نجوم

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 56 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

نجوم

ستاره شناسی ، علمی است که با مشاهده و توضیح وقایعی که در خارج از زمین و جو آن رخ می‌دهد سر و کار دارد. این علم منشا پیدایش و خواص فیزیکی و شیمیائی اشیائی که قابل مشاهده در آسمان بوده (و خارج زمین قرار دارند) و همینطور فرآیندهای منتجه از آنها را مطالعه می‌کند. در طی قسمتی از قرن بیستم ، ستاره شناسی به سه شاخه تقسیم شده بود: محاسبات نجومی ، مکانیک آسمانی و فیزیک نجومی. حالات برجسته متداول فیزیک نجومی در نامگذاری گروههای آموزشی دانشگاهی و موسسات درگیر با تحقیقات نجومی متجلی می‌شود:قدیمیترین آنها بدون هیچ تغییری ، گروهها و موسسات ستاره شناسی می‌باشند، جدیدترین آنها به نگه داشتن فیزیک نجومی در نامشان تمایل دارند، برخی اوقات کلمه ستاره شناسی را برای تأکید بر طبیعت تحقیقاتشان ، در نامشان قرار نمی‌دهند. به علاوه ، تحقیقات فیزیک نجومی ، مخصوصا در فیزیک نجومی نظری ، را افرادی که پس زمینه فیزیک و ریاضی دارند می‌توانند انجام دهند.

ستاره شناسی از معدود علومی است که آماتورها هنوز در آن نقش فعالی دارند، خصوصا در کشف و مشاهده حوادث زودگذر. ستاره شناسی نباید با طالع بینی ، شبه علمی که با پیگرد مسیر اجرام آسمانی ، مبادرت به پیشگویی سرنوشت افراد می‌نماید اشتباه شود. این دو اگر چه در ریشه مشترکند، اما کاملا متفاوتند؛ ستاره شناسان روش علمی را پذیرفته‌اند، در حالیکه طالع بینها اینطور نیستند.

ستاره شناسی به چند شاخه تقسیم می‌گردد. اولین تقسیم بندی بین ستاره شناسی نظری و ستاره شناسی شهودی می‌باشد. مشاهده گرها روشهای مختلفی را برای جمع آوری اطلاعات درباره حوادث بکار می‌برند، اطلاعاتی که بعدا توسط نظریه پردازان برای ایجاد تئوریها و مدلهایی ، برای شرح مشاهدات و پیش بینی حوادث جدید بکار می‌رود. حوزه‌های مطالعه همچنین به دو طریق دیگر تقسیم بندی می‌شوند: موضوعی ، که معمولا به منطقه فضا (مثلا ستاره شناسی کهکشانی) یا مسائل اشاره شده (مانند تشکیل ستاره یا کیهان شناسی) بستگی دارد؛ یا به روش مورد استفاده برای گرد آوری اطلاعات (بطور مبنائی ، چه ناحیه‌ای از طیف الکترومغناطیس استفاده می‌شود). در حالیکه تقسیم بندی اولیه به هر دوی مشاهده گر و نظریه پرداز مربوط می‌شود، دومی مربوط به مشاهده گرهاست(نه کاملا) ، چون نظریه پردازها سعی می‌کنند از اطلاعات موجود در تمامی طول موجها استفاده کنند و مشاهده گرها اغلب بیش از یک منطقه از طیف را مشاهده می‌کنند.

تاریخچه نجوم

مقدمه

نجوم مطالعه مواد و مقدمه‌ای است درباره فرآیند بوجود آمدن آنچه در آنسوی جو زمین است که این جهان ، آسمان و گوی آسمان را از اتمهای کوچک تا گیتی وسیع شامل می‌شود. منجمان اجرام آسمانی مانند سیارات ، ستاره‌ها ، ستاره‌های دنباله دار ، کهکشانها ، سحابیها و مواد بین کهکشانها را مطالعه می‌کنند. برای اینکه چگونگی تشکیل شدن ، چگونگی بوجود آمدن و منسب هر کدام را مشخص می‌کنند و اینکه چگونه بر یکدیگر تأثیر می‌گذارند و چه اتفاقی ممکن است برای آنها بیفتد.بخشی از جهان ما ، زمین و آنچه در آن اتفاق می‌افتد اختر شناسی را شامل می‌شود، در واقع زمین آزمایشگاه ماست و هر چه که درباره جهان می‌دانیم از آنچه از زمین می‌توانیم ببینیم و دریابیم و یا تصور کنیم سرچشمه گرفته است.

چگونه علم نجوم بوجود آمد؟

قبل از اختراع تلسکوپ ، در نزدیکی قرن هفدهم ، نجوم بر مبنای مشاهده با چشم غیر مسلح پایه گذاری شده بود. در ابتدا مردم از محل ستاره‌ها و سیارات در آسمان نقشه تهیه می‌کردند. متمدن ترینها برای نقشه برداری آسمان نظام داشتند و می‌دانیم که امروزه نجوم از نظریات یونانیان باستان سرچشمه می‌گیرد. در سال 150 میلادی یک منجم و ریاضیدان یونانی به نام کلودیوس بطلمیوس یک رساله درباره علم نجوم نوشت. او در آن 48 گروه ستاره‌ای که صورت فلکی نامیده می‌شدند را فهرست کرد ، مانند جبار ، برساووش و ... که بیشتر از اسامی اساطیر گرفته شده‌اند.

همانطور که ما هنگام نگاه کردن به ابرها ، آنها را به اشکالی از اجسام آشنا تصور می‌کنیم، همانگونه بطلمیوس در گروهبندی ستارگان اشکال آشنا را مشاهده کرد. همچنین بطلمیوس متوجه شد که به نظر ستارگان در سرتاسر آسمان حرکت می‌کنند، او گفت که تمام اجرام آسمانی به دور زمین که مرکز جهان بی‌حرکت ایستاده حرکت می‌کنند. این نظریه علمی برای قرنها پذیرفته شده بود. تئوری بطلمیوس راجع به جهان طرح زمین مرکز نامیده شد، زیرا در آن زمین در مرکز عالم قراردارد.

چه موقع کشف شد که زمین بدور خورشید می‌چرخد؟

قبول این واقعیت مدتها طول کشید. در سال 1543 میلادی یک منجم لهستانی به نام نیکلاس کوپرنیک De Revolutionibus را منتشر کرد که مشخص می‌کرد سیارات به دور خورشید گردش می‌کنند، اما نظریه او با تعلیمات کلیسای کاتولیک مغایرت داشت و کلیسا قدرتمندترین سازمان اجتماعی و سیاسی آن زمان بود. عقیده‌هایی مانند طرح خورشید مرکزی که در جهان تفکر بدیع بودند سزاوار کیفر مرگ بودند.

بنابراین اگر هم تعدادی دیگر از منجمان طرح کپرنیک را می‌پذیرفتند از تصدیق کردن آن هراس داشتند. در سال 1632 گالیلئو گالیله ، یکی از برجسته‌ترین منجمان در طول تاریخ ، سرانجام یک کتاب در حمایت از نظریه کپرنیک منتشر کرد. کلیسای کاتولیک روم گالیله را برای محاکمه بخاطر بدعت گذارن احضار کرد و این منجم برای برگشتن از حرفش یا مرگ حق انتخاب داشت. گالیله دست از عقیده خود کشید اما کلیسا از پذیرفته شدن طرح خورشید در عرف نمی‌توانست جلوگیری کند )در سال 1992کلیسای کاتولیک روم رسما با گالیله و کپرنیک موافقت کرد(. منجمان چگونه سریعا یک ستاره را از دیگران تشخیص می‌دهند؟

منجمان علاوه بر نقشه موقعیت ستارگان در آسمان تعیین کردند که کدام ستاره از دیگر ستارگان پر نورتر است. یک منجم یونانی به نام هیپارکوس جد بطلمیوس ابتدا ستارگان را بر اساس روشنایی‌اشان طبقه بندی کرد. او شش طبقه روشنایی را با قدرشان لیست کرد (قدر یعنی درخشش یک ستاره که بر روی زمین نمایان می‌شود. قدر یک ستاره تا حد زیادی در تعیین اینکه چقدر از زمین فاصله دارد موثر است)، هیپارکوس 20 ستاره از قدر اول را طبقه بندی کرد و ستارگان ضعیف یعنی آنهایی که با چشم غیر مسلح دیده می‌شوند را در شش قدر طبقه بندی کرد.

نجوم و اخترفیزیک

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 24 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

محقق : سعید یاراحمدی

موضوع تحقیق : نجوم و اخترفیزیک

دبیر : آقای فرشید فر

کلاس : دوم ریاضی (201)

دبیرستان : نمونه خوارزمی

آشنایی با کیهان شناسی

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

جست‌وجوی اجرامی شگفت انگیزتر از سیاهچاله‌ها

دانشمندان وجود دسته‌ای جدید از سیاهچاله‌ها را پیش بینی کرده‌اند که به دلیل سرعت بسیار زیاد چرخش به دور خود افق رویداد ندارند.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، سیاهچاله‌ها هم پیش از این در دسته اجرامی بسیار ناشناخته و رازآمیز قرار داشتند. تصوری که از این اجرام وجود دارد، این گونه است که جسمی بسیار کوچک جرمی معادل جرم چندین خورشید را در نقطه‌ای فشرده کرده است.

اما موضوع این خبر کشف جرمی شگفت انگیزتر از سیاهچاله‌ها است.

نظریه «تکینگی بدون پوشش» (naked singularity) حاکی از آن است که سیاهچاله آنقدر سریع به دور خود می‌گردد که در نهایت با فقدان افق رویداد مواجه می‌شود.

سیاهچاله‌ها زمانی شکل می‌گیرند که ماده‌ ستاره‌ای بزرگ بر روی خود فرو بریزد و در این حین، فشار لازم به طرف خارج برای خنثی کردن نیروی گرانشی که به طرف داخل وارد می‌شود، وجود نداشته باشد. از این رو فشار گرانش به سایر نیروهای داخلی غلبه می‌کند و سیاهچاله تا بینهایت در خود فرو می‌ریزد.

در این صورت نیروی گرانشی به قدری زیاد می‌شود که حتی نور نیز نمی‌تواند از آن بگریزد. در نهایت سیاهچاله در پوششی تاریک از خودش احاطه می‌شود که ما آن را افق رویداد می‌نامیم. اجرام و تابش‌ها هنگام رد شدن از افق رویداد ناگزیر به سمت سیاهچاله کشیده می‌شوند. به همین دلیل ما آن ها را نمی‌بینیم و سیاه می‌نامیم.

به نوشته نجوم، تمام سیاهچاله‌های کشف شده تا‌کنون، دارای چرخش به دور خود بوده‌اند. گاهی آنقدر زیاد که به بیش از هزار دور در ثانیه می‌رسید؛ اما در این نظریه جدید، اگر سیاهچاله‌ای را بیابید که سرعت گردش به دور خودش بسیار زیاد باشد، در آن صورت مقدار حرکت زاویه‌یی چرخشش بر نیروی گرانش حاصل از جرمش غلبه می‌کند و می تواند افق رویداد را کاهش دهد و یا از بین ببرد و سیاهچاله را بدون پوشش کند؛ اما سیاهچاله‌ای با 10 برابر جرم خورشید، به سرعت چرخشی بیش از چند هزار دور بر ثانیه نیاز دارد.

مطابق با نتایج تحقیقات دانشگاه‌های «دوک»(Duke) و «کمبریج»(Cambridge)، جرمی با چنین مشخصاتی را می‌توان در لنزهای گرانشی کشف کرد.

به گزارش ایسنا، لنز گرانشی قسمتی از فضا است که در آن جسمی با جرم زیاد مانند سیاهچاله وجود دارد و با توجه به نیروی گرانشی که دارد مانند یک عدسی طبیعی عمل می‌کند و نورهای رسیده از فواصل دور را خمیده و در نهایت کانونی می‌کند.

اگر نتایج این تحقیقات درست باشد، اخترشناسان می‌توانند چنین اجرامی را که در نظریه جدید پیش بینی شده ثبت و شناسایی کنند.

پیچنده فضایی (1)

تصور کنید اگر راندن در یک جاده کوهستانی برای شخصی مثلاً هشت ساعت طول بکشد، شاید یافتن یک تونل در آنجا، زمان لازم برای پیمودن این مسیر را به ده دقیقه کاهش دهد. پس اگر کسی با دوستانش قرار بگذارد که این مسیر را برود و سپس به آنها اطلاع دهد که به مقصد رسیده و آنها هم از داستان آن تونل فرضی آگاهی نداشته باشند، شاید بتواند برای دوستانش چنین وانمود کند که راه هشت ساعته را چنان تند پیموده که ده دقیقه ای رسیده!

اما مگر میشود که در هر شرایطی فاصله فیزیکی را چنان کوتاه کرد که زودتر به مقصد برسیم؟ مگر میشود در هر شرایطی میانبر پیدا کرد؟ پاسخ دانش فیزیک به این پرسش آری است.

برای شکافتن بهتر موضوع بهتر است کمی درباره نیروی گرانش (جاذبه) بگوییم. در افسانه ها میگویند که نیوتن با افتادن سیبی به سرش قانون گرانش را کشف کرد. او فکر کرد که چرا سیب بالا نمیرود و پایین میاید؟ او پی برد که اگر هر جسمی را با سرعت به اندازه کافی به هوا پرتاب کنیم، با شتاب ثابتی و در یک مسیر راست به زمین برمیگردد. پس میتوان گفت که کشش زمین و جسم دلیل این رویداد است. از آن پس دانش فیزیک پیشرفت کرد و دانشمندان فهمیدند که حرکت سیارات به دور خورشید هم از همین گونه است. گرچه به خاطر جرم زیاد سیارات و خورشید و مسافت زیاد میان آنها، خورشید نمیتواند آنها را در یک مسیر راست به سوی خود بکشد و آنها روی خورشید نمی افتند. پس با اینکه گرانش همان گرانش است و نیروی تازه ای در کار نیست، اما در اینجا کمی پیچیده تر خود را نشان میدهد و اثر گذاری آن از حرکت ساده و سقوط راست اجسام بر روی زمین، به حرکت پیچیده و چرخشی سیارات گرد خورشید با سرعتها و دوره های تناوب و ... متفاوت تبدیل شده. پس میتوان اینگونه نتیجه گیری کرد که در شرایط پیچیده تر، گرانش میتواند اثر گذاریهای پیچیده تری را به بار دهد.

در اینجای داستان لازم است نگاه خود را از دستاورد نیوتن به دستاورد انیشتین تغییر دهیم. نظریه نسبیت عام انیشتین گرانش نیوتن را کامل کرد و یک برداشت متفاوت از آنرا به دست داد. نظریه انیشتین گفت که هنگام سخن از نیروی گرانش، چیزی چیزی را به سوی خود نمیکشد، بلکه جرم ها فضا را به گونه ای خم میکنند که حرکت اجسام ناشی از نیروی گرانش (آن گونه که ما می بینیم) در واقع سقوط آزاد آنها در یک فضای خمیده است. پس زمین سیب را به سوی خود نمیکشد، بلکه نیروی گرانش کره زمین فضای پیرامون این سیاره را جوری خم کرده که هر جسمی بسته به ویژگی هایش (جرم، سرعت، ...) در این فضای خمیده حرکت میکند. خورشید هم طوری فضای منظومه شمسی را خم کرده که هر سیاره ناگزیر باید گرد آن بچرخد. برای تجسم بهتر به سوراخ چاه حمام نگاه کنید که چطور آب و کفها را به سوی خودش میکشد، طوری که اگر هر چیزی همراه آنها باشد (مثلاً یک سوسک!) به گرد سوراخ چاه میچرخد و میچرخد و سرانجام به درون سوراخ میریزد. خورشید نیز چنین میکند، اما خوشبختانه سیارات به این زودیها به آن نزدیک نمیشوند و تنها پس از میلیاردها سال است که ما هم مانند کفهای درون حمام به درون خورشید کشیده میشویم.

به هر حال، میخواستم این را بگویم که نیروی گرانش میتواند حرکتهای پیچیده ای را نتیجه دهد، حرکت راست و حرکت چرخشی. همه چیز به سیستم مورد مطالعه بستگی دارد؛ اینکه جرمها چه اندازه اند و چه ویژگیهایی دارند (سرعت، شتاب، اندازه حرکت، اندازه حرکت زاویه ای، ...) و چه مسافتی از هم دارند و مانند اینها. بر پایه نسبیت عام انیشتین، هر چه سیستم مورد مطالعه پیچیده تر باشد، میتواند فضای پیرامونش را پیچیده تر خم کند. اما آیا میتوان طوری پیچیدگی را بالا برد که خمیدگی فضای اطراف به کم شدن فاصله میان دو مکان بیانجامد؟ در مثال جاده کوهستانی با زدن تونل از دل کوه، میشد که بگوییم مسیر (بهتر بگوییم: مسیر موثر و نه مسیر واقعی) را کوتاه کرده ایم؛ انگار که جاده کوهستانی جوری خم شده که آغاز و پایانش همان آغاز و پایان تونل شده است. پس برای زودتر رسیدن باید مسیر دلخواه را طوری خم کنیم که ابتدا و انتهایش در یک مسیر فشرده شده و کوتاه شده قرار بگیرد. اگر بتوانیم تا این اندازه پیچیده کار کنیم و فضا را خمیده در بیاوریم، خواهیم توانست مسیر را کوتاه کنیم و سرعت موثر پیمودن در آنرا افزایش دهیم.

معادلات نسبیت عام انیشتین میگویند که چنین کاری شدنی است و اگر شما مسیر مورد نظر و ویژگی های خمش آنرا به معادلات بدهید، معادلات به شما ویژگی های آن سامانه از جرمها را میدهند.

دانشمندان سالها روی این موضوع کار کرده اند و به پاسخ هایی از معادلات میدان گرانش نسبیت عام دست یافته اند که میتوانند کوتاه کردن مسیر را برای ما به بار دهند.

دو دسته از پاسخها که بیشترین کار روی آنها انجام پذیرفته، متریکهای کرمچاله گذرپذیر و حامل پیچشی میباشند. در مدل یک کرمچاله گذرپذیر استاتیک و کروی-متقارن، میتوان با گذر از گلوگاه کرمچاله، از یک دهانه در یک فضای مجانبی-تخت، به یک فضای مجانبی-تخت دیگر رفت که در فاصله ی به اندازه بسنده دوری قرار دارد. اینگونه که بر میاید، محدودیتی در برد این سامانه نیست! پس هر دو جا در یک جهان یا دو جهان را میتوان به هم پیوند داد. اما بررسیهای بیشتر نشان داده اند که چنین هندسه زمختی، نیاز به مقادیر زمختی از ماده شگفت یا به زبان فنی تر: ماده ناقض شرط انرژی میانگین پوچ، را به همراه میاورد.

پیوستگی مولفه های متریک چنان است که گریزی برای رسیدن به یک ساختار خوشرفتار نیست. چنانکه اگر اندازه انرژی کاهش یابد، کاهش شعاع گلوگاه را به بار میدهد؛ یا اندازه فاصله میان دهانه تا گلوگاه را به مقادیر حدی میل میدهد. پس باید رهیافت رقیق سازی هندسه را برگزید. یعنی روی هر مولفه از متریک خام نخستین چنان کار میکنیم که - در دامنه ی توانش - به تمرکززدایی چگالی انرژی در فضازمان پیرامونش کمک کند.

یکی از بهترین گزینه ها رفتن به سوی بی تقارنی در اسکلت متریک است، به هدف آنکه به جز مولفه های قطر تانسور ماده-انرژی (که چهار تا هستند)، هر شانزده مولفه این تانسور باری از ماده شگفت همبسته را به دوش بگیرند و فشار ضریب کلان اندازه انرژی بجای چهار مولفه، در پشت شانزده مولفه پخش شود. پیچیدگی ریاضی چنین رهیافتی بسیار بالاست و بی تردید نیرومندترین راهکار پرداختن به آن، به کار بردن تقریبهای عددی و مانند سازیهای رایانه ای است. بزرگترین گامی که در این راه تاکنون برداشته شده، رفتن از هندسه متقارن-کروی به هندسه متقارن-محوری بوده است.

دیگر گزینه دینامیک سازی هندسه است. یعنی بگذاریم هندسه در زمان جریان بیابد و تمرکز زمخت ماده شگفت "جاری" شود. گرچه در جهان واقعی هم رودخانه زمان همیشه به جلو در پیش میرود.

تحقیق در مورد نجوم 16 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 16 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

تاریخچه نجوم

نجوم مطالعه مواد و مقدمه‌ای است درباره فرآیند بوجود آمدن آنچه در آنسوی جو زمین است که این جهان ، آسمان و گوی آسمان را از اتمهای کوچک تا گیتی وسیع شامل می‌شود. منجمان اجرام آسمانی مانند سیارات ، ستاره‌ها ، ستاره‌های دنباله دار ، کهکشانها ، سحابیها و مواد بین کهکشانها را مطالعه می‌کنند. برای اینکه چگونگی تشکیل شدن ، چگونگی بوجود آمدن و منسب هر کدام را مشخص می‌کنند و اینکه چگونه بر یکدیگر تأثیر می‌گذارند و چه اتفاقی ممکن است برای آنها بیفتد.

بخشی از جهان ما ، زمین و آنچه در آن اتفاق می‌افتد اختر شناسی را شامل می‌شود، در واقع زمین آزمایشگاه ماست و هر چه که درباره جهان می‌دانیم از آنچه از زمین می‌توانیم ببینیم و دریابیم و یا تصور کنیم سرچشمه گرفته است.

چگونه علم نجوم بوجود آمد؟

قبل از اختراع تلسکوپ ، در نزدیکی قرن هفدهم ، نجوم بر مبنای مشاهده با چشم غیر مسلح پایه گذاری شده بود. در ابتدا مردم از محل ستاره‌ها و سیارات در آسمان نقشه تهیه می‌کردند. متمدن ترینها برای نقشه برداری آسمان نظام داشتند و می‌دانیم که امروزه نجوم از نظریات یونانیان باستان سرچشمه می‌گیرد. در سال 150 میلادی یک منجم و ریاضیدان یونانی به نام کلودیوس بطلمیوس یک رساله درباره علم نجوم نوشت. او در آن 48 گروه ستاره‌ای که صورت فلکی نامیده می‌شدند را فهرست کرد ، مانند جبار ، برساووش و ... که بیشتر از اسامی اساطیر گرفته شده‌اند.

همانطور که ما هنگام نگاه کردن به ابرها ، آنها را به اشکالی از اجسام آشنا تصور می‌کنیم، همانگونه بطلمیوس در گروهبندی ستارگان اشکال آشنا را مشاهده کرد. همچنین بطلمیوس متوجه شد که به نظر ستارگان در سرتاسر آسمان حرکت می‌کنند، او گفت که تمام اجرام آسمانی به دور زمین که مرکز جهان بی‌حرکت ایستاده حرکت می‌کنند. این نظریه علمی برای قرنها پذیرفته شده بود. تئوری بطلمیوس راجع به جهان طرح زمین مرکز نامیده شد، زیرا در آن زمین در مرکز عالم قراردارد.

چه موقع کشف شد که زمین بدور خورشید می‌چرخد؟

قبول این واقعیت مدتها طول کشید. در سال 1543 میلادی یک منجم لهستانی به نام نیکلاس کوپرنیک De Revolutionibus را منتشر کرد که مشخص می‌کرد سیارات به دور خورشید گردش می‌کنند، اما نظریه او با تعلیمات کلیسای کاتولیک مغایرت داشت و کلیسا قدرتمندترین سازمان اجتماعی و سیاسی آن زمان بود. عقیده‌هایی مانند طرح خورشید مرکزی که در جهان تفکر بدیع بودند سزاوار کیفر مرگ بودند.

بنابراین اگر هم تعدادی دیگر از منجمان طرح کپرنیک را می‌پذیرفتند از تصدیق کردن آن هراس داشتند. در سال 1632 گالیلئو گالیله ، یکی از برجسته‌ترین منجمان در طول تاریخ ، سرانجام یک کتاب در حمایت از نظریه کپرنیک منتشر کرد. کلیسای کاتولیک روم گالیله را برای محاکمه بخاطر بدعت گذارن احضار کرد و این منجم برای برگشتن از حرفش یا مرگ حق انتخاب داشت. گالیله دست از عقیده خود کشید اما کلیسا از پذیرفته شدن طرح خورشید در عرف نمی‌توانست جلوگیری کند (در سال 1992کلیسای کاتولیک روم رسما با گالیله و کپرنیک موافقت کرد).

منجمان چگونه سریعا یک ستاره را از دیگران تشخیص می‌دهند؟

منجمان علاوه بر نقشه موقعیت ستارگان در آسمان تعیین کردند که کدام ستاره از دیگر ستارگان پر نورتر است. یک منجم یونانی به نام هیپارکوس جد بطلمیوس ابتدا ستارگان را بر اساس روشنایی‌اشان طبقه بندی کرد. او شش طبقه روشنایی را با قدرشان لیست کرد (قدر یعنی درخشش یک ستاره که بر روی زمین نمایان می‌شود. قدر یک ستاره تا حد زیادی در تعیین اینکه چقدر از زمین فاصله دارد موثر است)، هیپارکوس 20 ستاره از قدر اول را طبقه بندی کرد و ستارگان ضعیف یعنی آنهایی که با چشم غیر مسلح دیده می‌شوند را در شش قدر طبقه بندی کرد.

نقش گالیلئو گالیله

گالیله در پیزای ایتالیا در 1564 در اواسط دوره رنسانس متولد شد. گالیله فقط اولین کسی که تلسکوپ را روی ستارگان متمرکز کرد نبود، او همچنین دیدگاه متفاوتی نسبت به جهان ایجاد کرد. گالیله استاد نجوم ، ریاضی ، فیزیک ، فلسفه و تبلیغات بود . تصور او (و احتمالا واقعیت) از یک نبوغ ذاتی بود: زیرک ، شوخ و اما زننده بود. مردم مهم انجمن او را جستجو می‌کردند، تا وقتی که کار منفور و خطرناک حمایت از دیدگاه خورشید مرکزی کپرنیک راجع به منظومه شمسی را در کارهایش انتشار داد:

ما این حقیقت را پذیرفتیم که خورشید در مرکز منظومه شمسی است و ما ممکن است گفته باشیم (هرکس می‌داند که خورشید به دور زمین می چرخد و فقط تعداد کمی دانشمند دیوانه فکر می‌کنند غیر از این است). در سال 1543 نیکولاس کوپرنیکوس رساله پیشنهادی‌اش را که تمام سیارات به انظام زمین به دور خورشید می‌چرخند منتشر کرد. این پیشرفت غیر منتظره برای عده‌ای بطور محرمانه خوشایند بود، برای قدرتمندترین دولت اروپا در آن زمان (کلیسای کاتولیک روم) در وضع موجود مسلما منفعتی وجود داشت. با این همه عقاید نظام و توانایی‌اش رویه زمین مرکزی در جهان باقی ماند.

گالیله بطور آشکارا از دیدگاه جهانی کپرنیک در مقابل کلیسا حمات کرد. روش رهبر کلیسا با دیگر بدعت گذاران نادیده گرفتن آنها یا آسیب رساندن به آنها با برخی شرایط بود. اما کلیسا نمی‌توانست گالیله را نادیده بگیرد. در سال 1634 گالیله به دادگاه کلیسا آورده شد و ادعا کرد که دست از عقاید بدعت گذارانه‌اش درباره منظومه شمسی برداشته است. روبرو شدن با شکنجه و مرگ ، گالیه را وادار به تسلیم شدن کرد. او هنگامی که اتاق محاکمه را ترک کرد زیر لب گفت بی اعتنا به آنچه مجبور به گفتن شده بود ادعا کرد که زمین هنوز به دور خورشید می‌چرخد. گالیله بقیه عمر خود را در زیر شیروانی خانه‌ای تا سال 1642 گذراند 355 سال بعد در سال1992 کلیسا رسما طرح کپرنیک را در مورد منظومه شمسی پذیرفت.

اجرام آسمانی

فضا از کهکشانها ، منظومه‌ها ، ستارگان ، سیارات و بسیاری اجرام آسمانی دیگر انباشته شده است. عجایب و عظمت آنها به مراتب از تمامی دیگر پدیده‌های آفرینش بیشتر است. کهکشانها و ستارگان و بطور کلی پدیده‌های آسمانی انبوهی که عجیب و غریب می‌نماید وجود دارند، که پاره‌ای از آنها بوسیله دانشمندان شناسایی شده‌اند. مانند: کوتوله‌های سفید ، ستارگان نوترونی ، ستارگان هیپرونی ، کوازارها و دنباله دارها و سیاه چاله‌ها و ... .

در فضای قابل رویت برای ماده میلیاردها کهکشان جداگانه وجود دارد که بزرگترین آنها نظیر راه شیری و نزدیکترین کهکشان به نام اندرومیدا یا به قول عبدالرحمن صوفی امراة المسلسله که فاصله آن از ما تقریبا 1.5 میلیون سال نوری و قطر زاویه‌ای ان 3.5 درجه و قطر خطی‌اش در حدود 100 هزار سال نوری است و دارای تقریبا یکصد میلیارد ستاره است. هر کهکشان مجموعه‌ای از میلیاردها ستاره است که بعضی از آنها از خورشید بزرگتر و بعضی دیگر بطور قابل توجهی کوچکتر.

سحابیها

در جهان علاوه بر ستاره‌ها مقادیر زیادی گرد و غبار و گاز وجود دارد که ما بین کهکشانها پراکنده گردیده است. یعنی چگالی گاز در فضای بین کهکشانها فقط برابر 20 اتم در هر اینچ مکعب است. سحابیها به علت نور ستارگان مجاور خود قابل رویت هستند. به کمک تلسکوپ به ساختمان و ویژگی آنها می‌توان پی برد. بعضی از سحابیها نیز تاریک بوده و مانع عبور نور ستارگانی که در پشت آنها قرار دارند می‌گردند.

سیارات

اجرام تقریبا کروی ، جامد و بزرگی هستند که به دور خورشید می‌گردند. بزرگترین آنها به نام مشتری است که جرمی معادل یک هزارم جرم خورشید را دارد. تا به حال سیستم سیاره‌ای نظیر آن چه به خورشید مربوط است، کشف نگردیده است. سیارات اجرام سماوی نسبتا سرد بوده و انعکاس نور خورشید باعث مرئی شدن آنها می‌گردد.

تحقیق در مورد نجوم و اخترفیزیک 24 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 24 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

محقق : سعید یاراحمدی

موضوع تحقیق : نجوم و اخترفیزیک

دبیر : آقای فرشید فر

کلاس : دوم ریاضی (201)

دبیرستان : نمونه خوارزمی

آشنایی با کیهان شناسی

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

جست‌وجوی اجرامی شگفت انگیزتر از سیاهچاله‌ها

دانشمندان وجود دسته‌ای جدید از سیاهچاله‌ها را پیش بینی کرده‌اند که به دلیل سرعت بسیار زیاد چرخش به دور خود افق رویداد ندارند.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، سیاهچاله‌ها هم پیش از این در دسته اجرامی بسیار ناشناخته و رازآمیز قرار داشتند. تصوری که از این اجرام وجود دارد، این گونه است که جسمی بسیار کوچک جرمی معادل جرم چندین خورشید را در نقطه‌ای فشرده کرده است.

اما موضوع این خبر کشف جرمی شگفت انگیزتر از سیاهچاله‌ها است.

نظریه «تکینگی بدون پوشش» (naked singularity) حاکی از آن است که سیاهچاله آنقدر سریع به دور خود می‌گردد که در نهایت با فقدان افق رویداد مواجه می‌شود.

سیاهچاله‌ها زمانی شکل می‌گیرند که ماده‌ ستاره‌ای بزرگ بر روی خود فرو بریزد و در این حین، فشار لازم به طرف خارج برای خنثی کردن نیروی گرانشی که به طرف داخل وارد می‌شود، وجود نداشته باشد. از این رو فشار گرانش به سایر نیروهای داخلی غلبه می‌کند و سیاهچاله تا بینهایت در خود فرو می‌ریزد.

در این صورت نیروی گرانشی به قدری زیاد می‌شود که حتی نور نیز نمی‌تواند از آن بگریزد. در نهایت سیاهچاله در پوششی تاریک از خودش احاطه می‌شود که ما آن را افق رویداد می‌نامیم. اجرام و تابش‌ها هنگام رد شدن از افق رویداد ناگزیر به سمت سیاهچاله کشیده می‌شوند. به همین دلیل ما آن ها را نمی‌بینیم و سیاه می‌نامیم.

به نوشته نجوم، تمام سیاهچاله‌های کشف شده تا‌کنون، دارای چرخش به دور خود بوده‌اند. گاهی آنقدر زیاد که به بیش از هزار دور در ثانیه می‌رسید؛ اما در این نظریه جدید، اگر سیاهچاله‌ای را بیابید که سرعت گردش به دور خودش بسیار زیاد باشد، در آن صورت مقدار حرکت زاویه‌یی چرخشش بر نیروی گرانش حاصل از جرمش غلبه می‌کند و می تواند افق رویداد را کاهش دهد و یا از بین ببرد و سیاهچاله را بدون پوشش کند؛ اما سیاهچاله‌ای با 10 برابر جرم خورشید، به سرعت چرخشی بیش از چند هزار دور بر ثانیه نیاز دارد.

مطابق با نتایج تحقیقات دانشگاه‌های «دوک»(Duke) و «کمبریج»(Cambridge)، جرمی با چنین مشخصاتی را می‌توان در لنزهای گرانشی کشف کرد.

به گزارش ایسنا، لنز گرانشی قسمتی از فضا است که در آن جسمی با جرم زیاد مانند سیاهچاله وجود دارد و با توجه به نیروی گرانشی که دارد مانند یک عدسی طبیعی عمل می‌کند و نورهای رسیده از فواصل دور را خمیده و در نهایت کانونی می‌کند.

اگر نتایج این تحقیقات درست باشد، اخترشناسان می‌توانند چنین اجرامی را که در نظریه جدید پیش بینی شده ثبت و شناسایی کنند.

پیچنده فضایی (1)

تصور کنید اگر راندن در یک جاده کوهستانی برای شخصی مثلاً هشت ساعت طول بکشد، شاید یافتن یک تونل در آنجا، زمان لازم برای پیمودن این مسیر را به ده دقیقه کاهش دهد. پس اگر کسی با دوستانش قرار بگذارد که این مسیر را برود و سپس به آنها اطلاع دهد که به مقصد رسیده و آنها هم از داستان آن تونل فرضی آگاهی نداشته باشند، شاید بتواند برای دوستانش چنین وانمود کند که راه هشت ساعته را چنان تند پیموده که ده دقیقه ای رسیده!

اما مگر میشود که در هر شرایطی فاصله فیزیکی را چنان کوتاه کرد که زودتر به مقصد برسیم؟ مگر میشود در هر شرایطی میانبر پیدا کرد؟ پاسخ دانش فیزیک به این پرسش آری است.

برای شکافتن بهتر موضوع بهتر است کمی درباره نیروی گرانش (جاذبه) بگوییم. در افسانه ها میگویند که نیوتن با افتادن سیبی به سرش قانون گرانش را کشف کرد. او فکر کرد که چرا سیب بالا نمیرود و پایین میاید؟ او پی برد که اگر هر جسمی را با سرعت به اندازه کافی به هوا پرتاب کنیم، با شتاب ثابتی و در یک مسیر راست به زمین برمیگردد. پس میتوان گفت که کشش زمین و جسم دلیل این رویداد است. از آن پس دانش فیزیک پیشرفت کرد و دانشمندان فهمیدند که حرکت سیارات به دور خورشید هم از همین گونه است. گرچه به خاطر جرم زیاد سیارات و خورشید و مسافت زیاد میان آنها، خورشید نمیتواند آنها را در یک مسیر راست به سوی خود بکشد و آنها روی خورشید نمی افتند. پس با اینکه گرانش همان گرانش است و نیروی تازه ای در کار نیست، اما در اینجا کمی پیچیده تر خود را نشان میدهد و اثر گذاری آن از حرکت ساده و سقوط راست اجسام بر روی زمین، به حرکت پیچیده و چرخشی سیارات گرد خورشید با سرعتها و دوره های تناوب و ... متفاوت تبدیل شده. پس میتوان اینگونه نتیجه گیری کرد که در شرایط پیچیده تر، گرانش میتواند اثر گذاریهای پیچیده تری را به بار دهد.

در اینجای داستان لازم است نگاه خود را از دستاورد نیوتن به دستاورد انیشتین تغییر دهیم. نظریه نسبیت عام انیشتین گرانش نیوتن را کامل کرد و یک برداشت متفاوت از آنرا به دست داد. نظریه انیشتین گفت که هنگام سخن از نیروی گرانش، چیزی چیزی را به سوی خود نمیکشد، بلکه جرم ها فضا را به گونه ای خم میکنند که حرکت اجسام ناشی از نیروی گرانش (آن گونه که ما می بینیم) در واقع سقوط آزاد آنها در یک فضای خمیده است. پس زمین سیب را به سوی خود نمیکشد، بلکه نیروی گرانش کره زمین فضای پیرامون این سیاره را جوری خم کرده که هر جسمی بسته به ویژگی هایش (جرم، سرعت، ...) در این فضای خمیده حرکت میکند. خورشید هم طوری فضای منظومه شمسی را خم کرده که هر سیاره ناگزیر باید گرد آن بچرخد. برای تجسم بهتر به سوراخ چاه حمام نگاه کنید که چطور آب و کفها را به سوی خودش میکشد، طوری که اگر هر چیزی همراه آنها باشد (مثلاً یک سوسک!) به گرد سوراخ چاه میچرخد و میچرخد و سرانجام به درون سوراخ میریزد. خورشید نیز چنین میکند، اما خوشبختانه سیارات به این زودیها به آن نزدیک نمیشوند و تنها پس از میلیاردها سال است که ما هم مانند کفهای درون حمام به درون خورشید کشیده میشویم.

به هر حال، میخواستم این را بگویم که نیروی گرانش میتواند حرکتهای پیچیده ای را نتیجه دهد، حرکت راست و حرکت چرخشی. همه چیز به سیستم مورد مطالعه بستگی دارد؛ اینکه جرمها چه اندازه اند و چه ویژگیهایی دارند (سرعت، شتاب، اندازه حرکت، اندازه حرکت زاویه ای، ...) و چه مسافتی از هم دارند و مانند اینها. بر پایه نسبیت عام انیشتین، هر چه سیستم مورد مطالعه پیچیده تر باشد، میتواند فضای پیرامونش را پیچیده تر خم کند. اما آیا میتوان طوری پیچیدگی را بالا برد که خمیدگی فضای اطراف به کم شدن فاصله میان دو مکان بیانجامد؟ در مثال جاده کوهستانی با زدن تونل از دل کوه، میشد که بگوییم مسیر (بهتر بگوییم: مسیر موثر و نه مسیر واقعی) را کوتاه کرده ایم؛ انگار که جاده کوهستانی جوری خم شده که آغاز و پایانش همان آغاز و پایان تونل شده است. پس برای زودتر رسیدن باید مسیر دلخواه را طوری خم کنیم که ابتدا و انتهایش در یک مسیر فشرده شده و کوتاه شده قرار بگیرد. اگر بتوانیم تا این اندازه پیچیده کار کنیم و فضا را خمیده در بیاوریم، خواهیم توانست مسیر را کوتاه کنیم و سرعت موثر پیمودن در آنرا افزایش دهیم.

معادلات نسبیت عام انیشتین میگویند که چنین کاری شدنی است و اگر شما مسیر مورد نظر و ویژگی های خمش آنرا به معادلات بدهید، معادلات به شما ویژگی های آن سامانه از جرمها را میدهند.

دانشمندان سالها روی این موضوع کار کرده اند و به پاسخ هایی از معادلات میدان گرانش نسبیت عام دست یافته اند که میتوانند کوتاه کردن مسیر را برای ما به بار دهند.

دو دسته از پاسخها که بیشترین کار روی آنها انجام پذیرفته، متریکهای کرمچاله گذرپذیر و حامل پیچشی میباشند. در مدل یک کرمچاله گذرپذیر استاتیک و کروی-متقارن، میتوان با گذر از گلوگاه کرمچاله، از یک دهانه در یک فضای مجانبی-تخت، به یک فضای مجانبی-تخت دیگر رفت که در فاصله ی به اندازه بسنده دوری قرار دارد. اینگونه که بر میاید، محدودیتی در برد این سامانه نیست! پس هر دو جا در یک جهان یا دو جهان را میتوان به هم پیوند داد. اما بررسیهای بیشتر نشان داده اند که چنین هندسه زمختی، نیاز به مقادیر زمختی از ماده شگفت یا به زبان فنی تر: ماده ناقض شرط انرژی میانگین پوچ، را به همراه میاورد.

پیوستگی مولفه های متریک چنان است که گریزی برای رسیدن به یک ساختار خوشرفتار نیست. چنانکه اگر اندازه انرژی کاهش یابد، کاهش شعاع گلوگاه را به بار میدهد؛ یا اندازه فاصله میان دهانه تا گلوگاه را به مقادیر حدی میل میدهد. پس باید رهیافت رقیق سازی هندسه را برگزید. یعنی روی هر مولفه از متریک خام نخستین چنان کار میکنیم که - در دامنه ی توانش - به تمرکززدایی چگالی انرژی در فضازمان پیرامونش کمک کند.

یکی از بهترین گزینه ها رفتن به سوی بی تقارنی در اسکلت متریک است، به هدف آنکه به جز مولفه های قطر تانسور ماده-انرژی (که چهار تا هستند)، هر شانزده مولفه این تانسور باری از ماده شگفت همبسته را به دوش بگیرند و فشار ضریب کلان اندازه انرژی بجای چهار مولفه، در پشت شانزده مولفه پخش شود. پیچیدگی ریاضی چنین رهیافتی بسیار بالاست و بی تردید نیرومندترین راهکار پرداختن به آن، به کار بردن تقریبهای عددی و مانند سازیهای رایانه ای است. بزرگترین گامی که در این راه تاکنون برداشته شده، رفتن از هندسه متقارن-کروی به هندسه متقارن-محوری بوده است.

دیگر گزینه دینامیک سازی هندسه است. یعنی بگذاریم هندسه در زمان جریان بیابد و تمرکز زمخت ماده شگفت "جاری" شود. گرچه در جهان واقعی هم رودخانه زمان همیشه به جلو در پیش میرود.

نجوم و اخترفیزیک 24 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 24

محقق : سعید یاراحمدی

موضوع تحقیق : نجوم و اخترفیزیک

دبیر : آقای فرشید فر

کلاس : دوم ریاضی (201)

دبیرستان : نمونه خوارزمی

آشنایی با کیهان شناسی

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

جست‌وجوی اجرامی شگفت انگیزتر از سیاهچاله‌ها

دانشمندان وجود دسته‌ای جدید از سیاهچاله‌ها را پیش بینی کرده‌اند که به دلیل سرعت بسیار زیاد چرخش به دور خود افق رویداد ندارند.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، سیاهچاله‌ها هم پیش از این در دسته اجرامی بسیار ناشناخته و رازآمیز قرار داشتند. تصوری که از این اجرام وجود دارد، این گونه است که جسمی بسیار کوچک جرمی معادل جرم چندین خورشید را در نقطه‌ای فشرده کرده است.

اما موضوع این خبر کشف جرمی شگفت انگیزتر از سیاهچاله‌ها است.

نظریه «تکینگی بدون پوشش» (naked singularity) حاکی از آن است که سیاهچاله آنقدر سریع به دور خود می‌گردد که در نهایت با فقدان افق رویداد مواجه می‌شود.

سیاهچاله‌ها زمانی شکل می‌گیرند که ماده‌ ستاره‌ای بزرگ بر روی خود فرو بریزد و در این حین، فشار لازم به طرف خارج برای خنثی کردن نیروی گرانشی که به طرف داخل وارد می‌شود، وجود نداشته باشد. از این رو فشار گرانش به سایر نیروهای داخلی غلبه می‌کند و سیاهچاله تا بینهایت در خود فرو می‌ریزد.

در این صورت نیروی گرانشی به قدری زیاد می‌شود که حتی نور نیز نمی‌تواند از آن بگریزد. در نهایت سیاهچاله در پوششی تاریک از خودش احاطه می‌شود که ما آن را افق رویداد می‌نامیم. اجرام و تابش‌ها هنگام رد شدن از افق رویداد ناگزیر به سمت سیاهچاله کشیده می‌شوند. به همین دلیل ما آن ها را نمی‌بینیم و سیاه می‌نامیم.

به نوشته نجوم، تمام سیاهچاله‌های کشف شده تا‌کنون، دارای چرخش به دور خود بوده‌اند. گاهی آنقدر زیاد که به بیش از هزار دور در ثانیه می‌رسید؛ اما در این نظریه جدید، اگر سیاهچاله‌ای را بیابید که سرعت گردش به دور خودش بسیار زیاد باشد، در آن صورت مقدار حرکت زاویه‌یی چرخشش بر نیروی گرانش حاصل از جرمش غلبه می‌کند و می تواند افق رویداد را کاهش دهد و یا از بین ببرد و سیاهچاله را بدون پوشش کند؛ اما سیاهچاله‌ای با 10 برابر جرم خورشید، به سرعت چرخشی بیش از چند هزار دور بر ثانیه نیاز دارد.

مطابق با نتایج تحقیقات دانشگاه‌های «دوک»(Duke) و «کمبریج»(Cambridge)، جرمی با چنین مشخصاتی را می‌توان در لنزهای گرانشی کشف کرد.

به گزارش ایسنا، لنز گرانشی قسمتی از فضا است که در آن جسمی با جرم زیاد مانند سیاهچاله وجود دارد و با توجه به نیروی گرانشی که دارد مانند یک عدسی طبیعی عمل می‌کند و نورهای رسیده از فواصل دور را خمیده و در نهایت کانونی می‌کند.

اگر نتایج این تحقیقات درست باشد، اخترشناسان می‌توانند چنین اجرامی را که در نظریه جدید پیش بینی شده ثبت و شناسایی کنند.

پیچنده فضایی (1)

تصور کنید اگر راندن در یک جاده کوهستانی برای شخصی مثلاً هشت ساعت طول بکشد، شاید یافتن یک تونل در آنجا، زمان لازم برای پیمودن این مسیر را به ده دقیقه کاهش دهد. پس اگر کسی با دوستانش قرار بگذارد که این مسیر را برود و سپس به آنها اطلاع دهد که به مقصد رسیده و آنها هم از داستان آن تونل فرضی آگاهی نداشته باشند، شاید بتواند برای دوستانش چنین وانمود کند که راه هشت ساعته را چنان تند پیموده که ده دقیقه ای رسیده!

اما مگر میشود که در هر شرایطی فاصله فیزیکی را چنان کوتاه کرد که زودتر به مقصد برسیم؟ مگر میشود در هر شرایطی میانبر پیدا کرد؟ پاسخ دانش فیزیک به این پرسش آری است.

برای شکافتن بهتر موضوع بهتر است کمی درباره نیروی گرانش (جاذبه) بگوییم. در افسانه ها میگویند که نیوتن با افتادن سیبی به سرش قانون گرانش را کشف کرد. او فکر کرد که چرا سیب بالا نمیرود و پایین میاید؟ او پی برد که اگر هر جسمی را با سرعت به اندازه کافی به هوا پرتاب کنیم، با شتاب ثابتی و در یک مسیر راست به زمین برمیگردد. پس میتوان گفت که کشش زمین و جسم دلیل این رویداد است. از آن پس دانش فیزیک پیشرفت کرد و دانشمندان فهمیدند که حرکت سیارات به دور خورشید هم از همین گونه است. گرچه به خاطر جرم زیاد سیارات و خورشید و مسافت زیاد میان آنها، خورشید نمیتواند آنها را در یک مسیر راست به سوی خود بکشد و آنها روی خورشید نمی افتند. پس با اینکه گرانش همان گرانش است و نیروی تازه ای در کار نیست، اما در اینجا کمی پیچیده تر خود را نشان میدهد و اثر گذاری آن از حرکت ساده و سقوط راست اجسام بر روی زمین، به حرکت پیچیده و چرخشی سیارات گرد خورشید با سرعتها و دوره های تناوب و ... متفاوت تبدیل شده. پس میتوان اینگونه نتیجه گیری کرد که در شرایط پیچیده تر، گرانش میتواند اثر گذاریهای پیچیده تری را به بار دهد.

در اینجای داستان لازم است نگاه خود را از دستاورد نیوتن به دستاورد انیشتین تغییر دهیم. نظریه نسبیت عام انیشتین گرانش نیوتن را کامل کرد و یک برداشت متفاوت از آنرا به دست داد. نظریه انیشتین گفت که هنگام سخن از نیروی گرانش، چیزی چیزی را به سوی خود نمیکشد، بلکه جرم ها فضا را به گونه ای خم میکنند که حرکت اجسام ناشی از نیروی گرانش (آن گونه که ما می بینیم) در واقع سقوط آزاد آنها در یک فضای خمیده است. پس زمین سیب را به سوی خود نمیکشد، بلکه نیروی گرانش کره زمین فضای پیرامون این سیاره را جوری خم کرده که هر جسمی بسته به ویژگی هایش (جرم، سرعت، ...) در این فضای خمیده حرکت میکند. خورشید هم طوری فضای منظومه شمسی را خم کرده که هر سیاره ناگزیر باید گرد آن بچرخد. برای تجسم بهتر به سوراخ چاه حمام نگاه کنید که چطور آب و کفها را به سوی خودش میکشد، طوری که اگر هر چیزی همراه آنها باشد (مثلاً یک سوسک!) به گرد سوراخ چاه میچرخد و میچرخد و سرانجام به درون سوراخ میریزد. خورشید نیز چنین میکند، اما خوشبختانه سیارات به این زودیها به آن نزدیک نمیشوند و تنها پس از میلیاردها سال است که ما هم مانند کفهای درون حمام به درون خورشید کشیده میشویم.

به هر حال، میخواستم این را بگویم که نیروی گرانش میتواند حرکتهای پیچیده ای را نتیجه دهد، حرکت راست و حرکت چرخشی. همه چیز به سیستم مورد مطالعه بستگی دارد؛ اینکه جرمها چه اندازه اند و چه ویژگیهایی دارند (سرعت، شتاب، اندازه حرکت، اندازه حرکت زاویه ای، ...) و چه مسافتی از هم دارند و مانند اینها. بر پایه نسبیت عام انیشتین، هر چه سیستم مورد مطالعه پیچیده تر باشد، میتواند فضای پیرامونش را پیچیده تر خم کند. اما آیا میتوان طوری پیچیدگی را بالا برد که خمیدگی فضای اطراف به کم شدن فاصله میان دو مکان بیانجامد؟ در مثال جاده کوهستانی با زدن تونل از دل کوه، میشد که بگوییم مسیر (بهتر بگوییم: مسیر موثر و نه مسیر واقعی) را کوتاه کرده ایم؛ انگار که جاده کوهستانی جوری خم شده که آغاز و پایانش همان آغاز و پایان تونل شده است. پس برای زودتر رسیدن باید مسیر دلخواه را طوری خم کنیم که ابتدا و انتهایش در یک مسیر فشرده شده و کوتاه شده قرار بگیرد. اگر بتوانیم تا این اندازه پیچیده کار کنیم و فضا را خمیده در بیاوریم، خواهیم توانست مسیر را کوتاه کنیم و سرعت موثر پیمودن در آنرا افزایش دهیم.

معادلات نسبیت عام انیشتین میگویند که چنین کاری شدنی است و اگر شما مسیر مورد نظر و ویژگی های خمش آنرا به معادلات بدهید، معادلات به شما ویژگی های آن سامانه از جرمها را میدهند.

دانشمندان سالها روی این موضوع کار کرده اند و به پاسخ هایی از معادلات میدان گرانش نسبیت عام دست یافته اند که میتوانند کوتاه کردن مسیر را برای ما به بار دهند.

دو دسته از پاسخها که بیشترین کار روی آنها انجام پذیرفته، متریکهای کرمچاله گذرپذیر و حامل پیچشی میباشند. در مدل یک کرمچاله گذرپذیر استاتیک و کروی-متقارن، میتوان با گذر از گلوگاه کرمچاله، از یک دهانه در یک فضای مجانبی-تخت، به یک فضای مجانبی-تخت دیگر رفت که در فاصله ی به اندازه بسنده دوری قرار دارد. اینگونه که بر میاید، محدودیتی در برد این سامانه نیست! پس هر دو جا در یک جهان یا دو جهان را میتوان به هم پیوند داد. اما بررسیهای بیشتر نشان داده اند که چنین هندسه زمختی، نیاز به مقادیر زمختی از ماده شگفت یا به زبان فنی تر: ماده ناقض شرط انرژی میانگین پوچ، را به همراه میاورد.

پیوستگی مولفه های متریک چنان است که گریزی برای رسیدن به یک ساختار خوشرفتار نیست. چنانکه اگر اندازه انرژی کاهش یابد، کاهش شعاع گلوگاه را به بار میدهد؛ یا اندازه فاصله میان دهانه تا گلوگاه را به مقادیر حدی میل میدهد. پس باید رهیافت رقیق سازی هندسه را برگزید. یعنی روی هر مولفه از متریک خام نخستین چنان کار میکنیم که - در دامنه ی توانش - به تمرکززدایی چگالی انرژی در فضازمان پیرامونش کمک کند.

یکی از بهترین گزینه ها رفتن به سوی بی تقارنی در اسکلت متریک است، به هدف آنکه به جز مولفه های قطر تانسور ماده-انرژی (که چهار تا هستند)، هر شانزده مولفه این تانسور باری از ماده شگفت همبسته را به دوش بگیرند و فشار ضریب کلان اندازه انرژی بجای چهار مولفه، در پشت شانزده مولفه پخش شود. پیچیدگی ریاضی چنین رهیافتی بسیار بالاست و بی تردید نیرومندترین راهکار پرداختن به آن، به کار بردن تقریبهای عددی و مانند سازیهای رایانه ای است. بزرگترین گامی که در این راه تاکنون برداشته شده، رفتن از هندسه متقارن-کروی به هندسه متقارن-محوری بوده است.

دیگر گزینه دینامیک سازی هندسه است. یعنی بگذاریم هندسه در زمان جریان بیابد و تمرکز زمخت ماده شگفت "جاری" شود. گرچه در جهان واقعی هم رودخانه زمان همیشه به جلو در پیش میرود.