بانکـــــِ عِلـــــم

مـــکـــانــیــ بـرایــ همـــهــ
 
همه چیز درباره سرعت نور - قسمت دوم
ساعت ٢:٢٩ ‎ق.ظ روز ۱۳٩٤/٦/٧ : توسط : امیرحسین ادیبی

آشنایی کامل با سرعت نور در دو قسمت :


چنانچه قسمت اول را مطالعه ننموده اید ، حتما آن را از این لینک مطالعه نمایید.

______________________________________________________

سرعت نور و نظریات علمی

سرعت نور ، در فیزیک نوین و همچنین "فیزیک در قرن 20م" ،نقش تعیین کننده ای را ایفا می کند ، که به آن اشاره خواهد شد

-سرعت نور و نسبیت خاص[1]

در ابتدا ، نگاهی داریم به نسبیت خاص انیشتین :

طور کلی نسبیت خاص را می توان در یک جمله خلاصه کرد:تمامی سرعتها نسبی هستند مگر سرعت نور که مطلق است.هر دو نظریه نسبیت خاص ونسبیت عام توسط آلبرت انیشتین(1955-1879)به فرمول در آمدند.هر دو نظریه از لحاظ ریاضی پیچیده بوده(به ویژه نسبیت عام) واز دید مردم نیز بسیار غیر قابل فهم.دلیل غیر قابل فهم بودن آنها این است که در مورد اجسامی که با سرعتهای فوق العاده بالا حرکت می کنند خود را نشان می دهند.عقل سلیم افراد هم براساس تجربیات افراد با مشاهدات شان که عموما" اجسامی با حرکت کند هستند شکل گرفته است.یک مثال را در نظر بگیرید.شخصی در ماشینی با سرعت در حال نزدیک شدن به شماست،در یک لحظه گلوله ای به سمت شما شلیک می کند.اگر سرعت گلوله ای را که به سوی شما حرکت می کنداندازه بگیرید(اگر فرصت داشته باشید!)خواهید دید که این سرعت با جمع کردن سرعت گلوله با سرعت خود رو به دست می آید.

حال فرض کنید همین شخص نور یک چراغ قوه را به سمت شما بفرستد.اگر بخواهید سرعت نور (سرعت فوتونها)دریافتی را اندازه بگیرید متوجه خواهید شد که بر خلاف تجربیات عقل سلیم، سرعت این نور حاصل جمع خود رو با سرعت نور در حالت سکون نخواهد بود.این چیزی است که نسبیت خاص بیان می کند،یعنی سرعت نور هیچ ارتباطی به سرعت چشمه اش ندارد ومطلق است.برای هر ناظری این سرعت ثابت است وبه این که ناظر با چه سرعتی نسبت به منبع نور حرکت کند بستگی ندارد.

سرعت مطلق نور در خلاء 459/299792 کیلومتر در ثانیه یا در حدود 300000 کیلومتر در ثانیه است.اشاره به کلمه خلاء ضروری است زیرا برهمکنش نور با ماده می تواند مقداری از سرعت نور بکاهد.سرعت نور ،سرعت تمامی تابشهای الکترومغناطیسی از رادیویی تا گاما است.

این واقعیت که سرعت نور ثابت است به صورت تجربی نخستین بار در سال 1887 میلادی در کلیولند توسط دو فیزیکدان محقق شد.مطلق بودن سرعت نور دارای تبعات بسیار شگفت انگیزی است.

بطور ابتدایی فرض کنید بخواهید برای اندازه گیری سرعت نور از رابطه ساده زیر استفاده کنید

        

                       V=X/T                              

 

 که در آن V  سرعت، X  مسافت طی شده و T  زمان باشد.فرض کنید با سرعتی قابل مقایسه با سرعت نور حرکت می کنید.اگر یک چراغ در دستان شماباشد و بخواهید سرعت نوری که از آن بیرون می آید واز شمادور می شود را اندازه بگیرید، عقل سلیم حکم می کند که باید سرعت نوری که از شمادور می شود را برابر با حاصل جمع سرعت خودتان با سرعت ثابت نور(c ) بدست بیاورید.از آنجاییکه سرعت این نور کمتر از حاصل جمع بالا و همچنان برابر با سرعت ثابت نور خواهد بود باید X  یا مسافت ،کوتاه شده(انقباض) و  T  هم  طولانی شده باشد(انبساط).اگر ناظرثابتی هم از راه دور بخواهد سرعت نور بیرون آمده از چراغ در دستان شما را اندازه بگیرد به همین نتایج خواهد رسید.

 

نتیجه کلی ،در سرعتهای در حد قابل مقایسه با سرعت نور :

1-اگر دو ناظر نسبت به هم در حرکت باشند ،هریک دیگری را در جهت حرکت کوتاه تر می بیند.چیزی مانند فضای مطلق وجود ندارد.فاصله بین دو نقطه برای ناظران مختلف ،متفاوت است.این به انقباض نسبیتی لورنتز (Lorentz)معروف است.

2-اگر دو ناظر نسبت بهم در حرکت باشند،هریک ساعت دیگری را کندتر می یابد.یعنی همان طور که دربالا درباره T  اشاره شد ،فاصله زمانی بین تیک تاکهای ساعتهای یکدیگر را  طولانی تر احساس می کنند.بنابراین چیزی مانند زمان مطلق وجود ندارد ، نرخ گذر زمان برای ناظران مختلف متفاوت است.این به اتساع نسبیتی زمان معروف است.

 

3-اگر دو ناظر نسبت بهم در حرکت باشند،هریک جرم دیگری را افزوده می بیند.افزایش نسبیتی جرم

 

بنابراین با توجه به نتایج سه گانه بالا با تمایل سرعت یک جسم به سمت سرعت نور، جرمش به بینهایت می رود،طولش به صفر می گراید وزمان بین تیک تاک ساعتش بینهایت می شود.

حصول جرم بینهایت ممکن نیست.اینکه چقدر انرژی صرف شتاب دادن جسم می کنید مهم نیست.آن جسم نسبت به شما هرگز به سرعت نور نمی رسد.

موشک شتاب گیرنده ای را در نظر بگیرید.با صرف انرژی در موتورهای موشک ،بر سرعت موشک نسبت به سکوی پرتاب افزوده می شود وبنابراین(طبق نتیجه سوم نسبیت خاص) جرم موشک را از دید سکوی پرتاب بزرگ می کنید.موشک با استفاده از انرژی ،بر جرمش می افزاید.یعنی جرم وانرژی در حال تعامل با هم هستند.نگرش انیشتین:انرژی را می توان به جرم تبدیل کرد وبرعکس.نرخ تبادل بین انرژی وجرم از رابطه مشهور زیر بدست می آید.

مقدار انرژی برابر است با حاصل ضرب جرم ضربدر مربع سرعت نور.

از آنجاییکه سرعت نور زیاد است مقدار کمی از جرم می تواند به مقدار زیادی انرژی تبدیل شود.یک کیلوگرم ماده معادل 25 میلیارد کیلووات ساعت است.

مشاهده نمودیم که سرعت  نور ، نقش مهمی در نظریه نسبیت ، ایفا می کرد. و از آن جا که نظریات نسبیت ، نقش مهمی در علم فیزیک دارند ، می توان گفت که سرعت نور و ماهیت آن از مهم ترین مسائل در علم فیزیک می باشد .

-سرعت نور ثابت نیست[2]


تئوری جدیدی که دانشمندان استرالیایی مطرح کرده‌اند و سرعت نور را ثابت نمی‌دانند مهمترین تئوری فیزیک نوین یعنی نسبیت انیشتین را از اریکه قدرت به پایین می‌‌کشد.

تیم فیزیک‌دانان دانشگاه مک کواری سیدنی در استرالیا به ریاست پال دیویز Paul Davies احتمال آن که سرعت نور طی میلیاردها سال کندتر شده باشد را مطرح ساخته‌اند. در این صورت فیزیکدانان باید در مورد بسیار از فرضیه‌ها و تئوریهای پایه بویژه در مورد قوانین حاکم بر عالم تجدید نظر کنند. دیویز در مصاحبه با رویتر گفت: «معنی این تئوری جدید آن است که باید از خیر تئوری نسبیت و فرمول E=mc2 و این جور چیزها بگذریم البته نه به این معنی که کتابها را در این مورد دور بیندازیم؛ همیشه تحولات علمی تئوریهای قدیمی‌تر را در خود هضم می‌‌کند‌».

نتایج تحقیقات این تیم در مجله نیچر Nature به چاپ رسیده است. جان وب اختر شناس دانشگاه نیوساوث ویلز با ارائه تئوری خود براساس شواهدی که به دست آمده است ادعا می‌‌کند که سرعت نور می‌‌تواند ثابت نباشد، که این موضوع معمای لاینحلی را پیش روی فیزیکدانان و اخترشناسان قرار داده است. براساس یافته‌های وب، نوری که از کوثر- Quasar شی‌ء شبیه به ستاره در آسمان - در طی دوازده میلیارد سال سفر خود تا رسیدن به زمین فوتونهایی از سحابی بین ستاره‌ای دریافت کرده است که با فوتونهایی که تاکنون می‌‌شناختیم تفاوت دارد.

دیویز در توضیح یافته‌های وب می‌‌گوید: مشاهدات وب به معنی آن است که ساختار اتمهایی که از نور کوثر ساطع می‌‌شود تفاوت بسیار جزیی اما با اهمیت ساختار اتمهای انسان دارد. دلیل این تفاوت فقط می‌‌تواند از دو چیز ناشی شود: یا بخاطر سرعت نور و یا بخاطر تخلیه الکترونی (Electron Charge).

از سویی دو قانون در قوانین فیزیک کیهانی مطرح است که سالهاست مورد پرسش قرار گرفته است. براساس این دو قانون نه تخلیه الکترونی و نه سرعت نور قابل تغییر نیستند. اما باید برای مشاهدات وب توضیحی داد: یا این مشاهدات اشتباه است و یا یکی از دو قانون ثبات سرعت نور و یا تخلیه الکترونی قابل تکیه نیست. تیم دیویز بنا را براین گذاشتند که مشاهدات وب درست بوده و یکی از این دو قانون ممکن است آنطور که تصور می‌‌شد غیرقابل تغییر نباشد.

به این ترتیب این تیم به مطالعه سیاه چاله‌ها روی آوردند. سیاه چاله‌ها توده‌های عظیم و اسرارآمیزی هستند که ماده را می‌‌بلعند و حتی نور نیز از چنگال این مکنده در امان نیست. اگر قرار باشد به قانون دوم ترمودینامیک- که خود یک دگماتیسم دیگر در فیزیک است- اعتقاد داشته باشیم در این صورت تغییر در قانون ثبات تخلیه الکترونی قانون دوم ترمودینامیک را در هم خواهد ریخت به همین دلیل یک گزینه باقی ماند و آن بررسی امکان متغیر بودن سرعت نور است.

گرچه هنوز مطالعات به اندازه کافی نیست و مشاهدات وب از نور کوثر برای درهم ریختن تئوری‌های موجود کافی نیست اما مطالعه در این زمینه از چندی پیش آغاز شده است. ا ز جمله می‌‌توان به مقاله‌هایی که در مجله Physical Review Letters منتشر شده مراجعه کرد و گرچه بسیاری از وفاداران به تئوریهای موجود سعی دارند مشاهدات وب و دیویز را اشتباه مشاهده‌ای و اشتباه محاسباتی و آماری جلوه دهند، اما بحثی که در این زمینه آغاز شده است روز به روز دامنه‌دارتر می‌‌شود و به همان اندازه‌ای که خود کیهان سئوالات لاینحل باقی گذاشته مشاهدات اخیر نیز بسیاری از تئوریها را به چالش کشانده است.

در این وضعیت باید روشن شود به چه چیزهایی از تئوری گذشته می‌‌توان تکیه کرد و باید دید تئوریهای جدید از عهده پاسخگویی به بسیاری از پرسشها بر می‌‌آیند یا خیر. در واقع از نظر دیویز همان بلایی که تئوری نسبیت انیشتین و فیزیک کوانتوم بر فیزیک قرن نوزدهم وارد آورد حالا خود شاهد آن خواهد بود که تئوریهای جدید پایه و اساس این تئوریها را متزلزل خواهد کرد. حداقل دستاورد این مشاهدات این است که در بررسی ساختار کیهان و این که از کجا نشأت گرفته و به کجا تکامل پیدا می‌‌کند یک گام رو به جلو برداشته شده است.

تئوری نسبیت می‌‌گوید که سرعت هیچ چیز از نور فراتر نمی‌رود (سرعت نور در خلأ، تقریباً000ر300 کیلومتر در ثانیه است). آرزوی انسان فراتر رفتن از این سرعت است و این آرزوها در فیلمهایی مثل "Star Trek" انعکاس یافته‌اند. حتی اگر انسان ابزاری بسازد که بتواند با سرعت نور حرکت کند برای عبور از کهکشان راه شیری یکصدهزار سال وقت لازم است.


اندازه گیری سرعت نور در قرآن

برخی معتقدند که قرآن ، سرعت نور را اندازه گیری کرده است .

برای اطلاعات بیشتر ، این لینک را مطالعه نمایید .

 سفر انسان با سرعت نور

سفر با سرعت نور! چیزی که سالهاست ذهن انسان را به خود مشغول کرده است.

مخصوصا از زمانی که پیشرفت های علمی و تکنولوژی به انسان اجازه داد تا پا را از جو زمین فراتر گذاشته و به فضا سفر کند، رویای سفر با سرعت نور هرگز از ذهن دانشمندان بیرون نرفته است.

سفر به بسیاری از سیارات و نقاط کشف شده در فضا، نیازمند سرعت نور است. چرا که با سرعت های فعلی، رسیدن به سیارات نزدیک هم سالها و بلکه قرن ها طول خواهد کشید!

اما خبر نا امید کننده این است که بر اساس تحقیقات جدید، امکان سفر با سرعت نور برای انسان ممکن نیست.

این تحقیقات نشان میدهد وجود اتم های هیدروژن در بدن انسان، اجازه رسیدن به سرعت نور را نمیدهد. چرا که این اتم ها در سرعت نور تشعشعاتی ایجاد میکنند که باعث تخریب سلولهای زنده و مرگ فوری انسان میشود.

اما شاید خبر خوشحال کننده این باشد که همین تحقیقات نشان میدهد بدن انسان تحمل سرعتی حدود نصف سرعت نور (یعنی حدود 150 هزار کیلومتر در ثانیه) را دارد.

                                                                 «پایان»

 

 فهرست منابع

1-وبسایت آسمان هفتم

2-سی پی اچ تئوری ( نقل شده از سایت فیزیک هوپا)

3- وبسایت سرزمین دانلود

___________________________________________

گرد آوری مطالب ، توسط این وبلاگ انجام شده است .

کپی با ذکر دقیق منبع ، مجاز است .