.GIF)
چرا ستارگان می درخشند؟
با چشم غیر مسلح در یک شب تاریک و بدون ماه و در هوای صاف می توان حدود 2500 ستاره را در آسمان شناسایی کرد. با دوربین یا تلسکوپ می شود میلیون ها ستاره را تشخیص داد. از سیاره های منظومه شمسی خودمان نظیر (زهره) و (زحل) که چشم پوشی کنیم تمامی این ستارگان دوردست خورشیدها یا به عبارت دیگر گلوله های گازی پر حرارتی هستند که در سطح خود می توانند تا هزاران درجه و در درون خود تا میلیون ها درجه حرارت داشته باشند. در حقیقت بعضی از آنها با شدتی ده هزار برابر خورشید ما می درخشند و برخی از آن ها هم خیلی کم نورتراز ستاره مرکزی منظومه ما هستند. ولی تمام ستارگان در یک مورد مشترکند: آن ها در ژرفای درون خود از طریق تبدیل هیدروژن به هلیم انرژی هسته ای تولید می کنند این چشمه جوشان و پایان ناپذیر انرژی- به ستارگان کمک می کند که عمری بسیار طولانی داشته باشند. مثلا خورشید با مواد سوختنی که دارد 10 میلیارد سال عمر خواهد کرد. انرژی ایجاد شده در مرکز ستاره به خارج منتقل می شود و از سطح ستاره به شکل پرتوهای ماورای بنفش - رونتگن - ذره ای - نوری - گرمایی و امواج رادیویی انتشار می یابد. برخی از ستارگان در پایان عمر خود از طریق انفجارهای بسیار عظیم از بین می روند. آنگاه از آن ها فقط گوی های مادی کوچک و کاملا در هم فشرده ای باقی می ماند که در علم ستاره شناسی ( کوتوله های سفید ) ( ستاره نوترونی) و یا (سیاهچاله) نامیده می شوند. خورشید هم روزی تبدیل به یک کوتوله سفید خواهد شد.
کهکشانه ها چیستند؟
ستارگان بطور یکنواخت در کیهان پراکنده نیسند. آن ها خانواده های عظیمی را در فضا تشکیل می دهند که ( کهکشانه) نامیده می شوند. مثلا خورشید ما تنها یکی از 200 میلیارد ستاره کهکشانه ما یعنی (کهکشان راه شیری) است. کهکشان راه شیری به وجود این که ابعاد عظیمی دارد یک کهکشان متوسط و عادی محسوب می شود. ما کهکشانه هایی را می شناسیم که چندین هزار میلیارد خورشید دارند. برخی کهکشانه های دیگر نیز فقط چند میلیارد ستاره دارند. کهکشانه ها در شکل های گوناگونی دیده می شوند که مهمترین اشکال آنها مدل های مارپیچی - مارپیچی میله ای و بیضوی هستند. کهکشانه ها گروههای بزرگ و کوچکی را می سازند که ( مجموعه کهکشانی ) نامیده می شود. مثلا کهکشان راه شیری به گروه محلی خود تعلق دارد که دارای 30 عضو است و بزرگترین دستگاه آن کهکشان سحابی آندرومدا (Andero Medanebulo) یا امراه المسلسله که حدود 2 میلیون سال نوری با ما فاصله دارد. با حدود 400 میلیارد ستاره است. تا آنجا که تلسکوپ های بزرگ می توانند ژرفای عالم را رصد کنند کهکشانه ها دیده می شوند. بسیاری از آن ها میلیاردها سال نوری با ما فاصله دارند.
آیا ( انفجار بزرگ) یا ( انفجار اولیه) واقعا وجود داشته است؟
دانشمندان در این زمینه هر چه بیشتر درباره گذشته و آینده پژوهش می کنند نظریاتشان نامطمئن تر و ناپایدارتر می شود. مثلا در حالیکه فاصله ماه از زمین و یا تاریخ اولیه کره زمین را به خوبی می شناسیم به توجه به این که فقط 400 سال از عمر تاریخ پژوهش های جدید گذشته است بسیار مشکل می توان به تاریخ میلیاردها ساله آغاز خلقت نظر انداخت. فرضیه انبساط عالم به خودی خود کافی نیست که ما با اطمینان نتیجه بگیریم که انفجار اولیه وجود داشته است. ولی در اینجا یک نکته جالب توجه دیگر نیز به آن افزوده می شود: هرچه ما بیشتر به عمق کیهان نظاره می کنیم در واقع بیشتر به عمق زمان گذشته می نگریم. یک ستاره را که در فاصله 10 سال نوری قرار دارد به همان صورتی می بینیم که 10 سال قبل بوده است. دورترین اجرامی را که انسان می تواند با تلسکوپ های بزرگ نجومی نظاره کند کوازارها هستند. ( Quasar مخفف عبارت نجومی Quasistallar object و عبارت است از عضوی از گروههای گوناگون ستاره مانند که دارای پرتوهای قرمز استثنایی می باشند و غالبا از خود فرکانسهای رادیویی و نیز امواج نوری قابل دیدن منتشر می کنند.) آنها در واقع کهکشانه های کاملا جوانی هستند که در مراحل اولیه شکل گیری به سر می برند. حال اگر انسان نگاهش را در سمت دلخواهی به دورتر و بازهم دورتر متوجه کند باید به مرزی برسد که در آنجا آغاز خلقت را مشاهده کند و به عبارت دیگر آن گاز داغ اولیه را ببیند که تمام کهکشانه ها - ستارگان - سیارات و موجودات از آن ایجاد شده اند. بنابراین می بایست پیرامون ما را پیوسته پوسته کاملا درخشانی در دوردست احاطه می کرد و آسمان هم می بایست شب ها همچون روز روشن می شد اما این دیوار آتشین با سرعت زیادی از ما دور می شود زیرا که عالم لحظه به لحظه انبساط می یابد سرعت دورشدن به قدری زیاد است که نور این پوسته دارای طول موج بلندتری می شود که ما آن را فقط به صورت تشعشعات و امواج رادیویی دریافت می کنیم.دقیقا همین امواج هستند که اکنون کشف شده. امواج مفروضی که از همه جهات به طور یکنواخت بر ما می تابند و به نام تشعشعات پیشینه - 3 k نامگذاری شده اند. وجود این پرتو ها را می توان با رادیو تلسکوپ ها به سادگی اثبات کرد این تشعشعات تکیه گاهی مهم برای اثبات فرضیه انفجار اولیه می باشد.
عالم در ابتدا چگونه به نظر می آمد؟
آشکار است برای آگاهی از چگونگی اولین ثانیه ها و یا بهتر بگوییم اولین اجزای ثانیه های پس از انفجار اولیه نباید از ستاره شناسان پرسید بلکه در این مورد باید به فیزیکدان های متخصص در امر فیزیک ذره ای مراجعه کرد که در مورد تشعشعات و ماده در شرایط کاملا سخت و غیر عادی تحقیق می کنند و تجربه می کنند. تاریخ کیهان معمولا به 8 مقطع کاملا متفاوت و غیر مساوی تقسیم می شود:
مرحله اول : ( صفر تا 43- 10 ثانیه ) : این مساله هنوز برایمان کاملا روشن نیست که در این اولین اجزای ثانیه ها چه چیزی تبدیل به گلوله آتشینی شد که بعدا کیهان باید بعدا از آن ایجاد گردد . هیچ معادله و یا فرمول های اندازه گیری برای درجه حرارت بسیار بالا و غیر قابل تصوری که در این زمان حاکم بود در دست نمی باشد.
مرحله دوم : ( 43- 10 تا 32- 10 ثانیه) : اولین سنگ بناهاب ماده مثلا کوارک ها و الکترون ها و پاد ذره های آنها از برخورد پرتوها با یکدیگر به وجود می آیند. قسمتی از این سنگ بناها دوباره با یکدیگر برخورد می کنند و به صورت تشعشع فرو می پاشند. در لحظه های بسیار بسیار اولیه ذرات فوق سنگین - x نیز می توانسته اند به وجود آمده باشند. این ذرات دارای این ویژگی هستند که هنگام فروپاشی ماده بیشتری نسبت به ضد ماده و مثلا کوارک های بیشتری نسبت به آنتی کوارک ها ایجاد می کنند. ذرات x که فقط در همان اولین اجزای بسیار کوچک ثانیه ها وجود داشتند برای ما میراث مهمی به جا گذاردند که عبارت بود از : ( افزونی ماده در برابر ضد ماده )
مرحله سوم : ( از 32- 10 ثانیه تا 6- 10 ثانیه ) : کیهان از مخلوطی از کوارک ها - لپتون ها - فوتون ها و سایر ذرات دیگر تشکیل شده که متقابلا به ایجاد و انهدام یکدیگر مشغول بوده و ضمنا خیلی سریع در حال از دست دادن حرارت هستند.
مرحله چهارم : ( از 6- 10 ثانیه تا 3- 10ثانیه ) : تقریبا تمام کوارک ها و ضد کوارک ها به صورت پرتو ذره ها به انرژی تبدیل می شوند. کوارک های جدید دیگر نمی توانند در درجه حرارت های رو به کاهش به وجود آیند ولی از آن جایی که کوارک های بیشتری نسبت به ضد کوارک ها وجود دارند برخی از کوارک ها برای خود جفتی پیدا نکرده و به صورت اضافه باقی می مانند. هر 3 کوارک با یکدیگر یک پروتون با یک نوترون می سازند. سنگ بناهای هسته اتم های آینده اکنون ایجاد شده اند.
مرحله پنجم : ( از 3- 10 ثانیه تا 100 ثانیه ) : الکترون ها و ضد الکترون ها در برخورد با یکدیگر به اشعه تبدیل می شوند. تعدادی الکترون باقی می ماند زیرا که ماده بیشتری نسبت به ضد ماده وجود دارد. این الکترون ها بعدا مدارهای اتمی را می سازند.
