فراتر از نور

  متن سخنرانی در دانشگاه بابل 23 اسفند هشتادو چهار

آیا سرعت نور حد سرعت هاست؟

 به نام خدا

مقدمه

قبل لز هرچیز لازم می دانم از دوستانی که زحمت تشکیل این سمینار را تقبل کردند، تشکر کنم. امیدوارم با گسترش بحث های علمی در دانشگاه ها، کشور عزیزمان موقعیت بلقوه ی خود را در سطح جهان به منصه ی ظهور برساند

اگر ما بخواهیم در این مورد که آیا سرعتی بالاتر از نور وجود دارد،سخن بگوییم، قبل از هر چیز باید، خود نور را کاملاً شناخته باشیم. آنچه که ما در مورد نور میدانیم، همه ناشی از خواص ظاهری آن است. هیچگاه این مورد مورد توجه و بررسی قرار نگرفته که واقعیت ساختاری نور چیست؟

لذا تا زمانیکه ساختار فوتون تعریف نشود، نمی توان ادعا کرد که سرعتی فراتر از سرعت نور وجود دارد یا نه؟ از آنجاییکه فیزیک دانشی تجربی است، لذا هر تعریفی در مورد ساختار فوتون نیز باید، از پایگاه تجربی محکمی برخوردار باشد. اما اینکه در نسبیت سرعت نور در تمام دستگاه های لخت مقدار ثابتی است، بارها با تجربه تایید شده است

لذا فرض وجود سرعتی فراتر از سرعت نور، ظاهرا در گام نخست نسبیت را به چالش می کشد. چون نسبیت نظریه ای منسجم و مستحکم است، منطقی است که فراتر از نور بحثی به مورد به نظر برسد. اما واقعیت غیر از این است. زیرا آنچه که در نسبیت در مورد سرعت نور مطرح شده، تنها مختص به دستگاه های لخت است. چنین دستگاهی بدون شتاب است. پس بایستی مسئله ی سرعت نور را از در دو زمینه ی مجزا مورد بررسی قرار داد. یکی اینکه چرا سرعت نور در دستگاه لخت ثابت است و دیگر اینکه آیا در دستگاه شتاب دار سرعت نور تغییر می کند یا نه؟

بنابراین تعریف ما از ساختمان فوتون باید دارای سه ویز|ی باشد

یک - زیر بنای تجربی داشته باشد

دو - دلیل ثابت بودن سرعت نور نسبت به دستگاه لخت را توضیح دهد و این کاری اسا که نسبیت به آن نپرداخته است

 سه - دلیل وجود سرعتی بالاتر از سرعت نور را متذکر شود

لزوم توجه با امواج الکترومغناطیسی

نور معمولی بخش بسیار کوچکی از طیف امواج الکترومغناطیسی است. پس اجازه دهيد يک نگاه جديد به رفتار الکترومغناطيسي در ميدان گرانشي بيندازيم، اين نگرش مي تواند در حل اين معما که فوتون از چه ذراتي تشکيل شده، مفيد واقع گردد. همچنانکه مي دانيم يک موج الکترومغناطيسي از دو ميدان الکتريکي و مغناطيسي عمود بر هم تشکيل شده است که با سرعت خطي برابر با سرعت نور حرکت مي کنند. شکل زير

با توجه به توصيف امواج الکترومغناطيسي و نظريه هيگز و ترکيب اين دو نظريه به نتيجه بسيار جالبي خواهيم رسيد.

در اينجا دو ميدان داريم، يکي ميدان الکتريکي و ديگري ميدان مغناطيسي که با توجه يه نظريه هيگز، اين ميدانها توسط ذرات هيگز ايجاد مي شوند. اما در اينجا ميدانها متفاوتند، يکي ميدان ابکتريکي که توسط ذراتي ايجاد مي شوند که از خود، خواص الکتريکي بروز مي دهند و با سرعت خطي برابر سرعت نور منتقل مي شوند. اما علاوه بر سرعت خطي که در موج الکترومغناطيسي دارد، روي محور عمود بر آن نيز داراي حرکت است. لذا مجموع مسيري که اين ذرات در واحد زمان طي مي کند، بيشتر از سرعت نور است

در اينجا سه نکته کاملاً مشهود و قابل تعمق است

1 – اين ذرات خواص الکتريکي دارند. چون به اندازه بار الکتريکي پايه (بار الکتريکي الکترون يا پروتون) نيستند، لذا آنها را بار – رنگ مي ناميم. بطور مشابه در مورد ميدان مغناطيسي و ذرات تشکيل دهنده ي آن ميتوان چنين تعبيري داشت که ميدان مغناطيسي اطراف فوتون از مغناطيس – رنگ تشکيل شده است

