تولید امواج
الکترومغناطیسی
قوانین
الکترودینامیک نشان می دهد هرگاه یک ذره ی باردار
شتاب بگیرد، یک موج الکترومغناطیسی در فضا منتشر
می شود که با سرعت نور حرکت می کند. اگر این ذره ی
باردار نوسان کند با هر نوسان آن یک کوانتوم انرژی
الکترومغناطیسی که فوتون نامیده می شود، تولید و
منتشر می گردد.
با نوسان ذره ی باردار
موج الکترومغناطیسی در فضا منتشر می شود
که فرکانس آن با فرکانس
نوسان ذره ی باردار برابر است
بنابراین برای تولید یک
موج الکترومغناطیسی (فوتونها)، بایستی ذره ی بار دار
را به نوسان در آوریم. هرچند روشهای گوناگونی برای به
نوسان درآوردن ذره ی باردار وجود دارد، اما همه ی آنها
از این قانون کلی پیروی می کنند که باید روی ذره ی
باردار کار انجام شود تا ذره شتاب بگیرد. ذره ی باردار
(الکترون های آزاد فلز) با گرفتن یک کوانتوم انرژی به
مدار بالاتر صعود می کند و با سقوط به مدار پئین تر،
انرژی را تابش می کند. مستقل از اینکه منشاء نوسان
چیست و چگونه الکترون به نوسان در می آید، این تابش
وجود دارد و قابل آشکار سازی است.
از طرف دیگر می دانیم
انرژی ها قابل تبدیل به یکدیگرند. حال تبدیل انرژی
پتانسیل گرانشی را به انرژی الکترومغناطیسی، نظیر آنچه
که در سدها و با استفاده از توربین انجام می شود در
نظر بگیرید. در این فرایند مقداری آب در ارتفاع خاصی
قرار دارد که بر اثر سقوط در میدان گرانشی، انرژی
جنبشی کسب می کند و هنگام برخورد با پره های توربین،
قسمتی از این انرژی جنشی به توربین منتقل می گردد و
سیم پیچ آن را به چرخشد در می آورد. چرخش سیم پیچ
موجب می شود شار مغناطیسی حاصل از آهنربای موجود در
وسط سیم پیچ تغییر کند و جریان الکتریکی بر قرار گردد
و در نتیجه الکترونهای آزاد درون سیم ها نوسان کرده و
انرژی الکترومغناطیسی تولید شود. در واقع انرژی
پتانسیل گرانشی به انرژی الکترومغناطیسی تبدیل شده است. تبدیل
انرژی گرانشی به انرژی الکترومغناطیسی را می توان از
زاویه دیگری نیز مورد بررسی قرار داد.
يعني جابجايي به
سمت آبي گرانش. كه در آن'M,
G, R, c , f, f به
ترتيب جرم جسمي كه موجب ايجاد ميدان گرانشي شده،
ثابت جهاني گرانش، شعاع جسم و سرعت نور و فركانس
فوتون قبل از سقوط و بعد از سقوط است. با
افزایش انرژی فوتون، شدت میدان الکتریکی و
مغناطیسی آن افزایش می یابد بطوری که رابطه ی زیر
همواره بر قرار است.
نگاهی نوین به شواهد تجربی
برای به دست آوردن یک نتیجه ی
رضایت بخش که بتوان با استفاده از آن به اتحاد
نیروهای الکترومغناطیسی و گرانشی رسید، نمی شود و
نباید با دیدگاه معمول به آن برخورد کرد. زیرا این
دیدگاه در هشتاد سال گذشته با تمام تلاشی که انجام
شده، موفقیت چندانی نداشته است.
واقیعیت غیر قابل انکار این است که
کاری که گرانش روی فوتون انجام می دهد، علاوه بر
تغییر انرژی آن، بر شدت میدانهای الکتریکی و
مغناطیسی آن نیز موثر است و این چیزی است که
مکانیک کوانتوم و نسبیت برای آن توضیحی ندارند.
از دیدگاه مکانیک کوانتوم، فوتون
بسته انرژی در حال دوران است. همچنین میدانهای
الکتریکی و مغناطیسی اطراف یک پرتو نوری ازنوع
میدانهای الکترومغناطیسی استاتیک نست. میدان
الکترومغناطیسی که توسط یک فوتون ایجاد می شود،
بسیار قوی تر از میدان گرانشی آمیخته با آن است.
همچنین هنوز شناخته نشده که این دو میدان
الکترومغناطیسی و گرانشی چگونه توسط فوتون تولید
می شود و چرا تا این اندازه اختلاف دارند. این یک
معمای حل نشده ی فیزیک است.
باید توجه داشت که برای حل یک
مسئله قدیمی، نمی توان به همان راه حل های کهنه و
متداول بسنده کرد، بلکه باید به دنبال راه حلهای
متفاوت و نوین بود تا به نتایج قابل قبولی رسید.
البته باید توجه داشت که فیزیک دانشی متکی بر
تجربه است، بنابراین هر توصیفی از پدیده های
فیزیکی که بخواهد نظریه ای را مطرح کند، باید متکی
بر شواهد تجربی باشد. بر این اساس است که نمی توان
و نباید یک نظریه جدید شواهد تجربی را نقض کند،
بلکه باید در شواهد تجربی ریشه گرفته و برای توجیه
همین شوهد تجربی بکار رود و در این کارایی است که
سیر تحول منطقی و تکامل خود را خواهد پیمود.
حتی چنین نگرشی نیز نمی تواند
روابط پذیرفته شده و متکی بر آزمایش را نفی کند،
بلکه تنها می تواند به تعدیل یا تعمیم آنها
بپردازد. نگاه نظریه سی. پی. اچ. به فیزیک از این
زاویه است. بهمین دلیل در نظریه سی. پی. اچ. تلاش
می شود با درک شهودی از پدیده ها روابط پذیرفته
شده را تعمیم دهد. در این راستا به تعمیم یکی از
بنیادی ترین روابط شناخته شده ی فیزیک، یعنی قضیه
کار و انرژی می پردازیم.
قضیه کار و انرژی و تابش الکترومغناطیسی
می دانیم هرگاه روی جسم/ذره ای کار
انجام شود، کار انجام شده موجب تغییر انرژی جنبشی
جسم/ذره می شود. از طرفی فوتون تنها حامل انرژی
جنبشی است و سکون فوتون به معنی از دست دادن انرژی
آن است. خوب حال فوتونی را در نظر بگیرید که با
انرژی E=hf در
حال سقوط در یک میدان گرانشی است. همچنانکه در
بالا اشاره شد، بر اثر سقوط فوتون، انرژی و در
نتیجه فرکانس آن افزایش می یابد. حال فرض کنیم یک
گراویتون نیروی گرانشی برابر با Fg را
حمل می کند و فاصله ی Lp را
طی می کند تا از مرز خارجی فوتون وارد ساختمان
فوتون شود. در این صورت کار انجام شده برابر است
با:
که در q, Fg,
Lp, dE به
ترتیب و از چپ به راست کوانتوم کار انجام شده، نیروی
گرانشی که یک گراویتون حمل می کند، طول پلانک که
تقریباً برابر 35-10
ده به توان منهای سی و پنج متر و تغییر انرژی فوتون
است. و در حالت کلی مقدار کار از رابطه ی ریر به دست
می آید
W=nWq=nFg.Lp ,
n=...., -2. -1, 0, 1, 2, ...
