close
تبلیغات در اینترنت
خرید دامنه
فیزیک نظری
loading...

کهکشان دانش

فیزیک نظری

بازدید : 29 شنبه 18 فروردين 1397 زمان : 15:40 نظرات ()

چرا ریسمان ها؟

 

تئوری میدان کوانتومی نسبیتی به خوبی ویژگی ها و رفتارهای مشاهده شده از ذرات بنیادی را توصیف می کند. اما تئوری تنها وقتی کارایی دارد که گرانش به حدی ضعیف باشد که بتوان از آن چشم پوشی کرد. تئوری ذرات فقط هنگامی قابل استفاده است که وانمود کنیم گرانش وجود ندارد.

نسبیت عام بینش عمیقی از کیهان، مدار حرکت سیارات، نحوه شکل گیری ستاره ها و کهکشان ها، انفجار بزرگ (بیگ بنگ) و مشاهدات اخیر از سیاه چاله ها و لنزهای گرانشی به ارمغان آورده است. با این وجود، این تئوری تنها زمانی کارایی دارد که به  غلط فرض کنیم کیهان ماهیتی کلاسیک دارد و نیازی به مکانیک کوانتومی در توصیف ما از طبیعت وجود ندارد.

باور این است که تئوری ریسمان می تواند این فاصله را پر کند.

در آغاز، تئوری ریسمان به عنوان توضیحی برای ارتباط مشاهده شده بین جرم و اسپین برای ذرات معینی به نام هادرون که شامل پروتون و نوترون می شوند، ارائه گردید. اما این تئوری کارایی نداشت و سرانجام ثابت گردید که کرومودینامیک کوانتومی، تئوری بهتری برای توصیف هادرون هاست.

اما ذرات در تئوری ریسمان از برانگیختگی ریسمان ها حاصل می شوند که در این میان ذره ای با جرم صفر و اسپین دو در تئوری ریسمان بوجود می آید.

اگر تئوری کوانتومی مناسب برای گرانش وجود داشت، ذره حامل نیروی گرانش دارای جرم صفر و اسپین دو می بود. این موضوع مدتهاست که برای فیزیکدانان نظری شناخته شده است. این ذره فرضی گرویتون نامیده می شود.

این موضوع در آغاز، تئوریسین های ریسمان را ترغیب کرد که تئوری ریسمان را نه به عنوان یک تئوری برای توصیف هادرون ها، بلکه به عنوان یک تئوری برای گرانش کوانتومی، فانتزی کامل نشده فیزیک نظری در ذرات و گرانش برای دهه ها، ارائه کنند.

اما پیش بینی وجود گرویتون توسط تئوری ریسمان کافی نبود. گرویتون را می توان بصورت دستی به تئوری میدان کوانتومی اضافه کرد، اما محاسباتی که انتظار می رود توصیف کننده طبیعت باشند، بی استفاده خواهند شد. علت این است که همانطور که در دیاگرام اول نشان داده شده است، برهم کنش های ذرات در یک نقطه از فضا – زمان رخ می دهند، در فاصله صفر بین ذرات برهم کنش کننده. برای گرویتون، اما، ریاضات رفتاری بسیار بد در فاصله صفر دارد به نحوی که پاسخ ها هیچ مفهومی ندارند. در تئوری ریسمان، ریسمان ها در فاصله بسیار کوتاه اما متناهی برهم کنش می کنند و پاسخ ها قابل قبول خواهند بود.

البته این بدان معنا نیست که تئوری ریسمان فاقد کاستی است. اما رفتار در فاصله صفر به نحوی است که می توان مکانیک کوانتومی و گرانش را ترکیب نمود، و بطور قابل قبول در مورد برانگیختگی یک ریسمان که حامل نیروی گرانش است صحبت کرد.

