ما با صورت هاي مختلف انرژي آشنا هستيم و مي دانيم كه هر كدام به نوعي به ديگري تبديل مي شوند. اما چيزي كه ما ازآن به عنوان يك چيز واحد نام مي بريم ماده است. اما سوالي كه اينجا پيش مي آيد اين استكه آيا چيزي كه ما از آن به عنوان ماده ياد مي كنيم همين چيزي است كه در اطراف ما وجوددارد وما همه روزه با آن سرو كارداريم. از بدن ما گرفته تا تمام وسايل و لوازمي كه براي گذراندن زندگي در آنها از ماده استفاده شده است ؟
سوالمان را واضح تر بيان مي كنيم. آيا بجز اين ماده كه جهان پيرامون ما از الكترون ها گرفته تا كهكشان هاكه از آن ساخته شده اند تنها نوع ماده در جهان است. آيا نوع ديگري از ماده نيز وجوددارد كه ما تا به حال به آن دسترسي نداشته‌ايم. يا اصلاً در حالت عادي نمي توانيم درباره‌ي آن صحبت كنيم؟
بحث خود را با سرعت نور ادامه مي دهيم ما مي دانيم كه ماده نمي تواند به اين سرعت برسد. اگر هم برسد طبق فرمول e=mc^2 به انرژي كامل تبديل خواهد شد. اين مطلب به اين معنا است كه ما براي ماده نوعي محدوديت قائل مي شويم و اين محدوديت در سرعت نور خود را بروز مي دهد. اين مطلب را داشته باشيد تا طبق فرمول هايي كه ما به شما معرفي مي كنيم سري هم به سرعت هاي بالاي نور بزنيم. فرمولي كه ما براي سرعت بالاي نور از اثبات هندسي نسبیت خاص بدست مي آوريم. بسيار شگفت انگيز است چون دقيقا قرينه‌ي فرمول سرعتهاي پائين نوراست بطوريكه اعداد بدست آمده در يك تقارن اعدادي براي هر دو محاسبه تقريبا يكسان بدست مي آيند.
در اينجا ما مطلب خود را با به ميان كشيدن بحثي به نام جرم نوع دوم ادامه مي دهيم. شايد در ابتدا تعجب آور باشد اما چيزي كه ما از آن به عنوان ماده ياد مي كنيم و داراي جرم است شايد آن چيزي نباشد كه هميشه در ذهن خود داريم. يعني ماده اي كه هميشه در سرعت هاي پائين نور مي تواند حركت كند و ما براي آن سرعتي بالاتر از سرعت نور متصور نيستيم. البته اين مطلب درست هم هست.
چون ماده معمولي و آن چيزي كه جهان اطراف ما از آن ساخته شده همين خاصيت ها را نيز با خود به همراه دارد .اما اگر ما نوع ديگري از ماده داشته باشيم كه در سرعت هاي بالاي نور حركت كند و برعكس ماده معمولي سكون براي آن بي معنا باشد مسئله فرق خواهد كرد.
بر طبق نمودارهايي كه ما رسم مي كنيم از فرمول هاي كه براي نسبیت خاص درسرعت هاي پائين وبالاي نور بدست مي آوريم ماده نوع يك كه ما آن را ماده ي معمولي ميناميم هنگامي كه به سرعت نور نزديك مي شود جرم حركتي اش افزايش مي يابد و در آن طرف نيز ماده ي نوع دوم را داريم كه همواره در بالاي سرعت نور حركت مي كند. اما برعكس ماده ي نوع يك هنگامي كه به اين ماده انرژي دهيم سرعت آن كاسته خواهد شد. وسرعت آن به نزديكيهاي سرعت نور افول پيدا خواهد كرد. چيزي كه دراين دو نوع ماده يا جرم يكسان است اين است كه آن ها نمي توانند با سرعت نور حركت كنند. چون دراين صورت به انرژي تبديل خواهند شد. يعني چه ماده ي معمولي و چه ماده ي ما فوق سرعت نورهنگام رسيدن به سرعت نور به انرژي خالص تبديل مي شوند و ما نمي توانيم تشخيص دهيم كه اين انرژي مربوط به ماده ي نوع اول است يا نوع دوم.
حال سوالي كه اينجا پيش مي آيد اين است كه چرا ما تا به حال نتوانسته ايم چنين ماده اي را شناسايي كنيم. در پاسخ مي توان گفت ما هنوز بسياري از ذراتي كه در سرعت هاي پائين نور حركت مي كنند را نتوانسته ايم شناسايي كنيم و برخي آنها مثل نوترينوها را نيز به تازگي و با روش هاي خاصي آشكار كرده ايم. پس پيدا كردن اين ماده هم بايد كمي مشكل باشد. چون شايد با ماده ي معمولي بر هم كنش نداشته و فرايندهاي ديگري را از ماده ي معمولي دنبال مي كند.
در ادامه ما مجبور هستيم اندكي در مورد اثبات هندسي اين فرمول ها توضيح دهيم تا بتوانيم فرمول هايي را كه بدست آورده ايم ثابت كنيم با قوانين مربوط به نسبیت سازگاري دارند.
در اثبات سرعت هاي پائين نور ما از زمان و سرعت نور بهره مي گيريم و از يك متحرك و ناظري كه زمان مربوط به آن را مي سنجد استفاده مي كنيم.
در ابتدا متحرك A با سرعت V در زمان t از ناظر B دور مي شود. دراين لحظه اتساع زماني كه ناظر B محاسبه مي كند t” خواهد بود. همچنين متحرك A وقتي به مكانA' مي رسد نوري از خود ساطع مي كندكه در زمان t و با سرعت C به سمت ناظر B مي رسد.
پس بدين ترتيب با چند محاسبه ي ساده فرمول مربوط به اتساع زمان براي سرعت هاي پائين نور بدست مي آيد كه معكوس اين فرمول هم براي محاسبه ي جرم حركتي استفاده ميشود. اما براي سرعت هاي بالاي نور ما از همان موارد يعني متحرك A و ناظر B استفاده مي كنيم بااين تفاوت كه متحرك A با سرعت بالاي نور يعني V و در زمان t شروع به حركت مي كند در ابتدا ناظر B اتساع زماني را با t” محاسبه مي كند و درادامه متحرك A در مكان A' نوري از خود ساطع مي كند كه با سرعت ثابت c و در زمان t به ناظر B مي رسد.
دراين مورد هم معكوس فرمول بدست آمده مربوط به جرم حركتي ماده‌ي نوع دوم خواهد بود. با اين توضيحات ما مي توانيم با استفاده از فرمول سرعت هاي بالاي نور به اين پيش بيني برسيم كه نوع ديگري از ماده وجود دارد كه در سرعت هاي بالاي نور حركت مي كند و خواص آن باماده ي معمولي متفاوت است. البته اين كه اين نوع ماده را بتوان با نظريه ي ريسمان ها تطبيق داد جاي بحث دارد.اما نتايجي كه قبلا به آن اشاره شد به طور خلاصه به اين شرح است.
1ـ ماده چه از نوع اول باشد چه از نوع دوم نمي تواند باسرعت نور حركت كند چون در اين حالت به انرژي تبديل خواهد شد.
2 ـ ماده نوع دوم برعكس ماده نوع اول هنگام گرفتن انرژي با افت سرعت مواجه مي شود.
3 ـ ماده ي نوع دوم چون هنوز براي ما ناشناخته است و باماده‌ي معمولي شايد برهم كنش نداشته باشد نمي توان آن را با آشكارسازهاي معمولي شناسايي كرد.
در پايان هم بايد گفت ماده‌ي نوع دوم چيزي است كه از فرمول هاي بالاي سرعت نور سر در مي آورد و فقط مي تواند يك نظريه باشد. اما ما بايد منتظر باشيم و در آينده براي شناسايي اين نوع ماده تلاش هايي ار صورت دهيم چون جهان بسيار پيچيده تر از آن چيزي است كه ما فكر مي كنيم و هميشه چيزهاي جديدي براي رو كردن با خود به همراه دارد.
البته دراين فرمول ها ما از ماهيت اين نوع ماده يا ذرات كه آيا قانون گرانش براي آن صادق است يا هنگامي كه ماده‌ي نوع اول ودوم در كنار هم قرار گيرند چه اتفاقي مي افتد نمي توانيم صحبت كنيم. در مورد فرمول هاي سرعت بالاي نور شايد اين سوال به ذهن آيد كه اين فرمول ها اصل عليت رانقض مي كنند. چون نور يك جسم ديرتر از خود جسم به ناظر خواهد رسيد. اما در پاسخ بايد گفت ما تمام چيزها را در جهان با سرعت نور نمي سنجيم و شايد امواجي يا ذراتي باشند كه سريعتراز سرعت نور حركت مي كنندچنانكه هنگامي كه رعد و برق مي زند آيا ما از نور آن به وجود آن پي مي بريم يا از صداي آن كه ديرتر از نور رعد و برق مي رسد. پاسخ به اين پرسش مي تواند متفاوت باشد اما باز مي توان گفت كه سرعت نور پايان سرعت نيست و تنها يك ثابت است. چنانكه به تازگي دانشمندان توانسته اند فوتون هاي در حال حركت را به هم به سرعت هاي پائين نور برسانند و هم اندكي آنها را به سرعت بالاي نور برسانند. البته اين مطلب را هم بايد گفت كه انرژي هم جرم دارد و جرم نوع دوم طبعا با آن ماده اي كه ما مي شناسيم متفاوت خواهدبود. در پايان هم بايد گفت اين جرم احتمالاً در اطراف سرعت m/s 8 10 × 23/4 حرکت میکند در واقع این سرعت براي اين نوع جرم نوعي تعادل انرژيك به حساب مي آيد. چون تغييرات در اين سرعت بايد بيانگر تغييرات در انرژي اين ذرات ملاحظه شود. اين سرعت با استفاده از محاسباتي كه در فرمول بالاي سرعت نور انجام مي گيرد بدست مي آيد.و با اندکی محاسبه میتوان به ان رسید.
منبع : ParsSky.com