تاب برداشتن فضا و زمان

هرچند یک راه برای خمیدگی فضا را جرج فردریک ریمان آلمانی در سال ١٨۵٤ شرح داد و هندسه را توضیح داد و باقیمانده از قسمتی از ریاضیات در ٦٠ سال بود . هندسه او به طور مطلق می توانست خمیدگی فضا را شرح دهد . ولی به نظر می آمد که نتواند علت فیزیک فضا را در رابطه با خمیدگی آن توضیح دهد کاربرد کار او در سال ١٩١۵ توسط اینشتن مشخص شد زمانی که او تئوری نسبیت عام را مطرح ساخت . [ کوانتوم و فیزیک جدید ] تاب برداشتن فضا و زمان در داستان های علمی تخیلی تاب خوردن فضا – زمان یک موضوع پیش پا افتاده است و از آن برای سفر سریع به کهکشان های دور استفاده می شود . اینکه سفر در زمان اغلب داستان های علمی تخیلی امروز واقعیت هستند و این بخت و اقبال فضا – زمان است . به عقیده من فضا می تواند خمیده شود یا اینکه تاب بردارد . برای بیش از دو هزار سال اصل های هندسه ی اقلیدسی بدیهی بودند . حتی امروزه شما می تواند قدرت آن را برای آموزش در مدارس مشاهده کنید . از نتایج مهم و اساسی این هندسه این است که مجموع زوایای داخلی مثلث را ١٨٠ درجه در نظر می گیرد . گرچه امروز مردم به این موضوع پی برده اند که قدم های دیگر نیز در علم هندسه  ممکن است .  برای مثال در سطح زمین نزدیکترین چیز به یک خط صاف چیزی است که آن دایره بزرگ می خوانند . بین دو نقطه کوتاهترین مسیر وجود دارد . بنابراین این یک اصل است و آن جریان استفاده از خط است . حال به مثلث سطح زین که ستوا را می سازد . خط صفر درجه در طول جغرافیایی در لندن و طول جغرافیایی در شرق که ٩٠ درجه است و از بنگلادش می گذرد . دو خط طول جغرافیایی در استوا در حالی که زاویه قائم است با هم مواجه می شوند . این دو طول جغرافیایی همچنین در قطب شمال با هم ملاقات دارند در حالی که زاویه ٩٠ درجه است . بنابراین مثلثی با سه زاویه قائم داریم که مجموع زوایای داخلی آن ٢٧٠ درجه است و در این حالت مجموع زوایای از ١٨٠ درجه بیشتر است . این مثلث که در هندسه اقلیدس وجود دارد در صفحه صاف صدق می کند . یک خواسته برای مثلث ها وجود دارد که مجموع زوایای آن را کمتر از ١٨٠ درجه جلوه می دهد . سطح زمین دارای دو بعد فضایی می باشد که شما می توانید در سطح زمین در دوبعد مذکور به صورت قائم به طرف یکدیگر حرکت کنید . شما حتی این امکان را دارید که در چهار جهت اصلی یعنی شمال ، جنوب ، شرق و غرب حرکت کنید البته بعد سومی هم در جهت قائم بر دو بعد وجود دارد که آن هم همان بالا و پائین است . یعنی در سطح زمین سه بعد فضایی وجود دارد . سومین بعد فضایی تخت است . یعنی از هندسه اقلیدسی تبعیت می کند  در مثلث آن مجموع زوایا ١٨٠درجه است . هرچند هر شخص می تواند حرکت در زمین دو بعدی را تصور کند . اما نمی تواند حرکت در سومین بعد فضایی را تجربه کند یعنی بعد بالا یا پائین . کسانی که هندسه اقلیدسی پایبند بودند تمایل نداشتند ، برای زندگی در سطح زمین از بعد سوم اطلاعی حاصل کنند . فضا نیز برای اینکه خمیده باشد تمایل دارد تا هندسه غیر اقلیدسی باشد . آنها تمایل داشتند زندگی دشوار باشد و در این صورت فضا باید دو بعدی می بود . بنابراین سه بعد برای حد اقل زندگی مناسب بود . اما فقط افراد معدودی می توانستند فضای سطح زمین را برای زندگی دو بعدی در نظر بگیرند . برای افراد قابل تصور بود که در محیط زندگی شان سه بعد فضایی وجود دارند . اما در سطح کرات بعد دیگری نیز بود که قابل روئت نبود . اگر سطح کره بزرگ باشد فضای نزدیک آن تخت است و قوانین هندسه اقلیدسی در این شرایط بسیار خوب هستند ، البته در فاصله های کم . اما ما اخطار کرده ایم که هندسه اقلیدسی در مسافت های زیاد ناگهان از عرصه سقوط کرد .  برای تصویر این موضوع یک تیم از نقاش ها را تصور کنید که رنگ هایی را به سطح یک توپ بزرگ اضافه می کنند و به  ضخامت لایه های رنگ افزوده می شود و مساحت سطح نیز تمایل دارد افزایش یابد و به سمت بالا رود ، اگر سطح توپ مسطح بود فضا سه بعدی می بود و هر کس می توانست در روی رنگهای نامحدود اضافه شده حرکت کند و توپ خواسته اش این بود که بزرگ و بزرگتر شود . هرچند اگر سه بعد فضا واقعی بودند در سطح دیگر کره ها بعدهای دیگری بود . همچنین حجم توپ تمایل داشت افزایش یابد اما متناهی باشد .  هچنین شخصی  که لایه های رنگ را افزوده ؛ و عاقبت توپ می خواهد نصف فضایش پر شود . نقاش ها نیز تمایل دارند منطقه ای را جستجو کنند که کوچک باشد و هرگز کوچک نشود و در این حالت تقریبا" تمام فضای توپ به وسیله لایه های رنگ  اشغال شده است .  سپس آنها می دانند فضای زندگی شان خمیده است نه تخت . این مثال برای کسانی است که نمی توانند اصل اول هندسه جهانی را استنباط کنند . در عوض هر کس باید اندازه ی محیطی را که در آن زندگی می کند به وسیله آزمایش های هندسی در می یابد .  هرچند یک راه برای خمیدگی فضا را جرج فردریک ریمان آلمانی  در سال ١٨۵٤ شرح داد و هندسه را توضیح داد و باقیمانده از قسمتی از ریاضیات در ٦٠ سال بود . هندسه او به طور مطلق می توانست خمیدگی فضا را شرح دهد .  ولی به نظر می آمد که نتواند علت فیزیک فضا را در رابطه با خمیدگی آن توضیح دهد کاربرد کار او در سال ١٩١۵ توسط اینشتن مشخص شد زمانی که او تئوری نسبیت عام را مطرح ساخت . نسبیت عام یک انقلاب فکری در فیزیک بود که راه تفکر در رابطه با جهان را به طور کلی متحول ساخت . این تئوری فقط در رابطه با خمیدگی فضا نیست و خمیدگی یا تاب زمان نیز نیز در آن دارای اهمیت ویژه ای است ؛ در سال ١٩٠۵ عقیده اینشتین این بود که فضا و زمان با هم بسطی دوستانه دارند و مکان رویداد را با چهار عدد می توان شرح داد . سه عدد وضعیت رویداد را توضیح می دهد و در مقیاس های بزرگ مانند طول ها و عرض های جغرافیایی کیهانی و فاصله از مرکز کهکشان ها کاربرد دارند . چهارمین عدد زمان رویداد است ، بدینگونه می توانیم فکر کنیم که فضا و زمان با هم هستند  ،  همچنین  در  این  وضعیت  چهارمین  بعد آفریده می شود که آن را فضا – زمان می خوانند .  هر نقطه در فضا زمان است که دارای برچسبی شامل چهار عدد می باشد و این اعداد وضعیت زمین را در فضا – زمان مشخص می کنند .  به هم پیوستن فضا و زمان در فضا – زمان چیزی است که اگر بتوان یکی از آنها را رها کرد راهی منحصر به فرد است ؛ یعنی اگر راهی یکتا وجود داشت تا زمان و موقعیت یک چیز در رویداد مشخص شود . هرچند مقالات قابل توجه اینشتن در ادره ی ثبت اختراعات در سال ١٩٠۵ نشان داد که فضا – زمان در یک رویداد رخ می دهد منوط براینکه حرکت جسم چگونه باشد . فضا – زمان مشترک است و این دو جزو لایجتزی یکدیگرند . بنابراین ما برای سفر در زمان به کشتی فضایی نیاز داریم که با سرعتی فراتر از سرعت نور مسافت ها را پیمایش کند . متأسفانه در همان مقالات اینشتین آمده است که برای شتاب دادن به کشتی فضایی نیاز به نیروی پیشرانه و شتاب دهنده ای داریم که بزرگ و بزرگتر شود تا شتابی نزدیک به سرعت نور بگیرد . در این زمان به مقدار انرژی زیادی و در واقع به انرژی بی نهایتی نیاز داریم تا از زمان گذر کنیم . در سال  ١٩٠۵که مقالات اینشتین منتشر شد به نظر می آمد که تئوری سفر در زمان پیش فرضی رد شده باشد . همچنین بیان شده بود سفر به ستاره های دیگر و دیگر کهکشان ها در قالب سفرهای فضایی تجارتی آرام و کسل کننده خواهند بود ؛ در کل در آن مقالات آمده بود که گذر از سرعت نور ناممکن است و با تجهیزات کنونی برای سفر به نزدیکترین ستاره هشت سال و به مرکز کهکشان هشتاد هزار سال وقت لازم است . اگر کشتی فضایی بتواند به سرعت نور نزدیک شود مردم می توانند طی سالهای معدودی به مرکز کهکشان ها بروند هرچند که باز هم بسیار زیاد است .  