|
مقدمه
شواهد تجربي بسياري وجود دارد كه گرانش، انرژي الكترومغناطيسي توليد مي كند. به همين دليل از زماني كه نيروهاي الكتريكي و مغناطيسي مورد توجه و آزمايش قرار گرفت، فيزيكدانان به وابستگي شديد نيروهاي الكترومغناطيسي و گرانشي پي بردند. فارادي نخستين كسي است که اين وابستگي را متذكر شد. پلانك نيز نظري مشابه داشت. اينشتين نيز مدت 35 سال تلاش كرد تا روابطي مشابه وابستگي الكتريسيته و مغناطيس، بين گرانش و الكترومغناطيس ارائه دهد. اما اين كوششها بي نتيجه ماند.
اما سئوال اين است كه چرا با تمام شواهد تجربي موجود و تصريح فيزيكدانان بزرگي نظير فارادي و پلانك هنوز نتيجه ي قابل قبولي به دست نيامده است؟
براي يافتن پاسخ اجازه دهيد يكبار ديگر وابستگي الكتريسيته و مغناطيس را بررسي كنيم شايد بتوانيم علت اين شكستها را دريابيم.
همچنانكه مي دانيم در اطراف يك بار ساكن ميدان مغناطيسي احساس نمي شود. اما اگر بار حركت كند، ما شاهد ايجاد يك ميدان مغناطيسي خواهيم بود. همچنين تغيير ميدان مغناطيسي نيز موجب توليد جريان القايي مي گردد. در اين تجربه ما شاهد ايجاد پديده هايي هستيم كه قبلاّ وجود نداشت. در اطراف يك سيم (كه جرياني از آن نمي گذرد) هيچگونه اثري از ميدان مغناطيسي ديده نمي شود. اما به محض عبور جريان الكتريكي از سيم، در اطراف آن ميدان مغناطيسي ايجاد مي شود. يا در مورد سيملوله اگر ميدان مغناطيسي ثابت باشد، جريان الكتريكي در سيم بوجود نمي آيد، اما با تغيير شار مغناطيسي، جريان الكتريكي ايجاد مي شود
اما در مورد گرانش مسئله بسيار پيچيده تر است. زيرا گرانش همواره وجود دارد و ما نمي توانيم شرايطي بوجود آوريم كه آثار گرانشي نباشد و بعد آزمايشي ترتيب دهيم كه ببينيم چه پديده اي مي تواند ميدان گرانشي توليد كند.
از طرف ديگر چگونه مي توانيم ببينيم هنگاميكه نيروي گرانش روي يك جسم كار انجام مي دهد، خود گرانش دستخوش چه تغييري مي شود؟ اگر ما مي توانستيم اين تغييرات را به تجربه درآوريم و بصورت كمي مورد بررسي قرار دهيم، آنگاه مي توانستيم بسادگي وابستگي گرانش را به ساير پديده ها نظير الکترومغناطيس يا كار انجام شده بيان كنيم. اما چنين امري اگر ناممكن نباشد، بسيار مشکل و يا از حد فناوري موجود خارج است. زيرا در شرايطي كه ما آزمايش مي كنيم، اگر از مقدار گرانش موجود در محل آزمايش كاسته شود، فوري از اطراف آن اين كسري جبران مي شود.
به عنوان مثال سنگي را از ارتفاع دلخواه رها كنيد تا بطرف زمين سقوط كند. آنچنانكه در فيزيك مطرح است، انرژي پتانسيل گرانشي به انرژي جنبشي تبديل مي شود. آيا در اينجا از مقدار گرانش اطراف زمين كاسته مي شود؟ اگر جواب منفي باشد آنگاه اين سئوال پيش مي آيد كه كدام اندازه گيري موجب اين جواب منفي شده است؟
حال آزمايش ديگري را در نظر بگيريد. يك گلوله ي فلزي را از ارتفاعي رها كنيد تا بطرف زمين سقوط كند. در محل رسيدن گلوله به سطح زمين يك صفحه ي فلزي قرار دهيد. هنگاميكه گلوله به زمين مي رسد و با صفحه برخورد مي كند، مقداري گرما توليد مي شود و حتي ما شاهد جرقه يعني امواج الكترومغناطيسي خواهيم بود. عادت شده اين پديده را با اينكه انرژي پتانسيل گرانشي به انرژي جنبشي تبديل مي شود و انرژي ها به يكديگر قابل تبديل هستند، توجيه كنند. همين توجيه موجب مي شود كه ماهيت اين فرايند كمتر مورد توجه و بررسي موشكافانه ي علمي قرار گيرد. اما اجازه دهيد يك ديد متفاوت به اين تجارب داشته باشيم
اهميت توجه به ساختمان فوتون
ارتباط و اطلاعات ما از اجسام فرازميني اعم ماه و خورشيد که جزئي از منظومه ي شمسي هستند تا ستارگان و کهکشانهاي دور، تنها از دو طريق امکان پذير است. يکي آثار گرانشي اين اجرام و دومي نوري است که از آنها به ما مي رسد. اما اطلاعات مربوط به آثار گرانشي اجرام آسماني نيز از طريق مشاهدات و در نتيجه نور دريافتي از آنها قابل مشاهده است. بنابراين تنها پيام آوران فرازميني امواج الکترومغناطيسي که نور بخش کوچکي از آن است مي باشد. لذا توجه و شناخت نور از اهميت منحصر به فردي برخوردار است. بنابراين شناخت هرچه بيشتر نور به منزله ي استحکام بينش جهان شناختي و درک واقعي تر از فيزيک جهان است. چگونه مي توان به اطلاعات دريافتي از کهکشانها اطمينان داشت، در حاليکه حامل اين اطلاعات را بخوبي نشناخته باشيم؟
آنچه که تا به حال در فيزيک مورد توجه بوده است، رفتار نور در محيط هاي مختلف و کنش آن با ساير ذرات از جمله الکترون است. اثر دوپلر، اثر فوتوالکتريک، اثر کمپتون، اثر موسوئر، انحناي فضا ... همه و همه بدون توجه به ساختمان فوتون تجزيه و تحليل مي شود. هرچند که ظاهراً براي بررسي اينگونه پديده ها توجه به ساختمان فوتون ضروري به نظر نمي رسد، اما براي يک سفر ميليارد سالي که فوتون طي مي کند تا از کهکشاني دور به زمين برسد، توجه به ساختمان فوتون بسيار مهم است. زيرا بايد ديد آيا خود فوتون در اين مسافرت چند ميليارد سالي (تحت شرايط داخلي) دچار دگرگوني مي شود يا نه؟
آنچه در اين زمينه مورد توجه و پذيرش فيزيکدانان قرار گرفته اين است که به گفته ي ديراک فوتون يک ذره ي بنيادي است که نمي توان به ساختمان آن پرداخت. و تنها چيزي که در اختر فيزيک و کيهان شناختي مورد توجه و بررسي قرار گرفته، اثر دوپلري نور و جابجايي بسمت سرخ گرانش است. مشاهدات هابل نشان داد نوري که از کهکشانها به ما مي رسد، جابجايي بسمت سرخ از خود نشان مي دهد
مشاهدات وي نشان داد که کهکشانها در حال دور شدن از ما هستند و هرچه فاصله ي آنها از زمين بيشتر باشد، و هرچه فاصله ي آنها از ناظر (در اين حالت ما) بيشتر باشد، سرعت دور شدون نيز بيشتر مي باشد
اين مشاهدات فيزيکدانان را به ارائه ي نظريه انبساط فضا و بيگ بنگ رهنمون گرديد. در اواخر قرن بيستم مشاهدات کيهاني نشان داد که انبساط جهان داراي شتاب است و در نتيجه مسئله ي انرژي تاريک مطرح گرديد که هنوز از رموز حل نشده ي فيزيک است. اگر همانطور که ديراک تصريح کرده، فوتون را بدون ساختمان در نظر بگيريم، راهي نداريم بجز اينکه تنها با استفاده از اثر دوپلر مشاهدات خود را در مشاهدات خود را بررسي کنيم و به نتايج جديدي دست يابيم که ما را در درک بهتري از جهان ياري کند
زماني مي توانيم به درستي اطلاعات دريافتي باور داشته باشيم که يقين داشته باشيم که علائم حامل اطلاعات در طول مسير دستخوش هيچگونه تغييري نشده باشند. آيا حقيقتاً خود فوتون بدون هيچ اثر خارجي در يک سفر ميلياردها سالي دستخوش هيچگونه تغييري نمي شود؟
آيا فوتونهاي دريافتي از يک کهکشان دور است، هماني است که کهکشان را ترک کرده است؟
بنابراين بدون شناخت ساختمان فوتون، نمي توان به صحت اطلاعات دريافتي اعتماد کامل داشت. لذا تلاش براي شناخت و توضيح ساختمان فوتون يک ضرورت انکار ناپذير است. بهمين دليل نظريه سي. پي. اچ. براساس تعريف ساختمان فوتون شکل گرفته است. براي تعريف ساختمان فوتون از کجا و چگونه مي توان شروع کرد؟ چنين تعريفي الزاماً بايستي از دو پشتوانه ي منطقي برخوردار باشد، يکي نظريه هاي معتبر و ديگري تجاربي که اين نظريه ها را به اثبات رسانده است
از کدام نظريه مي توان کمک گرفت؟ نسبيت يا مکانيک کوانتوم؟
هر يک از اين دو نظريه به تنهايي از چنان اعتباري برخوردارند، که استناد به آنها نيز اعتبار دارد. اما خوشبختانه اين نظريه ها داراي زمينه هاي مشترکي نيز هستند که استناد به اين زمينه هاي مشترک مي تواند ما را در ترکيب اين دو نظريه ياري رساند. لذا کار را از همين زمينه هاي مشترک پي مي گيريم
بار - رنگ و مغناطيس-رنگ
اجازه دهيد يک نگاه جديد به رفتار الکترومغناطيسي در ميدان گرانشي بيندازيم، اين نگرش مي تواند در حل اين معما که فوتون از چه ذراتي تشکيل شده، مفيد واقع گردد. همچنانکه مي دانيم يک موج الکترومغناطيسي از دو ميدان الکتريکي و مغناطيسي عمود بر هم تشکيل شده است که با سرعت خطي برابر با سرعت نور حرکت مي کنند. شکل زير
با توجه به توصيف امواج الکترومغناطيسي و نظريه هيگز و ترکيب اين دو نظريه به نتيجه بسيار جالبي خواهيم رسيد.
در اينجا دو ميدان داريم، يکي ميدان الکتريکي و ديگري ميدان مغناطيسي که با توجه يه نظريه هيگز، اين ميدانها توسط ذرات هيگز ايجاد مي شوند. اما در اينجا ميدانها متفاوتند، يکي ميدان ابکتريکي که توسط ذراتي ايجاد مي شوند که از خود، خواص الکتريکي بروز مي دهند و با سرعت خطي برابر سرعت نور منتقل مي شوند. اما علاوه بر سرعت خطي که در موج الکترومغناطيسي دارد، روي محور عمود بر آن نيز داراي حرکت است. لذا مجموع مسيري که اين ذرات در واحد زمان طي مي کند، بيشتر از سرعت نور است
در اينجا سه نکته کاملاً مشهود و قابل تعمق است
1 - اين ذرات خواص الکتريکي دارند. چون به اندازه بار الکتريکي پايه (بار الکتريکي الکترون يا پروتون) نيستند، لذا آنها را بار - رنگ مي ناميم. بطور مشابه در مورد ميدان مغناطيسي و ذرات تشکيل دهنده ي آن ميتوان چنين تعبيري داشت که ميدان مغناطيسي اطراف فوتون از مغناطيس - رنگ تشکيل شده است
2 - حرکت اين ذرات را مي توان شامل سه نوع حرکت دانست، يکي سرعت خطي که برابر سرعت انتقال موج الکترومغناطيسي (برابر سرعت نور)، دوم سرعتي که در ميدان دارند (در شکل بالا مشخص شده است) و سوم اسپين اين ذرات. لذا مجموع مقادير سرعتها برابر مقدار سرعت اين ذرات است که آن را با Vc نشان مي دهيم. بطور وضوح مشخص است که Vc > c در آن و Vc, c بترتيب مقدار سرعت نور و مقدار سرعت بار - رنگ و مغناطيس - رنگ هستند
3 - ميدان گرانشي از ذراتي (گراويتون) تشکيل مي شود که داراي خواص - بار رنگي و مغناطيس - رنگي مي باشند. زيرا همچنانکه در فصل قبل مشاهده شد، هنگاميکه فوتون در ميدان گرانشي در حال سقوط است، انرژي و در نتيجه شدت ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي آن افزايش مي يابد (جابجايي بسمت آبي)، لذا ورود گراويتونها (بار ? رنگ و مغناطيس ? رنگ) به ساختمان فوتون موجب افزايش انرژي آن مي شود
با توجه به اين اطلاعات به تعريف سي. پي. اچ. پرداخته و اصل سي. پي. اچ. را بيان مي کنيم. لازم به ذکر است که
براي سي. پي. اچ. از کلمه ي ذره استفاده شده است، منظور از ذره همان نقطه ي مادي نيست و در فارسي کلمه اي که گوياي مفهوم سي. پي. اچ. باشد نديدم. بهمين دليل از لغت ذره استفاده شد. همچنين توجه شود که در مورد شکل آن نيز هيچ نظر خاصي وجود ندارد. لذا هر کس بنا بر برداشت و سليقه ي خود مي تواند براي آن شکل مورد نظر خويش را تجسم کند.
تعريف CPH
فرض کنيم يک ذره با جرم ثابتm وجود دارد که نسبت به هر دستگاه لختي با مقدار سرعت ثابت Vcحرکت مي کند. و
Vc>c c, is speed of light
بنابراين سي. پي. اچ. داراي اندازه حرکت خطي برابر mVc مي باشد. شکل زير
CPH اصل
پي. اچ. يک ذره بنيادي با جرم ثابت است که با مقدار سرعت ثابت حرکت مي کند. اين ذره داري لختي دوراني است. در هر واکنش بين اين ذره با ساير ذرات يا نيروها در مقدار سرعت آن تغييري داده نمي شود، بطوريکه
gradVc=0 in all inertial frames and any space
توجه: هنگاميکه نيروي خارجي بر آن اعمال شود، قسمتي از سرعت انتقالي آن به سرعت دوراني (يا بالعکس ) تبديل مي شود، بطوريکه در مقدار Vc تغييري داده نمي شود. يعني اندازه حرکت خطي آن به اندازه حرکت دوراني و بالعکس تبديل مي شود. بنابراين مجموع انرژي انتقالي و انرژي دوراني آن نيز همواره ثابت است. تنها انرژي انتقالي آن به انرژي دوراني و بالعکس تبديل مي شود
هنگاميکه سي. پي. اچ. داراي حرکت دوراني حول محوري که از مرکز جرم آن مي گذرد است، يعني زمانيکه سي. پي. اچ. داراي Spin است،آن را گراويتون مي ناميم.
When CPH has Spin, It calls Graviton
تشريح
هنگاميکه يک سي. پي. اچ. وجود سي. پي. اچ. ديگري را احساس مي کند. داراي اسپين مي شوند که گراويتون ناميده مي شود. علت ايجاد اسپين در اصل موضوع سي. پي. اچ. نهفته است که بايد با مقدار سرعت ثابت Vc حرکت کند بطوريکه:
gradVc=0 in all inertial frames and any space
بنابراين هر مقدار که از سرعت آن روي يک محور مختصات کاسته مي شود، به همان ميزان بر مقدار سرعت روي دو محور ديگر افزوده مي شود. يعني
بعبارت ديگر مجموع مقدار شتاب هاي سي. پي. اچ. روي سه محور مختصات برابر با صفر است. حال دو سي. پي. اچ. را در نظر بگيريد که متوجه بار- رنگي و مغناطيس ? رنگي يکديگر شده اند. شکل زير
شکل بالا نشان مي دهد که دو گراويتون با جرم m و اندازه حرکت P =mVc ، درفاصله r تحت تاثير بار - رنگي و مغناطيس رنگي يکديگر قرار گرفته، با هم ترکيب مي شوند، اما چون مقدار سرعت آنها ثابت است، حرکت انتقالي آنها به حرکت دوراني Spinتبديل مي شود. فاصله ي بين آنها تا جايي مي تواند کاهش يابد که باهم برخورد نکنند. در صورت برخورد به دليل اسپيني که دارند، از يکديگر دور مي شوند. لذا تراکم (چگالي) آنها تا زماني مي تواند افزايش يابد که به حالت تماس نرسند. در صورت تماس طي برخوردي شديد يکديگر را مي رانند و به اطراف پراکنده مي شوند.
يکبار ديگر جابجايي بسمت آبي را به خاطر آوريد که طي آن يک فوتون در حال سقوط در ميدان گرانشي است. (اثر مسبوئر و آزمايش پوند - ربکا). فوتوني با انرژي  به اندازه y سقوط مي کند و انرژي آن به اندازه ي mgy افزايش مي يابد و به مقدار  مي رسد.
انرژي و جرم فوتون افزايش ميابد. شکل زير حرکت يک فوتون در حال سقوط در يک ميدان گرانشي را نشان مي دهد که با ورود گراويتونها به آن انرژي (جرم)، فرکانس و شدت ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي آن افزايش مي يابد.
بنابراين يک فوتون از تعدادي گراويتون تشکيل مي شود که داراي اسپين هستند. شکل زير
همچنين فوتون داراي اسپين است. بنابراين هنگاميکه فوتون با سرعت نور حرکت مي کند، گرايتون هايي که فوتون را تشکيل داده اند داراي حرکتهاي زير مي باشند:
حرکت انتقالي برابر سرعت نور، زيرا فوتون با سرعت نور منتقل مي شود و اجزاي تشکيل دهنده آن نيز الزاماً با همين سرعت منتقل مي شوند.
حرکت دوراني (اسپين)، زيرا طبق اصل سي. پي. اچ. مقدار سرعت سي. پي. اچ. بيشتر از سرعت نور است و هنگاميه سي. پي. اچ. ها با يکديگر ادغام مي شوند و ساير ذرات را تشکيل مي دهند، مقداري از سرعت انتقالي آنها به اسپين تبديل مي شود.
و حرکت ناشي از اسپين فوتون، زيرا گراويتون ها در ساختمان فوتون هستند و از حرکت اسپيني فوتون سهم مي برند
زير کوانتوم انرژي، جرم و نيرو
در فرآيند بالا نشان داده شد که چگونه گراويتونها وارد ساختمان فوتون شده و انرژي آنرا افزايش مي دهند. از طرفي ديگر مي دانيم که گراويتونها حامل نيروي گرانشي هستند. لذا بسادگي مشاهده مي شود که نيرو قابل تبديل به انرژي است. گراويتونهايي که به اين ترتيب تبديل به انرژي مي شوند.
در يک ميدان گرانشي، هنگاميکه فوتون بسمت آبي جابجا مي شود، گراويتون ها تبديل به انرژي مي شوند و زمانيکه فوتون بسمت قرمز جابجا مي شود، انرژي فوتون به گراويتون تبديل مي شود و و سرانجام با تباه شدن انرژي ، ماده و پادماده پديد مي آيد. شکل زير
در حقيقت سي. پي. اچ. يک زير کوانتوم هستي در طبيعت است که همه ي ذرات از آن ساخته شده اند
CPH is Sub Quantum of existence in Nature
اين زير کوانتوم داراي جرم است، پس جلوه ي ماده است، داراي اندازه حرکت است که بيان کننده ي انرژي است. همچنين داراي خواص بار-رنگي و مغناطيس ? رنگي است. يک کوانتوم انرژي از تعدادي سي. پي. اچ. تشکيل مي شود و امواج الکترومغناطيسي ظاهر مي شوند.
بدين ترتيب مشخص است که چرا نمي توان فوتون را در حالت سکون مشاهده کرد، زير يک فوتون در شرايط سرعت نور و از تعدادي ذرات زير فوتون (بار-رنگها و مغناطيس-رنگها) توليد مي شود که خود اين ذرات زير فوتوني با مقدار سرعتي بيشتر از سرعت نور حرکت مي کنند
بار-رنگ و مغناطيس رنگ در امواج الکترومغناطيس معادلات
فرض کنيم دو سي. پي. اچ. نسبت به يک دستگاه لخت با سرعت خطي Vc حرکت مي کنند که به دليل خواص بار-رنگي و مغناطيس - رنگي با يکديگر ترکيب شده و فوتون توليد مي شود. چون
gradVc=0
داراي اسپين خواهند شد و مي توان نوشت:
gradVc=0 => axi+ayj+azk=0
يعني مجموع شتاب ها روي سه محور برابر صفر است.
فرض کنيم که سي پي. اچ. ( در پرتو الکترومغناطيسي) روي محور xحرکت انتقالي برابر با سرعت امواج الکترومغناطيسي(سرعت نور) دارد. شکل زير
اما اشاره کوتاهي در مورد اصطلاح سي. پي. اچ. را لازم مي دانم. اميدوارم مفيد واقع شود.
بنابراين مقدار سرعت آن تنها روي محور هاي y, zتغيير مي کند و شتاب روي محور x صفر است، يعني
ax=0
تنها روي دو محور ديگر شتاب خواهد داشت بطوريکه:
ayj+azk=0
هنگاميکه
vy=0 =>vz is maximum. And vy is maximum when vz=0
فرض کنيم يک بار- رنگ در ساختمان فوتون همراه با يک پرتو الکترومغناطيسي روي محور
y
در حرکت است. اين بار-رنگ تحت تاثير ميدان مغناطيسي موجود (مغناطيس-رنگها) دائماً در حال شتاب روي اين محور است. بهمين دليل اسپين بار-رنگها دائماً در حال تغيير است و اين تغييرات از مقدار سرعت آنها روي همين محور تامين و تبديل مي شود. با افزايش اسپين، از مقدار سرعت روي محور y کاهش مي يابد و با کاهش اسپين بر مقدار سرعت روي همين محور افزوده مي شود و در صورتي که شدت ميدان گرانشي ثابت باشد، مانند فضاي بين ستارگان، سرعت نور ثابت خواهد ماند. بهمين دليل مشاهده مي کنيم که همانطور که نسبيت خاص تصريح کرده، مقدار سرعت نور در فضاي تهي نسبت به همه ي دستگاه هاي لخت ثابت و برابر c است. به همين ترتيب حرکت و اسپين مغناطيس - رنگها روي محور z قابل توجيه است. توجه شود که اين تغييرات در در مورد بار ? رنگها و مغناطيس - رنگها هماهنگ هستند. اگر به شکل انتشار امواج الکترومغناطيسي توجه فرماييد، مشاهده خواهيد کرد که هم زمان دامنه ي ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي ماکزيمم و صفر مي شوند.
حال مي توان معادله حرکت بار - رنگ را نوشت. با توجه به شکل بالا، سي. پي. اچ. ي که بصورت بار رنگ ظاهر شده حرکتي متناوب دارد که معادله ي حرکت آن را مي توان بصورت زير نوشت
Ec=EcmCosw(t-x/c)
که در آن Ec مقدار بار-رنگ است وEcm مقدار مازيمم بار-رنگ است.
براي سي. پي. اچ. ديگر که بصورت مغناطيس-رنگ ظاهر مي شود مي توان نوشت:
Bc=BcmCosw(t-x/c)
که در آن Bc مقدار مغناطيس-رنگ است و Bcm مقدار ماکزيمم مغناطيس رنگ است. فرض کنيم يک فوتون شامل n بار ? رنگ و mمغناطيس ? رنگ است که معادله ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي آن بصورت زير خواهد شد.
E=nEcmCosw(t-x/c)
B=mBcmCosw(t-x/c)
هنگاميکه يک فوتون در حال سقوط در يک ميدان گرانشي است، تعداد بار -رنگها و مغناطيس -رنگهاي آن افزايش مي يابد و در نتيجه جابجايي بسمت آبي خواهيم داشت. و هنگام صعود فوتون در ميدان گرانشي، از تعداد آنها کاسته مي شود و شاهد جابجايي بسمت قرمز خواهيم.
معادلات الکترومغناطيس در گرانش
همجنانکه در بالا تشريح شد، هنگام سقوط فوتون در ميدان گرنشی، گراويتون ها خواص بار-رنگی و مغناطيس-رنگی از خود نشان می دهند. بهمين دليل بر شدت ميدانهای الکتريکی و مغناطيسی فوتون افزوده می شود. بنابراين يک رابطه ی تنگاتنگ بين گرانش و امواج الکترومغناطيسی وجود دارد. اما می دانيم که امواج الکترومغناطيسی از معادلات ماکسول پيروی می کنند. لذا وابستگی گرانش و امواج الکترومغناطيسی نيز بايد از معادله ای شبيه معادلات معادلات ماکسول تبعيت کند. سئوال اين است که اين معادله را چگونه می توانيم به دست آوريم؟
يکبار ديگر سقوط فوتون را در ميدان گرانشي مورد بررسي قرار مي دهيم. محور قائم را در جهت شتاب گرانش در نظر مي گيريم. جهت حرکت نور بطرف پايين و با شتاب گرانش همجهت است. بنابراين جهت ميدان الکتريکي افقي (عمود بر جهت حرکت فوتون) خواهد بود. با سقوط فوتون، شدت ميدان الکتريکي افزايش مي يابد و بنابر نظريه سي. پي. اچ. همان مقدار تغييرات روي ميدان گرانش ايجاد خواهد شد. يعني تعدادي بار-رنگ از ميدان گرانش وارد ساختمان فوتون خواهند شد(شکل زير). توجه شود که مجموع انرژي فضايي که فوتون در آن حرکت مي کند و انرژي فوتون مقدار ثابتي است. بنابراين هر تغييري روي يکي از آنها برابر است با همان مقدار تغيير روي ديگري با علامت مخالف.
در اينجا دو تابع برداري داريم. يکي شدات ميدان گرانشي و ديگري شدت ميدان الکتريکي
g and E
حال اگر عملگر
را بصورت ضرب برداري روي ميدان برداري گرانش اعمال کنيم، نتيجه يک ميدان برداري عمود بر جهت حرکت فوتون به دست مي آيد و خواهيم داشت:
هنگام سقوط فوتون، شدت ميدان الکتريکي نسبت به زمان افزايش مي يابد و به همان ميزان از تعداد بار-رنگهاي موجود در ميدان گرانش کاسته مي شود. جدول زير را که با توجه به شکل بالا تنظيم شده ملاحظه کنيد.
Point A; Photon contains k1 CPH
Point B; Photon contains k2 CPH
k2 > k1
لذا به همين مقدار که بر تعداد سي. پي. اچ. هاي فوتون افزوده مي شود، از تعداد بار-رنگهاي ميدان گرانشي کاسته مي شود. اما اين تمام فرايند انجام شده نيست، زيرا ميدان الکتريکي تغيير مي کند و اين تغيير ميدان الکتريکي موجب تغيير ميدان مغناطيسي نيز مي شود، يعني:
لذا به همين ميزان نيز که بر شدت ميدان مغناطيسي افزوده مي شود، از تعداد گراويتوننهاي ميدان گرانشي کاسته مي شود.
اين پديده فرايند معکوسي نيز دارد، و آن مربوط به زماني است که فوتون در حال فرار از ميدان گرانشي است. هنگام فرار فوتون در ميدان گرانشي، جابجايي بسمت سرخ است که انرژي و در نتيجه شدت ميدان الکتريکي فوتون کاهش مي يابد. لذا تعدادي از بار-رنگها از ساختمان فوتون خارج شده و بر تعداد گراويتون هاي ميدان گرانشي افزوده خواهد شد. لذا خواهيم داشت:
در حالت کلي اگر بخواهيم معادلات ماکسول را براي فضاي واقعي که در آن آثار گرانشي نيز وجود دارد بنويسيم، بايد معادلات شش گانه ي زير را بکار ببريم:
هر فضايي که آثار گرانشي داشته باشد و امواج الکترومغناطيسي از آن عبور کند، شدت ميدانهاي گرانشي و مغناطيسي و در نتيجه انرژي آن تغيير خواهد کرد.
گرانش در نظريه سي. پي. اچ
در نظريه سي. پي. اچ. گرانش يک جريان است. اين جريان دائمي بين تمام ذرات و اجسام وجود دارد. به عنوان مثال به زمين و ماه توجه کنيد. زمين داراي ميدان گرانش است. يک ميدان گرانشي از تعداد متنابهي سي. پي. اچ. (گراويتون) تشکيل شده است. پس ميدان گرانشي زمين نيز تعداد بيشماري سي. پي. اچ تشکيل شده است در اطراف زمين در حرکت هستند.
نگاهي به زمين و ماه بيندازيد. در اينجا دو ميدان وجود دارد، يکي ميدان گرانشي زمين و ديگري ميدان گرانشي ماه. هنگاميکه يک گراويتون به زمين مي رسد، گراويتون ديگري زمين را ترک مي کند به دليل اينکه گراويتون يک زير کوانتوم با خواص بار ? رنگي يا مغناطيس ? رنگي است، هنگام ترک زمين، آنرا به دنبال خود مي کشد. به عنوان مثال فرض کنيم يک بار ? رنگ (گراويتون) از ماه به زمين براسد و به يک اتم زمين وارد شود و وارد الکترون شود. تعادل الکتريکي الکترون بهم مي خورد و الکترون مذکور با ارسال بار- رنگ مشابهي (گراويتون ديگري) مقدار بار الکتريکي خود را ثابت نگاه مي دارد. بار-رنگ ورودي و خروجي از نظر علامت يکسان هستند تا بار الکتريکي الکترون ثابت بماند. هنگاميکه بار ? رنگ ورودي وارد ساختمان اتم مي شود، با توجه به علامت آن (منفي يا مثبت) بطرف الکترون يا پروتون تغيير مسير مي دهد و جذب آنها مي شود. فرض کنيم بار ? رنگ ورودي منفي است که جذب پروتون مي شود. با ورود بار-رنگ منفي به ساختمان پروتون، تعادل بار پروتون بهم مي خورد. پروتون مزبور براي حفظ مقدار بار الکتريکي که موجوديت و خواص پروتون مربوط به آن است، بار ? رنگ مزبور را باز پس مي فرستد و بار ? رنگ با سرعتي بالاتر از سرعت نور، پروتون را ترک مي کند. اما به دليل بار ? رنگي منفي که دارد، پروتون را به دنبال خود مي کشد. پروتون مزبور در کنش با ساير ذرات، آنها را به دنبال خود مي کشد.
دقيقاً نظير گلوئون ها(گلوئون به معني چسب است) که موجب کشيده شدن کوارکها بطرف يکديگر مي شود. با توجه به اينکه پروتونها خود نيز از کوارکها با بار الکتريکي کسري ساخته شده اند، در واقع بار ? رنگ هاي ورودي (گراويتونها) با کوارکها کنش خواهند داشت. در مورد الکترون نيز بحث مشابهي مي توان ارائه داد.
فوتون و بار الکتريکي
مي دانيم يک فوتون حامل دو ميدان الکتريکي و مغناطيسي عمود بر هم است. اما اين تنها کافي نيست که بتوانيم به نتيجه مورد نظر برسيم، بلکه بايد تاثير ميدان گرانشي را بر فوتون نيز مد نظر قرار دهيم و آنگاه با ديدي متفاوت همه ي اين موارد را جمع بندي کرده و نتيجه گيري کنيم.
بياييد يکبار ديگر به رفتار فوتون در ميدان گرانشي توجه کنيم. در فصل دوم ديديم که يک فوتون داراي جرمي برابر:
m=hv/c2
است. بنابراين وزن اين فوتون در ميدان گرانشي زمين برابر خواهد شد با:
mg=(hv/c2)g
فرض کنيم فوتون در سقوط قائم بطرف زمين به فاصله yسقوط کند. در اينصورت طبق قانون بقاي انرژي خواهيم داشت
hv'=hv+mgy
شکل زير حرکت فوتون در حال سقوط در يک ميدان گرانشي را نشان مي دهد که با ورود گراويتونها به آن انرژي (جرم)، فرکانس و شدت ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي آن افزايش مي يابد
اگر رابطه ي
hv'=hv+mgy
را تنها در ميدان گرانشي زمين در نظر بگيريم، با توجه به مقادير عددي ثابت پلانک و شدت ميدان گرانشي تغيير قابل توجهي براي انرژي فوتون مشاهده نخواهد شد. اما سئوال اين است که در ميدانهاي گرانشي بسيار قوي آيا اين تغييرات قابل توجه نخواهد بود؟
در هر صورت آزمايش هاي انجام شده روي زمين هم نشان مي دهد که با سقوط فوتون در ميدان گرانشي، انرژي آن افزايش مي يابد و همين انرژي در توليد زوج الکترون ? پوزيترون به دو بار الکتريکي مخالف مي گردد. حال فراين را از اين منظر نگاه کنيد
انرژي الکترومغناطيسي <= کار انجام شده توسط گرانش
انرژي الکتريکي + انرژي مغناطيسي = انرژي الکترومغناطيسي
بار الکتريکي مثبت + بار الکتريکي منفي <= انرژي الکترومغناطيسي
در اين فرايند نکات قابل توجهي وجود دارد:
يک : گرانش از ذراتي تشکيل شده که داراي خواص الکتريکي و مغناطيسي هستند (بار ? رنگ و مغناطيس ? رنگ).
دو : بار ? رنگ ها با يکديگر جمع شده و بارهاي الکتريکي ايجاد مي کنند
سه : بار ? رنگ ها داراي دو علامت مختلف مثبت و منفي هستند که در ساختمان فوتون وجود دارند. در فرايند توليد زوج ماده ? پاد ماده، بار رنگ هاي منفي در کنار هم قرار مي گيرند و بار الکتريکي منفي را ايجاد مي کنند. بار ? رنگ هاي مثبت نيز با هم ترکيب شده و بار الکتريکي مثبت را بوجود مي آورند. شکل زير
چهار : علت ترکيب گراويتونها با يکديگر خاصيت بار ? رنگي آنهاست. بهمين دليل خلا مي تواند انرژي توليد کند.
پنج : بارهاي الکتريکي داراي ميدان الکتريکي هستند و بطور دائم ذرات حامل نيروي الکتريکي منتشر مي کنند.
شش : بارهاي الکتريکي علاوه بر ميدان الکتريکي داراي يک ميدان مغناطيسي ضعيف نيز هستند.
با استفاده از اين موارد مي توانيم به توضيح بار الکتريکي و ميدان الکتريکي بپردازيم
بار الکتريکي و نيروي الکتريکي از ديدگاه سي. پي. اچ.
از الکترومغناطيس کلاسيک مي دانيم که شدت ميدان مغناطيسي امواج الکترومغناطيسي نسبت به شدت ميدان الکتريکي آن بسيار ضعيف است و رابطه ي زير بين آنها بر قرار است
با توجه به مقدار سرعت نور بخوبي مشاهده مي شود که شدت ميدان الکتريکي تا چه اندازه از شدت ميدان مغناطيسي قوي تر است.
بار ديگر به توليد زوج الکترون - پوزيترون برگرديم. مشاهده شد که يک کوانتوم انرژي (يک فوتون گاما) در شرايطي به دو ذره ي باردار مثبت و منفي واپاشيده مي شود. قبل از توليد زوج، تنها دو ميدان الکتريکي و مغناطيسي وجود داشت (بار الکتريکي وجود نداشت، بعد از توليد زوج دو بار الکتريکي وجود دارد که ميدان الکتريکي و گشتاور مغناطيسي توليد مي کنند. اين فرايند نشان مي دهد که ميدان الکتريکي (که از نظر بار الکتريکي نيز خنثي است) از دو سري بار ? رنگ مثبت و منفي تشکيل مي شود و در هنگام توليد زوج، بار-رنگهاي منفي يکطرف جمع شده، با هم ترکيب مي شوند و الکترون (با بار منفي) را بوجود مي آورند. همچنين بار ? رنگهاي مثبت نير يکطرف جمع شده، با هم ترکيب مي شوند و پوزيترون (با بار مثبت) را بوجود مي آورند. شکل زير
در طرف چپ ميدان الکتريکي متشکل از بار -رنگهاي مثبت و منفي و يک ميدان مغناطيسي ضعيف وجود دارد.
در سمت راست دو بار الکتريکي مثبت و منفي وجود دارد، که ميدان الکتريکي و ميدان مغناطيسي ايجاد مي کنند.
چگونگي ايجاد ميدان الکتريکي
در فرآيند توليد زوج، بعد از آنکه الکترون و پوزيترون شکل گرفتند، خواص بار الکتريکي از خود نشان مي دهند. اين خواص از طريق ميدان الکتريکي اطراف آنها که با انتشار فوتون (ذرات حامل نيروي الکتريکي) ايجاد مي شود، قابل مشاهده است.
حال الکترون توليد شده را در نظر بگيريد که مجموعه اي از بار ? رنگهاي منفي است که با هم ترکيب شده اند. اين الکترون در دريايي از بار ? رنگها (گراويتونها) غوطه ور است. الکترون مانند يک ماشين بار ? رنگهاي منفي را متراکم کرده و بصورت فوتون (حامل بار الکتريکي منفي) منتشر مي کند و بدين ترتيب ميدان الکتريکي منفي اطراف خود را بوجود مي آورد. بنابراين الکترون ماشيني است که ورودي آن بار ? رنگهاي منفي و خروجي آن فوتون منفي است. روند توليد فوتون مثبت توسط پوزيترون (يا پروتون) نيز بهمين ترتيب است.
بوتونهاي منفي (ذرات حامل نيروي الکتريکي منفي) بطرف بارهاي مثبت حرکت مي کنند و فوتونهاي مثبت بسوي بارهاي منفي بحرکت در مي آيند.
ذرات تبادلي در مکانيک کوانتوم
نخستين گام براي توجيه نيروهاي هسته اي قوي در سال 1932 توسط هايزنبرگ برداشته شد. وي نظر داد که پروتونها به وسيله ي نيروهاي تبادلي در کنار يکديگر قرار مي گيرند. به اين ترتيب مي توان تصور کرد که دو ذره، به تبادل ذره ي سوم مي پردازند و ذره ي تبادلي دو ذره را به سوي هم مي راند. نظريه هايزنبرگ، همه ي نيروهاي جاذبه و دافعه نتيجه ي ذرات تبادلي هستند. به شکل زير توجه کنيد
در مورد جاذبه و دافعه ي الکترومغناطيسي، ذره ي تبادلي فوتون است. فيزيکدانان به وجود دو نوع فوتون اعتقاد دارند، يکي فوتونهاي حقيقي که قابل مشاهده هستند و ديگري فوتونهاي مجازي است که نمي توان آنها را مشاهده کرد. فوتون مجازي نيز با سرعت نور حرکت مي کند. در شکل زير نمودار فضا-زمان ذرات تبادلي بين دو الکترون که اثر آن دافعه است و يک الکترون و يک پروتون که اثر آن جاذبه است، نشان داده شده است
در شکل بالا الکتروني در راس Aيک قوتون مجازي توليد کرده و مي فرستد والکترون دوم آنرا در راس Bدر مي آشامد.
انرژي و اندازه حرکت هر يک از الکترون هاي واکنش کننده در اثر تبادل فوتون تغيير مي کند. غير قابل مشاهده بودن فوتون مجازي امکان عدم بقاي انرژي و اندازه حرکت را در طول بازه ي زماني بين گسيل و در آشاميدن فوتون فراهم مي کند. اصل عدم قطعيت انرژي فرض شده را که توسط آن بقاي انرژي نقض مي شود به مقدار زير محدود مي کند
dE=h/dt
که در آن dt برابر است با بازه ي زماني بين گسيل و در آشاميدن فوتون مجازي است
ذرات تبادلي در نظريه سي. پي. اچ.
قسمت بالا گفته شد در نظريه سي. پي. اچ. بارهاي الکتريکي با استفاده از بار ? رنگهاي مجود در محيط به توليد و انتشار فوتونهاي مجازي که حامل نيروي الکتريکي هستند، مي پردازند. الکترون فوتون منفي و پروتون فوتون مثبت توليد و در فضا منتشر مي کنند و بدين ترتيب در اطراف خود ميدان الکتريکي ايجاد مي کنند.
حال دو ذره (پروتون و الکترون ) را با بار الکتريکي مثبت و منفي در نظر بگيريد. پروتون يک فوتون مثبت ارسال مي کند. فوتون مثبت بسمت الکترون حرکت کرده و جذب آن مي شود. الکترون که داراي بار پايه الکتريکي منفي است، فوتون مثبت را جذب مي کند. اما بمحض اينکه فوتون مثبت با الکترون ترکيب مي شود، موجوديت الکترون را دچار اختلال مي کند و الکترون براي برطرف کردن اختلال ايجاد شده، فوتون مثبت را تجزيه کرده و به بار ? رنگهاي مثبت تبديل و از ساختمان خود مي راند. بار ? رنگهاي مثبت که با سرعتي بالاتر از سرعت نور بحرکت در مي آيند، الکترون را بدنبال خود مي کشند. اين عمل موجوب مي شود که الکترون بسمت پروتون کشيده شود. بار ? رنگهاي مثبت نيز در فضا پخش مي شوند.
به همين ترتيب در مورد فوتون منفي و پروتون مي توان توضيح داد. الکترون با توليد و انتشار فوتون منفي، پروتون را بسمت خود مي کشد و پروتون نيز با متلاشي کردن فوتون منفي بار ? رنگهاي منفي در فضا پخش مي کند و اين بار - رنگهاي منفي پروتون را بطرف الکترون مي کشند.
همچنانکه ملاحظه مي شود هيچ نيازي به استفاده از اصل عدم قطعيت براي توضيح وجود و کنش هاي الکترومغناطيسي نيست. علاوه بر آن نگراش فیزیک مدرن به گراویتون که آن را ذره ای بدون خواص الکتریکی در نظر می گیرد، نمی تواند با واقعیت سازگار باشد. بهمین دلیل تمام تلاشها برای یکسان سازی نیروهای الکترومغناطیسی و گرانش با شکست مواجه شده است | 
/AstroTips_com%20-%20Astronomy%20Software%20and%20Amateur%20Observation%20Resources%20%20Astronomy%20Freeware,%20Shareware%20and%20Commercial_%20News,%20Downloads,%20Reviews,%20Photos,%20Classifieds,%20Forums_files/icon_default.gif){kind=icon}
/AstroTips_com%20-%20Astronomy%20Software%20and%20Amateur%20Observation%20Resources%20%20Astronomy%20Freeware,%20Shareware%20and%20Commercial_%20News,%20Downloads,%20Reviews,%20Photos,%20Classifieds,%20Forums_files/popular.gif)
/AstroTips_com%20-%20Astronomy%20Software%20and%20Amateur%20Observation%20Resources%20%20Astronomy%20Freeware,%20Shareware%20and%20Commercial_%20News,%20Downloads,%20Reviews,%20Photos,%20Classifieds,%20Forums_files/skychart.jpg)
