پیش گفتار

پس از گذراندن دوران تحصیل در رشتۀ فیزیک، به طور رسمی وارد عرصۀ آموزش کشور شدم. پس از مدتی متوجه شدم که جو غالب در دستگاه آموزشی، نمره و مدرک و کنکور است و من هم ناگزیر جزیی از این دستگاه شده بودم. با این که سعی می کردم در کلاس در لابه لای زمان تدریس، دانش آموزان را با فیزیک روز آشنا کنم، اما باز هم از خودم راضی نمی شدم. تا این که تصمیم به تألیف گرفتم. با خود اندیشیدم که با نوشتن کتاب های کمک آموزشی خلأ های آموزشی را جبران کنم. ولی با گذشت زمان و تألیف حدود 35 جلد کتاب کمک آموزشی با انتشارات مختلف، باز هم احساس کردم که به آنچه می خواستم نرسیده ام. همیشه دوست داشتم دانش آموزانم طعم فیزیک ناب را بچشند، نه این که به دنبال فرمول های طلایی و نکات کنکوری باشند. به جایی رسیدیم که اینترنت و شبکه های اجتماعی رونق گرفت و دانش آموزان مطالبی در باب فیزیک جدید از این شبکه ها دریافت کرده و می خواندند و دست به دست می کردند و برخی از آنها نادرست بود و گاهی به خرافه آلوده شده بود. بر آن شدم تا کتابی به رشتۀ تحریر در آورم تا همه پی به واقعیات فیزیک جدید ببرند. تا این که مجموعه کتاب هایی ناب (البته به زبان اصلی) به دستم رسید. تصمیم گرفتم از هر باغ گلی چیده و تقدیم علاقه مندان کنم. لازم به ذکر است که فیزیک جدید با ریاضیاتی پیچیده پیوند خورده است و نمی خواستم در این کتاب به پیچیدگی های ریاضی بپردازم تا کتاب برای دانش آموزان دبیرستانی و عموم علاقه مندان قابل استفاده باشد. در نتیجه از این کتاب نمی توان انتظار داشت که به تشریح مبانی فیزیک کوانتومی یا فیزیک جدید بپردازد. لازم به ذکر است که مطالب کتاب به هم پیوسته هستند. یعنی باید کتاب را از ابتدا مطالعه کنید و پیش بروید. در هر بخش این امکان وجود دارد که به بخش قبلی استناد شده باشد.

جهت کسب اطلاعات بیشتر در مورد کتاب و مؤلف و نحوۀ خرید کتاب و همچنین ارتباط با مؤلف می توانید به وب سایت های www.physicsiran.ir و www.poopakedu.ir  مراجعه کنید و یا برای ارتباط در شبکه های اجتماعی از شمارۀ 09394659279 استفاده کنید.

                                                                            محمد گلزاری

             www.physicsiran.ir                                                                   

www.poopakedu.ir                                                                                 

 

 

 

 

 

فهرست مطالب

گفتگو با اتم کربن .......................................................................................................................................................6

گفتگو با الکترون ......................................................................................................................................................12

گفتگو با مشتری .......................................................................................................................................................16

گفتگو با سیاهچاله ................................................................................................................................................. 24

گفتگو با اتم اورانیم ................................................................................................................................................ 34

گفتگو با فرمیون و بوزون ...................................................................................................................................... 42

گفتگو با خورشید .....................................................................................................................................................46

گفتگو با ویمپ ........................................................................................................................................................ 56

گفتگو با دنباله دار .................................................................................................................................................. 64

گفتگو با کهکشان مارپیچی .................................................................................................................................. 72

گفتگو با نوترینو ...................................................................................................................................................... 80

گفتگو با اتم هیدروژن ........................................................................................................................................... 88

گفتگو با نوترون ................................................................................................................................................... 100

گفتگو با کوارک ................................................................................................................................................... 108

گفتگو با اختروش ................................................................................................................................................ 118

گفتگو با پادماده ................................................................................................................................................... 122

گفتگو با میوئون ................................................................................................................................................... 130

گفتگو با یک ستارۀ نوترونی .............................................................................................................................. 134

گفتگو با ریسمان ................................................................................................................................................. 142

گفتگو با یک ستارۀ نوترونی[1]

روز به خیر. از این که شما را می بینم خوشحالم.

