سیاهچاله                                                                                                                 وقتي چيزي تا آن حد از هم بپا شد كه نورهم نتواند از آن عبور كند در اين مرحله فاصله ي سطح تا مركز آن را شعاع شوارتز شيلد گويند اين فاصله براي اولين بار توسط يك دانشمند آلماني محاسبه شده  براي چيزي به اندازه ي خورشيد شعاع شوارتز شيلد 9/2 كيلومتر خواهد بود يعني اگر خورشيد بخواهد درهم بپاشد وبه اندازه اي كوچك شود كه از هر طرف تا مركز آن 9/2 كيلومتر يا به عبارتي قطر آن 8/5 كيلومتر باشد و همه ي مواد تشكيل دهنده ي خود را نيز حفظ كرده باشد ديگر نور از آن خارج نخواهد شد .

چنين چيزي را اگر در فضا فرض كنيم و هر چيزي كه بخواهد از كنار آن عبور كند به دام خواهد افتاد چون اثر جذر و مد خورشيدي به اين كوچكي سبب تكه تكه شدن چيز فوق خواهد شد اجزاء از هم پاشيده شده آن چيز به دورش حلقه زده و بلاخره در ان سقوط خواهند كرد و هر چيزي كه سقوط كرد ديگر نتواند از آن خارج شود اين چيز كوچك به صورت حفره اي در فضا در مي آيد و چون نور نمي تواند از آن عبور كند مطلقاً سياه رنگ است پس يك سيا هچال خواهد بود .

 آيا راهي براي پيدا كردن سياهچاله ها وجود دارد ؟  

گرچه از سياهچاله ها هيچ  تششعي خارج نمي شود اما چيزهايي كه در سياهچاله ها سقوط مي كنند به هنگام سقوط از خود اشعه ي X  منتشر مي كنند . ستاره شناسان از روي زمين محل تابش اشعه X  را در آسمان مشخص مي كنند اگر اين اشعه از يك نقطه واحد سرچشمه گرفته باشد در اين صورت احتمالاً از يك ستاره در حال از هم پاشيدن ( ستاره نوتروني يا سياهچال )

خارج مي شود  . اگر اشعه X از يك ستاره نوتروني باشد به صورت تپشها ي تند مطابق با چرخش ستاره نوتروني دريا فت خواهد شد .

اما اگر اگر اشعه از سياهچال باشد بطور دائم منتشر خواهد شد زيرا كه نور از خود سياهچال بلكه از موادي كه در حال سقوط در آن هستند صادر مي شوند . در مورد سياهچال ها اشعه  X  را به طور نا منظم به مقدار كم و زياد منتشر مي شود ، زيرا كه ممكن است زماني مواد زيادي در حال سقوط به سياهچال باشند و زماني كم . هر وقت ستاره شناسان به جايي كه ستاره همراه بايد باشد نگاه مي كنند هيچ چيز نمي بينند اگر آن ستاره معمولي با اندازه ي 5 تا 8 برابر خورشيد بود ، بايد به اندازه ي كافي روشن مي بود تا حتي از فاصله ي 000/10 سال نوري هم بوسيله تلسكوپ ديده شود چون اين ستاره ديده نمي شود بنا براين بايستي يك ستاره در هم پاشيده با شد ؛ يك كوتوله سفيديا يك ستاره ي نوتروني از چنين فاصله اي ديده نمي شود اما اگر كوتوله سفيد و ستاره نوتروني نمي توانند اينقدر بزرگ باشند و به هم از پاشيدن ادامه دهند . همان طور كه ملاظه شد سياهچاله ها از فرو ريختن ستاره ها حاصل مي شوند . وقتي اين سياهچاله ها ايجاد شوند وزن آنها برابر وزن ستاره ي اوليه است ولي به تدريج و با جذب مواد ديگر بر وزن آنها افزوده مي شود از سوي ديگرحتي اجسام كوچك هم اگر به اندازه ي كافي فشرده شوند به سياهچال تبديل خواهند شد . ها وكينگ دانشمند انگيليسي ثابت كرد كه سياهچاله ها هم مي توانند وزن از دست بدهند مقداري از انرژي جاذبه اي آنها در خارج محدوده شعاع شوارتز شيلد به ذرات ماده تبديل مي شود وممكن است اين ذرات به فضاي بيرون بگريزند از اين طريق مقداري از مواد تشكيل دهنده ي سياهچاله ها از آن خارج مي شود كه به اين عمل اصطلاحاً تبخير هم مي گويند در مورد سياهچاله ها ي بزرگ كه به اندازه ي يك ستاره وزن دارند ميزان اين تبخيرآنقدركم است كه براي تبخيرهمه  مواد تشكيل دهنده اش ميليون ها سال وقت لازم است در حا ليكه در اين مدت خيلي بيشتر از اين مقدار از ماده به آن اضافه مي شود و بنابراين هيچ وقت از طريق تبخير از وزن آن كاسته نخواهد شد .سياهچال كوچك بايد به وسيله ي تبخير كوچك و كوچك تر شود و بلاخره هنگامي كه ديگر خيلي خيلي كوچك شد يك متر به تبخير آن حالت انفجاري به خود گرفته و تششعاتي حتي با انرژي بيشتر از اشعه X از خود منتشر مي كند اشعه منتشر شده از اين طريق اشعه گاما خواهد بود .ستاره شناسان ممكن است به زودي اطلاعات زيادي دربارهي سياهچاله ها كسب كنند و اشعه هاي پيش بيني شدهي خود را كشف كنند كه به كمك آها بتوانيم جهان را بهتر از آنكه در گذشته توانستيم درك كنيم .

 

 

      سیاه چاله ها                                                         وقتي چيزي تا آن حد از هم بپا شد كه نورهم نتواند از آن عبور كند در اين مرحله فاصله ي سطح تا مركز آن را شعاع شوارتز شيلد گويند اين فاصله براي اولين بار توسط يك دانشمند آلماني محاسبه شده  براي چيزي به اندازه ي خورشيد شعاع شوارتز شيلد 9/2 كيلومتر خواهد بود يعني اگر خورشيد بخواهد درهم بپاشد وبه اندازه اي كوچك شود كه از هر طرف تا مركز آن 9/2 كيلومتر يا به عبارتي قطر آن 8/5 كيلومتر باشد و همه ي مواد تشكيل دهنده ي خود را نيز حفظ كرده باشد ديگر نور از آن خارج نخواهد شد .

چنين چيزي را اگر در فضا فرض كنيم و هر چيزي كه بخواهد از كنار آن عبور كند به دام خواهد افتاد چون اثر جذر و مد خورشيدي به اين كوچكي سبب تكه تكه شدن چيز فوق خواهد شد اجزاء از هم پاشيده شده آن چيز به دورش حلقه زده و بلاخره در ان سقوط خواهند كرد و هر چيزي كه سقوط كرد ديگر نتواند از آن خارج شود اين چيز كوچك به صورت حفره اي در فضا در مي آيد و چون نور نمي تواند از آن عبور كند مطلقاً سياه رنگ است پس يك سيا هچال خواهد بود .

 آيا راهي براي پيدا كردن سياهچاله ها وجود دارد ؟  

گرچه از سياهچاله ها هيچ  تششعي خارج نمي شود اما چيزهايي كه در سياهچاله ها سقوط مي كنند به هنگام سقوط از خود اشعه ي X  منتشر مي كنند . ستاره شناسان از روي زمين محل تابش اشعه X  را در آسمان مشخص مي كنند اگر اين اشعه از يك نقطه واحد سرچشمه گرفته باشد در اين صورت احتمالاً از يك ستاره در حال از هم پاشيدن ( ستاره نوتروني يا سياهچال )

خارج مي شود  . اگر اشعه X از يك ستاره نوتروني باشد به صورت تپشها ي تند مطابق با چرخش ستاره نوتروني دريا فت خواهد شد .

اما اگر اگر اشعه از سياهچال باشد بطور دائم منتشر خواهد شد زيرا كه نور از خود سياهچال بلكه از موادي كه در حال سقوط در آن هستند صادر مي شوند . در مورد سياهچال ها اشعه  X  را به طور نا منظم به مقدار كم و زياد منتشر مي شود ، زيرا كه ممكن است زماني مواد زيادي در حال سقوط به سياهچال باشند و زماني كم . هر وقت ستاره شناسان به جايي كه ستاره همراه بايد باشد نگاه مي كنند هيچ چيز نمي بينند اگر آن ستاره معمولي با اندازه ي 5 تا 8 برابر خورشيد بود ، بايد به اندازه ي كافي روشن مي بود تا حتي از فاصله ي 000/10 سال نوري هم بوسيله تلسكوپ ديده شود چون اين ستاره ديده نمي شود بنا براين بايستي يك ستاره در هم پاشيده با شد ؛ يك كوتوله سفيديا يك ستاره ي نوتروني از چنين فاصله اي ديده نمي شود اما اگر كوتوله سفيد و ستاره نوتروني نمي توانند اينقدر بزرگ باشند و به هم از پاشيدن ادامه دهند . همان طور كه ملاظه شد سياهچاله ها از فرو ريختن ستاره ها حاصل مي شوند . وقتي اين سياهچاله ها ايجاد شوند وزن آنها برابر وزن ستاره ي اوليه است ولي به تدريج و با جذب مواد ديگر بر وزن آنها افزوده مي شود از سوي ديگرحتي اجسام كوچك هم اگر به اندازه ي كافي فشرده شوند به سياهچال تبديل خواهند شد . ها وكينگ دانشمند انگيليسي ثابت كرد كه سياهچاله ها هم مي توانند وزن از دست بدهند مقداري از انرژي جاذبه اي آنها در خارج محدوده شعاع شوارتز شيلد به ذرات ماده تبديل مي شود وممكن است اين ذرات به فضاي بيرون بگريزند از اين طريق مقداري از مواد تشكيل دهنده ي سياهچاله ها از آن خارج مي شود كه به اين عمل اصطلاحاً تبخير هم مي گويند در مورد سياهچاله ها ي بزرگ كه به اندازه ي يك ستاره وزن دارند ميزان اين تبخيرآنقدركم است كه براي تبخيرهمه  مواد تشكيل دهنده اش ميليون ها سال وقت لازم است در حا ليكه در اين مدت خيلي بيشتر از اين مقدار از ماده به آن اضافه مي شود و بنابراين هيچ وقت از طريق تبخير از وزن آن كاسته نخواهد شد .سياهچال كوچك بايد به وسيله ي تبخير كوچك و كوچك تر شود و بلاخره هنگامي كه ديگر خيلي خيلي كوچك شد يك متر به تبخير آن حالت انفجاري به خود گرفته و تششعاتي حتي با انرژي بيشتر از اشعه X از خود منتشر مي كند اشعه منتشر شده از اين طريق اشعه گاما خواهد بود .ستاره شناسان ممكن است به زودي اطلاعات زيادي دربارهي سياهچاله ها كسب كنند و اشعه هاي پيش بيني شدهي خود را كشف كنند كه به كمك آها بتوانيم جهان را بهتر از آنكه در گذشته توانستيم درك كنيم .

 

 

نمونه سوال

۱-شیءرادرمقابل آینه ی کروی قرارمی دهیم .تصویریکه در اینه مشاهده می شود.مستقیم وبزرگترازشیءمی باشد:

الف >نوع آینه چیست؟

ب>نوع تصویرراتعیین کنید؟

ج>رسم شکل.

۲-شیئ کوچکی درفاصله  یcm 20 ازآینه ی مقعری که شعاع آن ۱۰سانتی متراست قراردارد:

الف>تصویرذرچه فاصله ای ازآینه دیده می شود؟

ب>نوع تصویرچیست؟

۳-شیئبه فاصله  ۱۲سانتی مترازیک آینه محدب قراردارد.اگرفاصله کانونی آینه۴سانتی مترباشد تعیین کنید:

الف>شعاع آینه؟

ب>فاصله تصویرتاآینه؟

۴-یک آینه کروی به شعاع ۱۶سانتی مترازجسمی تصویرمجازی تشکیل داده است.اگرفاصله تصویرتاآینه ۲۴سانتی مترباشد:

الف>نوع اینه باذکردلیل.

ب>فاصله جسم تاآینه؟

ج>فاصله جسم تاتصویر؟

۵-درستی یانادرستی عبارت های زیررامشخص کنید

الف>بزرگنمای خطی آینه عبارت است ازطول تصویربه طول جسم.

ب>دراینه کاوبزرگنمایی خطی همواره بزرگترازیک است.

ج>درآینه محدب بزرگنمایی خطی همواره کوچکترازیک است.

۶-جسمی به طول ۵/۱ سانتی متردرفاصله ۸سانتی متری ازآینه کاوقرار دارد.اگرتصویران به طورمستقیم ودرفاصله۲۴ سانتی متری از آینه تشکیل شود.آینه وطول تصویررابدست آورید؟

۷-یک آینه مقعراز جسمی که در فاصله ۱۶ سانتی متری ازآن قرارداردتصویری وارانه می هدکه فاصله تاآینه۴۸سانتی متراست:

الف>شعاع آینه رابدست آورید

ب>اگرطول جسم۱۰ سانتی مترباشدطول تصویرقدراست؟

ج>شکل رارسم نمائید.  

پيام براي طباطبائي

رمز شما درست شد

نام كاربري شما tabatabaie

پيام براي خادمي

رمز شما درست شد

سلام به همه بچه هاي 101

---

ايثاري در ميدان ؟

حقيقيان كجايي ؟

بقيه چي ؟

همه بايد مشاركت داشته باشند

جهان 13 ميليارد و 750 ميليون سال عمر دارد

با انتشار تازه‌ترين نتايج بررسي تابش زمينه كيهاني، پژوهشگران دبليومپ موفق شدند با ارايه دقيق‌ترين تخمين از عمر عالم، از وجود نوع چهارم ذران نوترينو و مشكلات مدل استاندارد كيهان‌شناسي پرده بردارد.

بهنوش خرم‌روز:‌ در مورد جهان،‌ چگونگي پديدايش و زمان آغاز آن تئوري‌هاي متفاوتي وجود داشت، اما اين كه يافته‌هاي به‌دست آمده از 7 سال اطلاعات فضاپيماي دبليومپ ناسا‌ بر برخي از اين نظريه‌ها مهر تاييد بزند، ‌به نظر هيجان‌انگيز مي‌رسد. يافته‌هاي جديد اميد رفع ابهام از بسيار معماهاي كيهاني را به وجود آورده است.

به گزارش وايرد، مطالعات جديد، چشم‌انداز تازه‌اي را از اولين نور جهان منتشر كرده‌اند. به نظر مي‌رسد كه با استفاده از اين تصاوير و تحليل آن‌ها بتوان سن دقيق جهان را تخمين زد. و با شناسايي گاز هليوم اوليه،‌ علامت كليدي انبساط جهان را كه مدل پيشگام در مورد شكل‌گيري جهان است،‌ به دست آورد.

درخشان ترین پرتوی گاما

درخشانترين پرتو گاماي جهان رصد شد

 كهكشاني دور افتاده كه سياهچاله اي عظيم را در خود جا داده است به تازگي با فعاليتهاي غير عادي خود تابشهاي بسيار درخشاني از پرتوهاي گاما را از خود نشان داده است.
به گزارش خبرگزاري مهر، تابش اين پرتوها از 15 سپتامبر آغاز شده و كهكشان ميزبان خود را به يكي از درخشانترين كهكشانهاي كشف شده تبديل كرده است، در واقع در حال حاضر ميزان درخشندگي اين كهكشان نسبت به درخشش عادي آن 10 بار افزايش پيدا كرده است. اين پديده توسط تلسكوپ فضايي پرتو گاماي فرمي رصد شده است تا اطلاعات بيشتري از چگونگي فعاليت اين كهكشانهاي فعال در اختيار دانشمندان قرار گيرد.

اخترشناسان بر اين باورند كهكشان 3C 454.3 از نوع كهكشانهايي است كه به آنها "بلازر" گفته مي شود بلازرها مانند بسياري از كهكشانهاي فعال زماني كه ماده به سوي مركز سياهچاله هاي مركزي آنها سرازير مي شوند، فورانهايي از ذرات كيهاني را به صورت متقابل و با سرعتي برابر سرعت نور به بيرون پرتاب مي كنند. آنچه اين كهكشانها را در تابشهاي گاما بسيار درخشان مي كند جهت گيري آنها در فضا است در صورتي كه يكي از اين فورانها مستقيم به سوي زمين قرار بگيرد رديابي آنها از زمين براي اخترشناسان آسان خواهد شد.

اخترشناسان در حال حاضر بر روي توده هاي فوران ذرات تمركز كرده اند كه انرژي آنها توسط سياهچاله عظيم كهكشان تامين مي شود، به گفته اخترشناسان اينگونه به نظر مي آيد كه برخي تغييرات در داخل اين فورانها مسئول ايجاد پرتوهاي گامايي درخشان است.

اين كهكشان در فاصله 7.2 ميليارد سال نوري از زمين قرار داشته و منزلگاه آن در صورت فلكي پگاسوس است با وجود فاصله قابل توجه، اين كهكشان در حال حاضر نسبت به تب اختر ولا، ستاره دواري كه معمولا درخشانترين منبع پرتو گاما در آسمان شناخته شده است، بسيار درخشانتر است به گفته ماسيمو ويلاتا در رصد خانه تورينو پرتوهاي منتشر شده از اين كهكشان طول موجهاي راديويي و نور مرئي را نيز در بر دارند.

بر اساس گزارش ام اس ان بي سي، تيم فرمي از ديگر اخترشناسان درخواست كرده است تا اين پديده ناشناخته را در وسيع ترين طول موجهاي نوري ممكن مورد بررسي قرار دهند تا بتوانند در نهايت درك درستي از رويدادهاي در حال وقوع در داخل كهكشان آگاه شوند.

  خبرگزاري مهر.

فشرده سازی نور

محققين اپتيك قبلا موفق به رساندن امواج نور به 200 نانومتر ،‌تقريبا 400 بار كوچكتر از عرض يك تار موي انسان شده بودند . گروهي از محققين دانشگاه بركلي به مديريت مهندس مكانيك ، آقاي پروفسور ژانك زانك پيشنهاد فشرده كردن نور و رساندن آن به عرض 10 نانومتر كه تقريبا 5 بار بزرگتر از عرض يك تكه از DNA و 100 بار نازك تر از رشته هاي نوري است را ارائه كرده اند .

به گفته ي رابرت التون يكي از همكاران گروه پروفسور ژانگ و سردبير اين تحقيق ، اين تكنيك امكان كنترل و مديريت چشم گيري بر روي نور را به ما خواهد داد و همچنين امكان كشف مطالب جالبي در مورد كارهايي كه با نور انجام مي دهيم را خواهد داد .

به گفته پروفسور ژانگ هر چه قدر مهندسان كامپيوتر امكان قرار دادن ترانزيستور هاي بيشتري در چيپست هاي كامپيوتر براي رسيدن به ماشين هاي كوچكتر و پر سرعت تر را ايجاد كنند محققين اپتيك به دنبال را ه هايي براي فشرده كردن نور در سيم هاي كوچكتر براي ايجاد ارتباطات نوري بهتر خواهند بود.

به گفته دكتر ژانگ ، كاهش حجم وسايل و تجهيزات نوري از جذابيت بالايي برخوردار است و اين براي آينده ي ارتباطات يك هدف مقدس و بزرگ خواهد بود .

فشرده سازي رشته هاي نوري نه تنها امكان ايجاد ارتباطات نوري كوچكتر را فراهم مي آورند بلكه امكان ايجاد پيشرفت هاي بسيار زيادي را در زمينه هاي كامپيوتر هاي نوري خواهند داشت .

به گفته ي دكتر التون بسياري از دانشمندان در صدد ايجاد ارتباطي بين الكترونيك و اپتيك هستند ولي نور و ماده با هم هم خواني عجيبي دارند چون اندازي ساختار هاي آنها بسيار متفاوت است ، به هر حال ، فشرده سازي نور مي تواند باعث ايجاد اثراتي بنيادي بر روي نور و ماده شود .

محققين اپتيك در صدد فشرده سازي نور در حد طول موج الكترون هستند تا از اين طريق نور و ماده را همكاري بگيرند .

به گفته التون محققين با يك مشكل بزرگ مواجه مي شوند ،هرگاه كه مي خواهد نور را بيشتر از طول موجش فشرده كنند، زيرا نور ديگر تمايل به ماندن در آن حالت را ندارد .

محققين نور را فراتر از اين محدوديت ها با استفاده از رويه هاي پلاسمايي و اجسام نيم رسانا فشرده كرده اند به طوري كه از الكترون ها براي محصور كردن و جلوگيري از تكثير شدن بين سطح فلزات استفاده مي كنند .

التون بر روي متحد كردن پلاسما و و نيم رسانا ها در حال تحقيق بود و هم زماني كه اين مشكلات بيشتر نمايان شد او ايده ي خود را براي يك فشرده شازي بيشتر و پوشاندن اين مشكلات مطرح كرد.تئوري هيبريدي فيبر نوري او از يك نيم رسانا كه در نزديكي يك ورقه ي نازك نقره قرار مي گرفت تشكيل شده است .

به گفته ي التون اين يك مسئله هندسي ساده است و من تعجب مي كنم كه تا كنون چرا كسي به اين موضوع اشاره نكرده است .

التون براي آزمايش ايده خود دست به شبيه سازي رايانه اي زد و متوجه شد كه نه تنها نور را مي تواند در فضا هايي به عرض تنها 10 ها نانومتر فشرده كند بلكه نور مي تواند مسافت ها را 100 بار بيشتر از زماني كه از پلاسما هاي سطحي استفاده مي كرد ، طي كند وبه گفته ي محققين به جاي حركت نور به سمت مركز سيم ، هنگامي كه نور به ورقه ي آهني مي رسد ، امواج نور در يك فضاي خالي بين آنها به دام مي افتد .

به گفته ي التون اين تكنيك به اين دليل موثر بود كه سيستم هيبريدي به عنوان يك باطري و ذخيره كننده ي برق عمل مي كند و انرژي بين سيم و ورقه ي آهني را ذخيره مي كند

هنگامي كه نور بين اين فضاي خالي حركت مي كند باعث ايجاد برانگيختگي در ساخت بار در هر دوي سيم و فلز مي شود و اين بار ها به انرژي اين امكان را مي دهند تا در فاصله ي بيشتري قدرت خود را حفظ كند . به گفته ي دكتر ژانگ اين كشف بر اين باور كه ، فشرده سازي نور هيچ تاثيري بر افزايش فاصله ي طي شده نخواهد داشت ، غلبه خواهد كرد .

به گفته دكتر ژانگ قبلا براي فشرده سازي نور بايد انرژي زيادي مصرف مي شد كه براي كاهش مصرف انرژي بايد ابعاد را بزرگتر مي كرديم و اين دو موضوع هميشه در تقابل همديگر بودند ، ولي اين فكر و طرح اين امكان را ايجاد كرد كه هر دو را به دست آوريم يعني هم كاهش حجم نور و هم كاهش مصرف انرژي .

به گفته ي التون در حال حاضر آزمايش فقط به صورت تئوري است ولي ساخت چنين دستگاهيي را در آينده در دست خواهيم داشت . تنها مشكل موجود ، در تشخيص نور در اين ابعاد است زيرا هم اكنون وسيله اي براي تشخيص نور در اين ابعاد وجود ندارد . ولي گروه دكتر ژانگ ساخت چنين دستگاهي را براي تشخيص نور در اين بعاد در دست دارند .

به نظر التون ، تكنيك هيبريدي فشرده سازي نور تاثيرات زيادي را در آينده خواهد داشت ، از جمله مي توان به فشرده سازي نور و نزديك كردن آن به طول موج الكترون اشاره كرد كه باعث ايجاد ارتباطي بين اپتيك و الكترونيك خواهد شد .

به گفته التون : ما در حال فشرده سازي ابعاد تا حد ابعاد الكترون هستيم تا با اين روش كارهايي را انجام دهيم كه تا كنون انجام داده نشده است .

به گفته ي التون اين فكر مي تواند باعث ايجاد قدمي موثر درجاده ايجاد كامپيوتر اپتيكي شود ، كامپيوتري كه در آن تمام الكترونيك جاي خود را به تجهيزات نوري داده اند . به گفته محققين ساخت يك ترانزيستور نوري مانعي است در رسيدن به محاسبات نوري . اما اين تكنيك يعني فشرده سازي نور و ايجاد ارتباط بين پلاسما با نيم رسانا شايد در حل اين مشكل كمك كند .

 

ميكروسكوپ TEM چيست ؟

اساس عملكرد ميكروسكوپ انتقال الكتروني (Transmission Electron Microscope) كه به اختصار به آن TEM گويند مشابه ميكروسكوپ هاي نوري است با اين تفاوت كه به جاي پرتوي نور در آن از پرتوي الكترون استفاده مي شود. آنچه كه مي توان با كمك ميكروسكوپ نوري مشاهده كرده بسيار محدود است در حالي كه با استفاده از الكترونها به جاي نور، اين محدوديت از بين مي‌رود. وضوح تصوير در TEM هزار برابر بيشتر از يك ميكروسكوپ نوري است.

با استفاده از TEM مي توان جسمي به اندازه چند انگستروم (10-10 متر) را مشاهده كرد. براي مثال مي‌توانيد اجزاي موجود در يك سلول يا مواد مختلف در ابعادي نزديك به اتم را مشاهده كنيد. براي بزرگنمايي، TEM ابزار مناسبي است كه هم در تحقيقات پزشكي، بيولوژيكي و هم در تحقيقات مرتبط با مواد قابل استفاده است.

در واقع TEM نوعي پروژكتور نمايش اسلايد در مقياس نانو است كه در آن پرتويي از الكترون ها از تصوير عبور داده مي شود. الكترون هايي كه از جسم عبور مي كنند به پرده فسفرسانس برخورد كرده سبب ايجاد تصوير از جسم بر روي پرده مي شوند. قسمت هاي تاريك تر بيانگر اين امر هستند كه الكترون هاي كمتري از اين قسمت جسم عبور كرده اند( اين بخش از نمونه چگالي بيشتري دارد) و نواحي روشن تر مكانهايي هستند كه الكترون از آنها عبور كرده است (بخش هاي كم چگال تر).

وضوح اين ميكروسكوپ 2/0 نانومتر است كه در حد اتم است (بيشتر اتم ها ابعادي تقريبا برابر 2/0 نانومتر دارند). با اين نوع ميكروسكوپ حتي مي توان نحوه قرار گرفتن اتمها در يك ماده را بررسي كرد.

استفاده از اين ميكروسكوپ گران و وقت گير است چرا كه نمونه بايد در ابتدا به شيوه اي خاص آماده شود لذا تنها در مواردي خاص از ميكروسكوپ انتقال الكتروني استفاده نمايند. از اين ميكروسكوپ جهت تحليل و آناليز ريخت شناسي، ساختار كريستالي( نحوه قرارگيري اتمها در شبكه كريستالي) و تركيب نمونه ها استفاده مي شود.

عملكرد ميكروسكوپ:

با كمك يك منبع نور در بالاي ميكروسكوپ ، الكترون ها گسيل و منتشر مي شوند. الكترون ها از تيوب خلاء ميكروسكوپ عبور مي كنند. در ميكروسكوپ هاي نوري از عدسي هاي شيشه اي براي متمركز كردن نور استفاده مي شود در حالي كه در TEM از عدسي هاي الكترومغناطيسي استفاده مي شود تا الكترون هاي را جمع و متمركز ساخته به صورت يك پرتوي باريك گسيل نمايد. اين پرتوي الكتروني از نمونه عبور داده مي شود. بسته به چگالي مواد، الكترون ها ممكن است از بخش هايي از جسم بگذرند و به صفحه فلورسانس برخورد نمايند و تصوير سايه مانندي از نمونه ايجاد كنند كه ميزان تيرگي بخش هاي مختلف جسم به چگالي مواد در ان بخش ها وابسته است. هر چه جسم كم چگال تر باشد تصوير تيره تر خواهد بود. اين تصوير مي توان مستقيما توسط اوپراتور مطالعه شود و يا با كمك يك دوربين تصوير برداري شود.

منبع: http://www.nanoclub.ir

سرعت نور شکسته شد

سرعت نور شكسته شد

جام جم آنلاين: فيزيك اخترشناسان دانشگاه تگزاس با مطالعه بر روي پالسار يا تب اختري در فاصله 10 هزار سال نوري از زمين متوجه شدند امواج راديويي تابش يافته شده از اين تب اختر با سرعتي بيشتر از سرعت نور در فضا سفر مي كنند.
تب اختران بقاياي ستاره اي مرده هستند كه بسيار مغناطيسي بوده و با سرعتي بالا در گردشند. عبور از سرعت نور و يا حركت با سرعتي بيش از سرعت نور نيز تا كنون يكي از غير ممكنهاي هميشگي بشر بوده است كه اين حصار با كشف چنين پديده هاي كيهاني به آرامي در هم شكسته مي شود.

اينشتين در گذشته نظريه اي مبني بر امكان حركت سريعتر از نور ارائه كرده بود كه بر اساس آن درصورتي كه پديده اي خالي از اطلاعات باشد مي تواند سريعتر از نور حركت كند. اين قانون فيزيكي در آزمايشهايي كه بر روي زمين شكل گرفته اند به اثبات رسيده است.

با اين حال تب اختر فوق سريع در نوع خود اولين نمونه اي است كه تا به حال در خارج از سياره ديده شده است. چه امواج آن حاوي اطلاعات باشند يا نه، اين پديده به موضوعي جدي براي مطالعه اخترشناسان تبديل شده است.

بر اساس گزارش يونيورس تودي، اخترشناسان بر اين باورند گاهي اوقات سرعت امواج راديويي اين تب اختر در اثر عبور از ميان ابرهاي هيدروژني غني به دست به وجود مي آيد زيرا اين ابرها باعث افزايش طول موج الكترومغناطيسي امواج مي شوند

---

فيبر نوري چيست و كاربرد و عملكرد فيبر نوري چگونه است

 

پيش گفتار

 

فيبر نوري يكي از محيط هاي انتقال داده با سرعت بالا است . امروزه از فيبر نوري در موارد متفاوتي نظير: شبكه هاي تلفن شهري و بين شهري ، شبكه هاي كامپيوتري و اينترنت استفاده بعمل مي آيد. فيبرنوري رشته اي از تارهاي شيشه اي بوده كه هر يك از تارها داراي ضخامتي معادل تار موي انسان را داشته و از آنان براي انتقال اطلاعات در مسافت هاي طولاني استفاده مي شود.

مباني فيبر نوري

فيبر نوري ، رشته اي از تارهاي بسيار نازك شيشه اي بوده كه قطر هر يك از تارها نظير قطر يك تار موي انسان است . تارهاي فوق در كلاف هائي سازماندهي و كابل هاي نوري را بوجود مي آورند. از فيبر نوري بمنظور ارسال سيگنال هاي نوري در مسافت هاي طولاني استفاده مي شود.

مزاياي فيبر نوري

فيبر نوري در مقايسه با سيم هاي هاي مسي داراي مزاياي زير است :

· ارزانتر. هزينه چندين كيلومتر كابل نوري نسبت به سيم هاي مسي كمتر است .

· نازك تر. قطر فيبرهاي نوري بمراتب كمتر از سيم هاي مسي است .

· ظرفيت بالا. پهناي باند فيبر نوري بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب بيشتر از سيم مسي است .

· تضعيف ناچيز. تضعيف سيگنال در فيبر نوري بمراتب كمتر از سيم مسي است .

· سيگنال هاي نوري . برخلاف سيگنال هاي الكتريكي در يك سيم مسي ، سيگنا ل ها ي نوري در يك فيبر تاثيري بر فيبر ديگر نخواهند داشت .

· مصرف برق پايين . با توجه به سيگنال ها در فيبر نوري كمتر ضعيف مي گردند ، بنابراين مي توان از فرستنده هائي با ميزان برق مصرفي پايين نسبت به فرستنده هاي الكتريكي كه از ولتاژ بالائي استفاده مي نمايند ، استفاده كرد.

· سيگنال هاي ديجيتال . فيبر نور ي مناسب بمنظور انتقال اطلاعات ديجيتالي است .

· غير اشتعال زا . با توجه به عدم وجود الكتريسيته ، امكان بروز آتش سوزي وجود نخواهد داشت .

· سبك وزن . وزن يك كابل فيبر نوري بمراتب كمتر از كابل مسي (قابل مقايسه) است.

· انعطاف پذير . با توجه به انعظاف پذيري فيبر نوري و قابليت ارسال و دريافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظير دوربين هاي ديجيتال با موارد كاربردي خاص مانند : عكس برداري پزشكي ، لوله كشي و ...استفاده مي گردد.

با توجه به مزاياي فراوان فيبر نوري ، امروزه از اين نوع كابل ها در موارد متفاوتي استفاده مي شود. اكثر شبكه هاي كامپيوتري و يا مخابرات ازراه دور در مقياس وسيعي از فيبر نوري استفاده مي نماين

بخش هاي مختلف فيبر نوري

يك فيبر نوري از سه بخش متفاوت تشكيل شده است :

هسته (Core)

هسته نازك شيشه اي در مركز فيبر كه سيگنا ل هاي نوري در آن حركت مي نمايند.

روكش Cladding  بخش خارجي فيبر بوده كه دورتادور هسته را احاطه كرده و باعث برگشت نورمنعكس شده به هسته مي گردد.

بافر رويه Buffer Coating  

روكش پلاستيكي كه باعث حفاظت فيبر در مقابل رطوبت و ساير موارد آسيب پذير ، است .

انواع فيبر نوري

صدها و هزاران نمونه از رشته هاي نوري فوق در دسته هائي سازماندهي شده و كابل هاي نوري را بوجود مي آورند. هر يك از كلاف هاي فيبر نوري توسط يك روكش هائي با نام Jacket محافظت مي گردند. فيبر هاي نوري در دو گروه عمده ارائه مي گردند:

فيبرهاي تك حالته (Single-Mode)

 بمنظور ارسال يك سيگنال در هر فيبر استفاده مي شود نظير : تلفن

فيبرهاي چندحالته Multi-Mode

بمنظور ارسال چندين سيگنال در يك فيبر استفاده مي شود( نظير : شبكه هاي كامپيوتري)

فيبرهاي تك حالته داراي يك هسته كوچك ( تقريبا" ۹ ميكرون قطر ) بوده و قادر به ارسال نور ليزري مادون قرمز ( طول موج از ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر) مي باشند. فيبرهاي چند حالته داراي هسته بزرگتر ( تقريبا" ۵ / ۶۲ ميكرون قطر ) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طريق LED مي باشند 

ارسال نور در فيبر نوري

فرض كنيد ، قصد داشته باشيم با استفاده از يك چراغ قوه يك راهروي بزرگ و مستقيم را روشن نمائيم . همزمان با روشن نمودن چراغ قوه ، نور مربوطه در طول مسير مسفقيم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد كرد. با توجه به عدم وجود خم و يا پيچ در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشكلي وجود نداشته و چراغ قوه مي تواند ( با توجه به نوع آن ) محدوده مورد نظر را روشن كرد. در صورتيكه راهروي فوق داراي خم و يا پيچ باشد ، با چه مشكلي برخورد خواهيم كرد؟

در اين حالت مي توان از يك آيينه در محل پيچ راهرو استفاده تا باعث انعكاس نور از زاويه مربوطه گردد.در صورتيكه راهروي فوق داراي پيچ هاي زيادي باشد ، چه كار بايست كرد؟ در چنين حالتي در تمام طول مسير ديوار راهروي مورد نظر ، مي بايست از آيينه استفاده كرد. بدين ترتيب نور تابانده شده توسط چراغ قوه (با يك زاويه خاص) از نقطه اي به نقطه اي ديگر حركت كرده ( جهش كرده و طول مسير راهرو را طي خواهد كرد). عمليات فوق مشابه آنچيزي است كه در فيبر نوري انجام مي گيرد.

تكنولوژي ( فن آوري ) فيبر نوري

نور، در كابل فيبر نوري از طريق هسته (نظير راهروي مثال ارائه شده ) و توسط جهش هاي پيوسته با توجه به سطح آبكاري شده ( Cladding) ( مشابه ديوارهاي شيشه اي مثال ارائه شده ) حركت مي كند.( مجموع انعكاس داخلي ) . با توجه به اينكه سطح آبكاري شده ، قادر به جذب نور موجود در هسته نمي باشد ، نور قادر به حركت در مسافت هاي طولاني مي باشد. برخي از سيگنا ل هاي نوري بدليل عدم خلوص شيشه موجود ، ممكن است دچار نوعي تضعيف در طول هسته گردند. ميزان تضعيف سيگنال نوري به درجه خلوص شيشه و طول موج نور انتقالي دارد. ( مثلا" موج با طول ۸۵۰ نانومتر بين ۶۰ تا ۷۵ درصد در هر كيلومتر ، موج با طول ۱۳۰۰ نانومتر بين ۵۰ تا ۶۰ درصد در هر كيلومتر ، موج با طول ۱۵۵۰ نانومتر بيش از ۵۰ درصد در هر كيلومتر

 

سيستم رله فيبر نوري

بمنظور آگاهي از نحوه استفاده فيبر نوري در سيستم هاي مخابراتي ، مثالي را دنبال خواهيم كرد كه مربوط به يك فيلم سينمائي و يا مستند در رابطه با جنگ جهاني دوم است . در فيلم فوق دو ناوگان دريائي كه بر روي سطح دريا در حال حركت مي باشند ، نياز به برقراري ارتباط با يكديگر در يك وضعيت كاملا" بحراني و توفاني را دارند. يكي از ناوها قصد ارسال پيام براي ناو ديگر را دارد.كاپيتان ناو فوق پيامي براي يك ملوان كه بر روي عرشه كشتي مستقر است ، ارسال مي دارد. ملوان فوق پيام دريافتي را به مجموعه اي از كدهاي مورس ( نقطه و فاصله ) ترجمه مي نمايد. در ادامه ملوان مورد نظر با استفاده از يك نورافكن اقدام به ارسال پيام براي ناو ديگر مي نمايد.

يك ملوان بر روي عرشه كشتي دوم ، كدهاي مورس ارسالي را مشاهده مي نمايد. در ادامه ملوان فوق كدهاي فوق را به يك زبان خاص ( مثلا" انگليسي ) تبديل و آنها را براي كاپيتان ناو ارسال مي دارد. فرض كنيد فاصله دو ناو فوق از يكديگر بسار زياد ( هزاران مايل ) بوده و بمنظور برقراي ارتباط بين آنها از يك سيتستم مخابراتي مبتني بر فيبر نوري استفاده گردد.

سيستم رله فيبر نوري از عناصر زير تشكيل شده است :

فرستنده . مسئول توليد و رمزنگاري سيگنال هاي نوري است .

فيبر نوري مديريت سيكنال هاي نوري در يك مسافت را برعهده مي گيرد.

بازياب نوري . بمنظور تقويت سيگنا ل هاي نوري در مسافت هاي طولاني استفاده مي گردد.

· دريافت كننده نوري . سيگنا ل هاي نوري را دريافت و رمزگشائي مي نمايد.

در ادامه به بررسي هر يك از عناصر فوق خواهيم پرداخت .

فرستنده

وظيفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روي عرشه كشتي ناو فرستنده پيام است . فرستنده سيگنال هاي نوري را دريافت و دستگاه نوري را بمنظور روشن و خاموش شدن در يك دنباله مناسب ( حركت منسجم ) هدايت مي نمايد. فرستنده ، از لحاظ فيزيكي در مجاورت فيبر نوري قرار داشته و ممكن است داراي يك لنز بمنظور تمركز نور در فيبر باشد. ليزرها داراي توان بمراتب بيشتري نسبت به LED مي باشند. قيمت آنها نيز در مقايسه با LED بمراتب بيشتر است . متداولترين طول موج سيگنا ل هاي نوري ، ۸۵۰ نانومتر ، ۱۳۰۰ نانومتر و ۱۵۵۰ نانومتر است .

بازياب ( تقويت كننده ) نوري

همانگونه كه قبلا" اشاره گرديد ، برخي از سيگنال ها در موارديكه مسافت ارسال اطلاعات طولاني بوده ( بيش از يك كيلومتر ) و يا از مواد خالص براي تهيه فيبر نوري ( شيشه ) استفاده نشده باشد ، تضعيف و از بين خواهند رفت . در چنين مواردي و بمنظور تقويت ( بالا بردن ) سيگنا ل هاي نوري تضعيف شده از يك يا چندين " تقويت كننده نوري " استفاده مي گردد. تقويت كننده نوري از فيبرهاي نوري متععدد بهمراه يك روكش خاص (doping) تشكيل مي گردند. بخش دوپينگ با استفاده از يك ليزر پمپ مي گردد . زمانيكه سيگنال تضعيف شده به روكش دوپينگي مي رسد ، انرژي ماحصل از ليزر باعث مي گردد كه مولكول هاي دوپينگ شده، به ليزر تبديل مي گردند. مولكول هاي دوپينگ شده در ادامه باعث انعكاس يك سيگنال نوري جديد و قويتر با همان خصايص سيگنال ورودي تضعيف شده ، خواهند بود.( تقويت كننده ليزري)

دريافت كننده نوري

وظيفه دريافت كننده ، مشابه نقش ملوان بر روي عرشه كشتي ناو دريافت كننده پيام است. دستگاه فوق سيگنال هاي ديجيتالي نوري را اخذ و پس از رمزگشائي ، سيگنا ل هاي الكتريكي را براي ساير استفاده كنندگان ( كامپيوتر ، تلفن و ... ) ارسال مي نمايد. دريافت كننده بمنظور تشخيص نور از يك "فتوسل" و يا "فتوديود" استفاده مي كند

 

حمله با سرعت نور

حمله با سرعت نور
 

 

 

 

از ديدگاه جنگى، ليزر يك پديده تقريباً فوق العاده بود. در ليزر به جاى دود و بوى بد و صداى گوشخراش مهمات جنگى از پرتوهاى نامرئى نور متمركز استفاده مى شود. جت  هاى بازسازى شده بوئينگ ۷۴۷ كه به سلاح هاى ليزرى مجهز است، موشك هاى بالستيكى را شليك مى كند و چندصد مايل دورتر از جايى كه هستيم، به هدف برخورد مى كند. توپ هاى داراى انرژى هدايت شده مى تواند راكت هايى را كه از طرف دشمن شليك مى شود، باسرعت نور ره گيرى كند، مواد انفجارى داخل آنها را داغ كرده و باعث انفجار آنها در وسط آسمان شود. البته مواردى كه ذكر شد، يادى از تصورات ذهنى جنگ ستارگان دوران رياست جمهورى رونالد ريگان نبود. اينها طرح هاى جديدى است كه نقطه آغاز آن فقط به دهه قبل بازمى گردد و در آينده نه چندان دور به حقيقت خواهد پيوست. ليزر تاكتيكى پرانرژى (THEL) نيروى زمينى ايالات متحده در ميدان موشكى وايت سندز ((White Sands واقع در صحراى نيومكزيكو، چندين خمپاره و راكت كاتيوشا را منهدم كرد. در سال ۲۰۰۴ پيمانكاران نيروى هوايى آمريكا، شليك آزمايشى سلاح هاى ليزرى را كه به صورت شيميايى توليد شده بود، آغاز كردند. اين يك ليزر هوابرد بود كه بر روى يك بوئينگ اصلاح شده ۷۴۷ قرار مى گرفت.
به يك باره به نظر رسيد كه تلاش هاى اخير براى اداره كردن ليزرهاى ميدان نبرد مانند پروژه جنگ ستارگان دهه ۱۹۸۰ از بين رفته است. توليد چندين مگاوات توان ليزرى براى منفجر كردن موشك به چندصد گالن مواد شيميايى سمى ( از قبيل اتيلن و ترى فلوئوريد نيتروژن) نياز داشت. بدين ترتيب حجم سلاح ها افزايش يافت. بدتر آنكه پس از چند شليك بايد گروه تازه اى از مواد واكنش دهنده به اين ليزرها تزريق مى شد. موضوع حمل و نقل اين مواد سمى، چه از طريق هوا و چه در طول ميدان رزم، لرزه بر اندام فرماندهان نظامى انداخت. پرسش هايى نيز در مورد چگونگى نفوذ موثر اين پرتوها در باران و گرد و غبار مطرح شد. سال گذشته نيروى زمينى آمريكا پروژه THEL خود را لغو كرد. بعضى از افراد فكر مى كنند احتمالاً جت ۷۴۷ كه براى شليك كردن پرتوها بازسازى شده به علت هزينه سنگين پروژه بعدى است كه لغو مى شود.
البته هنوز زود است كه سلاح هاى ليزرى را از دست رفته بدانيم. پتانسيل پرتوى سلاح هايى كه با دقت زياد و تا فاصله دور مى تواند شليك كند، داراى اهميت زيادى از لحاظ نظامى است، به ويژه در زمانى كه سربازان آمريكايى در حال نبرد با دشمنان چريك مانندى هستند كه به سرعت در پس زمينه ميدان محو مى  شوند. ژنرال برادلى لات يكى از فرماندهان سپاه تفنگداران دريايى ايالات متحده ((USMC مى گويد: «اگر مى شد براى مدت طولانى شليك كرد، بدون آن كه مجبور به بارگذارى مجدد سلاح باشيم، خيلى خوب بود. اين چيزى است كه ((USMC خيلى به آن علاقه دارد و در حال پيگيرى آن است.»
اما اگر ليزرهاى شيميايى نتواند آن را برآورده سازد، چه چيزى باعث مى شود كه جنگ پرتوها تحقق يابد؟ پاسخ آن دو چيز است. اول آن كه پنتاگون كم كم اين موضوع را درك مى كند كه اگر نتايج مطلوب را مى خواهد، بايد انتظارات خود را پايين بياورد. به عنوان مثال ابتدا خمپاره و بعد موشك ها را مورد حمله قرار دهد. اما موضوع دوم كه از مورد اول مهم تر است، ظهور مجدد دو فناورى پروژه جنگ ستارگان (ليزرهاى الكترون آزاد و نيمه هادى) در آزمايشگاه هاى پرانرژى و پراميد دو همكار سابق است كه فكر كردند روياهاى آنها درباره پيروزى ليرز، سال ها پيش از بين رفته است.
جهش به سرعت نور: همه ليزرها كم و بيش به يك روش كار مى كنند. انواع مشخصى از اتم ها را تحريك كنيد تا ذرات نور (فوتون ها) را تشعشع كند. اين نور را به عقب و به اتم هاى تحريك شده برگردانيد تا فوتون هاى بيشترى پديدار شود. برخلاف لامپ هاى حبابى كه نور آن در تمام جهت  ها پخش مى شود، اين دسته از فوتون ها فقط در يك جهت منتشر مى شود. نور ليزر به جاى آن كه در همه قسمت هاى طيف فركانسى داراى درخشندگى باشد، داراى طول موج يكسان است كه بستگى به «واسطه مورد استفاده» دارد، يعنى نوع اتم هايى كه از آنها براى توليد پرتو استفاده مى شود. اگر مقدار كافى از نور متمركز را بتابانيم، اجسام شروع به سوختن مى كند.
در نخستين آزمايش هاى ليزرى كه در دهه ۱۹۶۰ صورت گرفت، از كريستال هاى ياقوت به عنوان واسطه بهره بردارى استفاده مى شد. اما ليزرهاى حالت جامد اصولاً نمى تواند بيش از چندصد وات توان توليد كند. اين مقدار البته براى جراحى چشم خوب است، اما سرنگون كردن موشك (پديده اى كه نيروهاى نظامى خواستار انجام آن هستند) به توانى برابر ميليون ها وات نياز دارد. به همين دليل است كه پژوهشگران، تلاش هاى خود را به سمت  ليزرهاى شيميايى معطوف كردند، كه در نهايت با شكست روبه رو شد.
نوع ديگرى از ليزر وجود دارد كه براى توليد پرتو هيچ احتياجى به كريستال، (واسطه مورد استفاده) و مقادير زيادى از مواد شيميايى خطرناك ندارد. اين ليزر را ليزر الكترون آزاد (FEL) مى نامند. اين ليزر از جريان توربوشارژشده اى از الكترون ها براى شروع واكنش خود استفاده مى كند. اين نوع ليزر در برنامه پدافند موشكى ملى جنگ ستارگان روش غالب بود. اين پديده تقريباً همان پديده افسانه اى بود كه جورج نيل و باب ياماموتو (محققان آمريكايى) به اتفاق هم براى يك شركت پيمانكار نظامى به نام TRW به كار انداختند.
اين طرح به دليل انتظارات توان بالا نيمه كاره ماند. هم آقاى نيل (پژوهشگر اصلى پروژه) و هم ياماموتو (يكى از مهندسان پروژه) به طرح خود اعتقاد داشتند. آنها فكر مى كردند كه با تحقيق و پژوهش كافى مى توان كارى كرد كه ليزر قادر به متوقف ساختن يك موشك سركش و مهيب باشد. موفقيت مورد نياز در فيزيك اتمى، فيزيك نور (اپتيك) و ابررسانايى، منافع زيادى در برخواهد داشت، حتى اگر هرگز نتوان ICBM (موشك هاى بالستيكى بين قاره اى) را از بين برد. اما پس از ۱۰ سال تلاش و صرف هزينه اى بالغ بر نيم ميليارد دلار، حداكثر توانى كه ليزر الكترون آزاد توليد شده در آزمايشگاه TRW داشت ۱۱ وات بود، يعنى يك دهم آنچه كه يك لامپ معمولى توليد مى كند.
 

 

سرانجام پس از چند سال كه مجريان طرح به كار خود ادامه داده و وعده توليد توان هاى ۱۰ و ۲۰ مگاوات را مى دادند، پنتاگون در سال ۱۹۸۹ پروژه جنگ ستارگان را متوقف كرد. آقاى نيل به ويژه از طرح هاى ناشيانه و بى دقتى كه باعث خرابى اين برنامه شده بود و سبب شد كه ايده هاى او درباره انرژى هدايت شده وسيله استهزا و تمسخر ديگران شود، بسيار خشمگين و ناراحت بود. او تا سال ها پس از آن، در كنفرانس هاى علمى اى كه برگزار مى شد همچنان طرفدار از سرگيرى پژوهش در زمينه الكترون آزاد بود. نيل مى گويد: «مردم فكر مى كردند كه ما ديوانه هستيم و اين فناورى عملى نيست، البته با شواهد موجود نيز حق با آنان بود.»
در اين حال ياماموتو به مدت ۱۵ سال پس از شكست مفتضحانه جنگ ستارگان، خود را از پروژه هاى نظامى دور نگه داشت. او براى كار به آزمايشگاه ملى لورنس لايورمور (شريك تجارى TRW در زمينه ليزر الكترون آزاد) رفت تا آهن رباهاى مخصوص آزمايش هاى فيزيك انرژى زياد را بسازد. اين آزمايشگاه نزديك شهر بركلى واقع در ايالت كاليفرنيا بود؛ همانجايى كه ياماموتو در آن بزرگ شد و به مدرسه و كالج رفت. بدين ترتيب جابه جايى مذكور اين فرصت را به او داد تا با كمك دوستان قديمى خود به بازسازى خودروهاى وارداتى (مانند تويوتا و داتسون) بپردازد. باب ياماموتو در گاراژ و آزمايشگاه شهرت زيادى در زمينه انجام كارهايى كه به دشوارى صورت مى گرفت، به دست آورد. ياماموتو به دليل همين پشتكار و همچنين تجربه قبلى در زمينه ليزر در سال ۲۰۰۳ توسط وزارت دفاع آمريكا براى اجراى پروژه ۵۰ ميليون دلارى ليزر حالت جامد در لايورمور كه پنتاگون بر روى آن سرمايه گذارى كرده بود، انتخاب شد. اين فناورى كه روزى به نظر مى رسيد غير علمى باشد، با پيشرفتى فراتر از حد انتظار، احيا شد. ياماموتو همان احساس آرامشى را كه در ليزرهاى الكترون آزاد داشت، در مورد فناورى حالت جامد نيز به دست آورد. او مى گويد: «سلاح هايى با انرژى هدايت شده، چيزى است كه محققان بيش از ۳۰ سال است در پى آن بوده اند و من مى خواهم نخستين كسى باشم كه مى گويد ما آن را به دست آورده ايم.»
سلاح ساخته شده: مهمات موجود در ليزر جديد حالت جامد ياماموتو، مجموعه اى از لوحه هاى شفاف به وسعت ۴ اينچ مربع (حدود ۲۵ سانتى متر مربع) است كه با ارغوانى كمرنگ، رنگ آميزى شده است. اين لوحه ها دقيقاً همان چيزى است كه مى توان انتظار داشت براى راه اندازى توپ هاى مستقر در هواپيماى «اينترپرايز» يا «فالكون ميلنيوم» مورد استفاده قرار مى گيرد. البته خشاب اين لوحه  هاى شفاف دقيقاً بى نهايت نيست.
اين سلاح ها براى هر ۱۰ ثانيه اى كه شليك مى كنند حداقل به يك دقيقه زمان نياز دارند تا خنك شوند. اين لوحه ها از جنس سراميك هستند كه با عنصر نئوديميوم تركيب شده است. هنگامى كه اتم هاى اين عنصر تحريك شود، فوتون هايى توليد مى كند كه نهايتاً به صورت پرتوهاى ليزر درمى آيد. لوحه هاى مذكور هيچ گاه خالى از نيرو نمى شود و دردسر كار با آنها بسيار كمتر از ظروف حجيم مواد شيميايى است. استفاده از اين لوحه ها دليل اصلى اين موضوع است كه ماشين يا ماموتو در آزمايشگاهى به طول ۹ متر جاى مى گيرد. تصور اين واقعيت چندان دشوار نيست كه تمام اين دستگاه در يك كاميون كوچك گنجانده مى شود و خمپاره ها را به آسمان مى فرستد. يك ليزر حالت جامد مانند اين اكنون مى تواند منطقه جنگى كوچكى را تشكيل دهد. منفجر كردن يك ICBM از فاصله ۱۵۰ كيلومترى به چندين مگاوات نور پرانرژى احتياج دارد. ليزرهاى حالت جامد هرگز نمى تواند تا اين حد پرقدرت باشد. اما گرم كردن يك خمپاره از فاصله ۵/۱ كيلومترى تا اندازه اى كه مواد انفجارى داخل آن منفجر شود فقط به توانى معادل ۱۰۰ كيلووات نياز دارد. يا ماموتو ده ها بلوك آلومينيوم و فولاد كربنى را نشان مى دهد. هر يك از اين بلوك ها ۵/۲ سانتى متر ضخامت و ۵ سانتى متر ارتفاع دارد. بر روى تمام آنها علائم سوختگى ديده مى شود. يكى از بلوك ها كه با علامت«۰۵-۶-۶» مشخص شده است تقريباً به طور كامل و به اندازه يك سكه معمولى داراى تورفتگى است. طنابى كه از فلز ذوب شده ساخته شده است به انتهاى بلوك چسبيده است. ياماموتو با صداى زير و با يك لبخند كودكانه مى پرسد: «آيا مى توانيد باور كنيد؟» او خيلى جوان تر از سن واقعى خود (۵۰ سال ) به نظر مى رسد. وى مى گويد: «درست مانند درخشش لامپ و جسم در حال ذوب شدن است، واقعاً خنده دار است.» ليزر موسسه لايورمور كه با لوحه هاى بزرگتر به حركت رو به جلوى خود ادامه داد و سرعت جهش را بيشتر كرد در مارس ۲۰۰۵ موفق شد به توان ۴۵ كيلووات دست يابد. اين مقدار بيش از سه برابر توانى است كه ليزر در سه سال پيش از آن مى توانست توليد كند اما در روزى كه من براى تماشاى آزمايشگاه لايورمور رفتم تنش عصبى آنجا را فرا گرفته بود. هر يك از لوحه ها به وسيله رشته اى شامل ۲۸۸۰ ديود نور افشان (LED) احاطه شده است. هنگامى كه اين ديودها نور از خود ساطع كرده و مى درخشد باعث تحريك اتم هايى در تركيبات سراميكى نيمه شفاف شده و واكنش زنجيره اى ليزر آغاز مى شود. مشكل آن است كه هر چقدر ديودها بيشتر بدرخشد اختلاف حرارتى كه كيفيت پرتو را كاهش مى دهد نيز بيشتر مى شود. پرتو مادون قرمز كه براى چشم غير مسلح قابل ديدن نيست كم كم بخشى از كيفيت خود را از دست مى دهد كه پديده مطلوبى نيست، زيرا پنتاگون مايل است كه پرتو زيبا، سخت و نيرومند داشته باشد. قرار است گروهى از كارشناسان وزارت دفاع براى آزمايش اين پرتوها به اين آزمايشگاه بيايند. حضور آنها تا حد زيادى تعيين مى كند كه آيا گروه متخصصان لايورمور مى تواند بودجه مورد نياز را براى ساخت ليزر آينده خود (كه يك ماشين تسليحاتى با قدرت KW100) دريافت كند يا نه. بنابراين گروه ياماموتو در حال انجام آخرين اصلاحات بر روى «اپتيك تطبيقى» است. آينه هايى با بيش از ۲۰۰ بازوى فعال كننده نصب شده است تا اعوجاج هاى ايجاد شده در پرتو را برطرف كند. ياماموتو به طور مودبانه اى عذرخواهى مى كند: «خيلى معذرت مى خواهم ولى ما زير فشار هستيم.»
جنبش: چند روز بعد هنگامى كه جورج نيل را ملاقات كردم به نظر مى رسيد كه چندان عجله اى در انجام پروژه ندارد. اين مرد لاغر ۵۸ ساله كه دونده استقامت نيز هست (به تازگى يك مسابقه دوى فوق ماراتن به مسافت ۱۲۵ كيلومتر را در كانادا به پايان رساند)، بيش از ربع قرن است كه درصدد ايجاد ليزر الكترون آزاد است. البته چند سال ديگر نيز طول مى كشد تا آقاى نيل بتواند دستگاهى همانند ماشين حالت جامد آقاى ياماموتو بسازد بنابراين او وقت كافى دارد تا آزمايشگاه خود را به من نشان دهد. اين آزمايشگاه كه «تاسيسات شتاب دهنده ملى توماس جفرسون» نام داشته و متعلق به وزارت انرژى آمريكا است در شهر نيوبورت نيوز ايالت ويرجينيا قرار دارد.نيل درى را كه به صورت مغناطيسى قفل شده است باز مى كند. درونش مجموعه
درهم برهمى شامل ۷۵ متر لوله مسى، شلنگ هاى لاستيكى و لوله هاى فولادى با اندازه هاى مختلف وجود دارد. تقريباً همه آنها به اين منظور طراحى شده است تا يك كار انجام دهد: توليد انبوه پالس هاى پرقدرتى از الكترون ها كه با ۹۹/۹۹ درصد سرعت نور حركت كند. الكترون ها از ميدان هاى ميكروويو به دقت زمان بندى شده عبور مى كند و در طول مسير سرعت و قدرت خود را به دست مى آورد. آنگاه پرتو الكترونى به وسيله يك «تحريك كننده» فرستاده مى شود. اين تحريك كننده از يك رشته ۲۹ عددى آهن ربا تشكيل شده است كه جريان الكترون ها را به طرف بالا و پايين خم مى كند. در اين فرآيند الكترون ها فوتون منتشر مى كنند و واكنش زنجيره اى ليزر آغاز مى شود. اين واسطه مورد استفاده نيل و پاسخ او به لوحه هاى شفاف ياماموتو و گازهاى سمى ليزر شيميايى او است. با افزايش توان و كيفيت همين پرتو الكترونى بود كه جورج نيل توانست در فناورى خود پيشرفت كند. قابل تنظيم بودن FEL چيزى است كه فرماندهان نظامى در وهله اول به آن علاقه دارند. بيشتر ليزرها در هنگام حركت قدرت خود را از دست مى دهند و به وسيله اتمسفر جذب مى شوند. تنها مقدار كمى باران كافى است تا اوضاع بدتر شود اما يك FEL مى تواند از هر طول موجى كه در هوا جريان پيدا مى كند به بهترين شكل ممكن استفاده كند. موضوع «خالى شدن خشاب بى نهايت» نيز پيش نمى آيد.
تعجبى ندارد كه آقاى دوگلاس بيسون مدير آزمايشگاه ملى لس آلاموس آن را «جام مقدس ليزرها» ناميده است اما آيا كسى مى تواند مانع آن شود؟ پس از پروژه جنگ ستارگان آقاى نيل همچنان به كار خود ادامه داد و در انتظار فناورى مورد نياز بود. وى ۵ سال در آزمايشگاه توماس جفرسون و بر روى يك دستگاه شتاب دهنده بزرگ ذرات كار كرد. رئيس آزمايشگاه به اين موضوع خوش بين بود كه نيل مى تواند FEL را بسازد. سرانجام در سال ۱۹۹۵ هنگامى كه وقت آن رسيد كه ماشين سرهم شود نيل و گروه تحت سرپرستى او يك FEL جديد را طراحى مى كند كه مى توانست نورى را با قدرت يك كيلووات توليد كند كه البته خيلى كمتر از ليزرهاى پرقدرتى بود كه آنها در اوايل دهه ۱۹۸۰ وعده آن را داده بودند. در سال ۱۹۹۹ آنها موفق شدند كه توان FEL مدل جنگ ستارگان را صد برابر كنند. در سال ۲۰۰۳ توان FEL جديد به ركورد تازه ۱۰ كيلووات رسيد. آقاى نيل با لبخندى حاكى از رضايت مى گويد: «من هميشه اعتقاد داشتم كه فناورى به اين نقطه مى رسد به شرطى كه ما گام هاى محكمى را با اهداف منطقى برداريم.» اكنون نيل مجدداً توجه فرماندهان نظامى آمريكا را به خود جلب كرده است. وزارت دفاع آمريكا در حال سرمايه گذارى ۱۴ ميليون دلارى طى يك سال روى ابزار او است.
بحث بر سر اين موضوع ادامه دارد كه بهتر است نسل آينده ناوشكن هاى نيروى دريايى با ليزرهاى الكترون آزاد مجهز شود. امروزه كشتى ها فاقد دقت تسليحاتى لازم هستند كه بتوانند حملات قايق هاى كوچك و راكت ها را متوقف كنند. (مانند حمله اى كه قايق متعلق به گروه القاعده در سال ۲۰۰۰ عليه كشتى USS Cole انجام داد) ليزر مى تواند اين وظيفه را به خوبى انجام دهد فقط يك ليزر الكترون آزاد را مى توان تنظيم كرد تا هواى بالاى اقيانوس را بشكافد. در دسامبر ۲۰۰۵ خبر خوشى به جورج نيل رسيد. نيروى دريايى تعهد مناسبى را در به كارگيرى FEL بهبود يافته قبول كرد؛ مبلغ ۱۸۰ ميليون دلار براى يك برنامه هشت ساله چند گروهى. نيل مى نويسد: «چالش سختى فراروى ما است ولى حداقل ما كار را آغاز كرده ايم.» طرح شركت Northrop چندان تفاوتى با طرح ياماموتو نداشت فقط به جاى ۴ لوحه شفاف و بزرگى كه در هسته ماشين ياماموتو قرار داشت Northrop از چندين كريستال كوچكتر استفاده مى كرد. انرژى كمترى بر روى هر كريستال متمركز مى شود بنابراين نقايص كمترى در پرتو ايجاد مى شود. آقاى جف سولى مدير برنامه شركت نورث روپ كه بيش از ۳۰ سال سابقه كار در زمينه انرژى هدايت شده دارد، مى گويد: «تعجب مى كنم كه از يك قطعه شيشه كه به اندازه يك آدامس است چقدر انرژى مى توانيم بگيريم.» پنتاگون ۳۳ ماه به سولى وقت داده است تا ماشين خود را به قدرت مورد نياز ميدان رزم برساند. در اين حال ياماموتو به رغم تصميم پنتاگون عليه او به افزايش آرام كيفيت ليزر خود ادامه مى دهد. او ياد گرفته است كه در دنياى تجارت هر اتفاقى ممكن است رخ دهد.
Popular Science, May.2006

 

تلسکوپ

تلسكوپ ها انواع گوناگوني دارند:

 

* تلسكوپ هاي شكستي:

 

در تلسكوپ شكستي ، عدسي هاي شيئي معمولا از دو عدسي با جنس هاي متفاوت شيشه اي تشكيل شده اند. اين قبيل عدسي ، آكرومات (عدسي ساده) ناميده مي شود. منشور شيشه اي مي تواند براي ساخت رنگين كمان از نور سفيد استفاده شود. اين به دليل اين است كه شيشه، رنگهاي نور را به درجات مختلف منحرف ميكند.

 

زماني كه كسي تصوير واضح و تيزي (نوك دار) را از چيزي كه به آن مي نگرد، مي‌خواهد داشته باشد، اين تاثير آزار دهنده مي شود كه بهنام خطاي رنگي[1] (ابيراهي رنگ) شناخته مي شود. آكرومات براي از بين بردن اين تاثير با استفاده از عدسي هايي از دو نوع شيشه طراحي شده است. يكي از عدسي ها كوژ است و جنس آن از شيشه ي گرد[2]است. عدسي ديگر كاو است و از جنس ظرف بلور، چيزي كه اگر مقارن يك عدسي هم شكلش ساخته شود ، متراكم تر و انحراف نور در آن قوي تر از شيشه ي گرد است. اگرچه، همچنين اين انحراف نور بيشتر بطور قوي صورت مي گيرد اما همچنين اختلاف در چگونگي انحراف نورها با رنگهاي مختلف ،حتي به نسبت افزايش مقدار زيادي از انحراف، بيشتر بيان شده است.

 

بنابراين ،مي توان دو عدسي نزديك به هم، يكي از شيشه ي بلوري و يكي از شيشه ي گرد ساخته شود كه نور را به دو راه مخالف انحراف دهند. بنابراين اين اختلاف در انحراف رنگها ، اين تاثيرات را از بين مي برد ، اما اين عدسي هنوز خودش يك كار اساسي از انحراف نور گذرنده از ميان آن در يك راستا را ايفا مي كند.

 

هرچند ، به علت رفتار رنگهاي مختلف نور در شيشه، يك قانون ساده ي ثابت را دنبال نمي كند، اين حذف كردن ميتواند تنها براين دو رنگ تحميل شود. اين هنوز يك پيشرفت بزرگ خارج از ميدان عدسي است. اما بعضي اوقات يك پيشرفت بزرگتر مطلوب است و سپس يك عدسي از 3 عدسي شيئي براي تلسكوپهاي كمي بيشتر گران قيمت طراحي شد.

عدسي شيئي روي تلسكوپ، به جاي شبيه بودن به يك بزرگ كننده معمولي عدسي شيشه اي در شكل، بطور مساوي بر هر دو وجه برآمده است، معمولا يك شكل هلالي شده دارد ، و اين قبيل عدسي، عدسي هلالي[3] ناميده مي شوند.

 

اين براي كم كرن انحراف ديگري، به نام خطاي كروي [4] انجام شده است. انحراف نور با يك عدسي از قانوني رياضي به نام قانون هاي شكست نور (قانون اسنل) [5] پيروي مي كند ، و اين ناشي از حقيقت نور گذرنده است كه در شيشه آرامتر از آن چه در هوا مي پيمايد، سرعت دارد.

 

يك سطح كروي بطور متناسب براي ساخت زمان ساييدن عدسيها آسان است، اما اين تنها يك شباهت زياد، به شكلي است كه سطح آن، مايل به متمركز كرن پرتوهاي وارد آينده به آن در تنها يك نقطه در تصوير است.

 

گاهي ، مخصوصا زماني كه خيلي از عدسي ها براي تثبيت هدف، با قالب گرفته شدن از پلاستيك ، ساخته مي شوند، اين بدترين هزينه براي ساخت قالب ضروري كامل تصوير به منظور ساختن سطح ايده آلي از انحراف نور در تصوير است. عدسي هاي شبيه اين با نام عدسي هاي كروي ناميده مي شوند.

گاهي حتي از اين قبيل عدسي ها از جنس شيشه براي منظورهاي خاصي ساخته مي شوند ، اما اين قبيل عدسي ها گران گرانهستند و بنابراين استفاده ي عمومي ندارند.

اصطلاح انحنادار، زيرا اين به معناي «غيركروي» است، گاهي ديگر انواع عدسي ها كه ساختن آنها دشوار نيست، استفاده مي شوند. آنها هنوز سطح خميده دارند چيزي كه دايره هايي به جاي خم هاي پيچيده براي ساختن تصاوير كامل را نياز مي شود. براي نمونه، تو شايد عدسي‌هاي استوانه‌اي را كه مي‌تواند يك خط منتشره ي بلندتر را بسازد ، ديده باشي، حتي در ميان آنها ، اين را عريض تر نمي سازد. ازاين قبيل عدسي ها مي توان ابزارهاي نوري كه يك چيز در يك جهت را انجام مي‌دهند و اشيا مختلف ديگر ساخت.

 

يك كاربرد اين عدسي هاي تغيير شكل دهنده[6] استفاده براي فشردن عرض تصوير روي پرده‌ي فيلم (2.35 برابر به همان پهناي درازا) در قاب تصوير متحرك فيلم طراحي شده براي تصوير متحرك اصلي به نسبت صفحه كه 1.33 برابر ، به همان پهناي درازا است ، شبيه تصوير روي تلويزيون تو است. (درواقع از زمان اديسون تصوير متحرك استاندارد كمي براي ساختن فيلم هاي معمولي به نسبت صفحه 1.37 : 1 تغيير داده شد. هر چند فيلمها 2.35 :1 به نسبت صفحه هستند، در يك محدوده روي فيلم ضبط شده اند اما فيلم همچنين چندين آثار صداي بزرگ را به خوبي نگه داشت)

 

ديگر كاربرد آن عينك است. عدسي هاي عينك معمولا حلقوي هستند و نه كروي ، بطوريكه همچنين مي تواند براي اشتباه روي هم رفته ي فاصله كانوني در عدسي هاي چشمي را تصحيح كند بهاستثناي اختلاف‌ها در فاصله كانوني در جهات گوناگون يا ناهم خوانيهاي بينايي[7] .

 

معمولا عدسي هاي شيئي تلسكوپ در تلسكوپهاي شكستي نجومي از ابزار كروي استفاده نمي كنند.

 

دو مثال براي تلسكوپ شكستي درمقابل تصوير شده است:

 

 

 

 

عدسي هاي باريك، خطاي كروي كمتري از عدسي هاي كلفت دارند. حتي بعد از تصحيح براي رفع انحراف رنگي ، دو ابزار شيئي، مختصري كلفت تر از يك عدسي شامل تنها يك ابزار ساخته است، باز هم خطاي كروي هنوز بطور مساعد ضعيف مي باشد.

 

 درست كردن عملي يك عدسي هلالي، آن را به حداقل مي رساند، زيرا هنگاميكه روي هم رفته شكل عدسي ، سطح منحني را دنبال مي كند تا جايي كه جريان پرتوهاي نور منحرف مي‌شود به جهت مطلوب جديد، هنگامي است كه نگاه داشتن فضاي يكنواخت بين آنها ، ازدست نرود. (البته، چرا آن بايد يك اختلاف پيچيده بسازد.)

 

همچنين ممكن است توجه بشود كه انحناها بر عدسي ها در شكل بالا، براي هدفهاي تصويري اغراق شده است.

 

زماني كه در جلوي سطح شديدا كوژ شده باشد، در فاصله كانون كوتاهتر تلسكوپ در قسمت پايين تر شكل نشان داده شده است ، تراز كردن نوار انحراف بين دو سطح هدايت كننده به سطح پشتي ،كوژ به جاي كاو مي شود، اما با انحناي سطح كمتر قوي. اين تلسكوپ سومين ابزار را نياز دارد ، همچنين ساخت از فلوئوريت كلسيم يا از گونه خاصي شيشه ، براي تنظيم كردن بيشتر سراسر آن را براي گرايش شيشه به منحرف ساختن نور آبي بيشتر قوي از نور زرد و نور زرد بيشتر قوي از نور قرمز. با دو ابزار ، يك عدسي آكروماتيك مي تواند هر دو نور قرمز و آبي به كانون يكسان بياورد اما نور زرد نيز به جاي كانوني شدن در يك نقطه، به طول معمولي شيشه هاي گرد و بلوري است ، استفاده مي شوند ، انحراف بيشتر قوي و زودتر به كانون آوردن.

استفاده از 3 ابزار و بطور بيشتر مهم ، ابزاري كه شيشه معمولي نيستند، به 3 رنگ اجازه مي دهد تا به كانون يكساني آورده شوند، اما اين نيز زماني كه كانوني شدن رنگها در بين داشتن اشتباه هاي خيلي كمتر، به خوبي صورت بگيرد ،منجرمي شود.

 

اين گونه عدسي ها با توجه به بالا، آكروماتيك هستند. طراحي كردن عدسي آكروماتيك بدون استفاده از فلوئوريت يا مواد شبيه آن ممكن است. پلاستيك ها، از قبيل آكريليك ، نيز با شيشه هاي نوري در دومين قابل فرق مي كنند، گرچه آنها خيلي زياد نسبت به دما از شيشه حساس هستند. همچنين، اينجا اختلاف بين شيشه هاي نوري معمولي كه اجازه بدهد به آنها تا براي ساخت آكروماتيك، به خوبي استفاده شود، وجود دارد.

 اچ دنيس تيلور[8] يك شي نوري–بصري در سال 1895 طراحي كرد چيزي كه به فلوئوريت يا پودر گرد با هم نياز نداشت.

 

زيرا فلوئوريت بيشتر بطور قوي، با شيشه هاي معمولي فرق مي كند، هرچند يك آكروماتيكي كه از فلوئوريت استفاده كند (دوباره يا شيشه اي كه تقريبا شبيه آن باشد) به داشتن سطحي هرچند داراي انحناي قوي ، براي بدست آوردن فاصله كانوني مشابه، نياز ندارد. ابزار مثبت و منفي عدسي، نياز رسيدن كامل براي نزديك شدن به حذف هر قدرت خارجي ديگري را، انجام نمي دهد. اين تصميمها انحراف ديگر عدسي را داراست. آكروماتيكِ اچ دنيس تيلور طراحي شد، براي استفاده در تلسكوپ f/16 ، فاصله اي كه بيشتر مردم براي تلسكوپهاي شكستي آكروماتيك نشان مي دادند، چيزي كه هنوز براي تصاوير عالي دردسترس قرار دارد. 3 ابزار آكروماتيك -با فلوئوريت- مشابه ابزار ، ازطرفي ، اجازه داد، تلسكوپي ساخته شود كه تصاوير گيرا در فاصله كانوني f/6 را انتقال خواهد داد و دو ابزار عدسي ها كه خطاي كروي را با استفاده از فلوئوريت كم مي‌كند – مشابه ابزار ، حتي اگر كسي درباره استفاده از اصطلاح «آكروماتيك» براي توضيح آن بپرسد، مي تواند هنوز شبيه f/9 انجام دهد.

 

* تلسكوپهاي نيتوني:

 

گونه ديگر معمول تلسكوپ، تلسكوپهاي نيوتني[9] هستند كه معمولا از ابزار غيركروي براي ساخت آنها استفاده مي شود. در تلسكوپ نيوتني جاي عدسي شيئي با آينه كاو جايگزين مي شود، چيزي كه مي‌تواند بزرگ كند و از تصاوير در بسياري مشابه طرز عدسي كوژ باشد. يك آينه يدكي، آينه تخت كوچك كه به نام مورب [10] ناميده مي شود كه براي خارج نگهداشتن سر شخص استفاده كننده از تلسكوپ از راه ورود نور مي باشد.

اين گونه تلسكوپ درمقابل تصوير شده است:

 

 

در تلسكوپ نيوتني ،آينه كه كار مشاهده را انجام مي دهد به نام آينه نخست ناميده مي شود و معمولا بصورت كروي جايگزين نمي شود، اما در طي سايش براي گرفتن ، بر روي شكل سهميگون با دقت تنظيم مي شود. (بنابراين مرحله اي به نام سهموي كردن آينه را تنظيم مي كند.)

 

* تلسكوپهاي ماكستوف:

 

نوع ديگر تلسكوپ با نام تلسكوپ ماكستوف[11] شناخته مي شود. اين تلسكوپ براي استفاده در بعضي تلسكوپهاي خيلي گران با اندازه نسبتا كوچك، طراحي شده است. اخيرا ، بيشتر هزينه هاي قابل كنترل تلسكوپهايي ازاين گونه دارد فراهم مي شود. اين تلسكوپ شهرت خيلي خوبي براي كيفيت نوري خود دارد. در اين تلسكوپ، آينه نخست با كروي جايگزين شده است. يك ابزار كلفت شيشه اي در جلوي تلسكوپ ، با خميدگي مشابه بر جلو و عقب، به عنوان مصحح براي خطاي كروي آينه رفتار مي كند.

 

يه طور مخصوص درمقابل از تلسكوپ ماكستوف تصوير شده است. همچنين نقطه ي دايره اي در مركز آن وجود دارد كه در داخل آينه آن پوشانده شده است. اين آينه نوري را كه معمولا به كانون آورده مي شود ، كمي فراتر از اين بازتاب مي كند و چون كه اين آينه سهمويگون است ، كانوني كردن بازتاب نور بازتاب شده در آن تاخير دارد تا اين نور به پشت تلسكوپ از ميان سوراخي در مركز آينه نخست بيرون برود.

 

 

تلاشي ،براي كشيدن شكل مقياسي ساخته شده است، كه بر طراحي حقيقي در دفتر ديميتري ماكستوف[12] بنا شده است. هرچند فاصله از سطح آينه خارجي پشت تلسكوپ تا سطح صاف كانون در عدسي چشمي هنوز اغراق مي شود.

 

اين به خصوص از تلسكوپ ماكستوف-كاسگرين[13] عموما شناخته مي شود به نام تلسكوپ گريگوري ماكستوف [14] ، زيرا جان گريگوري طراحي اي شامل نقطه ي نقره پوش كرد كه ابتدا درغرب به خوبي شناخته شد. طرح نشان داده شد در تصوير بالا براي تلسكوپ f/9 است. تلسكوپهاي ممتاز نوري كاملا با آنها تركيب شده اند.

 

مشابه، اما كمتر گران و بنابراين محبوبيت مردمي اين نوع تلسكوپ بيشتر است كه اشميت كاسگرين تلسكوپ[15] ناميده مي شود. در آن، به جاي يك قطعه ي كلفت شيشه اي با دو سطح كروي ،اصلاح با قطعه ي خيلي نازك شيشه اي ، تخت بر روي يكطرف و با سطح غيركروي روي طرف ديگر ميسر مي شود.

 

 

اينجا ،آينه براي بازتاب نور به عقب از ميان انتهاي تلسكوپ به جلو وسيله بازگردانده مي شود. اينگونه تلسكوپ عموما فاصله ي كانوني f/10 با 8 ثانيه (يا 220 ميليمتر) يا دهانه بزرگتر دارد. كسي با 4 ثانيه (يا110  ميليمتر) دهانه شايد ، كمي آهسته فاصله ي كانوني f/12 داشته باشد.

نور واینه ها

نور و آينه ها

نور صورتی از انرژی تابشی است که با سرعت 300000 کیلومتر بر ثانیه درفضا سیر می کند...

---

نور و آينه ها

نور صورتي از انرژي تابشي است كه با سرعت 300000 كيلومتر بر ثانيه درفضا سير مي كند.

فرايند نور:
1- موجب ديدن اجسام مي شود.
2- موجب عمل غذاسازي گياهان مي شود.
3- باعث كاركردن كليه وسايل نوري مي شود.

4- موجب تغيير رنگ لباس و پارچه مي شود.

براي آنكه جسمي ديده شود، بايد از آن جسم نور به چشم برسد، بنابر اين جسم يا بايد از خودش نور تابش كند و يا نورهايي را كه برآن تابيده شده است، به طرف چشم بيننده بازتاب دهد.
به همين دليل اجسام به دو دسته تقسيم مي شوند.
1- اجسام منير يا چشمه ي نور: اجسامي كه از خود نور توليد مي كنند. مانند خورشيد، لامپ روشن، شمع روشن، چوب در حال سوختن
2- اجسام غير منير: اين اجسام از خود نوري تابش نمي كنند، بلكه نوري را كه از چشمه هاي نور به آن ها تابيده است به طرف چشم، باز مي گردانند، در نتيجه ما مي توانيم آن ها را ببينيم.

انواع چشمه ي نور:
1- چشمه ي گسترده نور: يك شي نوراني نظير خورشيد، چراغ روشن، شعله ي شمع را چشمه ي نور گسترده مي ناميم.


2- چشمه نور نقطه اي: اگر صفحه اي از مقوا را كه روي آن روزنه ي كوچكي ايجاد شده است، درمقابل چراغ روشني قراردهيم، نور چراغ پس از گذشتن از روزنه منتشر مي شود و روزنه مانند يك چشمه نور كوچك عمل مي كند كه به آن چشمه ي نقطه اي نور مي گويند.

تقسيم بندي اجسام غير منير از نظر عبور نور از آنها:
1- اجسام شفاف : اجسامي كه نور از آن ها عبور مي كند مانند شيشه – هوا – آب

2- اجسام نيمه شفاف : اجسامي كه نور از آن ها عبور مي كند ولي از پشت آن ها اجسام ديگر به طور واضح ديده نمي شوند. مانند شيشه هاي مات – كاغذ كالك
3- اجسام كدر اجسامي كه نور از آن ها عبور نمي كند.مانند آجر-مقوا-چوب و ....

نور به خط راست منتشر مي شود.
چند دليل مهم براي اثبات اين موضوع:
1- عبور نور از لابه لاي شاخ و برگ درختان
2- تشكيل سايه
3- خورشيد گرفتگي
4- ماه گرفتگي

سايه چگونه تشكيل مي شود؟ اگر جسم كدري در مقابل منبع نوري قرار گيرد در پشت جسم محوطه ي تاريكي بوجود مي آيد كه به آن سايه مي گويند.

راههاي تشكيل سايه :
1- تشكيل سايه به وسيله چشمه ي نقطه اي نور: در اين حالت فقط سايه كامل ايجاد مي شود و مرز مشخصي بين تاريكي و روشنايي وجود دارد.
نكته: قطر سايه به فاصله ي چشمه ي نور تا جسم كدر و پرده بستگي دارد.
نكته: هر گاه چشمه ي نور به جسم كدر نزديك شود قطر سايه بزرگتر مي شود و هرگاه چشمه ي نور را از جسم كدر دور كنيم قطر سايه كوچك تر مي شود.

2- تشكيل سايه به وسيله چشمه ي گسترده نور: در اين حالت علاوه بر سايه كامل، نيم سايه نيز ديده مي شود.
- خورشيد گرفتگي (كسوف): هر گاه در چرخش ماه به دور زمين و هر دو به دور خورشيد، مركز آن سه (ماه،زمين،خورشيد) روي يك خط راست واقع شود به طوري كه ماه در وسط باشد، ماه جلوي نور خورشيد را مي گيرد و سايه آن روي زمين مي افتد در نتيجه كساني كه در سايه ي ماه قرار دارند خورشيد را تاريك مي بينند. در اين صورت مي گوييم، خورشيد گرفتگي رخ داده است.
- ماه گرفتگي: اگر زمين بين ماه و خورشيد قرار گيرد، زمين جلوي نور خورشيد را مي گيرد و سايه آن روي ماه مي افتد و آن را تاريك مي كند. در اين صورت مي گوييم ماه گرفتگي رخ داده است.

بازتاب نور : برگشت نور از سطح يك جسم را بازتاب مي گويند.
انواع بازتاب نور:
1- بازتاب منظم: اين بازتابش در سطوح بسيار صاف صورت مي گيرد. در اين صورت پرتوهاي نور به طور موازي به سطح تابيده و به طور موازي در يك جهت بازتاب مي شوند. در اين نوع بازتاب همواره تصويري واضح و روشن ايجاد مي شود. مانند آينه

2- بازتاب نامنظم: هرگاه يك دسته پرتو موازي نور به سطح ناهمواري برخورد كند به صورت پرتوهاي غير موازي و در جهات متفاوت بازتاب مي شوند. دراين نوع بازتابش تصوير اشياء مبهم و نامشخص است.

اصل انعكاس: در بازتاب نور از سطح يك جسم، همواره زاويه تابش و بازتاب برابرند.

نكته 1: پرتو تابش: پرتو نوري كه به سطح مي تابد.(I)
نكته2: پرتو بازتابش: پرتو بازگشته از سطح را مي گويند.(R)
نكته3: زاويه تابش: زاويه بين پرتو تابش و خط عمود را مي گويند.(i)
نكته4: زاويه بازتابش: زاويه بين پرتو بازتاب و خط عمود را گويند.(r)
نكته5: زاويه آلفا α : زاويه بين پرتو تابش و سطح آينه را گويند.
نكته6: زاويه بتا α : زوايه بين پرتو بازتاب و سطح آينه را گويند.
نكته7: زاويه تابش متمم زاويه α است.
نكته8: زاويه باز تابش متمم زاويه β است.

انواع دسته اشعه (پرتو) نوراني:
1- دسته پرتو موازي: اين پرتوها همانطور كه از اسمشان پيدا است با هم موازي هستند.

2- دسته پرتو همگرا: پرتوهايي هستند كه در آن شعاع هاي نور در جهت انتشار به هم نزديك مي شوند و در يك نقطه به هم مي رسند.

3- دسته پرتو واگرا: پرتوهايي كه در آن شعاع هاي نور در جهت انتشار از هم دور مي شوند.

پرتوهاي حقيقي:
پرتوهاي تابش و بازتابش كه به چشم مي رسند را پرتوهاي حقيقي مي گويند.
پرتوهاي مجازي:
امتداد پرتوهاي واگرايي كه از سطح آينه بازتاب مي شوند(در پشت آينه) پرتوهاي مجازي گفته مي شود.
تصوير حقيقي:
زماني تشكيل مي شود كه پرتوهاي تابش شده از يك نقطه شي پس از برخورد به آينه يا عدسي در نقطه اي ديگر به هم برسند. تصوير حقيقي بر روي پرده تشكيل مي شود.

تصوير مجازي:
تصويري كه پرتوهاي مجازي در پشت آينه به وجود مي آورند را مي گويند.تصوير مجازي بر روي پرده تشكيل نمي شود.

آينه:
قطعات شيشه اي كه پشت آنها نقره اندود يا جيوه اندود شده است و مي توانند نور را بازتاب دهند بازتاب از سطح آينه منظم است.

ويژگي هاي تصوير در آينه تخت
1- تصوير مجازي
2- تصوير مستقيم
3- تصوير برگردان(وارون جانبي)
4- طول تصوير با طول جسم برابر است.
5- فاصله تصوير تا آينه با فاصله ي جسم تا آينه برابر است.

كاربرد آينه ي تخت:
1- استفاده از تصوير مستقيم آن در خانه و وسايل نقليه
2- استفاده از آينه براي ارسال علايم مخابراتي به فاصله دور
3- استفاده از آينه ي تخت براي اندازه گيري سرعت نور و وسايل نور بازتابي (تلسكوپ بازتابي)
4- پريسكوپ: اين دستگاه از لوله اي تشكيل شده كه در دو طرف آن دو آينه ي تخت موازي نصب شده كه هر يك از اين آينه ها با محور آينه زوايه 45 درجه مي سازد. هر تصويري كه در يكي از اين آينه ها ديده مي شود در ديگري نيز مشاهده مي شود.

انتقال آينه ي تخت:
هرگاه جسمي در برابر آينه ي تختي قرار گيرد، تصوير مجازي آن در آينه ديده مي شود. چنانچه آينه به اندازه d جابه جا شود. تصوير به اندازه 2d نسبت به جسم جابه جا مي شود.

اگر آينه ثابت باشد و جسم به اندازه d نسبت به آينه جا به جا شود تصوير نسبت به جسم به اندازه d جا به جا مي شود.
سرعت انتقال تصوير:
سرعت انتقال تصوير در آينه ي تخت در حالتي كه آينه ثابت باشد و جسم با سرعت V در راستاي عمود بر سطح آينه حركت كند، نسبت به مكان اوليه اش برابر V است.
در حالي كه جسم ساكن باشد و آينه در راستاي عمود بر سطح آينه با سرعت V حركت كند، سرعت انتقال تصوير در آينه نسبت به مكان اوليه اش برابر 2V خواهد بود.
در حالي كه جسم و آينه هر يك با سرعت V به طرف هم حركت كنند، سرعت انتقال تصوير در آينه نسبت به مكان اوليه اش برابر 3Vخواهد بود.
تصوير در آينه هاي متقاطع:
هر گاه جسم روشني در فضاي بين دو آينه ي متقاطع قرار گيرد پرتوهايي از جسم به هر يك از دو آينه مي تابد و دو تصوير مجازي به وجود مي آورد. اگر پرتوها پس از باز تابش هاي متوالي به آينه برخورد كنند تصويرهاي ديگري نمايان مي شود. هر چه زاويه بين دوآينه α كوچكتر باشد تعداد اين تصويرها بيش تر است.

نكته: در حالتي كه دو آينه موازي باشند 0=α تعداد تصاوير بي نهايت زياد است.

آينه هاي كروي:
الف) آينه مقعر(كاو): اگر سطح داخلي آينه بازتاب كننده باشد، به آن آينه كاو مي گويند.
نكته 1: اگر يك دسته پرتو نور موازي به آينه كاو بتابد پرتوهاي بازتابيده در يك نقطه به نام كانون حقيقي به هم مي رسند.
كانون با حرف F نمايش داده مي شود.
به فاصله كانون تا آينه، فاصله كانوني مي گويند و با حرف f نمايش مي دهند.

نكته2: آينه هاي كاو مي توانند از يك جسم هم تصوير مجازي و هم تصوير حقيقي ايجاد كنند.
تشكيل تصوير حقيقي يا مجازي، بستگي به فاصله جسم از آينه هاي كاو دارد. هر چه جسم به آينه نزديك تر باشد، تصوير در فاصله اي دورتر ايجاد مي شود و هرچه جسم را از آينه دور كنيم تصوير به آينه نزديك تر مي شود.

ب) آينه ي كوژ: اگر سطح خارجي آينه بازتاب كننده باشد، آن را آينه ي كوژ مي گويند.
نكته1: هرگاه پرتوهاي نور موازي محور اصلي به آينه محدب بتابد، طوري باز مي تابد كه امتداد پرتوهاي بازتاب از يك نقطه روي محور اصلي مي گذرند. اين نقطه را كانون اصلي آينه ي محدب مي نامند. كانون آينه محدب مجازي است.

نكته 2: تصوير در آينه ي محدب همواره مجازي، كوچك تر از جسم و مستقيم خواهد بود.

شكست نور:
وقتي نور به جسمي مي تابد، مقداري از آن نور بازتاب مي شود، مقداري نيز از جسم عبور مي كند،
اما جسم هاي شفاف مانند هوا، آب، شيشه، طلق هاي پلاستيكي شفاف نور را به خوبي از خود عبور مي دهند.

نور در يك محيط معين در مسير مستقيم حركت مي كند.
اگر در مسير نور يك قطعه جسم شفاف عمود در مسير نور قرار گيرد، مسير نور در هنگام عبور از جسم هم چنان مستقيم خواهد بود.

اما اگر نور در مسير خود، با زوايه اي ديگر به يك جسم شفاف (مثلا شيشه) برخورد كند، هنگام ورود به شيشه مسير حركتش مقداري كج مي شود. به اين پديده شكست نور مي گويند.

نور در يك محيط معين، به صورت مستقيم و با سرعت ثابت حركت مي كند، هرگاه محيط تغيير كند، سرعت نور نيز تغيير كرده و نور منحرف مي شود و در مسير جديد به خط راست حركت مي كند.
تغيير مسير پرتو نور به هنگام عبور از يك محيط شفاف به محيط شفاف ديگر را شكست نور مي گويند.
زاويه تابش: زاويه اي بين پرتو تابش و خط عمود (i)
زاويه شكست: زاويه اي بين پرتو شكست و خط عمود (r)
رابطه ي زاويه تابش و زاويه ي شكست:
1- اگر پرتو تابش عمود بر سطح مشترك بين دو محيط باشد،(يعني زاويه آن با خط عمود برابر صفر باشد) در اين صورت نور بدون شكست وارد محيط دوم شده و منحرف نمي شود.

2- اگر پرتو تابش از محيط رقيق وارد محيط غليظ شود در اين حالت پرتو شكست به خط عمود نزديك مي شود يعني زاويه شكست از زاويه ي تابش كوچك تر مي شود.

3- اگر پرتو تابش از محيط غليظ وارد محيط رقيق شود، در اين حالت پرتو شكست از خط عمود دورتر مي شود و زاويه ي شكست از زاويه ي تابش بزرگ تر مي شود.

علت شكست نور:
علت شكست نور، متفاوت بودن سرعت نور در محيط هاي مختلف است. سرعت نور در خلا يا هوا در حدود است اما وقتيكه وارد آب مي شود، سرعت آن به حدود كيلومتر بر ثانيه مي رسد. سرعت نور در شيشه(كه غليظ تر از آب است) كم تر و در حدود است. اين تفاوت سرعت نور سبب مي شود كه راستاي پرتوهاي نور هنگام عبور از يك محيط به محيط ديگر، شكسته شود و پديده شكست نور اتفاق بيفتد.

عمق ظاهري، عمق واقعي:
هنگامي كه از هوا به جسمي در داخل آب نگاه كنيم آن جسم به سطح آب نزديكتر و وقتي از داخل آب به جسمي در هوا نگاه كنيم، دورتر به نظر مي رسد. وقتي نور به طور مايل از يك محيط شفاف وارد محيط شفاف ديگر مي شود، در مرز مشترك دو محيط، تغيير مي دهد(شكسته مي شود) همين عامل سبب بالاتر ديده شدن جسم نسبت به سطح واقعي گردد.

منشور:
قطعه اي مثلثي شكل است كه از يك ماده شفاف مثل شيشه يا پلاستيك هاي بي رنگ ساخته مي شود. وقتي پرتوهاي نور به يكي از ديواره هاي منشور برخورد مي كند و به آن وارد مي شود، در اثر پديده ي شكست مسيرش تغيير مي كند. اين پرتو هنگام خروج از ديواره ي ديگر منشور نيز، دچار تغيير مي شود.

آزمايش نيوتن:
هرگاه شعاع نور سفيدي بر يك وجه منشور شيشه اي كه قاعده ي آن به شكل مثلث است بتابانيم، نور سفيد تجزيه شده و پرتوهاي خروجي از منشور بر روي پرده طيف رنگيني از هفت رنگ قرمز، نارنجي، زرد، سبز، آبي، نيلي و بنفش را تشكيل مي دهد. علت اين پديده آن است كه ميزان شكست نورهاي رنگي مختلف، با هم يكسان نيست. هرگاه نور سفيد وارد منشور شود، تغيير مسير رنگ هاي تشكيل دهنده ي نور سفيد از قرمز تا بنفش بيش تر شده و به هنگام خروج از منشور رنگ هاي مختلف نور سفيد از يكديگر جدا مي شوند.
جداسازي رنگ هاي نور سفيد به وسيله ي منشور را پاشيدگي نور (پاشيده شدن) مي گويند.

به مجموعه نورهاي رنگي كه از پاشيده شدن نور در منشور به وجود مي آيد طيف نور گفته مي شود.
عدسي ها:
اگر دو منشور را مطابق شكل هاي مقابل به هم بچسبانيم و سطح آن ها را به صورت خميده تراش دهيم، عدسي به وجود مي آيد.

عدسي ها مانند منشور مي تواند جهت پرتوهاي نور را تغيير دهد، همين امر سبب مي شود اجسام از پشت عدسي به صورتهاي مختلف ديده شوند.

انواع عدسي:
1- عدسي همگرا(محدب يا كوژ) ضخامت وسط اين عدسي بيش تر از ضخامت كناره هاي آن است.
اين نوع عدسي پرتوهاي نور موازي را شكسته و در يك نقطه متمركز مي كند يا به عبارت ديگر پرتوهاي نور را به يكديگر نزديك مي كند.
2- عدسي واگرا (مقعر يا كاو) ضخامت وسط اين عدسي كم تر از ضخامت كناره هاي آن است.
اين نوع عدسي پرتوهاي نور موازي را شكسته و آنها را واگرا مي نمايد به عبارت ديگر پرتوهاي نور را از يكديگر دور مي كند.

عدسي همگرا:

اين نقطه كانون عدسي(ذره بين)است. اگر فاصله ي بين عدسي تا صفحه ي كاغذ را اندازه بگيريد، اين فاصله را فاصله كانوني عدسي گويند.
هرگاه يك دسته پرتو نور موازي با محور اصلي به عدسي همگرا بتابد پس از عبور از عدسي شكسته شده و پرتوها در يك نقطه يكديگر را قطع مي كنند. اين نقطه كانون اصلي عدسي بوده و با F نمايش داده مي شود.

فاصله ي بين كانون و مركز نوري عدسي را فاصله ي كانوني عدسي مي گويند و با علامت (f) نمايش مي دهند.
نكته: عدسي هاي همگرا هم تصوير حقيقي و هم تصوير مجازي ايجاد مي كنند.
ويژگي هاي تصوير در عدسي همگرا بستگي به فاصله شي از عدسي و فاصله ي كانوني دارد.
عدسي واگرا:
هر گاه پرتوهايي موازي محور اصلي به عدسي واگرا بتابد پس از شكست و عبور از عدسي طوري از هم دور مي شوند كه امتداد آن ها از يك نقطه روي محور اصلي بگذرند. اين نقطه را كانون عدسي واگرا مي نامند.
نكته: عدسي ها واگرا همواره تصويري مجازي، مستقيم، كوچك تر از جسم و نزديك تر(در همان طرف شي) ايجاد مي كند.

منبع: http://www.olympiadelmi.ir

ديدن اجسام پشت ديوار هم امكان‌پذير شد

دیدن اجسام از پشت موانع، یکی از آرزوهای بشر در طول تاریخ محسوب می‌شود. به تازگی فیزیک‌دانان موفق شده‌اند با پیش‌بینی الگوی پراکندگی پرتوهای نور عبوری از مواد مات، تصویر اجسام پشت آنها را بازسازی کنند.

---

ديدن اجسام از پشت موانع، يكي از آرزوهاي بشر در طول تاريخ محسوب مي‌شود. به تازگي فيزيك‌دانان موفق شده‌اند با پيش‌بيني الگوي پراكندگي پرتوهاي نور عبوري از مواد مات، تصوير اجسام پشت آنها را بازسازي كنند.

بهنوش خرم‌روز: شايد فكر كنيد فناوري تازه رويت اجسام از پشت اجسام كدر همان استفاده از پرتوهاي ايكس باشد، اما اين طور نيست. اين روش، راه تازه‌اي است كه براي انتقال تصاوير ساده از ميان اشيا كدر با استفاده از نور معمولي پيدا شده است. فيزيكدانان از اين روش براي انتقال تصوير از ميان شيشه‌اي كه با رنگ پوشانده شده استفاده مي‌كنند.

هر جسمي يا شفاف است، يا كدر محسوب مي‌شود،‌ يعني ما نمي‌توانيم از پشتش چيزي ببينيم؛ و يا كمي مات است و مي‌تواند بعضي نورها را از خود عبور بدهد. با اين حال،‌ نور هنگام عبور از شبكه‌بندي اتمي اين مواد مات، پراكنده مي‌شود و فيزيكدانان معتقدند همين مسئله،‌ نكته كاربردي براي ديدن اشيا از پشت اجسام كدر است.

به گزارش نيوساينتيست، در سال 2007/ 1386 آزمايشي براي تمركز نور و عبور آن از پوست تخم‌مرغ و دندان انسان ترتيب داده شد كه نشان داد چنين كاري عملي نيست. اما اين بار فيزيكداني به نام سيلوين گيگان با همكارانش در موسسه فيزيك و شيمي صنعتي پاريس،‌ موفق شده براي اولين بار تصاوير ساده را از اجسام كدر عبور دهد به طوري كه در طرف ديگر بتوان تصوير را ديد.

رسيدن به تصوير
اين گروه با معكوس كردن فرايند پراكنده شدن نور،‌ توانستند از نوري كه از لايه‌هاي رنگي و كدر عبور كرده بود، تصوير را بازسازي كنند. فرايند پراكندگي نور پيچيده است، ‌اما پيش‌بيني‌پذير هم هست،‌ چون يك موج نوري مشخص هميشه يكسان پراكنده مي‌شود.

نحوه‌اي كه هر شي نور را پراكنده مي‌كند به عنوان ماتريس انتقال آن شي شناخته مي‌شود. به گفته گيگان، اگر لايه رنگ را به عنوان يك ماز براي نور در نظر بگيريم،‌ آن وقت مي‌توان ماتريكس انتقال شي را به صورت نقشه در نظر گرفت.

گروه گيگان با 1000 بار تاباندن باريكه‌هاي ليزر ضعيف،‌ توانستند ماتريكس انتقال شيشه رنگ‌شده خودشان را به دست بياورند،‌ بدين صورت كه شكل باريكه ليزر را هر بار با استفاده از يك تعديل‌كننده نور فاصله‌اي تغيير مي‌دادند.

تعديل‌كننده نور فاصله‌اي همان دستگاهي است كه براي كنترل نور خروجي ويدئو پروژكتور به كار مي‌رود. در طرف ديگر شيشه كدر هم يك دوربين‌ ديجيتال الگوهاي متفاوت پراكندگي نوري كه در هر زمان توليد مي‌شود را تشخيص مي‌دهد. با مقايسه آن‌چه دوربين با اعمال تغييرات روي باريكه ليزر مي‌بيند، ماتريكس انتقال شي با رنگي كه دارد محاسبه مي‌شود.

تصوير نامرئي
بدين ترتيب،‌ اگر يك تصوير ساده به شيشه رنگي تابانده شود، يك فرد عادي مي‌تواند تنها درخششي را در آن حس كند. اما با دانستن ماتريس انتقال، اين گروه مي‌توانند كد رد كم‌نور و نامشخصي كه به دوربين ديجيتال مي رسد را شناسايي كنند و به تصوير مورد نظر برسند.

گيگان در اين مورد مي‌گويد: « وقتي ماتريس انتقال شناخته شده باشد، بازسازي تصوير به سرعت عملي مي‌شود. بدين ترتيب ما مي‌توانيم به تصويري را كيفيت برسيم.»

با اين حال تصاويري كه در اين آزمايش‌ها مورد استفاده قرار گرفتند بسيار ساده بودند و هنوز تا رسيدن به امكان انتقال تصاوير جالب زمان زيادي مانده است. تصاوير به كار رفته 256 پيكسلي بودند و با بالا بردن پيكسل‌ها،‌ كيفيت تصوير بازسازي شده به سرعت كاهش مي‌يابد چون نسبت سيگنال به نويز كاهش مي‌يابد. با اين وجود به گفته گيگان هنوز جا براي پيشرفت با مطالعات بيشتر در اين زمينه وجود دارد.

كساني كه آزمايش 2007/ 1386 را ترتيب داده بودند، الارد موسك و همكارش ولكوپ در هلند، بسيار تحت تاثير نتايج اين مطالعه قرار گرفته‌اند. آن‌ها مي‌گويند:‌ » ما مي‌توانيم ببينيم كه اين مطالعه آغاز راهي بلند و جذاب است.» موسك هم در تاييد نظر گيگان مي‌گويد: « با اين كه در حال حاضر اين تكنيك براي تصاوير 256 پيكسلي جواب مي‌دهد،‌ اما گروه‌هاي ديگر در سراسر جهان مي‌توانند با الهام از اين كار تصاوير بزرگ‌تر و پيچيده‌تري را از اجسام كدر عبور بدهند.»

 

 

تسیلوفسکی

 كنستانتين تسيلوفسكي

كنستانتين تسيلوفسكي ، مهندس و معلم پرآوازه روس كه او را يكي از بنيانگذاران عصر فضا مي دانند، وقتي هنوز پروازهاي فضايي روياي دور از ذهن علم زمان بود، تقدير انسان در مقابله با جهان آينده را اين گونه تصريح كرد: «زمين گهواره تمدن است. اما هيچ كودكي را نمي توان براي هميشه در گهواره نگاه داشت» اين طرز تفكر اگرچه زماني بسيار خيالپردازانه به نظر مي رسيد، اما هر چه زمان بيشتر به پيش مي رود ضرورت آن بيشتر از گذشته ، خود را به جامعه تحميل مي كند.

ريشه انديشه سفر به فضا و آرزوي پرواز در آسمان ها و مهاجرت به دنياهاي ديگر را بايد در اعصار و قرون بسيار دور جستجو كرد. انسان از زماني كه به خاطر مي آورد، مجذوب جهان شگفت انگيز آسمان شب بوده و همواره سعي مي كرده است تا بتواند درك بهتري از اين جهان به دست آورد و آن را قابل دستيابي كند. زماني اين تلاش در قالب و چهره اساطير خود را نشان داد و زماني ديگر در قالب افسانه ها و داستان ها و زماني در قالب تخيل هاي آينده نگرانه و در دوره اي بسيار جديد، به شكل واقعيت هاي فيزيكي و بيروني درآمد. در طول اين تاريخ طولاني ، نوع نگاه به آسمان نيز دگرگون شده است.اگر زماني كشف دنياهاي ناشناخته عامل اصلي تحريك كنجكاوي بشر براي درك فضا بود، اينك به نظر مي رسد نيازهاي اساسي باعث ايجاد شتاب جديد در اين عرصه شده است. نگاهي به حضور انسان در فضا اكتبر سال 1957 زماني بود كه انسان قدم به فضا گذاشت.

ماهواره كوچكي به نام اسپوتينك 1 ، از سوي اتحاد جماهير شوروي سابق به فضا رفت و صداي ضربان مانند آن براي بسياري استعاره اي از تولد عصر فضا بود. پرتاب اسپوتينك در آن دوره فراتر از ماجراجويي علمي بود و همان گونه كه بعدها روس ها اعلام كردند هدف اصلي ، پيشبرد سيستم هاي دفاع فضايي بود؛ اما اين شروع اگرچه ريشه در دل جنگ جهاني و فناوري موشك هاي VII آلماني داشت ، مسيري متفاوت را در پيش گرفت و دستاوردهاي صلح جويانه آن به طور چشمگيري بر استفاده هاي نظامي از آن غلبه يافت. پرتاب اسپوتينك 1 در آغاز جنگ سرد رقابت دو ابرقدرت ، زمان را به فضا كشاند و در پي پرتاب اسپوتينك ، از سوي روس ها، امريكايي ها هميشه چند قدم عقب تر از رقيب شان ، آنها را دنبال مي كردند. اولين انسان در فضا، اولين بانوي فضانورد در فضا، اولين عمليات الحاق فضايي و نخستين سفر رباتيك به دنياهاي ديگر، دستاوردهايي بود كه روس ها حريف را شكست دادند.امريكا كه در آن روزگار نگران وجهه عمومي خود بود در دهه 1960 سعي كرد با پيروزي در يكي از مهم ترين چالش ها، كل رقابت را به نفع خود خاتمه دهد و اين گونه بود كه جان ، اف ،كندي رئيس جمهور وقت ايالات متحده ، در سخنراني معروفي كه در آغاز دهه 1960 ايراد كرد، ناسا (سازمان هوا و فضانوردي امريكا) را مامور كرد تا پيش از پايان دهه 60 فضانوردي را بر سطح ماه فرود آورد.اين اقدام پر هزينه كه فراتر از توان فني آن زمان بود با اين جمله كندي توجيه شد « ما به ماه خواهيم رفت نه به اين دليل كه اين كار ساده اي است ، بلكه به اين دليل كه چالشي بسيار دشوار است».بدين ترتيب ، مجموعه صدها هزار نفر از بهترين كارشناسان جهان در ناسا ماموريتي را آغاز كردند كه ميلياردها دلار هزينه دربرداشت و در نهايت با فرود محفظه مه نشين عقاب ، در ماموريت آپولو 11 بر سطح ماه و قدم گذاشتن نيل آرمسترانگ بر سطح قمر زمين ، اين طرح با موقعيت به نتيجه رسيد. زماني كه آرمسترانگ لحظاتي پس از پاي گذاشتن به ماه وضعيت خود را با جمله معروف قدمي كوچك براي يك انسان و جهشي غول آسا براي بشريت توصيف كرد بسياري گمان مي كردند انسان وارد عصر تسخير فضا شده است و به زودي شركت هاي مسكوني و تحقيقاتي در ماه تاسيس خواهند شد و نخستين پيشگامان به مريخ گام خواهند نهاد و تا پايان قرن بيستم بدنه و ساختار اصلي نخستين مستعمره هاي انساني در فضا بنا نهاده خواهد شد. حتي بسياري معتقد بودند بازي هاي المپيك در سال 2000 در ماه برگزار خواهد شد؛ اما اين اتفاق نيفتاد. مهم ترين دليل كاهش سرعت پيشرفت هاي فضايي را بايد در مساله اي به نام بودجه و پايان دوره جنگ سرد و رقابت هاي فضايي اين عصر جستجو كرد. هزينه هاي اكتشافات سرنشين دار با توجه به هزينه هاي بالاي اكتشافات سرنشين دار، دانشمندان و مهندسان سعي كردند بودجه خود را صرف تحقيقات و اكتشافاتي كنند كه با صرف هزينه كمتر دستاوردهاي بيشتري را به ارمغان بياورد. به همين دليل ، اگر چه تحقيقات بر سر اثرات اقامت طولاني مدت حضور انسان در فضا بويژه در طرح ايستگاه فضايي مير و ايستگاه بين المللي فضايي ادامه يافت ، اما اين كاوش هاي كوچك و كم سرو صدا بود كه افق ديد دانشمندان در خصوص جهان را بهبود بخشيد و از سويي ديگر فرآيندي مهم را در افزايش شرايط زندگي انسان به سياره زمين فراهم آورد .

امروزه بدون اين كه خودمان متوجه شويم ، شاهد رشد و نفوذ جدي و چشمگير فناوري هاي فضايي در زندگي روزمره خود هستيم.از ارتباطات راديويي و تلويزيوني گرفته تا شبكه اينترنت و كنترل بسياري از شوون زندگي مدرن و مسائلي مانند جهت يابي تا تعيين منابع سطحي و زيرسطحي و تصويربرداري هاي شناسايي و پيش بيني حوادث غيرمترقبه تا هزاران كاربرد خرد و كلان ديگر.اما اين تازه آغاز دوره فضاست. كاوش هاي فضايي باعث شده است بسياري از سيارات و مناطق دور دست كيهان مورد كاوش قرار گيرد. برخي از قديمي ترين و بنيادي ترين پرسش هاي بشر امروز به واسطه چنين فناوري اي است كه زير ذره بين علم قرار گرفته و اين راهي طولاني است كه تازه گام هاي نخست آن برداشته شده و انسان را براي دور تازه اي از سفرهاي فضايي آماده كرده است.بزودي فصل جديدي از سفرهاي فضايي رباتيك و سرنشين دار آغاز خواهد شد، اما اين بار سفرها تفاوت فاحشي با سفرهاي قبلي خواهد داشت و آن انجام آنها برپايه نيازهاي واقعي انسان و نه صرف ارضاي كنجكاوي است.اگر چه هميشه كاوش هاي محض علمي ادامه خواهد يافت تا زمينه هايي را ايجاد كند كه روزي ارزش كاربردي پيدا كند، اما سفرهاي كاربردي جديدي در راه است. با اهداي جايزه انصاري X پرايز در چند سال قبل ، صنايع خصوصي به طور جدي وارد رقابت هاي فضايي شدند. انوشه انصاري ، پشتيبان اين جايزه و نخستين بانوي فضاگرد جهان معتقد است: «حضور بخش خصوصي ، انقلابي جديد در عرصه فضا ايجاد خواهد كرد. همان طور كه ورود آن به حوزه اينترنت كه مدت ها با سختي به حيات خود ادامه مي داد باعث شد اين شبكه چنين عالمگير شود، در فضا نيز با وارد شدن مباحث مربوط به حوزه رقابتي و منافع كلاني كه در فضا وجود دارد، باعث رشد پيشرفت هاي جدي در اين حوزه خواهد شد».در كنار بخش خصوصي كه از الان عزم خود رابراي برقراري خطوط پروازهاي فضايي شخصي تا زير مدار (ارتفاع 100كيلومتري )، سفرهاي تفريحي به هتل هاي فضايي در مدار زمين و حتي سفر سرنشين دار به ماه جزم و جايزه گوگل X پرايز را در اين موارد وضع كرده است ، بخش ها و آژانس هاي دولتي نيز سفرهاي جديدي را هدف گرفته اند. هم اكنون دهها طرح از سوي اروپا، امريكا، ژاپن ، چين ، روسيه و حتي هندوستان براي سفر به ماه در نظر گرفته شده است و اين بار اين سفر فقط براي رفتن نخواهد بود.نشانه ها و طرح هاي پراكنده نشان دهنده عزم اين باره كشورها براي آغاز مستعمره سازي سيارات است.اگر به ياد آوريم كه جمعيت بشر از آغاز تاريخ تا ابتداي قرن 20 تنها 2.5 ميليارد نفر شده بود و از ابتداي قرن 20 تا ابتداي قرن 21 به بيش از 7 ميليارد نفر افزايش يافته و اگر به ياد آوريم كه منابع زمين هم به همين سرعت در حال نابودي است. آن گاه طبيعي است كه به فكر منابع جديد باشيم و حتي در ديدگاهي تخيلي ، به فكر ساخت شهرك هايي مسكوني بر ماه و شايد زماني در ديگر سيارات باشيم.خوشبختانه منبع عظيمي از مواد اوليه و دنيايي از فرصت ها پيش روي ماست كه بويژه با توجه به افزايش روند تخريب زمين مي توان از آن براي ساختن آينده استفاده كرد.

اين مساله در كنار آثار مهمي كه خواهد داشت باعث ايجاد بحث جديد حقوق فضا نيز مي شود و ده ها بحث را با خود به همراه خواهد داشت.كساني كه امروز در اين زمينه فعال تر باشند، فردا كه استفاده از فضا از يك آينده نگري به يك ضرورت تبديل خواهد شد، سهم بيشتري برداشت خواهند كرد.خوشبختانه در سال هاي اخير، سازمان فضايي ايران گام هايي مثبت را در راه مشاركت در فضا برداشته است ، اما بايد به ياد داشت كه ما در اين زمينه از دنيا عقبيم و اگر بسرعت حركت نكنيم عقب خواهيم ماند.

منبع : جام جم آنلاين

انیشتن

هشت موضوع شگفت انگيز از زندگي آلبرت انيشتن

هشت موضوع شگفت انگيز از زندگي آلبرت انيشتن، كه شما هيچ گاه آنان را نمي دانستيد. بله،همگي ما مي دانيم كه انيشتن اين  فرمول [e=mc2] را كشف كرد. اما واقعيت آن است كه چيز هاي كمي در مورد زندگي خصوصي اش مي دانيم،خودتان را بااين هشت مورد،شگفت زده كنيد!

1 - اوبا سر بزرگ متولد شد

وقتي انيشتن به دنيا آمد او خيلي چاق بود و سرش خيلي بزرگ تا آنجايي كه مادر وي تصور مي كرد، فرزندش ناقص است،اما او بعد از چند ماه سر و بدن او به اندازه هاي طبيعي بازگشت.

2 - حافظه اش به خوبي آنچه تصور مي شود، نبود

مطمئنا انيشتن مي توانسته كتابهاي مملو از فرمول و قوانين را حفظ كند،اما براي به ياد آوري چيز هاي معمولي واقعا حافظه ضعيفي داشته است. او يكي از بدترين اشخاص در به ياد آوردن سالروز تولد عزيزان بود و عذر و بهانه اش براي اين فراموشكاري، مختص دانستن آن [تولد ]براي بچه هاي كوچك بود.

3 - او ازداستانهاي علمي-تخيلي متنفر بود

انيشتن از داستانهاي تخيلي بيزار بود. زيرا كه احساس مي كرد ،آنها باعث تغيير درك عامه مردم ازعلم مي شوند و در عوض به آنها توهم باطلي از چيز هايي كه حقيقتا نمي توانند اتفاق بيفتند ميدهد.
به بيان او "من هرگزدر مورد آينده فكر نمي كنم،زيراكه آن به زودي مي آيد. به اين دليل او احساس مي كرد كساني كه بطور مثال بشقاب پرنده ها را مي بينند بايد تجربه هايشان را براي خود نگه دارند.

4 - او در آزمون ورودي دانشگاه اش رد شد

درسال 1895 در سن 17 سالگي،انيشتن كه قطعا يكي از بزرگترين نوابغي است،كه تا كنون متولد شده،در آزمون ورودي دانشگاه فدرال پلي تكنيك سوييس رد شد.
در واقع او بخش علوم ورياضيات را پشت سر گذاشت ولي در بخش هاي باقيمانده، مثل تاريخ و جغرافي رد شد.وقتي كه بعدها از او در اين رابطه سوال شد؛ او گفت:آنها بي نهايت كسل كننده بودند، و او تمايلي براي پاسخ دادن به اين سوالات را در خود آحساس نمي كرد.

 5 - علاقه اي به پوشيدن جوراب نداشت

انيشتن در سنين جواني يافته بود كه شصت پا باعث ايجاد سوراخ در جوراب مي شود.سپس تصميم گرفت كه ديگر جوراب به پا نكند و اين عادت تا زمان مرگش ادامه داشت.
علاوه بر اين او هرگز براي خوشايند و عدم خوشايند ديگران لباس نمي پوشيد، او عقيده داشت يا مردم اورا مي شناسند و يا نمي شناسند.پس اين مورد قبول واقع شدن[آن هم از روي پوشش] چه اهميتي ميتواند داشته باشد؟

6 - او فقط يكبار رانندگي كرد

انيشتن براي رفتن به سخنراني ها و تدريس در دانشگاه، از راننده مورد اطمينان اش كمك مي گرفت. راننده وي نه تنها ماشين اورا هدايت مي كرد، بلكه هميشه در طول سخنراني ها در ميان،شنوندگان حضور داشت.
انيشتن، سخنراني مخصوص به خود را انجام مي داد و بيشتر اوقات راننده اش، بطور دقيقي آنها را حفظ مي كرد.
يك روز انيشتن در حالي كه در راه دانشگاه بود، باصداي بلند در ماشين پرسيد:چه كسي احساس خستگي مي كند؟
راننده اش پيشنهاد داد كه آنها جايشان را عوض كنند و او جاي انيشتن سخنراني كند،سپس انيشتن بعنوان راننده او را به خانه بازگرداند.
عدم شباهت آنها مسئله خاصي نبود.انيشتن تنها در يك دانشگاه استاد بود، و در دانشگاهي كه وقتي براي سخنراني داشت، كسي او را نمي شناخت و طبعا نمي توانست او را از راننده اصلي تمييز دهد.
او قبول كرد، اماكمي ترديد در مورد اينكه اگر پس از سخنراني سوالات سختي از راننده اش پرسيده شود، او چه پاسخي خواهد داد، در درونش داشت.
به هر حال سخنراني به نحوي عالي انجام شد، ولي تصور انيشتن درست از آب در آمد.دانشجويان در پايان سخنراني انيتشن جعلي شروع به مطرح كردن سوالات خود كردند.
در اين حين راننده باهوش گفت "سوالات بقدري ساده هستند كه حتي راننده من نيز مي تواند به آنها پاسخ گويد"سپس انيشتن از ميان حضار برخواست وبه راحتي به سوالات پاسخ داد،به حدي كه باعث شگفتي حضار شد.

7 - الهام گر او يك قطب نما بود

انيشتن در سنين نوجواني يك قطب نمابه عنوان هديه تولد از پدرش دريافت كرده بود.
وقتي كه او طرز كار قطب نما را مشاهده مي نمود، سعي مي كرد طرز كار آن را درك كند. او بعد از انجام اين كار بسيار شگفت زده شد.بنابر اين تصميم گرفت علت نيروهاي مختلف در طبيعت را درك كند.

8 - راز نهفته در نبوغ او

بعد از مرگ انيشتن در 1955 مغز او توسط توماس تولتز هاروي براي تحقيقات برداشته شد.
اما اينكار بصورت غير قانوني انجام شد. بعدها پسر انيشتن به او اجازه تحقيقات در مورد هوش فوق العاده پدرش را داد.
هاروي تكه هايي از مغز انيشتن را براي دانشمندان مختلف در سراسر جهان فرستاد. از اين مطالعات دريافت مي شود كه مغز انيشتن در مقايسه با ميانگين متوسط انسانها،مقدار بسيار زيادي سلولهاي گليال كه مسئول ساخت اطلاعات هستند داشته است.همچنين مغز انيشتن مقدار كمي چين خوردگي حقيقي موسوم به شيار سيلويوس داشته، كه اين مسئله امكان ارتباط آسان تر سلولهاي عصبي را بايكديگر فراهم مي سازد.
علاوه بر اينها مغز او داراي تراكم و چگالي زيادي بوده است و همينطور قطعه آهيانه پاييني داراي توانايي همكاري بيشتر با بخش تجزيه و تحليل رياضيات است.
 

 

 

 

نپتون

نپتون، سياره بزرگي را بلعيده و قمرش را دزديده است

بزرگ ‌بودن نپتون عليرغم فاصله زيادش با خورشيد، در كنار تشعشعات گرمايي آن و مدار عجيب و غريب قمرش، ‌اين فرضيه را به ذهن دانشمندان آورده كه شايد نپتون سياره اصلي را بلعيده و قمر آن را از آن خود كرده است

بهنوش خرم‌روز: به نظر مي‌رسد كه سياره نپتون،‌ يك ابرزمين (يك سياره در حال گردش به دور خورشيد كه بين 2 تا 10 برابر زمين است) را بلعيده است و قمر آن را هم از آن خود ساخته است. اين پديده مي‌تواند دليل انتشار گرما از سياره يخ زده نپتون و نيز مدار عجيب و غريب قمر آن، تريتون را روشن كند.

تا همين اواخر، نپتون يك معما بود. غباري كه منشا تشكيل آن بوده است، به احتمال زياد از خورشيد جدا شده بوده است. با داشتن موادي بسيار كمياب، هميشه سوال اين بوده كه چه طور نپتون و اورانوس،‌ دورترين سياره‌هاي منظومه شمسي نسبت به خورشيد،‌ اين همه بزرگ هستند.

اما اگر آن‌ها زماني تشكيل شده باشند كه خيلي به خورشيد نزديك‌تر بوده‌اند چه؟ در سال 2005/ 1384 گروهي از دانشمندان پيشنهاد كردند كه شايد در يك تحول اوليه،‌ سياره‌هاي بزرگ در منظومه شمسي تغيير مكان داده باشند. بر اساس فرضيه آن‌ها،‌ اورانوس و نپتون در نزديكي خورشيد شكل گرفته‌اند و بعد با تعويض جا به مرور،‌ به دورتر منتقل شده‌اند.

بر اساس محاسبات استيون دش در سال 2008/ 1387، ‌در صورت درست بودن اين فرضيه،‌ اين سياره‌ها بايد در محل تولد خود آن قدر مواد به جاي مي‌گذاشتند كه به اندازه تشكيل سياره‌اي با حجم دو برابر زمين باشد.

به گزارش نيوساينتيست، حالا دش و همكارش سيمون پورتر مي‌گويند كه قمر عجيب نپتون،‌ تريتون،‌ احتمالا زماني به دور ابرزمين خود مي‌گشته است. تريتون از پلوتو بزرگ‌تر است و در جهت مخالف گردش نپتون، روي مدار خود مي‌چرخد. اين مسئله مي‌تواند نشان‌دهنده اين باشد كه تريتون قمر اصلي نپتون نيست.

براي اين كه نپتون، تريتون را تصاحب كرده باشد،‌ بايد سرعت قمر بسيار پايين آمده باشد. يك احتمال اين است كه تريتون جفتي داشته كه بيشتر انرژي جنبشي خود را به آن انتقال داده است. در سال 2006/ 1385 پژوهشگران بحثي را عنوان كردند كه بر آن اساس، تريتون با جسم ديگري در ابعاد خود جفت بوده كه بعد از پيوستنش به نپتون، به درون فضا پرتاب شده است.

اما اگر جفت سابق تريتون، يك ابرزمين بوده باشد، به دليل حجم بزرگ‌تر و قابليت گرفتن انرژي جنبشي بيشتر، به تريتون امكان بيشتري براي كند شدن مي‌داده است. به اعتقاد دش، ‌اين فرضيه به نظر عملي‌تر مي‌رسد.

احتمال دارد نپتون ابرزمين تريتون را بلعيده باشد. گرماي به جا مانده از اين برخورد،‌ ممكن است توضيح مناسبي براي تشعشعات گرمايي نپتون در مقايسه با اورانوس باشد. چرا كه اين دو سياره از نظر حجم و تركيبات بسيار به هم شبيه‌اند.

با اين حال، داگلاس هميلتون، يكي از محققين طرح پيشنهادي سال 2006/ 1385 معتقد است كه اوايل تشكيل منظومه شمسي،‌ اجرام كوچك در آن فراوان بودند و بعد جابه‌جايي اجرام بزرگ‌تر باعث پراكنده شدن آن‌ها شده است. به نظر وي، احتمال اين كه نپتون قمر فعلي خودش را از يكي از اين اجرام كوچك و متداول جدا كرده باشد، خيلي بيشتر از آن است كه يك ابرزمين نادر را بلعيده باشد.

براي تاييد هر يك از اين فرضيه‌ها هنوز به مطالعات بيشتري نياز است.

منبع : خبر آنلاين

 

سلام به همه بچه هاي 101

سعيد ايثاري خسته نباشي

بسيار عالي است

زمان متوقف مى شود

استفن هاوكينگ

ترجمه: سليمان فرهاديان

معادله شرودينگر (Schrodinger equation) سرعت تغييرات تابع موج را برحسب زمان ارائه مى دهد.

اگر تابع موج را در يك لحظه بدانيم، مى توانيم با استفاده از معادله شرودينگر تابع موج را در هر لحظه ديگرى در گذشته يا آينده محاسبه كنيم، بنابراين موجبيت در تئورى كوانتوم هم وجود دارد، البته در مقياسى كوچكتر. در تئورى كوانتوم نمى توان هم مكان و هم موقعيت را پيشگويى كرد و فقط تابع موج قابل پيشگويى است. پيشگويى تابع موج ما را قادر مى سازد كه يا موقعيت يا سرعت را پيشگويى كنيم، اما نمى توان هر دوى اينها را با دقت پيشگويى كرد. بنابراين توانايى انجام پيشگويى دقيق در تئورى كوانتوم دقيقاً نصف آن چيزى است كه در ديدگاه كلاسيك لاپلاس ممكن بود. با اين همه حتى در اين معناى خاص هم مى توان ادعا كرد كه موجبيت وجود دارد. با اين همه استفاده از معادله شرودينگر براى به دست آوردن تابع موج زمان هاى بعد (كه به معنى پيشگويى تابع موج در زمان آينده است) تلويحاً متضمن اين فرض است كه زمان هميشه و در همه جا به طور يكنواخت جارى است. اين نكته قطعاً در فيزيك نيوتنى صحيح بود. در فيزيك نيوتنى فرض مى شد كه زمان مطلق است به اين معنى كه به هر رويدادى در تاريخ جهان عددى اطلاق مى شود كه زمان نام دارد، ديگر آنكه زمان به طور يكنواخت از گذشته هاى نامحدود تا آينده بى پايان در جريان است. شايد بتوان اين نگرش را ديدگاه متعارف از زمان ناميد كه اغلب مردم و حتى بسيارى از فيزيكدانان چنين نگرشى از زمان را در پس زمينه ذهن خود دارند. به هر حال همانطور كه ديديم در سال 1905 نظريه نسبيت عام مفهوم زمان مطلق را كنار گذاشت. در نظريه نسبيت عام زمان ديگر مفهومى مستقل و خاص خود نيست، بلكه فقط يك جهت از پيوستار چهاربعدى به نام فضازمان است. در نسبيت خاص ناظران متفاوت كه با سرعت هاى مختلفى در حركتند، مسيرهاى گوناگونى را در فضازمان مى پيمايند. هر ناظر در مسيرى كه مى پيمايد، زمان خاص خود را اندازه مى گيرد و ناظران مختلف براى رويدادهاى مشخص، زمان هاى مختلفى را اندازه مى گيرند. (به شكل نگاه كنيد)

بنابراين در نسبيت خاص زمان مطلق واحدى وجود ندارد كه بتوان به رويدادها نسبيت داد. با اين همه فضازمان نسبيت عام مسطح است. اين نكته بيانگر آن است كه در نسبيت خاص زمان اندازه گيرى شده توسط هر ناظرى كه آزادانه در حركت است، به طور يكنواخت از منفى بى نهايت در گذشته بى نهايت تا مثبت بى نهايت در آينده بى نهايت در فضازمان افزايش مى يابد. مى توان هر كدام از اين مقدارهاى زمان را در معادله شرودينگر به كار برد و تابع موج را به دست آورد. بنابراين، در نسبيت خاص هم تعبير كوانتومى موجبيت را داريم.

اما وضعيت در نظريه نسبيت عام به گونه ديگرى است. در اين نظريه فضازمان تخت نيست بلكه به وسيله ماده و انرژى درون آن تغييرشكل يافته است. انحنا در منظومه شمسى ما، حداقل در مقياس ماكروسكوپى چنان كوچك است كه اختلالى در تصور معمول ما از زمان ايجاد نمى كند. حتى در اين وضعيت هم مى توان از زمان در معادله شرودينگر استفاده كرد و به برآيند جبرگرايانه تابع موج دست يافت. با اين همه هنگامى كه فضازمان خميده شود، اين احتمال هم مطرح مى شود كه شايد فضازمان آن گونه ساختارى نداشته باشد كه افزايش يكنواخت زمان براى همه ناظران ممكن شود كه اين امر براى اندازه گيرى معقول زمان نياز است. براى مثال فرض كنيد كه فضازمان شبيه يك استوانه عمودى است.

ارتفاع استوانه نشان دهنده مقدار زمان است كه براى تمام ناظران افزايش مى يابد و از بى نهايت منفى تا بى نهايت مثبت ادامه مى يابد. به هر حال اكنون فضازمانى را در نظر بگيريد كه شبيه استوانه اى است كه داراى يك دسته (يا «كرمچاله») است كه از استوانه منشعب شده و مجدداً به آن متصل مى شود. مى بينيم همه اندازه گيرى هاى زمان لزوماً داراى نقطه هاى سكون است كه به نقاط اتصال دسته به استوانه اصلى مربوط مى شود. در اين نقاط زمان دچار ركود مى شود. در اين نقاط زمان در هيچ جهتى افزايش نمى يابد. در چنين فضازمانى نمى توان از معادله شرودينگر استفاده كرده و شكل موجبيتى تابع موج را به دست آورد. مراقب سياهچاله ها باشيد: هيچ وقت نمى دانيد كه چه عملى ممكن است از آنها سرزند.به دليل وجود سياهچاله هاست كه فكر مى كنيم زمان براى تمام ناظران افزايش نمى يابد. اولين بار در سال 1783 توصيفى از سياهچاله ها ارائه شد، جان ميچل ( Michell.J) يكى از استادان پيشين كمبريج استدلالى را كه هم اكنون بيان مى كنيم، ارائه كرد. اگر كسى ذره اى مثلاً يك گلوله توپ را به طور عمودى به آسمان پرتاب كند، به دليل گرانش از سرعت صعود جسم كم شده و در نهايت حركت رو به بالاى آن متوقف شده و به پايين سقوط مى كند.

به هر حال اگر سرعت صعود اوليه جسم از يك مقدار بحرانى به نام سرعت گريز بيشتر باشد، گرانش نمى تواند، ذره را متوقف كرده و جسم مى گريزد. سرعت گريز براى زمين 12 كيلومتر در ثانيه و براى خورشيد 618 كيلومتر بر ثانيه است. سرعت هايى را كه ذكر كرديم بسيار بزرگتر از سرعت گلوله هاى واقعى توپ است، اما در مقايسه با سرعت نور كه برابر 300 هزار كيلومتر است، سرعت كمى است، بنابراين نور مى تواند بدون هيچ مشكلى از زمين يا خورشيد بگريزد با اين همه ميچل استدلال كرد كه احتمال دارد ستاره هايى وجود داشته باشد كه جرمشان بسيار بيشتر از خورشيد باشد و در نتيجه سرعت گريز آنها بزرگتر از سرعت نور باشد. ما نمى توانيم چنين ستاره هايى را ببينيم، زيرا گرانش اين ستاره ها هر نورى كه از آنان ساطع شود را به دام مى اندازد. به همين دليل ميچل آنها را ستاره هاى تاريك ناميد كه ما امروزه آنها را با نام سياهچاله مى شناسيم.

تصور ميچل از ستاره هاى تاريك بر فيزيك نيوتنى مبتنى بود، در فيزيك نيوتنى زمان مطلق است و بدون توجه به آنچه كه روى مى دهد در گذر است. بنابراين در تصوير نيوتنى فيزيك، ستاره هاى تاريك بر توانايى ما براى پيشگويى آينده تاثيرى ندارند، اما در نظريه نسبيت عام وضعيت بسيار متفاوت است، چرا كه در اين نظريه اجسام سنگين فضازمان را خميده مى سازند. در سال 1916 مدت كوتاهى پس از آنكه تئورى نسبيت عام ارائه شد، كارل شوآرتزشيلد ( Schwarzshild .K) (كه طى جنگ جهانى اول مدت كوتاهى پس از ابتلا به يك بيمارى در جبهه روسيه درگذشت) راه حلى براى معادلات ميدان نسبيت عام يافت كه نشاندهنده سياهچاله بود. ساليان دراز كسى كشف شوآرتزشيلد را درك نكرد و به اهميت آن پى نبرد. خود اينشتين هيچگاه وجود سياهچاله را باور نكرد و برخوردش با اين مسئله عمدتاً مبتنى بر استدلال هاى قديمى نسبيت عام بود.

همجوشي هسته اي

نوشته : مهرداد صميمي فر

به نام خداي متعال كه منزه است از شرك مشركان

از ديرباز آرزوي بشر دستيابي به منبعي از انرژي بوده كه علاوه بر آنكه بتواند مدت مديدي از آن استفاده كند توليد پسماندهاي خطر ناك نيز در پي نداشته باشد.اكنون در هزاره سوم ميلادي اين آرزوي به ظاهر دست نيافتني كم كم به واقعيت مي پيوندد.اكنون بشر خود را آماده مي كند تا با ساخت اولين رآكتور گرما هسته اي (همجوشي هسته اي)آرزوي نياكان خود را تحقق بخشد.سوختي پاك و ارزان به نام هيدروژن,انرژي توليدي اي سرشار و پسماندي بسيار پاك به نام هليوم.

اكنون مي پردازيم به واكنشهاي گرما هسته اي راهكارهاي استفاده از آن.

خورشيد و ستارگان:

سالهاست كه دانشمندان واكنشي را كه در خورشيد و ستارگان رخ داده و در آن انرژي توليد مي كند كشف كرده اند.اين واكنش عبارت است از تركيب (برخورد) هسته هاي چهار اتم هيدروژن معمولي و توليد يك هسته اتم هليوم.اما مشكلي سر راه اين نظريه است.

بالا ترين دمايي كه در خورشيد وجود دارد مربوط به مركز آن است كه برابر 15ضرب در 10 به توان6 مي باشد.در حالي كه در ستارگان بزرگتر اين دما به 20 ضرب در ده به توان 6 مي رسد.به همين خاطر تصور بر اين است كه آن واكنش معروف تركيب چهار اتم هيدروژن معمولي وتوليد يك اتم هليم در ساير ستارگان بزرگ نيست كه باعث توليد انرژي مي شود.بلكه احتمالا چرخه كربن در آنها به كمك آمده و كوره آنها را روشن نگه مي دارد.منظور از چرخه كربن آن چرخه اي نيست كه روي زمين اتفاق مي افتد.بلكه به اين صورت است كه ابتدا يك اتم هيدروژن معمولي با يك اتم كربنC12تركيب مي شود(همجوشي) و يك اتم N13 به علاوه يك واحد گاما را آزاد مي كند.بعد اين اتم با يك واپاشي به يك اتمC13به علاوه يك پوزيترون ويك نوترينو تبديل مي شود.بعد اينC13دوباره با يك اتم هيدروژن تركيب مي شود وN14و يك واحد گاما حاصل مي شود.دوباره در اثر تركيب اين نيتروژن با يك هيدروژن معمولي اتمO15و يك واحد گاما توليد مي شود.O15واپاشي كرده و N15به علاوه يك پوزيترون ويك نوترينو را بوجود مياورد.و دست آخر با تركيب N15با يك هيدروژن معموليC12به علاوه يك اتم هليوم بدست مي آيد.

ديديد كه در اين چرخه C12نه مصرف شد و نه به وجود آمد بلكه فقط نقش كاتاليزور را داشت.اين واكنشها به ترتيب و پشت سر هم انجام مي شوند.و واكنش اصلي همان تبديل چهار اتم هيدروژن به يك اتم هليوم است.مزيت چرخه كربن اين است كه سرعت كار را خيلي بالا مي برد. ولي اشكالي كه دارد اين است كه در دماي حد اقل20 ضرب در ده به توان6 شروع مي شود.بنا بر اين احتمال زيادي ميرود كه در ستاره هاي بزرگتر چرخه كربن باعث توليد انرژي مي شود.

محصور سازي

يك تعريف ساده و پايه اي از همجوشي عبارت است از فرو رفتن هسته هاي چند اتم سبكتر و تشكيل يك هسته سنگينتر.مثلا واكنش كلي همجوشي كه در خورشيد رخ ميدهد عبارت است از برخورد هسته هاي چهاراتم هيدروژن وتبديل آنها به يك اتم هليوم .

تا اينجا ساده به نظر ميرسد ولي مشكلي اساسي سر راه است;مي دانيدهسته ازذرات ريزي تشكيل شده است كه پروتون ونوترون جزءلاينفك آن هستند.نوترون بدون بار وپروتون بابارمثبت كه سايربارهاي مثبت رابه شدت ازخودميراند.مشكل مشخص شد؟ بله…اگرپروتونها(هسته هاي هيدروژن)يكديگررادفع ميكنندچگونه ميتوان آنهارادرهمجوشي شركت داد؟

همانطوركه حدس زديد راه حل اساسي آن است كه به اين پروتونهاآنقدرانرژي بدهيم كه انرژي جنبشي آنهابيشترازنيروي دافعه كولني آنهاشود و پروتونها بتوانند به اندازه كافي به هم نزديك شوند.حال چگونه اين انرژي جنبشي را توليد كنيم؟گرما راه حل خوبيست.در اثر افزايش دما جنب و جوش وبه عبارت ديگرانرژي جنبشي ذرات بيشتر و بيشتر ميشود به طوري كه تعداد برخوردها و شدت آنها بيشتر و بيشتر ميشود.به نظر شما آيا ديگر مشكلي وجود ندارد؟ خير,مسئله اساسيتري سر راه است.

يك سماور پر از آب را تصور كنيد.وقتي سماور را روشن مي كنيد با اين كار به آب درون سماور گرما ميدهيد(انرژي منتقل مي كنيد).در اثر اين انتقال انرژي دماي آب رفته رفته بالاتر مي رود و به عبارتي جنب و جوش مولكولهاي آب زياد مي شود.در اين حالت بين مولكولهاي آب برخوردهايي پديد مي آيد.هر مولكول كه از شعله(يا المنت يا هر چيز ديگري)مقداري انرژي دريافت كرده است آنقدر جنب و جوش مي كند تا بالاخره (به علت محدود بودن محيط سماور و آب)انرژي خود رابه ديگري بدهد.مولكول بعدي نيز به نوبه خود همين عمل را انجام ميدهد.بدين ترتيب رفته رفته انرژي منبع گرما در تمام آب پخش مي شود و دماي آب بالا ميرود.خوب يك سوال:آيا وقتي بدنه سماور را لمس مي كنيم هيچ گرمايي حس نمي كنيم؟…بله حس ميكنيم.دليلش هم كه روشن است.برخورد مولكولهاي پر انرژي آب با بدنه سماور و انتقال انرژي خود به آن.هدف ما از روشن كردن سماور گرم كردن آب بود نه سماور.اميدوارم تا اينجا پاسخ اولين مشكل اساسي بر سر راه همجوشي را دريافت كرده باشيد.بله اگر اگر با صرف هزينه و زحمت بالا سوخت را به دمايي معادل ميليونها درجه كلوين برسانيم آيا اين اتمها آنقدر صبر خواهند كرد تا با ديگر اتمها وارد واكنش شوند يا در اولين فرصت انرژي بالاي خود را به ديواره داده وآن را نا بود ميكند؟(...شما بوديد چه مي كرديد؟؟؟...).بنابر اين نياز به ((محصور سازي))داريم;يعني بايد به طريقي اجازه ندهيم كه اين گرما به ديواره منتقل شود.

رسيدن به دماي بالا:

شروع واكنش همجوشي به دماي بسيار بالايي نيازمند است.درست است كه دماي پانزده ميليون درجه دماي بسيار بالايست و تصور بوجود آوردنش روي زمين مشكل و كمي هم وحشتناك مي باشد ولي معمولا در زندگي روزمره دور و برمان دماهاي خيلي بالايي وجود دارند و ما از آنها غافليم.مثلا وقتي در اثر اتصالي سيمهاي برق داخل جعبه تقسيم ميسوزد وشما صداي جرقه آنرا ميشنويد و پس از بررسي متوجه مي شويد كه كاملا ذوب شده فقط به خاطر دماي وحشتناكي بوده كه آن تو به وجود آمده.شايد باور نكنيد ولي اين دما به حدود سي-چهل هزار درجه كلوين ميرسد.البته اين دما براي همجوشي حكم طفل ني سواري را دارد.يا اينكه مي توانيم با استفاده از ولتاژهاي بسيار بالا قوسهاي الكتريكي را از درون لوله هاي مويين عبور بدهيم.به اين ترتيب دماي هواي داخل لوله كه اكنون به پلاسما تبديل شده به نزديك چند ميليون درجه مي رسد.(كه باز هم براي همجوشي كم است).يكي از بهترين راهها استفاده از ليزر است.مي دانيد كه ليزرهايي با توانهاي بسيار بالا ساخته شده اند.مثلا نوعي از ليزر به نام ليزر نوا(NOVA)مي تواند در مدت كوتاهي انرژي اي معادل ده به توان پنج ژول توليد كند.اما بازهم در كنار هر مزيت معايبي هست.مثلا اين ليزر تبعا انرژي زيادي مصرف ميكند كه حتي با صرف نظر از آن مشكل ديگري هست كه ميگويد اگر انرژي توليدي ليزر در آن مدت كوتاه بايد تحويل داده بشود پس براي برقرار ماندن معيار لاوسن (حالا كه مدت زمان محصور سازي پايين آمده)بايد چگالي بالا تر برود.كه در اين مورد از تراكم و چگالي جامد هم بالا تر ميرود.

انواع واكنشها:

براي بهينه سازي كار رآكتورهاي همجوشي و افزايش توان خروجي آنها راههاي متعددي وجود دارد.يكي از اين راهها انتخاب نوع واكنشيست كه قرار است در رآكتور انجام بشود.

ظبق تصوير زير نوعي از واكنش همجوشي بصورتيست كه در آن دو هسته سبك با يكديگر واكنش داده و يك هسته سنگين تر را بوجود مياورند.يعني حاصل تركيب دو هسته دوتريم و توليد يك هسته ترتيم به علاوه يك هسته هيدروژن معموليست. اين واكنش انرژي ده مي باشد.چون تفاوت انرژي بستگي هسته سنگين تر وهسته هاي سبكتر مقداري منفيست.

در اين واكنش مقدار انرژي اي توليدي برابر4MeVمي باشد.

قبلا گفته شد كه بايد براي انجام همجوشي هسته ها به اندازه كافي به هم نزديك بشوند.اين مقدار كافي حدودا معادل3fmمي باشد.چون در اين فاصله ها انرژي پتانسيل الكترواسناتيكي دو دوترون در حدود 0.5MeVهست پس مي توانيم با اين مقدار انرژي دادن به يكي از دوترونها دافعه كولني بين دوترونها ر شكسته و واكنش را شروع كنيم كه بعد از انجام مقدار4.5MeVتوليد مي شود.(0.5MeVانرژي جنبشي به علاوه 4MeVانرژي آزاد شده)

همانطور كه مي بينيد بهترين گزينه واكنش سوم مي باشد

مي توانيم رآكتور خود را طوري طراحي كنيم كه دور ديواره بيروني آن ليتيم مايع تحت فشار جريان داشته باشد.اين ليتيم مايع گرماي توليدي اضافي را از واكنش گرفته و به آب منتقل مي كند و با تبديل آن به بخار باعث مي شود كه توربين و ژنراتور به حركت درآيند و برق توليد بشود.

اما چرا ليتيم؟

قبلا ديديد كه مقرون به صرفه ترين واكنش در رآكتور همجوشي واكنش دوتريم . ترتيم است.در اين واكنش ديديد كه يك نوترون پر انرژي توليد مي شد.اين مساله يعني نوترون زايي مي تواند سبب تضعيف بخشهايي از رآكتور شود.از طرفي براي محيط زيست و مخصوصا سلامتي كساني كه در اطراف رآكتور فعاليت مي كنند بسيار مضر است.اما اگر ليتيم را به عنوان خنك كننده داشته باشيم اين جريان ليتيم همچنين نقش مهم كند كنندگي را بازي خواهد كرد.به اين صورت كه با نوترون اضافي توليد شده در واكنش تركيب شده و سوخت گران قيمت و بسيار كمياب رآكتور رو كه همان ترتيم است توليد مي كند.واكنش دقيق آن به شكل زير است.البته در اين مورد بايد ضخامت ليتيم مايع در جريان حداقل يك متر باشد.

انواع رآكتور:

توكامك يكي از انواع رآكتورهاي همجوشي هسته ايست كه عمل محصورسازي را به خوبي انجام ميدهد.طرح توكامك در دهه پنجاه ميلادي توسط روسها پيشنهاد شد.كلمه توكامك از كلمات "toroidalnaya", "kamera", and "magnitnaya" به معني " اتاقك مغناطيسي چنبره اي" گرفته شده است.

يكي از دلايل و توجيحاتي كه براي چنبره اي بودن محفظه هاي محصور سازي مي شود بيان كرد اين است كه : توپ پر مويي را تصور كنيد كه شما قصد داريد موهاي اين توپ را شانه بزنيد. شما هر طور و از هر طرف كه بخواهيد اين كار بكنيد هميشه دو طرف از موهاي توپ شانه نشده و نامنظم باقي مي ماند.حال به جاي توپ فرض كنيد كه يك كره مغناطيسي داريم .ميخواهيم كه بردارهاي ميدان در سراسر اطراف اين كره يكنواخت و منظم باشند(در واقع همه در يك جهت باشند).بنا به مثال اين كار غير ممكن بوده ونا منظمي در دو طرف كره باعث عدم پايداري محصور ساز مي شود.ولي در يك محصور ساز چنبره اي چنين مشكلي وجود ندارد و يكنواختي ميدان سراسر محصور ساز(توكامك)باعث پايداري آن مي شود.مهم ترين و حياتي ترين وظيفه يك ابزار همجوشي پايدار نگه داشتن پلاسما است.

اسفرومك نوع ديگري از رآكتورهاي همجوشي هسته ايست.

اسفرومك نوع ديگري از رآكتورهاي همجوشيست كه بر خلاف توكامك كه چنبره ايست شكلي كروي دارد.البته تفاوت اسفرومك با توكامك در اين است كه در مركز اسفرومك هيچ جسم مادي اي وجود ندارد.

اسفرومك متاسفانه با بي مهري مواجه شد و به اندازه توكامك مورد توجه واقع نشد.در حالي كه اسفرومك مدت زيادي بعد از توكامك اختراع شد.

در دهه گذشته اغلب تحقيقات در بخش انرژي همجوشي مغناطيسي روي توكامك چنبره اي شكل براي رسيدن به واكنشهاي همجوشي در سطح بالا متمركز شده است.

كار توكامك در ايالات متحده وخارج آن ادامه دارد ولي سازمان دانشمندان انرژي همجوشي در حال بازديد از اسفرومك هستند.

قسمت زيادي از علاقه تجديد شده به پروژه اسفرومك روي تحقيقات فعالي در لاورنس ليورمور در گروهي به نام SSPX (Sustained Spheromak Physics Experiment) متمركز شده است.SSPX در 14ژوئن 1999 در مراسمي با حضور نماينده اي از DOE و با همكاري دانشمنداني از Sandia و آزمايشگاه ملي لس آلاموس آغاز به كار كرد.SSPX يك سري از از آزمايشات است كه براي اين طراحي شده كه توانايي اسفرومك را در اين مورد كه اسفرومك چقدر اين كيفيت را داراست كه پلاسما هاي داغ سوخت همجوشي را درون خود داشته باشد مشخص كند .

به عقيده رهبر پروژه SSPX آقاي David Hill توكامك با دماي بالايي كه در آن قابل دسترسيست (بيشتر از 100ميليون درجه سلسيوس كه بارها بيشتر از دماي مركز خورشيد است)فعلا برنده جريان رهبري پروژه هاي همجوشي به حساب مي آيد.با اين حال ميدانهاي مغناطيسي توكامك بوسيله كويل (سيم پيچ) هاي بيروني بسيار بزرگ كه چنبره رآكتور را كاملا احاطه مي كنند توليد مي شوند.اين كويل هاي بسيار بزرگ هزينه بسيار زياد و بي نظمي و اختلالاتي در كار رآكتور خواهند داشت.

در حالي كه اسفرومك ها پلاسماي بسيار داغ را در يك سيستم ميدان مغناطيسي ساده و فشرده كه فقط از يك سري ساده از كويل هاي كوچك پايدار كننده استفاده ميكند بوجود مي آورد.ميدانهاي مغناطيسي قوي لازم درون پلاسما با چيزي كه دينام مغناطيسي ناميده مي شود توليد مي شوند.

انرژي ده كردن:

مي دانيد درنوعي از رآكتورهاي شكافت هسته اي بوجود آوردن زنجيره واكنشها بوسيله برخورد دادن يك نوترون پر انرژي با هسته يك اتم اورانيم235 انجام مي شود.به اين صورت كه وقتي كه اين نوترون وارد هسته اتم اورانيوم235 مي شود آن را به يك هسته اورانيم236 تبديل ميكند.از آنجا كه اين هسته ناپايدار است به سرعت واپاشي مي كرده و اتمهاي سبكتري به همراه سه نوترون پر انرژي ديگر را توليد مي كند.

توضيح كاملتر اينكه در هسته هاي سنگين پايدار مثل اورانيوم بين نيروهاي الكترواستاتيكي كه مايل هستند ذرات تشكيل دهنده اتم را از هم دور كنند و نيروي هسته اي كه آنها را كنار هم نگه ميدارد تعادل بسيار حساسي وجود دارد كه اين تعادل رو مي توانيم براحتي و به روشي كه گفته شد به هم زده و واكنش شكافت هسته اي را شروع كنيم.واكنش حاصل از يك اتم با توليد كردن سه نوترون پر انرژي ديگر باعث ميشود سه اتم اورانيم ديگر وارد واپاشي بشوند.به همين ترتيب واكنش اصطلاحا زنجيره اي ميشود.

قدر مسلم يك رآكتور همجوشي ايده آل رآكتوريست كه در آن واكنشهاي زنجيره اي داريم. در واقع هدف اساسي در راه ساخت رآكتور همجوشي هسته اي زنجيره اي كردن آن است.اگر قرار باشد كه ما در اين راه انرژي صرف كنيم تا يك مقدار كمتر از آن را بدست بياوريم مطمئنا اين واكنش نه زنجيره ايست نه مفيد.دانشمندان اين رشته مفهومي به نام گيرانش را تعريف كرده اند كه به معني اين است كه مقداري انرژي صرف شروع واكنش كنيم و انرژي بيشتر از سلسله واكنشها بگيريم.در واقع در شرايط گيرانش واكنش زنجيره اي ميشود.يعني نه تنها انرژي توليدي يك واكنش براي انجام واكنش بعد كافيست بلكه مقدار زيادي از آن هم اضافه است وميتواند در اختيار ما براي توليد برق قرار بگيرد.

اگر بخواهيم توكامك يا هر وسيله ديگر كه همجوشي در آن انجام مي شود توان مفيد داشته باشد يعني به ما انرژي بدهد بايد شرايط خاصي داشته باشد. براي آنكه احتمال برخورد ذرات(يونهاي) نامزد همجوشي بالا برود اولا بايد دماي خيلي بالايي درون آن توليد بشود و رآكتور هم بتواند بخوبي دماي بالا را تحمل كند.(اين دما در محدوده ده به توان هشت درجه كلوين مي باشد!)دوما رآكتور بايد اين توانايي را داشته باشد كه درونش چگالي زياد از يونها را وارد كرد و سوم اينكه زمان محصور سازي در آن طولاني باشد.

دماي بالا براي آن است كه بتوانيم تقريبا مطمئن باشيم كه مي توانيم از سد محكم پتانسيل كولني هسته ها بگذريم.چگالي زياد هم براي اين است كه هر چه بيشتر احتمال برخورد هاي كارا بالا برود.

در اين مسير قانوني وجود دارد كه نام آن معيار لاوسون است.به كمك اين معيار مي شود محاسبه كرد كه آيا شرايط طوري هست كه واكنش به گيرانش برسد يا نه.

معيار لاوسن = بايد: مقدار چگالي*مدت زمان محصور سازي > ده به توان20ذره در متر مكعب باشد تا اين واكنش به گيرانش برسد(البته بستگي مستقيم با دماي پلاسما دارد)

اما به طور دقيق تر:

براي رسيدن به شرايط مطلوب درواكنشهاي گرما هسته اي كه در آنها از سوخت دوتريم - ترتيم استفاده مي شود دماي پلاسما (T) بايد در محدوده يك الي سه ضرب در ده به توان هشت درجه كلوين و زمان محصورسازي(تي اي)(تي انديس E) بايد در حدود يك الي سه ثانيه و چگالي (n) بايد حوالي يك الي سه ضرب در ده به توان بيست ذره بر متر مكعب باشد.براي آغاز به كار رآكتور يعني براي رسيدن به كمينه دماي حدود ده به توان هشت كلوين بايد از وسيله گرما ساز كمكي استفاده كرد.بعد از محترق شدن سوخت مخلوط پلاسما باذرات آلفايي كه در اثر احتراق اوليه بوجود اومده اند گرم شده و مي توانيم دستگاه كمكي را از مدار خارج كنيم.از آن به بعد سرعت فعاليتهاي همجوشي با افزايش دادن چگالي پلاسما افزايش پيدا مي كند.با اين وجود افزايش چگالي به بالاي مرزهاي تعيين شده و مطمئن به معني به هم خوردن پايداري پلاسما و يا اينكه خاموش شدن رآكتور را در پي خواهد داشت يا فاجعه.به عبارت ديگه (در صورت افزايش چگالي پلاسما) براي پايدار كردن پلاسما زمان محصور سازي و دماي احتراق و صد البته حجم پلاسما و نقطه پايداري پلاسما با افزايش چگالي بالا تر رفته و شرايط را براي كار سخت تر مي كند.به حالت تعادل در آوردن اين ملزمات با شكل بندي رآكتور در كوچكترين اسپكت ريتو كه به شكل بندي مغناطيسي آن بستگي دارد مقدور ميشود.

نسبت R به a را اسپكت ريتو مي گويند.

خروج پسماندها:

طبق شكل زير كه تصويري از سطح مقطع رآكتور مي باشد نحوه كنترل و خارج كردن پسماندهاي واكنش كه همان هليوم باشند را مشاهده مي كنيد.

واقعيت:

ITERاسم مجموعه ايست كه اولين رآكتور همجوشي جهان را كه از نوع توكامك خواهد بود در فرانسه خواهند ساخت.اين مجموعه متشكل است از كشورهاي: روسيه اروپا ژاپن كانادا چين ايالات متحده و جمهوري كره. آنها در اين راه از فوق هادي ها براي قسمت هاي مغناطيسي رآكتور استفاده مي كنند.توان خروجي اين توكامك 410 مگا وات خواهد بود.

سرعتي بالاتر از سرعت نور

آيا واقعا ممكن است كه سرعت هاي بالاتر از سرعت نور وجود داشته باشد؟

بر اساس نظريه نسبيت هيچ فرآيند فيزيكي نمي تواند در سرعت هاي بالاتر از سرعت نور در خلا انجام گيرد. بدون ترديد ، قابل قبول نبودن اين سرعت ها يكي از عجيب ترين فرضيات فيزيك جديد است.

ابر نور

در كنار دنيايي با سرعت هاي كمتر از سرعت نور (جهان تارديون ، مشتق از كلمه لاتين تاردوس به معناي آهسته) دنياي ديگري وجود دارد كه سرعت نور در آن از سرعت هاي ديگر كمتر است، نه بيشتر (جهان تاكيون مشتق از لغت يوناني تاخيس به معني سريع مي باشد). دنياي دوم كشف نشده است ، زيرا هيچ نقطه مشتركي با دنياي اول ندارد.

در سالهاي اخير ، تعدادي مقاله تحقيقاتي منتشر شده كه نويسندگان آنها احتمال وجود ذرات «ابر نور» را كه تا كنون ناميده اند، مورد بررسي قرار داده اند.

واقعيت عجيبي كه در مورد فرضيه ابر نور وجود دارد، آنست كه اين فرضيه ، نظريه نسبيت خاص را نقض نمي كند ، بلكه آن را با دنيايي كه در آن سوي محدوده سرعت نور قرار دارد سازگارتر و هماهنگ تر مي سازد.

اگر تاكيون‌ها وجود داشتند؟

عقايد متفاوتي در اين مورد وجود دارد. اگر تاكيون ها واقعا وجود داشته باشند، چه مي شود؟ در اين صورت آنها نوع سوم ذراتي مي باشند كه براي ما شناخته شده اند. اولين نوع شامل ذراتي است كه هيچگاه به سرعت نور نمي رسند. (يعني تقريبا تمام ذرات بنيادي شناخته شده) ، نوع دوم فوتون‌ها (كوانتاهاي تابش الكترومغناطيسي) و احتمالا نوترينوها مي باشند كه هر دو آنها با سرعت نور منتشر مي شوند. تاكيون ها همواره داراي سرعتي مي باشند كه از سرعت نور بيشتر است.

دنياي تاكيون ها و دنياي ما

دنياي تاكيون ها هيچ نقطه مشتركي با دنياي ما كه در آن سرعت ها كمتر از سرعت نور است ندارد. سه نوع ذره‌اي كه هم اكنون ذكر آنها به ميان آمد، داراي يك خاصيت مشترك مي‌باشند. ذرات يك گروه تحت هيچ شرايطي نمي توانند به ذرات گروه ديگر تبديل شوند. از سوي ديگر ، فقط بر اساس دانش جديد مي توانيم چنين اظهار نظري را به عمل آوريم. اگر اين مسئله را از ديدگاه اطلاعات علمي كامل‌تري كه هنوز ناشناخته است مورد بررسي قرار دهيم، ممكن است كه كاملا تغيير نمايد. در آن صورت مي توانيم فرض كنيم كه دنياي تاكيون ها با دنياي ما برخورد پيدا مي كند و اين بدان معني است كه فرآيندهايي در طبيعت وجود دارند كه در جهات نامشخص پيش مي روند.

اصل عليت كه بر اساس آن علت هميشه مقدم بر معلول است يك اصل اساسي فيزيكي است. به بيان ديگر ، هيچ رويدادي نمي تواند گذشته را تحت تاثير قرار دهد و موجب تغيير آن چيزي گردد كه اتفاق افتاده است، ولي در دنياي ذراتي كه با سرعت نور و يا بيشتر از آن حركت مي كنند ، اين اصل ممكن است تغيير نمايد و علت و معلول با توجه به چارچوب مرجع جاي خود را عوض كنند.

در فرآيندهايي كه پيام ها با سرعت بيشتر از سرعت نور حركت مي نمايند، تسلسل وقايع (وقايعي كه پيش از وقايع ديگر رخ مي دهند) به انتخاب دستگاه مختصات بستگي پيدا مي كند، در عين حال ، جهت جريان اطلاعات يعني اساس بستگي علت و معلول تغيير نمي نمايد. اين مسئله موجب نقص عليت مي گردد.

بازگشت به گذشته

گمان مي‌رود چنين جرياني بتواند براي ايجاد ارتباط تلفني با گذشته كمك كند يا ممكن است شخصي خود را به ساعت 11 صبح روز قبل انتقال دهد … . چنين چيزي مادامي كه دنياي سرعتهاي كوچك‌تر از سرعت نور با دنياي سرعتهاي بزرگ‌تر از سرعت نور برخورد پيدا كند، تناقض مي‌باشد. اگر فقط محدوده سرعت‌هاي بالاتر از سرعت نور را مورد توجه قرار دهيم، چين تناقضاتي به‌وجود نمي‌آيد. تاكنون هيچ يك از اطلاعات تجربي به دست آمده وجود تاكيون‌ها را به اثبات نرسانيده‌اند.

دنياي ريز ذره‌ها

پيشرف جهان كوچك عقايد و تصورات خارق‌العاده‌اي پديد مي‌آورد كه نظريه‌هاي دانش عادي را نقض مي‌كند و آشكارا نشان مي‌دهد. چنين عقيده‌اي كه معلومات امروزي علمي مفاهيم مطلق و غير قابل تغييري هستند، پوچ مي‌باشد. به نظر نمي‌آيد كه هيچگاه پيشرفت فيزيك و اختر فيزيك به انتها برسد.

فرضيه ذرات بنيادي كه همواره وقايع عجيب‌تري را آشكار مي‌سازد. دائما با مفاهيم پيچيده رياضي و ساير مفاهيم پيچيده به‌ وجود مي‌آيد كه با دنيايي كه ما را احاطه كرده هيچ گونه مشابهتي ندراد. بايد گفت كه اين فرضيه روز به روز بيشتر با فرضيه كيهاني آميخته مي‌شود. به عبارت ديگر قوانين طبيعي حاكم بود و نقطه نهايي و متضاد ابعاد جهاني يعني دنياي ريز ذره‌ها و دنياي وقايع كيهاني هيچگاه با يكديگر متناقض نيستند.

بيان ريز ذره‌ها بوسيله پديده گرانشي

با نفوذ بيشتر در دنياي ريز ذره‌ها ، اثرات گرانشي بطور قابل توجهي كمتر مي‌شوند. ولي اين مساله تا نقطه معيني صادق است و نقش آنها بطور مشخصي افزايش مي‌يابد. و آنها مانند وضعيتي كه در جهان بزرگ وجود دارد به صورت پديده‌هاي فيزيكي غالب در مي‌آيند. در دنياي ريز ذره‌ها كه وجه مشخصه آن فواصل كوچك است، مقادير انرژي و در نتيجه جرم به اندازه‌اي افزايش مي‌يابد كه از اين نظر دنياي ريز ذره‌ها مشابه پديده‌هاي دنياي بزرگ و فوق‌العاده بزرگ مي‌گردد و دو جهان مانند گذشته يكي مي‌شوند و به همين دليل آنها برخي از قوانين طبيعت مشترك هستند.

سياهچاله‌ها كه نشان‌دهنده چگالي فوق‌العاده زياد ماده هستند، ناحيه ديگري مي‌باشند كه در آن وقايع جهاني و ميكروسكوپيك باهم يكي مي‌شوند. در اينجا پديده گرانشي در هر دو حالت عظيم است كه در حالت اول بصورت هندسه تغيير يافته فضا و در حالت دوم به صورت اثرات مكانيك كوانتومي بيان مي‌شود.

 

قانون بقاي بار الكتريكي

يك توپ را با ميله پلاستيكي و ديگر را ميله شيشه‌اي باردار كنيد سپس آنها را به هم بچسبانيد. گاهي دوبار ناپديد مي‌شوند و همديگر را از بين مي‌برند. براي بيان اين مساله مي‌توان از يك قانون رياضي مبني بر اينكه اگر حاصل جمع دو كميت صفر شود، يكي از آن دو مثبت و ديگري منفي است، استفاده نمود. طبق قرارداد به ميله پلاستيكي را بار منفي و ميله شيشه‌اي را بار مثبت نسبت داده‌اند.

بيان ساده اي از قانون بقاي بار

وقتي كه يك ميله پلاستيكي را با خز مالش مي‌دهيم، ميله بار منفي و خز بار مثبت پيدا مي‌كند. آزمايش را با دو جسم خنثي شروع مي‌كنيم، يعني مجموع بار آن دو برابر صفر است. بعد از مالش دادن ، يكي بار مثبت و ديگري بار منفي مي‌يابد كه باز هم بار كل برابر صفر مي‌شود. همچنين وقتي ميله‌اي بار مثبت بيابد، بار جسم پلاستيكي كه ميله شيشه‌اي را با آن مالش مي‌دهيم منفي مي‌شود.

هيچ كس نمي تواند يكي از اين دو بار را خلق كند، بدون آنكه همزمان ديگري را نيز توليد كرده باشد در يك چنين فرايندي مقدار كل بار تغيير نمي‌كند. اين مطلب بيانگر قانون بقاي بار الكتريكي است. اين قانون همانند قوانين پايستگي جرم و انرژي ، اندازه حركت خطي ، اندازه حركت زاويه اي و ... در فيزيك يك قانون بنيادي است.

قانون بقاي بار الكتريكي در اتم

همه اجسام داراي ذراتي با بار الكتريكي مثبت و منفي هستند. اين ذرات هماناتمهايي هستند كه جهان مادي را مي‌سازند. ابعاد اين اتمها از مرتبه آنگستروم است. چندين ميليون از اين اتمها ، در كنار هم ، چيزي در حدود يك نقطه نمايان مي‌شوند. هر اتم از لحاظ بار الكتريكي خنثي است، زيرا به تعداد مساوي بار مثبت و منفي دارد. بار مثبت اتم و تقريبا تمامي جرم آن ، در مركز آن ، يعني در هسته متمركز شده است. ابعاد هسته ده هزار برابر كوچكتر از ابعاد كل اتم است. هسته يك خوشه محكم به هم چسبيده متشكل از دو نوع ذره پروتونها و نوترونهاست.

تراكم جرم در اين ذرات غير قابل تصور است. يك تفاوت مهم بين پروتونها و نوترونها اين است كه پروتونها داراي بار الكتريكي مثبت بوده ولي نوترونها از نظر بار الكتريكي خنثي هستند. تعداد پروتونها هسته ، عنصر شيميايي را كه هسته به آن تعلق دارد، مشخص مي‌كند، با اين حال قسمت اعظم فضاي اتم خالي است، در ناحيه اطراف هسته تعدادي ذره با بار الكتريكي منفي به نام الكترون وجود دارد. جرم الكترون كم است، اما بار آن منفي و مقدارش برابر مقدار بار روي پروتون است. از اينرو در يك اتم خنثي تعداد الكترونها در فضاي اطراف هسته درست برابر تعداد پروتونها در داخل هسته است. الكترونها توسط نيروي جاذبه الكتريكي در نزديكي هسته به آن مقيد مي‌شوند.

مبادله بار و قانون بقاي بار الكتريكي

گاهي يك تماس ساده ميان اجسام ممكن است باعث شود كه تعدادي الكترون از يك جسم به جسم ديگر منتقل شود. وقتي ميله پلاستيكي با خز مالش داده مي‌شود، برخي الكترونها از خز به ميله پلاستيكي منتقل مي‌شوند. ممكن است تعداد الكترونهايي كه به ميله پلاستيكي منتقل مي‌شوند، در حدود
( 9 ^ 10 ) باشد كه ظاهرا زياد است. تعداد كل الكترونهاي موجود در ميله پلاستيكي در حدود 24 ^ 10 است.

در فلزات بستگي الكترونها به هسته ضعيف است و الكترونها مي‌توانند آزادانه در داخل ماده حركت كنند. چون بار به راحتي در داخل ميله فلزي به هم وصل نماييم، هر دو كره خنثي مي‌شوند. ماده اي كه بار الكتريكي را از خود عبور مي‌دهد رسانا ناميده مي‌شود. در جامدات ، فقط الكترونها مي‌توانند حركت كنند. اما محلول الكتروليت ، آب شور يا گاز داخل لامپ فلوئورسانس رساناهاي بسيار خوبي هستند. زيرا حاملين بار مثبت و منفي هردو تحت تاثير نيروي الكتريكي مي‌توانند آزادانه حركت كنند. در تمام فرايندهاي مبادله بار و انتقالات اخير قانون بقاي بار الكتركي به دقت ملاحظه مي‌شود. به عبارتي نحوه مبادله بار به توسط قانون بقاي بار صورت مي‌گيرد. در واكنشهاي شيميايي اين قانون همانند قانون بقاي جرم ظاهر مي شود و واكنش را از نظر الكتريكي مجاز مي داند كه در طرفين واكنش مجموع بارهاي الكتريكي برابر باشند.

 

فيزيك پلاسما

فيزيك پلاسما (Plasma Physics)

مي دانيم كه براي ماده سه حالت جامد ، مايع و گاز در نظر گرفته ميشود. اما در مباحث علمي معمولا يك حالت چهارم نيز براي ماده فرض ميشود. حدوث طبيعي پلاسما در دماهاي بالا ، سبب تخصيص عنوان چهارمين حالت ماده به آن شده است. يك نمونه بسيار طبيعي از پلاسما آتش است بنابراين خورشيد نمونهاي از پلاسماي داغ بزرگ است.

تعريف پلاسما

پلاسما گاز شبه خنثايي از ذرات باردار و خنثي است كه رفتار جمعي از خود ارائه ميدهد. به عبارت ديگر ميتوان گفت كه واژه پلاسما به گاز يونيزه شدهاي اطلاق ميشود كه همه يا بخش قابل توجهي از اتمهاي آن يك يا چند الكترون از دست داده و به يونهاي مثبت تبديل شده باشند. يا به گاز به شدت يونيزه شدهاي كه تعداد الكترونهاي آزاد آن تقريبا برابر با تعداد يونهاي مثبت آن باشد، پلاسما گفته ميشود.

حدود پلاسما

اغلب گفته ميشود كه 99% ماده موجود در طبيعت در حالت پلاسماست، يعني به شكل گاز الكتريسته داري كه اتمهايش به يونهاي مثبت و الكترون منفي تجزيه شده باشد. اين تخمين هر چند ممكن است خيلي دقيق نباشد ولي تخمين معقولي است از اين واقعيت كه درون ستارگان و جو آنها، ابرهاي گازي و اغلب هيدروژن فضاي بين ستارگان بصورت پلاسماست. در نزديكي خود ما ، وقتيكه جو زمين را ترك ميكنيم بلافاصله با پلاسمايي مواجه مي شويم كه شامل كمربندهاي تشعشعي وان آلن و بادهاي خورشيدي است.

در زندگي روزمره نيز با چند نمونه محدود از پلاسما مواجه ميشويم. جرقه رعد و برق ، تابش ملايم شفق قطبي ، گازهاي داخل يك لامپ فلورسان يا لامپ نئون و يونيزاسيون. مختصري كه در گازهاي خروجي يك موشك ديده ميشود. بنابراين مي توان گفت كه ما در يك درصدي از عالم زندگي ميكنيم كه در آن پلاسما بطور طبيعي يافت نميشود.

آيا كلمه پلاسما يك كلمه بامسما است؟

كلمه پلاسما ظاهرا بيمسما به نظر ميرسد. اين كلمه از يك لغت يوناني آمده است كه هر چيز به قالب ريخته شده يا ساخته شده را گويند. پلاسما به علت رفتار جمعي كه از خودشان نشان ميدهد، گرايشي به متاثر شدن در اثر عوامل خارجي ندارد، و اغلب طوري عمل ميكند كه گويا داراي رفتار مخصوص به خودش است.

حفاظ دباي

يكي از مشخصات اساسي رفتار پلاسما ، توانايي آن براي ايجاد حفاظ در مقابل پتانيسيلهاي الكتريكي است كه به آن اعمال ميشوند. فرض كنيد بخواهيم با وارد كردن دو گلوله بارداري كه به يك باتري وصل شدهاند يك ميدان الكتريكي در داخل پلاسما بوجود آوريم. اين گلوله ها ، ذرات يا بارهاي مخالف خود را جذب ميكنند و تقريبا بلافاصله ، ابري از يونهاي اطراف گلوله منفي و ابري اطراف گلوله مثبت را فرا ميگيرند.

اگر پلاسما سرد باشد و هيچگونه حركت حرارتي وجود نداشته باشد، تعداد بار ابر برابر بار گلوله ميگردد، در اين صورت عمل حفاظ كامل ميشود و هيچ ميدان الكتريكي در حجم پلاسما در خارج از ناحيه ابرها وجود نخواهد داشت. اين حفاظ را اصطلاحا حفاظ دباي مي گويند.

معيارهاي پلاسما

طول موج دباي (لانداي دي) بايد خيلي كوچكتر از ابعاد پلاسما ( L ) باشد.

تعداد ذرات موجود در يك كره دباي (ND ) بايد خيلي بزرگتر باشد.

حاصلضرب فركانس نوسانات نوعي پلاسما ( W ) در زمان متوسط بين برخوردهاي انجام شده با اتمهاي خنثي ( t ) بايد بزرگتر از يك باشد.

كاربردهاي فيزيك پلاسما

- تخليه هاي گازي :

قديميترين كار با پلاسما ، مربوط به لانگمير ، تانكس و همكاران آنها در سال 1920 ميشود. تحقيقات در اين مورد ، از نيازي سرچشمه ميگرفت كه براي توسعه لوله هاي خلائي كه بتوانند جريانهاي قوي را حمل كنند، و در نتيجه ميبايست از گازهاي يونيزه پر شوند احساس ميشد.

- همجوشي گرما هستهاي كنترل شده:

فيزيك پلاسماي جديد ( از حدود 1952 كه در آن ساختن راكتوري بر اساس كنترل همجوشي بمب هيدروژني پيشنهاد گرديد، آغاز ميشود.

- فيزيك فضا:

كاربرد مهم ديگر فيزيك پلاسما ، مطالعه فضاي اطراف زمين است. جريان پيوستهاي از ذرات باردار كه باد خورشيدي خوانده ميشود، به مگنتوسفر زمين برخورد ميكند. درون و جو ستارگان آن قدر داغ هستند كه ميتوانند در حالت پلاسما باشند.

- تبديل انرژي مگنتو هيدرو ديناميك ( MHD ) و پيشرانش يوني:

دو كاربرد عملي فيزيك پلاسما در تبديل انرژي مگنتو هيدرو ديناميك ، از يك فواره غليظ پلاسما كه به داخل يك ميدان مغناطيسي پيشرانده ميشود، ميباشد.

- پلاسماي حالت جامد :

الكترونهاي آزاد و حفرهها در نيمه رساناها ، پلاسمايي را تشكيل ميدهند كه همان نوع نوسانات و ناپايداريهاي يك پلاسماي گازي را عرضه مي دارد.

- ليزرهاي گازي:

عاديترين پمپاژ ( تلمبه كردن ) يك ليزر گازي ، يعني وارونه كردن جمعيت حالاتي كه منجر به تقويت نور ميشود، استفاده از تخليه گازي است.

- شايان ذكر است كه كاربردهاي ديگري مانند چاقوي پلاسما ، تلويزيون پلاسما ، تفنگ الكتروني ، لامپ پلاسما و غيره نيز وجود دارد كه در اينجا فقط كاربردهاي پلاسما در حالت كلي بيان شده است.

قانون لنز

قانون لنز كه در مورد جريانهاي القايي بكار مي‌رود چنين بيان مي‌شود كه جريان القايي در مدارهاي بسته در جهتي است كه با عامل بوجود آورنده خود مخالفت مي‌كند. اين قانون علامت منفي موجود در قانون فاراده را توجيه مي‌كند.

مقدمه

طبق قوانين القاي الكترومغناطيسي اگر شارمغناطيسي گذرا از مدار تغيير كند، نيرو محركه الكتريكي در مدار جاري مي شود. با برقراري نيرو محركه القايي در مدار، جريان الكتريكي القايي در آن جاري مي شود. طبق قانون لنز جهت جريان القايي در مدار در جهتي است كه ميدان مغناطيسي حاصل از آن با تغييرات شار مغناطيسي گذرا از مدار مخالفت مي كند. اگر چكشي را از بالاي نردباني رها كنيم، هيچ نيازي به قاعده‌اي كه بگويد چكش به طرف مركز زمين يا در جهت مخالف آن حركت مي‌كند، نداريم. اگر در اين موقع كسي از ما بپرسد كه از كجا مي‌دانيد كه چكش سقوط خواهد كرد، بهترين پاسخي كه مي‌توانيم بدهيم اين است كه بگوييم، هميشه به اين صورت بوده است و اگر بخواهيم جوابمان علمي‌تر باشد، مي‌توانيم بگوييم كه زماني كه چكش سقوط مي‌كند، انرژي پتانسيل گرانشي آن كاهش مي‌يابد و برعكس انرژي جنبشي آن افزايش پيدا مي‌كند.

اما اگر چكش به جاي سقوط ، به طرف بالا برود، در اين صورت انرژي جنبشي و انرژي پتانسيل آن هر دو افزايش پيدا مي‌كنند و اين موضوع پايستگي يا بقاي انرژي را نقض مي‌كند. استدلال مشابه را مي‌توان در مورد تعيين جهت نيروي محركه الكتريكي كه با تغيير شار مغناطيسي در يك مدار القا مي‌شود، بكار برد، يعني در اين مورد اخير نيروي محركه القايي بايد در جهتي باشد كه با اصل پايستگي سازگار باشد و اين با استفاده از قانون لنز توضيح داده مي‌شود.

تاريخچه

در سال 1834 ، يعني سه سال بعد از اين كه فاراده قانون القا خود را ارائه داد (قانون القا فاراده)، هاينريش فريدريش لنز (Heinrich Friedrich Lenz) قاعده معروف خود را كه به قانون لنز معروف است، براي تعيين جهت جريان القايي در يك حلقه رساناي بسته ارائه داد. اين قانون به صورت يك علامت منفي در قانون القاي فاراده ظاهر مي‌گردد. به اين معني كه در رابطه نيروي محركه القايي يك علامت منفي قرار داده و اعلام كنند كه اين علامت بيانگر قانون لنز است.

تشريح قانون لنز

حلقه رسانايي را در نظر بگيريد كه به يك گالوانومتر حساس متصل است. حال آهنربايي را در دست گرفته و به آرامي به اين حلقه ، نزديك كنيد. ملاحظه مي‌گردد كه با نزديك شدن آهنربا به حلقه عقربه گالوانومتر منحرف شده و وجود جرياني را در مدار نشان مي‌دهد. اين جريان را جريان القايي مي‌گويند. حلقه جريان ، مانند آهنرباي ميله‌اي ، داراي قطب‌هاي شمال و جنوب است.

حال اگر آهنربا را از حلقه دور كنيم، باز هم گالوانومتر منحرف مي‌شود، اما اين بار انحراف در جهت مخالف است و اين امر نشان دهنده اين مطلب است كه جريان در جهت مخالف در حلقه جاري شده است. اگر ميله آهنربا را سر و ته كنيم و آزمايش را تكرار كنيم، باز همان نتايج حاصل خواهد شد، جز اين كه جهت انحراف‌هاي عقربه گالوانومتر عوض خواهند شد. براي تشريح اين آزمايش با استفاده از قانون لنز به صورت زير عمل مي‌كنيم:

زماني كه آهنربا را به آرامي به حلقه نزديك مي‌كنيم، تعداد خطوط شار مغناطيسي كه از حلقه مي‌گذرد، تغيير مي‌كند و همين امر سبب ايجاد يا القا جريان در حلقه مي‌شود و چون در ابتدا هيچ جرياني وجود نداشت، اين جريان بايد در جهتي باشد كه با هل دادن آهنربا به سمت حلقه مخالفت كند. برعكس ، اگر بخواهيم آهنربا را از حلقه دور كنيم، باز جهت جريان در حلقه عوض شده و از دور كردن آن جلوگيري مي‌كند. يعني در حالت اول اگر قطب N آهنرباي ميله‌اي در طرف حلقه باشد، جريان القايي در حلقه به گونه‌اي خواهد بود كه در برابر آن يك قطب N ايجاد كند تا مانع نزديك شدن آهنربا شود.

حال زماني كه آهنربا را از حلقه دور مي‌كنيم، حلقه جهت جريان خود را عوض نموده و با ايجاد قطب S ، آهنربا را جذب كرده و مانع از دور كردن آن مي‌شود.

قانون لنز و پايستگي انرژي

اگر توضيحات فوق بر اساس قانون لنز نبوده و عكس آن چيزي كه گفته شد، اتفاق بيفتد، يعني اگر جريان القايي به تغييري كه باعث بوجود آمدن آن شده است، كمك كند، قانون بقاي انرژي نقض مي‌شود، يعني اگر هنگام نزديك كردن قطب آهنربا به حلقه در برابر آن قطب مخالف S ايجاد شده و آهنربا را جذب كند، در اين صورت آهنربا بايد به طرف حلقه شتاب پيدا كند و رفته رفته انرژي جنبشي آن افزايش پيدا كند و در همين هنگام انرژي گرمايي نيز ظاهر مي‌شود. يعني در واقع از هيچ ، انرژي بوجود مي‌آيد. بديهي است كه چنين عملي هرگز نمي‌تواند درست باشد.

بنابراين مي‌توان گفت كه قانون لنز چيزي جز بيان اصل بقاي انرژي نيست كه بطور مناسب در مورد مدارهاي حامل جريان القايي بكار مي‌رود.

ويژگي قانون لنز

قانون لنز مربوط به جريانهاي القايي است و در مورد نيروي محركه القايي صادق نيست، يعني اين قانون فقط در مورد حلقه‌هاي رسانا بكار مي‌رود. اگر مدار باز باشد، معمولا مي‌توان تصور كرد كه اگر بسته بود چه اتفاقي مي‌افتاد و بدين وسيله جهت نيروي محركه القايي را معين نمود. مثلا اگر شار مغناطيسي گذرا از مدار به صورت درون سو باشد و كاهش پيدا كند، جريان الكتريكي در مدار القا مي شود، كه جهت اين جريان القايي به صورت ساعتگرد خواهد بود تا ميدان مغناطيسي حاصل از آن باعث تقويت ميدان مغناطيسي شار گذرا از مدار باشد.

و اگر اين شار افزايش يابد، جهت جريان القايي در جهتي خواهد بود كه ميدان مغناطيسي حاصل از آن بر خلاف جهت ميدان شار باشد. پس جهت جريان پاد ساعتگرد است. بنابراين براي تشخيص جهت جريان القايي كافيست، با توجه به ميدان شار گذرا از مدار، جريان را در جهتي اختيار كنيم كه ميدان مغناطيسي حاصل از آن با برخلاف تغييرات ميدان مغناطيسي شار باشد.

همه چيز درباره اتم و ذرات بنيادي

نوشته: حسين جوادي

قيزيك ذرات بنيادي چيست؟

فيزيك ذرات بنيادي بخشي از فيزيك است. موضوع مورد مطالعه ي فيزيكدانان ذرات بنيادي اين است

كه بدانند جهان از چه ذراتي ساخته شده و اين ذرات چگونه در كنش با يكديگر هستند. اما اين ذرات چه هستند؟

در حدود سال 1900 تصور مي شد كه اتم سنگ بناي جهان است و غير قابل تجزيه مي باشد

بزودي مشخص شد كه اتم از يك هسته ي مركزي با الكتريكي مثبت و تعدادي الكترون كه در اطراف آن در گردشند، تشكيل شده است

هنگاميكه هسته مورد مطالعه قرار گرفت، فيزيكدانان متوجه شدند كه هسته از پروتون با بار الكتريكي مثبت و نوترون كه از نظر الكتريكي حنثي است تشكيل شده و الكترونها در اطراف آن در گردشند

ماده از چه ذراتي ساخته شده است؟ هرچه تحقيقات روي هسته بيشتر انجام مي شد، ذرات جديدي كشف مي شدند. همچنين تحقيقات بيشتر نشان داد  كه پروتونها و نوترونها نيز از ذرات ديگري كه  كوارك ناميده شدند ساخته شده است سرانجام فيزيكدانان ذرات سازنده ي ماده را به دو دسته  لپتونها و كواركها  تقسيم كردند  در اين تقسيم بندي هادرونها از جمله پروتون و نوترون ذره ي بنيادي نيستند و از كواركها ساخته شده اند

 

پاد ماده يكي از كشفيات بسيار جالب، كشف پاد ماده است  براي هر ذره ي بنيادي يك ذره ديگري وجود دارد  كه آن را پا ماده ي آن مي نامند  به عنوان مثال پاد ماده ي الكترون، پوزيترون است  كه تنها از نظر الكتريكي با هم تفاوت دارند  ماده و پاد ماده يكديگر را جذب كرده و به انرژي تبديل مي شوند  بهمين دليل آنها را پاد ماده مي نامند  توجه شود كه پاد ماده تنها يك اصطلاح است و از نظر فيزيكي هر دوي آنها ماده مي باشند

 

اسپين

اسپين يكي از خواص ذرات مانند جرم و بار است. اسپين اندازه ي حركت زاويه اي ذره است

و ساده ترين راه براي اندازه گيري اندازه حركت زاويه اي ذره بر اثر گردش آن است

 در واقع سخن از گردش ذره درست نيست، بلكه اندازه حركت زاويه اي ذره يكي از خواص ذاتي ذرات است

 اسپين نظير اندازه حركت و انرژي در تمام مراحل ثابت است

كواركها

شش كوارك و شش پاد كوارك وجود دارد كه كه سه دسته دوتايي تشكيل مي دهند. اين گروهها عبارتند از

up-down

بالا-پايين

charm-strange

عجيب-افسون

top-bottom

سر- ته

 

در ژرف ترین اعماق فضا، جاذبه، مواد را به هم آورده و باعث تشکیل کهکشانها، ستاره ها، چاله های سیاه و غیره می شود. اما جاذبه به رغم کشش بی نهایتی که در فضا دارد، هنوز یکی از ناشناخته ترین نیروهای گیتی است.

همین ضعف در دانش بشر باعث گردیده تا جاذبه به یکی از مرموز ترین نیروها مبدل شده و دانشمندان نتوانند در آزمایشگاه آن‌گونه که تاثیر آن‌را بر سیارات و ستارگان محاسبه می کنند، خود این نیرو را اندازه گیری کنند. مثلا نیروی دافعه میان دو پروتون دارای بار مثبت ۱۰ به توان ۳۶ برابر بیشتر از جاذبه میان آنها است یعنی جاذبه میان این دو پروتون برابر عددی متشکل از یک و ۳۶ صفر در مقابلش، ضعیفتر از نیروی دافعه میان آنها است.

فیزیکدانان می خواهند این نیروی دیر آشنا را به زور در قالب مدل استاندارد قرار بدهند - یعنی همان تئوری ای که در واقع تاج مرصع فیزیک مدرن است و سه نیروی اصلی در فیزیک را توضیح می دهد. اما هیچکدام از تلاشهای آنان در این خصوص موفق نبوده است. وقتی سخن از تئوری اینشتین به میان می آید که جاذبه را تنها در سطحی گسترده توضیح داده، این نیرو مانند عضو ناجور یک گروه از میهمانان می ماند که به بقیه نمی آید و مقررات در باره آن صدق نمی کند.

یک کارشناس فیزیک نظری به نام مارک جکسون از دانشگاه فرمیلب در ایلینوی آمریکا می گوید:”جاذبه با تمام نیروهای توضیح داده شده در مدل استاندارد کاملا فرق دارد. وقتی در باره فعل و انفعالات جاذبه های اندک محاسبات ریاضی انجام می دهیم به نتایج مسخره ای می رسیم. به سادگی باید بگوییم که ریاضی و حساب در مورد جاذبه کاربرد ندارد.”

اعداد شاید در مورد جاذبه کاربرد نداشته باشند، اما فیزیکدانان در مورد عامل ایجاد این نیروی مرموز یک احساس درونی دارند و آن اینکه در عالم ذرات ریز بدون جرمی به نام “گرویتون” وجود دارد که میدانهای جاذبه ای ایجاد می کنند.

بدین ترتیب که هر ذره فرضی هر قطعه از ماده در گیتی را با سرعت نور به سمت خود می کشد. اما اگر جهان هستی مملو از این ذرات است پس چرا فیزیکدانان تا کنون آنها را پیدا نکرده اند؟

کیهان شناسی به نام مایکل ترنر از دانشگاه شیکاگو در این باره می گوید:”ما به خوبی می توانیم ذرات بدون جرم مانند پروتون ها را شناسایی کنیم، اما گرویتون ها از دید ما پنهان می مانند چرا که فعل و انفعالاتی که با ماده دارند بسیار ضعیف است. به سادگی باید گفت ما نمی دانیم چطور باید آنها را شناسایی کنیم.”

با این حال ترنر در باره نتیجه جستجوی بشر برای یافتن گرویتون ها ناامید نیست. به نظر او انسان بالاخره خواهد توانست چند ذره پنهان از این نوع را که در سایه ذراتی قابل شناسایی قرار دارند پیدا کند.

ترنر می گوید:”این‌کار واقعا به تکنولوژی بستگی دارد.” اما هم اکنون فیزیکدانان برای کشف گرویتون ها از مهارتهای مکانیکی استفاده نمی کنند. در حال حاضر تلاشهای دانشمندان معطوف بر تائید وجود ذرات موسوم به هیگس بوسون است که به نوعی هم خانواده گرویتون ها محسوب می شوند و عامل جرم داشتن ماده هستند.

شلدون گلاشو برنده جایزه نوبل فیزیک در سال ۱۹۷۹ زمانی فرضیه وجود ذرات هیگس را “توالت” مدل استاندارد برای تعریف ذرات فیزیکی نامید.

ترنر توضیح می دهد گلاشو از این رو این اصطلاح را اختراع کرد که قضیه وجود فرضی ذرات هیگس وظیفه ای اساسی دارد و آن حفظ اعتبار مدل استاندارد، لااقل به شیوه ای معنوی.

ترنر می گوید:”مسئله وجود هیگس به واقع مانند لوله کشی است که با نوار چسب مدل استاندارد را سرپا نگه داشته است. قضیه هیگس بسیاری از ناهنجاری های مدل استاندارد را در خود گرفته و پوشانده است.”

او خاطر نشان می سازد که این کار کار درستی است چرا که لازم است بدین ترتیب دیگر نیروهای دست اندرکار در کار جرم، مانند جاذبه معنا پیدا کنند.

ترنر با این فرض که آن ذره بالاخره کشف می شود می گوید:”در عین حال موضوع ذره هیگس ممکن است ناامید کننده باشد چرا که چیز زیادی در باره جاذبه به دست نمی دهد.”

کشف ذرات ناپیدا مانند ذرات هیگس، مانند سفر در زمان است. مهندسان برای شبیه سازی انرژی های موجود در اوایل تشکیل جهان، با دستگاههای شتاب دهنده بسیار بزرگ ذرات را به سرعت هایی نزدیک به سرعت نور رسانده و بعد آنها را به یکدیگر می کوبند.

بنا بر این دریافته اند که در اوایل تشکیل جهان هستی، ذرات انرژی فوق العاده زیادی داشته اند و به هم چسبیده و ذرات آشناتری ماننده پروتونها، نوترونها و امثال آن‌را شکل داده اند.

محیط دستگاه عظیم شتاب دهنده ذرات مرکز فرمیلب، به نام “تواترون”، ۶۳۰۰ متر است. به گفته فیزیکدانانی که با این دستگاه کار می کنند احتمال دارد که اطلاعات به‌دست آمده از کار این دستگاه وجود ذرات هیگس را اثبات کرده باشد. اما به گفته ترنر دستگاه شتاب دهنده ۲۷ کیلومتری دیگری که به تازگی در زیر زمین، میان فرانسه و سوئیس ساخته شده باید ظرف چند سال آینده به روشنی وجود این ذرات را تائید کند.

او می گوید:”فکر می کنم وقتی ذره هیگس کشف شود همه یک نفس راحت بکشند اما آیا دستگاههای شتاب دهنده قادر خواهند بود روزی ذرات گرویتون را نیز کشف کنند؟”

خاویر زیمنس، از نظریه پردازان در باره جاذبه در دانشگاه ویسکانسین درمیلواکی آمریکا می گوید، برای اینکه نشان دهیم جاذبه مانند موج عمل می کند این اتفاق باید یک بار عملا رخ بدهد.

زیمنس که همچنین از اعضای رصد خانه لیزری اینترفرومتری امواج جاذبه ای است می گوید:”به‌طور کلاسیک، ما می توانیم امواج را اندازه گیری و محاسبه کنیم و امواج هم متشکل از ذرات هستند.” با شناسایی امواج جاذبه ای زمینه ای پدید خواهد آمد که بتوان با استفاده از آن وجود ذرات گرویتون را اثبات و جستجو برای یافتن آنها را آغاز کرد.

زمینس می گوید:”در حال حاضر این موضوع مانند داستانهای تخیلی است. به‌طور نظری ما باید بتوانیم در آینده ذرات گرویتون را کشف کنیم. اما سوال بزرگ این است که چگونه باید این کار را انجام دهیم؟”
 

سوال فیزیک صفحهی 2

سوال صفحه ی 1