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
دیروز (16.11.2018) در بیست و ششمین کنفرانس CGPM، به تغییر تعریف “کیلوگرم” رأی داده شد.
قسمت اول
پس از خواندن این خبر خواستم پستی در مورد آن بنویسم که متوجه شدم قبلاً هیچ پستی در مورد سیستم SI نگذاشته بودم (در کمال تعجب!). پس تصمیم گرفتم از این فرصت استفاده کنم تا هم در مورد سیستم SI بنویسم و هم تغییرات جدید رو توضیح مختصر بدم.
اول از اینجا شروع میکنیم که یکاها از اهمیت زیادی برخوردار هستند؛ از کوچکترین و سادهترین چیزها در گذشتههای دور، مثل مالیاتی که دولت از مردم در غالب گندم یا برنج میگرفت، تا بزرگترین و پیچیدهترین چیزها در عصر مدرن، مثل سقوط ماهوارهی 200 میلیون دلاری ناسا روی مریخ، به یکاها مربوط میشود.
در ابتدا انسانها از چیزهایی مثل “دست” به عنوان یکای طول یا “سنگ” به عنوان یکای جرم استفاده میکردند که اصلاً روش مناسبی نبود. مشکل این روش همگانی نبودن آن بود؛ از آنجا که اندازه دست همه افراد با هر جنسیت و سن و... یکسان نیست، یکای طول از شخص به شخص فرق میکرد و یکای جرم هم در بهترین حالت شهر به شهر تفاوت داشت. این مشکل بزرگی نبود تا زمانی که شروع به تبادل کالا با شهرها و کشورهای دیگر کردیم. از طرفی نبود یکاهایی استاندارد که مورد قبول همه افراد در هر کجا بوده و مقدارشان غیرقابل تغییر باشد، به شدت احساس میشد و از طرف دیگر بیش از 250000 سیستم یکا فقط در فرانسه وجود داشت که باعث میشد هر عملی در جهت یکسانسازی یکاها، نیازمند تغییرات عمده و اساسی باشد.
با انقلاب فرانسه در سال 1789، این تغییرات اساسی از راه رسید. پس از اینکه دولت جدید قدرت را به دست گرفت، آکادمی علوم تصمیم به اصلاح سیستم اندازهگیری و یکاها گرفت. آنها یکاها را به جای رسوم محلی، بر پایه روابط ریاضی و طبیعی بنا نهادند. به عنوان مثال، یکای “متر” به صورت 1/10000000 (یک ده میلیونیم) فاصله بین خط استوا و قطب شمال در نظر گرفته شد.
یکسانسازی یکاها فواید سیاسی نیز برای انقلابگران به همراه داشت. استانداران و شهرداران دیگر نمیتوانستند یکاهای محلی را دستکاری کنند تا از مردم مالیات بیشتری بگیرند و پیدایش یک تقویم جمهوری با هفتههای 10 روزه، کلیسا را در تعیین “روز یکشنبه” ناتوان کرد.
پذیرفتن این سیستم جدید، آسان نبود. در ابتدا مردم از یکاهای استاندارد جدید در کنار یکاهای سنتی قدیمی استفاده میکردند و تقویم جدید هم در نهایت از بین رفت. وقتی ناپلئون بناپارت به قدرت رسید، به فروشندگان کوچک اجازه استفاده از یکاهای قدیمی را که طبق یکاهای استاندارد بازتعریف شده بودند داد؛ اما سیستم متریک سالها به عنوان سیستم استاندارد یکاهای باقی ماند و همراه با گسترش مرزهای فرانسه، در تمام اروپا پخش شد. امپراطوری ناپلئون پس از هشت سال به پایان رسید و برخی از کشورهای اروپایی به یکاهای قدیمی خود برگشتند؛ اما برخی دیگر به ارزش استاندارد سازی یکاهای پی برده و سیستم استاندارد را حفظ کردند. پس از مدتی پرتغال و هلند داوطلبانه به سیستم استاندارد برگشتند و به دنبال آنها سایر کشورهای اروپایی. این سیستم به کشورهای دیگر هم در خارج از اروپا رفت اما بریتانیا در اروپا همچنان در برابر تغییرات انقلابی مقاومت میکرد و به استفاده از یکاهای سنتی خود اصرار داشت. دو قرن طول کشید تا بریتانیا سیستم استاندارد را به رسمیت بشناسد؛ ابتدا آن را به عنوان یک گزینه موازی و دلخواه در کنار یکاهای سنتی خود در نظر گرفت و سپس رسمیت آن را اعلام کرد. اما این دو قرن زمان زیادی بود و طی این مدت مناطق زیادی استقلال یافتند و قبل از به رسمیت شناخته شدن سیستم استاندارد توسط بریتانیا، از بریتانیا جدا شدند. ایالات متحده امریکا با یکاهای سنتی ماند و امروزه یکی از تنها سه کشوری است که از سیستم بین المللی به طور رسمی استفاده نمیکند و همین موضوع باعث اشتباه در محاسبات ناسا به دلیل تبدیل یکاهای امریکایی به یکاهای SI شد و نتیجه آن سقوط ماهواره 200 میلیون دلاری روی مریخ.
سیستم یکاهای استانداردی که نسخه ابتدایی آن توسط فرانسویها تنظیم شد، امروزه به صورت جهانی در همه جا به کار برده میشود و سیستم رسمی یکاها در زمینههای علمی است که به آن سیستم SI گفته میشود:
The International System of Units
سیستم SI شامل چه یکاهایی میشود؟
این سیستم در واقع شامل تمام یکاهایی استانداردی است که در سطح بین المللی برای بیان مقادیر اندازهگیری شده از هر کمیتی به کار میرود. تعداد کمیتها خیلی زیاد است اما هفت کمیت اصلی وجود دارد که سایر کمیتها حاصل از ترکیب این هفت کمیت هستند. و برای این هفت کمیت اصلی، هفت یکای اصلی در سیستم SI وجود دارد که آنها را مرور میکنیم:
قسمت اول
پس از خواندن این خبر خواستم پستی در مورد آن بنویسم که متوجه شدم قبلاً هیچ پستی در مورد سیستم SI نگذاشته بودم (در کمال تعجب!). پس تصمیم گرفتم از این فرصت استفاده کنم تا هم در مورد سیستم SI بنویسم و هم تغییرات جدید رو توضیح مختصر بدم.
اول از اینجا شروع میکنیم که یکاها از اهمیت زیادی برخوردار هستند؛ از کوچکترین و سادهترین چیزها در گذشتههای دور، مثل مالیاتی که دولت از مردم در غالب گندم یا برنج میگرفت، تا بزرگترین و پیچیدهترین چیزها در عصر مدرن، مثل سقوط ماهوارهی 200 میلیون دلاری ناسا روی مریخ، به یکاها مربوط میشود.
در ابتدا انسانها از چیزهایی مثل “دست” به عنوان یکای طول یا “سنگ” به عنوان یکای جرم استفاده میکردند که اصلاً روش مناسبی نبود. مشکل این روش همگانی نبودن آن بود؛ از آنجا که اندازه دست همه افراد با هر جنسیت و سن و... یکسان نیست، یکای طول از شخص به شخص فرق میکرد و یکای جرم هم در بهترین حالت شهر به شهر تفاوت داشت. این مشکل بزرگی نبود تا زمانی که شروع به تبادل کالا با شهرها و کشورهای دیگر کردیم. از طرفی نبود یکاهایی استاندارد که مورد قبول همه افراد در هر کجا بوده و مقدارشان غیرقابل تغییر باشد، به شدت احساس میشد و از طرف دیگر بیش از 250000 سیستم یکا فقط در فرانسه وجود داشت که باعث میشد هر عملی در جهت یکسانسازی یکاها، نیازمند تغییرات عمده و اساسی باشد.