ممنون. من هم همینطور.

آیا می توانید به ما بگویید یک ستاره نوترونی چیست؟

بله، اما به من به چشم یک ستاره نگاه نکنید. من این اسم را دوست دارم، اما درون من همجوشی رخ نمی دهد. من بیشتر شبیه به یک هستۀ غول پیکر خنثی هستم تا یک ستاره. من از چیزی جز نوترون ساخته نشده ام.

پس باید چگالی زیادی داشته باشید.

درسته. تصور کنید در هر ثانیه یک اتومبیل بزرگ را وارد پارکینگ خودتان می کنید.

من چنین پارکینگ بزرگی ندارم!

تصور کن حتی اگر تصور کردنش سخت باشد! حالا همین کار را به مدت 25 سال انجام بده!

باور کن جا نمی شود!

کار نشد ندارد. اگر مثل من فشرده شان کنی می شود! اگر آنها را مانند من فشرده کنی، تمام اتومبیل ها در نوک انگشت تو جا می شوند.

بی خیال! تو دیگه هستی!

من بقایای یک انفجار ابرنواختر هستم.

ابرنواختر چیست؟

من از این جا شروع می کنم که از خورشید شما چه چیزی باقی می ماند.

بگذارید یادداشت هایم را مرور کنم. بله، خورشید توضیح داد که چگونه از همجوشی هیدروژن، هلیم تشکیل می شود و سپس از همجوشی هلیم، کربن تشکیل می شود و پس از آن غول سرخ و سپس کوتولۀ سفید.

با یک شعلۀ باشکوه، خورشید شما به حرفۀ صلح آمیز و زندگی بخش خود پایان می دهد. در آن زمان احتمالاً زمین شما را لمس کرده یا حتی آن را بلعیده است و زندگی را که برای مدت طولانی پشتیبانی می کرد، نابود کرده است. آیا پرسیده ای چرا در خورشید وقتی همجوشی به کربن می رسد متوقف می شود؟

خیر.

به دلیل جرم. ستارۀ شما نیروی گرانشی لازم برای ادامۀ کار را ندارد. در ستارگان بزرگ تر، از همجوشی کربن و کربن، منیزیم تولید می شود و از همجوشی کربن و هلیم، اکسیژن تولید می شود و از همجوشی اکسیژن و اکسیژن، گوگرد و از همجوشی اکسیژن و هلیم نئون تولید می شود و به همین ترتیب الی آخر. هر یک از این فرایندهای همجوشی باعث ازاد شدن انرژی می شوند.

و این فرایندها تا تولید آهن ادامه می یابد.

بله. در اصل درون ستاره یک گوی آهن گرم وجود دارد که در حال جوشیدن است.

بعدش چه می شود؟

دردسر. آیا به یاد دارید که خورشید گفت در یک ستاره بین نیروی جاذبه ای که می خواهد شاهد فروریزش کامل باشد و نیروی رو به بیرون تابش که سعی در آزادسازی دارد، جنگی مداوم وجود دارد؟ پس از ساخته شدن آهن، دیگر نیروی تابش وجود ندارد. بنابراین ستاره همچنان در اثر نیروی گرانش در حال فروریختن است. با این حال دمای آن بسیار بالا است، میلیارد ها درجه. انرژی گرمایی توسط اتم های آهن جذب شده و از هم می پاشند و ستاره به سادگی به مخلوطی از نوترون، پروتون و الکترون تبدیل می شود و دمای آن به طرز چشمگیری کاهش می یابد. مثل این که یک قالب یخ را درون یک لیوان چای بیندازید. یخ از چای گرما می گیرد و ذوب می شود و دمای چای کاهش می یابد. در ستاره، انرژی گرمایی صرف جدا کردن ذرات آهن از هم شده و دما کاهش می یابد. این زمانی است که همه چیز جالب می شود. ستاره اکنون بسیار سردتر شده است، بنابراین بازهم فرو می ریزد و در نهایت الکترون ها و پروتون ها خیلی به یکدیگر نزدیک می شوند و از ترکیب آنها نوترون و نوترینو تشکیل می شود. نوترینوها به سرعت ستاره را ترک می کنند و چیزی جز نوترون در ستاره باقی نمی ماند. ستاره به یک ناحیۀ کوچک از نوترون های جامد فرو می ریزد. فروپاشی آنقدر خشن است که نوترون ها را به چگالی بالاتری از آنچه دوست دارند فشرده می کند، بنابراین هستۀ نوترونی با یک موج شوک عظیم دوباره منبسط می شود.

مانند توپی که به دیوار برخورد می کند. ابتدا فشرده شده و سپس منبسط می شود و به شکل اولیه بر می گردد.

بله درست است. ولی با انرژی بسیار عظیم تر. این پدیده ابرنواختر نامیده می شود، یکی از پر انرژی ترین وقایع جهان.

نام ابرنواختر پرسشی را برای من ایجاد کرد. ایا ابرنواختر یک ستارۀ جدید (نواختر) بسیار بزرگ است؟

نه به هیچ عنوان. تصور کن یک کوتولۀ سفید و یک غول سرخ به دور هم می چرخند.

در مورد کوتولۀ سفید بیشتر توضیح می دهی؟

آنها ستارگان سنگین ولی کوچک هستند. دامنۀ جرم آنها از یک سوم تا شاید کمتر از یک و نیم برابر جرم خورشید شما است. امروزه می دانیم که سوخت این ستارگان کم شده و همین امر باعث می شود آنها مانند خورشید شما و سایر ستارگان عادی درخشش نکنند. در اثر نیروی گرانشی، اندازۀ آنها تا حدود یک صدم اندازۀ خورشید شما کاهش می یابد. طبق یکی از اصول مکانیک کوانتومی، گرانش نمی تواند حجم الکترون را از آنچه هست کمتر کند. فشار الکترون ها، جلوی فروریزش ناشی از گرانش را گرفته و به توازن می رسند. یک قاشق چای خوری از این ماده معادل 40 تن است. بنابراین کوتوله های سفید ستاره های پایداری هستند که به آرامی خنک می شوند و به ستاره ای تاریک تبدیل می شوند.

خوب برگردیم به غول سرخ و کوتولۀ سفید.

از آن جا که دو سوم ستاره ها در سیستم های دوتایی هستند، جای تعجب نیست که اکثر کوتوله های سفید در سیستم های دوتایی یافت شوند. با گذشت زمان، اگر کوتولۀ سفید و غول سرخ به یکدیگر نزدیک باشند، کوتولۀ سفید مواد را از غول سرخ بیرون می کشد. این مواد روی سطح کوتوله جمع می شود و با برخورد دائم آنها با سطح کوتولۀ سفید داغ می شوند و دمای آنها تا بیش از پانزده میلیون درجه بالا می رود و همجوشی عریان[2] آغاز می شود.

همجوشی عریان؟

بله. معمولاً همجوشی در اعماق قلب ستارگان اتفاق می افتد. ولی در این جا، همجوشی درست در سطح آنها رخ می دهد و برای چند روز یا چند هفته این ستاره می تواند 10000 بار درخشان تر از خورشید باشد و در جایی که قبلاً شما چیزی در آسمان نمی دیدید، ناگهان یک ستارۀ جدید یا نوا[3] می بینید.

آیا این فرایند ادامه دار است؟

بله اما کوتوله سفید باید مراقب باشد که خودکشی نکند.

خودکشی؟

خوب، ممکن است کوتولۀ سفید مقدار بسیار زیادی ماده را از غول قرمز بیرون بکشد. در این صورت اگر کل جرم آن به حدود 4/1 برابر جرم خورشید یا بیشتر از آن برسد، فرو می ریزد و ابرنواختر می شود. شروع این ابرنواختر با آن که قبلاً توضیح دادم که ابرنواختر نوع 1 نامیده می شود، متفاوت است. بنابراین شما این را نوع 2 می نامید. اتم کربن شما از یک ابرنواختر نوع 1 زاده شده بود.

پس بقایای یک ابرنواختر، ستارۀ نوترونی است.

من حاصل از یک ابرنواختر نوع 2 هستم.

در مورد اندارۀ خودت بگو.

جرم من حدود جرم خورشید شما است و قطر من حدود 20 کیلومتر است. معمولاً قطر ستاره های نوترونی در همین حدود است. به تازگی اخترشناسان توانسته اند ستاره ای نوترونی در فاصلۀ 4600 سال نوری از زمین کشف کنند که با داشتن قطری در حدود 25 کیلومتر دارای جرمی معادل 14/2 برابر جرم خورشید شما است و سنگین ترین ستارۀ نوترونی است که تا کنون کشف کرده اند.

خیلی سنگین و خیلی کوچک. بزرگ مرد کوچک!

همین امر باعث شده خصوصیات عجیبی داشته باشم. به عنوان مثال اگر بر روی من بایستی که نمی توانی، وزن شما میلیون ها برابر وزن شما بر روی زمین خواهد بود و به دلیل این که در هر ثانیه 100 دور به دور خودم می چرخم سرگیجه می گیری. من همچنین یک میدان مغناطیسی دارم که بزرگی آن بیش از یک تریلیون برابر میدان مغناطیسی زمین است.

تو بسیار کوچک هستی و تابش یک ستاره را نیز نداری. پس چطور کشف شدید؟

شما نمی توانید شب به پشت بام خانۀ خود بروید و من را در آسمان مشاهده کنید. شما فقط به جستجوی پرتوهای نور مرئی در آسمان نمی پردازید، بلکه در جستجوی اشعۀ ایکس، پرتوهای فروسرخ و تابش طول موج های رادیویی نیز هستید. جوسلین بل[4] که در سال 1960 تازه فارغ التحصیل شده بود در حال جستجوی امواج رادیویی بود که با چیز عجیبی روبه رو شد. او یک موج رادیویی را ردیابی کرد ولی برخلاف نور ستاره ها که پیوسته بود، این موج به صورت پالس های مجزا به فاصلۀ زمانی 34/1 ثانیه دریافت می شدند.

مثل چراغ راهنمایی چشمک زن که خاموش و روشن می شود؟

بله. فاصلۀ زمانی به هیچ وجه تغییر نمی کرد و البته هیچ کس نمی توانست درک کند که چطور ممکن است چیزی، احتمالاً حداقل به اندازۀ یک ستاره، خاموش و روشن شود. مکانیسم شناخته شده ای برای چنین چیزی وجود نداشت. با گذشت زمان تعداد دیگری نیز پیدا شدند و نام آنها را تپ اختر[5] گذاشتند.

چگون این معما حل شد؟

تصور کن یک چراغ قوه را روشن کنی و در حالی که آن را می چرخانی به هوا پرتاب کنی. چراغ قوه روشن است، اما وقتی مستقیم به شما می تابد آن را روشن می بینی و وقتی می چرخد دیگر نورش به شما نمی رسد و حس می کنی خاموش است. اگر چیزی دارای میدان مغناطیسی قوی باشد، می تواند انرژی را در امتداد محور مغناطیسی خود، به فضا ساطع کند. پس نتیجه گرفتند پالسارها باید خیلی سریع در حال چرخش باشند و همچنین باید بسیار کوچک باشند.

منظورت این است که باید یک ستارۀ نوترونی باشند؟

بله. تپ اخترها اثبات وجود ما هستند. با چرخش تپ اختر، هر بار که محور مغناطیسی به سمت زمین قرار می گیرد، یک پالس دریافت می شود. این چیزی است که بل دید.

پس تپ اخترها وجود شما را اثبات کردند.

تپ اخترها و فوران های اشعۀ ایکس[6]. شما این را در دهۀ 1970 مشاهده کردید. مقدار زیادی فوران اشعۀ ایکس را کشف کردید که هزاران برابر پر انرژی تر از خورشید بودند، اما تنها چند ثانیه طول می کشید.

می شود توضیح دهید اشعۀ ایکس چیست؟

...

برای سفارش کتاب در هر ساعتی از شبانه روز می توانید به شمارۀ 09394659279 پیامک دهید یا از طریق واتس اپ یا تلگرام به همین شماره پیام دهید و یا از ساعت 16 تا 20 با همین شماره تماس بگیرید.

معرفی کتاب



[1] neutron star

[2] Bare fusion

[3] nova

[4] Jocelyn Bell

[5] pulsars

[6] X-ray bursters