روش ساخت یک کلید کوانتومی

استفاده از رمز نگاری کوانتومی میتوان اطلاعات را به روش امنی میان دو بخش که به نام های آلیس Alice و بابBob مشهورند انتقال داد. بوسیله تک فوتونی که برای رمزی کردن اطلاعات بکار میرود، آلیس و باب میتوانند وجود استراق سمع را آشکار کنند.

موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی (NIST) در حال ساخت مدل اولیه تکنولوژی میباشد که بتوان به صورت کاربردی یک کلید کوانتومی محرمانه را توزیع کند. این کلید برای پنهان سازی پیام ها و رمزگشایی آنها استفاده خواهد شد. سیستم NIST فوتون ها را در چهار جهت مختلف ارسال و دریافت میکند و این جهات نمایان گر صفر و یک هستند. هر فوتون در یکی از دو مد عمودی/افقی یا 45 درجه مثبت/منفی فرستاده میشود. در هر یک از این مد ها، یک جهت گیری نشان دهنده صفر و دیگری نشان دهنده یک است.
برای تصور این سیستم میتوانید که هر فوتون را بصورت یک پاکت نامه در نظر بگیرید که نسبت به زمین عمودی حرکت میکند (عمودی=1)، موازی با زمین باشد (افقی=0)،  45 درجه به راست کج شده باشد (45 درجه مثبت=1) و یا اینکه 45 درجه به چپ کج شده باشد (45 درجه منفی=0). هر فوتون میتواند فقط داخل یکی از دو نوع آشکار ساز (یا صندوق پستی) گردد.

 

آلیس (فرستنده) به صورت تصادفی یک مد و یک جهت گیری را برای فوتون انتخاب میکند. باب (گیرنده) هنگامی که میخواهد فوتون را بگیرد به طور تصادفی از میان دو مد یکی را برمیگزیند. اگر که او همان مدی که آلیس برای آن فوتون خاص انتخاب کرده است را برگزیند آنگاه باب همیشه میتواند جهت گیری درست را اندازه بگیرد و در نتیجه صفر و یک درستی بدست می آورد. اما اگر مد دیگری (صندوق پستی دیگری) را برگزیند پس مقدار بدست آمده اش نادرست است.
برای ساخت یک "کلید مشترک" از روی فوتون ها، آلیس از یک کانال ارتباطاتی معمولی استفاده میکند تا به باب بگوید چه مدی را برای هر فوتون استفاده کرده است(بدون معلوم گشتن مقدار آن بیت). باب به آلیس میگوید که چه فوتون هایی را توسط صندوق درست اندازه گرفته است(اما مقادیر را نمیگوید). سپس هر دوی آنها بقیه بیت ها را دور میریزند که همان هایی هستند که باب با صندوق نادرست اندازه گرفته است. اندازه گیری های صحیح تشکیل کلید محرمانه ای را میدهند که اکنون آلیس و باب به اشتراک گذاشته اند.
اگر کسی، که عموما ایو Eve نام دارد، سعی کند تا انتقال فوتون ها را استراق سمع کند، نخواهد توانست که بدون اینکه آنها را تغییر دهد بخواندشان. وقتی که او یک فوتون را اندازه میگرد، فوتون تبدیل به انرژی الکتریکی شده و از بین میرود. این فوتون به باب نمیرسد و در تشکیل کلید سهمی ندارد. ایو در اینصورت میتواند یک فوتون جایگزین ارسال کند، اما، از آنجا که ممکن است او صندوق نادرست انتخاب کرده باشد، پس ممکن است که مقدار بیت را اشتباه بدست آورده باشد. بنابراین برای فوتون هایی که توسط مد نادرست آشکار میشوند، ایو باعث ایجاد خطا هایی در کلید ساخته شده توسط آلیس و باب خواهد شد. هنگامی که آلیس و باب تعداد غیر معمولی از خطاها را دریافت کنند آنگاه حضور ایو را اعلام میکنند.

تصویر نشاندهنده یک مثال است. اگر آلیس یک فوتون در جهت عمودی بفرستد و باب مد درست را برگزیند (مدی که با + نشان داده شده است) آنگاه او همواره فوتون ها را درست اندازه میگیرد. از طرف دیگر، اگر که مد نادرست را برگزیند ( با X نشان داده شده است) پس اندازه گیری هایش نادرست خواهند بود. در این مورد، آلیس و باب متوجه میشوند که مد های مختلفی را انتخاب کرده بودند و آن بیت را دور میریزند.
در تصویر بالا، ایو یک فوتون عمودی را از مد نادرست گرفته است و اندازه گیری نادرستی از آن بعمل میآورد که یک فوتون 45- است. سپس او یک فوتون 45- برای باب میفرستد. باب این فوتون را در مد + میگیرد و یک فوتون افقی ثبت میکند. او از مد درست استفاده کرده است ولی نتیجه نادرستی بدست آورده. وقتی که او و آلیس مدهای ارسال و دریافت را مقایسه میکنند متوجه خطاها (در شکل با رنگ قرمز مشخص شده اند) شده و از حضور ایو آگاه خواهند شد.

  

منبع    http://myphysics.blogfa.com

آیینه ی سوئیچ شدنی

دانشمندان ژاپنی توانسته اند تکنولوژی جدیدی بوجود بیاورند که شيشه ي پنجره هاي شفاف را تبديل به آيينه ميكند.

شيشه ي سوئيچ شدني شيشه اي است از آلياژ منيزيم- تيتانيوم كه خاصيت تنظيم پذيري ضريب بازتاب را دارا ميباشد.

 

منبع   http://myphysics.blogfa.com

مشاهده ی جریان در نیمه رساناها

پژوهشگران با استفاده از یک تکنیک تصویر برداری که توان تفکیک آن در مقیاس نانو است توانستند ببینند که چگونه حامل های بار در داخل یک بلور نیمه رسانا حرکت میکنند.

تصویر: حفره های مثبت از سمت p پیوند که با رنگ قرمز نشان داده شده است با افزایش ولتاژ به سمت n که با آبی مشخص شده است بیشتر پخش میشوند.

مشخصات این مقاله جالب در زیر آمده است:

Microscopic Basis for the Mechanism of Carrier Dynamics in an Operating p-n Junction Examined by Using Light Modulated Scanning Tunneling Spectroscopy
Shoji Yoshida, Yuya Kanitani, Ryuji Oshima, Yoshitaka Okada, Osamu Takeuchi, and Hidemi Shigekawa
Phys. Rev. Lett. 98, 026802

 منبع     http://myphysics.blogfa.com

 

فیزیکدانان اسرار آب را فاش کردند

هنوز راز هایی در مورد آب، این ترکیب ساده ای که ما آن را H2O میشناسیم، وجود دارند.

با بکار گیری رایانه های فوق سریع و استفاده از قوانین فیزیک، دانشمندان دانشگاه های دلویر (Delaware)  و رادبود (Radboud) کشور هلند، روش جدیدی را برای آشکار ساختن خواص مخفی آب بوجود آوردند.

شبیه سازی آنها از مولکول های آب، که فقط بر پایه قوانین فیزیک کوانتومی است و از هیچ داده ی آزمایشگاهی بهره نجسته است، خواهد توانست به علم و صنعت در گستره وسیعی از کاربردها کمک نماید، از  تحقیقات بیولوژیکی مربوط به پروتئین و دیگر فرایندهای زیستی گرفته تا طراحی نسل بعدی نیروگاه های تولید انرژی.

این پژوهش در مقاله ای تحت عنوان "Predictions of the Properties of Water from First Principles" در شماره 2 ماه مارس مجله ساینس (Science) گزارش داده شده است.

همه میدانیم که یک مولکول آب به صورت H2O نشان داده میشود (دو مولکول هیدروژن که به یک مولکول اکسیژن پیوند خورده اند). به نظر ساده است. اما مایع آب خیلی پیچیده تر از آن است.

آب به صورت یک مایع ابدا ساده نیست و چندین خاصیت مختلف دارد که در هیچ مایع دیگری یافت نمیشود. برای مثال، یک پدیده غیر متعارف آب اینست که چگالی آن در دمای 4 درجه سانتیگراد بیشترین مقدار را دارد. به همین دلیل است که یک تکه یخ بر روی آب شناور میماند، این در حالی میباشد که حالت جامد ترکیبات دیگر به درون مایع آن ها فرومیرود.

در میان خواص بسیار زیاد آن، آب میتواند مقادیر زیادی حرارت را قبل از اینکه داغ شود به خود جذب کند، و همچنین حرارت را به کندی در حین سرد شدن از دست میدهد. از طرف دیگر، بدون در نظر گرفتن فصل، آبگیر ها در طول روز میتوانند بجوشند و در شب یخ بزنند.

ویژگی های منحصر به فرد آب مستقیما به ساختار مولکولی آن و توانایی مولکول های آب برای تشکیل پیوند های هیدروژنی با دیگر مولکول های آب مربوط میشوند.

مدت زیادی بود که پژوهش گران فکر میکردند که هر مولکول آب در حالت مایع به طور متوسط با چهار مولکول دیگر توسط پیوند هیدروژنی مرتبط شده است. تا اینکه در سال 2004 در مقاله ای اظهار شد که این ارتباط تنها با دو مولکول دیگر وجود دارد. آن اظهار آزمایشگاهی به طور کامل کنار گذاشته نشد زیراکه مدل های تئوری موجود آب مایع به دسته خاصی از آزمایش ها مربوط میگشتند.

با وجود این، ابهامات در مورد ساختار آب مایع میتواند برطرف شود اگر که توسط قوانین فیزیک به طور مستقیم پیش گویی شود.

با استفاده از فیزیک کوانتومی که بکار گیری قوانین فیزیک در مقیاس میکروسکوپی است، دانشمندان توانستند یک چهارچوب تئوریکی جدید را برای توصیف رفتار هر اتم مولکول آب تولید کنند.

این امکان از آنجا بوجود آمد که رایانه های فوق سریع چند پردازشگره برای حل دقیق معادلات کوانتوم مکانیکی توصیف کننده نیروهایی که هر مولکول آب بر یکدیگر وارد میکنند بکار گرفته شد. با دانستن این نیرو ها، میتوان حرکت گروهی مولکول های آب را فهمید و تمام خواص آب مایع را پیش گویی کرد.

به سرانجام رسیدن مطالعات چندین ماه به طول انجامید. نتیجه آن یک مدل جدید است. اولین مدلی که میتواند به طور دقیق هم خواص یک جفت مولکول آب و هم خواص آب به صورت مایع را پیش گویی کند.

در بین کاربرد های متعدد آن، پژوهش گران میتوانند به دانشمندان در خصوص درک بهتر آب کمک کنند. این کمک نه تنها در مورد آب به صورت مایع است بلکه در حالت های دیگری مانند شکل های بلوری یخ و همچنین آب در شرایط بحرانی مانند آب فوق العاده واکنش دهنده اَبُربحران " highly reactive supercritical water" که برای حذف آلودگی های گنداب ها wastewater و بازیابی پلاستیک در چرخه های شیمیایی کاربرد دارد.

 

منبع   http://myphysics.blogfa.com

 

 

تئورى نسبيت اينشتين دوباره اثبات شد

 

فرضيه نسبيت اينشتين كه در سال ۱۹۰۵ ميلادى ارائه گردید، توسط جوان آلمانی اثبات شد.

 

بر اساس این فرضیه ساعت هائى كه بسرعت تغيير مكان داده

مي شوند، آهسته تر كار مي كنند، تا ساعت هائى در مكان ثابت

 و با ساخت همسان.اين پديده كه بصورت تحت اللفظى " كش

 آمدن زمان"ناميده ميشود، احتمالا يكى از نتايج اعجاب برانگيز

 تئورى انقلابى اينشتين، در مورد فضا و زمان ميباشد.اينكه

 مدت يك ثانيه، بايستى به سرعت حركت خود ساعت بستگى

 داشته باشد، از لحاظ حسى، قابل تصور نيست و با تجارب همه

روزه ما، همخوانى ندارد. با اين وجود، "انبساط زمان" يك

 واقعيت است، كه در سال ۱۹۷۱، توسط ساعتهاى اتمى، در

 داخل هواپيماهاى پر سرعت ثابت گرديد.با اين وجود،

فيزيكدانان آلمانى ميخواستند اين موضوع را دقيقتر بررسى كنند.

  

اينشتين در بهشت

 

وقتى اينشتين مرد او را به بهشت بردند. در آنجا به اطلاع او رسانده شد که

 متاسفانه اتاق خصوصى ‌اش هنوز حاضر نشده و بايد چند روزى را در خوابگاه

 عمومى در کنار ديگران بسر برد.


اينشتين گفت مانعى ندارد و او از همصحبتى با ديگران خوشحال مى‌شود. راهنما

 او را به داخل خوابگاه عمومى هدايت کرد. در آنجا ٤ نفر ديگر هم بودند. راهنما

 ضمن معرفى اينشتين به آنها، شروع به معرفى آنها کرد:


«اين اولين هم اتاقى شماست. ضريب هوشى
IQ  او ١٨٠ است!»


اينشتين گفت: عاليه. مى ‌توانيم با هم در مورد رياضيات صحبت کنيم.


«و اين دومين هم اتاقى شماست. ضريب هوشى ‌اش ١٥٠ است!»

 
اينشتين گفت: اين هم خيلى خوبه. مى ‌توانيم با هم در مورد فيزيک صحبت

 کنيم.

«و اين سومين هم اتاقى شماست. ضريب هوشى ‌اش ١٠٠ است!»

اينشتين گفت: عيبى نداره. مى ‌توانيم با هم در مورد آخرين فيلمهاى سينمايى

 که نمايش مى دهند صحبت کنيم.

«و بالاخره اين هم آخرين هم اتاقى شما. ضريب هوشى ‌اش ٨٠ است!»

اينشتين دستش را به طرف آن مرد دراز کرد و بعد از اين که با هم دست دادند

 از او پرسيد: فکر مى ‌کنى بالاخره نرخ بهره و وضعيت اقتصادى به کجا مى رسه؟

  

از اينشتين بياموزيم

 

روي پل يا زير پل

وقتي اينشتين با يكي از استادان همكارش روي پلي قرار ملاقات گذاشت، همكارش گفت: ولي

 اين دور از شان شما است كه روي پل منتظر من باشيد و باعث شرمندگي من خواهد شد.

 اينشتين پاسخ داد: چه فرق مي‌كند، كاري كه من مي‌كنم يعني فكر كردن، در همه جا مي توان

 انجام داد، چه روي پل، چه زير پل، چه پشت ميز!

 

استفاده‌ي نا‌به‌جا

به هنگام سفر اينشتين به ژاپن، يك ريكشاو( وسيله‌ي نقليه‌اي به دو چرخ كه انساني آن را

مي‌كشد) در اختيار او قرار دادند تا در خيابان‌هاي باريك و كوره‌راه‌هاي ناهموار از آن استفاده

كند. نپذيرفت و گفت: من هيچگاه از انسان ديگري به جاي حيوان نمي‌توانم استفاده نمي‌كنم و

اجازه نمي‌دهم او من را حمل كند!

 

حفظ نمي‌كنم

اينشتين از كودكي از حفظ كردن درس‌ها و انجام دادن تكليف‌هاي دبستاني متنفر بود و بيش‌تر

به مطالعه‌ي آزاد علاقه‌ داشت. در امريكا هنگام ملاقات با اديسون از او سرعت صوت را

پرسيدند. فرياد زد جه مي‌دانم؟ اين چيزها را به آساني مي‌توان در هر كتاب درسي پيدا كرد. چه

لزومي دارد آن‌ها را به حافظه تحميل كنم!

 

ستايش بدون تفكر

يك‌بار وقتي مورد توجه شديد و كف زدن پيوسته‌ي امريكايي‌ها قرار گرفت، به خبرنگاران گفت:

 نبايد گول اين چيزها را خورد. مردم امريكا به طور معمول بدون تفكر تحسين مي‌كنند. و در

 جاي ديگر گفته بود: چه‌قدر جاي تاسف است كه همه درباره من سخن مي‌گويند بدون آن كه

حرف‌هاي من را بفهمند. من به طور معمول از سوي كساني ستايش مي‌شوم كه زحمت

 فهميدن حرف‌هاي من را به خود نمي‌دهند. يا آنان ديوانه هستند يا من!

 

هميشه وقت دارم

اينشتين بر خلاف بيش‌تر استادان همكارش كه با ژست مي‌گفتند" وقت ندارم"، هميشه با

 افتخار مي‌گفت: من هميشه وقت دارم، زيرا كاري كه من انجام مي‌دهم، يعني فكر كردن، در

 همه جا امكان پذير است. در خيابان، در ايستگاه اتوبوس، سر قرار، در كلاس درس و ...!

 

مغز هيجده ساله

از اينشتين پرسيدند: آيا فرض اين كه ساعت در حال حركت، كند شود يا ميله‌ي در حال حركت،

طولش كاهش يابد، عجيب و دور از ذهن سليم نيست؟ در پاسخ گفت: از كجا معلوم كه فرض

تغييرناپذير بودن آن‌ها عجيب نباشد؟ عقل سليم چيزي نيست جز باورهايي كه تا پيش از هيجده

 سالگي در مغزها جاي مي‌گيرد!

 

عقل نسبي و حقيقت مطلق

اينشتين مي‌گفت: عقل بشري هم مانند فضا نسبي است. از اين رو، بايد نسبي انديشيد و احكام

 مطلق صادر نكرد. كشيشي از او پرسيد: آيا شما كه همه چيز را نسبي مي‌دانيد، به حقيقت

 مطلق هم اعتقاد داريد؟ در پاسخ گفت: من هم به حقيقت مطلق اعتقاد دارم، اما روش من

 براي رسيدن به حقيقت تفاوت دارد. من براي رسيدن به حقيقت مطلق، همه چيز را نسبي تلقي

مي‌كنم!

 

درشكه‌ي اينشتين

شبي دير وقت كه مي‌خواست از مهماني به منزل بازگردد، ميزبان گفت: اجازه بدهيد برايتان

درشكه صدا كنم. دير شده و راه شما دور است. اينشتين گفت: هيچ درشكه‌اي بهتر از اين دو پاي

 خودم نيست! شب خوبي است و قدم زدن به من فرصت مي‌دهد اندكي فكر كنم. شب شما

بخير! آري، قدم زدن بزرگ‌ترين تفريح او بود، زيرا گردش را نزديكي به طبيعت مي‌دانست.

 

مسئله اینشتین

 

مسئله اینشتین

آیا شما در زمره %2 افراد باهوش دنیا هستید؟ پس مسئله زیر را حل کنید و دریابید که در میان افراد باهوش جهان هستید یا خیر.

هیچگونه کلک و حقه ای در این مسئله وجود ندارد و تنها منطق محض می تواند شما را به جواب برساند.

موفق باشید.

1-      در خیابانی، 5 خانه در پنج رنگ متفاوت وجود دارد.

2-      در هر یک از این خانه ها یک نفر با ملیتی متفاوت از دیگران زندگی می کندو

3-      این 5 صاحبخانه هر کدام نوشیدنی متفاوت می نوشند، سیگار متفاوت می کشند و حیوان خانگی متفاوت نگهداری می کنند.

 

سوال: کدامیک از آن ها در خانه، ماهی نگه می دارند؟

 

راهنمایی:

1-      انگلیسی در خانه قرمز زندگی می کند.

2-      مرد سوئدی یک سگ دارد.

3-      مرد دانمارکی چای می نوشد.

4-      خانه ی سبز رنگ در سمت چپ خانه ی سفید قرار دارد.

5-      صاحب خانه ی سبز، قهوه می نوشد.

6-      شخصی که سیگار Pall Mall می کشد، پرنده پرورش می دهد.

7-      صاحب خانه ی زرد، سیگار Dunhill می کشد.

8-      مردی که در خانه ی وسطی زندگی می کند، شیر می نوشد.

9-      مرد نروژی، در اولین خانه زندگی می کند.

10-   مردی که سیگار Blends می کشد، در کنار مردی که گربه نگه می دارد زندگی می کند.

11-   مردی که اسب نگهداری می کند، کنار مردی که سیگار Dunhill می کشد زندگی می کند.

12-   مردی که سیگار Blue Master می کشد، آبجو می نوشد.

13-   مرد آلمانی سیگار Prince می کشد.

14-   مرد نروژی کنار خانه ی آبی زندگی می کند.

15-   مردی که سیگار Blends می کشد، همسایه ای دارد که آب می نوشد.

 

آلبرت اینشتین این معما را در قرن نوزدهم میلادی نوشت. به گفته ی وی %98 از مردم جهان نمی توانند این معما را حل کنند.

 

 

As a student , he was no

 

 

 

Einstein!!!!

 

 

 

 

 

عکس های انیشتین

قدیمی ترین عکس انیشتین

عکس بعدیش

انیشتین در سال ۱۹۱۲

انیشتین در سال ۱۹۲۰

انیشتین در سال ۱۹۲۲

انیشتین در سال ۱۹۲۳

انیشتین در رادیو سخنرانی می کند

انیشتین در سال ۱۹۳۱

انیشتین در سال ۱۹۲۹

انیشتین در سال ۱۹۳۳

انیشتین در سال ۱۹۳۷

انیشتین در سال ۱۹۴۰

انیشتین در سال ۱۹۴۱

انیشتین در سال ۱۹۴۵

انیشتین در سال ۱۹۴۷

انیشتین در سال ۱۹۵۰

انیشتین در زمستان

انیشتین پای تخته سیاه

انیشتین در حال تماشا کردن

انیشتین

انیشتین در حال چپق کشیدن

انیشتین در برلین

انیشتین در Haberlandstraße برلین

انیشتین در پرینستون (Princeton)

انیشتین و دور دست ها

و بالاخره انیشتین

یادش بخیر این هم تخته سیاه انیشتین بدون او

زندگى من با اينشتين

مقدمه: «فرانسيس اوريت» در سال ۱۹۳۴ در «سونوكس» در ايالت كنت به دنيا آمد. پس از گرفتن مدرك كارشناسى فيزيك، به «امپريال كالج» در لندن رفت و به مطالعه زمين شناسى و لايه هاى مغناطيسى زمين پرداخت. در ۱۹۶۰ با فيزيك دماى پايين آشنا شد و به دانشگاه پنسيلوانيا رفت و بر روى فيزيك هليم مايع،  به تحقيق پرداخت. در همان سال ها آزمايشى براى تحقيق پيش بينى چرخش فضا - زمان در نسبيت عام اينشتين به ذهنش رسيد. براى انجام اين آزمايش، در سال ۱۹۶۲ به دانشگاه استانفورد در حومه سانفرانسيسكو رفت. وى تا اين زمان استاد فيزيك دانشگاه استانفورد است كه حاصل تلاش وى ۹۰ مقاله در فيزيك و كتابى زيبا در شرح حال «جيمز كلرك ماكسول» است.
•••
در هنگام نصب ماهواره GP-B در مدار، كجا بوديد؟
در اتاق كنترل سايت ناوبرى ماهواره.
•راكت ها درست در لحظه مورد نظر  عمل كردند و ماهواره در مدار درست خود قرار گرفت. آيا از اين نگران نبوديد كه حتى يك ثانيه دير عمل كردن يكى از تجهيزات، باعث نابودى همه زحمات ساليان گذشته شما بشود؟
خيلى زياد نگران بودم. قراردادن ماهواره در مدار براى روز قبل برنامه ريزى شده بود، و پرواز هم سه دقيقه تاخير داشت. در صورت كوچكترين اشتباه در زمان بندى،  هيچ كس نمى توانست جلوى از بين رفتن ماهواره را بگيرد.
•وقتى عمليات نصب با تاخير روبه رو شد، چه احساسى داشتيد؟
خب اين مشكل بزرگى به نظر نمى رسيد. اما بايد بگويم كه شايد احساس بسيار بدى داشتم. ما بهترين زمان را براى نصب انتخاب كرده بوديم و حالا عمليات به تاخير مى افتاد. اما در هنگام نصب با آرامش قضيه را دنبال مى كردم. چيزى در درونم مى گفت كه عمليات با موفقيت انجام مى شود.
•وقتى كه عمليات با موفقيت انجام شد احساس راحتى مى كرديد يا نه؟
وقتى راكت هاى دلتا - ۲ روشن شدند تا مراحل پايانى نصب انجام شود، دوربين هاى روى ماهواره GP-B نشان دادند كه صفحات خورشيدى هنوز در حالت بسته هستند. آن موقع خيلى هيجان زده بودم. مى ترسيدم كه صفحات به موقع باز نشوند. اما اين گونه نشد و همه چيز خوب بود.
آيا هنوز نتايج اوليه اى از اين ماهواره به دست شما رسيده است؟
هنوز نه، تحقيق اين تئورى در اين آزمايش زمان زيادى مى برد.
•چه چيزى براى شما در آزمايش كردن نسبيت عام، جالب بود؟
وقتى دوازده ساله بودم پدرم كتاب هاى اينشتين را كه براى عامه نوشته بود،  برايم مى خريد. يكى از اين كتاب ها كه هميشه روى ميز شام بود كتاب «معانى نسبيت» بود. (در فارسى: مفهوم نسبيت، باواااااهانى، وى به مغناطيس علاقه مند شد كه موجب شد وى چند مغناطيس سنج، براى اندازه گيرى ميدان هاى مغناطيسى بسياركوچك، اختراع كند. وى اين مغناطيس سنج ها را براى پيدا كردن لايه هاى مغناطيسى پوسته زمين به كار گرفت. گروه  ما با همكارى گروه ديگرى از «كمبريج» مطالعاتى روى لايه هاى مغناطيسى زمين انجام داد كه تا آن زمان انجام نشده بود.
پس چرا زمينه تحقيقاتى خود را عوض كرديد؟
پس از حدود ۵ سال زمين شناس بودن و فيزيكدان بودن تصميم به انتخاب دومى گرفتم. من به زمين شناسى بسيار علاقه داشتم. اما به نظرم به اندازه كافى، كار زمين شناسى كرده بودم. مى خواستم به دنياى فيزيك برگردم.
•سخت بود؟
خوشبختانه، در آن روزها با افرادى مثل «فيليپ موريس» از «امپريال كالج» و يك فيزيكدان آمريكايى كه روى پروژه منهتن (ساخت بمب اتم براى ارتش آمريكا - م.) كار مى كرد، صحبت كردم. كتاب «هليم مايع» نوشته كنت اتكينز از دانشگاه پنسيلوانيا را هم مطالعه كردم كه باعث شد به اين زمينه تحقيقاتى در فيزيك علاقه مند بشوم و از همان دانشگاه درخواست پذيرش بدهم. حدود دو سال روى فيزيك دماهاى پايين و هليم مايع،  مطالعات بنيادى انجام دادم.
•پروژه GP-B كى و چگونه شكل گرفت؟
در ابتدا مطمئن نبودم كه اين پروژه را انتخاب كنم. در دوران دانشجويى «ويليام فيربنك» از دانشكده فيزيك دانشگاه استانفورد براى يك سلسله سخنرانى در مورد آزمايش هاى مهمى كه مى تواند توسط تكنيك  هليم مايع انجام شود، به دانشكده ما آمد. در آن سخنرانى ها بود كه طى صحبت هاى اتكينز و فيربنك ايده اين طرح به ذهن من آمد. در ۱۹۶۲ به دانشگاه استانفورد رفتم و از همان جا بود كه كار بر روى «كاوشگر گرانش» آغاز شد.
•چرا ساخت ماهواره بيش از ۴۰ سال طول كشيد؟
تا پيش از ۱۹۸۱ عملاً تكنولوژى ساخت اين ماهواره در دسترس نبود. ما تنها روى طرح ها كار مى كرديم. در آن زمان با همكارى ناسا، كار ساخت ماهواره را آغاز كرديم.
•با اين حال ساخت ماهواره هم ۲۳ سال طول كشيده است.
اين به علت تفاوت عظيم بين تكنولوژى به كار رفته در اين ماهواره و تكنولوژى روز در ساير ماهواره هاست. ايده اوليه،  قرار دادن ژيروسكوپ ها در داخل شاتل بود كه شاتل بايد روى يك مدار قطبى مى گشت.
•پس چرا ايده عوض شد؟
به دو دليل؛ برنامه در سال ۱۹۸۵ آغاز شد. اما يك سال بعد در ۱۹۸۶ شاتل چلنجر منفجر شد. از طرف ديگر رفتن به مدار قطبى براى شاتل هاى ناسا ممنوع شد و ما براى تحقيق وضعيت خميدگى فضا و زمان در اطراف زمين به آزمايش در مدار قطبى نياز داريم.
حامى مالى پروژه چه ارگانى بود؟
اگر ما حامى مالى قوى داشتيم اين پروژه ۸ ساله تمام مى شد و نه بيش از ۲۰سال.
•منظورتان از يك حامى مالى قوى كيست؟
خب، ناسا به ما كمك فراوانى كرد. اما ناسا در يك زمان پروژه هاى بسيار زيادى را در دست كار دارد كه اكثراً بسيار كاربردى هستند و باعث مى شود كه بودجه بيشترى به آنها اختصاص داده شود. اين يكى از بزرگترين مشكلات ما بود.
•تاثير اين آزمايش چه خواهد بود؟
به درك ما از طبيعت كمك شايانى مى كند. به عبارت بهتر و بنا به گفته «براد پاركينسون» اين آزمايش بشريت را يك پله به جلو مى برد.
آيا دانشجويان نيز در انجام اين پروژه شركت داشتند؟
بله و بايد بگويم كه تلاش هاى آنها از مهمترين عوامل بود. ۷۹ دانشجوى دكترا در اين پروژه شركت داشتند كه يك سوم آنها دانشجوى فيزيك و بقيه دانشجوى مهندسى بودند. الان هم كه تازه آزمايش شروع شده، دانشجويان دكتراى فيزيك مى توانند جذب اين گروه شوند.
•آيا آزمايش پيش از اين ملغى شده بود؟
بله هفت بار كه سه بار آنها تاثير اساسى در روندكار داشتند.
•لطفاً آنها را ذكر كنيد و بگوييد در آن زمان چه احساسى داشتيد؟
در سال ،۱۹۸۰ در اثر بحران هاى اقتصادى، رئيس جمهور «كارتر» تصميم گرفت كه براى توازن بودجه، از بودجه تحقيقاتى آمريكا كم كند. ناسا هم از اين قاعده مستثنا نبود. ساعت حدود ۳ بعدازظهر بود كه رئيس ناسا با من تماس گرفت و به من گفت آيا روى صندلى نشسته اى؟ و من گفتم بله و سپس گفت: تصميم گرفته ام كه پروژه ات لغو شود. ۴ تا ۶ هفته فرصت دارى تا گزارش نهايى را بدهى.
منظورش چى  بود؟
(با خنده) اگر شما در ايالات متحده زندگى كنيد، مى فهميد كه اين يك رمز است كه براى اخراج محترمانه افراد به كار مى رود.
•چرا چنين تصميمى گرفته شد؟
ناسا نتوانسته بود كنگره را قانع كند كه اين يك پروژه مهم است.
•آيا پيش از اين با نهادهاى سياسى آمريكا درگير شده بوديد؟
خير. من حتى ساختمان سنا را هم نديده ام. اما آن زمان به دفتر يكى از اعضاى كنگره از ايالت آلاباما رفتم. چون مركز پروازهاى فضايى مارشال ناسا در اين ايالت قراردارد. و برنامه ما در حال اجرا در اين ايالت بود.
•و چه اتفاقى افتاد؟
پنج هفته به كنگره رفت و آمد داشتم و سه بار درخواست دادم تا اينكه با «هريسون اشميت» فضانورد سابق كه آن زمان سناتور بود، مواجه شدم. تلاش هاى وى نتيجه داد و ناسا قبول كرد كه بودجه اضافى به پروژه كاوشگر گرانش اختصاص دهد.
•هزينه اين كاوشگر گرانش چقدر بوده است؟
كل هزينه ساخت GP-B و قرار دادن آن در مدار بيشتر از ۷۰۰ ميليون دلار نشده كه در مقابل آزمايش هاى فيزيك ذرات بنيادى كه در آنها ساخت يك شتاب دهنده ذرات فقط به تنهايى بيش از ده ميليارد دلار هزينه دربر دارد،  عملاً چيز مهمى نيست.
•آيا آزمايش هاى ارزان ترى براى تحقيق نسبيت عام اينشتين امكان پذير نبوده؟
توجه كنيد كه ما براى تحقيق تمام نسبيت عام دست به اين آزمايش نزديم. نسبيت پيش از اين بارها و بارها تاييد شده است. معروف ترين اين آزمايش ها خورشيدگرفتگى سال ۱۹۱۹ بود كه در آن سرآرتور ادينگتون نشان داد كه نور ستارگان در جوار خورشيد خميده مى شود. و اين پيش بينى نسبيت عام را تاييد كرد. قصد ما، تحقيق پيچيدگى فضا - زمان در اطراف يك جرم در حال چرخش (زمين) بوده است. آزمايشى كه تاكنون انجام نشده و راه ديگرى براى تحقيق آن پيشنهاد نشده است.
New Scientist

قصه نخودي و شبيه‌سازي اتمهای کربن

موضوع: نانو دانش و فنون مقياس نانو

 

 

قصه حسن کچل و اتمهای کربن

موضوع: فناوري نانو چيست؟

 

 


