فضاي مشبك ، الكتروگراويتي و نيروهاي پيشران و اسپين در فضا

چكيده :

هنگامي كه خازني با الكترودهاي نامتقارن با ولتاژ بسيار بالا شارژ شود ، يك نيروي پيشران غير عادي به سمت الكترود كوچكتر ظاهر ميشود . اين پديده كه به اثر بيفلد - براون مشهور است اساس كار بسياري از پرنده‌هاي امروزي را تشكيل مي‌دهد . بهترين ركورد منتشر شده براي پرواز اين نوع پرنده‌ها 2.4 متر از [سطح زمين] اعلام شده است . با اين حال هنوز توجيه فيزيكي قابل قبولي براي اين اثر شناخته نشده است .

اينك در اين قسمت سعي مي‌كنيم كه اين پديده شگفت انگيز و همچنين اسپين ذرات باردار در فضا را توجيه كنيم :
همانطور كه ميدانيم اولين نيرو و يا انرژي مهار شده توسط بشر ، انرژي و نيروي باد بود كه بوسيله بادبانها جهت پيش راندن كشتي‌ها استفاده شد . نكته جالب توجه اينكه لازم نبود كه حتما مسير حركت كشتي در امتداد مسير وزش باد قرار مي‌گرفت ، بلكه اين دو مي‌توانستند زاويه‌اي مابين 90 الي 180 درجه داشته باشند . ملوانان با مشاهده تغيير جهت وزش باد ، زاويه بادبانها را تغيير داده و به مسير خود ادامه مي‌دادند و اگر اين زاويه كمتر از 90 درجه و يا مخالف جهت حركت كشتي مي‌شد ، آنها مجبور بودند بادبانها را پايين كشيده و منتظر تغيير جهت وزش باد بمانند ، حتي اگر اين وضعيت روزها و ماه‌ها به طول مي‌كشيد ، به هر حال چاره‌اي نداشتند جز صبر و انتظار .

در رسم فوق خطوط و فلش سبز رنگ مسير وزش باد ، پاره خط قرمز رنگ زاويه بادبان و همچنين خطوط و فلش آبي رنگ مسير و جهت حركت كشتي را نشان ميدهد . به اين نيرو ، نيروي پيشران كشتي در آب گفته ميشود . با توجه به اين مسئله ميتوانيم پديده الكتروگراويتي و اسپين ذرات باردار را توجيه كنيم .
ما ميتوانيم چنين تصور كنيم كه فضا ساختار مشبكي دارد كه از مكعب‌هاي بسيار كوچكي تشكيل شده است كه هندسه آن كاملا اقليدسي ميباشد ، به اشكال زير توجه نماييد :

همانطور كه مشخص است خطوط به موازات محورهاي x , y , z در فضا امتداد يافته و فضاي مشبكي را تشكيل مي‌دهند . اينك اگر در فضا يك ميدان الكتريكي يكنواخت برقرار شود همانند شكل زير :

هيچ برهمكنشي مابين اين ميدان الكتريكي و فضاي مشبك بوجود نمي‌آيد . اما اگر در فضا يك ميدان الكتريكي غير يكنواخت با چگالي متفاوت پديدار شود همانند اشكال زير :

اين ميدان با فضاي مشبك برهمكنش داشته و يك نيروي پيشران به طرف تراكم ميدان الكتريكي با چگالي بالا پديدار ميشود ، يعني شكل زير :

خطوط سياه رنگ بيانگر خطوط فضاي مشبك و خطوط آبي رنگ بيانگر خطوط ميدان الكتريكي ميباشد .
اينك وضعيت يك ذره يا گوي باردار در فضاي مشبك را برسي مي‌كنيم :

همانطور كه مشخص است با نزديك شدن به مركز گوي يا ذره باردار به ميزان تراكم ( چگالي ) ميدان الكتريكي افزوده ميشود ، پس نيروي پيشراني از محيط پيرامون به طرف مركز جرم ( گرانيگاه ، مركز سقل ) وارد ميشود كه برآيند اين نيروها در كل صفر ميشود و ذره يا گوي در فضا بدون حركت مي‌ماند ، ولي تراكم يا چگالي ميدان الكتريكي در مركز اين ذره يا گوي بشدت افزايش مي‌يابد و ميبايست خنثي شود تا ذره يا گوي به پايداري الكتريكي برسد . براي اين منظور ذره و يا گوي چاره‌اي ندارد جز دوران يا چرخش حول مركز خود تا ميدان الكتريكي آن از حالت خطي به اسپيرال لگاريتمي و يا دايره‌اي و بسته تغيير شكل دهد ، يعني اشكال زير :

كه اصطلاحا به اين حالت ( دوران ، چرخش يا سرعت زاويه‌اي ) ذره باردار ، اسپين گفته ميشود . اين سرعت زاويه‌اي ميبايست نيروي پيشران در فضا را نيز خنثي كند . اينك ما اين وضعيت را براي ذره بارداري همچون الكترون برسي مي‌كنيم :
ابتدا بايد بدانيم كه انرژي جنبشي دوراني چيست :
جسم صلبي را در نظر بگيريد كه با سرعت زاويه‌اي ? حول محوري كه نسبت به يك چهارچوب لخت خاص ثابت است ، مي‌چرخد . هر ذره اين جسم در حال دوران ، مقدار معيني انرژي جنبشي دارد . چون تعداد اين ذرات در جسم صلب زياد است ، لذا كميتي به نام لختي دوراني تعريف مي‌شود . لختي دوراني به صورت مجموع جملاتي تعريف مي‌شود كه هر جمله با حاصل ضرب جرم يك ذره از جسم صلب در مجذور فاصله عمودي ذره از محور دوران برابر است . بنابراين انرژي جنبشي دوراني جسم صلب كه بخاطر دوران حاصل مي‌شود ، برابر است با نصف حاصل ضرب لختي دوراني جسم صلب در مجذور سرعت زاويه‌اي . در حقيقت انرژي جنبشي دوراني الكترون ، حاصل نيروي پيشران وارد بر الكترون است ، يعني همان نيروي الكتروگراويتي وارد بر الكترون .k=½I?²كه k انرژي جنبشي دوراني ، I ممان اينرسي جسم دوار و W سرعت زاويه‌اي اين دوران است . براي درك اين انرژي يا نيرو فرض مي‌كنيم كه ميدان الكتريكي پيرامون الكترون ، تقارن خود را براي مدتي از دست داده و تمام انرژي جنبشي دوراني آن تبديل به انرژي جنبشي انتقالي شود كه در اين وضعيت الكترون شتاب گرفته و سرعت آن اينچنين بدست مي‌آيد :

K? انرژي جنبشي دوراني الكترون ، I لختي دوراني يا ممان اينرسي الكترون ، ? سرعت زاويه‌اي الكترون معادل 20^10 الي 23^10 راديان بر ثانيه ( علت اختيار اين سرعت زاويه‌اي اين است كه زوج الكترون - الكترون در هنگام تبديل شدن به زوج الكترون - پوزيترون و برعكس ، تابش گاما جذب و يا گسيل مي‌كند كه بيانگر اين موضوع است كه الكترونها به تعداد فركانس امواج گاما در حال دوران حول محور فرضي خود در هر ثانيه هستند ) ، Kv انرژي جنبشي انتقالي الكترون ، m جرم الكترون معادل 9.109534X10-31 كيلو گرم و v سرعت خطي ( انتقالي ) الكترون ميباشد .
بشقاب پرنده‌ها توان توليد ميدان الكتريكي بسيار قوي ، پيرامون خود را دارند كه با تغيير در چگالي آن ميتوانند به نيروي بسيار زيادي از نوع الكتروگراويتي دست يابند كه اين نيرو ميتواند بي‌وزني و شتاب بسيار زيادي به آنها بدهد .
منابع
1-محمدرضا طباطبايي
2-http://www.ki2100.com
3-http://www.youtube.com
4-http://www.articles.ir
/خ