2 – حرکت اين ذرات را مي توان شامل سه نوع حرکت دانست، يکي سرعت خطي که برابر سرعت انتقال موج الکترومغناطيسي (برابر سرعت نور)، دوم سرعتي که در ميدان دارند (در شکل بالا مشخص شده است) و سوم اسپين اين ذرات. لذا مجموع مقادير سرعتها برابر مقدار سرعت اين ذرات است که آن را با  

Vc

نشان مي دهيم. بطور وضوح مشخص است که

Vc > c

که در آن  

Vc, c

بترتيب مقدار سرعت نور و مقدار سرعت بار – رنگ و مغناطيس – رنگ هستند

3 –  ميدان گرانشي از ذراتي (گراويتون) تشکيل مي شود که داراي خواص - بار رنگي و مغناطيس – رنگي مي باشند. زيرا همچنانکه در فصل قبل مشاهده شد، هنگاميکه فوتون در ميدان گرانشي در حال سقوط است، انرژي و در نتيجه شدت ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي آن افزايش مي يابد (جابجايي بسمت آبي)، لذا ورود گراويتونها (بار – رنگ و مغناطيس – رنگ) به ساختمان فوتون موجب افزايش انرژي آن مي شود

 با توجه به اين اطلاعات به تعريف سي. پي. اچ. پرداخته و اصل سي. پي. اچ. را بيان مي کنيم. لازم به ذکر است که

براي سي. پي. اچ. از کلمه ي ذره استفاده شده است، منظور از ذره همان نقطه ي مادي نيست و در فارسي کلمه اي که گوياي مفهوم سي. پي. اچ. باشد نديدم. بهمين دليل از لغت ذره استفاده شد. همچنين توجه شود که در مورد شکل آن نيز هيچ نظر خاصي وجود ندارد. لذا هر کس بنا بر برداشت و سليقه ي خود مي تواند براي آن شکل مورد نظر خويش را تجسم کند

CPH تعريف

فرض کنيم يک ذره با جرم ثابتm  وجود دارد که نسبت به هر دستگاه لختي با مقدار سرعت ثابت

Vc

حرکت مي کند. و

Vc>c   c, is speed of light

بنابراين سي. پي. اچ. داراي اندازه حرکت خطي برابر 

 mVc

 مي باشد. شکل زير

CPH اصل

پي. اچ. يک ذره بنيادي با جرم ثابت است که با مقدار سرعت ثابت حرکت مي کند. اين ذره داري لختي دوراني است. در هر واکنش بين اين ذره با ساير ذرات يا نيروها در مقدار سرعت آن تغييري داده نمي شود، بطوريکه

gradVc=0 in all inertial frames and any space

توجه: هنگاميکه نيروي خارجي بر آن اعمال شود، قسمتي از سرعت انتقالي آن به سرعت دوراني (يا بالعکس ) تبديل مي شود، بطوريکه در مقدار

Vc

تغييري داده نمي شود. يعني اندازه حرکت خطي آن به اندازه حرکت دوراني و بالعکس تبديل مي شود. بنابراين مجموع انرژي انتقالي و انرژي دوراني آن نيز همواره ثابت است. تنها انرژي انتقالي آن به انرژي دوراني و بالعکس تبديل مي شود

هنگاميکه سي. پي. اچ. داراي حرکت دوراني حول محوري که از مرکز جرم آن مي گذرد است، يعني زمانيکه سي. پي. اچ. داراي Spin  است،آن را گراويتون مي ناميم

When CPH has Spin, It calls Graviton

تشريح

هنگاميکه يک سي. پي. اچ. وجود سي. پي. اچ. ديگري را احساس مي کند. داراي اسپين مي شوند که گراويتون ناميده مي شود. علت ايجاد اسپين در اصل موضوع سي. پي. اچ. نهفته است که بايد با مقدار سرعت ثابت

Vc

 حرکت کند بطوريکه

gradVc=0 in all inertial frames and any space

 بنابراين هر مقدار که از سرعت آن روي يک محور مختصات کاسته مي شود، به همان ميزان بر مقدار سرعت روي دو محور ديگر افزوده مي شود. يعني

بعبارت ديگر مجموع مقدار شتاب هاي سي. پي. اچ. روي سه محور مختصات برابر با صفر است. حال دو سي. پي. اچ. را در نظر بگيريد که متوجه بار- رنگي و مغناطيس – رنگي يکديگر شده اند. شکل زير

شکل بالا نشان مي دهد که دو گراويتون با جرم

m

و اندازه حرکت

P =mVc

  ، درفاصله  

r

تحت تاثير بار – رنگي و مغناطيس رنگي يکديگر قرار گرفته، با هم ترکيب مي شوند، اما چون مقدار سرعت آنها ثابت است، حرکت انتقالي آنها به حرکت دوراني

