۱۰/۰۳/۱۳۸۵

مهندسی معکوس چیست ؟



اگر سابقه صنعت و چگونگی رشد آن در کشورهای جنوب شرقی آسیا را مورد مطالعه قرار دهیم به این مطلب خواهیم رسید که در کمتر مواردی این کشورها دارای ابداعات فن آوری بوده اند و تقریبا در تمامی موارد کشورهای غربی (آمریکا و اروپا) پیشرو بوده اند. پس چه عاملی باعث این رشد شگفت آور و فنی در کشورهای خاور دور گردیده است ؟

در این نوشتار یه یکی از راهکارهای این کشورها در رسیدن به این سطح از دانش فنی می پردازیم .

در صورتی که به طور خاص کشور ژاپن را زیر نظر بگیریم، خواهیم دید که تقریبا تمامی مردم دنیا از نظر کیفیت محصولات آنها را تحسین می کنند ، ولی به آنها ایراد می گیرند که با کپی برداری از روی محصولات دیگران به این موفقیت دست یافته اند.

لطفا بقيه اين پست را بخوانيد


دانلود رايگان پنج كتاب مرجع فيزيك

كتاب اول:

كتاب مرجع فيزيك شامل هزار صفحه ۱۷ مگابايتpdf ))

كتاب دوم:

دانلود رايگان مجموعه اي شامل شش جلد كتاب فيزيك مقدماتي !


۱. فيزيك نيوتوني سينماتيك ، ديناميك و گرانش


۲. قانون هاي پايستگي


۳. نوسان و موج


۴. الكتريسيته و مغناطيس


۵. نور شناخت اپتيك


۶. فيزيك جديد

كتاب سوم:

دانلود رايگان كتاب مرجع مقدماتي و مفهومي فيزيك

كتاب چهارم:

دانلود رايگان كتاب مرجع فيزيك به زبان ساده

كتاب پنجم:

دانلود رايگان كتاب مباني علوم فيزيكي با تاكيد بر آزمايش


۹/۲۵/۱۳۸۵

تولید الکتریسیته از شکلات

به تازگی جمعی از مایکروبایولوژیست ها در یکی از دانشگاههای انگلیس یکی از باکتری های موجود در شکلات را که از شکر تغذیه می کند به وسیله اضافات شکلاتهای یک کارخانه پرورش دادند و سپس یک باطری هیدروژنی را با هیدروژن تولید شده از فعالیت باکتری ها شارژ کرده و ثابت کردند که می توان از شکلات انرژی الکتریکی دریافت کرد.
این تیم تحقیقاتی باکتری اسچریچیا کولی (
Escherichia coli) موجود در شکلات را با کارامل رقیق شده تغذیه کردند، باکتری مورد نظر شکر را مصرف و هیدروژن تولید کرد.


سپس محققین هیدروژن حاصل شده از باکتری را برای شارژ یک باطری هیدروژنی استفاده کردند و باطری هیدروژنی نیز پس از شارژ الکتریسیته کافی برای راه انداختن یک دستگاه خنک کننده کوچک را تولید کرد.
این کشف تازه راه مصرف فوق العاده ای را برای استفاده از اضافات و زایده های کارخانه های شکلات سازی ایجاد خواهد کرد.


جالب اینجاست که کار این باکتری تنها با یک بار مصرف شکر و تولید هیدروژن تمام نمی شود و می تواند همچنان درعرصه تامین سوخت هیدروژنی فعال باشد. دانشمندان باکتری را در ظرف مخصوصی حاوی هیدروژن و مایع زاید حاصل شده از روند تبدیل شکر به هیدروژن قرار می دهند و دوباره آنزیم تولید کننده هیدروژن را در آنها فعال میکنند.
محققین برای استفاده مجدد از باکتری ها ، گاز هیدروژن را به الکترون های تشکیل دهنده آن تجزیه می کنند سپس الکترون های تولید شده را با الکترون های فلز پلادیوم در محلول هیدروژن و مایع زاید حاصله از فعالیت باکتری ها قرار می دهند تا الکترون ها با هم واکنش شیمیایی انجام دهند.


این واکنش موجب می شود تا پلادیوم از محلول جدا شده و به باکتری بچسبد و در پی این عمل باکتری برای استفاده مجدد حفظ می شود.


منبع : سايت فريا

۹/۲۳/۱۳۸۵

فيزيك پلاسما

می دانیم که برای ماده سه حالت جامد ، مایع و گاز در نظر گرفته میشود. اما در مباحث علمی معمولا یک حالت چهارم نیز برای ماده فرض میشود. حدوث طبیعی پلاسما در دماهای بالا ، سبب تخصیص عنوان چهارمین حالت ماده به آن شده است. یک نمونه بسیار طبیعی از پلاسما آتش است بنابراین خورشید نمونهای از پلاسمای داغ بزرگ است.

تعریف پلاسما

پلاسما گاز شبه خنثایی از ذرات باردار و خنثی است که رفتار جمعی از خود ارایه میدهد. به عبارت دیگر میتوان گفت که واژه پلاسما به گاز یونیزه شدهای اطلاق میشود که همه یا بخش قابل توجهی از اتمهای آن یک یا چند الکترون از دست داده و به یونهای مثبت تبدیل شده باشند. یا به گاز به شدت یونیزه شدهای که تعداد الکترونهای آزاد آن تقریبا برابر با تعداد یونهای مثبت آن باشد، پلاسما گفته میشود.

۹/۲۲/۱۳۸۵

مهندسين هوا- فضا

ماهيت كار

مهندسين هوا- فضا مسئوليت طراحي و ساخت ماشينهاي غير عادي ، از هواپيماهاي با وزن بيش از 250 تن گرفته تا فضا پيماهائي كه قادر به طي مسافتهاي طولاني با سرعتي بالاتر از 30000 كيلومتر در ساعت هستند ، ميباشند. آنها هواپيماها و فضاپيماها و موشكها را طراحي كرده و توسعه داده ومورد آزمايش قرار ميدهند و بر مراحل ساخت آنها نظارت ميكنند . مهندسين هوا- فضايي كه با هواپيما سروكار دارند را مهندسين هوانوردي و آنهائي را كه اختصاصا با فضاپيما كار ميكنند ، مهندسين

فضانوردي گويند .

۹/۲۰/۱۳۸۵

اذان مغرب به افق مريخ !!!

غروب آفتاب در مريخحتما ببينيد!



ِِِيك تصوير استثنايي


ِيك تصوير زيبا از پرتاب روز يكشنبه شاتل

۹/۱۸/۱۳۸۵

سفر به فضا

سفر به فضا پاسخی است به کنجکاوی انسان برای شناخت زمین، ماه، سیارات، خورشید، دیگر ستارگان و کهکشانها. فضا پیماهایی با سرنشین و بدون سرنشین به مرزهای فراتر از زمین ارسال شده اند تا اطلاعات مستند و تازه ای از کائنات برای ما به همراه آورند.

بشر تاکنون موفق به دیدار حضوری ماه و زندگی طولانی مدت در ایستگاه فضایی شده است. سفر به فضا این امکان را به ما می دهد تا زمین را در بستر و موقعیت واقعی آن در هستی بنگریم. چنین سفرهای تحقیقاتی می توانند چگونگی تشکیل خورشید، سیارات و ستاره ها و وجود حیات در جایی فراتر از دنیای ما را معلوم کنند.

عصر فضا از روز 4 اکتبر سال 1957 آغاز شد. در آن روز شوروی (Soviet Union) ماهواره اسپاتنیک 1(Sputnik 1) را برای گردش در مدار زمین به فضا فرستاد. اولین فضا پیمای با سرنشین در روز 12 آوریل سال 1961 به همراه یوری گاگارین (Yuri A. Gagarin) فضانورد اهل شوروی به مدار زمین فرستاده شد. نام این فضا پیما وستوک 1 (Vostok 1) بود.

فضاپیما های بدون سرنشین که به آنها کاوشگر فضا می گویند، به طور وسیعی به اطلاعات ما درباره فضای اطراف مان، سیارات و ستارگان افزوده اند. در سال 1959 یک کاوشگر شوروی به نزدیکی ماه و کاوشگر دیگر آن به سطح ماه رسیدند.

ادامه


۹/۱۷/۱۳۸۵

آب اخيرا بر سطح مريخ جريان يافته است

اين يافته بر وزن نظريه هايی که می گويد مريخ احتمالا دارای شرايط لازم برای پيدايش حيات است می افزايد.ظاهر اين آبراهه ها که در عکس های يکی از ماهواره های ناسا آشکار شده حاکی از آن است که آب احتمالا در چند سال اخير روی سطح سياره سرخ جريان داشته است.

با اين حال برخی دانشمندان فکر می کنند که اين آبراهه های تازه می تواند ناشی از جاری شدن دی اکسيد کربن مايع بوده باشد.دانشمندان با مشاهده اين شيارها در عکس های فضاپيمای "ام جی اس" (مطالعه گر سراسری مريخ) نتيجه گيری کرده اند که عمر آنها زياد نيست و در اثر جاری شدن تندآب ها از صخره ها و ديواره های گودال های سطح اين سياره به وجود آمده است.

دانشمندان مرکز "سيستم های علوم فضايی" مستقر در شهر سن ديه گو در جنوب کاليفرنيا که دوربينی بر "ام جی اس" را کنترل می کنند در جستجوی شواهد آب تصميم گرفتند برای بار دوم از هزاران آبراهه عکس بگيرند.از جمله دو آبراهه که ابتدا در سال های 1999 و 2001 از آنها عکس گرفته شده بود بار ديگر در سال های 2004 و 2005 مورد عکسبرداری قرار گرفتند. براساس اين مطالعه تغييرات به وجود آمده در اين مدت حاکی از جاری شدن آب از اين گودال هاست.در هر دو مورد دانشمندان رسوب هايی به رنگ روشن در آبراهه ها يافتند که در عکس های اوليه وجود نداشت.آنها نتيجه گيری کردند که اين رسوبات - که احتمالا گل، نمک يا برفک است - در اثر جاری شدن آب در سال های اخير به جا مانده است.

رسوب آب يا دی اکسيد کربن؟

ساير دانشمندان فکر می کنند که ممکن است آبراهه هايی از اين نوع نه در اثر جريان آب بلکه دی اکسيد کربن مايع به وجود آمده باشند.به گفته آنها مدل های کامپيوتری از پوسته مريخ دال بر آن است که آب می تواند تنها در عمق چند کيلومتری مريخ وجود داشته باشد. در عوض دی اکسيد کربن مايع می تواند در فاصله ای بسيار نزديک تر به سطح جايی که دما گاهی تا منهای 107 درجه سانتيگراد افت می کند وجود داشته باشد.اودِد آهارونسون، استاديار علوم سياره ای در موسسه تکنولوژی کاليفرنيا (کلتک) می گويد هرچند تعبير مربوط به جاری شدن اخير آب در مريخ قوی است اما تنها يکی از توضيحات ممکن است.وی گفت لازم است مطالعات بيشتری انجام تا قطعی شود اين رسوبات مثلا ناشی از نشستن غبار نيست.

تماس راديويی با فضاپيمای "ام جی اس" ماه گذشته به طور ناگهانی قطع شد. تلاش ها برای يافتن اين ماهواره که از سال 1996 سرگرم نقشه برداری از مريخ بوده است به جايی نرسيده و بيم آن می رود که برای هميشه از دست رفته باشد.دو مريخ نورد ناسا که در سال 2004 بر آن فرود آمدند نيز شواهد بسيار قدرتمندی از جاری شدن آب در گذشته های دور بر سطح اين سياره فراهم کرده اند.

منبع : پارس اسكاي


منظومه شمسي

- منظومه شمسي - مهرداد دهرآزما (Powepoint، خلاصه)
- ماه، تنها قمر زمين - محمد مهدي مطيعي (خلاصه) دريافت فرمت Powerpoint
- خانه خورشيد در بهار- سميرا شده، دريافت فايل با فرمت Powerpoint
- خانه خورشيد در تابستان- سميرا شده، دريافت فايل با فرمت Powerpoint
- خانه خورشيد در پاييز- سميرا شده، دريافت فايل با فرمت Powerpoint
- خانه خورشيد در زمستان- سميرا شده، دريافت فايل با فرمت Powerpoint
- خورشيد يك ستاره معمولي 1 - هانيه يزدانفر، دريافت فرمت Powerpoint
- سيارات منظومه شمسي، اورانوس و نپتون-سيد طه رسولي و مهدي علومي (Flash، حجم فايل حدود 9 مگابايت است) چكيده مقاله (با فرمت PDF)
- بارشهاي شهابي- مهرداد دهرآزما (Powerpoint، خلاصه)
- تيتان، قمر اسرارآميز منظومه شمسي-محمدهادي طباطبايي يزدي، دريافت فايل با فرمت Powerpoint
- گذر زهره، 19 خرداد 1383- محمدمهدي مطيعي، دريافت فايل با فرمت Powerpoint
- كاوشگرها- الهه آرشيان، دريافت فايل با فرمت Powerpoint

۹/۱۴/۱۳۸۵

نمایی بی نظیر از بقایای یک ابر نو اختر


N49 نمایی حقیقی از بقایای ابر نو اخت

کشف نخستین مولکول های با بار منفی

کلیه مولکول هایی که تا کنون در فضا کشف شده اند ، خنثی و یا با بار مثبت بوده اند.اما اخترشناسان به تازگی برای نخستین بار، مولکول هایی را یافته اند که دارای بار منفی می باشند.

اخترشناسان با بهره گیری از تلسکوپ Robert C. Byrd Green Bank به آشکار سازی این مولکول ها از سیگنال های رادیویی پراختند.ماهیت این سیگنال ها هنوز هم در پره ای از ابهام قرار دارد.در حالیکه تا کنون 130 مولکول خنثی و 14 مولکول مثبت در فضا شناسایی شده، این برای نخستین بار است که مولکولی منفی ( انيون ) کشف می شود.

مایکل مک کارتی اخترشناس مرکز اختر فيزيک هاوارد- اسمیت سونیون در این باره می گوید: همانند یک ببر سفید ،ما هم اکنون با گونه ای بسیار نادر در فضا روبرو هستیم.

اخترشناسان امیدوارند با بررسی ساختار های شیمیایی فضای بین ستاره ای برای این پرسش که" چگونه زمین این عناصر بنیادین را به ساختار های شیمایی ضروری برای حیات تبدیل نموده است؟" پاسخی قانع کننده بیابند.این تحقیقات دانشمندان را قادر می سازد تا نسبت به ساختار و ماهیت شیمیایی فضای بین ستاره ای و متعاقب آن از زادگاه سیارات، درک بهتری بدست آورند.

در این تحقیقت مک کارتی با همکاری کارل گاتلیب ، هارشل گوبتا از دانشگاه ایالتی تگزاس و پاتریک تادیوس، انيون مولکولی تحت عنوان C6H- )زنجیری ای از شش اتم کربن و یک اتم هیدرون که با پیوند خطی به یکدگر متصل شده اند و در انتهای آن یک الکترون اضافی وجود دارد.) را کشف نمودند.شاید اندازه نسبتا بزرگ این مولکول ها در مقایسه با مولکول های خنثی و یا با بار مثبت باعث افزایش پایداری آنها در محیط خشن و ناملايم کیهانی شده است.


این گونه تصور می شود که چنین ساختار هایی در فضا به ندرت یافت می شوند زیرا پرتو های فرابنفشی که از ستارگان گسیل می شود در برخود با این مولکول ها الکترون اضافی را از بین می برد.

پاتریک تادیوس می افزاید: چنین کشفی، دلیل یکی از اسرار آمیز ترن مسائل دانش اخترشیمی-فقدان وجود مولکول های منفی در فضا - را برای ما آشکار ساخت.

این تیم تحقیقاتی نخست، با اجرای یک سری آزمایشات فرکانس های رادیویی مورد نیاز را تعیین نمودند.سپس با استفاده از تلسکوپ Robert C. Byrd Green Bank موسسه دانش ملی به جستجوی C6H- در اجرام آسمانی پرداختند. مشخصا آنها نقطه ای را انتخاب کردند که در تحقیقات پیشین امواج رادویی ناشناس با فرکانس های منظم از آن دریافت شده بود.

سرانجام C6H- را در دو نقطه متفاوت یافتند؛ در اطراف پوسته گازی یک غول سرخ به نام IRC +10216 در صورت فلکی اسد و دیگری سحابی سرد مولکولی تحت عنوان TMC-1 در صورت فلکی ثور.وجود انیون در این نواحی گویای این حقیقت بود که پروسه شیمیایی که C6H- را شکل می دهد،در همه جا وجود دارد.علاوه بر این، انیون های مولکولی بیشتری در آینده یافت خواهند شد.

مک کارتی در پایان خاطر نشان کرد:کشف جدید نکته خوبی را به ما یاد آوری کرد؛ دانش ما نسبت به شيمى میان ستاره ای بسیار اندک است. شاید شمار زیادی از انیون های مولکولی در آزمایشگا و فضا یافت شوند.

ساعت خود را با پرتو های گاما تنظیم کنید

اخترشناسان برای نخستین بار با بهره گیری از رصدخانه H.E.S.S منشا پرتو گامایی را در فضا یافته اند که همانند یک ساعت طبیعی عمل می کند.

این پرتو ها که از پر انرژی ترین پرتو های گامای کشف شده می باشند ، از یک سیستم دوتایی با عنوان LS 5039 گسیل می شوند؛ این سیستم که از ستاره ای آبی رنگ با جرمی بیست برابر جرم خورشید به دور همدمی ناشناخته-به احتمال زیاد یک سیاه چاله- تشکیل شده ،برای نخستین بار توسط تیم H.E.S.S. در سال 2005 میلادی کشف گردید.ما از دهه 1960 میلادی -زمانی که نخستین تب اختر رادیویی تحت عنوان Little Green Men-1 کشف گردید-با گسیل منظم پرتو های گاما آشنا هستیم.اما همانطور که پیش از این نیز اشاره شد، برای نخستین بار است که چنین سیگنال های منظمی از پرتو های گامای پر انرژی(100000 بار پر انرژی تر نسبت به مورد قبلی) کشف شده است.

در این سیستم، دو جرم در فاصله ای نزدیک(1.5 تا 2.5 برابر فاصله زمین تا خورشید) هر چهار روز یک بار به دو یکدیگر می گردند .

دکتر پائولا چادویک عضو تیم H.E.S.S. از دانشگاه دورام در این باره می گوید: چگونگی تغییرات پرتو های گاما، LS 5039 را به آزمایشگاهی ویژه برای بررسی افزایش شتاب اجسام در نزدیکی سیاه چاله ها تبدیلکرده است.

مکانیزم های مختلف ،در تغییرات سیگنال های پرتو گامایی که به زمین می رسند تاثیر گذار اند.با بررسی این تغییرات دانشمندان قادر خواهند بود تا اطلاعات بسیار ارزشمندی پیرامون سیستم های دو تایی از جمله LS 5039 و تحولاتی که در اطراف یک سیاه چاله صورت می گیرد، بدست آورند.

H.E.S.S نمایی از رصدخانه پرتو گاما

هنگامی که سیاه چاله همدم در مقابل ستاره و زمین قرار می گیرد سیگنال های پرتو گاما به حداکثر میزان خود می رسند و هنگامی که سیاه چاله از پشت ستاره عبور می کند، سیگنال ها بسیار ضعیف می شوند.

این گونه تصور می شود که ذرات گاز و غباری که توسط باد ستاره ای از اتمسفر ستاره خارج شده و به سوی سیاه چاله روانه می شوند، شتاب گرفته و به سرعت شروع به گردش می کنند، در این بین افزایش دمای ذرات باعث گسیل پرتو های گاما می شود.

همدم ستاره-سیاه چاله- نیز همچون یک کاوش گر اطلاعاتی عمل می کند؛و بسته به فاصله اش تغییرات میدان مغناطیسی ستاره را در تغییرات سیگنال های پرتو گاما بازتاب‌ می دهد.

علاوه بر آنچه گفته شد، دلیلی هندسى نیز می تواند گسیل این میزان از پرتو گاما را توجیه کند؛بر طبق فرمول معروف آلبرت اینیشتین (E=mc2) ماده و انرژی یکسان هستند و جفت ذره و ضد ذره می توانند متقابلا باعث از بین رفتن (خنثی کردن) نور شوند. با قرينه هنگامی که پرتو های گامای پر انرژی با پرتو های نور ستاره برخورد می کنند،می توانند تبدیل به ماده (جفت الکترون و پادالکترون) شوند. بنا بر این پرتو های نور ستاره به پرتو های گاما شباهت دارند؛ مه ای که منبع پرتو های گاما را به هنگام گذر سیاه چاله از پشت ستاره تشکیل می دهد و تا حدودی منبع اصلی را پنهان می کند.گیلامی دوبوس از آزمایشگاه اختر فیزیک رصدخانه گرینوبل در پایان افزود: جذب تناوبی پرتو های گاما تصویری بسیار جالب از تولید جفت ماده و ضد ماده از نور می باشد، اگرچه که دیدگاه شتاب ذرات را در این سیستم در پرده ای از ابهام فرو می برد.


منبع: پارس اسكاي

نقشه هاي آموزشي آسمان شب

آهنرباي مولكولي

فيزيكدانان دانشگاه اوهايو با همكاري ديگر دانشمندان براي اولين بار نوعي از خاصيت آهن ربايي را به نمايش درآوردند كه 50 سال قبل پيش بيني شده بود. اين خاصيت عبارت است از يك نوع خاص از گذار انرژي كه براي اتم هاي موجود در يك آهن رباي كوچك روي مي دهد.

اين نوع آهن ربا هاي بسيار كوچك كروميوم ۸ (Cr8) ناميده مي شوند. دانشمندان انتظار داشتند اين اثر از قوانين مكانيك كوانتومي تبعيت كند، اما در عمل خواص آهن ربايي مشاهده شده، نشان از قوانين فيزيك كلاسيك داشت. قوانين كلاسيكي حركت و انرژي را مردم در زندگي روزانه خودتجربه مي كنند. اين قوانين درباره اجسامي صدق مي كنند كه به اندازه كافي بزرگ هستند تا با چشم غيرمسلح ديده شوند. اما مكانيك كوانتومي علمي است كه برهمكنش ميان ذرات كوچك (در اندازه اتم) را بررسي مي كند. آهن رباهاي مولكولي Cr8 تا آن اندازه كوچك هستند كه بايد براي توصيف خواص آنها از مكانيك كوانتومي استفاده كرد.

