⭕️ چکیده ای از گرانش و فضا-زمان کوآنتومی

💫 قسمت دوم

🆔 @Physics3p

شاید زوم کردن روی فضا-زمان به راحتی زوم کردن بر روی ماده نباشد تا در نهایت به اتم برسیم چون ما در اینجا با بنیاد هستی درگیر خواهیم بود. در مطالب مربوط به نسبیت به وفور گفتیم فضا و زمان درهم تنیده اند و تغییر در یکی از آنها، تحریف دیگری را در پی خواهد داشت. همچنین گفتیم هرچه دقت ما در در پیمایش یا سنجش مکان(تندی) بیشتر شود، در سنجش زمان بی دقت تر خواهیم شد و اصطلاحأ زمان برایمان «کند» میگذرد. حال باید بدانیم اگر بینهایت بر روی این بنیاد هسته(فضا-زمان) زوم کنیم، در نهایت چه خواهد شد؟

کوتاه ترین طولی که ما قادر به اندازه گیری آن هستیم و در این طول کمیت های فیزیکی همچنان قابل تعریف و استفاده هستند، "طول پلانک" است پس ما در فرایند زوم کردن خود بر روی فضا-زمان دارای محدودیت هستیم. اما مشکل اینجاست که زمان نیز یکی از این کمیت های قابل سنجش فیزیکی است پس با توجه به درهم تنیده بودن و وابسته بودن آن به ابعاد مکانی، میتوان گفت در مقیاس کوچکتر از این طول، در سنجش زمان نیز دچار مشکل خواهیم بود. میدانیم تمام حرکت ها و کمیت های وابسته به آن که باعث درک و تعریف و در نهایت سنجش «حرکت» میشوند، با زمان نیز در ارتباط اند. برای مثال سرعت نیز نوعی از این کمیت هاست که میزان پیمایش مکان را در واحد زمان نتیجه میدهد و با موهومی شدن یا صفر شدن زمان، سرعت نیز غیرقابل سنجش میشود. پس در نتیجه میتوان تمام تعریفات حرکتی را ابطال دانست. بدین سان میتوان گفت حرکت نیز معنای فیزیکی خود را در این مقیاس از دست میدهد. پس آیا میتوانیم بگوییم در بنیادی ترین طولی که میتوان برای ابعاد مکانی قائل شد، فضا و زمان و در نتیجه فضا-زمان دیگر وجود ندارد؟!

در نظریه های کوانتومی گرانش که سعی در کوانیته کردن فضا-زمان دارند، گرانش را ناشی از تعاملات کوانتومی فضا-زمان میدانیم. برای مثال در نظریه گرانش کوآنتومی حلقوی، فضا-زمان را در بنیادی ترین حالت بطور حلقه هایی منبسط شونده که بصورت تارعنکبوت در شبکه هایی حلقوی که در نهایت به هم میرسند میدانیم که گرانش را نیز نتیجه میدهد اما در اینجا و در سایر نظریاتی که بر روی کوآنیته بودن فضا-زمان تمرکز دارند، دیگر خبری از کوانتوم گرانش نیست و ما با کوآنتوم فضا-زمان که گرانش را نتیجه میدهد سرو کار داریم!

اما قوانین اعمال شده تابحال به ما نشان میدهند ما قادر نیستیم فضا-زمان را در مقیاس کوچکتر از طول پلانک تعریف کنیم. پس این کوانتوم های فضا-زمانی که خود گرانش را نتیجه میدهند، کجا هستند و آیا ما قادریم آنها را مورد سنجش قرار دهیم یا باید اساس کوانتوم فضا-زمان و یا حتی تصورمان را از فضا-زمان دستخوش تغییر کنیم؟
ایا ما در حقیقت فضا-زمان یا حتی خود فضا و زمان را بدرستی درک کرده ایم و یا درک ناقص ما از این دو سبب‌شده تا نتوانیم نتیجه آنها یعنی گرانش را بخوبی تشریح کنیم و این سبب ناسازگاری قوانین فیزیک کشف شده تابحال توسط بشر با یکدیگر، مانند نسبیت عام و مکانیک کوانتوم شده است؟!

☑️ پایان.

✍‌ نگارش؛ ادمین کانال فیزیک کوآنتوم (A.M.H)

🆔 @Physics3p

📚 آشنایی با کیهانشناسی

🖊جیانت ویشنو نارلیکار
🆔 @Physics3p

🔹 موجودی که درون فضایی سه بعدی قرار دارد چگونه خمش جهان خود را می‌بیند؟

طبق اصل فرما نور در این جهان در امتداد ژئودوزیک ها سیر می‌کند. ژئودوزیک ها خطوطی روی سطح هستند که فاصله هر دو نقطه روی آنها کمترین فاصله را از هم دارند. برای مثال خط مستقیم، خط ژئودوزیک سطح مسطح محسوب می‌شود زیرا نقاط روی این خط کمترین فاصله را از هم دارند.
بنابراین جهان هر ناظری در نظرش مسطح به حساب می‌آید.

🆔 @Physics3p

📚 از تولد تا مرگ ستارگان

🖇 قسمت اول

🆔 @Physics3p

🔸در حقیقت تا قبل از کشف رابطه معروفE=mc²توسط انیشتین، ستارگان این رو کشف کرده بودند و ازش استفاده میکردند! با شروع قرن بیستم، پرسش ها درباره نحوه عملکرد ستارگان نسبت به قبل بیشتر شده بود. اما چه چیزی درباره یک ستاره وجود داره که برای ما جالبه؟! در ادامه میفهمیم ستارگان اولین موجودات این جهان هستند که جرأت کردند قوانین فیزیک رو زیر پا بگذارند!

🔹بعد از انفجار بزرگ، جهان تازه متولد شده، تنها دریایی بود از ذرات زیراتمی: الکترون، پروتون، نوترون(همچنین بیاد داشته باشید، پروتون ها و نوترون ها بعنوان ذرات غیربنیادی، از جز کوچکتری بنام کوآرک تشکیل شدند).
اما چیزی نگذشت که این ذرات زیراتمی وارد برهمکنش شده و نخستین و سبکترین عناصر، یعنی "هیدروژن" و "هلیم" از جدول مندلیف رو بوجود آوردند. این تازه شروع داستان بود. این ذرات با گذشت زمان سبب تشکیل نخستین سحابی ها شدند، سیستمی متشکل از گرد و غبار و جایگاهی مطمئن برای تولد نخستین ستارگان. طبق قوانین فیزیک، میدونیم هر "جرمی" سبب ایجاد نیروی ضعیف جاذبه گرانشی و تعامل با جرم های دیگه میشه. این ذرات هم، تحت جرم خودشون و با گذشت زمان، وارد برهمکنش ناشی از گرانش خودشون شده و هرچه تجمع اونها بیشتر میشد، بیشتر تحت تأثیر گرانش خودشون قرار گرفته و جزهای سنگین تری رو پدید میاوردند!

🔸در نهایت و با گذشت زمان، این عناصر و ذرات موجود در سحابی ها به اندازه ای فشرده شدند که دمای لازم برای تشکیل نخستین ستاره فراهم شد(طبق تعریف فیزیکی از دما، دمای یک سیستم برابر است با میانگین انرژی جنبشی و تندی مجموعه ذرات تشکیل دهنده سیستم. با این حساب بدیهی است با افزایش جنب و جوش ذرات در اثر گرانش، با افزایش دما روبرو خواهیم بود.) حالا ما با جسمی عظیم، با مجموعه ای از عنصرهای هیدروژن، ذرات الکترون، نوترون و پروتون روبرو هستیم که همچنان تحت تأثیر گرانش در حال بیشتر فشرده شدن هست.

🔹اما هرچه این فشردگی بیشتر میشه، تندی ذرات هم بیشتر شده و ذرات سبک تر بسمت لایه های بیرونی گسیل پیدا کرده و حالتی از ماده بنام پلاسما را تشکیل میدهند. این فرار ذرات بسمت بیرون با تندی زیاد برای رهایی از فشردگی بیشتر تحت تأثیر گرانش، باعث برخورد بیشتر این ذرات زیراتمی به هسته هیدروژن موجود در این توپ عظیم، و تبدیل اون به عناصر سنگین تر مانند، هلیم، کربن، آهن و... میشد که این فرآیند که به گداخت یا همجوشی هسته ای معروفه، با گسیل انرژی همراه بود.

👈🏻 برای مثال میدونیم که خورشیدما با تبدیل عناصر سبک تر مانند هیدروژن به هلیم، حجم عظیمی از انرژی که ما بصورت نور و گرما اون رو احساس میکنیم، بسمت زمین گسیل میکنه. اما چرا و چگونه این انرژی آزاد میشه و اصلأ چرا ستاره ها نور و گرما تولید میکنند؟!

🔸و اما جواب: گفتیم ماده و انرژی در حقیقت یک فردند با دو چهره متفاوت، که با رابطه هم ارزی جرم-انرژی، به همدیگه تبدیل میشن. در حقیقت این تبدیل شدن به معنای مرتعش شدن یا تغییر چهره دادن هست(تغییر ویژگی های فیزیکی ماده). وقتی ذره‌ای مانند پروتون یا نوترون به هسته اتمی مثل هیدروژن در یک ستاره برخورد میکنه، میشه با محاسبات ریاضی فهمید مجموع جرم ذرات قبل از برخورد در مقایسه با جرم این ذرات بعد از برهمکنش و تشکیل ماده یا مواد جدید، بیشتر هست! یعنی ما اینجا با یک کاهش جرم روبرو هستیم که این کاهش جرم در واکنش های هسته ای در حقیقت همون تبدیل ماده به انرژی هست که ما از ستارگان بصورت نور و گرما دریافت میکنیم. برای توضیح بیشتر باید بگم، در این برخورد برای مثال یک ذره نوترون به دو ذره پروتون و الکترون تبدیل شده که به واپاشی بتای منفی معروفه که عکس این فرآیند که ذره ای بنام پوزیترون(پاد ذره الکترون) بجای الکترون تولید میکنه، به واپاشی بتای مثبت شهره خاص و عام هست! که همواره با تولید مقداری انرژی همراست.

🔹علاوه بر این ذرات، ذره‌ی نسبتأ بی جرمی بنام نوترینو هم تولید میشه. و در نتیجه همه‌ی اینها در طی فرآیند تبدیل ماده، ما شاهد نمود ذرات با انرژی جنبشی و "ارتعاش" زیاد و گاهی هم با ویژگی های فیزیکی متفاوت (مانند نوترینو) هستیم که ما آنها را بصورت نور و گرما احساس کرده و اسمشون رو هم گذاشتیم "انرژی"! پس همانطور که دیدید، انرژی در حقیقت همون بازی با ذرات ماده و مرتعش کردن و بهم کوبیدن اونهاست!(البته این تعریف نسبیتی انرژی بود که به ما میگه، ماده و انرژی تنها در برخی ویژگی های فیزیکی قابل تبدیل به هم، متفاوت هستند که ما شاهد این تبدیلات در فرآیند هسته ای درون ستارگان هستیم و شاهد تبدیل شدن جرم(ماده) به انرژی خواهیم بود).

ادامه دارد....

🆔 @Physics3p

📚 از تولد تا مرگ ستارگان

🖇 قسمت دوم

🆔 @Physics3p

🔹اما داستان ستاره ای ما همچنان ادامه داره... این ستاره‌ی تازه متولد شده ما با توجه به اندازه‌اش، تا حداکثر چند میلیارد سال فرصت داره تا تمام هیدروژن ذخیره‌ای خودش رو با فرآیند گداخت، به ذرات سنگین تر مانند هلیم، کربن، آهن و... تبدیل کنه(طول عمر این ستاره، با جرم و در نتیجه گرانش ناشی از اون، رابطه عکس داره!).

🔸در نهایت با تموم شدن سوخت هیدروژنی، این ستاره ما از سر ناچاری میره سراغ ذره سنگین تر از هیدروژن، یعنی هلیم! فرآیند تبدیل هلیم به عناصر سنگین تر، به این ستاره فرصت زندگی بعنوان یک "کوتوله سرخ" در حال مرگ رو میده که ممکنه اینم چند میلیارد سالی، با توجه به جرم اون ستاره بطول بینجامه. اما در نهایت سوخت هلیم ستاره‌ی داستان ما هم به پایان رسیده و دیگه انرژی‌‌ای برای مقابله با گرانشی که همچنان در تلاشه تا این جرم عظیم رو بسمت مرکز و فروریزش به درون خودش بکشونه، وجود نخواهد داشت. در نتیجه ستاره ما با توصل به عناصر سنگین‌تر مانند کربن، سعی در مقابله در برابر گرانش را خواهد داشت تا جاییکه در آخر تنها کره ای سنگین و آهنی باقی خواهد ماند که ما اون رو بعنوان "کوتوله سفید" میشناسیم.

⭕ اما صبرکنید! آیا همه ستارگان سرنوشتشون رسیدن به این مرحله هست و چرا ستاره بعد از رسیدن به این مرحله بیشتر به درون خودش فروریزش نمیکنه؟!

🔹و اما جواب: دلیل عدم فروریزش بیشتر ستاره به درون خودش، «اصل طرد پائولی» هست که در نتیجه این اصل، الکترون ها در برابر این گرانش روبه درون، فشار گریز روبه بیرونی وارد میکنند و از فروریزش بیشتر جلوگیری میشه. درواقع این اصل و همچنین نیروی دافعه الکترومغناطیسی بین الکترون ها، بعنوان مدافع ماده در برابر بیشتر فشرده شدن عمل میکنند. اما در پاسخ به سؤال اصلیمون، باید بگیم همه‌‌ی ستارگان به این سرنوشت دچار نمیشن و برای رسیدن به این مرحله، باید ستاره مورد نظر محدوده جرمی مشخصی داشته باشه که این محدوده یا نهایت جرم، توسط فیزیکدان هندی بنام سابرامانیان چاندراسخار در سال ۱۹۳۰ محاسبه شد که به "حد چاندراسخار" معروفه. این حد جرمی، به ما میگه یک ستاره با حداکثر چه جرمی میتونه در نهایت به کوتوله سفید تبدیل بشه!

🔸اما اگر ستاره ما جرم بیشتری داشته باشه، دو سرنوشت متفاوت دیگه برای اون خواهیم داشت:
اولین مورد تبدیل به "ستاره نوترونی" هست که در این ستارگان، پروتون و الکترون موجود در ستاره در آخرین مرحله که در توضیحات قبلی، ستاره ما در حال تبدیل به کوتوله سفید بود، به نوترون تبدیل شده و این ذرات، با تندی زیادی نزدیک به تندی نور، بسمت لایه بیرونی حرکت میکنند. یعنی جرم این نوع ستارگان به اندازه‌ای هست که گرانش بر نیروی دافعه الکترومغناطیسی بین ذرات غلبه کرده و ذرات درون اتم ها از هم پاشیده و در نتیجه، ما با سوپی از ذرات زیراتمی روبرو هستیم. در این سوپ تشکیل شده، الکترون ها و پروتون ها بعنوان ذرات ناهمنام باردار با هم برهمکنش کرده و به نوترون تبدیل میشن!

🔹در این ستارگان دو اتفاق جالب میافته: اول اینکه چون از الکترون خبری نیست و تمام ذرات در طی زمان به نوترون تبدیل میشن، جرم ستاره خیلی زیاده!! دوم هم اینکه این ستارگان طی این فرآیند حرکت سریع، با سرعت زاویه ای زیادی بدور خودشون گردش میکنند که برخی از اونها اشعه زیادی به اطراف ساطح کرده و مثل فانوس دریایی در فضای بین ستاره‌ای عمل میکنند که به «پالسار» معروف هستند(این پالسارها بعنوان نویزهایی در قالب امواج الکترومغناطیسی با آهنگ و ریتم منظم قابل دریافت هستند).

ادامه دارد....

