رش به: ناوبری، جستجو

هندسه مطالعهٔ انواع روابط طولی و اشکال و خصوصیات آن‌ها است. این دانش همراه با حساب یکی از دو شاخهٔ قدیمی ریاضیات است. واژهٔ هندسه، عربی شدهٔ واژهٔ «اندازه» در فارسی است. در زبان انگلیسی به آن geometry و در زبان فرانسه به آن géométrie می‌گویند که هر دو از γεωμετρία (گئومتریا) در زبان یونانی آمده که به معنای اندازه‌گیری زمین است.

تاریخچه هندسه

احتمالاً بابلیان و مصریان کهن نخستین کسانی بودند که اصول هندسه را کشف کردند. در مصر هر سال رودخانه نیل طغیان می‌کرد و نواحی اطراف رودخانه را سیل فرا می‌گرفت. این رویداد تمام علایم مرزی میان املاک را از بین می‌برد و لازم می‌شد دوباره هر کس زمین خود را اندازه‌گیری و مرزبندی کند. مصریان روش علامت‌گذاری زمین‌ها با تیرک و طناب را ابداع کردند. آن‌ها تیرکی را در نقطه‌ای مناسب در زمین فرو می‌کردند و تیرک دیگری در جایی دیگر نصب می‌شد و دو تیرک با طنابی که مرز را مشخص می‌ساخت به یکدیگر متصل می‌شدند. با دو تیرک دیگر زمین محصور شده و محلی برای کشت یا ساختمان سازی مشخص می‌شد.

در آغاز هندسه بر پایهٔ دانسته‌های تجربی پراکنده‌ای در مورد طول و زاویه و مساحت و حجم قرار داشت که برای مساحی و ساختمان و نجوم و برخی صنایع دستی لازم می‌شد. بعضی از این دانسته‌ها بسیار پیشرفته بودند مثلاً هم مصریان و هم بابلیان قضیه فیثاغورث را ۱۵۰۰ سال قبل از فیثاغورث می‌شناختند.

یونانیان دانسته‌های هندسی را مدون کردند و بر پایه‌ای ایونیا (که در روزگار ما بخشی از ترکیه به‌شمار می‌رود) به نام طالس، چند گزاره یا قضیهٔ هندسی را به صورت استنتاجی ثابت کرد. او آغازگر بود. روش استنتاجی روشی است علمی (بر خلاف روش استقرایی) که در آن مساله‌ای به وسیلهٔ قضایا و حکم‌ها ثابت می‌گردد. فیثاغورث که او نیز اهل ایونیا و احتمالاً از شاگردان طالس بود توانست قضیه‌ای را که به نام او مشهور است اثبات (ریاضی) کند. البته او واضع این قضیه نبود.

اما اقلیدس که در اسکندریه زندگی می‌کرد، هندسه را به صورت یک علم بیان نمود. وی حدود سال ۳۰۰ پیش از میلاد مسیح، تمام نتایج هندسی را که تا آن زمان شناخته بود، گرد آورد و آن‌ها را به طور منظم، در یک مجموعهٔ ۱۳ جلدی قرار داد. این کتاب‌ها که نام داشتند، به مدت ۲ هزار سال در سراسر دنیا برای مطالعهٔ هندسه به کار می‌رفتند.

بر اساس این قوانین، هندسهٔ اقلیدسی تکامل یافت. هر چه زمان می‌گذشت، شاخه‌های دیگری از هندسه توسط ریاضیدانان مختلف، توسعه می‌یافت. امروزه در بررسی علم هندسه انواع مختلف این علم را نظیر هندسه تحلیلی و مثلثات، هندسه غیر اقلیدسی و هندسه فضایی مطالعه می‌کنند.

خدمت بزرگی که یونانیان در پیشرفت ریاضیات انجام دادند این بود که آن‌ها احکام ریاضی را به جای تجربه بر استدلال منطقی استوار کردند. قبل از اقلیدس، فیثاغورث (۵۷۲-۵۰۰ ق. م) و زنون (۴۹۰ ق. م.) نیز به پیشرفت علم ریاضی خدمت بسیار کرده بودند.