در مقالات اینشتین که در سال ١٩١۵ منتشر شد این موضوع شرح داده می شود که  فضا – زمان به وسیله ماده و انرژی  پیچ  و تاب داده  می شود و یا می پیچد. ما  واقعا" می توانیم این پیچ و تاب را مشاهده کنیم . محصول جرم خورشید این است  که نور و امواج رادیویی  هنگام  عبور از کنارش مسیرشان  کمی خمیده  می شود . علت این پدیدار شدن موقعیت ستاره یا چشمه های شبه اختری است که باعث تغییرمکان کم آن می شود . زمانی که خورشید بین زمین و منبع رادیویی قرار می گیرد تغییر مکان بسیار کم است و در حدود یک هزارم درجه است ، در حکم حرکت یک اینچ در مسافت یک مایل . با وجود این اندازه مذکور می تواند به دقت اندازه گیری شود . این امر با پیشگویی  نسبیت  عام  تطابق  دارد  .  این  مدرکی  بر  پایه  آزمایش  است  که فضا – زمان خمیده می شود . مقدار این خمیدگی در همسایگی ما بسیار کم است . زیرا میدان گرانشی خورشید کم دوام است . هرچند برای ما روشن است که این رویداد در تمام میدان های گرانشی قوی نیز رخ می دهد ، برای مثال در بیگ بنگ یا در سیاهچاله ها . بنابراین فضا – زمان به درخواست داستان های علمی تخیلی می تواند به اندازه کافی خمیده باشد ؛ البته برای سفرهای ماورای فضایی به وسیله کرم چاله یا تونل فضا – زمانی . در اولین نظر همه ی اینها قابل دسترس به نظر می رسد ، برای مثال در سال  ١٩٤٨ کرت گودُل در جستجو راه حل هایی برای معادلات میدانی نسبیت عام بود تا بتواند جهان را به گونه نمایش دهد که درکل ماده دوار است . درجهان او ممکن بود تا خارج شوی از سفینه فضایی و بازگردی قبل از اینکه عازم شوی . گودُل در انجمن پیشرفته پرینستون بود جایی که اینشتین آخرین سال های عمر خود را در آن سپری کرد . او بیشتر به خاطر این موضوع معروف است که که ثابت کرد هر چیز درست را نمی توان ثابت کرد . حتی در چیز به ظاهر ساده ای مانند حساب . اما آیا واقعا" او چقدر نظر نسبیت عام را در رابطه با سفر به زمان دچار دگرگونی ساخت ؟ چیزی که اینشتین تمایل نداشت آن را ممکن بداند . حال ما می دانیم که راه حل گودُل نتواست جهانی را که ما در آن زندگی می کنیم را نمایش دهد . زیرا آن توسعه یافته نبود . ولی مقدار زیاد و نسبتا" خوبی را برای کمیتی داشت که ما آن را ثابت کیهانی می خوانیم و به طور کلی باور دارد که روبه صفر است . هرچند به دیگر چیزها  ظاهر راهی معقول و خوب را برای سفر در زمان پیشنهاد و جستجو می کرد . مخصوصا" این موضوع جالب به نظر می رسد که جهان دارای ریسمانهای کیهانی باشد که سرعت حرکتشان به یکدیگر بسیار نزدیک است . هرچند سرعتشان اندکی از سرعت نور کم تر است . ریسمانهای کیهانی تئوری قابل توجهی در فیزیک هست که داستان های علمی تخیلی  آنها  را واقعی نمی دانند  تا بتوان  آنها را گرفت . چنانکه نامشان  اشاره می کنند که مانند ریسمان هستند که طول دارند ولی مقطع عرضی آن ها بسیار کوچک است و این اجسام بیشتر شبیه نوارهای اسفنجی هستند . آنها در زیر کشش و فشار زیادی هستند .   کششی همانند یک صد میلیارد میلیارد میلیارد تن . ریسمانهای کیهانی ممکن است صدای محض و دوردست داستان های علمی تخیلی باشند . اما یک علت علمی خوب برای آن وجود دارد که می تواند فرمی از جهان اولیه باشد برای مدتی بعد از بیگ بنگ . چون آنها زیر کشش چنین بزرگ قرار دارند ممکن است هرکس از آنها انتظار داشته باشد که سرعت نور را بهبود بخشند جهان گودُل و حرکت سریع ریسمانهای کیهانی هر دو باهم اشتراک دارند . زیرا هردو اقدام به خمیده شدن فضا – زمان می کنند که در آنها سفر در گذشته برای همه ی اوقات ممکن است . امکان دارد خداوند خمیدگی جهان را آفریده باشد . اما ما دلیلی برای تفکر مانند او نداریم  . جهان برای مجاز شدن سفر در گذشته بعد از بیگ بنگ تا حدی اقدام به خمیده شدن کرد . از زمانی که ما نتوانستیم راه آغاز شده جهان را تغییر دهیم ، سوال اینجا است که آیا سفر در زمان ممکن است  ؟  و متعاقبا"  سوال  این است که  آیا می توانیم  فضا – زمانی خمیده بسازیم تا هرکس بتواند به وسیله آن به گذشته قدم بگذارد ؟ به عقیده من این یک مبدأ مهم برای پژوهش است . اما هرکس برای خم کردن آن دقت ندارد . اگر هرکس امتیاز کاربردی یک پژوهش را برای سفر در زمان در دست داشته باشد بی شک آن را روانه میدان خواهد کرد . هر کس که تکنیک عمل را دارد این کار رامی کند ، کارهایی مانند حبس زمان و یا خمیدگی که رمزهایی برای سفر در زمان هستند . هرچند این مطلب تا حدی در رابطه با سفر در زمان است ، ولی باید نام نهادن  قابل احترام علمی را در رابطه با خمیدگی فضا – زمان دریافت کنیم . اگر از نسبیت عام گذر کنیم می توانیم اجازه سفر در زمان را صادر کنیم ؛ آیا این اجازه در قالب جهان ما می گنجد و اگر نمی گنجد چرا نه ؟ این موضوع دقیقا" وابسته به سفر در زمان است که از موضعی از جهان به جای دیگر برویم . هم چنین من گفتم اینشتن این موضوع را بیان کرد نیروی پرتابه سفینه فضایی برای گذر از سرعت نور باید بی نهایت باشد . بنابراین تنها راه موجود برای سفر در جهان  و یا برای رفتن از  یک  سوی کهکشان  به سوی  دیگر آن خمیدگی  زیاد فضا – زمان است که یک تونل کوتاه یا کرمچاله را می آفریند . با این امکان می توانستیم از یک سوی کهکشان یه سوی دیگر آن وصل شویم و این عملی میان بر است که بروید و برگردید ، در صورتی که در این شرایط دوستانتان زنده باشند . چنین کرمچاله هایی به سختی به ذهن ما خطور می کنند ، همچنین هستی و مقدورات آینده . اگر شما می توانستید از یک سوی کهکشان به سوی دیگر آن سفر کنید در یک یا دوهفته بازگشت شما مقدور بود تا اینکه به زمان قبل از عازم شدنتان برسید . شما حتی می توانستید در سفر برگشت خود در زمان به وسیله یک کرمچاله اداره کنید اگر پایان آن دو حرکتی نسبی نسیت به یکدیگر بود . اگر چه برای آفریده شدن کرمچاله به ماده ای که فضا – زمان در راه مقابل خمیده می کند  نیاز است  مانند سطح  یک  زین  و این همان راه درست  برای  خمیدگی فضا – زمان و مجاز کردن سفر در زمان است .  اگر جهان آغازی نمی داشت این خمیدگی تصویب سفر در زمان بود و برای ساختن راههای مورد نیاز به ماده با جرم منفی و چگالی انرژی منفی نیاز است . قوانین فیزیک کلاسیک می خواهند تا توانایی جهان در خمیده شدن ممنوع شود برای سفر زمان مجاز نشود . هر چند قوانین فیزیک کلاسیک قوانین فیزیک کوانتومی را بر هم می زنند . در حالی که صرفنظر از نسبیت عام این تئوری یعنی کوانتوم تصویر جدیدی از جهان را ایجاد کرده است . این تئوری را می توان آرام بخش دانست و اضافه برداشت را از روی یک یا دو محاسبه  را مجاز می کند . در صورتی که لبه ها موافقت کنند . در دیگر الفاظ تئوری کوانتوم در بعضی جاها منفی بودن چگالی انرژی را مجاز می کند مشروط براینکه در دیگر جاها مثبت باشد . علت اینکه تئوری کوانتوم اجازه می دهد چگالی انرژی منفی باشد وجود اصل عدم قطعیت است . این سخنان کمیت مسلم هست . و گفته هایش در قالب این مثال می گنجد ؛ ما نمی توانیم مقدار سرعت و و موقعیت یک ذره را با هم به طور خوب مشخص کنیم ، معمولا موقعیت آن تعیین می شود زیرا نسبت به سرعت آن از خطای کمتری برخوردار است و بالعکس . همچنین اصل عدم قطعیت در میدان هایی مانند میدان های الکترومغناطیسی و میدان های گرانشی به کاربسته می شود و درکل براین موضوع دلالت می کند که میدان ها به طور دقیق نمی توانند صفر باشند ، حتی در وقتی که ما فکر می کنیم فضا خالی است . به این دلیل نمی تواند صفر باشد که اگر به این گونه  باشد  مقدار هر دو کمیت یعنی مقدار سرعت و مقعیت آن به خوبی مشخص می شد و این با اصل عدم قطعیت مغایرت دارد و تخلفی در آن است . در عوض میدان بایستی مقدار حداقل و محققی از تغییرات را داشته باشد که اشخاص می توانند آن را تفسیر کنند و ما آن را نوسانات خلاء می خوانیم . یک جفت ذره و ضد ذره ناگهان پدیدار می شوند و مجزا از هم به حرکت می پردازند و با هم بازمی گردند و یکدیگر را نابود می کنند . این جفت مذکور یعنی ذره و ضد ذره حقیقی اند . زیرا اندازه آنها را مستقیما" با آشکارساز نمی توان مشاهده کرد . هرچند اثر غیرمستقیم آنها قابل رؤیت است . یک راه برای این کار عملی است که آن را اثر کسمیر می خوانند . هر کس با دو تکه فلز نظیر هم می تواند این کار را بکند ، این دو ورقه ی فلز باید در فاصله نزدیک و مجزایی از هم باشند ؛ این ورق ها برای ذرات و ضد ذرات عملی همانند آینه دارند . این وسیله که ناحیه ای ازبین دو صفحه است مانند یک ذره شبیه به آلت پیپ است و فقط امواج نوری که فرکانس آنها تشدید شده را می پذیرد . همچنین نتیجه این است که مقدار کمی نوسان خلاء وجود دارد  و ذرات حقیقی در نوسانات خلاء و یا بیرون آن می تواند هر طول موجی داشته باشد . کاهش تعداد ذرات بین صفحات دستگاه که ضربه ای وارد نکرده اند فشار را کاهش داده ، در صورتی که فشار زیادی به صفحات اعمال نشده است . بدین سال نیروی نحیفی بین دو صفحه وجود دارد ، این نیرو با آزمایش اندازه گیری شده است . بنابراین واقعا" ذرات حقیقی وجود دارند و محصول و مفهومی واقعی هستند . چون که ذرات حقیقی و یا نوسانات خلاء که بین دو صفحه است دارای مقدار کمی چگالی انرژی هستند نسبت به داخل منطقه بیرونی . اما چگالی انرژی فضای خارجی دور از صفخات است و باید صفر باشد و یا به صورت دیگر فضا تمایل دارد خمیده باشد تا اینکه تقریبا" مسطح باشد . بنابراین چگالی انرژی بین دو صفحه باید منفی باشد . و اصل اینکه فضا زمان خمیده می شود .و این تأییدی بر اثر کسمیر است که می توان آن را در جهت منفی خمیده کرد و این پیشرفتی در علم تکنولوژی است و نیرو مذکور می تواند کرمچاله و یا خمیدگی فضا – زمان را شکل دهد تا سفر در گذشته ممکن شود اگر در زمانی در آینده سفر در زمان را آموختیم در صورتی که این سفر بازگشتی ندارد در آن زمان به بحث در رابطه با آن می پردازیم . بعضی از مردم ادعا  دارن د که ما با  آینده  ملاقات  داریم  آنها  می گویند یوفوها ( بشقاب پرنده ها ) از آینده می آیند .  و کار آنها صلاحدید دولت های خیانتکار کهکشانی برای پوشاندن خود است . تا از خودشان محافظت کنند و این امر تا حدی ناممکن و ضعیف به نظر می رسد تا اینکه بتوانیم از بیگانه ها اطلاعات کسب کنیم . من به این طوری تا حدی شکاک هستن . گزارش مشاهده بشقاب پرنده ها نمی تواند علتی بر وجود فرازمینی ها باشد ، زیرا آنها متقابلا" متغایر هستند . اگر شما یک بار پذیرفتید که این ها اشتباهند و یا خیال بوده اند ، این موضوع تماما" احتمالی نیست که آنها وجود دارند تا بیایند ودرآینده  با مرم ما ملاقات کنند . و یا اینکه اگر آنها واقعی هستند تمایل دارند از سمت دیگر کهکشان ها بیایند و در زمین ساکن شوند و آن را به تسخیر خود در بیاورند و یا اینکه در رابطه ای به ما اخطار دهند ، آنها موجوداتی بیهوده اند . یک راه ممکن برای اینکه با سفر در زمان تطبیق کند امری است که باید در آینده نظاره گر آن باشیم و خواستار آن است که در موردش به بحث پرداخته شود . این دیدگاه تمیل دارد آینده ما را ثابت جلوه دهد و اینگونه سخن می گوید که طبق مشاهدات فضا به اندزه کافی برای سفر در زمان خمیده نیست ، از سوی دیگر راههای آینده باز است و ممکن است که ما بتوانیم فضا را به اندازه کافی خمیده کنیم تا بتوانیم در زمان سفر کنیم . همچنین ما نیز تمایل داریم که در زمان سفر کنیم و بازگردیم . چه کسی تمایل دارد فضاپیما را در پایگاه پرتاب منجر کند و یا اینکه از عازم شدنش در اولین محل جلوگیری کنی شرح ویژه دیگری برای این پارادوکس وجود دارد .  چه فرزندی می خواهد  خانواده اش را به قتل برساند در صورتی که هنوز زاده نشده است . این دو ذاتا" هم ارز هستند . هرکس باید راه حلی پایدار را برای معادلات فیزیک جستجو کند حتی اگر فضا به حدی خمیده شود که سفر در زمان ممکن شود . در این دیدگاه شما نمی توانید با موشک شروع به کارشوی و به گذشته سفر کنی مگر اینکه شما از قبل بازگشتی داشته اید ؛ افرادی که این دیدگاه را مطرح کرده اند خواسته اند که ما کاملا" مصمم باشیم  . در این صورت ما نمی توانیم افکاری را متحول سازیم که به قدری اختیاری هستند که در دیگر مکان ها آن را  نزدیک شدن به تاریخ متناوب می خوانند . این نظریه توسط فیزیکدانی به نام دیوید دویش حمایت شده است و توسط فیلم سازی به نام استیون اسپیلبرگ به تصویر کشیده است . « بازگشت به جهان آینده » این تاریخ متناوب تمایل ندارد تا هر بازگشتی از آینده را در خود  داشته باشد قبل از اینکه سفینه فضایی عازم شود و وارد یک تاریخ متناوب دیگر شود . فیزیکدانی به نام ریچارد فیمان عقیده داشت که بر طبق نظریه کوانتوم جهان فقط دارای یک تارخ نیست و در عوض در جهان ممکن است  تاریخ های یکتای زیادی وجود داشته باشد که هر یک دارای احتمالاتی هستند . تاریخ های آرامی که در شرق میانه وجود دارند بادوام هستند . در بعضی از تاریخ ها فضا – زمان خمیده بوده است که بعضی از اجسام مانند راکت ها می توانسته اند در میانشان سفر کنند . در هر حال هر تاریخ تودار ، کامل و جامع است و بعضی از آنها فضا را خمیده شرح نمی دهد بنابراین یک موشک نمی تواند به تاریخ دیگری انتقال یابد و دوبار به حالت نخست بازگردد . این ها در تاریخ های یکسان و آرام است و فرضیه ی تاریخ ها هم چنان به قوت خود باقی است که در جای تاریخ های متناوب قرار می گیرد . بدینگونه است که ما در تاریخ پایدار و یا نا متناقض گیر کرده و تردید کرده ایم . هرچند در این زمان نیازی به درگیری با مسائل جبری یا اختیاری نمی باشد . اگر احتمالات برای تاریخ فضا – زمان و خمیدگی آن بسیار کم باشد ، احتمال سفر در زمان بسیار درشت اندامی می کند و من آن را ترتیب زمانی حفظ گمان ها نامگذاری می کنم . در کل قانون های فیزیک با یکدیگر متحد شده اند و درشت اندامی می کنند تا جلوی سفر در زمان گرفته شود .

