up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله فيزيک کلاسيک PDF
QR code - فيزيک کلاسيک

فيزيک کلاسيک

فيزيک کلاسيک و ظرفيتهاي آن

تا سال ۱۹۰۰ فيزيک کلاسيک به اوج شکوفايي خود رسيده بود از توصيف حرکات سيارات گرفته تا تشريح انتشار نور(پديدههاي تداخل – پراش –قطبش) و ماهيت آن به عنوان يک موج الکترومغناطيس،قوانين ترموديناميک و نظريه جنبشي قادر به توصيف دقيق رفتارتمامي پديدههاي شناخته شده تا آن زمان بود.الکتريسته و مغناطيس با کارهاي ماکسول وحدت يافته و معادلات الکترومغناطيس به عنوان عصاره کارهاي او در اين زمينه شکل گرفت اين معادلات به خوبي تمامي معلوماتي که تا آن زمان از الکتريسيته و مغناطيس موجود بود را فرمول بندي ميکرد چهارده سال بعد از کشف اين معادلات هرتز به صورت عملي اين امواج را در آزمايشگاه توليد کرد. درحقيقت تا اواخر قرن نوزدهم به نظر ميرسيد که تمامي اصول بنيادي حاکم بررفتار جهان فيزيکي شناخته شده است. همه چيز از مکانيک نيوتني و الکترومغناطيس ماکسول تبعيت ميکرد اين فرمول بندي نظم حاکم بر جهان، چنان دانشمندان را تحت تاثير قرار داد که لاپلاس رياضيدان فرانسوي وقتي کتاب خود يعني مکانيک آسماني رانوشت درجواب ناپلئون که از او پرسيد چرا اودر کتابش نامي از خدا نبرده است گفت «من نيازي براي مطرح کردن اين فرضيه نميبينم»
● نواقص فيزيک کلاسيک
همانگونه که گفتيم فيزيک کلاسيک تا اواخر قرن نوزدهم با داشتن قوانين نيوتون و ترموديناميک و معادلات ماکسول هر ذهني را متقاعد ميساخت که روابط اين علم ميتواند هر پديده موجود درعالم را از موج گرفته تا حرکات کرات آسماني توجيه نمايد ولي برخي از پديدهها که ذکر خواهد شد همانند سونامي اقيانوس آرام فيزيک کلاسيک را به چنان تلاطمي واداشت که امواج قدرتمند ناشي از آن انسان را از زمين برکره ماه و از چراغ پي سوز به نيروگاه هستهاي و از کبوترهاي نامه رسان به تلفن همراه و اينترنت و يا به عبارتي از خاک عقب ماندگي به افلاک تکنولوژي و پيشرفت سوق دارد.
از دل اين پديدههاي غير قابل توضيح توسط مکانيک کلاسيک، دو ابر نظريه بوجود آمد يکي نسبيت و ديگري کوانتوم در اين ميان نسبيت سئوالهاي فلسفي چندين هزار ساله ما را از گذشته و آينده کائنات جواب داد و چشم ما را به دنياي نويني گشود که درآن همه چيز درحال حرکت است با آغاز و پاياني معلوم، دنياي بيکرانه و محدودي که زماني شروع به انبساط نمود وزماني نيز از انبساط بازخواهد ايستاد.
درحالي که دنيائي که کوانتوم، ما را با آن آشنا ساخت درنهايت کوچکي و خردي بود ما اکنون به يمن وجود فيزيک کوانتوم از رويدادهاي شکافت هستهاي گرفته تا رفتار ذراتي که شعاعشان از يک هزار ميليارديوم ميلي متر هم کوچکتر است آگاهيم.
● اتر نورسان واقعيتي خيالي
اگر تغيير مکان سيارات در آسمان شب و ايجاد شب و روز وتغيير فصلها نبود شايد کوپرنيک درقرن شانزدهم انگيزهاي براي ارائه مدل کيهان شناختي خود که خورشيد در مرکز و زمين و ساير سيارات شناخته شده درآن دوران به دور آن درحال چرخشند در او ايجاد نميشد.يا اگر در اواخر قرن هفدهم نيوتن به قصد استراحت درخت سيب را انتخاب نميکرد و سيبي از درخت بر سراو (يا کنار او) نميافتاد شايد حس کنکاش درمورد جاذبه عمومي در وي نيز ايجاد نميشد وقانون جاذبه کشف نميگرديد.هرچند که اين نظريهها در نوع خود ميتوانند جزء بنيادترين مفاهيم علم فيزيک باشند ولي ظهور و نمودشان را ناشي از وقوع پديدههايي ميتوان دانست که نه در يک لحظه بلکه در طول تمام عمر کاشفان آنها با آن سروکار داشتند يا به آن دائما ميانديشيدند. ولي نظريههاي نسبيت که نه با تجارت روزانه ما سروکار دارند و نه ذهن جستجوگر براي پي بردن به وجود آنها ميتواند در دور و بر خود سرنخهايي ازآنها بيابد.گرچه نتيجه آزمايش مايکلسون-مورلي که وجود اتر را نقض ميکرد ميتوانست شاهد راسخي براي اثبات اين ادعا که سرعت نور ثابت است باشد و زمينه ساز شکلگيري نسبيت خاص (Special relativity)شود ولي به گفته اينشتين او تا قبل از بيان نظريه نسبيت خاص به هيچ عنوان از انجام آزمايش مايکلسون آگاهي نداشت.ايمان به وجود اتر(ether) در بين دانشمندان را به خوبي ميتوان به عنوان نمونه ايي از نقص فکري بشر از نوع مخرب آن دانست که تبعات اين نوع از نگرش ها در طول تاريخ ضربات جبران ناپذيري به پيشرفت دانش و تکنولوژي وارد آورده است اتر يک پديده ساخته ذهن دانشمندان است تنها به صرف اينکه شرط انتشار امواج در روي زمين مانند موجهاي طولي (صدا) وجود ماده است دانشمندان همين شرط را هم براي انشار نور به عنوان يک موج عرضي در نظر گرفتند.
ماکسول ميگويد:
نور يک موج الکترومغناطيس است که تنها با ايجاد آ‎شفتگي در اتر منتشر ميگردد.
چون در محيطهاي چگال سرعت امواج افزايش مييابد آنها برهمين اساس محيطي که نور در آن انتشار مييابد را يک محيط فوق العاده کشسان درنظر گرفتند تا بتوانند به اين صورت سرعت حيرت انگيز نور را توجيه کنند وچون افزايش تراکم ماده سبب کاهش شفافيت آن ميشود بنابراين خصلت اتر را محيطي شفاف، نامرئي و بدون جرم که هيچگونه مقاومتي در مقابل حرکت اشياء نميکند، بيان نمودند تا بدين صورت انتشار امواج الکترومغناطيس را در فضا توجيه نمايند.
ما ميتوانيم با خالي کردن هواي درون يک ظرف از انتقال موج صوتي در آن جلوگيري کنيم، چون ديگر مادهاي براي انتقال صوت وجود ندارد ، ولي هيچ کس با هيچ پمپ تخليهاي قادر به خارج کردن اتر از دورن يک محيط سربسته نميباشد حال اين چه ماده مرموزي است که هم فوق العاده متراکم است هم فوق العاده شفاف، همه جا وجود دارد ولي هيچ کس آن را حس نميکند و اصلا قابل آشکار سازي هم نيست.گرچه هيچ فيزيکداني قادر به اثبات وجود اتر نبود ولي دانشمندان تا پاي جان از وجود اين ماده مرموز و غير قابل تفصير دفاع ميکردنند تا جائي که ماکسول ميگويد:
با تمام سختيهائي که براي تجسم اتر وجود دارد ولي بيترديد تمام عالم را جسمي بسيار بزرگ و يکدست(اتر) پرکرده است.
يک جوان آمريکايي به نام آلبرت آبراهام مايکلسون(Albert Abraham Michelson) در سال ۱۸۸۱ ميلادي با ابداع يک آزمايش جالب و مشهوري قصد به اندازه گيري سرعت حرکت زمين در درون اتر نمود تا قبل از انجام آزمايش مايکلسون
● آلبرت آبراهام مايکلسون
دانشمندان وضعيت اتر را از دوحالت خارج ندانستند
درصورت اول بايد سرعت نوري که از ستارگان دور دست به زمين ميآيد با سرعت نوري که در تمام جهات در روي زمين محاسبه ميشود متفاوت باشد ولي اين فرض بکلي مردود است. زيرا جيمز برادلي درسال ۱۷۲۵ ثابت کرد که تغيير موضع ستارگان نسبت به راستاي حرکت مداري زمين به موقعيت زمين بستگي ندارد. (ابيراهي ستارگان)
درصورت دوم با اندازهگيري سرعت نور درجهت هاي مختلف حرکت زمين بدورخورشيدمي توانستيم وجود اتر را ثابت کنيم چرا که سرعت نور در اتر ثابت است و زمين نسبت به اتر حرکت ميکند بنابراين بايد سرعت اندازهگيري شده نور نسبت به زمين تحت تاثير حرکت اين سياره قرار گيرد و تغيير نمايد از اينرو ما ميتوانستيم باارائه دليل محکم وجود اتر را تاييد يارد کنيم.مايکلسون با انجام آزمايشي در دفعات متوالي در زواياي مختلف در مراحل گوناگون(به تناوب هر سه ماه يکبار) که زمين در وضعيتهاي مختلف نسبت به اتر قرار ميگرفت نشان داد که درهمه حالات سرعت نور هيچ تغييري نسبت به ساير اندازهگيريها نميکند بنابراين مايکلسون نتوانست وجود اتر را با اين آزمايش ثابت کند.
ولي مايکلسون به جاي ترديد دروجود اتر نتيجه آزمايش خود را اين گونه ارزيابي کرد « فکر ميکنم بايد اين را بپذيريم که هر چند اين آزمايش جواب منفي داده است ولي اختراع تداخل سنج اين نتيجه منفي را جبران ميکند»
سايردانشمندان به جاي تامل در نتيجه آزمايش مايکلسون تنها به صرف جوان بودن وي (مايکلسون در هنگامي که اقدام به انجام آزمايش نمود تنها ۲۶ سال داشت) وتعصب در باورهاي غلط خود، بدون تفکر از وجود اتر دفاع مي کردند يکي از اين دانشمندان لورنتس بود او نظرخود را در مورد آزمايش مايکلسون اين گونه ابراز داشت که :
درمحاسبات انجام شده در آزمايش (مايکلسون ) حتما اشکالي وجود دارد که مايکلسون از آن بي خبر است.
او عدم تفاوت در اندازه گيري سرعت نور در جهات مختلف را ناشي از ايده ي انقباض اشياء و کند شدن ساعت ها حين حرکت در درون اتر دانست .بار ديگر مايکلسون مجبور شد آزمايش خود را با دقت بيشتر انجام دهد او اين بار از همکاري مورلي براي انجام آزمايش خوداستفاده نمود (۱۸۸۷ ميلادي) ولي دوباره به همان نتيجه ي شش سال پيش رسيد، مايکلسون از سر استيصال چنين گفت:
به نظر مي آيد که چنانچه هرگونه حرکت نسبي بين زمين و اتر نوررسان وجود داشته باشد اين حرکت بايد بسيار ناچيز باشد.
باز با اين آزمايش دقيق مايکلسون نمي توانست با باورهاي چند دهه به مبارزه برخيزد و وجود اترنوررسان را به کلي رد کند. آغاز قرن بيستم که حقيقتا قرن انقلاب در انديشه هاي بشري بود را مي توان براي علم فيزيک يک عصر شکوفايي و بالندگي به حساب آورد در اين قرن بود که دو ابر نظريه ي نسبيت و کوانتوم متولد شده و به تکامل رسيدند.
فيزيک، هسته ي اتم را شکافت و انرژي آن را مهار نمود ، ترانزيستورها پا به دنياي تکنولوژي نهادند و فضا به تسخير بشردر آمد در اين قرن بود که انسان به ماه سفر کرد و روياي ديرين او به تحقق پيوست، شايد حال وهواي اين قرن بود که روح عصيان را در هانري پوانکاره دميد آن هنگام که او وجود اتر نوررسان را به کلي توهم قلمداد نمود و گفت:
آيا اين اتر نور رسان واقعا وجود دارد ؟ اعتقاد من اين است که ما چيزي فراتر از يک جا به جايي نسبي نمي توانيم اثبات کنيم

کاني کانيها ترکيبات طبيعي هستند که طي فرايندهاي زمين شناختي بوجود مي آيند. واژه کاني به ترکيباتي اطلاق مي گردد که از يک سو ترکيب شيميايي و از سوي دي ...

ليزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation مي باشد و به معناي تقويت نور توسط تشعشع تحريک شدهاست.اولين ليزر جهان توسط تئود ...

فيزيک ذرات بنيادي يکي از شاخه‌هاي علم فيزيک مي‌باشد، که به بررسي اين که ماده از چه چيزي ساخته شده‌است مي‌پردازد. در اين شاخه از فيزيک به بررسي ماده در ...

شيمي فيزيک (Physical chemistry) بخشي از علم شيمي است که در آن ، از اصول و قوانين فيزيکي ، براي حل مسائل شيميايي استفاده مي‌شود. به عبارت ديگر ، هدف از ...

فيزيک پزشکي به معني کاربرد فيزيک در حرفه پزشکي است، مانند راديوگرافي ، سونوگرافي ، بينايي سنجي و غيره. چون بيوفيزيک به معني فيزيک حيات است، فيزيک پزشک ...

زمان ظهور نانوسراميک ها را مي توان دهه ۹۰ ميلادي دانست. در اين زمان بود که با توجه به خواص بسيار مطلوب پودرهاي نانوسراميکي، توجهاتي به سمت آنها جلب شد ...

ليزر به وسيله اي گفته مي شود که نور را به صورت پرتوهاي موازي بسيار باريکي که طول موج مشخصي دارند ساطع مي کنند. اين دستگاه از ماده اي جمع کننده يا فعال ...

ليزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation مي باشد و به معناي تقويت نور توسط تشعشع تحريک شده است.اولين ليزر جهان توسط تئو ...

دانلود نسخه PDF - فيزيک کلاسيک