نظریه سی پی اچ بر اساس تعمیم سرعت نور از انرژی به ماده بنا شده است.
سی پی اچ در ژورنالها
|
فیزیک قرن بیست و یک و نظریه های نوین
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
مقدمه:
همواره برای انسان این سئوال مطرح بوده که اجسام موجود در اطراف وی و هر آنچه که در این جهان مشاهده می شود از جه تشکیل شده اند و می اندیشیده که سنگ بنای اولیه جهان چیست؟ نخستین نظریه حاکی از آن بود که جهان از چهار عنصر آب، آتش، خاک و هوا ساخته شده است. همچنین این سئوال مطرح بود که آیا عناصر تشکیل دهنده جهان پیوسته هستند و به هر اندازه که بخواهیم می توانیم آنها را به اندازه های کوچکتر تقسیم کنیم یا نه؟ همین امر موجوجب پیدایش نظریه اتمی دموکریتوس شد که مدعی بود همه اجسام از جزء کوچکی به نام اتم تشکیل شده اند و اتمها قابل تجزیه نمی باشند. هرچند نظریه اتمی ماده در طول تاریخ مورد شک و تردید بود، ولی در قرن نوزدهم شواهد تجربی اتمی بودن ماده را اثبات کرد و علاوه بر آن نشان داد که اتم نیز از ذرات دیگری که آنها را ذرات زیر اتمی می نامند، تشکیل شده است. الکترون با بار الکتریکی منفی نخستین ذره ای بود که کشف شد و متعاقب آن پروتون با بار الکتریکی مثبت و نوترون بدون بار الکتریکی کشف شدند. آزمایشهای بعدی نشان داد که تعداد زیاد دیگری ذرات زیر اتمی وجود دارد. بالا رفتن تعداد ذرات زیر اتمی نگرش انسان را به سنگ بنای اولیه جهان تغییر داد و سر انجام مجبور شد ذرات زیر اتمی را نیز جدول بندی کند. همراه با جدول بندی ذرات زیر اتمی مسئله کنش بین آنها نیز مطرح شد. مشاهدات تجربی نشان داد که نظریه های کوانتوم مکانیک و نسبیت قادر به توضیح کامل جهان نمی باشند و بتدریج نظریه های جدیدی مطرح شد که برخی از آنها که اهمیت بیشتری دارند، موضوع بحث این مقاله است.
ذرات بنیادی و مدل استاندارد
شیمی را می توان با سه ذره بنیادی پروتون، نوترون و الکترون و نیروی الکترومغناطیس فهمید و مباحث مختلف آن را توضیح داد. فیزیک هسته ای را می توان با چهار ذره بنیادی پروتون، نوترون، الکترون و نوترینو-الکترون و نیروهای هسته ای قوی، هسته ای ضعیف و الکترومغناطیس فهمید و تشریح کرد. در عین حال باید توجه داشت که مکانیک کوانتوم نظریه ی ساده ای نیست، زیرا رفتار ذرات مانند رفتار اجسام بزرگ نیست. ما برای شناسایی رفتار ذرات در مکانیک کوانتوم، به یک بینش جدید نیاز داریم. برای شکل دادن به پایه بینش خود در مکانیک کوانتوم، باید به خصوصیات اتمها، ملکولها و سایر ذرات زیر اتمی توجه کنیم. این ذرات به سادگی و به سرعت از مکانی به مکان دیگر حرکت می کنند. این امر پایه اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را تشکیل می دهد به طوریکه همواره رابطه زیر بین اندازه حرکت، مکان و ثابت پلانک بر قرار است.
مدت زيادي اين طور تصور مي شد كه پروتونها و نو ترونها ذرات بنيادي هستند و بنابراين گمان مي رفت مثل الكترون ديگر قابل تقسيم نبوده و داراي يك ساختار داخلي نيستند. اما امروزه مي دانيم كه نوكلئونها يعنی پروتونها و نو ترونها خود از ذرات كوچكتري ساخته شده اند كه کوارک ناميده مي شوند. در دهه های اخیر فیزیکدانان یک مدل تحت عنوان مدل استاندارد ارائه کردند تا یک چوب بست نظری برای فهم ذرات بنیادی و نیروهای طبیعت فراهم آورند. لذا مدل ستاندارد شامل دوازده ذره فرمیون با سپین نیمه درست که شش تای آن کوارک و شش تای دیگر لپتون و چهار ذره بوزون با اسپین یک هستند شکل 1. و یک هگز بوزون با اسپین صفر است که هنوز مشاهده نشده است. بسیاری از فیزیکدانان اعتقاد دارند بزرگترین چالش فیزیک در قرن بیست و یکم به تحقیقات روی ذرات هگز مربوط می شود.
