در مکانيک کوانتوم نور يک نقطه ي مادي و فاقد ساختمان است

در نسبيت خاص سرعت نور در خلاء ثابت و برابر c است. اما در نسبيت عام سرعت نور تابع شدت ميدان گرانشي است که براي آن رابطه ي زير ارايه شده است

در اين رابطه c0 سرعت نور قبل از ورد به ميدان گرانشي و M, G, R بترتيب جرم، ثابت جهاني گرانش و شعاع جسمي است که ميدان گرانشي را ايجاد کرده است
از طرف ديگر مي دانيم که سرعت نور در يک محيط (غير خلا) با ضريب شکست
n از رابطه ي زير به دست مي آيد
V=C/n
اگر بخواهيم به آنچه که قبلا در مکانيک کوانتوم گفته شده بسنده کنيم، نمي توانيم به نتايج و ديدگاه هاي جديدي در فيزيک برسيم. اما اگر بخواهيم به نتايج تازه و شهودي برسيم، بايستي به ساختمان فوتون توجه کنيم و اين کاري است که در نظريه سي. پي. انجام شده است
در اينجا بطور مختصر ساختمان فوتون را از ديدگاه نظريه سي. پي. اچ. مورد بررسي قرار مي دهيم تا ببينيم که چرا سرعت نور در خلاً ثابت است و چرا در ميدان گرانشي تغيير مي کند و اصولاً چرا در ساير محيط ها سرعت نور کمتر از سرعت آن در خلا است؟
ساختمان فوتون در نظريه سي. پي. اچ
با توجه به نظريه سي. پي. اچ. ، يک فوتون شامل تعدادي سي. پي. اچ. است که همراه فوتون با حطي برابر با سرعت نور حرکت مي کنند. از طرف ديگر مي دانيم که نور يک موج الکترومغناطيسي است که از دو ميدان مغناطيسي و الکتريکي عمود بر هم تشکيل شده است. بنابراين مي توان نتيجه گرفت که سي. پي اچ. هاي موجود در ساختمان فوتون به دو دسته، سي. پي. اچ. هايي که ميدان مغناطيسي را تشکيل مي دهند و سي. پي. اچ. هايي که ميدان الکتريکي فوتون را تشکيل مي دهند، تقسيم مي شود - شکل زير

در شکل بالا ساختمان يک فوتون ترسيم شده است که در آن مي توان به موارد زير اشاره کرد
يک - فوتون از تعدادي بار-رنگ و تعدادي مغناطيس - رنگ تشکيل شده است
دو - بار-رنگ ها داراي اسپين هستند. همچنين مغناطيس - رنگ ها نيز داراي اسپين هستند
سه - فوتون داراي اسپين است
سي. پي. اچ. چيست؟
سي. پي. اچ. يک ذره بنيادي با جرم ثابت است که با مقدار سرعت ثابت حرکت مي کند. اين ذره داري لختي دوراني است. در هر واکنش بين اين ذره با ساير ذرات يا نيروها در مقدار سرعت آن تغييري داده نمي شود، بطوريکه
gradVc=0 in all inertial frames and any space
هنگاميکه نيروي خارجي بر آن اعمال شود، قسمتي از سرعت انتقالي آن به سرعت دوراني (يا بالعکس ) تبديل مي شود، بطوريکه در مقدارVc
تغييري داده نمي شود. يعني اندازه حرکت خطي آن به اندازه حرکت دوراني و بالعکس تبديل مي شود. بنابراين مجموع انرژي انتقالي و انرژي دوراني آن نيز همواره ثابت است. تنها انرژي انتقالي آن به انرژي دوراني و بالعکس تبديل مي شود
هنگاميکه سي. پي. اچ. داراي حرکت دوراني حول محوري که از مرز جرم آن مي گذرد است، يعني زمانيکه سي. پي. اچ. داراي
Spin
است، آن را گراويتون مي ناميم
When CPH has Spin
It calls Graviton

در شکل بالا نشان داده شده است که سي. پي. اچ. در هر مکان يا در هر شرايط فيزيکي که قرار گيرد، داراي در حرکت انتقالي و حرکت دوراني يعني اسپن است. بطوريکه تحت هيچ شرايطي از مقدار سرعت آنکاسته نمي شود و همواره با مقدار سرعت
Vc>c
حرکت مي کند.

سي. پي. اچ. و سرعت نور
قبل از ادامه ي بحث لازم به توضيح است که سرعت نور ناشي از سرعت خطي مولفه هاي تشکيل دهنده ي آن است. به عبارت ديگر سرعت خطي اجزاي تشکيل دهنده ي فوتون که همان سي. پي. اچ. ها هستند برابر با سرعت نور است. اگر سرعت خطي سي. پي. اچ. ها افزايش يابد، سرعت فوتون (نور) نيز افزايش مي يابد. اگر سرعت خطي سي. پي. اچ. ها کاهش يابد، الزاماً سرعت نرو نيز افزايش مي يابد
علاوه بر آن توجه داشته باشيد که چون سي. پي. اچ. همواره با مقدار سرعت ثابت Vc حرکت مي کند، بنابراين اگر سرعت خطي سي. پي. اچ. افزايش يابد، از مقدار اسپين (مقدار سرعت دوراني ) آن کاهش مي يابد. و هنگاميکه از مقدار سرعت خطي سي. پي. اچ. کاسته شود، به همان ميزان بر اسپين آن افزوده خواد شد. همچنين توجه شود که تعداد سي. پي. اچ. موجود در ساختمان فوتون تابع انرژي آن است و با افزايش تعداد سي. پي. اچ. در فوتون، انرژي فوتون افزايش مي يابد - شکل زير

حال سرعت نور در در حالت هاي زير بررسي مي کنيم
يک - سرعت نور در خلاً
در خلاً نور تحت تاثير هيچ عامل خارجي نيست، پس تنها عامل تعيين کننده ي سرعت خطي و اسپين سي. پي. اچ. ها، همان کنش بين سي. پي. اچ. هاي درون فوتون است. بنابراين مقدار سرعت خطي و اسپين سي. پي. اچ. ها ثابت مي ماند.

 

تا زمانيکه نور در خلاً حرکت مي کند، هر تغييري اعم از سرعت يا انرژي تنها ناشي از کنش هاي ذرات تشکيل دهنده ي فوتون است. بنابراين در نظريه سي. پي. اچ. نيز سرعت نور در خلاً (نسبت به دستگاه لخت) ثابت و همانطور است که در نسبيت خاص مطرح شده است
دو - سرعت نور در ساير محيط ها
فرض کنيم نور از خلا وارد يک محيط ديگر نظير آب شود. اما هر محيط مادي متشکل از مولکولها ييا ساير ذراتي است که در اطراف آنها ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي است. اين ميدانها بر بار- رنگ و مغناطيس - رنگ ( سي. پي. اچ. هاي موجود در ساختمان فوتون) اثر گذاشته و از مقدار سيرعت خطي آنها کاسته شده و بر مقدار اسپين آنها افزوده مي شود. هنگاميکه نور از اين محيط خارج و وارد محيط ديگري شود، از نيروهاي محيط جديد پيروي کرده و سرعت جديدي خواهد داشت. لذا سرعت نور - فوتون - تابع سرعت خطي سي. پي. اچ. هاي موجود در آن است و سرعت خطي سي. پي. اچ. نيز تابع نيروهاي خارجي وارد بر آنها است
سه - سرعت نور در ميدان گرانشي
نخست بايد پرسيد که چرا همچنانکه نسبيت عام تصريح مي کند، سرعت نور در ميدان گرانشي تغيير مي کند؟

فرض کنيم يک فوتون در حال سقوط در يک ميدان گرانشي است. بنابر نظريه سي. پي. اچ. ميدان گرانشي متشکل از گراويتونها است که با سرعتي بالاتر از سرعت نور در حرکت هستند. اين گراويتون ها (بار - رنگ و مغناطيس - رنگ) وارد ساختمان قوتون مي شوند و همچنانکه نسبيت پيشگويي کرد و در آزمايش نيز ثابت شد، انرژي فوتون افزايش مي يابد.

هنگاميکه در يک ميدان گرانشي گراويون وارد ساختمان فوتون مي شود، اندازه حرکت فوتون جديد برابر است با مجموع اندازه حرکت قبلي فوتون و اندازه حرکت گراويتون و در نتيجه سرعت فوتون افزايش مي يابد. اما بايد توجه داشت که در اين حالت نيز مقداري از اسپين سي. پي. اچ. ها به سرعت خطي تيديل مي شود و به همان ميزان به سرعت نور افزوده مي گردد.
منبع :http://www.academist.ir منبع: