تبلیغات
سرعت نور، چالش ها و نظریه ها
ارسال در: 1384/07/09-00:00
نور و مسائل مربوط به آن همواره یکی از مباحث مهم و مورد توجه فیزیکدانان بوده و هست. نحستین تلاش های علمی در این زمینه از زمان گالیله آغاز شد. وی به اتفاق همکارش برای اندازه گیری سرعت نور اقدام کردند.
مقدمه 
 روش کار به این طریق بود که همکار گالیله در حالیکه فانوسی در دست داشت بالای تپه ای ایستاده بود و گالیله بالای تپه ای دیگر. هر دو با خود فانوسی داشتند که روی آن را پوشانده بودند. دستیار وی به مجرد آنکه نور گالیله را می دید، با برداشتن پرده از روی فانوس خود به گالیله علامت می داد. گالیله این آزمایش را با فواصل بیشتر و بیشتر تکرار کرد، اما نتوانست اختلاف زمانی بین برداشتن پرده از روی فانوس خود و دستیارش به دست آورد و سرانجام گفت که سرعت نور خیلی زیاد است
 نخستین بار سرعت نور در سال 1676 توسط رومر
(Romer)
با استفاده از ماه گرفتگی محاسبه شد و معلوم گشت که سرعت نور نیز محدود است. عددی را که رومر به دست آورد 215 هزار کیلومتر بر ثانیه بود. این عدد آنقدر بزرگ بود که معاصران وی آن را باور نمی کردند در سال 1726 برادلی با استفاده از تغییر وضعیت ستارگان نسبت به زمین سرعت نور را محاسبه کرد و عدد سیصد هزار کیلومتر بر ثانیه را به دست آورد
نخستین بار فیزیو با ستفاده از روش غیر نجومی و اصلاح روش گالیله سرعت نور را اندازه گیری کرد و مقدار آن را سیصد و سیزده هزار کیلومتر بر ثانیه به دست آورد. تمام این نتایج به صورت تجربی به دست آمده بود و از پشتوانه ی نظری بی نصیب بود و استناد به این اندازه گیری نمی توانست به یک  نتیجه ی جهان شمول برسد. به عنوان نمونه آیا اندازه ی سرعت های به دست آمده زمینی و سماوی باید یکسان باشد یا خیر؟
در دهه ی 1860 کلارک ماکسول با استفاده از قوانین الکترومغناطیس که خود معادلات آن را نوشته بود دیدگاهی کلی و جهان شمول در مورد سرعت امواج الکترومغناطیسی که نور بخش کوچکی از آن بود، ارائه کرد
 
 
امواج الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی که بطور نظری در سال 1864 توسط معادلات کلارک ماکسول پیشگویی شد، نشان داد که سرعت انتشار این امواج در خلاء از رابطه ی زیر به دست می آید

 

 

 
همچنانکه رابطه ی بالا نشان می دهد، سرعت نور (امواج الکترومغناطیسی) در خلاء ثابت است. اما سرعت ثابت امواج الکترمغناطیسی بایستی نسبت به یک دستگاه مقایسه می شد، و این دستگاه همان دستگاه اتر بود. یعنی اتر ساکن مطلق فرض می شد و تمام اجسام نسبت به آن در حرکت بودند و سرعت امواج الکترومغناطیسی و در حالت خاص سرعت نور نسبت به اتر ثابت بود. این نظریه در حالی شکل گرفت که نسبیت گالیله ای نیز معتبر و بی نقص تصور می شد. بنابراین اگر سرعت نور نسبت به یک دستگاه لخت
 
c
باشد و دستگاه با سرعت
v
نسبت به اتر در حرکت باشد، در آنصورت سرعت نور نسبت به اتر
w
برابر خواهد شد با
 
w=c+v
 

  چنانچه نور در جهت مخالف دستگاه حرکت کند، آنگاه خواهیم داشت

w=c-v

بر این اساس ماکسول به فکر محاسبه سرعت حرکت منظومه ی شمسی نسبت به اتر افتاد. وی در سال 1879 طی نامه ای که برای تاد در آمریکا نوشت، طرحی را برای اندازه گیری سرعت حرکت منظومه ی شمسی نسبت به اتر پیشنهاد کرد. یک آمریکایی به نام مایکلسون این طرح را دنبال کرد و برای انجام آزمایش تداخل سنجی نیز ساخت و در سال 1880 آزمایش کرد