نتیجه ی منطقی دوگانگی موج - ذره این است که همه ی میدانهای کوانتومی دارای یک ذره ی بنیادی باشند که با میدان در آمیخته است. این ذره که با همه ی میدانها در آمیخته و موجب کسب جرم توسط سایر ذرات می شود، هگز بوزون Higgs boson نامیده می شود. کلمه هگز اولین بار در سال 1960 توسط پتر هگز وارد فیزیک شد. ایده اساسی چنین است که تمام ذراتی که با یکدیگر کنش دارند، کنش آنها توسط یک میدان اعمال می شود که توسط ذره هگز بوزون حمل می شوند. لذا جدول بوزونها را بصورت زیر تدوین کرده اند.
مهمترین ذره در این مدل، یک ذره ی فرضی موجود در همه ی میدانهای کوانتومی است که نشان می دهد سایر ذرات چگونه جرم به دست می آورند. این میدان، میدان هگز Higgs Field خوانده می شود.
چرا نظريه ريسمانها مطرح شد؟
در مدل استاندارد به ذرات به عنوان نقاطی توجه می شد كه در فضا حركت می كنند و بوسيله ترسيم يك خط رديابی می شود كه جهان حط می نامند. برای بررسی كنش آنها كه در طبيعت مشاهده می شود، درجات آزادی آنها فقط شامل مكان و سرعت، همچنين جرم، بار الكتريكی و رنگ كه پيوند بار الكتريكی و كنش قوی است يا اسپين مورد توجه است. مدل استاندارد كالبد نظريه ميدان كوانتومی را طراحی می كند كه ابزاری به دست می دهد تا نظريه ها را طوری بسازيم كه شامل مكانيك كوانتوم و نسبيت خاص نيز باشند. با اين ابزارها، نظريه ها طوری طرح ريزی می شوند كه موفقيت بزرگی برای توضيح چهار كنش (نيروی) شناخته شده در طبيعت را داشته باشند. به علاوه يك موفقيت بزرگ برای يكسان سازی بين نيروی های الكترومغناطيس و هسته ای ضعيف به دست آمده كه الكتروويك ناميده می شود و نطرها را به سوی كنش هسته ای قوی سوق می دهد. اما متاسفانه چهارمين كنش (نيرو)، يعنی گرانش كه به طور زيبايی در نسبيت عام اينشتين تشريح شده در اين طرح ديده نمی شود. و همه ی تلاشها برای به دست آوردن نسبيت عام از نظريه ميدان كوانتومی بيهوده بوده است. به عنوان مثال نيروی بين دو گراويتون (ذراتی كه نيزوی گرانش را حمل می كنند)، بی نهايت می شود و ما نمی دانيم چگونه اين بی نهايت را مي توان توجيه كرد. در نظريه ريسمانها تعداد بيشماری انواع ذرات با يك سنگ بنای اساسی يعنی "ريسمان" جايگزين می شود. اين ريسمانها می توانند شبيه حلقه به يكديگر بسته شوند يا نظير مو باز شوند. همچنانكه ريسمان در زمان حركت می كند، يك لوله يا صفحه را ترسيم می كند و با توجه به شرايط باز يا بسته می شود. بعلاوه ريسمان آزاد است كه نوسان كند و نوسانات مختلف ريسمانها، ذرات مختلف را به نمايش می گذارد. از اين رو جرم های مختلف يا اسپين مختلف را ترسيم می كند. يك طريق نوسان موجب می شود كه ريسمان به صورت الكترون جلوه گر شود و نوع ديگر به صورت فوتون ظاهر می شود. در اينجا حتی يك جلوه ی آن توضيح دهنده گراويتون است. گراويتون ذره ای است كه نيروی گرانش را حمل می كند و اين دليل بسيار مهمی است كه چرا نظريه ريسمانها تا اين اندازه مورد توجه قرار می گيرد. نكته اينجا است كه ما می توانيم كنش دو گراويتون را در نظريه ريسمانها احساس كنيم و اين چيزی است كه نظريه ميدان گرانشی توان آن را ندارد. در اينجا بی نهايتی وجود ندارد! بنابراين اين نخستين موفقيت نظريه ريسمان بود كه شامل گرانش كوانتومی می شد كه شبيه نسبيت عام در فاصله های بزرگ می شود. علاوه بر آن نظريه ريسمان ضرورتاً دارای چنان درجه آزادی است كه بتواند ساير كنش ها را به خوبی توضيح دهد. از اين رو اميد بخش است كه نظريه ريسمان قادر است چهار نيروی شناخته شده را يكسان سازی كند و به صورتی ساده در يك نظريه تحت عنوان " يك نظريه برای همه چيز" مطرح كند.
