eitaa logo
تکامل فیزیکی
216 دنبال‌کننده
260 عکس
34 ویدیو
30 فایل
انسان همیشه در پی تکامل است... چه تکاملی بهتر از تکامل علمی، تکاملی منجر به تمدن نوین علمی. روابط عمومی گروه تکامل فیزیکی: @physical_evolution_PubRelat 🔴 حق نشر مطالب تولیدی، برای صاحب و تولید کننده اثر، محفوظ می باشد.
مشاهده در ایتا
دانلود
، ، ، ، 📝 ذرات بنیادین عالم مانند پروتون، نوترون و الکترون برای ایفای نقش در جهان هستی و انجام کنش متقابل با یکدیگر از چهار قانون اساسی پیروی می‌کنند که مجموع آنها را قوانین چهارگانه طبیعت می‌نامیم. اگر جهان هستی را به یکی از زبان‌های بشری تشبیه کنیم، ذرات در حکم واژه‌ها و نیروها در نقش دستور زبان هستند. البته دستور زبان بسیار ساده ای که توانسته فقط با استفاده از چهار قاعده اصلی، کتابی با شکوه و زیبا بیافریند و عامل پیدایش موجودات هوشمندی شود که صفحات این کتاب را ورق بزنند، در مورد آن نیروها بیندیشند و از عهده توصیف کمی و کیفی آن بخوبی برآیند. شواهد محکمی در دست است که نشان می دهد منشا این چهار نیرو ابتدای خلقت، یک ابرنیروی واحد بوده که با افت شدید دما در نخستین لحظات پس از بیگ بنگ به چهار نیروی متفاوت شکسته شده و کنترل جهان هستی را به دست گرفته است. آشناترین و ملموس ترین عضو این خانواده، نیروی گرانش است. ✅ نیروی گرانش: گرانش، نیروی جاذبه‌ای است که میان همه ذرات دارای جرم وجود دارد. افتادن اجسام بر اثر نیروی گرانش میان تک تک ذرات کره زمین و همه ذرات جسم مورد نظر روی می‌دهد. متراکم شدن مواد پس از انفجار بزرگ و تشکیل کهکشان‌ها و همین‌طور تجمع گازها درون کهکشان‌ها برای تشکیل ستارگان، حاصل نیروی گرانش است. چرخش ماه به دور زمین و زمین به دور خورشید و خورشید به دور مرکز کهکشان راه شیری هم بدون وجود گرانش ممکن نیست. گرانش به حرکت اجرام آسمانی نظم و آهنگ می‌بخشد. گرانش دو ویژگی منحصربه فرد دارد. نخست این که این نیرو همیشه جاذبه است. حتی دو ذره با بار الکتریکی یکسان هم یکدیگر را بر اثر گرانش جذب می‌کنند، ولی این نیرو به قدری ضعیف است که تاب مقاومت در برابر نیروی دافعه الکتریکی آن دو را ندارد. ویژگی دیگر گرانش دوربرد بودن آن است. در فواصل کیهانی که جرم ساختارها چشمگیر است، نیروی گرانش بخوبی اثر خود را آشکار می‌کند. فاصله میان کهکشان راه شیری و کهکشان آندرومدا حدود 2.5 میلیون سال نوری است؛ ولی نیروی گرانش میان آن‌ها، از این فاصله هم موثر است و این دو کهکشان با سرعت 300 کیلومتر بر ثانیه در حال نزدیک شدن به یکدیگر هستند و حدود 4.5 میلیارد سال دیگر به هم برخورد خواهند کرد. ✅ نيروي الكترومغناطيس: این نیرو، اجزای ماده را کنار هم می‌نشاند. الکترون را در اتم مقید و با پیوند اتم‌ها به یکدیگر مولکول‌ها و ساختارهای بزرگ‌تر را تولید می‌کند. این نیرو مسئول همه تغییرات شیمیایی است و اساس کار آن یک جمله معروف است: «بارهای همنام یکدیگر را دفع و بارهای غیرهمنام همدیگر را جذب می‌کنند.» چرخش الکترون به دور پروتون برخلاف چرخش زمین به دور خورشید نمی‌تواند ناشی از نیروی جاذبه باشد، چراکه با جرم ناچیز الکترون و پروتون نیروی گرانش حاصل بسیار ناچیز و قابل چشم پوشی است. بنابراین به نیرویی با سازوکاری متفاوت نیاز داریم. نیروی الکترومغناطیسی باعث می‌شود الکترون با بار منفی جذب بار مثبت هسته اتم شود و با چرخش به دور هسته، اتم‌های پایدار به وجود بیاورد. نیروی الکترومغناطیسی 36^10 بار قوی تر از گرانش است؛ یعنی اگر بزرگی گرانش را به اندازه یک نخود تشبیه کنیم، بزرگی نیروی الکترومغناطیسی از کل عالم هستی بزرگ‌تر است. زمانی که یک براده آهن جذب آهن ربا می‌شود، یک مجموعه کوچک با تعداد محدودی الکترون و پروتون بر کل نیروی گرانش حاصل از برهم کنش همه ذرات براده آهن با همه ذرات کره زمین غلبه می‌کند. نیروی الکترومغناطیسی با ایجاد پیوند میان اتم‌ها و مولکول‌ها ماده را می‌سازد و به آن انسجام می‌بخشد و باعث می‌شود سیب پس از افتادن از درخت به درون زمین فرو نرود. ولی اگر نیروی الکترومغناطیسی میان بارهای همنام باعث می‌شود آنها یکدیگر را دفع کنند چگونه ممکن است 92 پروتون با بار مثبت همراه 143 نوترون، درون هسته یک اتم تجمع کنند و اتمی مانند اورانیوم 235 را به وجود آورند؟ پاسخ به این پرسش، دانشمندان را به کشف نیروی سوم یعنی نیروی هسته‌ای قوی هدایت کرد. ادامه👇 ⚛ کانال تکامل فیزیکی @physical_evolution
، ، ، ، ، ✅ گرانش چیست؟ 📝 گرانش، در میان نیروی الکترومغناطیس و هسته‌ای قوی و ضعیف، یکی از چهار نیروی بنیادین جهان است. با وجود فراگیر بودن و اهمیت آن، اما هنوز برای دانشمندان یک معما باقی مانده است. دانشمندان باستان که سعی در توصیف جهان داشتند توضیحات خود را در مورد چرایی سقوط اجسام به سمت زمین ارائه دادند. ارسطو، فیلسوف یونانی اظهار داشت که اجسام تمایل طبیعی به حرکت به سمت مرکز جهان دارند، جایی که به اعتقاد او مرکز زمین است. اما بعداً مفاخر سیاره ما را از موقعیت اولیه خود در کیهان خارج کردند. نیکولاس کوپرنیک، دانشمند لهستانی، متوجه شد که اگر خورشید مرکز منظومه شمسی باشد ، مسیرهای سیارات در آسمان بسیار بیشتر معنا می یابد. نیوتون بینش کوپرنیک را گسترش داد و استدلال کرد همانطور که خورشید سیارات دیگر را به سمت خود جذب می‌کند، همه ی اجسام به یکدیگر نیروی گرانش وارد میکنند. نیوتن در رساله معروف خود "اصول ریاضی و فلسفه طبیعی" ، آنچه را كه امروزه قانون جهانی گرانش نیوتون نامیده می شود، توصیف كرد: fg=G mM/r² گرانش قوی است ، اما نه آنقدر زیاد. نیروی گرانش ضعیف‌ترین نیروی بنیادین است. یک آهنربا که گیره‌ای را بر اثر نیروی الکترومغناطیس به سمت بالا می‌کشد، بر نیروی گرانش کل زمین غلبه می‌کند. فیزیکدانان محاسبه کرده اند که گرانش 10⁴ مرتبه ضعیف‌تر از الکترومغناطیس است. اما تأثیرات گرانش را می توان به وضوح در اجرامی با مقیاس بزرگ مانند سیارات، ستارگان و کهکشان ها مشاهده کرد. اما این نیرو میان اجسام با مقیاس عادی و روزمره بسیار ناچیز و اندازه‌گیری آن بسیار دشوار است. به علت ضعیف بودن ثابت گرانش که عددی از مرتبه 10 به توان -11 است. و از آنجا که این ثابت بسیار ضعیف است دانشمندان باید برای اندازه‌گیری اثرات آن تجهیزاتی با حساسیت بسیار بالا طراحی کنند. و تا کنون مقدار دقیق ثابت گرانش از تجهیزات آنان دور مانده است، در حالی که اکثر ثابت‌های جهانی دیگر با دقت بسیار بالاتری شناخته شده‌اند. آلبرت انیشتین انقلاب بعدی را در درک ما از گرانش ایجاد کرد. نظریه نسبیت عام وی نشان داد که گرانش از انحنای فضا-زمان ناشی می‌شود، به این معنی که حتی پرتوهای نور هم که باید از این انحنا پیروی کنند، توسط اجرام بسیار بزرگ خم می‌شوند. از نظریه‌های اینشتین برای حدس و گمان در مورد وجود سیاهچاله‌ها استفاده شد. در مجاورت یک سیاهچاله، قانون جهانی گرانش نیوتن دیگر به طور دقیق نحوه حرکت اجرام را توصیف نمی‌کند، بلکه معادلات میدان تانسوری انیشتین برتری دارند. ستاره شناسان از زمانی که سیاهچاله‌های واقعی موجود در فضا را کشف کرده‌اند، حتی موفق به گرفتن یک عکس دقیق از یک سیاهچاله عظیم که در مرکز کهکشان ما زندگی می‌کند، می شوند. تلسکوپ‌های دیگر نیز اثرات سیاهچاله‌ها را در سراسر جهان مشاهده کرده‌اند. طبق قانون Minute Physics، اعمال قانون گرانش نیوتن در اجسام بسیار سبک، مانند افراد، سلول‌ها و اتم‌ها ، تا حدودی یک مرز بدون مطالعه باقی مانده است. محققان تصور می‌کنند که چنین چیزهایی با استفاده از همان قوانین گرانشی سیارات و ستاره‌ها یکدیگر را جذب می‌کنند، اما چون گرانش بسیار ضعیف است، مطمئن بودن از آن دشوار است. شاید نیروی گرانشی بین اتم‌ها به جای اینکه به صورت عکس مجذوری باشد، متناسب با مکعب عکس فاصله‌شان از یکدیگر باشد. اما ابزارهای فعلی ما راهی برای بیان آن ندارند. جنبه های نو و پنهان واقعیت، تنها در صورتی قابل دستیابی است که بتوانیم چنین نیروهای جاذبه‌ای کوچک را بسنجیم. گرانش اما، به طریقی دیگر دانشمندان را متحیر می‌کند. مدل استاندارد فیزیک ذرات، که فعالیت تقریباً همه ذرات و نیروهای شناخته شده را توصیف می‌کند، جاذبه را کنار می‌گذارد. در حالی که نور توسط ذره‌ای به نام فوتون حمل می‌شود، فیزیکدانان تصور نمی‌کنند ذره‌ای معادل برای گرانش وجود داشته باشد، که به آن گراویتون گفته می‌شود. کشف مهم دیگر جامعه فیزیک در قرن بیستم، یعنی گردآوری گرانش در چارچوبی نظری با مکانیک کوانتوم، همچنان یک کار ناتمام است. چنین تئوری‌ای درباره همه چیز(همانطور که شناخته شده است) ممکن است هرگز محقق نشود. 📝 مترجم: ساناز افشاری منبع: https://www.livescience.com/37115-what-is-gravity.html ⚛ کانال تکامل فیزیکی @physical_evolution
، ، ، ، ، ، 🖋 مروری بر معادلات ماکسول ✅ معادله شماره 1: این معادله، که صورت دیفرانسیلی قانون گاوس است، یکی از معادلات اساسی در مبحث الکترواستاتیک می‌باشد. کافی است که چگالی بار الکتریکی در فضا را داشته باشید تا این معادله به شما میدان الکتریکی را بدهد. این معادله به صورت موضعی چگالی بار الکتریکی را به واگرایی میدان الکتریکی مربوط می‌کند. در این معادله میدان الکتریکی و چگالی بار، هر دو می‌توانند تابع مکان (3 بعدی) و زمان باشند. ادامه👇 ⚛ کانال تکامل فیزیکی @physical_evolution
، ، ، ، 🟡 نیروهای بنیادین طبیعت (قسمت ۱): 📝 ذرات بنیادین عالم مانند پروتون، نوترون و الکترون برای ایفای نقش در جهان هستی و انجام کنش متقابل با یکدیگر از چهار قانون اساسی پیروی می‌کنند که مجموع آنها را قوانین چهارگانه طبیعت می‌نامیم. اگر جهان هستی را به یکی از زبان‌های بشری تشبیه کنیم، ذرات در حکم واژه‌ها و نیروها در نقش دستور زبان هستند. البته دستور زبان بسیار ساده ای که توانسته فقط با استفاده از چهار قاعده اصلی، کتابی با شکوه و زیبا بیافریند و عامل پیدایش موجودات هوشمندی شود که صفحات این کتاب را ورق بزنند، در مورد آن نیروها بیندیشند و از عهده توصیف کمی و کیفی آن بخوبی برآیند. شواهد محکمی در دست است که نشان می دهد منشا این چهار نیرو ابتدای خلقت، یک ابرنیروی واحد بوده که با افت شدید دما در نخستین لحظات پس از بیگ بنگ به چهار نیروی متفاوت شکسته شده و کنترل جهان هستی را به دست گرفته است. آشناترین و ملموس ترین عضو این خانواده، نیروی گرانش است. ✅ نیروی گرانش: گرانش، نیروی جاذبه‌ای است که میان همه ذرات دارای جرم وجود دارد. افتادن اجسام بر اثر نیروی گرانش میان تک تک ذرات کره زمین و همه ذرات جسم مورد نظر روی می‌دهد. متراکم شدن مواد پس از انفجار بزرگ و تشکیل کهکشان‌ها و همین‌طور تجمع گازها درون کهکشان‌ها برای تشکیل ستارگان، حاصل نیروی گرانش است. چرخش ماه به دور زمین و زمین به دور خورشید و خورشید به دور مرکز کهکشان راه شیری هم بدون وجود گرانش ممکن نیست. گرانش به حرکت اجرام آسمانی نظم و آهنگ می‌بخشد. گرانش دو ویژگی منحصربه فرد دارد. نخست این که این نیرو همیشه جاذبه است. حتی دو ذره با بار الکتریکی یکسان هم یکدیگر را بر اثر گرانش جذب می‌کنند، ولی این نیرو به قدری ضعیف است که تاب مقاومت در برابر نیروی دافعه الکتریکی آن دو را ندارد. ویژگی دیگر گرانش دوربرد بودن آن است. در فواصل کیهانی که جرم ساختارها چشمگیر است، نیروی گرانش بخوبی اثر خود را آشکار می‌کند. فاصله میان کهکشان راه شیری و کهکشان آندرومدا حدود 2.5 میلیون سال نوری است؛ ولی نیروی گرانش میان آن‌ها، از این فاصله هم موثر است و این دو کهکشان با سرعت 300 کیلومتر بر ثانیه در حال نزدیک شدن به یکدیگر هستند و حدود 4.5 میلیارد سال دیگر به هم برخورد خواهند کرد. ✅ نيروي الكترومغناطيس: این نیرو، اجزای ماده را کنار هم می‌نشاند. الکترون را در اتم مقید و با پیوند اتم‌ها به یکدیگر مولکول‌ها و ساختارهای بزرگ‌تر را تولید می‌کند. این نیرو مسئول همه تغییرات شیمیایی است و اساس کار آن یک جمله معروف است: «بارهای همنام یکدیگر را دفع و بارهای غیرهمنام همدیگر را جذب می‌کنند.» چرخش الکترون به دور پروتون برخلاف چرخش زمین به دور خورشید نمی‌تواند ناشی از نیروی جاذبه باشد، چراکه با جرم ناچیز الکترون و پروتون نیروی گرانش حاصل بسیار ناچیز و قابل چشم پوشی است. بنابراین به نیرویی با سازوکاری متفاوت نیاز داریم. نیروی الکترومغناطیسی باعث می‌شود الکترون با بار منفی جذب بار مثبت هسته اتم شود و با چرخش به دور هسته، اتم‌های پایدار به وجود بیاورد. نیروی الکترومغناطیسی 36^10 بار قوی تر از گرانش است؛ یعنی اگر بزرگی گرانش را به اندازه یک نخود تشبیه کنیم، بزرگی نیروی الکترومغناطیسی از کل عالم هستی بزرگ‌تر است. زمانی که یک براده آهن جذب آهن ربا می‌شود، یک مجموعه کوچک با تعداد محدودی الکترون و پروتون بر کل نیروی گرانش حاصل از برهم کنش همه ذرات براده آهن با همه ذرات کره زمین غلبه می‌کند. نیروی الکترومغناطیسی با ایجاد پیوند میان اتم‌ها و مولکول‌ها ماده را می‌سازد و به آن انسجام می‌بخشد و باعث می‌شود سیب پس از افتادن از درخت به درون زمین فرو نرود. ولی اگر نیروی الکترومغناطیسی میان بارهای همنام باعث می‌شود آنها یکدیگر را دفع کنند چگونه ممکن است 92 پروتون با بار مثبت همراه 143 نوترون، درون هسته یک اتم تجمع کنند و اتمی مانند اورانیوم 235 را به وجود آورند؟ پاسخ به این پرسش، دانشمندان را به کشف نیروی سوم یعنی نیروی هسته‌ای قوی هدایت کرد. ادامه👇 ⚛ کانال تکامل فیزیکی @physical_evolution
🟡 انقلاب‌های فیزیک (قسمت ۶): 🟢 جرقه‌ای در علم: ظاهراً کار تمام شده بود. نظریه‌ای جامع که توضیح‌دهنده‌ی طبیعت بود، توسط نیوتون، ابداع شده بود. اما اگر دقیق‌تر نگاه کنیم، نظریه‌ هنوز ناقص به نظر می‌رسد. نظریه، می‌تواند نیروها را به حرکت‌ها، با استفاده از یک معادله‌‌ی دیفرانسیل ربط دهد، ولی نظریه‌ نمی‌گوید که نیروها چیستند؟ نیوتون خود یکی از نیروهای بنیادین طبیعت را در زمانه‌ی زندگانی خود کشف کرده بود. او توانسته بود رابطه‌ای ریاضی برای نیروی گرانش بنویسد که البته به واقعیت بسیار نزدیک بود. اکنون سوال اینجاست که، آیا تنها نیروی طبیعت، گرانش است؟ طبیعتاً پاسخ منفی بود. دانشمندان بعد از نیوتون شروع کردند به کشف نیروهای دیگر. نیروهای زیادی در اطراف وجود دارند از جمله اصطکاک و مقاومت هوا و نیروی فنر و ... . روابط ریاضی این نیروها مشخص بود و مسائل مربوطه، با استفاده از این روابط حل می‌شدند. اما سوالی مطرح است. نیروی گرانش، با تمام نیروهایی که ذکر شدند، تفاوتی اساسی دارند. گرانش یک نیروی بنیادی است و در هر جایی از طبیعت می‌توان آن را یافت، ولی نیروهایی مانند اصطکاک و مقاومت هوا، تنها در شرایط خاص وجود دارند. به نظر می‌رسد، چیزی بنیادی‌تر در ورای این نیروها وجود داشته باشد. دانشمندان سرگرم این مسائل بودند که ناگهان چیزی جدید رخ نمود. هنگامی که یک کهربا را با پارچه‌ای پشمی مالش دهید، خواهید دید که توانایی جذب کاغذ پاره‌های روی میز را دارد. این چه نیرویی است؟ چه چیزی باعث چنین نیرویی می‌شود؟ ما با نیرویی طرف هستیم که کاملاً با گرانش متفاوت است. نیروی گرانش از جرم اجسام نشئت می‌گیرد. اما این نیرو وابسته به این است که چه مقدار کهربا را مالش داده باشید. به نظر می‌رسد که با مالش کهربا، به این جسم خاصیت جدیدی می‌دهیم، که باعث وارد کردن چنین نیرویی می‌شود. «کولن»، سعی کردن تا رابطه‌ای ریاضی برای این نیرو کشف کند. امروزه به این رابطه‌ی ریاضی، «قانون کولن» می‌گوییم. آن خاصیتی که باعث به وجود آمدن چنین نیرویی می‌شود را «بار الکتریکی» نام نهادند. در ابتدا منشأ آن کاملاً ناشناخته بود. بعد از اینکه فهمیدیم مواد از اتم‌ها ساخته شده‌اند، متوجه شدیم که منشأ باردار شدن اجسام، الکترون‌ها و پروتون‌ها هستند. قانون کولن، نیروی مابین دو بار الکتریکی را که در فاصله‌ی مشخصی از هم قرار دارند، بیان می‌کند. بسیار جالب است که این قانون شباهت بسیار زیادی به قانون گرانش نیوتون دارد. بعدها متوجه شدیم که منشأ تمام نیروهایی مانند اصطکاک و مقاومت هوا و نیروی فنر، همین نیروی الکتریکی است. طبیعت صورت پنهانی دیگری از حقایق خود را به بشریت نشان داد. در ابتدا اصلاً به نظر نمی‌رسید که این بارهای الکتریکی انقلابی اساسی در فهم ما از طبیعت و همچنین انقلابی در روش زندگی ما به وجود آورد. بیشتر پدیده‌های الکتریکی خلاصه می‌شد در جرقه‌های ناگهانی و برق زدن، که بیشتر جنبه‌ی سرگرمی داشت. ما تازه با نیروی الکتریکی یک آشنایی اولیه پیدا کرده‌ایم. هنوز مجهولات بسیار زیادی وجود دارد. دانشمندان زیادی، عمر علمی خود را صرف مطالعه حول بارهای الکتریکی کردند. اتفاقات زیادی قرار است در آینده رخ دهد. گاه کشفیات حاصل تصادف خواهد بود، گاه حاصل نبوغ خالص، گاه حاصل پشتکاری عظیم. این داستان قرار است ما را به جاهای هیجان‌انگیز برساند. 💭 این داستان ادامه دارد... 🖋 نویسنده: مهدی فراهانی ⚛️ کانال تکامل فیزیکی @physical_evolution
فهرست جامع کانال تکامل فیزیکی : این فهرست با توجه به درخواست دانشجویان و علاقه مندان، برای دسترسی منظم و هدفمند به محتوای تولیدی کانال و هم چنین صرفه جویی در زمان، تدوین شده است و به مرور زمان به روز رسانی خواهد شد. با تشکر از توجه و همراهی شما 🙏💐 📚 دیباچه: 📚 فلسفه فیزیک : 📚 فیزیک نظری : 📚 فیزیک تجربی : 📚 نجوم و اختر فیزیک: 📚 نانو: 📚 نسبیت : 📚 کوانتوم: 📚 کیهان شناسی و گرانش: 📚 ریاضی فیزیک: 📚 فیزیک پایه : 📚 ویدیو تدریس فیزیک: 📚 ترجمه و زبان تخصصی: 📚 وبینارها: 📚 علمی: 📚 دانشمندان: ⚛ کانال تکامل فیزیکی @physical_evolution
🟡 انقلاب‌های فیزیک (قسمت ۱۶): 🟢 یک ناسازگاری دیگر در فیزیک کلاسیک (تابش جسم سیاه): در داستان سیر خود در انقلاب‌های فیزیک، نظریه‌ی نسبیت را از نظر گذراندیم. اما چطور شد که به نظریه‌ی نسبت رسیدیم؟ باید باز گردیم به قسمت ۸- بخش ۱؛ عمیق‌ترین ناسازگاری فیزیک. آن‌جا بیان کردیم که در اواخر قرن نوزدهم، بیشتر فیزیک‌دانان معتقد بودند که دیگر علم فیزیک به آخر خط رسیده است و تنها چند مسئله‌ی حل نشده باقی مانده است. اما اینگونه نبود! نه تنها علم فیزیک به آخر خط نرسیده که تازه قرار است شروعی حیرت‌آور را شاهد باشد. یکی از آن مسائل حل‌نشده منجر به نظریه‌ی نسبیت شد، که در طی چند قسمت گذشته، آن را مرور کردیم. اما مسئله‌های حل نشده‌ی دیگری هم بودند. این مسائل دنیای جدیدی را پیش روی فیزیک‌دانان باز کردند. دنیای جدیدی که تأثیر به سزایی در بسیاری از ابعاد زندگی بشریت گذاشت. این دنیای جدید فقط مختص فیزیک‌دانان نبود. فیلسوفان را نیز درگیر خود کرد، ریاضی‌دانان را همچنین، شیمی‌دانان را همچنین، بعدها زیست‌شناسان را، بعدها فناوری را، و این سیر هنوز هم ادامه دارد... اما باز گردیم به مسئله‌ی مدنظر! از آزمایشات انجام شده متوجه شده بودیم که تمامی اجسام، در هر دمایی که باشند، از خود تابشی الکترومغناطیسی ساتع می‌کنند که معروف است به «تابش گرمایی». همچنین، اجسام این تابش‌های گرمایی را جذب نیز می‌کنند. از نتایج آزمایش‌ها فهمیده بودیم که تابش گرمایی ساتع شده از همه‌ی اجسام، در هر دمایی، متفاوت است. اولاً این تابش گرمایی در همه‌ی طول موج‌ها ساتع می‌شود، ولی بسته به اینکه دمای جسم چند درجه است، ممکن است در طول‌ موج‌های متفاوتی، شدت بیشینه را داشته باشد. وین سعی کرد تا رابطه‌ای برای آن بیابد که سرانجام موفق شد و این رابطه‌ امروز معروف است به «قانون جابه‌جایی وین». حال سوال دیگر این بود که شدت تابش گرمایی با دمای جسم چه رابطه‌ای دارد؟ در واقع، می‌توان سوال جامع‌تری مطرح کرد و پرسید که چطور می‌توان تابش گرمایی را، با استفاده از مدل‌های موجود تا آن زمان، توصیف کرد؟ مدل‌های مربوط به این مسئله، یکی «ترمودینامیک» بود و دیگری «الکترومغناطیس». استفان و چند سال بعد بولتزمن توانستند پاسخی برای این سوال بیابند. کار ارزشمند بولتزمن این بود که توانست با استفاده از الکترومغناطیس و ترمودینامیک پاسخی برای این سوال بیابد. شدت کل تابش گرمایی، با توان ۴ دمای جسم رابطه‌ مستقیم دارد. ضریب تناسب هم از ضرب یک عدد بین ۰ و ۱ و ثابت بولتزمن به دست می‌آید. این رابطه امروز معروف است به «قانون استفان-بولتزمن». 💭 این داستان ادامه دارد... 🖋 نویسنده: مهدی فراهانی ⚛️ کانال تکامل فیزیکی @physical_evolution
🟡 انقلاب‌های فیزیک (قسمت ۱۷): 🟢 یک ناسازگاری دیگر در فیزیک کلاسیک (تابش جسم سیاه): در قانون استفان-بولتزمن، یک ضریبی وجود دارد که می‌تواند عددی بین ۰ تا ۱ داشته باشد. اگر جسمی بیابیم که این عدد برای آن جسم برابر با ۱ باشد، آن را «جسم سیاه» نامگذاری می‌کنند. چرا که مانند این است که همه‌ی تابش‌های گرمایی فرودی به خودش را جذب می‌کند. از این پس، برای سادگی، مطالعه‌ی خود را محدود به تابش گرمایی از جسم سیاه می‌کنیم. هنوز سوالی مهم وجود دارد. رابطه‌ای بین دمای جسم و شدت کل تابش گرمایی به دست آمد، ولی همانطور که گفتیم تابش گرمایی ساتع شده از جسم، در هر طول موجی وجود دارد. حال سوالی که پیش می‌آید این است که رابطه‌ی بین شدت ناشی از هر طول موج، برای جسمی در دمایی مشخص چیست؟ ابتدا وین از قانون استفان-بولتزمن استفاده کرد و رابطه‌ای بدست آورد. ولی این رابطه، تنها در طول‌ موج‌های کم صادق بود و در طول‌ موج‌های زیاد، با تجربه ناسازگار بود. ریلی تلاش دیگری کرد و با استفاده از الکترومغناطیس، به رابطه‌ای متفاوت رسید. اما رابطه‌ی ریلی نیز فقط در طول موج‌های بلند صادق بود و در طول‌موج‌های کوتاه با تجربه ناسازگار بود. از طرفی، هم رابطه‌ی وین و هم رابطه‌ی ریلی به وضوح بیان می‌کردند که در طول‌موج‌های فرابنفش، شدت تابش گرمایی به بی‌نهایت میل می‌کند. از طرفی تابش گرمایی ناشی از خورشید که حاوی طول‌موج‌های فرابنفش می‌باشد، باید حیات را بر روی کره‌ی زمین نابود می‌کرد. ولی ما هنوز زنده‌ایم! این واقعه به «فاجعه‌ی فرابنفش» معروف شد. این نقطه از تاریخ، یکی دیگر از شکست‌های نظریه‌ی فیزیک کلاسیک بود، که نتوانسته بود تجربه را به درستی توصیف کند. در واقع، اینجا یکی از شکست‌های نظریه‌ی الکترومغناطیس را شاهد هستیم. نظریه‌ای که منجر به نسبیت شد، اکنون خود در باتلاقی دیگر گیر افتاده است. این یعنی، نسبیت قرار نیست توصیف‌کننده‌ی تابش گرمایی باشد، و باید به دنبال نظریه‌ی جدیدی باشیم. این نظریه‌ سال‌های بعد تدوین شد، ولی اولین بذرهای این نظریه در همین بحث‌ها شکل گرفت. این اولین بذرها، توسط یکی از بزرگترین دانشمندان فیزیک کاشته شد، که به گفته‌ی خود، تنها ایمانش باعث شد که سال‌ها برای یافتن پاسخ این سوال وقت صرف کند... 💭 این داستان ادامه دارد... 🖋 نویسنده: مهدی فراهانی ⚛️ کانال تکامل فیزیکی @physical_evolution
🟡 انقلاب‌های فیزیک (قسمت ۱۸): 🟢 کوانتوم‌های پلانک (فرضیه‌ی‌ پلانک): ماکس پلانک، یکی از فیزیکدانان شهیر آلمانی، خود را در مقابل مسئله‌ی تابش گرمایی می‌دید که از طرفی تعداد زیادی نظریه‌ی ضد و نقیض برای توصیفش ارائه شده بود و از طرفی هیچ‌کدام از این نظریه‌ها با تجربه سازگار نبود. یافتن پاسخ این سوال، برای او، قریب به ۲۰ سال طول کشید و در تمام این سال‌ها او از خود می‌پرسید که آیا واقعاً این سوال آنقدر اهمیت دارد که من بخش اصلی عمر علمی خود را صرف پاسخ آن می‌کنم. او بعدها گفت که تنها ایمانش باعث شد که او در تمام این سال‌ها ادامه بدهد. ماکس پلانک فرضیه‌ای انقلابی مطرح کرد و در ابتدا بسیار ساده می‌آید، ولی بلافاصله مسئله را حل می‌کند. او فرض کرد که جذب و دفع تابش گرمایی، توسط اجسام، به صورت پیوسته نباشد و به صورت گسسته این کار انجام شود. یعنی امواج الکترومغناطیسی، همچنان یک پیوستاری از میدان‌های الکترومغناطیسی هستند که در فضا منتشر می‌شوند، منتها وقتی می‌خواهند توسط جسمی جذب شوند، یا از جسمی ساتع شوند، به صورت گسسته جذب و دفع شوند. انرژی هر واحد گسسته‌ی این تابش‌ها نیز، رابطه‌ی مستقیم با فرکانس آن تابش دارد و ضریب تناسب این رابطه، بعدها «ثابت پلانک» نامیده شد. همین فرض به نظر ساده، ناگهان مسئله را حل کرد! رابطه‌ای وین و رابطه‌ی ریلی، با این فرض، به یک رابطه‌ی واحد تبدیل شدند و این رابطه‌ی واحد، سازگاری بسیار خوبی با تجربه داشت. مسئله حل شد، اما به چه قیمتی؟ این فرضیه از کجا می‌آید؟ ریشه‌اش چیست؟ آیا می‌توان با فیزیک کلاسیک، این فرضیه را توجیه کرد؟ فرضیه‌ی گسسته‌سازی جذب و دفع امواج الکترومغناطیسی، بعدها «فرضیه‌ی کوانتوم» نام گرفت. کوانتوم، یک واژه‌ی لاتین است، به معنای گسسته. در هیچ‌کجای نظریات کلاسیکی، خبری از کوانتوم‌ها نیست. این نشان‌گر این است که بذر انقلاب جدیدی در فیزیک ریخته شده است و قرار است دنیای جدید خود را به ما بنمایاند. اما داستان هنوز تمام نشده. کوانتوم‌ها از جاهای دیگر فیزیک نیز سربرآوردند. 💭 این داستان ادامه دارد... 🖋 نویسنده: مهدی فراهانی ⚛️ کانال تکامل فیزیکی @physical_evolution
🟡 انقلاب‌های فیزیک (قسمت ۱۹): 🟢 فوتون‌های انیشتین: طبق نظریه‌ی الکترومغناطیس، انرژی امواج الکترومغناطیس به شدت این امواج وابسته است. یعنی هرچه شدت بیشتر باشد، طبیعتاً انرژی نیز بیشتر خواهد بود. بنابراین اگر امواج الکترومغناطیسی را به سطح یک فلز بتابانیم، برخورد این امواج با سطح این فلز، باعث می‌شود که الکترون‌های سطحی این فلز کنده شوند. به این پدیده، اثر «فوتوالکتریک» گفته می‌شود. حال اگر این الکترون‌های کنده شده از سطح را در یک میدان الکتریکی شتاب دهیم، تا به قطب دیگری برسند، می‌توانیم با اندازه‌گیری جریان، نرخ تعداد الکترونی که از سطح فلز کنده می‌شود را اندازه‌گیری کنیم. طبیعتاً انتظار داریم، هر چه شدت موج الکترومغناطیسی را بیشتر کنیم، تعداد الکترون‌های کنده‌شده از سطح بیشتر شده، جریان بیشتر شود. اولین بار، این آزمایش توسط هرتز انجام شد. اما نتایج آزمایش بسیار اعجاب‌آور بود، کاملاً برخلاف پیش‌بینی‌ها. هنگامی که موج الکترومغناطیسی، در ناحیه‌ی فروسرخ به سطح فلز تابانده شد، جریان تقریباً صفر بود. هر چه شدت این موج فروسرخ را نیز افزایش دهیم، باز هم تغییری در جریان ایجاد نمی‌شود. ولی به محض اینکه، «فرکانس» موج الکترومغناطیسی را تغییر دهیم، ناگهان جهش عجیبی در افزایش جریان مشاهده می‌شود. مثلاً، موج الکترومغناطیسی در ناحیه‌ی فرابنفش، حتی با شدت بسیار کم، جریان بسیار زیادی ایجاد می‌کند. هرتز مشاهدات خود را گزارش کرد، ولی این مشاهدات کاملاً با نظریه‌ی الکترومغناطیس در تعارض بود. نکته‌ی مهمی که در اینجا وجود دارد این است که این مشاهده، سال‌ها قبل از کشف فرضیه‌ی کوانتوم پلانک انجام شد. بعدها که فرضیه‌ی پلانک مطرح شد، امیدی به توصیف این پدیده با استفاده از کوانتوم‌های پلانک ایجاد شد. چراکه در فرضیه‌ی پلانک، انرژی امواج الکترومغناطیس نیز به فرکانس موج وابسته بود. چیزی که هرتز در آزمایش‌هایش مشاهده کرده بود. توصیف پدیده‌ی فوتوالکتریک را آلبرت انیشتین، یک آلمانی دیگر، بر عهده گرفت. او در سال ۱۹۰۵، فرضیه‌ی پلانک را کمی گسترش داد. او متذکر شد که نه فقط جذب امواج الکترومغناطیسی گسسته است، بلکه ذاتاً این امواج الکترومغناطیسی گسسته هستند. هر واحد موج الکترومغناطیسی، «فوتون» نامیده شد. انیشتین با استفاده از این فرض، توضیحی بسیار ساده برای پدیده‌ی فوتوالکتریک ارائه کرد که با مشاهدات کاملاً سازگار بود. او حتی توانست با استفاده از مدل خود، محاسبه‌ای برای ثابت پلانک ارائه کند. این توضیح ساده، ولی در عین حال انقلابی، یکی از مهم‌ترین کارهای علمی انیشتین، در طول عمرش بود. در نهایت در سال ۱۹۲۱، این کار علمیش، یکی از دلایل اصلی‌ای بود که جایزه نوبل فیزیک را دریافت کند. باز هم کوانتوم‌ها، خود را در جای دیگری از پدیده‌های فیزیکی نشان دادند. اما هنوز بخش اصلی داستان باقی مانده. آجرهای اصلی تشکیل‌دهنده‌ی ماده در طبیعت، که «اتم» نامیده می‌شود، آيا رابطه‌ای با این کوانتوم‌ها دارد؟ 💭 این داستان ادامه دارد... 🖋 نویسنده: مهدی فراهانی ⚛️ کانال تکامل فیزیکی @physical_evolution
🟡 انقلاب‌های فیزیک (قسمت ۲۰): 🟢 اتم‌ها چه شکلی هستند؟ درون اتم‌ها چه شکلی است؟ این سوال مهمی بود که سال‌های سال در ذهن فیزیکدانان مطرح بود، بدون اینکه پاسخ مشخصی برای آن داشته باشند. در ابتدا، تامسون سعی کرد که مدلی ارائه کند. او با توجه به اینکه آزمایش‌های زیادی با الکترون‌ها انجام داده بود، با خود فکر کرد که در درون اتم‌ها، این بارهای منفی به صورت جایگزیده وجود دارند و دریاچه‌ای از بارهای مثبت آن‌ها را احاطه کرده است. شاید باریکه‌های الکترون‌های موجود در لامپ پرتو کاتدی، که تامسون بارها با آن آزمایش انجام داده بود، وی را قانع کرد که الکترون‌ها باید ذره‌ای باشند. این مدل، معروف شد به مدل «کیک کشمشی». سال‌های بعد، رادرفورد، سعی کرد تا این فرضیه‌ی تامسون را با آزمایش بسنجد. او ورقه‌ای بسیار نازک از طلا را آماده کرد و این ورقه را با ذرات باردار مثبت، بمباران کرد. سپس به نحوه‌ی پراکندگی این ذرات باردار مثبت توجه کرد. او متوجه شد که تعداد بسیار زیادی از این ذره‌های باردار مثبت، بدون هیچ تغییر جهتی، در ورقه‌های طلا عبور می‌کنند. تعدادی بسیار کمی از این ذرات به صورت عمودی بازخواهند گشت. به نظر شما این مشاهده چه معنی‌ای می‌دهد؟ روشن است که اگر مدل تامسون درست می‌بود و بار مثبت همچون دریاچه‌ای در میان بارهای منفی بود، باید تعداد بسیار زیادی از ذرات باردار مثبت به سمت عقب برمی‌گشتند (به دلیل دافعه‌ی الکتریکی بین بارهای همنام). اینکه تعداد بسیار کمی به عقب باز گشتند، نشان می‌دهد که حجم بسیار کوچکی از اتم را بار مثبت پر کرده است. اینکه تعداد زیادی از این ذرات مثبت از درون این ورقه طلا بدون هیچ تغییر جهتی گذشتند، نشان می‌دهد که حجم عظیمی از اتم‌ها فضای خالی است و همچینن نشان می‌دهد که الکترون‌ها بسیار سبک هستند و نمی‌توانند تأثیر زیادی بر ذرات باردار مثبت بگذارند و جهت‌شان تغییر دهند. به همین ترتیب، تصویری که از فضای درون اتم‌ها داشتیم، ناگهان زیر و رو شد. رادرفورد،‌ نتیجه گرفت که، بارهای مثبت درون اتم‌ها در یک حجم کوچک در هسته‌ی این اتم‌ها جای دارند و ذرات با بار منفی در اطراف این هسته در حال گردش هستند، همچون منظومه‌ی شمسی. ولی همین‌جا اشکالی پیش می‌آيد. طبق نظریه‌ی الکترومغناطیس، ذرات بارداری که در حال حرکت شتابدار هستند، از خود تابش الکترومغناطیسی ساتع می‌کنند و رفته رفته انرژی‌شان کم می‌شود. الکترون‌ها اگر به دور هسته‌ها در گردش باشند، این حرکت شتابدار است و قطعاً باید از خود تابش ساتع کنند. و با از دست دادن انرژی، به هسته‌ی اتم نزدیک و نزدیک‌تر شوند تا سرانجام بر روی هسته سقوط کنند. به این ترتیب، اتم‌های عالم در عرض کمتر از یک ثانیه، باید بر روی فرو می‌پاشیدند! ولی اتم‌ها پایدارند. چطور ممکن است اتم‌ها پایدار باشند. نظریه‌ی الکترومغناطیس به وضوح می‌گوید که نباید پایدار باشند. آیا باز هم باید کوانتوم‌ها به کمک ما بیایند؟ 💭 این داستان ادامه دارد... 🖋 نویسنده: مهدی فراهانی ⚛️ کانال تکامل فیزیکی @physical_evolution
🟡 انقلاب‌های فیزیک (قسمت ۲۳): 🟢 معادله‌ی شرودینگر در قسمت پیش، داستان ایده‌ی هایزنبرگ و صورت اولیه‌ی نظریه‌ی مکانیک کوانتومی مطرح شد. اما این تیم ۴ نفره، تشکیل شده از هایزنبرگ و بورن و دیراک و جردن، تنها اشخاصی نبودند که بر روی ایده‌ی کوانتوم‌ها کار می‌کردند. به طور موازی، اروین شرودینگر آلمانی نیز علاقه‌مند بود تا معادله‌ای بیابد که توصیف‌کننده رفتار ذرات درون اتم باشد. او نیز همانند هایزنبرگ، خود را در جزیره‌ای مخفی کرد تا در آرامش و تنهایی بتواند تفکراتش را منظم کند و به نتیجه برساند. او سرانجام در سال ۱۹۲۶ میلادی، موفق به انجام چنین کاری شد. حاصل کار شرودینگر، یکی از مهم‌ترین معادلات تاریخ علم فیزیک شد، که امروز معروف است به معادله‌ی شرودینگر. توصیفی که شرودینگر، از رفتار ذرات کوانتومی داشت و به طور کلی نظریه‌ی او در ظاهر، بسیار با نظریه‌ی هایزنبرگ متفاوت است. در واقع، شرودینگر در تیم دانشمندانی بود که، با توصیف مکانیک کوانتومی به آن صورت که هایزنبرگ و همکارانش داشتند، به شدت مخالف بودند. در ابتدا، او گمان برده بود که توانسته نظریه‌ای کاملا جایگزین نظریه‌ی اصلی ارائه بکند. بعدها، پاول دیراک ریاضی‌دان، نشان داد که به لحاظ ریاضی، نتایج حاصل از نظریه‌ی هایزنبرگ و شرودینگر کاملاً هم‌ارز و یکسان هستند. سپس، با برگرفتن ایده‌های هایزنبرگ و شرودینگر، نظریه‌ای جامع، با پایه‌هایی استوار و اصول موضوعه‌ مستحکم، و البته با ساختار ریاضی منظمی، ارائه کرد که همان نظریه مکانیک کوانتومی است که امروزه دانشجویان در دانشگاه‌ها، آن را می‌آموزند. حاصل کار او، کتابی بسیار ارزشمند با عنوان اصول مکانیک کوانتومی (The Principles of Quantum Mechanics) در سال ۱۹۳۰ بود. 💭 این داستان ادامه دارد... 🖋 نویسنده: مهدی فراهانی ⚛️ کانال تکامل فیزیکی @physical_evolution
فهرست جامع کانال تکامل فیزیکی : این فهرست با توجه به درخواست دانشجویان و علاقه مندان، برای دسترسی منظم و هدفمند به محتوای تولیدی کانال و هم چنین صرفه جویی در زمان، تدوین شده است و به مرور زمان به روز رسانی خواهد شد. با تشکر از توجه و همراهی شما 🙏💐 📚 دیباچه: 📚 فلسفه فیزیک : 📚 فیزیک نظری : 📚 فیزیک تجربی : 📚 نجوم و اختر فیزیک: 📚 نانو: 📚 نسبیت : 📚 کوانتوم: 📚 کیهان شناسی و گرانش: 📚 ریاضی فیزیک: 📚 فیزیک پایه : 📚 ویدیو تدریس فیزیک: 📚 ترجمه و زبان تخصصی: 📚 وبینارها: 📚 علمی: 📚 دانشمندان: ⚛ کانال تکامل فیزیکی @physical_evolution