکتریکی که الان به نام کمیسیون بین المللی الکترونیکی (IEC) معروف است، ولت را برای نیروی الکتروموتیو تصویب کرد. ولت به صورت اختلاف پتانسیل یک هادی وقتی که یک جریان یک آمپر توان یک وات را ایجاد می کند، تعریف شد.

در علوم فیزیکی اختلاف پتانسیل اختلاف در پتانسیل بین دو نقطه در یک میدان برداری پایدار است. در مهندسی، این کمیت گاهاً به عنوان متغیرهای عرضی در برابر کمیت هایی مانند شار که متغیر عبوریاست، توصیف می شود.

تولید

نتیجه ی شار و اختلاف پتانسیل توان است که نرخ تغییرات کمیت پایدار انرژی است. در مایعات، اختلاف پتانسیل اختلاف در فشار است. در سیستم های دمایی اختلاف پتانسیل اختلاف در دما است. در مکانیک، اختلاف پتانسیل، اختلاف در پتانسیل گرانشی بین دو نقطه است. در مهندسی برق، اختلاف پتانسیل ولتاژ است، یعنی اختلاف بین نقاط ابتدایی و انتهایی یک پتانسیل الکترواستاتیک.

تعاریف الکتریکی

یک اختلاف پتانسیل بین دو نقطه منجر به ایجاد یک نیرو می شود که یک نیروی الکتروموتیو یا emf خوانده می شود. این نیرو مایل است تا الکترون ها یا دیگر بارهای حامل را از یک نقطه به نقطه دیگر انتقال دهد. اگر یک هادی الکتریکی در یک میدان مغناطیسی به صورت عمود بر میدان حرکت کند، بین دو سرش یک اختلاف پتانسیل ایجاد می شود.

اختلاف پتانسیل بین دو نقطه یک مدار الکتریکی برابر اختلاف در پتانسیل های الکتریکی آن دو نقطه تعریف می شود.

اختلاف پتانسیل به صورت مقدارکار انجام شده برای انتقال واحد بار الکتریکی از نقطه دوم به نقطه اول یا به طور برابر، مقدار کاری که واحد بار می تواند در انتقال از نقطه اول به نقطه دوم انجام دهد، است. در سیستم واحد های ««SI، اختلاف پتانسیل، پتانسیل الکتریکی و نیروی الکتروموتیو توسط ««ولت که نشان دهنده واژه معروف ولتاژ و نماد V است، اندازه گیری می شود.

یک ولت که پس از الساندور ولتا نامگذاری شد، به صورت یک ژول از انرژی برای انجام کار روی یک کلمب از بار تعریف شده است.

اختلاف پتانسیل بین دو نقطه a و b انتگرال خط میدان الکتریکی "E" است:

V_a-

اگر یک مدار الکتریکی را به یک چرخه آب در یک شبکه لوله ها که در غیاب جاذبه زمین توسط پمپ ها به گردش در می آید، تشبیه کنیم، آنگاه اختلاف پتانسیل معادل فشار بین دو نقطه است. اگر اختلاف پتانسیلی بین دو نقطه وجود داشته باشد، آنگاه جریان آب از نقطه اول به نقطه دوم قادر به انجام کار خواهد بود، همانند راه اندازی یک توربین.

ولتاژ دارای خاصیت جمع پذیری است، یعنی ولتاژ بین A و C برابر ولتاژ بین A و B به علاوه ولتاژ بین B و C است.

دو نقطه در یک مدار الکتریکی که توسط یک هادی (ایده آل) بدون مقاومت به هم متصل شده اند، دارای اختلاف پتانسیل صفر خواهند بود. اما با این وجود بین دیگر نقاط هم ممکن است که اختلاف پتانسیل صفر وجود داشته باشد. اگر چنین نقاطی را توسط یک هادی به هم متصل کنیم جریانی عبور نخواهد کرد. ولتاژهای مختلف در یک مدار را می توانیم توسط قانون مداری کیرشهف محاسبه کنیم.

انرژی پتانسیل الکتریکی

نگاه اجمالی

انرژی لازم (یا کار لازم) برای انتقال واحد بار الکتریکی از بی‌نهایت به جسم یا نقطه مورد نظر ، واحد پتانسیل الکتریکی در دستگاه SI ولت است و نیز اختلاف پتانسیل الکتریکی دو نقطه از مدار الکتریکی وقتی از پتانسیل بیشتر به سمت پتانسیل کم بودیم. میدان الکتریکی را به دو راه می‌توان تعریف کرد: از راه بردار میدان الکتریکی Ē و از راه کمیت نرده‌ای پتانیسل الکتریکی (V(p (پتانسیل نقطه p) و هرگاه کار لازم برای بردن یک کولن بار الکتریکی از نقطه‌ای به نقطه‌ای دیگر برابر 1J باشد. اختلاف پتانسیل میان دو نقطه برابر 1V خواهد بود.

اختلاف پتانسیل الکتریکی

اختلاف پتانسیل الکتریکی، (V_B - V_A) میان دو نقطه B و A در یک میدان الکتریکی برابر است با کار مکانیکی V_AB، لازم برای جابجا کردن بار آزمودن مثبت q₀ از A تا B تقسیم بر مقدار بار الکتریکی آزمون (q₀) می‌باشد. نقطه A را به عنوان مرجع استاندارد انتخاب می‌کنیم، این نقطه معمولا در بی‌نهایت دور یا روی زمین انتخاب می‌شود که در آنجا پتانسیل الکتریکی صفر است. بنابراین ، پتانسیل الکترکی (V(p در نقطه (P(X,Y,S را می‌توان چنین تعریف کرد:

V(P) = U(P)/q₀

که در آن (V(P کار لازم برای انتقال دادن بار آزمون q₀ از نقطه مرجع به نقطه (P(X,Y,S است. این کار برابر است با منفی کاری که میدان الکتریکی روی بار آزمون انجام می‌دهد.

ماهیت پتانسیل الکتریکی

همانطور که جسم به هنگام حرکت در خلاف جهت نیروی گرانشی انرژِی پتانسیل کسب می‌کند. ذره باردار هم هنگام حرکت در خلاف جهت نیروی حاصل از میدان الکتریکی دارای انرژِی پتانسیل می‌شود. چون نیروی الکتریکی بر خلاف نیروی گرانشی ، می‌تواند هم به صورت جاذبه و هم به صورت دافعه باشد. جهت افزایش پتانسیل به علامت بار الکتریکی ذره و نیز به جهت میدان الکتریکی بستگی دارد. جهت میدان الکتریکی از طرف ذره با بار مثبت به طرف ذره با بار منفی (یا به طرف بی‌نهایت) است. برای جابجا کردن ذره با بار منفی در جهت میدان الکتریکی باید کار انجام گیرد. زیرا این ذره به طرف چشمه مولد میدان الکتریکی جذب می‌شود و این درست مانند جسمی است که از حال سکون رها می‌شود و بر اثر گرانی به طرف زمین کشیده می‌شود.

برای به حرکت در آوردن ذره‌ای با بار مثبت در خلاف جهت میدان الکتریکی (نیز به طرف چشمه مثبت) نیز باید کار انجام داد. ذره مثبت خود به خود در جهت میدان الکتریکی حرکت می‌کند، در نتیجه انرژی پتانسیل آن به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود. در این حالت میدان الکتریکی روی ذره کار مثبت انجام می‌دهد). چون کمیت میدان الکتریکی با استفاده از آثارش روی ذره مثبت تعریف می‌شود، پتانسیل الکتریکی در جهت میدان الکتریی کاهش می‌یابد.

کاربرد پتانسیل الکتریکی در میدان الکتریکی

چون در حالتی که نیرو و جابجایی هم جهت هستند کار برابر با حاصل ضرب نیرو در جابجایی است. به کار انجام شده روی واحد بار الکتریکی وقتی که بر مسافت پیموده شده تقسیم می‌شود، حاصل آن با نیروی وارد شده بر واحد الکتریکی برابر می‌شود. پتانسیل الکتریکی به تغییر انرژی هر واحد بار است و برابر می‌شود با کار روی واحد بار با علامت منفی ، چون بنا به تعریف &&20:شدت میدان الکتریی برابر با نیروی وارد شده بر واحد بار است&&. نسبت تغییر پتانسیل الکتریکی به مسافت پیموده شده برابر می‌شود با V/∆d∆- که با میدان الکتریکی E برابر است. کاسته شدن پتانسیل در جهت میدان الکتریکی ، استفاده از علامت منفی را الزامی می‌کند.

این رابطه دقیق فقط برای میدانهای الکتریی ثابت صادق است. هنگامی که میدان الکتریکی به فاصله بستگی داشته باشد. حد تغییرات در فاصله‌های بسیار کوچک را باید در نظر گرفت. در نتیجه ، برای محاسبه میدان الکتریکی بر حسب پتانسیل باید از مشتق جزئی به صورت زیر استفاده کرد:

E_x = -5V(P)/5X

E_y = -5V(p)/5y

E_z = -5V(p)/5s

بطور کلی ، چون پتانسیل کمیتی نرده‌ای است، بهتر است ابتدا پتانسیل الکتریکی را پیدا کنیم و آنگاه میدان الکتریکی را از پتانسیل بدست آوردیم. چون پتانسیل الکتریکی بردار نیست، نسبت به بردار میدان الکتریکی E اطلاعات کمتر دارد.

سطوح هم پتانسیل

انرژی پتانسیل گرانشی جسمی که روی سطح میزی افقی حرکت می‌کند، نه کاهش پیدا می‌کند و نه افزایش می‌یابد. چنین سطحهایی برای انرژی پتانسیل الکتریکی هم وجود دارند که آنها را سطحهای هم پتانسیل می‌نامند. در سطح هم پتانسیل انرژِی پتانسیل الکتریکی تغییر نمی‌کند. در نتیجه برای حرکت ذره بار دار در این سطح نیازی به انجام کار نیست. سطح هم پتانسیل ، یک سطح فیزیکی نیست بلکه توصیفی ریاضی است.

چون پتانسیل الکتریکی در جهت میدان الکتریکی کاهش پیدا می‌کند، خطها یا سطحهای هم پتانسیل باید در هر نقطه بر میدان عمود باشند. از آنجا که در حالت تعادل الکتروستاتیکی ، میدان الکتریکی در هر نقطه بر سطح رسانا عمود است. پس سطح رسانا همیشه یک سطح هم پتانسیل است. اگر چنین نباشد، بارهای الکتریکی در روی سطح رسانا آن قدر حرکت می‌کنند تا هیچ نیرویی بر آنها وارد نشود و باز هم یک سطح هم پتانسیل بدست می‌آید. هنگامی که جسمی به زمین وصل می‌شود، به صورت سطح هم پتانسیلی در می‌آید، که پتانسیل الکتریکی آن برابر صفر است.

یک مثال عملی

باتری وسیله متداولی است که با استفاده از انرژی شیمیایی ، بین پایانه‌های آن اختلاف پتانسیل الکتریکی برقرار می‌شود، انرژِی شیمیایی بارهای الکتریکی مثبت را از پایانه‌های منفی به طرف پایانه مثبت حرکت می‌دهد و پتانسیل‌شان را بالا می‌برد. برای مثال:
پتانسیل بار الکتریکی نقطه‌ای q در فاصله ی r از آن ، از رابطه: V = 1/4πε₀∑q_i/r_i بدست می‌آید.

کار لازم برای گردآوری سیستم دل خواهی از بازایی الکتریکی نقطه که در آغاز در فاصله‌های بی‌نهایت دور از هم بوده‌اند، در فضای بدون میدان الکتریکی اولیه ، با انرژی پتانسیل الکتروستاتیکی آن سیستم برابر می‌شود. کار لازم برای آوردن نخستین بار از نقطه‌ای از بی‌نهایت برابر صفر است. زیرا پیش از آوردن بارها هیچ میدان الکتریکی وجود ندارد. هنگام آوردن هر یک از بارهای الکتریکی اگر فاصله باز q_i تا بار q_j را با r_ij نشان دهیم. کار لازم برای گرد آوری را می‌توان به صورت زیر نوشت:

w = qv = 1/ 4πε₀∑q_iq_j/r_ij

پتانسیل مربوط به یک قطبی الکتریکی با گشتاور P برابر است با:

V = 1/4πε₀∑|P| Cosө/r²

که در آن ө زاویه میان دو قطبی و خط واصل دو قطبی دو نقطه r و p فاصله ی میان دو قطبی و نقطه ی p است (ө زاویه میان بردارهای r و p است) پتانسیل مربوط به یک چهار قطبی الکتریکی با گشتاور 4 برابر است با:

V = 1/4πε₀ φ/r³

 

انرژی پتانسیل الکتریکی

انرژی پتانسیل الکتریکی یا انرژی پتانسیل الکتروستاتیک انرژی پتانسیلی است مرتبط با نیروی‌های پایستار کولمب در یک سامانهٔ تعریف‌شده از بارهای نقطه‌ای الکتریکی هم‌چنین باید توجه داشت که انرژی پتانسیل الکتریکی و پتانسیل الکتریکی دو مفهوم کاملا متفاوت‌اند.
مرجع صفر را تعریف می‌کنیم به حالتی که در آن دو بار نقطه‌ای منفرد در فاصلهٔ بینهایت از هم و به صورت ساکن قرار دارند حال انرژی پتانسیل الکتریکی سامانه‌ای مانند (U_E نسبت به یک مرجع صفر برابر است با: W مقدار کاری که توسط یک عامل خارجی فرضی باید انجام شود تا تک تک بارهای نقطه‌ای را از فاصلهٔ بینهایت به سمت یک سامانهٔ دلخواه با سرعت ثابت جابه‌جا کند. در این روند فرض بر این است که هیچ انرژی جنبشی در بارهای نقطه‌ای ذخیره نمی‌شود.

