تبلیغات
۞ بر و بچه های مکانیک83 ۞
 

به وبلاگ   مکانیک 83   خوش اومدین .          مارو از نظراتتون بی بهره نذارین.           بازم به ما سر بزنین .          با تشکر                           مجید یعقوبی                 مجید کلاهچیان                   حمید چاوشان                    مهرداد برازنده                  علی معاون                 افشین هوشیار


۞ بر و بچه های مکانیک83 ۞


دانلود نرم افزار
پنجشنبه 27 مهر 1385

نرم افزاری جهت محاسبه انواع نیروهای وارد بر میله و لولا

Atlas V1.2
عنوان فایل :
atlas.exe
سیستم عامل :
[ Windows ]
اندازه فایل :
585 kb

                                                                           دانلود

نرم افزار شبیه ساز طیف اتم هیدروژن و تئوری بوهر

Bohr Atom
عنوان فایل :
bohr.exe
سیستم عامل :
[ Dos ]
اندازه فایل :
130 kb

                                                                              دانلود

 




نوشته شده توسط مجید در پنجشنبه 27 مهر 1385 و ساعت 07:10 ق.ظ

سرعتی بالاتر از سرعت نور
چهارشنبه 22 شهریور 1385
آیا واقعا ممكن است كه سرعت های بالاتر از سرعت نور وجود داشته باشد؟

بر اساس نظریه نسبیت هیچ فرآیند فیزیكی نمی تواند در سرعت های بالاتر از سرعت نور در خلا انجام گیرد. بدون تردید ، قابل قبول نبودن این سرعت ها یكی از عجیب ترین فرضیات فیزیك جدید است.

ابر نور

در كنار دنیایی با سرعت های كمتر از سرعت نور (جهان تاردیون ، مشتق از كلمه لاتین تاردوس به معنای آهسته) دنیای دیگری وجود دارد كه سرعت نور در آن از سرعت های دیگر كمتر است، نه بیشتر (جهان تاكیون مشتق از لغت یونانی تاخیس به معنی سریع می باشد). دنیای دوم كشف نشده است ، زیرا هیچ نقطه مشتركی با دنیای اول ندارد.

در سالهای اخیر ، تعدادی مقاله تحقیقاتی منتشر شده كه نویسندگان آنها احتمال وجود ذرات «ابر نور» را كه تا كنون نامیده اند، مورد بررسی قرار داده اند.

واقعیت عجیبی كه در مورد فرضیه ابر نور وجود دارد، آنست كه این فرضیه ، نظریه نسبیت خاص را نقض نمی كند ، بلكه آن را با دنیایی كه در آن سوی محدوده سرعت نور قرار دارد سازگارتر و هماهنگ تر می سازد.

اگر تاكیون‌ها وجود داشتند؟

عقاید متفاوتی در این مورد وجود دارد. اگر تاكیون ها واقعا وجود داشته باشند، چه می شود؟ در این صورت آنها نوع سوم ذراتی می باشند كه برای ما شناخته شده اند. اولین نوع شامل ذراتی است كه هیچگاه به سرعت نور نمی رسند. (یعنی تقریبا تمام ذرات بنیادی شناخته شده) ، نوع دوم فوتون‌ها (كوانتاهای تابش الكترومغناطیسی) و احتمالا نوترینوها می باشند كه هر دو آنها با سرعت نور منتشر می شوند. تاكیون ها همواره دارای سرعتی می باشند كه از سرعت نور بیشتر است.

دنیای تاكیون ها و دنیای ما

دنیای تاكیون ها هیچ نقطه مشتركی با دنیای ما كه در آن سرعت ها كمتر از سرعت نور است ندارد. سه نوع ذره‌ای كه هم اكنون ذكر آنها به میان آمد، دارای یك خاصیت مشترك می‌باشند. ذرات یك گروه تحت هیچ شرایطی نمی توانند به ذرات گروه دیگر تبدیل شوند. از سوی دیگر ، فقط بر اساس دانش جدید می توانیم چنین اظهار نظری را به عمل آوریم. اگر این مسئله را از دیدگاه اطلاعات علمی كامل‌تری كه هنوز ناشناخته است مورد بررسی قرار دهیم، ممكن است كه كاملا تغییر نماید. در آن صورت می توانیم فرض كنیم كه دنیای تاكیون ها با دنیای ما برخورد پیدا می كند و این بدان معنی است كه فرآیندهایی در طبیعت وجود دارند كه در جهات نامشخص پیش می روند.

اصل علیت كه بر اساس آن علت همیشه مقدم بر معلول است یك اصل اساسی فیزیكی است. به بیان دیگر ، هیچ رویدادی نمی تواند گذشته را تحت تاثیر قرار دهد و موجب تغییر آن چیزی گردد كه اتفاق افتاده است، ولی در دنیای ذراتی كه با سرعت نور و یا بیشتر از آن حركت می كنند ، این اصل ممكن است تغییر نماید و علت و معلول با توجه به چارچوب مرجع جای خود را عوض كنند.

در فرآیندهایی كه پیام ها با سرعت بیشتر از سرعت نور حركت می نمایند، تسلسل وقایع (وقایعی كه پیش از وقایع دیگر رخ می دهند) به انتخاب دستگاه مختصات بستگی پیدا می كند، در عین حال ، جهت جریان اطلاعات یعنی اساس بستگی علت و معلول تغییر نمی نماید. این مسئله موجب نقص علیت می گردد.

بازگشت به گذشته

گمان می‌رود چنین جریانی بتواند برای ایجاد ارتباط تلفنی با گذشته كمك كند یا ممكن است شخصی خود را به ساعت 11 صبح روز قبل انتقال دهد … . چنین چیزی مادامی كه دنیای سرعتهای كوچك‌تر از سرعت نور با دنیای سرعتهای بزرگ‌تر از سرعت نور برخورد پیدا كند، تناقض می‌باشد. اگر فقط محدوده سرعت‌های بالاتر از سرعت نور را مورد توجه قرار دهیم، چین تناقضاتی به‌وجود نمی‌آید. تاكنون هیچ یك از اطلاعات تجربی به دست آمده وجود تاكیون‌ها را به اثبات نرسانیده‌اند.

دنیای ریز ذره‌ها

پیشرف جهان كوچك عقاید و تصورات خارق‌العاده‌ای پدید می‌آورد كه نظریه‌های دانش عادی را نقض می‌كند و آشكارا نشان می‌دهد. چنین عقیده‌ای كه معلومات امروزی علمی مفاهیم مطلق و غیر قابل تغییری هستند، پوچ می‌باشد. به نظر نمی‌آید كه هیچگاه پیشرفت فیزیك و اختر فیزیك به انتها برسد.

فرضیه ذرات بنیادی كه همواره وقایع عجیب‌تری را آشكار می‌سازد. دائما با مفاهیم پیچیده ریاضی و سایر مفاهیم پیچیده به‌ وجود می‌آید كه با دنیایی كه ما را احاطه كرده هیچ گونه مشابهتی ندراد. باید گفت كه این فرضیه روز به روز بیشتر با فرضیه كیهانی آمیخته می‌شود. به عبارت دیگر قوانین طبیعی حاكم بود و نقطه نهایی و متضاد ابعاد جهانی یعنی دنیای ریز ذره‌ها و دنیای وقایع كیهانی هیچگاه با یكدیگر متناقض نیستند.

بیان ریز ذره‌ها بوسیله پدیده گرانشی

با نفوذ بیشتر در دنیای ریز ذره‌ها ، اثرات گرانشی بطور قابل توجهی كمتر می‌شوند. ولی این مساله تا نقطه معینی صادق است و نقش آنها بطور مشخصی افزایش می‌یابد. و آنها مانند وضعیتی كه در جهان بزرگ وجود دارد به صورت پدیده‌های فیزیكی غالب در می‌آیند. در دنیای ریز ذره‌ها كه وجه مشخصه آن فواصل كوچك است، مقادیر انرژی و در نتیجه جرم به اندازه‌ای افزایش می‌یابد كه از این نظر دنیای ریز ذره‌ها مشابه پدیده‌های دنیای بزرگ و فوق‌العاده بزرگ می‌گردد و دو جهان مانند گذشته یكی می‌شوند و به همین دلیل آنها برخی از قوانین طبیعت مشترك هستند.

سیاهچاله‌ها كه نشان‌دهنده چگالی فوق‌العاده زیاد ماده هستند، ناحیه دیگری می‌باشند كه در آن وقایع جهانی و میكروسكوپیك باهم یكی می‌شوند. در اینجا پدیده گرانشی در هر دو حالت عظیم است كه در حالت اول بصورت هندسه تغییر یافته فضا و در حالت دوم به صورت اثرات مكانیك كوانتومی بیان می‌شود.



نوشته شده توسط مجید در چهارشنبه 22 شهریور 1385 و ساعت 12:09 ب.ظ

زمان صفر
جمعه 26 خرداد 1385
زمان گذشته تر از گذشته

بنابه نظریه انفجار بزرگ ، گسترش جهان از یك انفجار آتشین آغاز شده و تا امروز ادامه یافته است و احتمال دارد این گسترش تا بینهایت ادامه داشته باشد. ولی ما یقینا می‌خواهیم بدانیم پیش از این انفجار اولیه وضع از چه قرار بوده است. اما برای فهمیدن این موضوع باید از دیوار زمان صفر عبور كنیم. نه تنها در عرصه فیزیك ، بلكه حتی در عرصه منطق نیز دشواریهای زیادی در این سیر وجود دارد.

ما نمی‌توانیم تاریخ كائنات را از زمان صفر یعنی درست لحظه آفرینش فضا و زمان آغاز كنیم ولی قادریم آن را از لحظه‌های بسیار كوتاه و غیر قابل تصور یعنی 43- ^10 ثانیه پس از انفجار بزرگ آغاز كنیم. قوانین بنیادی فیزیك توانسته‌اند از امروز تا آن لحظه كه كائنات بسیار بسیار كوچك ، داغ و غلیظ بوده ، استواری خود را حفظ كنند.

خصوصیات كائنات در زمان صفر

در 43- ^10 ثانیه پس از انفجار بزرگ ، كائنات بیش از 35 - ^ 10 متر قطر نداشته و ده میلیون میلیارد میلیارد بار كوچكتر از یك اتم هیدروژن بوده است. در این زمان عالم چنان جوان است كه نور نمی‌تواند به دورها سفر كند و افق كیهانی كه كائنات قابل دید را در بر می‌گیرد، بسیار نزدیك است. در این زمان حرارت به 32 ^ 10 كلوین میرسد. كائنات بسیار غلیظ و فشرده (96 ^ 10 برابر غلظت آب) و انرژی آن غیر قابل اندازه گیری است. چنانچه اگر بخواهیم چنین نیرویی تولید كنیم باید دستگاههای تسریع كننده ذرات اولیه‌ای بسازیم كه چندین سال نوری قطر داشته باشند.

زمان صفر یا زمان پلانك

در 43- ^10 ثانیه پس از انفجار ، كائنات چنان فشرده و غلظت چنان انباشته است كه نیروی جاذبه ، كه در حالت معمولی در مقیاس میكروسكوپی قابل اغماض است، مانند نیروها از قبیل نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف نیروی الكترومغناطیسی ، بسیار قوی می‌باشد. ولی ما نمی‌توانیم رفتار و مشخصات اتمها و نور را در جاذبه بسیار قوی دریابیم. این مساله نخستین بار در آغاز قرن حاضر توسط "ماكس پلانك" مطرح شد. به همین دلیل زمان 43- ^10 ثانیه را "زمان پلانك" می‌گویند. كه در آن فیزیك از توضیح عاجز می‌شود و مرز آگاهی‌ها به نهایت می‌رسد.

جاذبه سد زمان صفر

برای پشت سر گذاشتن زمان پلانك به نظریه‌ای‌ كوانتیك از جاذبه نیاز است كه در آن قوه جاذبه بتواند با سایر نیروها متحد شود. فیزیكدانان در تلاشند تا یك نظریه جامع طبیعت بیابند كه در آن چهار نیروی حاكم بر جهان بصورت یك نیروی واحد عمل كنند. و تا كنون موفق شده‌اند شرایط گرد آمدن نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف و نیروی الكترومغناطیسی را بدست آورند. ولی نیروی جاذبه همچنان با اتحاد با این نیروها مخالفت می‌كند. این نیرو كه بر دنیای بینهایت بزرگها حاكم است از هر گونه اتحاد با دنیای بینهایت خردها سرباز می زند.

پیوند و اتحاد مكانیك كوانتومی با نسبیت در حال حاضر همچنان سدی غیر قابل عبور است و حتی اینشتین كه در سی سال آخر عمر خود ، سر سختانه در این زمینه به كار پرداخت، نتوانست از این سد بگذرد. تا وقتی مقاومت و استقامت جاذبه شكسته نشود، فراتر از زمان پلانك را در یافتن ، كاری غیر ممكن است. این زمان مرز و حد نهایی آگاهی و شناخت ما است. در پشت دیوار پلانك واقعیتی هنوز دست نیافتنی پنهان است كه در آن جفت فضا ـ زمان كائنات چهار بعدی ما می‌تواند كاملا متفاوت باشد با دیگر وجود نداشته باشد.

پشت دیوار پلانك

فیزیكدانهایی كه شكافهای كوتاه و گذرایی در پشت دیوار پلانك وارد كرده‌اند، می‌گویند كه با كائنات پرآشوبی كه ده یا حتی بیست و شش بعد دارد، برخورد كرده‌اند، كه در آن قوه جاذبه چنان قوی است كه فضا را به كلی دگرگون كرده است و در آن ، فضا ، تحت تاثیر جاذبه به تعداد بیشماری سوراخ سیاه میكروسكوپیك تبدیل شده است كه گذشته ، حال و آینده و حتی زمان در آن معنا ندارد. هر كدام از این سوراخها صد میلیارد میلیارد بار كوچكتر از یك پروتون هستند، كه با حرارت 32 ^10 كلوین در فاصله 43- ^10 ثانیه تبخیر می‌شوند، ناپدید می‌شوند و دوباره ظاهر می‌شوند.

زمان مرجع

سالها كوشش و مطالعه طاقت فرسا لازم است تا دیوار پلانك سوراخ شود و تا رسیدن به آن روز ما باید "زمان پلانك" را به منزله "زمان صفر" بپذیریم. بنابرین ، وقتی از مبدا و آغاز خلقت كائنات گفتگو می‌كنیم، زمان مرجع ما زمان پلانك خواهد بود.



نوشته شده توسط مجید در جمعه 26 خرداد 1385 و ساعت 01:06 ق.ظ

نگاهی به جدیدترین طرح تولید انرژی در قرن بیست و یكم
پنجشنبه 11 خرداد 1385
امروز سوخت و انرژی در دنیا به چند دسته كلی تقسیم می شوند. سوخت های فسیلی و سوخت های غیرفسیلی و انرژی های تجدید پذیر و غیرقابل تجدید.

سوخت های فسیلی عبارتند از: نفت، گاز و زغال سنگ كه با اكسیژن هوا تركیب می شوند و ایجاد انرژی به شكل حرارت می كنند. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دیگر انرژی كمتر تولید می كنند. مثلاً یك كیلوگرم زغال سنگ حدود 8 كیلووات ساعت انرژی تولید می كند و یك كیلوگرم نفت حدود 12 كیلووات ساعت انرژی تولید می كنند. این سوخت ها آلوده كننده محیط زیست نیز هستند.

به علاوه جزء ذخایر غیرقابل تجدید بوده و دارای مشكلات زیادی در حمل و نقل ایمنی نیز هستند. مانند گازگرفتگی (خفگی) یا تولید گاز سمی منوكسید كربن. دسته دیگر از سوخت ها شامل سوخت های هسته ای هستند مانند اورانیوم یا پلوتونیوم یا ایزوتوپ های هیدروژن مانند دوتریوم یا تریتیوم یا فلز سبك لیتیوم. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دسته اول دارای امتیازات مثبت و منفی هستند. اول اینكه در این سوخت ها بعضی ایزوتوپ ها توانایی تولید انرژی به وسیله تكنولوژی فعلی بشر را دارد مانند ایزوتوپ های كمیاب اورانیوم 235 یا پلوتونیوم 239 یا اورانیوم 233 كه به این ایزوتوپ ها شكاف پذیر می گویند. امتیازات اینها عبارتند از تولید مقادیر زیاد انرژی به وسیله حجم كم ماده سوختنی. مثلاً از یك كیلوگرم اورانیوم 235 یا پلوتونیوم 239 می توان مقدار 23 میلیون كیلووات ساعت گرما ایجاد كرد، اما مشكلاتی نیز دارند از آن جمله این كه: غنی سازی و تولید این ایزوتوپ ها مشكلات و هزینه زیادی دارند. دوم اینكه، این سوخت های هسته ای سنگین پس از تولید انرژی مقادیر زیادی ایزوتوپ های پرتوزا از خود به جای می گذارند كه به زباله های هسته ای موسوم است.

این زباله ها برای محیط زیست و سلامت افراد خطرناك هستند و باید برای صدها سال در انبار های محكم نگهداری شوند تا رادیواكتیو آن از بین برود. دسته دیگر از سوخت های هسته ای شامل عناصر سبك مانند دوتریوم یا تریتیوم یا لیتیوم هستند كه قرار است در راكتور های گداخت یا همجوش هسته ای تولید انرژی كنند. البته تاكنون از اینها در بمب های هیدروژنی بهره برداری نظامی و تسلیحاتی می شد، اما برای تولید انرژی برای مصارف صلح آمیز تكنولوژی راكتور های گداخت باید تكمیل شود، این سوخت ها معایب و مزایای فراوانی دارند. اول تولید نوترون و تشعشعات نوترونی می كنند كه باید در راكتور های همجوشی هسته ای به نحوی جذب و كنترل شوند دوم اینكه تریتیوم نباید از راكتور نشت كند زیرا یك ایزوتوپ رادیواكتیو است.مزایای این سوخت ها عبارت از این كه فراوان در دسترس هستند و دوم اینكه تولید انرژی زیادتری نسبت به اورانیوم یا پلوتونیوم می كنند. مثلاً انرژی حاصل از گداخت هیدروژن به هلیوم مساوی است با 177 میلیون كیلووات ساعت در صورتی كه انرژی حاصل از اورانیوم برابر است با 23000000 كیلووات ساعت. بنابراین یك كیلوگرم هیدروژن حدود 8 برابر یك كیلوگرم اورانیوم تولید انرژی می كند.

انواع دیگر انرژی عبارتند از: انرژی خورشیدی، انرژی باد، انرژی زمین گرمایی و انرژی بیوگاز كه مشكل بزرگ این انرژی تجدیدپذیر اینكه بازده انرژی اینها پایین است و دوم اینكه دائمی نیستند و سوم اینكه تكنولوژی بشر برای استفاده مقیاس زیاد از اینها تكمیل نیافته است. ما در این مقاله سعی می كنیم جدیدترین طرح تولید انرژی كه شاید یكی از منابع انرژی قرن 21 باشد را معرفی كنیم. این طرح تولید انرژی عبارت از شتاب دهنده ذرات اتمی برای تولید انرژی زیاد، عملكرد این سیستم و دستگاه براساس استفاده از میدان های الكتریكی و مغناطیسی برای شتاب دادن و كنترل ذرات باردار الكتریكی تا مرز سرعت نور است. این سیستم ها قادر هستند سرعت الكترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتی ذرات تا این حد شتاب یافتند سطح انرژی آنها چند میلیون برابر می شود و دارای انرژی عظیم و فراوانی می شود. یك مثال نشان دهنده این مطلب است، به عنوان مثال شتاب دهنده پروتون در آزمایشگاه فرمی آمریكا قادر است ذرات پروتون را تا یك تریلیون الكترون ولت (Tev) شتاب دهد.

اگر ما به وسیله این شتاب دهنده پروتون های یك گرم هیدورژن معمولی كه در آب زیاد است را تزریق كنیم و شتاب دهیم انرژی پروتون ها برابر خواهد بود با انرژی 26 میلیارد كیلووات ساعت انرژی، كه مساوی است با انرژی تولید شده به وسیله شكافت حدود 1200 كیلوگرم اورانیوم یا 15 میلیون بشكه نفت. همه این انرژی عظیم و غیرقابل باور فقط به وسیله شتاب دادن پروتون های یك گرم هیدروژن تا سطح انرژی یك تریلیون الكترون ولت است. پس با این محاسبات دانستیم كه شتاب دهنده ها دارای چه قدرت عظیمی هستند.

شتاب دهنده ها به چند دسته كلی تقسیم بندی می شوند

1 - شتاب دهنده های خطی

2 - شتاب دهنده های مداری

3 - شتاب دهنده سیلكووترون

علاوه بر آن ساخت و نگهداری شتاب دهنده آسان و كم هزینه است. در ضمن می توان این سیستم های مولد را در ابعاد و مقیاس های مختلف ساخت به عنوان مثال یك شتاب دهنده خطی كه طول آن 100 متر و ولتاژ آن 10 میلیون ولت است كه قادر است انرژی معادل یك گیگا (Gev) الكترون ولت تولید كند. این انرژی معادل است با انرژی 26 میلیون كیلووات ساعت در هر ثانیه. اگر تنها موفق شویم 50 درصد انرژی این شتاب دهنده را استفاده كنیم این شتاب دهنده قادر است معادل 20 هزار نیروگاه اتمی در مقیاس نیروگاه اتمی هزار مگاواتی نیروگاه بوشهر تولید انرژی كند. یعنی قادر خواهد بود 20 میلیون مگاوات انرژی الكتریكی تولید كند.

علاوه بر آن از حرارت و گرمای تولیدی این دستگاه می توان برای بخار كردن آب دریا و تولید آب شیرین استفاده كرد. محاسبات نشان می دهد كه این سیستم قادر خواهد بود در سال معادل بارندگی سالیانه كشور آب شیرین تولید كند، بدون اینكه هوا را آلوده كند یا مشكلاتی از قبیل زباله های هسته ای یا پس مانده و آلودگی ایجاد كند، در واقع یكی از بهترین منابع انرژی خواهد بود. سوخت مصرفی این دستگاه تنها چند گرم هیدروژن معمولی است انرژی تولیدی از یك دستگاه شتاب دهنده یك گیگا الكترون ولت (Gev) برابر است با انرژی حاصل از سوختن 2500000 لیتر بنزین خواهد بود. بنابراین اگر به مدت یك سال كار كند معادل انرژی 500 میلیارد بشكه نفت انرژی تولید می كند.

ارزش اقتصادی این مقدار انرژی كه 2 برابر انرژی ذخایر نفت عربستان سعودی است با احتساب قیمت هر بشكه نفت بر مبنای 20 دلار برابر است با 10 تریلیون دلار. در صورتی كه ما از این سیستم شتاب دهنده استفاده كنیم نیازی به سوزاندن این حجم عظیم نفت و گاز برای تولید انرژی نداریم. مزایای این سیستم عبارتند از: 1- می توان در ابعاد و اندازه های مختلف ساخت. 2- هزینه ساخت و نگهداری آن كم بوده است. 3- هیچ گونه زباله یا آلودگی محیطی تولید نمی كند. محصول نهایی آن آب خالص یا بخار آب است. 4- با استفاده از این دستگاه عملاً عمر منابع انرژی نامحدود می شود و منبع عظیمی از انرژی در دسترس خواهد بود.

در حوزه ذرات

1- الكترون ولت: واحد انرژی است و برابر انرژی یك الكترون یا پروتون وقتی از اختلاف پتانسیل یك ولت عبور كند برابر است با

1.6 * 10^-19


ژول

2 _ یك گرم هیدروژن

6.02*10^23


اتم بوده كه به آن یك اتم گرم یا یك مول هیدروژن گویند.

اگر این مقدار هیدروژن از شتاب دهنده یك (Gev) عبور كند معادل انرژی آن برابر خواهد بود:

9.6*10^13


ژول

یك كیلووات ساعت برابر است با 3600000 ژول. بنابراین انرژی آن برابر است با 26 كیلووات ساعت.

9.6*10^13


ژول تقسیم بر 3600000 مساوی

26*10^5





نوشته شده توسط مجید در پنجشنبه 11 خرداد 1385 و ساعت 11:06 ق.ظ

آیا اینشتین درست مى گفت
یکشنبه 7 خرداد 1385
 

تأثیر گذشته و آینده بر حال

 

تأثیر گذشته و آینده بر حال

بسیارى از فیزیكدانان و فلاسفه علم، معتقدند كه مكانیك كوانتومى عجیب به نظر مى آید زیرا كه ما معتقدیم كه فقط گذشته بر حال تاثیر گذار است. اما اگر آینده نیز بر حال تاثیر گذار بود، پاسخ چه بود؟ در این صورت، كیفیت احتمالاتى مكانیك كوانتومى مى تواند ناشى از غفلت ما از آینده و آنچه اتفاق خواهد افتاد، باشد. این تصور طى چند دهه گذشته توسط مارك هادلى از دانشگاه وارویك انگلستان قوت گرفته است. وى مى گوید: «در نظریه نسبیت عام همان قدر كه گذشته موثر است آینده نیز تاثیر دارد و طبیعى است كه گذشته و آینده هر دو در حال تاثیر گذارند.» هادلى مى گوید: «مشاهدات آتى نشان خواهد داد كه آینده نیز یكى از متغیر ین نهان است.»

آلبرت اینشتین برخلاف بسیارى از معاصرانش گمان مى كرد كه روزى نظریه كوانتومى نیز در جایگاهى قرار مى گیرد كه امروزه مكانیك كلاسیك قرار دارد یعنى تقریبى از یك تئورى كامل تر. امروزه پژوهشگران آمادگى پذیرش چنین نظریه اى را دارند. اینشتین به چنان جایگاهى در فیزیك رسیده كه گمان این كه ممكن است اشتباه كرده باشد، بى احترامى به او به نظر مى آید. حتى شهرت «اشتباه بزرگ اینشتین» صرفاً قابل اعتماد بودن وى را تقویت مى كند. براى مثال اشتباه احتمالى او مشاهدات نجومى را بسیار خوب توضیح مى دهد.1 در جایى كه بسیارى از غیرمتخصصان فیزیك فكر مى كنند كه با اشتباه خواندن نظرات اینشتین به وى بى احترامى كرده اند، طیف غالب فیزیكدانان نظرى، درستى احتمالى نظریه وى در خصوص آینده مكانیك كوانتومى را تعجب آور مى دانند.با این كه هیچ كس در بزرگى اینشتین شك ندارد، اما فیزیكدانان و مورخان علم نمى دانند كه در بین سال هاى 1920 تا 1930 چه اتفاقى براى او افتاد كه او از نظریه كوانتوم كه خود نقش بسزایى در تحكیم آن داشت، روى گرداند. در كتاب هاى درسى و زندگى نامه ها، از اینشتین به عنوان پدر خسته كوانتوم یاد شده است. در سال 1905 او با نوشتن مقاله اى در توجیه اثر فوتوالكتریك با استفاده از كوانتوم هاى انرژى پلانك، در معرفى مفاهیم بنیادین مكانیك كوانتومى تلاش فراوان كرد. اما با جا افتادن هر چه بیشتر این تئورى همه تلاش هایى كه براى تائید این نظریه كرده بود را بى اهمیت خواند. او در اثبات نظریه نوین كوانتومى نه تنها تلاش زیادى نكرد بلكه به نوعى با اصول این نظریه مخالف بود و در جهت از بین بردن آن تلاش بسیار كرد. پیش زمینه هاى فلسفى _ ذهنى وى باعث شده بود كه در مخالفت با نظریه مكانیك كوانتومى نوین2 این عبارت معروفش را به كار ببرد كه: «خداوند براى اداره دنیا تاس نمى ریزد.» چنین به نظر مى رسد كه عقلانیت علمى او رو به افول بوده است! برخلاف روند كلى مكانیك كوانتومى، اینشتین دهه هاى پایانى عمرش را صرف جست وجو براى یافتن یك نظریه وحدت یافته فیزیكى كرد كه حتى امروزه هم یك رویاى دوردست به نظر مى رسد. نظریه پردازان امروزى فیزیك به خصوص كسانى كه روى نظریه «ریسمان» كار مى كنند، پس از مطالعه گفته هاى اینشتین، به ظاهر عهد كرده اند كه در راهى كه وى قدم گذاشت، هرگز وارد نشوند. تصور آنها بر این است كه در جایى كه صحبت از نظریه نسبیت عام (كه گرانش را توضیح مى دهد) و فیزیك كوانتومى (كه سایر نیروهاى طبیعت را توضیح مى دهد) است، این نسبیت است كه باید به نفع كوانتوم از صحنه خارج شود. با این كه نسبیت عام كه شاهكار اینشتین است، به طور مطلق اشتباه نیست، اما نهایتاً از آن به عنوان یك تخمین بسیار عالى از یك نظریه كامل تر «گرانش كوانتومى» یاد مى شود.

نظریه هاى ردشده

در سال هاى اخیر، وقتى فیزیكدانان نتایج پایه اى مكانیك كوانتومى را مورد مطالعه قرار دادند، پیش بینى اینشتین درباره آینده آن را بسیار تحسین كردند. كریستوفر فاشس از آزمایشگاه بل مى گوید: «آلبرت، بیشتر از آنچه كه گفته شده، عمیق و سریع مشكلات اساسى مكانیك كوانتومى را دیده و شناخته است.» حتى طیفى [البته كمترى] از فیزیكدانان با نظریات اینشتین موافق بوده و معتقدند كه سرانجام مكانیك كوانتومى باید جاى خود را به یك تئورى اساسى تر بدهد. رافائل بوسو از دانشگاه كالیفرنیا در بركلى (UCB) مى گوید: «ما نباید بر این باور باشیم كه مكانیك كوانتومى مى تواند همه چیز را اثبات كند.» اینها جملاتى بسیار مهم در عصر ما هستند زیرا مكانیك كوانتوم موفق ترین نظریه علمى در توجیه ساختارهاى طبیعت در طول تاریخ علم بوده است. مكانیك كوانتومى جانشین همه نظریات كلاسیك شده و البته گرانش تنها حوزه اى از فیزیك نظرى است كه از آثار مكانیك كوانتومى در امان بوده است. بیشتر فیزیكدانان معتقدند كه سرانجام طى گذر زمان همه نظریه هاى فیزیكى از اصول اساسى مكانیك كوانتومى پیروى خواهند كرد. گذشته از اینها در نظریه نسبیت عام نیز لغزش هایى پیدا شده است. براى مثال پیش بینى نسبیت عام از آنچه كه در سیاهچاله ها مى گذرد بسیار ناقص است و عملاً چیزى نمى گوید. یك راه طبیعى براى غلبه بر این لغزش ها و كاستى هاى نسبیت عام، بردن این نظریه به سمت یك تئورى كوانتومى گرانش است مانند نظریه ریسمان. اما البته در مكانیك كوانتومى هم مشكلاتى دیده مى شود كه آلبرت اینشتین جزء اولین كسانى بود كه به این نواقص پى برد. براى مثال كوانتوم هیچ دلیلى براى وقوع برخى پدیده هاى فیزیكى ارائه نمى دهد و فقط احتمال وقوع آنها را پیش بینى مى كند و همچنین راهى براى رسیدن به خواص درونى اشیا معرفى نكرده و در این مورد ساختار معقول محكمى ندارد.3 به علاوه، زمان و مكان در نظریه مكانیك كوانتومى متعلق به دوران قبل از نظریه نسبیت خاص اینشتین است. براى مثال مكانیك كوانتومى مى گوید كه حجم یك سطل 8 لیترى، 8 برابر یك سطل یك لیترى است. این در زندگى روزمره صادق است. اما نباید نظریه نسبیت خاص اینشتین براى سطلى كه با سرعت خاصى در حال حركت نسبت به ما است، این سطل 8 لیترى تنها براى 4 لیتر آب گنجایش دارد. این محدودیت به حد هولوگرافیك مشهور است. وقتى كه یك سطل پر است، اضافه كردن آب به آن تنها باعث سرریز شدن ماده داخل آن مى شود. این نه تنها شكست نظریه نسبیت نیست، بلكه نقص مكانیك كوانتومى را نشان مى دهد.4

چیزى كه واضح است این است كه یك نظریه ناقص را باید كامل كرد. از شروع دهه 1920 بسیارى از پژوهشگران سعى در كامل كردن نظریه كوانتومى با استفاده از «متغیرهاى نهان» داشته اند. آنها معتقدند كه مكانیك كوانتوم در واقع برگرفته از مكانیسم هاى علیتى قدیمى است و این تعبیر احتمالاتى به دلیل وجود متغیرهایى است كه از دید ما نهان هستند و نه چیز دیگرى. ذرات، مسیر و حركت كاملاً مشخص خود را دارند.5 اما از آنجا كه ما نظم زیربنایى حركات آنها را نمى بینیم این حركات را احتمالاتى تصادفى و نامنظم مى نامیم. كارستن ون بروك از دانشگاه شفیلد انگلیس مى گوید: «در این مدل ها، حركت تصادفى در مكانیك كوانتومى مانند چرخش سكه در هوا است كه به نظر تصادفى مى آید. اما اگر ما همه پارامترهاى لازم را لحاظ كنیم مى توان با استفاده از مكانیك كلاسیك معادلات قاطعى نوشت كه مى گویند كدام روى سكه مى آید.»

حركت براونى

حركات ذرات گرد و غبار به نظر تصادفى مى آیند، اما بنا به آنچه كه اینشتین نیز در سال 1905 گفته در واقع این حركات ناشى از حركت مولكول هاى هوا هستند كه معادلات مكانیك كلاسیك بر آنها حاكم است. معادلات مكانیك كوانتومى نیز تشابه مرموزى با نظریه جنبشى گازها و تعابیر احتمالاتى به كار رفته در مكانیك آمارى دارند.6 در بعضى از فرمول هاى مكانیك آمارى، ثابت پلانك كه ثابت اصلى نظریه كوانتومى است، نقش ریاضى دما را برعهده دارد، در واقع مثل این مى ماند كه بگوییم، مكانیك كوانتومى حركت بعضى گازها و به طور كلى مولكول ها را در دماى پائین به خوبى شرح مى دهد.

وقتى فیزیكدانان با تئورى هایى مانند نظریه متغیرهاى نهان روبه رو مى شوند، قبل از این كه به طور كامل بتوانند آنها را به طور تجربى مورد آزمایش قرار دهند، این نظریات را با معیارهاى عملى (Pragmatic) مى سنجند. آیا این نظریه به طور عملى به دردبخور است؟ براى مثال در طول تكامل نظریه ریسمان به قوانین فیزیكى و ریاضیاتى فراوانى دست یافته ایم كه حتى اگر این نظریه توسط تجربه هم رد شود، چیز زیادى از دست نرفته است.

بسیارى از فیزیكدانان با استفاده از همین منطق پراگماتیستى، نظریه متغیرهاى نهان را رد مى كنند. آنها معتقدند كه تئورى هایى كه با استفاده از متغیرهاى نهان سعى در توجیه پدیده ها دارند، توانایى پیش بینى حوادث جدید را نداشته، هیچ قانون محكم فیزیكى معرفى نكرده و نمى توانند نتایج كوانتوم را بدون استفاده از قوانین رد شده كلاسیك كه استفاده از آنها در نظریات جدید توصیه نمى شود، توصیف كنند. خود اینشتین پیش از بى اساس خواندن نظریه متغیرهاى نهان آنها را به دقت مورد مطالعه قرار داد. او نتیجه گرفت كه نقایص مكانیك كوانتومى را نمى توان با عناصر كلاسیك برطرف كرد. وى بر این باور بود كه براى كامل كردن نظریه مكانیك كوانتومى باید ساختارهاى فیزیكى را به طور كامل دوباره مطالعه كرد.

طى پنج سال گذشته، نظریه متغیرهاى نهان دوباره زنده شده است و این را مدیون گرارد ت هوفت فیزیكدان و نوبلیست برجسته دانشگاه اوترخت هلند است كه به معرفى فرضیه هاى بنیادین مشهور است، هوفت معتقد است كه تفاوت مكانیك كوانتومى و مكانیك كلاسیك فقدان اطلاعات كافى است. ما اطلاعات بیشترى درباره سیستم كلاسیك داریم چرا كه متغیرهاى كلاسیك پیوسته هستند اما متغیرهاى كوانتومى، در حالت هاى گسسته قرار دارند. پس اگر بخواهیم فیزیك كوانتومى را جانشین فیزیك كلاسیك كنیم، اطلاعات زیادى را باید نادیده بگیریم. این امر ممكن است در اثر اصطكاك با سایر نیرو هاى اتلافى باشد. اگر دو سكه را از بالاى ساختمانى بلند با سرعت هاى متفاوت پرتاب كنیم، اصطكاك هوا باعث مى شود كه این دو سكه سرانجام به یك سرعت یكسان نهایى برسند. شخصى كه در پیاده روى پایین ساختمان ایستاده، به سختى مى تواند سرعت دقیق پرتاب سكه ها را تشخیص دهد. این اطلاعات نامعلوم نوعى متغیر نهان هستند. در این مثال و مثال هاى دیگر كه معروف به موقعیت هاى جذب كننده7 هستند، بسیارى از حالات متفاوت آغازین به رفتارى یكسان طى مسیر تبدیل مى شوند. این حالت ها همانند حالت هاى كوانتومى گسسته هستند. با این تفاوت كه برخلاف مكانیك كوانتومى، از قوانین مكانیك نیوتنى تبعیت مى كنند. هوفت معتقد است كه در واقع این قوانین برگرفته از فیزیك نیوتنى، جدا از قوانین مكانیك كوانتومى نیستند. بنابراین طبیعت مى تواند در جزئیات به طور كلاسیك رفتار كند در حالى كه در مسائل اتلافى به صورت كوانتومى عمل نماید. ماسیمو بلاسون از دانشگاه سالرنو ایتالیا مى گوید: «مكانیك كوانتومى را باید به عنوان حد پایین انرژى یك نظریه پایه اى بدانیم.»

بلاسون و همكارانش پس از مطالعه دقیق این نظریه نشان دادند كه یك نوسانگر هماهنگ خطى كوانتومى (كه نمونه كوانتیده یك پاندول است) از یك جفت نوسانگر تحریك شده با اصطكاك ساخته شده است. هر نوسانگر به تنهایى از قوانین كلاسیك پیروى مى كند اما در جایى كه این نوسانگر ها به هم متصل مى شوند، دیگر از قوانین مكانیك كوانتومى پیروى مى كنند. برنت مولر از دانشگاه دوك و همكارانش ثابت كرده اند كه یك سیستم فیزیكى كلاسیك پنج بعدى مى تواند در فضاى چهار بعدى رفتارى كوانتومى داشته باشد. ون دو بروك معتقد است كه یك منبع نیروى اصطكاك باعث تبدیل یك سیستم كلاسیك به یك سیستم كوانتومى مى شود. این كار ممكن است توسط گرانش انجام شود.

پیوستگى زمانى

بسیارى از فیزیكدانان و فلاسفه علم، معتقدند كه مكانیك كوانتومى عجیب به نظر مى آید زیرا كه ما معتقدیم كه فقط گذشته بر حال تاثیر گذار است. اما اگر آینده نیز بر حال تاثیر گذار بود، پاسخ چه بود؟ در این صورت، كیفیت احتمالاتى مكانیك كوانتومى مى تواند ناشى از غفلت ما از آینده و آنچه اتفاق خواهد افتاد، باشد. این تصور طى چند دهه گذشته توسط مارك هادلى از دانشگاه وارویك انگلستان قوت گرفته است. وى مى گوید: «در نظریه نسبیت عام همان قدر كه گذشته موثر است آینده نیز تاثیر دارد و طبیعى است كه گذشته و آینده هر دو در حال تاثیر گذارند.» هادلى مى گوید: «مشاهدات آتى نشان خواهد داد كه آینده نیز یكى از متغیر ین نهان است.»

هادلى مدعى است كه منطق بنیادین مكانیك كوانتومى، چیزى خارج از نظریه نسبیت نیست. او یكى از نظرات اینشتین را كه در دهه 1930 روى آن كار مى كرده زنده كرده است. این نظریه مى گوید: ذرات بنیادى چیز هایى نشسته روى فضا _ زمان نیستند بلكه خود فضا - زمان هستند. آنها تكه هایى چسبیده به محور زمان نیستند بلكه گره هایى بافته شده پشت سر هم روى محور زمان اند. اما این نظر زیاد مورد قبول نبود زیرا همسانگردى خاص ذرات كوانتومى را نمى توانست شرح دهد. اما هادلى مدعى است كه این مشكل را حل كرده است. آنچه كه از گفته هاى هادلى و هوفت برداشت مى شود این است كه در تلاش هاى این دو مزیت نسبت به تلاش هاى گذشته روى متغیر هاى نهان دیده مى شود. اول اینكه ارتباط دادن بین واقعیت مشاهده شده كوانتومى و فیزیك كلاسیك بسیار سخت است. البته این سختى به شدت مورد علاقه فیزیكدانان است، زیرا آنها معتقدند كه یك تئورى بنیادى باید سخت باشد. آنها مى گویند مفاهیم باید به حدى باارزش باشند كه بتوان آنها را روى پیراهن ها چاپ كرد و در عین حال باید به حدى عجیب باشند كه كسى نتواند ادعا كند كه مفهوم آن را سریع فهمیده است. دوم این كه نظرات این دو فیزیكدان، حوادثى قابل تحقیق و آزمایش را پیش بینى كرده اند. براى مثال ون دوبروك معتقد است كه میدان هاى قوى گرانشى خواص كوانتومى را تغییر مى دهند.

جالب است كه نظریات مشابه دیگرى در روند كلى همین تئورى ها به وجود آمده اند. در تئورى ریسمان یك سیستم كوانتومى از نظر ریاضى مى تواند برابر یا متفاوت با یك سیستم كلاسیك باشد. برخى از این دوگانگى ها شامل سیستم هاى مكانیك آمارى هستند كه مشابه روش تحقیق مولر و همكارانش هستند. عده كمى از نظریه پردازان ریسمان، پا را فراتر گذاشته و مى گویند كه سیستم كوانتومى بى اغراق، یك سیستم كلاسیك است. اما برین گرین از دانشگاه كلمبیا در نیویورك مى گوید: «مشاهده و مطالعه این برابرى ها، تفاوت و در نتیجه اصول زیربنایى مكانیك كوانتومى را شرح مى دهد.» برگرفته از این نظریه كه مكانیك كوانتومى را مى توان از نسبیت به دست آورد، اخیراً بوسو اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را از مفهوم «حد هولوگرافیك» استخراج كرده است.

آنچه در اینجا گفته شد، نشان مى دهد كه فیزیكدانان نظریه متغیرهاى نهان را وزنه اى بزرگ مى دانند. فیزیك كوانتومى مانند جنگلى مملو از حیوانات عجیب و مرداب هاى پایان ناپذیر است و سعى در تبدیل این نظریه به نظریه كلاسیك مانند تلاش براى تبدیل جنگل آمازون به یك باغ سنگى تفریحى است. به جاى بازسازى و آسیب رساندن به طبیعت آن باید سعى در جداكردن آن از فیزیك كلاسیك و پیداكردن اصول بنیادى آن كرد. این هدف اصلى فاشس و همكارانش در روند كلى مطالعه ساختارى مكانیك كوانتومى بوده است. فاشس و همكارانش بر این باورند كه بیشتر تئورى كوانتومى درونى است. آنها مى گویند: تئورى كوانتوم خواص خارجى سیستم هاى فیزیكى را شرح نمى دهد بلكه سعى در توصیف دانشى دارد كه فیزیكدانان آن را مورد مطالعه قرار داده اند. پس از این كه اینشتین درهم تنیدگى حالت هاى كوانتومى (رابطه فوق نورى دو ذره دور از هم) را مورد انتقاد قرار داد 8 به چنین نتیجه اى دست یافت. رابطه فیزیكى در واقع چیزى جز دانش فیزیكدانان درباره دو ذره نیست9. گذشته از همه اینها، اگر در واقع چیزى به اسم رابطه فیزیكى وجود داشت، مى توانستیم علائمى را با سرعت بیش از سرعت نور ارسال كنیم كه نقیض یكى از اصول موضوعه نسبیت خاص است. براى مدت ها، فیزیكدانان معتقد بودند كه اندازه گیرى یك سیستم كوانتومى باعث از بین بردن همه احتمالات و قرارگرفتن سیستم در یك حالت خاص مى شود.10 فاشس مى گوید این فقط عدم قطعیت ما در مورد سیستم است كه از بین مى رود. راه حل براى از بین بردن عدم قطعیت، این است كه از ویژگى هاى درونى تئورى بگذریم تا بتوانیم ویژگى هاى واقعى خارجى را مورد مطالعه قرار دهیم. عدم قطعیت در مكانیك كوانتومى با عدم قطعیت در مكانیك كلاسیك متفاوت است و همین تفاوت، راهنمایى است براى فهمیدن چگونگى رخداد حادثه. از نظر مكانیك كلاسیك، یك گربه یا زنده است یا مرده. اما مكانیك كوانتومى مى گوید تا زمانى كه به گربه نگاه نكنیم (آزمایش نكنیم) یك گربه نه زنده است و نه مرده 11 ما با نگاه كردن به گربه، او را مجبور مى كنیم كه در یكى از دو حالت زنده یا مرده با شانس 50-50 قرار بگیرد. براى اینشتین این نظریه قراردادى بود. متغیرهاى نهان مطلق بودن نظریه را از بین مى برند. جهان فیزیك كلاسیك كمتر از جهان فیزیك كوانتومى قراردادى نیست. تفاوت در جایى است كه این قراردادى بودن خود را نشان مى دهد. در فیزیك كلاسیك این قراردادى بودن به آغاز زمان بازمى گردد و مى گوید وقتى جهان خلق شد، مانند یك قطعه از قبل چیده و آماده شده بود. اما از نظر فیزیك كوانتومى جهان اجزاى خود را طى گذر زمان و با مداخله ناظرها به وجود مى آورد. فاشس این نظریه را «تغییر جنسى فیزیك كوانتومى» مى نامد. او مى گوید: «هیچ تك راه شناخته شده واحدى براى جهان نیست، چرا كه جهان هنوز در حال خلق شدن و شكل گیرى است. چیزى شبیه به همین تعریف را مى توان از درك ما درباره فیزیك كوانتومى نیز گفت.»





پى نوشت ها:

1- اشتباه معروف اینشتین در سال 1911 در محاسبه انحراف نور بود كه اثرات نسبیت خاص را لحاظ نكرده بود. مترجم

2- مكانیك كوانتومى یك نظریه احتمالاتى است. م

3- نویسنده به مشكلات مدل استاندارد ذرات بنیادى اشاره دارد. براى مطالعه بیشتر به سخنرانى گرارد ت هوفت در هنگام دریافت جایزه نوبل در سال 1999 مراجعه كنید. م

4- به نظر مى رسد كه نویسنده مكانیك كوانتومى نسبیتى كه در سال 1930 توسط دیراك تدوین شد را فراموش كرده است. م

5- طبق اعلام عدم قطعیت هایزنبرگ مسیر و حركت ذره را همزمان نمى توان به طور دقیق مشخص كرد. م

6- نظراتى مبنى بر نادرستى این حرف ارائه شده است. براى مطالعه بیشتر مى توانید به نوشته هاى پوپر در مورد احتمالات در مكانیك كوانتومى مراجعه كنید. م

7- Attractor

8- آزمایش ذهنى اینشتین، پودولسكى و روزن (EPR) براى نشان دادن نقص مكانیك كوانتومى. م

9- این بینش، برگرفته از جواب نیلز بور به آزمایش EPR و رد نقص مكانیك كوانتومى است. م

10- مسئله تقلیل تابع موج. م

11- طبق ادعاى مكانیك كوانتومى، گربه نه زنده است و نه مرده بلكه در حالت (مرده + زنده) قرار دارد!

به نقل از سی پی اچ تئوری



نوشته شده توسط مجید در یکشنبه 7 خرداد 1385 و ساعت 11:05 ق.ظ
Desined By Mohamad + Alireza