فضاي مشبك ، الكتروگراويتي
و نيروهاي پيشران و اسپين در
فضا
مقدمه :
قبل از هر چيز از دوست عزيزم جناب آرمين
خان متشكرم كه اين پديده فيزيكي را به من معرفي و نكات مهمي را به من يادآوري نمودند
.
چكيده :
هنگامي كه خازني با الكترودهاي نامتقارن با
ولتاژ بسيار بالا شارژ شود ، يك نيروي پيشران غير عادي به سمت الكترود
كوچكتر ظاهر ميشود . اين پديده كه به اثر بيفلد - براون مشهور است اساس كار بسياري
از پرندههاي امروزي
را تشكيل ميدهد . بهترين ركورد منتشر شده براي پرواز اين نوع پرندهها 2.4 متر
از [سطح زمين] اعلام شده است . با اين حال هنوز توجيه فيزيكي قابل
قبولي براي اين اثر شناخته نشده است .
جهت كسب اطلاعات بيشتر فايل
PDF زير را به دقت مطالعه فرماييد .
اينك
در اين قسمت سعي ميكنيم كه اين پديده شگفت انگيز و همچنين اسپين ذرات
باردار در فضا را توجيه كنيم :
همانطور كه ميدانيم اولين نيرو و يا انرژي مهار شده توسط بشر، انرژي و نيروي باد بود كه بوسيله بادبانها جهت پيش راندن كشتيها استفاده شد .
نكته جالب توجه اينكه لازم نبود كه حتما مسير حركت كشتي در امتداد مسير
وزش باد قرار ميگرفت ، بلكه اين دو ميتوانستند زاويهاي مابين
0 الي 90
درجه داشته باشند . ملوانان با مشاهده تغيير جهت وزش باد ، زاويه بادبانها را
تغيير داده و به مسير خود ادامه ميدادند و اگر اين زاويه بيشتر از 90
درجه و يا مخالف جهت حركت كشتي ميشد ، آنها مجبور بودند بادبانها را پايين كشيده و منتظر تغيير
جهت وزش باد بمانند ، حتي اگر اين وضعيت روزها و ماهها
به طول ميكشيد ، به هر حال چارهاي نداشتند جز صبر و انتظار .
در رسم فوق خطوط و فلش سبز رنگ مسير وزش باد ، پاره خط قرمز رنگ
زاويه بادبان و همچنين خطوط و فلش آبي رنگ مسير و جهت حركت كشتي را
نشان ميدهد . به اين نيرو ، نيروي پيشران كشتي در آب گفته ميشود . با
توجه به اين مسئله ميتوانيم پديده الكتروگراويتي و اسپين ذرات باردار
را توجيه كنيم .
ما ميتوانيم چنين تصور كنيم كه فضا ساختار مشبكي دارد كه از
مكعبهاي بسيار كوچكي تشكيل شده است كه هندسه آن كاملا اقليدسي ميباشد
، به اشكال زير توجه نماييد :
همانطور كه مشخص است خطوط به موازات محورهاي x ,
y , z در فضا امتداد يافته و فضاي مشبكي را تشكيل ميدهند
. اينك اگر در فضا يك ميدان الكتريكي يكنواخت برقرار شود همانند شكل
زير :
هيچ برهمكنشي مابين اين ميدان الكتريكي و فضاي مشبك بوجود نميآيد .
اما اگر در فضا يك ميدان الكتريكي غير يكنواخت با چگالي متفاوت پديدار
شود همانند اشكال زير :
اين ميدان با فضاي مشبك برهمكنش داشته و يك نيروي پيشران به طرف
تراكم ميدان الكتريكي با چگالي بالا پديدار ميشود ، يعنيشكل زير :
خطوط سياه رنگ بيانگر خطوط فضاي مشبك و خطوط آبي رنگ بيانگر خطوط
ميدان الكتريكي ميباشد .
اينك وضعيت يك ذره يا گوي باردار در فضاي مشبك را برسي
ميكنيم :
همانطور كه مشخص است با نزديك شدن به مركز گوي يا ذره باردار به
ميزان تراكم ( چگالي ) ميدان الكتريكي افزوده ميشود ،
چون محیط کره کوچکتر میشود به طور مثال دایره فرضی قرمز رنگ نقش
الکترود کوچکتر را دارد و همچنین دایره آبی رنگ نقش الکترود بزرگتر را
بازی می کند . پس نيروي پيشراني
از محيط پيرامون به طرف مركز جرم ( گرانيگاه ، مركز ثقل ) وارد ميشود كه برآيند اين نيروها در
كل صفر ميشود و ذره يا گوي در فضا بدون حركت ميماند ، ولي تراكم يا چگالي
ميدان الكتريكي در مركز اين ذره يا گوي بشدت افزايش مييابد و ميبايست
خنثي شود تا ذره يا گوي به پايداري الكتريكي برسد . براي اين منظور ذره و يا گوي
چارهاي ندارد جز دوران يا چرخش حول مركز خود تا ميدان الكتريكي آن از حالت
خطي به اسپيرال لگاريتمي و يا دايرهاي و بسته تغيير شكل دهد ، يعني اشكال
زير :
مشاهدات ما اين پديده را ثابت مي كند . به طور مثال زماني كه آب
درون ظرف شويي به علت نيروي جاذبه براي خروج و دفع پس آب به طرف سيفون
حركت مي كند ، با چرخش به صورت گردابي كوچك در مي آيد كه همان شكل
مارپيچ فيبوناچي را دارد . ميدان الكتريكي به خود ذره حامل آن نيز نيرو
وارد مي كند كه اصطلاحا به اين حالت ( دوران ، چرخش يا سرعت زاويهاي ) ذره باردار
، اسپين گفته ميشود . اين سرعت زاويهاي ميبايست نيروي پيشران در فضا را
نيز خنثي كند .
اينك ما
اين وضعيت را براي ذره بارداري همچون الكترون برسي ميكنيم :
ابتدا بايد بدانيم كه انرژي جنبشي دوراني
چيست ؟
جسم صلبي را در نظر بگيريد كه با
سرعت زاويهاي ω حول محوري كه نسبت به يك چهارچوب لخت خاص ثابت است
، میچرخد . هر ذره اين جسم در حال دوران ، مقدار معيني انرژي جنبشي دارد
. چون تعداد اين ذرات در جسم صلب زياد است ، لذا كميتي به نام لختي
دوراني تعريف میشود . لختي دوراني به صورت مجموع جملاتي تعريف ميشود
كه هر جمله با حاصل ضرب
جرم يك ذره از جسم صلب در مجذور فاصله عمودي ذره از محور دوران
برابر است . بنابراين انرژي جنبشي دوراني جسم صلب كه بخاطر دوران حاصل
میشود ، برابر است با نصف حاصل ضرب لختي دوراني جسم صلب در مجذور سرعت
زاويهاي . در حقيقت انرژي جنبشي دوراني الكترون ، حاصل نيروي پيشران
وارد بر الكترون است ، يعني همان نيروي الكتروگراويتي وارد بر الكترون .
k=½Iω²
كه k انرژي جنبشي
دوراني ، I ممان اينرسي جسم دوار و ω سرعت زاويهاي
ايندوران است . براي درك اين انرژي يا نيرو فرض
ميكنيم كه ميدان الكتريكي پيرامون الكترون ، تقارن خود را براي مدتي از دست داده و
تمام انرژي جنبشي دوراني آن تبديل به انرژي جنبشي انتقالي شود كه در
اين وضعيت الكترون شتاب گرفته و سرعت آن اينچنين بدست ميآيد :
Kω
انرژي جنبشي دوراني الكترون ،
I لختي دورانييا ممان اينرسي الكترون ،
ω
سرعت زاويهاي الكترون ،
Kv انرژي جنبشي انتقالي الكترون ، m جرم الكترون معادل 9.109534X10-31
كيلو گرم و
v سرعت خطي ( انتقالي ) الكترون ميباشد .
بشقاب پرندهها توان توليد ميدان الكتريكي بسيار قوي ، پيرامون خود
را دارند كه با تغيير در چگالي آن ميتوانند به نيروي بسيار زيادي از
نوع الكتروگراويتي دست يابند كه اين نيرو ميتواند بيوزني و شتاب بسيار
زيادي به آنها بدهد .
اینك میتوانیم توجیهی برای حركت وضعی سیارات
و .... ارایه كنیم :
همانطور كه میدانیم شدت میدان گرانشی یا همان g
با جرم سیاره رابطه مستقیم ولی با مجذور فاصله رابطه عكس دارد
یعنی :
پس میتوان نتیجه گرفت كه میدان گرانشی هم میتواند مثل میدان
الكتریكی رفتار كرده و به مركز جرم سیاره نیرو وارد
كند و این نیروی
وارده با جرم سیاره رابطه مستقیم ولی با مجذور شعاع سیاره رابطه عكس
خواهد داشت و ثابت تناسب یك ثابت جدید به نام ثابت حركت وضعی سیاره
(S) خواهد بود یعنی :
اینك سعی می كنیم كه مقدار این ثابت جدید را اندازه گیری
كنیم . جدول زیر رقم بدست آمده برای سیارات منظومه شمسی را نشان می دهد :
مقدار بدست آمده برای ثابت
S
نام سیاره و یا قمر
پلوتو
زهره
ماه
عطارد
مریخ
زمین
اورانوس
نپتون
زحل
مشتری
همانطور كه مشخص است مقادیر فوق متغیر است و نمی
توان از آنها به عنوان یك ثابت در فرمول فوق استفاده كرد ولی آنچكه
مسلم است اینكه متوسط چگالي و توزيع آن در سیارات و اقمار منظومه شمسی یكسان نبوده و بعضی از آنها در
مجموعه سیارات خاكی و بعضی از آنها مشتری گون هستند و نكته جالب
توجه اینكه
، مقادیر بدست آمده در بعضی سیارات و ماه خیلی به هم نزدیك
است كه دلیل این پدیده میتواند نزدیكی ساختار فیزیكی سیارت و
اقمار به یكدیگر باشد و حدس ما درست بوده و پارامترهای دیگری نیز برای
محاسبه حركت وضعی سیارات و اقمار وجود دارد كه اگر در معادله فوق لحاظ شوند
، ثابت S بدست آمده و میتوانیم حركت
وضعی اجرام سماوی را بدقت محاسبه كنیم .
