عکس های خیره کننده سیاره زمین از فضا

اولین تصویر سیاره زمین از فضا

این تصویر در 24 اکتبر 1946 از فاصله 105 کیلومتری زمین گرفته شده است. راکت تغییر داده شده V-2 که از پایگاه وایت سند آمریکا به فضا پرتاب شده بود، در حقیقت نمونه ای از موشک بالستیک نازی ها در جنگ جهانی دوم بود.

اولین تصویر زمین از ماه

23 آگوست 1966. این تصویر توسط مدارگرد ناسا به نام اوربیتر 1 در شانزدهمین دور آن به دور ماه گرفته شده است.

تنهایی ما در فضا

این تصویر توسط سرنشینان آپولوی 8 از مدار ماه گرفته شده و تنهایی زمین اقامتگاه ما در فضای بیکران را نشان می دهد.

زمین و ماه در یک قاب تصویر

این تصویر توسط ویاجر 1 در 18 سپتامبر 1977 گرفته شده و برای اولین بار زمین و ماه را در یک قاب تصویری نشان می دهد. فاصله ویاجر 1 از زمین در لحظه گرفتن تصویر 11.66 میلیون کیلومتر بوده است.

دورترین تصویر از زمین

نقطه آبی کم رنگ، تصویر معروف ویاجر 1 از زمین که این سیاره را در میان حلقه های زحل نشان می دهد. در این زمان ویاجر 1 6 میلیارد کیلومتر از زمین فاصله داشته است.

منبع: NASA

راز ماده تاریک می‌تواند در حلقه‌های اینشتاین نهفته باشد

ممکن است پژوهشگران یک گام به شناسایی ماهیت ماده تاریک نزدیک شده باشند، این دانش از مطالعه مواردی غیرعادی از لنزهای گرانشی بدست آمده که توسط هاله های ماده تاریک احاطه کننده کهکشان های دوردست ایجاد شده است.

اجرام بزرگ باعث خمیده شدن نور و تشکیل حلقه‌های عجیب اینشتاین و اشکال گرانشی دیگری می‌شوند. پژوهشگران بر این باورندکه ماده تاریک حدود 85 درصد ماده تشکیل دهنده عالم را می سازد. اما در حالی که آثار گرانشی این ماده بروشنی قابل مشاهده است، دانشمندان ایده ای در ورد مکان حضور ماده تاریک و ماهیت واقعی آن ندارند. این سردرگمی توسط این واقعیت ایجاد می‌شود که ماده تاریک نور یا هیچ شکلی از تابش الکترومغناطیسی از خود مانند ماده باریونیک (ماده معمولی ساخته شده از ذرات بنیادی) ساتع نمی‌کند.

از قرن نوزدهم که نظریه ماده تاریک برای اولین بار مطرح شد، دانشمندان گمانه زنی های متعددی درباره ماهیت آن ارائه کردند. لیکن در حال حاضر جامعه علمی دو نظریه داوطلب برای این ماده دارد: ذرات جسیم با برهم کنش ضعیف (WIMPs) که طبق پیش بینی ها بسیار شبیه سایر ذرات عمل می کنند؛ و آکسیون ها، ذرات بسیار خردی که به واسطه تداخل کوانتومی بسیار شبیه امواج عمل می کنند. اما با وجود سالها آزمایش در شتاب دهنده‌های ذرات، نه WIPM ها و نه آکسیون ها کشف نشده اند.

در مطالعه جدیدی که 20 آوریل سال جاری در نشریه Nature Astronomy منتشر شده است، پژوهشگران با تحلیل اشیاء غیرعادی ناشی از لنزهای گرانشی سعی در یافتن ماهیت ماده تاریک کرده اند (پدیده لنز گرانشی به نظریه نسبیت عام اینشتاین اشاره دارد که طبق آن مسیر نور هنگام عبور از اجرام عظیمی مانند سیاهچاله ها و کهکشان ها خمیده شده و این اجرام همانند لنز عمل می کنند، بنابراین موجب بزرگنمایی ستارگان دوردست تر می شوند - مترجم). این اشیاء ناشی از لنز گرانشی، اجرام بسیار دوردستی هستند که با عبور نور از درون فضا-زمان خمیده شده تحت گرانش یک شیء نزدیکتر، بزرگنمایی می شوند.