آيا اينشتين درست مى گفت

نيم نگاه
تأثير گذشته و آينده بر حال

بسيارى از فيزيكدانان و فلاسفه علم، معتقدند كه مكانيك كوانتومى عجيب به نظر مى آيد زيرا كه ما معتقديم كه فقط گذشته بر حال تاثير گذار است. اما اگر آينده نيز بر حال تاثير گذار بود، پاسخ چه بود؟ در اين صورت، كيفيت احتمالاتى مكانيك كوانتومى مى تواند ناشى از غفلت ما از آينده و آنچه اتفاق خواهد افتاد، باشد. اين تصور طى چند دهه گذشته توسط مارك هادلى از دانشگاه وارويك انگلستان قوت گرفته است. وى مى گويد: «در نظريه نسبيت عام همان قدر كه گذشته موثر است آينده نيز تاثير دارد و طبيعى است كه گذشته و آينده هر دو در حال تاثير گذارند.» هادلى مى گويد: «مشاهدات آتى نشان خواهد داد كه آينده نيز يكى از متغير ين نهان است.»
آلبرت اينشتين برخلاف بسيارى از معاصرانش گمان مى كرد كه روزى نظريه كوانتومى نيز در جايگاهى قرار مى گيرد كه امروزه مكانيك كلاسيك قرار دارد يعنى تقريبى از يك تئورى كامل تر. امروزه پژوهشگران آمادگى پذيرش چنين نظريه اى را دارند. اينشتين به چنان جايگاهى در فيزيك رسيده كه گمان اين كه ممكن است اشتباه كرده باشد، بى احترامى به او به نظر مى آيد. حتى شهرت «اشتباه بزرگ اينشتين» صرفاً قابل اعتماد بودن وى را تقويت مى كند. براى مثال اشتباه احتمالى او مشاهدات نجومى را بسيار خوب توضيح مى دهد.۱ در جايى كه بسيارى از غيرمتخصصان فيزيك فكر مى كنند كه با اشتباه خواندن نظرات اينشتين به وى بى احترامى كرده اند، طيف غالب فيزيكدانان نظرى، درستى احتمالى نظريه وى در خصوص آينده مكانيك كوانتومى را تعجب آور مى دانند.با اين كه هيچ كس در بزرگى اينشتين شك ندارد، اما فيزيكدانان و مورخان علم نمى دانند كه در بين سال هاى ۱۹۲۰ تا ۱۹۳۰ چه اتفاقى براى او افتاد كه او از نظريه كوانتوم كه خود نقش بسزايى در تحكيم آن داشت، روى گرداند. در كتاب هاى درسى و زندگى نامه ها، از اينشتين به عنوان پدر خسته كوانتوم ياد شده است. در سال ۱۹۰۵ او با نوشتن مقاله اى در توجيه اثر فوتوالكتريك با استفاده از كوانتوم هاى انرژى پلانك، در معرفى مفاهيم بنيادين مكانيك كوانتومى تلاش فراوان كرد. اما با جا افتادن هر چه بيشتر اين تئورى همه تلاش هايى كه براى تائيد اين نظريه كرده بود را بى اهميت خواند. او در اثبات نظريه نوين كوانتومى نه تنها تلاش زيادى نكرد بلكه به نوعى با اصول اين نظريه مخالف بود و در جهت از بين بردن آن تلاش بسيار كرد. پيش زمينه هاى فلسفى _ ذهنى وى باعث شده بود كه در مخالفت با نظريه مكانيك كوانتومى نوين۲ اين عبارت معروفش را به كار ببرد كه: «خداوند براى اداره دنيا تاس نمى ريزد.» چنين به نظر مى رسد كه عقلانيت علمى او رو به افول بوده است! برخلاف روند كلى مكانيك كوانتومى، اينشتين دهه هاى پايانى عمرش را صرف جست وجو براى يافتن يك نظريه وحدت يافته فيزيكى كرد كه حتى امروزه هم يك روياى دوردست به نظر مى رسد. نظريه پردازان امروزى فيزيك به خصوص كسانى كه روى نظريه «ريسمان» كار مى كنند، پس از مطالعه گفته هاى اينشتين، به ظاهر عهد كرده اند كه در راهى كه وى قدم گذاشت، هرگز وارد نشوند. تصور آنها بر اين است كه در جايى كه صحبت از نظريه نسبيت عام (كه گرانش را توضيح مى دهد) و فيزيك كوانتومى (كه ساير نيروهاى طبيعت را توضيح مى دهد) است، اين نسبيت است كه بايد به نفع كوانتوم از صحنه خارج شود. با اين كه نسبيت عام كه شاهكار اينشتين است، به طور مطلق اشتباه نيست، اما نهايتاً از آن به عنوان يك تخمين بسيار عالى از يك نظريه كامل تر «گرانش كوانتومى» ياد مى شود. 
نظريه هاى ردشده
در سال هاى اخير، وقتى فيزيكدانان نتايج پايه اى مكانيك كوانتومى را مورد مطالعه قرار دادند، پيش بينى اينشتين درباره آينده آن را بسيار تحسين كردند. كريستوفر فاشس از آزمايشگاه بل مى گويد: «آلبرت، بيشتر از آنچه كه گفته شده، عميق و سريع مشكلات اساسى مكانيك كوانتومى را ديده و شناخته است.» حتى طيفى [البته كمترى] از فيزيكدانان با نظريات اينشتين موافق بوده و معتقدند كه سرانجام مكانيك كوانتومى بايد جاى خود را به يك تئورى اساسى تر بدهد. رافائل بوسو از دانشگاه كاليفرنيا در بركلى (UCB) مى گويد: «ما نبايد بر اين باور باشيم كه مكانيك كوانتومى مى تواند همه چيز را اثبات كند.» اينها جملاتى بسيار مهم در عصر ما هستند زيرا مكانيك كوانتوم موفق ترين نظريه علمى در توجيه ساختارهاى طبيعت در طول تاريخ علم بوده است. مكانيك كوانتومى جانشين همه نظريات كلاسيك شده و البته گرانش تنها حوزه اى از فيزيك نظرى است كه از آثار مكانيك كوانتومى در امان بوده است. بيشتر فيزيكدانان معتقدند كه سرانجام طى گذر زمان همه نظريه هاى فيزيكى از اصول اساسى مكانيك كوانتومى پيروى خواهند كرد. گذشته از اينها در نظريه نسبيت عام نيز لغزش هايى پيدا شده است. براى مثال پيش بينى نسبيت عام از آنچه كه در سياهچاله ها مى گذرد بسيار ناقص است و عملاً چيزى نمى گويد. يك راه طبيعى براى غلبه بر اين لغزش ها و كاستى هاى نسبيت عام، بردن اين نظريه به سمت يك تئورى كوانتومى گرانش است مانند نظريه ريسمان. اما البته در مكانيك كوانتومى هم مشكلاتى ديده مى شود كه آلبرت اينشتين جزء اولين كسانى بود كه به اين نواقص پى برد. براى مثال كوانتوم هيچ دليلى براى وقوع برخى پديده هاى فيزيكى ارائه نمى دهد و فقط احتمال وقوع آنها را پيش بينى مى كند و همچنين راهى براى رسيدن به خواص درونى اشيا معرفى نكرده و در اين مورد ساختار معقول محكمى ندارد.۳ به علاوه، زمان و مكان در نظريه مكانيك كوانتومى متعلق به دوران قبل از نظريه نسبيت خاص اينشتين است. براى مثال مكانيك كوانتومى مى گويد كه حجم يك سطل ۸ ليترى، ۸ برابر يك سطل يك ليترى است. اين در زندگى روزمره صادق است. اما نبايد نظريه نسبيت خاص اينشتين براى سطلى كه با سرعت خاصى در حال حركت نسبت به ما است، اين سطل ۸ ليترى تنها براى ۴ ليتر آب گنجايش دارد. اين محدوديت به حد هولوگرافيك مشهور است. وقتى كه يك سطل پر است، اضافه كردن آب به آن تنها باعث سرريز شدن ماده داخل آن مى شود. اين نه تنها شكست نظريه نسبيت نيست، بلكه نقص مكانيك كوانتومى را نشان مى دهد.۴
چيزى كه واضح است اين است كه يك نظريه ناقص را بايد كامل كرد. از شروع دهه ۱۹۲۰ بسيارى از پژوهشگران سعى در كامل كردن نظريه كوانتومى با استفاده از «متغيرهاى نهان» داشته اند. آنها معتقدند كه مكانيك كوانتوم در واقع برگرفته از مكانيسم هاى عليتى قديمى است و اين تعبير احتمالاتى به دليل وجود متغيرهايى است كه از ديد ما نهان هستند و نه چيز ديگرى. ذرات، مسير و حركت كاملاً مشخص خود را دارند.۵ اما از آنجا كه ما نظم زيربنايى حركات آنها را نمى بينيم اين حركات را احتمالاتى تصادفى و نامنظم مى ناميم. كارستن ون بروك از دانشگاه شفيلد انگليس مى گويد: «در اين مدل ها، حركت تصادفى در مكانيك كوانتومى مانند چرخش سكه در هوا است كه به نظر تصادفى مى آيد. اما اگر ما همه پارامترهاى لازم را لحاظ كنيم مى توان با استفاده از مكانيك كلاسيك معادلات قاطعى نوشت كه مى گويند كدام روى سكه مى آيد.»
• حركت براونى
حركات ذرات گرد و غبار به نظر تصادفى مى آيند، اما بنا به آنچه كه اينشتين نيز در سال ۱۹۰۵ گفته در واقع اين حركات ناشى از حركت مولكول هاى هوا هستند كه معادلات مكانيك كلاسيك بر آنها حاكم است. معادلات مكانيك كوانتومى نيز تشابه مرموزى با نظريه جنبشى گازها و تعابير احتمالاتى به كار رفته در مكانيك آمارى دارند.۶ در بعضى از فرمول هاى مكانيك آمارى، ثابت پلانك كه ثابت اصلى نظريه كوانتومى است، نقش رياضى دما را برعهده دارد، در واقع مثل اين مى ماند كه بگوييم، مكانيك كوانتومى حركت بعضى گازها و به طور كلى مولكول ها را در دماى پائين به خوبى شرح مى دهد.
وقتى فيزيكدانان با تئورى هايى مانند نظريه متغيرهاى نهان روبه رو مى شوند، قبل از اين كه به طور كامل بتوانند آنها را به طور تجربى مورد آزمايش قرار دهند، اين نظريات را با معيارهاى عملى (Pragmatic) مى سنجند. آيا اين نظريه به طور عملى به دردبخور است؟ براى مثال در طول تكامل نظريه ريسمان به قوانين فيزيكى و رياضياتى فراوانى دست يافته ايم كه حتى اگر اين نظريه توسط تجربه هم رد شود، چيز زيادى از دست نرفته است.
بسيارى از فيزيكدانان با استفاده از همين منطق پراگماتيستى، نظريه متغيرهاى نهان را رد مى كنند. آنها معتقدند كه تئورى هايى كه با استفاده از متغيرهاى نهان سعى در توجيه پديده ها دارند، توانايى پيش بينى حوادث جديد را نداشته، هيچ قانون محكم فيزيكى معرفى نكرده و نمى توانند نتايج كوانتوم را بدون استفاده از قوانين رد شده كلاسيك كه استفاده از آنها در نظريات جديد توصيه نمى شود، توصيف كنند. خود اينشتين پيش از بى اساس خواندن نظريه متغيرهاى نهان آنها را به دقت مورد مطالعه قرار داد. او نتيجه گرفت كه نقايص مكانيك كوانتومى را نمى توان با عناصر كلاسيك برطرف كرد. وى بر اين باور بود كه براى كامل كردن نظريه مكانيك كوانتومى بايد ساختارهاى فيزيكى را به طور كامل دوباره مطالعه كرد.
طى پنج سال گذشته، نظريه متغيرهاى نهان دوباره زنده شده است و اين را مديون گرارد ت هوفت فيزيكدان و نوبليست برجسته دانشگاه اوترخت هلند است كه به معرفى فرضيه هاى بنيادين مشهور است، هوفت معتقد است كه تفاوت مكانيك كوانتومى و مكانيك كلاسيك فقدان اطلاعات كافى است. ما اطلاعات بيشترى درباره سيستم كلاسيك داريم چرا كه متغيرهاى كلاسيك پيوسته هستند اما متغيرهاى كوانتومى، در حالت هاى گسسته قرار دارند. پس اگر بخواهيم فيزيك كوانتومى را جانشين فيزيك كلاسيك كنيم، اطلاعات زيادى را بايد ناديده بگيريم. اين امر ممكن است در اثر اصطكاك با ساير نيرو هاى اتلافى باشد. اگر دو سكه را از بالاى ساختمانى بلند با سرعت هاى متفاوت پرتاب كنيم، اصطكاك هوا باعث مى شود كه اين دو سكه سرانجام به يك سرعت يكسان نهايى برسند. شخصى كه در پياده روى پايين ساختمان ايستاده، به سختى مى تواند سرعت دقيق پرتاب سكه ها را تشخيص دهد. اين اطلاعات نامعلوم نوعى متغير نهان هستند. در اين مثال و مثال هاى ديگر كه معروف به موقعيت هاى جذب كننده۷ هستند، بسيارى از حالات متفاوت آغازين به رفتارى يكسان طى مسير تبديل مى شوند. اين حالت ها همانند حالت هاى كوانتومى گسسته هستند. با اين تفاوت كه برخلاف مكانيك كوانتومى، از قوانين مكانيك نيوتنى تبعيت مى كنند. هوفت معتقد است كه در واقع اين قوانين برگرفته از فيزيك نيوتنى، جدا از قوانين مكانيك كوانتومى نيستند. بنابراين طبيعت مى تواند در جزئيات به طور كلاسيك رفتار كند در حالى كه در مسائل اتلافى به صورت كوانتومى عمل نمايد. ماسيمو بلاسون از دانشگاه سالرنو ايتاليا مى گويد: «مكانيك كوانتومى را بايد به عنوان حد پايين انرژى يك نظريه پايه اى بدانيم.»
بلاسون و همكارانش پس از مطالعه دقيق اين نظريه نشان دادند كه يك نوسانگر هماهنگ خطى كوانتومى (كه نمونه كوانتيده يك پاندول است) از يك جفت نوسانگر تحريك شده با اصطكاك ساخته شده است. هر نوسانگر به تنهايى از قوانين كلاسيك پيروى مى كند اما در جايى كه اين نوسانگر ها به هم متصل مى شوند، ديگر از قوانين مكانيك كوانتومى پيروى مى كنند. برنت مولر از دانشگاه دوك و همكارانش ثابت كرده اند كه يك سيستم فيزيكى كلاسيك پنج بعدى مى تواند در فضاى چهار بعدى رفتارى كوانتومى داشته باشد. ون دو بروك معتقد است كه يك منبع نيروى اصطكاك باعث تبديل يك سيستم كلاسيك به يك سيستم كوانتومى مى شود. اين كار ممكن است توسط گرانش انجام شود.
• پيوستگى زمانى

بسيارى از فيزيكدانان و فلاسفه علم، معتقدند كه مكانيك كوانتومى عجيب به نظر مى آيد زيرا كه ما معتقديم كه فقط گذشته بر حال تاثير گذار است. اما اگر آينده نيز بر حال تاثير گذار بود، پاسخ چه بود؟ در اين صورت، كيفيت احتمالاتى مكانيك كوانتومى مى تواند ناشى از غفلت ما از آينده و آنچه اتفاق خواهد افتاد، باشد. اين تصور طى چند دهه گذشته توسط مارك هادلى از دانشگاه وارويك انگلستان قوت گرفته است. وى مى گويد: «در نظريه نسبيت عام همان قدر كه گذشته موثر است آينده نيز تاثير دارد و طبيعى است كه گذشته و آينده هر دو در حال تاثير گذارند.» هادلى مى گويد: «مشاهدات آتى نشان خواهد داد كه آينده نيز يكى از متغير ين نهان است.»
هادلى مدعى است كه منطق بنيادين مكانيك كوانتومى، چيزى خارج از نظريه نسبيت نيست. او يكى از نظرات اينشتين را كه در دهه ۱۹۳۰ روى آن كار مى كرده زنده كرده است. اين نظريه مى گويد: ذرات بنيادى چيز هايى نشسته روى فضا _ زمان نيستند بلكه خود فضا - زمان هستند. آنها تكه هايى چسبيده به محور زمان نيستند بلكه گره هايى بافته شده پشت سر هم روى محور زمان اند. اما اين نظر زياد مورد قبول نبود زيرا همسانگردى خاص ذرات كوانتومى را نمى توانست شرح دهد. اما هادلى مدعى است كه اين مشكل را حل كرده است. آنچه كه از گفته هاى هادلى و هوفت برداشت مى شود اين است كه در تلاش هاى اين دو مزيت نسبت به تلاش هاى گذشته روى متغير هاى نهان ديده مى شود. اول اينكه ارتباط دادن بين واقعيت مشاهده شده كوانتومى و فيزيك كلاسيك بسيار سخت است. البته اين سختى به شدت مورد علاقه فيزيكدانان است، زيرا آنها معتقدند كه يك تئورى بنيادى بايد سخت باشد. آنها مى گويند مفاهيم بايد به حدى باارزش باشند كه بتوان آنها را روى پيراهن ها چاپ كرد و در عين حال بايد به حدى عجيب باشند كه كسى نتواند ادعا كند كه مفهوم آن را سريع فهميده است. دوم اين كه نظرات اين دو فيزيكدان، حوادثى قابل تحقيق و آزمايش را پيش بينى كرده اند. براى مثال ون دوبروك معتقد است كه ميدان هاى قوى گرانشى خواص كوانتومى را تغيير مى دهند.
جالب است كه نظريات مشابه ديگرى در روند كلى همين تئورى ها به وجود آمده اند. در تئورى ريسمان يك سيستم كوانتومى از نظر رياضى مى تواند برابر يا متفاوت با يك سيستم كلاسيك باشد. برخى از اين دوگانگى ها شامل سيستم هاى مكانيك آمارى هستند كه مشابه روش تحقيق مولر و همكارانش هستند. عده كمى از نظريه پردازان ريسمان، پا را فراتر گذاشته و مى گويند كه سيستم كوانتومى بى اغراق، يك سيستم كلاسيك است. اما برين  گرين از دانشگاه كلمبيا در نيويورك مى گويد: «مشاهده و مطالعه اين برابرى ها، تفاوت و در نتيجه اصول زيربنايى مكانيك كوانتومى را شرح مى دهد.» برگرفته از اين نظريه كه مكانيك كوانتومى را مى توان از نسبيت به دست آورد، اخيراً بوسو اصل عدم قطعيت  هايزنبرگ را از مفهوم «حد هولوگرافيك» استخراج كرده است.
آنچه در اينجا گفته شد، نشان مى دهد كه فيزيكدانان نظريه متغيرهاى نهان را وزنه اى بزرگ مى دانند. فيزيك كوانتومى مانند جنگلى مملو از حيوانات عجيب و مرداب هاى پايان ناپذير است و سعى در تبديل اين نظريه به نظريه كلاسيك مانند تلاش براى تبديل جنگل آمازون به يك باغ  سنگى تفريحى است. به جاى بازسازى و آسيب رساندن به طبيعت آن بايد سعى در جداكردن آن از فيزيك كلاسيك و پيداكردن اصول بنيادى آن كرد. اين هدف اصلى فاشس و همكارانش در روند كلى مطالعه ساختارى مكانيك كوانتومى بوده است. فاشس و همكارانش بر اين باورند كه بيشتر تئورى كوانتومى درونى است. آنها مى گويند: تئورى كوانتوم خواص خارجى سيستم هاى فيزيكى را شرح نمى دهد بلكه سعى در توصيف دانشى دارد كه فيزيكدانان آن را مورد مطالعه قرار داده اند. پس از اين كه اينشتين درهم تنيدگى حالت هاى كوانتومى (رابطه  فوق نورى دو ذره دور از هم) را مورد انتقاد قرار داد ۸ به چنين نتيجه اى دست يافت. رابطه فيزيكى در واقع چيزى جز دانش فيزيكدانان درباره دو ذره نيست۹. گذشته از همه اينها، اگر در واقع چيزى به اسم رابطه فيزيكى وجود داشت، مى توانستيم علائمى را با سرعت بيش از سرعت نور ارسال كنيم كه نقيض يكى از اصول موضوعه نسبيت خاص است.براى مدت ها، فيزيكدانان معتقد بودند كه اندازه گيرى يك سيستم كوانتومى باعث از بين بردن همه احتمالات و قرارگرفتن سيستم در يك حالت خاص مى شود.۱۰ فاشس مى گويد اين فقط عدم قطعيت ما در مورد سيستم است كه از بين مى رود. راه حل براى از بين بردن عدم قطعيت، اين است كه از ويژگى هاى درونى تئورى بگذريم تا بتوانيم ويژگى هاى واقعى خارجى را مورد مطالعه قرار دهيم. عدم قطعيت در مكانيك كوانتومى با عدم قطعيت در مكانيك كلاسيك متفاوت است و همين تفاوت، راهنمايى است براى فهميدن چگونگى رخداد حادثه. از نظر مكانيك كلاسيك، يك گربه يا زنده است يا مرده. اما مكانيك كوانتومى مى گويد تا زمانى كه به گربه نگاه نكنيم (آزمايش نكنيم) يك گربه نه زنده است و نه مرده ۱۱ ما با نگاه كردن به گربه، او را مجبور مى كنيم كه در يكى از دو حالت زنده يا مرده با شانس ۵۰-۵۰ قرار بگيرد. براى اينشتين اين نظريه قراردادى بود. متغيرهاى نهان مطلق بودن نظريه را از بين مى برند. جهان فيزيك كلاسيك كمتر از جهان فيزيك كوانتومى قراردادى نيست. تفاوت در جايى است كه اين قراردادى بودن خود را نشان مى دهد. در فيزيك كلاسيك اين قراردادى بودن به آغاز زمان بازمى گردد و مى گويد وقتى جهان خلق شد، مانند يك قطعه از قبل چيده و آماده شده بود. اما از نظر فيزيك كوانتومى جهان اجزاى خود را طى گذر زمان و با مداخله ناظرها به وجود مى آورد. فاشس اين نظريه را «تغيير جنسى فيزيك كوانتومى» مى نامد. او مى گويد: «هيچ تك راه شناخته  شده واحدى براى جهان نيست، چرا كه جهان هنوز در حال خلق شدن و شكل گيرى است. چيزى شبيه به همين تعريف را مى توان از درك ما درباره فيزيك كوانتومى نيز گفت.»

 

پى نوشت ها:
۱- اشتباه معروف اينشتين در سال ۱۹۱۱ در محاسبه انحراف  نور بود كه اثرات نسبيت خاص را لحاظ نكرده بود. مترجم
۲- مكانيك كوانتومى يك نظريه احتمالاتى است. م
۳- نويسنده به مشكلات مدل استاندارد ذرات بنيادى اشاره دارد. براى مطالعه بيشتر به سخنرانى گرارد ت هوفت در هنگام دريافت جايزه نوبل در سال ۱۹۹۹ مراجعه كنيد. م
۴- به نظر مى رسد كه نويسنده مكانيك كوانتومى نسبيتى كه در سال ۱۹۳۰ توسط ديراك تدوين شد را فراموش كرده است. م
۵- طبق اعلام عدم قطعيت  هايزنبرگ مسير و حركت ذره را همزمان نمى توان به طور دقيق مشخص كرد. م
۶- نظراتى مبنى بر نادرستى اين حرف ارائه شده است. براى مطالعه بيشتر مى توانيد به نوشته هاى پوپر در مورد احتمالات در مكانيك كوانتومى مراجعه كنيد. م
۷- Attractor
۸- آزمايش ذهنى اينشتين، پودولسكى و روزن (EPR) براى نشان دادن نقص مكانيك كوانتومى. م
۹- اين بينش، برگرفته از جواب نيلز بور به آزمايش EPR و رد نقص مكانيك كوانتومى است. م
۱۰- مسئله تقليل تابع موج. م
۱۱- طبق ادعاى مكانيك كوانتومى، گربه نه زنده است و نه مرده بلكه در حالت (مرده + زنده) قرار دارد!

شکافت هسته‌ای [فيزيک هسته ای]

شکافت هسته‌ای

اگر نوترون منفردی به یک قطعه ایزوتوپ 235U نفوذ کند،

در اثربرخورد به هسته اتم 235U ، اورانیوم به دو قسمت شکسته می‌شود که

اصطلاحا شکافت هسته‌ای نامیده می‌شود.




مقدمه

در واکنشهای شکافت هسته‌ای مقادیر زیادی نیز انرژی آزاد می‌گردد (در حدود 200Mev)، اما مسئله مهمتر اینکه نتیجه شکستن هسته 235U ، آزادی دو نوترون است که می‌تواند دو هسته دیگر را شکسته و چهار نوترون را بوجود آورد. این چهار نوترون نیز چهار هسته 235U را می‌شکند. چهار هسته شکسته شده تولید هشت نوترون می‌کنند که قادر به شکستن همین تعداد هسته اورانیوم می‌باشند. سپس شکست هسته‌ای و آزاد شدن نوترونها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر و توسعه می‌یابد. در هر دوره تعداد نوترونها دو برابر می‌شود، در یک لحظه واکنش زنجیری خود بخودی شکست هسته‌ای شروع می‌گردد. در واکنشهای کنترل شده هسته‌ای تعداد شکست در واحد زمان و نیز مقدار انرژی بتدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگهداشته می‌شود.

 

انرژی شکافت هسته‌ای

کشف انرژی هسته‌ای در جریان جنگ جهانی دوم صورت گرفت و اکنون برای شبکه برق بسیاری از کشورها هزاران کیلو وات تهیه می کند (نیرو گاه هسته ای). بحران انرژی بر اثر بالارفتن قیمت نفت در سال 1973 استفاده از انرژی شکافت هسته‌ای بیشتر وارد صحنه کرد. در حال حاضر ممالک اروپایی انرژی هسته‌ای را تنها انرژی می‌داند. که می‌تواند در اکثر موارد جایگزین نفت شود. استفاده از انرژی شکافت هسته‌ای که بر روی یک ماده قابل احتراق کانی که بصورت محدود پایه گذاری می‌شود. برای سایر کشورها خطرات بسیار دارد در حال حاضر تولید الکتریسته با استفاده از شکافت هسته‌ای کنترل شده به میزان زیادی توسعه یافته و مورد قبول واقع شده است. تولید انرژی هسته‌ای در کشورهای توسعه یافته بخش مهمی از طرح انرژی ملی را تشکیل می‌دهد.

انرژی بستگی هسته‌ای

می‌توان تصور کرد که جرم هسته ، M ، با جمع کردن Z (تعداد پروتونها) ضربدر جرم پروتون و N تعداد نوترونها ضربدر جرم نوترون بدست می‌آید.

M = Z×Mp + N×Mn


از طرف دیگر M همیشه کمتر از مجموع جرمهای تشکیل دهنده‌های منزوی هسته است. این اختلاف به توسط فرمول انیشتین توضیح داده می‌شود که رابطه بین جرم و انرژی هم ارزی جرم و انرژی را برقرار می‌سازد. اگر یک دستگاه مادی دارای جرم باشد در این صورت دارای انرژی کلی E است. E = M C2 که در آن C سرعت نور در خلا و M جرم کل هسته مرکب از نوکلئونها و E مقدار انرژیی است که در اثر فروپاشی جرم M تولید می‌شود. بنابر این اصول انرژی هسته‌ای بر آزاد سازی انرژی پیوندی هسته استوار است. هر سیستمی که دارای انرژی پیوندی بیشتر باشد پایدار می‌باشد. در واقع جرم مفقود شده در واکنشهای هسته‌ای طبق فرمول E = M C2 به انرژی تبدیل می‌شود. پس انرژی بستگی اختلاف جرم هسته و جرم نوکلئونهای تشکیل دهنده آن است، که معرف کاری است که باید انجام شود تا نوکلئونها از هم جدا شوند.


 

مواد شکافتنی

مواد ناپایدار برای اینکه به پایداری برسند، انرژی گسیل می‌کنند تا به حالت پایدار برسد. معمولا عناصری شکافت پذیر هستند که جرم اتمی آنها بالای 150 باشد ،235U و 238U در معادن یافت می‌شود. 99.3 درصد اورانیوم معادن 238U می‌باشد.و تنها 7% آن 235U می‌باشد. از طرفی 235U با نوترونهای کند پیشرو واکنش نشان می‌دهد. 238Uتنها با نوترونهای تند کار می‌کند، البته خوب جواب نمی‌دهد. بنابر این در صنعت در نیروگاههای هسته‌ای 235U به عنوان سوخت محسوب می‌شود. ولی به دلایل اینکه در طبیعت کم یافت می‌شود. بایستی غنی سازی اورانیوم شود، یعنی اینکه از 7 درصد به 1 الی 3 درصد برسانند.

شکافت 235U

در این واکنش هسته‌ای وقتی نوترون کند بر روی 235U برخورد می کند به 236U تحریک شده تبدیل می‌شود. نهایتا تبدیل به باریوم و کریپتون و 3 تا نوترون تند و 177 Mev انرژی آزاد می‌شود. پس در واکنش اخیر به ازای هر نوکلئون حدود 1 Mev انرژی آزاد می‌شود. در واکنشهای شیمیایی مثل انفجار به ازای هر مولکول حدود 30 Mev انرژی ایجاد می‌شود. لازم به ذکر است در راکتورهای هسته‌ای که با نوترون کار می‌کند، طبق واکنشهای به عمل آمده 2 الی3 نوترون سریع تولید می‌شود. حتما این نوترونهای سریع باید کند شوند.


امواج ايستاده

 

 

 Image-har2.jpg (37197 bytes)

 

 

برهم نهی دو موج با جابجايی های هم جهت مثبت  -برهم نهی سازنده:شکل زير                                                                                                                                                                                                                                             

 

برهم نهی دو موج با جابحا يی خلاف جهت يکد يگر برهم نهی ويرانگر

 

 

 

 

 موجهای پيش رونده به موجهايی اتلاق می شوند که بدون انتشار ماده انرژی را در محيط منتقل ميکنند .

در شکل فوق سفر قله های ا بی قرمز وسبز را می بينيد

 

امواج ايستاده: امواجی هستند که وضعيت نوسانی

ثا بتی  دارند و در فضا پيش نمی روند. هر ذره با يک دامنه ثابت در جای خود حرکت

 نوسا نی ساده انجام ميدهد. بنابراين امواج ايستاده انرژی را نمی توانند از نقطه ای

به نقطه ديگر منتقل نمايند.                      

 چگونگی توليد امواج ايستاده:

همانطور که در شکل زير می بينيد (موج سبز و موج ابی) از تداخل دو مو ج هم بسامد -هم دامنه -با عددموج يکسان و جابحايی های خلاف جهت امواج ايستاده بوجود

می ايدکه موج سياه رنگ همان موج حاصل يعنی موج ايستاده است

مشخصات امواج ايستاده:

۱-گره ها:( NODS) :به نقا طی گفته ميشود که از تداخل دوموج در فاز مقابل بوجود امده اند که تداخلشان ويرانگر است و جابجايی از وضع تعادل ودامنه برايند صفر ميشود به همين دليل اين نقطه ها همواره ساکنند

۲- شکمها(antinodes):به نقاطی گفته ميشود که از تداخل دو موج هم فاز بوجود می ايد که تداخلشان سازنده است وبا جابجای بيشينه  از وضع تعادل(مجموع جابجايی های دو موج تداخل کننده)در حالی که دامنه ان بيشينه است به ارتعاش در می ايند. 

 

 

 

1.
2.
3.
4.
5.
6.

1. 2 nodes, 1 antinode
2. 3 nodes, 2 antinodes
3. 4 nodes, 3 antinodes
4. 5 nodes, 4 antinodes
5.  nodes,  antinodes
6.  nodes,  antinodes

 

 

راکتورهای هسته ای

در  نيروگاهها ی برق ابتداآب را گرم می کنند تا به بخار تبديل گردد وازفشار بخار آببرای بکار انداختن توربين های ژنراتورهای مولد برق استفاده ميشود .

گرمای لازم  در نيروگاههای فسيلی با سوزاندن زغال سنگ يا نفت  بدست می آيد ولی در نيروگاههای اتمی اين گرما با ايجاد پديده شکافت در هسته اورانيم بدست می آيد. و از آنجاييکه انرژی حاصل از يک کيلوگرم اورانيم معادل انرژی يک ميليون ليتر نفت يا ده هزار تن زغال سنگ است . استفاده از انرژی اتمی بسيار جذابتر به نظر می رسد.

راکتورهای هسته ای

امروزه دو نوع راکتور متداولند راکتورهای  با فشار آب و  راکتورهای آب جوشان

اجزای ساختمان يک راکتور با فشارآب pwr عبارتند از:

۱- راکتورreactor:د ستگاهی که در آن شکافت هسته ای رخ می دهد

۲-ماده سوخت اورانيم غنی شده ۲ تا ۳٪ nuclear fuel:

از انجاييکه اورانيم طبيعی شامل ۳/۹۹٪ اورانيم ۲۳۸ و ۷/. ٪ اورانيم ۲۳۵ است اورانيم طبيعی را بايد غنی سازی نموديعنی  ۲ تا ۳٪ايزوتوپ اورانيم۲۳۵در آن بايدوجود داشته باشد. ماده سوخت مورد استفاده در راکتور ممکن است شامل صدها ميله سوخت  باشد که درون اين ميله ها اورانيم غنی شده بصورت قرص هايی قراردارند وامادهاند مه با برخورد نوترونهای کند پديده زنجيره ای شکافت را انجام دهند.

۳- منبع آب: 

اورانيم غنی شده مطابق شکل زير بصورت ميله های سوخت در يک منبع آب قرار داده می شود. . ازانجاييکه هر چقدر نوترونهای شکافنده کند با شند احتمال شکافت هم زيادتر خواهد بود   آب نه تنها کار انتقال گرمای حاصل از شکافت را برعهده دارد بلکه نقش کند  ساز نوترونهای توليد شده را هم انجام می دهد و انرژی انها را کاهش می دهد

۳- ميله های تنظيم  control rod:

ميله هايی هستند از جنس کادميم يا بر که برای کنترل زنجيره شکافت استفاده می شود که  بطور خودکار وارد راکتور می شوند  و مقدار زيادی از نوترونها را جذب ميکتتد و ضريب تکثير نوترونها تا يک تنزل می دهند يعنی تنها يک نوترون حاصل از شکافت در شکافت بعدی شرکت کند.هر گاه بخواهيم سرعت شکافت را بيشتر کنيم کافی است ميله را از راکتور خارج سازيم 

 

 

 

مهندسي نانومقياس راهي جديد براي بررسي سيگنال‌هاي بين سلولي

آزمايشي كه سه سال قبل در حد رؤيا و خيال تلقي مي‌شد، هم‌اكنون به واقعيت پيوسته است. دكتر Groves و همکارانش در آزمايشگاه ملي لورنس بركلي و دانشكدة پزشكي دانشگاه نيويوريك از تركيب فناوري‌نانو با بيوشيمي، به غشاهاي مصنوعي منحصر به فردي دست يافتند، که آنها را قادر مي‌ساخت تا مستقيماً فعاليت سيگنال‌دهي سلول‌هاي زندة T شكل سيستم ايمني را كنترل كنند.
دكتر Groves مي‌گويد: اين ترکيب فناوري‌نانو معدني با مولكول‌ها و سلول‌هاي آلي ما را قادر مي‌سازد تا به درون سلول‌ زنده رفته و با دقت مولكولي به بررسي فيزيكي مولكول‌هاي سيگنال دهندة آن بپردازيم. اكنون مي‌توان گفت كه ظرف آزمايش يا بشرهاي ما سلول‌هاي زنده مي‌باشند و مي‌توانيم واكنش‌هاي شيميايي را كه در آنجا رخ مي‌دهد مشاهده نمائيم.
تصوير، ميكروگراف‌هاي الكتروني فلورسانت سيناپس‌هاي ايمونولوژيكي تشكيل شده توسط سلول‌هاي پذيرندة T شكل (رنگ سبز) و مولكو‌ل‌هاي چسبنده (رنگ قرمز) را نشان مي‌دهد.
سلول‌هاي ‌T شكل در واقع نوعي از سلول‌هاي سفيد خون (گلبول‌هاي سفيد) مي‌باشند كه به سلول‌هاي سرطاني و نيز سلول‌هاي بيمار حمله‌ مي‌كنند. همچنين اين سلول‌هاي سيستم ايمني، انواع مختلفي از سيگنال‌هاي شيميايي را توليد مي‌كنند كه پاسخ ايمني بدن را تنظيم مي‌كند.
دانشمندان تاكنون نظريات پيچيده مختلفي درباره چگونگي كنترل توان و زمان سيگنال‌هاي فعال كنندة سلول‌هاي T شكل مطرح كرده بودند بدون آن كه بتوانند آزمايشي دربارة فاكتورهاي كليدي آن ترتيب دهند. سه سال پيش دانشمندان اين آرزو را داشتند كه بتوانند طي آزمايشي، دريابند چگونه تغيير شكل هندسي يعني چگونگي تماس سلول‌هاي T شكل و به عنوان مثال سلول‌هاي سرطاني، آنچه كه ما آن را رابطه دوطرفه فضايي مي‌ناميم بر سيگنال‌دهي سلول T شكل تأثير مي‌گذارد. آنها سپس دريافتند كه ابزارهايي در اختيار دارند كه مي‌تواند الگوهاي نانومقياس براي انجام اين كار را توليد كند.
سيستم ايمني بدن انسان، تعامل گسترده و قابل توجهي از انواع مختلفي از سلول‌ها است. كه حفظ بدن ما را در برابر بيماري‌هاي واگيردار باكتريايي، انگلي، قارچي و ويروسي و نيز در برابر رشد تومورها محافظت مي‌كند.
هنگامي كه آنتي‌ژن‌ها، علامت‌هاي ويژه روي سطح سلول غير خودي را مشاهده كنند فرايند محافظت آغاز مي‌شود. اين کار توسط سلول‌هاي T شكل توليد شده توسط تيموس انجام مي‌شوند.
محققان با استفاده از يك پيكرة واقعي نشان دادند كه مركز كنترل سيگنال‌دهي سلول T در محل اتصال با نقطه تماس سلول T و آنتي‌ژن، كه سيناپس ايمونولوژيكي ناميده مي‌شود قرار دارد. زيرا اين نقطه شبيه سيناپس بين دو سلول عصبي كه با هم در ارتباطند مي‌باشد.
در سيناپس ايمونولوژيكي، يك خوشة مركزي از سلول‌هاي پذيرنده T با حلقه‌اي از مولكول‌هاي چسبنده احاطه شده و شكلي شبيه چشم گاو تشكيل مي‌دهند. مركز اين چشم را خوشه فعال‌سازي فرا مولكولي مي‌نامند.
قبلاً ايدة اصلي دربارة –SMAC C آن بود كه هر چه خوشه سلول T پذيرندۀ بزرگتر باشد، سيگنال فعال‌سازي سلول T هم قوي‌تر است. اما اين ايده چندي بعدي نقض شد و دانشمندان نشان دادند كه عكس اين قضيه صادق است.
درهم آميختگي خوشه C-SMAC باعث توقف سيگنال فعال‌سازي سلول مي‌شود مدت زمان اين سيگنال فعال‌سازي هم به سامان‌دهي فضايي سلول T پذيرنده و نه اندازه خوشه بستگي خواهد داشت.
گفتني است دكتر Groves و همكارانش غشاهاي مصنوعي مورد نظر خود را از ليپيد (چربي) ساختند. آنها اين غشاءها را روي ماده پايه‌اي از جنس سيلسيم بكار بردند و به اين ترتيب اين غشاها مي‌توانستند به مقدار چند نانومتر روي ماده پايه آزادانه به اطراف حركت كنند.
با اين كار محققان توانستند غشاها را در حالت سياليت طبيعي خود حفظ كرده و به اين ترتيب ليپيدها و سلول‌هاي T شكل پروتئين‌هاي پذيرنده در هم ادغام شده و آزادانه در فواصل ماكروسكوپي با هم برهم‌كنش ‌كنند.
دكتر گردفز مي‌گويد: سياليت غشاءها، با توليد آنتي‌ژن‌هاي مصنوعي، از سطح سلولي كه امكان شكل‌گيري سيناپس‌هاي ايمونولوژيكي كاري را با سلول‌هاي زندۀ T فراهم مي‌سازد محافظت مي‌كند.
محققان توانستند با قرار دادن مادة پايه سيليسم با خطوط كروم به پهناي تنها 100 نانومتر، جهشي فضايي در شكل هندسي سيناپس‌ها ايجاد كنند اين خطوط كرومي فوق‌العاده باريك به صورت مانع، محدود كنندة حركت غشاهاي چربي و سلول‌هاي T شكل پروتئين پذيرنده عملي مي‌كنند. با استفاده از چاپ پرتوالكتروني، روشي كه در توليد تراشه‌‌هاي رايانه‌‌اي بكار مي‌رود، محققان توانستند اين خطوط كروم را به صورت چند الگوي متمايز از جمله شبكه‌اي از خطوط موازي ساده و نيز مجموعه‌اي از شش ضلعي‌هاي هم مركز درآورند.
با تغيير شكل اين سيناپس‌هاي ايمونولوژيكي، دانشمندان نشان دادند كه سيگنال سيناپس در يك مد تقويت شده شروع مي‌شود و انتقال پذيرنده‌هاي T شكل به سمت مركز باعث تضعيف سيگنال و از بين رفتن آن مي‌شود و اين كاملاً مستقل از درجة خوشه شدن است.
به گفته دكتر Groves اين روش جديد، براي برجسته‌سازي فضايي دربسياري از سيستم‌هاي سيگنال‌دهي بين سلولي قابل استفاده است و هم‌اكنون وي و همكارانش شروع به استفاده از آن در بررسي شكل‌گيري سيناپس‌هاي عصبي و مكانيسم‌هاي سيگنال‌دهي سلولي در بهبود سرطان نموده‌اند. آنها همچنين از آن در محدودة ديناميكي سيگنال‌‌دهي كه محدود پاسخ‌دهي سلول‌هاي پذيرندة T مي‌باشد استفاده نمودند.
اين آزمايشات با استفاده از فناوري‌نانو معدني براي بدام‌اندازي فيزيكي پروتئين در سلول زنده و جابجا كردن آن به محل ديگري از سلول انجام مي‌شود سپس مي‌توان چگونگي پاسخ سلولي را مشاهده كرد.
دكتر Groves و همكارانش از اين روش براي بررسي سلول‌ T به عنوان يك سيستم الگو استفاده نمودند اما شماي كلي در اينجا بسيار كلي‌تر است. در حالي كه تصور مي‌شد نقش مهمي در نتيجه يك واكنش شيميايي داشته باشد اما دانشمندان با آزمايشاتي كه انجام دادند دريافتند كه اين مطلب در مورد سلول‌هاي زنده درست نيست.
به اين ترتيب، موقعيت فضايي، اطلاعاتي را كه مي‌تواند مستقيماً به نتايج شيميايي جايگزين منتقل شود را به رمز در مي‌آورند.
گزارش كاملي از اين تحقيق با عنوان:
"سيگنال‌دهي TCR جايگزين حاصل از سيناپس‌هاي ايمونولوژيكي بازالگودهي شده" در مجلۀ Science به چاپ رسيده است.

تصوير الف) اين سيناپس را به شكل طبيعي چشم گاوي نشان مي‌دهد. تصوير ب) خطوط كُرم براي الگودهي اين سيناپس‌ها به صورت خطوط موازي استفاده شده است. ج) اين سيناپس‌ها به شكل شبكه‌اي مربعي الگو گرفته است. د) اين سيناپس‌‌ها به صورت شش ضلعي‌هاي هم مركز درآمده‌اند

منبع

http://nano.cancer.gov/news_center/nanotech_news_2005-12-05c.asp

عايق‌هاي حرارتي بهتر با کنترل ساختار

گرما ممکن است براي زندگي ضروري باشد، اما در برخي موارد نظير محافظت از شاتل فضايي يا افزايش بازده يک موتور جت، موادي با رسانش گرمايي پائين مورد نيازند تا به اين وسيله بتوان از انتقال بيش از حد گرما جلوگيري نمود. همانگونه که در 13 فوريه در مجلة Science گزارش شد، محققان با کنترل ساختار مواد در مقياس نانو، موفق به ساخت عايق‌هاي حرارتي بهتري شده‌اند.

