َنرم افزارهای تخصصی مهندسی اپتیک و لیزر

 

در دنیای امروز دسترسی به آخرین منابع اطلاعاتی و دانش روز یکی از اجزاء جدایی

 

ناپذیر پیشرفت گردیده است. از این رو در حوزه مهندسی اپتیک و لیزر پس از 5 سال

 

گرداوری و تدوین مجموعه ای عظیم از کتاب ها، نرم افزارهای تخصصی Orginal،

 

مجلات و مقالات تخصصی در حوزه فوتونیک (مهندسی اپتیک و لیزر)، این افتخار را

 

داریم که بزرگترین و کاملترین مجموعه اطلاعات و مدارک علمی را در اختیار داشته، و

 

آن را تقدیم شما عزیزان نمائیم. در این راستا یکی از مهترین آرمان های ما، توسعه،

 

گسترش و به روز رسانی این مجموعه بزرگ است.

شما می توانید در این مجموعه از آخرین کتاب های تخصصی چاپ شده ( بیش از 500

 عنوان کتاب به صورت طبقه بندی شده) از معتبرترین ناشران بین المللی مانند CRC، John Wiley

 

، Elsevier، McGraw-Hill و... در حوزه اپتیک، لیزر و فوتونیک، مجلات و ژورنال های

 

تخصصی چاپ شده، فیلم های آموزشی (ده ها ساعت فیلم آموزشی و کاربردی)

 

مرتبط با اپتیک، لیزر، فوتونیک، فیبر نوری و ....بهره مند گردید. مجموعه فوق شامل

 

بیش از 17 گیگا بایت اطلاعات و مدارک تخصصی می باشد که ماهانه به روز رسانی

 

می گردد.

شما می توانید نام مجلات و نرم افزارهای موجود را در این مجموعه عظیم و بی

 

نظیر را در زیر مشاهده نمائید. همچنین نام کتاب های موجود در ایم مجموعه در فایل

 

پیوست آمده است.

قابل ذکر است که ما در این مجموعه قادریم تا کتاب ها، مقالات و نرم افزارهای

 

تخصصی شما را در کمترین زمان و با بالاترین کیفیت تهیه نمائیم.

 

 

 

لیست نرم افزارهای تخصصی موجود در این مجموعه :
1. Zemax 2003, 2005, 2007

2. Oslo v 6.2 , 6.4

3. TracePro v3.37

4. OptiFDTD v4.0

5. ASAP 7.5

6. LensView 2001

7. CodeV v9.5

8. AutoOptic

9. QuickFringe 2.5

نام مجلات و ژورنال های موجود :

مجلات زیر به صورت PDF بوده و شماره های سال های 2005 تا 2008 آن موجود

 

است. این مجلات هر ماهه به روز می شوند.
1. Industrial Laser Solution for Manufacturing

2. Vision Systems Design

3. Optics & Laser Europe
4. Lightwave

5. Solid State Technology
6. Laser Focus World

 
7. Compound Semiconductor Magazine

ذرات بنیادی

 

جهان ، بزرگ‌ترین مجموعه ممکن است که از ذرات بنیادی شکل یافته است. این ذرات توسط نیروهای گرانشی ، الکترومغناطیسی و هسته‌ای به هم پیوند یافته‌اند. سلسله مراتب ساختمانی آن در فضا ( از هسته‌های اتم گرفته تا ابر کهکشانها) و سیر تکاملی آن (از گوی آتشین تا اشکال کنونی) توسط ویژگیهای ذرات بنیادی و برهمکنش آنها اداره می‌شود. بنابراین ، تشریح ساختمان جهان و تکامل آن بر اساس خواص و برهمکنش ذرات بنیادی صورت می‌گیرد.

ماده جهان از ذرات بنیادی تشکیل شده است. اجسام ، بدن انسان ، ستارگان و ... سیستم‌هایی متشکل از ذرات بنیادی هستند که از نظر تعداد و نحوه جفت و جور شدن با هم تفاوت دارند. بنابراین ، وجود ذرات بنیادی باید در تمام پدیده‌های جهان ملموس باشد. فیزیک ذرات بنیادی درک عمیقتر و دید بالایی را در مورد ساختمان و تکامل اجسام منفرد مانند اتم‌ها ، مولکول‌ها ، بلورها ، صخره‌ها ، سیارات ، ستارگان ، منظومه‌های ستاره‌ای و کل جهان ارائه می‌دهد. برای همین مطالعه ذرات بنیادی برای فیزیک معاصر و بخصوص اختر فیزیک و کیهان شناسی اهمیت اساسی دارد.

خواص ذرات بنیادی

• ذرات بنیادی دیده نمی‌شوند.

جرم ذرات بنیادی بسیار کوچک است ، از اینرو آنها را می‌توان تا سرعت بالایی رساند. مانند فوتونها که بدون جرم بوده و بالاترین سرعت ممکن «سرعت نور) را دارا هستند. سبکترین ذره با جرم غیر صفر الکترون است با جرمی در حدودme = 9x10-28 gr اغلب به عنوان واحدی برای سنجش جرم سایر ذرات به کار می‌برند. جرم پروتون برابر mp=1836me و جرم نوترون mn=1838.6me می‌باشد.

انرژی ذرات بنیادی

انرژی به سبب تغییرپذیری زیادش بر کل جهان حاکم است که ساختمان فضایی ، تکامل زمانی تمام سیستم‌ها از ذرات بنیادی گرفته تا خوشه‌های کهکشانی را تعیین می‌کند. این تنوع انرژی به چند برهمکنش معدود بین ذرات بنیادی می‌تواند تقلیل یابد]

ذرات سنگین ، باریون نام دارند. چنانچه باریونها به حال خود رها شوند ، متلاشی می‌گردند. تنها باریون پایدار پروتون است. در تمام فرایندهای مشاهده شده ، تعداد باریونها همواره بقا دارد «قانون بقای باریون ΔN=0).قانون بقای باریون پایداری پروتونها را بیان می‌کند ، باریونی سبکتر از پروتون وجود ندارد. آزمایشات نشان داده‌اند که مدت زمانی که طول می‌کشد تا پروتون تلاشی یابد طولانی تراز 1022 سال ، یعنی <1012 بار طولانی تر از عمر جهان باشد. عدد بار یونی را با N نشان می‌دهند که برای باریونها (پروتون ، نوترون ، هیپرونها) N=+1 ، برای پاد باریونها N=-1 برای سایر ذرات مزونها ، لپتونها) N=0 ، برای هسته‌ها N>+1 ( N برابرعدد جرمی A است) و برای پاد هسته‌ها N<-1(Nبرابر –A است) می‌باشد.

عدد لپتونی

فرمیونهای سبک همان لپتونها هستند که عدد لپتونی را با L نشان می‌دهند. برای لیپون‌ها «الکترون ، موئون ، نوترینو) این عدد برابر L=+1 ، برای غیر لیپونها (باریونها ، بوزونها) این عدد برابر L=0 و برای پالیتونها «پوزیترون ، موئون مثبت ، پادنوترینو) این عدد برابر L=-1 می‌باشدو قانون بقای لیپتون بصورت ΔL=0 می‌باشد. یعنی مجموع تمام لیپتونها قبل و بعد از واکنش مقدار ثابتی دارند.

ایزواسپین

برهمکنش قوی نوکلئون‌ها در هسته ، به بار الکتریکی بستگی ندارد. اندرکنش‌های N-P ، N-N ، P-P ، همگی شبیه هم هستند و تفاوت چندانی بین نکلئونهای باردار و خنثی وجود ندارد. که اختلاف آنها به وسطه ایزواسپین بیان می‌شود.

 

 

زوجیت

زوجیت یکی از ویژگیهای اساسی ذرات بنیادی است که متناظر با انعکاس آینه‌ای مختصات فضایی است. این ویژگی ، یک خاصیت تقارنی تابع موج است. زوجیت ممکن است مثبت یا منفی باشد بر حسب آنکه تابع موج در اثر انعکاس فضایی ، زوج یا فرد باشد. زوجیت در بر همکنش‌های قوی و الکترومغناطیسی بقا دارد. اما در برهمکنش‌های ضعیف نقض می‌شود.

ذرات بنیادی واحدهای اساسی برای ساختمان جهان می‌باشند و بر اساس جرم در حال سکونشان به بار یونها (ذرات سنگین) ، لپتونها (ذرات سبک) و مزونها (ذرات میان وزن) طبقه بندی می‌شوند.

 

• بیشتر ذرات بنیادی و احتمال تمام آنها می‌توانند در نتیجه تبدیل انرژی به ماده به وجود آیند حداقل انرژی لازم برای تولید گروهی از ذرات از معادله انرژی انیشتین بدست می‌آید.
• در چگالی‌های زیاد ذرات ناپایدار «نوترون ، هیپرونها ، مزونها) پایدار می‌شوند. و نیز ذرات پایدار «الکترون و پروتون) می‌توانند در اثر برخوردهای متقابل با ذرات خود نابود شوند.
• چنانچه واحدهای اساسی پایدار (ذرات بنیادی پایدار) ، دارای وجود تضمین شده‌ای نباشند، هیچ چیز در جهان مادی وجود تضمین شده‌ای نخواهد داشت.

اتم اگزاتیک

اتم اگزاتیک (به انگلیسی: Exotic Atom)به اتمی که به جای ذرات بنیادی که اتم‌ها را می سازند ذرات دیگری بسازد مثلا به جای الکترون ٬پوزیترون باشد که به این نوع اتم می‌گویند اتم اگزاتیک (به معنای عجیب) و به اتم می‌گویند پوزیترونیوم

نیمه عمر

آنها اغلبا نیمه عمر بسیار پایینی دارند اما به اندازه‌ای نیمه عمر دارند که در طیف‌های اتمی معلوم شوند پوزیترونیوم که هم در الکترودینامیک کوانتمی کاربرد دارد و هم در مدل کوارکونیوم.

ذره اپسیلون

ذره اپسیلون یکی از ذرات بدون طعم است جزء مزون‌ها دسته‌بندی می‌شود که از یک کوارک مفتون و یک پاد کوارک تَه ساخته شده‌است و در سال ۱۹۷۷ توسط لئو لدرمن در آزمایشگاه فرمی کشف شد نیمه عمر این ذره 1.21x10^-20 ثانیه و جرمش حدود ۱۰ گیگا الکترون ولت است.

. باریون دلتا

 

باریون دلتا یک باریون با جرم ۱.۲۳۲ MeV/c² است و از کوارک‌های بالا و پایین ترکیب شده‌است و اسپینش 3/2 است و پاریته‌اش مثبت.

واپاشی

باریون دلتا به یک جرم هسته‌ای و یم پیون واپاشی می‌شود اما می‌تواندDelta;⁺ به پروتون و یک فوتون و Δ⁰ یا نوترون و یک فوتون واپاشی شود.

مشخصات

ذره	نماد	Makeup	جرم سکون MeV/c^2	S	C	B	نیمه‌عمر s	واپاشی به
Delta	Δ^++	uuu	1232	0	0	0	6×10^-24	π^+ + p
Delta	Δ^+	uud	1232	0	0	0	6×10^-24	π^+ + n یا π^0 + p
Delta	Δ^0	udd	1232	0	0	0	6×10^-24	π^0 + n یا π^– + p
Delta	Δ^–	ddd	1232	0	0	0	6×10^-24

بوزون

مدل استاندارد ذرات بنیادی , به همراه بوزون ها در ستون آخر جدول

 

در فیزیک ذرات بوزون‌ها ذرات زیر اتمی هستند که از آمار بوز-آلبرت اینشتین تبعیت میکنند.بوزون‌ها بر اساس نام ساتیندرا بوز و آلبرت اینشتین نام گذاری شده اند .در مقابل انها فرمیون‌ها هستند که از امار فرمی-دیراک تبعیت میکنند. چندین بوزون میتوانند حالت کوانتومی مشابهی را اشغال کنند ,بنا براین بوزون هایی با انرژی یکسان میتوانند مکان مشابهی را در فضا اشغال نمایند. بنابراین بوزون‌ها اغلب ذراتی هستند که حاملین نیرو هستند در حالیکه فرمیون‌ها معمولاً بخش اصلی ماده می باشند .

بوزون‌ها ممکن است ساده و مقدماتی باشند مثل فوتون ها یا مرکب باشند مثل مزون ها . همهٔ بوزون ها دارای اسپین صحیح هستند ؛بر خلاف فرمیون ها که دارای اسپین نیمه صحیح هستند .این مطابق است با قضیه اسپین-آمار که به این صورت بیان میشود :در تئوری میدان کوانتوم نسبیتی ذرات با اسپین صحیح بوزون هستند و ذرات با اسپین نیمه صحیح فرمیون هستند. بیشتر بوزون‌ها ذرات مرکب هستند. در مدل استاندارد 5 بوزون وجود دارد که مقدماتی هستند :

بوزون هیگز

 

بوزون هیگز
ترکیب:	ذرات بنیادی اولیه
خانواده:	بوزون
وضعیت:	تئوری
استدلال:	۱۹۶۴
اسپین:	0

بوزون هیگز (به انگلیسی: Higgs boson) یا سازوکار BEH، یک ذره بنیادی اولیه فرضی دارای جرم است که وجود آن توسط مدل استاندارد فیزیک ذرات پیش‌بینی شده است. این بوزون، تنها ذرهٔ مدل استاندارد است که هنوز به صورت تجربی مشاهده نشده است. مشاهده تجربی این ذره ممکن است بتواند درباره چگونگی جرم‌دار شدن ماده توسط ذرات بنیادی بدون جرم دیگر، توضیح دهد. به طور خاص، بوزون هیگز، احتمالاً می‌تواند دلایلی برای تفاوت‌های بین فوتون که بدون جرم است و بوزون‌های W و Z که نسبتاً پرجرم هستند، ارائه کند. جرم ذرات بنیادی، تفاوت‌های بین الکترومغناطیس (که توسط فوتون‌ها ایجاد می‌شود) و نیروی هسته‌ای ضعیف (که توسط بوزون‌های W و Z ایجاد می‌شود) در ساختار میکروسکوپیک (و به‌طبع ماکروسکوپیک) ماده مؤثر هستند؛ بنابراین، بوزون هیگز -در صورت وجود- یک مؤلفه بسیار مهم در دنیای ماده است.

تا کنون، هیچ آزمایشی بوزون هیگز را تشخیص نداده است؛ برخورددهنده بزرگ هادرون (LHC) در سرن (CERN) که در ۱۰ سپتامبر ۲۰۰۸ راه‌اندازی شد، قرار است شواهد تجربی کافی برای وجود یا عدم وجود این ذره ارائه کند.^[۱]

 

 

ذره آبشار

ذره آبشار یکی از باریون‌های معروف است.که نمادش Ξ^-_b است.و در ۱۲ ژوئیه٬۲۰۰۷ کشف شد ساختارش از هر سه گروه کوارکها تشکیل شده‌است که اغلباْ کوارک پایینبه همراهکوارک شگفتوکوارک ته است جرمش 5.774±0.019 GeV/c² است

ذره امگا

در فیزیک ذرات بنیادی ذره امگا (Ω⁻)به ذره‌ای گفته می‌شود که از سه کوارک شگفت ساخته شده‌باشد(گاهی اوقات به جای یکی از سه کوارک٬ کوارک مفتونقرار می‌گیرد) جزو گروه باریون‌ها دسته بندی می‌گرددو با نیروی ضعیف برهم کنش دارد^[۱]

امگا
ذره	نماد	ساختار	جرم سکون MeV/c^2	S	C	B	نیمه عمر s	واپاشی به
امگا	Ω^-	sss	1672	-3	0	0	8.2×10^-11	Λ^0 + K^- یا Ξ^0 + π^-
امگا مفتون	Ω^0c	ssc	2698	-2	+1	0	7×10^-14

ذره خی

در فیزیک ذرات بنیادی Ξ (Xi) خی یا فی به دسته از باریون‌ها گفته می‌شود که از یک کوارک بالا یا پایین و دو کوارک سنگین‌تر تشکیل شده باشند و نیمه عمر چنین ذراتی بسیار پایین است این ذرات در سال ۱۹۶۴ در آزمایشگاه بروکهاون توسط برتون ریشتر کشف شدند.

مشخصات

Xi particle
ذره	نماد	ساختار	جرم سکون MeV/c^2	S	C	B	نیمه عمر s	واپاشی اصلی
Xi	Ξ^0	uss	1315	-2	0	0	2.9×10^-10	Λ^0 + π^0
Xi	Ξ^-	dss	1321	-2	0	0	1.6×10^-10	Λ^0 + π^-
charmed Xi	Ξ^+c	usc	2466	-1	+1	0	4.4×10^-13
charmed Xi	Ξ^0c	dsc	2472	-1	+1	0	1.1×10^-13
bottom Xi	Ξ^0b	usb		-1	0	-1
bottom Xi	Ξ^-b^[۱][۲][۳][۴]	dsb	5792±3	-1	0	-1	1.4×10^-12	J/Ψ + Ξ^- (seen

 

 

شمارشگر گایگر

یک شمارشگر گایگر

شمارشگر گایگر یا شمارشگر گایگر مولر (به انگلیسی: Geiger-Müller counter) یک نوع شمارشگر ذرات بنیادی می‌باشد که توانایی شناسایی ذرات باردار را دارد. شمارشگر گایگر یک نوع شمارشگر گازی است.^[۱]

از این نوع شمارشگرها معمولاً برای سنجش آلودگیهای رادیواکتیو (field surveys) نیز استفاده می‌کنند.

عدد باریونی

در ذرات بنیادی عدد باریونی(به انگلیسی: Baryon number) عددی کوانتمی است که برای باریون‌ها برابر ۱ برای پادباریون‌ها برابر -۱ و برای بقیه عناصر صفر است و این مقدار باید در هر برهمکنش کوانتمی پایسته بماند.

عدد باریونی موجب می‌شود تا پروتون پایدار شود اما نظریه وحدت بزرگ پایستگی عدد باریونی در واپاشی‌ها الزامی نمی‌داند به همین دلیل پروتون نیز واپاشی می‌کند

عدد لپتونی

در فیزیک انرژی بالا, عدد لپتونی(به انگلیسی: lepton number)عددی است که برای ذرات بنیادی تعریف شده و برای لپتون‌ها یک،برای پادلپتون‌ها -۱ و برای بقیه ذرات صفر است.این مقدار باید در هر واپاشی یا واکنش بین دو طرفین ثابت بماند

در حقیقت عدد لپتونی موجب تمایز بین نوترینو و پادنوترینو است.

 

 

                                                                                         

فرمیون

مدل استاندارد ذرات بنیادی , به همراه فرمیون‌ها در سه ستون اول جدول

نامیده شده به اسم فیزیکدان ایتالیایی انریکو فرمی،به ذرات بنیادی با اسپین نیمه گفته می‌شود. اصولا همه ذره‌های اساسی در مکانیک کوانتومی، یا از فرمیون‌ها یا از بوزون‌ها هستند. الکترون‌ها، لپتون‌ها، نیتریون‌ها و حتی کوارک‌ها همگی فرمیون می‌باشند. به این ترتیب، ذرات تشکیل‌شده از تعداد فردی از فرمیون‌ها نیز، جزو فرمیون‌ها می‌شوند.

در فیزیک ذرات , فرمیون‌ها ذراتی هستند که ازآمار فرمی–دیراک, تبعیت می‌کنند که بر اساس نام انریکو فرمی نام گذاری شده‌است . در مقابل آنها ,بوزونها از آمار بوز – اینشتین پیروی می‌کنند .

در یک لحظهٔ معین ,تنها یک فرمیون می‌تواند, یک حالت کوانتومی را اشغال کند که این بیان اصل طرد پاولی است . بدین معنی که اگر بیش از یک فرمیون فضای مشابهی را در فضا اشغال کنند , مشخصهٔ هر فرمیون ( برای مثال اسپین ) ,باید از دیگری متفاوت باشد . فرمیون‌ها معمولا" بخش اصلی ماده هستند و بوزون‌ها ذرات حامل نیرو هستند . به هر جهت تمایز بین دو مفهوم در فیزیک کوانتومی نامشخص است .

فرمیون‌ها می‌توانند ذرات بنیادی باشند مانند الکترون یا ترکیبی باشند مثل پروتون . همهٔ فرمیون‌های مشاهده شده , دارای اسپین نیمه صحیح هستند برخلاف بوزون‌ها که اسپین صحیح دارند . در قضیه اسپین - آمار ، نشان داده می‌شود که یک تابع موج , با تعویض جای دو فرمیون همسان،منفی می‌شود. البته در سیستم‌های بوزونی، با جابه جایی دو بوزون، تابع موج هیچ تغییری نمی‌کند. در مدل استاندارد , دو گونه فرمیون بنیادی وجود دارد : کوارک‌ها و لپتون‌ها . در کل ۲۴ فرمیون متفاوت وجود دارد : ۶ کوارک و ۶ لپتون , که هر کدام با پاد ذرهٔ متناظرش همراه است.

• ۱۲ کوارک :
• ۶ ذره (u • d • s • c • b • t ) به همراه ۶ پاد ذرهٔ متناظر (u • d • s • c • b • t )
• ۱۲ لپتون :
• ۶ ذره (e− • μ− • τ− • νe • νμ • ντ ) به همراه ۶ پاد ذرهٔ متناظر (e+ • μ+ • τ+ • νe • νμ • ντ)

فرمیون‌های مرکب , مانند پروتون‌ها و نوترون‌ها , بخش اساسی و ضروری ماده‌اند . فعل و انفعالات داخلی ضعیف فرمیون‌ها , می‌تواند همچنین رفتار بوزونی نشان دهد , مثلا" در ابر رسانایی .

 

لپتون تاو

لپتون تاو
ترکیب:	ذرات بنیادی اولیه
خانواده:	فرمیون
گروه:	لپتون
رده:	سوم
برهم‌کنش:	گرانش٬الکترومغناطیس نیروی ضعیف
پاد ذره بنیادی:	پادتاو
نماد:
جرم:	1776.99±0.29 MeV/c^2
بار الکتریکی:	−1 e
بار رنگ:	ندارد
اسپین:	½

لپتون تاو( )یکی از لپتون‌های رده سوم می‌باشد که بر گرانش٬الکترومغناطیس و نیروی ضعیف اثر می‌کند جرمش 1776.99 مگاالکترون‌ولت بر مجذور سرعت نور است.

واپاشی

• در 17.84% از واپاشی تاو به تولید تاو نوترینو٬الکترون نوترینو و الکترون می انجامد.
• در 17.36% موادر از واپاشی تاو به تولید میون٬تاو نوترینو و میون نوترینو می انجامد.
• در بقیه موارد به به بوزون w واپاشی می‌شود.

مزون

مزون به معنی میانه توسط دانشمندی ژاپنی به نام هیدکی یوکاوا پیشنهاد گردید زیرا نیروی کولنی در هسته باید از کنار هم قرار گرفتن پروتون جلوگیری می‌کرد این نظریه اعلام می‌کند که در هسته و توسط نوترون‌ها ذراتی به نام مزون وجود دارد و این نیرو که اکنون نیروی قوی نامیده می‌شود از واپاشی هسته جلوگیری می‌کند ابتدا نظر بر مزون مو بود(میون) که بعدها مشخص شد پیون است پیون ذره‌ای با اسپین صفر است که از هر طرف به آن نگاه کنیم به یک شکل به نظر می‌رسد مزون‌ها اکنون دسته‌ای از ذرات بنیادی را تشکیل می‌دهند که در تعریف چنین نامیده شده اند((ذراتی که دو کوارک سازنده‌ای آن است

 

پادذره

ا

ذرات بنیادی، اصولا به دو صورت ذره و پادذره در جهان وجود دارند. پادذره‌ها جرم و حتی اسپین برابر با ذره دارند ولی بار الکتریکی آنها متفاوت است. به عنوان مثال پوزیترون پادذره الکترون است که جرمش برابر جرم الکترون ولی بارش مثبت است. پادذره‌ها و پادماده‌ها به ما در فهمیدن اینکه جهان پس از مهبانگ چگونه شکل گرفت کمک می‌کنند. به این نکته توجه شود، چون ذره و پادذره بار مخالفی دارند، حتماً نباید پادذرات بدون بار (یا خنثی) خود همان ذرات باشند. مثلا

نوترون که بدون بار الکتریکی است از سه کوارک تشکیل شده است ولی پادنوترون هم متقابلا از سه پادکوارک ساخته شده است. با این وجود بعضی از پادذرات بدون بار خود همان ذرات هستند. برای نمونه پادذره فوتون (یا پادفوتون) خود همان فوتون است.

پادپروتون

 

شکل یک شتابدهنده پاد پروتون

پاد پروتون نام یک گونه از ذرات بنیادی است. این ذرات ثابت هستند اما در برخورد با ماده سریعا متلاشی میشوند، و در نتیجه عمر بسیار کوتاهی دارند.

پرتو کیهانی

پرتوهای کیهانی ذراتی هستند که در فضای خارج از زمین تولید شده و به جو زمین برخورد می‌کنند. این امواج در عبور از جو زمین و برخورد با ذرات اتمسفر به ذرات مختلفی مانند مزون‌ها و پوزیترون‌ها تبدیل می‌شوند.

تاریخچه

در سال ۱۹۱۲ ویکتور هس فیزیکدان اتریشی به دنبال حل معمای کم شدن بار اجسام باردار الکتروسکوپ‌هایی را در نقاط مختلف زمین نصب کرد و از تغییر میزان شدت کاهش بار نتیجه گرفت منشا پرتوهای باردار خارج از زمین است .در سال ۱۹۲۶ رابرت میلیکان به آن نام پرتو کیهانی را داد و به ویکتور هس به کشف پرتوهای کیهانی در سال ۱۹۳۶ جایزه نوبل فیزیک رسید. ^[۱]

ذرات ورودی

ذرات اولیه که به جو زمین وارد می‌شوند شامل ۹۲.۹ درصد پروتون،۶.۳ درصد هسته هلیوم(ذره آلفا)،۰.۱۳ درصد هسته عناصر لیتیوم،برلیوم و بور ۰.۴ درصد هسته عناصر کربن،نیتروژن،اکسیژن و فلوئور ۰.۱۸ هسته عناصر سنگین و ۰.۰۵ هسته عناصر بسیار سنگین است.^[۲]

منابع ذرات

منابع این ذرات به ترتیب انرژی(از انرزی کمتر به بیشتر) عبارتند از:ستاره نوترونی،کوتوله سفید ،لکه‌های خورشیدی،هسته‌های فعال کهکشانی،فضای میان‌سیاره‌ای،باقیمانده ابرنواختر،دیسک کهکشان،هاله کهکشان،خوشه‌های کهکشانی^[۱]

با این حال هنوز بخش‌های زیادی از منابع پرتوهای کیهانی ناشناخته مانده‌است.^[۳]

ورود ذرات به زمین

یک طرح‌واره از مقیاسی کوچک برای واپاشی ذرات پرتو کیهانی

ذرات پس از نزدیک شدن به زمین به علت وجود مغناطوکره دور زمنی در شعاعی خاص می‌چرخند ^[۴] و پس از برخورد با جو واپاشی می‌کنند و ذرات واپاشی شده خود نیز در مسیر خود به سوی زمین واپاشی می‌کنند و به همین منوال ادامه پیدا می‌کنند تا به سطح زمین برسند و تعداد ذرات به زمین رسیده نسبت مستقیم با انرژی ذره اولیه دارد به مجموعه ذرات به زمین رسیده آبشار می‌گویند و در صورت بزرگ بودن این انرژی(در محدوده UHECR و بالاتر) به آن بهمن گسترده هوایی^[۵](EAS) می‌گویند.

رصدخانه‌ها

برای رصد پرتوهای کیهانی از آشکارسازهای ذرات مانند آشکارساز چرنکوف و آشکارساز فلوئورسنس استفاده می‌شود.^[۷]

معروف‌ترین رصدخانه‌های پرتو کیهانی عبارتند از:

• رصدخانه پیر اوجر:در مندوزا ،آرژانتین قرار دارد و محیطی بالغ بر ۳٬۰۰ کیلومتر مربع را برای آشکارسازی بهمن‌های گسترده هوایی پوشش می‌دهد.و اکثر فعالیت این بخش روی پرتوهای کیهانی با انرزی بسیار زیاد(UHECR) است.^[۱]
• رصدخانه آگاسا:در آکنو ،ژاپن که از سال ۱۹۹۳ تا ۲۰۰۴ فعال بود^[۱]
• رصدخانه های‌رس:در داگ‌وی یوتا ،آمریکا قرار دارد.^[۱]
• رصدخانه آماندا:در قطب جنوب برای آشکارسازی نوترینوها به کار می‌رود^[۸] ولی از آن برای تحلیل اطلاعات دیگر پرتوهای کیهانی هم استفاده می‌شود.]

 

اثرات روی زمین

با بررسی دوره یازده ساله سیکل خورشیدی اثبات شد که پرتوهای کیهانی ناشی از خورشید در کاهش ضخامت لایه اوزن موثر است.^[۹

پوزیترونیوم

پوزیترونیوم که یک اتم اگزاتیک است از پوزیترون به جای الکترون در اتم خود استفاده می‌کند این‌گونه اتم‌ها غالبا عمر بسیار کوتاهی دارند ولی پوزیترونیوم عمری دارد تا بیتواند یک طیف را تولید کند و نقش مهمی در مدل الکترودینامیک کوانتمی و مدل کوارکونیوم دارد

تاریخچه

این موضوع به وسیله پیرن و در سال ۱۹۴۴ واز لحاظ تئوری بررسی شد و نخستین باز توسط دویچ در سال ۱۹۵۱ در آزمایشگاه تولید شد

کائون

در فیزیک ذرات بنیادی کائون (که به نام مزون کا هم شناخته می‌شود) به مزون‌هایی اطلاق می‌شود که از یک کوارک شگفت (یا پاد آن) و یک کوارک دیگر تشکیل شده‌باشد.

مشخصات پایه

کائون‌ها چهار دسته هستند:

1. K⁻ (تشکیل شده از یک کوارک شگفت و یک پاد کوارک بالا) جرمش: 493.667±0.013 MeV و نیمه عمرش :(1.2384±0.0024)×10⁻⁸ ثانیه.
2. پاد ذره, K⁺ (تشکیل شده از یک کوارک بالا و یک پاد کوارک شگفت)نیمه عمرش: K⁻. جرمش: 0.032±0.090 MeV, consistent with zero. The difference in نیمه عمرش: (0.11±0.09)×10⁻⁸ ثانیه.
3. The K⁰ (تشکیل شده‌است از پاد کوارک شگفتو کوارک پایین) جرمش: 497.648±0.022 MeV. It has mean squared charge radius of −0.076±0.018 fm².
4. پاد ذره (تشکیل شده‌است از کوارک شگفت و پاد کوارک پایین) وهمان جرم را دارد.

 

ذره	نماد	پاد ذره	ساختار کوارک	اسپین و پاریته	جرم سکون MeV/c^2	S	C	B	نیمه عمر s	واپاشی به	یادداشت
Charged Kaon	K ^+	K ^−		Pseudoscalar	493.7	+1	0	0	1.24×10^-8	μ + νμ or π^+ + π0
Neutral Kaon	K^0			Pseudoscalar	497.7	+1	0	0	weak decay		Strong eigenstate - no definite lifetime
K-Short				Pseudoscalar	497.7	(*)	0	0	0.89×10^-10	π^+ + π^- or 2π^0	Weak eigenstate - makeup is missing small CP-violating term
K-Long				Pseudoscalar	497.7	(*)	0	0	5.2×10^-8	π^+ + e^- + νe	Weak eigenstate - makeup is missing small CP-violating term

کوارک

:

پروتون
ساختار کوارکی پروتون
ترکیب:	ذره بنیادی
خانواده:	فرمیون
گروه:	کوارک
رده:	۱٬۲٬۳
برهم‌کنش:	نیروی ضعیف٬نیروی قوی٬نیروی جاذبه٬نیروی الکترومغناطیس
ذره بنیادی:	آنتی‌کوارک (q)
پاد ذره بنیادی:	پاد پروتون
استدلال:	ماری گلمان (1964) جورج زویگ (1964)
کشف شده:	SLAC (~1968)
نماد:	q
No. of types:	(u, d, c, s, t, و b)
بار الکتریکی:	+^2⁄3 e, −^1⁄3 e
بار رنگ:	بله
اسپین:	^1⁄2

از شارژ پایه می‌باشد. کوارک یک ذره بنیادی و جزء اساسی تشکیل دهنده ماده می‌باشد. کوارک‌ها با هم ترکیب می‌شوند تا ذرات مرکبی به نام هادرون (hadron) را به وجود آورند، پروتن و نترون یکی از معروف‌ترین آنها هستند. آنها تنها ذرات بنیادی برای آزمایش همه چهار برهم کنش اساسی یا نیروهای اساسی در مدل استاندارد می‌باشند. به خاطر پدیده‌ای که به تحدید رنگ معروف است، کوارک‌ها هیچ گاه به صورت انفرادی یافت نمی‌شوند؛ آنها را فقط می‌توان درون هاردونها پیدا کرد. به همین دلیل بیشتر آنچه که ما درباره کوارک‌ها می‌دانیم از مشاهده خود هاردونها به دست آمده‌است. شش نوع مختلف از کوارک‌ها وجود دارد که به طعم (flavor) شهرت دارند : بالا (up)، پایین (down)، افسون (charm)، بیگانه (strange)، نوک(top) و پایین(bottom). بالا و پایین دارای کمترین وزن در بین کوارک‌ها می‌باشند. کوارک‌های سنگین تر در طول یک فرآیند واپاشی به سرعت به کوارکهای بالا(up) و پایین(down) تبدیل می‌شوند: تبدیل شدن از حالت وزن بیشتر به حالت وزن کمتر. به همین علت کوارک‌های بالا و پایین عموما پایدار می‌باشند و رایج‌ترین کوارک‌ها در عالم می‌باشند، در حالی که کوارک‌های strange، charm، top، bottom فقط در تصادم‌های با انرژی زیاد تولید می‌شوند (مثل تابشهای کیهانی و شتاب دهنده‌های ذرات). کوارک‌ها خواص ذاتی گوناگونی دارند که شامل شارژ الکتریکی، شارژ رنگ، اسپین و جرم می‌باشد. برای هر یک از طعم‌های کوارک یک پادماده متناظر وجود دارد که به پادکوارک نیز شناخته می‌شوند و فقط در برخی خصوصیات دارای علامت مخالف می‌باشد. کوارک‌ها تنها ذرات شناخته شده می‌باشند که شارژ الکتریکی آنها کسری

گراویتون

اندرکنش گراویتونی میان زمین و خورشید

گراویتون یکی از ذرات بنیادی است.

