📚 کتاب هفته

📎 عنوان: چگونه مفاهیم فیزیک را درک کنیم؟
✍ نویسنده: M. Epstein

#پیشنهاد_ویژه_کانال

🆔 @Physics3p

‍ 📚 انرژی منفی چیست و چرا میگوییم جهان از عدم شکل گرفته است؟

🔹انرژی نیز مانند ماده از کوآنتوم هایی تشکیل شده است که به ذرات ماده فرمیون و به ذرات انرژی(ذرات حامل نیرو) بوزون گوییم که فوتون نیز نوعی از بوزون است.

🔸فوتون ها میتوانند از برخورد دو ذره الکترون و ضد آن یعنی پوزیترون بوجود آیند. بنابراین پوزیترون ها در طبیعت بسیار ناپایدار بوده و در عمل یافت نمیشوند. حال چرا میگوییم جهان از عدم (عدم در اینجا به معنای هیچ مطلق نیست) تشکیل شده و مفهوم انرژی منفی چیست؟

🔹همانطور که گفتم، اگر دو ذره الکترون و پوزیترون که ضد هم اند کنار هم قرار گیرند، فوتون آزاد میشود و در عمل خودشان به هیچ تبدیل شده(از لحاظ مادی) و انرژی آزاد کردند. حال اگر عکس این روند را طی کنیم، یعنی انرژی را به ذرات مادی پوزیترون و الکترون تبدیل کنیم، یعنی از هیچ مادی به ماده رسیدیم.

🔸تقریبأ میتوان گفت برای تمام ذرات در جهان تقارن وجود دارد طوریکه هر ذره، پاد ذره ای دارد. حتی انرژی نیز تقارن دارد طوریکه انرژی نیز به دو گروه مثبت و منفی تقسیم میشود.
انرژی مثبت مانند انرژی ناشی از ماده ، انرژی جنبشی و برخی از انرژی های پتانسیل.انرژی منفی نیز مانند انرژی پایستگی الکترون ها بدور هسته، و برخی از انرژی های پتانسیل مانند پتانسیل گرانشی.

🔹در بیگ بنگ بنوعی این تقارن شکسته شده و این ذرات یا کوآنتوم های انرژی و ماده ، جهان مادی را تشکیل داده اند. برای مثال میتوانید اینطور فرض کنید که انرژی جهان در ابتدا صفر بوده و این 0 به دو مقدار E+ و E- تبدیل شدند.

🔸این حالت برای ماده نیز صادق است. در واقع میتوان اینطور بیان کرد که بیگ بنگ بنوعی شکست این تقارن ها بود طوریکه اگر تمام کوآنتوم های ماده و انرژی با ضدشان را کنار هم قرار دهیم، دوباره به همان عدد صفر میرسیم.

🔹این موضوع را میتوان از چگالی ماده و انرژی جهان که تابحال اندازه گیری شده دریافت کرد که نشان از این دارد جهان ما یک جهان مسطح است که برای درستی این موضوع باید این تقارن را پذیرفت.

🆔 @Physics3p

با توجه به تقارنی که در بالا تشریح کردم، میتوان اینچنین نتیجه گیری کرد:

ماده + پاد ماده = انرژی
انرژی + پاد انرژی(انرژی منفی)= عدم(صفر)

شکست تقارن در بیگ بنگ بنوعی مانند این طرح است ولی درست برعکس آن، یعنی از عدم انرژی و ضد آن و از آن ماده و ضد آن پدید آمد.
البته توجه شود که این تنها یک طرح ساده شده میباشد.

🆔 @Physics3p

📚 یکی از پیش بینی های نظریه ریسمان این است که ما می توانیم در ترازهای انرژی بالا مدارکی بر وجود تقارن بین ذراتی که نیرو را منتقل می کنند و ذراتی که ماده را تشکیل می دهند مشاهده کنیم .
یعنی همان بوزون ها و فرمیون ها که به آن ابر تقارن میگویند. براساس این ابر تقارن، به ازای هر ذره حامل انرژی ، دقیقأ یک ذره سازنده ماده در جهان وجود دارد.

🆔 @Physics3p

💢خورشید ۴.۶ میلیارد ساله هست.

💢جرم خورشید ۳۳۳۰۶۰ برابر جرم زمین است.

💢دمای سطحش ۵۵۰۰ درجه سانتی گراد است.

