Quantum Physics

تصاویر جذاب JWST از مشتری

مشاهدات جدید شامل شفق های قطبی قابل مشاهده است که تا ارتفاعات بالای قطب های شمالی و جنوبی مشتری، دو قمر کوچک به نام های آمالتئا و آدراستئا به همراه حلقه های کم نور آن گسترش می یابد.

🆔️ @physics3p

‍ 🔹 پل اینشتین-روزن:


وجود تکینگی ها که از دل نسبیت عام بیرون امده بودند اینشتین را به شدت نگران کرده بود. چون این نقاط با نسبیت قابل توضیح نبودند و اینشتین دوست نداشت که شکافی در تارو پود حقیقت به وجود اید.

🆔 @Physics3P

در سال ۱۹۳۵ اینشتین و همکارش ناتان روزن برای حذف تکینگی ها کوشیدند و یک روش ریاضی پیدا کردند که تکینگی هارا به سطح دیگری از عالم یا جهان های موازی امتداد دهند. بنابر این تکینگی ها به جای یک بن بست به یک گذرگاه تبدیل شدند که پل اینشتین روزن نام گرفت.

ترفند ریاضی اینشتین و روزن در حد یک پانوشت عجیب در مکتب نسبیت باقی ماند تا سال ۱۹۵۰ که ویلر این ترفند را بازنگری کرد و آن گذرگاه ها را کرمچاله نامید. ویلر می‌خواست از تفکر کرمچاله ها برای انتقال سریع در بخش های مختلف فضا بهره ببرد اما از این نگران بود که کرمچاله ها می توانستند قانون علیت را نقض کنند. زیرا کرمچاله ها ناحیه های بسیار دور از عالم را به هم مرتبط می‌کردند اگر پرتو نوری از میان این گلوگاه کرمچاله عبور می‌کرد می توانست از سرعت قرار دادی نور فراتر رود در این حالت کرمچاله ها می‌توانند معلولی را قبل از ان که علتش با ارتباط استاندارد منتقل شود با خود حمل کنند. به همین منظور ویلر به همراه رابرت فولر از دانشگاه کلمبیا در مقاله ای به این موضوع پرداخت. آنها در این مقاله اثبات کردند که این نقض علیت عملا نمی‌تواند رخ دهد زیرا هر سیگنال یا ماده ای که در تلاش برای ورود به کرمچاله است موجب ناپایداری کلوگاه می‌شود و در نتیجه گلوگاه بسته خواهد شد. نتیجه آنکه هیچ ماده یا پیامی نمی‌تواند سریع تر از نور منتقل شود و علیت نقض نمی‌شود.

ویلر و دستیارش با بررسی دقیق ریاضیات کرمچاله ها دریافتند که کرمچاله ها ساختاری ناپایدار دارند در واقع به دنیا می‌ایند، رشد می‌کنند و نابود می‌شوند. ایده ی انها از این قرار بود که در ابتدا باید دو تکینگی موجود باشد، به احتمال زیاد یکی در جهان ما و دیگری در جهانی دیگر. یا شاید هم دو تکینگی مربوط به مسیری میان بر در جهان ما باشد. با گذر زمان این تکینگی ها رشد کرده و یکدیگر را قطع می‌کنند و سپس در اثر برخوردشان کرمچاله هارا شکل می‌دهند. پس از ان قطر کرمچاله ها زیاد می‌شود، از هم می پاشند و باز دو تکینگی از خود برجای می‌گذارند. این فرایند آنقدر سریع اتفاق می‌افتد که هیچ چیز حتی نور هم نمی‌تواند از یک سمت کرمچاله به سمت دیگر ان منتقل شود. هر شخص یا هر جسمی که بخواهد از طریق کرمچاله ها سفر کند در فرایند جدا شدن دو تکینگی نابود خواهد شد.

بنابراین راه حل ویلر و همکارش امکان سفر از طریق کرمچاله هارا فراهم نمی‌کرد.

🆔 @Physics3P

منبع: کتاب به دنبال جهان های موازی نوشته سعید گراوندی

‍ 🔷 تعادل هیدرواستاتیکی (بخش دوم)

اکنون به معادله آخر باز می گردیم و نقش قضیه ویریال را اندکی با جزئیات بیشتر بررسی می کنیم. با صفر قرار دادن شتاب نتیجه می شود:
dP/dr = -Gm(r)ρ(r)/r^2
اگر آن را در 4πr^3 ضرب کرده و انتگرال بگیریم، به معادله اول در تصویر خواهیم رسید. سپس هر یک از طرفین راست و چپ معادله را به طور جداگانه بررسی می کنیم. طرف چپ به طور جز به جز انتگرال گرفته می شود و معادله دوم در تصویر را نتیجه می دهد.

اولین جمله طرف راست به علت اینکه سازه r در مرکز صفر است، صفر می شود و سازه P(r) در سطح صفر خواهد بود. به طور کلی می توانیم جمله طرف راست (اما هنوز در آن فوائدی وجود دارد) را با فرض این که سازه فشار را می توان با متوسط آن برابر گرفت و از انتگرال خارج کرد، ساده نمود؛ بنابراین به رابطه سوم در تصویر دست می یابیم.

که ,<P> فشار متوسط و V حجم می باشد. اکنون، با بازگشت به طرف راست معادله اول در تصویر، متوجه می شویم که آن درست برابر با انرژی پتانسیل گرانشی می باشد (معادله چهارم در تصویر) که در آن U برای انرژی پتانسیل و M برای جرم کل ستاره به کار می رود.

اکنون می توانیم 2 معادله آخر را ترکیب کنیم تا نتیجه شود:
<P> = -U/3V
این درست شکل دیگری از قضیه ویریال است؛ در اینجا می بینیم که فشار متوسط برابر با 1/3 چگالی انرژی پتانسیل گرانشی است.

🔺منبع: کتاب نجوم و اختر فیزیک مقدماتی "زیلیک - گرگوری"

🆔@physics3p

‍ 🔷 تعادل هیدرواستاتیکی (بخش اول)

شما ممکن است راجع به اینکه چگونه توپی از گاز و پلاسما نظیر یک ستاره در مقابل فروریزش گرانشی یا انبساط آزاد پایدار بماند، تعجب کنید. اضافه بر ان، شما ممکن است از این که چگونه ستارگان و سیارات اولیه نظیر مشتری متشکل از فراوانی عناصر یکسان (حدود 75 درصد هیدروژن، 24 درصد هلیم و 1 درصد سایر گاز ها) می باشند و به چشم کاملا متفاوت می آیند، تعجب کنید.

در اینجا به تعادل هیدرواستاتیکی توجه کنیم. کره ای به جرم M و شعاع R را در نظر بگیرید. تنها نیرو های گرانشی و فشار موجود می باشند. در مورد نیروی آخر، لازم است به خاظر بیاورید که ابعاد فشار نیرو بر واحد سطح می باشد. اگر فشار بین پوسته های نزدیک بهم از مواد در یک ستاره تغییر کند، به پوسته نیرو وارد می شود.

در اینجا در می یابیم که نیروی فشار وارد بر پوسته برابر است با:
Fp = [ Pi - Po ] ΔA
Fp = [ P(r) + (dp/dr) Δr - P(r) ] ΔA =(dp/dr) ΔA
که در آن Po فشار لایه بیرون تر و Pi فشار لایه داخل تر می باشد. علاوه بر آن، جرم داخل فاصله شعاعی r برابر با انگرال از دو طرف تساوی زیر می باشد:
dm =ρ(r) 4πr^2 dr
و این جرم شتابی به ظرف داخل تولید می کند که به صورت زیر داده می شود:
g(r) = GM(r)/r^2
آنگاه نیروی خالص وارد بر یک پوسته برابر است با:
Fnet = Fgrav - Fp
با تقسیم بر Δm- = -ρ(r)ΔrΔA ، معادله حرکت پوسته را پیدا می کنیم:
-(d^2r/dt^2) = g(r) + [ 1/ρ(r) ] (dP/dr)
ستارگان واقعی فیزیکی باسیتی نزدیک مراکزشان دارای چگالی و فشار بیشتری باشند.

▫️معادله آخر به وضوح ضرورت پایداری یک ستاره (یا سیاره، ابر گازی و غیره) را بیان می کند. شتاب یک پوسته هنگامی که نیروی فشار با نیروی گرانشی در تعادل باشد، صفر است. به طور مشاهده ای، اکثر ستارگان کاملا پایدارند. برای مثال، شواهد فسیلی دلالت بر این دارند که تابندگی خورشید حداکثر درطول صد ها میلیون سال ثابت بوده است. به طور کیفی، این پایداری به صورت زیر دیده می شود: اگر نیروی فشار به طور بیرون از ستاره به علت سرد شدن هسته اندکی کم شود، آنگاه نیروی گرانشی سبب می گردد ستاره منقبض شود. از قضیه ویریال، می بینیم که برای تغییرات کوچک، مقدار انرژی پتانسیل زیاد می شود (اما با یک احساس مطلق، کاهش می یابد). بنابراین مقدار انرژی جنبشی زیاد می شود. به علت اینکه دمای یک گاز مقیاسی برای اندازه گیری انرژی جنبشی است، دیده می شود که گاز گرم می شود و نیروی فشار زیاد خواهد شد. حالت عکس وقتی رخ می دهد که هسته ابتدا گرم شود. بنابراین فرآیند خود مختار است و ستاره تمایل دارد کاملا پایدار شود تا چیزی شگرف رخ دهد و تعادل به صورتی جزئی برقرار شود.

🔺منبع: کتاب نجوم و اختر فیزیک مقدماتی "زیلیک - گرگوری"

🆔@physics3p

🎦 آیا قوانین فیزیک مخلوق بشر هستندیا ماهیتی واقعی دارند؟
💢آیا قوانین فیزیک نشانه وجود خالق در جهان است؟
💢قوانین فیزیک ناشی از ذهن هستند یا واقعیتی بیرونی دارند؟

🔵 پروفسور دایسون توضیح میدهد.

🆔 @Physics3p

🔷 شمارش ستاره ای

چگونه می توان به اندازه و مرز های کهکشان پی برد؟ یک روش در این زمینه عبارت است از شمارش ستارگان در جهت های مختلف آسمان. یک توزیع یکنواخت در فضا در نظر می گیریم، جهت هایی که در آنها ستارگان بیشتری مشاهده می شوند، جهت هایی خواهند بود که کهکشان تا فواصل دورتری توسعه دارد. در فاصله r از ناظر، زاویه فضایی(Ω) مساحت A را در بر می گیرد:
Ω = A/r^2
حجم محصور بین r تا فاصله ی دور تر dr عبارت است از:
dV = dA.dr = r^2 drdΩ
اگر n(r) چگالی عددی (تعداد ستارگان بر واحد حجم) در فاصله ی r باشد، آنگاه تعداد ستارگان در این حجم برابر است با:
N(r) = n(r)dV = n(r)r^2.drdΩ
در نظر بگیرید که تمام ستارگان دارای قدر مطلق یکسان M می باشند و n(r) ثابت است. اگر r(m) فاصله ستارگان با قدر ظاهری m باشد، آنگاه:
N(m) = 4/3 πr^3 (m) n
با این همه، برای مطالعه ی تعداد زیادی از ستارگان، بسیار آسان تر است که به جای استفاده از فاصله، از قدر ظاهری آنها استفاده کنیم. فرض کنید که فقط به بررسی ستارگان با قدر مطلق M می پردازیم (مثلا با استفاده از نمونه طیفی، آنها را انتخاب کرده ایم)؛ آنگاه قدر ظاهری و فاصله رابطه زیر را دارند:
m-M = 5logr - 5 => logr = (m-M+5)/5 = 0.2m + constant
r = 10^ (0.2m + constant)
حالا این رابطه را در معادله ی سوم قرار می دهیم تا رابطه ای برای تعداد ستارگان با قدر مطلق معلوم در ناحیه خاصی از آسمان که روشن تر از قدر ظاهری mاند، به دست آوریم:
logN(m) = 0.6m + C
که در آن ثابت C در وابستگی به M، Ω، D مشارکت می کند. این معادله به ما می گوید که با فرض یکنواخت بودن چگالی، تعداد ستارگان در قدر مطلق معلوم و قدر ظاهری m+1، به اندازه 0.6^10 = 3.98 مرتبه بیشتر از تعداد ستارگان قدر ظاهری m است. یک پراکندگی در قدر مطلق می تواند توسط یک تنظیم مناسب در C مجاز باشد.

شمارش های ستاره ای به صورت مستقیم از معادله ی آخر پیروی نمی کنند؛ به دو دلیل: 1- توزیع غیر یکنواخت ستارگان 2- جذب بین ستاره ای

🔺منبع: کتاب نجوم و اختر فیزیک مقدماتی "زیلیک - گرگوری"

🆔@physics3p

در یکی از اولین عکس‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب، دانشمندان موفق شدند جسم ناشناخته قبلی GLASS-JWST-BD1 را شناسایی کنند. این یک کوتوله قهوه ای از کلاس طیفی T8-T9 است که حدود 0.03 جرم خورشیدی (30 جرم مشتری) دارد.

کوتوله قهوه ای GLASS-JWST-BD1 در فاصله 2100 سال نوری از ما قرار دارد. این در عکسی به سمت خوشه کهکشانی Abell 2744 در فاصله 4 میلیون سال نوری از ما کشف شد. کوتوله‌های قهوه‌ای سرد خیلی روشن نمی‌درخشند و مشاهده آن‌ها به یک ابزار مادون قرمز قدرتمند نیاز دارد. بنابراین تلسکوپ JWST قدرت خود را در این زمینه نشان می دهد.

کوتوله قهوه ای جرمی است که برای یک سیاره بیش از حد جرم دارد و در عین حال به اندازه کافی برای یک ستاره جرم ندارد. معمولاً به جرمی بین ۱۳ تا ۸۰ جرم سیاره مشتری می رسد. بر خلاف ستارگان، آنها تحت یک واکنش گرما هسته ای قرار نمی گیرند که در آن اتم های هیدروژن و سایر عناصر با هم ترکیب شوند.

در کوتوله های قهوه ای حجیم تر، همجوشی دوتریوم یا سوزاندن لیتیوم ممکن است رخ دهد. با این حال، هیچ یک از این واکنش‌ها همجوشی هسته‌ای در نظر گرفته نمی‌شوند که نمونه‌ای از ستارگان است.

ꙮ‌ @news_JWST | کانال خبری وب

‍ ❇️ مقیاس قدر

🔘 قدر ظاهری
هیپارخوس، اخترشناس یونانی، از اولین رصدگران حرفه ای آسمان بود که به فهرست برداری از موقعیت ستارگان مورد مشاهده ی خود پرداخت. وی علاوه بر تالیف فهرستی از مکان 850 ستاره، برای توصیف میزان درخشش ستاره هایی که در آسمان دیده می شدند، مقیاسی عددی برای تمایز میان ستارگان ابداع نمود. وی قدر ظاهری m=1 را برای درخشان ترین ستاره در آسمان در نظر گرفت و قدر کم نور ترین ستاره ی روئیت پذیر با چشم غیر مسلح را m=6 فرض کرد. توجه داشته باشید که هرچه قدر ظاهری ستاره ای کوچکتر باشد، نشان دهنده ی اسن است که ستاره درخشان تر به نظر می رسد.

از زمان هیپارخوس تاکنون، اخترشناسان این مقیاس قدر ظاهری را تعمیم داده و اصلاح کرده اند. در قرن نوزدهم، دریافتند که چشم انسان به اختلاف لگاریتم های روشنایی در جسم درخشنده واکنش نشان می دهد نه به خود روشنایی آن. این نظریه به مقیاسی منتهی شد که در آن اختلافی به میزان یک قدر بین دو ستاره، حاکی از نسبتی ثابت بین درخشش آن ها شد. بنا به تعریف جدید، اختلاف چنج قدر دقیقا با ضریب 100 برابر در شدت درخشش برابر است. بنابراین اختلاف یک قدر، دقیقا با نسبت درخشش 0.2^100 = 2.512 برابر خواهد بود. به این ترتیب ستاره های قدر یکم 2.512 برابر روشن تر از ستاره های قدر دوم، 2^2.512 = 6.301 برابر روشن تر از ستاره های قدر سوم و 100 برابر روشن تر از ستاره های قدر ششم به نظر خواهند رسید.

اخترشناسان با استفاده از آشکار ساز های حساس می توانند قدر ظاهری یک جسم را با دقت 0.01-+ و اختلاف قدر ها را با دقت 0.002 -+ قدر اندازه گیری کنند. امروزه مقیاس ابتدایی هیپارخوس از هر دو سو روی محور اعداد حقیقی بسط یافته است. از m= -26.83 برای خورشید، به عنوان درخشان ترین جرم آسمان، تا m= 30 برای کم نور ترین اجرام کشف شده در آسمان. این اختلاف حدود 57 قدری معادل است با 23^10؛ یعنی خورشید 23^10 مرتبه از کم نور ترین جرم مشاهده شده در آسمان درخشان تر دیده می شود.
رابطه مربوط به مقایسه ی قدر دو ستاره نسبت به درخشندگی آنها را می توان به صورت زیر نوشت:
m2 - m1 = -2.5 log(b1/b2) = 2.5 log (b2/b1)
که در آن b درخشندگی ظاهری می باشد که رابطه مستقیم با درخشندگی (L= σT^4.4πR^2) و رابطه مجذور عکس با فاصله دارد (که به قانون عکس مجذور معروف می باشد).

🔘قدر مطلق
اخترشناسان با استفاده از قانون عکس مجذوری، برای هر ستاره یک قدر مطلق M، تعریف می کنند (همانطور که متوجه شده اید، این مقیاس با عملیات قدر مطلق در ریاضیات هیچ گونه ارتباطی ندارد). بنا به تعریف، قدر مطلق همان قدر ظاهری ستاره در حالتی است که ستاره در فاصله ی 10pc (1pc=206265 AU) از ما قرار گرفته باشد. این مقیاس به ما اجازه می دهد که درخشندگی حقیقی اجرام را مستقل از فاصله ی آنها اندازه بگیریم. با استفاده از رابطه قبل، برای قدر مطلق هم می توانیم بنویسیم:
M2 - M1 = -2.5 log(L2/L1) = 2.5 log (L1/L2)
با این تفاوت که از درخشندگی اجرام (L) برای مقایسه ی قدر آنها استفاده می کنیم.

▫️مدول فاصله
رابطه ی بین قدر ظاهری، قدر مطلق و فاصله ی ستاره را می توان با ترکیب معادلات قبل محاسبه کرد:
m-M = 5log(d) - 5 = 5log(d/10)
که در آن، d فاصله ی جسم بر حسب پارسک(pc) می باشد. همچنین، مقدار m-M، مقیاس فاصله تا ستاره است و مدول فاصله ی ستاره نامیده می شود.

🔺منبع: کتاب مقدمه ای بر اخترفیزیک نوین "بردلی کارول - دیل اوستلی"

🆔@physics3p

‍ 🔴 فرایند های پهن کننده ی خطوط طیفی (قسمت دوم)(قسمت پایانی)

▫️پهن شدگی فشاری (برخوردی) (Pressure (and collisional) broadening): در برخی موارد، اوربیتال اتم ها در اثر برخورد با یک تعداد اتم خنثی یا برخورد نزدیک با میدان الکتریکی یک یون، آشفته می شوند. در نتیجه ی برخورد بین اتم ها نوعی از پهن شدگی اتفاق می افتد که به آن پهن شدگی برخوردی می گوییم. به اثرات میدان های الکتریکی تعداد زیادی یون که از نزدیکی یک اتم عبور می کنند هم پهن شدگی فشاری گفته می شود. اما در بحث پیش رو، هر دوی این اثرات را (در مجموع) پهن شدگی فشاری می نامیم. در هر مورد، میزان پهن شدگی به زمان میانگین بین برخورد / عبور یک اتم با سایر اتم / یون ها بستگی دارد.

محاسبه ی دقیق پهنا و شکل خطوط پهن شده ی فشاری، بسیار پیچیده است؛ چرا که در این برخورد ها یا رویارویی های نزدیک، اتم ها، یون ها و همچنین الکترون های آزاد عناصر مشابه یا مختلفی مشارکت می کنند. در این برخورد ها نمایه ی کلی خط، مشابه معادله ی مربوط به پهن شدگی طبیعی است. نمایه ی خطی ناشی از مشارکت پهن شدگی فشاری و طبیعی، با نام نمایه ی میرایی (damping profile) یا نمایه ی لورنتس (Lorentz profile) شناخته می شود. دلیل این نام گذاری شکل نمایه ی خطی طیف گسیل شده از بار الکتریکی است که حرکت هماهنگ ساده و میرایی را نشان می دهد. مقدار پهنای نیم بیشینه در پهن شدگی فشاری و طبیعی معمولا برابر است (گاهی ممکن است نمایه ی فشاری پهن تر شود).

میزان پهن شدگی فشاری، حاصل از برخورد با اتم های یک عنصر خاص، را می توان با قرار دادن مقدار Δt0 (زمان میانگین بین برخورد ها) در معادله ی مربوط به مقدار پهنای نیم بیشینه ی طبیعی تخمین زد. این زمان تقریبا برابر است با مسافت آزاد میانگین بین برخورد ها (l) تقسیم بر سرعت میانگین اتم ها (v) که به صورت معادله ی اول در تصویر تبدیل می شود که در آن، σ سطح مقطع برخورد اتم ها، m جرم اتم و n چگالی عددی اتم ها است. بنابراین پهنای خط طیفی ناشی از پهن شدگی فشاری به صورت معادله ی دوم در تصویر محاسبه می شود. توجه داشته باشید که پهن شدگی فشاری خط، با چگالی عددی اتم ها (n) متناسب است.

▪️ حال می توانیم دلیل رده بندی درخشندگی مورگان-کینان را بهتر بفهمیم؛ خطوط نازک تر مشاهده شده در طیف ستاره های درخشان غول یا ابرغول، به دلیل چگالی عددی کمتر اتم ها در جو گسترده شان است.

🔺منبع: کتاب مقدمه ای بر اخترفیزیک نوین "بردلی کارول - دیل اوستلی"

🆔@physics3p

تصویر جدید JWST - کهکشان چرخ گاری!


این کهکشان Cartwheel است که در فاصله 500 میلیون سال نوری از ما قرار دارد.

تصور می‌شود که 400 میلیون سال پیش کهکشانی درست از وسط این کهکشان بزرگ برخورد کرده است.

مانند امواج در آب، این رویداد گرد و غبار و گاز را روی هم انباشته کرد که منجر به تشکیل ستاره شد و به همین دلیل است که ما دو حلقه درخشان را می بینیم!

ابزار بسیار دقیق وب ستارگان منفرد و نواحی ستاره‌زایی را شناسایی کرده و رفتار سیاهچاله را در مرکز آن آشکار کرده است! ابزار: MIRI, NIRCam

🆔️@physics3p

‍ 🔴 فرایند های پهن کننده ی خطوط طیفی (قسمت اول)

▫️پهن شدگی طبیعی (Natural broadening): حتی خطوط جذبی اتم های منزوی و بی حرکت هم نمی توانند کاملا باریک یا به شدت تیز باشند. طبق اصل عدم قطعیت هایزنبرگ هر چه زمان لازم برای اندازه گیری انرژی کاهش یابد، عدم قطعیت ذاتی افزایش می یابد و از آن جا که الکترون تنها به مدت کوتاه Δt در تراز برانگیخته اش قرار می گیرد، نمی توان مقدار انرژی اوربیتال E را دقیقا تعیین کرد. بنابراین، عدم قطعیت در تعیین انرژی اوربیتال (ΔE) برابر است با:
ΔE = h/2πΔt
(عمر الکترون در تراز پایه نامحدود فرض می شود؛ بنابراین در تراز پایه ΔE= 0 است.)

الکترون ها می توانند گذاری را به/از هر یک از این سطوح انرژی دلخواه تجربه کنند و با عدم قطعیت معینی در طول موج، فوتون را جذب/گسیل نمایند. با استفاده از معادله انرژی فوتون، در میابیم که عدم قطعیت در اندازه گیری طول موج فوتون (به طور تقریبی) برابر است با رابطه اول در تصویر. در این رابطه Δti عمر الکترون در تراز اولیه اش و Δtf عمر الکترون در تراز نهایی است.

محاسبات بیشتر نشان می دهد که پهنای نیم بیشینه ی نمایه ی خطی ناشی از پهن شدگی طبیعی برابر با رابطه دوم در تصویر است که Δt0 زمان مورد انتظار میانگین برای انجام یک گذار مشخص است.

▫️پهن شدگی دوپلری (Doppler broadening): در شرایط تعادل گرمایی، اتم های درون یک گاز که هر کدام دارای جرم m هستند، به طور کاملا تصادفی و با توزیعی از سرعت ها که با تابع توزیع ماکسول-بولتزمن محاسبه می شود حرکت می کنند. طول موج های نور جذب/گسیل شده از اتم های گاز بنابر معادله ی غیر نسبیتی به اندازه ی Δλ/λ = +-I vr I/c با انتقال دوپلری جابجا می شوند. بنابراین پهنای یک خط طیفی که صرفا تحت تاثیر پهن شدگی دوپلری پهن شده باشد، تقریبا برابر است با معادله سوم تصویر.

با تحلیل دقیق تر و لحاظ کردن مسیر های تصادفی اتم ها (نسبت به یکدیگر و نسبت به خط دید ناضر) پهنای نیم بیشینه ی نمایه ی خطی که صرفا ناشی از پهن شدگی دوپلری باشد؛ به صورت معادله چهارم در تصویر بدست می آید.

از آنجا که پهنای نیم بیشینه در نمایه ی خطی ناشی از پهن شدگی دوپلری بسیار بیشتر از پهن شدگی طبیعی است، زمانی که از طول موج مرکزی λ0 به سوی طرفین فاصله می گیریم، عمق خط تحت تاثیر پهن شدگی دوپلری به طور نمایی کاهش می یابد. این کاهش سریع به خاطر دنباله ی نمایی توزیع ماکسول-بولتزمن است. توجه داشته باشید که کاهش شدت پهن شدگی دوپلری در مقایسه با کاهش شدت پهن شدگی طبیعی، بسیار سریع تر رخ می دهد.

در صورتی که توزیع سرعت ذرات سازنده ی توده ای از گازی سنگین از توزیع ماکسول-بولتزمن پیروی کند، انتقال های دوپلری ناشی از حرکات آشفته و بزرگ مقیاس با استفاده از معادله ی چهارم، معادله ی پنجم در تصویر محاسبه می شود که vtrub محتمل ترین سرعت آشوبناک (Turbulent speed) است. تاثیر این آشوبناک بر روی نمایه های خطی به ویژه در جو ستاره های غول و ابر غول، بسیار چشم گیر و پر اهمیت می شود. وجود آشوبناکی در جو این ستار ها، نخستین بار با مشاهده ی پهن شدگی دوپلری بیش از انتظار در طیف برخی از ستاره ها کشف شد.

🔺منبع: کتاب مقدمه ای بر اخترفیزیک نوین "بردلی کارول - دیل اوستلی"

🆔@physics3p

قانون لختی (۲)

زمین به سبب حرکت چرخشی روزانه و برهم کنشش با خورشید و سایر سیاره ها، یک چارچوب مرجع لخت نیست.

معذالک در بیشتر موارد، اثرات چر خش و بر هم کنش زمین ناچیز هستند و چار چو بهای مرجع وابسته به آزمایشگاههای زمین را می توان بدون اشتباه زیاد، چارچ، بهای لخت در نظر گرفت.

خورشید نیز به نوبه خود یک دستگاه لخت نیست، زیرا به سبب برهم کنشهایش با سایر اجرام کهکشان یک مدار منحنی دور مرکز کهکشان رسم می کند.

با وجود این چون حرکت خورشید در مقایسه با حرکت زمین بیشتر به یک حرکت مستقیم الخط و يكنواخت نزدیک است (شتاب مداری زمین ۱۵۰ میلیون برابر خورشید است)، تشابه بين خورشید و یک چار چوب لخت خیلی بیشتر می باشد.

اکنون چند تجر با انجام یافته در آزمایشگاههای زمینی را، که قانون لختی را تأیید می کنند، در اینجا بیان میکنیم. یک گلوله کروی واقع روی یک سطح افقی بدون ما لش، تا تا وقتی که نیرویی به آن وارد نشده بیحرکت باقی می ماند، یعنی سرعت آن ثابت و مقدارش صفر است.

فرض کنیم سطحی که گلوله روی آن قرار دارد برهم کنش بین زمین و گلوله را خنثی می کند، و بدین طریق گلوله از هر برهم کنشی آزاد است. هرگاه ضربه ای به گلوله وارد شود، همانند ضربه ای که به توپ بيليارد وارد می کنند،

گلوله یک لحظه دستخوش بر هم - کنشی می شود و سرعتی کسب می کند. ولی بلافاصله مجددا آزاد می شود، و با سرعتی که در لحظة ضر به کسب کرده در خط مستقیم به حرکت در می آید.

اگر گلوله سخت و کاملاکر وی، و سطع کاملا افقی و بدون ما لش باشد، می توان تصور کرد که گلوله تا ابد با این روند ثابت جا بجا می شود. عملا چنین وضعی پیش نمی آید، زیرا حرکت بتدریج کند شده و بالاخره گلوله می ایستد.

میگوییم یک برهم کنش اضافی بین گلوله و سطح به وجود آمده است. این برهم کنش که مالش نامیده می شود بعدأ مورد گفتگو قرار خواهد گرفت.

🆔️@physics3p

🎦 بشر تا کجای کیهان میتواند سفر کند؟
💢ابعاد کیهان قابل دسترس چقدر است؟
💢انرژی خلاء چطور مانع از سفر ما به مرزهای کیهان میشود؟
💢چرا مرزهای کیهان از دید ما خارج میشوند؟
(دوبله فارسی)


🆔 @Physics3p

↙ چرا میگوییم جهان گسترده است و نه بینهایت؟

یکی از پارادوکس هایی که در رابطه با قانون گرانش نیوتون برای او بیان شده بود، اینگونه بیان میکرد که چرا با وجود گرانش ستارگان، آنها درهم نمی رمبند؟
نیوتون برای حل این پارادوکس و حفظ قانون نوپای گرانش، اینگونه فرض کرد که پهنای گیتی نامحدود است و هیچ آغازی نداشته و ستارگان در یک سیستم تعادلی بر سر گرانش باهم رقابت می کنند و اینگونه در تعادل باقی میمانند!

