فیزیک, دنیایی شگفت انگیز

در اين بخش مي‌توانيد در مورد فیزیک نسبیت و فیزیک کوانتوم و ... به بحث بپردازيد

مدیر انجمن: شوراي نظارت

Major I
Major I
پست: 5234
تاریخ عضویت: پنج شنبه 25 خرداد 1385, 2:47 pm
سپاس‌های ارسالی: 1747 بار
سپاس‌های دریافتی: 4176 بار
تماس:

فیزیک, دنیایی شگفت انگیز

پست توسط ganjineh » چهار شنبه 22 آذر 1385, 8:22 pm

سلام به همه دوستاران فیزیک
هدف من از زدن این پست بحث به زبان ساده و مفیدو همچنین قابل فهم در مورد دو موضوع شگفت انگیز فیزیک ** نسبیت ** و ** کوانتم ** است موضوعاتی که نه در دبیرستان به آن پرداخته می شود ونه در دانشگاها
در تحصیلات عالیه فقط ریاضیات پیشرفته و فرموها پیچیده بیان می شه و حتی خود دانشجویان هم درک درستی از فلسفه های عمیق نسبیت و مخصوصا کوانتوم ندارند.
برای شروع بحث دانشمندانی که مورد علاقه من وازتاثیرگذاران در نسبیت و کوانتوم هستند را برایتان می نویسم.
انیشتن که یکه تاز نسبیته و
اروین شرودینگر, نیلس بور , هایزنبرگ از پیشگامان دیدگاه کوانتومی هستند
البته از دیگر دانشمند محبوب من جیمز کلارک ماکسوله که بخاطر قدرت ریاضیاتی که داشت هرگز دانشجویان فیزیک درس الکترومغناطیس را فراموش نمی کنن.

تصویرتصویر

به ترتیب از راست به چپ : انیشتن و ورنر هایزنبرگ
تصویر
اروین شرودینگر
ابتدا به نسبیت می پردازم , نسبیت شامل نسبیت خاص و نسبیت عام می باشد که من ابتدا نسبیت خاص را می گم.
انیشتن 25 ساله درسال 1905 سه مقاله در جلد هفدهم مجله آنالن ارائه داد که شامل بررسی حرکت براونی ذرات در سیال , پدیده فتو الکتریسیته , و دیگری نسبیت خاص بود. که باعث شد این جلد از مجله شیئی کلکسیونی شود.
به طور کلی باید بگم که کاربرد نسبیت خاص در سرعت های بالا نزدیک به سرعت نور است و بر اساس دو اصله
1-قوانین فیزیک در دستگاه هایی (دستگاه می تونه یک قطار,هواپیما , کره زمین و یا جایی که شما ایستاده اید باشه ) که با سرعت ثابت حرکت می کنن , یکسان است.
2- ثابت بودن سرعت نور در این دستگاه ها

مینکوفسکی استاد قدیمی انیشتن توصیف زیبا و ساده از نسبیت خاص بر حسب هندسه چهار بعدی فضازمان می کنه که خواندنش خالی از لطف نیست.
می توانید منظور مینکوفسکی و طرز کار نظریه نسبیت را با نگاه کردن به یک مداد و سایه ای که روی میز می اندازه ,درک کنید. مداد, در دنیای سه بعدی طولی دارد که می توان آن را اندازه گرفت. اما اگر به سایه مداد روی میز دو بعدی نگاه کنید و مداد را در هوا بچرخانید , متوجه چیز عجیبی می شوید . بسته به زاویه مداد با سطح میز , طول سایه می تواند صفر یا برابر با طول مداد یا هر طولی بین این دو باشد . طول سایه در دو بعد , بستگی به طرز قرارداشتن مداد در سه بعد دارد.
نظریه نسبیت , در در تصویر هند سی که مینکوفسکی بوجود آورد بیان می کند که هر جسم , مانند مداد , یک طول حقیقی چهار بعدی دارد که معمولا به نام گستره آن در فضازمان و نه در فضا , نامیده می شود. اما بسته به اینکه سمتگیری این جسم در چهار بعد چگونه باشد , طول واقعی آن در دنیای سه بعدی ما می تواند هر مقداری از صفر تا طولی برابر با گستره آن داشته باشد . گرداندن جسمی در فضازمان چهار بعدی , مثل آن است که جسمی را با سرعت ثابت در فضای سه بعدی حرکت دهیم . هر قدر این جسم با سرعت بیشتری حر کت کند , سایه سه بعدی آن کوتاه تر می شود . این سایه زمانی که جسم با سرعت نور حرکت کند , به کلی نا پدید می شود ( طول آن به صفر می رسد ).
علاوه بر طول , زمان هم در دنیای ما سایه ای از گستره فضازمان چهار بعدی است هر قدر جسم تندتر حر کت کند سایه آن گسترده تر شده و در نتیجه زمان کندتر سپری می شود . اگر ساعتی می توانست با سرعت نور حر کت کند , زمانی که ساعت اندازه می گرفت , متوقف می شد .

اثر دیگر سرعت های نسبیتی ( سرعت های نزدیک به سرعت نور ) بر روی جرم اجسام است که برای اینکه زیاد خسته نشده باشید در پست های بعدی می گم .
مرکز انجمنهای تخصصی گنجینه دانش
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
مرکز انجمنهای اعتقادی گنجینه الهی
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]

Major I
Major I
پست: 5234
تاریخ عضویت: پنج شنبه 25 خرداد 1385, 2:47 pm
سپاس‌های ارسالی: 1747 بار
سپاس‌های دریافتی: 4176 بار
تماس:

پست توسط ganjineh » چهار شنبه 22 آذر 1385, 8:26 pm

نمودارهای مینکوفسکی

در این قسمت نظر خودم اینه که خیلی ساده نگاه کنیم در غیر اینصورت به سؤال های پیچیده و زیادی برخورد می کنیم که به سادگی نمی شه از پیچ و خمشون بیرون آمد .
البته به این منظور نیست که سؤالی مطرح نشه , تلاش من اینه که این دو مورد زیررا به سادگی برای شما نمایش دهم
1-نمایش ظاهری نمودار فضا- زمان
2-برداشت کاهش طول و اتساع زمان از روی نمودارهای فضا – زمان

