نظریه وجود جرم منفی، با توجه به رابطه جرم انرژی اینشتین E=mc2

چکیده:

با تقارن موجود در طبیعت برای تمام ذرات هم جرم منفی و هم جرم مثبت در نظر می گیریم (این نامگذاری به معنی آن نیست که آنها دارای بار الکتریکی مثبت یا منفی باشند) جرم منفی قابل رویت نمی باشد.

از اتم هیدروژن شروع کرده ایم و توزیع جرم منفی در اطراف هسته اتم هیدروژن به نحوی در نظر گرفته شده که یا نتایج تجربی اسپکتروسکپی اتم هیدروژن در ارتباط باشد.

بین دو ذره مختلف از جمله الکترون و پروتون در اتم هیدروژن می تواند جزیی از انرژی جرمی مثبت یکی با جزیی از انرژی منفی دیگری و بالعکس آن اثر کرده که ضمن آن پیوند دو ذره صورت میگیرد و پرتو الکترومغناطیسی تابش می شود.  ( طبق رابطه اینشتین برای جرم، انرژی جرمی   E=mc2  در نظر میگیریم) برای جدا سازی الکترون از اتم هیدروژن که مقداری از جرم الکترون و پروتون ضمن پیوند کاسته شده و تبدیل به پرتو گردیده ، چنانچه این اتم تحت تابش پرتوی به انرژی مناسب واقع گردد  ضمن تامین کسری از جرم منفی و مثبت برای هریک (الکترون و پروتون) الکترون از اتم خارج و آزاد میگردد.

در مثال دیگر چنانچه دو ذره الکترون و پوزیترون مجاور هم واقع شوند کل انرژی جرمی منفی یکی با کل انرژی جرمی  مثبت ذره دیگر و بالعکس اثر کرده، که طی آن انرژی جرمی ها تماما تبدیل به انرژی پرتو گاما خواهد شد. و چندین مثال های دیگر که در متن آمده است.

مقدمه:

در این نظریه بنا به قرارداد برای تمام ذرات معمولی اعم از ذرات الکترون ، پروتون، نوترون... و یا سایر اجسام که در طبیعت با آنها سرو کار داریم و می شناسیم، جرم مثبت نسبت میدهیم. از طرف دیگر به هریک از این ذرات یا اجسام علاوه بر جرم مثبت جرم منفی هم نسبت میدهیم. جرم های منفی بطور مستقیم قابل رویت نمی باشند و هنوز هم نتوانسته اند با دستگاههای فیزیکی آنها را آشکار سازند. این نامگذاری های جرم مثبت و جرم منفی به مفهوم دارا بودن بار الکتریکی منفی یا بار مثبت و یا بدون بار بودن آنها نمی باشد.

در چند دهه اخیر بویژه دهه حاضر مقالات پژوهشی مختلفی برای به اثبات رساندن وجود جرم منفی در مجلات معتبر علمی منتشر شده است. (مرجع 1 الی 7)

در اینجا ابتدا به ذکر دلایلی می پردازیم که چرا علاوه بر جرم معمولی که آنرا جرم مثبت می نمایم، جرم منفی نیز وجود دارد. در طبیعت برای نیرو ها و اثر متقابل آنها تقارن وجود دارد. اولا در طبیعت بار الکتریکی مثبت و منفی وجود دارد که باهم متقارند. ثانیا عقربه مغناطیسی یک قطب شمال و یک قطب جنوب موجود است که این دو قطب هم حالت متقارن دارند. ثالثاً جهت اسپین الکترون در اتمهای چند الکترونی بعضی به طرف بالا و بعضی دیگر به طرف پایین است. که همین موضوع برای اسپین نوکلئونها در هسته های چند نوکلئونی نیز مطرح است.

با توجه به این تقارن ها در طبیعت پیش بینی می کنیم که در طبیعت، هم باید دو نوع جرم مثبت منفی وجود  داشته باشد.

اینک دو فرض برای خصوصیات جرم منفی قائل می شویم.

1-     مقدار جرم منفی یک ذره با مقدار جرم مثبت همان ذره مساوی است.

2-  جرم مثبت یک ذره نمی تواند بر جرم منفی خود اثر کند. به همین ترتیب جرم منفی یک ذره نمی تواند بر جرم مثبت خود تاثیر بگذارد. نه به صورت جزئی و نه به صورت کلی و در نتیجه پرتو الکترومغناطیسی تابش نمیگردد. ولی جرم منفی یک ذره می تواند با جرم مثبت ذره ی دیگر این تبدیل را صورت دهد. بنا به رابطه اینشتین  E=mc2  و یا

 

تبدیل جرم به انرژی انجام میگیرد که با بیان دقیقتر انرژی جرمی مثبت یک ذره (که آنرا طبق معمول با  E=mc2 نمایش میدهیم) به همان مقدار انرژی جرمی منفی ذره دیگر (که آنرا به E=c2 نشان میدهیم)، اثر کرده و تولید دو و یا ندرتا سه فوتون (پرتو الکترومغناطیس) می نماید. معمول بر این است که این پدیده را Pair Annihilation که به معنی نابودی زوج می باشد، می نامند. ولی با توجه به قوانین پایستگی انرژی، اندازه حرکت و غیره بجای بکار بردن نابودی جرم، تبدیل انرژی جرمی به پرتو الکترومغناطیس و یا عکس این پدیده یعنی بجای پدیده تولید زوج، تبدیل انرژی الکترومغناطیسی به انرژی جرمی مثبت  E=mc2 و منفی E=c2را به کار می بریم .

 در مقالاتی که اخیرا به چاپ رسیده جرم منفی را (Tachyon) نامیده اند. در مقاله ای که از اینجانب در مجله علمی داخلی به نام اطلاعات علمی سال سوم شماره 8 در اول اردیبهشت سال 1367 در صفحات 10 و 11 به صورت مقدماتی درباره جرم منفی به چاپ رسیده بود، نام جرم منفی را nass در مقابل جرم مثبت mass گذاشته بودم. (مرجع 7) .

برای شروع مطالعه در باره جرم منفی از ساده ترین اتم یعنی اتم هیدروژن که شامل یک پروتون و یک الکترون است آغاز می کنیم. بنا به فرضیه اول که مقدار جرم مثبت یک جسم با مقدار جرم منفی همان جسم مساوی گرفتیم مثلا مجموع جرم مثبت و منفی پروتون MeV/c2 938.27 و برای نوترون  MeV/c2939.57 و الکترون را MeV/c20.511 می باشد که نیمی از هر کدام جرم مثبت و نیمی دیگر جرم منفی آن ذره می باشد.

در اتم هیدروژن طبق مدل بوهر، با توجه به نیروی کلمبی بین پروتون و الکترون مدارهای مجاز برای الکترون حول هسته در نظر گرفته شده که با اعداد کوانتوم اصلی  n1, n2, n3 … مشخص شده اند. طبق این مدل مقدار انرژی

الکترون و شعاع این مدارها قابل محاسبه است که با مقادیر تجربی اسپکتروسکپی سازگار می باشند. علاوه بر این در مکانیک کوانتوم با در نظر گرفتن نیروی الکتریکی کولمبی بین الکترون و پروتون از حل معادله شرودینگر همین اعداد کوانتومی اصلی را می توان بدست آورد. جدول (1)

نحوه توزیع جرم منفی:

ابتدا هدف تعیین مقدار انرژی جرم منفی می باشد که در خارج از پروتون آن را احاطه کرده است. این نحوه توزیع جرم منفی پروتون باید به گونه ای باشد که چنانچه الکترون آزاد، به یکی از تراز های انرژی مجاز منتقل شود، قسمتی از جرم مثبت الکترون به جرم منفی پروتون در این تراز طی رابطه  E=mc2 که تبدیل جرم به انرژی است باعث تولید پرتو الکترومغناطیس (فوتون) گردد و بدین طریق با مقداری کم شدن انرژی جرمی مثبت الکترون و نیز انرژی منفی پروتون، الکترون ها در اتم هیدروژن مقید و یا پیوند خواهد داشت.

برای اتم هیدروژن   که دارای یک پروتون و یک الکترون است، طبق مدل بوهر الکترون در تراز های ( یا مدارهای دایره ای ) با کوانتوم اصلیn دارای انرژی En و شعاع مداری rn  

که به ترتیب؛

و

می باشند . چنانچه حاصل ضرب این دو مقدار را پیدا کنیم خواهیم داشت؛

و چنانچه در این رابطه انرژی E بر حسب eV (الکترون ولت)و شعاع r   بر nm حسب باشد داریم که:

با بیان دیگر برای اعداد مختلف کوانتوم اصلی داریم که

E1r1= E2r2= E3r3=…..E’r’=0.71944 eVnm   

در جدول 1 بازاء اعداد کوانتوم اصلی n  مقادیر شعاع تراز ها برحسب  nm   و انرژی برحسب eV وارد شده است.

جدول (1) مشخصاتانرژی و شعاع تراز ها برای کوانتوم های اصلی n

E (eV)

r (nm)

n

13.6

0.0529

1

3.4

0.2116

2

1.51

0.4761

3

0.85

0.8464

4

0.544

1.325

5

0.377

1.9044

6

0.2775

2.5921

7

0.2125

3.3856

8

0.1629

/ 0 نظر / 18 بازدید