نانو تکنولوزی در شیمی

نانو تکنولوژی مولکولی

نانو تکنولوژی مولکولی نامی است که به یک نوع فن اوری تولیدی اطلاق می شود. همانطور که از نامش پیداست .نانو تکنولوژی مولکولی؛ هنگامی محقق میشود که ماتوانایی ساختن چیزها را از اتمها داشته باشیم ودر این صورت ماتوانایی ارایش دوباره مواد را با دقت اتمی خواهیم داشت .

هدف نانو تکنو لوژی سا ختن مولکول به مولکول اینده است .همان طور که وسایل مکانیکی به ما اجازه میدهندکه چیزی فراتراز نیروی فیزیکی خود به دست اوریم؛علم نانویی وتولیددر مقیاس نانوهم سبب میشودتا ما بتوانیم پا را فراتر از محدودیتهای اندازه ای که به طور طبیعی موجود است .بگذاریم و درست روی واحدهای ساختاری مواد کار کنیم جایی که خاصیت مواد مشخص می شود وبا تغییر در ان واحدهامی توان تغییرات خواص را ایجاد کرد . برای کنترل سا ختار مواد بایدیک سیستم کامل و ارزان قیمت در اختیار داشته باشیم. فرض اصلی در نانو تکنو لوژی این است که تقریبا همه ساختارهای با ثبات شیمیایی که از نظر قوانین فیزیک رد نمی شوند را می توان ساخت.

پیشگامان نانو تکنولوژی

چهل سال پیش Richard feynman ،متخصص کوانتوم نظری ودارنده جایزه نوبل،
درسخنرانی معروف خود در سال 1959 با عنوان “ان پایین فضای بسیاری هست“به بررسی بعد رشد نیافته علم مواد پرداخت .وی در ان زمان اظهار داشت :“اصول فیزیک،تاانجایی که من توانایی فهمش را دارم،بر خلاف امکان ساختن اتم به اتم چیزها حرفی نمی زنند“. او فرض را بر این قرار داد که اگر دانشمندان فرا گرفته اند که چگونه ترانزیستورها ودیگر سازه ها را با مقیاسهای کوچک،بسازند پس ما خواهیم توانست که انها را کوچک وکوچکتر کنیم .در واقع انها به مرزهای حقیقی شان در لبه های نا معلوم کوانتوم نزدیک خواهند شدوفقط هنگامی این کوچک شدن متوقف میشود که خود اتمها تا حد زیادی ناپایدار شده وغیر قابل فهم گردند.Feynman فرض کرد وقتی زبان یا سبک خاص اتمها کشف گردد،طراحی دقیق مولکولها امکان پذیر خواهد بود به طوری که یک اتم را در مقابل دیگری به گونه ای قرار دهیم که بتوانیم کوچکترین محصول مصنوعی وساختگی ممکن را ایجاد کنیم.

با استفاده از این فرمهای بسیار کوچک چه وسایلی می توانیم ایجاد کنیم؟

Feynman درذهن خود یک “دکتر مولکولی“تصور کرد که صدها بار از یک سلول منحصر بفرد کوچکتر است ومی تواند به بدن انسان تزریق شوددرون بدن برای انجام کاری یا مطالعه وتایید سلامتی سلولها ویا انجام اعمال ترمیمی وبه طور کلی برای نگهداری بدن در سلامت کامل به سیر بپردازد.Marvin minsky تفکرات بسیار باروری داشت که میتوانست به اندیشه های Feynman قوت ببخشد.Minsky -پدر یابنده هوشهای مصنوعی – جهان را در تفکراتی که مربوط به اینده میشد،رهبری می کرد.در اواسط دهه 70 ،Eric Drexler که دانشجوی فارغ التحصیل بود ، Minsky را به عنوان استاد راهنما جهت تکمیل پایان نامه اش انتخاب کرد واو نیز این مسؤولیت را بر عهده گرفت.Drexler دراوایل دهه80 ،درجه استادی خودرا دررشته علوم کامپیوتر دریافت کرده بودوگروهی از دانشجویان را به صورت انجمنی به دور خود جمع نموده بود.او افکار جوانترهارابایک سری ایده ها که خودش “نانو تکنولوژی“نامگذاری کرده،مشغول میداشت.Drexler تنها درجه دکتری درنانو تکنولوژی رادر سال1991از دانشگاه MIT دریافت داشت. اویک پیشرو در طرح نانو تکنولوژی است وهم اکنون رئیس انیستیتوForesight وresearch fellow می باشد.

قابلیتهای متحمل تکنیکی نانو تکنولوژی عبارتند از:

1- محصولات خود اسمبل

2- کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی

3- اختراعات بسیار جدید (که امروزه نا ممکن است )

4- سفرهای فضایی امن ومقرون به صرفه

5-نانو تکنولوژی پزشکی که در واقع باعث ختم تقریبی بیماریها ،سالخوردگی ومرگ ومیر خواهد شد.

6-دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه های دنیا

7- احیای مجدد بسیاری از حیوانات وگیاهان منقرض شده

8- احیا وسازمان دهی اراضی

روند رو به رشد تولید داروها بر مبنای فناوری نانو

 

فناوری نانو برای هدف‌گیری ملکولی و دارورسانی، به صنعتی با ارزش حدود یک تریلیون دلار تبدیل می‌شود که در این راستا صنعت داروسازی با روند رو به رشد نیاز بازار به فرآورده‌های نانو، بیشترین سهم را به خود اختصاص خواهد داد. این امر از تقویت روند تحقیقات کشف دارو و توسعه فناوری‌های پیشرفته در این زمینه حکایت می‌کند.

اخیرا گزارشی توسط NanoMarkets تحت عنوان تاثیر فناوری نانو در کشف داروها: توسعه جهانی، آنالیز بازار و دورنمای آینده منتشر شده است، که از گسترش فناوری‌های مختلف نانو و تاثیر شگرفت آنها در روند تحقیق و توسعه داروسازی حکایت می‌کند.

فناوری نانو به عنوان ابزاری برای بروز تغییر و تحول در یک صنعت مطرح است که به همراه خود مسائل جدیدی در خصوص قوانین نظارتی و هزینه را به دنبال دارد؛ به علاوه، در برخی از بیماری‌های نشات گرفته از میکروارگانیسم‌های پاتوژن و تومورهای سرطانی مساله بروز مقاومت نسبت به اثر داروهای موجود همواره درمان این بیماری‌ها را با مشکل مواجه کرده و کشف مسیرهای جدید درمانی را طلب می‌کند.

بر اساس این گزارش، فناوری نانو یک پیشرفت طبیعی در فرآیند کشف داروهاست که به همراه توسعه و افزایش توجه محققان به ملکول های کوچک در ابعاد 100 نانومتر و کوچک تر از آن تا حد اتم (حدود 2 آنگستروم) مطرح می‌شود.

در این گزارش به (Atomic Force Microscopy (AFM به عنوان برترین فناوری مطرح در مطالعات انجام گرفته در سطح نانو اشاره شده است. تاکنون، روش‌های مختلف میکروسکوپی قادر به نمایش نحوه واکنش اجزاء درون سلولی در فرآیندهای زیستی مانند پاسخ آنها به مواد شیمیایی مختلف، نبوده‌اند. در روش‌های جدید تصویربرداری از آنتی‌بادی‌های خاص بر علیه پروتئین‌ها، استفاده می شود. در این روش‌ها آنتی‌بادی متصل شده به یک شناساگر (probe) با پروتئین هدف واکنش داده و حالتی متفاوت از آنچه که در غیاب آنتی‌بادی مشاهده می‌شود، ایجاد می‌شود؛ اما باید در نظر داشت که کاربرد گسترده فناوری AFM بخصوص در مباحث تحلیل زیستی به دلیل نیاز به تجهیزات پیچیده و گران قیمت، محدود است.

روش میکروسکوپی در فناوری نانو از جایگاه ویژه‌ای برخوردار است چرا که تصاویر حاصل از نمونه‌های زیستی در نهایت از سهم بسزایی در کشف داروها برخوردار است. در این گزارش پیشرفت‌های سامانه‌های تصویربرداری و کشف دارو بسیار خوب ارزیابی شده است

تار نوری

 

استفاده از نور برای ارسال پیام به همان روزهای آغازین زندگی انسان بر روی کره خاکی بر می‌گردد. به بیان دقیقتر انسان با تکامل خویش استفاده بهتر و بیشتر از نور را فرا گرفته است. از آن زمان که لیزر اختراع شد، دانشمندان توجه خاصی به استفاده از نور جهت انتقال اطلاعات مبذول داشتند. زیرا با شرایط تمدن روز بشر سنخیت داشت. لیکن استفاده همگانی از نور جهت انتقال اطلاعات پس از اینکه لیزر نیم رسانا و تار نوری با تلفات کم پا به عرصه وجود گذاشت، آغاز شد.....

 

 

استفاده از نور برای ارسال پیام به همان روزهای آغازین زندگی انسان بر روی کره خاکی بر می‌گردد. به بیان دقیقتر انسان با تکامل خویش استفاده بهتر و بیشتر از نور را فرا گرفته است. از آن زمان که لیزر اختراع شد، دانشمندان توجه خاصی به استفاده از نور جهت انتقال اطلاعات مبذول داشتند. زیرا با شرایط تمدن روز بشر سنخیت داشت. لیکن استفاده همگانی از نور جهت انتقال اطلاعات پس از اینکه لیزر نیم رسانا و تار نوری با تلفات کم پا به عرصه وجود گذاشت، آغاز شد.

تاریخچه

در خصوص خط انتقال ، کارهای شیشه‌گری در یونان قدیم متداول بود. هنگام ظریف‌کاری روی شیشه ، هدایت نور در داخل میله‌های شیشه‌ای شناخته شده بود. ولی با شکوفایی علم در قرن 19 ، در انگلیس نور داخل لوله آب ملاحظه شد، و بر اساس این اصل اولین آزمایش هدایت نور در داخل تار شیشه‌ای در حدود سال 1930 در آلمان انجام گرفت.

سیر تحولی و رشد

حوالی سال 1958 کار بدیع پوشانیدن اطراف تار شیشه‌ای با یک نوع شیشه در انگلیس انجام گرفت. در اوائل 1960 در ژاپن تولید تار نوری برای استفاده در انتقال تصویر آغاز شد. در حوالی سال 1960 در آمریکا نوع دیگری از خطوط انتقال با استفاده از 95 عدسی به فاصله کانونی 50 متر و به فاصله 900 متر از یکدیگر و در داخل یک لوله خطی به طول یک کیلومتر در بالای زمین ایجاد شد. در سالهای 1964-1965 عدسی گازی پیشنهاد شد و مدتی تحقیقات روی آن ادامه یافت. در حوالی سال 1970 موفقیتی در این خصوص حاصل شد و تلفات تار شیشه‌ای که بطور وسیعی به عنوان تار نوری مورد استفاده قرار گرفته بود، از میزان نقصان در هر کیلومتر ، تا حدود دو رقم کاهش یافت.

انواع تار نوری

تار نوری تک مدی

تار نوری تک مدی دارای پهنای باند بسیار زیادی است. لیکن از همه لحاظ دارای برتری بر انواع دیگر تارهای نوری نیست. مثلا اتصال آنها به یکدیگر با مشکلاتی مواجه است، زیرا شعاع هسته آن چند میکرون بیشتر نیست.

تار نوری چند مدی

·         تار ضریب پله‌ای: تار ضریب پله‌ای دارای هسته‌ای با شعاع در حدود چندین ده الی چندین صد میکرون است. از این لحاظ کار کردن با آن آسانتر است. لیکن پهنای باند آن کمتر و در حدود چندین ده مگاهرتز در کیلومتر است.

·         تار ضریب تدریجی: تار ضریب تدریجی دارای شعاع در حدود شعاع نوع ضریب پله‌ای است، ولی پهنای باند آن حتی به 100 برابر بیشتر نیز می‌رسد. ضریب شکست آن در جهت شعاعی به نحو یکنواختی تغییر می‌کند.

تلفات انتقال تار نوری

تلفات جذبی و پراکندگی

پیشرفت‌های چشمگیری در کاهش تلفات تار نوری حاصل شده است. در ظرف مدت 10 سال کاهش تلفات به بیش از یک هزارم رسیده است. تلفات جذبی در بعضی از طول موجها قابل صرفنظر کردن است و در طول موج کمتر از 0.8 میکرومتر تلفات عمدتا از نوع پراکندگی است. عامل موفقیت در کاهش تلفات امکان تهیه سیلیکن بسیار مرغوب مورد استفاده در صنایع نیم‌هادی و حذف ناخالصی‌های شیشه است. علت عمده تلفات جذبی ، وجود ناخالصی‌های فلزی نظیر آهن (Fe) است. عامل تلفات پراکندگی ، تغییرات تراکم و در نتیجه تغییرات ضریب شکست به علت تغییرات ترمودینامیکی است که به هنگام انجماد از حالت مذاب در کشیدن تار ایجاد می‌شود.

تلفات خمش و ناهمواریهای مرز میان هسته و پوشش تار

در صورتیکه مرز میان هسته و پوشش تار ناهموار باشد، تلفات تبدیل مد و تلفات تشعشع بوجود می‌آید. این تلفات را می‌توان با افزایش شعاع هسته و تغییرات ضریب شکست (داخل هسته) به گونه‌ای که مقدار نور کمتری به نواحی مرزی برسد، کاهش داد.

تلفات اتصال

برای انتقال تا فواصل دور لازم است که تار نوری را به یکدیگر وصل کرد و یا اینکه در محل تکرار کننده‌ها آنها را به طول معینی بریده و به اجزای دیگر اتصال داد و عملا جابجایی اتصالات بوجود می‌آید. این جابجایی می‌تواند شامل فاصله ، عدم تطابق محورها و در امتداد یکدیگر نبودن تارها باشد. تارهای دارای شعاع هسته بزرگ از نظر تلفات اتصال بهتر هستند.

اتصال دائم ، موقت و کابل کردن تارهای نوری

از دیدگاه علمی بسیار مهم است که بتوان تارهای نوری را به یکدیگر اتصال داد. اما انجام این کار به علت کوچکی شعاع هسته مشکل است. روشهای متعدد برای اتصال دایم تارها از جمله آستین شیاری V شکل و لوله‌ای شل وجود دارد. در تمام این روشها از نوعی صمغ برای چسبانیدن تارها در جای خود استفاده می‌شود. در روش دیگری تارها بوسیله قوس الکتریکی با توان کم ، نرم به یکدیگر جوش داده می‌شود. اتصالهای موقت برای تارهای چند مدی در بازار موجود است. در بعضی از انواع آن به منظور کاهش دادن تلفات انعکاس بین انتهای تار ، صفحه پلاستیکی نازکی در میان آنها قرار داده می‌شود.

در کابل کردن ، شیشه ذاتا دارای مقاومت خوبی در برابر نیروهای کششی و فشاری است و مدول یانگ آن برابر مدول یانگ مولار است. بنابراین سطح آن در مقیاس میکروسکوپی صاف است. تماس با هوا می‌تواند در آن خراشهای کوچکی ایجاد کند، که سبب می‌شود تار شکننده و ضعیف شود. برای این کار باید تارها برای قرار گرفتن در زمین به اندازه کافی سخت شوند. تعدادی از آنها را بصورت کابل در می‌آورند. در یکی از رایج‌ترین روشهای کابل کردن ، تارها را به دور رشته‌ای فولادی می‌تابند. در روش دیگری تارها پهلوی یکدیگر قرار داده شده و به شکل نوار در می‌آیند.

نانو تکنولوژی در علوم

هنگامی که درباره نانو فناوری شروع به جستجو و مطالعه کنید، به موضوعات و مواد مختلفی بر می‌خورید مانند:"نانولوله‌ها ، شبیه سازی مولکولی ، نانو داروها ، سلولهای سوختی ، کاتالیزورها ، نانو ذرات و ..." ، بنابراین ممکن است نانو فناوری رشته‌ای کاملا گسترده به نظر آید که موضوعات آن ربط چندانی به هم ندارند. بطور کلی مطالعات نانو فناوری را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد. اگر چه روشهای تحقیقاتی در آنها با یکدیگر متفاوت است، اما این سه شاخه کاملا به یکدیگر مرتبط هستند و پیشرفت در یکی از شاخه‌ها می‌تواند در شاخه‌های دیگر نیز کاملا مؤثر باشد. این سه شاخه عبارتند از:

نانوتکنولوژی مرطوب

این شاخه به مطالعه سیستمهای زنده‌ای می‌پردازد که اساسا در محیطهای آبی وجود دارند. در این شاخه ساختمان مواد ژنتیکی ، غشاها و سایر ترکیبات سلولی در مقیاس نانومتر مورد مطالعه قرار می‌گیرد. پژوهشگران موفق شده‌اند ساختارهای زیستی فراوانی تولید کنند که نحوه عملکرد آنها در مقیاس نانویی کنترل می‌شود. این شاخه در برگیرنده علوم پزشکی ، دارویی و بطور کلی علوم و روشهای مرتبط با زیست فناوری است.

 

نانوتکنولوژی خشک

این شاخه از علوم پایه شیمی و فیزیک مشتق می‌شود و به مطالعه تشکیل ساختارهای کربنی ، سیلیکون و مواد غیر آلی و فلزی می‌پردازد. نکته قابل توجه این است که الکترونهای آزاد که در فناوری مرطوب موجب انتقال مواد و انجام واکنشها می‌گردند، در فناوری خشک خصوصیات فیزیکی ماده را پدید می‌آورند. در نانو تکنولوژی خشک کاربرد مواد نانویی در الکترونیک ، مغناطیس و ابزارهای نوری مورد مطالعه قرار می‌گیرد. برای مثال طراحی و ساختن میکروسکوپهایی که بتوان با استفاده از آنها مواد را در ابعاد نانومتر دید.

 

نانوتکنولوژی محاسبه‌ای

در بسیاری از مواقع ابزار آزمایشگاهی موجود برای انجام برخی از آزمایشها در مقیاس نانومتر مناسب نیستند و یا آنکه انجام این آزمایشها بسیار گران تمام می‌شود. در این حالت از رایانه‌ها برای شبیه سازی فرآیندها و واکنشهای اتمها و مولکولها استفاده می‌شود. شناختی که بوسیله محاسبه بدست می‌آید، باعث می‌شود که زمان پیشرفت نانو تکنولوژی خشک به چند دهه کاهش یابد و البته تأثیر مهمی در نانو تکنولوژی مرطوب نیز خواهد داشت.

 

فناوری نانو و فیزیک الکترونیک

سازندگان قطعات الکترونیکی علاقه بسیاری به کوچک کردن ابعاد و بالا بردن قدرت محاسبات این تجهیزات دارند. این امر با استفاده از فناوریهای معمولی ، تقریبا به مرز نهایی خود نزدیک شده است. اما فناوری نانو تکنولوژی ، راه دیگری را پیش پا گذاشته است، که می‌تواند دنیای الکترونیک را دگرگون سازد. از جمله وسایل الکترونیکی که با استفاده از این فناوری ساخته شده است، می‌توان به دیود‌های نوری ، رایانه‌های کوانتومی و ترانزیستورهای نانو اشاره کرد.

ساخت دیودهای نوری با استفاده از مواد نانو موجب می‌شود تا 80 درصد در هزینه برق صرفه جویی شود. یک گروه دیگر از محققان روش تازه‌ای موسوم به الگوی انتقال ابر شبکه استفاده کرده‌اند، که ساخت نیم هادیهای نانومتری به قطر تنها 8 نانومتر را امکان پذیر می‌سازد.

نانو تکنولوژی در صنعت

توپهای تنیسی که با استفاده از کربن 60 ساخته شده و روانه بازار گردیده سبکتر و مستحکمتر از توپهای عادی است. شرکتهای دیگر با استفاده از مواد نانو پارچه‌هایی تولید کرده‌اند که با یک بار تکان دادن آنها می‌توان حالت اتوی اولیه را به آنها بازگرداند و همه چین و چروکهایشان را از بین برد. با همین یکبار تکان همه گرد و خاکی که به این پارچه‌ها جذب شده‌اند نیز پاک می‌شوند. همچنین با استفاده از فناوری نانو لیوانهایی تولید شده که قابلیت خود تمیز کردن دارند.

 

فناوری نانو و زیست شناسی

یک گروه از محققان سرگرم تکمیل فیبرهای نوری در ابعاد نانو هستند که قادر خواهند بود مولکولهای مورد نظر را شناسایی کنند. گروهی نیز دستگاهی را در دست ساخت دارند که با استفاده از ذرات طلا می‌تواند پروتئینهای معینی را فعال سازد یا از کار بیندازد. به اعتقاد پژوهشگران برای آنکه بتوان از سلولها در حین فعالیت واقعی آنها اطلاعات مناسب بدست آورد، باید شیوه تنظیم آزمایشها را مورد تجدید نظر اساسی قرار داد.

سلولها در فعالیت طبیعی خود امور مختلفی را به انجام می‌رسانند. از جمله این امور می‌توان به انتقال اطلاعات و علائم و داده‌ها میان خود ، رد و بدل کردن مواد غذایی و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حیاتی اشاره کرد. گروه دیگری از محققان تا آنجا پیش رفته‌اند که درصد هستند با مواد نانو پوششهای مناسبی تولید کنند که سلولهای حاوی ویروسهای خطرناک نظیر ویروس ایدز را در خود می‌پوشاند و مانع خروج آنها می‌شود.

نانو تکنولوژی در پزشکی

محققان با استفاده از فناوری نانو در حال ساختن کپسولهایی با ابعاد نانومتر هستند که علاوه بر اندازه غیر قابل تصور ، قدرت تشخیص بافتهای مریض را داشته و دقیقا روی این بافت قرار گرفته و مقدار داروی لازم را به آنها می‌رساند. این پدیده را دارو‌سازی می‌گویند. در آزمایشی که به تازگی به انجام رسیده نشان داده شده است که حمله به سلولهای سرطانی با استفاده از ذرات نانو 100 برابر بازده عمل را افزایش می‌دهد. همچنین با استتفاده از فناوری نانو ، نوارهای زخم بندی هوشمندی درست شده است، که به محض مشاهده نخستین علائم عفونت در مقیاس مولکولی ، پزشکان را مطلع می‌سازد.

فناوری نانو و شیمی

با استفاده از فناوری نانو می‌توان کاتالیزور‌‌هایی با نسبت سطح به حجم بسیار بالا تولید کرده و راندمان را در واحد‌های شیمیایی به میزان بسیار زیادی افزایش داد. سلولهای خورشیدی کوانتومی ، استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت تمیز ، نسل جدید باتریها ، پوششهای بسیار مقاوم فرنگهای بی نیاز از شستشو و تحولات خارق العاده دیگر در دنیای شیمی و تولید از کاربرد‌‌های فناوری نانو در شیمی می‌باشد.

کوچک زیباست!

زیبایی نانوفناوری در ابعاد اتمی

نانو از یک کلمه یونانی (به معنای چیزی کوچکتر از اندازه معمولی) گرفته شده است. واژه "نانوتکنولوژی" به معنی استفاده کردن از چیزهایی در گستره 1 تا 100 نانومتر است. این فناوری هم مانند بسیاری دیگر از تعاریف تکنیکی، پرسش های بسیاری ایجاد کرده است که برای بسیاری از آنان هنوز پاسخ روشن و واضحی وجود ندارد. در اصل یک نانومتر طولی است برابر با 9-10 *1 متر، به عبارت دیگر یک میلیاردم متر. برای درک بهتر این عبارت می توان به این نکته توجه داشت که قطر تار موی انسان برابر 100 هزار نانومتر است یا به عنوان مثال، طول موج رنگ آبی برابر با 500 نانومتر است یا میزان فاصله دیسک خوان کامپیوتر با صفحه دیسک در هنگام فعال بودن برابر 15 نانومتر است. تمام این مثال ها به این منظور است که به فوق العاده کوچک بوده مقیاس نانو پی ببریم، به طوریکه می توان نانو را با ویروس ها و یا حتی تک‌مولکول‌های تشکیل دهنده آنها مقایسه کرد.

در حال حاضر از ذرات نانو سیلیکا ( که یک نوع ماده معدنی شامل سیلیکونی و اکسیژن است) برای تولید رنگ های پوششی استفاده می شود که مزیت آنها الکترواستاتیک بودنشان است، در ضمن موجب پایداری و تقویت محصول نهایی نیز می شوند. این ذرات نخست در محلول رنگ به صورت شناور در آمده و سپس طی فرآیند خشک شدن با آرایش خاصی که به آن آرایش تقاطعی می گویند، به یکدیگر متصل می شوند. در نتیجه استفاده از ذرات نانو در رنگ های مختلف، پایداری آنها در مقابل آسیب پذیری، تقریباً چهار برابر زنگ های معمولی می شود. شرکت امریکایی «هایپریون» کاتالیست اینترنشنال» که در ایالت ویرجینیا واقع است و همواره در استفاده از نانوتکنولوژی پیشرو بوده است، به تازگی در ساخت خطوط انتقال سوخت ( که به طور معمول از جنس پلاستیک است) از نانوتیوپ ها به عنوان حلقه های اتصال دهنده استفاده کرده است. این تیوپ ها در واقع رشته های ظریفی از کربن است و مانع تجمع بارهای الکترونیکی اتومبیل صدمه وارد کند. در حال حاضر کاربردهای نانوتکنولوژی را در بسیاری از ابزارها مشاهده می کنیم. از قطعات و تجهیزات خودرو گرفته تا حسگرهایی که وظیفه شان کنترل میزان انحراف خودرو است، از پرده های محافظ در برابر نور آفتاب گرفته تا توپ های فوتبال و بسکتبال!

وجود نانو در همه جا موجب شده که ما دید بازتری نسبت به این فناوری داشته باشیم. «جورج همیلتون» یکی از محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) در این زمینه می گوید: «عادت کرده ایم که نانوتکنولوژی را شاخه ای از علم شیمی محسوب کنیم، در حالی که بین این دو زمینه تفاوت های عمیقی وجود دارد.

