N.P.Y.R

این مطلب برای کسانی است که تازه به فیزیک علاقه مند شده اند ...

npyr — Tue, 15 Jul 2008 11:02:47 GMT

این مطلب برای کسانی است که تازه به فیزیک علاقه مند شده اند و در مورد مباحثی است که باید پیش از

ورود به فیزیک مدرن بخوانند:

مکانیک

و پیش نیاز های اساسی فیزیک مباحثی از از هندسه است که برای درک بهتر از فیزیک به آنها نیازمندیم. در آینده

با مطالب پایه ی فیزیک خواهم آمد.

آيا اصل هايى عميق تر از عدم قطعيت و عدم موضعيت وجود دارد؟

npyr — Mon, 23 Jun 2008 15:29:05 GMT

آيا اصل هايى عميق تر از عدم قطعيت و عدم موضعيت وجود دارد؟

چارلز سيف

آلبرت اينشتين در سال ۱۹۲۶ نوشت: «مكانيك كوآنتوم بسيار باشكوه است. اما ندايى درونى به من مى گويد كوآنتوم هنوز مفهومى واقعى نيست.» پس از سال ها كه نظريه كوآنتوم به بلوغ رسيده است، آن ندا آرام تر شده است، اما هيچ گاه خاموش نشده بود. در بطن همخوانى ستايش آميز از نظريه كوآنتوم هميشه زمزمه اى مبهم به گوش رسيده است. نظريه كوآنتوم در واپسين سال هاى قرن نوزدهم متولد شد و خيلى زود به يكى از ستون هاى فيزيك جديد بدل شد. اين نظريه با دقتى باورنكردنى رفتار عجيب و غريب و دور از انتظار ذرات بسيار ريزى همچون اتم ها، الكترون ها و ساير موجودات جهان زير ميكروسكوپى را توصيف مى كند. اما موفقيت مكانيك كوآنتوم به قيمت مشقت بسيار حاصل شده است. كاركرد معادلات مكانيك كوآنتوم بسيار خوب است اما به نظر مى رسد كه كاملاً بى معنى هستند. بدون توجه به اينكه چه نظرى در مورد مكانيك كوآنتوم داشته باشيم، اين معادله ها رفتار ذرات را به شيوه اى كه در تضاد با شهود ما باشند، مجاز مى شمارد. براى مثال چنين ذراتى مى توانند در وضعيت «برهم نهى» باشند. يعنى اين ذرات مى توانند در آن واحد داراى دو خاصيت مجزاى كاملاً منحصر به فرد باشند. براى مثال رياضيات نظريه كوآنتوم مى گويد يك اتم مى تواند تا زمانى كه اختلالى ايجاد نشده و كسى آن را مشاهده نكرده است، در آن واحد هم در سمت راست جعبه و هم در سمت چپ جعبه باشد. اين ايده امروز تقريباً همانقدر محل بحث است كه ۸۰ سال پيش بود؛ زمانى كه اروين شرودينگر برهم نهى را با مثال گربه اى نيمه مرده- نيمه زنده توصيف كرد. نكته در اين است كه مكانيك كوآنتوم معنى «وجود داشتن» را تغيير مى دهد. در دنياى كلاسيك هر جسمى واقعيت محض دارد: حتى يك ابر گاز را مى توان به خوبى به صورت توپ هاى كوچك سخت بيليارد تصور كرد كه هركدام از اين توپ ها سرعت و موقعيت كاملاً تعريف شده اى دارند. به نظر مى رسد كه نظريه كوآنتوم آن واقعيت محض را متزلزل مى كند. در حقيقت اصل مشهور عدم قطعيت كه مستقيماً از رياضيات نظريه كوآنتوم سربرآورده است، مى گويد موقعيت و اندازه حركت ذره تعريف نشده است و كسب اطلاع در مورد يكى به معنى از دست دادن اطلاعات در مورد ديگرى است. فيزيكدانان كوآنتوم كه با اين عدم قطعيت سروكار دارند، مى گويند «وجود دارد»- در مورد اجسام بنيادى كه موضوع معادلات نظريه كوآنتوم است- به اين معنى نيست كه اينها حقيقتاً ذره نيستند كه واقعيت خارجى داشته باشند بلكه «احتمال موج» هستند كه فقط زمانى كه ناظر اندازه گيرى را انجام مى دهد، قابليت تبديل شدن به واقعيت را مى يابند. اين مفهوم كه از آن با عنوان تعبير كپنهاگ ياد مى شود، وقتى معنا مى يابد كه بپذيريد واقعيت، موج احتمال است و نه اجسام محض. با اين همه هنوز هم نمى توان مفهوم عجيب ديگر نظريه كوآنتوم يعنى: عدم موضعيت را به طور كامل شرح داد. در سال ۱۹۳۵ اينشتين طرحى را ارائه كرد كه هنوز هم در تضاد با عقل سليم است. در آزمايش ذهنى وى دو ذره از يكديگر جدا شده و به دو سوى مختلف كهكشان مى روند. اما اين دو ذره «درهم تنيده» هستند (يعنى به لحاظ مكانيك كوآنتوم مستقل از هم نيستند) و به همين دليل هر ذره آناً «احساس» مى كند كه براى همزادش چه روى داده است. يكى را اندازه بگيريد، آنگاه ديگرى نيز آناً اندازه گيرى شده است؛ انگار همزادان به طريقى مرموز به رغم فاصله بسيار زياد فضايى به طور آنى با يكديگر ارتباط برقرار مى كنند. اين «عدم موضعيت» يكى از نتايج رياضيات نظرى كوآنتوم است و در آزمايشگاه نيز اندازه گيرى شده است. اين كنش وهمناك آشكارا فاصله و جريان زمان را ناديده مى انگارد. در نظريه، اين ذرات مى توانند پس از آنكه درهم تنيدگى آنان سنجيده شده است، درهم تنيده بمانند. در يك سطح مى توان گفت كه عجيب و غريب بودن نظريه كوآنتوم مسئله اى ايجاد نمى كند. چارچوب رياضيات نظريه سالم و بى عيب است و تمام اين پديده هاى عجيب را به خوبى توصيف مى كند. چه مشكلى پيش مى آيد اگر ما انسان ها نتوانيم واقعيت فيزيكى متناسب با معادلات خود را تصور كنيم؟ تاكنون روش اين بود كه براى به دست آوردن تفسير مكانيك كوآنتوم مى گفتند: «ساكت شو و محاسبه كن» اما به نظر بسيارى ديگر ناتوانى ما در درك نظريه كوآنتوم، بيانگر آن است كه هنوز حقايق عميق ترى باقى مانده است كه بايد آنها را درك كنيم. بعضى از فيزيكدانان گروه دوم به شدت سرگرم طراحى آزمايش هايى هستند كه مى تواند به بطن شگفتى نظريه كوآنتوم راه يابد. آنان به آرامى سرگرم آزمايشند تا دريابند كه چرا برهم نهى كوآنتومى «فرو مى پاشد». اين محققان ممكن است در اين آزمايش ها به درك نقش اندازه گيرى در نظريه كوآنتوم نائل آيند و همراه با آن پى ببرند كه چرا رفتار اجسام بزرگ با رفتار اجسام كوچك تفاوت دارد. ديگران نيز در جست وجوى راهى براى آزمودن تفسيرهاى مختلف از پديده هاى شگفت نظريه كوآنتوم هستند. از جمله اين پديده ها مى توان به «جهان هاى چندگانه» اشاره كرد كه مفاهيمى چون برهم نهى، درهم تنيدگى و ساير پديده هاى كوانتومى را با وجود جهان هاى موازى توضيح مى دهد. دانشمندان اميدوارند تا از دستاوردهاى چنين تلاش هايى به ناخشنودى اى كه منجر شد اينشتين بگويد: «خدا تاس نمى اندازد» غلبه كنند.

شرق آنلاين

نسبیت

babak — Wed, 28 May 2008 11:05:18 GMT

دیدکلی

در دهه اول قرن بیستم انقلابی در فلسفه علوم طبیعی پیش آمد که بسیاری آن را از حیث عمق معنی و درهم ریزی احکام موجود پذیرفته شده ، نسبت به انقلاب کوپرنیکی-گالیله‌ای برتر به شمار می‌آورند. در این فاصله زمانی دو نظریه بسیار مهمی پا به عرصه رقابت نهادند، نظریه نسبیت و کوانتمی که نسبت به کارهای دانشمندان پیشین از جمله ماکسول ، سارین ، کلوین و کلاوزیوس به نحو چشمگیری متفاوت بودند. این نظریه‌های جدید با مکانیک کلاسیک نیز در بعضی از اصول و فرضهای بنیادی اختلاف شدیدی داشتند.

این نظریه علاوه بر اینکه در برگیرنده پیچیدگیهای ریاضی است، تصور ذهنی و فهم آن ، بسیار دشوار است. البته شایان ذکر است که انیشتین در مقاله 1905 خود که برای اولین بار به نسبیت خاص خود پرداخت و از معادلات ریاضی ساده استفاده کرد، اما در مقاله 1919 که به نسبیت عام پرداخت، برخلاف مقاله پیشین از فرمولهای پیجیده ریاضی استفاده کرد. نسبیت از ریشه نسبی گرفته شده است، یعنی هر کدام از واحدهای فیزیکی شناخته شده برای توصیف پدیده‌های طبیعی نسبی هستند. به عبارت دیگر می‌توان گفت که بر اساس نسبیت جرم ، سرعت ، شتاب و حتی زمان که برای ما تعریف می‌شوند نسبی هستند.

چند مثال ساده

· در مکانیک کلاسیک نیوتنی ، نیروی وزن هر جسم در کره زمین را مقدار نیرویی که از طرف زمین بر آن جسم وارد می‌شود و آن را با شتاب g به سمت خود می‌کشاند، تعریف کرده‌اند. اگر از شخصی بپرسید که وزنتان چقدر است؟ او احتمالا می‌گوید: در کجا؟ وزن شخص در آسانسوری که با شتاب به سمت پایین می‌رود، در مقایسه با هنگامی که آن آسانسور با همان شتاب به سمت بالا می رود، فرق می‌کند.

· بابک و نیما دو دوست هستند که سوار بر اتومبیل پراید با سرعت ثابت در حال حرکت هستند و مقصد آنها منزل آریا است. در این هنگام آریا از پشت بام منزلشان ، اتومبیل نیما را مشاهده می‌کند. وی در آنجا با انجام محاسباتی توسط دستگاهش ، سرعت نیما و بابک را V بدست می‌آورد (معادل سرعت اتومبیل). در این لحظه اتومبیل پدر آریا با سرعت ثابت P از کنار اتومبیل نیما می‌گذرد، در آن لحظه عبور ، دستگاه تعبیه شده در اتومبیل پدر آریا، سرعت بابک و نیما را U = V + P نشان می‌دهد.

لحظه به لحظه در حین عبور ، آریا با نیما تماس می‌گیرد و از او می‌پرسد که سرعت بابک را اندازه گیری کند. نیما با شنیدن سخنان آریا ، تعجب می‌کند و می‌گوید: "این دیگر چه سوال احمقانه ای است. می‌بینی که بابک در کنار من ساکن نشسته است، پس باید سرعت او صفر باشد". آریا گوشی را قطع میکند و به پدرش زنگ می‌زند و از او می‌پرسد که دستگاه محاسبه گر او ، سرعت بابک و نیما را چقدر محاسبه کرده است؟ پدر می‌گوید: "سرعت بابک و نیما U = V + P است".

آریا در این هنگام با خود فکر می‌کند که چگونه فردی در درون اتومبیل با سرعت ثابت بنشیند در حالی که خود او دارای سه سرعت کاملاً متفاوتی باشد. آریا با مبنای سینماتیک آشنایی زیادی ندارد. پس سرعت هم نسبی است.

نسبیت خاص و مکانیک کلاسیک

· اصل نسبیت در تمام رویدادهای طبیعی صحیح و صادق است.

· سرعت نور در خلا ، در هر چارچوب لختی که اندازه گیری می‌شود با صرفه نظر از حرکت منبع نور ، معادل c است. اصل موضوع دوم نسبیت ، در واقع اندیشه مکانیک نیوتنی و سینماتیک گالیله‌ای را زیر پا می‌گذارد.

· طبق اصول سینماتیک ، اگر دو جسم متحرک با سرعت ثابت در حال حرکت به سمت یکدیگر باشند، سرعت هر یک از آنها در نقطه بر خورد ، برابر با مجموع سرعتشان است. اما در نسبیت اینیشتین این گونه نیست. اگر در نقطه‌ای نوری را گسیل کنیم، ناظر ساکن و ناظر متحرک که با سرعت v در حال حرکت به سمت منبع است، سرعت نور را c محاسبه می‌کنند. این دو اصل سه نتیجه حیرت آوری به همراه دارد که عبارتند از:

· اتساع زمان: مطابق مکانیک نیوتنی زمان مطلق است، یعنی زمان در تمام نقاط جهان و بدون وابستگی به شرایط حاکم بر محیط ، بطور یکنواخت جریان دارد. اما نیشتین خلاف آن را معتقد است. و در واقع اینجاست که اسحاق نیوتن و انیشتین از هم جدا می‌شوند. انیشتین برای اثبات گفته‌های خود در مورد عدم مطلق بودن زمان ، به اصل موضوعی دوم خود پناه می‌برد، که خلاصه این داستان بدین شرح است که، یکی از دو قلوها تصمیم می‌گیرد که با یک فضاپیما که با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند به یک سیاره دور برود. این مسافرت 70 سال زمینی طول می‌کشد. هنگامی که او بر می‌گردد می‌بیند که برادرش به سن 90 سالگی رسیده و در حالی که او 29 سال بیشتر سن ندارد.

· پارادوکس دو قلوها: اتساع زمان در نظریه نسبیت ما را به پارادوکس دو قلوها می‌کشاند ، این پارادوکس بیش از 50 سال بعد از انتشار نظریه نسبیت انیشتین ، مورد بحث میان دانشمندان بوده است.

· انقباض جرالد-لورنتس: اتساع زمان که یکی از مهمترین نتایج نظریه نسبیت است، موجب شد که انقباض لورنتس-جرالد ، قدم به صحنه رقابت بگذارد. ناظر o در چارچوب ساکن لختی قرار دارد و می‌خواهد طول لوله‌ای را محاسبه کند. روش اندازه گیری او ، اینگونه است که یک شی را با سرعت ثابت v ، از یک سر لوله پرتاب می کند و با ثبت مدت زمانی که آن شیء به آن سر لوله می‌رسد و با استفاده از فومولهای سینماتیک ، طول لوله را می‌یابد، او طول لوله را L محاسبه می‌کند. (L = t .v) ناظر Z واقع در چارچوب متحرک لختی نیز می‌خواهد طول همان لوله را محاسبه کند.

او برای محاسبه طول لوله از شیوه ناظر O استفاده می‌کند و طول لوله را `L می‌یابد (`L` = t` .v ). طبق نتایج قبلی نسبیت (اتساع زمان) ، به این نتیجه رسیدیم که زمان در چارچوب متحرک نسبت به چارچوب ساکن ، کندتر می‌گذرد. پس t` > t بنابراین L` > L ، که نشان دهنده انقباض طول لوله در چارچوب متحرک است. درک چنین واقعیتی بسیار دشوار و سخت است. اما لورنتس علت آن را تغییر در نیروی الکترومغناطیسی اتمها در سرعتهای بالا می‌داند. اما متأسفانه تا کنون دانشمندان موفق نشده‌اند که انقباض لورنتس-جرالد را در حد آزمایش عملی کنند.

نسبیت عام

اینیشتین در سال 1919 با ترمیم و تعمیم نسبیت خود ، نسبیت عام را مطرح کرد. نسبیت عام برخلاف نسبیت خاص ، در برگیرنده معادلات و پیچیدگیهای ریاضی بود. یکی از پیش بینیهای این نظریه آن بود که ساعتها در میدان گرانشی بسیار قوی ، کندتر کار می‌کنند و همچنین نور در میدان گرانشی بسیار قوی ، در مسیر مستقیم خود منحرف می شوند. این نظریه توانست به بسیاری از معماهای کیهان شناسی در مورد سیاهچاله ، عمر کرات و سیارات ، انرژی ستاره‌ها و کهکشانها ، چگالی جهان و ... پاسخ دهد.

پاسخ به نظرات

babak — Fri, 23 May 2008 16:36:18 GMT

خانم زهرا بابا محمدى

ما نمیتوانیم فرمول های پیچیده ی فیزیک کوانتمی رو مطرح کنیم چون اطلاعات در سطح همه است.

ويژگي های بيوگاز ‏

arya — Tue, 13 May 2008 15:16:16 GMT

ويژگي و چگونگي توليد بيوگاز ‏

بيوگاز به نام گاز مرداب نيز شهرت يافته با تركيبي از متان ‏‎(CH4)‎‏ و دي اكسيدكربن ‏‎(CO2)‎‏ و بوي ‏قابل تشخيص مانند تخم مرغ گنديده . سبك تر از هوا مي باشد و طبق مطالعات انجام گرفته در هندوستان آناليز ‏بيوگاز در جدول زير ذكر گرديده كه ميزان درصد گاز متان آن بستگي به دماي هاضم داشته و هر چه دماي هاضم ‏پايين تر باشد درصد متان آن بيشتر و ارزش حرارتي بالاتري دارد ولي ميزان گاز توليد شده كمتر است . بيوگاز ها ‏به دو دسته زير تقسيم مي شوند.‏
‏1.‏ بيوگازهاي با بار آلي ورودي زياد
‏2.‏ بيوگازهايي با بار آلي ورودي کم
دستگاهاي فوق داراي تفاوتهايي در ميزان گاز توليدي، زمان ماند و نحوه راهبري مي باشند.‏

جدول تركيبات بيوگاز

نام گاز	فرمول	درصد تركيب
متان	CH4	55 تا 65%
گازكربنيك	CO2	35 تا 45%
نيتروژن (ازت)	N2	0 تا 3%
هيدروژن	H2	0 تا 1%
اكسيژن	O2	0 تا 1%
هيدروژن سولفوره	H2S	0 تا 1%

دماي احتراق بيوگاز حدود 700 درجه سانتيگراد (دماي احتراق گازوئيل 350 درجه سانتيگراد و نفت و پروپان ‏‏500 درجه سانتيگراد ) و دماي شعله حاصل از آن 870 درجه سانتيگراد است . بيوگاز مانند ساير سوخت هاي ‏گاز قابل احتراق بوده و با نسبت 1- 20 با هوا مخلوط شده و سرعت اشتغال آن بالا مي باشد . ارزش حرارتي آن ‏در حدود 6 كيلووات ساعت بر مترمكعب است (يعني برابر ارزش حرارتي نيم ليتر سوخت گازوئيل) كه در جداول ‏بعدي خواص بيوگاز نسبت به گازهاي سوختي و ساير سوختها مقايسه شده است . فشار لازم و مطلوب براي ‏پخت و پز با بيوگاز بين 5 تا 20 سانتيمتر ستون آب مي باشد . ارزش حرارتي متان خالص در حدود 9000 کيلو ‏کالري بر متر مکعب مي باشد.‏

arya — Mon, 12 May 2008 13:32:25 GMT

واکنشهاي شيميايي و بيولوژيکي بيوگاز ‏

مرحله اول:‏
در طي اين مرحله مواد آلي پيچيده با وزن ملکولي زياد مانند پروتئين، سلولز و کربوهيدراتها به ملکولهاي ساده ‏تري همچون اسيدهاي آمينه، منوساکاريد و اسيدهاي چرب تبديل مي شوند.‏
مرحله دوم:‏
در طي اين مرحله ترکيبات مونومري با وزن ملکولي کم به ترکيبات واسطه مانند پروپيانات، بوتيرات، فورمات ‏و متانول تبديل مي شوند.‏
مرحله سوم:‏
باکتريهاي استوژنيک تمام ترکيبات فوق را به اسيد استيک، هيدروژن و دي اکسيد کربن تبديل مي کنند.‏
مرحله چهارم:‏
تمام ترکيبات مرحله قبل به متان تبديل مي شوند.‏

کليه مراحل فوق توسط باکتريهاي بي هوازي اختياري به انجام مي رسد به غير از مرحله چهارم که توسط ‏باکتريهاي بي هوازي مطلق انجام مي گيرد.‏
نسبت کربن به ازت در مواد ورودي به راکتور مهم مي باشد که اين نسبت بايستي در حدود 30 – 40 به يک ‏در نظر گرفته شود.‏
به خاطر حساسيت بالاي باکتري هاي متان ساز به ‏PH‏ بايستي ‏PH‏ را در حدود 5/7 الي 7/7 نگهداشت ‏که براي اين عمل مي توان ميزان قليائيت را در حدود 1500 تا 7500 ميلي گرم در ليتر کربنات کلسيم حفظ ‏کرد تا ظرفيت تامپوني خوبي در راکتور ايجاد گردد. در صورتي که ‏PH‏ به کمتر از 5/5 برسد باکتريهاي متان ‏ساز غير فعال مي گردند.‏
ميزان گاز توليدي در حدود 5/0 الي 75/0 متر مکعب به ازاي هر کيلوگرم جامدات فعال هضم شده مي باشد. ‏بطور معمول ميزان بار گزاري راکتور بيوگاز در حدود 6/0 الي 6 کيلوگرم به ازاي هر متر مکعب از فضاي ‏راکتور مي باشد.‏