X بستن تبلیغات
X بستن تبلیغات
header
متن مورد نظر

زمینه پیدایش فیزیک کلاسیک

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

مقدمه

 

یونانیان با تقسیم بندی گنبدهای آسمان برای هر یک از سیارات گنبدی خاص قائل بودند. نخستین کشفیات فیزیکی هنگامی صورت گرفت که تلاش گسترده ای برای برهانی کردن ریاضیات آغاز شده بود. در این زمان الکتریسیته و مغناطیس جدا از یکدیگر کنجکاوی انسان را برانگیخت. ذرات تشکیل دهنده ی جهان تقسیم بندی شد و نظریه ی اتمی ماده مطرح و اتر به عنوان عنصر کامل، این تقسیم بندی را تکامل بخشید. کروی بودن شکل زمین بطور مستدلل اثبات و حرکت دوار کائنات به دور زمین که تصور می شد دایره منحنی کامل است، از بدیهیات محسوب می شد. منطق قیاسی کشف گردید و تمام افکار و نظریات علمی را تحت تاثیر خود قرار داد

مقدمه

 

یونانیان با تقسیم بندی گنبدهای آسمان برای هر یک از سیارات گنبدی خاص قائل بودند. نخستین کشفیات فیزیکی هنگامی صورت گرفت که تلاش گسترده ای برای برهانی کردن ریاضیات آغاز شده بود. در این زمان الکتریسیته و مغناطیس جدا از یکدیگر کنجکاوی انسان را برانگیخت. ذرات تشکیل دهنده ی جهان تقسیم بندی شد و نظریه ی اتمی ماده مطرح و اتر به عنوان عنصر کامل، این تقسیم بندی را تکامل بخشید. کروی بودن شکل زمین بطور مستدلل اثبات و حرکت دوار کائنات به دور زمین که تصور می شد دایره منحنی کامل است، از بدیهیات محسوب می شد. منطق قیاسی کشف گردید و تمام افکار و نظریات علمی را تحت تاثیر خود قرار داد

 

استفاده از هندسه در نجوم آغاز شد. فاصله ی زمین تا تا ماه و خورشید محاسبه و نظریه زمین مرکزی زیر سئوال رفت. اما همچنان اعتقاد عموم بر آن بود که زمین مرکز جهان است

 

دستگاه زمین مرکزی تحت تاثیر تقدس دایره ها حرکت پیچیده ی سیاره ها را با استفاده از مدارهای تدویر توجیه کرد. مکانیک یونانی بر اساس نظریه زمین مرکزی بخوبی علت سقوط اجسام به طرف زمین را توجیه می کرد. یونانیان حرکت مستقیم نور را بیان و به تشریح خواص آینه ها پرداختند. اما منطق قیاسی چنان بر افکار علمی آنان تسلط داشت که فیزیک یونانی را به بن بست کشید

 

 

 

 

 زمینه پیدایش فیزیک کلاسیک

 

هنگامیکه اروپا در ظلمت جهل و بی خبری بسر می برد، دانشمندان اسلامی و در راس آنان اندیشمندان ایرانی اندوخته های علمی یونانیان را جمع آوری و حراست کردند و با دانش و اندیشه های ایرانیان باستان درآمیختند. تعاریف و اصول هندسه ی اقلیدسی توسط ایرانیان مورد بررسی و نقد قرار گرفت. مثلثات کروی توسط فضلای ایرانی ابداع و دستگاه اعداد با کشفیات هندیان تکمیل و بوسیله ی بازرگانان به اروپا برده شد. از قرن یازدهم میلادی به بعد بعضی از کشیشان به جامه ی طلاب مسلمان در می آمدند و کتبی را که با دقت محافظت می شد با خود به غرب می بردند و ترجمه می کردند

 

در قرن شانزدهم دستگاه خورشید مرکزی منظومه شمسی تدوین و مسیر حرکت سیارات با دقت رصد شد. در نتیجه تقدس دایره ها در هم شکسته شد و مدار بیضوی حرکت سیارات مورد قبول واقع شد. روش استقرایی توانی نو یافت و به مقابله با قیاس برخاست و مسیر جدیدی برای اندیشه های علمی بوجود آمد

 

آزمایش کردن قباحت خود را از دست داد و اجسام از بلندی رها شدند تا زمان سقوط آنها بطور تجربی بررسی شود. قوانین سقوط آزاد اجسام به کل جهان تعمیم داده شد شد و قانون جهانی گرانش کشف گردید. علت حرکت سیارات به دور خورشید صورت بندی شد. اختراع و تکمیل تلسکوپ انسان را با دنیایی رو به رو ساخت که قبل از آن هرگز تصورش نمی رفت. آنگاه ناچیزی زمین در مقابل کاینات به اثبات رسید

 

استفاده از نماد گرایی در ریاضیات آغاز و هندسه تحلیلی به عنوان ابزاری قدرتمند برای تجسم و تکمیل کشفیات حساب دیفرانسیل و انتگرال به کار گرفته شد. ماهیت فیزیکی نور با آزمایش مورد سئوال قرار گرفت. در نتیجه نظریه ی دانه ای و نظریه ی موجی بودن نور برای توجیه آن ابداع شد. عنصر پنجم ارسطوئی اتر بیش از پیش بکار گرفته شد. اما این بار نه به عنوان یک عنصر، بلکه به عنوان زمینه ای برای انتشار نور و توجیه حرکت نور در فضا و انتقال نیروی گرانش و تصور می شد که کالبد فضا از اتر انباشته شده است

 

زیر ساخت مکانیک نیوتنی

 قبل از آنکه اندیشه ی آدمی شکوفا گردد و به بهره وری رسد، باید شرایط آن فراهم گردد. در جو اختناق آلود قرون وسطی چنین شرایطی فراهم نبود. به همین دلیل تولیدات فکری تقریباً به صفر رسید. برای رشد و پیشرفتهای علمی نخست باید زمینه ی فلسفی آن در جامعه فراهم باشد، به عبارت دیگر فلسفه های مورد قبول و حمایت جامعه بایستی پذیرای نظریه های جدید باشند تا جامعه شاهد شکوفایی اندیشه و تولیدات آن باشد.  فلسفه توضیحی است برای بی نظمی طبیعی مجموعه ای از تجارب یا دانسته ها. بنابراین برای هر مجموعه ای از تجارب و  فلسفه ای وجود دارد

 

 هرچند ممکن است بدون توجه به فلسفه ی یک دانش، آن را آموخت و به کار برد، اما درک عمیق آن دانش بدون توجه به فلسفه اش امکان پذیر نیست. در واقع بر عهده ی فلسفه ی علم است که حوزه ی فعالیتهای یک دانش از جمله فیزیک، اهداف و اعتبار گزاره های آن را تعیین کند و روش به دست آوردن نتایج را توضیح دهد. این فلسفه ی علم است که نشان می دهد هدف علم، پاسخ به هر سئوالى نیست. علم تنها مى تواند آنچه را که متعلق به حوزه واقعیت هاى فیزیکى (آزمون هاى تجربى قابل سنجش) است، پاسخگو باشد. علم نمى تواند در مورد احکام ارزشى که متعلق به حوزه اخلاق و پیامدهاى یک عمل است، نظرى ابراز دارد

در فیزیک هیچ فلسفه ای غایت اندیشه های فلسفی نیست و هرگاه فلسفه ی خاصی به چنین اعتباری برسد، با اندیشمندان و مردم آن خواهد شد که در قرون وسطی شد. سیاه ترین دوران زندگی انسان زمانی بود که فلسفه و فیزیک ارسطویی از حمایت دینی برخوردار و غایت فلسفه ی علوم طبیعی قلمداد شد. در قرون وسطی گزاره های علمی، زمانی معتبر بودند که با گزاره های پذیرفته شده ی قبلی سازگار بودند. پس آزمون گزاره های جدید عملی بیهوده شمرده می شد و تنها سازگاری آنها با گزاره های قبلی کفایت می کرد. علاوه بر آن بانیان گزاره های ناسازگار با مجازات رو به رو می شدند. آتش زدن برونو و محاکمه ی گالیله به همین دلیل بود. بنابراین نتیجه ی آزمایشهای گالیله بیش و پیش از آنکه یک تلاش علمی باشد، یک حرکت انقلابی برای سرنگونی یک نظام فکری و حکومتی بر اندیشه ی انسان بود

 اندیشه ی روش استقرایی بعد از ترجمه ی آثار دانشمندان اسلامی بویژه ایرانیان به لاتین مورد توجه قرار گرفت. آزمایشهای گالیله با تدریس کارهای خواجه نصیرالدین طوسی و خیام توسط استادانی چون جان والیس در دانشگاه های اروپا همزمان بود. و همه اینها بعد از ترجمه ی آثار ابن هیثم به لاتین بود. 

فرانسیس بیکن فیلسوف انگلیسى براى اولین بار در کتاب خود با نام ارگانون جدید که نام آن برگرفته از کتاب ارسطو با نام ارغنون است، روش هاى تحقیق را مورد بررسى قرار داد و جان استوارت میل نیز به دنبال او در کتاب منطق خود بحث درباره شیوه هاى تجربى را بسط داد. البته برخى بر این باورند که سخن از استقرا و منطق عملى را اولین بار روگر بیکن، (در قرن سیزدهم میلادى) به کار برد. اما این گالیله بود که عملاً با آزمایشهای خود روش استقرایی را بکار برد. گالیله تا جایی پیش رفت که خواست سرعت نور را اندازه گیری کند. و این واقعاً یک انقلاب فکری بود که برتری روش استقرایی را نسبت به روش قیاسی نشان داد

 اندیشه اصلى استقراگرایى بر این مبناست که علم از مشاهده آغاز مى شود و مشاهدات به تعمیم ها و پیش بینى ها مى رسد. حال اگر یک مورد پیدا شود که با گزاره ی مورد قبول سازگار نباشد، گزاره ی فوق باطل مى شود. تفسیر استقراگرایان از این ابطال این است که استنتاجات علمى، هیچ گاه به یقین منتهى نمى شوند اما آنها بر این باورند که اینگونه استنتاجات مى توانند درجه بالایى از احتمال را به بار آورند.

رایشنباخ می گوید

اصل استقرا داور ارزش نظریه ها در علوم است و حذف آن از علم به مثابه ی خلع علوم از مسند قضاوت در باره ی صدق و کذب نظریه های علمی است. بدون این اصل، علم به کدام دلیل میان نظریه های علمی و توصیف های شاعرانه فرق خواهد گذاشت؟ ولی دقیق تر این است که اصل مجوز استقرا، معیار سنجش احتمالات خوانده شود.

 

 مفاهیم بنیادی فضا و زمان

 

بررسی و شناخت پدیده های فیزیکی و روابط بین آنها بدون توجه به مفاهیم  و درک شهودی از فضا و زمان جندان مانوس به نظر نمی رسد. مفهوم و درک فضا و زمان نیز مانند سایر کمیت های فیزیکی روندی پویا دارد و در طول تاریخ دستخوش تغییرات زایدی شده است. بویژه بعد از نسبیت مفاهیم فضا و زمان و درک بشر از آنها دچار تغییر زیادی شده است. البته در اینجا نمی خواهیم مسئله ی فضا-زمان را مورد بررسی قرار دهیم، تنها هدفمان از ارائه ی این فصل این است که زمینه ی آشنایی با نگرش فلسفی و علمی نسبت به فضا و زمان فراهم گردد تا بعد ازبیان نسبیت فضا-زمان مورد بررسی قرار گیرد. همجنین این مطالب قبل از قوانین نیوتن آورده شده است تا زمینه ی مطرح شدن دیدگاه منطقی نیوتن نسبت به فضا و زمان مطلق فراهم گردد

 مفاهیم و قوانین مکانطک نیوتنی

 

آخرین فردی که اندیشه هایش بر نیوتن و فرمول بندی مکانیک کلاسیک تاثیر عمیق داشت، دکارت بود. با این وجود نظرات تمام کارهای دکارت در زمینه فیزیک حالت توصیفی داشت. اما همین مسائل توصیفی نیز به شدت با فیزیک ارسطویی در تضاد بود. به همین دلیل نخست مکانیک گالیله ای بیان کرده و آنگاه فیزیک دکارتی آورده شده است تا با مقایسه ی آنها با کارهای نیوتن، ارزش و اهمیت کار نیوتن بهتر مشخص شود

 

آزاد اندیشی ریاضی، هندسه نااقلیدسی و انحنای فضا

 

علومی که از یونان باستان توسط اندیشمندان اسلامی محافظت و تکمیل شد، از قرون یازدهم میلادی به بعد به اروپا منتقل شد، بیشتر شامل ریاضی و فلسفه ی طبیعی بود. فلسفه ی طبیعی توسط کوپرنیک، برونو، کپلر و گالیله به چالش کشیده شد و از آن میان فیزیک نیوتنی بیرون آمد. چون کلیسا خود را مدافع فلسفه طبیعی یونان می دانست و کنکاش در آن با خطرات زیادی همراه بود، اندیشمندان کنجکاو بیشتر به ریاضیات می پرداختند، زیرا کلیسا نسبت به آن حساسیت نشان نمی داد. بنابراین ریاضیات نسبت به فیزیک از پیشرفت بیشتری برخوردار بود. یکی از شاخه های مهم ریاضیات هندسه بود که آن هم در هندسه ی اقلیدسی خلاصه می شد

 

در هندسه ی اقلیدسی یکسری مفاهیم اولیه نظیر خط و نقطه تعریف شده بود و پنچ اصل را به عنوان بدیهیات پذیرفته بودند و سایر قضایا را با استفاده از این اصول استنتاج می کردند. اما اصل پنجم چندان بدیهی به نظر نمی رسید. بنابر اصل پنجم اقلیدس از یک نقطه خارج از یک خط، یک خط و تنها یک خط می توان موازی با خط مفروض رسم کرد. برخی از ریاضیدانان مدعی بودند که این اصل را می توان به عنوان یک قضیه ثابت کرد. در این راه بسیاری از ریاضیدانان تلاش زیادی کردند و نتیجه نگرفتند. خیام ضمن جستجوی راهی برای اثبات \”اصل توازی\” مبتکر مفهوم عمیقی در هندسه شد. در تلاش برای اثبات این اصل، خیام گزاره هایی را بیان کرد که کاملا مطابق گزاره هایی بود که چند قرن بعد توسط والیس و ساکری ریاضیدانان اروپایی  بیان شد و راه را برای ظهور هندسه های نااقلیدسی در قرن نوزدهم هموار کرد. سرانجام و پس از دو هزار سال اصولی متفاوت با آن بیان کردند و هندسه های نااقلیدسی شکل گرفت. بدین ترتیب علاوه بر فلسفه ی طبیعی ریاضیات نیز از انحصار یونانی خارج و در مسیری جدید قرار گرفت و آزاد اندیشی در ریاضیات آغاز گردید

 

  نور

 امروزه می دانیم که نور یک موج الکترمغناطیسی است و بخش بسیار کوچکی از طیف الکترمغناطیسی را تشکیل می دهد. بنابراین برای شناخت نور بایستی به بررسی امواج الکترومغناطیسی پرداخت. اما از آنجاییکه مکانیک کلاسیک قادر به توضیح کامل امواج الکترومغناطیسی نیست، الزاماً بایستی به مکانیک کوانتوم مراجعه کرد. اما قبل از وارد شدن به مکانیک کوانتوم لازم است با برخی از خواص نور آشنا شد و دلیل نارسایی مکانیک کلاسیک را دانست. لذا در این فصل دانش نور را تا پیش از ارائه شدن رابطه ی مشهور پلانک بررسی می کنیم و در فصل جداگانه ای خواص امواج الکترومغناطیسی بعد از مکانیک کوانتوم و نسبیت بررسی خواهد شد

 

 کار، انواع انرژی و قانون بقای انرژی

کار و انرژی از مفاهیم بسیار مهم و اساسی فیزیک است. انرژی به معنی توانایی انجام دادن کار تعریف شده است. اگر جسمی بتواند کار انجام دهد، دارای انرژی است. اما خود کار چیست؟ طبق تعریف کار برابر است با حاصلضرب داخلی بردار نیرو در بردار جابجایی، یعنی

 

W=F.d

 

جسمی را از ارتفاعی رها کنید، نیروی وزن آن جابجا می شود، بنابراین زمین (که نیروی وزن را به جسم اعمال کرده) روی آن کار انجام داده است. حال گلوله یک فلزی را نظر بگیرید که با سرعت در حال حرکت است و به توپ ساکنی برخورد کرده و آن را پرتاب می کند. گلوله روی توپ کار انجام داده است، بنابراین گلوله دارای انرژی بوده است. اگر گلوله ساکن بود توانایی انجام کار نداشت، پس دارای انرژی نبود

 

 انرژی دارای انواع مختلف، انرژی مکانیکی، انرژی الکتریکی، انرژی شیمیایی، انرژی گرمایی، انرژی هسته ای … می باشد. در سال ۱۸۴۷ فون هلمهولتز قانون بقای انرژی را اعلام داشت. بر طبق این قانون، انرژی را می توان از صورتی به صورت دیگر تبدیل کرد، اما نمی توان آنرا نابود یا خلق کرد. هرگاه به نظر آید که در جایی مقداری انرژی ناپدید شده است، می بایستی در جای دیگر، همین مقدار انرژی ظاهر شود. این قانون را قانون اول ترمودینامیک نیز می نامند.  تقریباً یکصد سال قبل از هلمهولتز، لاووزیه شیمیدان فرانسوی قانون بقای جرم را بیان داشته بود. طبق قانون بقای جرم، ماده نه به وجود می آید و نه از بین می رود و در طی یک فرایند شیمیایی مجموع جرم مواد شرکت کننده در آن فرایند همواره ثابت است. بنابراین در فیزیک کلاسیک دو قانون، قانون بقای جرم و قانون بقای انرژی شناخته شده و مورد قبول بود

 

   قبل از مکانیک کوانتوم و نسبیت

 

هرچند نظریه اتمی دموکریتوس از طرف ارسطو طرفدارانش پذیرفته نشد، اما در تمام دوران تسط فیزیک ارسطویی طرفدارنی داشت. یکی از برجسته ترین فیلسوفان یونانی لوکرتیوس بود که در سال ۶۰ قبل از میلاد یک شعر طولانی در باره ی ماهیت اشیاء سروده بود و در آنجا نظریه اتمی ماده را بیان کرده بود. پس از اختراع صنعت چاپ یکی از آثار اولیه که چاپ شد، شعر لوکرتیوس بود. در دوران رنسانس، برجسته ترین طرفدار اتم، برونو بود. اما همه طرفداران اتم و مخالفان آنها هیچ دلیل علمی برای آن نداشتند تا آنکه نخستین دلایل اتمی بودن ماده توسط دالتون و دیوی ارائه شد. در نظریه دالتون اتم ها کوچک ترین اجزای ممکن ماده بودند. اما در اواخر سده نوزدهم کم کم معلوم شد که اتم خود از ذراتی کوچکتر ترکیب یافته است. این تغییر دیدگاه ، نتیجه آزمایشهایی بود که با الکتریسیته به عمل آمد.

در ۱۸۰۷-۱۸۰۸ شیمیدان انگلیسی همفری دیوی با تجزیه مواد مرکب توسط الکتریسیته ، پنج عنصر پتاسیم ، سدیم ، کلسیم ، استرونسیم و باریم را کشف کرد. دیوی با این کار به این نتیجه رسید که عناصر با جاذبه هایی که ماهیتاً الکتریکی هستند به هم وصل می شوند

مبانی فکری انقلاب ها در فیزیک 

پوپر می گوید

راه درس گرفتن از تجربه، انجام مشاهدات مکرر نیست. سهم تکرار مشاهدات در قیاس باسهم اندیشه هیچ است. بیشتر آنچه که می آموزیم با کمک مغز است. چشم و گوش نیز اهمیت دارند، ولی اهمیتشان بیشتر در اندیشه های غلطی است که مغز یا عقل پیش می نهند

بر همین اساس، با استقراءگرایان مخالفت ورزیده و استقراء را اسطوره‌ای بی بنیاد معرفی کرده است. پوپر با بیان این مطلب که نظریات همواره مقدم بر مشاهدات هستند طرح نوینی را در عرصه روش شناسی علوم تجربی بنیان نهاد. طبق نظر وی روش صحیح علمی عبارت است از آنکه یک نظریه به نحو مستمر در معرض ابطال قرار داده شود. بنابراین یک نظریه برای آنکه قابل قبول باشد باید بتواند از بوته آزمونهایی که برای ابطال آن طراحی شده‌اند، سر بلند بیرون بیاید. پوپر مصرانه ندا سر می دهد که بگذارید نظریه ها بجای انسانها بمیرند

پوپر با ارائه ی نظریه ی ابطال پذیری تلاش کرد مرز بین نظریه های علمی و غیر علمی را مشخص کند. وی چنین بیان می کند

علمی بودن هر دستگاه، در گرو اثبات پذیری به تمام معنای آن نیست، بلکه منوط به این است که ساختمان منطقیش چنان باشد که رد آن به کمک آزمونهای تجربی میسر باشد

به عبارت دیگر از دیدگاه پوپر نظریه های علمی اثبات پذیر نستند، بلکه ابطال پذیرند

پوپر با این دیدگاه به مخالفت با تلقی‌های رایج از علم پرداخت و بیان کرد که علم و نظریه‌های علمی هیچگاه از سطح حدس فراتر نمی‌روند و آنچه که منتهی به پیشرفت علم می‌شود سلسله‌ای از حدسها و ابطالها می‌باشد. پوپر تاکید می کند برای رسیدن به اندشه های نو، هیچ دستور منطقی نمی توان تجویز کرد

اندیشمندان بسیاری چون برونو و گالیله با مشکلات و مصایب طاقت فرسایی دسته و پنجه نرم کردند تا روش استقرایی در جهان علم نهادینه گردد، اما در قرن بیستم روش استقرایی جاذبه دوران رنسانس خود را از دست داد. هرچند استقرا نفی نشد، اما فیلسوفان علمی قرن بیستم، در تکاپو بودند تا روش های بهتری را جایگزین آن کنند. و این سیر منطقی تکامل اندیشه در طول تاریخ حیات انسان است. در فلسفه ی علم قرن بیستم، دو دیدگاه از بقیه دیدگاه ها بیشتر مورد توجه واقع شد. یکی دیدگاه ابطال پذیری پوپر بود و دیگری نظزیه انقلاب های علمی کوهن. کوهن به یک چرخش تاریخی  تکیه می کند و معتقد می شود که علم یک سیستم پویاست و به جای معرفت شناسی علم به جامعه شناسی علم توجه می کند. وی نشان داد که علم تکامل تدریجى به سمت حقیقت ندارد بلکه دستخوش انقلاب هاى دوره اى است که او آن را تغییر پارادایم مى نامد. پارادایم یکى از مفاهیم کلیدى کوهن است او معتقد است پارادایم (نظام) یک علم تا مدت هاى مدید تغییر نمى کند و دانشمندان در چارچوب مفهومى آن سرگرم کار خویش هستند. اما دیر یا زود بحرانى پیش مى آید که پارادایم را درهم مى شکند و انقلاب علمى به وجود مى آید که پس از مدتى، پارادایم جدیدى به وجود مى آید و دوره اى جدید از علم آغاز مى شود. مثال هاى کلاسیک تغییر پارادایم عبارتند از: ۱- کار گالیله که باعث برانداختن فیزیک ارسطویى و ایجاد نسبیت گالیله اى شد ۲- کار کپلر که باعث کشف بیضوى بودن مدار سیارات شد ۳- ابداع فیزیک جدید توسط نیوتن ۴- نسبیت عام و خاص اینشتین ۵- مکانیک جدید کوانتوم که باعث کنار گذاشتن مکانیک کلاسیک شد.
کوهن در تحلبل خود از مثال جایگزینى تئورى نسبیت اینشتین بجاى تئورى مکانیک نیوتون که در پى بحران ناشى از آزمابشات مربوط به نور مایکلسون- مورلى بوجود آمده سود جسته است

اگر نظریه انقلاب های علمی کوهن را باور داشته باشیم، از توجه به این نکته نیز نباید غافل شد که زیر بنای هر انقلابی را اندیشه های نو شکل می دهد> آنگاه باید با پوپر همصدا شد که 

برای رسیدن به اندشه های نو، هیچ دستور منطقی نمی توان تجویز کرد

 انقلاب نسبیت در اندیشه های اینشتین بارور شد و انقلاب مکانیک کوانتوم از اندیشه های پلانک سر در آورد.

 فیزیک اتمی

فیزیک اتمی- مولکولی که مربوط به فیزیک جدید است از زمانی متولد شد که دانشمندان متوجه شدند کوچکترین جزء در طبیعت اتم نیست بلکه اتم از اجزای کوچکتری به نام الکترون‌ها و هسته تشکیل شده است. یعنی اتم از هسته‌ای تشکیل شده است که الکترون‌هایی در اطراف آن می‌گردند. فیزیک اتمی به بررسی نقل و انتقال‌های الکترون‌های اطراف هسته می‌پردازد و خواص آنها را مورد بررسی قرار می‌دهد. یعنی ما در فیزیک اتمی کاری به این نداریم که هسته از چه تشکیل شده است بلکه هسته برایمان مرکزی با بار مثبت است و بیشتر توجه ما جلب الکترون‌های اطراف هسته می‌شود

 

 از سیاه چاله ها تا بیگ بنگ

 

اینشتین در سال ۱۹۰۵ با مطرح کردن نسبیت خاص باور فیزیکدانان را نسبت به مطلق ها، زمان مطلق و دستگاه مطلق تغییر دهد. وی در سال ۱۹۱۵ با ارائه ی نسبیت عام مفهوم جدیدی در مورد فضا مطرح کرد. در واقع این دو نظریه مکمل یکدیگرند، با نفی دستگاه مرجع مطلق و زمان مطلق، زمینه طرح دیدگاه جدیدی که آن را فضا-زمان نامیدند، فراهم شد

 

 نسبیت خاص برای سرعتهای بالا ( نزدیک به سرعت نور)، مطرح شد. اینشتین نشان داد که پدیده های فیزیکی در سرعتهای بالا رفتار عجیبی دارند. که در سرعتهای پائین هرگز روی نمی دهند. اگر جسمی با سرعت نور حرکت کند، زمان برایش متوقف می شود، طولش به صفر میرسد و جرمش بینهایت میشود

نسبیت عام به حرکتهای شتابدار میپردازد. هرگاه حرکتی شتاب داشته باشد، از محدوده ی نسبیت خاص خارج می گردد و بایستی آن را از دیدگاه نسبیت عام مورد بررسی قرار داد. از نقطه نظر نسبیت عام، شتاب گرانشی نیز یک نوع شتاب است و با شتاب غیر گرانشی هم ارز است. پس مشمول نسبیت عام می شود. اما هرجا در عالم، جرمی باشد، در اطراف آن شتاب گرانشی وجود دارد و از دیدگاه نسبیت عام مشمول قوانین فضا-زمان است. نظریه نسبیت عام نتایج بسیار عجیب، اما قابل اثباتی دارد. طبق نسبیت عام، نور هنگام عبور از اطراف یک جسم مسیری منحنی شکل خواهد داشت. به عبارت دیگر فضای اطراف اجرام، خمیده است که آن را انحنای فضا-زمان می نامند. با افزایش ماده انحنای فضا-زمان بیشتر و بیشتر می شود و چنان در هم می پیچد که هیچ چیز، حتی نور نیز نمی تواند از انحنای فضا-زمان بگریزد

 

نوترینو چیست؟

 

 نوترینو ذره بنیادی خنثایی است که در ضمن واپاشی بتای هسته های اتمی همراه با الکترون یا پوزیترون گسیل می شود. همانند نوترون ، نوترینو نیز بار الکتریکی ندارد. نوترینو با الکترونها عملا اندرکنش نمی کند و باعث یونش قابل توجه محیط نمی شود. نوترینو ذره بنیادی ناپایدار و سبکی می باشد که جرمش در حدود ۲۰۰/۱ جرم الکترون می باشد

 

 

 

  ذرات بنیادی و مدل استاندارد

 

شیمی را می توان با سه ذره بنیادی پروتون، نوترون و الکترون و نیروی الکترومغناطیس فهمید و مباحث مختلف آن را توضیح داد. فیزیک هسته ای را می توان با چهار ذره بنیادی پروتون، نوترون، الکترون و نوترینو-الکترون و نیروهای هسته ای قوی، هسته ای ضعیف و الکترومغناطیس فهمید و تشریح کرد

 

در عین حال باید توجه داشت که مکانیک کوانتوم نظریه ی ساده ای نیست، زیرا رفتار ذرات مانند رفتار اجسام بزرگ نیست. ما برای شناسایی رفتار ذرات در مکانیک کوانتوم، به یک بینش جدید نیاز داریم

پایه بینش برای شکل دادن به پایه بینش خود در مکانیک کوانتوم، باید به خصوصیات اتمها، ملکولها و سایر ذرات زیر اتمی توجه کنیم. این ذرات به سادگی و به سرعت از مکانی به مکان دیگر حرکت می کنند. این امر پایه اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را تشکیل می دهد به طوریکه همواره رابطه زیر بین اندازه حرکت، مکان و ثابت پلانک بر قرار است

 

X .P > or =h

 

 

بحران در اختر فیزیک

 

در دهه ی هفتاد چنین تصور می شد که وحدت نیروها تنها مشکل فیزیک مدرن است. اما مشاهده ی رفتار عدسی گونه ی گرانش در اواخر دهه ی هفتاد، این سئوال اساسی را مطرح کرد که آیا جهان همان گونه است که ما می بینیم؟ هرچند رفتار عدسی گونه ی گرانش با نسبیت عام قابل توجیه است، اما زمینه ی احتیاط را در پذیرش آنچه که ما از کیهان مشاهده می کنیم فراهم کرد. هنوز این ابهام به پاسخ قابل پذیرشی نرسیده بود که در اواخر قرن بیستم مسئله ی شتاب انبساط جهان و انرژی تاریک مطرح شد. ظاهراً بایستی به پارادیم کوهن و نظریه ی انقلابهای علمی وی باور آورد. آیا جهان علم در آستانه ی یک انقلاب است؟

 

 

 

منبع :پدیدا بزرگترین مرجع علمی ایرانیان

ارسال نظر