🆔 @Physics3p

📚 از تولد تا مرگ ستارگان

🖇 قسمت سوم

🆔 @Physics3p

🔹همانطور که دیدیم، بازی با این ذرات زیر اتمی و تبدیل اونها به یکدیگر و تبدیل ماده و انرژی طی این فرآیند، عملکرد اصلی ستاره هاست که هرچی جرم یک ستاره بیشتر باشه، گرانش فروریزش ستاره هم بیشتر بوده و در نتیجه ستاره برای فرار از این فروریزش و حفظ «قوانین و اصول فیزیکی» مثل اصل طرد، سعی در فرار از این گرانش داره که بازهم جرم اون ستاره سرنوشتش رو رقم میزنه! و اما سرنوشت سوم یک ستاره که مارو به موضوع فضا-زمان و نسبیت عام سوق میده، تبدیل ستاره با جرم زیاد به سیاهچاله هست!

🔸برای رسیدن یک جسم به یک سیاهچاله، یک حد اندازه خاصی بنام "شعاع شواتزشیلد" وجود داره که در مطالب مربوط به نسبیت در این کانال مورد بررسی قرار گرفت. آخرین مرحله ای که برای یک ستاره با جرم زیاد رقم میخوره، تبدیل ستاره به سیاهچاله هست. اینحالت که بعنوان سومین سرنوشت یک ستاره شناخته میشه، بدین صورته که اگر در مرحله تشکیل ستاره نوترونی، جرم ستاره به حدی زیاد و در نتیجه گرانش زیادی وجود داشته باشه که بتونه "نوترون" هارو هم در هم بشکنه، اینجاست که دیگه ما شاهد نوعی جدیدی از سوپ، بنام سوپ کوآرکی هستیم!(گفتیم که کوآرک ها جز کوچکتر نوترون ها و پروتون ها هستند).

🔹اما معمولأ بدلیل اینکه گرانش در اینگونه ستاره ها تا این لحظه از تشکیل، به حدی بوده که بر نیروی الکترومغناطیس، هسته ای قوی و ضعیف مقابله کرده، ستاره بیشتر فشرده شده و به جسمی با جرم و گرانش بسیار زیاد بنام "سیاهچاله" تبدیل میشه! اما چیزی که سیاهچاله ها و فیزیک سیاهچاله رو برای ما جذاب میکنه، اینه که در این اجسام گرانش به حدی به نیروی های گریز که قبل از تبدیل ستاره به سیاهچاله وجود داشت غلبه کرده، که در نتیجه باعث تسلیم این نیروها و ایجاد نیروی گرانشی عظیم در این اجسام شده که حتی نور هم توان گریز از این جاذبه ناشی از اون رو نخواهد داشت. و بدتر از اون اینه که هیچکدوم از قوانین فیزیک در محدوده فراتر از افق رویداد این ستاره مرده، میشه گفت کارایی نداره و ما واقعأ نمیدونیم اون داخل چه خبراست؟!
اما همه ی این سیاهچاله ها هم از مرگ ستاره های عظیم الجثه پدید نیومدن و حتی برخی از اونها در اوایل تشکیل کیهان، در اثر تکینگی زیاد، وجود داشتند.

👈🏻 اما این آخرین سرنوشتیه که برای یک ستاره بعد گذر از مرحله ستاره هیدروژنی و هلیمی(کوتوله سرخ)، میشه در نظر گرفت که تابحال مشاهده و بررسی شده. دیدیم که تمام این سرنوشت‌های ستاره ای بعد از انفجار ستاره کوتوله سرخ(کوتوله سفید، ستاره نوترونی، ستاره کوآرکی و سیاهچاله) و حتی نوع و شدت این انفجار، به جرم و در نتیجه گرانش ستاره اولیه بستگی داره و این عامل "جرم" بوده که تعیین کننده سرنوشت ستاره در حال مرگ خواهد بود.

✅ پایان.

〰〰〰〰〰〰〰〰〰〰〰〰
♻️ برگرفته از: سری دوم مطلب نسبیت به زبان ساده/نوشته A.M.H

🆔 @Physics3p

درست چند لحظه(کمتر از دو دقیقه) پس از بیگ بنگ، نیروهای اصلی طبیعت و همچنین ماده و انرژی وارد بازی بزرگ کیهانی شدند
چندی نگذشت که ذرات زیراتمی کوآرک ها و سایر لپتون ها(ذرات بنیادی یا فاقد جز تشکیل دهنده) نیز به این نمایش بزرگ پیوستند.
تا ۳۸۰،۰۰۰۰ سال این روند ادامه یافت و سوپ اولیه کیهان مملو از ماده و انرژی، در قالب فضای «درخشانِ تاریک» به حیات خود ادامه داد...

🔵 اما چرا فضای درخشانِ تاریک؟

پس از تشکیل ذرات ماده و انرژی و همزمان با آن، الکترون ها، نیز که یکی از این ذرات بنیادی هستند پا به عرصه گیتی گذاشتند بطوریکه این الکترون های پر انرژی و پرسرعت در سوپ داغ اولیه کیهان سرگردان بودند.
در همین حین فوتون ها(ذرات انرژی حامل نور) نیز از برهمکنش الکترون و همتای پادماده آن یعنی پوزیترون، بوجود میامدند اما این فوتون ها در لحظه بسیار بسیار کوچک بعد از بوجود آمدن، با این الکترونهای سرگردان در سوپ داغ اولیه، برهمکنش کرده و نابود میشدند

«بنابراین جهان اولیه پس از بیگ‌بنگ، تا ۳۸۰،۰۰۰ سال جهانی داغ و درخشان و تاریک(غیرقابل دیدن) بود که مملو از ذرات ماده و انرژی بوده است»

🆔 @Physics3p

ادامه👇

ادامه:

اما این جهانِ تاریک، با گذشت زمان به انبساط خود ادامه میداد و هرچه میگذشت سردتر و کم انرژی تر میشد
با کاهش دما تا حدود ۳۰۰۰ کلوین انرژی و سرعت الکترونهای سرگردان به اندازه ای پایین آمد که پروتون های اولیه قادر به گیر انداختن آنها شدند و اتم های اولیه(هیدروژن، هلیم و...) تشکیل شدند.

