.  استوکيومتری

                              ‍‍‍‍‍‍‍‍    

                                     CH₄    +  2O₂     --->     2H₂O   +  CO₂ 

 

یک مولکول کربن دی اکسید +دومولکول آب<---   دومولکول اکسیژن +    یک مولکول متان

             O 2            +          C  1                 <---                O 4            +        C 1

               H 4        +           O  2                  <---                                          H  4

                        وقتی همه علوم  به سوی كمال می روند مفاهيم آنها شكل رياضی می گيرد.

                                                 آلفرد نورث وايتهد

بين تعداد اتم عنصر هايی كه يك ماده را می سازند ؛روابط كمی وجود دارد كه  اين روابط را با

 فرمول های شیمیایی نمایش می دهند.عنصرها؛به نسبت جرمي معين باهم وارد واكنش می شوند

و تركيب شيميايی رامی سازند.

پس دریک ترکیب خاص درصدعنصرهای سازنده آن معین وثابت است .

به کمک ترکیب درصد عنصرهای سازنده يك  ماده مركب شيميايی مي توان فرمول تجربی آن ماده

رابه دست آورد.

 فرمول تجربی هرماده شيميايی نسبت  اتمی عنصر های سازنده تركيب رانشان می دهد.بادردست

داشتن جرم مولكولی؛مي توان فرمول مولكولی تركيب راتعيين نمود.

يك مولكول درفرآيندهای فيزيكی وشيميايی به صورت يك واحد عمل می كند.

استوكيومتری يك تركيب شيميایی:

فرمول شيميايی؛ تركيب اتمی يك ماده خالص است كه به كمك نمادهای شيميايی نوشته می شود.

 درفرمول شيميايی برای نشان دادن نوع عنصرازنمادشيميايی وبرای مشخص كردن تعدادنسبی

عنصرهاازاعدادی به صورت زيرونداستفاده می شود.براي مثال: فرمول شيميايي سديم اكسيد

به صورت Na₂Oمی باشد؛كه نشان می دهد دربلوراين تركيب يونی به ازای هراتم اكسيژن

 دواتم سديم وجود دارد.اگردرفرمول شيميايی نمادعنصري زيروند نداشته باشد؛به اين معنی است

 كه تعداد آن عنصردرواحد مولكولی ماده ؛يك است.

 درتركيب هايی كه ساختار يك پارچه دارند؛ فرمول تجربی همان فرمول شيميايي ماده مي باشد

مانند تركيب هاي يونی NaCl ؛ فلزها   Feوياتركيب هاي كوالانسی نظيرالماس C ؛ به موارد

زير توجه كنيد.

الف:دراكثرتركيب های يونی؛ فرمول شيميايی ساده ترين نسبت بين يون های تشكيل دهنده ی بلور

 می باشد. زيرادربلوراين گونه مواد هيچ يونی به طورانحصاري به يون ديگر تعلق ندارد.

فكركنيد:

شكل مقابل بلور نمك طعام رانشان می دهد.

الف:به ازای هريون كلريد چند يون سديم وجوددارد؟                              ⁺ Na

ب: درمجموع اين قطعه بلورازنظربارچگونه  است؟                           

پ: چه فرمول شيميايی براي نمك طعام پيشنهاد می كنيد؟                                ^- Cl

 

 ب: الماس سخت ترين جامد می باشد كه درساختارآن اتم های كربن با پيوند كووالانسی به هم متصل شده اند.

ومولكول نامحدودوغول آسايی رامی سازند.

فکرکنید:

الف :بايك جمله كوتاه اين ساختارراتشريح كنيد.

                                               

                                                                                                          

ب:كوچك ترين ذره سازنده اين بلور چيست.

پ:به نظر شما فرمول شيميايی الماس راچگونه بايد نوشت؟

فعاليت:

قسمت عمده  ماسه  تركيبي به نام سيليسيم اكسيد می باشد دربلور اين تركيب شيميايی هر اتم

سيليسيم ازچهار جهت به چهار اتم اكسيژن وهراتم اكسيژن به دواتم سيليسيم طوری متصل شده اند

كه حلقه های شش گوشه به هم چسبيده ایی رابه وجود می آورند.    به وسيله ی موادی مانند خميربازی؛

مدلی برای نشان دادن ساختار بلور اين تركيب شيميايي بسازيد.

فرمول شيميايی ماسه به نظر شما چگونه بايد نوشته شود؟

پ: درساختاربلورفلزهانيزتعدادبی شماری اتم فلزی باپيوندی به نام پيوندفلزی به هم متصل شده اند.

دراين گونه مواردنيز نمادفلز به عنوان فرمول شيميايی عنصردرنظرگرفته می شود.مثال:فرمول شيميایي

 فلز آهن Fe  است.

 

 

 به طورخلاصه ساده ترين نسبت بين تعدادعنصرتركيب هايی نظيرتركيب های ذكر شده به عنوان فرمول

شيميايی شناخته می شود

فرمول شيميايی درتركيب های مولكولی چگونه است؟

تركيب های كوالانسی اغلب به صورت واحدهای جداازهم به نام مولكول وجوددارند.اين گونه مواد را

 تركيب های مولكولی نيزمي نامند.

فرمول شيميايی يك ماده مولكولی ؛تركيب يك مولكول رانشان می دهد به همين علت به آن فرمول

 مولكولی هم گفته می شود.

مثال:فرمول شيميايیH₂O  نشان می دهد كه يك مولكول آب ازدواتم هيدروژن ويك اتم اكسيژن

ساخته شده است.

درموردعنصرهايی كه ساختار مولكولی دارندباتوجه به تعداد اتم های عنصردريك مولكول؛

فرمول مولكولی نوشته می شود.فرمول شيميایی    P₄   نشان می دهد؛هرواحدمولكولی فسفرسفيد

ازچهاراتم فسفرتشكيل شده است.

فكركنيد:

باتوجه به شكل های زير فرمول مولكولی مواد را بنويسيد.

 

 

              

چون فرمول مولكولی؛ تركيب اتمی واقعی؛يك مولكول رانشان می دهد ؛نمی توان زيروندهارا

ساده نموده و فرمول ساده ترين نسبت بين اتم هارانوشت.دراكثر تركيب های مولكولی؛

فرمول مولكولی بافرمول تجربی متفاوت است.و دربعضی مواردچندتركيب شيميايی  كاملا

 متفاوت فرمول تجربی  يكساني دارند.

مثال:به فرمول مولكولي تركيب های زير توجه نماييد؛بااين كه اين مواد خواصی كاملا

 متفاوت دارند اما فرمول تجربی(ساده ترين نسبت بين اتم درمولكول آنها)يكسان است.

فرمول مولكولی            C₂H₂  اتین             C₄H₄ بوتادی ان                   C₆H₆  بنزن

فرمول تجربی                  CH                      CH                                   CH                 

 

چگونه دو ياچند مولكول ازيك تركيب شيميايی رانشان می دهند؟

اگر بخواهيم دريك فرآيند دو يا چند مولكول را نشان دهيم ؛بايدازروشی كه دررياضی به كارمی رود

 استفاده نماييم؛زيرا فرمول شيميايی ويا  فرمول مولكولی مقدارمعينی ازيك ماده را نشان می دهد

كه آن راواحدفرمولی  می نامند.

دررياضي برای نشان دادن دوعدد  A    آن رابه صورت   A2 نمايش می دهيم حال اگر بخواهيم سه

 مولكول سديم كلريد رانشان دهيم ؛می نويسيم       NaCL 3

خودرابيازماييد:

1-                 فرمول تجربی مواد زيرچگونه است؟

الف)        NaOH                                         ب)    H₂O₂

پ)  C₂H₄O₂                                             ت)    C₂H₄

ث)  NH₄)₂C₂O₄ )                                   ج)  Na₂S₄O₆

2-      ضرايب موجود درعبارت Ca3(PO4)2   چه معلوماتی دراختيار شما می گذارد.

۳-   به كمك نماد هاي شيميايی ؛چهار مولكول آمونيم سولفات رانشان دهيد.

استوكيومتری يك واكنش شيميايی چگونه است؟

باتشكيل معادله  فرآيندشيميايی مي توان به روابط كمی ميان موادی كه درواكنش دخالت دارند

پی برد.يك معادله شيميايی كه توسط فرمول شيميايی مواد واكنش دهنده وفرآورده های يك واكنش

 نوشته می شود ؛تعداد نسبی مول هاي موادواكنش دهنده ها وفرآورده هارادرفرآيندشيميايی

 نشان می دهد.اين معادله هابراساس پايستگي جرم موازنه می شود.

يك معادله شيميايی موازنه شده ماراياری می دهد كه به پرسش هايی ازقبيل اين كه ؛ چند مول

 وياچندگرم واكنش دهنده لازم است تامقدارمعينی فرآورده تشكيل شود ؟پاسخ گوييم .

به مثال زيرتوجه كنيد:

                        2Na (s)           +                Cl2 (g)            →          2NaCl 

   دو مول سديم كلريد(جامد)                       يك مول كلر(گاز)     + دو مول سديم(جامد)

         2  مولكول    NaCL                          1 مولكول _۲ CL      + 2اتم  Na

 

                     ۱۱۷              =                    ۷۱          +     ۲ × ۲۳

 1ـ فرمول تجربی چيست؟وچه اطلاعاتی ازماده به مامی دهد؟

2ـ فرمول تجربی راچگونه می توان محاسبه نمود ؟

3ـ فرمول مولكولي چيست؟ وچه تفاوتی بافرمول تجربی دارد؟

4ـ رابطه فرمول تجربی بافرمول مولكولی چگونه است؟

5ـ فرمول شيميايي چيست؟

بطورخلاصه:

ـ استوکیومتری ترکیب : روابط کمی میان عنصرهای سازنده یک ماده مرکب می باشد.

ـ فرمول تجربی: ساده ترین نسبت اتمی عنصر های سازنده تركيب رانشان دهد.

ـ فرمول مولکولی : نوع عنصرها وتعداد اتم های یک واحد مولکولی درموادی که دارای

 مولکول هستند رانشان می دهد .

ـ فرمول شیمیایی : بیان کننده ترکیب ترکیب یک واحد فرمولی ازیک ماده مرکب برحسب

نمادهای شیمیایی است.

ـ  زیروندهای یک فرمول: عده نسبی اتم های هرعنصر موجود درماده مرکب رانشان می دهد 

ـ استوکیومتری واکنش: روابط کمی میان موادی که دریک واکنش شرکت می کنندرانشان می دهد .

ـ معادله شیمیایی: نمایش یک فرایند شیمیایی بافرمول شیمیایی موادی که درآن واکنش شرکت

نموده اند.

بيش از ۱۱۰ سال از زمانی می گذرد که برای نخستين بار صدای انسان توسط دستگاهی  شامل يک ميله ی استيل (آهن به اضافه ی درصد خيلی  کمی کربن ) که پولسن Poulsenابداع کرده بود ضبط و ذخيره شد. همچنين نزديک به ۸۰ سال از اختراع اولين نمونه ی نوارهای  ضبط شنيداری ATR می گذرد. اين نوارها با آغشته کردن يک نوار کاغذی مخصوص با يک مايع فری مغناطيس توسط يک شرکت آمريکايی ساخته شدند . اما ۲۰ سال پس از آن ، يعنی در سال ۱۹۴۷ ميلادی با همکاری سه شرکت آمريکايی نوارهای اکسيد آهن و در سال ۱۹۵۰ اولين نمونه ی نوارهای ضبط ديداری VTR  ساخته شدند.  در اواخر دهه ی ۱۹۶۰ ميلادی نوارهايی از جنس دی اکسيد کروم و در اوايل دهه ی ۱۹۷۰ نيز نوارهايی از جنس اکسيد آهن تعميم يافته با کبالت ساخته شدند. در اوايل دهه ی ۱۹۸۰ ميلادی نيز نوارهای متال از حنس ذرات بسيار ريز فلزی (پودر آهن) به بازار عرضه شدند. آنچه در اين سال های متمادی عمده ی توجه دانشمندان را به خود جلب کرده بود ،افزايش کيفيت ذخيره اطلاعات در محيط های مغناطيسی بود ؛ به طوری که با کمترين نوفهNoise و واپيچش Distortion   اطلاعات ذخيره شده در اين گونه محيط ها ؛ بازيابی شوند.  

با رونق علم فوتونيک در اوايل دهه ی ۱۹۸۰، اما ، رفته رفته سهم علم الکترونيک در فناوری و زندگی ما کاهش يافت. در اين علم آنچه نقش اساسی را بر عهده دارد بر هم کنش نور (فوتون) و ماده است در حالی که در علم الکترونيک نقش اصلی بر عهده ی برهم کنش الکترون و ماده است. و حال آن که می دانيم فوتون از نظر بر هم کنش با ماده هزاران برتری نسبت به برهم کنش الکترون با ماده دارد ؛ به طوری که هر روزه شاهد اين برتری در عرصه ی فناوری های نوين هستيم. 

اولين نمونه های واقعی محيط های نوری ذخيره ی اطلاعات از اوايل دهه ی ۱۹۸۰ توليد شدند و تقريبا از اواسط همين دهه  به بعد

CD

 های مخصوص ذخيره ی داده  Data در اختيار عموم قرار گرفت . حجم نمونه های اين CD ها  که هم اکنون نيز به وفور استفاده می شوند درحدود 700MB  است.در فاصله ی کمتر از ۸ سال پس از توليد انبوه اين CD ها نمونه ی ديگری از آنها با نام DVD در اختيار عمو م قرار گرفت که حجم ذخيره ی داده در آنها  هم اينک بيش از ۷ برابر CD ها ست(نگاهی به فناوری CD ها )   و در آستانه ی  سال ۲۰۰۵ خبری را خواندم مبنی بر اين که نمونه ی آزمايشگاهی لوح های فشرده ای با نام  Blu-ray/ DVD combo توسط شرکت ويکتور وابسته به JVC  ساخته شده اند که قادر به ذخيره ی  33.5GB داده بر رروی سه لايه ی  موازی تعبيه شده بر روی لوح فشرده می باشد(شکل زير ). آنچه در اينجا لازم است به آن توجه کنيم اين است که در فاصله ای نزديک به ۱۵ سال حجم ذخيره ی اطلاعات بر روی لوح های فشرده بيش از ۵۰ برابر شده است.

ببخشید دیر به دیر میام امتحان ها شروع شده وقت سر خاروندن ندارم

تا پست بعد باییییییییی

مقدمه

جهان بيني علمي در فيزيک نظري با كارهاي گاليله آغاز شد. هرچند كه تلاشهاي گاليله زيربناي فيزيك کلاسيک را تشكيل داد، اما اين تلاشها  ريشه در نگرشهاي جديد به پديده هاي فيزيکي داشت كه مهمترين آنها را مي توان در آثار برونو و کپلر مشاهده كرد. برونو به طرز ماهرانه اي در آثار خود تشريح کرد كه همه ي ستارگان جهان نظير خورشيد هستند. کپلر با ارائه سه قانون خود نشان داد كه حرکت سيارات قانونمند است و يک نظم منطقي در حرکت، دوره تناوب و مسير آنها وجود دارد.

گاليله آزمايشهاي زيادي انجام داد تا بتواند حرکت اجسام را در يك سري قوانين کلي خلاصه کند. در اين ميان آزمايش سطح شيبدار گاليله از همه مشهورتر است. اما نمي توان تاثير نگرش گاليله را در پيشرفت علم به اين آزمايشها خلاصه کرد. در حقيقت گاليله نوعي نگرش منطقي به پديده هاي فيزيکي داشت كه تا آن زمان بي سابقه بود. اين نگرش زيربناي روش استقرايي را در فيزيک تشكيل داد و بتدريج به ساير علوم گسترش يافت.

هرچند آزمايشهاي گاليله از نظر کمي و كيفي با آزمايشهاي امروزي قابل مقايسه نيست، اما آزمايشهاي بسيار پيچيده و پيشرفته امروزي نيز از همان قاعده ي نگرش استقرايي گاليله پيروي مي کنند. به اين ترتيب گاليله زير ساخت فيزيك را ايجاد کرد و نحوه ي برخورد علمي با طبيعت را نشان داد. اما نتيجه ي اين تلاشها به صورت تشريحي بيان مي شد.

سالها بعد نيوتن نتايج به دست آمده توسط گاليله را فرمول بندي و در قالب يك سري معادلات رياضي ارائه کرد و ساختار فيزيک كلاسيك را مدون ساخت. قانون جهاني گرانش نيوتن دست آورد بزرگي بود. نيوتن براي توجيه پديده هاي فيزيکي " نگرش ديفرانسيلي" را جايگزين روش انتگرالي  كرد. در روش انتگرالي همواره نتايج مورد نظر است. در حاليكه در نگرش ديفرانسيلي تحليل روند رسيدن به نتايج مورد بحث قرار مي گيرد و جواب هاي خاص را مي توان از آن به دست آورد. به عنوان مثال قوانين کپلر را با قانون جهاني گرانش نيوتن مقايسه کنيد. در قوانين کپلر نمي توان دوره ي گردش يک سياره را از روي دوره ي گردش سياره ي ديگر استخراج کرد. علاوه بر آن هر سه قانون کپلر مستقل از هم هستند. در حاليكه در قانون نيوتن مي توان دوره گردش همه ي سيارات به دور خورشيد را به دست آورد.  