با انقلاب فرانسه در سال 1789، این تغییرات اساسی از راه رسید. پس از اینکه دولت جدید قدرت را به دست گرفت، آکادمی علوم تصمیم به اصلاح سیستم اندازهگیری و یکاها گرفت. آنها یکاها را به جای رسوم محلی، بر پایه روابط ریاضی و طبیعی بنا نهادند. به عنوان مثال، یکای “متر” به صورت 1/10000000 (یک ده میلیونیم) فاصله بین خط استوا و قطب شمال در نظر گرفته شد.
یکسانسازی یکاها فواید سیاسی نیز برای انقلابگران به همراه داشت. استانداران و شهرداران دیگر نمیتوانستند یکاهای محلی را دستکاری کنند تا از مردم مالیات بیشتری بگیرند و پیدایش یک تقویم جمهوری با هفتههای 10 روزه، کلیسا را در تعیین “روز یکشنبه” ناتوان کرد.
پذیرفتن این سیستم جدید، آسان نبود. در ابتدا مردم از یکاهای استاندارد جدید در کنار یکاهای سنتی قدیمی استفاده میکردند و تقویم جدید هم در نهایت از بین رفت. وقتی ناپلئون بناپارت به قدرت رسید، به فروشندگان کوچک اجازه استفاده از یکاهای قدیمی را که طبق یکاهای استاندارد بازتعریف شده بودند داد؛ اما سیستم متریک سالها به عنوان سیستم استاندارد یکاهای باقی ماند و همراه با گسترش مرزهای فرانسه، در تمام اروپا پخش شد. امپراطوری ناپلئون پس از هشت سال به پایان رسید و برخی از کشورهای اروپایی به یکاهای قدیمی خود برگشتند؛ اما برخی دیگر به ارزش استاندارد سازی یکاهای پی برده و سیستم استاندارد را حفظ کردند. پس از مدتی پرتغال و هلند داوطلبانه به سیستم استاندارد برگشتند و به دنبال آنها سایر کشورهای اروپایی. این سیستم به کشورهای دیگر هم در خارج از اروپا رفت اما بریتانیا در اروپا همچنان در برابر تغییرات انقلابی مقاومت میکرد و به استفاده از یکاهای سنتی خود اصرار داشت. دو قرن طول کشید تا بریتانیا سیستم استاندارد را به رسمیت بشناسد؛ ابتدا آن را به عنوان یک گزینه موازی و دلخواه در کنار یکاهای سنتی خود در نظر گرفت و سپس رسمیت آن را اعلام کرد. اما این دو قرن زمان زیادی بود و طی این مدت مناطق زیادی استقلال یافتند و قبل از به رسمیت شناخته شدن سیستم استاندارد توسط بریتانیا، از بریتانیا جدا شدند. ایالات متحده امریکا با یکاهای سنتی ماند و امروزه یکی از تنها سه کشوری است که از سیستم بین المللی به طور رسمی استفاده نمیکند و همین موضوع باعث اشتباه در محاسبات ناسا به دلیل تبدیل یکاهای امریکایی به یکاهای SI شد و نتیجه آن سقوط ماهواره 200 میلیون دلاری روی مریخ.
سیستم یکاهای استانداردی که نسخه ابتدایی آن توسط فرانسویها تنظیم شد، امروزه به صورت جهانی در همه جا به کار برده میشود و سیستم رسمی یکاها در زمینههای علمی است که به آن سیستم SI گفته میشود:
The International System of Units
سیستم SI شامل چه یکاهایی میشود؟
این سیستم در واقع شامل تمام یکاهایی استانداردی است که در سطح بین المللی برای بیان مقادیر اندازهگیری شده از هر کمیتی به کار میرود. تعداد کمیتها خیلی زیاد است اما هفت کمیت اصلی وجود دارد که سایر کمیتها حاصل از ترکیب این هفت کمیت هستند. و برای این هفت کمیت اصلی، هفت یکای اصلی در سیستم SI وجود دارد که آنها را مرور میکنیم:
کمیت: طول (مسافت)
یکا: متر
نماد: m
تعریف قدیمی: یک متر برابر است با طول نمونه اصلی بین المللی پلاتینیوم-ایریدیوم (تصویر شماره 1).
کمیت: زمان
یکا: ثانیه
نماد: s
تعریف قدیمی: یک ثانیه برابر است با 1/86400 شبانه روز سیاره زمین.
کمیت: جرم
یکا: کیلوگرم
نماد: Kg
تعریف قدیمی: یک کیلوگرم برابر است با جرم نمونه اصلی بین المللی کیلوگرم (تصویر شماره 2).
کمیت: دما
یکا: کلوین
نماد: K
تعریف قدیمی: کلوین برابر است با 1/273.16 دمای ترمودینامیکی نقطه انجماد آب.
کمیت: شدت جریان الکتریکی
یکا: آمپر
نماد: A
تعریف قدیمی: یک آمپر شدت جریان الکتریکیای است که اگر از دو رسانای موازی در خلأ، با طول بینهایت و فاصله یک متر از هم، عبور کند، نیروی متقابلی برابر با ⁷⁻10×2 نیوتن به هر متر از طول هر یک از این رساناها وارد خواهد شد.
کمیت: شدت نور
یکا: کاندلا
نماد: cd
تعریف قدیمی: یک کاندلا برابر است با شدت نور یک شمع.
کمیت: مقدار ماده
یکا: مول
نماد: mol
تعریف قدیمی: یک مول، مقدار مادهای است که در 12 گرم از کربن-12 (¹²C) وجود دارد.
چالش دانشمندان پس از یکسانسازی یکاها، ارائه تعاریف دقیق برای هر یکا بود. همانطور که دیدید، در ابتدا از اشیا برای تعریف کردن یکاها استفاده میشد. مثلاً یک تکه فلز را به اندازهای برش میزدند و آن را استانداردی برای “یک متر” در نظر میگرفتند. اما این روش مشکلاتی دارد؛ اول اینکه چندان دقیق نیست و جسم منشأ ممکن است تغییراتی در طول و جرم و... داشته باشد. دوم اینکه استفاده از آنها در کارهای آزمایشگاهی و علمی سخت است. نمیتوان برای هر بار اندازهگیری در آزمایشگاه، جسم منشأ یکا را از قرنطینه خارج کرد و با آن اندازهگیری انجام داد. سوم اینکه تنها در سطح بین المللی جوابگو است و در سطح کیهانی نمیتوان از آن استفاده کرد. اگر موفق به تماس با یک تمدن هوشمند فرازمینی شویم، تقریباً غیرممکن است که بتوانیم به آنها با ارسال پیام توضیح دهیم که قرارداد ما برای یکای طول یا یکای جرم در این سیاره چیست.
بهترین راه این است که یکاهای قراردادی خود را بر اساس ثابتهای بنیادی طبیعت تعریف کنیم. مقدار این ثابتهای بنیادی، هم در تمام کیهان یکسان است و هم هیچ گاه تغییر نمیکنند. تصمیمات در زمینه اطلاح سیستم SI، در کنفرانسی به نام “کنفرانس عمومی وزن و اندازهگیری”، (The General Conference on Weights and Measures) به اختصار “CGPM”، توسط دانشمندان گرفته میشود.
تا امروز از بین هفت یکای اصلی SI، دو تای آنها (ثانیه و متر) بر اساس ثابتهای بنیادی بازتعریف شده بودند.
کیلوگرم همچنان برمبنای شئ فیزیکی تعریف میشود و چهار یکای دیگر (کلوین، مول، آمپر و کاندلا) هم نمیتوان بر اساس ثابتهای بنیادی تعریف کرد زیرا تعریفشان به تعریف کیلوگرم وابسته است.
نمونه اصلی بین المللی کیلوگرم که تکه فلزی از جنس پلاتینیوم-ایریدیوم است و در زیر سه محفظه خلأ در اتاقی که دما و رطوبتش با دقت کنترل میشود و سه قفل غیرمرتبط به هم دارد در زیر زمین ساختمان بین المللی وزن و یکاها در پاریس نگه داری میشود (تصویر شماره 3). زمانی که این جسم ساخته شد، 20 نمونه مشابه آن نیز ساخته شد. 6 نمونه در همان اتاق در کنار نمونه اصلی نگهداری میشود و 14 نمونه دیگر به 14 کشور مختلف ارسال شده است. البته آنها دقیقاً مشابه نمونه اصلی نبودند اما اختلاف جرمشان با نمونه اصلی، از همان ابتدا به وسیله اندازهگیریهای بسیار دقیق ثبت شد. در 1948 تمامی نمونهها برای مقایسه جرم جمع آوری شدند و مشخص شد جرمشان اندکی تغییر داشته است. حتی اختلاف جرم نمونه اصلی با 6 نمونهای که همراه آن در یک مکان نگه داشته میشد نیز تغییر کرده بود. در سال 1990 مقایسه مجددی انجام شد و اختلافات حتی بیشتر از قبلی ثبت شد. بزرگترین اختلاف ثبت شده به اندازه 50μg بود (تصویر شماره 4). این تقریباً به اندازه جرم یک اثر انگشت است؛ اما اثر انگشت علت این اختلاف نبود زیرا تمامی نمونهها قبل از اندازهگیری جرم و مقایسه، به دقت تمیز شده بودند.
از آنجا که تعریف سه یکای اصلی SI به تعریف کیلوگرم وابسته است و خود کیلوگرم یکایی است که مقدارش با گذشت زمان تغییر میکند، اینکه تعریف کیلوگرم بر مبنای ثابتهای بنیادی نیست، یک مشکل بزرگ محسوب میشود.
یکا: متر
نماد: m
تعریف قدیمی: یک متر برابر است با طول نمونه اصلی بین المللی پلاتینیوم-ایریدیوم (تصویر شماره 1).
کمیت: زمان
یکا: ثانیه
نماد: s
تعریف قدیمی: یک ثانیه برابر است با 1/86400 شبانه روز سیاره زمین.
کمیت: جرم
یکا: کیلوگرم
نماد: Kg
تعریف قدیمی: یک کیلوگرم برابر است با جرم نمونه اصلی بین المللی کیلوگرم (تصویر شماره 2).
کمیت: دما
یکا: کلوین
نماد: K
تعریف قدیمی: کلوین برابر است با 1/273.16 دمای ترمودینامیکی نقطه انجماد آب.
کمیت: شدت جریان الکتریکی
یکا: آمپر
نماد: A
تعریف قدیمی: یک آمپر شدت جریان الکتریکیای است که اگر از دو رسانای موازی در خلأ، با طول بینهایت و فاصله یک متر از هم، عبور کند، نیروی متقابلی برابر با ⁷⁻10×2 نیوتن به هر متر از طول هر یک از این رساناها وارد خواهد شد.
کمیت: شدت نور
یکا: کاندلا
نماد: cd
تعریف قدیمی: یک کاندلا برابر است با شدت نور یک شمع.
کمیت: مقدار ماده
یکا: مول
نماد: mol
تعریف قدیمی: یک مول، مقدار مادهای است که در 12 گرم از کربن-12 (¹²C) وجود دارد.
