فیزیک

مقدمه
نویسنده : امین احمدی - ساعت ٩:٠٠ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 

فیزیک 

فیزیک جستجویی برای درک بهتر جهان.وعلمی است که ماهیت ماده وانرژی ورابطه ی بین آن ها رابررسی می کند. فیزیک به رده هایی تقسیم می شود این رده هاشامل گرما. الکتریسیته. مکانیک .آهنربایی.

نورو... هستند.  

خواهشمندم نظرخواهی یادتون نره.


 
 
سونار
نویسنده : امین احمدی - ساعت ۸:٥٥ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 
سونار ( SONAR)
ناوبری و تشخیص فاصله توسط صوت ( Sound Navigation And Ranging )

[ مکانیک و ترمودینامیک ]

سیستم سونار
Sonar System

واژه سونار به چه معناست؟
SONAR = Sound Navigation And Ranging
سونار = ناوبری و تشخیص فاصله توسط صوت 

تعریف سونار:
تکنولوژی است که با استفاده از انتشار صدا در زیر آب قادر به شناسایی دیگر ناوها و کشتی هاست .

تاریخچه سونار:
در سال 1906 ، اولین سونار غیر فعال جهت شناسایی توده های یخ توسط لوییس نیکسون اختراع گردید .
در جنگ جهانی اول به علت نیاز به شناسایی اهداف دریایی تمایل به استفاده از سونار افزایش یافت .
پاول دانکوین فرانسوی به همراه کنستانتین چلوسکی روس موفق به اختراع اولین سونار فعال در سال 1915 شدند .
 اگرچه مبدل های پیزوالکتریک نسبت به این سونار ترجیح داده شدند ، اما در جای خود این نوع سونارها آینده روشنی را در علم رادار شناسی باز کردند .
در سال 1916 زیر نظر بخش تحقیقاتی و اختراعات ناوگان دریایی بریتانیا ، رابرت بویل ( فیزیکدان کانادایی) ، پروژه ای را بر عهده گرفت و با تشکیل کمیته تحقیقاتی تشخیص ضد زیر دریایی، ASDICموفق به ساخت نمونه ی آزمایشی شدند که با نام شناخته شد. درسال 1918 انگلیس و ایالات متحده متفقا موفق به ساخت سیستم های مجهز به سونارفعال گشتند ، ودرسال 1923 تولید این نوع سیستم ها به طور رسمی آغاز گشت . پس از جنگ جهانی دوم ناوگان آمریکا اقدام به تولید کشتی ها و زیر دریایی های که دارای فناوری معروف به ماهی کوچک بودند ، کرد .

تفاوت سونار با رادار:
 رادارها امواج الکترومغناطیسی به‌کار می‌برند، و سونارها از امواج فراصوتی، که مانند امواج صوتی، ولی دارای بسامد بسیار بالا هستند استفاده می‌کنند. امواج فراصوتی هم مانند امواج صوتی و نور بازتابش می‌شوند. به کمک این امواج بازتابش شده ی نقشه ی سطح زیر دریاها و جای پستی و بلندی‌ها کاملاً مشخص می‌شود.

شرط عملکرد سیستم سونار:
نسبت سیگنال به پارازیت مشخص میکند که آیا سونار می تواند سیگنال هایی را در حضور پارازیت های زمینه در اقیانوس مشخص کند یا خیر.
برای این کار مواردی از جمله مرتبه منبع ، انتشار صدا ، جذب صدا ، اتلاف در انعکاس ، صداهای محدود و ویژگی های دریافت کننده در نظر گرفته می شود.

انواع سونار:
سونار دو نوع است :
(سونار فعال)Active Sonar
(سونار غیر فعال)Passive Sonar

سونار فعال ( محدوده پژواک ):
سیستم سونار فعال ، مثل ماهی یابها ، صداهای پژواک و سونارهای نظامی یک پالس صدا را می فرستند و منتظر پژواک آن می مانند . در سیستم سونار فعال منبع مانند یک دریافت کننده عمل میکند.

معادله سونار فعال:
معادله باید موارد زیر را در نظر بگیرد:
بلندی شدت منبع صدا (مرتبه منبع)
 انتشار صدا و میرایی هنگامی که پالس صدا از سونار به سوی هدف حرکت میکند(اتلاف حرکتی)
 مقدار صدای منعکس و برگردانده شده به سمت سونار توسط هدف (توانایی هدف)
انتشار صدا و میرایی هنگامی که پالس منعکس شده به سوی دریافت کننده برمیگردد(اتلاف حرکتی)
 پارازیتهای زمینه در دریافت کننده(مرتبه پارازیتها)
عبارتها در معادلات سونار بر حسب دسیبل هستند و با یکدیگر جمع میشوند تا معادلات سونار را بوجود آورند.

عملکرد سونار فعال:
سونار فعال با ایجاد پالس های صوتی (معروف به پینگ) ، وسپس گوش دادن به پالس بازگشتی عمل میکند . برای تشخیص فاصله از هدف ، شخص می تواند مدت زمان بین دریافت و ارسال پالس را اندازه گیری کند. برای اندازه گیری جهت و راستای هدف می توان از هیدروفونیک های متعدد استفاده کرده ، و سپس زمان دریافت پالس توسط هر یک از این هیدروفون ها را اندازه گرفت ، و با مقایسه این زمان ها به راحتی می توان جهت و راستای هدف را تعیین نمود .

دو مورد استفاده از سونار فعال:
 اندازه گیری عمق دریا ( عمق سنجی آکوستیکی )
 اندازه گیری مسافت بین دو پاسخگر

سونار غیر فعال:
سیستم سونار غیر فعال علاوه بر دریافت پژواک های منعکس شده از اهداف ، به صداهای تولید شده توسط وال ها ، آتش فشان ها ، زیردریایی ها و منابع دیگر  صداهای زیر آب می پردازد.

معادله سونار غیر فعال:
معادله باید موارد زیر را در نظر بگیرد:
بلندی شدت منبع صدا (مرتبه منبع)
 انتشار صدا و میرایی هنگامی که پالس صدا از منبع به سوی دریافت کننده ای که آن را تشخیص میدهد ، حرکت میکند(اتلاف حرکتی)
پارازیتهای زمینه در دریافت کننده(مرتبه پارازیتها)
ویژگیهای دریافت کننده

دو مورد استفاده از سونار غیر فعال:
- عملیات جاسوسی
- مسیریابی اهداف ( آنالیز مسیر هدف )

سونار در جنگ:
ناوگان ها ی مدرن امروزی به طور گسترده از سونار استفاده می کنند.
 دو نوع سوناری که در مباحث قبلی مطرح شد ( سونار های فعال و غیر فعال ) به طور مکرر مورد استفاده قرار می گیرند .
 زمینه فعالیت های این رادار ها بسته به نوع موقعیت ناوها و زیردریایی ها تغییر می کند و بسته به نوع عملکرد نظامی در زمینه های مختلف باهم تفاوت می کنند .

سونار فعال در جنگ:
سونار های فعال زمانی که بتوانند موقعیت هدف را به خوبی تشخیص دهند بسیار مفید هستند . عملکرد سونارهای فعال مشابه رادار می باشد . پالس صوتی ارسال می شود سپس امواج صوتی در تمامی مسیرها شروع به حرکت می کنند . زمانی که این امواج به زمین برخورد میکنند امواج برخوردکننده در تمام جهات بازتابیده می شوند و بعضی از سیگنال های بازتابیده شده به سنسور سونار فعال میرسند . این سیگنال های بازتابیده شده تکنیسین های سونار را قادر می سازد تا به شناسایی پارامتر هایی از قبیل فرکانس سیگنال انرژی سیگنال رسیده شده عمق درجه حرارت آب و درنتیجه موقعیت هدف بپردازند .

معایب سونار فعال در جنگ:
استفاده از سونارهای فعال در عملیات نظامی بسیار خطرناک است زیرا به راحتی توسط ناوها و زیردریایی های دیگر قابل شناسایی است.
برای اینکه بفهمیم نوع سونار ساتع کننده انرژی چیست کافی است تا به سیگنال صوتی ناشی از سونار گوش فرا دهیم (معمولا با استفاده از فرکانس سیگنال های رسیده شده به سنسور ) . در نتیجه با استفاده از انرژی دریافتی می توان موقعیت رادار را شناسایی کرد .
سونارهای فعال قادر به شناسایی اهداف دریک فاصله معین می باشند اما مشکل این است که این رادار توسط شناساگرهای دیگر در فواصل چندین برابر فاصله شناسایی این سونارها قابل شناسایی هستند .

پوشش های ضد سونار جهت استتار زیردریایی ها:
امواج صوتی از بین بسیاری از محملها مانند هوا مایع و گاز میتواند عبور کند . هر محمل مکانیزم متفاوتی برای عبور صدا از خود دارد . بسته به اینکه صدا از چه محملی عبور میکند از ابزارهای متفاوتی برای شناسایی آن استفاده میشود . رادار با استفاده از امواج مایکروویو سفینه ها و سونار با استفاده از امواج صوتی زیر دریایی ها را شناسایی میکند . مواد پوششی مخصوصی برای سطوح زیردریایی ها جهت جذب امواج یا انتشار آنها استفاده میشود که این مواد جاذب مانع از انعکاس مجدد امواج سونار و شناسایی زیردریایی ها میشود .

 
 
دیدن اجسام پشت دیوار
نویسنده : امین احمدی - ساعت ۸:٥٢ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 
دیدن اجسام پشت دیوار هم امکان‌پذیر شد
دیدن اجسام از پشت موانع، یکی از آرزوهای بشر در طول تاریخ محسوب می‌شود. به تازگی فیزیک‌دانان موفق شده‌اند با پیش‌بینی الگوی پراکندگی پرتوهای نور عبوری از مواد مات، تصویر اجسام پشت آنها را بازسازی کنند.

[ فیزیک نور و اپتیک ]

دیدن اجسام پشت دیوار هم امکان‌پذیر شد
دیدن اجسام از پشت موانع، یکی از آرزوهای بشر در طول تاریخ محسوب می‌شود. به تازگی فیزیک‌دانان موفق شده‌اند با پیش‌بینی الگوی پراکندگی پرتوهای نور عبوری از مواد مات، تصویر اجسام پشت آنها را بازسازی کنند.

بهنوش خرم‌روز: شاید فکر کنید فناوری تازه رویت اجسام از پشت اجسام کدر همان استفاده از پرتوهای ایکس باشد، اما این طور نیست. این روش، راه تازه‌ای است که برای انتقال تصاویر ساده از میان اشیا کدر با استفاده از نور معمولی پیدا شده است. فیزیکدانان از این روش برای انتقال تصویر از میان شیشه‌ای که با رنگ پوشانده شده استفاده می‌کنند.


هر جسمی یا شفاف است، یا کدر محسوب می‌شود،‌ یعنی ما نمی‌توانیم از پشتش چیزی ببینیم؛ و یا کمی مات است و می‌تواند بعضی نورها را از خود عبور بدهد. با این حال،‌ نور هنگام عبور از شبکه‌بندی اتمی این مواد مات، پراکنده می‌شود و فیزیکدانان معتقدند همین مسئله،‌ نکته کاربردی برای دیدن اشیا از پشت اجسام کدر است.


به گزارش نیوساینتیست، در سال 2007/ 1386 آزمایشی برای تمرکز نور و عبور آن از پوست تخم‌مرغ و دندان انسان ترتیب داده شد که نشان داد چنین کاری عملی نیست. اما این بار فیزیکدانی به نام سیلوین گیگان با همکارانش در موسسه فیزیک و شیمی صنعتی پاریس،‌ موفق شده برای اولین بار تصاویر ساده را از اجسام کدر عبور دهد به طوری که در طرف دیگر بتوان تصویر را دید.


رسیدن به تصویر
این گروه با معکوس کردن فرایند پراکنده شدن نور،‌ توانستند از نوری که از لایه‌های رنگی و کدر عبور کرده بود، تصویر را بازسازی کنند. فرایند پراکندگی نور پیچیده است، ‌اما پیش‌بینی‌پذیر هم هست،‌ چون یک موج نوری مشخص همیشه یکسان پراکنده می‌شود.


نحوه‌ای که هر شی نور را پراکنده می‌کند به عنوان ماتریس انتقال آن شی شناخته می‌شود. به گفته گیگان، اگر لایه رنگ را به عنوان یک ماز برای نور در نظر بگیریم،‌ آن وقت می‌توان ماتریکس انتقال شی را به صورت نقشه در نظر گرفت.


گروه گیگان با 1000 بار تاباندن باریکه‌های لیزر ضعیف،‌ توانستند ماتریکس انتقال شیشه رنگ‌شده خودشان را به دست بیاورند،‌ بدین صورت که شکل باریکه لیزر را هر بار با استفاده از یک تعدیل‌کننده نور فاصله‌ای تغییر می‌دادند.


تعدیل‌کننده نور فاصله‌ای همان دستگاهی است که برای کنترل نور خروجی ویدئو پروژکتور به کار می‌رود. در طرف دیگر شیشه کدر هم یک دوربین‌ دیجیتال الگوهای متفاوت پراکندگی نوری که در هر زمان تولید می‌شود را تشخیص می‌دهد. با مقایسه آن‌چه دوربین با اعمال تغییرات روی باریکه لیزر می‌بیند، ماتریکس انتقال شی با رنگی که دارد محاسبه می‌شود.


تصویر نامرئی
بدین ترتیب،‌ اگر یک تصویر ساده به شیشه رنگی تابانده شود، یک فرد عادی می‌تواند تنها درخششی را در آن حس کند. اما با دانستن ماتریس انتقال، این گروه می‌توانند کد رد کم‌نور و نامشخصی که به دوربین دیجیتال می رسد را شناسایی کنند و به تصویر مورد نظر برسند.


گیگان در این مورد می‌گوید: « وقتی ماتریس انتقال شناخته شده باشد، بازسازی تصویر به سرعت عملی می‌شود. بدین ترتیب ما می‌توانیم به تصویری را کیفیت برسیم.»


با این حال تصاویری که در این آزمایش‌ها مورد استفاده قرار گرفتند بسیار ساده بودند و هنوز تا رسیدن به امکان انتقال تصاویر جالب زمان زیادی مانده است. تصاویر به کار رفته 256 پیکسلی بودند و با بالا بردن پیکسل‌ها،‌ کیفیت تصویر بازسازی شده به سرعت کاهش می‌یابد چون نسبت سیگنال به نویز کاهش می‌یابد. با این وجود به گفته گیگان هنوز جا برای پیشرفت با مطالعات بیشتر در این زمینه وجود دارد.


کسانی که آزمایش 2007/ 1386 را ترتیب داده بودند، الارد موسک و همکارش ولکوپ در هلند، بسیار تحت تاثیر نتایج این مطالعه قرار گرفته‌اند. آن‌ها می‌گویند:‌ » ما می‌توانیم ببینیم که این مطالعه آغاز راهی بلند و جذاب است.» موسک هم در تایید نظر گیگان می‌گوید: « با این که در حال حاضر این تکنیک برای تصاویر 256 پیکسلی جواب می‌دهد،‌ اما گروه‌های دیگر در سراسر جهان می‌توانند با الهام از این کار تصاویر بزرگ‌تر و پیچیده‌تری را از اجسام کدر عبور بدهند


 
 
نوروآیینه ها
نویسنده : امین احمدی - ساعت ۸:٤٩ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 


نور صورتی از انرژی تابشی است که با سرعت 300000 کیلومتر بر ثانیه درفضا سیر می کند.

فرایند نور:
1- موجب دیدن اجسام می شود.
2- موجب عمل غذاسازی گیاهان می شود.
3- باعث کارکردن کلیه وسایل نوری می شود.

4- موجب تغییر رنگ لباس و پارچه می شود.

برای آنکه جسمی دیده شود، باید از آن جسم نور به چشم برسد، بنابر این جسم یا باید از خودش نور تابش کند و یا نورهایی را که برآن تابیده شده است، به طرف چشم بیننده بازتاب دهد.
به همین دلیل اجسام به دو دسته تقسیم می شوند.
1- اجسام منیر یا چشمه ی نور: اجسامی که از خود نور تولید می کنند. مانند خورشید، لامپ روشن، شمع روشن، چوب در حال سوختن
2- اجسام غیر منیر: این اجسام از خود نوری تابش نمی کنند، بلکه نوری را که از چشمه های نور به آن ها تابیده است به طرف چشم، باز می گردانند، در نتیجه ما می توانیم آن ها را ببینیم.

انواع چشمه ی نور:
1- چشمه ی گسترده نور: یک شی نورانی نظیر خورشید، چراغ روشن، شعله ی شمع را چشمه ی نور گسترده می نامیم.


2- چشمه نور نقطه ای: اگر صفحه ای از مقوا را که روی آن روزنه ی کوچکی ایجاد شده است، درمقابل چراغ روشنی قراردهیم، نور چراغ پس از گذشتن از روزنه منتشر می شود و روزنه مانند یک چشمه نور کوچک عمل می کند که به آن چشمه ی نقطه ای نور می گویند.

تقسیم بندی اجسام غیر منیر از نظر عبور نور از آنها:
1- اجسام شفاف : اجسامی که نور از آن ها عبور می کند مانند شیشه – هوا – آب

2- اجسام نیمه شفاف : اجسامی که نور از آن ها عبور می کند ولی از پشت آن ها اجسام دیگر به طور واضح دیده نمی شوند. مانند شیشه های مات – کاغذ کالک
3- اجسام کدر اجسامی که نور از آن ها عبور نمی کند.مانند آجر-مقوا-چوب و ....

نور به خط راست منتشر می شود.
چند دلیل مهم برای اثبات این موضوع:
1- عبور نور از لابه لای شاخ و برگ درختان
2- تشکیل سایه
3- خورشید گرفتگی
4- ماه گرفتگی

سایه چگونه تشکیل می شود؟ اگر جسم کدری در مقابل منبع نوری قرار گیرد در پشت جسم محوطه ی تاریکی بوجود می آید که به آن سایه می گویند.

راههای تشکیل سایه :
1- تشکیل سایه به وسیله چشمه ی نقطه ای نور: در این حالت فقط سایه کامل ایجاد می شود و مرز مشخصی بین تاریکی و روشنایی وجود دارد.
نکته: قطر سایه به فاصله ی چشمه ی نور تا جسم کدر و پرده بستگی دارد.
نکته: هر گاه چشمه ی نور به جسم کدر نزدیک شود قطر سایه بزرگتر می شود و هرگاه چشمه ی نور را از جسم کدر دور کنیم قطر سایه کوچک تر می شود.

2- تشکیل سایه به وسیله چشمه ی گسترده نور: در این حالت علاوه بر سایه کامل، نیم سایه نیز دیده می شود.
- خورشید گرفتگی (کسوف): هر گاه در چرخش ماه به دور زمین و هر دو به دور خورشید، مرکز آن سه (ماه،زمین،خورشید) روی یک خط راست واقع شود به طوری که ماه در وسط باشد، ماه جلوی نور خورشید را می گیرد و سایه آن روی زمین می افتد در نتیجه کسانی که در سایه ی ماه قرار دارند خورشید را تاریک می بینند. در این صورت می گوییم، خورشید گرفتگی رخ داده است.
- ماه گرفتگی: اگر زمین بین ماه و خورشید قرار گیرد، زمین جلوی نور خورشید را می گیرد و سایه آن روی ماه می افتد و آن را تاریک می کند. در این صورت می گوییم ماه گرفتگی رخ داده است.

بازتاب نور : برگشت نور از سطح یک جسم را بازتاب می گویند.
انواع بازتاب نور:
1- بازتاب منظم: این بازتابش در سطوح بسیار صاف صورت می گیرد. در این صورت پرتوهای نور به طور موازی به سطح تابیده و به طور موازی در یک جهت بازتاب می شوند. در این نوع بازتاب همواره تصویری واضح و روشن ایجاد می شود. مانند آینه

2- بازتاب نامنظم: هرگاه یک دسته پرتو موازی نور به سطح ناهمواری برخورد کند به صورت پرتوهای غیر موازی و در جهات متفاوت بازتاب می شوند. دراین نوع بازتابش تصویر اشیاء مبهم و نامشخص است.

اصل انعکاس: در بازتاب نور از سطح یک جسم، همواره زاویه تابش و بازتاب برابرند.

نکته 1: پرتو تابش: پرتو نوری که به سطح می تابد.(I)
نکته2: پرتو بازتابش: پرتو بازگشته از سطح را می گویند.(R)
نکته3: زاویه تابش: زاویه بین پرتو تابش و خط عمود را می گویند.(i)
نکته4: زاویه بازتابش: زاویه بین پرتو بازتاب و خط عمود را گویند.(r)
نکته5: زاویه آلفا α : زاویه بین پرتو تابش و سطح آینه را گویند.
نکته6: زاویه بتا α : زوایه بین پرتو بازتاب و سطح آینه را گویند.
نکته7: زاویه تابش متمم زاویه α است.
نکته8: زاویه باز تابش متمم زاویه β است.

انواع دسته اشعه (پرتو) نورانی:
1- دسته پرتو موازی: این پرتوها همانطور که از اسمشان پیدا است با هم موازی هستند.

2- دسته پرتو همگرا: پرتوهایی هستند که در آن شعاع های نور در جهت انتشار به هم نزدیک می شوند و در یک نقطه به هم می رسند.

3- دسته پرتو واگرا: پرتوهایی که در آن شعاع های نور در جهت انتشار از هم دور می شوند.