میزان فضایی که نانوتکنولوژی در بر می گیرد و اشغال می کند چیزی است حد فاصل مشخصه های جمعی مواد و آنچه در سطح اتم آن آماده اتفاق می افتد. تغییرات در اندازه ای در این حد باعث می شود که ویژگی های هر ماده ای دچار دگرگونی های کلی شده و با مشخصات اولیه خود به طور کلی تفاوت داشته باشد.» به طور مثال می توان به عنصر طلا اشاره کرد که در حالت عادی عنصری است که هیچ گونه واکنش پذیری ندارد، اما ذرات نانوی طلا (Nano Gold) فعال است و با استفاده از آنها می توان یک مبدل ارزشمند تولید کرد. مثال دیگر در این زمینه، عنصر کربن است. همان طور که می دانید الماس و گرافیت یا ذغال، اشکال ساخته شده این عنصر در حالت عادی هستند. اما علاوه بر اینها شکل شناخته شده دیگری از کربن وجود دارد که به آن «Bucky Ball» می گویند که تنها از اتم های کربن ساخته شده است و دارای فرمول شیمیایی 60 است. از ذرات نانوی این ماده شیمیایی در طراحی ساخت پانل های خورشیدی و داروهای ضدسرطان استفاده می شود.

به این ترتیب تنوع مواد کربنی درساخت پوشش های مختلف، به این مواد خواص استثنایی می بخشد. به طور مثال ماده ای به نام CDC وجود دارد که از کربن ساخته شده است. و نسبت به ساییدگی، فوق العاده مقاوم است و ویژگی های اصطکاک آن بسیار پایین است. این ماده هم اکنون به وسیله شرکت های خودروسازی امریکا و ژاپن به صورت گسترده در صنایع خودروسازی استفاده می شود. جالب اینکه می توان از حسگرهای نانو در تولید پارچه با دیگر مواد مشابه استفاده کرد و به این ترتیب آنها را هوشمند کرد تا بتوانند چنانچه تحت فشار یا استفاده غلط پاره شدند به کاربران خود اطلاعات انتقال دهند. این ویژگی در صنایع نظامی کاربردهای بسیار سودمندی دارد و در حال حاضر بر روی این طرح کار می شود. ضمن اینکه این حسگرهای نانو هم اکنون نیز می گویند. این بیوچیپس ها موجب می شوند سرعت تحقیق بر روی داروها افزایش یافته و پاسخی که از انجام آزمایش های خون به دست می آید، بسیار دقیق تر و سریع تر از روش های فعلی باشد. باید به این نکته هم توجه داشت از آنجای یکه ذرات نانو به اندازه ویروس ها هستند، می توانند به راحتی به درون سلول های زیستی رخنه کرده و احتمالاً اثرات مخربی هم به دنبال داشته باشند.

نانو روبات ها ذرات ریزی هستند که پیوسته در حال رشد و توسعه و تکثیرند. این مساله تنها یک تخیل علمی نیست، بلکه ایده آن از ترکیب دو واژه به وجود آمده است که عبارتند از قابلیت خودتکثیری و خودمونتاژی که ساختار پایه ای نانو روبات ها است. به گفته ریچارد ویلیامز محقق دانشگاه برکلی که در زمینه نانو روبات ها فعاللیت می کند، خودمونتاژی، طبیعت بسیاری از چیزها است. به طور نمونه سدیم و کلر را در کنار یکدیگر قرار دهید، ملاحظه خواهید کرد که با ترکیب شدن یا به عبارتی خودمونتاژ شدن، تشکیل کریستال می دهند. ضمن اینکه این نوع فناوری کاملاً قابل کنترل و کاربردی است.

نانوکریستال هایی که قابل جاسازی در مواد رسانای جریان الکتریستیه هستند، می توانند شرایط لازم را برای تولید برق از خورشید با هزینه بسیار مناسبی به وجود آورند. در این پلاستیک ها، مواد پلاستیکی بین الکترودها به صورت لایه لایه قرار داده می شود سپس با یک لایه نازک پوشیده می شوند و می توانند درصد بسیار بالایی از انرژی خورشید را جذب کنند.

معمولاً ایمنی یک ماده تحت تأثیر آرایش شیمیایی آن است. در حالی که مواد نانو اغلب با تغییر اندازه، تغییر می کنند. برای مثال محققان اعلام کرده اند ذرات نانو که در اثر تنفس وارد ریه می شوند، خطرناک تری از موادی هستند که اندازه شان بزرگ تر است. ضمن اینکه این تفاوت در میزان سمی بودن سطح نانون هم اتفاق می افتد. یعنی درجه سمی بودن می تواند از یک نانومتر شروع شده  تا دو هزار نانومتر افزایش یابد.

البته جنبه مثبت در این مورد هم قابل بررسی است، زیرا محققان دریافته اند که اگر ذرات نانو تجمعی به اندازه 5/1 میلیون داشته باشند، این توانایی را دارند تا باکتری هایی به نام «Escherichia» را از بین ببرند  به طور کلی نانو کریستال های فولورین (نوعی کربن خاص) آنتی بیوتیک های مفید و قدرتمندی هستند.

روزنامه شرق

نانوالکترونیک چیست؟

 

فن آوري نانو نقطه همگرايي علوم مختلف در آينده است. در اين ميان يکي از پرکاربردترين شاخه ها نانو الکترونيک مي باشد. امروزه افزایش ظرفیت ذخیره داده، افزایش سرعت انتقال آن و کوچک کردن هر چه بيشتر وسائل الکترونيکي و به خصوص ترانزيستورها داراي اهميت بسياري است زيرا کوچک تر شدن ابعاد وسائل الکترونيکي علاوه بر افزايش سرعت پردازش، توان مصرفي را نيز کاهش مي دهد و نانو الکترونيک مي تواند در رسيدن به ابعاد هر چه کوچک تر راهگشا باشد. براي آشنايي بيشتر با اين فن آوري و درک عميق تر پديده هاي گوناگوني که در ابعاد نانو متر روي مي دهد و در نتيجه تحليل دقيق نتايج و اصلاح اصولي روش هاي آزمايش، بايد علوم پايه اي نظير فيزيک کوانتوم و مکانيک کوانتومي و فيزيک حالت جامد مورد مطالعه قرار بگيرند.

اهداف:

در دهه‌های اخیر شاهد پیشرفت‌های زیادی در زمینه افزایش قابلیت ذخیره اطلاعات روی حافظه‌ها و همچنین کاهش اندازه آن‌ها بوده‌ایم که نتیجه آن دو برابر شدن سرعت پردازش در عرض هر 18 ماه بوده است و این، انتظار تحولی عظیم در صنعت میکروالکترونیک را طی 15 سال آینده از نظر بنیادی و اقتصادی نوید می‌دهد. اکنون نیز تحقیقات ادامه داشته و هدف از آن تولید خواص نمونه و شکل ظاهری جدید و در نتیجه خلق نانوالکترونیک جدید است.

کاربرد نانوالکترونیک در صنعت:

با استفاده از این فناوری می‌توان ظرفیت ذخیره‌سازی اطلاعات را در حد ۱۰۰۰ برابر یا بیشتر افزایش داد که این نهایتاً به ساخت ابزارهای ابرمحاسباتی به کوچکی یک ساعت مچی منتهی می‌شود. ظرفیت نهایی ذخیره اطلاعات به حدود یک ترابیت در هر اینچ مربع رسده، و این امر موجب ذخیره‌ سازی ۵۰ عدد DVD یا بیشتر در یک هارد دیسک با ابعاد یک کارت اعتباری می‌شود. ساخت تراشه‌ها در اندازه‌های فوق‌العاده کوچک به‌عنوان مثال در اندازه‌های ۳۲ تا ۹۰ نانومتر، تولید دیسک‌های نوری ۱۰۰ گیگابایتی در اندازه‌های کوچک نیز از دیگر محصولات آن می‌باشد.

نمونه هايي از کاربرد فن آوري نانو در الکترونيک:

1) کربن نانو تيوب ها (carbon nanotubes)

نانو تيوب ها داراي فرم لوله اي با ساختار شش ضلعي هستند. نانو تيوب ها را مي توان صفحات گرافيتي فرض کرد که لوله شده اند. بر اساس محور چرخش صفحات نانو تيوب ها مي توانند رسانا يا نيمه رسانا باشند.

به علت اينکه کربن با سه پيوند همچنان داراي يک اوربيتال خالي p مي باشد ، حرکت موجي الکترون ها به راحتي در سطح بيروني اين لوله ها صورت مي گيرد. اين ساختار کربني علاوه بر رسانايي بالا داراي استحکام مکانيکي بسيار خوبي نيز است. البته در کنار اين مزايا مشکلاتي نيز وجود دارد. اغلب فرآيند هاي ساخت نانو تيوب ها به گو نه اي مي باشند که امکان کنترل و نظارت کامل در طول فرآيند وجود ندارد به عنوان مثال تعيين قطر دقيق و يکسان براي لوله هاي کشت شده در يک محيط، کنترل توليد نانو لوله هاي تک ديواره و يا چند لايه و يا ساخت نانو لوله هاي مستقيم و بدون خم شدگي با طول زياد از مسائلي است که هنوز در فرآيند بهبود کيفيت توليد نياز به مطالعه و تحقيقات بيشتري دارد. همچنين به علت پديده تونل زني الکترون که يک پديده کوانتومي است امکان افزايش نشتي جريان و در نتيجه  افزايش تلفات وجود دارد که بررسي روش هاي کاهش احتمال تونل زني از جمله کارهايي است که مي توان انجام داد. از کربن نانو تيوب ها به دليل رسانايي بالا و مقاومت کم در دماي محيط در ساخت کانال هدايت ترانزيستورها ، نوک ميکروسکوپ هاي عکسبرداري در ابعاد نانو استفاده مي شود.

 2 ) نانو ترانزيستورها (nanotransistors)

 طبق قانون مور( MOORE Law) تعداد ترانزيستورها در واحد سطح تراشه هاي الکترونيکي در هر بازه 10 تا 18 ماهه دو برابر مي شود. نام فن آوري رايج امروز در ساخت ترانزيستورها، MOSFET مي باشد که بر پايه استفاده از سيليکون است. کوچکتر شدن ابعاد ترانزيستورها در MOSFET داراي مشکلاتي است که از جمله آن نشتي هاي جريان متفاوتي است که ايجاد مي شود. يکي از روش هاي حل اين مشکل ساخت تراتزيستورها با استفاده از نانو سختارها و به خصوص نانو تيوب ها مي باشد.

  3 ) محاسبه گر ها در مقیاس نانو ( nanocomputers)

 امروزه در زمينه هاي مختلف از جمله فن آوري نانو پيوند ميان رشته هاي مختلف علوم امري انکار ناپذير است. از جمله نتايج اين همکاري طراحي نانو محاسبه‌گرها مي باشد. هيدرو کربن هاي آروماتيک از ريشه بنزن به علت وجود اوربيتال هاي p و ابر الکتروني در بالا و پايين آنها و همچنين پديده رزونانس مي توانند محيط انتقال خوبي براي الکترون باشند و بر عکس هيدروکربن هاي زنجيري مانند نارسانا عمل مي کنند. از به هم پيوستن اين هيدروکربن ها با هم مي توان ديود، گيت هاي منطقي و مدارهاي الکترونيکي را طراحي کرد.

 4 ) MRAMها ( Magnetic Random Access Memories )

  فن آوري هاي روز حافظه (  RAM, Flash Memory, …) مشکلات متعددي را براي مصرف کنندگان آنها به وجود آورده است که به عنوان نمونه مي توان به سرعت پايين خواندن و نوشتن روي Flash Memories و EEPROM و يا محدوديت اقتصادي افزايش فضاي RAM اشاره کرد. MRAM   يک فن آوري حافظه پايدار است که علاوه بر سرعت بالا مي تواند ظرفيت حافظه بالايي را نيز فراهم کند. اساس کار MRAM بر پايه تفاوت مقاومت الکتريکي لايه هاي نازک مواد بر اثر قطبيده شدن ذرات آنها در راستاهاي متفاوت مي باشد؛ که به مقاومت مغناطيسي موسوم است. چون سلول هاي حافظه MRAM بر پايه ترانزيستور عمل نمي کنند پس در ابعاد کوچک مشکلاتي نظير تونل زني رخ نخواهد داد و مي توان سلول هاي حافظه MRAM را تا ابعاد نانو کوچک کرد.

 5 ) C60

از جمله نانو ساختارها که حتي نسبت به نانو لوله هاي کربني داراي مزاياي بيشتري نيز مي باشد C60 است. C60   از 12 پنج ضلعي و 20   شش ضلعي تشکيل شده که به شکل متقارني در کنار هم قرار گرفته اند.

مولکول هاي C60 در محلول هاي بنزن يافت مي شوند که با عمل تبخير قابل استحصال مي باشند. انواع ترکيبات C60 با فلزات، نظير K3C60 , Cs2RbC60 ، که در آنها فلز فضاي خالي درون C60 را پر مي کند داراي خاصيت ابر رسانايي در دماهاي نسبتاً مناسب مي باشند؛ البته تحقيقات براي دستيابي به ترکيباتي با خاصيت ابررسانايي در دماهاي بالاتر همچنان ادامه دارد. کاربرد ديگر C60 استفاده از آن به عنوان گيت هاي منطقي است. با ليتوگرافي طلا روي يک سطح سيليکوني و عبور جريان از سيم هاي طلا يک صفحه مشبک ايجاد مي شودکه فاصله بين اتصالات آن در حدود نانو متر است. محلول رقيق C60 را بين اتصالات قرار مي دهند به طوري که در هر فاصله يک C60 قرار گيرد. با برقرار شدن جريان در سيم هاي طلا C60 به علت يک پديده کوانتومي شروع به نوسان مي کند و به همين علت جريان در زمان هاي معيني بر قرار مي شود از اين خاصيت مي توان در طراحي گيت هاي منطقي استفاده کرد.

کارهایی که باید در راستای پیشرفت این علم انجام شود:

نانو الکترونیک زمینه گسترده‌ای با پتانسیل ایجاد تغییرات بنیادی در علوم مختلف حتی در پزشکی است و انجام کارهای زیر برای پیشبرد آن می‌تواند مفید باشد:

1. فهم اصول انتقال در مقیاس نانو

2. گسترش فهم هرچه بهتر روش‌های خودچیدمانی(self assembly) ذرات برای انجام کارها به صورت ارزان‌تر، که این خود مستلزم حل مشکلات ارتباطی و جایگزینی در ترانزیستورهاست

3. یافتن راه‌هایی جدید برای به کار بردن علم الکترونیک و عدم تکثیر ابزار و به جای آن تحقیق راجع به انواع جدیدتر.

 

 

محسن مرادی

بخش دانش و فناوری سایت تبیان

 

منابع:

Eng.Wikipedia.org

Chamrannano.ir

http://www.physics.mcgill.ca/~peter/nanoelectronics.htm

راهكارهاي فناوري‌نانو براي رفع مشكلات بسته‌بندي مواد غذايي

همه ما از مشکلات بسته‌بندي سس‌هاي گوجه‌فرنگي و مايونز آگاهي داريم. هنگام استفاده از اين مواد غذايي، گاهي‌اوقات تا 20 درصد محتويات داخل قوطي‌ها و بطري‌ها در داخل آنها باقي مي‌ماند. اين امر نه تنها براي مصرف‌کننندگان بلکه براي بازيافت آنها نيز مشکلاتي ايجاد مي‌کند. زيرا براي بازيافت آنها ابتدا بايد باقي‌مانده بسته‌بندي‌ها برطرف شوند که اين امر هزينه و زمان بر بوده و وآب زيادي مصرف مي‌کند.

موسسه فران‌هوفر آلمان و موسسه IGB در اشتوت‌گارت به همرا دانشگاه فناوري مونيخ و تعدادي از شرکاي صنعتي که به وسيله وزارت آموزش و تحقيقات اين کشور حمايت مي‌شوند، از طريق يک پروژه مشترک به دنبال حل اين معضل هستند

در چارچوب اين پروژه، موادي براي استفاده در بسته‌بندي‌ها توسعه خواهند يافت که ميزان بازمانده‌هاي بسته‌بندي‌هاي مواد غذايي را تا نصف و حتي بيشتر کاهش خواهد داد. محققان اين پروژه از فيلم‌هاي نازک که ضخامت آنها کمتر از 20 نانومتر است، در داخل سطوح بسته‌بندي‌ها استفاده مي‌کنند.

در اين پوشاننده‌ها از پلاسما استفاده شده و اين فرايند از طريق جايگذاري پلاستيک در داخل يک خلا انجام مي‌شود. محققان اين موسسه معتقدند از پوشاننده‌هاي مختلف با ويژگي‌هاي خاص در سطوح بسته‌بندي‌ها استفاده مي‌شود.

نمونه‌هاي اوليه اين نوع مواد بسته‌بندي جديد هم اکنون موجود است و قرار است در نمايشگاه 24 اکتبر 2007 در داسل دوروف به عامه مردم معرفي شود.

محققان موسسه IGB هم اکنون تلاش‌مي‌کنند تا پوشاننده‌ها‌ي مورد استفاده را بهينه کرده تا از اين طريق ويژگي‌هاي مورد نظر بهبود يابند. اين پوشاننده‌ها بايد ويژگي‌هاي مواد را تغيير ندهند و از نظر توليد صنعتي نيز مشکلي نداشته باشند.

 منبع:www.nanowerk.com

نگاهی به روند نانوفناوری و کاربردهای آن

تاریخچه

چهل سال پیش ریچارد فایمن1 ، متخصص کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل، در سخنرانی معروف خود در سال 1959 با عنوان "آن پایین، فضای بسیاری هست"، به بررسی بُعد رشد نیافته‌ای از علم مواد پرداخت. وی در آن زمان اظهارکرد: "اصول فیزیک، تا آن جایی که من توانایی فهمیدن آن را دارم، بر خلاف امکان ساختن اتم به اتم چیزها حرفی نمی زنند." او فرض را بر این قرار داد که اگر دانشمندان فرا گرفته‌اند چگونه ترانزیستورها و دیگر سازه‌ها را با مقیاس‌های کوچک بسازند، پس ما خواهیم توانست که آن‌ها را کوچک و کوچک‌تر کنیم. تا آنجا که که اتم‌ها را در مقابل دیگری به گونه‌ای قرار دهیم که بتوانیم کوچک‌ترین محصول مصنوعی و ساختگی ممکن را ایجاد کنیم.

بنابراین جرقه آغاز فناوری نانو به زمان سخنرانی فاینمن باز می‌گردد اما عبارت "نانوفناوری" 2 اولین بار توسط توسط

" نوریوتاینگوچی" استاد دانشگاه علوم توكیو در سال" 1974 "استفاده شد. اما در واقع باید "کی‌اریک درکسلر" را پدر نانوفناوری نامیدچراکه نانوفناوری در سال 1986 در کتابی از وی با عنوان موتورهای آفرینش بسط داده شد.

ریچارد فاینمن

                                                                 

تعریف نانوفناوری

در حالی که تعاریف زیادی برای فناوری نانو وجود دارد ، موسسه پیشگامی ملی نانوفناوری 3در آمریکا (که نهاد دولتی متولی این فناوری در کشور آمریکاست) تعریفی را برای فناوری نانو ارائه می دهد که در برگیرنده هر سه تعریف ذیل باشد:

1- توسعه فناوری و تحقیقات در سطوح اتمی ، مولکولی و یا ماکرومولکولی در مقیاس اندازه ای 1 تا 100 نانومتر.

2- خلق و استفاده از ساختارها و ابزار و سیستمهایی که به خاطر اندازه کوچک یا حد میانه آنها، خواص و عملکرد نوینی دارند .

3- توانایی کنترل یا دستکاری در سطوح اتمی

برای اطلاعات بیشتر در مورد تعاریف مختلف فناوری نانو می‌توان به سایت ستاد ویژه توسعه فناوری نانو بخش تعاریف مراجعه کرد.

در مقالات و نوشته‌های عمومی واژه فناوری نانو گاهی به هر فرآیند کوچکتر از اندازه‌های میکرون اطلاق می‌گردد که می‌تواند فرآیند لیتوگرافی را نیز شامل شود. به خاطر همین بسیاری از دانشمندان هنگامی که می‌خواهند درباره فناوری نانو به معنی واقعی و علمی کلمه صحبت کنند از آن به عنوان فناوری نانومولکولی یاد می‌کنند که به معنی فناوری نانو در ابعاد مولکولی می‌باشد.

در بخش دانش و فناوری سایت تبیان ما تعریف مورد نظر را بدین صورت پذیرفته‌ایم: فناوری نانو عبارت است از هنر دستکاری مواد در مقیاس اتمی یا مولکولی و به خصوص ساخت قطعات و لوازم میکروسکوپی (مانند روبات‌های میکروسکوپی)؛ توسعه و استفاده از ادوات و قطعاتی که اندازه آنها تنها چند نانومتر است

مساله قابل توجه این است که می‌توان چنین ساختارهایی در ابعاد مولکولی را به کمک انتخاب مناسب مراحل واکنش‌های شیمیایی تولید کرد. همچنین می‌توان چنین ساختارهایی را از طریق دستکاری اتم‌ها روی سطح، به وسیله میکروسکوپ‌های نیروی اتمی به دست آورد.

 کاربردهای فناوری نانو

اگر بپذیریم که نانوفناوری، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم‌های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی، اتمی و استفاده از خواص آن سطوح است، آن‌گاه در می‌یابیم کاربردهای این فناوری، در حوزه‌های مختلف اعم از غذا، دارو، تشخیص پزشکی، فناوری زیستی، الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا، امنیت ملی و غیره خواهد بود؛ به گونه‌ای که به زحمت می‌توان عرصه‌ای را که از آن تأثیر نپذیرد معرفی نمود. به عنوان مثال، لاستیک‌های با عمر بالای ده سال و دارورسانی به تک سلول‌های آسیب دیده در بدن، از توانایی‌هایی است که بشر به مدد نانوفناوری به آن دست یافته است. دانشمندان امیدوارند با گسترش فعالیت‌ها در نانوفناوری، علاوه بر صرفه‌جویی‌هایی که در اثر ارتقای کیفیت در محصولات سنتی ایجاد می‌کنند، به مواد و محصولات با خواص جدید و چند منظوره دست یابند.

به دلیل تأثیر این فناوری بر اکثر صنایع و فناوری‌های موجود، عقیده صاحب نظران این است که متخصصان رشته‌های مختلف بدون گرایش به مباحث نانو در دهه‌های آینده، فرصتی برای رشد نخواهند داشت و شکوفایی بسیاری از فناوری‌های مهم از جمله فناوری اطلاعات و بیوتکنولوژی به عنوان دو دستاورد بسیار عظیم قرن بیستم بدون بهره‌گیری از نانوفناوری دچار اختلاف خواهند شد. از این جهت این مسئله برای دانشگاهیان، محققان و مسؤولان هر کشور امری حیاتی است.

 زیر ساختارها

1- مواد نانوساختارها:

 ماده نانوساختاری به هر ماده ای اطلاق می شود که ابعاد آن در مقیاس نانومتری باشد« مانند نانوذرات و نقاط کوانتومی » مواد در مقیاس نانومتری رفتار کاملا متفاوتی از خود بروز می دهند، مواد توده ای که ما به صورت معمول با آنها سر و کار داریم در مقیاسهای کوچک رفتارغیرکنترل شده و نامنظمی دارند. همانطور که ذرات کوچکتر می شوند خواص ماده تغییر می کند، فلزات سخت تر و سرامیکها نرمتر، خصوصیت نور یا دیگر تابشهای الکترومغناطیسی که بوسیله اندازه تحت تاثیر واقع می شوند نیز تغییر می کند.

موادی که دارای ساختار دقیق اتمی هستند ( نظیر نانولوله های کربنی) نسبت به مواد توده ای مشابه که ساختار و ترکیب اتمی در آنها بصورت تصادفی تغییر میکند. خواص کاملا متفاوتی دارند. یک لوله تو خالی منظم کوچک از کربنها (نانو لوله های کربنی) بطرز شگفت انگیزی محکم است و خواص الکتریکی و گرمایی جالب توجه و مفیدی دارد.  

2- مواد نانوبلوری:

 اگر اندازه دانه بلور در یک فلز به سمت نانو مقیاس حرکت می کند ، نسبت اتمهای موجود بر روی مرزهای دانه های این جسم جامد افزایش پیدا می کند و انها رفتاری  کاملاً متفاوت از اتمهایی که روی مرزها نیستند بروز می دهند. رفتار آنها شروع به تحت تاثیر قرار دادن رفتار ماده مینماید. نتیجه آن در فلزات شامل افزایش استحکام، سختی، مقاومت الکتریکی، ظرفیت حرارتی ویژه، بهبود انبساط حرارتی و خواص مغناطیسی و کاهش رسانایی حرارتی است.

فولاد متعارف دارای افزودنیهای ذرات کربنی است، اگر بتوان از افزودنیها با ساختارهای بسیار ریز استفاده کرد نتیجه کار یک فولاد جدیدی است که فوق العاده مستحکمتر است(پروژه شرکت تویوتای ژاپن)

تولید مواد آمورف(موادی که دارای هیچگونه ساختار بلوری یا الگوی خاصی در مقیاس اتمی خود نیستند) و تهیه روکش آمورف از فولاد بسیار سخت که دارای خاصیت ارتجاعی جالب توجهی است (پروژه وزارت انرژی آمریکا)

افزایش سطح دانه در مورد نانو بلوری اغلب واکنش پذیری و حلالیت را افزایش می دهد روش های نانوبلوری کردن مواد عبارتند از رسوب دهی یا الکترو رسوب دهی با لیزر پالسی یا روشهای رسوب دهی شیمیایی بخار که می توانند هر سطحی را با فلزات ، نیمه هادی ها و دیگر مواد روکش دهند.

اگر بلورهای داخل فلزات تحت فشار زیاد در معرض نقش برشی بالا قرار گیرد. توانایی تبدیل شدن به ذرات کوچکی که باعث افزایش استحکام، و افزایش چکشی خواری می شود.

کاربردها:

فلزات نانوبلوری در صنایع خودروسازی، هوا فضا، صنایع ساختمانی کاربرد دارد و می توانند به جای فلزات و آلیاژها به خدمت گرفته شود. در سالهای اخیر سرامیکهایی ساخته شده است که در دماهای بالاتر از دمای کنونی ابر رسانا می شوند. (پروژه عملی در سوئد)

کاربرد روکشهای نانو بلوری در ماشین آلات و یا روکش در استحکام پیلهای خورشیدی و یا کاربرد نانوبلورهای تیتانیوم در ساختمان اعضای مصنوعی برای استحکام بیشتر و افزایش انعطاف پذیری بیشتر را می توان نام برد.