Spin

تبديل مي شود. فاصله ي بين آنها تا جايي مي تواند کاهش يابد که باهم برخورد نکنند. در صورت برخورد به دليل اسپيني که دارند، از يکديگر دور مي شوند. لذا تراکم (چگالي) آنها تا زماني مي تواند افزايش يابد که به حالت تماس نرسند. در صورت تماس طي برخوردي شديد يکديگر را مي رانند و به اطراف پراکنده مي شوند

 يکبار ديگر جابجايي بسمت آبي را به خاطر آوريد که طي آن يک فوتون در حال سقوط در ميدان گرانشي است. (اثر مسبوئر و آزمايش پوند – ربکا). فوتوني با انرژي

 به اندازه

y

سقوط مي کند و انرژي آن به اندازه ي

mgy

 افزايش مي يابد و به مقدار

مي رسد

انرژي و جرم فوتون افزايش ميابد. شکل زير حرکت يک فوتون در حال سقوط در يک ميدان گرانشي را نشان مي دهد که با ورود گراويتونها به آن انرژي (جرم)، فرکانس و شدت ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي آن افزايش مي يابد

بنابراين يک فوتون از تعدادي گراويتون تشکيل مي شود که داراي اسپين هستند. شکل زير

همچنين فوتون داراي اسپين است. بنابراين هنگاميکه فوتون با سرعت نور حرکت مي کند، گرايتون هايي که فوتون را تشکيل داده اند داراي حرکتهاي زير مي باشند:

حرکت انتقالي برابر سرعت نور، زيرا فوتون با سرعت نور منتقل مي شود و اجزاي تشکيل دهنده آن نيز الزاماً با همين سرعت منتقل مي شوند.

حرکت دوراني (اسپين)، زيرا طبق اصل سي. پي. اچ. مقدار سرعت سي. پي. اچ. بيشتر از سرعت نور است و هنگاميه سي. پي. اچ. ها با يکديگر ادغام مي شوند و ساير ذرات را تشکيل مي دهند، مقداري از سرعت انتقالي آنها به اسپين تبديل مي شود.

و حرکت ناشي از اسپين فوتون، زيرا گراويتون ها در ساختمان فوتون هستند و از حرکت اسپيني فوتون سهم مي برند

زير کوانتوم انرژي، جرم و نيرو

در فرآيند بالا نشان داده شد که چگونه گراويتونها وارد ساختمان فوتون شده و انرژي آنرا افزايش مي دهند. از طرفي ديگر مي دانيم که گراويتونها حامل نيروي گرانشي هستند. لذا بسادگي مشاهده مي شود که نيرو قابل تبديل به انرژي است. گراويتونهايي که به اين ترتيب تبديل به انرژي مي شوند.

در يک ميدان گرانشي، هنگاميکه فوتون بسمت آبي جابجا مي شود، گراويتون ها تبديل به انرژي مي شوند و زمانيکه فوتون بسمت قرمز جابجا مي شود، انرژي فوتون به گراويتون تبديل مي شود و و سرانجام با تباه شدن انرژي ، ماده و پادماده پديد مي آيد.  شکل زير

در حقيقت سي. پي. اچ. يک زير کوانتوم هستي در طبيعت است که همه ي ذرات از آن ساخته شده اند

CPH is Sub Quantum of existence in Nature

اين زير کوانتوم داراي جرم است، پس جلوه ي ماده است، داراي اندازه حرکت است که بيان کننده ي انرژي است. همچنين داراي خواص بار-رنگي و مغناطيس – رنگي است. يک کوانتوم انرژي از تعدادي سي. پي. اچ. تشکيل مي شود و امواج الکترومغناطيسي ظاهر مي شوند.

بدين ترتيب مشخص است که چرا نمي توان فوتون را در حالت سکون مشاهده کرد، زير يک فوتون در شرايط سرعت نور و از تعدادي ذرات زير فوتون (بار-رنگها و مغناطيس-رنگها) توليد مي شود که خود اين ذرات زير فوتوني با مقدار سرعتي بيشتر از سرعت نور حرکت مي کنند

معادلات    بار-رنگ و مغناطيس رنگ در امواج الکترومغناطيس

فرض کنيم دو سي. پي. اچ. نسبت به يک دستگاه لخت با سرعت خطي

Vc

حرکت مي کنند که به دليل خواص بار-رنگي و مغناطيس - رنگي با يکديگر ترکيب شده و فوتون توليد مي شود. چون

gradVc=0

داراي اسپين خواهند شد و مي توان نوشت

gradVc=0 => a_xi+a_yj+a_zk=0

يعني مجموع شتاب ها روي سه محور برابر صفر است

فرض کنيم که سي پي. اچ. ( در پرتو الکترومغناطيسي) روي محور xحرکت انتقالي برابر با سرعت امواج الکترومغناطيسي(سرعت نور) دارد. شکل زير

اما اشاره کوتاهي در مورد اصطلاح سي. پي. اچ. را لازم مي دانم. اميدوارم مفيد واقع شود.

