خوش آموز درخت تو گر بار دانش بگیرد، به زیر آوری چرخ نیلوفری را
آیا امکان ایجاد خلاء کامل وجود دارد؟
در این فیلم آموزشی دانش خود در زمینه خلاء را بالا می برید. دانشمندان همواره سعی دارند تا بتوانند محیطی خلاء بدون حتی ذره ای اتم را بسازند. هر چند از نظر علمی ایجاد چنین محیطی تا به حال نشدنی بوده است، اما هر چه به سمت خلاء بیشتر پیش برویم، می توان از مزایای بسیار آن نیز بهره مند شد. در ادامه با این فیلم آموزشی همراه ما باشید ...
متن زیر نویس فیلم :
جهان از ماده و انرژی سرشار است.
حتی در فضای به ظاهر خالی بین کهکشانی،
در هر متر مکعب یک اتم هیدروژن وجود دارد.
نیاز به یادآوری نیست که رگباری از ذرات
و تابشهای الکترومغناطیسی
از ستارهها و کهکشانها
به سمت سیاهچالهها گسیل میشوند.
حتی از انفجار بزرگ هم
تشعشعاتی باقی مانده است.
پس آیا چیزی به نام
عدم حضور هیچ چیز وجود دارد؟
این تنها یک تجربه فکری نیست.
فضاهای خالی، یا خلا، بسیار کارآمد هستند.
در خانههای ما، بیشتر جاروهای برقی
به وسیله یک فن
افت فشاری نسبی ایجاد میکنند
تا چیزها را بمکند و محفظه خالی را پر کنند.
اما آن از خالی خیلی فاصله دارد.
هنوز ماده بسیاری در فضا وجود دارد.
سازندگان به منظور اهداف مختلفی
به دنبال ساختن خلاهای دقیقتر
و آببندی بهتر هستند.
مثل غذاهای بسته بندی
که رویشان نوشته تازگی طولانیتر،
و خلاء داخل لامپهای قدیمی که از
خراب شدن رشته داخل آن جلوگیری میکرد.
این خلاها هم معمولا به همان روش
جاروبرقی ایجاد میشوند
و با استفاده از پمپهای قوی، مکش کافی
برای خارج کردن بیشترین
اتم سرگردان ممکن ایجاد میشود.
اما در این فرآیندهای صنعتی
در بهترین حالت میلیونها اتم
در هر سانتیمتر مکعب باقی میماند.
این خلاء به اندازه کافی
برای دانشمندانی که روی آزمایشهایی
مانند برخورد دهنده بزرگ هادرون
کار میکنند کافی نیست،
جایی که ذرات پرتو باید
با سرعتی نزدیک به سرعت نور
ده ساعت در روز بدون
برخورد به اتمهای سرگردان بچرخند.
پس آنها چطور خلا ایجاد میکنند؟
لولههای برخورد دهنده بزرگ هادرو
از موادی مانند فوراد ضد زنگ ساخته شده است،
که هیچ کدام از مولکولهای
خود را آزاد نمیکند
و روکش مخصوصی برای جذب
گازهای سرگردان روی آنها وجود دارد.
بالا بردن دما تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد
تمام رطوبت موجود را از بین میبرد،
و دو هفته طول میکشد تا صدها
پمپ خلا گاز و مواد باقیمانده کافی را
برای آزمایشهای بسیار حساس
جداکننده از لولهها خارج کنند.
حتی با همه اینها،
برخورد دهنده بزرگ هادرون هم
خلاء کامل نیست.
در بهترین حالت، هنوز هم
۱۰۰٫۰۰۰ ذره در هر
سانتیمتر مکعب وجود دارد.
اما اگر هم آزمایشی مثل آن میتوانست
تمام اتمهای موجود را بیرون بکشد.
هنوز هم میزان قابل توجهی
تابش پیرامون ما هست
که میتواند راست از دیوارها عبور کند.
در هر ثانیه، ۵۰ موئون از تابشهای کیهانی،
۱۰ میلیون نوترینو مستقیماً از انفجار بزرگ،
۳۰ میلیون فوتون
از امواج ماکروی پسزمینه کیهان،
و ۳۰۰ تریلیون نوترینو از تابش خورشید
از بدن شما عبور میکنند.
میتوان محفظههای خلاء را با موادی
مثل آب،
که جذب کننده و بازتاب دهنده
این تابشها هستند پوشاند،
اما این کار درباره
نوترینو فایدهای ندارد.
بیایید فرض کنیم به نحوی
تمام اتمها را حذف کردیم
و از همه تابش جلوگیری کردیم.
آیا اکنون فضا دیگر کاملا خالی است؟
در واقع، نه.
تمام فضا با چیزی که فیزیکدانان آن را
میدان کوانتومی میخوانند پر شده است.
چیزی که به عنوان ذرات زیراتمی میشناسیم،
مثل الکترون، پروتون
و همخانوادههای آنها،
در واقع ارتعاشاتی در نسج کوانتمی هستند
که تمام جهان را فرا گرفته است.
و به خاطر قانونی فیزیکی
به نام اصل هایزنبرگ،
این میدانها هرگز از نوسان نمیایستند،
حتی اگر ذرهای برای حرکت
امواج وجود نداشته باشد.
همواره کمی نوسان دارند
که به آن نوسان خلاء میگویند.
این یعنی آنها انرژی دارند،
به مقدار بسیار زیاد.
از آنجا که معادلات انیشتین به ما نشان
میدهند که ماده و انرژی معادل هم هستند،
نوسان کوانتومی در هر متر مکعب از فضا
انرژی معادل جرم حدود چهار پروتون دارد.
به بیان دیگر، حتی فضای
به نظر خالی درون خلاء شما،
درواقع به میزان اندکی جرم دارد.
نوسانات کوانتومی از اولین
لحظات جهان وجود داشتهاند.
در لحظههای بعد از انفجار بزرگ،
همینطور که جهان منبسط میشد،
تقویت شدند و در ابعاد کیهانی کش آمدند.
کیهان شناسان بر این باورند
که این نوسانات کوانتومی اصیل
هسته اولیه هرآنچه امروز میبینیم بودند:
کهکشانها و همه ساختار بسیار بزرگ جهان،
همچنین سیارهها و منظومه شمسی.
آنها همچنین مرکز یکی از بزرگترین
ناشناختههای علمی زمان ما هستند
چون با توجه به نظریههای موجود،
نوسانات کوانتومی فضای خلاء
باید ۱۲۰ مرتبه بزرگتر
از آنچه مشاهده میکنیم باشند.
حل کردن راز آن انرژی گم شده
ممکن است همه درک ما
از فیزیک و جهان را از نو شکل دهد.
جهان از ماده و انرژی سرشار است.
حتی در فضای به ظاهر خالی بین کهکشانی،
در هر متر مکعب یک اتم هیدروژن وجود دارد.
نیاز به یادآوری نیست که رگباری از ذرات
و تابشهای الکترومغناطیسی
از ستارهها و کهکشانها
به سمت سیاهچالهها گسیل میشوند.
حتی از انفجار بزرگ هم
تشعشعاتی باقی مانده است.
پس آیا چیزی به نام
عدم حضور هیچ چیز وجود دارد؟
این تنها یک تجربه فکری نیست.
فضاهای خالی، یا خلا، بسیار کارآمد هستند.
در خانههای ما، بیشتر جاروهای برقی
به وسیله یک فن
افت فشاری نسبی ایجاد میکنند
تا چیزها را بمکند و محفظه خالی را پر کنند.
اما آن از خالی خیلی فاصله دارد.
هنوز ماده بسیاری در فضا وجود دارد.
سازندگان به منظور اهداف مختلفی
به دنبال ساختن خلاهای دقیقتر
و آببندی بهتر هستند.
مثل غذاهای بسته بندی
که رویشان نوشته تازگی طولانیتر،
و خلاء داخل لامپهای قدیمی که از
خراب شدن رشته داخل آن جلوگیری میکرد.
این خلاها هم معمولا به همان روش
جاروبرقی ایجاد میشوند
و با استفاده از پمپهای قوی، مکش کافی
برای خارج کردن بیشترین
اتم سرگردان ممکن ایجاد میشود.
اما در این فرآیندهای صنعتی
در بهترین حالت میلیونها اتم
در هر سانتیمتر مکعب باقی میماند.
این خلاء به اندازه کافی
برای دانشمندانی که روی آزمایشهایی
مانند برخورد دهنده بزرگ هادرون
کار میکنند کافی نیست،
جایی که ذرات پرتو باید
با سرعتی نزدیک به سرعت نور
ده ساعت در روز بدون
برخورد به اتمهای سرگردان بچرخند.
پس آنها چطور خلا ایجاد میکنند؟
لولههای برخورد دهنده بزرگ هادرو
از موادی مانند فوراد ضد زنگ ساخته شده است،
که هیچ کدام از مولکولهای
خود را آزاد نمیکند
و روکش مخصوصی برای جذب
گازهای سرگردان روی آنها وجود دارد.
بالا بردن دما تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد
تمام رطوبت موجود را از بین میبرد،
و دو هفته طول میکشد تا صدها
پمپ خلا گاز و مواد باقیمانده کافی را
برای آزمایشهای بسیار حساس
جداکننده از لولهها خارج کنند.
حتی با همه اینها،
برخورد دهنده بزرگ هادرون هم
خلاء کامل نیست.
در بهترین حالت، هنوز هم
۱۰۰٫۰۰۰ ذره در هر
سانتیمتر مکعب وجود دارد.
اما اگر هم آزمایشی مثل آن میتوانست
تمام اتمهای موجود را بیرون بکشد.
هنوز هم میزان قابل توجهی
تابش پیرامون ما هست
که میتواند راست از دیوارها عبور کند.
در هر ثانیه، ۵۰ موئون از تابشهای کیهانی،
۱۰ میلیون نوترینو مستقیماً از انفجار بزرگ،
۳۰ میلیون فوتون
از امواج ماکروی پسزمینه کیهان،
و ۳۰۰ تریلیون نوترینو از تابش خورشید
از بدن شما عبور میکنند.
میتوان محفظههای خلاء را با موادی
مثل آب،
که جذب کننده و بازتاب دهنده
این تابشها هستند پوشاند،
اما این کار درباره
نوترینو فایدهای ندارد.
بیایید فرض کنیم به نحوی
تمام اتمها را حذف کردیم
و از همه تابش جلوگیری کردیم.
آیا اکنون فضا دیگر کاملا خالی است؟
در واقع، نه.
تمام فضا با چیزی که فیزیکدانان آن را
میدان کوانتومی میخوانند پر شده است.
چیزی که به عنوان ذرات زیراتمی میشناسیم،
مثل الکترون، پروتون
و همخانوادههای آنها،
در واقع ارتعاشاتی در نسج کوانتمی هستند
که تمام جهان را فرا گرفته است.
و به خاطر قانونی فیزیکی
به نام اصل هایزنبرگ،
این میدانها هرگز از نوسان نمیایستند،
حتی اگر ذرهای برای حرکت
امواج وجود نداشته باشد.
همواره کمی نوسان دارند
که به آن نوسان خلاء میگویند.
این یعنی آنها انرژی دارند،
به مقدار بسیار زیاد.
از آنجا که معادلات انیشتین به ما نشان
میدهند که ماده و انرژی معادل هم هستند،
نوسان کوانتومی در هر متر مکعب از فضا
انرژی معادل جرم حدود چهار پروتون دارد.
به بیان دیگر، حتی فضای
به نظر خالی درون خلاء شما،
درواقع به میزان اندکی جرم دارد.
نوسانات کوانتومی از اولین
لحظات جهان وجود داشتهاند.
در لحظههای بعد از انفجار بزرگ،
همینطور که جهان منبسط میشد،
تقویت شدند و در ابعاد کیهانی کش آمدند.
کیهان شناسان بر این باورند
که این نوسانات کوانتومی اصیل
هسته اولیه هرآنچه امروز میبینیم بودند:
کهکشانها و همه ساختار بسیار بزرگ جهان،
همچنین سیارهها و منظومه شمسی.
آنها همچنین مرکز یکی از بزرگترین
ناشناختههای علمی زمان ما هستند
چون با توجه به نظریههای موجود،
نوسانات کوانتومی فضای خلاء
باید ۱۲۰ مرتبه بزرگتر
از آنچه مشاهده میکنیم باشند.
حل کردن راز آن انرژی گم شده
ممکن است همه درک ما
از فیزیک و جهان را از نو شکل دهد.
نمایش دیدگاه ها (0 دیدگاه)
دیدگاه خود را ثبت کنید: