مقاله و تحقیق دانشجویی

توضیحات:

دانلود فایل ورد تحقیق نجوم و اخترفیزیک

قالب :Word در 24 صفحه

بخشی از متن :

آشنايي با كيهان شناسي

کیهانشناسی علم بررسی تاریخ کیهان به عنوان یک کل است و هم ساختار و هم تکامل آن را بررسی می کند. در کیهانشناسی فرض می شود که در فاصله های بسیار زیاد، کیهان از هر مکانی که به آن نگاه شود یک شکل و متقارن به نظر می رسد، و در هر جهتی که به آن نگاه شود هم به یک شکل می باشد ( به بیان ریاضی تر، کیهان ایزوتروپیک است.) این فرضیات، اصول کیهانشناسی نامیده شده اند

جست‌وجوي اجرامي شگفت انگيزتر از سياهچاله‌ها

دانشمندان وجود دسته‌اي جديد از سياهچاله‌ها را پيش بيني كرده‌اند كه به دليل سرعت بسيار زياد چرخش به دور خود افق رويداد ندارند.

به گزارش سرويس علمي خبرگزاري دانشجويان ايران(ايسنا)، سياهچاله‌ها هم پيش از اين در دسته اجرامي بسيار ناشناخته و رازآميز قرار داشتند. تصوري كه از اين اجرام وجود دارد، اين گونه است كه جسمي بسيار كوچك جرمي معادل جرم چندين خورشيد را در نقطه‌اي فشرده كرده است.

اما موضوع اين خبر كشف جرمي شگفت انگيزتر از سياهچاله‌ها است.

نظريه «تكينگي بدون پوشش» (naked singularity) حاكي از آن است كه سياهچاله آنقدر سريع به دور خود مي‌گردد كه در نهايت با فقدان افق رويداد مواجه مي‌شود.

سياهچاله‌ها زماني شكل مي‌گيرند كه ماده‌ ستاره‌اي بزرگ بر روي خود فرو بريزد و در اين حين، فشار لازم به طرف خارج براي خنثي كردن نيروي گرانشي كه به طرف داخل وارد مي‌شود، وجود نداشته باشد. از اين رو فشار گرانش به ساير نيروهاي داخلي غلبه مي‌كند و سياهچاله تا بينهايت در خود فرو مي‌ريزد.

در اين صورت نيروي گرانشي به قدري زياد مي‌شود كه حتي نور نيز نمي‌تواند از آن بگريزد. در نهايت سياهچاله در پوششي تاريك از خودش احاطه مي‌شود كه ما آن را افق رويداد مي‌ناميم. اجرام و تابش‌ها هنگام رد شدن از افق رويداد ناگزير به سمت سياهچاله كشيده مي‌شوند. به همين دليل ما آن ها را نمي‌بينيم و سياه مي‌ناميم.

به نوشته نجوم، تمام سياهچاله‌هاي كشف شده تا‌كنون، داراي چرخش به دور خود بوده‌اند. گاهي آنقدر زياد كه به بيش از هزار دور در ثانيه مي‌رسيد؛ اما در اين نظريه جديد، اگر سياهچاله‌اي را بيابيد كه سرعت گردش به دور خودش بسيار زياد باشد، در آن صورت مقدار حركت زاويه‌يي چرخشش بر نيروي گرانش حاصل از جرمش غلبه مي‌كند و مي تواند افق رويداد را كاهش دهد و يا از بين ببرد و سياهچاله را بدون پوشش كند؛ اما سياهچاله‌اي با 10 برابر جرم خورشيد، به سرعت چرخشي بيش از چند هزار دور بر ثانيه نياز دارد.

مطابق با نتايج تحقيقات دانشگاه‌هاي «دوك»(Duke) و «كمبريج»(Cambridge)، جرمي با چنين مشخصاتي را مي‌توان در لنزهاي گرانشي كشف كرد.

به گزارش ايسنا، لنز گرانشي قسمتي از فضا است كه در آن جسمي با جرم زياد مانند سياهچاله وجود دارد و با توجه به نيروي گرانشي كه دارد مانند يك عدسي طبيعي عمل مي‌كند و نورهاي رسيده از فواصل دور را خميده و در نهايت كانوني مي‌كند.

اگر نتايج اين تحقيقات درست باشد، اخترشناسان مي‌توانند چنين اجرامي را كه در نظريه جديد پيش بيني شده ثبت و شناسايي كنند.

پيچنده فضايي (1)

تصور كنيد اگر راندن در يك جاده كوهستاني براي شخصي مثلاً هشت ساعت طول بكشد، شايد يافتن يك تونل در آنجا، زمان لازم براي پيمودن اين مسير را به ده دقيقه كاهش دهد. پس اگر كسي با دوستانش قرار بگذارد كه اين مسير را برود و سپس به آنها اطلاع دهد كه به مقصد رسيده و آنها هم از داستان آن تونل فرضي آگاهي نداشته باشند، شايد بتواند براي دوستانش چنين وانمود كند كه راه هشت ساعته را چنان تند پيموده كه ده دقيقه اي رسيده!

اما مگر ميشود كه در هر شرايطي فاصله فيزيكي را چنان كوتاه كرد كه زودتر به مقصد برسيم؟ مگر ميشود در هر شرايطي ميانبر پيدا كرد؟ پاسخ دانش فيزيك به اين پرسش آري است.

براي شكافتن بهتر موضوع بهتر است كمي درباره نيروي گرانش (جاذبه) بگوييم. در افسانه ها ميگويند كه نيوتن با افتادن سيبي به سرش قانون گرانش را كشف كرد. او فكر كرد كه چرا سيب بالا نميرود و پايين ميايد؟ او پي برد كه اگر هر جسمي را با سرعت به اندازه كافي به هوا پرتاب كنيم، با شتاب ثابتي و در يك مسير راست به زمين برميگردد. پس ميتوان گفت كه كشش زمين و جسم دليل اين رويداد است. از آن پس دانش فيزيك پيشرفت كرد و دانشمندان فهميدند كه حركت سيارات به دور خورشيد هم از همين گونه است. گرچه به خاطر جرم زياد سيارات و خورشيد و مسافت زياد ميان آنها، خورشيد نميتواند آنها را در يك مسير راست به سوي خود بكشد و آنها روي خورشيد نمي افتند. پس با اينكه گرانش همان گرانش است و نيروي تازه اي در كار نيست، اما در اينجا كمي پيچيده تر خود را نشان ميدهد و اثر گذاري آن از حركت ساده و سقوط راست اجسام بر روي زمين، به حركت پيچيده و چرخشي سيارات گرد خورشيد با سرعتها و دوره هاي تناوب و ... متفاوت تبديل شده. پس ميتوان اينگونه نتيجه گيري كرد كه در شرايط پيچيده تر، گرانش ميتواند اثر گذاريهاي پيچيده تري را به بار دهد.

در اينجاي داستان لازم است نگاه خود را از دستاورد نيوتن به دستاورد انيشتين تغيير دهيم. نظريه نسبيت عام انيشتين گرانش نيوتن را كامل كرد و يك برداشت متفاوت از آنرا به دست داد. نظريه انيشتين گفت كه هنگام سخن از نيروي گرانش، چيزي چيزي را به سوي خود نميكشد، بلكه جرم ها فضا را به گونه اي خم ميكنند كه حركت اجسام ناشي از نيروي گرانش (آن گونه كه ما مي بينيم) در واقع سقوط آزاد آنها در يك فضاي خميده است. پس زمين سيب را به سوي خود نميكشد، بلكه نيروي گرانش كره زمين فضاي پيرامون اين سياره را جوري خم كرده كه هر جسمي بسته به ويژگي هايش (جرم، سرعت، ...) در اين فضاي خميده حركت ميكند. خورشيد هم طوري فضاي منظومه شمسي را خم كرده كه هر سياره ناگزير بايد گرد آن بچرخد. براي تجسم بهتر به سوراخ چاه حمام نگاه كنيد كه چطور آب و كفها را به سوي خودش ميكشد، طوري كه اگر هر چيزي همراه آنها باشد (مثلاً يك سوسك!) به گرد سوراخ چاه ميچرخد و ميچرخد و سرانجام به درون سوراخ ميريزد. خورشيد نيز چنين ميكند، اما خوشبختانه سيارات به اين زوديها به آن نزديك نميشوند و تنها پس از ميلياردها سال است كه ما هم مانند كفهاي درون حمام به درون خورشيد كشيده ميشويم.

به هر حال، ميخواستم اين را بگويم كه نيروي گرانش ميتواند حركتهاي پيچيده اي را نتيجه دهد، حركت راست و حركت چرخشي. همه چيز به سيستم مورد مطالعه بستگي دارد؛ اينكه جرمها چه اندازه اند و چه ويژگيهايي دارند (سرعت، شتاب، اندازه حركت، اندازه حركت زاويه اي، ...) و چه مسافتي از هم دارند و مانند اينها. بر پايه نسبيت عام انيشتين، هر چه سيستم مورد مطالعه پيچيده تر باشد، ميتواند فضاي پيرامونش را پيچيده تر خم كند. اما آيا ميتوان طوري پيچيدگي را بالا برد كه خميدگي فضاي اطراف به كم شدن فاصله ميان دو مكان بيانجامد؟ در مثال جاده كوهستاني با زدن تونل از دل كوه، ميشد كه بگوييم مسير (بهتر بگوييم: مسير موثر و نه مسير واقعي) را كوتاه كرده ايم؛ انگار كه جاده كوهستاني جوري خم شده كه آغاز و پايانش همان آغاز و پايان تونل شده است. پس براي زودتر رسيدن بايد مسير دلخواه را طوري خم كنيم كه ابتدا و انتهايش در يك مسير فشرده شده و كوتاه شده قرار بگيرد. اگر بتوانيم تا اين اندازه پيچيده كار كنيم و فضا را خميده در بياوريم، خواهيم توانست مسير را كوتاه كنيم و سرعت موثر پيمودن در آنرا افزايش دهيم.

معادلات نسبيت عام انيشتين ميگويند كه چنين كاري شدني است و اگر شما مسير مورد نظر و ويژگي هاي خمش آنرا به معادلات بدهيد، معادلات به شما ويژگي هاي آن سامانه از جرمها را ميدهند.

دانشمندان سالها روي اين موضوع كار كرده اند و به پاسخ هايي از معادلات ميدان گرانش نسبيت عام دست يافته اند كه ميتوانند كوتاه كردن مسير را براي ما به بار دهند.