  بنابراين مقدار سرعت آن تنها روي محور هاي

y, z

تغيير مي کند و شتاب روي محور

x

 صفر است، يعني

a_x=0

تنها روي دو محور ديگر شتاب خواهد داشت بطوريکه:

a_yj+a_zk=0

هنگاميکه

a_y=0 => a_z is maximum. And a_y is maximum when a_z=0

فرض کنيم يک بار- رنگ در ساختمان فوتون همراه با يک پرتو الکترومغناطيسي روي محور

y

در حرکت است. اين بار-رنگ تحت تاثير ميدان مغناطيسي موجود (مغناطيس-رنگها) دائماً در حال شتاب روي اين محور است. بهمين دليل اسپين بار-رنگها دائماً در حال تغيير است و اين تغييرات از مقدار سرعت آنها روي همين محور تامين و تبديل مي شود. با افزايش اسپين، از مقدار سرعت روي محور

y

کاهش مي يابد و با کاهش اسپين بر مقدار سرعت روي همين محور افزوده مي شود و در صورتي که شدت ميدان گرانشي ثابت باشد، مانند فضاي بين ستارگان، سرعت نور ثابت خواهد ماند. بهمين دليل مشاهده مي کنيم که همانطور که نسبيت خاص تصريح کرده، مقدار سرعت نور در فضاي تهي نسبت به همه ي دستگاه هاي لخت ثابت و برابر

c

است

به همين ترتيب حرکت و اسپين مغناطيس – رنگها روي محور

Z

 قابل توجيه است. توجه شود که اين تغييرات در در مورد بار – رنگها و مغناطيس – رنگها هماهنگ هستند. اگر به شکل انتشار امواج الکترومغناطيسي توجه فرماييد، مشاهده خواهيد کرد که هم زمان دامنه ي ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي ماکزيمم و صفر مي شوند

حال مي توان معادله حرکت بار – رنگ را نوشت. با توجه به شکل بالا، سي. پي. اچ. ي که بصورت بار رنگ ظاهر شده حرکتي متناوب دارد که معادله ي حرکت آن را مي توان بصورت زير نوشت

Ec=EcmCosw(t-x/c)

که در آن

Ec

مقدار بار-رنگ است و

Ecm

مقدار مازيمم بار-رنگ است

براي سي. پي. اچ. ديگر که بصورت مغناطيس-رنگ ظاهر مي شود مي توان نوشت:

Bc=BcmCosw(t-x/c)

که در آن

Bc

مقدار مغناطيس-رنگ است و

Bcm

مقدار ماکزيمم مغناطيس رنگ است. فرض کنيم يک فوتون شامل n بار – رنگ و mمغناطيس – رنگ است که معادله ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي آن بصورت زير خواهد شد

E=nEcmCosw(t-x/c)

B=mBcmCosw(t-x/c)

هنگاميکه يک فوتون در حال سقوط در يک ميدان گرانشي است، تعداد بار – رنگها و مغناطيس – رنگهاي آن افزايش مي يابد و در نتيجه جابجايي بسمت آبي خواهيم داشت. و هنگام صعود فوتون در ميدان گرانشي، از تعداد آنها کاسته مي شود و شاهد جابجايي بسمت قرمز خواهيم

دلیل ثابت بودن سرعت نور

همچنانکه در آغاز بحث مطرح شد، سرعت نور در دستگاه لخت ثابت است. از طرف دیگر اسپین و سرعت خطی سی. پی. اچ. ها در ساختمان فوتون تابع نیروهای خارجی موجود در محیط انتشار است. لذا با ثابت بودن نیروهای موجود در محیط انتشار نور، اسپین و سرعت انتقالی سی. پی. اچ. ها (بار-رنگها و مغناطیس رنگها) ثابت خواهد ماند و در نتیجه سرعت نور نیز تغییر نخواهد کرد. اما با تغییر شرایط، اسپین سی. پی. اچ. ها نیز تغییر می کند و می توان انتظار داشت به سرعتی بالتر از سرعت نور برسیم

أر پایان از همه حضار محترم که به صحبت های من توجه کردند، سپاس گزارم

شاد و پیروز باشید

حسین جوادی