#ماده_تاریک

بر اساس قانون #گرانش نیوتن، هر چه از مرکز یک سیستم منظومه‌ای دور شویم، سرعت چرخش اجزا به دور جرم میزبان کمتر می‌شود. بنابراین اگر در یک کهکشان، از مرکز بیشتر فاصله بگیریم، سرعت چرخش ماده به دور مرکز کمتر می‌شود. کیهان شناسان انتظار داشتند در هنگام مشاهده کهکشان‌ها، دقیقاً همین پدیده را شاهد باشند. اما اینطور نبود!
تمام اجزا با سرعت تقریباً یکسانی به دور مرکز کهکشان‌ها در حال گردش بودند و فاصله از مرکز هیچ تاثیری روی سرعت اجرام نمی‌گذاشت! این بسیار عجیب و غیرمنطقی بود. تنها چیزی که می‌توانست این یکسان بودن سرعت چرخش در هر فاصله‌ای از مرکز را توضیح دهد، این است که کهکشان‌ها بسیار بسیار بیشتر از چیزی که فکر می‌کردیم جرم داشته باشند. ولی این جرم از کجا می‌آید؟
اگر از مواد معمولی سازنده کهکشان‌ها بود نور را بازتاب می‌کرد و پس از مشاهده توسط آشکارسازهای ما، مقدار جرم به طور دقیق محاسبه می‌شد و جرم کهکشان را اینقدر کمتر از مقدار واقعی در نظر نمی‌گرفتیم. کیهان شناسان منشأ این جرم گمشده را "ماده تاریک" نام گذاری کردند و طبق محاسبات، کهکشان‌ها 5 برابر ماده معمولی، دارای ماده تاریک هستند. هنوز هیچ کس نمی‌داند ماده تاریک چیست؛ اما می‌دانیم که ماده تاریک چه چیزهایی نمی‌تواند باشد!
1- ماده تاریک، تاریک است. یعنی هیچ نوع پرتویی از طیف الکترومغناطیس را از خود منتشر یا بازتاب نمی‌کند.
2- ماده تاریک توده‌ای از ماده معمولی نیست. زیرا ذرات سازنده ماده معمولی، باریون‌ها هستند و اگر ماده تاریک از باریون بود با نوری که بازتاب می‌کرد آشکار سازی می‌شد در حالی که اینطور نیست.
3- ماده تاریک پاد ماده نیست. ماده و پاد ماده در برخورد با یکدیگر، یکدیگر را از بین می‌برند و پرتو گاما تابش می‌کنند. ولی چنین چیزی در مورد ماده تاریک دیده نشده است.
4- ماده تاریک سیاهچاله نیست. چگالی بالای سیاهچاله‌ها، گرانش بسیار قوی‌ای ایجاد می‌کند و مسیر نور را به شدت خم می‌کند. کیهان شناسان خمیدگی کافی برای مقدار جرم محاسبه شده ماده تاریک نمی‌بینند و این یعنی چگالی ماده تاریک بسیار کمتر از آن است که بتواند سیاهچاله باشد.
ماده تاریک را نمی‌توان مشاهده کرد و فقط از تأثیراتی که گرانش ناشی از جرم این ماده بر روی محیط اطرافش می‌گذارد می‌توان به وجودش پی برد.
شبیه سازی‌های کامپیوتری تایید کرده‌اند که اگر گرانش ناشی از ماده تاریک نباشد، هیچ کهکشانی شکل نمی‌گیرد. ظاهراً %26.8 جهان را ماده تاریک تشکیل داده، در حالی که سهم ماده معمولی فقط %4.9 است. بهترین نظریه‌ای که در مورد ماهیت ماده تاریک ارائه شده، این است که این ماده از ذرات بنیادی‌ای که هنوز کشف نشده‌اند ساخته شده است.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

#انرژی_تاریک

زمانی که #ادوین_هابل برای اولین بار کشف کرد که جهان در حال #انبساط هست، کیهان شناسان تصور می‌کردند که سرعت انبساط کیهان باید کمتر و کمتر شود؛ حتی بعضی از کیهان شناسان معتقد بودند که این انبساط کم کم متوقف شده و سپس به انقباض تبدیل می‌شود و جهان شروع به کوچک شدن می‌کند. از آنجا که جهان پر از ماده و ماده تاریک می‌باشد و وجود این مقدار جرم، نیروی گرانشی زیادی به وجود می‌آورد و اجزای جهان را به سمت هم می‌کشد و به این صورت انبساط رو کُند می‌کند. ولی مشاهدات خلاف این را ثابت کرد! سرعت انبساط کیهان، بیشتر و بیشتر می‌شد!
کیهان شناسان به این نتیجه رسیدند که عاملی باید وجود داشته باشه که با نیروی گرانش در مقیاس کیهانی مقابله کند و مانع از کُند شدن روند انبساط شود و به انبساط کیهان شتابی که دارد را بدهد. نام این عامل را "انرژی تاریک" گذاشتند. انرژی‌ای که هیچ کس ماهیت آن را نمی‌داند و فقط با محاسبه شتاب انبساط کیهان و مقدار نیروی گرانش اجرام درونش، به این نتیجه رسیدیم که انرژی تاریک باید %68.3 از جهان را تشکیل داده باشد تا بتواند در برابر گرانش اجرام درون کیهان مقاومت کرده و شتاب فعلی انبساط کیهان را ایجاد کند. کار انرژی تاریک ایجاد دافعه گرانشی (برخلاف ماده تاریک که جاذبه گرانشی ایجاد می‌کند) است. اکنون می‌دانیم جهان %68.3 از انرژی تاریک، %26.8 از ماده تاریک و %4.9 از ماده معمولی ساخته شده است. از آنجا که در مورد ماده تاریک و انرژی تاریک هیچ چیز نمی‌دانیم، پس می‌توان گفت %95.1 از جهان را اصلاً نمی‌شناسیم! تمام اطلاعات ما از جهان، به آن %4.9 محدود می‌شود که همان نیز بسیار ناقص است. آلبرت #انیشتین اولین کسی بود که فهمید فضای خالی در حقیقت خالی نیست و جفت‌های ذره-پاد ذره مدام در حال تولید و از بین رفتن در فضای خالی هستند. همچنین گفت که فضای خالی می‌تواند خود به خود به وجود بیاید و حتی دارای انرژی باشد. یعنی هر چه فضای خالی بیشتری به وجود بیاید، از تراکم انرژی کم نمی‌شود زیرا فضای خالیِ به جود آمده، خود دارای انرژی است و به این صورت باعث انبساط جهان می‌شود. پس می‌توان انرژی تاریک را به نوعی "خصوصیت فضا" تعریف کرد. انیشتین این مسئله را با وارد کردن "#ثابت_کیهانی" در معادلاتش نشان داد. اما بعد از اینکه هابل نظریه انبساط کیهان را مطرح کرد، انیشتین نظریه ثابت کیهانی را بزرگ‌ترین اشتباه خود دانست. نظریه ثابت کیهانی، با مشاهدات کاملاً مطابقت دارد اما دانشمندان هنوز در مورد علت این انطباق مطمئن نیستند.

پ.ن: در مورد نسبت ماده معمولی و ماده تاریک و انرژی تاریک، درصدهایی که توی متن هست به روز هستن و درصدهای توی عکس قدیمی و اشتباه هستن. این عکس رو به خاطر اینکه نسبت‌ها رو با شکل خوبی نشون داده بود انتخاب کردم.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

#درگاه_اکسیون

در فیزیک از چیزهایی که مستقیماً اندازه گیری و مشاهده می‌شوند مانند الکترومغناطیس و فوتون‌ها، با نام #فیزیک_مرئی یاد می‌شود و چیزهایی که ما اثرات آن‌ها را حس می‌کنیم، مانند ماده تاریک و انرژی تاریک، جزء فیزیک تاریک هستند. بعضی از دانشمندان معتقدند فیزیک تاریک وجود ندارد و ماده تاریک و انرژی تاریک صرفاً توهم است و برای توضیح مشاهداتمان آن‌ها را خلق کرده‌ایم. اما بعضی دیگر می‌گویند علت اینکه نمی‌توانیم فیزیک تاریک را بفهمیم وجود نداشتن آن نیست، بلکه درگاهی که از طریق آن ذرات معمولی و ذرات تاریک با هم در تعامل هستند را نشناخته‌ایم. منظور، درگاه‌هایی در مقیاس کوانتومی است نه درگاهی که بتوانیم با فضاپیما از وسط آن عبور کنیم.
بخش مرئی فیزیک، در غالب 17 نوع ذره تحت عنوان #مدل_استاندارد فرمول بندی شده است. اما مدل استاندارد نمی‌تواند گرانش و سرعت انبساط کیهان را توضیح دهد. برای حل این مشکل، ماده تاریک و انرژی تاریک که پیش بینی می‌شود %95 جهان ما را تشکیل می‌دهند فرض شده‌اند. اما تا کنون هیچ کس نتوانسته هیچ یک از این دو را شناسایی کند.
بهترین فرضیه‌ای که برای توضیح فیزیک تاریک ارائه شده است، به نام "درگاه اکسیون" را محققان مؤسسه "Basic Science" در کره جنوبی مطرح کرده‌اند. در این فرضیه مطرح شده که ذرات تاریک و پنهانی وجود دارند که ابزار ما قادر به آشکارسازی آن‌ها نیست و ماده تاریک و انرژی تاریک را می‌سازند. فیزیکدانان امیدوارند با در هم کوبیدن ذرات معمولی در #LHC، ذراتی از بخش فیزیک تاریک را در این فروپاشی‌ها آشکارسازی کنند. فرضیه درگاه اکسیون بر مبنای دو ذره تاریکِ فرضی به نام "اکسیون" و "فوتون تاریک" ارائه شده است که طبق پیش‌‌بینی فیزیکدانان بر اساس قوانین مکانیک کوانتوم، ممکن است وجود خارجی داشته ‌باشند. فرض می‌شود که یک اکسیون ذره‌ی بسیار سبکی باشد که وجود آن می‌تواند برخی مشکلات نظری مدل استاندارد را حل کند. فوتون تاریک نیز ورژن تاریک فوتون‌ معمولی است. اما فوتون‌های تاریک، به جای تعامل با بار الکترومغناطیسی، با "بار تاریک" که احتمالاً توسط سایر ذرات قسمت تاریک حمل می‌شود، پیوند برقرار می‌کنند. به گفته فیزیکدانان اگر نوعی کوارک سنگین در مدل استاندارد وجود داشته باشد که آن هم بار تاریک را حمل کند، می‌تواند با فوتون‌های تاریک نیز جفت شود. در واقع از طریق این کوارک سنگین، اکسیون‌ها، فوتون‌ها و فوتون‌های تاریک می‌توانند با یکدیگر (به شکل تصویر بالا) تعامل داشته باشند. "لی های سانگ" سرپرست این تحقیق گفت:« درگاه اکسیون تاریک اولین پیوند معنادار را بین دو فیزیک که جداگانه مطالعه می‌شدند، ارائه داده و سرنخ‌ها را به هم وصل می‌کند. این امر باز تفسیر داده‌های قبلی را ممکن ساخته و به طور بالقوه پیشرفتی در جست‌وجوهای مربوط به اکسیون و فوتون‌های تاریک، فراهم می آورد.»
این تیم ایده درگاه اکسیون را مطرح کرد و عملکرد احتمالی آن را مشخص نمود؛ اما حال، آن‌ها آزمایشات جدیدی را طرح می‌کنند که قادر است با استفاده از درگاه، بسنجد که آیا به راستی اکسیون‌ها و فوتون‌های تاریک وجود خارجی دارند یا خیر. این ایده‌‌ای نسبتاً جسورانه است و تا پیش از آنکه بعداً آزمایش نشود، نشانه‌ای از صحت یا عدم صحت آن نخواهیم داشت. تنها می‌توانیم آن را بهترین توضیحی که برای بخش تاریک فیزیک ارائه شده است بدانیم.
منبع: #Physical_Review_Letters

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

بزرگترین اشتباه انیشتین، بهترین توضیح برای #انرژی_تاریک؟

#آلبرت_انیشتین اولین کسی بود که گفت فضای خالی در واقع خالی نیست، بلکه از انرژی و ذرات کوانتومی عجیبی پر شده‌ است که مدام به وجود آمده و نابود می‌شوند. احتمال دارد یکی از آن ذرات عجیب و غریب حامل نوعی نیروی دافعه باشد (که امروزه به انرژی تاریک معروف است). همچنین او معتقد بود که فضای خالی نه تنها انرژی مخصوص خود را دارد بلکه می‌تواند خود به خود نیز به وجود بیاید. او این ایده را با وارد کردن "#ثابت_کیهانی" در معادلات نسبیت عام خود نشان داد. کلمه "ثابت" به این معنی است که فضا خود دارای انرژی مشخصی است و می‌تواند خود به خود به وجود بیاید پس وقتی فضای جدید تولید می‌شود، اندکی انرژی نیز به جهان اضافه می‌شود و تراکم انرژی همیشه ثابت می‌ماند زیرا افزایش حجم فضا برابر است با افزایش انرژی و این ثابت بودن انرژی می‌تواند با گرانش مقابله کند تا نیروی گرانشی جهان را در یک نقطه فشرده نکند. در واقع ثابت کیهانی، دانسیته انرژی در ناحیه خلاء فضا را کوانتیزه، و میزان جذب ماده را موازنه می‌کند.
اما پس از آن که "#ادوین_هابل" نتیجه مشاهدات خود مبنی بر انبساط جهان را ارائه کرد، آلبرت انیشتین ثابت کیهانی را بزرگ‌ترین اشتباه خود خواند و از معادلاتش حذف کرد؛ زیرا ایده ثابت کیهانی بر اساس ایستا بودن جهان ارائه شده بود. اما امروزه دانشمندان معتقدند که انرژی تاریک کار همان ثابت کیهانی را می‌کند و ثابت کیهانی هنوز هم می‌تواند در توضیح انرژی تاریک سهمی داشته باشد. اگر امواج گرانشى قابلیت حرکت با سرعت نور را داشته باشند، نظریات جایگزین گرانش بدون انرژی تاریک کنار گذاشته می‌شوند و ثابت کیهانی انیشتین وارد کار می‌شود. اما اگر سرعت آنها با سرعت نور فرق داشته باشد، نظریه انیشتین باید اصلاح شود.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

شبیه سازی آورا

@Cosmos_language

توهم #انرژی_تاریک؟

ماده تاریک به شکل توده‌هایی در کیهان پراکنده است و هر چند که نمی‌توان به طور مستقیم آن را مشاهده کرد اما با توجه به اثرات گرانشی آن و روش خاصی از شبیه سازی کامپیوتری، می‌توان تصویری از توده‌های ماده تاریک تهیه کرد (مثل تصویر مربوط به پست ماده تاریک). اما انرژی تاریک به شکل توده نیست. انرژی تاریک مانند شبحی در سرتاسر کیهان به طور یکنواخت وجود دارد و این موضوع این فکر را به ذهن می‌آورد که انرژی تاریک ممکن است واقعی نباشد!
جهان ما در حال #انبساط است و این انبساط شتاب مثبت دارد؛ یعنی با گذشت زمان سریع‌تر و سریع‌تر می‌شود. مشکل اینجاست که ما نمی‌دانیم چه عاملی موجب شتاب گرفتن این انبساط می‌شود و فقط نام "انرژی تاریک" را روی این عامل گذاشته‌ایم.
لازلو دوبوس از دانشگاه اتوس لوراند می‌گوید:« معادلات نسبیت عام انیشتین که انبساط جهان را شرح می‌دهند، پیچیدگی‌های ریاضی بسیاری دارند؛ طوری که به مدت یکصد سال هیچ راه حلی برای تأثیر ساختارهای کیهانی پیدا نشده است. بر اساس مشاهدات بسیار دقیق ما از ابرنواخترها، جهان در حال انبساط است؛ ولی همزمان بر برآوردهای مربوط به معادلات انیشتین نیز متکی هستیم که می‌تواند عوارض جانبی جدی به همراه داشته باشد. برای مثال، نیاز به انرژی تاریک در مدل طراحی شده برای تناسب و سازگاری با داده‌های حاصل از مشاهده را می‌توان یکی از عوارض فوق، ذکر کرد.»
پس شاید انرژی تاریک صرفاً نتیجه برآوردهایی باشد که مدل‌های قراردادی کیهان شناسی از آن برای محاسبه سرعت انبساط کیهان استفاده می‌کنند. حال اگر به راستی انرژی تاریکی در کار نباشد چه؟ چگونه افزایش سرعت انبساط کیهان را توضیح دهیم در حالی که به دلیل وجود جاذبه گرانشی بین اجرام کیهانی، سرعت انبساط باید کاهش یابد؟
محققان برای حل این مشکل از یک شبیه سازی کامپیوتری به نام "Avera" (آورا) استفاده کردند تا زمینه برای ساخت مدل از اثر گرانش بر توزیع میلیون‌ها ذره ماده تاریک و بازسازی تکامل کیهان آماده شود. گرچه در مدل آورا ناحیه‌های مختلف کیهان، با سرعت‌های متفاوتی منبسط می‌شدند اما سرعت متوسط انبساط مطابقت خوبی با مشاهدات فعلی داشت.
دوبوس می‌گوید:« یافته‌های ما بر پایه حدسیات ریاضی استوار هستند که انبساط متفاوت فضا را نشان می‌دهند؛ اما با نظریه نسبیت عام مطابقت داشته و نحوه تأثیرگذاری ایجاد ساختارهای پیچیده را بر فرآیند انبساط، شرح می‌دهند. قبلاً توجهی به این مسائل نمی‌شد، اما در نظر گرفتن آن‌ها می‌تواند بدون نیاز به انرژی تاریک، انبساط شتابدار کیهان را توضیح دهد.»
طبق نتایج این تحقیقات، خود گرانش به تنهایی ممکن است باعث شتاب انبساط کنونی شود و نیازی به وجود یک انرژی فرضی و اسرار آمیز که کل کیهان را فراگرفته است نباشد. اما برای درک اینکه گرانش دقیقاً چطور این کار را می‌کند و روابط ریاضی آن به چه شکل است، نیاز به "#نظریه_همه_چیز" داریم. نظریه‌ای که شکاف بین #نسبیت و #کوانتوم را پر می‌کند و هر چهار نیروی بنیادی طبیعت را به هم مرتبط می‌سازد و در نهایت همه چیز را توضیح می‌دهد. پس از رسیدن به نظریه همه چیز، می‌توانیم ساز و کار گرانش کوانتومی را درک کنیم و چگونگی شتابدار شدن انبساط کیهان به وسیله تنها گرانش را کشف کنیم. اما تا آن روز این ایده‌ها تنها در حد فرضیه اثبات نشده باقی می‌مانند و تبدیل به «نظریه» نمی‌شوند.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

#ابعاد بالاتر فضا می‌تواند توضیحی برای #ماده_تاریک باشد؟

@Cosmos_language

#ابعاد بالاتر فضا می‌تواند توضیحی برای #ماده_تاریک باشد؟

@Cosmos_language

#ابعاد بالاتر فضا می‌تواند توضیحی برای #ماده_تاریک باشد؟

@Cosmos_language

#ابعاد بالاتر فضا می‌تواند توضیحی برای #ماده_تاریک باشد؟

@Cosmos_language

#ابعاد بالاتر فضا می‌تواند توضیحی برای #ماده_تاریک باشد؟

جهان ما دارای 4 نیروی بنیادی است. نیروی #الکترومغناطیس که ذرات دارای بار الکتریکی را تحت تأثیر قرار می‌دهد، #نیروی_قوی هسته‌ای که عامل انفجار بمب اتم است و #نیروی_ضعیف هسته‌ای که مسئول واپاشی رادیواکتیو است. قدرت این سه نیرو، با تخمین خوبی تقریباً یکسان است اما نیروی چهارم یعنی گرانش که همگی با کارکرد آن آشنا هستیم، به شدت ضعیف‌تر است. در واقع یک تریلیون تریلیون تریلیون بار ضعیف‌تر از سه نیروی دیگر است! بنابراین فیزیکدانان در تلاش برای فهم و ارائه توضیح این هستند که چرا جاذبه اینقدر ضعیف‌تر از سه نیروی دیگر است؟
یکی از توضیحاتی که برای این مسئله وجود دارد، این است که فضا دارای ابعاد بیشتری است و علت ضعیف بودن گرانش این است که تمرکز اصلی این نیرو در ابعاد دیگر است. ایده ابعاد بیشتر فضا به خوبی توسط #تئوری_استرینگ پشتیبانی می‌شود. اگر شما هر تکه از ماده را دقیق‌تر برسی کنید، اول مولکول‌ها را میابید و بعد اتم‌ها و ذرات زیر اتمی. اما نظریه ریسمان می‌گوید اگر شما بتوانید ذرات کوچک‌تر را برسی کنید، بسیار کوچک‌تر از آنچه با تکنولوژی کنونی می‌توانیم برسی کنیم، شما درون این ذرات چیز دیگری می‌یابید؛ یک رشته کوچک از انرژی در حال ارتعاش! یک ریسمان بسیار کوچک در حال لرزش. و درست مثل ریسمان‌های یک ویالون که با الگوهای ارتعاشی مختلف، می‌توانند نت‌های موسیقی متفاوتی ایجاد کنند، این ریسمان‌های بنیادی کوچک نیز وقتی به شکل‌های مختلفی می‌لرزند، ذرات متفاوتی تولید می‌کنند. پس الکترون‌ها، کوارک‌ها، فوتون‌ها، نوترینو‌ها و ذرات بنیادی دیگر، همگی در یک چارچوب واحد متحد می‌شوند چون همه از ریسمان‌های در حال ارتعاش ساخته شده‌اند. اما پژوهش‌ها نشان داد که ریاضیات تئوری استرینگ درست کار نمی‌کنند. زیرا این ریسمان‌های کوچک می‌توانند به بی‌نهایت شکل مختلف ارتعاش کنند و در این صورت ما بی‌نهایت ذره بنیادی را شاهد بودیم! اما تعداد ذرات محدود است. پس طبق ریاضیات تئوری استرینگ، باید ابعاد دیگری وجود داشته باشد، ابعادی بسیار کوچک‌تر از آنکه برای ما قابل درک باشد و این ابعاد اضافی فضا، تعداد الگوهای ارتعاشی‌ای که ریسمان‌ها می‌توانند داشته باشند را محدود می‌کند. حال که از وجود ابعاد دیگر فضا مطلع هستیم، آیا این ابعاد می‌توانند در توضیح ماده تاریک نقشی داشته باشند؟
دلیل اینکه ماده تاریک را "تاریک" می‌نامیم این است که این ماده هیچ نوع پرتویی از خود تابش یا بازتاب نمی‌کند و همچنین با ماده معمولی هیچ برهمکنشی ندارد و مانند یک شبح از درون هر چیزی عبور می‌کند. فیزیکدانان معتقدند اندازه ما انسان‌ها بسیار بزرگتر از آن است که وارد ابعاد بالاتر فضا شویم زیرا این ابعاد بسیار کوچک‌اند. اما پیش بینی شده اگر ذرات بنیادی که اندازه آن‌ها بسیر کوچک است، به شکلی وارد ابعاد دیگر شوند، آنگاه دیگر پرتویی که از خود تابش یا بازتاب می‌کنند نمی‌تواند وارد دنیای سه بعدی ما شده و در همان بُعد باقی می‌ماند. پس ما از سوی آن ذراتی که در بُعد دیگری سپری می‌کنند، هیچ نوع پرتویی دریافت نمی‌کنیم. و همچنین ذراتی که در بُعد دیگری حضور دارند، هیچ برهمکنشی با ذراتی که در دنیای سه بعدی ما هستند ندارند. همان طور که قایقی که روی سطح آب در حرکت است هرگز با زیر دریایی‌ای که در اعماق آب حرکت می‌کند تصادف نخواهد کرد. به علاوه بر اساس ریاضیات گرانش کوانتومی، نیروی گرانش می‌تواند فرا بُعدی عمل کند و از ابعاد دیگر روی دنیای سه بعدی ما تأثیر بگذارد. پس اگر ماده معمولی به بُعد دیگری راه یابد، تمام خواص ماده تاریک را پیدا می‌کند؛ یعنی هیچ نوع پرتویی تابش یا بازتاب نمی‌کند، برهمکنشی با ماده معمولی ندارد و نیروی گرانش آن توسط ماده معمولی احساس می‌شود.
طناب راستی را تصور کنید که از فاصله دور مشغول تماشای آن هستید. از آن فاصله طناب را تک بعدی می‌بینید اما وقتی همان طناب را از نزدیک برسی کنید، متوجه می‌شوید علاوه بر طول، عرض و ارتفاع هم دارد. حال اگر یک توپ کوچک دور این طناب بچرخد، از دید کسی که از دور طناب را مشاهده می‌کند، توپ ساکن است و حرکت نمی‌کند. زیرا حرکت توپ در راستای ارتفاع و عرض طناب است؛ یعنی همان دو بعدی که از دور قابل تشخیص نیست. تنها بعدی که از آن فاصله قابل تشخیص است، طول طناب می‌باشد ولی توپ در راستای طول طناب، تغییر مکان نمی‌دهد پس به نظر بی حرکت می‌آید.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

اکنون یک فوتون را تصور کنید که وارد بُعد دیگری می‌شود. فوتون‌ها هرگز شتاب نمی‌گیرند یعنی یا وجود ندارند و یا اگر وجود داشته باشند، در حال حرکت با سرعت نور هستند. هر ذره در حال حرکتی، دارای انرژی است و طبق مشهور ترین معادله فیزیک (E=mC²) انرژی معادل جرم است! اگر این ایده درست باشد، ماده تاریک در واقع از نور ساخته شده است! ذرات بدون جرمی که دارای جرم به نظر می‌رسند چرا که آن‌ها در حال حرکت بر روی مسیری کوچک در بُعد دیگری از فضا هستند که بسیار کوچک‌تر از آن است که ما قادر به دیدنش باشیم. اما فوتون‌ها چگونه می‌توانند از دنیای سه بعدی وارد بُعد دیگری شده باشند؟
چرخ و فلکی را در نظر بگیرید که در حال چرخش است. اگر کودکی بخواهد وارد این چرخ و فلک شود، باید با همان سرعتی که چرخ و فلک می‌چرخد، به دور آن بدود و سوار آن شود. اگر سرعت دویدن کودک با سرعت چرخش چرخ و فلک تفاوت داشته باشد، نمی‌تواند سوار آن شود. اکثر ذراتی که ما امروزه می‌شناسیم، به اندازه‌ای انرژی ندارند که وارد بُعد چهارم شوند. اما زمانی که کیهان جوان‌تر بود، بسیار کوچک و بسیار داغ بود و بنابراین ذرات در آن زمان انرژی بسیار بیشتری داشتند و قادر به ورود به ابعاد بالاتر بودند. پس از بیگ بنگ، ذرات ابَر انرژی دار نور ممکن است وارد بُعد چهارم شده و از آن زمان در آن بُعد گیر افتاده باشند و امروز برای ما به شکل ماده تاریک در آمده باشند. اما آیا این ایده را می‌توان با مشاهدات اثبات کرد؟
اکر دو فوتون در بُعد چهارم در دو مسیر دایره‌ای مجزا، بر خلاف هم در حال چرخش باشند، ممکن است به هم برخورد کرده و یکدیگر را نابود کنند. انرژی زیادی از این برخورد و نابودی فوتون‌ها آزاد می‌شود که قادر است وارد دنیای سه بعدی شود و توسط آشکارسازهای ما ثبت شود. حتی انفجارهای پر قدرت پرتو X و گاما که به تازگی از 11 کهکشان مختلف دریافت شده است و تنها چند میلی ثانیه به طول می‌انجامند، ممکن است به دلیل برخورد فوتون‌ها در بُعد چهارم باشد و بر خلاف نظر اکثر دانشمندان، ربطی به پیش ران سفینه‌های فوق پیشرفته فرازمینیان نداشته باشد. هرچند اگر حق با اکثر دانشمندان باشد و این پرتوها به راستی از سفینه‌های فرازمینیان فوق پیشرفته بیاید، بسیار هیجان انگیزتر خواهد بود.
اما تا زمانی که مشاهدات تجربی، یکی از چندین ایده برای توضیح ماده تاریک را تایید نکند، این ایده‌ها فقط در حد فرضیاتی با دلایل ریاضی باقی می‌مانند.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

#نقاط_لاگرانژی

اطراف دو جسم، نقاطی به نام "نقاط لاگرانژی" به وجود می‌آید اگر شرایط زیر برقرار باشد:
1- دو جسم دارای #جرم زیاد و #گرانش قوی باشند.
2- این دو جسم در حال چرخش به دور یکدیگر باشند.
3- #مدار_چرخش دو جسم، (الزاماً) دایره‌ای باشد.
اگر جسم سومی با جرم نسبتاً ناچیز (به طوری که در گردش دو جسم به دور هم و نیروی گرانشی‌ای که به یکدیگر وارد میکنند، اختلالی ایجاد نکند) در نقاط لاگرانژی قرار گیرد، در مدار ثابت و پایدار شروع به حرکت با دو جسم دیگر می‌کند. تعداد این نقاط حداکثر 5 عدد است و بعضی پایدار و بعضی ناپایدار هستند. نقاط لاگرانژی را اولین بار بهترین ریاضی-فیزیکدانان قرن 18 یعنی پروفسور اویلر و دکتر لاگرانژ از معادلات سه جرم در حالت خاص استخراج کردند. مسئله سه جرم در حالت خاص را اولین بار در سال 1772 میلادی لئونارد اویلر، استاد لاگرانژ، به طور جدی برسی کرد. البته 7 سال قبل از این تاریخ، اویلر سه نقطه L1 و L2 و L3 که هم راستا هستند کشف کرده بود. در همان سال 1772 هم لاگرانژ دو نقطه دیگر یعنی L4 و L5 را از معادلات به دست آورد.
روش به دست آوردن نقاط لاگرانژی به این صورت است که ابتدا دو جسم پر جرم را در نظر می‌گیریم که در مدار (الزاماً) دایره‌ای با سرعت زاویه‌ای w به دور هم می‌چرخند. سپس یک دستگاه مختصات در نظر می‌گیریم که این دو جسم در آن ثابت باشند. یعنی این دستگاه هم با این دو جسم در حال گردش باشد. بنابراین این دو جسم نسبت به این دستگاه ثابت هستند. حال مسئله‌ی نقاط لاگرانژی به این شکل است که باید نقاطی را پیدا کنیم که اگر جسم نسبتاً کوچکی (که تأثیری بر روی گردش دو جسم دیگر نداشته باشد) را در این نقاط قرار دهیم، این جسم سوم نیز نسبت به این دستگاه چرخان ثابت باشد. یعنی در دستگاه مختصات عادی این جسم سوم هم همراه دو جسم دیگر با سرعت زاویه‌ای w بچرخد. می‌توان ثابت کرد که تعداد این نقاط 5 عدد است (بیشتر نیست).
نقاط لاگرانژی کاربردهای زیادی دارند. می‌توان جسمی مانند تلسکوپ‌های فضایی یا ماهواره‌ها را در این نقاط قرار داد و بدین ترتیب تلسکوپ یا ماهواره همیشه زاویه و فاصله خود را نسبت به زمین و نسبت به خورشید حفظ می‌کند؛ یعنی آنتن ماهواره همیشه به سمت زمین و صفحات خورشیدی ماهواره همیشه به سمت خورشید خواهد بود. گاهی اوقات اجسام فضایی طبیعی به طور تصادفی به نقاط لاگرانژی زمین-خورشید وارد می‌شوند و تحت نیروی گرانشی زمین و خورشید در همان نقطه لاگرانژی باقی می‌مانند و با زمین و خورشید حرکت می‌کنند. اخترشناسان به دنبال این اجسام هستند اما پیدا کردنشان کار بسیار دشواری است. زیرا نقاط لاگرانژی زمین، رو به خورشید قرار دارند و نور شدید خورشید باعث می‌شود نوری که از سطح اجسام موجود در آن نقاط لاگرانژی بازتاب شده، به چشم نیاید. به همین دلیل دانشمندان تنها چند دقیقه قبل از طلوع و چند دقیقه بعد از غروب خورشید برای این کار فرصت دارند. مارتین کانرز و همکارانش از دانشگاه آتاباسکا از یک حسگر حرارتی استفاده کردند تا غروب خورشید را برسی کنند و با استفاده از دیتاهای کاوشگر فروسرخ (WISE) توانستند یک سیارک به قطر 300 متر که TK7-2010 نام گذاری شد را پیدا کنند. از آنجا که این سیارک در نقطه لاگرانژی مستقر شده است، سایه به سایه زمین حرکت کرده و همواره موقعیتش نسبت به زمین و خورشید ثابت است.
می‌توانیم اجسامی مانند ماهواره‌ها و تلسکوپ‌های فضایی را نیز در نقاط لاگرانژی قرار دهیم و بدین ترتیب از «خواص طبیعت» برای جمع آوری اطلاعات استفاده کنیم. به عنوان مثال ماهواره‌های "سوهو" و "جنسیس" و "دیسکاور" در نقطه لاگرانژی L1 هستند (ماهواره جنسیس بعد از اتمام مأموریت روی زمین سقوط کرد). تلسکوپ فضایی "#جیمز_وب" که قرار است در اکتبر 2018 پرتاب شود، در نقطه L2 قرار خواهد گرفت و مجموعه تلسکوپ‌های "#لیزا" نیز قرار است در نقطه L1 مستقر شوند و دو ایستگاه فضایی بین المللی هم در آینده در نقاط L4 و L5 قرار خواهند گرفت.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

ﻣﻦ ﻭ ﻣﺪﺭﺳﻪ ﺍﺯ ﻫﻢ ﻧﻮﻣﯿﺪ ﺷﺪﯾﻢ؛ ﺧﺴﺘﻪﺍﻡ ﻣﯽﮐﺮﺩ. ﺁﻣﻮﺯﮔﺎﺭﺍﻥ ﻫﻤﭽﻮﻥ ﮔﺮﻭﻫﺒﺎﻥﻫﺎ ﺭﻓﺘﺎﺭ ﻣﯽﮐﺮﺩﻧﺪ. ﻣﻦ ﻣﯽﺧﻮﺍﺳﺘﻢ ﺁﻧﭽﻪ ﺭﺍ ﺩﻭﺳﺖ ﺩﺍﺷﺘﻢ ﺑﺪﺍﻧﻢ ﯾﺎﺩ ﺑﮕﯿﺮﻡ، ﺍﻣﺎ ﺁﻥﻫﺎ ﺍﺯ ﻣﻦ ﻣﯽﺧﻮﺍﺳﺘﻨﺪ ﺑﺮﺍﯼ ﺍﻣﺘﺤﺎﻥ ﯾﺎﺩ ﺑﮕﯿﺮﻡ. ﭼﯿﺰﯼ ﮐﻪ ﺑﯿﺸﺘﺮ ﺍﺯ ﻫﻤﻪ ﺑﯿﺰﺍﺭﻡ ﻣﯽﮐﺮﺩ ﻧﻈﺎﻡ ﺭﻗﺎﺑﺘﯽ ﻣﺪﺭﺳﻪ، ﺑﻪ ﻭﯾﮋﻩ ﻭﺭﺯﺵﻫﺎ ﺑﻮﺩ. ﺑﻪ ﻫﻤﯿﻦ ﺩﻟﯿﻞ، ﺑﯽﮐﻔﺎﯾﺖ ﺑﻮﺩﻡ ﻭ ﭼﻨﺪ ﺑﺎﺭ ﭘﯿﺸﻨﻬﺎﺩ ﮐﺮﺩﻧﺪ ﻣﺪﺭﺳﻪ ﺭﺍ ﺗﺮﮎ ﮐﻨﻢ. ﺍﯾﻦ ﻣﺪﺭﺳﻪﺍﯼ ﮐﺎﺗﻮﻟﯿﮏ ﺩﺭ ﻣﻮﻧﯿﺦ ﺑﻮﺩ. ﺍﺣﺴﺎﺱ ﻣﯽﮐﺮﺩﻡ ﺗﺸﻨﮕﯽﺍﻡ ﺑﺮﺍﯼ ﺩﺍﻧﺶ ﺩﺍﺷﺖ ﺗﻮﺳﻂ ﺁﻣﻮﺯﮔﺎﺭﺍﻥ ﺧﻔﻪ ﻣﯽﺷﺪ؛ ﻧﻤﺮﺍﺕ ﺗﻨﻬﺎ ﺍﺭﺯﯾﺎﺑﯽﺷﺎﻥ ﺑﻮﺩ. ﭼﮕﻮﻧﻪ ﯾﮏ ﺁﻣﻮﺯﮔﺎﺭ ﻣﯽﺗﻮﺍﻧﺪ ﮐﻮﺩﮐﯽ ﺭﺍ ﺑﺎ ﭼﻨﺎﻥ ﻧﻈﺎﻣﯽ ﺑﻔﻬﻤﺪ؟
ﺍﺯ ﺳﻦ ﺩﻭﺍﺯﺩﻩ ﺳﺎﻟﮕﯽ ﺷﺮﻭﻉ ﺑﻪ ﺑﺪﮔﻤﺎﻧﯽ ﺑﻪ ﻗﺪﺭﺕ ﻭ ﺑﯽﺍﻋﺘﻤﺎﺩﯼ ﺑﻪ ﺁﻣﻮﺯﮔﺎﺭﺍﻥ ﮐﺮﺩﻡ. ﺑﯿﺸﺘﺮ ﺩﺭ ﺧﺎﻧﻪ ﯾﺎﺩ ﻣﯽﮔﺮﻓﺘﻢ، ﻧﺨﺴﺖ ﺍﺯ ﻋﻤﻮﯾﻢ ‏ﻭ ﺳﭙﺲ ﺍﺯ ﺩﺍﻧشجویی ﮐﻪ ﻫﻔﺘﻪﺍﯼ ﯾک باﺭ ﻣﯽﺁﻣﺪ ﺑﺎ ﻣﺎ ﻏﺬﺍ ﺑﺨﻮﺭﺩ. ﺍﻭ ﺑﻪ ﻣﻦ ﮐﺘﺎﺏﻫﺎﯾﯽ ﺩﺭ ﺯﻣﯿﻨﻪﯼ ﻓﯿﺰﯾﮏ ﻭ ﻧﺠﻮﻡ ﻣﯽﺩﺍﺩ. ﻫﺮﭼﻪ ﺑﯿﺸﺘﺮ ﻣﯽﺧﻮﺍﻧﺪﻡ، ﺑﯿﺸﺘﺮ ﮔﯿﺞ ﻣﯽﺷﺪﻡ ﺍﺯ ﻧﻈﻢ ﺟﻬﺎﻥ ﻭ ﺑﯽﻧﻈﻤﯽ ﺫﻫﻦ ﺑﺸﺮ، ﺍﺯ ﺩﺍﻧﺸﻤﻨﺪﺍﻧﯽ ﮐﻪ ﺭﻭﯼ ﭼﮕﻮﻧﮕﯽ، ﺯﻣﺎﻥ، ﻭ ﭼﺮﺍﯾﯽِ ﺁﻓﺮﯾﻨﺶ ﺍﺧﺘﻼﻑ ﻧﻈﺮ ﺩﺍﺷﺘﻨﺪ. ﺳﭙﺲ ﺭﻭﺯﯼ ﺍﯾﻦ ﺩﺍﻧشجو ﮐﺘﺎﺏ ﻧﻘﺪ ﺧﺮﺩ ﻣﺤﺾِ ﮐﺎﻧﺖ ﺭﺍ ﺑﺮﺍﯾﻢ ﺁﻭﺭﺩ. ﺑﺎ ﺧﻮﺍﻧﺪﻥ ﮐﺎﻧﺖ، ﺷﺮﻭﻉ ﺑﻪ ﺷﮏ ﺑﻪ ﻫﺮ ﺁﻧﭽﻪ ﺑﻪ ﻣﻦ ﺁﻣﻮﺧﺘﻪ ﺑﻮﺩﻧﺪ ﮐﺮﺩﻡ. ﺩﯾﮕﺮ ﺍﻋﺘﻘﺎﺩﯼ ﺑﻪ ﺧﺪﺍﯼ ﻣﺸﻬﻮﺭ ﮐﺘﺎﺏ ﻣﻘﺪﺱ ﻧﺪﺍﺷﺘﻢ، ﺑﻠﮑﻪ ﺑﻪ ﺧﺪﺍﯼ ﺭﺍﺯﺁﻣﯿﺰﯼ ﮐﻪ ﺩﺭ ﻃﺒﯿﻌﺖ ﺑﯿﺎﻥ ﺷﺪﻩ ﺍﯾﻤﺎﻥ ﺁﻭﺭﺩﻡ.
«آلبرت اینشتین»
(بخش‌هایی از مصاحبه با ویلیام هرمان)

