ماکزیمم و مینیمم فرکانس - انرژی و یا حداکثر و حداقل چگالی انرژی

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
MRT

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۸۶/۴/۲۱ - ۱۸:۱۷


پست: 2065

سپاس: 93


تماس:

ماکزیمم و مینیمم فرکانس - انرژی و یا حداکثر و حداقل چگالی انرژی

پست توسط MRT »

ماکزیمم و مینیمم فرکانس - انرژی و یا حداکثر و حداقل چگالی انرژی تابش های کیهانی بر واحد سطح



و اینک این سوال بسیار مهم که، آیا یک موج سینوسی یا عرضی الکترومغناطیس یا یک فوتون، میتواند حامل انرژی معادل و هم ارز جرم دو نوترون باشد؟

جواب: به باور بعضی کیهان شناسان، انرژی یک فوتون گاما میتواند تا 100 گیگا الکترون ولت هم بالا رود. که تقریبا معادل و هم ارز جرم 106 نوترون یا یک اتم پالادیوم میشود !!!!!!

و اینک این سوال مهمتر مطرح میشود که آنچه در واقعیت و عمل محقق میشود چیست؟ چگونه میشود از این سردرگمی خارج شد؟ برای اینکه خود کیهان شناسان هیچ توجیه کوانتومی برای نحوه تولید، منشاء و منبع این تابش های پر انرژی ندارند!

واقعیت این است که در فیزیک و شیمی کوانتومی، جذب و تابش امواج الکترومغناطیس توسط تراز های انرژی یک مولکول و اتم یا یک هسته اتم و یا یک ذره زیر اتمی صورت می گیرد و غیر ممکن است که یک مولکول و اتم یا یک هسته اتم یا یک ذره زیر اتمی بیشتر از جرم در حال سکون خود، انرژی جذب یا دفع کند. مابقی یا مازاد انرژی به صورت انرژی جنبشی یا تکانه آشکار میشود. و تنها هسته های سنگین فلزی توان جذب و دفع اینچنین فوتونی را داشته، که اگر این مقدار انرژی جذب کنند، پایداری خود را از دست داده و به هسته های سبک تر و یا ذرات زیر اتمی تجزیه شده و بجای یک تابش واحد با انرژی بالا، ده ها و صدها تابش با انرژی پایین تر خواهند داشت. مولکول ها نیز در این شرایط تجزیه میشوند و ذرات زیر اتمی نیز تغییر ماهیت و ساختار خواهند داشت. مگر اینکه این تابش ناشی از تصادم ذرات شتاب دار باشد تا انرژی جنبشی آنها نیز به بالا رفتن سطح انرژی تابش کمک کند. که آزمون ها و مشاهدات نشان داده که انرژی جنبشی این ذرات، در زمان تصادم به صورت پدیدار شدن ذرات ناپایدار جدید آزاد میشود و اگر تابش الکترومغناطیسی مشاهده شود، در سطوح پایین تر است. جواب سوال ما در درک این موضوع نهفته است که انرژی در واحد سطح تا چه حدی میتواند یا مجاز است که چگال شود؟


تصویر


در شکل فوق یک موج سینوسی (عرضی) و یک دایره مثلثاتی مشاهده میشود. فرض کنیم چگالی انرژی این موج، حاصل تقسیم انرژی آن بر مساحت این دایره باشد. چرا که مساحت این دایره، مکان گذر یا تابش این موج است. البته لازم به ذکر است که در یک موج الکترومغناطیسی دو موج الکتریکی و مغناطیسی بر هم عمود بوده و در فیزیک کوانتوم، انرژی این تابش یا موج در تراز انرژی جذب میشود نه سطح ماده. فرض بر این است که انرژی موج در مساحت این دایره توزیع شده و در حال انتشار و گذر است.


تصویر

تصویر

Ep انرژی فوتون، h ثابت پلانک، f فرکانس، A مساحت دایره فرضی،π ثابت ریاضی، r شعاع دایره فرضی، c ثابت فیزیکی، λ طول موج یا محیط دایره، ρ چگالی انرژی و واحد آن ژول یا الکترون ولت بر متر مربع میباشد.

در واقع چگالی انرژی با مکعب فرکانس یا نوسان موج عرضی یا سینوسی رابطه مستقیم دارد. یعنی اگر فرکانس 2 برابر شود، هرچند که انرژی هم دو برابر خواهد شد، ولی چگالی انرژی آن بر واحد سطح، 8 برابر خواهد شد. که مقدار افزایش قابل توجهی است. اینک سعی می کنیم این چگالی، برای پرتو ناشی از نابودی دو نوترون را محاسبه کنیم.

تصویر

mn جرم نوترون، Eγ انرژی فوتون گامای تولید شده است. در حقیقت ماکزیمم فرکانس ممکن برای یک پرتو، تابش یا فوتون الکترومغناطیس عرضی سینوسی کمتر از این مقدار خواهد بود. و اینک چگالی این انرژی بر واحد سطح را محاسبه می کنیم.


تصویر


ρmax و ργ حد ماکزیمم چگالی انرژی برای یک موج الکترومغناطیس عرضی یا گذر و تابش انرژی کوانتومی در کیهان است. در واقع همانطور که ما برای سرعت نور یک ثابت ریاضی به نام c با مقدار 300.000.000 داریم، برای ماکزیمم فرکانس، انرژی کوانتومی و چگالی انرژی تابشی بر سطح، مقادیر فوق را داریم. برای درک بزرگی این مقدار باید بدانیم که:



تصویر



اگر جرم 93.4 تن نوترون نابود و به صورت کامل به انرژی تبدیل شود و تابش آن از سطح مقطع یک متر مربع گذر کند، این چگالی از انرژی در فضا حاصل میشود. به بیان دیگر:


تصویر


این انرژی معادل انفجار 2 ضرب در 10 به توان 12 تن تی.ان.تی و معادل چهل هزار بمب هیدروژنی همانند بمب تزار، قوی ترین آزمون هسته ای شکافت - همجوشی بشر روی سیاره زمین با قدرت تقریبی 50 مگا تن تی.ان.تی است.

این دقیقا به این معنی است که اگر جرم یک سیاه چاله به قدری زیاد شود که جرمی معادل 93.4 تن از نوترون بر سطح یک محیط دو بعدی از فضا با ابعاد یک متر مربع فشرده و توزیع شود، آن لحظه بزرگ آغاز دوران تخریب کیهان است.

ولی آنچه مسلم است اینکه، فضا هرگز توان یا اجازه گذر اینچنین چگالی از انرژی را نمی دهد چرا که ممکن و مقدور نخواهد بود. آنچه که در زمان رسیدن به این چگالی از انرژی در فضا روی می دهد اینکه، انرژی به طرف کاهش چگالی حرکت کرده و یک نوع انبساط و تورم سریع و شدید روی می دهد، که نتیجه آن تپش، یک نوع تک موج طولی با ماهیت الکترومغناطیس با سرعت نور به توان دو است. که همزمان با افزایش محیط موج دایره وار یا مساحت سطحی یک کره در حال انبساط، چگالی انرژی کاهش می یابد. آنچه قطعی است اینکه دانسته های ما از فیزیک کوانتوم تا این حد کارایی داشته و بعد از رسیدن به این حد نهایی، این قوانین فیزیکی شناخته شده نقض و دیگر کارایی نخواهند داشت و میبایست دانش و علومی جدید جایگزین آن شوند و فعلا صرفا میتوان معادلات ساده آن را اینچنین نوشت که مربوط به چگالی انرژی این موج طولی میشود:

تصویر

Enc محیط دایره موج وAs مساحت سطح کره است. همانطور که مشخص است اگر موج به صورت دایره گسترده شونده، حرکت کند، چگالی انرژی با افزایش شعاع دایره رابطه عکس دارد. ولی اگر به صورت کره منبسط شونده، گسترش یابد با مربع افزایش شعاع کره رابطه عکس دارد. که بیانگر کاهش چگالی انرژی با افزایش شعاع در هر دو حالت است. اینک سعی می کنیم این معادلات را نسبت به زمان بنویسیم:


تصویر


d فاصله، v سرعت، t زمان است. به باور ما در هر نقطه ای از کیهان که این آنتروپی روی دهد، بدنبال آن آنتروپی های دیگر روی داده و در نهایت، کیهان تخریب خواهد شد. ولی از آنجایی که انرژی کوانتومی این تک موج، معادل و هم ارز جرم دو نوترون است، با برهم کنش آن با ذرات ناشناخته (ماده سوخته، ماده سیاه، ماده تاریک، ماده مجهول، پیش ماده سازنده ماده باریونی) در نقطه ای دیگر از کیهان، دو اتم هیدروژن یا یک مولکول هیدروژن و یا یک اتم دوتریوم که هر دو جزو مواد لازم و اولیه سازنده کیهانی جدید هستند و به تنهایی قادر به شروع فعالیت همجوشی در ستارگان هستند، بوجود آمده و پدیدار خواهند شد. یعنی با تخریب کیهانی قدیم و پیر، کیهانی جدید و جوان شکل خواهد گرفت. این معادلات ابتدایی را بدین صورت میتوان طرح کرد:


تصویر




H نماد هیدروژن یا دوتریوم،U∆ این انرژی از تبدیل دو اتم هیدروژن یا یک اتم دوتریوم به دو نوترون در واکنش همجوشی آزاد میشود، U انرژی لازم برای ترکیب دو نوترون و نابودی جرم شان که میتواند به صورت فشار، گرانش، انرژی جنبشی، ضربه و ... باشد، Q انرژی تک موج طولی تولید شده، x ذره یا ذرات ناشناخته، q انرژی موج عرضی در محدوده فیزیک کوانتوم است. که این کوانتوم تابشی میتواند در تراز های انرژی اتم ها و ذرات جذب شده و به صورت یک، دو یا چند تابش با انرژی پایین تر دفع یا منتشر شود. این تقسیمات انرژی بعد از مدت زمان بسیار طولانی، به صورت امواج رادیویی یا ماکروویو با سطوح انرژی پایین در آمده و چیزی شبیه امواجی میشود که ما آن را تابش زمینه کیهانی (CMB) می نامیم.


تصویر


Ecmb انرژی فوتون های امواج یا تابش زمینه کیهانی، n تعداد دفعات جذب و انتشار امواج توسط تراز های انرژی اتم ها یا ذرات و Emin کمترین مقدار از کوانتوم انرژی قابل تقسیم توسط تراز های انرژی اتم هاست. یعنی همانطور که در محدوده فیزیک کوانتوم ما یک حد ماکزیمم از انرژی برای یک کوانتوم تابشی داریم، با یک حد مینیمم از انرژی برای یک تابش کوانتومی سطح پایین داریم. که مقدار این حد، همان انرژی امواج یا تابش زمینه کیهانی است. که تابش های پایین تر از این مقدار، دیگر ماهیت کوانتومی نداشته بلکه کمیت های پیوسته از انرژی هستند که در محدوده فیزیک کلاسیک قابل تجزیه و تحلیل می باشند و ربطی به ترازهای انرژی ندارند.

چنانچه از بعد فیزیک کلاسیک به تابش های زمینه کیهانی بنگریم این داده ها، اطلاعاتی در مورد دما به ما می دهند. ولی اگر از بعد فیزیک کوانتوم به این داده ها بنگریم، اطلاعاتی در مورد کمترین مقدار از انرژی های کوانتیته شده به ما می دهند. به گفته کیهان شناسان بیشینه این تابش 160گیگا هرتز است که انرژی کوانتومی آن معادل:

تصویر

و چگالی آن:

تصویر



که چگالی بسیار کم و ناچیزی است که بعد از سپری شدن میلیاردها سال تقسیمات کوانتومی انرژی حاصل شده است.





محمدرضا طباطبايي 30/8/1400
با توجه به ماده 8 قوانین تالار گفتمان شبكه فیزیك هوپا :

ارايه انديشه‌هاي نو در فيزيك و متافيزيك ، رياضيات مختص فيزيك ، حساب و هندسه دوجيني در وب سايت شخصي :

http://www.ki2100.com



تصویر

ارسال پست