ثابت‌های فیزیک آدمی را به مکث وامی‌دارد
Physical Constants
...
این بحث به ثابت‌های فیزیکی اشاره دارد و شماری از مهم‌ترین آنها را برجسته می‌کند. واقعش دنیای ذرات پر از زیبایی و پیچیدگی است و دقت در آن می‌تواند ما را به مکث و فروتنی بکشاند. آشنایی حتی سطحی با ثابت‌های فیزیک چراهای بسیاری را در برابر آدمی قرار می‌دهد. ثابت‌ها، دارای مفاهیم فیزیکی هستند و می‌توان از ترکیب آنها به کمیت‌های با ارزش فیزیکی هم دست یافت.
...
به دلیل اشراف نسبی به موضوع مورد بحث پوزش می‌خواهم که نمی‌توانم آن را ساده‌تر بیان کنم.
ـــــــــــــــــــــــــ
ثابت فیزیکی چیست؟
ثابت فیزیکی، یک کمیت فیزیکی physical quantity (خصیصه‌ای قابل اندازه‌گیری) است که در تمام جهان ثابت است و در طول زمان تغییر نمی‌کند. از اصلی‌ترین این ثابت‌ها سرعت نور (c) در خلاء، ثابت گرانش (G)، ثابت پلانک (h)، ثابت الکتریک (ε)، بار الکترون (e)... و ثابت ساختار ریز هستند که استحکام در اثر متقابل الکترومغناطیسی را مشخص می‌کند و یک کمیت بدون بُعد است.
ـــــــــــــــــــــــــ
ثابت سرعت نور
سرعت نور در خلاء speed of light in vacuum یک ثابت جهانی و دقیقاً برابر با ۲۹۹،۷۹۲،۴۵۸ متر بر ثانیه (در خلاء) است. البته در محاسبات عادی که دقت زیادی مورد نیاز نیست، سرعت نور را برابر با ۳۰۰٬۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه (۳×۱۰۸ متر بر ثانیه) در نظر می‌گیرند. این کمیت در فیزیک و دیگر علوم با حرف c نشان داده می‌شود. سرعت نور در اجسام شفاف کمتر از سرعت نور در خلاء است.
بنا بر گفته ایزاک آسیموف، C نماد سرعت نور، از واژه Celeritas گرفته شده که در زبان لاتین معنی «سرعت» می‌دهد.
...
سرعت نور بیشینه سرعتی است که انرژی، ماده و اطلاعات در جهان می‌تواند مسافرت کند. این سرعت همچنان سرعت تمام ذرات بدون جرم و میدان‌های فیزیکی از جمله تابش الکترومغناطیسی (که نور نیز جزو آن می‌شود)، نیز هست. همچنین این سرعت در فرمول مشهور هم‌ارزی جرم و انرژی یعنی E = mc2 ظاهر می‌شود.
اگرچه، بسامد نور با توجه به سرعت ناظر و منبع می‌تواند تغییر کند اما سرعت نور مستقل از سرعت ناظر و منبع است.بَسامَد یعنی فرکانس frequency و به اندازه‌گیری تعداد دفعاتی گویند که یک رویداد تناوبی در واحد زمان اتفاق می‌افتد.
...
ثبات سرعت نور در سال ۱۹۰۵ توسط آلبرت انیشتین بیان شد که توسط آزمایش‌های بسیاری صحت آن تائید شده‌است. به یاد دارم که نوجوان بودم و موضوع نور و سرعت نور، تمام توجه مرا به خود جلب کرده بود و آزمایش‌های «مایکلسون و مورلی» Michelson–Morley که عدم وجود «اتر» را به اثبات می‌رساند...
بگذریم...
اگرچه در اول مهرماه ۱۳۹۰ محققان مرکز تحقیقاتی سرن اعلام کردند که حرکت ذرات بنیادی نوترینو با سرعتی بالاتر از سرعت نور را مشاهده کرده‌اند. اما پس از مدت کوتاهی مشخص شد این تضاد به دلیل خطا در آزمایش بوده‌است. یادم هست همان ایامی در ویدیوی آیا نوترینو (Neutrino) به گردِ نور می‌رسد؟ به موضوع فوق اشاره نمودم.
ـــــــــــــــــــــــــ
ثابت گرانش
ثابت گرانش Gravitational constant، ثابتی است که درقانون جهانی جاذبه نیوتن و در نظریه نسبیت عام انیشتین ظاهر می‌شود. این ثابت در هر نظریه مربوط به ساختار اجسام بزرگ و تکامل جهان (مانند کیهان‌شناسی) نقش عمده‌ای دارد.
ضریب G ضریب جاذبه عمومی نیوتن نام دارد و مقدار آن در سیستم SI (دستگاه بین‌المللی استاندارد شده برای سنجش کمیت‌ها) برابر است با:
ـــــــــــــــــــــــــ
ثابت پلانک
ثابت پلانک Planck constant یک ثابت طبیعی در فیزیک است که بیان کننده اندازه کوچکترین واحد انتقال انرژی و از مفاهیم اساسی درمکانیک کوانتومی است.
مکانیک کوانتومی شاخه‌ای بنیادی از فیزیک نظری است که با پدیده‌های فیزیکی در مقیاس میکروسکوپی سرو کار دارد.
...
این ثابت به اسم ماکس پلانک فیزیکدان آلمانی نامیده شده‌است که در سال ۱۹۰۰ آن را کشف کرد. مقدار آن برابر است با:
...
ثابت پلانک اول بار به عنوان ضریب تناسب بین انرژی فوتون، و بسامد (فرکانس) موج الکترومغناطیس مربوط به آن شناخته شد.
ـــــــــــــــــــــــــ
ثابت تراوایی خلاء
ثابت تراوایی خلاء Vacuum permeability یک ثابت فیزیکی در الکترومغناطیس است و بدین صورت تعریف می‌شود:
ـــــــــــــــــــــــــ
ثابت گذردهی خلاء
ثابت گذردهی خلاء Vacuum permittivity یک ثابت فیزیکی در الکترومغناطیس است و با ε0 نمایش داده می‌شود. این ثابت به صورت زیر تعریف می‌شود:
و مقدار عددی آن برابر است با
این کمیت٬ واحد بار الکتریکی را به کمیت‌های مکانیکی نظیر نیرو و جابه‌جایی مربوط می‌کند.
بار الکتریکی یک خاصیت ماده است که باعث می‌شود، هنگامی که ماده در مجاورت مادهٔ باردار دیگری قرار می‌گیرد به آن نیرو وارد شود.
ـــــــــــــــــــــــــ
ثابت ریدبرگ
ثابت ریدبرگ Rydberg constant، ثابتی مهم در فیزیک هسته‌ای است (فیزیک هسته‌ای به بررسی خواص و ویژگی‌های هستهٔ اتم‌ها می‌پردازد)
ثابت ریدبرگ از معادله زیر به دست می‌آید:
ـــــــــــــــــــــــــ
ثابت آووگادرو
Avogadro constant که عدد آووگادرو هم نامیده شده به اسم شیمیدان ایتالیایی آمادئو آووگادرو است.به تعداد اتمهای ۱۲ گرم کربن، با ایزوتروپ ۱۲C گفته می‌شود و برابر است با:
اگر به تعداد عدد آووگادرو سکه پانصد ریالی را روی همدیگر قرار دهیم، طول آن به انتهای کهکشان راه شیری خواهد رسید!
ـــــــــــــــــــــــــ
ثابت گازها
ثابت گازها Gas constant (که به ثابت جهانی گازها و ثابت گاز ایده‌آل نیز مشهور است) یک ثابت فیزیکی است که با نماد R نشان می‌دهند. مقدارش برابر است با :
ـــــــــــــــــــــــــثابت بولتزمان
ثابت بولتزمان Boltzmann constant یک ثابت فیزیکی مرتبط با انرژی و دما است و از تقسیم ثابت جهانی گازها بر عدد آووگادرو بدست می‌آید.
1.3806488(13)×10−23
ثابت مزبور از روی نام فیزیکدان اتریشی لودیگ بولتزمان برداشته شده‌است.
ـــــــــــــــــــــــــ
بار الکترون
بار بنیادی Elementary charge یکی از ثابت‌های مهم و معروف در علم فیزیک است و مقدار آن در سیستم SI (دستگاه بین‌المللی استاندارد شده برای سنجش کمیت‌ها) می‌باشد.
اگر بار الکترون کمی با مقدار کنونی تفاوت داشت شاید اصلا اتم‌ها شکل نمی‌گرفتند. برای نمونه ۴درصد اختلاف باعث می‌شد که دیگر کربن نتواند تشکیل بشود و حیاتی هم نبود...
ـــــــــــــــــــــــــ
ثابت ساختار ریز
ثابت ساختار ریز (ظریف) Fine-structure constant که با نماد a (آلفا) نشان داده می‌شود، معیاری از شدت بر هم کنش نور و ماده است.
α ^ -1 ≈ 137 (0.03599976
ثابت ساختار ریز واکنش بین یک ذره باردار مثلاً الکترون یا پروتون را با یک میدان الکترومغناطیسی تنظیم می‌کند. اگر این ثابت بهم می‌خورْد(کمتر بود) ملکول‌ها بوجود نمی‌آمدند و زود تجزیه می‌شدند. اگر مقدار آن بیشتر از حد کنونی بود اتم‌ها اصلا تشکیل نمی‌شدند و زندگی مبتنی بر کربن، آنطور که ما در کره زمین می‌شناسیم، غیر ممکن می‌بود. نکته مهم این است که نباید فقط یک پارامتر را در نظر بگیریم که اگر کم و زیاد شود، چنین و چنان خواهد شد، بلکه می‌بایست همه پارامترها را در آن واحد با هم، در نظربگیریم و تاثیر تغییرات را سنجیم و این هم ممکن نیست.
ثابت ساختار ریز را «آرنولد زومرفلد» Arnold Sommerfeld فیزیکدان نظری آلمانی معرفی نمود. وی در توسعه فیزیک اتمی و کوانتومی پیشرو بود.
...
ثابت ساختار ریز (1/137.036) یکی از پررمز و راز‌ترین ثابت‌ها به شمار می‌آید. عدد جادویی ۱۳۷ نیز، که هر آشنا به فیزیک را به وجد می‌آورد.
عدد 1/137.036 با تمام اعداد یک فرق مهم دارد و آن این است که در الکترومغناطیس کوانتومی بطور شگفت انگیزی نقش ایفا می‌کند.
هنگامی که می‌خواهیم یک مرحله ساده را حساب کنیم، مثل وقتی که دو الکترون با تبادل یک فوتون از هم دور می‌شوند، تنها به یک حالت ساده تبادل فوتون نیاز داریم. بعبارت دیگر، هر گونه فوتون اضافی با ضریبی از 1/137.036 منظور خواهد شد.
عدد ۱۳۷ به صورت زیبایی ثابت‌های الکترودینامیک را به یکدیگر ربط می‌دهد.
(اینکه گویا «ثابت ساختار ریز» در ابعاد فراکهکشانی تغییر می‌کند، موضوعی دیگر است و من به آن اشراف ندارم.)
پانویس
گرانش یا جاذبه Gravitation
گرانش یا جاذبه، پدیده‌ای است که در آن همهٔ اجسام جرم‌مند یکدیگر را جذب می‌کنند. از آشناترین نمودهای گرانش فروافتادن سیب از درخت است. پدیدهٔ گرانش در مقیاس‌های بزرگ و خیلی بزرگ هم رخ می‌نماید. بنابراین نمودهای آن در حرکت اجسام آسمانی و مسیر سیاره‌ها به گرد خورشید دیده می‌شود.
...
ما هنوز نمی‌دانیم چگونه خواص بنیادین جهان با هم ترکیب می‌شوند و این پدیده را ایجاد می‌کنند. قوانین نیوتن و انیشتن به ما می‌گویند که گرانش چگونه عمل می‌کند اما از منشأ پیدایش آن چیزی بیان نمی‌کنند. آیا می‌توان «جهت‌گیری آرایش اطلاعات اجسام مادی» را در فضا عامل گرانش دانست؟
ــــــــــــــــــــــ
نسبیت خاص Special Relativity
نسبیت خاص که آلبرت اینشتین در سال ۱۹۰۵ میلادی مطرح نمود نظریه‌ای فیزیکی است دربارهٔ اندازه گیری در چارچوب مرجع لخت (دستگاهی که در آن قانون اول و دوم نیوتن معتبر هستند)
البته گالیله پیشتر گفته بود که تمام حرکات یکنواخت نسبی هستند و هیچ حالت سکون مطلق و تعریف شده‌ای وجود ندارد، اما انیشتین آن را با در نظرگرفتن پدیده سرعت ثابت نور گسترش داد.
واژه خاص در نسبیت خاص نشانگر حالت خاصی است که این نظریه در آن صادق است که از توضیح آن می‌گذرم...
ـــــــــــــــــــــــ
نسبیت عام General relativity
نسبیت عام General relativity (در کوتاهترین توضیح)، که در سال ۱۹۱۶توسط اینشتین منتشر شد توصیف کنونی گرانش (جاذبه) در فیزیک نوین است. این نظریه تعمیمی بر نظریه نسبیت خاص و قانون جهانی گرانش نیوتون است که توصیف یکپارچه‌ای از گرانش به عنوان یک ویژگی هندسی فضا و زمان یا فضا–زمان ارائه می‌دهد.
ـــــــــــــــــــــــ
منابع
Isaac Asimov "C for Celeritas" in "The Magazine of Fantasy and Science Fiction", Nov-59 (1959), reprinted in "Of Time, Space, and Other Things", Discus (1975), and "Asimov On Physics", Doubleday (1976)
Duff, M. J.; Okun, L. B.; Veneziano, G. "Trialogue on the number of fundamental constants."
در همین رابطه
...
سایت همنشین بهار
برای ارسال این مطلب به فیس‌بوک، آیکون زیر را کلیک کنید:
facebook