ده مورد از عجیب ترین حقایق فیزیک، از نسبیت تا فیزیک کوانتوم

فیزیک بدون شک علمی شگفت انگیز است. ذراتی که وجود ندارند در احتمالات به حساب می آیند، و زمان متناسب با سرعت حرکت شیء تغییر می کند، در معمای گربه ی شرودینگر تا زمانی که شما درب جعبه را باز نکنید، گربه ی درون جعبه هم زنده است، هم مرده! نشریه ی تلگراف، ۱۰ پدیده عجیب از علم فیزیک را با کمک تعدادی از کاربران توئیتر و کیهان شناسی به نام «مارکوس چاون» ارائه کرده است که در این مقاله می توانید مطالعه کنید:

خورشید می توانست از موز ساخته شده باشد!
خورشید بسیار پرحرارت است زیرا وزن چند میلیارد میلیارد میلیارد تنی آن گرانش عظیمی به وجود می آورد که در نتیجه هسته ی ستاره را تحت فشاری غیرقابل تصوری گذاشته و در نتیجه فشار بالاحرارت فوق العاده تولید می کند. در صورتی که به جای گاز هیدروژن از میلیاردها میلیارد میلیارد تن موز استفاده می شد نیز همان میزان فشار و در نتیجه همان مقدار حرارت در خورشید به وجود می آمد. با این حال با افزایش حرارت، اتم ها با بخش های مختلف ساختار ستاره ای برخورد کرده و انرژی اتمی را به وجود می آورند که در اینجا تفاوت میان حضور هیدروژن و موز در ساختار خورشید آشکار خواهد شد.

تمام ماده ای که نسل بشر را به وجود آورده، در یک حبه قند جا می گیرد!
در اتم ها، ۹۹٫۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹ درصد فضا، خالی است و به همین دلیل در صورتی که تمامی اتم ها را به گونه ای به هم بفشاریم که فضای خالی میان آنها از بین برود، یک قاشق چایخوری یا حجمی برابر یک حبه قند از این ماده حدود پنج میلیارد تن وزن خواهد داشت: وزنی ۱۰ برابر مجموع وزن تمامی انسان هایی که در حال حاضر در جهان حضور دارند. این در واقع همان پدیده یی است که در ستاره های نوترونی رخ می دهد و وزن آنها را تا حد غیرقابل باوری افزایش می دهد.

آینده می تواند گذشته را تغییر دهد!
شگفتی جهان کوانتوم به اثبات رسیده است. آزمایش دو شکاف که نور را در دو حالت موج و ذره به اثبات می رساند به اندازه کافی عجیب و غیرقابل تصور است به خصوص زمانی که اعلام شود مشاهده نور می تواند آن را از موج به ذره یا برعکس تبدیل کند. اما پدیده های عجیب تر این جهان پس از آزمایش «جان ویلر» فیزیکدان در سال ۱۹۷۸ خود را نمایان کرد. آزمایش وی نشان داد مشاهده یک ذره در زمان حاضر می تواند سرنوشت ذره مشابه دیگری در گذشته را متحول سازد.

طبق آزمایش دو شکاف در صورتی که هر یک از پرتوهای نوری خارج شده از یکی از شکاف های صفحه آزمایش را مشاهده کنید، در واقع پرتو را مجبور کرده اید خصوصیات ذره ای به خود بگیرد و اگر به هدف برخورد پرتو چشم بدوزید خصوصیت موج گونه به پرتو نور بخشیده اید. اما در صورتی که پس از عبور پرتو نور از شکاف به مسیری که از آن ناشی شده است، چشم بدوزید آنگاه است که پرتو نور می تواند در هر دو حالت شکل بگیرد. به بیانی دیگر زمان حال بر گذشته پرتو نوری تاثیر گذاشته است. این آزمایش در آزمایشگاه تنها چند صد هزارم ثانیه به طول می انجامد، اما در مشاهده نورهای ناشی از ستاره های دوردست نیز صدق می کند. در واقع مشاهده اکنون ستاره های دوردست می تواند گذشته ی چند هزار یا میلیون ساله ی آنها را تغییر دهد.

تقریباً همه جهان گم شده است!
می توان به جرات گفت حدود ۱۰۰ میلیارد کهکشان در جهان هستی وجود دارد که هر یک از آنها از ۱۰ میلیون تا ۱۰ تریلیون ستاره را در خود گنجانده اند. خورشید ما در مقایسه با این ستاره ها یکی از کوچک ترین و ضعیف ترین ستاره ها به شمار می رود و حتی می توان نام کوتوله زرد رنگ را روی آن گذاشت. در واقع در جهان هستی مقادیر ترسناک و عظیمی از ماده مرئی وجود دارد که انسان تنها قادر به مشاهده دو درصد از آن است.

وجود این مقدار ماده به دلیل نیروی گرانش آنها پیش بینی می شود و ماده تاریک نیز که مقدار آن شش برابر جرم ماده مرئی تخمین زده می شود بخش نامرئی جهان را تشکیل داده است. وجود انرژی تاریک به عنوان بخشی دیگر از جهان که در واقع مابقی جهان را تشکیل داده، موضوع را پیچیده تر خواهد کرد. این نوع انرژی با انبساط سریع جهان در ارتباط است و به همراه ماده تاریک همچنان ناشناخته باقی مانده است.

نور همیشه بسیار سریع حرکت نمی کند!
سرعت نور در خلا ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه است با این حال نور همیشه در خلا حرکت نمی کند. برای مثال نور در آب با سرعتی یک سوم سرعت گفته شده حرکت می کند. در واکنش های اتمی برخی از ذرات به سرعت های بسیار بالایی دست پیدا می کنند که بخشی از سرعت نور است و در صورتی که از میان رابطی که سرعت نور را خواهد کاست عبور کنند، در واقع می توانند سریع تر از نور حرکت کنند.

چنین پدیده ای درخششی آبی رنگ از خود به وجود می آورد که به «تابش چرنکوف» شهرت دارد و با بمب های صوتی قابل مقایسه است. کمترین سرعتی که تاکنون برای نور به ثبت رسیده است ۱۷ متر بر ثانیه بوده که به واسطه عبور از میان روبیدیوم منجمد با حرارتی برابر صفر مطلق ایجاد شده است. این ماده در این حرارت در حالتی به نام چگالش بوز- اینشتین قرار دارد.

سیاهچاله ها سیاه نیستند
به طور حتم سیاهچاله ها بسیار تاریکند اما سیاه نیستند، زیرا این پدیده ها درخشان بوده و به آرامی نور خود را در تمامی طیف های نوری از جمله نور مرئی به اطراف منتشر می کنند. این تشعشعات که «تابش هاوکینگ» نام دارد، جرم سیاهچاله ها را به تدریج کاهش داده و با از دست دادن منبع جرم سیاهچاله ها تبخیر و در نتیجه باعث تابش می شود.(البته تاکنون هیچ تابش هاوکینگی از سیاهچاله ها مشاهده نشده، به ماده ی درخشانی که با فشار از سیاهچاله به بیرون پرتاب می شود، تابش پرتو ایکس سیاهچاله می گویند و ارتباطی به تابش هاوکینگ ندارد) سیاهچاله های کوچک در مقایسه با جرم شان و نسبت به سیاهچاله های بزرگ تر با سرعتی بالاتر از خود نور منتشر می کنند و بر همین اساس در صورتی که برخورددهنده بزرگ هادرون براساس برخی نظریه ها از خود میکروسیاهچاله هایی تولید کند، آنها به سرعت تبخیر خواهند شد و دانشمندان پس از آن قادر خواهند بود بقایای تابش های آنها را مشاهده کنند.

تعداد نامحدودی نویسنده مطلب را نوشته و تعداد نامحدودی خواننده آن را می خوانند
براساس مدل های استاندارد کیهان شناسی جهان مرئی با تمامی میلیاردها کهکشان و تریلیون تریلیون ستاره هایش تنها یکی از بی نهایت جهان هایی است که مانند حباب های صابون در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. به دلیل بی نهایت بودن آنها می توان هر تاریخچه ممکنی را برایشان در نظر گرفت. اما تعداد تاریخچه های ممکن برای این جهان ها متناهی است زیرا تعداد محدودی پدیده و تعداد محدودی نتیجه در بر داشته اند.

تعداد این پدیده ها بسیار زیاد اما متناهی است، پس همین پدیده عینی و کنونی که نویسنده این مطلب نوشته و شما آن را می خوانید، باید بی نهایت بار در زمان رخ داده باشد. شگفت انگیزتر از آن این است که بدانیم نزدیک ترین همتای ما در چه فاصله یی از ما قرار گرفته است. این فاصله عددی برابر ۱۰ به توان ۱۰ به توان ۲۸ متر تخمین زده شده که در صورت علاقه مندی به محاسبه آن می توانید از عدد یک و ۱۰ میلیارد میلیارد میلیارد صفر در برابر آن استفاده کنید.

توصیف بنیادین کیهان؛ گذشته، حال و آینده را توضیح نمی دهد!
براساس نظریه نسبیت خاص چیزی به نام اکنون، گذشته یا آینده وجود ندارد و قالب های زمانی به یکدیگر وابسته اند زیرا همه هستی در سرعتی برابر در حرکت است. در صورتی که انسان با سرعتی کاملاً متفاوت در حرکت بود شاهد پیر شدن زود هنگام یکی از نزدیکان یا دیر پیر شدن وی نسبت به دیگران می بود.

ذره می تواند به صورت آنی روی ذره ای در آن طرف جهان تاثیر بگذارد!
زمانی که یک الکترون با همتای پادماده خود یا پوزیترون روبرو می شود، هر دو در درخشش کوچکی از انرژی خنثی شده و دو فوتون از این برخورد متولد می شود. ذرات زیراتمی مانند فوتون ها یا کوارک ها یک ویژگی به نام اسپین دارند که به مفهوم چرخش است. این ذرات در واقع حرکت چرخشی ندارند، اما به گونه ای رفتار می کنند که انگار در حال چرخشند. جهت اسپین فوتون ها در زمان تولد در برابر یکدیگر است و در نتیجه خنثی می شوند.

با توجه به رفتارهای غیرقابل پیش بینی ذرات کوانتومی، گفتن اینکه کدام فوتون در مسیر چپ گرد و کدام یک در مسیر راست گرد حرکت خواهد داشت، غیرممکن است و در واقع تا زمانی که یکی از آنها مشاهده نشود، هر دو در هر دو جهت حرکت خواهند داشت اما به محض اینکه یکی از آنها مشاهده شود جهت راست یا چپ گرد را به خود گرفته و به هر جهتی که حرکت کند، همتایش در مسیر متضاد آن حرکت خواهد کرد. این واقعیتی است که فارغ از فاصله دو ذره ی درهم تنیده بطور آنی این تاثیر متقابل را از هم می گیرند و در آزمایش های زیادی نیز به اثبات رسیده است.[شگفتی های دنیای کوانتوم: درهم تنیدگی کوانتومی]

هرچه سریع تر حرکت کنید سنگین تر می شوید
در صورتی که بسیار سریع بدوید به صورت لحظه ای و نه دائم، سنگین وزن خواهید شد. سرعت نور مرز سرعت در جهان است، در این صورت زمانی که جسمی با سرعتی نزدیک به نور در حرکت است و شما به آن نیرویی وارد کنید، به سرعت آن نخواهید افزود بلکه تنها به آن انرژی اضافی وارد کرده اید که این انرژی باید در جایی قرار بگیرد. بهترین مکان برای قرارگیری این انرژی جرم جسم است. براساس قانون نسبیت جرم و انرژی با یکدیگر برابرند پس هر چه انرژی وارد شده بیشتر باشد، جرم افزایش پیدا خواهد کرد. البته این افزایش وزن در انسان قابل چشم پوشی بوده و در عین حال غیرقابل انکار است.

منبع: بیگ بنگ