گاهی تصور می‌شود که انرژی پتانسیل از یک بار قرار گرفته در میدان الکتریکی ناشی می‌شود درحالی که واقعیت این است که این انرژی به کل آن سامانه که شامل مجموعه‌ای از همهٔ بارهای تولید‌کنندهٔ میدان الکتریکی است برمی‌گردد.
برای محاسبهٔ مقدار کار لازم برای آوردن یک بار نقطه‌ای در مجاورت سایر بارهای نقطه‌ای که خود ساکن‌اند، کافی است که بدانیم:

1. میدان کل تولید شده توسط بارهای دیگر چقدر است.
2. مقدار بار الکتریکی بار نقطه‌ای که می خواهیم جابه‌جا کنیم چقدر است.

در این میان، میدان ایجاد شده ناشی از باری که در حال جابه جا شدن است و مقدار بار سایر بارهای نقطه‌ای برای محاسبهٔ کار، مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. هرچند در بسیاری از محیط‌ها از نظر ریاضی ساده‌تر است که تمام انرژی‌های ایجاد شده از تمام جفت‌بارها را با هم جمع کنیم (مانند زیر). مهم است که در نظر داشته باشیم که الکتروستاتیک تئوری بدست آمده در قرن‌های ۱۸ و ۱۹ است و فرضیاتی مانند بارهای نقطه‌ای مربوط به دانش آن دوران است. الکتروستاتیک یک تئوری کامل برای تمام ذرات باردار فیزیکی که جهان فیزیکی را می‌سازد نیست؛ ذراتی که در اصل عدم قطعیت هایزنبرگ و سایر قوانین در مکانیک کوانتومی مورد بحث قرار می‌گیرند.

محتویات

 [نهفتن] 

• ۱ انرژی پتانسیل الکتریکی ذخیره شده در بین بارهای نقطه‌ای مجزا
  • ۱.۱ تک بار نقطه‌ای
  • ۱.۲ دو بار نقطه‌ای
  • ۱.۳ سه بار نقطه‌ای یا بیشتر
• ۲ انرژی ذخیره شده در توزیع یک میدان الکتریکی
• ۳ انرژی در عناصر الکترونیکی
• ۴ یادداشت
• ۵ منابع

[ویرایش] انرژی پتانسیل الکتریکی ذخیره شده در بین بارهای نقطه‌ای مجزا

انرژی پتانسیل الکتریکی ایجاد شده از دو بار نقطه‌ای برابر است با انرژی پتانسیل یک بار در پتانسیل الکتریکی ایجاد‌شده توسط دیگری. به عبارت دیگر اگر بار q₁ پتانسیل الکتریکی که خود تابعی از بردار مکان است را ایجاد کند، خواهیم داشت: هم‌چنین به بیان مشابه خواهیم داشت: درنتیجه در حالت کلی اگر N بار الکتریکی داشته باشیم و فرض کنیم بار q_i دارای مکان است، انرژی پتانسیل الکتریکی برابر خواهد بود با:

که به ازای هر i، برابر است با پتانسیل الکتریکی تمام بارهای نقطه‌ای موجود به جز باری که در موقعیت قرار دارد.
توجه: ضریب که در ابتدای عبارت ریاضی آمده است، برای جلوگیری از دو بار محاسبه شدن جفت‌بارهای الکتریکی است، برای مثال فرض کنید N برابر ۲ باشد یعنی تنها یک جفت، بار الکتریکی داشته باشیم. البته اگر N برابر با تعداد جفت‌بارها بود طبیعتا ضریب حذف می‌شد.

[ویرایش] تک بار نقطه‌ای

انرژی پتانسیل الکتریکی سامانه‌ای که تنها شامل یک بار نقطه‌ای الکتریکی است برابر صفر است. چون در آنجا هیچ منبع پتانسیل الکتریکی در مقابل وجود ندارد که نیاز باشد یک عامل خارجی کار انجام دهد و بارهای الکتریکی را از بینهایت تا موقعیت نهایی آن جابه‌جا کند. باید امکان تعامل بین تک بار الکتریکی نقطه ای و پتانسیل الکتریکی خودش را در نظر گرفت اما چون پتانسیل الکتریکی در مکان خود تک بار الکتریکی بینهایت است درنتیجه این "خود-انرژی" از قصد برای برآورد انرژی الکتروستاتیک کل سامانه دز نظر گرفته نمی شود؛ به‌علاوه پتانسیل الکتریکی ایجاد شده ناشی از تک بار نقطه‌ای هیج کاری برای جابه‌جایی بار الکتریکی انجام نمی‌دهد درنتیجه می‌توان گفت پتانسیل ناشی از یک تک بار الکتریکی در این بحث از اهمیت چندانی برخوردار نیست.

[ویرایش] دو بار نقطه‌ای

در نظر بگیرید که بار الکتریکی دومی به اندازهٔ q₂ در مجاورت بار q₁ قرار گیرد. پتانسیل الکتریکی Φ(r) ناشی از بار q₁ برابر است با:

که k_e ثابت کولمب است که در سامانهٔ استاندارد بین المللی یکاها (SI) مقدار آن برابر است با:

,

که ثابت الکتریسته ε₀ است، بنابراین خواهیم داشت:

که r₁₂ فاصلهٔ بین دو بار نقطه‌ای است.
اگر بارهای نقطه‌ای ناهم‌نام باشند انرژی پتانسیل الکتریکی منفی خواهد بود و اگر هم‌نام باشند انرژی پتانسیل الکتریکی مثبت خواهد بود. انرژی پتانسیل منفی بین دو بار ناهم‌نام به دلیل جاذبهٔ الکتریکی بین آن دو بار است یعنی برای اینکه بارها با سرعت ثابت به سمت هم منتقل شوند به دلیل حضور جاذبه، باید کار منفی توسط عامل خارجی فرضی انجام شود (نیرو در خلاف جهت جابه‌جایی) درنتیجه انرژی پتانسیل منفی خواهد بود. به دلیل مشابه انرژی پتانسیل مثبت به غلت دافعهٔ بین دوبار است.

[ویرایش] سه بار نقطه‌ای یا بیشتر

برای سه بار نقطه‌ای یا بیشتر نیز انرژی پتانسیل الکتریکی سامانه توسط تمام کار انجام شده توسط عامل خارجی برای آوردن تک تک بارهای نقطه‌ای به سمت موقعیت نهاییشان محاسبه می‌شود؛ بنابراین خواهیم داشت:

q₁, q₂ و ... بارهای نقطه‌ای‌ اند.

r_ij نیز فاصله میان بار iام و jام است.

توجه: اینجا ε₀ ضریب نفوذپذیری فضای خالی (خلاء) است. زمانی که بارها در فضایی غیر از فضای خالی یا هوا باشند ضریب نفوذپذیری برابر با ε = kε₀ خواهد بود که k ضریب گذردهی الکتریکی (ثابت دی‌الکتریک) نام دارد، k نسیت نیروی الکتروستاتیک وارد شونده در فضای آزاد به نیروی وارد شونده به بار در محیط نسبی است.

[ویرایش] انرژی ذخیره شده در توزیع یک میدان الکتریکی

معادلهٔ انرژی پتانسیل الکتریکی در یک توزیع بار پیوسته در حالتی که میدان الکتریکی داریم نیز قابل استفاده است.
قانون گوس برای میدان الکتریکی در حالت دیفرانسیلی به شکل زیر بیان می‌شود:

که

• ، بردار میدان الکتریکی.
• چگالی بار کل، شامل دوقطبی‌های مقید^[۱] در ساختار ماده.

درنتیجه خواهیم داشت:

از صورت برداری اتحاد دیورژانس که به شکل زیر است استفاده می‌کنیم:

پس داریم:

با استفاده از قضیهٔ دیورژانس و این فرض که در بینهایت است:

درنتیجه، چگالی انرژی یا انرژی در واحد حجم میدان الکتریکی برابر است با:

[ویرایش] انرژی در عناصر الکترونیکی

برخی عناصر دز محیط می توانند صورتی از انرژی را به صورتی دیگر تبدیل کنند. مثلا یک مقاومت الکتریکی، انرژی الکتریکی را به گرمایی تبدیل می‌‌کند و یک خازن آن را در یک میدان الکتریکی ذخیره می‌کند.
کل انرژی پتانسیل ذخیره شده در یک خازن از رابطهٔ زیر بدست می‌آید:

در رابطهٔ بالا C ظرفیت خازن و V پتانسیل الکتریکی کل می‌باشد.

اسیلوسکوپ

نوسان‌نما یا اسیلوسکوپ (به انگلیسی: Oscilloscope) دستگاهی الکترونیکی است که امکان مشاهده ولتاژ را فراهم می‌کند. غالباً مقدار ولتاژ به صورت نموداری دوبعدی نمایش داده می‌شود که محور افقی زمان و محور عمودی آن ولتاژ است. از نوسان‌نما عموماً برای نمایش دقیق موج استفاده می‌شود. علاوه بر دامنه، معمولاً نوسان‌نماها قادر به اندازه‌گیری و نمایش دیگر پارامترها مانند عرض پالس، دوره تناوب و زمان بین دو حادثه (مانند وقوع دو پیک) هستند.^[۱]

محتویات

• ۱ معرفی اسیلوسکوپ
• ۲ نمایش تصویر روی اسیلوسکوپ
• ۳ اصول عملکرد اسیلوسکوپ
• ۴ اجزای اسیلوسکوپ
  • ۴.۱ لامپ پرتو کاتدی
    • ۴.۱.۱ تفنگ الکترونی
    • ۴.۱.۲ صفحات انحراف دهنده
    • ۴.۱.۳ صفحه فلوئورسان
  • ۴.۲ مولد مبنای زمان
  • ۴.۳ مدارهای اصلی اسیلوسکوپ
    • ۴.۳.۱ سیستم انحراف قائم
    • ۴.۳.۲ سیستم انحراف افقی
    • ۴.۳.۳ همزمانی
  • ۴.۴ مواد محو کننده
  • ۴.۵ کنترل وضعیت
  • ۴.۶ کنترل کانونی بودن
  • ۴.۷ کنترل شدت
  • ۴.۸ مدار کالیبره سازی
• ۵ نگارخانه
• ۶ منبع

معرفی اسیلوسکوپ [ویرایش]

اسیلوسکوپ وسیله اندازه گیری است، که کار آن نمایش ولتاژ بر حسب زمان است.این دستگاه بیشتر توسط دانشجویان رشته برق الکترونیک و مخابرات مورد استفاده قرار می گیرد و یا توسط افرادی که به نوعی با برق سروکار دارند.اسکوپ ها قابلیت این رادارند که دو یا چند شکل موج ولتاژ در واحد زمان را به طور همزمان روی صفحه اسیلوسکوپ نمایش دهند.همچنین این قابلیت را دارند که یک شکل موج ولتاژ را برحسب دیگری نمایش دهند.^[۲] به این مد لیساژور یا X-Y می گویند.

نمایش تصویر روی اسیلوسکوپ [ویرایش]

این کار به وسیله مد X-Y انجام می گیرد بدین ترتیب که موج های ایجاد شده توسط میکروکنترلر پس از اعمال به یک DAC به کانال های X و Y اسیلوسکوپ داده می شود.

اصول عملکرد اسیلوسکوپ [ویرایش]

اسیلوسکوپ در حقیقت رسامهای بسیار سریع هستند که سیگنال ورودی را در برابر زمان یا در برابر سیگنال دیگر نمایش می‌دهند. قلم این رسام یک لکه نورانی است که در اثر برخورد یک باریکه الکترون به پرده‌ای فلوئورسان بوجود می‌آید.

به علت لختی بسیار کم باریکه الکترون می‌توان این باریکه را برای دنبال کردن تغییرات لحظه‌ای (ولتاژهایی که بسیار سریع تغییر می‌کنند، یا فرکانسهای بسیار بالا) بکار برد. اسیلوسکوپ بر اساس ولتاژ کار می‌کند. البته به کمک مبدلها (ترانزیستورها) می‌توان جریان الکتریکی و کمیتهای دیگر فیزیکی و مکانیکی را به ولتاژ تبدیل کرد.

اجزای اسیلوسکوپ [ویرایش]

یک اسیلوسکوپ آنالوگ مدل ۴۷۵A قابل حمل، یک دستگاه بسیار رایج در اواخر دهه ۱۹۷۰ (سال ۱۹۷۰ تا ۱۹۷۹)

لامپ پرتو کاتدی [ویرایش]

اسیلوسکوپ از یک لامپ پرتو کاتدی که قلب دستگاه است و تعدادی مدار برای کار کردن لامپ پرتو کاتدی تشکیل شده‌است. قسمتهای مختلف لامپ پرتو کاتدی عبارتند از:

تفنگ الکترونی [ویرایش]

تفنگ الکترونی باریکه متمرکزی ازالکترونهارا بوجود می‌آورد که شتاب زیادی کسب کرده‌اند. این باریکه الکترون با انرژی کافی به صفحه فلوئورسان برخورد می‌کند و بر روی آن یک لکه نورانی تولید می‌کند. تفنگ الکترونی از رشته گرمکن، کاتد، شبکه آند پیش شتاب دهنده، آند کانونی کننده و آند شتاب دهنده تشکیل شده‌است. الکترونها از کاتدی که بطور غیر مستقیم گرم می‌شود، گسیل می‌شوند. این الکترونها از روزنه کوچکی در شبکه کنترل می‌گردند. شبکه کنترل معمولاً یک استوانه هم محور با لامپ است و دارای سوراخی است که در مرکز آن قرار دارد. الکترونهای گسیل شده از کاتد که از روزنه می‌گذرند (به دلیل پتانسیل مثبت زیادی که به آندهای پیش شتاب دهنده و شتاب دهنده اعمال می‌شود)، شتاب می‌گیرند. باریکه الکترونی را آند کانونی کننده، کانونی می‌کند.

