پدیده نابودی زوج

یکی از نتایج اصل هم ارزی جرم و انرژی این است که این دو می‌توانند به یکدیگر تبدیل شوند. مشاهده تجربی این مسیله در فرایندهای مختلف مانند اثر فوتوالکتریک ، اثر کامپتون ، پدیده تولید زوج و … انجام شده است [ کوانتوم و فیزیک جدید ] یکی از نتایج اصل هم ارزی جرم و انرژی این است که این دو می‌توانند به یکدیگر تبدیل شوند. مشاهده تجربی این مسیله در فرایندهای مختلف مانند اثر فوتوالکتریک ، اثر کامپتون ، پدیده تولید زوج و … انجام شده است. در پدیده تولید زوج تابش الکترومغناطیسی در مجاورت یک هسته سنگین به دو ذره الکترون و پوزیترون واپاشیده می‌شود، اما پوزیترون نمی‌تواند طول عمر زیادی داشته باشد، چون فضا پر از الکترون است، لذا پوزیترون بعد از مدت کوتاهی از تولید شدن با یک الکترون ترکیب شده و از بین می‌رود و به جای آن فوتون یا تابش الکترومغناطیسی ایجاد می‌شود که به این پدیده نابودی زوج میگویند.      شرایط اولیه نابودی زوج نابودی زوجهای ذره و پادذره و همراه با آن آفرینش فوتونها ، عمل عکس تولید زوج است. نابودی ماده و آفرینش انرژی الکترومغناطیسی را برای حالتی در نظر می‌گیریم که الکترون و پوزیترون نزدیک به هم و اساسا ساکن باشند. در آغاز اندازه حرکت خطی کل این دو ذره صفر است، بنابراین وقتی این دو ذره به هم می‌پیوندند و نابود می‌شوند، یک تک فوتون نمی‌تواند آفریده شود، زیرا این عمل باعث نقض قانون بقای اندازه حرکت خطی می‌شود، ولی اگر دو فوتون آفریده شوند که با اندازه حرکتهای مساوی و در جهتهای مخالف حرکت کنند، اندازه حرکت خطی می‌تواند پایسته بماند. چنین زوج فوتونهایی دارای فرکانسها و انرژیهای یکسان هستند. در واقع می‌توان گفت که سه یا چند فوتون می‌توانند آفریده شوند، ولی با احتمال به مراتب کمتر از آفرینش دو فوتون. همین طور ، وقتی چندین زوج الکترون و پوزیترون در نزدیکی یک هسته سنگین نابود می‌شوند، تعداد کمی ‌از این نابودیها یک تک فوتون تولید خواهند کرد. سرنوشت نهایی پوزیترون سرنوشت نهایی پوزیترونها بعد از تولید در پدیده تولید زوج ، نابودی است. وقتی که یک پوزیترون با انرژی بالا ظاهر می‌شود، هنگام عبور از ماده ، در اثر برخوردها ، انرژی جنبشی خود را از دست می‌دهد و سرانجام با سرعت پایین حرکت می‌کند. آنگاه این پوزیترون با یک الکترون ترکیب می‌شود و تشکیل یک دستگاه مقید به نام پوزیترونیوم می‌دهد که خیلی سریع (در مدت ۱۰- ^ ۱۰ ثانیه) به دو فوتون با انرژی مساوی واپاشیده می‌شود. از این رو ، مرگ یک پوزیترون با ظهور دو کوانتوم نابودی یا دو فوتون ، که انرژی هریک ۰،۵۱ میلیون الکترون ولت است، خبر داده می‌شود. قابلیت فنا شدن پوزیترونها به دلیل ناپایداری ذاتی نیست، بلکه به خاطر احتمال زیاد برخورد آنها و نابودیهای بعدی با الکترونهاست. جهان فرضی در جهانی که ما در آن زندگی می‌کنیم، کثرت تعداد الکترون ، پروتون و نوترون (در حالت کلی ذره) برقرار است، بنابراین زمانی که پادذره‌های این ذرات خلق می‌شوند، بلافاصله طی فرایندهایی نابود می‌شوند، اما می‌توان فرض کرد که بخشی از جهان وجود دارد که در آن تعداد پوزیترون ، پادپروتون ، پادنوترون (در حالت کلی پادذره) زیاد است. هرچند این امر در حال حاضر فقط در حد یک حدس و گمان است.

سیستم های مخابرات فیبر نوری

---

گسترش ارتباطات و راحتی انتقال اطلاعات از طریق سیستم های انتقال و مخابرات فیبر نوری یکی از پر اهمیت ترین موارد مورد بحث در جهان امروز است. سرعت دقت و تسهیل از مهمترین ویژگی های مخابرات فیبر نوری می باشد. یکی از پر اهمیت ترین موارد استفاده از مخابرات فیبر نوری آسانی انتقال در فرستادن سیگنال های حامل اطلاعات دیجیتالی است که قابلیت تقسیم بندی در حوزه زمانی را دارا می باشد. این به این معنی است که مخابرات دیجیتال تامین کننده پتانسیل کافی برای استفاده از امکانات مخابره اطلاعات در پکیجهای کوچک انتقال در حوزه زمانی است.برای مثال عملکرد مخابرات فیبر نوری با توانایی 20 مگا هرتز با داشتن پهنای باد 20 کیلو هرتز دارای گنجایش اطلاعاتی 0.1% می باشد.
امروزه انتقال سیگنالها به وسیله امواج نوری به همراه تکنیکهای وابسته به انتقال شهرت و آوازه سیستم های انتقال ماهوارهای را به شدت مورد تهدید قرار داده است. دیر زمانی ست که این مطلب که نور می تواند برای انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار گیرد به اثبات رسیده است و بشر امروزه توانسته است که از سرعت فوق العاده آن به بهترین وجه استفاده کند.
در سال 1880 میلادی الکساندر گراهام بل 4 سال بعد از اختراع تلفن موفق به اخذ امتیاز نامه خود در زمینه مخابرات امواج نوری برای دستگاه خود با عنوان فوتو تلفن گردید. در 15 سال اخیر با پیشرفت لیزر به عنوان یک منبع نور بسیار قدرتمند و خطوط انتقال فیبر های نوری فاکتور های جدیدی از تکنولوژی و تجارت بهتر را برای انسان به ارمغان آورده است.
مخابرات فیبر نوری ابتدا به عنوان یک مخابرات از راه دور قرار دادی تلقی می شد که در آن امواج نوری به عنوان حامل یک یا چند واسطه انتقال استفاده می شد. با وجود آنکه امواج نوری حامل سیگنالهای آنالوگ بودند اما سیگنالهای نوری همچنان به عنوان سیستم مخابرات دیجیتال بدون تغییر باقی مانده است. از دلایل این امر می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1)تکنیکهای مخابرات در سیستم های جدید مورد استفاده قرار می گرفت
2)سیستم های جدید با بالاترین تلنولوژی برای داشتن بیشترین گنجایش کارآمدی سرعت و دقت طراحی شده بود.
3)انتقال به کمک خطوط نوری امکان استفاده از تکنیکهای دیجیتال را فراهم می ساخت. این مطلب نیاز انسان را به دسترسی به مخابره اطلاعات رابه صورت بیت به بیت پاسخگو بود
* توانایی پردازش اطلاعات در حجم وسیع: از آنجایی که مخابرات فیبر نوری دارای کارایی بالاتری نسبت به سیمهای مسی سنتی هستند بشر امروزی تمایل چندانی برای پیروی از سنت دیرینه خود ندارد و توانایی پردازش حجم وسیعی از اطلاعات در مخابره فیبر نوری او را مجذوب و شیفته خود ساخته است
*آزادی از نویز های الکتریکی:بافت یک فیبر نوری از جنس پلاستیک یا شییشه به دلیل رسانندگی انتخاب می شود.در نتیجه یک حامل موج نوری میتواند از پتانسیل موثر میدانهای الکتریکی در امان باشد. از قابلیت های مهم این نوع مخابرات می توان به امکان عبور کابل حامل موج نوری از میان یک میدان الکترومغناطیسی قوی اشاره کرد که سیگنالهای نام برده بدون آلودگی از پارازیت های الکتریکی و یا سیگنالهای مداخله گر به حد اکثر کارایی خود خواهند رسید.

