نخستین بار در نتیجه بکار گیری رادارها ، نیروی هوایی انگلستان توانست آفندهای هوایی آلمان را پیش بینی کرده و خود را آماده سازد، ضد هواییها را بکار اندازد و از زدن آفندهای هوایی آلمانها نفسی تازه کند. ولی اکنون نظامیان به دنبال شیوه‌هایی هستند که هواپیما را از دید رادارها پنهان نگهدارد.







برای کشف هر هواپیما ، امواج الکتومغناطیسی از دستگاه فرستنده خودی در آسمان پخش می‌گردد. این امواج در برخورد با هواپیمای دشمن ، بازتاب می‌کند، درست مانند آن است که نور به آینه بتابد و بازتاب پیدا کند. امواج بازتابی را گیرنده دستگاه خودی ، دریافت و آشکار می‌کند و در نتیجه وجود هواپیما در آسمان مشخص می‌گردد. در برخی از پایگاههای هوایی ، بطور خودکار موشک انداز بسوی هواپیما چرخیده و به طرف آن شلیک می‌کند و هواپیما را به زمین فرو می‌افکند. ولی اگر موج بازتابی در کار نباشد و همه امواج تابشی جذب شود در این صورت مانند این است که رادار خودی از کار افتاده باشد.

مکانیسم عمل

موج بازگشتی از بدنه هواپیماها ، به زاویه موج تابش ، شکل ، موقعیت و جنس بیرونی هواپیما بستگی دارد. دانشمندان در جستجوی راهها و روشهایی هستند تا هنگامی که موج رادار به هواپیما برخورد می‌کند، در جهات گوناگون پراکنده شود یا جذب گردد و بسوی آشکار ساز پایگاه موشک انداز باز فرستاده نشود. برای جذب امواج باید لایه‌های بیرونی هواپیما ، با ایجاد تداخل موج از بین برنده ، از بازتاب جلوگیری کند. مانند استفاده از شیشه بازتابی عینک که موجی روی لایه نخست بازتاب می‌کند و موجی روی لایه دوم ، یعنی لایه زیرین سطح بیرونی و در صورتی که اختلاف راه این دو موج که تابع کلفتی اندود روی سطح بیرونی است بطور مناسب و درست انتخاب شود، آنها اثر همدیگر را از میان می‌برند و مانند این است که از امواج تابش ، دیگر چیزی بازگشت نکرده است.

مشکلات سیستم

بسامد تابش الکترومغناطیسی رادارها را نمی‌توان تعیین و مشخص کرد، بسامد فرستنده‌های راداری ، در حدود صدها مگا هرتز تا دهها گیگا هرتز (اغلب ، از یک تا بیست گیگا هرتز) می‌باشد. جنس و کلفتی ماده بازتاب دهنده هواپیما ، به منظور اینکه امواج راداری که به آن برخورد می‌کند جذب کند، به بسامد یا طول موج فرستنده راداری بستگی دارد. ولی چون بسامد این فرستنده‌ها ، همان گونه که یادآوری شده در گستره وسیعی می‌تواند باشد و نمی‌توان پیش بینی کرد، بنابراین نخستین دشواری در این زمینه پدید می‌آید.

به عبارت دیگر برای از بین بردن بازتاب دسته‌ای پرتو شعاع که بطور عمود بر سطحی فلزی مانند بال هواپیما می‌تابد، آن را باید از لایه‌ای ضخیم با ثابت ناراسانایی و مغناطیسی سازگار با بسامد تابش بر سطح ، اندود کرد. با این همه، قانون کلی برای این کار و نیز برای ماده‌ای چند ظرفیتی که بتواند بازتاب امواج را در گستره پهنتری از بسامدها از بین ببرد، وجود ندارد.

طرح پیشنهادی

دانشمندان ، مواد مرکبی را با اندود لایه‌ای ساخته‌اند که هر یک ، بر رفتار لایه‌های دیگر تأثیر گذاشته در نتیجه اثر یکدیگر را کامل می‌کنند. این ماده‌ها اغلب ترکیبی از ماده‌های گوناگون نارسانا هستند که با بارهای رسانا و و یا مغناطیسی به شکل ذره‌های ریز ، رشته‌های باریک ، یا لایه‌های نازک آمیخته شده است. ویژگیهای ماده بدست آمده ، به ویژگیهای این بارها و کسر حجمی و جهت یابی آن نسبت به مساحت بستگی دارد. همه پاسخها به این مسأله ، به یک سازش میان سه عامل مهم منجر می‌شود. ماده ای که هر سه مورد زیر را شامل شود:

1. برخوردار از کارایی در نوار پهنی از بسامد.
2. دارای ضخامت کم باشد.
3. سبک باشد.
   
   از آن گذشته ماده ساخته شده باید در محیطهای گوناگون و در شرایط مختلف ، مانند دما ، رطوبت ، برخورد باران ، برف یا تگرگ و خوردگی پایدار باشد. افزون بر اینها ، توانایی ترمیم پوشش هواپیما ، پس از چندین بار استفاده (در میدان نبرد) مهم است. از ده سال پیش ، بخشهای نظامی کشورهای مختلف ، برنامه‌های گسترده‌ای را در این زمینه دنبال می‌کنند و در این میان ، پژوهش ، گسترش و بررسی جسمهایی که دارای ویژگیهای دلخواه مغناطیسی و دی الکتریکی هستند، جایگاه والایی را به خود اختصاص داده‌اند.

فیزیک یکی از رشته های علوم پایه است. یعنی علمی است که مستقیما با پدیده های عالم سرو کار دارد و بر مبنای آن رشته های دیگری (مانند مهندسی ها) بوجود آمده اند. امروزه علم فیزیک گسترش قابل توجهی پیدا کرده است و در داخل آن گرایش ها و زیر شاخه های مختلفی نیز بوجود آمده اند. در اینجا میخواهم مختصری از فیزیک مقطع کارشناسی بیاورم و آشنایی لازمه را برای کسانی که قصد دارند وارد این رشته شوند فراهم کنم.

 

واحد های درسی

بعد از ورود به دانشگاه هر دانشجو باید با گذراندن واحد های درسی مختلفی به تعداد 135 واحد از این مقطع فارغ التحصیل شود. این دروس در گروه های مختلفی دسته بندی شده اند:

n      دروس عمومی

مانند زبان فارسی، متون اسلامی، تربیت بدنی، ربان خارجه و ... که اینها برای هر کسی که وارد دانشگاه میشود تعیین شده است و همه ملزم به گرفتن و گذراندن این واحد ها میباشند.

 

n      دروس پایه

مانند فیزیک1، ریاضی 1، معادلات دیفرانسیل، آزمایشگاه فیزیک و ... این دروس نیز به عنوان پایه فراگیری دانشجویان در ادامه تحصیل در ترم های بعدی در نظر گرفته شده است و دانشجویان میبایست تا حد قابل قبولی به اینها تسلط داشته باشند. معادلات دیفرانسیل و مخصوصاَ ریاضی2 از مهمترین دروس پایه رشته فیزیک هستند. فایمن میگوید:

To those who do not know mathematics it is difficult to get across a real feeling as to the beauty, the deepest beauty, of nature ... If you want to learn about nature, to appreciate nature, it is necessary to understand the language that she speaks in. - Richard Feynman

 

n      دروس تخصصی الزامی

مانند فیزیک نوین، الکترومغناطیس، فیزیک کوانتوم، اپتیک و ... این دروس بدنه اصلی رشته فیزیک را تشکیل میدهند. دانشجویی که علاقه مند به ادامه تحصیل در مقاطع بالاتر باشد حتما باید دروس ذکر شده را خوب بلد باشد و مفاهیم متعدد جالب موجود در هر یک را بخوبی درک کرده باشد. آزمونی که برای ادامه تحصیل در مقطع کارشناسی ارشد به عمل میآید از همین دروس گرفته میشود. کوانتوم و الکترومغناطیس دو درس بسیار مهم این گروه هستند.

 I think that I can safely say that nobody understands quantum mechanics. - Richard Feynman

 

n      دروس تخصصی انتخابی

مانند الکترونیک، زبان تخصصی، فیزیک هسته ای، فیزیک حالت جامد، لیزر، پلاسما، نسبیت، ژئوفیزیک، اختر فیزیک، فیزیک ذرات بنیادی و ... اینها دروسی هستند که میتوان از میان آنها با توجه به علاقه خود شخص و دیدگاهی که دانشجو در آن مرحله از زمان به آن رسیده است تعدادی را انتخاب کرد تا برای انتخاب مسیر آینده آماده شود. زبان تخصصی یکی از بهترین انتخاب ها میباشد.

 

n      دروس اختیاری

مانند فسلفه علم، زلزله شناسی، فیزیک فضا، تاریخ علم، آکوستیک و ... این دروس تکمیلی هستند بر دروس گذرانده شده و افزایش سطح اطلاعات دانشجو را سبب میگردند. فلسفه علم یکی از زیباترین دروس این گروه است.

 Science is what you know, philosophy is what you don't know. - Bertrand Russell

 

n      دروس گرایشی

این گروه از دروس برای تعیین گرایش نهایی دانشجو در مقطع کارشناسی است. گرایش های اصلی فیزیک در این مقطع بصورت زیر است:

1-      فیزیک اتمی 2- فیزیک هسته ای 3- فیزیک حالت جامد.

تعیین گرایش با گذراندن سه درس (9 واحد) انجام میگیرد. اتمی: اپتیک کاربردی، اسپکتروسکوپی، روشهای تجربی، تکنیک خلا و ... . هسته ای:  فیزیک راکتور، شتابدهنده ها، رادیوایزوتوپ، آشکارسازی و ... . حالت جامد:  فیزیک لایه های نازک، ابررسانایی، بلور شناسی، الکترونیک2 و ... .

 

شیوه انتخاب واحد در هر ترم تحصیلی خیلی مهم است و دقت فراوانی باید صورت گیرد. هر درس برحسب ماهیتش دارای تعدادی پیش نیاز و یا همنیاز میباشد. مثلا فیزیک1 پیش نیاز فیزیک 2 و3 است و تا زمانیکه فیزیک1 پاس نشده است نمیتوان آن درس های دیگر را اخذ کرد. مثال دیگر درس فیزیک هسته ای است که پیش نیاز آن کوانتوم1 است و همنیاز آن کوانتوم 2. رعایت پیش نیاز و هم نیاز هم باعث میشود تا دانشجو در مسیر برنامه ریزی شده توسط دانشگاه قدم بگذارد و هم اینکه از هدر رفتن وقت که بواسطه انجام خطا در گرفتن واحد ها بوجود میآید جلوگیری میکند.

 

نکته

در کنار گذراندن دروس دانشگاهی، هر دانشجو با صرف قسمتی از وقت خود برای تحقیق و مطالعه های جانبی میتواند به پیشرفت خوبی دست پیدا کند. با توجه به اینکه علم فیزیک هر روز در حال رشد است، آگاهی از روند این رشد و اطلاع از رویداد های مهم علم فیزیک امری به جاست که تلاش و پشتکار موثری میطلبد. توصیه میشود که هر دانشجو در مقطع کارشناسی 20 درصد از وقت مربوطه خود را صرف بروز کردن اطلاعات خود کند. وبسایت ها، وبلاگ ها و مجلات مختلف، بهترین مکان برای این کار هستند.

 

آینده

بعد از اتمام دوره کارشناسی، یک دانشجو چیزهایی یاد گرفته است که تا همان مقطع قابل استفاده هستند. اما اگر بخواهد در گسترش علم کشورش و دنیا سهیم شود باید با مباحث پیشرفته مقاطع بالاتر در کارشناسی ارشد و دکتری نیز آشنا باشد. از طرف دیگر بسیاری از کسانی که وارد فیزیک میشوند یک سوال بسیار اساسی دارند. آینده شغلی؟

جواب من اینست: دانشجویی که خوب ورزیده شده باشد حتما آینده خوبی خواهد داشت. سازمان انرژی اتمی، وزارت دفاع، سازمان مخابرات، دانشگاه ها و موسسه های علمی گزینه های خوبی برای اشتغال میباشند.

 

با آرزوی موفقیت برای همه دوستان

نیروگاه هسته‌ای نیروگاهی است که در آن از انرژی آزاد شده از شکافت هسته‌ای برای تولید برق استفاده می‌شود.

رآکتورهای هسته‌ای را چنان طراحی می‌کنند که در آنها واکنش شکافت در شرایطی نزدیک به حالت بحرانی تحقق یابد. قلب رآکتور اساسا متشکل است از سوخت (در این مورد اورانیوم ۲۳۵) که در استوانه‌های مخصوص دربسته‌ای جاسازی شده‌اند. این استوانه‌ها در ماده‌ای که کندکننده نامیده می‌شوند غوطه‌ور شده‌اند. کندکننده به منظور کندسازی و باز تاباندن نوترونهایی که در واکنش شکافت تولید می‌شوند مورد استفاده قرار می‌گیرد. متداول‌ترین کندکننده‌ها عبارت‌اند از:آب، آب سنگین و کربن.

روند واکنش

سوخت یک نیروگاه هسته ای، اورانیوم است. اورانیوم عنصری است که در اکثر مناطق جهان از زیرزمین استخراج می‌شود. اورانیوم بعداز مرحله کانه‌آرایی بصورت قرصهای بسیار کوچکی در داخل میله‌های بلند قرار گرفته و داخل رآکتور نیروگاه نصب می‌شوند. در داخل رآکتور یک نیروگاه اتمی، اتمهای اورانیوم تحت یک واکنش زنجیره‌ای کنترل شده، شکافته می‌شوند. در یک واکنش زنجیره ای، ذرات حاصل از شکافت اتم به سایر اتمهای اورانیوم برخورد کرده و باعث شکافت آنها می گردند. هریک از ذرات آزاد شده مجدداً باعث شکافت سایر اتمها در یک واکنش زنجیره‌ای می‌شود. در نیروگاههای هسته ای، معمولاً از یک سری میله‌های کنترل جهت تنظیم سرعت واکنش زنجیره‌ای استفاده می‌گردد. عدم کنترل این واکنشها می‌تواند منجر به تولید بمب اتم شود. اما در بمب اتم، تقریباً ذرات خالص اورانیوم 235 یا پلوتونیوم (باشکل و جرم معینی) باید با نیروی زیادی در کنارهم قرار گیرند. چنین شرایطی در یک رآکتور هسته‌ای وجود ندارد.

واکنشهای زنجیره‌ای همچنین باعث تولید یک سری مواد پرتوزا می‌شوند. این مواد در صورت رهایی می‌توانند به مردم آسیب برسانند. بنابراین آنها را به شکل جامد نگهداری می‌کنند. این مواد در گنبدهای بتنی بسیار قوی نگهداری می‌شوند تا در صورت بروز حوادث مختلف، خطری بوجود نیاید (به تصویر اول توجه کنید).

واکنشهای زنجیره‌ای باعث تولید انرژی گرمایی می‌شوند. این انرژی گرمایی برای جوشاندن آب در قلب رآکتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین، به جای سوزاندن سوخت، در نیروگاههای هسته ای، اتمها از طریق واکنش زنجیره‌ای شکافته شده و انرژی گرمایی تولید می‌کنند. این آب از اطراف رآکتور به قسمت دیگری از نیروگاه فرستاده می‌شود.(تصویر دوم). در این قسمت که مبدل گرمایی نامیده می‌شود، لوله‌های پر از آب حرارت داده شده و بخار تولید می‌کنند. سپس بخار حاصله باعث گردش توربین و درنتیجه تولید برق می‌شود.

کنترل واکنش

سرعت واکنش را نیز می‌‌توان به کمک چند میله کنترل کرد که این میله‌ها در قلب راکتور قرار می‌گیرند. این میله‌ها معمولاً از ماده‌ای مانند کادمیوم که نوترون‌ها را بخوبی جذب می‌کند ساخته می‌‌شوند. برای آنکه آهنگ واکنش افزایش یابد میله‌ها را تا حدودی از قلب رآکتور بیرون می‌‌آورند. برای کاستن از سرعت واکنش و یا متوقف ساختن آن، میله‌ها را بیشتر در قلب راکتور فرو می‌برند.

در نهایت واکنش صورت گرفته در رآکتور به صورت گرمای بسیار زیادی ظاهر می‌‌شود بنابراین رآکتور همانند کوره‌ای عمل می‌کند که سوختش به جای گاز، نفت و یا ذغال‌سنگ، اورانیوم ۲۳۵ است. گرمای تولید شده را به کمک جریان سیالی که از قلب رآکتور میگذرد به محفظه مبادله کننده گرما که در آن آب وجود دارد منتقل می‌کنند و درآنجا آب داخل مبادله کننده را تبخیر می‌کنند. بخار متراکم شده پس از به گردش درآوردن توربین ژنراتورهای مولد برق، مجدداً به داخل محفظه مبادله کننده باز می‌گردد. البته سیال گرم شده چون از قلب رآکتور می‌‌گذرد و درآنجا در معرض تابش پرتوهای رادیواکتیو قرار می‌گیرد مستلزم مراقبت‌های ویژه است.

اورانیوم یکی از عنصرهای شمیایی است که عدد اتمی آن ۹۲ و نشانه آن U است و در جدول تناوبی جزو آکتنیدها قرار می‌گیرد. ایزوتوپ ‎²³⁵U آن در نیروگاه‌های هسته‌ای به عنوان سوخت و در سلاح‌های هسته‌ای به عنوان ماده منفجره استفاده می‌شود.

اورانیوم به طور طبیعی فلزی است سخت، سنگین، نقره‌ای رنگ و پرتوزا. این فلز کمی نرم تر از فولاد بوده و تقریبآ قابل انعطاف است. اورانیوم یکی از چگالترین فلزات پرتوزا است که در طبیعت یافت می‌‌شود. چگالی آن ۶۵٪ بیشتر از سرب و کمی کمتر از طلا است.

سال‌ها از اورانیوم به عنوان رنگ دهنده لعاب سفال یا برای تهیه رنگ‌های اولیه در عکاسی استفاده می‌شد و خاصیت پرتوزایی (رادیواکتیو) آن تا سال ۱۸۶۶ ناشناخته ماند و قابلیت آن برای استفاده به عنوان منبع انرژی تا اواسط قرن بیستم مخفی بود.

آيا واقعا ممكن است كه سرعت هاي بالاتر از سرعت نور وجود داشته باشد؟

بر اساس نظريه نسبيت هيچ فرآيند فيزيكي نمي تواند در سرعت هاي بالاتر از سرعت نور در خلا انجام گيرد. بدون ترديد ، قابل قبول نبودن اين سرعت ها يكي از عجيب ترين فرضيات فيزيك جديد است.

ابر نور

در كنار دنيايي با سرعت هاي كمتر از سرعت نور (جهان تارديون ، مشتق از كلمه لاتين تاردوس به معناي آهسته) دنياي ديگري وجود دارد كه سرعت نور در آن از سرعت هاي ديگر كمتر است، نه بيشتر (جهان تاكيون مشتق از لغت يوناني تاخيس به معني سريع مي باشد). دنياي دوم كشف نشده است ، زيرا هيچ نقطه مشتركي با دنياي اول ندارد.

در سالهاي اخير ، تعدادي مقاله تحقيقاتي منتشر شده كه نويسندگان آنها احتمال وجود ذرات «ابر نور» را كه تا كنون ناميده اند، مورد بررسي قرار داده اند.

واقعيت عجيبي كه در مورد فرضيه ابر نور وجود دارد، آنست كه اين فرضيه ، نظريه نسبيت خاص را نقض نمي كند ، بلكه آن را با دنيايي كه در آن سوي محدوده سرعت نور قرار دارد سازگارتر و هماهنگ تر مي سازد.

اگر تاكيون‌ها وجود داشتند؟

عقايد متفاوتي در اين مورد وجود دارد. اگر تاكيون ها واقعا وجود داشته باشند، چه مي شود؟ در اين صورت آنها نوع سوم ذراتي مي باشند كه براي ما شناخته شده اند. اولين نوع شامل ذراتي است كه هيچگاه به سرعت نور نمي رسند. (يعني تقريبا تمام ذرات بنيادي شناخته شده) ، نوع دوم فوتون‌ها (كوانتاهاي تابش الكترومغناطيسي) و احتمالا نوترينوها مي باشند كه هر دو آنها با سرعت نور منتشر مي شوند. تاكيون ها همواره داراي سرعتي مي باشند كه از سرعت نور بيشتر است.

دنياي تاكيون ها و دنياي ما

دنياي تاكيون ها هيچ نقطه مشتركي با دنياي ما كه در آن سرعت ها كمتر از سرعت نور است ندارد. سه نوع ذره‌اي كه هم اكنون ذكر آنها به ميان آمد، داراي يك خاصيت مشترك مي‌باشند. ذرات يك گروه تحت هيچ شرايطي نمي توانند به ذرات گروه ديگر تبديل شوند. از سوي ديگر ، فقط بر اساس دانش جديد مي توانيم چنين اظهار نظري را به عمل آوريم. اگر اين مسئله را از ديدگاه اطلاعات علمي كامل‌تري كه هنوز ناشناخته است مورد بررسي قرار دهيم، ممكن است كه كاملا تغيير نمايد. در آن صورت مي توانيم فرض كنيم كه دنياي تاكيون ها با دنياي ما برخورد پيدا مي كند و اين بدان معني است كه فرآيندهايي در طبيعت وجود دارند كه در جهات نامشخص پيش مي روند.

اصل عليت كه بر اساس آن علت هميشه مقدم بر معلول است يك اصل اساسي فيزيكي است. به بيان ديگر ، هيچ رويدادي نمي تواند گذشته را تحت تاثير قرار دهد و موجب تغيير آن چيزي گردد كه اتفاق افتاده است، ولي در دنياي ذراتي كه با سرعت نور و يا بيشتر از آن حركت مي كنند ، اين اصل ممكن است تغيير نمايد و علت و معلول با توجه به چارچوب مرجع جاي خود را عوض كنند.

در فرآيندهايي كه پيام ها با سرعت بيشتر از سرعت نور حركت مي نمايند، تسلسل وقايع (وقايعي كه پيش از وقايع ديگر رخ مي دهند) به انتخاب دستگاه مختصات بستگي پيدا مي كند، در عين حال ، جهت جريان اطلاعات يعني اساس بستگي علت و معلول تغيير نمي نمايد. اين مسئله موجب نقص عليت مي گردد.

بازگشت به گذشته

گمان مي‌رود چنين جرياني بتواند براي ايجاد ارتباط تلفني با گذشته كمك كند يا ممكن است شخصي خود را به ساعت 11 صبح روز قبل انتقال دهد … . چنين چيزي مادامي كه دنياي سرعتهاي كوچك‌تر از سرعت نور با دنياي سرعتهاي بزرگ‌تر از سرعت نور برخورد پيدا كند، تناقض مي‌باشد. اگر فقط محدوده سرعت‌هاي بالاتر از سرعت نور را مورد توجه قرار دهيم، چين تناقضاتي به‌وجود نمي‌آيد. تاكنون هيچ يك از اطلاعات تجربي به دست آمده وجود تاكيون‌ها را به اثبات نرسانيده‌اند.

دنياي ريز ذره‌ها

پيشرف جهان كوچك عقايد و تصورات خارق‌العاده‌اي پديد مي‌آورد كه نظريه‌هاي دانش عادي را نقض مي‌كند و آشكارا نشان مي‌دهد. چنين عقيده‌اي كه معلومات امروزي علمي مفاهيم مطلق و غير قابل تغييري هستند، پوچ مي‌باشد. به نظر نمي‌آيد كه هيچگاه پيشرفت فيزيك و اختر فيزيك به انتها برسد.

فرضيه ذرات بنيادي كه همواره وقايع عجيب‌تري را آشكار مي‌سازد. دائما با مفاهيم پيچيده رياضي و ساير مفاهيم پيچيده به‌ وجود مي‌آيد كه با دنيايي كه ما را احاطه كرده هيچ گونه مشابهتي ندراد. بايد گفت كه اين فرضيه روز به روز بيشتر با فرضيه كيهاني آميخته مي‌شود. به عبارت ديگر قوانين طبيعي حاكم بود و نقطه نهايي و متضاد ابعاد جهاني يعني دنياي ريز ذره‌ها و دنياي وقايع كيهاني هيچگاه با يكديگر متناقض نيستند.

بيان ريز ذره‌ها بوسيله پديده گرانشي

با نفوذ بيشتر در دنياي ريز ذره‌ها ، اثرات گرانشي بطور قابل توجهي كمتر مي‌شوند. ولي اين مساله تا نقطه معيني صادق است و نقش آنها بطور مشخصي افزايش مي‌يابد. و آنها مانند وضعيتي كه در جهان بزرگ وجود دارد به صورت پديده‌هاي فيزيكي غالب در مي‌آيند. در دنياي ريز ذره‌ها كه وجه مشخصه آن فواصل كوچك است، مقادير انرژي و در نتيجه جرم به اندازه‌اي افزايش مي‌يابد كه از اين نظر دنياي ريز ذره‌ها مشابه پديده‌هاي دنياي بزرگ و فوق‌العاده بزرگ مي‌گردد و دو جهان مانند گذشته يكي مي‌شوند و به همين دليل آنها برخي از قوانين طبيعت مشترك هستند.

سياهچاله‌ها كه نشان‌دهنده چگالي فوق‌العاده زياد ماده هستند، ناحيه ديگري مي‌باشند كه در آن وقايع جهاني و ميكروسكوپيك باهم يكي مي‌شوند. در اينجا پديده گرانشي در هر دو حالت عظيم است كه در حالت اول بصورت هندسه تغيير يافته فضا و در حالت دوم به صورت اثرات مكانيك كوانتومي بيان مي‌شود.

شواهد تجربي بسياري وجود دارد كه گرانش، انرژي الكترومغناطيسي توليد مي كند. به همين دليل از زماني كه نيروهاي الكتريكي و مغناطيسي مورد توجه و آزمايش قرار گرفت، فيزيكدانان به وابستگي شديد نيروهاي الكترومغناطيسي و گرانشي پي بردند. فارادي نخستين كسي است كه اين وابستگي را متذكر شد. پلانك نيز چنين نظري داشت. اينشتين نيز مدت 35 سال تلاش كرد تا روابطي مشابه وابستگي الكتريسيته و مغناطيس، بين گرانش و الكترومغناطيس ارائه دهد. اما اين كوششها بي نتيجه ماند. اما سئوال اين است كه چرا با تمام شواهد تجربي موجود و تصريح فيزيكدانان بزرگي نظير فارادي و پلانك هنوز نتيجه ي قابل قبولي به دست نيامده است؟

براي يافتن پاسخ اجازه دهيد يكبار ديگر وابستگي الكتريسيته و مغناطيس را بررسي كنيم شايد بتوانيم علت اين شكستها را دريابيم. همچنانكه مي دانيم در اطراف يك بار ساكن ميدان مغناطيسي احساس نمي شود. اما اگر بار حركت كند، ما شاهد ايجاد يك ميدان مغناطيسي خواهيم بود. همچنين تغيير ميدان مغناطيسي نيز موجب توليد جريان القايي مي گردد. در اين تجربه ما شاهد ايجاد پديده هايي هستيم كه قبلاّ وجود نداشت. در اطراف يك سيم (كه جرياني از آن نمي گذرد) هيچگونه اثري از ميدان مغناطيسي ديده نمي شود. اما به محض عبور جريان الكتريكي از سيم، در اطراف آن ميدان مغناطيسي ايجاد مي شود. يا در مورد سيملوله اگر ميدان مغناطيسي ثابت باشد، جريان الكتريكي در سيم بوجود نمي آيد، اما با تغيير شار مغناطيسي، جريان الكتريكي ايجاد مي شود. اما در مورد گرانش مسئله بسيار پيچيده تر است.

زيرا گرانش همواره وجود دارد و ما نمي توانيم شرايطي بوجود آوريم كه آثار گرانشي نباشد و بعد آزمايشي ترتيب دهيم كه ببينيم چه پديده اي مي تواند ميدان گرانشي توليد كند. از طرف ديگر چگونه مي توانيم ببينيم هنگاميكه نيروي گرانش روي يك جسم كار انجام مي دهد، خود گرانش دستخوش چه تغييري مي شود؟ اگر ما مي توانستيم اين تغييرات را به تجربه درآوريم و بصورت كمي مورد بررسي قرار دهيم، انگاه مي توانستيم بسادگي وابستگي گرانش را به ساير پديده ها نظير الكترومغناطيس يا كار انجام شده بيان كنيم. اما چنين امري ممكن نيست. زيرا در شرايطي كه ما آزمايش مي كنيم، اگر از مقدار گرانش موجود در محل آزمايش كاسته شود، فوري از اطراف آن اين كسري جبران مي شود. به عنوان مثال شما سنگي را از ارتفاع دلخواه رها كنيد تا بطرف زمين سقوط كند. آنچنانكه در فيزيك مطرح است، انرژي پتانسيل گرانشي به انرژي جنبشي تبديل مي شود. آيا در اينجا از مقدار گرانش اطراف زمين كاسته مي شود؟ اگر جواب منفي باشد آنگاه اين سئوال پيش مي آيد كه كدام اندازه گيري موجب اين جواب منفي شده است؟ حال يك آزمايش ديگري را در نظر بگيريد. يك گلوله ي فلزي را از ارتفاعي رها كنيد تا بطرف زمين سقوط كند. در محل رسيدن گلوله به سطح زمين يك صفحه ي فلزي قرار دهيد. هنگاميكه گلوله به زمين مي رسد و با صفحه برخورد مي كند، مقداري گرما توليد مي شود و حتي ما شاهد جرقه يعني امواج الكترومغناطيسي خواهيم بود.

عادت شده اين پديده را با اينكه انرژي پتانسيل گرانشي به انرژي جنبشي تبديل مي شود و انرژي ها به يكديگر قابل تبديل هستند، توجيه كنند. همين توجيه موجب مي شود كه ماهيت اين فرايند كمتر مورد توجه و بررسي موشكافانه ي علمي قرار گيرد. اما اجازه دهيد يك ديد متفاوت به اين تجارب داشته باشيم. بياييد يكي از پيگويي هاي نسبيت اينشتين را مورد توجه قرار دهيم. طبيق پيشگويي نسبيت هرگاه نور در ميدان گرانشي سقوط كند، فركانس و در نتيجه انرژي آن افزايش مي يابد كه آن را جابجايي به سمت آبي مي گويند. عكس اين حالت نيز صادق است، يعني هنگاميكه نور در حال ترك (فرار) از يك ميدان گرانشي است، فركانس و در نتيجه انرژي آن كاهش مي يابد كه مي گويند جابجايي به سمت سرخ گرانش است. اين پيشگويي براي مدتها قابل آزمايش نبود تا آنكه موسبوئر در سال 1958 نشان داد كه يك بلور در بعضي شرايط مي تواند دسته اشعه ي گاما با طول موج كاملاَ معيني توليد كند. اشعه ي گاما با چنين طول موجي را مي توان با بلوري مشابه بلوري كه آن را توليد كرده است جذب كرد. اگر طول موج اشعه ي گاما فقط مختصري با طول موج اشعه اي كه توسط بلور توليد مي شود تفاوت داشته باشد، به وسيله آن جذب نخواهد شد.

اين پديده را اثر موسبوئر مي نامند. آزمايشهايي كه در سال 1960 و سالهاي بعد با استفاده از اثر موسبوئر انجام شد، درستي پيشگويي نسبيت را تاييد كرد. در نسبيت فركانس و در نتيجه انرژي فوتون در يك ميدان گرانشي تغيير مي كند كه براي آن روابط زير ارائه شده است.

1- هنگاميكه فوتون در حال سقوط در يك ميدان گرانشي است f'=f(1+MG/Rc^2) يعني جابجايي به سمت آبي گرانش. كه در آن


به ترتيب جرم جسمي كه موجب ايجاد ميدان گرانشي شده، ثابت جهاني گرانش، شعاع جسم و سرعت نور و فركانس فوتون قبل از سقوط و فركانس فوتون بعد از سقوط است.

2- هنگاميكه فوتون در حال فرار از يك ميدان گرانشي است


يعني جابجايي به سمت سرخ گرانش حال فوتوني را در نظر بگيريد كه در حال فرار از ميدان گرانشي يك سياه چاله است. همچنانكه كه مي دانيم نور - فوتون نمي تواند از ميدان گرانش يك سياه چاله بگريزد. طبق رابطه ي بالا فركانس فوتون بتدريج كاهش مي يابد تا جاييكه به صفر برسد، يعني f'=0 حال سئوال اين است كه با ناپديد شدن فوتون براي انرژي آن چه اتفاقي مي افتد؟ انرژي فوتون چه مي شود؟ يعني انرژي به چه چيزي تبديل مي شود؟ تنها پاسخي كه مي توان براي اين پديده داد اين است كه پتانسيل گرانشي افزايش يافته است. به عبارتي ساده و صريح انرژي فوتون به نيروي گرانش تبديل شده است.

در نسبيت عام فضا-زمان داراي انرژي است و اين انرژي موجب انحناي فضا مي شود. اما مشكل نسبيت اين است كه فضا-زمان را به عنوان كميت پيوسته در نظر مي گيرد. با توجه به آنچه كه در سطور بالا بيان شد، فوتون در ميدان گرانشي انرژي خود را از دست مي دهد. اما در مكانيك كوانتوم انرژي يك كميت گسسته است. اين كميت گسسته يعني انرژي چگونه با كميت پيوسته اي نظير فضا-زمان جمع مي شود و بازهم پيوستگي آن محفوظ مي ماند؟ حال به اين مورد توجه بايد كرد كه طبق قوانين پذيرفته شده ي فيزيك، كار با تغييرات انرژي برابر است.

يعني


خوب كوانتومي بودن انرژي مي تواند ما را به اين حقيقت رهنمون شود كه كار نيز يك كميت كوانتومي است. اما چگونه مي توان يك كوانتوم كار را تعريف كرد؟ براي تعريف كوانتوم كار الزاماً بايد از تعريف كار بهره برد. مي دانيم كه كار به صورت جابجايي نيرو تعريف مي شود. يعني W=F.d اما طول يك كميت پيوسته است، لذا بايستي نيرو كوانتومي باشد. اگر يك كوانتوم نيروي گرانش را Fg در نظر بگيريم، بايد كمترين طول ممكن را انتخاب كنيم تا بتوانيم كوانتوم كار را تعريف كنيم. به اين منظور از كوچكترين طول قابل تصور كه كمتر از آن تجربه پذير نيست استفاده مي كنيم. اين طول به طول پلانك شناخته مي شود كه آن را با Lp نشان مي دهيم. كوانتوم كار به صورت زير تعريف مي شود Wq=Fg.Lp و در حالت كلي كار برابر خواهد شد با


يك عدد صحيح است با چنين نگرشي به نيرو مي توان نسبيت و مكانيك كوانتوم را در هم ادغام كرد. اين كوانتوم نيروي گرانش را گراويتون مي ناميم كه حالت خاصي از سي. پي. اچ. است.