عکسی جالب

اگه گفتید این کیه؟

استفان هاکینگ خودمونه.فقط جوانتر!!!!!!

سرگذشت مکانیک کوانتوم

در اوايل قرن بيستم انقلاب هاى علمى در حال شكل گيرى و تكوين بودند. مهم ترين اين انقلاب ها در ساختارهاى اساسى فيزيك نظرى اتفاق افتاد.
انقلاب هايى كه نتيجه آنها تغيير تصور امروزى ما از مفاهيم بنيادى مثل فضا، زمان، عليت، موضعيت، واقعيت و... است، همگى نتيجه همين انقلاب ها بودند. مكانيك كوانتومى و نظريه نسبيت خاص و عام مهم ترين انقلاب هاى علمى تمام تاريخ بوده اند.
تدوين مكانيك كوانتومى حدود ۳۰ سال طول كشيد. از زمان توضيح تابش جسم سياه به وسيله پلانك و خلق مفهوم كوانتومى بودن انرژى تا زمان صورت بندى مكانيك موجى و مكانيك ماتريسى تعداد زيادى از پديده هاى فيزيكى كشف شده بودند كه به وسيله مكانيك كلاسيك (نيوتنى) قابل توجيه نبودند، هر چند تعدادى از اين پديده ها را بزرگانى مثل بور، زومر فلو، پلانك، روزنفلد، فرانك، هرتز، اينشتين و... به صورت پديده شناختى (Phenomenological) توضيح داده بودند. اما توضيح واحدى براى اين پديده ها وجود نداشت تا اينكه بالاخره در سال هاى ۱۹۲۶ و ۱۹۲۷ هايزنبرگ و شرودينگر به توضيحى جامع براى پديده هاى كوانتومى دست پيدا كردند. هايزنبرگ از ماتريس ها استفاده كرده بود و شرودينگر از پايه هاى فضاى هيلبرت. سال بعد ديراك نشان داد كه اين دو رهيافت در واقع يكى هستند. از همان زمان و به خصوص بعد از تدوين كتاب بحث برانگيز «اصول رياضى مكانيك كوانتومى» فون نويمان بحث هاى بسيار زيادى با پايه هاى فلسفى در دنيا درگرفت كه تبعات و نتايج آنها تا به امروز ادامه دارد. بحث هايى درباره مبانى فلسفى مكانيك كوانتومى دو دوره اوج دارد. يكى از اين دوره هاى اوج بين سال هاى ۱۹۲۷ تا ۱۹۳۳ در كنگره هاى سولوى ظاهر شد. در آن كنگره ها بحث هايى بين همه بزرگان فيزيك دعوت شده درگرفت، بحث هايى بسيار عميق درباره نتايج مكانيك كوانتومى كه سردمداران آنها بور و اينشتين بودند. بور طرفدار دو آتشه مكانيك كوانتومى بود و مدافع اول آن به حساب مى آمد. از طرفى بسيارى از بزرگان هم عصر بور در موسسه فيزيك نظرى وى با او همكار بودند. نسل بعدى و حتى نسل بعد از آن هم به شدت تحت تاثير بور بودند. اكثر فيزيكدانان بزرگ معاصر يا شاگرد بور بودند يا شاگرد شاگرد او. به همين دليل اين ديدگاه مكانيك كوانتومى رواج بيشترى يافت. (البته بايد توجه كرد كه اين ديدگاه در توجيه پديده ها بسيار قدرتمند بود كه اوج آن را مى توان در توجيه كامل طيف اتم هيدروژن ديد.) به اين ديدگاه مكتب كپنهاگى مكانيك كوانتوم مى گويند، زيرا بور اهل دانمارك بود و در دانشگاه كپنهاگ كار مى كرد.
در جبهه مقابل اينشتين قرار داشت كه به همراه دوبروى و شرودينگر مخالف تعبيرهاى فلسفى بور از نتايج مكانيك كوانتومى بود. بحث هاى اينشتين و مثال هايى كه سر ميز صبحانه در كنگره سولوى بيان مى كرد نشان مى داد كه مكانيك كوانتومى ناقص است. بحث هاى بور سر ميز شام نيز كه جواب حرف هاى اينشتين بود، معروف است.
در اواخر دهه ۱۹۴۰ ديويد بوهم كتابى عميق و دقيق و البته آموزشى در زمينه مكانيك كوانتوم نوشت به نام «نظريه كوانتوم».
او اين كتاب را براى اينشتين، بور، هايزنبرگ و ديراك و... ارسال كرد تا نظر آنها را جويا شود. البته بايد متذكر شد كه در حين نوشتن كتاب ديدگاه او نسبت به نظريه كوانتومى در حال تغيير بود و روزبه روز به اشكالات فلسفى اين نظريه بيشتر پى مى برد.
اينشتين از كتاب او استقبال كرد و نامه اى برايش نوشت. همين ارتباط او با اينشتين او را تشويق كرد كه به تحقيق در اين زمينه بپردازد. حاصل اين تحقيقات «نظريه كوانتومى بوهم» بود كه يكى از نظريه هاى متغير هاى نهان است.
• متغيرهاى نهان
يكى از مبانى اصلى مكانيك كوانتومى كپنهاگى عدم قطعيت است كه هايزنبرگ آن را كشف كرده است. عدم قطعيت مى گويد كه نمى توان همزمان مسير و حركت ذره را با دقت بالايى مشخص كرد، هرچه دقت در اندازه گيرى مسير حركت ذره بيشتر باشد، اندازه حركت آن را با دقت كمترى مى توان اندازه گرفت. اين امر تبعات بسيار زيادى دارد كه نقض عليت يا طرد موجبيت از جمله آنها است. بوهم به دنبال رفع اين مشكل بود. اما مى دانست كه عدم قطعيت ذاتى مكانيك كوانتوم است بنابراين به دنبال تئورى كوانتومى بديل فاقد عدم قطعيت بود.
او براى رفع «عدم قطعيت» پيشنهاد داد كه يك جمله به معادله شرودينگر اضافه شود. اضافه كردن اين جمله باعث مى شود كه عدم قطعيت اندازه حركت و مكان از بين برود و هركدام از آنها را با هر دقتى بتوان مشخص كرد. اما نكته اينجاست كه اضافه كردن اين جمله به معادله شرودينگر مستلزم در نظر گرفتن متغيرهايى است كه قابل آشكارسازى نيستند، اما وجود آنها باعث مى شود كه عدم قطعيت از بين برود. بوهم اين جمله اضافى را «پتانسيل كوانتومى» نامگذارى كرد.
پتانسيل كوانتومى هم مسئله عبور ذره از دو شكاف را توجيه مى كند و هم مسئله عبور ذره از مانع پتانسيل را. در حالت اول ذره به جايى كه تابع موج صفر است نمى رسد زيرا در آنجا پتانسيل كوانتومى بى نهايت است و لذا ذرات را از آنجا دفع مى كند. در مورد دوم وجود پتانسيل كوانتومى ارتفاع سد پتانسيل را كم مى كند و در نتيجه ذره عبور مى كند.
• نقد نظريه بوهم
پس از انتشار نظريه بوهم در ،۱۹۵۲ پائولى نامه اى به او نوشت و به شدت اعتراض كرد. اعتراض پائولى اين بود كه اين مدل را نمى توان به چند ذره تعميم داد. بوهم در جواب پائولى مسئله چندذره اى را با اين نظريه حل كرد و براى آزمايش EPR توضيحى داد.
اما واكنش اينشتين جالب تر بود. او فكر مى كرد كه نظر بوهم بيش از اندازه ساده انگارانه است. او انتظار داشت كه چيزى عميق تر از اين در كار باشد. بوهم در جواب او گفت كه ممكن است حق به جانب اينشتين باشد، اما در نبود نظريه اى عميق تر، بهتر است فعلاً به همين بسنده كنيم تا اينكه اصلاً چيزى نداشته باشيم.
بعضى ديگر از فيزيكدانان گفته اند كه براى آنكه نظريه بوهم جدى تلقى شود، بايد در مواردى پيش بينى هايى غير از پيش بينى هاى مكانيك كوانتومى كپنهاگى داشته باشد. بوهم خودش معتقد بود كه مشكل است در عمل مواردى را پيدا كنيم كه اين دو نظريه پيش بينى هاى متفاوتى داشته باشند تا بتوان به تجربه در مورد درستى آنها قضاوت كرد. براى آن كه نظريه بوهم را مورد آزمون قرار دهيم بايد از چارچوب نظريه كوانتوم خارج شود تا بتوانيم متغيرهاى نهان را بيازماييم.
تا زمان حال نتايج تجربى، مزيتى براى هيچ كدام از دو نظريه پيدا نكرده اند. اما نظريه بوهم از لحاظ فلسفى برترى دارد زيرا اين نظريه توصيفى على در سطح كوانتومى ارائه مى دهد. در اواخر قرن بيستم بوهم به همراه شاگردش هايلى نظريه نسبيتى را هم به اين موضوع اضافه كردند. امروز گرانش كوانتومى بوهمى هم از موضوعات مورد پژوهش است.
• عدم موضعيت
به نظر مى رسد يكى از دلايل عمده موضع گيرى هاى اوليه عليه بوهم مسئله غيرموضعى بودن باشد كه با توجه به نتايج آزمايش بل به نظر مى رسد كه عدم موضعيت در اطلاع رسانى، ذاتى عالم باشد. بنابراين براى محك مكانيك كوانتومى بوهمى بايد سراغ محك هاى ديگرى رفت.

تحلیلی بر نظریه های تشکیل ابر نو اختر

آیا نظریه های موجود درباره ی شکل گیری انفجار های ابر نواختری قابل استنادند و یا باید مورد تجدید نظر قرار بگیرند؟ علل تعدد نظریه برای این پدیده ها یک کج فهمی علمی است  یا ریشه ای بنیادی دارد؟ این سوالاتی است که سعی داریم در ادامه به آنها پاسخ دهیم.

انفجارات ابر نواختری به دو دسته ی کلی تقسیم می شوند. بیشتر این انفجارات از نوع دوم محسوب شده که ستاره ی مادر آنها دارای جرمی بیش از 8 برابر جرم خورشید ماست. این ستاره ها علاوه  بر آن که زندگی کوتاهتری را نسبت به سایر ستارگان تجربه می کنند، مراحل نموشان نیز با سرعت بیشتری طی می شود و آن هنگام که زمان مرگشان فرا می رسد خالق انفجاری هسته ای می شوند که اختر شناسان را از گوشه و کنار جهان متوجه خود ساخته و فرصتی را جهت آزمایش آموخته ها و پیش بینی هایشان، مهیا می سازد. وقتی تمام انرژی این ستاره ها به مصرف رسید هسته شان متلاشی می شود و نیروی گرانش بسیار زیاد هسته، باعث انبساط ستاره و سر انجام انفجار لایه های بیرونی آن می شود و در پایان کارشان، ستاره ای نوترونی یا یک سیاهچاله ی غول پیکر از خود باقی میگذارند. اما گونه ی اول از انفجارها که کمتر هم مشاهده می شوند، دارای اجداد متفاوتی نسبت به انواع دیگر خود هستند که معمولا از یک کوتوله ی سفید بسیار پیر و دارای ابعادی حدود هسته ی خورشید ما یا سایر ستارگان جوان تشکیل می شوند. این ابر نو اخترها که در بیشتر موارد از عناصر کربن و اکسیژن ساخته شده اند، در واقع از همجوشی هسته ای هیدروژن و هلیم در روزهای پایانی عمر کوتوله سفید تشکیل می شوند. در این کوتوله ها مواد تحت نیروی بسیار بزرگ گرانشی متراکم شده و به حالت فوق غلیظ یا انحطاط می رسند که در واقع کوچکترین حالت مشاهده شده برای یک مجموعه اتم است. در این حالت انرژی کوانتمی ذرات نیز در مقدار کمینه ی خود قرار می گیرد. در همین رابطه پروفسور سوبراهمانییان چاندرازخار (که نام رصد خانه ی پرتو ایکس ناسا، چاندرا، از نام او گر فته شده) ثابت کرد که بیشترین فشار متقابل در برابر نیروی گرانش که از طرف الکترون وارد می شود دارای یک بیشنه است. این حد که بعدها به حد انحطاط  چاندرازخار معروف شد، نشان داد که بیشترین جرمی که یک کوتوله ی سفید می تواند تحمل کند 1.44 برابر جرم خورشید است و بیشتر کوتوله ها هم جرمی بسیار کمتر یعنی درحدود 0.5 الی0.6 برابر جرم خورشید ما را دارا هستند. این حجم عظیم انرژی رفته رفته به عاملی برای از کار افتادن سیستم سوختی ستاره تبدیل شده و در واقع باعث مرگ تدریجی و سرد کوتوله می شود. ولی چیزی که در سیستم های چندتایی کوتوله ها مشاهده شده کمی متفاوت است.

  

«برای دیدن جزئیات روی عکس کلیک کنید»

 

اگر یکی از همدم ها به اندازه ای بزرگ باشد که شرایطش به حد چاندرازخار نزدیک شده باشد، دما و چگالیش با سرعت قابل توجهی افزایش می یابد و باعث جریان یافتن چرخه ی کربن- کربن میشود. در همین هنگام همدم ستاره که تا کنون تاثیر قابل توجهی در روند زندگی ستاره نداشته است، با تبدیل شدن به یک غول سرخ و یا ستاره ای ابر پرجرم ،خود را برای مراحل پایانی زندگی آماده می کند و دچار تغییری بنیادی می شود که آینده ی ستاره را به کلی دست خوش تغییر خواهد کرد. کربن و اکسیژن به عناصر سنگین تری مثل سیلیکون، گوگرد، کلسیم، آهن، نیکل و کبالت تبدیل می شود و همین تعدد عناصر تشکیل دهنده، ستاره ای را که به سمت ابر نو اختر نوع یک حرکت می کرد، در حد یک ابر عظیم گاز نگه می دارد. نظریه های مختلفی برای آینده ای این منظومه ها مطرح شده است اما سرانجام بعد از یک دهه تلاش، جرقه ی حل این مسئله  نیز روشن شد.

همان طور که گفتیم ستاره ی همدم، هیدروژن و احتمالا هلیم خود را در طی جریانی از مواد بین دو جرم به کوتوله ی سفید منتقل می کند. بعد از گذشت زمانی نسبتا طولانی جرم موجود در کوتوله از حد چاندرازخار افزایش می یابد، در همین لحظه جریان مواد قطع شده و کوتوله با انفجار ابر نو اختری از نوع یک به زندگی خود پایان می دهد و همدمش نیز ناچار است باقی عمر خود را مثل یک ستاره ی کوچک و عادی ادامه دهد.

اما راه دوم: ممکن است فاصله ی غول ستاره ای ما از آنچه برای تبادل مواد لازم است بیشتر باشد یا گرانش ستاره به حد کافی بالا باشد که از فرار لایه های سطحی جلوگیری کند. این مشکل حل نشده ماند تا نوابر سال 2002، در این سال یک کهکشان گمنام در صورت فلکی حوت توجه همگان را به خود جلب کرد. ابر نو اختری موسوم به 2002 IC دراین صورت فلکی درخشش خود را آغاز کرد و با روشنایی چند برابر ابر نو اختر های معمولی نور افشانی نمود ولی باز هم از نوع دوم این انفجارها به شما می آمد. بعد از بررسی طیف آن ستاره در نور مرئی نوار ضخیمی از فلزات سنگین از قبیل سیلیکون و آهن مشاهده شد و این در حالی بود که تنها عناصر کربن و اکسیژن پدیدآورندگان کوتوله ها محسوب می شدند.

مارییوهاموی از مرکز تحقیقات کارانگی و همکارش متوجه شدند که همدم این کوتوله ها که غول های معمولی یا از رده ی ای جی بی هستند، مانند سایر ستارگان می میرند و بنابر این بعد از مرگ آنها تنها چیزی که باقی می ماند یک سحابی سیاره نما است و در مر کز این سحابی یک کوتوله ی سفید ایجاد می شود که باز هم به دور همدم خود می گردد اما این بار در سامانه ای کوتوله ای. آنان با مقایسه ی حدسیات خود و سوپرنوای 2002 IC دریافتند که همدم این کوتوله ها مانند حالت قبل شروع به از دست دادن جرم می کند وبا رسیدن به حد چاندرازخار همان مراحل را طی میکنند. بعد از چند سال در سال 2005سوپرنوای مشابه نوع اول در کهکشان ان جی سی 1371 روی داد که 2005 KA نامیده شد و رصد خانه ی فضایی ناسا موسوم به سوئیفت که در سال 2004 آغاز به کار کرده بود موج بلندی از پرتوهای ایکس و امواج فرابنفش را از آن سوپرنوا آشکار کرد که نشان می داد این ابر نواختر توسط لایه ای از غبارهای هیدروژنی پوشیده شده است. اما چرا در سوپرنوای 2002 IC کوچکترین نشانه ای از هیدروژن ثبت نشده بود؟ به نظر اندرو هاول از دانشگاه تورنتو علت مشاهده نشدن هیدروژن عدم وجود آن نیست. در منظومه های تکی بعد از انفجار، شدت نورهای ساطع شده آن قدر زیاد است که تشخیص عناصر محدود درآن غیر ممکن به نظر می رسد ولی در نمونه ی 2002 نیز هیدروژن ولو در اشکال مختلف وابتدایی وجود نداشته است.

بعد از چند وقت عکس هایی توسط لیوییو از دانشگاه آدام ریس منتشر شد که در آن قسمتی از کوتوله توسط همدمش پوشیده شده بود. با توجه به این مشاهده احتمال می رود که ستاره ی همدم بعد از انفجار، از خود دو هسته باقی می گذارند که هسته ی اول متعلق به خود ستاره، و دومی همان کوتوله ای است که توسط همدمش بلعیده شده. این دو کوتوله ی سفید دچار گردشی پایدار و ابدی به دور یکدیگر شده و مدتی بعد آنقدر فاصله شان کم می شود که به درون هم فرو ریزش می کنند و کاملا نا گهانی از حد پایداری چاندرازخار گذشته و سوپرنوایی را به وجود می آورند.

نظریه ای که تاکنون مطرح شد قابل قبول ترین توجیهات موجود برای این پدیده هاست ولی اگر این موضوع درست باشد یک تناقض جزئی مطرح می شود. با توجه به مشاهدات دانشمندان تاکنون بر این باور بودند که درخشش انفجارات به سرعت کاهش می یابد. این مطلب برای جرقه های کوچک و مصنوعی مثل آتش بازی ها یا بمب ها درست است ولی انفجارات ستاره ای به گونه ی دیگری ایجاد می شوند. با وجود آنکه انفجارات ستاره ای خود به خود است در خششی شدید ایجاد می کنند که ضربان اصلی و به عبارت بهتر پالس انفجار، در لحظات بعدی توسط ابزارهای رادیویی به ثبت می رسند. در نوع 1A ،کربن طی مراحل همجوشی به نیکل 56 تبدیل می شود. این انحطاط بعد  از مدت 6.1 روز به کبالت56 تبدیل شده و ظرف کمتر از دو هفته به اوج نور افشانی خود در طول عمرش می رسد. کبالت هم بعد از 77 روز جای خود را به ایزوتوپ 56 آهن می دهد.

کوتوله ی سفید کربن و اکسیژن که تنها0.6 تا 0.7برابرجرم خورشید را داشت و در مرحله ی نیکل سوزی بود، منفجر شد و تمامی شواهد نشان داد که باید جزء انفجارات نوع 1A قرار بگیرد ولی درخشش زیادش پذیرش این موضوع را با مشکل مواجه می کرد. این موضوع درهاله ای از ابهام باقی ماند تا کشف ابرنواختر 2004 FG که نه تنها ویژگی های ابر نواختر قبلی را حفظ کرد بلکه انتقال به سرخی معادل 0.244 داشت و از کهکشان ما فقط یک توده ی مه آلود بود که 3 میلیون سال نوری با ما فاصله داشت و جرقه اش هم 1.3 اندازه ی خورشید و حامل طیف نیکل 56 بود.

آیا ممکن است مواد تشکیل دهنده ی کوتوله در طی فرآیند همجوشی جای خود را به نیکل دهند؟ خیر؛ با توجه نظریات هاول و همکارش مارک سولیوان از دانشگاه تورنتو که در واقع گزارشی از شکل گیری 2006 FG بود و در مجله علمی نیچر(Nature) هم به چاپ رسید، انفجار در رده ی طیف مرئی و از نوع اول بوده که شامل عناصر سیلیکون ،گوگرد و کلسیم نیز می شده است. در عوض منجمان مطمئن اند که انفجار از یک کوتوله سفید با جرمی دو برابر خورشید بوده که 50 درصد از حد چاندرازخار نیز پیشی گرفته بود. رصدهای این کوتوله هم نشان داد که با شتابی کمتر ازحد معمول منفجر می شود و گرانش بیشتری از کوتوله های سفید معمولی به لایه های خارجی وارد می کند. آیا این سوپرنوا یک فرا چاندرازخار و یک استثناست؟

در ماه آگوست نظریه ای توسط هاول و گروهش از جمهوری چک مطرح شد که بلافاصله باجبهه گیری مجامع مهم نجومی به ویژه گردهمایی سه ساله اخترشناسان مواجه شد. او در نظریه خود حد چاندرازخار را به 2.1 برابر جرم خورشید افزایش داد و اثبات کرد که کوتوله ی سفید 1.4 برابر خورشید کاملا عادی و مهتمل است. ولی با وجود اثبات های ظاهرا قابل قبول، پذیرش این امر نامحتمل به نظر می رسید و انقلابی را در ستاره شناسی پی ریزی می کرد.

به گفته یووزلی از دانشگاه سانتا کروز کالیفرنیا و دانیل کاسن از جان هاپکینز، ما تا کنون نمونه های متعددی از سوپر نوا ها را بررسی کرده ایم و با رسم جدول داده ها واحتمالات وجود چنین کوتوله های سفیدی که از حد 1.4 برابر تجاوز کنند را تقریبا منتفی می دانستیم و توانسته بودیم مدلی را برای درخشش های بالا مطرح کنیم. ولی قادر به توجیه نیروی کم خروج از مرکز 2004 FG نبودیم در حالی که می دانستیم نیکل-56 بیشتر به معنی انفجار بزرگتر وشتاب بیشتر است.

