Forwarded from اتچ بات
.
⚛ الکترودینامیک کوانتومی (QED):
قسمت اول
🔺 در لحظات ابتدایی جهان، نیروی واحد و ابتدایی جهان تقارنش به صورت چهار نیرو شکسته شد. چهار نیروی شناخته شده در طبیعت عبارتند از: نیروی گرانش، نیروی الکترومغناطیس؛ نیروی هسته ای ضعیف و نیروی هسته ای قوی.
نیروی گرانش بر همه ذرات جرم دار اعمال می شود، ضعیف ترین این نیروی هاست و البته دور برد است، نیروی الکترومغناطیس بر ذرات باردار اعمال می شود و قوی تر از نیروی گرانش است. نیروی هسته ای قوی به چگونگی کنار هم قرار گرفتن پروتون ها و نوترون ها برای تشکیل هسته اتم می پردازد و نیروی هسته ای ضعیف باعث رادیواکتیویته می شود و نقش حیاتی در تشکیل عناصر در ستاره ها و اوایل پیدایش کیهان دارد. برای توجیه جهان کوچک مقیاس کوانتومی ما به نسخه کوانتومی تمامی این نیرو ها نیاز داریم. به عبارتی نیاز داریم که این نیروها را در سطح بسیار کوچک کوانتومی نیز بررسی کنیم و قوانین مربوط به آنها را سامان بدهیم.
🆔 @Physics3p
🔻 اولین نیرویی که برای آن نسخه کوانتومی ساخته شد نیروی الکترومغناطیس بود، فرضیه کوانتومی میدان الکترومغناطیسی که به آن الکترودینامیک کوانتومی یا به اختصار QED گفته می شود، در سال ۱۹۴۰ توسط ریچارد فاینمن و چند تن دیگر توسعه داده شد. در فیزیک کوانتوم، ذرات به طور عمده بر دو گروه تقسیم می شوند: فرمیون ها و بوزون ها. تمامی ذرات ماده در رده فرمیون ها جای می گیریند، البته تعریف علمی تری برای این گروه ذرات است ولی زیاد روی آن مانور نمی دهیم. بطور خلاصه فرمیون ها ذراتی هستند که از اصل طرد پائولی پیروی می کنند و اسپین نیم صحیح دارند، مانند الکترون، پروتون و …
🆔 @Physics3p
🔺 بوزون ها یا به عبارتی “ذرات پیام رسان” پیام بین فرمیون ها و گاهی بین خودشان را می برند. انگار هر ذره در گیتی یا بوزون است و یا فرمیون. برای مثال نامه ای که بین شما و دوستتان رد و بدل می شود در حکم بوزون است و شما نیز فرمیون هستید. بوزون ها برای هر چهار گروه نیروهای شناخته شده اسمی خاص دارند. به طور مثال به ذرات پیام رسان نیروی الکترومغناطیسی “فوتون” گفته می شود. الکترودینامیک کوانتومی به برهم کنش بین ذرات از طریق نیروی الکترومغناطیسی در ابعاد کوانتومی می پردازد.
🔻 در نظریه نسبیت کلاسیک، نیروها از طریق میدان ها انتقال می یابند؛ بطور مثال نیروی گرانشی زمین که شما را نزدیک خودش نگه داشته است از طریق میدان گرانشی زمین انتقال می یابد. همین اصل برای کوانتوم نیز وجود دارد اما به گونه ای متفاوت. میدان های کوانتومی از ذرات پیام رسان یا بوزون ها تشکیل شده اند؛ چرا که وظیفه انتقال نیرو بر عهده این گروه ذرات است. حال اگر نیروی مد نظر ما الکترومغناطیس باشد آنگاه فوتون ها این نیرو را انتقال می دهند. روش کار این است که یک ذره مانند الکترون یک بوزون از خود ساتع می کند و خودش را به خاطر آن عقب می زند (مانند لگد یک اسلحه در هنگام شلیک) و آنگاه به ذره ماده دیگر برخورد می کند و با تغییر حرکت آن ذره جذب می شود. QED تمامی اندرکنش های بین ذرات باردار را بر حسب تبادل فوتون ها توصیف می کند.
🔸 ادامه دارد...
🆔 @Physics3p
.
⚛ الکترودینامیک کوانتومی (QED):
قسمت اول
🔺 در لحظات ابتدایی جهان، نیروی واحد و ابتدایی جهان تقارنش به صورت چهار نیرو شکسته شد. چهار نیروی شناخته شده در طبیعت عبارتند از: نیروی گرانش، نیروی الکترومغناطیس؛ نیروی هسته ای ضعیف و نیروی هسته ای قوی.
نیروی گرانش بر همه ذرات جرم دار اعمال می شود، ضعیف ترین این نیروی هاست و البته دور برد است، نیروی الکترومغناطیس بر ذرات باردار اعمال می شود و قوی تر از نیروی گرانش است. نیروی هسته ای قوی به چگونگی کنار هم قرار گرفتن پروتون ها و نوترون ها برای تشکیل هسته اتم می پردازد و نیروی هسته ای ضعیف باعث رادیواکتیویته می شود و نقش حیاتی در تشکیل عناصر در ستاره ها و اوایل پیدایش کیهان دارد. برای توجیه جهان کوچک مقیاس کوانتومی ما به نسخه کوانتومی تمامی این نیرو ها نیاز داریم. به عبارتی نیاز داریم که این نیروها را در سطح بسیار کوچک کوانتومی نیز بررسی کنیم و قوانین مربوط به آنها را سامان بدهیم.
🆔 @Physics3p
🔻 اولین نیرویی که برای آن نسخه کوانتومی ساخته شد نیروی الکترومغناطیس بود، فرضیه کوانتومی میدان الکترومغناطیسی که به آن الکترودینامیک کوانتومی یا به اختصار QED گفته می شود، در سال ۱۹۴۰ توسط ریچارد فاینمن و چند تن دیگر توسعه داده شد. در فیزیک کوانتوم، ذرات به طور عمده بر دو گروه تقسیم می شوند: فرمیون ها و بوزون ها. تمامی ذرات ماده در رده فرمیون ها جای می گیریند، البته تعریف علمی تری برای این گروه ذرات است ولی زیاد روی آن مانور نمی دهیم. بطور خلاصه فرمیون ها ذراتی هستند که از اصل طرد پائولی پیروی می کنند و اسپین نیم صحیح دارند، مانند الکترون، پروتون و …
🆔 @Physics3p
🔺 بوزون ها یا به عبارتی “ذرات پیام رسان” پیام بین فرمیون ها و گاهی بین خودشان را می برند. انگار هر ذره در گیتی یا بوزون است و یا فرمیون. برای مثال نامه ای که بین شما و دوستتان رد و بدل می شود در حکم بوزون است و شما نیز فرمیون هستید. بوزون ها برای هر چهار گروه نیروهای شناخته شده اسمی خاص دارند. به طور مثال به ذرات پیام رسان نیروی الکترومغناطیسی “فوتون” گفته می شود. الکترودینامیک کوانتومی به برهم کنش بین ذرات از طریق نیروی الکترومغناطیسی در ابعاد کوانتومی می پردازد.
🔻 در نظریه نسبیت کلاسیک، نیروها از طریق میدان ها انتقال می یابند؛ بطور مثال نیروی گرانشی زمین که شما را نزدیک خودش نگه داشته است از طریق میدان گرانشی زمین انتقال می یابد. همین اصل برای کوانتوم نیز وجود دارد اما به گونه ای متفاوت. میدان های کوانتومی از ذرات پیام رسان یا بوزون ها تشکیل شده اند؛ چرا که وظیفه انتقال نیرو بر عهده این گروه ذرات است. حال اگر نیروی مد نظر ما الکترومغناطیس باشد آنگاه فوتون ها این نیرو را انتقال می دهند. روش کار این است که یک ذره مانند الکترون یک بوزون از خود ساتع می کند و خودش را به خاطر آن عقب می زند (مانند لگد یک اسلحه در هنگام شلیک) و آنگاه به ذره ماده دیگر برخورد می کند و با تغییر حرکت آن ذره جذب می شود. QED تمامی اندرکنش های بین ذرات باردار را بر حسب تبادل فوتون ها توصیف می کند.
🔸 ادامه دارد...
🆔 @Physics3p
.
Telegram
attach 📎
Forwarded from اتچ بات
.
🌀 گرانش کوانتومی:
قسمت اول
🔺 در ابتدای قرن بیستم دو نظریه ی مهم در فیزیک پایه گذاری شد، مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت. بر خلاف موفقیت های فراوانی که هر کدام از این نظریه ها به طور جداگانه بدست آوردند، با یکدیگر ناسازگار به نظر می رسیدند. این تناقض در قلب فیزیک نظری همچنان یکی از جنجالی ترین مطالب علم است.
🔻 نظریه نسبیت عام در محاسبه ی دقیق گرانش موفق عمل می کند. اگر در میدان گرانش، مکانیک کوانتومی را به کار بگیریم، به گرانش کوانتومی دست می یابیم. در نگاه اول ساختن نظریه گرانش کوانتومی مشکل تر از نظریه ی الکترو دینامیک کوانتومی به نظر نمی رسید. الکترو دینامیک کوانتومی نیم قرن پیش ابداع شد. اساس QED یا همان الکترودینامیک کوانتومی توصیف نیروهای الکترومغناطیسی بر حسب تبادل ذراتی است که آنها را فوتون می نامیم. به عبارت دیگر فوتون کوانتای میدان الکترومغناطیس است. این فوتون ها گسیل شده و بلافاصله جذب می شوند. در نتیجه گسیل و جذب فوتون ها انرژی و تکانه ذرات ثابت نمی ماند. بنابراین دافعه ی الکتروستاتیک بین دو الکترون را می توان در نتیجه ی گسیل فوتون از یک الکترون و جذب آن توسط الکترون دیگر دانست.
🆔 @Physics3p
🔺 به طور مشابه می توان جاذبه ی گرانشی بین دو جسم را در نتیجه ی تبادل گراویتون، یعنی کوانتای میدان گرانشی، دانست. این واقیعت که تاکنون گراویتون توسط هیچ وسیله ای آشکار نشده است، چندان تعجب آور نیست، چون نیروی گرانشی بسیار ضعیف تر از نیروهای مغناطیسی و الکتریکی است. ثابت می شود که تبادل گراویتون بین جرم های نقطه ای باعث ایجاد میدان گرانشی با قانون معروف عکس مجذور فاصله می شود.
🔻 اما هنگامی که فرآیندهای پیچیده تر، که در آنها تعداد زیادی گراویتون وجود دارند، در نظر گرفته می شود مشکلی به وجود می آید. یک فرق مهم بین میدان گرانشی و الکترومغناطیسی وجود دارد. میدان گرانشی غیر خطی است. این غیر خطی بودن از آنجا ناشی می شود که میدان گرانشی شامل انرژی است و این انرژی دارای معادل جرم است که میان ان جرم ها مجددا نیروی گرانشی وجود دارد. به زبان کوانتومی این مطلب بر این نکته دلالت دارد که گراویتون ها با گراویتون های دیگر اندرکنش می کنند، در حالی که فوتون ها با بارهای الکتریکی و جریان ها اندرکنش دارند و با هیچ فوتون دیگری اندرکنش ندارند. چون بین گراویتون ها اندرکنش وجود دارد می توان گفت که ذرات مادی با شبکه ی پیچیده ای از گراویتون ها احاطه شده است که حلقه های بسته ای را تشکیل می دهند، مانند یک درخت پر از شاخ و برگ.
🆔 @Physics3p
🔺 در نظریه میدان کوانتومی حلقه های بسته نشانه ی دردسر می باشند و موجب تولید جواب های بی نهایت در محاسبه ی فرآیندهای فیزیکی می شوند. در الکترودینامیک کوانتومی این مسئله هنگامی به وجود می آید که یک الکترون فوتونی را گسیل و مجددا جذب کند. بی نهایت های بدست آمده را با یک روش ریاضی با نام «باز بهنجارش» بر طرف می کنند. اگر این روش به درستی به کار گرفته شود، جواب های قابل قبولی به دست می آید. چون در الکترودینامیک کوانتومی جواب های بی نهایت را می توان با این روش مشخص برداشت به ان یک نظریه ی «باز بهنجار پذیر» می گویند. روش یاد شده مجمو عه ای از اعمال ریاضی است که برای برداشتن بی نهایت ها کافی است.
🔻 متاسفانه هنگامی که مکانیک کوانتومی را در نسبیت عام به کار می گیریم چنین روشی وجود ندارد. بنابراین در این حالت نظریه بازبهنجار ناپذیر است. هر فرآیند شامل حلقه های بسته ی بیشتر و بیشتری از گراویتون ها خواهد بود که موجب جملات بی نهایت بیشتری می شوند. وجود این جملات بی نهایت باعث می شود نظریه گرانش کوانتومی برای بررسی اکثر پدیده های طبیعی بی استفاده می شود.
ادامه دارد...
🆔 @Physics3p
.
🌀 گرانش کوانتومی:
قسمت اول
🔺 در ابتدای قرن بیستم دو نظریه ی مهم در فیزیک پایه گذاری شد، مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت. بر خلاف موفقیت های فراوانی که هر کدام از این نظریه ها به طور جداگانه بدست آوردند، با یکدیگر ناسازگار به نظر می رسیدند. این تناقض در قلب فیزیک نظری همچنان یکی از جنجالی ترین مطالب علم است.
🔻 نظریه نسبیت عام در محاسبه ی دقیق گرانش موفق عمل می کند. اگر در میدان گرانش، مکانیک کوانتومی را به کار بگیریم، به گرانش کوانتومی دست می یابیم. در نگاه اول ساختن نظریه گرانش کوانتومی مشکل تر از نظریه ی الکترو دینامیک کوانتومی به نظر نمی رسید. الکترو دینامیک کوانتومی نیم قرن پیش ابداع شد. اساس QED یا همان الکترودینامیک کوانتومی توصیف نیروهای الکترومغناطیسی بر حسب تبادل ذراتی است که آنها را فوتون می نامیم. به عبارت دیگر فوتون کوانتای میدان الکترومغناطیس است. این فوتون ها گسیل شده و بلافاصله جذب می شوند. در نتیجه گسیل و جذب فوتون ها انرژی و تکانه ذرات ثابت نمی ماند. بنابراین دافعه ی الکتروستاتیک بین دو الکترون را می توان در نتیجه ی گسیل فوتون از یک الکترون و جذب آن توسط الکترون دیگر دانست.
🆔 @Physics3p
🔺 به طور مشابه می توان جاذبه ی گرانشی بین دو جسم را در نتیجه ی تبادل گراویتون، یعنی کوانتای میدان گرانشی، دانست. این واقیعت که تاکنون گراویتون توسط هیچ وسیله ای آشکار نشده است، چندان تعجب آور نیست، چون نیروی گرانشی بسیار ضعیف تر از نیروهای مغناطیسی و الکتریکی است. ثابت می شود که تبادل گراویتون بین جرم های نقطه ای باعث ایجاد میدان گرانشی با قانون معروف عکس مجذور فاصله می شود.
🔻 اما هنگامی که فرآیندهای پیچیده تر، که در آنها تعداد زیادی گراویتون وجود دارند، در نظر گرفته می شود مشکلی به وجود می آید. یک فرق مهم بین میدان گرانشی و الکترومغناطیسی وجود دارد. میدان گرانشی غیر خطی است. این غیر خطی بودن از آنجا ناشی می شود که میدان گرانشی شامل انرژی است و این انرژی دارای معادل جرم است که میان ان جرم ها مجددا نیروی گرانشی وجود دارد. به زبان کوانتومی این مطلب بر این نکته دلالت دارد که گراویتون ها با گراویتون های دیگر اندرکنش می کنند، در حالی که فوتون ها با بارهای الکتریکی و جریان ها اندرکنش دارند و با هیچ فوتون دیگری اندرکنش ندارند. چون بین گراویتون ها اندرکنش وجود دارد می توان گفت که ذرات مادی با شبکه ی پیچیده ای از گراویتون ها احاطه شده است که حلقه های بسته ای را تشکیل می دهند، مانند یک درخت پر از شاخ و برگ.
🆔 @Physics3p
🔺 در نظریه میدان کوانتومی حلقه های بسته نشانه ی دردسر می باشند و موجب تولید جواب های بی نهایت در محاسبه ی فرآیندهای فیزیکی می شوند. در الکترودینامیک کوانتومی این مسئله هنگامی به وجود می آید که یک الکترون فوتونی را گسیل و مجددا جذب کند. بی نهایت های بدست آمده را با یک روش ریاضی با نام «باز بهنجارش» بر طرف می کنند. اگر این روش به درستی به کار گرفته شود، جواب های قابل قبولی به دست می آید. چون در الکترودینامیک کوانتومی جواب های بی نهایت را می توان با این روش مشخص برداشت به ان یک نظریه ی «باز بهنجار پذیر» می گویند. روش یاد شده مجمو عه ای از اعمال ریاضی است که برای برداشتن بی نهایت ها کافی است.
🔻 متاسفانه هنگامی که مکانیک کوانتومی را در نسبیت عام به کار می گیریم چنین روشی وجود ندارد. بنابراین در این حالت نظریه بازبهنجار ناپذیر است. هر فرآیند شامل حلقه های بسته ی بیشتر و بیشتری از گراویتون ها خواهد بود که موجب جملات بی نهایت بیشتری می شوند. وجود این جملات بی نهایت باعث می شود نظریه گرانش کوانتومی برای بررسی اکثر پدیده های طبیعی بی استفاده می شود.
ادامه دارد...
🆔 @Physics3p
.
Telegram
attach 📎
Quantum Physics via @like
چگونه مفاهیم نسبیت را مجسم کنیم.pdf
5 MB
📚 کتاب هفته
📎 عنوان: چگونه مفاهیم نسبیت را مجسم کنیم؟
✍ نویسنده: لوئیس ایپشتین
☑ موضوع: فیزیک-علم
#پیشنهاد_ویژه_کانال
🆔 @Physics3p
📎 عنوان: چگونه مفاهیم نسبیت را مجسم کنیم؟
✍ نویسنده: لوئیس ایپشتین
☑ موضوع: فیزیک-علم
#پیشنهاد_ویژه_کانال
🆔 @Physics3p
Forwarded from اتچ بات
.
🌀 نظریه ابرتقارن چیست؟
🔸 چیزی که پیش روی هر نظریه کاندیدای نظریه همه چیز می باشد این است که بتواند نیرو ها و ذرات را باهم متحد کند.
🆔 @Physics3p
🔹 نظریه ابر تقارن با ارائه ی یاران ابر متقارن برای هر یک از ذرات، بطوریکه هر فرمیون دارای بوزونی به عنوان یار باشد و برعکس، اتحاد بین ماده و نیروهای طبیعت را پیشنهاد می کند. این نظریه جرمی یکسان برای هر یار پیش بینی می کند. برای مثال یاران ابرمتقارن نظری برای فوتون و گراویتون به ترتیب فوتینو و گراویتینو است و برای الکترون و کوارک به ترتیب سلکترون و سکوارک می باشد. در عکس پایین متن جدولی از یاران ابرمتقارن برای هریک از دو گروه بوزون (ذرات حامل نیرو) و فرمیون (ذرات مادی) را مشاهده می کنید.
🔸 نکته ی قابل توجه این است که تفاوت بین اسپین یاران ابرمتقارن و اسپین خود ذرات برابر با ۱/۲ است. اما چرا این نظریه جزء یکی از کاندیدای نظریه همه چیز است؟
🔹 ابرتقارن می تواند توضیح دهد که ذره هیگز آنقدر سبک است. (برای مطالعه در زمینه ذره هیگز، بوزون هیگز را در کانال سرچ کنید) جرم مشاهده شده از این ذره در LHC (شتابدهنده ی ذرات) بسیار کمتر از مقداری بود که پیش بینی می شد. مدل استاندارد جرمی تریلیون ها برابر آنچه مشاهده شد را برای این ذره پیش بینی می کرد. یاران ابرمقارن که نظریه ابرتقارن پیش بینی می کند می توانند حلال این مشکل باشند؛ ذرات اضافی می توانند سهم جرم یاران را از ذره هیگز بیرون بیاورند. این توضیح، جرم کم مشاهده شده را ممکن می سازد.
🆔 @Physics3p
🔸 همچنین این نظریه می تواند توضیحی برای ماده ی تاریک ارائه دهد. چرخش بعضی از خوشه ها، میزان انحراف نور توسط عدسی گرانشی و عوامل دیگری، توجیح کننده گرانش بیشتری نسبت به آن گرانشی که اجرام شناخته شده و مرئی می توانند ایجاد کنند است. به عبارتی جرم بیشتری باید وجود داشته باشد که عامل آن برهمکنش ضعیفی دارد و با عدم تابش پرتو های الکترومغناطیس و نور، آشکار سازی آن بطور مستقیم امکان پذیر نیست ولی از تاثیرات ان با خبریم. ماده تاریک نوعی ماده است که در اخترشناسی و کیهان شناسی برای توضیح پدیده هایی پیشنهاد شد که بنظر می رسد ناشی از وجود میزان خاصی از جرم باشند که از جرم مشاهده شده در کیهان بیشتر است. ابرتقارن، ذره ای خنثی با برهمکنشی بسیار ضعیف با ذرات دیگر را پیش بینی می کند، این توضیح دقیقا چیزی است که فیزیکدانان برای منشا ناشناخته ماده تاریک ارائه می دهند. نظریه ابرتقارن می تواند ما را در مسیر درستی به سمت یک نظریه وحدت یافته فیزیک قرار دهد. اگر نظریه ابرتقارن شامل مدل استاندارد شود سه نیروی ساختاری الکترومغناطیس، نیروی ضعیف هسته ای و نیروی قوی را که مدل استاندارد توصیف می کند یگانه می کند. به عبارتی ابرتقارن این معنا را می دهد که هر سه نظریه ها در سطح انرژی بالا یک مقدار قدرت دارند. همچنین نظریه ابرتقارن می تواند نظریه ریسمان را تقویت کند.
🆔 @Physics3p
🔹 ابرتقارن را گاهی پله ی محکمی برای نظری ریسمان می دانند؛ چرا که برای تحقق نظریه ریسمان بعضی از نسخه های ابرتقارن باید وجود داشته باشند. نظریه ریسمان یکی از کاندید های نسبتا امیدوار کننده ی نظریه همه چیز است ولی امتحان کردن آن بسیار مشکل است، با این وجود کشف درستی نظریه ابرتقارن می تواند حداقل پیشگامان نظریه ریسمان را آگاه سازد که آنها واقعا در راه درستی قدم می گذارند!
🔸 با وجود دهه ها جست و جوی فراوان، هیچ کس مدرک و شواهدی برای ابرتقارن مشاهده نکرده است. امیدوار کننده ترین راهی که بتوان مدرکی برای این نظریه پیدا کرد برخورد دهنده بزرگ ذرات هادرونی (LHC) است. با این وجود، این مشکل هم پابرجاست که برای مشاهده یاران ابرتقارن در آزمایشگاه این تقارن باید شکسته شود و با این که جرم این یاران همانند یاران عادیشان هست، با شکسته شدن تقارن این یاران جرمی صد ها یا هزاران بار سنگین تر برجا می گذارند و انرژی لازم برای پیدا کردن آن ها
وحشتناک است!
🆔 @Physics3p
منابع:
سایت علمی بیگ بنگ (با اندکی تغیرات ادمین)
کتاب استیون هاوکینگ ذهنی رها/نوشته کیتی فرگوسن
کتاب جهان در پوست گردو/نوشته: استیون هاوکینگ
🌀 نظریه ابرتقارن چیست؟
🔸 چیزی که پیش روی هر نظریه کاندیدای نظریه همه چیز می باشد این است که بتواند نیرو ها و ذرات را باهم متحد کند.
🆔 @Physics3p
🔹 نظریه ابر تقارن با ارائه ی یاران ابر متقارن برای هر یک از ذرات، بطوریکه هر فرمیون دارای بوزونی به عنوان یار باشد و برعکس، اتحاد بین ماده و نیروهای طبیعت را پیشنهاد می کند. این نظریه جرمی یکسان برای هر یار پیش بینی می کند. برای مثال یاران ابرمتقارن نظری برای فوتون و گراویتون به ترتیب فوتینو و گراویتینو است و برای الکترون و کوارک به ترتیب سلکترون و سکوارک می باشد. در عکس پایین متن جدولی از یاران ابرمتقارن برای هریک از دو گروه بوزون (ذرات حامل نیرو) و فرمیون (ذرات مادی) را مشاهده می کنید.
🔸 نکته ی قابل توجه این است که تفاوت بین اسپین یاران ابرمتقارن و اسپین خود ذرات برابر با ۱/۲ است. اما چرا این نظریه جزء یکی از کاندیدای نظریه همه چیز است؟
🔹 ابرتقارن می تواند توضیح دهد که ذره هیگز آنقدر سبک است. (برای مطالعه در زمینه ذره هیگز، بوزون هیگز را در کانال سرچ کنید) جرم مشاهده شده از این ذره در LHC (شتابدهنده ی ذرات) بسیار کمتر از مقداری بود که پیش بینی می شد. مدل استاندارد جرمی تریلیون ها برابر آنچه مشاهده شد را برای این ذره پیش بینی می کرد. یاران ابرمقارن که نظریه ابرتقارن پیش بینی می کند می توانند حلال این مشکل باشند؛ ذرات اضافی می توانند سهم جرم یاران را از ذره هیگز بیرون بیاورند. این توضیح، جرم کم مشاهده شده را ممکن می سازد.
🆔 @Physics3p
🔸 همچنین این نظریه می تواند توضیحی برای ماده ی تاریک ارائه دهد. چرخش بعضی از خوشه ها، میزان انحراف نور توسط عدسی گرانشی و عوامل دیگری، توجیح کننده گرانش بیشتری نسبت به آن گرانشی که اجرام شناخته شده و مرئی می توانند ایجاد کنند است. به عبارتی جرم بیشتری باید وجود داشته باشد که عامل آن برهمکنش ضعیفی دارد و با عدم تابش پرتو های الکترومغناطیس و نور، آشکار سازی آن بطور مستقیم امکان پذیر نیست ولی از تاثیرات ان با خبریم. ماده تاریک نوعی ماده است که در اخترشناسی و کیهان شناسی برای توضیح پدیده هایی پیشنهاد شد که بنظر می رسد ناشی از وجود میزان خاصی از جرم باشند که از جرم مشاهده شده در کیهان بیشتر است. ابرتقارن، ذره ای خنثی با برهمکنشی بسیار ضعیف با ذرات دیگر را پیش بینی می کند، این توضیح دقیقا چیزی است که فیزیکدانان برای منشا ناشناخته ماده تاریک ارائه می دهند. نظریه ابرتقارن می تواند ما را در مسیر درستی به سمت یک نظریه وحدت یافته فیزیک قرار دهد. اگر نظریه ابرتقارن شامل مدل استاندارد شود سه نیروی ساختاری الکترومغناطیس، نیروی ضعیف هسته ای و نیروی قوی را که مدل استاندارد توصیف می کند یگانه می کند. به عبارتی ابرتقارن این معنا را می دهد که هر سه نظریه ها در سطح انرژی بالا یک مقدار قدرت دارند. همچنین نظریه ابرتقارن می تواند نظریه ریسمان را تقویت کند.
🆔 @Physics3p
🔹 ابرتقارن را گاهی پله ی محکمی برای نظری ریسمان می دانند؛ چرا که برای تحقق نظریه ریسمان بعضی از نسخه های ابرتقارن باید وجود داشته باشند. نظریه ریسمان یکی از کاندید های نسبتا امیدوار کننده ی نظریه همه چیز است ولی امتحان کردن آن بسیار مشکل است، با این وجود کشف درستی نظریه ابرتقارن می تواند حداقل پیشگامان نظریه ریسمان را آگاه سازد که آنها واقعا در راه درستی قدم می گذارند!
🔸 با وجود دهه ها جست و جوی فراوان، هیچ کس مدرک و شواهدی برای ابرتقارن مشاهده نکرده است. امیدوار کننده ترین راهی که بتوان مدرکی برای این نظریه پیدا کرد برخورد دهنده بزرگ ذرات هادرونی (LHC) است. با این وجود، این مشکل هم پابرجاست که برای مشاهده یاران ابرتقارن در آزمایشگاه این تقارن باید شکسته شود و با این که جرم این یاران همانند یاران عادیشان هست، با شکسته شدن تقارن این یاران جرمی صد ها یا هزاران بار سنگین تر برجا می گذارند و انرژی لازم برای پیدا کردن آن ها
وحشتناک است!
🆔 @Physics3p
منابع:
سایت علمی بیگ بنگ (با اندکی تغیرات ادمین)
کتاب استیون هاوکینگ ذهنی رها/نوشته کیتی فرگوسن
کتاب جهان در پوست گردو/نوشته: استیون هاوکینگ
Telegram
attach 📎
Forwarded from اتچ بات
نظریه M:
قسمت دوم
🔸 پیشرفت قابل توجه دیگر در زمینه نظریه همه چیز ، دو سال پس از ارائه‌ی نظریه ام توسط جان مالداکنا (Juan Maldacena) انجام شد. او تطابق میان AdS/CFT را کشف نمود: یک رابطه‌ی هولوگرام مانند، گرانش را در یک ناحیه از فضا-زمان به نام فضای AdS به یک توصیف کوانتومی از ذرات به نام «نظریه میدان همگرا» (CFT) مرتبط می‌سازد. AdS/CFT تعریف کاملی از نظریه ام برای موردی خاص، از هندسه‌ی فضا-زمان AdS ارائه می‌دهد که با القای انرژی منفی، موجب خمش این فضا، به شیوه‌ای متفاوت با جهان ما می‌شود. فیزیکدانان برای چنین دنیای خیالی می‌توانند فرآیندهای تمام سطوح انرژی، از جمله اصلِ شکل‌گیری سیاهچاله‌ها و تبخیر را توصیف کنند. شانزده هزار ارجاع به این مقاله در طی بیست سال اخیر، همگی بیانگر تحقیقات انجام شده برای استفاده از این محاسبات، در فهم بهتر مسئله‌ی AdS/CFT و گرانش کوانتومی بوده است.
🆔 @Physics3p
🔹 توالی این رویدادها، اکثر متخصصان را به این نتیجه رسانده که نظریه M ، نظریه‌ای پیشرو برای توضیح نظریه‌ی همه چیز است، اگرچه تعریف دقیق آن در جهانی مانند جهان ما هنوز ناشناخته مانده است. اینکه آیا این نظریه درست است یا نه، یک سوال کاملا جداگانه است. ریسمان‌هایی که در این فضا قرار دارد و همچنین ابعاد فضایی اضافیِ پیچیده شده که اطراف این ریسمانها در حرکت هستند، ۱۰ میلیون میلیارد برابر کوچکتر از آزمایش‌هایی هستند که توسط LHC (شتاب دهنده ی ۲۵ کیلومتری) قابل آزمون است. برخی اثر‌های ماکروسکوپی این نظریه که ممکن بود قابل مشاهده باشند، مانند ریسمان‌های کیهانی و اَبر تقارن نیز هنوز مشاهده نشده‌اند.
🆔 @Physics3p
🔸 در عین حال، ایده‌های ارائه شده‌ی دیگر برای نظریه‌ی همه چیز همگی دارای مشکلات فنی مختلف هستند و هیچکدام از آنها شواهد ریاضی و مستحکم ارائه شده توسط نظریه‌ی ریسمان، مانند محاسبه‌ی پراکندگی گراویتون - گراویتون را اثبات نکرده‌اند. (طبق گفته سیمون دافین، هیچ کدام از رقبا موفق به تکمیل اولین گام و یا اولین «اصلاح کوانتومی» این محاسبات نشده‌اند). یک فیلسوف حتی استدلال کرده که شرایط نظریه‌ی ریسمان، به عنوان تنها نظریه‌ی ثابت و شناخته شده، شاهدی مبنی بر صحیح بودن این نظریه است.
🔹 رقبای موجود برای این نظریه شامل نظریه‌های گرانش امن مجانبی (asymptotically safe gravity)، نظریه E8، هندسه‌ی جابه‌جایی‌ناپذیر (noncommutative geometry) و سیستم‌های فرمیونی عِلّی (causal fermion systems) هستند. به عنوان مثال نظریه‌ی گرانش امن مجانبی پیشنهاد می‌کند که قدرت گرانش ممکن است وقتی به مقیاس کوچکتر می‌روید تغییر یابد، به طوری که مشکل محاسبات بی نهایت حل شود، اما هیچ کس تا به حال ندیده این نظریه، صحیح عمل کند.
🔰 پایان
🆔 @Physics3p
قسمت دوم
🔸 پیشرفت قابل توجه دیگر در زمینه نظریه همه چیز ، دو سال پس از ارائه‌ی نظریه ام توسط جان مالداکنا (Juan Maldacena) انجام شد. او تطابق میان AdS/CFT را کشف نمود: یک رابطه‌ی هولوگرام مانند، گرانش را در یک ناحیه از فضا-زمان به نام فضای AdS به یک توصیف کوانتومی از ذرات به نام «نظریه میدان همگرا» (CFT) مرتبط می‌سازد. AdS/CFT تعریف کاملی از نظریه ام برای موردی خاص، از هندسه‌ی فضا-زمان AdS ارائه می‌دهد که با القای انرژی منفی، موجب خمش این فضا، به شیوه‌ای متفاوت با جهان ما می‌شود. فیزیکدانان برای چنین دنیای خیالی می‌توانند فرآیندهای تمام سطوح انرژی، از جمله اصلِ شکل‌گیری سیاهچاله‌ها و تبخیر را توصیف کنند. شانزده هزار ارجاع به این مقاله در طی بیست سال اخیر، همگی بیانگر تحقیقات انجام شده برای استفاده از این محاسبات، در فهم بهتر مسئله‌ی AdS/CFT و گرانش کوانتومی بوده است.
🆔 @Physics3p
🔹 توالی این رویدادها، اکثر متخصصان را به این نتیجه رسانده که نظریه M ، نظریه‌ای پیشرو برای توضیح نظریه‌ی همه چیز است، اگرچه تعریف دقیق آن در جهانی مانند جهان ما هنوز ناشناخته مانده است. اینکه آیا این نظریه درست است یا نه، یک سوال کاملا جداگانه است. ریسمان‌هایی که در این فضا قرار دارد و همچنین ابعاد فضایی اضافیِ پیچیده شده که اطراف این ریسمانها در حرکت هستند، ۱۰ میلیون میلیارد برابر کوچکتر از آزمایش‌هایی هستند که توسط LHC (شتاب دهنده ی ۲۵ کیلومتری) قابل آزمون است. برخی اثر‌های ماکروسکوپی این نظریه که ممکن بود قابل مشاهده باشند، مانند ریسمان‌های کیهانی و اَبر تقارن نیز هنوز مشاهده نشده‌اند.
🆔 @Physics3p
🔸 در عین حال، ایده‌های ارائه شده‌ی دیگر برای نظریه‌ی همه چیز همگی دارای مشکلات فنی مختلف هستند و هیچکدام از آنها شواهد ریاضی و مستحکم ارائه شده توسط نظریه‌ی ریسمان، مانند محاسبه‌ی پراکندگی گراویتون - گراویتون را اثبات نکرده‌اند. (طبق گفته سیمون دافین، هیچ کدام از رقبا موفق به تکمیل اولین گام و یا اولین «اصلاح کوانتومی» این محاسبات نشده‌اند). یک فیلسوف حتی استدلال کرده که شرایط نظریه‌ی ریسمان، به عنوان تنها نظریه‌ی ثابت و شناخته شده، شاهدی مبنی بر صحیح بودن این نظریه است.
🔹 رقبای موجود برای این نظریه شامل نظریه‌های گرانش امن مجانبی (asymptotically safe gravity)، نظریه E8، هندسه‌ی جابه‌جایی‌ناپذیر (noncommutative geometry) و سیستم‌های فرمیونی عِلّی (causal fermion systems) هستند. به عنوان مثال نظریه‌ی گرانش امن مجانبی پیشنهاد می‌کند که قدرت گرانش ممکن است وقتی به مقیاس کوچکتر می‌روید تغییر یابد، به طوری که مشکل محاسبات بی نهایت حل شود، اما هیچ کس تا به حال ندیده این نظریه، صحیح عمل کند.
🔰 پایان
🆔 @Physics3p
Telegram
attach 📎
↙ انقباض طول که به انقباض لورنتس-جرالد معروف است، یکی از نتایج نظریه نسبیت خاص است که آلبرت اینشتین در سال 1905 ارائه داده بود. مطابق این نتیجه، در تمامی اجسامی که با سرعتی غیر از صفر نسبت به یک ناظر در حال حرکت هستند طول کاهش می یابد. نکته ی مهم این است که این تغییر طول در سرعت های پایین بسیار ناچیز و قابل چشم پوشی است و تنها در مواردی محسوس است که سرعت جسم حداقل یک دهم سرعت نور باشد.
🆔 @Physics3p
🆔 @Physics3p
📚 نسبیت به زبان ساده
📎 قسمت ششم: سفرهای کیهانی با نسبیت!
🆔 @Physics3p
🔹برای اینکه مروری بر قسمت قبل داشته باشیم، لازمه یادآوری کنم در قسمت قبل با یک ادعای جالب توجه نسبیت خاص سر و کله! زدیم و بصورت فیزیکی و غیر فیزیکی این ادعای نسبتأ آزار دهنده نسبیت خاص رو که میگه چیزی در فضا نمیتونه تندتر از نور حرکت کنه رو تشریح کردیم!
در این قسمت میخوایم بگیم اگه نمیشه به تندی نور رسید، پس چطوری میتونیم مثل فیلم های علمی تخیلی واسه ناهار با دوستمون! تو یه سیاره دیگه قرار بزاریم؟!
آیا راهی هست که بشه این مسافت های طاقت فرسا رو راحت طی کرد؟
🔸قبل از اینکه بریم سر اصل مطلب، باید بهتون بگم که اگه قسمت های قبلی رو نخوندید، حتمأ برید بخونید تا بهتر متوجه بعضی از تعریفات و فرض هامون بشید!
در قسمت قبل گفته بودیم چیزی نمیتونه سریعتر از نور در بافت فضا-زمان جابجا بشه پس اگه بخوایم دنبال راهی باشیم که بتونیم این مسافت های کیهانی رو طی کنیم، باید رسمأ سعی کنیم برخی تعریفات فیزیک مثل تندی رو بپیچونیم!
🔹بزارید با یه مثال شروع کنیم:
حتمأ برای شما هم پیش اومده که دارید از منزل بسمت محل کارتون میرید و بخاطر ترافیک نسبتأ روان ممکنه دیر به محل کارتون برسید. شما در اینجا قطعأ نمیتونید پاتونو بزارید رو گاز و سعی کنید سریعتر حرکت کنید چون اون ماشینایی که جلوتون هستن هویچ نیستن و قطعأ باهاشون برخورد میکنید(نگفتم پیاز یا موز چون با توجه به وضعیت فعلی! مقرون بصرفه نیست🙂(
خب در این وضعیت چیکار میکنید؟!
دنبال یه راه میانبر میگردید!
🔸حالا در مثال بالا میتونید اینطوری فرض کنید خیابونی که توش ترافیک بود بافت عادی فضا-زمان و تراکم خودرو ها محدودیت ایجاد شده توسط نسبیت(محدودیت سرعت نور) و خود شما هم ماده هستید(البته برای این به فرض کردن هم نیاز نیست!)
خب حالا نسبیت درباره اون میانبر ها چی میگه؟!
💢 کرمچاله،تونل هایی در فضا-زمان!
🔹گفته بودیم میشه در بافت فضا-زمان هم مثل یه خیابون عادی میانبر زد و مثل فیلم های علمی تخیلی در جای دیگه ای از این بافت ظاهر شد.
کرمچاله که اسم علمیش پل روزن-انیشتین هست برای اولین بار توسط خود انیشتین و همکارش ناتان روزن از دل معادلات میدان انیشتین استخراج شد که بعد ها توسط جان ویلر، فیزیکدان اسطوره ای، کرمچاله نامیده شد.
💢 و حالا چرا کرمچاله؟!
🔸جان ویلر اینچنین درنظر گرفت که کرمچاله ها در اصل به اینصورت تشریح میشن که اگه شما جهان رو یه سیب در نظر بگیری(شانس آوردیم نگفت پیاز!😐) طوریکه تمام عالمی که ما میشناسیم روی سطح این سیب واقع شده باشه، کرمچاله مثل همون سوراخی میمونه که یک کرم در اون سیب ایجاد میکنه!
کرمچاله ها ممکنه در دل سیاهچاله ها تشکیل بشن و به ما توضیح بدن که موادی که وارد سیاهچاله میشه، دقیقأ سر از کجا در میاره؟!
مثلأ کرمچاله ها اینچنین تشریح میکنن که این مواد بعد از گذر از سیاهچاله وارد بافت کرمچاله شده و در نقطه ای دیگر از جهان یا حتی جهانی دیگر! دوباره سرو کلشون پیدا میشه!
☑حالا چطور میشه یک کرمچاله ایجاد کرد و چرا تاحالا چنین چیزی مشاهده نشده؟!🤔
🔹راستش رو بخواید! کرمچاله ها بنا به دلایل ریاضیاتی! بسیار ناپایدار بوده و در واحد بسیار کوچکی از زمان ممکنه از بین برن. برای همین به چیزی نیاز داریم که مثلأ با ایجاد یک ویژگی که با مواد عادی متفاوته، اونارو باز نگه داره!
برای مثال ضد ماده یا انرژی منفی و یا ماده تاریک که قبلأ اونا در مباحثی مورد بررسی قرار دادیم!
🔸همانطور که در جریان هستید، ماده تاریک که بدلیل عدم مشاهده بودن و ناآشنا بودن لقب تاریک بهش داده شد، یک خاصیت ضد گرانشی در فضا ایجاد میکنه که سبب تشدید انبساط شتاب دار جهان شده و باعث شده گرانش نتونه سبب توقف این انبساط بشه.
ماده تاریک بخاطر این ویژگی ضد گرانشیش میتونه کمک کنه تا بتونیم کرمچاله هارو برای مدت طولانی باز نگه داریم و بنابراین بسیاری از فیزیکدان ها این ایده رو مطرح کردن که کرمچاله ها در بافت های ریز کیهانی مثل کف کوآنتومی که ریزترین بافت یا پیکسل تشکیل دهنده جهان در نظر گرفته میشه، دائما به وجود اومده و چون چیزی سبب پایداری و گسترششون نمیشه، سریع هم نابود میشن!
🔹بنابراین ممکنه در فاصله بین شما و صفحه تلفن همراهتون، بینهایت کرمچاله ناپایدار موجود باشه!
حالا اگه در جاییکه تراکم ماده تاریک بالا باشه طوریکه سبب پایداری این کرمچاله ها بشه، میتونیم یک کرمچاله ی در حال گسترش و پایدار رو شاهد باشیم. بنابراین ممکنه در نقاطی از جهان و یا درون سیاهچاله ها بدلیل موجود بودن شرایط فوق، شاهد حضور کرمچاله ها باشیم.
🔸در پایان باید بگم که کرمچاله ها در حال حاضر تنها امید ما برای سفر های کیهانی هستند و تابحال مشاهده نشده و فقط باعث شدن دست اندرکاران فیلم های علمی تخیلی، بتونن پول بیشتری به جیب بزنند!
ادامه دارد....
🆔 @Physics3p
📎 قسمت ششم: سفرهای کیهانی با نسبیت!
🆔 @Physics3p
🔹برای اینکه مروری بر قسمت قبل داشته باشیم، لازمه یادآوری کنم در قسمت قبل با یک ادعای جالب توجه نسبیت خاص سر و کله! زدیم و بصورت فیزیکی و غیر فیزیکی این ادعای نسبتأ آزار دهنده نسبیت خاص رو که میگه چیزی در فضا نمیتونه تندتر از نور حرکت کنه رو تشریح کردیم!
در این قسمت میخوایم بگیم اگه نمیشه به تندی نور رسید، پس چطوری میتونیم مثل فیلم های علمی تخیلی واسه ناهار با دوستمون! تو یه سیاره دیگه قرار بزاریم؟!
آیا راهی هست که بشه این مسافت های طاقت فرسا رو راحت طی کرد؟
🔸قبل از اینکه بریم سر اصل مطلب، باید بهتون بگم که اگه قسمت های قبلی رو نخوندید، حتمأ برید بخونید تا بهتر متوجه بعضی از تعریفات و فرض هامون بشید!
در قسمت قبل گفته بودیم چیزی نمیتونه سریعتر از نور در بافت فضا-زمان جابجا بشه پس اگه بخوایم دنبال راهی باشیم که بتونیم این مسافت های کیهانی رو طی کنیم، باید رسمأ سعی کنیم برخی تعریفات فیزیک مثل تندی رو بپیچونیم!
🔹بزارید با یه مثال شروع کنیم:
حتمأ برای شما هم پیش اومده که دارید از منزل بسمت محل کارتون میرید و بخاطر ترافیک نسبتأ روان ممکنه دیر به محل کارتون برسید. شما در اینجا قطعأ نمیتونید پاتونو بزارید رو گاز و سعی کنید سریعتر حرکت کنید چون اون ماشینایی که جلوتون هستن هویچ نیستن و قطعأ باهاشون برخورد میکنید(نگفتم پیاز یا موز چون با توجه به وضعیت فعلی! مقرون بصرفه نیست🙂(
خب در این وضعیت چیکار میکنید؟!
دنبال یه راه میانبر میگردید!
🔸حالا در مثال بالا میتونید اینطوری فرض کنید خیابونی که توش ترافیک بود بافت عادی فضا-زمان و تراکم خودرو ها محدودیت ایجاد شده توسط نسبیت(محدودیت سرعت نور) و خود شما هم ماده هستید(البته برای این به فرض کردن هم نیاز نیست!)
خب حالا نسبیت درباره اون میانبر ها چی میگه؟!
💢 کرمچاله،تونل هایی در فضا-زمان!
🔹گفته بودیم میشه در بافت فضا-زمان هم مثل یه خیابون عادی میانبر زد و مثل فیلم های علمی تخیلی در جای دیگه ای از این بافت ظاهر شد.
کرمچاله که اسم علمیش پل روزن-انیشتین هست برای اولین بار توسط خود انیشتین و همکارش ناتان روزن از دل معادلات میدان انیشتین استخراج شد که بعد ها توسط جان ویلر، فیزیکدان اسطوره ای، کرمچاله نامیده شد.
💢 و حالا چرا کرمچاله؟!
🔸جان ویلر اینچنین درنظر گرفت که کرمچاله ها در اصل به اینصورت تشریح میشن که اگه شما جهان رو یه سیب در نظر بگیری(شانس آوردیم نگفت پیاز!😐) طوریکه تمام عالمی که ما میشناسیم روی سطح این سیب واقع شده باشه، کرمچاله مثل همون سوراخی میمونه که یک کرم در اون سیب ایجاد میکنه!
کرمچاله ها ممکنه در دل سیاهچاله ها تشکیل بشن و به ما توضیح بدن که موادی که وارد سیاهچاله میشه، دقیقأ سر از کجا در میاره؟!
مثلأ کرمچاله ها اینچنین تشریح میکنن که این مواد بعد از گذر از سیاهچاله وارد بافت کرمچاله شده و در نقطه ای دیگر از جهان یا حتی جهانی دیگر! دوباره سرو کلشون پیدا میشه!
☑حالا چطور میشه یک کرمچاله ایجاد کرد و چرا تاحالا چنین چیزی مشاهده نشده؟!🤔
🔹راستش رو بخواید! کرمچاله ها بنا به دلایل ریاضیاتی! بسیار ناپایدار بوده و در واحد بسیار کوچکی از زمان ممکنه از بین برن. برای همین به چیزی نیاز داریم که مثلأ با ایجاد یک ویژگی که با مواد عادی متفاوته، اونارو باز نگه داره!
برای مثال ضد ماده یا انرژی منفی و یا ماده تاریک که قبلأ اونا در مباحثی مورد بررسی قرار دادیم!
🔸همانطور که در جریان هستید، ماده تاریک که بدلیل عدم مشاهده بودن و ناآشنا بودن لقب تاریک بهش داده شد، یک خاصیت ضد گرانشی در فضا ایجاد میکنه که سبب تشدید انبساط شتاب دار جهان شده و باعث شده گرانش نتونه سبب توقف این انبساط بشه.
ماده تاریک بخاطر این ویژگی ضد گرانشیش میتونه کمک کنه تا بتونیم کرمچاله هارو برای مدت طولانی باز نگه داریم و بنابراین بسیاری از فیزیکدان ها این ایده رو مطرح کردن که کرمچاله ها در بافت های ریز کیهانی مثل کف کوآنتومی که ریزترین بافت یا پیکسل تشکیل دهنده جهان در نظر گرفته میشه، دائما به وجود اومده و چون چیزی سبب پایداری و گسترششون نمیشه، سریع هم نابود میشن!
🔹بنابراین ممکنه در فاصله بین شما و صفحه تلفن همراهتون، بینهایت کرمچاله ناپایدار موجود باشه!
حالا اگه در جاییکه تراکم ماده تاریک بالا باشه طوریکه سبب پایداری این کرمچاله ها بشه، میتونیم یک کرمچاله ی در حال گسترش و پایدار رو شاهد باشیم. بنابراین ممکنه در نقاطی از جهان و یا درون سیاهچاله ها بدلیل موجود بودن شرایط فوق، شاهد حضور کرمچاله ها باشیم.
🔸در پایان باید بگم که کرمچاله ها در حال حاضر تنها امید ما برای سفر های کیهانی هستند و تابحال مشاهده نشده و فقط باعث شدن دست اندرکاران فیلم های علمی تخیلی، بتونن پول بیشتری به جیب بزنند!
ادامه دارد....
🆔 @Physics3p
مطلب «نسبیت به زبان ساده» دارای ده قسمت میباشد. آیا مایل به ادامه این مطلب هستید؟
بله ادامه دهیم! (6)
👍👍👍👍👍👍👍👍👍86%
خیر تا همینجا کافیست! (1)
👍👍14%
🕴 تعدادکل رای ها: 7
بله ادامه دهیم! (6)
👍👍👍👍👍👍👍👍👍86%
خیر تا همینجا کافیست! (1)
👍👍14%
🕴 تعدادکل رای ها: 7
📚 اثر #کازیمیر و گرانش کوآنتومی
🆔 @Physics3p
🔹خلا، خالی نیست و نیروی خلا واقعیت دارد! ممکن است جادویی به نظر برسد، اما این مسئله فیزیکدانان را از آغاز تولد مکانیک کوانتومی به خود مشغول کرده است. فضای خالی به طور مداوم می‌جوشد و افت وخیزهایی از نور را حتی در دمای صفر مطلق تولید می‌کند. همانطور که در ادامه‌ی این مقاله خواهیم دید، این فوتون‌های مجازی آماده‌ی استفاده‌اند و می‌توانند نیروها را حمل کرده و ویژگی‌های ماده را تغییر دهند.
🔸دانشمندانی از موسسه ماکس پلانک هامبورگ آلمان، از طریق محاسبات نظری و شبیه سازیهای کامپیوتری نشان داده‌اند که نیروی بین الکترونها و انحرافات شبکه در یک ابررسانای دو بعدی نازک را می‌توان با نیروی خلا کنترل کرد. یافته‌ای که می‌تواند منجر به توسعه‌ی ابررساناهای جدید برای دستگاه‌های ذخیره‌ی انرژی و بسیاری از موارد جالب دیگر شود.
💢 نیروی خلا مسول اثر کازیمیر است
🔹 وقتی دو صفحه‌ی فلزی موازی از یک خازن را بسیار نزدیک به یکدیگر حرکت دهیم، جاذبه‌ای قابل اندازه‌گیری، اما کوچک از نظر میکروسکوپی بین آنها تولید می‌شود، حتی اگر صفحات به طور الکتریکی، باردار نباشند. این جاذبه، با تبادل فوتون‌های مجازی بین صفحات ایجاد می‌شود؛ مانند دو اسکیت‌باز روی یخ که توپی را به عقب و جلو پرت می‌کنند و اگر توپ، نامرئی بود، تصور می‌کردیم نیرویی دافع بین آنها عمل می‌کند.
🔸اکنون گروهی از دانشمندان مقاله‌ای در مجله Science Advances منتشر کرده‌اند که ارتباطی بین نیروی خلا و مواد مدرن برقرار می‌کند. آنها می‌خواستند بدانند اگر ابر رسانای دمای بالای دو بعدی آهن سلنید (FeSe) روی بستری از SrTio۳ در فضای بین دو صفحه‌ی فلزی قرار بگیرد، جاییکه دو فوتون مجازی، عقب و جلو می‌روند، چه رخ می‌دهد.
🔹نتیجه‌ی نظریه‌ها و شبیه‌سازی های آنها این است که: نیروی خلا امکان جفت شدن الکترون‌های سریع لایه‌ی دو بعدی با نوسانات شبکه‌ای بستر را به طور بسیار قدرتمندی امکان‌پذیر می‌کند. جفت شدگی الکترون‌های ابررسانایی و نوسانات شبکه‌ی بلوری، رکن اصلی ویژگی‌های مهم بسیاری از مواد است. محققان می‌گویند:
🔸ما هنوز در آغاز درک این فرآیندها هستیم. مثلا ما نمی‌دانیم نور خلا چقدر می‌تواند روی نوسانگرهای سطح، اثر بگذارد. ما در مورد شبه ذرات نور و فونون‌ها صحبت می‌کنیم که پولاریتون های فونون نامیده می‌شوند.
🔹در عایق‌های سه بعدی، پولاریتون‌های فونون دهه‌ها پیش و توسط لیزر اندازه گیری شدند. اما این قلمروی جدیدی است که مواد کوانتومی دو بعدی پیچیده‌ی جدیدی مورد توجه قرار گرفته‌اند. محققان در مورد احتمالات جدید چنین توضیح می‌دهند:
🔸نظریه‌ها و شبیه سازیهای عددی در کار ما، عنصر کلیدی توسعه‌ی نسل جدید تکنولوژی‌های کوانتومی هستند و محققان را برای بازنگری مسائل قدیمی برهمکنش بین نور و ساختار ماده ترغیب خواهد کرد.
💢اثر کازیمیر و گرانش کوآنتومی
🔹برهمکنش کازیمیر ِ الکترومغناطیسی به صورت وسیع در آزمایش‌ها تایید شده است. اما این پدیده در اصل می‌تواند برای هر میدان کوانتیده‌ای رخ دهد. اگر گرانش واقعاً ماهیت کوانتومی داشته باشد، آنگاه امواج گرانشی نیز باید در حین ورود و خروج سریع از خلا نیروهای شبه کازیمیر تولید کنند. محاسبات جدید توسط جیمز کواچ (James Quach) از دانشگاه توکیو در ژاپن پیشنهاد می‌کند که یک جاذبه کازیمیر گرانشی می‌تواند قابل مشاهده باشد، به این شرط که دو آینه ویژگی غیر معمول توانایی بازتاب امواج گرانشی را داشته باشند.
🔸مواد جامد ِ معمول، نسبت به میدان گرانشی شفاف هستند. اما فیزیک‌دان‌های نظری پیشنهاد می‌کنند که مواد ابر رسانا می‌توانند به گونه‌ای متفاوت رفتار کنند. عبور امواج گرانشی درون یک ابر رسانا باعث ایجاد جفت‌های کوپر می‌شود که موجودات کوانتومی بسیار غیر موضعی هستند و به گونه‌ای متفاوت از یون‌های کریستال موضعی حرکت می‌کنند. این اثر طبق یک پیشنهاد جدید می‌تواند یک صفحه ابر رسانای نازک را تبدیل به یک بازتابنده موثر امواج گرانشی کند. با تکیه بر این ایده، کواچ طرحی را بررسی کرده است که در آن دو لایه ابر رسانا هر یک به ضخامت چند نانومتر و با فاصله چند میکرومتر از یکدیگر قرار می‌گیرند. او سهم گرانشی نیروی کازیمیر که باعث کشیدن سطوح ابر رسانا به سمت یکدیگر می‌شود را محاسبه کرد و نشان داده است که این سهم می‌تواند با یک مرتبه بزرگی از سهم الکترومغناطیسی بزرگ‌تر باشد. به نظر کواچ، تحقق آزمایشگاهی این طرح می‌تواند راهی برای آزمودن نظریه‌های گرانش کوانتومی و جستجوی گراویتون‌ها (ذرات کوانتومی فرضی که حامل گرانش هستند) ارائه دهد.
☑ پایان
📎 منبع: وبسایت علمی دیپ لوک(با ویرایش ادمین کانال)
🆔 @Physics3p
🆔 @Physics3p
🔹خلا، خالی نیست و نیروی خلا واقعیت دارد! ممکن است جادویی به نظر برسد، اما این مسئله فیزیکدانان را از آغاز تولد مکانیک کوانتومی به خود مشغول کرده است. فضای خالی به طور مداوم می‌جوشد و افت وخیزهایی از نور را حتی در دمای صفر مطلق تولید می‌کند. همانطور که در ادامه‌ی این مقاله خواهیم دید، این فوتون‌های مجازی آماده‌ی استفاده‌اند و می‌توانند نیروها را حمل کرده و ویژگی‌های ماده را تغییر دهند.
🔸دانشمندانی از موسسه ماکس پلانک هامبورگ آلمان، از طریق محاسبات نظری و شبیه سازیهای کامپیوتری نشان داده‌اند که نیروی بین الکترونها و انحرافات شبکه در یک ابررسانای دو بعدی نازک را می‌توان با نیروی خلا کنترل کرد. یافته‌ای که می‌تواند منجر به توسعه‌ی ابررساناهای جدید برای دستگاه‌های ذخیره‌ی انرژی و بسیاری از موارد جالب دیگر شود.
💢 نیروی خلا مسول اثر کازیمیر است
🔹 وقتی دو صفحه‌ی فلزی موازی از یک خازن را بسیار نزدیک به یکدیگر حرکت دهیم، جاذبه‌ای قابل اندازه‌گیری، اما کوچک از نظر میکروسکوپی بین آنها تولید می‌شود، حتی اگر صفحات به طور الکتریکی، باردار نباشند. این جاذبه، با تبادل فوتون‌های مجازی بین صفحات ایجاد می‌شود؛ مانند دو اسکیت‌باز روی یخ که توپی را به عقب و جلو پرت می‌کنند و اگر توپ، نامرئی بود، تصور می‌کردیم نیرویی دافع بین آنها عمل می‌کند.
🔸اکنون گروهی از دانشمندان مقاله‌ای در مجله Science Advances منتشر کرده‌اند که ارتباطی بین نیروی خلا و مواد مدرن برقرار می‌کند. آنها می‌خواستند بدانند اگر ابر رسانای دمای بالای دو بعدی آهن سلنید (FeSe) روی بستری از SrTio۳ در فضای بین دو صفحه‌ی فلزی قرار بگیرد، جاییکه دو فوتون مجازی، عقب و جلو می‌روند، چه رخ می‌دهد.
🔹نتیجه‌ی نظریه‌ها و شبیه‌سازی های آنها این است که: نیروی خلا امکان جفت شدن الکترون‌های سریع لایه‌ی دو بعدی با نوسانات شبکه‌ای بستر را به طور بسیار قدرتمندی امکان‌پذیر می‌کند. جفت شدگی الکترون‌های ابررسانایی و نوسانات شبکه‌ی بلوری، رکن اصلی ویژگی‌های مهم بسیاری از مواد است. محققان می‌گویند:
🔸ما هنوز در آغاز درک این فرآیندها هستیم. مثلا ما نمی‌دانیم نور خلا چقدر می‌تواند روی نوسانگرهای سطح، اثر بگذارد. ما در مورد شبه ذرات نور و فونون‌ها صحبت می‌کنیم که پولاریتون های فونون نامیده می‌شوند.
🔹در عایق‌های سه بعدی، پولاریتون‌های فونون دهه‌ها پیش و توسط لیزر اندازه گیری شدند. اما این قلمروی جدیدی است که مواد کوانتومی دو بعدی پیچیده‌ی جدیدی مورد توجه قرار گرفته‌اند. محققان در مورد احتمالات جدید چنین توضیح می‌دهند:
🔸نظریه‌ها و شبیه سازیهای عددی در کار ما، عنصر کلیدی توسعه‌ی نسل جدید تکنولوژی‌های کوانتومی هستند و محققان را برای بازنگری مسائل قدیمی برهمکنش بین نور و ساختار ماده ترغیب خواهد کرد.
💢اثر کازیمیر و گرانش کوآنتومی
🔹برهمکنش کازیمیر ِ الکترومغناطیسی به صورت وسیع در آزمایش‌ها تایید شده است. اما این پدیده در اصل می‌تواند برای هر میدان کوانتیده‌ای رخ دهد. اگر گرانش واقعاً ماهیت کوانتومی داشته باشد، آنگاه امواج گرانشی نیز باید در حین ورود و خروج سریع از خلا نیروهای شبه کازیمیر تولید کنند. محاسبات جدید توسط جیمز کواچ (James Quach) از دانشگاه توکیو در ژاپن پیشنهاد می‌کند که یک جاذبه کازیمیر گرانشی می‌تواند قابل مشاهده باشد، به این شرط که دو آینه ویژگی غیر معمول توانایی بازتاب امواج گرانشی را داشته باشند.
🔸مواد جامد ِ معمول، نسبت به میدان گرانشی شفاف هستند. اما فیزیک‌دان‌های نظری پیشنهاد می‌کنند که مواد ابر رسانا می‌توانند به گونه‌ای متفاوت رفتار کنند. عبور امواج گرانشی درون یک ابر رسانا باعث ایجاد جفت‌های کوپر می‌شود که موجودات کوانتومی بسیار غیر موضعی هستند و به گونه‌ای متفاوت از یون‌های کریستال موضعی حرکت می‌کنند. این اثر طبق یک پیشنهاد جدید می‌تواند یک صفحه ابر رسانای نازک را تبدیل به یک بازتابنده موثر امواج گرانشی کند. با تکیه بر این ایده، کواچ طرحی را بررسی کرده است که در آن دو لایه ابر رسانا هر یک به ضخامت چند نانومتر و با فاصله چند میکرومتر از یکدیگر قرار می‌گیرند. او سهم گرانشی نیروی کازیمیر که باعث کشیدن سطوح ابر رسانا به سمت یکدیگر می‌شود را محاسبه کرد و نشان داده است که این سهم می‌تواند با یک مرتبه بزرگی از سهم الکترومغناطیسی بزرگ‌تر باشد. به نظر کواچ، تحقق آزمایشگاهی این طرح می‌تواند راهی برای آزمودن نظریه‌های گرانش کوانتومی و جستجوی گراویتون‌ها (ذرات کوانتومی فرضی که حامل گرانش هستند) ارائه دهد.
☑ پایان
📎 منبع: وبسایت علمی دیپ لوک(با ویرایش ادمین کانال)
🆔 @Physics3p
Forwarded from اتچ بات
.
🌀 گرانش کوانتومی:
قسمت دوم
🔸 در چند دهه ی گذشته تلاش های زیادی برای گریز از بازبهنجارناپذیری در گرانش کوانتومی شده است. برجسته ترین آنها نظریه ی « ابر ریسمان ها» است. این نظریه بر این فرض بنا شده است که کوچکترین چیزی که دنیای فیزیکی از آن ساخته شده است ذرات نیستند، بلکه ریسمان های مرتعشی می باشند که ۲۰^۱۰ بار کوچکتر از هسته ی اتم هستند. مدهای ارتعاشی مختلف این ریسمانها را می توان به ذرات گوناگونی مانند الکترون ها، کوارک ها، نوتریون ها، فوتون ها، گراویتون ها و دیگر ذرات نسبت داد. بین ریسمانها مانند ذرات اندرکنش وجود دارد، اما وقتی فرآیندهایی که شامل حلقه های بسته باشند مورد امتحان قرا گیرند، جواب هایی که بدست می آیند دیگر بی نهایت نیست.
🆔 @Physics3p
🔹 مقیاس انرژی ها در نظریه ریسمانها از مرتبه ی (بخوانید گیگا الکترون ولت) ۱۹^۱۰Gev است. این انرژی ۱۷^۱۰ بار بیشتر از انرژی است که در حال حاظر بزرگترین شتاب دهنده های ذرات می توانند تولید کنند. بنابراین به نظر می رسد که در حال حاضر مشاهده ی ساختار ریسمانی ماده غیر ممکن باشد. فیزیکدانان نظری امید دارند که در حد انرژی های کمتر و قابل دسترس بتوانند نظریه های فیزیکی آشناتر مانند نسبیت عام، الکترومغناطیس، نیروهای ضعیف و قوی هسته ای و ذرات بنیادی آشنا را به عنوان تقریبی از نظریه ریسمانها بیرون بکشند. بنابراین نظریه ابر ریسمان یک توصیف پذیرفته شده از گرانش کوانتومی نیست، بلکه تلاشی برای وحدت نیروها و ذرات بنیادی است که آلبرت اینشتین آرزوی تحقق آن را داشت. اما متاسفانه تاکنون نظریه ریسمانها واحدی وجود ندارد و همچنین حد پایین انرژی واحدی نیز برآورده نشده است.
🔸 برای مدت ها این مسئله مانند یک مانع بزرگ می نمود اما در سال های اخیر یک راهکار ریاضی مجرد با نام « نظریه ی M» ساخته شده است و معلوم شده که این نظریه، نظریات ابر ریسمان گوناگون را در بر می گیرد. هنوز زود است که گفته شود نظریه ی M در نهایت بین گرانش و کوانتوم آشتی ایجاد کند، ولی اگر این نظریه مطابق انتظارات باشد می بایست واقعیت های بنیادی دنیای فیزیک را توضیح دهد. به عنوان مثال فضا- زمان چهار بعدی می باسیت از نظریه بیرون آید، بدون آنکه خودمان آن را به نظریه بیفزاییم. نیروها و ذرات طبیعت نیز می بایست بر اساس خواص کلیدی شان مانند قدرت اندرکنش ها و جرم هایشان توضیح داده شوند. به هر صورت تا زمانی که نتوان در حد انرژی شتاب دهنده های موجود نظریه M را مورد آزمون قرار داد، این نظریه در حد یک تمرین زیبای ریاضی باقی خواهد ماند.
《پایان》
🆔 @Physics3p
🌀 گرانش کوانتومی:
قسمت دوم
🔸 در چند دهه ی گذشته تلاش های زیادی برای گریز از بازبهنجارناپذیری در گرانش کوانتومی شده است. برجسته ترین آنها نظریه ی « ابر ریسمان ها» است. این نظریه بر این فرض بنا شده است که کوچکترین چیزی که دنیای فیزیکی از آن ساخته شده است ذرات نیستند، بلکه ریسمان های مرتعشی می باشند که ۲۰^۱۰ بار کوچکتر از هسته ی اتم هستند. مدهای ارتعاشی مختلف این ریسمانها را می توان به ذرات گوناگونی مانند الکترون ها، کوارک ها، نوتریون ها، فوتون ها، گراویتون ها و دیگر ذرات نسبت داد. بین ریسمانها مانند ذرات اندرکنش وجود دارد، اما وقتی فرآیندهایی که شامل حلقه های بسته باشند مورد امتحان قرا گیرند، جواب هایی که بدست می آیند دیگر بی نهایت نیست.
🆔 @Physics3p
🔹 مقیاس انرژی ها در نظریه ریسمانها از مرتبه ی (بخوانید گیگا الکترون ولت) ۱۹^۱۰Gev است. این انرژی ۱۷^۱۰ بار بیشتر از انرژی است که در حال حاظر بزرگترین شتاب دهنده های ذرات می توانند تولید کنند. بنابراین به نظر می رسد که در حال حاضر مشاهده ی ساختار ریسمانی ماده غیر ممکن باشد. فیزیکدانان نظری امید دارند که در حد انرژی های کمتر و قابل دسترس بتوانند نظریه های فیزیکی آشناتر مانند نسبیت عام، الکترومغناطیس، نیروهای ضعیف و قوی هسته ای و ذرات بنیادی آشنا را به عنوان تقریبی از نظریه ریسمانها بیرون بکشند. بنابراین نظریه ابر ریسمان یک توصیف پذیرفته شده از گرانش کوانتومی نیست، بلکه تلاشی برای وحدت نیروها و ذرات بنیادی است که آلبرت اینشتین آرزوی تحقق آن را داشت. اما متاسفانه تاکنون نظریه ریسمانها واحدی وجود ندارد و همچنین حد پایین انرژی واحدی نیز برآورده نشده است.
🔸 برای مدت ها این مسئله مانند یک مانع بزرگ می نمود اما در سال های اخیر یک راهکار ریاضی مجرد با نام « نظریه ی M» ساخته شده است و معلوم شده که این نظریه، نظریات ابر ریسمان گوناگون را در بر می گیرد. هنوز زود است که گفته شود نظریه ی M در نهایت بین گرانش و کوانتوم آشتی ایجاد کند، ولی اگر این نظریه مطابق انتظارات باشد می بایست واقعیت های بنیادی دنیای فیزیک را توضیح دهد. به عنوان مثال فضا- زمان چهار بعدی می باسیت از نظریه بیرون آید، بدون آنکه خودمان آن را به نظریه بیفزاییم. نیروها و ذرات طبیعت نیز می بایست بر اساس خواص کلیدی شان مانند قدرت اندرکنش ها و جرم هایشان توضیح داده شوند. به هر صورت تا زمانی که نتوان در حد انرژی شتاب دهنده های موجود نظریه M را مورد آزمون قرار داد، این نظریه در حد یک تمرین زیبای ریاضی باقی خواهد ماند.
《پایان》
🆔 @Physics3p
Telegram
attach 📎
Forwarded from اتچ بات
.
⚛ الکترودینامیک کوانتومی (QED):
قسمت دوم
برای توصیف اندرکنش ها بین ذرات باردار در الکترودینامیک کوانتومی اگر از راه ریاضیات وارد شویم بسیار پیچیده می شود، چرا که تمام پیشینه هایی که این اندرکنش اتفاق می افتد باید بیان شود. اگر تمام این راه ها را به چهارچوب تبادل ذره اضافه کنیم ریاضیات آن به شدت پیچیده می شود. روش بهتر بیان این امر، تصویر گرافیکی این اندرکنش هاست، برای این منظور ما به نموداری ساده نیاز داریم که تبادل فوتون بین دو فرمیون را به سادگی نشان دهد. این نمودار ها که به “دیاگرام های ریچارد فاینمن” معروف هستند به ابزار های مهمی در نظریه های کوانتوم و میدان های کوانتومی تبدیل شدند، برای درک اینکه این دیاگرام ها چه هستند و چه چیز را به ما نشان می دهند با نمونه ای ساده از آنها کار را شروع می کنیم. (شکل ۱)
🆔 @Physics3p
جهت افقی محور فاصله در فضا را نشان می دهد و جهت رو به بالا گذر زمان را نشان می دهد. خط صاف نیز فرمیون که در این جا الکترون است را نشان می دهد و خط مواج بوزون که در این جا فوتون است را نشان می دهد، همپنین نقطه اتصال خطوط مواج و خطوط صاف نشانگر ساطع شدن بوزون از فرمیون است. از پایین شروع نزدیک شدن به هم اند؛ فوتونی تبادل می کنند و فوتون جذب می شود و الکترون ها از هم دور می شوند. این ساده ترین پیشینه برای نشان دادن اندرکنش بین دو الکترون است ولی موضوع این است که بینهایت از این حالت ها را می توان در نظر گرفت! چند نمونه دیگر از این دیاگرام ها را برای یک اندرکنش مشخص در نمودار زیر می بینید (شکل ۲)
با این که برخی از این نمودار های ممکن است پیچیده به نظر آیند ولی این دیاگرام ها کمک زیادی به ساده شدن نظریه الکترودینامیک کوانتومی کرد. توصیف ریاضی این اندرکنش به این صورت است که احتمال اینکه الکترون ورودی با اندازه حرکت اولیه ای معلوم، با اندازه حرکت نهایی بخصوصی به حرکتشان خاتمه دهند با جمع کردن سهم های هر یک از این دیاگرام های فاینمن بدست می آید. دیاگرام ها کمک زیادی برای تجسم فرایند هایی که نظریه QED پیش بینی می کنند کرد ولی مشکل بزرگی را حل نکرده باقی گذاشت: وقتی شما سهم های بینهایت عدد از این دیاگرام ها که به یک اندرکنش منجر می شوند را جمع می کنید، یک نتیجه بینهایت بدست می آورید! البته اگر مولفه های متوالی در یک جمع با سرعتی کافی کاهش بیابند و سیر نزولی را در پیش بگیرند ممکن است حاصل جمع متناهی بشود. بطور مثال اگر شما اعداد ۳و ۴ و ۱ را جمع کنید عدد ۸ بدست می آید ولی متاسفانه در اینجا این اتفاق نمی افتد!
🆔 @Physics3p
این مشکل این نتیجه را می دهد که الکترون باید دارای جرم و بار یبنهایت باشد که این مساله نیز غیر ممکن است. پس چطور ممکن است که فرایندی که با مشاهدات سازگار است و تجسم فضایی آن نیز منطقی است با چنین مشکل بزرگی از نظر ریاضیات روبرو شود؟ ریچارد فاینمن برای مقابله با این مشکل فرایند “بهنجارش مجدد” را پیشنهاد کرد. این فرایند شامل کم کردن کمیت هایی است که بینهایت و منفی تعریف شده اند، به طریقی که با محاسبه دقیق ریاضی، مجموع مقدار های بینهایت منفی و بینهایت مثبت که در فرضیه بوجود می آیند، تقریبا همدیگر را خنثی می کنند و فقط باقیمانده کوچک و متناهی باقی می ماند، یعنی مقادیر متناهی جرم و بار مشاهده شده. بهنجارش مجدد از نظر ریاضی مشکوک است. چون طبق این فرایند اعداد بدست آمده برای جرم و بار الکترون می توانند هر عدد متنهاهی باشند. اما مزیت این روش این است که فیزیکدانان می توانند بینهایت های منفی را به صورتی که به جواب درست منجر شود انتخاب کنند،اما اشکال این کار این است که جرم و بار الکترون را نمی توان از فرضیه پیش بینی کرد.
در واقع جرم و بار الکترون جزو “عناصر اختیاری”در نظریه ها هستند و هیچ نظریه آنها را پیش بینی نمی کنید و این اعداد بصورت عنصر اختیاری وارد نظریه ها می شوند. البته اگر جرم و بار الکترون را فقط یک بار به این روش ثابت کرده باشیم می توانیم از QED برای پیش بینی های بسیار دقیق دیگری استفاده کنیم که همه شان با دقت بسیار بالایی با مشاهدات همخونی دارند؛ بنابراین بهنجارش مجدد یکی از اجزای اصلی QED است. نسخه کوانتومی نیروی الکترومغناطیس با موفقیت ساخته شد و سه فیزیکدان بنام ریچارد فاینمن، سین‌ایترو تومونوجا و جولیان شوینگر به خاطر خلق نظریه الکترودینامیک کوانتومی موفق به کسب جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۶۵ شدند. همچنین برای نیروی هسته ای ضعیف هم نسخه ای به نام کرومودینامیک کوانتومی ساخته شده، اما برای نیروی گرانش این مساله حل نشده باقی مانده است.
《پایان》
🆔 @Physics3p
⚛ الکترودینامیک کوانتومی (QED):
قسمت دوم
برای توصیف اندرکنش ها بین ذرات باردار در الکترودینامیک کوانتومی اگر از راه ریاضیات وارد شویم بسیار پیچیده می شود، چرا که تمام پیشینه هایی که این اندرکنش اتفاق می افتد باید بیان شود. اگر تمام این راه ها را به چهارچوب تبادل ذره اضافه کنیم ریاضیات آن به شدت پیچیده می شود. روش بهتر بیان این امر، تصویر گرافیکی این اندرکنش هاست، برای این منظور ما به نموداری ساده نیاز داریم که تبادل فوتون بین دو فرمیون را به سادگی نشان دهد. این نمودار ها که به “دیاگرام های ریچارد فاینمن” معروف هستند به ابزار های مهمی در نظریه های کوانتوم و میدان های کوانتومی تبدیل شدند، برای درک اینکه این دیاگرام ها چه هستند و چه چیز را به ما نشان می دهند با نمونه ای ساده از آنها کار را شروع می کنیم. (شکل ۱)
🆔 @Physics3p
جهت افقی محور فاصله در فضا را نشان می دهد و جهت رو به بالا گذر زمان را نشان می دهد. خط صاف نیز فرمیون که در این جا الکترون است را نشان می دهد و خط مواج بوزون که در این جا فوتون است را نشان می دهد، همپنین نقطه اتصال خطوط مواج و خطوط صاف نشانگر ساطع شدن بوزون از فرمیون است. از پایین شروع نزدیک شدن به هم اند؛ فوتونی تبادل می کنند و فوتون جذب می شود و الکترون ها از هم دور می شوند. این ساده ترین پیشینه برای نشان دادن اندرکنش بین دو الکترون است ولی موضوع این است که بینهایت از این حالت ها را می توان در نظر گرفت! چند نمونه دیگر از این دیاگرام ها را برای یک اندرکنش مشخص در نمودار زیر می بینید (شکل ۲)
با این که برخی از این نمودار های ممکن است پیچیده به نظر آیند ولی این دیاگرام ها کمک زیادی به ساده شدن نظریه الکترودینامیک کوانتومی کرد. توصیف ریاضی این اندرکنش به این صورت است که احتمال اینکه الکترون ورودی با اندازه حرکت اولیه ای معلوم، با اندازه حرکت نهایی بخصوصی به حرکتشان خاتمه دهند با جمع کردن سهم های هر یک از این دیاگرام های فاینمن بدست می آید. دیاگرام ها کمک زیادی برای تجسم فرایند هایی که نظریه QED پیش بینی می کنند کرد ولی مشکل بزرگی را حل نکرده باقی گذاشت: وقتی شما سهم های بینهایت عدد از این دیاگرام ها که به یک اندرکنش منجر می شوند را جمع می کنید، یک نتیجه بینهایت بدست می آورید! البته اگر مولفه های متوالی در یک جمع با سرعتی کافی کاهش بیابند و سیر نزولی را در پیش بگیرند ممکن است حاصل جمع متناهی بشود. بطور مثال اگر شما اعداد ۳و ۴ و ۱ را جمع کنید عدد ۸ بدست می آید ولی متاسفانه در اینجا این اتفاق نمی افتد!
🆔 @Physics3p
این مشکل این نتیجه را می دهد که الکترون باید دارای جرم و بار یبنهایت باشد که این مساله نیز غیر ممکن است. پس چطور ممکن است که فرایندی که با مشاهدات سازگار است و تجسم فضایی آن نیز منطقی است با چنین مشکل بزرگی از نظر ریاضیات روبرو شود؟ ریچارد فاینمن برای مقابله با این مشکل فرایند “بهنجارش مجدد” را پیشنهاد کرد. این فرایند شامل کم کردن کمیت هایی است که بینهایت و منفی تعریف شده اند، به طریقی که با محاسبه دقیق ریاضی، مجموع مقدار های بینهایت منفی و بینهایت مثبت که در فرضیه بوجود می آیند، تقریبا همدیگر را خنثی می کنند و فقط باقیمانده کوچک و متناهی باقی می ماند، یعنی مقادیر متناهی جرم و بار مشاهده شده. بهنجارش مجدد از نظر ریاضی مشکوک است. چون طبق این فرایند اعداد بدست آمده برای جرم و بار الکترون می توانند هر عدد متنهاهی باشند. اما مزیت این روش این است که فیزیکدانان می توانند بینهایت های منفی را به صورتی که به جواب درست منجر شود انتخاب کنند،اما اشکال این کار این است که جرم و بار الکترون را نمی توان از فرضیه پیش بینی کرد.
در واقع جرم و بار الکترون جزو “عناصر اختیاری”در نظریه ها هستند و هیچ نظریه آنها را پیش بینی نمی کنید و این اعداد بصورت عنصر اختیاری وارد نظریه ها می شوند. البته اگر جرم و بار الکترون را فقط یک بار به این روش ثابت کرده باشیم می توانیم از QED برای پیش بینی های بسیار دقیق دیگری استفاده کنیم که همه شان با دقت بسیار بالایی با مشاهدات همخونی دارند؛ بنابراین بهنجارش مجدد یکی از اجزای اصلی QED است. نسخه کوانتومی نیروی الکترومغناطیس با موفقیت ساخته شد و سه فیزیکدان بنام ریچارد فاینمن، سین‌ایترو تومونوجا و جولیان شوینگر به خاطر خلق نظریه الکترودینامیک کوانتومی موفق به کسب جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۶۵ شدند. همچنین برای نیروی هسته ای ضعیف هم نسخه ای به نام کرومودینامیک کوانتومی ساخته شده، اما برای نیروی گرانش این مساله حل نشده باقی مانده است.
《پایان》
🆔 @Physics3p
Telegram
attach 📎
سپاسگزار معلمی هستم
که اندیشیدن را به من آموخت،
نه اندیشه‌ها را …
روز معلم بر معلمان و استادان بزرگوار مبارک🌹
🆔 @Physics3p
که اندیشیدن را به من آموخت،
نه اندیشه‌ها را …
روز معلم بر معلمان و استادان بزرگوار مبارک🌹
🆔 @Physics3p
🆔 @Physics3p
⚛ گرانش کوانتومی حلقه:
قسمت ۱
🔸 داستان شکل گیری نظریه گرانش کوانتومی حلقوی به دهه ۱۹۸۰ بازمی گردد. در آن زمان، آبهای آشتکار معادلات نسبیت عام اینشتین را در یک چارچوب کوانتومی بازنویسی کرد. بعدها «اسمولین» و فیزیکدانی به نام «کارلو روولی» از دانشگاه مارسی در فرانسه، ایده آشتکار را بسط داده و کشف کردند که در تصویری که این چارچوب نظری جدید ارائه می دهد، فضا برخلاف تصور، پیوسته نبوده بلکه از بخش هایی مجزا به ابعاد ۱۰ به توان منهای ۳۵ متر تشکیل شده است. بدین ترتیب براساس نظریه گرانش کوانتومی حلقوی، فضا- زمان در واقع شبکه ای است از پیوندهایی که این کوانتوم های فضا را به همدیگر متصل می کنند. از همان آغاز، فیزیکدان ها دریافته بودند که این پیوندها می توانند دور همدیگر پیچیده و ساختارهایی بافته مانند را تشکیل دهند. اما تا پیش از این، کنجکاوی فیزیکدان ها برای درک مفهوم این بافته ها راه به جایی نبرده بود.
🔹 ماجرا به همین روال گذشت تا اینکه «ساندانس بیلسون تامپسون» که یک فیزیکدان نظری در دانشگاه آدلاید در جنوب استرالیا بود وارد صحنه این نمایش شد. هنگامی که او در سال ۲۰۰۴، کار بر روی مساله ای قدیمی در حوزه فیزیک ذرات بنیادی را آغاز کرد عملاً چیز چندانی در مورد گرانش کوانتومی نمی دانست. در آن زمان «بیلسون تامپسون» در تلاش برای درک بهتر ماهیت ذراتی بود که فیزیکدان ها آنها را بنیادی می پنداشتند. ذرات بنیادی، ذراتی هستند که از اجزای بنیادی تری تشکیل نشده اند. او که از تعدد بیش از حد این ذرات در مدل استاندارد ذرات بنیادی سرگشته شده بود، نسبت به بنیادی بودن همگی ذرات مزبور دچار تردید شده بود. به همین دلیل هم برای پاسخ به سوالات خود، در گام اول به سراغ مدل هایی رفت که در دهه ۱۹۷۰ بسط داده شده بودند و بسیاری از ذرات به ظاهر بنیادی را متشکل از ذرات بنیادین دیگری به نام پریون ها می دانستند.
🆔 @Physics3p
🔸 همان گونه که هسته اتم ها از پروتون و نوترون تشکیل شده، این مدل های پریونی نیز ذراتی نظیر الکترون ها، کوارک ها و نوترینوها را که جزء ذرات بنیادی محسوب می شدند، متشکل از ذرات فرضی و بنیادین دیگری می دانستند که حامل بار الکتریکی بوده و با همدیگر برهم کنش داشتند. البته مدل های پریونی نهایتاً با مشکل مواجه شدند چرا که براساس این مدل ها، پریون ها انرژی فوق العاده بیشتری نسبت به ذراتی که خود، جزئی از آن محسوب می شدند، داشتند. این تناقض بزرگ نهایتاً سبب شد محققان، کار بر روی مدل های پریونی را کنار بگذارند. (هرچند این مدل ها به طور کامل به فراموشی سپرده نشدند.)
🔹 اما «بیلسون تامپسون» در مطالعه این مدل های پریونی، رویه ای متفاوت را نسبت به سایرین اتخاذ کرد. او به جای تمرکز بر ویژگی خود این ذرات، بر نحوه برهم کنش مابین آنها متمرکز شد. این رویه از نظر او، رویه یی منطقی بود چرا که آنچه «ویژگی ذرات» نامیده می شود، عملاً حاصل نحوه برهم کنش ذرات مزبور با سایر ذرات و محیط پیرامون است. در واقع او می خواست از طریق شناخت نحوه برهم کنش این ذرات، به ماهیت آنها پی ببرد.
🆔 @Physics3p
🔸 «بیلسون تامپسون» فرض نقطه ای بودن پریون ها را کنار گذاشت و ایده یی را مطرح کرد که براساس آن، پریون ها شکلی نوارمانند داشته و بنابراین دارای طول و عرض بودند. براساس نظریه او، برهم کنش پریون ها با همدیگر همانند پیچیدن نوارها به دور همدیگر بود. بنابراین، گردهم آمدن سه پریون برای تشکیل ذره ای جدید، به معنای تنیده شدن سه نوار در همدیگر و ایجاد بافته مشخصی بود. در این تصویر حتی هریک از نوارهای منفرد نیز ممکن بود در امتداد طولی به دور خود پیچیده و تاب بردارد. هر تاب به لحاظ ریاضی معادل یک سوم بار الکتریکی الکترون بود و مثبت یا منفی بودن این بار نیز به ساعتگرد یا پادساعتگرد بودن تاب مزبور برمی گشت. در مدل «بیلسون تامپسون»، ساده ترین بافته معادل نوترینوی الکترون بود. تصویر آینه ای این بافته نیز پادنوترینوی الکترون را نشان می داد.
🔹 حال اگر هریک از سه نوار این بافته، یک بار در جهت عقربه های ساعت تاب برمی داشتند، بافته دیگری به وجود می آمد که همانند الکترون رفتار می کرد و اگر این تاب ها در خلاف جهت عقربه های ساعت بودند، پوزیترون (پاد الکترون) به دست می آمد. به همین ترتیب مدل «بیلسون تامپسون» قادر بود حتی فوتون ها و بوزون های W و Z را که حاملان نیروی الکترومغناطیسی و ضعیف هستند نیز به وجود آورد. در واقع این نوارهای بافته شده می توانستند تمامی ذرات مختلف مدل استاندارد ذرات بنیادی را ایجاد کنند.
«بیلسون تامپسون» نتیجه تحقیقات خود را منتشر کرد، اما به رغم دستاوردهای قابل توجهی که از این تحقیقات بدست آمده بود، ماهیت خود پریون ها برای او همچنان ناشناخته بود.
🆔 @Physics3p
ادامه دارد...
⚛ گرانش کوانتومی حلقه:
قسمت ۱
🔸 داستان شکل گیری نظریه گرانش کوانتومی حلقوی به دهه ۱۹۸۰ بازمی گردد. در آن زمان، آبهای آشتکار معادلات نسبیت عام اینشتین را در یک چارچوب کوانتومی بازنویسی کرد. بعدها «اسمولین» و فیزیکدانی به نام «کارلو روولی» از دانشگاه مارسی در فرانسه، ایده آشتکار را بسط داده و کشف کردند که در تصویری که این چارچوب نظری جدید ارائه می دهد، فضا برخلاف تصور، پیوسته نبوده بلکه از بخش هایی مجزا به ابعاد ۱۰ به توان منهای ۳۵ متر تشکیل شده است. بدین ترتیب براساس نظریه گرانش کوانتومی حلقوی، فضا- زمان در واقع شبکه ای است از پیوندهایی که این کوانتوم های فضا را به همدیگر متصل می کنند. از همان آغاز، فیزیکدان ها دریافته بودند که این پیوندها می توانند دور همدیگر پیچیده و ساختارهایی بافته مانند را تشکیل دهند. اما تا پیش از این، کنجکاوی فیزیکدان ها برای درک مفهوم این بافته ها راه به جایی نبرده بود.
🔹 ماجرا به همین روال گذشت تا اینکه «ساندانس بیلسون تامپسون» که یک فیزیکدان نظری در دانشگاه آدلاید در جنوب استرالیا بود وارد صحنه این نمایش شد. هنگامی که او در سال ۲۰۰۴، کار بر روی مساله ای قدیمی در حوزه فیزیک ذرات بنیادی را آغاز کرد عملاً چیز چندانی در مورد گرانش کوانتومی نمی دانست. در آن زمان «بیلسون تامپسون» در تلاش برای درک بهتر ماهیت ذراتی بود که فیزیکدان ها آنها را بنیادی می پنداشتند. ذرات بنیادی، ذراتی هستند که از اجزای بنیادی تری تشکیل نشده اند. او که از تعدد بیش از حد این ذرات در مدل استاندارد ذرات بنیادی سرگشته شده بود، نسبت به بنیادی بودن همگی ذرات مزبور دچار تردید شده بود. به همین دلیل هم برای پاسخ به سوالات خود، در گام اول به سراغ مدل هایی رفت که در دهه ۱۹۷۰ بسط داده شده بودند و بسیاری از ذرات به ظاهر بنیادی را متشکل از ذرات بنیادین دیگری به نام پریون ها می دانستند.
🆔 @Physics3p
🔸 همان گونه که هسته اتم ها از پروتون و نوترون تشکیل شده، این مدل های پریونی نیز ذراتی نظیر الکترون ها، کوارک ها و نوترینوها را که جزء ذرات بنیادی محسوب می شدند، متشکل از ذرات فرضی و بنیادین دیگری می دانستند که حامل بار الکتریکی بوده و با همدیگر برهم کنش داشتند. البته مدل های پریونی نهایتاً با مشکل مواجه شدند چرا که براساس این مدل ها، پریون ها انرژی فوق العاده بیشتری نسبت به ذراتی که خود، جزئی از آن محسوب می شدند، داشتند. این تناقض بزرگ نهایتاً سبب شد محققان، کار بر روی مدل های پریونی را کنار بگذارند. (هرچند این مدل ها به طور کامل به فراموشی سپرده نشدند.)
🔹 اما «بیلسون تامپسون» در مطالعه این مدل های پریونی، رویه ای متفاوت را نسبت به سایرین اتخاذ کرد. او به جای تمرکز بر ویژگی خود این ذرات، بر نحوه برهم کنش مابین آنها متمرکز شد. این رویه از نظر او، رویه یی منطقی بود چرا که آنچه «ویژگی ذرات» نامیده می شود، عملاً حاصل نحوه برهم کنش ذرات مزبور با سایر ذرات و محیط پیرامون است. در واقع او می خواست از طریق شناخت نحوه برهم کنش این ذرات، به ماهیت آنها پی ببرد.
🆔 @Physics3p
🔸 «بیلسون تامپسون» فرض نقطه ای بودن پریون ها را کنار گذاشت و ایده یی را مطرح کرد که براساس آن، پریون ها شکلی نوارمانند داشته و بنابراین دارای طول و عرض بودند. براساس نظریه او، برهم کنش پریون ها با همدیگر همانند پیچیدن نوارها به دور همدیگر بود. بنابراین، گردهم آمدن سه پریون برای تشکیل ذره ای جدید، به معنای تنیده شدن سه نوار در همدیگر و ایجاد بافته مشخصی بود. در این تصویر حتی هریک از نوارهای منفرد نیز ممکن بود در امتداد طولی به دور خود پیچیده و تاب بردارد. هر تاب به لحاظ ریاضی معادل یک سوم بار الکتریکی الکترون بود و مثبت یا منفی بودن این بار نیز به ساعتگرد یا پادساعتگرد بودن تاب مزبور برمی گشت. در مدل «بیلسون تامپسون»، ساده ترین بافته معادل نوترینوی الکترون بود. تصویر آینه ای این بافته نیز پادنوترینوی الکترون را نشان می داد.
🔹 حال اگر هریک از سه نوار این بافته، یک بار در جهت عقربه های ساعت تاب برمی داشتند، بافته دیگری به وجود می آمد که همانند الکترون رفتار می کرد و اگر این تاب ها در خلاف جهت عقربه های ساعت بودند، پوزیترون (پاد الکترون) به دست می آمد. به همین ترتیب مدل «بیلسون تامپسون» قادر بود حتی فوتون ها و بوزون های W و Z را که حاملان نیروی الکترومغناطیسی و ضعیف هستند نیز به وجود آورد. در واقع این نوارهای بافته شده می توانستند تمامی ذرات مختلف مدل استاندارد ذرات بنیادی را ایجاد کنند.
«بیلسون تامپسون» نتیجه تحقیقات خود را منتشر کرد، اما به رغم دستاوردهای قابل توجهی که از این تحقیقات بدست آمده بود، ماهیت خود پریون ها برای او همچنان ناشناخته بود.
🆔 @Physics3p
ادامه دارد...
⚛ از نظر فیزیک کوانتوم چطور خود را در آیینه می بینیم؟
اگر چه هر کدام از ما روزی چندبار جلوی آینه می ایستیم و خودمان را تماشا می کنیم؛ اما واقعیت این است که این پدیده در عین آشنابودن، بسیار غریب بوده و توصیف مکانیک کوانتومی پشت آن، هنوز ناشناخته است! زمانیکه نور از آینه منعکس می شود، الکترون های آزاد آینه را می لرزاند، در نتیجه الکترون ها شتابدار می شوند. این شتاب الکترونها، باعث ایجاد کپی تقریباً کاملی از نور تابشی می شود که موجب انعکاس می شود. اکسایتون ها یا همان ذرات برهمکنش نور-ماده (زمانیکه فوتون های نور موقتاً با الکترون های ملکول ها و نیمه رساناها درهم تنیده می شوند) نقش مهی را در این پدیده و پدیده های دیگری مثل فتوسنتز و ارتباطات نوری ایفا می کنند.
🆔 @Physics3p
اگر چه هر کدام از ما روزی چندبار جلوی آینه می ایستیم و خودمان را تماشا می کنیم؛ اما واقعیت این است که این پدیده در عین آشنابودن، بسیار غریب بوده و توصیف مکانیک کوانتومی پشت آن، هنوز ناشناخته است! زمانیکه نور از آینه منعکس می شود، الکترون های آزاد آینه را می لرزاند، در نتیجه الکترون ها شتابدار می شوند. این شتاب الکترونها، باعث ایجاد کپی تقریباً کاملی از نور تابشی می شود که موجب انعکاس می شود. اکسایتون ها یا همان ذرات برهمکنش نور-ماده (زمانیکه فوتون های نور موقتاً با الکترون های ملکول ها و نیمه رساناها درهم تنیده می شوند) نقش مهی را در این پدیده و پدیده های دیگری مثل فتوسنتز و ارتباطات نوری ایفا می کنند.
🆔 @Physics3p
Media is too big
VIEW IN TELEGRAM
⚫️ ماده و انرژی تاریک چیست؟
🔸 در توضیحات ویدئو از نظریه ابرتقارن و ریسمان صحبت می شود اگر اطلاعاتی در این زمینه ندارید "ابرتقارن" و "ریسمان" را در کانال سرچ کنید.
🆔 @Physics3p
🔸 در توضیحات ویدئو از نظریه ابرتقارن و ریسمان صحبت می شود اگر اطلاعاتی در این زمینه ندارید "ابرتقارن" و "ریسمان" را در کانال سرچ کنید.
🆔 @Physics3p