اتم هیدروژن در واقع حالت مقید یک الکترون و یک پروتون است. هسته اتمی عناصر دیگر از پروتونها و نوترونهایی تشکیل می‌شود که با برهمکنشی قوی در قید یکدیگرند. اتم هیدروژن در واقع حالت مقید یک الکترون و یک پروتون است. هسته اتمی عناصر دیگر از پروتونها و نوترونهایی تشکیل می‌شود که با برهمکنشی قوی در قید یکدیگرند. پروتونهای آزاد را می‌توان هم در پرتوهای کیهانی یافت و هم با شتاب دهنده‌های ذرات تولید کرد. در آزمایشهای ویلهلم وین در سال ۱۸۹۸ و آزمایشهای متأخر جوزف تامسون در سال ۱۹۱۰، در میان ذرات یافت شده در جریانهای گازی یونیده ، ذره آلی با بار مثبت شناسایی شد که جرم آن تقریبا با جرم اتم هیدروژن بود.       در سال ۱۹۱۱ ارنست رادرفورد، در آزمایشهایی که در آنها که نیتروژن با ذرات آلفا بمباران می شد، دوباره با چنین ذرات باردار مثبتی روبرو شد و آنرا به عنوان هسته هیدروژن شناسایی کرد. تا سال ۱۹۲۰، او به این نتیجه رسیده بود که این ذره ، ذره بنیادی است و با توجه به این که واژه "protos" ، در زبان یونانی به معنی نخستین است، آنرا پروتون نامید تا موقعیت اولیه در خور اهمیت آن را در میان هسته‌های اتمی عناصر نشان دهد.     ● جرم پروتون   جرم پروتون برابر است با mp = ۹۳۸.۲۷۲ MeV/C۲ = ۱.۶۷۲۶X۱۰-۲۷ Kg جرم پروتون ۱۸۳۶ برابر جرم الکترون است. برای مشاهده واپاشی پروتون به ذرات سبکتر ، جستجوی تجربی فراوانی انجام شده ، ولی تا به حال نتیجه‌ای حاصل نشده است. مستقل از مد واپاشی ، حد پایین طول عمر میانگین پروتون ، را می توان حدود ۱۰۲۵ سال دانست. عمر میانگین پروتون در بعضی از مدهای واپاشی خاص به حد بالاتری می‌رسد، برای مثال در واپاشی p → e+ +۰ مقدار بزرگتر از ۱۰۳۲ سال است.     ● بار الکتریکی بار الکتریکی پروتون مثبت است. این بار در مقایسه با بار الکترون مقداری مساوی و علامتی مخالف دارد. qp = -qe = -e شواهد تجربی نشان می‌دهد که ماده (از لحاظ بار الکتریبکی) خمثی است و در آن lim (|qp + qe|/e)<۱۰۲۱ است. حد گشت و در دو قطبی الکتریکی پروتون ، dp ، کمتر از ۷-۱۰ emf است (۱fm = ۱۰-۱۵m) ، و میانگین مربعی شعاع بار پروتون که در آزمایشهای پراکندگی الکترون از پروتون بدست می‌آید، در حدود ۰.۷۲fm۲ است. پروتون دارای تکانه زوایه ای h/۲ ، پاریته مثبت و گشتاور مغناطیسی ۲.۷۹۲۸۴۷µN است (µN مگنتون هسته‌ای است).       µN = eh/۲mpc = ۰.۱۰۵۰ efm = ۳.۱۵۲X۱۰-۱۴MeV/T-۱       نوترون ذره‌ای است که ساختارش شباهتهای فراوانی به ساختار پروتون دارد. تشابه جرم پروتونم و نوترونها ، در کنار یکسان بودن تکانه زاویه‌ای (اسپین) هر ذره یکسانی تقریبی برهمکنشی قوی میان پروتونها و برهمکنش قوی میان نوترونها ، به معنی مفهوم ایزوسپین منجر می‌شود. پروتون و نوترون را مشترکا نوکلئون می‌نامند. نوکلئون به دسته ذراتی که باریون نامیده می‌شود تعلق دارد. باریون تکانه زاویه‌ای نیمه صحیح (با یکای h) دارد. نوکلئون سبکترین باریون است.     ● پاد پروتون (ضد پروتون)   پروتون پاد ذره‌ای به نام پاد پروتون دارد. پاد پروتون را اوئن چمبرلین ، امیلیو سگره ، کلاید ویگاند و توماس یسپسیلانتیس در سال ۱۹۵۵ میلادی ، با استفاده از بواترون در آزمایشگاه تابش برکلی ، کشف کردند. پس از مدت زمان کوتاهی ، پاد نوترون نیز با استفاده از همین بواترون کشف شد.     ● ترتیب در هسته اتم هسته هر اتمی از پروتونها و نوترونها (یا نوکلئونها) تشکیل می‌شود. و این نوکلئونها از طریق برهمکنش قوی با یکدیگر پیوند دارند. ترکیب پروتونها و نوترونها در هر هسته معین بصورت A Z نشان داده نی شود که در آن ، A = Z+N است ، N و Z به ترتیب تعداد نوترونها و تعداد پروتونها است. تعداد پروتونها در هسته ، تعیین کننده تعداد الکترونهای اتم و در نتیجه تعیین کننده ویژگیهای اتمی (یا شیمیایی) است. در نمایش A Z ، علامت Z را اغلب با نماد شیمیایی اتم جایگزین می‌کنند.     ● ایزوتوپها ایزوتوپها هسته‌هایی هستند که تعداد پروتونهای آنها باهم برابر ، ولی تعداد نوترونهایشان باهم متفاوت است. برای مثال ، ایزوتوپهای پایدار کلسیوم (Z = ۲۰) عبارتند از: ۴۸Ca ، ۴۶Ca ، ۴۴Ca ، ۴۲Ca ، ۴۰Ca. برای پایدارترین ایزوتوپهای عناصر سبک داریم : Z < N ، که این امر به دلیل قویتربودن برهمکنش پروتون - نوترون در مقایسه با برهمکنش پروتون - پروتون و نوترون - نوترون و همچنین به دلیل این است که انرژی جنبشی برای N = Z کمینه می‌شود. برای عناصر سنگینتر ، تأثیر دافعه کولنی بین پروتونها بطور نسبی مهمتر می‌شود و در نتیجه در پایدارترین ایزوتوپ داریم: N > Z.     خواص نوکلئونها در برقراری قوانین پایستگی و تعیین دقت آنها حائز اهمیت است. پایداری پروتون ، به مفهوم باریون منجر می‌شود. به نوکلئون و الکترون ، به ترتیب عددهای بار Bn = ۱ و Bn = ۰ نسبت می‌دهند. قاعده پایستگی عدد بار یونی ، همراه با این واقعیت که پروتون سبکترین باریون است، مانع از واپاشی پروتون می‌شود. با این همه نظریه وحدت بزرگ (GUT) پیش بینی می‌کند که بوزونهای پیمانه‌ای ابر سنگینی وجود دارند که در برهمکنش آنها ناپایستگی باریونها مجاز است، در نتیجه پروتون می‌تواند واپاشیده شود. حد تجربی طول عمر پروتون ، این مدلها را به شدت مقید می‌کند. برعکس الکترونها ، نوکلئونها ذرات بنیادی هستند.     ● کاربرد   برای مطالعه ساختار درونی پروتون و تولید ذرات جدید ، پروتون را تا انرژی حدود ۱۰۶ Mev (معادل ۱TeV) شتاب می‌دهند تا با الکترونها ، پروتونها یا هسته‌ها برخورد کند. پروتونهای شتابدار ، مستقیما از طریق نوترونهایی که در واکنشهای بعدی تولید می‌شوند. برای نابود کردن بافتهای سرطانی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. پروتونها ، بخش اصلی پروتونهای کیهانی را تشکیل می‌دهند. پروتونهای با انرژی بسیار زیاد ، وقتی که وارد لایه بالایی جو می‌شوند، سرانجام در برخورد با هسته‌ها ، رگباری ذره‌ای پدید می‌آورند که چون به زمین می‌رسند بطور تجربی قابل آشکار سازی هستند.

اتم هیدروژن در واقع حالت مقید یک الکترون و یک پروتون است. هسته اتمی عناصر دیگر از پروتونها و نوترونهایی تشکیل می‌شود که با برهمکنشی قوی در قید یکدیگرند. اتم هیدروژن در واقع حالت مقید یک الکترون و یک پروتون است. هسته اتمی عناصر دیگر از پروتونها و نوترونهایی تشکیل می‌شود که با برهمکنشی قوی در قید یکدیگرند. پروتونهای آزاد را می‌توان هم در پرتوهای کیهانی یافت و هم با شتاب دهنده‌های ذرات تولید کرد. در آزمایشهای ویلهلم وین در سال ۱۸۹۸ و آزمایشهای متأخر جوزف تامسون در سال ۱۹۱۰، در میان ذرات یافت شده در جریانهای گازی یونیده ، ذره آلی با بار مثبت شناسایی شد که جرم آن تقریبا با جرم اتم هیدروژن بود.       در سال ۱۹۱۱ ارنست رادرفورد، در آزمایشهایی که در آنها که نیتروژن با ذرات آلفا بمباران می شد، دوباره با چنین ذرات باردار مثبتی روبرو شد و آنرا به عنوان هسته هیدروژن شناسایی کرد. تا سال ۱۹۲۰، او به این نتیجه رسیده بود که این ذره ، ذره بنیادی است و با توجه به این که واژه "protos" ، در زبان یونانی به معنی نخستین است، آنرا پروتون نامید تا موقعیت اولیه در خور اهمیت آن را در میان هسته‌های اتمی عناصر نشان دهد.     ● جرم پروتون   جرم پروتون برابر است با mp = ۹۳۸.۲۷۲ MeV/C۲ = ۱.۶۷۲۶X۱۰-۲۷ Kg جرم پروتون ۱۸۳۶ برابر جرم الکترون است. برای مشاهده واپاشی پروتون به ذرات سبکتر ، جستجوی تجربی فراوانی انجام شده ، ولی تا به حال نتیجه‌ای حاصل نشده است. مستقل از مد واپاشی ، حد پایین طول عمر میانگین پروتون ، را می توان حدود ۱۰۲۵ سال دانست. عمر میانگین پروتون در بعضی از مدهای واپاشی خاص به حد بالاتری می‌رسد، برای مثال در واپاشی p → e+ +۰ مقدار بزرگتر از ۱۰۳۲ سال است.     ● بار الکتریکی بار الکتریکی پروتون مثبت است. این بار در مقایسه با بار الکترون مقداری مساوی و علامتی مخالف دارد. qp = -qe = -e شواهد تجربی نشان می‌دهد که ماده (از لحاظ بار الکتریبکی) خمثی است و در آن lim (|qp + qe|/e)<۱۰۲۱ است. حد گشت و در دو قطبی الکتریکی پروتون ، dp ، کمتر از ۷-۱۰ emf است (۱fm = ۱۰-۱۵m) ، و میانگین مربعی شعاع بار پروتون که در آزمایشهای پراکندگی الکترون از پروتون بدست می‌آید، در حدود ۰.۷۲fm۲ است. پروتون دارای تکانه زوایه ای h/۲ ، پاریته مثبت و گشتاور مغناطیسی ۲.۷۹۲۸۴۷µN است (µN مگنتون هسته‌ای است).       µN = eh/۲mpc = ۰.۱۰۵۰ efm = ۳.۱۵۲X۱۰-۱۴MeV/T-۱       نوترون ذره‌ای است که ساختارش شباهتهای فراوانی به ساختار پروتون دارد. تشابه جرم پروتونم و نوترونها ، در کنار یکسان بودن تکانه زاویه‌ای (اسپین) هر ذره یکسانی تقریبی برهمکنشی قوی میان پروتونها و برهمکنش قوی میان نوترونها ، به معنی مفهوم ایزوسپین منجر می‌شود. پروتون و نوترون را مشترکا نوکلئون می‌نامند. نوکلئون به دسته ذراتی که باریون نامیده می‌شود تعلق دارد. باریون تکانه زاویه‌ای نیمه صحیح (با یکای h) دارد. نوکلئون سبکترین باریون است.     ● پاد پروتون (ضد پروتون)   پروتون پاد ذره‌ای به نام پاد پروتون دارد. پاد پروتون را اوئن چمبرلین ، امیلیو سگره ، کلاید ویگاند و توماس یسپسیلانتیس در سال ۱۹۵۵ میلادی ، با استفاده از بواترون در آزمایشگاه تابش برکلی ، کشف کردند. پس از مدت زمان کوتاهی ، پاد نوترون نیز با استفاده از همین بواترون کشف شد.     ● ترتیب در هسته اتم هسته هر اتمی از پروتونها و نوترونها (یا نوکلئونها) تشکیل می‌شود. و این نوکلئونها از طریق برهمکنش قوی با یکدیگر پیوند دارند. ترکیب پروتونها و نوترونها در هر هسته معین بصورت A Z نشان داده نی شود که در آن ، A = Z+N است ، N و Z به ترتیب تعداد نوترونها و تعداد پروتونها است. تعداد پروتونها در هسته ، تعیین کننده تعداد الکترونهای اتم و در نتیجه تعیین کننده ویژگیهای اتمی (یا شیمیایی) است. در نمایش A Z ، علامت Z را اغلب با نماد شیمیایی اتم جایگزین می‌کنند.     ● ایزوتوپها ایزوتوپها هسته‌هایی هستند که تعداد پروتونهای آنها باهم برابر ، ولی تعداد نوترونهایشان باهم متفاوت است. برای مثال ، ایزوتوپهای پایدار کلسیوم (Z = ۲۰) عبارتند از: ۴۸Ca ، ۴۶Ca ، ۴۴Ca ، ۴۲Ca ، ۴۰Ca. برای پایدارترین ایزوتوپهای عناصر سبک داریم : Z < N ، که این امر به دلیل قویتربودن برهمکنش پروتون - نوترون در مقایسه با برهمکنش پروتون - پروتون و نوترون - نوترون و همچنین به دلیل این است که انرژی جنبشی برای N = Z کمینه می‌شود. برای عناصر سنگینتر ، تأثیر دافعه کولنی بین پروتونها بطور نسبی مهمتر می‌شود و در نتیجه در پایدارترین ایزوتوپ داریم: N > Z.     خواص نوکلئونها در برقراری قوانین پایستگی و تعیین دقت آنها حائز اهمیت است. پایداری پروتون ، به مفهوم باریون منجر می‌شود. به نوکلئون و الکترون ، به ترتیب عددهای بار Bn = ۱ و Bn = ۰ نسبت می‌دهند. قاعده پایستگی عدد بار یونی ، همراه با این واقعیت که پروتون سبکترین باریون است، مانع از واپاشی پروتون می‌شود. با این همه نظریه وحدت بزرگ (GUT) پیش بینی می‌کند که بوزونهای پیمانه‌ای ابر سنگینی وجود دارند که در برهمکنش آنها ناپایستگی باریونها مجاز است، در نتیجه پروتون می‌تواند واپاشیده شود. حد تجربی طول عمر پروتون ، این مدلها را به شدت مقید می‌کند. برعکس الکترونها ، نوکلئونها ذرات بنیادی هستند.     ● کاربرد   برای مطالعه ساختار درونی پروتون و تولید ذرات جدید ، پروتون را تا انرژی حدود ۱۰۶ Mev (معادل ۱TeV) شتاب می‌دهند تا با الکترونها ، پروتونها یا هسته‌ها برخورد کند. پروتونهای شتابدار ، مستقیما از طریق نوترونهایی که در واکنشهای بعدی تولید می‌شوند. برای نابود کردن بافتهای سرطانی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. پروتونها ، بخش اصلی پروتونهای کیهانی را تشکیل می‌دهند. پروتونهای با انرژی بسیار زیاد ، وقتی که وارد لایه بالایی جو می‌شوند، سرانجام در برخورد با هسته‌ها ، رگباری ذره‌ای پدید می‌آورند که چون به زمین می‌رسند بطور تجربی قابل آشکار سازی هستند.

