, سفیدچاله چیست, کارل روولی
سفیدچاله چیست؟
می دانیم که سیاهچاله ها هنگامی پدید می آیند که ستارگان با یک ابرنواختر نابود می شوند. اما سوالی که مطرح می شود این است که سفیدچاله چیست؟قبل از شروع پاسخ بهتر است اطلاعاتی در مورد سیاهچاله ها داشته باشیم.
سیاهچاله ها ناحیه ای از کیهان هستند که ماده و انرژی به طرز متراکم و فشرده در آمده و نور نیز قابلیت فرار از آنها را ندارد.
اگر بخواهیم سیاهچاله را به طور کامل توضیح دهیم به روابط فانتزی ریاضی نیاز داریم، اما از نظر فیزیکی میتوان گفت که سیاهچالهها واقعی هستند و توسط نظریه نسبیت اینشتین پیش بینی شده و در طول چند دهه ی گذشته کشف و مشاهده شده اند.
سفیدچاله چیست؟
می دانیم که سیاهچاله ها هنگامی پدید می آیند که ستارگان با یک ابرنواختر نابود می شوند. اما سوالی که مطرح می شود این است که سفیدچاله چیست؟قبل از شروع پاسخ بهتر است اطلاعاتی در مورد سیاهچاله ها داشته باشیم.
سیاهچاله ها ناحیه ای از کیهان هستند که ماده و انرژی به طرز متراکم و فشرده در آمده و نور نیز قابلیت فرار از آنها را ندارد.
اگر بخواهیم سیاهچاله را به طور کامل توضیح دهیم به روابط فانتزی ریاضی نیاز داریم، اما از نظر فیزیکی میتوان گفت که سیاهچالهها واقعی هستند و توسط نظریه نسبیت اینشتین پیش بینی شده و در طول چند دهه ی گذشته کشف و مشاهده شده اند.
وقتی که ستاره های عظیم- بسیار بزرگ تر از خورشید ما-در یک ابرنواختر میمیرند، یک سیاهچاله به وجود میآید. حال ببینیم سفیدچاله چیست و چگونه به وجود می آید؟ زمانی که متخصصان نجوم و فیزیک در حال بررسی فضای اطراف سیاهچاله از نظر ریاضی بودند، سفیدچاله تجسم و ساخته شد. با مطرح کردن سفیدچاله، فرض بر این شد که هیچ جرمی در افق رویداد سیاهچاله وجود ندارد. حالا با وجود این فرض که تکینگی سیاهچاله یا به عبارتی مرکز سیاهچاله هیچ جرمی ندارد، چه اتفاقی خواهد افتاد؟ سفیدچالهها مفاهیم ریاضی و انتزاعی هستند که وجود خارجی ندارند و نظریهای نیست که ستاره شناسان به منظور توجیه یک مشاهده ی غیر معمول مثل ظهور تابش غیر عادی ارائه داده باشند.
حال اگر سفیدچالهها واقعا وجود داشته باشند که بعید به نظر میرسد، رفتاری بر عکس سیاهچالهها خواهند داشت- درست مانند همان چیزی که ریاضیات در این زمینه پیش بینی میکند. یعنی به جای اینکه مانند سیاهچالهها همه چیز را در خود ببلعند، آن را مانند فوارهای از شکلات سفید به بیرون پرتاب میکند. یکی دیگر از مفاهیم ریاضی سفیدچاله این است که سفیدچالهها از نظر تئوری وجود دارند اگر کوچکترین ذرهای از ماده به محدوده ی افق رویداد سیاهچاله وارد نشود. به محض این که حتی یک اتم هیدروژن وارد این محدوده شود، کل سفیدچاله فرو خواهد ریخت. از آنجایی که کیهان در حال حاضر مملو از مادههای سرگردان است، حتی اگر سفیدچالهها از آغاز کیهان و تولد کیهان به وجود آماده باشند، تا به امروز حتما از هم پاشیده اند.
با وجود آنچه گفته شد، هنوز هم تعدادی از فیزیکدانان هستند که سفیدچالهها را فراتر از یک فرضیه میدانند. هال هاگرد و کارلو روولی از دانشگاه اکسی مارسی در فرانسه در حال مطالعه بر روی عملکرد سیاهچالهها با استفاده از شاخهای از فیزیک نظری به نام گرانش کوانتومی حلقوی هستند. از نظر تئوری، تکینگی یک سیاهچاله تا کمترین حد پیش بینی شده در فیزیک به سمت پایین فشرده خواهد شد. و سپس به صورت یک سفیدچاله به مکان اولیه باز خواهد گشت( جهشی به حالت اولیه اما این دفعه به صورت یک سفیدچاله خواهد داشت). اما به دلیل اتساع زمانی شدیدی که در اطراف سیاهچاله وجود دارد، میلیاردها سال طول خواهد کشید که حتی کمترین جرمها ظاهر شوند.
اگر پس از بیگ بنگ، سیاهچالههایی در مقیاس بسیار کوچک به وجود آمده بود، امروزهو احتمالاً ما باید منتظر پدیدار شدن آنها به صورت سفیدچاله میبودیم. مگر اینکه طبق گفته ی استیون هاوکینگ، این سفیدچاله ها محو شده باشند. در نظریه ی جالب دیگری که توسط فیزیکدانان ارائه شده است بنابر تعریف سفیدچالهها- محلهایی که مقدار عظیمی از ماده و انرژی خود به خود در کنار هم قرار گرفته اند- سفیدچالهها ممکن است توضیحی راجع به بیگ بنگ ارائه دهند. در همه ی این نظریه ها، سفیدچالهها در حد روابط انتزاعی ریاضی هستند و چون روابط ریاضی به ندرت با واقعیت همخوانی دارد، سفیدچالهها احتمالا تخیلی هستند.
منبع
http://www.universetoday.com/122715/what-are-white-holes/
@Cosmos_language
حال اگر سفیدچالهها واقعا وجود داشته باشند که بعید به نظر میرسد، رفتاری بر عکس سیاهچالهها خواهند داشت- درست مانند همان چیزی که ریاضیات در این زمینه پیش بینی میکند. یعنی به جای اینکه مانند سیاهچالهها همه چیز را در خود ببلعند، آن را مانند فوارهای از شکلات سفید به بیرون پرتاب میکند. یکی دیگر از مفاهیم ریاضی سفیدچاله این است که سفیدچالهها از نظر تئوری وجود دارند اگر کوچکترین ذرهای از ماده به محدوده ی افق رویداد سیاهچاله وارد نشود. به محض این که حتی یک اتم هیدروژن وارد این محدوده شود، کل سفیدچاله فرو خواهد ریخت. از آنجایی که کیهان در حال حاضر مملو از مادههای سرگردان است، حتی اگر سفیدچالهها از آغاز کیهان و تولد کیهان به وجود آماده باشند، تا به امروز حتما از هم پاشیده اند.
با وجود آنچه گفته شد، هنوز هم تعدادی از فیزیکدانان هستند که سفیدچالهها را فراتر از یک فرضیه میدانند. هال هاگرد و کارلو روولی از دانشگاه اکسی مارسی در فرانسه در حال مطالعه بر روی عملکرد سیاهچالهها با استفاده از شاخهای از فیزیک نظری به نام گرانش کوانتومی حلقوی هستند. از نظر تئوری، تکینگی یک سیاهچاله تا کمترین حد پیش بینی شده در فیزیک به سمت پایین فشرده خواهد شد. و سپس به صورت یک سفیدچاله به مکان اولیه باز خواهد گشت( جهشی به حالت اولیه اما این دفعه به صورت یک سفیدچاله خواهد داشت). اما به دلیل اتساع زمانی شدیدی که در اطراف سیاهچاله وجود دارد، میلیاردها سال طول خواهد کشید که حتی کمترین جرمها ظاهر شوند.
اگر پس از بیگ بنگ، سیاهچالههایی در مقیاس بسیار کوچک به وجود آمده بود، امروزهو احتمالاً ما باید منتظر پدیدار شدن آنها به صورت سفیدچاله میبودیم. مگر اینکه طبق گفته ی استیون هاوکینگ، این سفیدچاله ها محو شده باشند. در نظریه ی جالب دیگری که توسط فیزیکدانان ارائه شده است بنابر تعریف سفیدچالهها- محلهایی که مقدار عظیمی از ماده و انرژی خود به خود در کنار هم قرار گرفته اند- سفیدچالهها ممکن است توضیحی راجع به بیگ بنگ ارائه دهند. در همه ی این نظریه ها، سفیدچالهها در حد روابط انتزاعی ریاضی هستند و چون روابط ریاضی به ندرت با واقعیت همخوانی دارد، سفیدچالهها احتمالا تخیلی هستند.
منبع
http://www.universetoday.com/122715/what-are-white-holes/
@Cosmos_language
Universe Today
What are White Holes?
Black holes are created when stars die catastrophically in a supernova. So what in the universe is a white hole? It’s imagination day, and we’re going to talk about fantasy creatures. Like unicorns, but even rarer. Like leprechauns, but even more fantastical!…
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
انتهای فضا کجاست؟؟؟
@Cosmos_language
@Cosmos_language
برای اولین بار فیزیکدانان از پادماده در یکی از معروفترین آزمایشات استفاده کردند!
برای اولین بار دانشمندان از ذره بنیادی پوزیترون (پاد ذره الکترون) برای انجام یک آزمایش استفاده کردهاند. نه تنها نتایج چشمگیری در این آزمایش به دست آمد، بلکه این میتواند منجر به کشفیات انقلابی دیگری نیز بشود.
این آزمایش که در واقع همان آزمایش معروف “دو شکاف” اما با استفاده از پادماده به جای ماده بود که توسط پژوهشگران ایتالیایی و سوئیسی انجام شد تا شاید با شروع فصل جدیدی در آزمایشات فوق حساس، بتواند به معمای ماده و پادماده جواب دهد.
زندگی روزمره ما با گروهی از ذرات میگذرد که ما به سادگی آن را “ماده” مینامیم. اما هر یک از اعضای این گروه، یک همتای پادماده دارد که تقریباً تمام ویژگیها به جز بار الکتریکی و معدودی از دیگر خواص کوانتومیشان با هم مشترک است.
هر گاه ذرهای از ماده با پادذرهاش برهمکنش کند، یکدیگر را از بین برده و به انرژی تبدیل میشوند که این سؤال مهمی را ایجاد میکند: اینکه ما با ماده احاطه شدیم بدان معناست که مقدار بیشتری از ماده در مقایسه با پادماده وجود داشته است؟ اگر بله، چه چیزی باعث خاص شدن آن شده است؟
طبق مدل استاندارد فیزیک ذرات، پاد ماده باید از قوانین گرانش دقیقاً مانند ماده پیروی کند و کارهای تجربی اندکی هم در این زمینه انجام شده است.
اما این فیزیکدانان را از گشتن به دنبال انحرافها و تفاوتها باز نمیدارد؛ مخصوصاً وقتی که به نظر میرسد جهان نباید وجود داشته باشد! حتی یک تفاوت جزئی در تأثیر گرانش بر پادماده، میتواند قطعه بزرگی از پازلی که مشغول حل آن هستیم باشد. اما گرانش به شدت ضعیف است.
در مورد آزمایش دو شکاف میتوانید در پستهای قبلی کانال بخوانید. اما پادماده داستان دیگری است. دسترسی به آن به این سادگی نیست و پادذراتی که به طور نظری باید مثل ذرات به صورت موجی رفتار کنند، تاکنون رفتار موجیشان مشاهده نشده است.
برای اجرای آزمایش، دانشمندان از تأسیساتی در ایتالیا به نام Laboratory for Nanostructure Epitaxy and Spintronics on Silicon یا به اختصار L-NESS استفاده کردند.
در این آزمایش پوزیترونها از واپاشی مواد رادیواکتیو به دست میآیند و وارد تداخل سنج خاصی به نام تداخل سنج تالبوت-لاو میشوند.
این کمی پیچیدهتر از آزمایش دو شکاف معمولی است اما در نهایت ما را به نتیجه مشابهی میرساند.
پس از 200 ساعت تابش پوزیترون، فیزیکدانان الگوی موجی را تحلیل کردند تا نشان دهند یک پوزیترون منفرد نیز دقیقاً مانند همتای مادهی خود، رفتار موجی دارد.
حتی اگر کوچکترین تفاوتی بین ماده و پادماده کشف شود، میتواند آغاز فصل جدیدی در کیهانشناسی و فیزیک ذرات باشد.
گام بعدی در این راه، جمع آوری دادههای بیشتر و ساخت دستگاههای اندازهگیری فوقالعاده دقیقتر برای انجام آزمایشات بیشتر است. این آزمایش شروعی برای طراحی آزمایشات دقیقتر و بیشتری بر روی پادماده بود تا در نهایت بفهمیم چرا به جای هیچ، چیزی وجود دارد.
منبع:
arXiv.org
پستهای مرتبط:
مدل استاندارد
آزمایش دو شکاف 1
آزمایش دو شکاف 2
آزمایش دو شکاف 3
آزمایش دو شکاف 4
آزمایش دو شکاف 5
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
برای اولین بار دانشمندان از ذره بنیادی پوزیترون (پاد ذره الکترون) برای انجام یک آزمایش استفاده کردهاند. نه تنها نتایج چشمگیری در این آزمایش به دست آمد، بلکه این میتواند منجر به کشفیات انقلابی دیگری نیز بشود.
این آزمایش که در واقع همان آزمایش معروف “دو شکاف” اما با استفاده از پادماده به جای ماده بود که توسط پژوهشگران ایتالیایی و سوئیسی انجام شد تا شاید با شروع فصل جدیدی در آزمایشات فوق حساس، بتواند به معمای ماده و پادماده جواب دهد.
زندگی روزمره ما با گروهی از ذرات میگذرد که ما به سادگی آن را “ماده” مینامیم. اما هر یک از اعضای این گروه، یک همتای پادماده دارد که تقریباً تمام ویژگیها به جز بار الکتریکی و معدودی از دیگر خواص کوانتومیشان با هم مشترک است.
هر گاه ذرهای از ماده با پادذرهاش برهمکنش کند، یکدیگر را از بین برده و به انرژی تبدیل میشوند که این سؤال مهمی را ایجاد میکند: اینکه ما با ماده احاطه شدیم بدان معناست که مقدار بیشتری از ماده در مقایسه با پادماده وجود داشته است؟ اگر بله، چه چیزی باعث خاص شدن آن شده است؟
طبق مدل استاندارد فیزیک ذرات، پاد ماده باید از قوانین گرانش دقیقاً مانند ماده پیروی کند و کارهای تجربی اندکی هم در این زمینه انجام شده است.
اما این فیزیکدانان را از گشتن به دنبال انحرافها و تفاوتها باز نمیدارد؛ مخصوصاً وقتی که به نظر میرسد جهان نباید وجود داشته باشد! حتی یک تفاوت جزئی در تأثیر گرانش بر پادماده، میتواند قطعه بزرگی از پازلی که مشغول حل آن هستیم باشد. اما گرانش به شدت ضعیف است.
در مورد آزمایش دو شکاف میتوانید در پستهای قبلی کانال بخوانید. اما پادماده داستان دیگری است. دسترسی به آن به این سادگی نیست و پادذراتی که به طور نظری باید مثل ذرات به صورت موجی رفتار کنند، تاکنون رفتار موجیشان مشاهده نشده است.
برای اجرای آزمایش، دانشمندان از تأسیساتی در ایتالیا به نام Laboratory for Nanostructure Epitaxy and Spintronics on Silicon یا به اختصار L-NESS استفاده کردند.
در این آزمایش پوزیترونها از واپاشی مواد رادیواکتیو به دست میآیند و وارد تداخل سنج خاصی به نام تداخل سنج تالبوت-لاو میشوند.
این کمی پیچیدهتر از آزمایش دو شکاف معمولی است اما در نهایت ما را به نتیجه مشابهی میرساند.
پس از 200 ساعت تابش پوزیترون، فیزیکدانان الگوی موجی را تحلیل کردند تا نشان دهند یک پوزیترون منفرد نیز دقیقاً مانند همتای مادهی خود، رفتار موجی دارد.
حتی اگر کوچکترین تفاوتی بین ماده و پادماده کشف شود، میتواند آغاز فصل جدیدی در کیهانشناسی و فیزیک ذرات باشد.
گام بعدی در این راه، جمع آوری دادههای بیشتر و ساخت دستگاههای اندازهگیری فوقالعاده دقیقتر برای انجام آزمایشات بیشتر است. این آزمایش شروعی برای طراحی آزمایشات دقیقتر و بیشتری بر روی پادماده بود تا در نهایت بفهمیم چرا به جای هیچ، چیزی وجود دارد.
منبع:
arXiv.org
پستهای مرتبط:
مدل استاندارد
آزمایش دو شکاف 1
آزمایش دو شکاف 2
آزمایش دو شکاف 3
آزمایش دو شکاف 4
آزمایش دو شکاف 5
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
در یک جمله، سیاهچالهای ساخته شده از نور است!
برای دقیقتر روشن شدن موضوع باید درباره دما و چیزهای داغ صحبت کرد. میدانیم که برای دما یک نقطه صفر مطلق وجود دارد یک سیستم ترمودینامیکی در صفر مطلق به اندازهای سرد است که سردتر از آن امکان ندارد. اما آیا یک داغ مطلق هم وجود دارد؟ دمایی که اگر یک سیستم ترمودینامیکی در آن باشد، دیگر داغتر نتواند بشود؟
بیایید با بدن انسان شروع کنیم. دمای بدن انسان 310 درجه کلوین است که البته این عدد میانگین دمای بدن شماست. دمای بدن انسان به اندازه حدوداً 0.5 کلوین در یک چرخه نسبتاً منظم نوسان میکند؛ ساعت 4:30 صبح به پایینترین مقدار و ساعت 7 شب به بالاترین مقدار خود میرسد که در مواقعی که تب دارید چیز خوبی نیست. تب بالای 315 درجه کلوین میتواند خطرناک باشد.
بالاترین دمای هوای ثبت شده کره زمین 327 درجه کلوین بود که چهار بار در دره مرگ واقع در ایالات متحده به این میزان رسید. در حالی که دمای مناسب آب برای درست کردن یک فنجان قهوه، 355 کلوین است و در دمای 372 کلوین یک کیک پخته میشود که قابل مقایسه با دمای لاوا (مواد مذاب آتشفشانی) نیست؛ دمای لاوا 1363 کلوین است!
اما بیایید از زمین خارج شویم و به سراغ چیزهای باز هم داغتر برویم. دمای سطح خورشید 5773 کلوین است که در مقایسه با دمای مرکز خورشید، جایی که بیشترین همجوشی هستهای رخ میدهد، خندهدار به نظر میرسد!
15700000 کلوین (پانزده میلیون و هفتصد هزار کلوین!) دمای هسته خورشید است.
ماده در دماهایی مانند آنچه در مرکز خورشید یافت میشود، مقادیر عظیمی انرژی از خود به صورت پرتو گسیل میکند. برای آنکه بهتر درک کنیم این دما تا چه اندازه وحشتناک است، تصور کنید فقط “نوک” آنتن فلزی یک رادیو دستی قدیمی را به دمای هسته خورشید رساندیم. نوک این آنتن که کوچکتر از یک بند انگشت است، در این دما میتواند هر انسانی تا شعاع 1600 کیلومتری را بکشد!
هر مادهای بالای صفر مطلق از خود پرتو تابش میکند. هر چه دمای ماده بالاتر باشد، فرکانس این پرتو بیشتر و طول موج آن کمتر میشود. پرتوهای تابش شده از یک ماده، اطلاعات خوبی در مورد دمای آن ماده به دست میدهند.
ماده در دمای خورشید به اندازهای داغ است که یک حالت جدید به خود میگیرد. نه جامد نه مایع و نه گاز، بلکه پلاسما حالت ماده در آن دماست. حالتی که در آن الکترونها دیگر به هسته مقید نیستند و آزادانه در بین هستهها حرکت میکنند.
اما دمای خورشید به بالاترین دمای جهان حتی نزدیک هم نیست؛ در یک انفجار هستهای دما میتواند به 350 میلیون کلوین برسد!
اگر فکر میکنید این دمای خیلی زیادی هست، هنوز به ستارههای بزرگتر از خورشید فکر نکردید! دمای هستهی ستارهای 8 برابر خورشید، در آخرین لحظات زندگیاش که دچار رُمبش میشود، به 3 میلیارد کلوین یا 3 گیگا کلوین میرسد!
اما بیایید به داغتر از اینها فکر کنیم. در دمای 1 ترا کلوین (10¹² کلوین) اوضاع عجیب میشود. در پلاسمایی که در موردش صحبت کردیم، الکترونها تنها چیزهایی بودند که آزادانه حرکت میکردند، اما در دمای یک ترا کلوین نه تنها الکترونها آزاد هستند، بلکه خود نوکلئونها نیز به ذرات تشکیل دهندهشان شکسته میشوند و سوپی از کوارک و گلئون به وجود میآورند.
اما یک ترا کلوین چقدر داغ است؟
به طرز وحشتناکی داغ!
ستارهای به نام WR104 در فاصله 8000 سال نوری از زمین وجود دارد که جرمش به اندازه 25 خورشید است. زمانی که مرگ این ستاره فرا برسد و برُمبد، دمای آن حدود یک ترا کلوین خواهد شد و انرژیای که به صورت پرتو گاما تابش میکند، بیشتر از تمام انرژیای خواهد بود که خورشید در تمام طول عمر 10 میلیارد سالهاش منتشر خواهد کرد که چنین پرتوهایی حتی از فاصله 8000 سال نوری هم میتوانند خبر بدی برای ما به حساب بیایند.
اما اینجا روی زمین دانشمندان موفق به دستیابی به دماهای حتی بالاتر در سوئیس شدهاند. در LHC هنگامی که ذرات به یکدیگر برخورد میکنند به دمای 13 اگزا کلوین (10¹⁸×13 کلوین) میرسند. اما خطری ندارد زیرا فقط تعداد خیلی کمی از ذرات دارای این دما میشوند و این دما فقط برای مدت زمان بسیار کوتاهی پایدار خواهد بود.
این دمای بسیار بالایی است ولی ما به دنبال دمایی هستیم که بالاتر از آن امکان پذیر نباشد.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
برای دقیقتر روشن شدن موضوع باید درباره دما و چیزهای داغ صحبت کرد. میدانیم که برای دما یک نقطه صفر مطلق وجود دارد یک سیستم ترمودینامیکی در صفر مطلق به اندازهای سرد است که سردتر از آن امکان ندارد. اما آیا یک داغ مطلق هم وجود دارد؟ دمایی که اگر یک سیستم ترمودینامیکی در آن باشد، دیگر داغتر نتواند بشود؟
بیایید با بدن انسان شروع کنیم. دمای بدن انسان 310 درجه کلوین است که البته این عدد میانگین دمای بدن شماست. دمای بدن انسان به اندازه حدوداً 0.5 کلوین در یک چرخه نسبتاً منظم نوسان میکند؛ ساعت 4:30 صبح به پایینترین مقدار و ساعت 7 شب به بالاترین مقدار خود میرسد که در مواقعی که تب دارید چیز خوبی نیست. تب بالای 315 درجه کلوین میتواند خطرناک باشد.
بالاترین دمای هوای ثبت شده کره زمین 327 درجه کلوین بود که چهار بار در دره مرگ واقع در ایالات متحده به این میزان رسید. در حالی که دمای مناسب آب برای درست کردن یک فنجان قهوه، 355 کلوین است و در دمای 372 کلوین یک کیک پخته میشود که قابل مقایسه با دمای لاوا (مواد مذاب آتشفشانی) نیست؛ دمای لاوا 1363 کلوین است!
اما بیایید از زمین خارج شویم و به سراغ چیزهای باز هم داغتر برویم. دمای سطح خورشید 5773 کلوین است که در مقایسه با دمای مرکز خورشید، جایی که بیشترین همجوشی هستهای رخ میدهد، خندهدار به نظر میرسد!
15700000 کلوین (پانزده میلیون و هفتصد هزار کلوین!) دمای هسته خورشید است.
ماده در دماهایی مانند آنچه در مرکز خورشید یافت میشود، مقادیر عظیمی انرژی از خود به صورت پرتو گسیل میکند. برای آنکه بهتر درک کنیم این دما تا چه اندازه وحشتناک است، تصور کنید فقط “نوک” آنتن فلزی یک رادیو دستی قدیمی را به دمای هسته خورشید رساندیم. نوک این آنتن که کوچکتر از یک بند انگشت است، در این دما میتواند هر انسانی تا شعاع 1600 کیلومتری را بکشد!
هر مادهای بالای صفر مطلق از خود پرتو تابش میکند. هر چه دمای ماده بالاتر باشد، فرکانس این پرتو بیشتر و طول موج آن کمتر میشود. پرتوهای تابش شده از یک ماده، اطلاعات خوبی در مورد دمای آن ماده به دست میدهند.
ماده در دمای خورشید به اندازهای داغ است که یک حالت جدید به خود میگیرد. نه جامد نه مایع و نه گاز، بلکه پلاسما حالت ماده در آن دماست. حالتی که در آن الکترونها دیگر به هسته مقید نیستند و آزادانه در بین هستهها حرکت میکنند.
اما دمای خورشید به بالاترین دمای جهان حتی نزدیک هم نیست؛ در یک انفجار هستهای دما میتواند به 350 میلیون کلوین برسد!
اگر فکر میکنید این دمای خیلی زیادی هست، هنوز به ستارههای بزرگتر از خورشید فکر نکردید! دمای هستهی ستارهای 8 برابر خورشید، در آخرین لحظات زندگیاش که دچار رُمبش میشود، به 3 میلیارد کلوین یا 3 گیگا کلوین میرسد!
اما بیایید به داغتر از اینها فکر کنیم. در دمای 1 ترا کلوین (10¹² کلوین) اوضاع عجیب میشود. در پلاسمایی که در موردش صحبت کردیم، الکترونها تنها چیزهایی بودند که آزادانه حرکت میکردند، اما در دمای یک ترا کلوین نه تنها الکترونها آزاد هستند، بلکه خود نوکلئونها نیز به ذرات تشکیل دهندهشان شکسته میشوند و سوپی از کوارک و گلئون به وجود میآورند.
اما یک ترا کلوین چقدر داغ است؟
به طرز وحشتناکی داغ!
ستارهای به نام WR104 در فاصله 8000 سال نوری از زمین وجود دارد که جرمش به اندازه 25 خورشید است. زمانی که مرگ این ستاره فرا برسد و برُمبد، دمای آن حدود یک ترا کلوین خواهد شد و انرژیای که به صورت پرتو گاما تابش میکند، بیشتر از تمام انرژیای خواهد بود که خورشید در تمام طول عمر 10 میلیارد سالهاش منتشر خواهد کرد که چنین پرتوهایی حتی از فاصله 8000 سال نوری هم میتوانند خبر بدی برای ما به حساب بیایند.
اما اینجا روی زمین دانشمندان موفق به دستیابی به دماهای حتی بالاتر در سوئیس شدهاند. در LHC هنگامی که ذرات به یکدیگر برخورد میکنند به دمای 13 اگزا کلوین (10¹⁸×13 کلوین) میرسند. اما خطری ندارد زیرا فقط تعداد خیلی کمی از ذرات دارای این دما میشوند و این دما فقط برای مدت زمان بسیار کوتاهی پایدار خواهد بود.
این دمای بسیار بالایی است ولی ما به دنبال دمایی هستیم که بالاتر از آن امکان پذیر نباشد.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
بالاتر گفتیم که بر اساس دمای ماده میتوانیم طول موج پرتوی آن را حساب کنیم. وقتی ماده به دمای 10³²×1.41 کلوین (دمای پلانک) برسد، پرتویی که از خود تابش میکند، طول موجی به اندازه ³⁵⁻10×1.616 متر خواهد داشت که بسیار کوتاه است. در واقع آنقدر کوتاه است که یک نام منحصر به فرد دارد: طول پلانک؛ که بر اساس مکانیک کوانتوم، کوتاهترین طول ممکن در جهان ماست.
اما اگر انرژی بیشتری به سیستم بدهیم چه میشود؟ آیا طول موج پرتو کوتاهتر میشود؟ از طرفی باید کوتاهتر بشود و از طرفی نمیتواند کوتاهتر از این باشد!
اینجا جاییست که به مشکل برمیخوریم. بالاتر از دمای پلانک، نظریههای ما کار نمیکنند. ماده “داغتر از دما” خواهد بود؛ به قدری داغ خواهد بود که دیگر نمیتوان برای آن دما تعریف کرد.
از نظر تئوری هیچ حدی برای مقدار انرژیای که میتوانیم مدام به سیستم وارد کنیم وجود ندارد، ما فقط نمیدانیم که چه اتفاقی میافتد اگر ماده از این دما عبور کند.
میتوان استدلال کرد اگر چیزی دمایی بالاتر از دمای پلانک داشته باشد، مقدار انرژی در آنجا به اندازهای میشود که بلافاصله افق رویداد تشکیل میگردد و یک سیاهچاله تولید میشود. به سیاهچالهای که از پرتو و انرژی تشکیل شود کوگل بلیتس میگویند.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
اما اگر انرژی بیشتری به سیستم بدهیم چه میشود؟ آیا طول موج پرتو کوتاهتر میشود؟ از طرفی باید کوتاهتر بشود و از طرفی نمیتواند کوتاهتر از این باشد!
اینجا جاییست که به مشکل برمیخوریم. بالاتر از دمای پلانک، نظریههای ما کار نمیکنند. ماده “داغتر از دما” خواهد بود؛ به قدری داغ خواهد بود که دیگر نمیتوان برای آن دما تعریف کرد.
از نظر تئوری هیچ حدی برای مقدار انرژیای که میتوانیم مدام به سیستم وارد کنیم وجود ندارد، ما فقط نمیدانیم که چه اتفاقی میافتد اگر ماده از این دما عبور کند.
میتوان استدلال کرد اگر چیزی دمایی بالاتر از دمای پلانک داشته باشد، مقدار انرژی در آنجا به اندازهای میشود که بلافاصله افق رویداد تشکیل میگردد و یک سیاهچاله تولید میشود. به سیاهچالهای که از پرتو و انرژی تشکیل شود کوگل بلیتس میگویند.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
این سؤال بسیار خوبیست و پاسخ آن هم اصلاً ساده نیست.
به طور کلی، این نیروی قوی هستهای است که باعث میشود پروتونها و نوترونها به یکدیگر جوش خورده و هستهها را تشکیل دهند.
نیروی قوی هستهای دو کار انجام میدهد:
1- کنار هم نگه داشتن کوارکها برای تشکیل نوکلئون (پروتون و نوترون).
2- کنار هم نگه داشتن پروتونها و نوترونها (نوکلئونها) برای تشکیل هسته اتم.
نیروی قوی هستهای بین کوارکها به وسیله ذراتی به نام گلئون که یک ذره بنیادی است منتقل میشود و بین نوکلئونها به وسیله مزون π (به آن “پیون” هم گفته میشود) که از یک کوارک و یک پاد کوارک تشکیل شده است. نوکلئونها بین هم پیون رد و بدل کرده و اینگونه کنار یکدیگر نگه داشته میشوند.
مشکل اینجاست که پیونها ناپایدار هستند و به سرعت واپاشی میکنند. نیمه عمر پیونها (بسته به ترکیبشان) بین ¹⁷⁻10×8.4 ثانیه تا ⁸⁻10×2.6 ثانیه است و این یعنی اگر نوکلئونها از هم فاصله زیادی داشته باشند، پیونی بین آنها مبادله نخواهد شد زیرا پیون قبل از کامل طی کردن فاصله بین آن دو، واپاشی میکند. در فاصلههای نزدیک، امکان تبادل پیون وجود دارد اما اگر دو نوکلئون هر دو پروتون باشند، بین آن دو دافعه الکترومغناطیسی خواهد بود. نیروی قوی هستهای سعی در نزدیک کردن دو پروتون به یکدیگر میکند و نیروی الکترومغناطیس سعی در دور کردن آنها از هم. نیروی قوی هستهای، قویتر از الکترومغناطیس است اما در فواصل بسیار کوتاه. برای آنکه نیروی قوی هستهای بتواند به دافعه الکترومغناطیسی بین دو پروتون غلبه کند، باید فاصله دو پروتون از یکدیگر کمتر از ¹⁵⁻10 متر باشد. اما نزدیک کردن دو پروتون به هم تا این اندازه، کار سادهای نیست؛ باید دما را آنقدر بالا برد تا سرعت حرکت ذرات به اندازهای شود که در هنگام برخورد، فاصله آنها کمتر از این مقدار شود و نیروی دافعه الکترومغناطیسی به دلیل انرژی جنبشی زیاد، نتواند جلوی نزدیک شدن آنها به یکدیگر را بگیرد. در ستارهها این بالا بردن دما و فشار، توسط گرانش انجام میشود. جرم بسیار زیاد ستارهها گرانش آنچنان قویای ایجاد میکند که میتواند فشار و دمای ماده را بسیار بالا ببرد.
«گرانش ستاره باید فشار و دما را بالا ببرد تا سرعت ذرات به حدی برسد که بتوانند در مقابل دافعه الکترومغناطیس مقاومت کنند و در هنگام برخورد فاصله خود از هم را به کمتر از ¹⁵⁻10 متر برسانند تا نیروی قوی هستهای بینشان بر دافعه الکترومغناطیسی غلبه کند و آنها را به هم جوش دهد.»
وقتی دمای خورشید با استفاده از طیف آن تعیین شد، به نظر میرسیدکه همجوشی در خورشید دست نیافتنی باشد زیرا دمای آن به هیچ عنوان برای نزدیک کردن پروتونها به اندازه لازم به یکدیگر، کافی نبود. اما درخششی که روزانه از خورشید میبینیم، با پدیده تونل زنی قابل توجیه است.
فرایند تبدیل 4 هسته هیدروژن به 1 هسته هلیم به صورت زیر است (تصویر شماره 1). در ابتدا که دو پروتون به هم میپیوندند، بر اثر برهمکنش ضعیف یکی از پروتونها تبدیل به نوترون میشود. فرایند تبدیل پروتون به نوترون را میتوانید به شکل نمودار فاینمن ببینید (تصویر شماره 2).
به همین خاطر در ابتدا اشاره کردیم که پاسخ اصلاً ساده نیست. زیرا هر چهار نیروی طبیعت در همجوشی هستهای درون ستارگان نقش دارند. گرانش فشار را زیاد میکند، الکترومغناطیس با ایجاد دافعه از رمبش ستاره و متراکم شدن زیر وزن خودش جلوگیری میکند، ضعف فشار و دما برای نزدیک شدن پروتونها به یکدیگر را پدیده تونل زنی کوانتومی جبران میکند و اینگونه نیروی قوی هستهای میتواند نوکلئونها را به یکدیگر جوش داده و نیروی ضعیف هستهای در هنگام این همجوشیها با تغییر مزه کوارکها باعث تغییر ماهیت نوکلئونها میشود.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
به طور کلی، این نیروی قوی هستهای است که باعث میشود پروتونها و نوترونها به یکدیگر جوش خورده و هستهها را تشکیل دهند.
نیروی قوی هستهای دو کار انجام میدهد:
1- کنار هم نگه داشتن کوارکها برای تشکیل نوکلئون (پروتون و نوترون).
2- کنار هم نگه داشتن پروتونها و نوترونها (نوکلئونها) برای تشکیل هسته اتم.
نیروی قوی هستهای بین کوارکها به وسیله ذراتی به نام گلئون که یک ذره بنیادی است منتقل میشود و بین نوکلئونها به وسیله مزون π (به آن “پیون” هم گفته میشود) که از یک کوارک و یک پاد کوارک تشکیل شده است. نوکلئونها بین هم پیون رد و بدل کرده و اینگونه کنار یکدیگر نگه داشته میشوند.
مشکل اینجاست که پیونها ناپایدار هستند و به سرعت واپاشی میکنند. نیمه عمر پیونها (بسته به ترکیبشان) بین ¹⁷⁻10×8.4 ثانیه تا ⁸⁻10×2.6 ثانیه است و این یعنی اگر نوکلئونها از هم فاصله زیادی داشته باشند، پیونی بین آنها مبادله نخواهد شد زیرا پیون قبل از کامل طی کردن فاصله بین آن دو، واپاشی میکند. در فاصلههای نزدیک، امکان تبادل پیون وجود دارد اما اگر دو نوکلئون هر دو پروتون باشند، بین آن دو دافعه الکترومغناطیسی خواهد بود. نیروی قوی هستهای سعی در نزدیک کردن دو پروتون به یکدیگر میکند و نیروی الکترومغناطیس سعی در دور کردن آنها از هم. نیروی قوی هستهای، قویتر از الکترومغناطیس است اما در فواصل بسیار کوتاه. برای آنکه نیروی قوی هستهای بتواند به دافعه الکترومغناطیسی بین دو پروتون غلبه کند، باید فاصله دو پروتون از یکدیگر کمتر از ¹⁵⁻10 متر باشد. اما نزدیک کردن دو پروتون به هم تا این اندازه، کار سادهای نیست؛ باید دما را آنقدر بالا برد تا سرعت حرکت ذرات به اندازهای شود که در هنگام برخورد، فاصله آنها کمتر از این مقدار شود و نیروی دافعه الکترومغناطیسی به دلیل انرژی جنبشی زیاد، نتواند جلوی نزدیک شدن آنها به یکدیگر را بگیرد. در ستارهها این بالا بردن دما و فشار، توسط گرانش انجام میشود. جرم بسیار زیاد ستارهها گرانش آنچنان قویای ایجاد میکند که میتواند فشار و دمای ماده را بسیار بالا ببرد.
«گرانش ستاره باید فشار و دما را بالا ببرد تا سرعت ذرات به حدی برسد که بتوانند در مقابل دافعه الکترومغناطیس مقاومت کنند و در هنگام برخورد فاصله خود از هم را به کمتر از ¹⁵⁻10 متر برسانند تا نیروی قوی هستهای بینشان بر دافعه الکترومغناطیسی غلبه کند و آنها را به هم جوش دهد.»
وقتی دمای خورشید با استفاده از طیف آن تعیین شد، به نظر میرسیدکه همجوشی در خورشید دست نیافتنی باشد زیرا دمای آن به هیچ عنوان برای نزدیک کردن پروتونها به اندازه لازم به یکدیگر، کافی نبود. اما درخششی که روزانه از خورشید میبینیم، با پدیده تونل زنی قابل توجیه است.
فرایند تبدیل 4 هسته هیدروژن به 1 هسته هلیم به صورت زیر است (تصویر شماره 1). در ابتدا که دو پروتون به هم میپیوندند، بر اثر برهمکنش ضعیف یکی از پروتونها تبدیل به نوترون میشود. فرایند تبدیل پروتون به نوترون را میتوانید به شکل نمودار فاینمن ببینید (تصویر شماره 2).
به همین خاطر در ابتدا اشاره کردیم که پاسخ اصلاً ساده نیست. زیرا هر چهار نیروی طبیعت در همجوشی هستهای درون ستارگان نقش دارند. گرانش فشار را زیاد میکند، الکترومغناطیس با ایجاد دافعه از رمبش ستاره و متراکم شدن زیر وزن خودش جلوگیری میکند، ضعف فشار و دما برای نزدیک شدن پروتونها به یکدیگر را پدیده تونل زنی کوانتومی جبران میکند و اینگونه نیروی قوی هستهای میتواند نوکلئونها را به یکدیگر جوش داده و نیروی ضعیف هستهای در هنگام این همجوشیها با تغییر مزه کوارکها باعث تغییر ماهیت نوکلئونها میشود.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
تصویر شماره 1
تبدیل 4 هیدروژن به 1 هلیم
¹H: هیدروژن
P: پوزیترون
νe: الکترون نوترینو
²H: دوتریوم
γ: فوتون
³He: هلیم-3
⁴He: هلیم
@Cosmos_language
تبدیل 4 هیدروژن به 1 هلیم
¹H: هیدروژن
P: پوزیترون
νe: الکترون نوترینو
²H: دوتریوم
γ: فوتون
³He: هلیم-3
⁴He: هلیم
@Cosmos_language
تصویر شماره 2
نمودار فاینمن واپاشی بتا و تبدیل پروتون به نوترون توسط نیروی ضعیف
u: کوارک بالا
d: کوارک پایین
W⁺: بوزون حامل نیروی ضعیف
e⁺: پوزیترون
νe: الکترون نوترینو
Q: بار الکتریکی
B: عدد باریونی
L: عدد لپتونی
@Cosmos_language
نمودار فاینمن واپاشی بتا و تبدیل پروتون به نوترون توسط نیروی ضعیف
u: کوارک بالا
d: کوارک پایین
W⁺: بوزون حامل نیروی ضعیف
e⁺: پوزیترون
νe: الکترون نوترینو
Q: بار الکتریکی
B: عدد باریونی
L: عدد لپتونی
@Cosmos_language