فیزیک و متافیزیک

نویسنده : ایان باربور

مترجم: پیروز فطورچى

اهمیت تاریخى و معاصر فیزیک، بسیار است زیرا بسیارى از مسلمات آن توسط علوم اخذ شده و تاثیر زیادى نیزبر فلسفه و الهیات نهاده است. در فیزیک نیوتنى، سه فرض اصالت واقع، موجبیت و تحویل‏گرایى، پذیرفته شده بود که‏هر سه فرض از ناحیه فیزیک قرن بیستم و به ویژه نظریه کوانتوم مورد معارضه قرار گرفت. این بدان دلیل بود که جهان‏اتمى بر وفق مفاهیم فیزیک کلاسیک و پدیده‏هاى مشاهده‏پذیر، توضیح‏دادنى نبود. درباره ارتباط مفاهیم فیزیک‏کوانتومى با واقعیت جهان و نیز جایگاه نظریه‏ها در علم، دیدگاههاى اصالت واقع کلاسیک، ابزارانگارى و اصالت واقع‏نقادانه، تعبیر و تفسیرهاى گوناگونى را ارائه داده‏اند. در این نوشتار، «ایان باربور» همچون دیگر طرفداران اصالت واقع نقادانه قایل است که براساس نظریه کوانتم، مشاهده‏گر همواره در روند مشاهده، شریک و سهیم است و مرزقاطعى میان مشاهده‏گر و شئ مشاهده شده وجود ندارد. وى بکارگیرى ایده مکملیت درباره علم و دین را نقد مى‏کند

فیزیک، مطالعه ساختارها و فرآیندهاى اساسى تغییر و تحول در ماده و انرژى است. از آنجاکه فیزیک با پایین‏ترین سطوح سازمان، سر و کار دارد و دقیق‏ترین معادله‏هاى ریاضى را به کارمى‏گیرد، به‏نظر مى‏رسد در مقایسه با سایر علوم، از مسائل مورد علاقه دین درباره حیات، ذهن وهستى انسان دورتر باشد، اما اهمیت تاریخى و معاصر فیزیک بسیار است. زیرا فیزیک، اولین‏علم دقیق و سیستماتیک [ منظم] به شمار مى‏آید و بسیارى از مسلمات آن، توسط علوم اخذشده است. روش‏هاى فیزیک به‏مثابه سرمشقهاى مطلوبى براى علوم دیگر مدنظر بوده است.همچنین فیزیک تاثیر زیادى بر فلسفه و الهیات نهاده است

از این گذشته، اگرچه فیزیکدانان فقط موجودات فاقد حیات را مطالعه مى‏کنند، ولى امروزه‏نگاه آنها متوجه موجوداتى است که به قلمروهایى گوناگون دارند: از «کوارک‏ها» (2) و «اتم‏ها» تا«کریستال‏هاى جامد»، «سیاره‏ها» و «کهکشان‏ها» - و از جمله، شالوده فیزیکى ارگانیزم‏هاى زنده،هم‏اکنون در حوزه فیزیک، ما با مسائلى درباره «مشاهده‏گر و مشاهده‏شده‏» (3) ، « تصادف و قانون‏» (4) و«اجزا و کل‏ها» (5) مواجه‏ایم

در قرن بیستم، سه فرض مسلم و پذیرفته‏شده فیزیک نیوتنى مورد تردید قرار گرفته است

1. معرفت‏شناسى (6) نیوتنى، رئالیستى [واقع‏گرایانه] بود. همه بر این باور بودند که نظریه‏ها،جهان را چنانکه فى نفسه هست‏به 4گونه‏اى برکنار و مستقل از «مشاهده‏گر» توضیح مى‏دهند.فضا و زمان، چارچوبهایى مطلق انگاشته مى‏شد که درون آنها تمام رویدادها بدون ارجاع به‏مشاهده‏گر، گنجانده (7) شده است. «کیفیات اولیه‏» (8) مانند «جرم‏» (9) و «سرعت‏» (10) که با زبان ریاضى‏قابل بیان است، ویژگیهاى عینى (11) جهان واقعى محسوب مى‏شد

2. فیزیک نیوتنى، نظرگاه موحبیتى داشت. اصولا چنین تلقى مى‏شد که آینده هر سیستیم‏از ماده متحرک را از روى شناخت دقیق وضعیت‏حاضر آن مى‏توان پیش‏بینى کرد. به‏نظر مى‏آمدتمام جهان، از کوچکترین ذرات تا دورترین سیاره زیر نفوذ و سیطره قوانینى تغییرناپذیر ویکسانند

3. دیدگاه نیوتنى در این برداشت که: رفتار کوچکترین «اجزا»، یعنى ذرات سازنده،تعیین‏کننده رفتار «کل‏» است، نگرشى تحویل‏گرایانه (12) بود. براساس این نگرش، «تغییر و تحول‏»،عبارت است از بازآرایى اجزا که خود آن اجزا بدون تغییر باقى مى‏مانند. در اینجا از طبیعت،تصویرى جذاب و مقتدر، بسان ماشینى قانونمند، ترسیم مى‏شد; تصویرى که رشد علم و اندیشه‏غرب را بشدت متاثر ساخت. این دیدگاه که به جهان همچون مکانیسم یک ساعت مى‏نگریست،به نگرشى «دئیستى‏» (13) [ خداپرستى طبیعى] درباره خداوند منجر شد که او را ساعت‏سازى‏مى‏دانست که ساز و کار جهان را طرح و سپس آن را به حال خود رها کرده است

قرن هیجدهم شاهد گسترش بیشتر مکانیک نیوتنى بود. در فیزیک قرن نوزدهم انواع نوینى‏از طرحهاى مفهومى (14) ،از جمله «نظریه الکترو مغناطیس‏» (15) و «نظریه جنبشى گازها» (16) ارائه‏شده بود، ولى فرضیه‏هاى اساسى مذکور بدون تغییر باقى ماندند. چنین به‏نظر مى‏آمد که تمامى‏قوانین، نه از نظر مکانیک ذرات، لااقل از نظر قوانین حاکم، بر چند نوع از ذرات و میدانها دست‏یافتنى است. در نظریه جنبشى و ترمودینامیک (17) ،رفتار گازها براساس احتمال تشریح مى‏شد،ولى این شیوه را فقط تسهیلى براى امر محاسبه قلمداد مى‏کردند. همه بر آن بودند که حرکت‏تمامى مولکول‏هاى گاز، دقیقا با قوانین مکانیکى معین شده است، ولى چون محاسبه این‏حرکات بسیار دشوار و پیچیده است، ما مى‏توانیم از قوانین آمارى براى پیش‏بینى رفتار میانگین‏گروههاى عظیم مولکول‏ها استفاده کنیم

هر سه فرض مذکور - یعنى «اصالت واقع [رئالیسم]»، «موجبیت‏» و «تحویل گرایى‏» - از ناحیه‏فیزیک قرن بیستم مورد معارضه قرار گرفته است. تغییرهاى رخ‏داده در مفاهیم و مسلمات،آن‏چنان عظیم بود که تعجبى ندارد اگر «کوهن‏» آن را به‏عنوان نمونه‏اى بارز از یک انقلاب عظیم ویک تغییر «سرمشق‏» به کار ببرد. در اینجا نظریه «کوانتوم‏» را بررسى مى‏کنیم

نظریه کوانتوم

مدلهاى مربوط به «ذره‏» نظیر مدل «توپ بیلیارد»، بر فیزیک کلاسیک ماده، حاکم بوده است.در قرن نوزدهم، نظریه‏پردازان براى تشریح گروه متفاوتى از پدیده‏ها که متضمن «نور» و «الکترومغناطیس‏» بودند، از مدل اساسى دیگرى استفاده کردند که عبارت بود از: [انتشار] امواج در«محیطهاى میانجى پیوسته‏». (18)