صفحات انحراف دهنده [ویرایش]

صفحات انحراف دهنده شامل دو دسته صفحه‌است. صفحات انحراف قائم که بطور افقی نصب می‌شوند و یک میدان الکتریکی در صفحه قائم ایجاد می‌کنند و صفحات y نامیده می‌شوند. صفحات انحراف افقی بطور قائم نصب می‌شوند و انحراف افقی ایجاد می‌کنند و صفحات x نامیده می‌شوند. فاصله صفحات به اندازه کافی زیاد است که باریکه بتواند بدون برخورد با آنها عبور کند.

صفحه فلوئورسان [ویرایش]

جنس این پرده که در داخل لامپ پرتو کاتدی قرار دارد، از جنس فسفر است. این ماده دارای این خاصیت است که انرژی جنبشی الکترونهای برخورد کننده را جذب می‌کند و آنها را به صورت یک لکه نورانی ظاهر می‌سازد. قسمتهای دیگر لامپ پرتو کاتدی شامل پوشش شیشه‌ای، پایه که از طریق آن اتصالات برقرار می‌شود، است.

مولد مبنای زمان [ویرایش]

اسیلوسکوپها بیشتر برای اندازه گیری و نمایش کمیات وابسته به زمان بکار می‌روند. برای این کار لازم است که لکه نورانی لامپ روی پرده با سرعت ثابت از چپ به راست حرکت کند. بدین منظور یک ولتاژ مثبت به صفحات انحراف افقی اعمال می‌شود. مداری که این ولتاژ مثبت را تولید می‌کند، مولد مبنای زمان یا مولد رویش نامیده می‌شود.

مدارهای اصلی اسیلوسکوپ [ویرایش]

سیستم انحراف قائم [ویرایش]

چون سیگنالها برای ایجاد انحراف قابل اندازه گیری بر روی صفحه لامپ به اندازه کافی قوی نیستند، لذا معمولاً تقویت قائم لازم است. هنگام اندازه گیری سیگنالهای با ولتاژ بالا باید آنها را تضعیف کرد تا در محدوده تقویت کننده‌های قائم قرار گیرند. خروجی تقویت کننده قائم، از طریق انتخاب همزمانی در وضعیت داخلی، به تقویت کننده همزمان نیز اعمال می‌شود.

سیستم انحراف افقی [ویرایش]

صفحات انحراف افقی را ولتاژ رویش که مولد مبنای زمان تولید می‌کند، تغذیه می‌کند. این سیگنال از طریق یک تقویت کننده اعمال می‌شود، ولی اگر دامنه سیگنالها به اندازه کافی باشد، می‌توان آن را مستقیما اعمال کرد. هنگامی که به سیستم انحراف افقی، سیگنال خارجی اعمال می‌شود، باز هم از طرق تقویت کننده افقی و کلید انتخاب رویش در وضعیت خارجی اعمال خواهد شد. اگر کلید انتخاب رویش در وضعیت داخلی باشد، تقویت کننده افقی، سیگنال ورودی خود را از مولد رویش دندانه‌داری که با تقویت کننده همزمان راه اندازی می‌شود، می‌گیرد.

همزمانی [ویرایش]

هر نوع رویشی که بکار می‌رود، باید با سیگنال مورد بررسی همزمان باشد. تا یک تصویر بی حرکت بوجود آید. برای این کار باید فرکانس سیگنال مبنای زمان مقسوم علیه‌ای از فرکانس سیگنال مورد بررسی باشد.

مواد محو کننده [ویرایش]

در طی زمان رویش، ولتاژ دندانه‌دار رویش اعمال شده به صفحات x، لکه نورانی را بر یک خط افقی از چپ به راست روی صفحه لامپ حرکت می‌دهد. اگر سرعت حرکت کم باشد، یک لکه دیده می‌شود و اگر سرعت زیاد باشد، لکه به صورت یک خط دیده می‌شود. در سرعتهای خیلی زیاد، ضخامت خط کم شده و تار به نظر می‌رسد و یا حتی دیده نمی‌شود.

کنترل وضعیت [ویرایش]

این شکل لوله پرتوهای کاتدی داخلی را برای استفاده در یک اسیلوسکوپ نشان می‌دهد. اعداد در شکل: ۱. الکترود ولتاژ انحراف ۲. تفنگ الکترونی ۳. شعاع الکترون ۴. سیم پیچ تمرکز ۵. سطح داخلی فسفرپوش شده صفحه نمایش

وسیله‌ای برای کنترل حرکت مسیر باریکه بر روی صفحه لازم است. با این کار شکل موج ظاهر شده بر روی صفحه را می‌توان بالا یا پائین یا به چپ یا راست حرکت داد. این کار را می‌توان با اعمال یک ولتاژ کوچک سیستم داخلی (که مستقل است) به صفحات انحراف دهنده انجام داد. این ولتاژ را می‌توان با یک پتانسیومتر تغییر داد.

کنترل کانونی بودن [ویرایش]

الکترود کانونی کننده مثل یک عدسی با فاصله کانونی تغییر می‌کند. این تغییر با تغییر پتانسیل آند کانونی کننده صورت می‌گیرد.

کنترل شدت [ویرایش]

شدت باریکه با پتانسیومتر کنترل کننده شدت که پتانسیل شبکه را نسبت به کاتد تغییر می‌دهد، تنظیم می‌شود.

مدار کالیبره سازی [ویرایش]

در اسیلوسکوپهای آزمایشگاهی معمولاً یک ولتاژ پایدار داخلی تولید می‌شود که دامنه مشخصی دارد. این ولتاژ که برای کالیبره سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد، معمولاً یک موج مربعی است.

نگارخانه [ویرایش]

در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ اسیلوسکوپ موجود است.

• 

  Heterodyne (ترکیب دو جریان متناوب برای تولید جریانی با فرکانسی برابر مجموع یا تفاضل فرکانس دو جریان مزبور)

• 

  وزوز AC روی صدا

• 

  جمع دو سیگنال با فرکانس پایین و بالا

• 

  فیلتر نامناسب روی سینوس.

• 

  اثرهای دوگانه، زمان‌های دوگانه مبتنی بر هر اثر را نشان می‌دهد

جالبـــــــــــــــــــــــــــــــــه !!!!!!!!!!!!!

شتاب‌دهنده ذره‌ای

نمای هوایی از یک سینکروترون در مرکز تحقیقاتی فرمی در ۵۰ کیلومتری شیکاگو.

شتاب‌دهنده، دستگاهی است که در آن ذرّات باردار (مانند: ذرات بنیادی، هسته اتم‌ها یا اتم‌های یونیزه شده، مولکولها یا قسمت‌های مولکول) به وسیلهٔ میدان‌های الکتریکی یا مغناطیسی تا سرعت‌های بسیار زیادی شتاب‌داده می‌شوند. به طوری که سرعت بسیاری از آنها، حتی تا نزدیکی‌های سرعت نور می‌رسد. انرژی جنبشی ذره در این حالت به این ترتیب، به اندازه چندین برابر انرژی در حال سکون آن می‌باشد (رجوع شود به E=mc²).

از شتاب‌دهنده‌ها در زمینه‌های مختلفی از فیزیک، از جمله در اندازه‌گیریهای متعددی در فیزیک هسته‌ای استفاده می‌شود: یعنی از طریق شلیک ذرّات، توسط شتاب‌دهنده به سوی جسم در حال تحقیق (Target) و پراکندشدن آنها و اندازه‌گیری، توسط یک دوربین یا به طور بهتر آشکارساز (Detector).

در حال حاضر، بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده در جهان در سرن در حال ساخت است.

شتاب‌دهنده‌ها اصولا به دو دسته خطی و دایره‌ای تقسیم می‌شوند. مشهورترین شتاب‌دهنده‌های خطی، شتابدهنده واندگراف و لیناک هستند، و شتاب‌دهنده‌های دایره‌ای عبارت هستند از: بتاترون، سیکلوترون، مایکروترون و سینکروترون.

شتابدهنده‌های ایستابرقی (الکتروستاتیکی) که در آن یونهای منفی هیدروژن از پتانسیل زمین تا پتانسیل زیاد شتاب می‌گیرند و سپس با گذار از محفظه‌ای گازی یا برگه‌ای نازک، هر دو الکترونِ یون از آن کنده می‌شوند و پروتون باقیمانده مجدداً شتاب می‌گیرد و به پتانسیل زمین می‌رسد را شتابدهنده دومرحله‌ای^[۱] می‌گویند.^[۲]

محتویات

• ۱ معرفی چند شتابدهنده
• ۲ واحدهای اندازه‌گیری
• ۳ کاربردهای دیگر
• ۴ منابع

معرفی چند شتابدهنده [ویرایش]

سیکلوترون ها

اشکال اساسی در شتاب دهنده‌های خطی، طول بلند آنها برای حصول به انرژی‌های بالا است و این اشکال با ساختن اولین سیکلو ترون در سال1331__1329توسط لارنس و لینوینگستونمرتفع گردید. ذرات در مسیر مارپیچی شکل در داخل دو نیم کره فلزی میان تهی به نام ?دی ها? و در فضای خلاء و در حالی که صفحات دی‌ها به یک ولتاژ تغییر دهنده علامت متصل هستند، تحت یک میدان مغناطیسی شتاب دار میشوند. لارنس این کار جدید خود که از یک مدار مارپیچی نیم دایره‌ای به جای مسیر خطی برای شتاب ذرات استفاده کرد، جایزه نوبل سال 1939 را به خود اختصاص داد.

یک سیکلوترون به صورت دو آهن ربای دوقطبی بزرگ طراحی شده برای ایجادیک ناحیه نیم دایره‌ای میدان مغناطیسی یکنواخت که به طور یکنواخت به طرف پایین جهت گیری دارد، طراحی میشود.

یک ولتاژ نوسانی برای ایجاد یک میدان الکتریکی در عرض این شکاف اعمال می‌شود. ذرات به ناحیه میدان مغناطیسی یک مسیرِD خارج یک مسیر نیم دایره‌ای تزریق می‌شوند تا به شکاف برسند. بدین ترتیب میدان الکتریکی، به ذرات وقتی از آن عبور می‌کنند، شتاب می‌دهد.

حالا ذرات انرژی بالاتری دارند، پس ذر یک مسیر نیم دایره‌ای دیگر درD بعدی با شعاع بزرگ تر جریان میابند وبنابراین دوباره به شکاف می‌رسند. بسامد میدان الکتریکی باید درست طوری تنظیم شود که جهت میدان به وسیله زمان ورود آنها در شکاف معکوس شود. میدان در شکاف، آنها را شتاب می‌دهد و آنها دوباره وارد اولین D می‌شوند. بدین ترتیب وقتی ذرات به اطراف به طور مارپیچ می‌چرخند انرژی کسب می‌کنند. طراحی سیستم چنان است که وقتی آنها سرعت می‌گیرند، یک قوس بزرگ را دنبال می‌کنند و از اینرو همیشه در یک زمان به شکاف می‌رسند. این راه یک نوسان میدان الکتریکی بسامد ثابت، ادامه میابد تا همواره در عرض شکاف به آنها شتاب داده شود. محدودیت در مورد انرژی که می‌تواند در چنین وسیله‌ای به آن رسید به اندازه آهنرباهایی که Dها را تشکیل میدهند وبه شدت میدان مغناطیسی آنها بستگی دارد. این عمل توسط یک سینکروترون انجام میشود، به محض اینکه اصول سینکروترون توسعه یافت، دریافتند که راه خیلی ارزان تری برای دست یابی به انرژی خیلی بالاتر از سیکلوترون وجود دارد و در این صورت روش سیکلوترون اصلی دیگر مورد استفاده قرار نگرفت.

بنابراین سیکلوترونها دارای یک چشمه یونی است، که بین دو صفحه نیم دایره میان تهی (به نام دی)قرار گرفته‌است. فاصله بین دی‌ها جایی است که شتاب یون در آنجا صورت می‌پذیرد. وپایین دی‌ها وچشمه یون قطب‌های یک مغناطیس بزرگ قرار دارند.تأثیر میدان مغناطیس بر روی ذرات باردار موجب حرکت آنها در یک مسیر دایره‌ای میگردد.در هنگام کار سیکلوترون، چشمه یون، ذرات باردار(معمولاً مثبت) را به فضای بین دی‌ها تزریق می‌کند که این ذرات به داخل دی دارای بار مخالف شتاب داده می‌شوند، و فقط مجبور به حرکت در یک مسیر دایره‌ای به وسیله میدان مغناطیسی می‌باشند. ابتدا، انرژی ذرات پایین است و مسیر طی شده دارای شعاع کوچکی است. بلافاصله پس از خروج ذرات بوسیله دی اول دفع شده و به سمت دی دوم شتاب داده میشوند. در این زمان، ذرات انرژی جنبشی نسبتاً بیشتری دارند، لذا آنها مسیر دایره شکلی را که دارای شعاع بزرگ تر است طی می‌کنند، ولی زمانی را که ذره برای بیرون آمدن از دی‌ها لازم دارد همیشه یکسان است(سرعت آن‌ها بالا تر است، ولی مسیری که دارای شعاع بزرگتری است، طولانی تر است. ذراتی که هر بار به این طریق شتاب داده میشوند از فاصله بین دی‌ها عبور می‌کنند. سرانجام شعاع مسیر مارپیچی که باید سیکلوترون آن را در حرکت بعدی خود نگه دارد، بسیار بزرگ شده و ذرات به صورت بار الکتریکی از داخل سیکلوترون به طرف هدف منحرف می‌گردند.

بیشینه انرژی که در سیکلوترونهای متعارف وفرکانس ثابت قابل دسترس است حدودMeV25برای پروتن و دوترون، و MeV50برای ذرات آلفا است. شکل میدان الکترواستاتیک در شکاف یا فاصله بین دی‌ها و همچنین طراحی میدان مغناطیسی، سبب یک غیر یک نواختی در لبه‌های بیرونی دی‌ها میشوند که این خود باعث یک اثر تمرکزی در باریکه ذرات می‌گردد. بنابراین یون‌ها در باریکه درونی با شدت کمتر از 5/0 میلی آمپر و در باریکه بیرونی ده برابر کمتر جریان می‌یابند. هر قدر انرژی‌های زیاد شود نیبیت جرم هم افزایش میابد. لذا بسامد یا میدان مغناطیسی و یا هر دو باید به نحوی تغییر کنند که افزایش جرم به خاطر ورود باریکه ذرات به شکاف در یک فاز جبران شوند. این تغییر اولی را با سینکروترونها میتوان انجام داد. شتابدهنده

سینکروسیکلوترون

افزایش جرم نسبیتی را میتوان با کاستن سر عت زاویه‌ای میدان الکتریکی درطی فرآیند شتاب، جبران نمود. بنابراین، سرعت زاویه‌ای یا بسامد میدان الکتریکی میتواند تعدیل گردد، بطوری که سرعت زاویه‌ای یون و میدان الکتریکی، اگرچه متغیر هستند، همواره در طی فرآیند شتاب، مساوی(یا همزمان) گردند. به این طریق یک بسامد تعدیل شده تا سینکرو _ سیکلوترون تا بدست می‌آید که تابع محدودیت انرژی بیشینه یک سیکلوترون نمی‌باشد. با این وجود، شدت باریکه بسیار پایین تر است (معمولاً با فاکتوری معادل 1000)در واقع، هر گروه از یون‌ها با تنظیم بسامد میدان الکتریکی تا انرژی بیشینه خود شتاب داده می‌شود سپس بسامد میدان الکتریکی به مقدار آغازین خود برگشت داده شده و گروه جدیدی از یون‌ها تا انرژی بیشینه خود شتاب میابند. این امر به یک باریکه پالسی ذارای شتاب میانگین بسیار پایین تر از یک سیکلوترون منجر می‌گردد. در سال1945 توسعه این تکنولوژی اجازه داد که با تغییر بسامد ولتاژ شتاب داده شده انرژی نسبیتی ذرات نیز تغییر کند. به این در آن زمان شتاب دادن ذرات تاMeV700 میسر گردید. این انرژی حدود یکصد برابر بیش از انرژی کسب شده در گسیل ذرات توسط رادیو اکتیویته طبیعی بود.

سیکلوترون ایزوکرونی

افزایش جرم نسبیتی متنایب با انرژی (یا سرعت) یون است. افزایش جرم نسبیتی میتواند به وسیله القاء مغناطیسی که به عنوان تابعی از شعاع میدان مغناطیسی افزایش میابد جبران گردد. با ثابت ماندن سرعت زاویه‌ای یون و میدان الکتریکی (پدیده هم زمانی یاایزوکرونی) طی فرآیند شتاب، یک سیکلوترون ایزوکرونی حاصل می‌گردد. یک سیکلوترون ایزوکرونی تابع محدودیت انرژی بیشینه یک سیکلوترون یا محدودیت شدت بیشینه یک سینکرو _ سیکلوترون نمی‌باشد.

سینکروترون‌ها با بسامد تعدیل شده بسامد یک سیکلوترون با توجه به تغییرات سرعت و جرم وقتی پدیده‌های نسبیتی افزایش می‌یابند از اهمیت خاصی برخوردار میشود. در انرژی‌های بالا شعاع قوس زیاد می‌شود این منجر به پیدایش دو طرح مختلف شتابدهنده می‌گردد. یکی تعدیل بسامد یا سینکروسیکلوترون که همان اساس سیکلوترون را با مسیر مارپیچی ذره و دیگری سینکرو ترون‌ها که عبور یا مسیر ذره در دایره‌های ثابتی جریان دارد. در سینکروترون موازنه‌ای بین بسامد ومیدان مغناطیسی وجود دارد، یکی یا هر دوی آن‌ها در طی شتاب گرفتن طبق معادله زیر تغییر می‌کنند.

                              E_kin=Y?r^2 Bq                                         

Bشدت میدان مغناطیسی، rشعاع مسیر پرتو در انرژی E_kin، Y=B/mعددی است ثابت وmبه جرم ذره اطلاق میگردد.

سینکروترون ها

یک سینکروترون که گاهی اوقات سینکرو_سیکلوترون نامیده می‌شود، یک شتاب دهنده دایره‌ای است که دارای یک کاواک مشدد الکترومغناطیس برای شتاب دادن ذرات است. چندین شتابدهنده دایره‌ای در آزمایشگاه شتابدهنده ملی فرمی وجود دارند. ذرات از طریق هر کاواک به دفعات بسیار عبور می‌کنند. وقتی آنها حول حلقه میگردنند، هر مرتبه یک شتاب کوچک دریافت می‌کنند، یا انرژی را افزایش می‌دهند. وقتی انرژی یا شدت میدان تغییر می‌کند در نتیجه شعاع مسیر ذرات تغییر می‌یابند.

بدین ترتیب، افزایش انرژی می‌یابند شدت میدان مغناطیسی که برای هدایت کردن آنها استفاده می‌شود باید با هر چرخش برای نگه داشتن ذرات متحرک در یک حلقه، تغییر کند. تغییر در میدان مغناطیسی باید به طور دقیق با تغییر در انرژی همزمان شود یا باریکه تلف خواهد شد. بنابراین نام ?سینکروترون?از گستره انرژی‌های بالایی کهذرات می‌توانند در یک تک حلقه شتاب بگیرند بوسیله گستره شدت میدان قابل دستیابی با دقت بالا از یک مجموعه خاص آهنرباها، معین میشود. برای رسیدن به انرژی‌های بالا، فیزیکدان‌ها گاهی اوقات از یک مجموعه سینکروترون‌های با اندازه‌های متفاوت استفاده می‌کنند، هر یک، سیستم بزرگتر بعدی را تغذیه می‌کند. ذرات اغلب پیش از ورود به اولین حلقه، با استفاده از یک شتابدهنده خطی کوچک یا وسیله‌ای دیگر پیش شتاب می‌گیرند. تابش سینکروترون نامی است که به تابش الکترومغناطیسی گسیل شده بوسیله ذرات باردار چرخنده در یک سینکروترون اطلاق می‌شود. این تابش به این علت است که ذرات باردار بوسیله میدان مغناطیسی از آهنرباهای دوقطبی برای به حرکت در آوردن باریکه حول حلقه شتاب می‌گیرند(منحرف میشوند). هر ذره باردار شتابدار، تابش الکترومغناطیسی تولید می‌کند.

طول موج و شدت تابش سینکروترون به انرژی و نوع ذره گسیل شده بستگی دارد. اگر منظ.ر انبار کردن یک باریکه انرژی بالا باشد پس تابش سینکروترون یک مشکل است.اتلاف انرژی از باریکه بوسیله این اثر تابش، باید به وسیله معرفی کاواک‌های شتاب دهنده در یک یا چند مکان در حلقه بازگردانده شود، تا به ذرات هرگاه که عبور می‌کنند یک تکان در انرژی بدهند. میزان و انرژی تابش به سرعت ذرات تابش کننده و شدت میدان مغناطیسی وابسته‌است. وقتی ذرات به سرعت نور نزدیک می‌شوند، این اثر سریعاً افزایش میابد. ضریب نسبیت خاص، گاما، نسبت به انرژی ذره به انرژی جسم سکون، یعنی mC^2 است. اتلاف انرژی برای انرژی یک الکترون معین با گاما یعنی با ??mC?^2 متناسل است.

حتی با پیشرفت‌های انجام شده بر روی سیکلوترون‌های با تمرکز قطاعی وسینکروسیکلوترون‌ها، باز هم یک محدودیت در انرژی نهایی ذرات باقی می‌ماند وآن اندازه و قدرت مغناطیس است. یک محدودیت عملی از اندازه و قدرت برای یک مغناطیس بزرگ منفرد وجود دارد. پیشرفت بعدی در رابطه با شتاب ذره دستگاهی بود که می‌توانست قدرت میدان مغناطیسی را همراه با فرکانس تغییر ولتاژ تغییر دهد. چنانچه میدان مغناطیسی و فرکانس هر دو بتوانند تغییر کنند، امکان وادار ساختن ذرات برای حرکت در مدار با اندازه یکسان به جای مارپیچ ممتد در مدارهای با شعاع‌های بزرگتر و بزرگتر وجود دارد. بزرگترین شتاب دهنده‌های مدرن که بر اساس این مبانی به وجود آمده‌اند و به نام سینکروترون‌ها شناخته می‌شوند.

به جای دی‌ها تنها یک لوله بسته انحنا دار وجود دارو که حاوی ذرات است. به جای مغناطیس‌های بزرگ در بالا و پایین دی‌ها، یک سری از مغناطیس‌های با شکلcقرار گرفته در تناوب‌های طولی لوله جایگزین شده‌اند. ذرات به وسیله یک شتابدهنده کوچکتر به داخل حلقه تزریق شده و در داخل لوله بوسیله الکترومغناطیس‌ها نگهداری می‌شوند. شتاب ذرات به وسیله حفره‌های شتابدنده که مشابه لوله‌های غلتان در یک شتابدهنده خطی عمل می‌کنند، انجام می‌گیرد.

تواترون در آزمایشگاه ملی شتاب دهنده فرمی نزدیک شیکاگو وبواترون در دانشگاه برکلی بزرگترین سینکروترون‌های دنیا هستند که پروتن‌هایی با انرژی در محدوده تریلیون و بلیون الکترون ولت (TeVو GeV) در اختیار می‌گذارند.

شتابدهنده

بتا ترون

شتاب دهنده‌ها برای شتاب دادن یون‌های ?سنگین? با بار مثبت مانند پروتون‌ها طراحی شده‌اند. شتاب دادن الکترون‌ها نیز، بجز برای سیکلوترون، امکان پذیر است. زیرا افزایش انرژی نسبیتی الکترون‌ها 2000مرتبه پایین تر از پروتون‌ها ست. بتاترون یک شتاب دهنده الکترون است که دارای تشابهاتی با سینکروترون می‌باشد. مدار الکترون در آنها ثابت بوده و میدان مغناطیسی وابسته به زمان است. با وجود این، شتاب الکترون‌ها مانند شتاب دادن آنها در ترانسفورمرها است که هادی مسی خروجی با باریکه الکترونی جایگزین شده‌است.

سایر شتاب دهنده‌ها

گرچه اکثر انواع شتاب دهنده‌ها از نوع‌های مختلفی است که طرح عمومی آنها در اینجا مورد بحث قرار گرفت، ولی شتاب دهنده‌های متعدد دیگری نیز در برخی از مراکز تحقیقاتی جهان قرار دارندکه با وجودی که از انواع فوق هم هستندولی در نوع خود کم نظیر یا منحصر به فرد محسوب میشوند. سیکلوترون آگور هم نتیجه همکاری مشترک دو شرکت گرونتیگس در هلند و اورسی در فرانسه می‌باشد. سیکلوترون تریمف یک شتاب دهنده غول پیکر است که یون‌های هیدروژن باردار منفی راتا75 درصد سرعت نور شتاب می‌دهد.

واحدهای اندازه‌گیری [ویرایش]

الکترون ولت: واحد انرژی است و برابر انرژی یک الکترون یا پروتون وقتی از اختلاف پتانسیل یک ولت عبور کند برابر است با ۱۹-۱۰*۶/۱ ژول

یک گرم هیدروژن ۱۰۲۳ * ۰۲/۶ اتم بوده که به آن یک اتم گرم یا یک مول هیدروژن گویند.

اگر این مقدار هیدروژن از شتاب دهنده یک (Gev) عبور کند معادل انرژی آن برابر خواهد بود:

ژول ۱۰۱۳*۶/۹=۱۰۹*۱*۱۰۲۳*۰۲/۶* ۱۹-۱۰*۶/۱

یک کیلووات ساعت برابر است با ۰۰۰/۶۰۰/۳ ژول. بنابراین انرژی آن برابر است با ۲۶ کیلووات ساعت.

۱۰۱۳ *۶/۹ ژول تقسیم بر ۰۰۰/۶۰۰/۳ مساوی ۱۰۵*۲۶

در مورد این مطلب مطالب جالبی وجود دارد.

کاربردهای دیگر:

شتابدهنده ۱۷ ام‌ای‌وی در مرکز پژوهش‌های تصویری مرکز علوم درمانی تگزاس در سن‌آنتونیو.

شتابدهنده‌ها در فیزیک پزشکی و به ویژه در پزشکی هسته‌ای کاربردهای مهمی دارند. بطور مثال برای تولید برخی رادیوایزوتوپ‌ها در پت اسکن از شتابدهنده‌های مخصوصی در بیمارستان‌ها و مراکز مربوطه استفاده می‌شود.^[۳]

باریکه الکتـــــــــــــــــــرون!

خواص باریکه الکترونی

---

• دید کلی:
• ساختمان اتم :
• قوانین حاکم بر حرکت الکترون :
• مدار الکترونی عناصر در جدول تناوبی :
• انتقالات مجاز الکترونی بین ترازی:
• مباحث مرتبط با عنوان:

دید کلی:

همچنانکه بشر عمیق و عمیق تر به مطالعه خواص مواد اطراف خود می پردازد با تعداد بیشتری از مظاهر نیروهای الکتریکی مواجه می شود انرژی الکتریکی برای بشر روشهای گوناگون و دقیقی در حل مسائل مختلف علم و انقلاب تکنولوژیک معاصر به ارمغان آورد.

خواص باریکه الکترونی

علوم طبیعت > فیزیک > الکتریسیته و مغناطیس > الکتریسیته

(cached)

---

• دید کلی:
• ساختمان اتم :
• قوانین حاکم بر حرکت الکترون :
• مدار الکترونی عناصر در جدول تناوبی :
• انتقالات مجاز الکترونی بین ترازی:
• مباحث مرتبط با عنوان:

دید کلی:

همچنانکه بشر عمیق و عمیق تر به مطالعه خواص مواد اطراف خود می پردازد با تعداد بیشتری از مظاهر نیروهای الکتریکی مواجه می شود انرژی الکتریکی برای بشر روشهای گوناگون و دقیقی در حل مسائل مختلف علم و انقلاب تکنولوژیک معاصر به ارمغان آورد.

ساختمان اتم:

هر اتم به صورت سیستم یکی از بارهای الکتریکی ظاهر می شود. هسته دارای بار مثبت و الکترون های در حال چرخش در اطراف آن دارای بار منفی می باشد. چون تمرکز جرم اتم در هسته اش می باشد. چنین به نظر می رسد که تقریبا تمامی وجود ماده با بار مثبت توام است که به مقدار زیادی ، خواص دنیای اطراف ما را تعیین می کند.

اختلاف بین مواد شیمیایی مثلا اکسیژن و آهن فقط به واسطه این واقعیت است که هسته اتمی اکسیژن محتوی 8 بار مثبت و آهن محتوی 26 بار مثبت بوده و لایه های هر اتم دارای همان تعداد الکترون می باشد بیشتر واکنشهای شیمیایی در طبیعت نتیجه عکس العمل بین الکترونهای خارجی است که بطور نسبی بیشترین فاصله را از هسته دارا می باشند.

برای مدتها تصور می شد که الکترون ساده ترین و کوچکترین ذره در جهان است. الکترون های تمامی مواد کاملا یکسان و مشابه هم می باشند. چه در آب یا چوب یا آهن تحت هیچ شرایطی ممکن نیست که بار الکتریکی مثبت یا منفی کوچکتر از بار مطلق یک الکترون وجود داشته باشد.

قوانین حاکم بر حرکت الکترون:

• در طی مطالعات زیاد معلوم شده که قوانین حرکتی اثبات شده برای مواد بزرگ را نمی تواند بطور کامل برای الکترونهای داخل اتم به کار رود. در اجسامی که یکصد میلیونیم سانتی متر بعد دارند به کلی قوانین متفاوتی مطرح می شود. در مقایسه با منظومه شمسی یا هر سیستم مکانیکی عظیم الجثه ای که می تواند با توجه به سرعت اولیه اش در هر مسیری حرکت کند.

• الکترون ها در اتم مجبورند که فقط در طول مدارهایی حرکت کنند که مربوط به مقادیر معین انرژی و همان مغناطیسی آنها می شود. به طوری که الکترون نمی تواند مقادیر دیگری انرژی را جز مقادیر فوق الذکر داشته باشد. طبیعت منفرد و غیر متوالی مکان الکترون ها در مدارها یا به طور دقیق تر وجود مقادیر دقیقاً معین از انرژی در اتم یکی از خواص اساسی تئوری مکانیک کوانتومی است.

• بر طبق تئوری کوانتومی انتقال یک الکترون از یک مدار به مدار دیگر یعنی از یک حالت انرژی به حالت دیگری از انرژی در اتم با جذب یا پخش یک بار انرژی دقیقا معین همراه است. اگر یک حالت معین انرژی بوسیله یک الکترون اشغال شود، الکترون دیگر نمی تواند آن را اشغال نماید و یک اتم نمی تواند دو الکترون با حالت انرژی یکسان داشته باشد.

• از تمام حالات ممکنی که یک الکترون می تواند در یک اتم داشته باشد در اولین حالت آن الکترون کمترین مقدار انرژی را داشته در نتیجه به شدت جذب هسته شده و در داخلی ترین مدار الکترونی نزدیک به هسته متمرکز می گردد. بنابر این ، همه الکترونها نمی توانند در یک سطح انرژی متمرکز شوند و هر الکترون بعدی سطح انرژی بیشتری را اشغال کرده و بقیه سطوح غیراشغال شده باقی می مانند. این قانون که نشان دهنده پخش الکترون در تمام عناصر به ترتیب افزایش انرژی می باشد، حالت کوانتومی نام دارد.

• خواص شیمیایی یک اتم بستگی به مقدار و ترتیب الکترون ها در مدار الکترونی دارد.

مدار الکترونی عناصر در جدول تناوبی :"> مدار الکترونی عناصر در جدول تناوبی:

• هر دوره تناوب از جدول تناوبی مطابق با شباهتهای موجود در خواص شیمیایی اتمها ساخته شده است. بنابر این ، خواص شیمایی مثلا تناوب دوم ، نزدیک به خواص شیمیایی تناوب اول است.

• ترتیب الکترون ها در اتم لیتیوم شبیه اتم سدیم است (با سطوح انرژی متفاوت تناوب بعدی). شکل الکترونی مشابهی را برای اتم پتاسیم داریم. در مورد اتمهای روبیدیوم و سزیوم همین شباهت وجود دارد. تمامی این عناصر متعلق به اولین گروه از جدول تناوبی یعنی گروه فلزات قلیایی می باشد.

• برای جداکردن خارجی ترین الکترون ها در اتمی مثلا لیتیوم لازم است که انرژیی معادل 5.39 الکترون ولت مصرف شود. برای دو الکترونی که به هسته نزدیک تر می باشند، چون با قدرت بیشتری به وسیله هسته نگهداری می شوند انرژی اتصال آنها با هسته به ترتیب برابر 75.6ev و 122.4ev می باشد.

• جریان مستقیمی از الکترون ها (مستقل از نوع اتمهایشان) در یک هادی یا نیمه هادی جریان الکتریسته خوانده می شود.

انتقالات مجاز الکترونی بین ترازی:

• زمانی که یک اتم از خارج انرژی دریافت می کند این انرژی در بسته های دقیقا معین کوانتا جذب اتم می گردد و الکترون ها به مدارهای دورتر از هسته به سطوح انرژی بالاتر جابه جا می شوند و جذب بیشتر کوانتای انرژی به وسیله اتم باعث انتقال بیشتر الکترون از هسته می گردد. این حالت که اتم به صورت تحریک شده در آمده نمی تواند برای مدت طولانی دوام بیاورد و با برگشتن الکترون به حالت قبلی اتم نیز به حالت عادی خود بر می گردد.

• قسمت زیادی از انرژی الکترون تحریک شده به صورت کوانتایی از اشعه الکترومغناطیس پخش می شود زمانی که این انتقال الکترونی در خارجی ترین لایه ها انجام گیرد که انرژی اتصال الکترون به هسته کمترین مقدار است، کوانتایاشعه مادون قرمز ، نورمرئی یا اشعه ماورای بنفش پخش می گردد.

• در زمانی که الکترون ها به اربیتالهای نزدیک هسته منتقل شوند (برای مثال پرش به یک یا چند مدار) کوانتای پر انرژی تری از تشعشعات الکترومغناطیسی «اشعه ایکس محتوی انرژی چند برابر بیشتر از تابش مادون قرمز و ماورای بنفش) منتشر می شود.

ساختمان اتم:

هر اتم به صورت سیستم یکی از بارهای الکتریکی ظاهر می شود. هسته دارای بار مثبت و الکترون های در حال چرخش در اطراف آن دارای بار منفی می باشد. چون تمرکز جرم اتم در هسته اش می باشد. چنین به نظر می رسد که تقریبا تمامی وجود ماده با بار مثبت توام است که به مقدار زیادی ، خواص دنیای اطراف ما را تعیین می کند.

اختلاف بین مواد شیمیایی مثلا اکسیژن و آهن فقط به واسطه این واقعیت است که هسته اتمی اکسیژن محتوی 8 بار مثبت و آهن محتوی 26 بار مثبت بوده و لایه های هر اتم دارای همان تعداد الکترون می باشد بیشتر واکنشهای شیمیایی در طبیعت نتیجه عکس العمل بین الکترونهای خارجی است که بطور نسبی بیشترین فاصله را از هسته دارا می باشند.

برای مدتها تصور می شد که الکترون ساده ترین و کوچکترین ذره در جهان است. الکترون های تمامی مواد کاملا یکسان و مشابه هم می باشند. چه در آب یا چوب یا آهن تحت هیچ شرایطی ممکن نیست که بار الکتریکی مثبت یا منفی کوچکتر از بار مطلق یک الکترون وجود داشته باشد.

قوانین حاکم بر حرکت الکترون:

• در طی مطالعات زیاد معلوم شده که قوانین حرکتی اثبات شده برای مواد بزرگ را نمی تواند بطور کامل برای الکترونهای داخل اتم به کار رود. در اجسامی که یکصد میلیونیم سانتی متر بعد دارند به کلی قوانین متفاوتی مطرح می شود. در مقایسه با منظومه شمسی یا هر سیستم مکانیکی عظیم الجثه ای که می تواند با توجه به سرعت اولیه اش در هر مسیری حرکت کند.

• الکترون ها در اتم مجبورند که فقط در طول مدارهایی حرکت کنند که مربوط به مقادیر معین انرژی و همان مغناطیسی آنها می شود. به طوری که الکترون نمی تواند مقادیر دیگری انرژی را جز مقادیر فوق الذکر داشته باشد. طبیعت منفرد و غیر متوالی مکان الکترون ها در مدارها یا به طور دقیق تر وجود مقادیر دقیقاً معین از انرژی در اتم یکی از خواص اساسی تئوری مکانیک کوانتومی است.

• بر طبق تئوری کوانتومی انتقال یک الکترون از یک مدار به مدار دیگر یعنی از یک حالت انرژی به حالت دیگری از انرژی در اتم با جذب یا پخش یک بار انرژی دقیقا معین همراه است. اگر یک حالت معین انرژی بوسیله یک الکترون اشغال شود، الکترون دیگر نمی تواند آن را اشغال نماید و یک اتم نمی تواند دو الکترون با حالت انرژی یکسان داشته باشد.

• از تمام حالات ممکنی که یک الکترون می تواند در یک اتم داشته باشد در اولین حالت آن الکترون کمترین مقدار انرژی را داشته در نتیجه به شدت جذب هسته شده و در داخلی ترین مدار الکترونی نزدیک به هسته متمرکز می گردد. بنابر این ، همه الکترونها نمی توانند در یک سطح انرژی متمرکز شوند و هر الکترون بعدی سطح انرژی بیشتری را اشغال کرده و بقیه سطوح غیراشغال شده باقی می مانند. این قانون که نشان دهنده پخش الکترون در تمام عناصر به ترتیب افزایش انرژی می باشد، حالت کوانتومی نام دارد.

• خواص شیمیایی یک اتم بستگی به مقدار و ترتیب الکترون ها در مدار الکترونی دارد.

مدار الکترونی عناصر در جدول تناوبی :"> مدار الکترونی عناصر در جدول تناوبی:

• هر دوره تناوب از جدول تناوبی مطابق با شباهتهای موجود در خواص شیمیایی اتمها ساخته شده است. بنابر این ، خواص شیمایی مثلا تناوب دوم ، نزدیک به خواص شیمیایی تناوب اول است.

• ترتیب الکترون ها در اتم لیتیوم شبیه اتم سدیم است (با سطوح انرژی متفاوت تناوب بعدی). شکل الکترونی مشابهی را برای اتم پتاسیم داریم. در مورد اتمهای روبیدیوم و سزیوم همین شباهت وجود دارد. تمامی این عناصر متعلق به اولین گروه از جدول تناوبی یعنی گروه فلزات قلیایی می باشد.

• برای جداکردن خارجی ترین الکترون ها در اتمی مثلا لیتیوم لازم است که انرژیی معادل 5.39 الکترون ولت مصرف شود. برای دو الکترونی که به هسته نزدیک تر می باشند، چون با قدرت بیشتری به وسیله هسته نگهداری می شوند انرژی اتصال آنها با هسته به ترتیب برابر 75.6ev و 122.4ev می باشد.

• جریان مستقیمی از الکترون ها (مستقل از نوع اتمهایشان) در یک هادی یا نیمه هادی جریان الکتریسته خوانده می شود.

انتقالات مجاز الکترونی بین ترازی:

• زمانی که یک اتم از خارج انرژی دریافت می کند این انرژی در بسته های دقیقا معین کوانتا جذب اتم می گردد و الکترون ها به مدارهای دورتر از هسته به سطوح انرژی بالاتر جابه جا می شوند و جذب بیشتر کوانتای انرژی به وسیله اتم باعث انتقال بیشتر الکترون از هسته می گردد. این حالت که اتم به صورت تحریک شده در آمده نمی تواند برای مدت طولانی دوام بیاورد و با برگشتن الکترون به حالت قبلی اتم نیز به حالت عادی خود بر می گردد.

• قسمت زیادی از انرژی الکترون تحریک شده به صورت کوانتایی از اشعه الکترومغناطیس پخش می شود زمانی که این انتقال الکترونی در خارجی ترین لایه ها انجام گیرد که انرژی اتصال الکترون به هسته کمترین مقدار است، کوانتایاشعه مادون قرمز ، نورمرئی یا اشعه ماورای بنفش پخش می گردد.

• در زمانی که الکترون ها به اربیتالهای نزدیک هسته منتقل شوند (برای مثال پرش به یک یا چند مدار) کوانتای پر انرژی تری از تشعشعات الکترومغناطیسی «اشعه ایکس محتوی انرژی چند برابر بیشتر از تابش مادون قرمز و ماورای بنفش) منتشر می شود.

انرژی پتانسیل الکتریکی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

پرش به: ناوبری, جستجو

انرژی پتانسیل الکتریکی یا انرژی پتانسیل الکتروستاتیک انرژی پتانسیلی است مرتبط با نیروی‌های پایستار کولمب در یک سامانهٔ تعریف‌شده از بارهای نقطه‌ای الکتریکی هم‌چنین باید توجه داشت که انرژی پتانسیل الکتریکی و پتانسیل الکتریکی دو مفهوم کاملا متفاوت‌اند.
مرجع صفر را تعریف می‌کنیم به حالتی که در آن دو بار نقطه‌ای منفرد در فاصلهٔ بینهایت از هم و به صورت ساکن قرار دارند حال انرژی پتانسیل الکتریکی سامانه‌ای مانند (U_E نسبت به یک مرجع صفر برابر است با: W مقدار کاری که توسط یک عامل خارجی فرضی باید انجام شود تا تک تک بارهای نقطه‌ای را از فاصلهٔ بینهایت به سمت یک سامانهٔ دلخواه با سرعت ثابت جابه‌جا کند. در این روند فرض بر این است که هیچ انرژی جنبشی در بارهای نقطه‌ای ذخیره نمی‌شود.

گاهی تصور می‌شود که انرژی پتانسیل از یک بار قرار گرفته در میدان الکتریکی ناشی می‌شود درحالی که واقعیت این است که این انرژی به کل آن سامانه که شامل مجموعه‌ای از همهٔ بارهای تولید‌کنندهٔ میدان الکتریکی است برمی‌گردد.
برای محاسبهٔ مقدار کار لازم برای آوردن یک بار نقطه‌ای در مجاورت سایر بارهای نقطه‌ای که خود ساکن‌اند، کافی است که بدانیم:

1. میدان کل تولید شده توسط بارهای دیگر چقدر است.
2. مقدار بار الکتریکی بار نقطه‌ای که می خواهیم جابه‌جا کنیم چقدر است.

در این میان، میدان ایجاد شده ناشی از باری که در حال جابه جا شدن است و مقدار بار سایر بارهای نقطه‌ای برای محاسبهٔ کار، مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. هرچند در بسیاری از محیط‌ها از نظر ریاضی ساده‌تر است که تمام انرژی‌های ایجاد شده از تمام جفت‌بارها را با هم جمع کنیم (مانند زیر). مهم است که در نظر داشته باشیم که الکتروستاتیک تئوری بدست آمده در قرن‌های ۱۸ و ۱۹ است و فرضیاتی مانند بارهای نقطه‌ای مربوط به دانش آن دوران است. الکتروستاتیک یک تئوری کامل برای تمام ذرات باردار فیزیکی که جهان فیزیکی را می‌سازد نیست؛ ذراتی که در اصل عدم قطعیت هایزنبرگ و سایر قوانین در مکانیک کوانتومی مورد بحث قرار می‌گیرند.

محتویات

 [نهفتن] 

• ۱ انرژی پتانسیل الکتریکی ذخیره شده در بین بارهای نقطه‌ای مجزا
  • ۱.۱ تک بار نقطه‌ای
  • ۱.۲ دو بار نقطه‌ای
  • ۱.۳ سه بار نقطه‌ای یا بیشتر
• ۲ انرژی ذخیره شده در توزیع یک میدان الکتریکی
• ۳ انرژی در عناصر الکترونیکی
• ۴ یادداشت
• ۵ منابع

انرژی پتانسیل الکتریکی ذخیره شده در بین بارهای نقطه‌ای مجزا [ویرایش]

انرژی پتانسیل الکتریکی ایجاد شده از دو بار نقطه‌ای برابر است با انرژی پتانسیل یک بار در پتانسیل الکتریکی ایجاد‌شده توسط دیگری. به عبارت دیگر اگر بار q₁ پتانسیل الکتریکی که خود تابعی از بردار مکان است را ایجاد کند، خواهیم داشت: هم‌چنین به بیان مشابه خواهیم داشت: درنتیجه در حالت کلی اگر N بار الکتریکی داشته باشیم و فرض کنیم بار q_i دارای مکان است، انرژی پتانسیل الکتریکی برابر خواهد بود با:

که به ازای هر i، برابر است با پتانسیل الکتریکی تمام بارهای نقطه‌ای موجود به جز باری که در موقعیت قرار دارد.
توجه: ضریب که در ابتدای عبارت ریاضی آمده است، برای جلوگیری از دو بار محاسبه شدن جفت‌بارهای الکتریکی است، برای مثال فرض کنید N برابر ۲ باشد یعنی تنها یک جفت، بار الکتریکی داشته باشیم. البته اگر N برابر با تعداد جفت‌بارها بود طبیعتا ضریب حذف می‌شد.

تک بار نقطه‌ای [ویرایش]

انرژی پتانسیل الکتریکی سامانه‌ای که تنها شامل یک بار نقطه‌ای الکتریکی است برابر صفر است. چون در آنجا هیچ منبع پتانسیل الکتریکی در مقابل وجود ندارد که نیاز باشد یک عامل خارجی کار انجام دهد و بارهای الکتریکی را از بینهایت تا موقعیت نهایی آن جابه‌جا کند. باید امکان تعامل بین تک بار الکتریکی نقطه ای و پتانسیل الکتریکی خودش را در نظر گرفت اما چون پتانسیل الکتریکی در مکان خود تک بار الکتریکی بینهایت است درنتیجه این "خود-انرژی" از قصد برای برآورد انرژی الکتروستاتیک کل سامانه دز نظر گرفته نمی شود؛ به‌علاوه پتانسیل الکتریکی ایجاد شده ناشی از تک بار نقطه‌ای هیج کاری برای جابه‌جایی بار الکتریکی انجام نمی‌دهد درنتیجه می‌توان گفت پتانسیل ناشی از یک تک بار الکتریکی در این بحث از اهمیت چندانی برخوردار نیست.

دو بار نقطه‌ای [ویرایش]

در نظر بگیرید که بار الکتریکی دومی به اندازهٔ q₂ در مجاورت بار q₁ قرار گیرد. پتانسیل الکتریکی Φ(r) ناشی از بار q₁ برابر است با:

که k_e ثابت کولمب است که در سامانهٔ استاندارد بین المللی یکاها (SI) مقدار آن برابر است با:

,

که ثابت الکتریسته ε₀ است، بنابراین خواهیم داشت:

که r₁₂ فاصلهٔ بین دو بار نقطه‌ای است.
اگر بارهای نقطه‌ای ناهم‌نام باشند انرژی پتانسیل الکتریکی منفی خواهد بود و اگر هم‌نام باشند انرژی پتانسیل الکتریکی مثبت خواهد بود. انرژی پتانسیل منفی بین دو بار ناهم‌نام به دلیل جاذبهٔ الکتریکی بین آن دو بار است یعنی برای اینکه بارها با سرعت ثابت به سمت هم منتقل شوند به دلیل حضور جاذبه، باید کار منفی توسط عامل خارجی فرضی انجام شود (نیرو در خلاف جهت جابه‌جایی) درنتیجه انرژی پتانسیل منفی خواهد بود. به دلیل مشابه انرژی پتانسیل مثبت به غلت دافعهٔ بین دوبار است.

سه بار نقطه‌ای یا بیشتر [ویرایش]

برای سه بار نقطه‌ای یا بیشتر نیز انرژی پتانسیل الکتریکی سامانه توسط تمام کار انجام شده توسط عامل خارجی برای آوردن تک تک بارهای نقطه‌ای به سمت موقعیت نهاییشان محاسبه می‌شود؛ بنابراین خواهیم داشت:

q₁, q₂ و ... بارهای نقطه‌ای‌ اند.

r_ij نیز فاصله میان بار iام و jام است.

توجه: اینجا ε₀ ضریب نفوذپذیری فضای خالی (خلاء) است. زمانی که بارها در فضایی غیر از فضای خالی یا هوا باشند ضریب نفوذپذیری برابر با ε = kε₀ خواهد بود که k ضریب گذردهی الکتریکی (ثابت دی‌الکتریک) نام دارد، k نسیت نیروی الکتروستاتیک وارد شونده در فضای آزاد به نیروی وارد شونده به بار در محیط نسبی است.

انرژی ذخیره شده در توزیع یک میدان الکتریکی [ویرایش]

معادلهٔ انرژی پتانسیل الکتریکی در یک توزیع بار پیوسته در حالتی که میدان الکتریکی داریم نیز قابل استفاده است.
قانون گوس برای میدان الکتریکی در حالت دیفرانسیلی به شکل زیر بیان می‌شود:

که

• ، بردار میدان الکتریکی.
• چگالی بار کل، شامل دوقطبی‌های مقید^[۱] در ساختار ماده.

درنتیجه خواهیم داشت:

از صورت برداری اتحاد دیورژانس که به شکل زیر است استفاده می‌کنیم:

پس داریم:

با استفاده از قضیهٔ دیورژانس و این فرض که در بینهایت است:

درنتیجه، چگالی انرژی یا انرژی در واحد حجم میدان الکتریکی برابر است با:

انرژی در عناصر الکترونیکی [ویرایش]

برخی عناصر دز محیط می توانند صورتی از انرژی را به صورتی دیگر تبدیل کنند. مثلا یک مقاومت الکتریکی، انرژی الکتریکی را به گرمایی تبدیل می‌‌کند و یک خازن آن را در یک میدان الکتریکی ذخیره می‌کند.
کل انرژی پتانسیل ذخیره شده در یک خازن از رابطهٔ زیر بدست می‌آید:

<مطالبی راجع به میدان الکتریکی>

از قانون کولن می‌دانیم که دو بار الکتریکی بر یکدیگر نیرو وارد می‌کنند. این نیرو را می‌توان با استفاده از مفهوم جدیدی به نام میدان الکتریکی توضیح داد، یعنی واسطه‌ای که بارهای الکتریکی بواسطه آن بر یکدیگر نیرو وارد می‌کنند. به بیان دیگر هر بار الکتریکی در فضای اطراف خود یک میدان الکتریکی ایجاد می‌کند که هرگاه بار الکتریکی دیگری در محدوده این میدان قرار گیرد، بر آن نیروی وارد می‌شود.

معمولا خطوط میدان الکتریکی در اطراف هر بار الکتریکی با استفاده از مفهوم خطوط نیرو نشان داده می‌شود. به عنوان مثال اگر یک بار الکتریکی نقطه‌ای مثبت را در نقطه‌ای از فضا در نظر بگیریم، در این صورت خطوطی از این نقطه به طرف خارج رسم می‌شوند. این خطوط بیانگر جهت میدان الکتریکی هستند. همچنین با استفاده از چگالی خطوط میدان الکتریکی می‌توان به شدت میدان الکتریکی نیز پی برد.

 برای تعریف میدان الکتریکی در یک نقطه معین از فضا ، یک بار الکتریکی مثبت به اندازه واحد در آن نقطه قرار داده ، سپس مقدار نیروی الکتریکی وارد بر این واحد بار را به عنوان شدت میدان الکتریکی تعریف می‌کنند. بار مثبت را نیز به عنوان بار آزمون تعریف می‌کنند. به بیان دقیقتر می‌توان میدان الکتریکی را به صورت حد نسبت نیروی الکتریکی وارد بر یک بار آزمونبر اندازه بار آزمون ، زمانی که مقدار بار آزمون به سمت صفر میل می‌کند، تعریف کرد

علت بسیار کوچک بودن بار آزمون

فرض کنید یک توزیع بار با چگالی حجمی یا سطحی معین در یک نقطه از فضا قرار دارد و ما می‌خواهیم میدان الکتریکی حاصل از این توزیع بار را در یک نقطه معین پیدا کنیم. اگر چنانچه مقدار بار آزمون خیلی کوچک نباشد، به محض قرار دادن بار آزمون در نزدیکی توزیع بار ، توزیع بار حالت اولیه خود را از دست داده و تحت تاثیر بار مثبت آزمون قرار می‌گیرد. لذا فرض بسیار کوچک بودن بار آزمون بدین خاطر است که بتوانیم از اثرات بار آزمون بر توزیع بار صرفنظر کنیم. البته با تعریف میدان بصورت حد نیرو بر بار زمانی که بار به صفر میل می‌کند، این اشکال رفع می‌شود.

مشخصات میدان الکتریکی

میدان الکتریکی کمیتی برداری است، یعنی در میدان الکتریکی علاوه بر مقدار دارای جهت نیز می‌باشد. برداری بودن این کمیت را می‌توان از تعریف آن نیز فهمید. چون میدان الکتریکی را به صورت نسبت نیرو بر بار تعریف کردیم و نیز چون نیرو بردار است، لذا میدان الکتریکی نیز بردار خواهد بود. میدان الکتریکی در داخل یک جسم رسانا همواره برابر صفر است.

چون اگر درون جسم رسانا میدان الکتریکی وجود داشته باشد، در این صورت بر همه بارهای درون آن نیرو وارد می‌شود. این نیرو باعث به حرکت در آمدن بارهای آزاد می‌شود. حرکت بار را جریان می‌گویند. بنابراین در اثر ایجاد جریان در داخل جسم رسانا بارها به سطح آن منتقل می‌شوند، باز میدان درون آن صفر می‌شود. در بیشتر موارد میدان الکتریکی از نظر اندازه و جهت از یک نقطه به نقطه دیگر تغییر می‌کند. اما اگر چنانچه اندازه جهت میدان در منطقه‌ای ثابت باشد، در این صورت میدان الکتریکی را یکنواخت یا ثابت می‌گویند. 

