نظریه ی ذرات نوسان کننده

این مقاله تحلیلی است بر نظریه ی ریسمان همراه با چند فرمول برای درک بهتر موضوع که برای دریافت نظرات شما خوانندگان منتشر می شود
نظریه ی ذرات نوسان کننده
قرن بیستم را می توان دوران طلایی علم فیزیک دانست. انواع نظریات و پیش بینی های مختلف همراه با تجهیزات پیشرفته که سیل عظیمی از اطلاعات را در اختیار دانشمندان قرار می داد ظهور یافت. چنانکه این روند در قرن جدید نیز با سرعتی بیشتر در حال پیگیری است.
از جدیدترین نظریات فیزیک می توانبه نظریه ی ریسمان اشاره کرد. این نظریه ادعا می کند می تواند تمام پدیده های فیزیکی جهان را تفسیر نماید که البته با توجه به مبانی ان می توتند درست باشد. البته منتقدان هم به همین موضوع اشکال می گیرند. چون اگر تمام ذرات و پدیده های عالم از نوسان این ریسمان ها ایجاد شود در عمل نمی توان وجود انها را به این راحتی اثبات کرد . همچنین این موضوع یک حالت کلی است یعنی هنوز وارد شدن در بحثی که تمام جوانب ان کشف نشده است و بیان کلی از یک مطلب چندان درست نیست. چون ما تا نتوانیم تمام ابعاد عالم را کشف کرده و بر ان مسلط شویم نمی توانیم جزییات این نظریه را باز گویی کنیم. البته این نظریه توسط اثبات های ریاضی ارائه شده و نمی توان ان را کاملا رد کرد و در همین حالت کلی ان ایراد جدی وارد نمود.
اما برای بحث در این مورد از عمق مطلب وارد می شویم. همه ی ما می دانیم که در این نظریه تمام مطلب بر اساس نوسان این ریسمان ها شکل می گیرد. از یک ذره ی دارای جرم تا یک فوتون که حامل انرژی است. حال موضوع را اینگونه مطرح میکنیم که دو ذره ی ریسمان دفیفا چه اندازه انرژی را در فضا می توانند منتقل کنند . در این رابطه مقدار انرژی پایه ای که بدست می اید به این مقدار است.

  1
e=h/t                                      t: زمان پلانک       h:ثابت پلانک                                                                                                       
در این محاسبه انرژی پایه در کیهان مطرح می شود یعنی انرژی که میان دو ذره ی ریسمان ایجاد می شود.
اما اگر این انرژی را برای یک فوتون مورد بررسی قرار دهیم انرژی فوق را بر انرژی کوانتومی یک فوتون تقسیم میکنیم. در این حالت عدد بدست امده تعدادذرات ریسمان را که در گیر در این نوسان و انتقال فوتون بوده اند را مشخص می سازد. اما اگر همین تعداد فوتون را در فاصله ی پایه  یا همان فاصله ی بین دو ریسمان که با ار مشخص شده ضرب کنیم طول موج فوتون فوق بدست می اید . یعنی تعداد ریسمانهایی که یک فوتون بااین طول موج را ایجاد کرده اند با عدد ان مشخص می شوند . مطلبی که در اینجا مهم است این است که هر چه تعداد این ریسمان ها کمتر باشد فوتون از انرژی کوانتومی بیشتری برخوردار خواهد بود .

 2
     n=h/t/hv                          1/tv ضرب در r = طول موج             
 
n ضرب در r = طول موج              r : طول پلانک          v :فرکانس فوتون 
        
اما اینکه چگونه ذره ی باردار شتاب دار از خود موج الکترو مغناطیسی گسیل می کند را باید در نحوه ی نوسان ریسمان ها بررسی کرد. برای مثال وقتی ذره ای ساکن که از تعداد مشخصی ریسمان که در حال نوسان هستند تشکیل شده شتاب می گیرد (شتاب زیاد) این ریسمان ها به باقی ماندن در حالت سکون و به حفظ سرعت اولیه ی خود تمایل دارند. با شتاب این ذره تعدادی از این ریسمانها با شتاب ناگهانی نیروی مخالف با ان شتاب را به ریسمان خارج از ان منتقل می کنند و به این ترتیب یک موج الکترو مغناطیسی نوسان کننده از این ریسمان های خارج از جرم به وجود می اید . این توضیح بی شک یکی از قانون های انرسی است که حالت های دیگر ان نیز می تواند برای ریسمانها صادق باشد.
البته در این که تمام ریسمانها از یک نوع هستند جای شک است یعنی ممکن است دو نوع ریسمان وجود داشته باشد یکی حامل نیرو و دیگری جهت دهنده به ان نیرو

توضیح: طول و زمان پلانک از رابطه ی زیر به دست می آید

نویسنده : امين محمود نژاد

نقل از پارس اسکای

بار -رنگ یا سی. پی. اچ. اسپین دار

بار - رنگ و مغناطيس-رنگ

اجازه دهيد يک نگاه جديد به رفتار الکترومغناطيسي در ميدان گرانشي بيندازيم، اين نگرش مي تواند در حل اين معما که فوتون از چه ذراتي تشکيل شده، مفيد واقع گردد. همچنانکه مي دانيم يک موج الکترومغناطيسي از دو ميدان الکتريکي و مغناطيسي عمود بر هم تشکيل شده است که با سرعت خطي برابر با سرعت نور حرکت مي کنند. شکل زير

با توجه به توصيف امواج الکترومغناطيسي و نظريه هيگز و ترکيب اين دو نظريه به نتيجه بسيار جالبي خواهيم رسيد.