💢دمای هسته اش ۱۵ میلیون درجه سانتی گراد است.

💢یک میلیون زمین داخل خورشید جا می شود.

💢با سرعت 220 کیلومتر بر ثانیه در فضا در حرکت است.

💢خورشید نیز به دور خودش می چرخد. ۲۵ روز طول می کشد تا خورشید در استوایش چرخشش را یکبار کامل کند. این وضعیت چرخش در سمت قطب‌های شمال و جنوب خورشید ۳۵ روز طول می کشد.

💢شعله های خورشیدی می توانند اندازه‌ای تا 30 برابر عرض زمین داشته باشند.

💢خورشید، به تنهایی ۹۹.۸۶ درصد از جرم کل منظومه شمسی را به خود اختصاص داده است. البته نیازی به گفتنش نیست، حقیقتاً غول آساست. اما در مقابل برخی ستارگان بسیار بسیار کوچک محسوب می شود.

🔵 منبع: بیگ بنگ - SDO @nasa

🆔 @Physics3p

همانطور که پیشتر در این کانال پرداختیم، طبق #نسبیت خاص انیشتین با نزدیک شدن تندی اجسام جرم دار به تندی نور، طول ها تا هیچ منقبض و جرم اجسام به بینهایت میل میکند.
بنا به این اصل میتوان به این نتیجه رسید که ماده قابلیت رسیدن به سرعت نور را ندارد و تنها ذرات بی جرم مانند فوتون های انرژی میتوانند به این سرعت دست یابند.

طرح بالا تغییر طول یک سفینه فرضی با نزدیک شدن به سرعت نور را نشان میدهد:

۱»»» v=۰
۲»»» v=۸۷٪ سرعت نور
۳»»» v=۹۹٪ سرعت نور
۴»»» v=c

🆔 @Physics3p

goo.gl/8AD3fh

📚 تابش هاوکینگ(تابش ناشی از سیاهچاله ها)

🔸دانشمندان بتازگی یک قدم به سمت اثبات وجود «تابش هاوکینگ» گام برداشتند. با استفاده از یک آنالوگ فیبر نوری افق رویداد – یک مدل آزمایشگاهی از فیزیک سیاهچاله – محققان موسسۀ علوم ویزمن در ریهووت اسرائیل گزارش ‌دادند که یک تابش هاوکینگ شبیه‌سازی شده ساختند.

🔹تحت فرمول‌بندی نسبیت عام، وجود سیاهچاله اجتناب‌ناپذیر است. وقتی چیزی از افق رویداد عبور کرده و وارد قلب سیاهچاله می‌شود، هیچ راه بازگشتی وجود ندارد. بنابراین، نیروی گرانشی سیاهچاله به حدی شدید است که حتی نور – سریعترین چیز در جهان – نیز نمی‌تواند از آن فرار کند. بنابراین، طبق نسبیت عام، سیاهچاله هیچ تابش الکترومغناطیسی را ساطع نمی‌کند. اما همانطور که استیون هاوکینگ جوان در سال ۱۹۷۴ نظریه‌پردازی کرد، وقتی مکانیک کوانتومی را به این مخلوط اضافه کنید، چیزی ساطع می‌شود.

🔸این تابش الکترومغناطیسی نظری «تابش هاوکینگ» نامیده می‌شود و شبیه تابش جسم سیاهچاله است که در اثر دمای سیاهچاله تولید شده و رابطۀ عکس با جرم دارد. این تابش به این معناست که سیاهچاله‌ها به آهستگی و به طور مستمر در طول عمر خود در حال تبخیراست. بر اساس ریاضیات، این تابش به حدی کم نور است که با ابزار فعلی قابل تشخیص نیست.

🔹بنابراین، محققان سعی دارند آن را در یک آزمایشگاه با استفاده از آنالوگ‌های سیاهچاله بازسازی کنند. می‌توان آنها را از چیزهایی که امواج را تولید کنند ساخت، مثل امواج صوتی و مایع را در یک مخزن خاص از چگالش بوز-اینشتین یا از نورِ موجود در فیبر نوری. فیزیکدان لئونهارت گفت: «تابش هاوکینگ پدیده‌ای کلی‌تر از آن چیزی است که تصور می‌شد. این تابش می‌تواند در هر زمانی که افق‌های رویداد ساخته شوند رخ دهد و به شکل اخترفیزیک یا برای نور در مواد نوری، امواج آبی یا اتم‌های به شدت سرد باشند.

🔵 منبع: بیگ بنگ

🆔 @Physics3p

📚 آشنایی مختصر با ذرات سازنده ماده

#قسمت_سوم

🆔 @Physics3p

💢 معرفی بوزون:

🔸 برای دانستن مفهوم بوزون ابتدا باید اسپین راشناخت.به طور ساده تعریف اسپین به این صورت است که:

می دانیم که وقتی به دنیای ذرات کوانتومی می رویم،همه چیز کوانتیده می شود،حتی تکانه زاویه ای،پس هر ذره با تکانه زاویه ای مشخصی می چرخد که به آن اسپین گویند.

🔹اسپین ها می‌توانند مقادیر صحیح و نیمه صحیح به خود گیرند.اگر مقدار اسپین، صحیح باشد آن را بوزون گویند واگر مقدار آن نیمه صحیح باشد به آن فرمیون گویند.
بوزون ها مانند فوتون و یا پایون یا بوزون هیگز.

🔸در واقع ذرات بوزون‌ها ذرات زیر اتمی هستند که از آمار بوز-اینشتین تبعیت میکنند. بوزون‌ها بر اساس نام ساتیندرا بوز و آلبرت اینشتین نام گذاری شده اند .در مقابل آنها فرمیونها هستند که از آمار فرمی-دیراک تبعیت می کنند. چندین بوزون می‌توانند حالت کوانتومی مشابهی را اشغال کنند، بنا براین بوزون هایی با انرژی یکسان می‌توانند مکان مشابهی را در فضا اشغال نمایند. بنابراین بوزون‌ها اغلب ذراتی هستند که حاملین نیرو هستند در حالیکه فرمیون‌ها معمولاً بخش اصلی ماده می باشند .

🔹همهٔ ذرات بنیادی که ما می شناسیم یا بوزون هستند یا فرمیون، که بنا به اسپین آنها : ذرات با اسپین نیمه صحیح را فرمیون و ذرات با اسپین صحیح بوزون‌ها هستند. در کوانتوم مکانیکی این مشاهده کاملا تجربی است در حالیکه در کوانتوم نسبیتی بنا به قضیه اسپین-آمار، ذرات با اسپین نیمه صحیح نمی‌توانند بوزون و ذرات با اسپین صحیح نمی‌توانند فرمیون باشند.

🔸در سیستم‌های بزرگ تفاوت میان تعداد بوزون‌ها و فرمیونها فقط در غلظت‌های بالا معلوم می‌شود.
همه ذرات بنیادی یا بوزون هستند یا فرمیون. بوزون‌های ساده یا بنیادی مشاهده شده، بوزون‌های پیمانه‌ای هستند مثل فوتون‌ها و بوزون‌های w, zو گلوئون.

🔹فوتون‌ها حامل نیروی میدان الکترومغناطیسی هستند.بوزون‌های Z و ±W، حامل نیروهای ضعیف هسته‌ایهستند.گلوئون حامل نیروی بنیادین (نیروی قوی هسته‌ای) هستند.

🔸در آخر، بسیاری از رویکردهای گرانش کوانتومی، حامل نیرویی برای گرانش در نظر می‌گیرند به نام گراویتون(graviton) که یک بوزون با اسپین ۲ است. وجود این ذره هنوز اثبات نشده‌است.

پایان

🆔 @Physics3p

اینکه آینده جهان چگونه خواهد بود، کاملآ وابسته به رانش شتاب دار ناشی از ماده تاریک است، طوریکه اگر چگالی ماده تاریک کاهش یابد، جهان در نهایت از انبساط باز می ایستد و ماهیت خود را تا ابد حفظ خواهد کرد.
و اگر این انبساط شتابدار ادامه یافته و چگالی ماده تاریک نیز ثابت بماند، جهان در چندین میلیارد سال آینده در انجماد بزرگ فرو رفته و تمام ستارگان از نور افشانی باز میایستند و تنها جهانی از ستاره های نوترونی و سیاهچاله ها باقی خواهد ماند.
در چنین جهانی تمدن هوشمند، هرچقدر هم که پیشرفته باشد، بدلیل عدم وجود گرما و انرژی محکوم به فنا خواهد بود.
و در حالت سوم، اگر ماهیت ماده تاریک تغییر کرده و از دافعه به جاذبه تغییر فاز دهد، تراکم ماده در جهان بینهایت شده و بیگ بنگ جدید رخ خواهد داد.
مشکل اینست که ما هنوز این ماده را نشناخته ایم و بنابراین، رفتار آن برای ما غیر قابل پیش بینی است.

🆔 @Physics3p

بسیاری از فیزیکدانان بر این باورند که زمان تنها توهمی بیش نیست و این ذهن بشر است که برای درک رویداد های پی در پی، آنها را طبقه بندی کرده و خط زمانی را تشکیل میدهد.
طوریکه زمان گذشته تنها در ذهن ما وجود دارد و اگر حافظه شما از بین برود، آینده و حال و گذشته، برای شما فرقی نخواهد داشت.

🆔 @Physics3p

با توجه به نظر شما همراهان گرامی، ادامه این مطلب در کانال قرار خواهد گرفت.

🎦چرا قطب منفی می‌خواهد شما را در ارتعاش پایین نگاه دارد؟ چرا قطب منفی شما را به ماتریکس‌ها و سطوح پایین‌تری از آگاهی محدود می‌سازند، دیوید آیک به شما می‌گوید.

🔴 دیوید آیک - توهم بزرگ زمان و مکان

🆔 @Physics3p

🌍 این ویدئو کل ۱۳ میلیارد سال عمر کیهان را در مقیاسی ده دقیقه ای به تصویر می کشد از بیگ بنگ تا امروز. هر ثانیه نشان دهنده ۲۲ میلیون سال است.

🆔 @Physics3p

‍ 📚 نیکولا تسلا و انتقال برق بصورت بی سیم!

🆔 @Physics3p

📎 چگونه میتوان الکتریسیته را بصورت وایرلس(بیسیم) منتقل کرد؟


🔹نیکولا تسلا نابغه و فیزیکدان بزرگ قرن بیستم و بنیان گذار جریان برق متناوب(AC) است. او در مجموع بیش از صد اختراع در این زمینه را بنام خود ثبت کرده است.
کارهای تسلا بیشتر در زمینه الکتریسیته و مغناطیس بود و در این مورد تلاش های بسیاری کرده است و یکای میدان مغناطیسی به افتخار او، تسلا نامگذاری شد.

🔸یکی از اختراعات عجیب تسلا، انتقال الکتریسیته بصورت وایرلس به تمام نقاط جهان(مانند سیگنال تلفن همراه) بوده است که بدلیل کمبود بودجه مالی ناتمام ماند.
اخیرأ دانشمندان دانشگاه MIT ایالات متحده موفق به تکمیل آن شده اند ولی همچنان بنا بر یسری از معایب آن، بصورت جهانی گسترش نیافته است.
حال میخواهیم به این موضوع بپردازیم که چگونه میتوان برق را بصورت وایرلس(بیسیم) و به کمک دکل های مخابراتی انتقال داد؟!

💠برای پاسخ به این پرسش، باید با یک سری از پدیده های مغناطیسی آشنا شویم!

💢القای متقابل

🔹همانطور که از مقطع دبیرستان بیاد دارید، میدان های مغناطیسی در برابر هرگونه تغییر در ماهیت خود، مخالفت میکنند. در مدارهای الکتریکی میتوان بکمک القاگر الکتریکی(نوعی وسیله در مدار الکتریکی که از سیملوله ای تشکیل شده و در اثر عبور جریان الکتریکی، درون آن یک میدان مغناطیسی ایجاد میشود) نوعی میدان مغناطیسی بکمک جریان مدار تولید کرد.

🔸تغییر در جریان الکتریکی مدار سبب تغییر در این میدان(میدان درون سیملوله القاگر) خواهد شد، و در نتیجه القاگر الکتریکی برای مخالفت از تغییر این جریان و ایجاد ثبات مغناطیسی، نوعی جریان الکتریکی در مدار القا میکند.

🔹اگر بتوان در فاصله معینی از این القاگر، مداری با القاگر جدید قرار داد طوریکه این القاگر درون میدان مغناطیسی ناشی از القاگر مدار اول قرار گیرد، تغییر جریان مدار اول سبب‌ تغییر میدان مغناطیسی شده، و درون القاگر دوم نیز جریان القا میشود(بشکل زیر توجه کنید؛ در این شکل جریان مدار اول متغیر و میدان احاطه کننده القاگر ها نیز متغیر است.)
به این پدیده القای متقابل گویند.