چالش جدید فیزیک‌دانان

در دنیای دانش و فناوری، علوم گوناگونی وجود دارند که هر یک به نوبه خود و با توجه به اکتشافات و اختراعات وابسته به آن علم، خودنمایی می‌کنند؛ علومی همچون فیزیک، شیمی،ریاضی و... دانشمندان علم فیزیک بر این باورند که مادر همگی علوم، علم فیزیک است. [ مقالات متفرقه ] چالش جدید فیزیک‌دانان در دنیای دانش و فناوری، علوم گوناگونی وجود دارند که هر یک به نوبه خود و با توجه به اکتشافات و اختراعات وابسته به آن علم، خودنمایی می‌کنند؛ علومی همچون فیزیک، شیمی،ریاضی و... دانشمندان علم فیزیک بر این باورند که مادر همگی علوم، علم فیزیک است. بر اساس گفته ایشان، علوم «شیمی» بر اساس علوم «فیزیک» صورت می‌پذیرد و حتی وقتی که از ریاضی استفاده می‌شود، در واقع از علم فیزیک استفاده شده. بر این اساس هر عملی، به نحوی به علم «فیزیک» ربط پیدا می‌کند. علم فیزیک در واقع یکی از بزرگترین یا شاید تنها علمی است که به هرچیزی ربط پیدا می‌کند و همگی ما از هنگامی که مدرسه می‌رویم، به نحوی با علوم گوناگون فیزیک در ارتباط بوده‌ایم در این میان یکی از مباحث اصلی در علم «فیزیک» مبحث «ترموداینامیک» است؛ بحثی که از اثبات منظم در راز آفرینش گرفته تا ماده و انرژی و هر چیز دیگری، صحبت به میان می‌آورد. به جرات می‌توان گفت که همگی ما از همان سال‌های اول ابتدایی با بحث «ترموداینامیک» آشنا می‌شویم و به یقین، همگی ما حتی اگر هیچ چیزی از «ترموداینامیک» نشنیده باشیم، حداقل، قانون بقای انرژی را چندین بار در سال‌های مختلف تحصیل دیده و شنیده‌ایم. اصول اصلی «ترموداینامیک» بیانگر این خاصیت ترانهادگی متغیر دماست؛ بر این اساس که دو جسم هم‌دما در تقابل با جسم سوم، به دمای یکسان می‌رسند. دیگر اینکه «ترموداینامیک» بیانگر پایستاری انرژی درونی است. انرژی درونی عبارت است از «تفاضل انرژی حرارتی داده‌شده به‌انرژی به کارگرفته‌شده.» به عنوان مثال اگر دو جسم گرم و سرد را در مجاورت یکدیگر قرار دهیم، باعث تغییر دمای هر دو جسم منتهی خواهد شد. ‌در صورت برقراربودن سیستم منزوی، کار انجام‌شده برابر صفر است و نتیجه اینکه، انرژی درونی هر جسمی برابر خواهد بود با انرژی گرمایی اولیه آن و تغییرات آن. خب! این قابل تشخیص است که مجموع آن دو برابر می‌شود با مجموع انرژی‌های اولیه هر دو جسم که این خود برابر است با قانون بقای انرژی. انرژی هرگز از بین نمی‌رود، بلکه از حالتی به حالت دیگر تبدیل می‌گردد. این را همه ما در طول سال‌های تحصیلی به فراخور، در دروس مختلف خوانده‌ایم. در اصلی دیگر از ترموداینامیک آمده است: «هنگامی که دو جسم گرم و سرد در مجاورت هم قرار می‌گیرند، حرارت از جسم گرم به جسم سرد منتقل می‌شود» و این هم یعنی تبادل دما. و دیگر اینکه ترموداینامیک بیانگر این نکته است که صفر مطلق دما، منطقه‌ای است که هرگز نمی‌توان به آن رسید یا از آن پایین‌تر رفت. اصل ترموداینامیک را می‌توان توسط متغیر آنتروپی مدل کرد که تغییر آن برابر با تغییر گرمای تبادل‌شده تقسیم بر دماست؛ به عبارتی هر سیستمی همواره در جهتی حرکت می‌کند که مجموع آنتروپی سیستم و محیط، افزایش پیدا کند. به عنوان مثال، اگر دو مخزن آب ایزوله از هم، یکی 25درجه و همان میزان آب در مخزن دیگر 75درجه با هم مخلوط شوند و یا یکی صفر درجه و دیگری صد درجه. در حالت اول، میانگین می‌تواند چیزی حدود 40 و 60 باشد و در حالت دوم 10 و 90. بهتر است که بحث را در همین‌جا تمام کنیم که این مبحث هزاران ساعت برای مباحثه وقت می‌طلبد. تمامی این موارد گفته شد تا علم ترموداینامیک به صورت هر چند خلاصه بیان شود و هستند دانشمندان و فیزیک‌دان‌هایی که با این قوانین و اصول، صبح را به شب و شب را به صبح می‌رسانند و آنچنان اعتقادی به این اصول دارند که همچون بت به پرستش آن می‌پردازند و اگر کسی کوچک‌ترین اختلاف نظری داشته باشد، از جانب این قبیل افراد تکفیر می‌شود. سال‌ها این قوانین در علم فیزیک بود و به اثبات هم رسیده بود و هست اما یکباره یک آگهی در مجله بسیار معتبر «اکونومیست» آتش به جان هزاران فیزیک‌دان انداخته و دنیای علوم فیزیک و خصوصاً ترموداینامیک را به چالش کشانده است. دانشمندان سالیان سال آرزو داشتند تا دستگاهی اختراع کنند که قادر به تولید یک میزان بی‌نهایت از انرژی باشد، اما هرگز نتوانسته بودند. حتی خود «لئوناردو داوینچی» نیز این کار را غیرممکن دانسته بود و به دانشمندان گفته بود که شما راه خطایی پیش رفته‌اید ولی گویی مهندسین شرکت «اس-تی- اورن» (Steorn) اذعان دارند که انتظار به سر رسیده و این امر تحقق یافته و تحقیقات آنان به پایان رسیده است. بازرگانانی که پشتیبان مالی این پروژه هستند نیز می‌گویند: «نه‌تنها گردش این تجهیزات به ‌طور خودگردان مؤید این موفقیت است، بلکه هنگامی که این دستگاه مولد می‌چرخد، یک انرژی، بیش از مقدار مصرف خود تولید می‌کند». دکتر «شان مک‌آرتی» مدیر عامل شرکت «اس- تی- اورن» در همین زمینه گفت: «تحقیقات ما نشان داده است که اگر از یک میدان مغناطیسی ویژه‌ای، آهن‌رباهای دائمی عبور کنند، با ایستادن و حرکت در یک زمان می‌توان انرژی تولید کرد». آقای مک‌آرتی که خود از فیزیک‌دانان خبره است، گفت: «ما این پدیده را به‌طور کاملاً اتفاقی سه سال قبل کشف کردیم و در طول این سال‌ها بارها و بارها مورد آزمایش و تجزیه و تحلیل قرار دادیم تا مورد تمسخر و استهزا قرار نگیریم». اذعان بر این کشف، باعث واکنش‌های عجیب و گاه خشمگینانه از سوی دانشمندان گردیده است. آقای مک‌آرتی می‌گوید: «مسئولان این پروژه همه‌روزه نامه‌های تهدید‌آمیزی از طریق پست دریافت می‌کنند. برخی از این نامه‌ها به دفاتر «اس – تی- اورن» و برخی دیگر از نامه‌ها حتی به منازل دانشمندان مرکز «اس – تی- اورن» ارسال شده‌اند». شرکت «اس – تی- اورن» در این ارتباط با چاپ یک آگهی در مجله معتبر «اکونومیست» از دانشمندان دعوت کرده است که برای دیدن و امتحان این پروژه به هیأت علمی 12نفره آنان بپیوندند. آقای مک‌آرتی می‌گوید: «علم ترموداینامیک دارای 2 اصل مهم و بنیادی است؛ اول آنکه انرژی را نه می‌توان تولید کرد و نه می‌توان نابود کرد ولی می‌توان آن را از نوعی به نوع دیگر تبدیل کرد و دوم آنکه اگر انرژی وارد یک سیستم شود، نمی‌توان تمامی آن انرژی را از سیستم به بیرون آورد. اگرچه ممکن است آزمایشات در این زمینه سال‌ها طول بکشد، در عین حال نیز می‌تواند همراه با ریسک باشد. کارکنان ما در شرکت «اس – تی- اورن» می‌دانند که اگر جواب دانشمندان، جواب موافقی نباشد شرکت، مورد تمسخر جهانیان قرار خواهد گرفت». کارشناسان می‌گویند اگر این اختراع مورد تایید قرار گیرد، پاداش بسیار بزرگ و بی‌حدوحصری از نظر مالی، با ثبت این اختراع برای شرکت «اس- تی – اورن» به همراه خواهد داشت. علاقه‌مندان جهت کسب اطلاعات بیشتر می‌توانند به سایت شرکت «اس – تی- اورن» http://www.steorn.com/ مراجعه و ضمن عضویت، تقاضای خود را مطرح کنند

طیف سنج جرمی

اصول طیف سنجی جرمی ، جلوتر از هر یک از تکنیکهای دستگاهی دیگر ، بنا نهاده شده است. تاریخ پایه گذاری اصول اساسی آن به سال 1898 بر می‌گردد. در سال 1911 ، "تامسون" برای تشریح وجود نئون-22 در نمونه‌ای از نئون-20 از طیف جرمی استفاده نمود و ثابت کرد که عناصر می‌توانند ایزوتوپ داشته باشند. [ الکترومغناطیس ] تاریخچه اصول طیف سنجی جرمی ، جلوتر از هر یک از تکنیکهای دستگاهی دیگر ، بنا نهاده شده است. تاریخ پایه گذاری اصول اساسی آن به سال 1898 بر می‌گردد. در سال 1911 ، "تامسون" برای تشریح وجود نئون-22 در نمونه‌ای از نئون-20 از طیف جرمی استفاده نمود و ثابت کرد که عناصر می‌توانند ایزوتوپ داشته باشند. تا جایی که می‌دانیم، قدیمیترین طیف سنج جرمی در سال 1918 ساخته شد. اما روش طیف سنجی جرمی تا همین اواخر که دستگاههای دقیق ارزانی در دسترس قرار گرفتند، هنوز مورد استفاده چندانی نداشت. این تکنیک با پیدایش دستگاههای تجاری که بسادگی تعمیر و نگهداری می‌شوند و با توجه به مناسب بودن قیمت آنها برای بیشتر آزمایشگاههای صنعتی و آموزشی و نیز بالا بودن قدرت تجزیه و تفکیک ، در مطالعه تعیین ساختمان ترکیبات از اهمیت بسیاری برخوردار گشته است. اصول طیف سنجی جرمی به بیان ساده ، طیف سنج جرمی سه عمل اساسی را انجام می‌دهد: مولکولها توسط جرایاناتی از الکترونهای پرانرژی بمباران شده و بعضی از مولکولها به یونهای مربوطه تبدیل می‌گردند. سپس یونها در یک میدان الکتریکی شتاب داده می‌شوند. یونهای شتاب داده شده بسته به نسبت بار/جرم آنها در یک میدان مغناطیسی یا الکتریکی جدا می‌گردند. یونهای دارای نسبت بار/جرم مشخص و معین توسط بخشی از دستگاه که در اثر برخورد یونها به آن ، قادر به شمارش آنها است، آشکار می‌گردند. نتایج داده شده خروجی توسط آشکار کننده بزرگ شده و به ثبات داده می‌شوند. علامت یا نقشی که از ثبات حاصل می‌گردد یک طیف جرمی است، نموداری از تعداد ذرات آشکار شده بر حسب تابعی از نسبت بار/جرم. دستگاه طیف سنج جرمی هنگامی که هر یک از عملیات را بدقت مورد بررسی قرار دهیم، خواهیم دید که طیف سنج جرمی واقعا پیچیده‌تر از آن چیزی است که در بالا شرح داده شد. سیستم ورودی نمونه قبل از تشکیل یونها باید راهی پیدا کرد تا بتوان جریانی از مولکولها را به محفظه یونیزاسیون که عمل یونیزه شدن در آن انجام می‌گیرد، روانه ساخت. یک سیستم ورودی نمونه برای ایجاد چنین جریانی از مولکولها بکار برده می‌شود. نمونه‌هایی که با طیف سنجی جرمی مورد مطالعه قرار می‌گیرند، می‌توانند به حالت گاز ، مایع یا جامد باشند. در این روش باید از وسایلی استفاده کرد تا مقدار کافی از نمونه را به حالت بخار در آورده ، سپس جریانی از مولکولها روانه محفظه یونیزاسیون شوند. در مورد گازها ، ماده ، خود به حالت بخار وجود دارد. پس ، از سیستم ورودی ساده‌ای می‌توان استفاده کرد. این سیستم تحت خلاء بوده، بطوری که محفظه یونیزاسیون در فشاری پایینتر از سیستم ورودی نمونه قرار دارد. روزنه مولکولی نمونه به انبار بزرگتری رفته که از آن ، مولکولهای بخار به محفظه یونیزاسیون می‌روند. برای اطمینان از اینکه جریان یکنواختی از مولکولها به محفظه یونیزاسیون وارد می‌شود، قبل از ورود ، بخار از میان سوراخ کوچکی که "روزنه مولکولی" خوانده می‌شود، عبور می‌کند. همین سیستم برای مایعات و جامدات فرار نیز بکار برده می‌شود. برای مواد با فراریت کم ، می‌توان سیستم را به گونه‌ای طراحی کرد که در یک اجاق یا تنور قرار گیرد تا در اثر گرم کردن نمونه ، فشار بخار بیشتری حاصل گردد. باید مراقب بود که حرارت زیاد باعث تخریب ماده نگردد. در مورد مواد جامد نسبتا غیر فرار ، روش مستقیمی را می‌توان بکار برد. نمونه در نوک میله‌ای قرار داده می‌شود و سپس از یک شیر خلاء ، وارد محفظه یونیزاسیون می‌گردد. نمونه در فاصله بسیار نزدیکی از پرتو یونیزه کننده الکترونها قرار می‌گیرد. سپس آن میله ، گرم شده و تولید بخاری از نمونه را کرده تا در مجاورت پرتو الکترونها بیرون رانده شوند. چنین سیستمی را می‌توان برای مطالعه نمونه‌ای از مولکولهایی که فشار بخار آنها در درجه حرارت اتاق کمتر از 9 - 10 میلیمتر جیوه است، بکار برد. محفظه یونیزاسیون هنگامی که جریان مولکولهای نمونه وارد محفظه یونیزاسیون گشت ، توسط پرتوی از الکترونهای پرانرژی بمباران می‌شود. در این فرآیند ، مولکولها به یونهای مربوطه تبدیل گشته و سپس در یک میدان الکتریکی شتاب داده می‌شوند. در محفظه یونیزاسیون پرتو الکترونهای پرانرژی از یک "سیم باریک" گرم شده ساطع می‌شوند. این سیم باریک تا چند هزار درجه سلسیوس گرم می‌شود. به هنگام کار در شرایطی معمولی ، الکترونها دارای انرژی معادل 70 میکرون - ولت هستند. این الکترونهای پرانرژی با مولکولهایی که از سیستم نمونه وارد شده‌اند، برخورد کرده و با برداشتن الکترون از آن مولکولها ، آنها را یونیزه کرده و به یونهای مثبت تبدیل می‌کنند. یک "صفحه دافع" که پتانسیل الکتریکی مثبتی دارد، یونهای جدید را به طرف دسته‌ای از "صفحات شتاب دهنده" هدایت می‌کند. اختلاف پتانسیل زیادی (حدود 1 تا 10 کیلو ولت) از این صفحات شتاب دهنده عبور داده می‌شود که این عمل ، پرتوی از یونهای مثبت سریع را تولید می‌کند. این یونها توسط یک یا چند "شکاف متمرکز کننده" به طرف یک پرتو یکنواخت هدایت می‌شوند. بسیاری از مولکولهای نمونه به هیچ وجه یونیزه نمی‌شوند. این مولکولها بطور مداوم توسط مکنده‌ها یا پمپهای خلا که به محفظه یونیزاسیون متصل نیستند، خارج می‌گردند. بعضی از این مولکولها از طریق جذب الکترون به یونهای منفی تبدیل می‌شوند. این یونهای منفی توسط صفحه دافع جذب می‌گردند. ممکن است که بخش کوچکی از یونهای تشکیل شده بیش از یک بار داشته باشند، (از دست دادن بیش از یک الکترون) اینها مانند یونهای مثبت تک ظرفیتی ، شتاب داده می‌شوند. پتانسیل یونیزاسیون انرژی لازم برای برداشتن یک الکترون از یک اتم یا مولکول ، پتانسیل یونیزاسیون آن است. بسیاری از ترکیبات آلی دارای پتانسیل یونیزاسیونی بین 8 تا 15 الکترون ولت هستند. اما اگر پرتو الکترونهایی که به مولکولها برخورد می‌کند، پتانسیلی معادل 50 تا 70 الکترون ولت نداشته باشد، قادر به ایجاد یونهای زیادی نخواهد بود. برای ایجاد یک طیف جرمی ، الکترونهایی با این میزان انرژی برای یونیزه کردن نمونه بکار برده می‌شوند. تجزیه گر جرمی پس از گذر کردن از محفظه یونیزاسیون ، پرتو یونها از درون یک ناحیه کوتاه فاقد میدان عبور می‌کند. سپس آن پرتو ، وارد "تجزیه گر جرمی" شده که در آنجا ، یونها بر حسب نسبت بار/جرم آنها جدا می‌شوند. انرژی جنبشی یک یون شتاب داده شده برابر است با: 12mv2=ev که m جرم یون ، v سرعت یون ، e بار یون و V اختلاف پتانسیل صفحات شتاب دهنده یون است. در حضور یک میدان مغناطیسی ، یک ذره باردار مسیر منحنی شکلی را خواهد داشت. معادله‌ای که شعاع این مسیر منحنی شکل را نشان می‌دهد به صورت زیر است: (r =MV)/eH که r شعاع انحنای مسیر و H قدرت میدان مغناطیسی است. اگر این دو معادله را برای حذف عبارت سرعت ترکیب کنیم، خواهیم داشت: این معادله مهمی است که رفتار و عمل یک یون را در بخش تجزیه‌گر جرمی یک طیف سنج جرمی توجیه می‌کند. طیف سنج جرمی تجزیه گر جرمی و قدرت تفکیک از معادله فوق چنین بر می‌آید که هر قدر ، مقدار m/e بزرگتر باشد، شعاع انحنای مسیر نیز بزرگتر خواهد بود. لوله تجزیه‌گر دستگاه طوری ساخته شده است که دارای شعاع انحنای ثابتی است. ذره‌ای که نسبت m/e صحیحی داشته باشد، قادر خواهد بود تا طول لوله تجزیه‌گر منحنی شکل را طی کرده ، به آشکار کننده نمی‌رسند. مسلما اگر دستگاه ، یونهایی را که جرم بخصوصی دارند، نشان دهد. این روش چندان جالب نخواهد بود. بنابراین بطور مداوم ، ولتاژ شتاب دهنده یا قدرت میدان مغناطیسی تغییر یافته تا بتوان کلیه یونهایی که در محفظه یونیزاسیون تولید گشته‌اند را آشکار ساخت. اثری که از آشکار کننده حاصل می‌گردد، بصورت طرحی است که تعداد یونها را بر حسب مقدار m/e آنها رسم می‌کند. فاکتور مهمی که باید در یک طیف سنج جرمی در نظر گرفتن قدرت تفکیک آن است. قدرت تفکیک بر طبق رابطه زیر تعریف می‌شود: (R=M)/M که R قدرت تفکیک ، M جرم ذره و M∆ اختلاف جرم بین یک ذره با جرم M و ذره بعدی با جرم بیشتر است که می‌تواند توسط دستگاه تفکیک گردد. دستگاههایی که قدرت تفکیک ضعیفی دارند، مقدار R آنها حداکثر 2000 در بعضی مواقع قدرت تفکیکی به میزان پنج تا ده برابر مقدار فوق مورد نیاز است. آشکار کننده آشکار کننده بسیاری از دستگاهها ، شامل یک شمارشگر است که جریان تولیدی آن متناسب با تعداد یونهایی است که به آن برخورد می‌کند. با استفاده از مدارهای الکترون افزاینده می‌توان آن قدر دقیق این جریان را اندازه گرفت که جریان حاصل از برخورد فقط یک یون به آشکار کننده اندازه ‌گیری شود. ثبات آشکار کننده سیگنال تولید شده از آشکار کننده به یک ثبات داده می‌شود که این ثبات خود طیف جرمی را ایجاد می‌نماید. در دستگاههای جدید ، خروجی آشکار کننده از طریق یک سطح مشترک به رایانه متصل است. رایانه قادر به ذخیره اطلاعات بوده و خروجی را به هر دو صورت جدولی و گرافیکی در می‌آورد. دست آخر داده‌ها با طیفهای استاندارد ذخیره شده موجود در رایانه مقایسه می‌گردد. در دستگاهها قدیمیتر ، جریان الکترونی حاصل از آشکار کننده به یک سری از پنج گالوانومتر با حساسیتهای متفاوت داده می‌شود. پرتو نوری که به آینه‌های متصل به گالوانومترها برخورد می‌کند و به یک صفحه حساس به نور منعکس می‌گردد. بدین طریق یک طیف جرمی با پنج نقش بطور همزمان ، هر یک با حساسیتی متفاوت ایجاد می‌گردد. در حالی که هنوز دستگاه قویترین قله‌ها را در صفحه طیف نگاه می‌دارد، با استفاده از این پنج نقش ثبت ضعیفترین قله‌ها نیز ممکن می‌گردد. منبع : سایت رشد و کلوپ دانش

دیسک نوری – مغناطیسی چیست؟

با تلفیق دو تکنولوژی مغناطیس و نور ، تلاش می شود تا دیسکهایی ایجاد شوند که هم خاصیت قابل پاک شدن و باز نویسی دیسکهای مغناطیسی را داشته باشند و هم چگالی و ظرفیت بسیار بالای دیسکهای نوری. [ فیزیک نور و اپتیک ] دیسک نوری – مغناطیسی مقدمه با تلفیق دو تکنولوژی مغناطیس و نور ، تلاش می شود تا دیسکهایی ایجاد شوند که هم خاصیت قابل پاک شدن و باز نویسی دیسکهای مغناطیسی را داشته باشند و هم چگالی و ظرفیت بسیار بالای دیسکهای نوری. به نظر می‌رسد که اینگونه دیسکها در تولید انبوه به بازار مصرف عرضه شده است. قطر این دیسکها 5 اینچ بوده ، از نوع پاک شدنی هستند و از سرعت بسیار بالایی برخوردارند ، سرعت انتقال در این دیسکها حدود یک مگابایت در ثانیه و یا بیشتر است. در سالهای اخیر دیسکهای نوری بطور وسیعی برای سرگرمی ، برنامه‌های تعلیم و تربیت و ارتباطات تصویری – صوتی بکار گرفته شده است. در زمینه ذخیره اطلاعات ، سیستمهای ثبت نوری مستقیم به عنوان تجهیزات یارانه‌ای معروف شده‌اند، جایی که ترکیب ظرفیت اطلاعات خیلی زیاد و دسترسی سریع به آنها توسط دیسکهای نوری یک جایگزین جذاب برای روشهای دیگر ذخیره حافظه یارانه‌ای است. ظرفیت اطلاعات زیاد ، طول عمر زیاد و زمان طولانی نگهداری ، کاربردهای ذخیره و ... را منحصر به خود کرده است. در تمام سیستمهای دیسک نوری ، مانند دیسکهای ضبط صدا (دیسک بسته یا CD) ، دیسکهای نمایشی (که معمولا نمایش لیزری یا LV نامیده می‌شود) و دیسکهای ذخیره داده‌ها ، ما فرض می‌کنیم که اطلاعات بر روی دیسک ثبت می‌شود یا نوشته می‌شود و مجددا با استفاده از نور خوانده می‌شود. در عمل تعداد زیادی از لیزرها مانند لیزر یون - آرگون HeNe ، HeCd و دیود لیزر نیم هادی AlGaAs به عنوان چشمه‌های نور برای نوشتن و خواندن بکار گرفته شده‌اند. در حقیقت روشهای دیگر برای نوشتن و خواندن دیسک وجود دارد که ما به آن نخواهیم پرداخت. مزیتهای دیسکهای نوری اصلی‌ترین مزیت دیسکهای نوری بر دیگر سیستمها مانند دیسکهای صوتی معمولی و سیستمهای نوار مغناطیسی ، علاوه بر ذخیره اطلاعات به چگالی بالا ، عدم تماس فیزیکی بین سیستم قرائت و ماده ذخیره اطلاعات است که از پاره شدن جلوگیری می‌نماید. علاوه بر این در دیسکهای نوری ، لایه ماده شفافی را می‌توان روی اطلاعات ذخیره شده نشانید تا آسیب نبیند. گرامافون اطلاعاتی را در سطح دیسک به صورت مارپیچ ضبط می‌کند که رد پا نامیده می‌شود. اما در عمل در دیسکهای نوری ، نه شیار و نه خط مداوم وجود دارد بلکه فقط "علامتها" مارپیچهای شکسته‌ای را شکل می‌دهد. این علامتها مساحتهای کوچکی هستند که نسبت به اطراف خود فرق نمایانی دارد. معمولا حفره‌هایی در سطح دیسک ایجاد می‌کنند. در نتیجه بازتاب در طول مسیر با توجه به توزیع حفره‌ها تغییر می‌یابد، که بیانگر ثبت اطلاعات است. ذخیره و خواندن اطلاعات ذخیره شده برای خواندن اطلاعات ذخیره شده بازوی اپتیکی تغییرات بازتاب را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. یک عدسی در داخل بازو پرتو کم توان لیزر را به لکه کوچک نوری بر روی مسیر متمرکز می‌کند و همچنین نور بازتاب شده از دیسک را مجددا به آشکار ساز نوری هدایت می‌کند. خروجی آشکار ساز نوری بر اساس توزیع گودالهای طول مسیر تغییر می‌کند و سیگنال الکتریکی بدست می‌دهد که می‌توان سیگنال صدا ، تصویر و یا داده‌ها را دوباره بدست آورد. سیگنالهای صدا به صورت دیجیتال در دیسک ذخیره می‌شوند. نمونه‌های صدا با آهنگ KHz1/44 بدست می‌آید و بلندی صدا برای هر نمونه به مقادیر عددی به صورت کلمه کد دوتایی ، 16 بیتی در می‌آید. بیتهای اضافی برای اصلاح خط اضافه می‌شود و بیتهای فراوانی در فرکانس MHz3218/4 بر روی دیسک ذخیره می‌شود. صفرها بیانگر سیگنال نوری کوچک و "یکها" بیانکر سیگنالهای قوی هستند، از این رو مسیر از حفره‌ها و فضاهایی با طولهای مشخص تشکیل یافته است. از سوی دیگر ، سیگنال های ویدئویی ، بصورت آنالوگ ذخیره سازی می‌شوند، زیرا ذخیره سازی به روش دیجیتال احتیاح به پهنای باند بسیار بالا دارد. سیگنال ترکیبی ویدئو (با رنگ و اطلاعات تابشی) به صورت فرکانس مدوله می‌شود (FM) حدود فرکانس حامل MHz5/7 و صدا به آن بعدا با مدولاسیون اضافه می‌شود. این باعث می‌شود تا فاصله گودالهای (مرکز تا مرکز) بر اساس مدولاسیون فرکانس صورت مربوطه تغییر یابد. در حافظه‌های نوری داده‌ها هم به صورت آنالوگ و هم به صورت دیجیتال ذخیره می‌شود. برای مفید واقع شدن در فرآیند کردن داده‌ها در الکترونیک تجهیزات ذخیره سازی باید قادر به باز سازی داده‌های ذخیره شده با حداقل میزان خطا و در حدود 1 قسمت در 1210 باشد، که دیسکهای نوری به این دقت رسیده‌اند. با دیسکهای نوری به چگالی اطلاعات زیادی از یک لکه متمرکز شده بسیار کوچک لیزر دست یافته‌اند. قطر لکه توسط رابطه (λF(π/4 نشان داده می‌شود. با توجه به محدودیتهای پراش حداقل قطر لکه نوری تشکیل شده در نقطه کانونی عدسی حدود NA2/λ است که NA دیافراگم عددی عدسی است (NA = n sinθ که n ضریب شکست فضای جسم و θ = φ/s است، φ قطر عدسی و s فاصله جسم تا عدسی است). متقابلا چگالی اطلاعات از مرتبه 2(λ/NA) است. ثبت کردن فرآیند ثبت اطلاعات بستگی به این دارد که آیا قرار است اساسا دیسک به تعداد زیادی برای مشتریان بازار کپی برداری شود و یا برای ذخیره سازی مهیا می‌شود. بیشتر دیسکها ، به هر منظوری که تهیه شوند، حاوی اطلاعات زیادی با کیفیت خوب هستند. لذا کپی کردن آنها نسبتا آسان و ارزان است. مواد ثبت کننده گودالها دارای ابعاد میکرون است و از این رو مواد ثبت کننده نیز باید دارای توان تفکیک بالا باشند، و برای آنکه بتوان توان لیزری مورد نیاز را به حداقل رسانید باید دارای حساسیت خیلی بالا باشند. ترجیحا مواد ثبت کننده باید بتوانند ثبت زمان واقعی را بدست دهند و اجازه خواندن سریع اطلاعات ذخیره شده را نیز ممکن سازند. یعنی بطور ایده‌آل فرآیندهای مرحله‌ای بین نوشتن و خواندن وجود نداشته باشد. علاوه بر فوتورزیستها ، فیلمهای فلزی ، مخصوصا آنهایی که بر اساس آلیاژ تلوریم ساخته شوند، دارای دقت خوب و حساسیت بالا هستند. در این حالت تابش لیزر پالسی ایجاد گودال یا حفره در لایه نازک فلز می‌کند، (از طریق ذوب یا برداشتن) و بازتاب لایه نازک را تغییر می‌دهد. از آنجایی که ایجاد حفره فرآیند حرارتی است، طول موج لیزر خیلی مهم نیست و از هر لیزری که بتواند توان مورد نیاز را بدست دهد برای نوشتن می‌توان استفاده نمود. خواندن داده‌ها از دیسکهای نوری باریکه لیزر ، معمولا از یک لیزر دیود به دلیل اندازه قابل ملاحظه‌اش از طریق زیر لایه به لایه بازتاب کننده دیسک متمرکز می‌شود. عدسی متمرکز کننده شبیه به یک عدسی شی است و برای جاروب کردن کل دیسک ، با لیزر در سیستم قرائت در نرده‌ای زیر دیسک نصب شده است. قسمتی از نور بازتاب شده ، که توسط دیسک مدوله شده است با همان عدسی گردآوری می‌شود و بر روی آشکار ساز نوری هدایت می‌شود. نور به شدت از نواحی که گودال وجود ندارد (معمولا زمین خوانده می‌شود) بازتاب می‌شود و بطور وسیعی توسط گودالها پراکنده می‌شود. بطوری که خروجی آشکار ساز وقتی باریکه مسیر را طی می‌کند، تغییر می‌یابد. برای مثال ، در ذخیره به روش دیجیتال ، تغییر در میزان سیگنال بازتاب شده بیانگر انتقال از گودال به زمین و یا بالعکس است. در حقیقت این انتقالات بکار می‌روند تا یکها را بیان کنند، در حالیکه فاصله بین انتقالات گودالها و یا زمین بیانگر تعداد صفرها است. مزیتهای استفاده از نور بازتابی بجای نور عبوری استفاده از بازتاب به جای نور عبوری چندین مزیت دارد. برای مثال از آنجایی که فقط یک سطح دیسک مورد استفاده قرار می‌گیرد ساختمان حرکت آزاد سیستم ساده می‌شود و تعداد قطعات نوری مورد نیاز کاهش می‌یابد. لایه نشانی محافظ نیز فقط بر روی یک طرفه لایه اطلاعات لازم است و ساختمان کنده کاری کم عمقتر از حالت عبوری است، این دو نکته باعث تولید انبوه دیسک می‌شود. نهایتا ، سیستم کنترل خیلی ساده‌تر ساخته می‌شود و لکه و خراشهای سطح محافظ از لایه اطلاعات جدا می‌شوند و از تمرکز خارج می‌شوند و بدین طریق اثر آن بر روی سیگنال باز خوانی حذف می‌شود. همچنین سیگنالهای نوری از دیسک مورد نیاز هستند تا ارتفاع عمودی سیستم قرائت را کنترل کنند، یعنی مطمئن شویم که باریکه لیزر به حالت متمرکز شده بر روی لایه اطلاعات باقی می‌ماند و همچنین اطمینان یابیم که باریکه لیزر بطور دقیقی مسیر مارپیچ ثبت اطلاعات را دنبال می‌کند. کانونی کردن باید با دقت حدود μm 1 بدست آید و ردیابی با دقت حدود μm1/0 باید انجام شود. ارتعاشات ناخواسته و حرکات نامتعارف دیسک بدین معنی است که سیستم کنترل بسیار دقیقتر برای حداقل خطا مورد نیاز است. این سیگنالها برای تمرکز و ردیابی به طرق مختلف بدست آمده است. دیسکهای نوری قابل پاک شدن برای خیلی از کاربردها مانند حسابگری و به روز کردن اطلاعات تسهیلات پاک کردن و درباره نوشتن مفید است. موادی که می‌توانند برای دیسکهای نوری قابل پاک شدن مورد استفاده قرار گیرند شامل مواد مگنتو اپتیک ، ترمو پلاستیکها و لایه‌های نازک چالکو جناید برای ذخیره دائمی و مواد فوتو کرومیک ، فوتو فریک و فوتو کانداکتیو برای ذخیره سازی برای زمانهای محدود بکار می‌روند. برای مثال باریکه نویسنده لیزر ناحیه کوچکی از فیلم نازک از ماده فرومغناطیس را که به صورت عمودی مغناطیس شده است (برای مثال Cd TbFe) گرم می‌کند تا به دمای بالای نقطه کوری آن می‌رسد، و خاصیت مغناطیس دائمی خود را از دست می‌دهد. اگر ناحیه مجاز به سرد شدن در حضور میدان خارجی که در جهت غیر موازی با مغناطیس شدن اولیه است باشد، آنگاه نواحی که پلاریزاسیون را ذخیره کرده‌اند تشکیل می‌یابند. خواندن در این حالت معمولا با استفاده از اثر مگنتو - اپتیک کر (که آن باریکه پلاریزه نور که از سطح مغناطیس شده بازتاب می‌شود دارای صفحه پلاریزاسیون است و به میزانی که بستگی به شدت مغناطیس شدن و جهت مغناطیس شدن دارد نسبت به جهت پرتوی نور، می‌چرخد)، انجام می‌گیرد. باریکه پلاریزه شده دارای چرخشهای متناوب است، بسته به اینکه کدام قسمت فیلم برخورد می‌کند و از آن بازتاب می‌کند، مقدار چرخش فقط چند دهم درجه است و معمولا با روشهای آشکار سازی حساس ، از عبور نور بازتابی از یک تقسیم کننده پرتو پلاریزه کننده و مقایسه دو نور تولید شده بدست می‌آید. پاک کردن و دوباره نوشتن به سادگی از گرم کردن لایه نازک روی دیسک تا دمای بالاتر از نقطه کوری و در حضور یک میدان مغناطیسی خارجی به دقت هدایت شده انجام می‌شود. بطور وضوح لیزری که برای خواندن بکار می‌رود باید دارای توان به مراتب کمتر از توان لیزری که برای نوشتن بکار می‌رود، باشد تا از بین بردن داده‌های ذخیره شده جلوگیری شود. اخیرا توجه زیادی به دیسکهای نوری قابل پاک کردن شده است و چندین سیستم چند لایه‌ای ارزیابی شده است. سیستمهای دیسک نوری بطور رو به افزایشی در سیستمهای ذخیره سازی انبوه مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال ، سیستم مگاداک ، شامل 64 دیسک که زمان دسترسی به هر یک از دیسکها حدود ms150 است و زمان ظاهر شدن هر دیسک 20 ثانیه است. ظرفیت چنین سیستمی در ناحیه 1410 - 1210 بیت است که در مدت حدود چند ثانیه می‌تواند دوباره بدست آید. منبع: شبکه رشد http://daneshnameh.roshd.ir

قوانین ترمودینامیک

قوانین ترمودینامیک

همه چیز درباره قوانین صفرم - یکم - دوم و سوم ترمودینامیک [ مکانیک و ترمودینامیک ] قوانین ترمودینامیک قانون صفرم ترمودینامیک قانون صفرم ترمودینامیک بیان می‌کند که اگر دو سیستم با سیستم سومی در حال تعادل گرمایی باشند، با یکدیگر در حال تعادلند. قانون اول ترمودینامیک قانون اول ترمودینامیک که به عنوان قانون بقای کار و انرژی نیز شناخته می‌شود، می‌گوید که حالت تعادل ماکروسکوپی یک سیستم با کمیتی به نام انرژی درونی (U) بیان می‌شود. انرژی درونی دارای خاصیتی است که برای یک سیستم منزوی (ایزوله) داریم: U=مقدار ثابت اگر به سیستم اجازهٔ برهم‌کنش با محیط داده شود، سیستم از حالت ماکروسکوپی اولیهٔ خود به حالت ماکروسکوپی دیگری منتقل می‌شود که تغییر انرژی درونی را برای این تحول (فرآیند) می‌توان به شکل زیر نشان داد: ΔU = Q − W که در این فرمول W، کار ماکروسکوپی انجام شده توسط سیستم در برابر نیروی خارجی و Q مقدار گرمای جذب شده توسط سیستم در طی این فرآیند است. نمادگذاری شمیی و فیزیک چون در شیمی و فیزیک سیستم مورد توجه است، گرما و کاری که به سیمتم داده می‌شود مورد نظر ماست و انرژی درونی را Q+W در نظر می‌گیریم.(سیستم را بسته,در حالت سکون و در غیاب میداانها در نظر میگیریم) , where dU یک افزایش بی‌اندازه کوچک در انرژی درونی سیستم است., δQ یک مقدار بی‌اندازه کوچک از گرما که به سیستم افزوده می‌شود, δW یک کار بی‌اندازه کوچک که بر روی سیستم انجام می‌شود و δ نماد دیفرانسیل است.   قانون دوم ترمودینامیک قانون اول ترمودینامیک تنها بیانی از تئوری کار و انرژی یا قانون بقای انرژی است. یک آونگ ساده یا یک آونگ ایده‌آل برای همیشه به نوسان ادامه می‌دهد. فیلمی از یک آونگ که به جلو و عقب نوسان می‌کند را در نظر بگیرید. اگر ما فیلم را برعکس نشان بدهیم، نخواهیم توانست آن را از حالت عادی تشخیص بدهیم. اما برداری (نشانگری) برای زمان وجود دارد. دامنهٔ نوسان آونگ به تدریج کوجکتر می‌شود. اگر توپی را از ارتفاع خاصی رها کنید، در هر بار برخورد توپ با زمین، کمتر از دفعهٔ قبل بالا خواهد آمد. فیلمی از این توپ در دنیای واقعی، هنگام پخش برعکس، متفاوت دیده خواهدشد. قطعات یخ در داخل فنجان چای ذوب می‌شوند در حالی که چای سردتر می‌شود. هیچ تناقضی با قانون اول ترمودینامیک نخواهد داشت اگر ما ببینیم که در داخل یک فنجان چای قطعات یخ تشکیل شده و چای گرمتر شود. این با قانون بقای انرژی سازگار است اما «ما هیچگاه چنین چیزی را نمی‌بینیم». قانون دوم ترمودینامیک توضیح می‌دهد که چرا چنین چیزی اتفاق نمی‌افتد. بیان کلوین-پلانک ساخت یک موتور گرمایی سیکلی (چرخه‌ای) که جر جذب گرما از منبع و انجام کار مساوی با گرمای چذب شده تأثیر دیگری بر محیط نداشته باشد، غیر ممکن است. یا می‌توان گفت که: ساخت ماشین گرمایی با بازدهی ۱۰۰ درصد غیرممکن است. بیان کلازیوس ساخت یک موتور سیکلی که تأثیری جز انتقال مداوم گرما از دمای سرد به دمای گرم نداشته باشد، غیر ممکن است. ارتباط این دو بیان این دو بیان قانون دوم ترمودینامیک معادل (هم‌ارز) هستند. اگر بتوان یکی از آنها را نقض کرد، دیگری نیز نقض می‌شود. قانون سوم ترمودینامیک قانون سوم ترمودینامیک می‌گوید هنگامی که انرژی یک سیستم به حداقل مقدار خود میل می‌کند، انتروپی سیستم به مقدار قابل چشم‌پوشی می‌رسد. یا بطور نمادین: هنگامی که ، از رابطهٔ بین انرژی درونی و دما، رابطهٔ بالا را می‌توان به صورت زیر نوشت: هنگامی که ، اما در هنگام کاربرد این قانون باید توجه داشت که در این دما () سیستم در حال تعادل است یا نه. زیرا با پایین آمدن دما، سرعت رسیدن به تعادل خیلی زیاد می‌شود.