در اينجا دو ميدان داريم، يکي ميدان الکتريکي و ديگري ميدان مغناطيسي که با توجه يه نظريه هيگز، اين ميدانها توسط ذرات هيگز ايجاد مي شوند. اما در اينجا ميدانها متفاوتند، يکي ميدان ابکتريکي که توسط ذراتي ايجاد مي شوند که از خود، خواص الکتريکي بروز مي دهند و با سرعت خطي برابر سرعت نور منتقل مي شوند. اما علاوه بر سرعت خطي که در موج الکترومغناطيسي دارد، روي محور عمود بر آن نيز داراي حرکت است. لذا مجموع مسيري که اين ذرات در واحد زمان طي مي کند، بيشتر از سرعت نور است

در اينجا سه نکته کاملاً مشهود و قابل تعمق است

1 ? اين ذرات خواص الکتريکي دارند. چون به اندازه بار الکتريکي پايه (بار الکتريکي الکترون يا پروتون) نيستند، لذا آنها را بار ? رنگ مي ناميم. بطور مشابه در مورد ميدان مغناطيسي و ذرات تشکيل دهنده ي آن ميتوان چنين تعبيري داشت که ميدان مغناطيسي اطراف فوتون از مغناطيس ? رنگ تشکيل شده است

2 ? حرکت اين ذرات را مي توان شامل سه نوع حرکت دانست، يکي سرعت خطي که برابر سرعت انتقال موج الکترومغناطيسي (برابر سرعت نور)، دوم سرعتي که در ميدان دارند (در شکل بالا مشخص شده است) و سوم اسپين اين ذرات. لذا مجموع مقادير سرعتها برابر مقدار سرعت اين ذرات است که آن را با  

Vc

نشان مي دهيم. بطور وضوح مشخص است که

Vc > c

که در آن  

Vc, c

بترتيب مقدار سرعت نور و مقدار سرعت بار ? رنگ و مغناطيس ? رنگ هستند

3 ?  ميدان گرانشي از ذراتي (گراويتون) تشکيل مي شود که داراي خواص - بار رنگي و مغناطيس ? رنگي مي باشند. زيرا همچنانکه در فصل قبل مشاهده شد، هنگاميکه فوتون در ميدان گرانشي در حال سقوط است، انرژي و در نتيجه شدت ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي آن افزايش مي يابد (جابجايي بسمت آبي)، لذا ورود گراويتونها (بار ? رنگ و مغناطيس ? رنگ) به ساختمان فوتون موجب افزايش انرژي آن مي شود

 با توجه به اين اطلاعات به تعريف سي. پي. اچ. پرداخته و اصل سي. پي. اچ. را بيان مي کنيم. لازم به ذکر است که

براي سي. پي. اچ. از کلمه ي ذره استفاده شده است، منظور از ذره همان نقطه ي مادي نيست و در فارسي کلمه اي که گوياي مفهوم سي. پي. اچ. باشد نديدم. بهمين دليل از لغت ذره استفاده شد. همچنين توجه شود که در مورد شکل آن نيز هيچ نظر خاصي وجود ندارد. لذا هر کس بنا بر برداشت و سليقه ي خود مي تواند براي آن شکل مورد نظر خويش را تجسم کند

CPH تعريف

فرض کنيم يک ذره با جرم ثابتm  وجود دارد که نسبت به هر دستگاه لختي با مقدار سرعت ثابت

Vc

حرکت مي کند. و

Vc>c   c, is speed of light

بنابراين سي. پي. اچ. داراي اندازه حرکت خطي برابر 

 mVc

 مي باشد. شکل زير

CPH اصل

پي. اچ. يک ذره بنيادي با جرم ثابت است که با مقدار سرعت ثابت حرکت مي کند. اين ذره داري لختي دوراني است. در هر واکنش بين اين ذره با ساير ذرات يا نيروها در مقدار سرعت آن تغييري داده نمي شود، بطوريکه

gradVc=0 in all inertial frames and any space

توجه: هنگاميکه نيروي خارجي بر آن اعمال شود، قسمتي از سرعت انتقالي آن به سرعت دوراني (يا بالعکس ) تبديل مي شود، بطوريکه در مقدار

Vc

تغييري داده نمي شود. يعني اندازه حرکت خطي آن به اندازه حرکت دوراني و بالعکس تبديل مي شود. بنابراين مجموع انرژي انتقالي و انرژي دوراني آن نيز همواره ثابت است. تنها انرژي انتقالي آن به انرژي دوراني و بالعکس تبديل مي شود