مشخصات

بار الکتریکی	0
اسپین	2
جرم سکون	0
برهم کنشی که ذره درآن شرکت می‌کند	گرانشی

کوانتوم کار به صورت زیر تعریف می‌شود Wq=Fg.Lp و در حالت کلی کار برابر خواهد شد با W=nWq=nFg.Lp n یک عدد صحیح است با چنین نگرشی به نیرو می‌توان نسبیت و مکانیک کوانتوم را در هم ادغام کرد. این کوانتوم نیروی گرانش را گراویتون می‌نامیم که حالت خاصی از سی. پی. اچ. است نکات دیگر

گراویتون عامل انتقال نیروی گرانشی است

گراویتون هنوز آشکار نگردیده‌است

گراویتون یک مزون است.

گلئون

گلئون
ترکیب:	ذرات بنیادی اولیه
خانواده:	بوزون
گروه:	بوزون‌های تبادلگر نیرو
برهم‌کنش:	نیروی قوی
نماد:	g
جرم:	۰^[۱]
اسپین:	۱

گلئون (به انگلیسی: gluon)، ذره‌ای که حدس زده می‌شود بین کوارک‌ها مبادله می‌شودتا آنها را به هم پیوند دهد. به این ترتیب گلئونها به طور غیرمستقیم مسئولیت جذبه بین پروتونها و نوترونها در هسته اتم را به عهده می‌گیرند. گلوئون از کلمه glue به معنای چسب گرفته شده است.

 

نانوتکنولوژی چیست؟

 در سال 1959 دانشمندی به نام ریچارد فینمن که برنده

 جایزه نوبل بود, در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا

سخنرانی مشهوری ایراد کرد. او در این سخنرانی گفت که ما می توانیم چیزهای کوچکی بسازیم که همان کاری را که ما می خواهیم انجام دهند. مثلاً می توان 25 هزار صفحه دایره المعارف بریتانیکا (دایره المعارف سال 1959) را در ابعاد یک سر سوزن جا داد و تمام کتاب های جهان را در جزوه ای 35 صفحه ای حفظ و نگهداری کرد.

او گفت  به شرطی می توان به این هدف دست پیدا کرد که کارها در مقیاس اتم و مولکول انجام شود و اتمها را طوری که خودمان می خواهیم یکی یکی بچینیم. برای این که اتم ها را طوری که خودمان می خواهیم بچینیم باید از دستگاه ها و ابزار اندازه گیری خاصی استفاده کنیم تا نسبت ها را کوچک کند. واژه "نانو" که در اول کلمه نانوتکنولوژی قرار دارد, به معنی یک بیلیونیوم هر مقیاسی است. مثلاً ننومتر, یک بیلیونیوم یک متر است.

رؤیا به حقیقت پیوست

 در دهه 1980 در ابتدا ابزارهایی که بتوانند دوباره اتم ها و مولکول ها را بچینند ابداع شد. در سال 1981 در مرکز تحقیقات آی بی ام ((IBM در سوییس تکنیکی ابداع شد که تصویر اتم و مولکول را بزرگ می کرد. این ابداع جایزه نوبل را برای سازندگانش به ارمغان آورد. در سال 1990 در مرکز تحقیقات المدن Almadan آی بی ام برای اولین بار دانشمندی اتم ها را حرکت داد و با اتم ها جمله This is fun را نوشت. به این ترتیب رؤیای دانشمندی که حدود 30 سال قبل از این تاریخ تئوری خودش را مطرح کرده بود به عمل درآمد. شرکت آی بی ام هنوز هم از نظر ثبت تعداد اختراعات مرتبط با فن آوری ننو اول است.

حالا انسان ها می توانند با شیوه خود طبیعت, جهان ماده را آن طوری که خودشان می خواهند بسازند. تنها کافی ست که مواد پایه ای جهان ماده که همان اتم و مولکول است را یک بار دیگر اتم به اتم و مولکول به مولکول بچینند. در حال حاضر هزاران دانشمند می توانند مولکول ها و اتم ها را در آزمایشگاه ها به اندازه بزرگ ببینند. آنها با رایانه های قدرتمندی کار می کنند تا تئوری هایشان درباره نانوتکنولوژی را ثابت کنند. به قول "هرست استومر" برنده جایزه نوبل:"ظهور نانوتکنولوژی می تواند به بشر تسلط لازم برای کنترل بی سابقه و کم نظیر بر جهان ماده را بدهد." فن آوری نانو یکی از پنج فن آوری اصلی قرن 21 است و با خودش انقلاب صنعتی جدیدی به همراه می آورد. به شرط آن که بر رویش سرمایه گذاری شود.نانوتکنولوژی به ما ابزاری داده تا با جعبه اسباب بازی طبیعت- اتم ها و مولکول ها بازی کنیم. با این تکنولوژی می توانیم چیزهای جدیدی را بدون محدودیت بیافرینیم. در قرن 21 ننوتکنولوژی تأثیر زیادی بر سلامتی, رفاه و امنیت مردم جهان به جا می گذارد. در سال 1997 کمیته دانشمندان و مهندسان وپروفسورهای تکنولوژی تأکید کردند که انتظار می رود تأثیر اجتماعی ننوتکنولوژی وسیع باشد. چون قابلیت پاسخگویی به بسیاری از حوزه ها را دارد". یعنی نانوتکنولوژی شرایط اجتماعی ویژه ای را با خود به همراه می آورد.

نانو تکنولوژی مهندسی سیستم های عملکردی در مقیاس مولکول است.

 

 

نگاه اجمالی

 کار بر روی یک سفینه فضایی از کجا شروع می‌شود؟ این کار از تعیین وظایفی که یک سفینه باید انجام دهد آغاز می‌گردد. دامنه این وظایف ، حجم و مشخصات وسایل علمی لازم برای نصب در آن را مشخص می‌کند. نوع مأموریت و این که بطور مثال سفینه ، بسوی سیاره‌های دیگر پرواز می‌کند یا در مدرا زمین خواهد ماند، فاصله مدار آن نسبت به زمین چقدر است، آیا بعد از پایان کار ، بر اثر برخورد با جو زمین خواهد سوخت یا به زمین بر می‌گردد و سوالهایی ریزتر ، در طراحی ناو نقش دارد. آلات و ادوات علمی و تجهیزات فنی ، بار مفید هر سفینه فضایی را تشکیل می‌دهند. نصب آلات و ادوات علمی به این اهداف بستگی دارد.

همچنین نوع برنامه پیش بینی شده و مدت پرواز در گوناگونی و شکل تجهیزات نصب شده مؤثر است، بطور مثال در نوع منابع انرژی تأثیر دارد، اینکه باتریهای ذخیره انرژی در داخل آن باید نصب شود یا باتریهای خورشیدی که در بیرون ناو قرار می‌گیرند. توام کردن سبکی و استحکام نیز از نقاطی است که باید طراحان و سازندگان سفینه‌های فضائی به آن توجه داشته باشند. مصالح لازم برای ساختن سفینه فضایی بر اساس شرایط موجود در فضا انتخاب می‌شوند.

دستگاهها و تجهیزاتی که باید در ناوهای کیهانی نصب شوند، در مرحله تولید باید بر اساس مشخصات ویژه تهیه و بعد از تهیه نیز ، از نظر قدرت استحکام ، قابلیت انتقال حرارت ، ظرفیت و مقاومت در مقابل زنگ زدگی و فرسایش مورد آزمایشهای سخت قرار گیرد.

 نقشه طراحی سفینه 

 هنگام پرواز ، اداره و هدایت سفینه فضایی بدون سرنشین با کمک ادواتی که در داخل دستگاه نصب شده و مخابره فرمان از زمین بوسیله امواج رادیوئی انجام می‌گیرد، طبیعی است تعداد فرمانهایی که از زمین مخابره می‌شوند نمی‌توانند گسترده باشند‌، به همین دلیل طراحان ، این فرامین را طوری تقسیم می‌کنند که مداخله فوری در کار شبکه‌ها و سیستمها و دستگاههای اصلی ممکن باشد.

· آنچه که مربوط به وظایف تجهیزات علمی و شبکه‌ها و سیستمهای داخلی سفینه‌های فضایی است، در طرح فنی پیش بینی می‌شود که در آن هدف آزمایش ، مختصات مدار ، تعیین دقیق خط سیر ، مدت کار فعال ، محل استقرار دستگاههای علمی و میزان مصرف انرژی ، وزن و اندازه آنها و غیره با حداکثر دقت نشان داده می‌شود.

·         میسر ساختن ، بررسی و آزمایش دستگاه فضایی شامل چند دوره یا مرحله است. ابتدا ماکت سفینه بطور کامل تهیه می‌شود و در آن تکنولوژی ساختمان اجزا و تجهیزات مختلف مورد بررسی قرار گرفته ، درجه استحکام لازم برای دستگاههایی نظیر شبکه‌های باتری خورشیدی و چارچوبهای اصلی دستگاهها تعیین می‌گردد. همزمان با این کار ، طراح در نظر می‌گیرد که چگونه دستگاهها در جای مناسب‌تر قرار گیرند تا هنگام آزمایش و کار ، بتواند تمام آنها را به بهترین شکل کنترل کند.

طراحی عملی سفینه

 از نقطه نظر مکانیزم کار‌ ، فضا با آن چه ما در زمین داریم به کلی غیرعادی است و شرایط متفاوتی بر آن حاکم است. در آنجا خلا کامل ، بی‌وزنی ، درجه حرارت فوق العاده متغیر و انواع تشعشعات وجود دارد. در جریان یک پرواز فضایی ، اجزا و قطعاتی از ناو کیهانی که در مقابل خورشید قرار می‌گیرند بیش از 100 درجه سانتیگراد حرارت می‌بیند ، همین قطعات وقتی در بخش سایه زمین در حرکتند، سرمایی را باید تحمل کنند که شدت آن تا 150 درجه زیر صفر می‌رسد.

جدار خارجی ناوهای کیهانی در فضا دائما سائیده و در نتیجه خاصیت ضد تشعشعی لایه‌های رویی سفینه فضایی بطور محسوسی کم شده ، در نتیجه جریان انتقال حرارت بین بخشهای مختلف ناو نیز دچار اختلال می‌شود و همه اینها در تعادل ناو کیهانی تأثیر منفی دارد. این در حالی است که وجود حرارت متعادل ، شرط اصلی استحکام و دوام و ثبات کار در دستگاههای داخلی سفینه بشمار می‌رود و این امر قبل از هرچیز در کار سیستم رادیو الکترونیکی که وظایف مهمی از جمله جلوگیری از ایجاد نوسان فوق العاده زیاد درجه حرارت را بر عهده دارد تأثیر منفی می‌گذارد. تأمین حرارت متعادل برای سفینه‌های سرنشیندار و ایستگاههای مداری اهمیت حیاتی دارد.

در شرایط خلا اجسام به سرعت فرسوده و سائیده می‌شوند. به همین علت باید از قبل مشخص شود که سفینه فضایی در موقع پرواز چه وضعی خواهد داشت. برای این کار باید در زمین شرایطی مشابه فضا ایجاد کرد و تأثیر آن را بر مدل ناو کیهانی و کار دستگاههای آن بطور همه جانیه بررسی نمود. همچنین تأثیر پدیده‌هایی مانند ارتعاشها و فشار شدید هنگام پرتاب به فضا و یا حرارتی که سفینه به هنگام بازگشت و ورود به قشر فشرده جو زمین باید تحمل کند، بطور مصنوعی آزمایش می‌شود و در محفظه‌های مخصوص درجه استحکام ساختمان سفینه فضایی و حداکثر فشار مجاز در طول و عرض ، بر جدار و اسکلت دستگاهها و قدرت کار هر یک از عناصر بطور جداگانه هنگام ارتعاشهای شدید مورد بررسی قرار می‌گیرد.

·         در آزمایشگاههای مخصوص که می‌توانند شرایطی مشابه خلا را ایجاد کنند مکانیسمهای مختلف از جمله باز شدن آنتنها و باتریهای خورشیدی و ساختمان دریچه‌ها و دستگاههای اتصال بررسی می‌شوند. در جریان آزمایش سیستمهای تنظیم حرارت ، وسایل و ادوات حساس تحت حرارت و سرمای شدید قرار می‌گیرند و چگونگی کار و عکس العملشان کنترل می‌شود.

 

کنترل خودکار سفینه

·         دستگاههای نصب شده در سفینه فضایی باید در مدت زمانی که برای اجرای مأموریت در نظر گرفته شده ، بطور عادی بکار خود ادامه دهند. برای کسب اطمینان نسبت به کار دستگاهها ، آزمایشهای تکمیلی صورت می‌گیرد که مدت این آزمایش به مراتب بیش از مدت پیش بینی شده است. اتفاق افتاده است که بنا به دلایلی مدت پرواز افزایش یافته و لازم بوده که دستگاهها بیش از آنچه پیش بینی شده‌ بود کار کنند، لذا در طراحی و ساخت تجهیزات به این نکته نیز توجه می‌شود.

·         بعد از اتمام این آزمونها ، آن دستگاهها و وسایلی که تمام مراحل آزمایش را گذرانده‌اند و بکار آنها هیچ ایرادی وارد نیست، وارد مرحله بعد می‌شوند.

·         مرحله بعدی ، آزمایش الکتریکی دستگاهها در حال کار جمعی است. هدف از این آزمایشها بررسی ارتباط متقابل دستگاهها با یکدیگر است. در این مرحله ، شبکه‌ها و بخشهای جداگانه دستگاه فضایی روی سکوهای متحرک و شاسیهای ویژه قرار داده می‌شوند. بدین وسیله امکان دسترسی بلامانع به تمام دستگاهها و تعیین نواقص فنی دستگاهها یا تعویض آنها فراهم می‌گردد. شبکه‌ها و بخشهای مختلف با کابلهای مخصوص بهم وصل می‌شوند.

·         آزمایش مختلط اجزای مختلف دستگاه فضایی مهمترین مرحله آزمایش در کارخانه به حساب می‌آید. در جریان آزمایشهای پی‌ در ‌پی ، عملیاتی انجام می‌شود که نشان دهنده کار دستگاهها و ارتباط متقابل بخشهای مختلف سفینه فضایی در لحظه پرتاب ، مرحله پرواز ، رسیدن به مدار و جداشدن موشک از آن ، همچنین پرواز مستقل در مدار مورد بررسی دقیق قرار می‌گیرد.

·         مرکز برنامه ریزی خودکار پرواز ، بطور منظم به قسمتهای مختلف دستگاهها و تابلوی هدایت کننده فرمان می‌دهد. همچنین چگونگی اجرای کار به صورت رادیویی به موشک می‌رسد و مسائل مربوط به سیستمهای سفینه فضایی هنگام جدا شدن موشک حامل از دستگاه بررسی می‌شود.

·          

نقش رایانه در هدایت سفینه

رایانه در حقیقت تمام مرحله پرواز و کار هریک از دستگاهها را در حین پرواز فضایی می‌بیند. در اینجا شدت حساسیت سیستمها نسبت به فرمانهای مخابره شده مشخص می‌گردد. از روی صفحه دستگاه اندازه گیری تله متریک در زمین ، مختصات اولیه دستگاهها کنترل می‌شود، کیفیت کار دستگاههای خودکار گیرنده با روش ضبط و مخابره مجدد اطلاعات مورد ارزیابی قرار می‌گیرد، قدرت دستگاههای فرستنده و مدت دوره‌های ارتباط تعیین می‌شود. البته تا موقعی که تمام دستگاه فضایی در عمل آزمایش نشود کنترل ادامه خواهد یافت.

 

مونتاژ قطعات سفینه

 

·         بعد از پایان آزمایشها ، دستگاهها را به بخش بسته کاری (مونتاژ) می‌فرستند. مونتاژ سفینه مستلزم دقت و توجه فوق‌العاده است. تنها یک حرکت نادرست انگشتها ، یک اشتباه کوچک در یکی از صدها سیستم اتصالی ممکن است برنامه را عقیم بگذارد یا جان فضانوردان را به خطر اندازد. بسته کاری بر اساس جدولی منظم صورت می‌گیرد. تقسیم ساختمان ناو کیهانی به بخشها و شبکه‌ها جداگانه امکان می‌دهد که کارهای بسته کاری به موازات هم و بطور مستمر انجام شود. در نتیجه جریان بسته کاری ، شکل تسلسل پیدا می‌کند و کارها در جبهه‌ای وسیع صورت می‌گیرد.

·         برای تأمین کار عادی دستگاهها در داخل سفینه فضایی ، باید درجه حرارت و فشار معینی وجود داشته باشد. به همین دلیل در جریان بسته کاری به عایق بندی جدار خارجی دستگاهها توجه خاصی می‌شود. برای این کار ، داخل دستگاه را با گاز رقیق و فراری پر می‌کنند تا اگر منفذی وجود داشته باشد دستگاههای حساس به این گاز که در محیط کار وجود دارد، آن منفذ را نشان دهند. بعد از آن که کاملا اطمینان حاصل شد که در جدار خارجی دستگاه هیچ منفذی نیست، گاز را تخلیه می‌کنند. همزمان با این کار اسکلت دستگاههای علمی نصب می‌شود.