بنابراين مي توان گفت گاليله روش استقرايي را به وجود آورد و نيوتن روش ديفرانسيلي را ابداع کرد. لذا تاثير تلاشهاي گاليله و نيوتن در پيشرفت علوم ممتاز و غير قابل انكار و در عين حال بي نظير است.

 

مشكلات قوانين نيوتن

هنگاميكه نيوتن قوانين حركت و قانون جهاني جاذبه را ارائه کرد، اين قوانين از نظر منطقي با اشكالات جدي همراه بود. قانون دوم نيوتن بصورت

F=ma

تا سرعتهاي نامتناهي را پيشگويي مي کرد که با تجربه سازگار نيست. و قانون سوم وي بيان کننده ي کنش از راه دور يا همزماني عمل و عکس العمل است که اين نيز با ابهام و اشکات خود روبرو بود.

     يعني اثر نيروي جاذبه با سرعت نامتناهي منتقل مي شد. تاثير از راه دور همواره مورد انتقاد قرار داشت.

اما مهمترين مشكل قوانين نيوتن در قانون جهاني گرانش وي بود و خود نيوتن نيز متوجه آن شده بود. 

نيوتن دريافت كه بر اثر قانون جاذبه او، ستارگان بايد يكديگر را جذب كنند و بنابراين اصلاً به نظر نمي رسد كه ساكن باشند. نيوتن در سال 1692 طي نامه اي به ريچارد بنتلي نوشت "كه اگر تعداد ستارگان جهان بينهايت نباشد، و اين ستارگان در ناحيه اي از فضا پراكنده باشند، همگي به يكديگر برخورد خواهند کرد. اما اكر تعداد نامحدودي ستاره در فضاي بيكران به طور كمابش يكسان پراكنده باشند، نقطه مركزي در كار نخواهد بود تا همه بسوي آن كشيده شوند و بنابراين جهان در هم نخواهد ريخت."

 اين برداشت نيز با يک اشكال اساسي مواجه شد. بنظر سيليجر طبق نظريه نيوتن تعداد خطوط نيرو كه از بينهايت آمده و به يک جسم مي رسد با جرم آن جسم متناسب است. حال اگر جهان نامتناهي باشد و همه ي اجسام با جسم مزبور در كنش متقابل باشند، شدت جاذبه وارد بر آن بينهايت خواهد شد.

مشكل بعدي قوانين نيوتن در مورد دستگاه مرجع مطلق بود. همچنان كه مي دانيم حركت يک جسم نسبي است، وقتي سخن از جسم در حال حركت است، نخست بايد ديد نسبت به چه جسمي يا در واقع در کدام چارچوب در حركت است. دستگاه هاي مقايسه اي در فيزيک داراي اهميت بسياري هستند. قوانين نيوتن نسبت به دستگاه مطلق مطرح شده بود. يعني در جهان يک چارچوب مرجع مطلق وجود داشت که حركت همه اجسام نسبت به آن قابل سنجش بود. در واقع همه ي اجسام در اين چارچوب مطلق كه آن را "اتر" مي ناميدند در حركت بودند. يعني ناظر مي توانست از حركت نسبي دو جسم صحبت كند يا  مي توانست حركت مطلق آن را مورد توجه قرار دهد.

 براين اساس مايكلسون تصميم داشت سرعت زمين را نسبت به دستگاه مطلق "اتر" به دست آورد. مايكلسون يک دستگاه تداخل سنج اختراع کرد و در سال 1880 تلاش  کرد طي يک آزمايش سرعت مطلق زمين را نسبت به دستگاه مطلق "اتر" به دست آورد. نتيجه آزمايش منفي بود. (براي بحث كامل در اين مورد به كتابهاي فيزيك بنيادي مراجعه كنيد.) با آنكه آزمايش بارها و بارها تكرار شد، اما نتيجه منفي بود. هرچند مايكلسون از اين آزمايش نتيجه ي مورد نظرش را به دست نياورد، اما به خاطر اختراع دستگاه تداخل سنج خود، بعدها برنده جايزه نوبل شد.

نسبيت خاص

براي توجيه علت شكست آزمايش مايكلسون نظريه هاي بسياري ارائه شد تا سرانجام اينشتين در سال 1905 نسبيت خاص را مطرح كرد. نسبيت خاص شامل دو اصل زير است:

1- قوانين فيزيک در تمام دستگاه هاي لخت يكسان است و هيچ دستگاه مرجع مطلقي در جهان وجود ندارد.

2- سرعت نور در فضاي تهي و در تمام دستگاه هاي لخت ثابت است.

در نسبيت سرعت نور، حد سرعت ها است، يعني هيچ جسمي نمي تواند با سرعت نور حرکت کند يا به آن برسد.

نتيجه اين بود كه قانون دوم نيوتن بايد تصحيح مي شد. طبق نسبيت جرم جسم تابع سرعت آن است، يعني با افزايش سرعت، جرم نيز افزايش مي يابد و هر جسمي كه بخواهد با سرعت نور حركت كند بايد داراي جرم بينهايت باشد. لذا قانون دوم نيوتن بصورت زير تصحيح شد

 

بنابر اين جرم  تابع سرعت است و با افزايش سرعت، جرم نيز افزايش مي يابد. هنگاميكه سرعت جسم به سمت سرعت نور ميل كند، جرم به سمت بينهايت ميل خواهد كرد و عملاً هيچ نيرويي نمي تواند به آن شتاب دهد.

از طرف ديگر طبق نسبيت جرم و انرژي هم ارز هستند، يعني جرم جسم را مي توان بصورت محتواي انرژي آن مورد ارزيابي قرار داد.

E=mc²

m=E/c²

بنابراين انرژي داراي جرم است. اما در نسبيت نور از کوانتومهاي انرژي تشكيل مي شود كه آن را فوتون مي نامند و با سرعت نور حركت مي کند. اين سئوال مطرح شد كه اگر انرژي داراي جرم است و فوتون نيز حامل انرژي است كه با سرعت نور حركت مي كند، پس چرا جرم آن بينهايت نيست؟

پاسخ نسبيت به اين سئوال اين بود كه جرم حالت سكون فوتون صفر است. در حاليكه رابطه ي جرم نسبيتي در مورد جرم حالت سكون غير صفر بر قرار است. لذا در نسبيت با دو نوع  ذرات سروكار داريم، ذراتي كه داراي جرم حالت سكون غير صفر هستند نظير الكترون و ذراتي كه داراي جرم حالت سكون صفر هستند مانند فوتون. در نسبيت تنها ذراتي مي توانند با سرعت نور حركت کنند كه جرم حالت سكون آنها صفر باشد.

مشكل نسبيت خاص در اين است كه جرم نسبيتي آن (جرم بينهايت) مانند سرعت بينهايت در مكانيك كلاسيك با تجربه تطبيق نمي كند. يعني هيچ نمونه ي تجربي كه با جرم بينهايت نسبيت تطبيق كند مشاهده نشده است. 

علاوه بر آن در نسبيت و حتي در مكانيك كوانتوم توضيحي وجود ندارد كه نحوه ي توليد فوتون را با سرعت نور توضيح بدهد.  و چرا فوتون در حالت سكون يافت نمي شود. آيا فوتون از ذرات ديگري تشكيل شده است؟ اگر جواب منفي است اين سئوال مطرح مي شود كه فوتون هاي مختلف با يکديگر چه اختلافي دارند؟ در حاليكه همه ي فوتون ها با انرژي متفاوت با سرعت نور حرکت مي كنند. آزمايش نشان داده است كه فوتون در برخورد با ساير ذرات قسمتي از انرژي خود را از دست مي دهد. حال اين سئوال مطرح مي شود كه فرض كنيم فوتون شامل ذرات ديگري نيست، اين را بايد توضيح داد وقتي قسمتي از آن جدا مي شود و باز هم داراي همان خواص اوليه است ولي با انرژي کمتر؟ يعني فوتون قابل تقسيم است، هر ذره ي قابل تقسيمي بايد شامل زير ذره باشد.

واقعيت اين است كه فوتون در شرايط نور توليد مي شود و اجزاي تشكيل دهنده آن نيز بايستي با همان سرعت نور حرکت کنند و حالت سكون فوتون يعني تجزيه ي آن به اجزاي تشكيل دهنده اش.

از طرفي مي دانيم جرم و انرژي هم ارز هستند، آيا اين منطقي است كه مي توان سرعت جرم را تغيير داد اما سرعت انرژي ثابت است؟ 

نسبيت عام:

نسبيت خاص داراي يك محدوديت اساسي بود. اين محدوديت ناشي از آن بود كه رويدادهاي فيزيکي را در دستگاه هاي لخت مورد بررسي قرار مي داد، در حاليكه در جهان واقعي دستگاه ها شتاب دار هستند. هرچند مي توان در بر رسي برخي رويداد ها به دستگاه هاي لخت بسنده كرد، اما اين دستگاه ها براي بررسي تمام رويدادها ناتوان هستند. 

اينشتين در سال 1915 نسبيت عام را ارائه کرد و نسبيت خاص به عنوان حالت خاصي از نسبيت عام در آمد.

نسبيت عام بر اساس اصل هم ارزي تدوين شد.

اصل هم ارزي:

  قوانين فيزيک در يک ميدان جاذبه يكنواخت و در يک دستگاه كه با شتاب ثابت حركت مي کند، يكسان هستند.

به عنوان مثال فرض کنيم يک دستگاه مقايسه اي با شتاب ثابت در حركت است. مشاهدات در اين دستگاه نظير مشاهدات در يک ميدان گرانشي يكنواخت است در صورتي كه شدت ميدان گرانشي برابر شتاب دستگاه باشد، يعني a=g باشد، در اين صورت مشاهدات يكسان خواهد بود.

 مهمترين دستاورد نسبيت عام توجيه مدار عطارد بود. بررسي هاي نجومي نشان داده بود كه نقطه حضيض عطارد جابه جا مي شود. بيش ار يكصد سال بود كه فيزيكدانان متوجه ان شده بودند، اما نمي توانستند با قوانين نيوتن توجيه كنند. اما نسبيت عام توانست آن را توجيه كند.

بنا بر نسبيت،  گرانش اثر هندسي جرم بر فضاي اطراف خود است. كه فضا- زمان ناميده مي شود. يعني جرم فضاي اطراف خود را خميده مي كند و مسير نور در اطراف آن خط مستقيم نيست، بلكه منحني است

در سال 1919 انحناي فضا را هنگام کسوف کامل خورشيد با نوري که از طرف ستاره ي مورد نظري به سوي زمين در حرکت بود و از کنار خورشيد مي گذشت مورد تحقيق قرار دادند که با پيشگويي نسبيت تطبيق مي کرد. اين موفقيت بسيار بزرگي براي نسبيت بود. از آن زمان به بعد توجه به ساختار هندسي و خواص توپولوژيک فضا بررسي واقعيت هاي فيزيکي  را به حاشيه راند. مضافاً اينکه گرانش را از فهرست نيروهاي اساسي طبيعت در فيزيک نظري حذف کرد

مشکلات اساسي نسبيت را مي توان به صورت زير فهرست کرد:

 1- مشکل نسبيت با مکانيک کوانتوم- مکانيک کوانتوم ساختار ريز و کوانتومي کميت ها و واکنش متقابل آنها را مورد بررسي قرار مي دهد. به عبارت ديگر نگرش مکانيک کوانتوم بر مبناي کوانتومي شکل گرفته است. در اين زمينه تا جايي پيش رفته که حتي اندازه حرکت و برخي ديگر از کميتها را کوانتومي معرفي مي کند. اين نتايج بر مبناي يکسري شواهد تجربي مطرح شده و قابل پذيرش است. علاوه بر آن تلاشهاي زيادي انجام مي شود پديده هاي بزرگ جهان را با قوانين شناخته شده در مکانيک کوانتوم توجيه کنند. حال به نسبيت توجه کنيد که فضا-زمان را پيوسته در نظر مي گيرد. بنابراين نسبيت با مکانيک کوانتوم ناسازگار است. تلاشهاي زيادي انجام شده تا به طريقي يک هماهنگي منطقي و قابل قبول بين نسبيت و مکانيک کوانتوم ايحاد شود. در اين مورد کارهاي ديراک شايان توجه است که مکانيک کوانتوم نسبيتي را پايه گذاري کرد و آن را توسعه داد. اما در مورد نسبيت عام موفقيت چنداني نصيب فيزيکدانان نشده است. 

2- پيچيدگي و عدم وجود تفاهم در نسبيت- پيچيدگي نسبيت موجب شده که تفاهم منطقي بين فيزيکدانان در مورد نتايج و پيشگويي هاي نسبيت وجود نداشته باشد. به عبارت ديگر نسبيت شديداً قابل تفسير است. اين تفاسيرگاهي چنان متناقض هستند به عنوان مثال: اينشتين از سال 1917 شروع به تدوين يک نظريه قابل تعميم به عالم کرد. وي با مشکلات حل نشدني رياضي برخورد کرد. به همين دليل در معادلات گرانش عبارت مشهور " پارامتر عالم " را وارد کرد. ملاحظات وي در اين موضوع بر دو فرضيه مبتني بود.

الف - ماده داراي چگالي متوسطي در فضاست که در همه جا ثابت و مخالف صفر است.

ب- بزرگي " شعاع " فضا به زمان بستگي ندارد.

 در سال 1922 فريدمان نشان داد که اگر از فرضيه دوم چشم پوشي شود، مي توان فرضيه اول را حفظ کرد بي آنکه در معادلات به پارامتر عالم نيازي باشد. فريدمان بر اين اساس يک معادله ي ديفرانسيل به صورت زير ارائه کرد

در واقع سالها قبل از کشف هابل در مورد انبساط فضا، فريدمان دقيقاً کشفيات او را پيش بيني کرده بود. معادله ي" فريدمان" معادله ي اصلي کيهان شناخت نيوتني است و بدون تغيير در نظريه نسبيت عام نيز صادق است. اينشتين بر همه نتايج به دست آمده توسط فريدمان اعتراض کرد و مقاله اي نيز در اين باب انتشار داد. سپس حقايق را در فرضيه فريدمان ديد و با شجاعت کم نظيري طي نامه اي که براي سردبير مجله آلماني فرستاد به اشتباه خود در محاسباتش اعتراف کرد.

بيشتر مشکلات نسبيت ناشي از خواصي است که که به علت وجود ماده براي فضا قايل مي شوند. که در آن هندسه جاي فيزيک را مي گيرد. زماني پوانکاره گفته بود که اگر مشاهدات ما نشان دهد که فضا نااقليدسي است، فيزيکدانان مي توانند فضاي اقليدسي را قبول کرده و نيروهاي جديدي وارد نظريه هاي خود کنند. اما نسبيت چنين نکرد و ماهيت پديده هاي فيزيکي را به دست فراموشي سپرد. هرچند پديده هاي فيزيکي را بدون ابزار محاسباتي، اعم از جبري و هندسي نمي توان توجيه کرد، اما فيزيک نه هندسه است و نه جبر، فيزيک، فيزيک است وبس!!!

3- مشکل گرانش نيوتني در نسبيت همچنان باقي است

دید کلی

شیمی کوانتومی ، دانش کاربرد مکانیک کوانتومی در مسایل مربوط به شیمی است. اثر شیمی کوانتومی ، در شاخه‌های وابسته به شیمی قابل لمس است. مثلا :

• علمای شیمی فیزیک ، مکانیک کوانتومی را (به کمک مکانیک آماری) در محاسبات مربوط به خواص ترمودینامیکی (مانند آنتروپی و ظرفیت حرارتی) گازها ، در تفسیر طیفهای مولکولی به منظور تائید تجربه خواص مولکولی (مانند طولها و زوایای پیوندی) ، در محاسبات نظری خواص مولکولی ، برای محاسبه خواص حالات گذار واکنشهای شیمیایی به منظور برآورد ثابتهای سرعت واکنش ، برای فهم نیروهای بین مولکولی و بالاخره برای بررسی ماهیت پیوند در جامدات بکار می‌برند.
  
  
• علمای شیمی آلی از مکانیک کوانتومی ،‌ برای برآورد پایداریهای نسبی مولکولها ، محاسبه خواص واسطه‌های واکنش ، بررسی ساز و کار واکنشهای شیمیایی ، پیش بینی میزان ترکیبات و تحلیل طیفهای NMR استفاده می‌کنند.
  
  
• علمای شیمی تجزیه از مکانیک کوانتومی برای تفسیر شدت و فرکانسهای خطوط طیفی استفاده می‌کنند.
  
  
• علمای شیمی معدنی از نظریه میدان لیگاند که یک روش تقریبی مکانیک کوانتومی است، در توضیح خواص یونهای مرکب فلزات واسطه سود می‌برند.

فرضیه پلانک ، سرآغاز مکانیک کوانتومی

در سال 1900، "ماکس پلانک" ، نظریه‌ای ابداع کرد که با منحنی‌های تجربی تابش جسم سیاه ، مطابقتی عالی از خود ارائه داد. فرض او این بود که اتمهای جسم سیاه ( ماده‌ای که تمام نورهای تابیده به آن را جذب کند ) ، تنها قادرند نورهایی را گسیل سازند که مقادیر انرژی آنها توسط رابطه hv داده می‌شود. در رابطه ، v فرکانس تابش و h ، ثابت تناسب است که به ثابت پلانک معروف است. با قبول مقدار