فیزیکدان مشهور بریتانیایی برایان کاکس در جشنواره علم بریتانیا گفت: سفر در زمان ممکن است چندان هم یک نظریه علمی تخیلی نباشد و ساخت یک ماشین زمان امکان پذیر است.

به گزارش مهر، برایان کاکس فیزیکدان ذرات که در حال حاضر روی آزمایش اطلس برخورد دهنده بزرگ هادرون در سرن کار می کند با اشاره به این که سفر به زمان فقط در رابطه با آینده عملی می شود توضیح داد که وقتی که این سفر صورت بگیرد بازگشت از آینده غیر ممکن است. پرفسور کاکس قرار است هفته آینده به مناسبت پنجاهمین سالگرد پخش برنامه علمی تخیلی ” Doctor Who” در لندن سخنرانی درباره نظریه سفر در زمان داشته باشد. وی در سخنرانی که در جریان جشنواره علم بریتانیا در بیرمنگهام داشت اظهار داشت تاکنون سفر در زمان در مقیاس بسیار کوچک انجام شده است.

وی افزود که اگر این فناوری برای شتاب بخشیدن به اجسام بزرگ نیز توسعه می یافت، سفر انسان به آینده امکان پذیر بود، اما درحال حاضر این فناوری وجود ندارد و هرگز نیز برای سفر به گذشته وجود نخواهد داشت. شاید بتوان به آینده سفر کرد و در آینده در آزادی کامل حرکت داشت. اگر سریع بروید، ساعت شما نسبت به افرادی که ساکن هستند کند می شود. درحالی که به سرعت نور نزدیک می شوید ساعت شما به قدری آرام می شود که می توانید به 10 هزار سال در آینده بروید.

این نظریه براساس نظریه ” نسبیت خاص” انیشتین است که اظهار می دارد برای سفر به جلو در زمان، یک شی باید به سرعتی نزدیک به سرعت نور برسد. درحالی که این شی ء به چنین سرعتی نزدیک می شود، زمان تنها برای این شی خاص کند می شود.برای مثال، افرادی که برفراز اقیانوس اطلس سفر می کنند گذر زمان را کندتر از افرادی که روی زمین هستند حس می کنند. کاکس ادامه داد: در نظریه نسبیت عام ، می توان این کار را به طور کلی انجام داد. انجام چنین کاری به ساخت کرمچاله* بستگی دارد، کرمچاله ها میانبرهایی بین فضا و زمان هستند اما اکثر فیزیکدانها نسبت به کارکرد آن تردید دارند.

*کرمچاله (Wormhole) در فیزیک یک پل میانبر فرضی در فضا و زمان است. کرمچاله‌ها ساختارهای فضازمانی پل مانندی هستند که دو گستره جدا از یک فضا-زمان یا دو فضا-زمان جدا از هم را به یکدیگر پیوند می ‌دهند. کرمچاله‌ها مسافت و زمان برای رسیدن از یک نقطه به نقطه دیگر را کوتاه و آسان می کنند.

بوزون هیگز باز هم خبرساز شد، این ذره یک ذره بنیادی فرضی دارای جرم است که وجود آن در 48 سال پیش توسط پیتر هیگز 84 ساله فیزیکدان نظری بریتانیایی و فرانسوا انگلرت 80 ساله فیزیکدان نظری بلژیکی پیش بینی شده بود تا این‌که سرانجام در چهارم ژوئیه ۲۰۱۲ این ذره اسرارآمیز در شتاب دهنده ی بزرگ هادرونی CERN به اثبات رسید، اکنون باگذشت یک سال از این کشف٬ پرافتخارترین جایزه‌ی علمی امسال یعنی نوبل فیزیک سال ۲۰۱۳ به این دو فیزیکدان رسید.

پیتر هیگز (  راست ) و فرانسوا انگلرت ( چپ ) برندگان نوبل فیزیک سال 2013

مقدمه

 سنگ معدن اورانیوم موجود در طبیعت از دو ایزوتوپ 235U به مقدار 0.7 درصد و 238U ‏به مقدار 3.99 درصد تشکیل شده است. سنگ معدن را ابتدا در اسید حل کرده و ‏بعد از تخلیص فلز ، اورانیوم را بصورت ترکیب با اتم فلوئور (9F ) و بصورت مولکول ‏اورانیوم هگزا فلوراید تبدیل می‌کنند که به حالت گازی است. سرعت متوسط ‏مولکولهای گازی با جرم مولکولی گاز نسبت عکس دارد. غنی سازی اورانیوم با دیفوزیون گازی گراهان در سال 1864 پدیده‌ای را کشف کرد که در آن سرعت متوسط مولکولهای ‏گاز با معکوس جرم مولکولی گاز متناسب بود. از این پدیده که به نام دیفوزیون ‏گازی مشهور است برای غنی سازی اورانیوم استفاده می‌کنند. در عمل اورانیوم ‏هگزا فلوراید طبیعی گازی شکل را از ستونهایی که جدار آنها از اجسام متخلخل ‏‏(خلل و فرج دار) درست شده است عبور می‌دهند. سوراخهای موجود در جسم ‏متخلخل باید قدری بیشتر از شعاع اتمی یعنی در حدود 2.5 آنگسترم (7-‏25x10 سانتیمتر) باشد ضریب جداسازی متناسب با اختلاف جرم مولکولها است. روش غنی سازی ‏اورانیوم تقریبا مطابق همین اصولی است که در اینجا گفته شد. با وجود این ‏می‌توان به خوبی حدس زد که پرخرج ترین مرحله تهیه سوخت اتمی همین ‏مرحله غنی سازی ایزوتوپها است، زیرا از هر هزاران کیلو سنگ معدن اورانیوم ‏‏140 کیلوگرم اورانیوم طبیعی بدست می‌آید که فقط یک کیلوگرم 235U ‏خالص در آن وجود دارد. ‏ غنی سازی اورانیم از طریق میدان مغناطیسی یکی از روشهای غنی سازی اورانیوم استفاده از میدان مغناطیسی بسیار قوی می‌باشد. در این روش ابتدا اورانیوم هگزا فلوئورید را حرارت می‌دهند تا تبخیر شود. از طریق تبخیر ، اتمهای اورانیوم و فلوئورید از هم تفکیک می‌شوند. در این حالت ، اتمهای اورانیوم را به میدان مغناطیسی بسیار قوی هدایت می‌کنند. میدان مغناطیسی بر هسته‌های باردار اورانیم نیرو وارد می کند ( این نیرو به نیروی لورنتس معروف می باشد) و اتمهای اورانیوم را از مسیر مستقیم خود منحرف می‌کند. اما هسته‌های سنگین اورانیم (238U ) نسبت به هسته‌های سبکتر (235U ) انحراف کمتری دارند و درنتیجه از این طریق می‌توان 235U را از اورانیوم طبیعی تفکیک کرد. چگونه يك بمب هسته اي بسازيم ؟

چگونه نسبیت و کوانتوم سازگار می شوند؟

مقدمه

 از اوائل قرن بیستم دو نظریه ی بزرگ نسبیت و مکانیک کوانتوم، برای پاسخگویی به مشکلاتی که فیزیک کلاسیک با آنها دست بگریبان بود، پا به عرصه وجود نهادند. جالب این است که هر دو نظریه تقریباً همزمان مطرح شدند و سیر تکاملی خود را طی کردند. نخست نسبیت خاص  در سال 1905 تنها در محدوده ی دستگاه های لخت بکار گرفته شد و در سال 1915 تحت عنوان نسبیت عام به دستگاه های شتابدار تسری یافت. مکانیک کوانتوم قدیم در سال 1900 با طرح کوانتومی بودن انرژی اظهار شد و در دهه ی 1920 سیر تکاملی خود را پیمود

 همواره این سئوال مطرح بود  که آیا این دو نظریه بزرگ را می توان با یکدیگر ترکیب کرد؟

دیراک توانست نسبیت خاص و مکانیک کوانتوم را بصورت مکانیک کوانتوم نسبیتی با هم ادغام کند. به دنبال آن سئوال این بود که چگونه می توان مکانیک کوانتوم و نسبیت عام را با هم ترکیب کرد؟

نظريه نسبيت عام اينشتين نظريه‌اي در باره جرم‌هاي آسماني بزرگ مثل ستارگان، سيارات و كهكشان‌هاست كه براي توضيح گرانش در اين سطوح بسيار خوب است

مكانيك كوانتومي نظريه‌اي است كه نيروهاي طبيعت را مانند پيام‌هايي مي‌داند كه بين فرميون‌ها (ذرات ماده) رد و بدل مي‌شوند. مكانيك كوانتومي در توضيح اشياء، در سطوح بسيار ريز خيلي موفق بوده بوده است

هاوکینگ می گوید " يك راه براي تركيب اين دو نظريه بزرگ قرن بيستم در يك نظريه واحد آن است كه گرانش را همانطور كه در مورد نيروهاي ديگر با موفقيت به آن عمل مي‌كنيم، مانند پيام ذرات در نظر بگيريم. يك راه ديگر بازنگري نظريه نسبيت عام اينشتين در پرتو نظريه عدم قطعيت است

با آنکه نسبیت و مکانیک کوانوتم هر دو با در توجیه پدیده های حوزه ی خود، از توانایی خوبی برخوردارند، اما تسری برخی مفاهیم از مکانیک کلاسیک به فیزیک مدرن مانع از ترکیب این دو نظریه بزرگ هستند. بهمین دلیل نظریه سی. پی. اچ. تصریح می کند که  مکانیک کلاسیک، مکانیک کوانتوم و نسبیت را بایستی تواما و همزمان مورد بررسی مجدد قرار داد. علاوه بر آن چنین بررسی مجددی تا زمانیکه نظریه هیگز نیز مورد توجه قرار نگیرد راه به جایی نخواهد برد. بهمین دلیل باید از مشکلات مکانیک کلاسیک شروع کنیم و ببینیم که آیا این مشکلات در نسبیت و مکانیک کوانتوم بر طرف شده یا نه؟

آيا ذرات بنيادي نوترينو ها جرم دارند؟ با توجه به آزمايشات قبلي ما، بله. ولي چقدر؟

يك نتيجه ي تعجب برانگيز پيشنهاد شده است كه مطابق آن چه ما فكر مي كرديم نيست.
نوترينو ها مانند فوتون ها، بدون جرم تصور مي شدند كه با سرعت نور در حال حركت اند.

در چند سال گذشته با مطالعه بر روي نوترينوهاي منتشر شده توسط خورشيد يا ايجاد شده توسط اشعه هاي كيهاني در اتمسفر زمين، فيزيكدانان متوجه شدند كه نوترينوها داراي جرمي بسيار كم ولي غير صفر هستند كه تقريبا 1ميليون بار از يك الكترون كوچك ترند. اين مقدارها با بررسي انرژي هاي جابه جا شده در واكنش هاي بين ذرات شناخته شده به دست مي آيند. در مقالات فيزيك مدرن كلپدر-كلينگروتائوسKlapdor-Kleingrothaus و همكارانش ادعا مي كنند كه موفق به ديدن يك نوع جديد از تضيف هسته اي شده اند.

اگر اين ادعا درست باشد، مي توان اين نتيجه را دريافت كه هر سه نوع نوترينوها داراي جرمي يكسان هستند و پنجره اي در فيزيك به رويمان باز خواهد شد كه به ما اجازه مي دهد تا اطلاعات خود را بالاتر ببريم.

نگارنده : تـیکا
فرستاده شده در: علمی ، اختر فیزیک ، موضوع آزاد ، فـــــــیزیک ، فیزیک حالت جامد ،
 

از دیرباز آرزوی بشر دستیابی به منبعی از انرژی بوده که علاوه بر آنکه بتواند مدت مدیدی از آن استفاده کند تولید پسماندهای خطر ناک نیز در پی نداشته باشد.اکنون در هزاره سوم میلادی این آرزوی به ظاهر دست نیافتنی کم کم به واقعیت می پیوندد.اکنون بشر خود را آماده می کند تا با ساخت اولین رآکتور گرما هسته ای (همجوشی هسته ای)آرزوی نیاکان خود را تحقق بخشد.سوختی پاک و ارزان به نام هیدروژن,انرژی تولیدی ای سرشار و پسماندی بسیار پاک به نام هلیوم.

اکنون می پردازیم به واکنشهای گرما هسته ای راهکارهای استفاده از آن.

خورشید و ستارگان:

سالهاست که دانشمندان واکنشی را که در خورشید و ستارگان رخ داده و در آن انرژی تولید می کند کشف کرده اند.این واکنش عبارت است از ترکیب (برخورد) هسته های چهار اتم هیدروژن معمولی و تولید یک هسته اتم هلیوم.اما مشکلی سر راه این نظریه است.

بالا ترین دمایی که در خورشید وجود دارد مربوط به مرکز آن است که برابر 15ضرب در 10 به توان6 می باشد.در حالی که در ستارگان بزرگتر این دما به 20 ضرب در ده به توان 6 می رسد.به همین خاطر تصور بر این است که آن واکنش معروف ترکیب چهار اتم هیدروژن معمولی وتولید یک اتم هلیم در سایر ستارگان بزرگ نیست که باعث تولید انرژی می شود.بلکه احتمالا چرخه کربن در آنها به کمک آمده و کوره آنها را روشن نگه می دارد.منظور از چرخه کربن آن چرخه ای نیست که روی زمین اتفاق می افتد.بلکه به این صورت است که ابتدا یک اتم هیدروژن معمولی با یک اتم کربنC12ترکیب می شود(همجوشی) و یک اتم N13 به علاوه یک واحد گاما را آزاد می کند.بعد این اتم با یک واپاشی به یک اتمC13به علاوه یک پوزیترون ویک نوترینو تبدیل می شود.بعد اینC13دوباره با یک اتم هیدروژن ترکیب می شود وN14و یک واحد گاما حاصل می شود.دوباره در اثر ترکیب این نیتروژن با یک هیدروژن معمولی اتمO15و یک واحد گاما تولید می شود.O15واپاشی کرده و N15به علاوه یک پوزیترون ویک نوترینو را بوجود میاورد.و دست آخر با ترکیب N15با یک هیدروژن معمولیC12به علاوه یک اتم هلیوم بدست می آید.