به هر حال بزرگترین سوال مطرح، علت ادامه ی چرخش  کوتوله ها به دور قطب هایشان در طی افزایش جرم و تبادل ماده برای رسیدن به 2 برابر جرم خورشید است و توجیه منطقی آن توسط تئوری های گوناگون بررسی شده. حتی اگر تئوری اخیر درست باشد ممکن است تعریف موجود درباره ی سوپرنوا و انواع آن مخصوصا 1A را به چالش بکشد. البته ممکن است موضوع به این پیچیدگی ها هم نباشد و توجیه بسیار ساده و واحدی نیز وجود داشته باشد.

نیروگاهها

گفتم بعد از یه مدت درباره ی فیزیک مطلب بذاریم:

انواع نيروگاه‌هايی كه در سطح جهان به امر توليد برق اشتغال دارند عبارتند از: 1. نيروگاههای بخاری 2. نيروگاههای آبی 3. نيروگاههای گازی 4. نيروگاههای سيكل تركيبی 5. نيروگاههای اتمی 6. نيروگاههای خورشيدی 7. نيروگاههای بادی 8. نيروگاههای پمپ ذخيره ای 9. نيروگاههای جذر و مدی دريا 10. نيروگاههای زمين گرمايی ( ژئوترمال) 11. نيروگاههای موجی (موج دريا) 12. نيروگاههای ديزلی 13. نيروگاههای مگينتوهيدروديناميكMHD 14. نيروگاههای بيوماس 15. و… به طوری كه از نام اين نيروگاهها بر می‌آيد هريك ازآنها برای توليد برق، فن آوری ويژه ای دارند كه درجای خود توضيح خواهيم داد. در حال حاضر انواع نيروگاههايی كه در كشور ما ايران دردست بهره برداری قراردارند عبارتند از: نيروگاههای آبی، گازی، ديزلی، بادی، خورشيدی، سيكل تركيبی و به زودی نوع اتمی آن نيز شروع به كارخواهد كرد. ولی قبل ازاينكه وارد بحث نيروگاهها، توليد، انتقال و توزيع برق شويم، بهتراست كمی درباره كاربردهای گوناگون انرژی ها و تبديل آنها به انرژی برق و روشهای توليد آن سخن بگوييم. استفاده از انرژيهای خدادادی موجود درطبيعت، هميشه مورد نظربوده است. مطالعات گوناگونی برای تغيير شكل انرژی، به طوری كه به كارگيری آن ساده باشد، صورت گرفته است. حاصل اين كوشش ها، انرژی الكتريكی است كه ازتبديل ساير انرژی ها به دست می آيد. امروزه يكی ازمهم ترين شكل های انرژی كه درتمام جهان مود استفاده قرار می گيرد ، انرژی برق است. همان طور كه دركتاب های علوم خوانده ايم، انرژيها قابل تبديل به يكديگرند. مثلاً انرژی مكانيكی را می توان به انرژی الكتريكی تبديل كرد. به همين ترتيب انرژی شيميايی و حرارتی را و برعكس. عوامل زيرسبب می شوند كه استفاده ازبرق ساده تر و راحت تر از ساير انرژيها باشد: 1. برق را می توان به سهولت از نقطه ای به نقطه ديگر انتقال داد. به عنوان مثال توسط دو رشته سيم انرژی الكتريكی به خانه ما راه می يابد. 2. كاركردن با برق ساده تر است. 3. دستگاههای متعددی می توان ساخت كه با برق كار كنند. 4. درتبديل انرژی الكتريكی به انرژيهای ديگرمواد زايد ايجاد نمی شودو… انرژی الكتريكی كاربردهای گوناگونی دارد كه اهم آنها عبارتند از: مصارف صنعتی تقريباً بيش از نصف برق توليدی برای رفع احنياجات صنعتی به كار می رود. موتورهای الكتريكی در اندازه های كوچك و بزرگ چرخ صنايع را به حركت درمی آورند. الكترومغناطيس های بزرگ در جرثقيل ها كار جابه‌جا كردن قطعات بزرگ فلزی را به عهده دارند. كاربرد در كشاورزی اگر شما فرزند يك كشاورز باشيد می توانيد بسياری از كاربردهای برق درمزارع را نام ببريد. می دانيم تا چندی قبل بسياری از كارهای مزرعه توسط كشاورزان و خانواده های آنان با كمك حيواناتی مثل اسب انجام می شد. اينك چه تغييری پيدا شده است؟ مواد غذايی با بهای كمتری از نظرهزينه نيروی انسانی تهيه می شود، كشاورزان از وسايل زندگی بهتر استفاده می كنند و انرژی برق در كشاورزی به كار گرفته شده است. برق ـ البته توع خاصی از آن ـ تراكتور كشاورز را راه می اندازد. باراو را حمل می كند. آب را به مزارع و محل مسكونی می رساند. بادبزن های الكتريكی هوای گرم تابستان را خنك می كنند. برق، گرمابخش زمستان سرد است. مانع فاسد شدن مواد غذايی می شود. صنايع غذايی را گسترش می دهد. كاربرد در شهرها شهرها معمولاً 10 درصد برق توليدی را مصرف می كنند. فروشگاهها، خانه ها ،‌ هتلها، مساجد، بيمارستانها،‌ ادارات و ديگرمراكز شهری برق مصرف می كنند. درشهر سيستم هوای مطبوع، هوای ادارات، بيمارستانها، هتل ها و آپارتمان ها را درتابستان خنك و سالم نگه می دارد. يك بيمارستان خوب بدون داشتن دستگاههای برقی نظير اشعة ايكس، آسانسورها،‌ تخت های جراحی‌، دستگاههای استرليزه كردن‌، لامپ های مخصوص و ديگر وسايل نمی تواند خدمت لازم را در اختيار بيماران قرار دهد. روشنايی اماكن و معابر در شب، كه نعمت بزرگی است فراموش نشود. كاربرد درحمل و نقل حمل و نقل زمينی، دريايی، هوايی به صورت پيشرفته امروزی فقط با استفاده از نيروی برق مقدور است. ماشين های سواری، اتوبوس ها، لكوموتيوها، مستقيم يا غير مستقيم از انرژی برق استفاده می كنند. در خطوط كشتيرانی از پختن غذا گرفته تا تهويه هوای كشتی از برق استفاده می شود. هواپيما های مسافربری يا نظامی، روشنايی، گرما، تهويه، كنترل فشار وقدرت خود را توسط نيروی برق تأمين می كنند. كاربرد ارتباطاتی ( مخابرات ) تلگراف، تلفن، راديو و برنامه های فضايی قدرت خود را از برق دريافت می كنند. بدون برق نفوذ به داخل فضا و شناخت ناديده های فضايی و ارتباط با كرات آسمانی امكان پذير نيست. امروزه كشورهای جهان توسط دستگاههای مخابراتی به هم وصل هستند. از ايستگاههای راديويی مختلف می توان اخبار را شنيد. فكر می كنيم همين مختصر توضيح دربارة اهميت صنعت برق و شناخت آن كافی باشد و حال به سروقت روش های توليد برق می رويم و سپس به درون نيروگاه گاه برمی داريم. به طوری كه می دانيم، انرژی الكتريكی قابل ديدن نيست. با وجود اين اطراف ما را پوشانيده است. می توان گفت الكتريسيته همه جا هست. در حقيقت قسمتی از ساختمان تمام مواد طبيعی الكتريسيته است. تنها كاری كه بايد انجام دهيم اين است كه الكتريسيته را از درون مواد بيرون بياوريم و به كارگيريم. همان طور كه گفتيم برق شكلی از انرژی است كه از تبديل ساير انرژی ها به وجود می آيد. دستگاهی را كه ساير انرژی ها را به انرژی برق تبديل می كند، مولد می نامند. پيل، يك مول برق است. اين مولد، انرژی شيميايی را به انرژی الكتريكی تبديل می كند. درباره پيل ( باتری ) دركتاب های علوم به طور مفصل بحث شده است. پيل به دو صورت،‌ پيل خشك و پيل تر موجود است. هريك از شما برای يك بار هم كه شده پيل را به كار برده ايد. پيل خشك برای به كار انداختن وسايل بازی، راديوها، چراغ قوه ها و ضبط صوت ها و گروه ديگری از وسايل الكتريكی مورد استفاده قرار می گيرند. پيل های مزبور در اندازه و شكل های مختلف ساخته می شوند. اين پيل ها پس از مدتی برق آنها تمام می‌شود و ديگر نمی‌توان از آنها استقاده كرد. يكی ديگر از انواع مولدهای شيميايی، انباره يا باتری اتومبيل است كه آن را باتری تر نيز می نامند. از اين باتری های تر امروزه علاوه بر اتومبيل، درمراكز صنعتی و از جمله در داخل نيروگاهها نيز برای موارد اضطراری استفاده می كنند. اين باتری ها طوری طراحی شده اند كه می توانند در دفعات زياد پر و خالی شوند. برقی كه به روشهای مختلف توليد می شود به نام برق جريان مستقيم يا برق D.C برق جريان متناوب A.C نامگذاری شده است . برق D.C مانند يك خيابان يك طرفه است. الكترون ها مانند وسايط نقليه فقط دريك جهت حركت دارند. برق A.C يا برق جريان متناوب در صنعت و مصارف خانگی مورد استفاده قرارمی گيرد. دستگاهی را كه برق A.C توليد می كند، مولد يا ژنراتور می نامند. برحسب اينكه انرژی لازم برای به حركت درآوردن مولد از چه منبعی دريافت شود،‌ مولد را با آن نام می خوانند. مانند نيروگاههايی كه قبلاً انواع آنها را نام برده ايم. به عنوان مثال اگر برای گرداندن مولد، از انرژی حرارتی استفاده شود، مولد را توربوژنراتور حرارتی می گويند كه از جمله آنها توربوژنراتورهای بخاری است. طرز كار اين نوع مولد به اين ترتيب است كه ابتدا آب را به وسيله سوختی مانند زغال سنگ، گاز و مواد نفتی مانند مازوت به بخارتبديل می كنند. بخارتوليد شده پس از عبور از لوله های مخصوص با فشارزياد به پره های توربين برخورد می كند و آن را به گردش درمی آورد. چون محور توربين و محور ژنراتور به هم متصلند، درنتيجه ژنراتور شروع به چرخيدن كرده و برق توليد می كند. مولد برقی كه به وسيلة موتور ديزلی به گردش درمی آيد به نام ديزل ژنراتور ناميده می شود. به همين ترتيب می توان برای توليد برق از انرژی باد، خورشيد، آب و همچنين از انرژی هسته ای استفاده كرد كه دراين باره، هنگام توضيح دربارة كار اين نوع نيروگاهها مفصل تر صحبت خواهيم داشت. يادمان نرود كه دينام دوچرخه هم يك ژنراتور كوچك برق است كه محور آن توسط انرژی پاهايمان هنگام ركاب زدن به حركت درمی آيد و مقداری از انرژی ما به برق تبديل می شود و ما می توانيم در روشنايی لامپ دوچرخه، به حركت خود در شب ادامه دهيم.

بمب های کربنی ونوترونی

نگاه اجمالی
در سال 1919 رادرفورد نشان داده بود که با استفاده از ذرات آلفا که از عنصر رادیوم به صورت خود به خود صادر می‌شوند، که می تواند هسته نیتروژن را بشکافد، یک هسته هیدروژن از آن خارج شده، و نیتروژن به اکسیژن تبدیل می‌شود. آنچه را که کیمیاگران قرون وسطی ، به قیمت شکنجه شدن یا قرار گرفتن در معرض خطر سوزانده شدن ، بدان اعتقاد داشتند، رادرفورد به اثبات رسانیده بود و بنابراین او کیمیاگری نوین را پایه‌گذاری کرده بود.

شتابدهنده کاک کرافت والتون
در سال 1982 کاک ، کرافت و والتون شتابگری با ولتاژ زیاد را اختراع کرده بودند که با حدود 750000 ولت بر یک پروتون وارد آمد و سپس این پروتون به عنوان پرتابه برخورد با هدف لیتیوم مورد استفاده واقع شد. پروتون اتم لیتیوم را می‌شکافد، و به این ترتیب انرژی معادل 15 میلیون الکترون ولت از آن آزاد می‌کند. این کار یک امتیاز نسبت به کار رادرفورد به نظر می‌رسید. رادرفورد با بی اعتنایی آن را منبع بالقوه‌ای از انرژی مفید تلقی کرد. او خاطرنشان ساخت که از هر 10 میلیون پروتون پرتابی فقط یکی به هدف اصابت می‌کند. رادرفورد گفت : «مثل این است که بخواهیم پشه ای را در یک شب تاریک با استفاده از 10 میلیون گلوله و شانسی در تالار آلبرت (لندن) شکار کنیم».

سیکلوترون
ارنست لارنس (E.Lawrence) در ایالات متحده با اختراع شتابدهنده حلقوی (سیکلوترون) ، اتم شکن را تکامل بخشید. در شتابدهنده حلقوی ذرات به کمک میدان مغناطیسی به یک دایره بی‌انتها هدایت کردند که می‌توانست سرعتهای بالا و بالاتری به وجود آورد و بنابراین به همین نسبت انرژیهای بیشتر تولید کنند. اما هنوز شکار پشه در شب تاریک به قوت خود باقی بود همه این قضایا در طی دو سال بعد از مرگ رادرفورد تغییر یافت.

تعبیر شکافت
اولین بار فردریک کرولیوت کوری و ایرن ژولیوت کوری ، اورانیوم را در معرض بمباران نوترونی قرار داده و به نتایج شگفت انگیزی رسیدند. اتوهان ، شیمیدان جوان آلمانی ، که در دانشگاه مک گیل کار می‌کرد و شاگرد رادرفورد بود، به کمک همکارش فریتس اشتراسمان Fritz strassmann ، توانست با تاباندن نوترون بر اورانیوم سبب استحاله آن به دو عنصر شد. این کار نشان داد که اورانیوم بر اثر مداخله نوترون شکافته می‌شود.

لیزامایتنر (Lise Meitner) ، فیزیکدان اتریشی ‌تبار و پسر عمویش اوتوفریش (Otto Frisch) ، برای این موضوع تعبیر شایسته شکافت را به کار بردند. واژه شکافت اصطلاحی است که در زیست شناسی برای تقسیم یاخته به کار می‌رود، لذا از زیست شناسی به عاریت گرفته شده بود.

واکنش زنجیره‌ای
واقعیت مهم دیگر در مورد شکافت اورانیوم توسط بمباران نوترونی این است که این نوترون می‌تواند سایر اتمهای اورانیوم را نیز بشکافد و این کار می‌تواند زنجیروار ادامه پیدا کند. مفهوم روشن واکنش زنجیره‌ای این است که هر رویداد ، رویداد دیگری به وجود می‌آورد و این عمل تا آخر به همین ترتیب ادامه پیدا می‌کند.

اگر یک واکنش زنجیره‌ای بتواند به صورت مستمر ادامه پیدا کند، نوترونهای ناشی از یک اتم اورانیوم را بتوان به وسیله هسته اتم اورانیوم دیگر گیر انداخت، شکافتن دیگری و رهایی نوترونهای بیشتری به وجو د خواهد آمد. انرژی بیشتری نیز آزاد خواهد شد. اگر تعداد معینی از اتمها (جرم بحرانی) در لحظه‌ای از زمان ، فرآیند یاد شده استمرار یابد، منجر به انفجار خواهد شد.

تولید پلوتونیوم
ذره موثر در واکنش بمباران اورانیوم ، ذره‌ای که خود به خود نوترونها را آزاد می‌کرد، اورانیوم 235 بود که در اورانیوم طبیعی به نسبت 140/1 اتمهای اورانیوم 238 ظاهر می‌شود. اگر بتوان به اندازه کافی U235 جدا کرد، انفجار مقدور است. اما به طوری که فرمی در پیل اتمی در دانشگاه شیکاگو نشان داد، می‌توان فرایند به نحوی تنظیم کرد که نوترونهای سریع U235 به اندازه کافی کند شده و به تسخیر اتمهای U238 در آیند. این قضیه منجر به تولید عنصر دست ساز انسان موسوم به پلوتونیم شد که ناپایدار بوده و در صورتی که تعداد آن به حد معینی برسد، به انفجار می‌انجامد.

بمب هیدروژنی
بمب هیدروژنی بر پایه فرآیند هسته گرمایی استوار است، که همان ابزار تولید انرژی در خورشید است. فرآیند یاد شده نه تنها به شکافتن اتمها ، بلکه به همجوشی آنها نیز ارتباط پیدا می‌کند. هسته اتم هیدروژن از یک ذره تشکیل یافته است. اگر گرما کافی باشد (مثلا در حد 2x104 ) چها اتم هیدروژن با یکدیگر گداخته شده و به هلیوم تبدیل می‌شوند. مازاد انرژی در این فرآیند میلیونها بار بیشتر از انرژی شیمیایی و هزاران مرتبه بیشتر از انرژی شکافت می‌باشد.

به چنین دماهایی در روی زمین در لحظه انفجار بمب اتمی می‌توان دست یافت. بنابراین ، شگرد کار در این بود که این دیگ زودپز برای تولید بمب هیدروژنی به کار گرفته شد. بنابراین غول دیگری ، نیرومندتر از غول فرآیند شکافت، بیدار شد و سریعا تلاش برای رام کردن آن آغاز شد.

تولد پلاسما
کاربرد صلح آمیز انرژی همجوشی هسته‌ای به سهولت بهره برداری صلح آمیز از انرژی شکافت هسته‌ای نبود. بنابراین ، دانشمندان پی‌بردند که اطلاعات کمی درباره رفتار ذرات وجود دارد و برای جبران این نقص بازهم علم جدیدی پا به میدان گذاشت که فیزیک پلاسما نام گرفت. این مورد مثال جالبی از چگونگی تحریف کلمات در کاربرد علمی بود.

دکتر حسابی

با سلام و عرض خسته نباشید مجدد

امروز تصمیم گرفتم گوشه ای از زندگی نامه ی پروفسور حسابی را که در سایت ایشان آمده است برای شما عزیزان در وبلاگ قرار دهم تا همه ی ما هم با کمک خداوند بتوانیم راه او را پیش بگیریم و ایران را در زمینه ی علمی قوی و قوی تر سازیم:

سيد محمود حسابي در سال 1281 (ه.ش), از پدر و مادري تفرشي در تهران زاده شدند. پس از سپري نمودن چهار سال از دوران كودكي در تهران, به همراه خانواده (پدر, مادر, برادر) عازم شامات گرديدند. در هفت سالگي تحصيلات ابتدايي خود را در بيروت, با تنگدستي و مرارت هاي دور از وطن در مدرسه كشيش هاي فرانسوي آغاز كردند و همزمان, توسط مادر فداكار, متدين و فاضله خود (خانم گوهرشاد حسابي) , تحت آموزش تعليمات مذهبي و ادبيات فارسي قرار گرفتند. استاد, قرآن كريم را حفظ و به آن اعتقادي ژرف داشتند. ديوان حافظ را نيز از برداشته و به بوستان و گلستان سعدي, شاهنامه فردوسي, مثنوي مولوي, منشات قائم مقام اشراف كامل داشتند.

 شروع تحصيلات متوسطه ايشان مصادف با آغاز جنگ جهاني اول, و تعطيلي مدارس فرانسوي زبان بيروت بود. از اين رو, پس از دو سال تحصيل در منزل براي ادامه به كالج آمريكايي بيروت رفتند و در سن هفده سالگي ليسانس ادبيات, در سن نوزده سالگي, ليسانس بيولوژي و پس از آن مدرك مهندسي راه و ساختمان را اخذ نمودند. در آن زمان با نقشه كشي و راهسازي, به امرار معاش خانواده كمك مي كردند. استاد همچنين در رشته هاي پزشكي, رياضيات و ستاره شناسي به تحصيلات آكادميك پرداختند.

شركت راهسازي فرانسوي كه استاد در آن مشغول به كار بودند, به پاس قدرداني از زحماتشان, ايشان را براي ادامه تحصيل به كشور فرانسه اعزام كرد و بدين ترتيب در سال1924 (م) به مدرسه عالي برق پاريس وارد و در سال 1925 (م) فارغ التحصيل شدند.

همزمان با تحصيل در رشته معدن, در راه آهن برقي فرانسه مشغول به كار گرديدند و پس از پايان تحصيل در اين رشته كار خود را در معادن آهن شمال فرانسه و معادن زغال سنگ ايالت "سار" آغاز كردند. سپس به دليل وجود روحيه علمي, به تحصيل و تحقيق, در دانشگاه سوربن, در رشته فيزيك پرداختند و در سال 1927 (م) در سن بيست و پنج سالگي دانشنامه دكتراي فيزيك خود را , با ارائه رساله اي تحت عنوان "حساسيت سلول هاي فتوالكتريك", با درجه عالي دريافت كردند.

استاد با شعر و موسيقي سنتي ايران و موسيقي كلاسيك غرب به خوبي آشنايي داشتند وايشان در چند رشته ورزشي موفقيت هايي كسب نمودند كه از آن ميان مي توان به ديپلم نجات غريق در رشته شنا اشاره نمود.

پروفسور حسابي به دليل عشق به ميهن و با وجود امكان ادامه تحقيقات در خارج از كشور به ايران بازگشت و با ايمان و تعهد, به خدمتي خستگي ناپذير پرداخت تا جوانان ايراني را با علوم نوين آشنا سازد. پايه گذاري علوم نوين و تاسيس دارالمعلمين و دانشسراي عالي, دانشكده هاي فني و علوم دانشگاه تهران, نگارش ده ها كتاب و جزوه و راه اندازي و پايه گذاري فيزيك و مهندسي نوين, ايشان را به نام پدر علم فيزيك و مهندسي نوين ايران در كشور معروف كرد. حدود هفتاد سال خدمت علمي ايشان در گسترش علوم روز و واژه گزيني علمي در برابر هجوم لغات خارجي و نيز پايه گذاري مراكز آموزشي, پژوهشي, تخصصي, علمي و ..., از جمله اقدامات ارزشمند استاد به شمار مي رود كه براي نمونه به مواردي اشاره مي كنيم:

_ اولين نقشه برداري فني و تخصصي كشور (راه بندرلنگه به بوشهر) 

_ اولين راهسازي مدرن و علمي ايران (راه تهران به شمشك) 

_ پايه گذاري اولين مدارس عشايري كشور 

_ پايه گذاري دارالمعلمين عالي 

_ پايه گذاري دانشسراي عالي 

_ ساخت اولين راديو در كشور 

_ راه اندازي اولين آنتن فرستنده در كشور 

_ راه اندازي اولين مركز زلزله شناسي كشور 

_ راه اندازي اولين رآكتور اتمي سازمان انرژي اتمي كشور 

_ راه اندازي اولين دستگاه راديولوژي در ايران 

_ تعيين ساعت ايران 

_ پايه گذاري اولين بيمارستان خصوصي در ايران, به نام بيمارستان "گوهرشاد" 

_ شركت در پايه گذاري فرهنگستان ايران و ايجاد انجمن زبان فارسي 

_تدوين اساسنامه طرح تاسيس دانشگاه تهران 

_ پايه گذاري دانشكده فني دانشگاه تهران 

_ پايه گذاري دانشكده علوم دانشگاه تهران 

_ پايه گذاري شوراي عالي معارف 

_ پايه گذاري مركز عدسي سازي اپتيك كاربردي در دانشكده علوم دانشگاه تهران 

_ پايه گذاري بخش آكوستيك در دانشگاه و اندازه گيري فواصل گام هاي موسيقي ايراني به روش علمي 

_ پايه گذاري و برنامه ريزي آموزش نوين ابتدايي و دبيرستاني 

_ پايه گذاري موسسه ژئوفيزيك دانشگاه تهران 

_ پايه گذاري مركز تحقيقات اتمي دانشگاه تهران  

_ پايه گذاري اولين رصدخانه نوين در ايران 

_ پايه گذاري مركز مدرن تعقيب ماهواره ها در شيراز 

_ پايه گذاري مركز مخابرات اسدآباد همدان 

_ پايه گذاري انجمن موسيقي ايران و مركز پژوهش هاي موسيقي 

_ پايه گذاري كميته پژوهشي فضاي ايران 

_ ايجاد اولين ايستگاه هواشناسي كشور (در ساختمان دانشسراي عالي در نگارستان دانشگاه تهران) 

_ تدوين اساسنامه و تاسيس موسسه ملي ستاندارد 

_ تدوين آيين نامه كارخانجات نساجي كشور و رساله چگونگي حمايت دولت در رشد اين صنعت 

_ پايه گذاري واحد تحقيقاتي صنعتي سغدايي (پژوهش و صنعت در الكترونيك, فيزيك, فيزيك اپتيك, هوش مصنوعي) 

_ راه اندازي اولين آسياب آبي توليد برق (ژنراتور) در كشور 

_ ايجاد اولين كارگاه هاي تجربي در علوم كاربردي در ايران 

_ ايجاد اولين آزمايشگاه علوم پايه در كشور

مریخی ترسناکتر؟؟؟؟

مشاهدات اخیر مدارگرد اکتشافی مریخ نشان می‌دهد که پوسته‌ و گوشته‌ بیرونی مریخ سخت‌تر و سرد‌تر از آن چیزی است که پیش‌‌تر تصور می‌شد.

یافته‌های جديد از امکان وجود آب مایع در زیر سطح سیاره و احتمال حیات موجودات زنده در عمق بیشتری از این آب٬ خبر می‌دهد.
 
«راجر فیلیپس»  از موسسه‌ تحقیقاتی جنوب غربی٬ بولدر- کلرادو٬ گفت: "ما دریافتیم که سطح سنگی مریخ زیر یخ‌های سنگین پهنه‌ قطب شمال در حال خم شدن نیست. این نشان می‌دهد که درون سیاره سخت تر است و بنابراین سرد تر از آن چیزی است که پیش‌تر تصور می‌شد".

ادامه نوشته

چهار بعدی!!!!!!!؟؟؟؟؟؟؟

پژوهشگران کانادایی می‌گویند مشروح‌ترین مدل مجازی انسان تا به حال را به شکل  یک تصویر "چهار بعدی" بوجود آورده‌اند.

این مدل که CAVEman نامیده می‌شود،یک تصویر کامپیوتری است که بیش از 3000 بخش مجزای بدن را در برمی‌گیرد و همه آنها را می‌توان در غرفه‌ای مشاهده کرد که به این تصویر ارتفاع، پهنا و عمق می‌دهد.

CAVEman همچنین گذر زمان – بعد چهارم – را نیز به نمایش می‌گذارد.

دانشمندان می‌توانند تصاویر منحصر به فرد بیماران، مانند تصاویر ام‌آرآی، سی‌تی‌اسکن و رادیوگرافی ساده را در این مدل بگسترانند و به پزشکان تصاویری با وضوح بالا از نحوه کار بدن ارائه دهند که به صورتی شناور در فضا به نمایش درمی‌آید.

به گفته پژوهشگران دانشکده پزشکی دانشگاه کالگاری که  شش سال بر روی این سیستم کار کرده‌اند، این شیوه می‌تواند به محققان کمک کند که ژنتیک بیماری‌هایی مانند سرطان، دیابت و آلزایمر را مورد بررسی قرار دهند.

دکتر کریستوف سنسن، رئیس مرکز پیشبرد ژنومیک تصویری سان در دانشکده پزشکی دانشگاه کالگاری می‌گوید: "این نوع مدل در جهان منحصر به فرد است. تنها نمونه کاملی است که وجود دارد."

CAVEman یکی از فراورده‌های آزمایشگاه 5.5 میلیون دلاری واقعیت مجازی سه‌بعدی Cave است که در سال 2002 بوسیله مرکز سان با همکاری شرکت سان میکروسیستمز گشایش یافت.

CAVEman با عینک‌های 3D در غرفه‌ای دیده می شود و به نظر می‌رسد که در جلوی بیننده ایستاده است.

کنترل‌کننده مانند یک بازی ویدئویی می تواند آن را دستکاری کند و بر بخش‌های مختلف بدن - پوست، استخوان‌ها، عضلات، اندام‌ها و وریدها متمرکز شود.

هر چه تصویر به بیننده نزدیک‌تر می‌شود، به نظر می‌رسد که بیننده بیشتر به درون بدن حرکت می‌کند. این تصویر را می‌توان بر روی کامپیوترهای معمولی هم بارگذاری کرد و خارج از سایت آن را مشاهده کرد.

به گفته سنسن پزشکان می‌توانند نتایج شیوه‌های تشخیصی مانند سی‌تی‌اسکن اندام‌های داخلی و آزمایشهای خون را یک جا ببینند و در نتیجه متخصصان رشته‌های مختلف با هم کار کنند.

به علاوه جراحان می‌تواند به جای جنازه‌ها برای مقاصد آموزشی و برای طراحی جراحی پیش از انجام آن از این انسان مجازی استفاده کنند.

به گفته سنسن بیماران نیز با کمک این مدل مجازی می‌توانند درک بهتری از بیماری‌های خودشان به دست آورند.

قدم‌های بعدی ایجاد نسخه‌هایی برای فروش به بیمارستان‌ها در سراسر جهان و افزودن یک جزء لمسی به این تصویر است.

استفان هاوکینگ

استفان هاوکینگ

در سال 1321 خورشیدی و دقیقا 300 سال پس از درگذشت گالیله، کودکی به دنیا آمد که جهان فیزیک و کیهان شناسی را دگرگون کرد.

استفن ویلیام هاوکینگ فیزیکدان بریتانیایی است که زندگیش را صرف مطالعه‌ی حفره‌های سیاه و نظریه‌ی انفجار بزرگ نموده است. حفره‌های سیاه، ناحیه‌ای از فضا- زمان هستند که قوانین معمولی فیزیک در آن‌جا کاربرد ندارند. اکنون پیش‌بینی او در مورد تشعشع از حفره‌های کوچک سیاه (که امروزه تشعشع هاوکینگ نامگذاری شده) فرضیه‌ای قابل قبول برای همه می‌باشد. در بین عامه‌ی مردم، هاوکینگ، بیشتر به خاطر کتاب «تاریخ مختصری از زمان»، معروف گشته نه به خاطر کارهای علمی. این کتاب که 25 میلیون نسخه از آن به فروش رفته، افراد بسیاری را با مقدمه‌ی علم فیزیک کوانتومی و نسبیت آشنا کرده است.

هاوکینگ به عنوان فردی شناخته می‌شود که از زمان ارائه‌ی نظریه‌ی نسبیت عام توسط انیشتین، مهم‌ترین یافته‌ها را درباره‌ی گرانی یا جاذبه ارائه داده است.

او در حال حاضر مشغول تلفیق قانون گرانی و فیزیک کوانتومی و ارائه‌ی نظریه‌ی واحدی است که منشاء و ساختار جهان را توضیح می‌دهد. وی در دانشگاه کمبریج صاحب کرسی لوکسیان، پرفسور ریاضیات این دانشگاه است که پیش از این در اختیار نیوتن بود.

در زمانی که بر روی برنامه‌ی فوق لیسانسش کار می‌کرد دریافت که به معلولیتی به نام ALS یا بیماری لوگریگ مبتلا است. معلولیت نادر و پیش‌رونده‌ای که موجب نواقصی در حرکت و گفتار می‌شود. همین مشکل باعث شد که او ناچار شود مسائل طولانی و پیچیده‌ی ریاضی را که لازمه‌ی کارش بود به صورت ذهنی انجام دهد.

زندگی نامه‌ی هاوکینگ Hawking, Stephen William:

1942

هشتم ژانویه در آکسفورد چشم به جهان گشود.

1958

وارد دانشگاه آکسفورد شد. پیش از آن استعداد فوق العاده‌اش را در فیزیک و ریاضی از همان سال‌های اولیه‌ی تحصیل نشان داده بود.

1962

در رشته‌ی فیزیک از دانشگاه آکسفورد فارغ التحصیل می‌شود. برای گذراندن تحصیلات تکمیلی به دانشگاه کمبریج می‌رود. در آنجا «فرد هویل» ستاره‌شناس، که یکی از قهرمان‌های دوران هاوکینگ بوده، استاد ستاره‌شناسی است. پزشکان تشخیص می‌دهند که هاوکینگ از بیماری روانی – حرکتی رنج می‌برد.

1966

مدرک دکترا را از کالج ترینیتی، دانشگاه کمبریج اخذ می‌کند. بررسی هاوکینگ ثابت می‌کند که معادله‌های ریاضی او در تشریح سقوط و نابودی حفره سیاه، می‌توانند برای توصیف بسط و گسترش عالم از یک نقطه‌ی واحد هم به کار روند.

1970

هاوکینگ در مورد خصوصیات حفره‌های سیاه به تحقیق می‌پردازد. کرانه‌ی سیاهچال «ایونت هورایزن» گفته می‌شود. او تابش تشعشعاتی از حفره‌های سیاه کوچک (که امروزه تشعشع هاوکینگ نامگذاری شده) را پیش‌بینی می‌کند. او همچنین پیش‌بینی کرد که مساحت حفره‌ی سیاه هرگز کم نمی‌شود.

1974

به عضویت انجمن سلطنتی انتخاب می‌شود؛ یکی از جوان‌ترین آن‌ها . او به فعالیتش ادامه داده و نشان می‌دهد که حفره‌های سیاه دما دارند و حفره‌های سیاه کوچک از خود تشعشع گرمایی صادر می‌کنند و ممکن است بر اثر تبخیر وزن کم کنند.

1977

پس از سال‌ها پژوهش در دانشگاه کمبریج به درجه‌ی «پرفسور فیزیک» نایل آمد.

1979

به عنوان استاد ریاضیات در دانشگاه کمبریج منصوب می‌شود (این پستی است که روزی در اختیار اسحاق نیوتن بود).

1988

پرفروش‌ترین کتاب او در مورد فیزیک کوانتومی و نسبیت تحت عنوان «تاریخ مختصری از زمان» (A Brief History Of Time) به زیر چاپ رفت.

1996

به کار در دانشگاه کمبریج ادامه می‌دهد.

استفن هاوکینگ در کتاب خود تحت عنوان تاریخچه‌ی مختصر زمان به ما یادآوری می‌کند که عالم ما واقعا چقدر خارق‌العاده است.

«ما درحالی به زندگی روزمره‌ی خود ادامه می‌دهیم، که تقریبا هیچ درکی نسبت به جهان نداریم. چندان درباره‌ی ماشینی که آفتاب را به‌وجود می‌آورد تا حیات امکان‌پذیر شود؛ گرانشی که ما را به زمین چسبانده است، که در صورت نبودش در فضا معلق می‌ماندیم، یا اتم‌هایی که از آن ساخته شده‌ایم، و اساسا به تمامیت آن وابسته‌ایم، نمی‌اندیشیم. جز کودکان (که آن‌قدر نمی‌دانند که نباید سوالات مهم را بپرسند) تعداد بس اندکی از ما وقت چندانی را در این اندیشه می‌گذرانیم که چرا طبیعت به این صورت است؛ منشاء جهان هستی کجاست، یا آیا همیشه وجود داشته است؛ آیا زمان روزی به عقب بر می‌گردد و معلول از علت پیشی می‌گیرد؟؛ آیا حدی نهایی برای میزان دانش و دانستگی آدمی وجود دارد؟ حتی کودکانی هستند، و من برخی از آن‌ها را دیده‌ام، که می‌خواهند بدانند سیاه‌چاله چه شکلی است؛ کوچک‌ترین جزء ماده چیست؛ چرا ما گذشته را به یاد می‌آوریم و نه آینده را؛ چگونه است که اگر در ابتدا آشوب وجود داشت، ظاهرا، امروزه نظم حاکم است؛ و اصلا چرا جهان هستی وجود دارد؟»

توضیحات:

حفره‌ی سیاه: حفره‌ی سیاه (سیاه چاله) ناحیه‌ی اطراف یک ستاره‌ی منقبض شده است. چگالی چنین ستاره‌ای به اندازه‌ای زیاد می‌باشد که هیچ چیز، حتی نور، نمی‌تواند از کشش جاذبه‌ای آن بگریزد. بنابراین، حفره‌های سیاه قابل رؤیت نیستند و این مساله، شناسایی آن‌ها را مشکل می‌سازد.

فضا – زمان: فضا- زمان مجموعه مختصاتی است که فضا و زمان را تفکیک ناپذیر می‌داند. پیوستار فضا – زمان که در ابتدا برای اثبات نظریه‌ی نسبیت تکوین یافت، سه بعد طول، عرض و ارتفاع را با زمان ترکیب می‌کند.

تشعشع: تشعشع الکترومغناطیسی صورتی از انرژی است که از فضا و بعضی اجسام عبور می‌کند و می‌توان آن را هم به شکل امواج و هم به شکل ذرات بسیار کوچکی به نام فوتون، تصور نمود. طیف کامل الکترو مغناطیسی (به ترتیب کاهش طول موج) شامل امواج رادیویی، مایکروویوها، امواج مادون قرمز (حرارت)، نور مرئی، امواج ماوراء بنفش، اشعه‌ی ایکس و اشعه‌ی گاما می‌باشد.

فیزیک کوانتومی: فیزیک کوانتومی فرضیه‌ای در علم نوین است که بر طبق آن نور و سایر اشکال انرژی در قالب واحدهایی تقسیم ناپذیر به نام کوانتوم جذب و تابیده می‌شوند. نخست ماکس پلانک (1947 – 1858) در سال 1900 این فرضیه را ارایه کرد و سپس آلبرت انیشتین (1955 – 1879) و نیلس بوهر (1962 – 1885) آن را بسط دادند.

نسبیت: نسبیت نظریه‌ای است که بر طبق آن هرگونه اندازه‌گیری فضا، زمان و یا جرم، تحت تاثیر چهارچوب مرجع (دستگاه مختصات مرجع) مشاهده‌گر قرار می‌گیرد و بنابراین، نسبی است، نه مطلق. آلبرت آینشتاین نظریه‌ی نسبیت را بسط داد. او اندیشه‌هایش را در دو مرحله منتشر کرد: نظریه‌ی نسبیت خاص در 1905 و نظریه‌ی نسبیت عام در 1915.

زندگينامه آلبرت انيشتين

مقدمه

اين سخن بسيار گفته شده است كه براي پي بردن به ساختمان پركاهي با عمق و دقت ؛بايد جهان را به درستي شناخت امّا آن كس كه بتواند با چنين عمق و دقتي به ساختمان پركاهي پي برد. در هيچ يك از امور جهان نكته تاريكي نخواهديافت ، من براي شرح حال و زندگي انيشتن را نه براي رياضدانان ونه براي فيزيكدانان ،نه براي اهل فلسفه نه براي طرفداران استقلال يهود بلكه براي آن كساني كه مي خواهند چيزي از جهان پرتناقض قرن بيستم درك كنند . و اينك شرح حال زندگي او از كودكي تا پابان عمر :

آلبرت انيشين در چهاردهم مارس 1879 در شهر اولم كه شهر متوسطي از ناحيه و ورتمبرگ آلمان بود متولّد شد . امّا شهر مزبور در زندگي او اهميتي نداشته است . زيرا يك سال بعد از تولّد او خانواده وي از اولم عازم مونيخ گرديد.

پدر آلبرت ، هرمان انيشتين كارخانه ي كوچكي براي توليد محصولات الكتروشيميايي داشت و با كمك برادرش كه مدير فني كارخانه بود از آن بهره برداري مي كرد. گر چه در كار معاملات بصيرت كامل نداشت .پدر آلبرت از لحاظ عقايد سياسي نيز مانند بسياري از مردم آلمان گرچه با حكومت پروسي ها مخالفت داشت امّا امپراتوري جديد آلمان را ستايش مي كرد و صدراعظم آن « بيسمارك » و ژنرال «مولتكه » و امپراتور پير يعني «ويلهم اول» را گرامي مي داشت.

مادر انيشتين كه قبل از ازدواج پائولين كوخ نام داشت بيش از پدر زندگي را جدي مي گرفت و زني بود از اهل هنر و صاحب احساساتي كه خاصّ هنرمندان است و بزرگترين عامل خوشي او در زندگي و وسيله تسلاي وي از علم روزگار موسيقي بود.

آلبرت كوچولو به هيچ مفهوم كودك عجوبه اي نبود و حتّي مدّت زيادي طول كشيد تا سخن گفتن آموخت بطوريكه پدر و مادرش وحشت زده شدند كه مبادا فرزندشان ناقص و غيرعادي باشد امّا بالاخره شروع به حرف زدن كرد ولي غالباً ساكت و خاموش بود و هرگز بازيهاي عادي را كه ما بين كودكان انجام مي گرفت و موجب سرگرمي كودك و محبّت في ما بين مي شود را دوست نداشت .

آلبرت مرتباً و هر سال از پس سال ديگر طبق تعاليم كاتوليك تحصيل كرد و از آن لذّت فراوان و بود وحتّي در مواردي از دروس كه به شرعيات و قوانين مذهبي كاتوليك بستگي داشت چنان قوي شد كه مي توانست در هر مورد كه همشاگردانش قادر نبودند به سوألهاي معلّم جواب دهند او به آنها كمك مي كرد.

انيشتين جوان در ده سالگي مدرسه ابتدائي را ترك كرد و در شهر مونيخ به مدرسه متوسطه «لوئيت پول» وارد شد . در مدرسه متوسطه اگر مرتكب خطايي مي شدند راه و رسم تنبيه ايشان آن بود كه مي بايست بعد از اتمام درس ، تحت نظر يكي از معلّمان ، در كلاس توقيف شوند و با درنظر گرفتن وضع نابهنجار و نفرت انگيز كلاسهاي درس ، اين اضافه ماندن شكنجه اي واقعي محسوب مي شد.

ذوق هنري:

ذوق هنري انيشتين چنان بود كه او وقتي پنج ساله بود روزي پدرش قطب نمايي جيبي را به وي نشان داد . خاصّيت اسرار آميز عقربه مغناطيسي در كوك تأثير عميقي گذاشت با وجود آنكه هيچ عامل مرئي در حركت عقربه تأثيري نداشت كودك چنين نتيجه گرفت در فضاي خالي بايد عاملي وجود داشته باشد كه اجسام را جذب كند.

وقتي كه انيشتين پانزده ساله بود حادثه اي اتفاق افتاد كه جريان زندگي او را به راه جديدي منحرف ساخت : هرمان پدر او در كار تجارت خويش با مشكلاتي مواجه شد و در پي آن صلاح را در آن ديدند كه كارخانه خود را در مونيخ بفروشد و جاي ديگري را براي كسب و كار خود ترتيب دهند. از آن جا كه وي خوش بين و علاقمند به كسب لذّتهاي بود تصميم گرفت كه به كشوري مهاجرت كند كه زندگي در آن با سعادت بيشتري همراه باشد و به اين منظور ايتاليا را انتخاب كرد و در شهر ميلان مؤسسه ي مشابهي را ايجاد كرد. هنگاميكه وارد شهر ميلان شدند آلبرت به پدر خود گفت كه قصد دارد تابعيت كشور آلمان را ترك گويد. آقاي هرمان به وي تذكر داد كه اين كار زشت ونابهنجار است .

دوران دانشجويي:

در اين دوران مشهورترين مؤسسه فني در اروپا مركزي به استثناي آلمان ، مدرسه ي دارالفنون سوئيس در شهر زوريخ بوده است. آلبرت در امتحان داوطلبان شركت كرد ولي بخاطر اينكه درعلوم طبيعي اطلاّعاتي وسيع نداشت درامتحان پذيرفته نشد. با اين حال مدير دارالفنون زوريخ تحت تأثير اطلاّعات وسيع او در رياضيات واقع شد و از او درخواست كرد كه ديپلم متوسطه اي را كه براي ورود به دارالفنون لازم است در يك مدرسه سوئيسي بدست آورد و او را به مدرسه ممتاز شهر كوچك «آآرائو»كه با روش جديدي اداره مي شد معرفي كرد. بعد از يك سال اقامت در مدرسه مذبور ديپلم لازم را بدست آورد و در نتيجه بدون امتحان در دارالفنون زوريخ پذيرفته شد. با اين كه درس هاي فيزيك دارالفنون آميخته با هيچ گونه عمق فكري نبود باز هم حضور در آنها آلبرت را تحريك كرد كه كتب جستجوكنندگان بزرگ اين را مورد مطالعه قرار دهد. او، آثار استادان كلاسيك فيزيك نظري از قبيل: بولترمان،ماكسول و هوتز را با حرص عجيبي مطالعه كرد. شب و روز اوقات او با مطالعه اين كتابها مي گذشت و ضمن مطالعه آنها با هنر استادانه اي آشنا شد كه چگونه بنيان رياضي مستحكمي ساخت. او درست در خاتمه قرن 19 تحصيلات خود راپايان داد و به مسأله مهم تهيه شغل مواجه شد.