ولى در اوایل قرن حاضر به‏نظر مى‏رسید که چند آزمایش‏حیرت‏انگیز، استفاده از هر دو مدل «موج‏» و «ذره‏» را براى هر دو نوع از پدیده‏ها ایجاب مى‏کند. ازیک‏طرف، معادله انیشتین درباره اثر فتوالکتریک (19) و کار «کامپتون‏» بر روى پراکندگى فوتون (20) نشان داد که نور در بسته‏هاى مجزا و منفصل، با انرژى و اندازه حرکت معین، گسیل مى‏گردد وبسیار شبیه به جریانى از ذرات عمل مى‏کند، و از طرف دیگر و در مقابل آن، الکترون‏ها که همواره‏به‏صورت «ذرات‏» تصویر مى‏شدند، آثار تداخل انتشار را که از ویژگیهاى امواج است، از خود نشان‏دادند. امواج، پیوسته و گسترده‏اند و به‏موجب «فاز» (21) بر یکدیگر تاثیر متقابل دارند; اما ذرات،گسسته و به مکانى خاص محدودند و تاثیر متقابل آنها براساس «اندازه حرکت‏» (22) است. به‏نظرمى‏رسد هیچ راهى براى تلفیق این دو مدل، در مدل واحد، وجود ندارد. [1]

از باب نمونه، فرض کنید یک دسته از الکترون‏ها به سمت دو شکاف موازى که در یک پرده‏فلزى قرار دارند، گسیل شده‏اند و با یک صفحه عکاسى که چند سانتیمتر پشت پرده قرار داده‏شده، برخورد مى‏کنند. هر الکترون به‏صورت یک نقطه ریز بر روى فیلم ثبت مى‏شود و به مثانه‏ذره‏اى که به آنجا رسیده باشد به‏نظر مى‏آید و چنانچه «بار» و «جرم‏» الکترون تقسیم‏ناپذیر باشد،قاعدتا احتمال مى‏رود فقط از یکى زا دو شکاف عبور کرده باشد. با وجود این، نقاطى که بر روى‏فیلم مى‏افتد، الگویى تداخلى را از نوارهاى موازى، نشان مى‏دهند که تنها در صورتى توضیح‏دادنى است که فرض شود یک «موج‏» از دو شکاف عبور کرده است و همین دوگانگى موج - ذره، درسرتاسر فیزیک اتمى یافت مى‏شود، ولى یک فرمالیزم وجدانى ریاضى مى‏تواند به‏وجود آید که‏امکان پیش‏بینى رویدادهاى مشاهده‏شده را به‏صورت آمارى فراهم آورد. این فرمالیزم ریاضى،«توابع موج‏» (23) را براى آمیزه‏اى از امکانها یعنى «ترکیبى از حالتها» (24) به دست مى‏دهد. مى‏توان احتمال برخورد یک الکترون را به هر نقطه مفروض، محاسبه کرد. اما در «توزیع احتمال‏» (25) موردمحاسبه، نقطه دقیقى که یک الکترون خاص به آن اصابت‏خواهد نمود، قابل پیش‏بینى نیست

به همین ترتیب در نظریه کوانتوم، هیچ مدل وحدت‏یافته‏اى از اتم پیدا نشده است. مدل اولیه‏بور درباره اتم به سادگى قابل تصویر و تجسم بود: الکترون‏هاى ذره‏وار در حرکت‏خود پیرامون‏هسته، به مانند یک منظومه شمسى کوچک، از مدارهایى تبعیت مى‏کنند. ولى «اتم‏» در نظریه‏کوانتوم به‏هیچ‏وجه قابل تصویر و تصور نیست. ممکن است کسى بکوشد تا الگوهاى «موج‏هاى‏احتمال‏» (26) را که فضاى پیرامون «هسته‏» را پر کرده‏اند، شبیه نوسانهاى یک سمفونى سه‏بعدى ازاصوات موسیقیایى که پیچیدگى حیرت‏انگیزى دارند، تصور کند; ولى این تمثیل کمک زیادى به‏ما نمى‏کند، «اتم‏» در دسترس مشاهده مستقیم قرار ندارد و بر وفق «کیفیات حسى‏»، قابل تصورنیست; حتى نمى‏توان آن را براساس مفاهیم کلاسیک نظیر «فضا»، «زمان‏» و «علیت‏» به گونه‏اى‏منسجم توضیح داد. رفتارشى بسیار خرد با رفتار اشیاى تجربه روزمره، متفاوت است. ما مى‏توانیم آنجه را در آزمایشها رخ مى‏دهد با «معادلات آمارى‏» توضیح دهیم، ولى نمى‏توانیم‏صفات کلاسیک مانوس را به ساکنان جهان اتمى نسبت دهیم

در بسط و توسعه‏هایى که طى سالهاى اخیر در نظریه کوانتوم، به سمت قلمروهاى هسته‏اى ومادون هسته‏اى حاصل شده است، خصلت «احتمالى‏» نظریه اولیه کوانتوم، همچنان محفوظ،مانده است. نظریه میدان کوانتومى (27) ،تعمیمى است از نظریه کوانتوم که با نظریه نسبیت‏خاص،هماهنگ و منسجم است. از این نظریه با موفقیت‏بسیار در برهم کنشهاى الکترومغناطیس (28) وبرهم کنشهاى مادون هسته‏اى (29) (کرومودینامیک کوانتومى (30) یا نظریه کوارک) و نظریه الکتروضعیف، بهره‏بردارى شده است.[2] اجازه دهید چالشى را که نظریه کوانتوم در قبال اصالت واقع‏ابراز کرده است، دنبال کنیم

نیلزبور از به‏کارگیرى مدلهاى موج و ذره و دیگر زوجها از مجموعه‏هاى مفاهیم متضاد،حمایت مى‏کرد. بحث‏بور درباره آنچه او آن را «اصل مکملیت‏» (31) نامید، چند موضوع را شامل شد.بور تاکید داشت که سخن ما درباره یک «سیستم اتمى‏» باید همواره به یک آرایش آزمایشگاهى‏مربوط باشد; ما هرگز نمى‏توانیم درباره یک سیستم اتمى به تنهایى و «فى نفسه‏» و عین معلوم (33) را در هر آزمایشى مد نظر قرار دهیم.نمى‏توان هیچ خط فاصل دقیقى بین روند مشاهده و شى‏ء مشاهده شده، رسم کرد. در صحنه‏آزمایش، ما «بازیگریم‏» نه صرفا «تماشاچى‏» و ابزار آزمایشى مورد استفاده را خود برمى‏گزینیم.بور اظهار داشت که آنچه باید به حساب آید، روند تعاملى [کنشى - واکنشى] «مشاهد» است، نه‏ذهن یا شعور مشاهده‏گر

موضوع دیگر در نوشتار بور، محدودیت مفهومى درک بشر است در اینجا، انسان به‏عنوان یک‏عالم [ داننده] و نه یک آزمایشگر، کانون توجه قرار مى‏گیرد. بور، با شکاکیت کانت (34) درباره‏امکان شناخت «جهان فى نفسه‏» (35) سهیم است. اگر سعى ما آن باشد که «قالبهاى مفهومى‏» (36) خاص را بر طبیعت تحمیل کنیم، در این صورت استفاده تام از سایر مدلها را مانع شده‏ایم.بدین‏سان، باید بین توصیفات کامل على یا - فضا زمانى، بین مدلهاى موج یا ذره، بین اطلاع دقیق‏از مکان یا اندازه حرکت، یکى را برگزینیم. هرچه بیشتر از یک مجموعه مفاهیم استفاده شود،کمتر مى‏توان مجموعه مکمل را به‏طور همزمان به کار برد. این محدودیت دوجانبه از آن جهت‏رخ مى‏دهد که جهان اتمى را نمى‏توان بر وفق مفاهیم فیزیک کلاسیک و پدیده‏هاى‏مشاهده‏پذیر توضیح داد.[3]

 بنابراین، چگونه مفاهیم فیزیک کوانتومى به واقعیت جهان مربوط مى‏شود؟ دیدگاههاى‏مختلف درباره جایگاه «نظریه‏ها» در علم، تعبیر و تفسیر متفاوتى از نظریه کوانتوم مى‏کنند

1. اصالت واقع کلاسیک: نیوتن و تقریبا تمام فیزیکدانان قرن نوزدهم، نظریه‏ها را توصیفات‏«طبیعت‏»، آن‏گونه که فى نفسه و مستقل از مشاهده‏گر تحقق دارد، تلقى مى‏کردند. فضا [ مکان]،زمان، جرم، و سایر «کیفیات اولیه‏» (37) خواص همه اشیاى واقعى‏اند. مدلهاى مفهومى، نسخه‏بدلهایى از جهانند که ما را قادر مى‏سازند تا ساختار مشاهده‏ناپذیر جهان را با اصطلاحات مانوس‏کلاسیک مجسم کنیم. اینشتین این سنت را با پافشارى بر این نکته ادامه داد که یک توصیف کامل از سیستم اتمى، مستلزم مشخص کردن متغیرهاى کلاسیک «مکان - زمانى‏» است که حالت‏آن را به گونه‏اى عینى و غیرمبهم، تعیین کند. او بر آن بود که چون نظریه کوانتوم چنین نیست‏پس نظریه‏اى ناقص است و عاقبت‏به‏وسیله نظریه‏اى که انتظارهاى کلاسیک را تحقق بخشد،کنار گذاشته خواهد شد

 ابزارانگارى

مطابق این راى، نظریه‏ها ساخته‏هاى مفید بشر و تمهیدهایى براى‏محاسبه‏اند (39) که جهت مرتبط کردن مشاهدات و انجام پیش‏بینیها به کار مى‏آیند. آنها همچنین‏ابزارهایى عملى براى دستیابى به کنترل فنى شمرده مى‏شوند. مبناى داورى درباره آنها، مفیدبودنشان در به ثمر رساندن این اهداف است، نه مطابقت آنها با واقعیت (که براى ما امرى‏دست‏نیافتنى است). مدلها، مجعولهایى تخیلى‏اند (40) که موقتا براى ساختن نظریه‏ها استفاده‏مى‏شوند و پس از آن مى‏توان آنها را کنار نهاد; آنها بازنمودهاى (41) حقیقى جهان نیستند. اگرچه‏مى‏توانیم از معادلات کوانتومى براى پیش‏بینى پدیده‏هاى مشاهده‏پذیر استفاده کنیم، امانمى‏توانیم در میان مشاهداتمان از اتم سخن بگوییم

اغلب چنین پنداشته مى‏شود که بور قاعدتا باید ابزارگرا باشد، زیرا او در بحث طولانى باانیشتین، اصالت واقع کلاسیک را رد کرده است. اما آنچه او واقعا گفت، آن است که مفاهیم‏کلاسیک را نمى‏توان بدون ابهام براى تشریح سیستمهاى اتمى موجود به کار برد. از مفاهیم‏کلاسیک فقط مى‏توان براى توضیح پدیده‏هاى مشاهده‏پذیر، در موقعیتهاى ویژه آزمایشگاهى‏استفاده کرد. ما نمى‏توانیم جهان را آن گونه که «فى نفسه‏» تحقق دارد، جداى از تاثیر متقابل ما باآن، مجسم کنیم. بور، به میزان زیادى با نقد طرفداران ابزارانگارى از اصالت واقع کلاسیک موافق‏بود ولى او به‏طور مشخص از ابزارانگارى حمایت نمى‏کرد و با تحلیل دقیق‏تر به‏نظر مى‏رسد که اوگزینه سومى را اختیار کرده باشد. 

اصالت واقع نقادانه

قایلین به اصالت واقع نقادانه، نظریه‏ها را بازنمودهایى ناتمام ازجنبه‏هاى محدود جهان، آن‏گونه که با ما در کنش متقابلند، تلقى مى‏کنند. نظریه‏ها به ما اجازه‏مى‏دهند تا جنبه‏هاى مختلف جهان را که در موقعیتهاى گوناگون آزمایشگاهى آشکار مى‏شوند،به یکدیگر مرتبط کنیم. از نظر حامیان اصالت واقع نقادانه، مدلها، اگرچه انتزاعى و گزینشى‏اند امابراى مجسم کردن ساختارهاى جهان که موجب این کنشهاى متقابلند، کوششهایى ضرورى به‏حساب مى‏آیند. در این نگرش، هدف علم، فهم است نه کنترل. تایید پیش‏بینیها آزمونى است‏براى فهم معتبر (43) ولى خود پیش‏بینى، هدف علم نیست

بخوبى مى‏توان ادعا کرد که بور - اگرچه نوشته‏هاى او همواره واضح نبوده است - صورتى ازاصالت واقع نقادانه را پذیرفته بود. او در بحث‏با انیشتین، واقعیت الکترون‏ها یا اتم‏ها را انکارنکرد، بلکه مدعى بود که آنها از آن رسته اشیایى نیستند که توصیفات فضا - زمانى کلاسیک راپذیرند. وى پدیدارشناسى (44) « ماخ‏» (45) را که واقعیت اتم‏ها را مورد تردید قرار مى‏داد، نپذیرفت.«هنرى فولس‏»، (46) این بحث را چنین خلاصه مى‏کند: «او [بور] چارچوب کلاسیک را کنار گذاشت‏و استنباط واقع‏گرایانه را درباره توصیف علمى طبیعت‏حفظ نمود. آنچه او طرد مى‏کند اصالت‏واقع نیست، بلکه تعبیر کلاسیک آن است.»[4] بور، واقعیت‏سیستم اتمى را که با سیستم‏مشاهده‏گر در برهم کنش است، فرض مسلم گرفت. در قبال تعبیرهاى ذهن‏گرا (47) از نظریه‏کوانتوم که مشاهده را یک برهم کنش ذهنى - فیزیکى (48) تلقى مى‏کنند، بور از برهم کنشهاى‏فیزیکى میان سیستمهاى ابزارى و اتمى، در وضعیت کامل آزمایشگاهى، سخن مى‏گوید.به‏علاوه، «موج و ذره‏» یا «اندازه حرکت و موقعیت مکانى‏» یا دیگر وصفهاى مکمل، حتى اگر هم‏بروشنى قابل اطلاق نباشند، بر یک شى‏ء واحد صدق مى‏کنند. آنها از نمودهاى متفاوت سیستم‏اتمى واحد حکایت مى‏کنند. «فولس‏» مى‏نویسد

«بور احتجاج مى‏کند که این‏گونه باز نمودها، انتزاعهایى هستند که در امکان توصیف یک‏پدیده به‏عنوان کنش متقابل میان سیستمهاى مشاهده‏گر و سیستمهاى اتمى، نقشى حیاتى‏ایفا مى‏کنند، اما نمى‏توانند خواص یک واقعیت مستقل را تصویر کنند .... ما مى‏توانیم چنین‏واقعیتى را به حسب توانایى آن براى ایجاد برهم کنشهاى گوناگون توصیف کنیم - برهم کنشهایى‏که نظریه مذکور، آنها را تامین‏کننده شواهد مکمل درباره شى‏ء عین واجد قلمداد مى‏کند.[5]بور نگرش اصالت واقع کلاسیک را که براساس آن، جهان دربردارنده موجوداتى با خواص‏معین کلاسیک است، نپذیرفت. ولى با وجود این، بر آن بود که جهانى واقعى وجود دارد که درکنش متقابل، توانایى ایجاد پدیده‏هاى مشاهده‏پذیر را داراست. فولس کتاب خود را درباره بور بااین نتیجه‏گیرى به پایان مى‏رساند

«هستى‏شناسى (49) اى که این نحوه تعبیر و تفسیر از پیام "بور" مستلزم آن است، اشیاى‏فیزیکى را نه مطابق با چارچوب کلاسیک و از راه خواص معین که با خواص پدیده‏ها مطابقند،بلکه از طریق توان آنها براى ظاهر شدن در نمودهاى گوناگون پدیده‏ها، توصیف مى‏کند.بدین‏ترتیب در چارچوب مکملیت، حفظ استنباط واقع‏گرایانه و پذیرفتن کامل بودن نظریه‏کوانتوم فقط با تجدید نظر در فهم ما از ماهیت‏یک واقعیت مستقل فیزیکى و اینکه ما چگونه‏مى‏توانیم آن را بشناسیم، ممکن است.»[6]

کوتاه سخن اینکه ما باید اکیدا جدایى قاطع بین مشاهده‏گر و شى‏ء مشاهده‏شده را که درفیزیک کلاسیک فرض مى‏شد، انکار کنیم. براساس نظریه کوانتوم، مشاهده‏گر همواره یک‏شریک و سهیم به حساب مى‏آید

در مکملیت، استفاده از یک مدل، استفاده از مدلهاى دیگر را محدود مى‏سازد. مدلها،بازنمودهاى نمادین (سمبولیک) از وجوه واقعیت متعاملند که نمى‏توانند منحصرا بر وفق‏شباهتهایى که با تجربه روزمره دارند، مجسم شوند. آنها صرفا به‏طور کاملا غیرمستقیم، با جهان‏اتمى و یا با پدیده‏هاى مشاهده‏پذیر، مربوط‏اند. ولى ما مجبور نیستیم ابزارانگارى‏اى را بپذیریم‏که نظریه‏ها و مدلها را ابزارهاى فکرى و عملى مفیدى مى‏انگارد که درباره جهان چیزى به مانمى‏گویند

خود بور پیشنهاد کرد که ایده مکملیت قابل بسط به سایر پدیده‏هایى است که با دو نوع مدل،تحلیل‏پذیرند، مانند: مدلهاى «مکانیستى و ارگانیک‏» (50) در زیست‏شناسى; مدلهاى‏«رفتارگرایانه و درون نگرانه‏» (51) در روان‏شناسى; مدلهاى «جبر» و «اختیار» در فلسفه; یا مدلهاى‏«عدل الهى و «عشق الهى‏» در الهیات. بعضى نویسندگان پا را فراتر نهاده و از مکملیت «علم‏» و«دین‏» سخن مى‏گویند. بدین‏سان «سى.اى. کولسون‏» (52) پس از تشریح دوگانگى موج - ذره وتعمیم بور از آن، علم و دین را «توضیح‏هاى مکمل درباره واقعیت‏» مى‏نامد.[7]من به این‏گونه استعمال گسترده از اصطلاح مزبور، با دیده شک مى‏نگرم. در زیر چند شرط رابراى به کار بردن مفهوم مکملیت مطرح مى‏کنم:[8]

1. مدلها باید فقط در صورتى مکمل یکدیگر نامیده شوند که به یک موجود واحد و یک گونه‏واحد منطقى اشاره کنند. موج و ذره، مدلهایى براى یک موجود منفرد (مثلا یک الکترون) در یک‏موقعیت منفرد (مثلا در یک آزمایش دو شکاف) به‏شمار مى‏آیند. آنها هر دو در یک سطح‏منطقى قرار دارند و قبلا در یک شعبه از علم استعمال شده‏اند. این شرایط در مورد علم و دین‏صدق نمى‏کند. آن دو، نوعا در موقعیت‏هایى متفاوت پدید مى‏آیند و در زندگى انسان وظایف‏مختلفى را به انجام مى‏رسانند.[9] ازاین‏رو، من علم و دین را زبانهاى بدیل (53) مى‏دانم و اصطلاح‏مکملیت را به مدلهاى مربوط به یک گونه واحد منطقى و در چارچوب یک زبان خاص، محدودمى‏کنم; نظیر مدلهاى «انسان‏وار» و «غیرانسان‏وار» براى خداوند

است و نه‏«استدلالى‏». (55) باید دلایل مستقلى براى ارزش دو مدل بدیل و یا مجموعه‏هایى از ساختها درحوزه دیگر وجود داشته باشد. نمى‏توان فرض کرد که مدلهاى مفید در فیزیک، در سایر رشته‏هانیز ثمربخش باشند

3. مکملیت، هیچ توجهى را براى پذیرش غیرنقادانه حصرهاى دووجهى (56) فراهم نمى‏آورد.این اصطلاح را نمى‏توان براى اجتناب از پرداختن به ناهماهنگیها یا «وتو» کردن جست‏وجوى‏وحدت، به کار برد. درباره ویژگى متناقض‏نما (57) در دوگانگى موج - ذره نباید مبالغه شود. مانمى‏گوییم که یک الکترون هم موج است و هم ذره، بلکه مى‏گوییم رفتارى موج‏گونه و ذره‏وار ازخود نشان مى‏دهد. به‏علاوه، ما یک فرمالیزم ریاضى وحدت‏یافته در اختیار داریم که لااقل، پیش‏بینى‏هایى احتمالى را فراهم مى‏آورد، حتى اگر تلاشهاى گذشته، هیچ نظریه‏اى را بهتر ازنظریه کوانتوم در طابقت‏با داده‏ها به دست نداده باشد، ما نمى‏توانیم تحقیق براى مدلهاى‏وحدت بخش جدید را طرد کنیم. انسجام (58) ، حتى اگر با اعتراف به محدودیتهاى زبان و تفکربشرى تعدیل شده باشد، همواره در سراسر پژوهش اندیشه‏مندانه به‏صورت یک آرمان باقى‏مى‏ماند منبع : هوپا

پی‏نوشتها

1- متن مقاله بخشى از فصل هفتم کتاب دین و علم: مسائل تاریخى و معاصر نوشته ایان باربور است که درسال 1997 منتشر شده است. این کتاب آخرین و مهمترین اثر باربور در زمینه مباحث علم و دین است که در پژوهشگاه‏فرهنگ و اندیشه اسلامى در دست ترجمه به فارسى است و بزودى منتشر خواهد شد.

2- quarks ،دسته‏اى از بنیادى‏ترین اجزاى مفروض ماده. (م).

3- observer and observed ،در جریان هر مشاهده سه امر تشخیص داده مى‏شود: (الف) عمل مشاهده، (ب) مشاهده‏گر [ل ناظر]، و (ج) شى‏ء مشاهده‏شده. ارتباط این سه با یکدیگر، هم در فلسفه و هم در تعابیر ارائه‏شده از فیزیک‏نوین، محل بحث و گفت‏وگوست. (م).

4- . chance and law

5- . psrts and wholes

6- . Epistemology

7- . absolute

8- . Primary qualities

9- . Mass

10- . Velocity

11- . objective

12- . Reductionistic

،به‏معناى پیروى از مکتبى است‏به‏نام Deism که در اواسط قرن شانزدهم میلادى در انگلستان ظاهر شد.این مکتب متاثر از پیشرفتهاى علم، نیروى عقل را در رسیدن به خداوند کافى مى‏دانست و جهان را همچون ماشینى مى‏پنداشت که خداوند، طراح آن است. پیروان این نظر، دین والهیات مبتنى بر وحى را منکر بودند و از دین و الهیات‏طبیعى و یا به تعبیرى عقلانى طرفدارى مى‏کردند. (م).

14- . Conceptual Schemes

15-

electromagnetic theory

،در دهه 1860 میلادى، فیزکدانى به‏نام مکسول، 

(Maxwell)

 توانست از راه توصیف‏ریاضى، نیروهاى الکتریکى و مغناطیسى را در نظریه‏اى واحد، با عنوان «نظریه الکترومغناطیس‏» تلفیق کند. (م) .

16- Kenetic theory of gases ،نظریه‏اى که درصدد است‏با بیانى ریاضى، رفتار گازها را براساس حرکات اجزاى اتمى ومولکولى آنها توضیح دهد. (م).

17- thermodyan mics ،این اصطلاح که از دو واژه یونانى، یکى به‏معناى حرارت و دیگرى حرکت، ترکیب شده است،بیانگر قوانین و روابط بین حرارت و حرکت مولکول‏ها بویژه مولکولهاى گاز است. (م)

18- Continuous media ،فیزیکدانان قرن نوزدهم براى توجیه انتشار امواج نور و به‏طورکلى امواج الکترومغناطیس درفضا، به نوعى واسطه و میانجى به نام «اثیر» قایل شدند که ساختارى پیوسته داشت و آنها را محمل انتشار آن امواج‏مى‏پنداشتند. البته ناروا بودن این فرض که ناشى از قیاس امواج الکترومغناطیس (از جمله نور) با امواج صوتى بود، بعداروشن شد. (م).

19- Photoelectric effect ،اثر فتوالکتریک به جریانى الکتریکى که به‏واسطه تاثیر انرژى نور از راه جدا کردن الکترون‏هااز سطح فلزات ایجاد مى‏شود، اطلاق مى‏گردد. انیشتین در مقاله‏اى (1905) درباره اثر فتوالکتریک، این فرضیه را مطرح‏ساخت که نور متشکل از ذراتى منفصل است. تا قبل از انیشتین اغلب فیزیکدانان مى‏پنداشتند که نور صرفا پدیده‏اى‏موج‏گونه است، ولى فرضیه انیشتین مستلزم آن بود که نور جریانى است از ذرات که از بسته‏هاى مجزا و کوچک انرژى که‏بعدا فوتون نامیده شدند، تشکیل شده است. با استفاده از این ایده، او معادله‏اى را براى اثر فتوالکتریک تنظیم کرد که‏نهایتا در سالهاى 1923 - 1924 تایید و اثبات شد. (م).

20- Photon ،کوچکترین واحد تشکیل‏دهنده نور که فاقد بار الکتریکى و جرم است.

21- Phase ،تابعى ریاضى است که مختص معادله‏هاى مربوط به حرکت موج است.

22- Momentum ،حاصل ضرب جرم در سرعت هر جسم متحرک را اندازه حرکت آن مى‏نامند.

23-

Wave functions

،تابع موج، تابعى است ریاضى که در نظریه کوانتوم براى نشان دادن وضعیت‏یک سیستم فیزیکى‏و محاسبه احتمال وقوع یک رویداد (مثلا تابش یک فوتون از یک اتم) در زمان اندازه‏گیرى، به کار مى‏رود. (م).

24-

Super position of states

،در مکانیک کوانتومى، اصلى وجود دارد به‏نام «اصل ترکیب‏» که مطابق آن، امکانهاى(وضعیتهاى محتمل) کوانتومى مى‏توانند با یکدیگر آمیخته شوند و «ترکیبى از وضعیتها» را که خود وضعیتى جدیداست، پدید آورند. (م).

25-

Probability distribution

،مفهومى است اساسى در نظریه احتمالات، به‏معناى تخصیصى احتمالات به‏مجموعه‏اى از رویدادها که به یکدیگر مرتبطند. (م).

26-

Probability waves

،امواجى هستند که احتمال وجود یک ذره را (مثلا الکترون) در نقطه‏اى از فضا (مثلا فضاى‏پیرامون هسته) بیان مى‏کنند. این امواج در مکانیک کوانتومى، داراى هویتى مادى و متعارف نیستند بلکه صرفا کیفیت انتشار احتمالات را نشان مى‏دهند. (م).

27-

Quantum field theory

،نظریه‏اى است که در نتیجه اعمال نظریه کوانتوم در مورد رفتار یک میدان، نظیر میدان‏الکترومغناطیس، حاصل شده است. این نظریه نقشى اساسى در درک نیروهاى بنیادى حاکم بر قلمرو مادون اتمى‏داشته است. (م).

28- . electromaghetic interactions

29- . Subnuclear interactions

30-

Quantum chromodymantics

،نظریه‏اى نوین است که توصیف برهم کنشهاى قوى بین کوارک‏ها و گلوئون‏ها(ذراتى کوانتومى که عامل پیوند مستحکم کوارک‏ها بر یکدیگرند) را بر عهده دارد. عنوان اختصارى این نظریه‏« QCD »است. (م).

31- . Complementarity principle

32- . Subject

33- . Object

34- از دیدگاه کانت آنچه ما ازجهان مى‏دانیم آن است که با قالبهاى مفهومى و ذهنى خود فهمیده‏ایم. ازاین‏رو، آنچه‏مى‏یابیم عوارض معرفتى جهان است نه خود جهان، آن‏گونه که هست. (م).

35- . Word in itself

36- . Conceptual Molds

37-

Primary qualities

،جان لاک (1632 - 1704) فیلسوف انگلیسى براى هر شى‏ء فیزیکى دو دسته کیفیات مطرح‏کرد: 1. کیفیات اولیه: مانند شکل معین، اندازه معین و .... که هر شى‏ء فیزیکى از آنها برخوردار است، خواه کسى آنها رادرک کند یا نه. 2. کیفیات ثانویه: نظیر طعم، رنگ، بو، و .... که وجود آنها مشروط به حضور نیرویى درک‏کننده و اندامهاى‏حسى است. (م).

38- Instrumentalism

39- Calculating

40- Imaginative fictions

41- Representations

42- Critical realism

43- Valid understanding

44- Phenomenalism

45- Ernst mach

46- Henry folse

47- Subjectivist

48- Mental - physical

49- Ontology

50-

Mechanistic and organic models

،در مدلهاى مکانیستى، موجودات زنده بسان «ماشینهاى پیچیده‏اى‏» که‏چیزى جز مجموع اجزا نیستند، در نظر گرفته مى‏شوند و براساس قوانین فیزیکى و شیمیایى تشریح پذیرند. اما درمدلهاى ارگانیک، آنچه ارائه مى‏شود یک کل یکپارچه به‏نام ارگانیزم است که داراى سلسله مراتبى از سطوح مختلف نظم‏است. این کل سازمان یافته، چیزى بیشتر و فراتر از مجموع اجزاست و صرفا با قوانین فیزیکى و شیمیایى نمى‏توان آن راتشریح کرد. (م).

51-

Behavioristic and instropesti models

،رفتارگرایى و درون‏نگرى دو مدل و شیوه در روان‏شناسى است.براساس درون‏نگرى، حالتهاى درونى و فرآیندهاى ذهنى انسان، موضوع اصلى تحقیقات روان‏شناسى را تشکیل‏مى‏دهد. اما در رفتارگرایى، بررسى و مشاهده «رفتار» بویژه از راه آزمونهاى «محرک و پاسخ‏» نقش اصلى را بر عهده دارند.(م).

52- C. A. Coulson

53- alternative languages

54- analogical

55- inferential

56- 

Dichotomies

 ،یعنى تقسیمهاى ثنایى، که محصول این تقسیمها، در قالب قضایایى که در علم منطق به قضایاى‏منفصله مانعة الجمع و حقیقه شهرت دارند، بیان مى‏شود. مانند این قضیه: عدد یا زوج است‏یا فرد.

57- Paradoxical

58- Coherence

بررسی تجربی قوانین اسنل

<> بررسی تجربی قوانین اسنل شکست نور عبارت است از انحراف ناگهانی مسیر پرتوهای نور وقتی که بطور مایل از یک محیط شفاف مانند هوا ، وارد محیط شفاف دیگری مانند آب یا شیشه بشوند. این پدیده را بدون استثناء همه ما در زندگی روزمره خود بارها تجربه و مشاهده کرده‌ایم و چون بطور مکرر تکرار شده در نظر ما کاملا طبیعی و ع [ اپتیک و لیزر » نور و اپتیک ] [ چهار شنبه 7 شهریور 1386 ] [ بازدید: 244 ] مقدمه شکست نور عبارت است از انحراف ناگهانی مسیر پرتوهای نور وقتی که بطور مایل از یک محیط شفاف مانند هوا ، وارد محیط شفاف دیگری مانند آب یا شیشه بشوند. این پدیده را بدون استثناء همه ما در زندگی روزمره خود بارها تجربه و مشاهده کرده‌ایم و چون بطور مکرر تکرار شده در نظر ما کاملا طبیعی و عادی جلوه‌گر شده‌اند. برای مثال وقتی لبه استخر پر از آب ایستاده‌ایم، کف استخر بالاتر به نظر رسیده و احتمال دارد ما را گمراه سازد. یا پدیده سراب ، ماهی که در یک تنگ شیشه‌ای نیمه‌پر قرار دارد، میله چوبی که بطور مایل در لیوان پر از آب فرو رفته ، در محل فرورفتن در آب شکسته می‌بینیم. یا یک قطعه شیشه ضخیم تخت را روی صفحه‌ای از کتاب بگذاریم، نوشته‌ها چطور به نظر می‌رسند، همه‌ اینها نمونه‌ای از پدیده شکست نور هستند. اولین فرمولبندی و بدست آوردن رابطه‌ای که ارتباط بین پارامترهای مختلف و شرایط محیطی حاکم بر آنها را کاملا مشخص و روشن می‌کند، توسط دو دانشمند به نامهای اسنل و دکارت که قوانین مربوطه نیز به نام خودشان معروف می‌باشد، انجام شد. شما هم می‌توانید بر اساس انتشار نور به خط راست با آزمایشهای ساده‌ای قوانین شکست نور را بدست آورید. تئوری آزمایش زاویه تابش i زاویه‌ای است که میان پرتو تابش و خط عمود بر سطح در محل تابش درست می‌شود و زاویه شکست r زاویه‌ای است که بین پرتو شکست و خط عمود تشکیل می‌گردد. وقتی نور از هوا یا خلا وارد ماده چگالتری مانند شیشه یا آب می‌شود، طوری می‌شکند که پرتو شکست به خط عمود نزدیکتر می‌شود. برعکس ، هنگامی که نور از ماده‌ای چگالتر از هوا (مانند شیشه یا آب) وارد هوا می‌شود، پرتو شکست از خط عمود دور می‌شود. در نتیجه زاویه شکست از زاویه تابش بزرگتر است. قوانین شکست نور (قوانین اسنل - دکارت) پرتو تابش و پرتو شکست و خط عمود بر سطح جدا کننده دو محیط در نقطه تابش ، هر سه در یک صفحه‌اند. برای دو محیط شفاف معین ، نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست مقداری ثابت است. این مقدار ثابت را ضریب شکست محیط دوم (یعنی محیطی که پرتو شکست در آن قرار دارد) نسبت به محیط اول (یعنی محیطی که پرتو تابش در آن واقع است) می‌نامند و آن را با حرف n نمایش می دهند. n=Sini/Sinr علت شکست نور ، به هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر ، در واقع این است که سرعت نور در دو محیط مجاور هم متفاوت است. اگر سرعت نور در هوا V و در محیط شفاف دیگر V باشد، روابط زیر برقرارند: ضریب شکست هر محیط نسبت به محیط دیگر بستگی به جنس دو محیط دارد. `Sini/Sinr= n =V/V مثلا نسبت سرعت نور در هوا به سرعت نور در آب برابر 33/1 است که این عدد درست برابر ضریب شکست آب است. حال اگر نور از محیط شفاف 1 (مثلا آب) به ضریب شکست n1 وارد محیط شفاف (مثلا شیشه) به ضریب شکست n2 بشود ضریب شکست محیط 2 نسبت به محیط 1 برابر: (سرعت نور در محیط 2/سرعت نور در محیط 1)n2,1 = n2/n1 = v1/v2 تحقیق تجربی قانون دوم شکست نور وسایل لازم منبع نور (با یک شکاف نازک) صفحه گرد مدرج و کاملا تخت که بر حسب درجه مدرج شده باشد. نیم استوانه شیشه ای با ضخامت کم. شرح آزمایش به کمک این اسباب به آسانی می‌توان قانون دوم شکست را تحقیق کرد. روش آزمایش بدین صورت می‌باشد که قسمتی از پرتو باریک منبع نوری از روی وجه مسطح نیم استوانه که مرکز آن منطبق بر مرکز صفحه مدرج بوده و امتدادها طبق شکل درست در دو طرف ˚90 می‌باشد، بازتابیده شده و قسمت دیگر وارد نیم استوانه می‌شود و در آن شکست می‌یابد. مسیرهای پرتوهای تابش و شکست روی صفحه مدرج دیده می‌شود. زاویه‌های تابش و شکست به آسانی اندازه گرفته می‌شوند. بدون تغییر دادن راستای پرتو تابش ، صفحه مدرج (و درنتیجه نیم استوانه شفاف) را چرخانده و زاویه تابش را از صفر تا نزدیک ˚90 تغییر داده و برای هر زاویه تابش ، زاویه شکست مربوط به آن را روی صفحه مدرج اندازه گرفت و تحقیق کرد که Sini/Sinr همواره مقدار ثابتی است. حال همین آزمایش را برای موادی دیگر نظیر آب و کوارتز و ... تکرار نمایید. ضریب شکست پاره‌ای از مواد شفاف نوع ماده ضریب شکست هوا 1.00 آب 1.33 بنزن 1.50 سولفید کربن 1.63 کوارتز 1.46 شیشه کراون 1.52 شیشه فلینت 1.66 پلکس گلاس (پلی اتیلنی) 1.50 الماس 2.42 این بررسیها نشان می‌دهد که قوانین اسنل - دکارت بدون وابستگی محیط همواره پابرجا هستند. نتایج آزمایش این آزمایش موئید اصل انتشار نور به خط مستقیم است. قوانین بازتابش و شکست نور ، مستقل از طول موج نور و هندسه سطح تابشی است. قوانین اسنل - دکارت بدون وابستگی به نوع محیط همواره پابرجا هستند. در طراحی و ساخت کلیه دستگاههای نوری از جمله عدسی (تنظیم ابیراهیها و ...) ، انواع دوربین عکاسی ، تلسکوپ ، میکروسکپ و ... . سوالات در زیر سئوالاتی مطرح شده که آنها با مفهوم شکست نور توجیه می‌شوند؟ اگر چوب را تا قسمتی از آن بطور قائم در آب فرو بریم چگونه به نظر خواهد رسید؟ اگر یک پرتو نور بطور عمودی بر سطح یک محیط شفاف بتابد، چگونه وارد این محیط می‌شود؟ اگر n ضریب شکست شیشه نسبت به هوا باشد، ضریب شکست هوا نسبت به شیشه چیست؟ با توجه به این که نور ستارگان از خلا وارد جو زمین می‌شوند، آیا ستارگان بویژه آنها که به سطح افق نزدیکترند در جای حقیقی خود دیده می‌شوند؟ فرض کنید با یک زاویه ثابت به یک پارچ کدر که ته آن برای ما قابل روئیت نیست و ته پارچ یک سکه قرار داده شده ، تماشا می کنیم، چه روشی پیشنهاد می‌کنید تا در شرایط مذکور بدون تغییر وضعیت موجود ، سکه مشاهده شود؟

سونامی چگونه به وجود می‌آید؟

کلمه سونامی(tsunami) از کلمات ژاپنی tsu (بندر) و nami (امواج) تشکیل شده است. سونامی موج یا رشته‌ای از امواج است که در اقیانوس به دنبال زلزله های دریایی بوجود می‌آید... [ هواشناسی و فیزیک جو ] سونامی چگونه به وجود می‌آید؟   کلمه سونامی (tsunami) از کلمات ژاپنی tsu (بندر) و nami (امواج) تشکیل شده است. سونامی موج یا رشته‌ای از امواج است که در اقیانوس به دنبال زلزله های دریایی بوجود می‌آید. این امواج ممکن است صدها کیلومتر پهنا داشته باشد و هنگام رسیدن به ساحل به ارتفاع آن به 10.5 برسد.این "دیوارهای آب" با سرعتی تندتر از یک هواپیمای جت پهنه اقیانوس را می‌پبمایند،به ساحل کوبیده می‌شوند و تخریب وسیعی را باعث می‌شوند. برای درک سونامی باید ساختمان موج را شناخت. امواج معمولی ما در کنار ساحل دریا یا در حوضچه‌های آب می‌بینیم، از یک ستیغ(بالاترین نقطه موج) (crest)و یک ناوه (پایین‌‌ترین نقطه موج)(trough)تشکیل می‌شوند. امواج را به دو طریق اندازه می‌گیرند: *ارتفاع موج (wave heigth):فاصله بین ستیغ و ناوه. *طول موج(wave length): فاصله افقی بین ستیغ دو موج متوالی. بسامد یا فرکانس امواج بر حسب زمانی کف طول می‌کشد تا دو موج متوالی از یک نقطه بگذرند – که به آن دوره موج می‌گویند- اندازه‌گیری می‌شود. هم سونامی‌ها و هم امواج معمولی دارای این بخش‌ها هستند و به طریق مشابهی اندازه‌گیری می‌شوند. اما تفاوت‌های زیادی میان آن دو از لحاظ اندازه، سرعت، و منشا وجود دارد:  خصوصیت موج موج ناشی از باد  موج سونامی سرعت موج   8 تا 100 کیلومتر در ساعت  800 تا 1000 کیلومتر در ساعت دوره موج  5 تا 20 ثانیه  10 دقیقه تا 2 ساعت طول موج   100 تا 200 متر  100 تا 200 کیلومتر امواج در اقیانوس‌ها به علل مختلفی مانند فعالیت‌های زیرآبی، فشار جوی، و کشش جاذبه رخ می‌دهند، اما شایع‌ترین علت آنها باد است. باد منبع انرژی موج حاصل است و اندازه سرعت باد به قدرت باد وابسته است. نکته مهمی که باید به خاطر داشت این است که امواج نشان‌دهنده حرکت آب نیستند، بلکه حرکت انرژی از طریق آب را نشان می‌دهند. تولد سونامی شایع‌ترین علت سونامی‌ها زلزله‌های زیردریایی هستند. برای اینک بدانیم این زلزله‌ها گونه رخ می‌دهند، باید "تکتونیک صفحه‌ای" را بشناسیم. نظریه تکتونیک صفحه‌ای بین می کند که لیتوسفر یا بخش فوقانی کره زمین از چندین صفحه عظیم تشکیل شده است. این صفحات قاره‌ها و کف دریاها را می‌سازند. این صفحات بر روی یک لایه زیرین چسبناک نیمه‌جامد به نام آستنوسفر قرار دارند. یک پای سیب بریده‌شده را در نظر بگیرید، قشر بیرونی کیک لیتوسفر و بخش داخلی داغ پرکننده آن آستنوسفر است. این صفحات مدواما روی کره زمین با سرعتی در حد 2.5 تا 5 سانتی‌متر در سال در حال حرکتند. این حرکت بیش از همه در طول خطوط گسل( خط برش کیک را در نظر بگیرید) رخ می‌دهد. حرکت این صفحات باعث بروز زلزله‌ها و آتش‌فشان‌ها می‌شود که در کف اقیانوس ها هم ممکن است رخ دهند و دو منشا احتمالی سونامی هستند. هنگامی که دو صفحه د ر ناحیه‌ای که مرز صفحه‌ای نامیده می‌شود در تلاقی با یکدیگر قرار می ‌گیرند، صفحه سنگین‌تر به زیر صفحه سبک‌تر مِی‌‌لغزد. این پدیده را لغزش به پایین(subduction) می‌نامند. بروز پدیده لغزش به پایین زیرآبی اغلب جاگذاری‌های فراوانی به شکل گودال‌های عمیق اقیانوسی در کف دریا ایجاد می‌کند. در برخی مواردهنگام بروز این پدیده بخشی از کف دریا که به صفحه سبک‌تر متصل است ممکن است به علت فشار صفحه به زیررونده ناگهان به سمت بالا جابجا شود. نتیجه این وضعیت بروز زلزله است. کانون زلزله نقطه‌ای درون زمین است که برای اولین بار شکست در آن رخ می‌دهد، صخره می‌شکنند و اولین امواج لرزه‌ای بوجود می‌آیند. اپی‌سنتر یا مرکز سطحی زلزله نقطه‌ای از سطح دریاست که مستقیما روی کانون زلزله قرار دارد. هنگامی که این قطعه از صفحه به بالا می‌پرد، میلیون‌ها تن صخره با نیرویی عظیم به بالا فرستاده می‌شوند، انرژی این نیرو به آب منتقل می‌شود.این انرژی آب را به بالاتر از سطح معمول دریا می‌راند.به این ترتیب سونامی زاده می‌شود. دینامیک سونامی هنگامی که آب به سمت بالا رانده می‌شود،‌ جاذبه بر روی آن عمل می‌کند، وانرژی را به طور افقی به موازات سطح آب هدایت می‌کند. سپس انرژی از میان اعماق آب از مرکز اولیه جنبش به اطراف گسترش می‌یابد. نیروی عظیمی که بوسیله جنبش لرزه‌ای ایجاد می‌شود سرعت باورنکردنی سونای را ایجاد می‌کند. سرعت واقعی سونامی با اندازه‌گیری عمق آب در نقطه‌ایی که سونامی از آن می‌گذرد، محاسبه می‌شود.این سرعت مساوی ریشه دوم حاصلضرب شتاب جاذبه در میزان عمق آب است. توانایی سونامی برای حفظ سرعتش مستقیما نحت تاثیر عمق آب قرار دارد.سونامی درآب‌های عمیق‌تر سریع‌تر حرکت می‌کند و در اب‌های کم‌عمق‌تر سرعتش کند می‌شود. بنابراین برخلاف امواج معمولی، انرژی راننده سونامی نه روی سطح آب بلکه از میان آب حرکت می‌کند. ارتفاع سونامی معمولا تا هنگامی که به کنار ساحل برسد بیش از یک متر نیست و معمولا قابل تشخیص نیست. برخورد سونامی به ساحل هنگامی که سونامی به ساحل می‌رسد، به شکل آشنای مرگبارش بدل می‌شود.هنگامی که سونامی به خشکی می‌رسد، به آب کم عمق کنار ساحل ضربه می‌زند.آب کم عمق و خشکی ساحلی باعث متراکم‌شدن انرژی می‌شود که آب منتقل می‌کند.این امر تغییرشکل سونامی را آغاز می‌کند. توپوگرافی کف دریا در این محل و شکل ساحل بر ظاهر و رفتار سونامی تاثیر می‌گذارد. همچنانکه سرعت موج کاهش می‌یابد، ارتفاع آن به طور قابل‌توجهی بالا می رود- انرژی متراکم‌شده آب را به سمت بالا می‌راند. سرعت یک سونامی معمول که به خشکی نزدیک می شود تا 50 کیلومتر در ساعت کاهش می‌یابد، و در مقابل ارتفاع آن تا 30 متر بالای سطح دریا می‌رسد. با افزایش ارتفاع موج حین این فرآیند طول موج به شدت کاهش می‌یاید.( فشرده شدن یک آکاردئون را در نظر بگیرید.) شاهدی که در کنار ساحل قرار دارد، بالا و پایین‌رفتن شدید آب را هنگامی که سونامی قریب‌الوقوع است، مشاهده خواهد کرد.به دنبال آن ناوه واقعی سونامی به ساحل می‌رسد. سونامی‌ها اغلب به صورت رشته‌هایی طغیان‌های قدرتمند و سریع آب و نه به صورت یک موج منفرد غول‌آسا تظاهر می‌کنند. البته ممکن است یک اُشترک (Bore) که یک موج عمودی بزرگ است با جبهه‌ای زیروروکننده ظاهر شود.اُشترک‌ها اغلب با طغیان‌های سریع آب دنبال می‌شوند، که به خصوص باعث تخریب ساحل می‌شود. پنج تا 90 دقیقه پس از ضربه اولیه ممکن است امواج دیگری به دنبال آید- قطار موج سونامی، پس از حرکت به صورت رشته‌ای از امواج در فواصلی طولانی، خود را به ساحل می کوبد. سونامی به خصوص اگر بدون هشدار قبلی به ساحلی برخورد کند، تلفات بسیاری به بار می‌آورد، و خط ساحلی با خاک یکسان می‌کند و همه چیز را با خود به دریا می‌کشاند. منطقه‌ای که در معرض بیشترین خطر تخریب قرار دارند، نواحی در حد فاصل 1.6 کیلومتری خط ساحلی، به خاطر طغیان آب و آوار پراکنده‌شده، و با ارتفاع کمتر از 15 متر از سطح دریا به خاطر ارتفاع امواج ضربه‌زننده است. سونامی حتی می‌تواند به علت خصوصیات متفاوت بستر دریا و ساحل به پناهگاه‌های دور از ساحل هم برسد. برای مثال یک منطقه حفاظت‌شده ساحلی با ورودی باریک یک مسیر "شیپوری" ایجاد می‌کند، که باعث تشدید قدرت مخرب امواج می‌شود. یا کانال رودخانه‌ای راه را برای نفوذ بیشتر سونامی به مناطق داخلی‌تر می‌گشاید. تا زمانی که یک سونامی به ساحل برخورد نکند، مشکل است نحوه تعامل آن را با خشکی پیش‌بینی کرد.