کی بود گفت بُعد چهارم؟!

یکی از اسرارآمیزترین مفاهیم فیزیک، که نقش مهمی در نجوم و کیهان شناسی ایفا کرده و می کند، بُعد چهارم و ابعاد بالاتر است.

در ذهن عوام وقتی از بعد چهارم سخنی رانده شود بلافاصله تصویری از آلبرت اینشتین و زمان تداعی می شود. اما به راستی نخستین کسی که بعد چهارم و ابعاد بالاتر را معرفی کرد چه کسی بود؟

پاسخ به این پرسش را باید با واقعیتی پیوند داد که گرچه فراموش نشده اما مورد بی اعتنایی قرار گرفته است. واقعیتی که شاید اساس نظریه های مهمی چون نسبیت عام را تشکیل می دهد اما به همین علتِ اساسی بودنش، همچون فونداسیون ساختمان، از دیده ها پنهان است؛

واقعیتی به نام ریاضیات. مفاهیم ریاضی که ریاضی دانان خلق کرده اند و می کنند و بی سر و صدا موجب دگرگونی علم می شوند.

بُعد چهارم یکی از همین مفاهیم است که نخستین بار در حوزه ی ریاضیات مطرح شد و سپس ابزاری شد در دست فیزیک دانان و کیهان شناسان.

تولد بعد چهارم و ابعاد بالاتر باز می گردد به دهم جون سال 1854 میلادی؛ زمانی که ریاضی دان جوان و نامی اما فقیر و بیمار، به نام برنهارت ریمان، پس از یک دوره چند ماهه بیماری عصبی، سخنرانی عجیبی را در این روز به یاد ماندنی در دانشگاه گوتینگن آلمان ارایه کرد.

در این روز بزرگ بود که هندسه ی کلاسیک اقلیدسی با همه تقدس و قدمت دو هزار ساله اش، چونان نظریه ی زمین مرکزی، فرو ریخت و ریمان را، مانند کپرنیک، شهره ی تاریخ علم کرد. هندسه ی اقلیدسی، که بیش از دو هزار سال جهان را فقط در قالب سه بُعد طول و عرض و ارتفاع بیان کرده بود، در همین یک روز به یک باره فرو ریخت و از خرابه های آن نظریه ی ابعاد بالاتر با اندیشه ی جادویی ریاضی دانی جوان شکل گرفت.

همه ی ما با قضیه ی فیثاغورث آشناییم؛ راهی برای پیدا کردن طول قطر مربع، این قضیه را می توان برای محاسبه ی طول قطر یک مکعب، یعنی فضای سه بُعدی، تعمیم داد. اما ریمان جوان در همین جا متوقف نشد و این قضیه را در بُعد چهارم برای یک ابَرمکعب اثبات کرد و سپس آن را به فضای N – بعدی نیز تعمیم داد و این گونه بود که ریاضیات باور کرد می توان به ابعاد بالاتر هم فکر کرد.

امروزه، ابعاد بالاتر امیدهایی برای توجیه وجود جهان های موازی، و رویدادهای متافیزیکی به وجود آورده است. رویدادهایی که اهالی علم، به سبب نداشتن توجیهات عقلانی برای اثبات آن ها، با ناامیدی منکرشان می شدند.

اینک، در حدود 160 سال پس از این واقعه، فیزیک دانان هنوز در تلاش اند تا با توسل به ابعاد بالاتر راهی برای ساده کردن قوانین فیزیک و رسیدن به آرزوهای بزرگی چون آشتی نظریه ی نسبیت عام و کوانتوم، یا اتحاد بزرگ، پیدا کنند.

امروز فیزیک دانان پی برده اند که قوانین فیزیک در ابعاد بالاتر ساده تر می شوند و راه های فرار بسیاری برای خلاصی از بن بست های فیزیک و کیهان شناسی ایجاد می شود و این محور اندیشه های ریمان بود که 160 سال پیش، حتی تا سر حدّ بیماری، به آن فکر می کرد.

اما به لحاظ فیزیکی بُعد چهارم زمانی جدی تر مورد توجه قرار گرفت که شعبده باز و مدعی احضار ارواح، به نام هنری سلید، دادگاهی را که برای رسیدگی به جرایمش تشکیل شده بود با اعمال عجیب و غریب و تکرار ادعاهایش به سُخره گرفت و همه را در حیرت فرو برد.

این گونه بود که دادگاه دست به دامن فیزیک دانان سرشناسی چون یوهان زولئر، ویلیام کروکس (مخترع لامپ اشعه ی کاتدی که اساس کار تلویزیون هاست)، ویلهلم وِبِر، جی تامسون (کاشف الکترون)، و لُرد رایلی شد و البته آن ها هم مبهوت از شعبده بازی های سلید دست به دامان بُعد چهارم شدند با این توجیه که راز همه ی آنچه سلید انجام می دهد دستیابی به بُعد چهارم است.

نظریه ی ابعاد بالاتر، با همه ی اسرارآمیز بودنش، نقش ویژه ای در جدیدترین نظریه های بیان کننده ی آفرینش و خلقت چون نظریه ی ابَر ریسمان دارد و هنوز هم باید منتظر ماند و دید که نظریه ی ابعاد بالاترراه را برای درک بیشتر انسان از لحظات اولیه ی انفجار بزرگ و ساز و کارهای فعلی جهان خلقت و سرنوشت نهایی جهان هستی هموار می کند.

شروعی برای نظریه همه چیز

در کمبریج انگلستان، خیابان قدیمی و تنگی وجود دارد که خیابان فری اسکول نامیده می شود.

این خیابان از کلیسای سنت بنت که در قرن یازدهم ساخته شده است شروع می شود، در محلی که دوچرخه ها به نرده های حیاط کلیسا مهار شده و گل ها و شاخه ها از نرده ها آویزان اند، پیچ می خورد و در کنار دیواری سیاه با سنگ های زمخت و پنجره های باریک که پشت بنای قرن چهاردهم کورپوس کریستی قرار دارد، عریض می شود.

در نزدیکی این محل در آن طرف خیابان، لوحه ای در کنار یک در ورودی به سبک گوتیک قرار دارد که روی آن عبارت «آزمایشگاه کاوندیش» را می توان خواند.

درهای ورودی دیگر کمبریج به حیاط های با شکوه و بسیار قدیمی راه پیدا می کنند. حیاطی که در آن طرف در «کاوندیش قدیمی» قرار دارد، شبیه به این حیاط ها نیست. از صومعه ای که در قرن دوازدهم در اینجا برپا بوده، یا باغچه هایی که پس از آن روی خرابی ها ایجاد شده، چیزی باقی نمانده است. به جای آن سنگ فرش های پوشیده از آسفالت خاکستری و ساختمان های شبیه کارخانه دیده می شود که بیشتر به زندان می مانند.

با وجود این، در طول یک قرن، پیش از آنکه دانشگاه کمبریج آزمایشگاه های «جدید» کاوندیش را در سال 1974 بسازد، اینجا یکی از مهم ترین مراکز تحقیقات فیزیک دنیا بود. در این بناها بود که، ج. ج. تامسون الکترون را کشف کرد، ارنست رادرفورد تحقیقات خود را درباره ساختار اتم انجام داد و کارهای دیگری از این قبیل به سامان رسید.

در 29 آوریل 1980 در اینجا در سالن کنفرانس کوکرافت دانشمندان و مقامات دانشگاه روی صندلی های ردیف شده بر کف شیب دار سالن که مقابل دیواری پوشیده از تخته سفید و پرده اسلاید بود، گرد هم آمدند.

این جلسه به مناسبت اولین خطابه یک پروفسور جدید کرسی لوکاشین ریاضی بر قرار می شد. این پروفسور استیون ویلیام هاوکینگ ریاضیدان و فیزیکدان سی و هشت ساله بود.

عنوان خطابه یک سوال بود: «آیا دورنمای پایان فیزیک نظری دیده می شود؟» و هاوکینگ با اعلام اینکه پاسخ او به این سوال مثبت است شنوندگان را شگفت زده کرد. او از آنان دعوت کرد که به او بپیوندند. و با گریزی شورانگیز از میان زمان و مکان جام مقدس علم را بیابند: نظریه ای را بیابند که جهان و هر چه را که در آن روی می دهد، تبیین کند.

هاوکینگ معتقد است که شانس زیادی وجود دارد که آنچه به نظریه همه چیز معروف است، تا قبل از پایان قرن پیدا شود و در این صورت کار چندانی برای امثال او در زمینه فیزیک نظری باقی نخواهد ماند.

استیون هاوکینگ، در حالی که یکی از شاگردانش خطابه او را برای جمعیت گرد آمده در سالن، قرائت می کرد روی یک صندلی چرخدار نشسته بود. با یک قضاوت ظاهری، به نظر نمی آمد که هاوکینگ انتخاب مناسبی برای رهبری یک کار خطیر باشد.

فیزیک نظری برای او گریز بزرگی از یک زندان بود، زندانی بسیار بدتر از آنچه درباره آزمایشگاه های قدیمی کاوندیش گفته می شد.

از اوایل بیست سالگی او با بیماری از کار افتادگی روزافزون که از مرگ زودرس او خبر می داد، می ساخت. هاوکینگ مبتلا به بیماری اسکلروز جانبی آمیوتروفیک است. این بیماری، در آمریکا، لوگربک نامیده می شود، لوگریک یک بازیکن بیسبال بود که به این بیماری مبتلا شد و در اثر آن در گذشت.

پیشرفت این بیماری، درمورد هاوکینگ، کند بود ولی زمانی که او کرسی لوکاشین را عهده دار شد، دیگر توانایی راه رفتن، نوشتن، غذا خوردن را نداشت و اگر سرش به پایین می افتاد، نمی توانست آن را بلند کند.

صحبت کردن او غیر مفهوم و تنها برای کسانی که او را خیلی خوب می شناختند، قابل درک بود. برای خطابه لوکاشین، او با زحمت زیاد متن مورد نظر خود را قبلاً دیکته کرده بود تا شاگردش بتواند آن را در جلسه بخواند.

اما هاوکینگ معلول نبوده و نیست. او یک ریاضیدان و فیزیک دان فعال و برجسته است و بعضی ها او را برجسته ترین فیزیکدان پس از اینشتین می دانند. کرسی لوکاشین یک مقام آکادمیک ممتاز است که زمانی سر ایزاک نیوتن عهده دار آن بود.

این یک شجاعت ناشی از خصوصیت هاوکینگ بود که مقام استادی ممتاز را با پیشگویی پایان رشته کار خودش آغاز کند.

او گفت که شانس زیادی وجود دارد که آنچه به نظریه همه چیز معروف است، تا قبل از پایان قرن پیدا شود و در این صورت کار چندانی برای امثال او در زمینه فیزیک نظری باقی نخواهد ماند.

پس از این کنفرانس، خیلی اشخاص فکر می کردند که استیون هاوکینگ پرچمدار کنکاش برای یک نظریه توجیه کننده جهان خواهد بود.

اما او نزدیک ترین نظریه به نظریه همه چیز را، نه یکی از نظریه های خود، بلکه نظریه «ابرگرانش 8 = N» دانست. نظریه ای که بسیاری از فیزیکدانان امید داشتند بتواند به یگانگی کلیه ذرات و نیروهای طبیعت بینجامد.

هاوکینگ از همان ابتدا به این موضوع اشاره می کند که کار او تنها قسمتی از تصویر بسیار گسترده تری است که به همکاری فیزیکدانان همه دنیا نیاز دارد؛ همچنین جزیی از یک تصویر ذهنی بسیار کهن است: اشتیاق درک جهان تقریباً به قدمت هوشیاری انسان است.

از همان ابتدا که متوجه شده ایم طبیعت طرح و نقشی دارد، کوشیده ایم تا آن طرح را با اسطوره ها، مذهب و سپس با ریاضیات و علم، توضیح دهیم. شاید ما خیلی بیشتر از اجداد دورمان نسبت به درک کامل این طرح نزدیک نشده باشیم، ولی بیشتر ما، مانند استیون هاوکینگ به این فکر تمایل داریم که نزدیکتر شده ایم.

ادامه دارد ...

برگرفته از: داستان زندگی و پژوهش های هاوکینگ/ کیتی فرگوسن/ ترجمه رضا خزانه/ نشر فاطمی

تنظیم برای تبیان: م.ح.اربابی فر

فوتونیک و نانو فوتونیک

در این مطلب به تاریخچه ی پیدایش علم فوتونیک و شاخه های آن ،نقش فوتون در گسترش علم الکترونیک و همچنین مفهوم و کاربردهای نانوفوتونیک اشاره شده است.

در دهه هشتاد کامپیوترهای شخصی در عرصه صنعت دنیا پدیدار شد که با ایجاد مدارهای مجتمع دیجیتال مقدور گردیدند. در این عرصه محدودیت های زیادی برای فشرده کردن عناصر فعال نیمه هادی وجود داشت. از جمله این محدودیتها، محدودیتهای انتقال الکترون بخاطر کوبلاژهای الکترومغناطیسی و ... است که بر سر راه انتقال وجود دارد.

مجموعه مشکلات موجود بر سر راه انتقال ذره الکترون در مخابرات، پردازش اطلاعات، تصویر (عمل سریال در پردازش) و .. همه تلاش بر سر یافتن ذره ای که عمل مشابه الکترون را انجام داده ولی مشکلات ذکر شده آن را نداشته باشد به وجود آورده است.این تلاشها فوتون را به عنوان ذره جایگزین الکترون مطرح ساخته است.

پیشرفت های اخیر در زمینه نور که از سال 1960 شروع شده است به حدی رسیده که بایستی رشته و تخصص جداگانه ای برای فراگیری و پیشرفت در این عرصه تعریف شود.

این رشته با نام فوتونیک و در سه شاخه الکترونیک، مخابرات و فیزیک وظیفه ایفای این نقش را دارد.

فوتونیک

در قرن بیستم علم الکترونیک با کشف و اختراع لامپ خلا توسط فلمینگ آغاز شد و حدود 35 سال اول قرن طول کشید تا به یک تکنولوژی تمام عیار تبدیل شود.

در این مدت هم تئوری مخابرات و هم تکنولوژی آن از پیشرفت قابل ملاحظه ای برخوردار گردید تا اینکه به یک صنعت کامل تبدیل شد.این صنعت تا 1945 به تکامل خود ادامه داد ولی ضعف های این صنعت از جمله خرابی لامپ ها، حجم زیاد، ولتاژ کار بالا، حمل و نقل مشکل، روز به روز بیشتر نمایان شد. در این تاریخ در آزمایشگاه بل  گروهی برای رفع عیب های ذکر شده در صنعت لامپ خلا تشکیل شد که بعد از دو سال موفق گردید با معرفی الکترونیک حالت جامد تمام ضعفهای ذکر شده را از بین ببرد و در سال 1947 ترانزیستور BJT  را معرفی نمودند. اختراع ترانزیستور منجر به پیشرفت فوق العاده ای در همه عرصه های علم و تکنولوژی قرن بیستم گردید. تمام کامپیوتر ها، PLC ها ماهواره ها و ... همه دست آوردهای اخیر اختراع ترانزیستور هستند.

اختراع ترانزیستور  جز  بیست  اختراع  و  کشف  مهم  قرن  بیستم  می باشد.

فوتونیک- الکترونیک

پیشرفت روز افزون تکنولوژی و ساخت قطعات الکترونیکی کوچک و کوچک‌تر تا به آنجا ادامه یافته است که امروزه پیش‌بینی می‌شود که در چند سال آینده دیگر نتوان قطعاتی از این کوچک‌تر ساخت که قادر به عبور جریان الکتریسیته باشند به گونه‌ای که در آنها عبور یک الکترون برابر خواهد بود با برقراری جریان و عدم عبور آن یعنی قطع جریان الکتریکی.

 این مساله باعث شده تحلیل مدارات دیگر از حوزه الکترونیک کلاسیک خارج شده و بررسی چنین سیستمی بر عهده مکانیک کوانتمی نهاده شود که دارای مشکلات خود می‌باشد. این امر باعث شده است تا

دانشمندان به فکر جایگزینی برای الکترون بیافتند تا مشکلات الکترون را نداشته باشد و در اولین گزینه‌ها فوتون یعنی کوانتای نور را جایگزینی مناسب یافتند. پس از این پس باید به دنبال ساخت ادواتی بود که جای ادوات الکترونیکی را در مدارات بگیرد و در آنها فوتون نقش اساسی را بازی کند

تحقیقاتی که این هدف را دنبال می‌کنند در حوزه فوتونیک شاخه الکترونیک آن بررسی می‌شود و بر عهده این بخش است.

Left: Prof. John Bowers (UCSB), right: Dr. Mario Paniccia Intel

فوتونیک- مخابرات

ساخت فیبر نوری  و اختراع لیزر بشر را به این سو هدایت کرد تا مخابراتی پیشرفته بر مبنای این دو تکنولوژی بسازد. این مخابرات اکنون به ظهور رسیده است و روز به روز بر قدرت و سرعت آن افزوده می‌شود.

سیستم‌های مخابرات نوری یا همان مخابرات بر پایه لیزر و فیبر نوری هنوز در کار با سیگنال‌های مخابراتی از سیستم‌های الکترونیکی استفاده می‌کند که سرعت کار آنها را به شدت پایین می‌آورد. این مشکل با تمام نوری کردن تمامی ادوات به کار رفته در این مدارات ممکن است. به همین دلیل یکی از جبهه‌های پر رونق در علم فوتونیک امروز ساخت جایگزین‌های این اداوات الکترونیکی به صورت نوری می‌باشد.

فوتونیک- فیزیک

شاخه دیگری از علم فوتونیک فوتونیک- فیزیک است. در این شاخه نیز به مباحث بسیار زیادی از جمله روابط حاکم بر برهمکنش نور با ماده، میکروسکوپ‌های روبشی میدان نزدیک نوری و ... پرداخته می‌شود.

کاربردهای نانوفوتونیک را می‌توان به هفت دسته کلیدی شامل نمایشگرها، دیودهای نورافشان، سلول‌های خورشیدی، حسگرها و جفتگرهای نوری، لیزرهای دیودی، لیتوگرافی با لیزر، و فیبرهای ویژه تقسیم‌بندی کرد

فوتونیک به بررسی‌های برهم‌کنش‌های بین نور و ماده در مقیاس نانو گفته می‌شود. در این شاخه به کاربردهای کریستالهای فوتونیکی پرداخته می‌شود. مفهوم نانوفوتونیک تلفیقی از دو حوزه تشکیل دهنده آن یعنی علم فوتونیک و فناوری نانو می‌باشد. فناوری نانو طبق تعریف عبارت است از دستکاری ماده در سطح مولکولی و اتمی به‌منظور ایجاد ساختارهای مهندسی شده برای کاربردهای معین می‌باشد.

اپتیک، لیزر، الکترونیک نوری، حسگرهای نوری، و مخابرات نوری از گونه‌های اصلی این علم هستند.

(کاربردهای نانوفوتونیک را می‌توان به هفت دسته کلیدی شامل نمایشگرها، دیودهای نورافشان، سلول‌های خورشیدی، حسگرها و جفتگرهای نوری، لیزرهای دیودی، لیتوگرافی با لیزر، و فیبرهای ویژه تقسیم‌بندی کرد.)

فرآوری:محمدجوادتابش

بخش دانش و زندگی تبیان

---

منابع:

 Online course on Nanophotonics.

Larry Bock, Nanosys, July/ August 2003.

 Nanophotonics: A marketing challenge Tom Hausken Laserfocusworld December .2004

Global community charts a course for Nanophotonics KATHYKINCADE laserfocusworld August 2005.-

roshd

      2611&SSOReturnPage=Check&Rand=0

کتاب فلسفه علم

کتاب فلسفه علم _ هستی در مکان و زمان _ اثر دکتر مسعود دهقانی, جلد دوم از مجموعه ای تحت عنوان فلسفه علم است که اخیراً در تیراژ محدود منتشر شده است. جلد اول این کتاب با عنوان _ بعد چهارم/ جهان در انبساط _ پیش از این منتشر شده بود.

---

کتاب فلسفه علم

تالیف دکتر مسعود دهقانی

کتاب فلسفه علم _هستی در مکان وزمان_اثر دکتر مسعود دهقانی,  جلد دوم از مجموعه ای تحت عنوان فلسفه علم است که اخیراً در تیراژ محدود منتشر شده است.

جلد اول این کتاب با عنوان _بعد چهارم/ جهان در انبساط _ پیش از این منتشر شده بود.  این مجموعه در حقیقت یک پژوهش بنیادی درباره اساسی ترین قوانین فیزیک و ریاضی  و علوم طبیعی حاکم بر جهان مادی می باشد. جلد دوم این مجموعه ,اغلب مشتمل بر تحلیلهای عمیق فلسفی و منطقی است و ریاضیات غامض و پیچیده ای که در جلد نخست شاهد آن بودیم جای خود را به جدل تئوریک و نظریه پردازیهای فلسفی داده است.

از این رو طیف گسترده تری از علاقه مندان به پژوهش فلسفی  در زمینهء فلسفه علم را در بر خواهد گرفت. کتاب با بیانی شیوا به مباحث تخصصی فلسفه علم می پردازد و با نقد نگرشهای  مکانیکی چکش و سندانی نشان می دهد تفکراتی که مرزبندیهای ظاهری فضا و زمان را پذیرفته اند  تا به چه حد می توانند از حقیقت مطلق دور باشند.

آنچه که در این کتاب بیش از هر چیز درخور  توجه است بکارگیری معانی عمیق  معنوی و اندیشه های عرفانی لابلای  تحلیل هایی ژرف  از قوانین طبیعت و نظام کائنات می باشد.

در این کتاب مباحثی مرتبط با علوم مهندسی نظیرتنش ها و کرنش ها در مقاومت مصالح و توصیف محیطهای پیوسته جامدات و سیالات نیز مورد بحث و کنکاش فلسفی قرار می گیرند. بررسی ماهیت زمان و جنبش ذرات مادی, هستی متعین در مقابل نیستی و اشاره به ماهیت مفهوم شرایط مرزی در ریاضیات و تناظر آن با اندیشه های مولانا بر غنای مطالب این کتاب افزوده است.

ﻤﺆلف کتاب, دکتر مسعود دهقانی تحصیلات عالیه خود را در دکترای مهندسی عمران (سازه و ژئوتکنیک) در دانشگاههای صنعتی شریف, اصفهان, علم و صنعت, امیر کبیر و دانشگاه شیراز به انجام رسانیده است.

تسلط ﻤﺆلف بر فیزیک و ریاضیات, قوانین مهندسی و مکانیک محیط های پیوسته و ناپیوسته, ضمن آشنایی با آیات قرآنی و نهج البلاغه و تعلق خاطر به اندیشه های عارفانه سبب شده نویسنده به درک و بیان خاصی از توصیف رویدادهای عالم طبیعی و کائنات دست پیدا کند که نگارش این کتاب ﻤﺆید همین امر میباشد.

هر دو جلد این کتاب که در آینده ای نزدیک در یک مجلد منتشر و به بازار کتاب عرضه میشود مرجع مطالعاتی مناسبی برای علاقه مندان به مباحث  فلسفه علم خواهد بود.

جلد اول: جهان در انبساط

ناشر:انتشارات دانشگاه هرمزگان

نوبت چاپ: اول

قیمت روی جلد:   ۲۵۰۰  تومان

جلد دوم: هستی در مکان و زمان

ناشر:انتشارات دانشگاه

تعداد صفحات:  ۱۹۰  صفحه

 تیراژ: محدود

نوبت  چاپ: اول

تاریخ چاپ: پاییز ۱۳۸۵

منبع