هنگاميکه سي. پي. اچ. داراي حرکت دوراني حول محوري که از مرکز جرم آن مي گذرد است، يعني زمانيکه سي. پي. اچ. داراي Spin  است،آن را گراويتون مي ناميم

When CPH has Spin, It calls Graviton

تشريح

هنگاميکه يک سي. پي. اچ. وجود سي. پي. اچ. ديگري را احساس مي کند. داراي اسپين مي شوند که گراويتون ناميده مي شود. علت ايجاد اسپين در اصل موضوع سي. پي. اچ. نهفته است که بايد با مقدار سرعت ثابت

Vc

 حرکت کند بطوريکه

gradVc=0 in all inertial frames and any space

 بنابراين هر مقدار که از سرعت آن روي يک محور مختصات کاسته مي شود، به همان ميزان بر مقدار سرعت روي دو محور ديگر افزوده مي شود. يعني

بعبارت ديگر مجموع مقدار شتاب هاي سي. پي. اچ. روي سه محور مختصات برابر با صفر است. حال دو سي. پي. اچ. را در نظر بگيريد که متوجه بار- رنگي و مغناطيس ? رنگي يکديگر شده اند. شکل زير

شکل بالا نشان مي دهد که دو گراويتون با جرم

m

و اندازه حرکت

P =mVc

  ، درفاصله  

r

تحت تاثير بار ? رنگي و مغناطيس رنگي يکديگر قرار گرفته، با هم ترکيب مي شوند، اما چون مقدار سرعت آنها ثابت است، حرکت انتقالي آنها به حرکت دوراني

Spin

تبديل مي شود. فاصله ي بين آنها تا جايي مي تواند کاهش يابد که باهم برخورد نکنند. در صورت برخورد به دليل اسپيني که دارند، از يکديگر دور مي شوند. لذا تراکم (چگالي) آنها تا زماني مي تواند افزايش يابد که به حالت تماس نرسند. در صورت تماس طي برخوردي شديد يکديگر را مي رانند و به اطراف پراکنده مي شوند

 يکبار ديگر جابجايي بسمت آبي را به خاطر آوريد که طي آن يک فوتون در حال سقوط در ميدان گرانشي است. (اثر مسبوئر و آزمايش پوند ? ربکا). فوتوني با انرژي

 به اندازه

y

سقوط مي کند و انرژي آن به اندازه ي

mgy

 افزايش مي يابد و به مقدار

مي رسد

انرژي و جرم فوتون افزايش ميابد. شکل زير حرکت يک فوتون در حال سقوط در يک ميدان گرانشي را نشان مي دهد که با ورود گراويتونها به آن انرژي (جرم)، فرکانس و شدت ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي آن افزايش مي يابد

بنابراين يک فوتون از تعدادي گراويتون تشکيل مي شود که داراي اسپين هستند. شکل زير

همچنين فوتون داراي اسپين است. بنابراين هنگاميکه فوتون با سرعت نور حرکت مي کند، گرايتون هايي که فوتون را تشکيل داده اند داراي حرکتهاي زير مي باشند:

حرکت انتقالي برابر سرعت نور، زيرا فوتون با سرعت نور منتقل مي شود و اجزاي تشکيل دهنده آن نيز الزاماً با همين سرعت منتقل مي شوند.

حرکت دوراني (اسپين)، زيرا طبق اصل سي. پي. اچ. مقدار سرعت سي. پي. اچ. بيشتر از سرعت نور است و هنگاميه سي. پي. اچ. ها با يکديگر ادغام مي شوند و ساير ذرات را تشکيل مي دهند، مقداري از سرعت انتقالي آنها به اسپين تبديل مي شود.

و حرکت ناشي از اسپين فوتون، زيرا گراويتون ها در ساختمان فوتون هستند و از حرکت اسپيني فوتون سهم مي برند

زير کوانتوم انرژي، جرم و نيرو

در فرآيند بالا نشان داده شد که چگونه گراويتونها وارد ساختمان فوتون شده و انرژي آنرا افزايش مي دهند. از طرفي ديگر مي دانيم که گراويتونها حامل نيروي گرانشي هستند. لذا بسادگي مشاهده مي شود که نيرو قابل تبديل به انرژي است. گراويتونهايي که به اين ترتيب تبديل به انرژي مي شوند.

در يک ميدان گرانشي، هنگاميکه فوتون بسمت آبي جابجا مي شود، گراويتون ها تبديل به انرژي مي شوند و زمانيکه فوتون بسمت قرمز جابجا مي شود، انرژي فوتون به گراويتون تبديل مي شود و و سرانجام با تباه شدن انرژي ، ماده و پادماده پديد مي آيد.  شکل زير

در حقيقت سي. پي. اچ. يک زير کوانتوم هستي در طبيعت است که همه ي ذرات از آن ساخته شده اند

CPH is Sub Quantum of existence in Nature

اين زير کوانتوم داراي جرم است، پس جلوه ي ماده است، داراي اندازه حرکت است که بيان کننده ي انرژي است. همچنين داراي خواص بار-رنگي و مغناطيس ? رنگي است. يک کوانتوم انرژي از تعدادي سي. پي. اچ. تشکيل مي شود و امواج الکترومغناطيسي ظاهر مي شوند.

