سلام

 به بلاگ ما خوش اومدید این بلاگ یکی از بلاگهای جوونه و نیازمند تجربه ها و نظرها و انتقادات شماست وبه تبادل لینک شما هم نیاز داریم . 

*نظر یادتون نره*

                                                                                                                            باتشکر

میگن توی اصفهان همه كاندیداها برای اینكه صرفه جویی كنن پوستر تبلیغاتی چاپ نكرده بودن هر روز از یه درختی آویزون می شدن

Farzad.sadeghi

طبقه بندی: بیایید بدانیم!!، 

غنی سازی:

اورانیوم طبیعی اصولا شامل مخلوطی از دو ایزوتوپ (نوع اتمی) از اورانیوم است. تنها 7/0 درصد از اورانیوم طبیعی، شكاف پذیر و یا دارای قابلیت شكاف پذیری است كه با شكافته شدن در راكتورهای هسته ای انرژی تولید می كنند. ایزوتوپ اورانیوم شكاف پذیر، اورانیوم نوع 235 (u-235) است و پس مانده آن اورانیوم 238 (u-238) است.

در بیشتر انواع راكتورهای معمولی هسته ای به اورانیوم 235 (u-235 كه اورانیوم با غلظت بیش از حد طبیعی است) نیاز دارند. عملیات غنی سازی، غلظت اورانیوم را بیشتر می كند. عموماً بین 5/3 تا 5 درصد اورانیوم 235 با بیرون آوردن 8 درصد از اورانیوم 238. این عمل با جداسازی گازی هگزافلورید اورانیوم در دو جریان انجام می گیرد. یكی به اندازه لازم غنی سازی می شود و اورانیوم غنی شده ضعیف نامیده می شود و دیگری به اورانیوم 235 منتهی می شود كه به پس مانده معروف است.

در عملیات غنی سازی در مقیاس های بزرگ تجاری وجود دارد، كه هر كدام هگزافلورید اورانیوم را به عنوان منبع استفاده می كنند: نفوذ گازی و تفكیك گازی و هر دوی آنان از خواص فیزیكی مولكولی استفاده می كنند. مخصوصا با 10 درصد اختلاف جرم، برای جداسازی ایزوتوپ ها محصول این مرحله از چرخه سوختی هسته ای، اورانیوم هگزا فلورید غنی شده است كه برای تولید اورانیوم اكسید غنی شده تغییر حال مجدد می یابد.

تولید و ساخت سوخت

سوخت راكتور غالباً به شكل گلوله ای سرامیكی است. این گلوله ها از اورانیوم اكسید كه در دمایی بسیار بالا (بیش از 1400 درجه سانتیگراد) پخته شده است شكل می گیرند. سپس گلوله ها در لوله های فلزی از میله سوختی پوشانده می شوند كه در مجتمع های سوختی برای استفاده در راكتورها آماده هستند. دیمانسیون گلوله های سوختی و اجزای دیگر مجتمع سوختی به دقت كنترل می شوند تا از پایداری و دارا بودن آنان از خصوصیات دسته های سوختی اطمینان حاصل شود.

در تأسیسات تولید سوخت توجه زیادی به شكل و اندازه مخزن های عملیاتی می شود تا از اتفاقات خطرناك جلوگیری شود. (یك زنجیر محدود واكنش پرتو آزاد می كند). با سوخت غنی شده ضعیف امكان اتفاق افتادن این حوادث بعید به نظر می رسد. اما در تأسیسات هسته ای بررسی سوخت های مخصوص برای تحقیقات راكتورها عملی حیاتی است.

تولید نیرو

درون یك راكتور هسته ای اتم های اورانیوم 235 (u-235) شكافته می شوند و در جریان عملیات پردازش انرژی آزاد می كنند. این انرژی اغلب برای حرارت دادن آب و تبدیل كردن آن به بخار استفاده می شود.

بخار توربینی را كه به ژنراتور متصل است به حركت می اندازد و باعث تولید الكتریسیته می شود. مقداری از اورانیوم 238 (u-238 به شكل سوخت) در هسته و مركز راكتور به پلوتونیوم تبدیل می شود و این یك سوم انرژی در یك راكتور هسته ای معمولی را حاصل می كند. شكافتن اورانیوم به عنوان منبع حرارت در راكتورها استفاده می شود. همان گونه كه سوزاندن زغال سنگ، گاز و یا نفت به عنوان سوخت فسیلی در تأسیسات نیرو استفاده می شود.

سوخت مصرف شده (خرج شده)

با گذشت زمان، غلظت قطعات و عناصر سنگین شكافته شده مانند پلوتونیوم در مجموعه سوخت افزایش خواهد یافت تا جایی كه دیگر هیچ سودی در استفاده دوباره از سوخت نیست. بنابراین پس از گذشت 12 الی 24 ماه سوخت مصرف شده از راكتور خارج می شود. مقدار انرژی كه از مجموعه سوختی تولید شده است با نوع راكتور و سیاست و كاردانی گرداننده راكتور تغییر می كند.

معمولا بیش از 45 میلیون كیلو وات ساعت الكتریسیته از یك تن اورانیوم طبیعی تولید می شود. تولید این مقدار انرژی الكتریكی با استفاده از سوخت های فسیلی ملزم به سوزاندن بیش از 20 هزار تن زغال سنگ سیاه و 30 میلیون مترمكعب گاز است.

انبار كردن سوخت مصرف شده

وقتی یك مجموعه سوختی، از راكتور خارج می شود از خود پرتو ساطع می كند كه اساساً بیشتر از شكافتن قطعات و حرارت آن است. سوخت مصرف شده فوراً در استخرهای انبار كه در اطراف راكتور برای كاهش میزان پرتوزایی آن است تخلیه می شوند. در استخرها، آب جلوی پرتوزایی را می گیرد و همچنین حرارت را به خود جذب می كند.

سوخت مصرف شده در چنین استخرهایی برای ماه ها و یا سال ها نگه داشته می شوند.

وابسته به سیاست كشورهای مختلف در بعضی از آنها مقداری از سوخت مصرف شده به امكانات و تأسیسات انبار مركزی انتقال می یابند. سرانجام، سوخت مصرف شده یا باید دوباره پردازش شود و یا برای دفع اتمی آماده شود.

پردازش دوباره

سوخت مصرف شده چیزی حدود 95 درصد اورانیوم 238 است ولی دارای حدود یك درصد اورانیوم 235 كه شكافته شده نیز نیست، و در حدود یك درصد پلوتونیوم و سه درصد محصولات شكافته شده كه در حد زیادی پرتوزا هستند و دیگر عناصر ترانزورانیك (كه عدد اتمی بیشتری نسبت به اورانیوم دارد) كه در راكتور شكل گرفته اند در دستگاه های دوباره سازی سوخت مصرف شده به سه جزء تشكیل دهنده خود تفكیك می شوند: اورانیوم، پلوتونیوم و پس مانده كه شامل محصولات شكافته شده است. دوباره سازی امكان بازسازی مجدد اورانیوم و پلوتونیوم به سوخت تازه را می دهد و بخش عمده ای از پس مانده كاهیده را تولید می كند. (مقایسه با به حساب آوردن كل سوخت مصرف شده به عنوان پس مانده)

بازسازی مجدد اورانیوم و پلوتونیوم

اورانیوم حاصل از دوباره سازی كه معمولا غلظتی كمی بیشتر از اورانیوم 235 دارد و در طبیعت رخ می دهد، می تواند اگر نیاز باشد پس از تبدیل كردن و غنی شدن به عنوان سوخت استفاده شود. پلوتونیوم می تواند مستقیماً به MOX (سوخت مخلوط اكسید) تبدیل شود كه در آن اورانیوم و پلوتونیوم مخلوط شده اند.