3- نانوذرات:

 روشهای مختلف در زمینه امکان ساخت نانوذرات از مواد گوناگون و امکان کنترل بر روی اندازه، ترکیب و یکنواختی وجود دارد. نانوذرات در زمینه های زیست پزشکی– داروسازی، حاملهای دارو- تشخیص بیماری ها صفحات خورشیدی– کاربرد دارد. نانوذرات در صیقل دهنده ها- رنگها، روکشهای عینک– کاشیها– روکشهای الکتروترومیک برای شیشه اتومبیلها و پنجره ها مورد استفاده قرار می گیرند–روکشها غیر قابل رنگ آمیزی یا ضد دست نوشته– و یا دیوارهای خود تمیز کن مورد توجه می باشد نانوذرات سرامیکی اکسید فلزی, نظیر اکسید تیتانیوم– روی آلومینیوم، آهن سیلیکات (سرامیکها) می باشند.

اگر نانوذرات فلزی بدون اینکه ذوب شوند وادار به آمیخته شدن در یک جامد شوند در بهبود کیفیت آن (نظیر خازنها) موثر می باشند.

نانوذرات چون دارای ابعاد کمتر از طول موج نور مرئی هستند به نور مرئی شفاف هستند که نسبت سطح موثر به حجم ذرات افزایش یابد (کاتالیزورها) میتوانند سطح واکنشها را افزایش دهند.

روشهای تولید نانوذرات عبارتند از:

چگالش از یک بخار

سنتوشیمیایی

روش آسیاب یا پودر کردن

4-نانوکامپوزیت :

کامپوزیت‌ها موادی ترکیبی هستند که از دو فاز پیوسته و پراکنده تشکیل شده‌اند. در صورتیکه فاز پراکنده مورد استفاده در کامپوزیت نانوذره باشد ماده ترکیبی یک نانوکامپوزیت خواهد بود.

استفاده از نانوذرات در مواد کامپوزیت می تواند استحکام آنها را افزایش و یا وزن آنها را کاهش دهد، مقاومت شیمیایی و حرارتی آنها را افزایش داده و خصوصیات جدیدی نظیر هدایت الکتریکی را افزایش دهد. مشهورترین بازار مواد کامپوزیت اجزاء ساختاری مبتنی بر پلیمرها مثلاً پلاستیک است در صنایع خودروسازی و هوا فضا، کاهش وزن در عین یکسان نگهداشتن استحکام فاکتور مهمی است. جایگزینی مواد ساختاری فولاد- آلومینیوم و بتن با مواد کامپوزیت پلیمری در صورتی رخ میدهد که نسبت به استحکام به وزن را افزایش دهد. کامپوزیتهای پر شده به وسیله خاک رس در شرکت تویوتا کاربرد فراوانی دارد.

نانوالیاف (مخلوط الیاف حاوی نانو لوله های کربنی چند دیواره برای ایجاد خاصیت رسانایی میتواند کاربردهای چند منظوره داشته باشد.) مواد بسته بندی و روکشهای مورد استفاده توانسته است بازار خوبی برای محصولات نانو تولید نمایند.

5- نانو کپسول ها :

لفظ نانو کپسول شامل هر نانو ذره ای است که دارای یک پوسته و یک فضای خالی جهت قرار دادن مواد مورد نظر باشد. مثال جالب توجه نانو کپسولی که طبیعت ساخته، دیواره های سلولهای بدن انسان می باشد. (لیپوزوم ها) کارنانوکپسول برای جابجایی مواد و کنترل و رهایش و محافظت در برابر محیط می باشد (دارها توسط سلولها وارد خون و توسط نانوکپسولها در بدن جابجا و محافظت می شوند تا به محل مورد توجه برسند) فرایند عمومی ساخت کپسولها یک اموسیون روغن در آب یا آب در روغن به ترتیب نانوکپسولهای روغنی و آبی هستند مثلاً تزریق ورید نانوکپسولها مستلزم یک پایه آبی پس اموسیون روغن در آب می باشد برای روکش دادن کپسولها می توان از پروتئین ها، پلیمرها و مواد طبیعی یا مصنوعی استفاده کرد. بزرگترین کاربرد نانون کپسول ها در دارورسانی هدفمند می باشد. پیچیدگی سیستم زیستی و مکانیسم ساخت نانو کپسول ها – روش وارد نمودن داروها به درون آنها برای ایجاد اثرات فیزیولوژیکی گوناگون همگی زمینه ساز تحقیقات امروزه را فراهم میکند. بطور مثال میتوان نانو کپسولهای پلیمری را در اندازه ها و اشکال مشخص تولید کرد و با جایدهی یک مولکول خاص در دیواره این نانو کپسولها آنها را کارکردی کرد. که این یک سیستم داروسارزی هدفمند را طراحی میکنم و وقتی به یک زیست مولکول خاص رسید محتوی نانو کپسول را ازاد می کنم بهترین مثال دارورسانی با نانو کپسول ها – پروتئین هایی هستند که به سرعت در بدن تجزیه میشوند. از کاربردها دیگر نانو کپسولها رسانش مواد شیمیایی جهت مصارف کشاورزی و صنعت مواد آرایشی می باشند. این مواد میتوانند رهایش مواد به درون پوست یا مو را به تأخیر انداخته یا از موادی باشد که در برابر محیط بیرون محافظت کنند یا به عنوان عوامل شناسایی در علوم حیات استفاده کرد.

6- مواد نانو حفره ای:

مواد نانو حفره ای دارای حفراتی کوچکتر از 100 نانومتر هستند دیواره سلولها مملو از غشاهای نانوحفره ای است. در حال حاضر صنعت نفت و دیگر صنایع سالها از مواد نانو حفره ای طبیعی موسوم به زئولیتها بعنوان کاتالیست سود جسته اند. سطح ویژه این مواد نانوساختاری بالا میباشد لذا جذب سطحی قابل توجه است (سطح ویژه معمولاً درحد چند صد متر مربع بر گرم است.)

(علاوه بر اثرات کاتالیزوری) قرار دادن مواد درون نانو حفرات موجب تغییر گوناگونی در خواص آن می شود. از دیگر کاربردهای جالب توجه حفرات دارای اندازه مشخص توانایی آنها در اجازه عبور دادن به برخی مواد و ممانعت از بقیه می باشد.

راههای بسیار زیادی برای ساخت مواد نانو حفره ای وجود دارد مثلا موادی را از یک جامد استخراج و حفراتی در آن بوجود آورد، یا مخلوطی از پلیمرها را با حرارت دهی بصورت جامدات نانو حفره ای در آورد، روش سل ژل یا روش انروزلها (انتشار یک گارد در یک ژل به جامدی بسیار سبک تبدیل می شود روش پرتویونی و با استفاده از روش نور ماوراء بنفش (مولکولها را در لایه نازک سیلیکای شکنه (دانشگاه هاروارد – دانشگاه نیومکزیکو)

از کاربردهای فیلتراسیون غشایی برای خالص سازی آب- خالص سازی داروها و آنزیم ها و فرایند تولید نیمه هادی میتوان نام برد که ارزش بازار یابی آن صدها میلیون دلار است. یک سیستم انسولین رسانی حاوی سلولهای لوزالمعده موش در یک ماده نانو حفره ای است که می تواند از سلولها در برابر سیستم ایمنی بدن محافظت کرده به گلولز اجازه ورود و به انسولین اجازه خروج می دهد. ساختن نیروهای حالت جامد از سیلیکون نانو حفره ای ایده های ایده آل اند و تاکنون مراحل مقدماتی آن انجام شده (دانشگاه پوردو)

7- نانوالیاف:

نانوالیافهای کربنی، جامد و توخالی با چند میکرون طول و100 نانومتر قطر مصارفی در مواد کامپوزیت و روکشها دارند. که موجب افزایش استحکام و رسانا سازی بالقوه مواد می شوند. در این فناوری مایعات بار دار شده به صورت جریانهای کوچک به درون یک میدان الکتریکی کشیده می شوند که بعداً به صورت الیاف پلیمریزه می شوند. مواد دیگر مثل نانو ذرات و حتی نانو لوله ها را میتوان در این الیاف جای داد.

این الیاف بر اثر نیروهای الکترواستاتیک، ویروسها و دیگر ذرات را به خود می چسبانند پس در زیست فیلتراسیون برای الودگی زدایی به کار می روند. این الیاف با فرایند سل ژل و حرارت دهی بعدی خلق می شوند.

البسه ساخته شده از نانو الیاف به عبور هر چیزی غیر از مولکولهای بسیار کوچک مقاوم اند و در پوشاک مقاوم به مواد شیمیایی مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین توانایی آنها در اجتناب از آب، روغن به لباسهای ضد لک مشهور خواهد شد. (کره جنوبی20 میلیون دلار به مدت9 سال سرمایه گذاری کرده است. )

8- نانوسیم ها :

در راستای دستیابی به قطعات الکترونیکی نانو مقیاس، برای اتصال دهی آنها به سیمهای نانو مقیاس نیاز داریم. نانو سیمها می توانند همچون حافظه باشد. سه راه عمده برای ساخت نانو سیمها عبارتند از:

الف- استفاده از لیتوگرافی یا چاپ روی یک سطح با تیوکساهای میکروسکوپی نیروی اتمی.

ب- استفاده از فرآیند شیمیایی در یک محیط گازی یا مایع، مثلا روی یک سطح جایی بوسیله میدان الکتریکی و یا یک سیال طراحی کرد.

ج- روش خودآرایی برای رشد مستقیم یک نانو سیم روی یک سطح

نانو سیمها می توانند از فلزات، نیمه هادی چون سیلیکون و گالیم و یا از جنس مواد الی باشند. در این زمینه مقاله ای ارائه شده که از نانوسیمها به عنوان آشکارهای شیمیایی و زیستی می توان استفاده کرد . در دا نشگاه کالیفرنیا قابلیت یک نانوسیم پلیمری برای آشکار سازی مقادیر ناچیز مواد منفجره را بررسی نموده است. این آشکار سازی حاصل از تشعشع سیمها تحت نور ماوراء بنفش است که تحت تاثیر مقدار اندکی TNT اثر آن متوقف می شود. نانوسیمها در سیستم میکرو آنالیز، تجهیزات آشکار سازی رادیویی سیستم بینایی در شب و شناسایی معدن دارند.

9- فولرین ها :

فولرین ها قفس هایی با شبکه کروی از 60 اتم کربن آرایش یافته بصورت شش ضلعیها و پنج ضلعی های بهم زنجیره شده (مثل توپ فوتبال) هستند.(جایزه نوبل در سال1996 برای کشف این ساختار بود.)

نانو لوله های کربنی از رول شدن صفحات گرافیتی حاوی آرایه های شش ضلعی کربنی به صورت لوله ایجاد می شوند دارای خواص و روش تولید مشابه با فولرینها هستند. اولین روش تولید آن بدین صورت بود که: 150 آمپر از یک میله کربنی عبور داده و دوده با بنزن استخراج می شود که محلول ارغوانی حاصل حاوی C60 است. فولرینها (باکی بالها) از نظر فیزیکی مولکولهای بیش از حد قوی هستند.

و قادرند فشارهای بسیار زیاد را تحمل کنند. پس از تحمل3000 اتمسفر فشار به شکل اولیه خود منبسط می شوند نیروهای آن به جای پیوند شیمیایی با نیروهای بسیار ضعیف واندروالس بهم می چسبند که مشابه نیروهای نگهدارنده لایه های گرافیت است این مسئله موجب میشود باکی بالها دارای قابلیت روان کنندگی شوند.

وارد کردن مقادیر اندک از آنها در یک ماتریس پلیمری استحکام را بالا و دانستیه آن را پایین می آورد. اگر برخی از اتمهای کربن باکی بال را با نیتروزن جایگزینی کرده موجب پیوند آنها با هم به صورت ماده ای سخت اما الاستیک شدند. تحمل بالای سیستمهای زیستی به کربن باعث قابلیت بالای باکی بالها در مصارف پزشکی شود هر چه در باکی بال قرار داده شود بخوبی در برابر بدن محافظت میشود نکته خیلی مهم این است که باکی بالها به اندازه کافی کوچک هستند که از کلیه بدن عبور کرده و دفع می شوند. از دیگر ویژگی باکی بالها توانایی آنها برای درمان عفونتHIV  (HIV پرونتاژ هدف داروهای موجود ایدز است.)

قیمت کنونی فولرینها حدود20 دلار برگرم است که این قیمت برای مصارف پزشکی مناسب ولی برای مواد کامپوزیت مناسب نیست. شرکت میتسوبیشی در2004 تولید سالانه به مقدار1500 تن رسانده است.

توانایی دیگر وارد نمودن عناصر رادیواکتیو به درون باکی بالها جهت رسانش مواد به سلولهای سرطانی بدن میباشد اگر بتوان اتمهای فلزات مغناطیسی به درون باکی بالها فرستاد میتوان در تصویر برداری تشدید مغناطیسی برای دیدن درون بدن استفاده کرد.

10- نانو لوله های کربنی :

نانولوله های کربنی در واقع لوله هایی از گرافیت میباشد گرافیت شکلی از کربن است که از لایه های حاوی آرایش های شش ضلعی حاوی اتم کربن است یک خصوصیت مشهور آنها استحکام کششی برجسته آنهاست. (100 گیگا پاکسال)100 برابر محکم تر از فولاد که این تنها براثر نیروهای ضعیف واندروالس. نانولوله ها به مواد دیگر براحتی نمی چسبند که بااصلاح شیمیایی نانولوله ها میتوان در مواد کامپیوزیت جدید که نسبت استحکام به وزن آن زیاد است استفاده نمود. خواص الکتریکی نانولوله ها دامنه وسیعی از کاربردهای این مواد است. (پروژه مطالعاتی دانشگاه کالیفرنیا) 

یکی از خواص نانولوله های کربنی نشر میدانی است (یعنی تحت تاثیر  میدان الکتریکی از خود الکترون منتشر می کند) یک تیم مشترک در فرانسه و کمبریچ در انگلستان با رشد نانولوله های کربنی درون حفره های یک لایه که کنترل نشر الکترون را به عهده داشت دریچه جدیدی از کاربردها این مواد را تجربه نمودند.

در سال 2001 پژوهشی از احتمال ابر رسانی نانولوله ها در دمای اتاق حکایت کرد. اگر چنین چیزی عملی شود صنعت انتقال نیرو با تغییرات عظیمی روبرو خواهد شد. نانولوله ها برای نگهداری هیدروژن کربنها جهت استفاده از پیلهای سوختی مورد مطالعه قرار داد. ( NEC از تولید یک پیل سوختی در سه سال آینده خبر داده) نانولوله ها قابلیت خود را برای دو برابر کردن ظرفیت باندهای قابل شارژ لیتیوم بجای گرافیت نشان داده است.

روشهای ساخت نانو لوله ها کربنی عبارتند از :

الف- تخلیه قوس الکتریکی:

ب- از لیزر برای تبخیر هدف گرافیتی در کوره ای به دمای C 12000 حاوی هلیوم و نیتروژن با فشار بالا می توان استفاده کرد.

پ- رسوب دهی شیمیایی بخار به کمک حرارت[روش CVD]

د- رسوب دهی شیمیایی بخار به کمک پلاسما [روش CVD]

هـ- رشد فاز بخار

د- الکترولیز

پ- سنتوشعله

11- الماسواره‌ها :

یکی از مهمترین کلاس‌های نانومواد که اخیرا به خواص ویژه آن پی برده شده الماسواره‌ها است. الماسواره‌ها (2nm>)موادی آلی با ساختاری شبیه به الماس هستند ساختار كریستالی، متقارن، با قابلیت انعطاف‌پذیری، ایزومر و پلیمریزه شدن و پایداری دمایی بالا، سبب تمایز این مواد از دیگر مواد آلی گشته است تا حدی كه از آنها به عنوان آجرهای ساختمانی در فناوری نانو نام برده می‌شود.

آدامنتان ؛ نخستین الماسواره كشف شده؛ سبكترین گونة آنها (1nm>) با فرمول مولكولی C10H16 است. فرمول مولكولی عمومی الماسواره‌ها C4n+6tt4n+12 است. (n تعداد منتانها است). گونه‌های مختلف الماسواره‌ها چون دیانتان،تریا، تترا، پنتا، هگزا، هپتا، اكتا، نونا، دكانتان، از اتصال قفسه‌های آدانتان به یكدیگر ساخته شده است. آدانتان و دیامنتان و تریامنتان، الماسواره‌های سبك و دیگر منتان‌ها الماسواره‌های سنگین نامیده می‌شود.

الماسواره‌ها‌ در مخازن عمیق نفت و گاز در فشار بیشتر از psi2000 و دمای بالاتر از oF 200 تشكیل می‌شوند. غلظت الماسواره‌ها در مخازن گازی بیشتر از مخازن نفتی است. الماسواره‌های سبك بیشتر در گاز و الماسواره‌های سنگین با توجه به ساختارشان بیشتر در میعانات گازی وجود دارند.

نسل اول تاسال 2000: نانوساختارهای غیر فعال

الف) نانوساختارهای فازهای پراکنده یا تماسی (مثال: آئروسول ها و کلوئیدها)

ب) نانوساختارهای تولیدی کمکی (مثال: لایه ها، نانوذرات فلزی، پلیمرها، سرامیکها)

نسل دوم دتاسال2005: نانوساختارهای فعال

الف) زیست فعال ها با اثرات درمانی (مثال: ادوات زیستی، داروهای هدفیاب)

ب) مواد فعال فیزیکی-شیمیایی (مثال: ترانزیستورهای سه بعدی، فعال سازهای تقویت کننده)

نسل سوم تاسال 2010: نانوسیستم ها

مثال: چیدمانی هدایت شده، روبوتیک در مقیاس نانو

نسل چهارم تاسالهای2020-2015: نانوسیستم های ملکولی

مثال: ادوات ملکولی با طراحی اتمی

دیدگاه

در این مقاله به معرفی مختصر فناوری نانو و نگاهی به کاربردها و اقسام محصولات آن پرداختیم. از آنجا که نانوفناوری مهمترین عنصر فناوری‌های پیشرفته در دهه‌های آینده است و کشورمان نیز فعالیت‌های مناسبی را در راه توسعه آن آغاز کرده، بخش دانش و فناوری سایت تبیان قسمتی از فعالیت‌های اطلاع‌رسانی خود را به این مقوله مهم فناوری اختصاص داده است. در مقالات آینده سایت به بررسی دیدگاه‌های مختلف در مورد این فناوری و کاربردهای روز افزون محصولات آن خواهیم پرداخت.

  پی نوشت:

1-  Richard Feynman

2-  Nanotechnology

3-National Nanotechnology initiative

 

منابع:

1-http://www.azad.ac.ir/

2-فاطمه سادات سکوت و همکاران؛ نانوساختارهای آلی در نفت، فرصت طلایی صاحبان ذخایر هیدروکربنی در توسعه نانوفناوری

3-ویکی پدیادانشنامه ی آزاد

4- http://www.crnano.org/whatis.htm

پيچنده فضايي(۱)

 

8 آبان 1386 / 30 اکتبر 2007 - اگر شما بخواهید به ستارگان دوردست سفر کنید، چه راه هایی در پیش رو دارید؟ توجه کنید که فاصله نزدیکترین ستاره به ما (بجز خورشید) حدود 4.28 سال نوری است. پس یک سفر رفت و برگشت به آنجا با سرعت نزدیک به نور بیشتر از 8 سال از دید یک بیننده زمینی به درازا میکشد. ماجرا برای ستاره های دیگر و منظومه ها و کهکشانهای دورتر بسیار جالب تر است. اگر بخواهیم به آنجاها برویم باید سالها (ده ها، صدها، هزاران، و بلکه میلیونها سال) در راه باشیم؛ تازه اگر سرعت سفینه ما در همه راه نزدیک سرعت نور باشد، چون به خود سرعت نور که نمیتوانیم برسیم. پس اگر بخواهیم روزی به آنجا برویم باید چه کرد؟ اصلا اگر کسی بخواهد زودتر به مقصدی برسد باید چه کار کند؟ یک راه آنست که سرعت وسیله نقلیه اش را زیادتر کند. همین؟ راه دیگری نیست؟ شاید راه دیگر آن باشد که مسافت مورد نظرش را کوتاه تر کند!

 

تصور كنيد اگر راندن در يك جاده كوهستاني براي شخصي مثلاً هشت ساعت طول بكشد، شايد يافتن يك تونل در آنجا، زمان لازم براي پيمودن اين مسير را به ده دقيقه كاهش دهد. پس اگر كسي با دوستانش قرار بگذارد كه اين مسير را برود و سپس به آنها اطلاع دهد كه به مقصد رسيده و آنها هم از داستان آن تونل فرضي آگاهي نداشته باشند، شايد بتواند براي دوستانش چنين وانمود كند كه راه هشت ساعته را چنان تند پيموده كه ده دقيقه اي رسيده!

اما مگر ميشود كه در هر شرايطي فاصله فيزيكي را چنان كوتاه كرد كه زودتر به مقصد برسيم؟ مگر ميشود در هر شرايطي ميانبر پيدا كرد؟ پاسخ دانش فيزيك به اين پرسش آري است.

براي شكافتن بهتر موضوع بهتر است كمي درباره نيروي گرانش (جاذبه) بگوييم. در افسانه ها ميگويند كه نيوتن با افتادن سيبي به سرش قانون گرانش را كشف كرد. او فكر كرد كه چرا سيب بالا نميرود و پايين ميايد؟ او پي برد كه اگر هر جسمي را با سرعت به اندازه كافي به هوا پرتاب كنيم، با شتاب ثابتي و در يك مسير راست به زمين برميگردد. پس ميتوان گفت كه كشش زمين و جسم دليل اين رويداد است. از آن پس دانش فيزيك پيشرفت كرد و دانشمندان فهميدند كه حركت سيارات به دور خورشيد هم از همين گونه است. گرچه به خاطر جرم زياد سيارات و خورشيد و مسافت زياد ميان آنها، خورشيد نميتواند آنها را در يك مسير راست به سوي خود بكشد و آنها روي خورشيد نمي افتند. پس با اينكه گرانش همان گرانش است و نيروي تازه اي در كار نيست، اما در اينجا كمي پيچيده تر خود را نشان ميدهد و اثر گذاري آن از حركت ساده و سقوط راست اجسام بر روي زمين، به حركت پيچيده و چرخشي سيارات گرد خورشيد با سرعتها و دوره هاي تناوب و ... متفاوت تبديل شده. پس ميتوان اينگونه نتيجه گيري كرد كه در شرايط پيچيده تر، گرانش ميتواند اثر گذاريهاي پيچيده تري را به بار دهد.

در اينجاي داستان لازم است نگاه خود را از دستاورد نيوتن به دستاورد انيشتين تغيير دهيم. نظريه نسبيت عام انيشتين گرانش نيوتن را كامل كرد و يك برداشت متفاوت از آنرا به دست داد. نظريه انيشتين گفت كه هنگام سخن از نيروي گرانش، چيزي چيزي را به سوي خود نميكشد، بلكه جرم ها فضا را به گونه اي خم ميكنند كه حركت اجسام ناشي از نيروي گرانش (آن گونه كه ما مي بينيم) در واقع سقوط آزاد آنها در يك فضاي خميده است. پس زمين سيب را به سوي خود نميكشد، بلكه نيروي گرانش كره زمين فضاي پيرامون اين سياره را جوري خم كرده كه هر جسمي بسته به ويژگي هايش (جرم، سرعت، ...) در اين فضاي خميده حركت ميكند. خورشيد هم طوري فضاي منظومه شمسي را خم كرده كه هر سياره ناگزير بايد گرد آن بچرخد. براي تجسم بهتر به سوراخ چاه حمام نگاه كنيد كه چطور آب و كفها را به سوي خودش ميكشد، طوري كه اگر هر چيزي همراه آنها باشد (مثلاً يك سوسك!) به گرد سوراخ چاه ميچرخد و ميچرخد و سرانجام به درون سوراخ ميريزد. خورشيد نيز چنين ميكند، اما خوشبختانه سيارات به اين زوديها به آن نزديك نميشوند و تنها پس از ميلياردها سال است كه ما هم مانند كفهاي درون حمام به درون خورشيد كشيده ميشويم.
به هر حال، ميخواستم اين را بگويم كه نيروي گرانش ميتواند حركتهاي پيچيده اي را نتيجه دهد، حركت راست و حركت چرخشي. همه چيز به سيستم مورد مطالعه بستگي دارد؛ اينكه جرمها چه اندازه اند و چه ويژگيهايي دارند (سرعت، شتاب، اندازه حركت، اندازه حركت زاويه اي، ...) و چه مسافتي از هم دارند و مانند اينها. بر پايه نسبيت عام انيشتين، هر چه سيستم مورد مطالعه پيچيده تر باشد، ميتواند فضاي پيرامونش را پيچيده تر خم كند. اما آيا ميتوان طوري پيچيدگي را بالا برد كه خميدگي فضاي اطراف به كم شدن فاصله ميان دو مكان بيانجامد؟ در مثال جاده كوهستاني با زدن تونل از دل كوه، ميشد كه بگوييم مسير (بهتر بگوييم: مسير موثر و نه مسير واقعي) را كوتاه كرده ايم؛ انگار كه جاده كوهستاني جوري خم شده كه آغاز و پايانش همان آغاز و پايان تونل شده است. پس براي زودتر رسيدن بايد مسير دلخواه را طوري خم كنيم كه ابتدا و انتهايش در يك مسير فشرده شده و كوتاه شده قرار بگيرد. اگر بتوانيم تا اين اندازه پيچيده كار كنيم و فضا را خميده در بياوريم، خواهيم توانست مسير را كوتاه كنيم و سرعت موثر پيمودن در آنرا افزايش دهيم.

معادلات نسبيت عام انيشتين ميگويند كه چنين كاري شدني است و اگر شما مسير مورد نظر و ويژگي هاي خمش آنرا به معادلات بدهيد، معادلات به شما ويژگي هاي آن سامانه از جرمها را ميدهند.

دانشمندان سالها روي اين موضوع كار كرده اند و به پاسخ هايي از معادلات ميدان گرانش نسبيت عام دست يافته اند كه ميتوانند كوتاه كردن مسير را براي ما به بار دهند.

دو دسته از پاسخها كه بيشترين كار روي آنها انجام پذيرفته، متريكهاي كرمچاله گذرپذير و حامل پيچشي ميباشند. در مدل يك كرمچاله گذرپذير استاتيك و كروي-متقارن، ميتوان با گذر از گلوگاه كرمچاله، از يك دهانه در يك فضاي مجانبي-تخت، به يك فضاي مجانبي-تخت ديگر رفت كه در فاصله ي به اندازه بسنده دوري قرار دارد. اينگونه كه بر ميايد، محدوديتي در برد اين سامانه نيست! پس هر دو جا در يك جهان يا دو جهان را ميتوان به هم پيوند داد. اما بررسيهاي بيشتر نشان داده اند كه چنين هندسه زمختي، نياز به مقادير زمختي از ماده شگفت يا به زبان فني تر: ماده ناقض شرط انرژي ميانگين پوچ، را به همراه مياورد.

پيوستگي مولفه هاي متريك چنان است كه گريزي براي رسيدن به يك ساختار خوشرفتار نيست. چنانكه اگر اندازه انرژي كاهش يابد، كاهش شعاع گلوگاه را به بار ميدهد؛ يا اندازه فاصله ميان دهانه تا گلوگاه را به مقادير حدي ميل ميدهد. پس بايد رهيافت رقيق سازي هندسه را برگزيد. يعني روي هر مولفه از متريك خام نخستين چنان كار ميكنيم كه - در دامنه ي توانش - به تمركززدايي چگالي انرژي در فضازمان پيرامونش كمك كند.

يكي از بهترين گزينه ها رفتن به سوي بي تقارني در اسكلت متريك است، به هدف آنكه به جز مولفه هاي قطر تانسور ماده-انرژي (كه چهار تا هستند)، هر شانزده مولفه اين تانسور باري از ماده شگفت همبسته را به دوش بگيرند و فشار ضريب كلان اندازه انرژي بجاي چهار مولفه، در پشت شانزده مولفه پخش شود. پيچيدگي رياضي چنين رهيافتي بسيار بالاست و بي ترديد نيرومندترين راهكار پرداختن به آن، به كار بردن تقريبهاي عددي و مانند سازيهاي رايانه اي است. بزرگترين گامي كه در اين راه تاكنون برداشته شده، رفتن از هندسه متقارن-كروي به هندسه متقارن-محوري بوده است.

ديگر گزينه ديناميك سازي هندسه است. يعني بگذاريم هندسه در زمان جريان بيابد و تمركز زمخت ماده شگفت "جاري" شود. گرچه در جهان واقعي هم رودخانه زمان هميشه به جلو در پيش ميرود.

گزينه ديگر افزودن چرخش به توابع ريخت و جابجايي به سرخ در متريك است كه بخشي از انرژي همبسته را به خود جذب ميكند و آنرا كاهش ميدهد.

و همچنين گزينه ديگر افزودن بار الكتريكي به متريك است كه با برپايي بر هم كنش ميان ميدانهاي الكترومغناطيسي و گرانشي ميتواند بر هندسه اثرگذار باشد. با فناوري كنوني، اين كاراترين راهكار رقيق سازي هندسه كرمچاله است.

همه گزينه هاي بالا در جبهه اي به نام كار روي سمت چپ معادلات ميدان نسبيت عام و كار روي هندسه ي بهتر جاي ميگيرند. اما جبهه دومي هم در كار است كه همان كار روي سمت راست معادلات ميدان و كار روي انرژي بيشتر نام دارد.

ادامه دارد ... منبع:شبكه فيزيك هوپا

تصاويري فوق العاده زيبا از انفجار بمبهاي اتمي

 

ادامه نوشته

هشت موضوع شگفت انگيز از زندگي آلبرت آينِشتاين

<sup>هشت موضوع شگفت انگيز از زندگي آلبرت انيشتن، كه شما هيچ گاه آنان را نمي دانستيد. بله،همگي ما مي دانيم كه انيشتن اين فرمول[e=mc2] را كشف كرد. اما واقعيت آن است كه چيز هاي كمي در مورد زندگي خصوصي اش مي دانيم،خودتان را بااين هشت مورد،شگفت زده كنيد!

1-اوبا سر بزرگ متولد شد</sup>

<sup>وقتي انيشتن به دنيا آمد او خيلي چاق بود و سرش خيلي بزرگ تا آنجايي كه مادر وي تصور مي كرد، فرزندش ناقص است،اما او بعد از چند ماه سر و بدن او به اندازه هاي طبيعي بازگشت.

2-حافظه اش به خوبي آنچه تصور مي شود، نبود</sup>

^{مطمئنا انيشتن مي توانسته كتابهاي مملو از فرمول و قوانين را حفظ كند،اما براي به ياد آوري چيز هاي معمولي واقعا حافظه ضعيفي داشته  است. او يكي از بدترين اشخاص در به ياد آوردن سالروز تولد عزيزان بود و عذر و بهانه اش براي اين فراموشكاري، مختص دانستن آن [تولد ]براي بچه هاي كوچك بود.}

 

 ^{3-او ازداستانهاي علمي-تخيلي متنفر بود}

<sup>انيشتن از داستانهاي تخيلي بيزار بود. زيرا كه احساس مي كرد ،آنها باعث تغيير درك عامه مردم ازعلم مي شوند و در عوض به آنها توهم باطلي از چيز هايي كه حقيقتا نمي توانند اتفاق بيفتند ميدهد.

به بيان او "من هرگزدر مورد آينده فكر نمي كنم،زيراكه آن به زودي مي آيد. به اين دليل او احساس مي كرد كساني كه بطور مثال بشقاب پرنده ها را مي بينّند بايد تجربه هايشان را براي خود نگه دارند.

4-او در آزمون ورودي دانشگاه اش رد شد</sup>

<sup>درسال 1895 در سن 17 سالگي،انيشتن كه قطعا يكي از بزرگترين نوابغي است،كه تا كنون متولد شده،در آزمون ورودي دانشگاه فدرال پلي تكنيك سوييس رد شد.

در واقع او بخش علوم ورياضيات را پشت سر گذاشت ولي در بخش هاي باقيمانده، مثل تاريخ و جغرافي رد شد.وقتي كه بعدها از او در اين رابطه سوال شد؛او گفت:آنها بي نهايت كسل كننده بودند، و او تمايلي براي پاسخ دادن به اين سوالات را در خود آحساس نمي كرد.</sup>

^{5 علاقه اي به پوشيدن جوراب نداشت-انيشتن}

<sup>انيشتن در سنين جواني يافته بود كه شصت پا باعث ايجاد سوراخ در جوراب مي شود.سپس تصميم گرفت كه ديگر جوراب به پا نكند و اين عادت تا زمان مرگش ادامه داشت.

علاوه بر اين او هرگز براي خوشايند و عدم خوشايند ديگران لباس نمي پوشيد، او عقيده داشت يا مردم اورا مي شناسند و يا نمي شناسند.پس اين مورد قبول واقع شدن[آن هم از روي پوشش] چه اهميتي ميتواند داشته باشد؟</sup>

^{6-او فقط يكبار رانندگي كرد}

<sup>انيشتن براي رفتن به سخنراني ها و تدريس در دانشگاه، از راننده مورد اطمينان اش كمك مي گرفت. راننده وي نه تنها ماشين اورا هدايت مي كرد، بلكه هميشه در طول سخنراني ها در ميان،شنوندگان حضور داشت.

انيشتن، سخنراني مخصوص به خود را انجام مي داد و بيشتر اوقات راننده اش، بطور دقيقي آنها را حفظ مي كرد.

يك روز انيشتن در حالي كه در راه دانشگاه بود، باصداي بلند در ماشين پرسيد:چه كسي احساس خستگي مي كند؟
راننده اش پيشنهاد داد كه آنها جايشان را عوض كنند و او جاي انيشتن سخنراني كند،سپس انيشتن بعنوان راننده او را به خانه بازگرداند.

عدم شباهت آنها مسئله خاصي نبود.انيشتن تنها در يك دانشگاه استاد بود، و در دانشگاهي كه وقتي براي سخنراني داشت، كسي او را نمي شناخت و طبعا نمي توانست او را از راننده اصلي تمييز دهد.

او قبول كرد، اماكمي ترديد در مورد اينكه اگر پس از سخنراني سوالات سختي از راننده اش پرسيده شود، او چه پاسخي خواهد داد، در درونش داشت.

به هر حال سخنراني به نحوي عالي انجام شد، ولي تصور انيشتن درست از آب در آمد.دانشجويان در پايان سخنراني انيتشن جعلي شروع به مطرح كردن سوالات خود كردند.

در اين حين راننده باهوش گفت "سوالات بقدري ساده هستند كه حتي راننده من نيز مي تواند به آنها پاسخ گويد"سپس انيشتن از ميان حضار برخواست وبه راحتي به سوالات پاسخ داد،به حدي كه باعث شگفتي حضار شد.

7-الهام گر او يك قطب نما بود</sup>

^{انيشتن در سنين نوجواني يك قطب نمابه عنوان هديه تولد از پدرش دريافت كرده بود.
وقتي كه او طرز كار قطب نما را مشاهده مي نمود، سعي مي كرد طرز كار آن را درك كند. او بعد از انجام اين كار بسيار شگفت زده شد.بنابر اين تصميم گرفت علت نيروهاي مختلف در طبيعت را درك كند.}

^{8-راز نهفته در نبوغ او}

<sup>بعد از مرگ انيشتن در 1955 مغز او توسط توماس تولتز هاروي براي تحقيقات برداشته شد.
اما اينكار بصورت غير قانوني انجام شد.بعدها پسر انيشتن به او اجازه تحقيقات در مورد هوش فوق العاده پدرش را داد.
هاروي تكه هايي از مغز انيشتن را براي دانشمندان مختلف در سراسر جهان فرستاد. از اين مطالعات دريافت مي شود كه مغز انيشتن در مقايسه با ميانگين متوسط انسانها،مقدار بسيار زيادي سلولهاي گليال كه مسئول ساخت اطلاعات هستند داشته است.همچنين مغز انيشتن مقدار كمي چين خوردگي حقيقي موسوم به شيار سيلويوس داشته، كه اين مسئله امكان ارتباط آسان تر سلولهاي عصبي را بايكديگر فراهم مي سازد.

علاوه بر اينها مغز او داراي تراكم و چگالي زيادي بوده است و همينطور قطعه آهيانه پاييني داراي توانايي همكاري بيشتر با بخش تجزيه و تحليل رياضيات است.</sup>

 

 

صدا

 ۱: دربارۀ صدا
 برای اینکه بفهمیم صدا چیست ، نگاهی به نقطه های قرمز پائین بیندازید و تصور کنید این نقطه ها آدمند که شانه به شانۀ هم ایستاده اند و شما دارید از بالا به آنها نگاه می کنید . چیزی که از بالا می بینید ، سرِ آدم هاست . اگر آدم اولی ناگهان به سمت راست خودش ، یعنی به آدم دومی فشار بیاورد ، چه اتفاقی می افتد؟

آدم اولی که به آدم دومی ضربه می زند ، "چرخۀ واکنش" به وجود می آید ، چون همه^ء آدمها به هم خیلی نزدیک هستند . 1 ، 2 را هل می دهد ، وقتی 1 آرام گرفت ، 2 ، 3 را هل می دهد. وقتی 2 آرام گرفت ، 3 ، 4 را هل می دهد و همین طور تا آخر. این حرکت چیزی شبیه " حرکت موجی" طرفداران تیم ورزشی در استادیوم است. " هل دادن " ظاهراً حرکتی به سمت راست دارد ، حرکتی در امتداد خط آدمها.
می توانید ببینید. " موج " این حرکت را ایجاد می کند ؟ موج از آدم اول ( که اولین بار هل داده شده ) شروع می شود و به سمت راست می رود ، تا انتهای خط آدمها. وقتی آخرین نفر آرام می گیرد ، موج متوقف و تمام می شود.
این صحبت ها با مبحث " صدا چیست " چه ارتباطی دارد؟ خب ، تصور کنید نقطه های قرمز مولکول های هوا هستند ، و موج می تواند بیشتر در هوا پخش شود....

2 : اصوات : موج منبسط می شود.

در اینجا موجی با دو جهت داریم. تصور کنید نقاط قرمز، مولکول های هوا هستند . وقتی "play" را فشار دهید ، ناگهان نقطۀ زرد مرکز منبسط می شود و دوباره به حالت اول بر می گردد. این نقطه به هنگام انبساط ، مولکول های هوا را که کاملاً آنها را احاطه کرده ، فشار می دهد . در این لحظه است که "موج" شروع می شود.

اگر این اتفاق را به دقت نگاه کنید ، متوجه تشکیل موج می شوید ، زیرا این مولکول هوا فشار را می گیرد و به مولکول بعدی خود منتقل می کند . وقتی مولکول هوا به حالت اول بر می گردد ، موج رد می شود.
بسیار خب ، بالاخره " صدا چیست ، و ما چگونه می شنویم " ...

 ۳: چگونه می شنویم
یک بار دیگر ، تصور کنید نقطه های قرمز مولکول های هوا هستند . یک گوش هم همین نزدیکی است. نقطۀ زرد منبسط می شود و بعد به حالت اول برمی گردد و به این ترتیب موجی در مولکول های هوا ایجاد می شود. Play را فشار دهید تا این اتفاق را ببینید.

شنیدن ، موجی در هواست که به درون گوش فشار داده می شود ، مخصوصاً روی پردۀ صماخ. وقتی مجموعه ای از این موج ها روی پردۀ صماخ فشار داده شوند ، تُن صدا شنیده می شود. تعداد دفعاتی در ثانیه که یک موج روی پردۀ صماخ فشار داده می شود ، فرکانس صدا نامیده می شود . فرکانس صدا را با هرتز اندازه گیری می کنند که مخففش H_Z است.
این لینک را برای شنیدن صداهایی که فرکانس های متفاوتی دارند امتحان کنید.

ر4: تن های صافی بنوازید.
اینجا لینک هایی به شما معرفی می شود که در آنها شما می توانید تن صاف صدا را بشنوید . ما فایل هایmp3 درست کرده ایم و در آنها تن های صاف صدا گذاشته ایم. وقتی دارید به یک تن گوش می دهید ، به خاطر داشته باشید ، بلندگوی کامپیوتر شما دارد مولکول های هوا را که نزدیک بلندگو است ، هل می دهد. این مولکول ها هم ، مولکول های بعدی نزدیک خود را هل می دهند و همین طور ادامه پیدا می کند تا هوای پردۀ صماخ شما هم فشار داده می شود ، حالا شما صدا را می شنوید.

100 هرتز	200 هرتز	300هرتز	400 هرتز	500 هرتز
600 هرتز	700 هرتز	800 هرتز	900 هرتز	1000 هرتز
2000 هرتز	3000 هرتز	4000 هرتز	5000 هرتز	10000 هرتز

5: صداهای ترکیبی
ثابت شده که هوا این قابلیت را دارد که نه تنها از یک موج ( تن صاف ) ، بلکه از موج های بی شماری در آن واحد حمایت کند. یعنی تن های صاف مختلفی می توانند با هم ترکیب شوند و همزمان با جریان هوا فرستاده شوند. موسیقی ، صحبت و صدای اضافی ( نویز ) به این ترتیب ایجاد می شود.
در اینجا دو لینک که در هر یک از آنها دو صدای ترکیبی وجود دارد ، معرفی می شود. می توانید صدای هر یک از افراد را بشنوید؟
یک صدای 100 هرتز و یک صدای 500 هرتز همزمان با
صدای 500 و 1000 هرتز  پخش می شود.

صداهای ترکیبی که در شماره گیر تلفن به کار می رود.
اگر روی صداهای زیر کلیک کنید ، صدای آشنایی می شنوید. شرکت تلفن ، از ترکیب های خاصی از تن ها استفاده می کند تا شما متوجه شوید که کلید تلفن تان را فشار داده اید. در واقع اگر گوشی تان را ( قسمتی را که در آن صحبت می کنید ) مقابل بلندگوی کامپیوترتان بگیرید و این تن ها را بزنید ، به تلفن تان کلک زده اید و فکر می کند شما واقعاً ارقام مطابق را فشار داده اید.

صداهای 687 و 1209 هرتز 
شرکت تلفن ، طوری برنامه ریزی کرده که وقتی کلید رقم 1 را فشار می دهید ، ترکیبی از تن 687 هرتزی و 1209 هرتزی را بشنوید. ( یادتان باشد ، H_Z همان هرتز است که تعداد موج ها در یک ثانیه است. )
صداهای 687 و 1336 هرتز 
صداهای 687 و 1477 هرتز

منبع :sphysics.blogfa.com

يك سوال فيزيك !

"توضيح دهيد که چگونه مي توان با استفاده از يک فشارسنج ارتفاع يک آسمان خراش اندازه گرفت؟"

سوال بالا يکي از سوالات امتحان فيزيک در دانشگاه کپنهاگ بود.

يکي از دانشجويان چنين پاسخ داد: "به فشار سنج يك نخ بلند مي بنديم. سپس فشارسنج را از بالاي آسمان خراش طوري آويزان مي کنيم که سرش به زمين بخورد. ارتفاع ساختمان مورد نظر برابر با طول طناب به اضافه ي طول فشارسنج خواهد بود."

پاسخ بالا چنان مسخره به نظر مي آمد که مصحح بدون تامل دانشجو را مردود اعلام کرد. ولي دانشجو اصرار داشت که پاسخ او کاملا درست است و درخواست تجديد نظر در نمره ي خود کرد. يکي از اساتيد دانشگاه به عنوان قاضي تعيين شد و قرار شد که تصميم نهايي را او بگيرد.

نظر قاضي اين بود که پاسخ دانشجو در واقع درست است، ولي نشانگر هيچ گونه دانشي نسبت به اصول علم فيزيک نيست. سپس تصميم گرفته شد که دانشجو احضار شود و در طي فرصتي شش دقيقه اي پاسخي شفاهي ارائه دهد که نشانگر حداقل آشنايي او با اصول علم فيزيک باشد.

دانشجو در پنج دقيقه ي اول ساکت نشسته بود و فکر مي کرد. قاضي به او يادآوري کرد که زمان تعيين شده در حال اتمام است. دانشجو گفت که چندين روش به ذهنش رسيده است ولي نمي تواند تصميم گيري کند که کدام يک بهترين مي باشد.

قاضي به او گفت که عجله کند، و دانشجو پاسخ داد: "روش اول اين است که فشارسنج را از بالاي آسمان خراش رها کنيم و مدت زماني که طول مي کشد به زمين برسد را اندازه گيري کنيم. ارتفاع ساختمان را مي توان با استفاده از اين مدت زمان و فرمولي که روي کاغذ نوشته ام محاسبه کرد."

دانشجو بلافاصله افزود: "ولي من اين روش را پيشنهاد نمي کنم، چون ممکن است فشارسنج خراب شود!"

"روش ديگر اين است که اگر خورشيد مي تابد، طول فشارسنج را اندازه بگيريم، سپس طول سايه ي فشارسنج را اندازه بگيريم، و آنگاه طول سايه ي ساختمان را اندازه بگيريم. با استفاده از نتايج و يک نسبت هندسي ساده مي توان ارتفاع ساختمان را اندازه گيري کرد. رابطه ي اين روش را نيز روي کاغذ نوشته ام."

"ولي اگر بخواهيم با روشي علمي تر ارتفاع ساختمان را اندازه بگيريم، مي توانيم يک ريسمان کوتاه را به انتهاي فشارسنج ببنديم و آن را مانند آونگ ابتدا در سطح زمين و سپس در پشت بام آسمان خراش به نوسان درآوريم. سپس ارتفاع ساختمان را با استفاده از تفاضل نيروي گرانش دو سطح بدست آوريم. من رابطه هاي مربوط به اين روش را که بسيار طولاني و پيچيده مي باشند در اين کاغذ نوشته ام."

"آها! يک روش ديگر که چندان هم بد نيست: اگر آسمان خراش پله ي اضطراري داشته باشد، مي توانيم با استفاده از فشارسنج سطح بيروني آن را علامت گذاري کرده و بالا برويم و سپس با استفاده از تعداد نشان ها و طول فشارسنج ارتفاع ساختمان را بدست بياوريم."

"ولي اگر شما خيلي سرسختانه دوست داشته باشيد که از خواص مخصوص فشارسنج براي اندازه گيري ارتفاع استفاده کنيد، مي توانيد فشار هوا در بالاي ساختمان را اندازه گيري کنيد، و سپس فشار هوا در سطح زمين را اندازه گيري کنيد، سپس با استفاده از تفاضل فشارهاي حاصل ارتفاع ساختمان را بدست بياوريد."

"ولي بدون شک بهترين راه اين مي باشد که در خانه ي سرايدار آسمان خراش را بزنيم و به او بگوييم که اگر دوست دارد صاحب اين فشارسنج خوشگل بشود، مي تواند ارتفاع آسمان خراش را به ما بگويد تا فشارسنج را به او بدهيم!"

دانشجويي که داستان او را خوانديد، نيلز بور، فيزيکدان دانمارکي  بود.

 

منبع: http://www.mentors. ca/bohr.html 

ربات هواپيماساز

مرکز فني فترونيک ، آخرين آزمون هاي خود را براي توسعه و پيشرفت ربات سبک و بالارونده که توانايي انجام کارهاي دقيق را دارد، ارائه کرد.
اين ربات براي استفاده از بخش هوانوردي طراحي شده بود. علي رغم فناوري صنعتي بالاي اين بخش (هوانوردي) هنوز بخشهاي زيادي از مونتاژ در صنعت هوانوردي خودکار نيستند، با توجه به اين که اندازه هواپيما بزرگتر شده و نياز به توليد لوازم بزرگ و گرانقيمت است.
با توجه به اين مشکل فترونيک ، راه حلي را که تا حد زيادي جوابگو بوده و در مرحله مونتاژ اجزاي بنيادي هواپيما به نتيجه رسيد، طراحي کرد. (بخصوص بدنه و بالهاي هواپيما).
اين ، شامل يک ربات سبک ، قابل حمل و بالارونده بود که توانايي کار خودکار روي هواپيما را به تنهايي داشت. اين ربات براي انجام اعمال دقيق سوراخ کاري ، پرچ کردن و مونتاژ قطعات بود.
ربات مي توانست روي کليد حساس که وزنش را تحمل مي کرد، به وسيله مکش کار کرده و بر روبناي سازه حرکت کند و با متعادل کردن خود روي خميدگي بدنه هواپيما عمل سوراخ کاري را با سرعت 8 سوراخ در دقيقه انجام دهد.
اين طراحي ، يک سيستم بصري را که قادر به جهت يابي خودکار در مناطق کاري و تغيير در زمانهاي صحيح در برنامه کاري بود، درهم آميخت.
اين ربات مزاياي بزرگي همچون ارزان تر بودن ، کوچک تر و قابل انعطاف تر بودن نسبت به سيستم هاي توليدي رايج ارائه کرد و به همان سطح توليد و مقاومت در برابر لرزشهاي ناشي از سوراخ کاري دست يافت.
ايده روبوتيک فترونيک همچنين مي تواند در قسمتهاي ديگري نظير کشتي سازي و نظافت ساختماني مورد استفاده قرار گيرد.

مترجم: آتنا حسن آبادي
منبع: Sciencedaily

تست تمرکز

تست تمرکز

نظرتان در مورد یخچال هوشمند چیست؟ آیا تمایل دارید که یخچال شما مرتب از مواد غذایی موجود در آن به شما  گزارش دهد تا شما مجبور به باز کردن مکرر درب آن نباشید؟ اختراع جدید لابراتوار Kim Otto در دانمارک توانست یخچال هوشمندی را که مجهز به یک نمایشگر LCD است و به کمک یک PC کنترل می شود را به بازار عرضه کند. توانایی اتصال این PC به اینترنت و شبکه نیز از ویژگی های این محصول محسوب می شود. شما می توانید ایمیل و یا مسنجر خود را به این یخچال هوشمند بدهید و از آخرین وضعیت شیر، آبمیوه، گوشت و ... موجود در یخچال خود آگاه شوید.

نخستین اتومبیل با نیروی محرکه فشار هوا

اولین اتومبیل تجاری که با نیروی محرکه فشار هوا کار می کند در هند آماده تولید انبوه شده است. شرکت هندی Tata Motors موتور این خودرو را ساخته است. این خودرو که  City Cat لقب گرفته است بدون بنزین یا هرگونه ماده سوختنی دیگر حرکت می کند. فقط هوای فشرده. مخزن هوای این خودرو می تواند در ایستگاه های پمپاژ هوا پر شود یا در منزل با یک کمپرسور معمولی که به آن متصل می کنند. سرعت City Cat حداکثر به 68 مایل در ساعت معادل 110 کیاومتر بر ساعت می رسد و با یک بار پر کردن محفظه هوا 125 مایل یعنی 200 کیلومتر را طی می کند. به این ترتیب استفاده از این خودرو کاملا مقرون به صرفه است ضمن اینکه به کاهش آلودگی نیز کمک شایانی می کند. طراحان این خودرو مشغول اضافه کردن این قابلیت هستند که خودرو دوگانه سوز شود و بتواند در حین حرکت با یک سوخت دیگر مخزن هوای خود را پر کند. هزینه هر بار پر کردن مخزن هوای این اتومبیل تنها 2 دلار است و کمپرسور این خودرو در تمام ایستگاه های فروشنده های گاز برای خودرو ها وجود دارد و خودرو در چند دقیقه آماده حرکت است. در صورتی که به این ایستگاه ها دسترسی نداشته باشید می توانید دو شاخه خودرو را به برق بزنید و ماشین با کمپرسور داخلی خود مخزن را طی 4 ساعت پر می کند.

لامپ 110 ساله

لامپی که از سال  1901 تاکنون هنوز خاموش نشده!!!

این لامپ در یک آتش نشانی نصب شده و در عمر خود 2 بار آن هم به علت قطع برق خاموش شده.

لامپ مذبور توسط دنیس برنال پیشرو و مالک برق رسانی به لیورمور در سال 1901 هدیه داده شده است. این لامپ 5 سال قبل از زلزله بزرگ سانفرانسیسکو در سال 1906 روشنی بخش دفتر پلیس شهر و نیز ایستگاه آتش نشانی بوده است. این لامپ اکنون وقایع بسیاری را شاهد بوده و حتی جابجا هم شده است، در طول حیات آن حتی عده ای به عنوان یک طلسم به آن اعتقاد پیدا کرده اند.

 

Earth

 

              Movie 2                                  Movie 1 

  

 

استفان هاوکینگ در صفر گرانش

بدون شرح!

منبع http://myphysics.blogfa.com

علامت جدید نشان هشدار تابش هسته ای

آژانس بین المللی انرژی اتمی در ۱۵ فوریه ۲۰۰۷ علامت جدیدی را به عنوان نشان هشدار تابش هسته ای معرفی کرد:

همانطور که در شکل مشاهده مشود نشان جدید شامل امواج تابشی، جمجمه، استخوان های ضربدری و شخصی در حال دویدن میشود.

طرح این نشان به این دلیل اینگونه است که به هرکس در هرمکان این هشدار را بدهد که خطر مرگ به دلیل قرار گرفتن در معرض تابش یونیزه کننده وجود دارد و باید از آن محل دور شود.

نشان پیشین هشدار تابش هسته ای :

این نشان جدید بر روی گروه های مختلفی از مردم با سن های مختلف، سواد مختلف، جنس های مختلف تست گردیده و نتایج بسیار خوبی بدست آمده است.

نشان پیشین اولین بار در سال ۱۹۴۶ در آزمایشگاه تابش دانشگاه کالیفرنیا رویت شده بود.

منبع (آژانس بین المللی انرژی اتمی) :: نشان های هسته ای

منبع       http://myphysics.blogfa.com 

light,matter & energy

What's the fastest thing in the universe? If you said light, you're right! It takes us about 6 hours to fly from New York to California. Light can go there — and back — in 1/30 of a second!

It is a special kind of energy, called electromagnetic radiation, and it travels in waves.

 

Visible light waves come in different sizes: short ones look blue and long ones look red. All other electromagnetic radiation is invisible to our eyes — like the very long waves that can carry signals to radios.

Whatever the size, you won't find anything that goes faster than light. Why not? That's a light mystery that's kept scientists in the dark — so far.

فیزیک یونانی

مقدمه

یونانیان با تقسیم بندی گنبدهای آسمان برای هر یک از سیارات گنبدی خاص قایل بودند. نخستین کشفیات فیزیکی هنگامی صورت گرفت که تلاش گسترده ای برای برهانی کردن ریاضیات آغاز شده بود. در این زمان الکتریسیته و مغناطیس جدا از یکدیگر کنجکاوی انسان را برانگیخت. ذرات تشکیل دهنده ی جهان تقسیم بندی شد و نظریه ی اتمی ماده مطرح و اتر به عنوان عنصر کامل، این تقسیم بندی را تکامل بخشید. کروی بودن شکل زمین بطور مستدلل اثبات و حرکت دوار کاینات به دور زمین که تصور می شد دایره منحنی کامل است، از بدیهیات محسوب می شد. منطق قیاسی کشف گردید و تمام افکار و نظریات علمی را تحت تاثیر خود قرار داد.

استفاده از هندسه در نجوم آغاز شد. فاصله ی زمین تا تا ماه و خورشید محاسبه و نظریه زمین مرکزی زیر سیوال رفت. اما همچنان اعتقاد عموم بر آن بود که زمین مرکز جهان است.

دستگاه زمین مرکزی تحت تاثیر تقدس دایره ها حرکت پیچیده ی سیاره ها را با استفاده از مدارهای تدویر توجیه کرد. مکانیک یونانی بر اساس نظریه زمین مرکزی بخوبی علت سقوط اجسام به طرف زمین را توجیه می کرد. یونانیان حرکت مستقیم نور را بیان و به تشریح خواص آینه ها پرداختند. اما منطق قیاسی چنان بر افکار علمی آنان تسلط داشت که فیزیک یونانی را به بن بست کشید.

۱-۱ نخستین اندیشه های علمی

انسان به دلیل ارتباط مستقیم و تنگاتنگی که با طبیعت دارد از همان آغاز تفکر و تعمق خویش به پدیده های طبیعی نظر داشت و برداشت های معینی از آنها به عمل می آورد. طبعاً آسمان که از آن باران، برف و نور به انسان می رسید و نیز ستارگان شفاف در آن دیده می شد، جزء نخستین برداشت های انسان بود و در نتیجه اولین اظهار نظرهای علمی در خصوص این پدیده لایتناهی بوسیله انسان به عمل آمده است. در این راستا اولین نظریه های علمی توسط یونانیان ارایه شده است.

در آسمان هیچ چیزی نیست که در یک نگاه ساده، خیلی دور به نظر برسد. بنابراین در نخستین برداشتها از جهان، طبیعی است که گمان شود آسمان سایبان محکمی است که اجسام درخشان آن، همچون دانه های الماس، بر سقف آن چسبیده اند. این چنین بود که یونانیان باستان عقیده داشتند که آسمان بر شانه های اطلس رب النوع یونانی قرار دارد.

اسطوره های یونانی دلالت بر آن داشت که که آسمان از یکی دو متری بالای قله کوه ها چندان بالاتر نیست. در قرن ششم تا چهارم پیش از میلاد، اخترشناسان یونانی بوجود تنها یک سایبان شک کردند. زیرا در اوضاع نسبی ستارگان ثابت که به برداشت آنان حول زمین حرکت می کردند، ظاهراً تغییری نمی دیدند، اما اوضاع نسبی خورشید، ماه و پنج سیاره عطارد، زهره، مریخ، مشتری و زحل تغییر می کرد. بنابراین مسلم بنظر می رسید که سیاره ها نمی توانند به گنبد ستارگان متصل باشند.

یونانیان فرض کرده بودند که هر سیاره در یک گنبد نامریی اسقرار یافته است و گنبدها یکی روی دیگری جا گرفته است. بر این اساس نزدیکترین گنبد از آن ماه است که تندترین حرکت را دارد. پس از آن به ترتیب گنبدهای مربوط به عطارد، زهره… و خورشید قرار دارند.

کاملاً طبیعی است که با چنین طبقه بندی پرسش هایی در مورد ابعاد جهان و موقعیت زمین و شکل و همچنین اجزای تشکیل دهنده آن پیش آید. احتمالاً این پرسش ها زمانی شکل گرفت که روشهای تجربی ریاضیات دیگر کفایت نمی کرد. بنابراین می توان حدس زد هنگامی که این سیوال پیش آمد که چرا قطر دایره آنرا نصف می کند، تفکر در مورد مسیر حرکت سیارات نیز اوج گرفت. شاید منطقی باشد که کوشش برای برهانی کردن ریاضیات را با پیدایش نخستین نظریه های فیزیکی همزمان بدانیم، این تصور زمانی قوت بیشتری می گیرد که می بینیم نخستین کشفیات ثبت شده ریاضی و فیزیکی متعلق به یک نفر است. تالس ملطی اولین فرد شناخته شده ای است که کشفیات ریاضی و فیزیک به او نسبت داده شده است.

۲-۱ الکتریسیته و مغناطیس

در حدود ۶۰۰ سال قبل از میلاد تالس ملطی متوجه شد که هرگاه صمغ فسیل شده ای که در سواحل بالتیک یافته بود، که ما امروز آنرا کهربا می نامیم و در آنروز الکترون Elektron نامیده می شد، با یک قطعه پوست مالش داده شود، می تواند پر، نخ یا کرک را بخود جذب کند.

همچنین کلمه ی ماگنت Magnet به معنی آهنربا از یک شهر قدیمی یونان بنام ماگنیا Magnesia که در نزدیکی آن نخستین سنگ آهنربا کشف شده بود، گرفته شده است. آهنربا اکسیدی از آهن است که خواص مغناطیسی یعنی آهنربایی دارد. گفته شده است که تالس نخستین کسی بود که خواص آنرا تشریح کرده است. گفته اند که تالس در سال ۵۸۵ قبل لز میلاد وقوع کسوفی را پیشگویی کرد و کسوف به وقوع پیوست.

۳-۱ عناصر تشکیل دهنده ی جهان - اتم

امیدوکس در حدود سال ۴۸۰ قبل از میلاد نظر داد که زمین از چهار عنصر خاک، هوا، آّ و آتش تشکیل شده است. یونانیان در باره ی این موضوع بحث می کردند که آیا می توان ماده را به اجزایی کوچکتر و هر جزء را به جزء کوچکتر و باز هم کوچکتر تقسیم کرد و این عمل تجزی را تا بینهایت ادامه داد؟ یا اینکه این عمل تجزیه محدود است؟ دوموکریتوس در حدود ۴۵ قبل از میلاد محدود بودن عمل تجزیه را بیان کرد. وی اظهار داشت همه ی اجسام از ذره ی غیر قابل تجزیه ای به نام اتم Atom تشکیل شده است. اتم در یونانی به معنی غیر قابل تقسیم است. وی حتی نظر داد که مواد متفاوت از اتمهای مختلف یا ترکیبات آنها ساخته شده است و با تغییر آرایش اتمها می توان ماده ای را به ماده ی دیگر تبدیل کرد. ارسطو و سایر فلاسفه رواقی نظریه دموکریتوس را نپذیرفتند، ایشان اعتقاد داشتند که فضا و ماده بصورت پیوسته است، یعنی می توان یک قطعه از ماده را بدون حد و مرز به قطعه های کوچک و باز هم کوچکتر تقسیم کرد، بی آنکه به ذره ی غیر قابل تقسیمی برسیم. در مورد عناصر تشکیل دهنده ی جهان ارسطو تصور می کرد، در آنسوی لایه های آب، هوا، خاک و آتش، عنصر کامل و غیر زمینی دیگری وجود دارد که وی آنرا اتر Ether در یونانی به معنی پنجم نامید. در این تقسیم بندی جایی برای عدم وجود نداشت. در ضمن انتهای هیچکدام از لایه ها مشخص نبود.

۴-۱ نجوم

یونانیان عقیده داشتند که زمین به شکل کره است. فیثاغورس اولین کسی بود که کروی بودن زمین را در سال ۵۲۵ قبل از میلاد بیان کرد. اما نخستین استدلال ها در مورد کروی بودن زمین منصوب به ارسطو است. وی در کتاب در باره ی افلاک نوشت، زمین جسمی کروی است و نه یک سطح صاف و برای این ادعا دو دلیل آورد. نخست آنکه او دریافته بود که ماه گرفتگی به دلیل قرار گرفتن زمین بین ماه و خورشید است، چون سایه زمین بر روی ماه همواره گرد است، پس زمین باید کروی باشد که سایه اش دایره می شود. دومین دلیل این بود که یونانیان طی سفرهای خود متوجه شده بودند که ستاره شمال، در مناطق جنوبی پایین تر از نواحی شالی در آسمان ظاهر می شود، و چ.ن ستاره شمال بر فراز زمین ظاهر می شود، این جابجایی تنها در صورتی می تواند رخ دهد که زمین کروی باشد.

ارسطو به محاسبه محیط دایره استوا پرداخت و رقم چهارصد هزار استادیم را به دست آورد که با احتساب هر استادیوم یکصد و هشتاد متر، رقم به دست آمده تقریباً دو برابر رقم پذیرفته شده ی کنونی است.

ارسطو عقیده داشت که زمین ثابت و مرکز جهان است و خورشید، ماه و سیارات و ستارگان در مدارهای کروی دور زمین می چرخند و بیش از پیش به تثبیت این عقیده یونانیان پرداخت که کره شکل کامل است.

آریستاخوس، ریاصیات را در نجوم به کار برد. وی با استفاده از ابزاهای ابتدایی در حدود ۲۸۰ قبل از میلاد به محاسبه فاصله ی زمین و خورشید پرداخت. آریستاخورس متوجه شد که انحنای سایه زمین، وقتی از ماه می گذرد می بایستی ابعاد نسبی زمین و ماه را نشان دهد. وی پس از محاسبه ی فاصله زمین و ماه و تشکیل مثلث قایم الزاویه فرضی، هنگامیکه ماه در تربیع اول بود، فاصله زمین تا خورشید را تعیین کرد. بنظر وی خورشید تقریباً بیست برابر دور تر از ماه قرار داشت. هرچند ارقام به دست آمده درست نبود، ولی آریستاخورس نتیجه گرفت که خورشید باید حداقل هفت برابر بزرگتر از زمین باشد. وی با غیر منطقی بودن گردش خورشید بزرگ به دور زمین کوچک، نظر داد که زمین باید به دور خورشید بگردد. البته نظر آریستاخورس پذیرفته نشد. چون وی نظریه خورشید مرکزی منظومه شمسی را ارایه داد، امروزه به عنوان کپرنیک عهد باستان شناخته می شود.

اراتستن در حدود ۲۴۰ قبل از میلاد متوجه شد که روز اول تابستان در آسوان، خورشید در بالای سر است و در اسکندریه که ۸۰۰ کیلومتر با آن فاصله دارد، در بالای سر نیست. وی نظر داد که سطح زمین باید نسبت به خورشید، انحنا داشته باشد. وی با استفاده از طول سایه ای که هنگام ظهر اول تابستان در اسکندریه تشکیل می شود، و مقایسه ی آن با طول سایه در روز اول تابستان در آسوان و با استفاده از هندسه خطوط مستقیم، انحنای زمین را با فرض کروی بودن آن حساب کرد. در نتیجه محیط و قطر زمین را تعیین کرد. ارقامی که آراتستن به دست آورد، ۱۲۸۰۰ کیلومتر برای قطر زمین و چهل هزار کیلومتر برای محیط زمین بود که تقریباً با اعداد مورد قبول امروزی مطافقت دارد.

هیپارخوس در حدود ۱۵۰قبل از میلاد و با استفاده از روش آریستارخوس به محاسبه فاصله ی زمین و ماه پرداخت. وی فاصله زمین تا ماه را سی برابر قطر زمین به دست آورد. اگر قطر زمین را مطابق رقم اراتستن در نظر بگیریم، فاصله زمین تا ماه که هیپارخوس حساب کرد برابر ۳۸۴۰۰۰ کیلومتر می شود که تقریباً درست است. همچنین هیپارخوس گزارشی از انحراف ماه و خورشید از حرکت دایره ای داد است. چون ماه در مدار خود به دور زمین گاهی در شمال استوا و گاهی در جنوب استوا است، سبب این انحراف می گردد. هیپارخوس با اشاره به این امر بدون ذکر دلیل، اظهار داشت که این انحراف سبب می شود که خورشید در هر سال حدود پنجاه ثانیه قوسی در سمت راست مشرق به نقطه اعتدال می رسد. چون به این ترتیب در هر سال نقطه اعتدال جلوتر می آید، هیپاهرخوس این تغییر مکان را تقدیم اعتدالیون نامید که هنوز هم به همان نام شناخته می شود.

اخترشناسان بعدی از هیپارخوس تا بطلمیوس حرکات اجرام آسمانی را بر مبنای این نظر مورد مطالعه قرار دادند که زمین ساکن و مرکز جهان است. ماه در ۳۸۴۰۰۰کیلومتری آن و اجسام دیگر آسمانی دورتر و در فاصله ای نامعین از آن هستند. چون دایره را منحنی کامل می پنداشتند، نتیجه می گرفتند که تمام اجرام آسمانی بایستی در مسیرهای دایره ای به دور زمین بچرخند. اما مشاهدات آنها که از کشتیرانی و تدوین تقویم برخاسته بود، نشان می داد مسیر سیاره ها دایره های کاملی و ساده ای نیستند. بنابراین هنگامیکه بطلمیوس دستگاه زمین مرکزی خود را تنظیم کرد، مسیر سیاره ها را در ترکیبی از دایره های پیچیده نشان داد.

۵-۱ دستگاه زمین مرکزی بطلمیوس

بطلمیوس در حدود ۱۵۰ میلادی رساله ی پر نفوذی به نام سونتارکنس ماتماتیکا یا مجموعه ی ریاضی نوشت. هر چند این رساله بر نوشته های هیپارخوس مبتنی است، اما به خاطر فشردگی و زیبایی چشمگیرش مورد توجه قرار گرفت. شارحین بعدی برای متمایز ساختن آن از آثار کم اهمیت تر صفت مجیسته یا مجسطی به معنی بزرگترین را به آن منسوب کردند.

مترجمین عرب زبان حرف تعریف ال را پیشوند کردند و آنرا المجسطی نامیدند.

بطلمیوس در المجسطی پدیده هایی را بررسی می کند که بستگی به کرویت زمین دارند. سپس دستگاه زمین مرکزی نجوم را طرح ریزی می کند که قریب به ۱۵۰۰ سال مورد پذیرش عموم بود. المجسطی قدیمی ترین کوشش مجدانه در راه تبیین حرکت شناسی منظومه شمسی است. اما در توجیه حرکتهای پیچیده ی سیاره ها که فاصله ثابتی با زمین ندارند، روی مدارهای دایره ای عاجز بود. بنابراین مفهموم مدارهای تدویر را بکار گرفت.

طبیق این نظریه هم سیاره روی دایره ای حرکت می کند که مرکز آن به نوبه ی خود روی دایره ای به مرکز زمین حرکت می کند. بطلمیوس مجبور شد به انواع دیگر مدار هم توسل جوید، اما هر کدام از اینها نیز دایره تقدس خود را به عنوان شکل اصلی حرکات سیاره ها حفظ کرد.

۶-۱ مکانیک یونانی

هرچند مکانیک یونانی به اندیشه های ارسطو خلاصه نمی شود، اما نظریه های وی تاثیری بس عمیق بر افکار اندیشمندان برای قرون متمادی داشت. ارسطو ادعای ریاضیدان بودن نداشت، اما تسلطی خارق العاده بر روشهای ریاضی داشت و سازمان دهنده ی منطق قیاسی بود.

هراکلیدس در ۳۵۰ سال قبل از میلاد گفت: تصور اینکه زمین به دور خورشید می گردد بسیار ساده تر از این تصور است که تمامی گنبد آسمان به دور زمین می چرخد. اما این گفته مورد پذیرش ارسطو واقع نشد. ارسطو بیش از هر کی دیگری اسیر دستگاه منطق قیاسی که خود بوجود آورنده اش هست بود.

با توجه به اینکه ارسطو اعتقاد داشت زمین مرکز جهان است، بخوبی می توان دیدگاهش را در باره ی علت سقوط اجسام بر سطح زمین توجیه کرد.به اعتقاد ارسطو هر شیی به اصل خویش باز می گردد و مکان واقعی خود را جستجو می کند. چ.ن سنگ از جنس خاک است به طرف زمین سقوط می کند و چون دود از جنس آتش است به طرف هوا صعود می کند. در مورد سقوط آزاد اجسام گفته است که اگر دو جسم با سنگینی مختلف را از فاصله ی معینی رها کنیم، جسم سنگین تر زودتر به زمین می رسد. این برداشت نمی توانست علت همه حرکت ها را توجیه کندّ اما دلیل سکون اجسامرا توجیه می کرد. به اعتقاد ارسطو نیروی خارجی عامل حرکت بود. وی در این مورد چنین گفته است: جسم متحرک هنگامی به حالت سکون در می آید که نیرویی که آنرا در امتداد خود به حرکت واداشته است، دیگر نتواند بر آن اثر کند و آنرا براند.

بنابراین به برداشت ارسطو نیروی خارجی عامل حرکت بود و در غیاب نیروی خارجی همه ی اجسام به حالت سکون در می آمدند.

۷-۱ نور

فلاسفه ی یونان اعتقاد داشتند همانگونه که چوب دستی یک نا بینا به مانعی برخورد می کند و آنرا برای وی مشخص می کند، پرتوهای نور نیز از چشم خارج شده به اجسام برخورد می کنند و با بازگشت به چشم آنها را نمایان می سازد. اما نظریه دیگری نیز در مورد حرکت و منشاء آن وجود داشت. برخی اعتقاد داشتند نور از اجسام فروزان منتشر می شود و به چشم می رسد افلاطون از خمیدگی ظاهری اجسام در خالیکه که بخشی از آن در آب فرو رفته، سخن گفته است. اقلیدس انتشار مستقیم نور و قانون بازتابش آن را بیان کرده است. ارشمیدس از خواص آینه ها سخن گفته است. هرون نیز به تشریح خواص آینه ها پرداخته و مسایلی راجع به ساختن آینه ها با خواص معین را بیان کرده است. وی حتی طرز ساختن آینه هایی را که بوسیله آن شخص بتواند پشت سر خود را ببیند، و یا وارونه دیده شود ارایه کرده است. همچنین هرون به تشریح این امر پرداخته که نور کوتاهترین مسیر بین دو نفطه را می پیماید. بطلمیوس شکست نور را مورد بررسی قرار داد و به اندازه گیری زاویه تابش و باز تابش همت گماشت.

بن بست فیزیک یونانی

یناونیان دانشی را که با زندگی روزمره ارتباط داشت کم ارزش می شمردند. ولی در ریاضیات موفقیت چشمگیری کسب کردند. ریاصیاتی که به اعتقاد آنان بر اساس یک سری اصول بدیهی شکل گرفته بود و سایر قضایا را بوسیله منطق قیاسی استنتاج می کردند. یونانیان چنان دلباخته ی آن شدند که قیاس را تنها وسیله ی معتبر کسب دانش می پنداشتند. اما می دانستند. که قیاس برای پاسخگویی به برخی از پرسش ها کافی نیست. مثلاً فاصله دو شهر را بوسیله قیاس نمی توانستند به دست آورند، بلکه باید اندازه گیری می کردند. هرگاه که لازم بود، طبیعت را مشاهده می کرند، ولی این امر با رقبت انجام نمی گرفت. در هیچ جا ثبت نشده که ارسطو دو سنگ ناهم وزن را بسوی زمین رها کرده باشد تا نظر خود را بیازماید. آزمایش کردن به نظر یونانیان کاری بیهوده و معارض با زیبایی قیاس خالص بود و از ارزش آن می کاست.

اعتقاد به ارزش قیاس که بر بدیهیات پایه گذاری شده بود، سرانجام به لبه پرتگاهی رسید که راهی برای عبور نداشت. کشفیات بیشتری برای ریاضیات و فیزیک مطرح نبود. همه را به این راضی می کردند که بگویند ارسطو چنین گفته است و یا اقلیدس گفته است. بنابراین دستگاه زمین مرکزی بطلمیوس توام با نظریه های فیزیکی ارسطو که اکثراً با تناقض همراه بود، برای توجیه جهان کافی می پنداشتند.

دانشمندان اسلامی نیز که دست آوردهای علمی یونانیان را در طول قرون وسطی حفظ کردند، و دارای کشفیات مهمی نیز می باشند، نتوانستند بگونه ای منسجم عمل کنند. هرچند خیام را می توان نخستین کسی دانست که اصل توازی اقلیدس زا زیر سیوال برد، اما بعد مدتی به فراموشی سپرده شد.

جای بسی تاسف است که جمشید کاشانی و ملا باقر یزدی به اثبات قضیه ای در ریاضیات پرداختند که صدها سال قبل از ایشان توسط کمال الدین فارسی ثابت شده بود. که نشان از بی اطلاعی مجامع علمی ایرانییان از کارهای یکدیگر بود.

یونانیان و کروی بودن زمین

تمدن یونان در حدود سال 900 قبل از میلاد ظهور یافت و در طول هزار سال بعد، کمک بزرگی به ستاره شناسی نمود. ابتدا، در قرن ششم قبل از میلاد یونانیان دریافتند که زمین کروی است. آنها برای اولین بار محیط زمین، اندازه ماه و فاصله میان آنها را بدقت اندازه گرفتند. اگرچه آنها به اشتباه معتقد بودند که زمین کره ثابتی است که جهان پیرامون آن می گردد، ولی برخی از اندیشه ها و شیوه های رصدشان تا اواخر قرن هفدهم کاربرد داشت.

پیش از آن که یونانیان نظریه کروی بودن زمین را مطرح نمایند، اکثر مردم عوام معتاد بودند که زمینه مسطح است. مثلا هندوها معتقد بودند که زمین مسطح بر شانه 4 فیل قرار دارد که به نوبه خود بر پشت چهار لاک پشت شناور در اقیانوسی بی کران ایستاده اند. مصریان باستان زمین را رب النوع کب می پنداشتند که به پهلو دراز کشیده و الهه نات، تجسم خورشید، بر روی آن خیمده است.

بار آسمانی
این کپی رومی یک مجسمه یونانی
قرن دوم نشان می دهد که اطلس
آسمان ها را بر دوش دارد.  

جهان زمین مرکز

اکثر تمدن ها معتقد بودند که جهان زمین مرکز است، ولی بطلمیوس ستاره شناس یونانی (168 ـ 90) بیشتر از سایرین برای این اندیشه معروف است. وی در کتابش المجسطی، قوانین اندازه گیری حرکات اجرام آسمانی را وضع نمود. به منظور تشریح حرکت رجعی برخی از سیارات، بطلمیوس اظهار کرد که مدار سیارات یک سلسله فلک تدویر پیچیده را دنبال می کند.

اندیشه های آریستارخوس

معدودی از متفکران یونانی، مخصوصا آریستارخوس (250 ـ 320 قبل از میلاد) اندیشه زمین مرکزی بودن دنیا را به زیر سوال بردند. آریستارخوس به کمک هندسه از روی اندازه سایه زمین، ماه و خورشید در خلال خسوف و کسوف، اندازه نسبی آنها را محاسبه کرد. اعداد و ارقامش کاملا نادرست بودند، ولی از آنجا که دریافت خورشید از زمین بسیار بزرگتر است، اظهار داشت که طبیعتا خورشید باید در مرکز جهان باشد. اکثر یونانیان این ایده را نپذیرفتند و اندیشه های آریستارخوس رد شدند. در عوض، المجسطی بطلمیوس تا 1500 سال بعد بر علم ستاره شناسی سیطره داشت.

کره ذات الحق
بطلمیوس با کره ذات الحق، متشکل از
یک سری حلقه متحرک که نشانگر مدار
سیارات و ستارگان آسمان بود، به آموزش
نظریه هایش در زمینه جهان زمین مرکز پرداخت.

بزرگي كره زمين چه قدر است ؟ بعد از ارسطو ، دانشمندان زيادي در اين باره انديشيده اند . راستي چه راهي براي اندازه گيري بزرگي زمين وجود دارد ؟ يك راه ساده اين است كه زمين را دور بزنيم ؛ يعني از نقطه اي شروع به حركت كنيم ، مستقيم جلو برويم و بعد از دور زدن كل كره زمين ، به نقطه شروع برسيم و به اين ترتيب مسافتي را كه طي كرده ايم اندازه  بگيريم . البته اين كار امروزه و با توجه به وسايل حمل و نقل پيشرفته شايد خيلي سخت نباشد اما مردم زمان قديم چه طور مي توانستند زمين را اندازه بگيرند ؟

اراتوستن ، رياضيدان و جغرافيدان يوناني ، ۲۵۰ سال پيش از ميلاد راهي پيدا كرد او با خودش فكر كرد : « اگر زمين كروي است ، پس نور خورشيد بايد با زاويه هاي مختلف به آن بتابد . مثلاً  وقتي آفتاب درست بالاي سرماست ، نور آفتاب به طور مستقيم از بالا به پايين مي تابد . در همين زمان نورخورشيد بايد به نقطه اي كه چندين كيلومتر از ما دور است به شكل مايل بتابد ، هر چه آن نقطه دورتر باشد ، نور خورشيد مايل تر است . ميزان مايل بودن نور خورشيد را مي توان از روي اندازه سايه آن محاسبه كرد . « ارا توستن » تصميم گرفت از روي اختلاف سايه ها در دو نقطه  و با كمك علم هندسه اندازه كره زمين را محاسبه كند ..
او دستور داد روز اول تابستان ميله اي را هنگام ظهر در شهر- آسوان- جايي در مصر امروزي در زمين قرار دهند و خودش هم ميله اي در محل زندگي اش يعني اسكندريه در زمين فرو كرد . او فاصله ميان آسوان و اسكندريه را مي دانست و با اين دانسته ها و اندازه سايه ميله ، محيط دور زمين را محاسبه كرد . او محيط زمين را ۴۰هزار كيلومتر و قطر آن را ۱۳هزار كيلومتر به دست آورد .
اما هيچ كس محاسبه او را قبول نكرد ، يعني هيچ كس باور نمي كرد زمين به اين بزرگي باشد .
 بطلميوس ، دانشمندي كه صد سال بعد از « ارا توستن » زندگي مي كرد ، محيط زمين را در كتابي 29 هزار كيلومتر تخمين زد . بسياري از مردم با بطلميوس موافق بودند و نظر او تا هزار سال ، مورد قبول همگان بود .

                                       

منظره زمين از روي كره ماه

در قرن پانزدهم، براي اروپا يي ها، هند منطقه بسيار مهمي بود، جايي بسيار خوب براي دادوستد و تجارت. سفر به هند از راه دريا ايمن تر، نزديك تر و بهتر بود؛ اما اروپايي ها براي رسيدن به هند از راه دريا، بايد قاره آفريقا را دور مي زدند و هيچ كس هم شكل و اندازه دقيق آفريقا را نمي دانست: در همين زمان، دريانوردي ايتاليايي به نام كريستف كلمب كه در اسپانيا زندگي مي كرد، به شيوه خوب و منطقي دست يافت. او گفت: چرا آفريقا را دور بزنيم؟ اگر با كشتي از غرب اروپا راه بيفتيم و به سمت مغرب برويم، بالاخره به سواحل شرقي آسيا و هند مي رسيم؛ چون زمين كروي است و با دور زدن آن زودتر به هند مي رسيم .

كريستف كلمب با توجه به محاسبه هاي «بطلميوس»، پادشاه اسپانيا را راضي كرد تا با سه كشتي به سمت آسيا حركت كند . كريستف كلمب، دو ماه بعد به جزيره هاي كوچكي رسيد و فكر كرد به هند نزديك شده است . از آن زمان به اين جزيره ها، هند غربي مي گويند. او فكر نكرده بود كه ميان اروپا و آسيا قاره بزرگ ديگري هم وجود دارد، به همين دليل بوميان سرخپوست را هندي ناميد . بعدها مشخص شد كه قاره كشف شده، قاره آمريكا بوده است .

در همين زمان، فرديناند ماژلان، دريانورد پرتغالي ، به اسپانيا رفت و به پادشاه آنجا گفت هنوز هم راهي وجود دارد كه بدون دور زدن آفريقا به هند برسيم و آن، اين است كه از آمريكا بگذريم و راه خود را ادامه دهيم تا به هند برسيم . ماژلان در سال ۱۵۱۹ با پنج كشتي به راه افتاد. تمام ساحل هاي آمريكاي جنوبي را طي كرد و از تنگه اي گذشت كه امروز به آن تنگه ماژلان مي گويند. ماژلان، پس از گذر از اين تنگه به اقيانوس رسيد و اين اقيانوس را «اقيانوس آرام» نام گذاشت. ماژلان 99 روز در اقيانوس آرام پيش رفت، اما به خشكي نرسيد. خيلي از سرنشينان كشتي قبل از رسيدن به جزيره كوچك «گوام» درگذشتند سرانجام ماژلان و ناوگانش به فيليپين رسيدند. آن جا، بين آنها و بوميان فيليپيني جنگي در گرفت و ماژلان در اين جنگ كشته شد. اما همراهانش فقط با يك كشتي سالم به اسپانيا رسيدند

افراد گروه ماژلان، نخستين كساني بودند كه زمين را به طور كامل دور زدند و متوجه بزرگي كره زمين شدند. سرانجام همه به نتيجه «اراتوستن» رسيدند

شايد به خود بگوييد كه ما در اينجا از نجوم دور شده ايم؛ ولي همه اين تلاش ها، ادامه همان داستان كروي بودن و بزرگ بودن زمين است. در قرن بيستم، انسان به چشم خود كروي بودن زمين را ديد، چون در سال ۱۹۶۱ به فضا رفت و در فضا ديد كه كره زمين دقيقاً مثل توپ گرد است . فضانوردان عكس هايي هم از كره زمين گرفتند و ما با ديدن اين عكس ها متوجه شديم زمين مثل يك توپ بزرگ است. اين همان نكته اي است كه شاخه هاي مختلف علوم مانند فيزيك، رياضي، هندسه، جغرافيا، فلسفه و نجوم دست به دست هم دادند تا به ما ثابت کنند .

 

نظريه حضرت امام جعفرصادق(عليه السلام)راجع به سرعت نور و ليزر

در مورد سرعت نور هم حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) نظريه اي ابراز كرده كه با توجه به عصر او بسيار جالب توجه مي باشد .

 
او گفت :كه سرعت نور كه بطرف چشم ما مي آيد فوري است و از انواع حركات است .

يك مرتبه ديگر اين نكته ذكر مي كنيم كه وسائل تكنيكي زمان اجازه نمي داد كه حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) بتواند سرعت نور را اندازه بگيرد . ولي همين قدر كه گفت نور حركت است و سرعت آن فوري مي باشد ، تقريباً نظريه اي شبيه باين دوره راجع به نور گفته است .

روايتي از او نقل مي كنند كه خلاصه اش اين است كه روزي در محضر درس خود گفت :

نور قوي مي تواند اجسام سنگين را بحركت درآورد و نوري كه در طور سينا بر موسي آشكار گرديد .

 
از نورهائي بود كه اگر مشيت خداوند معلق مي گرفت كوه را بحركت در مي آورد ممكن است فكر كنيم
بر طبق اين روايت حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) اساس تئوري ليزر را پيشگوئي كرده است.

 
بعقيده ما آنچه حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) راجع به حركت و سرعت نور و اين كه نور از اشياء بچشم ما مي تابد گفت اهميتش زيادتر از تئوري ليزر بطور ساده است .

 
چون اين تئوري را قبل از حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) گفته بودند ولي وي آنچه راجع به سرعت و حركت و تمركز نور و اينكه نور از اشياء به چشم ما مي تابد گفت مخصوص اوست .

از ازمنه قديم در بين اقوام مختلف اين عقيده وجود داشت كه نور مي تواند اجسام را بحركت در آورد .

در مصر قديم اين عقيده وجود داشت كه نور مي تواند از همه چيز بگذرد و اجسام را هم بحركت درآورد و حتي كوه مانع از عبور نور نيست .

به عقيده آنها انوار معمولي نمي تواند از كوه بگذرد و آنرا بحركت درآورد اما اگر نور قوي بوجود بيايد مي تواند از وسط كوه بگذرد يا آن را بحركت درآورد و اين بسته به تمايل نور قوي است كه از وسط كوه بگذرد تا آن را بحركت آورد .

 
راجع به علت فيزيكي اين نظريه در هيچ جا توضيحي گفته نشد اما در بين تمام اقوام قديم اين عقيده وجود داشته و مثل اين كه قبل از بوجود آمدن ادياني كه تاريخ آنها در دست مي باشد اين عقيده رائج بوده است . چون قبل از اين كه نوع بشر داراي ادياني گردد كه امروز تاريخ آنها در دست مي باشد ، بجادوگري عقيده داشته و بين دين و جادوگري تفاوتي وجود نداشته و عقيده باين كه نور ، قادر است از حجاب ها بگذرد و اجسام را بحركت درآورد از جادوگري است .

 
از مبدأ اين عقيده جادوگري بدون اطلاع هستيم و آنهائي هم كه چيزي در اين خصوص گفته اند از روي فرض بوده است و مأخذي موجود نيست كه نشان بدهد اين عقيده در آغاز در كدام قوم بوجود آمد .

ازموضوع عقيده به انرژي بودن نور اگر بگذريم آنچه در تئوري حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) راجع به سرعت نور گفته شده همان است كه امروز مي دانند و سرعت حركت نور را ثانيه اي سيصد هزار كيلومتر محسوب كرده اند . اين سرعت ، امروزه فوري نيست زيرا با موازين جديد علمي يك ثانيه مدتي است طولاني و سيصد هزار كيلومتر ، با توجه به مسافات نجومي فاصله اي كوتاه
اما با موازين قديم ، سيصد هزار كيلومتر سرعت در يك ثانيه يك سرعت فوري بوده و از لحاظ استنباط سرعت سير نور هم حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) پيشقدم بشمار آمده است .

نظريه امام صادق(عليه السلام) راجع به نور:

 
يكي از بدايع علمي حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) نظريه او راجع به نور مي باشد . او گفته است كه نور از طرف اشياء بسوي چشم ما مي آيد و از آن نور كه از طرف هر شيء بسوي چشم ما مي آيد فقط قسمتي به چشم ما مي تابد و بهمين جهت ما اشياء دور را بخوبي نمي بينيم و اگر تمام نوري كه از يك شيء دور بسوي چشم مي آيد بديده برسد ما شيء دور را نزديك خواهيم ديد و اگر بتوان چيزي ساخت كه بدان وسيله تمام نوري را كه از ي� شيء دور مي آيد به چشم تابانيد ، در صحرا شتري را كه در فاصله سه هزار ذرع مي چرد در فاصله شصت ذرعي خواهيم ديد يعني پنجاه بار آن را نزديكتر مشاهده خواهيم كرد .
اين تئوري بوسيله شاگردان حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) باطارف رفت و بعد از اينكه در جنگهاي صليبي تماس بين شرق و اروپا زياد شد به اروپا منتقل گرديد و در دانشگاههاي اروپا تدريس شد و يكي از مدرسين شناخته شده اين تئوري ( راجر - بيكون ) انگليسي استاد دانشگاه ( اوكسفورد ) در انگلستان بود.

تئوري او راجع به نور همان است كه حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) گفت و مثل حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) اظهار كرد اگر چيزي بسازيم كه تمام نور اشياي دوردست را به چشم ما برساند ما آنها را پنچاه برابر نزديكتر خواهيم ديد .

همين نظريه بود كه سبب گرديد در سال 1608 ميلادي ( ليپرشي ) فلاماندي اولين دوربين را اختراع كرد . و همان دوربين است كه نمونه اي شد براي اينكه ( گاليله ) معروف ، بتواند دوربين فلكي خود را بسازد و او دوربين فلكي خود را در اولين ماه سال 1601 ميلادي بكار انداخت و در شب هفتم ژانويه با آن ستارگان آسمان را از نظر گذرانيد .

بطوري كه مي بينيم بين تاريخ ساختن دوربين از طرف مخترع فلاماندي و گاليله بيش از دو سال فاصله وجود ندارد و چون گاليله دوربين خود را در اولين ماه سال 1610 مورد استفاده قرار داد مي توان گفت كه از دو سال هم كمتر مي باشد . و لذا بعيد نيست كه فكر ساختن دوربين فلكي در يك موقع بخاطر هر دو رسيده باشد .

ولي نمي توان انكار كرد كه گاليله از دوربين مخترع فلاماندي پند گرفت و نقصي كه در آن دوربين بود در حدود امكان تكنيكي آن زمان رفع كرد و در شب هفتم ژانويه سال 1610 ميلادي باآن دوربين بنظاره آسمان مشغول شد .

گاليله پرورش يافته دانشگاه مشهور ( پادو ) واقع در كشور ( پاتاويوم ) بود كه بعد ، موسوم به ( و ني تي ) شد و امروز كرسي آن را ( ونيز ) مي خوانند و در شرق كشور پاتاويوم يا و ني تي موسوم به ( بندقيه ) بود .

گاليله پرورش يافته دانشگاه مشهور ( پادو ) واقع در كشور ( پاتاويوم ) بود استاد رياضي شد و شب اول ، دوربين خود را متوجه ماه كرد و با حيرتي زياد ، مشاهده نمود كه ماه مثل زمين داراي سلسله جبال است و ديد كه كوههاي ماه بر دشت هاي قمر ، سايه مي اندازد و متوجه شد كه دنيا منحصر به زمين نيست بكله قمر هم دنيائي است .

 
اگر تئوري نور از طرف حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) ابراز نمي شد آيا ( ليپرشي ) فلاماندي و گاليله مي توانستند دوربين فلكي بسازند و گاليله اجرام دنياي خورشيدي را مورد ترصيد قرار بدهد ؟ و با مشاهدات خود نظريه ( كوپرنيك ) و ( كپلر ) را مشعر بر اين كه اجرام دنياي خورشيدي از جمله زمين بدور خورشيد مي گردند تأييد نمايد ؟

اختراع دوربين فلكي از طرف گاليله طوري مردم را بوجد آورد كه سناتورهاي ونيز و حتي ( دوج ) يعني رئيس جمهور ونيز ، شائق شدند كه با آن اجرام دنياي خورشيدي را ببينند و گاليله دوربين خود را از پادو ، شهري كه دانشگاه معروف در آن بود ( و هست ) به ونيز آورد و آن را بر بالاي برج يكي از كليساها جا داد و سناتورهاي سالخورده در حالي كه زير بغلشان را گرفته بودند بر برج كليسا صعود مي كردند تا اين كه بتوانند در شب با آن دوربين ماه و ستارگان را ببينند .

وقتي از گاليله مي پرسيدند كه چه ميشود كه دوربين او اجرام آسماني را نزديك مي كند و مي توان با آن كوههاي قمر را ديد ، تئوري نور را كه حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) گفته بود تكرار مي كرد و مي گفت اين دوربين تمام نوري را كه از اجرام سماوي بسوي چشم مي تابد جمع آوري مي نمايد و در نتيجه آنچه در فاصله سه هزار قدمي است طوري نزديك به چشم مي رسد كه پنداري در فاصله شصت قدمي مي باشد .

ميدانيم كه بعد از اختراع گاليله چون مراحل عطارد و زهره و قمرهاي مشتري به چشم ديده شد ، چه تاثيري براي تأييد نظريه كوپر نيك و كپلر كرد .

 
نكته ديگري كه در تئوري حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) راجع به نور جلب توجه مي نمايد اين است كه وي گفت نور از طرف اشياء بسوي چشم انسان مي آيد در صورتي كه قبل از او مي گفتند كه روشنائي از طرف چشم بسوي اشياء مي رود .

 
حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) در اسلام اولين كسي است كه اين نظريه را رد كرد و گفت : نور از چشم بسوي اشياء نمي رود اين است كه ما در تاريكي چيزي را نمي بينيم در صورتي كه اگر نور از طرف چشم ما بسوي اشياء مي رفت در تاريكي همه چيز را ميديديم .

حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) گفت : براي اينكه بتوان چيزي را ديد بايد آن شيء روشن باشد و اگر خود روشن نيست بايد يك شيء نوراني بر آن بتابد و آن را روشن كند تا اينكه بتوان آنرا ديد .

نظريه حضرت امام جعفرصادق(عليه السلام)راجع به زمين

و اسكودوگاما كاشف راه دريائي هندوستان و ( كريستف كلمب ) كاشف آمريكا و ( ماژلان ) اولين كسي كه براي گردش بدور كره زمين براه افتاد همه ، مي دانستند كه زمين مدور است ، و هيچ يك از آنها هم براه نيفتادند تا اين كه كشفي بكنند و فقط منظور مادي داشتند .

آن سه نفر كه نمي توانيم منكر نبوغ آنها بشويم با ايمان باين كه زمين مدور است آيا مي دانستند كه اطراف خود گردش مي كنند ؟

 
ما از سفر نامه هاي آن سه نفر ، هيچ قرينه اي بدست نمي آوريم كه نشان بدهد آنها از حركت زمين ، در گرد آن اطلاع داشتند . حتي ما نمي دانيم كه آيا ( گاليله ) ايتاليائي از حركت زمين در اطراف آن اطلاعي داشت يا نه .

گاليله دانشمندي بود منجم و رياضي دان و فيزيك دان و قسمتي از پيشرفت هاي علوم مرهون قوانين علمي است كه او كشف كرد و همه مي دانند كه تقريبا ًيك قرن و نيم بعد از كشف آمريكا زندگي را بدرود گفت .

اما باحتمال نزديك به يقين حتي ( گاليله ) هم نمي دانست كه زمين دور خود مي چرخد و روزي كه سازمان تفتيش عقيده ( انكيزيسيون ) آن مرد را وادار به توبه و استغفار كرد براي نظريه گردش زمين در اطراف خود نبود . بلكه از اين جهت او را وادار به توبه نمود كه گفت زمين اطراف خورشيد مي گردد .

پنجاه و هفت سال بعد از ماژلان يك بحر پيماي انگليسي باسم ( فرانسيس در يك ) درصدد برآمد كه ( همچنان براي استفاده مادي ) اطراف كره زمين بگردد و مسافرت او از سال 1577 تا 1580 ميلادي طول كشيد

وقتي آن بحر پيماي انگليسي براه افتاد كرويت زمين طوري مسلم شده بود كه حتي مردم بازار هم ميدانستند كه زمين كروي است
اما آن ملوان لايق انگليسي از گردش زمين اطراف خود خبر نداشت و طلوع و غروب خورشيد را ناشي از حركت خورشيد اطراف زمين مي دانست در صورتي كه به نسبت زمان خود دانشمند هم بشمار مي آمد .

براي اينكه بدانيم كه پذيرفتن مسئله گردش زمين ، اطراف خود ، چقدر براي مردم دشوار بود مي گوئيم كه حتي ( هانري - پوانكاره ) فرانسوي هم در مورد مسئله گردش زمين اطراف خود شوخي مي كرد .

هانري پوانكاره كه در سال 1912 ميلادي در سن پنجاه و هشت سالگي زندگي را بدرود گفت بزرگترين رياضي دان عصر خود بود و تاريخ مرگ او هم گواه است كه آغاز قرن بيستم را ادراك نمود .

معهذا همين دانشمند بزرگ بشوخي مي گفت من يقين ندارم كه زمين اطراف خود بگردد وقتي دانشمندي چون هانري پوانكاره در آغاز قرن بيستم ولو بشوخي ترديد نمايد كه آيا زمين اطراف خود مي گردد يا نه معلوم است كه مردم نيمه اول قرن دوم هجري نمي توانستند نظر گردش زمين را بدور خود بپذيرند .

گردش زمين بدور خود ، بطور محسوس ثابت نشد مگر بعد از اينكه نوع بشر قدم بكره ماه گذاشت و از آنجا زمين را ديد .

 
حتي در سالهاي اول فضانوردي ، فضانوردان نمي توانستند گردش زمين را بچشم خود ببينند چون درآن سالها فضانوردان پايگاه ثابت نداشتند و در سفيه هائي بودند كه هر يك از آنها در هر نود دقيقه يا قدري بيشتر اطراف زمين مي گرديدند و فضانوردان نمي توانستند در حالي كه خود با آن سرعت اطراف زمين مي گرديدند به حركت وضعي زمين پي ببرند .

 
اماروزي كه در كره ماه قرار گرفتند و در آنجا دوربين فيلم برداري خود را متوجه زمين كردند در عكسها ديدند كه زمين آهسته بدور خود مي گردد و در آن روز گردش زمين بدور خود بطور مرئي بثبوت رسيد .

ولي حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) در دوازده قرن قبل از اين دريافت كه زمين اطراف خود مي گردد و آنچه سبب توالي روز و شب مي شود گردش خورشيد در اطراف زمين نيست ( كه وي آن را از لحاظ عقلي غير قابل قبول مي دانست ) بلكه گردش زمين در اطراف خود سبب مي گردد كه روز و شب بوجود بيايد و دائم نيمي از زمين تاريك و شب باشد و نيمي ديگر روشن و روز .

 
قدما كه عقيده به كروي بودن زمين داشتند مي دانستند كه پيوسته نيمي از زمين شب است و نيمي ديگر روز ولي آنها روز و شب را ناشي از حركت خورشيد اطراف كره زمين ميدانستند .

چه شد كه حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) در دوازده قرن قبل از اين توانست پي ببرد كه زمين اطراف خود مي گردد و در نتيجه روز و شب بوجود مي آيد ؟

دانشمندان قرون پانزدهم و شانزدهم و هفدهم ميلادي كه نام چند نفر از آنها برده شد با اينكه يك قسمت از قوانين مكانيك نجومي را كشف كرده بودند نتوانستند پي ببرند كه زمين بدور خود مي گردد و چگونه حضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) در نقطه اي دور افتاده چون مدينه كه از مراكز علمي آن روز دور بود توانست دريابد كه زمين اطراف خود مي گردد .

 
مراكز علمي در آن روز قسطنطينه و انطاكيه و گندي شاپور بود و هنوز بغداد از نظر علمي آنقدر اهميت نداشت كه داراي مركزيت باشد و در آن سه مركز ، كسي پي نبرده بود كه زمين اطراف خود مي گردد و از آن گردش روز و شب به وجود مي آيد .

 
آياحضرت امام جعفر صادق ( عليه السلام ) كه به اين حقيقت علمي پي برد از قوانين مكانيك نجومي اطلاعي داشت و ميدانست كه اثر نيروي جاذبه كه با دو شكل يكي بشكل نيروي فرار از مركز ، و ديگري بشكل نيروي جذب بسوي مركز بروز مي كند سبب مي گردد كه اجرام آسماني دور خود بگردند .
چون بعيد است كه آن مرد ، بدون پي بردن باين دو شكل توانسته باشد به حقيقت گردش زمين در اطراف خود پي ببرند

نظريه كيهانشناختى بیگ بنگ و چالشهای آن

مقدمه:

تئوري بيگ بنگ بيان مي‌دارد كه دنيا در زمانهاي بسيار دور درحدود 6/13 ميليارد سال پيش در يك لحظه معين درون نقطه‌اي جاي داشت كه در آن انرژي و چگالي ذرات بي نهايت بود. براساس اين مدل  كيهانشناسي، هستي در يك انفجار شروع به خلاصي يافتن  از تراكم و دماي بيش از حد نمود، بدين صورت عالم لحظه به لحظه وسيعتر مي‌گشت و دما نيز به تبع آن رفته رفته كاهش مي‌يافت.بر طبق مدل بيگ بنگ در نخستين لحظات آفرينش، گراني (گرانش كوانتومي) تنها نيروي حاكم برجهان بود كه چگونگي آن به طور كامل توسط تئوري گراني‌اينشتين بدست مي‌آمد، تئوري بيگ بنگ اگر چه به خوبي نحوه تكامل هستي را نشان مي‌دهد اما مشاهدات نجومي جديد بالاخص در دهه هفتاد ميلادي تناقض عمده‌اي، با نظريه بيگ بنگ دارى و اساس  اين نظريه را زير سؤال مى برد كه در اين مبحث به آن مي‌پردازيم.

 

 مدل كيهانشناسي بيگ بنگ (مهبانگ)

 

تكيه بر چهار حقيقت قابل مشاهده

1-   حركت رو به بيرون كهكشانها.

 

اولين بار در سال 1929 ادوين هابل   ]  (1889-1953) ايالات متحده[ پي به حركت كهكشانها برد، ادوين هابل اين حركت رو به بيرون كهكشانها را همانند تركش‌هاي يك گلوله توپ مي‌دانست كه به سرعت به اطراف پخش شده و از يكديگر دور مي‌ شدند.

 

او بر پايه همين استدلال لحظه پيدايش هستي را انفجار گونه پنداشت كه اجزاء آن كه همانا كهكشانها مي‌باشند روز به روز از يكديگر بيشتر دور ‌شده و هستي نيز بدنبال آن انبساط روز افزون مي‌يافت. هابل با اندازه گيري سرعت و مسافت كهكشان هاي همجاور به اين نتيجه رسيد كه كهكشانهاي نزديك به زمين از آن دور مي‌شوند. او اين نتيجه را براساس انتقال دو پلر‌ي بدست آورد (انتقال دو پلر‌ي بيان مي‌دارد كه هر گاه يك چشمه صوت در حال حركت به طرف ما بيايد رفته رفته طول موج  صوت كاهش يافته و فرکانس صوت بيشتر مي‌گردد به نحوي كه فركانس در لحظه رسيدن چشمه صوت به ما به بيشترين حد خود مي‌رسد و با دور شدن آن طول موج  افزايش و فركانس آن كاهش مي‌يابد بهمين خاطر با نزديك شدن يك آمبولانس آژيرزن صداي آژير رفته رفته تيز تر مي‌شود و با دور شدن آن صدا رفته رفته بم وبم تر مي‌شود ) انتقال دوپلري در كهكشانها و ستارگان دور دست نيز روي مي‌دهد و درنتيجه باعث مي‌شود كه در خطوط جذبي طيف آنها يك جابجائي به سمت قرمز طيف صورت بگيرد بدين معنا كه خطوط جذبي به سمت طول موجهاي بلندتر طيف مرئي متمايل مي‌شود.

 

 

 2- انتقال به سرخ امواج

 وقتي كه يك منبع نور داراي حركت باشد همانند منبع صدا بر اثر حركت يك زير و بمي در آن ايجاد مي‌شود بدين معنا كه اگر صدا با سرعت به طرف مانزديك شود طول موجهاي گسيل شده از آن منبع كوتاهتر و درنتيجه صدا زير تر به گوش ما مي‌رسد و در صورتيكه منبع صدا با سرعت از ما فاصله بگيرد طول موجهاي گسيل شده از آن منبع بلندتر و درنتيجه صدا به سمت بم شدن گرايش مي‌يابد. منبع نور نيز همانند منبع صدا يك جابه جا در رنگهاي آن درنتيجه نزديك شدن ياد و شدن از ناظر بوجود مي‌آيد. اگر يك منبع نور به سرعت به طرف ما حركت كند فركانس آن ا فزايش مي يابد (طول موج كاهش مي‌يابد)و در خطوط طيف مرئي آن يك انتقال به سمت رنگ آبي در آن آشكار  مي گردد و در صورت دور شدن منبع نور از ما در خطوط طيفي آن  انتقال به رنگهاي پائين طيف ايجاد خواهدشد يعني رنگ نور گسيل شده از منبع آن به سمت رنگ قرمز گرايش مي يابد بنابراين مي توان با توجه به مقدار انتقال به سرخ طيف جذبي منبع نور سرعت حركت آن منبع را بدست آورد.

 

3-دورشدن كهكشانها

 

هابل كشف كرد كه  رنگ بيشتر سحابيها گرايش به قرمز دارد او از اين موضوع توانست نتيجه بگيرد كه آنها باسرعت فوق العاده زيادي از ما دور مي‌شوند.

 

 اين تغيير در رنگ نور گسيل شده از اجرام آسماني (ستارگان وكهكشانها) انتقال به سرخ گفته مي‌شود.

 

اگر كهكشانها از يكديگر دور مي‌شوند بنابراين آنها مي‌بايست در گذشته بهم نزديكتر مي‌بودنند بر همين اساس در زمانهاي بسيار دور دنيا چگا لتر و متراكم تر از امروز بوده است. اگر اين حركت به عقب كهكشانها ادامه ‌دار باشد در يك لحظه مشخص تمام ماده تشكيل دهنده جهان در يك نقطه با تراكم بي‌نهايت بايد فشرده شده باشد. از سرعت انبساط عالم مي‌توان لحظه آغاز آفرينش و پيدايش ماده سازنده هستي را در حدود 10 تا 15 ميليارد  سال پيش تخمين زد( بايد توجه داشت عمر منظومه شمسي كه زمين ما نيز جزئي از آن است در حدود 5/4 ميليارد سال مي‌باشد) براساس مدل بيگ بنگ (مهبانگ) مي‌توان به خوبي چگونگي لحظات آغازين جهان را بررسي كرد طبق اين مدل شروع جهان بر اثر يك انفجار بود كه در آن لحظات آغازين دما و چگالي ذرات بي‌نهايت بالا بود، رفته رفته عالم نازك و منبسط مي شد و  دما نيزبه شدت كاهش مي يافت ، معادلات مربوط به تئوري گرانش انيشين به خوبي انبساط عالم را كه از مدل كيهانشناختي  مهبانگ (بيگ بنگ) استنتاج مي‌شود توصيف مي‌كند.

گرچه اين معادلات در سال 1917 ميلادي در نظريه نسبت عام پايه گذاري شد ولي  اينشتين انبساط عالم را كه يكي ازدست آوردهاي حل اين معادلات بود به طور آگاهانه كنار گذاشت( اينشتين بعدا"از آن به عنوان بزرگترين اشتباه خودياد كرد)   چند دهه بعد دانشمندان  جهان در حال گسترش را به عنوان زير بناي بحث‌هاي كيهانشناختي پذيرفتند. در مدل بيگ بنگ (مهبانگ) سخن از انفجار به ميان مي‌‌آيد اما ما هرگز نبايد توجه مان به مدلها انفجاري معمولي كه گاهي شاهد آن هستيم معطوف شود كه در آن قطعاتي از شي منفجر شده به فضاي اطراف پرتاب مي‌شود ، در لحظه آغاز هستي آنچنان كه از مدل بيگ بنگ (مهبانگ) مي‌توان نتيجه گرفت اين است كه فضا با حركت و گسترش خود موجب انبساط و گسترش عالم گرديد همانند لكه‌هاي كه روي يك بادكنك قرار گرفته است در اين صورت هر چه بادكنك بيشتر باد شود لكه‌ها از هم فاصله بيشتري پيدا مي‌كند.هرچه سرعت باد شدن بادكنك يا بالون بيشتر افزايش يابد سرعت دور شدن اين لكه ها نيز افزايش دو چندان مي‌يابد.

تعيين عمر زمين بوسيله راديواكتيو

 يك روش كاملاً مستقل براي تعيين سن زمين تعيين سن پرتوزايي سنگ معدن اورانيوم است برهمين اساس تحقيقات بعمل آمده در اين زمينه نشان مي‌دهد كه سن زمين در حدود 4 ميليارد سال است. (با خطاي يك ميليون سال در هر 10 ميليارد سال ) بنابراين انتخاب سن 10 تا 15 ميليارد سال براي عالم برطبق پيشگوئي مدل بيگ بنگ متحمل و قابل قبول مي‌باشد.  چرا كه اگر زمان لازم براي متراكم شدن كهكشان ها و اولين نسل ستارگان را 1 تا 2 ميليارد سال در نظر بگيريم و چگال شدن منظومه شمسي را نيز از پس مانده ستارگان اوليه درحدود 6/4 ميليارد سال بدا نيم ، مي‌توان عمر جهان  رابا دانستن زمان لازم براي تشكيل هسته‌ها در ستارگان وابر نواخترها كه منجر به تشكيل عناصر شيميايي امروزي شده است بدست آورد اين زمان در حدود همان زماني است كه مدل بيگ بنگ «‌مهبانگ» تخمين زده است.

 

تركيب شيميائي جهان

 به كمك مدل بيگ بنگ (مهبانگ) مي توان علت انبساط عالم و سن آن را به خوبي روشن ساخت و به سؤالاتي كه دراين زمينه مطرح مي‌شود به خوبي پاسخ داد سؤالي كه اينك مطرح مي‌ِشوداينست كه چرا تركيب شيميائي جهان تقريباً از 25 درصد هليوم و 75 درصد هيدروژن است.  اگر ماده تشكيل دهنده ستارگان يا سحابيها را مورد تجزيه و تحليل قرار دهيم دقيقا"  به همين نتيجه خواهيم رسيد جواب به اين سؤال متضمن تشريح ساختار اتمي جهان در لحظات اوليه شكل گيري آن است در اين راستا مدل بيگ بنگ توضيح قانع كننده و روشني ارائه مي‌دهد.  طبق اين مدل، دماي جهان زماني چنان بالا بود كه براي هيچ عنصر شيميائي مجال ظهور و پيدايش فراهم نگرديد و در اين ميان تنها عناصري توانستند خلق شوند كه تنها ازهسته‌اي ابتداي و ساختماني ساده برخوردار بودنند اين عناصر سبك و نو ظهور هيدروژن و هليوم مي‌باشند كه قادر بودنند در چنان حرارتي بوجود آيند.

ساير عناصر كه از هسته هاي سنگين‌تري نسبت به هيدروژن و هليوم برخوردار بودنند نمي‌توانستند در آن گرماي شديد ( ميلياردها ميليارد درجه سانتيگراد) لحظات اوليه تولد هستي ايجاد شوند و در صورت ساخته شدن در همان لحظه بر اثردماي فوق‌العاده شديد فنا و نابود مي‌شدنند. محاسبات انجام شده توسط هويل (Hoyle) و ديگران درسال 1964 كه توسط پي بلز(Peebles) در سال 1966 اصلاح گرديد و همچنين ساير تلاشهاي بعمل آمده در سال 1967 كه با همكاري فولر (Fowler) و هويل(Hoyle) صورت گرفت نشان مي‌دهد تشكيل هسته بر اثر همجوشي هسته‌ها سبك هيدروژن در حدود چنددقيقه پس از بيگ بنگ صورت گرفته است و همين امر موجب تبديل 25 درصد جرم عالم به عنصر هليوم شده است عنصري كه بعد از هيدروژن سبك ‌ترين عنصر در طبيعت است. ساير عناصر سنگين‌تر كه اكنون در عالم وجود دارد نظير كربن – اكسيژن –آهن –كلسيم – روي ... هم طي واكنش‌هاي هسته اي صورت گرفته در قلب ستارگان ساخته شده‌اند و بر اثر انفجار و متلاشي شدن اين ستارگان بعد از پايان يافتن سوختشان در فضاي بين ستاره‌اي به بيرون ريخته شده‌اند.

ابش زمينه ميكرو موج كيهاني

مهمترين آزمايشي كه تحقق آن منجر به تأئيد و تصديق تجربي و  علمي نظريه بيگ بنگ (مهبانگ) گرديد اثبات وجود « تابش زمينه كيهاني»‌بوده است كه سراسر پهنه عالم را ميلياردها سال تحت سيطره وجود خود قرار داده است. اين تابش كهن بقاياي همان عالم جواني است كه روزگاري دماي بي‌نهايت آن جايگاه خلقت ماده از انرژي بود گرچه وجود اين تابش زمينه ي كيهاني توسط فيزيكدانان در دهه چهل ميلادي پيش بيني شده بود اما تأئيد تجربي وآزمايشي آن تا 25 سال بطول انجاميد. تابش زمينه‌اي كيهاني اولين بار توسط گاموف و همزمان بطور مستقل توسط پي بلز (Peebls) در سال 1948 ميلادي پيش بيني شد هر دو دانشمند ديدگاه خود را در مورد اين تابش زمينه‌اي اينگونه بيان كردنند كه هنگاميكه هنوز چند ثانيه بيشتر از عمر عالم نگذشته بود نوع خاصي از تابش ناشي از فعل وانفعالات اوليه پيدايش در اولين لحظات آن توليد گرديد و سراسر فضا را به تسخير خود در آورد.  براساس اين نظريه وقتي كه دماي جهان سيصدهزارسال بعد از بيگ بنگ ( مهبانگ) به مرز  رسيد الكترونها با قرار گرفتن در گرداگرد هسته‌هاي تشكيل شده از پروتونها و نوترونها ، اولين اتم هاي هيدروژن و هليوم را خلق كردنند.در نخستين لحظات تولد هستي تابش (نور ) راه خود را از ماده جدا كرد واكنون بعد از  15 ميليارد سال كه از عمر عالم در حال انبساط و سرد شدن مي‌گذرد تابش اوليه از دمائي معادل  برخوردار شده است (دمايي نزديك به صفر مطلق يعني در حدود 271 درجه سانتي‌گراد زير صفر) در يكي از روزهاي سال 1965 ميلادي هنگامي كه دو دانشمند لابراتوار بل ، پنزياس و ويلسون مشغول نصب آنتن گيرنده _ فرستده‌ بودنند ( كار آن ايجاد و دريافت پيام بين پايگاه زميني و ماهواره بود)  با تعجب با يك تابش كهموج (ميكرو موج) زمينه‌ايي روبرو شدنند، وجود اين تابش نيز در سال 1989 با پرتاب ماهواره COBE نيز تأييد شد

،‌طيفي كه اين تابش از آن برخوردار بود به طرز شگفت انگيزي با طيف تابش پيش بيني شده از مدل بيگ بنگ مطابقت داشت. تابش زمينه‌اي كيهاني كه در حقيقت پژواكي از يك رويداد كهن مي‌باشد به طور كاملاً يك دست و يكنواختي در تمام جهان عالم پخش شده است ماهواره COBE كه با حساسيت يك در صدهزار يافته‌هاي خودرا به زمين مخابره مي‌نمود دماي اين تابش كيهاني را  محاسبه كرد (به انطباق عجيب اين عددباعدد پيش بيني شده توسط دانشمندان توجه نماييد) اينجاست كه پيشگوئي علم بعد از دو دهه تحقق مي‌يابد، گرچه از مدل بيگ بنگ (مهبانگ) به خوبي مي‌توان چگونگي بوجود آمدن هستي را به صورت كاملاً دقيق و علمي مورد بررسي قرار دارد و همچنين از علت دور شدن كهكشانها از يكديگر پي‌برد و برخي از موارد ديگر،  همگي موجبات بسط و گسترش اين نظريه را به صورت يك نظريه جامع فراهم آورده است، ولي اين نظريه با تمام ويژگيهاي منحصر به خود در پاسخ گوئي به برخي از سؤالات عاجز و ناتوان مانده است.

 

اينكه چگونه ستارگان و كهكشانها شكل گرفته‌اند و تنوع شكلي در كهكشانها چگونه ايجاد شده است  و چگونه ستارگان كهنسال و پير مي‌شوند.

مدل كيهانشناختي بيگ بنگ ( مهبانگ) در اوايل دهه نود در سطح جهاني به صورت چشم گيري توسعه وگسترش يافت و به خوبي مورد پذيرش افكار عمومي قرار گرفت.

 آشفتگي در جزيره بزرگ

مدل كيهانشناختي مهبانگ نحوه خلقت هستي  و روند تكاملي جهان اوليه را به صورت قانع كننده اي توضيح مي‌دهد. اما اين مدل نمي‌تواند توضيح مستدلي براي توجيه مشاهدات نجومي سالهاي 1970 تا 1980 ارائه دهد و تأييد بيش از پيش يافته هاي اين دهه توسط دانشمندان ديگر موجبات متزلزل شدن اين نظريه را فراهم آوردنند.

 

 1- مجذوب كننده تاريك(   Dark Attractors )

در طول سالهاي دهه هفتاد ميلادي برخي از اخترشناسان اقدام به تهيه نقشه‌اي از سرعت دوران كهكشانها نمودنند زيرا آنان در هنگام رصد برخي از كهكشانها به چرخش غير متعارف آنها مظنون شدند زيرا آنان بر اين عقيده بودنند كه قوانين فيزيك كلاسيك به اجرام آسماني دورتر از مركز كهكشان (بالاخص ستارگاني كه در بازوي كهكشان قرار دارند)اجازه نمي‌دهند كه از سرعتهاي فوق العاده زيادي برخوردار باشند( زيرا براساس قانون عكس مجذور فاصله(‌قانون گرانش) هر چه فاصله بين دو جسمي كه نيروي جاذبه بر هم وارد مي آوردند بيشتر باشد بزرگي نيروي وارده آنها بر يكديگر كمتر خواهد بود بنابراين جسمي كه دورتر است براي غلبه بر جاذبه جسم ديگر به نيروي گريز از مركز كمتري نياز دارد. برهمين اساس كم شدن سرعت دوران سيارات دورتر از زمين در حول خورشيد بخاطر اينست كه از جاذبه گرانشي كم خورشيد خارج نشوند)چون در اين صورت ستارگان دور دست در يك كهكشاان از حيطه جاذبه مركز كهكشان خارج مي‌شوند.

 

طبق عقيده دانشمندان كهكشان ها نيز بايد از قوانيني پيروي كنند كه منظومه خورشيدي  پيروي مي‌كند مثلاً در اين منظومه  عطارد كه سياره‌اي نزديك به مركز جرم منظومه خورشيدي است از سرعتي بسيار بيشتر از پلوتو كه سياره‌اي دورتر از مركز جرم قراردارد مي‌چرخد زيرا نيروي گرانشي وارد بر عطارد خيلي بيشتر از نيروي گرانشي است كه خورشيد برپلوتو وارد مي‌كند، حال اگر پلوتو از سرعت دوراني مساوي با سرعت چرخش عطارد حول خورشيد برخوردار مي‌بودآنگاه سياره موردنظر از جاذبه وارد از طرف خورشيد محروم مي‌شد و مسيري مستقيم در پيش مي‌گرفت و از منظومه خورشيد خارج مي‌گشت.هنگاميكه اخترشناسان انتقال به قرمز ستاره‌هاي خارجي‌تر كهكشان ها را ملاحظه كردنند ديدنند كه اين ستاره‌ها سريعتر از ستارگان داخلي‌تر كهكشان كه خيلي نزديك‌تر به جرم مركزي هستند مي‌چرخند اين اتفاق آنان را بسيار حيرت زده كرد زيرا اين موضوع در صورتي قابل درك مي‌باشد كه نوعي ماده ناديدني كه داراي جرم مي‌باشد در كهكشان وجود داشته باشد تا مجموع جرم اين ماده ديدني با جرم قابل مشاهده كهكشان كه شامل ستارگان مي‌باشند عدم گريز ستاره‌هاي بيروني كهكشان را بخاطر سرعت زياد چرخيد نشان توجيه كند.

 

دومين گواه اين ادعا مسير چرخش اجتماع، گروهي كهكشان هاست اين گروه هاي كهكشاني با سرعت‌هاي تقريباً يكنواخت  به دور يكديگر دوران مي نمايند. اين نكته نيز براساس واقعيت‌هاي قابل مشاهده غير قابل درك است زيرا قانون گرانش نيوتن اين اجازه را به كهكشان هاي  بيروني‌تر نمي دهد كه با سرعتي مساوي يا بيشتر از سرعت چرخش كهكشان هاي دروني‌تر حول مركز جرم، چرخش نمايند مگر اينكه ماده عظيمي در بين كهكشانها وجود داشته باشد كه جاذبه گرانشي آن باعث كنار هم نگه داشتن اين اجتماع كهكشاني و همچنين توجيه كننده سرعت دوران غير عادي كهكشان هاي بيروني تر باشد را بين و فورد در بين سالهاي 1970 تا 1980 ميلادي جرم ماده نامرئي را در حدود 10 برابر جرم مرئي و قابل مشاهده جهان تخمين زدنند آنان اين واقعيت را از طريق مطالعه برروي سرعت دوران بيش از دويست كهكشان به دست آوردنند. اين بدان معناست كه ما قادر به درك آن قسمت از جهان نيستم كه از نظر جرم 90 برابر جرم ستارگان و ذرات گرد وغبارتشكيل دهنده ي عالم مي‌باشد. به عبارت ديگر در حدود %90 از جرم ماده تشكيل دهنده عالم به حساب نيامده است در حقيقت ما هر آنچه راكه مي‌بينيم تنها ده درصد عالم است و در حدود نود درصد آن  از ديده ها پنهان مي‌باشد براساس اين واقعيت انكار ناپذير فيزيكدانان پيشنهاد كردنند كه بايد هاله‌اي سياه‌گرداگرد تمامي كهكشان هاي عالم را فراگرفته باشد كه در حدود ده برابر جرم جهان را تشكيل مي‌دهد آنان اين ماده مرموز را «‌ماده تاريك»    dark matter)) ناميدند كه وجود دارد ولي هيچگونه تابشي از خود ساطع نمي‌كند تا از طريق آن بتوان آن را ديد يا حتي به وجودش پي برد ، تصور اينكه  ما قادرنيستيم %90 دنيا را بينيم و آنرا حس كنيم حول انگيزه و شگفت‌آور به نظر مي آيد اين كه دراين دنياي نامرئي چه مي‌گذرد و از چه نوع ماده‌اي ساخته شده است جزء مجهولات عالم به حساب مي‌آيد.

2-مشكل افق( The Horizon Problem)

در سال 1969 تنها 4 سال بعد از كشف تابش ميكرو موج زمينه اخترشناسان به تحقيق درباره اين موضوع عجيب كه چرا تابش زمينه در همه جهات كاملاً يكنواخت است پرداختنند مشكل بود كه تابش زمينه در تمامي فاصله‌ها هموار باشد همين طور عالم خيلي بزرگتر از آنست كه نور بتواند در سراسر عمر بيگ بنگ آنرا طي كند و از يك نقطه در يك طرف جهان به نقطه‌اي در طرف ديگر برود متخصصين فيزيك نجومي موفق به نظاره  حاشيه عالم شدنند آنان به اين محدوده قابل مشاهده افق مي‌گويند اگر در يك جهت خاص به افق نظر بياندازيم و آنگاه نگاه را به سوئي ديگر از عالم معطوف نمائيم آنوقت خواهيم ديد كه در تمام جهات تابش زمينه به طور يكنواخت از دماي 735/2 درجه كلوين، برخوردار است. 

تفاوت رنگ ها تنها بعلت چندين ميليونيوم درجه كلوين تفاوت دمااست(نقشه DMRاز جهان)

اين موضوع را چگونه مي‌توان توضيح داد كه ميلياردها سال پيش تمام نقاط هستي بدون اين كه با هم تماس داشته باشند اكنون در تمام جهات به طور يكسان از يكنواختي دما برخوردارند. افق كه اكنون 15 ميليارد سال نوري از هر سوئي امتداد يافته موجب شده است تابش زمينه نيز كه از حاشيه عالم به طرف ما مي‌آيد از هر سوئي نيز با ما درحدود 15 ميليارد سال نوري فاصله داشته باشد.تابشي كه عالم را فرا گرفته است دو سوي آن بايد از هم 30 ميليارد سال نوري فاصله داشته باشد . اگر جهان نزديك به 15ميلياردسال عمر دارد اين سؤال پيش مي آيد كه اين مناطق كه در اين مدت طولاني كاملاً جدا از هم بوده‌اند و هرگز در اين مدت با هم تماس نداشته‌اند چگونه از دماي يكنواختي برخوردارند. چرا كه افق‌هاي عالم با اختلاف مسافتي حدود سي‌ميليارد سال نوري كه با هم دارند امكان تبادل هيچگونه  سيگنالي را با هم نداشته‌اند چراكه در غير اين صورت اين سيگنال بايد سرعتي فراتر از سرعت نور داشته باشد و اين امر خلاف قانون نسبيت خاص اينيشين مي‌باشد كه در آن بيان شده است هيچ جسمي نمي‌تواند از سرعتي معادل سرعت نور برخوردار باشد.

 3-معماي صاف بودن(The Flatness Problem )

 

وقايع آغازين جهان بخصوص در چند ثانيه اوليه به بخوبي توسط نظريه بيگ بنگ توصيف مي شود ولي يك مشكل بزرگ ديگر در مسير اين نظريه قرار دارد و آن، مشكل صاف بودن است. عموماً از نتايج معادلات اينيشين سرنوشت جهان را مي‌توان در دو حالت پيش بيني كرد اول اينكه جهان همراه با تمام كائناتش براي هميشه و تا ابد دهر بسط مي‌يابدو هستي در يك سرماي بي نهايت  خاموش خواهد شد( Cold Death( ) (مدل باز) و ديگر اينكه انبساط عالم متوقف مي‌شود و ماده تشكيل دهنده هستي با بازگشت به نقطه آغازين در خود خرد خواهد شد( Big Crunch  ) (مدل بسته) در آن هنگام ماده به اندازه كافي بايد وجود داشته باشد تا نيروي گرانش بتواند ايفاي نقش كرده و از انبساط عالم جلوگيري نمايد.

 

چقدر ماده نياز است تا اين رويداد به وقوع بپيوندد؟ محاسبات انجام شده با دقت بسيار بالا مقدار ماده مورد نياز جهت متوقف شدن انبساط عالم را در حدود سه اتم هيدروژن در هر يارد مكعب مي‌دانند يا ماده در هر متر مكعب است.به اين مقدار ماده در واحد حجم كه نياز داشت. تا نيروي گرانش موجب توقف حركت كهكشان ها شود  جرم بحراني يا چگالي بحراني مي‌گويند(critical density )اگر جهان به اين جرم بحراني رسيد  كائنات با حركت در جهت عكس حركت كنوني خود گسترش يافته و در خود خرد و نابود مي‌شود  در آن لحظه چگالي به بي‌نهايت و گرماي آتشين به دماي باور نكردني خواهد رسيد (Hot Death ).

 

اماشق سوي هم وجود دارد كه د رآن نه جهان تا ابديت منبسط مي‌شود كه كائنات در سرماي سوزناك به خواب ابدي فرو رودو نه با برگشت برق‌آساي خود به عقب در يك نقطه با گرماي باور نكردني خرد و  متلاشي شود اين حالت نسبتاً متعادل بين سرنوشت فشردگي ابدي  و انبساط ابدي  است. اختر فيزيكدانان حرف يوناني امگا را براي تعيين تراكم جرم كيهاني در نظر گرفته بنابراين تصميم‌گيري آنها در مورد سرنوشت جهان براساس مشاهدات و چگالي بحراني صورت مي‌گيرد .

 

اگر مقدار امگا كمتر از يك شود در آن حالت مقدارتراكم جرم براي توقف انبساط كهكشان ها كم خواهد بود و حركت آنها همچنان درجهت دور شدن از يكديگر ادامه مي‌يابد اگر امگا بزرگتر از يك شود آن هنگام مقدار ماده براي بسته شدن عالم فراهم شده و جهان از انبساط باز مي‌ماند. در آن صورت حركت رو به عقب كهكشانها آغاز مي‌گردد. 

از بالا به پائين        الف) جهان باز :  امگا<1  انحناى جهان منفى است  ب) جهان تخت : امگا = 1   پ)جهان بسته : امگا >1 انحناى جهان مثبت است

Geometry(شكل هندسى  )	امگا	q0	Fate of Universe(سرنوشت عالم )	Name (نام  مدل )
Flat تخت )  )	=1	1/2	Open Universe (جهان باز )	Einstein-DeSitter Model
Hyperboliهذلولى مانند ) )	<1	<1/2	Open Universe (جهان باز )	Open Model
Spherical كروى)  )	>1	>1/2	Closed Universe (جهان بسته  )	Closed

مشاهدات اخترشناسان نمي‌توانست به درستي حكم كند كه در صورت منحني بودند فضا آيا اين منحني باز خواهد بود يا بسته دليل ظاهري كه امروز جهان در حالت توازن وجود دارد آنست كه امگاي آن برابر يك است حاميان نظريه مهبانگ بخوبي توضيح مي‌دهند كه چگونه جهان به موقعيت امروزي خود رسيده است و چگونه دوره هاي متعددش را پشت سرگذارنده و كهكشانها به مانند امروزه پراكنده و پخش شده‌اند آنها حتي مي‌توانند خلقت دنيا را در دقيقه اول يا حتي در ثانيه و كمتر از آن بخوبي تشريح كنند.براساس مدل كيهانشناختي مهبانگ در زمان  ثانيه بعد از انفجار بزرگ جهان بي‌نهايت خرد و كوچك بود چنانچه عالم براحتي در درون يك پرتون جاي مي‌گرفت مواد ايجاد شده به سرعت منبسط شدند واين انبساط چنان  نيرو مندبود كه نيروي گرانش  قادر به متوقف كردن آن نبود. و تنها بخش كوچكي از بيشتر ماده توسط نيروي قوي گرانشي از منبسط شدن مداوم باز ايستاد كه از اين مقدار ماده همه ستارگان و كهكشانها بوجود ‌آمدنند.امروزه با توجه به تمامي ماده قابل رؤيت و كشف شده كيهاني 1/0 ماده مورد نياز جهت بسته شدن عالم در آن وجود دارد يعني براي اينكه حركت كهكشان ها و دور شدن آنها از هم متوقف شودو بدنبال آن حركت رو به عقب آنها آغاز گردد تا سرانجام همه عالم در يك نقطه متمركز و متلاشي گردد بايد مقدار امگا به بيشتراز يك برسد كه هم اكنون اين مقدار بسيار كمتر از اين است (حدود 1/0) هرچند كه مقدار زيادي از ماده هنوز به حساب نيامده يعني تقريباً نود درصدجهان هنوز ماهيت و چيستي آن ناشناخته و كشف نشده است.

 

 4-كوازارها يادگارهاي كيهاني

(كوازارها: كهكشانهاي جواني هستند كه بسيار فعالند و سياهچاله مركزي آن هنوز خيلي چيزهاي برد بلعيدن دارد كه بدين خاطر انرژي بسيار فراواني از  آن آزاد مي‌گردد)در سالهاي 1980 ميلادي يك سري از مشاهدات صورت گرفته توسط كيهان شناسان موجب شد تا حيرت و شگفتي جديدي در ميان اخترشناسان ايجاد شود و معماي ديگري بر معماهاي قديمي نظير صافي آسمان و مشكل افق ايجاد كند، آنها يك شي جديد آسماني را كشف كردنند كه در فاصله بسيار دوري از زمين قرار داشت و با سرعت بسيار زيادي از ما دور مي شد.آنها نام اين شي  ناشناخته را كه شبيه به ستاره‌اي بسيار درخشان بود اختر نما ناميدنند يك اختر نما مي‌تواند صد برابر پرنورتر از يك كهكشاني مانند كهكشان راه شيري باشد. يعني صد بار درخشند تر از يكصد ميليارد ستاره اما اندازه اين اخترنماها تنها به بزرگي يك منظومه مانند منظومه خورشيدي خودمان مي‌رسد اين اختر نماها كه در دورترين شعاع از دنيا قرار دارند با سرعتي نزديك به نود درصد سرعت نور از ما دور مي‌شوند. در آغاز براين باور بودنند كه اگر طيف انتقال به قرمز اين اشياء نوراني درست باشد كوازارها بايد درحدود ده ميليارد سال پيش شكل گرفته باشند ولي كشف اخترنماي 4635+1158 PC در سال 1989 شوك بزرگي بر اختر فيزيكدانان وارد آوردو حيرت همگان را برانگيخت زيرا به خلاف يافته هاي گذشته اين اختر نما 14 ميليارد سال نوري از زمين دور بود براين اساس يك اختر نما در فاصله اي دورتر از جائي قرار داشت كه از نظر زماني نمي‌توانست وجودداشته باشد و نگران كننده‌تر از آن اين ست كه بدانيم در حول حوش اختر نماها با طيف انتقال به قرمز بزرگ كه در حاشيه ترين قسمت عالم قرار گرفته است كهكشان هايي ديده مي‌شود كه از انتقال به قرمز كمتري(از سرعت دور شدن كمتري) نسبت به اختر نماها برخوردار بودند .يعني دو شيء  با سرعت‌هاي متفاوت نسبت بهم از نظر موقعيت مكاني در يك محل قرار گرفته‌اند.اين انتقال به قرمز ها يا شايد تمام طيف‌هاي انتقال به قرمز نتيجه يك اثر طبيعي ديگري باشد؟.

 

5-تورم: نوشداروي فراگير

در اواخر دهه هفتاد و اوايل دهه هشتاد  صافي شگفت‌آور دنيا و تعادل باور نكردني كيهان بين انبساط لجام گسيخته‌ وجاذبه قوي خرد كننده مشكلاتي غيرقابل حل شدن به نظر مي‌آمدنند در همان سالها گوث0Guth)) يك راه حل پيشنهاد كرد راه حل او بدين صورت بود كه جهان در بدو خلقت مي‌توانست وارد يك حالت ناپايدار شود. فيزيكدانان به اين حالت ناپايدار « خلأ كاذب » ( false vacuum ) مي‌گويند اين حالت گذار و آني مي‌توانست موجبات تغيير سريع در عالم را فراهم آورده باشد اين مرحله از عمر هستي را « فاز گذار»  (  phase transition  )  مي‌گويند بعد از آن است كه جهان به سمت سرد شدن سريع پيش مي‌رود( وقتي آب به سرعت سرد شود مي تواند در زير نقطه انجماد بدون اينكه يخ ببندد مايع بماند و بعد از آن به يكبار همه آب يخ مي بندد.)گوث( Guth) پيشنهاد كرد كه جهان بوسيله انبساط رونده و فراگير جهان به زير دماي انجماد خود رسيد و در يك لحظه خلاء كاذب بوجود آمد و جهان بسوي سرد شدن روز افزون پيش رفت دنيا اين مسير را به خودي خود طي كرد براساس محاسبات گوث( Guth) مي‌بايست تورم جهان دقيقا در  ثانيه بعد از مهبانگ شروع شده باشد. وقتي كه چگالي فوق العاده بر جهان حاكم بود مي‌بايست كه در آن شرايط يك خلا كاذبي بوجود آمده باشد.مطابق معادلات ميدان نسبت عام يك نوع نيروي ضد گرانش برماده وارد شده و موجب  خرد شدن آن به اجزاي كوچكتري شدو به آن طرح و شكل ديگري بخشيد.

در محدوده زماني بي نهايت كوچك  ثانيه نيروي ضد گرنش موجب شد تا جهان تا  برابر حجيم شود ( دنياي قبل از تورم را يك دانه ى ماسه در نظر بگيريد و دنياي متورم شده تا ده به توان پنجاه برابر را  دنياي كنوني خودمان كه قطري حدود سي ميليارد سال نوري دارد تصور كنيد) و بعد از اين انبساط بسيار سريع جهان، سرعت انبساط به مدل كيهانشناختي مهبانگ استاندارد برگشت.تورم مي توانست مشكل افق را نيز حل كند، همه نقاط جهان كه امروز آنها را بسيار دور از هم مشاهده مي‌كنيم دقيقاً تا قبل از آغاز تورم بزرگ در  ثانيه بعد از آفرينش كاملاً با هم در تماس بودنندبرهمين اساس همة‌انرژي عالم نيز بطور يكنواخت در آن فضاي محدود توزيع شده بود و دراين هنوز تورم بزرگ رخ نداده بود مهمتر اينكه سناريو تورم مي‌تواند معماي صاف بودن جهان را بوسيله استفاده از مفاهيم علم هندسه بصورت جالبي حل كند.شما جهان را قبل از تورم مانند سطح يك بادكنك در نظر بگيريد كه در اين صورت از انحناي زيادي برخوردار است حال اگر بادكنك را تا ميزان زيادي باد كنيم رفته رفته انحناي اوليه بادكنك ناپديد شده و سطح بادكنك مسطح به نظر خواهد آمد جهان نيز بعد از انبساط سريع كه  برابر حجم تر شده است نيز ديگر جهاني منحني به نظر نخواهد آمد بلكه جهان به يك جهان تخت و صاف مبدل خواهد شد.

 

 مشكل عمده گسترش جهان بوسيله تورم:

 

تورم پيشگويي مي‌كند از انبساط سريع جهان يكسري حبابهائي فضائي بوجود آمده است كه امروز بايد قابل مشاهده باشند. حباب ها مشكلي براي تورم بحساب مي‌آيند زيراتاكنون كسي قادر به ديدن آنها نشده است مشكل  « ديوار حباب» the bubble wall)) كه زائيده انديشه جديد تورم بوده هنوز بصورت معمائي لاينحل گريبانگير دنياي كيهانشناختي شده است  يك راه حل براي حل مشكل حباب اينست كه اين پيشگوئي كه بيان مي‌دارد دنياي قابل مشاهد توسط   ده به توان 21حباب انفرادي اشغال شده عملي گردد و بتوان آنرا به اثبات رسانيد رفع مشكل ديوارهاي حباب عمده ترين نگراني براي اثبات تئوري تورم است چرا كه اين ديوارها فراسوي نقاطي است كه ما امروزه مي‌توانيم مشاهده كنيم ما تنها قادر به ديدن نقاطي هستيم كه در فاصله 15 ميليارد سال نوري از ما قرار دارند بنابراين هرگز امكان رويت آنها وجود ندارد.

 

اينكه نمي‌توان صحت و سقم نظريه تورم را  معلوم كرد يك عيب اصلي براي آن به حساب مي آيد در تمام تاريخ علم بهترين نظريه ها همواره پيش بيني هاي قابل اثباتي مي نمودنند كه مي‌شد درستي اين پيش بيني‌ها را به كمك آزمايش يا مشاهده كردن سنجيد بعنوان مثال نسبيت عام اينشيتن برخي از پديده هاي طبيعي را پيش بيني كرد كه بعداً اين پيش بيني ها تحقق يافتند و مشاهده گرديدند ويا تئوري كوانتوم كه در گذشته آزمايش‌هاي زيادي به صورت ذهني در سطح زير هسته‌اي انجام مي‌داد كه با اختراع شتابدهندها صحت بيشتر آنها تأئيد گرديد .از اينرو كه تئوري تورم غير قابل آزمايش است يك ضعف اساسي براي أن به حساب مي أيد تئوري تورم گوث (Guth) تنها يك پيشگوئي آن قابل آزمايش است و مي‌توان درستي يا نادرستي آنرا تأئيد نمود و آن اينست كه اخترشناسان مي بايد قادر باشند ديوارهائي از حباب را در حوزه هاي ديدشان ببينند ولي تاكنون هيج اشاره‌اي مبني بر مشاهده قلمرو ديوارها گزارش نشده است.مشكل عمده ديگر تورم اين است كه مقدار امگا دقيقاً بايد برابر يك باشد از اينرو لازم مي آيد كه جرم جهان ده برابر مقداري باشد كه ما مي‌توانستيم با مشاهدات خود بدست آوريم و تخمين بزنيم متخصصان علوم نظري معتقدنند كه اگر تورم اعتقاد دارد كه امگاي جهان برابر با يك است بنابراين مسئله‌اي كه بيگ بنگ( مهبانگ) با آن رو به رو است و براساس آن بيان مي‌دارد كه نود درصد از جرم جهان مفقود شده و از ديده‌ها پنهانست مي‌تواند حل شود و درست از آب د ر آيد آنها اين جرم گمشده را كه حدود ده برابر دنياي قابل مشاهده است را « ماده تاريك سرد» cold dark matter))  مي‌نامند كه هرگز قابل ديدن نيست

 

 

 

 

6- جاذبه بزرگ

تابش زمينه كه درسال 1965 كشف شد مهمترين و با ارزش‌ترين مدركي براي تأئيد مهبانگ به حساب مي آيد.

در سال 1977 دانشمندان بالوني را به فضا فرستند كه مجهز به پيچيده‌ترين و دقيق‌ترين دستگاههائي بود كه مي‌توانست كمترين نوسانات موجود در تابش زمينه را ثبت كند ونشان دهد آنان  از نتايج بدست آمده از اين تحقيقات بسيار شگفت‌ زده شدنند، زيرا علي رغم يافته‌هاي گذشته در مورد يكنواخت بودن تابش كهموج زمينه اي يك تغييرات بسيار ناچيزي در تابيش زمينه ثبت گرديد اين تغييرات ناچيز در يك طرف‌ آسمان به سمت انتهاي قرمز طيف متمايل بود و در طرف ديگر به سمت انتهاي آبي طيف .

نتيجه گريزي ناپذيري كه بدست مي‌آيد اين است كه زمين و منظومة خورشيدي  در حقيقت به سرعت در جهت انتقال به آبي تابش زمينه در حركت هستند.

تمام كهكشان راه شيري حركتي عجيب و غريب دارد كه اين نحوة حركت تنها مختص به كهكشان راه شيري مي‌شود و با حركت هيچ كهكشاني همخواني يا مشابهت ندارد.

 اين نحوة حركت براساس تئوري انبساط عمومي قابل توضيح نيست و هيچ هماهنگي و ارتباطي با آن ندارد.محاسبات نشان مي‌دهد نه فقط كهكشان راه شيري بلكه تمام كهكشانهاي محلي كه حدود سي كهكشان مي‌باشند داراي حركتي هستند كه هم جهت با هم و با سرعتي معادل (700 كيلومتر بر ثانيه) در حدود دو درصد سرعت نور به سمت صورت فلكي سنبله درحركت مي باشند اين كهكشانها درحقيقت يك حركت جويباري"streaming motion."  را نمايش مي‌دهند بعداز آن اختر شناسان گروههاي محلي ديگري از كهكشانها را يافتند كه نه تنها به طرف صورت فلكي سنبله كشيده مي شوند بلكه به سمت يك جرم ناشناختة نامرئي نيز در حركتند كه تقريباً عمود بر موقعيتي است كه صورت فلكي سنبله قرار گرفته است.

در سال 1987 يك گروه هفت نفره از اختر فيزيكدانان حركت جمعي و جويباري حدد چهارصد كهكشان را تجزيه كردنند و نتايج بدست آمده از آن مشاهدات شوكي بزرگ به جامعة اختر فيزيكدانان وارد آورد . هر كهكشان كه در يك گروه محلي‌قرار دارد  به نوبة خود متعلق به يك خوشه كهكشاني مي‌باشد و خوشه‌هاي كهكشاني نيز توليد  ابر خوشه را مي‌نمايند.

يك خوشه كهكشاني درحدود دهها كهكشان  دارد وابر خوشه از جمع صدها كهكشان بوجود مي آيد. اين جمع عظيم از كهكشان ها با سرعتي معادل 600 تا 700 كيلومتر درثانيه به طرف نقطه‌اي در آسمان كه حدود سيصد ميليون سال نوري آنسوي   Hydra-Centaurus   كه در حدود هفتاد ميليون سال نوري از ما دور است در حركتند همه كهكشان ها بطرف شي ناشناخته كه به آن ابر كشنده    (Great Attractor  ) گفته مي‌شود با سرعتي متحير كننده كشيده مي‌شوند.

(اگر روزگاري كهكشان ها به اين جرم عظيم برسندو از حركت باز بايستند هيچ حياتي در هيچ نقطه از عالم وجود نخواهد داشت چرا كه اگر ما منظومه خودمان را در نظر بگيريم به اين خاطر ماه تحت نيروي جاذبه ي زمين به درون زمين سقوط نمي‌كند كه زمين در حال  سقوط  كردن به درون خورشيد است و خورشيد به اين دليل در مركز كهكشان سقوط نمي‌كند كه كهكشان ما در حال سقوط كردن به درون مركز جرم خوشه كهكشاني است وخوشه كهكشاني به اين علت در دروي مركز جرم ابر خوشه سقوط نمي‌كتد كه ابر خوشه اي كه كهكشان ما عضوي از آن است به همراه ساير ابر خوشه ها به سمت ابر كشنده در حال حركت  و يا به عبارتي درحال سقوط كردن است )

جرم اين ابر كشنده چنانچه محاسبات نشان ميدهد معادل جرم دهها ميليارد كهكشان است، در سال 1989ستاره شناسان خبر دادند كه ابر كشنده اي پديدار شده است كه تقريبا" دو برابر متراكم تر از خوشه هاي كهكشاني است وبه وسعت 300000000 سال نوري در عرض جهان در وراى   Hydra-Centaurus گسترش يافته است    

7- بزرگترين مشكل بيگ بنگ (مهبانگ)

در سال 1994 هنگاميكه تلسكوپ هابل به تازگي تعمير شده بود

(تلسکوپ فضایی هابل، تلسکوپی غولپیکر که در آوریل سال 1990 میلادی به فضا فرستاده شد. هابل در طول این سالها با نمایان کردن جلوه‌های شگفت‌انگیزی از عالم ، به سوالات بسیاری پاسخ گفت.)

 دانشمندان سعي كردند كه دوباره سرعت انبساط جهان را براي تعيين عمر آن اندازه بگيرند.آنها با رصد كردن برخي از اجرام آسماني به اين نتيجه رسيدند كه عمر جهان براساس نرخ انبساطي كه اندازه گيري مي‌شد بايد بين 12 تا 8 ميليارد سال باشد در صورتيكه قبلاً اعتقاد براين بود كه سن عالم بايد بين 16 تا 20 ميليارد سال باشد مشكل بزرگ حاميان مهبانگ اين است كه اجرام  خاصي در دنيا بويژه كوازارها بطورموثق و قابل اطمينان عمر جهان را در حدود 16 ميليارد سال نشان مي دهد. بدين طريق آنها بايد پيرتر از دنيا ي خودشان باشند اين قبيل تحقيقات صورت گرفته منجر به ايجاد بحران عميق درديدگاه كيهان شناسان شده است كشفيات جديد جهان را جوان تر از اشيائي نشان مي دهد كه در آن بوجود آمده‌اند.؟؟  

                       

منبع: 

 1. Astronomy Magazine, March 1994, Waukesha, Wisconsin.
2. Barrow, J. & Tipler, F. (1986). The Anthropic Cosmological Principle. Oxford University Press. New York.
3. Boslough, J. (1992). Masters of Time. Addison-Wesley Publishing Co., United States and Canada.
4. Boslough, J. (1985). Stephen Hawking's Universe. Avon Books. New York.
5. Calder, N. (1989). Einstein's Universe. Penguin Group. New York.
6. Carrigan, R. Jr. and Trower, P. (1989). Particle Physics in the Cosmos. W. H. Freeman & Company, New York.
7. Cohen, N. (1988). Gravity's Lens. John Wiley & Sons, Inc. Canada                                                               

 

 

دستگاه جدید تصویر برداری سه بعدی نوترونی

با اشعه ایکس نمیتوان داخل سرب را دید اما اگر این کار با نوترون انجام شود نتیجه خوبی بدست میآید. نوترون میتواند به داخل مواد نفوذ کند و محققان نیز با بکارگیری این خاصیت به یک تکنیک تصویربرداری سه بعدی دست یافتند. این تکنیک میتواند همچنین برای مطالعه ساختار مواد مغناطیسی نیز مورد استفاده قرار گیرد.

نوترونها خواص ذره ای دارند و در همان حال دارای خواص موجی نیز میباشند و میتوان آنها را با تکنیک های اپتیکی کنترل نمود. با استفاده از بازتاب یک باریکه موازی شده نوترونی از کریستال مناسبی میتوان - همانند منشور که نور را بر حسب انرژی میشکند - این باریکه را نیز برحسب انرژی (طول موج) جداسازی کرد. اما این موجب کاهش زیاد در شدت باریکه میشود که باعث خواهد شد تصویر برداری نوترونی بسیار زمان بر و پیچیده گردد.

فرانتز فایفر (Franz Pfeiffer ) و همکارانش در موسسه پاول شرر (Paul Scherrer Institute ) سویس، یک سیستم تصویر برداری اختراع کردند که از چندین توری استفاده میکند - توری ساده یک صفحه کدر است که که تعداد زیادی شکافهای بسیار باریک و موازی روی آن ایجاد شده است. در این سیستم باریکه نوترون ها به پهنای 2 سانتی متر از یک توری عبور میکند که یک سری خطوط روشن نوترونی ایجاد میشود. هر خط (مسیر) به طور مستقل مانند چشمه موج همدوس عمل میکند و با استفاده از همه این چشمه ها به جای یک تک چشمه، میتوان به شدتی معادل 100 برابر در تکنیک های مشابه رسید.
سپس نوترون های موج گون به یک توری دوم ریزتر (شکاف های بیشتر) برمیخورند که یک الگوی مشخص از شدت های زیاد و کم بدست میدهد و به آن فریز های تداخلی گفته میشود. هنگامی که یک شی در میان توری اول و دوم قرار گیرد موجب خمش مسیر نوترون های عبوری میشود (مانند شیشه ای که نور را میشکند).  این شکست باعث جابجا شدن الگوی تداخلی تولید شده از توری دوم خواهد شد. با وجود این، آشکارسازهای نوترون قادر نیستند که از الگوی های تداخلی به طور مستقیم تصویر برداری کنند و یا جابجایی های کوچک میان آنها را بفهمند.
برای استخراج اطلاعات موجود در باریکه، تیم محققان از یک توری سوم استفاده کردند که در فاصله کمی از دومی قرار میگیرد. سپس تغییرات شدت نوترون عبور کرده از این توری سوم را در حالی که به آهستگی در طول الگوی تداخلی حرکت میکند اندازه میگیرند. این کار مانند حرکت دادن یک شانه از کنار دیگری است که تغییرات کمی در مکان شانه باعث تغییرات زیادی در شدت نور عبوری دارد.
با استفاده از یک آشکارساز دو بعدی برای تصویر برداری از جابجایی های فریزها که هنگام چرخش شئ رخ میدهد، محققان توانستد ساختار سه بعدی داخلی شئ را بر حسب توانایی شکست نوترونها توسط آن از طریق ریاضی تولید کنند. شکست نوترون ها میتواند مابین تیتانیوم و موبیدیوم تمییز میدهد و این در حالی است که هر دوی این مواد نوترون را مانند هم جذب میکنند. فایفر و همکارانش این کار را بر روی سیم های 6 تا 7 میلیمتری سرب، تیتانیوم، منیزیم و مولیبدیوم انجام دادند. شکل بالا نمایشگر یک تصویر سه بعدی است که در آن سیم سربی به دور تیتانیوم گره زده شده است.
فایفر امیدوار است که بتواند راه عملی برای تصویر برداری درون جامداتی مانند مواد مغناطیسی بیابد که در آنجا نوترون ها تحت تاثیر اثرات الکتروستاتیک قرار نخواهند گرفت.

مقاله این کار در 2 ژوئن مجله Physical Review Letters-PRL  آمده است:   Phys. Rev. Lett. 96, 215505
منبع: http://myphysics.blogfa.com

نورافشانی الکتریکی تک مولکول

افروختگی (Incandescence ) و نورافشانی(luminescence) دو راه اصلی تولید نور میباشند. در افروختگی، جریان الکتریکی از یک رسانا (مانند رشته سیم لامپ) که دارای مقاومت الکتریکی است میگذرد و آن را گرم میکند. این گرما باعث درخشش و تولید نور رشته سیم می شود.

راه دیگر تولید نور که بدون استفاده از گرما میباشد را نورافشانی یا "نور سرد" مینامند. انواع مختلفی از نورفشانی وجود دارد:

• نورافشانی الکتریکی
• نورافشانی شمیایی
• نورافشانی فوتونی

نوری که از اسباب بازی ها ساطع میشود از نورافشانی فوتونی بوجود میآید یعنی رنگ مورد استفاده در اسباب بازی را در معرض نور فرابنفش (سیاه) قرار میدهند و آن رنگ بدون داغ شدن میتواند مثلا نور سبز را از خود ساطع نماید.

لوله های نوری اضطراری از نوع نورافشانی شیمیایی است. دو نوع ماده شیمیایی در لوله وجود دارد که هنگام شکستن لوله با هم ترکیب میشوند و حاصل این واکنش تولید نور خواهد بود. در اینجا نیز لوله داغ نمیشود. نورافشانی الکتریکی، پدیده ای است که در آن انرژی الکتریکی به نور مبدل میشود. مثلا میتوان دیود های نور گسیل را از جمله کاربردهای این پدیده نام برد.

با اینکه نورافشانی الکتریکی مدت زیادی است که شناخته شده است اما یک گروه تحقیقاتی از مرکز تکنولوژی جورجیا (Georgia Institute of Technology) توانسته اند این پدیده را در یک تک مولکول نقره بوجود یباورند.

آنها لایه ای نازک از اکسید جیوه را که نورافشانی ندارد به جریان مستقیمی حدود یک آمپر وصل نمودند. اینکار باعث شد که برخی از مولکول های اکسید نقره به فعالیت وا داشته شوند (قسمتA تصویر که تغییر رنگ در آن دیده میشود). سپس با اتصال جریان متغیر به مشاهده شد که یک خط باریکی از خوشه های نقره شروع به تابش نور با رنگی که بستگی به اندازه خوشه دارد نمودند. (قسمت B تصویر). با بزرگ کردن تصویر (قسمت C تصویر) دیده شد که تک مولکول ها در حال تابش نور هستند. این اولین بار است که نورافشانی تک مولکول مشاهده میشود.

تحقیقات بیشتر در این زمینه برای تولید منبع های نوری کوچک که در تراشه های کامپیوتری، حافظه های کوچک اپتیکی و پردازش اطلاعات کوانتومی بازده بالا در دست انجام میباشد.

منبع     http://myphysics.blogfa.com

لیزر اتمی

یکی از بزرگترین اختلافات میان فوتون ها و اتم ها اینست که اتم ها دارای جرم هستند و گرانش تاثیر زیادی بر آنها میگذارد. این را میتوان به صورت یک فایده نیز نگریست: هنگام طراحی تداخلسنج های اتمی فوق العاده دقیق. اما وقتی که کنترل باریکه لیزر اتمی به میان میآید این یک مشکل اساسی است.

 طبق گفته ویلیام گورین William Guerin " گرانش در سرعت های بالاتر مهم تر میشود و این به معنی آنست که طول موج کوتاه تر میشود." برای اینکه یک لیزر اتمی بتواند قابل استفاده برای کاربردهای فراوانی گردد، لازم است که روشی برای تولید طول موج های بلندتر پیدا شود. گورین این کار را انجام داد. مقاله او در Physical Review Letters با نام Guided Quasicontinuous Atom Laser به چاپ رسید که در آنجا نحوه دسترسی به چنین طول موج های بلندی نشان داده شده است.
با ترکیب لیزر اتمی و یک حامل موج wave carrier آنها توانستند از شتاب گرانشی خلاص شوند. بدین صورت یک لیزر اتمی کاربردی بوجود آوردند.
این لیزر ها بر پایه گیراندازی چگالش بوز- آینشتین (BEC) کار میکند. BEC که تحت تاثیر دو پتانسیل گیرانداز قرار دارد را توسط یک rf (فرکانس رادیویی) به حالتی میبرند که تنها به پتانسیل اپتیکی جواب دهد و این باعث میشود که لیزر اتمی در راستای محوری از تله اپتیکی که عمل محدود سازی را ضعیف تر انجام میدهد منتشر شود.
یکی از کاربردهای مهم این نوع لیزر ها استفاده در انتقال کوانتومی میباشد. تداخلسنجی اتمی نیز با استفاده از چشمه های همدوس اتمی قابل دسترس میباشد. به گفته گورین از دیگر کاربردهای این لیزر میتوان به ساخت ژیروسکوپ با باریکه های اتمی همدوس اشاره کرد.
دو نکته اصلی در این نوع لیزر ها وجود دارد: اول، داشتن یک طول موج بلند و معین که جدید است. دوم اینکه میتوان میزان برهم کنش را کنترل کرد. یعنی میتوان شار خروجی اتم ها را کنترل نمود. این برای دنیای فیزیک اتمی خیلی عالی است.

منبع http://myphysics.blogfa.com

 

نورافشانی مکانیکی (mechanoluminescence)

دانشمندان با استفاده از امواج فراصوتی توانستند نور افشانی مکانیکی را با شدت بالا تولید کنند.

پدیده نورافشانی مکانیکی توسط فرانسیس بیکون در سال ۱۶۰۵ (!) در هنگامی که شکر را با چاقو میخراشید کشف گردید. تصویر بالا نشان دهنده نورافشانی مکانیکی یک کریستال اسید استیلانترانیلیک ان (N-acetylanthranilic acid) است که آن را میان دو پنجره شفاف می سایند.

پروفسور کند ساسلیک (Kenneth S. Suslick) با استفاده از امواج فراصوتی با بسامد ۲۰۰۰۰ هرتز و شدت بسیار بالا که به شکر مایع اعمال شده است توانستند نورافشانی با شدت ۱۰۰۰ برابر بیشتر از نورافشانی های مکانیکی معمولی تولید کنند. مقاله او و همکارانش در مجله نیچر (Nature) منتشر شد.

منبع ::: لینک مقاله در مجله نیچر [(Nature 444, 163 - 163 (09 Nov 2006]

منبع   http://myphysics.blogfa.com