مقدمه:

انرژی نقطه صفر یا انرژی نوسان خلاء، اصطلاحاتی است که برای نوسانات تصادفی امواج الکترومغناطیسی در خلاء بکار برده می شود و این انرژی پس از حذف تمام انرژی های موجود در محیط، مشاهده می شود.

مفهوم انرژی نقطه صفر نخستین بار توسط اینشتین و اوتو استرن در سال 1913 تحت عنوان "انرژی رسوبی" یا " انرژی مبهم صفر" مطرح شد. همه ی پایانه های کوانتومی دارای یک مقدار انرژی نقطه صفر هستند. این اصطلاح عموماً برای حالت های کوانتومی نوسانات هماهنگی بکار می رود که در آن نوسان کننده ای وجود ندارد.

در کیهان شناختی نیز انرژی خلاء مبنای ثابت کیهان شناختی است. نمونه آزمایشی انرژی نقطه صفر مستقیما توسط اثر کاسیمیر در مقیاس نانو مشاهده شد. یک روش برای توضیح این پدیده، استفاده از اصل عدم قطعیت مکانیک کوانتومی است که به موجب آن انرژی نمی تواند بطور مطلق صفر باشد.

در این نوشته با توجه با جابه جایی به سمت آبی گرانش و اثر مسبوئر و آزمایش پوند- ربکا ، از دیدگاه میدان هیگز، با در نظر گرفتن کنش بین گرانش و فوتون، انرژی نقطه صفر توضیح داده می شود. اثر مسبوئر نشان می دهد که هنگام چابه جایی بسمت آبی گرانش، سه نوع بوزون هیگز مختلف موجب افزایش جرم فوتون می شود. این بوزونهای هیگز بار-رنگ مثبت، بار-رنگ منفی و مغناطیس-رنگ نامیده می شوند. با توجه به این بوزونهای رنگی و معادله دیراک می توان انرژی نقطه صفر را توضیح داد.


2- فوتون و میدان گرانشی

نگرشی متفاوت به رفتار فوتون در میدان گرانش، می تواند ما را در توضیح انرژی نقطه صفر رهنمون گردد. میدانها الکترومغناطیسی اطراف یک پرتو نوری، میدانهای استاتیکی نیستند و در مقایسه با میدان گرانشی بسیار قوی ترند.

هنگامیکه یک فوتون در میدان گرانشی سقوط می کند، انرژی (جرم) آن افزایش می یابد. با توجه به نیروی گرانشی روی فوتون کار انجام می دهد و در نتیجه جرم (انرژی) آن افزایش می یابد. اما انرژی فوتون وابسته به انرژی میدانهای الکتریکی و مغناطیسی آن است. بنابراین هنگام افزایش انرژی فوتون در میدان گرانشی، یک قسمت از کار انجام شده روی فوتون به انرژی الکتریکی و فسمت دیگر آن به انرژی مغناطیسی تبدیل می شود. چگونه می توانیم با استفاده از بوزنهای هیگز که روش جرم دار شدن ذرات را نشان می دهد، این پدیده را توجیه کنیم؟ همچنین با توجه به بوزونهای هیگز، هنگام جابه جایی بسمت آبی گرانش، این فرایند چگونه اتفاق می افتد؟


3- بار-رنگها و مغناطیس- رنگ

بسامد فوتون در میدان گرانشی طبق رابطه زیر تغییر می کند:


علامت منفی مربوط جابه جایی به سمت سرخ گرانش (فوتون در حال فرار از میدان گرانشی است) و علامت مثبت مربوط به جابه جایی به سمت آبی(فوتون در حال سقوط در میدان گرانشی است) می باشد.

که در آن ?’ بسامد ثانویه ، ? بسامد اولیه فوتون، G ثابت جهانی گرانش، M جرم جسم (مثلاً ستاره)، r قاصله فوتون تا جسم، c سرعت نور، E انرژی فوتون و h ثابت پلانک است.

در مدتی که فوتون در حال سقوط در میدان گرانشی است، مقدار تغییر انرژی (جرم) آن برابر است. این مقدار انرژی به سه قسمت تقسیم می شود، یک قسمت نظیر میدان الکتریکی مثبت رفتار می کند، یک قسمت نظیر میدان الکتریکی منفی رفتار می کند و یکدیگر را خنثی می کنند، زیرا فوتون از نظر الکتریکی خنثی است و قسمت سوم شبیه میدان مغناطیسی رفتار می کند.

در نظریه مکانیک کوانتومی همه ی میدانها، کوانتومی هستند، یعنی هر میدان کوانتومی از ذراتی تشکیل می شود که نیروی آن میدان را حامل می کند. همچنین نیرو نسبت انرژی به فاصله است که طبق رابطه زیر داده می شود:





اگر رابطه (2) را از نقطه نظر میدان کوانتومی مورد بررسی قرار دهیم، گراویتونها که حامل نیروی گرانش هستند، وارد ساختمان فوتون می شوند و انرژی آن را افزایش می دهند. در نتیجه گراویتون ناپدید شده و انرژی فوتون افزایش می یابد. بطور مشابه جابه جایی بسمت سرخ گرانش اثر معکوسی دارد، یعنی هنگام فرار فوتون از میدان گرانشی، انرژی الکترومغنایسی به گراویتون تبدیل می شود. سئوال این است که چگونه می توان این فرایند را در مقیاس زیر کوانتومی مانند ساختمان فوتون توضیح داد؟

مسئله مهم و قابل توجه دیگری، فرایند تولید ذرات مجازی است که نتیجه اصل عدم قطعیت است و از رابطه زیر به دست می آید:


که طی آن خلاء ممکن است یک یا چند ذره با انرژی ?E در مدت کوتاه ?t تولید کند. بنابراین هر گونه تجزیه تحلیلی باید بتواند تولید ذرات در خلاء، حتی تابش هاوکینگ در یک میدان قوی گرانشی، نظیر میدان گرانشی سیاه چاله ها را توجیه کند.

در فیزیک مدرن برای ذراتی که با سرعت نور حرکت می کنند، جرم حالت سکون صفر را صفر در نظر می گیرند. آنگاه می توان رابطه بین اندازه حرکت و انرژی یک ذره با جرم حالت سکون صفر را به صورت زیر به دست آورد:





حال اجازه دهید تعریف خود را در مورد جرم حالت سکون تغییر دهیم. همچنانکه می دانیم بعضی از ذرات مانند فوتون در هیچ دستگاه لختی به حالت سکون (در شرایط سکون) قابل مشاهده نیستند. با توجه به نسبیت این ذرات نیز دارای جرم هستند که از رابطه زیر به دست می آید:



بنابراین با دو گونه ذرات مواجه هستیم:

· برخی ذرات که در همه دستگاه های لخت با سرعت نور c حرکت می کنند، این ذرات را ذراتN.R. یا ذراتی که هرگز مشمول شرایط حالت سکون نمی شوند(Never at Rest Condition)، می نامیم.

· ذراتی نظیر الکترون که در هر دستگاه لختی همواره با سرعت v کمتر از سرعت نور (v<c) حرکت می کنند.

با توجه به تعریف بالا، فوتون و گراویتون ذرات NR هستند ولی الکترون ذره نامیده می شود. فرض کنیم یک فوتون با جرم NR برابر و انرژی در ارتفاع h نسبت به یک دستگاه لختت (که روی زمین قرار دارد) به طرف زمین در حال سقوط است. بسامد آن از افزایش می یابد. در واقع تعدادی گراویتون وارد ساختمان فوتون می شود که در نتیجه آن را خواهیم داشت.

مسئله این است که چه تعداد گراویتون وارد فوتون می شود که موجب حداقل افزایش انرژی فوتون شود، یعنی اگر مینیمم باشد، آنگاه چه تعداد گراویتون وارد فوتون شده است؟

با توجه به بیان بالا، برای محاسبه تعداد گراویتونهایی که موجب تغییر بسامد فوتون( در حالت مینیمم) می شوند و خواصی که گراویتونها باید داشته باشند تا با ویژگی فوتون نیز سازگار باشد، به صورت زیر عمل می کنیم:

فرض کنیم یک فوتون با بسامد از تعداد n1 ذره تشکیل شده باشد و فوتون با بسامد شامل n2 عضو باشد. توجه شود که این ذرات که ساختمان فوتون را شکل می دهند، نمی توانند یکسان باشند، زیرا باید خواص الکتریکی و مغناطیسی فوتون را بتوان توجیه کرد، لذا این ذرات متفاوتند که میدانهای متفاوت الکتریکی و مغناطیسی (اما وابسته به یکدیگر) را ایجاد می کنند. با توجه به این مطالب، ماتریس 4X1 زیر را در نظر بگیرید:



حال باید ضرایب A, B, C, D را طوری محاسبه کنیم که بتوانند با ویژگیهای فوتون نیز سازگار باشند. هنگامیکه گرانش روی فوتون کار انجام می دهد، گراویتونها وارد ساختمان فوتون می شوند و شدت میدان الکتریکی فوتون افزایش می بابد، اما بار الکتریکی ایجاد نمی شود، زیرا فوتون از نظر الکتریکی خنثی است. بنابراین A, B باید حامل اثر میدان الکتریکی باشند و علاوه بر آن، این آثار باید یکدیگر را خنثی کنند تا خنثی بودن فوتون را از نظر الکتریکی توجیه کنند، لذا بایستی حامل دو نوع اثر متضاد الکتریکی باشند که یکی میدان الکتریکی مثبت و دیگری میدان الکتریکی منفی را ایجاد کند. همچنین با توجه به نسبت شدت میدان الکتریکی و مغناطیسی فوتون، یعنی می توان نوشت:


که در آن بار-رنگ مثبت و با-رنگ منفی است. همچنین در رابطه بالا c باید یک عدد خالص باشد که تنها نسبت دو میدان الکتریکی و مغناطیسی را از نظر تعداد ذرات تشکیل دهنده آنها نشان دهد. لذا این ضریب ثابت را با نشان می دهیم و روابط بالا به شکل زیر خواهد شد:



هنگامیکه تعدادی وارد ساختمان فوتون می شود، شدت میدان الکتریکی مثبت فوتون افزایش می یابد. با توجه به معادلات الکترومغناطیس ماکسول، شدت میدان مغناطیسی نیز افزایش می یابد، لذا عنصر C باید اثر مغناطیسی اطراف بار-رنگهای مثبت را افزایش دهد، بهمین ترتیب D نیز باید شدت میدان مغناطیسی اطراف بار-رنگهای منفی را افزایش دهد. این دو عنصر از نظر اثر، یکسان هستند، اما از نظر جهت گردش (که با میدان الکتریکی مربوطه متناسب است) متفاوت می باشند. بنابراین با توجه به نسبت شدت میدانهای الکتریکی و مغناطیسی می توان نوشت:





بنابراین ماتریس (7) به شکل زیر در می آید که ماتریس CPH نامیده می شود:





با توجه به توضیحات بالا می توانیم کوچکترین مقدار انرژی فوتون را تعریف کنیم. یک فوتون با مقدار انرژی بسیار کم (کمترین مقدار انرژی ممکن) شامل تعدای بار-رنگ مثبت ، به همان تعداد بار-رنگ منفی ، یک مغناطیس-رنگ راست گرد و یک مغناطیس-رنگ چپ گرد است که در ماتریس CPH نشان داده شد. این مقدار انرژی طبق حد زیر تعریف می شود:





انرژی سی. پی. اچ. در رابطه 9 تعریف شده است.

حال در موقعیتی هستیم که برخی مفاهیم قابل اثبات را در مورد فوتون و گراویتون بیان کنیم.


4- گراویتون

بسیاری از فیزیکدانان قبول ندارند که گراویتون وجود داشته باشد و وجود آن را یکنوع خیالبافی برای توضیح گرانش می دانند. بطور صوری گراویتون را یک ذره کوانتومی برای کنش گرانشی، در میدان گرانشی می دانند که دارای اسپین 2 است که مانند سایر بوزونها حامل نیروی مربوط به خود است.

معادلات ماکسول می پذیرد که اسپین کنش الکترومغناطیسی، ذره ای با اسپین یک باشد و معادلات میدان اینشتین را نیز می توان با یک ذره با اسپین 2 توجیه کرد، اما این توجیه نیز بطور ناراحت کننده ای دقیق نیست.

بنابراین اجازه دهید بحث را با تعریف سی. پی. اچ. و بیان اصل سی. پی. اچ. ادامه دهیم، سپس ویژگیهای گراویتون بررسی قرار خواهیم داد.


5 تعریف سی. پی. اچ

سی. پی. اچ. چیست؟ سی. پی. اچ. مخفف:

Creative Particles of Higgs or CPH

(آفرینش ذرات از هیگز یا سی. پی. اچ.)

است و یک یک واحد هستی در طبیعت است که سازنده (سنگ بنای) سایر ذرات موجود در جهان می باشد. بنابراین سی. پی. اچ. به بنیادی ترین ذره ی موجود در طبیعت اشاره می کند. لازم به تذکر است که این تعبیر به معنای اینکه سی. پی. اچ. یک ذره است، نمی باشد. بلکه استفاده از کلمه ذره برای سی. پی. اچ. به این دلیل است که واژه ی دیگری برای آن یافت نشد.

سی. پی. اچ. یک ذره با NR جرم است که همواره با مقدار سرعت ثابت نسبت به همه دستگاه های لخت حرکت می کند که در آن c سرعت نور است. با توجه به رابطه نسبیتی جرم – انرژی، جرم NR سی. پی. اچ. طبق رابطه (11)، با استفاده از جرمNR فوتون، به صورت زیر تعریف می شود:





رابطه جرم NR و انرژی سی. پی. اچ. نیز به صورت زیر ارائه می شود:





رابطه (9) نشان می دهد، در هر کنش بین دو سی. پی. اچ. (یا بیشتر) و یا سایر ذرات، انرژی سی. پی. اچ. تغییر نمی کند، بنابراین مقدار کاهش نمی یابد و با کاهش مقدار سرعت انتقالی، اسپین کسب می کند. به بیان دیگر در هر دستگاه لخت و مختصات کارتزین خواهیم داشت:




به طور فشرده، گراویتون بدون اسپین، سی. پی. اچ. نامیده می شود.

اگر:




باشد، آنگاه هیچ اختلافی بین فرمیون و بوزون وجود ندارد، در این حالت، سی. پی. اچ. نیروی گرانش را حمل می کند و مانند فرمیون رفتار می کند. بنابراین در چنین حالتی فقط بار-رنگها وجود دارند.

اگر:



آثار مغناطیسی ظاهر می شود.

برای سایر ذرات، نظیر الکترون همواره:




است که در چنین حالتی سایر بوزونها پدیدار می شوند. برای مثال به تولید و واپاشی زوج الکترون-پوزیترون توجه کنید که قبل از تولید زوج، تنها انرژی (فوتون) وجود دارد. اما پس از تولید زوج، یک الکترون (فرمیون) و یک پوزیترون (پاد فرمیون) و فوتون مجازی که بوزون است و نیروی الکتریکی بین آنها را حمل می کند، وجود دارد. بنابراین می توان نوشت:





با توجه به اینکه هنگامیکه سی. پی. اچ. دارای اسپین است، گراویتون نامیده می شود، لذا فضا انباشته از سی. پی. اچ. است. هنگامیکه چگالی سی. پی. اچ. در فضا افزایش می یابد، فاصله آنها کاهش می یابد، آنگاه سی. پی. اچ. ها یکدیگر را احساس و با هم کنش می کنند.

فرض کنیم دو سی. پی. اچ. در جهت محور x ها حرکت می کنند و یکدیگر را جذب می کنند، لذا مسیر آنها تغییر می کند، بدون آنکه از مقدار سرعت کاسته شود. با در نظر گرفتن رابطه (12) می توانیم عملگر را ارائه دهیم که سی. پی. اچ. را با زاویه حول محوری همجهت با x ( در راستای محور z یا y) به دوران در آورد. همچنین می توانیم را ارائه دهیم که سی. پی. اچ. را در فضای اسپینی با زاویه به دوران در می آورد. یعنی سی. پی. اچ. حول محوری موازی با محور x که از مرکز آن می گذرد، به دوران در می آید و دارای اسپین خواهد شد، پس می توان نوشت:





بنابراین با توجه به توضیحات بالا، دو سی. پی. اچ. یکدیگر را به دوران در می آورند و نمی توانند دارای یک جهت دوران (اسپین) باشند. این دو سی. پی. اچ. در دو جهت مخالف حرکت اسپینی خواهند داشت، اگر بار-رنگ مثبت دارای اسپین بالا باشد، بار-رنگ منفی دارای اسپین پایین خواهد بود. در حالت کلی اسپین سی. پی. اچ. ها باید در اصل طرد پائولی صدق کند. نتیجه مهم این بحث این است که اسپین گراویتون 2/1 (یک دوم) است.


6- اصل سی. پی. اچ

سی. پی. اچ. یک مقدار بسیار کوچک انرژی با جرم NR است که با مقدار سرعت ثابت نسبت به همه دستگاه های لخت حرکت می کند. بنابراین در هر کنشی بین سی. پی. اچ. و سایر ذرات موجود در محیط، لختی دورانی I سی. پی. اچ. ظاهر می شود که موجب اسپین دار شدن آن می گردد و مقدار سرعت سی. پی. اچ. ثابت باقی می ماند. به طوریکه خواهیم داشت:





در رابطه بالا مقدار سرعت ( اسکالر) منظور شده است. بر اساس اصل سی. پی. اچ.، نسبت به دستگاه لخت، هر سی. پی. اچ. دارای دو نوع انرژی است که از حرکت آن ناشی می شود. یکی انرژی انتقالی و دیگری انرژی اسپینی. در فیزیک مجموع انرژی پتانسیل و جنبشی پایانه را با استفاده از معادله هامیلتونی نشان می دهند. به همین ترتیب و با استفاده از هامیلتونی، انرژی کل هر سی. پی. اچ. را به صورت مجموع انرژی انتقالی و انرژی اسپینی آن نشان می دهیم که به صورت زیر ارائه می شود:


که در آن T انرژی انتقالی و S انرژی اسپینی سی. پی. اچ. و مجموع آنها مقداری ثابت و برابر است. از طرف دیگر سی. پی. اچ. ها با ترکیب با یکدیگر تولید انرژی می کنند و انرژی نیز به ماده و پاد ماده تبدیل می شود، بنابراین همه چیز در جهان از سی. پی. اچ. ساخته می شود.


7- سی. پی. اچ. و گروه دوری

همچنانکه در بخش سه توضیح داده شد، گراویتونها در کنش با یکدیگر به بار-رنگها و مغناطیس-رنگ تبدیل می شوند. همچنین هنگامیکه سی. پی. اچ. دارای اسپین است، گراویتون نامیده می شود. با توجه به این مطالب می توانیم، با استفاده از تعریف گروه دوری، گروه های دوری تولید شونده توسط گراویتون را تعریف کنیم:

میدان الکتریکی یک گروه دوری است که توسط گراویتون تولید می شود و به صورت زیر ارائه می گردد:





فرض کنیم بار-رنگ با یکدیگر ترکیب شده و در فضا در حرکت هستند. بنابراین دو میدان الکتریکی، یکی با علامت مثبت و دیگری با علامت منفی در فضا در حال انتشار است. در اطراف هر یک از این میدانها، یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود که با در نظر گرفتن علامت میدانهای الکتریکی، جهت میدانهای مغناطیسی ایجاد شده نیز متفاوت است ولی عناصر یکسانی دارند. بنابراین می توان گروه دوری زیر را ارائه کرد:





با توجه به گروه های تولید شده در بالا و ماتریس سی. پی. اچ. و رابطه (9)، می توانیم انرژی نقطه صفر را توضیح دهیم.


7 ذرات باردار از دیدگاه نظریه سی. پی. اچ.

همان طور که در بالا توضیح داد شد، گراویتون تولید کننده بار- رنگ و مغناطیس رنگ است، و فوتون از بار – رنگ ها و مغناطیس رنگ ها ساخته شده است. در حالت کلی انرژی E یک فوتون از رابطه زیر به دست می آید:




که در آن n یک عدد طبیعی، جرم سی. پی. اچ. و در رابطه (7) تعریف می شود. در حالت کلی یک فوتون از دو قسمت تشکیل می شود:

1- یک قسمت شامل تعدادی بار-رنگ منفی و مغناطیس -رنگ است. مغناطیس رنگ با ایجاد یک میدان مغناطیسی، بار –رنگ های منفی را در محدوده ای از فضا محصور می کند و مانع از خروج آنها می شود. این بار-رنگ های منفی یک میدان الکتریکی منفی تشکیل می دهند. اگر کمترین مقدار بارنگ های منفی و مغناطیس- رنگ را که میدان الکتریکی منفی و میدان مغناطیسی وابسته به آن را تشکیل می دهد با نشان دهیم، خواهیم داشت:





2- قسمت دوم فوتون شامل بار –رنگ های مثبت و مغناطیس رنگ است. در مورد بار-رنگ های مثبت و مغناطیس –رنگ وابسته به آن نیز مانند حالت قبل، با انتخاب خواهیم داشت:



علامت مثبت و منفی در مغناطیس -رنگ ها، یعنی مربوط به جهت جریان های مغناطیسی اطراف بار-رنگ ها است. در واقع تنها یک نوع مغناطیس – رنگ در ساختمان فوتون وجود دارد. بنابراین، در حالت کلی یک فوتون را می توان به صورت زیر نشان داد:



از طرف دیگر، رابطه دیراک در مورد مجموع انرژی به صورت زیر داده می شود:



حال اگر مقدار انرژی را از رابطه (20) در رابطه (21) جایگزین کنیم، خواهیم داشت:



اگر از دو رابطه (21) و (22) جذر بگیریم، خواهیم داشت:










رابطه (24) الکترون و رابطه (25) پوزیترون را نمایش می دهد که در فرایند تولید زوج ایجاد می شوند. برای درک سازوکار این فرایند به واپاشی زوج توجه کنید. فرض کنیم یک الکترون و یک پوزیترون در فاصله d، همدیگر را جذب می کنند و با یکدیگر ترکیب شده و دو فوتون ایجاد می شود. با توجه به روابط(24) و (25) می توان نوشت:





پس از ترکیب زوج الکترون و پوزیترون، هیچ اثر الکتریکی مشاهده نمی شود و فوتون های تولید شده از نظر الکتریکی خنثی هستند، بنابراین خواهیم داشت:






شکل2: واپاشی زوج، الکترون و پوزیترون به دو قسمت تقسیم و با هم ترکیب شده و دو فوتون تولید می شود

در این فرایند هر یک از ذرات(الکترون و پوزیترون) به دو قسمت تقسیم شده، هر قسمت از یک ذره با یک قسمت از ذره دیگر ترکیب می شود، در نتیجه دو فوتون تولید می شود(شکل2). معمولا در فیزیک مدرن عادت شده که این فرایند را تنها به عنوان درستی رابطه تعبیر کنند، در حالی که واقعیت این پدیده به این صورت است که الکترون و پوزیترون، تقسیم شده و دو باره با هم ترکیب می شوند. یعنی:



فوتونهای تولید شده، از نظر الکتریکی خنثی هستند و حامل دو میدان الکتریکی و مغناطیسی می باشند. خنثی شدن دو ذره با بار الکتریکی متضاد و تبدیل آنها به دو فوتون، تنها در صورتی امکان پذیر است که این ذرات هنگام تبدیل به انرژی، تقسیم شوند و قسمت های تقسیم شده با یکدیگر ترکیب شوند. تاکنون هیچ فرایندی مشاهده نشده که در آن یک ذره ی باردار(مثلا الکترون) به انرژی تبدیل شود، زیرا با قانون بقای بار مغایرت دارد. قانون بقای بار نه تنها در تولید و واپاشی زوج بر قرار است، بلکه در ساختمان فوتون که تولید کننده ی دو بار متضاد است نیز بر قرار می باشد.

یک نگاه کلی به مباحث مطرح شده در بالا نشان می دهد که انرژی الکترومغناطیسی(فوتون) در میدان گرانشی تغییر می کند. انرژی به ذره و پادذره تبدیل می شود، بنابراین می توان نتیجه گرفت که میدان گرانشی، یا به عبارت دیگر گراویتونها(که حالت خاصی از سی. پی. اچ. هستند) تولید کننده ی همه ی ذرات/اجسام موجود در جهان است. حال در موقعیتی هستیم که به بررسی و نحوه ی تولید بوزونها بپردازیم. با این بررسی خواهیم دید که منشا تولید بوزونها فرمیونها هستند و مواد تشکیل دهنده ی بوزونها نیز سی. پی. اچ. ها می باشند.



8 -انرژی نقطه صفر

فضا انباشته از گراویتون است و گراویتونها عنصر اساسی و عامل تولید کننده انرژی هستند. هیچ نقطه ای از فضا تهی از آثار گرانشی نیست. بنابراین در هر نقطه از فضا امکان تولید انرژی وجود دارد. گراویتونها بار-رنگها را ایجاد می کنند، بار-رنگهای متحرک نیز خود عامل ایجاد میدانهای مغناطیسی اطراف خود هستند که مواد اولیه آنها نیز گراویتون است و در همه ی نقاط فضا وجود دارد. اما میزان تولید انرژی الکترومغناطیسی در فضا، تابع چگالی گراویتون موجود در فضا است. لذا تولید انرژی در فضا برابر انتگرال روی فضا، نسبت به چگالی گراویتون است، یعنی:





اگر روابط (4) و (9) را با هم ترکیب کنیم، آنگاه می توانیم مکانیزم تولید انرژی نقطه صفر را توضیح دهیم. تعدادی گراویتون با جرم NR به بار-رنگها تبدیل می شوند و دو میدان الکتریکی با علامت مختلف تشکیل می شود. این میدانها یکدیگر را خنثی می کنند. اما بار-رنگهای مثبت یکدیگر را دفع می کنند و همین فرایند در مورد بار-رنگهای منفی نیز وجود دارد. بنابراین هنگامیکه شدت میدانهای الکتریکی مثبت و منفی به قدری افزایش می یابد که فاصله بین بار-رنگها چنان کاهش می یابد که دیگر بار-رنگهای مختلف العلامه نمی توانند با ترکیب خود مانع از فرار بار-رنگها شوند، میدانهای مغناطیسی اطراف آنها ایجاد می شود و مانع فرار بار-رنگها می گردد. میدانهای مغناطیسی ایجاد شده موجب نگاه داری بار-رنگهای همنام در کنار یکدیگر است. این مکانیزم که بار-رنگهای همنام را در کنار یکدیگر نگاه می دارد، با استفاده از شعاع لارمور ( شعاع ژیرو یا شعاع سیکلوترون) که بوسیله رابطه زیر داده می شود، قابل توجیه است:





که در آن شعاع ژیرو، m جرم ذرات بار دارد، سرعت اجزای عمود بر میدان مغناطیسی، q بار ذرات بار دار و B شدت میدان مغناطیسی است. در اینجا می توان با استفاده از شدت میدان الکتریکی موجود در ساختمان فوتون، معادل بار الکتریکی را چنان انتخاب کرد که بتواند چنین شدتی را ایجاد کند.

هرچند رابطه (29) برای ذرات بار دار در یک میدان مغناطیسی یکنواخت تعریف شده است، اما با تغییر بار-رنگهای موجود در ساختمان فوتون، با تغییر تعداد مغناطیس – رنگها، شدت میدان مغناطیسی نیز تغییر می کند و مانع واپاشی بار-رنگها می شود.

در مکانیک کوانتومی، یک صفحه ی موج با اسپین مشخص نشان دهنده یک میدان عمومی است که برای فوتون با یک حالت اسپین ساده یک تابع موج فضایی است. فوتونی را در نظر بگیرید که در جهت محور x ها در حال حرکت است. بنابراین در هر نقطه ای مانند x، یک اندازه حرکت با فوتون همراه است. بنابراین برای هریک از اجزای تشکیل دهنده فوتون نیز با سرعت خطی فوتون در حرکت است.


9- تابش هاوکینگ

در ساده ترین توضیح، طبق تابش هاوکینگ انرژی تولید شده در خلاء در افق رویداد سیاه چاله ها موجب تولید ذرات و پاد ذرات می شود. یکی از این ذرات به داخل سیاه چاله سقوط می کند و دیگری قبل از آن که توسط سیاه چاله جذب شود، فرار می کند. در نتیجه این فرایند، مشاهده می شود که سیاه چاله در حال تابش ذرات است. چگونه می توان تابش هاوکینگ را با استفاده از روابط (27) و (28) توضیح داد؟ برای حل این مسئله باید توجه داشت که:

· چگالی گراویتون در اطراف سیاه چاله بسیار زیاد است.

· گراویتونها به سرعت تبدیل به انرژی می شوند.

· معادله دیراک فرایند تولید ذرات و پاد ذرات را توجیه می کند.

با توجه به چگالی بالای گراویتون در اطراف سیاه چاله، در افق رویداد، فوتونهای پر انرژی تولید می شود که به تولید زوج می انجامد.

در اطراف سیاه چاله n به سرعت رشد (رابطه 20) می کند و با محموع انرژی ذره و پاد ذره قابل مقایسه خواهد شد. تنها مسئله ای که باید توضیح داده شود، بقای اندازه حرکت است. با توجه به کنش بین فوتون و ذرات موجود در افق رویداد که به علت چگالی بالای گراویتون، چنین ذراتی دارای جرم قابل توجه خواهند بود، لذا در برخورد فوتونهای پر انرژی با این ذرات، شرایط برای بقای اندازه حرکت وجود دارد و فرایند تولید زوج به سهولت انجام پذیر است.

مقدمه: ما در مطالعه خود و محیطمان از چه روشی استفاده می کنیم ؟ فرض کنید میخواهید با شهری آشنا شوید که برای شما ناشناخته هست ، برای آشنایی ، هم میتوانید با اتومبیل در خیابانهای اصلی و فرعی و کوچه پس کوچه های آن بگردید و یا اینکه از نقشه استفاده کرده یا بر فراز شهر پرواز کنید . درحالت اول شما قبل از اشراف به کلیت شهر وارد آن شده اید ، در نتیجه گم شدن در شهر و عدم درک صحیح از جهات و ارتباط میان خیابانهای شهر بدیهی ترین نتیجه خواهد بود و اگر در نقطه ای رها شوید پیدا کردن مسیر برایتان ممکن نیست ، اما استفاده از روش دوم ابتدا به شما اشراف میدهد ، جهات اصلی ، کلیت شهر و ارتباط خیابانهای اصلی و فرعی را می شناسید و سپس با گردش در شهر ، هر لحظه موقعیت خودتان را به خوبی خواهید دانست و با آسودگی می توانید از نزدیک به مطالعه جزئیات بپردازید .


حال فرض کنید شهر مورد نظر ، شهر فیزیک باشد ، هم می توانید از ابتدا به دل جزئیات بزنید و مثلا حرکت بر روی خط راست را مطالعه کنید بدون اینکه بدانید حرکت بر روی خط راست چه جایگاهی در فیزیک دارد و در کجای آن قرار گرفته است و هم میتوانید ابتدا به شهر فیزیک اشراف پیدا کنید و بر فراز آن پرواز کنید و ببینید که مثلا فیزیک دارای خیابانهای اصلی مکانیک ، الکتریسیته ، صوت (آکوستیک) ، نور ، کوانتوم ، اختر فیزیک و ... است ، مکانیک در باره حرکت بحث میکند و خود شامل دو خیابان فرعی تری بنامهای سینماتیک و دینامیک است ، سینماتیک خود حرکت را فی نفسه بررسی میکند و دینامیک به علت حرکت میپردازد ، سینماتیک برای بررسی حرکت آنها را تقسیم بندی نموده است که یکی از آنها حرکت بر روی خط راست هست ، با این پرواز دیگر می دانیم جایگاه حرکت بر روی خط راست کجای این شهر است ، میدانیم چرا مطالعه فیزیک را با آن شروع می کنیم و میدانیم مسیر آینده چگونه خواهد بود . این نگاه را بسط دهید . ( قیاس و استقرا )

وقتی برای اولین بار کتاب فیزیک را در دبیرستان باز می کنیم ، اولین نوشته ای که با آن برخورد می کنیم حرکت بر روی خط راست است ، هیچکس از خود یا از دبیرش نپرسید چرا حرکت بر روی خط راست ؟ یا اصلا چرا حرکت ؟ و چرا باید حرکت را در فیزیک مطالعه کنیم ؟ قبول کنیم که جهش های علمی همیشه با سؤال در مورد ریشه ها و باورها بوجود می آید . مثلا تا هفتاد سال هیچکس نپرسید آیا پلانک درست می گفت که نور را نمیتوان همزمان در حالت موجی و ذره ای اش بررسی کرد . این نظریه یک باور شده بود . اما کسی که با این باور چالش کند به جهش دست خواهد یافت . سالها بود مرکزیت زمین یک باور بود . کسی که در باره این باور پرسش کرد در تاریخ زنده ماند .

ما در ااینجا قصد داریم جلوی باورهای اساسی فیزیک مانند تعریف ماده ، انرژی ، قانون بقای ماده و انرژی ، فرضیه نسبیت ، تبدیل ماده به انرژی ، تکانه گمشده ، ماهیت نور و ..... یک علامت سؤال بزرگ بگذاریم . با ما باشید .


سرن

اهالی فیزیک حتما CERN را می شناسند ، مرکز تحقیقات هسته ای اروپا یا بزرگترین مرکز تحقیقات هسته ای جهان ( Central European Research Nuclear ) به آدرس www.cern.ch .

این مرکز در مرز بین سوئیس و فرانسه قرار دارد و بزرگترین سیکلوترون ( شتاب دهنده ) دنیا را در اعماق زمین ایجاد کرده است ، این مرکز را شاید بتوان بزرگترین مرکز تحقیقات علوم نام نهاد ، کشور ما نیز هر چند اندک ولی در ساخت این مرکز مشارکت داشته است .

بیشترین حجم تحقیقات این مرکز را تحقیق در مورد ذرات بنیادی ( Particles ) تشکیل میدهد . به این معنی که با استفاده از شتاب دهنده های بسیار بسیار قوی رفتار ذرات بنیادی را در وضعیت های مختلف بررسی میکنند تا به نتایج جدیدتر دست پیدا کرده و به پاسخ سؤالات بی شمار و بی جواب خود برسند .

می دانید شتاب دهنده ها ذرات بنیادی را به سرعتی بسیار نزدیک به سرعت نور می رسانند و سپس آنها را با هم برخورد داده و با آشکارسازها ( Detector )اثرات حاصل از این برخورد را بررسی می کنند . ( برای آشنایی بیشتر می توانید از سایت فوق اطلاعات جالبی دریافت کنید ) .

اگر این روش برای شناسایی رفتار ذرات بنیادی پاسخ بدهد خیلی از سؤالات مانند منشاء پیدایش جهان به پاسخ می رسند . به نظر شما آیا بررسی رفتار ذرات بنیادی و اخذ نتیجه می تواند جهش بزرگی در علم بوجود آورد ؟ اگر پاسخ مثبت است آیا دانشمندان سرن راه درستی را ( استفاده از شتاب دهنده ها ) در پیش گرفته اند ؟ در این وبلاگ کوچک دانشمندان بزرگی که خیلی هایشان نوبل هم گرفته اند را به چالش بکشیم . در یادداشتهای بعدی این سؤالات را عمیق تر می کنیم تا بفهمیم فیزیک ( فیزیکدانان ) از کدام اشتباه بنیادی رنج می برد ( می برند ) ؟


چهار تئوری

دوستداران فیزیک می دانند که در حال حاضر فیزیکدانان به کمک چهار تئوری اساسی فیزیک می توانند تمام پدیده های موجود فیزیک را تحلیل کنند . همه در تلاشند که تا بتوانند این تئوری ها را به وحدت رسانده و در آینده بتوانند از آنها یک تئوری واحد استخراج کنند که بوسیله آن همه پدیده ها توجیه شود . به نظر شما آیا چنانچه فعالیت دانشمندان در cern در مورد ذرات بنیادی به نتیجه برسد می تواند از تئوری های چهارگانه فیزیک یک تئوری بسازد ؟ در این صورت چه تحولی در علم ایجاد خواهد شد ؟ آیا منشاء آفرینش مشخص خواهد شد ؟ آیا تئوری نسبیت تحت الشعاع قرار خواهد گرفت ؟ در یادداشتهای آینده باز هم سؤالات را عمیق تر کرده و ارتباط جالب و باور نکردنی این مسائل را با یکدیگر بررسی خواهیم کرد . آیا با راهی که فیزیک در پیش گرفته این مسائل حل خواهند شد ؟ با ما باشید .


واقعیت این است که همه این مسائل با هم مرتبط هستند . به شرطی که به فیزیک هستی همانند شهر مورد اشاره در یادداشت اول نگاه کنیم . اما نقطه ارتباط این قطعات پازل ما چیست ؟ لطفا به این مثال توجه کنید :

اهالی فیزیک باز هم می دانند که در واکنشهای هسته ای شکافت ( همان چیزی که اکنون در دنیا برای تولید انرژی رایج است ) جرم بجا مانده از نتیجه واکنش ( شکافت هسته ) با جرم اولیه برابر نیست و به این تفاوت جرم ، جرم یا تکانه گمشده می گویند و استدلال موجود این است که آن تفاوت جرم بر اساس قانون معروف تبدیل ماده به انرژی e=mc^2 کاملا به انرژی تبدیل شده و همین باعث تولید انرژی فوق العاده ای می شود . اما آیا این می تواند درست باشد ؟ ما تعریفمان از ماده چیست ؟ آیا این تعریف درست است ؟ مثلا اگر الکترون را ماده می دانیم ، همراه با بار الکتریکی اش ماده می دانیم ؟ آیا بار الکتریکی جزء لایتجزی برای الکترون یا هر ذره بنیادی دیگری است ؟ سؤال در مورد تعریف فیزیک از ماده و انرژی اساسی ترین سؤال از فیزیک هست . به این سؤالات در آینده پاسخ خواهیم داد و مهمترین تئوری های فیزیک را به چالش خواهیم کشاند .


آشکارسازی و بار الکتریکی

مگر شتاب دهنده ها بر اساس کدام معیار ، ذرات بنیادی را آشکار (detect) می کنند ؟ آیا جز بر اساس بار الکتریکی آنها ؟ اگر ذره ای فاقد هر گونه بار باشد ، شتاب دهنده ها که اساس کارشان میدانهای الکترومغناطیسی قوی هست قادر به شناسایی آن خواهند بود ؟ البته پاسخ منفی است . یعنی قوی ترین شتاب دهنده ها هم هنگامی قادرند یک ذره را شناسایی کنند که آن ذره دارای حداقل بار الکتریکی باشد تا بر اساس بار و حرکت سریع خود در حوزه میدان شدید الکترومغناطیسی شتاب دهنده تغییر ایجاد کرده و به اصطلاح detect شود . اینجاست که تعریف فیزیک از ماده به چالش کشیده می شود !!!!! آیا هر ماده ای باید دارای حداقل بار باشد ؟ آیا ماده بی بار وجود ندارد ؟ اگر وجود داشته باشد بیشتر تئوری ها یا قوانین فیزیک به هم خواهد ریخت . دیگر تبدیل ماده به انرژی بی معنا خواهد بود . جرم ( تکانه ) گمشده غلط خواهد بود . تئوری نسبیت زیر علامت سؤال قرار می گیرد و اگر تعریف ما از ماده اصلاح شود تئوریهای چهار گانه فیزیک به وحدت می رسند و منشاء آفرینش رخ می نمایاند . اگر جرم گمشده مورد نظر فیزیک در واکنشهای هسته ای بار خود را همراه با انرژی اش رها کرده باشد و تبدیل به ماده ای کاملا بی بار شده باشد ، کدام سیکلوترون آنرا کشف خواهد کرد ؟ با این توصیف ، چون سیکلوترون ما قادر به شناسایی آن نشد پس گمشده است ؟ این قصه سر دراز دارد ...... فیزیک باید تعریف خودش را از ماده اصلاح کند تا بن بستهایش گشوده شود .


ماده بدون بار

اگر ثابت شود ماده بدون شارژ ( بار ) وجود دارد ، بسیاری از باورهای فیزیک به هم خواهد ریخت . در همین حال بسیاری از مسائل حل نشده نیز راه حل پیدا خواهند کرد . مهمترین باوری که دچار چالش خواهد شد قانون تبدیل ماده به انرژی و بالعکس خواهد بود . اساسا آیا این باور درست است ؟ آیا امکان تبدیل این دو به یکدیگر وجود دارد ؟ اگر آن انرژی که ما آنرا حاصل تبدیل ماده می دانیم فقط در اثر از دست دادن بار ماده بوجود آمده باشد و آنچه باقی می ماند ماده ای کاملا بی بار و بی خاصیت باشد و بخاطر این بی باری توسط میدانهای الکترومغناطیسی کشف نشود ، پاسخ چیست ؟ واقعیت این است که ما ابزار کشف ماده خالص حاصل از تخلیه کامل انرژی را در دست نداریم ، ما ابزارمان میدانها هستند که ماده را بواسطه بارش کشف می کنند و اگر ماده از بار تخلیه شود دیگر در این میدانها قابل آشکارسازی نیست . پس ما ماده خالص را بگونه دیگری تعریف میکنیم : ماده ای که فاقد هر گونه خاصیت و آثار کیفی همانند بار الکتریکی است . بار الکتریکی جزء لاینفک ماده نیست ، بلکه از آن قابل سلب و اثبات است . پس ماده بار دار دیگر ماده نیست بلکه ماده شارژ شده هست که چیزی به آن اضافه شده و اگر بارش را بگیریم به ماده خالص برگشت خواهد کرد . در یادداشتهای بعدی آثار این تعریف جدید از ماده را بررسی خواهیم کرد .


دو صفات اصلی

قبل از ادامه بحث ضروری است دو واژه را بطور دقیق تعریف کنیم : خواص یا صفات ذاتی و خواص یا صفات عرضی ( ثانوی ) .

یک اصل ( ذات ) را در نظر بگیرید ، صفات مربوط به این ذات قائم به وجود ذات هستند یعنی وجود صفت بدون وجود ذات ( اصل ) غیر ممکن است ( مثل وجود فرع بدون وجود اصل ) . آیا بر عکس هم غیر ممکن است ؟ یک مثال :

خودتان را بعنوان یک اصل در نظر بگیرید ، آیا ممکن است شما باشید اما ناطق نباشید ؟ جواب البته مثبت است . اما آیا ممکن است باشید ولی ابعاد نداشته باشید ؟ وجود ابعاد برای شما یک صفت ذاتی است . یعنی این صفت عین ذات است ، یعنی به محض وجود ذات ، آن صفت هم وجود خواهد داشت . اما ناطق بودن این خاصیت را ندارد ، ممکن است ذات باشد ولی این صفت نباشد . خدا را با هر تعریفی که دارید در نظر بگیرید . صفاتی مانند علم ، قدرت و حیات باید در این خدا ذاتی باشد ، یعنی تصور وجود خدای مرده یا جاهل غیر ممکن است . اگر خدا هست پس عالم و قادر و حی هم هست . اما آیا الزاما خالق هم هست ؟ آیا ممکن نیست خدا باشد اما خلق نکند ؟ البته ممکن است . اما ممکن نیست خدا باشد اما علم یا قدرت یا حیات نداشته باشد . پس این صفات در خدا ذاتی است ، همانند ابعاد برای ماده . اما خالق بودن مانند ناطق بودن برای ماست . پس صفت ذاتی ملازم ذات است و عین ذات ، وجود ذات بدون وجود آن صفت ممکن نیست . اما صفت عرضی ملازم ذات نیست ، قابل سلب و اثبات است .

با این توضیح ، ابعاد برای ماده یک صفت ذاتی است یعنی ماده بدون بعد ممکن نیست . حال سؤال اینست ، بار ( شارژ ) چطور ؟ آیا بار الکتریکی هم در ماده یک صفت ذاتی است ؟ آیا ممکن است ماده باشد اما بار نداشته باشد ؟ چالش ما با فیزیک مدرن که نمادش در Cern هست همین است . اگر بتوان بار ماده را از آن گرفت و اگر بتوان ماده بی بار را اثبات کرد ، نسبیت ، مکانیک کوانتوم ، تئوری های مربوط به نور و اختر فیزیک و منشاء جهان چه تغییری خواهند کرد ؟

به هزارو یک دلیل ماده بی بار وجود دارد و کیفیت ها همانند بار و شارژ و جاذبه و نور و مغناطیس و غیره در ماده ذاتی نیستند بلکه این خصوصیات صفاتی عرضی و قابل سلب و اثبات در ماده هستند . در این صورت :

- تبدیل ماده به انرژی و تبدیل انرژی به ماده غلط خواهد بود .

- سیکلوترونها قادر به شناسایی منشاء پیدایش آفرینش نخواهند بود .

- روشهای مطالعه فیزیک در مورد ذرات بنیادی باید تغییر کند .

- ماهیت نور مشخص خواهد شد و تئوری های فعلی غلط از آب در می آید .

- تئوری نسبیت با چالش مواجه خواهد شد .

- اینکه سرعت نور بالاترین سرعت دست یافتنی است درست نیست .

- تکانه گمشده در واکنشهای هسته ای ، گمشده نیست .

- تئوری های ارائه شده در زمینه اختر فیزیک به چالش کشیده خواهد شد .

- تئوریهای چهارگانه فیزیک به وحدت خواهند رسید و با یک تئوری همه پدیده های فیزیکی قابل توضیح خواهند شد .

- و غیر قابل باورتر اینکه : آیا می دانید اگر این بحث را گسترش دهیم می توانیم پایان جهان را به میل خود رقم بزنیم ؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟

یک سؤال ؟ اگر ماده اولیه و ابتدایی بر اساس باور فیزیکدانان بجز ابعاد ، محدودیت و جسمانیت ( که این دو نیز حاصل همان ابعاد است ) دارای خواص کیفی نیز هست . پس فقدان این کیفیت ها از کجاست ؟ مثلا اگر ماده اولیه در ذات خود حرکت است پس سکون از کجا می آید ؟ اگر در ذات خود حیات است موت از کجا می آید ؟ و یا اگر در ذات خود رنگ است پس بی رنگی از کجا می آید ؟ مگر غیر از این است که خاصیت ذاتی هرگز ذات را رها نمی کند . پس اگر رنگ و رونق و حیات و حرکت خصوصیات ذاتی ماده هستند این صفات هیچوقت نباید از ماده سلب شوند ، حال آنکه طبیعت پر است از این تضادها . موت و حیات ، سکون و حرکت ، رنگ و بی رنگی و ....... اساسا تغییرات بر اساس بود و نبود همین کیفیت ها صورت می گیرد . یکی از دوستان پرسیده تعریف بار چیست ؟ جواب همین است . هر کیفیتی که عارض بر ماده شود و به آن حیات و حرکت بدهد ما اسمش را بار گذاشته ایم . بار حقیقتی غیر از ماده است که به ماده حیات می دهد ، حرکت می دهد ، رنگ و رونق می دهد و هر کیفیت دیگری از این قبیل .

سؤال دوم : آیا تغییر در یک اصل بدون دخالت اصل دیگر ممکن است ؟ یک تغییر ساده مانند آب شدن یخ یا یخ بستن آب را در نظر بگیرید . آب یا یخ تنها ، بدون دخالت یک اصل دیگر بنام حرارت می تواند تغییر پیدا کند ؟ یا باید حرارت بگیرد یا آن را از دست بدهد تا تغییری بسیار ساده اتفاق بیفتد . اگر ماده شارژ شده ( بار دار ) را بعنوان یک اصل در نظر بگیریم . این اصل چگونه می تواند بدون دخالت یک اصل دیگر سبب این همه تغییر در طبیعت شود ؟ او باید چیزی را از دست بدهد یا بگیرد تا بتواند سبب تغییر شود . اصل دیگر چیست ؟

یکی از دوستان نوشتند با فیزیک نمیشه به همه چیز جواب داد . ما هم قصدمان این نیست . ما میخواهیم به این سؤالات پاسخی علمی بدهیم . البته تا تعریف شما از علم چی باشه . اینکه فلسفه علم هست یا خیر خود جای بحث دارد . خواهش میکنم فعلا دیدی علمی داشته باشیم . بعد معلوم میشه ارتباط فلسفه با فیزیک و هر کدام با علم در چیست ؟

سؤال سوم : آیا یک حقیقت به تنهایی صاحب اثر و خاصیتی خواهد بود ؟ حتی اگر آن حقیقت خود خدا هم باشد نیز به تنهایی داری اثر و خاصیتی نخواهد بود ، خدای تنها چگونه ارزشهای وجودی خود را به نمایش بگذارد وقتی هیچکس نیست که حتی به او بگوید خدا ؟ تمام خاصیت ها و آثار در ارتباط با حقیتی غیر از خود نمایش پیدا می کند ، عالم خلقت تمام آثار خود را مدیون ترکیب هست ، بدون این ترکیب هیچ چیز اثر و خاصیتی نخواهد داشت ، بنابراین عالم خلقت ( که در حقیقت عالم ترکیب است و ترکیب هم با یک اصل ممکن نیست ) خودبخود می گوید که اصول اولیه ساخت من متعددند و حداقل دو اصل لازم است تا بتوان با ترکیب آنها این همه تغییر ناشی از آن ترکیب را بوجود آورد . پس ماده به تنهایی قادر به ایجاد این همه تغییر نیست بلکه اصل دیگری لازم است که به ماده خاصیت ( بار ) بدهد و براساس این خاصیت نیز قابل کشف و دخل و تصرف باشد .


نظری یا تجربی؟

بدیهی است که در مسیر اثبات این ادعا پژوهشهای آزمایشگاهی چاره ساز نیست بلکه بحثی است که بصورت نظری اثبات می شود ، مهم این است که آیا دلایل علمی هست یا خیر . حال هر اسمی میخواهیم رویش بگذاریم مهم نیست . فیزیک نظری یا فیزیک فلسفی یا هر چیز دیگری . دیدگاه نویسنده این است که علم عبارتست از دانستن هر چیز همانگونه که هست . بر این اساس هر دانسته ما علم نیست بلکه شرط علم بودنش درست بودن آن دانسته هاست نه اسم گذاری آن دانسته ، مثلا ما اسم خودمان را میدانیم ، این دانسته (Data)علم (Knowledge)است چون درست است ، اما هر دیتایی ، ناولج نیست ( مکانیسم تبدیل دیتا به ناولج بحث دیگری است ) ، همانطور که بر اسم خودمان علم داریم این علم قابل گسترش است بگونه ای که هر چیز را همانگونه که هست خواهیم دانست ، معیار درست بودن یا نبودن هم فعلا و تا وقتی معیار واقعی اثبات نشده است ، فهم مخاطب و منطق حاکم بر تفکر اوست . اگر نوشته ها توانستند این منطق را به او بقبولانند ، نباید لجاجت کنیم و به دلیل دیگری نپذیریم ، اگر هم نتوانست ممکن است با توضیحات بیشتر این امر ممکن شود . ( در ارتباط با تعریف علم در آینده بیشتر بحث خواهیم کرد )

تا اینجا سه دلیل ارائه شده که ماده در تعریف فیزیک یک ماده شارژ شده و دارای خاصیت است در حالی که این خاصیت ها جزء ماده نبوده و از آن قابل سلب و اثباتند . ماده خالص جز ابعاد و جسمانیت هیچ خاصیت دیگری ندارد و بر همین اساس هم بوسیله هیچ سیکلوترونی قابلDetect شدن نیست . پس دنبال اصل دیگری هستیم که در ترکیب با ماده به آن خاصیت می دهد . خواص ماده همانند بار ، جاذبه ، دافعه ، نور ، حرکت ، مغناطیس یا هر خاصیت دیگری حاصل ترکیب دو اصل است که یکی از آنها ماده است و ما به ماده در این حالت ماده خالص می گوییم . حالتی که در آن حد ماده با حجمش برابر است . در یادداشت بعدی خلاصه ای از آنچه تا کنون بیان شده ارائه می شود .


ماده و انرژی

اگر با سه دلیل ارائه شده برای شما اثبات شده باشد که تعریف فیزیک از ماده و انرژی تعریفی جامع نیست و چالشهای پیش روی فیزیک ناشی از این تعریف غلط است ، لازم است بدانیم تعریف ارائه شده تا چه اندازه خواهد توانست به این ابهامات پاسخ دهد ؟

گفتیم ماده ای که فیزیک در اختیار دارد یک ماده ترکیب شده با یک اصل کیفی است که تمام خاصیت های ماده موجود اعم از جرم و جاذبه و حرکت و بار و مغناطیس و روشنایی و هر کیفیت دیگر ناشی از این ترکیب است و ماده به واسطه همین کیفیت هاست که قابل شناسایی برای فیزیک است . ماده خالص در تعریف جدید خود فاقد هر گونه اثر و کیفیت است ، نه بار دارد که در میدان های الکترو مغناطیسی کشف شود و نه جاذبه دارد که در میدانهای جاذبه کشف شود ، تنها خاصیت ماده در این وضعیت ابعاد است که آن هم در یک بعد خلاصه می شود . محدودیت و جسمانیت جهان ناشی از محدودیت این اصل به عنوان یکی از مبادی آفرینش است .

اصل دوم که در ترکیب با ماده کیفیت ها را آشکار می کند بر خلاف ماده محدود نیست بلکه یک اصل نامتناهی و فاقد ابعاد است ، ترکیبش با ماده از نوع ترکیب ماده با ماده نیست بلکه از نوع تعلق است مثل تعلق الکتریسیته به وسایل الکتریکی .

این نوع نگاه به مبادی بنیادی آفرینش ( بجای جستجوی ذرات بنیادی باید دنبال مبادی بنیادی باشیم ) این ادعا را دارد که می تواند به همه پرسشهای فیزیک از کوانتوم گرفته تا اختر فیزیک پاسخ دهد . به تدریج در یادداشتهای بعدی به اثبات این ادعای بزرگ می پردازیم .

در چند یادداشت بر اثر گذاری این تعریف از ماده و انرژی در انگارهای فیزیک می پردازیم . یکی از این نقاط تاریک در فیزیک بحث نور و ماهیت آن است . میدانید که دو نظریه در مورد ماهیت نور میدانداری می کنند که یکی بر ماهیت ذره ای و دیگری بر ماهیت موجی آن صحه می گذارد . حدود هفتاد سال نظریه پلانک در این عرصه تکتازی می کرد که می گفت همزمان این دو رفتار از نور قابل مشاهد نیست .

طرفداران نظریه ذره ای بودن نور مجبور به تعریف مفهومی بنام فوتون شده اند که جرم سکونش برابر صفر است . در مورد سرعت نور نیز آن را سرعت حد در هستی میدانند که برای رساندن ذره ای هر چند کوچک ( مثلا الکترون ) به سرعت نور بینهایت انرژی نیاز است و بنابراین رساندن سرعت ذرات به سرعت نور محال است و به همین دلیل فوتون به عنوان ذره ای با جرم سکون صفر تعریف شده است . سرعت نور پایه تعداد زیادی از تئوری های فیزیک شده است که نسبیت یکی از مهمترین آنهاست و بر اساس آن ، این سرعت در کمیت های مکانیک کلاسیک و قوانین حاکم بر آن تغییرات اساسی ایجاد کرده و مکانیک کوانتوم را پایه گذاری کرده است . کوانتیزه بوده اساس فیزیک مدرن است . حال ببینیم این حرفها با تعریف جدید مبادی بنیادی آفرینش یعنی ماده و انرژی چگونه خواهند شد ؟

با این سؤال شروع می کنم . آیا فضای بین زمین و خورشید پر از نور خورشید هست یا خیر ؟ جواب البته مثبت است . با این حساب چرا فقط چهره ماه روشن است ؟ با اینکه نور هست چرا بقیه فضا برای ما روشن نیست ؟ پاسخ به این سؤال در همین واقعیت نهفته است که نور بدون تعلق به یک جسم مادی نه خودش را نشان می دهد و نه ماده را و در تعلق ، هم خود و هم ماده را نمایش می دهد . یعنی اثر آن ( روشنایی ) در ترکیبش با ماده ظاهر می شود . با اینکه هست ولی بدون وجود ماده نمایشی ندارد . پس باید بین نور و روشنایی یک تفاوت اساسی قائل شویم . فیزیک این دو را با هم اشتباه گرفته است و چون نور را بصورت خالص در اختیار ندارد فکر می کند روشنایی همان نور است و این مبنای به خطا رفتن فیزیک در این زمینه شده است .

میدان و سرعت نور

لطفا خیلی دقت کنید : فیزیک می گوید ، میدان الکتریکی با سرعت نور منتشر می شود ، یعنی مثلا اگر همین الان یک گلوله را باردار کنیم میدان الکتریکی حاصل از آن با سرعت نور در محیط منتشر می شود ، یا مثلا اگر همین الان نیروگاهی در خوزستان وارد شبکه شود میدان الکتریکی با سرعت نور در سیم منتشر می شود تا به تهران برسد .

میدان مغناطیسی هم همینطور ، اگر همین الان در یک آهنربای الکتریکی میدان مغناطیسی ایجاد کنیم این میدان با سرعت نور منتشر می شود . میدان الکترومغناطیسی یک آنتن و یا میدان جاذبه جرم هم همینطور ، همه این میدانها با سرعت نور منتشر می شوند . این واقعیت برای شما چه حقیقتی را تداعی می کند ؟

این سرعت مرموز ، واقعیتی بنام میدان ، اینها چه ارتباطی با هم دارند ؟ کمی فکر کنید !! همه اینها شما را به یک اصل می رساند . نور نه ذره است نه موج و اصلا نور حرکت ندارد ، آنچه حرکت و در نتیجه سرعت دارد چیز دیگری است .

ماهیت نور

آیا حرکت می تواند خاصیت ذاتی هر یک از مبادی آفرینش باشد یا حرکت نتیجه تعلق و ترکیب آن دو اصل است ؟ یعنی اگر بار الکترون را از آن بگیریم آیا همزمان حرکتش را هم گرفته ایم ؟ همانطور که قبلا هم نوشتیم تمام خاصیت ها و آثار نتیجه ترکیب هستند والا مبادی ( ذرات ) بنیادی بخودی خود هیچ اثر و خاصیتی مانند حرکت و روشنایی و میدان و غیره ندارند . پس آنچه ما بعنوان نور و حرکت آن در طبیعت می بینیم حرکت نور نیست بلکه زمانبری تعلق نور به ماده است که از آن تعبیر به حرکت نور می کنیم . از آنجایی که این تعلق بعلت وضعیت ماده زمانبر است ( البته فعلا ، چون این زمانبری قابل رفع است ) ، ما آن را با حرکت نور اشتباه می گیریم . والا نور هم مانند جاذبه ، مغناطیس و یا الکتریسیته یک میدان است ، نه ذره .

فیزیک ( فیزیکدانان ) کافی است به این فکر کنند که وقتی ما برای توجیه یک پدیده جدید در حوزه های کوانتوم گرفته تا اخترفیزیک مجبور می شویم تعاریف جدید ارائه کنیم یعنی داریم راه غلطی را می رویم . مثلا وقتی پدیده انبساط کرات را می بینیم برای توجیهش باید انرژی تاریک تعریف کنیم . برای پدیده دیگری باید ماده تاریک یا مثلا ضد ماده یا اتر تعریف کنیم ، بعد می آییم ماده ای تعریف می کنیم که جرم سکونش صفر باشد ، یا مثلا در حوزه اختر فیزیک سیاهچاله تعریف می کنیم که هیچ چیز قادر به فرار از جاذبه اش نیست . این فرضیه سی سال حکمرانی می کند و سپس نظریه پرداز آن ( هاوکینگ ) با خود می گوید اگر چیزی قادر به فرار از سیاهچاله نباشد پس ما این اطلاعات مربوط به سیاهچاله را از کجا داریم ؟ پس اطلاعات توانسته است از سیاهچاله فرار کند ، این سؤال پیش می آید که اصلا سیاهچاله ای در کار هست ؟ همه این تعاریف جدید که برای توجیه پدیده های جدید صورت می گیرد ما را از اصل به وحدت رساندن تئوری های توجیه کننده همه پدیده های آفرینش دور می کند در حالی که این امر باید اتفاق بیفتد تا فیزیک جهش پیدا کند .

ببینید ما وقتی ستاره ای را در فاصله چند میلیون سال نوری مشاهد میکنیم ، براستی چه چیزی را مشاهد می کنیم ؟ واقعیت این است که داریم چند میلیون سال قبل آن ستاره را مشاهده می کنیم ، نه وضع فعلی آن را ، یعنی ممکن است آن ستاره اکنون مرده باشد . با این حساب از روی زمین هیچ وقت قادر به ترسیم وضعیت فعلی آفرینش نیستیم . پس مسائلی همچون انبساط یا انقباض آفرینش و یا ثابت کیهانی انیشتین زیر علامت سؤال بزرگی قرار دارند . واقعیت این است که اصلا اینها نیست ، کائنات به گونه ای دیگر کنار هم چیده شده اند . این قصه سر دراز دارد ......

سرن و سرنوشت فیزیک

هیچ تردیدی نیست که سرنوشت فیزیک در CERN رقم خواهد خورد . سرن یا فیزیک را به قتلگاه می برد یا به اوج می رساند . سرن مرز فیزیک است به دنیایی دیگر ، آیا این جهش صورت خواهد گرفت ؟ شتابدهند ال اچ سی البته ساخته خواهد شد ، ولی اینکه بتواند راز هستی را بگشاید یا نه یک معمای بزرگ و یک رؤیای بلند پروازانه است ، پاسخ به این سؤال البته منفی است ، نه شتابدهنده ال اچ سی و نه شتابدهنده های بزرگ تر و پر سرعت تر قادر به کشف این راز نیستند ، اشکال اینجاست که سرعت نور را راز ناگشوده خلقت می دانند و تصور می کنند هر چه سرعت را به سرعت نور نزدیکتر کنند به حقیقت نزدیکتر شده اند ، یک زنجیره اشتباه از تئوری های مختلف که هر کدام برای رفع سد معبر واژه و مفهومی جدید تعریف کرده اند و این ما را به وحدت نخواهد رساند . به وحدت تئوری ها بیشتر فکر کنیم ...........

هر شی در نجوم بوسیله تابش الکترو مغناطیسی مشاهده می شود بنابر این توجه به برخی از مبانی فیزیک درباره تابش وجذب لازم است .تابش الکترو مغناطیسی فقط یک موج متحرک در میدان مغناطیسی و الکتریکی است که در معادلات ماکسول به هم مربوط می شوند.موج الکترو مغناطیسی باسرعت نور منتشر می شود. C=2.998*108
حاصل ضرب طول موج و فرکانس برابر سرعت نور است.
C=F*g
که به صورت سنتی طیف سنجها طول موج را اندازه گیری می کنند.
با وسائل جدید تمام محدوده طیف قابل مشاهده است. تعدادی ازطول موجهایی که فقط می توانند در بالای جو اندازه گیری شوند؛درفنآوری ماهواره ای به کارمی روند.

تابش نور به چندطریق صورت می گیرد:
1-فرآیند پهن شدگی (فرآیند گرما یونی )-تابش جسم سیاه. 2-تابش خطی .
3-تابش سینکروترون ناشی از بارهای الکتریکی شتابدار.
ما درباره’ مورد اول بحث خواهیم کرد
تابش جسم سیاه:

جسم گرم در دمای مشخص T گستره پهنی از امواج الکترو مغناطیس تابش می کندو جسم گرمتر آبی تر تابش میکند .
برای مثال داخل زمین یک مخزن نور است که مانند یک باطری ضعیف شده کم نورتر وقرمزتر است . این مسئله در ابتدای قرن بیستم در فیزیک کلاسیک حل شده ویکی از موفقیتهای مکانیک کوانتومی شکل گرفته بود.
طیف تابش گسیل یافته برای فیزیک کلاسیک یک مشکل بزرگ بود .
استفان و بولتزمن کشف کردند که تمام گرمای تابش شده بوسیله سطح جسمی با مساحت A و دمایT برابر است با:
Q=AsT4 s =5.67*108
شدت تابش درواحد حجم که تابع طول موج است ،اندازه گیری شد. موقعیت ماکزیمم ناگهانی در طیف ،توسط قانون جابجایی وینز ((Wiens تشریح شد و مکان بیشترین شدت در طول موج
-3^10*2.9 که در آن Tدر مقیاس کلوین است.
بنابرا ین طول موج تابش گسیل یافته، نظریه تابشی جسم را ارائه می دهد.
تلاشهای رایلی (Rayleigh)برای توضیح مشاهدات از نظر کلاسیکی نا موفق بود .او محاسباتی انجام داد با این فرض که موجها درون کاواک قرار بگیرند وتابش گریزی از سوراخ کوچکی در دیواره کاواک را بدست آورد.فقط طول موجهایی مجازبودند که دقیقا موج بر دیواره کاواک قرار می گرفت (دیواره’ کاواک مکان گره ها بود).
رایلی فرض کرد که هر گونه طول موج دارای انرژی KT است( K ثابت بولتزمن است).محاسبات پش بینی می کرد که در دمای T تابندگی (شدت تابش ) به طول موج وابسته است.
I(l)= T/landa^4
فرض بالا یک مشکل دارد؛وقتی طول موج صفر می شود شدت بینهایت می گرددواین مساله به عنوان فاجعه فرابنفش شناخته شد.
در سال 1900م.پلانگ این مشکل را با گسسته فرض کردن تابش الکترو مغناطیسی حل کرد.او فرض کرد که تابش بوسیله نوسانگرهای الکترو مغناطیسی درون دیواره کاواک تولید میشود.انرژی نوسانگرها فقط می توانست به صور ت گسسته مضربی از بسامد باشدn=0,1,2,3,… ; E=nhn.
محا سبات پلانگ تفاوت بنیادی با محاسبا ت رایلی داشت که مقادیر انرژی را پیوسته فرض کرده بود. محاسبات پلانک تابندگی در طول موج خاص را بصورت زیر داد:
I(l)=2*?*h*c^2/[l^5[exp(hc/lkT)-1]]
فرم بالاقانون استفان بولتزمن و قانونوینز را تایید می کند
. در طول موجهای زیاد فرمول بال منجر به نتایج رایلی می شود.
در واقع در اندازه گیری دمای یک ستاره نوعی طیف سنجی یا نور سنجی میتواند به کار رود.
مقایسه بین تابندگی نسبی مقدار نور گسیل شده یک ستاره در دو طول موج:.
این نسبت مشخصه دمایی است بنابر این اندازه گیری تمام طیف جسم سیاه الزامی نیست.چون تابندگی در هر دمای مشخص به طور نسبی در شدت 550 nm بهنجار شده است.called V or Visual Band )) ((
اندازه گیری دوم در تابندگی 440nm
(( called B or Blue band ))
اندازه گیری دما را ممکن میسازد

مقدمه:
یکی  از عجیب ترین کشفیات انسان دسترسی به فضا است که پیچیدگی و مشکلات خاص خود را دارد. راه یابی به فضا پیچیده است، چرا که باید با بسیاری از مشکلات روبرو شد. مثلا:

- وجود خلا در فضا

- مشکلات گرما و حرارت

- مشکل ورود مجدد به زمین

- مکانیک مدارها

- ذرات و باقی مانده های فضا

- تابش های کیهانی و خورشیدی

- طراحی امکانات برای ثابت نگه داشتن اشیا در بی وزنی

ولی بزرگترین مشکل ایجاد انرژی لازم برای بالا بردن فضاپیما از زمین است که برای درک این موضوع باید به بررسی طرز کار موتورهای موشک پرداخت.

در یک دیدگاه ساده، می توان موتورهای موشک را به آسانی و با هزینه ای نسبتا کم طراحی کرد و حتی آن را به پرواز درآورد اما اگر بخواهیم مسئله را در سطح کلان بررسی کنیم با مشکلات و پیچیدگی های بسیاری مواجه هستیم و این موتورهای موشک (و به خصوص سیستم سوخت آن ها) آنقدر پیچیده است که تا به حال تنها سه کشور توانسته اند با استفاده از این فناوری انسان را در مدار زمین قرار دهند.

در این مقاله ما موتورهای موشک های فضایی را مورد بررسی قرار می دهیم تا با طرز کار و پیچیدگی های آن ها آشنا شویم.

 

نکات پایه ای:

عموما وقتی کسی درباره موتورها فکر می کند، خود به خود مطالبی درباره چرخش برایش تداعی می شود.برای مثال حرکت متناوب پیستون در موتور بنزینی که انرژی چرخشی برای به حرکت در آوردن چرخ ها را تولید می کند. و یا موتور الکتریکی که با تولید میدان الکتریکی که با تولید میدان مغناطیسی نیروی چرخشی برای پنکه یا سی دی رام تولید می کنند. موتور بخار هم به طور مشابه کار می کنند.

ولی موتور موشک از لحاظ ساختار متفاوت است. موتور موشک ها موتورهای واکنشی هستند.اساس کار موتور موشک برپایه ی قانون معروف نیوتون است که می گوید: "برای هر کنش واکنشی وجود دارد به مقدار مساوی ولی درجهت مخالف آن". موتور موشک نیز جرم را در یک جهت پرتاب می کند و از واکنش آن در جهت مخالف سود می برد.

البته تصور این اصل (پرتاب جرم و سود بردن از واکنش) ممکن است در ابتدا کمی عجیب به نظر بیاید، چرا که در عمل بسیار متفاوت می نمایاند. انفجار، صدا و فشار چیزهایی است که در ظاهر باعث حرکت موشک می شود و نه "پرتاب جرم".

 

بگذارید تا با بیان چند مثال تصویری بهتر از واقعیت را روشن کنم:

 

? اگر تا به حال با اسلحه ی(به خصوص سایز بزرگ آن) shotgun شلیک کرده باشید،  متوجه می شوید که ضربه ی بسیار قوی ای، با نیروی بسیار زیاد به شانه شما وارد می کند.

یک اسلحه مقدار 1 انس فلز را به یک جهت و با سرعت 700 مایل در ساعت شلیک می کند و در واکنش شما را به عقب حرکت می دهد.

 

? اگر تا به حال شیر آتش نشانی را دیده باشید، متوجه می شوید که برای نگه داشتن آن باید نیروی بسیار زیادی را صرف کنید (اگر دقت کرده باشید گاهی 2 یا 3 آتش نشان یک شیر را نگه می دارند) که در این جا شیر آتش نشانی مثل موتور موشک عمل می کند.

شیر آتش نشانی، آب را در یک جهت پرتاب میکند و آتش نشان ها از نیرو و وزن خود استفاده می کنند تا در برابر واکنش  آن مقاومت کنند. اگر آن ها اجازه بدهند تا شیر رها شود، شیر به این طرف و آن طرف پرتاب می شود.

حال اگر آتش نشان ها روی یک اسکیت برد ایستاده باشند شیر آتش فشانی آن ها را با سرعت زیادی به عقب می راند.

 

? اگر یک بادکنک را باد کنید و آن را رها کنید، بادکنک  به پرواز در می آید، تا وقتی که هوای داخل آن به طور کامل خالی شود. پس می توان گفت که شما یکم موتور موشک ساخته اید. در این جا چیزی که به بیرون پرتاب می شود مولکول های هوای درون بادکنک هستند.

بسیاری از مردم فکر می کنند که مولکول های هوا اهمیتی ندارند، در حالی که اینطور نیست. هنگامی که شما به آن ها اجازه می دهید تا از دریچه بادکنک به بیرون پرتاب شوند، بر اثر واکنش به وجود آمده بادکنک به جهت مخالف پرتاب می شود.

 

در ادامه برای درک بهتر موضوع، به مثالی دقیق تر اشاره می کنم:

 

? سناریوی توپ بیسبال در فضا:

شرایط زیر را تصور کنید،

مثلا شما لباس فضانوردان را پوشیده اید و در فضا در کنار فضاپیما معلق مانده اید و  چندین توپ بیسبال در دست دارید. حال اگر شما توپ بیسبال را پرتاب کنید، واکنش آن بدن شما را به جهت مخالف توپ حرکت می دهد.

سرعت شما پس از پرتاب توپ به وزن توپ و شتاب وارده بستگی دارد. همانطور که می دانیم حاصلضرب جرم در شتاب برابر نیرو است، یعنی:

F=m.a

همچنین میدانیم که هر نیرویی که شما به توپ وارد کنید، توپ نیز نیرویی مساوی ولی در جهت مخالف به بدن شما وارد میکند که همان واکنش است. پس می توان گفت:

m.a=m.a

حال فرض می کنیم که توپ بیسبال 1 کیلو گرم وزن داشته باشد و وزن شما و لباس فضایی هم 100 کیلوگرم باشد. پس با این حساب اگر شما توپ بیسبال را با سرعت 21 متر در ساعت پرتاب کنید. یعنی شما با دست خود به یک توپ بیسبال 1 کیلو گرمی، شتابی وارد کرده اید که سرعت 21 متر در ساعت گرفته است. واکنش آن روی بدن شما تاثیر می گذارد، ولی وزن بدن شما 100 برابر توپ بیسبال است. پس بدن شما با 100/1 سرعت توپ بیسبال (یا 0.21 متر بر ساعت) به عقب حرکت می کند.

حال اگر شما می خواهید از توپ بیسبال خود قدرت بیش تری بگیرید، شما دو انتخاب دارید: افزایش جرم یا افزایش شتاب وارده

شما می توانید یا یک توپ سنگین تر پرتاب کنید و یا اینکه شما می توانید توپ بیسبال را سریع تر پرتاب کنید (شتاب آن را افزایش دهید)، و این دو تنها کارهایی است که می توانید انجام دهید.

 

 یک موتور موشک نیز به طور کلی جرم را در قالب گازهای پرفشار پرتاب می کند؛ موتور گاز را در یک جهت به بیرون پرتاب می کند تا از واکنش آن در جهت مخالف سود ببرد. این جرم از مقدار سوختی که در موتور موشک می سوزد بدست می آید.

عملیات سوختن به سوخت شتاب می دهد تا از دهانه خروجی موشک با سرعت زیاد بیرون بیاید.

وقتی سوخت جامد یا مایع می سوزد و به گاز تبدیل می شود، جرم آن تغییر نمی کند بلکه تغییر در حجم آن است. یعنی اگر شما مقدار یک کیلو سوخت مایع موشک را بسوزانید مقدار یک کیلو جرم با حجمی بیشتر، از دهانه خروجی موشک با دمای بالا و سرعت زیاد خارج می شود. عملیات سوختن، جرم را شتاب می دهد.
بیایید تا بیش تر درباره ی نیروی پرتاب بدانیم:

 

نیروی پرتاب:

قدرت موتور یک موشک را نیروی پرتاب آن می گویند. نیروی پرتاب در آمریکا به صورت
(پوند) ponds of thrust
و در سیستم متریک با واحد نیوتون شناخته شده است (هر 4.45 نیوتون نیروی پرتاب برابر است با 1 پوند نیروی پرتاب).

هر یک پوند نیروی پرتاب (4.45 نیوتون) مقدار نیروی است که می تواند یک شی 1 پوندی (453.59 گرم) را در حالت ساکن مخالف نیروی جاذبه زمین نگه دارد.

بنابر این در روی زمین شتاب جاذبه 21 متر در ساعت در ثانیه (32 فوت در ثانیه در ثانیه) است.

 ما به جایی رسیده‌ایم که که بدون حل کردن برخی از مشکلات و مسایل فیزیک، نمی‌توانیم در مورد حقایق و پدیده‌های جالب و شگفت‌انگیز دیگر فیزیکی، اطلاعات بیشتری کسب کنیم. برای درک مفاهیمی مثل خاستگاه و بنیاد جهان هستی، سرنوشت نهایی سیاهچاله‌های فضایی یا امکان سفر در زمان، نیاز داریم که بدانیم جهان هستی چگونه ادامه‌ی حیات می‌دهد.

 

 ما به جایی رسیده‌ایم که که بدون حل کردن برخی از مشکلات و مسایل فیزیک، نمی‌توانیم در مورد حقایق و پدیده‌های جالب و شگفت‌انگیز دیگر فیزیکی، اطلاعات بیشتری کسب کنیم. برای درک مفاهیمی مثل خاستگاه و بنیاد جهان هستی، سرنوشت نهایی سیاهچاله‌های فضایی یا امکان سفر در زمان، نیاز داریم که بدانیم جهان هستی چگونه ادامه‌ی حیات می‌دهد.
 هم‌اکنون یک ایده‌ی خوب در ذهن ما هست که می‌تواند منتج به کشف حقیقت و بنیاد هستی شود. علم فیزیک در قرن بیستم بر پایه‌ی انقلابهای دوگانه‌ی مکانیک کوانتومی (تئوری ماهیت جسم) و نظریه‌ی معروف اینشتین در مورد فضا، زمان و جاذبه معروف به نسبیت، بنا شده است. اما وقتی شما به دو تعریف نهایی از واقعیت دست پیدا می‌کنید زمانی که تنها یک واقعیت را موجود می‌بینید، این راضی‌کننده نیست.
 تلاش برای یگانه‌سازی این دو تئوری، موانع تکنیکی فنی و مفهومی وحشتناکی را بر سر راه بهترین نظریه‌پردازان فیزیک در طول دهه‌های گذشته قرار داده و آنان را به چالش کشیده است. برای مثال از آنجایی که جاذبه، خودش را به عنوان یک عامل ایجاد انحراف در فضای چهاربعدی زمان-مکان معرفی می‌کند، پذیرش نظریه‌ی کوانتومی در مورد جاذبه ایجاد مشکل می‌کند. از یک جهت، این به معنای پذیرش شک و تردید هایزن‌برگ در مورد فرضیات موجود راجع به زمان – مکان به شکل فی‌نفسه است که قطعاً مشکل‌ساز خواهد بود.
 اما ممکن است این تردیدها، یک معنای دیگر هم داشته باشند و آن به معنای وجود یک مشکل در رابطه با گرایش و رویکرد ما نسبت به قضیه است. شاید ما نباید مفهوم جاذبه را به تنهایی بررسی کنیم. اکثر تلاشهایی که برای یکسان‌سازی نظریات موجود در مورد جاذبه انجام شدند، خود منجر به این گشتند که تعریف کیفیت و کمیت جاذبه، وارد یک بحث و میدان جدید شود که به ناچار همه‌ی نیروهای طبیعت مانند همه‌ی اجزای زیراتمی را به یک چارچوب تئوریک محدود می‌کند. این ایده‌یی است که برخی از فیزیک‌دانها آن را "تئوری همه‌چیز" می‌خوانند.
 نظریه‌ی جدیدی که در حال حاضر مطرح می‌شود، نظریه‌ی "فرا-رشته‌یی" است که به وجود حلقه‌های کوچک و ریز رشته‌یی اتمی به عنوان سازنده‌ی همه‌ی مواد حکم می‌دهد. فرضیه‌ی دیگری که وجود دارد و به تئوری ام مشهور است هنوز کمی پیچیده و مبهم به نظر می‌رسد و می‌تواند به عنوان لایه‌یی که در ابعاد وسیعتر فضایی حرکت دارد، تصویر شد. اما مرحله و روند پیشرفت در این نظریه‌ها در بهترین حالت، اینگونه جمع‌بندی می‌شود که هیچ کس دقیقاً به یاد نمی‌آورد وجود حرف "M” در نظریه‌ی ام، دقیقاً به چه دلیلی است و چه واژه‌یی را تداعی می‌کند. راه درازی در پیش است...

 ?) آیا "ضدجاذبه‌"ی اینشتین واقعاً یک اشتباه بود؟

 اینشتین، ضدجاذبه را بزرگترین اشتباه خود می‌شمارد. اما به نظر می‌رسد که او با اضافه کردن یک نظریه‌ی ضدجاذبه به فرضیه‌ی نسبیت خود که آن را شرط فلسفه‌ی انتظام گیتی می‌خوانند، کار درستی انجام داده است.
 این شرط اضافه در فرضیه‌ی نسبیت، به فضا یک خاصیت تدافعی نسبت می‌دهد به این معنا که فضا خودش را دفع می‌کند، گسترده‌تر می‌شود و هرچه سریعتر این روند افزایش گستردگی ادامه می‌یابد. اینشتین این عامل به ظاهر بی‌ارزش را اضافه کرد چرا که تصور می‌شد جهان هستی ثابت است و بی‌حرکت. در نتیجه نیاز بود تا نیرویی وجود داشته باشد و قدرت کشش جاذبه‌یی زمین را بالانس و دچار تعادل کند که مواد موجود بر روی زمین، کوچک و کوچکتر نشوند.
 اما در دهه‌ی ????، ادوین هابل کشف کرد که جهان هستی خود به خود در حال گسترش و افزایش است. در نتیجه اینشتین نیز نظریه‌ی "تعادل انتظامی گیتی" را به دلیل ترس، پس گرفت!
 اما به نظر می‌رسد این ایده نباید محو شود. نظریه‌ی کوانتومی میدانها، ثابت می‌کند که حتی فضاهای خالی نیز با انرژی زیاد در حال طغیان و جنب و جوش هستند. در واقع همان تاثیر جاذبه‌یی g=?? که نظریه‌ی ضدجاذبه‌ی اینشتین را توصیف می‌کند. این نظریه در مورد قدرت دافعه‌ (که در مقابل جاذبه مطرح می‌شود) مقداری گنگ و مبهم است اما به آن یک ارزش تخمینی می‌دهد.
 تقریباً 10 سال پیش، فضانوردان متوجه شدند که سرعت گسترش ابعاد جهان هستی در حال افزایش است و در نتیجه نظریات آزمایش خود در مورد نیروی ضدجاذبه را مطرح کردند. در عین ناباوری و سرگردانی فیزیکدانها هم این فضانوردان، قدرت ضدجاذبه را شامل ??? نیرو دانستند که ?? بار از مقدار پیش‌بینی‌شده‌ی قبلی کوچکتر است.
 این نتیجه، بسیار گمراه‌کننده و عجیب است. اگر تعادل برقرار شده میان جاذبه و دافعه، مقداری برابر با صفر بود، در نتیجه یکی از قوانین عمیق و مهم طبیعی در موردش صدق می‌کرد اما یک عدد غیرصفر که تازه با تئوری ابتدایی نیز غیرقابل مقایسه شناخته شده را نمی‌شود تعبیر کرد.
 برای وخیم‌تر کردن شرایط، کیهان‌شناسان به ایده‌یی علاقه‌مند شدند که نیروی دافعه‌ی بسیار قوی و بزرگی در اولین مرحله‌ی تفکیک پس از انفجار بزرگ یا Big Bang را مطرح می‌کند چرا که این نظریه، سناریوی جذاب و محبوب مربوط به زمین غیرمسطح و در حال افزایش حجم را تایید می‌کند. با توجه به این تئوری، جهان هستی پس از تولد و شکل‌گیری، با سرعتی غیرقابل باور توسط یک عامل قدرتمند و عظیم، تغییر حجم داد و این نیرو را قدرت ضدجاذبه یا دافعه ایجاد نمود.

در نتیجه اگر بخواهیم دلیل و برهانی بر این افزایش حجم سریع و روزافزون بیابیم، به نظریه‌یی نیاز داریم که توضیح دهد چرا ضدجاذبه در ابتدا بسیار قوی و شدید بود، سپس با شتاب و سرعت کاهش مقدار پیدا کرد و سپس به مقداری در حوالی صفر رسید. به عبارت دیگر، ما می‌خواهیم بدانیم که چرا نیروی ضدجاذبه، تقریباً در اولین فازهای شکل‌گیری جهان هستی حذف و محو شد اما به طور کلی از بین نرفت؟
 یک احتمال این است که نیرو بر اثر گذشت زمان، محو می‌شود. احتمال دیگر می‌تواند این باشد که نیرو در فضا تغییر می‌کند و در نتیجه ممکن است از ورای دوربین تلسکوپهای ما، همه چیز بسیار بزرگتر از آنچه هستند نشان داده شوند. اگر اینگونه است، در نتیجه هر جسمی در آن منطقه، با سرعت در کهکشانها و ستاره‌های دیگر پخش و متلاشی می‌شد و در نتیجه اصلاً هیچ ناظری نمی‌توانست حضور داشته باشد تا نیرو را اندازه بگیرد.
 آنچه که ما نیاز داریم، یک تئوری است که قدرت نیروی دافعه یا ضدجاذبه را به اندازه‌ی بخشی از قدرت همه‌ی نیروهای موجود در طبیعت برای ما تعریف کند. متاسفانه به نظر نمی‌رسد که تئوریهای موجود مثل تئوری فرارشته‌یی یا تئوری "ام"، این میزان خاص را مشخص کنند و مقدار کمی که باقی می‌ماند هم همچنان ناشناخته و اسرارآمیز خواهد بود. در نتیجه باید دوباره به سوال یک رجوع کنیم!

 ?) چرا ما در سه بعد زندگی می‌کنیم؟

 آیا اینکه زمین ما سه بعد دارد، اتفاقی است یا باید برایش دنبال یک تعبیر عمیقتر گشت؟ بعضی از تئوریسین‌ها معتقدند که فضای به وجودآمده بر اثر انفجار بزرگ، تنها به صورت اتفاقی از سه بعد تشکیل گشت و ممکن است قسمتهای دیگری از جهان هستی وجود داشته باشند که ابعادشان متفاوت باشد.
 مثلاً هیچ دلیل منطقی نمی‌توان یافت برای پاسخ به این سوال که چرا مثلاً جهان هستی فقط دو بعد ندارد. چندصد سال پیش، ادوین آبوت اثری به نام "زمین مسطح" نوشت که در آن جهانی دوبعدی را تصویر کرد. جهانی که در آن اجسام و موجودات حیات خود را تنها بر روی "سطح" ادامه می‌دادند. اما فیزیک جهان دوبعدی با فیزیک جهان ما بسیار متفاوت خواهد بود. برای مثال در فضای دو بعدی، امواج به شفافیت انتشار در فضای سه بعدی، پخش نمی‌شوند و باعث ایجاد انواع مشکلات در سیگنال‌رسانی و انتقال اطلاعات می‌گردند. و نیز از آنجایی که زندگی آگاهانه، به فرآیند انتقال درست و صحیح اطلاعات بستگی دارد، در نتیجه این تفاوتها کافی خواهند بود برای اینکه مشاهدات ما را تنها در حد مناطقی ناشناخته محدود نگاه دارند.
 تصور کردن فراتر از سه بعد نیز مشکلات مختلفی به همراه خواهد داشت. در چنین حالتی، سیستمهای نجومی و سیاره‌یی غیرممکن می‌شوند چرا که عکس قانون جاذبه یعنی قانون قدرتهای افزایشی به وجود خواهد آمد. در نتیجه به نظر می‌رسد که جهان سه بعدی تنها جهانی است که وجود دارد و فیزیکدانها می‌توانند درباره‌اش بنویسند. اما نکات ریزی وجود دارد که باعث می‌شود این فرضیه با شک و تردید همراه باشد.
 شاید فضا سه بعدی نیست و تنها اینگونه برای ما نشان داده می‌شود. شاید فضا ? یا ?? بعد دارد و حتی ابعاد بیشتر! برخی از تئوریهایی که قصد یکپارچه‌سازی نیروهای طبیعت را دارند مانند فرضیه‌ی فرا-رشته‌یی، امکان وجود تعداد ابعاد بیشتری نسبت به آنچه که ما می‌بینیم را رد نمی‌کنند.
 دلیلشان نیز این است که بسیاری از معادلاتی که برای توصیف وضعیت موجود به کار می‌روند، با در نظر گرفتن تعداد بیشتر ابعاد، نتایج بهتری می‌دهند! در نتیجه نمی‌توان آن را کاملاً بی‌معنی دانست. ابعاد اضافی فضا، سابقه‌ی حل بسیاری از مشکلات و مسایل حل‌ناشدنی فیزیک را دارند. برای مثال اینشتین برای توصیف کردن جاذبه، به یک بعد اضافی نیاز داشت و آن، زمان بود. و تئودور کالوتزا نیز یک بعد به سه بعد اثبات شده اضافه کرد چرا که می‌خواست نظریات جاذبه را با فرضیات ماکس‌ول در مورد الکترومغناطیس، همگون سازد.
 مطمئناً ما نمی‌توانیم بعد چهارم را ببینیم اما این هم احتمالاً یک دلیل دارد. این بعدهای اضافه، می‌توانند بسیار کوچک و فشرده شوند. یک لوله‌ی پلیمری آب را از دور در نظر بگیرید. مانند یک خط دراز و معوج به نظر می‌رسد. از یک بعد نزدیکتر آن را نگاه کنید. به شکل تیوب یا لوله دیده می‌شود. اما آنچه که در حقیقت این لوله را می‌سازد، یک سطح دایره‌یی شکل کوچک است که دور محیط لوله چرخیده است. به طور مشابه، بعد چهارم نیز می‌تواند چنین لوله‌یی باشد که دور فضای سه‌بعدی می‌چرخد اما آنقدر کوچک است که دیده نمی‌شود.
 در نتیجه تصور کردن ابعاد بسیار زیادتری که اینگونه در فضا پنهان‌ شده‌اند، به راحتی ممکن است. اما متاسفانه نظریه‌ی فرا-رشته‌یی هنوز دقیقاً سه بعد گشوده‌شده را تایید نمی‌کند در نتیجه برای تصور ما نسبت به جهان هستی هم تعریف درستی نمی‌توان ارایه داد.
 اما برای تصور کردن یک بعد جدید، راههای دیگری هم هست. فرض کنید نیروهای فیزیکی بتوانند نور و جسم را به یک صفحه‌ی سه‌بعدی مسطح یا ورقی‌شکل تقلیل دهند و محدود کنند در حالی که به برخی پدیده‌های دیگر فیزیکی اجازه می‌دهند تا وارد بعد چهارم شوند. ساکن شدن سطوح دو بعدی به جای اجسام سه‌بعدی در فضاهای مشخص باعث می‌شود تا هر جسم و پدیده‌یی به شکل طرح و نقشه‌اش نشان داده شود. مثلاً ما یک توپ کره‌یی شکل را به صورت دایره ببینیم! به طریق مشابه، ممکن است ادعا شود که ما در حال حاضر تنها تصویری سه بعدی از اجسام و مفاهیمی را می‌بینیم که در واقع چهاربعدی هستند.
 اما فضای "سه لایه‌یی" ما می‌تواند تنها در چهار بعد نیز محدود نشود. لایه‌های قابل کشف دیگری نیز می‌توانند وجود داشته باشند که در فضای چهاربعدی حضور دارند. اثبات این فرضیه، انجام آزمایشهایی تازه را می‌طلبد که وجود بعد چهارم را نیز به ما نشان دهد. اما این نظریه وجود دارد که برخورد لایه‌های چندبعدی در مقیاسهای این‌چنینی می‌تواند به تکرار شدن "انفجار بزرگ" منجر گردد در نتیجه حضور ما بر روی کره‌ی زمین شاید اصلاً موید همین مطلب باشد که فضا واقعاً سه‌بعدی نیست!

 ?) آیا سفر در زمان امکانپذیر است؟

 شاید سوال یک نیز بازگویی همین سوال باشد. ماهیت جسم و جاذبه‌ی کوانتومی را فراموش کنید. شاید این سوال را هر کسی دوست دارد که پاسخ دهد. سفر در زمان به یک موضوع علمی – تخیلی مورد علاقه و جذاب برای مردم تبدیل شد پس از اینکه اچ.جی. ولز، رمان نوگرایانه و جالب خود با نام "ماشین زمان" را نوشت. اما هرآنچه که اینجا مطرح شده، لزوماً علمی – تخیلی نیست. برای مثال سفر در زمان به سوی آینده، یک واقعیت علمی پذیرفته شده است. تئوری نسبیت اینشتین تایید می‌کند که یک جسم ناظر و مشاهده‌گر در برابر زمین، می‌تواند به سمت آینده‌ی زمین جهش کند. این تاثیر را ساعتهای اتمی ثابت کرده‌اند.
 اما اینگونه درگیر شدن با تار و پودهای زمان، به سرعتی مشابه سرعت نور نیاز دارد که شاید در تئوری قابل اثبات و ممکن باشد اما به یک شاهکار بزرگ مهندسی نیاز دارد، حتی اگر به بودجه و هزینه‌هایش فکر نکنیم. اما سفر در زمان به سمت عقب، مشکلات بزرگتری خواهد داشت. نسبیت، این فرضیه را تایید نمی‌کند که یک جسم ناظر بتواند در دو بعد زمان-مکان سفر کند و به عقب هم برگردد. اما در همه‌ی داستانها و سناریوها، چنین شرایط خارق‌العاده‌یی نیز در نظر گرفته شده است.
 یکی از راههای سفر به عقب در زمان، استفاده از یک "لانه‌ی مار" فضایی خواهد بود. تئوریسین‌ها معتقدند چنین تونل یا دروازه‌ی ستاره‌یی که دو نقطه را در ابعاد زمان – مکان به یکدیگر متصل کند، وجود دارد. اگر یکی‌شان را پیدا کنید و داخلش بپرید، چند لحظه‌ی بعد از نقطه‌یی دیگر در جهان هستی سردر خواهید آورد. آنها معتقدند اگر چنین چاله‌یی وجود داشته باشد، می‌توان آن را با ماشین زمان نیز مطابق و هماهنگ کرد. می‌توانید از طریق آن سفر کنید و نه تنها از یک مکان دیگر سر دربیاورید، که وارد یک زمان دیگر نیز بشوید. این "زمان" می‌تواند در گذشته یا آینده باشد.
 اگر امکان سفر به گذشته وجود داشته باشد، انواع پارادوکس‌ها و تضادها نیز اتفاق خواهند افتاد. مانند معمای یک مسافر زمان که به سالهای گذشته می‌رود و مادرش را وقتی یک کودک است، به قتل می‌رساند. از این تضادها می‌توان گریخت اگر اصرار بورزیم و بدانیم که هیچ چیز نمی‌تواند قانون علت و معلول و کنش و واکنش را از بین ببرد. اما سفری دوطرفه در مسیر زمان، هنوز پیچیده و غیرقابل هضم است.
 برای بسیاری از فیزیکدانها، این مساله بسیار غیرعقلانی است. استفان هاوکینگز نظریه‌ی "تخمین محافظت از تسلسل وقایع" را مطرح می‌کند و معتقد است که یک نیرو یا عامل خاص باعث می‌شود تا اجسام فیزیکی یا نیروها نتوانند به گذشته برگردند. این مساله شاید به دلیل موانع و سدهای فیزیکی اساسی بر سر راه ساخت ماشین زمان اتفاق می‌افتد. برای مثال انرژی خلاء کوانتومی در صورتی که هیچ محدودیتی برای ورود به حفره‌های ماری فضا نداشته باشد، طغیان خواهند کرد و دفع خواهند شد.
 این مساله همچنان لاینحل باقی مانده اما موضوعی است که بسیاری از مردم، وقت و تلاش خود را صرف آن می‌کنند. همانطور که هاوکینگز اشاره کرده، صرف هزینه برای تحقیق در مورد سفر به زمان بسیار سخت است. در نتیجه به نظر می‌رسد برهان یا تکذیبیه‌یی برای حل این مساله، خود به مشکلات عمومی دیگر منجر شود. مانند طرح یک نظریه‌ی رام‌شدنی و قابل دسترسی در مورد جاذبه‌ی کوانتومی.

 ?) آیا ما در یک صافی کهکشانی زندگی می‌کنیم؟

 سیاهچاله‌های آشنای کهکشانی همچنان می‌توانند باعث ایجاد بهت و حیرت برای فیزیکدانهای تئوریست شوند. یک سیاهچاله‌ی فضایی می‌تواند زمانی که یک ستاره‌ی بزرگ آتش می‌گیرد و محو می‌شود، تشکیل گردد. هسته‌ی آن بر اثر جاذبه‌ی درونی فراوان، به دو نیم تقسیم می‌شود. اگر جسم به لحاظ شکلی، کروی باشد، آنگاه همه‌ی مواد تجزیه‌شده از ریشه با نسبتهای مساوی به سمت مرکز هندسی هسته، ریزش می‌کنند در نتیجه مقدار میدان چگالنده و میدان جاذبه به بی‌نهایت میل خواهد کرد. تا زمانی که جاذبه، خود را به عنوان تاروپودی از هندسه‌ی مکان – زمان معرفی می‌کند، میزان خمیدگی و پیچش این دو بعد یعنی زمان و مکان، به بی‌نهایت میل خواهد کرد و برای زمان – مکان یا هر دوی آنها، یک خط مرز و محدوده خواهد ساخت. ریاضیدانها، این پدیده را تکین یا فردیت می‌نامند.
 هیچ کس نمی‌داند که از این فردیت‌ها، چه چیزی حاصل می‌شود. آیا فضا-زمان، همانجا به پایان خواهد رسید یا این فردیتها به از کارافتادگی نظریات ما منجر می‌شوند؟ اگر زمان – مکان مرز و حدودی داشته باشد، آنگاه پیش‌بینی کردن حاصل آن نیز غیرممکن خواهد بود. از آنجایی که پیش بینی و فلسفه‌ی جبر و تقدیر، پایه‌ی همه‌ی تصاویر علمی و منطقی از جهان حاضر را تشکیل می‌دهد، فردیتها می‌توانند پا را از مرزهایی فراتر بگذارند که علم نمی‌تواند.
 وقتی یک سیاهچاله‌ی فضایی، حاصل یک تفرد را در بربگیرد، آن دیگر پوشیده و مستور می‌شود و دیگر تهدیدآمیز نیست. در ????، راجر پنروز، فرضیه‌ی "سانسور فضایی" را مطرح کرد. در این فرضیه، اعتقاد بر این بود که همه‌ی تفردهای ایجادشده بر اساس کاهش جاذبه، قاعدتاً توسط سیاهچاله‌های فضایی پوشیده می‌شوند و در نتیجه برای ما غیرقابل مشاهده هستند. راه چاره نیز غیرقابل دسترسی بود یعنی وجود تفردهای ناپوشیده که می‌توانند باعث اتفاقاتی بدون توجیه و دلیل منطقی و عقلانی شوند.
 سپس چند سال بعد، استفان هاوکینگز، یک پیچیدگی دیگر در مورد این مساله را نیز مطرح کرد. او متوجه شد که سیاهچاله‌ها، امواج گرمایی از خود منتشر می‌کنند و به آرامی تجزیه می‌شوند. تئوریسین‌های فیزیکی، آنچه که ممکن بود در پایان اتفاق بیفتد را اینگونه تصور کردند: آیا این تبخیر و تبدیل در نهایت، تفردهای موجود در دل سیاهچاله‌ها را نمایان و بی‌پرده خواهد کرد؟
 این مساله در مباحث مربوط به تئوری اطلاعات نیز به شکلی دیگر مطرح شد. وقتی ستاره‌یی از یک سیاهچاله برمی‌خیزد، محتوای اطلاعات جزیی ستاره (مانند تعداد اجزا و ذره‌هایی که از آن تشکیل شده است و از هر نوع ذره و قسمت، چند تکه عضو در ستاره به کار رفته) برای یک ناظر بیرونی، غیرقابل مشاهده خواهد بود.
 در نتیجه زمانی که یک سیاهچاله‌ی فضایی از بین می‌رود، آیا اطلاعات بر اثر نوعی از تابش که هاوکینگز مطرح کرد، دوباره برمی‌گردند؟ این سیاهچاله‌ها به نظر می‌رسد به وضوح در همه‌جای جهان هستی وجود دارند و حاضر هستند. اگر پیچ‌ و تابهای موجود در حفره‌های ماری (حفره‌های تکینی) باعث آشکار شدن یک چاله‌ی جدید در بعد فضا – زمان می‌شوند، پس می‌توان نتیجه گرفت که جهان هستی مثل یک کف‌گیر یا صافی فضایی در حال نشست کردن است؟ اگر اینگونه است، پس محتویاتش به کجا می‌روند؟
 

?) جهان هستی از چه چیز ساخته شده است؟

 دریغ و افسوس که این سردرگمی همچنان ادامه دارد. فیزیکدانها دقیقاً نمی‌دانند و مطمئن نیستند که آنجا چه چیزهایی هست. در نجوم اینگونه مطرح می‌شود که آنچه شما می‌بینید، دقیقاً آنچه نیست که وجود دارد. ستاره‌ها، سیاره‌ها و توده‌های غبار موجود در فضا از اتم‌های معمولی تشکیل شده‌اند. اما برای هر گرم از اجرام معمولی در جهان هستی، چندین گرم اجرام نادیده و ناشناخته وجود دارد.
 ما این را از نوع حرکت ستاره‌ها می‌دانیم. کهکشان راه شیری بیش از حد تند می‌چرخد و این برای نیروی جاذبه ایجاد مشکل می‌کند که همه‌ی اجسام و اجرام قابل مشاهده‌ی بر روی آن را نگاه دارد. ستاره‌های اطراف نیز اگر مقدار زیادی از اجرام و اجسام فضایی در اطرافشان در حال کشیده شدن نبودند، حتماً سقوط می‌کردند. کهکشانهای دیگر نیز همین‌گونه اند. حجم زیادی از مواد و اجرام نادیده و ناشناس در بین کهکشانها وجود دارند که آنها را به دسته‌های در حال جنب و جوش و آسیاب کردن تبدیل می‌کنند.
 اگر جهان هستی را یک کل در نظر بگیریم، آنگونه که گسترش پیدا می‌کند و پس‌زمینه‌ی کهکشانی در حال ساطع کردن امواج گرمازا (پس‌فروزشهای در حال محو شدن پس از انفجار بزرگ) یعنی همه‌ی اجزای ظاهری و قابل رویت جهان هستی، به وجود یک اصل فراگیر و نافذ اشاره می‌کنند، یعنی جهان پنهان هستی.
 تئوریهای این‌چنینی در مورد ماهیت ماده یا "جرم تاریک" باز هم وجود دارند. از دسته‌های بزرگ سیاهچاله‌های فضایی گرفته تا ذرات ریز تجزیه شده‌ بر اثر انفجار بزرگ. اساساً در این مورد، سه ایده‌ی اصلی وجود دارد. نخستین ایده، نظریه‌ی "انرژی تاریک" است که مانند اجرام محو و پنهان درون فضا به شکل یکسان و یکنواخت پراکنده شده‌اند، رفتار می‌کند. مشاهدات به ما نشان می‌دهد که این اجرام می‌توانند بیش از دو سوم کل مواد جهان هستی را تشکیل دهند. نظریه‌ی دوم، نظریه‌ی "اشیای نورانی فشرده و حجیم" معروف به MACHO است. اشیایی مانند کوتوله‌های قهوه‌یی فضایی! فضانوردان، برخی از آنها را کشف کرده‌اند اما برای تشکیل دادن باقی‌مانده‌ی جهان هستی، این اشیا بسیار ناچیز هستند.
 در نهایت، اجزا و ذرات ریز زیراتمی مانند نوترونها را داریم. این اجرام روان و سیال به سختی با دیگر اجرام و مواد تعامل می‌کنند و بسیار گنگ و نامعلوم به نظر می‌رسد که آیا آنها به کره‌ی زمین هم وارد می‌شوند یا نه. تعداد بسیار زیادی از آنها وجود دارند که شاید هر گروه یک میلیارد نوترونی از آنها، فقط به اندازه‌ی یک نوترون در برابر تمام مقادیر موجود در گیتی به حساب بیاید اما احتمالاً این ذرات جرم بسیار کمی دارند و بخش کوچک و ناچیزی از مواد و اجرام موجود در جهان را تشکیل می‌دهند.
 تئوریسین‌ها معتقد به وجود نوع دیگری از ماده‌های پرنفوذ هستند که جرم قابل توجه و فراوانی دارند و به عنوان WIMP یا "ذرات حجیم کم‌تعامل" شناخته می‌شوند و آزمایشها برای به دست آوردن و جمع‌آوری آنها در حال انجام است.
 ایده‌های عجیب و هیجان‌انگیز دیگری مانند مواد و اجرام پنهان شده در بعد چهارم یا وجود یک جهان دیگر در سایه‌ی کهکشهانهای شناخته شده نیز مطرح شده‌اند. شاید ماهیت جهان تاریک، مرکبی از بسیاری چیزها باشد که بسیاری از آنها هنوز هم ناشناخته‌اند. آنچه که واضح و مبرهن است اینکه به نظر می‌رسد اتمهای معمولی و رایجی که ما و کره‌ی زمین از آنها ساخته شده‌ایم، تنها بخش کوچکی از کل جرم و ماده‌ی موجود در جهان هستی را شامل می‌شود که بخش عمده‌ی آن را ناشناخته‌ها تشکیل می‌دهند.

 ?) این سوالهای من از کجا می‌آیند؟

 
 هوشمندی و آگاهی انسانها از کجا می‌آید؟ چرا برخی الگوها و صفحات سلولی الکتریکی مانند صفحات سلولی در مغز، دارای احساس و اندیشه هستند در حالی که برخی دیگر از این صفحات مانند سلولهای سراسری در دستگاه گوارش یا دستگاه تنفسی احتمالاً چنین احساساتی را ندارند؟ یا از سوی دیگر، چگونه می‌شود که مفاهیم انتزاعی و غیرجسمانی مانند تفکرات یا آرزوها می‌توانند الکترونها و یون‌ها را به سمت مغز حرکت دهند و دستگاه حرکت فیزیکی بدن را تحریک نمایند؟
 یا آیا این سوالات فقط مغلطه‌ی بی‌معنا و بی‌مورد مفاهیم هستند؟ آیا فیزیکدانها این سوالات را به راحتی پاسخ می‌دهند؟ عده‌یی فکر می‌کنند که این سوالها برای فیزیکدانها، به آسانی پاسخ داده می‌شوند. ارتباط دادن جهان مادی و جهان معنوی، چیزی است که اکثر فیزیکدانها از آن اجتناب و دوری می‌کنند. اما اگر فیزیک مدعی باشد که یک علم جهان‌شمول و عمومی است، می‌توان نتیجه‌گیری کرد که آگاهی و معرفت علمی، تعریفی عام و تلفیقی از هر دوی این مفاهیم است.
 مکانیک کوانتومی به عنوان یک کلید در این زمینه شناخته شده است. بیشتر به این دلیل که ناظر بیرونی، نقشی اساسی در تعریف و تعبیر سیستمهای کوانتومی بازی می‌کند. اما هنوز راه زیادی مانده تا این موضوع روشن شود که تاثیرات کوانتومی می‌تواند به کل دستگاه و مجموعه‌ی نورونها و سلولهای عصبی برسد یا نه.
 شاید کلید رسیدن به پاسخ، رجوع کردن به تعریف زندگی است. هیچ کس نمی‌داند که دقیقاً چگونه، کجا و چه زمانی، حیات شروع شد. شاید تلفیقی از مواد شیمیایی بی‌جان، در ابتدا منجر به تشکیل شدن بدن یک موجود زنده شد. به نظر نمی‌رسد که این اتفاق به شکل آنی و لحظه‌یی و در یک مرحله افتاده باشد و بی‌هیچ گفت‌وگویی، می‌توان ادعا کرد که یک فرآیند فیزیکی پیچیده و طولانی طی شده اما هنوز مشخص نیست که این سیر تکامل حیات، از مشکلات و مسایلی است که باید در حوزه‌ی فیزیک بررسی شود یا نه.
 گاهی اوقات ادعا می‌شود که زندگی بر پایه‌ی قانونهای فیزیکی نوشته شده است. البته این مساله درست است که اگر این قوانین اندکی متفاوت بودند، زندگی به طور کلی دگرگون می‌شد اما هیچ چیزی در این قانونهای شناخته شده وجود ندارد که جسم یا مفهومی را به ساماندهی در زندگی مجبور کند. اگر قانون حیات نیز در طبیعت وجود داشته باشد، نمی‌توان در لابه‌لای قانونهای فیزیکی آن را یافت که خاستگاهش، نظریاتی چون تئوری اطلاعات و... است. علاوه بر اینها، یک سلول زنده، نوعی از ماده‌ی ناشناخته و جادویی نیست که یک سیستم و نظام بسیار پیچیده‌ی پردازش و تکرار اطلاعات است.
 قوانین حاکم بر تئوری اطلاعات یا تئوری پیچیدگی، همچنان مورد استفاده هستند. در سطح مشابه و از سوی دیگر، همانطور که اروین شرودینگر در دهه‌ی ???? ادعا کرده بود، مکانیک کوانتومی نیز نقش مهمی در تاریخچه‌ی حیات بازی می‌کند.
 هرچند که قوانین مربوط به پردازش کوانتومی اطلاعات، به شکل قابل ملاحظه‌یی با سیستمهای کلاسیک بیولوژیک تفاوت دارند اما می‌توانند کلیدی برای حل این مشکلات و پاسخ به این سوالها باش