در راكتورهایی كه از سوخت MOX استفاده می كنند، پلوتونیوم به جای اورانیوم 235 جانشین سوخت اورانیوم اكسید معمولی می شود.

دفع سوخت مصرف شده

در حال حاضر، هیچ گونه امكاناتی برای دفع سوخت مصرف شده (برخلاف امكانات انبارسازی) وجود ندارد كه برای دوباره سازی استفاده می شود و پس مانده های به جا مانده از دوباره سازی می توانند در محلی انباشته شوند. هرچند نتایج فنی و تكنیكی مرتبط با دفع سوخت ثابت كرده اند كه هیچ احتیاجی به تأسیس چنین امكاناتی در برابر حجم كم پس مانده ها نیست. انبار كردن با توجه به كاهش در حال رشد پرتوزایی برای مدت طولانی آسان تر است. همچنین مقاومت مغناطیسی در سوخت دفع شده وجود دارد، چون منبع قابل توجهی از انرژی در آن است كه می تواند دوباره فرآوری شود و امكان بازیافت دوباره را به اورانیوم و پلوتونیوم بدهد.

تعدادی از كشورها در حال انجام مطالعاتی در زمینه تصمیم گیری بهترین راه برای نزدیك شدن به دفع سوخت مصرف شده و پس مانده های پس از دوباره سازی هستند. روش متداولی كه امروزه استفاده می شود قرار دادن سوخت مصرف شده در انبارهای زیرزمینی است:

پس مانده ها

پس مانده های حاصل از چرخه سوختی هسته ای در رده های: شدید، متوسط و كم دسته بندی می شوند و این تقسیم بندی براساس تشعشعات رادیواكتیوی كه از خود ساطع می كنند، است.

این پس مانده ها از منابعی سرچشمه می گیرند كه شامل موارد زیر است:

پس مانده های رده پایین (Low-level) كه در تمام مراحل چرخه سوختی تولید می شوند.

پس مانده های رده متوسط (Intermediat-level) كه در جریان عملكرد راكتور و دوباره سازی تولید می شوند.

پس مانده های رده بالا (High-Level) كه شامل محصولات شكافته شده حاصل از دوباره سازی و در بسیاری از كشورها خود سوخت مصرف شده هستند.

فرآیند غنی سازی تولیدات را به سوی تهی كردن اورانیوم هدایت می كند. غلظت اورانیوم 235 به طور عمده كمتر از 7/0 درصد است كه در طبیعت پیدا می شود. تعداد كمی از این مواد كه اصولاً اورانیوم 238 هستند زمانی استفاده می شوند كه چگالی بسیار زیاد نیاز است. مثل استحفاظ پرتوافشانی و گاهی استفاده در تولید سوخت Mox. در حالی كه اورانیوم 238 قابل شكافتن نیست ماده ای پرتوافشانی كم است و باید درمورد آن احتیاط كرد، از این رو یا آن را انبار و یا دفع می كنند.

میزان مواد موجود در چرخه سوختی هسته ای

موارد زیر فرضیات مختلفی ایجاد می كنند. (پاورقی شماره 2 را ملاحظه فرمایید) اما مورد ملاحظه عملكرد راكتور انرژی هسته ای NWE 1000 قرار می گیرند.

20000 تن از یك درصد سنگ معدن اورانیوم استخراج

230 تن از اورانیوم اكسید غلیظ شده (همراه 195 تن اورانیوم) آسیاب سازی

288 تن UF6 (همراه 195 تن اورانیوم) تبدیل كردن

35 تن UF6 (همراه 24 تن اورانیوم غنی شده) غنی سازی

27 تن UO2 (همراه 24 تن اورانیوم غنی شده) ساخت و تولید سوخت

7000 میلیون كیلووات ساعت (kwh) نیروی الكتریسیته عملكرد راكتور

27 تن شامل 240 كیلوگرم پلوتونیوم، 23 تن اورانیوم(u-235 8/0 درصد)، 720 كیلوگرم محصولات شكافتی، همچنین ترانزورانیك سوخت مصرف شده

پاورقی شماره 1- غلیظ كننده های اورانیوم بعضی اوقات در شرایط u3o8 قرار می گیرند كه حجم آن (مخلوطی از دو اورانیوم اكسیدی كه نسبتاً همان چیزی است كه در طبیعت یافت می شود.

محصول u3o8 خالص شامل حدوداً 85 درصد فلز اورانیوم است.

پاورقی شماره 2- غلظت اورانیوم 80 درصد است، غنی سازی در 4 درصد اورانیوم 235 به همراه 3 درصد دنباله آزمایش شده، 80 درصد برای عملكرد راكتور بارگزاری می شوند، در هسته راكتور 72 تن اورانیوم بارگزاری می شوند. سوخت گیری سالانه است و هر سال یك سوم سوخت را عوض می كنند.




طبقه بندی: فیزیک و مطالب مرتبط، 

اگر ما به روند تكامل نظریه ی سیاه چاله ها از سال 1915 كه اینشتین نظریه نسبیت را ارائه كرد تا سال 2004 كه هاوكینگ نظر خود را تغییر داد توجه كنیم به نكات و سئوالات جالبی برخورد می كنیم.

هاوكینگ نظر خود را در سال 2004 تغییر داد و اظهار داشت برخی اطلاعات از سیاه چاله ها خارج می شوند. وی سی سال قبل از آن تاكید كرده بود كه اطلاعات از سیاه چاله ها خارج نمی شوند. احتمالاً برخی از مردم تصور می كنند كه نظریه ریسمانها یا نظریه نسبیت یا مكانیك كوانتوم هاوكینگ را واداشته تا نظر خود را تغییر دهد، در حالیكه چنین نیست .

حقیقت این است كه نظریه دو بیگ بنگ الهام بخش هاوكینگ بود تا نظر خود را تغییر دهد.

دكتر راج بالدویز Dr. Raj Baldev فرضیه خود را در سال 2003 تحت عنوان " دو بیگ بنگ جهان را آفرید" منتشر كرد و هاوگینگ ده ماه بعد نظر خود را در مورد سیاه چاله ها تغییر داد.

دكتر راج بلادو كیهان شناس هندی توضیح می دهد كه در سال 1915 اینشتین به تشریح این موضوع پرداخت كه ماده و انرژی فضا را انحنا می دهند و یك سال بعد شوارتس شیلد نظریه سیاه چاله ها را با استفاده از معادلات اینشتین بسط داد. در سال 1965 راجر پنروز نظریه جدیدی مطرح كرد كه طبق آن یك نقطه از فضا می تواند دارای چگالی بینهایت شود.