حال فوتون ها قادر بودند آزادانه و بدون آنکه نگران در بند شدن الکترون ها باشند در فضا به سیر و سلوک بپردازند...
تابش به جا مانده از این نور(فوتون های اولیه) را "تابش زمینه کیهانی" میگویند.

از آنجا که همچنان جهان منبسط تر و سردتر میشد، انرژی این تابش اولیه فوتون ها نیز کاهش میافت. بگونه ای که با کاهش انرژی طول موج آن بزرگتر شده که امروزه در محدود ریز موج قرار گرفته است(دمای فعلی جهان به حدود ۲/۷ کلوین رسیده است)

«بنابراین در حال حاضر به این تابش، تابشِ ریز موج زمینه کیهانی یا به اختصار CMB میگوییم»

🆔 @Physics3p

🔸 دو ناظر را در نظر بگیرید که نسبت به هم در حال حرکت هستند. در لحظه‌ای که این دو از کنار هم می‌گذرند، علامت نوری جرقه بزند و یک جبهه موج کروی در فضا منتشر شود. اصل ثابت بودن سرعت نور بیان می‌کند که هر دو ناظر که نسبت به یکدیگر حرکت میکنند باید در هر لحظه خود را در مرکز کره‌ای به شعاع ct ببینند. اگر مختصات یک دستگاه را با پریم و دیگری را بدون پریم نشان دهیم، برای هر دو دستگاه روابط زیر باید برقرار باشد:

x²+y²+z²=(ct)²
x'²+y'²+z'²=(ct')²

بنابراین نتیجه میگیریم که عبارت x²+y²+z²–(ct)² باید برای تمامی ناظران طبق اصل ثابت بودن سرعت نور برابر باشد. با استفاده از همین دو رابطه به سادگی می‌توان تبدیلات لورنتس را که مشاهدات دو ناظر لخت را به یکدیگر ارتباط می‌دهد و روابط انقباض طول و اتساع زمان را بدست آورد.

همین اصل به ظاهر ساده که توسط اینشتین مطرح شد توانست دید ما را نسبت به فضا و زمان تغییر دهد و باعث شد به جای فضا و زمان بگوییم فضا-زمان .

🆔 @physics3p

‍ نسبیت همزمانی

از نظر فیزیک نیوتنی، اگر دو پدیده با یکدیگر همزمان باشند آنگاه از نظر تمامی ناظران این دو پدیده در یک لحظه و همزمان خواهند بود. اما آیا این واقعاً صحیح است یا صرفاً به دلیل چیزی که درون ذهن ما بر اساس رویداد های روزمره شکل گرفته است اینطور تصور می‌کنیم؟

قطاری را در نظر بگیرید که با سرعت ثابت نسبت به ریل در حال حرکت است و درون یکی از واگن های آن میز بلندی وجود دارد که دو نفر به نام های A و B در دو سر این میز نشسته اند و یک منبع نور وسط میز به طوری که فاصله یکسانی از A و B دارد، قرار گرفته است.
در یک لحظه‌ی مشخص این منبع نور روشن می‌شود. به دلیل اینکه منبع نور فاصله یکسانی از A و B دارد و نور با سرعت یکسانی به دو طرف حرکت می‌کند بنابراین A و B توافق دارند که نور همزمان به آنها رسیده است.
ولی این پدیده از نگاه ناظران بیرون قطار چگونه است؟ آیا آنها هم اعتقاد دارند که نور همزمان به A و B رسیده است؟

از نگاه ناظران بیرونی هم طبق اصل ثابت بودن سرعت نور، نور به هر دو طرف با سرعت یکسانی حرکت می‌کند اما A در جهت حرکت قطار نشسته و بنابراین ناظران بیرون قطار می‌بینند که A به طرف پرتو نور حرکت می‌کند و بنابراین نور سریع تر به او می‌رسد. از طرفی B که خلاف جهت حرکت قطار نشسته، به نظر می‌رسد که در حال دور شدن از پرتو نور است و بنابراین پرتو نور دیر تر از A به او می‌رسد. پس این پدیده از نظر ناظران بیرون قطار همزمان نیست.

سوال پیش می‌آید که کدام درست می‌گویند، افراد درون قطار یا بیرون قطار ؟
فیزیک می‌گوید هر دو.

🆔 @Physics3p

پیش از این در مورد اثر کامپتون صحبت کردیم. اما چرا برخورد بین فوتون و الکترون آزاد کشسان یعنی شبیه برخورد دو توپ بیلیارد است؟ چرا الکترون آزاد نمی‌تواند فوتون را جذب کند؟
در صورتی که معادلات پایستگی انرژی و تکانه را برای حالتی در نظر بگیریم که الکترون آزاد فوتون را جذب می‌کند به نتایج غیرمعقولی می‌رسیم. پاسخ معادلات برای سرعت الکترون پس از جذب (فرضی) یا باید برابر با سرعت نور باشد، که غیرممکن است زیرا ذرات جرمدار محال است با سرعت نور حرکت کنند. یا برابر با صفر باشد که این نتیجه هم منطقی نیست. بنابراین باید برخورد بین الکترون آزاد و فوتون را کشسان در نظر بگیریم.

🆔 @Physics3p

اثر کامپتون:
https://hottg.com/physics3p/3761

📚 کتاب به خاطر فیزیک
نویسنده:والتر لوین
فارسی

🆔 @Physics3p

‍ ‍ .

🌀 نظریه ابرتقارن چیست؟

🔸 چیزی که پیش روی هر نظریه کاندیدای نظریه همه چیز می باشد این است که بتواند نیرو ها و ذرات را باهم متحد کند.

🆔 @Physics3p

🔹 نظریه ابر تقارن با ارائه ی یاران ابر متقارن برای هر یک از ذرات، بطوریکه هر فرمیون دارای بوزونی به عنوان یار باشد و برعکس، اتحاد بین ماده و نیروهای طبیعت را پیشنهاد می کند. این نظریه جرمی یکسان برای هر یار پیش بینی می کند. برای مثال یاران ابرمتقارن نظری برای فوتون و گراویتون به ترتیب فوتینو و گراویتینو است و برای الکترون و کوارک به ترتیب سلکترون و سکوارک می باشد. در عکس پایین متن جدولی از یاران ابرمتقارن برای هریک از دو گروه بوزون (ذرات حامل نیرو) و فرمیون (ذرات مادی) را مشاهده می کنید.

🔸 نکته ی قابل توجه این است که تفاوت بین اسپین یاران ابرمتقارن و اسپین خود ذرات برابر با ۱/۲ است. اما چرا این نظریه جزء یکی از کاندیدای نظریه همه چیز است؟

🔹 ابرتقارن می تواند توضیح دهد که ذره هیگز آنقدر سبک است. (برای مطالعه در زمینه ذره هیگز، بوزون هیگز را در کانال سرچ کنید) جرم مشاهده شده از این ذره در LHC (شتابدهنده ی ذرات) بسیار کمتر از مقداری بود که پیش بینی می شد. مدل استاندارد جرمی تریلیون ها برابر آنچه مشاهده شد را برای این ذره پیش بینی می کرد. یاران ابرمقارن که نظریه ابرتقارن پیش بینی می کند می توانند حلال این مشکل باشند؛ ذرات اضافی می توانند سهم جرم یاران را از ذره هیگز بیرون بیاورند. این توضیح، جرم کم مشاهده شده را ممکن می سازد.

🆔 @Physics3p

🔸 همچنین این نظریه می تواند توضیحی برای ماده ی تاریک ارائه دهد. چرخش بعضی از خوشه ها، میزان انحراف نور توسط عدسی گرانشی و عوامل دیگری، توجیح کننده گرانش بیشتری نسبت به آن گرانشی که اجرام شناخته شده و مرئی می توانند ایجاد کنند است. به عبارتی جرم بیشتری باید وجود داشته باشد که عامل آن برهمکنش ضعیفی دارد و با عدم تابش پرتو های الکترومغناطیس و نور، آشکار سازی آن بطور مستقیم امکان پذیر نیست ولی از تاثیرات ان با خبریم. ماده تاریک نوعی ماده است که در اخترشناسی و کیهان شناسی برای توضیح پدیده هایی پیشنهاد شد که بنظر می رسد ناشی از وجود میزان خاصی از جرم باشند که از جرم مشاهده شده در کیهان بیشتر است. ابرتقارن، ذره ای خنثی با برهمکنشی بسیار ضعیف با ذرات دیگر را پیش بینی می کند، این توضیح دقیقا چیزی است که فیزیکدانان برای منشا ناشناخته ماده تاریک ارائه می دهند. نظریه ابرتقارن می تواند ما را در مسیر درستی به سمت یک نظریه وحدت یافته فیزیک قرار دهد. اگر نظریه ابرتقارن شامل مدل استاندارد شود سه نیروی ساختاری الکترومغناطیس، نیروی ضعیف هسته ای و نیروی قوی را که مدل استاندارد توصیف می کند یگانه می کند. به عبارتی ابرتقارن این معنا را می دهد که هر سه نظریه ها در سطح انرژی بالا یک مقدار قدرت دارند. همچنین نظریه ابرتقارن می تواند نظریه ریسمان را تقویت کند.

🆔 @Physics3p

🔹 ابرتقارن را گاهی پله ی محکمی برای نظری ریسمان می دانند؛ چرا که برای تحقق نظریه ریسمان بعضی از نسخه های ابرتقارن باید وجود داشته باشند. نظریه ریسمان یکی از کاندید های نسبتا امیدوار کننده ی نظریه همه چیز است ولی امتحان کردن آن بسیار مشکل است، با این وجود کشف درستی نظریه ابرتقارن می تواند حداقل پیشگامان نظریه ریسمان را آگاه سازد که آنها واقعا در راه درستی قدم می گذارند!

🔸 با وجود دهه ها جست و جوی فراوان، هیچ کس مدرک و شواهدی برای ابرتقارن مشاهده نکرده است. امیدوار کننده ترین راهی که بتوان مدرکی برای این نظریه پیدا کرد برخورد دهنده بزرگ ذرات هادرونی (LHC) است. با این وجود، این مشکل هم پابرجاست که برای مشاهده یاران ابرتقارن در آزمایشگاه این تقارن باید شکسته شود و با این که جرم این یاران همانند یاران عادیشان هست، با شکسته شدن تقارن این یاران جرمی صد ها یا هزاران بار سنگین تر برجا می گذارند و انرژی لازم برای پیدا کردن آن ها
وحشتناک است!
🆔 @Physics3p


منابع:
سایت علمی بیگ بنگ

کتاب استیون هاوکینگ ذهنی رها/نوشته کیتی فرگوسن

کتاب جهان در پوست گردو/نوشته: استیون هاوکینگ

⚡بررسی قاعده زیر از دید مکانیک نسبیتی:


🆔 @Physics3p


وقتی جریان های موجود در دو رسانای موازی و بینهایت طویل همجهت باشند این دو رسانا از نظر مغناطیسی همدیگر را جذب میکنند و وقتی جریانها در خلاف جهت هم باشند رسانا ها هم را دفع میکنند 💥

برای بررسی این پدیده از دید نسبیتی توجه خود را به نیروی الکتریکی خالص وارد بر بارهای مثبت و‌ منفی موجود در یکی از سیمهای رسانا متمرکز میکنیم و برهم کنش های مغناطیسی را مستثنی میکنیم . جریان هر سیم را ناشی از حرکت تعداد یکسانی بار های مثبت و منفی در نظر میگیریم و نتیجتا نیروی خالص وارد بر یک بار معین که از تمام بارهای مثبت و منفی دیگر در همان سیم ناشی میشود صفر است . و تنها نیرویی باقی میماند که از طرف بارهای موجود در سیم دیگر بر این بار معین وارد میشود


🔎حالت اول :


دوسیم را در نظر میگیریم که جریانهای هم جهت دارند برای یافتن نیروی وارد بر یک بار مثبت نخست دستگاه مختصاتی را به دستگاه لختی که در آن بار مثبت ساکن است تبدیل میکنیم( بار مثبت روی سیم یک یا دو تفاوتی ندارد) ناظر واقع در این چارچوب جدید بار های مثبت را ساکن می بیند در این حالت در اثر انقباض فضایی فاصله میان بار های منفی مجاور کمتر از حالتی میشود که دستگاه مختصات نسبت به خود سیم ساکن باشد چرا که‌ ناظر ما همراه بار مثبت با سرعت نور در حال حرکت است .
به دلیل انقباض فضایی مذکور تعداد بارهای منفی در واحد طول بیش از تعداد بارهای مثبت خواهد بود از این رو از دید یک بار مثبت موجود در سیم( یک) بار خالص سیم( دو) منفی است و این بار مثبت جذب سیم( دو) میشود . برای بررسی بار منفی هم مانند بالا ابتدا دستگاه مختصات را دستگاه لختی در نظر میگیریم که بار منفی نسبت به ان ساکن است و مراحل را ادامه میدهیم


🔎حالت دوم:


دو سیم با جریان های خلاف جهت هم را مد نظر قرار میدهیم برای یافتن نیروی وارد بر یک بار مثبت نخست آن را در چارچوب مرجعی که در آن این بار ساکن است مشاهده میکنیم ناظر ما همراه بار مثبتی در سیم (یک) است که با سرعت نور حرکت میکند در اثر انقباض فضایی و ساکن بودن بارهای منفی در سیم (دو) تعداد بارهای مثبت در واحد طول سیم دو از بار های منفی همین سیم بیشتر است و بار مثبت مورد نظر در سیم یک سیم دو را با بار مثبت می یابد و بنابر این دو سیم همدیگر را دفع میکنند در بررسی بار منفی هم به نتایج مشابه میرسیم.

1️⃣ 🆔 @Physics3p

🔎حالت اول: دو سیم با جریانهای هم جهت

از دید ناظری که نسبت به بار مثبتی در سیم (یک) ساکن است تمامی بار های مثبتی که در سیم (دو ) هستند هم نسبت به ناظر ساکن اند چرا که جهت سوق بار مثبت به بار منفی یکسان با جهت حرکت ناظر و سرعت حرکت ذرات مثبت و منفی برابر است اما جهت سوق بارهای منفی به سمت بار های مثبت در سیم (دو) بر خلاف جهت حرکت ناظر است پس ناظر برای بار های منفی انقباض فضایی را مشاهده میکند و در واحد طول سیم(دو) تعداد بار های منفی از بار های مثبت در همین سیم بیشتر میشود و درنهایت بار مثبتی که در نظر داشتیم جذب سیم (دو) با بار خالص منفی میشود.
2⃣ 🆔 @Physics3p

🔍حالت دوم: دو سیم با جریانهای خلاف جهت هم

از دیدگاه ناظری که نسبت به بار مثبتی در سیم (یک) ساکن است تمامی بار های منفی که در سیم (دو )هستند نیز نسبت به این ناظر ساکن اند چرا که سرعت حرکت انها یکسان و جهت سوق بار منفی به سوی بار مثبت با جهت حرکت ناظر یکسان است اما جهت سوق بار های مثبت به سمت بارهای منفی در سیم (دو) در خلاف جهت حرکت ناظر است پس ناظر برای بار های مثبت مجاور انقباض فضایی مشاهده میکند و در واحد طول سیم (دو) تعداد بارهای مثبت از بارهای منفی در همین سیم بیشتر میشود و در نهایت بار مثبتی که در نظر داشتیم سیم (دو ) را با بار خالص مثبت دفع میکند.

3⃣ 🆔 @Physics3p

📚 روی دیگر حقیقت

🖋 کارل روولی

🆔 @Physics3p

‍ تولید انرژی‌ در ستارگان:
🆔 @Physics3p

فرایند گداخت هسته‌ای در ستارگان به دو دسته تقسیم می‌شوند. زنجیره پروتون-پروتون یا (p-p) که در ستارگان با جرم پایین که دمای هسته‌ی آنها به ۱۶ میلیون کلوین نمیرسد و چرخه کربن نیتروژن اکسیژن (CNO) که در ستارگان پرجرم تر اتفاق می‌افتد.

زنجیره p-p
مرحله اول:
دو پروتون با هم جوش می‌خورد و ایزوتوپ هیدروژن (دوتریوم)، یک پوزیترون و یک نوترینو تولید می‌کنند. که نوترینو به دلیل برهمکنش بسیار ضعیفی که با ماده دارد طی چند ثانیه از هسته خورشید خارج می‌شود و پوزیترون (پاد الکترون) با یک الکترون آزاد برخورد کرده و پرتو گاما تولید می‌کنند.

مرحله دوم:
پروتون سوم با هسته‌ی دوتریوم جوش خورده و ایزوتوپ هلیم ۳ تولید می‌کند. انرژی آزاد شده در این حالت توسط پرتو گاما حمل می‌شود.

مرحله سوم:
در این مرحله آخر دو هلیم ۳ بهم جوش خورده و هلیم معمولی و دو پروتون تولید میشود.

چرخه CNO
مرحله اول:
یک اتم کربن و یک پروتون با یکدیگر جوش می‌خورند ایزوتوپ نیتروژن (۱۳) و پرتو گاما تولید می‌کنند.
مرحله دوم:
ایزوتوپ نیتروژن تولید شده در مرحله قبل به ایزوتوپ کربن واپاشیده می‌شود و پوزیترون و نوترینو تولید می‌کند.
مرحله سوم:
ایزوتوپ کربن با پروتون جوش میخورد و نیتروژن پایدار و پرتو گاما تولید می‌کنند.
مرحله چهارم:
نیتروژن با یک پروتون جوش میخورد و ایزوتوپ اکسیژن (۱۵) به همراه پرتو گاما تولید می‌کنند.
مرحله پنجم:
ایزوتوپ اکسیژن واپاشیده شده و ایزوتوپ نیتروژن و یک پوزیترون و نوترینو تولید می‌کند.
مرحله ششم:
در نهایت هسته هلیم زمانی که نیتروژن و پروتون باهم جوش میخورد تولید می‌شود و کربن که در این فرایند نقش کاتالیزور را داشته تولید میشود.

🆔 @Physics3p

منبع: اخترفیزیک ستاره ای جلد۳ اریکا بوم-ویتنس

شاید بتوان گفت چیزی که بیشتر از هر چیزی مکانیک کوآنتومی را برایمان مبهم و غیرقابل درک با بهره گیری از ذهنیت کلاسیک میکند، تفاسیر مطرح شده در مکانیک کوآنتومی هستند

اما چرا در مکانیک کوآنتومی نیاز به تفسیر داریم و چگونه است که علم در اینجا محتاج فلسفه میشود؟

اگر بخواهیم مکانیک کوآنتومی را خلاصه کنیم، میتوانیم بگوییم ما برای هرچیزی در جهان میتوانیم یک معادله ریاضی توصیفگر آن را بنویسیم.
این معادله ریاضی در زبان کلاسیکیِ فیزیک، همان معادله حرکتِ معروف نیوتن است
اما به زبان مکانیک کوآنتومی، این معادله همان معادله شرودینگر نام دارد، که برای سیستم مورد بررسی یک تابع موج میدهد که این به سبب خاصیت دوگانگی مواد است
هر سیستم کوآنتومی تنها میتواند یک حالت خاص را اختیار کند، برای مثال، یک شخص میتواند یا بخندد یا گریه کند و ممکن نیست که همزمان هم بخندد و هم بگریَد
در مکانیک کوآنتومی، هر یک ازین حالتهای خاصی که سیستمِ مورد بررسی میتواند اختیار کند را یک حالتِ مجاز مینامیم
کاری که تابع موج انجام میدهد این است که احتمالِ حضور سیستم مورد بررسی را در یکی از این حالتهای مجاز نشان دهد

🆔 @Physics3p

ادامه👇👇

اما تفاسیر مکانیک کوآنتومی چگونه ظاهر میشوند؟

چیزی که این احتمال را به قطعیت تبدیل میکند عملِ فعالِ اندازه گیری است. برای مثال شما تا زمانی که وضعیت گربه درون جعبه را مورد سنجش قرار ندهید نمیتوانید بگویید مُرده است یا زنده
پس چیزی که احتمال ۵۰ درصدِ مُرده بودن و ۵۰ درصدِ زنده بودنِ گربه را از نظر شما به ۱۰۰ درصد زنده یا ۱۰۰ درصد مرده تبدیل میکند، عمل اندازه گیری است.

اما چه اتفاقی میافتد که تابع موج که تنها احتمالِ هر حالتِ مجاز را بیان میکرد با مشاهده و اندازه گیری به قطعیت تبدیل میشود؟

این موضوع که در مکانیک کوآنتومی از آن بعنوان مشکلِ اندازه گیری یاد میشود، در حقیقت از اینجاست که پای تفاسیر و فلسفه را به این علم باز میکند

برای توجیه این موضوع تفاسیر گوناگونی مطرح شده اند که از معروف ترین آنها تفسیرِ کپنهاگی که رُمبش تابع موج را مطرح میکند و تفسیرِ جهانهای چندگانه(موازی) هستند که عمل برهم نهی و ناهمدوسی برای توجیه پویایی موضوع اندازه گیری مطرح هستند.


🆔 @Physics3p