پرتوهای حقیقی:
پرتوهای تابش و بازتابش که به چشم می رسند را پرتوهای حقیقی می گویند.
پرتوهای مجازی:
امتداد پرتوهای واگرایی که از سطح آینه بازتاب می شوند(در پشت آینه) پرتوهای مجازی گفته می شود.
تصویر حقیقی:
زمانی تشکیل می شود که پرتوهای تابش شده از یک نقطه شی پس از برخورد به آینه یا عدسی در نقطه ای دیگر به هم برسند. تصویر حقیقی بر روی پرده تشکیل می شود.

تصویر مجازی:
تصویری که پرتوهای مجازی در پشت آینه به وجود می آورند را می گویند.تصویر مجازی بر روی پرده تشکیل نمی شود.

آینه:
قطعات شیشه ای که پشت آنها نقره اندود یا جیوه اندود شده است و می توانند نور را بازتاب دهند بازتاب از سطح آینه منظم است.

ویژگی های تصویر در آینه تخت
1- تصویر مجازی
2- تصویر مستقیم
3- تصویر برگردان(وارون جانبی)
4- طول تصویر با طول جسم برابر است.
5- فاصله تصویر تا آینه با فاصله ی جسم تا آینه برابر است.

کاربرد آینه ی تخت:
1- استفاده از تصویر مستقیم آن در خانه و وسایل نقلیه
2- استفاده از آینه برای ارسال علایم مخابراتی به فاصله دور
3- استفاده از آینه ی تخت برای اندازه گیری سرعت نور و وسایل نور بازتابی (تلسکوپ بازتابی)
4- پریسکوپ: این دستگاه از لوله ای تشکیل شده که در دو طرف آن دو آینه ی تخت موازی نصب شده که هر یک از این آینه ها با محور آینه زوایه 45 درجه می سازد. هر تصویری که در یکی از این آینه ها دیده می شود در دیگری نیز مشاهده می شود.

انتقال آینه ی تخت:
هرگاه جسمی در برابر آینه ی تختی قرار گیرد، تصویر مجازی آن در آینه دیده می شود. چنانچه آینه به اندازه d جابه جا شود. تصویر به اندازه 2d نسبت به جسم جابه جا می شود.

اگر آینه ثابت باشد و جسم به اندازه d نسبت به آینه جا به جا شود تصویر نسبت به جسم به اندازه d جا به جا می شود.
سرعت انتقال تصویر:
سرعت انتقال تصویر در آینه ی تخت در حالتی که آینه ثابت باشد و جسم با سرعت V در راستای عمود بر سطح آینه حرکت کند، نسبت به مکان اولیه اش برابر V است.
در حالی که جسم ساکن باشد و آینه در راستای عمود بر سطح آینه با سرعت V حرکت کند، سرعت انتقال تصویر در آینه نسبت به مکان اولیه اش برابر 2V خواهد بود.
در حالی که جسم و آینه هر یک با سرعت V به طرف هم حرکت کنند، سرعت انتقال تصویر در آینه نسبت به مکان اولیه اش برابر 3Vخواهد بود.
تصویر در آینه های متقاطع:
هر گاه جسم روشنی در فضای بین دو آینه ی متقاطع قرار گیرد پرتوهایی از جسم به هر یک از دو آینه می تابد و دو تصویر مجازی به وجود می آورد. اگر پرتوها پس از باز تابش های متوالی به آینه برخورد کنند تصویرهای دیگری نمایان می شود. هر چه زاویه بین دوآینه α کوچکتر باشد تعداد این تصویرها بیش تر است.

نکته: در حالتی که دو آینه موازی باشند 0=α تعداد تصاویر بی نهایت زیاد است.

آینه های کروی:
الف) آینه مقعر(کاو): اگر سطح داخلی آینه بازتاب کننده باشد، به آن آینه کاو می گویند.
نکته 1: اگر یک دسته پرتو نور موازی به آینه کاو بتابد پرتوهای بازتابیده در یک نقطه به نام کانون حقیقی به هم می رسند.
کانون با حرف F نمایش داده می شود.
به فاصله کانون تا آینه، فاصله کانونی می گویند و با حرف f نمایش می دهند.

نکته2: آینه های کاو می توانند از یک جسم هم تصویر مجازی و هم تصویر حقیقی ایجاد کنند.
تشکیل تصویر حقیقی یا مجازی، بستگی به فاصله جسم از آینه های کاو دارد. هر چه جسم به آینه نزدیک تر باشد، تصویر در فاصله ای دورتر ایجاد می شود و هرچه جسم را از آینه دور کنیم تصویر به آینه نزدیک تر می شود.

ب) آینه ی کوژ: اگر سطح خارجی آینه بازتاب کننده باشد، آن را آینه ی کوژ می گویند.
نکته1: هرگاه پرتوهای نور موازی محور اصلی به آینه محدب بتابد، طوری باز می تابد که امتداد پرتوهای بازتاب از یک نقطه روی محور اصلی می گذرند. این نقطه را کانون اصلی آینه ی محدب می نامند. کانون آینه محدب مجازی است.

نکته 2: تصویر در آینه ی محدب همواره مجازی، کوچک تر از جسم و مستقیم خواهد بود.

شکست نور:
وقتی نور به جسمی می تابد، مقداری از آن نور بازتاب می شود، مقداری نیز از جسم عبور می کند،
اما جسم های شفاف مانند هوا، آب، شیشه، طلق های پلاستیکی شفاف نور را به خوبی از خود عبور می دهند.

نور در یک محیط معین در مسیر مستقیم حرکت می کند.
اگر در مسیر نور یک قطعه جسم شفاف عمود در مسیر نور قرار گیرد، مسیر نور در هنگام عبور از جسم هم چنان مستقیم خواهد بود.

اما اگر نور در مسیر خود، با زوایه ای دیگر به یک جسم شفاف (مثلا شیشه) برخورد کند، هنگام ورود به شیشه مسیر حرکتش مقداری کج می شود. به این پدیده شکست نور می گویند.

نور در یک محیط معین، به صورت مستقیم و با سرعت ثابت حرکت می کند، هرگاه محیط تغییر کند، سرعت نور نیز تغییر کرده و نور منحرف می شود و در مسیر جدید به خط راست حرکت می کند.
تغییر مسیر پرتو نور به هنگام عبور از یک محیط شفاف به محیط شفاف دیگر را شکست نور می گویند.
زاویه تابش: زاویه ای بین پرتو تابش و خط عمود (i)
زاویه شکست: زاویه ای بین پرتو شکست و خط عمود (r)
رابطه ی زاویه تابش و زاویه ی شکست:
1- اگر پرتو تابش عمود بر سطح مشترک بین دو محیط باشد،(یعنی زاویه آن با خط عمود برابر صفر باشد) در این صورت نور بدون شکست وارد محیط دوم شده و منحرف نمی شود.

2- اگر پرتو تابش از محیط رقیق وارد محیط غلیظ شود در این حالت پرتو شکست به خط عمود نزدیک می شود یعنی زاویه شکست از زاویه ی تابش کوچک تر می شود.

3- اگر پرتو تابش از محیط غلیظ وارد محیط رقیق شود، در این حالت پرتو شکست از خط عمود دورتر می شود و زاویه ی شکست از زاویه ی تابش بزرگ تر می شود.

علت شکست نور:
علت شکست نور، متفاوت بودن سرعت نور در محیط های مختلف است. سرعت نور در خلا یا هوا در حدود است اما وقتیکه وارد آب می شود، سرعت آن به حدود کیلومتر بر ثانیه می رسد. سرعت نور در شیشه(که غلیظ تر از آب است) کم تر و در حدود است. این تفاوت سرعت نور سبب می شود که راستای پرتوهای نور هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر، شکسته شود و پدیده شکست نور اتفاق بیفتد.

عمق ظاهری، عمق واقعی:
هنگامی که از هوا به جسمی در داخل آب نگاه کنیم آن جسم به سطح آب نزدیکتر و وقتی از داخل آب به جسمی در هوا نگاه کنیم، دورتر به نظر می رسد. وقتی نور به طور مایل از یک محیط شفاف وارد محیط شفاف دیگر می شود، در مرز مشترک دو محیط، تغییر می دهد(شکسته می شود) همین عامل سبب بالاتر دیده شدن جسم نسبت به سطح واقعی گردد.

منشور:
قطعه ای مثلثی شکل است که از یک ماده شفاف مثل شیشه یا پلاستیک های بی رنگ ساخته می شود. وقتی پرتوهای نور به یکی از دیواره های منشور برخورد می کند و به آن وارد می شود، در اثر پدیده ی شکست مسیرش تغییر می کند. این پرتو هنگام خروج از دیواره ی دیگر منشور نیز، دچار تغییر می شود.

آزمایش نیوتن:
هرگاه شعاع نور سفیدی بر یک وجه منشور شیشه ای که قاعده ی آن به شکل مثلث است بتابانیم، نور سفید تجزیه شده و پرتوهای خروجی از منشور بر روی پرده طیف رنگینی از هفت رنگ قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش را تشکیل می دهد. علت این پدیده آن است که میزان شکست نورهای رنگی مختلف، با هم یکسان نیست. هرگاه نور سفید وارد منشور شود، تغییر مسیر رنگ های تشکیل دهنده ی نور سفید از قرمز تا بنفش بیش تر شده و به هنگام خروج از منشور رنگ های مختلف نور سفید از یکدیگر جدا می شوند.
جداسازی رنگ های نور سفید به وسیله ی منشور را پاشیدگی نور (پاشیده شدن) می گویند.

به مجموعه نورهای رنگی که از پاشیده شدن نور در منشور به وجود می آید طیف نور گفته می شود.
عدسی ها:
اگر دو منشور را مطابق شکل های مقابل به هم بچسبانیم و سطح آن ها را به صورت خمیده تراش دهیم، عدسی به وجود می آید.

عدسی ها مانند منشور می تواند جهت پرتوهای نور را تغییر دهد، همین امر سبب می شود اجسام از پشت عدسی به صورتهای مختلف دیده شوند.

انواع عدسی:
1- عدسی همگرا(محدب یا کوژ) ضخامت وسط این عدسی بیش تر از ضخامت کناره های آن است.
این نوع عدسی پرتوهای نور موازی را شکسته و در یک نقطه متمرکز می کند یا به عبارت دیگر پرتوهای نور را به یکدیگر نزدیک می کند.
2- عدسی واگرا (مقعر یا کاو) ضخامت وسط این عدسی کم تر از ضخامت کناره های آن است.
این نوع عدسی پرتوهای نور موازی را شکسته و آنها را واگرا می نماید به عبارت دیگر پرتوهای نور را از یکدیگر دور می کند.

عدسی همگرا:

این نقطه کانون عدسی(ذره بین)است. اگر فاصله ی بین عدسی تا صفحه ی کاغذ را اندازه بگیرید، این فاصله را فاصله کانونی عدسی گویند.
هرگاه یک دسته پرتو نور موازی با محور اصلی به عدسی همگرا بتابد پس از عبور از عدسی شکسته شده و پرتوها در یک نقطه یکدیگر را قطع می کنند. این نقطه کانون اصلی عدسی بوده و با F نمایش داده می شود.

فاصله ی بین کانون و مرکز نوری عدسی را فاصله ی کانونی عدسی می گویند و با علامت (f) نمایش می دهند.
نکته: عدسی های همگرا هم تصویر حقیقی و هم تصویر مجازی ایجاد می کنند.
ویژگی های تصویر در عدسی همگرا بستگی به فاصله شی از عدسی و فاصله ی کانونی دارد.
عدسی واگرا:
هر گاه پرتوهایی موازی محور اصلی به عدسی واگرا بتابد پس از شکست و عبور از عدسی طوری از هم دور می شوند که امتداد آن ها از یک نقطه روی محور اصلی بگذرند. این نقطه را کانون عدسی واگرا می نامند.
نکته: عدسی ها واگرا همواره تصویری مجازی، مستقیم، کوچک تر از جسم و نزدیک تر(در همان طرف شی) ایجاد می کند.


 
 
آنالیز شکست
نویسنده : امین احمدی - ساعت ۸:٤٧ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 
آنالیز شکست
آنالیز شکست و پیشگیری از آن ، کار مهمی است که برای تمام سازه های مهندسی ضروری می باشد . یکی از رشته های مهندسی که نقش بسیار مهمی در آنالیز و تحلیل شکست دارد مهندسی مواد است . خواه یک قطعه یا جزء در هنگام کار کردن شکسته شود . و یا در هنگام تولید ( در طی پروسه ی ساخت ) ، در هر مورد باید علت شکست برای پی بردن به نحوه ی جلوگیری از اتفاق دوباره در آینده ، تعیین گردد . یکی دیگر از موارد مورد بررسی تعیین نحوه ی به کارگیری از وسایل ، اجزاء و ساختارها می باشد که باید مورد بررسی و مطالعه قرار گیرد .

[ نانوتکنولوژی ]


آنالیز شکست( Failure analysis)


آنالیز شکست و پیشگیری از آن ، کار مهمی است که برای تمام سازه های مهندسی ضروری می باشد . یکی از رشته های مهندسی که نقش بسیار مهمی در آنالیز و تحلیل شکست دارد مهندسی مواد است . خواه یک قطعه یا جزء در هنگام کار کردن شکسته شود . و یا در هنگام تولید ( در طی پروسه ی ساخت ) ، در هر مورد باید علت شکست برای پی بردن به نحوه ی جلوگیری از اتفاق دوباره در آینده ، تعیین گردد . یکی دیگر از موارد مورد بررسی تعیین نحوه ی به کارگیری از وسایل ، اجزاء و ساختارها می باشد که باید مورد بررسی و مطالعه قرار گیرد .
یکی از مثال های بسیار محسوس از کاربرد آنالیز شکست در صنایع هوایی می باشد . سوانح هوایی در ذهن افکار عمومی می ماند که علت آن از دست رفتن غیر عادی جان افراد زیادی به طور آنی و آسیب روحی بسیار زیادی است که این نوع خاص از حوادث دارد .
در 19 دسامبر 2005 ، همین که یک هواپیمای دریایی با نام Grumman G73T Turbo Mallard از ساحل میامی در فلوریدا عبور کرد ، منفجر شد و این سقوط هنگامی اتفاق افتاد که هواپیما در حال بلند شدن بود.
هواپیما حامل پانزده مسافر ، 3 کودک و دو خدمه بود . در هنگام وقوع حادثه ، انفجاری اتفاق افتاد و هواپیما آتش گرفت و بال سمت راست هواپیما ، پیش از برخورد هواپیما با سطح آب از آن جدا شد . آزمایشات انجام گرفته بر روی لاشه ی هواپیما نشان داد که ترک های ناشی از خستگی در بال راست هواپیما موجب بروز حادثه شد . اما علت حادثه هنوز در دست بررسی می باشد . به هر حال شکست در ساختار هواپیما که در ابتدا با خستگی شروع شد مورد شک است .
یکی دیگر از سوانح هوایی فاجعه ی پرواز 800 خطوط هوایی Trans world Air lines بود ( این شرکت یکی از گسترده ترین شرکت های هوایی در ایالات متحده ی آمریکاست ) این اتفاق هنگامی رخ داد که یک هواپیمای بویینگ 747 در Long Island ( ایسلندی که متعلق به ایالت نیویورک آمریکاست ) در حال پرواز بود . تلاش های گسترده ای برای پیدا کردن علت این تصادف انجام شد ولی تا کنون علت خاصی برای وقوع این فاجعه پیدا نشده است ؛ اما محتمل ترین علت این حادثه فرسودگی سیم های سنسور مخزن سوخت این هواپیما پیش بینی می شود .
بسیاری از مردم عکس هایی از حادثه ی بازسازی شده دیدند .
بازسازی حادثه یک مرحله اصلی در بررسی سوانح هوایی می باشد . بررسی سوانح هوایی به صورت کلاسیک با بررسی بر روی سوانح هوایی De Havilland Comet در ابتدای دهه ی 1950 آغاز شد .
Comet اولین خط هوایی بود که از جت های تجاری استفاده کرد . بسیاری از Comet ها در ساختمان نشان شکستگی پیدا می کردند که این امر به خاطر عیوب طراحی بود . تلاش های انجام گرفته منجر به آگاهی از علت این سوانح هوایی شد . آنالیز متالورژیکی شکست نقش تعیین کننده ای در فهمیدن مکانیزم و توالی شکست داشت و سرانجام باعث شناخت علت سوانح هوایی شد .

تازه ترین سوانح هوایی که باعث ایجاد پیامدهای اساسی شد شامل : پرواز 261 خطوط هوایی آلاسکا ( Alaska Air lines ) است که در این حادثه یک هواپیمای بویینگ McDonnell Douglas MD-83 در اقیانوس آرام سقوط کرد . این هواپیما عازم کالیفورنیا بود و در 31 ژانویه ی 2000 سقوط کرد .
همچنین پرواز 587 خطوط هوایی آمریکا American Air lines ، که در این حادثه یک هواپیمای ایرباس A-300 در ابتدای کوپینز جنوبی Southern Queens در مجاورت شهر نیویورک و در 12 نوامبر 2001 سقوط کرد . در شکل 1 عکس هایی از سقوط هواپیماها و یا انهدام آنها را می بینید .
یکی دیگر از مثالهای مورد بررسی سوانح در بخش حمل و نقل ریلی می باشد . که در این حادثه که در سوم ژوئن 1998 اتفاق افتاد ، یک قطار سریع السیر در کشور آلمان از ریل خارج شد . قطار در حال طی مسیر میان مونیخ و هامبورگ بود که قبل از ساعت 11 صبح در Eschede که در 35 مایلی شمال هانوفر واقع است از خط خارج شد . بر اساس گزارش به دست آمده تعدادی از مسافران قطار پیش از واژگونی قطار صدای تغ تغ کردن قطعه ای از قطار را شنیده بودند . با بررسی های انجام گرفته علت تغ تغ کردن ها مشخص شد . مأمورین تحقیق می گویند که یکی از چرخهای قطار پیش از واژگونی شکسته بوده . البته این محتمل ترین علت شناخته شد .
آنالیز شکست به تحقیقات درزمینه ی سوانح قطارها و هواپیماها محدود نمی شود . در اینجا من امیدوارم که بتوانم در مورد معنای آنالیز شکست توضیحاتی بدهم .
آنالیز شکست (Failure analysis)گاهی اوقات با نام جلوگیری از شکست ( Failure Prevention) نامیده می شود . این واژه در صنعت الکترونیک با نام Reliability Physics نام گذاری شده است . از آنجایی که مهندسین مواد نقش عمده ای در پروسه ی آنالیز شکست ایفا می کنند . مطالعه در زمینه ی مهندسی و علم مواد دری است که به سوی دنیای آنالیز شکست باز می گردد .

شکست خط لوله ی گاز طبیعی در ونزوئلا ( Venezuelan Natural Gass Pipeline Rupture ) :

در دسامبر 1993 یک لوله ی گاز طبیعی در کنار بزرگراهی در ونزوئلا ترکید . ( شکل 2 الف ) احتراق سریع گازهای پخش شد ه باعث پدید آمدن چنان جهنمی شد که حداقل 50 نفر در آن حادثه کشته شدند . مهندسین انجمن آنالیز شکست با متخصصین خود در زمینه های مواد ، احتراق و مکانیزم شکست برای بررسی علت و چگونگی وقوع این حادثه به ونزوئلا سفر کردند تا بتوانند علت وقوع چنین حادثه ای را پیدا کنند .

البته لازم به ذکر است که علت وقوع چنین حادثه ای می تواند بدی طراحی ، مواد اولیه ی نامرغوب در تهیه ی لوله ها و یا پروسه ی معیوب اتصال لوله ها به وسیله ی جوش و یا حتی خوردگی در بخشی از این لوله باشد . همچنین در شکل 2 ب شکست در نردبان ماشین آتش نشانی هوریل ( Heverill fire department) را می بینید . شکستن نردبان هرگز یک واقعه ی غیر عادی نیست و مانند حادثه ی خط لوله ی گاز طبیعی در ونزوئلا می توانند به دلیل عواملی همچون : اشتباهات طراحی ، استفاده از مواد نامرغوب و یا به علت روش تولید باشد . یکی از عوامل دیگر که بر شکست قطعات موثر است ، شکست بر اساس پدیده ای به نام خستگی ( Fatigue) می باشد .
خستگی یک طریقه ی ایجاد شکستگی در قطعات است . که در مواد به کار رفته در ساختار ماشین ها ، در جاهایی که بارگذاری مداوم داریم اتفاق می افتد . هنگامی که در مورد خستگی فکر می کنند واقعاً به یک نردبان هوایی ، یک میله ی متحرک در اتومبیل و یا یک بال هواپیما احتیاج پیدا می کنید . در این مقاله شما می توانید بفهمید که یک نفر چگونه می تواند شکست ناشی از خستگی را از انواع دیگر شکست ها تشخیص دهد . برای آنالیز شکست در ساختار قطعات ، ما نیازمند تست های مکانیکی هستیم . برای مثال بیایید در مورد احتمال شکست بر اساس پدیده ی خستگی در یک فنر مورد استفاده در درب یک گاراژ صحبت کنیم . برای پیش بینی عمر یک چنین فنری ، باید بدانیم که هنگام قرارگیری این فنر در درب گاراژ چه مقدار نیرو بر آن اعمال می شود . همچنین باید تعداد دفعاتی که این نیرو مثلاً در مدت یک سال بر قطعه وارد می شود . را بدانیم با استفاده از روش های تحلیلی و روش های مدل سازی کامپیوتری می توان به سوال خودمان پاسخ دهیم و پیش بینی کنیم که خستگی در این فنر پس از گذشت چند دفعه و یا سیکل اتفاق می افتد . با مقایسه ی نتایج حاصل از مدل سازی با نتایج حاصل از آزمون خستگی می توان درستی روش مدل سازی را بررسی کرد . تست خستگی با آزمون کشش تک محوری و بر روی نمونه ی فنر انجام می شود . ( در شکل 3 )

یک نمونه سیستم برای تست مواد ساختمانی نشان داده شده است . این دستگاه مخصوص خستگی است که برای نیروهای کوچک و کاربردهایی که خستگی دوره ای ( دینامیک ) است ، ساخته شده است .
همچنین این دستگاه در دو حالت کشش و فشار کار می کند . این سیستم بر اساس گزارش داده شده برای آزمایشات بیومکانیک بر روی مواد استخوانی مورد استفاده در صنعت پزشکی در مدرسه ی پزشکی هاروارد ( Harvard Medical School) طراحی و ساخته شده است .
در بخش های قبلی امکان وقوع شکستگی در ساختمان یک نردبان به وسیله ی پدیده ی خستگی اشاره شد . حال چگونه کسی می تواند بگوید که شکستگی به وجود آمده به علت خستگی رخ داده و به علت سایر مکانیزم های ترد شدن فلزات نیست ؟
جواب به سوال بالا این است که باید قطعه را فراکتوگرافی ( Fractography) کنیم .

فراکتوگرافی یک بررسی مقطع شکست با یک میکروسکوپ است . که تا پیش از ظهور میکروسکوپ های الکترونی ( TEM,SEM) انجام فراکتوگرافی بسیار مشکل بود . در شکل 4 یک سطح مقطع شکست که با SEM تصویربرداری شده را می بینید ( بزرگنمایی تقریباً 5000x است ) . در این تصویر ترک های موازی نمایش داده شده است که این خطوط به خطوط خستگی معروف اند و مشخصه ی رشد ترک های حاصل از خستگی در یک ماده ی نرم ( داکتیل ) .
حال به سانحه ی هوایی Grumman G73T Turbo Mallard که در بالا بدان اشاره شد بر می گردیم . پس از انجام آزمایشات فراکتوگرافی بر روی لاشه ی هواپیما مامورین متوجه ایجاد خستگی بر روی دیرک عقبی بال سمت راست هواپیما شدند ؛ که همین خستگی موجب شکسته شدن دیرک و جدایش بال هواپیما شد .

بازرسی قطعات غیر فلزی ( Inspection of Non-Metallic Components) :

اکنون بیایید بر روی قطعه ای غیر فلزی که یک مهندس مواد باید آن را برای بهینه سازی کارایی تحلیل و بررسی کند ، متمرکز شویم . برای مثال : معمولی ترین نوع از واشرهایی که در موقعیت های دینامیکی کاربرد دارند ، واشرهای تهیه شده از مواد آلی هستند . ( مثلاً واشر شافت متحرک ) . در حالی که قیمت این واشرها مینیمم است ، برخی از خواص این لاستیک ها نیز بسیار خوب است . و این امر باعث کاربرد وسیع این نوع واشر در صنایع مختلف شده است .

در کنار تمام خصوصیات این نوع از واشرها ، یک ترکیدگی زود هنگام ، می تواند بهترین برنامه ریزی کاری را نیز خراب کند . شکل 5 دو تصویر از ایجاد ترک در مواد پلیمری نشان داده شده است .
در شکل 5 الف یک پیغام مهم در مورد هر آنالیز شکست آورده شده است . که این پیام بررسی دقیق نمونه با چشم غیر مسلح و یا با ذره بین با بزرگنمایی 5x یا 10x است . نکته ی مهم در مورد مواد پلیمری این است که هر شکست و ترکی از سطح جسم پلیمری شروع می شود . در شکل 5 ب یک نوع خاص از مکانیزم های شکست نشان داده شده است . ضمناً هنگامی که سرعت دستگاه ( شافت متحرک ) افزایش یابد دمای لبه های واشر افزایش یافته ، که یکی از نتایج دمای بالا خشکی و نتیجه ی دیگر شکنندگی لبه های واشر است . کشیدن لبه های واشر ممکن است ترک های به وجود آمده در قطعه را بهتر آشکار کند . نشانه ی دیگر این تخریب ( ایجاد ترک ها ) یک لایه ی نازک حلقوی است که درطول لبه واشر تشکیل می شود . درحقیقت افزایش دما موج تخریب مواد نرم کننده موجود در لاستیک شده و ترک ایجاد می کنند . اطلاعات ارائه شده در بالا مانند کلیدی در پی بردن به خراب شدگی واشر به ما کمک می کنند . البته در بررسی عمر واشرها توجه به محیطی که واشرها در حال کارند ، نیز باید توجه کرد .

آنالیز شکست در وسایل ( Failure Analysis of Devices) :

اکنون بیایید بحث را عوض کنیم و در مورد روش های آنالیز شکست در وسایل جامد صحبت کنیم .
وسایل الکترونیکی ، مغناطیسی و اپتیکی نیز می توانند شکسته شوند . ما برای افزایش ضریب قابلیت اطمینان و یا ایجاد تغییرات در پروسه ی تولید ، نیازمند آگاهی از علت شکست ، نحوه ی شکست و مقدار آن هستیم . در اینجا مثال هایی آورده شده است که به شما در مورد فیزیک قابلیت اطمینان ( Reliability physics ) ویا آنالیز شکست در وسایل اطلاعاتی می دهد .
میکروسکوپ های پروبی روبشی ( SPM ) و میکروسکوپ های نیروی اتمی ( AFM ) در آنالیز شکست قطعات و وسایل کاربرد دارد . مثلاً در بررسی یک مدار مجتمع ، ما می توانیم با گرفتن عکس هایی از سطح مدار به وسیله ی AFM، عیوب موجود بر روی IC را شناسایی و با بزرگنمایی مناسب علت آن را پیش بینی و رفع کنیم . میکروسکوپ نیروی الکترونی ( Electron Force Microscopy) نیز می توانند در تحلیل علت وقوع یک خرابی کوچک در ساختار IC به ما کمک کنند که با استفاده از تصاویر واضح ایجادی به وسیله ی این دو تکنیک ، حتی اشتباهات تولید نیز قابل ردیابی است . همچنین با پی بردن به جزئیات مدارهای مجتمع تولیدی با عکس ها و تصاویر حاصل از این میکروسکوپ ها ، می توان تکنولوژی مدارهای مجتمع را به آسانی در جهان منتقل کرد . و به آسانی هر کس به مطالعه ی شکست در قطعات بپردازد و احتمالات و پی آمدن های وجود انواع شکست در قطعات را مورد بررسی قرار دهد . همچنین آزمون های غیر مخرب دیگری برای تحلیل شکست در قطعات میکروالکترونیکی موجود است . که از جمله ی این آزمون ها می توان به موارد زیر اشاره کرد :
1 ـ میکروسکوپ اکوستیک روبشی نوع (c ( C-SAM
2 ـ میکروسکوپ مادون قرمز روبشی ( SIR)
امیدوارم که با اطلاعات داده شده در این مقاله توانسته باشیم برای پیشرفت روش های تحلیل و تحقیق در شکست مواد گامی هر چند ناچیز برداریم و افقی جدید در جهت تحقیقات در سطح کشور عزیزمان ایران باز کرده باشیم .


 
 
دانستنی
نویسنده : امین احمدی - ساعت ۸:٤٦ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 
ساخت نخ‌هایی از جنس نانولوله‌های کربنی
به گفته محققان چینی، می‌توان نخ‌های نانولوله کربنی را از آرایه‌های نانولوله کربنی ابرهم‌راستا بوسیله یک روش ریسندگی که فرآیندهای تابیدن و کوچک‌سازی (آب‌رفتگی) را ترکیب می‌کند، تولید کرد.

[ نانوتکنولوژی ]

به گفته محققان چینی، می‌توان نخ‌های نانولوله کربنی را از آرایه‌های نانولوله کربنی ابرهم‌راستا بوسیله یک روش ریسندگی که فرآیندهای تابیدن و کوچک‌سازی (آب‌رفتگی) را ترکیب می‌کند، تولید کرد.


به گزارش  ایسنا ، این نخ‌ها استحکام کششی بالایی تا بیش از10 گیگا پاسکال دارند و در گستره وسیعی از قطرها از چندین تا ده‌ها میکرومتر قابل دسترسی می‌باشند.


این فرایند ریسندگی پیوسته است، بنابراین تولید نخ‌های طولانی با آن آسان است. طول نمونه‌های تولید‌شده از ده‌ها تا صدها متر است.


این یک کشف حیرت‌آور است که نانولوله‌های کربنی را به طور مستقیم در یک حالت خشک از آرایه‌های به اصطلاح نانولوله‌های کربنی ابرهم‌راستا (SACNT) به شکل نخ‌های طویل درآورد.


تاکنون دو روش برای ساخت این نخ‌های نانولوله‌ای موجود بوده است: تابیدن نانولوله‌ها بوسیله یک فرآیند تابیدن صنعتی و کوچک‌سازی نانولوله‌های کربنی با استفاده از بعضی از حلال‌ها؛ اما این دو فرآیند مجزا برای ساخت نخ‌های طویل یکنواخت، معایبی دارند.


اکنون محققان دانشگاه تسینگوا، برای ساخت نخ‌های نانولوله‌ای بسیار مستحکم یک روش ساده و پیوسته که این دو فرآیند را با هم ترکیب می‌کند، توسعه داده‌اند.


در این روش برای رسیدن یک نخ، ابتدا یک آرایه SACNT تابیده می‌شود و سپس برای کوچک‌سازی از درون یک محلول عبور داده می‌شود. به گزارش ستاد ویژه توسعه فن‌اوری نانو، این فرآیند‌ها یک نخ که شامل نانولوله‌های بسیار فشرده است و استحکام کششی بیش از یک گیگا پاسکال دارد، تولید می‌کنند.


این محققان یک روش پیمایشگر لیزری برای اِچینگ موازی آرایه‌ای SACNT خود استفاده می‌کنند تا مطمئن شوند که نخ نانولوله‌ای با قطر یکنواخت تولید می‌شود.


با این روش، می‌توان نخ‌های نانولوله‌ای با گستره‌ وسیعی از قطرها به دست آورد: نازک‌ترین حدود 4 میکرومتر است و ضخیم‌ترین می‌تواند قطری برابر 40 میکرومتر داشته باشد. همچنین این نخ‌های نانولوله‌ای رسانا هستند و خیلی مستحکم‌تر و سبک‌تر از سیم‌های فلزی نازک هستند. این مزایا این نخ‌های نانولوله‌ای را به مواد عالی برای استفاده به‌عنوان سیم‌های رسانای بسیار نازک و بسیار مستحکم، تبدیل می‌کنند.

 


 
 
کهکشان راه شیری
نویسنده : امین احمدی - ساعت ۸:٤٢ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 
تصاویری از کهکشان راه شیری در پهنه آسمان زمین
تصاویری از کهکشان راه شیری در پهنه آسمان زمین
یک عکاس جوان انگلیسی موفق شد با یک دوربین دیجیتالی تصاویری دیدنی از کهکشان راه شیری را در پهنه آسمان زمین تهیه کند.

[ نجوم و اخترفیزیک ]

تصاویری از کهکشان راه شیری در پهنه آسمان زمین

به گزارش خبرگزاری مهر، این تصاویر خیره کننده تنها با استفاده از یک دوربین دیجیتال استاندارد و یک سه پایه گرفته شده اند و وسعت و بزرگی کهکشان راه شیری را که در فاصله 25 هزار سال نوری از زمین قرار دارد نشان داده اند.

یک عکاس 25 ساله انگلیسی به نام "درو باکلی" کهکشان راه شیری را که منظومه شمسی ما در آن قرار دارد از نزدیکی خانه خود در "پمبروکشایر" در ولز انگلیس به تصویر کشیده است.

تصویر اول کهکشان راه شیری را در پهنه آسمان منطقه "سی- ووید هات" نشان می دهد و تصویر دوم که تابستان گذشته در "الگاگ استاکس" در کنار صخره های والش گرفته شده است راه شیری را همراه با 200 تا 400 میلیارد ستاره اش نشان می دهد.

این عکاس خوش ذوق، این تصاویر را در خط ساحلی "پمبروکشایر" که بدون آلودگیهای نوری است گرفته است. وی زمانی که در اکتبر سال گذشته برای قدم زدن در شب به کنار ساحل رفته بود با نگاه کردن به آسمان درخشان به فکر تهیه این عکسها افتاد.

درو باکلی در این خصوص گفت: "من تا پیش از گرفتن این تصاویر هیچ پیش زمینه ذهنی از نجوم نداشتم اما اکنون با دیدن این تصاویر می خواهم که عکسهای بیشتری از پدیده های فضایی بگیرم."

براساس گزارش دیلی میل، وی افزود: "من فقط حدود 20 دقیقه آنجا بودم و نتیجه آن عکسهای این چنین متحیر کننده بود. شبهای ولز واقعا درخشان است. این بسیار شگفت انگیز است که شب از خانه خود بیرون بروی و بتوانی از کیهان عکسهایی با این جزئیات دقیق بگیری اما بیشتر مردم این کار را نمی کنند."

خیال انگیز
کهکشان راه شیری در کنار ساحل "پمبروکشایر" در ولز در شبی پرستاره در "سی- ووید هات"

ستاره های بسیار دور در کهکشان ما در بالای صخره های والش در ولز

 

"درو باکلی" و دوربین کوچکی که این تصاویر متحیرکننده را گرفته است

 


 
 
فوتون ومیدان گرانشی
نویسنده : امین احمدی - ساعت ۸:۳٧ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 

2 – فوتون و میدان گرانشی

نگرشی متفاوت به رفتار فوتون در میدان گرانش، می تواند ما را در توضیح انرژی نقطه صفر رهنمون گردد. میدانهای الکترومغناطیسی اطراف یک پرتو نوری، میدانهای استاتیکی نیستند و در مقایسه با میدان گرانشی، بسیار قوی ترند.

هنگامیکه یک فوتون در میدان گرانشی سقوط می کند، انرژی (جرم) آن افزایش می یابد. با توجه به نیروی گرانشی روی فوتون کار انجام می دهد و در نتیجه جرم (انرژی) آن افزایش می یابد. اما انرژی فوتون وابسته به انرژی میدانهای الکتریکی و مغناطیسی آن است. بنابراین هنگام افزایش انرژی فوتون در میدان گرانشی، یک قسمت از کار انجام شده روی فوتون به انرژی الکتریکی و قسمت دیگر آن به انرژی مغناطیسی تبدیل می شود. با استفاده از بوزنهای هیگز که روش جرم دار شدن ذرات را نشان می دهد، چگونه می توانیم این پدیده را توجیه کنیم؟ همچنین با توجه به بوزونهای هیگز، هنگام جابه جایی بسمت آبی گرانش، این فرایند چگونه اتفاق می افتد؟

 

3 بار-رنگها و مغناطیس- رنگ

بسامد فوتون در میدان گرانشی طبق رابطه زیر تغییر می کند: 

 

          

 

علامت منفی مربوط جابه جایی بسمت سرخ گرانش (فوتون در حال فرار از میدان گرانشی است) و علامت مثبت مربوط به جابه جایی بسمت آبی(فوتون در حال سقوط در میدان گرانشی است) می باشد.

که در آن   بسامد ثانویه ، بسامد اولیه فوتون، G ثابت جهانی گرانش، M جرم جسم (مثلاً ستاره)، r فاصله فوتون تا جسم، c سرعت نور، E انرژی فوتون و h ثابت پلانک است.

در مدتی که فوتون در حال سقوط در میدان گرانشی است، مقدار تغییر انرژی (جرم) آن، برابر     است. این مقدار انرژی به سه قسمت تقسیم می شود، یک قسمت نظیر میدان الکتریکی مثبت رفتار می کند، یک قسمت نظیر میدان الکتریکی منفی رفتار می کند و یکدیگر را خنثی می کنند، زیرا فوتون از نظر الکتریکی خنثی است و قسمت سوم شبیه میدان مغناطیسی رفتار می کند.

در نظریه مکانیک کوانتومی همه ی میدانها، کوانتومی هستند، یعنی هر میدان کوانتومی از ذراتی تشکیل می شود که حامل انیروی آن میدان است. همچنین نیرو نسبت انرژی به فاصله است که طبق رابطه زیر داده می شود:

 

 

اگر رابطه (2) را از نقطه نظر میدان کوانتومی مورد بررسی قرار دهیم، گراویتونها که حامل نیروی گرانش هستند، وارد ساختمان فوتون می شوند و انرژی آن را افزایش می دهند. در نتیجه گراویتون ناپدید شده و انرژی فوتون افزایش می یابد. بطور مشابه جابه جایی بسمت سرخ گرانش اثر معکوسی دارد، یعنی هنگام فرار فوتون از میدان گرانشی، انرژی الکترومغنایسی به گراویتون تبدیل می شود. سئوال این است که چگونه می توان این فرایند را در مقیاس زیر کوانتومی، مانند ساختمان فوتون توضیح داد؟

مسئله مهم و قابل توجه دیگری، فرایند تولید ذرات مجازی است که نتیجه اصل عدم قطعیت، به صورت زیر است:

 

  

 

 

که طی آن ممکن است که خلاء  یک یا چند ذره با انرژی در مدت کوتاه تولید کند. بنابراین هر گونه تجزیه تحلیلی باید بتواند تولید ذرات در خلاء، حتی تابش هاوکینگ در یک میدان قوی گرانشی، نظیر میدان گرانشی سیاه چاله ها را توجیه کند.  بهترین راه برای چنین توجیهی استفاده از معادله دیراک است که برای نحستین بار نشان داد که چگونه انرژی می تواند به تولید زوج ذره و پاد ذره بیانجامد. معادله دیراک را می توان به صورت زیر نوشت:

 

 

 

که در آن i=1. 2, 3، و m جرم حالت سکون الکترون، c سرعت نور و p عملگر اندازه حرکت، x و t نیز مختصات فضا و زمان و  تابع موج است. یک شکل از ضرایب ( اما نه به صورت یگانه) را می توان به صورت زیر در نظر گرفت:

 

 

  

معادله دیراک احتمال دامنه یک الکترون تنها را توضیح می دهد که نظریه یک ذره – تنها است. به عبارت دیگر این معادله نمی تواند در مورد تولید یا واپاشی ذرات بکار رود.

در فیزیک مدرن برای ذرات بدون جرم (جرم حالت سکون صفر)، اگر در رابطه (4) m صفر باشد، آنگاه می توان رابطه بین اندازه حرکت و انرژی یک ذره با جرم حالت سکون صفر را به صورت زیر به دست آورد:

  

 

حال اجازه دهید تعریف خود را در مورد جرم حالت سکون تغییر دهیم. همچنانکه می دانیم بعضی از ذرات مانند فوتون در هیچ دستگاه لختی به حالت سکون (در شرایط سکون) قابل مشاهده نیستند. این ذرات نیز دارای جرم هستند که از رابطه زیر به دست می آید:

 

 

بنابراین با دو گونه ذرات مواجه هستیم:

·      برخی ذرات در همه دستگاه های لخت با سرعت نور c  حرکت می کنند. این ذرات را ذراتN.R. 6 یا ذراتی که هرگز مشمول شرایط حالت سکون نمی شوند، می نامیم.

·        ذراتی نظیر الکترون که همواره با سرعت v کمتر از سرعت نور (v<c ) در هر دستگاه لختی حرکت می کنند.

با توجه به تعریف بالا، فوتون و گراویتون ذرات NR هستند، ولی الکترون ذره نامیده می شود. فرض کنیم یک فوتون با جرم NR  برابر   و انرژی  در ارتفاع h نسبت به یک دستگاه لخت (که روی زمین قرار دارد) به طرف زمین در حال سقوط است. بسامد آن از  به  افزایش می یابد. در واقع تعدادی گراویتون وارد ساختمان فوتون می شود که در نتیجه آن  را خواهیم داشت.

