ابر گرانش

ابر ریسمان

1 - 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. این خمیدگی فضا ناشی از انرژی موجود در فضا است. هر نظریه وحدت بخشی که ارائه می شود ضمن توجیه کمیتهای گسسته و رفتار ذرات در مکانیک کوانتوم باید پاسخگوی انحنای فضا-زمان باشد

2 - باید ارتباط بین فرمیونها و بوزونها توضیح داده شود. همجنانکه می دانیم فرمیونها دارای اسپین نادرست می باشند و بوزونها دارای اسپین درست هستند

F=-dU/dx → du= - Fdx

از کجا شروع کنیم؟

1- با روند تکامل نظریه ها پیش می رویم. نخست مکانیک کلاسیک را در نظر می گیریم و به مورد آن یکی قانون دوم و دیگری قانون جهانی گرانش نیوتن توجه می کنیم، قانون دوم را با جرم نسبیتی یعنی:

m=m₀/(1-v²/ c²)^{1/2   ,} E=mc²  

و نظریه هیگز بوزون می توان ترکیب کرد. اگر ذره/جسمی تحت تاثیر نیرو جرمش تغییر می کند، این تغییر جرم ناشی از این است که بوزون (نیرو) تبذیل به انرژی می شود. البته این روند جهت معکوس نیز دارد، یعنی در روند عکس با کاهش سرعت، انرژی به نیرو یا بوزون تبدیل می شود.

در مورد قانون جهانی گرانش یعنی F=GMm/r² هیچ محدودتی برای تمرکز ماده در یک محدوده ی فضایی وجود ندارد. مشکل گرانش نیوتنی در نسبیت عام همچنان باقی است. در نسبیت فضا-زمان دارای انحناست. هرچه ماده بیشتر و چگالتر باشد، انحنای فضا بیشتر است. سئوال این است که این انحنای فضا تا کجا می انجامد؟ در نسبیت فضا می تواند چنان تابیده شود که حجم به صفر برسد. برای آنکه ماده بتواند چنان بر فضا اثر بگذارد که حجم به صفر برسد، باید جرم به سمت بی نهایت میل کند. یعنی نسبیت نتوانست مشکل قانون گرانش را در مورد تراکم ماده در فضا حل کند.  

هر نظریه وحدت بخشی که به مورد مهم (که از زمان نیوتن تحت عنوان نیروهای دافعه Repusive مطرح بوده) نپردازد، نمی تواند به نتایج قابل پذیرشی برسد.

با چنین نگرشی از آخرین دست آورد علمی فیزیکدانان یعنی کوانتوم کرموداینامیک که جایزه ی نوبل 2004 فیزیک را بخود اختصاص داد، یاری می جوییم و با دیدی متفاوت آن را مورد بررسی قرار می دهیم.

فرض کنیم یک ذره با جرم ثابت m وجود دارد که با مقدار سرعت ثابت Vc نسبت به تمام دستگاه های لخت حرکت می کند (شکل 1). و

Vc>c, c is speed of light

بنابراین سی. پی. اچ. دارای اندازه حرکت خطی برابر mVc است

1 Figure

اصل CPH

Principle of CPH
   سی. پی. اچ. یک ذره بنیادی با جرم ثابت است که با مقدار 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 :

تشریح: با توجه به شکل 1 این ذره دارای اندازه حرکت است p=mVc  همچنین دارای لختی دورانی I است:

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. تنها انرژی انتقالی آن به انرژی دورانی و بالعکس تبدیل می شود. هنگامیکه سی. پی. اچ. دارای حرت دورانی حول محوری که از مرز جرم آن می گذرد است، یعنی زمانیکه سی. پی. اچ. دارای Spin  است، آن را گراویتون می نامیم. شکل 2

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 با توجه به اصل CPH  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 یا Spin و یا سایر حرکت های غیر خطی 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. با توجه به gradVc=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

پس: a_yj+a_zk=0   و آنگاه:

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

بهمين دليل اسپين بار-رنگها دائماً در حال تغيير است و اين تغييرات از مقدار سرعت آنها روي همين محور تامين  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 ماکزيمم 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.

گرانش Gravity

فرض کنیم چگالی سی. پی. اچ. در ساختمان فوتون به صورت زیر باشد. 

De(cph)=n per m³

 

فضا از گراویتون انباشته است. گراویتون ها روی یکدیگر کنش دارند. آنها یکدیگر را جذب می کنند و امواج الکترومغناطیسی تولید می کنند. هنگامی گراویتون ها به انرژی تبدیل می شوند که چگالی آنها به مقدار زیر برسد:

De(cph)=n per m³

Integration of gravitons is a projection to production electromagnetic energy