تئوري C.P.H و ويژگيهاي آن

[Shahryar]

مقدمه:

پس از فرمول بندی مکانیک کلاسیک توسط نیوتن، گرایش به تجارب آزمایشگاهی و مشاهدات نجومی روز به روز بیشتر شد. فیزیکدانان با اشتیاق در دو زمینه، یکی توجیه رفتار اجسام بزرگ آسمانی و دیگری شناخت پدیده های بسیار کوچک (که بعدها زیر اتمی نامیده شدند)، تلاش روز افزونی را آغاز کردند. هرچه دقت در مشاهدات نجومی بیشتر می شد و هر قدر ذرات مورد آزمایش کوچکتر می شدند، نارسایی مکانیک نیوتنی بیشتر خود نمایی می کرد. بطوریکه در سالهای پایانی قرن نوزدهم، لزوم بازنگری در فیزیک کلاسیک (قوانین نیوتن و الکترومغناطیس) کاملاً مشهود بود. مکانیک کوانتوم و مکانیک نسبیتی (فیزیک مدرن) پاسخی به نیاز زمان خود در جهت تکامل دانش بودند.

در قرن بیستم آموزش و پژوهش از نظر کمی و کیفی پیشرفت شگفت انگیزی داشت. علاوه بر آن بودجه های پژوهشی رشد نجومی کرد. از یک سو، تلسکوپ ها اعماق کهکشانهای دور دست را بتصویر کشیدند و از سویی دیگر شتاب دهنده ها، اسرار درون هسته ی اتم را نمایان ساختند و فیزیکدانان با سئوالات جدیدتر، عمیقتر و بیشتری مواجه شدند.

جهان چگونه آغاز شد و قبل از بیگ بنگ چگونه بود؟ دلیل شتاب جهان و ماهیت انرژی تاریک چیست؟ وجود ماده تاریک را چگونه می توان توجیه کرد؟ اهم سئوالات کیهان شناختی است.

در زمینه ذرات زیر اتمی، بسياري از فيزيك‌دانان به دنبال نظريه‌اي هستند كه هر چهار نيرو را بوسيله يك ابرنيرو توجيه كند. نيرويي كه خودش را به‌گونه‌هاي مختلف نشان مي‌دهد و نيز موجب يگانگي فرميون‌ها و بوزون‌ها در يك خانواده مي‌شود. فيزيكدانان اين نظريه را نظريه يگانگي نام داده اند. گرانش را مي‌توان در مقياسهای بسيار كوچك، حتي تا سطح كوانتومي نيز مورد توجه قرار داد. در حقيقت، اگر ما به گرانش در اين سطح توجه نكنيم، هرگز نمي‌توانيم به يگانگي آن با سه نيروی ديگر دست يابيم. و پاسخ این سئوال را بیابیم که نيروها در دماهاى بسيار بالا- درست لحظاتى بعد از انفجار بزرگ (big bang)- چگونه بوده اند؟ سئوالات بی جواب بسیاری مطرح است که برخی از فیزیکدانان پاسخ آنها را در ترکیب مکانیک کوانتوم و نسبیت عام می دانند.
در اینجا ضمن تعدیل هامیلتونی اصل سی. پی. اچ. را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و تلاش می شود برخی اصول موضوعه فیزیک و قوانین بقا از آن نتیجه گیری شود. علاوه بر آن برخی از مفاهیم بنیادی نظیر فضتا-زمان و ماهیت فیزیکی زمان تشریح می گردد. آنگاه نحوه ی تولید انرژی در فضا بررسی خواهد شد. این نحوه برخورد با فیزیک می تواند نگاه و درک بنیادی فیزیک را تغییر دهد و دانش فیزیک را مملموس تر کرده و با نگرش شهودی به پدیده ها آموزش و درک آن را ساده تر کند. این فصل و فصول مربوط به نظریه سی. پی. اچ. هر روز بازگری خواهد شد تا نارسایی های بیان و تشریح نظریه روز به روز کاملتر گردد. دوستان عزیز و علاقهمند می توانند ضمن توجه به این روش، برداشت ها خود را از نظریه سی. پی. اچ. و پیاده سازی این نظریه در بخش های مختلف فیزیک ارسال دارند تا در صورت تایید در سایت منتشر گردد. در هر صورت اظهار نظر و ذکر نارسایی ها با آغوش باز پذیرفته می شود.



زمینه پیدایش نظریه سی. پی. اچ.

نظریه سی. پی. اچ. بر اساس یکسری زیر ساخت منطقی نطقی و مشاهدات زیربنای تجربی بمنظور هم ارز سازی نیرو و انرژی ارائه شده است. با این وجود مدعی یکسان سازی نیروها نیست، اما زمینه مناسبی برای اتحاد نیروها فراهم می آورد. در نظریه سی. پی. اچ.، با توجه به هم ارز سازی نیرو و انرژی، فرمیونها و بوزونها نه تنها از یک خانواده اند، بلکه فرمیونها تولید کننده بوزونها، و بوزونها نیز به نوبه خود فرمیونها را تولید می کنند. این نگرش الزاما تعریف باستانی انرژی را تغییر خواهد و از ساختمان فوتون تصویری روشن ارائه می کند. در این نظریه، حرارت چیزی جز حرکت نیست، در یک محفظه ی بسته، هر ذره ای که سریعتر است، داغتر است. پس حرارت دادن، به معنی افزایش سرعت ذرات تشکیل دهنده ی سیستم است.

سی. پی. اچ. چیست؟

سی. پی. اچ. یا CPH مخفف Creative Particles of Higgs است که به زبان فارسی می توان تحت عنوان "آفرینش ذرات جرم دار توسط میدان هیگز" مطرح کرد. انتخاب کلمه ذره به این دلیل است که در فارسی و در انگلیسی کلمه ی دیگری یافت نشد که بتوان جایگزین آن کرد. اما باید توجه داشت که ذره در اینجا بهیچوجه بیان کننده ی شکل این موجود فیزیکی نیست. سی. پی. اچ. یک مقدار بسیار کم و ثابت انرژی است که از نظر حجم محدود و حامل یکی از میدانهای الکتریکی، مغناطیسی و یا گرانشی است. بعبارت دیگر میدانهای الکتریکی، مغناطیسی و گرانشی را تعدادی سی. پی. اچ. ایجاد می کنند و شدت این میدان تابع چگالی سی. پی. اچ. های بوجود آورنده آنها است.


[External Link Removed for Guests]

میدانهای الکتریکی توسط تعدادی سی. پی. اچ. ایجاد می شوند.

[External Link Removed for Guests]
میدانهای مغناطیسی از تعدادی سی. پی. اچ. تشکیل می شوند.

[External Link Removed for Guests]

سی. پی. اچ. حامل نیروی گرانش است، پس میدانهای گرانشی را نیز سی. پی. اچ. ها ایجاد می کنند.


تعریف سی. پی. اچ.

فیریکدانان بزرگی همچون هاوکینگ تاکید می کنند که فضاي خالي، خالي نيست. علاوه بر آن همه نظريه هاى امروزى به طور ضمنى بيان مى كنند كه جهان بايد حتى در خالى ترين مناطق آن شامل تراكم شديد انرژى باشد. قسمتی از فضا (دور از اجسام) را مورد توجه قرار داده و با استفاده از رابطه پلانک و رابطه جرم_انرژی انیشتین، جرم (انرژی) سی. پی. اچ. تعریف می شود. جرم فوتون در حالت کلی برابر است با:

[External Link Removed for Guests]

جرم فوتون از رابطه ی بالا به دست می آید

[External Link Removed for Guests]

جرم سی. پی. اچ. مستقیماً از روی جرم فوتون تعریف می شود.

جرم سی. پی. اچ. کمتر از جرم هر فوتونی است. برای به دست آوردن سرعت سی. پی. اچ. توجه به این نکته ضروری است که فوتون دارای اسپین است و با سرعت خطی c نسبت به دستگاه های لخت حرکت می کند. بنابراین فوتون دارای دو حرکت انتقالی و حرکت دورانی (Spin) است.


[External Link Removed for Guests]

[External Link Removed for Guests]

فوتون دارای دو حرکت انتقالی و اسپینی است.

اگر فوتون را بصورت کره تصور کنیم که بدور خود در حال دوران است، لذا می توان اسپین آن را نیز به صورت سرعت خطی نشان داد. زیرا برای یک نقطه روی سطح این کره ی فرضی می توان نوشت [External Link Removed for Guests]
که در آن v سرعت خطی، r شعاع و
[External Link Removed for Guests]
سرعت زاویه ای است. لذا فوتون دارای دو نوع اندازه حرکت خطی و اندازه حرکت اسپینی است. بهمین ترتیب دارای دو نوع انرژی جنبشی و انرژی اسپینی است. اما در اینجا فعلاً سرعت آن مورد نظر است.

با توجه به رابطه (2)، سی. پی. اچ. نیز که از روی فوتون تعریف شده، دارای سرعت خطی برابر c (در دستگاه لخت) و سرعت اسپینی است که اگر سرعت اسپینی آن را با Vs نشان دهیم، می توان سرعت کل سی. پی. را برابر سرعت خطی در نظر گرفت و با VCPH نشان داد، کاملاً واضح است که c<VCPH>.

بنابراین سی. پی. اچ. ذره ای است به جرم mCPH که با سرعت VCPH نسبت به دستگاه لخت حرکت می کند. (شکل زیر)


[External Link Removed for Guests]

در شکل بالا سی. پی. اچ. در دو حالت یکی بدون اسپین و دیگری با اسپین ترسیم شده است.

همچنان که در شکل بالا نشان داده شده است، هنگامیکه سی. پی. اچ. دارای اسپین است، گراویتون نامیده می شود. گراویتون حامل نیروی گرانش است. ممکن است این سئوال مطرح شود که چرا با استفاده از فوتون، سی. پی. اچ. را تعریف کردیم و بدون هیچ توضیحی آن را به گراویتون ربط دادیم؟

سی. پی. اچ. و گراویتون
سی. پی. اچ. طبق رابطه (2) یک مقدار کوچک انرژی تعریف شد. طبق پيشگويي نسبيت عام هرگاه فوتوني در ميدان گرانشي سقوط كند، فركانس و در نتيجه انرژي آن افزايش مي يابد كه جابجايي به سمت آبي نامیده مي شود. عكس اين حالت نيز صادق است، يعني هنگاميكه نور در حال ترك (فرار) از يك ميدان گرانشي است، فركانس و در نتيجه انرژي آن كاهش مي يابد كه جابجايي به سمت سرخ گرانش ناميده مي شود و براي آن رابطه زير ارائه شده است.


[External Link Removed for Guests]

علامت جمع مربوط به سقوط و علامت منفي مربور به صعود فوتون در میدان گرانشی است

اين پيشگويي نسبيت براي مدتها قابل آزمايش نبود تا آنكه موسبوئر در سال 1958 نشان داد كه يك بلور در بعضي شرايط مي تواند دسته اشعه اي گاما با طول موج كاملاَ معيني توليد كند. اشعه ي گاما با چنين طول موجي را مي توان با بلوري مشابه بلوری كه آن را توليد كرده، جذب كرد. اگر طول موج اشعه ي گاما فقط مختصري با طول موج اشعه اي كه توسط بلور توليد مي شود تفاوت داشته باشد، به وسيله آن جذب نخواهد شد. در سال 1960 پوند و ربکا طی آزمایشی درستی آن را ثابت کردند و پیشگویی نسبیت در مورد اثر گرانش بر روی فرکانس فوتون تایید شد. برای توضیحات بیشتر به زیربنای تجربی مراجعه کنید.

افزایش انرژی فوتون هنگام سقوط در میدان گرانشی، ناشی از کاری است که گرانش روی فوتون انجام می دهد. کاري که نيروي گرانش روي فوتون انجام مي دهد، تنها به معني ساده ي افزايش انرژي آن نيست، بلکه مفاهيم عميق تري در این پدیده نهفته است. اگر اين پديده را بخواهيم از ديدگاه نظريه ميدان کوانتومي نگاه کنيم، بايد بپذيريم که گراويتونها در ساختمان فوتون نفوذ کرده و علاوه بر افزايش انرژی، موجب افزايش شدت ميدانهاي الکتريکي و مغناطیسی آن نيز مي شوند.

بر اساس توضیحات بالا سی. پی. اچ. ذره ای با جرم ثابت m است که با سرعت VCPH نسبت به دستگاه لخت حرکت می کند، بطوریکه:


[External Link Removed for Guests]

توجه به این دو نکته مهم است که جرم و مقدار سرعت در مورد سی. پی. اچ. ثابت است.

علاوه بر آن هنگامیکه سی. پی. اچ. دارای اسپین است، گراویتون نامیده می شود.

از آنجاییکه سی. پی. اچ. جزء سازنده ی فوتون است و با توجه به رابطه ی هم ارزِی جرم- انرژی و تولید و واپاشی زوج ذره - پاد ذره، بنابراین سی. پی. اچ. سنگ بنای اولیه همه ی ذرات، اجسام است و بطور کلی همه چیز در جهان از سی. پی. اچ. ساخته شده است. حتی میدانهای گرانشی و الکترومغناطیسی را نیز سی. پی. اچ. شکل می دهد.



اساس نظریه سی. پی. اچ.

حال با توجه به تعریف بالا که در مورد سی. پی. اچ. داده شد، اصل سی. پی. اچ. Principle of CPH بیان می شود. بنابراین نظریه سی. پی. اچ. بر اساس یک تعریف و یک اصل موضوع مطرح شده است. نظریه سی. پی. اچ. ابزار قدرتمندی که در شرایط امروز می تواند کل ساختمان فیزیکی جهان و همه ی پدیده ها را توجیه کند. علاوه بر آن نظریه سی. پی. اچ. فیزیک برای درک شهودی پدیده های فیزیکی ابزار بسیار قدرتمندی است. اما ذکر این نکته نیز ضروری است که نظریه سی. پی. اچ. مانند همه ی نظریه های علمی بدون ابهام و اشکال نمی باشد. همیمن اشکالات و ابهامات است که زمینه تحقیقات آتی را فراهم می سازد تا علم سیر تکاملی خود را طی کند.



CPH اصل

سی. پي. اچ. يک ذره بنيادي با جرم ثابت است که همواره با مقدار سرعت ثابت VCPH>c نسبت به دستگاه لخت حرکت مي کند. اين ذره دارای لختي دوراني است. تحت هر شرایطی در جرم و مقدار سرعت آن تغييري داده نمي شود،(نسبت به دستگاه لخت) بطوريکه:

gradVCPH=0 in all inertial frames and any space

توجه: در شرایط مختلف فیزیکی تنها قسمتي از سرعت انتقالي آن به سرعت دوراني (يا بالعکس ) تبديل مي شود، بطوريکه در مقدار VCPH هیچگونه تغییری داده نمی شود. يعني اندازه حرکت خطي آن به اندازه حرکت دوراني و بالعکس تبديل مي شود. بنابراين مجموع انرژي انتقالي و انرژي دوراني آن نيز همواره ثابت است. تنها انرژي انتقالي آن به انرژي دوراني و بالعکس تبديل مي شود.


[External Link Removed for Guests]


مجموع انرژی انتقالی و اسپینی سی. پی. اچ. همواره مقدار ثابتی است.

بنابراین هر سی. پی. اچ. دارای دو نوع انرژی انتقالی و انرژی اسپینی می باشد. از جمله در ساختمان فوتون، فرض کنیم یک فوتون از تعداد n سی. پی. اچ. تشکیل شده باشد، در اینصورت سی. پی. اچ. های تشکیل دهنده ی آن دارای سه نوع حرکت و در نتیجه دارای سه نوع انرژی هستند (شکل زیر) که مجموع این سه انرژی برابر مقدار ثابتی است.

[External Link Removed for Guests]

ساختمان فوتون: سی. پی. اچ. دارای سه نوع حرکت است، با سرعت c همراه فوتون، اسپین فوتون و اسپین خود سی. پی. اچ.

بنابراین در حالت کلی سی. پی. اچ. دارای دو نوع انرژی است، یکی انرژی جنبشی و دیگری انرژی اسپینی. این فصل را با جمع بندی خواص سی. پی. اچ. پایان می دهیم و در فصل بعد با استفاده از این خواص بررسی پدیده ها انجام خواهد شد.

1- جرم سی. پی. اچ. :

[External Link Removed for Guests]


2- سرعت سی. پی. اچ. :

[External Link Removed for Guests]


3 - اندازه حرکت سی. پی. اچ. :

[External Link Removed for Guests]


4 - انرژی سی. پی. اچ. :

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]