نام فایل : مطالب علمی فیزیک 7ص

فرمت : .doc

تعداد صفحه/اسلاید : 6

حجم : 44 کیلوبایت

فيزيك دان ايراني و شگفت آفريني تازه سياه چاله ها
يك فيزيك دان ايراني مقيم دانشگاه ميسوري در كلمبيا هنگام بررسي نتايج نظريه نسبيت اينشتين روي ذراتي زير اتمي كه با سرعت زياد در حركتند موفق به كشف اثر تازه و شناخته نشده اي از سياه چاله ها شده است.
سياه چاله ها كه در زمره ي عجيب ترين اجرام كيهاني به شمار مي آيد باز هم شگفتي آفريده اند و اخترشناسان را حيرت زده كرده اند. به نوشته ي هفته نامه ي علمي نيوساينتيست بهرام مشحون و همكارش كارمن چيكانك در دانشگاه ميسوري در بررسي هاي علمي خود به اين نكته پي برده اند كه سياه چاله ها مي توانند نيروهاي جزر و مدي عجيبي توليد كنند كه بر ذرات با سرعت زياد تاثيري متفاوت از ذرات با سرعت كم باقي مي گذارد. اين اثر پيشبيني نشده به اين معناست كه سياه چاله اي كه در مركز كهكشان خود ما قرار دارد مي تواند منبع پرتوهاي كيهاني بسيار پرقدرت و نادري باشد كه اخترشناسان تاثير مخرب آنها را در جو زمين مشاهده كرده اند اما تاكنون نتوانسته اند توضيحي براي منشا شان پيدا كنند.
نيروهاي جزر و مدي بر اساس نظريه ي نيوتوني هنگامي ظاهر مي شوند كه تاثير نيروي جاذبه به واسطه ازدياد فاصله كم مي شود به عنوان مثال 2 ذره كه در فواصل متفاوتي نسبت به يك سياه چاله قرار دارند تحت تاثير 2 نيروي مختلف قرار مي گيرند و يكي از آنها كه نزديك تر است شتاب بيشتري پيدا مي كند. اما توضيحي كه از طريق فيزيك نيوتوني به دست مي آيد براي شرايطي كه در نزديك سياه چاله ها برقرار است كفايت نمي كند. اخترشناسان از مدت ها قبل به اين نكته پي برده بودند كه در پلاسما(ماده در دما و فشار زياد) كه اطراف سياه چاله ها در گردش است ذرات بنيادي و زير اتمي با سرعت بسيار زياد فراوانند.
مشحون و همكارش در تلاش محاسبه اين امر بودند كه اين ذرات در ميدان جاذبه قدرتمند سياه چاله ها چگونه رفتار مي كنند. اين 2 فيزيكدان دريافتند كه تاثير ميدان جاذبه سياه چاله ها روي ذراتي كه با سرعت كم در اين ميدان حركت مي كنند دقيقا به همان نحو است كه فيزيك نيوتن پيشبيني مي كند اما در مورد ذراتي كه با سرعت نزديك به سرعت نور حركت مي كنند نتايج به دست آمده كاملا خلاف انتظار بود. ذراتي كه با سرعتي بيش از 70درصد سرعت نور300هزار كيلومتر در ثانيه حركت مي كنند رفتارشان تابع جهت حركتشان است.
ذرات پرسرعتي كه در امتداد محور چرخش سياه چاله ها حركت مي كنند از شتاب حركتشان نسبت به ذرات كند كاسته مي شود اما ذرات تند سرعتي كه در جهت عمود بر اين محور سير مي كنند شتابي بسيار زياد و انرژي حيرت انگيز و عظيم كسب مي كنند.
نتايج بدست آمده به وسيله مشحون و همكارش شماري از رصد ها و مشاهدات توضيح ناپذيري را كه اخترشناسان در گذشته انجام داده بودند قابل فهم ساخته است. از جمله اين امور افشانه هاي بسيار پر قدرت از جنس ذرات زير اتمي است كه از قطب هاي اجرام كيهاني موسوم به((مايكروكازارها)) به بيرون پرتاب مي شوند. تلقي خترشناسان آن است كه مايكروكازارها سياه چاله ها را درون خود پنهان ساخته اند. آنچه كه موجب حيرت اخنرشناسان بود آن است كه اين ذرات پر انرژي داراي شتاب كاهش يابنده هستند. علاوه بر اين از تحقيقات مشحون و همكارش چنين بر مي آيد كه رويداد هاي حيرت انگيز ديگري نيز در جهات ديگر و هنگام حركت ذرات پر شتاب رخ مي دهد كه هنوز مشاهده نشده است. به اعتقاد مشحون نيروهاي جزر و مدي كند كننده تنها در زاويه55 درجه از محور يك سياه چاله ظهور مي يابد و تنها در اين زاويه است كه ذرات زير اتمي شتاب منفي پيدا مي كنند و از سرعتشان كاسته مي شود. در همه جهت و زواياي ديگر حول اين محور اين نوع ذرات شتاب مثبت بدست مي آورند و براساس نظريه اينشتين سرعت اين ذرات مي تواند تا سرعت نور بالا برود. اگر نظريه مشحون و همكارش درست باشد سياه چاله هايي كه در كهكشان ما قرار دارند دائما ذرات پر شتاب و پر سرعتي عمدتا از جنس پروتون را به بيرون پرتاب مي كنند كه انرژي شان هنگامي كه به زمين مي رسند بيش از1020الكترون ولت است. به گفته مشحون مي توان نظريه پيشنهادي او و همكارش را با مقايسه رابطه ميان جهت ورود پرتوهاي كيهاني مافوق پرقدرت به جو زمين و موقعيت مايكروكازار ها در كهكشان راه شيري را مورد آزمايش قرار داد.
چگاله هاي گرما
براي ساختن چگاله ي بوز-آينشتاين فيزيكدانان معمولا گاز هاي اتمي را در چند ميلياردم يك درجه ي كلوين سرد مي كنند. به تازگي گزينه ي جديدي مطرح شده كه مي توان اين سيستم هاي كوانتمي درشت مقياس را در دما هاي نسبتا بالا با استفاده از پولاريتون ها كاويد.
بر اساس مكانيك كوانتمي، طبيعت موجي يك شئ به آن اجازه مي دهد تا از ميان مانعي بگذرد كه از نظر فيزيك كلاسيك مطلقا غير قابل نفوذ است.
پس چرا نمي توانيم تونل زني و ديگر پديده هاي كوانتمي را در زندگي روزمره مان ببينيم؟
دليل اينست كه اين پديده ها تنها در مقياس طول موج اتم هايي اتفاق مي افتد كه اشيا ريز- مقياس را شكل مي دهند، و اين طول موج ها بسيار كوچكتر از آنند كه اثرشان ديده شود. برابر فرمول (در اين فرمول
p
اندازه ي حركت است و برابر است با حاصل جرم در سرعت)، طول موج دوبروي يك اتم نوعي در دماي اتاق در حدود است.
براي مشاهده ي رفتار موجي يك ذره ما بايد اندازه حركت آن را كاهش دهيم. اگر اندازه حركت گروهي از ذرات آنقدر پايين باشد كه طول موج ذرات با فاصله بينشان برابر شود، تابع موج منحصر به فرد ذرات شروع به انطباق سازنده مي كنند يا به عبارتي افزايش مي يابند. وضعيت بسيار منظمي كه حاصل مي شود به نام چگالش بوز- آينشتاين شناخته مي شود كه در آن تمام ذرات همچون يك موج واحد رفتار مي كنند. اين پديده تنها در ميان ذراتي به نام بوزون ها كه داراي اندازه حركت زاويه اي و اسپين صحيح هستند شكل مي گيرد.
از زمان ساخته شدن اولين چگاله ي بوز- آينشتاين (
BEC
) از اتم هاي گاز روبيديم، 12 پيش، فيزيكدانان علاقمند بوده اند كه به اين اندازه حركت بسيار كوچك از طريق سرد كردن ذرات (كم كردن سرعتشان) برسند. اما دماي مورد نياز فوق العاده پايين است، در مجموع تنها چند ميلياردم درجه، كه نيازمند تكنيك هاي بسيار پيشرفته سرمايش از جمله سرمايش ليزري مي باشد. گزينه ي ديگر كه هماكنون توسط لابراتوار هاي بسياري در سرتاسر دنيا دنبال مي شود، ساختن نوع خاصي از ذرات بسيار سبك به نام پولاريتون است. پولاريتون ها كه بوزون هايي هستند متشكل از يك جفت حفره- الكترون و يك فوتون، ميليارد ها بار سبك تر از اتم هاي روبيديم هستند، بنابراين بايد قادر باشند
BEC
را در دما هاي بسيار بالاتر تشكيل دهند.
اولين نشانه ي چگاله ي پولاريتون سال گذشته زماني كه
...