فیزیک با شهاب حیدری

تمرین یازدهم تا میدان برایند

فیزیک جدید چگونه متولد شد؟ تا پایان قرن نوزدهم، بسیاری از دانشمندان تصور می‌کردند که کار فیزیک تقریباً تمام شده است! قوانین نیوتن حرکت سیارات را توضیح می‌داد، معادلات ماکسول رفتار نور و الکترومغناطیس را شرح می‌دادند و ترمودینامیک نیز بر دنیای گرما حکومت می‌کرد. حتی فیزیک‌دان مشهور، لرد کلوین، گفته بود: «در آسمان صاف فیزیک، تنها دو ابر کوچک باقی مانده است.» اما همین «دو ابر کوچک»، طوفانی به پا کردند که فیزیک را برای همیشه تغییر داد! فیزیک کلاسیک کجا ناتوان شد؟ فیزیک کلاسیک در توصیف جهان روزمره فوق‌العاده موفق بود؛ از سقوط یک سیب گرفته تا حرکت ماهواره‌ها. اما وقتی دانشمندان سراغ دنیای بسیار کوچک، سرعت‌های بسیار زیاد و پدیده‌های بسیار پرانرژی رفتند، قوانین قدیمی یکی‌یکی شکست خوردند. ۱. تابش جسم سیاه و فاجعه فرابنفش فیزیک کلاسیک پیش‌بینی می‌کرد که اجسام داغ باید در فرکانس‌های بالا، بی‌نهایت انرژی تابش کنند! به عبارت دیگر، یک تکه آهن گداخته باید آن‌قدر انرژی تولید می‌کرد که قوانین فیزیک را به سخره بگیرد! اما آزمایش‌ها چیز دیگری می‌گفتند. در سال ۱۹۰۰، ماکس پلانک برای حل این مشکل، ایده‌ای انقلابی مطرح کرد: انرژی به صورت بسته‌های کوچک و گسسته (کوانتوم) مبادله می‌شود. و این، تولد مکانیک کوانتومی بود. ۲. اثر فوتوالکتریک؛ وقتی نور دیگر موج خالص نبود طبق نظریه موجی نور، هرچه شدت نور بیشتر باشد، باید الکترون‌ها راحت‌تر از فلز جدا شوند. اما آزمایش‌ها نشان دادند: نور کم‌فروغِ فرابنفش می‌تواند الکترون‌ها را جدا کند. نور بسیار شدید قرمز، حتی یک الکترون هم جدا نمی‌کند! آلبرت اینشتین در سال ۱۹۰۵ توضیح داد که نور از ذراتی به نام «فوتون» تشکیل شده است. همین کشف برای او جایزه نوبل به ارمغان آورد و نشان داد که طبیعت بسیار عجیب‌تر از تصور ماست. ۳. چرا اتم‌ها فرو نمی‌پاشند؟ طبق الکترودینامیک کلاسیک، الکترونی که به دور هسته می‌چرخد باید پیوسته انرژی از دست بدهد و در کمتر از یک میلیونیم ثانیه به داخل هسته سقوط کند! اما واضح است که اتم‌ها پایدارند؛ وگرنه ما و جهان اطرافمان وجود نداشتیم! نیلز بور با معرفی مدارهای کوانتیده، نخستین گام را برای حل این معما برداشت و بعدها مکانیک کوانتومی تصویر کامل‌تری از اتم ارائه داد. ۴. سرعت نور؛ قانون مقدسی که نیوتن نمی‌شناخت در مکانیک نیوتنی، سرعت‌ها به سادگی با هم جمع می‌شوند. اگر داخل قطاری با سرعت ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت حرکت کنید و توپ را با سرعت ۲۰ کیلومتر بر ساعت پرتاب کنید، ناظر بیرونی سرعت ۱۲۰ کیلومتر بر ساعت را اندازه می‌گیرد. اما نور از این قانون پیروی نمی‌کند! مهم نیست چقدر سریع حرکت کنید؛ سرعت نور همیشه حدود ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه باقی می‌ماند. این موضوع با فیزیک کلاسیک سازگار نبود تا اینکه اینشتین نظریه نسبیت خاص را ارائه کرد و نشان داد که: زمان می‌تواند کند شود. طول اجسام می‌تواند منقبض شود. جرم و انرژی معادل یکدیگرند. و در نهایت، فرمول مشهور E=mc² متولد شد. ۵. فاجعه‌ای به نام اتر دانشمندان قرن نوزدهم معتقد بودند نور برای انتشار به محیطی نامرئی به نام «اتر» نیاز دارد. آزمایش مشهور مایکلسون–مورلی برای یافتن اتر انجام شد؛ اما نتیجه شگفت‌انگیز بود: اتر وجود نداشت! این شکست بزرگ، یکی از مهم‌ترین جرقه‌های شکل‌گیری نظریه نسبیت بود. فیزیک جدید چه شاخه‌هایی دارد؟ امروزه فیزیک جدید به شاخه‌های متعددی تقسیم می‌شود: مکانیک کوانتومی: مطالعه رفتار ذرات در مقیاس اتمی و زیراتمی. نسبیت خاص و عام: مطالعه فضا، زمان، گرانش و ساختار جهان. فیزیک ذرات بنیادی: جستجوی کوچک‌ترین اجزای سازنده عالم. فیزیک هسته‌ای: بررسی هسته اتم و کاربردهای آن در پزشکی و انرژی. کیهان‌شناسی: مطالعه منشأ، تکامل و سرنوشت جهان. فیزیک حالت جامد: مطالعه خواص مواد جامد و رفتار الکترون‌ها در آن‌ها. ابررسانایی و ماده چگال: بررسی مواد با ویژگی‌های غیرمعمول در شرایط ویژه. فیزیک پلاسما: مطالعه حالت یونیدهٔ ماده و پدیده‌های وابسته به آن. نظریه میدان‌های کوانتومی: توصیف ذرات و نیروهای بنیادی در قالب میدان‌های کوانتومی. جالب است بدانید که با وجود تمام پیشرفت‌ها، هنوز پرسش‌های بزرگی بی‌پاسخ مانده‌اند: ماده تاریک چیست؟ انرژی تاریک از کجا آمده است؟ آیا می‌توان نسبیت و کوانتوم را در یک نظریه واحد آشتی داد؟ پیش از مهبانگ چه وجود داشت؟ شاید فیزیک‌دانان آینده، همان‌طور که پلانک و اینشتین فیزیک کلاسیک را متحول کردند، روزی فیزیک امروز را نیز ناقص بدانند. فیزیک جدید به ما آموخت که جهان، آن چیزی نیست که به نظر می‌رسد. در دنیای کوانتومی، ذرات می‌توانند هم‌زمان در چند حالت باشند، زمان می‌تواند کش بیاید و فضا خم شود. هرچه بیشتر می‌آموزیم، بیشتر متوجه می‌شویم که هنوز چه چیزهای زیادی را نمی‌دانیم. @Physics19000 #فیزیک_جدید #مکانیک_کوانتومی #نسبیت #فیزیک_ذرات #علم #کنجکاو

۱۲۶ سال در چنین روزی، آلبرت اینشتین موفق به دریافت دیپلم تدریس (چیزی معادل کارشناسی ارشد در علوم پایه) شد. ترجمهٔ فارسی گزارش دیپلم آلبرت اینشتین زوریخ، ۲۷ ژوئیهٔ ۱۹۰۰ به ریاست محترم شورای مدرسه، جناب آقای ک. بلویلر (K. Bleuler) جناب رئیس محترم، امروز آزمون نهایی دریافت دیپلم در بخش ششم (ریاضیات و فیزیک) برگزار شد و نتایج داوطلبان به شرح جدول زیر است. --- داوطلبان Ehrat Grossmann Kolros Einstein Marie --- نمرات آلبرت اینشتین درس نمره فیزیک تجربی ۱۰ فیزیک نظری ۱۰ روش تدریس (یا مهارت‌های آموزشی) ۱۱ نجوم ۵ پروژه یا پایان‌نامهٔ دیپلم ۱۸ مجموع امتیازات ۵۴ معدل نهایی ۴٫۹۱ از ۶ در سیستم آموزشی سوئیس در آن زمان، نمرات از ۱ تا ۶ بودند و ۶ بالاترین نمره محسوب می‌شد. بنابراین معدل ۴٫۹۱، نمره‌ای خوب و کاملاً قبولی بود، هرچند بهترین معدل کلاس نبود. دانشجوی هم‌دورهٔ او، مارسل گروسمان (Marcel Grossmann)، معدل ۵٫۲۳ کسب کرد و نفر اول این گروه شد. --- نتیجهٔ کمیسیون امتحان در پایان گزارش آمده است: «بر اساس این نتایج و با موافقت کمیسیون امتحانات، پیشنهاد می‌کنم به آقایان Ehrat، Grossmann، Kolros و Einstein دیپلم اعطا شود؛ اما خانم Marie موفق به دریافت دیپلم نشود.» --- امضا این گزارش توسط پروفسور هاینریش فریدریش وبر (Heinrich Friedrich Weber) امضا شده است. وبر استاد فیزیک اینشتین در پلی‌تکنیک زوریخ بود. نکتهٔ جالب آن است که اگرچه همین استاد امضای اعطای دیپلم اینشتین را انجام داد، اما روابط میان آن دو بعدها تیره شد و وبر دیگر حاضر نشد برای اینشتین توصیه‌نامهٔ قوی بنویسد. بسیاری از تاریخ‌نگاران این موضوع را یکی از دلایل دشواری اینشتین در یافتن نخستین شغل دانشگاهی خود می‌دانند. --- یک نکتهٔ تاریخی مهم این سند یکی از مهم‌ترین اسناد تاریخی دربارهٔ دوران دانشجویی اینشتین است و افسانهٔ مشهور «اینشتین در ریاضی مردود شد» را کاملاً رد می‌کند. واقعیت این است که: او در ریاضیات و فیزیک دانشجویی بسیار توانمند بود. با موفقیت از آزمون نهایی فارغ‌التحصیل شد. دیپلم رسمی تدریس ریاضیات و فیزیک را دریافت کرد. هرچند شاگرد اول کلاس نبود، اما در میان بهترین دانشجویان قرار داشت. جالب‌تر اینکه مارسل گروسمان، که بالاترین معدل کلاس را کسب کرد، سال‌ها بعد نقش بسیار مهمی در شکل‌گیری نظریهٔ نسبیت عام ایفا کرد. هنگامی که اینشتین برای بیان ریاضی نظریهٔ خود به هندسهٔ دیفرانسیل و حساب تانسوری نیاز داشت، گروسمان او را با آثار ریمان، ریچی و لوی-چیویتا آشنا کرد؛ همکاری‌ای که به تولد نظریهٔ نسبیت عام انجامید. #تاریخ (نوشته :علی نیری)

آزمون شبه نهایی مدارس استعداد درخشان-یازدهم ریاضی

سوالات کنکور نظام جدید فیزیک از سال 98 تا 1404

🟣 برندگان جایزه نوبل فیزیک 2025 معرفی شدند کمیته نوبل جایزه نوبل فیزیک امسال را به جان کلارک (John Clarke )، میشل اچ.دوورت( Michel H. Devoret ) و جان ام.مارتینز (John M. Martinis) به دلیل کشف تونل‌زنی کوانتومی ماکروسکوپی (macroscopic quantum tunneling) و…

🟣 برندگان جایزه نوبل فیزیک 2025 معرفی شدند کمیته نوبل جایزه نوبل فیزیک امسال را به جان کلارک (John Clarke )، میشل اچ.دوورت( Michel H. Devoret ) و جان ام.مارتینز (John M. Martinis) به دلیل کشف تونل‌زنی کوانتومی ماکروسکوپی (macroscopic quantum tunneling) و کوانتیزه سازی انرژی در یک مدار الکتریکی مورد تقدیر قرار گرفتند.

🌟 کمیت‌های اسکالر(نرده ای)، برداری، تانسور و ابرتانسور گاهی در فیزیک با چیزهایی روبه‌رو می‌شویم که نمی‌توان آنها را با یک عدد ساده یا یک فلش توضیح داد. برای همین مفاهیمی مثل تانسور و حتی ابرتانسور وارد داستان می‌شوند. بیایید با مثال و تصویر ذهنی، همه را با هم ببینیم: 1- کمیت اسکالر (عدد ساده) تعریف: چیزی که فقط مقدار دارد و جهت ندارد. مثال‌های ساده: دما: ۲۰ درجه سانتی‌گراد جرم توپ: ۰.۵ کیلوگرم انرژی یک جسم: ۱۰ ژول تصویر ذهنی: یک عدد روی کاغذ — کافی است بدانیم چقدر است، نه اینکه به کدام سمت است. 2- کمیت بردار (فلش) تعریف: چیزی که مقدار دارد و یک جهت مشخص. مثال‌ها: سرعت توپ: ۱۰ متر بر ثانیه به سمت شمال نیروی کششی: فلشی که هم طول (مقدار) و هم جهت دارد تصویر ذهنی: یک فلش روی کاغذ که نشان می‌دهد چه مقدار و به کدام سمت حرکت یا فشار داریم. 3- کمیت تانسور (چیز پیچیده‌تر) تعریف: وقتی یک کمیت نه فقط یک عدد و نه فقط یک فلش، بلکه مجموعه‌ای از اعداد یا فلش‌ها برای توصیف آن لازم باشد، تانسور داریم. مثال ملموس: تصور کنید یک فنر شبکه‌ای یا توری الاستیک دارید. وقتی آن را از جهات مختلف می‌کشید یا فشار می‌دهید، هر بخش از شبکه واکنش متفاوتی نشان می‌دهد. برای نوشتن همه این واکنش‌ها فقط یک عدد یا یک فلش کافی نیست. نیاز داریم برای هر جهت یک مقدار داشته باشیم — این دقیقاً همان چیزی است که تانسور توصیف می‌کند. برای نوشتن این مجموعه از اعداد، بعداً در ریاضی با چیزی به نام ماتریس آشنا می‌شوید. مثلاً تانسورهای مرتبه دو را می‌توان به صورت یک ماتریس ۳×۳ نشان داد. 4- کمیت ابرتانسور (تانسور خیلی پیچیده) تعریف ساده: وقتی تانسور بسیار بزرگ یا خیلی پیچیده می‌شود، بعضی‌ها به آن ابرتانسور می‌گویند. مثال در مهندسی: فرض کنید ماده‌ای داریم که وقتی در جهت x کشیده می‌شود، هم در x و هم در y و z واکنش‌های متفاوتی دارد. برای توصیف کامل این ماده، به چیزی پیچیده‌تر از یک ماتریس ساده نیاز داریم — این همان ابرتانسور است. نمونهٔ واقعی: تانسور سختی ماده (Elasticity Tensor) در مهندسی مکانیک که رابطه تنش و کرنش را نشان می‌دهد و تانسور مرتبه ۴ است. @physics19000 #کنجکاو

مثلث سرپینسکی در ظاهر فقط یک بازی هندسی به نظر میاد، اما در واقع یک مدل ذهنیه برای اینکه بفهمیم طبیعت چطور تو دل بی‌نظمی، نظم می‌سازه. وقتی نگاهش می‌کنی می‌بینی هر بخش کوچیک همون شکل کلّی رو تکرار می‌کنه؛ یعنی خودمتشابه بودن. همین ویژگی رو در دنیای واقعی هم می‌بینیم. 🌩 رعد و برق با شاخه‌های درخشانش هر بار که به زمین نزدیک میشه، باز هم به شاخه‌های ریزتر تقسیم میشه. :fire: دود و شعله آتش هم همین‌طور، پر از پیچ‌وتاب‌هایی هستن که هر بار شبیه خودشون تکرار میشن. :droplet: حتی حرکت آب در خاک یا نفت در دل سنگ‌ها هم شاخه‌شاخه جلو میره، درست مثل مسیرهایی که در فراکتال‌ها دیده میشه. پس وقتی به مثلث سرپینسکی نگاه می‌کنیم، در واقع داریم زبان پنهان طبیعت رو می‌بینیم؛ زبانی که باهاش انتقال انرژی و ماده رو سریع‌تر و کارآمدتر انجام میده. @physics19000 #کنجکاو

تبریک و شادباش ویژه میگم خدمت دانش آموزان عزیزم محمد مهدویان و مهدی مهدویان که نشون دادن با تلاش مستمر و برنامه درست میشه از محروم ترین منطقه کشور و مدرسه عادی رتبه سه رقمی(246-271) کسب کرد. آرزوی موفقیت دارم برای این دو عزیز و تمامی دانش آموزان گرامی💐🥇

اصل هولوگرافیک؛ وقتی جهان یک هولوگرام باشد! اصل هولوگرافیک یکی از شگفت‌انگیزترین ایده‌های فیزیک نظری است. این اصل می‌گوید تمام اطلاعات موجود در یک ناحیه از فضا می‌تواند نه در داخل حجم آن، بلکه روی سطح مرزی آن ذخیره شود. درست مثل هولوگرام‌هایی که روی یک سطح دوبعدی ساخته می‌شوند اما تصویری سه‌بعدی ایجاد می‌کنند، جهان ما هم شاید تنها بازتابی از داده‌هایی دوبعدی روی مرز کیهان باشد. این دیدگاه از بررسی سیاهچاله‌ها به‌وجود آمد؛ جایی که مشخص شد آنتروپی سیاهچاله ــ یعنی میزان اطلاعات ذخیره‌شده در آن ــ به مساحت افق رویداد وابسته است، نه به حجم داخلی آن. همین موضوع باعث شد فیزیکدانان به این فکر بیفتند که شاید کل جهان نیز چنین ساختاری داشته باشد. اهمیت اصل هولوگرافیک تنها در یک تصویر شاعرانه از جهان خلاصه نمی‌شود، بلکه پلی میان دو ستون اصلی فیزیک است: نسبیت عام اینشتین که رفتار گرانش و فضا-زمان را توضیح می‌دهد، و مکانیک کوانتومی که دنیای ذرات ریز را توصیف می‌کند. برای مدت‌ها این دو نظریه با هم سازگار نمی‌شدند، اما در چارچوبی به نام رابطه‌ی AdS/CFT نشان داده شد که یک نظریه‌ی گرانشی در ابعاد بالاتر می‌تواند معادل یک نظریه‌ی میدان کوانتومی در ابعاد پایین‌تر باشد. این همان زبان مشترکی است که دانشمندان مدت‌ها دنبالش بودند. اصل هولوگرافیک همچنین راهی برای حل یکی از بزرگ‌ترین معماهای فیزیک، یعنی پارادوکس اطلاعات سیاهچاله، پیشنهاد می‌کند. طبق نسبیت، سیاهچاله‌ها هر چیزی را می‌بلعند و اطلاعات درونشان نابود می‌شود، اما مکانیک کوانتومی می‌گوید اطلاعات هرگز از بین نمی‌رود. اصل هولوگرافیک این تناقض را این‌گونه توضیح می‌دهد: اطلاعات در واقع روی سطح افق رویداد سیاهچاله ذخیره می‌شود، نه در درون آن. بنابراین از بین نمی‌رود و می‌تواند دوباره ظاهر شود. در نهایت، این اصل ما را به ایده‌ای بزرگ‌تر می‌رساند: آنچه ما به عنوان "حجم" فضا-زمان تجربه می‌کنیم، ممکن است خود یک پدیده‌ی برآمده از اطلاعات مرزی باشد. به بیان دیگر، جهان سه‌بعدی ما می‌تواند تنها بازنمایی دوبعدی از داده‌های ذخیره‌شده بر مرز کیهان باشد؛ چیزی شبیه یک "هولوگرام کیهانی" که واقعیت روزمره‌ی ما را شکل می‌دهد. @physics19000