ديويد کاهيل استاد علوم و مهندسي مواد دانشگاه ايلينوي در آورباناشامپاين گفت: "ما راه‌هايي را به منظور کنترل خواص حرارتي مواد با استفاده از نانوساختارها پيدا کرديم و دريافتيم که با ساخت نانوورقه‌هايي از مواد غيرمشابه مي‌توان رسانش گرمايي را ه ميزان قابل توجهي کاهش دهيم، زيرا گرما نمي‌تواند در فصل مشترک مواد به‌خوبي منتقل شود."

کاهيل به همراه همکارانش در دانشگاه کلورادو، ابتدا به کمک لايه‌نشاني اتمي و رسوب‌دهي اسپاتر مگنترون، نانولايه‌هاي نازکي از لايه‌هاي متناوب تنگستن و اکسيد آلومينيوم را سنتز نمودند. آنها هدايت حرارتي اين نانوورقه‌ها را با استفاده از روشي به نام "بازتاب حرارتي در بازة زماني (1)" اندازه گرفتند.

کاهيل گفت: "بازتاب حرارتي يک فلز تابع دقيقي از دماي آن است. با اندازه‌گيري سرعت تغييرات بازتاب و درنتيجه تغييرات دما مي‌توانيم رسانش حراتي آن را تعيين کنيم. محققان براي اندازه‌گيري دماي چنين نمونه‌هاي کوچکي، از يک ليزر يک‌وضعيتي (2) فوق‌العاده سريع استفاده نموده‌اند که يک سري پالس‌هاي کمتر از پيکوثانيه‌اي توليد مي‌کند. خروجي اين ليزر به دو قسمت پرتو شاهد (3) و پرتو پروب (4) تقسيم مي‌شود. پرتو شاهد، نمونه را گرم کرده و پرتو پروب، بازتاب و درنتيجه تغييرات دما را اندازه مي‌گيرد."

کاهيل گفت: "باساخت لايه‌هاي منفرد به ضخامت تنها چندنانومتر، موادي نانوورقه‌اي توليد کرديم که هدايت حرارتي آنها سه برابر کمتر از عايق‌هاي متداول است. چگالي بالا در فصل مشترک،‌ مانع بزرگي بر سر راه هدايت حرارتي است."

شار گرمايي از يک ماده به ماده ديگر به فصل مشترک محدود مي‌شود. گرما از طريق ارتعاش اتم‌هاي شبکه منتقل مي‌شود. برخي از اين ارتعاشات شبکه‌اي در فصل مشترک پخش‌شده، از آن عبور نمي‌کنند.

کاهيل گفت: "در نانوورقه‌هاي ما، ارتعاشات در يک ماده به خوبي با ارتعاشات ماده ديگر ارتباط برقرار نمي‌کند. اتم‌هاي سنگين تنگستن تقريباً به‌کندي مرتعش مي‌شوند. اما اتم‌هاي سبک اکسيد آلومينيوم به‌سرعت مرتعش مي‌شوند. اين اختلاف در خواص کشسان و چگالي حالت‌هاي ارتعاشي مانع از انتقال انرژي ارتعاش در طول فصل مشترک مي‌شود. نتايج تجربي نشان مي‌دهند که مواد طراحي‌شده با تراکم بالاي فصل مشترک امکان توليد عايق‌هاي حرارتي با رسانش حرارتي بسيار کم را فراهم مي‌سازند. همچنين يافته‌هاي محققين را مي‌توان در نانوموادي بکار برد که قرار است به عنوان رساناهاي حرارتي در کاربردهايي مثل خارج ساختن گرما از مدارهاي الکترونيک يا حسگرها به کار روند.

به عنوان مثال، نانولوله‌هاي کربني که داراي هدايت حرارتي بالايي هستند، نمي‌توانند پرکننده‌هاي خوبي براي بهبود انتقال حرارت در مواد کامپوزيت باشند.

کاهيل گفت: "نانولوله‌ها از نظر حرارتي با محيط اطراف خود به‌خوبي جفت نمي‌شوند، در نتيجه انتقال گرما در فصل مشترک ماتريس‌‌هاي نانولوله‌‌اي بسيار محدود خواهد بود. "

وزارت انرژي و بنياد ملي علوم آمريکا، حمايت مالي اين تحقيق را بر عهده داشته‌اند.

1- T ime- domain thermoreflectance

2- Mode- lock

3- Pump beam

4- Probe beam

اولين اندازه گيري راديو اكتيويته هسته زمين

 

 



براي اولين بار راديواكتيويته زمين اندازه گيري شد. اين اندازه گيري ها به زمين شناسان كمك خواهد كرد تا بفهمند واپاشي هسته اي به چه ميزان عامل گرماي زياد زمين است.

گرماي خروجي از زمين باعث ميشود كه آهن مذاب به قسمت هاي خارجي تر رانده شود و موجب افزايش ميدان مغناطيسي زمين بشود. سوال اصلي اين است كه اين حرارت دقيقا از كجا ميآيد. اندازه گيري هاي گراديان حرارت از صخره هاي معادن به تخميني در حدود 30 تا 44 تراوات گرماي توليدي اين سياره منتهي شده است.

قسمتي از اين گرما توسط عناصر راديواكتيو توليد ميشود. زمين شناسان با مطالعه سنگ هاي آسماني قديي مقدار اورانيوم و توريم (thorium) را تخمين زده و محاسبه كرده اند كه 19 تراوات گرما از راديواكتيويته بوجود ميآيد.

بيل مك دانو (Bill McDonough ) زمين شناس دانشگاه ميريلند (Maryland ) ميگويد: " تا كنون چيز دقيقي در مورد مقدار اورانيوم داخل اين سياره نميدانيم. نامعلومات بنيادي هستند". يك راه براي كم كردن اين نامعلومي ها وجود دارد و آن پيداكردن آنتي نوترينو ها (antineutrinos) است. اين ذرات معادل ضد ماده اي ذرات بي بار و تقريبا بر جرم نوترينو هستند و وقتي اورانيوم يا توريم تبديل به سرب ميشوند بوجود ميآيند. اگركه آنتي نوترينو هاي زيادي از زمين در حال توليد هستند بايد بشود آنها را آشكار سازي كرد چونكه تقريبا از همه مواد عبور ميكنند.

اكنون در كاميوكاي ژاپن (Kamioka, Japan) يك آشكارساز آنتي نوترينو به نام KamLAND توانسته اين آنتي نوترينو ها را بشمارد. تيمي از دانشمندان بين المللي با آناليز داده ها ي اين آشكارساز فهميدند كه 16.2 ميليون آنتي نوترينو بر سانتيمترمربع بر زمان از هسته زمين بيرون ميآيد. آنها محاسبه كردند كه فعاليت هاي هسته اي بوجود آورنده اين ذرات ميتوانند تا 60 تراوات گرما توليد كنند اما معمولا حدود 24 تراوات است. جان ليرند (John Learned) از دانشگاه هاوايي (Hawaii in Manoa) ميگويد :" ما براي اولين بار اندازه گيري راديو اكتيويته كل زمين را انجام داده ايم. "



با آشكارسازي آنتي نوترينو هاي بيشتر در طول زمان ، KamLAND قادر خواهد بود يكبار براي هميشه تعيين كند كه آيا راديواكتيويته مسئول اصلي گرمايش زمين است يا منابع ديگري مثل جامد شدن آهن و نيكل مايع در بيرون هسته .

آنتي نوترينو ها ميتوانند ساختار تركيبي پوسته و جبه زمين را مشخص كنند و از اين طريق سرنخ هايي به دست زمين شناس دهند كه چگونه و چه موقع تشكيل شده اند. اما براي انجام اين كار ، آنها بايد بفهمند كه آنتي نوترينو ها دقيقا از كجا ميآيند و خود اين هم مجموعه اي از آشكارساز هاي را ميطلبد.

جان ليرند ميگويد " ما به سوي توموگرافي (tomography) كل زمين پيش ميرويم و هنوز در اولين گام ها هستيم.

چرا جهان اين قدر در تلاش است كه نابود نشود ؟

 

 




جواب اين سوال را تا به حال هيچ دانشمند و يا فيلسوفي نيافته است. حتي هاوكينگ دانشمند و اختر شناس بزرگ در جواب به آن گفته است :«اگرجواب اين سوال را بدانم مطمئناً به سوال هاي ديگري خواهم رسيد كه آغازگركشف نظريه ي همه چيز) Theory of every thing) و رسيدن به قله هاي ناممكن فيزيك و تمام علوم ديگر است.» از نظريه ي همه چيز گفتيم ، حتماً محتواي اين نظريه ي جديد كه هنوز كامل نشده براي شما مبهم است. پس در اين مقاله به بحث و بررسي درباره اركان سازنده ي اين نظريه خواهيم پرداخت. نظريه اي كه شايد انسان بتواند با داشتن آن فكر خدا را درباره ي كائنات و جهان آفرينش بخواند و خود را به بينهايت نزديك تر سازد. به عبارت ديگر تلاش ما بيان مفاهيمي است كه انسان براي يافتن سرنوشت ويا گذشته ي خويش به آن هااحتياج دارد .

بهتر است قبل ازبررسي پايه اي اين نظريه با چند مفهوم وعبارت آشنا شويم:

1- سياهچاله ها يا ستاره هاي رمبيده شده (Blackholes): يك سياهچاله يك جرم متراكم و يك ستاره ي مرده است كه در آن گرانش به حدي شديد است كه حتي نور نيز نمي تواند از آن بگريزد، پس يك سياه چاله ديده نمي شود .

2- انفجار بزرگ( (Big Bang: نظريه اي كه مي گويد جهان در ابتدا يك گوي آتشين بسيار داغ بوده كه منفجر شده و ماده وانرژي و...را بوجود آورده است تا جهان بصورتي كه امروزه مي بينيم در آيد اين نظريه در قرن نوزدهم ميلادي توسط هوگان ارائه شد.

3- مكانيك كوانتومي( Quantum mechanics): سال ها پيش تصور مي شد كه كوچك ترين اجزاي تشكيل دهنده ي ماده، اتم ها هستند ولي بعدها كشف شد كه در اتم نيز هسته اي وجود دارد كه الكترون ها به دورآن چرخش مي كنند و همين طور خود هسته از ذرات كوچك تري به نام نوكلئون تشكيل شده و هر يك از نوكلئون ها نيز باز از ذرات كوچك تري به نام كوارك ها تشكيل يافته اند كه بار و وزن هسته اتم را مشخص مي كنند . كوارك ها يكي از ذرات بنيادين هستند كه بعد از انفجار بزرگ بوجود آمدند.كوارك ها داراي شش نوع هستند كه هسته اتم فقط از دو نوع اول آنها يعني up , down تشكيل يافته است.

4- نيروهاي بنيادين يا اوليه :بين ذرات بنيادين چهارنوع نيروعمل مي كند كه عبارتند از:

الف) نيروي پر قدرت كوارك :اين نيرو از جدا شدن بيش از حد كوارك هاي داخل هسته از يكديگر و يا حتي از پرت شدن آنها به خارج جلوگيري مي كند ، نيروي پر قدرت كوارك از طريق ذرات مبادله كننده(گلوئون)انتقال مي يابد كه بين كوارك ها در پروازهستند .

ب) نيروي الكترومغناطيسي : يك ذره داراي بارمنفي به وسيله يك ذره ي منفي ديگر دفع و به سوي يك ذره با بارمثبت جذب مي شود اين نيرو توسط فوتون ها مبادله مي شود .

پ) نيروي ضعيف : اين نيرودربين ذرات بدون بار(خنثي)ودرفواصل خيلي نزديك برقراراست و باعث راديواكتيويته مي شود كه نوعي از آنرا راديواكتيويته ي بتا مي نامند وذره ي پيام رسان اين نيرو«ويكون»نام دارد.

ت) نيروي گرانش : يكي از چهار نيروي طبيعت كه ضعيف ترين آنهاست . گراني،هميشه جذب مي كند،هيچ گاه دفع نمي كندومي تواند تا فواصل بسياردور،تاثيرداشته باشد.همچنين ذره ي پيام رسان اين نيرو«گراويتون»نام دارد كه تاكنون بطور مستقيم مشاهده نشده است.

انرژي تاريك (Dark energy ):

يكي ازنظريه هايي كه ما را دررسيدن به «نظريه ي همه چيز» ياري مي كند،نظريه ي اينشتين درمورد مجموعه ايست كه سبب انبساط جهان مي شود.اين مجموعه (منظورماده وانرژي)حدود 95 درصد ماده وانرژي جهان را تشكيل مي دهد.

ازاين مجموعه ي 95 درصدي،30درصد ماده ي تاريك (Dark matter)و65درصد انرژي تاريك (Dark energy)است كه عامل شتاب داربودن انبساط و بي نظمي جهان مي باشد.همچنين سياهچاله ها نيز نوعي ماده تاريك محسوب مي شوند. نظريه پردازان انرژي تاريك يا نيروي ضد جاذبه معتقدند كه: اين نيرو در طول زمان مي تواند نيرومندتر يا ضعيف تر شود.اين نيرو يا سرانجام دنيا را در يك لحظه از هم مي پاشاند،يا درآينده ي دوررفته رفته آن را خاموش مي كند.اين آينده ي دور10 ميليارد سال با زمان حال فاصله دارد.اگراين نيروخود به خود ازميان برود،جاذبه بارديگربر گيتي مستولي مي شود و جهان خود به خود فرومي پاشد.اين نيرومدت هاست كه وجود دارد وتغيير آن بسياركند وآرام است.

يكي از كيهان شناسان به نام دكتر"ريس"مي گويد:«هرگونه تحول تسريع كننده،كه به قدرتمند شدن اين انرژي تاريك منجرشود تا30ميليارد سال ديگرروي نخواهد داد.»هم چنين برخي محاسبات دانشمندان درباره ي قدرت اين انرژي به يك عدد واحد رسيده است كه نام آن را«»wگذاشته اند.اين عدد درحقيقت نسبت ميان فشاروتراكم اين انرژي تاريك است.يكي ازعجيب ترين خصوصيات اين انرژي مرموزاين است كه برخلاف ماده يا انرژي معمولي چگالي آن با انبساط فضا كاهش نمي يابد و شواهد زيادي حكايت ازآن دارد كه هميشه داراي چگالي ثابتي است.به اين ترتيب با انبساط جهان چگالي مواد معمولي رفته رفته كمتر مي شودوحتي نسبتي كمتراز5 درصد را به خود اختصاص خواهد داد ولي درصد انرژي تاريك روبه ازدياد خواهد گذاشت.

اميد است با ادامه ي كاردانشمندان در آينده ي نزديك هيجان انگيزترين راز علم حل شود.

فرضيه سفردرزمان: يكي ازجالب ترين افكاربشر،ايده ي جابجايي دربعد زمان است.اينشتين با ارائه ي نظريه ي نسبيت خاص خود نشان داد كه اين كار از نظرتئوري شدني است،برطبق اين نظريه اگرشيئي به سرعت نورنزديك شود،گذشت زمان برايش آهسته تر صورت مي گيرد.بنابراين اگر بشود با سرعت بيش از سرعت نور حركت كرد زمان به عقب بر مي گردد.مانع اصلي اين است كه اگرجسمي به سرعت نور نزديك شود جرم نسبي آن به بي نهايت ميل مي كند لذا نمي شود شتابي بيش از سرعت نور پيدا كرد. اما شايد روزي هم اين مشكل حل شود!

دانشمندان براين عقيده هستندكه اين كاربه كمك يك پديده ي طبيعي صورت مي گيرد.دراين خصوص سه پديده مدنظراست:

(سياهچاله هاي دوار ، كرم چاله هاوريسمان هاي كيهاني )



سياهچاله هاي دوار:سياهچاله ها بر دو نوع اند ، دوار و غير دوار ، سياهچاله هاي غيردوار داراي انتهاي نقطه مانند هستند ، در آن جا هر جسمي كه به حفره مكش شده باشد نابود مي شود ، اما

سياهچاله هاي دوار داراي انتهايي قاعده دار به شكل حلقه هستند كه مانند يك قيف واقعي انتهايشان بازاست،همچنين فقط اين نوع سياهچاله است كه مي تواند سكوي پرتاب به آينده يا گذشته باشد.انتهاي قيف به يك قيف ديگر به اسم سفيدچاله(White hole) مي رسد كه درست عكس آن عمل مي كند.يعني هر جسمي را به شدت به بيرون پرتاب مي كند.ازهمين جاست كه مي توانيم پا به زمان هاوجهان هاي ديگربگذاريم.



كرمچاله ها(Worm holes): يك سكوي ديگر گذر از زمان است كه مي تواند درعرض چند ساعت ماراچندين سال نوري جابجا كند.فرض كنيد دونفردوطرف يك ملافه راگرفته ومي كشنداگر يك توپ تنيس برروي ملافه قرار دهيم يك انحنا درسطح ملافه به سمت توپ ايجادمي شود.



يك تيله روي اين ملافه قرار دهيم به سمت چاله اي كه توپ ايجاد كرده است مي رود.

اين نظر اينشتين است كه كرات آسماني در فضا و انحنا ايجاد مي كنند ،درست مثل همان توپ روي ملافه. حالا فرض كنيم فضا به صورت يك لايه ي دوبعدي روي يك محورتاشده باشد وبين نيمه بالاوپايين آن خالي باشدودوجرم هم اندازه درقسمت بالا وپائين مقابل هم قرارگيردآن وقت حفره اي كه هردو ايجاد مي كنند مي توانند به هم ديگررسيده وايجاد يك تونل كند0مثل اين كه يك ميانبردرزمان ومكان ايجاد شده باشد به اين تونل كرمچاله مي گويند.



حال سوالي پيش مي آيد كه اگرما مي توانستيم به گذشته سفركنيم.زماني كه هنوزبه دنيانيامده بوديم وپدربزرگ خودرامي كشتيم پس چگونه ماوجود داريم اين يك پارادوكس است ونقيض خودش دردرونش است ولي بايد گفت راه حلي نيزبراي اين موضوع پيداشده است واين راه حل نظريه ي جهان هاي موازي است.طبق اين نظريه امكان داردچندين جهان وجود داشته باشد،كه مشابه جهان ماست اما ترتيب وقايع درآنهافرق مي كند.پس وقتي به عقب برميگرديم دريك جهان ديگروجود داريم نه درجهاني كه درآن هستيم.همچنين مي توان گفت كه اين نظريه تقريبا همجهت ومنطبق با نظريه استيفن هاوكينگ درباره ي جهان هاي نوزاد است كه بيانگر اين است كه غيرازجهان ما جهان هاي ديگري نيزوجود دارند كه ازطريق راه هائي به هم متصلند.

نظريه ريسمانهاي كيهاني يا ابر ريسمان:

يكي ازبرترين موفقيت هاي علم درقرن بيستم اين است كه درسطح پايه،قوانين فيزيك به دو فرمول خلاصه شدند:

1-تئوري گرانش اينشتن:كه فضاهاي بسياربزرگ راتوصيف مي كند.مثلاكهكشانها، سياهچاله ها وانفجار بزرگ.

2-تئوري كوانتومي:كه فضاهاي بسياركوچك راتوصيف مي كند0مثلاجهان كوچك ذرات زير اتمي والكترومغناطيس0

يكي از بزرگترين طنزهاي طبيعت كيهان شناسي اتحاداين دوفرمول است كه واقعاگيج كننده به نظرمي رسد وحتي بزرگترين فيزيكدانان جهان مثل اينشتين وهايزنبرگ نتوانستند ازعهده ي آن برآيند،خوشبختانه مايك تئوري مناسب براي اتحاداين دونيروداريم (در حقيقت اين تنها تئوري است و ديگرتئوري هابه تناقض رسيده اند ) كه ابر ريسمان ناميده مي شود كه به سادگي دستگاه گرانشي را با تئوري الكترومغناطيس كه براي حل مشكلات كرمچاله هاي كوانتومي لازم است،متحد مي كند.

تئوري ابرريسمان قوانين مبهم فيزيك كوانتومي رابافرض اين كه ذرات زيراتمي درحقيقت ارتعاشي از يك رشته كوچك هستند توضيح مي دهد،ارتعاش يك رشته ويالون سبب ايجاد يك نت مي شود،همچنين ارتعاش يك ابرريسمان سبب ايجاد ذرات موجود درطبيعت مي شود. بنابراين جهان يك سمفوني ازريسمان هاي درحال ارتعاش است و توضيح بيشتراين كه يك ريسمان كه درزمان حركت مي كند باعث انحناي فضاي اطرافش مي شود كه سياهچاله،كرمچاله وديگرجوابهاي مرموزاينيشتن رامي سازد ودريك كلام، تئوري ريسمان،تئوري اينيشتن وكوانتوم فيزيك را با يك نتيجه ي منطقي متحد مي كند.

همچنين بايد دانست،كه اين ذرات زيراتمي كه سازنده ي تارهاي اين ويالون هستندآن قدركوچك هستند طوري كه اگرهسته ي اتم هيدروژن راشهرتهران فرض كنيم اندازه اين ذرات اتمي درداخل اين شهراست به عبارتي ديگراين ذره 18-^10برابريك اتم است.

ادوارد ويتن ازموسسه ي تحصيلي پيشرفته در پرينستون ادعاكرده است: «تئوري ابرريسمان تئوري قرن بيست ويكم است كه تصادفادرقرن بيستم كشف شده است وهنوز رياضيات موردنيازقرن بيست ويكم براي حل سياهچاله هاي كوانتمي كشف نشده است.»تا اينجا به تلاش هاي انجام شده و نظريه هاي ارائه شده براي رسيدن به نظريه كلي «همه چيز» پرداختيم.در پايان بهتراست شناخت دقيق تري نيز از خود نظريه درحيطه ي فيزيك داشته باشيم:

اين نظريه :

ـ بايد مدلي به ما بدهد كه بين نيروها وذرات،يگانگي ايجاد كند.

ـ بايد به اين سوال پاسخ دهد كه«شرايط مرزي»چيست؟ شرايطي كه دراولين لحظه،قبل ازآن كه هيچ زماني بگذرد وجود داشته است.

ـ بايد امكان چند انتخاب را بدهد.بايد محدود كننده باشد.به عنوان مثال،بايد دقيقاً پيشگويي كند كه چند نوع ذره وجود دارد. اگرحق انتخاب هايي راباقي مي گذارد،بايداين واقعيت را به نحوي توضيح دهد كه اين، جهاني است كه ما داريم،نه جهاني كه با آن اندك تفاوتي دارد.

ـ بايد تعداد كمي اجزاي اختياري داشته باشد ، هاوكينگ نظريه اي دارد به نام سوراخ كرم 4كه

ميتواند به اين معني باشد كه ما هيچ گاه نظريه اي بدون اجزاي اختياري نخواهيم داشت با اين حال ، ترجيح مي دهيم كه براي پاسخ ها نبايد نگاه زيرچشمي بسيارمكرري به جهان واقعي داشته باشيم، شگفت آن كه نظريه ي«همه چيز»ممكن است يك جزءاختياري باشد.

ـ بايد جهاني،مثل جهاني راكه مشاهده مي كنيم،پيشگويي كند يابه طورقانع كننده اي توضيح دهد كه چرا اختلافي وجود دارد.يك نظريه «همه چيز»بايدراهي بيابد تادرقياس با آنچه مامشاهده مي كنيم، ايستادگي كند.

ـ بايد ساده باشد و درهمان حال،امكان پيچيدگي هاي عظيم رابدهد.

ـ بايدمعماي تركيب نظريه ي نسبيت عام اينيشتن (نظريه اي كه معمولاباآن گراني راتوضيح مي دهيم)ومكانيك كوانتومي(نظريه اي كه معمولابه هنگام بحث درباره ي سه نيروي ديگربه كار مي بريم)راحل كند.

لیزر

نگاه اجمالی

لیزر کشفی علمی می‌باشد که به عنوان یک تکنولوژی در زندگی مدرن جا افتاده است. لیزرها به مقدار زیاد در تولیدات صنعتی ، ارتباطات ، نقشه ‌برداری و چاپ مورد استفاده قرار می‌‌گیرند. همچنین لیزر در پژوهشهای علمی و برای محدوده وسیعی از دستگاههای علمی‌ ، موارد مصرف پیدا کرده است. برتری لیزر در این است که از منبعی برای نور و تابشهای کنترل شده ، تکفام و پرتوان تولید می‌کند. تابش لیزر ، با پهنای نوار طیفی باریک و توان تمرکزیابی شدید ، چندین برابر درخشانتر از نور خورشید است.

تاریخچه

انیشتین در 1917 میلادی نظریه گسیل القایی را بیان داشت و روابط مشهور جذب و نشر را به جهان عرضه نمود. بر پایه این تئوری چهل سال بعد ، تاونز و همکاران او ، نخستین تقویت کننده گسیل القایی را با بکار گیری آمونیاک مورد آزمایش قرار داده و سیستمی‌ به اسم میزر پدید آوردند که در فرکانس 2.3X1011Hz کار می‌کرد.

نخستین لیزر در 1960 بوسیله میلمن ، با استفاده از
یاقوت قرمز (ترکیبی از اکسید آلومینیوم خالص به همراه 5 درصد اکسید کروم III ساخته شد و اولین لیزر گازی He - Ne توسط دکتر علی جوان در آزمایشگاه شرکت Bell در آمریکا ساخته شد. در سال 1986 کشف شد که منبع لیزر می‌تواند نور همدوس تابش کند، به گونه‌ای که دامنه و فاز آن در تمامی‌ نقاط فضا ، قابل سنجش و تعیین باشد. یکی دیگر از خواص لیزر ، همگرایی بالای آن است. به دلیل این ویژگی ، تمامی انرژی پرتو لیزر تقریبا در یک فرکانس متمرکز می‌‌شود. لذا تکفامی و بالا بودن شدت آن ایده‌آل است.

نحوه ایجاد پرتو لیزر

اولین شرط ایجاد لیزر ، داشتن ماده یا محیطی است که بتواند انرژی را در خود ذخیره کند. نمونه‌هایی از این مواد عبارتند از: بلورهایی مثل یاقوت ، ایتریوم ، آلومینیوم گارنت ، () یا گازهایی مثل CO2 و He - Ne و ... و مایعاتی مانند رنگهای رودآمین – 6G می‌‌باشد. انیشتین در سال 1916 نشان داد که گسیل القایی نور را می‌توان از یک اتم برانگیخته بدست آورد.

چنانچه اتم و یا مولکول در تراز بالاتر E2 واقع شود و فوتونی با فرکانس‌ v با اتم برانگیخته وارد برهمکنش شود. بطوری که
hv = E2 _ E1 باشد، در این صورت احتمال معینی وجود خواهد داشت که اتم به تراز پایینتر بیافتد. در نتیجه ، دو
فوتون حاصل می‌‌شود، فوتون القا کننده و القا شونده ، که هر دو همفاز هستند.در عین حال ، اگر اتمهایی به تعداد N2 در تراز E1 باشند، می‌توانند با جذب فوتونهای فوق ، برانگیخته شده و به تراز انرژی E2 برسند.

چنانچه هدف به دست آوردن تابش همدوس باشد، باید سعی شود که N2 >> N2 گردد، به عبارت دیگر ، تجمع معکوس رخ دهد. فرآیندی که طی آن تجمع معکوس صورت می‌‌گیرد،
دمش می‌نامند. وقتی یک سیستم دو ترازی با محیط اطراف خود در حال تعادل گرمایی باشد، جمعیت تراز انرژی بالاتر Nj کمتر از جمعیت تراز Ni خواهد بود. با استفاده از فرآیند اشباع شدن می‌توان Ni را با Nj مساوی گردانید. بطوری که مقدار جذب به صفر تنزل یابد.

چنانچه بتوان مقدار Nj را بیشتر از Ni نمود، اکثر اتمهای سیستم که به حالت برانگیخته می‌‌روند، تمایل خواهند داشت که به حالت انرژی کمتر برگردند. بدیهی است که این تمایل به وسیله کوانتای تابش فرودی تشدید می‌گردد. بدین معنی که سیستم نه تنها فوتون فرودی را جذب نمی‌کند بلکه فوتون فرودی باعث برانگیختگی سیستم برانگیخته شده که با سقوط به حالت پایینتر دو کوانتا انرژی تابشی از دست می‌دهد (فوتون مربوط به اتم برانگیخته به همراه فوتون فرودی). تمام این فرآیندها تابش لیزر را بوجود می‌آورند.

قرار دادن محیط تولید لیزر در یک
مشدد نوری با انتهای آینه‌ای که تابش را در محیط تولید لیزر به جلو و عقب می‌فرستد، سبب تراکم تابش سطوح بالا در تشدید کننده بوسیله ادامه گسیل القایی می‌شود. سپس تابش لیزر از طریق آینه‌ای نیمه شفاف ، از یک انتهای کاواک به بیرون گسیل می‌شود.

 

تفاوت پرتو لیزر با نور معمولی

پرتو لیزر دارای چهار خاصیت مهم است که عبارتند از: شدت زیاد ، مستقیم بودن ، تکفامی‌ و همدوسی. لیزرها در اشکال گوناگون وجود دارند. ممکن است تصور شود که پرتو لیزر همانند اشعه ایکس ، گاما ، ماورا بنفش (UV) و مادون قرمز (IR) ، جایگاهی معین در طیف الکترومغناطیسی را داراست، حال آنکه این پرتو می‌تواند هر کدام از فرکانسهای محدوده طیف نامبرده را در برگیرد، با این تفاوت که دارای مشخصاتی از قبیل تکفامی ، همدوسی و شدت زیاد است.

اینکه چگونه می‌توان پرتو لیزری با فرکانسهای دلخواه را تولید نمود، کار دشواری است که عملا با آن روبرو هستیم. مشکل دیرپا در تابش لیزری ، فقدان پوشش گسترده طول موجی در آن است. به دلیل اینکه لیزرها به‌ خودی ‌خود فاقد قابلیت تنظیم
طول موج هستند، پوشش کل طیف نورانی نیاز به ابزارهای متعدد و جداگانه دارد.

نمونه‌هایی از لیزرهای متداول

طبقه بندی لیزر در حالت کلی

هولوگرام

هولوگرام یک تصویر سه بعدی است که با استفاده از لیزر ایجاد می شود . نور دستگاه لیزر به دو پرتو می شکند . یکی از پرتوها با انعکاس از روی یک آینه از روی شی به صفحه عکاسی می تابد . پرتو دیگر به وسیله آینه دیگری بدون برخورد به شی به صفحه عکاسی فرستاده می شود . صفحه عکاسی در جایی قرار داده می شود که دو پرتو تلاقی می کنند . سپس صفحه عکاسی ظاهر می شود و ، در صورتی که به طریق صحیح به آن نور تابانده شود ، هولوگرام را پدیدار می کند.

چگونگی ایجاد این دو دسته تا حدود زیادی بستگی به ساختار درونی محیط تولید لیزر ، مکانیزم ایجاد لیزر و پارامترهای دیگر دارد که بررسی آنها خارج از این مقوله است. از لحاظ کاربردی ، لیزر‌های پالسی با مدت پالس 12-10 ثانیه در دسترس هستند. چنین لیزرهایی در جهت پژوهش در فرایندهایی که در
گازها و مایعات ، با سرعتهای بسیار بسیار سریع رخ می‌‌دهد، بکار برده می‌شوند.


 

ایجاد هولوگرام

با استفاده از لیزر ، می توان
تصویری ایجاد کرد که هر گاه به طریق
صحیح به آن نور تابانده شود ،
سه بعدی به نظر می رسد.


«چگونه مى توان يك ماشين زمان ساخت»

User Posted Image

زمان چيست؟ همان چيزى كه همواره با ما است و از كنار آن به سادگى مى گذريم. گاه در ذهن خود آنگاه كه به سختى در افتاديم، احساس مى كنيم كه گويا زمان به كندى جريان دارد و برعكس زمانى كه اوقاتمان را به خوشى مى گذرانيم، زمان ظاهراً باسرعت بيشترى مى گذرد. در بيمارى هاى روانى نيز زمان ذهنى مبحث شناخته شده اى است. اما منظور از زمان همان زمان فيزيكى است يعنى همان كميتى كه با ساعت اندازه گيرى مى شود و هرچه فناورى پيشرفته ترى در آن استفاده شده باشد، دقيق تر اندازه گيرى مى شود.
ولى زمان فيزيكى چيست؟ آيا آنچنان كه تا قرن بيستم تصور مى شد و بزرگان فيزيك همچون ايزاك نيوتن مى پنداشتند زمان مفهومى مطلق است كه از گذشته به سمت حال و سپس آينده جارى است و گذر آن در تمامى جهان سير يكنواختى دارد؟ آيا معناى فيزيكى «اكنون» در هر كجاى گيتى يك معنى دارد؟
تحولات فيزيكى در قرن بيستم به اين سئوالات پاسخ منفى داده است. آغازگر اين مفهوم سازى نوين آلبرت اينشتين كارمند ساده اداره ثبت اختراعات برن سوئيس بود كه با استفاده از رياضيات ساده دبيرستانى ثابت كرد كه زمان نه امرى مطلق، بلكه خاصيتى از ماده است كه با تغيير سرعت جسم و گرانش تغيير مى كند. گرانش باعث تغيير هندسه فضا زمان مى شود و هم فضا و هم زمان (به عنوان بعد چهارم) دچار كشسانى (Elasticity) مى شوند. همه اينها در نظريه نسبيت وى به وضوح تشريح شده است. نظريه نسبيت با انجام آزمايش هاى بسيار به اثبات رسيده است. اينشتين نسبيت را در دو مرحله (در سال ۱۹۰۵ نظريه نسبيت خاص و در سال ۱۹۱۵ نظريه نسبيت عام)  ارائه كرد كه امروزه مورد قبول عامه فيزيكدانان قرار دارد.
در سال ۱۹۷۱ جو هافل و ريچارد كيتينگ يك ساعت دقيق اتمى را در هواپيمايى كار گذاشته و با آن دور دنيا را گشتند و در انتهاى مسافرت زمان را با ساعت مشابهى روى زمين مقايسه كردند.
زمان درون هواپيما كندتر از مدت زمان آزمايشگاه گذشته بود. ساعتى كه در هواپيما بود ۵۹ نانوثانيه نسبت به ساعت موجود در روى زمين كندتر كار كرده بود. يعنى سرعت باعث كندى گذر زمان مى شود. گرانش نيز باعث كندشدن زمان مى شود. در سال ۱۹۵۹ آزمايشى در دانشگاه هاروارد طراحى شد تا ضريب كندشدن زمان را در بالاى يك برج ۵/۲۲ مترى محاسبه كنند. معلوم شد كه زمان در اين ارتفاع ۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۲۵۷/۰ درصد تندتر گذشته است. در واقع اگر در كنار سياره اى باشيد كه جرم بيشترى داشته باشد زمان كندتر مى گذرد.
اينشتين تقسيم زمان به گذشته و حال و آينده را توهمى بيش نمى دانست. ما انسان ها با توجه به مشاهده روند تغييرات ريتميك مانند فرو ريختن آب از بلندى، برآمدن خورشيد از شرق آسمان و غيره مفهوم زمان را اختراع كرده ايم. ظاهراً گذشته ديگر تمام شده و قابل بازگشت نيست و از آينده نيز طرحى خيالى در ذهنمان وجود دارد. اما بسيارى از فيزيكدان ها معتقدند همان قدر كه حال در دسترس است آينده و حتى گذشته نيز دست يافتنى هستند و راه هايى هرچند تخيلى را براى دستيابى به آن ارائه مى دهند.
پل ديويس فيزيكدان انگليسى از طرفداران امكان سفر به گذشته است. او هم اكنون در كالج سلطنتى لندن و دانشگاه كويينزلند به تدريس فيزيك مشغول است. وى در كتاب «چگونه مى توان يك ماشين زمان ساخت» به تشريح علمى ساخت يك ماشين زمان پرداخته است.
اما پيش از بررسى ايده ساخت ماشين زمان بايد با مفاهيم سياهچاله و كرم  چاله تا حدى آشنا شويم. سياهچاله (كه اولين بار جان ويلر از اين نام براى ناميدن آن استفاده كرد) يك نقطه در فضا است كه گفته مى شود در اثر فروريزش ستارگان بسيار حجيم به درون خود به وجود آيد، بدون آنكه از جرم  ايشان كاسته شود. به اين ترتيب مثلاً جرم ستاره هايى كه حتى بارها بزرگ تر از خورشيد است به حجمى در محدوده هاى چندين ۱۰ كيلومترى فشرده شده و داراى جرم حجمى فوق العاده اى خواهد شد كه با توجه به جاذبه فوق العاده خود حتى نور را از آن گريزى نيست. پس سياه ديده مى شود يا در واقع اصلاً ديده نمى شود و با رصدكردن از طريق فناورى هاى معمولى قادر به كشف آنها نخواهيم بود و چاله است؛ چرا كه هرچه به درون آن فرو بيفتد ديگر راه گريزى نخواهد داشت. ورود به سياهچاله راه بدون بازگشت است، راهى است به سوى عدم، به سوى پايان فضا و زمان. اصطلاحاً در فيزيك اين نقطه را نقطه اى داراى تكنيگى (Singularity) مى  نامند.
مفهوم ديگرى كه بسيار نزديك به سياهچاله است، كرم چاله است كه برخلاف سياهچاله ممكن است قابل عبور باشد. در اثر خميدگى بسيار شديد فضا در اثر يك نيروى گرانشى فوق العاده عظيم ممكن است قسمتى از فضا روى خود برگشته (مثل تا خوردن كاغذ روى خود) و در نتيجه فاصله دو نقطه بسيار دور در فضا بسيار كوچك شود.
يا آن چنان كه در نظريه جهان هاى چندگانه (multiverse) گفته مى شود، كرم چاله مى تواند باعث اتصال دو جهان به همديگر شود. دو نقطه داراى تكنيكى از طريق يك گذرگاه به نام كرم چاله به هم متصل مى شوند. به اين ترتيب مى توان از نقطه اى با مختصات فضا زمانى مشخص به نقطه اى با مختصات فضا زمانى ديگر رفت كه حتى اين نقطه دوم از نظر زمانى مى تواند در گذشته قرار گرفته باشد.
اما ساختن كرم چاله در صورت وجود، نياز به انرژى هاى فوق العاده عظيمى دارد كه دستيابى به آن از توان بشر كنونى خارج است. اسفنج فضا زمانى موجود در لحظات اوليه خلقت يعنى بعد از انفجار بزرگ، با توجه به انرژى فوق العاده آن مى توانسته حاوى كرم چاله هاى ميكروسكوپى باشد. از اين رو پل ديويس در كتاب خود از اين طرح براى ايجاد يك كرم چاله مصنوعى و قابل عبور استفاده كرده است.
وى معتقد است طى مراحلى چند، به نام هاى تصادم دهنده (collider)، فشرده ساز (imploder)، تورم ساز (inflator) و متمايزكننده (differentiator) مى توان به كرم چاله اى قابل عبور دست يافت. در كارگاه تصادم دهنده با استفاده از يك شتاب دهنده ذرات سنگين هسته اى (مانند پروتون و نوترون) مى توان به حبابى از ذرات كوچكتر يعنى كوارك ها و گلوئون ها دست يافت.