چالش دانشمندان پس از یکسانسازی یکاها، ارائه تعاریف دقیق برای هر یکا بود. همانطور که دیدید، در ابتدا از اشیا برای تعریف کردن یکاها استفاده میشد. مثلاً یک تکه فلز را به اندازهای برش میزدند و آن را استانداردی برای “یک متر” در نظر میگرفتند. اما این روش مشکلاتی دارد؛ اول اینکه چندان دقیق نیست و جسم منشأ ممکن است تغییراتی در طول و جرم و... داشته باشد. دوم اینکه استفاده از آنها در کارهای آزمایشگاهی و علمی سخت است. نمیتوان برای هر بار اندازهگیری در آزمایشگاه، جسم منشأ یکا را از قرنطینه خارج کرد و با آن اندازهگیری انجام داد. سوم اینکه تنها در سطح بین المللی جوابگو است و در سطح کیهانی نمیتوان از آن استفاده کرد. اگر موفق به تماس با یک تمدن هوشمند فرازمینی شویم، تقریباً غیرممکن است که بتوانیم به آنها با ارسال پیام توضیح دهیم که قرارداد ما برای یکای طول یا یکای جرم در این سیاره چیست.
بهترین راه این است که یکاهای قراردادی خود را بر اساس ثابتهای بنیادی طبیعت تعریف کنیم. مقدار این ثابتهای بنیادی، هم در تمام کیهان یکسان است و هم هیچ گاه تغییر نمیکنند. تصمیمات در زمینه اطلاح سیستم SI، در کنفرانسی به نام “کنفرانس عمومی وزن و اندازهگیری”، (The General Conference on Weights and Measures) به اختصار “CGPM”، توسط دانشمندان گرفته میشود.
تا امروز از بین هفت یکای اصلی SI، دو تای آنها (ثانیه و متر) بر اساس ثابتهای بنیادی بازتعریف شده بودند.
کیلوگرم همچنان برمبنای شئ فیزیکی تعریف میشود و چهار یکای دیگر (کلوین، مول، آمپر و کاندلا) هم نمیتوان بر اساس ثابتهای بنیادی تعریف کرد زیرا تعریفشان به تعریف کیلوگرم وابسته است.
نمونه اصلی بین المللی کیلوگرم که تکه فلزی از جنس پلاتینیوم-ایریدیوم است و در زیر سه محفظه خلأ در اتاقی که دما و رطوبتش با دقت کنترل میشود و سه قفل غیرمرتبط به هم دارد در زیر زمین ساختمان بین المللی وزن و یکاها در پاریس نگه داری میشود (تصویر شماره 3). زمانی که این جسم ساخته شد، 20 نمونه مشابه آن نیز ساخته شد. 6 نمونه در همان اتاق در کنار نمونه اصلی نگهداری میشود و 14 نمونه دیگر به 14 کشور مختلف ارسال شده است. البته آنها دقیقاً مشابه نمونه اصلی نبودند اما اختلاف جرمشان با نمونه اصلی، از همان ابتدا به وسیله اندازهگیریهای بسیار دقیق ثبت شد. در 1948 تمامی نمونهها برای مقایسه جرم جمع آوری شدند و مشخص شد جرمشان اندکی تغییر داشته است. حتی اختلاف جرم نمونه اصلی با 6 نمونهای که همراه آن در یک مکان نگه داشته میشد نیز تغییر کرده بود. در سال 1990 مقایسه مجددی انجام شد و اختلافات حتی بیشتر از قبلی ثبت شد. بزرگترین اختلاف ثبت شده به اندازه 50μg بود (تصویر شماره 4). این تقریباً به اندازه جرم یک اثر انگشت است؛ اما اثر انگشت علت این اختلاف نبود زیرا تمامی نمونهها قبل از اندازهگیری جرم و مقایسه، به دقت تمیز شده بودند.
از آنجا که تعریف سه یکای اصلی SI به تعریف کیلوگرم وابسته است و خود کیلوگرم یکایی است که مقدارش با گذشت زمان تغییر میکند، اینکه تعریف کیلوگرم بر مبنای ثابتهای بنیادی نیست، یک مشکل بزرگ محسوب میشود.
چگونه میتوان تعریف یک یکا را از یک جسم فیزیکی به یک ثابت بنیادی وابسته کرد؟
1- جسم فیزیکی منشأ یکا را با بالاترین دقت ممکن اندازهگیری میکنیم.
2- ثابت بنیادی مناسبی که در خودش یکای مورد نظر را داشته باشد انتخاب میکنیم.
3- مقدار این ثابت بنیادی را با بالاترین دقت ممکن با توجه به تعریف فعلی یکا اندازهگیری میکنیم.
4- اعشارهای عددی که در اندازهگیری ثابت بنیادی به دست آمد را حذف میکنیم تا به یک عدد صحیح برسیم.
5- مقدار آن ثابت بنیادی را دقیقاً برابر آن عدد رند شده قرار میدهیم.
6- مقدار یکای خود را به گونهای تغییر میدهیم تا آن عدد صحیح، دیگر مقدار رند شده ثابت بنیادی نباشد، بلکه مقدار دقیق آن باشد.
مثال:
ابتدا یک شبانهروز زمین را به دقت اندازهگیری کردیم تا یک ثانیه را به دست آوریم. سپس فرکانس اتم سزیم را به دقت اندازهگیری کردیم و به عدد 9192631770 ممیز خوردهای هرتز رسیدیم. تعریف ثانیه را تغییر دادیم تا فرکانس اتم سزیم دقیقاً برابر 9192631770 شود و اعشارها دیگر وجود نداشته باشند. و تعریف دقیق جدید ثانیه شد: «یک ثانیه مدت زمانی است که طول میکشد تا یک اتم سزیم 130 (¹³⁰Cs)، در حالت پایه، 9192631770 بار نوسان کند.»
اکنون میتوان یکاهای دیگر که به ثانیه مربوط میشوند را هم بازتعریف کرد. مثلاً طول نمونه اصلی بین المللی متر را با نهایت دقت ممکن اندازهگیری کردیم، سپس ثابت بنیادی سرعت نور در خلأ با یکای متر بر ثانیه را انتخاب کردیم. سرعت نور در خلأ را با دقت اندازهگیری کردیم و به عدد 299792458 ممیز خوردهای متر (تعریف قدیمی متر) بر ثانیه (تعریف جدید ثانیه بر اساس سزیم) رسیدیم. تعریف متر را به گونهای تغییر دادیم تا سرعت نور در خلأ دقیقاً برابر 299792458 متر بر ثانیه باشد و اعشار ظاهر نشود. و تعریف جدید متر شد: «یک متر برابر است با 1/299792458 مسافتی که نور در مدت 1 ثانیه در خلأ طی میکند.»
به این ترتیب طول نمونه اصلی بین المللی متر، همچنان یک متر خواهد ماند، اما نه “دقیقاً” یک متر.
چگونه این کار را با کیلوگرم انجام دهیم؟
برای این کار، از دو ثابت بنیادی میتوان استفاده کرد؛ ثابت پلانک با یکای ¹⁻Kg m² s و ثابت آووگادرو (عدد آووگادرو) با یکای ¹⁻mol (تعریف مول، تعداد اتمهای موجود در 12 گرم کربن میباشد و گرم به کیلوگرم مرتبط است).
اندازهگیری دقیق جرم نمونه اصلی کیلوگرم انجام شده و مرحله بعدی اندازهگیری این دو ثابت بنیادی با دقت بالاست. برای اندازهگیری دقیق ثابت پلانک باید یک دستگاه وات بالانس ساخت و برای اندازهگیری دقیق ثابت آووگادرو، باید با استفاده از سیلیکون، کرویترین جسم جهان را ساخت!
ادامه دارد...
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
1- جسم فیزیکی منشأ یکا را با بالاترین دقت ممکن اندازهگیری میکنیم.
2- ثابت بنیادی مناسبی که در خودش یکای مورد نظر را داشته باشد انتخاب میکنیم.
3- مقدار این ثابت بنیادی را با بالاترین دقت ممکن با توجه به تعریف فعلی یکا اندازهگیری میکنیم.
4- اعشارهای عددی که در اندازهگیری ثابت بنیادی به دست آمد را حذف میکنیم تا به یک عدد صحیح برسیم.
5- مقدار آن ثابت بنیادی را دقیقاً برابر آن عدد رند شده قرار میدهیم.
6- مقدار یکای خود را به گونهای تغییر میدهیم تا آن عدد صحیح، دیگر مقدار رند شده ثابت بنیادی نباشد، بلکه مقدار دقیق آن باشد.
مثال:
ابتدا یک شبانهروز زمین را به دقت اندازهگیری کردیم تا یک ثانیه را به دست آوریم. سپس فرکانس اتم سزیم را به دقت اندازهگیری کردیم و به عدد 9192631770 ممیز خوردهای هرتز رسیدیم. تعریف ثانیه را تغییر دادیم تا فرکانس اتم سزیم دقیقاً برابر 9192631770 شود و اعشارها دیگر وجود نداشته باشند. و تعریف دقیق جدید ثانیه شد: «یک ثانیه مدت زمانی است که طول میکشد تا یک اتم سزیم 130 (¹³⁰Cs)، در حالت پایه، 9192631770 بار نوسان کند.»
اکنون میتوان یکاهای دیگر که به ثانیه مربوط میشوند را هم بازتعریف کرد. مثلاً طول نمونه اصلی بین المللی متر را با نهایت دقت ممکن اندازهگیری کردیم، سپس ثابت بنیادی سرعت نور در خلأ با یکای متر بر ثانیه را انتخاب کردیم. سرعت نور در خلأ را با دقت اندازهگیری کردیم و به عدد 299792458 ممیز خوردهای متر (تعریف قدیمی متر) بر ثانیه (تعریف جدید ثانیه بر اساس سزیم) رسیدیم. تعریف متر را به گونهای تغییر دادیم تا سرعت نور در خلأ دقیقاً برابر 299792458 متر بر ثانیه باشد و اعشار ظاهر نشود. و تعریف جدید متر شد: «یک متر برابر است با 1/299792458 مسافتی که نور در مدت 1 ثانیه در خلأ طی میکند.»
به این ترتیب طول نمونه اصلی بین المللی متر، همچنان یک متر خواهد ماند، اما نه “دقیقاً” یک متر.
چگونه این کار را با کیلوگرم انجام دهیم؟
برای این کار، از دو ثابت بنیادی میتوان استفاده کرد؛ ثابت پلانک با یکای ¹⁻Kg m² s و ثابت آووگادرو (عدد آووگادرو) با یکای ¹⁻mol (تعریف مول، تعداد اتمهای موجود در 12 گرم کربن میباشد و گرم به کیلوگرم مرتبط است).
اندازهگیری دقیق جرم نمونه اصلی کیلوگرم انجام شده و مرحله بعدی اندازهگیری این دو ثابت بنیادی با دقت بالاست. برای اندازهگیری دقیق ثابت پلانک باید یک دستگاه وات بالانس ساخت و برای اندازهگیری دقیق ثابت آووگادرو، باید با استفاده از سیلیکون، کرویترین جسم جهان را ساخت!
ادامه دارد...
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
Cosmos' Language
امشب در آسمان چند تا از شهرهای ایران این جسم دیده شد. @Cosmos_language
این جسم بدنه راکت SL-4 L/B بود که در روز جمعه 25 آبان ساعت 21:44 به وقت ایران از قزاقستان پرتاب شد و پیشبینی میشد که دوشنبه 28 آبان ساعت 20:16 مجدداً وارد اتمسفر زمین بشه و بسوزه؛ که همین اتفاق هم افتاد. لطفاً شایعه نسازید🙏
@Cosmos_language
@Cosmos_language