برنامه فیزیک

برنامه ی فیزیک طرح مفاهیم و قوانینی است که ما را در درک جهان یاری می دهند. قوانین فیزیک ساخته ی ذهن بشر است و از محدودیتهای درک بشر تاثیر می پذیرد. بنابراین هیچ قانون شناخته شده ی فیزیکی کامل و بی نقص نیست

قانون فیزیکی

یک قانون فیزیکی بیانی است معمولاً به زبان فشرده و دقیق ریاضی از رابطه ی بین کمیتهای فیزیکی که با تکرار آزمایش به دست می آید و از یک نظم دائمی در رفتار دنیای فیزیک حکایت می کند

یک قانون فیزیکی خوب دارای بیشترین عمومیت و سادگی و دقت ممکن است

و ملاک نهایی یک قانون فیزیکی موفق، چگونگی دقت آن در پیشگویی نتایج حاصل از آزمایش است

قلمرو قوانین شناخته شده

فیزیک کلاسیک، در باره ی اجسامی با اندازه های معمولی که با سرعتهای معمولی حرکت می کنند گفتگو می کند. فیزیک کلاسیک شامل قوانین نیوتن و الکترومغناطیس است

نسبیت برای اجسام و ذراتی که سرعت آنها نزدیک به سرعت نور است به کار میرود

مکانیک کوانتوم، در مورد اجسامی که اندازه ی آنها تقریباً به اندازه ی اتم است بکار می رود

فیزیک کوانتم نسبیتی، برای ابعاد زیر اتمی و سرعتهای نزدیک به سرعت نور است بکار می رود

البته حد و مرز این نظریه ها کاملاً مشخص نیست و در حقیقت نظریه ها با هم تلاقی می کنند

قوانین بقا

در فیزیک هیچ مطلبی اساسی تر از قوانین بقا نیست. در هر قانون بقا مقدار کل یک کمیت فیزیکی معین در یک دستگاه مفروض تنها به شرط منزوی بودن آن دستگاه از تمام اثرهای خارجی ثابت است

قوانین بقای فیزیک کلاسیک عبارتند از قانون بقای جرم، قانون بقای انرژی، قانون بقای اندازه حرکت خطی، قانون بقای اندازه حرکت زاویه ای و قانون بقای بار الکتریکی

بر هم کنشهای فیزیک کلاسیک

در قیزیک کلاسیک فقط دو منشا اصلی نیرو وجود دارد، جرم گرانشی و بار الکتریکی

Fg=GmM/r^2 , Fe=KqQ/r^2

اصل همخوانی

اصل همخوانی که توسط نیز بوهر ارائه شد جنین است: هرگاه یک نظریه جدید فیزیکی را در مورد وضعیتی به کار بریم که در آن یک نظریه با عمومیت کمتری صادق است، نظریه جدید به یک نظریه متناظر کاملاً جا افتاده کلاسیکی تبدیل خواهد شد

تبدیلات گالیله

اگر دو دستگاه یک و دو داشته باشیم که یکی با سرعت ثابت نسبت به دیگری حرکت می کند آنگاه

x2=x1-vt1

y2=y1

z2=z1

t2=t1

هم وردایی مکانیک کلاسیک در تبدیلات گالیله

در دو دستگاه که با سرعت ثابت نسبت به یکدیگر حرکت می کنند قوانین مکانیک کلاسیک تحت تبدیلات گالیله هم وردا هستند. یعنی تمام دستگاه های لخت هم ارزند و با هیچ آزمایشی در مکانیک کلاسیک نمی توان یک دستگاه لخت را از دیگر دستگاه های لخت متمایز ساخت

شکست تبدیلات گالیله

قوانین الکترومغناطیس تحت تبدیلات گالیه هم وردا نیستند

اصول نسبیت خاص

قوانین فیزیک در تمام دستگاه های لخت یکسان یا هم وردا هستند. یعنی شکل ریاضی یک قانون فیزیکی یکسان باقی می ماند

سرعت نور در خلاً مقداری ثابت و مستقل از دستگاه لخت، چشمه و ناظر است

تبدیلات لورنتس

x2=(x1-vt1)/(1-v^2/c^2)^1/2

y2=y1 , z2=z1

t2=[t1-(v/c^2)x1]/(1-v^2/c^2)^1/2

قوانین الکترومغناطیس تحت تبدیلات لورنتس هم وردا هستند

نتایج نسبیت خاص

Lo=L(1-v^2/c^2)^1/2

To=T(1-v^2/c^2)^1/2

m=mo/(1-v^2/c^2)^1/2

P=mv=mov/(1-v^2/c^2)^1/2

Ek=(m-mo)c^2

مکانیک کوانتم

اثرهای کوانتومی

E=hf

فتوالکتریک

در پدیده فتوالکتریک هرگاه نور با انرژی کافی بر سطح فلز بتابد می تواند الکترون را از سطح آن جدا کند

hf=1/2mov^2+hfo

hfo=w(function of work)

اشعه ایکس

اشعه ایکس یا تابش ترمزی عکس پدیده فتوالکتریک است. در تابش ترمزی

یک الکترون با انرژی جنبشی به یک اتم منحرف کننده نزدیک و پس از تابش فوتون از آن دور می شود

E1-E2=hf

اثر کامپتون

در اثر فتوالکتریک تمام انرژی فوتون به الکترون منتقل می شود اما در اثر کامپتون قسمتی از انرژی فوتون به الکترون منتقل می شود

hf1+Eo=hf2+E

تولید و نابودی زوج

پدیده تولید زوج یک فوتون با انرژی کافی نظیر فوتون گامادر

یک زوج الکترون و پوزیترون تولید می کند

همچنین زوج الکترون و پوزیترون یکدیگر را جذب کرده و به دو فوتون تبدیل می شود

hf=2moc^2+(Ep+Ee)

نسبيت عام

نسبيت خاص دارای يك محدوديت اساسي بود. اين محدوديت ناشي از آن بود كه رويدادهاي فيزیکی را در دستگاه های لخت مورد بررسي قرار مي داد، در حاليكه در جهان واقعي دستگاه ها شتاب دار هستند. هرچند مي توان در بر رسي برخي رويداد ها به دستگاه های لخت بسنده كرد، اما اين دستگاه ها برای بررسي تمام رويدادها ناتوان هستند.

اينشتين در سال 1915 نسبيت عام را ارائه کرد و نسبيت خاص به عنوان حالت خاصي از نسبيت عام در آمد.

نسبيت عام بر اساس اصل هم ارزی تدوين شد.

اصل هم ارزی:

قوانين فيزیک در یک ميدان جاذبه يكنواخت و در یک دستگاه كه با شتاب ثابت حركت مي کند، يكسان هستند.

به عنوان: فرض کنيم یک دستگاه مقايسه ای با شتاب ثابت در حركت است. مشاهدات در اين دستگاه نظير مشاهدات در یک ميدان گرانشی يكنواخت است در صورتي كه شدت ميدان گرانشی برابر شتاب دستگاه باشد، يعني:

a=g

باشد، در اين صورت مشاهدات يكسان خواهد بود.

مهمترين دستاورد نسبيت عام توجيه مدار عطارد بود. بررسي هاي نجومي نشان داده بود كه نقطه حضيض عطارد جابه جا مي شود. بيش ار يكصد سال بود كه فيزيكدانان متوجه ان شده بودند، اما نمي توانستند با قوانين نيوتن توجيه كنند. اما نسبيت عام توانست أن را توجيه كند.

بنا بر نسبيت، گرانش اثر هندسي جرم بر فضاي اطراف خود است. كه فضا-زمان ناميده مي شود. يعني جرم فضاي اطراف خود را خميده مي كند و مسير نور در اطراف آن خط مستقيم نيست، بلكه منحني است.

در سال 1919 انحنای فضا را اهنگام کسوب کامل خورشید با نوری که از طرف ستاره ی مورد نظری به سوی زمین در حرکت بود و از کنار خورشید می گذشت مورد تحقیق قرار دادند که با پیشگویی نسبیت تطبیق می کرد. این موفقیت بسیار بزرگی برای نسبیت بود. از آن زمان به بعد توجه به ساختار هندسی و خواص توپولوژیک فضا بررسی واقعیت های فیزیکی را به حاشیه راند. مضافاً اینکه گرانش را از فهرست نیروهای اساسی طبیعت در فیزیک نظری حذف کرد.

CPH Theory

نیرو و انرژی قابل تبدیل به یکدیگر هستند. همچنین با توجه به نسبیت که در آن جرم و انرژی هم ارزند، بنابر این، نیرو، انرژی و جرم هم ارز می باشند. و می توان نتیجه گرفت که نیرو، انرژی و جرم سه جلوه (ظاهر) متفاوت از یک ذره واحد و بنیادی هستد و ما باید تصورات خود را در مورد نیرو، انرژی و جرم تغییر دهیم.

CPH تعریف

Definition of CPH

m فرض کنیم یک ذره با جرم ثابت

Vc وجود دارد که با مقدار سرعت ثابت

نسبت به تمام دستگاه های لخت حرکت می کند.

