درصورت تمایل این کتاب را دانلود کنید و عنوان مطلبی که علاقمند به ترجمه آن هستید را در قسمت نظرات بنویسید و یا به نشانی abbascarimi در gmail ایمیل کنید!
ما توی اصفهان زندگی میکردیم برای همین با اینکه زایندهرود اونموقعها پر از آب بود ولی امکان مشاهدهی پدیده «جزر و مد» وجود نداشت. یادمه اولین باری که «جزر و مد» رو مشاهده کردم برمیگرده به ۱۲-۱۳ سال پیش (اوایل ابتدایی)، تویبندرگناوه! کنار ساحل آتش درست کرده بودیم که یکی از بومیهای اونجا اومد و به من گفت: «برید بالاتر آتش درست کنید، آب میاد زیرش و خاموشش میکنهها!». من فکر کردم منظورش این بوده که ممکنه یه موج بلندی بیاد و آتش ما رو خاموش کنه، ولی از اونجا که دریا واقعا آروم بود گفتم این بندهخدا فقط میخواست یه چیزی بگه و بره! تا اینکه همون اتفاق افتاد! برای من سوال شده بود که چی شد که سطح آب دریا بالا اومد و توی ساحل پیشروی کرد که بهم گفتند جزر و مد رخ داده و وقتی پرسیدم که چرا جزر و مد اتفاق افتاده، عموم به ماه اشاره کرد و گفت:
وضعیت زمین، ماه و خورشید
«جاذبهی ماه آب دریا رو بالا میکشه، فردا صبح آب دومرتبه برمیگرده سرجای اولش!». این توجیه یکم عجیب همراه من بود تا اینکه بعد از اون ماجرا فهمیدم ماه از خودش تابش نداره و علت دیدهشدنش توی شب بازتاب نورخورشیده، همینطور علت دیده نشدنش توی روز غلبهی شدت نور خورشید بر نوربازتابیده شده از اونه نه اینکه ماه رفته یک جای دیگه! فهمیدن این موضوع برای من منجر به این سوال شد که به اینترتیب ماه همیشه هست، پس چرا فقط شب، ماه، آب رو به سمت بالا میکشه؟! خلاصه با مرور زمان جواب سوال من پیدا شد ولی باز هم بعد از پیدا کردن اون جواب، یک سوال دیگه پیش اومد و این سیر پرسش و پاسخ اینقدر با من همراه بود که من رو وارد رشتهی فیزیک کرد، جایی که بتونم برای هر سوالی، لااقل یک جواب معقول پیدا کنم. البته کمکم فهمیدم که گاهی از اوقات پیدا کردن جواب اونقدرها هم ساده نیست! به هرحال بعد از گذشت چندین سال از اولین مشاهدهی من از جزر و مد، تصمیم گرفتم هر چیزی رو که تا به امروز در مورد این پدیدهی فوقالعاده زیبا یاد گرفتم، بنویسم، شاید پسر بچهای ۸-۹ ساله (یا بزرگتر!) با رجوع به اینجا بتونه جواب خوبی برای سوالی که براش مطرح شده پیدا کنه.
از نقطه نظر تاریخ علم:
ماجرا از اینجا شروع میشه که ارائه یکمدل ریاضیبراینظریه خورشید مرکزی با قدرت پیشبینی کامل، تا قرن ۱۶ میلادی طول کشید. درست زمانی کهنیکلاس کوپرنیک، با ارائه این مدل باعث بوجود اومدن انقلاب کوپرنیکی شد. البته كوپرنیک در كتاب «درباره گردش افلاك آسمانی» صادقانه بیان میكنه كه تحت تأثیر افكار «ابن شاطر» قرار داشته! بعد از کوپرنیک،یوهانس کپلر با اضافه کردن مواردی مثل اینکه مدار سیارات به دور خورشید بیضی است، این مدل رو تشریح و گسترش داد. این مدل توسط مشاهدات تجربیگالیلهبا استفاده ازتلسکوپتایید شد و بعد از اون جناب نیوتون با ارائهی نظریهی گرانش،مکانیک سماویرو بنا کرد، گوشهای از علم فیزیک که به کمکش میتونیم جزر و مد( کِشَند یا Tide) رو توجیه کنیم! از لحاظ تاریخی توجیه پدیدهی جزر و مد از مواردی بود که به شدت بر درستی نظریهی خورشید مرکزی صحه گذاشت.
هنگامی که نیروهای کشندزای ماه و خورشید هماهنگ عمل میکنند، مثلاً هنگام ماه نو که هر دو در یک طرف زمین هستند، جزر و مدها در بیشینه خود هستند و به نام کشند فنری یا «مهکشند» (spring tide) نامیده میشود، حد دیگر وقتی است که خورشید و ماه باهم زاویه ۹۰ درجه (تربیع) میسازند در این هنگام جزر و مد را به کمینه و به کشندهای کوچک یا «کهکشند» (neap tide) بدل میسازند.
به بیان ساده:
همهی ما میدونیم که زمین دور خورشید و ماه هم به دور زمین میچرخه و تمام این اجرام آسمانی میدان گرانشی ایجاد میکنند که متناسب با وارون مربع فاصله است ( ${۱/r^۲ }$). این میدانهای گرانشی به همراه چرخش زمین به دور خودش سبب جزر و مد میشند. نیروی گرانشی خورشید ۱۷۹برابر نیرویی هست که ماه به زمین وارد میکنه ولی از اونجایی که به طور متوسط خورشید ۳۸۹برابر ماه از زمین فاصله داره،گرادیان میدانش ضعیفتره.
برای همین معمولا در گفتگوهای عامیانه علت جزر و مد رو به جاذبهی ماه نسبت میدند که خب کافی نیست! (جاذبه کره ماه علاوهبر جزر و مد باعث باثبات موندن محور گردش زمین بهدور خودش هم میشه، یعنی اگر ماه وجود نداشت، انحراف محوری زمین مرتبا تغییر میکرد و باعث آشفته شدن آب و هوا و فصلها توی زمین میشد). اثر گرانشی ماه بر زمین جامد(صلب) بسیار ناچیز و از مرتبهی سانتیمتر است برای همین تغییر چشمگیری بر ساختار صلب زمین نداره، در عوض این اثر در مورد اقیانوسها که سیال هستند به وضوح دیده میشه. قسمتی از اقیانوسها که روبهروی ماه هستند به سمت ماه کشیده میشند و طرف دیگه (پشت زمین) به نظر میرسه که جا مونده. علتش هم اینه که اولا گرانش با فاصله رابطه عکس داره و از طرف دیگه آب یک سیاله و میتونه حرکت کنه!
«ساز و کار واقعی جزر و مد از این قراره که کشش ماه بر زمین و بر ماه در وسط متعادل است. اما آبی که نزدیکتر به ماهه، بیشتر از متوسط و آبی که دورتر از ماهه کمتر کشیده میشه. در حالیکه زمین جامد و صلبه، آب میتونه جریان داشته باشه. تصویرواقعی جزر و مد ترکیبی از این دو اتفاقه! خب منظور از تعادل چیه؟ چه چیزی تعادل پیدا میکنه؟ اگر ماه کل زمین رو به سمت خودش میکشه پس چرا زمین درست به سمت بالا (ماه) سقوط نمیکنه؟
سامانه زمین و ماه به همراه جزرومد- The Feynman Lectures on Physics
علتش اینه که زمین هم، همین کلک رو میزنه، یعنی اینکه زمین بر روی دایرهای – که مرکزش در داخل حجم کرهی زمینه ولی با مرکز زمین خیلی فاصله داره – گردش میکنه. اوضاع صرفا به این سادگی نیست که ماه به دور زمین بچرخه، زمین و ماه هر دو حول یک مرکز مشترک میچرخند. یعنی هر دو دارند به طرف این مرکز مشترک که مرکز جرم این منظومهی دوتایی است سقوط میکنند. حرکت به دور مرکز مشترک همون چیزیه که سقوط اونها رو متعادل و متوازن میکنه! بنابراین زمین هم روی خط راست حرکت نمینکنه، روی یک دایره حرکت میکنه! آب طرف دورتر به ماه، متعادل نشده، چون که کشش ماه اونجا ضعیفتره تا در مرکز زمین که در اونجا نیروی کشش ماه درست با نیروی مرکزگریز متعادل (برابر) است. نتیجهی نبود این تعادل اینه که آب بالا میاد، یعنی از مرکز زمین فاصله میگیره. در طرف نزدیک به ماه، جاذبه ماه شدیدتره، بنابراین نیروی خالص ناشی از نبود تعادل، به سمت دیگر فضاست. ولی این بار هم در جهتی است که از مرکز زمین دور بشه. نتیجهی خالص همهی اینها اینه که دو تا مد، هر کدوم در یک طرف زمین داریم!»
ارتفاع یا دامنه جزرومد در روزهای مختلف یک ماه قمری متفاوته به این دلیل که علاوه بر ماه، خورشید هم تاثیرگذار هست. اگر ماه، خورشید و زمین روی یک خط واقع بشند، معروف به حالت «مهکشند- Spring Tide»، در حالت ماه نو یا ماه کامل، اون موقع بیشترین ارتفاع یا دامنه رو جزر و مد پیدا میکنه. واگر ماه عمود بر خط واصل خورشید و زمین قرار بگیره، معروف به حالت «کهکشند – neap tide»، کمینهی ارتفاع و یا دامنهی جزر و مد بهوجود میاد. تقریباً یک هفته بعد از ماه نو، از دید ناظر زمینی، ماه دقیقا از پهلو مورد تابش نور خورشید قرار میگیره. توی این حالت نصف ماه تاریک و نصفهی دیگه روشن دیده میشه؛ به این وضعیت «یکچهارم نخست» میگند. دوباره یک هفته بعد، ماه از دید این ناظر، دقیقا در مقابل خورشید قرار میگیره و ماه به صورت قرص کامل نورانی دیده میشه (بدر یا در اصطلاح عامیانه ماه شب چهارده). در هر سال اگر که حالت مهشکند مصادف با اعتدالین واقع بشه اونموقع بیشترین حد ممکنه برای جزر و مد اتفاق میافته. بنابراین به طور عادی، در هر شبانه روز دوبار جزر و دوبار مد اتفاق میافته که البته فاصلهی بین هر دو جزر یا مد حدود ۱۲ ساعت و ۲۴/۴ دقیقه است.
به بیان دقیقتر:
زمین با تقریب خوبی یک کرهی صلب هست که سطح زیادی از اون رو سیال(آب اقیانوسها و دریاها) فراگرفته. با در نظر نگرفتن جریانهای اقیانوسها میشه سطح اقیانوسها رو یک سطح همپتانسیل (معروف به زمینواره) در نظر گرفت. از اونجایی که نیروهای گرانشی، گرادیان پتانسیل هستند، هیچ نیروی مماسی بر این سطوح وجود نداره و سطح اقیانوسها در تعادل گرانشی قرار دارند. اجرام خارجی سنگین، مثل ماه و خورشید، به
زمین در مرکز و ماه در سمت راست. جهت رو به بیرون پیکانها نمایانگر میدان گرانشی حاصل بر سطح اقیانوسهاست.
خاطر اینکه میدانهای گرانشی متناسب با فاصله ایجاد میکنند، شکل این سطح همپتانسیل رو بههم میزنند (این تغییر شکل دارای جهتگیری فضایی ثابتی نسبت به اجسام اثرگذار هست). این وسط یک دفعه سر و کلهی نیروهای جزر و مدی یا نیروهای کشندی پیدا میشه! در حقیقت، نیروهای کشندی (Tidal Forces) از آثار ثانویه نیروی گرانش هستند که باعث بوجود اومدن جزر و مد میشند. نیروی کشندی به این دلیل بهوجود میاد که نیروی گرانشی وارد شده از یک جسم به یک جسم دیگه، در طول قطرش یکسان نیست و سطوحی از جسم که به جسم اول نزدیکترند با نیروی بیشتری از نقاط دورتر جسم کشیده میشند. برای درک بهتر، جاذبه گرانشی ماه بر روی اقیانوسهای نزدیک به ماه، زمین جامد(صلب) و اقیانوسهای دور از ماه را در نظر بگیرید. بین زمین جامد و ماه یک جاذبه دوجانبه وجود داره که بر گرانیگاه (مرکزثقل) وارد می شه. اما اقیانوسهای نزدیکتر با نیروی بیشتری جذب می شند و چون سیال هستند، کمی به سوی ماه کشیده و باعث مد میشند. برخلاف نیروهای گرانشی، با تقریب خوبی، نیروهای کشندی با وارون مکعب فاصله( ${۱/r^۳ }$) متناسب هستند. درحقیقت سطح اقیانوسها به خاطر تغییر همپتانسیلهای کشندی (tidal equipotentials) جابهجا میشند.
تشدیدهای کشندی (Tidal Resonances):
از لحاظ نظری، حداکثر دامنهی جزرومدی که توسط ماه ایجاد میشه حدود ۵۴ سانتیمتر و حداکثر دامنهای که توسط خورشید ایجاد میشه ۲۵ سانتیمتر (۴۶٪ ماه) است. در حالت مهکشند، این دو اثر با یکدیگر جمع شده و ارتفاع جزر و مد حدودا به ۷۹ سانتیمتر میرسه . در حالت کهکشند هم این مقدار به ۲۹ سانتیمتر کاهش پیدا میکنه. با این وجود در طبیعت بیشترین ارتفاعی که مشاهده شده ۱ یا ۲ متر بوده. همینطور در دریاچهها و دریاهای منزوی به علت اینکه آب جریان نداره و ارتباطش با بیرون قطعه، دامنه جزر و مد کمتر از اقیانوسهاست. با این وجود در بعضی جاها مثل خلیج فاندی، دامنه جزر و مد به ۱۵ متر هم میرسه! حقیقت اینه که همون جوری که ارتعاش هوا داخل لولههای صوتی تشدید ایجاد میکنه، نوسانات آب درون کانالها و خورها هم منجر به تشدید میشه. جزر و مدهای بزرگ هنگامی اتفاق میافتند که چرخهی جزر و مد رفتهرفته دامنهی مناسب یک موج ایستاده(ایستا) رو داخل کانال ایجاد کنه. آب داخل کانال زمانی در حال تعادله که سطحش صاف و افقی باشه، همینطور زمانی که دچار آشفتگی میشه، مثل فنر با نیروهای بازگرداننده مواجه میشه. عامل بهوجود اورندهی این نیروهای بازگرداننده گرانش هست. (این موجها به موج گرانش یا موج جاذبه معروف هستند – gravity waves. مواظب باشید که با موج گرانشی اشتباه نگیرید! موج گرانشی هم توسط میدان گرانشی تولید میشه، با این تفاوت که موج گرانشی به طور نظری انرژی تابش گرانشی رو منتقل میکنه). برای اینکه شهود بهتری نسبت به موج گرانش پیدا کنید کافیه زمانی که یک لیوان چای دستتونه و در حال راه رفتن هستید، لیوان رو به طور منظم عقب و جلو ببرید، اونموقع، موج گرانش رو مشاهده میکنید! اگر راه رفتنتون رو جوری تنظیم کنید که با فرکانس تشدید یک موج ایستاده همگام(synchronized) بشه اونموقع شما دامنهی یک موج بلند رو (با انتقال انرژی تشدید) ایجاد میکنید و احتمال زیاد بعد از اون مجبور میشید که لباستون رو عوض کنید! پس ترجیحا این آزمایش رو توی مهمونی انجام ندید!
خلیج فاندی به هنگام جزر و مد
امواج ایستاده سطح آب، مثل امواج ایستاده که روی سازهای زهی مثل ویولن تشکیل میشند، امواج عرضی هستند. جزر و مدهای بزرگی که در انتهای یک خور هستند در حقیقت شکم یک موج ایستاده هستند که بین قله و دره نوسان میکنند. اگر در یک تشت آب این رو آزمایش کنیم دورهی تناوب موجهای ما از مرتبهی ثانیه یا چند میلیثانیه میشه اما در مورد جزر و مدهای بزرگ، دورهی تناوب میتونه به چندین دقیقه و حتی ساعت هم برسه که به این دسته از امواج ایستاده سایش (Seiche) میگند! آب در خلیج فاندی داری سایش با دورهتناوب ۱۳/۳ ساعت است!
از جزر و مد برای تولید برق هم استفاده میکنند که بیشتر مهندسیه تا فیزیک، پس به راحتی از خیرش میگذرم! نگاه کنید بهاینجا!
اگر دوست دارید که این پدیده رو با دقت بیشتری بررسی کنید، پیشنهاد میکنم به فصل دوم از کتاب «مبانی ژئوفیزیک، نوشتهی ویلیام لوری –William Lowrie,Fundamentals of Geophysics» رجوع کنید. اونجا محاسبات دقیق رو میتونید پیدا کنید.
همیشه به این فکر بودم که میشه فیزیک رو با چیزهای دیگه پیوند داد، مثل آشپزی!؟ با یکم گشت و گذار و تحقیق اولیه این ایده پررنگتر شد و بنظرم رسید که میتونه عملی باشه. با کلی ذوق و شوق، کلید واژهی آشپزی و فیزیک رو توي گوگل سرچ کردم، اما نتایج خوبی بهدست نیومد. کلی ایده و فکر جدید تو ذهنم بوجود اومد و دنبال اجرا کردنشون بودم. (به عنوان تلفیق فیزیک و آشپزی) چند روز گذشت که یکدفعه به یک مطلب جالب برخوردم: آشپزی ملوکولیmolecular gastronomy. مطالب خیلی جالبی رو تو این زمینه خوندم و گفتم چه خوب میشه اگه این پدیده رو به بقیه هم معرفی کنم . پس این شما و این معرفی گوشهای از آشپزی مولکولی:
آشپزی ملوکولی
اول از همه اینکه آشپزی مولکولی یک علم محسوب میشه! در این علم تحولات فیزیکی و شیمیایی مواد تشکیل دهندهی هر غذا رو در طی پخت و پز مورد بررسی قرار میدند. دو چیز باعث شد این رشته خیلی زود رشد و پیشرفت کنه: یکی اینکه این علم بررسی بین فیزیک و تغذیه رو شامل میشه و دیگه اینکه تونست تغییر عظیمی رو در ظاهر غذاهایی که برای مردم عادی شده بودند، ایجاد کنه و مردم اشتیاق به خوردن غذاهاي قدیمی، اما با ظاهری جدید و جذاب پیدا کنند.
یک رستوران در el bulli
آشپزي مولکولی در سال 1988 توسط نیکلاسکورتی، فیزیکدان مجارستانی و یک شیمیدان فرانسوی به نام هارولدگری ابداع شد. بهتره کمی به تاریخچهی آشپزی فیزیکی و مولکولی بپردازیم. درسته که تا قبل از این علم، علوم دیگری در رابطه با تغذیه وجود داشت، اما هیچ کدوم از اونها به چگونگی پخت و پز، واکنشهای فیزیکی و شیمیایی و تاثیر دما توجهی نداشتند. واژهی آشپزی فیزیکی و مولکولی توسط نیکلاس کورتی که در آکسفورد مشغول تحصیل بود نام گذاری شد. سپس چندین و چند کارسوق در این رابطه برگزار گردید واز دستورهای غذایی مختلفی رونمایی شد و سرانجام رستورانهای بزرگی با اسم رستورانهای مولکولی افتتاح گشت. یکی از بهترین رستورانهای مولکولی،رستوران سه ستارهی البولی (el bulli) در اسپانیا است.
حالا که کمی از تاریخچهی این علم رو دونستیم بهتره که به بعضی از روشهای تهیهی غذاهای مولکولی بپردازیم:
اول از همه این نکته حائز اهمیته که وقتی از آشپزی مولکولی حرف میزنیم، بعضی از مردم احساس خطر میکنند و حس میکنند بخاطر تغییر و تحولهای مولکولی، حتما خوردن این نوع غذاها باعث سرطان یا بیماری لاعلاج میشه. به این دسته از دوستان باید عرض کنم که پختن هر چیزی مسلما تغییرات مولکولی رو به همراه داره .پس تغییرات مولکولی چیز عجیب و غریبی نیست و همه روزه در اطرافمون داره اتفاق میافته و هر غذایی هم که بر روی اجاق گازهای خونه پخته میشه کلی تغییرات مولکولی درش اتفاق میافته. پس جاي نگرانی نیست.
تزئین با استفاده از گاز مایعات – گاز توتفرنگی
بعد از بررسی دستورات غذایی ، میشه کل این دستورات رو به دو دسته تقسیم کرد. دستهی اول دستوراتی هستند که به ترکیبات شیمیایی نیاز دارند. مثل تهیهی گاز هویج که تنها از ترکیب آب هویج با لسیتین پودری به دست میاید. شاید به این فکر بیفتید که کاربرد گاز هویج یا گاز انواع مایعات چی میتونه باشه. اول از همه باید این نکته رو بدونیم که آشپزی مولکولی همونطور که قبلا هم اشاره شد از جهاتی به ظاهر غذا میپردازه. پس یکی از کاربردهای اون تزیین غذاهای مختلف قبل از سرو کردن اونهاست. دوم اینکه برای ایجاد طعم های مختلف ما به گاز یا فوم مواد نیاز داریم. این امر باعث میشه طعم متفاوت و تازه ای به غذاها بدیم. مثلا در بعضی از غذاها ، برای طعم دادن به غذا از سبزیجات معطر استفاده میکنند که این سبزیها در طی پخت و پز ظاهرشون رو از دست میدند و بافتشون هم خراب میشه. اما خیلی ساده میشه همین طعم دهی به غذا رو، از طریق مولکولی و با اضافه کردن گاز سبزیجات به غذا انجام داد! باور کنید میشه 🙂
دستهی دوم دستوراتی هستند که به فیزیک مساله میپردازند. مثل تهیهی فوم روغن زیتون که تنها با هم زدن سریع در دمایی مشخص حاصل میشه. بعضی از دستورات هم هستند که هم میشه با اضافه کردن مواد شیمیایی بهشون رسید و هم با استفاده از عوامل فیزیکی، مثل کروی کردن مایعات.
حالا بیاید کمی راجب کروي کردن مایعات که جزو سادهترین کارها در این علمه متمرکز شیم و یک دستور آشپزی مولکولی رو با هم بررسی کنیم.
براي این که بخواهیم مایعات رو کروی کنیم ، کافیه کمی پودر آگار بهشون اضافه کنیم و بذاریم تا بجوشه. آگار چیزی شبیه نشاسته است با این تفاوت که باعث میشه توی دمای اتاق، غذامون شل یا مایع نشه . بعد که مایع جوشید، اون رو توی روغن سرد بریزیم و بعد از چند دقیقه به ظرف آب انتقالشون بدیم و حالا میتونیم هر جوری که بخوایم اونها رو سرو کنیم. در دستور شیمیایی کروی کردن، از نمک کلسیم و سدیم آلژینات استفاده میشه.
خاویار مایعات
یک دستور غذایی سادهی دیگه تهیهی خاویار است. در این دستور هم از خاصیت آگار استفاده میشه.
دستور تهیهش به این صورته که دو سوم فنجون از مایعاتی که میخواهیم خاویار کنیم رو همراه با ۱۰ گرم آگار میجوشونیم. بعد از اینکه جوشید با قطره چکان درون روغن سبزیجات (سالاد) که از قبل به مدت ۳۰ دقیقه درون یخچال قرار دادهایم میچکانیم. بعد از چند دقیقه گلوله های خاویار را از روغن خارج میکنیم و داخل آب سرد قرار میدیم و هم میزنیم تا کاملا روغن از سطح خاویارها جدا بشند.
خاویارهای ما آماده هستند و میتوانیم اونها رو از آب بیرون بیاریم!
یک نمونه از کارهای زیبا تهیهی اسپاگتی میوه و سبزیجاته که میتونید روند تهیهش رو توی فیلم زیر ببینید:
این هم از اولین تجربهی خودم در آشپزی مولکولی:
اسپاگتی موز و انار
اگر دوست دارید این موضوع رو به صورت علمیتر دنبال کنید، پیشنهاد میکنم توی دوره (کورس) زیر از دانشگاه هاروارد شرکت کنید:
«من فکر میکنم این بازتاب ناراحتکنندهای برای تمدن ما داشته باشه که در زمانی که ما میتونیم دمای اتمسفر ناهید (ونوس) رو اندازهگیری کنیم، نمیدونیم که داخل سوفله (نوعی پیشغذا) چی میگذره!»
خوشحال میشیم که شما هم تجربیات آشپزی مولکولیتون رو با ما در میون بذارید 🙂
گاز هویج که با همزدن سریع لیستین پودری و آبهویج درست شده
یلدا به زودی فرامیرسه و بعد از اون زمستون شروع میشه. خوبه که ما گیکهای علومپایه هم به مناسبت اومدن زمستون یه حرکت باحالی بزنیم و چه حرکتی باحالتر از درست کردن برفدانهی سه فیزیکدان و نوبلیست دوستداشتنی:آلبرت آینشتین، ماری کوری و اروین شرودینگر.
(منظور از برفدانه یه چیزی شبیه برفدانه کخ هست که برفدانه کخ هم یک موجود ریاضی شبیه برفه دیگه! نگاه کنید بهمقدمهی پست فرکتالها)
«مجله تقارن – symmetry magazine» به افتخار این سه دانشمند بزرگ (که دنیا رو جای بهتری برای زندگی کردند) کارجالبی کرده و طرحواره یا الگوهایی رو برای دانلود گذاشته که بعد از چاپشون با یک سری تا زدن و قیچی کردن – البته با دقت و حوصله کافی! – بتونید برفدانههای این سه نفر رو بسازید و احتمالا به درخت کریسمستون آویزون کنید یا اینکه مثل من بذاریدش لای دفترتون و هر کسی رو که دیدید با کلی آبوتاب براش تعریف کنید که این چیه و چه جوری درست میشه 🙂
شاید اون رابطهی همارزی مادهو انرژی معروفتر از چهره آینشتین باشه ولی ما دوست داریم که از چهرهی آلبرت استفاده کنیم! به یاد بیاریم کهنسبیت عام، نسبیت خاص، اثر فوتوالکتریک و حرکت براونیحداقل چیزهایی هست که آینشتین برای ما به ارمغان اورده!
تصویر ماری کوری همراه علامت خطر «پرتوزایی» به خاطر فعالیت زیادش روی این پدیده عجین شده! پس توی طرحوارهی ماری کوری هم باید این علامت پیدا بشه! به یاد بیاریم که ماری کوری اولین خانم برندهی جایزهی نوبل در فیزیک هست. ایشون علیرغم زندگی مشقت باری که داشته تنها کسی هست که علاوهبر نوبل فیزیک(۱۹۰۳) برندهی نوبل شیمی(۱۹۱۱) هم شده! واپاشی هستهای، پولونیم (عنصر) و رادیم (عنصر) حداقل چیزهایی هست که این خانم برای ما به جا گذاشته!
اروین شرودینگره و گربهی معروفش! نگاه کنید به پست«ماجرای گربهی شرودینگر چیه»پس توی طرحوارهی شرودینگر باید جایی هم برای گربهش در نظر بگیریم! گربهای که نه معلومه زندهست و نه معلومه مردهست 🙂
به یاد بیاریم که شرودینگر مکانیک موجی رو ساخت و سهم عمدهای تو پیشرفت مکانیک کوانتومی داشت.
به سادگی طرحوارهها رو دانلود کنید،چاپشون کنید و با استفاده الگویی که مشخص کرده تا بزنید. قسمتهای خاکستری رو جدا کنید. (مطمئین بشید که همهی لایههای کاغذ رو جدا کردید.) بعد از اون تاهایی که زدید رو باز کنید و از برفدانهی فیزیکیتون لذت ببرید. راستی موقع برش زدن مواظب دستاتون باشید!
این ویدیو هم میتونید ببینید و البته بیشتر بخندید تا اینکه چیزی یاد بگیرید:
برخی معتقدند که قلب مکانیک کوانتومی «اصل عدمقطعیت» هایزنبرگ هست. این اصل بیان میکنه که در مکانیک کوانتومی، صرف نظر از خطاهایی که ممکن هست بهخاطر وسایل اندازهگیری و یا هرچیز دیگه پیشبیاد، همیشه یک عدم قطعیتی برای بعضی از کمیتها وجود داره که به هیچ وجه نمیشه از شرشون خلاص شد. به طور ویژه اصل عدم قطعیت بیان میکنه که حاصل ضرب عدم قطعیت «مکان» و «تکانه»ی یک ذره بیشتر از یک مقدار ثابت است:
با این وجود اگر طالب این باشیم که مکان ذره رو بهتر بدونیم اطلاعاتمون از تکانهی ذره کمتر میشه و همین طور اگر بخواهیم از تکانه ذره اطلاعات بیشتری کسب کنیم باید قید دونستن اطلاعات زیاد مکان رو بزنیم. به عبارت دیگه،دونستن دقیق مکان و تکانه، به طور همزمان، در مکانیک کوانتومی غیرممکنه! این عدمقطعیت همینطور سبب شده تا خیلیها به صورت فلسفی در مورد «چرایی» این اصل اندیشه کنند و بحثهای مفصلی رو راه بیاندازند!
بگذریم! دعوتتون میکنم که این ویدیو رو با عنوان «اصل عدمقطعیت هایزنبرگ چیه؟» ببینید:
«هر چیزی که ما آن را واقعی میپنداریم، از چیزهایی ساخته شده که نمیتوانیم آنها را واقعی قلمداد کنیم. اگر مکانیک کوانتومی شما را عمیقا شوکه نکرده، هنوز آن را نفهمیدهاید!» نیلز بور
در مورد مکانیک کوانتومی حرف و نقلهای فراوانی وجود داره که معمولا هر فیزیکپیشهای از اونها مطلع هست. واقعیت اینه که مکانیک کوانتومی گیجکننده هست ولی درسته، کار میکنه! خلاصه اینکه باید مکانیک کوانتومی رو یاد گرفت و ازش استفاده کرد. کتابهای زیادی با رویکردها و سطوح مختلفی نوشته شده و هر کسی میتونه بسته به نیازش یکی از اونها رو تهیه کنه و مطالعه کنه. ولی اگر دنبال یک دوره (کورس) خوب و معتبر برای مکانیک کوانتومی هستید به شما دورهی مکانیک کوانتومی (۱) امآیتی رو برای شروع معرفی میکنم.
یک دورهی ۲۴ جلسهای (هر جلسهش تقریبا ۱ساعت و ۲۰ دقیقه است) که دیدنش حتما پر از سود و فایده خواهد بود برای هرکسی که دنبال یادگیری مکانیک کوانتومیه! استاد این درسAllan Adams ، فوقالعاده این درس رو ارائه میکنه (متاسفانه ما از این قبیل اساتید پرانرژی خیلی خیلی کم داریم توی دانشگاههامون.)
تصویری از کلاس کوانتوم (۱)
به سایتMIT OCW برید و اطلاعات تکمیلی این دوره رو ببینید.
معمولا دانشجوهای سال دوم دروس پایه رو کامل گذروندند ولی اگر شما یک دانشجوی سال دوم هستید و هنوز دروسپایه رو کامل نگذروندید پیشنهاد میکنم پست «معرفی کتاب و دوره برای دانشجویان سال اول فیزیک» روبخونید. درسهای اصلی سال دوم شامل «ریاضی فیزیک» ،«مکانیک تحلیلی»، «فیزیک مدرن» و احتمالا «الکترومغناطیس» هست. (البته من توی این پست در مورد الکترومغناطیس نمینویسم.) بازم یادآوری کنم یادتون باشه گوگل دوست شماست! میتونید سرچ کنید و منابع خیلی خوبی پیدا کنید، یا اینکه از یوتیوب استفاده کنید و کلی دوره خوب پیدا کنید و از یادگیریتون لذت ببرید. فراموش نکنید که مسئله زیاد حل کنید و هیچ چیز مثل تمرین زیاد بهتون کمک نمیکنه. پست لیسانس فیزیک با بیژامه رو بخونید!
۱)ریاضی فیزیک (روشهای ریاضی در فیزیک):
یکی از بدقلقترین درسهای کل دورهی کارشناسی به نظر من همین درسه. چون که ۳واحده ولی در حقیقت ۶ واحده! هر واحدش یک برهمنهی از یک واحد ریاضی و یک واحد فیزیکه! خلاصه ملقمهای از موضوعهای مختلف رو باید یاد بگیرید طی دو ترم. برای همین پیشنهاد میکنم این درس رو خیلی جدی دنبال کنید و برای هر مبحثش یک کتاب در مورد اون مبحث پیدا کنید و دقیق مطالعه کنید. مثلا برای قسمت آنالیز مختلط کتاب«چرچیل»رو بخونید! در حالت کلی کتابهای «آرفکن» و «صدری حسنی» منابع اصلی هستند که به نظر من صدری حسنی بیان بهتری داره. در مورد آرفکن هم حتما از آخرین نسخهش استفاده کنید چون که خیلی بهتر شده ولی حتما به بقیه کتابها هم نگاه کنید:
در مورد دوره هم بهتره مبحث به مبحث دنبالش برید، مثلا وقتی به مبحث جبرخطی رسیدید سراغدوره جبرخطی MITبرید و …
۲) مکانیک تحلیلی (مکانیک کلاسیک):
درس بسیار جالب، جذاب و کلیدی به همراه فرمالیسمهای زیباتر و قویتری برای مکانیک کلاسیک هست! کتابهای متنوعی با سطحهای مختلفی هست که من پیشنهاد میکنم به همهشون رجوع کنید چون که ممکنه موضوعی رو خوب متوجه نشید اون موقع باید سراغ کتابی برید که سادهتر گفته. یا اینکه بعد از خوندن مطلبی بهوجد بیاید و بخوایید که بیشتر یا دقیقتر بدونید، اونموقع باید به یک کتاب قویتر یا جامعتر رجوع کنید تا یادگیریتون رو کامل کنید. بنابراین من کتابها رو به سه دستهی ابتدایی، مناسب و قوی تقسیم میکنم:
به نظر من خوبه که با کتاب «مریون» یا «گرینر» شروع کنید و هرزگاهی هم به «گلدستین» مراجعه کنید، همین طور مثالهای زیاد کتاب «مورین» رو دنبال کنید. در مورد دوره همکورس آقای ساسکیند (دانشگاه استفورد) هست، از دستش ندید!
۳) فیزیک مدرن:
هم فال هست و هم تماشا! یک درس پر از داستان بههمراه موضوعات جدید و موضوعات تازه که به عنوان یک مقدمه برای درسهایی که بعد از اون خواهید داشت، هست. شخصا کتاب شماره ۱ رو بیشتر پسندیدم و به نظرم از کتاب کرین بهتره!