1- نمایش ظاهری نمودار فضا- زمان
در زیر شکل نمودار دوبعدی ( از دو بعد طول Y و Z برای سادگی صرف نظر می کنیم ) رو همراه با نمایش قسمت های مختلف آن می بینید .
قسمت های سیاه رنگ محورهای نمودار هستند
اگر ذره سرعت نور داشته باشد منحنی آن خط نقطه چین قرمز رنگ می شه , واگرسرعت آن کمتر و یا بیشتر از سرعت نور باشد , به ترتیب در قسمت چپ و راست خط نقطه چین قرمز قرار می گیرند .
منحنی یک جسم که با سرعت های کمتر از نور حرکت میکند , شکلی همنند منحنی سبز رنگ دارد که به آن خط جهانی ذره می گویند .
تصویر
نمودارهای فضا زمان برای ناظر ساکن و متحرک :

اگر دستگاه ناظر ساکن را با Sو ناظر متحرک را با `S نشان دهیم. و دستگاه `S با سرعت V نسبت به دستگاه S در امتداد محور X حرکت کند .
آنگاه دستگاه متحرک در نظر ناظر ساکن دیگر قائم نیست و به شکل زیر آن رو نمایش می دهند .
دلیل قائم نبودن دستگاه اینه که , انیشتن برای بدست آوردن مختصات فضا و زمان یک ذره در دستگاه متحرک با توجه به مختصات آن در دستگاه ساکن از تبدیلات لورنتس ( چیزی همانند تبدیلات و نگاشت هایی که در دبیرستان خواندیم ) استفاده می کند .
مرکز انجمنهای تخصصی گنجینه دانش
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
مرکز انجمنهای اعتقادی گنجینه الهی
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]

Major I
Major I
پست: 5234
تاریخ عضویت: پنج شنبه 25 خرداد 1385, 2:47 pm
سپاس‌های ارسالی: 1747 بار
سپاس‌های دریافتی: 4176 بار
تماس:

پست توسط ganjineh » چهار شنبه 22 آذر 1385, 8:27 pm

شايد براي خيلي ها اين سوال پيش امده باشد كه چرا و چگونه نظريه نسبيت به وجود امد.در اينجا بشكل مختصر در مورد اين مساله توضيحاتي داده شده.
بعد از اينكه ماكسول معادلات معروف خودش رو بدست اورد مشخص شد كه سرعت نور در يك چارچوب مرجع مقداري ثابت دارد كه اين مقدار به نوع ماده اي كه نور در ان منتشر ميشود دارد.در خلا اين مقدار تقريبا برابر 300000 km/h هست. از طرفي مشخص شد كه در چارچوبهاي مرجع ديگر ( يا دستگاه هاي مختصاتي كه با سرعت ثابت نسبت به اين دستگاه مختصات حركت ميكنند.) شكل معادلات ماكسول تغيير مي كنند.با توجه به اينكه قوانين مكانيك نيوتني در چارچوبهاي مرجع مختلف (دستگاههاي مختصات كه با سرعت ثابت نسبت به يكديگر
حركت ميكنند ) يكسان هستند براي فيزيكدانها بهتر بود كه براي داشتن يك نظريه متقارن و شسته رفته قوانين ماكسول در تمام دستگاه هاي لخت يكسان باشند.اين مستلزم اين بود كه فرض شود سرعت نور در تمام چارچوبهاي مرجع يكسان است.
يكسان بودن سرعت نور در تمام چارچوبهاي مرجع به اين معناست كه ما اگر ما در فاصله مثلا x نسبت به يك منبع نور قرار داشته باشيم با توجه به اينكه نور با سرعت c به سمت ما حركت ميكند پس از زمان t=x/c به ما ميرسد.حالا تصور كنيد كه ما در چارچوب مرجعي هستيم كه در لحظه t=0 مبدا ان بر مبدا دستگاه قبلي منطبق است و با سرعت v نسبت به چارچوب مرجع اول به سمت منبع نور حركت ميكند.در اين صورت بر خلاف انتظار كه تصور ميكنيم نور منبع سريعتر به ما ميرسد متوجه ميشويم كه در زمان رسيدن نور به ما هيچ تغييري حاصل نميشود.اگر بجاي منبع نور هر متحركي كه با سرعت نور حركت ميكند را قرار دهيم باز هم همين نتيجه بدست ميايد.(البته ميتوان نشان داد كه متحركهاي جرم دار هيچگاه نميتوانند به سرعت نور برسند و فقط ميتوانند به ان نزديك شوند.)
به عبارت ديگر قانون جمع گاليله اي ديگر در اينجا برقرار نيست.طبق قانون جمع گاليله اي اگر دو متحرك با سرعتهاي v1 و v2 به طرف هم حركت كنند هر كدام اينگونه تصور ميكنند كه خود ساكن هستند و ديگري با سرعت v1+v2 به سمت او در حركت است.در حاليكه كه طبق قانون جمع نسبيتي براي اينكه سرعت نور در تمام چارچوبهاي مرجع يكسان باشد فرض ميشود كه هيچ سرعتي نميتواند بالاتر از سرعت نور باشد و دو متحرك كه به سمت يكديگر حركت ميكنند مجموع سرعتهايشان هيچگاه نميتواند بالاتر از سرعت نور باشد.مثلا اگر دو متحرك با سرعتهاي 0.5c و 0.6c به سمت يكديگر حركت كنند سرعت نسبي انها 0.6c+0.5c=1.1c نخواهد بود و اين سرعت برابر 0.85c خواهد بود.همه قوانين نسبيت را با استفاده از همين اصل ثابت بودن سرعت نور ميتوان بدست اورد.
در واقع اصل نسبيت گاليله اي و مكانيك نيوتني فداي اين اصل شدند كه تمام قوانين فيزيك بايد در همه چارچوبهاي مرجع يكسان باشند.
البته در سرعتهاي پايين قوانين نسبيتي بر قوانين مكانيك نيوتني منطبق ميشوند.
البته ممكن است اين سوال پيش بيايد كه از كجا معلوم كه اين اصل واقعا برقرار باشد؟
در ابتدا هيچ دليلي براي اثبات يا رد اين نظريه وجود نداشت.اما بعدها ازمايشهايي انجام شد كه بعضي از اثاري كه نظريه نسبيت پيش بيني كرده بود اثبات كرد.مثل ازمايشي كه توسط hafele و keating انجام شد.
در اين ازمايش انها چند ساعت اتمي بسيار دقيق را چند روز در يك هواپيماي تجاري قرار دادند تا زمين را دور بزند و بعد از سفر ان ساعتها را با ساعت اتمي خودشان كه روي زمين واقع بود مقايسه كردند.و مشاهده كردند كه همه ساعتهاي داخل هواپيما از ساعت روي زمين عقب مانده اند.اين زمان در مورد يكي از ساعتها در حدود (7- ^10 ) (10 به توان -7)ثانيه بود.
همينطور ازمايش ديگري توسط الواگر و همكارانش انجام شد.
در اين ازمايش باريكه اي از پيونها ( پيون يك ذره بنيادي است.) مورد ازمايش قرار گرفتند.اين ذرات بر اثر واكنشي خود به خودي وا ميپاشند و به دو پرتو گاما (كه از جنس امواج الكترو مغناطيس هستند) تجزيه ميشوند كه در دو جهت مخالف حركت ميكنند.در اين ازمايش سرعت باريكه پيونها حدود 0.99975c بود با توجه به اينكه ذرات گاما از جنس امواج الكترو مغناطيس هستند و با سرعت نور حركت ميكنند اگر قانون جمع گاليله اي درست مي بود يكي از انها بايد سرعت 1.999775c=c+0.99975c و ديگري سرعت 0.25c=c-0.99975c را دارا باشد. در حالي كه
در اين ازمايش سرعت هر دو پرتو يكسان و برابر c بدست امد.كه پيش بيني نظريه نسبيت را تائيد ميكند.
مرکز انجمنهای تخصصی گنجینه دانش
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
مرکز انجمنهای اعتقادی گنجینه الهی
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]

Major I
Major I
پست: 5234
تاریخ عضویت: پنج شنبه 25 خرداد 1385, 2:47 pm
سپاس‌های ارسالی: 1747 بار
سپاس‌های دریافتی: 4176 بار
تماس:

پست توسط ganjineh » چهار شنبه 22 آذر 1385, 8:29 pm

يك حفره سياه فضايي، جسمي است كه سرعت گريز آن بيشتر از سرعت نور باشد. سرعت گريز، به حداقل سرعتي گفته ميشود كه يك جسم بايد دارا باشد تا بتواند از جاذبه جسم ديگري بگريزد. براي گريز از نيروي جاذبه زمين، سرعت يك جسم بايد به بيش از 40،000 كيلومتر در ساعت برسد. اما براي گريز از حفرة سياه، سرعت جسم بايد به بيش از سرعت نور كه حدود 300،000 كيلومتر در ثانيه است برسد، يعني سرعت آن، بيش از يك ميليارد و هشتاد ميليون كيلومتر در ساعت باشد.
براي رسيدن به چنين سرعتي، بطور طبيعي، يك مشكل وجود دارد، و آن اين است كه فقط نور چنين سرعتي دارد. چيزهايي كه مثل انسان و سفينة فضائي از ماده ساخته شده اند، حتي نمي توانند حدود آن سرعت را داشته باشند. به همين دليل، هيچ چيزي نمي تواند از حفره سياه بگريزد. اگر نور نتواند از حفره سياه بگريزد، اين بدين معني است كه ما قادر به ديدن آن نخواهيم بود و در نتيجه، نمي توانيم بفهميم كه چه چيزي در حفره سياه اتفاق ميافتد. در حقيقت عقايد ما در مورد حفرههاي سياه از تئوري كلي نسبيت آلبرت انيشتين منشاء ميگيرد. براي دانشمندان مسلم است كه داخل يك حفره سياه فعل و انفعالات فيزيكي ناشناخته زيادي انجام ميگيرد.

حفرههاي سياه بازمانده از ستارگان عظيمي هستند كه سوختشان به اتمام رسيده و به اصطلاح مرده اند. البته، فقط ستارگاني كه حجم آنها بيش از سه برابر خورشيد خودمان است، حفرههاي سياه بوجود ميآورند. بعضي از اين ستارگان عظيم، منفجر شده و بصورت يك "سوپر نوا"ي درخشان در ميآيند. بعضي سوپر نواها، بطور كامل منفجر شده و چيزي از خود باقي نمي گذارند. اما بعضي ديگر در مركز خودشان فرو ميريزند و همه مواد در آنها با هم محكم برخورد كرده و به هم مي چسبند. بستگي به اينكه مركز آنها چقدر عظيم و حجيم باشد، سوپر نواها تبديل به نوترون شده و يا تبديل به حفرههاي سياه ميشوند.

به اين خاطر كه ما نميتوانيم خود حفرههاي سياه را ببينيم، ممكن است فكر كنيم كه پيدا كردن آنها غير ممكن است. اما به كمك فنآوريهاي ستاره شناسي، اولين آنها در سال 1972 ميلادي كشف شد. نام اين حفره Cyghus x-1 و متعلق به كهكشان راه شيري است. با وجود اينكه خود حفرههاي سياه ديده نميشوند، اما تاثير قوة جاذبه عظيم آنها بر ستارههاي نزديكشان را ميتوان بررسي كرد. هميشه يك ستاره، با سوپر نوا جفت ميشود و گازهاي حاصل از آن ستاره بصورت مارپيچ به داخل سوپر نوا بلعيده ميشوند. حركت مارپيچي گازها، تصوير يك حفره سياه را در مركز سوپر نوا بوجود ميآورد و بدين جهت است كه آن را حفره سياه مينامند.
يكي از جالبترين افكار بشر، ايده جابجايي در بعد زمان است.
البته اگر از يك بعد ديگر به قضيه نگاه كنيم همه ما مسافر زمان هستيم. همين الان كه شما اين را ميخوانيد، زمان در حول و حوش و به پيش ميرود و آينده به حال و حال به گذشته تبديل ميشود. نشانه اش هم رشد موجودات است. ما بزرگ ميشويم و ميميريم. پس زمان در جريان است.
آلبرت اينشتين با ارائه نظريه نسبيت خاص نشان داد كه اين كار از نظر تئوري شدني است. بر طبق اين نظريه اگه شيئي به سرعت نور نزديك شود گذشت زمان برايش آهسته تر صورت ميگيرد. بنابراين اگر بشود با سرعت بيش از سرعت نور حركت كرد، زمان به عقب برگردد. مانع اصلي اين است كه اگر جسمي به سرعت نور نزديك بشود جرم نسبي ان به بينهايت ميل ميكند لذا نميشود شتابي بيش از سرعت نور پيدا كرد. اما شايد يه روز اين مشكل هم حل شود. بر خلاف نويسنده ها و خيالپردازها كه فكر ميكنند سفر در زمان بايد با يك ماشين انجام شور، دانشمندان بر اين عقيده هستند كه اينكار به كمك يك پديده طبيعي صورت ميگيرد. در اين خصوص سه پديده مد نظر است: سياهچاله هاي دوار، كرم چاله ها و ريسمانهاي كيهاني.

سياه چاله ها:
اگر يه ستاره چند برابر خورشيد باشد و همه سوختش را بسوزاند، از انجا كه يك نيروي جاذبه قوي دارد لذا جرم خودش در خودش فشرده ميشود و يك حفره سياه رنگ مثل يه قيف درست ميكند كه نيروي جاذبه فوق العاده زيادي دارد طوري كه حتي نور هم نميتواند از ان فرار كند.
اما اين حفره ها بر دو نوع هستد. يه نوعشان نمي چرخند لذا انتهاي قيف يك نقطه است. در انجا هر جسمي كه به حفره مكش شده باشه نابود ميشود. اما يه نوع ديگر سياهچاله نوعي است كه در حال دوران است و برا همين ته قيف يه قاعده داره كه به شكل حلقه اس. مثل يك قيف واقعي است كه تهش باز است. همين نوع سياهچاله است كه ميتواند سكوي پرتاب به آينده يا گذشته باشد. انتهاي قيف به يك قيف ديگر به اسم سفيدچاله ميرسد كه درست عكس ان عمل ميكند. يعني هر جسمي را به شدت به بيرون پرتاب ميكند. از همين جاست كه ميتوانيم پا به زمانها و جهان هاي ديگر بگذاريم.
كرم چاله: يك سكوي ديگر گذر از زمان است كه ميتواند در عرض چند ساعت ما را چندين سال نوري جابجا كند. فرض كنيد دو نفر دو طرف يك ملافه رو گرفته اند و ميكشند. اگر يك توپ تنيس بر روي ملافه قرار دهيم يك انحنا در سطح ملافه به سمت توپ ايجاد ميشود.
اگر يك تيله به روي اين ملافه قرار دهيم به سمت چاله اي كه ان توپ ايجاد كرده است ميرود. اين نظر اينشتين است كه كرات آسماني در فضا و زمان انحنا ايجاد ميكنند؛ درست مثل همان توپ روي ملافه. حالا اگه فرض كنيم فضا به صورت يك لايه دوبعدي روي يه محور تا شده باشد و بين نيمه بالا و پايين ان خالي باشد و دو جرم هم اندازه در قسمت بالا و پايين مقابل هم قرار گيرد، آن وقت حفره اي كه هر دو ايجاد ميكنند ميتواند به همديگر رسيده و ايجاد يك تونل كند. مثل اين كه يك ميانبر در زمان و مكان ايجاد شده باشد. به اين تونل ميگويند كرم چاله.
اين اميد است كه يك كهكشاني كه ظاهرا ميليونها سال نوري دور از ماست، از راه يك همچين تونلي بيش از چند هزار كيلومتر دور از ما نباشئ. در اصل ميشود گفت كرم چاله تونل ارتباطي بين يك سياهچاله و يه سفيدچاله است و ميتواند بين جهان هاي موازي ارتباط برقرار كند و در نتيجه به همان ترتيب ميتواند ما را در زمان جابجا كند. آخرين راه سفر در زمان ريسمانهاي كيهاني است. طبق اين نظريه يك سري رشته هايي به ضخامت يه اتم در فضا وجود دارند كه كل جهان را پوشش ميدهند و تحت فشار خيلي زيادي هستند. اينها هم يه نيروي جاذبه خيلي قوي دارند كه هر جسمي را سرعت ميدهند و چون مرزهاي فضا زمان را مغشوش ميكند لذا ميشود از انها براي گذر از زمان استفاده كرد.
مرکز انجمنهای تخصصی گنجینه دانش
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
مرکز انجمنهای اعتقادی گنجینه الهی
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]

Major I
Major I
پست: 5234
تاریخ عضویت: پنج شنبه 25 خرداد 1385, 2:47 pm
سپاس‌های ارسالی: 1747 بار
سپاس‌های دریافتی: 4176 بار
تماس:

پست توسط ganjineh » چهار شنبه 22 آذر 1385, 8:31 pm

* يك حفره سياه فضايي، جسمي است كه سرعت گريز آن بيشتر از سرعت نور باشد. سرعت گريز، به حداقل سرعتي گفته ميشود كه يك جسم بايد دارا باشد تا بتواند از جاذبه جسم ديگري بگريزد. براي گريز از نيروي جاذبه زمين، سرعت يك جسم بايد به بيش از 40،000 كيلومتر در ساعت برسد. اما براي گريز از حفرة سياه، سرعت جسم بايد به بيش از سرعت نور كه حدود 300،000 كيلومتر در ثانيه است برسد

* حفرههاي سياه بازمانده از ستارگان عظيمي هستند كه سوختشان به اتمام رسيده و به اصطلاح مرده اند. البته، فقط ستارگاني كه حجم آنها بيش از سه برابر خورشيد خودمان است، حفرههاي سياه بوجود ميآورند.

* با وجود اينكه خود حفرههاي سياه ديده نميشوند، اما تاثير قوة جاذبه عظيم آنها بر ستارههاي نزديكشان را ميتوان بررسي كرد. هميشه يك ستاره، با سوپر نوا جفت ميشود و گازهاي حاصل از آن ستاره بصورت مارپيچ به داخل سوپر نوا بلعيده ميشوند.

* فرض كنيد دو نفر دو طرف يك ملافه رو گرفته اند و ميكشند. اگر يك توپ تنيس بر روي ملافه قرار دهيم يك انحنا در سطح ملافه به سمت توپ ايجاد ميشود.
اگر يك تيله به روي اين ملافه قرار دهيم به سمت چاله اي كه ان توپ ايجاد كرده است ميرود. اين نظر اينشتين ( نسبیت عام ) است كه كرات آسماني در فضا و زمان انحنا ايجاد ميكنند؛ درست مثل همان توپ روي ملافه.
تصویر
تصویر
مرکز انجمنهای تخصصی گنجینه دانش
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
مرکز انجمنهای اعتقادی گنجینه الهی
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]

Major I
Major I
پست: 5234
تاریخ عضویت: پنج شنبه 25 خرداد 1385, 2:47 pm
سپاس‌های ارسالی: 1747 بار
سپاس‌های دریافتی: 4176 بار
تماس:

پست توسط ganjineh » چهار شنبه 22 آذر 1385, 8:35 pm

خوب دوستان قصد دارم که یه دوره کوتاه از فیزیک کوانتوم را برای شما بیان کنم امیدوارم مفید باشه . این دوره را به صورت چندین پست ارائه می دهم .

قسمت اول :

مقدمه :
در این مقاله سعی شده است گذیده ای از مفاهیم ابتدایی مکانیک کوانتومی به طور تشریحی برای استفاده افراد مختلف بیان بشود , تا اشخاص در هر رده ی سنی و رشته ای که باشند بتوانند با کوانتوم آشنایی پیدا بکنند . طبیعتا بحث از این مطالب فراتر است .اگر کم و کاستی در این نوشته مشاهده فرمودین می توانید نظرات خودتان راحتما بیان کنید .

زمینه های بروز مکانیک کوانتومی :

نسبیت و مکانیک کونتوم دو نظریه اساسی قرن بیستم هستند . همچنانکه می دانید در آغاز قرن بیستم تحول عطیمی در فیزیک ایجاد شد. از یکطرف ثابت بودن سرعت نور در تمام دستگاه های مختصات ما را به پذیرش نظریه نسبیت می کند. یعنی پذیرفتن اتساع زمان و انقباض مکان.

همزمان با این مسئله در سال 1907 با مقاله فوتوالکتریک انیشتین مکانیک موانتوم متولد می شود. بعضی ها هم اعتقاد دارند تاریخ پیدایش مکانیک کوانتوم در سال 1900 با نظریه ماکس پلانک در مورد تابش جسم سیاه می باشد .

در یک قرن پیش پلانک روی مسائلی در ارتباط با ویژگی های اساسی حرارت کار می کرد. هنگامی که او در تلاش بود تا ماهیت گرما و نور برخاسته از یک جسم ساده گرم و درخشان «جسم سیاه) را دریابد، متوجه شد که ناگزیر است عقیده ای به ظاهر مسخره را بپذیرد. اینکه انرژی تابشی برخاسته از اجسام نه به صورت پیوسته بلکه در بسته هایی مجزا به اطراف پراکنده می شود.

درسال 1900، ماكس پلانك فيزيك دان آلماني اعلام کرد كه با فرض يك تشعشع الکترومغناطیسی خفیف (در طول موج يا در فركانس)، منحني فرضی بدست آمده كاملاً با منحني ناشی از آزمايش منطبق خواهد بود. به عبارت دیگر، انرژی اتمی تابان E با فرمول زیر تعریف می شود:

E = n.h.f , n عدد صحیح است , 6,62 x 10-27 s.erg = h ثابت پلانک , f فرکانس نوسانات اتمی

اين رويداد شروع عصر مكانيك كوانتومي را رقم زد. به دليل اینکه پلانك موفق به تعريف انعكاس جسم سياه شد جايزه نوبل فيزيك را درسال 1918 به خود اختصاص داد.

پلانک هر یک از این بسته ها را یک "کوانتوم" نامید. که واژه ای برگرفته از لاتین و به معنای "چه مقدار" است و در جمع "کوانتا" خوانده می شود. و رابطه ای را روی کاغذ آورد که انرژی آنها را به فرکانس ربط می داد. با این کار او پدر نظریه مکانیک کوانتومی شد. این نظریه شامل قوانینی بود که بر این بسته های انرژی حاکم بودند. و البته به زودی مشخص شد که دامنه نفوذ آنها بسیار فراتر از همین بسته هاست.

با اينكه منحني فرضی پلانك با منحني ای که عملا از آزمايشات به دست می آمد تطبیق كامل داشت، متأسفانه، براي مدّت حداقل 5 سال، فرضیه ی او مبتنی بر ماهیّت خفیف تابش اتمی، تا سال1905 و چاپ مقاله ی اینشتین و شرح آن بر فرضیه ی تأثیرات فوتوالکتریک، استقبال چندانی نیافت. با این حال، تئوری پلانک که وجود دو سطح انرژی اتمی خفیف را برای توضیح تشعشع جرم سیاه بیان می کرد،

و همچنین موضوعی که او در رابطه با قابل شمارش دانستن انرژی متبادل این اتمها پیشنهاد کرد آغازی بود برای عصر مکانیک کوانتم.
مرکز انجمنهای تخصصی گنجینه دانش
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
مرکز انجمنهای اعتقادی گنجینه الهی
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]

Major I
Major I
پست: 5234
تاریخ عضویت: پنج شنبه 25 خرداد 1385, 2:47 pm
سپاس‌های ارسالی: 1747 بار
سپاس‌های دریافتی: 4176 بار
تماس:

پست توسط ganjineh » چهار شنبه 22 آذر 1385, 8:36 pm

قسمت دوم :

انیشتین در سال 1905 با استفاده از نظریه کوانتومی انرژی پدیده فوتوالکتریک را توضیح داد. بنابر نظریه ی کوانتومی امواج الکترومغناطیسی که به ظاهر پیوسته اند، کوانتومی می باشند.

این کوانتومهای انرژی را که فوتون می نامند، از رابطه ی پلانک تبعیت می کنند. بنابر نظریه کوانتومی، یک باریکه ی نور با فرکانس f شامل تعدادی فوتونهای ذره گونه است که هر یک دارای انرژی

E=hf

می باشد. یک فوتون تنها می تواند با یک الکترون در سطح فلز برهم کنش کند، این فوتون نمی تواند انرژی خود را بین چندین الکترون تقسیم کند. چون فوتونها با سرعت نور حرکت می کنند، بر اساس نظریه نسبیت، باید دارای جرم حالت سکون صفر باشند و تمام انرژی آنها جنبشی است.

هنگامیکه ذره ای با جرم حالت سکون صفر از حرکت باز می ماند، موجودیت آن از بین می رود و تنها زمانی وجود دارد که با سرعت نور حرکت کند. از این رو وقتی فوتونی با یک الکترون مقید در سطح فلز برخورد می کند و پس از آن دیگر با سرعت منحصر بفرد نور c حرکت نمی کند، تمام انرژی hf خود را به الکترونی که با آن برخورد کرده است می دهد.

اگر انرژیی که الکترون مقید از فوتون به دست می آورد از انرژی بستگی به سطح فلز بیشتر باشد، مابقی انرژی بصورت انرژی جنبشی الکترون ظاهر می شود .

همانطور که میدانیم در توجیه پدیده فوتوالکتریک انیشتن با در نظر گرفتن نور بصورت بسته های انرژی یا ذراتی بنام فوتون توانست جایزه نوبل را دریافت کند.

در واقع نور خاصیت دوگانه ای دارد ، در برخی از آزمایشات مثل دوشکاف یانگ فقط با در نظر گرفتن حالت موجی نور مطابقت دارد و با ذره ای بودن نور در تناقض است و در برخی دیگر از پدیده ها مثل فوتوالکتریک نور باید ذره ای در نظر گرفته شود تا این پدیده توجیه شود و با موجی بودن نور در تناقض است.

نور واقعا موج الکترومغناطیس است یا ذره؟؟؟
مرکز انجمنهای تخصصی گنجینه دانش
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
مرکز انجمنهای اعتقادی گنجینه الهی
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]

Major I
Major I
پست: 5234
تاریخ عضویت: پنج شنبه 25 خرداد 1385, 2:47 pm
سپاس‌های ارسالی: 1747 بار
سپاس‌های دریافتی: 4176 بار
تماس:

پست توسط ganjineh » چهار شنبه 22 آذر 1385, 8:37 pm

قسمت سوم :

مکانیک کوانتوم جواب این سوال را به خوبی میدهد. در واقع بین این دو خاصیت یک ارتباطی برقرار میکند و بیان میکند که نور به هیچ وجه نه موج کلاسیک است ونه ذره کلاسیک .


بررسی ساختار اتمی به این نتیجه منجر می شود که رفتار الکترونها در اتم را نظیر رفتار فوتونها ، نمی توان با قوانین فیزیک کلاسیک یعنی قوانینی که در آزمایش با اجسام ماکروسکوپی ثابت می شوند، توضیح داد.

وجود ترازهای انرژی گسسته در لایه های الکترونی اتم و قواعد حاکم بر انتقال بین ترازها و پر شدن این حالتهای انرژی را نیز نمی توان با بکارگیری مفاهیم قراردادی مکانیک و قوانین الکترومغناطیس توجیه کرد.

مسائل مربوط به فیزیک اتمی را نمی توان به کمک مکانیک نیوتونی حل کرد. بنابرین ، بایستی مکانیکی جدیدتر و کاملتری پیدا شود تا خواص موجی ماده را نیز به حساب آورد.


این مسئله مهم در اواخر سالهای بیست حل شد و در حل آن دانشمندان زیر بیشترین سهم را داشتند ورنر کارل هایزنبرگ (1976-1901) فیزیکدان آلمانی ، اروین شرودینگر ( 1961- 1887 ) فیزیکدان اتریشی و پاول آدرین موریس دیراک (1984-1902) فیزیکدان انگلیسی مجموعه قوانین حرکت ذرات ماده ، که خواص موجی آنها را نیز به حساب می آورد به مکانیک کوانتومی یا مکانیک موجی معروف است.

امروزه می دانیم که نظریه مکانیک کوانتومی ، حاکم بر تمامی مسائل است که در عالم وجود دارند. از کوچکترین ذرات زیراتمی گرفته تا نیروهای فضا زمان... :D
مرکز انجمنهای تخصصی گنجینه دانش
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
مرکز انجمنهای اعتقادی گنجینه الهی
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]

Major I
Major I
پست: 5234
تاریخ عضویت: پنج شنبه 25 خرداد 1385, 2:47 pm
سپاس‌های ارسالی: 1747 بار
سپاس‌های دریافتی: 4176 بار
تماس:

پست توسط ganjineh » چهار شنبه 22 آذر 1385, 8:38 pm

قسمت چهارم :

مفاهیم موجود در مکانیک کوانتومی :

مکانیک کلاسیک در مورد چرایی و چگونگی حرکت اجسامی به جرم وحجمی که برای بشر قابل درک و رؤیت است ، میپردازد.

وقتی بشر به حدی از تکامل علمی رسید که به بررسی حرکت ذرات ریزی مثل الکترون و پروتون و فوتون و . . . پرداخت به تناقضی فاحش بین تجربه و نظریه مکانیک کلاسیک برخورد و بر آن شد تا با اصلاح کردن و فرضیات مناسب در جنبه نظری هم به نتایج تجربی دست پیدا کند تا بتواند به پیشگویی پدیده ها بپردازد.

بر این اساس مکانیک کوانتوم قدیم بیان شد که با پذیرفتن سینماتیک و اصلاح دینامیک مکانیک کلاسیک توانست برخی از پدیده ها مثل گسسته بودن طیفهای تابشی اتمها و اثر فوتوالکتریک و اثر کامپتون و توجیه جسم سیاه بپردازد ولی این نظریه ایرادهایی داشت ،

از جمله آنها : منسجم نبود و در مدارهای باز حرفی برا گفتن نداشت و آهنگ گذار را پیشگویی نمی کرد و . . . به همین دلیل عمر زیادی نداشت و جای خود را به مکانیک کوانتوم جدید داد.

شالوده ی مکانیک کوانتومی از سه نظریه و رابطه که توسط سه دانشمند ارائه شده است تشکیل می شود که در ادامه سعی شده گذری هر چند مختصر ولی مفید بر هر سه نظریه داشته باشیم .
مرکز انجمنهای تخصصی گنجینه دانش
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
مرکز انجمنهای اعتقادی گنجینه الهی
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]

Major I
Major I
پست: 5234
تاریخ عضویت: پنج شنبه 25 خرداد 1385, 2:47 pm
سپاس‌های ارسالی: 1747 بار
سپاس‌های دریافتی: 4176 بار
تماس:

پست توسط ganjineh » چهار شنبه 22 آذر 1385, 8:38 pm

قسمت پنجم :

1- دوگانیگی موج – ذره ( رابطه دوبروی ) :

ذره کلاسیک :

ذره ای که ما با دانستن مکان و سرعت اولیه و با آگاهی داشتن از نیروهایی که بر آن وارد میشود میتوانیم مکان و سرعتش را در لحظات بعدی بدانیم(قانون دوم نیوتن)

موج کلاسیک :

موج در واقع انرژی را منتقل میکند و در فضا پخش میشود ، مثل امواج صوتی که انرژی آنها با مجذور دامنه رابطه دارد روی محیط یک کره که در حال بزرگتر شدن است تقسیم میشود تا جایی که در اثر زیاد شدن محیط کره و ثابت ماندن انرژی صوتی صدا ضعیفتر شده تا دیگر قابل درک نیست .

تا سال 1924 بسیاری از فیزیکدانان با خواص موجی-ذره انرژی الکترومغناطیسی سازگاری داشتند، اما در این میان ابهاماتی در این زمینه وجود داشت که هنوز به آن پاسخى داده نشده بود.

پیشنهادی که در طی پایان نامه دکترای یک اشراف زاده فرانسوى ارائه شد، بسیار شگفت انگیز و تعجب آور بود. لویی دوبروى پیشنهاد کرد که الکترون ها و هسته اتم ها خاصیت موجی دارند.


استدلال هاى وى بر بعضى از جنبه هاى مدل اتمى هیدروژن بور استوار بودند. بنابر نظریه وى، تمام مواد، چه سبک و چه سنگین، باید موج ماده همراه داشته باشند.

معادله طول موج ماده که او بدست آورد، از رابطه زیر بدست مى آید : L=hP
h= ثابت پلانک
p= اندازه حرکت
اندازه حرکت جسم معادل : p=mv
m جرم و v سرعت ماده است.

پس طبق این معادله، طول موج ماده با افزایش سرعت، افزایش می یابد.قدم مهم در روشن شدن تناقضات بین مکانیک کلاسیک و مکانیک کوانتومی توسط دوبروی برداشته شد.

ایشان کسی بود که این تفکر را که نه تنها فوتونها بلکه تمام ذرات دارای خواص موجی هستند، پیشنهاد و اثبات کرد. این خواص با قوانین کلاسیکی قابل بیان نیستند، ولی نقش مهمی در پدیده های اتمی بازی می کنند.

معلوم شده است که کوانتوم تابش الکترومغناطیسی ، یعنی فوتونها ، با اندازه حرکت P=E/C مشخص می شوند. در ضمن موج نوری با فرکانس ν دارای طول موج λ=ν/C است.با حذف فرکانس از این رابطه ها ،رابطه بین طول موج و اندازه حرکت فوتون به دست می آید. λ=h/P در صورتی که خواص فوتونها و سایر ذرات همان گونه که با فرضیه دوگانگی موج و ذره پیش بینی شد، واقعا نظیر هم باشند.

این رابطه باید برای هر ذره کاربرد داشته باشد. به این طریق ، فرمول طول موج دوبروی به دست آمد. طول موج دوبروی به ذره ای با اندازه حرکت P برای بیان خواص موجی آن نسبت داده می شود. اگر سرعت ذره ای با جرم سکون m در مقایسه با سرعت نور کم باشد، فرمول طول موج دوبروی را می توان به صورت زیر نوشت. λ=h/mv
مرکز انجمنهای تخصصی گنجینه دانش
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
مرکز انجمنهای اعتقادی گنجینه الهی
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]

Major I
Major I
پست: 5234
تاریخ عضویت: پنج شنبه 25 خرداد 1385, 2:47 pm
سپاس‌های ارسالی: 1747 بار
سپاس‌های دریافتی: 4176 بار
تماس:

پست توسط ganjineh » چهار شنبه 22 آذر 1385, 8:39 pm

قسمت ششم :

تایید تجربی این نظریه :


اعتبار نظریه دوبروی با آزمایش پراکندگی الکترونی در بلورها تایید شد. قبلا ، شبیه این آزمایش ، آزمایش پراکندگی اشعه ایکس در بلورها برای اثبات ماهیت موجی اشعه ایکس استفاده شده بوداین آزمایش بوسیله پرتوهای الکترونی نیز انجام شد که نتیجه منجر به این شد که بپذیریم الکترونها هم تداخل می کنند، یعنی دارای خواص موجی هستند.

بعدها پدیده های پراش برای سایر ذرات ، یعنی اتمها ، مولکولها و نوترونها نیز مشاهده شد.

تاثیر ثابت پلانک : λ=h/mv


چون ثابت پلانک بسیار کوچک است به همین علت طول موج دو بروی برای ذره ای با جرم محسوس ، خیلی کوچک و در حد ، قابل اغماض است . برای اتمها و الکترونها با جرمی بسیار کوچکتر از میکروگرم وضعیت متفاوتی پیش می آید. در سرعتهای معمولی ، طول موج وابسته به آنها در حدود طول موج پرتوهای ایکس است.

با توجه به قوانین و مفاهیم نورشناسی نتیجه می گیریم، ماهیت موجی نور وقتی به وضوح آشکار می شود که طول موجها با ابعاد اجسامی که نور با آنها اندرکنش می کند قابل مقایسه باشد. برای مثال وقتی نور از روزنه ای می گذرد که ابعاد آن چند برابر طول موج است ، از خواص موجی نور می توان صرف نظر کرد. زیرا عملا غیر قابل ملاحظه اند.

همین طور خواص موجی ذرات فقط وقتی مهمند که طول موج دوبروی در مقایسه با ابعاد اجسامی که اندرکنش با آنها صورت می گیرد، کوچک نباشد. هنگام اندرکنش اتمها با الکترونها یا با ریز ذرات دیگری که برای آن ها طول موج دوبروی در حدود ابعاد اتمی است، خواص موجی ذرات نقش مهم و گاهی تعیین کننده دارند. هر گاه فرایندها وابسته به رفتار الکترونها در اتمها یا مولکولها باشد، این نقش مهمتر است.

رابطه دوبروی نه تنها در مورد تابشهای الکترومغناطیسی بلکه در مورد ذرات دیگر مانند الکترون نیز برقرار است. یعنی در مورد هر ذره با اندازه حرکت P ، طول موجی که برای موج منتسب به آن ذره در نظر گرفته می‌شود، طبق رابطه بیان خواهد شد، که در این رابطه h ، ثابت پلانک است. در این رابطه اهمیت ثابت پلانک آشکار می‌شود. چون در طرف اول رابطه بیانگر خاصیت موجی و در طرف درP بیانگر خاصیت ذره‌ای است و نقش ثابت پلانک در ارتباط این دو کمیت (یا دو خاصیت متفاوت) است. λ=h/P
مرکز انجمنهای تخصصی گنجینه دانش
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
مرکز انجمنهای اعتقادی گنجینه الهی
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]

Major I
Major I
پست: 5234
تاریخ عضویت: پنج شنبه 25 خرداد 1385, 2:47 pm
سپاس‌های ارسالی: 1747 بار
سپاس‌های دریافتی: 4176 بار
تماس:

پست توسط ganjineh » چهار شنبه 22 آذر 1385, 8:40 pm

قسمت هفتم :

2- اصل عدم قطعیت :

در سال 1926 دانشمند آلمانی دیگری بنام ورنر هایزنبرگ، با استفاده از فرضیه پلانک، اصل معروف خود را بنام اصل عدم قطعیت تدوین نمود. برای پیش بینی وضعیت بعدی یک جسم باید وضعیت و سرعت کنونی آن را اندازه گیری نماییم.

بدیهی است برای محاسبه باید ذره را در پرتو نور مورد مطالعه قرار دهیم. برخی از امواج نور توسط ذره پراکنده خواهند شد و در نتیجه وضعیت ذره مشخص می شود.

اما دقت اندازه گیری وضعیت یک ذره به ناگزیر از فاصله بین تاجهای متوالی نور کمتر است. برای تعیین دقیق وضعیت ذره باید از نوری با طول موج کوتاه استفاده نمود اما بنا بر فرض کوانتوم پلانک نمی توانیم هرقدر که دلمان خواست مقدار نور را کم کنیم می توانیم حد اقل از یک کوانتوم نور استفاده کنیم. این کوانتوم ذره را متأثر خواهد ساخت و به طور پیش بینی ناپذیری سرعت آن را تغییر خواهد داد.

از طرف دیگر برای آنکه بتوانیم وضعیت ذره را دقیقتر محاسبه نماییم باید از نوری با طول موج کوتاهتر استفاده نماییم و در این صورت انرژی هر کوانتوم نور افزایش یافته و سرعت ذره بیشتر دستخوش تغییر خواهد شد. و این بدان معنااست که هرچه بخواهیم مکان ذره را دقیق تر اندازه بگیریم دقت اندازه گیری سرعت آن کمتر می شود و بالعکس.

هایزنبرگ نشان داد عدم قطعیت در اندازه گیری مکان ذره ضرب در عدم قطعیت در سرعت آن ضرب در جرم ذره نمی تواند از عدد معینی که به ثابت پلانک معروف است کمتر شود. همچنین این حد به راه و روش اندازه گیری وضعیت و سرعت ذره بستگی نداشته و مستقل از جرم ذره است. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ، خاصیت بنیادین و گریز ناپذیر جهان است.
مرکز انجمنهای تخصصی گنجینه دانش
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
مرکز انجمنهای اعتقادی گنجینه الهی
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]

ارسال پست

بازگشت به “فيزيک”