 

آنچه ازآزمایش مایکلسون به دست آمد بسیار گیج و ناراحت کننده بود. اولین فکری که قوت گرفت این بود که باید اشکال از معادلات ماکسول باشد که تنها بیست سال از عمر آن می گذشت. یعنی باید آنها را طوری تغییر داد تا با نسبیت گالیله ای سازگار باشد. اما آزمایش فیزو و سایر نتایج حاصل از حرکت نور و امواج الکترومغناطیسی آنها را تایید می کرد

 هر تلاشی که برای توجیه علت شکست نتیجه ی آزمایش مایکلسون انجام می دادند، با شکست رو به رو می شد. در این میان دو نظریه از بقیه حالب تر به نظر می رسید

یکی کشش اتری که به موجب آن جارجوب اتر بطور موضعی به کلیه ی اجسام با جرم محدود متصل است. این نظریه هیچ اصلاحی را در قوانین نیوتن، نسبیت گالیله ای و معادلات ماکسول لازم نمی دانست. اما این نظری با کجراهی نور ستارگان ناسازگار بود

نظریه دوم نظریه گسیلی بود که طبق آن معادله های ماکسول را باید طوری اصلاح می کردند که سرعت نور با سرعت چشمه ی صادر کننده بستگی داشته باشد. این نظریه نیز با نور واصل از ستارگان دوتایی ناسازگار بود

در این اثنا انیشتین نظریه ی انقلابی نسبیت را ارائه کرد.  مسئله نسبی بودن سرعت ، از نظر انیشتین ، تا جاییکه به اعتبار اصل نسبیت مربوط می شد به اتر و حرکت سوقی ربطی نداشت. طبق اصل نسبیت : قوانین طبیعت در تمام چارچوب های مرجع لخت یکسان اند.  انیشتین پس از مطرح کردن اصل نسبیت ، به دو اصل موضوع بنیادی زیر پرداخت

 

یک- قوانین فیزیکی در تمام دستگاه های لخت یکسان است

دو- سرعت نور در خلاء ، در هر چارچوب لختی که اندازه گیری می شود با صرفه نظر از حرکت منبع نور ، معادل  

 c

است

 

اصل موضوعی دوم انیشتین ، در واقع اندیشه مکانیکی نیوتنی و سینماتیکی گالیله ای را رد می کند . طبق اصول سینماتیک ، اگر دو جسم متحرک با سرعت ثابت ، در حال حرکت به سمت یکدیگر باشند ، سرعت هر یک از آن ها در نقطه بر خورد ، برابر با مجموع سرعتشان است

اما درنسبیت انیشتین اینگونه نیست . اگر در نقطه ای 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 می کنند.

 نسبیت علاوه بر آنکه بخوبی توانست علت شکست نتیجه ی آزمایش مایکلسون را توجیه کند، از تمام آزمایش های مربوط به آن نیز با موفقیت بیرون آمد. علاوه بر آن به نتایج گرانقدری رسید که همه ی اندیشه بشریت را تحت ناثیر قرار داد.

همجنانکه که در بالا بیان شد، ثابت بودن سرعت نور به عنوان یک اصل موضوع مطرح شده است. اصول موضوع در هر زمینه ی علمی دارای این ویژگی هستند که اعتبار خود را تا زمانیکه با مورد نقض رو به رو نشده اند، حفظ می کنند و به محض مواجه با یک تناقض از اعتبار ساقط می شوند. ار آن جاییکه فیزیک یک دانش تجربی است، الزاماً بایستی ابطال اصولش نیز بر پایه تجربه باشد

علاوه بر مشاهدات تجربی که می تواند اصول موضوعی را به چالش بکشد، سازگاری این اصول با سایر نظریه هایی که قادر به توجیه پدیده های فیزیکی هستند نیز از اهمیت خاصی برخور دار است. تجارب کیهانی دهه ی 1970 به بعد اصل ثابت بودن سرعت نور را با مشکل جدی مواجه ساخته است که در زیر به برخی از آنها اشاره می شود

 

 

سرعت نور ثابت نيست

 

تئوري جديدي كه دانشمندان استراليايي مطرح كرده‌اند و سرعت نور را ثابت نمي‌دانند مهمترين تئوري فيزيك نوين يعني نسبيت انيشتين را از اريكه قدرت به پايين مي‌‌كشد.
تيم فيزيك‌دانان دانشگاه مك كواري سيدني در استراليا به رياست پال ديويز

Paul Davies

احتمال آن كه سرعت نور طي ميلياردها سال كندتر شده باشد را مطرح ساخته‌اند. در اين صورت فيزيكدانان بايد در مورد بسيار از فرضيه‌ها و تئوريهاي پايه بويژه در مورد قوانين حاكم بر عالم تجديد نظر كنند. ديويز در مصاحبه با رويتر گفت: «معني اين تئوري جديد آن است كه بايد از خير تئوري نسبيت و فرمول

E=mc2

و اين جور چيزها بگذريم البته نه به اين معني كه كتابها را در اين مورد دور بيندازيم؛ هميشه تحولات علمي تئوريهاي قديمي‌تر را در خود هضم مي‌‌كند‌».

نتايج تحقيقات اين تيم در مجله نيچر 

Nature

 به چاپ رسيده است. جان وب اختر شناس دانشگاه نيوساوث ويلز با ارائه تئوري خود براساس شواهدي كه به دست آمده است ادعا مي‌‌كند كه سرعت نور مي‌‌تواند ثابت نباشد، كه اين موضوع معماي لاينحلي را پيش روي فيزيكدانان و اخترشناسان قرار داده است. براساس يافته‌هاي وب، نوري كه از كوثر- 

Quasar

 شي‌ء شبيه به ستاره در آسمان - در طي دوازده ميليارد سال سفر خود تا رسيدن به زمين فوتونهايي از سحابي بين ستاره‌اي دريافت كرده است كه با فوتونهايي كه تاكنون مي‌‌شناختيم تفاوت دارد.
ديويز در توضيح يافته‌هاي وب مي‌‌گويد: مشاهدات وب به معني آن است كه ساختار اتمهايي كه از نور كوثر ساطع مي‌‌شود تفاوت بسيار جزيي اما با اهميت ساختار اتمهاي انسان دارد. دليل اين تفاوت فقط مي‌‌تواند از دو چيز ناشي شود: يا بخاطر سرعت نور و يا بخاطر تخليه الكتروني

(Electron Charge)

 

 از سويي دو قانون در قوانين فيزيك كيهاني مطرح است كه سالهاست مورد پرسش قرار گرفته است. براساس اين دو قانون نه تخليه الكتروني و نه سرعت نور قابل تغيير نيستند. اما بايد براي مشاهدات وب توضيحي داد: يا اين مشاهدات اشتباه است و يا يكي از دو قانون ثبات سرعت نور و يا تخليه الكتروني قابل تكيه نيست. تيم ديويز بنا را براين گذاشتند كه مشاهدات وب درست بوده و يكي از اين دو قانون ممكن است آنطور كه تصور مي‌‌شد غيرقابل تغيير نباشد.
به اين ترتيب اين تيم به مطالعه سياه چاله‌ها روي آوردند. سياه چاله‌ها توده‌هاي عظيم و اسرارآميزي هستند كه ماده را مي‌‌بلعند و حتي نور نيز از چنگال اين مكنده در امان نيست. اگر قرار باشد به قانون دوم ترموديناميك- كه خود يك دگماتيسم ديگر در فيزيك است- اعتقاد داشته باشيم در اين صورت تغيير در قانون ثبات تخليه الكتروني قانون دوم ترموديناميك را در هم خواهد ريخت به همين دليل يك گزينه باقي ماند و آن بررسي امكان متغير بودن سرعت نور است.
گرچه هنوز مطالعات به اندازه كافي نيست و مشاهدات وب از نور كوثر براي درهم ريختن تئوري‌هاي موجود كافي نيست اما مطالعه در اين زمينه از چندي پيش آغاز شده است. ا ز جمله مي‌‌توان به مقاله‌هايي كه در مجله Physical Review Letters منتشر شده مراجعه كرد و گرچه بسياري از وفاداران به تئوريهاي موجود سعي دارند مشاهدات وب و ديويز را اشتباه مشاهده‌اي و اشتباه محاسباتي و آماري جلوه دهند، اما بحثي كه در اين زمينه آغاز شده است روز به روز دامنه‌دارتر مي‌‌شود و به همان اندازه‌اي كه خود كيهان سئوالات لاينحل باقي گذاشته مشاهدات اخير نيز بسياري از تئوريها را به چالش كشانده است.
در اين وضعيت بايد روشن شود به چه چيزهايي از تئوري گذشته مي‌‌توان تكيه كرد و بايد ديد تئوريهاي جديد از عهده پاسخگويي به بسياري از پرسشها بر مي‌‌آيند يا خير. در واقع از نظر ديويز همان بلايي كه تئوري نسبيت انيشتين و فيزيك كوانتوم بر فيزيك قرن نوزدهم وارد آورد حالا خود شاهد آن خواهد بود كه تئوريهاي جديد پايه و اساس اين تئوريها را متزلزل خواهد كرد. حداقل دستاورد اين مشاهدات اين است كه در بررسي ساختار كيهان و اين كه از كجا نشأت گرفته و به كجا تكامل پيدا مي‌‌كند يك گام رو به جلو برداشته شده است.
تئوري نسبيت مي‌‌گويد كه سرعت هيچ چيز از نور فراتر نمي‌رود (سرعت نور در خلأ، تقريباً000ر300 كيلومتر در ثانيه است). آرزوي انسان فراتر رفتن از اين سرعت است و اين آرزوها در فيلمهايي مثل "Star Trek" انعكاس يافته‌اند. حتي اگر انسان ابزاري بسازد كه بتواند با سرعت نور حركت كند براي عبور از كهكشان راه شيري يكصدهزار سال وقت لازم است.
 

منابع

http://www.abc.net.au/lateline/stories/s347215.htm

 

 

کندتر از همیشه

 

ماگي جو كتابی براى رد محدوديت سرعت منتشر کرده است. وی جوانى جاه طلب نيست، بلكه استاد ۳۵ ساله فيزيك نظرى در دانشگاه امپريال كالج لندن است
نویسنده اظهار می دارد چرا به رغم آنكه فضاى سه بعدى كيهانى كه در فضا- زمان چهاربعدى جهانى خميده اينشتين قرار دارد، درست همانند فضاى اقليدسى، كاملاً مسطح است؟ چرا محتويات آن در مقياس بزرگ چنين همگون است؟ در دهه ۱۹۸۰ آلن اچ گات از موسسه فناورى ماساچوست پاسخ واحدى براى هر دو پرسش يافت.

اين پاسخ كه تورم 

(inflation)

 نام دارد بيان مى كند كه درست پيش از انبساط آهسته و مداوم فضا كه باعث مى شود مواد موجود در آن به اطراف پراكنده شوند، در يك فاصله زمانى كوتاه انبساط فضايى ناگهانى، شديد و غيرمعمولى رخ داده است. آن ميدان گذرا، در نهايت از بين رفت و مخلوط پيچيده اى از ذرات (و از جمله تابش ها) را به وجود آورد كه هنوز هم در فضا سير مى كنند. آثار اين فشار اوليه هنوز هم به صورت انبساط هابل كه براى ما قابل مشاهده است، وجود دارد كه سرعت اين انبساط امروزه در حال افزايش است
 

در تفسير هايى كه جزئياتى در مورد وضعيت اوليه ارائه مى دهد، انحراف هاى كوچكى وجود دارد. طى چند سال گذشته يكى از كار هاى اصلى اين بوده است كه تمام اين ضعف هاى جزيى تجزيه و تحليل شود تا اطلاعات لازم در مورد ماده اوليه، تغييرات و حركت آن با توجه به رشد كنونى كيهان تهيه شود. امروزه معماى واقعى جديدى وجود ندارد
هر چند كه پرسش هاى زيادى باقى مانده است كه بايد پاسخ آنها را دريابيم كه از جمله مهم ترين آنها ميراث اسرار آميز و ناشناخته اينشتين است، يعنى «ثابت» كيهانشناختى وى. اين كتاب بيانيه فردى است كه مواضع مخالف خود را نسبت به مطالبى كه پيش از اين با قاطعيت پذيرفته شده است، با صراحت و خلاقيت بيان مى كند
مولف و همكارانش در اين كتاب شك و ترديد هايى نسبت به مفهوم تورم ابزار كرده اند: تورم پديده اى است كه با سرعت بى نهايت رخ داده است. براى مخلوط كردن تركيب چگال و داغ اوليه در دوران هاى ابتدايى، مى بايست با نور رقابت كرده و آن را تا مرز هاى دوردست تورم پشت سر گذاشت يعنى سريع تر از نور؟ اينشتين و همفكرانش تاييد كرده اند كه فقط يك راه براى انجام چنين چيزى وجود دارد: استفاده از گرانش دافعه اى. اين مفهوم در تئورى آنان وجود داشت
ماگي جو حدس مى زند كه شايد راه ديگرى هم وجود داشته باشد. اگر ماده نسبت به نور چنين كند است، چرا سرعت نور در گذشته نمى توانسته است بيشتر و بيشتر باشد؟ 

Scientific American, Apr2003
* فيليپ موريسون استاد فيزيك در موسسه فناورى ماساچوست، از سى و پنج سال پيش تاكنون سرگرم نوشتن مقاله در ساينتيفيك آمريكن بود

 

متن کامل

 

http://cph-theory.persiangig.com/L529-ketabialahenesbiat.htm

 

 

دانشمندان سرعت نور را افزايش دادند

 

محققان اروپايي به دنبال راهي براي پردازش اطلاعات با سرعت نور هستند
تيمي از دانشمندان اروپايي براي اولين بار نشان داده‌‏اند كه مي‌‏توان سرعت نور را كنترل كرد
محققان مركز فرانسوي

EPFL

 ، به طور موفقت‌‏آميزي با استفاده از تجهيزات نه چندان پيشرفته و در شرايط محيطي نرمال توانستند سرعت نور را كاهش و افزايش دهند. محققان مي‌‏گويند: اين دستاورد آنها كاربردهاي زيادي در زمينه‌‏هاي مختلف خواهد داشت، از جمله در حوزه‌‏هاي رايانش نوري و ارتباطات فيبر نوري. محققان

EPFL

 مي‌‏گويند: كاهش دادن سرعت نور براي خود آنها چندان حيرت انگيز نبوده؛ اما آنچه كه واقعا خود آنها را شگفت‌‏زده كرده اين است كه آنها توانسته‌‏اند نور با سرعت بيشتري از سرعت نور (300 ميليون متر بر ثانيه در خلاء) هدايت کند
 

 منبع: شبکه فناوری اطلاعات ایران

http://www.iritn.com/?action=show&type=news&id=9035

 

منبع اصلی

 

http://actualites.epfl.ch/index.php?module=Presseinfo&func=view_com&id=288

 

 

مشکل کجا است؟

 

هرچند انیشتین ثابت بودن سرعت نور را در خلاء و نسبت به همه ی ناظران لخت به عنوان یک اصل مطرح کرد، اما معادلات الکترومغناطیس ماکسول نشان می دهد که سرعت نور تابع دو ثابت اکتریکی و مغناطیسی است

ادامه مقاله : http://cph-theory.persiangig.com/C531-noorchaleshha.htm

منبع :CPH
نظرات ارسالی:
 
مشارکت در بحث:
نام:
ایمیل:
متن پیام:
کد امنیتی:

Copyright © 2001-2019 Parssky.com All Rights Reserved 

اسپانسرها :   اسپانسرها :  تایم لپس timelapse اسلایدر عکاسی فیلمبرداری  عکاسی صنعتی طولانی عکاسی رشد پروژه برج خنک کننده فایبر گلاس عکاسی نجومی تلسکوپ دوربین دوچشمی تجهیزات نجوم فروش عکس پارس ویو Parsview.ir   عکس با کیفیت وضعیت آب و هوای ایران  تهویه ایران .بانک عکس و وکتور فروش عکس . طرح و وکتور فروش دوربین دوچشمی

طراحی سایت با آسمان پارس

با کلیک روی +۱ ما را در گوگل محبوب کنید