بدين ترتيب مشخص است که چرا نمي توان فوتون را در حالت سکون مشاهده کرد، زير يک فوتون در شرايط سرعت نور و از تعدادي ذرات زير فوتون (بار-رنگها و مغناطيس-رنگها) توليد مي شود که خود اين ذرات زير فوتوني با مقدار سرعتي بيشتر از سرعت نور حرکت مي کنند

 بار-رنگ و مغناطيس رنگ در امواج الکترومغناطيس معادلات

فرض کنيم دو سي. پي. اچ. نسبت به يک دستگاه لخت با سرعت خطي

Vc

حرکت مي کنند که به دليل خواص بار-رنگي و مغناطيس - رنگي با يکديگر ترکيب شده و فوتون توليد مي شود. چون

gradVc=0

داراي اسپين خواهند شد و مي توان نوشت

gradVc=0 => a_xi+a_yj+a_zk=0

يعني مجموع شتاب ها روي سه محور برابر صفر است

فرض کنيم که سي پي. اچ. ( در پرتو الکترومغناطيسي) روي محور xحرکت انتقالي برابر با سرعت امواج الکترومغناطيسي(سرعت نور) دارد. شکل زير

اما اشاره کوتاهي در مورد اصطلاح سي. پي. اچ. را لازم مي دانم. اميدوارم مفيد واقع شود.

  بنابراين مقدار سرعت آن تنها روي محور هاي

y, z

تغيير مي کند و شتاب روي محور

x

 صفر است، يعني

a_x=0

تنها روي دو محور ديگر شتاب خواهد داشت بطوريکه:

a_yj+a_zk=0

هنگاميکه

a_y=0 => a_z is maximum. And a_y is maximum when a_z=0

فرض کنيم يک بار- رنگ در ساختمان فوتون همراه با يک پرتو الکترومغناطيسي روي محور

y

در حرکت است. اين بار-رنگ تحت تاثير ميدان مغناطيسي موجود (مغناطيس-رنگها) دائماً در حال شتاب روي اين محور است. بهمين دليل اسپين بار-رنگها دائماً در حال تغيير است و اين تغييرات از مقدار سرعت آنها روي همين محور تامين و تبديل مي شود. با افزايش اسپين، از مقدار سرعت روي محور

y

کاهش مي يابد و با کاهش اسپين بر مقدار سرعت روي همين محور افزوده مي شود و در صورتي که شدت ميدان گرانشي ثابت باشد، مانند فضاي بين ستارگان، سرعت نور ثابت خواهد ماند. بهمين دليل مشاهده مي کنيم که همانطور که نسبيت خاص تصريح کرده، مقدار سرعت نور در فضاي تهي نسبت به همه ي دستگاه هاي لخت ثابت و برابر

c

است

به همين ترتيب حرکت و اسپين مغناطيس ? رنگها روي محور

Z

 قابل توجيه است. توجه شود که اين تغييرات در در مورد بار ? رنگها و مغناطيس ? رنگها هماهنگ هستند. اگر به شکل انتشار امواج الکترومغناطيسي توجه فرماييد، مشاهده خواهيد کرد که هم زمان دامنه ي ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي ماکزيمم و صفر مي شوند

حال مي توان معادله حرکت بار ? رنگ را نوشت. با توجه به شکل بالا، سي. پي. اچ. ي که بصورت بار رنگ ظاهر شده حرکتي متناوب دارد که معادله ي حرکت آن را مي توان بصورت زير نوشت

Ec=EcmCosw(t-x/c)

که در آن

Ec

مقدار بار-رنگ است و

Ecm

مقدار مازيمم بار-رنگ است

براي سي. پي. اچ. ديگر که بصورت مغناطيس-رنگ ظاهر مي شود مي توان نوشت:

Bc=BcmCosw(t-x/c)

که در آن

Bc

مقدار مغناطيس-رنگ است و

Bcm

مقدار ماکزيمم مغناطيس رنگ است. فرض کنيم يک فوتون شامل n بار ? رنگ و mمغناطيس ? رنگ است که معادله ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي آن بصورت زير خواهد شد

E=nEcmCosw(t-x/c)

B=mBcmCosw(t-x/c)

هنگاميکه يک فوتون در حال سقوط در يک ميدان گرانشي است، تعداد بار ? رنگها و مغناطيس ? رنگهاي آن افزايش مي يابد و در نتيجه جابجايي بسمت آبي خواهيم داشت. و هنگام صعود فوتون در ميدان گرانشي، از تعداد آنها کاسته مي شود و شاهد جابجايي بسمت قرمز خواهيم

ذره ي باردار چگونه امواج الکترومغناطيسي منتشر مي کند؟

از موارد مهم الکتروديناميک تشعشعات الکترومغناطيسي توسط يک بار شتاب دار است.

