ده آزمايش برتر جهان ( زيباترين آزمايش هاي فيزيك در تاريخ )

[™Ali]

در عصري كه ما زندگي مي كنيم آزمايشهايي كه چشمان جهانيان را خيره مي كند ازجمله آزمايشهايي كه براي يافتن توالي اجزاي يك ژنوم، شكافتن ذرات ريز اتمي در شتابدهنده ها و تجزيه وتحليل ستارگاني كه با ما ميلياردها سال نوري فاصله دارند نياز به ميليونها دلار سرمايه گذاري دارند و تجزيه وتحليل اطلاعات به دست آمده از ابزارهاي پيشرفته دراين آزمايشها ماهها به طول مي انجامد.
«رابرت كريز» عضو گروه فلسفه دانشگاه نيويورك در استوني بروك كه مورخ آزمايشگاه ملي بروك هيون هم هست، از فيزيكدانان خواست ده آزمايش برتر جهان فيزيك را نام ببرند. برخلاف انتظار عصر ما كه آزمايشهاي پيچيده توسط تيمهاي برجسته دانشگاهها و مراكز تحقيقات صورت مي پذيرد ده آزمايش برتري كه به عنوان زيباترين آزمايشهاي فيزيك در طول تاريخ انتخاب شد توسط ده فيزيكدان بسيار سرشناس انجام شده بود كه دستياران چندان زيادي هم نداشتند. ازهمه جالب تر اين كه اين آزمايشهايي كه در فهرست زيباترين آزمايشهاي فيزيك جاي گرفتند نيازي به كامپيوترهاي فوق پيشرفته بسيار مدرن نداشتند. اين ليست در مجله اين ماه Physics World به چاپ رسيده است . دراينجا به جاي آن كه به اين آزمايشها به ترتيب رتبه بپردازيم به ترتيب تقدم وتأخر زماني انجام اين آزمايشها، به اين ده آزمايش محبوب در فيزيك خواهيم پرداخت.

۱ـ اندازه گيري محيط زمين توسط اراتوستن رتبه هفتم را به دست آورد.
هنگام انقلابين [اصطلاح اخترشناسيSolstice] در ظهر روزي كه آفتاب در شهر آسوان مصر هيچ سايه اي ندارد به گونه اي كه نور خورشيد قادر است به طور مستقيم به ته يك چاه برسد، موردتوجه اراتوستن ـ كتابدار شهر اسكندريه در سه قرن پيش از ميلاد مسيح ـ قرار گرفت. اراتوستن در چنين روزي درست هنگام ظهر كه در آسوان سايه وجود ندارد در شهر اسكندريه سايه را اندازه گيري كرد، چاره اي نبود جز اين كه زمين را كروي درنظر بگيرد. چون سايه در اسكندريه نسبت به خط عمود هفت درجه بود. محيط هردايره ۳۶۰درجه است براساس اندازه گيري اراتوستن ميان اسكندريه وآسوان ۷درجه فاصله بود. [واحد اندازه گيري درآن زمان به جاي متر «Stadium» بود] با سفر ميان دوشهر اسكندريه وآسوان معلوم شد كه فاصله آنها براساس واحد اندازه گيري Stadium، ۵۰۰۰ است. به اين ترتيب هفت درجه از ۳۶۰درجه ۵۰۰۰ استاديوم اندازه گيري شده بود پس محيط زمين براساس محاسبات اراتوستن ۲۵۰۰۰۰استاديوم بود.

۲ـ آزمايش گاليله درمورد سقوط اجسام رتبه دوم را به دست آورد.

در اواخر دهه ۱۵۰۰ميلادي گاليليو گاليله Galileo Galilei كه كرسي استادي دانشگاه پيزا را داشت دانش متعارف زمان خود را زير سؤال برد . با انداختن دو شيء از بالاي برج پيزا كه وزنشان برابر نبود نشان داد كه شيءسنگين تر زودتر از جسم سبك تر فرود نمي آيد. اگر اين كشف را در دوران ارسطو انجام داده بود به قيمت شغلش تمام مي شد.

3-آزمايش گاليله با گوي هاي غلتان برروي سطح شيب دار رتبه هشتم را به دست آورد.
دراين آزمايش گاليله ثابت كرد كه مسافت با زمان به توان دو نسبت مستقيم دارد وسرعت [Velocity كه با علامت اختصاري Vنمايش مي دهند] در جريان آزمايش ثابت باقي مي ماند.


