Rez@ee
26th March 2011, 08:35 AM
مقدمه:
گوردن كانه Gordon Kane نظریه پرداز فیزیك ذرات و استاد فیزیك در دانشگاه میشیگان كه كارهاى او روى آزمایش و گسترش مدل استاندارد فیزیك ذرات متمركز است، ده سئوال بی جواب فیزیك را در www.sciam.com منتشر كرده است. برای مطالعه متن كامل سئوالات گوردن كانه به فصل 72: آن سوى مدل استاندارد (http://cph-theory.persiangig.com/ph72-ansuyestandard.htm) مراجعه فرمایید. در این فصل سئوالات یاد شده از دیدگاه نظریه سی. پی. اچ. بررسی می شود. اما قبل از آن انرژی و انرژی گرمایی با استفاده از نظریه سی. پی. اچ. توضیح داده می شود.
فضا-زمان چگونه انرژی تولید می كند؟
Zero point energy (ZPE)
یك كوانتوم انرژی از تعداد زیادی سی. پی. اچ. تشكیل می شود. سی. پی. اچ. ها روی یكدیگر كار انجام می دهند و انرژی تولید می كنند. البته این رویداد هنگامی رخ می دهد كه چگالی گرانش بالا است. شكل زیر
با توجه به اندازه ی فوتون گاما می توان چگالی سی. پی. اچ. را در ساختمان فوتون به دست آورد. قطر یك الكترون تقریباً بربر 18- 10 متر است. یك فوتون گاما در تولید زوج، یك الكترون و یك پوزیترون تولید می كند. فرض كنیم حجم یك فوتون گاما تقریباً دو برابر حجم الكترون باشد.
http://cph-theory.persiangig.com/h11.JPG
كوانتومهای انرژی از تعدادی سی. پی. اچ. تشكیل می شوند
هرچه تعداد سی. پی. اچ. در ساختمان فوتون بیشتر باشد، انرژی فوتون نیز بیشتر است.
فرض كنیم چگالی سی. پی. اچ. در ساختمان فوتون به صورت زیر باشد.
De(cph)=n per m3
فضا از گراویتون انباشته است. گراویتون ها روی یكدیگر كنش دارند و خواص بار -رنگی آنها باعث انباشته شدن سی. پی. اچ. ها می شود و امواج الكترومغناطیسی تولید می كنند. هنگامی گراویتون ها به انرژی تبدیل می شوند كه چگالی آنها به مقدار زیر برسد:
De(cph)=n per m3
بنابراین انتگرال روی فضا از چگالی صفر تا چگالی فوتون، پروژه تولید انرژی الكترومغناطیسی توسط گرانش یا انرژی نقطه صفر است.
http://cph-theory.persiangig.com/h12.JPG
انتگرال فضا نسبت به چگالی سی. پی. اچ. انرژی نقطه صفر یا ZPE انرژی است.
باید توجه داشت كه فرایند تولید انرژی در فضا مستقل از وجود گرانش یا سی. پی. اچ. نیست. بالا رفتن شدت گرانش بمعنی افزایش چگالی سی. پی. اچ. و تسریع روند تولید انرژی است. اما در فضای بین ستارگان كه چگالی سی. پی. اچ. پائین است، روند تولید انرژی، اما با سرعت كمتری وجود دارد.
انرژی گرمایی از دیدگاه نظریه سی. پی. اچ.
در نظریه سی. پی. اچ.، انرژی همان ماده است و تنها تفاوت آنها در اختلاف سرعت انتقالی آنها است. به توجه به خواص سی. پی. و هامیلتونی سی. پی. اچ. ECPH=T+S درجه حرارت یك سیستم تابع T یعنی انرژی انتقالی سی. پی. اچ. های تشكیل دهنده آن است.
http://cph-theory.persiangig.com/ph88-1.JPG
تبدیل انرژی اسپینی به انرژی انتقالی سی. پی. اچ. های یك سیستم گرما زا است.
اگر شعله های یك گاز در حال اشتعال را در نظر بگیریم، بسادگی می تواند فرایند گرما زایی تبدیل انرژی اسپینی به انرژی انتقالی سی. پی. اچ. ها را توجیه كند. در شكل زیر گاز مشتعل انواع طول موجهای انرژی الكترومغناطیسی را تولید می كند.
http://cph-theory.persiangig.com/ph88-2.jpg
گاز مشتعل: در سمت راست كوانتومهای تولید شده حاصل از اشتعال گاز
نسبت به سمت چپ تعداد بیشتری سی. پی. اچ. دارند.
از دیدگاه نظریه سی. پی. اچ. كمیتی را كه ما بعنوان انرژی معرفی می كنیم، همان ماده است كه با سرعت انتقالی حد c در دستگاه لخت حركت می كند. و ماده چیزی جز انرژی نیست كه با سرعت v<c منتقل می شود. نسبت به یك دستگاه لخت مقدار v بین صفر و c یعنی http://cph-theory.persiangig.com/ph88-3.JPG قابل تغییر است. هرگاه v=c گردد، ماده به انرژی تبدیل شده است.
فرایند گرماگیر
سیستمی را در نظر بگیرید كه شامل دو اتم A و B است. اگر به این سیستم مقدار q كالری انرژی داده شود، اتمها با هم تركیب شده و به مولكول C تبدیل می شوند. فرض كنیم اتم A و B بترتیب شامل n1 و n2 سی. پی. اچ. هستند. در این سیستم (نسبت به یك دستگاه لخت) اتمهای A و B بترتیب با سرعتهای v1 و v2 حركت می كنند. بنابراین داریم:
http://cph-theory.persiangig.com/ph88-4.JPG
سرعتها بصورت برداری منظور شده اند.