از آنجا كه نتوانست مقام تدريسي در مدرسه پولي تكنيك بدست آورد تنها راهي باقي ماند وآن اين بود كه چنين شغل و مقامي در مدرسه ي متوسطه اي جستجو كند.

اكنون سال 1910 شروع شده و آلبرت بيست و يك سال داشت و تابعيت سوئيس را بدست آورده بود. او در هنگام داوطلب شغل معلّمي خصوصي گرديد و پذيرفته شد. انيشتين از كار خود راضي و حتّي خوشبخت بود كه مي تواند بهپرورش جوانان بپردازد امّا بزودي متوجّه شد كه معلمّان ديگر نيكي را او مي كارد ضايع و فاسد مي كنند و اين شغل را ترك كرد. بعد از اين دوران تاريك ، ناگهان نوري درخشيد و بعد از مدّتي در دفتر ثبت اختراعات مشغول به كار شد و به شهر«برن» انتقال يافت. كمي بعد از انتقال به شهر برن انيشتين با ميلواماريچ همشاگرد قديم خود در مدرسه ي پولي تكنيك ازدواج كرد و حاصل آن دو پسر پي در پي بود كه اسم پسر بزرگتر را آلبرت گذاشتند. كار انيشتين در دفتر اختراعات خالي از لطف نبود و حتّي بسيار جالب مي نمود وظيفه ي وي آن بود كه اختراعات را كه به دفتر مذبور مي آوردند مورد آزمايش اوّليه قرار مي داد. شايد تمرين در همين كار موجب شده بود كه وي با قدرت خارق العاده و بي مانند بتواند همواره نتايج اصلي و اساسي هر فرض و نظريه جديدي را با سرعت درك و استخراج كند. چون انيشتين به خصوص به قوانين كلي فيزيك علاقه داشت و به حقيقت در صدد بود كه با كمك محدودي ميدان وسيع تجارت را به وجهي منطقي استنتاج كند.

در اواخر سال 1910 كرسي فيزيك نظري در دانشگاه آلماني پراگ خالي شد. انتصاب استادان اين قبيل دانشگاهها طبق پيشنهاد دانشكده بوسيله ي امپراتور اتريش انجام مي گرفت كه معمولاً حقّ انتخاب خويش را به وزير فرهنگ وا مي گذاشت. تصميم قطعي براي انتخاب داوطلب ، قبل از همه ، بر عهده ي فيزيكداني به نام« آنتون لامپا » بود و او براي انتخاب استاد دو نفر را مدّ نظر داشت كه يكي از آنها «كوستاويائومان» و ديگري«انيشتين» بود. «يائومان» آن را نپذيرفت و پس از كش و قوسها فراوان انيشتين اين مقام را پذيرفت. وي صاحب دو ويژگي بود كه موجب گرديد وي استاد زبردستي گررد. اوّلين آنها اين بود كه علاقه ي فراوان داشت تا براي عدّه ي بيشتري از همنوعان خود وبخصوص كسانيكه در حول وحوش او مي زيسته اند مفيد باشد. ويژگي دوّم او ذوق هنريش بود كه انيشتين را وا مي داشت كه نه فقط افكار عمومي خود را به نحوي روشن و منطقي مرتّب سازد بلكه روش تنظيم و بيهن آنها به نحوي باشد كه چه خود او و چه مستهعان از نظر جهان شناسي نيز لذّت مي برند.

هدف انيشتين اين بود كه فضاي مطلق را از فيزيك براندازد تئوري نسبي سال 1905 كه در آن انيشتين فقط به حركت مستقيم الخط متشابه پرداخته بود انيشتين با كمك از «اصل تعادل» پديدههاي جديدي را در مبحث نور پيش بيني كند كه قابل مشاهده بوده اند و مي توانست صحت نظريه جديد او را از لحاظ تجربي تأييد كرد.

عزيمت از پراگ:

در مدّتي كه انيشتين در پراگ تدريس مي كرد نه فقط نظريه جديد خود را درباره غير وي بنا نهاد بلكه با شدّت بيشتري نظريه ي خود را درباره ي كوآنتوم نو را كه در شهر برن شروع كرده بود ، توسعه داد. با همه ي اين تفاصيل انيشتين به دانشگاه پراگ اطّلاع دادكه در خاتمه دوره تابستاني سال 1912 خدمت اين دانشگاه را ترك كرد. عزيمت ناگهاني انيشتين از شهر پراگ موجب سر وصداي بسيار در اين شهر شد در سر مقاله بزرگترين روزنامه ي آلماني شهر پراگ نوشته شد:«كه نبوغ و شهرت

فوق العاده انيشيتن باعث شد كه همكارانش او را مورد شكنجه و آزار قرار دهند و به ناچار شهر پراگ ترك كرد.» انيشتين عازم شهر زوريج گرديد و در پايان سال 1912 با سمت استادي مدرسه ي پولي تكنيك زوريج مشغول به كار شد شهرت انيشتين به تدريج تا آنجا رسيده بود كه بسياري از مؤسسات و سازمانهاي علمي جهان علاقه داشتند كه وي بعنوان عضو وابسته با مؤسسه ايشان در ارتباط يابد. سالها بود كه مقامات رسمي آلمان كوشش مي كردند كه شهر برلن نه فقط مركز قدرت سياسي و اقتصادي باشد بلكه در عين حال كانون فعّاليّت هنري و علمي نيز محسوب گردد بهمين جهت از انيشتين دعوت بعمل آوردند. مدّت كمي بعد از ورود انيشتين به برلن ، انيشتين از زوجه ي خويش هيلوا كه از جنبههاي مختلف با او عدم توافق داشت جدا گرديد و زندگي را با تجرد مي گذارند. هنگاميكه به عضويت آكادمي پاشاهي انتخاب شد سي و چهار سال سن داشت و نسبت به همكاران خود كه از او مسن تر بودند بيش از حد جوان مي نمود. در اين حال همه انيشتين را در وهله ي اوّل مردي مؤدب ودوست داشتني به نظر مي آوردند.

فعّاليّت اصلي انيشتين در برلن اين بود كه با همكاران خويش و يا دانشجويان رشته ي فيزيك درباره ي كارهاي علمي مصاحبه و مذاكره كند وآنها را در تهيه برنامه ي جستجوي علمي راهنمايي كند. هنوز يكسال از اقامت انيشتين در برلن نگذشته بود كه ماه اوت 1914 جنگ جهاني شروع شد. در مدّت جنگ جهاني اوّل ، روزنامه هاي برلن همه روزه از وقايع جنگ و شروع فتوحات ارتش آلمان بود. در عين حال انيشتين در منزل خود با دختر عمه ي خويش الزا آشنايي پيدا كر. الزا زني مهربان و خونگرم بود و همچنين او از شوهر مرحوم سابق خود دو دختر داشت با اينحال انيشتين با او ازدواج كرد. جنگ بين المللي و شرايط معرفت النفسي كه در نتيجه ي آن بر دنياي علم تحصيل گرديد مانع از آن نشد كه انيشتين با حرارت فوق العاده به توسعه وتكميل نظريه ي ثقل خويش بپردازد. وي با پيمودن راه تفكّري كه در پراگ و زوريخ

پيش گرفته بود توانست در سال 1916 نظريه اي براي ثقل بپردازد. و جاذبه ي عمومي بنا نهد كه بلكي مستقل از نظريه هاي گذشته و از نظر منطقي داراي وحدت كامل بود.

اهّميّت نظريه جديد به زودي مورد تأييد و توجّه دانشمنداني واقع گرديد كه داراي قدرت خلاق علمي بودند تأييد تجربي نظريه انيشتين توجّه عموم مردم را به شدّت جلب كرده بود از اين پس ديگر انيشتين مردي نبود كه فقط مورد توجّه دانشمندان باشد و بس. به زودي وي نيز همچون زمامداران مشهور ممالك ، بازيگران بزرگ سينما و تئاتر شهرت عام بدست آورد.

مسافرتهاي انيشتين:

تبليغات مخالف و حملاتي كه عليه انيشتين مي شد موجب گرديد كه در تمام ممالك جهان و در همه ي طبقات اجتماعي توجّه عموم مردم به سوي تئوريهاي او جلب شود. مفاهيمي كه براي تودههاي مردم هيچگونه اهّميّتي نداشته است وعامه ي ايشان تقريبأ چيزي از آن درك نمي كردند موضوع مباحث سياسي گرديد. انيشتين دراين زمان سفرهاي خود را آغاز كرد ابتدا به هلند، بعد به كشورهاي چك و اسلواكي، اسپانيا، فرانسه، روسيه، اتريش، انگليس، آمريكا و بسياري كشورهاي ديگر. امّا نكته قابل توجّه اين است كه وقتي انيشتين و همسر او به بندرگاه نيويورك شدند با استقبال شديد و تظاهرات پر شوري مواجه شدند كه به احتمال قوي نظير آن هرگز هنگام ورود يكي از دانشمندان رخ نداده بود .

انيشتين به آسيا وبه كشورهاي چين، ژاپن و فلسطين سفر كرده است و اين خاتمه ي سفرهاي او بود. درسال 1924 بعد از مسافرتهاي متعدد به اكناف جهان انيشتين بار ديگر در برلن مستقر گرديد. حملات همچنان بر او ادامه داشت و نظريات او را بعنوان بيان افكار قوم يهود و به سوي فاشيسم مي دانستند به اين دليل انيشتين به شهر پرنيستون در آمريكا مي رود. بعد از چندي همسرش الزا در سال 1936 از دنياي مي رود و خواهر انيشتين كه در فلورانس بود به شهر پرنيستون نزد برادرش آمد. در همين دوران انيشتين تابيعت كشور آمريكا را مي پذيرد. انيشتين در سال 1945 طبق قانون بازنشستگي مقام استادي مؤسسه مطالعات عالي پرنيستون را ترك كرد ولي اين تغيير سمت رسمي ، تغييري در روش زندگي و كار او به وجود نياورد وي كماكان در پنيستون بسر مي برد و در مؤسسه ي مذبور تجسّسات خود را ادامه دهد.

آخرين سالهاي زندگي انيشتين:

اين دوران تجسّس در نيمه انزواي شهر پرنيستون به تدريج با اصطراب و احتشاش آميخته مي شد. هنوز ده سال ديگر از زندگي انيشتين باقي مانده بود ليكن اين دوره ي ده ساله درست مصادف با هنگامي بود كه عهد بمب اتمي شروع مي گرديد و بشريّت تمرين و آموزش خويش را در اين زمينه آغاز مي كرد. بنابراين مسأله واقعي كه براي او مطرح شد موضوع چگونگي پيدايش بمب اتمي نبود با وجود اينكه منظور ما در اين جا دادن چشم اندازي مختصر از روابط انيشتين با حوادث بزرگ سياسي آخرين سالهاي زندگي او مي باشد باز هم اگر از دو موضوع اساسي ياد نكنيم همين چشم انداز هم ناقص خواهد بود يكي از آنها نامه ي مشهور است كه وي مي بايست براي همكاري خود در شوروي بفرشد و دوّم شرح وقايعي است كه در اوضاع و احوال فيزيكدانان آمريكايي ، خاصه دانشمندان اتمي ، در داخل مملكت خودشان تغيير بسيار ايجاد كرد.

اكنون مي توانيم بصورت شايسته تري همه ي آنچه را كه گهگاه موجب تيره شدن پايان زندگي وي مي شد مشاهده كنيم و سر انجام روز هجدهم آوريل 1955 بزرگترين دانشمند و متفكر قرن بيستم ، پيغمبر صلح و حامي و مدافع محنت ديدگان جهان ، مردي كه احتمالأ همراه با ناپلئون و بتهوون مشهورتر از همه ي مردان جهان بوده است ، در شهر پرنيستون واقع در ممالك متحده آمريكاي شمالي از زندگي وتفكر و مبارزه دست كشيد و از دار دنيا رفت و در گذشت.

در پايان به اظهار نظرهاي برخي از مشاهير درباره ي انيشتين بعد از وفات وي مي پردازيم:

پيشر فتي كه انيشتين نصيب معرفت ما درباره ي طبيعت كرد از قدرت مهمّ جهان ‹امروزي خارج است. فقط نسلهاي آينده خواهند توانست مفهوم واقعي آن را درك كند. › « دكتر هارولددوز رئيس دانشگاه پرنيستون در آمريكا »

« وي دانشمند بزرگ اين عصر و به واقع يكي از جويندگان عدالت و راستي بود كه هرگز با نا راستي و ظلم مصالحه نكرد.» «جواهر لعل نهر نخست وزير هند»

ياد او زنده و روحش شاد باد .

فوتون

مقدمه

شواهد تجربي بسياري وجود دارد كه گرانش، انرژي الكترومغناطيسي توليد مي كند. به همين دليل از زماني كه نيروهاي الكتريكي و مغناطيسي مورد توجه و آزمايش قرار گرفت، فيزيكدانان به وابستگي شديد نيروهاي الكترومغناطيسي و گرانشي پي بردند. فارادي نخستين كسي است كه اين وابستگي را متذكر شد. پلانك نيز نظري مشابه داشت. اينشتين نيز مدت 35 سال تلاش كرد تا روابطي مشابه وابستگي الكتريسيته و مغناطيس، بين گرانش و الكترومغناطيس ارائه دهد. اما اين كوششها بي نتيجه ماند.

اما سئوال اين است كه چرا با تمام شواهد تجربي موجود و تصريح فيزيكدانان بزرگي نظير فارادي و پلانك هنوز نتيجه ي قابل قبولي به دست نيامده است؟ 

براي يافتن پاسخ اجازه دهيد يكبار ديگر وابستگي الكتريسيته و مغناطيس را بررسي كنيم شايد بتوانيم علت اين شكستها را دريابيم. 

همچنانكه مي دانيم در اطراف يك بار ساكن ميدان مغناطيسي احساس نمي شود. اما اگر بار حركت كند، ما شاهد ايجاد يك ميدان مغناطيسي خواهيم بود. همچنين تغيير ميدان مغناطيسي نيز موجب توليد جريان القايي مي گردد. در اين تجربه ما شاهد ايجاد پديده هايي هستيم كه قبلاّ وجود نداشت. در اطراف يك سيم (كه جرياني از آن نمي گذرد) هيچگونه اثري از ميدان مغناطيسي ديده نمي شود. اما به محض عبور جريان الكتريكي از سيم، در اطراف آن ميدان مغناطيسي ايجاد مي شود. يا در مورد سيملوله اگر ميدان مغناطيسي ثابت باشد، جريان الكتريكي در سيم بوجود نمي آيد، اما با تغيير شار مغناطيسي، جريان الكتريكي ايجاد مي شود

  اما در مورد گرانش مسئله بسيار پيچيده تر است. زيرا گرانش همواره وجود دارد و ما نمي توانيم شرايطي بوجود آوريم كه آثار گرانشي نباشد و بعد آزمايشي ترتيب دهيم كه ببينيم چه پديده اي مي تواند ميدان گرانشي توليد كند.

از طرف ديگر چگونه مي توانيم ببينيم هنگاميكه نيروي گرانش روي يك جسم كار انجام مي دهد، خود گرانش دستخوش چه تغييري مي شود؟ اگر ما مي توانستيم اين تغييرات را به تجربه درآوريم و بصورت كمي مورد بررسي قرار دهيم، آنگاه مي توانستيم بسادگي وابستگي گرانش را به ساير پديده ها نظير الكترومغناطيس يا كار انجام شده بيان كنيم. اما چنين امري اگر ناممكن نباشد، بسيار مشكل و يا از حد  فناوري موجود خارج است. زيرا در شرايطي كه ما آزمايش مي كنيم، اگر از مقدار گرانش موجود در محل آزمايش كاسته شود، فوري از اطراف آن اين كسري جبران مي شود.

به عنوان مثال سنگي را از ارتفاع دلخواه رها كنيد تا بطرف زمين سقوط كند. آنچنانكه در فيزيك مطرح است، انرژي پتانسيل گرانشي به انرژي جنبشي تبديل مي شود. آيا در اينجا از مقدار گرانش اطراف زمين كاسته مي شود؟ اگر جواب منفي باشد آنگاه اين سئوال پيش مي آيد كه كدام اندازه گيري موجب اين جواب منفي شده است؟

حال آزمايش ديگري را در نظر بگيريد. يك گلوله ي فلزي را از ارتفاعي رها كنيد تا بطرف زمين سقوط كند. در محل رسيدن گلوله به سطح زمين يك صفحه ي فلزي قرار دهيد. هنگاميكه گلوله به زمين مي رسد و با صفحه برخورد مي كند، مقداري گرما توليد مي شود و حتي ما شاهد جرقه يعني امواج الكترومغناطيسي خواهيم بود. عادت شده اين پديده را با اينكه انرژي پتانسيل گرانشي به انرژي جنبشي تبديل مي شود و انرژي ها به يكديگر قابل تبديل هستند، توجيه كنند. همين توجيه موجب مي شود كه ماهيت اين فرايند كمتر مورد توجه و بررسي موشكافانه ي علمي قرار گيرد. اما اجازه دهيد يك ديد متفاوت به اين تجارب داشته باشيم

اهميت توجه به ساختمان فوتون

ارتباط و اطلاعات ما از اجسام فرازميني اعم ماه و خورشيد كه جزئي از منظومه ي شمسي هستند تا ستارگان و كهكشانهاي دور، تنها از دو طريق امكان پذير است. يكي آثار گرانشي اين اجرام و دومي نوري است كه از آنها به ما مي رسد. اما اطلاعات مربوط به آثار گرانشي اجرام آسماني نيز از طريق مشاهدات و در نتيجه نور دريافتي از آنها قابل مشاهده است. بنابراين تنها پيام آوران فرازميني امواج الكترومغناطيسي كه نور بخش كوچكي از آن است مي باشد. لذا توجه و شناخت نور از اهميت منحصر به فردي برخوردار است. بنابراين شناخت هرچه بيشتر نور به منزله ي استحكام بينش جهان شناختي و درك واقعي تر از فيزيك جهان است. چگونه مي توان به اطلاعات دريافتي از كهكشانها اطمينان داشت، در حاليكه حامل اين اطلاعات را بخوبي نشناخته باشيم؟

آنچه كه تا به حال در فيزيك مورد توجه بوده است، رفتار نور در محيط هاي مختلف و كنش آن با ساير ذرات از جمله الكترون است. اثر دوپلر، اثر فوتوالكتريك، اثر كمپتون، اثر موسوئر، انحناي فضا ... همه و همه بدون توجه به ساختمان فوتون تجزيه و تحليل مي شود. هرچند كه ظاهراً براي بررسي اينگونه پديده ها توجه به ساختمان فوتون ضروري به نظر نمي رسد، اما براي يك سفر ميليارد سالي كه فوتون طي مي كند تا از كهكشاني دور به زمين برسد، توجه به ساختمان فوتون بسيار مهم است. زيرا بايد ديد آيا خود فوتون در اين مسافرت چند ميليارد سالي (تحت شرايط داخلي) دچار دگرگوني مي شود يا نه؟

آنچه در اين زمينه مورد توجه و پذيرش فيزيكدانان قرار گرفته اين است كه به گفته ي ديراك فوتون يك ذره ي بنيادي است كه نمي توان به ساختمان آن پرداخت. و تنها چيزي كه در اختر فيزيك و كيهان شناختي مورد توجه و بررسي قرار گرفته، اثر دوپلري نور و جابجايي بسمت سرخ گرانش است. مشاهدات هابل نشان داد نوري كه از كهكشانها به ما مي رسد، جابجايي بسمت سرخ از خود نشان مي دهد

مشاهدات وي نشان داد كه كهكشانها در حال دور شدن از ما هستند و هرچه فاصله ي آنها از زمين بيشتر باشد، و هرچه فاصله ي آنها از ناظر (در اين حالت ما) بيشتر باشد، سرعت دور شدون نيز بيشتر مي باشد

اين مشاهدات فيزيكدانان را به ارائه ي نظريه انبساط فضا و بيگ بنگ رهنمون گرديد. در اواخر قرن بيستم مشاهدات كيهاني نشان داد كه انبساط جهان داراي شتاب است و در نتيجه مسئله ي انرژي تاريك مطرح گرديد كه هنوز از رموز حل نشده ي فيزيك است. اگر همانطور كه ديراك تصريح كرده، فوتون را بدون ساختمان در نظر بگيريم، راهي نداريم بجز اينكه تنها با استفاده از اثر دوپلر مشاهدات خود را در مشاهدات خود را بررسي كنيم و به نتايج جديدي دست يابيم كه ما را در درك بهتري از جهان ياري كند

زماني مي توانيم به درستي اطلاعات دريافتي باور داشته باشيم كه يقين داشته باشيم كه علائم حامل اطلاعات در طول مسير دستخوش هيچگونه تغييري نشده باشند. آيا حقيقتاً خود فوتون بدون هيچ اثر خارجي در يك سفر ميلياردها سالي دستخوش هيچگونه تغييري نمي شود؟

آيا فوتونهاي دريافتي از يك كهكشان دور است، هماني است كه كهكشان را ترك كرده است؟

بنابراين بدون شناخت ساختمان فوتون، نمي توان به صحت اطلاعات دريافتي اعتماد كامل داشت. لذا تلاش براي شناخت و توضيح ساختمان فوتون يك ضرورت انكار ناپذير است. بهمين دليل نظريه سي. پي. اچ. براساس تعريف ساختمان فوتون شكل گرفته است. براي تعريف ساختمان فوتون از كجا و چگونه مي توان شروع كرد؟ چنين تعريفي الزاماً بايستي از دو پشتوانه ي منطقي برخوردار باشد، يكي نظريه هاي معتبر و ديگري تجاربي كه اين نظريه ها را به اثبات رسانده است

از كدام نظريه مي توان كمك گرفت؟ نسبيت يا مكانيك كوانتوم؟

هر يك از اين دو نظريه به تنهايي از چنان اعتباري برخوردارند، كه استناد به آنها نيز اعتبار دارد. اما خوشبختانه اين نظريه ها داراي زمينه هاي مشتركي نيز هستند كه استناد به اين زمينه هاي مشترك مي تواند ما را در تركيب اين دو نظريه ياري رساند. لذا كار را از همين زمينه هاي مشترك پي مي گيريم

بار - رنگ و مغناطيس-رنگ

اجازه دهيد يك نگاه جديد به رفتار الكترومغناطيسي در ميدان گرانشي بيندازيم، اين نگرش مي تواند در حل اين معما كه فوتون از چه ذراتي تشكيل شده، مفيد واقع گردد. همچنانكه مي دانيم يك موج الكترومغناطيسي از دو ميدان الكتريكي و مغناطيسي عمود بر هم تشكيل شده است كه با سرعت خطي برابر با سرعت نور حركت مي كنند. شكل زير

 

با توجه به توصيف امواج الكترومغناطيسي و نظريه هيگز و تركيب اين دو نظريه به نتيجه بسيار جالبي خواهيم رسيد.

در اينجا دو ميدان داريم، يكي ميدان الكتريكي و ديگري ميدان مغناطيسي كه با توجه يه نظريه هيگز، اين ميدانها توسط ذرات هيگز ايجاد مي شوند. اما در اينجا ميدانها متفاوتند، يكي ميدان ابكتريكي كه توسط ذراتي ايجاد مي شوند كه از خود، خواص الكتريكي بروز مي دهند و با سرعت خطي برابر سرعت نور منتقل مي شوند. اما علاوه بر سرعت خطي كه در موج الكترومغناطيسي دارد، روي محور عمود بر آن نيز داراي حركت است. لذا مجموع مسيري كه اين ذرات در واحد زمان طي مي كند، بيشتر از سرعت نور است

در اينجا سه نكته كاملاً مشهود و قابل تعمق است

1 – اين ذرات خواص الكتريكي دارند. چون به اندازه بار الكتريكي پايه (بار الكتريكي الكترون يا پروتون) نيستند، لذا آنها را بار – رنگ مي ناميم. بطور مشابه در مورد ميدان مغناطيسي و ذرات تشكيل دهنده ي آن ميتوان چنين تعبيري داشت كه ميدان مغناطيسي اطراف فوتون از مغناطيس – رنگ تشكيل شده است

2 – حركت اين ذرات را مي توان شامل سه نوع حركت دانست، يكي سرعت خطي كه برابر سرعت انتقال موج الكترومغناطيسي (برابر سرعت نور)، دوم سرعتي كه در ميدان دارند (در شكل بالا مشخص شده است) و سوم اسپين اين ذرات. لذا مجموع مقادير سرعتها برابر مقدار سرعت اين ذرات است كه آن را با Vc نشان مي دهيم. بطور وضوح مشخص است كه Vc > c كه در آن  Vc, c بترتيب مقدار سرعت نور و مقدار سرعت بار – رنگ و مغناطيس – رنگ هستند

3 –  ميدان گرانشي از ذراتي (گراويتون) تشكيل مي شود كه داراي خواص - بار رنگي و مغناطيس – رنگي مي باشند. زيرا همچنانكه در فصل قبل مشاهده شد، هنگاميكه فوتون در ميدان گرانشي در حال سقوط است، انرژي و در نتيجه شدت ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي آن افزايش مي يابد (جابجايي بسمت آبي)، لذا ورود گراويتونها (بار – رنگ و مغناطيس – رنگ) به ساختمان فوتون موجب افزايش انرژي آن مي شود

 با توجه به اين اطلاعات به تعريف سي. پي. اچ. پرداخته و اصل سي. پي. اچ. را بيان مي كنيم. لازم به ذكر است كه

براي سي. پي. اچ. از كلمه ي ذره استفاده شده است، منظور از ذره همان نقطه ي مادي نيست و در فارسي كلمه اي كه گوياي مفهوم سي. پي. اچ. باشد نديدم. بهمين دليل از لغت ذره استفاده شد. همچنين توجه شود كه در مورد شكل آن نيز هيچ نظر خاصي وجود ندارد. لذا هر كس بنا بر برداشت و سليقه ي خود مي تواند براي آن شكل مورد نظر خويش را تجسم كند

CPH تعريف

فرض كنيم يك ذره با جرم ثابتm  وجود دارد كه نسبت به هر دستگاه لختي با مقدار سرعت ثابت Vcحركت مي كند. و

Vc>c   c, is speed of light

بنابراين سي. پي. اچ. داراي اندازه حركت خطي برابر  mVc مي باشد. شكل زير

CPH اصل

پي. اچ. يك ذره بنيادي با جرم ثابت است كه با مقدار سرعت ثابت حركت مي كند. اين ذره داري لختي دوراني است. در هر واكنش بين اين ذره با ساير ذرات يا نيروها در مقدار سرعت آن تغييري داده نمي شود، بطوريكه

gradVc=0 in all inertial frames and any space

توجه: هنگاميكه نيروي خارجي بر آن اعمال شود، قسمتي از سرعت انتقالي آن به سرعت دوراني (يا بالعكس ) تبديل مي شود، بطوريكه در مقدار Vc تغييري داده نمي شود. يعني اندازه حركت خطي آن به اندازه حركت دوراني و بالعكس تبديل مي شود. بنابراين مجموع انرژي انتقالي و انرژي دوراني آن نيز همواره ثابت است. تنها انرژي انتقالي آن به انرژي دوراني و بالعكس تبديل مي شود

هنگاميكه سي. پي. اچ. داراي حركت دوراني حول محوري كه از مركز جرم آن مي گذرد است، يعني زمانيكه سي. پي. اچ. داراي Spin  است،آن را گراويتون مي ناميم

When CPH has Spin, It calls Graviton

 

تشريح

هنگاميكه يك سي. پي. اچ. وجود سي. پي. اچ. ديگري را احساس مي كند. داراي اسپين مي شوند كه گراويتون ناميده مي شود. علت ايجاد اسپين در اصل موضوع سي. پي. اچ. نهفته است كه بايد با مقدار سرعت ثابت Vc  حركت كند بطوريكه

gradVc=0 in all inertial frames and any space

 بنابراين هر مقدار كه از سرعت آن روي يك محور مختصات كاسته مي شود، به همان ميزان بر مقدار سرعت روي دو محور ديگر افزوده مي شود. يعني

بعبارت ديگر مجموع مقدار شتاب هاي سي. پي. اچ. روي سه محور مختصات برابر با صفر است. حال دو سي. پي. اچ. را در نظر بگيريد كه متوجه بار- رنگي و مغناطيس – رنگي يكديگر شده اند. شكل زير

شكل بالا نشان مي دهد كه دو گراويتون با جرم m  و اندازه حركت  p=mVc ، درفاصله  r تحت تاثير بار – رنگي و مغناطيس رنگي يكديگر قرار گرفته، با هم تركيب مي شوند، اما چون مقدار سرعت آنها ثابت است، حركت انتقالي آنها به حركت دوراني

Spin

تبديل مي شود. فاصله ي بين آنها تا جايي مي تواند كاهش يابد كه باهم برخورد نكنند. در صورت برخورد به دليل اسپيني كه دارند، از يكديگر دور مي شوند. لذا تراكم (چگالي) آنها تا زماني مي تواند افزايش يابد كه به حالت تماس نرسند. در صورت تماس طي برخوردي شديد يكديگر را مي رانند و به اطراف پراكنده مي شوند

 يكبار ديگر جابجايي بسمت آبي را به خاطر آوريد كه طي آن يك فوتون در حال سقوط در ميدان گرانشي است. (اثر مسبوئر و آزمايش پوند – ربكا). فوتوني با انرژي

 به اندازه y   سقوط مي كند و انرژي آن به اندازه ي mgy  افزايش مي يابد و به مقدار

مي رسد

انرژي و جرم فوتون افزايش ميابد. شكل زير حركت يك فوتون در حال سقوط در يك ميدان گرانشي را نشان مي دهد كه با ورود گراويتونها به آن انرژي (جرم)، فركانس و شدت ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي آن افزايش مي يابد

بنابراين يك فوتون از تعدادي گراويتون تشكيل مي شود كه داراي اسپين هستند. شكل زير

همچنين فوتون داراي اسپين است. بنابراين هنگاميكه فوتون با سرعت نور حركت مي كند، گرايتون هايي كه فوتون را تشكيل داده اند داراي حركتهاي زير مي باشند:

حركت انتقالي برابر سرعت نور، زيرا فوتون با سرعت نور منتقل مي شود و اجزاي تشكيل دهنده آن نيز الزاماً با همين سرعت منتقل مي شوند.

حركت دوراني (اسپين)، زيرا طبق اصل سي. پي. اچ. مقدار سرعت سي. پي. اچ. بيشتر از سرعت نور است و هنگاميه سي. پي. اچ. ها با يكديگر ادغام مي شوند و ساير ذرات را تشكيل مي دهند، مقداري از سرعت انتقالي آنها به اسپين تبديل مي شود.

و حركت ناشي از اسپين فوتون، زيرا گراويتون ها در ساختمان فوتون هستند و از حركت اسپيني فوتون سهم مي برند

زير كوانتوم انرژي، جرم و نيرو

 در فرآيند بالا نشان داده شد كه چگونه گراويتونها وارد ساختمان فوتون شده و انرژي آنرا افزايش مي دهند. از طرفي ديگر مي دانيم كه گراويتونها حامل نيروي گرانشي هستند. لذا بسادگي مشاهده مي شود كه نيرو قابل تبديل به انرژي است. گراويتونهايي كه به اين ترتيب تبديل به انرژي مي شوند.

در يك ميدان گرانشي، هنگاميكه فوتون بسمت آبي جابجا مي شود، گراويتون ها تبديل به انرژي مي شوند و زمانيكه فوتون بسمت قرمز جابجا مي شود، انرژي فوتون به گراويتون تبديل مي شود و و سرانجام با تباه شدن انرژي ، ماده و پادماده پديد مي آيد.  شكل زير

در حقيقت سي. پي. اچ. يك زير كوانتوم هستي در طبيعت است كه همه ي ذرات از آن ساخته شده اند

CPH is Sub Quantum of existence in Nature

اين زير كوانتوم داراي جرم است، پس جلوه ي ماده است، داراي اندازه حركت است كه بيان كننده ي انرژي است. همچنين داراي خواص بار-رنگي و مغناطيس – رنگي است. يك كوانتوم انرژي از تعدادي سي. پي. اچ. تشكيل مي شود و امواج الكترومغناطيسي ظاهر مي شوند.

بدين ترتيب مشخص است كه چرا نمي توان فوتون را در حالت سكون مشاهده كرد، زير يك فوتون در شرايط سرعت نور و از تعدادي ذرات زير فوتون (بار-رنگها و مغناطيس-رنگها) توليد مي شود كه خود اين ذرات زير فوتوني با مقدار سرعتي بيشتر از سرعت نور حركت مي كنند

 بار-رنگ و مغناطيس رنگ در امواج الكترومغناطيس معادلات

فرض كنيم دو سي. پي. اچ. نسبت به يك دستگاه لخت با سرعت خطي Vc حركت مي كنند كه به دليل خواص بار-رنگي و مغناطيس - رنگي با يكديگر تركيب شده و فوتون توليد مي شود. چون

gradVc=0

داراي اسپين خواهند شد و مي توان نوشت

gradVc=0 => a_xi+a_yj+a_zk=0

يعني مجموع شتاب ها روي سه محور برابر صفر است

فرض كنيم كه سي پي. اچ. ( در پرتو الكترومغناطيسي) روي محور xحركت انتقالي برابر با سرعت امواج الكترومغناطيسي(سرعت نور) دارد. شكل زير

اما اشاره كوتاهي در مورد اصطلاح سي. پي. اچ. را لازم مي دانم. اميدوارم مفيد واقع شود.

  بنابراين مقدار سرعت آن تنها روي محور هاي  y, zتغيير مي كند و شتاب روي محور x  صفر است، يعني

a_x=0

تنها روي دو محور ديگر شتاب خواهد داشت بطوريكه:

v_yj+v_zk=0

هنگاميكه

v_y=0 => v_z is maximum. And v_y is maximum when v_z=0

فرض كنيم يك بار- رنگ در ساختمان فوتون همراه با يك پرتو الكترومغناطيسي روي محور y در حركت است. اين بار-رنگ تحت تاثير ميدان مغناطيسي موجود (مغناطيس-رنگها) دائماً در حال شتاب روي اين محور است. بهمين دليل اسپين بار-رنگها دائماً در حال تغيير است و اين تغييرات از مقدار سرعت آنها روي همين محور تامين و تبديل مي شود. با افزايش اسپين، از مقدار سرعت روي محور y كاهش مي يابد و با كاهش اسپين بر مقدار سرعت روي همين محور افزوده مي شود و در صورتي كه شدت ميدان گرانشي ثابت باشد، مانند فضاي بين ستارگان، سرعت نور ثابت خواهد ماند. بهمين دليل مشاهده مي كنيم كه همانطور كه نسبيت خاص تصريح كرده، مقدار سرعت نور در فضاي تهي نسبت به همه ي دستگاه هاي لخت ثابت و برابر c است.

به همين ترتيب حركت و اسپين مغناطيس – رنگها روي محور z  قابل توجيه است. توجه شود كه اين تغييرات در در مورد بار – رنگها و مغناطيس – رنگها هماهنگ هستند. اگر به شكل انتشار امواج الكترومغناطيسي توجه فرماييد، مشاهده خواهيد كرد كه هم زمان دامنه ي ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي ماكزيمم و صفر مي شوند

حال مي توان معادله حركت بار – رنگ را نوشت. با توجه به شكل بالا، سي. پي. اچ. ي كه بصورت بار رنگ ظاهر شده حركتي متناوب دارد كه معادله ي حركت آن را مي توان بصورت زير نوشت.

Ec=EcmCosw(t-x/c)

كه در آن Ec مقدار بار-رنگ است و Ecmمقدار مازيمم بار-رنگ است.

Bc=BcmCosw(t-x/c)

كه در آن Bc مقدار مغناطيس-رنگ است و Bcm مقدار ماكزيمم مغناطيس رنگ است. فرض كنيم يك فوتون شامل n بار – رنگ و mمغناطيس – رنگ است كه معادله ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي آن بصورت زير خواهد شد

 

E=nEcmCosw(t-x/c)

B=mBcmCosw(t-x/c)

هنگاميكه يك فوتون در حال سقوط در يك ميدان گرانشي است، تعداد بار – رنگها و مغناطيس – رنگهاي آن افزايش مي يابد و در نتيجه جابجايي بسمت آبي خواهيم داشت. و هنگام صعود فوتون در ميدان گرانشي، از تعداد آنها كاسته مي شود و شاهد جابجايي بسمت قرمز خواهيم

معادلات الكترومغناطيس در گرانش

همجنانكه در بالا تشريح شد، هنگام سقوط فوتون در ميدان گرنشي، گراويتون ها خواص بار-رنگي و مغناطيس-رنگي از خود نشان مي دهند. بهمين دليل بر شدت ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي فوتون افزوده مي شود. بنابراين يك رابطه ي تنگاتنگ بين گرانش و امواج الكترومغناطيسي وجود دارد. اما مي دانيم كه امواج الكترومغناطيسي از معادلات ماكسول پيروي مي كنند. لذا وابستگي گرانش و امواج الكترومغناطيسي نيز بايد از معادله اي شبيه معادلات معادلات ماكسول تبعيت كند. سئوال اين است كه اين معادله را چگونه مي توانيم به دست آوريم؟

يكبار ديگر سقوط  فوتون را در ميدان گرانشي مورد بررسي قرار مي دهيم. محور قائم را در جهت شتاب گرانش در نظر مي گيريم. جهت حركت نور بطرف پايين و با شتاب گرانش همجهت است. بنابراين جهت ميدان الكتريكي افقي (عمود بر جهت حركت فوتون) خواهد بود. با سقوط فوتون، شدت ميدان الكتريكي افزايش مي يابد و بنابر نظريه سي. پي. اچ. همان مقدار تغييرات روي ميدان گرانش ايجاد خواهد شد. يعني تعدادي بار-رنگ از ميدان گرانش وارد ساختمان فوتون خواهند شد(شكل زير). توجه شود كه مجموع انرژي فضايي كه فوتون در آن حركت مي كند و انرژي فوتون مقدار ثابتي است. بنابراين هر تغييري روي يكي از آنها برابر است با همان مقدار تغيير روي ديگري با علامت مخالف

 

در اينجا دو تابع برداري داريم. يكي شدات ميدان گرانشي و ديگري شدت ميدان الكتريكي

g and E

حال اگر عملگر

را بصورت ضرب برداري روي ميدان برداري گرانش اعمال كنيم، نتيجه يك ميدان برداري عمود بر جهت حركت فوتون به دست مي آيد و خواهيم داشت

هنگام سقوط فوتون، شدت ميدان الكتريكي نسبت به زمان افزايش مي يابد و به همان ميزان از تعداد بار-رنگهاي موجود در ميدان گرانش كاسته مي شود. جدول زير را كه با توجه به شكل بالا تنظيم شده  ملاحظه كنيد

Point A; Photon contains k₁ CPH

Point B; Photon contains k₂ CPH

k₂ > k₁

لذا به همين مقدار كه بر تعداد سي. پي. اچ. هاي فوتون افزوده مي شود، از تعداد بار-رنگهاي ميدان گرانشي كاسته مي شود. اما اين تمام فرايند انجام شده نيست، زيرا ميدان الكتريكي تغيير مي كند و اين تغيير ميدان الكتريكي موجب تغيير ميدان مغناطيسي نيز مي شود، يعني

لذا به همين ميزان نيز كه بر شدت ميدان مغناطيسي افزوده مي شود، از تعداد گراويتوننهاي ميدان گرانشي كاسته مي شود.

در حالت كلي اگر بخواهيم معادلات ماكسول را براي فضاي واقعي كه در آن آثار گرانشي نيز وجود دارد بنويسيم، بايد معادلات شش گانه ي زير را بكار ببريم

هر فضايي كه آثار گرانشي داشته باشد و امواج الكترومغناطيسي از آن عبور كند، شدت ميدانهاي گرانشي و مغناطيسي و در نتيجه انرژي آن تغيير خواهد كرد

گرانش در نظريه سي. پي. اچ

دقيقاً نظير گلوئون ها(گلوئون به معني چسب است) كه موجب كشيده شدن كواركها بطرف يكديگر مي شود. با توجه به اينكه پروتونها خود نيز از كواركها با بار الكتريكي كسري ساخته شده اند، در واقع بار – رنگ هاي ورودي (گراويتونها) با كواركها كنش خواهند داشت. در مورد الكترون نيز بحث مشابهي مي توان ارائه داد

فوتون و بار الكتريكي

 مي دانيم يك فوتون حامل دو ميدان الكتريكي و مغناطيسي عمود بر هم است. اما اين تنها كافي نيست كه بتوانيم به نتيجه مورد نظر برسيم، بلكه بايد تاثير ميدان گرانشي را بر فوتون نيز مد نظر قرار دهيم و آنگاه با ديدي متفاوت همه ي اين موارد را جمع بندي كرده و نتيجه گيري كنيم

بياييد يكبار ديگر به رفتار فوتون در ميدان گرانشي توجه كنيم. در فصل دوم ديديم كه يك فوتون داراي جرمي برابر

m=hv/c²

است. بنابراين وزن اين فوتون در ميدان گرانشي زمين برابر خواهد شد با

mg=(hv/c²)g

فرض كنيم فوتون در سقوط قائم بطرف زمين به فاصله yسقوط كند. در اينصورت طبق قانون بقاي انرژي خواهيم داشت

hv'=hv+mgy

شكل زير حركت فوتون در حال سقوط در يك ميدان گرانشي را نشان مي دهد كه با ورود گراويتونها به آن انرژي (جرم)، فركانس و شدت ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي آن افزايش مي يابد

اگر رابطه ي

hv'=hv+mgy

 را تنها در ميدان گرانشي زمين در نظر بگيريم، با توجه به مقادير عددي ثابت پلانك و شدت ميدان گرانشي تغيير قابل توجهي براي انرژي فوتون مشاهده نخواهد شد. اما سئوال اين است كه در ميدانهاي گرانشي بسيار قوي آيا اين تغييرات قابل توجه نخواهد بود؟

در هر صورت آزمايش هاي انجام شده روي زمين هم نشان مي دهد كه با سقوط فوتون در ميدان گرانشي، انرژي آن افزايش مي يابد و همين انرژي در توليد زوج الكترون – پوزيترون به دو بار الكتريكي مخالف مي گردد. حال فراين را از اين منظر نگاه كنيد

 انرژي الكترومغناطيسي  <= كار انجام شده توسط گرانش

انرژي الكتريكي + انرژي مغناطيسي = انرژي الكترومغناطيسي

بار الكتريكي مثبت + بار الكتريكي منفي  <=  انرژي الكترومغناطيسي

در اين فرايند نكات قابل توجهي وجود دارد:

يك : گرانش از ذراتي تشكيل شده كه داراي خواص الكتريكي و مغناطيسي هستند (بار – رنگ و مغناطيس – رنگ).

دو :  بار – رنگ ها با يكديگر جمع شده و بارهاي الكتريكي ايجاد مي كنند

سه : بار – رنگ ها داراي دو علامت مختلف مثبت و منفي هستند كه در ساختمان فوتون وجود دارند. در فرايند توليد زوج ماده – پاد ماده، بار رنگ هاي منفي در كنار هم قرار مي گيرند و بار الكتريكي منفي را ايجاد مي كنند. بار – رنگ هاي مثبت نيز با هم تركيب شده و بار الكتريكي مثبت را بوجود مي آورند. شكل زير

چهار : علت تركيب گراويتونها با يكديگر خاصيت بار – رنگي آنهاست. بهمين دليل خلا مي تواند انرژي توليد كند.

پنج : بارهاي الكتريكي داراي ميدان الكتريكي هستند و بطور دائم ذرات حامل نيروي الكتريكي منتشر مي كنند.

شش : بارهاي الكتريكي علاوه بر ميدان الكتريكي داراي يك ميدان مغناطيسي ضعيف نيز هستند.

با استفاده از اين موارد مي توانيم به توضيح بار الكتريكي و ميدان الكتريكي بپردازيم

 

بار الكتريكي و نيروي الكتريكي از ديدگاه سي. پي. اچ.

 از الكترومغناطيس كلاسيك مي دانيم كه شدت ميدان مغناطيسي امواج الكترومغناطيسي نسبت به شدت ميدان الكتريكي آن بسيار ضعيف است و رابطه ي زير بين آنها بر قرار است

با توجه به مقدار سرعت نور بخوبي مشاهده مي شود كه شدت ميدان الكتريكي تا چه اندازه از شدت ميدان مغناطيسي قوي تر است.

 بار ديگر به توليد زوج الكترون – پوزيترون برگرديم. مشاهده شد كه يك كوانتوم انرژي (يك فوتون گاما) در شرايطي به دو ذره ي باردار مثبت و منفي واپاشيده مي شود. قبل از توليد زوج، تنها دو ميدان الكتريكي و مغناطيسي وجود داشت (بار الكتريكي وجود نداشت، بعد از توليد زوج دو بار الكتريكي وجود دارد كه ميدان الكتريكي و گشتاور مغناطيسي توليد مي كنند. اين فرايند نشان مي دهد كه ميدان الكتريكي (كه از نظر بار الكتريكي نيز خنثي است) از دو سري بار – رنگ مثبت و منفي تشكيل مي شود و در هنگام توليد زوج، بار-رنگهاي منفي يكطرف جمع شده، با هم تركيب مي شوند و الكترون (با بار منفي) را بوجود مي آورند. همچنين بار – رنگهاي مثبت نير يكطرف جمع شده، با هم تركيب مي شوند و پوزيترون (با بار مثبت) را بوجود مي آورند. شكل زير

در طرف چپ ميدان الكتريكي متشكل از بار – رنگهاي مثبت و منفي و يك ميدان مغناطيسي ضعيف وجود دارد.

در سمت راست دو بار الكتريكي مثبت و منفي وجود دارد، كه ميدان الكتريكي و ميدان مغناطيسي ايجاد مي كنند.

 

چگونگي ايجاد ميدان الكتريكي

 

در فرآيند توليد زوج، بعد از آنكه الكترون و پوزيترون شكل گرفتند، خواص بار الكتريكي از خود نشان مي دهند. اين خواص از طريق ميدان الكتريكي اطراف آنها كه با انتشار فوتون (ذرات حامل نيروي الكتريكي) ايجاد مي شود، قابل مشاهده است.

حال الكترون توليد شده را در نظر بگيريد كه مجموعه اي از بار – رنگهاي منفي است كه با هم تركيب شده اند. اين الكترون در دريايي از بار – رنگها (گراويتونها) غوطه ور است. الكترون مانند يك ماشين بار – رنگهاي منفي را متراكم كرده و بصورت فوتون (حامل بار الكتريكي منفي) منتشر مي كند و بدين ترتيب ميدان الكتريكي منفي اطراف خود را بوجود مي آورد. بنابراين الكترون ماشيني است كه ورودي آن بار – رنگهاي منفي و خروجي آن فوتون منفي است. روند توليد فوتون مثبت توسط پوزيترون (يا پروتون) نيز بهمين ترتيب است.

بوتونهاي منفي (ذرات حامل نيروي الكتريكي منفي) بطرف بارهاي مثبت حركت مي كنند و فوتونهاي مثبت بسوي بارهاي منفي بحركت در مي آيند.

 

ذرات تبادلي در مكانيك كوانتوم

 

نخستين گام براي توجيه نيروهاي هسته اي قوي در سال 1932 توسط هايزنبرگ برداشته شد. وي نظر داد كه پروتونها به وسيله ي نيروهاي تبادلي در كنار يكديگر قرار مي گيرند. به اين ترتيب مي توان تصور كرد كه دو ذره، به تبادل ذره ي سوم مي پردازند و ذره ي تبادلي دو ذره را به سوي هم مي راند. نظريه هايزنبرگ، همه ي نيروهاي جاذبه و دافعه نتيجه ي ذرات تبادلي هستند. به شكل زير توجه كنيد

در مورد جاذبه و دافعه ي الكترومغناطيسي، ذره ي تبادلي فوتون است. فيزيكدانان به وجود دو نوع فوتون اعتقاد دارند، يكي فوتونهاي حقيقي كه قابل مشاهده هستند و ديگري فوتونهاي مجازي است كه نمي توان آنها را مشاهده كرد. فوتون مجازي نيز با سرعت نور حركت مي كند. در شكل زير نمودار فضا-زمان ذرات تبادلي بين دو الكترون كه اثر آن دافعه است و يك الكترون و يك پروتون كه اثر آن جاذبه است، نشان داده شده است

در شكل بالا الكتروني در راس Aيك قوتون مجازي توليد كرده و مي فرستد والكترون دوم آنرا در راس Bدر مي آشامد.

انرژي و اندازه حركت هر يك از الكترون هاي واكنش كننده در اثر تبادل فوتون تغيير مي كند. غير قابل مشاهده بودن فوتون مجازي امكان عدم بقاي انرژي و اندازه حركت را در طول بازه ي زماني بين گسيل و در آشاميدن فوتون فراهم مي كند. اصل عدم قطعيت انرژي فرض شده را كه توسط آن بقاي انرژي نقض مي شود به مقدار زير محدود مي كند

dE=h/dt

كه در آن dt برابر است با بازه ي زماني بين گسيل و در آشاميدن فوتون مجازي است

ذرات تبادلي در نظريه سي. پي. اچ.

 قسمت بالا گفته شد در نظريه سي. پي. اچ. بارهاي الكتريكي با استفاده از بار – رنگهاي مجود در محيط به توليد و انتشار فوتونهاي مجازي كه حامل نيروي الكتريكي هستند، مي پردازند. الكترون فوتون منفي و پروتون فوتون مثبت توليد و در فضا منتشر مي كنند و بدين ترتيب در اطراف خود ميدان الكتريكي ايجاد مي كنند.

حال دو ذره (پروتون و الكترون ) را با بار الكتريكي مثبت و منفي در نظر بگيريد. پروتون يك فوتون مثبت ارسال مي كند. فوتون مثبت بسمت الكترون حركت كرده و جذب آن مي شود. الكترون كه داراي بار پايه الكتريكي منفي است، فوتون مثبت را جذب مي كند. اما بمحض اينكه فوتون مثبت با الكترون تركيب مي شود، موجوديت الكترون را دچار اختلال مي كند و الكترون براي برطرف كردن اختلال ايجاد شده، فوتون مثبت را تجزيه كرده و به بار – رنگهاي مثبت تبديل و از ساختمان خود مي راند. بار – رنگهاي مثبت كه با سرعتي بالاتر از سرعت نور بحركت در مي آيند، الكترون را بدنبال خود مي كشند. اين عمل موجوب مي شود كه الكترون بسمت پروتون كشيده شود. بار – رنگهاي مثبت نيز در فضا پخش مي شوند.

به همين ترتيب در مورد فوتون منفي و پروتون مي توان توضيح داد. الكترون با توليد و انتشار فوتون منفي، پروتون را بسمت خود مي كشد و پروتون نيز با متلاشي كردن فوتون منفي بار – رنگهاي منفي در فضا پخش مي كند و اين بار -  رنگهاي منفي پروتون را بطرف الكترون مي كشند.

همچنانكه ملاحظه مي شود هيچ نيازي به استفاده از اصل عدم قطعيت براي توضيح وجود و كنش هاي الكترومغناطيسي نيست. علاوه بر آن نگراش فيزيك مدرن به گراويتون كه آن را ذره اي بدون خواص الكتريكي در نظر مي گيرد، نمي تواند با واقعيت سازگار باشد. بهمين دليل تمام تلاشها براي يكسان سازي نيروهاي الكترومغناطيسي و گرانش با شكست مواجه شده است

 منبع : سي پي اچ تئوري

سرعتي بالاتر از سرعت نور

آيا واقعا ممكن است كه سرعت هاي بالاتر از سرعت نور وجود داشته باشد؟

بر اساس نظريه نسبيت هيچ فرآيند فيزيكي نمي تواند در سرعت هاي بالاتر از سرعت نور در خلا انجام گيرد. بدون ترديد ، قابل قبول نبودن اين سرعت ها يكي از عجيب ترين فرضيات فيزيك جديد است.
ابر نور
در كنار دنيايي با سرعت هاي كمتر از سرعت نور (جهان تارديون ، مشتق از كلمه لاتين تاردوس به معناي آهسته) دنياي ديگري وجود دارد كه سرعت نور در آن از سرعت هاي ديگر كمتر است، نه بيشتر (جهان تاكيون مشتق از لغت يوناني تاخيس به معني سريع مي باشد). دنياي دوم كشف نشده است ، زيرا هيچ نقطه مشتركي با دنياي اول ندارد.

در سالهاي اخير ، تعدادي مقاله تحقيقاتي منتشر شده كه نويسندگان آنها احتمال وجود ذرات «ابر نور» را كه تا كنون ناميده اند، مورد بررسي قرار داده اند.

واقعيت عجيبي كه در مورد فرضيه ابر نور وجود دارد، آنست كه اين فرضيه ، نظريه نسبيت خاص را نقض نمي كند ، بلكه آن را با دنيايي كه در آن سوي محدوده سرعت نور قرار دارد سازگارتر و هماهنگ تر مي سازد.
اگر تاكيون‌ها وجود داشتند؟
عقايد متفاوتي در اين مورد وجود دارد. اگر تاكيون ها واقعا وجود داشته باشند، چه مي شود؟ در اين صورت آنها نوع سوم ذراتي مي باشند كه براي ما شناخته شده اند. اولين نوع شامل ذراتي است كه هيچگاه به سرعت نور نمي رسند. (يعني تقريبا تمام ذرات بنيادي شناخته شده) ، نوع دوم فوتون‌ها (كوانتاهاي تابش الكترومغناطيسي) و احتمالا نوترينوها مي باشند كه هر دو آنها با سرعت نور منتشر مي شوند. تاكيون ها همواره داراي سرعتي مي باشند كه از سرعت نور بيشتر است.
دنياي تاكيون ها و دنياي ما
دنياي تاكيون ها هيچ نقطه مشتركي با دنياي ما كه در آن سرعت ها كمتر از سرعت نور است ندارد. سه نوع ذره‌اي كه هم اكنون ذكر آنها به ميان آمد، داراي يك خاصيت مشترك مي‌باشند. ذرات يك گروه تحت هيچ شرايطي نمي توانند به ذرات گروه ديگر تبديل شوند. از سوي ديگر ، فقط بر اساس دانش جديد مي توانيم چنين اظهار نظري را به عمل آوريم. اگر اين مسئله را از ديدگاه اطلاعات علمي كامل‌تري كه هنوز ناشناخته است مورد بررسي قرار دهيم، ممكن است كه كاملا تغيير نمايد. در آن صورت مي توانيم فرض كنيم كه دنياي تاكيون ها با دنياي ما برخورد پيدا مي كند و اين بدان معني است كه فرآيندهايي در طبيعت وجود دارند كه در جهات نامشخص پيش مي روند.

اصل عليت كه بر اساس آن علت هميشه مقدم بر معلول است يك اصل اساسي فيزيكي است. به بيان ديگر ، هيچ رويدادي نمي تواند گذشته را تحت تاثير قرار دهد و موجب تغيير آن چيزي گردد كه اتفاق افتاده است، ولي در دنياي ذراتي كه با سرعت نور و يا بيشتر از آن حركت مي كنند ، اين اصل ممكن است تغيير نمايد و علت و معلول با توجه به چارچوب مرجع جاي خود را عوض كنند.

در فرآيندهايي كه پيام ها با سرعت بيشتر از سرعت نور حركت مي نمايند، تسلسل وقايع (وقايعي كه پيش از وقايع ديگر رخ مي دهند) به انتخاب دستگاه مختصات بستگي پيدا مي كند، در عين حال ، جهت جريان اطلاعات يعني اساس بستگي علت و معلول تغيير نمي نمايد. اين مسئله موجب نقص عليت مي گردد.
بازگشت به گذشته
گمان مي‌رود چنين جرياني بتواند براي ايجاد ارتباط تلفني با گذشته كمك كند يا ممكن است شخصي خود را به ساعت 11 صبح روز قبل انتقال دهد … . چنين چيزي مادامي كه دنياي سرعتهاي كوچك‌تر از سرعت نور با دنياي سرعتهاي بزرگ‌تر از سرعت نور برخورد پيدا كند، تناقض مي‌باشد. اگر فقط محدوده سرعت‌هاي بالاتر از سرعت نور را مورد توجه قرار دهيم، چين تناقضاتي به‌وجود نمي‌آيد. تاكنون هيچ يك از اطلاعات تجربي به دست آمده وجود تاكيون‌ها را به اثبات نرسانيده‌اند.
دنياي ريز ذره‌ها
پيشرف جهان كوچك عقايد و تصورات خارق‌العاده‌اي پديد مي‌آورد كه نظريه‌هاي دانش عادي را نقض مي‌كند و آشكارا نشان مي‌دهد. چنين عقيده‌اي كه معلومات امروزي علمي مفاهيم مطلق و غير قابل تغييري هستند، پوچ مي‌باشد. به نظر نمي‌آيد كه هيچگاه پيشرفت فيزيك و اختر فيزيك به انتها برسد.

فرضيه ذرات بنيادي كه همواره وقايع عجيب‌تري را آشكار مي‌سازد. دائما با مفاهيم پيچيده رياضي و ساير مفاهيم پيچيده به‌ وجود مي‌آيد كه با دنيايي كه ما را احاطه كرده هيچ گونه مشابهتي ندراد. بايد گفت كه اين فرضيه روز به روز بيشتر با فرضيه كيهاني آميخته مي‌شود. به عبارت ديگر قوانين طبيعي حاكم بود و نقطه نهايي و متضاد ابعاد جهاني يعني دنياي ريز ذره‌ها و دنياي وقايع كيهاني هيچگاه با يكديگر متناقض نيستند.
بيان ريز ذره‌ها بوسيله پديده گرانشي
با نفوذ بيشتر در دنياي ريز ذره‌ها ، اثرات گرانشي بطور قابل توجهي كمتر مي‌شوند. ولي اين مساله تا نقطه معيني صادق است و نقش آنها بطور مشخصي افزايش مي‌يابد. و آنها مانند وضعيتي كه در جهان بزرگ وجود دارد به صورت پديده‌هاي فيزيكي غالب در مي‌آيند. در دنياي ريز ذره‌ها كه وجه مشخصه آن فواصل كوچك است، مقادير انرژي و در نتيجه جرم به اندازه‌اي افزايش مي‌يابد كه از اين نظر دنياي ريز ذره‌ها مشابه پديده‌هاي دنياي بزرگ و فوق‌العاده بزرگ مي‌گردد و دو جهان مانند گذشته يكي مي‌شوند و به همين دليل آنها برخي از قوانين طبيعت مشترك هستند.

سياهچاله‌ها كه نشان‌دهنده چگالي فوق‌العاده زياد ماده هستند، ناحيه ديگري مي‌باشند كه در آن وقايع جهاني و ميكروسكوپيك باهم يكي مي‌شوند. در اينجا پديده گرانشي در هر دو حالت عظيم است كه در حالت اول بصورت هندسه تغيير يافته فضا و در حالت دوم به صورت اثرات مكانيك كوانتومي بيان مي‌شود.

نطريه اي براي همه چيز

سالهاي متمادي است كه بحث تئوري همه چيز در فيزيك مطرح شده است. منظور از اين تئوري چيست؟ يك تئوري براي همه چيز به چه سئوالاتي بايد پاسخ دهد؟

اجازه دهيد بحث را با سخنان هاوكينگ دنبال كنيم. هاوكينگ مي گويد.

نظريه نسبيت عام اينشتين نظريه‌اي در باره جرم‌هاي آسماني بزرگ مثل ستارگان، سيارات و كهكشان‌هاست كه براي توضيح گرانش در اين سطوح بسيار خوب است.

مكانيك كوانتومي نظريه‌اي است كه نيروهاي طبيعت را مانند پيام‌هايي مي‌داند كه بين فرميون‌ها (ذرات ماده) رد و بدل مي‌شوند. مكانيك كوانتومي در توضيح اشياء، در سطوح بسيار ريز خيلي موفق بوده بوده است.

يك راه براي تركيب اين دو نظريه بزرگ قرن بيستم در يك نظريه واحد آن است كه گرانش را همانطور كه در مورد نيروهاي ديگر با موفقيت به آن عمل مي‌كنيم، مانند پيام ذرات در نظر بگيريم. يك راه ديگر بازنگري نظريه نسبيت عام اينشتين در پرتو نظريه عدم قطعيت است.

با توجه به سخنان هاوكينگ دو نظريه مهم فيزيك و مكانيك كوانتوم، هريك به تنهايي خوب عمل مي كنند، اما با يكديگر ناسازگارند. بنابراين مسئله اصلي اين است كه راهي بيابيم تا اين دو نظريه را با يكديگر تركيب كنيم.

براي تركيب اين دو نظريه تلاشهاي زيادي انجام شده است كه به چند مورد آنها اشاره مي كنيم:

ابر گرانش

همه ي مواد موجود در طبيعت از دو نوع ذره ي بنيادي به نام فرميون ها و بوزن ها تشكيل شده اند. تفاوت فرميون ها و بوزن ها در اسپين آنها مي باشد به طوري كه اسپن فرميون ها نيمه درست و اسپين بوزن ها عددي درست است. همه ي انواع ذرات دست كم از دو خاصيت ذاتي جرم و اسپين برخوردارند. جرم خاصيتي آشنا براي تمام مواد است كه به همان صورتي كه براي اجسام بزرگ مقياس در نظر گرفته مي شود ، در مورد كوچك ترين اجزا تشكيل دهنده ي ماده نيز كاربرد دارد . اسپين خاصيت ظريف تري است كه در اجسام بزرگ مقياس به سادگي قابل شناسايي نيست . اسپين ، در واقع ، خاصيتي است كه در قرن بيستم كشف شد تا رفتار بي هنجار الكترون ها را در ميدان مغناطيسي توضيح دهد.

هر تقارني كه در جست و جوي ارتباط ميان فرميون ها و بوزون ها ، يعني ذراتي با اسپين هاي متفاوت ، باشد ابَرَتقارن ناميده مي شود. و اما ابَرَگرانش ، نظريه اي پيشنهادي در فيزيك بنيادي است كه ابرتقارن و گرانش را در هم مي آميزد. اولين نظريه ي ابرگرانش توسط سه فيزيكدان در سال 1976 فرمول بندي شد.

ابر ريسمان

در مطالعات و بررسي هاي مرسوم در فيزيك كوانتومي نسبيتي ، ذرات بنيادي را به صورت نقاط رياضي و بدون گستردگي فضايي در نظر ميگيريم. اين رهيافت موفقيت هاي بسيار چشمگيري داشته است ، ولي در انرژي هاي خيلي خيلي زياد يا فاصله هاي بسيار بسيار كوتاه كه بزرگي ميدان گرانشي با بزرگي نيروهاي هسته اي و الكترو مغناطيسي قابل مقايسه مي شود اين رهيافت با شكست رو به رو مي شود. در سال 1974 ژوئل شرك و جان شوارتز به منظور غلبه بر اين مشكل توصيف وحدت يافته اي از ذرات بنيادي را بر اساس منحني هاي يك بعدي بنيادي به نام ريسمان مطرح كردند . به نظر ميرسد كه نظريه هاي ريسمان از هر نوع ناسازگاري كه در تمام تلاش هاي قبلي دست يابي به نظريه اي وحدت يافته براي توصيف گرانش و ساير نيرو ها ايجاد مزاحمت كرده است ، مبراست . نظريه ابرريسمان كه در آنها از نوع خاصي تقارن به نام ابرتقارن ، بهره گيري مي شود ، بيشترين اميدواري را براي ارائه ي نتايج واقع بينانه پديد آورده اند.

بوزون هگز

در دهه هاي اخير فيزيكدانان يك مدل تحت عنوان مدل استاندارد را ارائه كردند تا يك چوب بست نظري براي فهم ذرات بنيادي و نيروهاي طبيعت فراهم آورند. مهمترين ذره در اين مدل، يك ذره ي فرضي موجود در همه ي ميدانهاي كوانتومي است كه نشان مي دهد ساير ذرات چگونه جرم به دست مي آورند. در واقع اين ميدان پاسخ مي دهد كه همه ي ذرات در حالت كلي چگونه جرم به دست مي آورند. اين ميدان، ميدان هگز Higgs field خوانده مي شود. نتيجه ي منطقي دوگانگي موجو - ذره اين است كه همه ي ميدانهاي كوانتومي داراي يك ذره ي بنيادي باشند كه با ميدان در آميخته است. اين ذره كه با همه ي ميدانها در آميخته و موجب كسب جرم توسط ساير ذرات مي شود، هگز بوزون Higgs boson ناميده مي شود.

جمع بندي

حال مطلب بالا را جمع بندي مي كنيم:

يك - نسبيت عام بايد مكانيك كوانتوم تركيب شود تا مشكلات موجود در فيزيك نظري بر طرف گردد. طبق نسبيت عام مسير نور در ميدان گرانشي خميده است كه آن را تحت عنوان فضا - زمان مطرح مي كنند. مكانيك كوانتوم به ويژگيها و رفتار ذرات زير اتمي مي پردازد و با كوانتومها يا كميتهاي گسسته سروكار دارد. در حاليكه در نسبيت عام فضا - زمان پيوسته است.

دو - بايد ارتباط بين فرميونها و بوزونها توضيح داده شود. همجنانكه مي دانيم فرميونها شامل ذراتي نظير الكترونها و پروتونها هستند كه داراي اسپين نادرست مي باشند و بوزونها داراي اسپين درست هستند.

سه - هگز بوزونها بايد توضيح داده شوند، يعني اينكه ذرات چگونه جرم به دست مي آورند. با توجه به رابطه جرم - انرژي مي دانيم هرگاه ذره اي در يك ميدان شتاب بگيرد، انرژي و در نتيجه جرم آن افزايش مي يابد. بنابراين مسئله اين است كه اين پديده يعني افزايش جرم را چگونه مي توان توجيه كرد؟

راه حل

براي رسيدن به يك راه حل اساسي كه بتواند مشكلات عمده ي فيزيك معاصر را بر طرف سازد، راه هاي مختلفي وجود كه به نتايج متفاوت و گاهي ناسازگار مي انجامد. نظريه هاي مختلفي كه در اين زمينه مطرح شده اند، بخوبي نشان مي دهند كه نگرش بانيان آنها بر اساس دو گانگي بين بوزونها و فرميونها شكل گرفته است. سئوال اساسي اين است كه آيا حقيقتاً بوزون و فرميون دو موجود كاملاً متفاوت از يكديگرند؟ در نظريه ريسمانها، ريسمان به عنوان يك بسته فوق العاده كوچك انرژي تلقي مي شود و كه با پيوستن آنها به يكديگر و با ارتعاشات مختلف آنها ساير ذرات نمود پيدا مي كنند. در نظريه هگر بوزون به دنبال ذره اي هستند كه موجب ايجاد يا افزايش جرم مي شود. اگر اين مسئله ي هگز بوزون را با دقت بيشتري بررسي كنيم شايد بتوانيم به نتايج جالب توجه تري برسيم.

اجازه بدهيد تصورات خود را از بوزون و فرميون يا به عبارت ديگر از جرم - انرژي و نيرو تغيير دهيم. در فيزيك مدرن جرم و انرژي دو تلقي مختلف از يك كميت واحد هستند. جرم هر ذره را مي توان با محتويات انرژي آن اندازه گرفت و همچنين انرژي يك ذره را مي توان با جرم آن هم ارز دانست. لذا در فيزيك معاصر ما با دو كميت بيشتر سروكار نداريم، انرژي و نيرو.

اگر رابطه ي نيرو و انرژي را با ديد متفاوتي مورد بحث قرار دهيم، مي توانيم به نتايج جالب توجهي برسيم. نيرو به عنوان انرژي در واحد طول مطرح مي شود كه براي آن رابطهي زير داده شده است:

F=-dU/dx => du= - Fdx

حال ذره اي را در نظر بگيريد كه انرژي آن در حال تغيير است. اين تغييرات را از دو جهت مي توان مورد توجه قرار داد. يكي از جهت افزايش و ديگري از جهت كاهش. از نظر افزايش نسبيت براي آن محدوديتي قائل نشده است و طبق رابطه ي جرم نسبيتي، جرم آن بينهايت قابل افزايش است. اما از جهت كاهش طبيعت خود براي آن محدوديت قائل شده و آن اين است كه تمام ذره تمام انرژي خود يا به عبارت ديگر، جرم - انرژي خود را از دست بدهد.

ذره اي را در نظر بگيريد كه در يك ميدان داراي شتاب منفي است. اگر فاصله به اندازه ي كافي بزرگ و ميدان بسيار قوي باشد، آيا انرژي آن به صفر خواهد رسيد؟ چنين آزمايشي براي اجسام مثلاً يك فطعه فلز چندان قابل تصور نيست، اما براي يك كوانتوم انرژي( فوتون) به خوبي قابل درك است. زيرا در نسبيت فوتون نمي تواند از يك سياه چاله بگريزد. اين پديده را چگونه مي توان توجيه كرد؟ يكبار ديگر به رابطه نيرو - انرژي بر گرديم.

F=-dU/dx => du= - Fdx

در رابطه ي بالا انرزِ و فاصله تغيير مي كنند، اما نيرو ثابت است. اگر نيرو يعني F يك كميت ثابت و تغيير ناپذير است، چگونه مي توان هگز بوزون را توجيه كرد؟ يعني واقعاً اين كاهش يا افزايش جرم چگونه امكان پذير است. متاسفانه اين ديدگاه از مكانيك كلاسيك به نسبيت تسري يافت و هيچگونه بخثي در اين زمينه مطرح نشد. اگر بخواهيم با همان نگرش كلاسيكي مشكلات فيزيك و ناسازگاري نسبيت و مكانيك كوانتوم را بر طرف سازيم، راه به جايي نخواهيم برد، همچنانكه تا به حال اين چنين بوده است.

اشكال بعدي كه مانع رسيدن به يك نتيجه ي قابل توجه مي شود اين است فيزيكدانان به مشكلات به گونه اي پراكنده برخورد مي كنند. هگز بوزون مسير خود را مي پيمايد، مكانيك كوانتوم مي خواهد مشكلات فيزيك را در چاچوب قوانين كوانتومي حل كند، و مهمتر از همه اينكه مكانيك كلاسيك تقريباً به فراموشي سپرده شده است. همه اينها هر كدام نگرشي خاص به جهان دارند و عموميت ندارند. در حاليكه طبيعت يگانه است و قانون نيز بايستي از يك وحدت برخوردار باشد كه هست. تركيب مكانيك كوانتوم و نسبيت زماني امكان پذير است كه نگرش هگز بوزون همراه با مكانيك كلاسيك نيز در اين تركيب منظور گردد .

هر كدام از اين تئوري ها قسمتي از قوانين حاكم بر طبيعت را نشان مي دهند. اگر در يك نگرش همه جانبه اين قسمتهاي مختلف را كه با تجربه تاييد شده اند توام در نظر بگيريم مي توانيم به يك فيزيك يا يك نظريه براي همه چيز برسيم .

از كجا شروع كنيم؟

1 - با روند تكامل نظريه ها پيش مي رويم. نخست مكانيك كلاسيك را در نظر مي گيريم و به مورد خاص آن قانون دوم نيوتن توجه مي كنيم، اين قانون را با جرم نسبيتي يعني

m=m0/(1-v2/ c2)1/2 , E=mc2

و نظريه هگز بوزون مي توان تركيب كرد. اگر ذره/جسمي تحت تاثير نيرو جرمش تغيير مي كند، اين تغيير جرم ناشي از اين است كه بوزون (نيرو) تبذيل به انرژي مي شود. البته اين روند جهت معكوس نيز دارد، يعني در روند عكس با كاهش سرعت، انرژي به نيرو يا بوزون تبديل مي شود.

2 - در مورد قضيه كار انرژي

W=DE

برخوردي دوگانه وجود دارد. قسمت كار آن را با مكانيك كوانتوم مد نظر قرار مي دهند و كار را كميتي پيوسته در نظر مي گيرند، در حاليكه با انرژي آن برخوردي كوانتومي دارند. در واقع بايستي هر دو طرف رابطه را با ديد كوانتومي در نظر گرفت. در اين مورد مثالهاي زيادي مي توان ارائه داد كه با اين برخورد دوگانه در تناقض قرار خواهد گرفت. اگر اين مورد را بكار بنديم مشكل ارتباط فرميونها و بوزونها بر طرف خواهد شد. اين مورد مكمل قسمت پيشين است و حرف تازه اي نيست.

3 - اگر بپذيريم كه كار كوانتومي است، الزاماً به اين نتيجه خواهيم رسيد كه نيرو بطور كلي و از جمله گرانش نيز كوانتومي است. مفهوم صريح و در عين حال ساده آن اين است كه فضا - زمان كوانتومي است. با نگرش كوانتومي به گرانش يا به تعبير نسبيت فضا - زمان، مكانيك كوانتوم و نسبيت با يكديگر تركيب خواهند شد. تنها موردي كه در اين جا بايد متذكر شد اين است كه كوانتومي بودن فضا - زمان مي تواند انحناي آن را نيز نتيجه دهد.

چنين نگرشي مي تواند به يك نظريه براي همه چيز منتهي شود. نظريه اي كه تحت عنوان نظريه سي. پي. اچ. مطرح شده است.

کوانتش در فیزیک کلاسیک

نظريه نسبيت و نظريه مكانيك كوانتومي دو شالوده نظري مهم فيزيك قرن بيستم را تشكيل مي دهند. درست همان گونه كه نظريه نسبيت به بينش هاي جديدي از طبيعت فضا و زمان و نتايج عميقي در مكانيك كلاسيك و الكترومغناطيس منجر مي شود.

نظريه مكانيك كوانتومي نيز به روش هاي فكري كاملا جديدي كه پايه فهم ساختار اتمي و هسته اي اند، منجر مي شود. با اين وجود بعضي از جنبه هاي توصيف كوانتومي طبيعت كاملا جديد نيستند و در حقيقت در فيزيك كلاسيك نيز يافت مي شوند.

تقسيم بندي كميت ها:

در مطالعه دنياي فيزيكي با دو نوع عام از كميت هاي فيزيكي سروكار داريم: كميت هايي كه داراي پيوستاري از مقاديرند «كميت هاي پيوسته). و كميت هايي كه كوانتيده اند. كميت هاي كوانتيده محدود به مقادير گسسته معيني هستند. گاهي آنها را به عنوان كميت هايي كه داراي "اتميسيته" يا "دانه" هستند نيز بيان مي كنند.

برخي كميت هاي فيزيكي پيوسته كلاسيكي يا غير كوانتيده عبارتند از:

سرعت يك ذره آزاد كه مي تواند از صفر تا سرعت نور تغيير كند.

بزرگي اندازه حركت زاويه اي يك ذره كه از صفر تا بينهايت مي تواند هر مقداري را اختيار كند.

انرژي مكانيكي يك دستگاه دو ذره اي ، كه هر گاه اين دو ذره به يكديگر مقيد باشند هر مقدار منفي (Em<0) و هر گاه آزاد باشند هر مقدار مثبتي (Em>0) را مي توانند بپذيرند. كه Em معرف اترژي مكانيكي سيستم مي باشد.

زاويه بين جهت گشتاور دو قطبي يك آهنربا و يك مغناطيس خارجي ، كه مي تواند از 0 تا 180 درجه تغيير كند.

برخي كميت هاي فيزيكي با مقادير كوانتيده عبارتند از:

جرم هاي سكون مشاهده شده اتم ها كه در يك گستره پيوسته قرار نمي گيرند. اين مطلب ابتدا در مطالعات بنيادي تركيبات شيميايي كه به نظريه اتمي دالتون منجر شدند، مشاهده شد.

امروزه جرم اتم هايي كه در طبيعت يافت مي شود بادقت زيادي معلوم شده است. اما جالب است بدانيم كه اين جرم ها تقريبا به نسبت اعداد صحيح اند، نه دقيقاً برابر با آن.

يكي از وظايف فيزيك هسته اي توضيح اين انحراف ها نسبت به اعداد صحيح به كمك چند اصل اساسي است.

بار الكتريكي كوانييده است:

زيرا بار كل هر جسمي دقيقا ً مضرب صحيحي (مثبت يا منفي) از بار الكتريكي بنيادي الكترون (e) است. كوانتومي شدن بار كه به وضوح در مفهوم شميايي ظرفيت و در قوانين الكتروليز آشكار شده بود، به وسيله آزمايش قطره روغن ميليكان به طور مستقيم نشان داده شد. در اين آزمايش بار الكترون مستقيماً اندازه گيري شداندازه گيري بار الكترون).

كوانتيدگي فركانس نوسان فيزيك امواج ايستاده:

امواج ايستاده و تشديد كه ظهورات كاملاً برجسته كوانتش در فيزيك كلاسيك هستند. فركانس نوسان يك تار مرتعش تشديد كننده كه دو انتهاي آن ثابت است فقط مي تواند مضرب صحيحي از پايين ترين فركانس يا فركانس اصلي نوسان باشد. فركانس اصلي به نوبه خود با استفاده از خواص فيزيكي و طول تار تعيين مي شود.

اين موج مكرراً از مرزها يا از دو انتهاي ثابت تار رويش باز مي تابد و با خود موج اوليه تداخل سازنده ايجاد مي كند و فيزيك امواج ايستاده توليد مي گردد.

تشديد فقط در صورتي حاصل مي شود كه فاصله بين دو نقطه انتهايي «طول تار) دقيقاً مضرب نصف صحيحي از نصف طول موج باشد. البته فقط وقتي موج داراي گسترش نامتناهي در فضا باشد، فركانس آن دقيقاً تعيين مي شود.

اين استدلال حتي براي موج هايي كه بين مرزهاي بازتابان به دام افتاده اند، نيز معتبر است. زيرا مي توان چنين تصور نمودكه اين فيزيك امواج بينهايت بار برروي خود تاب خورده است.

مثالهاي عام كوانتش كلاسيكي:

يك تاس پرتابي برروي وجوه خود فقط اعداد صحيح 1و2و3و4و5و6 را دارد. اين تاس يكي از مثال هاي روزمره است كه كميت هاي كوانتيده را نشان مي دهند. مثال هاي معروف ديگر عبارتند از:

روي يك سكه ، افراد مردم و تعداد سكه ها

نظريه مكانيك كوانتومي در مورد كوانتش چه مي گويد؟

نظريه مكانيك كوانتومي به مقدار زيادي مبتني بر اين كشف است كه بعضي كميت ها كه در فيزيك كلاسيك پيوسته در نظر گرفته مي شدند، در حقيقت كوانتيده اند. از لحاظ تاريخي آغاز اين نظريه به تعبير شدت تابش الكترومغناطيسي از يك جسم سياه بر حسب طول موج با انتظارات نظري الكترومغناطيس توافق ندارد.

ماكس پلانك تدوين كننده نظريه مكانيك كوانتومي در سال 1900 ميلادي نشان داد كه تجديد نظر در مفاهيم كلاسيكي به كمك كوانتش انرژي منجر به برقراري توافق بين آزمايش و نظريه مي شود و از اين طريق يك پل ارتباطي بين مكانيك كلاسيك و مكانيك كوانتومي ايجاد شد كه با وجود تعارضات فاحش ، تشابهات زيادي نيز باهم دارند.

ديدگاه اينشتين نسبت به مكانيك كوانتومى

او هرگز با كوانتوم آشتى نكرد

هميشه وقتى سخن از اينشتين به ميان مى آيد، ذهن ها متوجه نظريه نسبيت و پيامدهاى انقلابى آن در فيزيك مى شود. اما كمتر كسى اين نكته را به خاطر مى آورد كه اينشتين همانطور كه در اولين انقلاب علمى قرن بيستم يعنى نظريه نسبيت سهيم بود، در انقلاب ديگر يعنى فيزيك كوانتومى نيز نقش بسزايى داشت. حتى جايزه نوبل هم به خاطر مقاله «اثر فوتوالكتريك» كه تاييدى بر كوانتومى بودن نور بود، به او اهدا شد. اما بازى سرنوشت آنگونه شكل گرفت كه يكى از بزرگترين حاميان مكانيك كوانتومى، منتقد تراز اول آن نيز باشد. اين مقاله نگاهى است به واكنش اينشتين نسبت به مكانيك كوانتومى و مباحثات او با فيزيكدانان بانى نظريه كوانتوم به ويژه نيلز بور. هدف توصيف اتفاقاتى است كه در تاريخ كوانتوم افتاده است و تنها در موارد ضرورى مسائل علمى ذكر شده است.

كنگره سولوى

همه چيز از كنگره سولوى شروع شد. بانى اين سرى كنگره ها، يك صنعتگر آلمانى به نام ارنست سولوى بود. او اولين كنگره بين المللى سولوى را كمى قبل از شروع جنگ جهانى اول، در شهر بروكسل برگزار كرد. قرار بر اين بود كه در اين كنفرانس ها حدود 30 نفر از فيزيكدانان برجسته دعوت شوند و بر روى موضوع از قبل تعيين شده اى، بحث و بررسى كنند. از سال 1911 تا 1927 پنج كنگره با اين روش برگزار شد و هر كدام به يكى از پيشرفت هاى فيزيك در آن سال ها اختصاص داشت. معروف ترين كنگره سولوى در سال 1927 و با موضوع فيزيك كوانتومى برگزار شد. در بين شركت كنندگان در اين كنفرانس 9 فيزيكدان نظرى حضور داشتند كه بعد ها همه آنها به خاطر سهم مهمى كه در شكل گيرى نظريه كوانتوم داشتند، برنده جايزه نوبل شدند. ماكس پلانك، نيلز بور، ورنر هايزنبرگ، اروين شرودينگر و... آلبرت اينشتين از جمله آن فيزيكدان ها بودند. اما اينشتين هنگام شركت در كنگره به خاطر نظريه نسبيت و همين طور دريافت جايزه نوبل به قدر كافى مشهور بود. به همين دليل نظر او براى ديگر فيزيكدان ها اهميت زيادى داشت. هنگام برگزارى پنجمين كنگره سولوى يكى، دو سال بود كه از ارائه فرمول بندى شسته رفته اى از مكانيك كوانتومى مى گذشت. ماكس بورن يك فرمول بندى آمارى از مكانيك كوانتومى منتشر كرده بود و هايزنبرگ هم اصل عدم قطعيت (uncertainty principle) خود را مطرح كرده بود. نيلز بور نيز براساس اين دستاوردها تعبير معرفت شناختى خود را از مكانيك كوانتومى پيشنهاد كرده بود كه در ضمن آن ايده مكمليت (complementarity) را نيز معرفى مى كرد. همه اين موارد دلايلى كافى بودند كه اينشتين در تمام طول كنفرانس با بور و هايزنبرگ به بحث بنشيند.

تعبير كپنهاگى

نكته مهم در اصل عدم قطعيت هايزنبرگ اين بود كه، نمى توان مكان و تكانه (يا سرعت) يك ذره را به طور همزمان و به طور دقيق اندازه گيرى كرد. با اندازه گيرى مكان عدم قطعيتى در اندازه گيرى سرعت به وجود مى آيد و بالعكس. با مطرح شدن اين اصل جنجال برانگيز خيلى ها عدم قطعيت را ذاتى طبيعت دانستند و گفتند كه اين مشكل دستگاه اندازه گيرى يا ناظر نيست. به اين ترتيب اصل عليت را زير سئوال بردند، به اين معنى كه وقتى نمى توانيم زمان حال يك سيستم را به طور دقيق بدانيم پس از آينده آن نيز چيزى نمى دانيم و از آنجا كه اين جهل به ذات طبيعت و نه به دستگاه اندازه گيرى مربوط است، روابط على مخدوش مى شود. اين نتيجه گيرى از يك اصل كاملاً فيزيكى يكى از جنبه هاى تعبيرى بود كه بعدها به «تعبير كپنهاگى» از مكانيك كوانتومى معروف شد. از ديگر مولفه هاى تعبير كپنهاگى ويژگى آمارى و احتمالاتى پديده هاى زيراتمى بود. براى مثال اگر ناظرى سرعت ذره اى را در راستاى معينى اندازه گيرى كند، به احتمال X يك مقدار خاص و به احتمال Y مقدار ديگرى را به دست مى آورد. روى دادن هر كدام از اين احتمالات هم كاملاً تصادفى است و هيچ مكانيسمى براى چگونگى اتفاق آنها بيان نمى شود. نكته ديگر تعبير كپنهاگى انكار واقعيت فيزيكى بود، به اين معنا كه فرمول بندى مكانيك كوانتومى تنها واقعيت موجود است. پيش بينى نتايج و كارآمد بودن فرمول بندى كافى است و لازم نيست كه اين فرمول بندى حتماً با يك واقعيت عينى فيزيكى متناظر باشد.

اينشتين بر ضد بور

اينشتين به هيچ وجه نمى توانست زير بار يك چنين تعبيرى برود. او فيزيكدانى بود كه همواره به دنبال كشف طبيعت بود و يك چنين نظريه اى با اين نتايج عجيب و غيرشهودى او را راضى نمى كرد. اينشتين به رئاليسم اعتقاد داشت و نمى توانست بپذيرد كه مشاهده كننده واقعيت يك پديده فيزيكى را تعيين مى كند. او معتقد بود كه فيزيكدان ها به ايده آليسمى از نوع باركلى روى آورده اند كه آنها را سرمست كرده است و از هدف اصلى علم و همچنين فيزيك دور شده اند. به همين دليل بود كه در كنگره سولوى به شدت در مقابل نظريات بور و هايزنبرگ موضع گيرى كرد. هايزنبرگ در خاطرات خود مى نويسد: «همه بحث ها در سر ميز غذا شكل مى گرفت و نه در تالار كنفرانس و بور و اينشتين كانون همه بحث ها بودند. بحث معمولاً از سر ميز صبحانه شروع مى شد و اينشتين آزمايش فكرى جديدى كه گمان مى كرد اصل عدم قطعيت را رد مى كند، مطرح مى كرد. پس از بحث هاى بسيار در طول روز، بور سر ميز شام به اينشتين ثابت مى كرد كه آن آزمايش هم نمى تواند اصل عدم قطعيت را خدشه دار كند. اينشتين كمى ناراحت مى شد، اما صبح روز بعد با يك آزمايش فكرى ديگر كه پيچيده تر از آزمايش قبلى بود، از راه مى رسيد. پس از چند روز پاول اهرنفست فيزيكدان هلندى كه دوست اينشتين بود گفت: من به جاى تو خجالت مى كشم، استدلال هاى تو در برابر مكانيك كوانتومى شبيه استدلال هايى است كه مخالفانت در برابر نظريه نسبيت مى آورند.» اينشتين با اين آزمايش هاى فكرى مى خواست وجود ناسازگارى در مكانيك كوانتومى را نشان دهد تا بتواند آن را رد كند، اما موفق نشد. او هميشه مى گفت نمى تواند قبول كند كه خدا شير يا خط بازى مى كند. او معتقد بود اگر خدا مى خواست تاس بازى كند اين كار را به طور كامل انجام مى داد و در آن صورت ما ديگر مجبور نبوديم به دنبال قوانين طبيعت بگرديم، چرا كه ديگر قانونى نمى توانست وجود داشته باشد. جواب بور به تمامى اين جملات نغز اين بود كه: ما هم وظيفه نداريم براى خدا در اداره كردن جهان تعيين تكليف كنيم. به اين ترتيب بور در پنجمين كنگره سولوى توانست از سازگارى منطقى تعبير كپنهاگى دفاع كند. اما بحث هاى اينشتين و بور به ششمين كنگره سولوى در سال 1930 نيز كشيده شد و باز هم اينشتين نتوانست نتيجه اى بگيرد. پس از آن تلاش كرد كه ناقص بودن مكانيك كوانتومى را نشان دهد.

