آندرومدا

نزدیک ترین کهکشان مارپیچی که شبیه کهکشان ماست آندرومدا نام دارد. حتی در شرایط رصدی متوسط هم میتوان آن را همچون ابری مه آلود از گاز و غبار دید. در یکی از خبرهای اخیر ناسا درباره اش چنین آمده: ((... کهکشان آندرومدا را اخترشناس ایرانی، عبدالرحمن صوفی، به نام  «ابر کوچک» می شناخته و در سال 964 میلادی در کتابش «صورالکواکب» به آن اشاره کرده است. احتمالا این اخترشناس ایرانی آن را در سال 905 میلادی رصد کرده است...))

آندرومدا به سبب نزدیکی اش به ما، از هر کهکشان دیگری در عالم بیشتر بررسی شده است،  چون به ما امکان میدهد که همه ویژگی های کهکشان خودمان را، که به سبب وجود غبار میان ستاره ای نمی بینیم، در آن بررسی کنیم.  برخی از این ویژگی ها به این شرح اند: ساختار مارپیچی، خوشه های کروی و باز ستاره ای، ماده میان ستاره ای، سحابی های سیاره نما، بقایای انفجارهای ابرنواختری، هسته کهکشان، کهکشان های همراه و بسیاری دیگر.

نخستین شرح از آندرومدا، که آن را ابری از گاز معرفی کرده، در کتاب صورالکواکب، نوشته اخترشناس ایرانی، عبدالرحمن صوفی، در سال 964 میلادی آمده است. نخستین شرح از رصد تلسکوپی آن را سیمون ماریوس در سال 1612 ارائه کرد. شارل مِسیه، بی خبر از کشف صوفی و ماریوس، آن را به نام M31  در فهرست بزرگ سحابی هایش آورد.

ادامه نوشته

نازک ترین و سنگین ترین

 

عده کمی از مردم می دانند که غشای حباب صابون، یکی از نازک ترین چیزهایی است که با چشم غیر مسلح می توان دید. چیزهایی که ما معمولا در تشبیه برای بیان نازکی و باریکی از آن ها استفاده می کنیم، در مقایسه با غشای حباب صابون، فوق العاده کلفت هستند : "باریک مانند مو" یا "نازک مانند کاغذ سیگار" .

 

قطر معمولی مو

غشای حباب صابون، ٥٠٠ بار از مو و کاغذ سیگار نازک تر است. اگر موی انسان را به مقیاس ٢٠٠ بار بزرگ کنیم، حدود ١ سانتی متر ضخامت خواهد داشت؛ اما اگر مقطع غشای حباب را به همین مقیاس بزرگ کنیم، باز هم با چشم دیده نمی شود. مقطع حباب صابون باید بازهم با مقیاس ٢٠٠ باز، بزرگ کرد تا به صورت خط نازکی دیده شود. اگر مو را با همین مقیاس (٤٠٠٠٠ بار) بزرگ کنیم، بیش از دو متر کلفتی خواهد داشت.

 

بسیار خوب. این بحث را به یاد داشته باشید تا به سؤال دیگری بپردازیم.

 

آیا ارشمیدس می توانست زمین را بلند کند؟

در افسانه ها به ارشمیدس، نابغه دوران باستان و کاشف قانون اهرم، چنین ادعایی نسبت می دهند:

 

" به من نقطه اتکایی بدهید، من زمین را بلند می کنم".

 

پلوتارک نوشته است:

یک بار ارشمیدس به هیرون، پادشاه سیراکوس که خویشاوند و دوست وی بود، نوشت که با این نیروی معین، هر باری را می توان حرکت داد و چنان شیفته این استدلال شده بود که افزود:

 

اگر زمین دیگری وجود داشت، من به روی آن می رفتم و زمین خودمان را تکان می دادم!

 

ارشمیدش می دانست که باری وجود ندارد که نتوان با استفاده از اهرم، آن را حتی با کم ترین نیرو بلند کرد. کافی است این نیرو را بر بازوی بسیار دراز اهرم وارد بیاوریم و با بازوی کوتاه اهرم، بار را حرکت دهیم. به این دلیل او فکر می کرد که اگر به بازوی فوق العاده دراز اهرمی فشار بیاوریم، می توانیم با نیروی دست، باری را بلند کنیم که جرم آن مساوی جرم زمین باشد.

 

اما اگر این مکانیک نابغه می دانست که جرم کره زمین چه قدر زیاد است، هرگز چنین ادعای غرور آمیزی نمی کرد.

 

 برای یک لحظه فرض می کنیم که به ارشمیدس، این زمین دوم را بدهیم! و فرض کنیم که اهرمی را که لازم دارد و بازوی اهرم به قدر کافی بلند است، در اختیار او گذاشته ایم.

 

 آیا می دانید که چه قدر وقت لازم است تا ارشمیدس بتواند باری را که جرم آن مساوی جرم کره زمین است، به اندازه یک سانتی متر بلند کند؟

بیش از سی بیلیون سال!!!!

 

ستاره شناسان، جرم کره زمین را می دانند. وزن جسمی که جرم آن با جرم زمین مساوی باشد، 10²¹ * 6 تن است. اگر انسان بتواند به طور مستقیم، ٦٠ کیلوگرم را بلند کند، برای بلند کردن زمین باید بر اهرمی فشار بیاورد که بازوی دراز آن ١٠^٢٤ برابر بازوی کوتاه باشد!

 

با یک محاسبه ساده می فهمیم ، برای آن که انتهای بازوی کوتاه اهرم، یک سانتی متر بلند شود، باید انتهای بازوی  دیگر آن در فضا قوس عظیمی به طول ١٠^١٨ کیلومتر رسم کند. دست ارشمیدس که بر بازوی دراز اهرم فشار می آورده است، باید چنین راه دراز غیر قابل تصوری را بپیماید تا بتواند فقط به اندازه یک سانتی متر، زمین را بلند کند!

 

برای انجام این کار، چه قدر وقت لازم است؟

اگر فرض کنیم که ارشمیدس می توانست در طی یک ثانیه، ٦٠ کیلوگرم را به ارتفاع یک متر، بلند کند، باز هم برای بلند کردن زمین به اندازه یک سانتی متر، سی هزار بیلیون وقت لازم بود.

 

ارشمیدس در تمام عمر طولانی خود نیز نمی توانست حتی به اندازه کلفتی باریک ترین مو نیز کره زمین را بلند کند!

 

قانون طلایی مکانیک نیز حاکی از آن است که در هر ماشینی، کاهش صرف نیرو حتما با افزایش متناسب طول تغییر مکان، یعنی زمان، همراه است.

 

حتی اگر ارشمیدس، سرعت دست خود را تا سرعت نور (10⁸ * 3 متر بر ثانیه) افزایش می داد، باز هم بعد از ١٠ میلیون سال کار متوالی می توانست به اندازه یک سانتی متر، زمین را بلند کند.

منبع : تبیان

ذرات بنیادی قسمت دوم

 

 

در مطلب قبلی به انواعی از ذرات ریز که مواد  موجود در جهان از  آن ها پدید می آیند، اشاره کردیم. در این مطلب نیز می خواهیم به ادامه معرفی این ذرات بپردازیم.

 

 

در مطلب قبل خواندیم که بوزون ها دو دسته اند و به معرفی بوزون هایی که از کوارک ساخته نشده اند، پرداختیم. در این جا با بوزون هایی آشنا می شویم که از کوارک ساخته شده اند.

 

این نوع از بوزون ها نوع دیگری از خُرد ذره های انرژی دار هستند که از ذرات ریزتر کوارک تشکیل شده اند و " مزون" نیز نامیده می شوند (تبدیل ذرات ریز ماده به ذرات ریز انرژی).

 

مزون ها به دو دسته پیون ها و کئون ها تقسیم می شوند. پیون ها، ایجاد کننده "نیروی هسته ای قوی"هستند. این نیروی قوی باعث می شود در هسته اتم، پروتون ها که همگی دارای بار مثبت هستند، یکدیگر را دفع نکنند؛ بلکه در کنار همدیگر باقی بمانند و هسته اتم از هم نپاشد. خود پیون ها، بارهای مثبت، منفی و یا خنثی دارند و جرم آن ها با یکدیگر متفاوت است.

 

 

جرم پیون مثبت، 139/6  الکترون ولت، جرم پیون منفی ، 186/6  میلیون الکترون ولت و جرم پیون خنثی، ١٣٥ میلیون الکترون ولت است. جرم تمام این مزون ها بسیار کوتاه است.

 

وقتی یک پروتون و یک نوترون، یک پیون با هم مبادله می کنند، هر یک از آن ها به دیگری تبدیل شده و "نیروی هسته ای قوی" به وجود می آید.

 

کئون ها همان مزون های خنثای K هستند، عمر بسیار کوتاه دارند و در ساختار ماده معمولی شرکت ندارند. اما در آزمایش هایی که منجر به گسترش فیزیک اتمی شد، نقش مهمی ایفا می کنند. جرم کئون ها بیش تر از جرم پیون هاست.

 

فرمیون ها:

فرمیون ها بیش تر به صورت دایره ای حرکت می کنند و شامل کوارک ها، لپتون ها و باریون ها هستند.

 

کوارک ها:

می توان گفت کوارک ها اصلی ترین اجزای تشکیل ماده اند. اتصال دو کوارک با هم، انواع مزون را پدید می آورد و اتصال سه کوارک با هم، انواع باریون ها را به وجود می آورد.

 

 

انواع کوارک ها

 

 

تا کنون شش نوع کوراک شناخته شده اند که عبارتند از:

کوارک های بالا، پایین، عجیب، افسونگر، رأس (حقیقت) و قاعده (زیبایی).

 

لپتون ها:

این نوع فرمیون ها ذرات سبکی هستند که از الکترون ها، میون ها و نوترینوها تشکیل شده اند.

 

 

انواع ذرات بنیادی

 

الکترون ها:

الکترون ها ذرات سبک پایداری هستند که بار منفی (-١)  دارند و در روی یک یا چند مدار به دور هسته اتم با سرعت ٦٠٠ کیلومتر در ثانیه می چرخند. الکترون ها در تمامی ذره ها یافت می شوند و واکنش های آن ها باعث به وجود آمدن روابط شیمیایی می شود. حرکت الکترون ها جریان برق را به وجود می آورد و کم و زیاد شدن آن ها باعث به وجود آمدن الکتریسیته ساکن می شود. جرم یک الکترون، 9 * 10^-28  گرم یا معادل 511/0 میلیون الکترون ولت انرژی بوده و بسیار سبک است. الکترون دارای پادذره ای است که "پوزیترون" نامیده می شود و همان گونه که از نامش پیداست، دارای بار مثبت (+١)  بوده و می توان آن را تصویر آینه ای الکترون نامید. پوزیترون اولین پاد ذره ای است که در سال ١٩٣١ میلادی ابتدا توسط "موریس دیراک" حدس زده شد و به صورت کاملا اتفاقی در سال ١٩٣٢ توسط "کارل دیوید اندرسون" کشف گردید.

 

نوترینوها:

نام این ذرات نشان می دهد که باید مثل نوترون ها بار نداشته باشند. جرم این ذرات، یک ده هزارم جرم یک الکترون وسرعت حرکت آن ها نزدیک سرعت نور است. در منظومه شمسی ما منشأ این ذرات، خورشید است. روزانه حدود ١٠ میلیارد نوترینو به هر سانتی متر مربع زمین تابیده می شود که از یک سو به زمین وارد شده و از طرف مقابل آن خارج می شوند. نوترینوها از همه چیز به جز سیاه چاله های فضایی رد می شوند.

 

 

نوترون ها و پروتون ها نیز جزو باریون ها هستند و در مطلب بعدی به برخی از خصویات آن ها اشاره خواهیم کرد.

 

برگرفته از کتاب " دهر" ، نوشته "دکتر حسین سالاری"

 

ذرات بنیادی

 

ذرات تشکیل دهنده پروتون

 

در  مطالب قبل به آفرینش جهان اشاره شد، نمایی کلی از این حادثه را در شکل زیر می بینید. روی شکل کلیک کنید تا به طور واضح، اتفاقاتی را که بعد از انفجار بزرگ افتاده است، ببینید.

 

 

دموکریت، فیلسوف یونانی( 370-460 قبل از میلاد)  عقیده داشت:

 

همه چیز، حتی بدن انسان از ذرات بسیار ریزی به نام اتم ساخته شده است.

 

در قرن نوزدهم، بیش تر دانشمندان بدون این که اتم را دیده باشند، وجود آن را پذیرفتند و ما امروزه تنها به کمک میکروسکوپ هایی خاص می توانیم از تک تک اتم ها عکس بگیریم و می دانیم که اتم ها از ذرات ریزتری به نام پروتون، نوترون و الکترون تشکیل شده اند.

 

داستان در همین جا پایان نمی یابد؛ در دهه ١٩٦٠ میلادی بود که دانشمندان اعلام کردند که همین ذرات ریز از ذرات بسیار ریزتری ساخته شده اند ؛ بعضی از آن ها، " کوارک" نام گرفته اند. شاید به زودی بتوانیم از کوارک ها نیز عکس بگیریم!!!

به نظر شما با این توصیف های بالا، درست نیست که بگوییم :

 

 <<هر جرمی که بُعد داشته باشد، تقسیم شدنی است>> ؟!

 

اما کوارک ها  تنها اجزای اصلی مواد نیستند. ذرات بسیار ریز دیگری به نام " لپتون ها" نیز به همراه کوارک ها مواد را می سازند.

 

ذرات ریز دیگری نیز وجود دارند که می توان آن ها را" عامل انرژی" و نیرو  دانست. این ذرات به فراوانی در طبیعت یافت شده ونام آن ها "بوزون" است  که به شکل موج  ظاهر شده  و چهار  نیروی  شناخته  شده  فیزیک هسته ای را تولید می کنند. روی تمامی شکل های زیر کلیک کنید تا دقیق تر ببینید.

 

هسته های اتمی و نیروهای آن ها

 

این نیروها عبارتند از:

نیروی ضعیف هسته ای، نیروی قوی هسته ای، نیروی گرانشی و نیروی الکترومغناطیسی.

 

بوزون ها به دو گروه عمده تقسیم می شوند:

بوزون هایی که از کوارک ساخته شده اند و بوزون هایی که از کوارک ساخته نشده اند.

 

بوزون هایی که از کوارک ساخته نشده اند، عبارتند از:

فوتون ها، گراویتون ها، گلوئون ها و بوزون های حامل.

 

در مورد فوتون ها در مطلب قبلی اندکی اطلاعات به دست آوردید؛ همان گونه که گفتیم، فوتون ها در دماهای میلیاردها درجه ای طبیعت به وجود آمده اند، نه تنها دارای عمر ابدی هستند، بلکه فراوان ترین ذرات موجود در جهان نیز هستند؛ به طوری که به ازای هر یک اتم، یک میلیارد فوتون وجود دارد. انسان نیز توانسته است به هنگام شکافتن هسته اتم (در انفجار اتمی)و در اتصال هسته اتم (انفجار هیدروژنی)، با تبدیل ماده به انرژی، مقادیر عظیمی از فوتون های پر انرژی مانند فوتون های رادیواکتیو (اشعه گاما) و ... را به وجود آورد. میزان انرژی به دست آمده از مقدار معینی از ماده را با فرمول مشهور انیشتین می توان اندازه گرفت:

E = mC²

 

در این معادله، E مقدار انرژی به دست آمده، m جرم ماده و c سرعت نور در خلأ است.

 

 

بوزون هایی که از کوارک ساخته نشده اند

 

 

فوتون ها در واکنش های گوناگون مانند تبدیل ذرات ریز به یکدیگر، نقش اساسی دارند. دفع شدن دو ذره بنیادی با بار مشابه از هم و جذب دو ذره بنیادی با بارهای متضاد به یکدیگر، با مبادله فوتون میان آن ها صورت می گیرد.

 

مسیر برخورد فوتون ها در اتاقک ابر

 

 

زمانی که یک الکترون، یک فوتون با انرژی کافی را جذب یا دفع کند، به "پوزیترون" یا "پاد الکترون" تبدیل می شود. اگر یک الکترون با پوزیترون برخورد کند،  هر دو نابود می شوند  و یک فوتون  ایجاد می شود. این پدیده نیز معادله انیشتین را تأیید می کند و نشان دهنده تبدیل ماده به انرژی است.

 

 

مقایسه ابعاد ذرات ریز درون اتم

 

 

اگر به اطلاعات دقیق تری راجع به بقیه ذرات مانند گلوئون، گراویتون و بوزون های حامل علاقه دارید، می توانید به کتاب "دهر" نوشته دکتر حسین سالاری  مراجعه نمایید.

 

در مطلب بعد، با انواع بوزون هایی که از کوارک ساخته شده اند، آشنا خواهیم شد.

 

برگرفته از کتاب " دهر" ، نوشته "دکتر حسین سالاری"