نظریه سی پی اچ بر اساس تعمیم سرعت نور از انرژی به ماده بنا شده است.
سی پی اچ در ژورنالها
|
پايه های تجربی نظريه سی.پی.اچ.
|
|
Theory of CPH Section Two Experimental Foundation of CPH Theory
مقدمه شواهد تجربي بسياري وجود دارد كه گرانش، انرژي الكترومغناطيسي توليد مي كند. به همين دليل از زماني كه نيروهاي الكتريكي و مغناطيسي مورد توجه و آزمايش قرار گرفت، فيزيكدانان به وابستگي شديد نيروهاي الكترومغناطيسي و گرانشي پي بردند. فارادي نخستين كسي است که اين وابستگي را متذكر شد.پلانك نيز نظري مشابه داشت. اينشتين نيز مدت 35 سال تلاش كرد تا روابطي مشابه وابستگي الكتريسيتهو مغناطيس، بين گرانش و الكترومغناطيس ارائه دهد. اما اين كوششها بي نتيجه ماند. اما سئوال اين است كه چرا با تمام شواهد تجربي موجود و تصريح فيزيكدانان بزرگي نظير فارادي و پلانك هنوز نتيجه ي قابل قبولي به دست نيامده است؟ براي يافتن پاسخ اجازه دهيد يكبار ديگر وابستگي الكتريسيته و مغناطيس را بررسي كنيم شايد بتوانيم علت اين شكستها را دريابيم. همچنانكه مي دانيم در اطراف يك بار ساكن ميدان مغناطيسي احساس نمي شود. اما اگر بار حركت كند، ما شاهد ايجاد يك ميدان مغناطيسي خواهيم بود. همچنين تغيير ميدان مغناطيسي نيز موجب توليد جريان القايي مي گردد. در اين تجربه ما شاهد ايجاد پديده هايي هستيم كه قبلاّ وجود نداشت. در اطراف يك سيم (كه جرياني از آن نمي گذرد) هيچگونه اثري از ميدان مغناطيسي ديده نمي شود. اما به محض عبور جريان الكتريكي از سيم، در اطراف آن ميدان مغناطيسي ايجاد مي شود. يا در مورد سيملوله اگر ميدان مغناطيسي ثابت باشد، جريان الكتريكي در سيم بوجود نمي آيد، اما با تغيير شار مغناطيسي، جريان الكتريكي ايجاد مي شود اما در مورد گرانش مسئله بسيار پيچيده تر است. زيرا گرانش همواره وجود دارد و ما نمي توانيم شرايطي بوجود آوريم كه آثار گرانشي نباشد و بعد آزمايشي ترتيب دهيم كه ببينيم چه پديده اي مي تواند ميدان گرانشي توليد كند. از طرف ديگر چگونه مي توانيم ببينيم هنگاميكه نيروي گرانش روي يك جسم كار انجام مي دهد، خود گرانش دستخوش چه تغييري مي شود؟ اگر ما مي توانستيم اين تغييرات را به تجربه درآوريم و بصورت كمي مورد بررسي قرار دهيم، آنگاه مي توانستيم بسادگي وابستگي گرانش را به ساير پديده ها نظير الکترومغناطيس يا كار انجام شده بيان كنيم. اما چنين امري اگر ناممكن نباشد، بسيار مشکل و يا از حد فناوري موجود خارج است. زيرا در شرايطي كه ما آزمايش مي كنيم، اگر از مقدار گرانش موجود در محل آزمايش كاسته شود، فوري از اطراف آن اين كسري جبران مي شود. به عنوان مثال سنگي را از ارتفاع دلخواه رها كنيد تا بطرف زمين سقوط كند. آنچنانكه در فيزيك مطرح است، انرژي پتانسيل گرانشي به انرژي جنبشي تبديل مي شود. آيا در اينجا از مقدار گرانش اطراف زمين كاسته مي شود؟ اگر جواب منفي باشد آنگاه اين سئوال پيش مي آيد كه كدام اندازه گيري موجب اين جواب منفي شده است؟ حال آزمايش ديگري را در نظر بگيريد. يك گلوله ي فلزي را از ارتفاعي رها كنيد تا بطرف زمين سقوط كند. در محل رسيدن گلوله به سطح زمين يك صفحه ي فلزي قرار دهيد. هنگاميكه گلوله به زمين مي رسد و با صفحه برخورد مي كند، مقداري گرما توليد مي شود و حتي ما شاهد جرقه يعني امواج الكترومغناطيسي خواهيم بود. عادت شده اين پديده را با اينكه انرژي پتانسيل گرانشي به انرژي جنبشي تبديل مي شود و انرژي ها به يكديگر قابل تبديل هستند، توجيه كنند. همين توجيه موجب مي شود كه ماهيت اين فرايند كمتر مورد توجه و بررسي موشكافانه ي علمي قرار گيرد. اما اجازه دهيد يك ديد متفاوت به اين تجارب داشته باشيم.
اهميت توجه به ساختمان فوتون ارتباط و اطلاعات ما از اجسام فرازميني اعم ماه و خورشيد که جزئي از منظومه ي شمسي هستند تا ستارگان و کهکشانهاي دور، تنها از دو طريق امکان پذير است. يکي آثار گرانشي اين اجرام و دومي نورياست که از آنها به ما مي رسد. اما اطلاعات مربوط به آثار گرانشي اجرام آسماني نيز از طريق مشاهدات و در نتيجه نور دريافتي از آنها قابل مشاهده است. بنابراين تنها پيام آوران فرازميني امواج الکترومغناطيسي که نور بخش کوچکي از آن است مي باشد. لذا توجه و شناخت نور از اهميت منحصر به فردي برخوردار است. بنابراين شناخت هرچه بيشتر نور به منزله ي استحکام بينش جهان شناختي و درک واقعي تر از فيزيک جهان است. چگونه مي توان به اطلاعات دريافتي از کهکشانها اطمينان داشت، در حاليکه حامل اين اطلاعات را بخوبي نشناخته باشيم؟ آنچه که تا به حال در فيزيک مورد توجه بوده است، رفتار نور در محيط هاي مختلف و کنش آن با ساير ذرات از جمله الکترون است. اثر دوپلر، اثر فوتوالکتريک، اثر کمپتون، اثر موسوئر، انحناي فضا ... همه و همه بدون توجه به ساختمان فوتون تجزيه و تحليل مي شود. هرچند که ظاهراً براي بررسي اينگونه پديده ها توجه به ساختمان فوتون ضروري به نظر نمي رسد، اما براي يک سفر ميليارد سالي که فوتون طي مي کند تا از کهکشاني دور به زمين برسد، توجه به ساختمان فوتون بسيار مهم است. زيرا بايد ديد آيا خود فوتون در اين مسافرت چند ميليارد سالي (تحت شرايط داخلي) دچار دگرگوني مي شود يا نه؟ آنچه در اين زمينه مورد توجه و پذيرش فيزيکدانان قرار گرفته اين است که به گفته ي ديراک فوتون يک ذره ي بنيادي است که نمي توان به ساختمان آن پرداخت. و تنها چيزي که در اختر فيزيک و کيهان شناختي مورد توجه و بررسي قرار گرفته، اثر دوپلري نور و جابجايي بسمت سرخ گرانش است. مشاهدات هابل نشان داد نوري که از کهکشانها به ما مي رسد، جابجايي بسمت سرخ از خود نشان مي دهد مشاهدات وي نشان داد که کهکشانها در حال دور شدن از ما هستند و هرچه فاصله ي آنها از زمين بيشتر باشد، و هرچه فاصله ي آنها از ناظر (در اين حالت ما) بيشتر باشد، سرعت دور شدون نيز بيشتر مي باشد اين مشاهدات فيزيکدانان را به ارائه ي نظريه انبساط فضا و بيگ بنگ رهنمون گرديد. در اواخر قرن بيستم مشاهدات کيهاني نشان داد که انبساط جهان داراي شتاب است و در نتيجه مسئله ي انرژي تاريک مطرح گرديد که هنوز از رموز حل نشده ي فيزيک است. اگر همانطور که ديراک تصريح کرده، فوتون را بدون ساختمان در نظر بگيريم، راهي نداريم بجز اينکه تنها با استفاده از اثر دوپلر مشاهدات خود را در مشاهدات خود را بررسي کنيم و به نتايج جديدي دست يابيم که ما را در درک بهتري از جهان ياري کند زماني مي توانيم به درستي اطلاعات دريافتي باور داشته باشيم که يقين داشته باشيم که علائم حامل اطلاعات در طول مسير دستخوش هيچگونه تغييري نشده باشند. آيا حقيقتاً خود فوتون بدون هيچ اثر خارجي در يک سفر ميلياردها سالي دستخوش هيچگونه تغييري نمي شود؟ آيا فوتونهاي دريافتي از يک کهکشان دور است، هماني است که کهکشان را ترک کرده است؟ بنابراين بدون شناخت ساختمان فوتون، نمي توان به صحت اطلاعات دريافتي اعتماد کامل داشت. لذا تلاش براي شناخت و توضيح ساختمان فوتون يک ضرورت انکار ناپذير است. بهمين دليل نظريه سي. پي. اچ. براساس تعريف ساختمان فوتون شکل گرفته است. براي تعريف ساختمان فوتون از کجا و چگونه مي توان شروع کرد؟ چنين تعريفي الزاماً بايستي از دو پشتوانه ي منطقي برخوردار باشد، يکي نظريه هاي معتبر و ديگري تجاربي که اين نظريه ها را به اثبات رسانده است.
از کدام نظريه مي توان کمک گرفت؟ نسبيت يا مکانيک کوانتوم؟ هر يک از اين دو نظريه به تنهايي از چنان اعتباري برخوردارند، که استناد به آنها نيز اعتبار دارد. اما خوشبختانه اين نظريه ها داراي زمينه هاي مشترکي نيز هستند که استناد به اين زمينه هاي مشترک مي تواند ما را در ترکيب اين دو نظريه ياري رساند. لذا کار را از همين زمينه هاي مشترک پي مي گيريم.
تاثير گرانش بر انرژي الکترومغناطيسي طبق پيشگويي نسبيت عام هرگاه فوتوني در ميدان گرانشي سقوط كند، فركانس و در نتيجه انرژي آن افزايش مي يابد كه آن را جابجايي به سمت آبي مي گويند. عكس اين حالت نيز صادق است، يعني هنگاميكه نور در حال ترك (فرار) از يك ميدان گرانشي است، فركانس و در نتيجه انرژي آن كاهش مي يابد كه جابجايي به سمت سرخ گرانش ناميده مي شود و براي آن رابطه زير ارائه شده است:
علامت جمع مربوط به سقوط (جابجايي بسمت آبي) و علامت منفي مربور به صعود فوتون (جابجايي بسمت سرخ) گرانش است. اين پيشگويي نسبيت براي مدتها قابل آزمايش نبود تا آنكه موسبوئر در سال 1958 نشان داد (با استفاده از مکانيک کوانتوم) كه يك بلور در بعضي شرايط مي تواند دسته اشعه اي گاما با طول موج كاملاَ معيني توليد كند. اشعه ي گاما با چنين طول موجي را مي توان با بلوري مشابه بلوري كه آن را توليد كرده است جذب كرد. اگر طول موج اشعه ي گاما فقط مختصري با طول موج اشعه اي كه توسط بلورتوليد مي شود تفاوت داشته باشد، به وسيله آن جذب نخواهد شد. اين پديده را اثر موسبوئر مي نامند. ملاحظه شود که چگونه پيشگويي نسبيت عام با نتايج پژوهشي مکانيک کوانتوم به نتايج يکساني مي رسند؟
آزمايش پوند و ربکا يک فوتون داراي جرمي برابر:
است. بنابراين وزن اين فوتون در ميدان گرانشي زمين برابر خواهد شد با:
فرض کنيم فوتون در سقوط قائم بطرف زمين به فاصله y سقوط کند. در اينصورت طبق قانون بقاي انرژي خواهيم داشت:
تغيير نسبي فرکانس يعني:
Dn/n=(n'-n)/n=gy/c2
با توجه به مقدار شدت گرانش در سطح زمين و سرعت نور، اين تغيير نسبي بسيار کوچک خواهد شد. با اين وجود پوند و ربکا در سال 1960 توانستند اين پيشگويي را با استفاده از برج 22.5 متري جفرسون در دانشگاه هاروارد اثبات کنند. سالهاي بعد، اين آزمايش با دقت بيشتري انجام شد که درستي پيشگويي نسبيت را تاييد كرد. اين آزمايش با استفاده از دستگاه هاي شتابدار (نسبيت عام) نيز قابل اثبات است.