اينشتين، پودلسكى و روزن

اينشتين در ادامه تلاش هايش براى اثبات ناقص بودن تعبير استاندارد مكانيك كوانتومى، مقاله اى را در سال 1935 با همكارى پودلسكى و روزن منتشر كرد. اين مقاله با عنوان «آيا توصيف مكانيك كوانتومى از واقعيت فيزيكى مى تواند كامل باشد؟» بعدها با نام اختصارى EPR معروف شد. آنها در مقاله شان سعى كردند كه با يك آزمايش فكرى نشان دهند عناصرى از واقعيت وجود دارند كه در توصيف كوانتومى وارد نشده اند و بنابراين مكانيك كوانتومى ناقص است. طبق نظر اينشتين نظريه اى كامل است كه هر عنصرى از واقعيت فيزيكى مابه ازايى در آن داشته باشد. چهار ماه بعد، بور در مقاله اى با همان عنوان آزمايش EPR را رد كرد و نشان داد كه استدلال آنها مغالطه آميز است.اما اين پايان ماجرا نبود. نه اينشتين و نه بور، هيچكدام راضى نشده بودند. اينشتين تا پايان عمرش در سال 1955 همچنان مشكلات مكانيك كوانتومى را يادآورى مى كرد. در مورد بور هم معروف است عكسى كه از تخته سياه او درست يك روز قبل از مرگ او گرفته شده، شامل طرح آزمايشى است كه در سال 1930 مورد بحث او و اينشتين بوده است. اينشتين هيچ گاه مكانيك كوانتومى را نپذيرفت و در بهترين حالت قبول كرد كه اين نظريه، فقط يك نظريه موقتى است كه كامل نيست و فيزيكدانان بايد به دنبال نظريه اى ديگر باشند. نظريه اى كه هم به عليت و هم به رئاليسم مقيد باشد و در عين حال زيبا و ساده نيز باشد.

منابع:

1- جزء و كل/ ورنر هايزنبرگ/ حسين معصومى همدانى/ نشر دانشگاهى

2- تحليلى از ديدگاه هاى فلسفى فيزيكدانان معاصر/ مهدى گلشنى/ انتشارات مشرق

3- Stanford Encyclopedia of Philosophy / Quantum Mechanics

اثر هارمونيك ها بر خازن ها

 

نقش خازنها به عنوان المان هاي الكتريكي و الكترونيكي كارآمد در صنايع مربوط به توليد و انتقال و توضيع امروزي غير قابل انكار است بگونه اي كه ديگر هرگز نمي توان چنين صنايعي را بدون وجود خازنهاي نيرو متصور شد.از اين رو شناخت كامل خازنها و عوامل تاثير گذار برآنها و حفظ و نگهداري و نظارت دقيق بر آنها ، براي افزايش طول عمر خازن ها و كار كرد بهينه آنها امري است الزامي و اجتناب ناپذير.

كليد واژه- خازن قدرت ، فركانس ، هارمونيك ها.

مقدمه

درسالهاي اوليه هارمونيكها در صنايع چندان رايج نبودند.به خاطر مصرف كننده هاي خطي متعادل. مانند : موتورهاي القايي سه فاز،گرم كنندها وروشن كننده هاي ملتهب شونده تا درجه سفيدي و ..... اين بارهاي خطي جريان سينوسي اي در فركانسي برابر با فركانس ولتاژ مي كشند. بنابراين با اين تجهيزات اداره كل سيستم نسبتا با سلامتي بيشتري همراه بود. ولي پيشرفت سريع در الكترونيك صنعتي در كاربري صنعتي سبب بوجود آمدن بارهاي غير خطي صنعتي شد. در ساده ترين حالت ، بارهاي غيرخطي شكل موج بار غير سينوسي از شكل موج ولتاژ سينوسي رسم مي كنند (شكل موج جريان غير سينوسي).

پديدآورنده هاي اصلي بارهاي غير خطي درايوهاي AC / DC ، نرم راه اندازها ، يكسوسازهاي 6 / 12 فاز و ... مي باشند. بارهاي غيرخطي شكل موج جريان را تخريب مي كنند. در عوض اين شكل موج جريان شكل موج ولتاژ را تخريب مي نمايد. بنابراين سامانه به سمت تخريب شكل موج  در هر دوي ولتاژ و جريان مي شود. در اين مقاله سعي شده است تا بزباني هرچه ساده تر توضيحي در مورد نحوه عملكرد هارمونيك ها و راه كاري براي دوري از تاثير گذاري آنها بر خازنها ي نيرو ارائه شود.

اساس هارمونيك ها :

اصولا هارمونيك ها آلوده سازي شكل موج را در اشكال سينوسي آنها نشان مي دهند. ولي فقط در مضارب فركانس اصلي . تخريب شكل موج را مي توان در فركانس هاي مختلف (مضارب فركانس اصلي) بعنوان يك نوسان دوره اي بوسيله آناليز فوريه تجزيه و تحليل كرد. در حال حاضر هارمونيكهاي فرد و زوج و مرتبه 3 در اندازه هاي مختلف ضرايب فركانس هاي مختلف در سامانه هاي الكتريكي موجودند كه مستقيما تجهيزات سامانه الكتريكي را متاثر مي سازند. در معنايي وسيعتر هارمونيكهاي زوج و مرتبه 3 هريك تلاش مي كنند كه ديگري را خنثي نمايند. ولي در مدت زماني كه بار نا متعادل است اين هارمونيك هاي زوج و مرتبه 3 منجر به اضافه بار در نول و اتلاف انرژي شديد مي شوند. با تمام احوال هارمونيك هاي فرد اول مانند هارمونيك پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و .... عملكرد اين تجهيزات الكتريكي را تحت تاثير قرار مي دهند. براي فهم بهتر تاثير هارمونيك ها ، شكل زير تاثير تخريب هارمونيك پنجم بر شكل موج سينوسي را نشان مي دهد :

 

 

هارمونيك هاي ولتاژ و جريان تاثيرات متفاوتي بر تجهيزات الكتريكي دارند. ولي عموما بيشتر تجهيزات الكتريكي به هارمونيكهاي ولتاژ بسيار حساس اند. تجهيزات اصلي نيرو مانند موتورها، خازن ها و غيره بوسيله هارمونيكهاي ولتاژ متاثر مي شوند. به طور عمده هارمونيكهاي جريان موجب تداخل مغناطيسي (Magnetic Interfrence) و همچنين موجب افزايش اتلاف در شبكه هاي توزيع مي شوند. هارمونيكهاي جريان وابسته به بار اند ، در حالي كه سطح هارمونيكهاي ولتاژ به پايداري سامانه تغذيه و هارمونيكهاي بار (هارمونيكهاي جريان) بستگي دارد. عموما هارمونيك هاي ولتاژ از هارمونيك هاي جريان كمتر خواهند بود.    

 

تشديد:

اساسا تشديد سلفي – خازني در همه انواع بارها مشاهده مي شود. ولي اگر هارمونيك ها در شبكه توضيع شايع نباشند تاثير تشديد فرونشانده مي شود.

در هر تركيب سلفي – خازني چه در حالت سري و چه در حالت موازي ، در فركانسي خاص تشديد رخ مي دهد كه اين فركانس خاص فركانس تشديد ناميده مي شود. فركانس تشديد فركانسي است كه در آن رآكتنس خازني (Xc) و رآكتنس القايي (XL) برابر هستند.

براي تركيبي مثالي براي بار صنعتي كه شامل اندوكتانس بار و يا رآكتنس ترانسفورماتور كه بعنوان XL عمل مي كند و رآكتنس خازن تصحيح ضريب توان كه بصورت Xc خودنمايي مي كند فركانس تشديدي برابر با LC خواهيم داشت . رآكتنس خازني متناسب با فركانس كاهش مي يابد (توجه : Xc با فركانس نسبت عكس دارد). در حاي كه رآكتنس القايي متناسب با آن افزايش مي يابد (توجه

: XL با فركانس نسبت مستقيم دارد).اين فركانس تشديد به سبب متغير بودن الگوي بار متغير خواهد بود. اين مساله براي ظرفيت خازني ثابت كل براي اصلاح ضريب توان پيچيده تر است. براي درك صحيح اين پديده لازم است دو نوع وضعيت تشديد شامل حالت تشديد سري و حالت تشديد موازي مورد توجه قرار گيرند. اين دو امكان در زير توضيح داده مي شوند.

 

تشديد سري:

يك تركيب سري رآكتنس سلفي – خازني ، مدار تشديد سري شكل مي دهد كه در شكل زير نشان داده شده است.

 

 

به خاطر تركيب سري سلف و خازن ، در فركانس تشديد امپدانس كل به پايين ترين سطح كاهش مي يابد و اين امپدانس در فركانس تشديد طبيعتي مقاومتي دارد. بنا براين در فركانس تشديد رآكتنس خازني و رآكتنس سلفي (القايي) برابر هستند.اين امپدانس پايين براي توان ورودي در فركانس تشديد ، افزايش تواني جريان را نتيجه مي دهد.شكل داده شده زير رفتار امپدانس خالص در وضعيت تشديد سري را نشان مي دهد.

 

 

در كاربري صنعتي رآكتنس ترانسفورماتور قدرت به علاوه خازنهاي اصلاح ضريب توان در سمت ولتاژ پايين به عنوان يك مدار تشديد موازي براي سمت ولتاژ بالاي ترانسفورماتور عمل مي كند. اگر اين فركانس تشديد تركيب سلف و خازن بر فركانس هارمونيك شايع در صنعت منطبق شود ، بخاطر بستري با امپدانس پايين ارائه شده توسط خازن ها براي هارمونيك ها ، منجر به افزايش تواني جريان خازن ها خواهد شد. از اين رو خازن هاي ولتاژ پايين در سطحي بسيار بالا اضافه بار پيدا خواهند كرد كه همچنين اين عمل موجب تحميل بار اضافي بر ترانسفورماتور مي شود. اين پديده منجر به تخريب ولتاژ در شبكه ولتاژ پايين مي شود.

 

تشديد موازي:

يك تشديد موازي تركيبي از رآكتنس خازني و القايي است كه در شكل زير نمايش داده شده است.

 

 

در اينجا رفتار امپدانس برعكس حالت تشديد موازي خواهد بود كه در شكل داده شده در زير ، نشان داده شده است.در فركانس تشديد امپدانس منتجه مدار به مقداري بالا افزايش مي يابد. اين ، منجر به بوجود آمدن مدار تشديد موازي ميان خازن هاي اصلاح ضريب توان و اندوكتانس بار مي شود كه نتيجه آن عبور ولتاژ بسيار بالا هم اندازه  امپدانس ها و جريان هاي گردابي بسيار بالا درون حلقه خواهد بود.

 

 

در كاربري صنعتي خازن اصلاح ضريب توان مدار تشديد موازي با اندوكتانس بار تشكيل مي دهد.هارمونيك هاي توليد شده از سمت بار رآكتنس شبكه را افزايش مي دهند. كه موجب بلوكه شدن هارمونيك هاي سمت تغذيه مي شود.اين منجر به تشديد موازي اندوكتانس بار و اندوكتانس خازني مي شود. مدار LC (سلفي – خازني) مواز ي ، شروع به تشديد ميان آنها مي كند كه منجر به ولتاژ بسيار بالا و جريان گردابي بسيار بالا در درون حلقه مدار سلف – خازن (LC) مي شود. نتيجه اين امر آسيب به تمام سمت ولتاژ پايين سامانه الكتريكي است.

ايزوله كردن تشديد موازي از ايزولاسيون تشديد سري نسبتا پيچيده تر است.اساسا اين امر بخاطر تنوع بار صنعتي از زماني به زمان ديگر است كه موجب تغيير فركانس تشديد مي شود. شكل زير تاثير ظرفيت خازني ثابت و اندوكتانس متغير را نشان مي دهد.

 

 

اين تغيير مداوم فركانس تشديد ممكن است موجب تطبيق فركانس تشديد بر فركانس هارمونيك شود كه ممكن است منتج به ولتاژ بالا و جريان بالا كه سبب نقص و خرابي تجهيزات الكتريكي مي شوند ، گردد.بنا بر اين در هر دو تشديد موازي و سري خازنهاي قدرت متاثر هستند كه بكار گيري دستگاه هاي حفاظتي و ايمني را براي خازنها ايجاب مي نمايد. اين امر درك صحيح بر خازنهاي قدرت را قبل از از اعمال تصحيح بخاطر تاثير هارمونيك ها و تشديد ايجاب مي نمايد.

 

خازنهاي قدرت:

خازنهاي اصلاح ضريب توان نسبت به هارمونيك ها حساس اند و بيشتر عيوب خازنهاي قدرت ، عيوبي با طبيعت زير را نشان مي دهند :

هارمونيك ها – هارمونيك هاي پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و ...

تشديد

اضافه ولتاژ

امواج كليد زني

جريان هجومي

ولتاژ آني بازگيري جرقه

تخليه / بازبست ولتاژ

 

بسته به طراحي ساختاري اساسي ، حدود پايداري در مقابل اضافه ولتاژ ، اضافه جريان و هارمونيكها براي دور كردن خازن از خرابي بسيار مهم است.

اساسا خازن ها امواج كليد زني توليد مي كنند كه عموما به عنوان جريان هجومي و اضافه ولتاژ آني دسته بندي مي شوند.

جريان هجومي پديده اي است كه هنگام به مدار وصل كردن خازن ها رخ مي دهد. امپدانس ارائه شده توسط خازن طبيعتا بسيار كم و مقاومتي است. اين امر منجر به جريان هجومي به بزرگي 50 تا 100 برابر جريان اسمي مي شود كه از خازن عبور مي كند ، اما چرا از خازن؟ زيرا امپدانس ترانسفورماتور در زمان روشن كردن خازن ها فقط در مقابل شار جريان مقاومت مي كند.

اين امر هنگامي پيچيده تر مي گردد كه در تركيب موازي بانك خازني ممكن است جريان هجومي كليد زني به سطحي بالاتر از 200 تا 300 برابر جريان اسمي برسد. اين جريان هجومي نتيجه تخليه خازن هاي از پيش شارژ شده موازي با آن مي باشد. در زير اين مطلب نشان داده شده است.نوعا جريان هجومي علاوه بر تخريب در شكل موج جريان سبب تخريب در شكل موج ولتاژ مي شود.

 

 

در هنگام خاموش كردن (از مدار خارج كردن) خازن ها ، بسته به شارژ ذخيره شده در آن ، اضافه ولتاژ ناگهاني بالاتري در زمان خاموش كردن خازن ها بوجود خواهد آمد كه ممكن است موجب پديد آمدن جرقه در پايه ها شود.

هنگامي كه خازن خاموش مي شود شار الكتريكي در خود نگه مي دارد و بوسيله مقاومتهاي تخليه ، تخليه (Discharge) مي شود. مدت زمان تخليه عموما بين 30 تا 60 ثانيه مي باشد. تا زماني كه تخليه بشكل موثري صورت نگرفته نمي توان خازنها را به مدار باز گرداند. هرگونه بازبست خازن قبل از تخليه كامل دوباره موجب افزايش جريان هجومي مي شود.

 

علاوه بر دستگاه هاي مسدود كننده هارمونيك ها كه با صحت خازن ها نسبت مستقيم دارند ، و در سر خط بعدي تشريح مي شوند ، دستگاه هاي تحليل برنده امواج كليد زني مثل جريان هجومي ، اضافه ولتاژ آني و غيره نياز دارند كه بطور دقيق تعريف و بررسي شوند.

 

دستگاه هاي مسدود كننده هارمونيك ها:

براي كاربري سالم خازن ها لازم است كه فركانس تشديد مدار LC (سلف – خازن) كه شامل ادوكتانس بار و خازنهاي اصلاح ضريب توان مي شود ، به فركانسي دور از كمترين فركانس هارمونيك تغيير داده شود. براي مثال هارمونيك هايي كه در سامانه توليد مي شوند و خازن هاي قدرت را متاثر مي سازند ، هارمونيك هاي پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و غيره هستند. پايين ترين هارمونيكي كه بر خازن ها تاثير مي گذارد هارمونيك پنجم است كه در فركانس 250 هرتز ديده مي شود. اساسا اگر خازن ها با سلف ها موازي شده باشند ، انتخاب مقدار اندوكتانس به شكل زير است :

تركيب سري LC (سلف – خازن) در فركانسي زير 250هرتز تشديد مي كند . بنابراين در همه فركانس هاي هارمونيك ها تركيب سري سلف و خازن مانند يك تركيب سلفي عمل خواهد كرد و امكان تشديد براي هارمونيك پنجم يا هر هارمونيك بالاتري از بين مي رود. شكل زير ناميزان سازي (De – Tuning) خازن ها را نشان مي دهد.

 

 

اين تركيب سلف و خازن كه در آن فركانس تشديد در فركانسي دور از فركانس هارمونيك تنظيم شده است ، مدار LC (سلف – خازن) ناميزان شده

(De-Tuned) نام دارد. ضريب نا ميزان سازي نسبت رآكتنس به طرفيت خازني است. در مدار خازني ناميزان شده ، اساسا سلف مانند دستگاه مسدود كننده هارمونيك ها عمل مي كند. براي خازن ها ضريب مناسب ناميزان سازي حدود % 7 است كه فركانس تشديد را در 189 هرتز تنظيم مي كند.

اما ، ناميزان سازي % 5.67 همچنين در جايي استفاده مي شود كه فركانس تشديدي معادل 210 هرتز دارد . هر دو درجه ناميزان سازي ، مسدود كردن (بلوكه كردن) هارمونيك ها از خازن ها را تضمين مي كنند. شكل زير درجه ناميزان سازي را نمايش مي دهد.

 

 

 

بانك هاي ناميزان سازي خازن:

بانك هاي ناميزان سازي خازن نيازمند آن هستندكه با نكات اساسي زير مشخص شوند :

انتخاب درجه ناميزان سازي

محاسبه خازن كل خروجي مورد نياز

محاسبه افزايش ولتاژ بوسيله سلف هاي سري

درجه ناميزان سازي مطلوب بر پايه هارمونيك موجود است. لازم است كه هارمونيك هاي سمت بار اندازه گيري شوند تا در درجه ناميزان تصميم گيري شود.

*

خروجي خازن و سطح ولتاژ نياز به انتخاب صحيح بر اساس درجه ناميزان سازي دارند. براي مثال براي %7 ناميزان سازي براي رسيدن به 200 كيلو ولت آمپر رآكتيو خروجي (KVAR) در 400 ولت ، نياز به آن داريم كه خازن 240 KVAR خروجي با ولتاژ 400 ولت انتخاب نماييم. اين بدليل افزايش ولتاژ بوسيله اندوكتانس سري است. مشابها براي رسيدن به 200 KVAR خروجي در ولتاژ 440 ولت به خازن هاي 240 KVAR خروجي 480 ولتي نياز است.

محاسبه افزايش ولتاژ به سبب رآكتنس سري ، بر اساس ناميزان سازي است و به روش زير انجام مي گيرد :

( درجه ناميزان سازي – 1) / (ولتاژ نرمال مجاز) = ولتاژ خازن

 

سامانه خازني ايده آل:

براي تصحيح ضريب توان در بار صنعتي كنوني كه شامل هارمونيك ها و تشديد مي شود ، يك سامانه اتصال خازني اساسا بايد خصوصيات زير را دارا باشد :

ظرفيت خازني متغير بر اساس توان رآكتيو براي دوري از تغيير فركانس تشديد. اين امر انتخاب صحيح پنل هاي APFC را ممكن مي سازد. پنل APFC بايد خصوصيات زير را داشته باشد.

حسگرها بايد به طور مداوم سطح هارمونيك هاي ولتاژ را نمايش دهد و خازن ها را تحت زير سطوح بالاتر هارمونيك ها محافظت نمايد.

انتخاب محدوده هارمونيك هاي پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و همچنين شناخت تخريب همه هارمونيك ها براي تنظيم حدود ايمن و همچنين پيش بيني تغييرات بعدي هارمونيك ها.

مونيتورينگ جريان RMS براي محافظت خازن ها تحت هر حالت تشديد.

كنترل مشخصات ، براي دوري از بكارگيري ظرفيت مازاد خازني تحت حالت كم بار.

انتخاب خازن با عمر بالا و با تضمين مشخصات زير :

ظرفيت اضافه بار : حداقل دو برابر جريان اسمي به طور مداوم و 350 برابر آن هنگام جريان هجومي.

قابليت پايداري در مقابل اضافه ولتاژ :بيشتر از %10 و بالاتر از ولتاژ مجاز بصورت پيوسته.

قابليت پايداري در مقابل هارمونيك ها : تضمين محدوده هاي هارمونيك هاي پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و همچنين براي محدوده هاي THD.

مدار سلفي De – Tuned براي مسدود كردن هارمونيك ها (الگوي هارمونيك بار بايد قبل از تعيين درجه ناميزان سازي (De – Tuning) اندازه گيري شود).

انتخاب سطح خازن و سطح ولتاژ براساس درجه ناميزان سازي.

دستگاه هاي كليدزني با تقليل دهنده هاي داخلي براي تقليل امواج كليد زني براي خازن هاي قدرت.

اساسا اين خصوصيات با مطالعه متناسب هارمونيك هاي ولتاژ بار همراه است كه تضمين مي كند كه تاثير مخرب هارمونيك ها و تشديد از خازن ها دور شود كه بدين وسيله عمر خازن ها و كارايي كل سامانه الكتريكي را افزايش مي دهد.

 

نتيجه گيري

علم به شرايط و خصوصيات خازن ها و عوامل موثر بر آنها از جمله هارمونيك ها نه تنها موجب افزايش امنيت و سلامتي و طول عمر آنها خواهد شد بلكه سبب كاهش هزينه هاي پيش بيني شده و نشده در بكار گيري انرژي الكتريكي مي شود.