تبلیغات
اطلاعات عمومی جالب - آیا سیب ها در بهار سریع تر می افتند؟
 
درباره وبلاگ



مدیر وبلاگ : حجت علی کرمی
نظرسنجی
لطفا میزان رضایت خود را از وبلاگ بگویید؟








لطفا میزان رضایت خود را از وبلاگ بگویید؟








لطفا میزان رضایت خود را از وبلاگ بگویید؟








جستجو

چاپ این صفحه
آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :
اطلاعات عمومی جالب




 

آیا سیب ها در بهار سریع تر می افتند؟

ماركوس چاون
هر فردی درباره ی سیب نیوتن شنیده است. وی در یكی از روزهای پاییز 1666 میلادی به زمین افتادن سیب را مشاهده كرد و همین موضوع سؤالاتی را برای او مطرح كرد.
نیوتن با خود فكر كرد: "چرا سیب باید همیشه به طور عمودی به زمین بیفتد؟ چرا نباید به اطراف یا به طرف بالا برود و همواره به سمت مركز زمین سقوط می كند؟"
سؤالی كه نیوتن از خود نپرسید این بود كه آیا سیب ها و پرتقال ها به طور متفاوتی می افتند؟ و یا این كه آیا یك سیب در فصل بهار طور دیگری می افتد؟ اینها مسائل عجیبی به نظر می رسند ولی آلن كاستلسكی فیزیكدان دانشگاه ایندیانا، تصور می كند كه این نكات دارای اهمیت هستند. این فیزیكدان و یكی از دانشجویان سابق وی دریافته اند كه چنین اشتباهات فاحشی درباره ی بهترین نظریه ما، یعنی جاذبه، باعث شده كه به آسانی طی قرن ها از كشفیات جدید سرباز زده شود.
بررسی های بیشتر از جمله مقاله ای كه در نشریه ی Physical Review Letters آمده، نشان می دهد كه چنین احتمالاتی به ما كمك می كند تا با شگفتی های بیشتری در جهان آفرینش آشنا شویم.
كاستلسكی می گوید: "ما به یك كشف اعجاب انگیز و لذت بخش دست یافتیم".

این اوج كار كاستلسكی در طول 20 سال بود. در سال 1989 وی به این فكر افتاد كه چطور می توان به وجود یك اشتباه در بهترین ادراك ما از عالم در قالب دو نظریه ی بزرگ و مشهور پی برد. اولی، نسبیت عام، نظریه ی اینشتین درباره ی چگونگی عملكرد جاذبه زمین بود. دیگری، مدل استاندارد فیزیك ذرات اتمی بود كه به شرح كوانتومی مواد اطراف ما و همه ی نیروهای دیگر به جز جاذبه می پردازد.
در حال حاضر، نسبیت و مدل استاندارد ناقص هستند. هنگامی كه جاذبه قوی باشد، نسبیت كارایی ندارد؛ برای مثال در مورد توصیف مه بانگ (بیگ بنگ) ، یا قلب یك سیاه چاله این مسئله صدق می كند. مدل استاندارد هم باید آن قدر بسط داده شود تا به نقطه ای برسد كه بتوان اجرام ذرات بنیادی جهان را محاسبه كرد. این دو نظریه ناقص هستند و دارای مفاهیم زمانی كاملاً متفاوت اند. همین امر باعث شده كه نتوان این دو را در قالب "نظریه ی كلی" یكی كرد.

