پروفسور ادوارد ویتن، ریاضی فیزیکدان مشهوری است که اکتشافات پیشگامانه زیادی در زمینه نظریه ریسمان، گرانش کوانتومی، ابر تقارن و نظریه میدان کوانتومی انجام داده است.
او قضیه انرژی مثبت را در نسبیت عام اثبات کرد که بیان می کند انرژی کل یک سیستم ایزوله ناشی از ماده گرانشی، همیشه غیر منفی است. این قضیه نشان می‌دهد که فروپاشی گرانشی نمی‌تواند اجرامی با جرم منفی یا کرم‌چاله‌ها را ایجاد کند. همچنین او مفهوم نظریه M را معرفی کرد که یک چارچوب یکپارچه است که تمام نسخه های مختلف نظریه ابر ریسمان و ابرگرانش ۱۱ بعدی را در بر می گیرد. نظریه M امیدوارکننده‌ترین نامزد برای نظریه گرانش کوانتومی است که می‌تواند نسبیت عام و مکانیک کوانتومی را با هم آشتی دهد.


@cosmos_physics

برندگان جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۴ مشخص شدند

GEOFFREY E. HINTON

JOHN J. HOPFIELD

برای کشف ها و اختراعاتی ‌که منجر به استفاده از شبکه های عصبی در یادگیری ماشین شد

@cosmos_physics

‍ مدل‌های فریدمن


فریدمن، کیهان‌شناسی را بر مبنای نسبیت عام بنا نهاد. آنچه که اون انجام داد انتخاب های درست بود. وی فرض انیشتین و دوسیتر مبنی بر اینکه جهان ایستا است را کنار گذاشت و به درستی فرض کرد که هیچ گواهی در دست نیست که این پیش داوری را تأیید کند. اما او به همگن و همسانگرد بودن جهان وفادار ماند.

فریدمن دریافت که جواب های معادلات بدون ثابت کیهانشناختی به سه دسته تقسیم می‌شوند. یک دسته به مدلهای جهان بسته مربوط میشوند. این جواب ها مدلهای ریاضیاتی هستند که جهان در حال انبساطی را توصیف می‌کنند که در آن چگالی آنقدر زیاد است که دست اخر میدان گرانشی انبساط را متوقف می‌کند. آنگونه که شکل۱ نشان می‌دهد، هرگاه دو نقطه یا دو کهکشان را انتخاب و آنها را دنبال کنیم، خواهیم دید که فاصله میان آنها به مقدار بیشینه‌ای می‌رسد و سپس دوباره به صفر میل می‌کند. چگالی جرم سبب می‌شود که فضا به روی خودش خمیده شود. بنابراین فریدمن پی برد که اگر جهان در زمان بسته باشد (یعنی اگر جهان باز رُمبش کند) آنگاه در فضا نیز بسته خواهد بود (یعنی حجم معینی خواهد داشت). مثل فاصله بین دو کهکشان دلخواه، پیرامون جهان از صفر شروع می‌شود، به مقدار بیشینه می‌رسد و دوباره به صفر کاهش می‌یابد.
دسته‌ی دوم جواب که فریدمن در دومین مقاله خود (که در سال ۱۹۲۴ به چاپ رسید) آنها را شرح داده است، مدل‌های جهان باز نام دارند. این جواب ها مدل‌های در حال انبساطی هستند که چگالی جرم کم است به طوری که میدان گرانشی آنقدر ضعیف است که نمی‌تواند از انبساط جلوگیری کند. آنگونه که شکل ۱ نشان می‌دهد ، فاصله بین دو کهکشانی که به دلخواه انتخاب شده‌اند از صفر شروع می‌شود و سپس مدام افزایش می‌یابد. با گذشت زمان، سرعت فاصله گرفتن دو کهکشان از هم در مقدار ثابتی پایدا می‌ماند.
فضای جهان بسته روی خودش خمیده می‌شود و فضایی متناهی به وجود می‌آورد، حال آنکه خمیدگی جهان باز از خودش دور می‌شود و فضایی نامتناهی ایجاد می‌کند. شکل۲(a) نشان می‌دهد که فضای بسته را می‌توان با سطح کره نمایش داد و شکل ۲(b) نشان می‌دهد که فضای باز را می‌توان به شکل زین نمایش داد. با این حال کره و زین شرایط یکسانی ندارند. سطح کره نمایش دقیقی از فضای بسته است در صورتی که زین تقریبی از فضای باز است که تنها در مرکز زین معتبر است. بنابراین اگر مدل کیهانشناختی در زمان باز باشد (یعنی باز رُمبش نکند) معادلات فریدمن حکایت از این خواهد داشت که در فضا نیز باز هست (یعنی حجم نامتناهی دارد).

سرانجام حالتی است که درست مرز بین مدل‌های بسته و باز جهان است. فریدمن این حالت را به صراحت شرح نداد اما می‌توان آنرا به عنوان حالت حدی جواب‌های جهان بسته یا باز بدست آورد. یعنی این حالت مرزی را می‌توان با به حداقل رساندن چگالی جرم جهان بسته یا به حداکثر رساندن چگالی جرم جهان باز تعیین کرد. چگالی جرمی که جهان را در مرز بین انبساط ابدی و رُمبش نهایی قرار می‌دهد، چگالی بحرانی نام دارد. در این حالت فضا نه بسته و نه باز بلکه اقلیدسی است. به همین دلیل چنین جهانی تخت نامیده می‌شود و مثل جهان باز حجم نامتناهی است. در جهان تخت تحول زمانی مانند مدل‌های باز است، از این نظر که جهان از اندازه صفر آغاز می‌شود و بدون محدودیت رشد می‌کند. با وجود این، اختلاف بین این دو در رفتار سرعت جدایی بین دو کهکشان با گذشت زمان است. در مورد باز، سرعت در مقدار غیرصفری ثابت می‌ماند در حالی که در مورد تخت، سرعت به سمت صفر میل می‌کند اما با گذشت زمان هرگز به آن نمی‌رسد. شکل۱ تحول زمانی مدلهای تخت را نشان میدهد. در همه‌ی مدل‌هایی که ثابت کیهان شناختی ندارند فاصله ی بین دو کهکشانی که به دلخواه انتخاب شده اند از صفر آغاز می‌شود و سپس افزایش می یابد. فریدمن پیامدهای این کنجکاوی ریاضیاتی را شرح نداد که به این معنی بود که همه ی ماده ی موجود در جهان از حالت تراکمی بی نهایت آغاز شده است. در دهه‌ی ۱۹۴۰ فرد هویل عبارت انفجار بزرگ را بر سر زبانها انداخت. با وجود این خود فرید من هیچ عنوانی به این فرضیه ی شگرف درباره ی منشأ جهان هستی نداد.

@cosmos_physics

🎥 لودویگ بولتزمان، فیزیکدان مشهور اتریشی، نقش بسیار مهمی در تبیین مفاهیم ترمودینامیک و به ویژه مفهوم انتروپی و قانون دوم ترمودینامیک دارد.
اما، ایده‌ای در فیزیک وجود دارد به نام «مغز بولتزمان» که از افکار بولتزمان نشأت گرفته است.
این نظریه بیان می‌کند که جهان هستی با تمام ستاره‌ها، کهکشان‌ها و حتی خود ما، بر اثر یک رخداد عظیم مثل “بیگ‌بنگ” به وجود نیامده است. بلکه به شکلی ساده‌تر، کل آگاهی ما از جهان، تنها یک آگاهی ناشی از نوسانات کوانتومی تصادفی در گستره بی‌پایان کیهانی است.

تصور کنید در یک سوپ کیهانی بی‌پایان، ذرات بنیادی مدام در حال جوش و خروش هستند. طبق نظریات فیزیک، گاهی همین افت‌وخیزهای تصادفی می‌تواند منجر به شکل‌گیری ساختارهایی پیچیده شود. طبق ایده مغز احتمال دارد آگاهی و درک ما از واقعیت چیزی شبیه به همین باشد؛ پدید آمده از دل آشفتگی.

این فرضیه، سوالات زیادی را در مورد وجود ما و ماهیت جهان هستی مطرح می‌کند. آیا همه آن‌چه که به عنوان واقعیت درک می‌کنیم، از تاریخ بشر گرفته تا قوانین طبیعت، فقط یک توهم گذرا است!


@cosmos_physics

Ehrenfest theorem bridges the gap between quantum mechanics and classical mechanics by showing that the expectation values of quantum operators follow the classical equations of motion. It’s a cornerstone in the understanding of how classical behaviour emerges from quantum systems.

قضیه اهرنفست با نشان دادن اینکه مقادیر چشمداشتی عملگرهای کوانتومی از معادلات  حرکت کلاسیکی پیروی می کنند، شکاف بین مکانیک کوانتومی و مکانیک کلاسیک را پر می کند. این سنگ بنای درک چگونگی ظهور رفتار کلاسیک از سیستم های کوانتومی است.


@cosmos_physics

🎥 معمای آگاهی

دیدگاه ادوارد ویتن، ریاضیدان و فیزیکدان نظری (پدر نظریه ریسمان)



@cosmos_physics

🎥 به مناسبت ۲۹ نوامبر، روز چاپ مقاله "گربه شرودینگر"
با وجود دقت بی‌نظیر مکانیک کوانتوم، این نظریه با مشاهدات روزمره در جهان ماکروسکوپیک در تضاد است.
در مکانیک کوانتوم یک ذره می‌تواند در حالت برهم‌نهی کوانتومی باشد یعنی در آن واحد در حالت‌های مختلف باشد.  وقتی ذرات با جهان ماکروسکوپیک تعامل داشته باشند  (مشاهده شوند) فقط یکی از این حالات مشاهده خواهد شد. طبق نظر بسیاری از فیزیک‌دانها، مشاهده یک ذره باعث کلاپس تابع موج آن می‌شود!
اروین شرودینگر با نارضایتی از این تفسیر، آزمایش ذهنی معروفش را طراحی کرد.
گربه ای با یک بمب در حالت برهم‌نهی کوانتومی "سالم - منفجر شده" است در یک جعبه است. تا قبل از باز کردن در جعبه‌ و مشاهده گربه، گربه در برهم‌نهی "زنده - مرده" است. یعنی در آن واحد هم زنده است و هم مرده! که یک پارادکس است.
پارادوکس گربه شرودینگر نشان دهنده مشکل حل نشده اندازه‌گیری در مکانیک کوانتوم است: هنگام مشاهده یک سیستم کوانتومی چه اتفاقی می‌افتد؟


@cosmos_physics

🎥 به مناسبت ۱۵ دسامبر، زادروز هنری بکرل

در سال ۱۸۹۶، هنری بکرل به طور اتفاقی متوجه شد که اورانیوم می‌تواند بر روی فیلم ظاهرنشده عکاسی تاثیر بگذارد.
این اولین بار بود که پدیده رادیواکتیویته مشاهده شد و آغازی بود بر استفاده از مواد رادیواکتیو در زندگی بشر.
امروزه یکای اندازه‌گیری میزان رادیواکتیویته (واپاشی در واحد زمان) به افتخار بکرل نامگذاری شده است.

بکرل به همراه ماری و پیر کوری در سال ۱۹۰۳ موفق به دریافت جایزه نوبل شدند.


@cosmos_physics

🎥 اینکه فیزیک برای تبیین هویات و رویدادهای سطح بنیادین ذرات بکار گرفته می‌شود و اینکه شیمی برای تبیین سطح مولکولی کاربرد دارد و اینکه زیست شناسی در سطح سلولی جواب می‌دهد، برخی فیلسوفان را واداشته تا درباره علم آگاهی بیندیشند و اینکه آیا نوروساینس می‌تواند به علمی تجربی برای تبیین تجربه‌های آگاهانه منجر شود؟

چالمرز  از یک خلاء متدولوژیک در نوروساینس صحبت می‌کند که اساسا به تبیین آگاهی نمی‌انجامد. کشف ساختارها و کارکردهای مغز از آنجا که تمام قابلیت علم تجربی است (که از منظر سوم‌شخص و آبجکتیو به مطالعه سوژه می‌پردازد)، در نهایت شکاف تبیینی آگاهی را (که پدیده‌ای اول‌شخص و سابجکتیو است) باقی می‌گذارد.

در نتیجه گویی تغییر روش‌شناسی نوروساینس برای تبیین آگاهی بدلیل محدوده قابلیت علم تجربی ممکن نیست، اما آیا دستیابی به برخی اصول تبیینی هم از این طریق امکان ندارد؟ و آیا افزودن برخی اصول و فرضیه‌های فلسفی به یافته‌های آزمایشگاهی نمی‌تواند به شکل‌گیری چارچوبی برای علم آگاهی بینجامد؟
این‌ها پرسش‌هایی اساسی است که علوم مختلف از کوانتوم تا بیولوژی و نوروساینس را با فلسف ذهن درگیر می‌کند.

@cosmos_physics

🎥 بزرگترین مشکل نظریه بیگ بنگ

در نظریه استاندارد کیهانشناسی شاید بزرگترین مشکل همان حالت تکینگی نخستین است که با فیزیک شناخته شده‌ی امروز  قابل توصیف نیست.
پروفسور شاون کرول در گفتگویی با راجر پنروز درباره این تکینگی نخستین و حالت اولیه کیهان بحث می‌کند و نظر خود را درباره اینکه حالت آغازین عالم چگونه بوده است را بیان می‌کند.


@cosmos_physics

من سعی می کنم از کار سخت اجتناب کنم. وقتی همه چیز پیچیده به نظر می رسد، اغلب نشانه‌ی این است که راه بهتری برای انجام آن وجود دارد.

فرانک ویلچک، نوبل فیزیک ۲۰۰۴


@cosmos_physics

🎥 به مناسبت ۱۷ ژانویه روز جهانی هدایتگری mentoring

آرنولد سومرفلد فیزیکدان بزرگ آلمانی یکی از بزرگترین مربیان تاریخ علم است. او ۸۴ بار کاندید دریافت جایزه نوبل شد ولی موفق به دریافت آن نگردید. ۷ نفر از شاگردان او برنده جایزه نوبل شدند!
کشف بزرگ سامرفلد ثابت آلفا یا ثابت ساختار ریز است. این عدد حدود ۱/۱۳۷ است و در مدل اتمی بوهر معادل نسبت سرعت الکترون در مدار به سرعت نور است. این ثابت قابل محاسبه با تئوری نیست و از طریق آزمایش به دست آمده است. ثابت آلفا با قدرت نیروی الکترومغناطیسی در ارتباط است.
اگر ثابت آلفا ۴ درصد با مقدار کنونی تفاوت داشت عملا حیات ممکن نبود چرا که عناصر سنگین تر از هلیوم و هیدروژن امکان ایجاد نداشتند.

ولفگانگ پاولی در مورد آلفا :
"وقتی مردم اولین سوالم از شیطان این است که معنی ثابت آلفا چیست؟"

ریچارد فاینمن :
"آلفا از رازهای فیزیک است. ممکن است گفته شود که خدا آنرا نوشته ولی معلوم نیست مداد را چگونه بر روی کاغذ فشرده است؟"


@cosmos_physics

🎥 دیدگاه یک ندانم گرا

لئونارد ساسکیند


@cosmos_physics

🎥 ۱۱ فوریه، روز جهانی زنان و دختران در دانش.

همه ما ماری کوری را به عنوان زنی موفق در دانش میشناسیم ولی بسیاری به خاطر جنسیت خود از شهرت و مقام محروم شدند.

لیزه مایتنر: کشف شکافت هسته‌ای. همکاران او بعدها برنده جایزه نوبل شدند و او محروم ماند.

ج.بل. برنل: کشف اولین پلسار. استاد راهنمای او برنده جایزه نوبل شد.

سیسیلیا پین: کشف ساختار عنصری خورشید. نظریه وی رد شد ولی چهار سال بعد به نام همکارش منتشر شد.

روزالین فرانکلین: اولین تصویر کریستالوگرافی DNA. واتسون و کریک با استفاده از این تصویر موفق به کشف ساختار DNA شدند.

امی نوثر: یکی‌از بزرگترین ریاضی‌دانان تاریخ. قضیه نوثر که از مهمترین قضایای ریاضی است به نام همکار مذکر او به فرهنگستان علوم معرفی شد. او ۷ سال بدون حقوق مجبور به کار شد.

فیلم در مورد این دانشمندان و تبعیض جنسیتی در دانش بحث می‌کند


@cosmos_physics

🎥 نظر راجر پن رز پیرامون مکانیک کوانتومی و آگاهی

پن رز برنده نوبل فیزیک ۲۰۲۰ است

@cosmos_physics

حرکت براونی به حرکت تصادفی و نامنظم ذرات ریز غوطه‌ور در سیال گفته می‌شود. این پدیده ناشی از برخوردهای پی‌درپی مولکول‌های سیال است که به دلیل انرژی حرارتی در حال حرکت هستند. به عبارت دیگر، ذرات معلق با دریافت ضربه‌های متعدد از مولکول‌های اطراف، به صورت تصادفی و بدون جهت مشخص حرکت می‌کنند.

اهمیت: تأییدی بر نظریه اتمی و وجود مولکول‌ها

معادله موجود در تصویر، معادله انتشار یا دیفیوژن نام دارد و به شرح زیر است:

∂P/∂t = D∇²P
در اینجا:
P: غلظت ذرات
t: زمان
D: ضریب انتشار
²∇: عملگر لاپلاسین

این معادله نحوه تغییر غلظت ذرات را در طول زمان به دلیل حرکت براونی توصیف می کند.

@cosmos_physics
@mathematics_learn