برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

نظریه ریسمان


نظریهٔ ریسمان شاخه‌ای از فیزیک نظری و بیشتر مربوط به حوزه فیزیک انرژی‌های بالاست .این نظریه در ابتدا برای توجیه کامل نیروی قوی به وجود آمد ولی پس از مدتی با گسترش کرومودینامیک کوانتومی کنار گذاشته شد و در حدود سالهای ۱۹۸۰ دو باره برای اتحاد نیروی گرانشی و برطرف کردن ناهنجاری‌های تیوری ابر گرانش وارد صحنه شد. بنا بر آن ماده در بنیادین‌ترین صورت خود نه ذره بلکه ریسمان مانند است. یعنی تمام ذرات بنیادین (مثل الکترون، پوزیترون و فوتون) اگر با بزرگنمایی خیلی خیلی زیاد نگریسته‌شوند ریسمان‌دیس هستند. ریسمان می‌تواند بسته (مثل حلقه) یا باز (مثل بند کفش) باشد.

همانطور که حالت‌های مختلف نوسانی در سیمهای سازهای زهی مثل گیتار صداها(نتها)ی گوناگونی ایجاد می‌کند، حالتهای مختلف نوسانی این ریسمانهای بنیادین نیز به صورت ذرات بنیادین گوناگون جلوه‌گر می‌شود.
خاصیت مهم ابرریسمان که فیزیکدانان را به سمت خود کشاند این بود که این نظریه به طرزی بسیار طبیعی گرانش (نسبیت عام) و مدل استاندارد (نظریهٔ میدان کوانتوم) که سه نیروی دیگر موجود در طبیعت (یعنی الکترومغناطیس، نیروی ضعیف و نیروی هسته‌ای قوی) را توصیف می‌کند به هم مرتبط می‌سازد.


ابعاد بالاتر


به طور سنتی فضایی که ریسمان‌ها در آن می‌زیند بیست و شش بعدی است (البته همیشه اینطور نیست چنان که در زیر توضیح داده خواهد شد). عدد بیست و شش از روی ضوابط ریاضی و نظریهٔ گروهها (برای حفظ تقارن لورنس) به‌ دست می‌آید. این امر ممکن است در ابتدا کمی ثقیل و مشکل‌زا به نظر برسد چرا که به هرحال ما در اطراف خود چهار بعد (سه بعد مکانی و یک بعد زمانی) بیشتر احساس نمی‌کنیم پس این بعدهای اضافه کجایند؟ جوابی که معمولاً به این سوال داده می‌شود اینست که این بعدها برخلاف چهار بعد دیگر) کوچک و نیز فشرده (معادل انگلیسی compact) هستند. فشرده یعنی آنکه اگر در جهت آنها به اندازهٔ کافی پیش‌روی کنید به جای اول خود باز می‌گردید. کوچک بودن هم معنایش اینست که برای آنکه به جای نخست بازگردید باید مسافت خیلی کمی را طی کنید.
برای نمونه یک لولهٔ بینهایت دراز را در نظر بگیرید. سطح این لوله مسلما دوبعدی است. یعنی مورچه‌ای که روی سطح این لوله قرار دارد می‌تواند در دو راستای مستقل از هم حرکت کند. فرض کنید که سر مورچه در راستای طول لوله‌است. مورچه می‌تواند یا عقب-جلو برود یا چپ-و-راست. اما اگر به‌فرض این مورچه به اندازهٔ کافی (یعنی به اندازهٔ محیط لوله) در جهت چپ حرکت کند به جای اول خود باز می‌گردد اما قضیه در مورد عقب جلو رفتن صدق نمی‌کند. پس یکی از بعدهای این فضای دوبعدی (یعنی یکی از بعدهای سطح لوله) فشرده و یکی نافشرده است.
اینک فرض کنید که این مورچه روی یک توپ قرار دارد. باز هم می‌تواند در دو راستای مستقل از هم حرکت کند منتهی این‌بار در هر جهتی روی سطح کره مستقیم حرکت کند، پس از طی مسافتی (برابر با محیط دایرهٔ عظیمهٔ کره) به جای نخست بازمی‌گردد. پس این بار هر دو بعد این فضای دوبعدی (یعنی سطح توپ) فشرده است.
بازگردیم به فضای دوبعدی سطح لوله. این بار فرض کنید که محیط این لوله خیلی کم باشد یا مثلاً به جای لوله یک کابل برق داشته‌باشیم. برای مورچه (اگر به اندازهٔ کافی کوچک باشد)این کابل هنوز یک سطح دو بعدی است یعنی وقتی که روی سطح کابل قرار دارد می‌تواند در دو راستای مستقل از هم حرکت کند. اما برای ما انسان‌ها کابل برق یک شی یک بعدی محسوب می‌شود چون فقط درازای آن قابل درک است.
حالتی بسیار شبیه به این در مورد این بعدهای اضافه در نظریه ریسمان رخ می‌دهد. به این معنی که ما به خاطر اندازهٔ بزرگ خود از درک این ابعاد اضافی عاجز هستیم اما این ابعاد برای ‌بعضی از ذره‌ها با انرژی زیاد قابل دسترسی است.


انواع نظریه ریسمان


باید گفت که چندین نظریه ریسمان وجود دارد. تنها تعداد کمی از آنها می‌توانند نامزدی برای توصیف طبیعت باشند. برای مثال نظریهٔ ریسمانی که در طیف ذراتش (یعنی در حالت‌های مختلف نوسانی‌اش) ذره‌ای دارد که سریع‌تر از نور حرکت می‌کند نمی‌تواند مدل خوبی از طبیعت باشد. چون هیچ چیز نمی‌تواند سریع‌تر از سرعت نور حرکت کند. اما حتی نظریه‌های ریسمانی که مدل خوبی از طبیعت نیستند می‌توانند به فهم فیزیکدانان از این نظریه و نظریه‌هایی که می‌توانند به فهم طبیعت کمک کنند، مدد برسانند.


به طور کلی دو گونه نظریه‌ ریسمان وجود دارد:


۱. ریسمان بوزونی
۲. اَبَرریسمان


ریسمان بوزونی


نخستین نوع و ساده‌ترین نوع نظریه‌ٔ ریسمان است. به طور سنتی احتیاج به ۲۶ بعد برای همخوانی با ضوابط و پیش‌فرضهای فیزیکی (مانند تقارن لورنس) دارد. متاسفانه در طیف ذرات آن تاکیون (ذره‌ای که سریعتر از نور حرکت می‌کند) وجود دارد بنابراین نمی‌تواند مدلی از طبیعت باشد. همچنین از آمار بوز (در مقابل فِرْمی در مکانیک آماری) پیروی می‌کند بنابراین به طور طبیعی نمی‌تواند توصیف‌گر ذراتی مثل الکترون باشد.البته این نظریه در توصیف ذرات میدانی مانند گراویتون‌ها و فوتون‌ها موفق است.


ابرریسمان


با استفاده از فرض ابرتقارن (یعنی در مقابل هر ذره بوزی ذره‌ای فرمیی داریم) نوعی نظریه ‌است که قابلیت آن را دارد که توصیف‌گر طبیعت باشد. تعداد ابعاد مورد نیاز در ابرریسمان غالبا ده است. در حال حاضر پنج نظریهٔ ابرریسمان وجود دارند که می‌توانند توصیف‌گر طبیعت باشند.
د-وسته (D-Brane) و نظریه-م (M-Theory)
در سال ۱۹۹۵ میلادی ادوارد ویتن فیزیکدان مشهور با معرفی د-وسته (خوانده می‌شود دالوسته بر وزن آموخته) انقلابی در نظریه‌ٔ ریسمان پدید آورد. د-وسته‌ها اشیایی هستند که دو سر ریسمانهای باز روی آنها می‌لغزند. این اشیا می‌توانند صفر-بعدی تا تعداد ابعاد-فضایی(غیر زمانی)-بعدی باشند. به د-وستهٔ دو بعدی یعنی شکلی مثل یک صفحه‌کاغذ با ضخامت صفر «پوسته» یا د۲-وسته (تلفظ می‌شود دال-دووسته) می‌گویند. (نام د-وسته هم به قرینهٔ پوسته انتخاب شده‌است). د۱-وسته (خوانده می‌شود دال-یکوسته) خود به شکل ریسمان است. به همین منوال می‌توانیم د۰-وسته(دال-صفروسته) د۳-وسته(دال-سووسته) د۴-وسته و ... داشته‌باشیم. حرف «د» که در ابتدای این کلمه‌ها می‌آید حرف نخستین نام دریشله(ریاضیدان‌است) ‌است. بنابراین د-وستهٔ هرچند بعدی که داشته‌باشیم آن را به صورت «د تعداد ابعاد-وسته» می‌نویسیم. علاوه‌براین برای گنجاندن این اشیای جدید در نظریهٔ ابرریسمان تعداد ابعاد به ۱۱ ارتقا پیدا کرد.
ویتن همچنین ثابت کرد که پنج نظریهٔ ابرریسمان موجود بی‌ارتباط به هم نیستند و با نوعی روابط همزادی (duality) به هم مربوط می‌شوند. امروزه به نظر می‌آید این پنج نظریه درواقع پنج «نمود» (=جلوه) گوناگون از یک‌ نظریهٔ مادر و بزرگ‌تر هستند. یعنی این نظریهٔ مادر که آن را نظریه-م(تلفظ می‌شود نظریهٔ میم) می‌خوانند در شرایط خاص به هر یک از این پنج نظریه تقلیل می‌یابد (بسته به شرایط به نظریه‌های مختلف).
فیزیکدانان هنوز شناخت کاملی از نظریه-م ندارند حتی بر سراینکه «م» در نام نظریه دقیقا مبین چیست اختلاف نظر وجود دارد. بعضی می‌گویند «م» به معنی مادر است. برخی می‌گویند «م» مخفف «ماتریس» است. برخی دیگر (البته به شوخی) می‌گویند «م» (M) از واژگون‌کردن حرف نخست نام ویتن (W) می‌آید.
هرچه‌ هست همکنون بسیاری از فیزیکدانان به دنبال کشف و درک نظریه-م هستند. احتمالاً یافتن نظریه-م از بزرگ‌ترین دستاوردهای بشر خواهد بود زیرا این نظریه قادر خواهد بود تمام دنیا را در بنیادین‌ترین حالت توصیف کند.
باید توجه داشت که نظریهٔ ریسمان (و به تبع آن نظریه-م)، نظریه‌‌ای فاقد پارامتر آزاد است. یعنی جایی برای تنظیم پارامترها به کمک آزمایش باقی نمی‌گذارد. به بیان روشن‌تر خواص تمام ذرات باید از روی معادلات ریاضی درآورده شود. بنابراین مثلاً این نظریه‌ باید بگوید چرا الکترون وجود دارد و چرا جرم آن فلان اندازه و چرا اسپین آن یک‌دوم و چرا بار الکتریکی آن بهمان مقدار است.
د-وسته‌ها و جهانهای موازی


آیا حقیقتاً نظریهٔ ریسمان علمی‌است؟


بعضی از فیزیکدانان معتقدند که نظریهٔ ریسمان اصولا نظریه‌ای علمی نیست چرا که هیچ پیش‌بینی ابطال‌پذیری نمی‌کند و در بهترین شرایط تنها به توضیح واقعیات موجود می‌پردازد.
نظریه-م و مسایل فلسفی مربوط به آن و سرنوشت ناپیدایش
در اینجا طنز کوچکی مطرح می‌شود: ما انسان‌ها یا قابلیت آن را داریم که به کشف نظریه-م نایل شویم یا نه. یعنی نظریه-م اصولا یا قابل کشف/فهم هست یا نیست. در نهایت به نظر می‌آید که این نظریه-م است که در مورد قابل کشف/فهم بودن یا نبودن خود تصمیم گرفته است! چون بالاخره ما انسان‌ها محصول جهانی هستیم که بر اساس قوانین نظریه-م کار می‌کند.
به علاوه این سوال بنیادی‌تر هم مطرح است که آیا اصلاً نظریه-م وجود دارد؟ چرا طبیعت باید موجودی قانونمند و در درجهٔ بعد قابل فهم باشد. اینشتین معتقد بود که غیرقابل‌فهم‌ترین چیز در مورد طبیعت این‌است که طبیعت قابل فهم است. متاسفانه یا خوشبختانه از هیچ‌کجا آیه نیامده‌است که نظریه-م به عنوان نظریهٔ همه چیز یا نظریهٔ وحدت‌بخش وجود دارد تا حالا ما به دنبال آن باشیم. هرچند که به نظر می‌آید تمام فیزیکدانان ریسمان‌کار به طور ضمنی معتقد/ خستو/ اند که نظریه-م وجود دارد و همچنین قابل درک برای ما انسان‌ها است وگرنه بعید بود عمر خود صرف آن کنند. اما این فرض تماما برخاسته از خوشبینی مفرط است که خوشبختانه تاکنون خلاف آن ثابت نشده‌است.


همچنین این احتمال (هرچند بسیار اندک) وجود دارد که روزی ثابت شود نظریهٔ ریسمان اساسا نادرست است. اتفاقی شبیه این امر در مورد نظریهٔ متغیر پنهان چندین سال قبل رخ‌ داد. ریسمان‌کارها معتقدند که شانس از بیخ و بن نادرست بودن نظریهٔ ریسمان بسیار بسیار اندک و حتی نزدیک صفر است. چرا که تاکنون شواهد بسیار زیادی مبنی بر صحت آن یافت شده‌است. ممکن است آزمایش‌های آینده جهت تحقیقات را تغییر دهد ولی احتمال تکذیب این نظریه چنانکه که گفته شد تقریباً صفر است.




منبع : www.academist.ir - آکادمیست



بسیاری از سیستم‌های شیمیایی ، فوتولومینسانس هستند، یعنی این سیستم‌ها می‌توانند توسط تابش الکترومغناطیسی برانگیخته شوند و متعاقب آن ، تابشی یا با همان طول موج یا با طول موج دیگر ، مجددا نشر کنند. دو نوع از متداول‌ترین وجوه فوتولومینسانس «فلوئورسانس» و «فسفرسانس» هستند.

این دو تابش ، توسط فرایندهای مکانیکی متفاوتی تولید می‌شوند. این دو پدیده را می‌توان بطور تجربی با مشاهده طول عمر حالت برانگیخته ، از یکدیگر تمیز داد. در مورد فلوئورسانس ، فرآیند لومینسانس تقریبا بلافاصله پس از قطع تابش ، متوقف می‌شود، اما فسفرسانس معمولا برای مدت زمانی که به آسانی قابل آشکارسازی است، دوام می‌آورد. با طیف‌سنجی فلوئورسانس (fluorescence spectrophotometry)آشنا می‌شویم.


استفاده تجربی از فلوئورسانس و فسفرسانس (Fluorescence & Phosphorescence)


اندازه گیری شدت فلوئورسان ، تعیین کمی ‌مقدار بسیار کم تعداد زیادی از گونه‌های معدنی و آلی را امکان‌پذیر می‌سازد. تعداد زیادی روشهای فلوئورسانس سنجی مفید ، بخصوص برای سیستم‌های زیستی ، موجود است. یکی از جالبترین وجوه فلوئورسانس سنجی ، حساسیت ذاتی آن است. حد پایین اندازه گیری توسط این روش اغلب با ضریب 0,1 یا بهتر ، کمتر از حد پایین اندازه گیری توسط یک روش جذبی است و این حد در گستره بین چند هزارم تا شاید یک دهم یک قسمت در میلیون (0.1 از ppm) قرار می‌گیرد.

بعلاوه ، گزینش‌پذیری این روش حداقل بخوبی و احتمالا بهتر از سایر روشها است. با وجود این ، فلوئورسانس سنجی کمتر از روشهای جذبی مورد استفاده قرار می‌گیرد، زیرا تعداد نسبتا محدودی سیستم‌های شیمیایی وجود دارند که می‌توانند فلوئورسانس تولید کنند. فسفرسانس نیز تنها در حد بسیار محدودی در مسائل تجزیه‌ای بکار گرفته می‌شود.



نظریه فلوئورسانس


مثالهایی از رفتار فلوئورسانس را می‌توان در سیستم های ساده و همچنین در سیستم های پیچیده شیمیایی ، در حالت گازی ، مایع و جامد مشاهده کرد. ساده‌ترین نوع فلوئورسانس ، توسط بخارات اتمی رقیق به نمایش گذارده می‌شود. بعنوان مثال ، الکترونهای 3s اتمهای سدیم بخارشده ، می‌توانند با جذب تابش 5895 و 5790 آنگستروم به حالت 3p برانگیخته شوند. پس از سپری شدن بطور متوسط 8-10 ثانیه ، الکترونها به حالت عادی بر می‌گردند و در ضمن این عمل ، تابش با همان دو طول موج را در کلیه جهات منتشر می‌کنند.

این نوع فلوئورسانس که در آن تابش جذب شده بدون تغییر دوباره منتشر می‌شود ، به تابش رزونانسی یا فلوئورسانس رزونانسی مشهور است. در مورد مولکولها یا یونهای چند اتمی‌ نیز تابش رزونانسی به وقوع می‌پیوندد. بعلاوه اینکه تابش مشخصه با طول موجهای طولانی‌تر نشر می‌شود. این پدیده به نام جابجایی استوکس معروف است.

تقریبا تمام سیستم‌های فلوئورسانس که برای تجزیه مفیدند، ترکیبات پیچیده آلی هستند که حاوی یک یا چند گروه عاملی آروماتیک می‌باشند.


اندازه گیری فلوئورسانس


اجزاء سازنده مختلف دستگاه‌های اندازه گیری فلوئورسانس ، مشابه ‌اجزاء سازنده نورسنج‌ها می‌باشند. تابش یک منبع مناسب از درون یک تک‌فام ساز یا صافی می‌گذرد که وظیفه آن عبور بخشی از پرتو است که فلوئورسانس را بر می‌انگیزد و طول موجهایی را که متعاقبا توسط نمونه نور داده شده تولید می‌شوند، حذف می‌کند. تابش فلوئورسان ، توسط نمونه در تمام جهات نشر می‌شود، اما مناسب‌ترین زاویه مشاهده آن ، زاویه قائمه نسبت به تابش تحریک است. در بقیه زوایا ، افزایش پراکندگی توسط محلول و دیواره‌های سلول احتمالا منجر به خطاهای بزرگی در اندازه گیری شدت فلوئورسان می‌شود.

تابش منتشره پس از عبور از درون یک سیستم صافی یا تک‌فام‌ساز دوم که پیک فلوئورسان را مجزا می‌کند، به یک آشکارساز فتوالکتریک می‌رسد. خروجی آشکارساز تقویت می‌شود و بر روی یک «ثبات» یا یک «نوسان نما» نمایش داده می‌شود. فلوئورسان‌ سنج‌ها در این مورد با نورسنجها وجه ‌اشتراک دارند که در آنها نیز برای محدود کردن طول موجهای پرتو تحریک و نشر ، صافی بکار گرفته می‌شود.