چرا نظریه سی. پی. اچ. مطرح شد؟ جمع بندی مطالب بالا نشان می دهد: نسبیت عام باید با مکانیک کوانتوم ترکیب شود تا مشکلات موجود در فیزیک نظری بر طرف گردد. طبق نسبیت عام مسیر نور در میدان گرانشی خمیده است که آن را تحت عنوان فضا - زمان مطرح می کنند. مکانیک کوانتوم به ویژگیها و رفتار ذرات زیر اتمی می پردازد و با کوانتومها یا کمیتهای گسسته سروکار دارد. در حالیکه در نسبیت عام فضا - زمان پیوسته است. باید ارتباط بین فرمیونها و بوزونها توضیح داده شود. همجنانکه می دانیم فرمیونها شامل ذراتی نظیر الکترونها و پروتونها هستند که دارای اسپین نادرست می باشند و بوزونها دارای اسپین درست هستند. هگز بوزونها باید توضیح داده شوند، یعنی اینکه ذرات چگونه جرم به دست می آورند. با توجه به رابطه جرم - انرژی می دانیم هرگاه ذره ای در یک میدان شتاب بگیرد، انرژی و در نتیجه جرم آن افزایش می یابد. بنابراین مسئله این است که این پدیده یعنی افزایش جرم را چگونه می توان توجیه کرد؟ سئوال اساسی این است که آیا حقیقتاً بوزون و فرمیون دو موجود کاملاً متفاوت از یکدیگرند؟ در نظریه ریسمانها، ریسمان به عنوان یک بسته فوق العاده کوچک انرژی تلقی می شود و که با پیوستن آنها به یکدیگر و با ارتعاشات مختلف آنها سایر ذرات نمود پیدا می کنند. در نظریه هگر بوزون به دنبال ذره ای هستند که موجب ایجاد یا افزایش جرم می شود. اگر این مسئله ی هگز بوزون را با دقت بیشتری بررسی کنیم شاید بتوانیم به نتایج جالب توجه تری برسیم. اجازه بدهید تصورات خود را از بوزون و فرمیون یا به عبارت دیگر از جرم - انرژی و نیرو تغییر دهیم. در فیزیک مدرن جرم و انرژی دو تلقی مختلف از یک کمیت واحد هستند. جرم هر ذره را می توان با محتویات انرژی آن اندازه گرفت و همچنین انرژی یک ذره را می توان با جرم آن هم ارز دانست. لذا در فیزیک معاصر ما با دو کمیت بیشتر سروکار نداریم، انرژی و نیرو اگر رابطه ی نیرو و انرژی را با دید متفاوتی مورد بحث قرار دهیم، می توانیم به نتایج جالب توجهی برسیم. نیرو به عنوان انرژی در واحد طول مطرح می شود که برای آن رابطه ی زیر داده شده است:
F=-dU/dx => du= - Fdx
در رابطه ی بالا انرزِی و فاصله تغییر می کنند، اما نیرو ثابت است. اگر نیرو یعنی F یک کمیت ثابت و تغییر ناپذیر است، چگونه می توان هگز بوزون را توجیه کرد؟ یعنی واقعاً توجیه کاهش یا افزایش جرم چگونه امکان پذیر است. متاسفانه این دیدگاه از مکانیک کلاسیک به نسبیت تسری یافت و هیچگونه بحثی در این زمینه مطرح نشد. اگر بخواهیم با همان نگرش کلاسیکی در مورد نیرو مشکلات فیزیک و ناسازگاری نسبیت و مکانیک کوانتوم را بر طرف سازیم، راه به جایی نخواهیم برد، همچنانکه تا به حال این چنین بوده است اشکال بعدی که مانع رسیدن به یک نتیجه ی قابل توجه می شود این است فیزیکدانان به مشکلات به گونه ای پراکنده برخورد می کنند. تحقیقات روی هگز بوزون مسیر خود را می پیماید، مکانیک کوانتوم می خواهد مشکلات فیزیک را در چاچوب قوانین کوانتومی حل کند، و مهمتر از همه اینکه مکانیک کلاسیک تقریباً به فراموشی سپرده شده است. همه اینها هر کدام نگرشی خاص به جهان دارند و عمومیت ندارند. در حالیکه طبیعت یگانه است و قانون نیز بایستی از یک وحدت برخوردار باشد که هست. ترکیب مکانیک کوانتوم و نسبیت زمانی امکان پذیر است که نگرش هگز بوزون همراه با مکانیک کلاسیک نیز در این ترکیب منظور گردد در مورد قضیه کار انرژی W=dE
برخوردی دوگانه وجود دارد. قسمت کار آن را با مکانیک کلاسیک مد نظر قرار می دهند و کار را کمیتی پیوسته در نظر می گیرند، در حالیکه با انرژی برخوردی کوانتومی دارند. در واقع بایستی هر دو طرف رابطه را با دید کوانتومی در نظر گرفت. در این مورد مثالهای زیادی می توان ارائه داد که با این برخورد دوگانه در تناقض قرار خواهد گرفت. اگر این مورد را بکار بندیم مشکل ارتباط فرمیونها و بوزونها بر طرف خواهد شد. اگر بپذیریم که کار کوانتومی است، الزاماً به این نتیجه خواهیم رسید که نیرو بطور کلی و از جمله گرانش نیز کوانتومی است. مفهوم صریح و در عین حال ساده آن این است که فضا - زمان کوانتومی است. با نگرش کوانتومی به گرانش یا به تعبیر نسبیت فضا - زمان، مکانیک کوانتوم و نسبیت با یکدیگر ترکیب خواهند شد. چنین نگرشی می تواند به یک نظریه برای همه چیز منتهی شود. نظریه ای که تحت عنوان نظریه سی. پی. اچ. مظرح شده است.
نظریه سی. پی. اچ در نظریه سی. پی. اچ. 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.
تعریف CPH
Vc>c, c is speed of light
این ذره را سی. پی. اچ. CPH, Creation Particle Higgs می نامیم که سنگ بنای اولیه همه چیز است. بنابراین سی. پی. اچ. دارای اندازه حرکت خطی برابر mVc است.
اصل CPH
Principle of CPH
gradVc=0 in all inertial frames and any space
CPH is a particle with constant mass m and moves with constant speed Vc
تشریح:
Momentum Inertia I
هنگامیکه نیروی خارجی بر آن اعمال شود، قسمتی از سرعت
انتقالی آن به سرعت دورانی (یا بالعکس ) تبدیل می شود،
بطوریکه در مقدار Vc 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.
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. حرکت انتقالی برابر سرعت نور، زیرا فوتون با سرعت نور منتقل می شود و اجزای 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 هنگامیه سی. پی. اچ. ها با یکدیگر ادغام می شوند و سایر ذرات را تشکیل می دهند، مقداری از سرعت انتقالی آنها به اسپین تبدیل می شود و حرکت ناشی از اسپین فوتون، زیرا گراویتون ها در ساختمان فوتون هستند و از حرکت اسپینی فوتون سهم می برند.
ویژگی های 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 and any space
Sub Quantum of existence in Nature
این نگرش علاوه بر آنکه نسبیت و مکانیک کوانتوم را ترکیب می کند و سئوالات و ابهامات نظریه هگز بوزون نیز پاسخگو است
با تشکر حسین جوادی
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؟