میکروسکوپ پیمایشگر تونلی

میکروسکوپ پیمایشگر تونلی

در امر فناوری نانو ابزار و تجهیزات نقش مهمی را ایفا می کنند چرا که بدون ابزار مسلما فعالیت در حوزه نانو امری غیرممکن است. در گذشته به علت ضعف فناوری و نیز نبودن وسایل اندازه گیری و آنالیز بسیاری از محققان حتی نمی دانستند که تحقیقی که انجام می دهند در حوزه فناوری نانو است. مثالی از این مورد را می توان در شیشه های رنگی کلیسا ها پیدا کرد که مربوط به چند صد سال قبل است و امروزه محققان با کمک ابزارهای بررسی و آنالیز به این امر پی برده اند که در ساخت این شیشه ها فناوری نانو بکار رفته است.
در این سری از مقالات سعی می شود تا تجهیزات و ابزارهای مورد استفاده در این فناوری برای محققان و علاقمندان به تحقیق در این حوزه معرفی شود. در این مقاله به معرفی میکروسکوپ پیمایشگر تونلی می‌پردازیم که جدیدا توسط آقای دکتر صابر در مرکز تحقیقات علوم و تکنولوژی در پزشکی ساخته و ارائه شده است.

شکل 1) نمایی از NAMA-STM ساخته شود توسط محقق ایرانی

میکروسکوپ پیمایشگر تونلی (Scanning Tunneling Microscopy) که به طور اختصار به آن STM گفته می شود برای بررسی و تصویربرداری از سطوح صلب و فلزی که الکتریسیته را عبور می دهند بکار می رود. این میکروسکوپ نتیجه تحقیقات Russell Young و همکارانش در فاصله 1965-1971 در مرکز تحقیقات ملی است.
در این میکروسکوپ از نوعی جریان الکتریسیته (جریان تونلی) استفاده می شود که علت نامگذاری آن است. زمانی که نوک میکروسکوپ در مجاورت سطح رسانا و در فاصله یک نانومتری آن حرکت می‌کند جریان برقرار می شود (شکل 2).

شکل 2) نوک قلم STM آنقدر تیز و باریک است که به راحتی در بین اتم ها بالا و پایین می رود

نوک قلم بر روی یک تیوب فیزوالکتریک قرار دارد. زمانی که ولتاژ به الکترودهای متصل به این تیوب داده می شود با اندک تنظیماتی می توان جریان ثابت تونلی ایجاد کرد و در هنگام اسکن، نوک را در فاصله ثابتی از نمونه سطح قرار داد. حرکت تیوب فیزوالکتریک ثبت می شود و به صورت یک تصویر به نمایش در می آید. با استفاده از میکروسکوپ پیمایشگر تونلی می توان اتمهای منفرد روی سطح نمونه را به صورت سه بعدی مشاهده کرد. از این تکنیک برای اجسامی مانند مواد رسانا و مولکول های DNA استفاده می شود (شکل3).

شکل 3) نمای شماتیک از نحوه کارکرد STM

مزیت این نوع تصویربرداری این است که نیاز نیست با کار در خلاء انجام شود (در اکثر موارد از خلاء برای جلوگیری از آلوده شده نمونه استفاده می شود) بلکه می توان از آن برای آنالیز اجسام در هوا یا مایعات نیز استفاده کرد. شکل 4 نمایی از سطح فلز مس را نشان می دهد که توسط M. F. Crommie, C. P. Lutz, and D. M. Eigler در مرکز تحقیقات IBM گرفته شده است. این محققان توانستند با وضعیت دهی به اتمها از نمونه تصویربرداری کردند.

شکل 4) تصویر گرفته شده از سطح نمونه مس در IBM

منابع:
1. کتاب فناوری نانو در علوم پزشکی و مهندسی
2. www.umsl.edu/~fraundorfp/stm97x.html
3. www.physnet.uni-hamburg.de/home/vms/pascal/stm.htm
4. http://nobelprize.org/educational_games/physics/microscopes/scanning/index.html