انرژي جايگزين ضرورت جهان آينده

پيشرفت علم و فناوري ضمن دستاوردهاي فراوان براي آسايش و رفاه بشر همواره مشکلات تازه اي را با خود به همراه آورده است. مثال ملموس در اين مورد آلودگي هاي زيست محيطي ناشي از سوختهاي فسيلي است. اهميت استفاده از اين منابع به حدي است که حتي لحظه اي توقف در اين کار روند زندگي در جهان مدرن را مختل خواهد کرد. اما موضوع به همين جا ختم نمي شود.

گازهايي که در نتيجه سوختن اين مواد وارد هوا مي شوند سبب ايجاد مشکلات تنفسي براي انسان و آلودگي محيطزيست هستند. در عين حال ، تراکم اين گازها در جو زمين مانع از خروج گرما از اطراف زمين مي شود؛ پديده اي که نتيجه آن افزايش دماي هوا و تغييرات آب و هوايي گسترده در زمين است و اثر گلخانه اي ناميده مي شود.

چنانچه افزايش دماي هوا مطابق روند فعلي صورت پذيرد بازگرداندن آن به وضعيت سابق تقريبا غيرممکن خواهد بود. بهترين راه حلي که اکثر دانشمندان پيشنهاد کرده اند متوقف کردن روند رو به رشد افزايش اين گازهاي مضر است. اين مساله نيازمند بررسي دوباره و جدي منابعي است که مي توانند جايگزين سوختهاي فسيلي شوند. در حال حاضر، اتفاق نظر کلي درباره چگونگي مواجهه با اين مشکل در ميان دانشمندان ، گروههاي طرفدار محيطزيست و مديران صنعتي وجود ندارد. گروهي از متخصصان بر بهره گيري از منابع سنتي انرژي مثل باد و انرژي خورشيدي تاکيد مي ورزند.

عده اي ديگر معتقدند استفاده از سوختهاي فسيلي ادامه مي يابد؛ اما بايد راههاي تازه اي براي جمع آوري دي اکسيد کربن قبل از ورود آن به هوا يافت شود. در اين ميان انرژي هسته اي مي تواند پاسخگوي مناسبي براي جايگزيني انرژي حاصل از سوختهاي فسيلي باشد.

ادامه

۹/۱۳/۱۳۸۵

نفهمیدن فیزیک کوانتوم در هفت گام

نفهمیدن فیزیک کوانتوم در هفت گام

نیلز بور (۱۹۶۲-۱۸۸۵)، از بنیانگذاران فیزیک کوانتوم، در مورد چیزی که بنیان گذارده است، جمله ای دارد به این مضمون که اگر کسی بگوید فیزیک کوانتوم را فهمیده، پس چیزی نفهمیده است. من هم در اینجا می خواهم چیزی را برایتان توضیح دهم که قرار است نفهمید!

گام اول: تقسیم ماده

بیایید از یک رشته‌ی دراز ماکارونیِ پخته شروع کنیم. اگر این رشته‌ی ماکارونی را نصف کنیم، بعد نصف آن را هم نصف کنیم، بعد نصفِ نصف آن را هم نصف کنیم و... شاید آخر سر به چیزی برسیم ــ البته اگر چیزی بماند! ــ که به آن مولکولِ ماکارونی می‌توان گفت؛ یعنی کوچکترین جزئی که هنوز ماکارونی است. حال اگر تقسیم کردن را باز هم ادامه بدهیم، حاصل کار خواص ماکارونی را نخواهد داشت، بلکه ممکن است در اثر ادامه‌ی تقسیم، به مولکول‌های کربن یا هیدروژن یا... بربخوریم. این وسط، چیزی که به درد ما می خورد ــ یعنی به دردِ نفهمیدنِ کوانتوم! ــ این است که دست آخر، به اجزای گسسته ای به نام مولکول یا اتم می رسیم.
این پرسش از ساختار ماده که «آجرکِ ساختمانی ماده چیست؟»، پرسشی قدیمی و البته بنیادی است. ما به آن، به کمک فیزیک کلاسیک، چنین پاسخ گفته ایم: ساختار ماده، ذره ای و گسسته است؛ این یعنی نظریه‌ی مولکولی.

گام دوم: تقسیم انرژی

بیایید ایده‌ی تقیسم کردن را در مورد چیزهای عجیب تری به کار ببریم، یا فکر کنیم که می توان به کار برد یا نه. مثلاً در مورد صدا. البته منظورم این نیست که داخل یک قوطی جیغ بکشیم و در آن را ببندیم و سعی کنیم جیغ خود را نصف ـ نصف بیرون بدهیم. صوت یک موج مکانیکی است که می تواند در جامدات، مایعات و گازها منتشر شود. چشمه های صوت معمولاً سیستم های مرتعش هستند. ساده ترین این سیستم ها، تار مرتعش است ــ که در حنجره‌ی انسان هم از آن استفاده شده است. به‌راحتی(!) و بر اساس مکانیک کلاسیک می توان نشان داد که بسیاری از کمّیت های مربوط به یک تار کشیده‌ی مرتعش، از جمله فرکانس، انرژی، توان و... گسسته (کوانتیده) هستند. گسسته بودن در مکانیک موجی پدیده ای آشنا و طبیعی است. امواج صوتی هم مثال دیگری از کمّیت های گسسته (کوانتیده) در فیزیک کلاسیک هستند. مفهوم موج در مکانیک کوانتومی و فیزیک مدرن جایگاه بسیار ویژه و مهمی دارد که جلوتر به آن می رسیم و یکی از مفاهیم کلیدی در مکانیک کوانتوم است.
پس گسسته بودن یک مفهوم کوانتومی نیست. این تصور که فیزیک کوانتومی مساوی است با گسسته شدن کمّیت های فیزیکی، همه‌ی مفهوم کوانتوم را در بر ندارد؛ کمّیت های گسسته در فیزیک کلاسیک هم وجود دارند. بنابراین، هنوز با ایده‌ی تقسیم کردن و سعی برای تقسیم کردن چیزها می‌توانیم لذت ببریم!

گام سوم: مولکول نور

خوب! تا اینجا داشتم سعی می کردم توضیح دهم که مکانیک کوانتومی چه چیزی نیست. حالا می رسیم به شروع ماجرا:

فرض کنید به جای رشته‌ی ماکارونی، بخواهیم یک باریکه‌ی نور را به طور مداوم تقسیم کنیم. آیا فکر می کنید که دست آخر به چیزی مثل «مولکول نور» (یا آنچه امروز فوتون می‌نامیم) برسیم؟ چشمه های نور معمولاً از جنس ماده هستند. یعنی تقریباً همه‌ی نورهایی که دور و بر ما هستند از ماده تابش می‌کنند. ماده هم که ساختار ذره ای ـ اتمی دارد. بنابراین، باید ببینیم اتم ها چگونه تابش می کنند یا می توانند تابش کنند؟


گام چهارم: تابش الکترون

در سال ۱۹۱۱، رادرفورد (۹۴۷-۱۸۷۱) نشان داد که اتم ها، مثل میوه‌ها، دارای هسته‌ی مرکزی هستند. هسته بار مثبت دارد و الکترون‌ها به دور هسته می چرخند. اما الکترون های در حال چرخش، شتاب دارند و بر مبنای اصول الکترومغناطیس، «ذره‌ی بادارِ شتابدار باید تابش کند» و در نتیجه انرژی از دست بدهد و در یک مدار مارپیچی به سمت هسته سقوط کند. این سرنوشتی بود که مکانیک کلاسیک برای تمام الکترون ها پیش‌بینی و توصیه(!)
می کرد و اگر الکترون ها به این توصیه عمل می کردند، همه‌ی‌ مواد ــ از جمله ما انسان‌ها ــ باید از خود اشعه تابش می کردند (و همان‌طور که می‌دانید اشعه برای سلامتی بسیار خطرناک است)! ولی می‌بینیم از تابشی که باید با حرکت مارپیچی الکترون به دور هسته حاصل شود اثری نیست و طیف نوریِ تابش‌شده از اتم ها به جای اینکه در اثر حرکت مارپیچی و سقوط الکترون پیوسته باشد، یک طیف خطی گسسته است؛ مثل برچسب های رمزینه‌ای (barcode) که روی اجناس فروشگاه ها می زنند. یعنی یک اتم خاص، نه تنها در اثر تابش فرو نمی‌ریزد، بلکه نوری هم که از خود تابش می‌کند، رنگ ها ــ یا فرکانس های ــ گسسته و معینی دارد. گسسته بودن طیف تابشی اتم ها از جمله علامت سؤال های ناجور در مقابل فیزیک کلاسیک و فیزیکدانان دهه‌‌ی ۱۸۹۰ بود.

گام پنجم: فاجعه‌ی فرابنفش

برگردیم سر تقسیم کردن نور.

ماکسول (۱۸۷۹-۱۸۳۱) نور را به صورت یک موج الکترومغناطیس در نظر گرفته بود. از این رو، همه فکر می کردند نور یک پدیده‌ی موجی است و ایده‌ی «مولکولِ نور»، در اواخر قرن نوزدهم، یک لطیفه‌ی اینترنتی یا SMS کاملاً بامزه و خلاقانه محسوب می شد. به هر حال، دست سرنوشت یک علامت سؤال ناجور هم برای ماهیت موجی نور در آستین داشت که به «فاجعه‌ی فرابنفش» مشهور شد:

یک محفظه‌ی بسته و تخلیه‌شده را که روزنه‌ی کوچکی در دیواره‌ی آن وجود دارد، در کوره ای با دمای یکنواخت قرار دهید و آن‌قدر صبر کنید تا آنکه تمام اجزا به دمای یکسان (تعادل گرمایی) برسند.
در دمای به اندازه‌ی کافی بالا، نور مرئی از روزنه‌ی محفظه خارج می‌شود ــ مثل سرخ و سفید شدن آهن گداخته در آتش آهنگری.

در تعادل گرمایی، این محفظه دارای انرژی تابشی‌ای است که آن را در تعادل تابشی ـ گرمایی با دیواره ها نگه می‌دارد. به چنین محفظه‌ای «جسم سیاه» می‌گوییم. یعنی اگر روزنه به اندازه‌ی كافی كوچك باشد و پرتو نوری وارد محفظه شود، گیر می‌افتد و نمی‌تواند بیرون بیاید.

فرض کنید میزان انرژی تابشی در واحد حجمِ محفظه (یا چگالی انرژی تابشی) در هر لحظه U باشد. سؤال: چه کسری از این انرژی تابشی که به شکل امواج نوری است، طول موجی بین ۵۴۶ (طول موج نور زرد) تا ۵۷۸ نانومتر (طول موج نور سبز) دارند. جوابِ فیزیک کلاسیک به این سؤال برای بعضی از طول موج‌ها بسیار بزرگ است! یعنی در یک محفظه‌ی روزنه دار که حتماً انرژی محدودی وجود دارد، مقدار انرژی در برخی طول موج‌ها به سمت بی نهایت می‌رود. این حالت برای طول موج‌های فرابنفش شدیدتر هم می‌شود.

گام ششم: رفتار موجی ـ ذره‌ای

در سال ۱۹۰۱ ماکس پلانک (Max Planck: ۱۹۴۷-۱۸۵۸) اولین گام را به سوی مولکول نور برداشت و با استفاده از ایده‌ی تقسیم نور، جواب جانانه‌ای به این سؤال داد. او فرض کرد که انرژی تابشی در هر بسامدِ &#۹۵۷; ــ بخوانید نُو ــ به صورت مضرب صحیحی از &#۹۵۷;h است که در آن h یک ثابت طبیعی ــ معروف به «ثابت پلانک» ــ است. یعنی فرض کرد که انرژی تابشی در بسامد &#۹۵۷; از «بسته های کوچکی با انرژی &#۹۵۷;h» تشکیل شده است. یعنی اینکه انرژی نورانی، «گسسته» و «بسته ـ بسته» است. البته گسسته بودن انرژی به‌تنهایی در فیزیك كلاسیك حرفِ ناجوری نبود‌ (همان‌طور كه قبل‌تر در مورد امواج صوتی دیدیم)، بلکه آنچه گیج‌كننده بود و آشفتگی را بیشتر می‌کرد، ماهیتِ «موجی ـ ذره‌ای» نور بود. این تصور كه چیزی ــ مثلاً همین نور ــ هم بتواند رفتاری مثل رفتار «موج» داشته باشد و هم رفتاری مثل «ذره»، به طرز تفكر جدیدی در علم محتاج بود.
ذره چیست؟ ذره عبارت است از جرم (یا انرژیِ) متمركز با مكان و سرعتِ معلوم. موج چیست؟ موج یعنی انرژی گسترده‌شده با بسامد و طول موج. ذرات مختلف می‌توانند با هم برخورد كنند، اما امواج با هم برخورد نمی‌كنند، بلكه تداخل می‌كنند. نور قرار است هم موج باشد هم ذره! یعنی دو چیز كاملاً متفاوت.
گام هفتم: نرسیدن!

مهدی قهرمانی