در قرن دوم قبل از میلاد ریاضیدانی به نام هیپارک، مثلثات را اختراع کرد. وی نخستین کسی بود که تقسیم بندی بابلی‌ها را برای پیرامون دایره پذیرفت. به این معنی که دایره را به ۳۶۰ درجه و درجه را به ۶۰ دقیقه و دقیقه را به ۶۰ قسمت برابر تقسیم کرد و جدولی بر اساس شعاع دایره به دست آورد که وترهای بعضی قوس‌ها را به دست می‌داد و این قدیمی‌ترین جدول مثلثاتی است که تاکنون شناخته شده‌است.

بعد از آن دانشمندان هندی موجب پیشرفت علم ریاضی شدند. در سدهٔ پنجم میلادی آریابهاتا، در سدهٔ هفتم،

تقسیم‌بندی هندسه

این مقاله نیازمند تمیزکاری است. لطفاً تا جای امکان آن‌را از نظر املا، انشا، چیدمان و درستی بهتر کنید، سپس این الگو را از بالای مقاله بردارید. محتویات این مقاله ممکن است غیر قابل اعتماد و نادرست یا جانبدارانه باشد یا قوانین حقوق پدیدآورندگان را نقض کرده باشد.

هنـدسهٔ مقـدماتی به دو قسمت تقسیـم می‌شود:

• هندسه فضایی
• هندسه خطی.
• هندسه پویا

در هندسهٔ مسطحه، اشکالی مورد مطالعه قرار می‌گیرند که فقط دو بعد دارند، هندسهٔ فضایی، مطالعهٔ اشکال هندسی سه بعدی است. این بخش از هندسه در مورد اشکال سه بعدی چون مکعب‌ها، استوانه‌ها، مخروط‌ها، کره‌ها و غیره‌است.

ti This artist's conception shows a nearly invisible ring around Saturn — the largest of the giant planet's many rings. It was discovered by NASA's Spitzer Space Telescope. Image credit: NASA/JPL-Caltech/Keck
› Full image and caption
› Related animation PASADENA, Calif. -- NASA's Spitzer Space Telescope has discovered an enormous ring around Saturn -- by far the largest of the giant planet's many rings.

The new belt lies at the far reaches of the Saturnian system, with an orbit tilted 27 degrees from the main ring plane. The bulk of its material starts about six million kilometers (3.7 million miles) away from the planet and extends outward roughly another 12 million kilometers (7.4 million miles). One of Saturn's farthest moons, Phoebe, circles within the newfound ring, and is likely the source of its material.

Saturn's newest halo is thick, too -- its vertical height is about 20 times the diameter of the planet. It would take about one billion Earths stacked together to fill the ring.

"This is one supersized ring," said Anne Verbiscer, an astronomer at the University of Virginia, Charlottesville. "If you could see the ring, it would span the width of two full moons' worth of sky, one on either side of Saturn." Verbiscer; Douglas Hamilton of the University of Maryland, College Park; and Michael Skrutskie, of the University of Virginia, Charlottesville, are authors of a paper about the discovery to be published online tomorrow by the journal Nature.

This picture shows a slice of Saturn's largest ring, as seen in infrared light by NASA's Spitzer Space Telescope. Image credit: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Virginia
› Full image and caption An artist's concept of the newfound ring is online at http://www.nasa.gov/mission_pages/spitzer/multimedia/spitzer-20091007a.html .

The ring itself is tenuous, made up of a thin array of ice and dust particles. Spitzer's infrared eyes were able to spot the glow of the band's cool dust. The telescope, launched in 2003, is currently 107 million kilometers (66 million miles) from Earth in orbit around the sun.

The discovery may help solve an age-old riddle of one of Saturn's moons. Iapetus has a strange appearance -- one side is bright and the other is really dark, in a pattern that resembles the yin-yang symbol. The astronomer Giovanni Cassini first spotted the moon in 1671, and years later figured out it has a dark side, now named Cassini Regio in his honor. A stunning picture of Iapetus taken by NASA's Cassini spacecraft is online at http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA08384 .

Saturn's newest addition could explain how Cassini Regio came to be. The ring is circling in the same direction as Phoebe, while Iapetus, the other rings and most of Saturn's moons are all going the opposite way. According to the scientists, some of the dark and dusty material from the outer ring moves inward toward Iapetus, slamming the icy moon like bugs on a windshield.

"Astronomers have long suspected that there is a connection between Saturn's outer moon Phoebe and the dark material on Iapetus," said Hamilton. "This new ring provides convincing evidence of that relationship."