میکروسکوپ تی ای ام

میکروسکوپ TEM

اساس عملکرد میکروسکوپ انتقال الکترونی (Transmission Electron Microscope) که به اختصار به آن TEM گویند مشابه میکروسکوپ های نوری است با این تفاوت که بجای پرتوی نور در آن از پرتوی الکترون استفاده می شود. آنچه که می توان با کمک میکروسکوپ نوری مشاهده کرده بسیار محدود است در حالی که با استفاده از الکترونها بجای نور، این محدودیت از بین می‌رود. وضوح تصویر در TEM هزار برابر بیشتر از یک میکروسکوپ نوری است.
با استفاده از TEM می توان جسمی به اندازه چند انگستروم (10 -10 متر) را مشاهده کرد. برای مثال می‌توانید اجزای موجود در یک سلول یا مواد مختلف در ابعادی نزدیک به اتم را مشاهده کنید. برای بزرگنمایی TEM ابزار مناسبی است که هم در تحقیقات پزشکی، بیولوژیکی و هم در تحقیقات مرتبط با مواد قابل استفاده است.
در واقع TEM نوعی پروژکتور نمایش اسلاید در مقیاس نانو است که در آن پرتویی از الکترون ها از تصویر عبور داده می شود. الکترون هایی که از جسم عبور می کنند به پرده فسفرسانس برخورد کرده سبب ایجاد تصویر از جسم بر روی پرده می شوند. قسمت های تاریک تر بیانگر این امر هستند که الکترون های کمتری از این قسمت جسم عبور کرده اند (این بخش از نمونه چگالی بیشتری دارد) و نواحی روشن تر مکانهایی هستند که الکترون از آنها عبور کرده است (بخش های کم چگال تر).
وضوح این میکروسکوپ 2/0 نانومتر است که در حد اتم است (بیشتر اتم ها ابعادی تقریبا برابر 2/0 نانومتر دارند). با این نوع میکروسکوپ حتی می توان نحوه قرار گرفتن اتمها در یک ماده را بررسی کرد.
استفاده از این میکروسکوپ گران و وقت گیر است چرا که نمونه باید در ابتدا به شیوه ای خاص آماده شود لذا تنها در مواردی خاص از میکروسکوپ انتقال الکترونی استفاده نمایند. از این میکروسکوپ جهت تحلیل و آنالیز ریخت شناسی، ساختار کریستالی (نحوه قرارگیری اتمها در شبکه کریستالی) و ترکیب نمونه ها استفاده می شود.

عملکرد میکروسکوپ:
با کمک یک منبع نور در بالای میکروسکوپ ، الکترون ها گسیل و منتشر می شوند. الکترون ها از تیوب خلاء میکروسکوپ عبور می کنند. در میکروسکوپ های نوری از عدسی های شیشه ای برای متمرکز کردن نور استفاده می شود در حالی که در TEM از عدسی های الکترومغناطیسی استفاده می شود تا الکترون های را جمع و متمرکز ساخته به صورت یک پرتوی باریک گسیل نماید. این پرتوی الکترونی از نمونه عبور داده می شود. بسته به چگالی مواد، الکترون ها ممکن است از بخش هایی از جسم بگذرند و به صفحه فلورسانس برخورد نمایند و تصویر سایه مانندی از نمونه ایجاد کنند که میزان تیرگی بخش های مختلف جسم به چگالی مواد در ان بخش ها وابسته است. هر چه جسم کم چگال تر باشد تصویر تیره تر خواهد بود. این تصویر می توان مستقیما توسط اوپراتور مطالعه شود و یا با کمک یک دوربین تصویر برداری شود.

آماده سازی نمونه:
همانطور که در بالا اشاره شد، آماده کردن نمونه نیز به دقت خاصی دارد که در ادامه به نحوه آماده سازی نمونه برای مطالعه آن با TEM اشاره می شود.
در TEM، نمونه ای که می خواهید بررسی کنید باید چگالی آن به حتی باشد که اجازه دهد تا الکترونها تا حدی از آن عبور کنند. راه های مختلفی برای تهیه این نوع نمونه وجود دارد. می توانید برش های بسیار نازک از نمونه مدنظر تهیه کنید و آن را در یک پلاستیک فیکس و ثابت نمایند یا اینکه آنرا منجمد کنید. روش دیگر تهیه نمونه ایزوله کردن نمونه و مطالعه محلولی از مولکول ها یا ویروس های مورد نظر با کمک TEM است.
همچنین می توان نمونه را با روش های مختلف رنگ کرد و با استفاده از مارکر گذاری آنرا مطالعه کرد. برای مثال، فلزات سنگین رنگ شده مانند اورانیوم و سرب الکترون های را به خوبی متفرق می کنند و کنتراست نمونه را در زیر میکروسکوپ بهبود می بخشند. در ادامه روش تهیه دو نمونه برای مطالعه آنها با TEM آورده شده است:
1. تهیه برش با کمک مواد در برگیرنده: مواد زیستی شامل مقادیر آب می باشند. به علت این برای استفاده از TEM باید کار در خلاء انجام شود لازم است تا آب به گونه ای تبخیر و یا جداسازی شود (با کمک الکل یا استون) و در نهایت نمونه فیکس و ثابت می شود. حال نمونه در پلاستیکی محصور می شود (به شکل یک بلوک پلاستیکی سخت) و سپس برشهای نازکی از آن به کمک چاقوی الماس مربوط به دستگاه اولترامیکروتوم (برای ایجاد برش های بسیار ظریف) تهیه می شود که تنها 50-100 نانومتر ضخامت دارند. برش های تهیه شده روی یک توری مسی قرار داده می شوند و با کمک فلزات سنگین رنگ می شوند. حال نمونه بافت آماده مطالعه با کمک پرتوی الکترونی TEM می باشد.