در سال 1967 جان ویلر به تجزیه و تحلیل این موضوع پرداخت كه چگونه یك ستاره به یك نقطه تكینگی فرو میریزد. درست دو سال بعد پنروز یك نظر جدید مطرح كرد كه طبق آن تكینگی در ورای افق حادثه مخفی می شود.

توصیح- افق حادثه مرز بین سیاه چاله و اطراف قابل رویت آن است.

در سال 1973 هاوكینگ و ژاكوب بكنشتین به طراحی یك انتروپی پرداختند كه یك نمونه اندازه گیری اطلاعات درون سیاه چاله است. دو سال بعد هاوكینگ اظهار داشت كوانتوم مكانیك چنین پیش گویی می كند كه انرژی از داخل سیاه چاله می گریزد كه به تابش هاوكینگ معروف است.

نكته مهم در نظریه قبلی هاوكینگ به این مهم بر می گشت كه براساس مدل وی سیاهچاله نوعی تابش كه به نام تابش هاوكینگ معروف شده است را از خود بروز می دهد اما تمامی اطلاعاتی كه این تابش ممكن است به همراه خود از درون سیاه چاله به بیرون بیاورد، براثر خواص بنیادی سیاه چاله ها نابود می شود. این مسله با اصول مكانیك كوانتومی در تناقض آشكار بود.

در سال 1996 آندریو استرومینگر و كامران وفا با استفاده از نظریه ریسمانها به محاسبه ی انتروپی سیاه چاله ها پرداختند وبه همان جواب هاوكینگ رسیدند.

در سال 2004 فیزیكدانان با توجه به نظریه ریسمانها و كوانتوم مكانیك به محاسبه پرداختند و نشان دادند كه اطلاعات می تواند از سیاه چاله ها بگریزد و هاوكینگ نتیجه را پذیرفت.

دكتر راج بلادو می گوید :

من در نظریه " دو بیگ بنگ جهان را آفرید" یك فرمول برای سیاه چاله ها دادم كه گامهای بسیار بالاتری از تمام پیشگویی های فیزیكدانان و كیهان شناسان برداشته است. یك منظر جالب در نظریه سیاه چاله ها حاوی یكی از رموز بزرگ آفرینش است. در یك طرف میدان قوی گرانش همه چیز را می بلعد و در طرف دیگر مسئول تولید و آفرینش سایر اجسام نظیر منظومه ی شمسی هستند. نقطه ی آغاز تغذیه گازهای سبك از جمله هیدروژن و اكسیژن است .

دكتر راج بلادو چنین ادامه می دهد :

ممكن است من اشتباه كنم، اما هیچ نظریه ای نمی تواند مانند نظریه دو بیگ بنگ به توضیح این پدیده بپردازد. تمام اطلاعات در مورد سیاه چاله ها كه توسط دانشمندان و كیهان شناسان مختلف داده می شود، جواب ویژه ای ندارد، اما نظریه دو بیگ بنگ دارای جواب ویژه است.

بنابر ادعای دكتر راج بالادو هیچ كس در جهان ادعا نمی كند كه تنها سیاه چاله ها به تخریب ماده ودر عین حال به تولید سلیر اجسام نظیر منظومه شمسی می پردازند و ستاره ها و سیارات را شكل می دهند. اما نظریه دو بیگ بنگ نشان می دهد كه سیاه چاله ها نه تنها ماده را تخریب می كنند، بلكه به تولید ستاره ها می پردازند.

دكتر راج بلادو ادعا می كند :

اینجا احتمال زیادی وجود دارد كه هاوكینگ از نظریه دو بیگ بنگ الهام گرفته باشد.

این بحثی است كه دكتر راج بلادو مطرح كرده است. اما نظریه سی. پی. اچ. نه تنها نحوه ی پیدایش سیاه چاله ها را نشان می دهد، بلكه میزان رشد، نحوه ی فرار اطلاعات از سیاه چاله، بلعیدن گرانش توسط سیاه چاله و سرانجام پییدایش سیاه چاله های مطلق كه حتی آثار گرانشی بروز نمی دهند و سرانجام علت انفجار آنها را توضیح می دهد.



طبقه بندی: فیزیک و مطالب مرتبط، 

آیا انفجار بزرگ واقعا وجود داشته است؟

دانشمندان در این زمینه هر چه بیشتر درباره گذشته و آینده پژوهش می كنند نظریاتشان نامطمئن تر و ناپایدارتر می شود. مثلا در حالیكه فاصله ماه از زمین و یا تاریخ اولیه كره زمین را به خوبی می شناسیم به توجه به این كه فقط 400 سال از عمر تاریخ پژوهش های جدید گذشته است بسیار مشكل می توان به تاریخ میلیاردها ساله آغاز خلقت نظر انداخت. فرضیه انبساط عالم به خودی خود كافی نیست كه ما با اطمینان نتیجه بگیریم كه انفجار اولیه وجود داشته است. ولی در اینجا یك نكته جالب توجه دیگر نیز به آن افزوده می شود: هرچه ما بیشتر به عمق كیهان نظاره می كنیم در واقع بیشتر به عمق زمان گذشته می نگریم. یك ستاره را كه در فاصله 10 سال نوری قرار دارد به همان صورتی می بینیم كه 10 سال قبل بوده است. دورترین اجرامی را كه انسان می تواند با تلسكوپ های بزرگ نجومی نظاره كند كوازارها هستند. ( Quasar مخفف عبارت نجومی Quasistallar object و عبارت است از عضوی از گروههای گوناگون ستاره مانند كه دارای پرتوهای قرمز استثنایی می باشند و غالبا از خود فركانسهای رادیویی و نیز امواج نوری قابل دیدن منتشر می كنند.) آنها در واقع كهكشانه های كاملا جوانی هستند كه در مراحل اولیه شكل گیری به سر می برند. حال اگر انسان نگاهش را در سمت دلخواهی به دورتر و بازهم دورتر متوجه كند باید به مرزی برسد كه در آنجا آغاز خلقت را مشاهده كند و به عبارت دیگر آن گاز داغ اولیه را ببیند كه تمام كهكشانه ها - ستارگان - سیارات و موجودات از آن ایجاد شده اند. بنابراین می بایست پیرامون ما را پیوسته پوسته كاملا درخشانی در دوردست احاطه می كرد 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 كه عالم لحظه به لحظه انبساط می یابد سرعت دورشدن به قدری زیاد است كه نور این پوسته دارای طول موج بلندتری می شود كه ما آن را فقط به صورت تشعشعات و امواج رادیویی دریافت می كنیم.دقیقا همین امواج هستند كه اكنون كشف شده. امواج مفروضی كه از همه جهات به طور یكنواخت بر ما می تابند و به نام تشعشعات پیشینه - 3k نامگذاری شده اند. وجود این پرتو ها را می توان با رادیو تلسكوپ ها به سادگی اثبات كرد این تشعشعات تكیه گاهی مهم برای اثبات فرضیه انفجار اولیه می باشد.

نظریه انفجار بزرگ

عالم در ابتدا چگونه به نظر می آمد؟

آشكار 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 بلكه در این مورد باید به فیزیكدان های متخصص در امر فیزیك ذره ای مراجعه كرد كه در مورد تشعشعات و ماده در شرایط كاملا سخت و غیر عادی تحقیق می كنند و تجربه می كنند. تاریخ كیهان معمولا به 8 مقطع كاملا متفاوت و غیر مساوی تقسیم می شود:

مرحله اول ( صفر تا 43- 10 ثانیه )

این مساله هنوز برایمان كاملا روشن نیست كه در این اولین اجزای ثانیه ها چه چیزی تبدیل به گلوله آتشینی شد كه كیهان باید بعدا از آن ایجاد گردد . هیچ معادله و یا فرمول های اندازه گیری برای درجه حرارت بسیار بالا و غیر قابل تصوری كه در این زمان حاكم بود در دست نمی باشد.

مرحله دوم ( 43- 10 تا 32- 10 ثانیه)

اولین سنگ بناهای ماده مثلا كوارك ها و الكترون ها و پاد ذره های آنها از برخورد پرتوها با یكدیگر به وجود می آیند. قسمتی از این سنگ بناها دوباره با یكدیگر برخورد می كنند 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 كه هنگام فروپاشی ماده بیشتری نسبت به ضد ماده و مثلا كوارك های بیشتری نسبت به آنتی كوارك ها ایجاد می كنند. ذرات x كه فقط در همان اولین اجزای بسیار كوچك ثانیه ها وجود داشتند برای ما میراث مهمی به جا گذاردند كه عبارت بود از : ( افزونی ماده در برابر ضد ماده )

مرحله سوم ( از 32- 10 ثانیه تا 6- 10 ثانیه )

كیهان از مخلوطی از كوارك ها - لپتون ها - فوتون ها و سایر ذرات دیگر تشكیل شده كه متقابلا به ایجاد و انهدام یكدیگر مشغول بوده و ضمنا خیلی سریع در حال از دست دادن حرارت هستند.

مرحله چهارم ( از 6- 10 ثانیه تا 3- 10ثانیه )

تقریبا تمام كوارك ها و ضد كوارك ها به صورت پرتو ذره ها به انرژی تبدیل می شوند. كوارك های جدید دیگر نمی توانند در درجه حرارت های رو به كاهش به وجود آیند ولی از آن جایی كه كوارك های بیشتری نسبت به ضد كوارك ها وجود دارند برخی از كوارك ها برای خود جفتی پیدا نكرده و به صورت اضافه باقی می مانند. هر 3 كوارك با یكدیگر یك پروتون با یك نوترون می سازند. سنگ بناهای هسته اتم های آینده اكنون ایجاد شده اند.

مرحله پنجم ( از 3- 10 ثانیه تا 100 ثانیه )

الكترون ها و ضد الكترون ها در برخورد با یكدیگر به اشعه تبدیل می شوند. تعدادی الكترون باقی می ماند زیرا كه ماده بیشتری نسبت به ضد ماده وجود دارد. این الكترون ها بعدا مدارهای اتمی را می سازند.

مرحله ششم ( از 100 ثانیه تا 30 دقیقه )

در درجه حرارت هایی كه امروزه می توان در مركز ستارگان یافت اولین هسته های اتم های سبك 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 كربن در این مرحله هنوز ایجاد نمی شوند. در آغاز خلقت عملا فقط دو عنصر بنیادی كه از همه سبكتر 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 كه هسته اتم ها و الكترون ها می توانند در درجه حرارتی در حدود 3000 درجه سانتی گراد به یكدیگر بپیوندند و بدون اینكه دوباره فورا از هم بپاشند اتم ها را تشكیل دهند . در نتیجه آن مخلوط ذره ای كه قبلا نامرئی بود اكنون قابل دیدن می شود.

مرحله هشتم ( از یك 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 اكسیژن و آهن تولید می شوند. كه بعد ها در انفجارات ستاره ای آزاد می گردند و برای ساخت ستارگان و سیارات و حیات جدید به كار می ایند.

عناصر اصلی حیات زمینی چه زمانی پدیدار شد؟

برای زمین با توجه به گوناگونی حیات كه 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 كه سبك ترین عنصر شیمیایی می باشد سنگ بنای اصلی كهكشانه ها و سیارات می باشد. هیدروژن همچنین سنگ بنای اصلی موجودات زنده ای است كه بعدا روی زمین به وجود آمدند و احتمالا روی میلیاردها سیاره دیگر نیز وجود دارند.

3. در مركز ستارگان اولیه هسته اتم های سنگین از قبیل اكسیژن و یا كربن 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 كهكشانه ها به هر حال رو به كند شدن است. زیرا جزایر جهانی متعدد در واقع به سمت یكدیگر جذب می شوند و در نتیجه حركت انبساطی آن ها كند تر می شود. اكنون پرسش فقط این است كه آیا زمانی تمام این حركت ها متوقف خواهد گردید و این عالم در هم فرو خواهد پاشید؟ این مساله بستگی به تراكم ماده در جهان هستی دارد. هر چه این تراكم بیشتر باشد نیرو های جاذبه بین كهكشانه ها و سایر اجزای گیتی بیشتر بوده و به همان نسبت حركت آن ها با شدت بیشتری متوقف خواهد شد. در حال حاضر چنین به نظر می رسد كه تراكم جرم بسیار كمتر از آن است كه زمانی عالم در حال انبساط را به توقف در آورد. به هر حال این امكان وجود دارد كه هنوز جرم های بسیار بزرگ ناشناخته ای از قبیل ( سیاهچاله های اسرار آمیز) یا ( ابرهای گازی شكل تاریك) وجود داشته باشند و نوترینو ها كه بدون جرم محسوب می شوند جرمی هرچند كوچك داشته باشند. اگر این طور باشد در این صورت حركت كیهانی زمانی شاید 30 میلیارد سال دیگر متوقف خواهد شد. در آن زمان كهكشان ها با شتابی زیاد حركت به سوی یكدیگر را اغاز خواهند كرد تا در نهایت به شكل یك گوی آتشین عظیم با یكدیگر متحد شوند. آن زمان شاید می باید روی یك انفجار اولیه جدید دیگر و تولد یك عالم جدید حساب كنیم. با توجه به سطح كنونی دانش بشر و میزان پژوهش های انجام شده باید اینطور فرض كرد كه عالم تا ابدیت انبساط خواهد یافت.



طبقه بندی: فیزیک و مطالب مرتبط، 

برگرفته از كتاب Stephen Hawking - The story of his life and work نوشته Kitty Ferguson

استیون ویلیام هاوكینگ استاد كرسی لوكاشین

در 29 اوریل 1980 در سالن كنفرانس كوكرافت در كمبریج انگلستان جایی كه عرصه بالیدن تامسون و راترفورد بود، دانشمندان و مقامات دانشگاه روی صندلی‌های ردیف‌شده بر كف شیب‌دار سالن كه مقابل دیواری پوشیده از وایت‌برد و پرده اسلاید بود، گرد‌هم آمده بودند. این جلسه برای وضع اولین خطابه یك پروفسور جدید كرسی لوكاشین(Lucasian) ریاضی برقرار شده بود. این پروفسور استفن ویلیام هاوكینگ ریاضی‌دان و فیزیك‌دان 38 ساله بود.

عنوان خطابه یك سوال بود:

آیا دورنمای پایان فیزیك نظری دیده می‌شود؟

و هاوكینگ با اعلام این كه پاسخ او به این سوال مثبت است، شنوندگان را شگفت‌زده كرد! او از حضار دعوت كرد تا به او بپیوندند و با گریزی شورانگیز از میان زمان و مكان جام‌مقدس علم را بیابند. یعنی نظریه‌ای كه جهان و هر چه را كه در آن روی می‌دهد، تبیین كند.

استفن هاوكینگ در حالی كه یكی از شاگردانش خطابه او را برای جمعیت گرد آمده قرائت می‌كرد. روی صندلی‌چرخ‌دار نشسته بود. در یك قضاوت ظاهری به‌نظر نمی‌رسید كه او انتخاب مناسبی برای رهبری یك كار خطیر باشد. فیزیك نظری برای او گریز بزرگی از یك زندان بود. زندانی بسیار بدتر از آن‌چه در مورد آزمایشگاه‌های قدیمی كاوندیش به طعنه بیان می‌شد. از اوایل بیست سالگی او با بیماری از كار افتادگی روزافزون كه از مرگ زودرس او خبر می‌داد، می‌ساخت. هاوكینگ مبتلا به اسكلروز جانبی آمیوتروفیك(Amyotrophic Lateral Sclerosis) یا ALS بود و زمانی كه كرسی لوكاشین رو عهده‌دار شد، دیگر توانایی راه رفتن، نوشتن، غذا خوردن، را نداشت و اگر سرش به پایین می‌افتاد نمی‌توانست آن را بلند كند. صحبت كردن او غیر مفهوم و فقط برای كسانی كه وی را خوب می‌شناختند قابل درك بود. برای خطابه لوكاشین، او با زحمت فراوان متن مورد نظر خود را قبلاْ دیكته كرده بود تا شاگردش بتواند، آن را قرائت كند. اما هاوكینگ معلول نبوده و نیست. او یك ریاضی‌دان و فیزیك‌دان برجسته است و بسیاری او را برجسته‌ترین فیزیك‌دان پس از انیشتین می‌دانند. كرسی لوكاشین یك مقام آكادمیك ممتاز است كه زمانی سر آیزاك نیوتن عهده‌دار آن بود.

هاوكینگ ضمن مبارزه دائمی با بیماری لاعلاجش همواره در تلاش برای دستیابی به پاسخ این سوال اصلی كیهان‌شناسی بوده است كه این جهان از كجا آمده و به كجا می‌رود؟ زندگی او تلاشی مستمر و پیگیر در راه كشف حقایق این جهان است. او به دنبال نظریه «همه چیز» است. نظریه جامعی كه بتواند قوانین حاكم بر جهان را در یك سری معادلات و قواعد خلاصه كند. موقعی كه نظریه نسبیت عمومی انیشتین را برای توضیح برخی ویژگی‌های فیزیكی سیاهچاله‌ها ناتوان می‌بیند، به مكانیك كوانتومی متوسل می‌شود. سعی می‌كند این دو را در هم آمیزد. فرضیه‌ای مطرح می‌كند. فرضیه‌اش را مورد سوال قرار می‌دهد. در راه كشف حقیقت به سوال‌هایی برمی‌خورد. فضای خالی، خالی نیست! سیاه‌چاله‌ها سیاه نیستند! آغازها می‌توانند پایان‌ها باشند و …. حقیقت بسیار پیچیده و گریزان است. آیا هاوكینگ و دانشمندان دیگر روزی به نظریه همه چیز دست خواهند یافت؟

دانشمندان زیادی در این زمینه تلاش می‌كنند. برخی حداقل به اندازه هاوكینگ شهرت دارند. اما چیزی كه زندگی هاوكینگ را متمایز می‌كند، امید است. 39 سال از از زمانی كه پزشكان برای هاوكینگ عمری دو یا سه ساله در حالی كه تكه‌گوشتی بیشتر نخواهد بود پیش‌بینی كرده بودند، می‌گذرد. او هنوز با بیماریی كه تمام عضلات او را از كار انداخته است، مبارزه می‌كند و كماكان به حیات پربار خود ادامه می‌دهد. پیام او به دیگران همواره این بوده است كه به بیماری‌اش نیندیشند.



طبقه بندی: فیزیک و مطالب مرتبط، 

برگرفته از كتاب Stephen Hawking - The story of his life and work نوشته Kitty Ferguson

قواعدی پشت قواعد دیگر

هر ماده‌ای كه بیندیشیم در جهان وجود دارد(مردم، هوا، یخ، ستارگان، گازها، میكروب‌ها، صفحه مانیتور شما) از اجزاء ساختاری بسیار ریزی به‌نام اتم تشكیل شده اند. می‌دانیم كه اتم‌ها بنوبه خودشان از موجودات كوچكتری به نام ذرات و یك فضای خالی بسیار بزرگ(در مقایسه با ابعاد این ذرات) ساخته شده‌اند. همچنین می‌دانیم كه برخی از ذرات خود از ذرات ریزتری تشكیل شده‌اند.

ذرات مادی رو كه همگی می‌شناسیم. پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته اتم و الكترون‌ها كه به دور هسته می‌چرخند. ذرات مادی اتم رو به‌نام كلی فرمیون‌‌ها می‌شناسیم.

فرمیون‌ها یك سیستم پیام‌رسانی دارند كه بین آن ذرات رد و بدل شده و به راه‌های معینی موجب ایجاد تاثیر و در نتیجه تغییراتی در آن‌ها می‌شود. سیستم پیام‌رسانی انسان‌ها را در نظر بگیرید. كبوتر نامه‌بر، پست، تلفن و فكس سرویس‌های این سیستم می‌تانند نامیده شوند. اما همه انسان‌ها از هر 4 سرویس فوق برای رد و بدل كردن پیام بین همدیگر استفاده نمی‌كنند.

در مورد ذرات مادی هم سیستم پیام‌رسانی وجود دارد كه سرویس‌های چهارگانه‌ای دارد. این سرویس‌ها را نیرو می‌نامیم. ذراتی وجود دارد كه این پیام‌ها را بین فرمیون‌ها و در برخی موارد حتی بین خود رد و بدل می‌كنند. این ذرات پیام‌رسان به‌طور مشخص بوزونBoson نامیده می‌شوند.

پس هر ذره‌ای كه در جهان وجود دارد یا فرمیون هست یا بوزون.

گفتیم كه سرویس‌های پیام‌رسان 4گانه نیرو نامیده می‌شوند. یكی از این نیروها گرانش هست. نیروی گرانش را كه ما را روی زمین نگه می‌دارد، می‌توانیم مثل پیامی در نظر بگیریم. حامل این پیام نوعی بوزون هست كه گراویتون نامیده می‌شود. گراویتون‌ها حامل پیامی بین ذرات اتم‌های بدن ما و ذرات اتم‌های زمین هستند و به ذرات مذكور می‌گویند كه به‌هم نزدیك شوند.

نیروی دوم یا نیروی الكترومغناطیس پیام‌هایی هست كه به‌وسیله بوزون‌هایی به‌نام فوتون بین پروتون‌های درون هسته یك اتم و الكترون‌های نزدیك به آن، یا بین الكترون‌ها رد و بدل می‌شوند. این پیام‌ها موجب می‌شوند كه الكترون‌ها دور هسته گردش كنند. در مقیاس‌های بزرگ‌تر از اتم فوتونها خودشان را بصورت نور نشان می‌دهند. سومین سرویس پیام‌رسان نیروی قوی است كه موجب می‌شود هسته اتم یكپارچگی خود را حفظ كند و چهارمین سرویس نیروی ضعیف است كه موجب رادیواكتیویته می‌شود.

فعالیت این 4 نیرو باعث رد و بدل شدن پیام بین كلیه فرمیون‌های جهان و برهمكنش بین آنها می‌شود. بدون این 4 نیرو هر فرمیون اگر هم وجود داشته باشد در جدایی به‌سر می‌برد، بدون این كه بتواند با آنها مرتبط شود و بر آنها تاثیر بگذارد. بزبان ساده‌تر:

اگر چیزی بوسیله این چهار نیرو روی ندهد، اتفاقی نخواهد افتاد.

درك كامل این چهار نیرو به ما امكان می‌دهد تا اصولی را كه مبنای همه رویدادهای جهان هست، درك كنیم.

بسیاری از كارهای فیزیك‌دانان قرن بیستم برای آگاهی بیشتر از طرز عمل این جهار نیروی طبیعی و ارتباط بین آنها انجام شد. در سیستم پیام‌رسانی انسان‌ها، ممكن هست به این موضوع واقف بشیم كه تلفن و فكس دو سرویس جداگانه نیستند. بلكه هر دو اجزای یك سیستم واحدند كه به دو طریق متفاوت جلوه‌گر می‌شوند. آگاهی از این واقعیت موجب یگانگی دو سیستم پیام‌رسانی خواهد شد. به طریق مشابهی فیزیك‌دان‌ها تا حدودی با موفقیت سعی كردند نوعی یگانگی بین نیروها رو استنباط كنند. آنها امیدوار بودند نظریه‌ای بیابند كه در غایت امر هر چهار نیرو را بوسیله یك ابرنیرو توجیه كند. نیرویی كه خودش را به‌گونه‌های مختلف نشان می‌دهد و نیز موجب یگانگی فرمیون‌ها و بوزون‌ها در یك خانواده می‌شود. فیزیك‌دان‌ها این نظریه را نظریه یگانگی نام دادند. این نظریه باید دنیا را توجیه كند. یعنی نظریه همه چیز باید یك قدم پیش‌تر برود و به این سوال پاسخ بده: دنیا در لحظه آغاز قبل از این كه زمانی بگذرد، چگونه بوده است؟

فیزیك‌دان‌ها همین سوال را بزبان خودشان با این عبارت بیان می‌كنند كه: شرایط اولیه یا شرایط مرزی در آغاز جهان چه بوده است؟

درك كامل ابرنیرو ممكن هست كه درك شرایط مرزی را هم برای ما امكان‌پذیر كند. از طرف دیگر ممكن است كه ضروری باشد كه ما شرایط مرزی را بدانیم تا بتوانیم ابرنیرو را بفهمیم. این دو بطور تنگاتنگی با یكدیگر ارتباط دارند و نظریه پردازان هم از هر دو طرف مشغول كار هستند تا به «نظریه همه‌چیز» ( از منشا آلمانی= Weltformel ) دست پیدا كنند.



طبقه بندی: فیزیک و مطالب مرتبط، 

برگرفته از كتاب Stephen Hawking - The story of his life and work نوشته Kitty Ferguson

نظریه‌ها

نظریه نسبیت عام اینشتین نظریه‌ای در باره جرم‌های آسمانی بزرگ مثل ستارگان، سیارات و كهكشان‌هاست كه برای توضیح گرانش در این سطوح بسیار خوب است.

مكانیك كوانتومی نظریه‌ای است كه نیروهای طبیعت را مانند پیام‌هایی می‌داند كه بین فرمیون‌ها(ذرات ماده) رد و بدل می‌شوند. این نظریه اصل ناامیدكننده‌ای را نیز كه اصل عدم قطعیت نام دارد در بر می‌گیرد. بنابر این اصل هیچ‌گاه ما نمی‌توانیم همزمان مكان و سرعت(تندی و جهت حركت) یك ذره را با دقت بدانیم. با وجود این مسئله مكانیك كوانتومی در توضیح اشیاء، در سطوح بسیار ریز خیلی موفق بوده بوده است.

یك راه برای تركیب این دو نظریه بزرگ قرن بیستم در یك نظریه واحد آن است كه گرانش را همانطور كه در مورد نیروهای دیگر با موفقیت به آن عمل می‌كنیم، مانند پیام ذرات در نظر بگیریم. یك راه دیگر بازنگری نظریه نسبیت عام اینشتین در پرتو نظریه عدم قطعیت است.

اما اگر نیروی گرانش را مانند پیام بین ذرات در نظر بگیریم، با مشكلاتی مواجه می‌شویم. قبلاْ دیدیم كه شما می‌توانید نیرویی را كه شما را روی زمین نگه می‌دارد، مثل تبادل گراویتون‌ها(همان پیام‌رسان‌های گرانش) بین ذرات بدن خود و ذراتی كه كره زمین را تشكیل می‌دهند، در نظر بگیرید. در اینصورت نیروی گرانشی با روش مكانیك كوانتومی بیان می‌شود. اما چون همه گراویتونها بین خود نیز رد و بدل می‌شوند، حل این مساله از نظر ریاضی بسیار بغرنج می‌شود. بی‌نهایت‌هایی حاصل می‌شوند كه خارج از مفهوم ریاضی معنایی ندارند. نظریه‌های علم فیزیك واقعاْ نمی‌توانند با این بی‌نهایت‌ها سر و كار داشته باشند. آن‌ها اگر در نظریه‌های دیگر یافت شوند، تئوریسین‌ها به روشی كه آن را ری‌نرمالیزیشن یا بازبهنجارش می‌نامند، متوسل می‌شوند. ریچارد فاینمن در این باره می‌گوید: این كلمه هر چقدر زیركانه باشد، باز من آن را یك روش دیوانه‌وار می‌نامم. خود او هنگامی كه روی نظریه‌اش در مورد نیروی الكترومغناطیسی كار می‌كرد، از این روش سود جست. اما او به این كار زیاد راغب نبود. در این روش از بی‌نهایت‌های دیگری برای خنثی كردن بی‌نهایت‌های نخستین، استفاده می‌شود. نفس این عمل اگر چه مشكوك است ولی نتیجه در بسیاری از موارد كاربرد خوبی دارد. نظریه‌هایی كه با به‌كارگیری این روش به‌دست می‌آیند، خیلی خوب با مشاهدات همخوانی دارند.

استفاده از روش بازبهنجارش در مورد نیروی الكترومغناطیسی كارساز است ولی در مورد گرانش این روش موفق نبوده. بی‌نهایت‌ها در مورد نیروی گرانش از جهتی بدتر از بی‌نهایت‌های نیروی الكترومغناطیسی هستند و حذفشان ممكن نیست. ابرگرانش كه هاوكینز در خطابه لوكاشین خود بدان اشاره كرد و نظریه ابرریسمان كه در ا» اشیاء بنیادی جهان، بصورت ریسمان‌های نازكی هستند، پیشرفت‌های امیدوار كننده‌ای داشته‌اند، اما هنوز مسئله حل نشده است.

راه دیگر

از طرف دیگر اگر ما مكانیك كوانتومی را برای مطالعه اجسام بسیار بزرگ در قلمرویی كه گرانش فرمانروای بی‌چون و چرا است، بكار گیریم، چه خواهد شد؟ به‌دیگر سخن اگر ما آنچه را كه نظریه نسبیت عام در باره گرانش می‌گوید، در پرتو اصل عدم قطعیت بازنگری كنیم، چه اتفاقی خواهد افتاد؟

همانطور كه گفتیم طبق اصل عدم قطعیت(Uncertainty principle) نمی‌توان با دقت مكان و سرعت یك ذره را همزمان اندازه گرفت. آیا این بازنگری موجب تفاوت زیادی خواهد شد؟ در ادامه خواهیم دید كه استفن‌هاوكینگ در این زمینه به چه نتایج شگرفی دست یافته است.

سیاهچاله‌ها سیاه نیستند!

شرایط مرزی ممكن است به این نتیجه منتهی شود كه مرزی وجود ندارد حالا كه از ضد و نقیض‌ها گفتیم، یكی دیگر هم اضافه كنیم:

فضای خالی، خالی نیست

در ادامه خواهیم دید كه چگونه می‌توان به این نتیجه رسید. فعلا همینقدر بدانیم كه اصل عدم قطعیت بدان معنی است كه فضا مملو از ذره و پادذره است!

نظریه نسبیت عام همچنین به مـــا می‌گوید كـــه وجود ماده یـــا انرژی سبب خمیدگی یــا تاب‌خوردن فضا-زمان می‌شود. یك نمونه خمیدگی آشنا می‌شناسیم. خمیدگی باریكه‌های نور ستارگان دور هنگامی كه از نزدیكی اجسام با جرم بزرگ نظیر خورشید می‌گذرند.

این دو موضوع را به‌یاد داشته باشیم:

1- فضای «خالی» از ذرات و پادذرات پر شده است. جمع كل انرژی آن‌ها مقداری عظیم یا مقداری بی‌نهایت از انرژی است.

2- وجود این انرژی باعث خمیدگی فضا-زمان می‌شود.

تركیب این دو ایده ما را به این نتیجه می‌رساند كه كل جهان می‌بایستی در یك توپ كوچك پیچیده شده باشد. چنین چیزی روی نداده است! بدین‌سان موقعی كه از نظریه‌های نسبیت عام و مكانیك كوانتومی توامان استفاده می‌شود، پیشگویی آن‌ها اشتباه محض است.

نسبیت عام و مكانیك كوانتومی هر دو نظریه‌های فوق‌العاده خوب و از موفق‌ترین دستاوردهای فیزیك در قرن گذشته هستند. از این دو نظریه نه‌تنها برای هدف‌های نظری بلكه برای بسیاری كاربردهای عملی، به‌نحوی درخشان استفاده می‌شود. با وجود این اگر آن‌ها را با هم در نظر بگیریم، نتیجه همانطور كه دیدیم بی‌نهایت‌ها و بی‌معنی بودن است. نظریه همه چیز باید به‌نحوی این بی‌معنا بودن را حل كند.



طبقه بندی: فیزیک و مطالب مرتبط، 

برگرفته از كتاب Stephen Hawking - The story of his life and work نوشته Kitty Ferguson

آیا پیش‌گویی ممكن است؟

نظریه همه‌چیز باید بتواند این امكان را به‌شخصی كه جهان ما را ندیده است، بدهد كه همه چیز را پیش‌گویی كند. با چنین نظریه‌ای شاید بشود خورشیدها و سیارات و كهكشان‌ها و سیاه‌چاله‌ها و كوزارها را پیشگویی كرد. اما آیا می‌شود به‌وسیله آن برنده مسابقه اسب‌دوانی سال أینده ایالت كنتاكی را پیشگویی كنیم؟ آیا این پاسخ قابل اعتماد است؟ نه‌چندان!

محاسبات لازم برای بررسی همه داده‌های جهان بطور مضحكی بسیار فراتر از ظرفیت هر كامپیوتر قابل تصوری خواهد بود.

هاوكینگ می‌گوید كه گر چه ما می‌توانیم معادلات حركت دو جسم را با استفاده از نظریه نیوتن محاسبه كنیم، اما نمی‌توانیم همین محاسبات را دقیقاْ برای حركت سه‌جسم انجام دهیم! علت آن نیست كه قوانین نیوتن در مورد بیش از دو جسم صادق نیستند. بلكه پیچیدگی ریاضی معادلات كار را سخت می‌كند. لازم به یادآوری هم نیست كه در جهان واقعی با بیش از سه جسم روبرو هستیم.

ما در خصوص سلامتی خود نیز با وجود این كه به شالوده اصول دانش پزشكی، شیمی، بیولوژی بسیار مسلط هستیم، نمی‌توانیم پیش‌گویی كنیم. در اینجا نیز مساله آن هست كه میلیاردها میلیارد رویدادهای جزئی در سیستم بدن انسان وجود دارد.

با دستیابی به نظریه همه چیز ما هنوز به طرز گیج‌كننده‌ای از پیش‌گویی همه‌ چیزها دور خواهیم بود. حتی اگر اصول زیربنایی ساده و به‌خوبی فهمیده شده باشند، نحوه عملكرد آن‌ها فوق‌العاده پیچیده است. پس این كه چه اسبی در مسابقه اسب‌دوانی سال آینده كنتاكی برنده می‌شود، با نظریه همه‌چیز قابل پیشگویی است. اما هیچ كامپیوتری نمی‌تواند تمام داده‌های این پیشگویی را در خود جای داده و معادلات آن را حل كند. آیا این درست است؟

آری و خیر! زیرا یك مسئله دیگر باقی است! اصل عدم قطعیت مكانیك كوانتومی!!! در سطح بسیار ریز یعنی سطح كوانتومی جهان، اصل عدم قطعیت توانایی ما را برای پیش‌گویی رویدادها بسیار محدود می‌كند.

ساكنان عجیب و گرفتار دنیای كوانتوم‌ یعنی فرمیون‌ها و بوزون‌ها را در نظر بگیرید. این‌ها باغ‌وحش عظیمی از ذرات را تشكیل می‌دهند. الكترون‌ها و پروتونها و نوترونها در میان فرمیون‌ها وجود دارند. هر پروتون و نوترون به نوبه خود از سه كوارك كه آن‌ها هم فرمیون هستند، تشیل شده است. بعد بووزن‌ها را داریم. فوتون‌ها پیام‌رسان نیروی الكترومنیتیك، گراویتون‌ها پیام‌رسان نیروی جاذبه، گلوئون پیام‌رسان نیروی قوی و wها و Zها پیام‌رسان نیروی ضعیف هستند. دانستن این كه این‌ها و خیلی از موجودات شبیه آن‌ها كجا هستند؟ به كجا می‌روند؟ و با چه سرعتی می‌روند، ممكن است ما را یاری كند. اما آیا می‌توانیم این چیزها را بدانیم؟ ارنست راترفورد در اوایل قرن بیستم در آزمایشگاه كاوندیش كمبریج، مدلی از اتم را ارائه داد كه در آن الكترونها در مدارهایی شبیه مدار سیارات به دور خورشید، دور هسته اتم می‌گردند. ما اكنون می‌دانیم كه مدارات الكترونها را نمی‌توان به این دقت و وضوح رسم كرد. بهتر اسن بجای آن مدار الكترون‌ها را بصورت پراكنده و نامشخص شبیه ابری در اطراف هسته تصور كنیم. این وضعیت در مورد همه ذرات دیگر هم به همین شكل است. اصل عدم قطعیت همانطور كه گفته شد، می‌گوید كه نمی‌توان با دقت به‌طور همزمان مكان و سرعت یك ذره را تعیین كرد. موضوع مثل الاكلنگی است كه پایین رفتن یك سمت آن، منجر به بالا رفتن سمت دیگر می‌شود. هر چه سرعت را دقیق‌تر اندازه بگیریم دقتمان در تعیین مكان ذره كمتر می‌شود و برعكس هر چه مكان دقیق‌تر پیش‌بینی شود، سرعت ذره را با دقت كمتری می‌توان تعیین كرد. در دنیای كوانتوم موشكافی بیشتر به ویرانی می‌انجامد. برای توصیف مدار یك ذره بهترین راه آن است كه همه راه‌هایی را كه آن ذره می‌تواند حركت كند، بررسی و محاسبه كنیم. این عمل ما را به مبحث احتمالات می‌كشاند. در نهایت فقط می‌توانیم بگوییم كه این ذره احتمال دارد در فلان مسیر حركت كند و احتمال دارد فلان‌جا باشد. با تمامات ابهامات چنین راهی، استفاده از آن اطلاعات مفیدی به ما می‌دهد.

در فیزیك كوانتومی فیزیك‌دانان راه‌های ماهرانه‌ای ابداء كرده‌اند تا زیركانه ذرات را مشاهده كنند. اما كارشان بی‌ثمر مانده است. علت آن نیست كه ما هوشیارانه عمل نكردیم یا بهترین ابزار مشاهده و اندازه‌گیری را به‌كار نگرفته‌ایم. دنیای ذرات حقیقتاْ مبهم و غیر قطعی است.

تعجب‌آور نیست كه هاوكینگ در سخنرانی لوكاشین خود از مكانیك كوانتومی به عنوان «نظریه‌ای در باره آن‌چه نمی‌دانیم و نمی‌توانیم پیش‌گویی كنیم» یاد كرد.



طبقه بندی: فیزیک و مطالب مرتبط، 

برگرفته از كتاب Stephen Hawking - The story of his life and work نوشته Kitty Ferguson

بازنگری در هدف علم فیزیك

با در نظر گرفتن محدودیت‌هایی كه از آن‌ها یاد شد، فیزیك‌دانان تعریف جدیدی را از علم ارائه كرده‌اند: نظریه همه چیز مجموعه‌ای از قوانینی خواهد بود كه پیشگویی رویدادها را تا حدی كه اصل عدم قطعیت معین كرده است، امكان‌پذیر می‌سازد!

این بدان معنی است كه در بسیاری موارد باید به احتمالات راضی شویم و از گرفتن نتایج مشخص و دقیق صرف‌نظر كنیم!

استیون هاوكینگ مسئله را چنین جمع‌بندی می‌كند! او در پاسخ این سوال كه آیا همه چیز از پیش به طور جبری به وسیله خدا یا نظریه همه چیز تعیین شده است؟ می‌گوید:

ولی این امكان هم وجود دارد كه چنین نباشد! زیرا هرگز ممكن نیست كه ما بدانیم چه چیزی از پیش معین شده است! اگر نظریه از پیش تعیین كرده است كه ما باید با چوبه دار اعدام شویم، بنابراین در آب غرق نخواهیم شد. اما قبل از این كه سوار یك قایق كوچك در دریایی طوفانی شویم، باید اطمینان داشته باشیم كه سرنوشت ما برای اعدام با چوبه دار مقدر شده است!

به نظر هاوكینگ ایده آزادی اراده، نظریه تقریبی بسیار خوبی در باره رفتار بشر است!

اگر منصف باشیم، باید بگوییم كه همه فیزیك‌دانان گمان نمی‌كنند كه «نظریه همه چیز» وجود دارد یا اگر هست، دستیابی به آن برای ما میسر است. بعضی از آن‌ها بر این باورند كه علم با باریك‌بینی و اكتشافات پی‌ در پی به باز كردن اطاق‌های تو در توی اسرار ادامه خواهد داد ولی هیچ‌گاه به آخرین اطاق نمی‌رسد. برخی دیگر چنین استدلال می‌كنند كه رویدادها مسلماْ به‌طور كامل قابل پیش‌بینی نیستند و به‌طور تصادفی اتفاق می‌افتند. برخی اعتقاد دارند كه خدا و موجوداتی مثل بشر بسیار بیش از آن‌چه نظریه همه چیز ممكن است اجازه دهد، از آزادی كنش و واكنش در چارچوب جهان برخوردار هستند. آنها می‌گویند كه موضوع مثل نواختن یك موسیقی از پیش نوشته شده توسط اركستر است. باز هم نوازنده امكان آفرینش زیادی در نواختن نتها دارد. امكانی كه از پیش معین نشده است!

به هر رو چه یك نظریه رسا و كامل برای توضیح جهان هستی در دسترس بشر باشد یا امید دسترسی به آن در آینده وجود داشته باشد، افرادی بین ما هستند كه می‌خواهند در راه دسترسی به آن كوشش كنند. ما موجوداتی دلیر و دارای حس كنجكاوی سیری‌ناپذیر هستیم. منصرف كردن برخی از ما مثل استیون‌هاوكینگ از چنین راهی، كار دشواری است. موری گلمان فیزیك‌دان دیگری از Caltech كه او نیز چنین كوششی دارد، می‌گوید: تكاپو برای فهمیدن این جهان، این كه از كجا آمده است و چگونه كار می‌كند، سترگ‌ترین و ماندگارترین ماجرای زندگی بشر است. دشوار است كه در نظر آریم كه مشتی ساكنان سیاره كوچكی در گردش به‌دور یك ستاره ناچیز در كهكشانی كوچك، سودایشان فهم همه این جهان پهناور باشد! ذره بسیار خردی از هستی بر این باور باشد كه توانایی فهم همه جهان هستی را دارد!



طبقه بندی: فیزیک و مطالب مرتبط،