میدان الکتریکی حاصل از یک بار نقطه‌ای

فرض کنید که یک بار الکتریکی به اندزه 'q در نقطه‌ای از فضا که با بردار مکان 'r مشخص می‌شود، قرار داشته باشد. حال می‌خواهیم میدان الکتریکی حاصل از این بار را در نقطه دیگری که با بردار مکان (r) مشخص می‌شود، تعیین کنیم. طبق تعریف یک بار نقطه‌ای مثبت آزمون در این نقطه قرار می‌دهیم. فرض کنید که اندازه بار آزمون (q) باشد. در این صورت از طرف بار q بر این بار آزمون نیرویی وارد می‌شود که از قانون کولن بصورت زیر محاسبه می‌شود.

F = 1/4πε0 X q'q/(r-r')2

محاسبه می‌شود. چون نیروی F یک کمیت برداری است، لذا علاوه بر اینکه مقدار آن از رابطه گفته شده حاصل می‌شود، دارای یک جهت نیز هست که جهت آن با رابطه|(r-r')/|(r-'r) نشان داده می‌شود. در واقع این کمیت یک بردار یکه است. حال اگر نیروی F را بر (q) تقسیم کنیم، کمیتی حاصل می‌شود که همان میدان الکتریکی است.

میدان الکتریکی حاصل از توزیعهای مختلف بار

اگر چنانچه بجای بار نقطه‌ای یک توزیع بار به صورت حجمی یا سطحی وجود داشته باشد و یا اینکه چندین بار نقطه‌ای وجود داشته باشد و بخواهیم میدان حاصل از اینها را محاسبه کنیم، برای این منظور در مورد چند بار نقطه‌ای ، میدان حاصل از هر بار را تعیین نموده و همه را بصورت برداری جمع می‌کنیم. اما در مورد توزیع بارها باید از یک رابطه انتگرالی استفاده کنیم. بدیهی است که در مورد توزیع حجمی بار انتگرال حجمی بوده و در مورد توزیع سطحی بار ، انتگرال سطحی خواهد بود.

محاسبه نیروی الکتریکی با استفاده از میدان الکتریکی

اگر بخواهیم مقدار نیروی الکتریکی را که از طرف یک توزیع بار بر بار دیگری که در یک نقطه معین قرار دارد محاسبه کنیم، کافی است که میدان الکتریکی حاصل از توزیع بار را در نقطه معین تعیین کرده ، مقدار نیروی وارده را از حاصلضرب میدان الکتریکی در اندازه باری که نیروی وارده بر آن را محاسبه می‌کنیم، مشخص کنیم.

میــــــــــــــدان الکتریکی@***

میدان الکتریکی

برای تعریف میدان الکتریکی در یک نقطه معین از فضا، یک بار الکتریکی مثبت به اندازه واحد در آن نقطه قرار داده، سپس مقدار نیروی الکتریکی وارد بر این واحد بار را به عنوان شدت میدان الکتریکی تعریف می‌کنند. بار مثبت را نیز به عنوان بار آزمون تعریف می‌کنند. به بیان دقیقتر می‌توان میدان الکتریکی را به صورت حد نسبت نیروی الکتریکی وارد بر یک بار آزمون بر اندازه بار آزمون، زمانی که مقدار بار آزمون به سمت صفر میل می‌کند، تعریف کرد.

پیشگفتار

از قانون کولن می‌دانیم که دو بار الکتریکی بر یکدیگر نیرو وارد می‌کنند. این نیرو را می‌توان با استفاده از مفهوم جدیدی به نام میدان الکتریکی توضیح داد، یعنی واسطه‌ای که بارهای الکتریکی بواسطه آن بر یکدیگر نیرو وارد می‌کنند. به بیان دیگر هر بار الکتریکی در فضای اطراف خود یک میدان الکتریکی ایجاد می‌کند که هرگاه بار الکتریکی دیگری در محدوده این میدان قرار گیرد، بر آن نیروی وارد می‌شود.

معمولاً خطوط میدان الکتریکی در اطراف هر بار الکتریکی با استفاده از مفهوم خطوط نیرو نشان داده می‌شود. به عنوان مثال اگر یک بار الکتریکی نقطه‌ای مثبت را در نقطه‌ای از فضا در نظر بگیریم، در این صورت خطوطی از این نقطه به طرف خارج رسم می‌شوند. این خطوط بیانگر جهت میدان الکتریکی هستند. همچنین با استفاده از چگالی خطوط میدان الکتریکی می‌توان به شدت میدان الکتریکی نیز پی برد.

علت بسیار کوچک بودن بار آزمون فرض کنید یک توزیع بار با چگالی حجمی یا سطحی معین در یک نقطه از فضا قرار دارد و ما می‌خواهیم میدان الکتریکی حاصل از این توزیع بار را در یک نقطه معین پیدا کنیم. اگر چنانچه مقدار بار آزمون خیلی کوچک نباشد، به محض قرار دادن بار آزمون در نزدیکی توزیع بار، توزیع بار حالت اولیه خود را از دست داده و تحت تأثیر بار مثبت آزمون قرار می‌گیرد. بنابراین فرض بسیار کوچک بودن بار آزمون بدین خاطر است که بتوانیم از آثار بار آزمون بر توزیع بار صرفنظر کنیم. البته با تعریف میدان به صورت حد نیرو بر بار زمانی که بار به صفر میل می‌کند، این اشکال رفع می‌شود.

مشخصات میدان الکتریکی

میدان الکتریکی کمیتی برداری است، یعنی در میدان الکتریکی علاوه بر مقدار دارای جهت نیز است. برداری بودن این کمیت را می‌توان از تعریف آن نیز فهمید. چون میدان الکتریکی را به صورت نسبت نیرو بر بار تعریف کردیم و نیز چون نیرو بردار است، بنابراین میدان الکتریکی نیز بردار خواهد بود. میدان الکتریکی در داخل یک جسم رسانا همواره برابر صفر است.

چون اگر درون جسم رسانا میدان الکتریکی وجود داشته باشد، در این صورت بر همه بارهای درون آن نیرو وارد می‌شود. این نیرو باعث به حرکت در آمدن بارهای آزاد می‌شود. حرکت بار را جریان می‌گویند. بنابراین در اثر ایجاد جریان در داخل جسم رسانا بارها به سطح آن منتقل می‌شوند، باز میدان درون آن صفر می‌شود. در بیشتر موارد میدان الکتریکی از نظر اندازه و جهت از یک نقطه به نقطه دیگر تغییر می‌کند. اما اگر چنانچه اندازه جهت میدان در منطقه‌ای ثابت باشد، در این صورت میدان الکتریکی را یکنواخت یا ثابت می‌گویند.

میدان الکتریکی حاصل از یک بار نقطه‌ای فرض کنید که یک بار الکتریکی به اندزه 'q در نقطه‌ای از فضا که با بردار مکان 'r مشخص می‌شود، قرار داشته باشد. حال می‌خواهیم میدان الکتریکی حاصل از این بار را در نقطه دیگری که با بردار مکان (r) مشخص می‌شود، تعیین کنیم. طبق تعریف یک بار نقطه‌ای مثبت آزمون در این نقطه قرار می‌دهیم. فرض کنید که اندازه بار آزمون (q) باشد. در این صورت از طرف بار q بر این بار آزمون نیرویی وارد می‌شود که از قانون کولن بصورت زیر محاسبه می‌شود.

F=1/4πε0xq'q/(r'-r)2

محاسبه می‌شود. چون نیروی F یک کمیت برداری است، بنابراین علاوه بر اینکه مقدار آن از رابطه گفته شده حاصل می‌شود، دارای یک جهت نیز هست که جهت آن با رابطه|'r-r'/|r-r نشان داده می‌شود. در واقع این کمیت یک بردار یکه است. حال اگر نیروی F را بر (q) تقسیم کنیم، کمیتی حاصل می‌شود که همان میدان الکتریکی است. یعنی اگر میدان الکتریکی را با E نشان دهیم، در این صورت میدان الکتریکی حاصل از بار نقطه‌ای به فاصله r' از مبدا از رابطه زیر محاسبه می‌شود.

|'F=1/4πε0xq'q/(r-r')3/|r-r

میدان الکتریکی حاصل از توزیعهای مختلف بار اگر چنانچه به جای بار نقطه‌ای یک توزیع بار به صورت حجمی یا سطحی وجود داشته باشد و یا اینکه چندین بار نقطه‌ای وجود داشته باشد و بخواهیم میدان حاصل از اینها را محاسبه کنیم، برای این منظور در مورد چند بار نقطه‌ای، میدان حاصل از هر بار را تعیین نموده و همه را به صورت برداری جمع می‌کنیم. اما در مورد توزیع بارها باید از یک رابطه انتگرالی استفاده کنیم. بدیهی است که در مورد توزیع حجمی بار انتگرال حجمی بوده و در مورد توزیع سطحی بار، انتگرال سطحی خواهد بود.

محاسبه نیروی الکتریکی با استفاده از میدان الکتریکی اگر بخواهیم مقدار نیروی الکتریکی را که از طرف یک توزیع بار بر بار دیگری که در یک نقطه معین قرار دارد محاسبه کنیم، کافی است که میدان الکتریکی حاصل از توزیع بار را در نقطه معین تعیین کرده، مقدار نیروی وارده را از حاصلضرب میدان الکتریکی در اندازه باری که نیروی وارده بر آن را محاسبه می‌کنیم، مشخص کنیم.

*****کولن ... !!!!!!!!!!!!!...؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟

قانون کولن

الکترومغناطیس

برق · مغناطیس

[نمایش]برق‌ایستایی (الکترواستاتیک)

[نمایش]مغناطیس ساکن

[نمایش]برق‌پویایی (الکترودینامیک)

[نمایش]مدار برقی

[نمایش]نسبیت خاص

[نمایش]دانشمندان

این جعبه: نمایش • بحث • ویرایش

قانون کولن یا قانون کولمب (به انگلیسی: Coulomb's law) یک قانون فیزیک است که واکنش‌های الکتروستاتیکی میان بارهای نقطه‌ای را توصیف می‌کند این قانون نخستین بار در سال ۱۷۸۳ توسط فیزیکدان فرانسوی چارلز آگوستین کولن منتشر شد و منجر به گسترش نظریه الکترومغناطیس شد. این در حالی است که رابطهٔ نیروی الکتریکی و فاصله (از نوع نیروهای عکس مجذوری) قبلاً توسط جوزف پریستلی کشف شده بود و رابطه بین فاصله و بار الکتریکی توسط هنری کاوندیش بیان شده بود که همهٔ این‌ها قبل از کارهای کولن بوده‌است.^[۱] قانون کولن از دیدگاه عددی (اسکالر) به شکل زیر بیان می‌شود:

'بزرگی نیروی میان دو بار نقطه‌ای به طور مستقیم به بزرگی هر یک از بارها بستگی داشته و رابطهٔ عکس با مجذور فاصلهٔ میان دو بار دارد. ' ^[۲]

محتویات

 [نهفتن] 

• ۱ بیان عددی
• ۲ میدان الکتریکی
• ۳ بیان برداری
• ۴ توزیع پیوسته بار
• ۵ نمونه تصویری
• ۶ شباهت‌های الکترو استاتیکی
• ۷ جدول نتیجه گیری
• ۸ منابع

بیان عددی [ویرایش]

نمایشی ساده از قانون کولن، بارها هم نام همدیگر را دفع می‌کنند و غیر همنام جذب.

وسیلهٔ کولن برای آزمایش

شکل مکانیزم پایه‌ای قانون کولن را توصیف می‌کند که بارهای هم‌نام همدیگر را دفع و نا هم‌نام هم دیگر را جذب می‌کنند. شکل اسکالری قانون کولن تنها بزرگی نیروی بین دو بار الکتریکی را بیان می‌کند. اگر جهت مهم باشد پس شکل برداری نیز اهمیت می‌یابد بزرگی نیروی الکترواستاتیکی (F) از رابطه زیر بدست می‌آید:

که r فاصله بین دو بار و k_e، ثابت تناسب است. ^[۳] یک نیروی مثبت جذب دو بار و یک نیروی منفی دافعه بین دو بار را بیان می‌کند. ثابت k_e، ثابت کولن نامیده می‌شود (گاهی اوقات هم ثابت نیروی کولنی) که به شرایط محیط بستگی دارد و می‌توان آن را محاسبه کرد.^[۴]

با محاسبه سرعت نور در خلا که m·s^-۱ ۲۹۹۷۹۲۴۵۸ و گذر دهی مغناطیسی μ_۰ و دانستن ثابت گذر دهی خلا ε_۰ در واحد cgs واحد بار که ۱۰^-۱۲×۸٫۸۵۴۱۸۷۸۱۷ است ثابت نیروی کولنی ۱ می‌شود.^[۵]

فرمول بیان می‌کند که بزرگی نیرو با بزرگی بارها رابطه مستقیم دارد و با مجذور فاصلهٔ آنها رابطه عکس دارد. قانون کولن همچنین می‌تواند در مقیاس اتمی نیز بیان شود که نیرو به بیان هارترس بر بوهر است بار به بیان بار اولیه و فاصله بر اساس فاصله بوهر می‌باشد.

میدان الکتریکی [ویرایش]

میدان الکتریکی از قانون نیروی لورنتس حاصل می‌شود. بزرگی میدان الکتریکی که توسط یک بار نقطه‌ای (q)در فاصله(r) بدست می‌آید.

برای یک بار مثبت جهت میدان الکتریکی به صورت یک چشمه از امکان قرار گرفتن بار است در حالی که برای بار منفی در جهت مخالف است. واحد بار الکتریکی در اس‌آی ولت بر متر یا نیوتن بر کولن است.