مسئله این است که چه تعداد گراویتون وارد فوتون می شود که موجب حداقل افزایش انرژی فوتون شود، یعنی اگر  مینیمم باشد، آنگاه چه تعداد گراویتون وارد فوتون شده است؟

بنابراین با توجه به بیان بالا، برای محاسبه تعداد گراویتونهایی که موجب تغییر بسامد فوتون ( در حالت مینیمم) می شوند و خواصی که گراویتونها باید داشته باشند تا با ویژگی فوتون نیز سازگار باشد، به صورت زیر عمل می کنیم:

فرض کنیم یک فوتون با بسامد  از تعداد n1   ذره تشکیل شده باشد و فوتون با بسامد  شامل n2 عضو باشد. توجه شود که این ذرات که ساختمان فوتون را شکل می دهند، نمی توانند یکسان باشند، زیرا باید خواص الکتریکی و مغناطیسی فوتون را بتوان توجیه کرد، لذا این ذرات متفاوتند که میدانهای متفاوت الکتریکی و مغناطیسی (اما وابسته به یکدیگر) را ایجاد می کنند. با توجه به این مطالب، ماتریس 1×4   زیر را در نظر بگیرید:

 

 

 

ماتریس (7) باید در شرایط زیر صدق کند:

 

 

حال باید ضرایب A, B, C, D  را محاسبه کنیم بطوریکه بتوانند با ویژگیهای فوتون نیز سازگار باشند. هنگامیکه گرانش روی فوتون کار انجام می دهد، گراویتونها وارد ساختمان فوتون می شوند و شدت میدان الکتریکی فوتون افزایش می بابد، اما بار الکتریکی ایجاد نمی شود، زیرا فوتون از نظر الکتریکی خنثی است. بنابراین A, B باید حامل اثر میدان الکتریکی باشند و علاوه بر آن، این آثار باید یکدیگر را خنثی کنند تا خنثی بودن فوتون را از نظر الکتریکی توجیه کنند، لذا بایستی حامل دو نوع اثر متضاد الکتریکی باشند که یکی میدان الکتریکی مثبت و دیگری میدان الکتریکی منفی را ایجاد کنند. همچنین با توجه به نسبت شدت میدان الکتریکی و مغناطیسی فوتون یعنی E می توان نوشت:

 

 

 

که در آن بار-رنگ مثبت و  بار-رنگ منفی است. همچنین در رابطه بالا c باید یک عدد خالص باشد که تنها نسبت دو میدان الکتریکی و مغناطیسی را از نظر تعداد ذرات تشکیل دهنده آنها توجیه کند. لذا این ضریب ثابت را با  نشان می دهیم و روابط بالا به شکل زیر خواهد شد:

 

 

هنگامیکه تعدادی   وارد ساختمان فوتون می شود، شدت میدان الکتریکی مثبت فوتون افزایش می یابد. با توجه به معادلات الکترومغناطیس ماکسول، شدت میدان مغناطیسی نیز افزایش می یابد، لذا عنصر C باید اثر مغناطیسی اطراف بار-رنگهای مثبت را افزایش دهد، به همین ترتیب D نیز باید شدت میدان مغناطیسی اطراف بار-رنگهای منفی را افزایش دهد. این دو عنصر از نظر اثر، یکسان هستند، اما از نظر جهت گردش (که با میدان الکتریکی ایجاد شده متناسب است) متفاوت می باشند. بنابراین با توجه به نسبت شدت میدانهای الکتریکی و مغناطیسی می توان نوشت:

 

 

بنابراین ماتریس (7) به شکل زیر در می آید که ماتریس CPH نامیده می شود:

 

 

 

با توجه به توضیحات بالا می توانیم کوچکترین مقدار انرژی فوتون را تعریف کنیم. یک فوتون با مقدار انرژی بسیار کم (کمترین مقدار انرژی ممکن) شامل تعدای بار-رنگ مثبت  ، به همان تعداد بار-رنگ منفی ، یک مغناطیس-رنگ راست گرد و یک مغناطیس-رنگ چپ گرد  است که در ماتریس CPH نشان داده می شود. این مقدار انرژی طبق حد زیر تعریف می شود:

 

 

انرژی سی. پی. اچ.  ECPH  در رابطه 12 تعریف شده است.

حال در موقعیتی هستیم که برخی مفاهیم قابل اثبات را در مورد فوتون و گراویتون بیان کنیم.

 

4 گراویتون

بسیاری از فیزیکدانان قبول ندارند که گراویتون وجود داشته باشد و وجود آن را یکنوع خیالبافی برای توضیح گرانش می دانند. بطور صوری گراویتون را یک ذره کوانتومی برای کنش گرانشی، در میدان گرانشی می دانند که دارای اسپین 2 است که مانند فوتون مجازی و سایر بوزونها عمل می کند.

معادلات ماکسول می پذیرد که اسپین کنش الکترومغناطیسی، ذره ای با اسپین یک باشد و معادلات میدان اینشتین را نیز می توان با یک ذره با اسپین 2 توجیه کرد، اما این توجیه نیز بطور ناراحت کننده ای دقیق نیست.

در هر صورت، اگر بپذیریم که فوتون از گراویتونها ساخته می شود، در این صورت گراویتون نمی تواند دارای اسپین 2 باشد. بنابراین اجازه دهید بحث را با تعریف سی. پی. اچ. و بیان اصل سی. پی. اچ. ادامه دهیم، سپس ویژگیهای گراویتون و اسپین آن را مورد بررسی قرار خواهیم داد.

 

5 تعریف سی. پی. اچ.   

سی. پی. اچ. چیست؟ سی. پی. اچ. یا:

Creative Particles of Higgs or CPH

آفرینش ذرات از هیگز یا سی. پی. اچ.

یک واحد هستی در طبیعت است که سازنده (سنگ بنای) سایر ذرات موجود در جهان است. بنابراین سی. پی. اچ. به بنیادی ترین ذره ی موجود در طبیعت اشاره می کند. لازم به تذکر است که این تعبیر به معنای اینکه سی. پی. اچ. یک ذره است، نمی باشد. بلکه استفاده از کلمه ذره برای سی. پی. اچ. به این دلیل است که واژه ی دیگری برای آن یافت نشد.

سی. پی. اچ. یک ذره با جرم NR   است که همواره با مقدار سرعت ثابت  نسبت به همه دستگاه های لخت حرکت می کند که در آن c سرعت نور است.  با توجه به رابطه نسبیتی جرم – انرژی، جرم NR سی. پی. اچ. طبق رابطه (11)، با استفاده از NR جرم   فوتون تعریف می شود:

 

 

 

 

رابطه جرم و انرژی سی. پی. اچ. نیز به صورت زیر ارائه می شود:

 

 

 

رابطه (12) نشان می دهد، در هر کنش بین دو سی. پی. اچ. (یا بیشتر) و یا سایر ذرات، انرژی سی. پی. اچ. تغییر نمی کند، بنابراین، از مقدار VCPH  کاهش نمی یابد و با کاهش مقدار سرعت انتقالی، اسپین کسب می کند. به بیان دیگر در هر دستگاه لخت و مختصات کارتزین خواهیم داشت:

 

 

 

به طور فشرده، گراویتون بدون اسپین، سی. پی. اچ. نامیده می شود.

اگر:

 

 

باشد، آنگاه هیچ اختلافی بین فرمیون و بوزون وجود ندارد، در این حالت، سی. پی. اچ. نیروی گرانش را حمل می کند و مانند فرمیون رفتار می کند. بنابراین در چنین حالتی فقط بار-رنگها وجود دارند.

اگر:

آثار مغناطیسی ظاهر می شود.

برای سایر ذرات، نظیر الکترون:

 

 

 

می باشد که سایر بوزونها پدیدار می شوند. برای مثال به تولید و واپاشی زوج الکترون-پوزیترون توجه کنید که قبل از تولید زوج، تنها انرژی (فوتون) وجود دارد. اما پس از تولید زوج، یک الکترون (فرمیون) و یک پوزیترون (پاد فرمیون) و فوتون مجازی که بوزون است و نیروی الکتریکی بین آنها را حمل می کند، وجود دارد. بنابراین می توان نوشت:

 

 

 

 

با توجه به اینکه هنگامیکه سی. پی. اچ. دارای اسپین است، گراویتون نامیده می شود، لذا فضا انباشته از سی. پی. اچ. است. هنگامیکه چگالی سی. پی. اچ. در فضا افزایش می یابد، فاصله آنها کاهش می یابد، آنگاه سی. پی. اچ. ها یکدیگر را احساس و با هم کنش می کنند.

 فرض کنیم دو سی. پی. اچ. در جهت محور x ها حرکت می کنند و یکدیگر را جذب می کنند، لذا مسیر آنها تغییر می کند، بدون آنکه از مقدار سرعت VCPH کاسته شود. با در نظر گرفتن رابطه (12) می توانیم عملگر  را ارائه دهیم که سی. پی. اچ. را با زاویه  حول محوری همجهت با x ( در راستای محور z یا y) به دوران در آورد. همچنین می توانیم  را ارائه دهیم که سی. پی. اچ. را در فضای اسپینی با زاویه  به دوران در می آورد. یعنی سی. پی. اچ. حول محوری موازی با محور x که از مرکز آن می گذرد، دارای اسپین خواهد شد و می توان نوشت:

 

 

بنابراین با توجه به توضیحات بالا، دو سی. پی. اچ. یکدیگر را به دوران در می آورند و نمی توانند دارای یک جهت دوران (اسپین) باشند. این دو سی. پی. اچ. در دو جهت مخالف حرکت اسپینی خواهند داشت، اگر بار-رنگ مثبت دارای اسپین بالا باشد، بار-رنگ منفی دارای اسپین پایین خواهد بود. در حالت کلی اسپین سی. پی. اچ. ها باید در اصل طرد پائولی صدق کند. نتیجه مهم این بحث این است که اسپین گراویتون (یک دوم) است.

  

6 اصل سی. پی. اچ.

سی. پی. اچ. یک مقدار بسیار کوچک انرژی با جرم NR   است که با مقدار سرعت ثابت  نسبت به همه دستگاه های لخت حرکت می کند. بنابراین در هر کنشی بین سی. پی. اچ. و سایر ذرات موجود در محیط، لختی دورانی I ظاهر شده که موجب اسپین دار شدن سی. پی. اچ. می شود و مقدار سرعت سی. پی. اچ. ثابت باقی می ماند. به طوریکه خواهیم داشت: 

 

 

بر اساس اصل سی. پی. اچ.، نسبت به دستگاه لخت، هر سی. پی. اچ. دارای دو نوع انرژی است که از حرکت آن ناشی می شود. یکی انرژی انتقالی و دیگری انرژی اسپینی. در فیزیک مجموع انرژی پتانسیل و جنبشی پایانه را با استفاده از معادله هامیلتونی نشان می دهند. به همین ترتیب و با استفاده از هامیلتونی، انرژی کل هر سی. پی. اچ. را به صورت مجموع انرژی انتقالی و انرژی اسپینی آن نشان می دهیم که به صورت زیر ارائه می شود:

 

 

 

که در آن T انرژی انتقالی و S انرژی اسپینی سی. پی. اچ. و مقداری ثابت و برابر  است. از طرف دیگر سی. پی. اچ. ها  با ترکیب با یکدیگر تولید انرژی می کنند و انرژی نیز به ماده و پاد ماده تبدیل می شود، بنابراین همه چیز در جهان از سی. پی. اچ. ساخته می شود.

 

7 سی. پی. اچ. و گروه دوری

همچنانکه در بخش سه توضیح داده شد، گراویتونها در کنش با یکدیگر به بار-رنگها و مغناطیس-رنگ تبدیل می شوند. همچنین هنگامیکه سی. پی. اچ. دارای اسپین است، گراویتون نامیده می شود. با توجه به این مطالب می توانیم، با استفاده از تعریف گروه دوری، گروه های دوری تولید شونده توسط گراویتون را تعریف کنیم:

 میدان الکتریکی یک گروه دوری است که توسط گراویتون تولید  می شود  و به صورت زیر نشان ارائه می گردد:

 

 

فرض کنیم 2k بار-رنگ ها  با یکدیگر ترکیب شده و در فضا در حرکت هستند. بنابراین دو میدان الکتریکی، یکی با علامت مثبت و دیگری با علامت منفی در فضا در حال انتشار است. در اطراف هر یک از این میدانها، یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود که با در نظر گرفتن علامت میدانهای الکتریکی، جهت میدانهای مغناطیسی ایجاد شده نیز متفاوت است ولی عناصر یکسانی دارند. بنابراین می توان گروه دوری زیر را ارائه کرد:

 

 

با توجه به گروه های تولید شده در بالا و ماتریس سی. پی. اچ. و رابطه (9)، می توانیم انرژی نقطه صفر را توضیح دهیم.

 

8 انرژی نقطه صفر

فضا انباشته از گراویتون است که گراویتونها عنصر اساسی و عامل تولید کننده انرژی هستند. هیچ نقطه ای از فضا تهی از آثار گرانشی نیست. بنابراین در هر نقطه از فضا امکان تولید انرژی وجود دارد. گراویتونها بار-رنگها را ایجاد می کنند، بار-رنگهای متحرک نیز خود عامل ایجاد میدانهای مغناطیسی اطراف خود هستند که مواد اولیه آنها نیز گراویتون است و در همه ی نقاط فضا وجود دارد. اما میزان تولید انرژی الکترومغناطیسی در فضا، تابع چگالی گراویتون  موجود در فضا است. لذا تولید انرژی در فضا برابر انتگرال روی فضا، نسبت به چگالی گراویتون است، یعنی:

 

 

اگر روابط (4) و (9) را با هم ترکیب کنیم، آنگاه می توانیم مکانیزم تولید انرژی نقطه صفر را توضیح دهیم. تعدادی گراویتون با جرم NR  به بار-رنگها تبدیل می شوند و دو میدان الکتریکی با علامت مخالف تشکیل می شود. این میدانها یکدیگر را خنثی می کنند. اما بار-رنگهای مثبت یکدیگر را دفع می کنند و همین فرایند در مورد بار-رنگهای منفی نیز وجود دارد. بنابراین هنگامیکه شدت میدانهای الکتریکی مثبت و منفی به قدری افزایش می یابد که فاصله بین بار-رنگها چنان کاهش می یابد که دیگر بار-رنگهای مختلف العلامه نمی توانند با ترکیب خود مانع از فرار بار-رنگها شوند، میدانهای مغناطیسی اطراف آنها ایجاد می شود و مانع فرار بار-رنگها می گردد. میدانهای مغناطیسی ایجاد شده موجب نگاه داری بار-رنگهای همنام در کنار یکدیگر می شود. 

این مکانیزم که بار-رنگهای همنام را در کنار یکدیگر نگاه می دارد، با استفاده از شعاع لارمور7 ( شعاع ژیرو یا شعاع سیکلوترون8 که بوسیله رابطه زیر داده می شود، قابل توجیه است:

 

9 تابش هاوکینگ

در ساده ترین توضیح، طبق تابش هاوکینگ انرژی تولید شده در خلاء در افق رویداد سیاه چاله ها موجب تولید ذرات و پاد ذرات می شود. یکی از این ذرات به داخل سیاه چاله سقوط می کند و دیگری قبل از آن که توسط سیاه چاله جذب شود، فرار می کند. در نتیجه این فرایند، مشاهده می شود که سیاه چاله در حال تابش ذرات است. 

چگونه می توان تابش هاوکینگ را با استفاده از رابطه (24) توضیح داد؟ برای حل این مسئله باید توجه داشت که:

·        چگالی گراویتون در اطراف سیاه چاله بسیار زیاد است.

·        گراویتونها به سرعت تبدیل به انرژی می شوند.

·        معادله دیراک فرایند تولید ذرات و پاد ذرات را توجیه می کند.

با توجه به چگالی بالای گراویتون در اطراف سیاه چاله و در نظر گرفتن روابط (20) و (24)، در افق رویداد، فوتونهای پر انرژی تولید می شود که به تولید زوج می انجامد. معادله دیراک در مورد مجموع انرژی به صورت زیر داده می شود:

 

 

 

با مقایسه روابط (25) و (24)، رابطه انرژی را می توان به صورت زیر نوشت:

 

 

در اطراف سیاه چاله n به سرعت رشد می کند و   با محموع انرژی ذره و پاد ذره قابل مقایسه خواهد شد. تنها مسئله ای که باید توضیح داده شود، بقای اندازه حرکت است. با توجه به کنش بین فوتون و ذرات موجود در افق رویداد که به علت چگالی بالای گراویتون، چنین ذراتی دارای جرم قابل توجه خواهند بود، لذا در برخورد فوتونهای پر انرژی با این ذرات، شرایط برای بقای اندازه حرکت وجود دارد و فرایند تولید زوج به سهولت انجام می شود.

 

 

10 اسپین گراویتون

رابطه (26) و تولید زوج از نظر بررسی اسپین گراویتون بسیار حائز اهمیت است. ریشه دوم رابطه (26) به صورت زیر می باشد:

 

 

تولید زوج نشان می دهد که یک فوتون با اسپین یک، دو ذره (الکترون و پوزیترون) با اسپین تولید می کند. رابطه (27) نتیجه می دهد دو ذره با اسپین یک دوم، از گراویتونها تشکیل می شود. در فرایند تولید زوج، بار-رنگهای منفی از بار-رنگهای مثبت جدا می شوند . میدان مغناطیسی اطراف آنها مانع از جدا شدن بار-رنگها می شود. این بیان را با نظریه کوارکها مقایسه کنید که طبق آن سه کوارک با اسپین به یک ذره (پروتون) با اسپین تبدیل می شوند.

 حال اگر از رابطه (27)، هنگامیکه n بسمت صفر میل می کند، حد بگیریم، این حد می تواند برای کمترین مقادیر ممکن به ترکیب دو بار-رنگ منتهی شود. یعنی در رابطه (27) برای مقادیر بسیار کم n، با آغاز تولید انرژی صفر رو به رو خواهیم شد.

لذا در این حالت دو گراویتون وجود خواهد داشت که نتیجه می دهد اسپین گراویتون بایستی برابر (یک دوم) باشد. 

این برداشت به سادگی با جابه جایی بسمت سرخ گرانش قابل توجیه است. برای مثال فوتونی را در نظر بگیرید که در حال فرار از یک میدان قوی گرانشی (مثلا سیاه چاله) است. همچنانکه می دانیم فوتون نمی تواند از میدان گرانشی سیاه چاله بگریزد، به همین دلیل آن را سیاه چاله می نامند. اگر به رابطه

 

 

در میدان گرانشی سیاه چاله توجه کنیم، فوتون هنگام فرار تمام انرژی خود را از دست می دهد و در نهایت  خواهد شد و دیگر انرژی وجود نخواهد داشت که از سیاه چاله بگریزد. در واقع همه ی انرژی فوتون به گراویتون تبدیل می شود.

با مقایسه دو رابطه (27) و (28) هنگامیکه آخرین دو گراویتون موجود در ساختمان فوتون در حال تجزیه هستند، رابطه (27) باز هم در شرایط ماتریس پائولی صدق می کند. بنابراین گراویتون بایستی اسپینی برابر (یک دوم) داشته باشد. به بیان دیگر، گراویتون در شرایطی قبل از شکست خود به خودی تقارن به سر می برد و همه ی ذرات دیگر، از جمله فوتون، فرمیونها و سایر بوزونها بعد از شکست تقارن ایجاد می شوند. در شرایطی که گراویتونها در حال ترکیب با یکدیگر به سر می برند تا نخستین فوتونها (فوتون با انرژی حد اقل) را تولید کنند، رفتاری کاملاً شبیه فرمیونها دارند. جمع بندی این موارد نشان می دهد که گراویتون از نظر اسپینی نمی تواند متفاوت از فرمیونها باشد.   

با پیشرفت میدان کوانتوم نسبیتی و ظهور الکترودینامیک کوانتومی، فاینمن محاسبات مربوط به رفتار ذرات بنیادی را در یک سری نمودار ها که دیاگرامهای فاینمن نامیده می شود، مطرح کرد و نشان داد که شامل تولید و واپاشی زوج های مجازی در خلاء نیز می شود. مجموعه دیاگرامهای فاینمن برای خلاء، به صورت شکل زیر می باشد.

 

 

در شکل بالا خطوط مستقیم نشاندهنده الکترون است و موج، نمایانگر فوتون می باشد. هر  کدام از حلقه های کوچک نشان دهنده تولید و واپاشی زوج الکترون – پوزیترون است و نمایش دهنده فرایندی است که مجازی خوانده می شود. 

محاسبات کوانتومی این حلقه ها با یک مشکل بزرگ مواجه می شود. در تمام فرایندهای مجازی روی حلقه ها، برای  تمام مقادیر ممکن اندازه حرکتها، از اندازه حرکت صفر تا اندازه حرکت بینهایت، باید انتگرال گرفته شود. اما انتگرال این حلقه ها برای یک ذره با اسپین j در ابعاد D به صورت زیر می باشد:

 

 

اگر 4J + D – 8 منفی باشد، آنگاه انتگرال برای اندازه حرکت بینهایت، خوش رفتار خواهد شد ( طبق رابطه دوبروی طول موج صفر می شود.).

اما اگر کمیت 4J + D – 8 صفر یا مثبت باشد، آنگاه مقدار انتگرال بینهایت خواهد شد و از دیدگاه نظری، بی معنی است، زیرا تعداد بینهایت جواب خواهد داشت.

جهانی که ما مشاهده می کنیم چهار بعدی است، بنابراین D=4 و برای فوتون داریم J=1

اما مشکل نیروی گرانش همچنان باقی ماند، زیرا گراویتون دارای اسپینJ=2  است و برای D=4 مقدار انتگرال برای اندازه حرکت با توان چهار، خیلی سریع بسمت بینهایت میل می کند و بهیچوجه هنجار پذیر نیست.

این امر برای فیزیکدانان غیرقابل پذیرش بود و سالها تلاش آنها در راه رسیدن به گرانش کوانتوم ناکام ماند. در اینجا بود که نظریه  ریسمان مطرح شد تا این مشکل را بر طرف کند.

نظریه  ریسمان در اصل برای توصیف روابط میان جرم و اسپین هادرون‌ها پیشنهاد شده ‌بود.

یک ذره که از این برآشفتگی‌ها بر می‌خواست، ذره‌ای بود با جرم صفر و دو واحد اسپین که در یک سطح صاف دو بعدی یعنی، D=2 می شد و انتگرال هنجار پذیر می شد.

موفقیتی که نظریه ریسمان داشت این بود که در مدل دیاگرامهای فاینمن، دیاگرامها به سطوح صاف دو بعدی تبدیل می‌شدند و انتگرالهای روی سطح، دیگر مشکل فاصله صفر را نداشتند.

اما در اینجا با پذیرش خواص بار-رنگی برای گراویتونها، اصولا مفهوم اسپین گراویتون دستخوش تغییر بنیادی می شود. با چنین نگرشی اگر در معادله  به جای J  عدد را قرار دهیم، به سادگی انتگرال رابطه (29) برای گراویتون  خواهد شد که هنجار پذیر می باشد.

 

 


 
 
آزمایش تامسون
نویسنده : امین احمدی - ساعت ۸:۳٤ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 

آزمایش تامسون ( محاسبه نسبت بار به جرم الکترون ) 

در آزمایش تامسون از اثر میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی استفاده شده است. دستگاهی که در این آزمایش مورد استفاده قرار گرفته است از قسمتهای زیر تشکیل شده است:

الف ) اطاق یونش که در حقیقت چشمه تهیه الکترون با سرعت معین می باشد بین کاتد و آند قرار گرفته است. در این قسمت در اثر تخلیه الکتریکی درون گاز ذرات کاتدی ( الکترون ) بوجود آمده بطرف قطب مثبت حرکت می کنند و با سرعت معینی از منفذی که روی آند تعبیه شده گذشته وارد قسمت دوم می شود. اگر بار الکتریکی q  تحت تاثیر یک میدان الکتریکی بشدت E  قرار گیرد، نیروییکه از طرف میدان بر این بار الکتریکی وارد می شود برابر است با:      

F= q.E

 در آزمایش تامسون چون ذرات الکترون می باشند q = -e بنابراین:

F= -eE  

از طرف دیگر چون شدت میدان E  در جهت پتانسیلهای نزولی یعنی از قطب مثبت بطرف قطب منفی است بنابراین جهت نیروی  در خلاف جهت یعنی از قطب منفی بطرف قطب مثبت می باشد. اگرx  فاصله بین آند و کاتد باشد کار نیروی F در این فاصله برابر است با تغییرات انرژی جنبشی ذرات . از آنجاییکه کار انجام شده در این فاصله برابراست با مقدار بار ذره در اختلاف پتانسیل موجود بین کاتد وآند بنابراین خواهیم داشت

ev0 =½m0v2

که در آن  v0    اختلاف پتانسیل بین کاتد و آند e  بار الکترون  v  سرعت الکترون و  m0  جرم آن می باشد. بدیهی است اگر v0  زیاد نباشد یعنی تا حدود هزار ولت رابطه فوق صدق می کند یعنی سرعت الکترون مقداری خواهد بود که می توان از تغییرات جرم آن صرفنظ نمود . بنابراین سرعت الکترون در لحظه عبور از آند بسمت قسمت دوم دستگاه برابر است با:

v = √(2e v0/ m0)

 

ب) قسمت دوم دستگاه که پرتو الکترونی با سرعت v وارد آن می شود شامل قسمتهای زیر است :

 

 

1- یک خازن مسطح که از دو جوشن  A  وB  تشکیل شده است اختلاف پتانسیل بین دو جوشن حدود دویست تا سیصد ولت می باشد اگر پتانسیل بین دو جوشن را به v1   و فاصله دو جوشن را به d   نمایش دهیم شدت میدان الکتریکی درون این خازن E = v1/d   خواهد بود که در جهت پتانسیلهای نزولی است.

 

2- یک آهنربا که در دو طرف حباب شیشه ای قرار گرفته و در داخل دو جوشن خازن: یک میدان مغناطیسی با شدت B  ایجاد می نماید . آهنربا را طوری قرار دهید که میدان مغناطیسی حاصل بر امتداد ox   امتداد سرعت - و امتداد  oy امتداد میدان الکتریکی - عمود باشد.

 

پ) قسمت سوم دستگاه سطح درونی آن به روی سولفید آغشته شده که محل برخورد الکترونها را مشخص می کند.

وقتی الکترو از آند گذشت و وارد قسمت دوم شد اگر دو میدان الکتریکی و مغناطیسی تاثیر ننمایند نیرویی بر آنها وارد نمی شود لذا مسیر ذرات یعنی پرتو الکترونی مستقیم و در امتداد ox   امتداد سرعت ) خواهد بود و در مرکز پرده حساس p یعنی نقطه  p0 اثر نورانی ظاهر می سازد.

اگر بین دو جوشن خازن اختلاف پتانسیلv1 را برقرار کنیم شدت میدان الکتریکی دارای مقدار معین E خواهد بود و نیروی وارد از طرف چنین میدانی بر الکترون برابر است با   FE = e E  این نیرو در امتداد  oy و در خلاف جهت میدان یعنی از بالا به پایین است.

میدان مغناطیسی B  را طوری قرار می دهند که برسرعتv   عمود باشد . الکترون در عین حال در میدان مغناطیسی هم قرار می گیرد و نیرویی از طرف این میدان بر آن وارد می شود که عمود بر سرعت و بر میدان خواهد بود . اگر این نیرو را بصورت حاصلضرب برداری نشان دهیم برابر است با:

  

FM = q.(VXB)

در اینجا q = e    پس:

FM = q.(VXB)

و مقدار عددی این نیرو مساوی است با  F = e v B   زیرا میدان B   بر سرعت v   عمود است یعنی زاویه بین آنها 90 درجه و سینوس آن برابر واحد است. اگر میدان B     عمود بر صفحه تصویر و جهت آن بجلوی صفحه تصویر باشد امتداد و جهت نیروی FM در  جهت  oy یعنی در خلاف جهت FE خواهد بود. حال میدان مغناطیسی B  را طوری تنظیم می نمایند کهFE = FM  گردد و این دو نیرو همدیگر را خنثی نمایند. این حالت وقتی دست می دهد که اثر پرتو الکترونی روی پرده بی تغییر بماند پس در این صورت خواهیم داشت:

         FM = FE

        e.v.B = e E

        v = E/ B

چون مقدار E و B  معلوم است لذا از این رابطه مقدار سرعت الکترون در لحظه ورودی به خازن بدست می اید . حال که سرعت الکترون بدست آمد میدان مغناطیسی B  را حذف می کنیم تا میدان الکتریکی به تنهای بر الکترون تاثیر نماید . از آنجاییکه در جهت ox  نیرویی بر الکترون وارد نمی شود و فقط نیروی FE  بطور دائم آنرا بطرف پایین می کشد لذا حرکت الکترون در داخل خازن مشابه حرکت پرتابی یک گلوله در امتداد افقی می باشد و چون سرعت الکترون را نسبتا کوچک در نظر می گیریم معادلات حرکت الکترون ( پرتو الکترونی ) در دو جهت ox و oy  معادلات دیفرانسیل بوده و عبارت خواهد بود از  

m0(d2x /dt2)/span>=0     در امتداox 

  m0d2y /dt2)=e. E      در امتداoy

با توجه به اینکه مبدا حرکت را نقطه ورود به خازن فرض می کنیم اگر از معادلات فوق انتگرال بگیریم خواهیم داشت:

y=(1/2)(e.E)t2/m0

x=v.t

 معادلات فوق نشان می دهد  که مسیر حرکت یک سهمی است و مقدار انحراف پرتو الکترونی از امتداد اولیه (ox  )  در نقطه خروج از خازن مقدار  y  در این لحظه خواهد بود . اگرطول خازن را به L  نمایش دهیم x = L    زمان لازم برای سیدن به انتهای خازن عبارت خواهد بود از t = L / v  اگر این مقدار  t  را در معادله y   قرار دهیم مقدار انحراف در لحظه خروج از خازن به دست می آید:

     Y =  ½ e( E/m0) ( L/ v )2

     e/ m0 = ( 2y/ E ) ( v/ L )2

که در آن v سرعت الکترون که قبلا بدست آمده است. L و E بترتیب طول خازن و شدت میدان الکتریکی که هر دو معلوم است پس اگر مقدار y را اندازه بگیریم بار ویژه یا e/m0  محاسبه می شود.

 پس از خروج الکترون از خازن دیگر هیچ نیرویی بر آن وارد نمی شود بنابراین از آن لحظه به بعد حرکت ذره مستقیم الخط خواهد بود و مسیر آن مماس بر سهمی در نقطه خروج از خازن است . اگر a  فاصله پرده از خازن یعنی D P0 باشد می توانیم بنویسیم:

P0P1 = y + DP0 tgθ

tgθعبارتست از ضریب زاویه مماس بر منحنی مسیر در نقطه خروج از خازن و بنابراین مقدار یست معلوم پس باید با اندازه گرفتن فاصله اثر روی پرده( P0 P1)به مقدار y رسید و در نتیجه می توانیم e/ m0 را محاسبه نماییم.

مقداری که در آزمایشات اولیه بدست آمده بود 108×7/1 کولن بر گرم بود مقداریکه امروزه مورد قبول است و دقیقتر از مقدار قبلی است برابر 108×7589/1 کولن بر گرم است.

علاوه بر تامسون، میلیکان نیز از سال 1906 تا 1913 به مدت هفت سال با روشی متفاوت به اندازه گیری بار الکترون پرداخت.


 
 
مکانیک کو انتمی
نویسنده : امین احمدی - ساعت ۸:٢٩ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 

تفکرات فلسفی به هنگام ظهور مکانیک کوانتومی

تفکر فلسفی فیزیکدانان در زمان پیدایش مکانیک کوانتومی دچار تغییر و یا شاید به بیان بهتر تزلزل عمیقی گردید.برای آندسته ازفیزیکدانانی که صدها سال با جبر نیوتنی یا اصل علیت خوگرفته بودند و وقوع هر معلولی را به یک علت خاص ربط می‌دانند بسیار دردناک بود که دست از این تفکر بردارند چرا که این تفکر بخوبی با وقایع دنیایی قابل مشاهده سازگاری می نمود.گردش زمین تنها معلول نیروی گرانشی است که خورشید برآن وارد می‌کند، انحراف نور ستارگان دور دست از یک مسیر مستقیم، تنها معلول انحنای فضا – زمان است  و دامنه این تفکر جبری به جائی رسید که لاپلاس ریاضیدان فرانسوی بیان نمود که حالت جهان معلول گذشته آن و علت آ‌ینده آن است. این تفکر به ما می‌گوید که با آگاهی از موقعیت کنونی هر چیزی می توان آینده ی آن چیز را به طور بسیار دقیقی پیش بینی نمود. بنابراین همه چیز از جبر نیوتنی یا اصل موجبیت یا علیت پیروی می کرد ولی با  پیدایش فیزیک کوانتومی و اصل عدم قطعیت همه چیز تغییر نمود و تردید و احتمال بر دنیای زیر سایه انداخت .غیر قابل پیش بینی بودن برخی از وقایع – تاثیر روش های اندازه‌گیری بر روی سیستمهای مورد آزمایش- ناتوانی مطلق دراندازه گیری همزمان متغیرها‌ی مکمل(چون تکانه و مکان ذرات یا خاصیت موجی و ذره‌ای فوتون) از جمله پیامدهای مکانیک کوانتومی بود. این فیزیک جدید به ما می‌‌گوید نمی‌توان با قطعیت مسیر یک ذره‌ای را بادانستن تمامی حالات کنونیش پیش‌بینی کرد، ما هرگز نمی‌توانیم بفهمیم در پدیده تداخل الکترون مورد نظر ما از کدام یک از دو شکاف دستگاه عبور کرده است.مکانیک کوانتومی همانند فیزیک کلاسیک و نسبیت این اجازه را به ما نمی‌دهد که با دانستن حالت کنونی یک سیستم با قطعیت از آینده آن صحبت کنیم.همه جا صحبت ازمیانگین‌ها و احتمال در میان است و همین موضوع بود که اینشتین را وادار به بیان این جمله کرد : خدا هرگز تاس نمی‌اندازد.

این تفکر که نمی‌توان با قطعیت از رفتار آینده یک سیستم صحبت کرد و این اندازه‌گیری‌ها است که به پدیده‌ها رنگ واقعیت می‌بخشد به تفکر کپنها گی معروف است که بوهر سردمدار آن بود.این تعبیر از جهان اطراف ما به ما می‌گوید که تصور مکان و تکانه مشخص برای یک ذره همانند الکترون تا موقعیکه اندازه‌گیری نشده‌اند بی معناست در این اندازه گیری شی و دستگاه اندازه گیری توامان نتایج حاصل از اندازه‌‌گیری را مشخص می‌کنند. ولی آیا می‌توان پذیرفت که فرآیند اندازه‌گیری می‌تواند روی جهان تاثیر بگذارد؟ آیا یک الکترون دارای بارالکتریکی است یا اینکه این دستگاه اندازه‌گیری است که برای الکترون باری مشخص در نظر می‌گیرد. کوانتوم فرآیند اندازه گیری را مختل کننده و تاثیرگذار فرض می‌کند تا جائیکه بوهر بانی تفکر کپنهاگی بیان می‌دارد که خواصی مانند ماهیت موجی یا ذره‌ای یک فوتون یا الکترون یا بار الکتریکی ، تکانه ، محل و سرعت یک ذره، تا هنگامی که اندازه‌گیری نشده‌اند وجود ندارد یا غیر واقعی هستند به عبارت کلی تر یک سیستم کوانتومی فاقد خواص است .اینشتین  به واقعیت عینی معتقد بود،  اینکه جهان فیزیکی مستقل از هر نوع فرآیند اندازه‌گیری است، و به این موضوع ایمان راسخ داشت. مکانیک کوانتومی نه تنها قادر به توصیف رفتار ذرات زیر اتمی است بلکه با تعمیم آن می‌‌توان رفتار اجرام ماکروسکوپی همانند یک توپ تنیس یا یک جسم قابل مشاهده دیگر را تعیین نمود و همین عامل موجب شده است تا فیزیکی کوانتومی را یک نظریه بنیادی که رفتار جهان را توصیف می کند در نظر بگیریم همانند فیزیک کلاسیک و نسبیت. 

مکانیک کوانتومی دارای پیامدهایی فلسفی بود که بوهر یکی از سردمداران بیانات فلسفی در دفاع از این نگاه جدید به جهان پیرامون بود. بوهر در پاسخ به نواقصی که اینشتین و حامیان او مطرح می‌نمودند با قاطعیت شروع به دفاع فلسفی از این ایده جدید می نمود. او پدیده تکمیل یا اصل مکملیت را که مبتنی بر اصل عدم قطعیت‌هایزنبرگ بود را برای تاثیر اندازه گیری بر سیستم کوانتومی مطرح کرد. بر اساس این اصل، اندازه گیری خاصیتی از یک سیستم است و درهنگام اندازه گیری یک خاصیت از یک سیستم اطلاعات ما در مورد سایر خاص آن سیستم از بین می‌رود مثلا اگر بنا باشد خاصیت موجی نور را اندازه گیری کنیم اطلاعات ما در مورد خاصیت ذره ای آن به کلی از میان می رود. همچنین در تعبیر کپنهاگی واقعیت تا هنگامیکه اندازه‌گیری نشود وجود ندارد بر همین اساس تصور بار و تکانه و… برای یک الکترون تا هنگامیکه این کمیت‌ها اندازه‌گیری نشوند بی‌معنا خواهد بود در سال گذشته یک جوان ایرانی بنام پرفسور شهریار صدیق افشار با انجام آزمایشی بربخشی از اصل مکملیت بوهر خط بطلان کشید و سلطۀ هشتاد سالۀ آن بر فیزیک کوانتومی را در معرض تزلزل و تباهی قرار داد. 

آزمایش افشار 

 بور در طول شکل گیری فیزیک کوانتومی بی مهابا از آن جانبداری می‌کرد هر جا به بن بست می‌رسید یا توسط منتقدان فیزیک کوانتمی به چالش کشیده می شد با بنا نهادن یک اصل فلسفی از ایده کوانتومی دفاع میکرد. وقتی سال 1935 اروین شرودینگر آزمایش گربه را پیش کشید( این آزمایش فکری به آزمایش گربه شرودینگر نیز معروف است) و در آن مسئله تاثیر اندازه‌گیری بر یک سیستم و اینکه چگونه صرف مشاهده می‌تواند زندگی یا مرگ گربه را رقم بزند، تناقض موضوع فرآیند اندازه‌گیری در فیزیک کوانتومی را با درک عمومی بر ملا ساخت ولی این ادعا که اندازه‌گیری بر روی یک سیستم کوانتومی تاثیرگذر است جزء لاینفک فیزیک کوانتومی است که تاکنون هیچ آزمایشی آنرا نقض ننموده است ولی این موضوع که اندازه‌گیری خاصیتی از یک سیستم اطلاعات ما را در مورد سایر خواص آن سیستم از بین می‌برد.در ژوئیه 2004 با اعلام نتیجه آزمایشی که پروفسور افشار از دانشگاه روان انجام داد به چالش کشیده شد ایده ناتوانی در اندازه‌گیری همزمان متغیرهای مکمل که از اصل مکملیت بوهر استنتاج می‌شود به طرز جالبی توسط آزمایش افشار رد شده است.افشار طی انجام یک آزمایش به طور عملی موفق شد که همزمان ماهیت موجی و ذره‌ای نور را مورد اندازه‌گیری و مشاهده قرار دهد. نتیجه این آزمایش به طور آشکارا با اصل مکملیت در تناقض است بنابراین هواداران تعبیر کپنهاگی یا باید نتیجه این آزمایش را در قالب اصل مکملیت توجیه نمایند یا دست از حمایت از این اصل بردارند ولی آنگونه که مشخص است موضع دوم محتمل تر به نظر می‌آید. بر همین اساس تاریخ باردیگر درحال تکرارشدن است و نیمه اول قرن بیست ویکم همانند نیمه اول قرن بیستم شاهد جدل‌های تازه‌ای بین هواداران تعبیر کپنهاگی و هواداران واقعیت عینی (اینشتین نیز به واقعیت عینی معتقد بود و عقیده داشت که واقعیت‌ها مستقل از اندازه‌گیری هستند) خواهد بود.

قرن نوزدهم

در قرن نوزدهم، نظریه پردازان برای تشریح گروه متفاوتی از پدیده ها که متضمن نور و الکترومغناطیس بودند، از مدل اساسی دیگری استفاده کردند که عبارت بود از: (انتشار) امواج درمحیطهای میانجی پیوسته . ولی در اوایل قرن حاضر به نظر می رسید که چند آزمایش حیرت انگیز، استفاده از هر دو مدل موج و ذره را برای هر دو نوع از پدیده ها ایجاب می کند. ازیک طرف، معادله انیشتین درباره اثر فتوالکتریک و کار کامپتون بر روی پراکندگی فوتون نشان داد که نور در بسته های مجزا و منفصل، با انرژی و اندازه حرکت معین، گسیل می گردد وبسیار شبیه به جریانی از ذرات عمل می کند، و از طرف دیگر و در مقابل آن، الکترون ها که همواره به صورت ذرات تصویر می شدند، آثار تداخل انتشار را که از ویژگی های امواج است، از خود نشان دادند. امواج، پیوسته و گسترده اند و به موجب فاز بر یکدیگر تاثیر متقابل دارند؛ اما ذرات، گسسته و به مکانی خاص محدودند و تاثیر متقابل آنها براساس اندازه حرکت است. به نظرمی رسد هیچ راهی برای تلفیق این دو مدل، در مدل واحد، وجود ندارد.

در نظریه کوانتوم، هیچ مدل وحدت یافته ای از اتم پیدا نشده است. مدل اولیه بور درباره اتم به سادگی قابل تصویر و تجسم بود: الکترون های ذره وار در حرکت خود پیرامون هسته، به مانند یک منظومه شمسی کوچک، از مدارهایی تبعیت می کنند. ولی اتم در نظریه کوانتوم به هیچ وجه قابل تصویر و تصور نیست. ممکن است کسی بکوشد تا الگوهای موج های احتمال را که فضای پیرامون هسته را پر کرده اند، شبیه نوسان های یک سمفونی سه بعدی ازاصوات موسیقیایی که پیچیدگی حیرت انگیزی دارند، تصور کند؛ ولی این تمثیل کمک زیادی به ما نمی کند، اتم در دسترس مشاهده مستقیم قرار ندارد و بر وفق کیفیات حسی ، قابل تصورنیست؛ حتی نمی توان آن را براساس مفاهیم کلاسیک نظیر فضا، زمان و علیت به گونه ای منسجم توضیح داد. رفتارشی بسیار خرد با رفتار اشیای تجربه روزمره، متفاوت است. ما می توانیم آنجه را در آزمایشها رخ می دهد با معادلات آماری توضیح دهیم، ولی نمی توانیم صفات کلاسیک اورانوس را به ساکنان جهان اتمی نسبت دهیم.

در بسط و توسعه هایی که طی سالهای اخیر در نظریه کوانتوم، به سمت قلمروهای هسته ای ومادون هسته ای حاصل شده است، خصلت احتمالی نظریه اولیه کوانتوم، همچنان محفوظ، مانده است. نظریه میدان کوانتومی، تعمیمی است از نظریه کوانتوم که با نظریه نسبیت خاص، هماهنگ و منسجم است. از این نظریه با موفقیت بسیار در برهم کنشهای الکترومغناطیس وبرهم کنش های مادون هسته ای (کرومودینامیک کوانتومی یا نظریه کوارک) و نظریه الکتروضعیف، بهره برداری شده است. اجازه دهید چالشی را که نظریه کوانتوم در قبال اصالت واقع ابراز کرده است، دنبال کنیم. نیلز بور از به کارگیری مدل های موج و ذره و دیگر زوج ها از مجموعه های مفاهیم متضاد، حمایت می کرد. بحث بور درباره آنچه او آن را اصل مکملیت نامید، چند موضوع را شامل شد. بور تاکید داشت که سخن ما درباره یک سیستم اتمی باید همواره به یک آرایش آزمایشگاهی مربوط باشد؛ ما هرگز نمی توانیم درباره یک سیستم اتمی به تنهایی و فی نفسه و عین معلوم را در هر آزمایشی مد نظر قرار دهیم. نمی توان هیچ خط فاصل دقیقی بین روند مشاهده و شیء مشاهده شده، رسم کرد. در صحنه آزمایش، ما بازیگریم نه صرفا تماشاچی و ابزار آزمایشی مورد استفاده را خود برمی گزینیم. بور اظهار داشت که آنچه باید به حساب آید، روند تعاملی (کنشی - واکنشی) مشاهد است، نه ذهن یا شعور مشاهده گر. 

موضوع دیگر در نوشتار بور، محدودیت مفهومی درک بشر است. در اینجا، انسان به عنوان یک عالم (داننده) و نه یک آزمایشگر، کانون توجه قرار می گیرد. بور، با شکاکیت کانت درباره امکان شناخت جهان فی نفسه سهیم است. اگر سعی ما آن باشد که قالب های مفهومی خاص را بر طبیعت تحمیل کنیم، در این صورت استفاده تام از سایر مدل ها را مانع شده ایم. بدین سان، باید بین توصیفات کامل علی یا فضا- زمانی، بین مدل های موج یا ذره، بین اطلاع دقیق از مکان یا اندازه حرکت، یکی را برگزینیم. هرچه بیشتر از یک مجموعه مفاهیم استفاده شود، کمتر می توان مجموعه مکمل را به طور همزمان به کار برد. این محدودیت دوجانبه از آن جهت رخ می دهد که جهان اتمی را نمی توان بر وفق مفاهیم فیزیک کلاسیک و پدیده های مشاهده پذیر توضیح داد.

بنابراین، چگونه مفاهیم فیزیک کوانتومی به واقعیت جهان مربوط می شود؟ دیدگاههای مختلف درباره جایگاه نظریه ها در علم، تعبیر و تفسیر متفاوتی از نظریه کوانتوم می کنند.
1- اصالت واقع کلاسیک. نیوتن و تقریبا تمام فیزیکدانان قرن نوزدهم، نظریه ها را توصیفات طبیعت ، آن گونه که فی نفسه و مستقل از مشاهده گر تحقق دارد، تلقی می کردند. فضا (مکان)، زمان، جرم، و سایر کیفیات اولیه خواص همه اشیای واقعی اند. مدل های مفهومی، نسخه بدل هایی از جهانند که ما را قادر می سازند تا ساختار مشاهده ناپذیر جهان را با اصطلاحات مانوس کلاسیک مجسم کنیم. اینشتاین این سنت را با پافشاری بر این نکته ادامه داد که یک توصیف کامل از سیستم اتمی، مستلزم مشخص کردن متغیرهای کلاسیک مکان - زمانی است که حالت آن را به گونه ای عینی و غیرمبهم، تعیین کند. او بر آن بود که چون نظریه کوانتوم چنین نیست پس نظریه ای ناقص است و عاقبت به وسیله نظریه ای که انتظارهای کلاسیک را تحقق بخشد، کنار گذاشته خواهد شد. 

2- ابزارانگاری. مطابق این رای، نظریه ها ساخته های مفید بشر و تمهیدهایی برای محاسبه اند که جهت مرتبط کردن مشاهدات و انجام پیش بینی ها به کار می آیند. آنها همچنین ابزارهایی عملی برای دستیابی به کنترل فنی شمرده می شوند. مبنای داوری درباره آنها، مفیدبودنشان در به ثمر رساندن این اهداف است، نه مطابقت آنها با واقعیت (که برای ما امری دست نیافتنی است). مدل ها، مجعول هایی تخیلی اند که موقتا برای ساختن نظریه ها استفاده می شوند و پس از آن می توان آنها را کنار نهاد؛ آنها بازنمودهای حقیقی جهان نیستند. اگرچه می توانیم از معادلات کوانتومی برای پیش بینی پدیده های مشاهده پذیر استفاده کنیم، امانمی توانیم در میان مشاهداتمان از اتم سخن بگوییم.                                                                         
اغلب چنین پنداشته می شود که بور قاعدتا باید ابزارگرا باشد، زیرا او در بحث طولانی با آینشتاین، اصالت واقع کلاسیک را رد کرده است. اما آنچه او واقعا گفت آن است که مفاهیم کلاسیک را نمی توان بدون ابهام برای تشریح سیستم های اتمی موجود به کار برد. از مفاهیم کلاسیک فقط می توان برای توضیح پدیده های مشاهده پذیر، در موقعیت های ویژه آزمایشگاهی استفاده کرد. ما نمی توانیم جهان را آن گونه که فی نفسه تحقق دارد، جدای از تاثیر متقابل ما با آن، مجسم کنیم. بور، به میزان زیادی با نقد طرفداران ابزارانگاری از اصالت واقع کلاسیک موافق بود ولی او به طور مشخص از ابزارانگاری حمایت نمی کرد و با تحلیل دقیق تر به نظر می رسد که اوگزینه سومی را اختیار کرده باشد. 

3-اصالت واقع نقادانه. قایلین به اصالت واقع نقادانه، نظریه ها را بازنمود هایی ناتمام ازجنبه های محدود جهان، آن گونه که با ما در کنش متقابلند، تلقی می کنند. نظریه ها به ما اجازه می دهند تا جنبه های مختلف جهان را که در موقعیتهای گوناگون آزمایشگاهی آشکار می شوند، به یکدیگر مرتبط کنیم. از نظر حامیان اصالت واقع نقادانه، مدل ها، اگرچه انتزاعی و گزینشی اند اما برای مجسم کردن ساختارهای جهان که موجب این کنشهای متقابلند، کوششهایی ضروری به حساب می آیند. در این نگرش، هدف علم، فهم است نه کنترل. تایید پیش بینی ها آزمونی است برای فهم معتبر ولی خود پیش بینی، هدف علم نیست.

به خوبی می توان ادعا کرد که بور - اگرچه نوشته های او همواره واضح نبوده است - صورتی ازاصالت واقع نقادانه را پذیرفته بود. او در بحث با آینشتاین، واقعیت الکترون ها یا اتم ها را انکارنکرد، بلکه مدعی بود که آنها از آن رسته اشیایی نیستند که توصیفات فضا - زمانی کلاسیک را بپذیرند. وی پدیدارشناسی ماخ را که واقعیت اتم ها را مورد تردید قرار می داد، نپذیرفت. هنری فولس ، این بحث را چنین خلاصه می کند: او (بور) چارچوب کلاسیک را کنار گذاشت و استنباط واقع گرایانه را درباره توصیف علمی طبیعت حفظ نمود. آنچه او طرد می کند اصالت واقع نیست، بلکه تعبیر کلاسیک آن است. بور، واقعیت سیستم اتمی را که با سیستم مشاهده گر در برهم کنش است، فرض مسلم گرفت. در قبال تعبیرهای ذهن گرا از نظریه کوانتوم که مشاهده را یک برهم کنش ذهنی - فیزیکی تلقی می کنند، بور از برهم کنش های فیزیکی میان سیستم های ابزاری و اتمی، در وضعیت کامل آزمایشگاهی، سخن می گوید. به علاوه، موج و ذره یا اندازه حرکت و موقعیت مکانی یا دیگر وصف های مکمل، حتی اگر هم به روشنی قابل اطلاق نباشند، بر یک شیء واحد صدق می کنند. آنها از نمودهای متفاوت سیستم اتمی واحد حکایت می کنند. فولس می نویسد: بور احتجاج می کند که این گونه باز نمودها، انتزاع هایی هستند که در امکان توصیف یک پدیده به عنوان کنش متقابل میان سیستم های مشاهده گر و سیستم های اتمی، نقشی حیاتی ایفا می کنند، اما نمی توانند خواص یک واقعیت مستقل را تصویر کنند ... ما می توانیم چنین واقعیتی را به حسب توانایی آن برای ایجاد برهم کنش های گوناگون توصیف کنیم؛ برهم کنش هایی که نظریه مذکور، آنها را تامین کننده شواهد مکمل درباره شیء واحد قلمداد می کند. بور نگرش اصالت واقع کلاسیک را که براساس آن، جهان دربردارنده موجوداتی با خواص معین کلاسیک است، نپذیرفت. ولی با وجود این، بر آن بود که جهانی واقعی وجود دارد که درکنش متقابل، توانایی ایجاد پدیده های مشاهده پذیر را داراست. فولس کتاب خود را درباره بور بااین نتیجه گیری به پایان می رساند: هستی شناسی ای که این نحوه تعبیر و تفسیر از پیام بور مستلزم آن است، اشیای فیزیکی را نه مطابق با چارچوب کلاسیک و از راه خواص معین که با خواص پدیده ها مطابقند، بلکه از طریق توان آنها برای ظاهر شدن در نمودهای گوناگون پدیده ها، توصیف می کند. بدین ترتیب در چارچوب مکملیت، حفظ استنباط واقع گرایانه و پذیرفتن کامل بودن نظریه کوانتوم فقط با تجدید نظر در فهم ما از ماهیت یک واقعیت مستقل فیزیکی و اینکه ما چگونه می توانیم آن را بشناسیم، ممکن است.

کوتاه سخن اینکه ما باید اکیدا جدایی قاطع بین مشاهده گر و شیء مشاهده شده را که درفیزیک کلاسیک فرض می شد، انکار کنیم. براساس نظریه کوانتوم، مشاهده گر همواره یک شریک و سهیم به حساب می آید. 

در مکملیت، استفاده از یک مدل، استفاده از مدل های دیگر را محدود می سازد. مدل ها، بازنمودهای نمادین (سمبولیک) از وجوه واقعیت متعاملند که نمی توانند منحصرا بر وفق شباهت هایی که با تجربه روزمره دارند، مجسم شوند. آنها صرفا به طور کاملا غیرمستقیم، با جهان اتمی و یا با پدیده های مشاهده پذیر، مربوطند. ولی ما مجبور نیستیم ابزارانگاری ای را بپذیریم که نظریه ها و مدل ها را ابزارهای فکری و عملی مفیدی می انگارد که درباره جهان چیزی به ما نمی گویند.

خود بور پیشنهاد کرد که ایده مکملیت قابل بسط به سایر پدیده هایی است که با دو نوع مدل، تحلیل پذیرند. مانند: مدل های مکانیستی و ارگانیک در زیست شناسی، مدل های رفتارگرایانه و درون نگرانه در روان شناسی، مدل های جبرواختیار در فلسفه، یا مدل های عدل الهی و عشق الهی در الهیات. بعضی نویسندگان پا را فراتر نهاده و از مکملیت علم ودین سخن می گویند. بدین سان سی.ای. کولسون پس از تشریح دوگانگی موج - ذره وتعمیم بور از آن، علم و دین را توضیح های مکمل درباره واقعیت می نامد. من به این گونه استعمال گسترده از اصطلاح مزبور، با دیده شک می نگرم و در زیر چند شرط رابرای به کار بردن مفهوم مکملیت مطرح می کنم:

1-مدل ها باید فقط در صورتی مکمل یکدیگر نامیده شوند که به یک موجود واحد و یک گونه واحد منطقی اشاره کنند. موج و ذره، مدل هایی برای یک موجود منفرد (مثلا یک الکترون) در یک موقعیت منفرد (مثلا در یک آزمایش دو شکاف) به شمار می آیند. آنها هر دو در یک سطح منطقی قرار دارند و قبلا در یک شعبه از علم استعمال شده اند. این شرایط در مورد علم و دین صدق نمی کند. آن دو، نوعا در موقعیت هایی متفاوت پدید می آیند و در زندگی انسان وظایف مختلفی را به انجام می رسانند. ازاین رو، من علم و دین را زبان های بدیل می دانم و اصطلاح مکملیت را به مدل های مربوط به یک گونه واحد منطقی و در چارچوب یک زبان خاص، محدودمی کنم؛ نظیر مدلهای انسان وار و غیرانسان وار برای خداوند.   

2-باید روشن شود که کاربرد اصطلاح مذکور در خارج از فیزیک، تمثیلی است و نه استدلالی . باید دلایل مستقلی برای ارزش دو مدل بدیل و یا مجموعه هایی از ساخت ها درحوزه دیگر وجود داشته باشد. نمی توان فرض کرد که مدل های مفید در فیزیک، در سایر رشته هانیز ثمربخش باشند.

3-مکملیت، هیچ توجیهی را برای پذیرش غیرنقادانه حصرهای دووجهی فراهم نمی آورد. این اصطلاح را نمی توان برای اجتناب از پرداختن به ناهماهنگی ها یا وتو کردن جست وجوی وحدت، به کار برد. درباره ویژگی متناقض نما در دوگانگی موج - ذره نباید مبالغه شود. مانمی گوییم که یک الکترون هم موج است و هم ذره، بلکه می گوییم رفتاری موج گونه و ذره وار ازخود نشان می دهد. به علاوه، ما یک صورتبندی ریاضی وحدت یافته در اختیار داریم که لااقل، پیش بینی هایی احتمالی را فراهم می آورد، حتی اگر تلاش های گذشته، هیچ نظریه ای را بهتر ازنظریه کوانتوم در مطابقت با داده ها به دست نداده باشد. ما نمی توانیم تحقیق برای مدلهای وحدت بخش جدید را طرد کنیم. انسجام، حتی اگر با اعتراف به محدودیت های زبان و تفکربشری تعدیل شده باشد، همواره در سراسر پژوهش اندیشه مندانه به صورت یک آرمان باقی می ماند.

اینشتین و مکانیک کوانتومی

نظریه کوانتومی که توسط پلانک و اینشتین ساخته و پرداخته گردید باسایه انداختن دیدگاه احتمال و عدم قطعیت برآن موجب نارضایتی و دلسردی اینشتین شد و راهش را از سایرین جدا کرد چراکه طرز فکری که نسبیت‌‌ها از آن تراوش کرده بودنند این اجازه را به اینشتین نمی‌داد که جهان عینی و علّی را رها کند و درسایه تردید و تزلزل در پی کشف حقایق عالم برآید ولی شاید اینشتین درست اندیشیده بود و این بوهر وهمفکران او بودند که در بکارگیری و تعمیم اصل عدم قطعیت راه را به بیراهه رفتند.

آلبرت انیشتین با مکانیک کوانتومی کاملا موافق نبود او معتقد بود یک نظریه کامل باید خود رویداد ها را توصیف کند نه فقط احتمال آنها را او می گوید: من ناچارم اعتراف کنم که برای تعبیر آماری ارزشی گذرا قائلم من هنوز به امکان ارائه طرحی از واقعیت یعنی نظریه ای که بتواند خود اشیاء را نمایش بدهد،نه فقط احتمال آنها را ایمان دارم. انیشتین تا زمان مرگش حاضر به قبول مکانیک کوانتومی نشد. 


 
 
زندگی از فیزیک تامتافیزیک
نویسنده : امین احمدی - ساعت ۸:٢٦ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 


زندگی از فیزیک تا متافیزیک
در دوران امر بین فیزیک و متافیزیک،کمتر پدیده ای را می توان یافت که به صورت کامل فیزیکی و یا به صورت کامل متافیزیکی باشد. چنین می نماید که سرشت و سرنوشت تمام یا بسیاری از پدیده ها وقوع در طبیعت و عروج به سوی ماورای طبیعت است، چیزی که در زبان فلسفی رایج، براساس حفظ و پاسداشت مرزهای فهم و فکر بیش از آنکه با عبارت طبیعت و ماورای آن بیان شود، با تعبیر فیزیک و متافیزیک ادا می شود. در این میان زندگی را می نگریم که به مثابه یک پدیده هرگز از این دو حوزه جدا نمی گردد، از آن رو که زندگی با خلأ بیگانه است و هم از آن رو که خلأ گریزی از نخستین اوصاف زندگی به شمار می آید.گفتگو با دکتر مهدی گلشنی ـ ـ استاد محترم فیزیک دانشگاه صنعتی شریف ـ ـ ـ ابعادی دیگر از زندگی را به بحث نهاده ایم،تا چه قبول افتد و چه در نظر آید.اولین سوٌال تعریفی است که شما از زندگی ارائه می دهید.
برای اینکه بدانیم تعریف زندگی چیست، اول باید بدانیم که هدف از زندگی انسان و پیدایش انسان و به طور کلی هدف حیات انسان چیست؛ آیا کاملاً بی هدف است، آنطورکه بعضی از تئوریهای رایج روز می گوید و فضلای روز تکرار می کنند یا هدف دارد؟ ما که مسلمان هستیم، به پیروی از قرآن معتقدیم که هیچ چیز بی هدف نیست و همه چیز هدف دار است از جمله آفرینش انسان که هدف دار است .هدف از زندگی رسیدن به آن مقام شامخ انسانی است که انسان در عبادت خداوندی مستغرق شود و آثار خداوندی را بفهمد و به عظمت خداوند پی ببرد.

خواهشی اندر جهان، هر خواهشی را در پی است
خواستی باید که بعد از آن نباشد خواستی
از این رو از نظر من هدف زندگی رسیدن به مقام عالیه ای است که برای انسان فرض شده است و انسان را از حیوان متفاوت می کند. البته این مستلزم این است که از اول، در مراحل تربیت به افراد انسان گفته شود که هدف چیست تا با آن آشنا شوند و خودشان با بررسی به این موضوع پی ببرند به نظر من خود زندگی یعنی گذراندن اوقات. زندگی عبارتست از: گذراندن اوقات. آن وقت اگر این گذراندن اوقات با حاصل باشد، این زندگی را موفق می دانیم ولی اگر بدون حاصل باشد، ناموفق می دانیم. منتها باید ببینیم با چه معیاری می سنجیم که حاصل خوب است یابد؟به نظر شما در دوران امر بین اینکه زندگی تا چه حد فیزیکی و تا چه حد متافیزیکی است، زندگی فیزیکی است یا متافیزیکی؟
این دو با هم مخلوط است. من چون با فیزیک انس زیادی داشته ام، راحت به شما می گویم که اگر شما با دقت به موضوع فیزیک و متافیزیک نگاه کنید، به سختی می توانید آن دو را از یکدیگر جدا کنید. شما فیزیکی را پیدا کنید که در درون آن متافیزیک نباشد. ما وقتی متافیزیک را تعریف می کنیم، می گوییم: متافیزیک عبارتست از: احکام عام وجود. شما وقتی به سراغ فیزیک می آیید، یک سلسله آزمایش های خاص انجام می دهید. یعنی حوزه های بسیار خاصی را در نظر می گیرید و رویش تجربه می کنید. این تجربه بسیار محدود است. آن وقت شما نتایج این تجربه را تعمیم می دهید. به عنوان مثال چند سیم را حرارت می دهید و می بینید که طول آنها در اثر حرارت زیاد می شود.بعد به این اکتفا نمی کنید که این سیم خاص یا این سیم مسی اینگونه است، بلکه می گویید: فلزات چنین هستند که وقتی حرارت داده می شوند، منبسط می شوند. چرا شما این تعمیم را انجام می دهید؟ آیا شما مجاز به این تعمیم هستید؟ معمولاً این کار را انجام می دهید. تکیه گاه باطنی شما در اعتماد و اطمینان به این تعمیم چیست؟
به عقیده من تکیه گاه همه این تعمیم ها متافیزیک است. افراد فکر می کنند که کاری که می کنند، صرفاً آزمایش است. اگر فقط چیزی را حرارت دهند و عددهایی را یادداشت کنند، آنچه بر جای می ماند و حاصل می شود، مجموعه ای از کاتالوگهای اعداد می شود، ولی شما این اعداد را ربط می دهید و قوانین عام می سازید و بعد به آن اکتفا نمی کنید و می گویید: اگر عین قضیه در کره مریخ هم انجام شود، نتیجه همین است. اینها تعمیم هایی است که واقعاً فوق فیزیک است.
فیزیک با حواس و آزمایش ها و نتیجه گیری سروکار دارد ولی شما در مقام نتیجه گیری، همیشه از جزئیات به کلیات منتقل می شوید و نتایجی که شعور را با فیزیک بیان کنیم. ممکن است هیچ وقت نتوانیم این کار را بکنیم. ممکن است شعور را حتی نتوانیم به زبان ریاضی بیان کنیم. یعنی: واقعاً شعور مرموزترین بخش قابل تفسیر جهان است. توجه بفرمایید که قرآن صریحاً می فرماید: یسئلونک عن الروح. قل الروح من امر ربی. این آیه به صورتهایی مختلف تفسیر و تعبیر شده است. چون آیه در ادامه می فرماید: و ما اوتیتم من العلم الا قلیلاً. از نظر بنده مفهوم این آیه این است که معلوم نیست که ما بالاخره بفهمیم شعور یا روح چیست. ما به روح خیلی نزدیک هستیم و خیلی از ابعاد آن را می فهمیم و ممکن است از بسیاری از خواص آن استفاده کنیم ولی این که آیا می توانیم بفهمیم خودش چیست؟ این معلوم نیست.من ذهن را بُعدی از روح می دانم ولی در واقع زندگی آن چیزی است که انسان می فهمد و این بُعد روحی زندگی ما را نشان می دهد. شما غذایی را می خورید که در آن لحظه بسیار خوشمزه است ولی آن تمام می شود. آنچه که می ماند، خاطراتی است که می ماند و احیاناً آن را چند ساعت بعد یا چند سال بعد نقل می کنید که بُعد روحی قضیه است. آن چیزی که انسان با آن زندگی می کند، ابعاد روحی زندگی است؛ چیزهایی است که با روح سرو کار دارد. بقیه حواس هم به عنوان ابزار در خدمت روح و زندگی هستند. بویایی، بویی را حس می کند و در اختیار ما می گذارد که لحظه ای است و می گذرد. آن چیزی که می ماند، با روح سروکار دارد، ولی روح به تفسیر نیاز دارد.
مهمترین مسئله زندگی برای انسان به طور عام چه چیزی می تواند باشد؟
این که بفهمد که در این دنیا چه کاره است. اینکه بدانید از کجا آمده اید چه کار می کنید و به کجا می روید، بزرگترین و مهمترین مسئله زندگی است.آن وقت شما اگر این موضوعات را واقعاً با تمام وجودتان درک کنید، تمام اعمال شما با آن تطبیق می کند و همواره مواظب هستید که اشتباه نکنید و کار خطا انجام ندهید.


 
 
قوانین فیزیک
نویسنده : امین احمدی - ساعت ۸:٢٤ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 

حتی تبیین ساده ترین  رویدادها در بر دارنده کل تاریخ کائنات است.   

ماه به دور زمین می چرخد.  زمین و سایر سیارات به دور خورشید.   همه اجرام منظومه شمسی از قانون گرانش عمومی تبعیت می کنند.

همه چیزها یی که در این جا وجود دارند  از خود نظم، هماهنگی،ثبات و جاودانگی بروز می دهند.  ظاهرا جایی برای عوامل تاریخی  یا تصادفی وجود ندارد. با این همه ... به موجب قوانین نیوتن مدار زمین باید یک بیضی باشد نه چیزی بیش از این.   این قوانین در باره جهت چرخیدن زمین  چیزی نمی گویند.  آنها نمی خواهند که سطح چرخش در سطح معینی باشد.   چه چیز جهت حرکت زمین به دور خورشید را تعیین می کند؟

 چرا مدارهای سیارات و اقمار آنها ،تقریبا همگی در یک سطح قرار دارند ؟ 

این مطالب خارج از حوزه قوانین نیوتن قرار می گیردند.   ما باید به جای دیگر نگاه کنیم. من مثال خاص منظومه شمسی را انتخاب کرده ام تا وضعیتی بسیار کلی را در فیزیک نشان دهم.  در واقع ،قوانین فیزیک فقط بخشی از واقعیت را تبیین می کنند.  آنها به ما می گویند که اگر شرایط معینی محقق شود،چگونه رویدادها اتفاق می افتند.آنها بر این شرایط که فیزیکدانان آنها را شرایط «آغازین»یا «محدود کننده »می نامندکنترلی ندارد.

  به مثال مان در مورد زمین باز می گردیم .  به منظور تبیین تفصیلی حرکت آن ،باید در امتداد زمان به گذشته باز می گردیم.  نخست به ولادت زمین باز می گردیم.حرکت امروزی آن خاطره ای از پر تابش (مثل پرتاب یک ماهواره )را حفظ می کند. زمین،مسیر و جهت حرکت خود را از سحابی گازی شکلی به ارث برده که در آن متولد شده است. این سحابی که به شکل یک قرص مسطح بوده است ،حول محور خود می چرخیده و این چرخش را به کلیه اجرام تشکیل دهنده خود از جمله خورشید،سیارات ،قمرها و سیارک ها منتقل کرده است . به این دلیل است که صفحات مدارهای آنها تقریبا بر هم منطبق است ، چرا که مدتها قبل در در قرص سحابی شکل گرفتند .  (باز به همین دلیل است که از زمین آنها را در صورت فلکی منطقه بروج مشاهده می کنیم.  خود این سحابی نیز از یک مجموعه قوانین فیزیکی تبعیت می کند. اما در این جا وضعیت بسیار پیچیده است .  ما در باره عواملی که باعث چرخش و جهت چرخش های  ابرهای بین ستاره ای  شده اند اطلاعات بسیار اندکی داریم. البته نوعی چرخش عمومی کهکشان وجود دارد ،اما تلاطم های موضعی و سایر عوامل نیز دست اندر کارند ،مثل پیوندهای مغناطیسی نیرومند ی که سحابی ها را مثل مرواریدهای یک گردنبند به هم پیوند می دهد.

  در اصول ،این عوامل هنگامی شناخته و درک خواهند شد که بتوانیم تاریخ کلیه عناصر کهکشان مان و کلیه کنش های متقابلی را که از  سر گذرانده  اند باز سازی کنیم. اما در عمل ،این کار امکان  نا پذیر تر از کار مامور بیمه انبارهای غله  است.اگر فرض کنیم که به رغم همه این واقعیت ها دست یافته ایم،هنوز کارهای زیادی بر جای می ماند ،زیرا اکنون با مشکل عظیم منشا کهکشانها ،تلاطم  ها و میدانها مغناطیسی آنها مواجهیم.تنها چیزی که کیهان شناسان جرات ابراز آن را دارند این است که این پدیده ها ظاهرا از درون خصوصیات ماده ای بیرون می آیند که در زمان پیدایش کهکشانها وجود داشته اند .کاریکاتوری از این وضعیت را می توان شرح زیر بیان کرد :چیزها همان چیزی هستند که هستند ،چون همان چیزی بوده اند که بوده اند.برای تبیین پدیده ای تا به این حد متداول چون چرخش زمین ،ناگزیریم به منشا کاینات باز گردیم ،به گذشته ای که در آن همه سر نخ های مان در «شب زمان»گم شده است (که البته بیان ضعیفی است ،زیرا آن زمان های در شعله های گدازان تشعشع اولیه شسته شده اند ).

 به اختصار می توان گفت که برای درک هر واقعیت یا رویدادی ، دانستن همزمان کلیه قوانین فیزیکی مربوط به آن و پیوندهای یی که این قوانین در قالب آنها عمل می کنندضرورت دارد .  این پیوند ها و قوانین ،در چارچوب زمان و مکان ،قدم به قدم کل کائنات را به وجود می آورند. در این چارچوب است که تصادف نیز نقش خود را بازی می کند.  تصادف یک عامل ضروری باروری کیهانی دیدیم که در سراسر حماسه ما تصادف دست اندرکارند .هسته در دل آتشین ستارگان سر گردان است. یک تصادف اتفاق می افتد و یک هسته سنگین تر شکل می گیرد.در اقیانوس اولیه دو مولکول با هم در تماس قرار می گیرند .  آنها ترکیب می شوند و نظام پیچیده تری را به دنیا می آورند. در داخل یک سلول ،یک پرتو کیهانی باعث نوعی چرخش می شود .  یک پروتئین خصوصیات تازه ای کسب می کند.یقینا هر یک از این ذرات از قبل توانایی ترکیب شدن یا تغییر یافتن را داشته اند .  اما رویداد مساعدی لازم بوده است تا این امکان به تحقق بپیوندد.  سازمان یابی کائنات مستلزم آن است که ماده خود را در اختیار بازی های تصادف قرار دهد.

    


 
 
دانستنی فیزیکی
نویسنده : امین احمدی - ساعت ۸:٢۱ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 

فیزیک‌دانان هسته‌ای در آستانه کشف جزیره ثبات

فیزیک‌دانان هسته‌ای در آستانه کشف جزیره ثبات

پژوهشگران توانسته‌اند سنگین‌ترین هسته اتمی را با دقتی عالی، همانند تعیین جرم انسان 100 کیلوگرمی به دقت میلی‌گرم، وزن کنند. با بهبود روش‌های تعیین جرم می‌توان به کشف عناصر سنگین جزیره پایداری امید داشت.

مجید جویا: با دقیق‌تر شدن اندازه‌گیری جرم در مقادیر بسیار ناچیز، می‌توان به کشف عناصر سنگینی امید داشت که نیمه عمر کوتاهی نداشته باشند.

به گزارش نیچر، پژوهش‌گران به تازگی توانسته‌اند با استفاده از یک تله ویژه، 3 ایزوتوپ از عنصر بسیار سنگین نوبلیوم را به دام بیاندازند و جرم آن را نیز اندازه‌گیری کنند. نوبلیوم، سنگین‌ترین عنصری است که تاکنون وزن آن به طور مستقیم اندازه‌گیری شده است.

این اندازه‌گیری‌ها، یک گام بسیار مهم رو به جلو در مسیر کشف «جزیره پایداری» به شمار می‌روند؛ عبارتی که به کلاس کوچکی از عناصر سنگین‌وزن هنوز کشف‌نشده‌ای اشاره دارد که فیزیک‌دانان امیدوارند بتوانند به مدت چند دقیقه، یا چند روز، و یا حتی چندین سال پایدار بمانند. نتایج این تحقیق که به سرپرستی مایکل بلاک، فیزیک‌دان اتمی و عضو هیات‌علمی مرکز پژوهش‌های یون‌های سنگین هلمهولتز جی.‌اس.‌آی واقع در دارمشتات آلمان انجام شده و مشروح آن، هفته گذشته در نیچر منتشر شد؛ هم‌چنین به اصلاح تعاریف فعلی از سنگین‌ترین اتمی که تاکنون ساخته شده نیز کمک خواهد کرد.

تعیین جرم دقیق اتمی یک عنصر فوق سنگین به هیچ وجه کار آسانی نیست، فیزیک‌دانان تاکنون تنها می‌توانستند جرم عناصر سنگین را به طور غیر مستقیم تخمین بزنند. هسته‌های سنگین معمولا به‌سرعت شکسته می‌شوند و هسته‌های فرزند و نوه‌ای به وجود می‌آورند که با افزودن جرم و انرژی آنها، می‌توان جرم و انرژی هسته اولیه را تعیین کرد.

ولی جرم یک هسته سنگین، چیزی بیشتر از مجموع جرم اجزای آن است. دلیل این امر هم این است که انرژی پیوندی که پروتون‌ها و نوترون‌های هسته را در کنار هم قرار می‌دهد، با جرم آن مرتبط است. همان‌طور که آلبرت اینشتین در فرمول معروف E = mc2 پیش‌بینی کرده بود، این دو قابل تبدیل به هم هستند. تخمین‌های غیرمستقیم از جرم اتم، معمولا نمی‌توانند این انرژی پیوند را به درستی محاسبه کنند.

رویکرد شاتگان!
بلاک و همکارانش برای اندازه‌گیری مستقیم جرم این عناصر فوق سنگین، ابتدا نیاز داشتند که آنها را تولید کنند. برای این کار، آنها از یک شتاب‌دهنده استفاده کردند که اتم‌های کلسیوم را به هدفی از جنس سرب شلیک می‌کرد. در موارد نادری، این هسته‌های اتمی با هم برخورد می‌کردند و طی فرآیند همجوشی هسته‌ای، هسته‌ای سنگین‌تر را می‌ساختند. تقریبا یک بار در هر ثانیه، شتاب‌دهنده یک ایزوتوپ از اتم نوبلیوم را تولید و آن‌را آشکار می‌کرد. این اتم مصنوعی بسته به تعداد نوترون‌هایی که داشته باشد، می‌تواند تنها به مدت چند هزارم ثانیه، و یا برای دقایق متمادی دوام بیاورد.

هنگامی که پژوهشگران نوبلیوم را تولید کردند، باید به سرعت آن را از هزاران میلیارد اتم دیگری که از هدف سربی عبور کردند، جدا کنند. برای انجام این کار، گروه از یک ترکیب ویژه میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی استفاده کرد که به نوبلیوم اجازه می‌داد بدون مشکل عبور کند، در حالی که دیگر اتم‌های سبک‌تر و سریع‌تر از منحرف می‌کرد. سپس با عبور اتم سنگین نوبلیوم از سلول‌هایی که با گاز نجیب هلیم پر شده بودند، از سرعت آن کاسته می‌شد. در نهایت، جرم نوبلیوم در درون یک تله پنینگ اندازه‌گیری می‌شد، ابزاری است که از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی استفاده می‌کند تا اتم نوبلیوم را در مداری دایروی به حرکت وادارد. با اندازه‌گیری شعاع و سرعت دوران اتم، می‌توان به طور مستقیم جرم اتم را اندازه‌گیری کرد.

مشکلات سنگین‌وزن
بلاک می‌گوید: «با استفاده از این روش، ما توانستیم دقت اندازه‌گیری جرم را تا حد خیلی زیادی ارتقا بخشیم. این تله می‌تواند جرم یک اتم را با دقتی برابر با اندازه‌گیری جرم یک انسان صد کیلوگرمی در ابعاد میلی‌گرم اندازه بگیرد. در مورد یک ایزوتوپ، یعنی نوبلیوم 253، اندازه‌گیری اخیر تا پنج برابر دقیق‌تر از تخمین‌های قبلی است».

رالف دیتمار هرزبرگ، دانشمند فیزیک هسته‌ای در دانشگاه لیورپول انگلستان، تا حدی تحت تاثیر این روش اندازه‌گیری قرار گرفته که نتایج آن را از دیوار آزمایشگاهش آویزان کرده ست. او می‌گوید: «قطعا این یک کار خیلی خیلی خوب است».

هسته ای

اندازه‌گیری دقیق جرم عناصر شناخته‌شده‌ای مانند نوبلیوم می‌تواند دانشمندان را قادر سازد تا پژوهش‌های خود را برای یافتن عناصر سنگین‌تر بهبود ببخشند، مانند آنهایی که تصور می‌شود جزو مجموعه جزیره پایداری باشند. این محدوده از جدول هسته‌ای (که در آن به جای تعداد پروتون‌ها تعداد نوترون‌ها نوشته شده است)، جای عناصری است که خیلی خیلی سنگین‌تر از هر چیز دیگری است که تاکنون دیده شده است. کار اخیر دانشمندان را قادر می‌سازد تا چنین اجرامی را بدون روبرو شدن با مشکلات محاسبه جرم هسته‌های «فرزند» و «نوه» هسته اصلی، خیلی دقیق‌تر محاسبه کنند.

تصور می‌شود که برخی از هسته‌ها در جزیره پایداری برای چندین سال و یا حتی بیشتر از آن نیز پایدار بمانند، که به این معنی است که آنها را می‌توان برای مدت‌های طولانی ذخیره کرد؛ امری که در صورت تحقق آن می‌توان آینده‌ای را متصور شد که در آن سوخت‌های هسته‌ای بسیار کارامد برای سفر به اعماق فضا در دسترس بشر قرار گیرد.

ولی هرزبرگ بر این باور است که این کار حتی برای آینده نزدیک باارزش است. به گفته او، نظریه کنونی هسته‌ای نمی‌تواند به طور دقیق اجرام ساختارهای هسته‌ای سنگین‌ترین عناصر را پیش‌بینی کند. اندازه‌گیری مستقیم به بهبود آن کمک می‌کند و برای مثال می‌تواند با مشخص کردن ساختار هسته‌های در حال فروپاشی، به یافتن روش‌های کارامدتر برای خلاص شدن از شر زباله‌های هسته‌ای هم کمک کند.


 
 
ضدماده به دام افتاده
نویسنده : امین احمدی - ساعت ۸:۱٠ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 
ضد ماده به دام افتاد
ضد ماده از این پس دیگر در قلمرو علوم تخیلی قرار نخواهد گرفت زیرا دانشمندان اکنون می دانند چگونه این همتای غریب و گریزان ماده را به دام انداخته و محبوس کنند . . .

[ کوانتوم و فیزیک جدید ]

ضد ماده از این پس دیگر در قلمرو علوم تخیلی قرار نخواهد گرفت زیرا دانشمندان اکنون می دانند چگونه این همتای غریب و گریزان ماده را به دام انداخته و محبوس کنند.


به گزارش خبرگزاری مهر ، محققان مرکز تحقیقات اتمی اروپا - سرن - طی گزارشی که در نشریه نیچر منتشر کرده اند اعلام کردند چگونه توانسته اند 38 اتم ضد هیدروژن که ساده ترین نوع ضد ماده به شمار می رود را به دام انداخته و آن را برای دو دهم ثانیه حفظ کنند.

به گفته راب تامپسون رئیس بخش فیزیک و اخترشناسی دانشگاه کالگاری 38 اتم هیدروژن بسیار کم و ناچیز است و از توانایی تامین انرژی رسانی برای سوخت رسانی به فضاپیماها و یا حتی گرم کردن یک فنجان قهوه برخوردار نیست.

با این حال همین مقدار کوچک نیز برای دوستداران علم فیزیک خبر بسیار بزرگی به شمار می رود. با تنظیم و برنامه ریزی دقیق این روند دانشمندان امیدوارند به تدریج بتوانند برخی از بزرگترین رازهای جهان هستی را کشف کنند.

نظریه های زیادی بر این اساسند که طی انفجار بزرگ مقادیر مشابهی ماده ( اتمهایی با بار مقبت و منفی) و ضد ماده (انتهایی با بار منفی و مثبت) به وجود آمده اند و زمانی که با یکدیگر برخورد کرده اند هر یک از این ترکیبها دیگری را به بیرون رانده و انفجاری کوچک از انرژی را به وجود می آورند.

اما فیزیکدانان از گذشته در جستجوی پاسخ این سئوال بوده اند: در صورتی که در هنگام انفجار بزرگ مقدار ماده و غیر ماده برابر بوده است، چرا این ترکیبها یکدیگر را نابود کرده اند؟ و چرا امروز جهان مملو از ماده است و ضد ماده در طبیعت غایبی بزرگ به شمار می رود؟

شاید آزمایش بر روی ضد ماده های به دام افتاده بتواند این عدم تعادل جهانی را به گونه ای توجیه کند. بر اساس مدل استاندارد فیزیک ذره ای، ضد هیدروژن و هیدروژن باید از لایه های انرژی یکسانی برخوردار باشند، مقداری که هنگام انفجار یک اتم تحت تاثیر پرتو لیزر و واکنش در برابر نیروی گرانش قابل محاسبه باشد.

سرن در سال 2002 نیز موفق به تولید ضد هیدروژن شده بود اما رفتارهای تکاپویی آنها به گونه ای بود که مطالعه بر روی آنها را غیر ممکن می کرد. این به آن دلیل بود که به محض برخورد اتمهای ضد ماده با جسمی دیگر، یا حتی دیواره اتاقکی که در آن به وجود آمده بودند این اتمها ناپدید می شدند.

بر اساس گزارش AOL، محققان به مدت پنج سال در حال ابداع شیوه ای بودند تا بتوانند ضد هیدروژن را تا دمایی نیم درجه بالاتر از صفر مطلق، پایین ترین حرارتی که به صورت نظری وجود دارد، سرد کرده و آنها را در حالت کم انرژی قرار دهند. سپس اتمها با قرار گرفتن در محیطی مغناطیسی از برخورد با دیواره های اتاقک حفظ شدند.
 


 
 
پتانسیل عمل
نویسنده : امین احمدی - ساعت ۸:٠٠ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 

 

هنگامی که بخشی از غشای نورون تحریک می‌شود یک دگرگونی بیوالکتریکی به نام پتانسیل عمل در غشای آن پدید می‌آید که از محل تحریک به نواحی دیگر در طول غشای تار عصبی انتشار می‌یابد. این پدیده، موج یا جریان عصبی است. فقط غشای سلول‌های عصبی و عضلانی می‌توانند پتانسیل عمل تولید کنند؛ به همین جهت غشای این دو نوع سلول، تحریک‌پذیر خوانده می‌شوند.

  محرک‌ها انواع مختلفی دارند و ممکن است مکانیکی، شیمیایی، حرارتی، نوری و یا الکتریکی باشند. در بررسی‌های تجربی برای تحریک تار عصبی معمولا از محرک‌های الکتریکی استفاده می‌کنند؛ زیرا شدت این محرک‌ها به دقت قابل تغییر و تنظیم است و اثر آن‌ها به سرعت ظاهر و به سرعت قطع می‌شود و در محدوده مناسب آسیبی به غشای عصبی وارد نمی‌کند.[1]
  هر پتانسیل عمل با تغییر ناگهانی پتانسیل طبیعی منفی(در حال استراحت) به پتانسیل مثبت غشا شروع می‌شود و با بازگشت تقریبا با سرعت مشابه آن به حالت منفی، خاتمه می‌یابد. برای انتقال یک پیام عصبی، پتانسیل عمل در طول فیبر عصبی حرکت می‌کند تا به انتهای عصب برسد.
 
مراحل پتانسیل عمل
مرحله استراحت
  پیش از وقوع پتانسیل عمل، مرحله استراحت بر غشا حاکم است. در این مرحله گفته می‌شود که غشا پلاریزه یا قطبی است. زیرا پتانسیل آن 90- میلی‌ولت است.
 
مرحله دپلاریزاسیون Depolarization
  در این مرحله غشا ناگهان نسبت به یون سدیم نفوذپذیر می‌شود و اجازه می‌دهد تا تعداد بی‌شماری یون مثبت سدیم به درون آکسون جاری شود. حالت طبیعی پلاریزه با پتانسیل 90- میلی‌ولت از بین می‌رود و پتانسیل به سرعت در جهت مثبت بالا می‌رود. به این حالت دپلاریزاسیون می‌گویند. پتانسیل غشا در فیبرهای بزرگ عصبی به بالاتر از صفر می‌رسد و کما بیش مثبت می‌گردد. این مرحله از دپلاریزاسیون به مقدار اضافی یا Overshoot معروف است که بین صفر تا 30+ میلی‌ولت می‌باشد. اما در برخی از فیبرها و تارهای عصبی کوچکتر و نیز در بسیاری از نورون‌های دستگاه مرکزی اعصاب، پتانسیل تنها به صفر نزدیک می‌شود و به وضعیت مثبت نمی‌رسد.
 