جالب اين است که نتايج تجربي در مکانيک کوانتوم با پيشگويي نسبيت عام با تقريب شگفت انگيزي تطبيق مي کند. آيا چنين موارد مشترکتي نمي تواند ما را به ترکيب اين نظريه ها رهنمون گردد؟
نگاهي جديد به فوتون در يک ميدان گرانشي فوتوني را در نظر بگيريد که در يک ميدان گرانشي در حال سقوط است. اگر تنها به آنچه که نسبيت در اين مورد پيشگويي کرده و با تجربه نيز تاييد شده بسنده کنيم، به عقيده ي فاينمن به همان نتيجه هاي متداول خواهيم رسيد. فاينمن مي گويد " اگر همواره مانند گذشته بينديشيد، هميشه همان چيزهايي را به‌دست مي‌آوريد كه تا بحال كسب كرده‌ايد" بنابراين اگر خواهان يک نتيجه ي متفاوت هستيم، بايد انديشه ي خود را تغيير دهيم. کاري که نيروي گرانش روي فوتون انجام مي دهد، تنها به معني ساده ي افزايش انرژي آن نيست، بلکه مفاهيم عميق تري در وراي آن نهفته است. اگر اين پديده را بخواهيم از ديدگاه نظريه ميدان کوانتومي نگاه کنيم، بايد بپذيريم که گراويتونها در ساختمان فوتون نفوذ کرده و علاوه بر افزايش انرژي موجب افزايش شدت ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي آن نيز مي شوند. اما با توجه به خواصي که مکانيک کوانتوم براي گراويتونها قائل است، اين پديده قابل توجيه نيست. بلکه بايد در مفاهيم بنيادي مکانيک کوانتوم تجديد نظر کنيم و از ماوراي مکانيک کوانتوم اين پديده را مورد بررسي قرار دهيم. زيرا در مکانيک کوانتوم به گفته ي ديراک الکترون و فوتون نقاط مادي هستند که نمي توان ساختمان آنها را مورد کنکاش و بررسي قرار داد.
نگاهي جديد به سياه چاله مي دانيم که سرعت فرار از سطح زمين 11.2 کيلومتر بر ثانيه، بر سطح خورشيد 600 کيلومتر بر ثانيه و بر سطح ستاره نوتروني 150 هزار کيلومتر بر ثانيه است. سرعت فرار در سطح سياه چاله يزرگتر از سرعت نور است. بهمين دليل نور نمي تواند از ميدان گرانشي سياه چاله خارج شود. سئوال اين است که حد سرعت در اين اجرام چقدر است؟ شايد اين سئوال نا وارد بنظر رسد، زيرا طبق نسبيت خاص سرعت نور ثابت است. اما واقعيت اين است که در نسبيت عام سرعت نور ثابت نيست و تابع شدت ميدان گرانشي است. طبق نسبيت عام گرانش بر نور تاثير دارد که اين آثار را مي توان به سه دسته تقسيم کرد:
يک - انحناي مسير نور دو - تغيير فرکانس (انرژي) فوتون سه - تغيير سرعت طبق رابطه ي زير
حال سئوال اين که حد سرعت بر سطح يک جسم سماوي نظير يک ستاره يا سياه چاله چقدر است؟ اما فعلاً به اين سئوال نمي پردازيم و تنها به بررسي اثر گرانش بر روي انرژي فوتون گريزان از سطح يک سياه چاله مي پردازيم تا ببينيم هنگامي که فوتون در حال فرار از ميدان گرانشي سياه چاله است، چه تغييراتي روي انرژي آن ايجاد مي شود که نور نمي تواند از دام ميدان گرانشي سياه چاله بگريزد؟ همچنانکه در بالا مطرح شد، هنگاميکه فوتون در حال ترک (فرار) ميدان گرانشي است، فرکانس آن طبق رابطه ي زير کاهش مي يابد:
اين رابطه نشاندهده جابجايي بسمت سرخ گرانش است که در حالت کلي براي هر جسمي که نور در حال ترک آن است، صادق است. اما در مورد سياه چاله که نور نمي تواند از آن بگريزد، يک ويژگي ممتاز وجود دارد. سئوال اين است که چرا نور (فوتون) نمي تواند سياه چاله را ترک کند؟
پاسخ صريح و روشن اين است که چون انرژي فوتون به
صفر مي رسد. به عبارت ديگر فرکانس فوتون برابر صفر مي شود، يعني
هنگاميکه
سئوال اساسي اين است که براي انرژي فوتون چه اتفاقي مي افتد؟ براي رسيدن به پاسخ اين سئوال بايستي توجه داشته باشيم که در اينجا دو کميت بيشتر نداريم، يکي شدت ميدان گرانشي و ديگري انرژي فوتون. يعني کنش بين گرانش و فوتون موجب تحليل و تباهي انرژي فوتون مي شود.
سرعت نور و جرم حالت سکون صفر فوتون در سال 1905 اينشتين با ارائه نسبيت خاص توانست فيزيکدانان را متقاعد کند که سرعت نور در فضاي تهي و نسبت به همه دستگاه هاي لخت ثابت و برابر c است. از طرف ديگر هنگام توجيه پديده ي فوتوالکتريک، نور را کوانتوم هاي انرژي در نظر گرفت. علاوه بر آن طبق روابط:
E=mc2 , m=E/c2
فوتون داراي جرم است و چون با سرعت نور حرکت مي کند، طبق رابطه ي:
بايستي جرم نا متناهي داشته باشد. بهمين دليل جرم حالت سکون فوتون يعني m برابر صفر منظور شد. واقعيت اين است که هيچ دستگاهي نمي توان يافت که فوتون نسبت به آن داراي سرعت صفر (در حالت سکون) باشد. اما سئوال اين است که چرا نمي توان فوتون را در حالت سکون مشاهده کرد؟ به عبارت ديگر چرا فوتون به محض توليد با سرعت نور به حرکت در مي آيد؟ هرچند که به سادگي مي توان از اين سئوال گذشت، اما پاسخ به آن حاوي نکات ظريف و عميقي است که مي تواند ما را در شناخت واقعيات اساسي و رموز فيزيک ياري دهد. با توجه به مطالب بالا واقعيت غير قابل انکار اين است که فوتون در شرايط سرعت نور و از اجزايي توليد مي شود که با سرعت خطي نور حرکت مي کنند.
نگاهي متفاوت به امواج الکترومغناطيسي فوتون بسته انرژي در حال دوران است. همچنين ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي (الکترومغناطيسي) اطراف يک پرتو نوري ازنوع ميدانهاي الکترومغناطيسي استاتيک نيست. ميدان الکترومغناطيسي که توسط يک فوتون ايجاد مي شود، بسيار قوي تر از ميدان گرانشي آميخته با آن است. افزون بر آن تا کنون مشخص نشده که انرژي ميدان گرانشي فوتون استاتيک است يا نوساني مي باشد. همچنين هنوز شناخته نشده که اين دو ميدان الکترومغناطيسي و گرانشي چگونه توسط فوتون توليد مي شود و چرا تا اين اندازه اختلاف دارند. اين يک معماي حل نشده ي فيزيک است. اجازه دهيد يک نگاه جديد به رفتار امواج الکترومغناطيسي در ميدان گرانشي بيندازيم، اين نگرش مي تواند در حل اين معما مفيد واقع شود. همچنانکه مي دانيم يک موج الکترومغناطيسي از دو ميدان الکتريکي و مغناطيسي عمود بر هم تشکيل شده است. شکل زير:
همچنانکه شواهد تجربي نشان مي دهد، فرکانس فوتون در ميدان گرانشي تغيير مي کند. هنگاميکه يک فوتون در ميدان گرانشي سقوط مي کند، فرکانس آن افزايش مي يابد. در اين حالت چه اتفاقي مي افتد؟ در مجموع مي توان گفت نيروي گرانش روي فوتون کار انجام مي دهد. با توجه به رابطه:
يک قسمت از کار انجام شده توسط فوتون به انرژي الکتريکي و قسمت ديگر آن به انرژي مغناطيسيتبديل مي شود. شکل زير:
اين يک واقعيت انکار ناپذير است که انرژي فوتون هنگام سقوط در ميدان گرانشي افزايش مي يابد. علاوه بر آن با افزايش انرژي فوتون، شدت ميدان هاي الکتريکي و مغناطيسي آن نيز افزايش مي يابند. لذا کار انجام شده توسط گرانش روي فوتون، موجب افزايش شدت ميدان هاي الکتريکي و مغناطيسي درآميخته با اين پرتو نوري مي شود. اگر اين پديده را بخواهيم از ديدگاه کوانتومي بررسي کنيم، بايد هر تغييري در انرژي فوتون را بايستي محو فوتون قبلي و زايش فوتون نويني بدانيم. زيرا از نقطه نظر مکانيک کوانتوم فوتون فاقد ساختمان ويژه اي است که بتوان آنرا مورد بررسي قرار داد. لذا اين نارسايي مکانيک کوانتوم است که نمي توان بسادگي از آن گذشت. بنابراين راهي نداريم بجز آنکه با ديدگاه فراکونتومي به بررسي آن بپردازيم و ساختمان فوتون را مورد نظر قرار داده و تعريف جديدي از فوتون ارائه دهيم که الزاماً به تعريف جديدي از انرژي الکترومغناطيسي خواهد انجاميد. و اين کاري است که نظريه سي. پي. اچ. انجام داده و موضوع بحث فصل سوم است. پايه های منطقی نظريه سی.پی.اچ. بخش یک
پايه های تجربی نظريه سی.پی.اچ. بخش دو
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 |
|
Sub quantum space and interactions from photon to fermions and bosons |
|
نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی |
آرشیو موضوعی
|
|
از آغاز کودکی به پدیده های فیزیکی و قوانین حاکم بر جهان هستی کنجکاو بودم. از همان زمان دو کمیت زمان و انرژی بیش از همه برایم مبهم بود. می خواستم بدانم ماهیت زمان چیست و ماهیت انرژی چیست؟