#اثر_داپلر

به طور کلی اثر داپلر بیان می‌کند زمانی که #موج از یک چشمه متحرک گسیل می‌شود، با طول موج متفاوتی از آنچه که بود توسط ناظر ساکن دریافت می‌شود.
امواج را به شکل (~) یعنی قله-قعر-قله-قعر در نظر بگیرید. به عنوان مثال ماشینی که در حال حرکت در یک جاده است و شما ساکن در کنار جاده ایستاده‌اید. اگر ماشین در حالی که به سرعت به شما نزدیک می‌شود بی وقفه بوق بزند، موج صوتی‌ای که تولید می‌کند به این شکل از ماشین خارج می‌شوند:
ابتدا یک قله خارج می‌شود، سپس در فاصله زمانی بین دو قله متوالی (دوره تناوب موج) ماشین اندکی به شما نزدیک‌تر می‌شود و در نهایت قله بعدی از ماشین خارج می‌شود. یعنی طول موج منقبض شده و صدای بوق زیرتر می‌گردد.
و وقتی ماشین از جلوی شما رد می‌شود و با همان سرعت از شما فاصله می‌گیرد موج به این شکل از آن خارج می‌شود:
ابتدا یک قله خارج می‌شود، سپس در فاصله زمانی بین دو قله متوالی (دوره تناوب موج) ماشین اندکی از شما دورتر می‌شود و در نهایت قله بعدی از ماشین خارج می‌شود. یعنی طول موج منبسط ‌شده و صدای بوق بم‌تر می‌گردد.
این پدیده نه تنها برای امواج صوتی بلکه برای تمامی انواع موج رخ میدهد.

اثر داپلر از دید ریاضیاتی:
فرض کنید چشمه موجی با سرعت ثابت V از ما دور می‌شود و یک موج الکترومغناطیسی (که با سرعت نور، یعنی C منتشر می‌شود) با دوره تناوب T چشمه را ترک می‌کند. در نتیجه طول موج در هنگام گسیل شدن از چشمه (λ₁) برابر است با:

λ₁=CT

اما چشمه موج با سرعت V از ما دور می‌شود، پس در فاصله زمانی بین دو قله، یعنی همان دوره تناوب موج (T) می‌تواند مسافتی به اندازه VT را طی کند. بنابراین طول موجی که ما به عنوان ناظر ساکن دریافت می‌کنیم (λ₂) برابر است با طول موج در هنگام گسیل شدن از چشمه (λ₁) به علاوه مقدار جابه‌جایی‌ای که چشمه می‌تواند با سرعت V در مدت زمان T داشته باشد(VT):

λ₂=λ₁+VT

و دوره تناوب موجی که ما دریافت می‌کنیم ('T) برابر است با:

T'=T+VT/C

و می‌توان نتیجه گرفت که:

λ₁=CT
λ₂=CT'=λ₁+VT

و همچنین نسبت طول موج دریافتی توسط ما (λ₂) به طول موج گسیل شده از چشمه (λ₁) برابر است با نسبت دوره تناوب موج دریافتی ('T) به دوره تناوب موج گسیل شده (T):

λ₂/λ₁ = T'/T = T/T+VT/C/T = 1+V/C
به طریق مشابه می‌توان انقباض را نیز اثبات نمود.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

تاریخ علم از قرن 16 تا 19

@Cosmos_language

#مخروط_ماخ

در پست قبلی در مورد #اثر_داپلر گفتیم و اثبات کردیم وقتی که یک چشمه #موج حرکت می‌کند، طول موج در امتداد مسیر حرکت چشمه، جلوی چشمه منقبص و پشت سرش منبسط می‌شود. حال اگر سرعت حرکت چشمه موج، بیشتر از سرعت انتشار خود موج باشد چه؟
به عنوان مثال یک اسپیکر را در نظر بگیرید که بی وقفه تولید صوت می‌کند. در حالتی که اسپیکر ثابت است، امواج صوتی پس از خارج شدن از اسپیکر، در همه جهت منتشر می‌شوند. اما اگر اسپیکر با سرعتی بیشتر از سرعت صوت شروع به حرکت کند، در این صورت آن دسته از امواجی که در جهت حرکت اسپیکر به سمت جلو از اسپیکر خارج می‌شوند، به دلیل اینکه سرعت‌شان از سرعت حرکت اسپیکر کمتر است، در کسری از ثانیه پس از خروج از اسپیکر، از اسپیکر جا می‌مانند. در واقع اسپیکر موج را در امتداد مسیر حرکتش به سمت جلو منتشر می‌کند ولی بلافاصله پس از انتشار، اسپیکر از موج سبقت می‌گیرد و موج را پشت سر خود می‌گذارد زیرا سرعت حرکتش بیشتر از خود موج است. از دید یک ناظر، اینگونه به نظر می‌آید که تمامی امواج در خلاف جهت حرکت چشمه از آن خارج می‌شوند و از جلوی چشمه هیچ موجی منتشر نمی‌شود؛ یعنی چشمه در مسیر حرکتش فقط از پشت موج تولید می‌کند و در همان جهت (خلاف حرکت) منتشر ‌می‌کند. بنابراین یک مخروط پشت سر چشمه متحرک ساخته می‌شود. نمونه آن را ممکن است در هواپیما‌های مافوق صوت دیده باشید.
اما وقتی به جای امواج صوتی که با سرعت صوت منتشر می‌شوند، صحبت از امواج الکترومغناطیسی که با سرعت نور منتشر می‌شوند باشد، کمی با محدودیت رو به رو می‌شویم زیرا طبق نسبیت خاص، سرعت نور بیشینه سرعت در جهان است و هیچ چشمه‌‌ای نمی‌تواند از نور سریع‌تر حرکت کند. بنابراین ایجاد مخروط ماخ نوری، غیرممکن است مگر اینکه سرعت نور را کاهش دهیم! اگر نور را در مایع غلیظی منتشر کنیم، دیگر سرعتش 299792458 متر بر ثانیه نخواهد بود و کم‌تر می‌شود. اکنون می‌توان چشمه را سریع‌تر از نور جابه‌جا نمود.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

#مخروط_ماخ نوری

@Cosmos_language

#بشر آنقدر هم که فکر می‌کند پیشرفته نیست! هوش #فرازمینی ممکن است ما را #هوشمند رده بندی نکند!
👤#نیل_دگراس_تایسون-اخترفیزیکدان

@Cosmos_language

بازی با فیزیک!

@Cosmos_language

#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