مسئله این است كه نسبیت و مدل استاندارد با وجود كاستی هایی كه دارند، نظریه های بسیار خوبی هستند. هر یك از آنها به طور جداگانه به صور كامل ترین پدیده های فیزیكی معرفی شده به علم، وصف می شوند. اگر ما بخواهیم بدانیم كه نظریه ی پیوند دهنده آنها چگونه است، باید چیزهایی را پیدا كنیم كه آنها نمی توانند توضیح دهند. كاستلسكی می گوید: "چالش اصلی، پیدا كردن آن پدیده ها است." این چیزی است كه وی فكر می كند قادر به انجام آن است. آنها با حمله به یك قضیه ی مهم و تقریباً ثابت فیزیك به نام "تقارن لورنتس"، كار خود را آغاز كردند. این مطلب نشان می دهد كه برای هر فردی كه با سرعت یكنواختی نسبت به شما حركت می كند، با هر جهت فضایی، قوانین فیزیك یكسان هستند.
یكی از نتایج تقارن لورنتس آن است جهان باید ایزوتروپیك باشد: به هر طرف كه نگاه یا حركت كنید، همه ی اشیا كاملاً یكسان به نظر می رسد و به طور همانند رفتار می كنند. هیچ "بالا" یا "پایینی" وجود ندارد و هیچ جهتی وجود ندارد كه در آن نور، مردم یا سیارات بتوانند راحت تر حركت كنند.
تاكنون هیچ چیز در دنیا نتوانسته است تقارن لورنتس را نقض كند، ولی این به معنای آن نیست كه قانون لورنتس نقض ناشدنی است. این فقط بدان معنا است كه ما تاكنون در جای اشتباهی جست و جو كرده ایم و یا این كه آزمایش های صورت گرفته در مورد نقض تقارن به اندازه ی كافی دقیق نبوده اند.
كاستلسكی به طور تصادفی به خرده گیری از تقارن لورنتس نپرداخته است. تلاش های متفاوت برای ایجاد یك نظریه ی كلی نشان داده كه تقارن لورنتس قابل نقض است. "نظریه ی ریسمان" و "گرانش كوانتومی حلقوی" از جمله معروف ترین این دستاوردها هستند.
كاستلسكی امید خود را به یك نظریه ی خاص و كلی محدود نكرده، بلكه در عوض رویكرد بازتری اتخاذ كرده كه به باور او به ما این ایده را می دهد كه در كجا به دنبال موارد نقض تقارن لورنتس بگردیم و نظریه های جدید ارائه دهیم.
كاستلسكی و همكارانش از نظریه ی نسبیت و مدل استاندارد به عنوان نقطه ی شروع استفاده كردند و سپس راه های نقض تقارن را نشان دادند. آنها مسئله را این گونه مطرح می كنند كه جهان با میدان های نیرویی كه تاكنون ناشناخته مانده پر شده، كه این نیرو به فضا یك جهت "مرجع" می دهد و بنابراین تقارن را نقض می كند. نتیجه، نظریه ای بود كه كاستلسكی آن را مدل استاندارد بسط یافته یا SME می نامد.
SME
با در برداشتن همه ی نیروها و ذرات شناخته شده و بیان چگونگی تعامل آنها با میدان های جدید نیرو، نشان دهنده ی مجموعه ای از پدیده های ناشناخته ای است كه می توانند یك نقض قابل مشاهده از تقارن لورنتس را ارائه دهند. كاستلسكی می گوید: "در حال حاضر، آزمایشگران مسیر كار خود را از طریق فهرست ادامه می دهند."
تاكنون آنها چیزی بدست نیاورده و نتیجه عكس گرفته اند. محققان بررسی می كنند كه آیا ساعت ها در جهت های خاص فضایی سریع تر حركت می كنند، یا این كه میدان مغناطیسی یك ماده كه توسط میدان الكترون های آن به وجود می آید، با تغییر جهت محور چرخش عوض می شود یا خیر.