فیزیکدانان موسسه ملی معیارها و تکنولوژی واقع در بولدر (ایالت کلورادو) تحت هدایت "کریس مونرو" و "دیوید واین لند" با اشعه لیزر روی یک واحد اتم بریلیوم (سنگ گرانبهای سبز رنگ) کار ظریفی انجام دادند. به نوشته نشریه "ساینس" بنظر می آید که اتم همزمان در دو نقطه فیزیکی (مادی) جداگانه قرار دارد.

هدف فیزیکدانان از این آزمایش، کشف این نکته بود که آیا یک اتم در کلیت خود میتواند همان رفتار عجیب ذرات زیر ـ اتمی (نظیر الکترونها، فوتونها، کوارکها، نئوترینوها و سایر تقسیمات زیر ـ اتمی) را داشته باشد. در سطح زیر ـ اتمی ماده که به دنیای کوانتوم مشهور است، عملکرد ذرات ریز بر مبنای قوانینی فیزیکی صورت میگیرد که با "قوانین کلاسیک فیزیکی" مربوط به عملکرد اجسام بزرگتر در سطح "ماکروسکوپی" ماده تفاوت بسیار دارد.برای مثال در مشاهده ذرات زیر اتمی که "بیان سیزو" آنها را "ویویکل" (موجذره ـ ترکیب موج و ذره) می نامند، بسته به روش مشاهده، بنظر میرسد گاه عملکرد مشخصه ذرات را دارند و گاه مشخصه امواج را. و در عین حال، تئوریهای با نفوذ در عرصه غالب فیزیک مدرن ادعا میکنند که ذرات زیر ـ اتمی برخلاف ماده ماکروسکوپی، یک "مکان" (استقرار) ندارند.در تاریخ فیزیک کوانتوم، بر سر اینکه چرا اجسام در سطح ماکرو به همین نحو عمل نمیکنند، مشاجره زیادی درگیر بوده است. و در مورد امکان تعمیم قوانین فیزیک کوانتوم که در مورد ذرات زیر ـ اتمی مطرح است به اجسام ماکروسکوپی (شامل ملکول ها یا حتی اشیاء قابل رویتی که ما در زندگی روزمره با آن سر و کار داریم)، نظراتی ابراز شده است.در آزمایش فوق الذکر، فیزیکدانان کوشیدند ببینند "زمانیکه اصل شرایط فوق العاده کوانتوم را به سیستمهای ماکروسکوپی که بطور سنتی توسط فیزیک کلاسیک تشریح شده اند بسط دهیم، چه اتفاقی می افتد.

"بنا بر گزارش فیزیکدانان در نشریه "ساینس"، آنها یک واحد اتم بریلیوم را در یک حصار مغناطیسی حبس کرده و سپس از طریق جدا کردن یکی از الکترون هایش، یک بار الکتریکی به اتم دادند. (اتمی که بار الکتریکی یافته را یون می نامند.) "یون حاصله فورا حصار مغناطیسی را حس میکند و درونش محبوس میشود. به گفته "مونرو" گام بعدی، سرد کردن یون توسط لیزر است تا اینکه یون در مرکز حصار واقعا بی حرکت بایستد. حال که یون نمیتواند بجنبد، فیزیکدانان از دو اشعه لیزر که رنگهایشان با هم تفاوت اندکی دارد استفاده میکنند تا یون را با شرایط فوق العاده وضعیتهای درونی کوانتوم همساز کنند. منظور وضعیتهای فوق العاده ریزی است که به آن چرخش صعودی و چرخش نزولی (چرخش همزمان روی دو محور ـ فرفره ای یا اسپینی) میگویند..." یون بریلیوم همزمان دو وضعیت متفاوت را بنمایش میگذارد؛ به همان نحوی که آن را "شرایط فوق العاده" می نامند.

تا اینجای آزمایش چندان عجیب نبود. اما سپس "مونرو" و گروهش از اشعه لیزر برای ایجاد یک موج استفاده کردند تا "یون را با فرکانسی مشابه فرکانس نوسان طبیعی خودش در حصار حرکت دهند." نیروی حاصله، یون را به حرکت در می آورد؛ بسیار شبیه به نیروی متناوبی که شما ممکنست برای حرکت دادن یک کودک روی تاب بکار ببرید. "مونرو" میگوید که لیزرها طوری تنظیم شده که فقط بر یکی از دو وضعیت فوق العاده ریز تاثیر بگذارد. گروه مذکور از طریق تغییر در تنظیم لیزرها، نخست یکی از وضعیتهای فوق العاده ریز را به حرکت درآوردند. سپس، دومی را خارج از فاز اولی حرکت دادند...

در واقع فیزیکدانان مذکور جهت اندازه گیری فاصله بین دو وضعیت، نخست آنها را بسمت یکدیگر هل دادند تا آنجا که بر هم منطبق شده و در هم تداخل کردند."بعبارت دیگر، "مونرو" و "واین لند" مدعیند که دو وضعیت این واحد اتم را با کشش از هم جدا کرده اند. بدین ترتیب، این اتم در آن واحد، در دو مکان ظاهر میشود. چون این دو "بخش موج یونی" ظاهرا در دو مکان متفاوت قرار داشتند، دیگر بنظر نمی آمد که خود اتم آنگونه که معمول ماده ماکروسکوپی است، یک مکان واحد داشته باشد.

فیزیکدانان ادعا کردند که دو وضعیت حدودا ۸۰ نانومتر از هم دور شدند ـ که این از معیارهای اتمی بسیار دور است. نشریه "ساینس" گزارش میدهد که این فاصله "از هر بخش موجی بزرگتر بوده و از یون موجود هم بسیار بزرگتر است."گربه شرودینگر حول و حوش این آزمایش، مباحثه فراوانی در مورد پارادکس گربه شرودینگر براه افتاده است. اروین شرودینگر یک دانشمند اتریشی بود. او در دهه ۱۹۳۰ لطیفه ای در هجو برخی دانشمندان ساخت. این دانشمندان مدعی بودند که رفتار غیر قابل پیش بینی ذرات زیر ـ اتمی نشان میدهد، دنیای واقعی فقط زمانی موجودیت دارد که شخص به مشاهده اش بپردازد.

لطیفه شرودینگر میگفت: تصور کنید گربه ای در یک جعبه گیر افتاده و در آنجا شیشه زهری هم هست. یک قطعه جسم رادیواکتیوی نظیر اورانیوم هم در جعبه قرار دارد. اگر یک اتم اورانیوم زوال یابد، یک ردیاب الکترونیکی چکشی را به حرکت در خواهد آورد؛ آن چکش شیشه زهر را خواهد شکست و گربه کشته خواهد شد. اما بعلت غیر قابل پیش بینی بودن ذرات در سطح زیر ـ اتمی (نظیر زوال رادیواکتیو هسته اورانیوم) شما فقط میتوانید بر امکان زوال یک اتم واقف باشید، اما نمیتوانید لحظه دقیق را پیش بینی کنید. بعبارت دیگر، شما نمیتوانید از قوانین فیزیک زیر ـ اتمی برای پیش بینی اینکه گربه مرده است یا نه استفاده کنید. تنها راه پی بردن به این مسئله، نگاه کردن به داخل جعبه است. برخی دانشمندان میگفتند از آنجا که نمیشود عملکرد یک ذره زیر ـ اتمی را در لحظه دقیقا گمان زد، معنایش اینست که تا وقتی شما چیزی مشاهده نکرده اید این ذره واقعا کاری انجام نداده است ـ یعنی یا ذرات بنوعی در چارچوب کوانتوم مسکوت گذاشته میشوند و یا اینکه مشاهده شما به تردید خاتمه می بخشد.

شرودینگر این نظریه را مسخره میکرد و میگفت ما تا وقتی جعبه را باز نکرده ایم این را هم نمیتوانیم بگوئیم که گربه مرده است یا زنده. پس بر مبنای منطق برخی افراد، تا وقتی جعبه باز نشده گربه هم زنده است و هم مرده! یک اتم اورانیوم ممکنست زوال یافته باشد ـ اما این مشاهده ماست که واقعا گربه را خواهد کشت. شرودینگر به افسانه معتقد نبود.

یکی از نقطه نظرات وی این بود که قوانین ماده زیر ـ اتمی را نمیتوان در مورد ماده ماکروسکوپی (مثلا یک گربه) بکار بست. اما داستان گربه زنده ـ مرده بعنوان یک تبارز سمبلیک از شکاف بین رفتار ماده در دو دنیای زیر ـ اتمی و ماکرو بر سر زبانها باقی ماند.فیزیکدانان "موسسه ملی معیارها و تکنولوژی" واقعا ادعا نمیکنند که یک "گربه شروی دینگر" حقیقی پیدا کرده اند. یعنی نمیگویند یک پدیده ماکروسکوپی بر مبنای قوانین فیزیک کوانتوم عمل کرده است. اتم بریلیوم در مقایسه با سایر اتمها، بسیار کوچک است. این اتم فقط از ۴ اکترون، ۴ پروتون و ۵ نئوترون ساخته شده است. بعبارت دیگر، اتم بریلیوم در محدوده اتمها بسیار به دنیای زیر ـ اتمی نزدیک است. بنابراین آزمایش بر روی یک واحد اتم بریلیوم، آنقدرها هم در سطح ماکروسکوپی ماده نمیگنجد.

