در اين بخش مي‌توانيد در مورد تمامي مسائل مرتبط با دانش عمومي به بحث بپردازيد
Major I

Major I



نماد کاربر
پست ها

5234

تشکر کرده: 17 مرتبه
تشکر شده: 353 مرتبه
تاريخ عضويت

پنج شنبه 25 خرداد 1385 14:47

محل سکونت

http://www.ganjineh-danesh.com/forum.php

آرشيو سپاس: 4023 مرتبه در 1451 پست

شكل جديد ماده

توسط ganjineh » پنج شنبه 27 مهر 1385 05:54

در مدرسه با سه شكل ماده آشنا ميشويم: گاز، مايع و جامد. ولي اين*ها نيمي از حالات ماده اند. شش شكل ماده وجود دارد: جامد، مايع، گاز، پلاسما، ماده چگال باس-اينشتين و حالت تازه كشف*شده: ماده چگال فرميوني. تمام دانش*آموزان راهنمايي خصوصيات حالات معمول ماده روي زمين را مي*شناسند. مواد جامد در برابر تغيير شكل مقاومت مي*كنند، آنها سفت و گاهيشكننده اند. مايع*ها جاري مي*شوند و به سختي متراكم مي*گردند و شكل ظرف خود را مي*گيرند.

گاز*ها كم چگال*تر اند و ساده*تر متراكم مي*شوند و نه*تنها شكل ظرف محتويشان را مي*گيرند، بلكه آن*قدر منبسط مي*شوند تا كاملا آن را پر كنند.

حالت چهارم ماده، پلاسما، شبيه گاز است و از اتم*هايي تشكيل شده*است كه تمام يا تعدادي از الكترون*هاي خود را از دست داده*اند (يونيده شده*اند). بيشتر ماده جهان در حالت پلاسماست، مثل خورشيد كه از پلاسما تشكيل شده*است. پلاسما اغلب بسيار گرم است و مي*توان آن را در ميدان*هاي مغناطيسي به دام انداخت.

حالت پنجم با نام ماده چگال بوز-اينشتين (Bose-Einstein condensate) كه در سال 1995 كشف شد، در اثر سرد شدن ذراتي به نام بوزون*ها (Bosons) تا دما*هايي بسيار پايين پديد مي*آيد. بوزون*هاي سرد در هم فرومي*روند و ابر ذره*اي كه رفتاري بيشتر شبيه يك موج دارد تا ذره*اي معمولي شكل مي*گيرد. ماده چگال بوز-اينشتين شكننده*است و سرعت عبور نور در آن بسيار كم است.

حالت تازه هم ماده چگال فرميوني (Fermionic condensate) است. دبورا جين (Deborah Jin) از دانشگاه كلورادو كه گروهش در اواخر پاييز سال 1382 موفق به كشف اين شكل تازه ماده شده*است، مي*گويد: وقتي شكل جديدي از ماده روبرو مي*شويد بايد زماني را صرف شناخت ويژگي*هايش كنيد. آنها اين ماده تازه را با سرد كردن ابري از پانصدهزار اتم پتاسيم – 40 تا دمايي كمتر از يك ميليونيم درجه بالاتر از صفر مطلق پديدآوردند. اين اتم*ها در چنين دمايي بدون گران*روي جريان مي*يابند و اين نشانه ظهور ماده*اي جديد بود. در دما*هاي پايين*تر چه اتفاقي مي*افتد؟ هنوز نمي*دانيم.