CPH اصل

Principle of CPH

CPH

یک ذره بنیادی با جرم ثابت است که با سرعت ثابت حرکت می کند. این ذره داری لختی دورانی است. در هر واکنش بین این ذره با سایر ذرات یا نیروها در مقدار سرعت آن تغییری داده نمی شود، بطوریکه :

gradVc=0 in all inertial frames and any space

تشریح:

Explain

با توجه به شکل 1 این ذره دارای اندازه حرکت است:

P=mVc

همچنین دارای لختی دورانی است.

Momentum Inertia I

بنابراین هنگامیکه یک نیروی خارجی بر آن اعمال شود، قسمتی از سرعت انتقالی آن به سرعت دورانی (یا بالعکس ) تبدیل می شود، بطوریکه در مقدار

تغییری داده نمی شود. یعنی اندازه حرکت خطی آن به اندازه حرکت دورانی و بالعکس تبدیل می شود. بنابراین مجموع انرژی انتقالی و انرژی دورانی آن نیز همواره ثابت است. تنها انرژی انتقالی آن به انرژی دورانی و بالعکس تبدیل می شود.

CPH هنگامیکه

Spin دارای حرکت دورانی (حول محوری که از مرکز جرم آن می گذرد)

است، آن را گراویتون می نامیم.

هنگامیکه گراویتون روی یک ذره/جسم کار انجام می دهد، گروایتون ناپدید شده و به انرژی جسم تبدیل می شود. زیرا این امر قابل توجیه نیست که نیرو تولید انرژی کند و هیچ تغییری در آن ایجاد نشود.

تمام تلاشها برای پیدا کردن یک نیروی اساسی واحد در طبیعت به این دلیل بی نتیجه بوده است که فیزیکدانان هیچ توجهی به تغییرات نیرو نداشته اند.

در حقیقت نیرو و انرژی قابل تبدیل به یکدیگرند. یعنی نیرو به انرژی تبدیل می شود و انرژی نیز به نیرو تبدیل می شود.

همچنین یک گراویتون روی گراویتون دیگر کار انحام می دهد، اما نتیحه این کار تغییر انرژی جنبشی به انرژی دورانی است

هنگامیکه گراویتون ها در کنار یکدیگر قرار می گیرند (ترکیب می شوند) همان جلوه را از خود بروز می دهند که ما آن را انرژی می نامیم.

یک فوتون از تعدادی گراویتون تشکیل می شود.

همچنین فوتون دارای

Spin

است. بنابراین هنگامیکه فوتون با سرعت نور حرکت می کند، گرایتون هایی که فوتون را تشکیل داده اند دارای حرکتهای زیر می باشند:

حرکت انتقالی برابر سرعت نور، زیرا فوتون با سرعت نور منتقل می شود و اجزاء تشکیل دهنده آن نیز الزاماً با همین سرعت منتقل می شوند.

حرکت دورانی (اسپین)، زیرا طبق اصل سی. پی. اچ. مقدار سرعت سی. پی. اچ. بیشتر از سرعت نور است و هنگامیکه سی. پی. اچ. ها با یکدیگر ادغام می شوند و سایر ذرات را تشکیل می دهند، مقداری از سرعت انتقالی آنها به اشپین تبدیل می شود.

و حرکت ناشی از اسپین فوتون، زیرا گراویتون ها در ساختمان فوتون هستند و از حرکت اسپینی فوتون سهم می برند

ویژگیهای برجسته نظریه سی. پی. اچ.

نظریه سی. پی. اچ. برای اولین بار هم ارزی نیرو و انرژی را مطرح کرده است. این نظریه با مطرح کردن یک اصل ساده و بنیادی به توجیه پدیده ها می پردازد.

gradVc=0 in all inertial frames in any space

این نظریه یک زیر بنای کاری بسیار ساده را برای توجیه پدیده ها تشکیل می دهد.طبق این نظریه تمام ذرات بنیادی،نیروهای اساسی، انرژی و جرم (ماده و پاد ماده) از ذره ی واحدی تشکیل می شوند.

نیروی گرانش محض است.CPH

در حقیقت یک زیر کوانتوم هستی در طبیعت است. CPH

Sub-quantum of existence in nature

این زیر کوانتوم دارای جرم است، پس جلوه ی ماده است، دارای ممنتوم است که بیان کننده ی انرژی است. همچنین دارای یک زیر کوانتوم گرانشی در اطراف خود است.

هنگامیکه دو

CPH

در زیر کوانتوم گرانشی یگدیگر قرار گیرند، وجود یکدیگر را حس کرده و همدیگر را جذب می کند.

یک کوانتوم انرژی از تعدادی سی. پی. اچ. تشکیل می شود. همچنین سی. پی. اچ. ها روی سی. پی. اچ. های دیگر کار انجام می دهند و تولید انرژی می کنند. در واقع یک کوانتوم انرژی از تعدادی سی. پی. اچ. تشکیل می شود. به عبارت دیگر چون سی. پی. اچ. نیروی محض است، لذا نیرو و انرژی هم ارز هستند.

نیرو به انرژی تبدیل می شود و انرژی نیز به نیرو تبدیل می شود. به عنوان مثال، هنگام عبور فوتون در یک میدان گرانشی، در جابجایی به سمت آبی، نیرو به انرژی تبدیل می شود و در جابجایی به سمت سرخ گرانش، انرژی به نیرو تبدیل می شود.

پدیده فوتوالکتریک و اثر کامپتون

Photo Electric and Compton Effect by CPH

با توجه به نظریه سی. پی. اچ. ، یک فوتون شامل تعدادی سی. پی. اچ. است که همراه فوتون با سرعت نور حرکت می کنند. اگر اندازه حرکت خطی هر سی. پی. اچ. در

P=mc ساختمان فوتون برابر

در نظر بگیریم و فرض کنیم یک فوتون از تعداد

سی. پی. اچ. تشکیل شده باشد، آنگاه برای فوتون داریم:n

P=nmc

هنگامیکه فوتون با یک الکترون برخورد می کند، تعدادی (یا همه ی ) سی. پی. اچ. های خود را از دست می دهد. این سی. پی. اچ. ها وارد ساختمان الکترون می شوند.

در پدیده فوتو الکتریک تمام سی. پی. اچ. های فوتون وارد ساختمان الکترون می شوند.

در اثر کامپتون تعدادی از سی. پی. اچ. های فوتون وارد ساختمان الکترون می شوند.

اگر حرکت فوتون ها در فضا بدون هیچگونه اثر گرانشی باشد، تنها حرکت راست خط خواهند داشت. اما فضا از گرانش انباشته است، یعنی جایی در در فضا وجورد ندارد که بدون اثر گرانشی باشد. بنابراین مسیر فوتون منحنی است. گرانش روی فوتون کار انجام می دهد. مقداری گراویتون وارد ساختمان فوتون می شوند.

فضا توسط

CPH

خمیده می شود

CPH bends space

همچنانکه که می دانیم فرکانس فوتون در میدان گرانشی تغییر می کند. هنگامیکه گرانش روی فوتون کار انجام می دهد، انرژی و فرکانس فوتون افزایش می یابد. در صورتیکه کار منفی باشد، انرژی و فرکانس فوتون کاهش می یابد.

هنگام جابجایی به سمت سرخ گرانش کار منفی است. و هنگام جابجایی به سوی آبی کار مثبت است.

هنگامیکه فوتون در حال فرار از میدان گرانشی است، جابجایی به سمت سرخ است و هنگام سقوط دز میدان گرانشی، جابجایی به سمت آبی است.

اگر نور در فضایی عبور کند که در آنجا میدان گرانشی وجود نداشته باشد، مسیر آن خط مستقیم است.

حال فرض کنید نور از میدان گرانشی یک جسم چگال عبور می کند، گرانش روی آن کار انجام می دهد. اگر فاصله بین فوتون و جسم کم شود، نور به سمت آبی جابجا می شود و هنگامیکه فاصله افزایش می یابد، جابجایی به سمت سرخ است.

مهمترین نکات در مورد نظریه سی. پی. اچ. آن است که:

1- نظریه سی. پی. اچ. هر سه نظریه ای مکانیک کلاسیک، مکانیک کوانتومی و نسبیت را پوشش می دهد.

2- بسیاری از پدیدهای فیزیکی که نظرات قدیمی قادر به توضیح انها نیستند، در نظریه سی. پی. اچ. بسادگی قابل توضیح دادن است.

3- منشاء زمان و شرایط پیدایش جهان قابل مشاهده (بینگ بنگ) توضیح داده می شود.

4- در فیزیک تا به حال همواره از تاثیر نیرو بر اجسام صحبت می شود. نظریه سی. پی. اچ. اولین نظریه ای است که از تاثیر اجسام بر نیرو سخن می گوید.

5- نظریه سی. پی. اچ. فیزیک را از حالت یک دانش پیچیده و خشک، به صورت یک دانش ساده و شهودی در آورده است.

شاد و پیروز باشید

حسین جوادی