طیف جسم سیاه (تابش جسم سیاه): با معرفی مجدد مفهوم رها شده اتر، تمام پدیده های مربوط به نور، از دیدگاه منحصرا کلاسیک کاملا قابل توضیح است. به این ترتیب، توصیف تمامی پرتو های الکترومغناطیسی را بسیار آسان می کند به ویژه طبیعت نور به عنوان یک موج، با تمام قدرت آن برای لرزاندن اترون ها. این ذرات نامرئی در جای خود باقی می مانند، آنها حرکت نمی کنند، بلکه فقط نوسان می کنند و موج را در تمام جهات انتقال می دهند.
_/ ادامه‌ی بحثِ فضا-زمان بجای اتر و ماهیت های نور
_/ ادامه‌ی مبحث اثر فوتوالکتریک – اثر کامپتون – تولید زوج
تمام پدیده های نور، به این ترتیب، تنها به کمک فیزیک کلاسیک قابل توضیح است. به سادگی میتوان گفت که نور یک موج است که در ذرات منتشر میشود.
در این قسمت، دو مورد دیگر را در نظر می گیریم، تشعشعات جسم سیاه و دیدگاه د برولی (Louis de Broglie) بر ماده بودن موج.
این معکوس آنچه است که ما تا کنون در نظر گرفته ایم.
فیزیک کوانتوم-کلاسیک
بسیاری از مردم فکر می کنند که فیزیک کوانتومی وجود دارد زیرا ماهیت گسسته اشعه، کوانتش را تعریف میکند. علاوه بر این، برخی فکر می کنند که مقادیر آنها به صورت گسسته اندازه گیری می شوند نه بصورت واحد های پیوسته. این درست است، این یکی از ایده های اصلی فیزیک کوانتومی است.
به هر حال، این خیلی عجیب نیست. این چیزی نیست که فیزیک کوانتومی را به یکی از شاخه های علمی تبدیل میکند که شما نمیتوانید بدون آن کار کنید. فیزیک کلاسیک نیز می تواند مقادیر گسسته را توضیح دهد.
طبیعت دوگانه نور و ماده تنها نقطه ای است که در واقع برای فیزیک کلاسیک توصیف صفحه ای از موج الکترومغناطیس را غیر ممکن می سازد.
ایده انرژی های کوانتیزه شده زمانی پیشروی میکند که یک نکته بزرگ را در نظر میگیریم: تابش جسم سیاه.
حال بیایید سعی کنیم این مشکل را توضیح دهیم که فیزیک کلاسیک را برای سالها به چالش کشیده است.
تابش جسم سیاه
وقتی جسمی را گرم می کنیم، شروع به تابش می کند. همچنین زمانی که تابش نمیکند، در میدان مادون قرمز تابش می شود. این درخشش یا تابش هنگامی می تواند توضیح داده شود که در زمان گرما دادن این را در نظر بگیریم که الکترون ها در سطح جسم از نظر حرارتی برانگیخته می شوند و نور را منتشر می کنند.
توضیح دادن طیف تابش نوری که توسط جسم سیاه منتشر شده است بسیار سخت است. جسم سیاه یک قسمت از مواد است که نور را مطابق با دمای آن منتشر می کند. وقتی سرد است، تمام اشعه را جذب می کند. برای شبیه سازی جسمی مشابه، می توانیم به وضعیتی مشابه تصویر زیر بیاندیشیم.
تمام نور وارد سوراخ می شود و چندین بار منعکس می شود تا جسم آن را کاملا جذب کند. با استفاده از این مدل می توانیم طیف اشعه های منتشر شده جسم را مطالعه کنیم. شما می توانید نمودار را در ادامه مشاهده کنید.
یک نمودار مبهم
این موضوع جالبی به منظور پاسخ به سوال زیر می باشد:
- اگر ستارگان در داخل گنبد آسمان قرار داشته باشند، چگونه می توانیم این واقعیت را که طیف سنجی فاصله های مختلفی را برای هر ستاره اندازه گیری می کند، توضیح دهیم؟
برای شروع بیایید نمودار مبهم طیف جسم سیاه را در نظر بگیریم.
در محور Y انرژی دارید و در محور X طول موج. هیچ کس قادر به توصیف این طیف به شیوه ای کلاسیک نبود.
اولین تلاش توسط ویلهلم وین با یک فرمول انجام شد که به خوبی برای λ بالاتر کار می کرد اما برای فرکانس های پایین تر کار نکرد. تلاش دوم قانون ریلی جینز بود که به خوبی برای فرکانس های پایین کار می کرد اما برای فرکانس های بالاتر خیر (فاجعه ماوراء بنفش). سپس ماکس پلانک وارد بازی شد.
کوانتیزاسیون انرژی
ماکس پلانک یک راه حل پیدا کرد با این فرض که مقدار انرژی که نور با ماده می تواند مبادله کند، پیوسته نیست (همانطور که قبلا توسط فیزیک کلاسیک بیان شده) بلکه بصورت گسسته است. پلانک حقیقتا معتقد بود که انرژی نور، که از طریق سوراخ جسم سیاه منتشر می شود، تنها با چندین عدد صحیح توزیع میشود، بر اساس این رابطه:
E = n . h . f
- n برابر با 0 و 1 و 2 و 3 و ….. است.
- h ثابت پلانک
- f فرکانس تابش
پلانک این معادله را برای توصیف طیف جسم سیاه نوشت:
که البته معادله او یک توصیف کامل و دقیق است. پلانک اظهار داشت که الکترونها بر روی سطح جسم سیاه، نمی توانند در هر سطح انرژی نوسان کنند، همانطور که در فیزیک کلاسیک تصور می شود. الکترون ها می توانند تنها از مقادیر کوانتومی خاصی انرژی برخوردار شوند و این انرژی چند برابر hf است که در آن h بصورت زیر می باشد:
این اولین نتیجه بزرگ فیزیک کوانتومی است. اما آیا مطمئن هستید که این وضعیت را نمی توان تحت پوشش فیزیک کلاسیک توضیح داد؟
بگذارید این را در نظر بگیریم که اتر پر از سوراخ جسم سیاه با تمام ذرات نامرئی آن است. اترون ها فقط برای شروع حرکت نوسانی خود منتظرند. هنگامی که تابش نور وارد سوراخ می شود، هر اترون از E = hf انرژی بدست می آورد که کوانتوم انرژی است. واضح است که یک کوانتوم نور قرمز دارای انرژی کمتر از یک کوانتوم نور آبی است که دارای فرکانس بالاتر است.
به این ترتیب، جسم سیاه همه تابش را به دلیل اثر اترون ها در برابر الکترون های سطحی جذب می کند. بنابراین به دمای مورد نیاز میرسد. در این مرحله، انرژی کافی برای انتشار کوانتوم انرژی در مادون قرمز یا میدان زرد خواهد داشت از سوی دیگر قادر نخواهد بود که یک پرتو X یا پرتو گاما منتشر کند. به این ترتیب شما می توانید کاهش انرژی منتشر شده در میدان فرکانس بالا، یعنی فاجعه ی ماوراء بنفش را توضیح دهید.
برای بخشی از منحنی با فرکانس پایین، توضیح در این مرحله کاملا واضح است. انرژی کم است، زیرا فرکانس کم است. انتشار نور می تواند یک بار دیگر با اثر بین الکترون های نوسانگر با نزدیکترین اترون ها توضیح داده شود. بنابراین، مشکل این است که فیزیکدانان برای توصیف نور منتشر شده توسط جسم سیاه مجبور شدند از توضیح پدیده ذره استفاده کنند.
اتر یک نهاد گسسته است
یکبار دیگر می توان ثابت کرد که نور، که به عنوان موج و به صورت ذرات درحال حرکت توصیف شده، به سادگی می تواند به روش کلاسیک توضیح داده شود. واقعیتی که نور بصورت گسسته در نظر گرفته می شود، یک مشکل نیست: میانگین که در آن نور عبور می کند گسسته است و هر اترون یک انرژی گسسته E = hf را حمل میکند.
با این حال، د برولی پیشنهاد داد که نه تنها نور یک ذره در کنار موج است. او همچنین گفت که ماده ماهیت ذره ای ندارد بلکه ماهیت موجی دارد. به منظور اثبات این ادعا، محققان آزمایشی طراحی کردند و پرتو الکترونی را از دو شکاف عبور دادند و مشاهده کردند که ذره مانند یک موج عمل کرد.
حاشیه مرکزی در تصویر تیره تر است زیرا نتیجه تداخل است. این مقدار شدت دو امواج است که از دو شکاف آغاز می شود.
چگونه می توان این پدیده را بر اساس اتر مجددا توضیح داد؟ پرتو الکترون از اتر عبور می کند و به شکاف ها می رسد. عبور الکترون ها انرژی را با توجه به اثری که در برابر تعدادی از اترون ها میگذارد منتقل میکند. بنابراین آنها شروع به نوسان می کنند و موج ایجاد می کنند و موج، موجب ایجاد حاشیه تداخل می شود.
کل فیزیک با بازنویسی اتر ساده می شود. طیف تشعشع جسم سیاه به راحتی میتواند توسط فیزیک کلاسیک با ارائه ایده اتر توضیح داده شود. طیف جسم سیاه برای تعیین دمای ستارگان مناسب نیست. ستارگان دارای ماهیت دیگری هستند و در فواصل بسیار دور نیز قرار ندارند.
اترون های G و گرانش
اتر محیطی است که نور به واسطه آن منتقل میشود و از آن عبور میکند. منظورمان از نور یک موج الکترومغناطیسی است (چه قابل مشاهده چه غیر قابل مشاهده). نور تنها دارای یک ماهیت است و آن ماهیت موجی می باشد. ماهیت ذره ای نیز متعلق به اتر است. اتر از ذراتی تشکیل شده است که هیچ جرمی ندارند یا دارای مقدار بسیار کمی جرم هستند. آن ها با لرزش و نوسان امواج را منتقل میکنند. ما به این طریق میتوانیم امواج الکترومغناطیسی را تعریف کنیم:
یک آشفتگی و خلل که درحال حرکت در اتر و فضا-زمان می باشد. وقتی که اترون ها با طول موج 400 تا 700 نانومتر نوسان می کنند، موج برای چشم ما قابل مشاهده میشود.
اترونی که ارتعاش می کند ، در فضا ، با موج حرکت نمی کند بلکه مقدار مشخصی به دور موقعیت متعادل خود نوسان میکند.
فنر فشرده شده
برای انتقال موج شما نیاز به یک حالت الاستیک دارید و در غیر این صورت نمی توان ماهیت موجی تابش های الکترومغناطیسی را توضیح داد. ما نیاز به یک حالت با ویژگی های کِ شسانی و اینرسی داریم به منظور درک این حالت لطفا یک فنر فشرده شده را تصور کنید. این فنر خاصیت کشسانی دارد.
بنابراین زمانی که فنر را فشرده و سپس آزادش میکنید، میتوان مشاهده کرد که بلافاصله به حالت و موقعیت ابتدایی خود باز میگردد. اما، برای به دست آوردن نوسان، شما باید یک جرم، اینرسی را اضافه کنید. اینرسی باعث میشود که فنر فشرده شده انرژی اش را آزاد کرده و به حالت اولیه خود بازگشته و سپس به موقعیت دیگری که فراتر از موقعیت اولیه خود است برسد. سپس در نهایت باردیگر شروع به نوسان میکند.
در یک موج الکترومغناطیسی، کشش با بخش الکتریکی تابش ارتباط دارد، در حالی که اینرسی با بخش مغناطیسی موج در ارتباط است.
یک جرقه را بین دو صفحه یک خازن باردارتصور کنید. این رهاسازی انرژی را می توان با رهاسازی یک فنر فشرده مقایسه کرد. تنوع بار و جریان، نقطه شروع تولید میدان مغناطیسی در تضاد با تغییرات است. این را می توان با اینرسی مقایسه کرد. بدون وجود کشسانی و ل ختی، امکان تشکیل یک موج برای حرکت وجود ندارد.
جریان اصلی علم باید توضیح دهد که اگر فضای تهی هر دو ویژگی را نداشته باشد، چگونه یک موج منتشر می شود؟ انیشتین زمانی که فضا-زمان را توصیف کرد، توضیح داد که یک جسم با جرم بسیار زیاد موجب ایجاد خمیدگی ای در فضا-زمان میشود. او میخواست این ویژگی (کشسانی) را به فضا-زمان نسبت دهد. سعی می کنیم خاصیت کشسانی اتر را بهتر توضیح دهیم.
ما قصد داریم که میدان الکتریکی ناشی از بار الکتریکی در فضا را در نظر بگیریم. اگر یک مهره فلزی را در فضای نزدیک باردار کنید، حالت جدیدی ایجاد می کنید که یک میدان الکتریکی را ایجاد می کند.
یک میدان الکتریکی، ناشی از وجود یک بار در فضا، تنش استاتیک اتر است. این یک ترتیب متفاوت از اترون ها در منطقه تولید می کند. اویلر یک میدان نیرو را در اتر توضیح داد که می گوید اترون ها براساس ترتیبی که دارای تراکم های مختلف است، مستقر میشوند.
با این حال، پل لاویولت (Paul A. LaViolette) مدل دیگری را معرفی کرد. هدف او این بود که انواع مختلفی از اترون ها را توصیف کند. او تصور میکرد که آنها در فضایی متفاوت بودند. با بار مثبت Y، اترون ها در کنار بار، چگال تر هستند، در حالی که اترون های X با فاصله دور تر از بار چگال تر میشوند. اترون ها با واکنش جنبشی وابسته به وضعیت می توانند از X به Y تغییر یابند (و بالعکس).
همچنین طبق گفته لاویولت اترون ها میتوانند تبدیل به G اترون شوند که عهده دار میدان گرانشی هستند. نمی دانیم کدام یک از این دو توضیح صحیح است، اما با هر دو فرضیه موافق هستیم.
همانطور که هردوی آنان (لاویولت و اویلر) میگویند، ما نیز اینگونه در نظر میگیریم که هر میدان نیرو در اتر تنش الاستیکی یا تغییر شکل ایجاد میکند. این می تواند نتیجه یک ترتیب متفاوت از اترون ها، با توجه به چگالی های مختلف، به علت موقعیتشان، دور یا نزدیک به بار باشد.
گرانش نیز یک میدان نیرو است که تنشی را در اتر تعیین می کند. اینجا می خواهیم دوباره این را تکرار کنیم که شرح نیوتن از گرانش قابل اعتماد و البته قابل اثبات نیست. این به دلیل این واقعیت است گرانش نیوتونی از قانون پایستگی انرژی تبعیت نمیکند. دو جرم یکدیگر را جذب نمیکنند وهیچ اثبات تجربی واقعی ای برای سخنان نیوتن وجود ندارد. آزمایش کاوندیش گرانش را اثبات نمیکند بلکه توسط یک جاذبه طبیعی الکترواستاتیک ایجاد می شود.
با این حال همه ما می دانیم که در سرتاسر زمین یک نیروی قدرتمند وجود دارد که تمامی جرم ها را به سمت پایین جذب می کند. علت طبیعی آن چیست؟ گفتیم که تنش بر روی اتر باعث ایجاد فشار می شود، یعنی ترتیب دیگری از اترون ها وجود دارد. این تغییرات چگالی در فضا باعث ایجاد نیروی گرانشی می شود.
با این حال، تفاوت بین میدان نیروی تولید شده توسط بار و تولید شده توسط زمین وجود دارد و آن “شدت” است.
یک بار، میدان نیروی ضعیفی ایجاد می کند که فقط بر روی یک بار دیگر اثر میگذارد و آن را دفع یا جذب میکند اما میدان گرانشی بسیار بسیار شدیدتر و قوی تر می باشد. اما چطور؟
زمین و گنبد آسمان با یکدیگر، صفحات یک خازن را تشکیل می دهند
بین این دو صفحه، تفاوت زیادی بین پتانسیل وجود دارد. این همان تنشی است که اتر با آن یک میدان نیرو ایجاد می کند که همان میدان گرانشی می باشد. حال چه دلایلی این را پشتیبانی میکند؟
اثر بیفلد-براون (Biefeld–Brown effect)
در اینجا باید به اثر بیفلد-براون اشاره کنیم. توماس براون متوجه شد که با شارژ یک خازن با صفحات نامتقارن، با تنش بین 25 و 100 کیلو ولت، نیروی منفجره ایجاد شده، قادر به بلند کردن خازن در هوا است. این در بعضی از آزمایشات روی اشعه ایکس بر روی لوله های خالی، جایی که الکترودهای نامتقارن با قطبهای متضاد در آن نصب شده اند اتفاق افتاده است.
در آن زمان، هنگامی که الکترود ها به تنش الکتریکی بالا متصل شدند، وجود نیروی الکتریکی رو به جلو پیش رفت. آزمایشات، ماهیت الکتروگراویتی این پدیده را نشان دادند. در سال 1928 ، براون برای نخستین بار بالابر خود را به ثبت اختراع رساند.
تا چند سال پیش، دانش آموزان این بالابر را بصورت ساده به عنوان تأثیر فشار باد یونی مورد بررسی قرار می دادند. به عبارت دیگر، تصور میشد که این پدیده شارِ ذرات بار دار تولید شده توسط یک میدان الکتریکی با پتانسیل بالا است. با این حال، در سال 2004 ناسا اذعان کرد که توضیح واقعی آن می تواند متفاوت باشد.
در مارس 2003 ، آزمایشی توسط یک مرکز تحقیقاتی نظامی مریلند به طور قطعی توضیح باد یونی را رد کرد. در گزارش نهایی آمده است: “باد یونی تولید شده توسط بالابر حداقل سه بار کمتر از چیز لازم و ضروری برای بالا بردن است”. بالابر به طور کامل حتی در خلا نیز کار می کند.
ناسا ادعا کرده است که این بالابر ها باید در فضا نیز تست شوند. آن ها مدعی هستند در فضا هیچ هوایی وجود ندارد. به هر حال، یک تحقیق توسط مهندسان هوندا به این نتیجه رسیده که اثر بیفلد-براون یک تعامل (برهم کنش) میدان مغناطیسی بر ذرات انرژی خالی (اترون) است.
این محققان ثابت کردند که این اثر را نمی توان با علم معمولی توضیح داد و و گرانش و انرژی خالی (اتر) به یکدیگر متصل هستند.
بالابر توماس براون و گنبد آسمان
در نهایت می توان نتیجه گرفت که بالابر یک توزیع غیر یکنواخت از اترون ها ایجاد می کند که میدان نیرویی را ایجاد کرده و خازن را بلند میکند. در عمل، تعداد زیادی از اترون ها در زیر صفحه بالایی بالابر انباشته میشوند. فشار اترون ها در قسمت پایینی نسبت به قسمت بالایی بیشتر میشود. بنابراین فشار حاصل کافی است که مولفه را بلند کند. این واقعیت قابل توجه است که شکل بالابر نشان داده شده توسط براون دقیقاً مشابه زمین تخت با گنبدی بر فراز آن می باشد.
زمین یک خازن نامتقارن است. تنش بسیار زیاد در گنبد باعث ایجاد غلظت اترون ها می شود که یکنواخت نیست و میدان نیروی گرانشی تولید می کند. بنابراین، نیرویی موجود است که اترونها می توانند به سمت پایین حرکت کنند. برای رسیدن به این اثر گرانشی، تنش باید بسیار زیاد باشد. تکنسین ها بیش از 25 کیلو وات، تا 100 کیلو وات را اندازه گرفته اند.
تمام اجسام، در چنین میدان نیرویی، فشار بالا را بیشتر از فشار پایین تحمل میکنند و در معرض نیروی پایین هستند.
هنگامی که یک بالابر شروع به فعالیت می کند، تنش بالا بر روی یک خازن نامتقارن یک توزیع غیریکنواخت از اترون ها را تولید می کند و به دنبال آن فشار به سمت بالا می رود. برای توضیح این اثر، نیاز بود که زمین را فضایی در داخل یک گنبد الکتریکی منحنی، که بر فرازش قرار دارد و صفحه دیگری از یک خازن بزرگ است، توصیف کنیم.