2. تهیه نمونه به روش رنگ کردن: در این روش از مواد ایزوله (که می توانند برای مطالعه باکتری ها و یا مولکول های ایزوله استفاده شوند) استفاده می شود به این طریق که ابتدا محلول محتوای باکتری روی توری ریخته و با پلاستیک پوشانده می شود. محلول نمکی یک فلز سنگین (مانند اورانیوم یا سرب) به آنها اضافه می شود. محلول نمکی فلز با مواد ترکیب نمی شود اما هاله ای را اطراف آن بر روی توری تشکیل می دهد. نمونه به صورت یک تصویر منفی در هنگامی که با کمک TEM مورد مطالعه قرار می گیرد نمایان می شود.

منابع:
1. کتاب فناوری نانو در علوم پزشکی و مهندسی

آیا باید زمین را جابجا کرد؟

 

جام جم آنلاين: طي هفته‌هاي اخير در محافل اينترنتي و در ايميل‌هاي گروهي، داستاني قديمي كه روزنامه گاردين درباره طرحي عجيب منتشر كرده بود، دست به دست مي‌چرخيد و با اين‌كه چند سالي از اصل مطلب گذشته بود، اما پرسش‌هاي بسياري را به وجود آورد.

 

اين مقاله اشاره به طرحي مي‌كرد كه برخي مهندسان و دانشمندان فضايي براي مواجه با مشكل گرم شدن زمين از يك سو و از سوي ديگر براي نجات زمين در زماني كه خورشيد تبديل به غولي عظيم مي‌شود ارائه و پيشنهاد كرده بودند با استفاده از نيروي دنباله‌دارها و سيارك‌ها مدار زمين را تغيير دهند و آن را جابه‌جا كنند. آيا چنين چيزي ممكن است؟ آيا مي توان سياره را جابه‌جا كرد؟ اين مقاله نگاهي به اين طرح و مشكلات آن و واقعيت‌هايي درباره آينده زمين دارد.

همه مي‌دانيم زمين بر اثر فعاليت‌هاي بشر و بويژه سوزاندن سوخت‌هاي فسيلي كه موجب آزاد شدن حجم انبوهي از گازهاي گلخانه‌اي مي‌شوند، شاهد افزايش دماي ميانگين خود بوده است. پديده‌اي كه به گرمايش جهاني موسوم شده است و دانشمندان آن را يكي از مهم‌ترين و جدي‌ترين خطرهايي مي‌دانند كه نژاد بشر در طول تاريخ حضورش روي سياره زمين با آن مواجه شده است. بسياري از فعالان محيط زيست و دانشمندان، طرح‌هاي گوناگوني را براي فرار از اين مشكل ارائه كرده‌اند. اين مساله اگر مهار و كنترل نشود مي‌تواند طي 2 تا 5 دهه آينده چهره سياره ما را تغيير دهد و حتي موجب انقراض نسل‌هاي عظيمي شود كه در نهايت دامن انسان را نيز خواهد گرفت، اما اگر بتوانيم از اين خطر كوتاه مدت عبور كنيم، در آينده‌اي بسيار دورتر با فاجعه‌اي بزرگ‌تر مواجه خواهيم شد. خورشيد ما با به پايان رساندن سوخت هيدروژني خود از رشته اصلي ستاره‌ها (بخشي از زندگي خود كه در آن مشغول سوزاندن هيدروژن و توليد انرژي بر اثر فرآيند همجوشي هسته‌اي هستند) خارج شده و طي فرآيندي آشوبناك به غول سرخي تبديل مي‌شود كه در آن دوره كه حدود 4 ميليارد سال آينده رخ مي‌دهد، زمين را برشته خواهد كرد. چند سال پيش گروهي از مهندسان ناسا و دانشمندان، طرحي بلندپروازانه را براي رهايي زمين از هر دوي اين مشكلات ارائه كردند كه مقاله روزنامه گاردين نيز همين طرح را توصيف كرده بود.

اين گروه براي نجات زمين به يكي از اصول ساده معادلات پرتابه‌ها پناه برده بودند. اين روزها بسياري از سفاين فضايي كه عازم مقاصد گوناگون در منظومه شمسي هستند بخشي از نيروي پيشران خود را از سياره‌ها مي‌گيرند. در واقع مانوري با نام مانور قلابسنگ باعث مي‌شود پرتابه مورد نظر با عبور در مداري مشخص از نزديكي سياره و دريافت بخشي از انرژي آن، اندازه حركت خود را افزايش دهند و در عوض اندكي از اندازه حركت سياره مي‌كاهد. با توجه به جرم كم پرتابه در برابر سياره اين افزايش اندازه حركت براي پرتابه منبعي براي پيش رانش مي‌شود در حالي‌كه تاثيري چشمگير روي سياره نخواهد داشت. حال تصور كنيد به جاي آن‌كه سفينه‌اي كوچك از كنار زمين عبور كند جرمي به مراتب بزرگ‌تر، مثلا دنباله‌داري غول‌پيكر يا سياركي بزرگ به طور كنترل شده از كنار زمين عبور كند و همين اتفاق را تكرار كند در اين صورت و اگر عبورهاي به طور مكرر تكرار شوند، سرعت چرخش زمين در مدار خود به دور خورشيد كاهش مي‌يابد و براساس قوانين مداري براي آن‌كه مدار خود را پايدار كند به منطقه‌اي دورتر رانده مي‌شود؛ جايي خنك‌تر كه عمر زمين را مي‌تواند هنگام تبديل خورشيد به غول سرخ نيز اندكي در حد چند ميليارد سال ناقابل افزايش دهد.

ايده‌پردازان پيشنهاد كرده بودند با نصب راكت‌هاي ويژه‌اي روي سطح سيارك‌ها و دنباله‌دارهايي كه از دوردست‌هاي منظومه شمسي به ديدار خورشيد مي‌آيند، آن را در مسيري كنترل شده قرار دهند تا با عبور از زاويه‌اي مشخص و تعيين شده بدون آن كه در دام گرانش زمين افتاده و با زمين برخورد كنند، اين مانور را انجام دهند.

زمين بر اثر فعاليت‌هاي بشر و بويژه سوزاندن سوخت‌هاي فسيلي كه موجب آزاد شدن حجم انبوهي از گازهاي گلخانه‌اي مي‌شود، شاهد افزايش ميانگين دماي خود بوده است

ظاهر طرح اگرچه به نظر ساده مي‌آمد؛ اما در عمل با ده‌ها مشكل مواجه بود. يكي از مسائلي كه در اين طرح بدان توجه نشده بود، وضعيت ماه در اين تغيير مدار بود. با تغيير مدار زمين، مدار ماه نيز دچار آشفتگي مي‌شود و احتمال فراوان وجود دارد كه ماه براي هميشه از مدار زمين فرار كند و شب‌هاي زمين را تيره بگذارد؛ ولي اين موضوع در برابر مشكلات ديگر چيز مهمي به حساب نمي‌آمد. مشكل بزرگ ديگري كه پيش روي اين طرح وجود دارد، به شكار دنباله‌دارها و سيارك‌ها مربوط مي‌شود.

در دوران ما، يكي از خطرهاي بالقوه ولي بسيار مصيبت‌باري كه زمين را تهديد مي‌كند، احتمال برخورد سيارك و دنباله‌دارها با زمين است. چنانچه چنين برخوردي كه به گفته محققان پيش از اين نيز بارها رخ داده و حتي مظنون اصلي در انقراض نسل دايناسورها به شمار مي‌رود، بار ديگر رخ دهد، بخش بزرگي از تمدن از ميان خواهد رفت و اگر ابعاد جرم برخوردكننده بزرگ باشد، شايد كل نسل انسان را نيز نابود كند. به همين دليل ناسا و ديگر سازمان‌هاي پيشروي فضايي، طرح‌هاي متعددي را براي بررسي اجرامي كه از نزديكي زمين عبور مي‌كنند، مطرح كرده‌اند؛ طرح‌هايي مانند NEAR و NEAT هستند؛ اما همه اين طرح‌ها از يك مشكل مشترك رنج مي‌برند، اين كه معمولا طرح‌ها تنها زمان كوتاهي پيش از عبور آن جرم از نزديكي زمين مي‌توانند آن را شناسايي كنند. در اين حال هيچ شانسي براي انجام عمل دفاع موثر باقي نمي‌ماند. برخلاف فيلم‌هاي هاليوودي در صورت بروز چنين رويدادي، كاري از انفجارهاي هسته‌اي يا سفينه‌هاي نجات زمين برنمي‌آيد؛ چراكه براي منحرف كردن مسير يك دنباله‌دار شما به سال‌ها وقت و فناوري نياز داريد كه هنوز وجود ندارد.