این چالشی بسیار بزرگ بود که در اواخر قرن بیستم بر آن غلبه شد و به همین دلیل است که بسیاری از جوانان علاقمند هستند که پیچیدگی های فرساینده و ریاضیات انتزاعی مورد نیاز برای مطالعه تئوری کوانتومی ریسمان های برهم کنش کننده را فراگیرند.  

 

 


 

شکل 1- برهم کنش در فیزیک ذرات در فاصله صفر رخ می دهد، اما تئوری گرانشی اینشتین در فاصله صفر هیچ مفهومی ندارد.

 

 

 

 

شکل 2- برهم کنش های ریسمانی در یک نقطه رخ نمی دهند بلکه به نحوی گسترش پیدا می کنند که به رفتار کوانتومی معقول تری منتهی می شود.

 

انفجار بزرگ یا بیگ بنگ: the Big Bang

اسپین: spin

هادرون: hadron

کرومودینامیک کوانتومی: Quantum Chromodynamics

گرویتون: graviton

گرانش کوانتومی: quantum gravity

 

فیزیک نظری 

نویسنده و مترجم: سورن دهقان

 

کلیه مطالب کهکشان دانش توسط نویسندگان آن تهیه و ترجمه شده است.

استفاده از مطالب و تصاویر این وبلاگ بدون ذکر منبع با لینک فعال موجب پیگرد قانونی خواهد شد. 

 

کتاب چشم اندازها نوشته میچیو کاکو است که برای استفاده همه مردم نوشته شده و انقلاب های علم و دانش را که موجب تغییر قرن بیستم شده اند مورد بررسی قرار می دهد. برای خرید این کتاب از فروشگاه مبتکران می توانید از لینک زیر استفاده کنید:

خرید کتاب چشم اندازها

 

بازدید : 23 یکشنبه 05 دي 1395 زمان : 14:5 نظرات ()

 ذرات و نسبیت

 

توصیف ریاضی نیوتن از حرکت بوسیله علم حساب و مدل گرانش وی، در قرن 18 و 19، بطور موفقیت آمیز به علوم در حال ظهور و تکنولوژی الکترومغناطیس توسعه یافتند. علم حساب به تئوری میدان کلاسیک تکامل پیدا کرد.

زمانی که ریاضیات توانست توصیف جامع و کاملی از میدان های الکترومغناطیسی ارائه دهد، بسیاری از فیزکدانان به این باور رسیدند که کار در این حوزه پایان یافته است، بدین معنی که دیگر چیزی برای توصیف کردن یا توضیح دادن وجود ندارد.

سپس الکترون کشف شد و فیزیک ذات پا به عرصه وجود گذاشت. از طریق محاسبات مکانیک کوانتومی و مشاهدات تجربی، این استدلال شکل گرفت که تمام ذرات شناخته شده در یکی از این دو گروه قرار دارند: بوزون ها یا فرمیون ها. بوزون ها ذرات حامل نیروها هستند. تعداد زیادی از بوزون ها می توانند همزمان در یک حالت کوانتومی قرار داشته باشند. این موضوع در مورد فرمیون ها صادق نیست، یعنی تنها یک فرمیون می تواند یک حالت کوانتومی معین را در یک زمان معین اشغال کند و به همین دلیل است که فرمیون ها بوجود آورنده ماده هستند. به این علت جامد ها نمی توانند از میان یکدیگر عبور کنند، چرا ما نمی توانیم از درون دیوار عبور کنیم؟! به دلیل اصل طرد پائولی: ناتوانی فرمیون ها (ماده) برای سهیم شدن در یک فضا به نحوی که بوزون ها (نیروها) می توانند.

درحالیکه فیزیک ذرات در حال توسعه توسط مکانیک کوانتومی بود، افزایش شواهد مشاهده ای بر این امر دلالت داشت که نور، به عنوان تابش الکترومغناطیس، با سرعت ثابت (در خلاء)، در همه جهات نسبت به همه ناظر ها حرکت می کند. این کشف و ریاضیاتی که اینشتین برای توصیف و مدل سازی آن در تئوری نسبیت خاص خود توسعه داد، در ترکیب با پیشرفت های بعدی مکانیک کوانتومی سبب ایجاد موضوع غنی تئوری میدان کوانتومی نسبیتی شدند. این نظریه اساس توانایی تئوری کنونی ما برای توصیف رفتار ذرات زیر اتمی است که فیزیکدانان آنها را مشاهده کرده و به مطالعه آنها در نیمه دوم قرن بیستم پرداخته اند.

اما اینشتین سپس تئوری نسبیت خاص خود را توسعه داد تا تئوری گرانش نیوتن را دربرگیرد و بدین ترتیب، تئوری نسبیت عام اینشتین شاخه جدیدی از ریاضیات به نام هندسه دیفرانسیلی را وارد علم فیزیک کرد.

نسبیت عام مشاهدات موفقیت آمیز بسیاری را پشت سر گذاشته است که ثابت می کند این یک تئوری ارزشمند برای توصیف طبیعت است، اما دو پیش بینی این تئوری باعث بروز چالش در بین عموم و دانشمندان شده است: جهان در حال توسعه و سیاه چاله ها. هر دو مشاهده شده اند و هر دو شامل موضوعاتی هستند که حداقل در ریاضیات، نیازمند تجدید نظر در ماهیت واقعیت و وجود است.

 

 

 


دیدگاه ذره ای از طبیعت، توصیفی است بسیار عالی برای 3 تا از 4 نیروی مشاهده شده در طبیعت

 

 

 

 

 

 

 

 

 

دیدگاه هندسی از طبیعت توصیفی است عالی برای گرانش در ابعاد کیهانی

 

تئوری میدان کلاسیک: classical field theory

مکانیک کوانتومی: quantum mechanics

بوزون: boson

فرمیون: fermion

اصل طرد پائولی: Pauli repulsion

تئوری نسبیت خاص: Special Theory of Relativity

تئوری میدان کوانتومی نسبیتی: relativistic quantum field theory

تئوری نسبیت عام: General Theory of Relativity

هندسه دیفرانسیلی: differential geometry

جهان در حال توسعه: the expanding Universe

سیاه چاله: black hole

 

فیزیک نظری 

نویسنده و مترجم: سورن دهقان


کلیه مطالب کهکشان دانش توسط نویسندگان آن تهیه و ترجمه شده است.

استفاده از مطالب و تصاویر این وبلاگ بدون ذکر منبع با لینک فعال موجب پیگرد قانونی خواهد شد.

 

کتاب نسبیت عام کارول بهترین کتاب برای شروع جدی مطالعه نسبیت عام است. برای خرید این کتاب از فروشگاه مبتکران از لینک زیر استفاده نمایید:

خرید کتاب نسبیت عام کارول


 

بازدید : 43 دوشنبه 15 آذر 1395 زمان : 17:55 نظرات ()

فیزیک نظری چیست؟

 

توصیف ویژگی های طبیعت با استفاده از ریاضیات را فیزیک نظری می نامند. سر آیزاک نیوتن اولین فیزیکدان نظری در تاریخ است، اگرچه در آن زمان مطالعات وی تحت نام "فلسفه طبیعی" شناخته می شد.

در دوره نیوتن، مردم از جبر و هندسه استفاده می کردند و کارهای حیرت آوری در زمینه معماری انجام می دادند، مانند کلیساهای جامع اروپا، اما جبر و هندسه فقط می توانند چیزهای بدون حرکت را توصیف کنند. برای توصیف چیزهایی که در حرکت هستند و یا تغییر می کنند، نیوتن حساب را ابداع کرد.

متحیر کننده ترین و فریبنده ترین اجسام در حال حرکت قابل رویت برای انسان ها همواره خورشید، ماه، سیاره ها و ستاره ها که در آسمان شب دیده می شوند بوده است. علم حساب جدید نیوتن به همراه قوانین حرکت وی مدل ریاضی قدرتمندی برای توصیف نیروی گرانش بوجود آورد که نه تنها حرکت سیاره ها و ستاره ها، بلکه اجرام در حال اهتزاز و حتی گلوله های توپ در حال پرواز در انگلستان را می توانست توصیف کند.

فیزیک نظری امروز اغلب در مرزهای ریاضات شناخته شده به کار می پردازد و گهگاه ریاضیات جدید مورد نیاز خود را اختراع می کند، کاری که نیوتن در مورد حساب انجام داد.

نیوتن هم یک تئوریسین و هم یک آزمایش گر بود. او ساعت های بسیار بسیار زیاد، تا حدی که سلامتی وی را به مخاطره انداخت، را صرف مشاهده رفتار طبیعت نمود تا شاید توصیف بهتری برای آن پیدا کند. قوانین حرکت مشهور نیوتن صرفا قوانینی انتزاعی، که طبیعت به نحوی مجبور به پیروی از آنها باشد، نیست. بلکه رفتار مشاهده شده طبیعت می باشد که با زبان ریاضیات بیان گردیده است. در زمان نیوتن، تئوری و تجربه (آزمایش) پا به پای هم حرکت می کردند.

امروزه کارکردهای تئوری و آزمایش به دو گروه کاملا مجزا در فیزیک تبدیل شده اند. هردوی آنها بسیار پیچیده تر از آن چیزی هستند که در زمان نیوتن بوده اند. تئوریسین ها در حال کاوش و کشف حیطه هایی از طبیعت در حوزه ریاضیات هستند که تکنولوژی کنونی اجازه مشاهده آنها از طریق آزمایش را نمی دهد. بسیاری از فیزیکدانان نظری که در حال حاضر زندگی می کنند، ممکن است آنقدر زندگی نکنند که ببینند طبیعت در مقایسه با توصیف ریاضی آنها در کارهایشان واقعا چگونه است. تئوریسین های امروز باید بیاموزند که با برخی ابهامات و عدم قطعیت ها در ماموریتشان برای توصیف طبیعت بوسیله ریاضیات زندگی کنند.

 

 

جبر و هندسه مناسب بودند برای توصیف اندازه ...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

اما درک حرکت در زمان نیازمند توسعه حساب بود

 

فلسفه طبیعی: natural philosophy

جبر: algebra

هندسه: geometry

حساب: calculus 

 

فیزیک نظری 

نویسنده و مترجم: سورن دهقان

 

کلیه مطالب کهکشان دانش توسط نویسندگان آن تهیه و ترجمه شده است.

استفاده از مطالب و تصاویر این وبلاگ بدون ذکر منبع با لینک فعال موجب پیگرد قانونی خواهد شد.

 

میچیو کاکو MichioKaku فیزیکدان نظری برجسته علاوه بر کتب تخصصی رشته فیزیک، کتاب های علمی بسیار جالبی نیز درمورد جدیدترین دستاوردهای فیزیک و دانش نوین که قابل استفاده برای همه مردم است منتشر می کند.

برای خرید این مجموعه کتاب ارزشمند از فروشگاه مبتکران از لینک زیر استفاده نمایید:

خرید مجموعه کتاب های میچیو کاکو

 

تبلیغات
Rozblog.com رز بلاگ - متفاوت ترين سرويس سایت ساز
اطلاعات کاربری
نام کاربری :
رمز عبور :
  • فراموشی رمز عبور؟
  • آمار سایت
  • کل مطالب : 35
  • کل نظرات : 0
  • افراد آنلاین : 1
  • تعداد اعضا : 0
  • آی پی امروز : 3
  • آی پی دیروز : 7
  • بازدید امروز : 39
  • باردید دیروز : 28
  • گوگل امروز : 0
  • گوگل دیروز : 5
  • بازدید هفته : 99
  • بازدید ماه : 601
  • بازدید سال : 601
  • بازدید کلی : 5,031