آشنایی با فیزیک نوین

به درستی میتوان گفت فیزیک کلاسیک با دریافتهای تجربی روزمره ما سازگارست. در فیزیک کلاسیک هیچ قانون عجیب یا باور نکردنی نداریم ولی چون پای به فیزیک نوین میگذاریم با قوانین و مسائلی آشنا میشویم که درک آن برای خو کردگان به فیزیک کلاسیک دشوار و گاه باور نکردنیست. همگی با فیزیک مکانیک که از قوانین حرکت و نیروها سخن میگفت آشنایی دارند. ولی قوانین نیوتن همواره و همه جا برقرار نیست. در واقع فیزیک نیوتنی حالت خاصی از دو شاخه مهم فیزیک نوین است:

1- نظریه نسبیت خاص اینشتین

2- نظریه فیزیک کوانتم

قوانین نیوتن تا جایی صادق اند که:

1- سرعت اجسام مورد بررسی پایین باشد. در واقع اگر سرعتها بسیار بالا و قابل مقایسه با سرعت نور (مثلا 0.3 سرعت نور،توجه شود سرعت نور 300000 کیلومتر بر ثانیه یا 300000000 متر بر ثانیه است) باشند نتایج بدست آمده از قوانین نیوتن بی اعتبارند. به سرعتهای قابل مقایسه با سرعت نور سرعتهای نسبیتی گوییم. اگر سرعتها نسبیتی باشند به ناچار بایستی از نظریه نسبیت خاص کمک گیریم.

2- اجسام مورد بررسی خیلی کوچک نباشند. اگر اجسام مورد بررسی خیلی کوچک باشند مانند یک الکترون درین صورت نتایج بدست آمده از فیزیک نیوتنی بی اعتبار بوده ناچاریم از فیزیک کوانتوم کمک گیریم.

نکته مهم اینجاست که معادلات نظریه نسبیت خاص برای اجسام با سرعت پایین نیز صادق است ولی هنگامی که سرعتها پایین است بهتر است به جای استفاده از معادلات پیچیده نسبیتی از همان معادلات ساده نیوتنی استفاده کنیم. در مورد فیزیک کوانتوم نیز به همین شکل. قوانین این نظریه نیز برای اجسام بزرگ صادقند ولی همچنان به دلیل ذکر شده استفاده از قوانین نیوتن ارجح است. مثالهای زیر را در نظر گیرید:

1- اتومبیلی با سرعت 80 کیلومتر بر ساعت در حال حرکت است

2- توپ بیس بالی با سرعت 60 متر بر ثانیه پرتاب میشود

3- فضا پیمایی با سرعت 6000 متر بر ثانیه در حال حرکت است

4- الکترونی را به سمت ورقه ای از طلا شلیک میکنیم

5- یک میون با سرعت 0.95 سرعت نور وارد جو زمین میشود

در مثال نخست هم اتومبیل به اندازه کافی بزرگ است هم سرعت آن غیر قابل مقایسه با سرعت نور، پس برای حل این مسئله استفاده از فیزیک نیوتنی ارجح است. در مثال دوم و سوم نیز به همچنین. دقت کنید سرعت 6000 متر بر ثانیه همچنان بسیار کمتر از سرعت نور است(یک پنجاه هزارم سرعت نور). در مثال چهارم چون اندازه الکترون بسیار کوچک است به ناچار سراغ فیزیک کوانتوم میرویم و در مثال پنجم سرعت بالای جسم ما را وادار به استفاده از فیزیک نسبیتی میکند.

میکوشم در بلاگهای آتی در مورد نظریه نسبیت خاص و عام اینشتین و احتمالا نظریه کوانتم سخن گویم. پس از آشنایی با نظریه نسبیت عام اینشتین زمینه برای درک دو مفهوم مهم در اخترفیزیک آماده میشود: سیاه چاله ها و انفجار بزرگ. درک این دو مفهوم بدون آشنایی با نظریه نسبیت عام نا ممکن است پس علاقه مندان به ایندو بحث مخصوصا سیاه چاله ها که بسیار زیاد نیز هستند بحث نسبیت عام را با جدیت مطالعه کنند. بدیهیست درک عمیق این نظریه های شگرف و سنگین درین مقال کوتاه ناممکن است ازینرو میکوشم مجموعه منابعی برای درک این مفاهیم ارائه کنم. غیر از کتاب فیزیک نوین نوشته رندی هریس که معتبرترین مرجع دانشگاهیست که در اکثر دانشگاههای دنیا تدریس میشود و البته ترجمه آن ارائه شده و در هر کتاب فروشی دانشگاهی آنرا میتوان یافت، نسخه الکترونیک کلیه منابع ذکر شده را درکتابخانه دیجیتال خود دارم. دوستان در صورت تمایل میتوانند نام کتاب موردنظر خودرا اعلام دارند تا به صورت ایمیل برایشان ارسال دارم.

Bibliography

1-کتاب فیزیک نوین رندی هریس با توجه به گستره کار و پوشش فیزیک نسبیتی و فیزیک کوانتوم عملا بهترین مرجع به حساب میآید.

2- Structure and Interpretation of Classical Mechanics by Gerald Jay Sussman and Jack Wisdom with Meinhard E. Maye. The MIT Press. °c 2000 by The Massachusetts Institute of Technology

یک مرجع مناسب برای آشنایی با فیزیک کلاسیک است.

3- Modern Quantum mechanics Edited by San Fu Tuan University of Hawaii. 1994 Addison Wesley Publishing Company

که برای آشنایی تخصصی با فیزیک کوانتوم بسیار عالیست ولی از سطح بالایی برخوردارست

4-A Guide to Phisycs Problems by  Sidney B. Cahn, Boris E. Nadgorny. 2004 Kluwer Academic Publishers.

یک کتاب دوجلدی که مسائل متنوع فیزیک را ارائه کرده است. مسائل مربوط به فیزیک نسبیت را در جلد نخست آن و فیزیک کوانتوم را در جلد دوم آن میتوان یافت.

5-THE GALACTIC BLACK HOLE. Edited by Heino Falcke and Friedrich W Hehl . IOP Publishing Ltd 2003.

یک مرجع ممتاز برای آشنایی با سیاهچاله ها.

6- Einstein Physics and Relaty by Jagdish Mehra. World Scientific Publishing Co Pte.1999

که مرجع مناسبی برای درک نظریه نسبیت اینشتین میباشد. شاید مهمترین بارزه این کتاب اینست که کمتر به معادلات پیچیده ریاضی پرداخته و بیشتر کوشیده اندیشه اینشتین را در قالب جملات ارائه کند.

7- Mad About Modern Physics. By Franklin Potter and Christopher Jargodzki. John Wiley & Sons, Inc.

یک کتاب فوق العاده شیرین و جذاب. درین کتاب مسائل مربوط به فیزیک بسیار شیرین و دلچسب و بدون هیچ مراجعه ای به معادلات خشک ریاضی ارائه شده اند. کتاب آنچنان جذابست که آدمی از مطالعه آن سیر نمیشود.

8- Introduction to Quantom Mechanicss by David J.Griffiths. Prentice Hall