ماده چگال فرميوني بسيار شبيه ماده چگال بوز-اينشتين (BEC) است. ذرلت بنيادي و اتمها در طبيعت مي نوانند به شكل بوزون يا فرميون باشند. يكي از تفاوتهاي اساسي ميان آنها حالتهاي كوانتومي مجلز براي ذرلت است. تعداد زيلدي بوزون مي توانند در يك حالت كوانتومي باشند ، مثلا انرژي ، اسپين و ... آنها يكي باشد ، اما مطابق اصل طرد پائولي دو فرميون نمي توانند همزمان حالتهاي كوانتومي يكسان داشته باشند. براي همين مثلا در آرايش اتمي ، للكترونها كه فرميون هستند نمي توانند همگي در يك تراز انرژي قرار گيرند.در هر اربيتال تنها دو الكترون كه اسپينهاي متفاوت داشته باشند جا مي گيرد و الكترونهاي بعدي بايد يه اربيتال ديگري با انرژي بالاتر بروند. ينابراين اگر فرميونها را سرد كنيم و انرژي آنها را بگيريم ، ابتدا پايينترين تراز انرژي پر مي شود ، اما ذره بعدي بايد به ترازي با انرژي بالاتر برود. وجود ماده چگال فرميوني همانند ماده چگال يوز- اينشتين سالها قبل پيش بيني شده و خواص آن محاسبه شده بود ، اما رسيدن به دماي نزديك به صفر مطلق كه براي تشكيل اين شكل ماده لازم است تا كنون ممكن نشده بود. هر دو از فرورفتن اتم*ها در دماهايي بسيار پايين ساخته*مي*شوند. اتم*هاي BEC بوزون اند و اتم*هاي ماده چگال فرميوني، فرميون. اما اين*ها به چه معني اند؟

بوزون*ها مي توانند همگي در يك تراز انرژي قرارگيرند. به طور كلي اگر تعداد الكترون + پروتون + نوترون اتمي عددي زوج باشد، آن اتم يك بوزون است. مثلا اتم*هاي سديم معمولي بوزون *اند و مي*توانند به حالت فاز چگال بوز-اينشتين ادغام شوند.

اما فرميون*ها مطابق اصل طرد پائولي نمي*توانند در يك حالت كوآنتومي هم ادغام شوند. هر اتمي كه تعداد الكترون*ها + پروتون*ها + نوترون*هايش عددي فرد باشد، مثل پتاسيم – 40 يك فرميون است.

گروه جين براي مقابله با خواص ادغام*ناپذيري فرميون*ها از تأثير ميدان مغناطيسي بر آنها استفاده*كردند. ميدان مغناطيسي سبب مي*شود ) فرميونهاي تنها جفت شوند. قدرت اين پيوند را ميدان مغناطيسي تعيين مي*كند. جفت*هاي اتم*هاي پتاسيم برخي از خواص فرميونيشان را حفظ مي*كنند، ولي كمي شبيه بوزون*ها عمل خواهند*كرد. يك جفت فرميون مي*تواند در جفت ديگري ادغام شود - و جفت تازه در جفتي ديگر ...- تا سرانجام ماده چگال فرميوني شكل*گيرد.

در اثر اين پديده، گران*روي (Viscosity) ماده به وجود آمده بايد بسيار كم باشد.

مشابه اين پديده را در ابررسانايي مي*بينيم. در يك ابررسانا، جفت*هاي الكترون (الكترون*ها فرميون اند) مي*توانند بدون هيچ مقاومتي جريان يابند. متأسفانه مطالعه و دسترسي به ابررسانا*ها بسيار مشكل است. گرم*ترين ابررساناي امروزي بايد در دماي 135- درجه سانتيگيراد عمل مي*كند و اين بزرگ*ترين مشكل براي مطالعه و استفاده از آنهاست. قدرت جفت*شدن شگفت*انگيز در حالت جديد، دانشمندان را اميدوار كرده*است كه بتوانند از يافته*هاي خود درباره حالت تازه ماده، براي توليد ابررساناها در دماي اتاق استفاده*كنند.

ابررساناها كاربردهاي فراواني در علوم و فن*آوري فضايي دارند. براي مثال ژيروسكوپ*هايي كه براي هدايت فضاپيما*ها در مدار استفاده مي*شوند، با آهن*ربا*هاي ابررسانا بسيار دقيق*تر كارمي*كنند. همچنين چون ابررسانا*ها مي*توانند حامل جريان*هاي بيشتر در اندازه*هاي كوچكتري نسبت به يك سيم مسي باشند، حجم موتورهايي كه از آنها ساخته*مي*شود 4 تا 6 برابر كوچك*تر از موتورهاي امروزي فضاپيماها خواهدبود.

منبع :www.physicsir.comشكل جديد ماده

در مدرسه با سه شكل ماده آشنا ميشويم: گاز، مايع و جامد. ولي اين*ها نيمي از حالات ماده اند. شش شكل ماده وجود دارد: جامد، مايع، گاز، پلاسما، ماده چگال باس-اينشتين و حالت تازه كشف*شده: ماده چگال فرميوني. تمام دانش*آموزان راهنمايي خصوصيات حالات معمول ماده روي زمين را مي*شناسند. مواد جامد در برابر تغيير شكل مقاومت مي*كنند، آنها سفت و گاهي شكننده اند. مايع*ها جاري مي*شوند و به سختي متراكم مي*گردند و شكل ظرف خود را مي*گيرند.

گاز*ها كم چگال*تر اند و ساده*تر متراكم مي*شوند و نه*تنها شكل ظرف محتويشان را مي*گيرند، بلكه آن*قدر منبسط مي*شوند تا كاملا آن را پر كنند.

حالت چهارم ماده، پلاسما، شبيه گاز است و از اتم*هايي تشكيل شده*است كه تمام يا تعدادي از الكترون*هاي خود را از دست داده*اند (يونيده شده*اند). بيشتر ماده جهان در حالت پلاسماست، مثل خورشيد كه از پلاسما تشكيل شده*است. پلاسما اغلب بسيار گرم است و مي*توان آن را در ميدان*هاي مغناطيسي به دام انداخت.

حالت پنجم با نام ماده چگال بوز-اينشتين (Bose-Einstein condensate) كه در سال 1995 كشف شد، در اثر سرد شدن ذراتي به نام بوزون*ها (Bosons) تا دما*هايي بسيار پايين پديد مي*آيد. بوزون*هاي سرد در هم فرومي*روند و ابر ذره*اي كه رفتاري بيشتر شبيه يك موج دارد تا ذره*اي معمولي شكل مي*گيرد. ماده چگال بوز-اينشتين شكننده*است و سرعت عبور نور در آن بسيار كم است.

حالت تازه هم ماده چگال فرميوني (Fermionic condensate) است. دبورا جين (Deborah Jin) از دانشگاه كلورادو كه گروهش در اواخر پاييز سال 1382 موفق به كشف اين شكل تازه ماده شده*است، مي*گويد: وقتي شكل جديدي از ماده روبرو مي*شويد بايد زماني را صرف شناخت ويژگي*هايش كنيد. آنها اين ماده تازه را با سرد كردن ابري از پانصدهزار اتم پتاسيم – 40 تا دمايي كمتر از يك ميليونيم درجه بالاتر از صفر مطلق پديدآوردند. اين اتم*ها در چنين دمايي بدون گران*روي جريان مي*يابند و اين نشانه ظهور ماده*اي جديد بود. در دما*هاي پايين*تر چه اتفاقي مي*افتد؟ هنوز نمي*دانيم.

ماده چگال فرميوني بسيار شبيه ماده چگال بوز-اينشتين (BEC) است. ذرلت بنيادي و اتمها در طبيعت مي نوانند به شكل بوزون يا فرميون باشند. يكي از تفاوتهاي اساسي ميان آنها حالتهاي كوانتومي مجلز براي ذرلت است. تعداد زيلدي بوزون مي توانند در يك حالت كوانتومي باشند ، مثلا انرژي ، اسپين و ... آنها يكي باشد ، اما مطابق اصل طرد پائولي دو فرميون نمي توانند همزمان حالتهاي كوانتومي يكسان داشته باشند. براي همين مثلا در آرايش اتمي ، للكترونها كه فرميون هستند نمي توانند همگي در يك تراز انرژي قرار گيرند.در هر اربيتال تنها دو الكترون كه اسپينهاي متفاوت داشته باشند جا مي گيرد و الكترونهاي بعدي بايد يه اربيتال ديگري با انرژي بالاتر بروند. ينابراين اگر فرميونها را سرد كنيم و انرژي آنها را بگيريم ، ابتدا پايينترين تراز انرژي پر مي شود ، اما ذره بعدي بايد به ترازي با انرژي بالاتر برود. وجود ماده چگال فرميوني همانند ماده چگال يوز- اينشتين سالها قبل پيش بيني شده و خواص آن محاسبه شده بود ، اما رسيدن به دماي نزديك به صفر مطلق كه براي تشكيل اين شكل ماده لازم است تا كنون ممكن نشده بود. هر دو از فرورفتن اتم*ها در دماهايي بسيار پايين ساخته*مي*شوند. اتم*هاي BEC بوزون اند و اتم*هاي ماده چگال فرميوني، فرميون. اما اين*ها به چه معني اند؟

بوزون*ها مي توانند همگي در يك تراز انرژي قرارگيرند. به طور كلي اگر تعداد الكترون + پروتون + نوترون اتمي عددي زوج باشد، آن اتم يك بوزون است. مثلا اتم*هاي سديم معمولي بوزون *اند و مي*توانند به حالت فاز چگال بوز-اينشتين ادغام شوند.

اما فرميون*ها مطابق اصل طرد پائولي نمي*توانند در يك حالت كوآنتومي هم ادغام شوند. هر اتمي كه تعداد الكترون*ها + پروتون*ها + نوترون*هايش عددي فرد باشد، مثل پتاسيم – 40 يك فرميون است.

گروه جين براي مقابله با خواص ادغام*ناپذيري فرميون*ها از تأثير ميدان مغناطيسي بر آنها استفاده*كردند. ميدان مغناطيسي سبب مي*شود ) فرميونهاي تنها جفت شوند. قدرت اين پيوند را ميدان مغناطيسي تعيين مي*كند. جفت*هاي اتم*هاي پتاسيم برخي از خواص فرميونيشان را حفظ مي*كنند، ولي كمي شبيه بوزون*ها عمل خواهند*كرد. يك جفت فرميون مي*تواند در جفت ديگري ادغام شود - و جفت تازه در جفتي ديگر ...- تا سرانجام ماده چگال فرميوني شكل*گيرد.

در اثر اين پديده، گران*روي (Viscosity) ماده به وجود آمده بايد بسيار كم باشد.

مشابه اين پديده را در ابررسانايي مي*بينيم. در يك ابررسانا، جفت*هاي الكترون (الكترون*ها فرميون اند) مي*توانند بدون هيچ مقاومتي جريان يابند. متأسفانه مطالعه و دسترسي به ابررسانا*ها بسيار مشكل است. گرم*ترين ابررساناي امروزي بايد در دماي 135- درجه سانتيگيراد عمل مي*كند و اين بزرگ*ترين مشكل براي مطالعه و استفاده از آنهاست. قدرت جفت*شدن شگفت*انگيز در حالت جديد، دانشمندان را اميدوار كرده*است كه بتوانند از يافته*هاي خود درباره حالت تازه ماده، براي توليد ابررساناها در دماي اتاق استفاده*كنند.

ابررساناها كاربردهاي فراواني در علوم و فن*آوري فضايي دارند. براي مثال ژيروسكوپ*هايي كه براي هدايت فضاپيما*ها در مدار استفاده مي*شوند، با آهن*ربا*هاي ابررسانا بسيار دقيق*تر كارمي*كنند. همچنين چون ابررسانا*ها مي*توانند حامل جريان*هاي بيشتر در اندازه*هاي كوچكتري نسبت به يك سيم مسي باشند، حجم موتورهايي كه از آنها ساخته*مي*شود 4 تا 6 برابر كوچك*تر از موتورهاي امروزي فضاپيماها خواهدبود.

منبع :www.physicsir.com
مرکز انجمنهای تخصصی گنجینه دانش
http://www.ganjineh-danesh.com/forum.php
مرکز انجمنهای اعتقادی گنجینه الهی
http://ganjineh-elahi.com/

Major I

Major I



نماد کاربر
پست ها

5234

تشکر کرده: 17 مرتبه
تشکر شده: 353 مرتبه
تاريخ عضويت

پنج شنبه 25 خرداد 1385 14:47

محل سکونت

http://www.ganjineh-danesh.com/forum.php

آرشيو سپاس: 4023 مرتبه در 1451 پست

توسط ganjineh » پنج شنبه 27 مهر 1385 05:57

ضدماده ها

فيزيكدانان در هر گوشه اي از دنيا، از ماشين هايي با تكنولوژي پيشرفته جهت توليد ذراتي كه ضدماده ناميده مي شوند، استفاده مي كنند. فيزيكدانان بر اين باور هستند كه ضدماده در واقع تصوير آينه اي ماده است و تمام دنياي امروز ما فقط از ذرات مادي تشكيل شده است. همانگونه كه شما و تصويرتان در آينه كاملا يكسان هستيد فقط با اين تفاوت كه جاي چپ و راست عوض شده اند، يك ذره و پادذره اش هم يكسان هستند به استثناي اينكه بار الكتريكي مخالف هم دارند.

اين تحقيق، به احتمال زياد هيچ چيز موجود را تغيير نخواهد داد و مسلما هيچ شباهتي با كرمچاله (Wormhole) ندارد. كرمچاله مي تواند اين امكان را براي شما فراهم كند كه در يك لحظه از يك قسمت جهان به قسمت ديگر منتقل شويد. با اين حال اين تحقيق مي تواند به دانشمندان كمك كند تا منشأ و تركيب جهان را بشناسند. البته ذرات ضدماده كاربرد علمي هم پيدا كرده اند به عنوان مثال در تجهيزات پزشكي كه براي تصويربرداري از مغز جهت نشان دادن فعاليت ذهني به كار مي رود، ضدذرات نقش مهمي دارند. تا به حال عده كمي از مردم كه اغلب آنها را هم فيزيكدانان تشكيل مي دهند، توانسته اند ضدماده را مشاهده كنند.

ما بيشتر با ماده آشنا تر هستيم. آب، هوا، تلويزيون، هر آنچه كه مي بينيم، لمس مي كنيم، مي خوريم، مي نوشيم و هوايي كه تنفس مي كنيم، همه از ذرات كوچكي كه اتم ناميده مي شوند، ساخته شده اند. خود اتم ها هم از ذرات به مراتب كوچكتري به نام الكترون، پروتون و نوترون تشكيل شده اند. الكترون ها بار الكتريكي منفي و پروتون ها بار الكتريكي مثبت دارند و نوترون ها هيچ بار الكتريكي ندارند. يك اتم معمولي از تعداد مساوي الكترون و پروتون تشكيل شده است اما تعداد نوترون ها لزوما با آنها برابر نيست. تعداد پروتون هاي يك اتم مشخص مي كند، كه نوع اتم چيست به عنوان مثال اتم هيدروژن يك پروتون و يك الكترون دارد و نوترون ندارد.

هر نوع از ذره يك پادذره هم دارد. آنتي پروتون درست مانند يك پروتون است با اين تفاوت كه بار الكتريكي منفي دارد. يك پوزيترون آنتي الكترون از همه لحاظ مانند الكترون است به استثناي اينكه بار الكتريكي مثبت دارد. هر گاه كه پروتون و آنتي پروتون به هم برسند يا هنگامي كه الكترون و پوزيترون با هم برخورد كنند، همديگر را نابود مي كنند و اين نابودي منجر به توليد انرژي مي شود.

رالف لاندائو فيزيكدان در سرن سوئيس مي گويد: هنگامي كه درباره ضدماده با همكارانم صحبت مي كنم آنها خيلي در اين باره هيجان زده نمي شوند و معمولا مي پرسند كه ضدذره جديد كدام است و چگونه رفتار مي كند. اما هنگامي كه با افرادي غير از فيزيكدانان صحبت مي كنم آنها با چشماني خيره از تعجب نگاه مي كنند و انگار با مسائلي كاملا غير عادي مواجه شده اند. در آزمايشگاه سرن، لاندائو عضو گروهي است كه ATHENA ناميده مي شود. اين گروه فيزيكدانان براي اولين بار موفق شدند پوزيترون و آنتي پروتون را به هم اتصال دهند. نتيجه اين اتصال توليد اتم آنتي هيدروژن بود كه همانا ساده ترين آنتي اتم است. اصول نظري ساخت ضد ماده بسيار ساده است اما در عمل تجهيزات لازم، بسيار پيشرفته و البته گران هستند. دانشمندان در سرن از يك نوع ماشين مخصوص، براي توليد ضد ماده استفاده مي كنند. معمولا هنگامي كه اين پاد ذره ها ايجاد مي شوند، انرژي زيادي دارند.

به همين خاطر در داخل ماشين، آنها را در تونل هايي دايره اي به حركت درمي آورند. در بدو حركت اين پادذره ها در هر ثانيه يك ميليون دور در تونل حركت مي كنند اما با كمك ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي سرعت آنها را كاهش مي دهند و هنگامي كه ضد ذره ها از حركت باز ايستادند آنها را حفظ مي كنند تا با ضدذره هاي ديگر تركيب كنند و آنتي اتم به دست آورند. تا به حال آنتي هيدروژن اولين آنتي اتمي است كه توسط انسان خلق شده است. تكه هاي ضد ماده ساخته شده توسط انسان مي تواند پنجره اي رو به سوي لحظه هاي آغازين زمان باشد. لاندائو مي گويد: يكي از بزرگ ترين اسرار جهان اين است كه هنوز مكاني كه شامل ضد ماده باشد پيدا نشده است البته شايد شما هرگز درباره اين موضوع شبي را با بي خوابي سپري نكرده باشيد اما فيزيكدانان با اين قضيه درگير هستند. يك دليل را براي لزوم انديشيدن درباره ضد ماده بيان مي كنيم.

بسياري از فيزيكدانان بر اين باور هستند كه اگر جهان از انفجار بزرگ كه Big Bang ناميده مي شود، به وجود آمده است بايد مقدار ماده و ضد ماده در جهان به يك اندازه توليد شده باشد. اما مي دانيم كه هر گاه ماده و ضد ماده با هم برخورد كنند همديگر را خنثي مي كنند و هر دو نابود مي شوند. بنابراين مي بايست طي اولين چند ميلي ثانيه عمر جهان، پس از انفجار بزرگ اين دو نوع ذره به هم مي رسيدند و همديگر را نابود مي كردند. اما چنين نشده است شايد به اين خاطر كه در آغاز پيدايش جهان مقدار ماده اندكي بيشتر از ضدماده بوده است. لذا موقع برخورد اين دو نوع ذره، تمام ضدماده نابود شده است و ماده باقي مانده، تمام جهان امروز را تشكيل داده است.

دانشمندان مي خواهند دريابند كه چه چيز باعث عدم تعادل ماده و ضدماده در ابتداي پيدايش جهان شده است. براي اين منظور آنها آنتي اتم ها را مورد بررسي قرار مي دهند و با اتم ها مقايسه مي كنند و در جست وجوي تفاوتي ولو كوچك ميان آنها هستند. اين سئوالات بسيار مهم هستند زيرا اگر هيچ عدم تعادلي ميان ماده و ضدماده نبود، ما در حال حاضر وجود نداشتيم. روند پروژه كند است البته به خاطر نارسايي تكنولوژي موجود. محققان ATHENA مي توانند در هر ثانيه 100 اتم آنتي هيدروژن بسازند. با اين سرعت، ساخت يك گرم آنتي هيدروژن چندين ميليارد سال به طول مي انجامد و اين زمان بيشتر از عمر جهان است. از طرفي ديگر ذخيره ضدماده نيز بسيار دشوار است زيرا به محض آنكه ضدماده با ماده تماس پيدا كند نابود مي شود.

محققان در اين انديشه هستند كه چگونه آنتي اتم هاي بيشتري بسازند، آنها را به دام بيندازند و براي مدت طولاني نگه دارند. البته اين احتمال هم وجود دارد كه مقادير بزرگي از ضدماده در مكان هايي دور دست در فضاي بيرون به شكل ضدستاره يا ضدكهكشان وجود داشته باشد. اما كاوش هاي طولاني هنوز چيزي را نشان نداده است. اما لاندائو هنوز اميد خود را در اين باره از دست نداده است. اين امكان هم وجود دارد كه جهان هاي ديگري وجود داشته باشند كه ما قادر به ديدن آنها نباشيم و در آنجا برتري با ضدماده باشد. اما اينكه چرا حداقل يك مورد شبيه آن جهان در اين بخش از جهان ما وجود ندارد هنوز يك راز است.


منبع :شرق و ملاصدرا
مرکز انجمنهای تخصصی گنجینه دانش
http://www.ganjineh-danesh.com/forum.php
مرکز انجمنهای اعتقادی گنجینه الهی
http://ganjineh-elahi.com/


 


  • موضوعات مشابه
    پاسخ ها
    بازديدها
    آخرين پست

چه کسي حاضر است ؟

کاربران حاضر در اين انجمن: بدون كاربران آنلاين و 2 مهمان