نسبیت و کوانتم۲

از سال ها قبل دانشمندان در حال ارتباط دادن به این دو موضوع مهم در فیزیک نوین بوده اند ولی با توجه به تفاوت های خاص در دو نظریه نتوانستند بین این دو موضوع ارتباط دقیقی ایجاد نمایند و نظریه جهان شمولی را در این ارتباط ارائه دهند. یکی از نظریات مهم در این خصوص که می تواند راه حلی جهت ارتباط این دو موضوع باشد و کلید حل این معما به شمار می رود بحث کوانتمی بودن فضا و زمان می باشد با ایجاد و درک روابط کوانتمی برای فضای کوانتمی و زمان کوانتمی ما بهتر می توانیم به ارتباط این دو موضوع دست یابیم و دلیل آن نیز این است که نظریه ای که بتواند هم نسبیت را در برگیرد و هم کوانتم را توضیح دهد باید از یک جهش در یکی از شاخه ها ایجاد شود و جهش از انرژی های کوانتمی به فضای کوانتمی می تواند کلید حل این معما باشد. در نظریه فضای کوانتمی فضای اطراف ذرات مادی توضیع یکنواختی نداشته و با دور شدن از یک ذره مادی توزیع فضا به صورت پلکانی و کوانتمی متفاوت می شود. با این استدلال ما در محیطی زندگی می نماییم که فضاهای خلا و فضاهای مادی در کنار یکدیگر وجود دارند و نیروهای به وجود آمده مانند نیروی الکترومغناطیس - جاذبه - هسته ای ضعیف و قوی را می توان با وجود فضاهای کوانتمی مادی و خلا در کنار یکدیگر توضیح داد و از این طریق ما به طور اتوماتیک به نظریه نسبیت دست خواهیم یافت. با توجه یه همین موضوع است که دانشمندان به این نتیجه رسیده اند که همان نیرویی که باعث حرکت سیارات و ستاره ها در فضا می شوند باعث حرکت فوتون ها نیز می شوند و ماهیت حرکت یکی بوده و از فضایی که ما را در برگرفته و در آن قوطه ور هستیم ناشی شده است.در یک فضای کوانتمی ما عناصر فضا را به صورت حقیقی و مجازی در کنار یکدیگر در نظر می گیریم و با نام فضای خلا و فضای مادی می شناسیم سپس حرکت را ناشی از چگالی فضای مادی و غیر مادی در نظر می گیریم و با افزایش نسبت فضای مادی به فضای خلا در یک ذره مادی میم توانیم حرکت و جهت حرکت را در یک سیستم توضیح دهیم. به عنوان مثال یکی از نقص های موجود در نظریات نسبیت و کوانتم عدم توضیح دقیق در مورد جهت حرکت می باشد. چرا نیروی جاذبه همیشه باعث کشیده شدن دو جسم به سور همدیگر می شود و چرا دو بار همنام یکدیگر را دفع می نمایند در هر دو این اتفاقات جهت حرکت عامل بسیار مهمی است که کمتر به آن توجه شده است و نظریات جدید باید هدف خود را بر روی موضوع جهت حرکت استوار نمایند نه خود حرکت . همچنین با توجه به این که جهت حرکت اهمیت بسیار بیشتری نسبت به خود حرکت پیدا می نماید باید تغییرات زیادی را در فرمول بندی که بر اساس ماهیت حرکت استوار بود ایجاد شود.با توجه به همین موضوع است که ماهیت بسیاری از نیروها متفاوت ارزیابی خواهد شد به عنوان مثال نیرویی که باعث کشیده شدن دو ذره به سمت یکدیگر می شوند دیگر به این شکل قابل بررسی نمی باشد بلکه باید گفت فضای کوانتمی در اطراف ذرات مورد نظر طوری است که جهت حرکت این ذرات به سمت یکدیگر می باشد. ممکن است فضا به گونه ای باشد که نیروی عمده از پشت اجسام اعمال شود بنابراین نمی توانیم در مورد نیروی جاذبه بگوییم دو ذره به سمت هم کشیده می شوند ممکن است دو ذره از پشت به سمت یکدیگر هل داده شوند. این موضوع بستگی به ماهیت فضای کوانتمی در اطراف ذرات بستگی خواهد داشت.

گرانش کوانتمی بر مبنای نظریه ابر ریسمان

گرانش کوانتومی(مختصری بر نظریه تار یا ابر ریسمان)

در ابتدای قرن بیستم دو نظریه ی مهم در فیزیک پایه گذاری شد، مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت. بر خلاف موفقیت های فراوانی که هر کدام از این نظریه ها به طور جداگانه بدست آوردند، با یکدیگر ناسازگار به نظر می رسیدند. این تناقض در قلب فیزیک نظری همچنان یکی از جنجالی ترین مطالب علم است.

نسبیت و کوانتم

مقدمه

نظریه نسبیت عام اینشتین نظریه‌ای در باره جرم‌های آسمانی بزرگ مثل ستارگان، سیارات و کهکشان‌هاست که برای توضیح گرانش در این سطوح بسیار خوب است
مکانیک کوانتومی نظریه‌ای است که نیروهای طبیعت را مانند پیام‌هایی می‌داند که بین فرمیون‌ها (ذرات ماده) رد و بدل می‌شوند. مکانیک کوانتومی در توضیح اشیاء، در سطوح بسیار ریز خیلی موفق بوده بوده است
 

هاوکینگ می گوید " یک راه برای ترکیب این دو نظریه بزرگ قرن بیستم در یک نظریه واحد آن است که گرانش را همانطور که در مورد نیروهای دیگر با موفقیت به آن عمل می‌کنیم، مانند پیام ذرات در نظر بگیریم. یک راه دیگر بازنگری نظریه نسبیت عام اینشتین در پرتو نظریه عدم قطعیت است

 

با آنکه نسبیت و مکانیک کوانوتم هر دو با در توجیه پدیده های حوزه ی خود، از توانایی خوبی برخوردارند، اما تسری برخی مفاهیم از مکانیک کلاسیک به فیزیک مدرن مانع از ترکیب این دو نظریه بزرگ هستند. بهمین دلیل نظریه سی. پی. اچ. تصریح می کند که  مکانیک کلاسیک، مکانیک کوانتوم و نسبیت را بایستی تواما و همزمان مورد بررسی مجدد قرار داد. علاوه بر آن چنین بررسی مجددی تا زمانیکه نظریه هیگز نیز مورد توجه قرار نگیرد راه به جایی نخواهد برد. بهمین دلیل باید از مشکلات مکانیک کلاسیک شروع کنیم و ببینیم که آیا این مشکلات در نسبیت و مکانیک کوانتوم بر طرف شده یا نه؟

تبادل انرژی در کوانتم

تعریف : موج الکترومغناطیس تولید شده توسط یک لایه یا یک زیر لایه از یک اتم ( تراز انرژی ) ، فقط قابل جذب توسط همان لایه یا زیر لایه از اتم دیگر است . به بیان دیگر موج الکترومغناطیس تولید شده توسط یک لایه یا یک زیر لایه از یک اتم ، فقط در همان لایه یا زیر لایه از اتم دیگر القا یا شارژ میشود . به طور مثال همانطور که می‌دانیم تمامی وسایل مخابراتی که برای انتقال صوت ، تصویر ، اطلاعات و ... از امواج الکترومغناطیسی بهره می‌جویند برای عمل کرد خود یک محدوده فرکانس مشخص و تعریف شده استاندارد و بین‌المللی دارند که نمی‌توانند و نباید وارد محدوده فرکانسهای دیگر شوند . به طور مثال امواج برنامه‌های رادیو و تلویزیون ، بی سیم پلیس و ادارات ، نیروهای نظامی ، شرکتهای خصوصی ، موبایل ، ماهواره ، رادیو آماتورها و ......... هر کدام برای خود محدوده و پهنای باند دارند که ورود به حریم دیگران تخلف فرکانسی محسوب میشود و به تاثیرات آن پارازیت گفته میشود . اما هر دستگاه مخابراتی در نهایت یک محدودیت سخت افزاری برای استفاده از کل فرکانسها و هر فرکانس یک محدودیت فیزیکی برای کاربرد دارد . در واقع در اتم‌ها هم اینگونه است ، یک لایه یا یک زیر لایه نمی‌تواند امواج گسیل شده توسط لایه‌ها یا زیر لایه‌های نا همسان از اتم دیگری را جذب کند . به شکل زیر دقت کنید .








همانطور که از شکل فوق برمی‌آید تبادل انرژی فقط در لایه‌ها و زیر لایه‌های همسان و مشابه مجاز و عملی است .

زمان و گرانش

ا اندازه‌گیری تفاوت بسیار اندک دو ساعت کوانتومی با فاصله 0.1 میلی‌متر از یکدیگر، مشخص شد پیش‌بینی نظریه نسبیت عام درمورد کند شدن زمان در اثر میدان گرانشی، درست‌تر از آنی است که پیش از این تصور می‌شد.