اختصاصی از
فی موو دانلود مقاله الکتریسیته و مغناطیس دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
میدان مغناطیسی در اطراف دو سیم حامل جریان الکتریکی
هرچند دیراک وجود تک قطبی های مغناطیسی را پیشگویی کرده است، اما نه تنها هنوز چنین تک قطبی ها مشاهده نشده، حتی بدون بار الکتریکی میدان مغناطیسی نیز ایجاد نمی شود. میدان مغناطیسی یک جریان است که بر اثر مقاومت میدان گرانشی در مقابل تغییر میدان الکتریکی ایجاد می شود.
زیر کوانتوم کروموداینامیک
Sub Quantum Chromo dynamics SQCD
کوانتوم کروموداینامیک که بطور خلاصه QCDنامیده می شود، یک نظریه مدرن در مورد واکنش قوی است. از نظر تاریخی ریشه آن به فیزیک هسته ای بر می گردد و توضیحی است برای ماده و درک اینکه پروتون و نوترون چه هستند و چگونه با هم واکنش دارند در توضیح لفظی می توان گفتQCDیک ویرایش جدید و توسعه یافته از QED , Quantum Electrodynamicالکترودینامیک کوانتومی است در الکترودینامیک کوانتومی تنها یک نوع بار الکتریکی (مثبت یا منفی) وجود دارد، اما در کوانتوم کرمودینامیک سه نوع مختلف بار الکتریکی با برچسب رنگ Colorوجود دارد. برای دوری جستن از هرگونه تعصب، رنگهای قرمز، سبز و آبی را انتخاب می کنند. اما البته بار-رنگ کوانتوم کروموداینامیک هیچگونه ارتباطی با رنگهای معمولی فیزیک ندارد. در واقع اینها تشبیح خواص بار الکتریکی هستند. بویژه بار-رنگها در هر فرایند فیزیکی پایسته هستند و ذرات بدون جرمی شبیه ذره ی بدون جرم فوتون، وجود دارد که گلوئون-رنگ نامیده می شود.
برهمکنش الکترومغناطیسى
فیزیکدانان توانسته اند به کمک تئورى الکترودینامیک کوانتومى QEDتوصیف مناسبى براى برهمکنش الکترو مغناطیسى ارائه نمایند. این تئورى یکى از موفقیت آمیزترین تئورى هاى فیزیکى است که با دقت یک در ده میلیون با نتایج آزمایشگاهى توافق دارد. یکى از دلایل موفقیت این نظریه وجود یک ثابت کوچک به اسم ثابت کوپلاژ با مقدار 137 /1در معادلات است. وجود این ثابت کوچک تر از یک این امکان را فراهم مى سازد که براى محاسبه اثر نیروى الکترو مغناطیس از بسط سرى ها در معادلات استفاده شود. این روش ریاضى که به آن روش حل اختلالى مى گویند توسط فاینمن بسط و گسترش یافت
یکى از خواص مهم نظریه الکترو دینامیک کوانتومى (QED) این است که ثابت کوپلاژ در انرژى هاى مختلف مقادیر مختلفى دارد. این مقدار با افزایش انرژى افزایش مى یابد. به عنوان نمونه در شتاب دهنده CERN مقدار آن در انرژى حدود ۱۰۰ بیلیون الکترون ولت به جاى 137 /1، 1/128 اندازه گیرى شده است. اگر نمودار اندازه ثابت کوپلاژ نسبت به انرژى رسم شود، آن گاه این منحنى داراى یک شیب آرام به سمت بالا خواهد بود که فیزیکدانان اصطلاحاً مى گویند شیب منحنی یاتابع بتا مثبت است.
کوارکها
Quarks
از دهه ۱۹۶۰ مشخص شده بود که پروتون و نوترون از ذرات بنیادى ترى به اسم کوارک ساخته شده اند. اما نکته عجیب این بود که امکان مشاهده ذره کوارک به صورت آزاد وجود نداشت. آنها همیشه محبوس هستند و این خاصیتى بنیادى براى این ذرات است
تنها جمع کوارک ها به صورت دوتایى و سه تایى مى تواند وجود داشته باشد. بار الکتریکى کوارک ها کسرى از بار الکتریکى پروتون است به صورت یک سوم یا دو سوم بار پروتون و این خاصیتى است عجیب که هنوز توضیحى براى آن یافت نشده است.
گلوئون و بار -رنگ
هر کوارک علاوه برداشتن بار الکتریکى خاصیت ویژه دیگرى نیز دارد که مانند بار الکتریکى کمیتى کوانتومی است و تنها مى تواند مقادیر ویژه اى داشته باشد. به این خاصیت بار-رنگ گفته مى شود. کوارک ها مى توانند بار رنگى قرمز، آبى و سبز داشته باشند. براى هر کوارک یک پادکوارک نیز وجود دارد مانند پوزیترون که پاد ذره الکترون است. پادکوارک ها داراى بار رنگى پاد قرمز، پاد آبى یا پاد سبز هستند. جمع کوارک هایى که در طبیعت مى توانند وجود داشته باشند باید داراى بار-رنگ خنثى باشند همانطور که تشکیل مولکول هاى خنثى (از نظر الکتریکى) به خاطر جاذبه الکتریکى بین اجزاى مثبت و منفى آن است. نیروى بین پروتون ها و نوترون ها در هسته اتم ها به خاطر نیروى بین بار هاى رنگى کوارک هاى تشکیل دهنده آنها به وجود مى آید. نیروى بین کوارک ها توسط ذرات حاملى به اسم گلوئون ها حمل مى شود. این ذرات مانند فوتون بدون جرم هستند ولى برخلاف فوتون ها داراى بار-رنگ هستند. همین خصوصیت باعث پیچیدگى توضیح این نیرو وتفاوت آن با نیروی الکترو مغناطیس است.
مقادیر منفی تابع بتا
براى سال ها فیزیکدانان اعتقاد داشتند که نمى توان روشى براى محاسبه برهم کنش قوى میان کوارک ها یافت که شبیه روش محاسبات برهم کنش هاى الکترو مغناطیسى باشد. به این دلیل که ثابت کوپلاژ براى برهم کنش قوى بزرگ تر از یک است و نمى توان روش اختلالى فاینمن (که در بالا توضیح داده شد) را براى محاسبات این نظریه به کار برد. کورت زیمانسکى فیزیکدان آلمانى دریافت که تنها راه رسیدن به یک نظریه معقول پیدا کردن یک تابع بتا منفى براى این نظریه است. این رهیافت همچنین مى تواند علت آنکه گاهى اوقات کوارک ها در داخل پروتون به صورت ذره هاى آزاد خود را آشکار مى سازند توضیح دهد. اثرى که در آزمایش برخورد میان الکترون و
پروتون دیده می شود متاسفانه زیمانسکى خود نتوانست به این نظریه دست یابد حتى جرارد هوفت در تابستان ۱۹۷۲ به این کشف نزدیک شده بود. اما فیزیکدانان ناامید بودند زیرا شواهد نشان مى داد که یک نظریه واقعى باید داراى تابع بتاى مثبت باشد. اما امروزه دیگر مشخص شده است که این موضوعى نادرست است زیرا در ژانویه 1973دو مقاله پى در پى در مجله فیزیکال ریویولترز توسط گراس و ویلچک و پولیتزر به چاپ رسیدند که در کمال تعجب نشان مى دادند تابع بتا مى تواند مقادیر منفى داشته باشد. آنها زمانى این کشف را انجام دادند که دانشجو بودند. مطابق نظریه آنها حامل هاى نیروى برهم کنش قوى یعنى گلوئون ها داراى خاصیتى غیرمنتظره و ویژه هستند به این صورت که آنها نه تنها با کوارک ها بلکه با خودشان نیز برهم کنش مى کنند. طبق این خاصیت هنگامى که کوارک ها به یکدیگر نزدیک مى شوند برهمکنش بار رنگى میان آنها کاهش مى یابد. کوارک ها موقعى به یکدیگر نزدیک مى شوند که انرژى آنها افزایش یافته باشد و طبق این نظریه اندازه برهم کنش در این هنگام کاهش مى یابد. این خاصیت که به آن «آزادى مجانبى» مى گویند به معنى منفى بودن تابع بتا است. به عبارت دیگر برهمکنش با افزایش فاصله افزایش مى یابد که این مى تواند توضیحى براى این باشد که چرا کوارک ها همیشه در نوکلئون ها محبوس هستند آزادى مجانبى این امکان را نیز فراهم مى سازد که بتوان فاصله اى را که در آن کوارک ها و گلوئو ن ها به صورت ذرات آزاد رفتار مى کنند، محاسبه کرد. با برخورد دادن ذرات در انرژى هاى بسیار زیاد با یکدیگر مى توان آنها را به اندازه کافى به یکدیگر نزدیک کرد. هنگامى که آزادى مجانبى کشف شد و نظریه QCD فرمول بندى شد محاسبات توانستند توافق بسیار خوبى با نتایج آزمایشگاهى از خود نشان دهند.
شواهد تجربی
یکى از مهم ترین اثبات هاى نظریه QCD توسط آزمایش برخورد الکترون و پاد ذره آن یعنى پوزیترون در انرژى هاى بالا صورت مى گیرد. در این آزمایش الکترون و پوزیترون یکدیگر را نابود مى کنند و مطابق معادله اینشتین E=mc2 انرژى این ذرات مى تواند به صورت ذرات جدیدى (به عنوان مثال ذرات کوارک) ظاهر شود. در این فرآیند ذرات کوارک در فواصل بسیار نزدیک به هم آفریده مى شوند و با سرعت بسیار زیادى از یکدیگر دور مى شوند. امروزه مى توان این فرآیند را به کمک مفهوم آزادى مجانبى به دقت محاسبه کرد. در حقیقت وقتى کوارک ها مى خواهند از یکدیگر دور شوند تحت تاثیر نیروى افزایش یابنده برهمکنش قوى قرار مى گیرند (در بخش قبل توضیح داده شد) که این نیرو باعث تولید زوج ذرات جدید کوارک مى شود و بدین ترتیب رگبارى از ذرات در جهت کوارک و پادکوارک اولیه تولید مى شود. با این حال این فرآیند خاطره اى از آزادى مجانبى ذرات اولیه را در خود نگه مى دارد که مى توان تاثیر آن را بر احتمالات وقایعى که در رگبار ذرات اتفاق مى افتد محاسبه کرد. نتایج این محاسبات با آزمایش ها توافق زیادى دارد. واقعه بسیار قانع کننده دیگرى که در شتاب دهنده DESY در هامبورگ آلمان در اواخر ۱۹۷۰ یافت شد وجود سه رگبار در آ زمایشات بود که این فرآیند را مى توان با در نظر گرفتن تابش گلوئون از کوارک _ پادکوارک اولیه به خوبى توضیح داد. آزادى مجانبى حتى توانست پدیده اى را که قبلاً در شتاب دهنده استانفورد دیده شده بود توجیه نماید. اجزاى سازنده پروتون ها که داراى بار الکتریکى هستند (کوارک ها) در انرژى هاى بالا به صورت ذرات آزاد عمل مى کنند در این حالت اندازه حرکت کوارک ها تنها نصف اندازه حرکت پروتون ساخته شده از آنها است و بقیه اندازه حرکت پروتون ناشى از اندازه حرکت گلوئون ها است
آیا مى توان نیروهاى طبیعت را وحدت بخشید به وجود آمدن امکان توصیف واحد براى نیروهاى طبیعت QCD یکى از جالب ترین آثار آزادى مجانبى در نظریه است. هنگامى که نمودار مقدار ثابت کوپلاژ بر حسب انرژى را براى برهمکنش هاى الکترومغناطیسى، ضعیف و قوى بررسى مى کنیم، این موضوع آشکار مى شود که این سه نمودار یکدیگر را در یک نقطه اى با انرژى بالا (به طور تقریبى نه به صورت دقیق) قطع مى کنند و در این نقطه مقدار یکسانى دارند. بدین ترتیب مى توان دید که این سه نیرو با همدیگر یکى شده اند و این یکى از رویاهاى قدیمى فیزیکدانان است که دوست دارند قوانین طبیعت را به ساده ترین زبان ممکن توضیح دهند. با این حال براى آنکه رویاى وحدت نیروها به واقعیت بپیوندد باید اصلاحاتى در مدل استاندارد به وجود آورد. یک راه ممکن در نظر گرفتن ذرات جدیدى به اسم ذرات ابرتقارن است که اگر جرمشان به اندازه کافى کم باشد مى توان وجود آنها را در شتاب دهنده در حال ساخت LHC در CERN بررسى کرد. اگر ابرتقارن کشف شود مى تواند پشتوانه قویى براى نظریه ی همه چیز باشد که آن نیز شاید بتواند نیروى گرانش را با بقیه نیروها وحدت ببخشد. صرف نظر از این پیشرفت ها کشف آزادى مجانبى در QCD تغییرات عمیقى را در فهم ما از نیروهاى بنیادین طبیعت به وجود آورده است
زیر کوانتوم کروموداینامیک
Sub Quantum Chromo dynamics
یک زیر کوانتوم کروموداینامیک چیست؟
برای یافتن پاسخ این سئوال باید توجه کرد که همه ی ذرات مورد مطالعه ی فیزیکدانان در نهایت به دو دسته فرمیونها و بوزنها تقسیم می شوند. فرمیونها نظیر الکترون و کوارکها سنگ بنای ماده را تشکیل می دهند . بوزونها حامل نیرو های اساسی طبیعت هستند. اما سئوال اساسی این است که آیا بوزونها و فرمیونها از یک ذره ی واحدی ساخته شده اند یا دو چیز کاملاً متفاوتی هستند؟
در نظریه سی. پی. اچ. همه ی ذرلت شناخته شده و ناشناخته موجود در جهان از ذره ی واحدی به نام سی. پی. اچ. ساخته شده اند. اگر به رابطه جرم-انرژی E=mc2توجه کنیم، همه ی اجسام قابل تبدیل به انرژی هستند. این اجسام در نهایت از اتمها ساخته شده اند که شامل فرمیونها و بوزونها هستند. از طرف دیگر نوسان یک ذره ی باردار موجب انتشار امواج الکترومغناطیسی می شود که این موج خود حامل دو میدان الکتریکی و مغناطیسی با خواص مختلف است. این میدانها هر یک شامل تعداد زیادی ذره ی فوق العاده کوچکی هستند که میدان الکتریکی و مغناطیسی را شکل می دهند. اما این ذرات بقدری کوچک هستند که نمی توانند بعنوان یک ذره ی باردار قابل مشاهده یا یک آهنربا باشند. بنابراین آنها را بار-رنگ و مغناطیس-رنگ می نامیم که همه ی کوانتومهایی که دارای خواص الکتریکی یا مغناطیسی هستند، از آنها ساخته می شوند. بهمین دلیل آنها را زیر کوانتوم کرومودینامیک می نامیم. بهمین دلیل زیر کوانتوم کرمودینامیک ذراتی هستند که میدانهای الکتریکی و مغناطیسی از جمله بار-رنگها را تولید می کنند .
امواج الکترومغناطیس، بار - رنگ و مغناطیس-رنگ
Electromagnetic waves and color charge/magnet
اجازه دهید یک نگاه جدید به رفتار امواج الکترومغناطیسی در میدان گرانشی بیندازیم، این نگرش می تواند در حل این معما مفید واقع شود. همچنانکه می دانیم یک موج الترومغناطیسی از دو میدان الکتریکی و مغناطیسی عمود بر هم تشکیل شده است.
همچنانکه نسبیت عام پیشگویی کرده و شواهد تجربی نشان می دهد، فرکانس فوتون در میدان گرانشی تغییر می کندهنگامیکه یک فوتون در میدان گرانشی سقوط می کند، فرکانس آن افزایش می یابددر این حالت چه اتفاقی می افتد؟در مجموع می توان گفت نیروی گرانش روی فوتون کار انجام می دهد. با توجه به رابطه W=Eیک قسمت از کار انجام شده توسط فوتون به انرژی الکتریکی و قسمت دیگر آن به انرژی مغناطیسی تبدیل می شود.
همچنانکه در بالای صفحه بیان شد، برای این پدیده در فیزیک نظری تا بحال توضیحی ارائه نشده است. بنابراین در اینجا می خواهم این پدیده را با توجه به نظریه. سی. پی. اچ. توضیح دهم.
بار-رنگ و مغناطیس-رنگ
هنگامیکه یک سی. پی. اچ. وجود سی. پی. اچ. دیگری را احساس می کند، آنها دارای اسپین می شوند که گراویتون نامیده می شود. یک گراویتون نظیر نیروی الکتریکی رفتار می کند و گراویتون دیگر نظیر نیروی مغناطیسی رفتار می کند، بهمین دلیل میدانهای الکتریکی و مغناطیسی ظاهر می شود دو گراویتون با جرمmو اندازه حرکتp=mVCدر فاصله یr ,
یکدیگر را حس کرده و یکدیگر را جذب می کنند. اما چون مقدار سرعت آنها ثابت است، حرکت انتقالی آنها به حرکت دورانی Spin تبدیل می شود. هنگامیکه سی. پی. اچ. دارای اسپین، بصورت بار-رنگ یا مغناطیس-رنگ ظاهر می شود. در واقع گراویتون به دلیل آنکه دارای اسپین است به یکی از دو صورت بار-رنگ یا مغناطیس-رنگ وجود دارد سی. پی. اچ. ها هنگامی یکدیگر را حس می کنند که با یکدیگر تماس بگیرند (برخورد کنند که در اینصورت به دلیل اسپین یکدیگر را می رانند) یا در فاصله بسیار کمی از یکدیگر باشند نظیر فاصله ای به اندازه ی طول پلانک که تقریباً برابر است با
( Plank Length that is equal 1.6x10-35 m)
در چنین حالتی بار-رنگ/مغناطیس رنگ آنها روی یکدیگر اثر کرده و با یکدیگر ترکیب می شوند.
گرانش Gravity
در نظریه سی. پی. اچ. ، گرانش یک جریان است. این جریان دائمی بین تمام ذرات و اجسام وجود دارد. به عنوان مثال به زمین و ماه توجه کنید.
زمین دارای میدان گرانش است. یک میدان گرانشی از تعداد متنابهی سی. پی. اچ. (گراویتون) تشکیل شده است. پس میدان گرانشی زمین نیز از تعداد بیشماری سی. پی. اچ تشکیل شده است که در اطراف زمین در حرکت هستند
فرض کنیم زمین منزوی است. یعنی هیچ کنش و واکنشی بین زمین و سایر اجسام وجود ندارد. در این صورت همه ی سی. پی. اچ. هایی که به زمین می رسند، جذب آن شده و از نیروهای موجود در آنجا اطاعت می کنند
اما همچنان که می دانیم زمین منزوی نیست و با سایر احسام کنش متقابل دارد
نگاهی به زمین و ماه بیندازید. در اینجا دو میدان وجود دارد، یکی میدان گرانشی زمین و دیگری میدان گرانشی ماه.
هنگامیکه یک گراویتون به زمین می رسد، گراویتون دیگری زمین را ترک می کند و به دلیل آنکه دارای یک زیر کوانتوم بار-رنگ یا مغناطیس رنگ است، زمین را به دنبال خود می کشد. تا جاییکه زمین از حوزه عمل این زیر کوانتوم میدان خارج شود دقیقاً نظیر گلوئون ها (گلوئون به معنی چسب است) که موجب کشیده شدن کوارکها به طرف یکدیگر می شود.
معادله بار-رنگ و مغناطیس - رنگ
فرض کنیم دو سی. پی. اچ. با سرعت خطی Vcحرکت می کنند که یکدیگر ار احساس می کنند. آنها یکدیگر را جذب می کنند و با توجه بهgradVc=0آنها دارای اسپین خواهند شد و می توان نوشت gradVc=0 =<
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 38 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود با لینک مستقیم
دانلود مقاله الکتریسیته و مغناطیس 
تئوری الکترونی اتم 
