نظریه سی پی اچ بر اساس تعمیم سرعت نور از انرژی به ماده بنا شده است.
سی پی اچ در ژورنالها
|
فیزیک نظری، مشکلات و راه حلها
|
|
متن سخنرانی در سمینار پیام فیزیک - دانشگاه پیام نور - شیراز
پانزدهم تا هفدهم آذر هشتاد و چهار
فیزیک نظری، مشکلات و راه حل ها
مقدمه: یکی از مشکلات مهم فیزیک نظری در دهه های اخیر ترکیب دو نظریه بزرگ نسبیت عام و مکانیک کوانتومی است. نسبيت عام نظريه‌ای در باره جرم‌هاي آسمانی بزرگ مثل ستارگان، سيارات و كهكشان‌هاست و گرانش را در اين سطوح بسيار خوب توضيح می دهد. مكانيك كوانتومي در توضيح اشياء، در سطوح بسيار ريز بکار می رود و نيروهای اساسی طبيعت (قوی، ضعیف، الکترومغناطیس و گرانش) را ذراتی (بوزونها) مي‌داند كه بين فرميون‌ها (ذرات ماده) رد و بدل مي‌شوند. هنگامی که گرانش را مانند سایر کنش ها بصورت ذره ی تبادلی که گراویتون نامیده می شود در نظر می گيریند، با مشكل مواجه مي‌شوند. چون همه گراويتونها بين خود نيز رد و بدل می‌شوند، حل اين مساله از نظر رياضي بسيار بغرنج می‌شود. بي‌نهايت‌هايي حاصل می‌شوند كه خارج از مفهوم رياضي معنايي ندارند. نظريه‌های فيزيكی نمی‌توانند با اين بی‌نهايت‌ها سر و كار داشته باشند. فیزیکدانان هنگامی که در نظريه‌های خود با این بی نهایت ها مواجه می شوند، از روش بازبهنجارش استفاده می کنند. در اين روش از بی‌نهايت‌های ديگری برای خنثی كردن بی‌نهايت‌های نخستين، استفاده می‌شود. نفس اين عمل اگر چه مشكوك است ولی نتيجه در بسياری از موارد كاربرد خوبی دارد. استفاده از روش بازبهنجارش در مورد نيروی الكترومغناطيسی كارساز است ولي در مورد گرانش اين روش موفق نبوده است. بي‌نهايت‌ها در مورد نيروي گرانش از جهتی بدتر از بی‌نهايت‌های نيروی الكترومغناطيسی هستند و حذفشان ممكن نيست. ابرگرانش، نظریه لوپ کوانتوم و نظريه ابرريسمان كه در آن اشياء بنيادي جهان، بصورت ريسمان‌های نازكی هستند، پيشرفت‌های اميدوار كننده‌ای داشته‌اند، اما هنوز مسئله حل نشده است.
نظریه سی. پی. اچ. مشکل اصلی در فیزیک این است که تلاش می کنند این دو نظریه، یعنی مکانیک کوانتوم و نسبیت را با یکدیگر سازگار سازند. در حالیکه با توجه به اصل هم ارز سازی نیرو و انرژی نیاز به تلاش زیادی نیست تا نسبیت و مکانیک کوانتوم با یکدیگر سازگار شوند. در واقع بایستی مکانیک کلاسیک، مکانیک کوانتوم، نسبیت و میدان هیگز را همزمان و با توجه به اصول و قوانین شناخته شده ی علمی که از نظر تجربی نیز تایید شده مورد بررسی مجدد قرار داد. برای اینکار بایستی تعریف جدیدی از انرژی ارائه داد و با توجه با این تعریف ساختمان فوتون را تعریف کرد. بینهایت های موجود و مشکل ساز ناشی از نگرش موجود در مکانیک کوانتوم به ذرات است که ساختمان ذراتی نظیر فوتون و الکترون را قابل بررسی نمی داند. ابرریسمانها نیز قادر به ارائه ی راه حل اساسی نخواهند بود. زیرا در نظریه ریسمانها، یک ریسمان یک واحد بسیار کوچک انرژی است و در این نظریه هم نگرش نوینی به انرژی دیده نمی شود. در حالیکه نظریه سی. پی. اچ. کار را با یک نگرش نوین و انقلابی از خود انرژی آغاز می کند. در نظریه سی. پی. اچ. فضا از سی. پی. اچ. انباشته شده است. سی. پی. اچ. ها روی یکدیگر کار انجام می دهند و کوانتوم های انرژی را تولید می کنند. در مکانیک کوانوتم هیچ توضیحی وجود ندارد که چرا فضا از ماده و پاد ماده انباشته شده است و تنها اصل عدم قطعیت مجوز آن را صادر کرده است. در حالیکه در نظریه سی. پی. اچ. ضمن توضیح کافی برای آن، دلیل اینکه چرا فضا به تولید ماده و پاد ماده می پردازد ارائه می شود. در نسبیت عام با توجه به اصل هم ارزی، فضا دارای انحنا است. در حالیکه در نظریه سی. پی. اچ. انحنای فضا کاملاً توجیه شهودی دارد. همین دلایل شهودی و ملموس نشان می دهد که فضا بایستی دارای انحنا باشد و میزان انحنای فضا نیز تابع چگالی سی. پی. اچ. در فضا است.
بوزون هیگز 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. 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 ذره که با همه ی میدانها در آمیخته و موجب کسب جرم توسط سایر ذرات می شود، هیگز بوزون Higgs boson نامیده می شود. برای آنکه ببینیم، ذرات چگونه کسب جرم می کنند، رابطه ی E=mc2 و پیشگویی نسبیت در مورد انتقال به آبی و سرخ امواج الکترومغناطیسی را در میدان گرانشی همزمان مورد بررسی قرار می دهیم و سرانجام به تعریف جدیدی از گرانش خواهیم رسید.
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 و براي آن رابطه زير ارائه شده است.
علامت جمع مربوط به سقوط (جابجایی بسمت آبی) و علامت منفی مربور به صعود فوتون (جابجایی بسمت سرخ) گرانش است. 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 ای كه توسط بلور توليد مي شود تفاوت داشته باشد، به وسيله آن جذب نخواهد شد. اين پديده را اثر موسبوئر می نامند
آزمایش پوند و ربکا یک فوتون دارای جرمی برابر m=hn/c2 است. بنابراین وزن این فوتون در میدان گرانشی زمین برابر خواهد شد با mg=(hn/c2)g فرض کنیم فوتون در سقوط قائم بطرف زمین به فاصله y سقوط کند. در اینصورت طبق قانون بقای انرژی خواهیم داشت:
hn'=hn+mgy=hn+(hn/c2)gy
n'=(1+gy/c2)n تغییر نسبی فرکانس یعنی:
Ddn/n=(n'-n)/n=gy/c2
با توجه به مقدار شدت گرانش در سطح زمین و سرعت نور، این تغییر نسبی بسیار کوچک خواهد شد. با این وجود پوند و ربکا در سال 1960 تونستند این پیشگویی را با استفاده از برج 22.5 متری جفرسون در دانشگاه هاروارد اثبات کنند. سالهاي بعد، این آزمایش با دقت بیشتری انجام شد که درستي پيشگويي نسبيت را تاييد كرد.
انرژی الکتریکی و مغناطیسی در یک میدان الکتریکی موجود در فضا، به عنوان مثال در بین صفحات یک خاذن باردار، انرژی الکتریکی وجود دارد. چگالی انرژی یا انرژی الکتریکی در واحد حجم از رابطه ی زیر به دست می آید:
بطور مشابه چگالی انرژی مغناطیسی مثلاً انرژی مغناطیسی در ناحیه بین قطب های یک آهنربا برابر است با:
شدت موج الکترومغناطیسی و سرعت نور شدت موج الکترومغناطیسی برابر است با مقدار انرژی که از واحد سطح در واحد زمان می گذرد که از روابط زیر به دست می آید:
از رابطه ی بالا می توان سرعت نور را بصورت زیر به دست آورد:
همچنانکه رابطه ی بالا نشان می دهد، سرعت موج الکترومغناطیسی(در حالت خاص نور) تابع نسبت شدت میدان الکتریکی به شدت میدان مغناطیسی است. و همزمان با افزایش انرژی فوتون شدت میدان الکتریکی و شدت میدان مغناطیسی نیز افزایش می یابد.
توضیح مطالب بالا از الکترومغناطیس کلاسیک نقل شده با اندکی تغییر و تعدیل در مکانیک کوانتوم نیز مورد قبول است. در هر صورت در مکانیک کوانتوم (الکترودینامیک کوانتومی) نیز یک موج الکترومغناطیسی، مرکب از دو میدان الکتریکی و مغناطیسی عمود برهم است که در خلا با سرعت نور منتشر می شود. فوتون بسته انرژی در حال دوران است. همچنین میدانهای الکتریکی و مغناطیسی (الکترومغناطیسی) 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. افزون بر آن تا کنون مشخص نشده که انرژی میدان گرانشی فوتون استاتیک است یا نوسانی می باشد. همچنین هنوز شناخته نشده که این دو میدانی 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. مرجع مربوطه
نگاهی جدید به فوتون در یک میدان گرانشی حال فوتونی را در نظر بگیرید که در یک میدان گرانشی در حال سقوط است. اگر تنها به آنچه که نسبیت در این مورد پیشگویی کرده بسنده کنیم، به عقیده ی فاینمن به همان نتیجه های متداول خواهیم رسید. فاینمن می گوید " اگر همواره مانند گذشته بينديشيد، هميشه همان چيزهايی را به‌دست مي‌آوريد كه تا بحال كسب كرده‌ايد". بنابراین اگر خواهان یک نتیجه ی متفاوت هستیم، باید اندیشه ی خود را تغییر دهیم کاری که نیروی گرانش روی فوتون انجام می دهد، 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 نیز می شوند. 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 مکانیک کوانتوم به گفته ی دیراک الکترون و فوتون نقاط مادی هستند که نمی توان ساختمان آنها را مورد کنکاش و بررسی قرار داد.
امواج الکترومغناطیس، بار - رنگ و مغناطیس-رنگ Electromagnetic waves and color charge/magnet اجازه دهید یک نگاه جدید به رفتار امواج الکترومغناطیسی در میدان گرانشی بیندازیم، این نگرش می تواند در حل این معما مفید واقع شود. همچنانکه می دانیم یک موج الکترومغناطیسی از دو میدان الکتریکی و مغناطیسی عمود بر هم تشکیل شده است
همچنانکه نسبیت عام پیشگویی کرده و شواهد تجربی نشان می دهد، فرکانس و در نتیجه انرژی فوتون در میدان گرانشی تغییر می کند. هنگامیکه یک فوتون در میدان گرانشی سقوط می کند، فرکانس آن افزایش می یابد. در این حالت چه اتفاقی می افتد؟ در مجموع می توان گفت نیروی گرانش روی فوتون کار انجام می دهد. با توجه به رابطه:
W=dE=dmc2
یک قسمت از کار انجام شده توسط فوتون به انرژی الکتریکی و قسمت دیگر آن به انرژی مغناطیسی تبدیل می شود.]
برای این پدیده در فیزیک نظری تا بحال توضیحی ارائه نشده است. بنابراین در اینجا می خواهم این پدیده را با توجه بهنظریه. سی. پی. اچ. توضیح دهم.
نظریه سی. پی. اچ. و ساختمان فوتون
تعریف CPH 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. و Vc>c, c is speed of light بنابراین سی. پی. اچ. دارای اندازه حرکت خطی برابر mVc است.
توجه شود که در اینجا برای سی. پی. اچ. از کلمه ی ذره استفاده شده است، منظور از ذره همان نقطه ی مادی نیست و در فرارسی کلمه ای که گویای مفهوم سی. پی. اچ. باشد ندیدم. بهمین دلیل از ذره استفاده شد
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:
gradVc=0 in all inertial frames and any space
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.
When CPH has Spin It calls Graviton
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 ی این کار تغییر انرژی جنبشی به انرژی
دورانی است. هنگامیکه
گراویتون ها در کنار یکدیگر قرار می گیرند (ادغام
می شوند) همان جلوه ای را از خود بروز می دهند که
ما آن را انرژی می نامیم.
یک فوتون از تعدادی گراویتون تشکیل می شود که دارای Spin هستند.
همچنین
فوتون دارای اسپین است. بنابراین هنگامیکه فوتون
با سرعت نور حرکت می کند، گرایتون هایی که فوتون
را تشکیل داده اند دارای حرکتهای زیر می باشند: 1- 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.
2- 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. 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 ساختمان فوتون را برابر p=mc در نظر بگیریم و فرض کنیم یک فوتون از تعداد n سی. پی. اچ. تشکیل شده ، آنگاه برای فوتون داریم:
هنگامیه 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.
بار-رنگ و مغناطیس-رنگ هنگامیکه یک سی. پی. اچ. وجود سی. پی. اچ. دیگری را احساس می کند، آنها دارای اسپین می شوند که گراویتون نامیده می شود. یک گراویتون نظیر نیروی الکتریکی رفتار می کند و گراویتون دیگر نظیر نیروی مغناطیسی رفتار می کند، بهمین دلیل میدانهای الکتریکی و مغناطیسی ظاهر می شود. هنگامیکه سی. پی. اچ. دارای اسپین است، بصورت بار-رنگ یا مغناطیس-رنگ ظاهر می شود. در واقع گراویتون به دلیل آنکه دارای اسپین است به یکی از دو صورت بار-رنگ یا مغناطیس-رنگ وجود دارد. سی. پی. اچ. ها هنگامی یکدیگر را حس می کنند که با یکدیگر تماس بگیرند (برخورد کنند که در اینصورت به دلیل اسپین یکدیگر را می رانند) یا در فاصله بسیار کمی از یکدیگر باشند نظیر فاصله ای به اندازه ی طول پلانک که تقریباً برابر است با ( Plank Length that is equal 1.6x10-35 m): در چنین حالتی بار-رنگ/مغناطیس رنگ آنها روی یکدیگر اثر کرده و با هم ترکیب می شوند.
معادله بار-رنگ و مغناطیس - رنگ فرض کنیم دو سی. پی. اچ. با سرعت خطی Vc حرکت می کنند که یکدیگر ار احساس می کنند. آنها یکدیگر را جذب می کنند و با توجه به gradVc=0 آنها دارای اسپین خواهند شد و می توان نوشت:
gradVc=0 =>
axi+ayj+azk=0, that ax is accelerating on x axes, ay is accelerating on y axes, az is accelerating on z axes and i, j and k are unit vectors. یعنی مجموع شتاب ها روی سه محور برابر صفر است.
فرض کنیم که سی پی. اچ. روی محور x حرکت انتقالی دارد. اما سرعت امواج الکترومغناطیسی برابر c نسبت به دستگاه لخت می باشد. بنابراین مقدار سرعت آن تنها روی محور های y and z تغییر می کند و شتاب روی محور x صفر است، یعنی ax=0 تنها شتاب روی دو محور دیگر خواهد داشت بطوریکه ay+az=0 هنگامیکه:
ay→ 0 , az → maximum. And ay → maximum , → az →0
لازم به ذکر است که سی. پی. اچ. ها در ساختمان فوتون (یا هر ذره ی دیگری) با یکدیکر در کنش متقابل هستند و این کنش ها موجب می شود که دائم اسپین آنها تغییر کند. اما سرعت خطی آنها تابع نیروی خارجی موجود در محیط است. بهمین دلیل سرعت امواج الکترومغناطیسی برابر c است. هنگامیکه سی. پی. اچ. ها در کنش با هم قرار گرفتند، یکی از آنها به بار - رنگ تبدیل می شود و برای آن می توان نوشت:
Ec=EcmCosw(t-x/c)
که در آن Ec مقدار بار-رنگ است و Ecm مقدار ماکزیمم بار-رنگ در موج است. برای سی. پی. اچ. دیگر که به مغناطیس-رنگ تبدیل می شود می توان نوشت:
Bc=BcmCosw(t-x/c)
که در آن Bc مقدار مغناطیس-رنگ است و Bcm مقدار ماکزیمم مغناطیس - رنگ در موج است. برای تعدادی سی. پی. اچ. اختیاری داریم:
E=nEcmCosw(t-x/c) B=mBcmCosw(t-x/c)
هنگامیکه یک فوتون در حال سقوط در یک میدان گرانشی است، تعداد n , m افزایش می یابد. بنابراین شدت میدانهای الکتریکی و مغناطیسی یعنی E and B افزایش می یابد. و این به معنی آن است که تعدادی سی. پی. اچ. وارد ساختمان فوتون می شوند.
گرانش Gravity در نظریه سی. پی. اچ. ، گرانش یک جریان است. این جریان دائمی بین تمام ذرات و اجسام وجود دارد. به عنوان مثال به زمین و ماه توجه کنید.
زمین
دارای میدان گرانش است. یک میدان گرانشی از تعداد متنابهی سی. پی.
اچ. (گراویتون) تشکیل شده است. پس میدان گرانشی زمین نیز از تعداد
بیشماری سی. پی. اچ تشکیل شده است که در اطراف زمین در حرکت هستند. دقیقاً نظیر گلوئون ها (گلوئون به معنی چسب است) که موجب کشیده شدن کوارکها به طرف یکدیگر می شود.
فضا-زمان چگونه انرژی تولید می کند؟
یک کوانتوم انرژی از تعداد زیادی سی. پی. اچ. تشکیل می
شود. سی. پی. اچ. ها روی یکدیگر کار انجام می دهند و انرژی
تولید می کنند. البته این رویداد هنگامی رخ می دهد که
چگالی گرانش بالا است.
فرض کنیم چگالی سی. پی. اچ. در ساختمان فوتون به صورت زیر باشد.
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
بنابراین انتگرال روی فضا از چگالی صفر تا چگالی فوتون، روند تولید انرژی الکترومغناطیسی توسط گرانش است:
Integration of gravitons is a projection to production electromagnetic energy
به عبارت نیرو به انرژی تبدیل می شود و انرژی قابل تبدیل به نیرو 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؟