با این حال، این امر به معنای آن نیست كه تصور كنیم میدان های نیرو در SME وجود ندارند. برخی از میدان ها ممكن است در فوتون ها نامرئی باشند ولی در ذرات دیگری مانند نوترون قابل مشاهده باشند. یا این كه ممكن است یك میدان به شدت با جاذبه تعامل نشان دهد ولی با الكترومغناطیس خیر.
برای این كه ببینید این نظریه چطور عمل می كند، به میدان های SME مورد نظر كاستلسكی بیندیشید - كه آن را "میدان X" می نامیم- كه در منظومه شمسی جاری است.
میدان X، مانند یك میدان مغناطیسی یا الكتریكی، دارای جهتی است كه می توان آن را به صورت یك سری پیكان نشان داد. هنگامی كه یك نوترون یا پروتون از آن عبور می كند چه اتفاقی می افتد؟
در آغاز، این میدان می بایست یك اثر نافذ بر چرخش ذره داشته باشد یا در خطر سیر آن تغییر فازی كوچكی ایجاد كند. یا این كه می تواند به صورت انواع پاسخ های مختلفی باشد كه ذره به میدان می دهد.
ما هرگز به چنین تأثیراتی توجه نكرده ایم و بنابراین هیچ وقت چنین میدانی را كشف نكردیم. اما كاستلسكی متذكر می شود كه شاید علت، آن است كه ما در مسیر درست جست و جو نكرده ایم. اگر میدان X و جاذبه ی خورشید بر یكدیگر اثر كنند، ممكن است اثرات مثبتی داشته باشد كه به آن توجه نكرده ایم. چنین تعاملی میان میدان X و جاذبه ی خورشید می تواند معدن بزرگی برای تحقیقات دانشمندان باشد. جدیدترین محاسبات كاستلسكی نشان می دهد كه این تعاملات می تواند موارد نقضی در تقارن ایجاد كند كه مقدار آن 30^10 برابر بزرگ تر از مواردی است كه محققان تاكنون تلاش كرده اند بیابند.
اگرچه در مقایسه با سایر نیروهای بنیادی، جاذبه به طور حیرت آوری ضعیف است، ولی باز هم كشف موارد نقض دشوار است؛ بنابراین اختلافات ناشی از میدان X هنوز به سختی قابل اندازه گیری هستند.
یكی از راه هایی كه می توان شاهدی برای میدان X پیدا كرد، تفاوت های كوچكی است كه در قدرت جاذبه در زمان های مختلف سال به وجود می آید. كاستلسكی می گوید: "سیب در فصل های مختلف ممكن است با سرعت های متفاوت به زمین بیفتد و این می تواند یك تأثیر چرخه ای باشد".
این موضوع به علت آن است كه كشش گرانشی خورشید می تواند میدان X را اندكی منحرف كند. طبق محاسبات كاستلسكی، جاذبه باعث می شود نوك پیكان های میدان X به سمت خورشید باشد كه مقدار آن به قدرت میدان گرانشی در آن مكان بستگی دارد (شكل ... را ببینید). به وسیله ی آزمایش هایی كه طرح ریزی مناسبی دارند، می توان كشف كرد كه چگونه در اثر گردش زمین به دور خورشید و به علت دگرگونی در میدان X در مكان های مختلف در فضا، رفتار یك ذره تغییر می كند.
احتمال دیگری كه كاستلسكی مطرح می كند، آن است كه میدان X، ذره ها را به شیوه های مختلف تحت تأثیر قرار می دهد. برای مثال، هر نوع كوارك ممكن است میدان X را با درجات متفاوتی حس كند. یا این كه تعداد الكترون های یك اتم تعیین كنند كه آن اتم چگونه با میدان نیز با جاذبه جفت شود.
این موضوع همچنین می تواند تركیبی از چند عامل باشد- برای مثال ذرات سازه ای اتم ها و جایگاه آنها در فضا- كه جزئیات دقیق تری از چگونگی تركیب اجزا با میدان X و جاذبه و اثرات پیش بینی شده را ارائه می دهد. كاستلسكی می گوید: "سیب ها و پرتقال ها ممكن است با سرعت های متفاوتی بیفتند."
آغاز تحقیق
مایك توبار،
 
فیزیكدان دانشگاه استرالیا واحد غرب، می گوید اگرچه احتمال تأیید آن كم است ولی مقاله ی كاستلسكی یك دیدگاه جدید و هیجان انگیز ارائه می دهد. وی می گوید: "این یك پیشرفت مهم است." رونالد ولور از دانشگاه هاروارد در تأیید این مطلب می گوید: "من پیش بینی می كنم كه هم اكنون گروه های آزمایشی متعددی در حال بررسی اثرات پیشنهادی كاستلسكی هستند."
بنابراین آنها از كجا شروع می كنند؟ از آنجا كه تأثیرات به صورت ناهنجاری در واكنش ذرات به جاذبه نمایان می شوند، كاستلسكی و دستیارش پیشنهاد كرده اند كه نسخه ی اصلاح شده ای از قانون جهانی جاذبه ی نیوتن مورد آزمایش قرار گیرد. موضوع آن است كه ببینیم آیا این قانون هنگامی كه در مورد تركیبات مختلف ذرات- پروتون، نوترون و الكترون- به كار می رود ثابت و سازگار است یا خیر. تاكنون بخش ناچیزی از این گستره ی جدید از تأثیرات احتمالی مورد تحقیق قرار گرفته است.
یك نمونه از چنین تحقیقاتی توسط گروه اریك آدلبرگر در دانشگاه واشنگتن واقع در سیاتل صورت گرفته، كه در آن به تفاوت در شیوه های واكنش تیتانیوم و بریلیوم نسبت به جاذبه پرداخته شده است.
كاستلسكی می گوید: "آزمایش آدلبرگر به مقایسه ی افتادن هم زمان یك سیب و یك پرتقال می پردازد."
اگر تفاوتی در كشش جاذبه برای این عنصرهای مختلف وجود داشته باشد، خیلی كم است. دلیل تلاش محققان واشنگتن این است كه آنها متخصص به كارگیری بسیار دقیق ترازوهای پیچشی هستند و بدین وسیله، با اندازه گیری كشش گرانشی بین دو جرم، به بررسی وضعیت آنها می پردازند.
به منظور انجام چنین آزمایشی، آنها همچنین باید ترازویشان را از میدان های مغناطیسی و لرزش های آزمایشگاه های اطراف دور نگاه می داشتند، و همچنین می بایست كشش های گرانشی ناشی از سطح ایستایی آب های زیر زمینی را نیز كه در زمان های مختلف سال متفاوت است، جبران می كردند.
با این همه، در پایان آنها دریافتند كه هیچ تفاوتی در جفت شدن بریلیوم و تیتانیوم با جاذبه وجود ندارد- دست كم در یك جزء از 100 میلیارد.
كاستلسكی بی باك عمل می كند. آزمایش آدلبرگر تنها به بررسی یك نوع تعامل بین میدان فرضی و جاذبه پرداخته است. كاستلسكی باور دارد كه آزمایش های انجام شده در زمان های مختلف سال می توانند جنبه ی دیگری از جفت شدگی را نشان دهند. با تغییر فصل ها، جهت گیری نسبی سرعت زمین و پیكان های میدان جاذبه به طور چشمگیری تغییر می كنند.
اگر این طرح شكست بخورد، گزینه های دیگری وجود دارد مانند میدان پاد الكترون برای جداسازی تقارن جهان، كاستلسكی می گوید: "سیب ها و میوه هایی غیر از سیب، با سرعت های متفاوتی می افتند. بررسی این نظریه حتی سخت تر هم هست: برای مثال در حال حاضر ما برای جمع آوری پاد الكترون كافی جهت تهیه ی جرم یك سیب، قابلیت های لازم را نداریم. گرچه اتم های پاد هیدروژن ساخته شده اند و تلاش هایی در این جهت صورت گرفته كه آیا این نوع اتم ها با سرعتی متفاوت نسبت به هیدروژن سقوط می كنند یا خیر." كاستلسكی می گوید: "در دهه ی آینده به نتایجی دست خواهیم یافت."
كاستلسكی به آزمایش های دیگری اشاره می كند كه ممكن است میدان های فرضی SME را نمایان سازند. حسگرهای جاذبه ابررسانا، لیزرهایی كه فاصله ها را تا ماه بررسی می كنند، تداخل سنج های اتمی و آزمایش های گرانشی ماهواره ای مانند microSCOPE و STEP یا هر اقدامی از این دست، می تواند به ما كمك كند كه دریابیم این تقارن سخت در كجا قابل در هم شكستن است و نیز این كه آن نظریه ی نهایی و دل فریب جهان آفرینش در چه موقعیتی خود را نمایان می كند.
بسیار خوب، این امیدبخش است. گرچه ولور موافق است كه چنین آزمایش هایی مهم هستند، ولی هنوز متقاعد نشده است كه موارد نقضی از تقارن را نشان می دهند. وی می گوید: "به هیچ وجه نمی توان مطمئن شد نقض تقارن ها وجود دارند، یا این كه بشر هرگز بتواند آنها را بیابد."
آدلبرگر درباره ی موارد قابل پیش بینی نیز دقت نظر دارد، ولی فكر می كند به هر حال بهتر است به جست و جو ادامه دهیم. وی باور دارد كه وفق دادن نسبیت با نظریه ی كوانتومی به قدری مهم است كه ما نمی توانیم هیچ یك از اصول اساسی را آزمایش نشده رها كنیم. آدلبرگر می گوید: "به نظر می رسد به احتمال زیاد ما داریم مسئله ی مهمی را در فیزیك از دست می دهیم." وی ادامه می دهد: "اگر اثرات بزرگ نقض تقارن لورنتس وجود داشته باشند برای من شگفت آور خواهد بود. ولی بررسی این كه آیا طبیعت به پیش داوری های ما اهمیت می دهد یا خیر، قطعاً ارزشمند است."

 





نوع مطلب : میوه ها، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :


یکشنبه 26 خرداد 1392 :: نویسنده : حجت علی کرمی
دوشنبه 16 مرداد 1396 05:56 ق.ظ
This is really interesting, You are a very skilled blogger.

I've joined your feed and look forward to seeking more of your excellent post.

Also, I have shared your website in my social networks!
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر


 

ابزار هدایت به بالای صفحه

ابزار وبمستر

چاپ این صفحه