نوبل برای کشف انرژی تاریک

 

نوبل فیزیک ۲۰۱۱ برای توضیح دنیایی که ۹۵% آن را نمی‌شناسیم! / اینفوگراف

دانش های بنیادی - برندگان جایزه نوبل فیزیک امسال با رصد انفجارهای ستاره‌ای خیلی دور، موجودی عجیب را در عالم آشکار کرده‌اند که انبساط کنونی جهان را تسریع می‌کند. این موجو با نام انرژی تاریک حدود 75% از عالم را تشکیل می‌دهد!

 

آکادمی علوم سلطنتی سوئد درمورد جایزه نوبل فیزیک 2011 در رشته فیزیک تصمیم گرفت نیمی از جایزه را به شائول پرلماتر و نیم دیگر را به‌طور مشترک به برایان اشمیت و آدام رییس، به‌خاطر کشف انبساط تندشونده عالم به روش مشاهده ابرنواخترهای دوردست اهدا کند.

محمود حاج‌زمان: «بعضی می‌گویند دنیا در آتش پایان می‌یابد، بعضی می‌گویند در یخ...» سرنوشت جهان چه خواهد بود؟ اگر برندگان جایزه نوبل فیزیک امسال را باور داشته باشیم، باید به پایان یافتن آن در یخ و انجماد بیاندیشیم. آنها ستارگان در حال انفجار موسوم به ابرنواختر را در کهکشان‌های دوردست مورد مطالعه دقیق قرار دادند و دریافتند که انبساط جهان در حال شتاب‌گیری است.

این کشف حتی برای خود برندگان جایزه نوبل حیرت‌آور بود. چیزی که آنها دیدند، مانند این است که یک توپ را به هوا پرتاب کنید و به جای این‌که توپ به سمت پایین برگردد، سریع‌تر و سریع‌تر در آسمان ناپدید شود، گویی نیروی گرانش بر روی مسیر حرکت توپ تاثیری نمی‌گذارد. به نظر می‌رسد که اتفاق مشابهی در تمام کیهان در حال رخ دادن است. برای مشاهده اینفوگراف زیر در ابعاد بزرگ، اینجا را کلیک کنید.

نرخ فزاینده انبساط یا گسترش تندشونده عالم بیان‌گر این است که شکل ناشناخته‌ای از انرژی در چارچوب فضا، در حال هل دادن و دور کردن اجزای جهان از یکدیگر است. این انرژی تاریک (انرژی مجهول) بخش اعظم جهان –بیش از 70 درصد- را تشکیل می‌دهد و هنوز به صورت یک راز باقی مانده است. به همین دلیل تعجبی ندارد که وقتی دو گروه تحقیقاتی مختلف در سال 1998 / 1377 نتایج مشابه خود را منتشر کردند، بنیان‌های کیهان‌شناسی به لرزه درآمد.
شائول پرلماتر رئیس یکی از این گروه‌های تحقیقاتی بود: پروژه کیهان‌شناسی ابرنواختری که یک دهه قبل از آن و در سال 1988 / 1367 آغاز شده بود. برایان اشمیت رئیس گروه دیگری از دانشمندان بود که از اواخر سال 1994 / 1373 وارد این پروژه رقابتی شد: گروه تحقیقاتی ابرنواخترهای بسیار دور یا High-z که آدام ریس نیز در آن نقش تعیین‌کننده‌ای داشت.
دو گروه تحقیقاتی برای تهیه نقشه کیهان با یکدیگر رقابت می‌کردند. آنها به دنبال یافتن دورترین ابرنواخترها (انفجارهای ستاره‌ای در فضا) بودند. با تعیین فاصله تا ابرنواخترها و سرعتی که این ستارگان از ما دور می‌شوند، دانشمندان امیدوار بودند که بتوانند سرنوشت کیهان را آشکار کنند. آنها انتظار داشتند نشانه‌هایی از کند شدن انبساط کیهان پیدا کنند که باعث ایجاد تعادل بین آتش و یخ می‌شد؛ اما چیزی که آنها یافتند خلاف انتظارشان بود: انبساط عالم تندشونده است!

عالم روز به روز بزرگ‌تر می‌شود
این نخستین بار نیست که یک کشف اخترشناسی باعث دگرگون شدن تصور ما از عالم می‌شود. تنها یک‌صد سال قبل، تصور می‌شد که جهان مکانی آرام و ساکن است و از کهکشان راه‌شیری ما بزرگ‌تر نیست. ساعت کیهان‌شناختی با نرخی ثابت و یکنواخت کار می‌کرد و جهان، ابدی بود! اما این تصویر خیلی زود دگرگون شد!
در آغاز قرن بیستم، بانوی اخترشناس آمریکایی، هنریتا سوان لویت، راهی را برای اندازه‌گیری فاصله ستارگان دوردست کشف کرد. در آن زمان، بانوان اخترشناس به تلسکوپ‌های بزرگ دسترسی نداشتند و اغلب برای انجام وظیفه طاقت‌فرسای تحلیل عکس‌ها استخدام می‌شدند. هنریتا لویت هزاران ستاره تپنده موسوم به متغیرهای قیفاووسی را مورد مطالعه قرار داد و کشف کرد که ستارگان درخشان‌تر، تپش‌های طولانی‌تری دارند. با استفاده از این اطلاعات وی توانست درخشش ذاتی متغیرهای قیفاووسی را اندازه‌گیری کند.
 

