فیزتک

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!

 

امروزه اغلب مکالمات تلفنی، مخابره ی فکس ها و تقریباً تمام نقل و انتقالات اینترنتی و پست الکترونیکی (email) بین شهرها و قاره ها بوسیله ی فیبرهای نوری انجام می شود. هادی ( رسانا ) در فیبر نوری، نور است در صورتی که در سیم برق، جریان الکتریسیته کار هدایت را انجام می دهد. در یک سیم برق، الکترونها بوسیله ی اعمال میدان الکتریکی از یک انتهای سیم به طرف دیگر آن می روند. در فیبر نوری، این فوتونهای نور هستند که چون در کابل محبوس شده و راه گریزی ندارند به ناچار تنها انتخابی که پیش روی خود می بینند حرکت از یک طرف فیبر به سمت دیگر آن است! البته محبوس شدن سیگنالهای نوری در هسته ی کابل فیبر نوری به علت پدیده ای است که ما آنرا « بازتاب کلی » نامیده ایم.اگر شما در استخر شنا به طور کامل تا سر زیر آب فرو رفته و از آنجا به سطح آب نگاه کرده باشید شاید متوجه این مساله شده باشید که سطح جدایی هوا - آب به یک آینه تبدیل شده و شما نمی توانید آن طرف را ببینید. این مثالی از « بازتاب کلی » است. به طور اساسی هر وقت یک سطح اشتراک از دو ماده با ضریب شکست یا چگالی متفاوت داشته باشید، پرتو نوری که بخواهد از ماده ی چگالتر تحت زاویه ای بزرگتر از زاویه ی حد [1] وارد محیطِ ( ماده ی ) با غلظت کمتر شود به طور کامل از این سطح اشتراک بازتاب می کند.اساس تمامی فیبرهای نوری را سیمهای استوانه ایی از جنس شیشه تشکیل می دهند. این فیبرها شامل هسته و روکش هستند؛ بطوریکه چگالی نوری هسته بیشتر از چگالی نوری روکش است. روکش، هسته را مانند ژاکتِ استوانه ای شکلی کاملاً احاطه می کند، سیگنال نوری به هسته وارد و طبق خاصیت « بازتاب کلی » از سطح جدایی هسته – روکش بازتابیده می شود. این تقریباً مثل این است که یک آینه ی استوانه ای باریکی داشته باشید که نور را بازتاب می کند. بازتابهای کلی تأثیر بسزایی در اینکه سیگنال نوری شدت اولیه اش را از دست ندهد دارند؛ در صورتیکه بازتاب از یک آینه ی نقره اندود معمولی اینگونه نیست. به مدد خاصیت « بازتاب کلی » سینگنالها می توانند فاصله ای بیشتر از 250 مایل ( 400 کیلومتر ) را بدون نیاز به تقویت طی کنند. [1] می دانیم که اگر نور از محیط غلیظ به محیط رقیق بتابد ( برای مثال از درون آب به هوا )، پرتو شکست از خط عمود دور می شود و زاویه ی شکست از زاویه ی تابش بزرگتر است. هر گاه در این حالت زاویه ی تابش به تدریج زیاد شود زاویه ی شکست هم زیاد می شود، اگر زاویه ی شکست به 90 درجه برسد ( یعنی پرتو شکست بر سطح جدایی دو محیط مماس شود ) زاویه ی تابش به مقداری می رسد که به آن زاویه ی حد می گوییم. در شکل زیر زاویه ی حد نشان داده شده است. هر محیط شفاف دارای زاویه ی حدّ معینی است. به عنوان مثال زاویه ی حد برای آب تقریباً 48 درجه و برای شیشه در حدود 42 درجه است.( منبعِ پاورقی: کتاب فیزیک 1 دبیرستان ص 107 )   Delivered by TIRby Anton Skorucak and ScienceIQ.comFiberoptic cableThe content of this article has been delivered to you via internet fiber-optic links. Today most phone conversations, fax transmissions and almost all internet and email traffic travel at the speed of light between cities and continents via fiber-optics. An optical fiber (or fiber-optics cable) is to light what a copper wire is to electricity, a guiding medium. In an electrical wire, electrons rush from one end of the wire to the other; driven by the electric field. In optical fiber, photons of light travel from one end to the other purely because they have no choice; they are confined to the cable and can not escape! The phenomenon that is responsible for the confinement of the light signal within the core of the fiber-optic cable is called the Total Internal Reflection or TIR. If you have ever been under water in a swimming pool with your head close to the surface, you have probably noticed that the water-air interface becomes a mirror and you cannot see outside. That is an example of TIR. Basically, whenever you have an interface of two materials (mediums) of different indexes of refraction or optical density, a light beam will fully reflect at this interface if it is trying to escape the denser material at an angle that is larger than a certain critical value. All optical fibers are basically cylindrical wires made of glass. They have a core (the optically denser medium) and a so-called cladding, which is optically less dense. The cladding fully surrounds the core, like a cylindrical jacket. The light signal is inserted into the core and it travels down the core with occasional TIR reflections from the core-cladding interface. It is almost as if you have a tiny cylindrical mirror from which the light reflects. These total internal reflections are so efficient that the light signal does not lose much of its strength at each reflection as it would when reflecting from an ordinary silver mirror. Thanks to TIR, signals can travel as far as 250 miles (400 km) without needing amplification.

