ارتباط نسبت ها و انرژی

همانطور که در مورد امواج کوانتمی گفتیم اجسامی که نسبت حجم به سطح آنها بیشتر باشد امواج کوانتمی بیشتری از خود گسیل می نمایند و این موضوع در مورد هسته اتم ها نیز صادق است به طوری که تابش اشعه آلفا از هسته اتم های رادیواکتیو با نسبت حجم به سطح هست آنها نسبت عکس دارد به این ترتیب که با کاهش نسبت حجم به سطح در هسته اتم ها گسیل ذرات مادی از آن افزایش یافته و گسیل امواج کوانتمی از آنها کاهش می بابد.

با توجه به این موضوع است که هسته های کروی کمترین امواج آلفا را از خود ساطع می نماید و در عین حال این نوع هسته ها بیشترین امواج کوانتمی را از خود ساطع می نمایند و این موضوع باعث ایجاد اثرات تونل زدن و عبور از سدهای انرژی بالاتر توسط این نوع از هسته ها می شود.

با توجه به این موضوع می توان اجسام را با این دید طبقه بندی نمود که در آن اجسامی که نسبت سطح به حجم آنها بیشتر است و اصطلاحا کروی تر می باشند امواج کوانتمی بالاتری می باشند و می توانند خواص کوانتمی بالاتری از خود داشته باشند و این موضوع سبب شده است که اجسامی که نسبت سطح به حجم کمتری دارند و به شکل هرمی نزدیک تر هستند امواج کوانتمی کمتری از خود ساطع می نمایند و خوص کوانتمی کمتری از خود بروز می دهند.

همبن موضوع باعث برخی از تفاوت های انرژی زایی و دفع انرژی در مورد دو جسم کره و هرم می شود اجسامی مانند هرم کمترین نسبت حجم به سطح را دارند و از خود خواص کوانتمی کمتری را بروز می دهند و برعکس اجسامی که به کره نزدیک تر هستند از خود خواص کوانتمی بالاتری نشان می دهند و می توانند انرژی های کوانتمی بیشتری را از خود ساطع نمایند و بالعکس اجسامی که نسبت حجم به سطح آنها نسبت به شکل کروی کمتر است انرژی های کوانتمی را جذب کرده و انرژی های مادی را از خود ساطع می نماید.

این موضوع سبب می شود که اشکال هرمی درون گرا شده و اجسام کروی برون گرا و این موضوع سبب بروز خواصی از این نوع اجسام می شود که در بخش های بعد به طور مفصل تری می توانیم این موارد را توضیح دهیم.

کوانتم چیست و چگونه به کار برده می شود؟

وقتی برای حرکت ذرات مادی در مکانیک کلاسیک تعاریف مشخصی مطرح شد معادلات مختلفی که نشان می داد ذرات مادی تحت تاثیر نیروهای مختلف چگونه به حرکت خود ادامه می دهند به ذرات نسبت داده شد.

این معادلات در حقیقت معادلات حرکت ذرات بودند و در آنها علاوه بر موقعیت ذرات با توجه به نیروهای اعمال شده بر ذرات می توانستند موقعیت آتی آن را نیز مشخص نمایند و با توجه با آن مکانیک کلاسیک رشد و توسعه زیادی پیدا نمود. اما در موارد متعددی این مکانیک نمی توانست معادله مشخصی برای بسیاری از ذرات به وجود آورد و حرکت آن را به طور دقیق پیش بینی نماید و در این بین هر چه ذرات کوچکتر می شدند معادلات کلاسیکی در توصیف آنها ضعیف تر به نظر می رسیدند. چرا این اتفاق می افتد؟

دلیل آن این است که ذرات کوچک وقتی از کنار ذرات دیگر عبور می نمایند تحت تاثیر یک فضای ایجاد شده در اطراف خود نقاط خاصی را در اطراف خود احساس می نمایند که به آن نقاط نقاط مرزی و ناحیه های مرزی می گویند و با توجه به این نقاط مرزی و نواحی حدی معادلات تنها زمانی کامل می شوند که این موارد مرزی و حدی در داخل توابع آنها در نظر گرفته شوند. برای در نظر گرفتن نواحی حدی باید توابع را کمی اصلاح نمایند و با توجه به این موضوع معادلات جدیدی لازم است که بتواند شرایط جدید را در آن قرار داد و این معادلات جدید را توابع موج می نامند بنابراین توابع موج ذرات در حقیقت همان توابع کلاسیکی است که حرکت ذره را توصیف می نماید ولی با این تفاوت که میم تواند ویژگی های دیگری از جمله ویژگی های حدی و نسبی در حرکت ذرات را در آن قرار داد.

یکی از مثال های ابتدایی در این خصوص مسئله ذره در جعبه می باشد. یک ذره در جعبه حضور دارد و یک معدله دیفرانسیلی می تواند نحوه حرکت ذره را در این جعبه توضیح دهد. حال ما در اطراف ذره دیواره هایی با پتانسیل بینهایت را در نظر می گیریم که با توجه به ان ذره نمی تواند از این دیواره ها عبور نماید. در این جا ما علاوه بر ذره و معادله مخصوص آن یک ناحیه مرزی نیز داریم که مشخص می کند ذره محدود است و نمی تواند در هر جایی حضور داشته باشد. وقتی ما شرایط مرزی و حدی را برای یک امر کلاسیک قائل می شویم در حقیقت با دست خود آن را به محدوده کوانتمی می بریم. به این ترتیب با اتخاذ تدابیری جهت بکار بردن شرایط حدی در معادله کلاسیک ذره در جعبه متوجه می شویم که تاثیرات شرایط مرزی بسیار فراتر از آن چه بود که ما تصور می کردیم و در حقیقت بر روی حرکت جعبه در داخل تاثیرات بسیار عمیقی می گذارد و همچنین همین تاثیرات دارای دامنه هایی است که تاثیراتی را نیز بر روی معادله ذره در خارج از جعبه می گذارد. شرایط مرزی و حدی بر روی یک ذره در جعبه دو تاثیر عمده بر روی حرکت ذره می گذارد که در ادامه این دو تاثیر را توضیح می دهیم :

۱- تاثیر بر حرکت ذره در داخل جعبه : وقتی شرایط مرزی که شامل دیواره هایی با پتانسیل بینهایت است را بر معادله حرکت اعمال می نماییم جواب هایی که به دست می آید قافلگیر کننده است زیرا نشان می دهد که ذره دیگر نمی تواند هر مقدار دلخواه انرژی و اندازه حرکت را داشته باشد که این موضوع با رفتار کلاسیکی ذره مغایرت دارد.

۲- تاثیر بر حرکت ذره در خارج جعبه : با توجه به این که ذره هر مقدار را نمی تواند داشته باشد شکل تابع دستخوش تغییراتی می شود و این تغییرات تا لبه هایی مرز ادامه داشته و با نزدیک شده ذره به دیواره ها با توجه به این که نوع معادلات تغییرات را برمبنای توابع سینوسی مشخصی تعریف می کند و این توابع نیز به نوبه خود احتمال حضور ذره را در نواحی خاصی مشخص نموده است کشیدگی این توابع در نواحی مرزی به سمت بیرون از مرز امتداد داشته و از مرز عبور می نمایند و این موضوع نشان می دهد که با توجه به بینهایت بودن پتانسیل در مرزها ولی ذره توانسته است از دیوار عبور نماید و این موضوع نشان می دهد که توانایی یک ذره محدود اگر چه در اثر محدودیت کاهش یافته و در داخل جعبه نمی تواند همه فضاها را اشغال نماید و احتمال حضور ان در نواحی خاصی بیشتر شده است ولی این توانایی را در ذره به وجود آورده است که می تواند به آسانی از دیواره های بسیار بلند عبور نماید.

این مسئله نشان داد که چگونه محدودیت در یک فضای کلاسیکی می تواند در به وجود آمدن خواص کوانتمی ذرات مفید واقع شود و این موضوع وقتی ذرات کوچک باشند و براحتی بتوان محدودیت هایی را برای انها به وجود آورد شدیدتر و خواص آن براحتی قابل درک می باشد. به این ترتیب کوچک بودن ذرات باعث می شود که براحتی تحت تاثیر فضای به وجود امده توسط ذرات دیگر با محدودیت های حرکتی مواجه شوند و این موضوع باعث به وجود آمدن شرایط کوانتمی برای آنها می شود. ذرات بزرگتر نیز به همین ترتیب دارای عملکرد کوانتمی می باشند ولی به دلیل اینکه در محدوده اندازه گیری های ما پیوسته به نظر می رسند خواص کوانتمی آنها کمتر ملموس است ولس ذرات کوچکتر را می توان براحتی تحت تاثیر اینن تغییرات یافت و با اعمال این شرایط برای انها به خواص کوانتمی آنها پی برد و این خواص خواصی هستند که بهتر می تواند حرکت انها را توضیح دهد.

این محدودیت در یک فضای کوچک مانند اتم نیز به اسانی صورت می گیرد و با توجه به اینکه حرکت ذرات داخل اتم مانند الکترون ها و پروتون ها تحت تاثیر نیروهای یکدیگر صورت می گیرد به آسانی شرایط حدی برای آنها به وجود می آید که این شرایط باعث ایجاد ویژگی های خاصی برای آنها می شود که حرکت انها را در محدوده های خاصی نشان می دهد و در نتیجه خواص کوانتمی برای آنها به وجود می آورد.

در حقیقت ما در فضای واقعی ذره آزاد نداریم زیرا تمام ذرات در محیط اطراف ما تحت تاثیر یکدیگر حرکت می نمایند و نمی توانند تنها با ایجاد نیروی خود حرکت نمایند و اعمال نیرو از طرف ذرات دیگر نیز برای آنها محدوده هایی را به وجود خواهد آورد که این موضوع نشان می دهد قوانین کوانتم در سراسر عالم جاری است و تنها در نقاط بسیار بسیار دور از عالم یک ذره تنها می تواند از قوانین کلاسیک تبعیت نماید . در این بین ذکر این نکته لازم است که با توجه به این که یک ذره تنها برای حرکت نیاز به ایجاد نیرو بر ور خود دارد و ایجاد نیرو برای حرکت آن نیز خود مستلزم برهم زدن شرایط ذره ازاد است ذره ای که نیرو دریافت کند و حرکت نماید دیگر ذره آزاد نیست و مشمول قوانین مکانیک کوانتم می شود.

نیروی جاذبه چگونه عمل می‌کند؟

همانطور که در قبل نیز گفتیم فضای کوانتیده شامل یک بخش مادی و یک بخش غیر مادی است که این دو بخش می‌توانند دارای حجم متغیری باشند و یکی از دلایل تغییر حجم آنها نزدیکی و دوری آنها از محیط مادی است. در نزدیکی هر جرمی بخش مادی این محیط کوانتیده بیشتر است و هر چه از جرم دور می‌شویم بخش غیرمادی آن افزایش نی‌یابد این خاصیت موجب ایجاد یک نیروی کوانتمی در جهت کشش دو جرم به سمت یکدیگر می‌شود. برای درک این موضوع لازم است که فضایی را در ذهن خود مجسم کنید که شبیه صفحه شطرنج است. در این صفحه بخش‌های سیاه بخش‌های غیرمادی است که ماده در آنها نمی‌تواند حضور داشته باشد و بخش‌های سفید بخش‌ها یمادی است که ماده در آنها حضور دارد. حال دو جرم را در این فضا در نظر بگیرید که در اطراف آنها بخش‌های سفید بزرگتر باشند و هر چه از ماده دورتر می‌شویم این حجم کاهش و حجم سیاه افزایش بیابد و همین تصویر را برای جرم دیگر در نظر داشته باشید.با توجه به این که مواد از ذرات بسیار ریز دیگری تشکیل شده است و این مواد در فضای کوانتمی توزیع شده اند. هر جرم با تغییر فضا به سمت جرم دیگر باعث افزایش محیط غیر مادی بر جرم دیگر می‌شود(با افزایش فاصله از جرم فضای کوانتمی غیرمادی افزایش می‌یابد) و اجزا آن را به حرکت در جهت محیط مادی بیشتر یعنی به سمت جرم دیگر تلاش و نیروی جاذبه کلی از مجموع این نیروها به دست می‌آید.

نیروی هسته‌ای چگونه عمل می‌کند؟

همانطور که گفتیم در اطراف محیط مادی و در داخل آن فضای کوانتمی به سمت افزایش فضای مادی پیش می‌رود و از آنجا که ماده در فضای مادی دارای پایداری می‌باشد و از آنجا که هسته دارای یک جرم فشرده شده است در نتیجه فضای غیر مادی از آن خارج شده و در اطراف هسته شکل گرفته است و این فضا باعث استحکام هسته شده است زیرا ماده در فضای مادی به دام افتاده و با فضای غیرمادی نیز از اطراف محافطت می‌شود و نیروی شدیدی را در مرکز این فضا به وجود می‌آورد.

حس ششم و کوانتم

همانطور که در مطلب قبل اشاره کردیم به دلیل کوانتیده بودن فضا ذرات مادی و ذرات غیرمادی می‌توانند در این فضا به جنبش براونی درآمده و با توجه به حجم خود به صورت امواج با فرکانس متفاوت در می‌آیند. در این خصوص اموهکاج مادی از بخش‌هایی شروع به حرکت می‌کند که نسبت فضای غیرمادی به فضای مادی بیشتر باشد و امواج غیرمادی بالعکس از محیطی جدا می‌شوند که نسبت فضای مادی به فضای غیرمادی بیشتر باشد. تفاوت اساسی امواج مادی با امواج غیرمادی دراین است که امواج مادی حداکثر با سرعت c یا سرعت نور حرکت می کنند. ولی امواج غیر مادی با توجه به ویژگی های ذکر شده برای انها می توانند با سرعت c² حرکت کنند که این موضوع سبب تفاوت زمانی زیاد در رسیدن این امواج خواهد گردید.

همانطور که از مکانیسم حرکت امواج مادی و غیرمادی اثبات شد تمامی اجسام دارای تابش زمینه مادی و غیرمادی دارند و این امواج با سرعت c و c²  حرکت نموده و به ما می رسند. امواج مادی به وسیله چشم یا سایر ابزارهای اندازه گیری مرسوم قابل تشخیص و اندازه گیری می باشند ولی امواج غیرمادی را تنها ذهن می تواند تشخیص دهد و دلیل این امر این است که ذهن یک بعد غیرمادی نیز دارد و به این ترتیب مکانیسم های لازم برای دریافت و تشخیص این امواج را دارد.

از آنجا که تمامی مواد دارای تابش زمینه غیرمادی دارند و خواص این موج وابسته به نوع ماده می باشد و ماهیت ماده را مشخص می نماید. بسیار کاملتر از امواج مادی ماهیت ماده را مشخص می نماید. از طرفی سرعت امواج غیرمادی بسیار بیشتر از امواج مادی است و قبل از اینکه ما اتفاق یا حادثه ای را ببینیم امواج زمینه آن در فضا گسترده شده و به ذهن ما می رسند. به عنوان مثال آهنی که از یک ساختمان بلند روی سر شما سقوط می کند در حین سقوط امواج غیرمادی را در فضا منتشر می کند که قبل از دیده شدن آن توسط ما به مغز ما رسیده است این همان حس ششمی است که همواره از آن به عنوان یک حس قوی یاد می شود.