نسبیت

نگرشی بر نسبیت خاص انیشتین

 

 

مختصری از زندگی نامه علمی آلبرت انیشتین

آلبرت انیشتین یکی از شخصیت های برجسته ی فیزیک بود. او به غیر از ارائه تئوری نسبیت خاص و نسبیت عام در پیشرفت مکانیک آماری ، اصل برابری جرم و انرژی، تئوری حرکت براونی و اساس تئوری فوتونی نور نقش بسزایی داشته است. انیشتین در 14 مارس 1879 میلادی در شهر بوهم آلمان مصادف با آزمایش مایکلسون-مورلی ، ارائه تبدیلات لورنتس و کشف عناصر رادیو اکتیو و مدل اتمی تامسون بود.

انیشتین دکترای خود را در سال 1905 میلادی از دانشگاه زوریخ دریافت کرد و در همین سال چهار مقاله مهم در ضمینه مطالب ذکر شده در بالا در مجله ی فیزیک آن زمان منتشر کرد. انیشتین در 1909 میلادی به مقام استادی دانشگاه زوریخ رسید و در سال 1913 استاد دانشگاه برلین شد و در این زمان بود که بر روی تئوری نسبیت عام کار می کرد تا سرانجام در سال 1916 مهمترین مقاله خود را در باره نسبیت عام ارائه داد. انیشتین در سال 1921 به علت تخقیقاتش بر روی فوتون ها و تئوری کوانتوم موفق به دریافت جایزه نوبل شد. او در 18 آوریل 1955 دیده از جهان فرو بست.

 

اصول موضوع نسبیت خاص: انیشتین در سال 1905 نسبیت خاص را با دو اصل موضوعی در مورد دستگاه های لخت بیان کرد و نسبیت عام را که در مورد دستگاه های شتاب دار است در سال 1916 پیشنهاد نمود.

نسبیت خاص با دو فرض اساسی زیر ارائه گردید:

الف- قوانین فیزیک از دید هر دو ناظری که نسبت به هم دارای سرعت ثابت خطی باشند یکسان هستند.

ب-در خلاء مقدار سرعت نور در تمام دستگاه های لخت و برابر8^10×3 و مستقل از حرکت چشمه آن منتشر می شود.

 

همزمانی و غیر همزمانی دو رویداد: در چهارمین رابطه تبدیلات گالیله ای که در ان t1=t2 است چنین نتیجه می شود که در هر دو چارچوب مرجعی که به طور یکنواخت نسبت به هم حرکت می کنند برای کلیه مکان ها و زمان ها مقیاس زمان یکسانی وجود دارد، ولی در نسبیت خاص انیشتین دو رویدادی که در یک چارچوب مرجع هم زمان مشاهده می شوند در چارچوب مرجعی که نسبت به این چارچوب حرکت می کند هم زمان نخواهد بود.

لورنتس با توجه به آزمایش مایکلسون-مورلی با فرض مطلق بودن زمان تبدیلات خود را در مورد معادلات الکترومغناطیس ماکسول ارائه کرد و در مورد زمان به رابطه:

T2= ((T1-U)/(c^2^x1)/ ((1-U^2/c^2) ^1/2))   

رسید . انیشتین مستقل از محاسبات لورنتس در مورد تبدیلات با استفاده از دو اصل نسبیت و با نفی دستگاه مرجع اتر این تبدیلات را بدست آورد و در مورد دو زمان T1 و T2 که در دو سیستم مختصات s1 و s2 که در ان s2 با سرعت V  نسبت به s1 در حرکت است رابطه اتساع زمان دو دستگاه را با رابطه:

T2=T1/ ((1-V^2/C^2) ^1/2)     

و همچنین فرمول انقباض طول را با استفاده از همان دو اصل برای دستگاه های s1 و s2 به صورت:

L2=L1 ((1-V^2/C^2) ^1/2)

بدست آورد.

جمع نسبیتی سرعت ها: در نسبیت گالیله ای سرعت ها به صورت برداری جمع پذیر بودند یعنی U2=C±U1.

پس از ارائه رابطه لورنتس، انیشتین همان روابط  را مستقلا با در نظر گرفتن حدی برای سرعت نور بدست آورد و با استفاده از قانون ترکیب سرعت ها را به صورت زیر ارائه داد:

U2=(C+U1)/ (1+ (CU1/C^2))

رابطه بالا به جمع نسبیتی سرعت ها موسوم است که برای سرعت های کوچک نسبت به سرعت نور همان نسبت گالیله ای را برای جمه سرعتها نتیجه می دهد.

تغیرات جرم نسبیتی و هم ارزی جرم و انرژی

در مکانیک کلاسیک ، جرم ثابت در نظر گرفته می شود و برای سرعت نور ، سرهت نامتناهی قابل قبول است. اما در نسبیت ، حدی برای سرعت نور وجود  دارد . انیشتین جرم را تابعی از سرعت در نظر گرفت و با استفاده از تبدیلات لورنتس جرم نسبیتی را به صورت:

M= (mo)/ ((1-v^2/c^2) ^1/2)

نشان داد . تنیجه تعریف جدید هم ارزی جرم و انرژی را به میان آورد و رابطه معروفE=mc^2  ارائه گردید.

این رابطه دو قانون بقای انرژی و جرم  در مکانیک کلاسیک را در هم ریخت و تنها یک قانون یعنی قانون بقای جرم – انرژی را بوجود آورد و به این نتیجه می رسیم که جرم یک جسم میزانی از محتوای انرژی آن است.

 

منابع مورد استفاده:

نسبیت و مفهوم آن نوشته آلبرت انیشتین، مترجم: محمد رضا خواجه پور

فیزیک و واقعیت ....................................................................

مبانی فیزیک نوین نوشته وایدنز وسلز، مترجم:علی اکبر بابایی

آشنایی با نسبیت خاص نوشته رابرت رزنیک،مترجم: جعفر گودرزی

 

رفتار موجی و ذره ای نور

موج و ذره

اساسا در جهان دو نوع رفتار قابل مشاهده است:رفتار موجی و رفتار ذره ای.هنگامی رفتاری مانند ذره مشاهده میشود كه جرم و انرژی هر دو با هم منتقل شوند. به عبارت دیگر هنگام جابجایی،هر دو در یك جسم یا ذره مستقر باشند. یك توپ در حال حركت چنین رفتاری دارد. در حالی كه در رفتار شبیه موج، با حركت جسم یا ذره جرم جابه جا نمیشود بلكه انرژی به تنهایی آن هم در همه ی جهات انتقال می یابد. برای مثال برآمدگی های سطح آب دریا موج هستند و بدون آنكه آب جابه جا شود،انرژی به ساحل انتقال میابد. مطالعه ی خواص نور نشان داد كه هر دو نوع رفتار را میتوان یك جا انتظار داشت.

امروزه میدانیم كه نور رفتاری دوگانه دارد، در عین حال كه موج است و پدیده هایی چون تداخل و پراش را از خود نشان میدهد، خود از فوتون تشكیل شده است. چشمهای الكترونیكی از جمله دستگاههایی هستند كه بر اساس خاصیت ذره ای نور ساخته شده اند. در این دستگاهها كه بیشتر مانند بك كلید برق عمل میكنند، با برخورد فوتونهای نور با الكترونهای موجود روی سطح فلز موجود در آنها ، جریان الكتریكی در مدار برقرار میشود.

گسترش مفهوم دوگانگی موج-ذره به ماده ، توسط لویی دوبروی فیزیك دان فرانسوی انجام شد. وی به الكترون كه ذره ای بودن آن قبلا اثبات شده بود ، طول موجی نسبت داد. شواهد گوناگونی وجود دارد كه درستی دیدگاه دوبروی را ثابت میكند. میكروسكوپ الكترونی بر مبنای این رفتار الكترون طراحی شده است. با كمك این دستگاه می توان تصاویر بسیار دقیقی از اجسام بسیار كوچكی كه مشاهده ی آنها با میكروسكوپ های نور آن هم با این جزییات امكان ندارد.(همانطور كه میدانید نوری كه ما را قادر به دیدن میكند طول موجی بین 400  تا 700 نانو متر دارد. اساسا هنگامی می توان از یك جسم تصویر برداشت كه ابعاد ان جسم از نصف كمترین طول موج قابل رویت كمتر نباشد. بنا براین با نور مریی حداكثر اجسامی قابل دیدن هستند كه ابعاد آنها از 200 نانو متر بیشتر باشد.)

طول موجی را كه دوبروی به الكترون نسبت داده است با سرعت حركت آن رابطه ی وارونه دارد. به عبارت دیگر هرچه الكترون سریعتر حركت كند طول موج ان كوتاهتر خواهد بود.

بنابراین با تنظیم سرعت حركت الكترونها می توان طول موج آنها را تغییر داد. موج الكترونی امكان تصویر برداری از اجسامی با ابعاد نانو متر را برای ما فراهم كرده است. در سال 1986 با طراحی و ساخت میكروسكوپ های تونل زنی پیمایشی نسل تازه ای از میكروسكوپ های الكترونی متولد شد. این میكروسكوپ ها به كمك رایانه ضمن بالا بردن كیفیت تصاویر، به دانشمندان این امكان را داد كه بتوانند از اتم ها و مولكولها عكس تكی بگیرند.

حالا چند کلمه از مدیر وبلاگ:

چه خبره بابا! خودتونو گیج کردین. نور مجموعه ای از فوتونها است که موجی شدن، به همین سادگی.

توضیح تصویر:در این تصویر انرژی فوتون  برابر با ثابت پلانک در فرکانس نور گرفته و است که انرژی و طول موج نور های سبز و آبی و قرمز به راحتی محاسبه شده است.

مکانیسم تولید تشعشع

مکانیسم تولید تشعشع 

 

هنگامی که یک جریان الکترونی با سرعت زیاد به هدف برخورد کند، شتاب خود را از دست داده و با تبدیل انرژی، ایجاد اشعه ایکس می کند.
به طور کلی اشعه در اثر دو فرایند تولید میشوند:

1- پدیده ترمزی:

 در این پدیده الکترونها به دلیل انرژی جنبشی که دارند به داخل اتمهای آند وارد میشوند و تحت تاثیر میدان اتمهای سنگین هدف از مسیر اولیه منحرف شده و دارای تغییر سرعت و کاهش انرژی میشوند. این انرژی به صورت پرتو  تابیده میشود. در این فرایند راندمان تولید اشعه بسیار کم  میباشد. در این طیف ماکزیمم انرژی مربوط به الکترونی است که بیشترین انحراف را توسط هسته داشته و هیچگونه اتلافی در انرژی آن صورت نپذیرفته است. مینیمم انرژی نیز مربوط به مواد جاذب سرراه فوتون ها است که چه کسری از انرژی آنها را جذب کرده اند. قله انرژی نیز مربوط به بالاترین انرژی اعمالی به تیوب است.

                                                 
2- پدیده جداسازی

در این پدیده الکترون های تابیده شده از فیلامان به الکترون های مدارهای داخلی اتم های هدف نظیر kبرخورد می کنند و باعث کنده شدن این الکترون ها از مدار مربوطه می شوند و لذا در این لایه یک حفره به وجود می آید. با پُرشدن این حفره توسط الکترون های لایه های بالاتر، اختلاف انرژی دو لایه به صورت فوتون از ماده هدف خارج می شود. طیف اختصاصی برای تنگستن که عنصر سازنده آند در لامپ های اشعه  است   می باشد.
اگر شدت باریکه الکترونی را در نظر بگیریم، تولید نور و گرما خواهیم داشت. یعنی در سطح آند از انرژی اولیه باریکه الکترونی تشعشع خواهیم داشت.

نانو لوله های کربنی سلاحی علیه سرطان

نانو لوله های کربنی سلاحی علیه سرطان

شیمی دان های دانشگاه Rice روش تازه ای برای بسته بندی کردن و منسجم کردن بسیاری از ذرات رادیو اکتیو داخل تیوب های کربنی در اندازه های DNA ،یافته اند. روشی که هدف گیری تومورهای پراکنده را از قبیل سلول های سرطانی سرطان خون را نوید می دهد.

FDA ، برای درمان سرطان بوسیلۀ ذرات آلفا را مجوز صادر نکرده است. درمان های تایید شده مثل ذرات بتا ، برای درمان سرطان هایی که در آنها یک سلول دچار ناهنجاری سرطانی شده ، مناسب نیستند. چون در صورت استفاده از ذرات بتا به هزاران ذرۀ بتا برای از بین بردن یک سلول سرطانی لازم است. بوسیلۀ کنتراست ، هر سلول سرطانی را تنها با یک عدد ذرۀ آلفا روی هستۀ سلول می توان از بین برد.

برای مطالعات بیشتر می توانید به ژورنال Small  مراجعه کنید.

در دانشگاه های Rice و University of Washington یک روش توسعه یافته و آزمایش شده برای بکارگیری اتم های استاتین (At) داخل مقطع کوچکی از نانو تیوب کربنی ، مورد مطالعه قرار گرفته است. چون استاتین در طبیعت کمیاب است _کمتر از یک قاشق چایخوری در پوستۀ زمین_ پس این محققان برای تولید این عنصر از سیکلوترون دانشگاه واشینگتن (UW) بهره گرفته اند.

استاتین مانند رادیوم و اورانیوم ، منتشر کنندۀ آلفاست. همانگونه که احتمالا می دانید ذرات آلفا دارای دو پروتون و دو نوترون هستند که ذرات سنگینی هستند و 4000 بار سنگین تر از الکترون هایی هستند که بوسیلۀ روشهای دیگر درمانی در اثر واپاشی منتشر می شوند. جرم بیشتر می تواند صدمۀ بیشتری به سلول سرطانی وارد کند.

سرعت ذرات رادیو اکتیو نیز در مصارف درمانی مهم است . ذرات بتا خیلی سریع نشر پیدا می کنند که بدلیل اندازۀ بسیار کوچک آنهاست که قدرت نفوذ آنها را بالا می برد. در درمان سرطان بوسیله مثلا ذرات بتا ، می توان آنها را در خارج از بدن بیمار تولید کرد و آرا به تومور هدایت کرد. ذرات آلفا چون بسیار سنگین تر هستند، آهسته تر حرکت می کنند و در نتیجه قدرت نفوذ کمتری دارند. آنها را می توان بوسیله اجسام بسیار نازک مثل یک برگ دستمال کاغذی متوقف کرد.

سختی در توسعۀ استفاده از آلفا برای درمان سرطان به سختی رساندن سریع و مستقیم آنها به بخش سرطانی باز می گردد.

در کارهای اولیه ، این محققان روشهای چسباندن آنتی بادی ها به کربن های کروی ، مثل نانو تیوب ها را توسعه دادند. آنتی بادی ها ، پروتئین هایی هستند که بوسیلۀ گلبول های سفید خون تولید می شوند. هر آنتی بادی یک نوع پادگن (Antigen) را مشخص و تبیین می کند، پزشکان هم  یک نوع آنتی بادی مخصوص سرطان را برای کشتن سلول های سرطانی ، تعیین کرده اند.

در نتایج مقدماتی درمان سرطانهای تک سلولی از چسباندن آنتی بادی های مخصوص سرطان به نانو تیوب های با پایۀ استاتین استفاده شده است.

یک عامل پیچیده کننده در درمان های با پایۀ استاتین نیمه عمر حدود 7.5 ساعت آن است. در واپاشی رادیو اکتیو ، دورۀ نیمه عمر بر زمان لازم برای از بین رفتن نیمی از ذرات بنیادی ماده دلالت می کند.

بخاطر نیمه عمر کوتاه استاتین ، درمان در زمان لازم خود می تواند انجام شود قبل از آنکه فایدۀ خود را از دست بدهند.

منبع:پرتو پزشکی

نویسنده:نوید خالدی

خواهش

سلام

از عزیزانی که میان به این وبلاگ و از مطالبی که براشون گذاشتیم استفاده می کنن عاجزانه می خوام که نظرشون رو در مورد مقاله ای که مورد نیازشون بوده و کلا در مورد سطح علمی وبلاگ بیان کنن تا تصویر روشنی از وبلاگ در نظر مخاطبم برام مجسم بشه و برای بهتر و پر بار تر شدن وبلاگ تمام سعی و تلاشم رو بکنم.

با تشکر