گوشه ای از ریاضیات در طبیعت

🆔@science_fun

مقیاس هوش...

-نیل دگراس تایسون

@science_fun

تاريخچه نظريه ريسمان (بخش اول)

در فيزيك ايده اي وجود دارد كه به آن ميدان وحدت بخش فيزيك مي گويند و تعريف آن ساده است؛ نظريه اي كه در آن تمامي نيروها و ذرات يكپارچه اند و منشأ يكساني دارند. اولين بار اينشتين وقتي كه توانست با فرمول بندي نسبيت عام و بر اساس مفهوم خميدگي فضا-زمان گرانش را توضيح دهد به اين موضوع فكر كرد(در نسبيت فضا-زمان ايستا نيست و در حضور جرم و انرژي دچار انحراف ميشود و اين انحراف در فضا-زمان بر مسير حركت اجسام تاثير مي گذارد و ما اين اثر را به صورت شتاب يا همان نيرو ميبينيم)

از نظر اينشتين بقيه نيروها نيز بايد به طور مشابه و با در نظر گرفتن فرض هايي به صورت واحد تعريف شوند و اساساً نيروها متحد و يكپارچه شوند. اينتشين در سي سال پاياني عمرش به اين موضوع فكر كرد اما به نتيجه نرسيد.
@science_fun

تاريخچه نظريه ريسمان(بخش دوم)

در دوره اينشتين گرانش و الكترومغناطيس تنها نيروهاي بودند كه مي شناختند و در نتيجه كافي بود همين دو نيرو را متحد كنند و اولين فردي كه توانست اين كار را انجام دهد رياضيدان آلماني به نام تئودور كالوزا بود. ايده كالوزا ساده بود همانطوري كه اينشتين با اضافه كردن يك بعد و تعريف فضا-زمان چهار بعدي موفق شد گرانش را توضيح دهد كالوزا نيز با تعريف بعد پنجم براي فضا-زمان دسته اي از معادلات تنسوري (براي تعريف مقادير در ابعاد بالاتر از تنسور استفاده مي كنند) را بدست آورد كه همزمان معادلات ميدان اينشتين و معادلات ماكسول را توصيف ميكرد.

كالوزا بعد از اين اكتشاف بسيار هيجان زده شد و احساس كرد نظريه همه چيز را پيدا كرده است اما كم كم سر و كله نيروهاي جديد (هسته اي ضعيف و قوي) و ذرات جديد (ذرات مدل استاندارد) در فيزيك پيدا شد كه كالوزا آنها در نظر نگرفته بود و همين باعث شد اين نظريه به فراموشي سپرده شود تا اين كه نظريه ريسمان متولد شد.
@science_fun

تاريخچه نظريه ريسمان (بخش سوم)

در تئوري ميدان هاي كوانتومي تعداد زيادي ذره پيش بيني شده بود كه بيشتر آنها بعدها در برخورد دهنده سرن (LHC) كشف شدند.اين ذرات بنيادين هستند و حتي در برخوردهاي بسيار پرانرژي هم به اجزاي كوچكتر قابل تقسيم نيستند.(مثلا پروتون ها و نوترون ها از كوارك ساخته شده اند ولي معلوم نيست كه خود كوارك ها از چه چيزي ساخته شده اند) در واقع به جز چهار نيرو كه بايد متحد مي شدند تعداد زيادي ذره هم كشف شد كه معلوم نيست از چه چيزي ساخته شده اند!

ايده ريسمان ها از همين جا شكل گرفت. ذرات در بنيادي ترين حالت به صورت نقطه اي نيستند بلكه شبيه رشته هاي يك بعدي اند كه در حال ارتعاش اند(اين رشته ها مي توانند بسته يا باز باشند). اين ريسمان ها بسيار ريزند و يك ريسمان ١٨^١٠ بار (يك ميليارد ميليارد بار) از يك پروتون كوچكتر است بنابراين ما نمي توانيم آنها را ببينيم. ارتعاش با فركانس هاي مختلف ذراتي با جرم و بار و اسپين متفاوت را ايجاد مي كند.
@science_fun

اينشتين از مكانيك كوانتومي متنفر بود و شايد دليل اينكه موفق نشد نظريه ميدان وحدت بخش رو فرمولبندي كنه صرف نظر كردن از مكانيك كوانتومي بود.(جالبه بدونيد اينشتين به خاطر اثر فوتوالكتريك جايزه نوبل گرفت كه يك پديده كوانتوميه)
@science_fun

یک دنباله‌دار ۵ برابر سیاره مشتری اردیبهشت در کنار زمین

اخترشناسان اظهار کرده‌اند دنباله‌دار عظیمی به نام "اطلس"(C/2019 Y4 (ATLAS)) که اندازه آن پنج برابر سیاره مشتری و تقریبا نصف خورشید است اواخر ماه آوریل(اوایل اردیبهشت) در نزدیک‌ترین فاصله خود با زمین قرار خواهد گرفت و آسمان را روشن‌تر خواهد ساخت و نور آن می‌تواند حتی از سیاره زهره نیز درخشان‌تر باشد.

قطر این دنباله دار ۴۴۷ هزار و ۳۸۷ مایل است و این در حالی است که قطر خورشید ۸۶۵ هزار و ۳۷۰ و قطر سیاره مشتری ۸۶ هزار و ۸۸۱ مایل و قطر زمین ۷ هزار و ۹۱۷ مایل است. این دنباله دار خطری برای زمین ایجاد نمی‌کند زیرا حتی در نزدیکترین نقطه نیز بیش از ۷۲ میلیون مایل از سیاره ما فاصله دارد اما بسیار درخشان خواهد بود.
🆔 @science_fun

چگونه فاصله ستاره ها و سیارات را از زمین محاسبه میکنند؟

منبع:ويدوآل
🆔@science_fun

امشب و فردا صبح شاهد اَبَرماه صورتی باشید

هرگاه ماه درحالت کامل(بدر)،به نزدیک‌ترین فاصله خود از زمین می‌رسد درخشان‌تر و بزرگتر از معمول دیده می‌شود و پدیده “ابرماه” را رقم می‌زند.در واقع ماه به رنگ صورتی دیده نمی‌شود،بلکه بر اساس اعتقادات بومیان امریکا،با توجه به ماه آوریل(فروردین) و وجود شکوفه‌های یک گل وحشی صورتی رنگ که در شرق امریکای شمالی می‌روید،به ماه کامل این ماه، “صورتی” می‌گویند.
‌‌
ماه در ساعت ۲۲ و ۳۸ دقیقه شبانگاه سه‌شنبه ۱۹ فروردین،به وقت ایران به کمترین فاصله با زمین رسیده و در این زمان ۳۵۷ هزار کیلومتر با زمین فاصله خواهد داشت.همچنین این پدیده در ایران در ساعت ۷ و ۵ دقیقه صبح روز چهارشنبه ۲۰ فروردین سال ۱۳۹۹، “ماه” در وضعیت بدر قرار می‌گیرد؛بنابراین هموطنان در سه‌شنبه شب(امشب)تا بامداد چهارشنبه با “ماه کامل” مواجه هستند.ماه دقایقی قبل از ساعت ۱۹ شامگاه سه‌شنبه ۱۹ فروردین(حدود ساعت ۱۸ و ۵۶ دقیقه)دقیقا از افق شرق طلوع خواهدکرد و از آنجاکه در هنگام طلوع ماه،امکان مقایسه آن با بناها و سایر عوارض طبیعی وجود دارد، “ماه” بزرگتر به نظر می‌رسد.
‌‌ ‌
منبع:
bigbangpage.com/?p=91635
‌
🆔 @science_fun

دنياي عجيب كوانتوم(دوگانگي موج-ذره و آزمايش دو شكاف)

-برايان گرين

@science_fun

آزمايش دو شكاف اولين بار براي تاييد رفتار موجي نور استفاده شد از طرفي آلبرت اينشتين براي توضيح پديده فوتوالكتريك نشان داد كه نور بايد به صورت ذره رفتار كند يعني نور از بسته هاي كوچك و مجزاي انرژي (فوتون) تشكيل شده است. وقتي دانشمندان ديدند نور كه به عنوان يك موج شناخته شده بود به صورت ذره هم رفتار مي كند با خود فكر كردند كه آيا ذرات هم مي توانند خاصيت موج مانند داشته باشند؟
تنها راه اثبات اين موضوع آزمايش دو شكاف بود و وقتي كه به جاي نور، ذرات الكترون را به سمت دو شكاف شليك كردند نتيجه غير قابل باور بود. آنها ديدند كه الگوي تداخلي نور براي الكترون ها هم بر روي صفحه ايجاد ميشود كه اين يعني ذرات الكترون مي توانند مانند موج رفتار كنند!!!

ادامه دارد...
@science_fun

اما براي توضيح اينكه چرا الكترون مثل يك موج رفتار مي كند برخي از فيزيكدانان فرض كردند كه الكترون مثل يك موج در فضا گسترش مي يابد و حركت ميكند و اروين شرودينگر معادله حركت الكترون را بر اين اساس بدست آورد كه به معادله موج شرودينگر معروف است. اما چيزي كه اين معادله موج نشان ميدهد گسترش الكترون در فضا به شكل موج نيست بلكه به عقيده مكس بورن اين معادله يك تابع احتمال است كه احتمال حضور الكترون در فضا را نشان ميدهد چون در هر بار برخورد الكترون با صفحه ما آنرا در يك نقطه مي بينيم و براي اينكه ثابت كنند حق با بورن است حين عبور الكترون ها از دو شكاف حركت آنها را زير نظر گرفتن و فهميدند كه الگوي تداخلي ديگر وجود ندارد و الكترون ها باز به صورت ذره رفتار مي كنند و فقط بر روي دو نوار ظاهر ميشوند. به اين پديده اثر مشاهده گر مي گويند كه باعث ميشود تابع موج به يك نقطه كاهش يابد زيرا در اثر مشاهده و اندازه گيري ساير احتمالات از بين مي رود.
@science_fun

زمین با سرعت ۱۶۷۰ کیلومتر بر ساعت دور خودش می‌چرخد.حرکت زمین به دور خورشید نیز با سرعت ۳۰ کیلومتر در ثانیه یک سال طول میکشد،حرکت خورشید به دور کهکشان راه شیری با سرعت نزدیک به ۲۳۰ کیلومتر بر ثانیه انجام می شود و دویست میلیون سال طول خواهد کشید تا یک دور کامل به دور راه شیری بچرخد.

حتی کهکشان ما نیز ساکن نیست و با سرعت ۱۰۰ کیلومتر در ثانیه به سمت کهکشان آندرومدا حرکت می‌کند.اما سرعت همه‌ی این اجرام کمتر از سرعت تابش پس زمینه کیهانی است.گروه محلی با سرعت نسبی برابر با ۶۰۰ کیلومتر بر ثانیه نسبت به این تابش اولیه و باستانی حرکت می‌کند.

🆔 @science_fun

دنيای عجيب كوانتوم(اصل عدم قطعیت)

طبق اصل عدم قطعیت هایزنبرگ نمی توان دقیقا در یک لحظه از تکانه(سرعت) و مکان یک ذره آگاهی پیدا کرد. ورنر هایزنبرگ اظهار داشت که مشاهده ی یک ذره، ویژگی های آن را تغییر می دهد و داشتن اطلاعات دقیق را ناممکن می سازد. بنابراین رفتار گذشته و آینده هیچ یک از ذرات بنیادی را نمی توان دقیقا پیش بینی کرد، یعنی قطعیت از بین می رود.

در سال ۱۹۲۷، هایزنبرگ متوجه شد که نظریه کوانتوم چند پیش بینی غیر عادی دارد، او نشان داد آزمایش ها هیچ وقت نمی توانند کاملا مستقل انجام شوند زیرا اندازه گیری روی نتیجه تاثیر می گذارد. او این رابطه بین اندازه گیری و نتیجه را با عنوان « اصل عدم قطعیت» بیان کرد. شما نمی توانید بطور همزمان هم مکان و هم تکانه(یا معادل آن انرژی اش در یک زمان مشخص) یک ذره را اندازه گیری کنید و اگر یکی از این دو کمیت را بطور دقیق بدانید دیگری کاملا نامعین است.

🆔@science_fun

حیات در جستجوی حیات...

تنها در كهكشان راه شيری چهارصد ميليارد ستاره وجود دارد. در ميان اين همه ستاره آيا می توان گفت خورشيد ما تنها ستاره ای است كه دارای سياره قابل زيست است؟
شايد منشأ حيات و هوشمندی بسيار غير محتمل باشد يا شايد تمدن ها همه جا سر بر می آورند...

-کارل سیگن
🆔@science_fun

دنياي عجيب كوانتوم(گربه شرودينگر)

نتايج فسلفي مكانيك كوانتوم به حدي عجيب و غريب بود كه حتي باعث شد شرودينگر كه يكي از بنيان گذاران اين نظريه بود دست از مطالعه فيزيك بردارد و به سراغ زيست شناسي برود.

مكس بورن ادعا كرد كه معادله موج شرودينگر در واقع يك تابع احتمال است كه احتمال حضور الكترون در فضا را نشان ميدهد اما نكته جالب اين بود كه اين احتمالات همگي در دنياي واقعي به صورت همزمان وجود داشتند و فقط با اندازه گيري يك حالت معين ميشود و بقيه حالت ها از بين مي رود. شرودينگر براي توضيح اين پديده يك آزمايش ذهني معرفي كرد كه در آن گربه اي به همراه ماده اي سمي درون يك جعبه مهر و موم شده قرار دارد و ما از اتفاقات درون آن بي خبريم حالا فرض كنيد آزاد شدن آن سم به يك رويداد كوانتومي وابسته باشد مثلا اگر يك الكترون با اسپين مثبت به آن برخورد كند سم آزاد شده و گربه را مي كشد و اگر اسپين الكترون منفي باشد سم آزاد نمي شود و گربه زنده مي ماند. از آنجايي كه اسپين الكترون از نظر مكانيك كوانتوم تا لحظه اندازه گيري هم مثبت و هم منفي است پس گربه هم تا لحظه اي كه در جعبه را باز نكنيم هم مرده است و هم زنده، دقت كنيد حالت گربه يا مرده و يا زنده نيست بلكه همزمان هم مرده و هم زنده است!!!
https://news.1rj.ru/str/science_fun/589
🆔@science_fun

دنيای عجيب كوانتوم (درهم تنيدگی)

یکی ديگر از شگفتی های دنيای كوانتومی درهم تنیدگی ذرات است.وقتی دو ذره با همديگر در هم تنیده هستند به این معنیست که حالت آنها به هم وابسته است و اگر وضعیت یکی از آنها مشخص باشد وضعیت دیگری هم معین می شود و اصولا در کوانتوم، ذرات همزمان حالات مختلفی دارند که احتمال هر حالت از تابع احتمال موج ذرات بدست می آید اما بعد از مشاهده ذرات تمامی حالات از بین می رود و اصطلاحا تابع موج فرو می ریزد.این نتیجه باعث شد تا اینشتین به شدت به کوانتوم ایراد بگیرد و درهم تنیدگی را یک اثر شبح وار معرفی کند كه هيچ توضيح منطقی ندارد و حتی برای نقض مکانیک کوانتوم و بر اساس همین موضوع به همراه پودولسکی و روزن مقاله ای به نام پارادوکس EPR را منتشر كردند.اما محققان دانشگاه گلاسکو در سال ٢٠١٩ موفق شدند این اثر را در آزمایشگاه اثبات کنند و نخستین عکس را نیز از آن ثبت کردند.کاری که آنها انجام دادند بررسی الکترون هایی بود که دارای فاز در هم تنیده بودند و بعد از اینکه فاز یک دسته از آنها را مشخص کردند تصویری که از تداخل آن دسته با مجموعه در هم تنیده بدست آمد وجود درهم تنیدگی را نشان می داد.
https://news.1rj.ru/str/science_fun/597
🆔@science_fun

تاریخچه کیهان (از 13.8 میلیارد سال قبل تا به امروز) این ویدیو سرگذشت کیهان را به صورت تایم لپس ده دقیقه ای نشان میدهد و هر ثانیه آن معادل 22 میلیون سال است.زمان حضور انسان ها رو در آخرین ثانیه ببینید و مقایسه کنید با کل تاریخچه جهان...
🆔@science_fun

واضح‌ترین تصاویر خورشید ثبت شد

تلسکوپ “Hi-C” ناسا توانست رشته‌های مغناطیسی شگفت‌انگیز در نواحی تاریک را رصد کند و محققان می‌گویند که این رشته‌ها از پلاسمای بسیار داغ که میلیون‌ها درجه گرما دارند، ساخته شده‌ است.

این تصاویر نشان می‌دهد اتمسفر خورشید بسیار پیچیده است و بخش‌هایی از اتمسفر خورشید که تصور می‌شد تاریک و یا عمدتا خالی هستند، با رشته‌هایی از گازهای الکتریکی داغ پر شده‌اند، به گفته محققان، هر کدام از این رشته‌ها تا ۱.۸ میلیون درجه فارنهایت حرارت دارند.

🆔@science_fun

نظريه ريسمان (ابعاد بالاتر)

داستان کلاسیک ۱۸۸۴ تختستان: “عشق ورزی بُعدهای بسیار” نوشته ی ادوین ابوت، به شرح ماجراهای «جناب مربع» می پردازند، شخصیتی که در جهانی ۲ بعدی پر از شکل های هندسی جان دار – مثلث ها، مربع ها، پنج ضلعی ها و غیره …- زندگی می کند.در اواخر داستان، در نخستین روز ۲۰۰۰ ، موجودی کروی از فضای سه بعدی از درون تختستان می گذرد و جناب مربع را از حوزه ی تخت خود به بیرون می برد تا به او سرشت سه بُعدی حقیقی جهان بزرگ تر را نشان دهد. در زمانی که وی سرگرم درک آن چیزی است که کره به او نشان می دهد، جناب مربع به این فکر فرو می رود که نکند خود فضا هم بصورت زیرفضایی کوچک از گیتی چهار بعدی باز هم بزرگتری وجود داشته باشد.

هنوز به صورت تجربی وجود ابعاد بيشتر فضا تاييد نشده اما در رياضيات ما محدوديتی برای وارد كردن ابعاد بيشتر به معادلات نداريم. در نظريه ريسمان از همين ايده برای متحد ساختن نيروهای مختلف استفاده كردند و در بهترين حالت فضا-زمان را تا ١١ بعد گسترش دادند. اما اين ابعاد كجا هستند؟!چرا ما آنها را نمی بينيم؟!

در مورد تعداد ابعاد نظرات مختلفی وجود دارد و حتی در بعضی از نسخه ها تا ٢٦ بعد نيز تعريف شده است اما در دقيق ترين مدل ريسمانی ما ١١ بعد داريم كه اين ابعاد در اندازه های كوچك به هم فشرده شده اند كه دسترسی به آنها غيرممكن است و به همين دليل ما آنها را نمی بينيم. اين مدل ريسمانی اصطلاحا نظريه M يا Membrane Theroy نام دارد كه به معني غشا يا همان پوسته است و فرض میكنند كه جهان سه بعدی ما يك پوسته از فضای ١١ بعدی است كه ريسمان ها بر روی اين پوسته نوسان می كنند.

اما اين ١١ بعد چگونه اند؟!
همانطور كه می دانيم سه بعد مكان و يك بعد زمان قبلا تعريف شده اند اما از ٧ بعد باقيمانده ٦ بعد در مقياس بسيار ريز در فضا فشرده شده اند (فشردگی اين ابعاد به اين معنيست كه اگر ذرات ريسمان به اندازه كافی در اين ابعاد حركت كنند به جای اول خود بر می گردند) و يك بعد باقيمانده در مقياس بزرگتر وجود دارد و جهان ما خود بعد فشرده شده در اين بعد است و در توجيه جهان موازی هم از اين بعد استفاده می كنند(جهان های موازی با جهان ما پوسته های موازی با هم در اين بعد هستند).

نظريه ريسمان تا امروز در توجيه خيلی از پديده ها حداقل بر روی كاغذ موفق بوده و ادعا می كند نسبيت و گرانش كوانتومی را با هم متحد ميكند و حتی علت ضعيف بودن گرانش را به دليل وجود ابعاد بيشتر می داند اما هنوز شواهد تجربی زيادی در مورد وجود ابعاد بيشتر بدست نيامده ولی فيزيكدانان اميد دارند تا در مراكز مطالعات پيشرفته فيزيك ذرات و انرژی های بالا مانند سرن شواهدی از ابعاد بالاتر بيابند (سعی ميكنند ريزسياهچاله ايجاد كنند البته اين ريزسياهچاله عمر خيلی خيلی كوتاهی دارند) البته هنوز اين تلاش ها به نتيجه ای نرسيده و باعث پايين آمدن اعتبار نظريه ريسمان شده است.

@science_fun

#symphony_of_science
سياهچاله ها-سمفونی هيولاهای كيهانی

🆔@science_fun