جرم نوع دوم M۲

در جهانی که ما در آن زندگی می کنیم درکنار خلاء, ماده و انرژی اشغالگران اصلی آن محسوب می شوند ماده و انرژی در بحث های مربوط به فیزیک بسیار پرکار بودند بگونه ای که بدون آنها فیزیک چیزی برای گفتن ندارد

در جهانی که ما در آن زندگی می کنیم درکنار خلاء، ماده و انرژی اشغالگران اصلی آن محسوب می شوند. ماده و انرژی در بحث های مربوط به فیزیک بسیار پرکار بودند بگونه ای که بدون آنها فیزیک چیزی برای گفتن ندارد.

ما با صورت های مختلف انرژی آشنا هستیم و می دانیم که هر کدام به نوعی به دیگری تبدیل می شوند. اما چیزی که ما ازآن به عنوان یک چیز واحد نام می بریم ماده است. اما سوالی که اینجا پیش می آید این استکه آیا چیزی که ما از آن به عنوان ماده یاد می کنیم همین چیزی است که در اطراف ما وجوددارد وما همه روزه با آن سرو کارداریم. از بدن ما گرفته تا تمام وسایل و لوازمی که برای گذراندن زندگی در آنها از ماده استفاده شده است ؟

سوالمان را واضح تر بیان می کنیم. آیا بجز این ماده که جهان پیرامون ما از الکترون ها گرفته تا کهکشان هاکه از آن ساخته شده اند تنها نوع ماده در جهان است. آیا نوع دیگری از ماده نیز وجوددارد که ما تا به حال به آن دسترسی نداشته‌ایم. یا اصلاً در حالت عادی نمی توانیم درباره‌ی آن صحبت کنیم؟

بحث خود را با سرعت نور ادامه می دهیم ما می دانیم که ماده نمی تواند به این سرعت برسد. اگر هم برسد طبق فرمول e=mc^۲ به انرژی کامل تبدیل خواهد شد. این مطلب به این معنا است که ما برای ماده نوعی محدودیت قائل می شویم و این محدودیت در سرعت نور خود را بروز می دهد.

این مطلب را داشته باشید تا طبق فرمول هایی که ما به شما معرفی می کنیم سری هم به سرعت های بالای نور بزنیم. فرمولی که ما برای سرعت بالای نور از اثبات هندسی نسبیت خاص بدست می آوریم. بسیار شگفت انگیز است چون دقیقا قرینه‌ی فرمول سرعتهای پائین نوراست بطوریکه اعداد بدست آمده در یک تقارن اعدادی برای هر دو محاسبه تقریبا یکسان بدست می آیند.

در اینجا ما مطلب خود را با به میان کشیدن بحثی به نام جرم نوع دوم ادامه می دهیم. شاید در ابتدا تعجب آور باشد اما چیزی که ما از آن به عنوان ماده یاد می کنیم و دارای جرم است شاید آن چیزی نباشد که همیشه در ذهن خود داریم. یعنی ماده ای که همیشه در سرعت های پائین نور می تواند حرکت کند و ما برای آن سرعتی بالاتر از سرعت نور متصور نیستیم. البته این مطلب درست هم هست.

چون ماده معمولی و آن چیزی که جهان اطراف ما از آن ساخته شده همین خاصیت ها را نیز با خود به همراه دارد .اما اگر ما نوع دیگری از ماده داشته باشیم که در سرعت های بالای نور حرکت کند و برعکس ماده معمولی سکون برای آن بی معنا باشد مسئله فرق خواهد کرد.

بر طبق نمودارهایی که ما رسم می کنیم از فرمول های که برای نسبیت خاص درسرعت های پائین وبالای نور بدست می آوریم ماده نوع یک که ما آن را ماده ی معمولی مینامیم هنگامی که به سرعت نور نزدیک می شود جرم حرکتی اش افزایش می یابد و در آن طرف نیز ماده ی نوع دوم را داریم که همواره در بالای سرعت نور حرکت می کند. اما برعکس ماده ی نوع یک هنگامی که به این ماده انرژی دهیم سرعت آن کاسته خواهد شد. وسرعت آن به نزدیکیهای سرعت نور افول پیدا خواهد کرد.

چیزی که دراین دو نوع ماده یا جرم یکسان است این است که آن ها نمی توانند با سرعت نور حرکت کنند. چون دراین صورت به انرژی تبدیل خواهند شد. یعنی چه ماده ی معمولی و چه ماده ی ما فوق سرعت نورهنگام رسیدن به سرعت نور به انرژی خالص تبدیل می شوند و ما نمی توانیم تشخیص دهیم که این انرژی مربوط به ماده ی نوع اول است یا نوع دوم.

حال سوالی که اینجا پیش می آید این است که چرا ما تا به حال نتوانسته ایم چنین ماده ای را شناسایی کنیم. در پاسخ می توان گفت ما هنوز بسیاری از ذراتی که در سرعت های پائین نور حرکت می کنند را نتوانسته ایم شناسایی کنیم و برخی آنها مثل نوترینوها را نیز به تازگی و با روش های خاصی آشکار کرده ایم. پس پیدا کردن این ماده هم باید کمی مشکل باشد. چون شاید با ماده ی معمولی بر هم کنش نداشته و فرایندهای دیگری را از ماده ی معمولی دنبال می کند.

در ادامه ما مجبور هستیم اندکی در مورد اثبات هندسی این فرمول ها توضیح دهیم تا بتوانیم فرمول هایی را که بدست آورده ایم ثابت کنیم با قوانین مربوط به نسبیت سازگاری دارند.

در اثبات سرعت های پائین نور ما از زمان و سرعت نور بهره می گیریم و از یک متحرک و ناظری که زمان مربوط به آن را می سنجد استفاده می کنیم.

در ابتدا متحرک A با سرعت V در زمان t از ناظر B دور می شود. دراین لحظه اتساع زمانی که ناظر B محاسبه می کند t” خواهد بود. همچنین متحرک A وقتی به مکانA۰۳۹; می رسد نوری از خود ساطع می کندکه در زمان t و با سرعت C به سمت ناظر B می رسد.

پس بدین ترتیب با چند محاسبه ی ساده فرمول مربوط به اتساع زمان برای سرعت های پائین نور بدست می آید که معکوس این فرمول هم برای محاسبه ی جرم حرکتی استفاده میشود. اما برای سرعت های بالای نور ما از همان موارد یعنی متحرک A و ناظر B استفاده می کنیم بااین تفاوت که متحرک A با سرعت بالای نور یعنی V و در زمان t شروع به حرکت می کند در ابتدا ناظر B اتساع زمانی را با t” محاسبه می کند و درادامه متحرک A در مکان A۰۳۹; نوری از خود ساطع می کند که با سرعت ثابت c و در زمان t به ناظر B می رسد.

دراین مورد هم معکوس فرمول بدست آمده مربوط به جرم حرکتی ماده‌ی نوع دوم خواهد بود. با این توضیحات ما می توانیم با استفاده از فرمول سرعت های بالای نور به این پیش بینی برسیم که نوع دیگری از ماده وجود دارد که در سرعت های بالای نور حرکت می کند و خواص آن باماده ی معمولی متفاوت است. البته این که این نوع ماده را بتوان با نظریه ی ریسمان ها تطبیق داد جای بحث دارد.اما نتایجی که قبلا به آن اشاره شد به طور خلاصه به این شرح است.

۱) ماده چه از نوع اول باشد چه از نوع دوم نمی تواند باسرعت نور حرکت کند چون در این حالت به انرژی تبدیل خواهد شد.

۲) ماده نوع دوم برعکس ماده نوع اول هنگام گرفتن انرژی با افت سرعت مواجه می شود.

۳) ماده ی نوع دوم چون هنوز برای ما ناشناخته است و باماده‌ی معمولی شاید برهم کنش نداشته باشد نمی توان آن را با آشکارسازهای معمولی شناسایی کرد.

در پایان هم باید گفت ماده‌ی نوع دوم چیزی است که از فرمول های بالای سرعت نور سر در می آورد و فقط می تواند یک نظریه باشد. اما ما باید منتظر باشیم و در آینده برای شناسایی این نوع ماده تلاش هایی ار صورت دهیم چون جهان بسیار پیچیده تر از آن چیزی است که ما فکر می کنیم و همیشه چیزهای جدیدی برای رو کردن با خود به همراه دارد.

البته دراین فرمول ها ما از ماهیت این نوع ماده یا ذرات که آیا قانون گرانش برای آن صادق است یا هنگامی که ماده‌ی نوع اول ودوم در کنار هم قرار گیرند چه اتفاقی می افتد نمی توانیم صحبت کنیم. در مورد فرمول های سرعت بالای نور شاید این سوال به ذهن آید که این فرمول ها اصل علیت رانقض می کنند. چون نور یک جسم دیرتر از خود جسم به ناظر خواهد رسید. اما در پاسخ باید گفت ما تمام چیزها را در جهان با سرعت نور نمی سنجیم و شاید امواجی یا ذراتی باشند که سریعتراز سرعت نور حرکت می کنندچنانکه هنگامی که رعد و برق می زند آیا ما از نور آن به وجود آن پی می بریم یا از صدای آن که دیرتر از نور رعد و برق می رسد. پاسخ به این پرسش می تواند متفاوت باشد اما باز می توان گفت که سرعت نور پایان سرعت نیست و تنها یک ثابت است.

چنانکه به تازگی دانشمندان توانسته اند فوتون های در حال حرکت را به هم به سرعت های پائین نور برسانند و هم اندکی آنها را به سرعت بالای نور برسانند. البته این مطلب را هم باید گفت که انرژی هم جرم دارد و جرم نوع دوم طبعا با آن ماده ای که ما می شناسیم متفاوت خواهدبود. در پایان هم باید گفت این جرم احتمالاً در اطراف سرعت m/s ۸ ۱۰ × ۲۳/۴ حرکت میکند در واقع این سرعت برای این نوع جرم نوعی تعادل انرژیک به حساب می آید. چون تغییرات در این سرعت باید بیانگر تغییرات در انرژی این ذرات ملاحظه شود. این سرعت با استفاده از محاسباتی که در فرمول بالای سرعت نور انجام می گیرد بدست می آید.و با اندکی محاسبه میتوان به ان رسید.

امین محمودنژاد