Scientific Information

زندگي تكثير ثروتی است كه نامش محبت است

آلبرت معروف
ساعت ۱:٠٦ ‎ب.ظ روز یکشنبه ۳٠ تیر ۱۳۸٧  
آلبرت انیشتین در چهاردهم مارس ۱۸۷۹ در شهر اولم که شهر متوسطی از ناحیه و ورتمبرگ آلمان بود متولد شد. اما شهر مزبور در زندگی او اهمیتی نداشته است، زیرا یک سال بعد از تولد او خانواده وی از اولم عازم مونیخ گردید. پدر آلبرت ، هرمان انیشتین کارخانه‌ کوچکی برای تولید محصولات الکترو شیمیایی داشت و با کمک برادرش که مدیر فنی کارخانه بود از آن بهره‌برداری می‌کرد. گر چه در کار معاملات بصیرت کامل نداشت. پدر آلبرت از لحاظ عقاید سیاسی نیز مانند بسیاری از مردم آلمان گر چه با حکومت پروسیها مخالفت داشت، اما امپراتوری جدید آلمان را ستایش می‌کرد و صدر اعظم آن «بیسمارک» و ژنرال «مولتکه» و امپراتور پیر یعنی «ویلهم اول» را گرامی می‌داشت. مادر انیشتین که قبل از ازدواج پائولین کوخ نام داشت بیش از پدر زندگی را جدی می‌گرفت و زنی بود از اهل هنر و صاحب احساساتی که خاص هنرمندان است و بزرگترین عامل خوشی او در زندگی و وسیله تسلای وی از علم روزگار موسیقی بود. آلبرت کوچولو به هیچ مفهوم کودک اعجوبه‌ای نبود و حتی مدت زیادی طول کشید تا سخن گفتن آموخت، بطوری که پدر و مادرش وحشت زده شدند که مبادا فرزندشان ناقص و غیر عادی باشد. اما بالاخره شروع به حرف زدن کرد، ولی غالباً ساکت و خاموش بود و هرگز بازیهای عادی را که مابین کودکان انجام می‌گرفت و موجب سرگرمی کودک و محبّت فی مابین می‌شود را دوست نداشت. آلبرت مرتباً و هر سال از پس سال دیگر طبق تعالیم کاتولیک تحصیل کرد و از آن لذّت فراوان می‌برد وحتّی در مواردی از دروس که به شرعیات و قوانین مذهبی کاتولیک بستگی داشت چنان قوی شد که می‌توانست در هر مورد که همشاگردانش قادر نبودند به سؤالهای معلّم جواب دهند او به آنها کمک می‌کرد. انیشتین جوان در ده سالگی مدرسه ابتدائی را ترک کرد و در شهر مونیخ به مدرسه متوسطه «لوئیت پول» وارد شد. در مدرسه متوسطه اگر مرتکب خطایی می‌شدند، راه و رسم تنبیه ایشان آن بود که می‌بایست بعد از اتمام درس ، تحت نظر یکی از معلّمان ، در کلاس توقیف شوند و با درنظر گرفتن وضع نابهنجار و نفرت انگیز کلاسهای درس ، این اضافه ماندن شکنجه‌ای واقعی محسوب می‌شد. ذوق هنری ذوق هنری انیشتین چنان بود که او وقتی پنج ساله بود، روزی پدرش قطب نمایی جیبی را به وی نشان داد، خاصّیت اسرار آمیز عقربه مغناطیسی در کوک تأثیر عمیقی گذاشت. با وجود آنکه هیچ عامل مرئی در حرکت عقربه تأثیری نداشت، کودک چنین نتیجه گرفت در فضای خالی باید عاملی وجود داشته باشد که اجسام را جذب کند. وقتی که انیشتین پانزده ساله بود حادثه‌ای اتفاق افتاد که جریان زندگی او را به راه جدیدی منحرف ساخت. هرمان پدر او در کار تجارت خویش با مشکلاتی مواجه شد و در پی آن صلاح را در آن دیدند که کارخانه خود را در مونیخ بفروشد و جای دیگری را برای کسب و کار خود ترتیب دهند. از آنجا که وی خوش بین و علاقمند به کسب لذّتهایی بود، تصمیم گرفت که به کشوری مهاجرت کند که زندگی در آن با سعادت بیشتری همراه باشد و به این منظور ایتالیا را انتخاب کرد و در شهر میلان مؤسسه مشابهی را ایجاد کرد. هنگامیکه وارد شهر میلان شدند آلبرت به پدر خود گفت که قصد دارد تابعیت کشور آلمان را ترک گوید. آقای هرمان به وی تذکر داد که این کار زشت و نابهنجار است. دوران دانشجویی در این دوران مشهورترین مؤسسه فنی در اروپا مرکزی به استثنای آلمان ، مدرسه دارالفنون سوئیس در شهر زوریخ بوده است. آلبرت در امتحان داوطلبان شرکت کرد، ولی بخاطر اینکه در علوم طبیعی اطلاّعات وسیعی نداشت درامتحان پذیرفته نشد. با این حال مدیر دارالفنون زوریخ تحت تأثیر اطلاّعات وسیع او در ریاضیات واقع شد و از او درخواست کرد که دیپلم متوسطه‌ای را که برای ورود به دارالفنون لازم است در یک مدرسه سوئیسی بدست آورد و او را به مدرسه ممتاز شهر کوچک «آرائو»که با روش جدیدی اداره می‌شد معرفی کرد. بعد از یک سال اقامت در مدرسه مذبور دیپلم لازم را بدست آورد و در نتیجه بدون امتحان در دارالفنون زوریخ پذیرفته شد. با اینکه درسهای فیزیک دارالفنون آمیخته با هیچگونه عمق فکری نبود، باز هم حضور در آنها آلبرت را تحریک کرد که کتب جستجو کنندگان بزرگ این را مورد مطالعه قرار دهد. او ، آثار استادان کلاسیک فیزیک نظری از قبیل: بولتزمان ، ماکسول و هرتز را با حرص عجیبی مطالعه کرد. شب و روز اوقات او با مطالعه این کتابها می‌گذشت و ضمن مطالعه آنها با هنر استادانه‌ای آشنا شد که چگونه بنیان ریاضی مستحکمی ساخت. او درست در خاتمه قرن ۱۹ تحصیلات خود راپایان داد و به مسأله مهم تهیه شغل مواجه شد. از آنجا که نتوانست مقام تدریسی در مدرسه پلی تکنیک بدست آورد، تنها یک راه باقی ماند و آن این بود که چنین شغل و مقامی در مدرسه متوسطه‌ای جستجو کند. اکنون سال ۱۹۱۰ شروع شده و آلبرت بیست و یک سال داشت و تابعیت سوئیس را بدست آورده بود. او در هنگام داوطلب شغل معلّمی خصوصی گردید و پذیرفته شد. انیشتین از کار خود راضی و حتّی خوشبخت بود که می‌تواند به پرورش جوانان بپردازد، امّا بزودی متوجّه شد معلمّان دیگر نیکی را که او می‌کارد ضایع و فاسد می‌کنند و این شغل را ترک کرد. بعد از این دوران تاریک ، ناگهان نوری درخشید و بعد از مدّتی در دفتر ثبت اختراعات مشغول به کار شد و به شهر «برن» انتقال یافت. کمی بعد از انتقال به شهر برن انیشتین با میلواماریچ همشاگردی قدیم خود در مدرسه پلی تکنیک ازدواج کرد و حاصل آن دو پسر پی در پی بود که اسم پسر بزرگتر را آلبرت گذاشتند. کار انیشتین در دفتر اختراعات خالی از لطف نبود و حتّی بسیار جالب می‌نمود وظیفه وی آن بود که اختراعات را که به دفتر مذبور می‌آوردند، مورد آزمایش اوّلیه قرار می‌داد. شاید تمرین در همین کار موجب شده بود که وی با قدرت خارق العاده و بی‌مانند بتواند همواره نتایج اصلی و اساسی هر فرض و نظریه جدیدی را با سرعت درک و استخراج کند. چون انیشتین بخصوص به قوانین کلی فیزیک علاقه داشت و به حقیقت در صدد بود که با کمک محدودی میدان وسیع تجارت را به وجهی منطقی استنتاج کند. کسب کرسی استادی دانشگاه در اواخر سال ۱۹۱۰ کرسی فیزیک نظری در دانشگاه آلمانی پراگ خالی شد. انتصاب استادان این قبیل دانشگاهها طبق پیشنهاد دانشکده بوسیله امپراتور اتریش انجام می‌گرفت که معمولاً حقّ انتخاب خویش را به وزیر فرهنگ وا می‌گذاشت. تصمیم قطعی برای انتخاب داوطلب ، قبل از همه ، بر عهده فیزیکدانی به نام «آنتون لامپا» بود و او برای انتخاب استاد دو نفر را مدّ نظر داشت که یکی از آنها «کوستاو یائومان» و دیگری «انیشتین» بود. «یائومان» آن را نپذیرفت و پس از کش و قوسهای فراوان انیشتین این مقام را پذیرفت. وی صاحب دو ویژگی بود که موجب گردید وی استاد زبردستی گردد. اوّلین آنها این بود که علاقه فراوان داشت تا برای عدّه بیشتری از همنوعان خود و بخصوص کسانی که در حول و حوش او می‌زیسته‌اند مفید باشد. ویژگی دوّم او ذوق هنریش بود که انیشتین را وا می داشت که نه فقط افکار عمومی خود را به نحوی روشن و منطقی مرتّب سازد، بلکه روش تنظیم آنها به نحوی باشد که چه خود او و چه استفاده کنند از نظر جهان شناسی نیز لذّت می‌برند. هدف انیشتین این بود که فضای مطلق را از فیزیک براندازد، نظریه نسبیت سال ۱۹۰۵ که در آن انیشتین فقط به حرکت مستقیم الخط متشابه پرداخته بود، انیشتین با کمک اصل تعادل پدیده‌های جدیدی را در مبحث نور پیش بینی کند که قابل مشاهده بوده‌اند و می‌توانست صحت نظریه جدید او را از لحاظ تجربی تأیید کرد. عزیمت از پراگ در مدّتی که انیشتین در پراگ تدریس می‌کرد، نه فقط نظریه جدید خود را درباره غیر وی بنا نهاد بلکه با شدّت بیشتری نظریه خود را درباره کوانتوم نو را که در شهر برن شروع کرده بود، توسعه داد. با همه این تفاصیل انیشتین به دانشگاه پراگ اطّلاع داد که در خاتمه دوره تابستانی سال ۱۹۱۲ خدمت این دانشگاه را ترک کرد. عزیمت ناگهانی انیشتین از شهر پراگ موجب سر و صدای بسیار در این شهر شد، در سر مقاله بزرگترین روزنامه آلمانی شهر پراگ نوشته شد: «که نبوغ و شهرت فوق العاده انیشیتن باعث شد که همکارانش او را مورد شکنجه و آزار قرار دهند و به ناچار شهر پراگ را ترک کرد.» انیشتین عازم شهر زوریخ گردید و در پایان سال ۱۹۱۲ با سمت استادی مدرسه پلی تکنیک زوریخ مشغول به کار شد. شهرت انیشتین به تدریج تا آنجا رسیده بود که بسیاری از مؤسسات و سازمانهای علمی جهان علاقه داشتند که وی به عنوان عضو وابسته با مؤسسه ایشان در ارتباط باشد. سالها بود که مقامات رسمی آلمان کوشش می‌کردند که شهر برلین نه فقط مرکز قدرت سیاسی و اقتصادی باشد، بلکه در عین حال کانون فعالیت هنری و علمی نیز محسوب گردد، به همین جهت از انیشتین دعوت به عمل آوردند. مدّت کمی بعد از ورود انیشتین به برلین ، انیشتین از زوجه خویش هیلوا که از جنبه‌های مختلف با او عدم توافق داشت جدا گردید و زندگی را با تجرد می‌گذارند. هنگامی که به عضویت آکادمی پادشاهی انتخاب شد، سی و چهار سال سن داشت و نسبت به همکاران خود که از او مسن‌تر بودند بیش از حد جوان می‌نمود. در این حال همه انیشتین را در وهله اوّل مردی مؤدب و دوست داشتنی به نظر می‌آوردند. فعالیت اصلی انیشتین در برلین این بود که با همکاران خویش و یا دانشجویان رشته فیزیک درباره کارهای علمی مصاحبه و مذاکره کند و آنها را در تهیه برنامه جستجوی علمی راهنمایی کند. انیشتین و جنگ جهانی اول هنوز یکسال از اقامت انیشتین در برلین نگذشته بود که ماه اوت ۱۹۱۴ جنگ جهانی شروع شد. در مدّت جنگ جهانی اول ، روزنامه‌های برلین همه روزه از وقایع جنگ و شروع فتوحات ارتش آلمان بود. در عین حال انیشتین در منزل خود با دختر عمه خویش الزا آشنایی پیدا کرد. الزا زنی مهربان و خونگرم بود و همچنین او از شوهر مرحوم سابق خود دو دختر داشت، با اینحال انیشتین با او ازدواج کرد. جنگ بین المللی و شرایط معرفت النفسی که در نتیجه آن بر دنیای علم تحصیل گردید مانع از آن نشد که انیشتین با حرارت فوق العاده به توسعه و تکمیل نظریه ثقل خویش بپردازد. وی با پیمودن راه تفکّری که در پراگ و زوریخ پیش گرفته بود توانست در سال ۱۹۱۶ نظریه‌ای برای ثقل و جاذبه عمومی بنا نهد که مستقل از نظریه‌های گذشته و از نظر منطقی دارای وحدت کامل بود. اهمیت نظریه جدید به زودی مورد تأیید و توجه دانشمندانی واقع گردید که دارای قدرت خلاق علمی بودند. تأیید تجربی نظریه انیشتین توجّه عموم مردم را به شدّت جلب کرده بود از این پس دیگر انیشتین مردی نبود که فقط مورد توجّه دانشمندان باشد و بس. بزودی وی نیز همچون زمامداران مشهور ممالک ، بازیگران بزرگ سینما و تئاتر شهرت عام بدست آورد. مسافرتهای انیشتین تبلیغات مخالف و حملاتی که علیه انیشتین می‌شد موجب گردید که در تمام ممالک جهان و در همه طبقات اجتماعی توجّه عموم مردم بسوی نظریه‌های او جلب شود. مفاهیمی که برای توده‌های مردم هیچگونه اهمیتی نداشته است و عامه ایشان تقریبا چیزی از آن درک نمی‌کردند، موضوع مباحث سیاسی گردید. انیشتین در این زمان سفرهای خود را آغاز کرد، ابتدا به هلند ، بعد به کشورهای چک و اسلواکی ، اسپانیا ، فرانسه ، روسیه ، اتریش ، انگلیس ، آمریکا و بسیاری کشورهای دیگر. امّا نکته قابل توجّه این است که وقتی انیشتین و همسر او به بندرگاه نیویورک شدند با استقبال شدید و تظاهرات پر شوری مواجه شدند که به احتمال قوی نظیر آن هرگز هنگام ورود یکی از دانشمندان رخ نداده بود. انیشتین به آسیا و به کشورهای چین ، ژاپن و فلسطین سفر کرده است و این خاتمه سفرهای او بود. درسال ۱۹۲۴ بعد از مسافرتهای متعدد به اکناف جهان انیشتین بار دیگر در برلین مستقر گردید. حملات همچنان بر او ادامه داشت و نظریات او را به عنوان بیان افکار قوم یهود و به سود فاشیسم می‌دانستند، به این دلیل انیشتین به شهر پرنیستون در آمریکا می‌رود. بعد از چندی همسرش الزا در سال ۱۹۳۶ از دنیا می‌رود و خواهر انیشتین که در فلورانس بود به شهر پرنیستون نزد برادرش آمد. در همین دوران انیشتین تابیعت کشور آمریکا را می‌پذیرد. انیشتین در سال ۱۹۴۵ طبق قانون بازنشستگی مقام استادی مؤسسه مطالعات عالی پرنیستون را ترک کرد. ولی این تغییر سمت رسمی ، تغییری در روش زندگی و کار او بوجود نیاورد. وی کماکان در پرنیستون بسر می‌برد و در مؤسسه مذبور تجسّسات خود را ادامه دهد. آخرین سالهای زندگی انیشتین این دوران تجسس در نیمه انزوای شهر پرنیستون با اضطراب و اغتشاش آمیخته ‌شده بود. هنوز ده سال دیگر از زندگی انیشتین باقی مانده بود، لیکن این دوره ده ساله درست مصادف با هنگامی بود که عصر بمب اتمی شروع می‌گردید و بشریّت تمرین و آموزش خویش را در این زمینه آغاز می‌کرد. بنابراین مسأله واقعی که برای او مطرح شد موضوع چگونگی پیدایش بمب اتمی نبود، با وجود اینکه منظور ما در اینجا دادن چشم اندازی مختصر از روابط انیشتین با حوادث بزرگ سیاسی آخرین سالهای زندگی او می‌باشد، باز هم اگر از دو موضوع اساسی یاد نکنیم همین چشم انداز هم ناقص خواهد بود. یکی از آنها نامه مشهور است که وی می‌بایست برای همکاری خود در شوروی سابق بفرستد و دوم شرح وقایعی است که در اوضاع و احوال فیزیکدانان آمریکایی ، خاصه دانشمندان اتمی ، در داخل مملکت خودشان تغییر بسیار ایجاد کرد. اکنون می‌توانیم بصورت شایسته‌تری همه آنچه را که گهگاه موجب تیره شدن پایان زندگی وی می‌شد مشاهده کنیم و سرانجام روز هجدهم آوریل ۱۹۵۵ بزرگترین دانشمند و متفکر قرن بیستم ، پیغمبر صلح و حامی و مدافع محنت دیدگان جهان ، مردی که احتمالأ همراه با ناپلئون و بتهوون مشهورتر از همه‌ مردان جهان بوده است، در شهر پرنیستون واقع در ممالک متحده آمریکای شمالی از زندگی و تفکر و مبارزه دست کشید و از دار دنیا رفت و در گذشت.
از سنگ اورانیوم تا بمب اتم
ساعت ۱:٠۳ ‎ب.ظ روز یکشنبه ۳٠ تیر ۱۳۸٧  
استخراج اورانیوم از معدن اورانیوم که ماده خام اصلی مورد نیاز برای تولید انرژی در برنامه های صلح آمیز یا نظامی هسته ای است، از طریق استخراج از معادن زیرزمینی یا سر باز بدست می آید. اگر چه این عنصر بطور طبیعی در سرتاسر جهان یافت میشود اما تنها حجم کوچکی از آن بصورت متراکم در معادن موجود است. هنگامی که هسته اتم اورانیوم در یک واکنش زنجیره ای شکافته شود مقداری انرژی آزاد خواهد شد. برای شکافت هسته اتم اورانیوم، یک نوترون به هسته آن شلیک میشود و در نتیجه این فرایند، اتم مذکور به دو اتم کوچکتر تجزیه شده و تعدادی نوترون جدید نیز آزاد میشود که هرکدام به نوبه خود میتوانند هسته های جدیدی را در یک فرایند زنجیره ای تجزیه کنند. مجموع جرم اتمهای کوچکتری که از تجزیه اتم اورانیوم بدست می آید از کل جرم اولیه این اتم کمتر است و این بدان معناست که مقداری از جرم اولیه که ظاهرا ناپدید شده در واقع به انرژی تبدیل شده است، و این انرژی با استفاده از رابطه E=MC۲ یعنی رابطه جرم و انرژی که آلبرت اینشتین نخستین بار آنرا کشف کرد قابل محاسبه است. اورانیوم به صورت دو ایزوتوپ مختلف در طبیعت یافت میشود. یعنی اورانیوم U۲۳۵ یا U۲۳۸ که هر دو دارای تعداد پروتون یکسانی بوده و تنها تفاوتشان در سه نوترون اضافه ای است که در هسته U۲۳۸ وجود دارد. اعداد ۲۳۵ و ۲۳۸ بیانگر مجموع تعداد پروتونها و نوترونها در هسته هر کدام از این دو ایزوتوپ است. برای بدست آوردن بالاترین بازدهی در فرایند زنجیره ای شکافت هسته باید از اورانیوم ۲۳۵ استفاده کرد که هسته آن به سادگی شکافته میشود. هنگامی که این نوع اورانیوم به اتمهای کوچکتر تجزیه میشود علاوه بر آزاد شدن مقداری انرژی حرارتی دو یا سه نوترون جدید نیز رها میشود که در صورت برخورد با اتمهای جدید اورانیوم بازهم انرژی حرارتی بیشتر و نوترونهای جدید آزاد میشود. اما بدلیل “نیمه عمر” کوتاه اورانیوم ۲۳۵ و فروپاشی سریع آن، این ایزوتوپ در طبیعت بسیار نادر است بطوری که از هر ۱۰۰۰ اتم اورانیوم موجود در طبیعت تنها هفت اتم از نوع U۲۳۵ بوده و مابقی از نوع سنگینتر U۲۳۸ است. فراوری سنگ معدن اورانیوم بعد از استخراج، در آسیابهائی خرد و به گردی نرم تبدیل میشود. گرد بدست آمده سپس در یک فرایند شیمیائی به ماده جامد زرد رنگی تبدیل میشود که به کیک زرد موسوم است. کیک زرد دارای خاصیت رادیو اکتیویته است و ۶۰ تا ۷۰ درصد آنرا اورانیوم تشکیل میدهد. دانشمندان هسته ای برای دست یابی هرچه بیشتر به ایزوتوپ نادر U۲۳۵ که در تولید انرژی هسته ای نقشی کلیدی دارد، از روشی موسوم به غنی سازی استفاده می کنند. برای این کار، دانشمندان ابتدا کیک زرد را طی فرایندی شیمیائی به ماده جامدی به نام هگزافلوئورید اورانیوم تبدیل میکنند که بعد از حرارت داده شدن در دمای حدود ۶۴ درجه سانتیگراد به گاز تبدیل میشود. هگزافلوئورید اورانیوم که در صنعت با نام ساده هگز شناخته میشود ماده شیمیائی خورنده ایست که باید آنرا با احتیاط نگهداری و جابجا کرد. به همین دلیل پمپها و لوله هائی که برای انتقال این گاز در تاسیسات فراوری اورانیوم بکار میروند باید از آلومینیوم و آلیاژهای نیکل ساخته شوند. همچنین به منظور پیشگیری از هرگونه واکنش شیمیایی برگشت ناپذیر باید این گاز را دور از معرض روغن و مواد چرب کننده دیگر نگهداری کرد. غنی سازی هدف از غنی سازی تولید اورانیومی است که دارای درصد بالایی از ایزوتوپ U۲۳۵ باشد. اورانیوم مورد استفاده در راکتورهای اتمی باید به حدی غنی شود که حاوی ۲ تا ۳ درصد اورانیوم ۲۳۵ باشد، در حالی که اورانیومی که در ساخت بمب اتمی بکار میرود حداقل باید حاوی ۹۰ درصد اورانیوم ۲۳۵ باشد. یکی از روشهای معمول غنی سازی استفاده از دستگاههای سانتریفوژ گاز است. سانتریفوژ از اتاقکی سیلندری شکل تشکیل شده که با سرعت بسیار زیاد حول محور خود می چرخد. هنگامی که گاز هگزا فلوئورید اورانیوم به داخل این سیلندر دمیده شود نیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش آن باعث میشود که مولکولهای سبکتری که حاوی اورانیوم ۲۳۵ است در مرکز سیلندر متمرکز شوند و مولکولهای سنگینتری که حاوی اورانیوم ۲۳۸ هستند در پایین سیلندر انباشته شوند. اورانیوم ۲۳۵ غنی شده ای که از این طریق بدست می آید سپس به داخل سانتریفوژ دیگری دمیده میشود تا درجه خلوص آن باز هم بالاتر رود. این عمل بارها و بارها توسط سانتریفوژهای متعددی که بطور سری به یکدیگر متصل میشوند تکرار میشود تا جایی که اورانیوم ۲۳۵ با درصد خلوص مورد نیاز بدست آید. آنچه که پس از جدا سازی اورانیوم ۲۳۵ باقی میماند به نام اورانیوم خالی یا فقیر شده شناخته میشود که اساسا از اورانیوم ۲۳۸ تشکیل یافته است. اورانیوم خالی فلز بسیار سنگینی است که اندکی خاصیت رادیو اکتیویته دارد و از آن برای ساخت گلوله های توپ ضد زره پوش و اجزای برخی جنگ افزار های دیگر از جمله منعکس کننده نوترونی در بمب اتمی استفاده میشود. یک شیوه دیگر غنی سازی روشی موسوم به دیفیوژن یا روش انتشاری است. دراین روش گاز هگزافلوئورید اورانیوم به داخل ستونهایی که جدار آنها از اجسام متخلخل تشکیل شده دمیده میشود. سوراخهای موجود در جسم متخلخل باید قدری از قطر مولکول هگزافلوئورید اورانیوم بزرگتر باشد. در نتیجه این کار مولکولهای سبکتر حاوی اورانیوم ۲۳۵ با سرعت بیشتری در این ستونها منتشر شده و تفکیک میشوند. این روش غنی سازی نیز باید مانند روش سانتریفوژ بارها و باره تکرار شود. راکتور هسته ای راکتور هسته ای وسیله ایست که در آن فرایند شکافت هسته ای بصورت کنترل شده انجام میگیرد. انرژی حرارتی بدست آمده از این طریق را می توان برای بخار کردن آب و به گردش درآوردن توربین های بخار ژنراتورهای الکتریکی مورد استفاده قرار داد. اورانیوم غنی شده ، معمولا به صورت قرصهائی که سطح مقطعشان به اندازه یک سکه معمولی و ضخامتشان در حدود دو و نیم سانتیمتر است در راکتورها به مصرف میرسند. این قرصها روی هم قرار داده شده و میله هایی را تشکیل میدهند که به میله سوخت موسوم است. میله های سوخت سپس در بسته های چندتائی دسته بندی شده و تحت فشار و در محیطی عایقبندی شده نگهداری میشوند. در بسیاری از نیروگاهها برای جلوگیری از گرم شدن بسته های سوخت در داخل راکتور، این بسته ها را داخل آب سرد فرو می برند. در نیروگاههای دیگر برای خنک نگه داشتن هسته راکتور ، یعنی جائی که فرایند شکافت هسته ای در آن رخ میدهد ، از فلز مایع (سدیم) یا گاز دی اکسید کربن استفاده می شود. برای تولید انرژی گرمائی از طریق فرایند شکافت هسته ای ، اورانیومی که در هسته راکتور قرار داده میشود باید از جرم بحرانی بیشتر (فوق بحرانی) باشد. یعنی اورانیوم مورد استفاده باید به حدی غنی شده باشد که امکان آغاز یک واکنش زنجیره ای مداوم وجود داشته باشد. برای تنظیم و کنترل فرایند شکافت هسته ای در یک راکتور از میله های کنترلی که معمولا از جنس کادمیوم است استفاده میشود. این میله ها با جذب نوترونهای آزاد در داخل راکتور از تسریع واکنشهای زنجیره ای جلوگیری میکند. زیرا با کاهش تعداد نوترونها ، تعداد واکنشهای زنجیره ای نیز کاهش میابد. حدودا ۴۰۰ نیروگاه هسته ای در سرتاسر جهان فعال هستند که تقریبا ۱۷ درصد کل برق مصرفی در جهان را تامین میکنند. از جمله کاربردهای دیگر راکتورهای هسته ای، تولید نیروی محرکه لازم برای جابجایی ناوها و زیردریایی های اتمی است. باز فراوری برای بازیافت اورانیوم از سوخت هسته ای مصرف شده در راکتور از عملیات شیمیایی موسوم به بازفراوری استفاده میشود. در این عملیات، ابتدا پوسته فلزی میله های سوخت مصرف شده را جدا میسازند و سپس آنها را در داخل اسید نیتریک داغ حل میکنند. در نتیجه این عملیات، ۱% پلوتونیوم ، ۳% مواد زائد به شدت رادیو اکتیو و ۹۶% اورانیوم بدست می آید که دوباره میتوان آنرا در راکتور به مصرف رساند. راکتورهای نظامی این کار را بطور بسیار موثرتری انجام میدهند. راکتور و تاسیسات باز فراوری مورد نیاز برای تولید پلوتونیوم را میتوان بطور پنهانی در داخل ساختمانهای معمولی جاسازی کرد. به همین دلیل، تولید پلوتونیوم به این طریق، برای هر کشوری که بخواهد بطور مخفیانه تسلیحات اتمی تولید کند گزینه جذابی خواهد بود. بمب پلوتونیومی استفاده از پلوتونیوم به جای اورانیوم در ساخت بمب اتمی مزایای بسیاری دارد. تنها چهار کیلوگرم پلوتونیوم برای ساخت بمب اتمی با قدرت انفجار ۲۰ کیلو تن کافی است. در عین حال با تاسیسات بازفراوری نسبتا کوچکی میتوان چیزی حدود ۱۲ کیلوگرم پلوتونیوم در سال تولید کرد. کلاهک هسته ای شامل گوی پلوتونیومی است که اطراف آنرا پوسته ای موسوم به منعکس کننده نوترونی فرا گرفته است. این پوسته که معمولا از ترکیب بریلیوم و پلونیوم ساخته میشود، نوترونهای آزادی را که از فرایند شکافت هسته ای به بیرون میگریزند، به داخل این فرایند بازمی تاباند. استفاده از منعکس کننده نوترونی عملا جرم بحرانی را کاهش میدهد و باعث میشود که برای ایجاد واکنش زنجیره ای مداوم به پلوتونیوم کمتری نیاز باشد. برای کشور یا گروه تروریستی که بخواهد بمب اتمی بسازد، تولید پلوتونیوم با کمک راکتورهای هسته ای غیر نظامی از تهیه اورانیوم غنی شده آسانتر خواهد بود. کارشناسان معتقدند که دانش و فناوری لازم برای طراحی و ساخت یک بمب پلوتونیومی ابتدائی، از دانش و فنآوری که حمله کنندگان با گاز اعصاب به شبکه متروی توکیو در سال ۱۹۹۵ در اختیار داشتند پیشرفته تر نیست. چنین بمب پلوتونیومی میتواند با قدرتی معادل ۱۰۰ تن تی ان تی منفجر شود، یعنی ۲۰ مرتبه قویتر از قدرتمندترین بمبگزاری تروریستی که تا کنون در جهان رخ داده است. بمب اورانیومی هدف طراحان بمبهای اتمی ایجاد یک جرم فوق بحرانی ( از اورانیوم یا پلوتونیوم) است که بتواند طی یک واکنش زنجیره ای مداوم و کنترل نشده، مقادیر متنابهی انرژی حرارتی آزاد کند. یکی از ساده ترین شیوه های ساخت بمب اتمی استفاده از طرحی موسوم به “تفنگی” است که در آن گلوله کوچکی از اورانیوم که از جرم بحرانی کمتر بوده به سمت جرم بزرگتری از اورانیوم شلیک میشود بگونه ای که در اثر برخورد این دو قطعه، جرم کلی فوق بحرانی شده و باعث آغاز واکنش زنجیره ای و انفجار هسته ای میشود. کل این فرایند در کسر کوچکی از ثانیه رخ میدهد. جهت تولید سوخت مورد نیاز بمب اتمی، هگزا فلوئورید اورانیوم غنی شده را ابتدا به اکسید اورانیوم و سپس به شمش فلزی اورانیوم تبدیل میکنند. انجام این کار از طریق فرایندهای شیمیائی و مهندسی نسبتا ساده ای امکان پذیر است. قدرت انفجار یک بمب اتمی معمولی حداکثر ۵۰ کیلو تن است، اما با کمک روش خاصی که متکی بر مهار خصوصیات جوش یا گداز هسته ای است میتوان قدرت بمب را افزایش داد. در فرایند گداز هسته ای ، هسته های ایزوتوپهای هیدروژن به یکدیگر جوش خورده و هسته اتم هلیوم را ایجاد میکنند. این فرایند هنگامی رخ میدهد که هسته های اتمهای هیدروژن در معرض گرما و فشار شدید قرار بگیرند. انفجار بمب اتمی گرما و فشار شدید مورد نیاز برای آغاز این فرایند را فراهم میکند. طی فرایند گداز هسته ای نوترونهای بیشتری رها میشوند که با تغذیه واکنش زنجیره ای، انفجار شدیدتری را بدنبال می آورند. اینگونه بمبهای اتمی تقویت شده به بمبهای هیدروژنی یا بمبهای اتمی حرارتی موسومند.
اجسام به هم نمی رسند
ساعت ۱٢:٥٤ ‎ب.ظ روز یکشنبه ۳٠ تیر ۱۳۸٧  
ریاضیلت یک علم مطلق است برعکس علم فیزیک که بیشتر بر آنچه ما در می یابیم استوار می باشد . همان طور که همه ما می دانیم در علم ریاضیات از هر فاصله کوتاهی ، فاصله کوتاه تری نیز وجود دارد . مثلا اگر نقطه ای به صورت مداوم در جهت خلاف محور X ها حرکت کند ، با گذشت زمان مقداری را که نقطه بر روی محور X ها نشان میدهد کمتر و کمتر خواهد شد . درست مانند قضایای حد و پیوستگی که نقطه X به سمت صفر میل داده می شود . حال یک سوال باقی مانده : چگونه با وجود اینکه از هر فاصله کوچکی ، فاصله کوتاه تری هم هست ، اجسام موجود به یکدیگر می رسند و یا بهتر بگویم شما با حرکت به طرف یک جسم به آن می رسید . و یا وقتی سنگی به طرف شیشه پرتاب می شود ، منجر به شکستن شیشه می شود . مگر نباید همواره فاصله اندکی میان این دو باقی بماند . این مسئله بسیار ساده به نظر میرسد و در نگاه اول همگی عنوان می کنند که مفهومی ندارد . یکبار دیگر بررسی کنیم : در راستای رسیدن به هم دو جسم در حال حرکتند و فاصله مابین آنها لحظه به لحظه کاهش می یابد . با وجود اینکه می دانیم از هر فاصله کوچکی فاصله کوچکتری هم هست باز انتظار داریم که این دو جسم به یکدیگر برسند . بیایید خارجی ترین نقطه دو جسم که به یکدیگر نزدیک ترند را در نظر بگیریم . حرکت آغاز شده و فاصله هر لحظه کاهش می یابد به قدری فاصله کم شده که خارجی ترین اتم اجسام در نظر گرفته شده ولی باز این دو هم نباید به هم برسند . یک تضاد کامل میان مشاهده و علم . صراحتا باید اعلام کرد که در هستی رسیدن مطلق وجود ندارد . به عبارت دیگر اجسام هرگز به هم نمی رسند . اطراف تمام جرم های هستی هاله ای وجود دارد که می توان از آن به نیروی حریم یاد کرد این حاله دارای مرز نمی باشد بلکه به مثال مه که از روی دریاچه به طرف ساحل غلظت آن کم می شود ، خواهد بود . اجسام در نزدیک شدن به یکدیگر با در هم رفتن این نیروی حریم و افزایش دافعه ، برای ما رسیدن دو جسم را توجیه می کنند . در مثال هایی که باعث شکست مولکولی می شود مانند شکستن شیشه توسط سنگ ، به دلیل نفوذ نیروی دافعه حریم سنگ به دافعه حریم شیشه ، عمل شکستن شیشه به وقوع می پیوندد . مهمترین قسمت این جاست که ما باید بدانیم این نیرو دارای برد کوچکتری از نیروهای چسبندگی سطحی می باشند . همانطور که می دانیم این نیرو ها باعث چسبندگی اجسام در موارد خاص به هم می شوند . کسی قادر به درک این مقاله بوده که اکنون بپرسد اگر برای رسیدن دو جسم به هم یک میزان نفوذ دو نیروی حریم در یکدیگر نیاز باشد ، همین مقدار نفوذ هم خودش دارای مرزی می باشد که قضیه فاصله در اینجا هم با ید صدق کند و ما هرگز به مرز نفوذ کافی نخواهیم رسید ؟ مسئله بسیار مهمتر از این مقاله آن است که هر وقت دو حد داشته باشیم ، که یکی مرتبا کاهش یابد ( فاصله میان دو جسم از بی نهایت به طرف صفر نزول میکند ) و یکی دیگر مرتبا افزایش یابد ( مقدار دافعه نیروی حریم از صفر به سمت بی نهایت ،که همان شکستن است صعود کند.( در این لحظه باشکوه است که عددی وجود دارد که دو حد در آن عدد به هم میرسند . و این نقطه عطف ریاضیات با فیزیک خواهد بود . ولی باز هرگز نباید گفت دو جسم به هم رسیده اند .
فیزیک روشنگر جهان
ساعت ۱٢:٥٠ ‎ب.ظ روز یکشنبه ۳٠ تیر ۱۳۸٧  
اکنون ۱۰۰ سال از زمانی که اینشتین ۵ مقاله را منتشر کرد، می گذرد. او جایزه نوبل را دریافت کرد و از معروف ترین معادله علمی دنیا پرده برداشت و فیزیک را در مسیری قرار داد که تا امروز همچنان دنبال می شود. یک قرن پیش نظریه های اینشتین پیشرفت های جدید ماموریت های فضایی را به وجود آورد. اکنون ماهواره ای با نام کاوشگر گرانش B که ۶۵۰ کیلومتری بالای زمین می گردد به دنبال پیداکردن تاثیرات پیچیده ای است که نظریه نسبیت اینشتین پیش بینی کرده است. کشف این تاثیرها نیازمند دقتی بی نظیر است. چرخنده های ابزار ژیروسکوپ ماهواره بهترین گوی هایی هستند که تاکنون به دست بشر ساخته شده اند. این ماموریت آخرین مدرکی است که نشان می دهد جست وجو به دنبال مسیر اینشتین هرگز پایان نمی یابد. اکنون ۱۰۰ سال از زمانی که اینشتین ۵ مقاله را منتشر کرد، می گذرد. او جایزه نوبل را دریافت کرد و از معروف ترین معادله علمی دنیا پرده برداشت و فیزیک را در مسیری قرار داد که تا امروز همچنان دنبال می شود. کار اینشتین در کنار پیشرفت های پی درپی در مکانیک کوانتوم، در کشف های علمی شکوفا شد که از بسیاری جهات زندگی عادی را تحت تاثیر قرار می دهد. «استفن بنکا» (S.Benka) سردبیر مجله فیزیکس تودی (Physics Today) می گوید: «اکنون دوران طلایی فیزیک است. فیزیک نه تنها ما را از جهان طبیعت آگاه می کند، بلکه زندگی بشر را نیز در بسیاری از موارد کاربردی تحت تاثیر قرار می دهد. برای مثال با استفاده از شبکه هشدار دهنده سونامی به سرعت در مورد زمین و سیستم های فیزیکی آن اطلاعات کسب می کنیم.» به گفته وی: «حوزه زیست شناسی نیز به وسیله فیزیک روشن تر می شود.» وی می گوید: حتی جنبه های پیچیده فیزیک کوانتوم استفاده کاربردی به شکل کدهای غیرقابل شکست (hard*to*break) دارد که از اطلاعات بانکی آن لاین محافظت می کند. دیگر جنبه های فیزیک بیشتر به صورت نظریه باقی مانده است: امکان وجود بعدهای بیشتر، رمزگشایی دینامیک فیزیکی سیستم های پیچیده و به شدت غیرقابل پیش بینی مثل وضعیت آب و هوای زمین. در سال ۱۹۰۵ پنج مقاله اینشتین نشان داد که چطور به طور قطعی می توان وجود اتم را ثابت کرد. موضوع وجود یا عدم وجود اتم حتی تا صد سال پیش هم موضوع بحث برانگیزی بود. اینشتین نشان داد که نور از قسمت های مجزا به اسم فوتون تشکیل شده است و دیدگاه ما را نسبت به فضا و زمان برای همیشه تغییر داد. این دستاوردها برای فرد ۲۶ ساله ای که به تازگی دکترای خود را گرفته و در اداره ثبت اختراعات سوئیس کار می کند، چندان هم بد نیست. یکی از این مقاله های شگفت انگیز که شهرت کمتری دارد در مورد پرسشی است که هزاران سال است برای مشاهده کنندگان به صورت معما باقی مانده است. چرا ذرات غبار در هوا و ذرات شن در آب به صورت نامرتب می چرخند؟ گیاه شناسی به نام رابرت براون این پدیده را در سال ۱۸۲۷ بررسی کرد و بعد از آن فیزیکدانان آن را «حرکت براونی» نامگذاری کردند. اینشتین علت این حرکت را برخورد ذرات با مولکول ها دانست. او نشان داد این حرکت چگونه محاسبه می شود و چند مولکول به یک ذره شن ضربه می زنند و با چه سرعتی حرکت می کنند. ژان پرن (Jean Perrin) فیزیکدان فرانسوی از دیدگاه اینشتین برای انجام چند آزمایش استفاده کرد و یک بار برای همیشه وجود اتم و مولکول را ثابت کرد. این کارش جایزه نوبل را برای او به ارمغان آورد. ایده اصلی اینشتین که در سال ۱۹۰۵ منتشر شد این بود که نور ذره ای است که مانند موج رفتار می کند. این ایده به اثر فتوالکتریک مربوط می شود. در این اثر نور به مواد خاصی می تابد و جریان الکتریکی ایجاد می کند. سلول های فتوالکتریک که برای بازکردن در سوپرمارکت استفاده می شود از همین اثر استفاده می کند. اینشتین در توضیح این پدیده گفت نور مجموعه ای از ذرات به نام فوتون است و انرژی آنها تنها بستگی به رنگ نور دارد. او برای این دیدگاه جایزه نوبل دریافت کرد. این کشف همچنین راه را برای گسترش علم فیزیک کوانتوم باز کرد. بسیاری از فیزیکدانان به دیدگاه های نسبیت توجه می کنند که در سال ۱۹۰۵ ارائه شد. پیامدهای بعدی بزرگترین دستاورد او بودند. استیون واینبرگ (Steven Weinberg) فیزیکدان دانشگاه تگزاس و برنده جایزه نوبل می گوید: همه ما تصوری از فضا و زمان داریم که در ما ایجاد شده است. این چیزی است که اینشتین خلاف آن را ثابت کرد. او برای اولین بار نشان داد فضا و زمان بخشی از فیزیک است نه متافیزیک. نیوتن و فیزیکدانان بعد از او فضا و زمان را اساساً مطلق در نظر گرفتند. فرض می شد که فضا و زمان برای تمام مشاهده کنندگان یکسان است. هیچ کس هم در مورد صحت این فرض شک نکرد. اما اینشتین گفت قانون های طبیعت و سرعت نور مطلق هستند و برای تمام مشاهده کنندگانی که به طور ثابت و وابسته به هم در حرکت هستند یکسان است. مشاهده کنندگانی که با سرعت های متفاوت درحرکتند بعدهای فرازمانی کسب کرده و ساعت شان با سرعت متفاوتی کار می کند. این اصول مهم پیامدهای مهمی دارند این پیامدهای مهم را که اینشتین مهم ترین دستاورد زندگی اش می داند، مشهورترین معادله فیزیک است: E=mc۲. این معادله نشان می دهد جرم ماده و انرژی هم ارز هستند. این نظریه موجب پیشرفت بمب اتمی و نیروگاه های هسته ای شد. بعد از آن اینشتین اصل هم ارزی نسبیت را اضافه کرد و نظریه خود را با افزودن گرانش به آن گسترش داد. او فرض کرد وقتی به جسمی نیرویی وارد می شود جرمی که شتاب را تعیین می کند و جرمی که بر اثر جاذبه به وجود می آید یکسان هستند. در این نظریه گرانش کشش بین اجسام نیست. به همین شیوه است که جرمی مثل زمین فضا را تغییر می دهد و بر سرعت حرکت ساعت تاثیر می گذارد. امروزه کاوشگر گرانش B مسیر منحنی ای را در فضا طی می کند که توسط جرم زمین تولید شده است. هیچ نیروی گرانشی آن را در فضا نگه نداشته است و آن فقط مسیر مشخص را طی می کند. ماهواره ای به دقت حرکت های آن را دنبال می کند تا دریابیم آیا با پیش بینی های اینشتین مطابقت دارد یا خیر؟ اینشتین همچنین پیش بینی کرد که چرخش زمین فضا را به دور خود می کشد. این پدیده پیش از این فقط یک بار مشاهده شده بود. دانشمندان امیدوارند کاوشگر گرانش B دقت مشاهده را نسبت به آزمایش های قبلی تا ده برابر افزایش دهد.
جدال فیزیک و متافیزیک
ساعت ۱٢:٤۱ ‎ب.ظ روز یکشنبه ۳٠ تیر ۱۳۸٧  
اغلب در زندگی روزمره خود ملاحظه می‌کنیم که در اثر وجود یک ناسازگاری بین ذهن ما و جهان خارج ، نظریات عجیب و غریبی اظهار می‌کنیم. این نظریه پردازی از سرشت مبهم و ناموزون ما ناشی می‌شود. البته باید توجه داشته باشیم که نظریه پردازی علمی چیزی کاملا متفاوت از این موردی است که اشاره شد. در نظریه پردازی علمی ، انسان به صورت مستقیم با جهان خارج درگیر می‌شود و ذهن در مواجهه مستقیم با آن آزاد است و لذا جهان در حکم فاعل و ذهن در حکم منفعل می‌باشد. اما در نظریه پردازی که ما اشاره کردیم، جای این دو عوض می‌شود. در علم فلسفه از این نوع نظریه پردازیها عموما تحت عنوان متافیزیک یاد می‌شود. اگر تاریخ علم را مرور کنیم، ملاحظه می‌کنیم که همواره از روزگارهای قدیم رابطه بین علم و فلسفه ، خصوصا بین فیزیک و متافیزیک در نوسان بوده است. به عنوان مثال در زمان گالیله به دلیل حکومت افکار ارسطویی ، دانشمندان در ارائه نظریات علمی با مشکلات بسیاری مواجه بوده‌اند. اما تاریخ فلسفه ، مخصوصا بعد از دکارت تحولاتی در این زمینه پدیدار شد. فلسفه بعد از دکارت فلسفه‌ای است که نقش علوم تجربی ، خصوصا فیزیک را در براندازی نظامهای فلسفی مهم می‌داند. مثلا نظریه‌هایی در باب زمان و مکان و حرکت که توسط نیوتون ارائه گردید، در فلسفه نیز تاثیر گذار بودند. به همین ترتیب در اوایل قرن بیستم نظریه نسبیت عام انیشتین طلوع کرد که برداشتی بدیع و متفاوت از زمان و مکان و حرکت ارائه داد و تاثیرات دیگری را در حوزه فلسفه به همراه داشت. در این دوران فیلسوف ذهن خود را در برابر جهان خارج و تاثیرات آن منعطف می‌گرداند. بنابراین متافیزیک نیز جنبه‌های واقع بینانه اندیشیدن را مد نظر قرار می‌دهد. پس در این دوران فیلسوف شخصی واقع گرا است که ذهن خود را از دام وسوسه‌های تخیل رهانیده و به جهان مانند یک پدیده عینی و نه ذهنی نگاه می‌کند و لذا تعجب او و طرح پرسشهایش راهگشای علوم تجربی است و دیگر علم تجربی را کفر و عالم تجربی را کافر نمی‌پندارد. رابطه فیزیک و متافیزیک در قرن بیستم پس از اینکه آراء اعضای حلقه وین ، همچون پتکی سخت و سنگین بر سر متافیزیک رایج فرود آمد و آن را بی‌معنی اعلام داشت، حریف دیرینه و سر سخت حلقه وین ، کارل ریموند پوپر بر آن شد تا متافیزیک را دوباره احیا نماید. در قرن بیستم ما شاهد تحدید میان علم خصوصا فیزیک و متافیزیک هستیم. علم گزینه با معنای فعالیتهای دانشمندان تجربی بوده و متافیزیک امری نظری و بی‌معنا است که سرگرمی عمده فلاسفه مدرسی است. این تحدید همواره به صورتهای گوناگون مطرح شده است. حتی می‌توان در نظریات ویتگنشتاین نیز رد پاهای آن را یافت. او در رساله خود گزاره‌های متافیزیکی را بی‌معنی دانسته و در پژوهشهای فلسفی که خود ردی است بر رساله منطقی- فلسفی جانب معنا را گرفته و باز رای پیشین خود را حفظ می‌کند. اما از نظر دانالد گیلیس در کتاب فلسفه علم در قرن بیستم ، ویتگنشتاین مرتکب اشتباهی فاحش شده است. او از ریاضیات محض مثال می‌زند که در یک فعالیت و پژوهش کاملا نظری و فارغ از تجربه شکل می‌گیرد و بعد در فیزیک بکاربرده می‌شود و پس از آنکه فرضیه‌ای ارائه شد، در عمل مورد آزمون واقع می‌شود و اگر از آزمون به سلامت بیرون آمد ثبت می‌گردد. آیا مفاهیم و یافته‌های ریاضیات محض قبل از اینکه در فیزیک الهام گر فرضیه‌ای جدید باشند، بی‌معنی هستند؟ حال و روز گزاره‌های متافیزیکی نیز این چنین است. پوپر در کتاب منطق اکتشاف علمی ، فصلی را به رابطه میان علم و متافیزیک اختصاص داده است. او مثالهای فراوانی را در دفاع از متافیزیک ارائه می‌کند. به عنوان مثال نظریه اتمی در زمان متفکران قبل از سقراط مثل لوکیپوس و ذیمقراطیس یک مورد کاملا متافیزیکی بود. اما همین نظریه که جنبه متافیزیکی داشت، در ابتدای قرن نوزدهم توسط دالتون برای حل برخی مسائل در شیمی بکار گرفته شد. پس از آن در اواسط قرن نوزدهم ، ماکسول آن را در نظریه جنبشی گازها وارد ریاضی فیزیک کرد. این مثال خود دلیل محکمی بر معنی‌دار بودن گزاره‌های متافیزیکی است. عقیده پوزیتیویسم اساس پیدایش پوزیتیویسم منطقی به قرن بیستم و به حلقه وین و اعضای فعال و انقلابی آن بر می‌گردد. حلقه وین عبا رت از جلسات هفتگی عده‌ای فیزیکدان و ریاضیدان بود که راجع به مسائل فلسفی به بحث و تبادل نظر می‌پرداختند. از جمله این افراد می‌توان به شلیک ، نویرات ، وایزمن ، هانس هان ، هربرت فایگل و برخی دیگر اشاره کرد. پس از اینکه آرا و عقاید اعضای حلقه انتشار یافت، دانشمندان و فلاسفه دیگری از جمله کارناپ و گودل نیز بدان گرویدند. کارناپ بعدها در سال ۱۹۲۶ یکی از تاثیر گذارترین پوزیتیویست‌های منطقی شد. نشریه شناخت ، مجموعه‌ای بود که مقالات پوزتیویست‌ها را منتشر می‌ساخت. پوزیتیویسم منطقی بر پایه سه اصل عقیدتی عمده قرار دارد که شامل تمایز میان تحلیل و ترکیب ، اصل تحقیق پذیری ، برنهاد فرو کاستی و نقش مشاهده است. سخن آخر البته آنچه ارائه شد مجومه‌ای از مطالبی است که افراد گوناگون در باب فیزیک و متافیزیک ارائه دادند. شاید کم نباشند تعداد فیزیکدانانی که مسائل متافیزیکی کاملا پذیرفته و به آن اعتقاد دارند. اما آنچه مهم است، یاد آوری این دو مطلب است که اولا اظهار نظر قطعی در این باب مستلزم داشتن اطلاعات بسیار وسیع و گسترده از هر دو مورد می‌باشد. و شخص باید هم در زمینه فیزیک و هم در زمینه متافیزیک صاحب نظر باشد تا بتواند نظری قاطع و راسخ در این باب داشته باشد. نکته دیگر این که اگر ذهن و علم ما قادر به توجیه برخی رویدادها نیست، دلیلی برای رد آن وجود ندارد. چه بسا در تاریخ علم موارد متعددی وجود داشته است که در زمان مطرح شدن به دلیل ناقص بودن علم بشری ، دانشمندان قادر به قبول آنها نبوده‌اند. اما پیشرفت علم در زمانهای بعد این مورد را به اثبات رسانده است.
معرفی کامل رشته فیزیک
ساعت ٦:۱٠ ‎ب.ظ روز پنجشنبه ٢٧ تیر ۱۳۸٧  

معرفی کامل رشته فیزیک

در معرفی علم فیزیک دکتر پروین استاد فیزیک دانشگاه امیرکبیر می‌گوید: «فیزیک علم زندگی و اصلا علم حیات است» . و یا دکتر منیژه رهبر استاد فیزیک دانشگاه تهران معتقد است هر چیزی که در اطراف خویش می‌بینیم به فیزیک ربط پیدا می‌کند. همچنین پاسخ به بسیاری از سوالهایی را که همیشه ذهن بشر به آن مشغول بوده است به وسیله علم فیزیک می‌توان داد. مثل این که دنیا چگونه بوجود آمده است؟ از چه تشکیل شده و کوچکترین جزء آن چیست؟

در کل می‌توان گفت که جهان در بزرگترین مقیاس تا ریزترین مقیاس در ارتباط با علم فیزیک می‌باشد.

یکی دیگر از استادان دانشگاه نیز فیزیک را دانش کشف و استفاده عملی از قوانین و روابط حاکم بر پدیده‌های طبیعی می‌نامد که مبنای این دانش بر تجربه و آزمایش استوار است.

ماهیت :

رشته فیزیک در حد لیسانس عبارت است از فیزیک دبیرستانی به اضافه فیزیک قرن بیستم . از سوی دیگر می‌توان گفت که فیزیک در حد لیسانس مفاهیم فیزیکی دبیرستانی را عمیق‌تر کرده و طرز برخورد با مسائل فیزیکی را آموزش می‌دهد».

دکتر پروین نیز می‌گوید: «فیزیک دانشگاهی بر پایه کتاب فیزیک هالیدی و برخی کتب دیگر که به زمینه‌های فیزیک مدرن می‌پردازد، قرار گرفته است یعنی به نظر من اگر کسی مطالبی را که در فیزیک هالیدی نوشته شده است به درستی بفهمد باید به او لیسانس فیزیکش را بدهند».

گرایش‌های مقطع لیسانس

رشته فیزیک در دوره کارشناسی دارای ۵ گرایش اتمی مولکولی ، هسته‌ای ، حالت جامد ، هواشناسی و نجوم است (البته فیزیک دارای گرایش دبیری نیز هست که ما در اینجا به بررسی آن نمی‌پردازیم چرا که گرایش دبیری به عنوان یک گرایش تخصصی در علم فیزیک مطرح نمی‌باشد) که تعداد واحدهای تخصصی هر یک از این گرایش‌ها در دوره کارشناسی بسیار محدود است و به همین دلیل گرایش‌های فوق در این دوره تفاوت محسوسی با یکدیگر ندارند.

برای اطلاع هرچه بیشتر به معرفی اجمالی هر یک از گرایشهای این دوره می‌پردازیم.

گرایش اتمی - مولکولی

فیزیک اتمی- مولکولی که مربوط به فیزیک جدید است از زمانی متولد شد که دانشمندان متوجه شدند کوچکترین جزء در طبیعت اتم نیست بلکه اتم از اجزای کوچکتری به نام الکترون‌ها و هسته تشکیل شده است. یعنی اتم از هسته‌ای تشکیل شده است که الکترون ‌هایی در اطراف آن می‌گردند.

دکتر منیژه رهبر استاد فیزیک دانشگاه تهران در ادامه سخنان خویش می‌گوید: «در این میان فیزیک اتمی به بررسی نقل و انتقال‌های الکترون‌های اطراف هسته می‌پردازد و خواص آنها را مورد بررسی قرار می‌دهد. یعنی ما در فیزیک اتمی کاری به این نداریم که هسته از چه تشکیل شده است بلکه هسته برایمان مرکزی با بار مثبت است و بیشتر توجه ما جلب الکترون‌های اطراف هسته می‌شود».

دکتر هوشنگ روحانی‌زاده استاد فیزیک دانشگاه تهران نیز در معرفی فیزیک اتمی می‌گوید: «اگر ما بپذیریم که در کل، علم فیزیک به دو بخش دنیای بزرگ و دنیای کوچک تقسیم می‌شود. دنیای بزرگ فیزیک ، مربوط به دنیای روزمره است و در آن حرکت اتومبیل‌ها، موشک، ماهواره و در کل تمام حرکاتی که می‌بینیم مورد بررسی قرار می‌گیرد، فیزیک اتمی به دنیای بی‌نهایت کوچک‌ها برمی‌گردد چرا که ما در فیزیک‌اتمی به بررسی ساختار ذره‌ای به نام اتم می‌پردازیم و این که اتم چگونه تشکیل شده و چه ویژگی‌هایی دارد؟»

گرایش فیزیک هسته‌ای

دکتر رهبر در معرفی فیزیک هسته‌ای می‌گوید: «در فیزیک هسته‌ای، خود هسته، مورد مطالعه قرار می‌گیرد یعنی متخصصان و دانشمندان بررسی می‌کنند که هسته از چه تشکیل شده و چه نیروهایی بین اجزای هسته حکمفرما است و در نتیجه واکنش‌های انجام شده،‌ چقدر انرژی آزاد می‌گردد؟»

دکتر دویلو نیز در معرفی این گرایش می‌گوید: « انرژی هسته‌ای و رادیوایزوتوپ ‌ها مسائلی هستندکه در فیزیک هسته‌ای مورد بررسی قرار می‌گیرد».

فیزیک حالت جامد

گرایش حالت جامد مربوط به سیستم‌های بس ذره‌ای مخصوصا جامدات است.

سامان مقیمی عراقی در ادامه می‌گوید: «ابتدایی‌ترین کار در این گرایش بررسی بلورهای جامدات و خواص اپتیک ی ، مکانیک ی، الکتریکی و صوتی امواج ی است که در آن منتشر می‌شود که این بررسی منجر به پدیده‌های مختلفی مثل ابر رسانایی، نیم رسانایی و یا پخش و انتقال گرما می‌گردد.»

دکتر پروین نیز می‌گوید: «مطالعه دانش مربوط به کریستال‌ها و ویژگی‌های فیزیکی آنها به گرایش حالت جامد بر می‌گردد.»

گرایش هواشناسی

دو گرایش نجوم هواشناسی بسیار محدودتر از سه گرایش اتمی - مولکولی، هسته‌ای و حالت جامد ارائه می‌شود. برای مثال در سال تحصیل ۷۹-۷۸ گرایش هواشناسی تنها در دانشگاه هرمزگان ارائه شده و گرایش نجوم اصلا ارائه نشده است.

اما در معرفی این گرایش سامان مقیمی عراقی می‌گوید:

«گرایش هواشناسی ، اطلاعات پایه‌ای و متنوعی درباره انواع پدیده‌های جوی و برخورد علمی با آنها ارائه می‌دهد و همچنین با مطالعه دینامیک وضعیت هوا می‌توان بررسی کرد که شرایط هوا چگونه تغییر کرده و چه پارامترهایی برای ایجاد این تغییر لازم است؟»

گرایش نجوم

سه بخش اصلی این گرایش را نجوم رصدی، اخترشناسی و کیهان‌شناسی تشکیل می‌دهد.

سامان مقیمی عراقی در ادامه می‌گوید: «در بخش نجوم که جنبه مشاهداتی دارد، پدیده‌های مختلف نجومی را رصد و ثبت کرده و سپس از آنها عکس گرفته و طیف آنها را می‌سنجد.

در اخترشناسی جنبه نظری دارد وضعیت ستارگان مورد مطالعه قرار می‌گیرد یعنی بررسی می‌شود که هر ستاره در چه مرحله‌ای قرار دارد و چه اتفاقاتی برایش رخ می‌دهد؟

بخش کیهان‌شناسی با این که زیاد جنبه نجومی ندارد اما به هرحال پیشرفتش را مدیون علم نجوم است. به این معنی که مدل‌های مختلف کیهان‌شناسی باید با داده‌های رصدی مطابقت کند.» گفتنی است که این کیهان‌شناسی به صورت کلاسیک به چگونگی ایجاد جهان و تشکیل ساختارهای کهکشانی مانند خوشه‌ها و ابر خوشه‌ها می‌پردازد.

آینده شغلی ، بازار کار، درآمد

امروزه اگر کشوری بخواهد پیشرفت کند باید پژوهش کند و چیزهای جدیدی بسازد. اگر بخواهد پژوهش کند باید به آزمایشگاهها برود و اگر بخواهد در آزمایشگاهها کار کند،‌ احتیاج به تیم علمی دارد و در یک تیم علمی نیز همیشه متخصصان شاخه‌های مختلف فیزیک حضور دارند چون هر کاری که بخواهیم انجام بدهیم باید بنیان فیزیکی داشته باشد.

دکتر پروین در ادامه می گوید: «برای مثال اگر بخواهیم یک دستگاه الکتریکی بسازیم اول باید بدانیم چه قوانین فیزیکی بر آن حاکم است و بعد از شناخت آن قوانین، می‌توان دستگاه مورد نظر را با استفاده از فن و هنر ساخت.

«اگر کسی فیزیک را خوب خوانده باشد در سازمانهای مختلف کشور از قبیل صداوسیما، برنامه و بودجه، مخابرات و همچنین در صنایع مختلف مفید واقع شده و موفق می‌گردد. چون دانشجویان فیزیک مطلب مختلفی از قبیل الکتریسیته و مکانیک می‌خوانند و در زمینه‌های مختلف دید وسیعی پیدا می‌کنند.»

آقای صحبت‌زاده دانشجوی دکتری فیزیک دانشگاه شهید بهشتی در مورد موقعیت‌های شغلی فارغ‌التحصیلان فیزیک می‌گوید: «فارغ‌التحصیلان این رشته در حد کارشناسی می‌توانند در صنعت مخابرات و ارتباطات ، نیروگاههای هسته‌ای ، مراکز تولید قطعات غیرهادی و سلول‌های خورشیدی، صنایع تولید و نگهداری لیزر در صنعت، پزشکی و نظامی و سازمان انرژی اتمی فعالیت کنند.»

داریوش شیرازی فارغ‌التحصیل این رشته نیز می‌گوید: «اگر کسی به امید به دست آوردن یک موقعیت شغلی مناسب، واردرشته فیزیک بشود، باید بداند که در انتها فقط یک مدرک لیسانس به دست خواهد آورد. برای این که رشته‌های علوم پایه و از جمله فیزیک در جامعه ما موقعیت کاری مناسبی ندارند و در نهایت اگر شانس داشته باشند جذب کلاسهای تقویتی و خصوصی می‌شوند.»

البته این در مورد دانشجویانی صدق می‌کند که رشته فیزیک انتخاب چهل یا سی به بعد آنها بوده است و در واقع به امید این که فقط در دانشگاه پذیرفته شوند این رشته را انتخاب کرده‌اند وگرنه دانشجویانی که با علاقه و دقت و تامل بسیار این رشته را انتخاب کرده‌اند حتی به صورت خصوصی نیز در این رشته فعالیت می‌کند. برای مثال یکی از فارغ‌التحصیلان این رشته کارگاهی برای ساخت وسایل اپتیکی دایر کرده است و یا تعدادی از فارغ‌التحصیلان با شرکت ایران خودرو برای بعضی از پروژه‌های این شرکت قرارداد بسته‌اند چون دانشجویان این رشته یاد می‌گیرند با مسائلی که در پیش رویشان قرار می‌گیرد براحتی برخورد کرده و مدل‌ ساده‌ای برای حل مسائل ارائه بدهند.

توانایی‌های مورد نیاز و قابل توصیه:

اسماعیلیان دانشجوی دکتری فیزیک هسته‌ای دانشگاه شهید بهشتی می‌گوید: «فیزیک منهای ریاضی یعنی صفر به همین دلیل دانشجویان این رشته باید از نظر ریاضیات در سطح بسیار بالایی باشند.»

سامان مقیمی عراقی نیز معتقد است که دانشجوی این رشته باید به فیزیک علاقه‌مند باشد به این معنی که از آنچه یاد گرفته است بتواند در زندگی روزمره خویش استفاده کند.

برای مثال با توجه به معلومات فیزیک دبیرستانی خود بررسی کند که آبی که از شیر آب می‌ریزد چرا به تدریج باریک می‌شود و سطح مقطع آن در این هنگام به چه حدی می‌رسد؟

بی‌شک عواملی که باعث شد نیوتن با افتادن سیب پی به قانون جاذبه ببرد، کنجکاوی مفرط، صبر و بردباری، مطالعه و آزمایش‌های مستمر و قدرت تحلیلی همراه با تفکر فراوان بود که با مشاهده پدیده‌های تکراری و عادی زندگی روزمره قوانینی را کشف کرد.

دکتر منیژه رهبر در این باره می‌گوید: «برخلاف رشته‌های مهندسی که با اتفاقات علمی کار دارند در رشته‌های علوم پایه از جمله فیزیک به چگونگی پیش‌آمدهای علمی توجه می‌کنند و در واقع به دنبال یافتن دلایل و چرایی هر پدیده یا اتفاق هستند و به همین دلیل بچه‌هایی که مستعد،‌ باهوش و کنجکاو هستند، می‌توانند در این رشته موفق گردند.

اما متاسفانه چون در دبیرستان فیزیک بخوبی آموزش داده نمی‌شود و دانش‌آموزان تنها به حفظ فرمول‌ها می‌پردازند، نمی‌توانند بین آنچه خوانده‌اند و آنچه در دنیای خارج وجود دارد، ارتباط برقرار کنند و در نتیجه کنجکاوی آنها تحریک نمی‌شود و تعداد اندکی از دانش‌آموزان با استعداد به رشته فیزیک علاقه‌مند شده و این رشته را انتخاب می‌کنند.»

مهم این است که دانشجوی فیزیک از آنچه در اطرافش اتفاق می‌افتد به راحتی نگذرد.

وضعیت نیاز کشور به این رشته در حال حاضر:

امروزه اگر ما به فکر پیشرفت و ساخت وسایل صنایع مختلف کشورمان از نظامی گرفته تا پزشکی نباشیم باید این صنایع را به صورت آماده از کشورهای دیگر بخریم که این کار احتیاج به سرمایه‌ای گزاف دارد و باعث وابستگی کشور ما به کشورهای صنعتی می‌گردد»

دکتر رهبر نیز در همین زمینه می‌گوید: «ما در ایران صنایع چندانی نداریم و صنایع موجود نیز بیشتر مونتاژ بوده و ابتکاری نیست اما اگر روزی بخواهیم صنایع پیشرفته‌ای داشته باشیم باید خواص مواد را بدانیم تا متوجه شویم که چطور می‌توان از آنها استفاده بهتری بکنیم و وضعیت آن را بهبود ببخشیم و چنین پیشرفتی تنها با توسعه و پیشرفت علم فیزیک امکان‌پذیر است چرا که متخصصان فیزیک می‌توانند موجب بهبود کیفیت محصولات گشته و یا وسایل جدید طراحی بکند. یعنی ما به جای این که مواد خام خود را خیلی ارزان صادر کنیم به یاری دانش فیزیک آنها را به محصولات ساخته تبدیل بکنیم چرا که این محصولات ارزش افزوده بسیار زیادی دارد.

کار ی کشور پیشرفته‌ای مثل ژاپن انجام داد. چون این کشور به یاری صنایع نیمه ‌رسانا، ترانزیستور و الکترونیک پیشرفت کرده است،‌صنایعی که علم زیربنایی آنها فیزیک می‌باشد.»

نکات تکمیلی

دکتر هادی دویلو استاد مهندسی هسته‌ای دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر می‌گوید: «بیشتر واحدهای درسی دانشجویان گرایش‌های مختلف رشته فیزیک، در دوره لیسانس مشترک چرا که دانشجویان فیزیک تنها در سال آخر تحصیلی اقدام به انتخاب گرایش خود می‌کنند و هر گرایش نیز تنها ۹ واحد تخصصی یعنی سه درس تدریس می‌شود و به همین دلیل نمی‌توان بین یک لیسانس گرایش فیزیک حالت جامد یا هسته ‌ای و یا سایر گرایشهای تفاوتی قائل شد یعنی یک لیسانس فیزیک در هیچ‌یک از گرایشها متخصص نمی‌شود».

دکتر عراقی استاد فیزیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر با تاکید بر همین امر می‌گوید: «هر دانشجوی فیزیک در دوره کارشناسی باید ۱۳۰ واحد بگذراند که دروس تخصصی هر یک از گرایشها فقط ۹ واحد از این ۱۳۰ واحد است و بدون شک ۹ واحد نمی‌تواند تغییری در دیدگاه دانشجویان ایجاد کند و هر دانشجو فقط شناختی جزئی نسبت به گرایش مورد نظر خود پیدا می‌کند. تازه، گاه همین ۹ واحد نیز به گونه‌ای مشترک اما در دروسی مختلف در هر یک از گرایشها تدریس می‌شود یعنی کتابها یا واحدهای درسی هر گرایش، متفاوت است اما در کل همه به اطلاعات یکسانی دست پیدا می‌کنند. در نتیجه یک لیسانسه فیزیک، یک کارشناس فیزیک به معنای عام آن است و کارشناس یا متخصص در یکی از گرایشهای فوق به شمار نمی‌آید.

 


کلمات کليدي: فیزیک ،معرفی ،علم ،physics