نسبیت اینشتین و ۱۵ نکته که احتمالا نمی‌دانستید

در سال ۱۹۱۵، اینشتین نظریه‌ی نسبیت عام خود را ارائه داد. این نظریه دیدگاه ما را نسبت به جهان دگرگون کرد و ماهیت شتاب و گرانش را هویدا کرد. با ما همراه باشید.

۱۵ نکته در مورد نسبیت اینشتین که احتمالا نمی‌دانستید

۱- مفهوم نسبیت را چه کسی ابداع کرد؟ (اینشتین) خیر، اشتباه است. این مفهوم اولین بار توسط گالیله در سال ۱۶۳۹ بیان شد. او در آن سال نشان داد که مسیر گلوله‌ای که در یک کشتی در حال حرکت سقوط می‌کند با مسیر همان گلوله حین سقوط از یک ساختمان ثابت، یکسان است.
۲- خود اینشتین نام این مفهوم را (نسبیت) نگذاشت. او در مقاله‌ی سال ۱۹۰۵ با عنوان «درباره‌ی الکترودینامیک اجسام متحرک» هم از این کلمه استفاده نکرد. اصلا از این کلمه خوشش نمی‌آمد. در عوض دوست داشت از عبارت «نظریه ناوردایی» برای توصیف نظریه‌اش استفاده کند.
۳- «پیوستار فضا _ زمان» چی؟ نه! اینشتین این اصطلاح را نیز ابداع نکرده است. ایده‌ی در نظر گرفتن زمان به عنوان بعد چهارم را نخستین بار هرمان مینکوفسکی یکی از استادان اینشتین مطرح کرد. جالب آن که این استاد بزرگوار، یک بار اینشتین محبوب ما را سگ تنبل خوانده بود.
 ۴- یک سال پیش از آن که اینشتین رابطه‌ی مربوطه را منتشر کند یک فیزیکدان اتریشی به نام «فریدریش هازن اورل» آن را منتشر کرده بود. چی؟ تاکنون اسم هازن اورل را هم نشنیده بودید؟ طبیعی است؛ چرا که او نتوانسته بود این فرمول را به اصول نسبیت پیوند دهد؛ بله به این راحتی!
۵- اینشتین کارمند تمام وقت اداره‌ی ثبت اختراعات سوئیس بود؛ یعنی او ناچار بود فقط در ساعت‌هایی که هیچ کس دور برش نیست، به نظریه‌ی نسبیت بپردازد. هر وقت هم سر و کله‌ی آقای رئیس پیدا می‌شد، او نوشته‌هایش را داخل کشوی میز کارش می چپاند.
۶- «باعث افتخاره که در کنار شما کار می‌کنیم، دوست عزیز» وقتی ریاضیات دشوار نسبیت عام، اینشتین را سردرگم کرد، او دست به دامن دوست قدیمی دانشگاهی‌اش «مارسل گراسمن» شد، که هر وقت آلبرت از کلاس‌ها جیم می‌زد (موضوعی که اتفاقا زیاد هم پیش می‌آمد)، درس‌ها را بعدا از روی جزوه‌ی او می‌خواند.
۷- با وجود همه‌ی این‌ها، نسخه‌ی اولیه نسبیت عام خطایی مهم داشت و بر سر محاسبه‌ی مقدار انحنای یک پرتو نور در اثر گرانش، اشتباهی رخ داده بود.
۸- خوشبختانه برنامه‌ی آزمودن این نظریه طی خورشید گرفتگی سال ۱۹۱۴ به دلیل وقوع جنگ جهانی اول لغو شد. اگر آن آزمایش انجام می‌گرفت، وجود این خطا به چشم می‌آمد و مشخص می‌شد که اینشتین اشتباه کرده است.