در حالت عادی پدیده لنز گرانشی موجب می شود نوری که از یک شیء دوردست مانند یک کهکشان بسوی ما می آید، در هنگام عبور از یک شی جسیم نزدیکتر تحت اثر گرانش آن خمیده شود. جرم عظیم شیء نزدیکتر که می تواند یک کهکشان، کوآزار یا سیاهچاله باشد، یک نیروی گرانشی قوی ایجاد می کند که فضا-زمان پیرامون خود را خم می کند، بنابراین چشم که عادت دارد مسیر نور را مستقیم ببیند، اشیا دوردست را بزرگتر از آنچه هستند خواهد دید، درست مانند اتفاقی که در مورد یک لنز نوری معمولی می افتد.

وقتی حلقه نور پیرامون شیء نزدیکتر یک داریه کامل می سازد، به نام حلقه اینشتاین نامیده می شود که نخستین بار در سال 1912 توسط این دانشمند بزرگ پیش بینی شد. در آگوست 2022، تلسکوپ فضایی جیمز وب یک تصویر خیره کننده از یکی از کاملترین حلقه های اینشتاین به زمین مخابره کرد.

نحوه شکل گیری حلقه های اینشتاین. نوری که از یک جرم آسمانی دوردست می آید توسط یک جسم پرجرم نزدیکتر خمیده شده و در مسیرهای متفاوت حرکت می کند طوری که یک حلقه به دور جسم دوردست تر دیده می شود.

لیکن برخی حلقه های اینشتاین ممکن است تکرار شده باشند، به عبارتی تصاویر متعددی از یک شیء دوردست بزرگنمایی شده مشاهده شود. دانشمندان بر این باورند که این گرداله های عجیب زمانی ایجاد می شوند که فضا-زمان توسط "هاله‌های ماده تاریک" بیش از حد معمول خمیده می شوند – حلقه های فرضی ماده تاریک پیرامون کهکشانها که هیچگاه مستقیما آشکارسازی نشده اند.

هنوز راه زیادی تا شناخت ماهیت واقعی ماده تاریک باقی مانده است. اما اکنون دانشمندان می دانند که در کدام پدیده های عالم بیکران پیرامون باید به دنبال این موجودیت اسرارآمیز بگردند.

منبع: Live Science

در هم تنیدگی کوانتومی، شگفت ترین پدیده در فیزیک

آندریاس مولر، 18 اکتبر 2022

مترجم: اصغر ناصری

جایزه نوبل 2022 در فیزیک به سه دانشمند اعطا شد که سهم درخشانی در تشریح یکی از رازآمیزترین پدیده های طبیعی داشتند، درهم تنیدگی کوانتومی (quantum entanglement).

به ساده ترین بیان، درهم تنیدگی کوانتومی به این معنا است که ویژگی های یک ذره از جفتی در هم تنیده به ویژگی های ذره دیگر بستگی پیدا می کند، بدون اینکه فاصله میان آنها یا محیط میان آنها مطرح باشد. برای مثال این ذرات می توانند الکترونها یا فوتونها باشند و ویژگی مورد نظر می تواند حالتی باشد که ذره در آن بسر می برد، مانند جهت چرخش (اسپین) آن.

بخش شگفت درهم تنیدگی کوانتومی این است که وقتی چیزی را درباره یک ذره در یک جفت در هم تنیده اندازه گیری می کنید، بلافاصله چیزی درباره ذره دیگر خواهید دانست حتی اگر بین آنها میلیونها سال نوری فاصله باشد. این ارتباط غریب میان دو ذره آنی است، و بنظر می رسد یکی از قوانین بنیادین طبیعت را زیرپا می گذارد. معروف است که آلبرت اینشتاین این پدیده را "عمل شبح وار از دوردستها" نامید.

این پدیده که بسیار شگفت عمل می کند – زیرا اطلاعات میان دو ذره گویی سریعتر از نور مبادله می شود – در پرتو کار سه برنده جایزه نوبل، آلن اسپکت، جان کلوزر و آنتون زیلینگر روشن تر شده است.

اما حتی تا سالهای دهه 1970 پژوهشگران هنوز درباره اینکه درهم تنیدگی کوانتومی یک پدیده واقعی است، دچار دودستگی بودند. یک دلیل اصلی این بود که کسی جرات نمی کرد با آینشتاین بزرگ مخالفت کند که خود به این پدیده مشکوک بود. توسعه فناوری آزمونهای نوین و پدید آمدن پژوهشگران جسور باعث شد تا این راز برملا شود.

ذرات می توانند در یک زمان در حالت های متعددی وجود داشته باشند

برای درک صحیح شبح وار بودن درهم تنیدگی کوانتومی، لازم است ابتدا "برهم نهی کوانتومی" را درک کنیم. برهم نهی کوانتومی این ایده است که ذرات در یک لحظه از زمان می توانند در حالت های مختلفی وجود داشته باشند. وقتی یک اندازه گیری انجام می شود، مانند این است که ذره یکی از حالت های موجود در برهم نهی را انتخاب می کند.

برای مثال بسیاری از ذرات صفتی به نام اسپین دارند که برای یک جهت گیری خاص ابزار تحلیل (آنالیزر) می تواند در حالت "بالا" یا "پایین" باشد. اما تا زمانی که اسپین یک ذره اندازه گیری شنده است، بطور همزمان در وضعیت برهم نهی اسپین بالا یا پایین قرار خواهد داشت.

به هر حالت یک احتمال نسبت داده می شود و می توان پیامد متوسط اندازه گیری های متعدد را پیش بینی کرد. احتمال اینکه یک اندازه گیری منفرد به اسپین بالا یا پایین برسد به این احتمال ها بستگی دارد اما خود غیرقابل پیش بینی است.

گرچه بسیار غریب بنظر می رسد، ریاضیات و آزمایشاتی بیشمار نشان داده اند که مکانیک کوانتومی واقعیت فیزیکی را بدرستی توصیف می کند.

واقعیت برهم نهی کوانتومی

درهم تنیدگی کوانتومی یکی از نتایج برهم نهی کوانتومی است که برای بنیان گذاران مکانیک کوانتوم در دهه 1920 و 1930 امری روشن بود.

برای ایجاد ذرات در هم تنیده، باید یک سیستم را به دو بخش تفکیک کنید بطوری که در اینجا حاصل جمع بخش ها معلوم است. برای مثال می توانید یک ذره را با اسپین صفر به دو ذره با اسپین های مخالف تفکیک کنید بطوری که مجموع اسپین های آنها صفر باشد.

در سال 1935 آلبرت اینشتاین، بوریس پودولسکی و نیتان روزن مقاله ای منتشر کردند که یک آزمایش فکری را برای نشان دادن عجیب و غریب بودن درهم تنیدگی کوانتومی تشریح می کرد، پدیده ای که یکی از قوانین بنیادی جهان را به چالش می کشید (آینشتاین با نبوغ بی مانند خود طراح آزمایشات فکری بسیاری بود که تنها سالها و چندین دهه بعد با ابداع وسایل علمی پیشرفته درستی آنها به اثبات رسید .مترجم).

نسخه ساده شده ای از این آزمایش فکری که به دیوید بوهم نسبت داده شده است، تلاشی ذره ای به نام مزون پای را در نظر می گیرد. وقتی این ذره متلاشی می شود، یک الکترون و یک پوزیترون تولید می کند که دارای اسپین های مخالف هستند و از یکدیگر دور می شوند. بنابراین اگر اسپین الکترون با اندازه گیری بالا تعیین شود، اسپین اندازه گیری شده پوزیترون تنها می تواند پایین باشد و بالعکس. این امر حتی اگر دو ذره میلیاردها کیلومتر از هم فاصله داشته باشند صحیح خواهد بود.

این امر اگر اسپین اندازه گیری شده الکترون همواره بالا و از آن پوزیترون همواره پایین باشد خوب است. اما مطابق مکانیک کوانتومی، اسپین هر دو ذره می تواند بخشی بالا و بخشی پایین باشد تا زمانی که اندازه گیری شود. تنها وقتی اندازه گیری انجام شود، حالت کوانتومی اسپین به بالا یا پایین " فرو ریخته" و بطور آنی ذره دیگر را در وضعیت اسپین مخالف قرار می دهد. در اینجا بنظر می رسد ذرات با وسیله ای سریعتر از نور با هم مبادله اطلاعات می کنند. اما مطابق قوانین فیزیک، هیچ چیزی نمی تواند سریعتر از نور حرکت کند. مطمئنا حالت اندازه گیری شده یک ذره نمی تواند بطور آنی حالت ذره دیگر را در انتهای جهان تعیین کند!

فیزیکدانان از جمله اینشتاین کبیر، تفاسیری جایگزین از درهم تنیدگی کوانتومی در دهه 1930 ارائه کردند. آنها نظریه ای مطرح کردند که مطابق آن خاصیتی ناشناخته – که متغیرهای پنهان نامیده می شد- حالت یک ذره را پیش از اندازه گیری تعیین می کند. اما در آن زمان فیزیکدانان فناوری یا تعریفی از یک اندازه گیری روشن در دست نداشتند که بتواند تغییرات لازم در نظریه کوانتومی برای دخالت دادن متغیرهای ناشناخته را تعیین کرده و به آزمون بگذارد.

آیا نظریه کوانتومی باید اصلاح شود؟

یافتن کلیدهایی برای یک پاسخ، تا سالهای دهه 1960 طول کشید. جان بل، فیزیکدان برحسته ایرلندی که تا دریافت جایزه نوبل زنده نماند، طرحی برای آزمایش اعتبار متغیرهای پنهان ابداع کرد.

بل معادله ای ابداع کرد که هم اکنون آن را به عنوان نابرابری بل می شناسیم، که همواره درست است و گرچه همواره برای مکانیک کوانتومی درست نیست، در مورد متغیرهای پنهان صدق می کند. بنابراین اگر معادله بل در یک آزمایش واقعی برآورده نشود، نظریات مربوط به متغیرهای پنهان محلی را می توان به عنوان توضیحی بر درهم تنیدگی کوانتومی مردود دانست.

آزمایشات انجام شده توسط برندگان جایزه نوبل 2022، بویژه آنچه آلن اسپکت انجام داد، اولین آزمون نابرابری بل بودند. این آزمایشات بجای جفت الکترون و پوزیترون از فوتونهای در هم تنیده استفاده کردند. نتایج بطور قاطعی وجود متغیرهای پنهان را رد کردند، یعنی صفت رازآمیزی که حالت های ذرات در هم تنیده را از پیش تعیین می کند. این آزمایشات نشان دادند مکانیک کوانتومی واقعا صحیح است و ذرات می توانند در فواصل بزرگ طوری ارتباط متقابل پیدا کنند که توسط فیزیک پیش از مکانیک کوانتومی قابل توضیح نیست.

واقعیت مهم این است که تضادی میان نسبیت خاص که مبادله اطلاعات سریعتر از نور را ممنوع می دارد با این پدیده وجود ندارد. این واقعی که اندازه گیری در فواصل بعید به هم مرتبط اند به این معنا نیست که اطلاعات بین ذرات مبادله می شود. دو فرد که دور از همند و بر روی ذرات در هم تنیده آزمایش انجام می دهند نمی توانند از این پدیده برای مبادله اطلاعات بین هم سریعتر از نور استفاده کنند.

امروزه فیزیکدانان به پژوهش درباره درهم تنیدگی کوانتومی و بررسی کاربرد خاص بر روی ذرات مختلف ادامه یم دهند. گرچه مکانیک کوانتومی می تواند احتمال یک اندازه گیری با دقت خارق العاده را پیش بینی کند، بسیایر پژوهشگران درباره اینکه بتواند توصیف کاملی از واقعیت ارائه دهد مشکوک هستند. یک چیز را با اطمینان می دانیم: هنوز اسرار زیادی درباره دنیای مکانیک کوانتومی وجود دارد.

منبع: Howstuffworks

چرا حتی دوقلوهای یکسان نیز اثر انگشت متفاوت دارند؟

منبع:  howstuffworks.com

 

اثر انگشت‌ها بیشتر از قوس‌ها، حلقه‌ها و پیچ‌ها و گاهی ترکیبی از هر سه تشکیل شده‌اند.

یکی از شگفتی های بزرگ زندگی، این است که همانند گلوله‌های برف هیچ دو نفری دارای اثر انگشت یکسان نیستند. حتی دوقلوهای یکسان که از یک سلول تخم واحد نتیجه می‌شوند، اثر انگشت یکسان ندارند. البته یکسان شدن اثر انگشت دونفر کاملا ناممکن نیست و 1 نفر در میان 64 میلیارد نفر می توانند اثر انگشت یکسان داشته باشند. اما جمعیت کنونی بشر حدود هشت میلیارد نفر است!

هزاران سال است که اثر انگشت افراد مورد مطالعه قرار گرفته است، اما اداره فدرال بازرسی آمریکا (FBI) امروزه هشت الگوی اصلی اثر انگشت را شناسایی کرده است. اینها شامل چهار نوع حلقه، دو نوع قوس، یک نوع پیچ و حتی یک نوع تصادفی است که ترکیبی از سه الگوی یاد شده بشمار می‌رود. اما حتی میان الگوهای گفته شده تفاوت زیادی از نظر فاصله، عمق، زاویه و مانند آنها وجود دارد. الگوی اثرانگشت بستگی زیادی به وراثت و محیط رشد فرد دارد.

محیط رحم چه تاثیری بر اثر انگشت دارد؟

پوست انسان به آسانی تحت تاثیر محیط آن قرار می‌گیرد. به همین دلیل افرادی که در فضای آزاد کار می‌کنند پوست سفت‌تری از آنهایی دارند که در سایه بسر می‌برند. در حقیقت با رشد جنین، اپی درمیس و درمیس (لایه های بیرونی و درونی پوست) بطور طبیعی به هم می‌‌رسند که در نتیجه آن شیارهای اصطکاکی ایجاد می‌شوند. این شیارها طرح اصلی خود را از ژنهای والدین می‌گیرند اما سلولهای هر جنین با آهنگ خاص خود رشد می‌کند که باعث می‌شود پوست به روشهای متفاوتی رشد کرده و کشیده شود.

نمو اثر انگشت جنین که بین هفته‌های 13 و 19 بارداری روی می‌دهد، می‌تواند تحت تاثیر مواد مغذی که به جنین می‌رسد نیز قرار گیرد. حتی موقعیت جنین درون رحم و نسبت به بند ناف و سایش جنین با دیواره رحم بر الگوی اثر انگشت تاثیر می‌گذارد. به محض تشکیل کامل اثر انگشت در سراسر زندگی فرد ثابت باقی می‌ماند.

حتی دوقلوهای یکسان نیز تحت اثر جهش‌های ژنتیکی متفاوتی قرار می‌گیرند که آنها را اندکی متفاوت با یکدیگر می‌سازد. در حقیقت مسیرهای سیگنال (signaling pathways) به ژنها کمک می‌کند با یکدیگر ارتباط داشته و دستورالعمل های منفرد خود را کامل کنند. این مسیرها به محیط رحم بسیار حساسند که دلیل تفاوت میان اثر انگشت حتی دوقلوهای یکسان است.

نکته جالب: گربه‌ها و سگ‌ها روش خاص خود برای تمایز را دارند و آن بینی های آنان است. برآمدگی‌های روی بینی هر سگ یا گربه متفاوت از دیگری و کاملا منحصر بفرد است که ماند اثر انگشت در انسانها عمل می‌کند.

---

تدریس ریاضیات دبیرستان و دانشگاه

توسط مدرس خصوصی با بیش از بیست و چهار سال سابقه موفق

دروس ریاضیات دبیرستان: حسابان، ریاضیات گسسته، هندسه تحلیلی، جبر و احتمال، ریاضیات تجربی و انسانی

دروس دانشگاه: ریاضی عمومی، معادلات دیفرانسیل، محاسبات عددی، آمار و احتمال، ریاضی مهندسی

کیفیت عالی، قیمت توافقی، جزوات مدون، حل تمرینات متعدد و متنوع

به شماره 09360771981 پیامک دهید (ناصری)

---

ابرهای مرتفع بر فراز مریخ

شنبه 23 آوریل 2023

مریخ نورد پریزروانس ناسا این تصویر زیبا از ابرهای مرتفع برفراز سیاره سرخ را به زمین مخابره کرده است.

پریزروانس تاکنون 753 روز مریخی را بر روی این سیاره سپری کرده است. روز مریخ 40 دقیقه طولانی تر از روز زمینی است. این تصویر در 738 امین روز اقامت مریخ نورد گرفته شده است.

ابرهای مرتفع در اتمسفر مریخ احتمالا از دی اکسید کربن منجمد ساخته شده و در اولین ساعات صبح قبل از طلوع خورشید قابل رویت هستند، یعنی زمانی که اشعه خورشید آنها را در بهترین زاویه ممکن روشن می سازد.

منبع: Space.com

---

تدریس ریاضیات دبیرستان و دانشگاه

توسط مدرس خصوصی با بیش از بیست و چهار سال سابقه موفق

دروس ریاضیات دبیرستان: حسابان، ریاضیات گسسته، هندسه تحلیلی، جبر و احتمال، ریاضیات تجربی و انسانی

دروس دانشگاه: ریاضی عمومی، معادلات دیفرانسیل، محاسبات عددی، آمار و احتمال، ریاضی مهندسی

کیفیت عالی، قیمت توافقی، جزوات مدون، حل تمرینات متعدد و متنوع

به شماره 09360771981 پیامک دهید (ناصری)

---