آموزش و تحقيقات
۳) چرا ما در سه بعد زندگی می‌كنیم؟ آیا اینكه زمین ما سه بعد دارد، اتفاقی است یا باید برایش دنبال یك تعبیر عمیقتر گشت؟ بعضی از تئوریسین‌ها معتقدند كه فضای به وجودآمده بر اثر انفجار بزرگ، تنها به صورت اتفاقی از سه بعد تشكیل گشت و ممكن است قسمتهای دیگری از جهان هستی وجود داشته باشند كه ابعادشان متفاوت باشد.
مثلاً هیچ دلیل منطقی نمی‌توان یافت برای پاسخ به این سوال كه چرا مثلاً جهان هستی فقط دو بعد ندارد. چندصد سال پیش، ادوین آبوت اثری به نام "زمین مسطح" نوشت كه در آن جهانی دوبعدی را تصویر كرد. جهانی كه در آن اجسام و موجودات حیات خود را تنها بر روی "سطح" ادامه می‌دادند. اما فیزیك جهان دوبعدی با فیزیك جهان ما بسیار متفاوت خواهد بود. برای مثال در فضای دو بعدی، امواج به شفافیت انتشار در فضای سه بعدی، پخش نمی‌شوند و باعث ایجاد انواع مشكلات در سیگنال‌رسانی و انتقال اطلاعات می‌گردند. و نیز از آنجایی كه زندگی آگاهانه، به فرآیند انتقال درست و صحیح اطلاعات بستگی دارد، در نتیجه این تفاوتها كافی خواهند بود برای اینكه مشاهدات ما را تنها در حد مناطقی ناشناخته محدود نگاه دارند.
تصور كردن فراتر از سه بعد نیز مشكلات مختلفی به همراه خواهد داشت. در چنین حالتی، سیستمهای نجومی و سیاره‌یی غیرممكن می‌شوند چرا كه عكس قانون جاذبه یعنی قانون قدرتهای افزایشی به وجود خواهد آمد. در نتیجه به نظر می‌رسد كه جهان سه بعدی تنها جهانی است كه وجود دارد و فیزیكدانها می‌توانند درباره‌اش بنویسند. اما نكات ریزی وجود دارد كه باعث می‌شود این فرضیه با شك و تردید همراه باشد.
شنبه 23/6/1387 - 22:44
آموزش و تحقيقات
برای وخیم‌تر كردن شرایط، كیهان‌شناسان به ایده‌یی علاقه‌مند شدند كه نیروی دافعه‌ی بسیار قوی و بزرگی در اولین مرحله‌ی تفكیك پس از انفجار بزرگ یا Big Bang را مطرح می‌كند چرا كه این نظریه، سناریوی جذاب و محبوب مربوط به زمین غیرمسطح و در حال افزایش حجم را تایید می‌كند. با توجه به این تئوری، جهان هستی پس از تولد و شكل‌گیری، با سرعتی غیرقابل باور توسط یك عامل قدرتمند و عظیم، تغییر حجم داد و این نیرو را قدرت ضدجاذبه یا دافعه ایجاد نمود.در نتیجه اگر بخواهیم دلیل و برهانی بر این افزایش حجم سریع و روزافزون بیابیم، به نظریه‌یی نیاز داریم كه توضیح دهد چرا ضدجاذبه در ابتدا بسیار قوی و شدید بود، سپس با شتاب و سرعت كاهش مقدار پیدا كرد و سپس به مقداری در حوالی صفر رسید. به عبارت دیگر، ما می‌خواهیم بدانیم كه چرا نیروی ضدجاذبه، تقریباً در اولین فازهای شكل‌گیری جهان هستی حذف و محو شد اما به طور كلی از بین نرفت؟
یك احتمال این است كه نیرو بر اثر گذشت زمان، محو می‌شود. احتمال دیگر می‌تواند این باشد كه نیرو در فضا تغییر می‌كند و در نتیجه ممكن است از ورای دوربین تلسكوپهای ما، همه چیز بسیار بزرگتر از آنچه هستند نشان داده شوند. اگر اینگونه است، در نتیجه هر جسمی در آن منطقه، با سرعت در كهكشانها و ستاره‌های دیگر پخش و متلاشی می‌شد و در نتیجه اصلاً هیچ ناظری نمی‌توانست حضور داشته باشد تا نیرو را اندازه بگیرد.
آنچه كه ما نیاز داریم، یك تئوری است كه قدرت نیروی دافعه یا ضدجاذبه را به اندازه‌ی بخشی از قدرت همه‌ی نیروهای موجود در طبیعت برای ما تعریف كند. متاسفانه به نظر نمی‌رسد كه تئوریهای موجود مثل تئوری فرارشته‌یی یا تئوری "ام"، این میزان خاص را مشخص كنند و مقدار كمی كه باقی می‌ماند هم همچنان ناشناخته و اسرارآمیز خواهد بود. در نتیجه باید دوباره به سوال یك رجوع كنیم!
شنبه 23/6/1387 - 22:40
آموزش و تحقيقات
این شرط اضافه در فرضیه‌ی نسبیت، به فضا یك خاصیت تدافعی نسبت می‌دهد به این معنا كه فضا خودش را دفع می‌كند، گسترده‌تر می‌شود و هرچه سریعتر این روند افزایش گستردگی ادامه می‌یابد. اینشتین این عامل به ظاهر بی‌ارزش را اضافه كرد چرا كه تصور می‌شد جهان هستی ثابت است و بی‌حركت. در نتیجه نیاز بود تا نیرویی وجود داشته باشد و قدرت كشش جاذبه‌یی زمین را بالانس و دچار تعادل كند كه مواد موجود بر روی زمین، كوچك و كوچكتر نشوند. اما در دهه‌ی ۱۹۲۰، ادوین هابل كشف كرد كه جهان هستی خود به خود در حال گسترش و افزایش است. در نتیجه اینشتین نیز نظریه‌ی "تعادل انتظامی گیتی" را به دلیل ترس، پس گرفت! اما به نظر می‌رسد این ایده نباید محو شود. نظریه‌ی كوانتومی میدانها، ثابت می‌كند كه حتی فضاهای خالی نیز با انرژی زیاد در حال طغیان و جنب و جوش هستند. در واقع همان تاثیر جاذبه‌یی g=۱۰ كه نظریه‌ی ضدجاذبه‌ی اینشتین را توصیف می‌كند. این نظریه در مورد قدرت دافعه (كه در مقابل جاذبه مطرح می‌شود) مقداری گنگ و مبهم است اما به آن یك ارزش تخمینی می‌دهد. تقریباً 10 سال پیش، فضانوردان متوجه شدند كه سرعت گسترش ابعاد جهان هستی در حال افزایش است و در نتیجه نظریات آزمایش خود در مورد نیروی ضدجاذبه را مطرح كردند. در عین ناباوری و سرگردانی فیزیكدانها هم این فضانوردان، قدرت ضدجاذبه را شامل ۱۲۰ نیرو دانستند كه ۱۰ بار از مقدار پیش‌بینی‌شده‌ی قبلی كوچكتر است. این نتیجه، بسیار گمراه‌كننده و عجیب است. اگر تعادل برقرار شده میان جاذبه و دافعه، مقداری برابر با صفر بود، در نتیجه یكی از قوانین عمیق و مهم طبیعی در موردش صدق می‌كرد اما یك عدد غیرصفر كه تازه با تئوری ابتدایی نیز غیرقابل مقایسه شناخته شده را نمی‌شود تعبیر كرد.
شنبه 23/6/1387 - 22:40
آموزش و تحقيقات
اما ممكن است این تردیدها، یك معنای دیگر هم داشته باشند و آن به معنای وجود یك مشكل در رابطه با گرایش و رویكرد ما نسبت به قضیه است. شاید ما نباید مفهوم جاذبه را به تنهایی بررسی كنیم. اكثر تلاشهایی كه برای یكسان‌سازی نظریات موجود در مورد جاذبه انجام شدند، خود منجر به این گشتند كه تعریف كیفیت و كمیت جاذبه، وارد یك بحث و میدان جدید شود كه به ناچار همه‌ی نیروهای طبیعت مانند همه‌ی اجزای زیراتمی را به یك چارچوب تئوریك محدود می‌كند. این ایده‌یی است كه برخی از فیزیكدانها آن را "تئوری همه‌چیز" می‌خوانند. نظریه‌ی جدیدی كه در حال حاضر مطرح می‌شود، نظریه‌ی "فرا-رشته‌یی" است كه به وجود حلقه‌های كوچك و ریز رشته‌یی اتمی به عنوان سازنده‌ی همه‌ی مواد حكم می‌دهد. فرضیه‌ی دیگری كه وجود دارد و به تئوری ام مشهور است هنوز كمی پیچیده و مبهم به نظر می‌رسد و می‌تواند به عنوان لایه‌یی كه در ابعاد وسیعتر فضایی حركت دارد، تصویر شد. اما مرحله و روند پیشرفت در این نظریه‌ها در بهترین حالت، اینگونه جمع‌بندی می‌شود كه هیچ كس دقیقاً به یاد نمی‌آورد وجود حرف "M” در نظریه‌ی ام، دقیقاً به چه دلیلی است و چه واژه‌یی را تداعی می‌كند. راه درازی در پیش است... ۲) آیا "ضدجاذبه"ی اینشتین واقعاً یك اشتباه بود؟ اینشتین، ضدجاذبه را بزرگترین اشتباه خود می‌شمارد. اما به نظر می‌رسد كه او با اضافه كردن یك نظریه‌ی ضدجاذبه به فرضیه‌ی نسبیت خود كه آن را شرط فلسفه‌ی انتظام گیتی می‌خوانند، كار درستی انجام داده است.
شنبه 23/6/1387 - 22:40
آموزش و تحقيقات
هفت شگفتی عظیم در جهان فیزیك ۱) جهان هستی چگونه برپاست؟ ما به جایی رسیده‌ایم كه كه بدون حل كردن برخی از مشكلات و مسایل فیزیك، نمی‌توانیم در مورد حقایق و پدیده‌های جالب و شگفت‌انگیز دیگر فیزیكی، اطلاعات بیشتری كسب كنیم. برای درك مفاهیمی مثل خاستگاه و بنیاد جهان هستی، سرنوشت نهایی سیاهچاله‌های فضایی یا امكان سفر در زمان، نیاز داریم كه بدانیم جهان هستی چگونه ادامه‌ی حیات می‌دهد. هم‌اكنون یك ایده‌ی خوب در ذهن ما هست كه می‌تواند منتج به كشف حقیقت و بنیاد هستی شود. علم فیزیك در قرن بیستم بر پایه‌ی انقلابهای دوگانه‌ی مكانیك كوانتومی (تئوری ماهیت جسم) و نظریه‌ی معروف اینشتین در مورد فضا، زمان و جاذبه معروف به نسبیت، بنا شده است. اما وقتی شما به دو تعریف نهایی از واقعیت دست پیدا می‌كنید زمانی كه تنها یك واقعیت را موجود می‌بینید، این راضی‌كننده نیست. تلاش برای یگانه‌سازی این دو تئوری، موانع تكنیكی فنی و مفهومی وحشتناكی را بر سر راه بهترین نظریه‌پردازان فیزیك در طول دهه‌های گذشته قرار داده و آنان را به چالش كشیده است. برای مثال از آنجایی كه جاذبه، خودش را به عنوان یك عامل ایجاد انحراف در فضای چهاربعدی زمان-مكان معرفی می‌كند، پذیرش نظریه‌ی كوانتومی در مورد جاذبه ایجاد مشكل می‌كند. از یك جهت، این به معنای پذیرش شك و تردید هایزن‌برگ در مورد فرضیات موجود راجع به زمان – مكان به شكل فی‌نفسه است كه قطعاً مشكل‌ساز خواهد بود.
شنبه 23/6/1387 - 22:39
آموزش و تحقيقات
گرانش و سن جهانمشاهدات دیگری كه انجام گرفته اند نشان دادند كه تئوری نسبیت عام در همه جای كائنات كاربرد دارد. كیهان شناسان عمر جهان را به كمك معادلات نسبیت عام، میزان سرعت گسترش جهان و مقدار تخمینی ماده و انرژی تاریك محاسبه كردند. مقدار محاسبه شده، حدودا 14 بیلیون سال، با نتایج به دست آمده توسط دو روش دیگر محاسبه عمر جهان یعنی محاسبه بر اساس تكامل ستارگان و محاسبه بر اساس نیمه عمر رادیواكتیو ستارگان پیر، همخوانی داشت.تكامل ستارگانهمراه با رشد و تكامل ستاره، دمای سطحی و نورانیت آن به روش كاملا شناخته شده ای تغییر می كند. ستاره شناسان می توانند با اندازه گیری دمای سطحی و نورانیت یك ستاره، سن آن را تشخیص دهند. با بهره گیری از این روش، پیر ترین ستاره ای كه تا كنون ستاره شناسان پیدا كرده اند حدود 13 بیلیون سال عمر دارد. نیمه عمر رادیو اكتیو بر اساس این واقعیت است كه عناصر شیمیایی مشخص، دچار تجزیه رادیواكتیو می شوند. در تجزیه رادیواكتیو، یك ایزوتوپ از یك عنصر به ایزوتوپ عنصری دیگر تبدیل می شود. ایزوتوپ های رادیواكتیو با سرعت مشخص و شناخته شده ای تجزیه می شوند. در سال 2001، دانشمندانی كه در شیلی، با تلسكوپ بزرگ رصدخانه اروپای جنوبی كار می كردند، با تكنیك نیمه عمر رادیواكتیو، ستاره ای پیر در كهكشان راه شیری را مورد مطالعه قرار دادند. محققان اورانیوم 238 كه شامل 92 پروتون و 146 نوترون است را بررسی كردند. دانشمندان می دانستند كه آن ستاره در زمان شكل گیری شامل چه مقدار اورانیوم بوده است. آنها مقدار اورانیوم فعلی آن را اندازه گیری كردند. آنان با استفاده از اطلاعات به دست آمده و محاسبات، عمر این ستاره را به دست آوردند. به احتمال خیلی زیاد آن ستاره 5/12 بیلیون سال عمر دارد، بنابراین عمر جهان احتمالا از آن بیشتر است. محاسبه عمر چندین ستاره پیر دیگر نیز تقریبا به همین نتیجه ختم شد.
شنبه 23/6/1387 - 21:21
آموزش و تحقيقات
اندازه گیریها نشان دادند كه انفجارهای ابر نواختر در كهكشانهای دور دست، كم نور تر از آن هستند كه انتظار می رود بنابراین كهكشانها دورتر از آن هستند كه ما تصور می كنیم. اما این كهكشانها فقط در صورتی می توانند چنین فاصله دوری از ما داشته باشند كه افزایش سرعت گسترش از گذشته آغاز شده باشد. ستاره شناسان به این نتیجه دست یافته اند كه افزایش سرعت گسترش كائنات وابسته به عاملی است كه بر خلاف گرانش عمل می كند. این عامل ممكن است ثابت كیهانی و یا چیزی به نام انرژی تاریك باشد. دانشمندان هنوز به یك تئوری برای وجود انرژی تاریك نرسیده اند اما آنها می دانند كه چقدر از آن احتمالا در دنیا وجود دارد. مقدار انرژی تاریك كائنات حدودا دو برابر مقدار ماده در آن است. ماده در جهان شامل دو نوع است: ماده مرئی و ماده اسرار آمیزی به نام ماده تاریك. دانشمندان از تركیب بندی ماده تاریك بی اطلاعند. اما اندازه گیریهای حركت ستارگان و ابرهای گاز در كهكشانها دانشمندان را وادار به باور نمودن وجود چنین ماده ای كرده است. این اندازه گیریها نشان داده اند كه جرم كهكشانها چندین بار بیشتر از جرم اجرام مرئی در آنها است. همه این مشاهدات بیانگر این هستند كه مقدار ماده تاریك در كائنات 30 برابر ماده مرئی در آن است.
شنبه 23/6/1387 - 21:21
آموزش و تحقيقات
بالاخره در سال 1929، ستاره شناس آمریكایی ادوین هابل (Edwin Hubble) كشف كرد كه كهكشانهای دوردست در حال دور شدن از زمین می باشند و هر چه فاصله كهكشان از زمین بیشتر است سرعت دور شدن آن نیز بیشتر است. كشف هابل نشان داد كه دنیا در حال انبساط است. در پی این اكتشاف و تائید آن توسط مشاهدات ستاره شناسان دیگر، انیشتین ثابت كیهانی را از تئوری خود حذف نمود و آن را بزرگترین اشتباه خود توصیف كرد.كشف گسترش كائنات به همراه مشاهدات دیگر، منجر به شكل گیری تئوری منشا كائنات یعنی تئوری بیگ بنگ یا مهبانگ شد. بر اساس این تئوری، جهان در پس یك انفجار مهیب آغاز شده است. در آغاز، كل جهانی كه ما امروز در این ابعاد و اندازه می بینیم، به كوچكی یك تیله بوده است. سپس مواد شروع به گسترش كرده و این گستردگی تا به امروز ادامه یافته است.انرژی تاریكگرچه انیشتین ثابت كیهانی را بزرگترین اشتباه خود خواند اما شاید این عامل یكی از بزرگترین دستاوردهای مطالعات او باشد. اندازه گیریهایی كه در سال 1998 گزارش شدند نشان می دهند كه جهان با سرعت بیشتر و بیشتری رو به گسترش است. به علاوه، سرعت گسترش همانطور كه در نسبیت عام با ثابت كیهانی محاسبه شده بود، افزایش یافته است. تا قبل از انتشار گزارشات، ستاره شناسان همگی فكر می كردند كه از سرعت گسترش به دلیل وجود گرانش بین كهكشانها، كاسته شده است.
شنبه 23/6/1387 - 21:20
آموزش و تحقيقات
یك تپ اختر ، دو موج رادیویی را در دو جهت مخالف هم منتشر می كند. با چرخش ستاره حول محور خود، موجها مانند پرتوهای نور یك نورافكن در فضا پخش می شوند. اگر یكی از این امواج رادیویی به زمین برسد، تلسكوپهای رادیویی این موج را به صورت یك سری پالس دریافت می كنند. با مشاهده دقیقتر تغییرات پالسهای یك تپ اختر دوتایی، دانشمندان می توانند دوره مداری (زمانیكه دو ستاره یك دور كامل در مدار خود می زنند) آن را تخمین بزنند.مشاهدات تپ اختر دوتایی PSR 1913+16 نشان داد كه دوره مداری آن كاهش می یابد و ستاره شناسان این مقدار كاهش را اندازه گیری كردند. دانشمندان همچنین از معادلات نسبیت عام برای محاسبه مقدار كاهش دوره مداری، در صورت انتشار امواج گرانشی، استفاده كردند. مقدار محاسبه شده دقیقا برابر با مقدار اندازه گیری شده بود. سیاهچاله هاتئوری انیشتین حضور اجرامی به نام سیاهچاله ها را پیش بینی كرد. سیاهچاله منطقه ای در فضا است كه نیروی گرانش آن اجازه گریز به هیچ چیز حتی پرتوهای نور را نمی دهد. محققان مدارك مستدلی در دست دارند كه نشان می دهد اغلب ستارگان سنگین در نهایت به سیاهچاله تبدیل می شوند و بیشتر كهكشانها دارای یك سیاهچاله عظیم الجثه در مركز خود می باشند.گسترش كائناتانیشتین در سال 1917، مقاله نسبیت عام را كه مطالعه ای بر كل كیهان بود ارائه نمود. بر اساس این تئوری، كائنات یا در حال گسترش است و یا در حال انقباض. در آن سال دانشمندان مدارك قاطعی برای پذیرفتن هیچ یك از آن دو حالت در دست نداشتند. انیشتین برای پیشگیری از بروز مخالفت دیگران با تئوری نسبیت عام، عاملی به نام ثابت كیهانی را به تئوری خود افزود. ثابت كیهانی، دفع هر ذره در فضا توسط ذرات اطرافش، برای پیشگیری از انقباض جهان می باشد.
شنبه 23/6/1387 - 21:20
آموزش و تحقيقات
انحراف پرتوهای نورتئوری انیشتین پیش بینی می كرد كه گرانش می تواند مسیر پرتوهای نور را هنگامیكه از نزدیك یك جرم سنگین عبور می كنند دچار انحراف كند. انحراف به این دلیل به وجود می آید كه اجرام، فضا-زمان را دچار انحنا می كنند. خورشید به قدری سنگین هست كه بتواند پرتوهای نور را منحرف نماید و دانشمندان در سال 1919، در حین یك كسوف كامل توانستند این پیش بینی را تائید كنند. این تئوری همچنین پیش بینی كرد كه خورشید امواج رادیویی را منحرف كرده و سرعت آنها را كاهش می دهد. دانشمندان با اندازه گیری انحرافی كه خورشید در امواج رادیویی ارسال شده توسط كوازارها (اجرام بسیار بسیار قدرتمند كه در مركز برخی كهكشانها قرار دارند) ایجاد می كند این پیش بینی را نیز تائید كردند.محققین تاخیر امواجی كه از كنار خورشید عبور می كردند را با ارسال سیگنالهایی بین زمین و فضاپیمای وایكینگ كه در سال 1976 به مریخ رسید، اندازه گیری كردند. آن اندازه گیریها همچنان یكی از پر ارزش ترین تائیدیه های تئوری نسبیت به حساب می آیند.امواج گرانشیتئوری نسبیت نشان داد كه اجرام سنگینی كه به دور یكدیگر در چرخشند، امواجی را به نام امواج گرانشی منتشر می كنند. از سال 1974، دانشمندان حضور این امواج را به طور غیر مستقیم با مشاهده اجرامی به نام تپ اختر دوتایی تائید كرده اند. تپ اختر دوتایی نوعی ستاره نوترونی است كه با سرعت بسیار زیاد به دور جرمی مشابه خود اما كوچكتر و غیر قابل مشاهده می چرخد. ستاره نوترونی متشكل از سلولهای نوترون، ذره ای كه به طورمعمول تنها در هسته اتمها یافت می شود، می باشد.
شنبه 23/6/1387 - 21:20