اگر تنها فاصله یکی از ستارگان قیفاووسی معلوم می‌شد، تعیین فاصله دیگر ستارگان متغیر قیفاووسی امکان‌پذیر بود: هر چه ستاره کم‌نورتر باشد، فاصله آن از زمین بیشتر است. شمع استاندارد معتبری ایجاد شده بود، نخستین علامت در مقیاس کیهانی که هنوز هم مورد استفاده اخترشناسان است. با استفاده از متغیرهای قیفاووسی، اخترشناسان خیلی زود به این نتیجه رسیدند که کهکشان راه‌شیری تنها یکی از بی‌شمار کهکشان‌های موجود در عالم است. در دهه 1920 / 1300، بزرگ‌ترین تلسکوپ آن روزگار در مونت‌ویلسون کالیفرنیا به بهره‌برداری رسید و اخترشناسان (ادوین هابل و همکارانش) به کمک آن توانستند نشان دهند که تقریبا تمام کهکشان‌ها در حال دور شدن از ما هستند. آنها پدیده موسوم به انتقال‌به‌سرخ را مورد مطالعه قرار دادند که زمانی اتفاق می‌افتد که یک منبع نوری در حال دور شدن از ما باشد. در این حالت طول‌موج نور کش می‌آید و هر چه که این موج طولانی‌تر باشد، رنگ آن قرمزتر است. نتیجه تحقیقات این بود که کهکشان‌ها در حال دور شدن از ما و یکدیگر هستند و هر چه دورتر باشند، با سرعت بیشتری حرکت می‌کنند؛ پدیده‌ای که با نام اصل هابل شناخته می‌شود. به عبارت دیگر، جهان در حال رشد و بزرگ شدن است.

رفت و آمد ثابت کیهان‌شناختی
آن‌چه در کیهان مشاهده شده بود، قبل از آن توسط محاسبات نظری نیز پیش‌بینی شده بود. در سال 1915/ 1294، آلبرت اینشتین نظریه نسبیت عام خود را منتشر کرد که از آن زمان به پایه درک ما از جهان تبدیل شده است. این نظریه جهانی را توصیف می‌کرد که در حال انبساط یا انقباض بود.
این نتیجه‌گیری یک دهه قبل از کشف کهکشان‌های دورشونده انجام شد، اما حتی اینشتین هم نمی‌توانست این حقیقت را بپذیرد که جهان ایستا نیست. به همین دلیل و برای جلوگیری از انبساط ناخواسته کیهانی، اینشتین یک ثابت به معادله خود اضافه کرد که به ثابت کیهان‌شناختی مشهور شد. بعدها اینشتین از وارد کردن این ثابت کیهان‌شناختی به عنوان یک اشتباه بزرگ نام برد. با این وجود، با مشاهدات انجام شده در سال‌های 1997 و 1998 / 1376 و 1377 که جایزه نوبل فیزیک امسال را برای محققان به ارمغان آورد، می‌توانیم نتیجه بگیریم که ثابت کیهان‌شناختی اینشتین –که به دلایل اشتباهی وارد معادله شد- واقعا یک شاهکار است.
کشف انبساط تندشونده عالم، نخستین مرحله در ایجاد مدل استاندارد کیهانی حاضر است که بر اساس آن، جهان در حدود 14 میلیارد سال قبل و با مهبانگ آغاز شد. هم زمان و هم فضا بعد از این حادثه آغاز شدند. از آن زمان، جهان در حال انبساط است. همانند کشمش‌های یک کیک کشمشی که درون فر باد می‌کند، کهکشان‌ها نیز به دلیل انبساط عالم از یکدیگر دور می‌شوند. اما ما به کجا می‌رویم؟

ابرنواخترها؛ مقیاس جدید کیهان
وقتی‌که اینشتین از شر ثابت کیهان‌شناختی خلاص شد و ایده یک جهان غیرپایا را قبول کرد، شکل هندسی عالم را به سرنوشت آن ربط داد. آیا جهان باز است، بسته است یا چیزی است بین این دو، یک جهان مسطح و هموار؟
جهان باز، جهانی است که در آن نیروی گرانشی ماده آن‌قدر قوی نیست که بتواند مانع انبساط عالم شود. در جهان در حال بزرگ شدن، سرد شدن و افزایش فضای خالی، ماده در حال رقیق شدن و چگالی آن رو به کاهش است، سرنوشتی که بعضی آن را به یخ زدن تعبیر می‌کنند. از طرف دیگر، در جهان بسته، نیروی گرانشی به اندازه کافی قوی است که انبساط را متوقف و حتی آن را معکوس کند. به همین دلیل انبساط جهان در نهایت متوقف می‌شود و ماده موجود در جهان با بازگشت به سوی یکدیگر، پایانی داغ و شدید را رقم می‌زند. با این وجود، اغلب کیهان‌شناسان ترجیح می‌دهند که در ساده‌ترین و برازنده‌ترین فرم ریاضی جهان زندگی کنند: جهانی مسطح که انبساط در آن انکار می‌شود. بنابراین سرنوشت جهان در آتش یا انجماد تعریف نمی‌شود. اما برای این گروه هیچ انتخابی وجود ندارد. اگر یک ثابت کیهان‌شناختی وجود داشته باشد، انبساط به شتاب‌گیری خود ادامه می‌دهد، حتی اگر جهان هموار و مسطح باشد.
برندگان جایزه نوبل امسال انتظار داشتند که کاهش سرعت کیهان را اندازه بگیرند، یا بفهمند که چطور انبساط کیهان کند می‌شود. روش آنها در اصل شبیه روشی بود که اخترشناسان از شش دهه پیش به کار می‌گرفتند: مکان‌یابی ستارگان دوردست و اندازه‌گیری میزان حرکت آنها. با این وجود، حرف زدن در این باره خیلی راحت‌تر از انجام آن است. از زمان هنریتا لویت، متغیرهای قیفاووسی زیادی حتی در فواصل دورتر کشف شده بودند؛ اما در فاصله‌ای که اخترشناسان برای انجام مشاهدات خود نیاز داشتند، میلیاردها سال نوری دور از زمین، متغیرهای قیفاووسی دیگر قابل مشاهده نیستند. مقیاس کیهانی نیاز به توسعه داشت.
ابرنواخترها یا ستارگان در حال انفجار، به شمع‌های جدید کیهانی تبدیل شدند. تلسکوپ‌های پیچیده‌تر زمینی و فضایی به همراه کامپیوترهای قدرتمندتر، این امکان را در دهه 1990 / 1370 به وجود آوردند که بتوان قطعات جدیدتری را به پازل کیهانی اضافه کرد. نقش تعیین‌کننده را در این میان، حسگرهای تصویربرداری دیجیتال حساس به نور موسوم به CCD بر عهده داشتند که توسط ویلارد بویل و جرج اسمیت اختراع شدند. این دو به خاطر همین اختراع جایزه نوبل سال 2009 / 1388 را به خود اختصاص دادند.
انفجار کوتوله‌های سفید
جدیدترین ابزار در جعبه‌ابزار اخترشناسان نوع خاصی از انفجارهای ستاره‌ای است: ابرنواخترهای نوع اول. تنها در طی چند هفته، یک ابرنواختر از این نوع می‌تواند به اندازه کل یک کهشکان از خود نور ساطع کند. این نوع از ابرنواخترها نتیجه انفجار ستاره‌ای پیر و فوق فشرده هستند که اگرچه به اندازه خورشید ما سنگین است، اما اندازه آن به کوچکی زمین است: یک کوتوله سفید.
برای یک کوتوله سفید که بخشی از یک سیستم ستاره‌ای دوگانه است، پایان هیجان‌انگیزی وجود دارد. خوشبختانه این سیستم‌های ستاره‌ای در کیهان از فراوانی خوبی برخوردار هستند. در این حالت، گرانش قدرتمند کوتوله سفید اقدام به ربودن گازهای ستاره همدم خود می‌کند. با این وجود، زمانی‌که سنگینی کوتوله سفید به 1.4 برابر جرم خورشید می‌رسد، دیگر نمی‌تواند ساختار خود را حفظ کند. زمانی‌که این اتفاق می‌افتد، هسته کوتوله سفید به اندازه کافی داغ می‌شود که یک واکنش همجوشی هسته‌ای به راه بیاندازد و در نتیجه ،ستاره در کسری از ثانیه از هم می‌پاشد.
 

همجوشی هسته‌ای تابش قدرتمندی را ساطع می‌کند که به سرعت و در طی چند هفته نخست پس از انفجار افزایش می‌یابد، و پس از چند ماه کاهش می‌یابد. به همین دلیل، یافتن یک ابرنواختر کار دشواری است، چرا که دوره انفجار آنها کوتاه است. در محدوده جهان قابل مشاهده در هر دقیقه حدود 10 ابرنواختر نوع اول ایجاد می‌شود. اما جهان بسیار گسترده و عظیم است. در یک کهکشان نمونه، تنها یک یا دو انفجار ابرنواختری در طی هزاران سال رخ می‌دهد. در سپتامبر 2011 / شهریور 1390، ما بسیار خوش‌شانس بودیم که توانستیم انفجاری از این نوع را در کهکشانی در نزدیکی صورت‌فلکی دب‌اکبر مشاهده کنیم که با استفاده از یک دوربین دوچشمی معمولی نیز قابل مشاهده بود. اما اغلب ابرنواخترها در فواصل بسیار دورتر قرار دارند و بسیار کم‌نورترند. پس کی و در کجا باید به تماشای آسمان بنشینیم؟
نتیجه‌گیری مبهوت کننده
دو گروه رقیب می‌دانستند که برای مشاهده ابرنواخترها باید آسمان‌ها را زیر و رو کنند. لِم کار مقایسه دو تصویر از یک بخش کوچک مشابه از آسمان بود که طول آن معادل اندازه یک ناخن در برابر دست انسان است. نخستین تصویر باید پس از ماه‌نو گرفته می‌شد و تصویر دوم، سه هفته بعد تا نور مهتاب باعث محو شدن نور ستارگان نشود. سپس به امید یافتن یک نقطه نورانی -یک پیکسل در میان سایر پیکسل‌های تصویر CCD- که می‌توانست نشانه‌ای از وجود یک ابرنواختر در کهکشانی دوردست باشد، دو تصویر را با یکدیگر مقایسه می‌کردند. برای حذف انحراف‌های دیگر، تنها ابرنواخترهایی که در فاصله دورتر از یک سوم شعاع جهان قابل مشاهده قرار داشت (حدود 4 میلیارد سال‌نوری) مورد استفاده قرار گرفت.
محققان مشکلات فراوان دیگری داشتند که باید آنها را رفع می‌کردند. ابرنواخترهای نوع اول به اندازه آغاز ظاهر شدنشان قابل اعتماد نیستند، انفجارهای پرنورتر با سرعت کمتری نور خود را از دست می‌دهند. علاوه بر این لازم است که نور ابرنواخترها را از نور پس‌زمینه کهکشان میزبانشان جدا کرد. وظیفه مهم دیگر، به دست آوردن درخشندگی صحیح است. غبار بین کهکشانی که بین ما و ابرنواخترها قرار گرفته، نور ستارگان را تغییر می‌دهد. این پدیده زمانی که حداکثر درخشندگی ابرنواخترها محاسبه می‌شود، نتایج را تحت تاثیر قرار می‌دهد. برای مشاهده اینفوگراف زیر در ابعاد بزرگ، اینجا را کلیک کنید.

شکار ابرنواخترها نه تنها مرزهای دانش و فناوری که مرزهای لجستیک و پشتیبانی را به چالش طلبید. نخست، نوع مناسب ابرنواختر باید پیدا می‌شد. دوم، انتقال‌به‌سرخ و درخشندگی آن باید اندازه‌گیری می‌شد. منحنی‌های نوری باید در طول زمان تحلیل می‌شد تا بتوان آن را با سایر ابرنواخترهای مشابه در فواصل شناخته‌شده مقایسه کرد. این کار به شبکه‌ای از دانشمندان نیاز داشت که بتوانند به سرعت تصمیم بگیرند که آیا یک ستاره خاص، نامزد شایسته‌ای برای مشاهده است یا خیر. گروه تحقیقاتی نیاز داشت که بتواند بین تلسکوپ‌های مختلف سوئیچ کند و زمان مشاهده‌ای را در یک تلسکوپ در اختیار داشته باشند که بدون تاخیر تضمین شود؛ پروسه‌ای که معمولا چند ماه طول می‌کشد. آنها باید سریع کار می‌کردند زیرا یک ابرنواختر به سرعت محو می‌شود. برخی مواقع، دو گروه تحقیقاتی رقیب با احتیاط و دقتی مثال‌زدنی برنامه های خود را با یکدیگر هماهنگ می‌کردند.
دام‌های بالقوه‌ای که در سر راه آنها وجود داشت، بسیار زیاد بود و در عمل، این حقیقت که هر دو گروه به نتایج عجیب ولی یکسانی رسیده‌اند، به دانشمندان قوت قلب می‌داد. روی‌هم رفته، آنها 50 ابرنواختر دوردست را کشف کردند که نور آنها از آن‌چه انتظار می‌رفت، ضعیف‌تر به نظر می‌رسید. این موضوع با آن‌چه آنها می‌پنداشتند در تضاد بود. اگر انبساط عالم در حال از دست دادن سرعت خود بود، ابرنواخترها باید درخشان‌تر به نظر می‌رسیدند. با این وجود، ابرنواخترها محو می‌شدند، گویا آنها به همراه کهکشان‌های میزبان سریع‌تر و سریع‌تر از ما دور می‌شدند. نتیجه‌گیری شگفت‌انگیز این بود که انبساط کیهان کندشونده نیست، بلکه کاملا در نقطه مقابل قرار داشت: جهان دارای انبساط تندشونده بود.

از این‌جا تا ابدیت
چه‌چیزی به انبساط جهان شتاب می‌دهد؟ نامش انرژی تاریک است و امروز به چالشی جدی برای فیزیک‌دانان تبدیل شده، معمایی است که هنوز کسی نتوانسته آن‌را حل کند.
البته تاکنون ایده‌هایی نیز مطرح شده است. ساده‌ترین آن‌ها ثابت کیهان‌شناختی اینشتین است که خود اینشتین سال‌ها پیش آن‌را پس گرفته و گفته بود بزرگ‌ترین اشتباه زندگی‌اش است! در آن زمان، اینشتین ثابت کیهان‌شناختی را در قالب نیرویی ضدجاذبه به‌طور دستی وارد معادلات نسبیت عام کرد تا با نیروی جاذبه ماده مقابله کرده و جهانی ایستا را پدید آورد. امروز به‌نظر می‌رسد ثابت کیهان‌شناختی باعث شتاب‌گرفتن انبساط عالم می‌شود.
 

صدالبته ثابت کیهان‌شناختی ثابت است و نمی‌تواند در طول زمان تغییر کند. بنابراین انرژی تاریک زمانی بر عالم حاکم می‌شود که ماده و گرانش آن در اثر انبساط چند میلیاردساله عالم رقیق می‌شود. به گفته دانشمندان، به همین دلیل است که ثابت کیهان‌شناختی این‌قدر دیر، بین پنج تا شش میلیارد سال پیش در تاریخ عالم ظاهر شده است. در آن زمان، نیروی گرانش ماده در مقایسه با انرژی تاریک به اندازه کافی ضعیف شده بود، اما تا پیش از آن، روند انبساط عالم کندشونده بود.
ثابت کیهان‌شناختی می‌تواند ریشه در خلأ داشته باشد، فضایی خالی که طبق قوانین مکانیک کوانتومی هرگز نمی‌تواند کاملا خالی باشد؛ بل‌که سوپی جوشان و کوانتومی از ذرات مجازی ماده و پادماده است که پیوسته تشکیل می‌شوند و از بین می‌روند و نوسانی در انرژی ایجاد می‌کنند. اما ساده‌ترین تخمین‌ها از مقدار انرژی تاریک به‌هیچ‌وجه با مقادیر اندازه‌گیری‌شده در فضا که 10 به توان 120 مرتبه بزرگ‌تر است، مطابقت ندارد! (برای درک عظمت این عدد، توجه داشته باشید که تعداد ذرات ماسه موجود در سواحل روی زمین بیش از 10 به توان 20 ذره نیست!). این موضوع، شکافی عظیم و غیرقابل توضیح بین نظریه و مشاهدات ایجاد کرده است.
شاید عامل اصلی این شکاف عظیم این باشد که ثابت کیهان‌شناختی مقدار ثابتی ندارد. ممکن است با گذشت زمان تغییر می‌کند. احتمالا میدان نیرویی ناشناخته هرازگاهی انرژی تاریک را تولید می‌کند. در دنیای فیزیک نمونه‌هایی از این میدان‌ها وجود دارد که تحت عنوان عنصر پنجم (quintessence) طبقه‌بندی شده‌اند. عنصر پنجم می‌تواند گاه‌وبی‌گاه به انبساط عالم سرعت دهد و اگر چنین باشد، پیش‌بینی عاقبت عالم غیرممکن خواهد شد.
انرژی تاریک هرچیزی که هست، به‌نظر می‌رسد حالاحالاها باقی خواهد ماند. این موجود به‌خوبی در پازل کیهان‌شناختی که فیزیک‌دانان و اخترشناسان مدت‌هاست روی آن کار می‌کنند، به‌خوبی جای می‌گیرد. براساس آخرین نتایج تحقیقات که دانشمندان درمورد آن اتفاق نظر دارند، حدود سه‌چهارم عالم از انرژی تاریک تشکیل شده و باقی آن ماده است. اما ماده معمولی که کهکشان‌ها، ستارگان و ... از آن تشکیل شده، فقط 5درصد در عالم سهم دارد! بقیه آن ماده تاریک نامیده می‌شود و تاکنون ناشناخته باقی مانده است.

ماده تاریک هم یکی دیگر از رمزورازهای بزرگ کیهان است. ماده تاریک هم مانند انرژی تاریک نامریی است و ما هردوی آن‌ها را به‌خاطر اثراتشان شناخته‌ایم، یکی کهکشان‌ها را هل می‌دهد و دیگری آن‌ها را می‌کِشد و تنها شباهت بین آن‌ها، عنوان «تاریک» در اسمشان است!
در یک کلام، برندگان نوبل فیزیک امسال به درک جهانی جدید کمک کرده‌اند که 95درصد آن برای دنیای علم ناشناخته است! هرچیزی ممکن است!
 

شائول پرلماتر
شهروند ایالات متحده، متولد 1959 / 1338 در شمپین-اربانای ایلی‌نوی. دکترای خود را در سال 1986 / 1365 از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی دریافت کرد و هم‌اکنون رییس پروژه کیهان‌شناسی ابرنواختری، استاد اخترفیزیک دانشگاه کالیفرنیا در برکلی و آزمایشگاه ملی لورنس-برکلی است.
 

برایان اشمیت
شهروند استرالیا و ایالات متحده. متولد 1967 / 1346 در میسولا. دکترای خود را در سال 1993 / 1372 از دانشگاه هاروارد دریافت کرد و هم‌اکنون رییس گروه پژوهشی ابرنواخترهای بسیار دور (High-z supernova) و استاد برجسته دانشگاه ملی استرالیا است. 
 

 آدام ریس
شهروند ایالات متحده. متولد 1969 / 1348 در واشینگتن. دکترای خود را در سال 1996 / 1375 از دانشگاه هاروارد دریافت کرد و هم‌اکنون استاد نجوم و فیزیک در دانشگاه جانزهاپکینز و موسسه علوم تلسکوپ فضایی است.

منبع:  khabaronline.com

"VMR-PCR"نسبیت خاص و مدل مکانیک

مدل دینامیک VMR-PCR به صورت ویژه ای نسبیت خاص را تکمیل می کند و توسط نظریه ی ریسمان و مخروط زمانی توجیه می شود.
تنها اشتباه اینشتین در نسبیت خاص شاید تنها محدود کردن سرعت بود زیرا در هیچ کمیت دیگری محدودیت وجود ندارد.
وقتی می گوییم V = at که در آن a = F/m بنابراین می توان گفت V = Ft/m . مگر نیرو – زمان و جرم محدود هستند که سرعت نیز محدود شود.
شاید دیراک نیز همین مشکل را با نسبیت عام اینشتین داشت که می گفت: "شاید کسی بخواهد پدیده ها را خارج از محدودیت فضا – زمان بررسی کند". او در این مورد کتاب تئوری عام نسبیت (General theory of relativity) را نوشت.
تئوری VMR-PCR در بخش اول این نارسایی نسبیت عام اینشتین را اصلاح کرد اما در این بخش قصد داریم نسبیت خاص اینشتین را اصلاح و تکمیل کنیم.
به موضوع اصلی برمی گردیم:
بنابر این استدلال اگر بخواهیم سرعت را محدود کنیم باید تعاریفی از محدود شدن هر آنچه به این کمیت مربوط است نیز بکنیم. در ابتدا باید فواصل را نیز محدود کنیم. زیرا سرعت با تغییر فواصل تعریف می شود.
تئوری VMR-PCR این موضوع را با شکست فضا بیان می کند.
هنگامیکه یک جسم به سرعت C^2 در فضا حرکت می کند این فضا است که نمی تواند جسم را با این همه تغییر فاصله در یک واحد زمانی کوچک تحمل کند. در این هنگام این چنین حرکتی نیز در یک بازه ی زمانی نیز تعریف نخواهد شد و در واقع جسم به آینده سفر خواهد کرد.
توجیه ریاضی ای برای این عمل نیست اما فرض کنید که اگر تمامی حرکات را در دنیا بررسی کنیم نسبت جا به جایی به واحد زمانی بیش از 9 x 10^16 نخواهد بود. یعنی هنگامیکه جسمی به این سرعت می رسد از این نسبت خارج خواهد شد که اولا دیگر در اطراف ما که سرعت معمول داریم نخواهند بود و دوما اینکه در زمان ما نخواهند بود.
در اینجا دو عامل زمان و فاصله را به بی نهایت رساندیم. عامل بعدی باید جرم باشد.
طبق فرمولی که برای سرعت بیان کردیم تنها هنگامی می توان جرم را بی نهایت قرار داد که نیرو را نیز بی نهایت بگذاریم زیرا جرم در مخرج قرار دارد.
طبق استدلال هایی که در بخش اول تئوری آوردیم دیدید که در سرعت C^2 اصلا جرمی در جسم وجود ندارد و جسم تماما از انرژی خواهد بود.
حال چگونه نیرو در بی نهایت قرار دارد؟
همانطور که در مدل بیان کردیم سرعت گرانش در این مختصات C تعریف می شود. بنابراین گرانش یا هر نیروی دیگری اصلا به این جسم نمی رسد که بر آن تاثیر بگذارد.
دلیل دوم این است که جسم در آن سرعت اصلا جرم ندارد که نیرو بر آن تاثیر بگذارد.
بنابراین اینگونه جرم و نیرو را برای جسم بی نهایت تعریف کردیم.
مشاهده می شود که VMR-PCR هیچ کمیتی را به صورت جبری محدود نمی کند بلکه برای تعریف آنها محدودیت می گذارد.
اما آیا در نسبیت خاص اینشتین او هیچ محدودیتی برای نیرو گذاشت؟
مسلما خیر! او گفت اگر جسمی به این سرعت برسد هر چقدر نیرو به آن بدهیم شتاب بیشتری نمی گیرد. پس آن نیرو چه می شود؟
حتی محدودیت در تعریف در این تئوری نسبی است. جسم بعد از سرعت مذکور اصلا در اطراف ما نخواهد بود که ببینیم بیش از این شتاب می گیرد یا نه؟
این گونه قانون اول مکانیک VMR-PCR را بیان می کنیم:
1) جسم در سرعت نور تماما از انرژی نیست زیرا در پدیده ی انتقال به آبی انرژی آن زیاد می شود. این نشان می دهد که مقدار جرم بیشتری از آن به انرژی تبدیل شده. از آنجاییکه V 1/m با کم شدن جرم و تبدیل آن به انرژی سرعت جسم نیز باید از سرعت نور فراتر رود.
عده ی زیادی از دانشمندان این فرض را قبول کرده اند که سرعت نور در یک میدان گرانشی تغییر نمی کند.
بار دیگر حقایقی را با هم بررسی می کنیم:
اشعه ی آلفا در واقع یک ذره به جرم 4.0015 amu می باشد. سرعت این ذره 0.95C و انرژی آن بین 3 تا 7 مگا الکترون ولت می باشد. این ذره تا 40 میکرومتر در سرب نفوذ می کند.
حال آنکه اشعه ی گاما موجی است که تقریبا جرم آن صفر می باشد و انرژی آن حداقل در اثر فوتوالکتریک (هنگام انتقال انرژی به الکترون در هنگام بر هم کنش به آن) 50 کیلو الکترون ولت می باشد.
در اثر کامپتون (پراکندگی اشعه ی گاما در کنش با الکترون نا مقید) دارای انرژی 100 کیلو الکترون ولت تا 100 مگا الکترون ولت می باشد. اما در کل انرژی این امواج با طول موج 14-^10 تا 11-^10 متر بیش از 100 مگا الکترون ولت است.
این تشعشات توسط یک بلوک یک اینچی سرب کاملا متوقف می شوند. (تا یک سانتی متر تنها 50 درصد از قدرت خود را از دست می دهند).
سرعت این امواج نیز 0.999C می باشد.
این نشان می دهد که اجسام با از دست دادن جرم سرعت و انرژی بیشتری پیدا می کنند.
حال از آنجاکه در سرعت C به صورت تقریبی مقدار جرم جذری از مقدار انرژی را در جسم برابر فرض می کنیم پیش بینی کرده ایم که جرم آن در C^2 به صفر و انرژی اش به ماکزیمم برسد.
بنابراین قانون دوم را بیان می کنیم:
2) سرعت یک جسم در قالب نوری حداکثر طبق معادله ی زیر 300207542 متر بر ثانیه می باشد.

Vc (max) = C + Sin θ (C – Vl)
 

(این معادله را در بخش اول بررسی و اثبات کردیم. ما در آنجا زاویه را فرضا 70 در نظر گرفته بودیم. اما از آنجاکه ماکزیمم سینوس یک زاویه بیش از یک نیست بنابراین زاویه هر چه قدر هم که باشد سرعت از این بالاتر نمی رود).
ممکن است این قوانین را در بخش اول نیز بیان کرده باشیم اما در این بخش جزیی تر بررسی کرده ایم.
در دنباله نیز قانون سوم را بیان می کنیم:
3) سرعت C^2 سرعت نهایی یک جسم در محیط ماست که در آن جرم جسم به کمترین حد می رسد. بنابراین نیرو بر آن تاثیری نخواهد داشت و بعد از این سرعت جسم به آینده می رود و همانطور که گفتیم بعد از این نمی توانیم بررسی کنیم که جرم سرعت بیشتری می گیرد یا نه؟
لازم به ذکر است که VMR-PCR در مورد خواص تاکیون ها با عقاید اسکات چیس (Scott I. Chase) و بیلانیوک (Bilaniuk) تقریبا موافق است.
حال چرا این مدل بر این مورد تاکید می کند که جسم در سرعت نور مقدار جرم جذری از مقدار انرژی است؟
تئوری VMR-PCR طبق فرمول نسبیت خاص بیان می کند که اگر جرم در سرعت مجذور نور تماما از انرژی باشد (بر طبق برداشتی مکمل از E = MC^2) در سرعت نور پس مقدار جرم جذری از مقدار انرژی در جسم است.
دلیل دیگر این است که خود اینشتین متوجه شد که نور تماما ویژگیهایش موجی نیست و خواص ذره ای نیز دارد و اصلا چگونه امکان دارد گرانش بر نوری بی جرم اثر کند؟
در کل سوالات زیادی با بیان این مدل پیش می آید از قبیل اینکه چرا C^2 نهایت سرعت هاست؟
همانطور که گفته شده این تئوری عقیده دارد که اگر C سرعت نهایی است چرا این سرعت با فرمول انرژی و واحد آن هم خوانی نداشت؟
اینشتین به جای C در فرمول نسبیت خاص از C^2 استفاده کرد تا واحد آن ژول محاسبه شود.
چرا دو اصل (واحد انرژی و سرعت نهایت) با هم هم خوانی نداشتند که اینشتین سرعت نور ار مجذور کرد.
پس حتما چنین سرعتی وجود دارد که ما از آن در اصول خود استفاده می کنیم.
همچنین مدل بیان شده توسط نظریات ریسمان و مخروط زمانی نیز توجیه می شود. اگر همان مدل مکانیکی را برعکس کند دقیقا مانند مخروط زمانی به نظر می رسد.
مخروط زمانی بیان می دارد که اگر ما در دنیای معمول خود به آینده بنگریم آنرا مانند راس یک مخروط می بینیم که به هم گره خورده است.
تئوری VMR-PCR بیان می دارد که تا سرعت C^2 ما آینده را مانند اضلاع همرس مثلث می بینیم اما هنگامیکه به آن می رسیم آنرا گسترده خواهیم دید. زیرا قاعده ی ساعت شنی دنیا مانند مستطیلی است که قطرهای آن را رسم کرده باشیم.
آینده مانند شن این ساعت شنی به مرور زمان می ریزد و ما آنرا می بینیم چون ما در مثلث ایجاد شده ی پایین این مستطیل هستیم.
به همین دلیل پیش بینی می کنیم هنگامیکه دنیا در حال منقبض شدن است ما آینده را مانند قاعده ی مخروط پهن می بینیم.
هنگامیکه این محیط های هندسی مایکروسکوپیک را تشکیل می دهیم باید یک محیط میکروسکوپیک برای بررسی کوانتومی محیط ها نیز ایجاد کنیم. به همین منظور قطرهای ذوزنقه های ایجاد شده بین هر مبدا سرعتی را رسم می کنیم.
سرعت ها را از آن جهت مبدا قرار می دهیم که ضلع مستطیل بر سرعت صفر پایه گذاری شده است و بر همین مبنا گذشته را بیرون از مستطیل قرار می دهیم.
از سرعت نور به بعد هم نمی توان پدیده ها را به صورت نسبیتی توجیه کرد بنابراین محیط آنرا تاکیونی می نامیم. همچنین بازه ای را که برای سرعت نور مشخص کرده ایم نیز محیط نسبیتی می نامیم زیرا با قواعد فیزیک کلاسیک توجیه نمی شود.
حال مشاهده می کنیم که این مبداها باعث می شوند که محیط تاکیونی از فرم ذوزنقه خارج شود و کاملا مثلثی باشد.
پس در واقع قطری نیز نخواهد داشت. اما محل تلاقی دو قطر در ذوزنقه های محیط نسبیتی و کلاسیک را محیط کوانتومی می نامیم.
به همین دلیل می توان گفت اگر از مرکز هر محیطی به پدیده ها نگاه کنیم اینگونه می توان معادلات اصلی محیط را به معادلات کوانتومی مرتبط کرد. اما می بینیم که طبق مدل رفتار جسم در سرعت بالا (تاکیون) قابل توجیه توسط معادلات کوانتومی نخواهد بود یا ارتباط آن بسیار دشوار می شود. زیرا مثلث قطری ندارد که برای آن محیط تاکیونی تشکیل دهیم.
برای مثال یک نمونه معادله ی نسبیتی را به کوانتومی مربوط می کنیم:
در این مثال طبق مدل مکانیک مطرح شده می خواهیم دو فرمول انرژی را به هم مربوط کنیم:
فرمول نسبیتی اینشتین (E = MC^2) و فرمول کوانتومی پلانک (E = nhv):
در این فرمول ها v فرکانس ثابت موج است که در بعضی معادلات به صورت F = C/λ یا F = V/λ که V در آن سرعت است نیز می باشد. همچنین در این معادلات λ طول موج است.
همچنین در آن h ثابت پلانک می باشد که به صورت h= PV نیز می باشد. که در آن P تکانه ی خطی برابر با P = mV می باشد. که در آن m جرم ذره و V سرعت ذره است.
طبق مدل می خواهیم فرض کنیم سرعت ذره در نقطه ی C می باشد. این بدان معناست که یک عامل کوانتومی را در مرکز محیط نسبیتی در نظر می گیریم. (C از برخورد قطرهای ذوزنقه ی نسبیت بوجود می آیند).
در واقع:

E = MC^2 => C=V è V = E/CM
M = h/λV è V =(h/λE) x C^2
 

حال باید فرمول بدست آمده را طوری به فرمول معیار ربط دهیم:

h = E/nv è V = (E/nvλE) x C^2
E = nhv = MC^2
è V = (E/nvλnhv) x C^2
V = [E/nv(MC^2)λ] x C^2
 

طبق محاسبات پلانک n باید عدد طبیعی ای باشد. ما آنرا یک در نظر گرفته و فرکانس ثابت و طول موج را هم مقدار فرض می کنیم. آنگاه خواهیم داشت:

nvλ = λ^2
 

حال فرض می کنیم مجذور طول موج برابر با C باشد.
آنگاه داریم:

V = E/MC
 

و از آنجاکه در ابتدا شرط کرده بودیم V = C خواهیم داشت: E = MC^2
حال از کجا دریافته ایم V = C برقرار است؟
اثبات کردیم که معادله ی E= MC^2 برقرار است. با توجه به این مطلب اثبات می کنیم:

E = nhv
v = F = C/λ è E = nh(C/λ)
h = Pλ è E = nPλ(C/λ)
P = MV è E = nMVC
 

حال با فرض اینکه n = 1 باید مجهول V را برابر با C قرار دهیم تا معادله ی E = MC^2 برقرار باشد. بنابراین: C = V
حال می بینیم که توانستیم معادله ی نسبیتی انرژی را توسط معادله ی کوانتومی انرژی با استفاده از مدل مکانیک VMR-PCR اثبات کنیم.
مطالب عمومی دیگری در این مورد نداریم پس بحث را به پایان می بریم.

پی‌نوشت‌ها:
 

Copyright © (2003 – 2006) VMR – PCR ® theory by Alireza Yaghoubi. All rights reserved!
Copyright conditions: 2006-10-21:
1) Publishing this article or a brief of that is only permitted by mentioning the name of author (Alireza Yaghoubi).
2) Any technological usage of this theory is only permitted by asking the author (Alireza Yaghoubi) personally. For more information send your request to [e-mail].
3) This theory is not completely proven. Please do not publish this article in applied physics sections.
4) Your comments and suggestions are highly appreciated and respected. Contact us and we will concern. E-mail: [e-mail]. Thank you!
VMR-PCR
”The dawn of truth”

منابع:

· NIST link to CODATA value
· Barrow, John D. (2002). The Constants of Nature; From Alpha to Omega - The Numbers that Encode the Deepest Secrets of the Universe (in English). Pantheon Books. ISBN 0-375-42221-8.
· Conversion: frequency to wavelength and back
· Conversion: period, cycle duration, periodic time to frequency
· Keyboard frequencies = naming of notes - The English and American system versus the German system
· James Clerk Maxwell, "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field", Philosophical Transactions of the Royal Society of London 155, 459-512 (1865). (This article accompanied a December 8, 1864 presentation by Maxwell to the Royal Society.)

· Larmor, J. (1897) "On a dynamical theory of the electric and luminiferous medium", Phil. Trans. Roy. Soc. 190, 205-300 (third and last in a series of papers with the same name

منبع:  rasekhoon.net

ABS چیست و چه می کند ؟

تغییر کیفیت سطوح و لغزنده شدن آنها مانند سطوح خیس ، یخ زده و... باعث اصطکاک کمتر بین تایر و سطح مسیر حرکت شده و در نتیجه با وجود فشار ثابت و پیوسته در سیستم ترمز بدون ABS بر این سطوح ، منجرب بلوکه شدن سریع تر چرخ ها نسبت به سطوح با اصطکاک بیشتر و انحراف با شدت بیشتر و خط ترمز طولانی تر می شود . برای جلوگیری از بلوکه شدن چرخ ها و ایجاد ترمز گیری ، پایداری و کنترل بهتر ( ABS ( Anti lock breake system یا همان سیستم ضد بلوکه ترمز طراحی و امروزه به صورت یک استاندارد ایمنی بر روی خودرو ها نصب می شود . ABS با کنترل در فشار هیدرولیک ترمز و قطع و وصل کردن آن باعث ارتباط و یا قطع شدن ارتباط بین لنت ترمز و دیسک به صورت پیا پی به هدف جلو گیری از بلوکه شدن چرخ می شود ، کاربرد ABS در سطوح لغزنده و سرعت های زیاد به طور چشم گیری بیشتر می شود . رانندگانی که تجربه ی ترمز گیری در فعال شدن ABS را ندارند با شنیدن صدای قطع و وصل شدن ارتباط لنت و دیسک ترمز و ورود این صدا به داخل کابین و لرزش پدال در زیر پایشان احساس شکستگی و خرد شدن قطعات ترمز به آنها دست داده و فشار روی پدال ترمز را کم می کنند . در نظر داشته باشید روش ترمز گیری صحیح با ABS فشردن پدال کلاج تا انتها و به طور هم زمان فشردن پدال ترمز به صورت مداوم می باشد ، همچنین در زمان ترمز گیری فرمان دادن به جهت هدایت خودرو به مناسب ترین مسیر . سلامت سیستم ABS با وجود لامپ زرد رنگ با نوشته ANTI LOCK و یا ABS در صفحه نمایش گر مشخص می شود و روشن ماندن دائمی آن از نشانه های نقص در این سیستم می باشد . امروزه سیستم های کمکی و تقویت کننده مکانیکی و الکترونیکی برای ارتقاء و هر چه بهتر کردن عملکرد ترمز به کمک رانندگان آمده و با اندک فشار بر روی پدال فعال و بهترین نتیجه را در اختیار راننده می گذارد . در خودرو های با گیربکس اتومات نیز در صورت فعال شدن ترمز کمکی و احساس اضطرار به تناسب سرعت و شرایط ترمز گیری گیربکس نیز از دنده های خود کم کرده و با ایجاد مقاوت در چرخش چرخ ها به عملیات ترمز گیری کمک می کند ( سیستم ایمنی سفارشی در گیربکس های اتومات ) . ABS با وجود سنسورهای مختلف میزان چرخش چرخ ها و سرعت خودرو و همین طور شتاب در محورهای طولی و عرضی را محاسبه و به واحد پردازش ECU ( electronic control unit ) به طور دائمی فرستاده و در هنگام ترمز گیری در صورت تغییر داده ها از سمت سنسور ها به ABS ، ECU فعا ل شده و بر حسب این داده ها و مقاومت چرخ ها میزان فشار ترمز گیری را بر اساس وضعیت چرخ ها ، تنظیم و با قطع و وصل کردن پر سرعت عملیات ترمز گیری در لنت ها و ارتباطشان با دیسک یا کاسه مانع از بلوکه شدن چرخ ها و بر هم خوردن ترمز گیری و فرمان پذیری می شود .

قطعات موجود در ABS عبارتند از : سنسورهای سرعت چرخ سنسورهای سرعت چرخ های جلو و عقب با آهن ربای دائمی ، کوئل و هسته در مقابل دنده هایی که اطراف روتور قرار گرفته اند هنگام گردش روتور ولتاژ AC را با فرکانس متناسب با سرعت گردش روتور تولید می کنند . از ولتاژ AC در ECU برای دریافت داده های مورد نیاز مربوط به سرعت چرخ ها بهره گیری می شود . سنسور شتاب بهره گیری از سنسور شتاب ، ECU را قادر می سازد تا مقدار شتاب منفی خودرو را محاسبه کند و به این ترتیب از شرایط سطح جاده بهتر مطلع شود و به جهت پیش گیری از بلوکه شدن چرخها دقت ترمز گیری افزایش می یابد ، همچنین به سنسور شتاب حسگر G نیز گفته می شود. فعال کننده ABS فعال کننده ABS با سیگنال های دریافتی از ECU میزان فشار روغن هیدرولیک در هر یک از چرخ ها را به صورتی کنترل کرده که به هر کدام از ترمز ها فشار روغن به صورت مناسبی وارد شود . قطعات مکانیسم ترمز ABS 1 واحد کنترل الکترونیکی : ECU 2 واحد کنترل هیدرولیکی : HCU 3 پمپ 4 سیلندر اصلی 5 سلونوئیدها 6 اکومولاتورها 7 حسگر های سرعت 8 سایر ادوات ورودی واحد 9 کنترل الکترونیکی

منبع:  rasekhoon.net