نور از دیدگاه CPH

در مکانیک کوانتوم نور یک نقطه ی مادی و فاقد ساختمان است

در نسبیت خاص سرعت نور در خلاء ثابت و برابر c است. اما در نسبیت عام سرعت نور تابع شدت میدان گرانشی است که برای آن رابطه ی زیر ارایه شده است

در این رابطه c۰ سرعت نور قبل از ورد به میدان گرانشی و M, G, R بترتیب جرم، ثابت جهانی گرانش و شعاع جسمی است که میدان گرانشی را ایجاد کرده است
از طرف دیگر می دانیم که سرعت نور در یک محیط (غیر خلا) با ضریب شکست
n از رابطه ی زیر به دست می آید
V=C/n
اگر بخواهیم به آنچه که قبلا در مکانیک کوانتوم گفته شده بسنده کنیم، نمی توانیم به نتایج و دیدگاه های جدیدی در فیزیک برسیم. اما اگر بخواهیم به نتایج تازه و شهودی برسیم، بایستی به ساختمان فوتون توجه کنیم و این کاری است که در نظریه سی. پی. انجام شده است
در اینجا بطور مختصر ساختمان فوتون را از دیدگاه نظریه سی. پی. اچ. مورد بررسی قرار می دهیم تا ببینیم که چرا سرعت نور در خلاً ثابت است و چرا در میدان گرانشی تغییر می کند و اصولاً چرا در سایر محیط ها سرعت نور کمتر از سرعت آن در خلا است؟
ساختمان فوتون در نظریه سی. پی. اچ
با توجه به نظریه سی. پی. اچ. ، یک فوتون شامل تعدادی سی. پی. اچ. است که همراه فوتون با حطی برابر با سرعت نور حرکت می کنند. از طرف دیگر می دانیم که نور یک موج الکترومغناطیسی است که از دو میدان مغناطیسی و الکتریکی عمود بر هم تشکیل شده است. بنابراین می توان نتیجه گرفت که سی. پی اچ. های موجود در ساختمان فوتون به دو دسته، سی. پی. اچ. هایی که میدان مغناطیسی را تشکیل می دهند و سی. پی. اچ. هایی که میدان الکتریکی فوتون را تشکیل می دهند، تقسیم می شود - شکل زیر

در شکل بالا ساختمان یک فوتون ترسیم شده است که در آن می توان به موارد زیر اشاره کرد
یک - فوتون از تعدادی بار-رنگ و تعدادی مغناطیس - رنگ تشکیل شده است
دو - بار-رنگ ها دارای اسپین هستند. همچنین مغناطیس - رنگ ها نیز دارای اسپین هستند
سه - فوتون دارای اسپین است
سی. پی. اچ. چیست؟
سی. پی. اچ. یک ذره بنیادی با جرم ثابت است که با مقدار سرعت ثابت حرکت می کند. این ذره داری لختی دورانی است. در هر واکنش بین این ذره با سایر ذرات یا نیروها در مقدار سرعت آن تغییری داده نمی شود، بطوریکه
gradVc=۰ in all inertial frames and any space
هنگامیکه نیروی خارجی بر آن اعمال شود، قسمتی از سرعت انتقالی آن به سرعت دورانی (یا بالعکس ) تبدیل می شود، بطوریکه در مقدارVc
تغییری داده نمی شود. یعنی اندازه حرکت خطی آن به اندازه حرکت دورانی و بالعکس تبدیل می شود. بنابراین مجموع انرژی انتقالی و انرژی دورانی آن نیز همواره ثابت است. تنها انرژی انتقالی آن به انرژی دورانی و بالعکس تبدیل می شود
هنگامیکه سی. پی. اچ. دارای حرکت دورانی حول محوری که از مرز جرم آن می گذرد است، یعنی زمانیکه سی. پی. اچ. دارای
Spin
است، آن را گراویتون می نامیم
When CPH has Spin
It calls Graviton

در شکل بالا نشان داده شده است که سی. پی. اچ. در هر مکان یا در هر شرایط فیزیکی که قرار گیرد، دارای در حرکت انتقالی و حرکت دورانی یعنی اسپن است. بطوریکه تحت هیچ شرایطی از مقدار سرعت آنکاسته نمی شود و همواره با مقدار سرعت
Vc>c
حرکت می کند.

سی. پی. اچ. و سرعت نور
قبل از ادامه ی بحث لازم به توضیح است که سرعت نور ناشی از سرعت خطی مولفه های تشکیل دهنده ی آن است. به عبارت دیگر سرعت خطی اجزای تشکیل دهنده ی فوتون که همان سی. پی. اچ. ها هستند برابر با سرعت نور است. اگر سرعت خطی سی. پی. اچ. ها افزایش یابد، سرعت فوتون (نور) نیز افزایش می یابد. اگر سرعت خطی سی. پی. اچ. ها کاهش یابد، الزاماً سرعت نرو نیز افزایش می یابد
علاوه بر آن توجه داشته باشید که چون سی. پی. اچ. همواره با مقدار سرعت ثابت Vc حرکت می کند، بنابراین اگر سرعت خطی سی. پی. اچ. افزایش یابد، از مقدار اسپین (مقدار سرعت دورانی ) آن کاهش می یابد. و هنگامیکه از مقدار سرعت خطی سی. پی. اچ. کاسته شود، به همان میزان بر اسپین آن افزوده خواد شد. همچنین توجه شود که تعداد سی. پی. اچ. موجود در ساختمان فوتون تابع انرژی آن است و با افزایش تعداد سی. پی. اچ. در فوتون، انرژی فوتون افزایش می یابد - شکل زیر

حال سرعت نور در در حالت های زیر بررسی می کنیم
یک - سرعت نور در خلاً
در خلاً نور تحت تاثیر هیچ عامل خارجی نیست، پس تنها عامل تعیین کننده ی سرعت خطی و اسپین سی. پی. اچ. ها، همان کنش بین سی. پی. اچ. های درون فوتون است. بنابراین مقدار سرعت خطی و اسپین سی. پی. اچ. ها ثابت می ماند.

 

تا زمانیکه نور در خلاً حرکت می کند، هر تغییری اعم از سرعت یا انرژی تنها ناشی از کنش های ذرات تشکیل دهنده ی فوتون است. بنابراین در نظریه سی. پی. اچ. نیز سرعت نور در خلاً (نسبت به دستگاه لخت) ثابت و همانطور است که در نسبیت خاص مطرح شده است
دو - سرعت نور در سایر محیط ها
فرض کنیم نور از خلا وارد یک محیط دیگر نظیر آب شود. اما هر محیط مادی متشکل از مولکولها ییا سایر ذراتی است که در اطراف آنها میدانهای الکتریکی و مغناطیسی است. این میدانها بر بار- رنگ و مغناطیس - رنگ ( سی. پی. اچ. های موجود در ساختمان فوتون) اثر گذاشته و از مقدار سیرعت خطی آنها کاسته شده و بر مقدار اسپین آنها افزوده می شود. هنگامیکه نور از این محیط خارج و وارد محیط دیگری شود، از نیروهای محیط جدید پیروی کرده و سرعت جدیدی خواهد داشت. لذا سرعت نور - فوتون - تابع سرعت خطی سی. پی. اچ. های موجود در آن است و سرعت خطی سی. پی. اچ. نیز تابع نیروهای خارجی وارد بر آنها است
سه - سرعت نور در میدان گرانشی
نخست باید پرسید که چرا همچنانکه نسبیت عام تصریح می کند، سرعت نور در میدان گرانشی تغییر می کند؟

فرض کنیم یک فوتون در حال سقوط در یک میدان گرانشی است. بنابر نظریه سی. پی. اچ. میدان گرانشی متشکل از گراویتونها است که با سرعتی بالاتر از سرعت نور در حرکت هستند. این گراویتون ها (بار - رنگ و مغناطیس - رنگ) وارد ساختمان قوتون می شوند و همچنانکه نسبیت پیشگویی کرد و در آزمایش نیز ثابت شد، انرژی فوتون افزایش می یابد.

هنگامیکه در یک میدان گرانشی گراویون وارد ساختمان فوتون می شود، اندازه حرکت فوتون جدید برابر است با مجموع اندازه حرکت قبلی فوتون و اندازه حرکت گراویتون و در نتیجه سرعت فوتون افزایش می یابد. اما باید توجه داشت که در این حالت نیز مقداری از اسپین سی. پی. اچ. ها به سرعت خطی تیدیل می شود و به همان میزان به سرعت نور افزوده می گردد.
منبع :http://www.academist.ir منبع: