فیزتک

فیزیک و تکنولوژی

فیزیک و تکنولوژی

آموزگار هستم. از آنجا که پروژه کارشناسی بنده حول ترجمه مقالاتی درباره ظهور اشعه ایکس و کاربردهای آن بود، این صفحه را ابتدا تحت عنوان اشعه ایکس در فروردین 1384 راه اندازی کردم. بعدها بخاطر نشر مطالب متفاوت و گوناگون به فیزتِـــک تغییر نام دادم. فیزتک از سرکلمه های فیزیک و تکنولوژی ساخته شده است.
/ پشتیبان دانش آموزان مدارس بین الملل
International School's Students Support

طبقه بندی موضوعی

۸۱ مطلب توسط «ابراهیم پهلوان» ثبت شده است

از آنجا که اینشتین فکر می کرد جهان ساکن است، حدس زد که حتی خالی ترین فضای ممکن، تهی از ماده و تابش، بایستی هنوز یک انرژی تاریک داشته باشد، که آنرا « ثابت [نظام مند] (وابسته به فلسفه انتظام گیتی) » نامید. زمانیکه ادوین هابل انبساط جهان را کشف کرد، اینشتین این را بزرگترین اشتباه او خواند و نظرش را رد کرد. همین که ریچارد فاینمن و دیگران نظریة کوانتومی ماده را توسعه دادند، پی بردند ‹ فضای تهی › پُر است از ذرات موقتی (‹مجازی›) که مرتباً در حال شکل دهی و نابود سازی خویش اند. فیزیکدانان به مرور گمان کردند که حقیقتاً بایستی خلاء شکل تاریکی از انرژی را داشته باشد، ولی نتوانستند اندازه اش را پیش بینی کنند.بواسطة اندازه گیریهای اخیر انبساط جهان، ستاره شناسان کشف کردند که « اشتباهِ » اینشتین یک اشتباه نبود: به راستی شکلی از انرژی تاریک ظاهر میشود که بر کل محتوای جرم-انرژی جهان تسلط دارد، و گرانش دافع خارق العاده اش در حال جدا ساختن جهان است. ما هنوز نمی دانیم که چرا یا چگونه انبساط با شتاب زیاد در جهان پیشین ( تورم ) و انبساط شتابدار کنونی ( بواسطة انرژی تاریک ) به یکدیگر مربوط ند.یک مأموریت ماوراء اینشتین انبساط را با دقت کافی اندازه گیری خواهد کرد تا بفهمیم که آیا این انرژی یک خاصیت ثابت فضای خالی است ( همانگونه که اینشتین حدس زد )، یا آیا این علائمی از ساختار قویتری را نشان می دهد که در نظریات متحد شدة مدرنِ نیروهای طبیعی امکان پذیر است.What is Dark Energy?by NASA Goddard Space Flight Center and ScienceIQ.comImage Courtesy Beyond EinsteinBecause he originally thought the Universe was static, Einstein conjectured that even the emptiest possible space, devoid of matter and radiation, might still have a dark energy, which he called a 'Cosmological Constant.' When Edwin Hubble discovered the expansion of the Universe, Einstein rejected his own idea, calling it his greatest blunder. As Richard Feynman and others developed the quantum theory of matter, they realized that 'empty space' was full of temporary ('virtual') particles continually forming and destroying themselves. Physicists began to suspect that indeed the vacuum ought to have a dark form of energy, but they could not predict its magnitude. Through recent measurements of the expansion of the Universe, astronomers have discovered that Einstein's 'blunder' was not a blunder: some form of dark energy does indeed appear to dominate the total mass-energy content of the Universe, and its weird repulsive gravity is pulling the Universe apart. We still do not know whether or how the highly accelerated expansion in the early Universe (inflation) and the current accelerated expansion (due to dark energy) are related.  A Beyond Einstein mission will measure the expansion accurately enough to learn whether this energy is a constant property of empty space (as Einstein conjectured), or whether it shows signs of the richer structure that is possible in modern unified theories of the forces of nature.
هوا یک گاز است، و گازها را می توان با ملاحظۀ فعالیت کوچک مقیاس مولکولهای منفرد یا با نظر به فعالیت بزرگ مقیاس گاز به عنوان یک کل مورد مطالعه قرار داد. ما می توانیم فعالیت گاز را به طور مستقیم اندازه گیری کرده یا احساس کنیم. اما برای مطالعۀ فعالیت مولکولها، بایستی از یک مدل نظری استفاده کنیم. این مدل، که نظریۀ جنبشی گازها نامیده می شود، فرض می گیرد که اندازۀ مولکولها نسبت به فاصلۀ آنها خیلی کوچک است. مولکولها در سکون، حرکت تصادفی ( اتفاقی ) و غالبا در حال برخورد با یکدیگر و با دیواره های ظرفشان هستند.مولکولهای منفرد خصوصیات فیزیکی استاندارد جرم، تکانه، و انرژی را دارا هستند. چگالی یک گاز عبارتست از نسبت مجموع جرم مولکولها به حجمی که گاز اشغال می کند. فشار یک گاز اندازۀ تکانۀ خطی مولکولهاست. همانطور که مولکولهای گاز با دیوارۀ ظرف برخورد می کنند، تکانۀ خود را به دیواره ها انتقال می دهند، و این نیرویی را ایجاد می کند که قابل اندازه گیری است. حاصل تقسیم نیرو بر مساحت به عنوان فشار تعریف می شود. دمای یک گاز معیاری از انرژی جنبشی متوسط گاز است. مولکولها در حرکت اتفاقی دائمی هستند، و انرژیی ( جرم × مربع سرعت ) وجود دارد که با آن حرکت معادل است. هر چه دما بالاتر، حرکت ( جنبش ) بیشتر.در یک جامد، محل مولکولها نسبت به یکدیگر ثابت می ماند. ولی در یک گاز، مولکولها می توانند به اطراف حرکت کنند و به طرق مختلف بر یکدیگر و بر محیط اطرافشان تأثیر متقابل بگذارند. همانطور که در بالا ذکر شد، همیشه یک جزء اتفاقی حرکت مولکولی وجود دارد. همه ی سیالات می توانند طوری حرکت کنند ( جاری شوند ) که انگار در یک حرکت اجباری ( جریان ) قرار دارند. این حرکت اجباری به حرکت تصادفی طبیعی مولکولها اضافه می شود. در مقیاس مولکولی هیچگونه فرقی بین جزء تصادفی یا جزء اجباری وجود ندارد. در یک لولۀ پیتوت، فشار حاصل از جزء تصادفی را به مانند فشار ساکن اندازه گیری می کنیم، و این فشار ( فشار تصادفی ) را با جزء اجباری جمع کرده و فشار کل را می یابیم.Kinetic Theory of Gasesby NASA Glenn Research Center and ScienceIQ.comImage Credit: Image Courtesy NISTAir is a gas, and gases can be studied by considering the small scale action of individual molecules or by considering the large scale action of the gas as a whole. We can directly measure, or sense, the action of the gas. But to study the action of the molecules, we must use a theoretical model. The model, called the kinetic theory of gases, assumes that the molecules are very small relative to the distance between molecules. The molecules are in constant, random motion and frequently collide with each other and with the walls of any container. The individual molecules possess the standard physical properties of mass, momentum, and energy. The density of a gas is simply the sum of the mass of the molecules divided by the volume which the gas occupies. The pressure of a gas is a measure of the linear momentum of the molecules. As the gas molecules collide with the walls of a container, the molecules impart momentum to the walls, producing a force that can be measured. The force divided by the area is defined to be the pressure. The temperature of a gas is a measure of the mean kinetic energy of the gas. The molecules are in constant random motion, and there is an energy (mass x square of the velocity) associated with that motion. The higher the temperature, the greater the motion. In a solid, the location of the molecules relative to each other remains almost constant. But in a gas, the molecules can move around and interact with each other and with their surroundings in different ways. As mentioned above, there is always a random component of molecular motion. The entire fluid can be made to move as well in an ordered motion (flow). The ordered motion is superimposed, or added to, the normal random motion of the molecules. At the molecular level, there is no distinction between the random component and the ordered component. In a pitot tube, we measure pressure produced by the random component as the static pressure, and the pressure produced by the random plus the ordered component as the total pressure.
وویجر یک اکنون دورافتاده ترین مصنوع دست بشر است کاوشگر فضایی 'وویجر 1' به کرانه منظومه شمسی نزدیک و نزدیکتر می شود. این فضاپیما که در سال 1977 پرتاب شد اکنون تقریبا 14 میلیارد کیلومتر از خورشید فاصله دارد و در آستانه ورود به اعماق فضاست. فاصله زمین از خورشید تقریبا 150 میلیون کیلومتر است. دانشمندان آژانس فضایی آمریکا، ناسا، روز سه شنبه در کنفرانسی در نیواورلیانز گفتند که وویجر اکنون در حال حرکت در بخشی از منظومه شمسی به نام "هلیوشیت" است. این پهنه کرانه ای متلاطم و وسیع است که نفوذ خورشید در آن پایان می یابد و ذرات پرتاب شده از سطح خورشید در آنجا خرد شده و به گازی رقیق که در فضای میان ستارگان شناور است بدل می شود. هرچند دانشمندان نسبت به زمان دقیق آن مطمئن نیستند اما می گویند این کاوشگر "به زودی" منظومه شمسی را پشت سر گذاشته و وارد اعماق فضا می شود. دکتر ادوارد استون، از دانشمندان پروژه وویجر در موسسه تکنولوژی کالیفرنیا در پاسادینا گفت: "وویجر 1 وارد آخرین مرحله از تاخت و تاز خود به سوی مرز فضای میان-ستاره ای (interstellar space) شده است." دانشمندان نوامبر گذشته درباره رسیدن یا نرسیدن وویجر به ناحیه موسوم به "شوک پایانی" (termination shock) دچار اختلاف نظر شده بودند. سرعت "بادهای" خورشیدی، یعنی ذرات باردار الکتریکی که سطح خورشید ساطع می شود، در این ناحیه در اثر فشار ناشی از گاز پراکنده میان ستارگان کم می شود. برخی محققان تصور می کردند که این کاوشگر وارد این ناحیه شده است اما به عقیده سایرین هنوز به آنجا نرسیده بود. اکنون در نشست "مجمع مشترک 2005" که توسط انجمن ژئوفیزیک آمریکا سازمان داده می شود، دانشمندان می گویند مطمئن هستند و توافق کرده اند که وویجر از ناحیه شوک پایانی فراتر رفته و به تدریج طعم اعماق فضا را می چشد. پیش بینی موقعیت ناحیه شوک پایانی آسان نبود، زیرا به گفته محققان، شرایط دقیق حاکم بر فضای میان ستاره ای مجهول است. به علاوه، نوسان در سرعت و فشار بادهای خورشیدی باعث می شود ناحیه شوک پایانی منبسط یا منقبض شده و تاب بردارد. وویجر 1 ابتدا ماموریتی پنج ساله داشت اما با گذشت 28 سال از زمان پرتاب عملکرد خارق العاده آن همچنان ادامه دارد. این فضاپیما حامل یک کپسول زمان به شکل یک صفحه طلایی گرامافون، به همراه سوزن پخش و پیام سلام زمینی ها به زبان های مختلف و همچنین نمونه آهنگ هایی از موتزارت گرفته تا آهنگی از بلایند ویلی جانسون است. همزاد دیگر این فضاپیما، وویجر 2، چند هفته بعد از وویجر یک پرتاب شد و در مسیری متفاوت در حرکت است و اکنون 4/10 میلیارد کیلومتر از خورشید فاصله دارد.

مقدمه:

تا آنجا که به خاطر می آورم، حتی از دوران کودکی، با دیدن قارچ بمب اتمی، قیافه ی پیر و موهای ژولیده ی اینشتین و چند حرف کوچک و بزرگ لاتین که معمولاً زیر عکس او چاپ می شود، برایم تداعی می گردید.

همیشه می خواستم بدانم که این حروف لاتین که یک علامت تساوی در میان آنها به چشم می خورد یعنی چه؟ آیا اسم کسی است؟ نام مکانی است؟ و یا اینکه یعنی هیروشیما و ناکازاکی؟ آن موقع نفهمیدم! ولی ...

وقتی به دبیرستان رفتم فهمیدم که این را می گویند معادله! معادله یعنی چیزی که دو طرف آن با یکدیگر برابر هستند و یا یک مفهومی در همین مایه ها!!؟

- بالاخره فهیمدم که این را می گویند معادله نسبیت و من چون از بچگی این معادله را با قارچ بمب اتمی دیده بودم دیگر خیال کردم که این معادله ساختن بمب اتمی است. همان بمبی که هزاران آدم بی گناه را به خاک و خون کشید! در دلم تمامی دانشمندانی را که باعث چنین فاجعه ای شدند لعنت کردم! ولی بعداً که کمی کتاب خواندم و مطالعه کردم فهمیدم که: نه بابا ... به اینشتین چه؟ بیچاره مقصر نبوده! همه اش زیر سر نان به نرخ روز خورها بوده است. در عصر حجر با سنگ چخماق و گرز توی سر هم می زدند، فلز که کشف شد با شمشیر به جان هم افتادند!، باروت که به میدان آمد، دیگر چشمتان روز بد نبیند! هر روز یک نوع تفنگ و بمب و مسلسل و نارنجک و ... ساختند! و خلاصه: ( نو که اومد به بازار کهنه میشه دل آزار).

این بار نوبت بمب اتمی بود؛ معادلات نشان میدادند که می توان از اتم انرژی هنگفتی بیرون کشید. برای همین آقایان سیاستمدار هوس داشتن یک بمب کوچولوی مامانی از این نوع کردند! دیگر طیاره و بمب معمولی و تفنگ مشکل پسندان سیاست را راضی نمی کرد. برای همین با کمک عده ای از دانشمندان این نوع بمب را درست کردند و کوبیدند تو سر مردم بیچاره ژاپن! که چی؟ که آن آقایی که سبیل مگسی داشت و یک صلیب هم روی بازویش بود و اطرافیانش مدام هایل، هایل می کردند، اول استفاده نکند! آخر این هم شد بهانه! ...

خلاصه فهمیدم که اگر می خواهم از این معادله سر در بیاورم باید فیزیک بخوانم! من هم شروع کردم و فیزیک دبیرستان را خواندم اما چیزی دستگیرم نشد تا سال سوم دبیرستان که در آخر کتاب فیزیک بخشی را دیدم با متنی بسیار مبهم و خسته کننده که مربوط به نسبیت و این جور چیزها بود! خدا خدا می کردم که زودتر آخر ترم برسد و استاد ارجمند فیزیک آن را تدریس کند ولی آخر سال شد و بخشنامه آمد که بخش نسبیت از برنامه ی تدریس حذف شده! در دم بچه ها هورا کشیدند، گویی که دنیا را به آنها داده بودند؛ آن روز من خسته و ناراحت به خانه برگشتم ولی بلافاصله شروع به پیدا کردن منابعی کردم که اطلاعات کلی در این زمینه به من بدهد. کتابهای  زیادی پیدا کردم ولی گویی به زبان دیگری بودند! هر چقدر بیشتر می خواندم کمتر متوجه می شدم و این به دلیل بسیار تخصصی بودن و ندشتن تجربه کافی من که خواننده آن بودم، بود! به همین دلیل بعد از آشنایی تصمیم گرفتم آنچه را یاد گرفتم با زبانی ساده و با متنی که خسته کننده نباشد برای علاقه مندان به نسبیت توضیح دهم!

*        *        *

هنگامی که جناب نیوتن معادلات حرکت را فرمول بندی کرد و مفهوم حرکت و سکون را مطرح کرد همواره این سوال مطرح بود که حرکت و سکون نسبت به چی؟ به کجا؟ جناب نیوتن هم دست به دامان فلاسفه یونان باستان شد، بادی به گلو انداخت و گفت: نسبت به اِثیر(ether) ! توضیح اینکه یونانیان باستان معتقد بودند که در فضای خارج از عالم زمینی تا چشم کار می کند چیزی وجود دارد که آنرا اِثیر نامیدند و این اِثیر ثابت انگاشته می شد!

به همین خاطر آقای نیوتن دست به دامان این به اصطلاح پولتیک شد و گفت: حرکت و سکون را نسبت به اِثیر در نظر می گیریم! یعنی چارچوب مرجعی که مبنای آن اِثیر باشد. اِثیر ثابت است و همه چیز نسبت به آن ثابت است یا متحرک! والسلام ...

قرنی گذشت و قرنی هم پس از آن تا ... روزی جناب آقای آلبرت مایکلسن با خودش گفت: چه بهتر اینکه ما ثابت بودن اِثیر را امتحان کنیم و حرکت و ثبات را نسبت به اِثیر بررسی کنیم!

این جناب مایکلسن مصمم شد تا این واقعیت را امتحان کند! با خودش فکر کرد خب اگر زمین در اِثیر در حال حرکت باشد. بالاخره این حرکت باید در یک امتداد خاصی انجام شود! خلاصه آقای مایکلسن بساط آزمایشش را پهن کرد. یک موقع فکر نکنید منظورم از بساط همان شهر فرنگ خودمان است! نه! ولی چیزی بود که سرنوشت ما را کمی تکان داد طوری که با سر به زمین خوردیم و تا چند وقت گیج بودیم!

 آقای مایکلسن طرح آزمایشی را ریخت. در این آزمایش از این اصل استفاده شده بود که اگر زمین در اِثیری حرکت کند، یک دسته نور که در امتداد حرکت زمین فرستاده و منعکس شود مسافتی کوتاهتر طی می کند تا شعاعی که در امتداد عمود بر حرکت زمین فرستاده و منعکس گردد!