مرحله رپلاریزاسیون Repolarization
  در چند ده هزارم ثانیه بعد از اینکه غشا به شدت نسبت به سدیم نفوذپذیر گردید، کانال‌های سدیم شروع به بسته شدن می‌کنند و کانال‌های پتاسیمی به میزان بیشتری نسبت به حالت طبیعی بازمی‌گردند. سپس انتشار سریع یون‌های پتاسیم به خارج، مجددا پتانسیل غشا را به حالت منفی زمان استراحت می‌رساند؛ به این حالت رپلاریزاسیون غشا می‌گویند.[2]
  در خاتمه ممکن است پس‌نوسان‌هایی در پتانسیل غشا مشاهده شود که با توجه به جهت آن به افزایش پتانسیل غشا یا Hyper Polarization نامیده می‌شود. بر اساس "قانون همه یا هیچ" در سلول‌های عصبی، "پتانسیل عمل همانندی" ایجاد می‌شود و سلول‌هایی که چنین پتانسیلی دارند، سلول‌های تحریک‌پذیر به شمار می‌آیند. در اعصاب، پتانسیل عمل حدود یک میلی‌ثانیه طول می‌کشد در حالی که در ماهیچه قلب پس از 200 میلی‌ثانیه پتانسیل عمل هنوز خاتمه نیافته است.[3]
 
کانال‌های ولتاژی سدیم و پتاسیم
  کانال‌های سدیمی دریچه‌دار وابسته به ولتاژ، عامل ضروری در ایجاد دپلاریزاسیون و رپلاریزاسیون غشای عصب در طول پتانسیل عمل می‌باشند. یک کانال پتاسیمی دریچه‌دار وابسته به ولتاژ نقش بسیار مهمی در افزایش سرعت رپلاریزاسیون غشا بازی می‌کند. این دو کانال ولتاژی، جدا از پمپ سدیم – پتاسیم و کانال‌های انتشاری آن عمل می‌کنند.[4]
 
اساس یونی پتانسیل عمل
  غشای عصبی در حالت استراحت نسبت به یون‌های سدیم که تعداد آن‌ها در بیرون نورون بسیار بیشتر از درون آن است، تقریبا نفوذناپذیر می‌شود و به اصطلاح، دریچه‌های سدیم غشا بسته‌اند. اثر محرک در غشا باعث افزایش نفوذپذیری آن نسبت به سدیم می‌شود. ورود یون‌هایی که بار مثبت دارند وضعیت الکتریکی غشا را تغییر داده، آن را دپلاریزه می‌کند. تا زمانی که اثر محرک در غشا، میزان پتانسیل آرامش را از حدود 70- میلی‌ولت به رقم تقریبی 55- میلی‌ولت نرساند، پتانسیل عمل منتشرشونده ایجاد نمی‌شود و اثر محرک به صورت پتانسیل موضعی باقی می‌ماند. برای ایجاد پتانسیل عمل، ورود تعداد کمی یون سدیم کافی است و سدیم وارد شده به وسیله پمپ سدیم با صرف مقدار کمی انرژی به بیرون رانده می‌شود. در هنگام تحریک غشای عصبی باز شدن دریچه‌های سدیم شبیه کارکرد یک بازخورد مثبت است که باعث کاهش پتانسیل غشا و در نتیجه باز شدن دریچه‌های سدیم بیشتر می‌شود که به دپلاریزاسیون غشا منجر می‌شود.
  داروهای بی‌حس‌کننده موضعی مثل نووکائین(Novocain) و گزیلوکائین(Xylocain) نیز عملکردی این‌گونه دارد؛ به این صورت که این داروها با جلوگیری از ورود یون سدیم به تار عصبی مانع ایجاد پتانسیل عمل می‌شوند. بعضی مواد دیگر مانند حشره‌کش‌ها با از کار انداختن پمپ سدیم باعث اختلال در تحریک اعصاب می‌شوند. همچنین کاهش کلسیم خون باعث می‌شود تا دریچه‌های سدیم غشای عصبی، در حالت آرامش به خوبی بسته نشوند و ورود یون‌های سدیم بیشتر، به درون تار عصبی موجب شود تا بدون وجود محرک، امواج عصبی درون‌زا تولید شود.[5]   
 
پتانسیل موضعی
  اگر یک محرک ضعیف که قادر به ایجاد پتانسیل عمل نباشد، را بر تار عصبی وارد کنیم یک پاسخ موضعی ایجاد می‌شود که اثر آن با دور شدن از محل تحریک کمتر می‌شود. معمولا در یک تار عصبی پتانسیل موضعی و پتانسیل عمل منتشرشونده به یکدیگر وابسته‌اند؛ به این ترتیب که تا زمانی که شدت محرک به حد معینی نرسیده باشد، پتانسیل موضعی به وجود می‌آید و پس از آن با رسیدن شدت محرک به حد لازم، پتانسیل عمل منتشرشونده به جریان می‌افتد.[6]
 
چگونگی شروع پتانسیل عمل
  تا زمانی که غشای تار عصبی دست‌نخورده باقی بماند، هیچ‌گونه پتانسیل عملی در عصب به وجود نمی‌آید. هر رویدادی که منجر شود تا پتانسیل غشا به مقدار کافی از 90- میلی‌ولت به سمت صفر میل کند، باعث باز شدن بسیاری از کانال‌های ولتاژی سدیم خواهد شد. به این ترتیب مراحل دیگر پتانسیل عمل به وقوع می‌پیوندد. مهمترین رویدادی که باعث اختلاف ولتاژ در سلول عصبی می‌شود، "دور باطل فیدبک مثبت" می‌باشد.[7] 
 
آستانه تحریک پتانسیل عمل
  تا زمانی که افزایش پتانسیل اولیه غشا به اندازه‌ای نباشد که بتواند دور باطل را ایجاد کند، پتانسیل عمل نیز ایجاد نمی‌شود. این حالت زمانی رخ می‌دهد که تعداد یون‌های سدیم وارد شده به سلول عصبی، بیشتر از یون‌های پتاسیم خارج شده از آن باشد. معمولا افزایش ناگهانی 15 تا 30 میلی‌ولت در پتانسیل غشا برای این امر لازم است. بنابراین، افزایش ناگهانی در پتانسیل غشای یک تار عصبی از 90- میلی‌ولت به 65- میلی‌ولت، موجب پیدایش انفجاری پتانسیل عمل می‌شود. به این سطح یعنی 65- میلی‌ولت، آستانه تحریک پتانسیل عمل می‌گویند.[8]
 
انتشار پتانسیل عمل
  چنانچه در محلی از سلول عصبی، پتانسیل غشا تا حد آستانه دپلاریزه شود، پتانسیل عمل ایجاد خواهد شد. بنابراین بین محل تحریک و مکان‌های بدون تحریک غشا یعنی بین جسم سلولی و آکسون، اختلاف پتانسیل به وجود می‌آید و جریان عصبی از محل دپلاریزه شده به محل دپلاریزه نشده منتشر می‌شود. به این ترتیب تکانه عصبی در طول تار عصبی و انشعابات آن جریان می‌یابد. در این وضعیت ممکن است انتشار جریان عصبی در هر سلول فقط در یک جهت انجام شود؛ چرا که انتشار جریان عصبی از طریق سیناپس‌ها به صورت یک‌طرفه و فقط در یک جهت امکان‌پذیر است. این نوع انتشار را هدایت مستقیم یا Orthodromic و عکس آن را هدایت معکوس یا Antidromic می‌نامند.[9]          
  




 
 
 
نویسنده : امین احمدی - ساعت ٧:٥٠ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 

امروزه برای تولید برق ارزان قیمت در سراسر دنیا همه دست به کار شده اند. برای این تولید از هر ابزاری استفاده می کنند تا هزینه ها کاهش یابد و از منابع محدود استفاده شود. منابع ای که در اطراف ما برای تولید برق وجود دارد و ما از آن بی خبر هستیم.

 

www.Iranvij.ir | گروه اینترنتی ایران ویج ‌


باکتری‌ها برق تولید می‌کنند:

محققان دانشگاه آرهوس در تحقیقات خود نشان دادند که باکتری هایی که زیر رسوبات اعماق دریاها زندگی می کنند الکترون هایی را آزاد می کنند که این جریان الکتریسیته برای تامین انرژی واکنش هایی که این باکتریها با باکتریهای تولیدکننده اکسیژن برقرار می کنند مورد استفاده قرار می گیرد. برخی از میکروارگانیسم ها نیز همانند حیوانات با سوزاندن غذای خود با اکسیژن، انرژی به دست می آورند.


باکتری هایی که در لایه های عمیق تر رسوبات زندگی می کنند غذای خود را به دیگر ترکیبات آلی و به سولفات هیدروژن تبدیل می کنند.الکترونهایی که در مدت این واکنش آزاد می شوند در مسیر رسوبات حرکت می کنند و به سفر خود تا رسیدن به سطوح ادامه می دهند و در آنجا سایر باکتریها برای تولید اکسیژن مورد نیاز سایر ارگانیسم ها از این جریان الکتریسیته استفاده می کنند. در این انتقال برق میان میکروارگانیسم ها، الکترونها می توانند حتی از یک سانتیمتر و یا 20 هزار برابر ابعاد یک باکتری هم فراتر رود.

نتایج این کشف می تواند به بهبود تکنیکهای تولید برق توسط میکروارگانیسم ها و ایجاد سوخت های طبیعی کمک کند.

 

 
 www.Iranvij.ir | گروه اینترنتی ایران ویج ‌
  
 

فضولات طیور:

دست‌اندرکاران انرژی در ایالت نوادا می‌گویند با استفاده از روش پاک و سازگار با محیط زیست، قصد دارند فضولات مرغ‌ها در این ایالت را برای روشن کردن خانه‌ها و اداره‌ها به کار برند. محققان شرکت انرژی پاک (Green energy) می‌خواهند با تبدیل فضله پرندگان به متان و تولید گاز پاک به عنوان یک سوخت تجدیدپذیر الکتریسیته تولید کنند.
محققان شرکت انرژی پاک برای حل این مشکل پیشنهاد کردند از متان استخراج شده و تفاله باقیمانده به عنوان کود استفاده شود. قرار است اولین نیروگاه که از این سوخت استفاده می‌کند در ژوئن 2010 در کارولینای جنوبی شروع به کار کند. این نیروگاه شبیه به بسیاری از نمونه‌های مشابه در اروپاست و با 13 مرغداری بزرگ به منظور تهیه سوخت آلی قرارداد بسته است. این نیروگاه، برق تولیدی را به صنایع همگانی، کارخانه‌ها و شرکت تعاونی‌های روستایی خواهد فروخت.

محققان شرکت انرژی پاک اولین گروهی نیستند که تلاش کرده‌اند از فضولات طیور به عنوان منبع انرژی تجدیدپذیر استفاده کنند.

Fibro watt دیگر شرکتی است واقع در پنسیلوانیا که 3 سایت در ایالت مینه‌سوتا دارد. عمدتا در کارولینای شمالی و دیگر مناطق آن با استفاده از متان استخراج شده از زباله‌های دفن شده الکتریسیته تولید می‌شود.

دی‌اکسید کربن منتشر شده ناشی از سوختن متان در فضا معادل مقداری است که از سوختن زغال منتشر می‌شود. سوختن زغال‌سنگ باعث تولید و اضافه شدن دی‌اکسید کربن جدید به اتمسفر می‌شود. در حالی‌که دی‌اکسید کربن ناشی از سوختن متان همانی است که به صورت طبیعی و در اثر فساد فضولات حیوانی به جو اضافه می‌شود.
 


 www.Iranvij.ir | گروه اینترنتی ایران ویج ‌
 
 

حرکات بدن:

گروهی از محققان دانشگاه پرینستون با کمک فناوری نانو موفق به تولید برق از حرکات طبیعی بدن شدند.

فیلم‌های لاستیکی تولیدکننده توان که توسط مهندسان دانشگاه پرینستون ساخته ‌شده ، می‌توانند حرکات طبیعی بدن مانند تنفس و پیاده‌روی را برای توان دادن به تنظیم‌کننده‌های قلب، گوشی‌های موبایل و سایر افزاره‌های برقی به خدمت گیرند.

این ماده، که از نانوروبان‌های سرامیکی جاسازی شده در داخل ورقه لاستیکی سیلکونه تشکیل شده‌است، هنگام خم شدن الکتریسیته تولید می‌کند و کارآیی زیادی در تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی دارد.

کفش‌های ساخته‌ شده از این ماده روزی خواهند توانست انرژی پیاده‌روی و دویدن را برای تغذیه افزاره‌های الکتریکی قابل‌حمل جمع‌آوری کنند. این ورقه‌ها با قرار گرفتن بر روی شش‌ها خواهند توانست حرکات تنفسی را به منبع تغذیه تنظیم‌کننده قلب تبدیل کنند و نیاز به جراحی برای تعویض باطری‌های تغذیه آنها را برطرف کنند.

گروه پرینستون اولین تیمی است که با موفقیت سیلیکونه و نانوروبان‌های تیتانات زیرکونات سرب (PZT) را ترکیب کرده است. PZT یک سرامیک پیزوالکتریک است به این معنا که با قرار گرفتن تحت فشار مکانیکی می‌تواند ولتاژ الکتریکی تولید کند. در بین تمام مواد پیزوالکتریک، PZT کارآترین می‌باشد و قادر است که 80 درصد انرژی مکانیکی اعمال شده را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.

فرایند ساخت این پژوهشگران با تولید نانوروبان‌های PZT شروع می‌شود. آنها در یک فرایند جداگانه این روبان‌ها را در داخل ورقه‌های شفافی از پلاستیک سیلکونه جاسازی کرده و چیزی به نام «تراشه‌های پیزو-پلاستیک» درست کردند. سیلیکونه که در کاشت‌های زیبایی و افزاره‌های پزشکی استفاده می‌شود یک ماده زیست‌سازگار است.
 


 www.Iranvij.ir | گروه اینترنتی ایران ویج ‌
 
 

نیروی باد:

شاید به طور بالقوه بتوان نیاز جامعه جهانی به انرژی را به وسیله تبدیل انرژی باد به الکتریسیته با استفاده از توربین‌های بادی جبران کرد. با وجود این که دریا از منابع انرژی باد فراوانی برخوردار است، اما توربین‌های بادی به دلیل نوسانات طبیعی در جهت و قدرت باد قادر به تولید برق مداوم و پایدار نیستند.
با توجه به تحقیقات انجام شده در دانشگاه Deloware و Stony Brook می‌توان برق خروجی از این منابع بادی دریایی را با انتخاب محل‌های درست که از الگوهای آب و هوایی مناسب بهره‌ می‌برند و اتصال ژنراتورهای بادی به خطوط انتقال و تقسیم انرژی برق را پایدارتر و مداوم‌تر از قبل کرد.

اگر بتوانیم الکتریسیته تولید شده توسط باد را پایدارتر کنیم، سهم بادها در برآوردن نیازهای بشر به برق بیشتر می‌شود و منابع تولید برق بیشتری برای انسان به وجود می‌آید.

بررسی‌ها حاکی از آن است که هنگام طراحی سیستم‌های انتقال قدرت براساس منابع تجدیدپذیر مانند باد باید فاکتورهای مهم هواشناسی که شامل جریان‌های غالبا سیستم‌های پرفشار و کم‌فشار است در مقیاس قابل توجهی در نظر گرفته شود.
 


 www.Iranvij.ir | گروه اینترنتی ایران ویج ‌
 
 

ستاره دریایی:

گروهی از دانشمندان سوئدی با کشف یک پروتئین فلورسانت در ستاره دریایی موفق شدند از این جاندار ساکن اقیانوس ها انرژی الکتریکی تجدیدپذیر به دست آورند.ستاره های دریایی همواره در گروه جانورانی قرار داشتند که بیشترین ترس و وحشت را در میان انسان ها ایجاد می کنند.

اکنون گروهی از محققان دانشگاه گوتبورگ و دانشگاه فناوری چالمرز در سوئد به کشف جدیدی دست یافته اند که می تواند این جانداران به یک منبع مهم انرژی تجدیدپذیر تبدیل کند.این دانشمندان موفق شدند امکان تولید انرژی برق از یک پروتئین فلورسانت سبز رنگ (GFP) حاضر در این ارگانیسم دریایی را مورد آزمایش و بررسی قرار دهند.

دانشمندان سوئدی یک پانل از جنس دی اکسید سیلیکون با دو الکترود آلومینیومی ایجاد کردند. این دو الکترود از طریق چند قطره از این پروتئین فلورسانت که مستقیم از بدن ستاره دریایی استخراج شده بود تفکیک شدند و هر یک از الکترودها به یک سیم متصل شد. سپس این پانل در معرض نور ماوراء بنفش گذاشته شد و راندمان جذب فوتونها از سوی پروتئین مورد آزمایش قرار گرفت.

نتایج این آزمایش نشان داد که پروتئین فلورسانت ستاره دریایی شروع به انتشار الکترون و در نتیجه تولید برق کرد.به گفته این محققان در آینده و با تکامل این پانل ها ستاره دریایی می تواند به یک منبع عالی برای توسعه سیستم های تولید انرژی پاک تبدیل شود.


 


 www.Iranvij.ir | گروه اینترنتی ایران ویج ‌
 
 

تولید برق ‌ارزان از ریل‌های قطار:


صحبت از قطارهای فوق‌مدرن همواره از هیجان خاصی برخوردار است. نسل جدید قطارهای سرعتی جهان که لوکوموتیوهای آنان نیز ساختار فوق آیرودینامیکی دارند نشان‌دهنده آن است که در سراسر جهان به طراحی قطارهای مجهز به فناوری‌های پیشرفته توجه زیادی می‌شود.

تقریبا هر کسی که در نزدیکی ریل‌های راه‌آهن زندگی می‌کند به شما خواهد گفت که قطارهای تندرو که اتفاقا شمار آنها به سرعت در حال افزایش است در حین حرکت روی ریل جریان قابل توجهی از باد تولید می‌کنند.


شاید برای بسیاری از افراد این جریان هوا چیزی چندان عجیب و هیجان‌انگیزی نباشد اما برای طراحان صنعتی نظیرکوان جینگ و الساندرو لئونتی نباید از کنار کوچک‌ترین تحولاتی که می‌توان از آنها برای تولید انرژی استفاده کرد بی‌تفاوت عبور کرد. آنها برای این‌که ایده‌شان را به واقعیت تبدیل کنند به فکر نصب دستگاهی روی ریل قطار افتاده‌اند که همزمان با عبور قطار از روی ریل، جریان هوای تولید شده توربین موجود در این مجموعه را به گردش درآورده و در نتیجه الکتریسیته تولید کند.

این دستگاه که تحت عنوان T-box شناخته می‌شود قابلیت نصب روی ریل راه‌آهن و خطوط ریلی مترو را نیز دارد و جدای از این دو مکان از پیش در نظر گرفته شده می‌توان از آن در سایر نقاطی که همواره منابع مستعد تولید انرژی به هدر می‌روند استفاده کرد.
 



 
 
نور,رنگ,بینایی
نویسنده : امین احمدی - ساعت ۱٠:۱٤ ‎ق.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 

برای اینکه به مطالب بالا تر برسیم باید از کم شروع کنیم پس من هم ازدرس دوم کتاب علوم دوم راهنمایی شروع می کنم زیاد سرتان را درد نمی آورم میرم سر اصل مطلبچشمک   

نور   

برای آنکه جسمی دیده شود باید به آن نور بتابد یاخود جسم نور تولید کند.  

منیروغیرمنیر  

به اجسامی منیر می گویند که از خود نورتولید کنند.مانند:خورشید.  حال به اجسامی غیرمنبر می گویند که ازخود نوری تولید نمی کنند.مانند:ماه.  

انواع اجسام از لحاظ نور 

اجسام از لحاظ نور به سه دسته تقسیم می شوند:شفاف.نیمه شفاف . کدر.  

به اجسامی که نور از آن هاعبور می کند اجسام شفاف می گویند. مانند:شیشه . 

به اجسامی که نور از آن ها عبور می کندولی جسم درپشت آن دیده نمی شوداجسام نیمه شفاف می گویند. مانند:شیشه های مات.     

به اجسامی که نور از آن ها عبور نمی کند اجسام کدر می گویند. مانند:مقوا.   

بازتاب نور    

هرگاه نور از سطح یک جسم بازگشت داده شودبه آن بازتاب نور می گویند.                

بازتاب منظم وغیرمنظم 

در بازتاب منظم پرتوهای تابش باپرتوهای بازتاب برابرند.مانند:تابش نورخورشیدبرسطح صاف.  

اما دربازتاب نامنظم پرتوهرتابش با پرتو بازتاب خودبرابراست . مانند:برخوردنور با پارچه. 

قانون بازتاب نور

١-دربازتاب نورازسطح یک جسم. همواره زاویه ی تابش وبازتاب برابرند. 

٢-پرتوتابش وپرتو بازتابهردو در یک صفحه قراردارند. 

شکست نور   

اگرنوردرمسیرخود.بازاویه ای دیگربه یک جسم شفاف برخوردکند.هنگام ورود به شیشه مسیرحرکتش مقداری کج می شود. به این پدیده شکست نورمی گویند.

طیف نور 

به مجموعه ی نورهای رنگی طیف نورمی گویند. 

سوال این بخش

اگرکبریت نیمه افروخته را بین دو آیینه قراردهیم چندتصویرمشاهده می کنیم؟ 

١-(١)     ٢-(٢)       ٣-بی نهایت     ۴-صفر     

درصورت تمایل جواب را به ایمیل ذکرشده ارسال کنید.