 
سپس با متمركز كردن انرژى فوق العاده زياد روى اين حباب كوارك و گلوئونى (در مرحله فشرده ساز) مى توان اسفنج فضا زمانى حاوى كرم چاله هاى ميكروسكوپى ايجاد كرد. البته اين كرم چاله ها ناپايدار بوده و با توجه به اندازه كوچك شان قادر به عبور دادن يك انسان نخواهند بود، آن گاه به مرحله سوم يعنى مرحله تورم ساز (inflator) مى رسيم كه با استفاده از مواد نامتعارف كه داراى خاصيت ضدگرانشى يا گرانش منفى هستند و با قرار دادن آن در گلوگاه كرم چاله مى توان مانع بسته شدن آن شد. لازم به ذكر است كه وجود چنين ماده نامتعارفى در آزمايش كازيمير (فيزيكدان هلندى) به صورت غيرمستقيم مطرح شده است. در طرح پيشنهادى ديگرى نيز با استفاده از نيروى گريز از مركز يك سياهچاله چرخان اين مسئله را حل كرده اند. بالاخره در مرحله چهارم يا متمايزكننده (differentiator) براى ايجاد اختلاف زمانى بين دو انتهاى كرم چاله مى توان يك سر آن را درون شتاب دهنده هاى چرخان قرار داده تا در اثر چرخش، طبق قانون نسبيت، زمان در آن سر كرم چاله كند شده و اختلاف زمانى ميان دو سر آن ايجاد شود.
در آن صورت اگر شخصى از يك سر كرم  چاله به سر ديگر آن حركت كند مى تواند به گذشته بازگردد. البته در اين نوع كرم چاله نمى توان به قبل از سال ساخت آن برگشت. يعنى اگر كرم چاله در سال ۲۰۰۴ ساخته شده باشد هرگز با آن نمى  توانيم مثلاً براى ديدن دايناسورها استفاده كنيم.
طرح هاى ديگرى نيز توسط دانشمندان ديگر براى ساختن ماشين زمان ارائه شده است. از جمله استفاده از ماده چرخان كه توسط ون استوكام و گودل ارائه شده است. طرح كاملاً متفاوت نيز توسط ريچارد گوت سوم مبنى بر استفاده از تارهاى كيهانى
(Cosmic Strings) ارائه شده است. البته تمامى گفته  هاى فوق الذكر ظاهر ساده اى دارند كه در عمل با موانع و خطرات فراوان روبه رو مى شود. اما همين تمرينات ذهنى است كه باعث اكتشاف هاى بعدى مى شوند. سفر در فضا اولين بار توسط ژول ورن در يك كتاب علمى تخيلى به نام «سفر به كره ماه» مطرح شد؛ سفرى كه روزگارى تخيلى بود امروزه به امرى روزمره بدل شده است. شايد روزى مسافرت در زمان نيز به واقعيت بپيوندد.

نانو تكنولوژي علم خواص عجيب مواد

 

 

 از نانوتكنولوژي، بيوتكنولوژي و فناوري اطلاع رساني به عنوان سه قلمرو علمي نام مي برند كه انقلاب سوم صنعتي را شكل مي دهد. از همين روست كه كشورهاي در حال توسعه كه اغلب از دو انقلاب قبل جا مانده اند، مي كوشند با سرمايه گذاري در اين سه قلمرو، عقب ماندگي خود را جبران كنند. همان گونه كه در اين گزارش مي خوانيد، نانوتكنولوژي كاربردهاي گسترده اي در تمام حيطه هاي زندگي دارد و از اين رو توسعه آن مي تواند به بهبود و تسهيل زندگي كمك فراوان كند.

اتم سنگ بناي بنيادي ماده است و در نتيجه اتم ها بسيار كوچك هستند. توصيف و تصور جهان در سطح اتم و ملكول دشوار است. اين حيطه از علم به قدري عجيب است كه بخشي خاص از فيزيك به آن اختصاص يافته شده كه مكانيك كوانتم نام دارد. هدف اين علم براي توصيف رخدادها در سطح اتم است.اگر قرار بود توپ تنيس را به طرف ديوار پرتاب كنيد و توپ از آن بگذرد و به سوي ديگر ديوار برود، حتماً تعجب مي كرديد. اما اين دقيقاً همان اتفاقي است كه در مقياس كوانتم رخ مي دهد. در مقياس بسيار كوچك، خواص ماده مانند رنگ، مغناطيس و توانايي انتقال برق نيز به شكل غيرمنتظره تغيير مي كند. ديدن جهان اتم به معناي عادي كلمه ميسر نيست، چون خواص آن كوچكتر از طول موج نور قابل ديدن است. اما در سال 1981 پژوهشگران شركت آي بي ام نوعي ميكروسكوپ ساختند كه نام آن STM بود. اسم اين ميكروسكوپ در واقع از يك خاصيت در مكانيك كوانتم گرفته شده بود كه در ميكروسكوپ ياد شده به كار مي رود. اين دستگاه مي توانست پستي و بلندي هاي در مقايس جهان نانو را نشان دهد. ميكروسكوپ STM اين امكان را به دانشمندان داد كه براي اولين بار اتم ها و ملكول ها را ببينند. تصاوير اين ميكروسكوپ به زيبايي و وضوح تصاوير طبيعت اما در مقياس تصورناپذير نانومتر بود.

يك نانومتر يك ميليارديم متر يا حدوداً به طول 10 اتم هيدروژن است. با وجودي كه دانشمندان از سال هاي دهه 1950 درباره بررسي مواد در اين مقياس تلاش كرده بودند، آنان ناچار شدند تا اختراع ميكروسكوپ STM صبر كنند تا به هدف خود برسند.

عموماً در اين باره توافق وجود دارد كه نانوتكنولوژي اشياء بين يك تا 100 نانومتر را در بر مي گيرد، هر چند كه اين تعريف تا حدي قراردادي است. برخي افراد اجسامي به كوچكي يك دهم نانومتر را نيز در نظر مي گيرند كه به اندازه پيوند بين دو اتم كربن است. در ديگر سوي اين گستره در اجسام بزرگتر از 50 نانومتر قوانين فيزيك كلاسيك صدق مي كند.

مواد بسياري هستند كه داراي خواص اجسام در مقياس نانو هستند اما اسم نانوتكنولوژي به آنها اطلاق نمي شود. نانوتكنولوژي در پي آن است تا از خواص عجيب اجسام در مقياس بسيار كوچك استفاده كند.

جورج اسميت سرپرست بخش علم مواد در دانشگاه آكسفورد گفت در مقياس نانو، خواص «جديد، هيجان انگيز و متفاوتي» يافت مي شود. با كوچك تر شدن اجسام، نسبت بين فضاي سطح و حجم آن افزايش مي يابد. اين امر بدان علت مهم است كه اتم هاي موجود در سطح يك ماده معمولاً بيشتر از اتم هاي مركز آن واكنش نشان مي دهند. از اين رو، اگر نقره به ذرات بسيار كوچك تبديل شود، خواص ضدميكروبي پيدا مي كند كه در حجم انبوه آن وجود ندارد. يك شركت با توليد ذرات ريز از تركيب اكسيد سديم از اين خاصيت استفاده مي كند و ماده اي توليد مي كند كه خاصيت كاتاليزوري آن بيشتر است.

در اين جهان ناديدني، ذرات كوچك طلا در دماي چند صد درجه پايين تر ذوب مي شود و مس كه معمولاً رساناي خوب الكتريسيته است، ممكن است در لايه هاي نازك و در مجاورت ميدان مغناطيسي مقاوم شود.

الكترون ها (مانند همان توپ تنيس خيالي) مي توانند از نقطه اي به نقطه ديگر بجهند و ملكول ها مي توانند همديگر را از مسافت هاي متوسط جذب كنند. اين خاصيت به برخي حشرات اجازه مي دهد روي سقف راه بروند، چون موهاي ريز كف پايشان به سقف مي چسبد.

اما يافتن خواص جديد در مقياس نانو گام نخست است. گام بعدي استفاده از اين دانش است. توانايي ساخت اجسام با دقت اتمي اين امكان را به دانشمندان مي دهد كه موادي با خواص بهتر يا جديد نوري، مغناطيسي، حرارتي يا الكتريك توليد كنند.

اكنون انواع جديدي از ماده توليد مي شود. مثلاً شركت نانوسونيك در ويرجينيا لاستيك فلزي توليد كرده است. اين ماده مانند لاستيك انعطاف و انحنا مي پذيرد اما الكتريسيته را مانند فلزي محكم منتقل مي كند. مركز تحقيقاتي جنرال الكتريك در پي ساخت سراميك انعطاف پذير است. در صورت موفقيت، از اين ماده مي توان در ساخت قطعات موتور جت استفاده كرد و موتورهايي ساخت كه در دماي بيشتر با كارايي بهتري كار كند. چندين شركت مشغول كار روي موادي هستند كه روزي به صورت رنگ به سلول هاي خورشيدي بدل خواهد شد.

از آنجايي كه نانوتكنولوژي كاربردهاي گسترده اي دارد، بسياري از افراد فكر مي كنند اين علم اهميتي به مانند برق يا پلاستيك پيدا كند. مطالعات نشان مي دهد نانو تكنولوژي با بهبود مواد و محصولات و توليد مواد كاملاً جديد بر تمام صنايع تأثير خواهد گذاشت. افزون براين، فعاليت در حد كوچكترين مقياس ها به پيشرفت هاي مهم در عرصه هايي مانند الكترونيك، انرژي و پزشكي زيستي خواهد انجاميد.

آغاز نانوتكنولوژي

نانو تكنولوژي از يك رشته علمي خاص مشتق نمي شود. با وجودي كه نانو تكنولوژي بيشترين وجه مشترك را با علم مواد دارد، خواص اتم و ملكول شالوده بسياري از علوم است و در نتيجه دانشمندان حوزه هاي علمي به آن جذب مي شوند. برآورد مي شود در سراسر جهان حدود 000/20 نفر در نانو تكنولوژي كار مي كنند. تحقيقات در مقياس بسيار ريز در رشته هاي الكترونيك، نوروبيوتكنولوژي به ترتيب نانوالكترونيك، نانو اپتيكس و نانو بيوتكنولوژي نيز ناميده مي شود.

پيشوند نانو از كلمه يوناني به معناي كوتوله مشتق مي شود. براساس برآورد شركت لاكس ريسرچ در نيوريورك، بودجه كل تحقيق و توسعه نانو تكنولوژي دولت ها و شركت ها در سراسر جهان در سال 2004 بيش از 6/8ميليارد دلار بود. نيمي از اين بودجه از جانب دولت ها تأمين مي شد. اما به پيش بيني لاكس ريسرچ در سال هاي آينده، شركت ها احتمالاً بودجه بيشتري از دولت ها صرف اين علم خواهند كرد.

در آمريكا، پس از طرح فرستادن انسان به كره ماه، نانو تكنولوژي بيشترين بودجه را از دولت فدرال دريافت كرده است. در سال ،2004 دولت آمريكا 6/1ميليارد دلار صرف نانو تكنولوژي كرد، يعني دو برابر بودجه طرح ژنوم انسان در اوج انجام آن. در سال 2005 قرار است 982ميليون دلار ديگر صرف آن شود. در مكان دوم بودجه نانو تكنولوژي ژاپن قرار دارد. بسياري از كشورهاي در حال توسعه مانند هند، چين، آفريقاي جنوبي و برزيل جزو كشورهايي هستند كه بيشترين بودجه را در اين زمينه صرف مي كنند.

در خلال شش سال پيش از ،2003 سرمايه گذاري در نانو تكنولوژي توسط سازمان هاي دولتي هفت برابر شده است. اين حجم سرمايه گذاري انتظارات را به اندازه اي افزايش داده است كه شايد قابل تحقق نباشد. برخي معتقدند شركت هاي نانو تكنولوژي مانند حباب شركت هاي اينترنت در سال هاي اخير از بين خواهند رفت. اما دلايلي وجود دارد كه نشان مي دهد درباره مخاطرات آن گزافه گويي شده است. سرمايه گذاران خصوصي اكنون بسيار محتاط تر از دوره رونق شركت هاي اينترنت هستند و بيشتر پولي كه دولت ها در اين زمينه اختصاص مي دهند، صرف علوم پايه و فناوري هايي مي شود كه تا سال ها در اختيار همگان قرار نخواهد گرفت.

با اين حال كيفيت برخي محصولات موجود با كاربرد نانو تكنولوژي بهبود يافته است و در چند سال آينده بر تعداد آنها افزوده خواهد شد. مثلاً با افزودن ذرات ريز نقره، بانداژ ضد سوختگي خاصيت ضد ميكروبي پيدا كرده است. با اتصال ملكول هاي ايجاد كننده مانع به فيبر پنبه، پارچه هايي توليد شده است كه ضد لكه و بو است. راكت هاي تنيس با افزودن ذرات ريز تقويت شده است. در درازمدت نانو تكنولوژي به نوآوري هاي بزرگتري خواهد انجاميد، از جمله انواع جديد حافظه كامپيوتر، فناوري پزشكي و روش هاي توليد انرژي بهتر مانند سلول هاي خورشيدي.

طرفداران اين فناوري مي گويند نانو تكنولوژي به توليد انرژي پاك و توليد بدون مواد زائد و غيره خواهد انجاميد. مخالفان آن معتقدند نانوتكنولوژي باعث ايجاد نوعي نظام شناسايي بين المللي و آسيب به فقرا، محيط زيست و سلامت انسان خواهد شد. به نظر مي رسد هر دو گروه در مورد استدلال هاي خود گزافه گويي مي كنند، اما به هرحال بايد از نانو تكنولوژي استقبال كرد.

فناوری نانو

فناوري نانو چيست؟

فناوري‌نانو واژه‌اي است كلي كه به تمام فناوري‌هاي پيشرفته در عرصه كار با مقياس نانو اطلاق مي‌شود. معمولاً منظور از مقياس نانوابعادي در حدود 1nm تا 100nm مي‌باشد. (1 نانومتر يک ميليارديم متر است).
اولين جرقه فناوري نانو (البته در آن زمان هنوز به اين نام شناخته نشده بود) در سال 1959 زده شد. در اين سال ريچارد فاينمن طي يك سخنراني با عنوان «فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» ايده فناوري نانو را مطرح ساخت. وي اين نظريه را ارائه داد كه در آينده‌اي نزديك مي‌توانيم مولكول‌ها و اتم‌ها را به صورت مسقيم دستكاري كنيم.
واژه فناوري نانو اولين بار توسط نوريوتاينگوچي استاد دانشگاه علوم توكيو در سال 1974 بر زبانها جاري شد. او اين واژه را براي توصيف ساخت مواد (وسايل) دقيقي كه تلورانس ابعادي آنها در حد نانومتر مي‌باشد، به كار برد. در سال 1986 اين واژه توسط كي اريك دركسلر در کتابي تحت عنوان : «موتور آفرينش: آغاز دوران فناوري‌نانو»بازآفريني و تعريف مجدد شد. وي اين واژه را به شكل عميق‌تري در رساله دكتراي خود مورد بررسي قرار داده و بعدها آنرا در کتابي تحت عنوان «نانوسيستم‌ها ماشين‌هاي مولكولي چگونگي ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد.

عناصر پايه در فناوري نانو

تفاوت اصلي فناوري نانو با فناوري‌هاي ديگر در مقياس مواد و ساختارهايي است كه در اين فناوري مورد استفاده قرار مي‌گيرند. البته تنها كوچك بودن اندازه مد نظر نيست؛ بلكه زماني كه اندازه مواد دراين مقياس قرار مي‌گيرد، خصوصيات ذاتي آنها از جمله رنگ، استحكام، مقاومت خوردگي و ... تغيير مي‌يابد. در حقيقت اگر بخواهيم تفاوت اين فناوري را با فناوري‌هاي ديگر به صورت قابل ارزيابي بيان نماييم، مي‌توانيم وجود "عناصر پايه" را به عنوان يك معيار ذكر كنيم. عناصر پايه در حقيقت همان عناصر نانومقياسي هستند كه خواص آنها در حالت نانومقياس با خواص‌شان در مقياس بزرگتر فرق مي‌كند.اولين و مهمترين عنصر پايه، نانوذره است. منظور از نانوذره، همانگونه که از نام آن مشخص است، ذراتي با ابعاد نانومتري در هر سه بعد مي‌باشد. نانوذرات مي‌توانند از مواد مختلفي تشکيل شوند، مانند نانوذرات فلزي، سراميکي، ... .

 

دومين عنصر پايه، نانوكپسول است. همان طوري كه از اسم آن مشخص است، كپسول‌هاي هستند كه قطر نانومتري دارند و مي‌توان مواد مورد نظر را درون آنها قرار داد و كپسوله كرد. سال‌هاست كه نانوكپسول‌ها در طبيعت توليد مي‌شوند؛ مولكول‌هاي موسوم به فسفوليپيدها كه يك سر آنها آبگريز و سر ديگر آنها آبدوست است، وقتي در محيط آبي قرار مي‌گيرند، خود به خود كپسول‌هايي را تشكيل مي‌دهند كه قسمت‌هاي آبگريز مولكول در درون آنها واقع مي‌شود و از تماس با آب محافظت مي‌شود. حالت برعكس نيز قابل تصور است.

عنصر پايه بعدي نانولوله کربني است. اين عنصر پايه در سال 1991 در شركت NEC كشف شدند و در حقيقت لوله‌هايي از گرافيت مي‌باشند. اگر صفحات گرافيت را پيچيده و به شكل لوله در بياوريم، به نانولوله‌هاي كربني مي‌رسيم. اين نانولوله‌ها داراي اشكال و اندازه‌هاي مختلفي هستند و مي‌توانند تك ديواره يا چند ديواره باشند. اين لوله‌ها خواص بسيار جالبي دارند که منجر به ايجاد کاربردهاي جالب توجهي از آنها مي‌شود.

 کاربردهاي فناوري نانو

در حقيقت کاربرد فناوري نانو از کاربرد عناصر پايه نشأت مي‌گيرد. هر کدام از اين عناصر پايه، ويژگي‌هاي خاصي دارند که استفاده از آنها در زمينه‌هاي مختلف، موجب ايجاد خواص جالبي مي‌گردد. مثلاً از جمله کاربردهاي نانوذرات مي‌توان به دارورساني هدفمند و ساده، بانداژهاي بي‌نياز از تجديد، شناسايي زود هنگام و بي‌ضرر سلول‌هاي سرطاني، و تجزيه آلاينده‌هاي محيط زيست اشاره کرد. همچنين نانولوله‌هاي کربني داراي کاربردهاي متنوعي مي‌باشند که موارد زير را مي‌توان ذکر کرد:
   • تصوير برداري زيستي دقيق
   • حسگرهاي شيميايي و زيستي قابل اطمينان و داراي عمر طولاني
   • شناسايي و جداسازي كاملاً اختصاصي DNA
   • ژن‌درماني كه از طريق انتقال ژن به درون سلول توسط نانولوله‌ها صورت مي‌پذيرد.
   • از بين بردن باكتري‌ها
اينها تنها مواردي از کاربردهاي بسيار زيادي هستند که براي عناصر پايه قابل تصور مي‌باشند

مغناطیس  


مغناطیس (Magnetic)

تاریخچه

علم

مغناطیس از این مشاهده که برخی سنگها (ماگنتیت) تکه‌های آهن را جذب می کردند سرچشمه گرفت. واژه مغناطیس از ماگنزیا یا واقع در آسیای صغیر ، یعنی محلی که این سنگها در آن پیدا شد، گرفته شده است. زمین به عنوان آهنربای دائمی بزرگ است که اثر جهت دهنده آن بر روی عقربه قطبهای آهنربا ، از زمانهای قدیم شناخته شده است. در سال 1820 اورستد کشف کرد که جریان الکتریکی در سیم نیز می‌تواند اثرهای مغناطیسی تولید کند، یعنی می‌تواند سمت گیری عقربه قطب نما را تغییر دهد.
در سال 1878 رولاند (H.A.Rowland) در دانشگاه جان هاپکینز متوجه شد که یک جسم باردار در حال حرکت (که آزمایش او ، یک قرص باردار در حال دوران سریع) نیز منشاأ اثرهای مغناطیسی است. در واقع معلوم نیست که بار متحرک هم ارز جریان الکتریکی در سیم باشد. جهت مطالعه زندگینامه علمی رولاند فیزیکدان برجسته آمریکایی به کتاب زیر مراجعه شود:

Phusics by John D.Miller,Physics

Today , July 1976Rowland،s البته دو علم الکتریسیته و مغناطیس تا سال 1820 به موازات هم تکامل می یافت اما کشف بنیادی اورستد و سایر دانشمندان سبب شد که الکترومغناطیس به عنوان یک علم واحد مطرح شود. برای تشدید اثر مغناطیسی جریان الکتریکی در سیم می‌توان را به شکل پیچه‌ای با دورهای زیاد در آورد و در آن یک هسته آهنی قرار داد. این کار را می‌توان با یک آهنربای الکتریکی بزرگ ، از نوعی که معمولا در پژوهشگاههای برای کارهای پژوهشی مربوط به مغناطیس بکار می‌رود، انجام داد.

فهرست مقالات مغناطیس
مباحث علمی مباحث کاربردی و تجربی
مغناطیس طبیعی میدان مغناطیسی زمین
آهنربای الکتریکی اتاقک ابر ویلسون
الکترومغناطیس اثر هال
بار متحرک در مغناطیس اثرات مغناطیسی سیملوله
اثر مغناطیسی جریان الکتریکی کاربرد انرژی مغناطیسی
میدان مغناطیسی سیم گالونومتر بالستیک
اثر جریان بر جریان چشمه میدان مغناطیسی
خاصیت مغناطیسی مواد ممان مغناطیسی القایی
تراوایی مغناطیسی ماده سیستم منزوی
دوقطبی مغناطیسی سیستم غیرمنزوی
مواد پارا مغناطیس کاربرد قانون آمپر
مواد دیا مغناطیس سنجش القای مغناطیسی
مواد فرومغناطیس آزمایش هایپل و توماس
واحد القای مغناطیسی خطوط میدان آهنربا
نیروی مغناطیسی برهمکنش میادین مغناطیسی
خطوط نیروی مغناطیسی طیف دوقطبی مغناطیسی
خواص خطوط میدان مغناطیسی تعیین قطبهای آهنربا
نیروی مغناطیسی و جریان پوش مغناطیسی
گشتاور نیروی مغناطیسی آزمایش اورستد
حرکت دورانی بار الکتریکی میدان مغناطیسی حلقه جریان
قانون آمپر میدان مغناطیسی سیم پیچ
میدان الکتریکی سیم آهنربا
رساناهای جریان دار موازی آهنربای مصنوعی
قانون بیوساوار اثر مغناطیسی جریان الکتریکی
دوقطبی مغناطیسی اثرات میدان مغناطیسی
گشتاور مغناطیسی تعیین القای مغناطیسی
چگالی انرژی مغناطیسی سوزن مغناطیسی
انرژی مغناطیسی تولید میدان مغناطیسی
تک قطبی مغناطیسی خاصیت آهنربایی
قانون گوس مغناطیسی قطب نما
شار مغناطیسی قبله نما
مغناطیس هسته‌ای سنجش مغناطیسی
سه بردار مغناطیسی مواد مغناطیس
پتانسیل مغناطیسیA حفاظت مغناطیسی
پتانسیل مغناطیسیΦ مغناطیس و حیات
مغناطش کاربرد آهنربای الکتریکی
ماده مغناطیده ترمز مغناطیسی
چگالی قطب مغناطیسی گره مغناطیسی
شدت میدان مغناطیسی ضبط بر روی نوار مغناطیسی
پذیرفتاری مغناطیسی
پسماند مغناطیسی
مدار مغناطیسی
میدان مولکولی مغناطیس
نظریه فرومغناطیس
حوزه فرومغناطیس
جابجایی مغناطیسی
فریت
میدان مغناطیسی
القای مغناطیسی
خاصیت مغناطیسی
فرضیه آمپر درجریان جزئی
منشأ میدان مغناطیسی
میدان مغناطیسی بار متحرک
مؤلفه میدان مغناطیسی زمین
مبانی نظریه فرومغناطیس
نظریه مولکولی مغناطیس
موتور مغناطیسی منظومه شمسی
مغناطیس گرانشی

 


 

تولد میدان مغناطیسی

دومین میدانی که در مبحث الکترومغناطیس ظاهر می شود، میدان مغناطیسی است. این میدانها و به عبارت دقیقتر آثار این میدانها از زمانهای بسیار قدیم ، یعنی از همان وقتی که آثار مغناطیسهای طبیعی سنگ آهنربا (Fe3O4 یا اکسید آهن III) برای اولین بار مشاهده شد، شناخته شده‌اند. خواص شمال و جنوب یابی این ماده تاثیر مهمی بر دریانوردی و اکتشاف گذاشت با وجود این، جز در این مورد مغناطیس پدیده ای بود که کم مورد استفاده قرار می گرفت و کمتر نیز شناخته شده بود، تا اینکه در اوایل قرن نوزدهم اورستد دریافت که جریان الکتریکی میدان مغناطیسی تولید می‌کند.

این کار تواأم با کارهای بعدی گاؤس ، هنری . فاراده و دیگران نشان دادند که این شراکت واقعی بین میدانهای الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد و این دو توأم تحت عنوان میدان الکترومغناطیسی حضور دارند. به عبارتی این میدانها به طرز جدایی ناپذیری در هم آمیخته شده‌اند.

حوزه عمل و گسترش میدان مغناطیسی

تلاش مردان عمل به توسعه ماشینهای الکتریکی ، وسایل مخابراتی و رایانه‌ها منجر شد. این وسایل که پدیده مغناطیسی در آنها دخیل است نقش بسیار مهمی در زندگی روزمره ایفا می‌کنند. با گسترش و سریع علوم از اعتبار این علوم اولیه کاسته نمی‌شود و همیشه سازگاری خود را با کشفیات جدید حفظ می‌کند.

مغناطیسهای طبیعی و مصنوعی

  • بعضی از سنگهای آهن یاد شده در طبیعت خاصیت جذب اشیای آهنی کوچک ، مانند براده‌ها یا میخهای مجاور خود را دارند. اگر تکه‌ای از چنین سنگی را از ریسمانی بیاویزیم ، خودش را طوری قرار می‌دهد که راستایش از شمال به جنوب باشد، تکه‌های چنین سنگهایی به آهنربا یا مغناطیس معروف است.

  • یک تکه آهن یا فولاد با قرار گرفتن رد مجاورت آهنربا ، آهنربا یا مغناطیده می‌شود، یعنی توانایی جذب اشیای آهنی را کسب می‌کند. خواص مغناطیسی این تکه آهن یا فولاد هر چه به آهنربا نزدیکتر باشد، قویتر است. وقتی که تکه‌ای از آهن و آهنربا با یکدیگر تماس پیدا کنند ، مغناطش یا آهنربا شدگی به مقدار ماکزیمم (میخ آهنی که به آهنربا نزدیک شود خاصیت آهنربایی پیدا می‌کند و براده‌های آهنربا را جذب می‌کند) می‌باشد.




 

  • هنگامی که آهنربا دور شود، تکه آهن یا فولاد که توسط آهنربا شده‌اند بخش زیادی از خواص مغناطیسی بدست آورده را از دست می‌دهند، ولی باز هم تا حدی آهنربا می‌مانند. از اینرو به آهنربای مصنوعی تبدیل می‌شوند و همان خواص آهنربای طبیعی را دارد. این پدیده را می‌توان با آزمایش ساده‌ای به اثبات رسانید. خاصیت آهنربایی که به هنگام تماس تکه آهن با آ‌هنربا پیدا می‌شود بر خلاف مغناطش بازمانده که با دور شدن آهن ربا باقی می‌ماند، مغناطش موقت نامیده می‌شود. آزمایشهایی از این نوع نشان می‌دهد که مغناطش بازمانده خیلی ضعیفتر از مغناطش موقت است، مثلا در آهن نرم فقط کسر کوچکی از آن است.

  • هم مغناطش موقت و هم مغناطش بازمانده برای درجات مختلف آهن و فولاد متفاوت است. مغناطش موقت آهن نرم و آهن تابکاری شده از آهن نرم و فولاد تابکاری نشده به مقدار زیادی قویتر است. بر عکس مانده مغناطش فولاد ، به ویژه درجاتی از آن که شامل مثلا آمیزه کبالت است، خیلی قویتر از مغناطش باز مانده در آهن نرم است. در نتیجه ، اگر دو میله یکسان ، یکی ساخته شده از آهن نرم و دیگری از فولاد را اختیار کنیم و آنها را در مجاورت آهنربای یکسانی قرار دهیم ، میله آهن نرم قویتر از فولاد آهنربا می‌شود.

    ولی اگر آهنربا را دور کنیم، میله آهن نرم تقریبا بطور کلی مغناطیده می‌شود، در حالیکه میله فولاد مقدار قابل توجهی از خاصیت آهنربایی اولیه خود را حفظ می کند. در نتیجه ، آهنربای دائمی از میله فولادی از میله آهنی خیلی قویتر است. به این دلیل آهنرباهای دائمی را از درجات خاصی از فولاد درست می‌کنند نه از آهن.

  • آهنرباهای مصنوعی که بطور ساده با قرار دادن تکه‌ای فولاد در نزدیکی یک آهنربا یا با تماس با آن بدست آمده نسبتا ضعیف هستند. آهنرباهای قویتر را با مالیدن تیغه فولادی با آهنربا در یک جهت بدست می‌آورند. البته در این حالت نیز آهنرباهایی که بدست می‌آید که از آهنربایی که مغناطش به توسط آن انجام شده است، ضعیفتر است. هر نوع ضربه یا تکانی در طول مغناطش عمل را آسانتر می‌کند. برعکس تماس دادن آهنربای دائمی با تغییر ناگهانی و زیاد دمای آن ممکن است باعث وامغناطش آن شود.


  • وامغناطش بازمانده نه تنها به ماده بلکه به شکل جسمی که آهنربا می‌شود نیز بستگی دارد. میله‌های نسبتا کوتاه و کلفت از آهن نرم بعد از دور شدن آهنربا تقریبا به کلی خاصیت آهنربایی را از دست می‌دهند. با وجود این ، اگر همین آهن را برای ساختن سیمی به طول 300 تا 500 برابر قطر آن بکار بریم، این سیم (ناپیچیده) خاصیت مغناطیسی خود را به مقدار زیادی حفظ خواهد کرد. 
     

آنچه باید بدانیم

  • یک آهنربای قائم ، گوی آهنی را از فاصله‌ای جذب می‌کند که نیروی جاذبه آن نیروی گرانشی را خنثی کند و گوی می‌تواند بدون تکیه گاه در هوا آویزان بماند. اگر گوی را اندکی از وضع تعادل بالا یا پایین ببریم به ترتیب به آهنربا می‌چسبد و یا می‌افتد، یعنی گوی آهنی در چنین شرایطی تعادل ناپایدار دارد.
  • مکعبی از آهن که روی تکیه گاهی از شیشه هموار قرار دارد توسط آهنربایی که آن نیز روی همین تکیه گاه است جذب می‌شود. مکعب روی شیشه می‌لغزد، چون نیروی جاذبه مغناطیسی وابستگی به فاصله بین جسم و آهنربا دارد، با کاهش این فاصله نیرو زیاد شده و شتاب می‌یابد. به عبارتی حرکت نمی‌تواند حرکتی یکنواختی باشد و این حرکت ، حرکتی شتابدار با شتاب تند شونده می‌باشد.

اصطلاحات مغناطیسی

همانگونه که فضای اطراف یک میله باردار را به عنوان محل میدان الکتریکی تعریف کردیم، فضای اطراف یک آهنربا یا یک رسانای حامل جریان را نیز به عنوان میدان مغناطیسی تعریف می‌کنیم. بردار اصلی میدان مغناطیسی B را القای مغناطیسی می‌نامیم. در صورتی که عنوان شدت میدان مغناطیسی برای بردار B مناسبتر است. همانطوری که میدان الکتریکی را با خطوط نیرو نمایش می‌دهیم، القای مغناطیسی را می‌توانیم با خطوط القا نمایش دهیم. بردار میدان مغناطیسی همانند بردار میدان الکتریکی بصورت زیر با خطوط القای خود ارتباط پیدا می‌کنند:

  • مماس بر هر خط القا در هر نقطه ، راستای B در آن نقطه را بدست می‌دهد.
  • خطوط القا طوری رسم می‌شود که تعداد آنها در واحد سطح مقطع (عمود بر خطوط ) با بزرگی B متناسب باشد. هر جا که خطها به هم نزدیک باشند B بزرگ و هر جا که از هم دور باشند B کوچک است، که B نشان دهنده میدان مغناطیسی می‌باشد.


منبع: http://daneshnameh.roshd.ir/

سفر در زمان

سفر در زمان چطور انجام ميشود؟

يكي از جالبترين افكار بشر، ايده جابجايي در بعد زمان است.
البته اگر از يك بعد ديگر به قضيه نگاه كنيم همه ما مسافر زمان هستيم. همين الان كه شما اين را ميخوانيد، زمان در حول و حوش و به پيش ميرود و آينده به حال و حال به گذشته تبديل ميشود. نشانه اش هم رشد موجودات است. ما بزرگ ميشويم و ميميريم. پس زمان در جريان است.

آلبرت اينشتين با ارائه نظريه نسبيت خاص نشان داد كه اين كار از نظر تئوري شدني است. بر طبق اين نظريه اگه شيئي به سرعت نور نزديك شود گذشت زمان برايش آهسته تر صورت ميگيرد. بنابراين اگر بشود با سرعت بيش از سرعت نور حركت كرد، زمان به عقب برگردد. مانع اصلي اين است كه اگر جسمي به سرعت نور نزديك بشود جرم نسبي ان به بينهايت ميل ميكند لذا نميشود شتابي بيش از سرعت نور پيدا كرد. اما شايد يه روز اين مشكل هم حل شود. بر خلاف نويسنده ها و خيالپردازها كه فكر ميكنند سفر در زمان بايد با يك ماشين انجام شور، دانشمندان بر اين عقيده هستند كه اينكار به كمك يك پديده طبيعي صورت ميگيرد. در اين خصوص سه پديده مد نظر است: سياهچاله هاي دوار، كرم چاله ها و ريسمانهاي كيهاني.
سياهچاله ها: اگر يه ستاره چند برابر خورشيد باشد و همه سوختش را بسوزاند، از انجا كه يك نيروي جاذبه قوي دارد لذا جرم خودش در خودش فشرده ميشود و يك حفره سياه رنگ مثل يه قيف درست ميكند كه نيروي جاذبه فوق العاده زيادي دارد طوري كه حتي نور هم نميتواند از ان فرار كند.

اما اين حفره ها بر دو نوع هستد. يه نوعشان نمي چرخند لذا انتهاي قيف يك نقطه است. در انجا هر جسمي كه به حفره مكش شده باشه نابود ميشود. اما يه نوع ديگر سياهچاله نوعي است كه در حال دوران است و برا همين ته قيف يه قاعده داره كه به شكل حلقه اس. مثل يك قيف واقعي است كه تهش باز است. همين نوع سياهچاله است كه ميتواند سكوي پرتاب به آينده يا گذشته باشد. انتهاي قيف به يك قيف ديگر به اسم سفيدچاله ميرسد كه درست عكس ان عمل ميكند. يعني هر جسمي را به شدت به بيرون پرتاب ميكند. از همين جاست كه ميتوانيم پا به زمانها و جهان هاي ديگر بگذاريم.

كرم چاله : يك سكوي ديگر گذر از زمان است كه ميتواند در عرض چند ساعت ما را چندين سال نوري جابجا كند. فرض كنيد دو نفر دو طرف يك ملافه رو گرفته اند و ميكشند. اگر يك توپ تنيس بر روي ملافه قرار دهيم يك انحنا در سطح ملافه به سمت توپ ايجاد ميشود.

اگر يك تيله به روي اين ملافه قرار دهيم به سمت چاله اي كه ان توپ ايجاد كرده است ميرود. اين نظر اينشتين است كه كرات آسماني در فضا و زمان انحنا ايجاد ميكنند؛ درست مثل همان توپ روي ملافه. حالا اگه فرض كنيم فضا به صورت يك لايه دوبعدي روي يه محور تا شده باشد و بين نيمه بالا و پايين ان خالي باشد و دو جرم هم اندازه در قسمت بالا و پايين مقابل هم قرار گيرد، آن وقت حفره اي كه هر دو ايجاد ميكنند ميتواند به همديگر رسيده و ايجاد يك تونل كند. مثل اين كه يك ميانبر در زمان و مكان ايجاد شده باشد. به اين تونل ميگويند كرم چاله.


اين اميد است كه يك كهكشاني كه ظاهرا ميليونها سال نوري دور از ماست، از راه يك همچين تونلي بيش از چند هزار كيلومتر دور از ما نباشئ. در اصل ميشود گفت كرم چاله تونل ارتباطي بين يك سياهچاله و يه سفيدچاله است و ميتواند بين جهان هاي موازي ارتباط برقرار كند و در نتيجه به همان ترتيب ميتواند ما را در زمان جابجا كند. آخرين راه سفر در زمان ريسمانهاي كيهاني است. طبق اين نظريه يك سري رشته هايي به ضخامت يه اتم در فضا وجود دارند كه كل جهان را پوشش ميدهند و تحت فشار خيلي زيادي هستند. اينها هم يه نيروي جاذبه خيلي قوي دارند كه هر جسمي را سرعت ميدهند و چون مرزهاي فضا زمان را مغشوش ميكند لذا ميشود از انها براي گذر از زمان استفاده كرد.

منبع: http://pejhvak47.persianblog.com/