سوالات تفکر بر انگیز و الهام بخش فیزیکی

[Simplexity]

در این پست میخواهم سوالات تفکر بر انگیز و الهام بخش و نویی را مطرح کنم.
اینم از اولیش:

آیا نیروی گرانش بخاطر "جاذبه" اجرامه یا "دافعه" فضا؟

فعلا راجع به این یکی فکر کنید تا بعد.

[You-See]

سلام. شاید انتظار این رو نداشته باشی ولی قطعا دومی!
البته هم جاذبه و هم دافعه فضا

[Simplexity]

سلام. شاید انتظار این رو نداشته باشی ولی قطعا دومی!
البته هم جاذبه و هم دافعه فضا

جالبه!انتظارش را نداشتم
میشه بگویید بر چه اساسی این عقیده را دارید؟

[rohamavation]

ببین اینطور برات بگم شما یک صفحه خمیری دارین در حال انبساط جسمی را روش بزار چی میشه مقداری تو خمیر فرو میره خمیدگی ایجاد میشه درسته اطراف جسم حالت فرورفتگی داره چون فضا منعطفه خوب همین باعث میشه اجرام دیگه به سمت اون گرایش پیدا و کشیده بشن این فیلد گرانش فضا را منحرف میکنه و زمان را فشرده میکنه بنابراین تنها گزینه ای که جسم برای ثابت نگه داشتن سرعت فضا-زمان داره اینه که موقعیت را تغییر بده به طوری که شروع به حرکت میکنه که بهش اکسلریشن میگیم همان حرکت اجسام در صفحه فضا زمان به سمت یکدیگره که در فریم نیرو اونو مشاهده میکنیم.

اگر فضا منحنی هستش خطوط مستقیمی وجود نداره و ذرات مسیرهایی منحنی طی میکنند
اجرام آسمانی در مدارها به این ترتیب حرکت میکنند زیرا ژئودزیک انها منحنی های بسته هست. آنها نیروهایی ندارند که بر روی آنها اثر بگذاره اما در عوض آنها مسیر مستقیم را در فضا (زمان) دنبال میکنند که برای آنها یک حلقه بسته است (یعنی بسته در فضا).
نیروی گرانشی همیشه جذابه یعنی همیشه اجسام را به سمت یکدیگر میکشه. بر اساس نظریه نسبیت گرانش انحنای فضازمانه همینو میدونم که توسط جرم و انرژی ایجاد میشه و همیشه جرم های دیگر را به خود جذب میکنه هیچ محدودیتی وجود نداره که در آن نیروی گرانشی دافعه بشه انحنای فضازمان بر حرکت اجسام عظیم درون آن تأثیر میزاره. به نوبه خود با حرکت اجسام عظیم در فضا انحنای آن تغییر میکنه . سپس گرانش توصیفی از برهمکنش دینامیکی بین ماده و فضا ارائه میده
امیدوارم که این جوابی برای سوالتان باشد.

[You-See]

جرم باعث خم شدن فضا دورش می شه، به طور متقارن، و به نظر من، وقتی به حرکت دربیاد می شه نا متقارن.
نتیجه ای که می شه از این ایده گرفت اینه که گرانش هم نسبیه!

[rohamavation]

اونچه خوندم میدان گرانشی نیروی گرانشی که به ازای واحد جرم بر جرم کوچکی در نقطه‌ای از میدان اعمال میشه$Φ{\displaystyle \mathbf {g} ={\frac {\mathbf {F} }{m}}={\frac {d^{2}\mathbf {R} }{dt^{2}}}=-GM{\frac {\mathbf {\hat {R}} }{\left|\mathbf {R} \right|^{2}}}=-\nabla \Phi }$. یک کمیت برداریهو اینرسی حرکتیه که بدون نیرو صورت میگیره. بنابراین در مکانیک نیوتنی حرکت اینرسی در یک خط مستقیم با سرعت ثابت حرکت میکنه. جرم ثابت تناسب بین نیروی اعمال شده و شتاب جسمیه که نیرو بر آن وارد میشه
اما گرانش نه نیرو هست و نه فیلد. این اثر ماده یا انرژی بر انحنای فضا هست .
آزمایش فکری لیفت اینشتین که میدونین اگر در جعبه ای ایستاده باشین که در یک میدان گرانشی نگه داشته شده در نتیجه حرکت نکردن نیرویی مخالف جهت فیلد را تجربه میکنین. کف جعبه نیرویی به پاهای شما وارد میکنه. از آنجایی که جرم گرانشی و جرم اینرسی یکسانند این جرم از حرکت اینرسی در یک بالابر اکسلریتور قابل تشخیص نیستش.
اگر اینرسی را به فضا نسبت بدیم فیلد گرانشی فضاست.پس یک جرم میتونه در فضااویز بشه فرو بره و با انحنای فضا به همین دلیله است که گرانش در فاصله دافعه میشه. با کمک انحنای فضا هر جرمی میتونه مداری را در فضای منحنی یک جسم عظیم ایجاد کنه اونچه واقعا میبینیم تو مکانیک مداری. گرانش انحنای جهانه که توسط اجسام عظیم ایجاد میشه و مسیری را که اجسام طی می کنند تعیین میکنه پس انحنای دینامیکیه و با حرکتش اجسام متحرکند

[Simplexity]

شاید توصیفات دیگه ای هم بجز انحنای فضا زمان برای منشا گرانش وجود داشته باشد.بیایید فرض بگیریم که خود فضا یک ساختار بسیط مانند آنچه انیشتین به عنوان فضا زمان در نظر گرفت نیست و از ذرات گسسته تشکیل شده باشد،کما اینکه خیلی از شواهد از آزمایشات واقعی این را اثبات می‌کند.
حال با این فرض، می‌شود منشا گرانش را توسط مکانیک سیالات به سادگی توضیح داد:
گرانش ایجاد می‌شود چون اجسام چگال مانند زمین باعث حرکت ذرات گسسته ای که فضا را تشکیل داده در اطراف خود می‌شود و این به نوبه خود باعث می‌شود که طبق قانون برنولی اختلاف نیرو بین فضای بالای جسم و زیر جسم شود و ذرات بالای جسم آنرا به سمت زمین هل بدهند که ما به آن گرانش می‌گوییم.
و بله حقیقت این است که زمین جاذبه نداره،بلکه این آسمان هست که دافعه داره! و این چیزیه که هیچ کس تا امروز حاضر نشده از این منظر بهش نگاه کنه.

بیییینگو!معما حل گشت!

[NREERN]

جرم باعث خم شدن فضا دورش می شه، به طور متقارن، و به نظر من، وقتی به حرکت دربیاد می شه نا متقارن.
نتیجه ای که می شه از این ایده گرفت اینه که گرانش هم نسبیه!

تا منظور از نسبی چی باشه. فرض کنید سه کره ساکن داریم. دوتا کره اول و آخر ثابت نگه داشته شده اند و کره وسطی، به حال خودش رها شده. هر سه کره جرم یکسانی دارند و کره ی وسط فاصله یکسانی از کره اول و سوم داره. تحت این شرایط، کره ی وسط تحت گرانش یکسانی از هر دو طرف قرار میگیره و ثابت میمونه. یک ناظر متحرک رو در نظر بگیرید. از دید او هر سه کره در حال حرکتند و خود این ناظر ساکن هست. اگر هرگونه عدم تقارنی در گرانش این سه جسم پدید بیاد، کره وسط جذب یکی از دو کره اول و آخر میشه، در حالی که ما انتظار داریم هر سه کره همچنان ساکن باقی بمانند.

و بله حقیقت این است که زمین جاذبه نداره،بلکه این آسمان هست که دافعه داره! و این چیزیه که هیچ کس تا امروز حاضر نشده از این منظر بهش نگاه کنه.
بیییینگو!معما حل گشت!

حالا با این مدل، سعی کنید شکل محدبی که دریا تحت مد به خودش میگیره رو توضیح بدید. به هنگام مد، شکل دریا شبیه یک عدسی محدب میشه، یک شکم برآمده.

[[email protected]]

شاید توصیفات دیگه ای هم بجز انحنای فضا زمان برای منشا گرانش وجود داشته باشد.بیایید فرض بگیریم که خود فضا یک ساختار بسیط مانند آنچه انیشتین به عنوان فضا زمان در نظر گرفت نیست و از ذرات گسسته تشکیل شده باشد،کما اینکه خیلی از شواهد از آزمایشات واقعی این را اثبات می‌کند.
حال با این فرض، می‌شود منشا گرانش را توسط مکانیک سیالات به سادگی توضیح داد:
گرانش ایجاد می‌شود چون اجسام چگال مانند زمین باعث حرکت ذرات گسسته ای که فضا را تشکیل داده در اطراف خود می‌شود و این به نوبه خود باعث می‌شود که طبق قانون برنولی اختلاف نیرو بین فضای بالای جسم و زیر جسم شود و ذرات بالای جسم آنرا به سمت زمین هل بدهند که ما به آن گرانش می‌گوییم.
و بله حقیقت این است که زمین جاذبه نداره،بلکه این آسمان هست که دافعه داره! و این چیزیه که هیچ کس تا امروز حاضر نشده از این منظر بهش نگاه کنه.

بیییینگو!معما حل گشت!

تا بینگوی واقعی راه زیادی مونده! شاید ده‎ها سال زمان ببره.
من شبیه این ایده رو اولین بار توی کتاب آقای حسین جوادی خوندم که فکر کنم ایشون هم از منبع دیگه‌ای نقل می‌کرد که توی یه مدل ذرّه‌ای برای مفهوم "دافعه"ی گرانشی، هر جرم گرانشی با پرتاب مداوم و مسلسل‌وارِ ذراتی به اطراف (با تقارن کروی) و برخورد این ذرات با یه جرم ثانوی، باعث دفع این جرم ثانوی از خودش میشه که البته میشه ثابت کرد که این مدل هم از عکس مجذور فاصله پیروی می‌کنه. ولی مشکل این مدل اینه که نمی‎تونه "جاذبه" رو توضیح بده. ولی وقتی این مدل رو برای یکی از دوستام (امیر عصارزاده) که اتفاقاً اینجا هم گاهی فعالیت می‌کنه توضیح دادم، گفت اگه فرض کنیم که این ذرات فرضی برای حالت گرانشی، داری جرم منفی باشن، احتمالاً جاذبه گرانشی توجیه میشه. به نظر من، این جور ایده‌ها خیلی مفید و ارزشمندن به شرطی که فرد بتونه روشون سال‌ها فکر و تمرکز کنه.

تا منظور از نسبی چی باشه. فرض کنید سه کره ساکن داریم. دوتا کره اول و آخر ثابت نگه داشته شده اند و کره وسطی، به حال خودش رها شده. هر سه کره جرم یکسانی دارند و کره ی وسط فاصله یکسانی از کره اول و سوم داره. تحت این شرایط، کره ی وسط تحت گرانش یکسانی از هر دو طرف قرار میگیره و ثابت میمونه. یک ناظر متحرک رو در نظر بگیرید. از دید او هر سه کره در حال حرکتند و خود این ناظر ساکن هست. اگر هرگونه عدم تقارنی در گرانش این سه جسم پدید بیاد، کره وسط جذب یکی از دو کره اول و آخر میشه، در حالی که ما انتظار داریم هر سه کره همچنان ساکن باقی بمانند.

اینم ابهام جالبیه ولی بذارید من مثالتون رو یه مقداری ساده‌تر کنم و شما روش فکر کنید ببینید راه حلی برای این پارادوکس به ذهنتون میرسه یا نه:

فرض کنید یه جعبه داریم که دو لیزر مشابه دارای نور قرمز در یک راستا و در دو انتهای این جعبه طوری قرار گرفتن که هر دو یه سنسور نوری که در میانه‌ی راه دو لیزر قرار گرفته رو هدف قرار دادن. از دید ناظر ساکن نسبت به سنسور یا لیزرها، سنسور طوری طراحی شده که به رنگ نور حساس بوده و فقط چنانچه بسامدهای یکسانی رو از دو طرف دریافت بکنه (چه همزمان چه ناهمزمان) هیچ جریانی رو توی یه مدار متصل به یه لامپ ایجاد نمی‌کنه و چون رنگ لیزها کاملاً یکسان (قرمز) هست پس از دید ناظر ساکن، سنسور عمل نمی‎کنه و لامپ هم روشن نمی‌شه. حالا آیا می‌تونید رفتار سنسور از دید یه ناظر متحرک که در راستای لیزرها حرکت می‌کنه رو بررسی کنید؟

[You-See]

تا منظور از نسبی چی باشه. فرض کنید سه کره ساکن داریم. دوتا کره اول و آخر ثابت نگه داشته شده اند و کره وسطی، به حال خودش رها شده. هر سه کره جرم یکسانی دارند و کره ی وسط فاصله یکسانی از کره اول و سوم داره. تحت این شرایط، کره ی وسط تحت گرانش یکسانی از هر دو طرف قرار میگیره و ثابت میمونه. یک ناظر متحرک رو در نظر بگیرید. از دید او هر سه کره در حال حرکتند و خود این ناظر ساکن هست. اگر هرگونه عدم تقارنی در گرانش این سه جسم پدید بیاد، کره وسط جذب یکی از دو کره اول و آخر میشه، در حالی که ما انتظار داریم هر سه کره همچنان ساکن باقی بمانند.

از دید اون ناظر متحرک، هر سه کره متحرک هستند و هرسه دارای انحنای نامتقارن به یک سمت هستند، و هر سه در حال حرکت به یک سمت. هیچ کدوم باز به سمت هیچ کدوم جذب نمی شن و مشکلی پیش نمیاد.

[rohamavation]

من از وقتی وارد دانشگاه شدم تا الان که ترم اخرم هم تموم شد ولا بین حرف شما و اصل برنولی چیزی ندیدم اصل برنولی را میتونیم از اصل بقای انرژی استخراج کنیم. البته در یک جریان ثابت مجموع تمام اشکال انرژی در یک سیال در تمام نقاطی که عاری از نیروهای ویسکوز هستند یکسانند. یعنی که مجموع انرژی جنبشی انرژی پتانسیل و انرژی درونی ثابت باشه. این قضیه میگه کار نیروهای خارجی که بر روی یک عنصر مایع عمل می کنند برابرهبا افزایش انرژی جنبشی آن عنصر. پس اصل برنولی بر پایه بقاء انرژی وشتاب به دلیل اختلاف فشار
برای معادله برنولی دو نیرو هست نیروی گرانش و نیروی فشار. اینها با هم انرژی جنبشی مایع را تغییر میدن
خوب من میگم عنصر فشار P1 و P2داشته باشه شما اجازه بدین $P_1 > P_2$ باشه بنابراین نیروهای فشار در بالادست عنصر مایع را با فشار دادن به یک طرف آن در ناحیه S شتاب میدن درسته . کل کار توسط اون نیروها وقتی که عنصر در امتداد یک طول آن ΔL حرکت میکنه و توسط Δh به سمت بالاهست کار گرانش+کار نیروهای فشار=افزایش انرژی جنبشی$\text{work of gravity} + \text{work of pressure forces} = \text{increase in kinetic energy}$
$- \Delta mg\Delta h + P_1 S \Delta L - P_2 S \Delta L = \frac{1}{2}\Delta m\Delta (v^2)$خوب من تقسیم هر دو طرف بر حجم عنصر SΔL و داشتن چگالی $\rho = \Delta m/\Delta V$ میگم $-\rho g \Delta h + (P_1 - P_2)= \frac{1}{2}\rho \Delta(v^2)$من در یک طرف معادله قرار میدم$\rho g \Delta h + (P_2 - P_1) + \frac{1}{2}\rho \Delta(v^2) = 0.$ بیان $P_2-P_1$ افزایش فشار ΔP هستش ببین فشار کاهش میابه، بنابراین ΔP<0 خوب نتیجه $\rho g \Delta h + \Delta P + \frac{1}{2}\rho \Delta(v^2) = 0$
یا$\rho g h + P + \frac{1}{2}\rho v^2 = \text{const.}$عبارت اولش انرژی پتانسیل واحد حجم در فیلد گرانشه جمله آخرش انرژی جنبشی واحد حجم و جمله میانیش اصلا انرژی نیستش. فشار هیچ انرژی پتانسیل مرتبطی باهاش نداره. دلیلش چیه خوب معلومه که اصطلاح فشار فقط به فشار موضعی مایع بستگی داره اما مایع تراکم ناپذیره معنیش میشه مایع به دلیل فشرده شدن انرژی اضافی نداره. بنابراین معادله برنولی ورژن const یک معادله بقای انرژی نیستش. این یک معادله قضیه کار-انرژیه . اصطلاح فشار به دلیل کار نیروهای فشار خارجی وجود داره. این نیروها انرژی پتانسیل مرتبط با اونو ندارن.در مفهوم مکانیک مقدماتی اره درسته انرژی زمانی حفظ میشه که$\Delta E=\Delta K+\Delta U=0$ برای یک سیستم
در این مورد کار توسط نیرویهای مرتبط با فشار انجام میشه. بنابراین میتونم این را در تغییر در کل انرژی سیستم بیارم. لذا یک مقدار ذخیره شده وجود داره $\Delta E=\Delta K+\Delta U-(P_1-P_2)V=0$این کمیت حفظ میشه زیرا فشار سیال باعث تغییر انرژی جنبشی و پتانسیل آن میشه البته بگم که این ادعای من که اصل برنولی معادل بقای انرژیه کاملاً درست نیست .
افزایش سرعت یک سیال همزمان با کاهش فشار یا انرژی پتانسیل سیال اتفاق میفته و بالعکسش. در سیالی که جریان داره افزایش سرعت جریان با کاهش فشار هم‌زمانه به شرطی که ارتفاع سیال ثابت باشه گر سرعت یک سیال افزایش پیدا کنه فشاری که بر یک سطح وارد میکنه کاهش مییابه و بالعکسش یعنی بگم که فشار و سرعت سیال نسبت عکس با یکدیگر دارن. این قانون اساس پروازه${\displaystyle {\frac {\partial \varphi }{\partial t}}+{\tfrac {1}{2}}v^{2}+{\frac {p}{\rho }}+gz=f(t),}$ببین $\begin{equation}
P_1+\frac{\rho V_1^2}{2}=P_2+\frac{\rho V_2^2}{2}
\end{equation}$موجب $L=\frac{1}{2} \rho v^{2} S C_{L}$ میشه میگم اگر اختلاف فشار وجود داشته باشه سیال باید مطابق باهاش پاسخ بده
تو هوافضا هم که میخونم
اگر رفتار جریان سیال در مجاورت فویل مشخص باشه میتونیم از اصل برنولی برای محاسبه نیروی بالابر روی یک آئروفویل استفاده کنیم اگر هوایی که از سطح بالایی بال هواپیما عبور میکنه سریعتر از هوایی که از سطح پایینی عبور میکنه حرکت کنه پس طبق اصل برنولی فشار روی سطوح بال در بالا کمتر از پایینه. این اختلاف فشار منجر به نیروی بالابر رو به بالا میشه البته واقعا اصل پرواز این نیست که چرا هواگرد پرواز میکنه .

[Simplexity]

حوصله توضیح دادن ندارم خیلی خلاصه میگم:
"منشاء" گرانش به سادگی چیزی نیست جز گرما
یعنی جنبش ذرات سازنده اجسام.

[NREERN]

از دید اون ناظر متحرک، هر سه کره متحرک هستند و هرسه دارای انحنای نامتقارن به یک سمت هستند، و هر سه در حال حرکت به یک سمت. هیچ کدوم باز به سمت هیچ کدوم جذب نمی شن و مشکلی پیش نمیاد.

برای همین پرسیدم که منظورتون از نامتقارن چیه و راستش هنوز متوجه منظورتون نشدم. من تصور کردم عدم تقارن در جاذبه یک جسم متحرک به این معناست که قدرت گرانشی، در عقب اون جسم نسبت به جلوی اون جسم (فرضا) بیشتر هست. در این حالت، از دید ناظر متحرک، هرچند سه جسم در حال حرکت هستند، اما جسم وسط جذب جسم جلویی میشه و شتاب میگیره که مشکل ساز هست.

اگر فرض کنیم نه تنها گرانش نسبی هست، بلکه قدرت گرانشی ای که یک جسم متحرک هم تجربه میکنه بسته به جهت حرکتش نسبی هست (حدس میزنم این پاسخ شماست، هرچند خیلی مختصر نوشتید) اون موقع مسئله ای که من مطرح کردم برطرف میشه. اما همچنان مشکل داریم. فرض کنید کره زمین ساکن هست و اصطکاک نداریم. یک توپ رو از بالای بلندی رها میکنیم تا بخوره زمین و دوباره برگرده به سمت بالا. از دید توپ، اول کره زمین به سمت توپ حرکت میکنه تا لحظه برخورد و بعد از لحظه برخورد کره زمین از توپ دور میشه. اگر عدم تقارنی باشه توی قدرت گرانشی رفت و برگشت، رفته رفته از دید توپ، بیشترین فاصله توپ از کره زمین بیشتر میشه. یا از دید کره زمین، توپ به جای این که به ارتفاع قبلیش برگرده، به ارتفاع بالاتر یا پایین تری بر میگرده که با تجربه نمیخونه.

( توپ به ارتفاع بالاتر یا پایین تری نسبت به ارتفاع اولیه ش بر میگرده چون فرض کردیم گرانشی که جسم احساس میکنه، وابسته به جهت سرعتش هست).*

[NREERN]

فرض کنید یه جعبه داریم که دو لیزر مشابه دارای نور قرمز در یک راستا و در دو انتهای این جعبه طوری قرار گرفتن که هر دو یه سنسور نوری که در میانه‌ی راه دو لیزر قرار گرفته رو هدف قرار دادن. از دید ناظر ساکن نسبت به سنسور یا لیزرها، سنسور طوری طراحی شده که به رنگ نور حساس بوده و فقط چنانچه بسامدهای یکسانی رو از دو طرف دریافت بکنه (چه همزمان چه ناهمزمان) هیچ جریانی رو توی یه مدار متصل به یه لامپ ایجاد نمی‌کنه و چون رنگ لیزها کاملاً یکسان (قرمز) هست پس از دید ناظر ساکن، سنسور عمل نمی‎کنه و لامپ هم روشن نمی‌شه. حالا آیا می‌تونید رفتار سنسور از دید یه ناظر متحرک که در راستای لیزرها حرکت می‌کنه رو بررسی کنید؟

از دید ناظر متحرک، فرکانس یک لیزر آبی تر و دیگری قرمز تر میشه، اما تناقضی به وجود نمیاد. چون مکانیسمی که میخواد لامپ رو روشن کنه خودش در حال حرکته و در نهایت بسامد یکسانی رو از دو طرف احساس میکنه. اما در مورد گرانش مسئله یکم فرق میکنه، اگر فرض کنیم نه تنها گرانش نسبیه بلکه گرانشی که جسم متحرک احساس میکنه هم وابسته به جهت سرعت خود اون جسم متحرک هست (دقیقا مثل مکانیسم روشن کننده دو لامپ که باید حرکتش رو در نظر بگیریم)، اون موقع به مشکل دیگه ای میخوریم که توی پیام قبلیم نوشتم.

[You-See]

منظور من چنین چیزی بود

https://www.uplooder.net/img/image/2/6d ... 0f46/2.png

چقدر سخته عکس اضافه کردن اینجا