This diagram illustrates the extent of the largest ring around Saturn, discovered by NASA's Spitzer Space Telescope. The ring is huge, and far from the gas planet and the rest of its majestic rings. Image credit: NASA/JPL-Caltech
› Full image and caption Verbiscer and her colleagues used Spitzer's longer-wavelength infrared camera, called the multiband imaging photometer, to scan through a patch of sky far from Saturn and a bit inside Phoebe's orbit. The astronomers had a hunch that Phoebe might be circling around in a belt of dust kicked up from its minor collisions with comets -- a process similar to that around stars with dusty disks of planetary debris. Sure enough, when the scientists took a first look at their Spitzer data, a band of dust jumped out.

The ring would be difficult to see with visible-light telescopes. Its particles are diffuse and may even extend beyond the bulk of the ring material all the way in to Saturn and all the way out to interplanetary space. The relatively small numbers of particles in the ring wouldn't reflect much visible light, especially out at Saturn where sunlight is weak.

"The particles are so far apart that if you were to stand in the ring, you wouldn't even know it," said Verbiscer.

Spitzer was able to sense the glow of the cool dust, which is only about 80 Kelvin (minus 316 degrees Fahrenheit). Cool objects shine with infrared, or thermal radiation; for example, even a cup of ice cream is blazing with infrared light. "By focusing on the glow of the ring's cool dust, Spitzer made it easy to find," said Verbiscer.

These observations were made before Spitzer ran out of coolant in May and began its "warm" mission.

This diagram highlights a slice of Saturn's largest ring. The ring (red band in inset photo) was discovered by NASA's Spitzer Space Telescope, which detected infrared light, or heat, from the dusty ring material. Spitzer viewed the ring edge-on from its Earth-trailing orbit around the sun. Hubble image credit: NASA/ESA/STScI/AURA
› Full image and caption NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif., manages the Spitzer Space Telescope mission for NASA's Science Mission Directorate, Washington. Science operations are conducted at the Spitzer Science Center at the California Institute of Technology, also in Pasadena. Caltech manages JPL for NASA. The multiband imaging photometer for Spitzer was built by Ball Aerospace Corporation, Boulder, Colo., and the University of Arizona, Tucson. Its principal investigator is George Rieke of the University of Arizona.

 

فیزیک کوانتوم چیست؟

 

 

 

نیلز بور (۱۹۶۲-۱۸۸۵)، از بنیانگذاران فیزیک کوانتوم، در مورد چیزی که بنیان گذارده است، جمله ای دارد به این مضمون که:
"اگر کسی بگوید فیزیک کوانتوم را فهمیده، پس چیزی نفهمیده است."
ما هم در اینجا می خواهیم چیزی را برایتان توضیح دهیم که قرار است نفهمید!

 

تقسیم ماده:

بیایید از یک رشته‌ی دراز ماکارونی پخته شروع کنیم. اگر این رشته‌ی ماکارونی را نصف کنیم، بعد نصف آن را هم نصف کنیم، بعد نصفِ نصف آن را هم نصف کنیم و... شاید آخر سر به چیزی برسیم ــ البته اگر چیزی بماند! ــ که به آن مولکولِ ماکارونی می‌توان گفت؛ یعنی کوچکترین جزئی که هنوز ماکارونی است. حال اگر تقسیم کردن را باز هم ادامه بدهیم، حاصل کار خواص ماکارونی را نخواهد داشت، بلکه ممکن است در اثر ادامه‌ی تقسیم، به مولکول‌های کربن یا هیدروژن یا... بربخوریم. این وسط، چیزی که به درد ما می خورد ــ یعنی به دردِ نفهمیدن کوانتوم! ــ این است که دست آخر، به اجزای گسسته ای به نام مولکول یا اتم می رسیم.
این پرسش از ساختار ماده که «آجرک ساختمانی ماده چیست؟»، پرسشی قدیمی و البته بنیادی است. ما به آن، به کمک فیزیک کلاسیک، چنین پاسخ گفته ایم: "ساختار ماده، ذره ای و گسسته است"؛ این یعنی نظریه‌ی مولکولی.

تقسیم انرژی:
بیایید ایده‌ی تقیسم کردن را در مورد چیزهای عجیب تری به کار ببریم، یا فکر کنیم که می توان به کار برد یا نه. مثلاً در مورد صدا. البته منظورم این نیست که داخل یک قوطی جیغ بکشیم و در آن را ببندیم و سعی کنیم جیغ خود را نصف ـ نصف بیرون بدهیم.
صوت یک موج مکانیکی است که می تواند در جامدات، مایعات و گازها منتشر شود. چشمه های صوت معمولاً سیستم های مرتعش هستند. ساده ترین این سیستم ها، تار مرتعش است، که در حنجره ی انسان هم از آن استفاده شده است. به‌راحتی(!) و بر اساس مکانیک کلاسیک می توان نشان داد که بسیاری از کمیت های مربوط به یک تار کشیده مرتعش، از جمله فرکانس، انرژی، توان و... گسسته (کوانتیده) هستند. گسسته بودن در مکانیک موجی، پدیده ای آشنا و طبیعی است (برای مطالعه‌ی بیشتر می توانید به فصل‌های ۱۹ و ۲۰ «فیزیک هالیدی» مراجعه کنید). امواج صوتی هم مثال دیگری از کمیت های گسسته (کوانتیده) در فیزیک کلاسیک هستند. مفهوم موج در مکانیک کوانتومی و فیزیک مدرن جایگاه بسیار ویژه و مهمی دارد که جلوتر به آن می رسیم و یکی از مفاهیم کلیدی در مکانیک کوانتوم است.
پس گسسته بودن یک مفهوم کوانتومی نیست. این تصور که فیزیک کوانتومی مساوی است با گسسته شدن کمیت های فیزیکی، همه‌ی مفهوم کوانتوم را در بر ندارد؛ کمیت های گسسته در فیزیک کلاسیک هم وجود دارند. بنابراین، هنوز با ایده‌ی تقسیم کردن و سعی برای تقسیم کردن چیزها می‌توانیم لذت ببریم!

مولکول نور:
خوب! تا اینجا داشتیم سعی می کردیم توضیح دهیم که مکانیک کوانتومی چه چیزی نیست. حالا می رسیم به شروع ماجرا:
فرض کنید به جای رشته‌ی ماکارونی، بخواهیم یک باریکه‌ی نور را به طور مداوم تقسیم کنیم. آیا فکر می کنید که دست آخر به چیزی مثل «مولکول نور» (یا آنچه امروز فوتون می‌نامیم) برسیم؟ چشمه های نور معمولاً از جنس ماده هستند. یعنی تقریباً همه‌ی نورهایی که دور و بر ما هستند از ماده تابش می‌کنند. ماده هم که ساختار ذره ای ـ اتمی دارد. بنابراین، باید ببینیم اتم ها چگونه تابش می کنند یا می توانند تابش کنند؟

تابش الکترون:
در سال ۱۹۱۱، رادرفورد (۹۴۷-۱۸۷۱) نشان داد که اتم ها، مثل میوه‌ها، دارای هسته‌ی مرکزی هستند. هسته بار مثبت دارد و الکترون‌ها به دور هسته می چرخند. اما الکترون های در حال چرخش، شتاب دارند و بر مبنای اصول الکترومغناطیس، «ذره‌ی بادارِ شتابدار باید تابش کند» و در نتیجه انرژی از دست بدهد و در یک مدار مارپیچی به سمت هسته سقوط کند. این سرنوشتی بود که مکانیک کلاسیک برای تمام الکترونها پیش ‌بینی می‌کند. طیف تابشی اتمها، بر خلاف فرضیات فیزیک کلاسیک گسسته است. به عبارت دیگر ، نوارهایی روشن و تاریک در طیف تابشی دیده می‌شوند.
اگر الکترونها به این توصیه عمل می‌کردند، همه‌‌ مواد (از جمله ما انسانها) باید از خود اشعه تابش می‌کردند (و همانطور که می‌دانید اشعه برای سلامتی بسیار خطرناک است)، ولی می‌بینیم از تابشی که باید با حرکت مارپیچی الکترون به دور هسته حاصل شود اثری نیست و طیف نوری تابش ‌شده از اتمها بجای اینکه در اثر حرکت مارپیچی و سقوط الکترون پیوسته باشد، یک طیف خطی گسسته است؛ مثل برچسبهای رمزینه‌ای (barcode) که روی اجناس فروشگاهها می‌زنند.
یعنی یک اتم خاص ، نه تنها در اثر تابش فرو نمی‌ریزد، بلکه نوری هم که از خود تابش می‌کند، رنگهای یا فرکانسهای گسسته و معینی دارد. گسسته بودن طیف تابشی اتمها از جمله علامت سؤالهای ناجور در مقابل فیزیک کلاسیک و فیزیکدانان دهه‌‌ی 1890 بود

 