طیف فلوئورسانس ‌سنج‌ها


طیف فلوئورسانس سنج‌ها ، بر دو نوعند: نوع اول یک صافی مناسب را برای محدود کردن تابش تحریک و یک تک‌فام‌ساز شبکه‌ای یا منشوری را برای مجزا کردن یک پیک نشری فلوئورسان بکار می‌گیرد. چندین طیف نورسنج تجارتی را با دستگاههای رابطی که ‌امکان استفاده ‌از آنها بدین منظور میسر می‌سازد، می‌توان خریداری کرد. طیف فلوئورسانس سنج‌های واقعی دستگاههایی اختصاصی هستند که مجهز به دو تک‌فام ساز می‌باشند. یکی از این تک‌فام سازها تابش تحریک را به یک نوار باریک محدود می‌سازد؛ تک‌فام ساز دیگر امکان مجزا کردن یک طول موج فلوئورسان بخصوص را فراهم می‌کند.

گزینش‌پذیری فراهم شده توسط این دستگاهها در تحقیقات مربوط به مشخصات الکترونی و ساختمانی مولکولها اهمیت زیادی دارد و در کارهای تجزیه‌ای نیز ارزشمند است. با این همه ، برای بیشتر مقاصد تجزیه‌ای ، اطلاعات حاصل از دستگاههای ساده‌تر ، کاملا رضایت‌بخش است. در حقیقت ، فلوئورسان سنج‌های به نسبت ‌ارزان قیمتی اختصاصا برای رفع مشکلات سنجشی خاص تجزیه‌های فلوئورسان طراحی شده‌اند که ‌اغلب همان ویژگی و گزینش‌پذیری طیف نورسنج‌های پیشرفته را دارند.
اجزا سازنده فلوئورسانس سنجها و طیف فلوئورسانس سنج‌ها


منابع


در بیشتر کاربردها ، به منبعی نیاز است که نسبت به لامپهای تنگستن یا هیدروژن که در اندازه‌گیری‌های جذبی مورد استفاده قرار می‌گیرند، دارای شدت بیشتری باشد. معمولا یک لامپ کمان جیوه‌ای یا گزنونی بکار گرفته می‌شود.
صافیها و تک‌فام سازها
صافیهای تداخلی و جذبی هر دو ، در فلوئورسانس سنجها بکار برده شده‌اند. بیشتر طیف فلوئورسانس سنج‌ها به تک‌فام سازهای شبکه‌ای مجهزند.
آشکارسازها
علامت فلوئورسان نوعی ، دارای شدت کمی ‌است و بنابراین برای اندازه گیری آن به ضرایب تقویتی بزرگی نیاز داریم. در دستگاههای فلوئورسانس حساس ، از لوله‌های فوتو تکثیر کننده بعنوان آشکارساز در مقیاس وسیعی استفاده می‌شود.
سلولها و محفظه‌های سلولها
سلولهای استوانه‌ای و مستطیلی ساخته شده ‌از شیشه و سیلیس هر دو در اندازه گیری‌های فلوئورسانس بکار گرفته می‌شوند. باید نهایت دقت در طرح محفظه سلول به عمل آید تا مقدار تابش پراکنده‌ای که به آشکارساز می‌رسد، کم شود. برای این منظور ، اغلب تیغه‌هایی در داخل محفظه گذاشته می‌شود.



ابزاری که در زمانی واحد می تواند در دو حالت مختلف قرار داشته باشد به صورت اتفاقی ایده آلبرت اینشتین را که خود آن را اشتباه می پنداشت به اثبات رسانده و به عنوان اکتشاف علمی سال انتخاب شده است.

انتخاب برتر

 این دستگاه متشکل از باریکه ای فلزی، اولین ابزار دست سازی است که می تواند تحت کنترل نیروهای مرموز کوانتومی قرار گرفته و در سطح ذرات اتمی و زیر-اتمی فعالیت داشته باشد.

معمولا تمامی اجرام و ذرات روزانه تابع قوانین رایج فیزیک نیوتونی هستند، اما این قوانین در سطح زیر-اتمی از هم شکسته می شوند و برای توضیح آنچه در این سطح از ذرات رخ می دهد، به شاخه ای کاملا جدید از فیزیک نظری نیاز خواهد بود. اینشتین اولین فردی بود که از فیزیک کوانتوم استقبال کرد اما بعدها آن را به دلیل به وجود آوردن زمینه ای که همه چیز را غیر قابل پیش بینی می کند، رد کرد.

با این همه طی چند سال گذشته تعدادی از پدیده ها به ثبت رسیده اند که تنها مکانیک کوانتم قادر به توضیح دادن آنها است و در ماه مارچ نیز دانشمندان توانستند اولین دستگاهی را بسازند که به نظر از قوانین کوانتومی که اینشتین برای اولین بار آنها را در زمینه امواج نوری به کار گرفت، تبعیت می کند.

این کشف می تواند مسیر دستیابی به توسعه محدوده ای از ابزارهای پیچیده از قبیل رایانه های کوانتومی که از سرعت پردازش بسیار بالاتری برخوردار بوده و امکان نفوذ به آنها وجود ندارد را به وجود آورد. به گفته محققان نظریه کوانتوم می گوید ذره های بسیار کوچک می تواند مقدار مشخصی از انرژی را به خود جذب کرده، هرگز به طور کامل ثابت باقی نمانند و در معنی واقعی کلمه در آن واحد در دو موقعیت یا حالت وجود داشته باشند.

دستگاه کوانتومی توسط دو نفر از دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا، سنتا باربارا ساخته شده است. این ابزار از پدال فلزی نیمه رسانای کوچکی تشکیل شده است که با چشم غیر مسلح نیز امکان مشاهده آن وجود دارد. با سرد کردن این ابزار تا درجه صفر مطلق و سپس با افزایش دادن انرژی آن به وسیله یک تک کوانتوم، دانشمندان به واسطه ضخیم و باریک شدن متناوب این ابزار ارتعاشی با فرکانس 6 میلیارد بار در ثانیه به وجود آوردند که این ارتعاش منجر به شکل گیری جریانی الکتریکی و قابل ردیابی می شود.

محققان حتی توانستند این ابزار را به گونه ای هدایت کنند که در آن واحد در دو حالت متفاوت انرژی کم و زیاد ارتعاش داشته باشد، پدیده ای که تنها به واسطه قوانین مکانیک کوانتومی قابل اجرا است.

بر اساس گزارش ایندیپندنت، دانشمندان معتقدند از آنجایی که تا به حال دستیابی به این حالت ساده کوانتومی امکان پذیر نبوده است، اکنون که موفقیتهایی در این زمینه به وجود آمده، به نظر می آید به زودی موفقیتهای بیشتری در زمینه فیزیک کوانتوم در پیش رو باشد.


منبع : www.roshd.ir - رشد




آیا ماده تاریک و نظریه ریسمان واقعیت دارند؟

دانشمندان با ابداع روشی برای اندازه‌گیری دقیق نیروی گرانشی با استفاده از نوترون‌های فوق‌سرد تلاش دارند علاوه بر تعیین قلمرو نیروی گرانش نیوتنی، وجود ماده تاریک و ابعاد بالاتر را نیز بررسی کنند.

تکنیک جدیدی که دانشمندان در کار با نوترون به آن دست یافته‌اند، به حدی حساس است که می‌توان از آن برای اندازه‌گیری اثرات کوانتومی نیروی جاذبه استفاده کرد. به این ترتیب، انحراف‌های جزئی از قوانین نیوتن، می‌توانند وجود و یا عدم وجود ماده تاریک و یا ابعاد بالاتر نظریه ریسمان را ثابت کنند.

فیزیکدانان ذرات در دانشگاه صنعتی وین و موسسه لاو- لانگوین (ILL)، تکنیک جدیدی را ارائه کرده‌اند که طیف‌نگاری واکنش گرانشی نامیده می‌شود؛ در این تکنیک، پژوهشگران نوترون‌های فوق سرد را در راستای یک آینه شلیک می‌کنند تا حالت‌های مختلف انرژی کوانتوم آنها مشاهده شود. با لرزاندن آینه در فرکانس‌های مشخص، پژوهشگران قادر خواهند بود تا نوترون‌ها را به حالت‌های بالاتر انرژی ببرند.

این اولین روش طبف‌سنجی واکنش است که از نیروهای الکترومغناطیسی، میدان و یا پتانسیل برای گذار استفاده نمی‌کند. موفقیت این گروه، اولین گام به سوی مدل‌سازی برهم‌کنش‌های گرانشی در فواصل بسیار کوتاه و جستجوی انحراف‌های بسیار کم پیش‌بینی شده برای نیروی گرانش خالص نیوتنی است. این پژوهش، همچنین می‌تواند اصل هم‌ارزی را نیز بیازماید که به موجب آن، نیروی گرانش فارغ از جرم اشیا، به همه آنها شتاب یکسانی می‌دهد. در سال 1971 / 1350، این اصل در آزمایش مشهوری بر روی ماه آزموده شد و یکی از فضانوردان آپولو، همزمان یک چکش و یک پر را رها کرد: میلیون‌ها نفر بر روی زمین دیدند که هر دوی آنها، هم‌زمان به سطح ماه رسیدند. پژوهشگران امیدوارند که برای اولین بار، از این تکنیک جدید برای آزمودن دقت این اصل در مقیاس اتمی بهره ببرند.

اثرات قابل رویت نیروی گرانش عموما در مقیاس بزرگ و در حرکات ستارگان و سیارات دیده می‌شود. ولی حوزه اثر مکانیک کوانتوم عمدتا در مقیاس اتمی است.

پروفسور هارتموت آبل، از موسسه فیزیک اتمی و زیراتمی وین، می‌گوید: «در این دنیای کوچک، نیروی جاذبه به حدی ضعیف است که مشاهده اثرات کوانتومی آن کار ساده‌ای نیست. استفاده از اتم‌ها برای اندازه گیری این اثرات بسیار سخت است چرا که نیروهای الکتریکی کم دامنه‌ای مانند نیروهای وان‌دروالس، باعث اختلال در آنها می‌شوند. ولی با استفاده از نوترون‌های فوق سرد که بی‌بار، بسیار کند و بی‌نهایت مقاوم در برابر اختلال الکتریکی هستند، ما می‌توانیم این اثرات را با دقت بسیار بالا اندازه‌گیری کنیم.».

