یک ربات جدید «در مسیر خودآگاهی ماشینی» قرار دارد

بیگ بنگ: محققان در دانشگاه کلمبیا می‌گویند یک بازوی رباتیک ساخته‌اند که می‌تواند تصویر از خود بسازد (دارای خودشناسی است) – توانایی که باعث می‌شود بسوی ماشین‌هایی که واقعأ خودآگاهی دارند حرکت کنیم. سازندۀ ربات گفت: «ما معتقدیم که این توانایی در مسیر خودآگاهی ماشینی قرار دارد.»

new drudge self recognition xبه گزارش بیگ بنگ، “هاد لیپسون”، استاد مهندسی مکانیک که بر روی این ربات کار می‌کرد، گفت: «این شاید همان کاری باشد که یک نوزاد در گهواره‌اش انجام می‌دهد، یعنی وقتی یاد می‌گیرد که گهواره چیست. حدس می‌زنیم که این مزیت منشأ تحولی جهت خودآگاهی در بشر بوده باشد. در حالیکه توانایی ربات ما برای تصور خودش هنوز در مقایسه با انسان‌ها خام است، معتقدیم که این توانایی در مسیر خودآگاهی ماشینی قرار دارد.»

زنده است

بازوی ربات، همانطور که در یک مقاله‌ی جدید در مجلۀ رباتیک علمی منتشر شده، یاد می‌گیرد که چگونه با تجربه کردنِ محیط پیرامونش کار کند – بدون هیچگونه برنامه‌ای دربارۀ فیزیک، هندسه یا دستورالعمل‌های خاص خودش. اما پس از عدم موفقیتِ فرآیندی که محققان آن را «محاسبه‌ی شدید» می‌نامند، الگوریتم بازوی ماشینی دنیا را احساس می‌کند. به گفته‌ محققان، پس از روند خوداکتشافی، این بازو موقعیت‌های پیچیده را مدیریت می‌کند، مثلأ خودش را تعمیر می‌کند و با یک ماژیک متن می‌نویسد.

این دستاوردها بسیار تأثیرگذارند، اما این بازو راه طولانی تا نوشتن یک شعر را در پی دارد. هنوز لیپسون این پروژه را گام مهمی به سمت درک نحوه‌ی یادگیری خودآگاهی بشر می‌داند – و شاید یک روز ربات‌هایی ساخته شوند که خودشان را مثل ما درک کنند. لیپسون گفت: «فیلسوفان، روانشناسان و دانشمندان علوم شناختی به مدت هزاران سال سعی کرده‌اند ماهیت خودآگاهی را درک کنند، اما پیشرفت نسبتأ محدودی داشتند. ما هنوز عدم درکمان را با عبارات ذهنی مثل «بوم واقعیت» پنهان می‌کنیم اما ربات‌ها اکنون ما را مجبور می‌کنند تا این مفاهیم مبهم را به الگوریتم‌ها و مکانیزم‌های واقعی تبدیل کنیم.»

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: futurism.com

اولین مزرعه خورشیدی چین در فضا تا سال ۲۰۲۵ راه‌اندازی می‌شود (گجت تی وی)

اولین مزرعه خورشیدی چین در فضا تا سال ۲۰۲۵ راه‌اندازی می‌شود (گجت تی وی)

چین در یک هدف جاه‌طلبانه قصد دارد اولین مزرعه خورشیدی در فضا را تا سال ۲۰۲۵ راه‌اندازی کند تا انرژی خورشیدی جمع‌آوری و به سمت زمین ارسال شود. اما این پروژه دقیقا چگونه قرار است عملی شود؟ در ویدیوی امروز گجت تی وی به شما پاسخ خواهیم داد.

چین یکی از کشورهایی است که بعد از توسعه‌ی اقتصادی باورنکردنی بر روی زمین، حالا چشم به فضا دوخته است تا توان علمی و عملیاتی خود را در خارج از مرزهای این کره‌ی آبی نیز به چالش بکشد. راه‌اندازی مزرعه خورشیدی در فضا یکی از این اهداف بزرگ است که چینی‌ها می‌خواهند تا قبل از سال ۲۰۲۵ میلادی آن را عملی کنند. اما قطعا چالش‌ها و ابهامات زیادی پیرامون این پروژه در ذهن علاقه‌مندان به نجوم و دانشمندان به وجود آمده است.

این که این نیروگاه خورشیدی معلق در خلا دقیقا قرار است به چه صورتی پرتاب شود؟ انرژی جمع‌آوری شده توسط آن چگونه قرار است به سمت زمین ارسال شود؟ و این که آیا تفاوت در میزان انرژی جمع‌آوری شده توسط این مزرعه خورشیدی فضایی واقعا به حدی زیاد است که بتواند دردسرهای تکنیکی اجرای آن را جبران کند یا خیر؟

فلسفه: براستی یک سیاهچاله چیست؟

بیگ بنگ: یک سیاهچاله به طور معمول جرمی اخترشناختی پنداشته می‌شود که هر چه ماده و تابش وارد محدودۀ نفوذش شود را می‌بلعد و برای همیشه پنهان می‌کند. از نظر فیزیکی، سیاهچاله با یک تکینگی -منطقه‌ای از فضا که به یک “افق رویداد” محدود شده- تعریف می‌شود که در آن چگالی جرم/انرژی بی‌نهایت است و قوانین شناخته شدۀ فیزیک دیگر کاربرد ِ خود را از دست می‌دهند. ولی بر پایه‌ پژوهشی جدید، یک تعریف دقیق و پذیرفته شده برای این حالت “تکین” به گونه‌ی ناامیدکننده‌ای دشوار و دور از ذهن است.

black hole chalky approach x

شبیه‌سازی موادی که نزدیک یک سیاهچاله به گرد آن می‌چرخند.

