آیه104 سوره انبیا با ترجمه فارسی

یَوْمَ نَطْوِی السَّمَاءَ کَطَیِّ السِّجِلِّ لِلْکُتُبِ کَمَا بَدَأْنَا أَوَّلَ خَلْقٍ نُعِیدُهُ وَعْدًا عَلَیْنَا إِنَّا کُنَّا فَاعِلِینَ ﴿۱۰۴﴾

روزى که آسمان را همچون در پیچیدن صفحه نامه ‏ها در مى ‏پیچیم همان گونه که

 بار نخست آفرینش را آغاز کردیم دوباره آن را بازمى‏ گردانیم وعده‏ اى است

 بر عهده ما که ما انجام‏دهنده آنیم (۱۰۴)

سلاح های لیزری چگونه کار می کنند؟

جنگ ها به طور مداوم در حال تحول اند. هواپیماهای بدون سرنشین مسلح، پوشش های نظامی برای افزایش قدرت، جنبش و استقامت بدن و حالا لیزرهایی که بر روی هواپیماهای جنگی و کشتی ها مستقر می شوند از جمله تحولات جدید در این عرصه اند.

با ورود لیزر (متأسفانه) یک انقلاب تکنولوژیکی در حال آمیخته شدن با جنگ ها است. استفاده از لیزر در جنگ ها به این معنی است که با تکیه بر سرعت و شدت نور انسان ها کشته می شوند و ابزار و دستگاه ها از کار انداخته می شوند. چند دهه است که کشورهایی وعده استفاده از لیزر در جنگ ها را داده اند و حالا پس از شروع های اشتباه در نهایت لیزر به عنوان سلاح وارد نیروهای نظامی شده است. به این ترتیب جنگ ها دیگر هرگز مثل گذشته نخواهند بود.

ارتش آمریکا درصدد است از لیزرها به شکل سلاح در هواپیماها استفاده کند و آنها را برای ساقط کردن موشک ها و همچنین غیر فعال کردن ساختارهای کلیدی دشمن، مانند وسایل نقلیه و زیرساخت های ارتباطی به کار برد.

به تازگی توپی لیزری نیز به وسیله نیروی دریایی بریتانیا درست شده که می تواند کشتی ها را از موشک ها و سربازان را از آتش خمپاره محافظت کند.

نیروی دریایی آمریکا هم سلاح مشابهی را برای منفجر کردن هواپیماهای بدون سرنشین و قایق ها در خلیج فارس بر روی کشتی هایش قرار داده است و قرار است کل ناوگانش را با آن تجهیز کند.

دانشمندان چینی نیز سلاحی لیزری درست کرده اند که می تواند هواپیماهای بدون سرنشین را ساقط کند.

در گذشته، لیزرها بیش از حد بزرگ بودند و نمی شد از آنها برای این گونه اهداف استفاده کرد اما امروزه سیستم های لیزری مدام در حال کوچک شدن اند. در واقع، آنها به زودی به اندازه ای کوچک می شوند که در یک هواپیمای بدون سرنشین نیز جا می شوند.

حالا این پرسش پیش می آید که پرتو لیزر چیست و نیروهای نظامی چگونه می خواهند از آن استفاده کند؟ لیزر مخفف «تقویت نور از طریق گسیل القایی تابش» است. لیزرها با برانگیختن اتم ها، مولکول ها یا یون ها در گازهای با ضخامت متوسط، مواد شیمیایی، الیاف، یا دیودها کار می کنند -تا این که این مواد نور را دقیقاً در همان طول موج مورد نظر خارج کنند.

این نور سپس به وسیله یک تشدید کننده به یک پرتو باریک هدایت می شود و سپس به یک هدف هدایت می شود.

به عبارت ساده پرتو لیزر یک اشعه متمرکز نور است که به وسیله یک ماده خاص به نام وسیله لیزری (شیشه  خاص، کریستال یا گاز) خارج می شود. این اشعه باید به قدر کافی قوی باشد تا باعث ایجاد آسیب شود بنابراین لازم است که تقویت شود.

این تقویت با جلو و عقب کردن وسیله لیزری بین مجموعه ای از آینه ها (یا دیگر سطوح بازتابنده) انجام می شود. هر عبور، مواد لیزری را بیشتر برانگیخته می کند و باعث می شود نور بیشتری تابیده شود و در نتیجه قدرت پرتو افزایش می یابد. در نهایت پرتو، بیشتر متمرکز می شود و از میان مجموعه ای از لنزها آزاد می شود و باعث وارد آمدن آسیب می شود.

در اصل لیزرها که پرتوهای باریک نور متمرکز اند با داغ کردن هدف به آن آسیب می زنند. آنها می توانند از طریق سوزاندن، سوراخ هایی را در پوسته هواپیما، بدنه قایق های کوچک و یا بدن انسان ایجاد کنند. می توانند گلوله های توپ را در میان هوا داغ کنند و باعث شوند منفجر شوند و یا ظروف نگهداری سوخت را مشتعل کنند.

اولین لیزر در سال 1960به وسیله تئودور میمن (Theodore Maiman) در آزمایشگاه تحقیقات هیوز کالیفرنیا تشریح شد اما بیش از 50 سال زمان برد تا با غلبه بر موانع متعدد این فناوری به سلاح های عملیاتی میدان جنگ تبدیل شود.

در اواخر سال 2015 لاکهید مارتین (یک شرکت هوافضا، دفاعی، امنیتی و فن آوری های پیشرفته آمریکایی) اعلام کرد که راه های قرار دادن لیزر بر روی جنگنده F-35  بررسی شده است و همچنین در نظر است لیزر در هواپیماهای پشتیبانی  AC-130 و بمب افکن های B-1 و  B-2 نیز کار گذاشته شوند.

به مدد داستان های علمی- تخیلی، سلاح های لیزری در قریب به یک صد سال گذشته در اذهان عمومی جا باز کرده اند. در دهه 1930 میلادی یعنی دهه ها قبل از این که روش های کار با لیزر ابداع شود، در کمیک های باک راجرز و فلش گوردون و سریال ها، لیزرها به صورت سلاح مورد استفاده قرار می گرفتند.

البته لیزرهای داستان های علمی- تخیلی ای مانند جنگ ستارگان به طور کامل با واقعیت تفاوت دارند. لیزرهای جنگ ستارگان در رنگ های روشن از میان هوا به پرواز در می آیند و سر و صدایی هم ایجاد می کنند. درواقع تیرهای انرژی آنها به قدری آهسته حرکت می کند که شما می توانید آنها را در حال حرکت ببینید در حالی که واقعیت خیلی با اینها متفاوت است.

 

قدرت سلاح های لیزری چه قدر است؟

میزان آسیبی که به وسیله اشعه لیزر ایجاد می شود بستگی به قدرت یک سیستم لیزری دارد و می تواند بیشتر تنظیم شود.

بنابراین بسته به قدرت یک سیستم لیزری ممکن است هیچ گونه آسیب مستقیمی ایجاد نشود و یا پرتو به قدری قدرتمند شود که آبکاری فلزات را ذوب کند و وسایل نقلیه و موشک ها را غیر فعال کند.

قدرت یک لیزر، مانند قدرت یک بمب هواپیما با کیلوگرم یا پوند بیان نمی شود. لیزرهای نظامی به خاطر نیروی الکتریکی ای که مصرف می کنند به کیلووات و در نهایت مگاوات درجه بندی می شوند.

اندازه گیری میزان صدمه ای که یک گلوله توپ 155 میلیمتری و یا بمب 227 کیلوگرمی وارد می کند نسبتاً آسان است. اینها هر دو مهماتی هستند که وقتی مواد شیمیایی داخل آنها منفجر می شود مقدار عظیمی انرژی آزاد می کنند اما حتی حالا که تبدیل لیزرها به سلاح در حال تبدیل شدن به واقعیت است، به سختی کسی می داند که آنها واقعاً چگونه کار می کنند و چه نوع آسیبی وارد می کنند.

چندین نوع لیزر وجود دارد که در همه چیز از دی وی دی پلیر بلو- ری (Blu-Ray DVD player)  گرفته تا سلاح های هسته ای مورد استفاده قرار می گیرد.

چنان که گفتیم بر خلاف داستان ها و بازی های ویدئویی و فیلم ها، لیزرها وقتی از میان هوا عبور می کنند سر و صدا راه نمی اندازند. آنها می توانند نامرئی باشند، مگر اینکه از میان دود یا مه و ... حرکت کنند. کسی که زیر آتش سلاح لیزری است ممکن نیست بفهمد که مورد حمله واقع شده تا این که سوراخ هایی شروع به ظاهر شدن در مواد می کند، مواد خیلی داغ می شوند و مهمات منفجر می شوند.

لیزرها سریع هم هستند: آنها با سرعت نور حرکت می کنند.

هنگامی که لیزر به هدف برخورد می کند، با داغ کردن هدف، سریع و با میزان زیادی از انرژی به هدف آسیب می رساند. یک لیزر بدنه کشتی ها، پوسته هواپیماها و پوست انسان را هنگام عبور از مسیرش می سوزاند. این داغ شدن سریع باعث می شود مخازن سوخت آتش بگیرند یا منفجر شوند، موتورها بسوزند، مواد منفجره مهمات منفجر شوند و حتی بدتر از اینها.

لیزرها پوسته هواپیما و هواپیماهای بدون سرنشین در حال پرواز را می سوزانند و باعث می شوند آنها از نظر ایرودینامیک ناپایدار شوند و ناگهان از آسمان به زمین بیفتند.

همه اینها بدان معنی است که لیزرها می توانند به کار سلاح های سنتی مانند تفنگ خاتمه دهند. لیزر می تواند مواد منفجره داخل یک گلوله توپ را داغ کند و آن را ساقط کند و باعث می شود این گلوله در میان هوا منفجر شود کاری که قبلاً غیر ممکن به نظر می رسید زیرا گلوله های توپ خیلی سریع حرکت می کنند.

نیروی دریایی ایالات متحده در نظر دارد از لیزر مخصوص کشتی هایش برای به اصطلاح «کشتن نرم» قایق های کوچک استفاده کند، به این ترتیب که موتورهای آنها را بسوزاند تا به شکل قایق های مرده در آب رها شوند. (و در صورتی که این ترفند کارگر نیفتد مهمات آن را منفجر می کند.)

راه های نرم دیگر برای «کشتن نرم» شامل خراب کردن موتور یک ماشین یا کامیون، مجبور به متوقف کردن آن، یا هدف قرار دادن دقیق حسگرهای روی کشتی ها و هواپیماها و کور کردن آنها برای حمله با استفاده از لیزر است.

 

چه محدودیت ها و روش های مقابله ای با لیزرها وجود دارد؟

لیزرها محدودیت هایی هم دارند و این محدودیت در توانایی تولید نیرو برایشان است.

همچنین مولکول های هوا و ذرات داخل آن مانند مولکول های آب، گرد و غبار و دود، نور لیزر را پراکنده و جذب می کنند و در نتیجه سلاح لیزری قدرتش را از دست می دهد. لیزر مادون قرمز نیمی از قدرتش را در یک روز صاف و در مسافت 2.5 مایلی (4 کیلومتری) و در مسافت کمتر از 1.6 کیلومتر در روز گرم و مرطوب از دست می دهد.

به عبارت دیگر، یک پرتو 30 کیلوواتی در فاصله 100 فوتی (30 متری) ممکن است مانند یک پرتو 15 کیلوواتی در 4 کیلومتر باشد. چنان که گفتیم قوی تر شدن لیزر، آسیب بیشتری را با عبور از فاصله طولانی تری ایجاد کند.

همه اینها بدان معنی است که یک لیزر قدرتش را در هر سانتی متر از حرکت اش از دست می دهد. همچنین بدان معنی است که هر کسی که می خواهد از آسیب لیزر در امان باشد، مه، باران، یا ابرها را ترجیح می دهد. با شروع آتش سوزی همراه با دود، یا پر شدن هوا با ذرات ریز از قدرت لیزرها کاسته می شود.

تقلیل دهنده دیگر برای لیزرها این است که آنها مقادیر عظیمی حرارت تولید می کنند. بدون یک سیستم خنک کننده خوب، لیزرها بین شلیک ها نیاز به خنک کردن دارند. کشتی ها و یا هواپیماها برای خنک کردن مشکل کمتری دارند، اما این موضوع می تواند در وسایل نقلیه زمینی مشکل ساز باشد و مانعی عمده در برابر سلاح های لیزری دستی باشد.

در حالی که ذرات داخل هوا دفاع فعالی در برابر لیزرها هستند، یک پدافند غیرعامل هم می تواند با استفاده از آینه های منحرف کننده لیزر یا فیلمی با یک سطح آینه ای که بر روی هدف کشیده می شود، باعث انحراف لیزر شود. بر خلاف زره های معمولی، که بر یک لایه ضخیم فولاد یا کامپوزیت استوارند، سطح آینه مانند در مقابل لیزر بسیار بهتر کار می کند.

سطوح آینه ای شده انرژی لیزر را منعکس و از جذب آن روی سطح هدف جلوگیری می کند. این که سطح آینه شده چقدر جذب می کند بستگی به نوع لیزر دارد. در این شرایط یک لیزر مادون قرمز 96 درصد انرژی اش منعکس می شود، در حالی که بیش از نیمی از انرژی لیزر فرابنفش دریافت می شود.

لیزرها در حال حاضر به سلاح های کوتاه برد عمدتاً دفاعی محدود شده اند. لیزرها بر روی جنگنده ها احتمال زیادی دارد که برای ساقط کردن موشک های هوا به هوا یا زدن اهداف روی زمین به کار بروند. مثل همان سلاح های معمولی ای که در هواپیماها استفاده می شوند.

لیزرهای روی کشتی های نیروی دریایی برای دفاع در برابر موشک ها، هواپیماها و کشتی ها استفاده می شوند. لیزرهای ارتش به احتمال زیاد برای ساقط کردن موشک ها، هواپیماها، هواپیماهای بدون سرنشین، گلوله های توپ و موشک های دشمن به کار می روند.

لیزرها ممکن است هرگز به طور کامل جایگزین سلاح های دیگر نشود. وجود توافقات بین المللی بدین معنا است که آنها نمی توانند برای اهداف انسانی استفاده شوند. با این حال، هر موقع وقتش فرابرسد در عمل می توانند برای هدف قرار دادن هر چیز دیگری به کار روند. این جنگ، جنگ با سرعت نور است.

http://www.020.ir

 

منابع:

https://www.yahoo.com/news/military-revolutionized-laser-weaponry-150336591.html

http://www.ibtimes.co.uk/anti-missile-laser-cannon-being-developed-british-armed-forces-1581856?utm_source=yahoo&utm_medium=referral&utm_campaign=rss&utm_content=%2Frss%2Fyahoous%2Fnews&yptr=yahoo

http://www.marketwatch.com/story/the-us-military-will-soon-be-using-lasers-to-shoot-down-missiles-2016-09-20?siteid=yhoof2&yptr=yahoo

لیزر چیست و چگونه کار می کند؟

لیزر چیست؟

لیزر‌ها تفاوت بسیاری با نور معمولی دارند. برای درک بهتر این تفاوت، فقط امواج آبی که در وان حمام تشکیل می‌شوند با امواج بزرگ دریا مقایسه کنید. اگر دقت کرده باشید، می‌توانید با حرکت دست خود به سمت جلو و عقب، امواج نسبتا بزرگی در وان حمام تشکیل بدهید که هر‌چه این کار را بیشتر ادامه بدهید، امواج بزرگ‌تر و قوی‌تر می‌شوند. اگر می‌توانستید شبیه این کار را در یک اقیانوس انجام دهید، مسلما بعد از چند میلیون بار تکرار، امواج بسیار بزرگ و پرقدرتی توسط دست شما تشکیل می‌شوند. یک لیزر، کاری مشابه همین را با امواج نور انجام می‌دهد. فرایند تقویت نور در یک لیزر، با نور بسیار ضعیف شروع می‌شود و آنقدر انرژی به موج نور اضافه می‌شود تا در نهایت یک موج نور متمرکز و قوی داشته باشیم.

ویژگی‌ها‌ی نور لیزر 

• لامپ‌ها یا منابع نور معمولی دیگر، نور سفید دارند که ترکیبی از تمام فرکانس‌ها‌ی مرئی نور است. اما لیزر‌ها پهنای فرکانسی بسیار باریکی دارند و در شرایط ایده‌آل، تک‌فرکانس هستند. برای مثال ممکن است لیزر‌های قرمز، سبز یا آبی را دیده باشید و حتی لیزر‌ها‌ی مادون قرمز یا فرابنفش. بنابر‌این هرچه پهنا‌ی فرکانس لیزر باریک‌تر باشد، لیزر بازده بیش‌تری خواهد داشت.
• اگر دقت کرده باشید یا از این پس دقت کنید، می‌توانید بینید که لامپ‌ها و منابع نور معمولی، نور را در همه‌ی جهت‌ها پخش می‌کنند. برخلاف منابع نور دیگر، لیزر‌ها یک باریکه‌ی نوری بسیار نازک و کم‌پهنا گسیل می‌کنند که این مسئله باعث تمرکز انرژی تمام پرتو‌‌ها‌ی نور در یک نقطه‌ی کوچک می‌شود.
• نور‌ها‌ی معمولی، شامل پرتو‌ها‌ی غیر هم‌فازی هستند که هر کدام از آن‌ها با فاز خاصی نوسان می‌کند و هیچ نظم مشخصی بین تمامی آن‌ها نیست. درحالی‌که پرتو‌ها‌ی نوری تشکیل‌دهنده‌ی نور لیزر همگی فاز یکسانی دارند؛ به این معنا که همه باهم به مقدار بیشینه و کمینه می‌رسند.  می‌توانید یک نور معمولی را مثل جمعیتی که در یک پیاده‌رو به‌طور نامنظم در حال حرکت هستند تصور کنید که به هم برخورد می‌کنند یا روی زمین می‌افتند یا هر بی‌نظمی دیگری در حرکت آن‌ها دیده می‌شود. در مقابل، نور لیزر را دسته‌ای از سرباز‌ها‌ی ارتش تصور کنید که با نظم بسیار در حال رژه رفتن هستند.

این سه ویژگی، باعث می‌شود که لیزر‌ها از دیگر نور ها متمایز شوند.

برای ساخت یک لیزر به چه چیزهایی احتیاج داریم؟

۱. فضایی که از اتم‌ها‌ی یک ماده پر شده باشد: این ماده می‌تواند گاز، مایع یا جامد باشد و به نام ماده فعال لیزر شناخته می‌شود. بسته به حالت ماده فعال می‌توانیم لیزر‌ها‌ی گازی یا لیزر‌های جامد داشته باشیم. ویژگی مهم ماده فعال، قابلیت برانگیخته شدن آن است.

۲. سیستمی لازم داریم که با آن بتوانیم ماده‌ی محیط فعال را برانگیخته کنیم. منظور از برانگیخته کردن این است که با انرژی دادن به الکترون‌ها‌ی اتم‌ها، آن‌ها را از حالت پایه‌ی انرژی یعنی کم‌ترین انرژی به حالت برانگیخته منتقل کنیم. 

برای ایجاد یک لیزر قرمز معمولی، می‌توان از یاقوت به‌عنوان ماده‌ی فعال لیزر استفاده کرد. در تصویر پایین، ماده‌ی فعال با رنگ قرمز نشان داده شده است. سیم‌ها‌ی زیگزاگ زردرنگ به دور آن پیچیده شده است و جربان آن مانند لامپ‌ها‌ی فلش، دائما قطع و وصل می‌شود.

چگونه یک هسته‌ی کریستال و محفظه‌ی سیمی لیزر را می‌سازند؟

۱. یک منبع ولتاژ قوی، جریان برق را دائما قطع و مجددا وصل می‌کند.

۲. هر بار که جریان وصل می‌شود، انرژی زیادی به کریستال یاقوت منتقل می‌شود. این انرژی به‌صورت فوتون به ماده فعال منتقل می‌شود.

۳. اتم‌ها‌ی کریستال یاقوت که در شکل بالا با دایره‌های سبزرنگ نشان داده شده‌اند، انرژی پمپ‌شده را جذب می‌کنند. در این هنگام، الکترون‌ها‌ی ظرفیت این اتم‌ها به حالت انرژی بالاتر منتقل می‌شوند. پس از گذشت چند میلی‌ثانیه، الکترون‌ها به حالت انرژی اولیه‌ی خود یا در اصطلاح به حالت پایه‌ی خود بازمی‌گردند و یک فوتون نور گسیل می‌کنند که در شکل با دایره‌ها‌ی آبی نشان داده شده‌ است. به این فرایند، مرحله‌ی گسیل خود‌به‌خودی گفته می‌شود.

۴. فوتون‌ها‌ی گسیل‌شده از الکترون‌ها، در ماده‌ی فعال با سرعت نورحرکت رفت و برگشت انجام می‌دهند.

۵. گاهی اتفاق می‌افتد که یکی از فوتون‌ها به یکی از الکترون‌ها‌ی برانگیخته برخورد می‌کند و باعث می‌شود که الکترون به حالت پایه‌ی خود بازگردد. در این صورت، پس از این فرایند، علاوه بر اینکه فوتون اولیه هنوز هم موجود است، فوتون دیگری نیز گسیل می‌شود که در اصطلاح به این فرایند گسیل القایی گفته می‌شود. اکنون، یک فوتون نور باعث تولید فوتون نوری دیگری شده است؛ یعنی نور تقویت شده (Light Amplification) که فرایند گسیل القایی (StimulatedEmission of Radiation) باعث آن شده است. در اینجا اگر حروف پررنگ را به هم بچسبانیم، کلمه‌ی LASER ساخته خواهد شد. در واقع نام لیزر دقیقا از نحوه‌ی کار آن گرفته شده است.

۶. در ابتدا و انتها‌ی محیط لیزر، آینه‌هایی قرار دارند که فوتون‌ها‌ی تولیدشده را دائما بازتاب می‌کنند. بنابراین فوتون‌ها به‌صورت پیوسته در محیط لیزر در رفت و آمد هستند.

۷. یکی از آینه‌ها‌ی به‌کاررفته در محیط لیزر، قسمتی از فوتون‌ها را بازتاب می‌کند و اجازه می‌دهد که بخشی از فوتون‌ها از محیط لیزر بیرون بروند.

۸. فوتون‌ها‌ی بیرون‌آمده از محیط لیزر، همان پرتو‌ها‌ی لیزری پر‌انرژی هستند که اکنون می‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند.

گسیل خود‌به‌خودی

بیایید با حرف R لیزر یعنی تابش آغاز کنیم. تابش‌ها‌ی لیزری هیچ ارتباطی به تابش‌ها‌ی هسته‌ای و رادیو‌اکتیو ندارند. لیزر‌ها، تابش‌ها‌ی معمولی مانند تابش‌های رادیویی، اشعه‌ی X، مادون قرمز و فرابنفش تولید می‌کنند. با اینکه این تابش‌ها هم توسط اتم‌ها تولید می‌شوند، فرایند آن کاملا متفاوت است و با جا‌به‌جا شدن دائمی الکترون‌ها در یک ماده ایجاد می‌شود. الکترون‌ها همیشه در پایین‌ترین انرژی یعنی اولین پله‌ی نردبان نشسته‌اند و منتظر هستند تا از بیرون، انرژی دریافت کنند. اگر انرژی لازم برای رفتن به پله‌ی بعدی را دریافت کنند، بی درنگ به پله‌ی بعدی، یعنی تراز برانگیخته خواهند رفت. اما بودن در این تراز یا پله چندان طول نمی‌کشد؛ چرا که الکترون‌ها علاقه‌ی بیشتری به بودن در حالت پایه‌ی خود دارند. برای بازگشتن به حالت پایه، انرژی گرفته‌شده باید پس داده شود که الکترون این انرژی را با تابش یک فوتون از دست می‌دهد. به این فرایند، گسیل خود‌به‌خودی الکترون گفته می‌شود؛ چرا که اتم به خودی خود تابش می‌کند.

از لامپ‌های معمولی تا شمع‌ها، همه با سازوکار گسیل خود‌به‌خودی نور تابش می‌کنند

گسیل القایی

معمولا یک دسته از اتم‌ها، تعداد الکترون‌ها‌ی بیش‌تری در حالت پایه نسبت به حالت برانگیخته دارند که به همین دلیل مواد مختلف معمولا به‌صورت خود‌به‌خودی تابش نمی‌کنند. اما اگر با استفاده از روش‌ها‌ی خاص پمپ انرژی به آن‌ها انرژی بدهیم و الکترون‌ها را برانگیخته کنیم چطور؟ در این صورت، جمعیت تراز برانگیخته از جمعیت تراز پایه بیش‌تر می‌شود، بنابر‌این الکترون‌ها‌ی زیادی آماده‌ی تابش کردن هستند. به این وضعیت، وارونی جمعیت گفته می‌شود؛ چرا که اتم‌ها نسبت به حالت معمول خود دچار وارونگی در جمعیت تراز‌ها شده‌اند. اکنون فرض کنید بتوانیم در حدی به انرژی دادن ادامه بدهیم که جمعیت برانگیخته نتوانند سریعا به تراز پایه برگردند و برای مدت نسبتا طولانی در تراز برانگیخته بمانند.

در این صورت به‌اصطلاح یک تراز متا استیبل درست کرده‌ایم. در این هنگام اگر فوتونی با انرژی دقیقا برابر با انرژی بین دو تراز پایه و برانگیخته را به محیط ماده فعال لیزر بتابانیم، این فوتون با برخورد به یکی از الکترون‌ها‌ی برانگیخته، آن را به حالت پایه برمی‌گرداند. این در حالی است که در پایان، فوتون تابش‌شده هنوز باقی است و الکترون بازگشته نیز فوتونی با همان انرژی فوتون قبلی تابش می‌کند. به این فرایند، گسیل القایی گفته می‌شود. هر کدام از دو فوتون تولیدشده می‌تواند الکترون‌ها‌ی برانگیخته‌ی دیگری را به حالت پایه برگرداند. در اصطلاح نور را تقویت می‌کنیم یعنی یک فوتون به سمت ماده فعال تابش کردیم و دو فوتون دریافت کردیم. در پایان، انبوهی از فوتون‌ها با فرکانس یکسان تولید می‌شود که باریکه‌ی پر‌انرژی تک فرکانس و همدوس لیزری را تشکیل می‌دهد.

اگر طرز کار لیزر‌ها به گونه ای که توضیح دادیم باشد، پس چرا تک رنگ و تک فرکانس هستند و چرا نور همدوس ایجاد می‌کنند؟

پاسخ سؤالات بالا به مفهوم انرژی برمی‌گردد. انرژی از بسته‌ها‌ی کوچکی به نام کوانتوم تشکیل شده است. این بسته‌ها‌ی انرژی بیشتر شبیه به پول هستند. برای مثال، پولی که شما در جیبتان دارید، مضرب صحیحی از واحد پول شما است که می‌تواند دلار، ریال، سنت یا هر واحدپول دیگری باشد. شما نمی‌توانید یک دهم سنت یا یک بیستم ریال پول داشته باشید. شبیه به این موضوع را برای انرژی در داخل اتم‌ها هم داریم.

دقیقا شبیه به پله‌ها‌ی یک نردبان، حالت‌ها‌ی انرژی هم مقادیر مشخص و ثابتی دارند که بین آن‌ها فاصله وجود دارد. شما فقط می‌توانید پای خود را روی هر کدام از پله‌ها‌ی نردبان بگذارید و بین پله‌ها نمی‌توانید. الکترون‌ها در یک اتم همین شرایط را دارند و فقط می‌توانند حالت‌های انرژی مجاز را اشغال کنند و نمی‌توانند انرژی بین دو حالت را داشته باشند. برای بردن الکترون از یک حالت انرژی به حالت بالاتر آن، باید یک کوانتوم انرژی برابر با اختلاف انرژی دو حالت را به الکترون داد تا بتواند به حالت بالا‌تر برود. در غیر این صورت اگر انرژی داده‌شده به الکترون کمتر یا حتی بیشتر از اختلاف انرژی بین دو حالت باشد، الکترون سر جای خود باقی می‌ماند. زمانی که الکترون‌ها از حالت برانگیخته به حالت انرژی قبلی خود باز گردند، فوتونی با انرژی دقیقا برابر با اختلاف انرژی دو تراز گسیل می‌کنند و این انرژی ثابت و دقیق باعث می‌شود که لیزر در یک فرکانس خاص کار کند و بنابر این یک رنگ خاص که متناظر با فرکانس نور گسیلی است، قابل مشاهده است. فرایند گسیل القایی در یک لیزر باعث ایجاد انبوهی از فوتون‌های هم‌فرکانس، هم‌فاز یا در اصطلاح همدوس و پر‌انرژی می‌شود که می‌توان از آن‌ها بهره‌ی فراوان برد.

گرانش چیست؟

یگ بنگ: گرانش یا جاذبه نیرویی است که دو جسم را به سوی یکدیگر میکشد، نیرویی که سبب سقوط سیب به سمت زمین و حرکت سیارات به دور خورشید می شود. هر چه جرم یک جسم بیشتر باشد، کشش گرانشی نیرومندتری را اعمال میکند.

نیروی بنیادین

گرانش یکی از چهار نیروی بنیادین، همراه با نیروهای الکترومغناطیسی، نیروی هسته ای قوی و نیروی هسته ای ضعیف است. گرانش نیرویی است که سبب می شود اشیاء دارای وزن باشند. هنگامی که شما خودتان را وزن میکنید، ترازو به شما مقدار گرانشی که زمین بر روی بدن شما اعمال میکند را میدهد. فرمول محاسبه وزن عبارت است از: حاصلضرب جرم در گرانش (W=m*g). بر روی زمین، شتاب گرانش یک مقدار ثابت و برابر با ۹٫۸ متر بر مجذور ثانیه است.

از دیدگاه تاریخی، فیلسوف هایی مانند ارسطو تصور میکردند که اجسام سنگین تر با سرعت بیشتری به سمت زمین حرکت میکنند. ولی آزمایشهای بعدی نشان داد که این طور نیست! علت سقوط دیرتر پَر نسبت به توپ بولینگ، مقاومت هوا است که در جهت مخالف شتاب گرانش عمل میکند. آیزاک نیوتن نظریه گرانش خود را در دهه ۱۶۸۰ توسعه داد. او متوجه شد که گرانش در تمام مواد عمل میکند و تابعی از جرم و فاصله آنهاست. نیرویی که هر جسمی را به سوی جسم دیگر میکشد با جرم آن دو رابطه مستقیم و با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد. معادله گرانش نیوتن به صورت زیر بیان میشود:
Fg = G (m1 ∙ m2) / r²
Fg: نیروی گرانشی است
m1 و m2: جرم دو جسم
r: فاصله بین دو جسم
G: ثابت گرانش جهانی

معادلات نیوتن، به خوبی رفتار سیارات را در سیستمهای خورشیدی پیش بینی میکنند.

نظریه نسبیت

نیوتن نظریه خود را درباره ی گرانش در سال ۱۶۸۷ منتشر کرد؛ این نظریه تا سال ۱۹۱۵ -که اینشتین نظریه معروف نسبیت عام خود را منتشر کرد- بهترین توضیح حاکم بود. در نظریه اینشتین گرانش نیرو نیست، بلکه، نتیجه منطقی این واقعیت است که ماده باعث پیچ و تاب خوردن فضا-زمان میشود. یکی از پیش بینی های نظریه نسبیت عام این است که نور در اطراف اجسام بسیار بزرگ –مانند سیاهچاله ها و کهکشانها- خم میشود.

حقایق سرگرم کننده

• گرانش در ماه قمر زمین حدود ۱۶ درصد و در مریخ حدود ۳۸ درصد گرانش ِ زمین است، در حالی که مشتری، بزرگترین سیاره منظومه شمسی، دارای گرانشی ۲٫۵ برابر گرانش زمین است.

• هر چند هیچکس گرانش را “کشف نکرد”، داستانی در این مورد است که گالیله، ستاره شناس معروف نخستین آزمایشات مربوط با گرانش را با انداختن توپ هایی از بالای برج پیزا انجام داد تا چگونگی سرعت سقوط آنها را مشاهده کند.

• آیزاک نیوتن فقط ۲۳ سال داشت زمانی که متوجه یک سیب در حال سقوط در باغ خود شد و شروع به کشف رمز و راز گرانش کرد (این موضوع که سیب بر روی سر او سقوط کرد احتمالا افسانه ای بیش نیست).

• یکی از آزمایشات اولیه نظریه نسبیت اینشتین درباره خم شدن نور ستارگان در نزدیکی خورشید، در خورشیدگرفتگی ۲۹ می سال ۱۹۱۹ انجام شد.

• سیاهچاله ها، ستاره های عظیم فروپاشیده با گرانش قوی هستند که حتی نور هم نمیتواند از آنها بگریزد.

• نظریه نسبیت عام که برای اجرام بزرگ مقیاس کاربرد دارد با مکانیک کوانتوم- قوانین عجیب و غریب حاکم بر رفتار ذرات بسیار کوچکی همانند فوتونها و الکترونها که کیهان را میسازند- در تضاد است.

منبع: Livescience.com

روش تشخیص سرطان

سرطان یعنی چه؟

به رشد بیش حد سلول ها سرطان می گویند.

وقتی سلول ها بیش از حد رشد می کنند در یک یا چند نقطه از بدنی توده ای از سلول ها تشکیل میدهند.این سلول ها برای رشد خود به گلوکز نیاز دارند.

گولکز:

همانطور که در تصویر بالا دید گولکز حاوی اتم های کربن هست.

پزشکان برای تشخیص سرطان مقداری گولکز حاوی اتم کربن پرتوزا را به بدن انسان طزریق می کنند .

گلوکز در جایی که توده سرطانی وجود دارد تجمع کرده (زیرا در آن منطقه سلول های بیشتری وجود دارد و آنها به گولکز بیشتری نیاز دارند تا رشد کنند) و دانشمندان با استفاده از آشکار ساز پرتوزا آن منطقه را پیدا می کنند.

سیاهچاله

سیاهچاله ناحیه ای از فضا-زمان است که جرم در آن فشرده شده است، اما اگر با یک فضاپیما به داخل سیاهچاله سفر کنید، چه خواهید دید؟ محققی بنام مارکوس وو به دنبال پاسخ این سوال رفته است.

چیزی در مورد «سیاهچاله ها» وجود دارد که توجه شما را به خود جلب می کند، درست است! گرانش سیاهچاله آن قدر زیاد است که حتی نور نیز نمی تواند از آن فرار کند. اما چیز دیگری هم در مورد آن وجود دارد؛ چیزی که به کمی تامل نیاز دارد. شاید آن مورد همان تاریکی سیاهچاله ها باشد. تاریکیِ مطلق و البته مرموزی که تمرکز شما را به درون خود جذب می کند و حتی شما را کنجکاو می کند تا کمی نزدیک تر بیایید.

سفر به اعماق سیاهچاله ها سفری یک طرفه است، پس نیازی نیست نگران بلیت برگشت باشید! همین که از «افق رویداد» یعنی همان جایی که نور اجازه گریز ندارد عبور کنید، دیگر راه برگشتی ندارید. به احتمال فراوان، شما مرگی دردناک را تجربه خواهید کرد. اگر تا این جای کار نترسیده اید، بهتر است با هم به سراغ ماجراجویی یک سیاهچاله برویم.

زمانی که سوخت یک ستاره بزرگ تهی می شود، آن ستاره در خود رمبش می کند و به یک سیاهچاله تبدیل می شود. تنها ستاره هایی می توانند به سیاهچاله تبدیل شوند که جرمی حداقل ۲۵ برابر خورشید داشته باشند. به عبارتی دیگر، از هر هزار ستاره در کهکشان تنها یک ستاره قابلیت تبدیل شدن به سیاهچاله را دارد. کهکشان راه شیری حداقل ۱۰۰ میلیارد ستاره دارد که با یک حساب سرانگشتی متوجه می شویم که ۱۰۰ میلیون سیاهچاله بالقوه در راه شیری وجود دارد.

اما نباید فراموش کنید که فضا خیلی بزرگ است. حتی اگر شما با سرعت نور هم حرکت کنید، چندین هزار سال طول می کشد تا به نزدیک ترین سیاهچاله برسید. حتی اگر فرض کنیم که شما متخصص سفرهای بین ستاره ای هستید و از طریق «کرمچاله» یا «حرکت مافوق نور» به یکی از همین سیاهچاله ها برسید. چه چیزی خواهید دید؟

گشتی در سیاهچاله

کار خاصی نیست. یک سیاهچاله ی تنها کاملا سیاه است! اگر در آن بچرخید، متوجه خواهید شد که کروی است و اصلا شبیه سیاهچاله های مسطح کارتون «رودرانر یا میگ میگ» نیست. اگر هم بچرخد (که احتمالا هم می چرخد، چون هر چیزی در جهان با درجه ای خاص می چرخد)، نتیجه می گیریم که میانه این کره کمی کشیده تر است و با یک کره کامل متفاوت است.

برای اینکه بحث خیلی هم خشک و علمی نشود، به مرکز کهکشان راه شیریِ خودمان می رویم. جایی که یک «سیاهچاله کلان جرم» با اندازه تقریبی چهار میلیون برابر جرم خورشید وجود دارد. گرانش سیاهچاله میزان زیادی گاز و غبار فضایی را به خود جذب کرده است که به صورت یک دیسک حرکتی مارپیچی دارد. همزمان با تحلیل رفتن مواد، دمای حاصل از گرمای اصطکاک تا میلیاردها درجه بالا رفته و تابش زیادی در پی آن تولید می شود. علاوه بر آن، ذرات باردار و انرژی نیز از آن به بیرون جاری می شود.

این دیسک نمایی زیبا خواهد داشت که البته نمی توان آن را مستقیم از درون سیاهچاله مشاهده کرد، زیرا گازها و غبار فضایی آن را پوشانده است. اما می توانید ببینید که چگونه گرانش سیاه چاله نور اطراف را خم می کند. در واقع سیاهچاله با این کار اثر بصری خود را بر روی مواد اطراف می گذارد و «سایه سیاهچاله ای» را به وجود می آورد. گرانش نیز آن سایه را منحرف می کند و کاری می کند که پنج برابر سیاهچاله اصلی به نظر برسد.

در حالت عادی نور در خط های مستقیم حرکت می کند، به شکلی که فوتون ها به سمت جلو پیش می روند. اما در نزدیکی سیاه چاله، گرانش قوی فوتون ها را به سمت خود می کشد. فوتون ها نیز بالاجبار به دور آن می چرخند. برخی از آن فوتون ها می توانند فرار کنند و به چشمان ما (تلسکوپ ها) برسند. چیزی که ما می بینیم، حلقه ای روشن است که هم مرز با سایه است. بخش میانی دیسک متشکل از مواد نیز با سرعتی نزدیک به سرعت نور به دور سیاه چاله می چرخد. بنا به نظریه نسبیت اینشتین، اگر یک دیدنی های امروز دیدنی های روزانه – نوری به سمت شما حرکت کند، روشن تر به نظر می رسد. بنابراین ممکن است قسمت هایی از آن دیسک برای شما روشن تر به نظر برسد.

زیبایی بی حد و حصر

از آنجایی که نمی توان مستقیم سیاهچاله را دید، پس حتما سایه ی آن را همراه با هلال و حلقه ی روشن دور آن خواهید دید. برخی از دانشمندان می گویند که ممکن است به دلیل خروج گازها، غبار فضایی و ذرات باردار از زیبایی این تصویر کمی کاسته شود. اما برخی دیگر می گویند که تاثیری ندارد. ستاره شناسان به ترکیب کردن ۱۱ تلسکوپ قدرتمند که در حال حاضر روی زمین وجود دارد، قصد دارند تا برای اولین بار یک تلسکوپ غول پیکر بسازند تا برای اولین بار موفق به دیدن سیاهچاله شوند.

این تلسکوپ عظیم که تجهیزات مرتبط با آن از قطب جنوب تا شیلی پخش شده «تلسکوپ افق رویداد» نام دارد و داده های حجیم آن توسط ابررایانه ها پردازش خواهد شد. “شِپ دوِلمان” ستاره شناس دانشگاه MIT می گوید: «آن تلسکوپ به ما امکان بزرگنمایی را می دهد که تاکنون در طول تاریخ بی سابقه بوده است. پیدا کردن پاسخ سایه سیاهچاله از زمین مثل این است که یک پرتقال را روی ماه شناسایی کنید.»

مراقب باشید تجزیه نشوید!

تا بهار امسال هفت تلسکوپ آماده شده است. ” شِپ” امیدوار است که تا سال ۲۰۱۷ همه آن تلسکوپ ها آماده شوند تا مردم بتوانند بطور مستقیم سیاهچاله ها را مشاهده کنند. در واقع، مشاهده آن واقع سر و صدا خواهد کرد، زیرا هیچ مدرکی تاکنون مستقیما وجود سیاهچاله ها را اثبات نکرده است. تمام مدارک و شواهدی که تاکنون یافت شده غیرمستقیم بوده است، برای نمونه تاثیر گرانشی سیاهچاله بر ستاره های اطراف نشان داده شده است. از این طریق فیزیکدانان می توانند رخدادهای سیاهچاله ها را بررسی و نظریه گرانشی اینشتین را مورد سنجش واقعی قرار دهند.

با این حال، دیدن یک منظره شاید کافی به نظر نرسد و شما هنوز هم بخواهید درون آن بروید، اما متاسفانه فیزیکدانان دقیقا نمی دانند چه اتفاقی رخ خواهد داد. فرضیه متداول این است که «اسپاگتی سازی» یا «اثر نودلی» اتفاق می افتد. اما معنای آن چیست؟ اگر شما با اول با پا وارد سیاهچاله شوید، سنگینی آن بیشتر از سر شما خواهد بود. به عبارت بهتر، میزان گرانش در پا بیشتر از سر خواهد بود. این اختلاف پیوسته بزرگ و بزرگ تر خواهد شد تا شما تجزیه شوید! این کِشندگی گرانشی به سرعت تمام سلول ها، مولکول ها و اتم های بدن شما را متلاشی خواهد کرد.

آیا افق رویداد می تواند یک دیواره آتشین غول پیکر باشد؟

 

علم ریاضی اینجا به کمک ما می آید. اگر سیاه چاله نسبتا کوچک باشد، اسپاگتی سازی خیلی قبل تر از عبور از افق رویداد رخ خواهد داد. یادتان نرود که افق رویداد همان جایی بود که نور دیگر امکان فرار نداشت. اما اگر سیاهچاله خیلی بزرگ باشد، به این معنا که چندین میلیارد برابر خورشید باشد، شما می توانید به سلامت از افق رویداد عبور کنید و اسپاگتی سازی با تاخیر انجام خواهد شد.

اما در سال ۲۰۱۲، زمانی که جان پولشینسکی و فیزیکدانان دیگر بر روی این مسئله کار می کردند که آیا اطلاعات درون سیاهچاله برای همیشه از بین خواهد رفت یا خیر، متوجه شدند که سرنوشتی دیگر نیز محتمل است. آنها گفتند که براساس مکانیک کوانتوم، افق رویداد به یک دیواره آتشین تبدیل خواهد شد و زمانی که شما از آن عبور می کنید به خاکستر تبدیل خواهید شد. بنابراین اصلا فرصت اسپاگتی سازی برای شما به وجود نخواهد آمد.

اما برخی از فیزیکدانان دیگر با این نظر موافق نبودند. بنا به اصل اول نظریه نسبیت اینشتین، شخصی که به درون افق رویداد می افتد نباید چیزی متفاوت از «شناور بودن در فضا» را احساس کند. ولی دیواره آتشین «اصل هم ارزی» را نقض می کند. به همین دلیل، فیزیکدانان هنوز اتفاق نظر بر سر این مسئله نداشته و نظرات را یکی یکی بررسی می کنند.

منبع: وب سایت علمی بیگ بنگ

پلاسما(فیزیک)

فیزیک پلاسما از شاخه‌های فیزیک است که به بررسی یکی از اشکال وجود ماده یعنی پلاسما می‌پردازد.در فیزیک پلاسما درباره سیستم‌های بحث می‌کنیم که از ذرّات باردار مثبت و منفی تشکیل شده‌اند و می‌توانند آزادانه حرکت کنند.

ذرّات باردار در یک پلاسما نه تنها با میدان الکترومغناطیسی موضعی برهم‌کنش می‌کنند بلکه حرکت این بارها می‌تواند میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی ایجاد کند. از انجا که بخش بزرگی از جرم قابل مشاهدهٔ عالم، ستارگان با دماهای بسیار زیاد هستند، امکان وجود ماده به صورت‌های جامد و مایع در این اجرام منتفی است. از سوی دیگر گاز نیز، به دلیل این حرارت بسیار زیاد، تبدیل به یک توده یونیزه شده و به صورت مخلوطی از یون‌های مثبت(هسته اتم ها) یون‌های منفی (الکترون ها) و ذرات خنثی در می‌اید.

در این توده، به دلیل وجود نیروهای الکتریکی که بسیار قوی تر از نیروی گرانشی است ذرات بر روی هم تأثیر زیادی می‌گذارند. به‌طوری‌که حرکت بخشی از این توده، باعث تغییر در وضعیت حرکت و انرژیِ بخش‌های دیگر می‌شود که به این پدیده، اثر جمعی گفته شده، و هر گاه گاز به شدت یونیزه شده دارای این خاصیت باشد، پلاسما نامیده می‌شود و این بدین معنی است که بخش غالب ماده قابل مشاهده جهان، پلاسما است.

جالب این است که پلاسما ممکن است در عین حال دارای چندین دماباشد که این حالت با توجه به اینکه میزان برخوردبین خود یونها یا خود الکترونها از میزان برخوردهای بین یک یون و یک الکترون بیشتراست می‌تواند پیش بیاید.

چند مورد از پلاسما که ما روزانه باآن سروکار داریم عبارت است از: جرقه رعدوبرق، تابش ملایم شفق قطبی، گازهادی داخل یک لامپفلورسنت، چراغ نئون و یونش مختصری که در گازهای خروجی موشک دیده می‌شود.

منبع: ویکی پدیا

تریتیوم چیست؟

تریتیوم یکی از ایزوتوپ های اتم هیدروژن هست که از میان ایزوتوپ های طبیعی هیدروژن (در طبیعت یافت می شوند) کمترین فراوانی را دارد.

تریتیوم  از یک پروتون و دو نوترون تشکیل شده و ناپایدار است.

نیمه عمر این عنصر 12.32 سال است که نسبتا کم هست.

از تریتیوم در ساخت سلاح های گرمای هسته ای استفاده می کنندو همچنین از آن در راکتور های

 همجوشی هسته ای برای تولید برق به کار می رود و از تریتیوم در ساخات لامپ استفاده می کنند.

تریتیوم  را می توان به روش مصنوعی با تابش لیتیم 6 تولید کرد.

همجوشی هسته ای ستارگان

انرژی بسیار زیاد ستاره، از فرایندی که همجوشی هسته ای نام دارد تأمین می شود. این فرایند موقعی شروع می شود که دمای هسته ستاره جوان در حال گسترش به حدود یک میلیون کلوین می رسد. ستارگان، مبدل های هسته ای بسیار بزرگی هستند. در مرکز ستارگان، اتم ها برخوردهای شدیدی با هم می کنند که ساختمان اتم را تغییر می دهد و مقدار زیادی انرژی آزاد می کند. همین فرایند ستارگان را داغ و روشن می کند.

در بیشتر ستاره ها، واکنش اولیه ناشی از برخورد اتم ها به هم این است که اتم های هیدروژن به هلیوم تبدیل می شوند که این امر با آزاد شدن مقادیر بسیار زیادی انرژی همراه است. این واکنش، همجوشی هسته ای نامیده می شود. چون هسته (واقع در مرکز اتم ها) اتم ها را با هم جوش می دهد و یک هسته جدید تشکیل می دهد.

همجوشی هسته ای یک واکنش اتمی است که سوخت ستارگان را تأمین می کند. در همجوشی، بسیاری از هسته ها (مراکز اتم ها) با هم ترکیب می شوند تا یک عنصر بزرگ تر بسازند (که عنصر متفاوتی است). نتیجه این فرآیند آزاد شدن مقدار زیادی انرژی است (هسته هایی که نتیجه این فرایندند از نظر جرم کوچک تر از مجموع دو هسته ای هستند که به هم جوش خورده اند. دلیل تفاوت در جرم دو هسته با هسته به دست آمده این است که مقدار جرم ناپدید شده به انرژی تبدیل شده است ² E=mc.

قدرت ستارگان به خاطر همجوشی هسته ای در هسته هایشان است که به تبدیل عنصر هیدروژن به هلیوم می انجامد. تولید عناصر جدید که به دنبال واکنش های هسته ای رخ می دهد، ترکیب هسته ای نامیده می شود.

جرم یک ستاره به این ترتیب تعیین می شود که چه نوع ترکیب هسته ای در هسته اش رخ می دهد. همه ما هم از اتم هایی ساخته شده ایم که در ستارگان تولید شده اند.

 

≡ انواع ستارگان

⇐ ستارگان کوچک: کوچک ترین ستاره ها فقط هیدروژن را به هلیوم تبدیل می کنند.

⇐ ستارگان با اندازه متوسط (مثل خورشید): این ستارگان در دوره زندگیشان دیر، یعنی موقعی که هیدروژنشان ته می کشد، هلیوم را به اکسیژن و کربن تبدیل می کنند.

⇐ ستارگان سنگین (بزرگ تر از پنج برابر جرم خورشید): ستارگان با جرم بالا موقعی که هیدروژنشان ته می کشد، اتم های هلیوم را به کربن و اکسیژن تبدیل می کنند. به دنبال آن همجوشی کربن و اکسیژن باعث به وجود آمدن عناصر نئون، سدیم، منیزیوم، سولفور و سیلیکون می شود. بعداً واکنش ها، این عناصر را به کلسیم، آهن، نیکل، کرومیوم، مس و غیره تبدیل می کند. این ستارگان پیر و بزرگ با هسته های رو به نابودی، عناصر سنگینی به وجود می آورند (همه عناصر طبیعی سنگین تر از آهن، عناصر سنگینند) و این عناصر سنگین را به سوی فضا می فرستند.

https://020.ir

هیدروژن فلزی و کاربرد آن در زندگی انسان

صفحه اصلی  ویدئو  تکنولوژی و صنعت  تاثیرات تولید ماده هیدروژن فلزی در زندگی ما

تاثیرات تولید ماده هیدروژن فلزی در زندگی ما

مجله علمی ایران : نزدیک به یک دهه از مطرح شدن تئوری «هیدروژن فلزی»، می‌گذرد و تازه دانشمندان دانشگاه هاروارد توانستند با موفقیت این ماده را که نادرترین و یکی از ارزشمندترین مواد روی زمین است، بسازند. این ماده نه تنها تحولی در سیستم حمل و نقل ایجاد خواهد کرد، بلکه ما را به دورترین نقاط فضا که تاکنون دسترسی به آنها به دلیل عدم وجود ماده متحرکه قدرتمند میسر نبود، خواهد رساند.

هیدروژن فلزی (metallic hydrogen) حالتی از هیدروژن است که در آن همانند یک رسانای الکتریکی عمل می‌کند. این حالت از لحاظ نظری در سال ۱۹۳۵ پیش‌بینی شده بود اما به دلیل نیاز به فشار بالا (صدها گیگاپاسکال) دانشمندان قادر به ساخت آن نبودند.

محققان دانشگاه هاروارد، رنگا دایاس و ایزاک سیلورا در اکتبر سال ۲۰۱۶ مدعی ساخت آزمایشگاهی هیدروژن فلزی شدند که این ادعا در ابتدای سال ۲۰۱۷ میلادی با انتشار رسمی این یافته در نشریه ساینس، تأیید شد. در این فشار، هیدروژن ممکن است به عنوان مایع به جای جامد وجود داشته باشد. تصور می‌شود که هیدروژن فلزی مایع در مقادیر زیاد در فضای داخلی فشرده شده گرانشی مشتری، زحل و برخی سیارات تازه کشف شده فراخورشیدی وجود داشته باشد.

به گفته دانشمندان، این ماده کاربردهای بسیار وسیعی دارد و به همین دلیل توجه مجامع علمی به این ماده افزایش یافته است.

سیلورا در این مورد می‌گوید: «هیدروژن فلزی جام مقدس فیزیک فشار بالاست. این نخستین نمونه‌ از هیدروژن مایع روی زمین است و به همین دلیل زمانی که به آن نگاه می‌کنید، چیزی را می‌بینید که تا به حال ندیده‌اید و با آن مواجه نشده‌اید».

سیلورا و دایاس برای تولید این ماده، نمونه‌ای کوچک از یک هیدروژن را تحت فشار ۴۹۵ گیگاپاسکال قرار داردند که این میزان فشار بیشتر از فشار مرکز زمین است. سیلورا توضیح می‌دهد که در این میزان فشار، هیدروژن مولکولی جامد–که متشکل از مولکول‌های مشبکه جامد است- تجزیه می‌شود و مولکول‌های فشرده از هم جدا می‌شوند و به هیدروژن اتمی که یک نوع فلز است، تغییر شکل می‌دهد. این تحقیق نه تنها پنجره جدید و مهمی را به سوی درک ویژگی‌های کلی هیدروژن باز می‌کند، بلکه نویدی از یک ماده جدید و متحول‌کننده در جهان را می‌دهد.

راهکاری برای کاهش اتلاف برق

سیلورا می‌گوید: «یکی از مواردی که می‌توانیم درباره این ماده پیش‌بینی کنیم، این است که هیدروژن فلزی شبه‌پایدار است. به این معنا که زمانی که فشار از روی آن برداشته می‌شود، همانطور به صورت فلز باقی خواهد ماند؛ درست شبیه به الماس که از گرافیت تحت فشار و حرارت شدید شکل می‌گیرد اما زمانی که فشار و دمای بالا حذف می‌شوند، شکل خود را تغییر نمی‌دهد».

هیدروژن فلزی ما را به کشف دورترین سیارات منظومه شمسی نزدیک خواهد کرد. با کمک این ماده می‌توان موشک‌ها را به جای دو مرحله در یک مرحله به مدار فرستاد و محوله بزرگ‌تری را نیز به فضا فرستاد که این دو امور بسیار مهمی در حوزه اکتشافات فضایی است.

سیلورا می‌افزاید: «دانستن اینکه این ماده پایدار است یا نه بسیار مهم است زیرا نشان می‌دهد که هیدروژن فلزی می‌تواند همانند یک ابررسانا یا ابرهادی در دمای اتاق عمل کند و دانستن این موارد یعنی یک انقلاب».

وی همچنین می‌گوید: «در حالت عادی ۱۵ درصد انرژی در فرآیند انتقال جریان الکتریسیته، اتلاف می‌شود بنابراین اگر از این ماده سیم درست کنیم و از آن در شبکه برق‌رسانی استفاده کنید، داستان کاملا عوض خواهد شد و در میزان عظیمی از برق صرفه‌جویی خواهد شد».

راهکاری برای حمل‌ و نقل سریع‌تر

دایاس نیز درباره این ماده جدید می‌گوید: «این ماده یک ابررسانا در دمای اتاق است که می‌تواند اساسا تغییر سریع و چشمگیری در سیستم حمل و نقل ما ایجاد کند به طوری که امکان ساخت قطارهای پرسرعت «شناوری مغناطیسی» و همچنین خودروهای برقی کارآمدتر و سریع‌تر را فراهم می‌کند و عملکرد وسایل الکترونیک را بهبود می‌بخشد».

* شناوری مغناطیسی

شناوری مغناطیسی یا تعلیق مغناطیسی (Magnetic Levitation) روشی است که در آن یک شیء بدون هیچ پشتیبانی به جز میدان مغناطیسی به حالت شناور درآید. نیروی مغناطیسی برای مقابله با اثرات شتاب گرانشی و هر شتاب دیگری به کار می‌رود.

قطار مگلو (Maglev) نوعی از قطارهاست که از این شناوری مغناطیسی استفاده می‌کند و در نتیجه به طور شناور در هوا در فاصله کمی از ریل قرار می‌گیرد و بدون دریافت مقاومت زیادی از محیط می‌تواند با سرعت‌های بسیار زیاد به پیش برود. این قطار برای حرکت خود از نیروی الکترومغناطیسی بهره می‌گیرد و به طور نظری مگلو می‌تواند به سرعت‌هایی قابل مقایسه با سرعت توربوپروپ و هواپیمای جت (۵۰۰ تا ۵۸۰ کیلومتر در ساعت) دست یابد. نام مگلو از ترکیب دو واژه انگلیسی Magnetic (مغناطیسی) و levitation (شناوری) درست شده ‌است.

راهکاری برای تولید بهتر برق

ماده هیدروژن فلزی در بهبود تولید و ذخیره انرژی هم کاربرد خواهد داشت زیرا انرژی مقاومتی ابررساناها صفر است و در نتیجه می‌توان انرژی را با نگه داشتن جریان برق در سیم‌پیچ‌های ابررسانا ذخیره کرد و سپس زمانی که نیاز است از آن انرژی استفاده کرد.

سوخت قدرتمندی برای موشک یا موتور جت

هر چند که هیدروژن فلزی پتانسیل ایجاد تحول در زندگی روی زمین را دارد، این ماده می‌تواند نقش کلیدی برای کشف و دستیابی به دورترین نقاط فضا ایفا کند زیرا یک سوخت بسیار قدرتمند برای موشک به شمار می‌رود. سیلورا می‌گوید: «در تولید هیدروژن فلزی انرژی عظیمی مورد نیاز است ولی اگر همین فرآیند را برعکس کنیم و دوباره آن را به هیدروژن مولکولی تبدیل کنیم، همه آن انرژی‌ها رها می‌شود. پس می‌تواند به عنوان نیروی محرکه قدرتمند موشک مورد استفاده قرار گیرد و حتی در زمینه موشک‌سازی نیز تحول ایجاد کند».

قدرتمندترین سوخت‌های امروزی یک ویژگی خاص «تکانه ویژه» دارند که نشان‌دهنده سرعت آتش گرفتن و خروج سوخت از عقب موشک است. تکانه ویژه در واقع تکانه‌ای است که به ازای سوختن مقدار مشخصی از سوخت به راکت یا موتور جت وارد می‌شود. این مقیاسی برای سنجش سرعت خروجی از موتور موشک است. واحد تکانه ویژه ثانیه است. به طور کلی شاخص بهره‌وری موتور جت یا موشک، تکانه ویژه آن است.

میزان تکانه ویژه یک سوخت موشک امروزی حدود ۴۵۰ ثانیه است؛ در حالی که میزان تکانه ویژه ماده هیدروژن فلزی ۱۷۰۰ ثانیه است و این تفاوت فاحش به خوبی میزان قدرت این ماده را به عنوان سوخت موشک نشان می‌دهد.

سیلورا می‌گوید: «این ویژگی یعنی اینکه هیدروژن فلزی ما را به کشف دورترین سیارات منظومه شمسی نزدیک خواهد کرد. با کمک این ماده می‌توان موشک‌ها را به جای دو مرحله در یک مرحله به مدار فرستاد و محوله بزرگ‌تری را نیز به فضا فرستاد که این دو امور بسیار مهمی در حوزه اکتشافات فضایی است».

http://www.irsci.com