پروفسور آبل، توبیاس ینکه، و دانشمندانی از ILL، در ادامه کاری که در سال 2002 انجام داده بودند، برای اولین بار از این تکنیک برای اندازه‌گیری گرانش استفاده کردند. در این پژوهش جدید، پروفسور آبل و گروهش، به طور مکانیکی گذار بین این حالت‌های متفاوت انرژی را از طریق یک میدان نوسانی القا کردند، که با لرزاندن آینه زیرین در یک فرکانس مشخص به دست آمده است. با استفاده از این شیوه، پژوهش‌گران در آینده قادر خواهند بود که با دقت بیشتری، حالت‌های متفاوت انرژی یک نوترون را در میدان گرانش زمین محاسبه کنند.

دکتر پیتر گلتنبرت، فیزیک‌دان ILL و همکار این پژوهش، می‌گوید: «در سال 2002، نوترون‌های فوق سرد برای اولین بار به ما امکان دادند که حالت‌های متفاوت انرژی نوترون را در اثر نیروی گرانش زمین را در یک فرکانس مشخص اندازه‌گیری کنیم. اکنون و با این شیوه، ما می‌توانیم مقدار بسیار دقیق انرژی را برای هر یک از این حالت‌های انرژی معین کنیم. این یک پیشرفت بزرگ برای کسانی است که تلاش می‌کنند طبیعت بنیادین گرانش را درک کنند و فیزیک دنیای اتمی را با دنیای خود ما ترکیب کنند».

برخی از فیزیکدان‌ها بر این باور هستند که اندازه‌گیری دقیق‌تر این انرژی‌ها، واگرایی اندکی با آنهایی دارد که با استفاده از قوانین نیوتنی گرانش محاسبه شده‌اند. آنها پیش‌بینی می ‌کنند که آشکار کردن و تعیین کمیت این اختلاف، شواهدی از وجود ماده تاریک یا ابعاد بالاتری که نظریه ریسمان ادعای وجود آنها را دارد، ارائه خواهد کرد.

سرگذشت جهان قبل از جهان ما



فرضیه ای جدید برای اثبات جهان قبل از انفجار بزرگ

فرضیه ای جدید برای اثبات جهان قبل از انفجار بزرگ
مطالعات جنجال برانگیزی که به تازگی نتایج آن منتشر شده، این فرضیه را مطرح می کند که الگو های حلقوی شکل و شبح واری که در آسمانها دیده می شوند، می توانند تصویری از جهانی باشند که قبل از انفجار بزرگ وجود داشته است.

به گزارش خبرگزاری مهر، در صورتی که این نظریه درست باشد، پرتوهای کیهانی اولین شواهد واقعی مبنی بر این واقعیت هستند که جهان کنونی ما جوانترین بخش از رشته ای بینهایت از جهانهای متوالی و احیا شده است.

اخترشناسان این الگوهای حلقوی را طی بررسی جدید از پس زمینه ریزموجی کیهانی جهان یافته اند، این پس زمینه بازمانده تشعشعاتی است که از انفجار بزرگ به جا مانده و اکنون در جهان نفوذ کرده است در بسیاری از این الگوهای حلقه مانند که به موجی در یک برکه شباهت دارند، حرارت نسبت به دیگر بخشهای پس زمینه ریزموجی کیهانی یا CMB یکنواخت تر است.

به گفته "راجر پنروز" از دانشگاه آکسفورد و "واحه گورزادیان" از موسسه فیزیک ایروان در ارمنستان، یکی از دلایل قابل قبول برای وجود این پدیده می تواند این باشد که چنین حلقه هایی در زمان جهانی پیش از جهان کنونی و در اثر برخورد سیاهچاله ها با یکدیگر به وجود آمده اند. دانشمندان معتقدند زمانی که دو سیاهچاله با یکدیگر برخورد می کنند امواجی از انرژی از خود ساطع می کنند که به امواج گرانشی شهرت دارند، هرچه سیاهچاله های در حال برخورد با یکدیگر عظیم تر باشند، امواج شدیدتر، بیشتر و قدرتمندتری ایجاد خواهند شد.

امواج گرانشی تار و پود فضا-زمان را مختل می کنند و به گفته "پنروز" و گورزادیان، این امواج می توانند نشانه هایی از مسیر خود را به شکل الگوهای حلقه ای شکل به جا گذاشته باشند. در صورتی که جهان ما یکی از جهانهای دوباره متولد شده باشد، این می تواند به آن معنی باشد که حلقه ها از انفجار بزرگ جان سالم به در برده اند و اکنون این فرصت را به وجود آورده اند تا با کمک آنها از میان انفجار بزرگ به اعصار گذشته نگاه کنیم.

بر اساس گزارشی که "پنروز" در اوایل ماه جاری از نتیجه مطالعات خود منتشر کرده، انفجار بزرگ که جهان کنونی پس از آن شکل گرفته است، پدیده ای بی نظیر و یکتا نیست. دست کم یک انفجار بزرگ دیگر پیش از این انفجار رخ داده و به جهانی که پیش از این جهان وجود داشته هویت فیزیکی بخشیده است و بر همین اساس پنروز پیش بینی می کند پیش از این جهان جهانهای بیشمار دیگری وجود داشته اند.

پنروز این چرخه متولد شدن جهانها را اعصار متوالی می خواند که هر یک از آنها برای مدتی ناشناخته به طول انجامیده اند، مدت زمانی که جهان کنونی با عمری در حدود 13.7 میلیارد سال سن، در برابر آنها بسیار ناچیز و کوچک است. یک عصر یا دوره با یک انفجار بزرگ آغاز می شود و با گذشت زمان جهان نوزاد از دریایی از ذرات همگن و رقیق تکامل پیدا کرده و به ساختاری پیچیده تر متشکل از کهکشانها، ستاره ها، سیاره ها، و حیات تبدیل می شود.

بر اساس نظریه پنروز، در تمامی این مدت جهان با سرعتی بالا و به واسطه همان انرژی تاریک ناشناخته در حال گسترش یافتن است. تمامی مواد موجود در این جهان طعمه ناگزیر سیاهچاله هایی خواهند بود که در قلب کهکشانهای بزرگ وجود دارند و این سیاهچاله ها روز به روز بزرگتر می شوند و با ترکیب و برخورد با یکدیگر سیاهچاله های بزرگتری را تشکیل خواهند داد. امواج گرانشی ناشی از این برخوردها همان امواجی هستند که حلقه های موجود بر روی پس زمینه ریزامواج کیهانی جهان کنونی را به وجود آورده اند.

حلقه های کیهانی در شبیه سازی های رایانه ای

سیاهچاله های غول پیکر به تدریج همه ماده موجود در جهان را مصرف می کنند تا زمانی که چیزی باقی نماند و همانطور که استفان هاوکینگ در دهه 1970 اعلام کرد، زمانی که سیاهچاله های بزرگ دست از بلعیدن ماده بردارند، جرم خود را به شکل تشعشعات از دست می دهند بر اساس این نظریه طی میلیاردها سال بقایای سیاهچاله ها با تبدیل کردن ماده بلعیده شده به پرتوهای کیهانی تبخیر خواهند شد و در این بخش از دوره یا عصر، جهان، که اکنون به کهنسالترین و وسیع ترین حد تصور خود رسیده، دوباره به دریایی یکپارچه و همگن از ذرات تبدیل شده است. پنروز در انتها می گوید این جهان دچار تحولاتی می شود که در نتیجه آنها دوباره به اندازه نقطه ای کوچک متراکم شده و زمینه انفجار بزرگ بعدی فراهم می آید.

از سویی دیگر "امیر حاجیان" اخترشناس ایرانی موسسه اخترفیزیک نظری در تورنتوی کانادا که مطلعاتی همزمان را در این زمینه انجام داده و نتایج آن را مشابه پنروز در نشریه arXiv.org منتشر کرده، معتقد است بر اساس نظریه پنروز، هر پدیده بزرگی در جهان کوچک شده و هر پدیده سردی داغ خواهد شد، به این شکل جهان وسیع و سرد به جهانی فشرده و داغ تبدیل می شود.

حاجیان معتقد است پنروز و گورزادیان در نظریه خود توضیحی درباره عاملی که به این تحولات دامن می زند نداده اند در حالی که این بخش بسیار مهم بوده و به بیشترین توضیحات در این نظریه نیاز دارد. به گفته وی این نظریه تنها بر روی کاغذ امکان پذیر است اما در واقعیت از جزئیات گم شده و مجهول بسیاری برخوردار است.

در واقع حلقه های فضایی از نظر حاجیان پدیده هایی بسیار معمولی به شمار می روند. به گفته وی این حلقه ها پدیده هایی غیر معمول نیستند، بلکه کاملا متداول بوده و مدلهای شبیه سازی شده ای که حاجیان در طی مطالعاتش به دست آورده نشان می دهند این حلقه ها در جهانی که با نظریه تورم مطابقت دارند نیز می توانند وجود داشته باشند.

بر اساس گزارش نشنال جئوگرافی، نظریه تورم بر این اساس ارائه شده است که جهان اولیه دوره ای از "بیش-بسط یافتگی" را پشت سر گذاشته است که درنتیجه آن به شکل و ابعاد کنونی اش دست پیدا کرده است نظریه تورم بسیاری از مشکلاتی که در نظریه انفجار بزرگ وجود دارد را برطرف می کند اما پنروز معتقد است نظریه وی نیاز به تکیه بر نظریه تورم را از بین خواهد برد.

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :