English

Contact us

نظر دهید

تماس با ما

فارسی

Welcome to CPH Theory Siteبه سایت نظریه سی پی اچ خوش آمدید

 

   

نظریه سی پی اچ بر اساس تعمیم سرعت نور از انرژی به ماده بنا شده است.

اخبار

آرشیو مقالات

 

سی پی اچ در ژورنالها

   

 

از تولید زوج تا اتحاد الکترومغناطیس-گرانش

 

 


از دیرباز فیزیکدانان توجه زیادی به اتحاد نیروهای الکترومغناطیسی و گرانشی نشان دادند. نخستین بار فارادی که درک عمیقی از نیروهای الکترومغناطیسی داشت، خاطر نشان کرد ک
ه نیروهای گرانشی و الکترومغناطیسی تشابه بسیار زیادی به یکدیگر دارند و احتمالاً رابطه ی مشابهی نظیر آنچه که بین نیروهای الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد، بین گرانش و نیروی الکترومغناطیسی وجود دارد. پلانک نیز نظر مشابهی داشت. آلبرت اينشتين نیز تلاش بسيار كرد كه این دو نیرو را در متحد كند. وی بیش از سی سال در این زمینه کار کرد، اما موفق نشد. البته در زمان اینشتین نیروهای مهم و مطرح همین دو نیروی گرانشی و الکترومغناطیسی بودند و نیروهای قوی و ضعیف تازه مورد توجه قرار گرفته بود.
علاوه بر آن امروزه مفهوم نیرو با زمان انیشتین تفاوت اساسی پیدا کرده است. در مکانیک کوانتوم به نیرو به عنوان ذراتی نگریسته می شود که بین ذرات شرکت کننده در برهم کنش مبادله می گردد. ذره ی تبادلی برای نیروهای الکترومغناطیسی، فوتون است و ذره تبادلی برای گرانش، گراویتون نامیده می شود.

اگر بخواهیم اتحاد نیروهای الکترومغناطیسی و گرانشی را مورد توجه قرار دهیم، راهی نداریم چز آنکه ارتباط بین فوتون و گراویتون را مورد کنکاش قرار دهیم. اما قبل از ادامه ی بحث لازم است به تولید و واپاشی زوج ماده - پاد ماده توجه کنیم، زیرا بررسی این پدیده برای شناخت وابستگی و ایجاد وحدت بین نیروهای الکترومغناطیسی و گرانشی نقش اساسی دارد.

 

 

 ماده و پاد ماده

 

در مقاله قبلی اثر فوتوالکتریک و اثر کامپتون با استفاده از نظریه سی. پی. اچ. مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر اثر فوتوالکتریک و اثر کامپتون، فرایند جالبی تحت عنوان تولید زوج ماده - پاد ماده وجود دارد که از نظر اهمیت و مفاهیم بنیادی بی نظیر است. تولید و واپاشی زوج یک مثال بسیار بارز و عالی از تبدیل انرژی به ماده  و بالعکس است. بررسی نظری این پدیده نخستین بار توسط دیراک در سال 1928 صورت گرفت. دیراک با حل معادله

 

 

بصورت:

 

 

 

به جای آنکه قسمت منفی انرژی را به دلیل غیر فیزیکی بودن آن کنار بگذارد، به پژوهش پیرامون پیامدهای تمامی معادله پرداخت و به نتایج بسیار جالبی رسید. به طور خلاصه دیراک با توجه به قسمت منفی رابطه ی بالا وجود پاد ماده را پیشگویی کرد. اگر این پیشگویی درست می بود، می بایست برای ذره ای مانند الکترون، ذره ی دیگری وجود داشته باشد که حرم حالت سکون آن برابر جرم الکترون باشد. تجزیه تحلیل دیراک چنین نشان می داد که این ذره باید دارای بار الکتریکی مثبت باشد. زمانیکه دیراک وجود چنین ذره ای را پیشگویی کرد با ناباواری فیزیکدانان مواجه شد. اما چهار سال بعد، آندرسن این ذره را در اشعه ی کیهانی کشف کرد و آن را پوزیترون نامیدند. بعدها در آزمایشگاه نیز با واپاشی فوتون زوج الکترون - پوزیترون تولید شد

 فوتونی با انرژی زیاد، تمامی انرژی E=hf خود را در برخورد با هسته از دست می دهد و یک زوج الکترون - پوزیترون می آفریند. پوزیترون ذره ای است که کلیه ی خواص آن با خواص الکترون یکسان است مگر بار الکتریکی و علامت گشاور مغناطیسی آن، زیرا بار الکتریکی پوزیترون مثبت است.

 

 

تولید زوج الکترون - پوزیترون

 

در فرایند تولید زوج الکترون - پوزیترون اصولی باید محفوظ بماند تا این پدیده روی دهد. این اصول عبارتند از بقای انرژی نسبیتی کل، بقای اندازه حرکت و بقای بار الکتریکی،  زیرا فوتون از نظر الکتریکی خنثی است و مجموع بارهای الکتریکی بعد از تولید نیز باید صفر باشد. بقای اندازه حرکت نیز نشان می دهد که یک فوتون نمی تواند  در فضای تهی محو شود و زوج تولید کند. چنین فرایندی با حضور یک هسته ی سنگین امکان پذیر است تا بقای اندازه حرکت و بقای انرژی نسبیتی نقض نشود.

در ارتباط با تولید زوج، فرایند معکوسی وجود دارد که نابودی زوج نامیده می شود. یک الکترون و یک پوزیترون مجاور یکدیگر، در هم ادغام می شوند و به جای آن انرژی تابشی به وجود می آید.

 

 

 

نابودی زوج

 

 

امروزه مشاهده ی تولید و واپاشی زوج الکترون - پوزیترون در آزمایشگاه یک پدیده ی عادی بشمار می رود. در سال 1955 برای نخستین بار زوجهای پروتون- پاد پروتون و نوترون - پاد نوترون در آزمایشگاه آفریده شدند.

 

 

بررسی فرایند تولید و واپاشی زوج

 

حال باید فرایند تولید و واپاشی زوج ماده - پاد ماده را با دقت مورد بررسی قرار داد تا ببینیم چگونه می توان اتحاد بین نیروهای الکتریکی و مغناطیسی را از آن نتیجه گرفت و چرا تا به حال این تلاشها بی نتیجه بوده است؟

 فوتونی را در در نظر بگیرید که با انرژی کافی در حرکت است و در یک فرایند واپاشیده شده و یک زوج الکترون - پوزیترون (یا پروتون - پاد پروتون) تولید می کند. همجنانکه که می دانیم انرژی نسبیتی فوتون با جرم - انرژی ذرات تولید شده برابر است. زوج تولید شده شامل دو ذره یکی با بار الکتریکی مثبت و دیگری با بار الکتریکی منفی است. این دو ذره در دو برهم کنش با یکدیگر شرکت می کنند. یکی برهم کنش گرانشی و دیگری برهم کنش الکتریکی. طبق نظریه کوانتوم مکانیک این برهم کنشها از طریق تبادل ذرات انجام می شود. ذره ی تبادلی الکترومغناطیسی، فوتون است که نیروی الکترومغناطیسی را حمل می کند و ذره ی تبادلی گرانشی، گراویتون است که نیروی گرانش را حمل می کند. حال چندین سئوال اساسی قابل طرح می باشد.

