درزندگی مطالعه ی دل غنیمت است

                                                     خواهی بخوان وخواهی نخوان ،مانوشته ایم

سحاب چشم گربه (Cat’s Eye Nebula) موقع انفجار و فرو پاشی ستارگان ، گازها و موجهای حاصله ترکیبی بسیار زیبا بمانند گل رز ایجاد می کنند. عکس ناسا (NASA) که توسط تلسکوپ هابل (Hubble Telescope) گرفته شده است :

این پدیده در قرآن مجید در سوره الرحمن آیه 37 بیان گردیده است:

فإذا انشقت السماء فکانت وردة کالدهان

هنگامی که آسمان از هم پاشیده شود و مانند رنگ سرخی رز(گلگون) درآید

چگونه 1400 سال پیش که هیچ تلسکوپی وجود نداشته اینچنین قرآن این صحنه را توصیف میکند !؟ لحظه ای بیاندیشیم.......

 

ماتيو داتي، از محققان دانشگاه دلاواره، بر روي روش‌هاي جديد ساخت نقاط كوانتومي كه برهم‌كنش‌هاي الكترون‌ها را با نور و ميدان مغناطيسي كنترل مي‌كند، ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌تحقيق مي‌كند. نقاط كوانتومي مذكور در كاربردهايي از قبيل نسل جديد بازي‌هاي رايانه‌اي و همچنين تجهيزات انرژي خورشيدي مي‌توانند به‌كار گرفته شوند.

گروه تحقيقاتي به سرپرستي آقاي ماتيو بر روي نقاط كوانتومي تحقيق و بررسي مي‌كنند. نقاط كوانتومي در مقايسه با اتم‌هايي مانند هيدروژن و هليم، مي‌توانند الكترون‌هاي منفرد را به‌دام بيندازند. معمولاً نقاط كوانتومي به‌عنوان اتم‌هاي مصنوعي مطرح مي‌شوند زيرا خواص الكتروني مشابهي با اتم‌هاي طبيعي دارند. گروه تحقيقاتي نيز بر روي روش‌هاي توليد نقاط كوانتومي كه منجر به ساخت مولكول‌هاي مصنوعي مي‌شود، تحقيق مي‌كنند.

بر خلاف مولكول‌هاي طبيعي، مولكول‌هاي نقاط كوانتومي براي ايجاد خواص يكسان و تنظيم پذير براي الكترون‌هاي به‌دام افتاده در مولكول‌ها، مناسب هستند.

از جمله فعاليت‌هاي گروه تحقيقاتي مذكور مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:

1- فاكتور تنظيم كننده براي الكترون‌هاي منفرد محصور شده در داخل مولكول نقاط كوانتومي اينديوم آرسنيك:

در اين پروژه، راهبرد جديدي براي طراحي، ساخت و مشخصه سازي نقاط كوانتومي در نظر گرفته شده‌است كه امكان تنظيم ويژگي‌هاي الكترون به‌وسيله تغيير كوچك در ولتاژ اعمالي به مولكول را فراهم مي‌سازد. موفقيت راهبرد مذكور، رويكرد جديدي را براي مهندسي تجهيزات الكترونيك نوري با قدرت محاسباتي بالا فراهم مي‌سازد.

2- اثرات اسپكتروسكوپي برهم‌كنش‌ها و حالت‌هاي الكتروني غير مستقر در خود مونتاژي عرضي مولكول‌هاي نقاط كوانتومي:

در اين پروژه، طراحي مولكولي متفاوتي ارائه شده‌ است و نقاط كوانتومي به‌جاي اينكه بر روي‌هم قرار گيرند، در مجاورت هم و پهلو به پهلو قرار مي‌گيرند. طراحي جديد انجام شده باعث مي‌شود تا الكترون‌ها با مكانيسم متفاوت‌تري در مولكول‌ها به‌دام بيفتند و در نهايت حالت‌هاي الكتروني پيچيده‌تري ايجاد ‌شود. ساختار محاسباتي جديد كه محدوديت‌هاي روش‌هاي محاسباتي متداول را بر طرف مي‌نمايند، از جمله محصولات اين پروژه است.

منبع: ستاد توسعه فناوري نانو

استاديار فيزيك اطلاعات و رايانه دانشگاه توكيو در گفتگويي با گاردين توضيح مي دهد كه چگونه استفاده از رايانش القا شده مي تواند هر جسمي را به ابزاري ارتباطاتي تبديل كند.

آتشفشان روزنه‌اي در سطح زمين است كه سنگ‌هاي گداخته، خاكستر و گازهاي درون زمين از آن به بيرون فوران مي‌كنند. فعاليت آتشفشاني با برون‌افكني صخره‌ها، با گذشت زمان باعث پيدايش كوه‌هاي آتشفشاني بر سطح زمين مي‌شود. آتشفشان‌ها معمولاً در نقاطي يافت مي‌شوند كه ورقه‌هاي زمين‌ساخت، همگرايي يا واگرايي دارند. این مطلب را حتما بخوانید(از هوپاگرفتم) منبع: تاپ ناب

 

فيزيك، مطالعة‌ ساختارها و فرآيندهاي‌ اساسي‌ تغيير و تحول‌ در ماده‌ و انرژي‌ است. از آنجا كه‌ فيزيك‌ با پايين‌ترين‌ سطوح‌ سازمان، سر و كار دارد و دقيق‌ترين‌ معادله‌هاي‌ رياضي‌ را به‌ كار مي‌گيرد، به‌نظر مي‌رسد در مقايسه‌ با ساير علوم، از مسائل‌ مورد علاقة‌ دين‌ دربارة‌ حيات، ذهن‌ و هستي‌ انسان‌ دورتر باشد، اما اهميت‌ تاريخي‌ و معاصر فيزيك‌ بسيار است. زيرا فيزيك، اولين‌ علم‌ دقيق‌ و سيستماتيك‌ [= منظم] به‌ شمار مي‌آيد و بسياري‌ از مسلمات‌ آن، توسط‌ علوم‌ اخذ شده‌ است.

دلایل ظهور مکانیک کوانتومی

بررسی ساختار اتمی به این نتیجه منجر می‌شود که رفتار الکترونها در اتم را نظیر رفتار فوتونها ، نمی‌توان با قوانین فیزیک کلاسیک یعنی قوانینی که در آزمایش با اجسام ماکروسکوپی ثابت می‌شوند، توضیح داد. وجود ترازهای انرژی گسسته در لایه‌های الکترونی اتم و قواعد حاکم بر انتقال بین ترازها و پر شدن این حالتهای انرژی را نیز نمی‌توان با بکارگیری مفاهیم قراردادی مکانیک و قوانین الکترومغناطیس توجیه کرد.

نظریه دوبروی در مکانیک کوانتومی

قدم مهم در روشن شدن تناقضات بین مکانیک کلاسیک و مکانیک کوانتومی توسط دوبروی فیزیکدان فرانسوی برداشته شد. ایشان کسی بود که این تفکر را که نه تنها فوتونها بلکه تمام ذرات دارای خواص موجی هستند، پیشنهاد و اثبات کرد. این خواص با قوانین کلاسیکی قابل بیان نیستند، ولی نقش مهمی در پدیده‌های اتمی بازی می‌کنند. معلوم شده است که کوانتوم تابش الکترومغناطیسی ، یعنی فوتونها ، با اندازه حرکت P = E/C مشخص می شوند. در ضمن موج نوری با فرکانس ν دارای طول موج λ = ν/C است.با حذف فرکانس از این رابطه‌ها ،رابطه بین طول موج و اندازه حرکت فوتون به دست می آید. λ = h/P در صورتی که خواص فوتونها و سایر ذرات همان گونه که با فرضیه دوگانگی موج و ذره پیش بینی شد، واقعا نظیر هم باشند.

این رابطه باید برای هر ذره کاربرد داشته باشد. به این طریق ، فرمول طول موج دوبروی بدست آمد. طول موج دوبروی به ذره ای با اندازه حرکت P برای بیان خواص موجی آن نسبت داده می‌شود. اگر سرعت ذره ای با جرم سکون m در مقایسه با سرعت نور کم باشد، فرمول طول موج دوبروی را می‌توان به صورت زیر نوشت:

مبنای تجربی دیدگاه موجی ذرات

اعتبار نظریه دوبروی با آزمایش پراکندگی الکترونی در بلورها تایید شد. قبلا ، شبیه این آزمایش ، آزمایش پراکندگی اشعه ایکس در بلورها برای اثبات ماهیت موجی اشعه ایکس استفاده شده بود. بر اثر تداخل فیزیک امواج ثانویه گسیلی از اتمهای بلور که آرایش منظم دارند، پراکندگی به جای تمام جهات فقط با زاویه معین نسبت به باریکه تابشی روی می‌دهد. علاوه بر نقطه مرکزی حاصل از باریکه مستقیم ، حلقه‌هایی نیز از تابش پراکنده شده (پراش یافته) روی فیلم عکاسی واقع در پشت بلور ، پراکنده می‌شود. معلوم شده است که اگر بلور به جای اشعه ایکس با الکترونها بمباران شود، الکترونهای پراکنده شده نیز روی فیلم عکاسی دسته حلقه‌هایی همانند حلقه‌های ایجاد شده توسط اشعه ایکس تشکیل می‌دهند. به این ترتیب می‌توانیم بپذیریم که الکترونها تداخل می‌کنند، یعنی دارای خواص موجی هستند. بعدها پدیده‌های پراش برای سایر ذرات ، یعنی اتمها ، مولکولها و نوترونها نیز مشاهده شد.

این آزمایشها بطور انکار ناپذیری ثابت کردند که در بعضی از پدیده‌ها ، ریز ذرات همانند امواج رفتار می‌کنند. همچنین این آزمایشها به دانشمندان امکان تعیین طول موجی را دادند که برای بیان پراش ذره باید به آن نسبت داده شود. نتایج تجربی حاصل برای طول موج با مقدار حاصل از فرمول دوبروی توافق کامل داشتند. بنابرین ، معلوم گردید که طول موج با عکس حاصلضرب جرم ذره در سرعت آن mv متناسب بوده و ضریب تناسب همان ثابت پلانک است. ثابت پلانک بسیار کوچک h = 6.6 x 10^-34 j.s است.

طول موج دوبروی وابسته به موج مادی

چون ثابت پلانک بسیار کوچک است، به همین علت طول موج دو بروی برای ذره ای با جرم محسوس ، خیلی کوچک و در حد قابل اغماض است. مطابق فرمول دوبروی ، یک ذره خاک با جرم حدود میکروگرم ( ^9-10 کیلوگرم ) که با سرعت 1Cm/s در حرکت است دارای طول موج
λ = 6.6x10^-34/(10^-11)6.6x10^-23 m است. این مقدار حتی در مقایسه با ابعاد اتمی نیز تا حد قابل اغماض کوچک است. برای اتمها و الکترونها با جرمی بسیار کوچکتر از میکروگرم وضعیت متفاوتی پیش می‌آید. در سرعتهای معمولی ، طول موج وابسته به آنها در حدود طول موج پرتوهای ایکس است. برای مثال در مورد اتم هلیوم با انرژی 0.04 ev (انرژی حرکت گرمایی در اتاق) ، λ = 0.7x10^-10 m و برای الکترون با انرژی 13.5 ev طول موج دوبروی برابر λ = 3.3x10^-10 m است.

با توجه به قوانین و مفاهیم نور شناسی نتیجه می‌گیریم، ماهیت موجی نور وقتی به وضوح آشکار می‌شود که طول موجها با ابعاد اجسامی که نور با آنها اندرکنش می‌کند قابل مقایسه باشد. برای مثال وقتی نور از روزنه‌ای می‌گذرد که ابعاد آن چند برابر طول موج است، یا وقتی از توری پراشی بازتابیده می‌شود که ثابت توری آن کوچک است، از خواص موجی نور می توان صرف نظر کرد، زیرا عملا غیر قابل ملاحظه‌اند. همینطور خواص موجی ذرات فقط وقتی مهمند که طول موج دوبروی در مقایسه با ابعاد اجسامی که اندرکنش با آنها صورت می‌گیرد، کوچک نباشد. هنگام اندرکنش اتمها با الکترونها یا با ریز ذرات دیگری که برای آنها طول موج دوبروی در حدود ابعاد اتمی است، خواص موجی ذرات نقش مهم و گاهی تعیین کننده دارند. هرگاه فرآیندها وابسته به رفتار الکترونها در اتمها یا مولکولها باشد، این نقش مهمتر است.

زمینه ظهور مکانیک کوانتومی

وقتی که ذرات با ابعاد ماکروسکوپی اندرکنش می‌کنند، ذراتی که برای آنها طول موج دوبروی تقریبا ^9-10 برابر ابعاد آنهاست، خواص موجی نباید در نظر گرفته شود. به همین علت مکانیک کلاسیک که قوانین آن از بررسیهای اجسام بزرگ بدست می‌آید و خواص موجی اجسام هرگز به حساب نمی‌آید، نمی‌تواند پدیده‌های مربوط به این ذرات را بررسی نماید. مکانیک کلاسیک در مسائل مربوط به حرکت اجرام آسمانی ، قطعات ماشینها و غیره نتایج خوبی بدست می‌دهد. اما درست به همین دلیل مکانیک کلاسیک برای توجیه پدیده‌های اتمی کاملا نامناسب است.

مسائل مربوط به فیزیک اتمی را نمی‌توان به کمک مکانیک نیوتونی حل کرد. بنابراین ، بایستی مکانیکی جدیدتر و کاملتری پیدا شود تا خواص موجی ماده را نیز به حساب آورد. این مسئله مهم در اواخر سالهای بیست حل شد و در حل آن دانشمندان زیر بیشترین سهم را داشتند ورمز کارل هایزنبرگ (1976-1901) فیزیکدان آلمانی ، اروین شرودینگر ( 1961- 1887 ) فیزیکدان اتریشی و پاول آدرین موریس دیراک (1984-1902) فیزیکدان انگلیسی مجموعه قوانین حرکت ذرات ماده ، که خواص موجی آنها را نیز به حساب می آورد به مکانیک کوانتومی یا مکانیک موجی معروف است.

حوزه عمل مکانیک کوانتومی

مکانیک کوانتومی تعداد زیادی از مسائل از جمله رفتار الکترونها در اتمها و مولکولها و اندرکنش بین آنها که نشر و جذب نور را سبب می شوند و نیز برخورد الکترونها و سایر ذرات با اتمهای مواد فرومغناطیس و بسیاری پدیده‌های دیگر را شامل می‌شود. مکانیک کوانتومی تعدادی پدیده تازه را نیز پیش بینی کرده است که تمام پیش بینیهای آن با آزمایش تأیید شده‌اند. توضیح رضایت بخش از پدیده‌های اتمی توسط مکانیک کوانتومی ثابت می‌کند که این شاخه از فیزیک بازتاب صحیحی از قوانین واقعی طبیعت است. میدان الکتریکی هسته ، الکترون را درون اتم در ناحیه معینی از فضا نزدیک هسته نگه می‌دارد. با در نظر گرفتن الکترون به عنوان موج نمی‌توانیم بطور دقیق حجمی را مشخص کنیم که این موج در آن محبوس می‌شود همچنان که نمی‌توانیم در لوله باز مرز مشخص را نشان دهیم که آن طرف مرز ارتعاشها از بین می‌روند. منظور ما از "ابعاد اتم" ابعاد ناحیه اصلی از اتم است که در آن موج الکترون یافت می‌شود.

مفاهیم موجی همساز در مورد رفتار الکترون در اتم را می‌توان با استفاده از مکانیک کوانتومی فرمولبندی کرد. محاسبات مکانیک کوانتومی عملا امکان تعیین حالتهای معین اتم و تعیین ترازهای انرژی مربوط به این حالتها را فراهم می‌آورد. با اینکه قوانین مکانیک کوانتومی با محاسبات حجیم و فرمولهای ریاضی نسبتاً پیچیده‌ای بیان می‌شوند. اما جای نگرانی نیست، زیرا آنهایی که مکانیک کوانتومی را سخت می‌دانند و از آن هراس دارند اصول بنیادی و مفاهیم آنرا درک نکرده‌اند.

 مقدمه

حدود 200 میلیارد کهکشان که هر کدام دارای تقریبا 200 میلیارد ستاره است بوسیله تلسکوپها قابل تشخیص است. اما این تعداد فقط 4 درصد از محل گیتی را تشکیل می‌دهد. حدود 73 درصد از جهان از ماده دیگری ساخته شده است که «انرژی تاریک» (dark matter) نامیده می‌شود. هیچ کس نمی‌داند که ماهیت این ماده ناشناخته چیست، اما مقدار این نوع ماده از تمام اتمهای موجود در تمام ستارگان موجود در کل کهکشانهای قابل شناسایی گستره فضا بسیار بیشتر است.

به نظر می‌رسد این نیروی عجیب ، اجزای جهان را با سرعت فزاینده‌ای از یکدیگر دور می‌کند، در حالی که نیروی گرانش با این نیرو مقابله کرده و از سرعت این گسترش می‌کاهد. این اکتشافها بوسیله رصدخانه مداری که کاوشگر ناهمسانگرد ریز موج ویلکینسون (WMAP) نامیده می‌شود، انجام شده است. این کاوشگر افت و خیزهای ناچیز موجود در پرتوهای ریز موج پس زمینه کیهانی را اندازه می‌گیرد که در اثر پژواکهای میرای انفجار بزرگ بوجود آمده است ... .

 انبساط جهان

این یافته‌ها به مشاجرات فراوانی که در مورد جهان ، عمر جهان ، سرعت انبساط آن و ترکیب آن جریان داشت پایان داد. با استفاده از نتایج دو تحقیق ذکر شده ، اخترشناسان امروز بر این باورند که سن جهان 13.7 میلیارد سال با تقریب چند صد هزار سال است. بر اساس اطلاعات موجود ، جهان با سرعت شگفت آور 71 کیلومتر در ثانیه در مگا پارسک در حال انبساط است. (پارسک یک واحد اخترشناسی است و تقریبا برابر 3.26 میلیون سال نوری است).

به نظر می‌رسد که چیزی در فضا نهفته است و همانند نوعی نیروی ضد گرانشی عمل می‌کند.‌ این نیرو باعث می‌شود که بجای آنکه جهان متراکم شود و اجزای آن به یکدیگر نزدیک شود، انبساط می‌یابد. از حدود بیست سال پیش حدس می‌زنند که در جهان ماده تاریک وجود دارد، چرا که در آن زمان دریافتند که جهان به گونه‌ای عمل می‌کند که انگار بسیار سنگینتر از چیزی است که واقعا به نظر می‌رسد.

دانشمندان برای توجیه پدیده مشاهده شده همه احتمالات ممکن را در نظر گرفتند از جمله وجود سیاهچاله‌ها ، کوتوله‌های قهوه‌ای و ذرات غیرقابل شناسایی که از نظر ماهیت با انواع معمولی اتمها تفاوت دارند. اما هیچ کدام از آنها نتوانست جرم بسیار زیاد مشاهده شده را توجیه کند.

 آغاز داستان انرژی تاریک

داستان انرژی تاریک از سال 1998 آغاز شد. در آن زمان دانشمندان دریافتند که بسیاری از کهکشانهای دور دست با سرعتی بسیار بیشتر از آنچه که محاسبات موجود پیش بینی کرده‌اند، از یکدیگر دور می‌شوند. تحقیقاتی که روی انواع ویژه‌ای از ابر نواخترها (Supernova) انجام شد، بیانگر آن بود که محاسبات انجام شده اشتباهی نداشت، به عبارت دیگر محاسبات دقیقا نشان دهنده آن بود که سرعت انبساط جهان لحظه به لحظه در حال افزایش است و از سرعت این انبساط کاسته نمی‌شود.

به نظر می‌رسد کشف بعضی از انواع نیروهای غیرمنتظره غیرقابل شناسایی که باعث می‌شوند ساختار فضا بطور مرتب از یکدیگر فاصله گرفته و از هم دور شوند، موءید مشاهدات هالدین (JBS Haldane) دانشمند انگلیسی است که سالها پیش صورت گرفته است. وی می‌گوید: «جهان عجیبتر از چیزی است که فکر می‌کنیم، جهان حتی عجیبتر از چیزی است که بتوان فکرش را کرد.»

آدم آهنی ها از نظر تکنیکی روبات نیستند. آدم برقی در سال ۱۸۸۵، آدم مکانیکی در سال ۱۸۹۳، آدم بخاری در سال ۱۸۶۵ و آدم آهنی از سالهای ۱۹۰۰ با داستان های خیالی مانند «جادوگر شهراوز» که جهت سرگرمی کودکان نوشته شده بود وارد تخیلات مردم شدند.