·         آزمایشهای توأم دستگاههایی که در خود سفینه فضایی نصب شده‌اند با یک دوره بررسی دقیق در کارخانه به پایان می‌رسد. این آزمایشها بطور کلی ، تکرار برنامه کنترل قبلی است. با این تفاوت که حال دیگر نمی‌توان بسیاری از دستگاهها را بدون واسطه به ادوات اندازه گیری ، کنترل و وصل کرد. به همین دلیل کار سیستمهای دستگاه فضایی در این مرحله آزمایش بوسیله دستگاه‌های تله متریک مورد بررسی قرار می‌گیرد.

 پس از پایان آزمایشهای الکترونیکی ، منابع انرژی برق که مربوط به سفینه فضایی نیستند از دستگاه فضایی جدا و ناو به همراه باتریهای اصلی و یا باتریهای خورشیدی خود ، در محفظه مخصوصی قرار داده می‌شود و به پایگاه پرتاب حمل می‌گردد. در پایگاه فضایی ، ناو کیهانی را از محفظه خارج می‌کنند و برای بازرسی تجهیزات و نصب اجزاء تکمیلی آن را روی سکوی ویژه قرار می‌دهند. شبکه‌ای از کابلها و تجهیزات مخصوص کنترل و آزمایش برای بازرسی نهایی کار دستگاههای داخلی سفینه فضایی به آن وصل می‌شوند و کار عادی دستگاهها مورد بررسی قرار می‌گیرد.

·نفسها در سینه حبس می‌شود

در نهایت ، سفینه فضایی به موشک بالابرنده متصل شده ، به پایگاه پرتاب حمل شده و آخرین تدارکات انجام می‌گیرد. موشک بالا برنده روی سکوی پرتاب قرار دارد. ارتباط بین دستگاههای داخلی دستگاه فضایی و مرکز هدایت در زمین بوسیله شبکه‌های مخصوص برقرار است. توسط این شبکه ، سیستمهای مختلف از جمله وسایل مخصوص بررسی درجه حرارت و فشار هوا در داخل سفینه فضایی اداره می‌شوند. کارهای مقدماتی برای پرتاب سفینه فضایی طبق جدول دقیق ، پی در پی اجرا می‌شوند.

سیستمهای داخلی سفینه فضایی درست در لحظه پرتاب بکار می‌افتند و در این لحظه است که انتقال انرژی برق از منابع زمینی به سفینه فضایی پایان می‌یابد. سرانجام لحظه موعود ، لحظه‌ای که گروه زیادی از دانشمندان کارشناسان ، مهندسان و کارگران سازندگان بخاطر آن مدت طولانی زحمت کشیده‌اند فرا می‌رسد. فرمان پرتاب صادر و ناو کیهانی جدید رهسپار فضا می‌شود.

دمه

پس از گذشت تقریبا نیم سده از پرتاب نخستین موشک به فضا ، فناوریهای بکار رفته در ساخت موتورهای موشک ، دست خوش دگرگونیهایی گشته است. موتورهای سوخت مایع و سوخت جامد از این جمله هستند. در حال حاضر جدیدترین فناوری بکار رفته در ساخت موتور موشک ، موتور یونی است که از حالت چهارم ماده ، یعنی پلاسما بهره می‌برد. جالب است بدانید که ایده‌ پیشرانش الکتریکی از همان ابتدا توسط وارنرفن براون در دهه 1930 شکل گرفت؛ ولی او کارش را با سامانه‌های پیشران شیمیایی آغاز کرد.

موشکهای مرسوم همان موشکهایی هستند که وقتی به صحنه پرتاب شاتل فضایی یا مأموریت آپولو فکر می‌کنید در ذهنتان نقش می‌بندد. دود شعله بسیار بسیار عظیمی از گازها بر می‌خیزد. موشکهای مرسوم مقادیر بسیار عظیمی نیروی پرتاب تولید می‌کنند تا اجسام را در فضا قرار دهند و مانند هواپیمای جت ، آتش بازی و یا بادکنک رها شده ، از پدیده‌ای موسوم به پیشرانش استفاده می‌کنند. در اصل موشک به دلیل خروج مواد با فشار زیاد همچون گازهای داغ از عقب آن ، به سمت جلو حرکت می‌کند. گازها از سوختن در مجاورت اکسیژن یا ماده دیگری به نام اکسید کننده شکل می‌گیرند. یون ، یک اتم یا مولکول باردار است. علت باردار بودن ، آن است که تعداد الکترونها در اتم یا مولکول با تعداد پروتونها برابر نیست.

پیشران چیست؟

اساس کار موشکها قانون سوم نیوتن است: هر کنشی ، واکنشی برابر و در جهت مخالف دارد. برای اینکه موشکها به سمت جلو خیز بردارند، باید چیزی به سمت عقب خیز بردارد. آن چیز پیشران است. پیشران ماده‌ای است که از عقب راکت فضاپیما با فشار خارج می‌شود و باعث رانش به سمت جلو یا نیروی پرتاب می‌شود. غالبا پیشران نوعی سوخت است که با یک اکسید کننده می‌سوزد تا حجم زیادی از گازهای بسیار داغ تولید کند. این گازها منبسط می‌شوند؛ تا جایی که با شدت از عقب موشک خارج شوند و نیروی پرتاب یا پیشرانش تولید کنند.

گاهی اوقات پیشران نمی‌سوزد، و بطور مستقیم از فضاپیما خارج می‌شود و تولید نیروی پرتاب یا پیشرانش می‌کند. در رانش یونی ، پیشران از اتمهای باردار الکتریکی ساخته شده است که بر اساس خاصیت مغناطیسی از عقب فضاپیما خارج می‌شوند. برای پیشرانه‌های کوچکتر ، یک گاز متراکم از عقب فضاپیما خارج می‌شود.

یون چیست و اتمها چگونه باردار می‌شوند؟

یون یک اتم یا مولکول باردار است. علت باردار یون آن است که تعداد الکترونها در اتم یا مولکول با تعداد پروتونها برابر نیست. یک اتم می‌تواند بسته به اینکه تعداد الکترونها بیشتر یا کمتر از تعداد پروتونها باشد، بار منفی یا مثبت بدست آورد. وقتی که یک اتم توسط اتمی دیگر جذب شود، چون تعداد الکترونها و پروتونهای آن برابر نیست، به آن "یون" گفته می‌شود. اگر اتم الکترونهای بیشتری نسبت به پروتون داشته باشد، یون منفی یا آنیون خوانده می‌شود.

یک اتم باردار الکترون اضافی یا کمبود الکترون دارد. در سامانه دی اس 1 اتمها تا زمانی که بسیتر پر انرژی و ناپایدار شوند، گرما می‌بینند. سپس با الکترونهایی که توسط یک اشعه کاتدی در محفظه پیشران تخلیه شده‌اند برخورد می‌کنند. وقتی که الکترونها در محفظه پیشران با اتمها برخورد می‌کنند باعث می‌شوند که تعدادی از الکترونهای موجود در اتم از آن جدا شوند. این توده بسیار گرم و باردار اتم همراه با الکترونهای مجزا تبدیل به پلاسما می‌شود.

پلاسما چیست؟

پلاسما به عنوان چهارمین حالت ماده شناخته می‌شوند. سه نوع دیگر جامد ، مایع و گاز هستند. پلاسما ابری از پروتون ، نوترون و الکترون است که در آن الکترونها از مولکولها و اتمهای خودشان جدا شده‌اند و به پلاسما این امکان را می‌دهند که بیشتر مانند هر سه آنها (پروتون ، نوترون و الکترون) رفتار کند تا مثل توده‌ای از اتمها ، پلاسما بیشتر شبیه گاز است؛ زیرا اتمها با یکدیگر رابطه مشخصی ندارند، اما متفاوت از یک گاز رفتار می‌کند. به گفته دانشمندان پلاسما دارای رفتار جداگانه است. یعنی می‌تواند مانند یک مایع جاری شود و یا اینکه می‌تواند ناحیه‌ای را اشغال کند که در آن اتمها مانند آجرهایی به یکدیگر چسبیده‌اند.

یونها چگونه شتاب می‌گیرند؟

یونها رفتار مغناطیسی دارند. مانند یک آهنربا جذب چیزهایی با بار مخالف می‌شوند و از چیزهایی که بار مواق دارند دفع می‌شوند. سامانه الکتریکی پیشرانش یونی در دی اس 1 از این اصل جهت شتاب دادن به یونها بهره می‌برد. یک یون مثبت به سمت یک شیء با بار منفی شتاب می‌گیرد و از شیء با بار مثبت دور می‌شود. مقدار نیروی جاذبه و دافعه بستگی به اختلاف بار اشیای جذب شونده و دفع شونده دارد. هر چه این اختلاف -که اختلاف پتانسیل خوانده می‌شود- بیشتر باشد، یونها سریعتر حرکت می‌کنند و هر چه شیء بار بیشتری داشته باشد، یون سعی می‌کند سریعتر به سمت آن حرکت کند.

پیشرانش الکتریکی خورشیدی یا پسرانش یونی

پیشرانش الکتریکی خورشیدی از خاصیت الکتریسیته و مغناطیس جهت راندن یک سفینه در فضا بهره می‌برد. الکتریسیته از صفحه‌های خورشیدی سفینه حاصل می‌شود و به اتمهای داخل محفظه ، بار الکتریکی مثبت می‌دهد. این اتمهای باردار توسط میدان مغناطیسی به سمت عقب سفینه رانده و سپس توسط دافعه مغناطیسی به خارج از سفینه پرتاب می‌شوند. این مانند اتفاقی است که وقتی شما دو قطب هم نام دو آهنربا را نزدیک یکدیگر می‌کنید رخ می‌دهد؛ آنها همدیگر را دفع می‌کنند. این رگبار منظم خارج شونده از سفینه ، نیروی پرتاب لازم برای حرکت به جلوی سفینه را در فضا ایجاد می‌کند.

 

هر وسیله برای حرکت باید سوخت حمل کند، موتورهای یونی روشی ارائه می‌کنند که در آن سفینه‌های فضایی برای حرکت در فضا ، بر خلاف موشکهای مرسوم نیازی به حمل مقادیر زیاد سوخت ندارند. این روش مزایای زیادی دارد. یکی اینکه هر چه سفینه سوخت کمتری حمل کند، سبکتر خواهد بود و راحت‌تر به فضا می‌رود. مزیت دیگر این است که چون سفینه به سوخت کمتری نیاز دارد، خیلی زود سوختش تمام نمی‌شود تا از کار بیفتد. بیشتر انرژی داخل موشک یونی توسط الکتریسیته تأمین می‌شود که می‌تواند توسط صفحه‌های خورشیدی در حین پروار تولید شود.

تفاوت موتور یونی با موتورهای مرسوم

هر دو نوع موتور ، سفینه را توسط تولید نیروی پرتاب به جلو می‌رانند. این نیروی پرتاب توسط ماده ای پیشران که از عقب سفینه خارج می شود به وجود می آید. موتورهای یونی با موتورهای شیمیایی (موتورهایی که با سوخت مایع یا جامد کار می کمنند)، در چگونکی تولید نیروی پرتاب و به دست آوردن انرژی متفاوتند. موتورهای شیمیایی توسط مخلوط سوخت با یک ماده ی اکسید کننده کار می کنند. این کار باعث می شود که گاز منبسط شود و با فشار از عقب موتور خارج شود و نیروی پرتاب تولید کند.

 

موتورهای شیمیایی موتورهایی با جرم محدود هستند. به این معنی که مقدار توان و نیرویی که یک موتور شیمیایی تولید می‌کند، بستگی به این دارد که موشک چه مقدار سوخت و مواد اکسید کننده بتواند حمل کند. وقتی ماده پیشران تمام شود، موشک نمی‌تواند سریعتر حرکت کند. با وجود این ، موتورهای یونی متفاوت از موتورهای شیمیایی کار می‌کنند. موتورهای یونی به مقدار بسیار کوچک گاز شتابی اعمال می‌کند که با سرعت بسیار بالایی خارج شوند. برعکس ، موتورهای شیمیایی مقدارهای فراوان گاز را با سرعت کمتری به بیرون می‌رانند.

 

این به آن معنی است که موتورهای یونی سوخت بسیار کمتری استفاده می‌کنند. موتورهای یونی ، موتورهایی با انرژی محدود هستند؛ نه با جرم محدود. بنابراین تمام شدن گاز مسأله‌ای زیاد مهمی برای آنها به حساب نمی‌آید. محدودیتی که برای موتورهای یونی وجود دارد این است که بطور معمول ، تمام برق صرف تغذیه موتور یونی می‌شود. موتورهای یونی محدود به این هستند که یک موشک چه مقدار انرژی یا برق می‌تواند حمل کند، یا اینکه صفحه‌های خورشیدی آن چه مقدار انرژی می‌توانند جمع آوری کنند.

 

 

 

 

ضربه ویژه

 

ضربه ویژه به معنی تغییرات اندازه حرکت بر واحد جرم برای سوخت موشک است. به عبارت دیگر زمانی که سوخت استفاده شود، میزان فشار جلو برنده چه قدر است. سرعت یک موشک در مقایسه با وزنش به نیروی پرتاب بستگی دارد که تقریبا مقدار ماده پیشرانی است که از عقب موشک با سرعت خارج می‌شود. هر چه سرعت خروج پیشران از عقب موشک بیشتر باشد، موشک با سرعت بیشتری حرکت می‌کند یا بار بیشتری را می‌تواند حمل کند. ضربه ویژه پیشران موشک ، میزان تقریبی سرعت پیشرانی است که از عقب موشک به بیرون می‌جهد.                    

 

موشکی با ضربه ویژه زیاد ، نسبت به موشکی با ضربه ویژه کم ، به سوخت کمتری احتیاج دارد. هر چه ضربه ویژه زیادتر باشد به ازای مقدار سوختی که به بیرون می‌جهد، فشار بیشتری تولید می‌شود. یا به بیانی دیگر ، ضربه ویژه مشخص می‌کند که چه مقدار سوخت باید مصرف شود تا فشار مناسبی بدست آید.

عاقبت یونها پس از ترک فضاپیما

شلیک یونهای مثبت به بیرون از عقب فضاپیما ، آن را به جلو حرکت می‌دهد. در همین زمان پرتویی از الکترون با بار منفی از یک خنثی کننده کاتدی به بیرون شلیک می‌شود. چون بارهای مثبت و موتورهای گاز سرد از نظر قابلیت کنترل شبیه به سوخت مایع ، اما سبکتر و ساده‌تر هستند. این موتورها در اصل مخزنهای فشار بالایی هستند که بین حالت باز و بسته تغییر وضعیت می‌دهند. عملکرد آنها کمی شبیه اسپری رنگ است، زمانی که در یچه آن باز است، مواد تحت فشار داخل آن به بیرون می‌جهند.

 

موتورهای یونی با موتورهای سوخت جامد و سوخت مایع تفاوت دارند. آنها موتورهایی با نیروی پرتاب پایین محسوب می‌شوند که می‌توانند برای مدتهای بسیار طولانی کار کنند. عمر موشکهای شیمیایی بطور معمول از چند ثانیه تا چند روز است، در حالی که طول عمر موتورهای یونی در هر کجا می‌تواند از چند روز تا چند ماه متغیر باشد.

پیشرانه یون زنون

یک موتور از همان اصل مرسوم کنش و واکنش استفاده می‌کند، اما نوآوری بزرگی که صورت گرفته ، بازده بالای آن است. گاز زنون که از هلیوم یا نئون سنگینتر است، به داخل موتور یونی جریان پیدا می‌کند و در آن جا باردار می‌شود و اتمهایش تبدیل به یون می‌گردند. به محض انجام این عمل ، یونهای زنون در معرض یک ولتاژ الکتریکی قرار می‌گیرند. با برقدار شدن یک جفت میله در حدود 1300 ولت که در داخل موتور تعبیه شده‌اند، یونها به بیرون پرتاب شدند، نیرویی در جهت عکس حرکت خود به موتور وارد می‌کنند و باعث راندن آن به جلو می‌شوند.

 

یونهای زنون با سرعت 35 کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کنند. این سرعت 10 برابر سرعت گازهای خروجی از موتور موشکهای مرسوم است، بنابراین موتورهای یونی می‌توانند تا 10 برابر بیشتر فشار تولید کنند. بکار گیری موتورهای یونی به دلیل نیاز کمتر به سوخت ، راهی برای انجام مأموریتهای مهیج و بلند پروازانه در پهنه بی‌کران منظومه شمسی و فضا به حساب می‌آید. موتورهای یونی در هر لحظه مقدار بسیار کمی گاز زنون مصرف می‌کنند. به آن معنی که نیروی پرتاب بسیار کمی تولید می‌شود.

 

اگر یک ورق کاغذ بر روی دستتان قرار دهید، همان فشاری را حس خواهید کرد که موتور یونی آن فشار را برای راندن یک فضاپیما تولید می‌کند. تقریبا چهار روز یا بیشتر طول می‌کشد تا تنها یک کیلوگرم زنون به مصرف برسد. دی اس 1 با مصرف کمتر از 74 کیلوگرم زنون سرعتی در حدود ¾ کیلومتر بر ثانیه پیدا می‌کند. این مقدار در میان سایر موشکها یک رکورد محسوب می‌شود. دی اس 1 می‌تواند سرعت بیشتر از این هم بدست آورد؛ ولی مأموریت آن این نیست که تندتر و تندتر برود. بنابراین از بیشینه سرعت خود استفاده نمی‌کند. کارکرد آن 678 روز است؛ یعنی بسیار طولانی‌تر از هر سامانه موشکی دیگر. پروژه داون در هر دوی این موارد یعنی سرعت و ماندگاری می‌تواند از دیگر سامانه‌ها پیشی بگیرد. در آینده سرعت و ماندگاری موتورهای یونی بیشتر هم خواهد شد.

دانش...

 امید می‌رود ترکیبی از شکافت و همجوشی هسته‌ای بتواند علاوه بر امکان دستیابی به انرژی مطمئن و با حداقل پسماندهای صنعتی، از میزان پسماندهای پیشین این صنعت و اهداف نظامی به میزان قابل‌توجهی بکاهد.

به نظر می‌رسد رنسانس هسته‌ای که دولت‌های بزرگ از مدت‌ها پیش انتظارش را می‌کشیدند، از راه رسیده باشد. ماه گذشته باراک اوباما رئیس جمهوری ایالات متحده در مجمع سالانه وضعیت این کشور که با حضور نمایندگان مجلس و سنای آمریکا برگزار شد، به برنامه‌ریزی برای ساخت نسل جدیدی از تجهیزات انرژی هسته‌ای اشاره کرد و از سوی دیگر رقم پیش‌بینی‌شده برای بودجه این صنعت در سال 2011 / 1390 از تغییرات عظیمی در رویکرد این دولت نسبت به انرژی هسته‌ای خبر می‌دهد.

به گزارش نیوساینتیست، این تنها ایالات متحده نیست که به فکر استفاده مجدد از انرژی هسته‌ای افتاده است، هم‌زمان چندین کشور اروپایی نیز قصد دارند برنامه‌های هسته‌ای‌شان را مجددا آغاز کنند. به عنوان مثال انگلستان تصمیم دارد 20 درصد از انرژی الکتریکی مورد نیاز این کشور را از برق هسته‌ای تأمین کند.

چرا هسته‌ای؟
بازگشت به انرژی هسته‌ای به دلایل بسیاری برای کشورهای گوناگون حائز اهمیت است. تأمین این انرژی می‌تواند از تولید گازهای گلخانه‌ای بکاهد و واردات سوخت‌های فسیلی را نیز کاهش دهد. علاوه بر این بر خلاف نیروگاه‌هایی که از انرژی‌های تجدیدپذیر استفاده می‌کنند، نیروگاه‌های هسته‌ای می‌توانند انرژی الکتریکی را به شکل ثابت، مداوم و بدون تاثیر بر یا از آب‌وهوا تولید کنند.

با این وجود تأمین انرژی هسته‌ای همواره مسائل مربوط به خودش را دارد، از خطراتی مانند حادثه نیروگاه چرنوبیل گرفته تا تولید پسماندهای رادیواکتیوی که ده‌ها هزار سال باید بگذرد تا از میان بروند. نکته دیگری که اوباما نادیده گرفته، این است که ایالات متحده چگونه می‌خواهد با نسل جدیدی از ضایعات هسته‌ای کنار بیاید، آن‌هم در حالی‌که تأسیسات نگهداری پسماندهای هسته‌ای این کشور در کوه‌های یوکا به حال خود رها شده است.

البته راه دیگری هم برای بازگشت به انرژی هسته‌ای بدون در نظر گرفتن تمامی این ملاحظات وجود دارد: گداخت هسته‌ای ترکیبی. مفاهیم اولیه این همجوشی چندین دهه است که مورد بررسی قرار دارد و از لحاظ فنی تشریح شده است، حتی در آژانس بین‌المللی انرژی هسته‌ای نیز این موضوع مورد توجه قرار گرفته، اما این مفاهیم هنوز برای دولت‌مردان، حکومت‌ها، صنعت، محققان و مردم ناشناخته باقی مانده‌اند.

شکافت، همجوشی و ترکیب آن‌ها
همجوشی ترکیبی، مجموعه‌ای از شکاف هسته‌ای و گداخت است که درون یک راکتور صورت خواهد گرفت. این روش ترکیبی مزیت‌های متعددی نسبت به شکافت اتمی دارد: آسیب‌های زیست‌محیطی را به حداقل می‌رساند، خطرات احتمالی را کاهش می‌دهد، امکان افزایش ذخایر سوخت هسته‌ای را فراهم می‌کند و در نهایت عملکرد انعطاف‌پذیرتری خواهد داشت.

شکاف هسته‌ای، فرایندی که در حال‌حاضر برای تأمین انرژی هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد، در واقع به کنترل درآوردن انرژی حاصل از واپاشی پرتوزای اورانیم و دیگر مواد شکاف‌پذیر است. اما همجوشی یا گداخت استفاده از همان فناوری تجربی همجوشی اتم‌های هیدروژن با یکدیگر و تولید گاز هلیم در درون خورشید است که به تولید حجم عظیمی از انرژی در این ستاره منجر می‌شود.

همجوشی خالص، فرایندی که اغلب به عنوان تنها راه حل نهایی بشر برای تأمین انرژی پاک و کافی مطرح می‌شود، نسبت به روش‌های دیگر مزیت‌های غیرقابل انکاری دارد. در این روش هیچ پسماند هسته‌ای با عمر طولانی تولید نخواهد شد و برای فرایند هم به سوختی غیر از آب احتیاج نخواهیم داشت. اما حداقل به 50 سال زمان نیاز داریم تا همجوشی خالص از لحاظ فنی امکان‌پذیر شود و مقرون به‌صرفه باشد، البته اگر چنین رؤیایی اصلا قابلیت محقق‌شدن داشته باشد.

یکی از مشکلات اصلی همجوشی اندازه قلب رآکتور است. برای ایجاد یک رآکتور همجوشی که بتواند متکی به نیروی خود باشد، به حجم پلاسمایی حدود 3300 متر ‌مکعب، چیزی بیش از سه برابر حجم پیشنهاد‌شده برای ITER، پیشرفته‌ترین پروژه همجوشی دنیا که در حال حاضر دارد در فرانسه احداث می‌شود، نیاز خواهیم داشت.

موضوع حل‌نشده دیگری نیز وجود دارد. ما به دیواری یا پوششی نیاز داریم که بتواند در برابر بمباران نوترون‌های پرانرژی‌یی که توسط پلاسما تولید شده‌اند، تاب بیاورد و چنین ماده‌ای هنوز شناخته نشده است.

مزیت‌های انرژی هسته‌ای ترکیبی
نیروگاه هسته‌ای ترکیبی توانایی این را دارد که هر دو مسئله را به شکل بالقوه حل کند. در درجه اول پوشش خارجی این رآکتور همان بخش شکافت است که در راکتورهای امروزی هم وجود دارد و در آن، انرژی هسته‌ای را تولید و نوترون‌ها آزاد می‌شوند. در این فرایند نوترون‌های پرانرژی از پلاسما جذب می‌شوند و از شار انرژی که به دیوار خارجی برخورد می‌کند، 50 بار کاسته می‌شود، در نتیجه مواد موجود هم قابلیت استفاده در این دیواره را خواهند داشت.

دوم این‌که مرکز پلاسمایی یک رآکتور دوگانه می‌تواند بسیار‌کوچک‌تر از یک رآکتور همجوشی خالص باشد، اندازه‌ای شبیه به اندازه پروژه ITER برای چنین رآکتوری جوابگو است، چرا که انرژی تولید‌شده توسط شکاف اتمی برای تأمین انرژی مورد نیاز پلاسما به آن برمی‌گردد.

رآکتورهای ترکیبی مزیت‌های دیگر نیز دارند. یکی از این مزیت‌ها به توانایی مصرف سوخت‌های متفاوت در بخش شکافت آنها برمی‌گردد. این سوخت می‌تواند شامل پسماندهای هسته‌ای که حاصل کار رآکتورهای پیشین هستند و قرن‌ها روی زمین باقی خواهند ماند نیز می‌شود. این مرحله از فرایند می‌تواند پسماندها را به موادی تبدیل کند که تنها یک‌صد سال روی زمین دوام می‌آورند. در نتیجه این فرایند نه‌تنها بخشی از معضل پسماند‌های هسته‌ا‌‌ی مرتب با صنعت را حل می‌کند، بلکه می‌تواند به کاهش ذخائر پلوتونیوم و دیگر مواد مورد استفاده در سلاح‌های هسته‌ای نیز به‌شکل بالقوه کمک کند.

علاوه بر این رآکتورهای ترکیبی می‌توانند بدون استفاده از اورانیم غنی‌شده به کار ادامه دهند و به جای این ترکیب که در حجم اندکی تولید می‌شود، از توریم و اورانیم غنی‌نشده که در بسیاری از کشورهای جهان به‌وفور یافت می‌شود، استفاده کنند. نکته دیگری نیز وجود دارد: به این دلیل که ماده شکاف‌پذیر در دیواره باقی می‌ماند و مقادیری زیر جرم بحرانی دارد، خطرات کمتری توسط رآکتورهای ترکیبی متوجه انسان و منطقه خواهد بود و بعضی اتفاقات مانند واکنش‌های غیرقابل کنترل و متعاقب آن ذوب هسته رآکتور تقریبا غیرممکن به نظر می‌رسند.

و در نهایت توان خروجی یک رآکتور ترکیبی می‌تواند به سادگی تغییر کند. در نتیجه می‌توان این انرژی را با انرژی‌های تجدید‌شدنی که ذاتا غیر‌‌قابل پیش‌بینی هستند ترکیب کرد تا توان پایه همیشه ثابت باشد.

استقبال گسترده از همجوشی ترکیبی
جهان علاقه روزافزونی به رآکتورهای ترکیبی از خود نشان داده است. مؤسسه فیزیک پلاسما در هیفی، چین، یکی از مراکز بین‌المللی تحقیقاتی در زمینه همجوشی است که تصمیم دارد تا سال 2020 / 1399 و با کمک صنعت هسته‌ای رو به رشد چین طرح اولیه این رآکتور را آماده کند. سایر کشورها مانند آنهایی که در پروژه ITER شرکت دارند امیدوارند در برنامه‌های تحقیق و توسعه به رآکتورهای ترکیبی برسند. ماه قبل پل درایسون، وزیر علوم انگلستان پیشنهاد کرد در تحقیقات هسته‌ای این کشور و سایر کشورها باید سیستم‌های ترکیبی هم لحاظ شوند. استیون چو، وزیر انرژی ایالات متحده نیز رآکتورهای ترکیبی را مورد توجه قرار داده است. بخش‌های تحقیقاتی همجوشی مانند مرکز کولهام در اکسفورد شایر که در حال‌حاضر مشغول به کار هستند، می‌توانند نقش تعیین‌کننده‌ای در این تلاش داشته باشند.

فناوری ترکیبی کارا، بخشی است که هنوز به آن پرداخته نشده است، اما حل مسائل ابتدایی شکاف اتمی و عدم اطمینانی که در زمینه همجوشی وجود دارد، ما را قدم‌به‌قدم به جلو سوق خواهد داد. اگر به این فناوری برسیم، حتی رآکتورهایی در اندازه متوسط هم می‌توانند انرژی در خور توجه و تقریبا نامحدودی را برای ما فراهم کنند. مطمئنا همجوشی ترکیبی ارزش درک بهتر، حمایت دولت‌مردان، دانشمندان و حتی طرفداران محیط زیست را خواهد داشت.

 

تار پلاسما

عموما پلاسما را مجموعه‌ای از یونها ، الکترونها و اتمهای خنثی جدا از هم و تقریبا در حال تعادل مکانیکی ـ الکتریکی می‌گویند. حالتهای خاصی را در مقابل مغناطیس نشان می‌دهد. این رفتارها کاملا برعکس رفتار گازها در مقابل میدان مغناطیسی است. زیرا گازها به سبب خنثی بودنشان از لحاظ بار الکتریکی توانایی عکس ‌العمل در مقابل مغناطیس و میدان وابسته به آن را ندارند.

         

در کنار این رفتار پلاسما می‌تواند تحت تأثیر میدان مغناطیسی درونی که از حرکت یونهای داخلی به عمل می‌آید قرار گیرد. همچنین پلاسما به علت رفتار جمعیتی که از خود نشان می‌دهد، گرایشی به متأثر شدن در اثر عوامل خارجی ندارد و اغلب طوری رفتار می‌کند که گویی دارای رفتار مخصوص به خودش است. معیار دیگر برای پلاسما آن است که فراوانی بارهای مثبت و منفی باید چندان زیاد نباشد که هر گونه عدم توازن موضعی بین غلظتهای این بارها غیر ممکن باشد.

 

مثلا بار مثبت به سرعت بارهای منفی را بسوی خود می‌کشد تا توازن بار از نو برقرار سازد. بنابراین اگر چه پلاسما به مقدار زیادی بار آزاد دارد، ولی از لحاظ بار الکتریکی خنثی است. ماده در حالت پلاسما نسبت به حالتهای جامد ، مایع و گاز نظم کمتری دارد. با این حال خنثی بودن الکتریکی پلاسما بطور متوسط انرژی از نظم را نشان می‌دهد.

چهارمین حالت ماده کدام است؟

اگر پلاسما تا دمای زیاد حرارت داده شود، نظم موجود در پلاسما از بین می‌رود و ماده به توده درهم و برهم و کاملا نامنظم ذرات منفرد تبدیل می‌شود. بنابراین پلاسما گاهی نظیر سیالات ، رفتاری جمعی و گاهی نظیر ذرات منفرد ، بصورت کاملا تکی عمل می‌کند. به دلیل همین رفتارهای عجیب و غریب است که غالبا پلاسما در کنار گازها و مایعات و جامدات ، چهارمین حالت ماده معرفی می‌شود. بنابراین با توجه به اینکه چگالی پلاسما قابل توجه می‌باشد. مدولانک در تک ذرات منفرد به مشکلات رفتار پلاسما افزوده می‌شود.

ضرورت بررسی پلاسمای طبیعی

با وجود این پیچیدگیها با عنایت به اینکه 99 درصد ماده موجود در طبیعت و جهان در حالت پلاسما است. علاقمندی ما به پلاسما جدا از بسیاری کاربردها نظیر تولید انرژی ، عدسی پلاسمایی برای کانونش انرژی و ... معتدل می‌باشد، چرا که از ترک زمین ، با انواع پلاسماها مانند (یونوسفر ، کمربندها و بادهای خورشیدی) مواجه می‌شویم. بنابراین فیزیک پلاسما نیز در کنار سایر شاخه‌های علوم فیزیکی ، در شناخت محیط زندگی ما در قالب رشته ژئوفیزیک از یک اهمیت زیادی برخوردار است.

انواع پلاسما

پلاسمای جو: نزدیکترین پلاسما به ما (کره زمین) ، یونوسفر (Ionosphere) می‌باشد که از صد و پنجاه کیلومتری سطح زمین شروع و به طرف بالا ادامه می‌یابد. لایه‌های بالاتر یونسفر ، فیزیک سیستمها به فرم پلاسما می‌باشند که توسط تابش موج کوتاه در حوزه وسیعی ، از طیف اشعه فرابنفش گرفته تا پرتوهای ایکس و همچنین بوسیله پرتوهای کیهانی و الکترونهایی که به گلنونسفر اصابت می‌کنند یونیزه می‌شوند.

 

شفق قطبی: پدیده شفق نیز نوعی پلاسما است که تحت اثر یونیزاسیون ایجاد می‌شود. یونسفر پلاسمایی با جذب پرتوهای ایکس ، فرابنفش ، تابش خورشیدی ، انعکاس امواج کوتاه و رادیویی اهمیت اساسی در ارتباط رادیویی در سرتاسر جهان دارد. با همه این احوال نه تنها زمین بلکه زهره و مریخ نیز فضایی یونسفری دارند.

 

 

 

 

ملاحظات نظری نشان می‌دهد که در سایر سیاره‌های منظومه شمسی نظیر مشتری ، زحل ، سیاره اورانوس ، نپتون نیز باید یونسفرهای قابل مشاهده وجود داشته باشد. فضای بین سیاره‌ای نیز از پلاسمای بین سیاره‌ای در حال انبساط پر شده که محتوای یک میدان مغناطیسی) ضعیف (حدود -510 تسلا) است.    

    

هسته‌های ستارگان دنباله دار نیز به فضای بین پلاسمایی پرتاب می‌کند. از طرف دیگر ، خورشید منظومه شمسی مانند یک کره پلاسمایی است. درخشندگی شدید خورشید ، معمولا عین یک درخشندگی پلاسمایی می‌باشد. خورشید به سه قشر گازی فتوسفر ـ کروموسفر و کورونا (که کرونای آن بیش از یک میلیون درجه ، حرارت دارد) احاطه شده است و انتظار می‌رود که هزاران سال به درخشندگی خود ادامه بدهد.

کاربرد پلاسمای یونسفر

یونوسفر زمین در ارتباطات رادیویی اهمیت زیادی دارد. توضیح این نکته لازم است که یونوسفر ، امواج رادیویی با فرکانسهای بیش از 30 مگاهرتز (بین امواج رادار و تلویزیون) را عبور می‌دهد. ولی امواج با فرکانسهای کمتر (کوتاه ، متوسط و بلند رادیویی) را منعکس می‌کند. همچنین شایان ذکر است که ضخامت یونسفر زمین که از چند لایه منعکس کننده تشکیل شده است با عواملی نظیر شب و روز آشفتگی پلاسمایی سطح خورشید در ارتباط نزدیک می‌باشد.

مگنتوسفر و کمربندهای تشعشعی زمین

 

می‌دانیم زمین ما دارای میدان مغناطیسی است که می‌تواند بر یونها و بطور خلاصه پلاسمای فضای اطرافش اثر بگذراد. بر طبق نظرات دینامو ، میدان مغناطیسی زمین از القای مغناطیس حاصل از حرکات ذرات داخل پلاسمای فضا به درون زمین متأثر می‌شود. که دوباره نقش فیزیک پلاسما را در ژئوفیزیک یادآوری می‌کند. به هرحال بطور نظری باید میدان مغناطیسی به شکل متقارن باشد لیکن فشار باد خورشیدی ، میدان ژئومغناطیس زمین را به صورت ستارگان دنباله‌دار یا دکلی شکل در می‌آورد. که در اصطلاح به آن مگنتوسفر زمین گفته می‌شود. ساختمان این لایه پلاسمایی نیز خود از چند لایه تشکیل شده است.

 

ژئوفیزیکدانان با مطالعه اساسی این لایه‌ها ، حد بالای آن را که حدودا 10 برابر شعاع زمین و در جهت خورشید می‌باشد، مغناطیس سکون می‌نامند. خارج از مغناطیس سکون ، ناحیه متلاطمی است که غلاف مغناطیس نام دارد و آن باد خورشیدی در نتیجه فشار مگنتوسفر جهت و سرعت خود را تغییر می‌دهد. مگنتوسفر زمین ، کمربند ایمنی زمین در مقابل ذرات خطرناک کم انرژی و حتی متوسط انرژی می‌باشد. به این کمربند حافظ امنیت زمین در مقابل اشعه‌های خطرناک و ذرات ساتع از خورشید ، اصطلاحا کمربندهای وان آلن (به افتخار کاشف این کمربندها) گفته می‌شود.

آینه‌های مغناطیسی

با توجه به تأثیرات میدان مغناطیسی زمین بر روی پلاسما ، ذراتی که در میدان مغناطیسی زمین (کمربند وان آلن) گیر می‌اندازد. بواسطه داشتن میدان مغناطیسی قوی و ضعیف و در قطبین زمین حرکتی انجام می‌دهند که به مثابه یک آینه طبیعی می‌باشد. بنابراین آینه مغناطیسی که قبلا برای اولین بار توسط انریکو فرمی به عنوان مکانیسمی برای شتابدار ساختن پرتوی کیهانی استفاده شده بود، در ژئوفیزیک نیز بکار رفت.

 

 

 

 

 

بادهای خورشیدی

 

خورشید منظومه شمسی منبع نیرومندی از جریان مداوم پلاسما بصورت باد خورشیدی است. باد خورشیدی اصطلاحی برای ذرات تشعشع یافته نظیر بادهایی در حدود 100 هزار درجه کلوین است. باد خورشیدی پدیده پیچیده‌ای است که سرعت و چگالی) آن متغیر می‌باشد. متغیر بودن پلاسمای بادی به فعالیت خورشید بستگی دارد. گفتنی است که به دلیل 100 برابر بودن انرژی جنبشی پلاسما نسبت به انرژی مغناطیسی‌اش ، اصطلاح باد مغناطیسی به آن داده‌اند.

فشردگی پلاسما در فضا

پلاسمای فضایی می‌تواند تحت عوامل مختلفی فشرده شود و ستارگان فضا را ایجاد کند (به عنوان مثال کوتوله‌های سفید). پلاسمای فضایی با چگالی حدود 100 هزار تا 10 میلیارد گرم بر سانتیمتر مکعب ، محصول نهایی تکامل ستارگان سبک ‌وزن می‌باشد. این نوع ستارگان بسیار چگالتر از خورشید می‌باشند. چرا که اگر کل ماده خورشید با چگالی 1.4 گرم بر سانتیمتر مکعب می‌خواست متراکم و به اندازه مثلا زمین ما شود، چگالی آن به تقریبا یک میلیون گرم بر سانتیمتر مکعب می‌رسید.

 

ستارگان نوترونی نیز از نوع ستارگان بسیار چگال می‌باشند که محصول تکامل ستارگان همان وزن می‌باشند. اینها آخرین نوع ستارگان قابل مشاهده در جهان هستند که به سبب داشتن چگالی فوق‌العاده زیاد ، نورهای اطراف خود را می‌بلعند و به صورت یک حفره سیاه در می‌آیند. بر طبق مدلهای محاسبه شده ، ستارگان نوترونی از لایه‌های مختلفی تشکیل شده‌اند که با حرکت از سطح به طرف داخل ، چگالی به سرعت بالا می‌رود.

زندگینامه آلبرت اینشتاین

تولد:
آلبرت اینشتین(Albert Einstein )، در 14مارس 1879 در شهر یولم ، از شهرهای جنوبی آلمان بدنیا آمد . یکسال پس از تولد او، خانواده اش به حومه ی شهر مونیخ عزیمت کردند .پدر آلبرت صاحب یک کارخانه ی الکتروشیمیایی بود ، و عموی مجردش مهندس با تجربه ای بود که در کارخانه به پدر آلبرت کمک می کرد و با آنها زندگی می کرد. مادرش به موسیقی علاقه ی زیادی داشت و از طرفداران آثار بتهوون بود.

علاقه به ویولن:
مادر این عشق و علاقه را در پسرش به وجود آورد و از 6 سالگی  به او درس ویلون می داد .آلبرت در اوایل کار علاقه ای به آموختن درس موسیقی نداشت و از آن گریزان بود، اما بعدها به تدریج به موسیقی علاقه مند شد واز نواختن سونات های موزارت لذت می برد. شدت این علاقه به حدی بود که تا آخر عمر از آن چشم نپوشید و اوقات بیکاری را به نواختن قطعات موسیقی میپرداخت.

دوران کودکی ونوجوانی:
آلبرت در دوران کودکی نبوغی نداشت ، و به حدی دیر حرف زدن را یاد گرفت که والدینش می ترسیدند مبادا او کودن و عقب افتاده باشد. از زمان کودکی او خود را از بچه های هم سن وسالش جدا می کرد. روزها به گوشه ای می رفت و فکر می کرد بدون اینکه کاری انجام دهد. از انجام کارهای بدنی گریزان بود واز بازی با بچه ها تنفر داشت.                                                 
مونیخ درآن زمان سیستم آموزش و پرورش عمومی نداشت.مدارس ابتدایی زیرنظر گروه های مذهبی اداره می شد با اینکه پدر و مادر اینشتین یهودی بودند ، علاقه ای به دین خود نداشتند و آلبرت را به نزدیکترین مدرسه که یک مدرسه ی ابتدایی کاتولیکی بود فرستادند . در 10 سالگی وارد دبیرستانی به نام ژیمنازیوم شد. در این مدرسه، شاگردان را برای ورود به دانشگاه آماده می کردند.
او در دبیرستان موفقیتی کسب نکرد و هیچ وقت خوشحال نبود . شاگردان مدرسه، درسشان را از روی عادت و بدون تفکر می آموختند و درباره ی موضوعی که جنبه ی فکری داشت اصلا بحث نمی کردند.     
موقعی که اینشتین در ژیمنازیوم بود درباره ی دین یهود  چیزها آموخت.قبلا نیز در مدرسه ی ابتدایی با مذهب کاتولیک آشنا شده بود ، و به ارزش اخلاقی مذاهب توجه داشت.
او پس از فارغ التحصیل شدن از دبیرستان ، از قبول عضویت در گروه مذهبی امتناع ورزید . اما بعد ها که آلمانیها در دوران رژیم هیتلرنازی یهودیان را زیر شکنجه قرار دادند ، به سوی گروه مذهبی یهود گروید.
عموی مهندس اینشتین، در مطالعه ریاضیات راه و روش خاصی داشت . او به آلبرت نشان داد که چگونه می توان
به کمک علم جبر بیشتر مسایل روزانه را حل کرد .او برای اینکه بتواند فکر آلبرت را به ای موضوع جلب کند می گفت : « جبر ، علم جالب و شیرینی است . موقعی که ما حیوانی را برای شکار دنبال می کنیم اگر به چنگ ما نیفتد اسمش را موقتا (( x می گذاریم و این قدر این کار را ادامه می دهیم تا او را به دام بیندازیم. در این حالت دیگر (( xبرای ما مفهومی ندارد چون حیوان را شکار کرده ایم.»
علم هندسه خیلی مورد توجه اینشتین بود . بویژه او به روش های متداول و اثبات هر قضیه از راه استدلال و فکر علاقه مند بود.در این باره می گوید: « در جوانی دو چیز خیلی برایم ارزش پیدا کرد . یکی در 5 سالگی بود که یک قطب نمای مغناطیسی برایم آوردند و دیگری در 12 سالگی بود که کتاب معروف هندسه اقلیدس را مطالعه کردم .باید به صراحت بگویم که اگر کسی در جوانی این کتاب را مطالعه نکرده باشد هرگز نمی تواند یک پژوهشگر باشد.»

مهاجرت به ایتالیا:
هنگامیکه اینشتین 15 ساله بود پدر از کار در مونیخ دست کشید و به میلان ایتالیا رفت تا کار تازه ای در آنجا آغاز کند.آلبرت هنوز در ژیمنازیوم تحصیل میکرد و مجبور بود در مونیخ بماند تا دیپلم تحصیلی اش را بگیرد. مدرسه به تدریج برای اینشتین خسته کننده شده بود . او در درس ریاضیات پیشرفت شگرفی داشت اما در برابر سایر دروس که بطور یکنواخت تدریس می شد چندان قوی نبود .سرانجام ژیمنازیوم را نیمه تمام گذاشت و به ایتالیا نزد پدرش رفت .او در ژیمنازیوم بر خلاف سایر شاگردان هیچ وقت تکالیف مدرسه را انجام نمی داد.
پس از اقامت کوتاهی در ایتالیا ، فرصتی پیدا کرد تا درباره ی آینده اش فکر کند. سرانجام تصمیم گرفت که زندگی خود را وقف مطالعه و تحقیق در ریاضیات و فیزیک کند.

اقامت در سوئیس:
برای امتحان ورودی پلی تکنیک زوریخ به سویس رفت ، اما در این امتحان رد شد. استعداد ریاضی اش عالی بود ولی متاسفانه در دروس زبان و زیست شناسی ضعیف بود . رییس پلی تکنیک که سخت تحت تاثیر نبوغ ریاضی اینشتین قرار گرفته بود به او پیشنهاد کرد که در سویس بماند و معلومات خود را برای ورود به مدرسه تکمیل کند.در اینجا اینشتین مدارسی را می دید که روش آموزش و پرورش در آنها با مدارس مونیخ تفاوت زیادی داشت . شاگردان نا گزیر بودند که بدون کمک معلم فکر کنند و معلمان نیز با شاگردان به بحث و گفتگو درباره موضوعات مختلف می پرداختد. او مدرسه مورد علاقه اش را برای نخستین با یافته بود. پس از تکمیل معلومات در امتحان ورودی مدرسه پلی تکنیک  زوریخ پذیرفته شد.
موقعی که در زوریخ بود تصمیم گرفت که معلم فیزیک بشود. برای رسیدن به این هدف دروس مربوطه را مطالعه کرد و برای کسب این مقام تبعه سویس شد . زندگی او در زوریخ از نظر مادی چندان رضایت بخش نبود. وضع مالی پدر روز به روز وخیم تر می شد ، و او دیگر نمی توانست مخارج تحصیل پسرش را بپردازد. خوشبختانه، یکی از بستگان ثروتمندش به آلبرت کمک  کرد و خرج تحصیل او را برعهده گرفت.
باوجود اینکه اینشتین دانشجوی برجسته  زرنگی بود و همیشه تشویق نامه های زیادی از استادان خود می گرفت، نتوانست به مقام معلمی برسد. از این رو، برای گذراندن زندگی در اداره ی ثبت اختراعات شهر برن در سویس به عنوان بازرس مشغول به کار شد.

ارائه نظریه نسبیت خاص:
در سال 1905 ، موقعی که در اداره ی ثبت اختراعات کار می کرد ، اینشتین تئوری نسبیت خاص را ارایه داد.این تئوری همانی بود که بعد ها از آن برای ساختن بمب اتم استفاده شد . تا آن زمان تمام اصول فیزیکی مبتنی بر قوانین نیوتون بود که دویست سال پیش از آن بصورت فرمول درآمده بود، و جواب گوی بیشتر مسایل فیزیک بود. اما اکنون قوانین نیوتون در مورد برخی مسایل صدق نمی کرد. مثلا اگر موشکی از یک ناو فضایی در جهت حرکت پرتاب شود سرعت آن برابر خواهد بود با مجموع سرعت موشک و ناو . اگر قوانین نیوتون در مورد نور بکار رود ،  در حالتی که منبع نور به بیننده نزدیک شود سرعت نور زیاد می شود و اگر منبع نور از ناظر دور شود از سرعت نور کاسته خواهد شد.
آلبرت مایکلسون ، دانشمند نامدار آمریکایی و استاد آکادمی نیروی دریایی در آناپولیس ، با آزمایش هایی که انجام داد ثابت کرد که سرعت نور از قوانین نیوتون پیروی نمی کند.
اینشتین ، اساس فکر و تجربه اش را روی نتایج تحقیقات مایکلسون بنا نهاد و نظریه ای به این صورت بیان کرد
« صرف نظر از منبع نور و اینکه ناظر چه نوع حرکتی داشته باشد ، سرعت نور نسبت به تمام افراد مقداری است مساوی»

شروع جنگ جهانی دوم:
بعدها وی به دلیل جنگ جهانی دوم و تفکرات نازیستی هیتلربه ایالات متحده مهاجرت کردوسالها در همان جا درکنار دانشمندان بزرگی چون انریکو فرمی،پائولی و...کارکرد.
بعدها با پیشرفت ابزارهای آزمایش وقتی نظریات وی تحت آزمایش قرارگرفت با دقت بسیای درست از آب درآمد.
 قانون تبدیل ماده به انرژی را بوجود آورد و ساختمان بمب اتمی را پیش بینی کرد . این قانون برای نخستین بار به راز انرژی عظیم خورشید پی برد
وی از کاربردفیزیک جدید در بمب اتمی ناراضی بود.به نظریه احتمالاتی درکوانتوم اعتقادی نداشت.اخلاق ورفتار به خصوصی داشت.

هفت شگفتی در جهان فیزیک

هفت شگفتی عظیم در جهان فیزیک کورش ضیابری ترجمه: سید ایمان ضیابری هفت شگفتی عظیم در جهان فیزیک ما به جایی رسیده‌ایم که که بدون حل کردن برخی از مشکلات و مسایل فیزیک، نمی‌توانیم در مورد حقایق و پدیده‌های جالب و شگفت‌انگیز دیگر فیزیکی، اطلاعات بیشتری کسب کنیم. برای درک مفاهیمی مثل خاستگاه و بنیاد جهان هستی، سرنوشت نهایی سیاهچاله‌های فضایی یا امکان سفر در زمان، نیاز داریم که بدانیم جهان هستی چگونه ادامه‌ی حیات می‌دهد. ۱) جهان هستی چگونه برپاست؟ ما به جایی رسیده‌ایم که که بدون حل کردن برخی از مشکلات و مسایل فیزیک، نمی‌توانیم در مورد حقایق و پدیده‌های جالب و شگفت‌انگیز دیگر فیزیکی، اطلاعات بیشتری کسب کنیم. برای درک مفاهیمی مثل خاستگاه و بنیاد جهان هستی، سرنوشت نهایی سیاهچاله‌های فضایی یا امکان سفر در زمان، نیاز داریم که بدانیم جهان هستی چگونه ادامه‌ی حیات می‌دهد. هم‌اکنون یک ایده‌ی خوب در ذهن ما هست که می‌تواند منتج به کشف حقیقت و بنیاد هستی شود. علم فیزیک در قرن بیستم بر پایه‌ی انقلابهای دوگانه‌ی مکانیک کوانتومی (تئوری ماهیت جسم) و نظریه‌ی معروف اینشتین در مورد فضا، زمان و جاذبه معروف به نسبیت، بنا شده است. اما وقتی شما به دو تعریف نهایی از واقعیت دست پیدا می‌کنید زمانی که تنها یک واقعیت را موجود می‌بینید، این راضی‌کننده نیست. تلاش برای یگانه‌سازی این دو تئوری، موانع تکنیکی فنی و مفهومی وحشتناکی را بر سر راه بهترین نظریه‌پردازان فیزیک در طول دهه‌های گذشته قرار داده و آنان را به چالش کشیده است. برای مثال از آنجایی که جاذبه، خودش را به عنوان یک عامل ایجاد انحراف در فضای چهاربعدی زمان-مکان معرفی می‌کند، پذیرش نظریه‌ی کوانتومی در مورد جاذبه ایجاد مشکل می‌کند. از یک جهت، این به معنای پذیرش شک و تردید هایزن‌برگ در مورد فرضیات موجود راجع به زمان – مکان به شکل فی‌نفسه است که قطعاً مشکل‌ساز خواهد بود. اما ممکن است این تردیدها، یک معنای دیگر هم داشته باشند و آن به معنای وجود یک مشکل در رابطه با گرایش و رویکرد ما نسبت به قضیه است. شاید ما نباید مفهوم جاذبه را به تنهایی بررسی کنیم. اکثر تلاشهایی که برای یکسان‌سازی نظریات موجود در مورد جاذبه انجام شدند، خود منجر به این گشتند که تعریف کیفیت و کمیت جاذبه، وارد یک بحث و میدان جدید شود که به ناچار همه‌ی نیروهای طبیعت مانند همه‌ی اجزای زیراتمی را به یک چارچوب تئوریک محدود می‌کند. این ایده‌یی است که برخی از فیزیک‌دانها آن را "تئوری همه‌چیز" می‌خوانند. نظریه‌ی جدیدی که در حال حاضر مطرح می‌شود، نظریه‌ی "فرا-رشته‌یی" است که به وجود حلقه‌های کوچک و ریز رشته‌یی اتمی به عنوان سازنده‌ی همه‌ی مواد حکم می‌دهد. فرضیه‌ی دیگری که وجود دارد و به تئوری ام مشهور است هنوز کمی پیچیده و مبهم به نظر می‌رسد و می‌تواند به عنوان لایه‌یی که در ابعاد وسیعتر فضایی حرکت دارد، تصویر شد. اما مرحله و روند پیشرفت در این نظریه‌ها در بهترین حالت، اینگونه جمع‌بندی می‌شود که هیچ کس دقیقاً به یاد نمی‌آورد وجود حرف "M” در نظریه‌ی ام، دقیقاً به چه دلیلی است و چه واژه‌یی را تداعی می‌کند. راه درازی در پیش است... ۲) آیا "ضدجاذبه‌"ی اینشتین واقعاً یک اشتباه بود؟ اینشتین، ضدجاذبه را بزرگترین اشتباه خود می‌شمارد. اما به نظر می‌رسد که او با اضافه کردن یک نظریه‌ی ضدجاذبه به فرضیه‌ی نسبیت خود که آن را شرط فلسفه‌ی انتظام گیتی می‌خوانند، کار درستی انجام داده است. این شرط اضافه در فرضیه‌ی نسبیت، به فضا یک خاصیت تدافعی نسبت می‌دهد به این معنا که فضا خودش را دفع می‌کند، گسترده‌تر می‌شود و هرچه سریعتر این روند افزایش گستردگی ادامه می‌یابد. اینشتین این عامل به ظاهر بی‌ارزش را اضافه کرد چرا که تصور می‌شد جهان هستی ثابت است و بی‌حرکت. در نتیجه نیاز بود تا نیرویی وجود داشته باشد و قدرت کشش جاذبه‌یی زمین را بالانس و دچار تعادل کند که مواد موجود بر روی زمین، کوچک و کوچکتر نشوند. اما در دهه‌ی ۱۹۲۰، ادوین هابل کشف کرد که جهان هستی خود به خود در حال گسترش و افزایش است. در نتیجه اینشتین نیز نظریه‌ی "تعادل انتظامی گیتی" را به دلیل ترس، پس گرفت! اما به نظر می‌رسد این ایده نباید محو شود. نظریه‌ی کوانتومی میدانها، ثابت می‌کند که حتی فضاهای خالی نیز با انرژی زیاد در حال طغیان و جنب و جوش هستند. در واقع همان تاثیر جاذبه‌یی g=۱۰ که نظریه‌ی ضدجاذبه‌ی اینشتین را توصیف می‌کند. این نظریه در مورد قدرت دافعه‌ (که در مقابل جاذبه مطرح می‌شود) مقداری گنگ و مبهم است اما به آن یک ارزش تخمینی می‌دهد. تقریباً 10 سال پیش، فضانوردان متوجه شدند که سرعت گسترش ابعاد جهان هستی در حال افزایش است و در نتیجه نظریات آزمایش خود در مورد نیروی ضدجاذبه را مطرح کردند. در عین ناباوری و سرگردانی فیزیکدانها هم این فضانوردان، قدرت ضدجاذبه را شامل ۱۲۰ نیرو دانستند که ۱۰ بار از مقدار پیش‌بینی‌شده‌ی قبلی کوچکتر است. این نتیجه، بسیار گمراه‌کننده و عجیب است. اگر تعادل برقرار شده میان جاذبه و دافعه، مقداری برابر با صفر بود، در نتیجه یکی از قوانین عمیق و مهم طبیعی در موردش صدق می‌کرد اما یک عدد غیرصفر که تازه با تئوری ابتدایی نیز غیرقابل مقایسه شناخته شده را نمی‌شود تعبیر کرد. برای وخیم‌تر کردن شرایط، کیهان‌شناسان به ایده‌یی علاقه‌مند شدند که نیروی دافعه‌ی بسیار قوی و بزرگی در اولین مرحله‌ی تفکیک پس از انفجار بزرگ یا Big Bang را مطرح می‌کند چرا که این نظریه، سناریوی جذاب و محبوب مربوط به زمین غیرمسطح و در حال افزایش حجم را تایید می‌کند. با توجه به این تئوری، جهان هستی پس از تولد و شکل‌گیری، با سرعتی غیرقابل باور توسط یک عامل قدرتمند و عظیم، تغییر حجم داد و این نیرو را قدرت ضدجاذبه یا دافعه ایجاد نمود. در نتیجه اگر بخواهیم دلیل و برهانی بر این افزایش حجم سریع و روزافزون بیابیم، به نظریه‌یی نیاز داریم که توضیح دهد چرا ضدجاذبه در ابتدا بسیار قوی و شدید بود، سپس با شتاب و سرعت کاهش مقدار پیدا کرد و سپس به مقداری در حوالی صفر رسید. به عبارت دیگر، ما می‌خواهیم بدانیم که چرا نیروی ضدجاذبه، تقریباً در اولین فازهای شکل‌گیری جهان هستی حذف و محو شد اما به طور کلی از بین نرفت؟ یک احتمال این است که نیرو بر اثر گذشت زمان، محو می‌شود. احتمال دیگر می‌تواند این باشد که نیرو در فضا تغییر می‌کند و در نتیجه ممکن است از ورای دوربین تلسکوپهای ما، همه چیز بسیار بزرگتر از آنچه هستند نشان داده شوند. اگر اینگونه است، در نتیجه هر جسمی در آن منطقه، با سرعت در کهکشانها و ستاره‌های دیگر پخش و متلاشی می‌شد و در نتیجه اصلاً هیچ ناظری نمی‌توانست حضور داشته باشد تا نیرو را اندازه بگیرد. آنچه که ما نیاز داریم، یک تئوری است که قدرت نیروی دافعه یا ضدجاذبه را به اندازه‌ی بخشی از قدرت همه‌ی نیروهای موجود در طبیعت برای ما تعریف کند. متاسفانه به نظر نمی‌رسد که تئوریهای موجود مثل تئوری فرارشته‌یی یا تئوری "ام"، این میزان خاص را مشخص کنند و مقدار کمی که باقی می‌ماند هم همچنان ناشناخته و اسرارآمیز خواهد بود. در نتیجه باید دوباره به سوال یک رجوع کنیم! ۳) چرا ما در سه بعد زندگی می‌کنیم؟ آیا اینکه زمین ما سه بعد دارد، اتفاقی است یا باید برایش دنبال یک تعبیر عمیقتر گشت؟ بعضی از تئوریسین‌ها معتقدند که فضای به وجودآمده بر اثر انفجار بزرگ، تنها به صورت اتفاقی از سه بعد تشکیل گشت و ممکن است قسمتهای دیگری از جهان هستی وجود داشته باشند که ابعادشان متفاوت باشد. مثلاً هیچ دلیل منطقی نمی‌توان یافت برای پاسخ به این سوال که چرا مثلاً جهان هستی فقط دو بعد ندارد. چندصد سال پیش، ادوین آبوت اثری به نام "زمین مسطح" نوشت که در آن جهانی دوبعدی را تصویر کرد. جهانی که در آن اجسام و موجودات حیات خود را تنها بر روی "سطح" ادامه می‌دادند. اما فیزیک جهان دوبعدی با فیزیک جهان ما بسیار متفاوت خواهد بود. برای مثال در فضای دو بعدی، امواج به شفافیت انتشار در فضای سه بعدی، پخش نمی‌شوند و باعث ایجاد انواع مشکلات در سیگنال‌رسانی و انتقال اطلاعات می‌گردند. و نیز از آنجایی که زندگی آگاهانه، به فرآیند انتقال درست و صحیح اطلاعات بستگی دارد، در نتیجه این تفاوتها کافی خواهند بود برای اینکه مشاهدات ما را تنها در حد مناطقی ناشناخته محدود نگاه دارند. تصور کردن فراتر از سه بعد نیز مشکلات مختلفی به همراه خواهد داشت. در چنین حالتی، سیستمهای نجومی و سیاره‌یی غیرممکن می‌شوند چرا که عکس قانون جاذبه یعنی قانون قدرتهای افزایشی به وجود خواهد آمد. در نتیجه به نظر می‌رسد که جهان سه بعدی تنها جهانی است که وجود دارد و فیزیکدانها می‌توانند درباره‌اش بنویسند. اما نکات ریزی وجود دارد که باعث می‌شود این فرضیه با شک و تردید همراه باشد. شاید فضا سه بعدی نیست و تنها اینگونه برای ما نشان داده می‌شود. شاید فضا ۹ یا ۱۰ بعد دارد و حتی ابعاد بیشتر! برخی از تئوریهایی که قصد یکپارچه‌سازی نیروهای طبیعت را دارند مانند فرضیه‌ی فرا-رشته‌یی، امکان وجود تعداد ابعاد بیشتری نسبت به آنچه که ما می‌بینیم را رد نمی‌کنند. دلیلشان نیز این است که بسیاری از معادلاتی که برای توصیف وضعیت موجود به کار می‌روند، با در نظر گرفتن تعداد بیشتر ابعاد، نتایج بهتری می‌دهند! در نتیجه نمی‌توان آن را کاملاً بی‌معنی دانست. ابعاد اضافی فضا، سابقه‌ی حل بسیاری از مشکلات و مسایل حل‌ناشدنی فیزیک را دارند. برای مثال اینشتین برای توصیف کردن جاذبه، به یک بعد اضافی نیاز داشت و آن، زمان بود. و تئودور کالوتزا نیز یک بعد به سه بعد اثبات شده اضافه کرد چرا که می‌خواست نظریات جاذبه را با فرضیات ماکس‌ول در مورد الکترومغناطیس، همگون سازد. مطمئناً ما نمی‌توانیم بعد چهارم را ببینیم اما این هم احتمالاً یک دلیل دارد. این بعدهای اضافه، می‌توانند بسیار کوچک و فشرده شوند. یک لوله‌ی پلیمری آب را از دور در نظر بگیرید. مانند یک خط دراز و معوج به نظر می‌رسد. از یک بعد نزدیکتر آن را نگاه کنید. به شکل تیوب یا لوله دیده می‌شود. اما آنچه که در حقیقت این لوله را می‌سازد، یک سطح دایره‌یی شکل کوچک است که دور محیط لوله چرخیده است. به طور مشابه، بعد چهارم نیز می‌تواند چنین لوله‌یی باشد که دور فضای سه‌بعدی می‌چرخد اما آنقدر کوچک است که دیده نمی‌شود. در نتیجه تصور کردن ابعاد بسیار زیادتری که اینگونه در فضا پنهان‌ شده‌اند، به راحتی ممکن است. اما متاسفانه نظریه‌ی فرا-رشته‌یی هنوز دقیقاً سه بعد گشوده‌شده را تایید نمی‌کند در نتیجه برای تصور ما نسبت به جهان هستی هم تعریف درستی نمی‌توان ارایه داد. اما برای تصور کردن یک بعد جدید، راههای دیگری هم هست. فرض کنید نیروهای فیزیکی بتوانند نور و جسم را به یک صفحه‌ی سه‌بعدی مسطح یا ورقی‌شکل تقلیل دهند و محدود کنند در حالی که به برخی پدیده‌های دیگر فیزیکی اجازه می‌دهند تا وارد بعد چهارم شوند. ساکن شدن سطوح دو بعدی به جای اجسام سه‌بعدی در فضاهای مشخص باعث می‌شود تا هر جسم و پدیده‌یی به شکل طرح و نقشه‌اش نشان داده شود. مثلاً ما یک توپ کره‌یی شکل را به صورت دایره ببینیم! به طریق مشابه، ممکن است ادعا شود که ما در حال حاضر تنها تصویری سه بعدی از اجسام و مفاهیمی را می‌بینیم که در واقع چهاربعدی هستند. اما فضای "سه لایه‌یی" ما می‌تواند تنها در چهار بعد نیز محدود نشود. لایه‌های قابل کشف دیگری نیز می‌توانند وجود داشته باشند که در فضای چهاربعدی حضور دارند. اثبات این فرضیه، انجام آزمایشهایی تازه را می‌طلبد که وجود بعد چهارم را نیز به ما نشان دهد. اما این نظریه وجود دارد که برخورد لایه‌های چندبعدی در مقیاسهای این‌چنینی می‌تواند به تکرار شدن "انفجار بزرگ" منجر گردد در نتیجه حضور ما بر روی کره‌ی زمین شاید اصلاً موید همین مطلب باشد که فضا واقعاً سه‌بعدی نیست! ۴) آیا سفر در زمان امکانپذیر است؟ شاید سوال یک نیز بازگویی همین سوال باشد. ماهیت جسم و جاذبه‌ی کوانتومی را فراموش کنید. شاید این سوال را هر کسی دوست دارد که پاسخ دهد. سفر در زمان به یک موضوع علمی – تخیلی مورد علاقه و جذاب برای مردم تبدیل شد پس از اینکه اچ.جی. ولز، رمان نوگرایانه و جالب خود با نام "ماشین زمان" را نوشت. اما هرآنچه که اینجا مطرح شده، لزوماً علمی – تخیلی نیست. برای مثال سفر در زمان به سوی آینده، یک واقعیت علمی پذیرفته شده است. تئوری نسبیت اینشتین تایید می‌کند که یک جسم ناظر و مشاهده‌گر در برابر زمین، می‌تواند به سمت آینده‌ی زمین جهش کند. این تاثیر را ساعتهای اتمی ثابت کرده‌اند. اما اینگونه درگیر شدن با تار و پودهای زمان، به سرعتی مشابه سرعت نور نیاز دارد که شاید در تئوری قابل اثبات و ممکن باشد اما به یک شاهکار بزرگ مهندسی نیاز دارد، حتی اگر به بودجه و هزینه‌هایش فکر نکنیم. اما سفر در زمان به سمت عقب، مشکلات بزرگتری خواهد داشت. نسبیت، این فرضیه را تایید نمی‌کند که یک جسم ناظر بتواند در دو بعد زمان-مکان سفر کند و به عقب هم برگردد. اما در همه‌ی داستانها و سناریوها، چنین شرایط خارق‌العاده‌یی نیز در نظر گرفته شده است. یکی از راههای سفر به عقب در زمان، استفاده از یک "لانه‌ی مار" فضایی خواهد بود. تئوریسین‌ها معتقدند چنین تونل یا دروازه‌ی ستاره‌یی که دو نقطه را در ابعاد زمان – مکان به یکدیگر متصل کند، وجود دارد. اگر یکی‌شان را پیدا کنید و داخلش بپرید، چند لحظه‌ی بعد از نقطه‌یی دیگر در جهان هستی سردر خواهید آورد. آنها معتقدند اگر چنین چاله‌یی وجود داشته باشد، می‌توان آن را با ماشین زمان نیز مطابق و هماهنگ کرد. می‌توانید از طریق آن سفر کنید و نه تنها از یک مکان دیگر سر دربیاورید، که وارد یک زمان دیگر نیز بشوید. این "زمان" می‌تواند در گذشته یا آینده باشد. اگر امکان سفر به گذشته وجود داشته باشد، انواع پارادوکس‌ها و تضادها نیز اتفاق خواهند افتاد. مانند معمای یک مسافر زمان که به سالهای گذشته می‌رود و مادرش را وقتی یک کودک است، به قتل می‌رساند. از این تضادها می‌توان گریخت اگر اصرار بورزیم و بدانیم که هیچ چیز نمی‌تواند قانون علت و معلول و کنش و واکنش را از بین ببرد. اما سفری دوطرفه در مسیر زمان، هنوز پیچیده و غیرقابل هضم است. برای بسیاری از فیزیکدانها، این مساله بسیار غیرعقلانی است. استفان هاوکینگز نظریه‌ی "تخمین محافظت از تسلسل وقایع" را مطرح می‌کند و معتقد است که یک نیرو یا عامل خاص باعث می‌شود تا اجسام فیزیکی یا نیروها نتوانند به گذشته برگردند. این مساله شاید به دلیل موانع و سدهای فیزیکی اساسی بر سر راه ساخت ماشین زمان اتفاق می‌افتد. برای مثال انرژی خلاء کوانتومی در صورتی که هیچ محدودیتی برای ورود به حفره‌های ماری فضا نداشته باشد، طغیان خواهند کرد و دفع خواهند شد. این مساله همچنان لاینحل باقی مانده اما موضوعی است که بسیاری از مردم، وقت و تلاش خود را صرف آن می‌کنند. همانطور که هاوکینگز اشاره کرده، صرف هزینه برای تحقیق در مورد سفر به زمان بسیار سخت است. در نتیجه به نظر می‌رسد برهان یا تکذیبیه‌یی برای حل این مساله، خود به مشکلات عمومی دیگر منجر شود. مانند طرح یک نظریه‌ی رام‌شدنی و قابل دسترسی در مورد جاذبه‌ی کوانتومی. ۵) آیا ما در یک صافی کهکشانی زندگی می‌کنیم؟ سیاهچاله‌های آشنای کهکشانی همچنان می‌توانند باعث ایجاد بهت و حیرت برای فیزیکدانهای تئوریست شوند. یک سیاهچاله‌ی فضایی می‌تواند زمانی که یک ستاره‌ی بزرگ آتش می‌گیرد و محو می‌شود، تشکیل گردد. هسته‌ی آن بر اثر جاذبه‌ی درونی فراوان، به دو نیم تقسیم می‌شود. اگر جسم به لحاظ شکلی، کروی باشد، آنگاه همه‌ی مواد تجزیه‌شده از ریشه با نسبتهای مساوی به سمت مرکز هندسی هسته، ریزش می‌کنند در نتیجه مقدار میدان چگالنده و میدان جاذبه به بی‌نهایت میل خواهد کرد. تا زمانی که جاذبه، خود را به عنوان تاروپودی از هندسه‌ی مکان – زمان معرفی می‌کند، میزان خمیدگی و پیچش این دو بعد یعنی زمان و مکان، به بی‌نهایت میل خواهد کرد و برای زمان – مکان یا هر دوی آنها، یک خط مرز و محدوده خواهد ساخت. ریاضیدانها، این پدیده را تکین یا فردیت می‌نامند. هیچ کس نمی‌داند که از این فردیت‌ها، چه چیزی حاصل می‌شود. آیا فضا-زمان، همانجا به پایان خواهد رسید یا این فردیتها به از کارافتادگی نظریات ما منجر می‌شوند؟ اگر زمان – مکان مرز و حدودی داشته باشد، آنگاه پیش‌بینی کردن حاصل آن نیز غیرممکن خواهد بود. از آنجایی که پیش بینی و فلسفه‌ی جبر و تقدیر، پایه‌ی همه‌ی تصاویر علمی و منطقی از جهان حاضر را تشکیل می‌دهد، فردیتها می‌توانند پا را از مرزهایی فراتر بگذارند که علم نمی‌تواند. وقتی یک سیاهچاله‌ی فضایی، حاصل یک تفرد را در بربگیرد، آن دیگر پوشیده و مستور می‌شود و دیگر تهدیدآمیز نیست. در ۱۹۶۷، راجر پنروز، فرضیه‌ی "سانسور فضایی" را مطرح کرد. در این فرضیه، اعتقاد بر این بود که همه‌ی تفردهای ایجادشده بر اساس کاهش جاذبه، قاعدتاً توسط سیاهچاله‌های فضایی پوشیده می‌شوند و در نتیجه برای ما غیرقابل مشاهده هستند. راه چاره نیز غیرقابل دسترسی بود یعنی وجود تفردهای ناپوشیده که می‌توانند باعث اتفاقاتی بدون توجیه و دلیل منطقی و عقلانی شوند. سپس چند سال بعد، استفان هاوکینگز، یک پیچیدگی دیگر در مورد این مساله را نیز مطرح کرد. او متوجه شد که سیاهچاله‌ها، امواج گرمایی از خود منتشر می‌کنند و به آرامی تجزیه می‌شوند. تئوریسین‌های فیزیکی، آنچه که ممکن بود در پایان اتفاق بیفتد را اینگونه تصور کردند: آیا این تبخیر و تبدیل در نهایت، تفردهای موجود در دل سیاهچاله‌ها را نمایان و بی‌پرده خواهد کرد؟ این مساله در مباحث مربوط به تئوری اطلاعات نیز به شکلی دیگر مطرح شد. وقتی ستاره‌یی از یک سیاهچاله برمی‌خیزد، محتوای اطلاعات جزیی ستاره (مانند تعداد اجزا و ذره‌هایی که از آن تشکیل شده است و از هر نوع ذره و قسمت، چند تکه عضو در ستاره به کار رفته) برای یک ناظر بیرونی، غیرقابل مشاهده خواهد بود. در نتیجه زمانی که یک سیاهچاله‌ی فضایی از بین می‌رود، آیا اطلاعات بر اثر نوعی از تابش که هاوکینگز مطرح کرد، دوباره برمی‌گردند؟ این سیاهچاله‌ها به نظر می‌رسد به وضوح در همه‌جای جهان هستی وجود دارند و حاضر هستند. اگر پیچ‌ و تابهای موجود در حفره‌های ماری (حفره‌های تکینی) باعث آشکار شدن یک چاله‌ی جدید در بعد فضا – زمان می‌شوند، پس می‌توان نتیجه گرفت که جهان هستی مثل یک کف‌گیر یا صافی فضایی در حال نشست کردن است؟ اگر اینگونه است، پس محتویاتش به کجا می‌روند؟ ۶) جهان هستی از چه چیز ساخته شده است؟ دریغ و افسوس که این سردرگمی همچنان ادامه دارد. فیزیکدانها دقیقاً نمی‌دانند و مطمئن نیستند که آنجا چه چیزهایی هست. در نجوم اینگونه مطرح می‌شود که آنچه شما می‌بینید، دقیقاً آنچه نیست که وجود دارد. ستاره‌ها، سیاره‌ها و توده‌های غبار موجود در فضا از اتم‌های معمولی تشکیل شده‌اند. اما برای هر گرم از اجرام معمولی در جهان هستی، چندین گرم اجرام نادیده و ناشناخته وجود دارد. ما این را از نوع حرکت ستاره‌ها می‌دانیم. کهکشان راه شیری بیش از حد تند می‌چرخد و این برای نیروی جاذبه ایجاد مشکل می‌کند که همه‌ی اجسام و اجرام قابل مشاهده‌ی بر روی آن را نگاه دارد. ستاره‌های اطراف نیز اگر مقدار زیادی از اجرام و اجسام فضایی در اطرافشان در حال کشیده شدن نبودند، حتماً سقوط می‌کردند. کهکشانهای دیگر نیز همین‌گونه اند. حجم زیادی از مواد و اجرام نادیده و ناشناس در بین کهکشانها وجود دارند که آنها را به دسته‌های در حال جنب و جوش و آسیاب کردن تبدیل می‌کنند. اگر جهان هستی را یک کل در نظر بگیریم، آنگونه که گسترش پیدا می‌کند و پس‌زمینه‌ی کهکشانی در حال ساطع کردن امواج گرمازا (پس‌فروزشهای در حال محو شدن پس از انفجار بزرگ) یعنی همه‌ی اجزای ظاهری و قابل رویت جهان هستی، به وجود یک اصل فراگیر و نافذ اشاره می‌کنند، یعنی جهان پنهان هستی. تئوریهای این‌چنینی در مورد ماهیت ماده یا "جرم تاریک" باز هم وجود دارند. از دسته‌های بزرگ سیاهچاله‌های فضایی گرفته تا ذرات ریز تجزیه شده‌ بر اثر انفجار بزرگ. اساساً در این مورد، سه ایده‌ی اصلی وجود دارد. نخستین ایده، نظریه‌ی "انرژی تاریک" است که مانند اجرام محو و پنهان درون فضا به شکل یکسان و یکنواخت پراکنده شده‌اند، رفتار می‌کند. مشاهدات به ما نشان می‌دهد که این اجرام می‌توانند بیش از دو سوم کل مواد جهان هستی را تشکیل دهند. نظریه‌ی دوم، نظریه‌ی "اشیای نورانی فشرده و حجیم" معروف به MACHO است. اشیایی مانند کوتوله‌های قهوه‌یی فضایی! فضانوردان، برخی از آنها را کشف کرده‌اند اما برای تشکیل دادن باقی‌مانده‌ی جهان هستی، این اشیا بسیار ناچیز هستند. در نهایت، اجزا و ذرات ریز زیراتمی مانند نوترونها را داریم. این اجرام روان و سیال به سختی با دیگر اجرام و مواد تعامل می‌کنند و بسیار گنگ و نامعلوم به نظر می‌رسد که آیا آنها به کره‌ی زمین هم وارد می‌شوند یا نه. تعداد بسیار زیادی از آنها وجود دارند که شاید هر گروه یک میلیارد نوترونی از آنها، فقط به اندازه‌ی یک نوترون در برابر تمام مقادیر موجود در گیتی به حساب بیاید اما احتمالاً این ذرات جرم بسیار کمی دارند و بخش کوچک و ناچیزی از مواد و اجرام موجود در جهان را تشکیل می‌دهند. تئوریسین‌ها معتقد به وجود نوع دیگری از ماده‌های پرنفوذ هستند که جرم قابل توجه و فراوانی دارند و به عنوان WIMP یا "ذرات حجیم کم‌تعامل" شناخته می‌شوند و آزمایشها برای به دست آوردن و جمع‌آوری آنها در حال انجام است. ایده‌های عجیب و هیجان‌انگیز دیگری مانند مواد و اجرام پنهان شده در بعد چهارم یا وجود یک جهان دیگر در سایه‌ی کهکشهانهای شناخته شده نیز مطرح شده‌اند. شاید ماهیت جهان تاریک، مرکبی از بسیاری چیزها باشد که بسیاری از آنها هنوز هم ناشناخته‌اند. آنچه که واضح و مبرهن است اینکه به نظر می‌رسد اتمهای معمولی و رایجی که ما و کره‌ی زمین از آنها ساخته شده‌ایم، تنها بخش کوچکی از کل جرم و ماده‌ی موجود در جهان هستی را شامل می‌شود که بخش عمده‌ی آن را ناشناخته‌ها تشکیل می‌دهند. ۷) این سوالهای من از کجا می‌آیند؟ هوشمندی و آگاهی انسانها از کجا می‌آید؟ چرا برخی الگوها و صفحات سلولی الکتریکی مانند صفحات سلولی در مغز، دارای احساس و اندیشه هستند در حالی که برخی دیگر از این صفحات مانند سلولهای سراسری در دستگاه گوارش یا دستگاه تنفسی احتمالاً چنین احساساتی را ندارند؟ یا از سوی دیگر، چگونه می‌شود که مفاهیم انتزاعی و غیرجسمانی مانند تفکرات یا آرزوها می‌توانند الکترونها و یون‌ها را به سمت مغز حرکت دهند و دستگاه حرکت فیزیکی بدن را تحریک نمایند؟ یا آیا این سوالات فقط مغلطه‌ی بی‌معنا و بی‌مورد مفاهیم هستند؟ آیا فیزیکدانها این سوالات را به راحتی پاسخ می‌دهند؟ عده‌یی فکر می‌کنند که این سوالها برای فیزیکدانها، به آسانی پاسخ داده می‌شوند. ارتباط دادن جهان مادی و جهان معنوی، چیزی است که اکثر فیزیکدانها از آن اجتناب و دوری می‌کنند. اما اگر فیزیک مدعی باشد که یک علم جهان‌شمول و عمومی است، می‌توان نتیجه‌گیری کرد که آگاهی و معرفت علمی، تعریفی عام و تلفیقی از هر دوی این مفاهیم است. مکانیک کوانتومی به عنوان یک کلید در این زمینه شناخته شده است. بیشتر به این دلیل که ناظر بیرونی، نقشی اساسی در تعریف و تعبیر سیستمهای کوانتومی بازی می‌کند. اما هنوز راه زیادی مانده تا این موضوع روشن شود که تاثیرات کوانتومی می‌تواند به کل دستگاه و مجموعه‌ی نورونها و سلولهای عصبی برسد یا نه. شاید کلید رسیدن به پاسخ، رجوع کردن به تعریف زندگی است. هیچ کس نمی‌داند که دقیقاً چگونه، کجا و چه زمانی، حیات شروع شد. شاید تلفیقی از مواد شیمیایی بی‌جان، در ابتدا منجر به تشکیل شدن بدن یک موجود زنده شد. به نظر نمی‌رسد که این اتفاق به شکل آنی و لحظه‌یی و در یک مرحله افتاده باشد و بی‌هیچ گفت‌وگویی، می‌توان ادعا کرد که یک فرآیند فیزیکی پیچیده و طولانی طی شده اما هنوز مشخص نیست که این سیر تکامل حیات، از مشکلات و مسایلی است که باید در حوزه‌ی فیزیک بررسی شود یا نه. گاهی اوقات ادعا می‌شود که زندگی بر پایه‌ی قانونهای فیزیکی نوشته شده است. البته این مساله درست است که اگر این قوانین اندکی متفاوت بودند، زندگی به طور کلی دگرگون می‌شد اما هیچ چیزی در این قانونهای شناخته شده وجود ندارد که جسم یا مفهومی را به ساماندهی در زندگی مجبور کند. اگر قانون حیات نیز در طبیعت وجود داشته باشد، نمی‌توان در لابه‌لای قانونهای فیزیکی آن را یافت که خاستگاهش، نظریاتی چون تئوری اطلاعات و... است. علاوه بر اینها، یک سلول زنده، نوعی از ماده‌ی ناشناخته و جادویی نیست که یک سیستم و نظام بسیار پیچیده‌ی پردازش و تکرار اطلاعات است. قوانین حاکم بر تئوری اطلاعات یا تئوری پیچیدگی، همچنان مورد استفاده هستند. در سطح مشابه و از سوی دیگر، همانطور که اروین شرودینگر در دهه‌ی ۱۹۲۰ ادعا کرده بود، مکانیک کوانتومی نیز نقش مهمی در تاریخچه‌ی حیات بازی می‌کند. هرچند که قوانین مربوط به پردازش کوانتومی اطلاعات، به شکل قابل ملاحظه‌یی با سیستمهای کلاسیک بیولوژیک تفاوت دارند اما می‌توانند کلیدی برای حل این مشکلات و پاسخ به این سوالها باشند.

با راه رفتن انرژی الکتریکی تولید کنید

هر یک از ما درست مانند یک باتری افسا نه ای هستیم.

دانشمندان یک آتل به وزن سه و نیم پوند مخصوص زانو اختراع کرده اند که قادر است انرژی موجود در ماهیچه های پا را به انرژی لازم برای شارژ تجهیزات الکترونیکی تبدیل نماید.

 

با استفاده از همان روشی که در شارژ خودروهای دوگانه سوز به کار می رود، یک تیم تحقیقاتی متشکل از متخصصان رباتیک و فیزیولوژیست ها، موفق به ساخت وسیله ای شده اند که بدون نیاز به فعالیتی خاص، قادر است پنج وات انرژی تولید نماید.

مکس دونلان (Max Donelan) یکی از محققان دانشگاه سیمون فریزر (Simon Fraser) واقع در بریتیش کلمبیا، که از اعضای تیم تحقیقاتی فوق نیز می باشد، در این باره اظهار داشته :” نیروی بشر یک منبع بسیار غنی برای بهره برداری است، هر یک از ما درست مانند یک باتری افسا نه ای هستیم، انرژی که ما در چربی هایمان ذخیره می کنیم به اندازه ای است که برای شارژ یک باتری هزار کیلوگرمی کافی است. با این وسیله جدید شما قادرید با یک دقیقه راه رفتن به اندازه ده دقیقه گوشی تلفن همراه خود را برای صحبت کردن شارژ نمایید. ”

اما استفاده از چنین انرژی ای هزینه گزافی را طلب می کند، یک آتل زانو که تنها به حداقل تکنولوژی تبدیل انرژی مجهز است، دست کم ۱۰۰۰ دلار قیمت دارد، بنابراین تصور نکنید که به زودی برای شارژ گوشی تلفن همراهتان یکی این وسایل را خریداری نمایید.

طبق مطالبی که در مجله آنلاین ساینس (Science online) توضیح داده شده، آتل زانو تنها به عنوان یک نمونه از مبدل های انرژی در نظر گرفته شده و وسایل دیگری چون کفش، کوله پشتی و حتی خود باتری ها را نیز می توان طوری ساخت که قادر به استفاده از انرژی ماهیچه های انسان به منظور تولید انرژی الکتریکی باشند.

سال ها پیش – داون دنبی (Dawn Danby) – یکی از طراحان این نوع محصولات در این زمینه اشاره نموده بود :”اگر بتوان این نوع تبدیل انرژی راعملی نمود و دستگاههایی ساخت که به درستی کار کنند، در حقیقت به طرز معجزه آسایی می توان استفاده از باتری ها را به طور کامل کنار گذاشت.”

متاسفانه در دستگاههایی که تا کنون به روش دونلان ساخته شده این مشکل وجود دارد که دستگاههای کوچک مانند کفش، انرژی کمی تولید می کنند؛ دستگاههای بزرگتر مانند کوله پشتی که قادر به تبدیل انرژی به میزان مناسب هستند، حجم بزرگ و سنگینی دارند.

وسیله مشابه دیگری توسط محققی به نام پوتنکو (Potenco) اختراع شده که یک یویو تولید کننده انرژی است و قادر است انرژی بیشتری در مقایسه با آتل های زانو تولید کند، اما دو تفاوت اساسی بین این دو محصول وجود دارد:
تفاوت اول اینکه آتل زانوی دونلان بدون نیاز به حرکت خاصی، از فعالیت های روزانه شما انرژی می گیرد و در خود ذخیره می کند، در حالیکه ذخیره انرژی در یویوی پوتنکو نیاز به انجام فعالیت های خاصی دارد که تنها بر این منظور متمرکز است. تفاوت دوم این است که در مقایسه، روش پوتنکو بسیار ارزان تر است به طوری که قیمت یویوی تولید کننده انرژی او در حدود ۲۰۰ دلار برآورد شده است.

بنا به اظهارات دونلان بخش کثیری از بازار این محصولات را افرادی تشکیل می دهند که دائما در حرکت هستند و به انرژی قابل حمل احتیاج دارند. مانند نظامیان یا افرادی که در جنگل ها به پیاده روی می پردازند و مدام در پی یافتن روش هایی برای کاهش مصرف انرژی هستند. او می افزاید :” یک سرباز به هیچ طریق دیگری به جز استفاده از این مبدل های انرژی نمی تواند برای یک ماموریت ۲۴ ساعته وزنی معادل ۳۰ پوند باتری را با خود حمل کند.”