4ـ انكسار نور با منشور توسط نيوتن رتبه چهارم را به دست آورد.
ايساك نيوتن درسالي به دنيا آمد كه گاليله مرد. نيوتن فارغ التحصيل كالج تثليث كمبريج (سال ۱۶۶۵) بود. اين بار هم نيوتن دانش متعارف به جامانده از دوران ارسطو را زير سؤال برد. تلقي مردم از نور خورشيد مانند برداشت ارسطو بود ونور را خالص مي دانستند. با وجودي كه مردم رنگين كمان را ديده بودند. تا پيش از عبور نور از منشور وتجزيه آن به هفت رنگ حتي فكرش را نمي كردند نور متشكل از اين رنگها باشد.

۵ـ آزمايش كاونديش در مورد ميله و پيچش رتبه ششم را به دست آورد.
از تئوريهايي كه نيوتن در مورد گرانش داده بود يكي اين بود كه نيروي جاذبه ميان دوجسم رابطه مستقيم با جرم به توان دو و رابطه معكوس با فاصله به توان دو دارد. در قرن هجدهم، هنري كاونديش براي اندازه گيري قدرت گرانش آزمايشي انجام داد او يك ميله چوبي دومتري كه به دوسر آن دوكره فلزي نصب شده بود انتخاب و با سيم اين ميله چوبي را آويزان كرد. با همين وسايل ساده كاونديش موفق به اندازه گيري ثابت گرانشي gravitational Constant شد. اين آزمايش زمينه اندازه گيري جرم زمين هم بود.

۶ـ آزمايش تداخل ـ نور يانگ مقام پنجم را به دست آورد.

همه تئوريهاي نيوتن درست از آب درنيامد. او مي گفت نور از ذرات تشكيل شده است و به صورت موج منتشر نمي شود. در سال۱۸۰۳ توماس يانگ، درصدد برآمد به اثبات برساند نحوه حركت پرتوهاي نور به صورت موج است. او در پنجره سوراخي ايجاد كرد، همه پنجره ها را به دقت با پوششي ضخيم پوشاند بعد از يك آيينه براي تغيير جهت پرتويي از نور كه از طريق اين سوراخ وارد مي شد، استفاده كرد با استفاده از يك كارت كه عرض آن يك ميليمتر بود جلوي نيمي از سوراخ را گرفت در نتيجه به توالي نوارهاي سايه و روشن مشاهده كرد، اين پديده در صورتي قابل توضيح است كه پرتوهاي نور مانند امواج در يكديگر تداخل ايجاد كنند. بعدها اين آزمايش را با دوسوراخ انجام دادند و نتيجه واضح تري به دست آمد.


۷ـ آزمايش پاندول فوكو رتبه دهم را به دست آورد.
دانشمندان سال پيش پاندولي را به قطب جنوب بردند و مهر صحت بر آزمايش زدند كه در سال۱۸۵۱ توسط ژان برنارد لئون فوكو با يك پاندول آهني ۳۰كيلوگرمي آويزان از گنبد پانتئون انجام شد. فوكو به گوي يك پاندول سوزن گرامافون وصل كرده بود و روي زمين زير گوي حلقه اي از شن هاي مرطوب قرار داد. در مقابل حيرت همه نشان داد كه با وجودي كه حركت پاندول به جلو و عقب هدايت شده بود اما پاندول حركتي دوار انجام داد. يعني در واقع كف پانتئون در حال گردش بود و يا به عبارت بهتر زمين در حال چرخيدن حول محور خود بود. در پاريس هر ۳۰ساعت پاندول در جهت عقربه هاي ساعت يك دور را كامل مي كند. در نيمكره جنوبي اين گردش در خلاف جهت عقربه هاي ساعت است. همانطور كه دانشمندان معاصر نشان داده اند در قطب جنوب دوره گردش كامل پاندول ۲۴ساعت است.

۸ـ آزمايش قطره روغن ميليكان رتبه سوم را به دست آورد.
قرنها بود كه دانشمندان الكتريسيته را چه در مورد رعد و برق چه الكتريسته ساكن ناشي از تماس برس با موي سر مشاهده كرده بودند. در سال۱۸۹۷ تامسون فيزيكدان بريتانيايي پايه گذار اين دانش شد كه الكتريسيته از ذراتي به نام الكترون كه بار منفي دارند تشكيل شده است. رابرت ميليكان آمريكايي در سال۱۹۰۹ موفق به اندازه گيري بار منفي در الكترونها شد. براي اين كار از چندوسيله ساده استفاده كرد. با استفاده از افشانه هايي كه ادكلن را به صورت افشانه درمي آورند روغن را در يك محفظه شفافي افشاند كه دوطرف آن به دوسر يك باطري متصل بودند. به اين ترتيب يك سر محفظه مثبت و سرديگر آن منفي بود.
زماني كه نيروي گرانش با نيروي جاذبه الكتريكي كه قطرات روغن باردار را به سمت خود مي كشيد برابر مي شد قطره در ميان آسمان و زمين معلق مي ماند. در واقع در حالت عادي اين قطره به خاطر نيروي گرانش بايدپايين مي افتاد اما در اثر نيروي جاذبه الكتريكي در حال حركت به سمت قطب مخالف بود چون دونيرو برابر شدند اين قطره روغن از حركت بازايستاد. با همين وسايل ساده ميليكان موفق به اندازه گيري بار الكتريكي يك الكترون شد.

۹ـ آزمايش كشف هسته توسط رادرفورد مقام نهم را كسب كرد.

در سال۱۹۱۱ را در فورد و همكارانش با بمباران يك لايه بسيار نازك طلا با ذراتي به نام آلفا متوجه اين حقيقت شدند كه درصدي از اين ذرات منحرف و درصدي درست در جهت مقابل بازمي گردند به اين ترتيب رادرفورد موفق شد مدل قديمي آرايش هسته و الكترون را كه به «مدل كيك آلو» معروف بود به چالش بكشاند.

10ـ آزمايش ماكس پلانك و تئوري كوانتوم رتبه اول را كسب كرد.
در مورد نور نه حق به جانب نيوتن بود ونه يانگ نه مي توان نور را فقط ذرات فوتون دانست و نه امواج. در اوايل قرن بيستم ماكس پلانك و بعد آلبرت انيشتين نشان دادند كه نور به صورت بسته هاي بسيار كوچكي منتشر و جذب مي شود كه به آن فوتون مي گويند. در عين حال آزمايشهاي ديگر هم موجي بودن حركت نور را به اثبات مي رسانند.
براي اثبات در اينجا به جاي آزمايش از سوراخ يانگ و پرتوهاي نور از پرتوهاي الكترون استفاده ميشود. ذرات، براساس قوانين كوانتومي، پديده اي شبيه به نور در آزمايش تداخل يانگ از خود برجاي مي گذارند اگرچه اين آزمايش در سال۱۹۶۱ توسط كلاوس جانسون از توبينگن انجام شد اما در اين سالها ديگر يافته هاي دانش به قدري زياد و گسترده شده بود كه ديگر نمي توانست نامهايي ابدي مثل نيوتن و انيشتين در اذهان مردم دنيا بيافريند.

منبع:www.maximumtechnic.com

[Agne]

ـ آزمايش پاندول فوكو

خود کلیسا هم به زمین متصل است، یعنی کلیسا هم مثل زمین میچرخد!
فوکو برای این نکته چه کرد؟
برای مشاهده این لینک/عکس می بایست عضو شوید ! برای عضویت اینجا کلیک کنید

[™Ali]

خود کلیسا هم به زمین متصل است، یعنی کلیسا هم مثل زمین میچرخد!
فوکو برای این نکته چه کرد؟
برای مشاهده این لینک/عکس می بایست عضو شوید ! برای عضویت اینجا کلیک کنید

آونگ فوکو


تاریخچه

لئون فوکو فیزیکدان فرانسوی می‌خواست این مطلب را نشان دهد که کره زمین بر گرد خود می‌چرخد (حرکت وضعی زمین). در سال 1851 ، هنگام یک آزمایش که بعدها شهرت بسیار پیدا کرد، یک آونگ را که فقط عبارت از جسم سنگینی بود که به انتهای یک طناب بسته شده بود، از سقف کلیسای معروف پانتیون پاریس آویزان کرد. آونگ به محض آویزان شدن رفتاری بسیار جالب داشت به این ترتیب که آن بخش از هوا که در رفت و آمدهای پاندول (سطح ارتعاش) جارو می‌شد، با سپری شدن تدریجی زمان در اطراف محور عمودی آونگ به چرخیدن می‌افتاد.



برای مشاهده این لینک/عکس می بایست عضو شوید ! برای عضویت اینجا کلیک کنید
























ساختار آونگ فوکو

آونگ فوکو دارای گلوله‌ای است که از ریسمانی آویزان شده و طوری قرار داده شده است که بتواند آزادانه در هر صفحه قائمی نوسان کند. آونگ در صفحه مشخصی شروع به نوسان می‌کند و مشاهده می‌شود که پس از چندین ساعت صفحه نوسان به تدریج حول محور قائم حرکت تقدیمی انجام می‌دهد. گلوله باید بسیار وزین و ریسمان بسیار طویل و نقطه آویز تقریبا بدون ‌اصطکاک باشد تا آونگ بتواند آزادانه به مدت طولانی به نوسان خود ادامه بدهد.



کاربرد آونگ فوکو

در جهان ، جنبش و حرکت مطلق و محض وجود ندارد، چون حرکت فقط در مقایسه با بی‌حرکتی ، قابل توضیح و تشریح می‌تواند باشد. به عنوان مثال زمین در تناسب و در نسبت به چیزی که نمی‌چرخد، چرخش دارد. بنابراین ، باید بتوانیم اشیائی را پیدا کنیم که ثابت باشند و به نوعی بتوانیم از ثابت بودن آنها مطمئن باشیم، تا بتوانیم هر حرکت را در مقایسه با این اشیا بررسی کنیم. درست در همین جاست که آونگ فوکو به یاری ما می‌آید.

از آنجا که این آونگ بعد از آویخته شدن ، سطح ارتعاش ثابتی دارد، کافی است که آن را در جهت یک کره آسمانی که می‌خواهیم سکون و بی حرکتی آن را آزمایش کنیم، میزان کنیم. اگر کره آسمانی مورد آزمایش بی‌حرکتی باشد، همیشه در سطح ارتعاش آونگ باقی خواهد ماند، در غیر اینصورت ، یعنی در صورتی که حرکتی داشته باشد، انحرافی اندک بسوی خارج از سطح ارتعاش آونگ در آن ملاحظه خواهد شد.



گستره کاربردی آونگ فوکو

اگر چنانچه سطح ارتعاش آونگ فوکو را بسوی خورشید نشانه رویم، زحمت بیهوده‌ای است. چون خورشید بعد از یک ماه از این سطح خارج خواهد بود. نزدیکترین ستاره‌ها که در شعاعی حدود چند سال نوری با ما قرار گرفته‌اند، زمان بیشتری را در آونگ فوکو خواهند گذراند. لیکن آنها نیز پس از چند سال از آن خارج خواهند شد. کهکشان آندرومدا که در 2.3 میلیون سال نوری ما قرار گرفته است، زمان درازی را در سطح ارتعاش می‌ماند، لیکن سرانجام او نیز آن را ترک می‌کند. اگر پاندول خود را بسوی یک انبوه کهشکانی که در چند میلیارد سال نوری ما واقع است و فقط در بزرگترین تلسکوپها قابل روءیت است، نشانه برویم، فقط در این مورد است که دیگر انحراف از سطح پاندول دیده نمی‌شود.



نتیجه آونگ فوکو

رفتار آونگ فوکو ما را وادار به این نتیجه گیری می‌کند که سوای آنچه از دیدگاه مکانیک کلاسیک مورد بحث قرار می‌گیرد، یک نوع تداخل عمل دیگر نیز وجود دارد. تداخل عمل اسرار آمیزی که در آن نه نیرو و نه مبادله انرژی وارد می‌شوند، بلکه با سراسر کائنات ارتباط دارد. به عبارت دیگر می‌توان گفت که آونگ فوکو به ما نشان داد که کائنات در مقیاس ماکروسکوپیکی با خود مرتبط و پیوسته است.

البته در مقیاس میکروسکوپی نیز کائنات غیر قابل تقسیم است و این امر بدیهی بر تجربه مشهوری که در سال 1920 توسط آلبرت انیشتین ، بوریس پورولسکی و ناتان روزن پیشنهاد شد، استوار است. دانشمندان مذکور با این پیشنهاد می‌خواستند نادرست بودن تعبیری را که مکانیک کوانتومی از واقعیت به مشابه یک احتمال می‌کند، نشان دهند.



رقص کیهانی و آونگ فوکو

می‌دانیم که زمین به دور خورشید می‌چرخد (حرکت انتقالی زمین)، که آن نیز خود در اطراف مرکز راه شیری دور می‌زند و راه شیری بسوی مرکز گروه کهکشان محلی جذب می‌شود که آن هم خود بسوی مرکز غبار کهکشانی می‌رود. بنابراین می‌توان گفت که در حرکت گسترشی کائنات یک مجلس رقص کیهانی پرشکوه و حیرت انگیز برپاست. تب و تابهای این رقص است که اجرام آسمانی مورد آزمایش ما را بسوی بیرون سطح ارتعاش آونگ فوکو ، منحرف می‌کند. این انحراف زمانی پایان می‌یابد که اجسام آنقدر دور باشند که در این رقص کیهانی شرکت کنند.


اين تمام مطالب مربوط به اين آزمايش بود ! برای مشاهده این لینک/عکس می بایست عضو شوید ! برای عضویت اینجا کلیک کنید

[Agne]

از سقف کلیسای معروف پانتیون پاریس آویزان کرد.

او برای کمتر کردن این اثر طول طناب آونگ را بسیار افزایش داد.

برای مشاهده این لینک/عکس می بایست عضو شوید ! برای عضویت اینجا کلیک کنید