در نظريه الکترومغناطيس کلاسيک چنين پيشگويي شده که هرگاه يک ذره ي باردار شتاب بگيرد، تشعشعات الکترومغناطيسي تابش مي کند. اين موضوع تا زماني که دانش فيزيکدانان در مورد ساختمان اتم اندک بود، با اشکالي مواجه نمي شد. اما بعد از آزمايش راترفورد مشخص شد که اتم از يک هسته نسبتاً سنگين تشکيل شده است و فاصله بين الکترونها و هسته نسبت به اندازه اتم خيلي زياد است. در واقع قسمت عمده اي از ساختمان اتم، فضاي خالي است

بور با در نظر گرفتن اين موضوع مدل اتمي خود را ارائه کرد. طبق مدل اتمي بور، اتم از يک هسته نسبتاً سنگين تشکيل شده است و الکترونها در مدارات ثابتي به دور آن در حال چرخش هستند. اين مدل نشان مي داد که الکترونها در ساختمان اتم داراي شتاب هستند و طبق نظريه الکترومغناطيس مي بايست انرژي تابش کند. پس مي بايست بتدريج انرزِي از دست بدهند و سرانجام در هسته سقوط کنند

اين مدل با نظريه ي الکترومغناطيس کلاسيک سازگار نبود. زيرا الکترونها ضمن آنکه به دور هسته مي چرخند (داراي شتاب هستند) اما انرژي از دست نمي دهند و در هسته سقوط نمي کنند. بور براي دوري از اين مشکل فرض کرد اتم هيدروژن مانند نوسان کننده هاي پلانک، در حالت هاي ثابت و معيني وجود دارد. که در آنها تابشي از خود گسيل نمي کنند. وقتي تابش گسيل مي شود که الکترون از يک حالت پايه به حالت ديگري با انرژي کمتر انتقال يابد بطوريكه

که در آن انرژي فوتون گسيل شده برابر است با

هرچند مدل اتمي بور داراي نارسايي هايي است، اما مفهوم کوانتيزه بودن را در قالب فيزيک کلاسيک با بيان رياضي ساده اي نشان داد

پيش از ادامه بحث لازم به يادآوري است که الگوي مکانيک موجي جايگزين مدل اتمي بور شد، اما کاملاً پذيرفته شده است که الکترونها در مدار ثابت انرژي تابش نمي کنند. هنگاميکه الکترون انرژي کسب مي کند به مدار بالاتر صعود مي کند و هنگام بازگشت به مدار پائينتر، انرژي از دست مي دهد. الکترومغناطيس کلاسيک پيش بيني مي کند که وقتي بار الکتريکي شتاب داشته باشد، انرژي تابشي از خود گسيل مي کند. بهمين دليل است که آنتن يک فرستنده راديويي که در آن الکترونها به عقب و جلو رانده مي شوند، امواج الکترومغناطيسي تابش مي کنند. شکل زير

الکترونهاي متحرک در اثر تابش مقداري انرژي از دست مي دهند که در آنتن راديو بوسيله يک نوسان کننده جبران مي شود

حال بايد ديد اين پديده را چگونه مي توان با نظريه سي. پي. اچ. توضيح داد. در حاليکه در مکانيک کوانتوم اين پديده به عنوان يک فرض پذيرفته شده است و هيچگونه تحليلي براي آن وجود ندارد. اما اجازه بدهيد اين پديده (گسيل تابش توسط بار شتاب دار) را در حالت کلي مورد توجه قرار دهيم. آيا اين پديده حالت کلي و عمومي دارد که هرگاه يک ذره باردار شتاب بگيرد تشعشعات الکترومغناطيسي تابش مي کند يا در موارد خاصي چنين است و اصولاً چرا هنگام شتاب انرژي تابش مي کند؟

مي دانيم هرگاه جسمي در ميدان گرانشي سقوط (يا صعود) کند شتاب مي گيرد. سئوال اين است که اگر يک ذره ي باردار در ميدان گرانشي سقوط کند، انرژي تابش مي کند؟

جواب نسبيت به اين سئوال مثبت است. اما هنوز يک توافق کلي و تجربي در اين مورد وجود ندارد. در هر صورت طبق نسبيت هرگاه يک ذره ي باردار در ميدان گرانشي شتاب بگيرد، انرژي تابش مي کند. اما چون گرانش نيروي بسيار ضعيفي است، هنوز بطور تجربي نتوانسته اند گسيل انرژي توسط يک ذره ي باردار را در ميدان گرانشي بطور آزمايشي ثابت کنند. معمولاً اثبات آن را به دستگاه هاي مقايسه اي و از ديد ناظر مورد بحث قرار مي دهند

تشعشع و سي. پي. اچ

در نظريه سي. پي. اچ. نيرو و انرژي قابل تبديل به يکديگر هستند، يعني نيرو به انرژي تبديل مي شود و انرژي نيز به نيرو تبديل مي گردد. هرگاه نيرو به جسمي وارد شود و روي آن کار مثبت انجام دهد، نيرو به انرژي تبديل مي شود. اما اگر کار انجام شده منفي باشد، انرژي به نيرو تبديل مي شود، يعني با توجه به رابطه

اگر کار مثبت باشد، انرژي جسم (يا ذره ) افزايش مي يابد که در اين صورت نيرو به انرژي تبديل مي شود. اگر کار انجام شده روي جسم منفي باشد، يعني جسم انرژي از دست بدهد، انرژي به نيرو تبديل مي شود. آگر کار انجام شده برابر با صفر باشد، هيچ تغييري در انرژي جسم ايجاد نمي شود

بنابراين هنگاميکه الکترون در ساختمان اتم روي مدار خاصي به دور هسته مي گردد، هرچند داراي شتاب است اما کار انجام شده روي آن صفر است. و تغييري در انرژي آن ايجاد نمي شود. اما هنگاميکه الکترون شتاب بگيرد، بطوريکه کار انجام شده روي آن صفر نباشد ، امواج الکترومغناطيسي تابش مي کند. يعني تابش امواج الکترومغناطيسي توسط ذره ي باردار تابع کاري است که روي آن انجام مي شود. در اين بحث هنوز دو نکته مشخص نشده است، يکي اينکه اصولاً چگونه تابش امواج الکترومغناطيسي توسط ذره ي باردار شتاب دار قابل توضيح است؟ و ديگر اينکه چرا هنوز تابش ذره ي باردار در ميدان گرانشي (آنچنان که نسبيت پيش گويي کرده) با تجربه ثابت نشده است؟

طبق نظريه ي سي. پي. اچ. هرگاه يک ذره ي باردار حرکت کند، گرانش در مقابل اين حرکت مقاومت مي کند و مقامت گرانش با حرکت ذره ي باردار به صورت نيروي مغناطيسي ظاهر مي شود. اما اگر ذره ي باردار علاوه بر سرعت، شتاب نيز داشته باشد بطوريکه کار انجام شده روي آن مخالف صفر باشد، امواج الکترومغناطيسي تابش مي کند. در ساختمان اتم جون کار انجام شده روي الکترون صفر است ، لذا انرژي تابش نمي کند

بطور کلي مي توان براي يک ذره ي شتاب دار چنين گفت

W(on electron or proton)=E

W=0 => E=0

بنابراين تابش امواج الکترومغناطيسي يک بار شتاب دار تابع مقدار کاري است که روي آن انجام مي شود

در مورد سقوط يک ذره ي باردار در ميدان گرانشي بايد به جرم ناچيز ذره توجه کرد که با توجه به رابطه ي

W=F.d=mgh

کاري که نيروي گرانش روي ذره ي باردار انجام مي دهد بسيار ناچيز است و اندازه گيري آن به ابزار بسيار دقيقي نياز دارد. در اينجا لازم به يادآوري است که امواج الکترومغناطيسي داراي طيف بسيار گسترده اي است و يک ذره که در ميدان گرانشي سقوط مي کند، مي تواند امواج الکترومغناطيسي با طول موج بسيار بلند توليد کند که آشکار سازي آن عهده ي فناوري حاضر خارج است

گرانش در نظريه سي. پي. اچ

در نظريه سي. پي. اچ. گرانش يک جريان است. اين جريان دائمي بين تمام ذرات و اجسام وجود دارد. به عنوان مثال به زمين و ماه توجه کنيد.  زمين داراي ميدان گرانش است. يک ميدان گرانشي از تعداد متنابهي سي. پي. اچ. (گراويتون) تشکيل شده است. پس ميدان گرانشي زمين نيز تعداد بيشماري سي. پي. اچ تشکيل شده است در اطراف زمين در حرکت هستند.

نگاهي به زمين و ماه بيندازيد. در اينجا دو ميدان وجود دارد، يکي ميدان گرانشي زمين و ديگري ميدان گرانشي ماه. هنگاميکه يک گراويتون به زمين مي رسد، گراويتون ديگري زمين را ترک مي کند به دليل اينکه گراويتون يک زير کوانتوم با خواص بار ? رنگي يا مغناطيس ? رنگي است، هنگام ترک زمين، آنرا به دنبال خود مي کشد. به عنوان مثال فرض کنيم يک بار ? رنگ (گراويتون) از ماه به زمين براسد و به يک اتم زمين وارد شود و وارد الکترون شود. تعادل الکتريکي الکترون بهم مي خورد و الکترون مذکور با ارسال بار- رنگ مشابهي (گراويتون ديگري) مقدار بار الکتريکي خود را ثابت نگاه مي دارد. بار-رنگ ورودي و خروجي از نظر علامت يکسان هستند تا بار الکتريکي الکترون ثابت بماند. هنگاميکه بار ? رنگ ورودي وارد ساختمان اتم مي شود، با توجه به علامت آن (منفي يا مثبت) بطرف الکترون يا پروتون تغيير مسير مي دهد و جذب آنها مي شود. فرض کنيم بار ? رنگ ورودي منفي است که جذب پروتون مي شود. با ورود بار-رنگ منفي به ساختمان پروتون، تعادل بار پروتون بهم مي خورد. پروتون مزبور براي حفظ مقدار بار الکتريکي که موجوديت و خواص پروتون مربوط به آن است، بار ? رنگ مزبور را باز پس مي فرستد و بار ? رنگ با سرعتي بالاتر از سرعت نور، پروتون را ترک مي کند. اما به دليل بار ? رنگي منفي که دارد، پروتون را به دنبال خود مي کشد. پروتون مزبور در کنش با ساير ذرات، آنها را به دنبال خود مي کشد.

دقيقاً نظير گلوئون ها(گلوئون به معني چسب است) که موجب کشيده شدن کوارکها بطرف يکديگر مي شود. با توجه به اينکه پروتونها خود نيز از کوارکها با بار الکتريکي کسري ساخته شده اند، در واقع بار ? رنگ هاي ورودي (گراويتونها) با کوارکها کنش خواهند داشت. در مورد الکترون نيز بحث مشابهي مي توان ارائه داد

فضا-زمان چگونه انرژي توليد مي کند؟

يک کوانتوم انرژي از تعداد زيادي سي. پي. اچ. تشکيل مي شود. سي. پي. اچ. ها روي يکديگر کار انجام مي دهند(با تغيير اسپين يکديگر) و با ترکيب آنها کوانتومهاي انرژي توليد مي شود. البته اين رويداد هنگامي رخ مي دهد که چگالي گرانش در فضا به حد کافي باشد

با توجه به اندازه ي فوتون گاما مي توان چگالي سي. پي. اچ. را در ساختمان فوتون به دست آورد. قطر يک الکترون تقريباً بربر ^18- 10 متر است. يک فوتون گاما در توليد زوج، يک الکترون و يک پوزيترون توليد مي کند. فرض کنيم حجم يک فوتون گاما تقريباً دو برابر حجم الکترون باشد. حال فرض کنيم چگالي سي. پي. اچ. در ساختمان فوتون به صورت زير باشد

De(cph)=n per m³

اما مي دانيم که فضا از گراويتون انباشته است. هنگامي که چگالي آنها به مقدار بالا برسد، کوانتومهاي انرژي پيديد مي آيند. بنابراين انتگرال روي فضا از چگالي صفر تا چگالي فوتون، توليد انرژي الکترومغناطيسي توسط فضا-زمان ( گرانش) است

Integration of gravitons

is a projection to production electromagnetic energy

جنين فرايندي در فضايي رخ مي دهد که چکالي گراويتونها به اندازه ي لازم براي توليد انرژي باشد. چنين رويدادي در اطراف سياه چاله ها انري عادي است

 در چنين فضايي با چگالي گراويتون بالا، داراي فرايند جالبي نيز مي تواند ياشد و آن توليد ماده ? پاد ماده است که تحت عنوان تابش هاوکينگ مطرح شده است. شکل زير

اطلاعات در مورد مهبانگ و درون سياه چاله ها

با توجه به نظريه بيگ بنگ، جهان در 14 بيليون سال پيش از يک توده فوق العاده داغ و چگال آغاز شده است. پس از آن جهان به طور مداوم شروع به گسترش کرده و در حال سرد شدن است. و تمام جهان سرشار از نورهاي ساطع شده از مهبانگ است. نوري که اکنون به ما مي رسد، حدود 14 بيليون سال در راه بوده است. بنابراين به ما اين امکان را مي دهد که ازدل زمان عبور کرده و نگاهي به گذشته بيندازيم و دوران ابتدايي عالم را ببينيم
 نگاهي به اطلاعات و ارقام مي تواند کمک کند تا پرده از برخي اسرار جهان بر داريم

عمر جهان

Age of universe

Universe is 13.7 billion years old

T=13.7x10¹² years =4.3x10²⁰ s

شعاع جهان

Radius of universe

R=1.6x10²⁶ m

حجم جهان

Volume of universe 

V=17.1x10⁷⁸m³

 

چگالي چهان

Density of universe

D=10^-18 kg/m³

جرم جهان

Mass of universe

M=(density)x(volume), so;

M= 17.1x10⁶⁰ kg

توجه شود که ارقام فوق تقريبي است، اما نتيجه اي که از آنها مي خوهيم بگيريم، عميقتر از اهميت درستي يا نادرستي ارقام فوق است

و هنگاميه جهان در هم فرو خواهد ريخت

براي يک لحظه شتاب جهان و انبساط جهان را فراموش کنيد. حالا فرض کنيد جهان در حال فرو ريختن در خود است. چه اتفاقي خواهد افتاد؟

در اين حالت تمام شواهد نشان مي دهد  که جهان در حال انقباض است.نخست نور دريافتي از ستارگان به طرف آبي جابجا مي شوند.فاصله بين اجسام در حال کاهش است.

بنابراين فاصله بين زمين و ماه کاهش مي يابد، ماه به زمين وصل مي شود. زمين و ساير سيارات در خورشيد سقوط مي کنند. فشار گرانش افزايش مي يابد. خورشيد وستاره ي آلفا قنطورس (نزديکترين ستاره به خورسيد) يکديگر را جذب مي کنند. فاصله ها به سرعت کاهش مي يابد. حجم جهان کاهش مي يابد و شدت گرانش و فشار آن افزايش مي يابد

چه اتفاقي براي اتمها مي افتد؟

شعاع مدار اتمها کاهش مي يابد. الکترونها در هسته سقوط مي کنند. بنابراين تنها هسته ها باقي مي مانند. همچنين ممکن است حجم هسته ها نيز کاهش يابد. اما ما هيچگونه شاهدي بر اين امر نداريم. لذا اجازه بدهيد با توجه به چگالي هسته بحث را ادامه دهيم

چگالي هسته

2x10¹⁷ kg/m³

فرض کنيم جهان کاملاً درهم فرو ريزد. بنابراين با توجه به چگالي هسته حجم جهان را حساب مي کنيم

حجم جهان

Vo=M/D=8.5x10⁴³ m³

آنگاه شعاع جهان برابر خواهد شد با

Ro=2.7x10¹⁴ m

 و اين يک سياه چاله ي مطلق است

سياه چاله مطلق

با توجه به نظريه سي. پي. اچ. همه چيز از سي. پي. اچ. ساخته شده است. همچنين هسته ها نيز از سي. پي. اچ. ساخته شده اند. سي. پي. اچ. ها در هسته اتم اسپين دارند و در کنار يکديگر حرکت مي کنند. سي. پي. اچ. داراي اسپين و حرکت انتقالي است. بطوريکه

gradVc=0 in all inertial frames and any space

فرض کنيم يک سي. پي. اچ. داراي سرعت انتقالي و اسپين v, sهنگاميکه سرعت انتقالي آن به سمت صفر ميل مي کند، اسپين آن به ماکزيمم مي رسد. هنگاميکه فشار گرانش خيلي افزايش يابد، فاصله بين سي. پي. اچ. ها کاهش مي يابد. هيچ جسم يا ذره اي حتي نور و ساير امواج الکترمغناطيسي نمي تواند از ميدان گرانش آن بگريزد. شکل زير

در اين حالت سرعت انتقالي سي. پي. اچ. نزديک به صفر است. مهبانگ (بيگ بنگ ) از سياه چاله اي نظير آن بوجود آمده است.

با توجه به معادله زير ما مي توانيم درک خوبي از مهبانگ داشته باشيم

فرض کنيم شدت گرانش به قدري باشد که اسپين سي. پي. اچ. ها در سطح يک سياه چاله به حداکثر ممکن برسند، يعني سرعت انتقالي آنها بسمت صفر ميل کند. چنين سياه چاله اي يک سياه چاله ي مطلق است. در اين حالت سياه چاله حالت بحراني خواهد داشت و با افزايش شدت ميدان گرانشي آن، سي. پي اچ. از نيروي خارجي تبعيت نمي کند و سياه چاله ي مطلق منفجر مي شود

در لحظات اوليه سي. پي. اچ. ها با سرعت

Vc

 مي گريزند و اثر گرانش در همه جا گسترش مي يابد. با توجه به اينکه شعاع جهان در اين حالت از رابطه زير به دست مي آيد

Ro<<2.7x10¹⁴ m

و با توجه به سرعت سي. پي. اچ. جهان در چند ثانيه شديداً منبسط مي شود. اما در آنجا ماده و انرژي وجود ندارد. در اين وضعيت تنها سي. پي. اچ. است که با سرعت انتقالي

Vc

 در فضا منتشر مي شود. اما سي. پي . اچ. ها با يکديگر داراي کنش متقابل هستند و يکديگر را جذب مي کنند. سي. پي. اچ. ها اسپين مي گيرند و کوانتوم هاي کوچک انرژي شکل مي گيرند. آنگاه امواج الکترومغناطيسي ظاهر مي شوند. اين مرحله در يک مدت زمان بسيار طولاني اتفاق مي افتد. بتدريج انرژي در مدت هاي کوتاه تري توليد مي شود. و مقدار زيادي کوانتوم هاي بزرگ انرژي ظاهر مي شود

حال به مرکز انفجار توجه فرماييد. مرکز سياه چاله مطلق نظير مرکز ساير اجسام بزرگ است و فشار گرانش در آنجا تقريباً صفر است. بنابراين هنگاميکه جهان (سياه چاله مطلق) منفجر مي شود، مرکز آن تحت فشار شديد از همه ي اطراف قرار مي گيرد. شکل زير

در ثانيه اول انفجار کنش و واکنش ها در مرکز جهان بسيار شديد است. مقادير متنابهي انرژي تشکيل مي شود و به ماده و پاد ماده تبديل مي شوند. بتدريج گرد وعبار و اجسام ظاهر مي شوند. با انبساط جهان اندازه اتمها نيزافزايش مي يابد.

                                                                       M.H.Dalvand.2005    منابع: