CPH Theory نظریه سی پی اچ

از گروه فیزیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک و انجمن علمی که برگزار کنندگان محترم این همایش هستند، سپاس گزارم. همچنین جا دارد با درود به شاد روان دکتر محمود حسابی، یاد ایشان را در سال جهانی فیزیک زنده نگاه داریم. سرخط این سخنرانی لزوم توجه به ساختمان فوتون است که حامل تمام اطلاعاتی است که ما از جهان فرازمینی دریافت می کنیم. هنگامی که یک دانش با سئوالات و ابهاماتی رو به رو می شود که نظریه های قدیمی قادر به پاسخگویی به آنها نیستند، نظریه های مختلفی مطرح می شود. اما خود نظریه جدید نیز با سیل سئوالات مواجه خواهد شد تا نقاط قوت و ضعف آن مشخص گردد. بنابراین امیدوارم در بخش پرسش و پاسخ نظریه سی. پی. اچ. مورد نقد حضار محترم قرار گیرد.

اصل مهم کیهان شناختی و لزوم توجه به ساختمان فوتون

مهمترین اصل کیهان شناختی این است که قوانین شناخته شده در روی زمین قابل تعمیم به همه ی جهان است. اگر این اصل ساده را نادیده بگیریم، آنگاه در مورد کیهان حرف علمی برای گفتن نخواهیم داشت و سرانجام به اوهام و خرافات متوسل خواهیم شد. بنابراین تمام دانش و اطلاعات ما از کیهان براساس قوانین و نظریه های مورد قبول فیزیکی و تجزیه و تحلیل اطلاعاتی است که از کیهان به ما می رسد. لذا برای شناخت کیهان دو ابزار مهم داریم، یکی دانش فیزیک و دوم نوری که دریافت می کنیم. نور یا فوتون هایی که از جهان به ما می رسد مانند بسته های پستی است که اطلاعات را حمل می کنند و برای ما می آورند. سئوال اساسی این است که این حامل های اطلاعات تا چه اندازه قابل اعتماد هستند که در طول این سفرهای میلیارد سالی بدون تغییر و ثابت مانده اند؟ ما هنگامی می توانیم به درستی اطلاعات دریافتی اعتماد داشته باشیم که بخوبی نور را شناخته باشیم و این نیز زمانی امکان پذیر است که تعریف معتبری از ساختمان فوتون داشته باشیم. لذا در شرایط امروزی با توجه به پیشرفت تحسین برانگیز نظریه های فیزیکی لزوماً بایستی به ساختمان فوتون توجه کنیم. هرچند چنین نگرشی با دیدگاه های بزرگانی مانند دیراک که ذراتی مانند فوتون و الکترون را فاقد ساختمان می دانند در تضاد قرار می گیرد، اما باید توجه داشت که تاریخ پیشرفت های علمی بشریت نشان می دهد که هر دیدگاه و نظریه ی علمی دارای اعتبار زمانی می باشد. بنابراین بایستی ضمن پاسداشت اندیشه ی گذشتگان با طرح سئوالات متفاوت به ارائه ی نظریه های جدیدی پرداخت تا درک خود را نسبت به جهان گسترش دهیم. همچنین توجه به مشکلات و ناسازگاری های نظریه های علمی را نیز باید مد نظر قرار قرار داد، زیرا نارسایی های نظریه های موجود نیز مانع از یافتن پاسخ درست برای سئوالات بی جوابی است که از طریق تجربه تولید می شود و ذهن ما را مشغول داشته است . در این زمینه به نگاهی جدید به تابش زمینه ی کیهانی و شتاب جهان مراجعه فرمایید.

در دهه های اخیر فیزیکدانان یک مدل تحت عنوان مدل استاندارد را 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. در واقع این میدان پاسخ می دهد که همه ی ذرات در حالت کلی چگونه جرم به دست می آورند. این میدان، میدان هگز Higgs field خوانده می شود. نتیجه ی منطقی دوگانگی موجو - 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.

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/c²است.

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.

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 فراسوی 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

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.
شکل زیر نشان می دهد که دو سی. پی. اچ. با در فاصله r , یکدیگر را حس کرده و یکدیگر را جذب می کنند. اما چون مقدار سرعت آنها ثابت است، حرکت انتقالی آنها به حرکت دورانی Spin تبدیل می شود.

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:

p=nmc

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 =>

a_xi+a_yj+a_zk=0, that a_x is accelerating on x axes, a_y is accelerating on y axes, a_z 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 a_x=0 تنها شتاب روی دو محور دیگر خواهد داشت بطوریکه a_y+a_z=0 هنگامیکه:

a_y→ 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.

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.
با توجه به اندازه ی فوتون گاما می توانیم چگالی سی. پی. اچ. را در ساختمان فوتون به دست آورد. قطر یک الکترون تقریباً بربر 18- ^ 10 متر است. یک فوتون گاما در تولید زوج، یک الکترون و یک پوزیترون تولید می کند. فرض کنیم حجم یک فوتون گاما تقریباً دو برابر حجم الکترون باشد.

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

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.

free hit counters

Last modified 12/22/2013