16-12-2023

 

 

بیشینه و کمینه بَسامد - انرژی و یا حداکثر و حداقل چگالی انرژی تابش‌های کیهانی بر واحد سطح، اعلام آغاز تخریب کیهان

 

و اینک این سؤال بسیار مهم که آیا یک موج سینوسی یا عرضی الکترومغناطیس یا یک فوتون، می‌تواند حامل انرژی معادل و هم ارز جرم دو نوترون باشد؟

جواب: به باور بعضی کیهان‌شناسان، انرژی یک فوتون گاما می‌تواند تا ۱۰۰ گیگا الکترون‌ولت هم بالا رود که تقریباً معادل و هم ارز جرم ۱۰۶ نوترون یا یک اتم پالادیوم می‌شود!!!!!!

و اینک این سؤال مهم‌تر مطرح می‌شود که آنچه در واقعیت و عمل محقق می‌شود چیست؟ چگونه می‌شود از این سردرگمی خارج شد؟ برای اینکه خود کیهان‌شناسان هیچ توجیه کوانتومی برای نحوه تولید، منشأ و منبع این تابش‌های پر انرژی ندارند!

واقعیت این است که در فیزیک و شیمی کوانتومی، جذب و تابش امواج الکترومغناطیس توسط ترازهای انرژی یک مولکول و اتم یا یک هسته اتم و یا یک‌ذره زیر اتمی صورت می‌گیرد و غیرممکن یا سخت است که یک مولکول و اتم یا یک هسته اتم یا یک‌ذره زیر اتمی بیشتر از جرم در حال سکون خود، انرژی جذب یا دفع کند. مابقی یا مازاد انرژی به‌صورت انرژی جنبشی یا تکانه یا تغییر بار آشکار می‌شود و تنها هسته‌های سنگین فلزی توان جذب و دفع این‌چنین فوتونی را داشته که اگر این مقدار انرژی جذب کنند، پایداری خود را ازدست‌داده و به هسته‌های سبک‌تر و یا ذرات زیر اتمی تجزیه و متلاشی شده و بجای یک تابش واحد با انرژی بالا، ده‌ها و صدها تابش با انرژی پایین‌تر خواهند داشت. مولکول‌ها نیز در این شرایط تجزیه می‌شوند و ذرات زیر اتمی نیز تغییر ماهیت و ساختار یا بار خواهند داشت. مگر اینکه این تابش ناشی از تصادم ذرات شتاب‌دار باشد تا انرژی جنبشی آنها نیز به بالا رفتن سطح انرژی تابش کمک کند که آزمون‌ها و مشاهدات نشان داده که انرژی جنبشی این ذرات، در زمان تصادم به‌صورت پدیدارشدن ذرات ناپایدار جدید آزاد می‌شود و اگر تابش الکترومغناطیسی مشاهده شود، در سطوح پایین‌تر است. جواب سؤال ما در درک این موضوع نهفته است که انرژی در واحد سطح تا چه حدی می‌تواند یا مجاز است که چگال شود؟

 

 

در شکل فوق یک موج سینوسی (عرضی) و یک دایره مثلثاتی مشاهده می‌شود. فرض کنیم چگالی انرژی این موج، حاصل تقسیم انرژی آن بر مساحت این دایره باشد. چرا که مساحت این دایره، مکان گذر یا تابش این موج است. البته لازم به ذکر است که در یک موج الکترومغناطیسی دو موج الکتریکی و مغناطیسی بر هم عمود بوده و در فیزیک کوانتوم، انرژی این تابش یا موج در تراز انرژی جذب می‌شود نه سطح ماده. فرض بر این است که انرژی موج در مساحت این دایره توزیع شده و در حال انتشار و گذر است.

 

 

 

 

 

Ep انرژی فوتون، h ثابت پلانک، f بَسامد، A مساحت دایره فرضی، π ثابت ریاضی، r شعاع دایره فرضی، c ثابت فیزیکی، λ طول‌موج یا محیط دایره، ρ چگالی انرژی و واحد آن ژول یا الکترون‌ولت بر مترمربع است. در واقع چگالی انرژی با مکعب بَسامد یا نوسان موج عرضی یا سینوسی رابطه مستقیم دارد. یعنی اگر بَسامد ۲ برابر شود، هرچند که انرژی هم دوبرابر خواهد شد، ولی چگالی انرژی آن بر واحد سطح، ۸ برابر خواهد شد که مقدار افزایش قابل‌توجهی است. اینک سعی می‌کنیم این چگالی، برای پرتو ناشی از نابودی دو نوترون را محاسبه کنیم.

 

mn جرم نوترون، Eγ انرژی فوتون گامای تولید شده است. در حقیقت بیشینه بَسامد ممکن برای یک پرتو، تابش یا فوتون الکترومغناطیس عرضی سینوسی کمتر از این مقدار خواهد بود و اینک چگالی این انرژی بر واحد سطح را محاسبه می‌کنیم.

 

 

ρmax و ργ حد بیشینه چگالی انرژی برای یک موج الکترومغناطیس عرضی یا گذر و تابش انرژی کوانتومی در کیهان است. در واقع همان‌طور که ما برای سرعت نور یک ثابت ریاضی به نام c با مقدار ۳۰۰.۰۰۰.۰۰۰ داریم، برای بیشینه بَسامد، انرژی کوانتومی و چگالی انرژی تابشی بر سطح، مقادیر فوق را داریم. برای درک بزرگی این مقدار باید بدانیم که:

 

 

 

اگر جرم ۹۶.۱۹ تن نوترون نابود و به‌صورت کامل به انرژی تبدیل شود و تابش آن از سطح مقطع یک مترمربع گذر کند، این چگالی از انرژی در فضا حاصل می‌شود. به بیان دیگر:

 

 

 

این انرژی معادل انفجار ۲ ضرب در ۱۰ به توان ۱۲ تن تی.ان.تی و معادل ۴۱۳۸۳ بمب هیدروژنی همانند بمب تزار، قوی‌ترین آزمون هسته‌ای شکافت - همجوشی بشر بر روی سیاره زمین باقدرت تقریبی ۵۰ مگا تن تی.ان.تی است.

 

این دقیقاً به این معنی است که اگر جرم یک سیاه‌چاله به‌قدری زیاد شود که جرمی معادل ۹۶.۱۹ تن از نوترون بر سطح یک محیط دوبعدی از فضا با ابعاد یک مترمربع فشرده و توزیع شود، آن لحظه بزرگ آغاز دوران تخریب کیهان است که ۹ ماه قبل از تولد مسیح عیسی ابن مریم روی داده و حادث شده است.

 

یعنی در طول یک میلیمتر به تعداد ۷.۵ هزار میلیارد یا ۷.۵ تریلیون نوترون به صف‌کشیده شده. تعداد نوترون بر مترمربع، سانتی و میلیمتر مربع هم محاسبه شده است.

یعنی در حدود ۲۰۲۴ سال پیش، چگالی ماده در کیهان یعنی در مرکز یک سیاه‌چاله، از مقدار ۷.۲ ضرب در ۱۰ به توان ۱۴ کیلوگرم گذر کرده و هم اینک کیهان در حال تخریب است.

ولی آنچه مسلم است اینکه، فضا هرگز توان یا اجازه گذر این‌چنین چگالی از انرژی را نمی‌دهد. چرا که ممکن و مقدور نخواهد بود. آنچه که در زمان رسیدن به این چگالی از جرم و انرژی در فضا روی می‌دهد اینکه، انرژی به‌طرف کاهش چگالی حرکت کرده و یک نوع انبساط و تورم سریع و شدید روی می‌دهد که نتیجه آن تپش، یک نوع تک موج طولی با ماهیت الکترومغناطیس با سرعت نور به توان دو است که هم‌زمان با افزایش محیط موج دایره‌وار یا مساحت سطحی یک کره در حال انبساط، چگالی انرژی کاهش می‌یابد. آنچه قطعی است اینکه دانسته‌های ما از فیزیک کوانتوم تا این حد کارایی داشته و بعد از رسیدن به این حد نهایی، این قوانین فیزیکی شناخته شده نقض و دیگر کارایی نخواهند داشت و می‌بایست دانش و علومی جدید جایگزین آن شوند و فعلاً صرفاً می‌توان معادلات ساده آن را این‌چنین نوشت که مربوط به چگالی انرژی این موج طولی می‌شود:

 

 

Enc محیط دایره موج و As مساحت سطح کره است. همان‌طور که مشخص است اگر موج به‌صورت دایره گسترده شونده، حرکت کند، چگالی انرژی با افزایش شعاع دایره رابطه عکس دارد. ولی اگر به‌صورت کره منبسط‌شونده، گسترش یابد با مربع افزایش شعاع کره رابطه عکس دارد که بیانگر کاهش چگالی انرژی با افزایش شعاع در هر دو حالت است. اینک سعی می‌کنیم این معادلات را نسبت به زمان بنویسیم:

 

 

d فاصله، v سرعت، t زمان است. به باور ما در هر نقطه‌ای از کیهان که این آنتروپی روی دهد، به دنبال آن آنتروپی‌های دیگر روی داده و در نهایت، کیهان تخریب خواهد شد. ولی ازآنجایی‌که انرژی کوانتومی این تک موج، معادل و هم ارز جرم دو نوترون است، با برهم‌کنش آن با ذرات ناشناخته (ماده سوخته، ماده سیاه، ماده تاریک، ماده مجهول، پیش‌ماده سازنده ماده باریونی) در نقطه‌ای دیگر از کیهان، دو اتم هیدروژن یا یک مولکول هیدروژن و یا یک اتم دوتریوم که هر دو جزو مواد لازم و اولیه سازنده کیهانی جدید هستند و به تنهایی قادر به شروع فعالیت همجوشی در ستارگان هستند، به وجود آمده و پدیدار خواهند شد. یعنی با تخریب کیهانی قدیم و پیر، کیهانی جدید و جوان شکل خواهد گرفت. این معادلات ابتدایی را بدین صورت می‌توان طرح کرد:

 

 

 

H نماد هیدروژن یا دوتریوم، U∆ این انرژی از تبدیل دو اتم هیدروژن یا یک اتم دوتریوم به دو نوترون در واکنش همجوشی آزاد می‌شود، U انرژی لازم برای ترکیب دو نوترون و نابودی جرمشان که می‌تواند به‌صورت فشار، گرانش، انرژی جنبشی، ضربه و... باشد، Q انرژی تک موج طولی تولید شده، x ذره یا ذرات ناشناخته، q انرژی موج عرضی در محدوده فیزیک کوانتوم است که این کوانتوم تابشی می‌تواند در ترازهای انرژی اتم‌ها و ذرات جذب شده و به‌صورت یک، دو یا چند تابش با انرژی پایین‌تر دفع یا منتشر شود. این تقسیمات انرژی بعد از مدت‌زمان بسیار طولانی، به‌صورت امواج رادیویی یا ماکروویو با سطوح انرژی پایین درآمده و چیزی شبیه امواجی می‌شود که ما آن را تابش زمینه کیهانی (CMB) می‌نامیم.

 

 

Ecmb انرژی فوتون‌های امواج یا تابش پس زمینه کیهانی، n تعداد دفعات جذب و انتشار امواج توسط ترازهای انرژی اتم‌ها یا ذرات و Emin کمترین مقدار از کوانتوم انرژی قابل‌تقسیم توسط ترازهای انرژی اتم‌هاست. یعنی همان‌طور که در محدوده فیزیک کوانتوم ما یک حد بیشینه از انرژی برای یک کوانتوم تابشی داریم، با یک حد کمینه از انرژی برای یک تابش کوانتومی سطح پایین داریم که مقدار این حد، همان انرژی امواج یا تابش پس زمینه کیهانی است که تابش‌های پایین‌تر از این مقدار، دیگر ماهیت کوانتومی نداشته؛ بلکه کمیت‌های پیوسته از انرژی هستند که در محدوده فیزیک کلاسیک قابل‌تجزیه و تحلیل هستند و ربطی به ترازهای انرژی ندارند. چنانچه از بعد فیزیک کلاسیک به تابش‌های پس زمینه کیهانی بنگریم این داده‌ها، اطلاعاتی در مورد دما به ما می‌دهند. ولی اگر از بعد فیزیک کوانتوم به این داده‌ها بنگریم، اطلاعاتی در مورد کمترین مقدار از انرژی‌های کوانتیده شده به ما می‌دهند. به گفته کیهان‌شناسان بیشینه این تابش ۱۶۰ گیگاهرتز است که انرژی کوانتومی آن معادل:

 

 

و چگالی آن:

 

 

که چگالی بسیار کم و ناچیزی است که بعد از سپری‌شدن میلیاردها سال تقسیمات کوانتومی انرژی حاصل شده است.

 

 

 

محمدرضا طباطبايي    30/8/1400

http://www.ki2100.com