اما با گسترش دانش نجوم و فیزیک و کشف انرژی تاریک که ماهیتی ضدگرانشی دارد، این مشکل حل شد.
اما جهان بینهایت و ایستای نیوتون، به جهانی محدود و درحال انبساط مبدل شد.
حال چرا میگوییم جهان و زمان محدود اند و اگر نامحدود بودند چه میشد؟

اگر فرض کنیم زمان و جهان نامحدود بودند، اولین نشانه ی آن نور ستارگان بود!
به این صورت که نور ستارگان، حتی ستارگان دوردست جهان، همواره بسمت ما در جریان بوده و آسمان شب مانند روز روشن بود.
اما محدود بودن پهنه ی گیتی و داشتن نقطه آغاز و انبساط آن، سبب شده تا نور این ستارگان فرصت و سرعت کافی برای رسیدن به ما را نداشته باشند.

🆔 @Physics3p

⭕️ دلیل نابرابری ذرات و پاد ذرات:


🔹یکی از پیش بینی های نظریه وحدت بزرگ که سه نیروی الکترومغناطیس، هسته ای ضعیف و قوی را باهم متحد می کند این است که در انرژی های بالا پوزیترون (پادالکترون) می تواند به کوارک تبدیل شود و الکترون می تواند به پاد کوارک تبدیل شود.

🔸در فیزیک سه تقارن P،C و T وجود دارد. تقارن T می گوید که اگر شما جهت حرکت زمان را معکوس کنید قوانین فیزیک تغییری نمی کند. اما جهان اولیه از این تقارن پیروی نمی کند یعنی همانطور که زمان پیش می رود جهان منبسط می شود اما اگر جهت زمان را معکوس کنیم جهان منقبض می شود پس جهان اولیه از تقارن T پیروی نمیکرده.

🔹در اغاز جهان شرایطی که نظریه وحدت بزرگ برای تبدیل الکترون به پاد کوارد و پوزیترون به کوارک پیش بینی می کند وجود داشته. و چون جهان اغازین از تقارن T پیروی نمیکرده پس پوزیترون هایی که به کوارک تبدیل می‌شدند بیشتر از الکترون هایی بوده که به پاد کوارک تبدیل می‌شدند. و این موضوع برابری ذرات و پاد ذرات را برهم ریخته و ما هم اکنون می بینیم که جهانمان وجود دارد اگر این ذرات و پاد ذرات برابر بودند خودشان را نابود می کردند و جهانی ساخته نمی شد.

🆔 @Physics3p

⭕ بار رنگی و ترکیب کوارک ها:

🆔 @Physics3p

دانشمندان با مشکل بزرگی در مورد کوارک ها رو به رو بودند:

همه جور ترکیبی از کوارک ها ممکن به نظر می رسید و به دست می آمد اما دیده نمی شد.

بنابراین یکی مجبور بود که توضیح دهد که چرا همیشه ترکیب هایی از کوارک ها دیده می شوند که در کل، بار درست دارند ( برای مثال پروتون از سه کوارک تشکیل شده که مجموع بار های سه کوارک برابر با ۱+ می شود) و چرا ترکیب هایی مانند q و qq و q¯qq دیده نمی شوند. ( q¯ نماد پادکوارک یا آنتی کوارک است )


گلمان (کاشف کوارک) و بقیه اندیشیدند که جواب در میان نیروهای بین کوارک ها پنهان است. این نیرو را نیروی قوی نامیدند و بارهای جدیدی که این نیرو را حس می کردند، بار رنگی نامیدند؛ هرچند که این اصطلاح هیچ ربطی به رنگ های طبیعی ندارد.

آن ها فرض کردند که کوارک ها می توانند سه بار رنگی داشته باشند. به این دلیل این بار را رنگ نامیدند که بعضی ترکیب های معین کوارک ها خنثی اند درست مثل رنگهای واقعی که از ترکیب سه رنگ (سبز، آبی، قرمز ) رنگ سفید که خنثی است، به دست می آید. همان طور که ترکیب آبی و قرمز، بنفش می دهد، ترکیب بعضی رنگ ها هم سفید به دست می دهد. مثلا ترکیب قرمز، سبز و آبی

حالا می توانستند بگویند تنها ترکیباتی از کوارک ها وجود دارند که از لحاظ رنگی خنثی باشند. پس فقط ترکیبهای  qq و qqq  در طبیعت دیده می شوند.

🆔 @Physics3p

📚 گذری کوتاه بر نظریات مهم فیزیک

🆔 @Physics3p

حتمأ تابحال بسیار این نام ها، یعنی مکانیک کلاسیک، نسبیت، مکانیک کوآنتومی و تئوری ریسمان ها و ابر ریسمان ها به گوشتان خورده است. البته اگر بسیار علاقه مند به پی بردن رازهای نهفته عالم و در نتیجه علم فیزیک باشید! اما اینها قرار است چه چیزهایی را برای ما روشن کنند و آیا میتوانیم خلاصه ای از دیدگاه های علمی و فلسفی آن را بیان کنیم؟!
در اینجا سعی داریم اندکی به این هدف نزدیک شویم!

بعد از ظهور قوانین حرکت(سینماتیک) توسط گالیله که شاید بتوان گفت از این لحظه از تاریخ، علم فیزیک رسمیت یافت و از فلسفه مستقل گشت، این پرسش مطرح شد که چه چیزی مسبب حرکت است یا بعبارتی چرایی آن چیست؟
با طرح این پرسش، ما با نخستین انقلاب فیزیک، یعنی فیزیک کلاسیک(نیوتونی) و قوانین حرکت نیوتون مواجه میشویم که بعنوان مکانیک کلاسیک نیز شناخته میشود.

نیوتون با ارائه کتاب اصول خود اکنون توانست به علیت حرکت بپردازد و قوانین مکانیک خود را جایگزین ذاتیگری اجسام به حرکت کند. قوانین نیوتون چنان سفت و سخت حرکت را توجیه میکرد که تا سالهای متمادی پس از مرگ نیوتون، کسی حتی به وجود شکاف و کاستی هایی در آنها حتی فکر هم نمیکرد!

اما با ظهور نسبیت خاص و عام اینیشتین، دیری نپایید که حکومت نیوتون بر علم فیزیک پایان یافت و نسبیت بیش از پیش علیت را جایگزین ذاتیگری های به ظاهر علی نیوتون گرداند. اما نسبیت هم نتوانست تمام امور طبیعی را بطور کامل توجیه کند و خود نیز ذاتیگری هایی را در برداشت! اکنون با انقلاب سوم فیزیک، یعنی مکانیک کوآنتومی روبرو هستیم که به تشریح بیشتر علیت حرکت و موجودیت اجسام میپردازد. اما مشکل آن بود که برخلاف مکانیک کلاسیک که در سایه نسبیت میگنجید و نسبیت آن را بعنوان جزئی از خویش تعریف میکرد، مکانیک کوآنتومی با نسبیت و در نتیجه مکانیک کلاسیک اختلافاتی را در پیش داشت که در اینجا وجود یک تئوری واحد و کامل که بتواند اینهارا باهم آشتی دهد احساس میشد! تئوری که شاید بتوان از آن بعنوان تئوری همه چیز یاد کرد.

نخستین کاندید برای دستیابی به این تئوری همه چیز، نظریه ریسمان ها، و نسخه کاملتر آن یعنی نظریه ابر ریسمان ها و تئوری M میباشد. فراموش نکنید داستان از آنجا شروع شد که ما برای درک حرکت که موجودیت جهان هستی و ادامه‌ی حیاتش به آن وابسته است، با "چرا"هایی مواجه شدیم و این چراها بود که مارا به این داستان بی انتها سوق داده است....

در ادامه به خلاصه ای از دیدگاه های علمی و فلسفی این نظریات و قوانین یاد شده میپردازیم!

💢 مکانیک کلاسیک (نیوتونی) :

این فیزیک به ما میگوید؛ فضا مانند ظرفی است که ماده و انرژی بطور مستقل در آن عمل میکنند. زمان نیز مستقل از اینهاست و ذهن نیز مستقل از ماده بوده و در صحنه جهان، ذهن نقش ناظر را دارد نه فاعل. پس وجود(جهان) نیز مستقل از ذهن عمل میکند و در صورت نبود آن نیز بنا بر قوانین عمل خواهد کرد. در این فیزیک علیت حکمرانی میکند و منشأ اصلی علت ها خداست.
در این فیریک علت پدیده ها(حرکت) بررسی میشود(نیرو) و چیستی یا ذات آن قابل بررسی نیست. کل در حقیقت مجموعه ای از اجزاست.

💢 نسبیت و مکانیک کوآنتومی :

در این فیزیک زمان و مکان مطلق معنا نداشته و ما شاهد فضا-زمان نامستقل از ماده و انرژی هستیم. در این فیزیک فضا-زمان تنها صحنه نمایش هستی نبوده و خود نیز نقش ایفا میکند. ذهن همان ماده است و بر ان اثر میگذارد و انرژی نیز حالت دیگری از ماده است.(هم ارزی ماده و انرژی) که هردوی اینها خود نیز بر فضا-زمان اثر میگذارند. در این فیزیک نسبیت حاکم است و اجزای مطلق وجود ندارد. در این فیزیک جز در حقیقت تصویری از کل است. از منظر مکانیک کوآنتومی هر معلولی میتواند علت خود باشد.

💢 تئوری ریسمان ها:

میدانیم جهان از اجزای بسیار کوچکی ساخته شده که آن را اتم مینامیم. همچنین اتم ها نیز از ذرات کوچکتری مانند الکترون، پروتون، نوترون، نوترینو، میون، گلوئون و... ساخته شده اند که هر یک جز کوچکتری از اجزای بزرگتر هستند که بر این مبنأ، ذرات در دو دسته بنیادی(لپتون) و غیر بنیادی(هادرون) قرار میگیرند.

اما با گذر از کنار همه‌ی این تقسیم بندی های کسل کننده، تئوری ریسمان به ما میگوید تمام ذرات در کوچکترین جز سازنده خود از ریسمان هایی ساخته شده اند که در فرکانس معینی ارتعاش میکنند. نه در یک یا سه بعد، بلکه در 10 بعد این ارتعاش ها صورت میگیرد!(درنسخه های دیگر این نظریه، با ابعاد بیشتر حتی تا 26 بعد نیز سرکار داریم!)

همچنین بدلیل این ارتعاش های چند بعدیست که ما این ریسمان های ریز مرتعش را همچون ذره میبینیم و تنها تفاوت ذرات از یکدیگر، فقط در نوع ارتعاش یا فرکانس آنهاست!

بعبارتی جهان سمفونی ریسمان هاست و ذرات سازهای این ملودی و ریاضیات نوت های موسیقی و ذهن خدا(طبیعت) نیز آهنگ ساز آن است....

✍ نوشته A.M.H

🆔 @Physics3p