فرض كنیم مقدار q كالری انرژی از تعداد k سی. پی. اچ. تشكیل شده باشد. این مقدار انرژی حرارتی با سرعت c وارد سیستم می شود و خواهیم داشت:
http://cph-theory.persiangig.com/ph88-5.JPG
سی. پی. اچ. های موجود در انرژی حرارتی با سرعت انتقالی c حركت می كنند.
كه در آن P(s)s تغییرات اندازه حركت سیستم ناشی از فرایند تركیب است. حال اگر تعداد بیشتری سی. پی. اچ. (انرژی بیشتری) به سیستم داده شود، در اینصورت مابقی انرژی موجب افزایش سرعت مولكول تولید شده می شود. در فرایندهای گرماده، تعدادی سی. پی. اچ. آزاد می شود كه با سرعت نور حركت می كنند.
اگر فرایند بالا را برای یك ظرف محتوی گاز در نظر بگیریم كه در آن تركیب یا تجزیه ای انجام نشود، در اینصورت اندازه حركت سی. پی. اچ. های موجود در انرژی حرارتی موجب می شود مولكولهای گاز با سرعت بیشتری حركت كنند. احساس ما از گرما ناشی از سرعت انتقالی گاز است. در واقع اصطلاح داغی یا سردی نامی است كه ما برای سرعتهای انتقالای بیشتر و كمتر بكار می بریم.
بعنوان مثال یك كپسول محتوی گاز مایع را در نظر بگیرید كه در آن n تا سی. پی. اچ. موجود است. هنگام اشتعال گاز تعدادی از سی. پی. اچ. ها با سرعت c آزاد می شوند و بصورت انرژی حرارتی ظاهر می شوند. فرض كنیم این تعداد مولكول موجود در گاز (n) با سرعت متوسط v حركت می كنند. بر اثر حرارت تعداد k' k سی. پی. اچ. وارد محفظه محتوی گاز شود، با فرض اینكه تغییر اسپینی نداشته باشیم، در اینصورت خواهیم داشت:
http://cph-theory.persiangig.com/ph88-6.JPG
واضح است كه سرعت نهایی از سرعت اولیه بیشتر است و هرچه تعداد بیشتری سی. پی. اچ. به سیستم وارد شود، سرعت نهایی نیز بیشتر خواهد شد. یعنی اندازه حركت خطی سیستم بیشتر می شود و نیروی وارد بر جدار ظرف افزایش می یابد.
حال با استفاده از بحث بالا در مورد انرژی حرارتی، می توان نارسایی فیزیك نظری را دیدگاه نظریه سی. پی. اچ. بررسی كرد. اینكه دیدگاه نظریه سی. پی. اچ. تا چه اندازه توان بر طرف كردن مشكلات فیزیك نظری را دارد، چیزی است كه بایستی صاحبنظران قضاوت كنند و روند تكامل این نظریه و گذشت زمان مشخص خواهد كرد. بنابراین در اینجا پس از بیان مشكل، دیدگاه نظریه سی. پی. اچ. در مورد مشكل ذكر شده بیان می شود.
ده معمای گوردن كانه و دیدگاه نظریه سی. پی. اچ.
یك - همه نظریه هاى امروزى به طور ضمنى بیان مى كنند كه جهان باید حتى در خالى ترین مناطق آن شامل تراكم شدید انرژى باشد. اثرات گرانشى این پدیده كه آن را انرژى خلأ مى نامند، یا مى بایست جهان را مدت ها پیش درهم تنیده باشد یا باعث گسترش آن به مقدارى بسیار بیش از اندازه كنونى شده باشد. مدل استاندارد نمى تواند براى فهمیدن این نكته كه مسئله ثابت كیهان شناسى نامیده مى شود، كمكى كند.
دیدگاه سی. پی. اچ.
نحوه ی تولید انرژی در فضا در آغاز این نوشته بیان شد. آنچنان كه در بالا اشاره شد و نظریه سی. پی. اچ. تصریح می كند، گراویتونها دارای جرم هستند و اندازه حركت خاص خود را حمل می كنند. برای تعیین مقدار ثابت كیهان شناسی لازم است كه دیدگاه خود را در مورد نیرو و انرژی تغییر دهیم. بدون پذیرش هم ارزی نیرو و انرژی هیچ یك از مشكلات كیهان شناختی قابل حل نمی باشد. از دیدگاه سی. پی. اچ.، هرچند كه خلاء انرژی تولید می كند، اما این تولید نوعی تبدیل است نه آفرینش. انرژی گرانشی به انرژی الكترومغناطیسی تبدیل می شود و در كل انرژی موجود در جهان اثری ندارد. لذا ثابت كیهان شناسی باید مورد بررسی مجدد قرار گیرد.
دیدگاه سی. پی. اچ.
همه ی اطلاعات ما در مورد كیهان از طریق امواج الكترومغناطیسی (فوتونها) بما می رسد. در واقع تنها منبع خبری ما فوتونها هستند. زمانی می توانیم به دانش خود در مورد كیهان اطمینان كنیم كه اطلاعات كاملی در مورد فوتون و ساختمان آن داشته باشیم. انبساط و شتاب جهان را بایستی با در نظر گرفتن اینكه «آیا در یك سفر میلیادرها سالی از كهشانی دور دست تا زمین، فوتون تحت تاثیر عوامل درونی (برخورد اسینی سی. پی. اچ. ها) هیچگونه تغییری نمی كند؟ »
علاوه بر آن با در نظر گرفتن اینكه همه ی اجسام از سی. پی. اچ. تشكیل شده اند و انرژی سی. پی. اچ. ها ثابت است و تنها انرژی انتقالی آنها به انرژی اسپینی (و بالعكس) تبدیل می شود، یعنی:
http://cph-theory.persiangig.com/ph88-7.JPG
باید اثر انفجارات ستاره ای را كه طی آن مقادیر متنابهی انرژی اسپینی به انرژی انتقالی تبدیل می شود نیز در نظر گرفت. باید دید فشار ناشی از این تغییرات بر سیستم (جهان قابل رویت) چقدر است؟
دو - مدت هاى دراز بر این گمان بوده اند كه انبساط عالم بسیار آهسته است، چون مواد تشكیل دهنده جهان تحت جاذبه گرانشى یكدیگر هستند. در حال حاضر ما مى دانیم كه گسترش جهان شتاب دار است و آنچه كه باعث این شتاب است (و انرژى تاریك نام دارد) در فیزیك مدل استاندارد جایى ندارد.
سه - دلایل بسیار خوبى وجود دارد كه در اولین كسرهاى ثانیه از انفجار بزرگ، جهان در مرحله انبساط بسیار سریعى به نام مرحله تورم قرار داشته است. میدان هایى كه مى توانسته اند تورم را ایجاد كنند در محدوده مدل استاندارد قرار نمى گیرند.
دیدگاه سی. پی. اچ.
با توجه به تعریف سی. پی. اچ. و در نظر گرفتن اینكه VCPH>c در آغاز بیگ بنگ سرعت حد c نبوده است.
چهار - اگر جهان با انفجار بزرگ یعنى انفجار مقدار عظیمى انرژى آغاز شده باشد، باید سهم ماده و پادماده در آن مساوى مى بود. اما ستاره ها و سحابى ها از پروتون ها، نوترون ها و الكترون ها تشكیل شده اند و نه پادذرات آنها. این ناتقارنى در ماده با مدل استاندارد قابل توجیه نیست.
دیدگاه سی. پی. اچ.
در نظریه بیگ بنگ دو مسئله باید در نظر گرفته شود، یكی اینكه انرژی نیز دارای حجم است (فصل 82: تابع زمان و قضیه كار انرژی (http://cph-theory.persiangig.com/ph82-timefunction.htm) ) و دلیل بیگ بنگ چه بوده است؟ دوم اینكه در فرایند تبدیل انرژی به ماده تساوی تعداد بار-رنگ (http://cph-theory.persiangig.com/1704-Csoalojavabcph.htm)های مثبت و منفی (http://cph-theory.persiangig.com/1704-Csoalojavabcph.htm) مهم است، نه جرم ذرات تولید شده كه تابع مكانیزم میدان هیگز (http://cph-theory.persiangig.com/C1553-mechanismhiggs.htm)است.
پنج - حدود سه چهارم جهان ماده تاریك سرد و غیرقابل مشاهده است كه خارج از قلمرو ذرات مدل استاندارد قرار دارد.
دیدگاه سی. پی. اچ.
در اینكه مدل استاندارد نیاز به بررسی مجدد دارد، شكی نیست. اما دلیل ما در مورد وجود ماده تاریك و مقدار آن جهان ناشی از نظریه های قدیمی در مورد گرانش (قانون جهانی گرانش نیوتن و نسبیت عام انیشتین) است. بدون تركیب مكانیك كوانتوم و نسبیت عام ما نمی توانیم در مورد جهان نظر قطعی بدهیم.
اما تركیب نسبیت عام و مكانیك كوانتوم هم زمانی امكان پذیر است كه هم ارزی نیرو و انرژی را بپذیریم و سپس هر چهار نظریه مكانیك كلاسیك، مكانیك كوانتوم، نسبیت و نظریه هیگز را همزمان مورد بررسی قرار دهیم و این چهار نظریه را با هم تركیب كنیم. منظور از همزمانی در اینجا این است كه هنگام بررسی یك پدیده اگر با شتاب سرو كار داریم از قاونون دوم نیوتن استفاده كنیم، و چنانچه این شتاب موجب تغییر سرعت می شود بایستی تغییرات جرم را كه نسبیت تصریح می كند نیز منظور كنیم. چون كسب جرم توسط ذرات به نظریه هیگز مربوط می شود، باید مكانیزم تغییر جرم را با در نظر گرفتن نظریه هیگز بررسی كنیم. و در نهایت در این تغییرات با كوانتومها رو به رو هستیم. بنابراین توجه به دو مورد حائز اهمیت است، یكی هم ارزی نیرو و انرژی و دیگری بررسی همزمان چهار نظریه فیزیك نظری.
شش - در مدل استاندارد برهم كنش با میدان هیگز (كه به بوزون هیگز مربوط مى شود) باعث جرم دار شدن ذرات مى شود. مدل استاندارد نمى تواند ساختار بسیار خاص برهم كنش هیگز را توضیح دهد.
دیدگاه سی. پی. اچ.
پاسخ این مورد را می توان در مكانیزم میدان هیگز (http://cph-theory.persiangig.com/C1553-mechanismhiggs.htm) مشاهده كرد.
هفت - تصحیحات كوانتومى به وضوح براى بوزون هیگز جرم بزرگى را محاسبه مى كنند كه نتیجه آن جرم بسیار زیاد براى همه ذرات است. مدل استاندارد نمى تواند از چنین مشكلى اجتناب كند و در نتیجه مشكلات مفهومى مهمى را به وجود مى آورد.
دیدگاه سی. پی. اچ.
مكانیزم هیگز باید بر مبنای كوچكرین مقدار ممكن انرژی بنا كرد.
http://cph-theory.persiangig.com/ph78-20.JPG
چیزی كه در مكانیك كوانتوم برای جرم بوزون هیگز محاسبه می كنند، در واقع بوزون هیگز واقعی نیست، بلكه تركیبی از سه بار- رنگ منفی، بار- رنگ مثبت و مغناطیس رنگ است. بوزون هیگز كمترین جرم ممكن در طبیعت را دارد.
هشت - مدل استاندارد نمى تواند گرانش را دربر گیرد، زیرا ساخت این نیرو با سه نیروى دیگر یكسان نیست.
دیدگاه سی. پی. اچ.
گرانش خواص الكتریكی و مغناطیسی نشان می دهد. بنابراین بایستی قبل از توضیح گرانش كوانتومی الكترومغناطیس و گرانش را با هم تركیب كرد. فصل 83: معادلات الكترومغناطیس و میدان گرانشی (http://cph-theory.persiangig.com/ph83-cphmaxwell.htm)
نه - مقدار جرم كوارك ها و لپتون ها (مثل الكترون نوترینوها) را نمى توان به وسیله مدل استاندارد توجیه كرد.
دیدگاه سی. پی. اچ.
بایستی با در نظر گرفتن هم ارزی نیرو و انرژی مدل جدیدی جایگزین مدل استاندارد كرد.
ده - مدل استاندارد داراى سه فرآیند تولید ذرات است. جهان پیرامون ما فقط از ذرات فرآیند اول پر شده و این فرآیند خودش به تنهایى یك نظریه سازگار ایجاد مى كند. مدل استاندارد هر سه فرآیند را توصیف مى كند، اما نمى تواند توضیح دهد چرا بیشتر از یك فرآیند وجود دارد.
دیدگاه سی. پی. اچ.
پاسخ را تنها می توان در هم ارزی نیرو و انرژی جستجو كرد. این دیدگاه می تواند ما را به وحدت نیروها رهنمون شود. علاوه بر آن هم ارزی نیرو و انرژی بما نشان خواهد داد كه چگونه فرمیونها تولید كننده ی بوزون هستند و بوزونها به نوبه خود فرمیونها را تولید می كنند.
توضیح گوردن كانه: در توضیح این مسائل لازم به ذكر است، وقتى كه مى گویم مدل استاندارد نمى تواند پدیده اى را توجیه كند، منظورم این نیست كه نظریه تاكنون نتوانسته است آن را توجیه كند، ولى روزى خواهد توانست. بلكه مدل استاندارد بسیار مقید است و هرگز نخواهد توانست پدیده هاى فهرست شده بالا را توضیح دهد. تفسیرهاى محتملى وجود دارد. یكى از دلایلى كه توسعه به نظریه ابرتقارن را براى بسیارى از فیزیكدان ها جذاب مى كند، این است كه این نظریه مى تواند توضیحى را براى موارد بالا، غیر از مورد دوم و سه تاى آخر ارائه دهد. نظریه ریسمان (كه در آن ذرات به جاى موجودات نقطه اى، موجودات یك بعدى بسیار كوچك هستند) سه تاى آخر را توضیح مى دهد. نگاه كنید به پدیده هایى كه مدل استاندارد قادر به توضیح آنها نیست، راهنماهایى براى چگونگى توسعه این مدل هستند. اینكه مدل استاندارد نمى تواند به سئوالاتى جواب بدهد، چندان عجیب نیست. هر نظریه موفقى در علم تعداد پاسخ به پرسش ها را افزایش مى دهد ولى هنوز سئوالات بدون پاسخى هم وجود دارند. گذشته از این، بالا رفتن آگاهى سئوالات جدیدى پدید مى آورد كه قبلاً قابل بیان نبودند، اما تعداد پرسش هاى بنیادى پاسخ داده نشده كاهش مى یابد.
توضیح سی. پی. اچ. : مدل استاندارد و تئوری بیگ بنگ از نظریه های بسیار خوب و موفق هستند. این نظریه ها نیز مانند همه ی نظریه های علمی در روند تاریخ علم نارسایی و مشكلات خود را بروز دادند. لذا نیاز به جایگزین نظریه ی كامل تری دارند. نظریه سی. پی. اچ. بسیار ساده و شهودی است. علاوه بر آن با هم ارز سازی نیرو و انرژی می تواند مرزهای ناشناخته به روی ما بگشاید و مفاهیم جدیدی در مورد فضا - زمان و بطوركلی از جهان ارائه می دهد. نظریه سی. پی. اچ. در توجیه طبیعت فیزیكی اجسام، ابزار بسیار قدرتمندی است كه می تواند كل دیدگاه های فلسفی و علمی بشریت را دگرگون كند. نظریه سی. پی. نیز مانند همه ی نظریه ها دارای اشكالات و ابهامات خاص خود است كه زمینه ی پژوهشهای آتی را فراهم می كند.
شاد و پیروز باشید
حسین جوادی
گوردن كانه Gordon Kane نظریه پرداز فیزیك ذرات و استاد فیزیك در دانشگاه میشیگان كه كارهاى او روى آزمایش و گسترش مدل استاندارد فیزیك ذرات متمركز است، ده سئوال بی جواب فیزیك را در www.sciam.com منتشر كرده است. برای مطالعه متن كامل سئوالات گوردن كانه به فصل 72: آن سوى مدل استاندارد (http://cph-theory.persiangig.com/ph72-ansuyestandard.htm) مراجعه فرمایید. در این فصل سئوالات یاد شده از دیدگاه نظریه سی. پی. اچ. بررسی می شود. اما قبل از آن انرژی و انرژی گرمایی با استفاده از نظریه سی. پی. اچ. توضیح داده می شود.
فضا-زمان چگونه انرژی تولید می كند؟
Zero point energy (ZPE)
یك كوانتوم انرژی از تعداد زیادی سی. پی. اچ. تشكیل می شود. سی. پی. اچ. ها روی یكدیگر كار انجام می دهند و انرژی تولید می كنند. البته این رویداد هنگامی رخ می دهد كه چگالی گرانش بالا است. شكل زیر
با توجه به اندازه ی فوتون گاما می توان چگالی سی. پی. اچ. را در ساختمان فوتون به دست آورد. قطر یك الكترون تقریباً بربر 18- 10 متر است. یك فوتون گاما در تولید زوج، یك الكترون و یك پوزیترون تولید می كند. فرض كنیم حجم یك فوتون گاما تقریباً دو برابر حجم الكترون باشد.
http://cph-theory.persiangig.com/h11.JPG
كوانتومهای انرژی از تعدادی سی. پی. اچ. تشكیل می شوند
هرچه تعداد سی. پی. اچ. در ساختمان فوتون بیشتر باشد، انرژی فوتون نیز بیشتر است.
فرض كنیم چگالی سی. پی. اچ. در ساختمان فوتون به صورت زیر باشد.
De(cph)=n per m3
فضا از گراویتون انباشته است. گراویتون ها روی یكدیگر كنش دارند و خواص بار -رنگی آنها باعث انباشته شدن سی. پی. اچ. ها می شود و امواج الكترومغناطیسی تولید می كنند. هنگامی گراویتون ها به انرژی تبدیل می شوند كه چگالی آنها به مقدار زیر برسد:
De(cph)=n per m3
بنابراین انتگرال روی فضا از چگالی صفر تا چگالی فوتون، پروژه تولید انرژی الكترومغناطیسی توسط گرانش یا انرژی نقطه صفر است.
http://cph-theory.persiangig.com/h12.JPG
انتگرال فضا نسبت به چگالی سی. پی. اچ. انرژی نقطه صفر یا ZPE انرژی است.
باید توجه داشت كه فرایند تولید انرژی در فضا مستقل از وجود گرانش یا سی. پی. اچ. نیست. بالا رفتن شدت گرانش بمعنی افزایش چگالی سی. پی. اچ. و تسریع روند تولید انرژی است. اما در فضای بین ستارگان كه چگالی سی. پی. اچ. پائین است، روند تولید انرژی، اما با سرعت كمتری وجود دارد.
انرژی گرمایی از دیدگاه نظریه سی. پی. اچ.
در نظریه سی. پی. اچ.، انرژی همان ماده است و تنها تفاوت آنها در اختلاف سرعت انتقالی آنها است. به توجه به خواص سی. پی. و هامیلتونی سی. پی. اچ. ECPH=T+S درجه حرارت یك سیستم تابع T یعنی انرژی انتقالی سی. پی. اچ. های تشكیل دهنده آن است.
http://cph-theory.persiangig.com/ph88-1.JPG
تبدیل انرژی اسپینی به انرژی انتقالی سی. پی. اچ. های یك سیستم گرما زا است.
اگر شعله های یك گاز در حال اشتعال را در نظر بگیریم، بسادگی می تواند فرایند گرما زایی تبدیل انرژی اسپینی به انرژی انتقالی سی. پی. اچ. ها را توجیه كند. در شكل زیر گاز مشتعل انواع طول موجهای انرژی الكترومغناطیسی را تولید می كند.
http://cph-theory.persiangig.com/ph88-2.jpg
گاز مشتعل: در سمت راست كوانتومهای تولید شده حاصل از اشتعال گاز
نسبت به سمت چپ تعداد بیشتری سی. پی. اچ. دارند.
از دیدگاه نظریه سی. پی. اچ. كمیتی را كه ما بعنوان انرژی معرفی می كنیم، همان ماده است كه با سرعت انتقالی حد c در دستگاه لخت حركت می كند. و ماده چیزی جز انرژی نیست كه با سرعت v<c منتقل می شود. نسبت به یك دستگاه لخت مقدار v بین صفر و c یعنی http://cph-theory.persiangig.com/ph88-3.JPG قابل تغییر است. هرگاه v=c گردد، ماده به انرژی تبدیل شده است.
فرایند گرماگیر
سیستمی را در نظر بگیرید كه شامل دو اتم A و B است. اگر به این سیستم مقدار q كالری انرژی داده شود، اتمها با هم تركیب شده و به مولكول C تبدیل می شوند. فرض كنیم اتم A و B بترتیب شامل n1 و n2 سی. پی. اچ. هستند. در این سیستم (نسبت به یك دستگاه لخت) اتمهای A و B بترتیب با سرعتهای v1 و v2 حركت می كنند. بنابراین داریم:
http://cph-theory.persiangig.com/ph88-4.JPG
سرعتها بصورت برداری منظور شده اند.
فرض كنیم مقدار q كالری انرژی از تعداد k سی. پی. اچ. تشكیل شده باشد. این مقدار انرژی حرارتی با سرعت c وارد سیستم می شود و خواهیم داشت:
http://cph-theory.persiangig.com/ph88-5.JPG
سی. پی. اچ. های موجود در انرژی حرارتی با سرعت انتقالی c حركت می كنند.
كه در آن P(s)s تغییرات اندازه حركت سیستم ناشی از فرایند تركیب است. حال اگر تعداد بیشتری سی. پی. اچ. (انرژی بیشتری) به سیستم داده شود، در اینصورت مابقی انرژی موجب افزایش سرعت مولكول تولید شده می شود. در فرایندهای گرماده، تعدادی سی. پی. اچ. آزاد می شود كه با سرعت نور حركت می كنند.
اگر فرایند بالا را برای یك ظرف محتوی گاز در نظر بگیریم كه در آن تركیب یا تجزیه ای انجام نشود، در اینصورت اندازه حركت سی. پی. اچ. های موجود در انرژی حرارتی موجب می شود مولكولهای گاز با سرعت بیشتری حركت كنند. احساس ما از گرما ناشی از سرعت انتقالی گاز است. در واقع اصطلاح داغی یا سردی نامی است كه ما برای سرعتهای انتقالای بیشتر و كمتر بكار می بریم.
بعنوان مثال یك كپسول محتوی گاز مایع را در نظر بگیرید كه در آن n تا سی. پی. اچ. موجود است. هنگام اشتعال گاز تعدادی از سی. پی. اچ. ها با سرعت c آزاد می شوند و بصورت انرژی حرارتی ظاهر می شوند. فرض كنیم این تعداد مولكول موجود در گاز (n) با سرعت متوسط v حركت می كنند. بر اثر حرارت تعداد k' k سی. پی. اچ. وارد محفظه محتوی گاز شود، با فرض اینكه تغییر اسپینی نداشته باشیم، در اینصورت خواهیم داشت:
http://cph-theory.persiangig.com/ph88-6.JPG
واضح است كه سرعت نهایی از سرعت اولیه بیشتر است و هرچه تعداد بیشتری سی. پی. اچ. به سیستم وارد شود، سرعت نهایی نیز بیشتر خواهد شد. یعنی اندازه حركت خطی سیستم بیشتر می شود و نیروی وارد بر جدار ظرف افزایش می یابد.
حال با استفاده از بحث بالا در مورد انرژی حرارتی، می توان نارسایی فیزیك نظری را دیدگاه نظریه سی. پی. اچ. بررسی كرد. اینكه دیدگاه نظریه سی. پی. اچ. تا چه اندازه توان بر طرف كردن مشكلات فیزیك نظری را دارد، چیزی است كه بایستی صاحبنظران قضاوت كنند و روند تكامل این نظریه و گذشت زمان مشخص خواهد كرد. بنابراین در اینجا پس از بیان مشكل، دیدگاه نظریه سی. پی. اچ. در مورد مشكل ذكر شده بیان می شود.
ده معمای گوردن كانه و دیدگاه نظریه سی. پی. اچ.
یك - همه نظریه هاى امروزى به طور ضمنى بیان مى كنند كه جهان باید حتى در خالى ترین مناطق آن شامل تراكم شدید انرژى باشد. اثرات گرانشى این پدیده كه آن را انرژى خلأ مى نامند، یا مى بایست جهان را مدت ها پیش درهم تنیده باشد یا باعث گسترش آن به مقدارى بسیار بیش از اندازه كنونى شده باشد. مدل استاندارد نمى تواند براى فهمیدن این نكته كه مسئله ثابت كیهان شناسى نامیده مى شود، كمكى كند.
دیدگاه سی. پی. اچ.
نحوه ی تولید انرژی در فضا در آغاز این نوشته بیان شد. آنچنان كه در بالا اشاره شد و نظریه سی. پی. اچ. تصریح می كند، گراویتونها دارای جرم هستند و اندازه حركت خاص خود را حمل می كنند. برای تعیین مقدار ثابت كیهان شناسی لازم است كه دیدگاه خود را در مورد نیرو و انرژی تغییر دهیم. بدون پذیرش هم ارزی نیرو و انرژی هیچ یك از مشكلات كیهان شناختی قابل حل نمی باشد. از دیدگاه سی. پی. اچ.، هرچند كه خلاء انرژی تولید می كند، اما این تولید نوعی تبدیل است نه آفرینش. انرژی گرانشی به انرژی الكترومغناطیسی تبدیل می شود و در كل انرژی موجود در جهان اثری ندارد. لذا ثابت كیهان شناسی باید مورد بررسی مجدد قرار گیرد.
دیدگاه سی. پی. اچ.
همه ی اطلاعات ما در مورد كیهان از طریق امواج الكترومغناطیسی (فوتونها) بما می رسد. در واقع تنها منبع خبری ما فوتونها هستند. زمانی می توانیم به دانش خود در مورد كیهان اطمینان كنیم كه اطلاعات كاملی در مورد فوتون و ساختمان آن داشته باشیم. انبساط و شتاب جهان را بایستی با در نظر گرفتن اینكه «آیا در یك سفر میلیادرها سالی از كهشانی دور دست تا زمین، فوتون تحت تاثیر عوامل درونی (برخورد اسینی سی. پی. اچ. ها) هیچگونه تغییری نمی كند؟ »
علاوه بر آن با در نظر گرفتن اینكه همه ی اجسام از سی. پی. اچ. تشكیل شده اند و انرژی سی. پی. اچ. ها ثابت است و تنها انرژی انتقالی آنها به انرژی اسپینی (و بالعكس) تبدیل می شود، یعنی:
http://cph-theory.persiangig.com/ph88-7.JPG
باید اثر انفجارات ستاره ای را كه طی آن مقادیر متنابهی انرژی اسپینی به انرژی انتقالی تبدیل می شود نیز در نظر گرفت. باید دید فشار ناشی از این تغییرات بر سیستم (جهان قابل رویت) چقدر است؟
دو - مدت هاى دراز بر این گمان بوده اند كه انبساط عالم بسیار آهسته است، چون مواد تشكیل دهنده جهان تحت جاذبه گرانشى یكدیگر هستند. در حال حاضر ما مى دانیم كه گسترش جهان شتاب دار است و آنچه كه باعث این شتاب است (و انرژى تاریك نام دارد) در فیزیك مدل استاندارد جایى ندارد.
سه - دلایل بسیار خوبى وجود دارد كه در اولین كسرهاى ثانیه از انفجار بزرگ، جهان در مرحله انبساط بسیار سریعى به نام مرحله تورم قرار داشته است. میدان هایى كه مى توانسته اند تورم را ایجاد كنند در محدوده مدل استاندارد قرار نمى گیرند.
دیدگاه سی. پی. اچ.
با توجه به تعریف سی. پی. اچ. و در نظر گرفتن اینكه VCPH>c در آغاز بیگ بنگ سرعت حد c نبوده است.
چهار - اگر جهان با انفجار بزرگ یعنى انفجار مقدار عظیمى انرژى آغاز شده باشد، باید سهم ماده و پادماده در آن مساوى مى بود. اما ستاره ها و سحابى ها از پروتون ها، نوترون ها و الكترون ها تشكیل شده اند و نه پادذرات آنها. این ناتقارنى در ماده با مدل استاندارد قابل توجیه نیست.
دیدگاه سی. پی. اچ.
در نظریه بیگ بنگ دو مسئله باید در نظر گرفته شود، یكی اینكه انرژی نیز دارای حجم است (فصل 82: تابع زمان و قضیه كار انرژی (http://cph-theory.persiangig.com/ph82-timefunction.htm) ) و دلیل بیگ بنگ چه بوده است؟ دوم اینكه در فرایند تبدیل انرژی به ماده تساوی تعداد بار-رنگ (http://cph-theory.persiangig.com/1704-Csoalojavabcph.htm)های مثبت و منفی (http://cph-theory.persiangig.com/1704-Csoalojavabcph.htm) مهم است، نه جرم ذرات تولید شده كه تابع مكانیزم میدان هیگز (http://cph-theory.persiangig.com/C1553-mechanismhiggs.htm)است.
پنج - حدود سه چهارم جهان ماده تاریك سرد و غیرقابل مشاهده است كه خارج از قلمرو ذرات مدل استاندارد قرار دارد.
دیدگاه سی. پی. اچ.
در اینكه مدل استاندارد نیاز به بررسی مجدد دارد، شكی نیست. اما دلیل ما در مورد وجود ماده تاریك و مقدار آن جهان ناشی از نظریه های قدیمی در مورد گرانش (قانون جهانی گرانش نیوتن و نسبیت عام انیشتین) است. بدون تركیب مكانیك كوانتوم و نسبیت عام ما نمی توانیم در مورد جهان نظر قطعی بدهیم.
اما تركیب نسبیت عام و مكانیك كوانتوم هم زمانی امكان پذیر است كه هم ارزی نیرو و انرژی را بپذیریم و سپس هر چهار نظریه مكانیك كلاسیك، مكانیك كوانتوم، نسبیت و نظریه هیگز را همزمان مورد بررسی قرار دهیم و این چهار نظریه را با هم تركیب كنیم. منظور از همزمانی در اینجا این است كه هنگام بررسی یك پدیده اگر با شتاب سرو كار داریم از قاونون دوم نیوتن استفاده كنیم، و چنانچه این شتاب موجب تغییر سرعت می شود بایستی تغییرات جرم را كه نسبیت تصریح می كند نیز منظور كنیم. چون كسب جرم توسط ذرات به نظریه هیگز مربوط می شود، باید مكانیزم تغییر جرم را با در نظر گرفتن نظریه هیگز بررسی كنیم. و در نهایت در این تغییرات با كوانتومها رو به رو هستیم. بنابراین توجه به دو مورد حائز اهمیت است، یكی هم ارزی نیرو و انرژی و دیگری بررسی همزمان چهار نظریه فیزیك نظری.
شش - در مدل استاندارد برهم كنش با میدان هیگز (كه به بوزون هیگز مربوط مى شود) باعث جرم دار شدن ذرات مى شود. مدل استاندارد نمى تواند ساختار بسیار خاص برهم كنش هیگز را توضیح دهد.
دیدگاه سی. پی. اچ.
پاسخ این مورد را می توان در مكانیزم میدان هیگز (http://cph-theory.persiangig.com/C1553-mechanismhiggs.htm) مشاهده كرد.
هفت - تصحیحات كوانتومى به وضوح براى بوزون هیگز جرم بزرگى را محاسبه مى كنند كه نتیجه آن جرم بسیار زیاد براى همه ذرات است. مدل استاندارد نمى تواند از چنین مشكلى اجتناب كند و در نتیجه مشكلات مفهومى مهمى را به وجود مى آورد.
دیدگاه سی. پی. اچ.
مكانیزم هیگز باید بر مبنای كوچكرین مقدار ممكن انرژی بنا كرد.
http://cph-theory.persiangig.com/ph78-20.JPG
چیزی كه در مكانیك كوانتوم برای جرم بوزون هیگز محاسبه می كنند، در واقع بوزون هیگز واقعی نیست، بلكه تركیبی از سه بار- رنگ منفی، بار- رنگ مثبت و مغناطیس رنگ است. بوزون هیگز كمترین جرم ممكن در طبیعت را دارد.
هشت - مدل استاندارد نمى تواند گرانش را دربر گیرد، زیرا ساخت این نیرو با سه نیروى دیگر یكسان نیست.
دیدگاه سی. پی. اچ.
گرانش خواص الكتریكی و مغناطیسی نشان می دهد. بنابراین بایستی قبل از توضیح گرانش كوانتومی الكترومغناطیس و گرانش را با هم تركیب كرد. فصل 83: معادلات الكترومغناطیس و میدان گرانشی (http://cph-theory.persiangig.com/ph83-cphmaxwell.htm)
نه - مقدار جرم كوارك ها و لپتون ها (مثل الكترون نوترینوها) را نمى توان به وسیله مدل استاندارد توجیه كرد.
دیدگاه سی. پی. اچ.
بایستی با در نظر گرفتن هم ارزی نیرو و انرژی مدل جدیدی جایگزین مدل استاندارد كرد.
ده - مدل استاندارد داراى سه فرآیند تولید ذرات است. جهان پیرامون ما فقط از ذرات فرآیند اول پر شده و این فرآیند خودش به تنهایى یك نظریه سازگار ایجاد مى كند. مدل استاندارد هر سه فرآیند را توصیف مى كند، اما نمى تواند توضیح دهد چرا بیشتر از یك فرآیند وجود دارد.
دیدگاه سی. پی. اچ.
پاسخ را تنها می توان در هم ارزی نیرو و انرژی جستجو كرد. این دیدگاه می تواند ما را به وحدت نیروها رهنمون شود. علاوه بر آن هم ارزی نیرو و انرژی بما نشان خواهد داد كه چگونه فرمیونها تولید كننده ی بوزون هستند و بوزونها به نوبه خود فرمیونها را تولید می كنند.
توضیح گوردن كانه: در توضیح این مسائل لازم به ذكر است، وقتى كه مى گویم مدل استاندارد نمى تواند پدیده اى را توجیه كند، منظورم این نیست كه نظریه تاكنون نتوانسته است آن را توجیه كند، ولى روزى خواهد توانست. بلكه مدل استاندارد بسیار مقید است و هرگز نخواهد توانست پدیده هاى فهرست شده بالا را توضیح دهد. تفسیرهاى محتملى وجود دارد. یكى از دلایلى كه توسعه به نظریه ابرتقارن را براى بسیارى از فیزیكدان ها جذاب مى كند، این است كه این نظریه مى تواند توضیحى را براى موارد بالا، غیر از مورد دوم و سه تاى آخر ارائه دهد. نظریه ریسمان (كه در آن ذرات به جاى موجودات نقطه اى، موجودات یك بعدى بسیار كوچك هستند) سه تاى آخر را توضیح مى دهد. نگاه كنید به پدیده هایى كه مدل استاندارد قادر به توضیح آنها نیست، راهنماهایى براى چگونگى توسعه این مدل هستند. اینكه مدل استاندارد نمى تواند به سئوالاتى جواب بدهد، چندان عجیب نیست. هر نظریه موفقى در علم تعداد پاسخ به پرسش ها را افزایش مى دهد ولى هنوز سئوالات بدون پاسخى هم وجود دارند. گذشته از این، بالا رفتن آگاهى سئوالات جدیدى پدید مى آورد كه قبلاً قابل بیان نبودند، اما تعداد پرسش هاى بنیادى پاسخ داده نشده كاهش مى یابد.
توضیح سی. پی. اچ. : مدل استاندارد و تئوری بیگ بنگ از نظریه های بسیار خوب و موفق هستند. این نظریه ها نیز مانند همه ی نظریه های علمی در روند تاریخ علم نارسایی و مشكلات خود را بروز دادند. لذا نیاز به جایگزین نظریه ی كامل تری دارند. نظریه سی. پی. اچ. بسیار ساده و شهودی است. علاوه بر آن با هم ارز سازی نیرو و انرژی می تواند مرزهای ناشناخته به روی ما بگشاید و مفاهیم جدیدی در مورد فضا - زمان و بطوركلی از جهان ارائه می دهد. نظریه سی. پی. اچ. در توجیه طبیعت فیزیكی اجسام، ابزار بسیار قدرتمندی است كه می تواند كل دیدگاه های فلسفی و علمی بشریت را دگرگون كند. نظریه سی. پی. نیز مانند همه ی نظریه ها دارای اشكالات و ابهامات خاص خود است كه زمینه ی پژوهشهای آتی را فراهم می كند.
شاد و پیروز باشید
حسین جوادی