۹-  قبل از اینشتین، از قانون‌های آیزاک نیوتن برای درک فیزیک حرکت استفاده می‌شد. نیوتن در سال ۱۶۸۷ نوشت گرانش بر همه چیز‌ها در کیهان تاثیر می‌گذارد. به نظر او، همان نیروی گرانشی که باعث می‌شد سیب از درخت کنده شود و به زمین بیفتد، مسبب حرکت مداوم زمین به دور خورشید هم بود. البته نیوتن هیچ گاه نتوانست معمای منشا نیروی گرانشی را حل کند.
۱۰- کتابی که در سال ۱۷۳۸ منتشر شد «بحثی در مورد ماهیت انسان» اثر دیوید هیوم فیلسوف، تاثیر زیادی روی تفکرات اینشتین درباره‌ی فضا و زمان داشت. هیوم تجربه‌گرا و شکاک بود. او بر این باور بود که مفاهیم علمی باید مبتنی بر تجربه و شواهد باشند، نه صرف استدلال. او هم‌چنین بر این باور بود که زمان، مستقل از حرکت اجسام وجود ندارد. اینشتین می‌نویسد: احتمال این‌که به نتایج خود برسم، بدون در نظر داشتن بحث‌های فلسفی غیرممکن بود.
۱۱- اینشتین در سال ۱۹۰۵ نظریه جدیدی را بر مبنای دو اصل پی‌ریزی کرد؛ اول این‌که قانون‌های فیزیک برای همه ناظران یکسان است. دوم این‌ که او با محاسبه نشان داد سرعت نور (۱۸۶ هزار مایل بر ثانیه، یا ۲۹۹ هزار و ۳۳۸ کیلومتر بر ثانیه) ثابت و بدون تغییر است. پیش از اینشتین، دانشمندان بر این باور بودند که جهان انباشته از اتر نورافشان است که باعث می‌شود سرعت نور بسته به سرعت نسبی منبع نور و ناظر، تغییر کند.
۱۲- اینشتین براساس این اصول نتیجه گرفت که چهار‌چوب مرجع ثابتی در جهان وجود ندارد و هر چیز نسبت به همه‌ی چیزهای دیگر حرکت می‌کند؛ این خلاصه‌ی نظریه‌ی نسبیت است. این نظریه را به نام نظریه‌ی نسبیت خاص می‌شناسیم زیرا فقط در موارد خاص به کار می‌رود. اینیشتین در ۱۹۱۵ نظریه‌ی نسبیت عام را منتشر کرد که در مورد چهارچوب‌های شتاب‌دار نسبت به یکدیگر کاربرد دارد.
۱۳- سرعت گذر زمان، برای همه افراد یکسان نیست. ناظری که با سرعت زیاد حرکت می‌کند در مقایسه با ناظری که نسبت به آن ساکن است سرعت گذشت زمان را بسیار کند اندازه می‌گیرد. این پدیده را با عنوان انبساط زمان می‌شناسند.
۱۴- ظاهرا طول جسمی که با سرعت بیشتر حرکت می‌کند (نسبت به جسمی که سرعتش کمتر است) ، در راستای حرکتش کوتاه‌تر شده است. این اثر بسیار ناچیز است و فقط در سرعت‌های نزدیک به نور چشمگیر می‌شود.
۱۵- انرژی و جرم نمادهای متفاوتی از یک چیز هستند. رابطه‌ی معروف اینشتین  «یعنی مقدار تعریف شده‌ای از انرژی معادل است با مقدار مشخصی از جرم ضرب در توان دوم سرعت نور». همین موضوع باعث می‌شود که در انفجارهای هسته‌ای مقدار بسیار زیادی انرژی آزاد شود.

طراحی پنجره های هوشمندی که به سرعت مات می شوند

محققان آمریکایی پنجره‌های هوشمندی را طراحی کرده‌اند که در مقایسه با نمونه‌های فعلی خیلی زود مات می‌شوند.

به گزارش مهر، محققان دانشگاه ام‌آی‌تی آمریکا تکنیک جالبی را در پنجره‌ها توسعه داده‌اند که بدون استفاده از کرکره یا پرده می‌توان به سرعت در صورت نیاز شیشه‌ها را مات کرد.

در این شیوه از مواد الکتروکرومیک که برای تغییر فوری رنگ شیشه از حالت شفاف به تقریبا مشکی با استفاده از جریان الکتریسیته استفاده می‌شود، استفاده شده است.

البته این برای اولین بار نیست که چنین روشی برای مات کردن پنجره‌ها به کار گرفته می‌شود اما به گفته محققان دانشگاه ام‌آی‌تی، دستاورد جدید آن‌ها در مقایسه با سایر روش‌های فعلی بسیار زودتر و با مصرف انرژی کمتری تغییر وضعیت رنگ شیشه پنچره را انجام می‌دهد.

در سایر شیوه‌ها تغییر حالت رنگ شفاف پنجره به مات، چند دقیقه زمان می‌برد و در بعضی از شیوه‌ها پنجره‌ها چندان مات هم نمی‌شوند، ضمن این‌که در روش‌های فعلی، جریان ولتاژ برق باید برای مات نگه داشتن پنجره به صورت مستمر برقرار باشد که این روند مصرف انرژی را افزایش می‌دهد.

در روش جدید فقط زمانی‌که پنجره به حالت مات تغییر وضعیت پیدا می‌کند، جریان الکتریسیته نیاز است. 

محققان آمریکایی در چهارچوب پنجره‌ها از موادی شبیه به اسفنج با نام «متال اورگانیک» استفاده می‌کنند که موجب ایجاد رسانای سریع بین الکترون‌ها و یون‌ها می‌شود. 

در واقع از جریان برق برای ایجاد شارژ منفی در پنجره و از یون‌های مثبت برای خنثی کردن جریان استفاده می‌شود و این فرآیند باعث تغییر رنگ می‌شود. به عبارت دیگر دو رنگ سبز و قرمز با هم ترکیب می‌شوند و رنگ تقریبا مشکی برای مات کردن پنجره به وجود می‌آید.

منبع: بیتوته

حسگر اثر انگشت چیست و چگونه کار می کند؟

حسگر اثر انگشت (Fingerprint Scanner) یکی از تکنولوژی‌هایی بود که به سرعت راه خود را در میان گجت‌های همراه باز کرد. دلیل فراگیر شدن سریع این تکنولوژی نیز آسان‌تر بودن آن نسبت به دیگر روش‌های برقراری امنیت مانند پسوردهای طولانی و کدهای ۴ رقمی است. با ما همراه باشید تا با چگونگی عملکرد حسگر اثر انگشت آشنا شویم.

حسگر اثر انگشت یک دستگاه ورودی داده‌های دیجیتالی است که اثر انگشت انسان را خوانده و آن را به مجموعه تصاویر ۲ بعدی و ۳ بعدی قابل پردازش در نرم‌افزارهای اثر انگشت تبدیل می‌کند. با این‌که در ظاهر همه چیز به‌راحتی انجام شده است، اما ساخت یک دستگاه اسکنر اثر انگشت مطمئن، امن، کوچک، سریع و مقرون به صرفه، به همین راحتی‌ها نیست. در ادامه با انواع اسکنرهای اثر انگشت آشنا می‌شویم.

حسگر اثر انگشت خازنی

در بیشتر گوشی‌های هوشمند از این نوع اسکنر استفاده می‌شود. این نوع اسکنر براساس این اصل عمل می‌کند که هرچه فاصله انگشت با اسکنر کمتر باشد، امکان انتقال نیرو بین خازن و پوست دست بیشتر است.

در مقیاس خازن، اثر انگشت مانند تپه و دره است؛ بعضی قسمت‌ها به خازن نزدیک‌اند و بعضی قسمت‌ها از آن دور، و این باعث می‌شود خازن قسمت‌های برجسته و فرورفته پوست دست را مانند نقطه‌های روشن و تاریک پیکسل‌ها ببیند. بدین ترتیب، نتیجه یک تصویری دو بعدی از اثر انگشت است.

عمده ضعف حسگر اثر انگشت خازنی این است که اگر پوست دست کثیف یا خیس باشد، به خوبی عمل نمی‌کند. دلیل این امر نیز این است که در این حالت، رسانایی بین سطوح تغییر کرده است. یکی دیگر از نقاط ضعف این اسکنرها این است که اگر زیر شیشه یا هر چیز دیگری قرار بگیرند کارایی خود را از دست می‌دهند.

fingerprint_02

حسگر اثر انگشت التراسونیک (Ultrasonic)

این نوع از اسکنرها، نسل جدیدی از حسگرهای اثر انگشت هستند که اگر کارایی موردنظر را داشته باشند، در آینده می‌توانند جایگزین اسکنرهای خازنی شوند. در این حسگرها از قابلیت ۳D به جای قابلیت ۲D استفاده می‌شود. این حسگر با استفاده از عملکرد التراساند (سونوگرافی) نقشه‌ای سه‌بعدی از فرورفتگی و برآمدگی‌های پوست دست ایجاد می‌کند.

از مزیت‌های این حسگر این است که نسبت به اسکنر اثر انگشت خازنی دارای دقت بالاتری است، فاصله دست و اسکنر می‌تواند بیشتر باشد، و بر روی فلز و شیشه نیز دارای عملکرد دقیقی است. این بدین معناست که می‌تواند زیر شاسی و شیشه گوشی‌های هوشمند تعبیه شود.

اولین گوشی که این تکنولوژی در آن به کار گرفته شد، گوشی LeEco/LETV Max Pro بود که در نمایشگاه CES 2016 به نمایش درآمد.fingerprint_03-300x141

اسکنر اثر انگشت نوری (Optical)

این نوع از اسکنرها قدیمی‌تر بوده و تکنولوژی به کار رفته در آنها نیز ساده‌تر است. پستی و بلندی‌های پوست دست توسط نوری که دستگاه به بیرون ساطع می‌کند روشن می‌شود و بدین ترتیب، حسگر نوری عمل می‌کند. این روش، روشی قابل اعتماد و مقرون‌ به‌ صرفه بوده و برای اسکن سطوح وسیع (مثل اسکن چندین اثر انگشت با هم) کاربرد بهتری دارد.

یکی از نقاط ضعف این دستگاه‌ها، نیاز آنها به منابع زیاد نوری است. همچنین امنیت آن چنگی به دل نمی‌زند؛ زیرا به‌ جای اثر انگشت واقعی می‌توان از یک تصویر یا یک انگشت ساخته شده توسط پروتز استفاده کرده و بدین ترتیب دستگاه را دور زد. در واقع عملکرد آن مانند عملکرد یک دستگاه فتوکپی است.

جالب است بدانید شرکت Vkansee در سال ۲۰۱۵ یک اسکنر اثر انگشت نوری با رزولوشن ۲۰۰۰DPI برای گوشی‌های همراه ارائه کرد که در نوع خود یکی از برترین تکنولوژی‌ها به حساب می‌آید.

 مقایسه اسکنرهای ایستایی (Static) در مقابل اسکنرهای حرکتی (Swipe)

بیشتر حسگرهای اثر انگشت امروزی، از نوع حسگرهای ایستایی هستند. بدین معنی که شما انگشت خود را بر روی سنسور قرار داده و دستگاه پستی و بلندی‌های پوست شما را به صورت دو بعدی اسکن می‌کند، بدون این‌که نیاز به حرکت دست روی حسگر باشد. از مزیت‎‌های این روش، دقت بالای آن است. عمده ضعف آن نیز گران‌تر بودن این نوع حسگر نسبت به حسگرهای حرکتی است.

حسگر حرکتی آرایه‌ای تک بعدی از حسگرهاست و مانند یک ردیف پیکسل عمل می‌کند. هزینه ساخت این حسگر پایین است اما نیاز است که کاربر حتما انگشت خود را با سرعت ثابتی روی آن حرکت دهد تا بتوان تصویری دو بعدی از اثر انگشت به‌وجود آورد و این باعث می‌شود دقت آن از دقت اسکنر اثر انگشت ایستایی کمتر باشد.

اما سؤال این است: حسگر اثر انگشت چگونه کار می کند؟

همان‌طور که گفته شد، خروجی حسگرهای اثر انگشت، تصویری دو بعدی از یک اثر انگشت آماده برای آنالیز است. این تصاویر به‌ صورت رمزنگاری‌ شده در محل امنی از گوشی ذخیره می‌شوند.

برخی شرکت‌های تولیدکننده تجهیزات (OEMs) از تکنولوژی ARM Trustzone برای نگهداری از تصاویر اسکنرهای اثر انگشت و جلوگیری از دسترسی سایر نرم‌‌افزارهای گوشی به آنها استفاده می‌کنند.

fingerprint_04-300x62

تصویر اثر انگشت هرگز نباید از منطقه امن گوشی خارج شده و یا به هیچ سروری منتقل شود. در عوض می‌بایست به صورت کامل و همراه با تمام جزئیات توسط الگوهای خاص برقراری امنیت سیستم جهت مطابقت آن با داده‌های موجود آنالیز گردند. در این صورت، حتی اگر این الگوها توسط هکرها به سرقت روند، امکان استخراج و مهندسی معکوس تصاویر اصلی از آنها وجود نخواهد داشت.

نگرانی‌هایی در خصوص امنیت اثر انگشت

استفاده از اثر انگشت هم می‌تواند امن باشد هم راحت. امروزه اغلب سیستم‌ها بدون استفاده از اسکنر اثر انگشت و به وسیله رمز عبور محافظت می‌شوند. در هر صورت نباید از این نکته غافل بود که امنیت اصلی سیستم شما به وسیله ایجاد رمز عبور قوی و ویژگی ورود دو مرحله‌ای تأمین خواهد شد. به این نکته نیز توجه کنید که حسگر اثر انگشت می‌تواند هک شود، همان‌گونه که در گذشته نیز بارها هک شده‌ است.

خانه های آینده قادرند خود را تعمیر کنند!

سازمان پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفتهٔ دفاعی آمریکا، DARPA، به تازگی در تحقیقاتی برای توسعه فناوریهای ساختمانی سرمایهگذاری کرده است. این فناوریها به مواد ساختمانی اجازه خواهند داد درهنگام نیاز گسترش یابند و در صورت هرگونه آسیبی خود را بازسازی کنند.

به گزارش تک شات، در حال حاضر تولید، حمل و سرهمبندی مواد ساختمانی روندی دشوار است، و در نهایت هم این مواد فرسوده شده و از بین میروند. دارپا قصد دارد این مواد را با مواد جدیدی جایگزین کند که قادرند به اشکالی از پیش تعیین شده تغییر یابند، خود را تعمیر کنند و حتی با توجه به شرایط محیطی تغییر کنند و خود را با شرایط وفق دهند. ماموریت جدید دارپا برنامه Engineering Living Materials نام دارد.

این ایده ممکن است به نظر خیلی غیرواقعی برسد، اما مواد خودترمیم پیشتر هم ساخته شدهاند. دانشمندان اخیراً بافتهای زنده را از طریق چاپ سهبعدی تولید کردهاند، بنابراین استفاده از این فناوری برای تولید مواد ساختمانی ارگانیک خیلی دور از ذهن نیست. مزایای بالقوه این طرح عبارتند از: ساختمانهایی که قابلیت ترمیم خود را دارند میتوانند قرنها و بدون نیاز به تعمیرات عمر کنند، یک ساختمان را میتوان از پایه تا کامل شدن با استفاده از مقدار کمی از مواد و بدون هیچگونه هزینه حمل و نقل رشد داد و بسیاری دیگر.

مدیر این پروژه، جاستین گالیوان، در مصاحبهای گفت:

هدف این برنامه ایجاد امکان رشد مواد در محلها و مواقع موردنیاز است. تصور کنید به جای آنکه مواد را به محل موردنظر منتقل کنید، کافی خواهد بود که ماده پیشرو را به آنجا ببرید و بعد آن را در محل رشد دهید.

شاید هدف اصلی این برنامه تولید موادی باشد که خود را با محیط اطراف سازگار و منطبق می کنند. به‌عنوان مثال، دارپا صفحاتی را برای سقف خانه پیشنهاد داده که می‌توانند جریان هوا را کنترل کنند و بدون نیاز به تنظیم ترموستات خانه را در تابستان خنک و در زمستان گرم کنند.

البته کاملا واضح است که نتایج این پروژه به این زودی‌ها روانه بازار نمی‌شود، اما از آنجایی که دارپا سابقه خوشی در جامه عمل پوشاندن بر طرح‌های خود دارد، می‌توان به آینده این طرح نیز خوش بین بود.

منبع: بیتوته

 

محققان شکل جدیدی از نور را کشف کردند

محققان موفق به کشف شکل متفاوتی از نور شدند که از ترکیب یک الکترون و چند فوتون تشکیل می‌شود. این کشف کابرد زیادی در صنایع الکترونیک خواهد داشت. به اعتقاد محققان اگر این کشف مورد تایید قرار بگیرد امکان بررسی فیزیک کوانتوم وجود دارد. زمانی که پرتوهای نور و مواد معمولی با یکدیگر برخورد می‌کنند، با تمامی الکترون‌های موجود در سطح ماده، وارد واکنش می‌شوند. در حالت جدید حتی اگر الکترون به مانع و نقصی در سطح نانوذرات برخورد کند، هنوز می‌تواند با کمک آن به سفر خود ادامه دهد. اگر این خاصیت به مدارهای فوتونیک انتقال یابد، این مدارها کاراتر بوده و کمتر به نقائص آسیب پذیرند.

مسیر حرکت نور معمولا در خط مستقیم است ولی اگر با الکترون ترکیب شود، باعث تعقیب مسیر الکترون خواهد شد و می‌تواند سطح ماده را بپیماید.

در مواد معمولی، نور با همه الکترون‌های سطحی و داخلی ماده وارد برهم‌کنش می‌‌شود. دکتر «ویچنزو گیانینی» از دپارتمان فیزیک امپریال کالج لندن و همکارانش با استفاده از فیزیک نظری و مدل‌سازی رفتار نور با یک نوع نوظهور مواد که به نام عایق‌های توپولوژیک شناخته می‌شوند، دریافتند که در این مواد، نور تنها با یک الکترون در سطح وارد واکنش می‌شود این ویژگی یک جفت تولید می‌کند که برخی خواص نور و الکترون، در آن ترکیب شده است.

مسیر حرکت نور معمولا در خط مستقیم است ولی اگر با الکترون ترکیب شود، باعث تعقیب مسیر الکترون خواهد شد و می‌تواند سطح ماده را بپیماید. دکتر گیانینی و همکارانش این برهم‌کنش را در ابعاد نانو ذرات مدل‌سازی کردند. مدل آن‌ها نشان داد همان‌طور که نور برخی خواص الکترون را به خودش می‌گیرد، الکترون هم دارای برخی خواص نور می‌شود.

عایق‌های توپولوژیک در دهه اخیر کشف شده‌اند اما همین حالا هم پدیده‌های جدیدی برای مطالعه و روش جدید برای کشف مفاهیم فیزیک گشوده‌اند. دکتر گیانینی می‌گوید:

این مدل‌سازی را که ما در آزمایشگاه با استفاده از تکنولوژی فعلی انجام دادیم، باید در واقعیت هم مشاهده کنیم. تیم ما در حالا تلاش با فیزیکدان‌‌های تجربی، برای تحقق بخشیدن به این واقعیت هستند.