مقاله درباره نقش فیزیک در پزشکی 11ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 11

نقش فیزیک در پزشکی

پزشکان براى تشخیص بیمارى ها از انواع وسایل ساده مانند دماسنج و فشارسنج، گوشى طبى (استتوسکوپ) تا دستگاه هاى بسیار پیچیده مانند میکروسکوپ الکترونى، لیزر و هولوگراف که همه براساس قانون هاى فیزیک طراحى و ساخته شده استفاده مى کنند. در این قسمت به ساختمان و طرز کار برخى از آنها مى پردازیم.

رادیوگرافى و رادیوسکوپى

رادیوگرافى عکسبردارى از بدن با پرتوهاى ایکس و رادیوسکوپى مشاهده مستقیم بدن با آن پرتوها است. در عکاسى معمولى از نورى که از چیزها بازتابش مى شود و بر فیلم عکاسى اثر مى کند استفاده مى شوند در صورتى که در رادیوگرافى پرتوهایى را که از بدن مى گذرند به کار مى برند.

پرتوهاى ایکس را نخستین بار در سال ۱۸۹۵ میلادى، ویلهلم کنراد رنتیگن استاد فیزیک دانشگاه ورتسبورگ آلمان کشف کرد. این کشف بسیار شگفت انگیز بود و خبر آن با سرعت در روزنامه هاى جهان منتشر شد. جالب است که رنتیگن بر روى پرتوهاى کاتدى کار مى کرد و به طور اتفاقى متوجه شد که وقتى این پرتوها، که همان الکترون هاى سریع هستند به مواد سخت و فلزات سنگین برخورد مى کنند پرتوهاى ناشناخته اى تولید مى شود او این پرتوها را پرتو ایکس به معنى مجهول نامید.

پرتوهاى ایکس قدرت نفوذ و عبور بسیار زیاد دارند. به آسانى از کاغذ، مقوا، چوب، گوشت و حتى فلزهاى سبک مانند آلومینیوم مى گذرند، لیکن فلزهاى سنگین مانند سرب مانع عبور آنها مى شود. اشعه ایکس از استخوان هاى بدن که از مواد سنگین تشکیل شده اند عبور نمى کنند در صورتى که از گوشت بدن به آسانى مى گذرند. همین خاصیت سبب شده که آن را براى عکسبردارى از استخوان هاى بدن به کار برند و محل شکستگى استخوان ها را مشخص کنند. براى عکسبردارى از روده و معده هم از پرتوهاى ایکس استفاده مى شود لیکن براى این کار ابتدا به شخص مایعاتى مانند سولفات باریم مى خورانند تا پوشش کدرى اطراف روده و معده را بپوشاند و سپس رادیوگرافى صورت مى دهند. کشف پرتوهاى ایکس که به وسیله رنتیگن عملى شد سرآغاز فعالیت هاى دانشمندانى مانند تامسون، بور، رادرفورد، مارى کورى، پیرکورى، بارکلا و بسیارى دیگر شد به طورى که نه فقط چگونگى تولید، تابش و اثرهاى پرتو ایکس و گاما و نور شناخته شد بلکه خود اشعه ایکس یکى از ابزارهاى شناخت درون ماده شد و انسان را با جهان بى نهایت کوچک ها آشنا کرد و انرژى عظیم اتمى را در اختیار بشر قرار داد. پرتوهاى ایکس در پزشکى و بهداشت براى پیشگیرى، تشخیص و درمان به کار مى رود به طورى که در فناورى هاى مربوطه یکى از ابزارهاى اساسى است.

سونوگرافىسونوگرافى عکسبردارى با امواج فراصوت است. فراصوت امواج مکانیکى مانند صوت ۲ است که بسامد آن بیش از ۲۰ هزار هرتز است. این امواج را مى توان با استفاده از نوسانگر پتروالکتریک یا نوسانگر مغناطیسى تولید کرد.

خاصیت پیزوالکتریک عبارت است از ایجاد اختلاف پتانسیل الکتریکى در دو طرف یک بلور هنگامى که آن بلور تحت فشار یا کشش قرار گیرد و نیز انبساط و انقباض آن بلور هنگامى که تحت تاثیر یک میدان الکتریکى واقع شود. بنابراین هرگاه از یک بلور کوارتز تیغه متوازى السطوحى عمود بر یکى از محورهاى بلور تهیه کنیم و این تیغه را میان دو صفحه نازک فولادى قرار دهیم و آن دو صفحه را به اختلاف پتانسیل متناوبى وصل کنیم، تیغه کوارتز با همان بسامد جریان منبسط و منقبض مى شود و به ارتعاش درمى آید و در نتیجه امواج فراصوت تولید مى کند. پدیده پیزوالکتریک در سال ۱۸۸۰ به وسیله پیرکورى کشف شد و از آن علاوه بر تولید امواج فراصوتى، در میکروفن هاى کریستالى و فندک استفاده مى شود. امواج فراصوتى داراى انرژى بسیار زیاد است و مى تواند سبب بالا رفتن دماى بافت هاى بدن انسان، سوختگى و تخریب سلول ها شود. از این امواج در دریانوردى، صنعت و پزشکى استفاده مى شود.

در پزشکى براى تشخیص، درمان و تحقیقات این امواج را به کار مى برند. دستگاهى که براى عکسبردارى به کار مى رود اکوسکوپ۳ یا سونوسکوپ۴ است. اساس کار عکسبردارى با امواج فراصوت بازتابش امواج است در این عمل دستگاه گیرنده و فرستنده موجود است و از بسامدهاى میان یک میلیون تا پانزده میلیون هرتز استفاده مى کنند. دستگاه مولد ضربه هاى موجى در زمان هاى بسیار کوتاه یک تا پنج میلیونیم ثانیه را در حدود ۲۰۰ ضربه در ثانیه مى فرستد و این ضربه ها در بدن نفوذ مى کند و چنانچه به محیطى برخورد کند که غلظت آن با محیط قبلى متفاوت باشد پدیده بازتابش روى مى دهد و با توجه به غلظت نسبى دو محیط مقدارى از انرژى ضربه هاى فراصوت بازتابش مى شود. دستگاه گیرنده این امواج را دریافت مى کند و به کمک دستگاه الکترونى و یک اسیلوسکوپ آن را به نقطه یا نقاط نورانى به تصویر تبدیل مى کند. عکسبردارى با فراصوت را براى تشخیص بیمارى هاى قلب، چشم، اعصاب، پستان، کبد و لگن انجام مى دهند.

مقاله درباره معرفی رشته فیزیک

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 10

معرفی رشته فیزیک

هدف در معرفی علم فیزیک دکتر پروین استاد فیزیک دانشگاه امیرکبیر می‌گوید: «فیزیک علم زندگی و اصلا علم حیات است» . و یا دکتر منیژه رهبر استاد فیزیک دانشگاه تهران معتقد است هر چیزی که در اطراف خویش می‌بینیم به فیزیک ربط پیدا می‌کند. همچنین پاسخ به بسیاری از سوالهایی را که همیشه ذهن بشر به آن مشغول بوده است به وسیله علم فیزیک می‌توان داد. مثل این که دنیا چگونه بوجود آمده است؟ از چه تشکیل شده و کوچکترین جزء آن چیست؟ در کل می‌توان گفت که جهان در بزرگترین مقیاس تا ریزترین مقیاس در ارتباط با علم فیزیک می‌باشد. یکی دیگر از استادان دانشگاه نیز فیزیک را دانش کشف و استفاده عملی از قوانین و روابط حاکم بر پدیده‌های طبیعی می‌نامد که مبنای این دانش بر تجربه و آزمایش استوار است. ماهیت :رشته فیزیک در حد لیسانس عبارت است از فیزیک دبیرستانی به اضافه فیزیک قرن بیستم . از سوی دیگر می‌توان گفت که فیزیک در حد لیسانس مفاهیم فیزیکی دبیرستانی را عمیق‌تر کرده و طرز برخورد با مسائل فیزیکی را آموزش می‌دهد». دکتر پروین نیز می‌گوید: «فیزیک دانشگاهی بر پایه کتاب فیزیک هالیدی و برخی کتب دیگر که به زمینه‌های فیزیک مدرن می‌پردازد، قرار گرفته است یعنی به نظر من اگر کسی مطالبی را که در فیزیک هالیدی نوشته شده است به درستی بفهمد باید به او لیسانس فیزیکش را بدهند». گرایش‌های مقطع لیسانس: رشته فیزیک در دوره کارشناسی دارای 5 گرایش اتمی مولکولی، هسته‌ای ، حالت جامد، هواشناسی و نجوم است (البته فیزیک دارای گرایش دبیری نیز هست که ما در اینجا به بررسی آن نمی‌پردازیم چرا که گرایش دبیری به عنوان یک گرایش تخصصی در علم فیزیک مطرح نمی‌باشد) که تعداد واحدهای تخصصی هر یک از این گرایش‌ها در دوره کارشناسی بسیار محدود است و به همین دلیل گرایش‌های فوق در این دوره تفاوت محسوسی با یکدیگر ندارند. برای اطلاع هرچه بیشتر به معرفی اجمالی هر یک از گرایشهای این دوره می‌پردازیم. گرایش اتمی - مولکولیفیزیک اتمی- مولکولی که مربوط به فیزیک جدید است از زمانی متولد شد که دانشمندان متوجه شدند کوچکترین جزء در طبیعت اتم نیست بلکه اتم از اجزای کوچکتری به نام الکترون‌ها و هسته تشکیل شده است. یعنی اتم از هسته‌ای تشکیل شده است که الکترون‌هایی در اطراف آن می‌گردند. دکتر منیژه رهبر استاد فیزیک دانشگاه تهران در ادامه سخنان خویش می‌گوید: «در این میان فیزیک اتمی به بررسی نقل و انتقال‌های الکترون‌های اطراف هسته می‌پردازد و خواص آنها را مورد بررسی قرار می‌دهد. یعنی ما در فیزیک اتمی کاری به این نداریم که هسته از چه تشکیل شده است بلکه هسته برایمان مرکزی با بار مثبت است و بیشتر توجه ما جلب الکترون‌های اطراف هسته می‌شود». دکتر هوشنگ روحانی‌زاده استاد فیزیک دانشگاه تهران نیز در معرفی فیزیک اتمی می‌گوید: «اگر ما بپذیریم که در کل، علم فیزیک به دو بخش دنیای بزرگ و دنیای کوچک تقسیم می‌شود. دنیای بزرگ فیزیک ، مربوط به دنیای روزمره است و در آن حرکت اتومبیل‌ها، موشک، ماهواره و در کل تمام حرکاتی که می‌بینیم مورد بررسی قرار می‌گیرد، فیزیک اتمی به دنیای بی‌نهایت کوچک‌ها برمی‌گردد چرا که ما در فیزیک‌اتمی به بررسی ساختار ذره‌ای به نام اتم می‌پردازیم و این که اتم چگونه تشکیل شده و چه ویژگی‌هایی دارد؟» گرایش فیزیک هسته‌ای دکتر رهبر در معرفی فیزیک هسته‌ای می‌گوید: «در فیزیک هسته‌ای، خود هسته، مورد مطالعه قرار می‌گیرد یعنی متخصصان و دانشمندان بررسی می‌کنند که هسته از چه تشکیل شده و چه نیروهایی بین اجزای هسته حکمفرما است و در نتیجه واکنش‌های انجام شده،‌ چقدر انرژی آزاد می‌گردد؟» دکتر دویلو نیز در معرفی این گرایش می‌گوید: «انرژی هسته‌ای و رادیوایزوتوپ‌ها مسائلی هستندکه در فیزیک هسته‌ای مورد بررسی قرار می‌گیرد». فیزیک حالت جامد گرایش حالت جامد مربوط به سیستم‌های بس ذره‌ای مخصوصا جامدات است. سامان مقیمی عراقی در ادامه می‌گوید: «ابتدایی‌ترین کار در این گرایش بررسی بلورهای جامدات و خواص اپتیکی ، مکانیکی، الکتریکی و صوتی امواجی است که در آن منتشر می‌شود که این بررسی منجر به پدیده‌های مختلفی مثل ابر رسانایی، نیم رسانایی و یا پخش و انتقال گرما می‌گردد.» دکتر پروین نیز می‌گوید: «مطالعه دانش مربوط به کریستال‌ها و ویژگی‌های فیزیکی آنها به گرایش حالت جامد بر می‌گردد.» گرایش هواشناسی دو گرایش نجوم و هواشناسی بسیار محدودتر از سه گرایش اتمی – مولکولی، هسته‌ای و حالت جامد ارائه می‌شود. برای مثال در سال تحصیل 79-78 گرایش هواشناسی تنها در دانشگاه هرمزگان ارائه شده و گرایش نجوم اصلا ارائه نشده است. اما در معرفی این گرایش سامان مقیمی عراقی می‌گوید:

مقاله درباره فیزیک فضا و اتمسفر

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 9

فیزیک فضا و اتمسفر

فیزیک فضا (Spase Physics)

انسان کنجکاو همواره در جریان پیشرفت علوم مختلف از فضای بالای سر خود غافل نبوده ‌است. و تلاش فوق‌العاده زیادی را جهت گشودن اسرار آن انجام داده‌است. انواع ماهواره‌های فضایی ، سفینه‌های فضایی ، تلسکوپهای گوناگون از جمله ابزار و وسایلی هستند که در این راستا توسط انسان ایجاد شده‌اند.

فیزیک فضا یکی از این شاخه‌های علم فیزیک است که تا اندازه‌ای پاسخگوی هزاران سوال موجود در ذهن بشر در مورد فضا می‌باشد. بخشی از فیزیک فضا که در آن اجرام آسمانی مورد مطالعه قرار می‌گیرد، مکانیک سماوی است. در این بخش نیروهای موثر بر حرکت اجسامی نظیر سیارات ، ماهواره‌ها و پروپهای مصنوعی مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

قوانین کپلر

در سال 1619 ، کپلر در مورد حرکت سیارات سه قانون اساسی خود را با استفاده از مشاهدات تیکو براهه بیان کرد. قوانین کپلر که پایه و اساس قوانین نیوتن و مکانیک کلاسیک برای حرکت سیارات است، عبارتند از :

- حرکت سیارات به ‌دور خورشید در یک مدار بیضوی انجام می‌گیرد که خورشید در یکی از کانونهای آن بیضی قرار دارد.

- مدار یک سیاره به ‌دور خورشید ، سطحی را تشکیل می‌دهد که این سطح جاروب شده توسط خط واصل بین سیاره و خورشید با زمان حرکت سیاره نسبت مستقیم دارد.

- نسبت بین مربع دوره تناوب گردش هر سیاره و مکعب نصف محور بزرگ مدار بیضوی ، در مورد هر سیاره منظومه شمسی عدد یکسانی است.

فیزیک اتمسفر

فیزیک فضا یک علم بسیار جدید است. با وجود این یک تکنولوژی مهم سبب حل بسیاری از ناشناخته‌های قبلی بوده ‌است. محیط ، فضایی از اندرکنش‌های زیادی مانند نیروی گرانشی ، ماگنتواستاتیک ، الکترواستاتیک ، الکترومغناطیس و ... ، نسبت به زمان تغییرات مهمی را نشان می‌دهد که طبیعت ترکیب و توزیع ماده ، دمای گاز بین ستاره‌ای را تغییر می‌دهد.

در فیزیک اتمسفر پارامترهای مهم معین در هر نقطه از اتمسفر مانند فشار ، چگالی ، دما ، میدان مغناطیسی زمین ، میدان الکتریکی ، تابش الکترومغناطیسی موجود در اتمسفر ، ذرات باردار و شهاب سنگها مورد مطالعه قرار می‌گیرند.

برهمکنش نور خورشید با اتمسفر

انرژی تابش خورشیدی در مسیر فاصله خورشید تا زمین در اثر برخورد با گازهای موجود در اتمسفر زمین در فرایندهای مختلفی شرکت می‌کند. در اثر این فرایندها قسمت اعظمی از تابش خورشیدی که برای انسان و موجودات زنده زیان ‌آور است، جذب می‌گردند. تعدادی از این پدیده‌های برهمکنشی عبارتنداز :

- جذب تابش در اتمسفر :

در اتمسفر زمین عناصری مانند اوزن ، اکسیژن ، ازت ، هلیوم ، گاز کربنیک ، هیدروژن و گازهای دیگر وجود دارد. همچنین می‌دانیم که امواج الکترومغناطیسی از ذراتی به‌ نام فوتون تشکیل شده‌اند. این فوتونها بعد از گسیل از خورشید توسط عناصر موجود در جو زمین تحت فرایندهای مختلف مانند پدیده فوتوالکتریک ، اثر کامپتون و ... جذب می‌شوند.

-پدیده یونش :

در اثر برهمکنش فوتون با گازهای موجود در جو زمین ، این گازها یونیزه می‌شوند. اتمهای یونیزه دوباره در اثر برخورد با الکترونهای موجود در اتمسفر در فرایند ترکیب مجدد شرکت می‌کنند. این فرایندها همچنین در جو زمین انجام می‌شوند. یکی از نتایج این فرایندها ایجاد پلاسما در اتمسفر می‌باشد.

تابش فیزیک امواج کوتاه خورشیدی

مقاله درباره فیزیک هسته ای

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 13

عنوان:

فیزیک هسته ای

چکیده :

برای بررسی تاریخچه فیزیک هسته‌ای لازم است ابتدا تاریخچه اتم را مطالعه کنیم. تمام مواد پیرامون ما از مولکول تشکیل شده است، مولکول هم به نوبه خود از اتم تشکیل شده است. دانشمندان و فلاسفه یونانی حدس و گمان می‌کردند که اتم تجزیه ناپذیر است. یکی از این دانشمندان از جمله دموکرتیوس (Democritus) کلمه اتم را از کلمه یو نانی «اتوموس» که به معنای «غیر قابل تجزیه» می‌باشد اقتباس کردند. این حدس و گمان دانشمندان یونانی حدود هزار سال دوام آورد، چند دهه طول کشید که نظریه غیر قابل تجزیه بودن اتم رد شد. اولین و اساسی‌ترین نتیجه تحقیقات ثابت کرد که اتم شامل دو جزء اصلی می‌باشد:هسته سنگین که تقریبا تمام جرم اتم را در خود دارد.

پوسته‌ای سبک که از ذرات الکتریسیته (الکترون) ساخته شده است. این الکترونها با سرعت فوق العاده زیادی به دور هسته در حرکت بوده و هرگز به روی آن سقوط نمی‌کنند.

ساختار هسته

تا آنجا که به ساختار هسته‌ای مربوط است می‌توان هسته اتم را به عنوان یک جرم نقطه‌ای و یک بار نقطه‌ای در نظر گرفت.

هسته ، شامل تمامی بار مثبت و تقریبا تمامی جرم اتم است، در نتیجه مرکزی را تشکیل می‌دهد که الکترونها حول آن می‌چرخند.

فیزیک هسته ای چیست؟

درون هر اتم می‌توان سه ذره ریز پیدا کرد: پروتون، نوترون و الکترون.پروتونها در کنار هم قرار می‌گیرند و هسته اتم را تشکیل می‌دهند، در حالی که الکترونها به دور هسته می‌چرخند. پروتون بار الکتریکی مثبت و الکترون بار الکتریکی منفی دارد و از آنجا که بارهای مخالف ، یکدیگر را جذب می‌کنند، پروتون و الکترون هم یکدیگر را جذب می‌کنند و همین نیرو، سبب پایدار ماندن الکترونها در حرکت به دور هسته می‌گردد. در اغلب حالت‌ها تعداد پروتونها و الکترونهای درون اتم یکسان است، بنابراین اتم درحالت عادی و طبیعی خنثی است.نوترون، بار خنثی دارد و وظیفه اش در هسته، کنار هم نگاه داشتن پروتونهای هم بار است.می دانیم که ذرات با بار یکسان یکدیگر را دفع می‌کنند .در نتیجه وظیفه نوترونها این است که با فراهم آوردن شرایط بهتر، پروتونها را کنار هم نگاه دارند. ( این کار توسط نیروی هسته ای قوی صورت می‌گیرد )

تعداد پروتونهای هسته نوع اتم را مشخص می‌کند. برای مثال اگر 13 پروتون و 14 نوترون، یک هسته را تشکیل دهند و 13 الکترون هم به دور آن بچرخند، یک اتم آلومینیوم خواهید داشت و اگر یک میلیون میلیارد میلیارد اتم آلومینیوم را در کنار هم قرار دهید، آنگاه نزدیک به پنجاه گرم آلومینیوم خواهید داشت! همه آلومینیوم هایی که در طبیعت یافت می‌شوند، AL27 یا آلومینیوم 27 نامیده می‌شوند. عدد 27 نشان دهنده جرم اتمی است که مجموع تعداد پروتونها و نوترونهای هسته را نشان می‌دهد.اگر یک اتم آلومینیوم را درون یک بطری قرار دهید و میلیونها سال بعد برگردید، باز هم همان اتم آلومینیوم را خواهید یافت. بنابراین آلومینیوم 27 یک اتم پایدار نامیده می‌شود.بسیاری از اتمها در شکل های مختلفی وجود دارند. مثلاً مس دو شکل دارد: مس 63 که 70 درصد کل مس موجود در طبیعت است و مس 65 که 30 درصد بقیه را تشکیل می‌دهد. شکل های مختلف اتم، ایزوتوپ نامیده می‌شوند. هر دو اتم مس 63 و مس 65 دارای 29 پروتون هستند، ولی مس 63 دارای 34 نوترون و مس 65 دارای 36 نوترون است. هر دو ایزوتوپ خصوصیات یکسانی دارند و هر دو هم پایدارند.اتمهای ناپایدارتا اوایل قرن بیستم، تصور می‌شد تمامی اتم‌ها پایدار هستند، اما با کشف خاصیت پرتوزایی اورانیوم توسط بکرل مشخص شد برخی عناصر خاص دارای ایزوتوپ های رادیواکتیو هستند و برخی دیگر، تمام ایزوتوپ هایشان رادیواکتیو است. رادیواکتیو بدان معنی است که هسته اتم از خود تشعشع ساطع می‌کند.

هیدورژن مثال خوبی از عنصری است که ایزوتوپ های متعددی دارد و فقط یکی از آنها رادیو اکتیو است. هیدروژن طبیعی ( همان هیدروژنی که ما می‌شناسیم) در هسته خود دارای یک پروتون است و هیچ نوترونی ندارد. ( البته چون فقط یک پروتون درهسته وجود دارد نیازی به نوترون نیست ) ایزوتوپ دیگر هیدروژن، هیدروژن 2 یا دو تریوم است که یک پروتون و یک نوترون در هسته خود جای داده است. دوتریوم، فقط 015/0 درصد کل هیدروژن را تشکیل می‌دهد و در طبیعت بسیار کمیاب است، با این حال مانند هیدورژن طبیعی رفتار می‌کند. البته از یک جهت با آن تفاوت دارد و آن، سمی بودن دوتریوم در غلظت های بالاست. دوتریوم

مقاله درباره فیزیک دان ایرانی و شگفت آفرینی تازه سیاه چاله ها

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 7

فیزیک دان ایرانی و شگفت آفرینی تازه سیاه چاله ها

یک فیزیک دان ایرانی مقیم دانشگاه میسوری در کلمبیا هنگام بررسی نتایج نظریه نسبیت اینشتین روی ذراتی زیر اتمی که با سرعت زیاد در حرکتند موفق به کشف اثر تازه و شناخته نشده ای از سیاه چاله ها شده است.

سیاه چاله ها که در زمره ی عجیب ترین اجرام کیهانی به شمار می آید باز هم شگفتی آفریده اند و اخترشناسان را حیرت زده کرده اند. به نوشته ی هفته نامه ی علمی نیوساینتیست بهرام مشحون و همکارش کارمن چیکانک در دانشگاه میسوری در بررسی های علمی خود به این نکته پی برده اند که سیاه چاله ها می توانند نیروهای جزر و مدی عجیبی تولید کنند که بر ذرات با سرعت زیاد تاثیری متفاوت از ذرات با سرعت کم باقی می گذارد. این اثر پیشبینی نشده به این معناست که سیاه چاله ای که در مرکز کهکشان خود ما قرار دارد می تواند منبع پرتوهای کیهانی بسیار پرقدرت و نادری باشد که اخترشناسان تاثیر مخرب آنها را در جو زمین مشاهده کرده اند اما تاکنون نتوانسته اند توضیحی برای منشا شان پیدا کنند.

نیروهای جزر و مدی بر اساس نظریه ی نیوتونی هنگامی ظاهر می شوند که تاثیر نیروی جاذبه به واسطه ازدیاد فاصله کم می شود به عنوان مثال 2 ذره که در فواصل متفاوتی نسبت به یک سیاه چاله قرار دارند تحت تاثیر 2 نیروی مختلف قرار می گیرند و یکی از آنها که نزدیک تر است شتاب بیشتری پیدا می کند. اما توضیحی که از طریق فیزیک نیوتونی به دست می آید برای شرایطی که در نزدیک سیاه چاله ها برقرار است کفایت نمی کند. اخترشناسان از مدت ها قبل به این نکته پی برده بودند که در پلاسما(ماده در دما و فشار زیاد) که اطراف سیاه چاله ها در گردش است ذرات بنیادی و زیر اتمی با سرعت بسیار زیاد فراوانند.

مشحون و همکارش در تلاش محاسبه این امر بودند که این ذرات در میدان جاذبه قدرتمند سیاه چاله ها چگونه رفتار می کنند. این 2 فیزیکدان دریافتند که تاثیر میدان جاذبه سیاه چاله ها روی ذراتی که با سرعت کم در این میدان حرکت می کنند دقیقا به همان نحو است که فیزیک نیوتن پیشبینی می کند اما در مورد ذراتی که با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت می کنند نتایج به دست آمده کاملا خلاف انتظار بود. ذراتی که با سرعتی بیش از 70درصد سرعت نور300هزار کیلومتر در ثانیه حرکت می کنند رفتارشان تابع جهت حرکتشان است.

ذرات پرسرعتی که در امتداد محور چرخش سیاه چاله ها حرکت می کنند از شتاب حرکتشان نسبت به ذرات کند کاسته می شود اما ذرات تند سرعتی که در جهت عمود بر این محور سیر می کنند شتابی بسیار زیاد و انرژی حیرت انگیز و عظیم کسب می کنند.

نتایج بدست آمده به وسیله مشحون و همکارش شماری از رصد ها و مشاهدات توضیح ناپذیری را که اخترشناسان در گذشته انجام داده بودند قابل فهم ساخته است. از جمله این امور افشانه های بسیار پر قدرت از جنس ذرات زیر اتمی است که از قطب های اجرام کیهانی موسوم به((مایکروکازارها)) به بیرون پرتاب می شوند. تلقی خترشناسان آن است که مایکروکازارها سیاه چاله ها را درون خود پنهان ساخته اند. آنچه که موجب حیرت اخنرشناسان بود آن است که این ذرات پر انرژی دارای شتاب کاهش یابنده هستند. علاوه بر این از تحقیقات مشحون و همکارش چنین بر می آید که رویداد های حیرت انگیز دیگری نیز در جهات دیگر و هنگام حرکت ذرات پر شتاب رخ می دهد که هنوز مشاهده نشده است. به اعتقاد مشحون نیروهای جزر و مدی کند کننده تنها در زاویه55 درجه از محور یک سیاه چاله ظهور می یابد و تنها در این زاویه است که ذرات زیر اتمی شتاب منفی پیدا می کنند و از سرعتشان کاسته می شود. در همه جهت و زوایای دیگر حول این محور این نوع ذرات شتاب مثبت بدست می آورند و براساس نظریه اینشتین سرعت این ذرات می تواند تا سرعت نور بالا برود. اگر نظریه مشحون و همکارش درست باشد سیاه چاله هایی که در کهکشان ما قرار دارند دائما ذرات پر شتاب و پر سرعتی عمدتا از جنس پروتون را به بیرون پرتاب می کنند که انرژی شان هنگامی که به زمین می رسند بیش از1020الکترون ولت است. به گفته مشحون می توان نظریه پیشنهادی او و همکارش را با مقایسه رابطه میان جهت ورود پرتوهای کیهانی مافوق پرقدرت به جو زمین و موقعیت مایکروکازار ها در کهکشان راه شیری را مورد آزمایش قرار داد.

چگاله های گرما

برای ساختن چگاله ی بوز-آینشتاین فیزیکدانان معمولا گاز های اتمی را در چند میلیاردم یک درجه ی کلوین سرد می کنند. به تازگی گزینه ی جدیدی مطرح شده که می توان این سیستم های کوانتمی درشت مقیاس را در دما های نسبتا بالا با استفاده از پولاریتون ها کاوید.

بر اساس مکانیک کوانتمی، طبیعت موجی یک شئ به آن اجازه می دهد تا از میان مانعی بگذرد که از نظر فیزیک کلاسیک مطلقا غیر قابل نفوذ است.

پس چرا نمی توانیم تونل زنی و دیگر پدیده های کوانتمی را در زندگی روزمره مان ببینیم؟

دلیل اینست که این پدیده ها تنها در مقیاس طول موج اتم هایی اتفاق می افتد که اشیا ریز- مقیاس را شکل می دهند، و این طول موج ها بسیار کوچکتر از آنند که اثرشان دیده شود. برابر فرمول (در این فرمول p اندازه ی حرکت است و برابر است با حاصل جرم در سرعت)، طول موج دوبروی یک اتم نوعی در دمای اتاق در حدود است.

برای مشاهده ی رفتار موجی یک ذره ما باید اندازه حرکت آن را کاهش دهیم. اگر اندازه حرکت گروهی از ذرات آنقدر پایین باشد که طول موج ذرات با فاصله بینشان برابر شود، تابع موج منحصر به فرد ذرات شروع به انطباق سازنده می کنند یا به عبارتی افزایش می یابند. وضعیت بسیار منظمی که حاصل می شود به نام چگالش بوز- آینشتاین شناخته می شود که در آن تمام ذرات همچون یک موج واحد رفتار می کنند. این پدیده تنها در میان ذراتی به نام بوزون ها که دارای اندازه حرکت زاویه ای و اسپین صحیح هستند شکل می گیرد.

از زمان ساخته شدن اولین چگاله ی بوز- آینشتاین (BEC) از اتم های گاز روبیدیم، 12 پیش، فیزیکدانان علاقمند بوده اند که به این اندازه حرکت بسیار کوچک از طریق سرد کردن ذرات (کم کردن سرعتشان) برسند. اما دمای مورد نیاز فوق العاده پایین است، در مجموع تنها چند میلیاردم درجه، که نیازمند تکنیک های بسیار پیشرفته سرمایش از جمله سرمایش لیزری می باشد. گزینه ی دیگر که هماکنون توسط لابراتوار های بسیاری در سرتاسر دنیا دنبال می شود، ساختن نوع خاصی از ذرات بسیار سبک به نام پولاریتون است. پولاریتون ها که بوزون هایی هستند متشکل از یک جفت حفره- الکترون و یک فوتون، میلیارد ها بار سبک تر از اتم های روبیدیم هستند، بنابراین باید قادر باشند BEC را در دما های بسیار بالاتر تشکیل دهند.

اولین نشانه ی چگاله ی پولاریتون سال گذشته زمانی که Jacek Kasprazk از دانشگاه ژوزف فوریه در فرانسه به همراه همکارانی در سویس و انگلستان، از لیزر برای افزایش پیوسته چگالی پولاریتون ها در یک ریز حفره ی نیمه رسانا که در دمای نسبتا گرم 19K قرار دارد استفاده کردند، بدست آمد. آنها دریافتند که بالای چگالی بحرانی پولاریتون ها شروع می کنند به نشان دادن رفتار همدوس یک BEC.