يكي از ايده‌ها، پوشاندن يا رنگ كردن سطح دنباله‌دار با جسمي است كه ضريب بازتاب متفاوتي داشته باشد تا نور خورشيد بتواند آن را منحرف كند؛ اما اين كار زماني موفق مي‌شود كه شما چند هزارسالي فرصت داشته باشيد كه نداريد. حالا فرض كنيد ما به پيشراني دست يافته باشيم كه بتواند سياركي را كنترل كند. چگونه بايد آن را در زمان مناسب به دنباله‌دار رساند و روي آن سوار كرد؟ اگر به فرض همه اين مراحل با موفقيت انجام شود، كافي است يكي از پيشران‌هاي فرضي، تنها كسري از ثانيه ديرتر يا زودتر از محاسبات روشن شوند و يا اثر يكي از اجرام كوچك منظومه شمسي كه در راه اين دنباله‌دار يا سيارك قرار دارد، محاسبه نشده باشد تا اين جرم به جاي عبور از كنار زمين با آن برخورد كند.

چنين مشكلاتي باعث مي‌شود چنين طرحي در زمره طرح‌هاي علمي تخيلي قرار بگيرد و براي خنك كردن زمين بيشتر به فكر اهرم‌هايي بود كه با مشاركت مردم و دولت‌ها و استفاده درست از منابع در دسترس وجود دارد.

البته يك واقعيت ديگر نيز وجود دارد؛ هم‌اكنون نيز زمين در حال دور شدن از خورشيد است. بله تعجب نكنيد. براساس تحقيقات يك گروه بين‌المللي، زمين به طور متوسط در هر سال 15 سانتي‌متر از خورشيد دور مي‌شود كه البته عدد بزرگي به شمار نمي‌رود؛ اما دليل آن مورد مناقشه قرار دارد. گروهي از دانشمندان ژاپني، يكي از بهترين توضيحات را در اين زمينه ارائه كرده‌اند و معتقدند تغييرات نيروهاي كشندي كه در سيستم زمين و ماه باعث دور شدن ماه از زمين مي‌شوند، موجب دور شدن زمين از خورشيد نيز مي‌شوند. البته اين دور شدن بسيار ناچيز است و ربطي به طرح تخيلي محققان ندارد و دردي از گرمايش زمين هم دوا نمي‌كند و براي اين موضوع خود ما انسان‌ها كه اين مشكل را درست كرده‌ايم، بايد فكري براي حل آن كنيم.

منبع درمتن ذكر شده

ده آزمایش برتر تاریخ فیزیک!

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.

پرقدرت‌ترين پرتو ليزري دنيا توليد مي‌شود

دانشمندان دانشگاه ميشيگان به شيوه نويني براي توليد قوي‌ترين و نافذترين پرتو ليزري دنيا دست يافتند.

به گزارش سرويس علمي ايسنا، اين دانشمندان اظهار داشتند با اين روش جديد قادر به توليد يك پرتو ليزري هستند كه مي‌تواند به اندازه يك اشعه متمركز از نورخورشيد كه به زمين مي‌تابد نافذ باشد.

كارل كروشلنيك، استاد فيزيك و مهندسي در اين تيم پژوهشي گفت: اين ليزر قدرتمندترين ليزري است كه مي‌توانيم توليد كنيم و گمان نمي‌كنم كه در هيچ جاي دنيا نوري با اين شدت و قدرت وجود داشته باشد.

 

مدت جريان هر پرتو اين ليزر يك ميليونيوم ميلياردم يك ثانيه طول مي‌كشد.

اين دانشمندان معتقدند كه چنين ليزرهاي قدرتمندي مي‌توانند در توليد پرتوهاي بهتر پروتوني و نوتروني براي استفاده در پرتودرماني جهت معالجه سرطان نقش مفيدي داشته باشند كه البته اين تنها يكي از كاربردهاي ليزر جديد است.

ليزر جديد مي‌تواند در هر 10 ثانيه يك پرتو قدرتمند توليد كند.

براي توليد چنين پرتو پرقدرتي پژوهشگران يك آمپلي‌فاير ديگر به سيستم ليزر هركول اضافه كرده‌اند.

 

منبع : ایسنا

فيزيک واقعيت را وارد دنياي مجازي مي‌کند

بسياري از دانشمندان رايانه اي در سراسر جهان بر اين باورند که طي سالهاي آينده با استفاده از قوانين و علم فيزيک مي توان دنياي مجازي را به وجود آورد که تشخيص آن از دنياي واقعي به هيچ وجه امکانپذير نخواهد بود.

بازيهاي رايانه اي از گرافيکهاي سطح پايين در دهه 1980 تا بازيها و شخصيتهاي رايانه اي پرداخته شده کنوني مسير طولاني را پشت سر گذاشته اند. با اين همه اکنون بازيهاي رايانه اي در مرز ورود به تحولي بسيار عظيم و ناگهاني قرار دارند.

پردازشگرهاي چند هسته اي جديد و برخي از نرم افزارهاي هوشمند اين امکان را براي دانشمندان و مهندسان رايانه اي به وجود مي آورد که جهان واقعي را با استفاده از شيوه هايي خاص به جهاني مجازي تبديل کنند که قوانين فيزيک بر آن حکمفرما خواهد بود.

برخي از متخصصان حتي تا جايي پيش رفته اند که امکان ايجاد جهاني مجازي و غير قابل تشخيص از جهان واقعي مشابه آنچه در سه گانه هاي ماتريکس نشان داده شد را تا چند سال آينده غير ممکن نمي دانند. يکي از شيوه هاي فيزيکي که قرنها قدمت دارد رديابي شعاعي خوانده شده و به منظور محاسبه چگونگي رفتار پرتوهاي نوري در محيطهايي تعيين شده مورد استفاده قرار مي گيرد. اين شيوه يکي از روشهايي است که طي سالهاي اخير به ميزان زيادي مورد استفاده متخصصان رايانه اي قرار گرفته است.

براي مثال با استفاده از اين روش و با تابش دادن دسته اي از شعاعهاي نوري به هر تک پيکسل موجود در صحنه مي توان رنگ شعاعهاي تابانده شده را متناسب با نوع سطحي که با آن برخورد مي کند، تعيين کرد. با استفاده از اين شيوه همچنين مي توان شيوه بازتاب يا شکست شعاعها را نيز مشابه آنچه در جهان واقعي رخ مي دهد، محاسبه کرد.

دنيل پول متخصص لابراتوار اينتل در کاليفرنيا معتقد است مي تواند دنياي مجازي را متشکل از دو تا سه ميليون پرتو نوري بر روي هر صحنه به وجود آورد به شکلي که کاربر بتواند در زمان واقعي در اين دنيا حرکت کند. آزمايش اين دنياي مجاز و تعامل انسان با آن شگفت انگيز بوده است. با اين وجود اين فناوري تنها در ابعاد 512 پيکسل مربع ارائه شده است و به گفته دنيل پول براي داشتن جهان مجازي کامل به صدها شعاع نوري در پيکسل نياز خواهد بود. اين در حالي است که نمونه ارائه شده در قالب 10 شعاع در پيکسل بوده است.

قدرت محاسبه در اين شيوه شبيه سازي فرايندهاي فيزيکي را از کوچکترين ابعاد تا عظيم ترين آنها به وجود خواهد آورد.

بر اساس گزارش نيوساينتيست، اين شبيه سازي مي تواند شبيه سازي صداي ناشي از شکل گيري فرايندهاي فيزيکي مانند صداي ريزش آب را نيز در بر گيرد. با مدل سازي حبابهاي به وجود آمده ناشي از ريزش آب و چگونگي حرکت اين حبابها مي توان صداي کاملا طبيعي اين پديده را بازسازي کرد.

 

برگرفته از سایت جام جم آنلاین

(وبلاگ هنر فیزیک)

نجوم آماتوری راهگشایی برای استفاده از تلسکوپ

شاید همین نکته راز اقبال بسیار گسترده مردم عادى به نجوم باشد، هر چند که فیزیک آماتورى و شیمى آماتورى نداریم، اما نجوم آماتورى از طرفداران بسیارى برخوردار است. راز این علاقه نیز در یکى از مهمترین اختراعات بشر نهفته است: تلسکوپ. پیش از اختراع تلسکوپ جهان بسیار کوچک بود و به زمین ، خورشید ، پنج سیاره و تعدادى ستاره محدود مى‌شد. اما پس از اختراع تلسکوپ گستره وسیعترى از جهان در مقابل دیدگان ما قرار گرفت. فهمیدیم که کهکشان ما مجموعه‌اى از ستارگان است که قطر آن به چند هزار سال نورى مى‌رسد. گذشته از کهکشان ما ، میلیونها کهکشان در عالم وجود دارد که هر کدام تعداد بى‌شمارى ستاره دارند.

تلسکوپ یکى از مهمترین اختراعات قرن هفدهم است، هر چند که دانشمندان سالها پیش از توانایى عدسى براى بزرگتر کردن اجسام مطلع بودند. اولین تلسکوپى که عملاً مورد استفاده قرار گرفت در سال 1608 ساخته شد. هانس لیپرهى و یاکوب متیوس از جمله اولین افرادى بودند که توانستند تلسکوپى با قدرت کم بسازند. اما گالیله کسى بود که توانست در سال 1609 با استفاده از تلسکوپ به مشاهده دقیق اجرام آسمانى بپردازد. وى توانست با استفاده از تلسکوپ خود به تماشاى اقمار مشترى بپردازد و تصویرهایى از آن رسم کند. از زمان گالیله به بعد ساخت تلسکوپ با پیشرفتهاى فراوانى همراه بوده است.

تلسکوپ شکستی

در تلسکوپ شکستی ، یک عدسی ، نور را جمع می‌کند و تصویری از جسم بوجود می‌آورد. این عدسی که در جلوی آن است، عدسی شیئی نامیده می‌شود. یک یا چند عدسی کوچک دیگر که چشمی نام دارد، برای دیدن تصویر بدست آمده از شیء بکار می‌رود. در تلسکوپ شکستی ، عدسی شیئی تصویری از جسم بوجود می‌آورد و عدسی چشمی آن را درست می‌کند.

شاید ندانید که اخترشناسان ، همیشه مایل به استفاده از درشتنمایی‌های بسیار زیاد نیستند. در یک تلسکوپ ، چشمیهای گوناگون ، درشتنمایی‌های گوناگون ایجاد می‌کنند. ولی هر قدر تصویر یک ستاره را درشت‌تر کنیم، باز هم چیزی جز یک نقطه نورانی نخواهیم دید! قطر شیئی بزرگترین تلسکوپ شکستی جهان ، 1.1 متر است. مسائل زیاد سبب می‌شوند که ساختن تلسکوپهای بزرگتر ، اخترشناسان از آینه خمیده استفاده می‌کنند و تصویر جسم را بعد از تابش نور آن ، بدست می‌آورند.

تلسکوپ بازتابی

اخترشناسان در بیشتر کارهای خود از تلسکوپ بازتابی استفاده می‌کنند. در یک تلسکوپ بسیار بزرگ ، آنها می‌توانند درون محفظه کوچکی که در بالای لوله تلسکوپ جای دارد. کار کننده با جایگزین کردن یک آینه خمیده دیگر به جای این محفظه ، می‌توان نور را به طرف پایین منحرف کرد و از درون سوراخی که در وسط آینه اصلی قرار دارد، به مشاهده پرداخت. از این به بعد دستگاههای مخصوصی برای مطالعه نور بکار گرفته می‌شوند. یکی از متداول‌ترین آنها طیف نمایی می‌باشد. این دستگاه ، طول موجهایی نور را تفکیک می‌کند. اخترشناسان به مطالعه شدت نور در طول موجهای مختلف آن ، می توانند دما و ترکیبات ستارگان را بدست آورند.

تلسکوپ رادیویی

آنتنهای غول پیکری به شکل بشقاب هستند که علامتهای رادیویی را در کانون اصلی خود متمرکز می‌کنند. در این کانون ، یک آشکارساز رادیویی قرار دارد. با استفاده از تلسکوپ رادیویی ، اندازه گیری شدت امواج رادیویی حاصل از کهکشانها امکان پذیر است. در تلسکوپ رادیویی ، یک آنتن به شکل بشقاب ، امواج را کانونی می‌کند و به گیرنده می‌فرستد. امواج پس از تحلیل در کامپیوتر ، بر روی کاغذ رسم می‌شوند. اخترشناسان با پیوند چندین تلسکوپ رادیویی به هم ، یک دوربین رادیویی درست می‌کنند و نقشه مناطق نشر کننده موج رادیویی را در آسمان بدست می‌آورند. به کمک تلسکوپ رادیویی نه تنها به هنگام شب ، بلکه در روز نیز می‌توان به اخترشناسی پرداخت.

تلسکوپ اشعه ایکس

در بالای جو ، تلسکوپهای دیگری زمین را دور می‌زنند، که مخصوص پرتوهای X و فرابنفش هستند. آنها برای تشریح منظره آسمان در پرتوهای X و فرابنفش ، یافته‌های خود را به صورت پیامهای رادیویی به زمین می‌فرستند.

---

منبع : دانشنامه رشد

دانشمند‌ان و پژوهشگران علوم ستاره شناسي موفق شدند سريعترين و حساس ترين دوربين نجومي جهان را بسازند.

به گزارش  (ايسنا) ، نسل آينده ابزار و تجهيزات براي تلسكوپ‌هاي زميني تحول جديدي پيدا كرده و به سمت ابداع يك دوربين جديد و فوق‌العاده سريع پيش رفته است كه مي‌تواند در هر ثانيه حتي با مشاهده دورترين و كوچكترين اجرام آسماني يكهزار و 500 عكس با كيفيت بسيار بالا و مرغوب تهيه كند.

نخستين تصاوير توسط اين دوربين استثنايي با وضوح 240*240 پيكسل گرفته شده كه حاصل تلاش مشترك بين ESO و سه آزمايشگاه فرانسوي است.

نوربرت هوبين، رييس دپارتمان فن‌آوري نوري تطبيقي در ESO درباره ساخت اين دوربين فوق‌العاده حساس، خاطر نشان كرد: تاكنون هيچ دوربين ديگري ساخته نشده كه به لحاظ كارايي و بازده با اين دوربين برابري كند و دستاورد جديد كاربردهاي بالقوه و قابل ملاحظه‌اي در عرصه پژوهش‌هاي كائناتي خواهد داشت.

وي تصريح كرد: وجود چنين دوربين پر سرعتي به ويژه براي تلسكوپهاي زميني كه محدوديت‌هاي خاص خود را دارند، بسيار ضروري است.

به گفته محققان، كيفيت فن‌آوري نوري تطبيقي كه در مطالعات كيهاني و نجومي بسيار حائز اهميت است، به شدت وابسته به سرعت عملكرد دوربين و حساسيت آن است و به اين ترتيب دوربين جديد مي‌تواند چنين شرايطي را براي ارتقاي كيفي اين فن‌آوري ايجاد كرده و قدرت تلسكوپهاي زميني را افزايش دهد.

خبر کوتاه

محققان با بررسي اطلاعات جديدي كه از يك فضاپيماي ژاپني به دست آمده، در كره ماه اورانيوم كشف كردند. به گزارش  (ايسنا)، پژوهشگران مي‌گويند اين يافته اولين مدرك علمي مبني بر وجود عنصر راديواكتيو در غبار قمري است. خبر اين كشف در چهلمين كنفرانس قمري و سياره‌يي ارائه شده و در نشريه پيشرفتهاي كارگاه بين‌المللي علوم پرتوهاي كيهاني منتشر شده است. محققان مي‌گويند: با اين كشف مي‌توان به استقرار كارخانه‌هاي نيروي هسته‌يي روي كره ماه اميدوار بود و يا حتي ماهواره‌هاي زمين مي‌توانند از اين موقعيت به عنوان يك منبع مواد معدني اورانيوم براي بازگشت به زمين به عنوان سوخت استفاده كنند. فضاپيماي ژاپني «كاگويا» كه در سال 2007 پرتاب شد با كمك يك طيف سنج پرتوگاما توانسته در كره ماه اورانيوم پيدا كند. دانشمند‌ان با استفاده از اين ابزار نقشه‌هايي از تركيبات سطح ماه تهيه كرده‌اند كه نشان دهنده وجود توريوم، پتاسيم، اكسيژن، منگنز، سيليس، كلسيم، تيتانيوم و آهن بر روي اين قمر است.

رنگ های نور

            

 

نور دارای تعریف دقیقی نیست، جسم شناخته شده یا مدل مشخص که شبیه آن باشد وجود ندارد. ولی لازم نیست فهم هر چیز بر شباهت مبتنی باشد. نظریه الکترومغناطیسی و نظریه کوانتومی با هم ایجاد یک نظریه نامتناقض و بدون ابهام می‌کنند که تمام پدیده‌های نوری را توجیه می‌کنند.

نظریه ماکسول درباره انتشار نور بحث می‌کند در حالیکه نظریه کوانتومی بر هم کنش نور و ماده یا جذب و نشر آن را شرح می‌دهد ازآمیختن این دو نظریه ،نظریه جامعی که الکترودینامیک کوانتومی نام دارد،شکل می‌گیرد. چون نظریه‌های الکترو مغناطیسی و کوانتومی علاوه بر پدیده‌های مربوط به تابش بسیاری از پدیده‌های دیگر را نیز تشریح می‌کنند منصفانه می‌توان فرض کرد که مشاهدات تجربی امروز را لااقل در قالب ریاضی جوابگو است. سرشت نور کاملاً شناخته شده‌است اما باز هم این پرسش هست که واقعیت نور چیست

شکست نور یک پدیده اپتیکی است که در آن نور رسیده از یک منبع نورانی (مانند لامپ ، خورشید و ستارگان) به خاطر تغییر سرعتی که برای آن در دو محیط با ضریب شکست متفاوت رخ می دهد دچار تغییر مسیر می شود.لذا هنگامی که شخص به این نور نگاه می کند گویی که نور دچار شکست شده است.

 

استفاده از پدیده شکست نور می توان نور سفید یا نورهای مخلوط از چندین طول موج را به امواج تشکیل دهنده آن تجزیه نمود.

اساس این پدیده متفاوت بودن سرعت نور در محیط های شفاف بر حسب طول موج نور است، به این ترتیب که هرچه طول موج بیشتر باشد سرعت نور در آن محیط نیز بیشتر خواهد بود. بنابراین نور های مختلف با طول موج های مختلف مسیر های متفاوتی را طی کرده و دچار شکست های متفاوتی می شوند. نتیجه این عمل جدا شدن امواج با طول موج های متفاوت از یکدیگر خواهد بود.