 

الف - ذرات باردار چگونه از یک ذره ی خنثی تولید می شوند؟

 

ب - ذره ی تبادلی (فوتون) چگونه و از چه چیزی تولید می شود؟

 

ج - فوتون حامل انرژی الکترومغناطیسی است که شامل دو میدان الکتریکی و مغناطیسی عمود بر هم است. چه رابطه ای بین این میدانهای الکترومغناطیسی و بار الکتریکی ذرات ماده - پاد ماده که در فرایند آفرینش تولید می شوند، وجود دارد؟

 

د - نقش گرانش (گراویتونها) در این فرایند ها چیست؟

 

برای رسیدن به پاسخ این سئوال ها نیازی نیست که روابط پیچیده ای را اختراع کنیم که با طبیعت فیزیکی این پدیده ها بیگانه است. همچنین نیازی نیست که معادلات پیچیده تر ریاضی ابداع کرده و بعد تلاش کنیم این معادلات را به طبیعت تحمیل کنیم یا تحقیق کنیم که کدامیک از آنها و تحت چه شرایطی سازگارند. راهنمای ما در این زمینه خود امواج الکترومغناطیسی، نحوه ی تولید آنها و اندرکنش انرژی الکترومغناطیسی با گرانش (یا گراویتون ها) است. برای این کار دو مورد خاص را در نظر می گیریم.

 

یک - نحوه ی تولید و انتشار امواج الکترومغناطیسی

 

دو - اثر گرانش بر امواج الکترومغناطیسی

 

 

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.

 

تاثیر گرانش بر انرژی الکترومغناطیسی

طبق پيشگويي نسبيت هرگاه فوتونی 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 نامیده می شود. اين پيشگويي براي مدتها قابل آزمايش نبود تا آنكه موسبوئر در سال 1958 نشان داد 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 بلور توليد مي شود تفاوت داشته باشد، به وسيله آن جذب نخواهد شد. اين پديده را اثر موسبوئر مي نامند. آزمايشهايي كه در سال 1960 توسط پوند و ربکا و سالهاي بعد، بارها و با استفاده از اثر موسبوئر انجام شد، درستي پيشگويي نسبيت را تاييد كرد. در نسبيت فركانس و در نتيجه انرژي فوتون در يك ميدان گرانشي تغيير مي كند كه براي آن رابطه زير ارائه شده است.

  

f'=f(1+MG/Rc2)

 

 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.

 

 

 

بنابراین کاری که توسط نیروی گرانش روی فوتون انجام می شود، تنها به معنی ساده ی افزایش انرژی آن نیست، بلکه مفاهیم عمیق تری در ورای آن نهفته است. اگر این پدیده را بخواهیم از دیدگاه نظریه میدان کوانتومی نگاه کنیم، باید بپذیریم که گراویتونها در ساختمان فوتون نفوذ کرده و علاوه بر افزایش انرژی آن موجب افزایش شدت میدانهای الکتریکی و مغناطیسی آن شده اند. اما با توجه به خواصی که مکانیک کوانتوم برای گراویتونها قائل است، این پدیده قابل توجیه نیست. بلکه باید در مفاهیم بنیادی مکانیک کوانتوم تجدید نظر کنیم و از ماورای مکانیک کوانتوم این پدیده را مورد بررسی قرار دهیم. زیرا در مکانیککوانتوم به گفته ی دیراک الکترون و فوتون نقاط مادی هستند که نمی توان ساختمان آنها را مورد کنکاش و بررسی قرار داد. در حالیکه در نظریه سی. پی. اچ. همه ی ذرات از تعدادی سی. پی. اچ. تشکیل می شوند و سی. پی. اچ. در حالت خاص گراویتون 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:

 

 

Wq=Fg.Lp=dE

 

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, ...

 

 

 

تغییر میدان الکتریکی و مغناطیسی فوتون

هنگامیکه فوتون در حال سقوط در میدان گرانشی است، گراویتونها وارد ساختمان فوتون می شوند. با افزایش گراویتونها در ساختمان فوتون، شدت میدانهای الکتریکی و مغناطیسی فوتون نیز افزایش می یابد. به شکل زیر توجه فرمایید.

 

 

هنگامیکه گرانش روی فوتون کار انجام می دهد

 شدت میدانهای الکتریکی و مغناطیسی فوتون افزایش می یابد  

 

 اگر کار انجام شده بر روی فوتون تنها موجب افزایش انرژی آن می شد و تاثیری بر روی میدانهای الکتریکی و مغناطیسی آن نداشت، اصولاً دلیلی بر وجود نیروهای الکتریکی و مغناطیسی وجود نمی داشت. وجود میدانهای الکتریکی و مغناطیسی در امواج الکترومغناطیسی، ناشی از آن است که این میدانها خود از اجزای کوچکتری تشکیل شده اند که آنها نیز دارای خواص الکتریکی و مغناطیسی هستند. به عبارت دیگر گراویتونها نه تنها حامل نیروی گرانش هستند، بلکه دارای خواصی هستند که ما آنها را تحت عناوین بار الکتریکی و شار مغناطیسی می شناسیم.

این نگرش موجب می شود که دیدگاه خود را نسبت به گراویتون تغییر دهیم و اعتراف کنیم که گراویتونها دارای خواص الکتریکی و مغناطیسی هستند که می توان آنها تحت عناوین بار - رنگ و مغناطیس - رنگ معرفی کنیم. در واقع انباشتگی این بار-رنگ ها و مغناطیس - رنگ ها عامل تولید ذرات باردار هستند.

 

بار الکتریکی و نیروی الکتریکی

 

هنگامیکه انرژی به ذرات باردار تبدیل می شود، مانند آنچه که در پدیده ی تولید زوج الکترون - پوزیترون روی می دهد، این ذرات موجودیت و خواص الکتریکی خود را با انتشار فوتون های تبادلی بروز می دهند. در واقع بار الکتریکی یک ژنراتور (تولید کننده) نیروی الکتریکی است و گراویونهای اطراف را انباشته کرده و به صورت ذرات تبادلی در فضا منتشر می کند. یک بار الکتریکی منزوی را در نظر بگیرید که دائم در حال انتشار نیروی الکتریکی است، و هیچگاه جرم آن کاهش نمی یابد. این امر به دلیل آن است که مواد مورد مصرف آن گراویتون است که در اطراف آن به وفور یافت می شود. مقاومت گرانش در مقابل تغییر میدان الکتریکی بصورت میدان مغناطیسی ظاهر می شود. قانون آمپر را به یاد آورید.

 

  تولید میدان مغناطیسی توسط بار الکتریکی متحرک

 

 

 

 میدان مغناطیسی در اطراف دو سیم حامل جریان الکتریکی

 

 

هرچند دیراک وجود تک قطبی های مغناطیسی را پیشگویی کرده است، اما نه تنها هنوز چنین تک قطبی ها مشاهده نشده، حتی بدون بار الکتریکی میدان مغناطیسی نیز ایجاد نمی شود. میدان مغناطیسی یک جریان است که بر اثر مقاومت میدان گرانشی در مقابل تغییر میدان الکتریکی ایجاد می شود.

برای مطالعه ی بیشتر در این زمینه به بار - رنگ و مغناطیس - رنگ و زیر کوانتوم کرومودینامیک مراجعه فرمایید.

 

 

 

 

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 

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

آخرین مقالات


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

LEIBNITZ'S MONADS & JAVADI'S CPH

General Science Journal

World Science Database

Hadronic Journal

National Research Council Canada

Journal of Nuclear and Particle Physics

Scientific Journal of Pure and Applied Science

Sub quantum space and interactions from photon to fermions and bosons

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

آرشیو موضوعی

اختر فیزیک

اجتماعی

الکترومغناطیس

بوزونها

ترمودینامیک

ذرات زیر اتمی

زندگی نامه ها

کامپیوتر و اینترنت

فیزیک عمومی

فیزیک کلاسیک

فلسفه فیزیک

مکانیک کوانتوم

فناوری نانو

نسبیت

ریسمانها

سی پی اچ

 فیزیک از آغاز تا امروز

زندگی نامه

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؟


 

 

free hit counters

Copyright 2013 CPH Theory

Last modified 12/22/2013