بیان برداری [ویرایش]

به منظور اینکه هم‌اندازه و هم‌جهت نیروی وارد بر یک بار نقطه‌ای محاسبه شود. q₁ را در و q₂ را در در نظر بگیرید شکل کامل قانون کولن چنین است:

که در آن r فاصلهٔ بین دو بار است این توصیف عددی قانون کولن را با جهت بردار r₁₂ ساده تر می‌کند (که با خط واصلq₁ و q₂ موازی است). اگر دو بار هم علامت باشند حاصل ضرب q₁ وq₂ مثبت است و نیروی وارد بر q₁ با بردار ، داده می‌شود در این حالت بارها همدیگر را دفع می‌کنند اگر بارها غیر هم علامت باشند حاصل ضرب q₁ و q₂ منفی است و جهت نیروی وارد بر q۱ در جهت ، است در این حالت بارها همدیگر را جذب می‌کنند.

اصل بر هم نهی برای نیروی وارد بر بار کوچک یک سیستم N ذره‌ای چنین است. این در حالی است که q_i و r_i بزرگی مکان iامین بار هستند. R_i یک بردار یکه در راستای r − r_i است (برداری که q_i را به q متصل می‌کند).

توزیع پیوسته بار [ویرایش]

برای یک توزیع پیوسته یک انتگرال‌گیری بر روی منطقه توزیع بار همانند یک جمع بندی بی نهایت است که هر نقطه از صفحه را به صورت المان dq در نظر می‌گیرد. برای یک توزیع بار خطی (یک تخمین خوب برای بار در یک سیستم) (λ(r بار در یکای طول q_i و یک المان کوچک از طول است.

برای یک توزیع بار سطحی (یک تخمین خوب صفحات موازی در خازن هاست) (σ(r بار در یکای سطح r و dA یک المان کوچک سطح است.

برای یک توزیع بار حجمی (مانند بار در میان یک حجم فلزی) (ρ(r بار در یکای حجم r و dV نیز یک المان کوچک حجم است.

نیروی وارد بر بار کوچک آزمون از رابطه زیر بدست می‌آید:

نمونه تصویری [ویرایش]

شکل زیر نمونه‌ای تصویری از قانون کولن است که در آن q₁q₂ > 0 بردار در q₁ و در q₂کشیده شده‌است بزرگی آنها با هم برابر است یردار نیز بردار فاصله دو بار q₁و q₂ است.

نمایش توصویری قانون کولن.

شباهت‌های الکترو استاتیکی [ویرایش]

در فرمول بندی اخیر، قانون کولن تنها برای حالتی برقرار است که بارها ساکن باشند و یا با سرعت‌های بسیار پایین حرکت کننداین شرایط منجر به شرایط الکتروستاتیکی می‌شود وقتی حرکت اتفاق می‌افتد میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود که نیروی وارد بر اجسام را تغییر می‌دهد. بر هم کنش‌های مغناطیسی میان بارهای در حال حرکت اینگونه تصور می‌شودکه نیروهای میدان الکتروستاتیکی را آشکار می‌کند اما نظریه نسبیت انیشتین ما را به تعمق بیشتر وا می‌دارد.

جدول نتیجه گیری [ویرایش]

	ویژگی اجسام	روابط	ویژگی میدان
کمیت‌های برداری	نیرو)		میدان الکتریکی)
روابط
کمیت‌های اسکالر	انرژی پتانسیل)		پتانسیل)

توزیع بار الکتــــــــــــــــریکی در اجسام

مقدمه

هرگاه رسانایی را باردار کنیم، بارها طوری در آن توزیع می‌شوند که میدان الکتریکی از بین می‌رود و اختلاف پتاسیل الکتریکی بین هر دو نقطه در داخل آن صفر شود. توزیع بار یک چنین حالتی را بررسی می‌کنیم: یک رسانای تو خالی مثلا کره تو خالی مجزا با سوراخ کوچکی که دارد را باردار می‌کنیم. صفحه فلزی کوچک که روی دسته عایقی نصب شده است را به عنوان صفحه آزمون بار در دست می‌گیریم و آن را در نقطه‌ای با سطح بیرونی کره تماس می‌دهیم و سپس آنرا از کره کنده و به الکتروسکوپ متصل می‌کنیم. برگه‌های الکتروسکوپ از یکدیگر دور می‌شود. این نشان می‌دهد که صفحه آزمون با تماس گرفتن با کره ، باردار شده است. اما اگر صفحه آزمون را به سطح داخلی کره تماس دهیم (آنرا از سوراخ کره رد کرده و به سطح داخلی کره تماس دهیم) با وجود بار روی سطح بیرونی کره ، صفحه آزمون باری کسب نمی‌کند و خنثی باقی می‌ماند.

فقط از روی سطح بیرونی رسانا می شود بار بیرون کشید. زیرا سطح داخلی باری برای از دست دادن ندارد. علاوه بر این اگر ابتدا صفحه آزمون را باردار کنیم و سپس آنرا به سطح داخلی کره اتصال دهیم، تمامی بار صفحه آزمون به رسانا منتقل می‌شود. این امر بدون توجه به بار موجود روی سطح رسانا رخ می‌دهد. بنابر این در حالت تعادل بارها فقط روی سطح بیرونی رسانا توزیع می‌شوند. در واقع سطوح رسانا ناحیه داخلی خود را از اثر میدان الکتریکی حاصل از بارهای روی سطوح خود و بارهای بیرونی به کلی محفوظ نگه می‌دارند (حفاظ الکتریکی). خطوط میدان الکتریکی خارجی روی این سطح پایان می‌یابد. این خطوط نمی‌توانند از میان لایه رسانا بگذرند و سطح درونی بدون میدان الکتریکی می‌ماند. به این دلیل این سطوح فلزی را سپر یا پرده الکترواستاتیک می‌نامند. مهم است بدانیم که از توری فلزی نیز می‌شود به عنوان سپر استفاده کرد، به شرطی که توری به قدر کافی ریز باشد. دلیل این امر در موارد کاربردی زیر نهفته است.

• چرا پیرامون انبارهای نگهداری باروت را برای حفاظت از آذرخش توری فلزی متصل به زمین می‌کشند؟
• چرا در انبارهای مهمات لوله‌های آب باید اتصال زمینی داشته باشند؟
• چرا بدنه تانکرهای نفت کش و تانکرهای گاز را با زنجیری فلزی به زمین متصل می‌کنند؟

کاربردهای عملی توزیع بار روی سطح خارجی رسانا‌ها

از توزیع بار روی سطح خارجی رسانا اغلب در کارهای عملی استفاده می‌شود. هنگامی که لازم باشد بار یک جسمی را بطور کلی به الکتروسکوپ یا الکترومتر انتقال دهند، باید یک محفظه تو خالی فلزی تقریبا بسته ، به الکتروسکوپ متصل شود و رسانای باردار ، درون این محفظه قرار گیرد. رسانا کاملا باردار و تمام بارش به الکتروسکوپ منتقل می‌شود. این وسیله را استوانه فارادی نامند. زیرا در عمل کاواک رسانا را عمدتا به شکل استوانه درست می‌کنند.

مولد وان دوگراف

آقای وان دو گراف پیشنهاد کرد که از خواص استوانه فارادی برای دست یابی به ولتاژهای بالا استفاده شود. نحوه کار وان دو گراف طوری بود که یک کمربند تسمه‌ای از ماده عایق مانند ابریشم توسط موتوری روی دو غلتک حرکت می‌کند بطوری که بخشی از حرکت در داخل استوانه تو خالی بزرگی که یکی از غلتک‌ها را احاطه کرده است و توسط عایق از زمین جدا است، انجام می‌گیرد. در خارج از استوانه کوچک تسمه به کمک جاروبک از چمشه‌ای مثلا باتری یا ماشین ویمچورست تا ولتاژ 30 تا50 نسبت به زمین باردار می‌شود، این به شرطی است که قطب دیگر ماشین یا باتری اتصال زمینی داشته باشد. در داخل استوانه بزرگ ناحیه‌های باردار تسمه در تماس با جاروبک داخل استوانه قرار دارد و بار خود را به کلی به استوانه انتقال می‌دهد. این بار بلافاصله روی سطح بیرونی استوانه توزیع می‌شود.

بنابر این مانعی وجود ندارد که از انتقال دائم بار به استوانه جلوگیری کند و ولتاژ بین استوانه و زمین پیوسته افزایش می‌یابد. به این صورت می‌توان به ولتاژی از مرتبه چند میلیون ولت دست یافت. در آزمایشهای شکافت هسته‌ای این نوع مولدها را بکار می‌گیرند. و نیز اکثر شتاب دهنده‌های ذرات نیز دارای این مولد می‌باشند.

  گالری تصویر

  گالری فایل

 کاربر Online

1087 کاربر online

بار الکتریکی

مهندسی و فن‌آوری > مهندسی > مهندسی برق علوم طبیعت > فیزیک > الکتریسیته و مغناطیس > الکتریسیته

(cached)

---

مقدمه

اگر یک روز خشک و آفتابی روی قالی راه بروید، به محض این که دستتان با دستگیره فلزی تماس پیدا می‌کند، جرقه ایجاد می‌شود. و یا هنگام باریدن باران ، آذرخش و رعد و برق را بارها ملاحظه کرده‌ایم. تمام این موارد حاکی از این است که مقدار زیادی بار الکترونی در اجسام پیرامون ما و حتی در بدن ما ذخیره شده است. خنثی بودن غالب اشیا مشاهده‌ پذیر و قابل لمس جهان ، از لحاظ الکتریکی ، این واقعیت را تایید می‌کند که تمام اشیا حاوی تعداد زیادی بار الکتریکی مثبت و منفی هستند که چون تعداد این دو نوع بار الکتریکی یکسان است، لذا از نظر آثار خارجی کاملا اثر یکدیگر را بی‌اثر می‌کنند. فقط هنگامی که این توازن زیبای الکتریکی از بین برود، طبیعت آثار بارهای مثبت و منفی آشکار می‌شود. بنابراین زمانی که گفته می‌شود، جسمی باردار است، منظور این است که بار الکتریکی در جسم اندکی نامتوازن شده است.

یک آزمایس ساده

یک میله شیشه‌ای را در دست خود گرفته و با پارچه ابریشمی مالش دهید. عمل مالش سبب می‌شود که مقدار کمی بار الکتریکی از یک جسم به جسم دیگر منتقل شود، و لذا خنثایی الکتریکی آن دو به هم می‌خورد. حال اگر این میله باردار بوسیله یک رشته نخ از نقطه آویزان کنیم وسیله شیشه‌ای دیگری را که به صورت مشابه باردار شده است به این میله نزدیک کنیم، دو میله یکدیگر را می‌رانند. اما اگر یک میله پلاستیکی را که با یک پوست خز باردار شده است به این میله نزدیک کنیم، در این صورت میله پلاستیکی انتهای باردار میله شیشه‌ای آویزان شده را جذب می‌کند.

بنابراین نتیجه می‌گیریم که دو نوع بار الکتریکی وجود دارد. یک نوع از آن ، یعنی بار الکتریکی که روی شیشه مالش داده شده ایجاد می‌شود را بار مثبت و نوع دیگر ، یعنی بار الکتریکی ایجاد شده روی میله بار منفی می‌نامیم همچنین نتیجه می‌گیریم که بارهای الکتریکی همنام یکدیگر را دفع می‌کنند و برعکس بارهای الکتریکی غیر همنام همدیگر را جذب می‌کنند.

تاریخچه انتخاب نامهای مثبت و منفی

انتخاب نامهای مثبت و منفی برای بارهای الکتریکی مربوط به بنجامین فرانکلین (Benjamin Franklin) است. او علاوه بر کارهای بزرگی که انجام داد، دانشمندی با شهرت بین المللی بود. فرانکلین واژه‌های بار و باتری را وارد فرهنگ الکتریسیته کرد. بنابراین به رسم احترام شاید بد نباشد که ، هرگاه باتری ماشین حسابمان خالی می‌شود و ما در حین تعویض باتری علامتهای + و – را روی باتری مشاهده می‌کنیم، که نشان دهنده قطبهای مثبت و منفی باتری هستند، به یاد فرانکلین این دانشمند بزرگ عالم فیزیک بیافتیم.

بررسی کمی نیروی موجود میان ، بارهای الکتریکی

در مبحث الکترواستاتیک که بارهای الکتریکی ساکن و یا با سرعت فوق العاده کم مورد بحث قرار می‌گیرد، نیروهایی که بارهای الکتریکی هم‌نام و غیر هم‌نام به یکدیگر وارد می‌کنند توسط قانون کولن مورد بررسی قرار می‌گیرد. با استفاده از این قانون می‌توان علاوه بر مقدار این نیروها ، نوع آنها را از لحاظ جاذبه یا دافعه بودن مشخص نمود.

کاربرد نیروهای الکتریکی بین اجسام باردار

نیروهای الکتریکی موجود بین اجسام باردار در صنعت کاربردهای زیادی دارند، که از آن جمله می‌توان به رنگ افشانی الکتروستاتیکی ، گردنشانی ، دود گیری ، مرکب پاشی چاپگرها و فتوکپی اشاره کرد. به عنوان مثال در یک دستگاه فتوکپی دانه‌های حامل ماشین با ذرات گرد سیاه رنگی که تونر نام دارد، پوشیده می‌شوند. این ذرات بوسیله نیروهای الکتروستاتیکی به دانه حامل می‌چسبند.

ذرات با بار منفی تونر ، سرانجام از دانه‌های حاملشان جدا می‌شوند. جذب این ذرات توسط تصویر با بار مثبت متن مورد نسخه برداری ، که بر روی یک غلتک چرخان قرار دارد، صورت می‌گیرد. آنگاه ورقه کاغذ باردار ذرات تونر را روی غلتک جذب می‌کند و بعد از پخته شدن و نشستن ذرات بر روی کاغذ ، کپی مورد نظر به دست می‌آید.