دانلود مقاله برداشت های جدید از نظریه سی. پی. اچ.

مقدمه:

هنگامیکه نسبیت عام مطرح شد، در مدتی کمتر از یکسال شوارتسشیلد سیاه چاله را در بر اساس برداشت های خود از نسبیت عام فرمولبندی و مطرح کرد. انیشتین بلافاصله با چنین برداشتی از نسبیت عام مخالف کرد. اما از دهه ی 1960 به بعد سیاه چاله مورد توجه جدی قرار گرفت و امروزه یکی از زمینه های فکری و تحقیقاتی فیزیکدانان را تشکیل می دهد. نمونه ی مشابه آن را می توان در توجیه پدیده ی فتوالکتریک با استفاده از خواص کوانتومی تابش توسط انیشتین مشاهده کرد. انیشتین تلاش کرد با دیدگاه کوانتومی پلانک پدیده ی فتوالکتریک را توجیه کند، اما این توجیه مورد پذیرش پلانک نبود. در حالیکه توجیه انیشتین موجب پیشرفت نظریه کوانتومی پلانک شد.

مطالب زیر برداشت های دوستان است که امیدوارم مورد توجه قرار گیرد.

تحول زمانی و اسپین

Time Revolution and Spin

( TRS Theory )

مقدمه

همانطور که می دانیم در فیزیک ، کوانتوم و نسبیت دو تئوری کاملا جا افتاده می باشد که هر کدام در جای خود توانسته است بسیاری از ابهامات در فیزیک را بر طرف سازد.

اما یک مسئله مهم که بسیاری از فیزیکدانان بزرگ را به فکر واداشته این است که آیا بین این دو تئوری قدرتمند رابطه ای وجود دارد؟ و آیا می توان با استفاده از مفاهیم فیزیک بین این دو، رابطه ای بر قرار کرد؟

در این مقاله ما با استفاده از یک سری مفاهیم فیزیک سعی داریم به رابطه ای بین تئوری کوانتوم و نسبیت برسیم. قابل ذکر است با توجه به این که در طرح این مقاله چندین استاد راهنما مارایاری می کنند لذا به پیشنهاد آنان این مقاله به صورت یک فرضیه(در حال حاضر) به نام

TRS (Time Revolution and Spin )

نام گرفته است که برای رسیدن به نتیجه قطعی نیاز به مطالعات وتحقیقات بیشتری دارد.

نقطه آغاز

درتئوری نسبیت پارامتری که این تئوری را از دیگر مباحث در فیزیک متمایز می سازد زمان است.به این ترتیب که بررسی یک پدیده در چارچوب فضا- زمان مورد بررسی قرار می گیرد و زمان به عنوان بعد چهارم فضا تلقی میگردد.به طوریکه فاصله بین دو رویداد از رابطه ی زیر بدست می آید:

(1)                                                      

یعنی پارامتر زمان کمیتی است که درفاصله رخ دادن دو رویداد تاثیرمیگذارد.

در تئوری کوانتوم یک مفهوم مهم که در بسیاری از مسائل مورد بررسی قرار می گیرد، اسپین سیستم است.و می دانیم که مفهوم اسپین فقط در چارچوب کوانتوم تعریف دارد.

حال ما در اینجا یک کمیت که مشخصه تئوری نسبیت میباشد داریم وهمچنین یک کمیت از مشخصه تئوری کوانتوم .

اگر بتوان به نوعی بین این دو کمیت رابطه ای برقرار کرد پس می توان امیدوار بود که بین این دو تئوری بزرگ نیز یک رابطه برقرار شود.

الهام از طبیعت

همان طور که می دانیم یکی از پدیده هایی که بشربااستفاده ازآن به گذر زمان پی می برد پیدایش شب وروز است وپیدایش شب وروزحاصل از دوران زمین می باشد .به طوری که اگر این دوران متوقف شود گذر زمان احساس نخواهد شد.

با کمی توجه به یک ساعت مکانیکی قدیمی پی می بریم که این ساعت طوری طراحی می شود که با استفاده از دوران ناشی از چرخ دنده ها، گذرزمان نشان داده شود.

پس ما یک  رابطه بین دوران و تحول زمانی در نظر می گیریم.و هر دوران را مولد یک تحول زمانی توصیف می کنیم.

با توجه به گفته های بالا ما به دنبال رابطه ای بین اسپین وزمان هستیم ،چگونه می توان با استفاده از مفهوم دوران و تحول زمانی به رابطه اسپین وزمان پی برد؟

اسپین مولد دوران

در مکانیک کوانتومی هر دوران ناشی از تاثیر یک عملگر دوران به روی سیستم است که این عملگر دوران ناشی از اسپین سیستم است ، وعملگر دوران با رابطه ی زیر تعریف می شود:

(2)                                                                                       

که  همان عملگراسپین وترکیبی از اسپین ذاتی و تکانه زاویه ای است و  جهت دوران می باشد.

حال ما یک سیستم با اسپین ذاتی  را در نظر می گیریم که در جهت  دوران می کند به طوریکه عملگر دوران برای این سیستم به صورت زیر تعریف می شود :

                                                 (3)

تحول زمانی یک سیستم

در مکانیک کوانتومی برای بررسی تحول زمانی یک سیستم از عملگر تحول زمانی استفاده می شود .وقتی که هامیلتونی یک سیستم  معین باشد، عملگر تحول زمانی برای این سیستم به صورت زیر تعریف می شود:

(4)                                                        

به طوریکه اگر  ویژه حالت سیستم در لحظه  باشد برای ویژه حالت در لحظه   داریم :

(5)                                   

حال ما باید برای بررسی رابطه بین تحول زمانی یک سیستم و دوران آن سیستم، یک هامیلتونی بر اساس اسپین آن سیستم تعریف کنیم.

تحول زمانی یک سیستم اسپینی در میدان مغناطیسی

همان طور که می دانیم برای یک سیستم اسپینی با گشتاور مغناطیسی  (a مقداری ثابت ) که در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرد هامیلتونی به صورت زیر تعریف می شود:                                                

                                     (6)

که در اینجا بیشتر اسپین سیستم مورد بحث است و با ثابت a  کاری نداریم.

بنابراین با توجه به رابطه(4) برای عملگر تحول زمانی سیستم داریم :

                      (7)

حال ممکن است این سوال پیش آید که چرا ما به سراغ یک چنین هامیلتونی رفته ایم؟

علت این است که ما به دنبال رابطه تحول زمانی و اسپین (مولد دوران)هستیم برای به دست آوردن این رابطه ،چنین هامیلتونی تعریف می کنیم و در پایان، نتیجه این تعریف ذکر میشود.

حال اگر به رابطه (3) و (7) بنگریم ، می توانیم نتیجه بگیریم که  . یعنی هر دوران متناسب با یک گذر زمان است و می دانیم که دوران یک سیستم از اسپین آن سیستم ناشی می شود؛ پس دوران ناشی از اسپین سیستم ، مولد تحول زمانی است.

حال ممکن است این سوال پیش آید که پس برای یک سیستم با اسپین صفر تحول زمانی نداریم!

در پاسخ باید گفت که بررسی تحول زمانی در این عالم هستی صورت می گیرد و ما نیز تحول زمانی عالم هستی(رو به جلو)را مشاهده می کنیم، پس می توان برای عالم هستی یک اسپین در نظر گرفت که این اسپین در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار گرفته است و دوران ناشی از آن باعث تحول زمانی عالم هستی می شود و هر سیستم با اسپین صفر نیز که در این عالم قرار می گیرد تحت تاثیر این تحول زمانی است و اگر اسپین سیستم غیر صفر باشد علا وه بر تحول زمانی حاصل از اسپین عالم هستی یک تحول زمانی حاصل از دوران ناشی از اسپین خود سیستم نیز دارد.

پس ما در فرضیه TRS   برای عالم هستی یک اسپین درنظر می گیریم که در یک میدان مغناطیسی قرار گرفته و دوران ناشی از آن مولد تحول زمانی عالم هستی است ، که البته برای تکامل این فرضیه نیاز به مطالعات بیشتر می باشد که اسپین و میدان مغناطیسی برای عالم هستی چه معنایی دارد و آیا با تجربه می توان نشان داد که هر دوران یک تحول زمانی بوجود می آورد؟

البته  به کمک چند تن از اساتید داخل و خارج ازکشور هنوز روی این موضوع کار می کنیم و تلاش یر این است که بتوان این فرضیه را به تکامل رساند.

رابطه ی اتساع زمان در نسبیت 

وقتی که یک دستگاه با سرعت ثابت v نسبت به یک دستگاه ساکن حرکت می کند طبق رابطه اتساع زمان داریم:

                                        (8)

حال فرضیه ما باید بتواند این رابطه کاملا نسبیتی را با استفاده از مفاهیم کوانتومی توضیح دهد.

توصیف رابطه اتساع زمان از دیدگاه TRS

وقتی که یک دستگاه با سرعت ثابت v حرکت می کند با توجه به رابطه (7) می بینیم که گذر زمان در دستگاههای متحرک دیرتراست یعنی همان اتساع زمان.

وقتی که دستگاه با سرعت انتقالی v حرکت می کند این دستگاه از دوران عالم هستی که مولد تحول زمانی است کمتر تاثیر می گیرد، چرا که با داشتن حرکت انتقالی ازاثر دورانی کاسته می شود وتاثیرپذیری از دوران نیز کمتر می شود. طبق فرضیه ما دوران باعث تحول زمانی می شود  و با افزایش دوران یک سیستم تحول زمانی بیشتری داریم . حال وقتی که یک دستگاه با سرعت ثابت انتقالی v حرکت می کند چون دوران نداریم می توان گفت که به خاطر داشتن حرکت انتقالی از اثرات دورانی ناشی از عالم هستی برای دستگاه کاسته شده و دوران کمتر، گذر زمان دیرتر را نتیجه می دهد (گذر زمان طولانی می شود ) که این همان مفهوم اتساع زمان در نسبیت است  که در اینجا با یک مفهوم کوانتومی قابل توصیف است.

سیاهچاله ها وشتاب جهان  در TRS

همان طور که دیدیم در نظریه TRS اسپین وزمان رابطه ی مستقیمی دارند، با فرض اینکه CPH بنیادی ترین ذره است و همه چیزاز CPH ساخته شده است. تولید سایر ذرات نظیر پروتون و الکترون و ... با افزایش اسپین CPH ها امکان پذیر است. این فرایند را می توان در تولید و واپاشی زوج الکترون- پوزیترون به خوبی مشاهده و توجیه کرد. فوتونی با انرژی زیاد، تمامی انرژی خود را در برخورد با هسته از دست می دهد و یک زوج الکترون - پوزیترون می آفریند. پوزیترون ذره ای است که کلیه ی خواص آن با خواص الکترون یکسان است غیر از بار الکتریکی و علامت گشاور مغناطیسی آن، زیرا بار الکتریکی پوزیترون مثبت است.

تولید زوج الکترون - پوزیترون

در ارتباط با تولید زوج، فرایند معکوسی وجود دارد که نابودی زوج نامیده می شود. یک الکترون و یک پوزیترون مجاور یکدیگر، در هم ادغام می شوند و به جای آن انرژی تابشی به وجود می آید.

نابودی زوج

امروزه مشاهده ی تولید و واپاشی زوج الکترون - پوزیترون در آزمایشگاه یک پدیده ی عادی به شمار می رود. در سال 1955 برای نخستین بار زوجهای پروتون- پاد پروتون و نوترون -  پاد نوترون در آزمایشگاه آفریده شدند.

با توجه به پدیده های فوق به سادگی مشاهده می شود که هنگام تولید زوج، سرعت خطی CPH های موجود در ساختمان فوتون به اسپین تبدیل می شود و هنگام واپاشی زوج، اسپین به سرعت خطی تبدیل می شود. حال با توجه به رابطه  اتساع زمان

 (8)                                         

که نسبیت بر آن تاکید دارد به خوبی می توان اتساع زمان نسبیتی را به دست آورد. زیرا همان طورکه می دانیم با افزایش سرعت جسم، طبق رابطه ی بالا، آهنگ زمان کند می شود. این امر دلالت بر آن دارد که رابطه ی مستقیمی بین اسپین و زمان قابل اثبات و پذیرفتنی است.

لذا می توان نتیجه گرفت که در عالم هستی،جهان هایی با زمانهای مختلف( به خاطر داشتن اسپین های مختلف ) وجود دارند. حال انتقال از یک جهان به جهان دیگر را تصور کنید که دارای زمان های (اسپین های) مختلفی هستند. این دو جهان را با الف و ب نشان می دهیم.

 حالت اول :  زمان در ب تندتر از الف است

چون زمان در ب تندتر از الف است، لذا اسپین در ب بیشتر از الف است. هنگام ورود از جهان الف به جهان ب اسپین CPH ها افزایش یافته و انرژی انتقالی آنها به انرژی دورانی تبدیل می شود. بنابراین در مرز دو جهان چگالی CPH ها بالا می رود ( چون انتقال کمتری داریم ) و در صورتی که چگالی به اندازه ی کافی باشد، بتدریج سیاهچاله به وجود می آید. در این صورت از دید ناظر بیرونی که به سیاهچاله می نگرد، گذشت زمان درون سیاه چاله قابل مشاهده نیست. چرا که سیاهچاله روی مرز دو عالم با زمانهای مختلف قرار گرفته است.

حالت دوم : زمان در ب کندتر از الف است

چون آهنگ زمان در ب کندتر از الف است، لذا اسپین در ب کمتر از الف است. بنابراین ، حرکت CPH ها از حالت  اسپینی به انتقالی تغییر می کند. با افزایش حرکت انتقالی CPH ها، تکانه ی خطی آنها موجب افزایش تکانه جهان شده و افزایش انرژی انتقالی (انرژی دورانی CPH ها به انرژی انتقالی تغییر می کند) به جهان ب موجب شتاب آن خواهد شد. به برداشت ما این همان راز نهفته ی علت شتاب جهان و منبع تامین نیرو و انرژی لازم برای این شتاب است!

انبساط یا انقباض؟

کل عالم هستی ما از مجموعه جهان ها تشکیل شده که به مانند قضیه ریاضی این مجموعه ها هیچ افرازی(اشتراک) روی هم ندارند و نمی توانند روی هم تاثیری داشته باشند( کنشی داشته باشند ).

هنگامی که انتقال CPH از جهانی با زمان تندتر به جهان دیگری با زمان کندترصورت می گیرد ، CPH سرعت انتقالی پیدا می کند به گونه ای که دنیای جدید که ورود CPH به آن صورت می گیرد دچار انبساط می شود چرا که باورود CPH های جدید  افزایش CPH ، در دنیایی که CPH ها به آن وارد شده اند، رخ می دهد که این افزایش CPH همراه با سرعت انتقالی است که موجبات گسترش و منبسط شدن را فراهم می کند.چراکه منبسط شدن تنها به خاطر گسترش لایه بیرونی نسبت به درونی نیست ، اگر از درون هم گسترشی وجود داشته باشد باز هم انبساط داریم. نکته دیگر این است که بر سر دنیایی که CPH از آن خارج می شود چه می آید؟