فاجعه‌ی فرابنفش:
برگردیم سر تقسیم کردن نور.
ماکسول (۱۸۷۹-۱۸۳۱) نور را به صورت یک موج الکترومغناطیس در نظر گرفته بود. از این رو، همه فکر می کردند نور یک پدیده‌ی موجی است و ایده‌ی «مولکولِ نور»، در اواخر قرن نوزدهم، یک لطیفه‌ی اینترنتی یا SMS کاملاً بامزه و خلاقانه محسوب می شد. به هر حال، دست سرنوشت یک علامت سؤال ناجور هم برای ماهیت موجی نور در آستین داشت که به «فاجعه‌ی فرابنفش» مشهور شد:
یک محفظه‌ی بسته و تخلیه‌شده را که روزنه‌ی کوچکی در دیواره‌ی آن وجود دارد، در کوره ای با دمای یکنواخت قرار دهید و آن‌قدر صبر کنید تا آنکه تمام اجزا به دمای یکسان (تعادل گرمایی) برسند.
در دمای به اندازه‌ی کافی بالا، نور مرئی از روزنه‌ی محفظه خارج می‌شود، مثل سرخ و سفید شدن آهن گداخته در آتش آهنگری.
در تعادل گرمایی، این محفظه دارای انرژی تابشی‌ای است که آن را در تعادل تابشی - گرمایی با دیواره ها نگه می‌دارد. به چنین محفظه‌ای «جسم سیاه» می‌گوییم. یعنی اگر روزنه به اندازه‌ی کافی کوچک باشد و پرتو نوری وارد محفظه شود، گیر می‌افتد و نمی‌تواند بیرون بیاید.
نمودار انرژی تابشی در واحد حجم محفظه، برحسب رابطه رایلی- جینز در فیزیک کلاسیک و رابطه پیشنهادی پلانک

فرض کنید میزان انرژی تابشی در واحد حجمِ محفظه (یا چگالی انرژی تابشی) در هر لحظه U باشد.
سؤال: چه کسری از این انرژی تابشی که به شکل امواج نوری است، طول موجی بین ۵۴۶ (طول موج نور زرد) تا ۵۷۸ نانومتر (طول موج نور سبز) دارند؟
جوابِ فیزیک کلاسیک به این سؤال برای بعضی از طول موج‌ها بسیار بزرگ است! یعنی در یک محفظه‌ی روزنه دار که حتماً انرژی محدودی وجود دارد، مقدار انرژی در برخی طول موج‌ها به سمت بی نهایت می‌رود. این حالت برای طول موج‌های فرابنفش شدیدتر هم می‌شود.

 

 رفتار موجی ـ ذره‌ای:
در سال ۱۹۰۱ ماکس پلانک (Max Planck: ۱۹۴۷-۱۸۵۸) اولین گام را به سوی مولکول نور برداشت و با استفاده از ایده‌ی تقسیم نور، جواب جانانه ای به این سؤال داد. او فرض کرد که انرژی تابشی در هر بسامد v ــ بخوانید نُو ــ به صورت مضرب صحیحی از h است که در آن h یک ثابت طبیعی ــ معروف به «ثابت پلانک» ــ است. یعنی فرض کرد که انرژی تابشی در بسامد از «بسته های کوچکی با انرژی h» تشکیل شده است. یعنی اینکه انرژی نورانی، «گسسته» و «بسته ـ بسته» است. البته گسسته بودن انرژی به تنهایی در فیزیک کلاسیک حرف ناجوری نبود‌ (همان‌طور که قبل‌تر در مورد امواج صوتی دیدیم)، بلکه آنچه گیج‌کننده بود و آشفتگی را بیشتر می‌کرد، ماهیت «موجی ـ ذره‌ای» نور بود. این تصور که چیزی ــ مثلاً همین نور ــ هم بتواند رفتاری مثل رفتار «موج» داشته باشد و هم رفتاری مثل «ذره»، به طرز تفکر جدیدی در علم محتاج بود.

 

ذره چیست؟ ذره عبارت است از جرم (یا انرژیِ) متمرکز با مکان و سرعت معلوم.

موج چیست؟ موج یعنی انرژی گسترده شده با بسامد و طول موج. ذرات مختلف می‌توانند با هم برخورد کنند، اما امواج با هم برخورد نمی‌کنند، بلکه تداخل می‌کنند . نور قرار است هم موج باشد هم ذره! یعنی دو چیز کاملاً متفاوت.