« نور جدید از میان گوشت به استخوانها می نگرد ! » این عبارت در اواسط ژانویه 1896 به یک باره تیتر روزنامه های امریکا شد همچنین عبارت « اجسام جامد آشکار شدند!! » همراه با عکس های رادیو گرافی رونتگن و دیاگرام و جزئیات چگونگی تولید اشعه؛ در طول یک هفته، نمایشهایی در کالجها، دبیرستانها و همچنین در مکانهای عمومی بر پا شد.اینکه « به زودی هر خانه ای یک دستگاه اشعة کاتدی داشته باشد » هر مخترعی را به هیجان می آورد. توماس ادیسون[1] ( 1931 – 1874 )، یکی از آنهایی که مشتاق تکمیل کشف رونتگن بودند بود. تلاش او برای تهیة عکس رادیوگرافی از محتویات اطلاعاتی مغز، او را هفته ها در آزمایشگاهش مشغول کرد. کار او تنها باعث پیشرفت در دستگاه فلورسکوپ دستی شد، اما او در ساخت « لامپ اشعة ایکس » برای مصارف خانگی مأیوس شد. ادیسون تنها کسی نبود که از راه تجربه دست به چنین تلاشهایی زد. بعد از این به طور وسیعی ابزار آلات و لوازم مورد نیاز در دسترس قرار گرفت، و به زودی با اندک مبلغی هر کس می توانست یک عکس اشعة ایکس داشته باشند. محلها یا استودیو هایی جهت گرفتن ” عکس استخوان “ دایر شد، اشعاری در باب اشعة ایکس در مجلات عمومی به چشم می خورد، و همچنین در کارتونها، داستانهای کوتاه و حتی تبلیغات نیز اشعة ایکس راه پیدا کرد. کاراگاهان نیز طرفدار استفاده از دستگاه رونتگن برای پی بردن به افکار یک شخص ( مثلاً در تشخیص زوجهای بی وفا )،‌ و یا یافتن وسایلی که احتمالاً در زیر لباس دیگران مخفی شده است ( با عینک اشعة  ایکس )‌ شدند. خیلی از این موارد پوچ و بیهوده به نظر می رسد، ولی اینگونه موارد خبر از سطح بینش و آگاهی عمومی آن زمان در مورد اشعة ایکس و کاربرد پزشکی اش را نشان می دهد. در همان ماه که نخستین خبرها در روزنامه های امریکا منتشر شد، پزشکان برای گرفتن عکس رادیوگرافی از استخوانهای شکستة بیماران و حتی اندام سطحی، خواستار آن شدند. می توان گفت که قبل و بعد از آن زمان هیچ تکنولوژیی به این سرعت مورد پذیرش قرار نگرفت. 1-11) پایی درون کفش پاشنه دار؛ این عکس توسط فرانسیس ویلیام[2] در بوستون در ماه مارس 1896 گرفته شده است. مثل این چنین عکسی در مطبوعات و جراید عمومی آن زمان به وفور چاپ شده بود.1-12) یک عکس آزمایشی از چند تکه جسم فلزی (دو سکه و یک کلید ) درون یک ظرف، 1896. خیلی از آزمایشها بودند که قدرت نفوذ اشعه ها را نمایان می ساختند. این که چنین عکسهایی در موارد گسترده ای تهیه شده اند می تواند این فکر را القا کند که تکنولوژی جدید می توانسته در کارهای ناپسند مختلفی به کار رود.1-13) توماس ادیسون (1931-1874)، که آزمایشها را به طور موجز و مفید از طریق جراید به اطلاع عموم می رساند، این عکس در زیر « نور ایکس » در 1896 گرفته شده است.1-14) تصویری کارتونی که نشاندهندۀ دقت ادیسون است- تلاش وافر او برای اینکه اولین شخصی باشد که موفق به « دیدنِ ( یا به تصویر کشیدنِ ) » آنچه در مغز یک فرد میگذرد.1-15) استودیوی اشعۀ ایکس؛ شبیه به این یکی که در نیویورک است، استودیوهایی در شهرهای کوچک و بزرگ برای تهیۀ « عکسِ استخوان » افتتاح شدند، که در اغلب موارد هیچگونه عارضۀ فیزیکی دیده نمی شد.1-16) اسباب و لوازم مورد نیاز به زودی در دسترس قرار گرفتند. هر کسی می توانست با یک حباب شیشه ای خلاءِ دارای آند و کاتد، و یک مولد جریان برق، همچنین مواد عکاسی با « پرتونگاری» کسب و کاری داشته باشد.1-17) نمایشهای همگانی نظیر این یکی که توسط ادیسون در ماه می سال 1896 برپا می شدند برای عده ای این امکان را فراهم می ساخت که بتوانند استخوانهایشان را ببینند. 1-18) اشعار کنایه آمیز بیشماری برای فاش کردن راز اشعۀ ایکس سروده شدند که باعث ایجاد یک جو فشار آلود عمومی می شدند، همین طور شد که رونتگن در آوریل 1896 از راز پدیدۀ الکتریکی پرده برداشت.1-19) تصاویر کارتونیی نظیر این یکی که در سال 1896 به طور طنز گونه ای یک عکاس سیار را نشان می دهد.1-20) بعضی تیترهای عکسهای رادیوگرافی موجب تهییج افکار عمومی می شد. در هر مطلبی دربارۀ اشعۀ ایکس ( مثلاً یک رومان )، به راحتی می شد که یک عکس را تحریف کرد، به عنوان مثال : « اولین  عکس رادیوگرافی از مغز انسان » که در واقع  تصویری از رودهای گربه است که توسط فالک[3] در1896 مونتاژ شده است. [1] Thomas Edison[2] Francis Williams[3] H. A. Falk