🔸حال اگر بتوانیم یک دکل مخابراتی ایجاد کنیم که یک میدان مغناطیسی متناوب! تولید کرده و تا شعاع معینی پخش کند (فرستنده)، در این صورت تمام القاگر های حساس به این میدان(گیرنده)، تحت القای متقابل قرار گرفته و در نتیجه در آنها جریان ایجاد خواهد شد و بدین ترتیب توانستیم از طریق تولید میدان مغناطیسی، انرژی الکتریکی ناشی از این میدان را بصورت وایرلس منتقل کنیم.

🔹این ایده تسلا کاملأ اجرایی بوده و تسلا موفق به ساخت دکل بزرگی برای انجام این امر شد که پروژه او بنا به مشکلاتی ناتمام ماند.
این سیستم همچنین قابلیت تبدیل جریان مستقیم به متناوب را نیز دارد.

💢معایب این فرآیند

💠از جمله معایب آن، همان میدان مغناطیسی بسیار بزرگی است که توسط فرستنده ها تولید میشود که بر سلامتی انسان تأثیر گذار است.

💠مشکل دیگر آن اتلاف توان الکتریکی و هزینه بالا میباشد. اما این روش برای دستگاه هایی با فاصله کم از منبع، مانند شارژ کردن موبایل از راه دور بسیار مناسب و ساده میباشد.


🆔 @Physics3p

🎦 مناظره ریچارد داوکینز و بن استین

💢 آیا خدا وجود دارد؟!


🆔 @Physics3p

📚 آیا «واقعیت» توهمی بیش نیست؟!

📎 قسمت سوم: جهان، مکان، زمان، توهم یا واقعیت؟

🆔 @Physics3p

در قسمت قبل به دیدگاه هولوگرافیک دیوید بوهم و کارل پریبرام در باب جهان پرداختیم. در این قسمت ضمن تشریح بیشتر این موضوع، به ساختار و ماهیت زمان نیز خواهیم پرداخت:

🔸بوهم پس از بررسی بیشتر به این نتیجه رسید که نه تنها ذهن ما از این ساختار تابعی جز به کل که هر جزئی کل را در بردارد پیروی میکند، بلکه بدن ما نیز از این ساختار پیروی کرده و حتی جهان نیز بر این ساختار استوار است. از جمله مثال هایی که میتوان در این باره بیان کرد، درمان بیماری ها بکمک دارو نما، دژاوو، دعا،تلقین، و عادت هاییست که بصورت ناخودآگاه در انسان پدید میاید. دارونمایی روشی در پزشکی است که بیمار در این روش تنها با یک دارو که هیچ خاصیت دارویی ندارد، بهبود میابد.

🔹بوهم همچنین بر این باور است که دعا کردن نیز به این موضوع مرتبط است طوریکه شخص دعا کننده تنها واقعیت مستتر را در جریان واقعیت نامستتر قرار میدهد.(در قسمت قبل به این موضوع اشاره شده است) در دعا شخص بنوعی قسمتی از واقعیت را آنطور که میخواهد تحریف میکند و تنها این ساختار هولوگرافیک است که سبب پیداش این واقعیت ها خواهد شد. به عقیده او، همانطور که در دارونمایی شخص بیمار با خوردن قرص شکر از بیماری سخت نجات میابد، در دعا نیز تنها این واقعیت نامستتر است که خود را در قالب واقعیت مستتر عیان میکند.

💢زمان، توهمی از واقعیت

🔸موضوع زمان و درک وجودیت آن سالهاست که ذهن فیزیکدانان را بخود مشغول کرده است و در بین فیزیکدانان عده ای بر این باورند که زمان تنها یک توهم ذهنیست که بدلیل شناخت ناقص ما از جهان پدید آمده و عده ای در جناح مقابل بر وجودیت زمان کاملأ بی تردید اند.‌ ما در این بخش هر کدام از این باورها را بصورت مجزا مورد بررسی قرار خواهیم داد.

🔹سن آگوستن، فیلسوف در باب توهم زمان این چنین میگوید: قبل از آنکه از خود بپرسم زمان چیست، همه چیز را راجب آن میدانم و زمانی که در آن میاندیشم، میبینم چیزی از آن نمیدانم!
همه ما تمام لحظات زندگیمان را با گذر زمان احساس میکنیم و زمان بخشی نامستقل از زندگی ماست، طوریکه تصور زندگی بدون آن غیر ممکن است!
تا پیش از کشف نسبیت توسط انیشتین، فیزیکدانان بر این باور بودند که زمان مستقل از مکان بوده و تغییر مکان بر آن تأثیری ندارد، به عبارتی زمان مانند مکان بعدی مجزاست.

🔸ایزاک نیوتون جهان را مانند صحنه ای تصور میکرد که گذر زمان برای تمام افراد حاضر در این صحنه به یک گونه میگذرد و همه افراد آن را بصورت مشابه تجربه میکنند. اما با کشف نسبیت، انیشتین به ما فهماند که زمان مستقل از مکان نبوده، و تنها ساختاری بنام فضا-زمان وجود دارد که بر جهان حاکم است.
اما براستی آیا زمان وجود دارد یا تنها یک توهم است؟

🔹در آزمایشی که توسط گروهی از روانشناسان انجام شده، حتی بر این موضوع اشاره دارد که گذر زمان نه تنها بر تعریف فیزیکی آن دلالت دارد، بلکه ساختار ذهن نیز بر آن تأثیر گذار است. در این آزمایش مشخص شد هرچه سن افراد بیشتر میشود، گذر زمان نیز سریعتر میشود.
مثال دیگر از این موضوع اینست که کارهایی که از آن لذت میبریم، در زمانی سریعتر و کارهای ملالت آور، در زمانی کندتر صورت میگرند.

💢حال آیا ساختار هولوگرافیک ذهن و جهان بر زمان نیز تأثیر گذار است یا زمان قانون کلی طبیعت است؟

ادامه دارد....


🆔 @Physics3p

‍ .

〰 مفاهیم پایه نظریه‌ی ریسمان 〰

(1)

نظریهٔ ریسمان (به انگلیسی: String Theory) شاخه‌ای از فیزیک نظری و بیشتر مربوط به حوزه فیزیک انرژی‌های بالاست.


این نظریه در ابتدا برای توجیه کامل نیروی هسته‌ای قوی به وجود آمد، ولی پس از مدتی با گسترش کرومودینامیک کوانتومی کنار گذاشته شد و در حدود سالهای ۱۹۸۰ دوباره برای اتحاد نیروی گرانشی و برطرف کردن ناهنجاری‌های تئوری ابرگرانش وارد صحنه شد.

بنابر این نظریه، ماده در بنیادی‌ترین صورت خود، نه ذره بلکه ریسمان مانند است. یعنی تمام ذرات بنیادین (مثل الکترون، پوزیترون و فوتون و غیره) اگر با بزرگنمایی خیلی خیلی زیاد نگریسته ‌شوند، ریسمان هستند. ریسمان می‌تواند بسته (مثل حلقه) یا باز (مثل بند کفش) باشد.
همانطور که حالت‌های مختلف نوسانی در سیمهای سازهای زهی مثل گیتار صداها (نتهای) گوناگونی ایجاد می‌کند، حالتهای مختلف نوسانی این ریسمانهای بنیادین نیز به صورت ذرات بنیادین گوناگون جلوه‌گر می‌شود.


خاصیت مهم اَبَرْریسمان که فیزیکدانان را به سمت خود کشاند این بود که این نظریه به طرزی بسیار طبیعی گرانش (نسبیت عام) و مدل استاندارد (نظریهٔ میدان کوانتوم) که سه نیروی دیگر موجود در طبیعت (یعنی نیروی الکترومغناطیس، نیروی ضعیف و نیروی هسته‌ای قوی) را توصیف می‌کند به هم مرتبط می‌سازد.
تا همین اواخر، دانشمندان نتوانسته بودند تقریباً هیچ چیزی را با استفاده از نظریه ریسمان (استرینگ تئوری) که بعضی‌ها به آن «نظریه همه چیز» هم می‌گویند، توضیح دهند؛ ولی در کارگاه انستیتوی فیزیک نظری کاولی در سانتاباربارای کالیفرنیا، دانشمندان از این نظریه برای پیشرفت در حل یکی از بزرگ‌ترین معماهای فیزیک ماده چگال استفاده کردند: منشا و ریشه ابررسانایی گرم.


🆔 @Physics3p

⚛ کانال فیزیک کوانتوم

✅ منبع: سایت علمی بیگ بنگ

‍ .

〰 مفاهیم پایه نظریه‌ی ریسمان 〰

(2)

نظریه ریسمان چنین بیان می‌کند که ریسمان‌های مرتعشی که در ده بعد وجود دارند، پایه و اساس دنیای قابل مشاهده را تشکیل می‌دهند و چگونگی ارتعاش آنها، ذرات یا نیروهای بین آنها را تفکیک می‌کند. به رغم این‌که این فرض پایه‌ای هنوز در شک و تردید است و با دانسته‌ها و تجهیزات فعلی بشر هم آزمایش تجربی آن محال است؛ بعضی از ابزارهای ریاضی که در چند سال گذشته در نظریه ریسمان استفاده شده بودند، برای توضیح رفتار مواد داغ حالت پلاسما و شبکه‌های فوق سرد اتم‌ها به‌کار گرفته شدند.
آخرین ادعا در مورد نظریه ریسمان، ابزاری کلیدی در توضیح رفتار معمولی موادی است که در دماهای نسبتا بالا، الکتریسیته را بدون هیچ مقاومتی از خود عبور می‌دهند. این حالت را ابررسانایی می‌نامند و نظریه‌ای که ابررسانایی مرسوم را در دماهایی نزدیک به صفر مطلق (منفی ۲۷۳ درجه سانتی‌گراد) توجیه می‌کند، نظریه کاملی است؛ ولی نظریه‌ای که رفتار گروه دوم موادی را که در دمای تقریبا ۷۹ کلوین (منفی ۱۹۴ درجه سانتی‌گراد) خاصیت ابررسانایی را از خود بروز می‌دهند، توجیه کند، هنوز به صورت یک معما باقی مانده است. نظریه‌پردازان فعال در نظریه ریسمان امیدوارند که با توضیح رفتار معمولی این مواد، در دمایی فقط کمی بالای دمایی که در آن دما، این مواد از خود ویژگی ابررسانایی را بروز می‌دهند، بتوانند خود پدیده ابررسانایی در دمای بالا را بهتر کنترل کنند.


سابیر ساچدف، از نظریه‌پردازان ماده‌چگال در دانشگاه هاروارد، می‌گوید: «این بدین معنا است که ما با استفاده از توضیح نظریه ریسمان، در آستانه درک حالت جدیدی از ماده قرار داریم».


همچنین ساچدف و همکارانش در یک گردهم‌آیی کارگاهی، از هر یک از حضار خواستند که مدل ادعایی خود را برای توجیه ابررسانایی در دمای بالا با استفاده از نظریه ریسمان ارائه دهند و برای ثبت آن، برگه‌ای را دست به دست بین شرکت‌کنندگان چرخاندند که در ابتدا هیچ چیزی روی آن نوشته نشده بود.

شان هارتنول محقق دوره فوق‌دکترای دانشگاه هاروارد، که یکی دیگر از برگزار کنندگان این کارگاه بود نیز بر این باور است که یافتن کاربردهای جدید برای ریاضیات نظریه ریسمان، انرژی تازه‌ای را وارد این حوزه می‌کند. او می‌گوید: «اکنون به نظر می‌رسد که با دیگ جوشانی از افکار و نظرات جدید روبرو هستیم».


🆔 @Physics3p

⚛ کانال فیزیک کوانتوم

✅ منبع: بیگ بنگ

‍ .


〰 مفاهیم پایه نظریه‌ی ریسمان 〰

(3)

به طور سنتی فضایی که ریسمان‌ها در آن فعالیت دارند، بیست و شش بعدی است (البته همیشه اینطور نیست چنان که در زیر توضیح داده خواهد شد). عدد بیست و شش از روی ضوابط ریاضی و نظریهٔ گروهها (برای حفظ تقارن لورنتس) به دست می‌آید. این امر ممکن است در ابتدا کمی ثقیل و مشکل‌زا به نظر برسد. چرا که به هرحال ما در اطراف خود چهار بعد (سه بعد مکانی و یک بعد زمانی) بیشتر احساس نمی‌کنیم پس این بعدهای اضافه کجایند؟ پاسخی که معمولاً به این پرسش داده می‌شود اینست که این بعدها برخلاف چهار بعد دیگر) کوچک و نیز فشرده (معادل انگلیسی compact) هستند. فشرده یعنی آنکه اگر در جهت آنها به اندازهٔ کافی پیش‌روی کنید به جای اول خود باز می‌گردید. کوچک بودن هم معنایش اینست که برای آنکه به جای نخست بازگردید باید مسافت خیلی کمی را طی کنید.


برای نمونه یک لولهٔ بینهایت دراز را در نظر بگیرید. سطح این لوله مسلما دوبعدی است. یعنی مورچه‌ای که روی سطح این لوله قرار دارد می‌تواند در دو راستای مستقل از هم حرکت کند. فرض کنید که سر مورچه در راستای طول لوله‌است. مورچه می‌تواند یا عقب-جلو برود یا چپ-و-راست. اما اگر به‌فرض این مورچه به اندازهٔ کافی (یعنی به اندازهٔ محیط لوله) در جهت چپ حرکت کند به جای اول خود باز می‌گردد اما قضیه در مورد عقب جلو رفتن صدق نمی‌کند. پس یکی از بعدهای این فضای دوبعدی (یعنی یکی از بعدهای سطح لوله) فشرده و یکی نافشرده است.


اینک فرض کنید که این مورچه روی یک توپ قرار دارد. باز هم می‌تواند در دو راستای مستقل از هم حرکت کند منتهی این‌بار در هر جهتی روی سطح کره مستقیم حرکت کند، پس از طی مسافتی (برابر با محیط دایرهٔ عظیمهٔ کره) به جای نخست بازمی‌گردد. پس این بار هر دو بعد این فضای دوبعدی (یعنی سطح توپ) فشرده است.

بازگردیم به فضای دوبعدی سطح لوله. این بار فرض کنید که محیط این لوله خیلی کم باشد یا مثلاً به جای لوله یک کابل برق داشته‌باشیم. برای مورچه (اگر به اندازهٔ کافی کوچک باشد)این کابل هنوز یک سطح دو بعدی است یعنی وقتی که روی سطح کابل قرار دارد می‌تواند در دو راستای مستقل از هم حرکت کند. اما برای ما انسان‌ها کابل برق یک شی یک بعدی محسوب می‌شود چون فقط درازای آن قابل درک است.
حالتی بسیار شبیه به این در مورد این بعدهای اضافه در نظریه ریسمان رخ می‌دهد. به این معنی که ما به خاطر اندازهٔ بزرگ خود از درک این ابعاد اضافی عاجز هستیم اما این ابعاد برای بعضی از ذره‌ها با انرژی زیاد قابل دسترسی است.


🆔 @Physics3p

⚛ کانال فیزیک کوانتوم

✅ منبع: بیگ بنگ

‍ 〰 مفاهیم پایه نظریه‌ی ریسمان 〰

(4)

تئوری ریسمان در ابتدا برای شرح بوزون‌ها به ویژه هادرون‌ها که ذراتی سنگین در حمل نیروی قوی هسته‌ای هستند ارائه شده بود. از جهتی این تئوری به راحتی می‌توانست تئوری میدان‌های کوانتومی که در رابطه با به وجود آمدن ذرات و واکنش‌های بین آنها را شرح دهد. دانشمندان بر آن شدند تا به وسیله‌ی این تئوری، تئوری گرانش کوانتومی را تعریف کنند. به همین دلیل آن را یک گزینه برای نظریه‌ی همه چیز دانستند. برای این که این تئوری کامل شود، می‌بایست فرمیون‌ها نیز به آن وارد می‌شدند. با ورود فرمیون‌ها، نظریه‌ای با نام ابر ریسمان به وجود آمد که در ادامه به شرح آن خواهیم پرداخت.

یکی از مؤلفه های مهم و چشم‌گیر تئوری ریسمان ابعاد اضافی آن است که تعداد آنها برابر ۱۰ و ۱۱ و ۲۶ تاست. زیرا این تئوری برای شرح موضوعات نیاز به این ابعاد دارد. این بحث آن قدر جزئیات دارد که خارج از بحث این مقاله است.


اما جالب است که بدانیم خود ریسمان‌ها دو نوع هستند که عبارتند از :

۱- ریسمان‌های باز که دارای دو نقطه‌ی پایانی مشخص هستند.

۲- ریسمان‌های بسته که در آن نقاط پایانی‌اش به هم پیوسته و یک حلقه‌ی کامل را تشکیل می‌دهند. این‌ها دارای خواصی هستند که اندکی با هم تفاوت می‌کند. از طرفی طول ریسمان معادل طول پلانک می‌باشد که با تکنولوژی‌های کنونی اصلا قابل تصور هم نیست.

🆔 @Physics3p

مطلب کامل از نظریه #ریسمان