نویسنده‌ این مقاله، دکتر اریک کوریل از مرکز فلسفه‌ی ریاضی مونیخ در دانشگاه لودویگ-ماکسیمیلیان به طور خلاصه این مساله را شرح می‌دهد: «ویژگی‌های سیاهچاله‌ها در چندین زیرشاخۀ فیزیک بررسی می‌شوند، فیزیک نورشناسی (اپتیک)، فیزیک کوانتومی، و البته اخترفیزیک. اما رویکرد هر یک از این رشته‌ها به این مساله با مجموعه مفاهیم نظری همان رشته انجام می‌شود.»

“اریک کوریل” فلسفه و همچنین فیزیک نظری را در دانشگاه‌های هاروارد و شیکاگو خوانده، و هدف اصلی برنامه‌ی پژوهشی کنونی‌اش پدید آوردن یک توصیف فلسفی دقیق برای برخی از جنبه‌های گیج کننده‌ی فیزیک نوین است. کوریل می‌گوید: «پدیده‌هایی مانند سیاهچاله‌ها در قلمرویی جای دارند که رصد و آزمایششان امکان‌ناپذیر است. بنابراین پژوهش‌هایی که بر پایه‌ی تصور وجود داشتنِ سیاهچاله‌ها انجام می‌شود، دارای سطحی از گمانه‌زنی هستند که حتی برای فیزیک نظری هم چیزی نامعمول است.»

اما این چالش چیزی است که باعث شده رویکرد فیزیکی به سرشت سیاهچاله‌ها از دیدگاه فلسفی هم بسیار هیجان‌انگیز شود. کوریل می‌گوید: «خود چشم‌انداز فیزیکی سیاهچاله‌ها پیوندی جدایی‌ناپذیر با موضوع‌های فلسفی مربوط به ملاحظات کیهان‌شناختی، متافیزیکی، و روش‌شناختی دارد.»

دیدگاه‌های “غافلگیرکننده” و “روشنگر”

نویسندۀ این پژوهشنامه به هنگام آماده‌سازی تحلیل‌های فلسفی‌ از مفهوم سیاهچاله با فیزیکدانانی که درگیر طیف گسترده‌ای از زمینه‌های پژوهشی بودند، گفتگو کرد. او در جریان این گفتگوها با تعریف‌های بسیار گوناگونی برای یک سیاهچاله روبرو شد. ولی نکته‌ی مهم این بود که هر تعریف به یک روش خودسازگار در زمینۀ تخصصی خود آن دانشمندان و با اصول ویژه‌ی آن به کار می‌رفت. خود کوریل این گفتگوها را “شگفت‌انگیز” و “روشنگر” توصیف می‌کند.

برای اَوی لوب که یک اخترفیزیکدان است، سیاهچاله یک زندان واپسین و بی‌بازگشت است: به درونش که بروید دیگر هرگز راه برگشتی نخواهید داشت. از سوی دیگر به گفته دومینیکو جولینی فیزیکدان نظری، فکر کردن به یک سیاهچاله به عنوان یکی از اجرام فضایی -چیزهایی که می‌توانند جابجا شوند و به این سو و آن و رانده شوند- از دی ِ مفهومی، بسیار گیج‌کننده است.

پیام کلی کوریل این است که گوناگونی بسیار و متنوع بودن توصیف‌های سیاهچاله‌ها یک نشانۀ مثبت است، زیرا به فیزیکدانان امکان می‌دهد تا از چشم‌اندازهای بسیار گوناگون در فیزیک به این پدیده بپردازند. گرچه برای اینکه بتوانیم استفادۀ سودمندی از این تنوع آرا ببریم، باید درک بهتری از تفاوت‌های تاکیدشده‌ی میانشان داشته باشیم. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Nature Astronomy منتشر شده است.

شبیه‌سازی شکل‌گیری یک خوشه کهکشانی

بیگ بنگ: خوشه‌های کهکشانی چگونه تشکیل می شوند؟ از آنجاییکه جهان ما به حدی آهسته حرکت می کند که تماشای آن غیرممکن است، شبیه‌سازی‌های کامپیوتری سریعتری برای کمک به ما ساخته شده‌اند. یک تلاش اخیر، پروژۀ TNG50 از IllustrisTNG بوده که بروزرسانی شبیه‌سازی معروف Illustris می باشد.

اولین بخش این ویدئوی برجسته گاز کیهانی(غالبا هیدروژن) در حال تکامل در کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی را از جهان ابتدایی گرفته تا جهان امروزی با رنگ‌های درخشان‌تر و گازهای سریعترنشان می دهد. با بلوغ جهان، گاز درون چاه‌های گرانشی گیر می کند، کهکشان‌ها شکل می گیرند، کهکشان‌ها گردش می کنند، با هم برخورد کرده و ادغام می شوند، در حالیکه سیاهچاله‌ها در مراکز کهکشان تشکیل می شوند و گاز پیرامونی را با سرعت بالایی خارج می کنند. نیمۀ دوم ویدئو ستارگان را دنبال می کند و یک خوشۀ کهکشانی را نشان می دهد که با دنباله‌های کشندی و جریانات ستاره‌ای کامل می شود. جریان خروجی از سیاهچاله‌ها در این شبیه‌سازی به طرز حیرت‌آوری پیچیده است و جزئیات آن با جهان واقعی، قابل مقایسه است. مطالعه نحوۀ ادغام گاز در جهان اولیه به درک بهتر نحوه تشکیل زمین، خورشید و منظومه‌شمسی کمک می کند.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: apod

پرتاب دو ماهواره ایرانی دوستی و پیام موفقیت آمیز نبود

پرتاب دو ماهواره ایرانی دوستی و پیام موفقیت آمیز نبود

وزیر ارتباطات و فناوری اطلاعات گفت پرتاب دو ماهواره ایرانی دوستی و پیام موفقیت آمیز نبود و نتوانستند در مدار قرار بگیرند. البته برای این ماهواره‌ها نقاط مداری نداشتیم؛ چراکه نقاط مداری برای ماهواره‌های ژئو است.

محمد جواد آذری جهرمی، وزیر ارتباطات و فناوری اطلاعات عنوان کرد ما پروانه اپراتوری فضایی را واگذار و صادر کردیم. در همین رابطه مراحل تدوین اصول حاکم بر پروانه اپراتوری فضایی به پایان رسیده و فراخوانی را برای حضور بخش خصوصی صادر کردیم. همچنین برای طراحی و ساخت ماهواره‌ها برای قرار گرفتن در مدار ژئو مذاکراتی با بخش خصوص انجام داده‌ایم که این برنامه‌ها در حال اجرا است. ما قصد داریم تا ماهواره‌های ایرانی در مدار ژئو قرار بگیرد و این نقاط به نام ایران ثبت شود. آذری جهرمی افزود نقاط مداری تا دو سال به نام ایران باقی می‌ماند و ما ماهواره اولیه‌ای نیز در مدار قرار داده‌ایم و امیدواریم با اقدام‌هایی که عملی می‌شود، بتوانیم ماهواره‌های متعددی را در مدار قرار دهیم.

عدم موفقیت دو ماهواره ایرانی دوستی و پیام

آذری جهرمی در ادامه بیان کرد پرتاب دو ماهواره ایرانی دوستی و پیام موفقیت آمیز نبود و نتوانستند در مدار قرار بگیرند. هرچند مراحل ساخت و طراحی این ماهواره‌ها باعث شده است تا در توسعه دانش فضایی تجربه زیادی کسب کنیم. نقاط مداری برای ماهواره‌های ژئو و زمین آهنگ است که در ارتفاعات بالاتر قرار می‌گیرند. البته برای این ماهواره‌ها نقاط مداری نداشتیم؛ چراکه نقاط مداری برای ماهواره‌های ژئو است. طراحی و ساخت ماهواره‌های ژئو جزو برنامه‌های وزارت ارتباطات خواهد بود و این پروژه به صورت جدی در پژوهشگاه فضایی پیگیری می‌شود.

دانشمندان علت شکل دنباله‌دار ۶۷P را توضیح دادند

بیگ بنگ: بیش از دو سال پس از قطع ارتباط آژانس فضایی اروپایی با فضاپیمای روزتا، دانشمندان اطلاعاتی را دربارۀ تاریخ و تکامل دنباله‌دار ۶۷P اعلام کردند. دانشمندان با موفقیت نیروهای تنشی که دنباله‌دار ۶۷P را میلیون‌ها سال پیش تشکیل داده‌اند اندازه‌گیری کردند.

Comet Jul NavCam xبه گزارش بیگ بنگ، قبل از اینکه روزتا به سطح دنباله‌دار برخورد کند، این فضاپیما و دوربین OSIRIS آن با قدرت تفکیک بالا صدها عکس از شکل و ساختارهای این سنگ یخی ثبت کردند – یک جفت برآمدگی(لوب) ناهموار و بدشکل که با یک گردن کوچک به هم متصل شده‌اند. اخیرأ، دانشمندان از این تصاویر برای مدلسازی تنش و تحلیل‌های سه بعدی استفاده کرده‌اند.

“کریستوف ماتونتی”، محقق در دانشگاه اکس-مارسی فرانسه گفت: «شبکه‌هایی از خطاها و شکستگی‌ها را کشف کردیم که ۵۰۰ متر در زیر سطح دنباله‌دار نفوذ کرده بودند و صدها متر امتداد داشتند. این ویژگی‌ها در اثر تنش برشی ایجاد شدند – یک نیروی مکانیکی که اغلب در زمین‌لرزه‌ها یا یخچال‌های طبیعی سیاره زمین و سیارات سنگی دیگر وجود دارد، یعنی وقتی دو شی یا توده به یکدیگر فشار وارد کرده و در جهات ِ مخالف با هم حرکت می‌کنند. این پدیده خیلی هیجان‌انگیز است: اطلاعات زیادی را دربارۀ شکل دنباله‌دار، ساختار داخلی آن، و نحوه تغییر شکل و تکامل آن در طول زمان، ارائه می‌دهد.»

Stress shaped fractures and terraces on Rosetta s comet largeاین مدل جدید بیشترین سطحِ تنش برشی را درون گردن دنباله‌دار (ستون باریک که دو برآمدگی (لوب) را به یکدیگر متصل می‌کند) تحمیل کرده است. اولیور گروسین، محقق دانشگاه اکس-مارسی گفت: «به نظر می‌رسد که ماده در هر نیمکره در حال فشار، جدا شدن و تغییر شکل بخش میانی – گردن – باشد و آن را از طریق فرسایش مکانیکیِ حاصل باریک‌تر کند.» دانشمندان گمان می‌کنند که تنش برشی نتیجۀ چرخش و اختلاف در اندازه و جرم دو برآمدگی(لوب) باشد.

گروسین افزود: «گشتاور در محل برخورد گردن و «سر» ایجاد می‌شود و عناصری که به دور مرکز ثقل دنباله‌دار در حال چرخش هستند را به بیرون هدایت می‌کند.» تحلیل جدید نشان داد که تنش برشی در گردن دنباله‌دار متمرکز شده، اما در سرتاسر دنباله‌دار پخش می‌شود که نشان می‌دهد درون دنباله‌دار از یک مادۀ نسبتأ شکننده تشکیل شده است.

Measuring Comet P C Gنیک آتره، محقق دانشگاه استیرلینگ در انگلستان گفت: «هیچ‌یک از مشاهدات ما توسط فرآیندهای حرارتی قابل توضیح نیست. آنها فقط وقتی معنادار می‌شوند که فرض کنیم تنش برشی در سرتاسر دنباله‌دار به ویژه در اطراف گردن آن وجود دارد و آن را ظرف میلیاردها سال بدشکل کرده، آسیب رسانده و می‌شکند.»

ترجمه: سحر  الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: upi.com

طنین انفجار یک ستاره

بیگ بنگ: آیا می توانید ابرنواختر ۱۹۸۷ A را پیدا کنید؟ کار سختی نیست – این ابرنواختر در مرکز این تصویر در حال انبساط است. اگرچه این انفجار ستاره‌ای برای اولین‌بار در سال ۱۹۸۷ مشاهده شد، نور ناشی از آن همچنان غبار میان‌ستاره‌ای را پخش می کند و حتی اثرات تغییرش چندین سال بعد به ما خواهد رسید.

در این توالی تایم‌لپس ِ جذاب، طنین‌ نوری این ابرنواختر که بین سال‌های ۱۹۸۸ و ۱۹۹۲ توسط تلسکوپ استرالیایی آنجلو(AAT) در استرالیا ثبت شده، را مشاهده می کنید. مطالعات حلقه‌های در حال انبساط طنین نور در اطراف ابرنواخترهای دیگر، اطلاعات دقیقی در مورد مکان، تاریخ و تقارن این انفجارهای ستاره‌ای مهیب، ارائه می دهد. دیروز سی و دومین سالگرد انفجار این ستاره بود: آخرین ابرنواختر ثبت شده درون یا اطراف کهکشان راه شیری و آخرین ابرنواختری که با چشم غیرمسلح دیده شده است. گمانه زنی‌ها دربارۀ دلیل این حلقه‌ها طیف وسیعی را در بر می گیرد که از جمله آنها می توان به فواره‌های نشأت گرفته از ستاره‌های نوترونی پنهان و برهمکنش باد حاصل از ستاره منشأ با گاز آزاد شده قبل از انفجار، اشاره کرد.

SN A

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: apod

۱۰ معادله برتر فیزیک

بیگ بنگ: فیزیک علمی برای مطالعۀ جهان و قوانینش است. قوانین جهان (یا در اصل قوانین فیزیک) همگی به شکل معادله نوشته می شوند. ارتباط دادن ِ زیبایی این معادلات ِ ریاضی شاید در نگاه اول قدری عجیب و غیرضروری به نظر برسد. اما برای خیلی از فیزیکدانان، این مفهوم صرفا یکی از پیامدهای نظریات‌شان نیست، بلکه در ذات یک نظریۀ خوب جای دارد.

Screenshot PMبه گزارش بیگ بنگ، چه چیزی یک معادله را زیبا می کند؟ در اینجا باید از یک سری حقایق تجربی چشم‌پوشی کرد: اینکه معادله کارساز واقع می شود یا خیر، می تواند داده‌های آزمایشی را پیش‌بینی کند یا خیر. این مسائل اهمیت ندارند. در اینجا، مسائل شخصی و ذهنی نمایان می شوند. برای این امر باید سه معیار را در نظر گرفت: زیبایی شناختی، سادگی و معناداری. جنبه زیبایی شناختی به این مسئله می پردازد که وقتی معادله‌ای نوشته می شود، زیبا به نظر برسد. سادگی به نبود ساختارهای پیچیده در معادله گفته می شود. معناداری ِ معادله تا حدودی به جنبۀ تاریخی آن مربوط می شود؛ اینکه چه چیزی را حل می کند و در پیشرفت‌های علمی آینده به چه چیزی ختم می شود. در زیر به ۱۰ معادله برتر از دیدگاه «سَم بریند»  فیزیکدان نظری ِ دانشگاه منچستر، توجه کنید (ترتیب خاصی برای معادلات در نظر گرفته نشده است.)

پل دیراک: «یک قانون فیزیکی باید از زیباییِ ریاضیاتی برخوردار باشد.»

۱-معادله جرم- انرژی اینشتین

این معادله یکی از پیامدهای نظریه نسبیت خاص اینشتین و مشهورترین معادله در فیزیک است. این معادله بیان می کند که جرم(m) و انرژی(E) با هم برابر و هم ارز هستند. ارتباط آنها بسیار ساده است و فقط جرم قدری دستکاری می شود. این معادله در ابتدا نشان داد که حتی جرم ِ در حال حرکت دارای انرژی ذاتی است.

maxresdefault

همچنین این معادله در فیزیک ذرات و هسته‌ای نیز کاربرد دارد. بزرگترین تاثیر و شاید اتفاقی که بر ثبات آن افزود، توسعه و استفاده از بمب‌های اتمی در پایان جنگ جهانی دوم بود. این بمب‌ها بطرز وحشتناکی، استخراج مقدار عظیم انرژی از مقدار ناچیزی جرم را به نمایش گذاشتند.

۲-قانون دوم نیوتن

این معادله یکی از قدیمی‌ترین معادلات فیزیک است که در سال ۱۶۸۷ توسط آیزاک نیوتن نوشته شد و سنگ ِ بنای ریاضیات کلاسیک به شمار می رود. با این معادله، امکانِ محاسبه حرکتِ اجسامی که در معرض نیرو قرار می گیرند، فراهم می شود. نیرو(F) مساوی است با جرم(m)، ضربدر شتاب جرم(a). لذا برای آن بُرداری ترسیم می شود که از بزرگی و جهت برخوردار است.

fbfbaccaadcbقانون دوم نیوتن اولین معادله‌ای است که دانش‌آموزان فیزیک در مدرسه با آن آشنا شده و یاد می گیرند، چرا که به دانش ریاضی پایه نیاز دارد. این معادله در طیف ِ بزرگی از مسائل به کار گرفته می شود؛ از حرکت ِ اتومبیل‌ها گرفته تا گردش سیاره‌ها به دور خورشید. نظریه مکانیک کوانتومی در اوایل دهه ۱۹۰۰ میلادی بر این معادله سایه افکند و قدری آن را به چالش کشید.

۳-معادله شرودینگر

از زمانی که نیوتن اساس ِ ریاضیات کلاسیک را ارائه داد، مکانیک کوانتومی بزرگترین دستاورد در فیزیک به شمار می رود. معادله شرودینگر که اروین شرودینگر در سال ۱۹۲۶ آن را نوشت، یک معادله کوانتومی برای قانون دوم نیوتن به شمار می رود. در این معادله، دو مفهوم اصلی مکانیک کوانتومی جلوه‌گر هستند: تابع موج(ψ) و عواملی که به منظور استخراج اطلاعات در تابع موج عمل می کنند. عاملِ استفاده شده در اینجا، هامیلتونین(H) است که انرژی را استخراج می کند.

main qimg bacffceeeدو نسخه برای این معادله وجود دارد؛ بسته به اینکه آیا تابع موج به لحاظ زمان و مکان، متغیر است یا فقط در بُعد مکان عمل می کند. اگرچه مکانیک کوانتومی یک موضوع پیچیده است، اما این معادلات به قدری ارزشمند هستند که حتی بدون دانش هم میتوان بر آنها ارج نهاد.

۴-قوانین ماکسول

قوانین ماکسول، مجموعه‌ای از چهار معادله هستند که به منظور ارائه توضیحی واحد برای الکتریسیته و مغناطیس، در کنار هم قرار گرفته‌اند. فیزیکدان ِ اسکاتلندی «جیمز کلرک ماکسول» در سال ۱۸۶۲ این قوانین را اعلام کرد. البته از آن زمان به بعد، قوانینش دستخوش تغییراتی شده و به صورت بهتری بیان شده‌ است. معادله اول به جریان میدان الکتریکی(E) به چگالی بار مربوط می شود.(ρ) قانون دوم بیان می کند که میدان‌های مغناطیسی(B)، تک قطبی ندارند. در حالیکه میدان‌های الکتریکی می توانند منبعی از بار منفی یا مثبت داشته باشند؛ مثل الکترون. میدان‌های مغناطیسی همواره قطب شمال و قطب جنوب دارند و هیچ منبع شاخصی وجود ندارد. دو معادله آخر نشان می دهند که میدان مغناطیسیِ در حال تغییر، یک میدان الکتریکی به وجود می آورد و بالعکس.

indexماکسول این معادلات را در قالب معادلات موج برای میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی ترکیب کرد؛ وی به این نتیجه رسید که نور، یک موج الکترومغناطیسی است. این نتیجه‌گیری می تواند الهام‌بخش نظریه نسبیت خاص اینشتین هم باشد که می گوید سرعت نور ثابت است. صرف‌نظر از این واقعیت که این معادلات باعث درک الکتریسیته شد، پیامدشان هم به قدر کافی قابل توجه و بزرگ بوده است. چرا که پایه‌های انقلاب دیجیتال و کامپیوتری که امروزه برای انجام خیلی کارها از آن استفاده می کنید، بر این معادلات استوار است.

۵-قانون دوم ترمودینامیک

بر اساس این قانون، بی‌نظمی (آنتروپی-s) جهان ِ ما همواره در حال افزایش است. بی‌نظمی را میتوان بعنوان معیاری از اختلال تعریف کرد. قانون دوم ترمودینامیک بر افزایش بی‌نظمیِ جهان تاکید دارد. یکی از دیدگاه‌های فرعی این قانون بیان می کند که گرما فقط از اجسام ِ گرم به اجسام ِ سرد جریان یافته و منتقل می شود. این قانون کاربردهای عملی در طول انقلاب صنعتی داشته و در طراحی موتورهای بخار و گرما مورد استفاده قرار گرفته است.

second law of thermodynamics scholarship print library این قانون پیامدهای عمیقی هم برای جهان ما دارد. با این قانون می توان برای پیکان ِ زمان تعریفی ارائه نمود. کلیپی را تصور کنید که در آن لیوانی به زمین انداخته شده و میشِکند. حالت اولیه، یک لیوان است و حالت نهایی، مجموعه‌ای از تکه‌های نامنظم و در هم ریخته است. نظریه بیگ بنگ را هم میتوان با این قانون توجیه کرد؛ هر چقدر در زمان به گذشته برمیگردید، جهان گرمتر می شود و البته منظم‌تر.

۶-معادله موج

معادله موج، یک معادله مَرتبه دوم است که انتشار امواج را توصیف می کند. این معادله، تغییر انتشار موج در زمان را به تغییر انتشار در مکان ارتباط داده و ضریبی از سرعت موج(v) میباشد. در مقایسه با معادلات دیگر، چندان شگفت‌انگیز نیست، اما به نوبه خود دارای اهمیت بوده و در مواردی نظیر امواج صوتی، امواج در سیالات، مکانیک کوانتوم و نسبیت عام؛ به کار رفته است.

main qimg dfbfcfdfdبا کشف معادله شرودینگر، این معادله عملا به معادله اصلی و پایه ای مکانیک کوانتومی تبدیل شد و مشابه همان نقشی را که معادله قانون دوم نیوتن بعنوان معادله پایه ای در مکانیک کلاسیک ایفا می کند در مکانیک کوانتومی بر عهده گرفت. بنابراین می توان گفت که با کشف معادله شرودینگر، مکانیک کوانتومی ساختار ریاضی نهایی خود را در قالب مکانیک موجی پیدا کرد و فرمول بندی آن تا حد زیادی کامل شد. کشف این معادله بسیار مهم، جایزه نوبل سال ۱۹۳۳ فیزیک را برای شرودینگر به ارمغان آورد. معادله شرودینگر دیدگاه فیزیکدان ها نسبت به اتم را نیز متحول کرد و مدل اتمی بسیار کامل تری را نسبت به مدل اتمی بوهر ارائه داد؛ مدلی بنام مدل اوربیتالی که امروزه نیز همچنان صادق است.

۷-معادلات میدان اینشتین

معادلات میدان اینشتین برای اولین‌بار در سال ۱۹۱۵ در نظریه نسبیت عام برای تشریح مبانی اساسی برهمکنش‌های گرانشی ارائه شد. بر این اساس، عامل جذب اجسام سبک‌تر توسط اجرام سنگین، انحنایی است که توسط این اجرام در فضا – زمان اطرافشان به وجود می آید. این نظریه دیدگاه ِ ما دربارۀ جهان را  تغییر داد و از آن زمان به بعد با آزمایشات زیادی مورد تایید قرار گرفت. برای مثال، خمش نور در اطراف ستاره‌ها یا سیاره‌ها با این معادلات قابل توجیه است.

einstein margin equation scholarship print libraryاین فرمول در واقع ۱۰ معادلۀ دیفرانسیل جزئی را در بردارد و از نماد تانسور استفاده می کند (هر چیزی که شاخص داشته باشد یک تانسور است). سمت چپ معادله شامل تانسور اینشتین(G) است که اطلاعاتی در مورد منحنی فضا-زمان ارائه می دهد و به تانسور تنش-انرژی(T) مربوط می شود؛ این تانسور حاوی اطلاعاتی در مورد توزیع انرژی در جهان، در سمت راست معادله می باشد. عبارت ثابت کیهان‌شناسی(Λ) در معادله درج می شود و به انبساط جهان مربوط می شود، گرچه دانشمندان مطمئن نیستند که چه چیزی این انبساط را ایجاد کرده است. این نظریه درک ما از جهان را کاملأ تغییر داده و تاکنون به طور تجربی تأیید شده است. یک مثال زیبا از آن خمیدگی نور در اطراف ِ ستارگان است.

۸-اصل عدم قطعیت هایزنبرگ

اصل عدم قطعیت که در سال ۱۹۲۷ توسط ورنر هایزنبرگ معرفی شد، محدودیتی بر مکانیک کوانتومی اِعمال می کند. این اصل بیان می کند که هر چقدر درباره مومنتوم (تکانه-P) یک ذره اطمینان داشته باشید، همانقدر دربارۀ موقعیت(x) ذره بی‌خبر خواهید بود؛ این دو هرگز نمی توانند به طور دقیق شناخته شوند. یکی از سوء تفاهم‌های رایج این است که این تاثیر ناشی از مشکل در اندازه‌گیری میباشد. اما این مورد درست نیست. همچنین در سمت راست این فرمول، ثابت پلانک(h) قرار دارد که برابر با مقدار ناچیزی است.

mY GAaNCGFuYMS پیش از هر چیز، اصل عدم قطعیت نشان می دهد که رفتار گذشته یک ذره بنیادی تا زمانی که اندازه‌گیری روی آن صورت نگرفته مشخص نمی شود. طبق نظر هایزنبرگ « مسیر، تنها زمانی که ما آن را مورد مشاهده قرار می دهیم، به وجود می آید.» ما تا زمانی که موقعیت چیزی را اندازه نگیریم نمی توانیم بفمیم کجاست. همچنین او اذعان داشت که مسیر آینده یک ذره هم نمی تواند قایل پیش بینی باشد. به خاطر این عدم قطعیت‌های بزرگ و سرعت، در نتیجه آینده هم غیر قابل پیش‌بینی است.

۹-کوانتش تابش

این قانون برای اولین‌بار توسط ماکس پلانک برای حل مسئله تابش جسم سیاه ارائه شد و به نظریه کوانتوم ختم گردید. این قانون اعلام می دارد که انرژی الکترومغناطیسی فقط تا مقدار ِ معینی می تواند جذب یا منتشر شود. حالا یافته‌ها نشان می دهد که دلیل آن، تابش الکترومغناطیسی است، نَه موج پیوسته. بلکه فوتون‌های زیادی در این امر نقش دارند و انرژی فوتون(E) متناسب با فرکانس(f) است.

photoelectric calculationsدر آن زمان، این کار فقط یک ترفند ریاضی به حساب می آمد که پلانک از آن برای حل این مسئله بغرنج استفاده کرد. اما اینشتین این مفهوم را به فوتون‌ها نسبت داد و از این معادله امروزه بعنوان تولد نظریه کوانتوم یاد می شود.

۱۰-آنتروپی بولتزمن

این معادله کلیدی در مکانیک آماری توسط لودویگ بولتزمن معرفی شد. که آنتروپی (بی‌نظمی) حالت ماکرو(S) را به تعداد حالت‌های میکرو(W) نسبت می دهد. حالت میکرو(microstate) با تصریح ویژگی‌های هر ذره، سیستم را توصیف می کند. لذا حالاتی نظیر مومنتوم(تکانه) ذره و موقعیت ذره در اینجا اهمیت پیدا می کنند.

boltzmann equationحالت ماکرو به ویژگی‌های جمعی گروهی از ذرات اشاره می کند، مثل دما، حجم و فشار. نکته کلیدی این است که حالت میکروی متعددی می توانند با آن حالت ماکرو تناسب داشته باشند. پس بی نظمی با آرایش ذرات در درون سیستم (سامانه) ارتباط دارد. این معادله می تواند برای به دست آوردن معادلات ترمودینامیکی نظیر “قوانین گاز ایده آل” مورد استفاده قرار گیرد.

جایزه: نمودارهای فاینمن

نمودارهای فاینمن نمایش تصویری بسیار ساده‌ای از فعل و انفعال ذرات هستند. آنها تصویر زیبایی از فیزیک ذره‌ای را ارائه می دهند، اما آنها را دست کم نگیرید. فیزیکدانان نظری از این نموارها به عنوان ابزار کلیدی در محاسبات پیچیده استفاده می کنند. قواعدی برای رسم یک نمودار فاینمن وجود دارد. یک نمونۀ ویژه که می توان به آن اشاره کرد این است که هر ذره‌ای که به سمت عقب در زمان (یعنی به گذشته) حرکت می کند، یک پادذره است (متناظر با ذرۀ استاندارد اما مخالف با بار الکتریکی خودش).

Feynmann Diagram Gluon Radiation.svg

فاینمن جایزۀ نوبل را بخاطر کار روی الکترودینامیک کوانتومی کسب کرد و فعالیت‌های علمی زیادی انجام داد، اما شاید معروف‌ترین میراث او نمودارهایش باشد که هر دانشجوی فیزیکی نحوۀ رسم و مطالعۀ آنها را یاد می گیرد. فاینمن حتی این نمودارها را بر روی ماشینش نیز رسم کشیده بود.

BN SY bkrvph GR

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: owlcation.com

فشار پروتون برای نخستین‌بار محاسبه شد

pressure placement inside a protonبه گزارش بیگ بنگ به نقل از ایسنا، ستاره‌های نوترونی از متراکم‌ترین اجسام جهان هستند. تراکم این ستاره‌ها به قدری است که یک قاشق چای خوری از آنها می‌تواند ۱۵ برابر وزن ماه را داشته باشد. اکنون مشخص شده فشار پروتون‌ها حتی بیشتر از ستاره‌های نوترونی است. هسته پروتون فشاری را از مرکز آن به اطراف منتقل می‌کند؛ در حالی که فشار نواحی اطراف آن، به قسمت درونی وارد می‌شود. این شرایط مانند زمانی است که یک توپ بیس‌بال در حال بزرگ شدن داخل توپ فوتبالی باشد که در حال از دست دادن باد و جمع شدن است. این فشار رقابتی، به تثبیت ساختار کلی پروتون کمک می‌کند.

پژوهشگران در این پروژه موفق شدند برای نخستین بار توزیع فشار پروتون را با بررسی توزیع “کوارک‌ها”(quarks) و “گلوئون‌ها”(gluons) محاسبه کنند. کوارک‌ها، ذرات بنیادی و یکی از اجزای پایه‌ای تشکیل‌دهنده ماده هستند و گلوئون‌ها، ذره‌هایی هستند که بین کوارک‌ها مبادله می‌شوند تا آنها را به هم پیوند دهند. “فیالا شاناهان”، استاد فیزیک دانشگاه ام. آی. تی و نویسنده ارشد این پژوهش گفت: فشار، یکی از جنبه‌های بنیادین پروتون است که هنوز اطلاعات کمی درباره آن وجود دارد. اکنون ما دریافته‌ایم که کوارک‌ها و گلوئون‌های موجود در مرکز پروتون، فشار بیرونی قابل توجهی تولید می‌کنند. با این بررسی می‌توان تصویر کاملی از ساختار پروتون ارائه داد.

وی افزود: در طول ۶۰ سال گذشته، دانش کافی در مورد نقش کوارک‌ها در ساختار پروتون به دست آمده است اما ساختار گلوئون‌ها هنوز به طور کامل شناخته نشده و به خاطر دشواری محاسبه و بررسی، درک این ساختار دشوار است. این پژوهش، در مجله “Physical Review Letters” منتشر شده است.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: MIT

در جستجوی جرم گمشدۀ کیهان

بیگ بنگ: اخترشناسان تصور می کنند سرنخ تازه‌ای برای حل یکی از بزرگترین اسرار کیهان پیدا کرده‌اند: اینکه یک سوم مادۀ جهان در کجا نهفته است. این میزان مادۀ گم شده، ماده تاریک نیست؛ بلکه ماده‌ای عادی است که دانشمندان موفق به یافتن آن نشده‌اند. همین عامل باعث می شود اخترشناسان سخت به دنبال حل این معمای کیهانی باشند.

urDgrdzhBSwgUQSqFبه گزارش بیگ بنگ، تیمی از محققان به روشی دست پیدا کرده‌اند که به آنها در بررسی این ماده مفقود کمک خواهد کرد. آنان در این راستا از رصدخانه پرتو ایکس چاندرا ناسا هم بهره خواهند برد. «اورسولیا کواسچ» دانشجوی مقطع دکتری در مرکز اخترفیزیک اسمیتسونین در بیانیه‌ای خاطرنشان کرد: «اگر این جرم گمشده را پیدا کنیم، می توانیم یکی از بزرگترین معماهای اخترفیزیک را حل نمائیم. جهان این حجم از ماده که اجرامی نظیر ستاره‌ها، سیاره‌ها و ما انسان‌ها را پدید آورده را در کجا انبار کرده است؟»

کواسچ و همکارانش در صدد کاوش و بررسی یک نظریه محبوب برآمده‌اند که می گوید: این مادۀ گمشده در رشته گازهای داغی پنهان گشته که فضای میان کهکشانی را پر می کند. مطالعه این رشته گازها به هیچ وجه آسان نیست، زیرا تلسکوپ‌ها توانایی ثبت این ساختارها را ندارند. لذا محققان روش دیگری را در پیش گرفتند. آنها از مشاهدات تلسکوپ فضایی چاندرا بهره جستند که اختروشی به نام «H1821+643» را زیر نظر گرفته بود. این اختروش سیگنال پرتو ایکس قدرتمندی ایجاد می کند. اگر ماده مفقود کیهان در رشته‌های میان کهکشانی نهفته باشد، تغییر جزئی در سیگنال اختروش پدید می آورد. اخترشناسان توانستند از پرتو ِ ایکس این اختروش بعنوان یک ابزار استفاده کنند.

«آکوس بوگدان» نویسنده، محقق و اخترفیزیکدان در مرکز اخترفیزیک اسمیتسونیان گفت: روشی که ما به کار گرفتیم، اصولا شبیه به این است که حیوانات را به صورت کارآمد در بیابان‌های آفریقا جستجو کنید. می دانیم که حیوانات نیاز به نوشیدن آب دارند؛ پس منطقی است که در ابتدا به دنبال مکان‌های آبدهی بگردیم.» محققان با این روش ۱۷ رشتۀ مختلف را پیدا کردند. آنها از مشاهدات برای محاسبۀ میزان جرم موجود در این رشته‌ها استفاده کردند. بر اساس این محاسبات، در این ناحیه‌ای از کیهان، مادۀ مفقود در درون این ساختارهای رشته‌ای نهفته است. جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله Astrophysical منتشر شده است.

ترجمه: منصور نقی لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: space.com