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

نظریه #نسبیت

قسمت اول: #نسبیت_خاص

قبل از پرداختن به مفهوم نسبیت خاص باید دو اصل مهم در فیزیک که کلید این نظریه هستند را بدانیم.

1- قوانین فیزیک در هر "#چارچوب_مرجع_لخت" یکسان هستند. اینجا کلمه «چارچوب» می‌تواند هر چیزی باشد؛ ماشین، هواپیما، فضاپیما، قطار، دوچرخه یا هر چیز دیگری. برای راحتی کار، چارچوب را یک اتاقک فرض می‌کنیم. اکنون عبارت «ثابت بودن قوانین فیزیک در هر چارچوب مرجع لخت» یعنی اگر این اتاقک که به عنوان چارچوب در نظر گرفته شد، در حال حرکت با سرعت ثابت بر روی خط راست باشد، یعنی در حین حرکت، تغییر سرعت و تغییر جهت نداشته باشد، قوانین فیزیک درون این اتاقک دقیقاً مانند وقتی است که اتاقک ساکن و بی‌حرکت بوده. به بیان دیگر اگر درون اتاقکی باشید که امکان خروج از آن و یا دیدن بیرون آن را نداشته باشید، هیچ آزمایشی وجود ندارد که بتوانید با استفاده از آن دریابید که اتاقک در حالت سکون قرار دارد و یا در حال حرکت با سرعت ثابت در خط راست (یعنی با شتاب صفر) است. اشیاء در هنگام حرکت با شتاب صفر، دقیقاً به همان گونه به سمت کف اتاقک سقوط می‌کنند که وقتی اتاقک ساکن بود سقوط می‌کردند.

2- سرعت نور نسبت به تمام ناظرها ثابت است. یعنی سرعت نور تنها سرعتی است که نسبی نیست. فرقی نمی‌کند که کجا هستید یا با چه سرعتی در حال حرکت هستید؛ سرعت نور نسبت به شما همواره ثابت و برابر 299,792,458 متر بر ثانیه خواهد بود که به طور تقریبی، 300,000 کیلومتر بر ثانیه در نظر گرفته می‌شود. به همین دلیل سرعت نور را با "C" که حرف اول کلمه "Constant" به معنی "ثابت" است نشان می‌دهند. به عنوان مثال ناظر A را در فضاپیمایی در نظر بگیرید که با نصف سرعت نور (C/2) به سمت ناظر B که روی زمین در حال سکون است در حرکت است. در همین حال A پرتو لیزری را به سمت B می‌تاباند. B که روی زمین ساکن است، سرعتی پرتویی که به سمتش می‌آید را 300,000 کیلومتر بر ثانیه اندازه گیری می‌کند. A نیز که در حال حرکت با نصف سرعت نور است، سرعت پرتو نوری که از سفینه‌اش دور می‌شود را دقیقاً همان 300,000 کیلومتر بر ثانیه اندازه گیری می‌کند. پس سرعت نور نسبت به تمام ناظرها یکسان است.

نتیجه می‌گیریم سرعت امری نسبی و مقایسه‌ای است و تنها راه سنجش آن، سنجیدنش نسبت به چیزی دیگر است. به عنوان مثال سرعت ماشین در حال حرکت را می‌توان نسبت به نقطه ثابتی بر روی آسفالت جاده سنجید. یا سرعت هواپیما را نسبت به ابرهای بیرون پنجره. در واقع با نگاه کردن به ابرهای بیرون هواپیما متوجه می‌شوید در حال حرکت هستید و سرعت دارید. اگر شما در یک اتاقک در حال حرکت با «سرعت ثابت» مانند کابین هواپیمایی که با سرعت ۸۰۰ کیلومتر بر ساعت در حرکت است نشسته باشید و راهی برای دیدن بیرون هواپیما وجود نداشته باشد، متوجه نمی‌شوید که در حال حرکت هستید و سرعت دارید و هیچ آزمایشی هم وجود ندارد که اثبات کند شما در حال حرکت هستید.
ادامه دارد...

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language