مرحله ششم : ( از 100 ثانیه تا 30 دقیقه ) : در درجه حرارت هایی که امروزه می توان در مرکز ستارگان یافت اولین هسته های اتم های سبک و به ویژه هسته های بسیار پایدار هلیم در اثر همجوشی هسته ای ساخته می شوند. هسته اتم های سنگین از قبیل اتم آهن یا کربن در این مرحله هنوز ایجاد نمی شوند. در آغاز خلقت عملا فقط دو عنصر بنیادی که از همه سبکتر بودند وجود داشتند : هلیم و هیدروژن
مرحله هفتم : ( از 30 دقیقه تا 1 میلیون سال پس از خلقت ) : پس از گذشت حدود 300000 سال گوی آتشین آنقدر حرارت از دست داده که هسته اتم ها و الکترون ها می توانند در درجه حرارتی در حدود 3000 درجه سانتی گراد به یکدیگر بپیوندند و بدون اینکه دوباره فورا از هم بپاشند اتم ها را تشکیل دهند . در نتیجه آن مخلوط ذره ای که قبلا نامرئی بود اکنون قابل دیدن می شود.
مرحله هشتم : ( از یک میلیون سال پس از خلقت تا امروز ) : از ابرهای هیدروژنی دستگاههای راه شیری ستارگان و سیارات به وجود می ایند. در داخل ستارگان هسته اتم های سنگین از قبیل اکسیژن و آهن تولید می شوند. که بعد ها در انفجارات ستاره ای آزاد می گردند و برای ساخت ستارگان و سیارات و حیات جدید به کار می ایند.
>
عناصر اصلی حیات زمینی چه زمانی پدیدار شد؟
برای زمین با توجه به گوناگونی حیات که در آن وجود دارد 3 چیز از اهمیت خاصی برخوردار بوده است:
1 - از همان ابتدای خلقت همیشه ماده بیشتری نسبت به ضد ماده وجود داشته و بنابراین همواره ماده برای ما باقی می ماند.
2 - در مرحله ششم هیدروژن به وجود آمد این ماده که سبک ترین عنصر شیمیایی می باشد سنگ بنای اصلی کهکشانه ها و سیارات می باشد. هیدروژن همچنین سنگ بنای اصلی موجودات زنده ای است که بعدا روی زمین به وجود آمدند و احتمالا روی میلیاردها سیاره دیگر نیز وجود دارند.
3 - در مرکز ستارگان اولیه هسته اتم های سنگین از قبیل اکسیژن و یا کربن یعنی سنگ بناهای اصلی لازم و ضروری برای زندگی و حیات بوجود آمدند.
آیا عالم همواره در حال انبساط خواهد بود؟
جنبش انبساطی یا به عبارت دیگر از همدیگر دور شدن کهکشانه ها به هر حال رو به کند شدن است. زیرا جزایر جهانی متعدد در واقع به سمت یکدیگر جذب می شوند و در نتیجه حرکت انبساطی آن ها کند تر می شود. اکنون پرسش فقط این است که آیا زمانی تمام این حرکت ها متوقف خواهد گردید و این عالم در هم فرو خواهد پاشید؟ این مساله بستگی به تراکم ماده در جهان هستی دارد. هر چه این تراکم بیشتر باشد نیرو های جاذبه بین کهکشانه ها و سایر اجزای گیتی بیشتر بوده و به همان نسبت حرکت آن ها با شدت بیشتری متوقف خواهد شد. در حال حاضر چنین به نظر می رسد که تراکم جرم بسیار کمتر از آن است که زمانی عالم در حال انبساط را به توقف در آورد. به هر حال این امکان وجود دارد که هنوز جرم های بسیار بزرگ ناشناخته ای از قبیل ( سیاهچاله های اسرار آمیز) یا ( ابرهای گازی شکل تاریک) وجود داشته باشند و نوترینو ها که بدون جرم محسوب می شوند جرمی هرچند کوچک داشته باشند. اگر این طور باشد در این صورت حرکت کیهانی زمانی شاید 30 میلیارد سال دیگر متوقف خواهد شد. در آن زمان کهکشان ها با شتابی زیاد حرکت به سوی یکدیگر را اغاز خواهند کرد تا در نهایت به شکل یک گوی آتشین عظیم با یکدیگر متحد شوند. آن زمان شاید می باید روی یک انفجار اولیه جدید دیگر و تولد یک عالم جدید حساب کنیم. با توجه به سطح کنونی دانش بشر و میزان پژوهش های انجام شده باید اینطور فرض کرد که عالم تا ابدیت انبساط خواهد یافت.
کلمات کلیدی: هواشناسی و اختر فیزیک
سوپ ِ کوارک-گلوئون (quark-gluon plasma) یک حالت جدید ماده است. اما نه برای جهان چون دنیا یادش هست که وقتی فقط یک میلیاردیم ثانیه عمر داشت، به مدت ده میلیونیم ِ ثانیه به شکل همین سوپ بوده، پس این چشمهای ما آدمهاست که تا حالا چنین حالت جدیدی از ماده ندیده اند، نه جهان. سوپ ِ کوارک-گلوئون در واقع نوعی پلاسماست که در آن کوارکها و چسبهای بین کوارکها (یعنی ذراتی بنام گلوئونها) به حالت آزاد وجود دارند. انتظار می رود که چنین سوپی در قلب ستاره های نوترونی هم وجود داشته باشد. 
فیزیکدانان شتابدهنده ی RHIC هفت روز قبل خبر دادند که چنین سوپی را توانستند رد گیری کنند. به اینصورت که دو باریکه ی طلا را کله به کله به هم زدند. با این کار گرما و فشار بشدت بالا می رود و پروتونها و نوترونها می توانند تغییر فاز بدهند و کوارکها و چسبهای بین آنها (گلوئونها) برای مدت بسیار کوتاهی از هر قید و بندی آزاد شوند. این همان سوپیست که از آن سخن رفت. همه ی اینها قبلا در نظریه ی کرومودینامیک کوانتومی تمام پیش بینی های مربوط به این سوپ ساخته شده.
بدلیل محدودیت ِ امکانات زمینی در تولید فشار و دما تا کنون نتوانسته بودیم چنین محیطی را فراهم کنیم. هنوز هم تیم ِ توماس کرک (Thomas Kirk) که این برخورد طلا-طلا را سازمان داده اند، نمی خواهند ادعای ساختن ِ اولین سوپ ِ کوارک-گلوئون (quark-gluon plasma) روی این سیاره را بکنند، چون همه چیز در آنی رخ می دهد و دقتها را باید کمی بیشتر کرد. تا امروز چهار آزمایش مختلف انجام شده اند تا امضای این سوپ یافته شود.
کاری که در RHIC انجام شد بطور ِ خلاصه عبارت بود از برخورد دو باریکه ی طلا از رو به رو (کله به کله) با هم. اینکار باعث می شود نزدیک به 400 پروتون و نوترون در محل برخورد وجود داشته باشند. دمای آن منطقه حدودا 300 میلیون برابر ِ دمای سطح خورشید می شود که در این دما (که البته تقریبا نزدیک به دمای ثانیه ی اول جهان است) پروتونها و نوترونها دیگر نمی توانند بصورت ذره ای باشند و گلوئونهایی که بین کوارکهای پروتونها و نوترونها کشش ایجاد می کنند، آزاد می شوند و کوارکها هم آزاد می شوند. پس معجونی از گلوئون و کوارک پدید می آورد که به سوپ QGP یا سوپ ِ پلاسمایی ِ کوارک-گلوئون معروف است.
چون زمان ِ بوجود آمدن ِ سوپ بسیار کم است بنابراین خود ِ سوپ را نمی توان دید بلکه اثرات ِ آن قابل مشاهده است. بوجود آمدن ِ سوپ علائمی چون جهش ذراتی از آن منطقه در جهتهای مخالف دارد که به جت (jet) معروفند.
جت ها یا ذرات ثانویه ای که بعد از تولید سوپ ِ کوارک-گلوئون در RHIC آشکار شدند کمتر و نامتقارن تر از این شکل در آزمایش برخورد دوترون-طلا هستند.
یکی از نکات مهم در پخش شدن ذرات ِ بعد از خلقت ِ سوپ کوارک-گلوئون اینست که این ذرات ِ ثانویه یا جت (jet) که انتظار می رفت بصورت جفت در جهتهای مخالف ِ هم دیده شوند نقصهایی داشتند به این معنی که اگر جتی از یک طرف ظاهر شد، جفتش با همان تکانه در جهت مخالف مشاهده نمی شود. از همه مهمتر اینست که تعداد جتهایی که بعد از برخورد کله به کله ی طلا مشاهده می شود بسیار کمتر از تعدادیست که پیش بینی می شد. مثلا در برخوردی ضعیفتر که همین دو سه ماه پیش در همین RHIC رخ داد و در آن مولکول سبکتر ِ دوترون به طلا خورد تعداد جتهای بیشتری بوجود آمدند. البته در آن هنگام دما خیلی بالا نرفت و جت هایی که تشکیل شدند امضای سوپ ِ مورد نظر را نداشتند.
اینکه جتها در اینجا آنچنان زیاد نیستند و تقارن در پخش شدن هم ندارند، از نظر تئوری توجیه شد و متوجه شدیم که یک حوضه در محل برخورد دو باریکه ی طلا وجود دارد که مثل یک دیواره ی اتش عمل می کند و اگر کوارکی از آن بیرون بیاید مشاهده پذیر می شود و ثابل آشکارسازی، و اگر بیرون نیاید و آشکار نشود به این معنیست که کوارک در آن حوضه به دام افتاده و برهم کنش کرده. به این پدیده «جت خوری (jet quenching) » می کویند. پس قانون بقای تکانه به نحوی پایسته می ماند.
تشکیل ِ شرایط ِ ابتدای جهان روی زمین کار بزرگیست که می تواند بسیاری از پرسشها را پاسخ دهد.
کلمات کلیدی: فیزیک نوین
عناصر رادیواکتیو معمولا سه نوع ذره یا اشعه از خود صادر می‌کنند که شامل ذره آلفا ، ذره بتا و اشعه گاما است. با قرار دادن اشعه رادیواکتیو تحت تاثیر میدان مغناطیسی متوجه شده‌اند که ذره آلفا دارای بار مثبت ، بتا دارای بار منفی و اشعه گاما بدون بار است.
خواص ذره آلفا
جنس ذره آلفا ، هسته اتم هلیوم است که از دو نوترون و دو پروتون تشکیل یافته است. جرم آن حدود 4 برابر جرم پروتون و بار الکتریکی آن 2+ و علامت اختصاری آن (4,2)He است. برد ذره آلفا به عنصر مادر ، انرژی اولیه و جنس محیط بستگی دارد. مثلا برد ذره آلفا صادره از رادیوم در هوا تقریبا 4.8 سانتیمتر میباشد. ذره آلفا به علت داشتن 2 بار مثبت هنگامی که از نزدیکی یک اتم عبور می کند، ممکن است تحت تاثیر میدان الکتروستاتیکی خود ، الکترون مدار خارجی آن اتم را خارج سازد و یا به عبارت دیگر اتم را یونیزه کند. همچنین ذره آلفا قادر است محل الکترون را تغییر دهد، یعنی الکترون تحت تاثیر میدان الکتریکی ذره آلفا از مدار پایین تری به مدار بالاتر صعود میکند و در نتیجه اتم به حالت برانگیخته در می‌آید. قابلیت نفوذ ذره آلفا بسیار کم است.
خواص ذره بتا
جنس ذره بتای منفی ، از جنس الکترون میباشد، بار الکتریکی آن 1- و علامت آن بتای منفی است. برد ذره بتا در هوا در حدود چند سانتیمتر تا حدود یک متر است. البته برد این ذره نیز به انرژی اولیه (عنصر مادر) و جنس محیط بستگی دارد. برخلاف ذره آلفا ، ذره بتا از نظر حفاظت یک خطر خارجی محسوب می‌شود. خاصیت یون سازی این ذره به مراتب کمتر از ذره آلفا است، یعنی بطور متوسط در حدود 100 مرتبه کمتر از ذره آلفا میباشد. ذره بتا می‌تواند در اتمها ایجاد برانگیختگی کند، ولی این خاصیت نیز در ذره بتا، به مراتب کمتر از ذره آلفا است. قدرت نفوذ ذره بتا بطور متوسط 100 برابر بیشتر از ذره آلفا است. طیف ذره بتا تک انرژی نیست، بلکه یک طیف پیوسته است که تمام مقادیر انرژی از 0 تا انرژی ماکزیمم را دارا میباشد. این ذره همان پوزتیرون است که ضد ماده الکترون میباشد. جرم آن با جرم الکترون برابر بوده و دارای باری مخالف با بار الکترون است و علامت اختصاری آن حرف بتای مثبت است.
خواص اشعه گاما
جنس اشعه گاما از جنس امواج الکترومغناطیسی میباشد، یعنی از جنس نور است. ولی با طول موج بسیار کوتاه که طول موج آن از 1 تا 0.01 آنگستروم تغییر میکند. جرم آن در مقیاس اتمی صفر ، سرعت آن برابر سرعت نور ، بار الکتریکی آن صفر و علامت اختصاری آن حرف گاما میباشد. انرژی اشعه گاما از 10 کیلو الکترون ولت تا 10 مگا الکترون ولت تغییر میکند. برد آنها بسیار زیاد است. مثلا در هوا چندین متر است. خاصیت ایجاد یونیزاسیون و برانگیختگی در اشعه گاما نیز وجود دارد. ولی به مراتب کمتر از ذرات آلفا و بتا است. مثلا اگر قدرت یونیزاسیون متوسط اشعه گاما را یک فرض کنیم، قدرت یونیزاسیون متوسط ذره بتا 100 و ذره آلفا 104 خواهد بود. قدرت نفوذ این اشعه به مراتب بیشتر از ذرات بتا و آلفا است. طیف انرژی اشعه گاما ، همانند ذرات آلفا تک انرژی است. یعنی تمام فوتونهای گامای حاصل از یک عنصر رادیواکتیو دارای انرژی یکسانی هستند.
کلمات کلیدی: هسته ای
پس از سال 1985 کم کم مشخص شد که تئورى تار (ریسمان) تصویر کاملى نیست. اول آن که مشخص شد که تارها فقط یک عضو از دسته وسیعى از موضوعاتى هستند که مى توان آنها را به بیش از یک بعد گسترش داد. پال تونسند که همانند من یکى از اعضاى بخش ریاضى کاربردى و فیزیک نظرى در کمبریج است و بسیارى از پژوهش هاى بنیادى این حوزه را انجام داده است، نام پ-برین را براى آنها برگزیده است. هرپ-برین در جهت داراى طول است. بنابراین یک برین با تار است و برین با یک سطح یا غشا و به همین ترتیب تا آخر. به نظر مى رسد که هیچ دلیلى وجود ندارد که تار هاى با را بر سایر مقدار هاى ممکن ترجیح دهیم. در عوض باید اصل موکراسى را بپذیریم: تمام تارها به طور برابر ایجاد شده اند.
تمام تارها را مى توان به عنوان راه حل هایى براى معادلات نظریه هاى ابرگرانش در 10 یا 11 بعد در نظر گرفت. هر چند که ابعاد 10 گانه یا 11 گانه با فضا زمانى که درک مى کنیم، چندان شباهتى ندارد؛ اما در توجیه این نکته گفته مى شود که 6 یا 7 بعد دیگر چنان پیچ خورده و کوچک شده اند که متوجه وجود آنها نمى شویم و فقط ? بعد باقیمانده را که بزرگ و تقریباً مسطح هستند، درک مى کنیم.
لازم است یادآور شوم که شخصاً از پذیرفتن ابعاد بالاتر چندان خرسند نبوده ام. اما از آنجا که اثبات گرا هستم، پرسش «آیا ابعاد بالاتر واقعاً وجود دارند؟» بى معنى است. فقط مى توان پرسید آیا مدل هاى ریاضیاتى با ابعاد بالاتر توصیف مناسبى از جهان ارائه مى دهد یا خیر. ما تاکنون مشاهداتى نداشتیم که براى تفسیر آنها به وجود ابعاد بالاتر نیازى باشد. با این همه این احتمال وجود دارد که این ابعاد را در برخورد دهنده بزرگ هادرون که در ژنو قرار دارد، مشاهده کنیم. اما آنچه که بسیارى از افراد و از جمله مرا متقاعد ساخته است که مدل هاى با ابعاد بالاتر را جدى تلقى کنند، آن است که شبکه اى از ارتباط هاى غیرمنتظره که دوگانگى نامیده مى شود، در این مدل ها وجود دارد. این دوگانگى ها نشان مى دهد که مدل ها اصولاً معادل یکدیگرند، به عبارت دیگر این مدل ها جنبه هاى مختلف یک نظریه بنیادى هستند، که نظریه ام-تئوری نام گرفته است.
اگر وجود این شبکه از دو گانگى ها را نشانه اى از حرکت در مسیر صحیح ندانیم، تقریباً مثل آن است که فکر کنیم خداوند فسیل ها را در صخره ها قرار داده است تا داروین در مورد تکامل حیات گمراه شود. این دوگانگى ها نشان مى دهد که 5 نظریه ابرتار مبانى فیزیکى یکسانى را بیان مى کند و از لحاظ فیزیکى معادل ابرگرانش است. نمى توان گفت که ابر تارها بنیادى تر از گرانش است یا برعکس، ابر گرانش بنیادى تر از ابرتار. بلکه این نظریه ها بیان هاى متفاوتى از یک نظریه بنیادى است که هرکدام از آنها براى محاسبه در موقعیت هاى مختلف مفید واقع مى شوند. نظریه هاى تار براى محاسبه حوادثى که هنگام برخورد چند ذره با انرژى بالا و تفرق آنها روى مى دهد، مناسب است زیرا فاقد بى نهایت ها است. با این همه این نظریه براى توصیف چگونگى تابدار شدن جهان به وسیله انرژى تعداد زیادى ذره یا تشکیل حالت محدود مثل سیاهچاله فایده چندانى ندارد. براى چنین وضعیت هایى به ابر گرانش نیاز است که اصولاً از نظریه فضا زمان خمیده اینشتین همراه با بعضى موضوع هاى دیگر تشکیل شده است. این تصویرى از عمده مطالبى است که پس از این در مورد آنها صحبت خواهم کرد.
مناسب است براى تشریح اینکه چگونه تئورى کوآنتوم به زمان و فضا شکل مى دهد، ایده زمان موهومى را بیان کنیم. شاید به نظر برسد زمان موهومى برگرفته از داستان هاى علمى تخیلى باشد، اما زمان موهومى در ریاضیات مفهومى کاملاً تعریف شده است: زمان موهومى زمانى است که با اعداد موهومى سنجش مى شود. مى توان اعداد حقیقى معمولى همانند 1، 2، 5/3- و غیره را به صورت مکانشان روى خطى که از چپ به راست امتداد دارد در نظر گرفت: صفر در وسط خط، اعداد حقیقى مثبت در سمت راست و اعداد منفى حقیقى در سمت چپ قرار دارند.
اعداد موهومى را مى توان به صورت مکانشان روى خط عمود در نظر گرفت: صفر باز هم در وسط خط قرار دارد، اعداد موهومى مثبت رو به بالا و اعداد موهومى منفى رو به پایین ترسیم مى شود. بنابراین اعداد موهومى را مى توان به صورت نوع جدیدى از اعداد، عمود بر اعداد حقیقى معمولى در نظر گرفت. از آنجایى که این اعداد ساختارى ریاضیاتى هستند لازم نیست که به طور فیزیکى تحقق یابند، هیچکس نمى تواند به تعداد عدد موهومى پرتقال داشته باشد یا صاحب یک کارت اعتبارى با صورت حساب اعداد موهومى باشد.
ممکن است کسى فکر کند که این گفته ها به این معنى است که اعداد موهومى فقط یک بازى ریاضى است که با دنیاى واقعى کارى ندارد. با این همه از دیدگاه فلسفه اثبات گرا نمى توان تعیین کرد که چه چیزى واقعى است. تنها کارى که مى توانیم انجام دهیم این است که دریابیم کدام مدل هاى ریاضى جهانى را که در آن زندگى مى کنیم، توصیف مى کند. معلوم مى شود که مدل ریاضیاتى شامل زمان موهومى نه تنها آثارى را که پیش از این مشاهده کردیم، پیش گویى مى کند، بلکه آثارى را پیش گویى مى کند که تاکنون نتوانسته ایم اندازه گیرى کنیم، ولى به دلایل دیگر، آنها را باور داشتیم. پس چه چیز واقعى و چه چیز موهومى است؟ آیا این دو فقط در ذهن ما متمایز از یکدیگرند؟
نظریه نسبیت عام کلاسیک (یعنى غیر کوآنتومى) اینشتین زمان واقعى را با سه بعد دیگر فضا ادغام مى کند تا فضا زمان چهار بعدى را به وجود آورد.اما جهت زمان واقعى با سه جهت دیگر زمان تفاوت داشت؛ خط جهانى یا تاریخ یک ناظر در زمان واقعى همیشه افزایش مى یابد (به عبارت دیگر زمان همیشه از گذشته به سوى آینده حرکت مى کند.) ولى سه بعد دیگر فضا هم مى توانند کاهش یابند و هم افزایش به عبارت دیگر مى توان در فضا تغییر جهت داد اما نمى توان در خلاف جهت زمان حرکت کرد.
از طرف دیگر، از آنجایى که زمان موهومى عمود بر زمان واقعى است، همانند جهت فضایى چهارم رفتار مى کند و بنابراین زمان موهومى مى تواند شامل احتمال هایى بیش از مسیر راه آهن زمان واقعى باشد که داراى آغاز و پایان است یا روى یک مسیر بسته حرکت مى کند. با توجه به این مفهوم موهومى است که مى گوییم زمان داراى شکل است.
کلمات کلیدی: فیزیک نوین
آشکارساز تناسبی نوعی آشکارساز گازی با دو الکترود ، یکی استوانه و یکی سیمی در راستای محور استوانه است. وقتی آشکارساز در ناحیه‌ای (ازلحاظ ولتاژ بین الکترودها) کار کند که در آن شماره یونهای ایجاد شده ، متناسب با انرژی اشعه باشد. در این صورت آشکارساز تناسبی نام دارد. ولتاژ اعمال شده در این آشکارساز بیشتر از ولتاژ اعمال شده در اتاقک یونیزاسیون میباشد که ولتاژ اعمال شده بین دو الکترود به اندازه‌ای بزرگ است که الکترون یونش یافته یک اتم انرژی کافی درحرکت به سوی الکترود آند بدست می‌‌آورد و انرژی الکترون به اندازه‌ای است که موجب یونش اتمهایی در مسیر خود می‌شود.
مشخصات و طرز کار آشکارساز تناسبی
آشکارساز تناسبی از یک الکترود سیلندری و یک رشته سیم مرکزی که معمولا از تنگستن میباشد، ساخته میشوند. به دلیل وضع هندسی دستگاه میدان الکتریکی در فاصله x از سیم برابر است با (E=V/xLn(b/a که درآن V ولتاژ وصل شده بین الکترودها و a و b به ترتیب شعاعهای سیم و الکترود خارجی می‌‌باشند. میدان الکتریکی در نزدیک رشته سیم خیلی بزرگتر است و با فاصله از سیم نسبت عکس دارد. بنابراین بیشترین تکثیر در نزدیکی سیم مرکزی انجام می‌‌پذیرد. حدود نصف از زوجهای یون در فاصله‌ای برابر با متوسط طول آزاد و 99% زوجهای یون در هفت برابر متوسط طول آزاد از الکترود مرکزی تشکیل می‌گردند. زمان جمع آوری الکترون‌ها خیلی کوچک است. به هرحال چون الکترون‌ها خیلی نزدیک به الکترود مرکزی ایجاد میشوند، v? مربوط به جمع آوری الکترون در الکترود مرکزی خیلی کوچک میباشد.
بنابراین سهم بیشتر سقوط پتانسیل مربوط به یونهای مثبت است. وجود این که یونهای مثبت کندتر از الکترون‌ها هستند، پس از عبور مسافت کمی از سیم مرکزی بیشترین سقوط پتانسیل را درفاصله زمانی کوتاه بوجود می‌‌آورند. درنتیجه ، پالس مربوط به رسیدن یک زوج یون ابتدا خیلی سریع و سپس به کندی صعود مینماید. گاهی اوقات وقتی محل تشکیل هر یک از یونها نسبت به الکترود مرکزی متفاوت باشد، زمان تشکیل پالس‌ها نامشخص خواهدبود. در چنین حالتی زمان لازم برای الکترون‌های مختلف در رسیدن به ناحیه تکثیر یکسان نخواهد بود. تقویت کننده‌های مرحله اول یونها را جمع آوری می‌کنند تا این نامعلومی را کاهش دهند.
زمان تفکیک
در آشکارساز تناسبی ، یونیزاسیون محدود به ناحیه اطراف مسیر اشعه میباشد. فرض کنیم که تابش 1 در زمان t1 وارد شمارنده می‌شود و تابش مشابه 2 در یک ناحیه دیگر در زمان t2 وارد آشکارساز می‌شود. در الکترود جمع کننده سقوط پتانسیل خواهیم داشت. اگر تقویت کننده دستگاه آشکارساز بتواند این تغیییر ولتاژ را به عنوان دو علامت الکتریکی تشخیص دهد و اگر این کمترین زمان جدایی باشد که این تشخیص امکانپذیر می‌گردد، در این صورت t2-t1 زمان تفکیک (Resolving time) برای آشکارساز تناسبی است. بنابراین زمان تفکیک (T) تابع سیستم الکتریکی است.
اگر زمان تفکیک صفر باشد، تغییر تعداد شمارش برحسب تغییر تعداد تابش باید یک خط مستقیم باشد. به هرحال اگر زمان تفکیک بینهایت باشد، این منحنی در سیستم مختصات y-x به محور x متمایل شده و بالاخره آن را قطع خواهد نمود. یعنی وقتی تعداد تابشهایی که وارد آشکارساز میشوند افزایش یابد، تعداد شمارش ثبت شده ابتدا افزایش می‌یابد و بعد از رسیدن به یک ماکزیمم به طرف صفر میل میکند. در این میزان شمارش صفر ، ولتاژ الکترود جمع کننده ثابت می‌‌ماند. زیرا که میزان جمع آوری یونها برابر میزان نشت یونها خواهد بود.
آشکارساز تناسبی حساس نسبت به محل ورود اشعه
یکی از تفاوتهای اساسی بین آشکارساز تناسبی و آشکارساز گایگر مولر این است که در آشکارساز تناسبی ، یونیزاسیون محدود به ناحیه کوچکی در اطراف مسیر ذره تابشی است. در صورتی که در آشکارساز گایگر یونیزاسیون در تمام حجم آشکارساز انجام می‌شود. بنابراین در آشکارسازهای تناسبی ، امکان این که اطلاعاتی در مورد محل اشعه تابشی بدست آوریم، وجود دارد. در این نوع از آشکارسازها ، آند از یک سیم با مقاومت زیاد (معمولا رشته کوارتز با پوششی از کربن) تشکیل می‌شود. فرض کنیم ذره تابشی در وضعیت x یونهایی در مجاورت آند ایجاد مینماید. این یونها بوسیله آند جمع آوری شده و باعث جاری شدن جریان در دو جهت در طول آند خواهد شد. مقدار جریانی که از هر جهت جاری می‌شود تابع مقاومت در مسیر میباشد. به دلیل تفاوت جریان در دو انتهای آند پالسهای ایجاد شده در دو انتهای آند در ارتفاع و زمان صعود متفاوت خواهند بود. تفاوت در زمان صعود ، به دلیل تفاوت در ثابت زمانی ، معمولا برای بدست آوردن اطلاعات درباره محل اشعه بکار می‌رود.
شمارش نوترون با آشکارساز تناسبی
علاوه بر اینکه می‌توان از آشکارساز تناسبی برای آشکارسازی ذرات آلفا و بتا استفاده نمود. این آشکارساز می‌تواند در آشکارسازی نوترونها نیز مورد استفاده قرار گیرند. یک آشکارساز واقعی نوترون معمولا گاز BF خالص و یا مخلوطی از BF3 و یکی از گازهای استاندارد آشکارسازهای گازی ، میباشد. وقتی که نوترون حرارتی بوسیله هسته جذب می‌شود، دو ذره یونیزه کننده قوی یکی ذره آلفا و دیگری هسته لیتیم که در جهت مخالف حرکت ذره آلفا حرکت میکند، رها میشوند. پالسهای ایجاد شده بوسیله محصولات واکنش هسته‌ای در مقایسه با پالسهای بوجود آمده بسیله تابشهای نظیر اشعه گاما ، دارای ارتفاع نسبتا بزرگ است.
رابطه ارتفاع پالس با نوع ذره
نکته‌ای که وجود دارد رابطه ارتفاع پالس و نوع ذره است. ارتفاع پالسهای ایجاد شده با ذرات یونیزه کننده سنگین مانند ذرات آلفا ، ممکن است بطور قابل ملاحظه‌ای از پالسهای بوجود آمده بوسیله الکترون‌های با انرژی برابر ، متفاوت باشد. این اختلاف تابع نوع اشعه است که معمولا برای آشکارسازهای گازی ، کوچک میباشد. در مورد آشکارسازهای تناسبی و یونیزاسیون و آشکارساز نیم رسانا این حالت وجود دارد.
کلمات کلیدی: فیزیک نوین