این عمل در سطح "مزوسکوپی" ماده انجام میگیرد. یعنی در سطح گذاری بین سطوح زیر ـ اتمی و ماکروسکوپی. به قول یکی از دانشمندان، برای اینکه بتوان ادعا کرد فیزیکدانان مذکور یک گربه شرودینگر پیدا کرده اند، یعنی پلی بین دو دنیای زیر ـ اتمی و ماکرو یافته اند، "دو وضعیت (یون بریلیوم) باید از لحاظ ماکروسکوپی صاحب مختصاتی بوضوح متمایز باشند... نه اینکه صرفا به لحاظ فیزیکی با هم ۸۰ نانومتر فاصله داشته باشند."مجله "ساینس" گزارش داده که وقتی جدائی دو بخش موج یونی به حد ماکروسکوپی رسید، عمر آنها ظاهرا "بینهایت کوتاه شد." ـ "زمانیکه جدائی را بیشتر (یا کلاسیک تر) کردند، عمر شرایط فوق العاده به پایان رسید.

" بعبارت دیگر، وقتی دانشمندان کوشیدند دو بخش موج یونی را بیش از حد با کشش از هم دور کنند، نتوانستند دو وضعیت جداگانه باثبات را حفظ نمایند.فیزیکدانان امیدوارند که آزمایشات بیشتر در این راستا، تصویر گسترده تری از تضادهای بین دنیای کوانتوم و "دنیای کلاسیک" بدست دهد. اینهاست زمینه بحثی که بر سر پیدا شدن "گربه شروی دینگر" در آزمایش موسسه ملی براه افتاده است.علم و مبارزه طبقاتیبه لحاظ تاریخی، اکتشافات جدید علمی به برخی تلاشها در ارائه درک متافیزیکی و ایده الیستی از رفتار ماده دامن زده است. برای مثال، کشف این مسئله که اتمهای رادیوم بر اثر تشعشع زوال می یابند، باعث شد برخی افراد قانون قبلی فیزیک کلاسیک که میگفت "ماده را نه میتوان آفرید و نه نابود کرد" را زیر سئوال برند. زمانیکه برخی افراد اعلام کردند "ماده ناپدید میشود"، این ایده پا گرفت که نوع بشر نمیتواند واقعا بداند که یک واقعیت مادی عینیتا موجود است.

سپس برخی افراد نظیر دانشمندی بنام "ارنست ماخ" اصرار کردند که ما نسبت به پدیده ها فقط "احساسات" داریم؛ اما واقعا نمیتوانیم شناخت مطمئنی از آنها داشته باشیم. در سالهای قبل از انقلاب روسیه، این ایده ها تاثیر مهمی بر مبارزه طبقاتی داشت. در همان دوره، لنین علیه تئوریهای ماخیستی که توانائی مردم در شناخت واقعی جهان و تغییر آن را نفی میکرد بحث و استدلال نمود.در قرن نوزدهم، مردم فکر میکردند که نور صرفا یک موج الکترومغناطیسی است. اما بعدا کشف شد که نور از ذراتی هم درست شده است. این ذرات، فوتون نام گرفتند. مردم دریافتند که نور فقط بعنوان موج وجود نداشته بلکه بعنوان ذره هم موجود است.

اکتشافات بیشتر در قرن بیستم روشن کرد که اتمها از ذرات بسیار کوچکتری ساخته شده اند. اینها را ذرات زیر ـ اتمی نامیدند. این کشف به مباحثه بر سر قوانین ماده در سطح زیر ـ اتمی پا داد. بعلاوه این بحث هم جریان یافته که آیا نوعی ذره زیر ـ اتمی "نهائی" که واحد پایه ای ساختمان کائنات باشد و نتوان آن را به بخشهای کوچکتری تقسیم کرد وجود دارد یا نه.مقاله "بیان سیزو" سابقه این مباحثات را ذکر نموده و مطرح میکند که "ماده تا بینهایت قابل تقسیم است."امروز، ۹۰ سال بعد از لنین و ۲۰ سال بعد از نگارش مقاله "بیان سیزو"، حرفهای زیادی درباره "عصر اطلاعات"، "جامعه پسا ـ صنعتی" و حتی (مجددا) درباره "ناپدید شدن ماده" براه افتاده است.

"سیاستهای هویتی" رایج این نظر را جلو میگذارند که واقعیات برای افراد مختلف، بسته به تجربه اجتماعی آنها، متفاوت است. بنابراین ضروری است که یکبار دیگر موجودیت واقعیت عینی را مورد بحث قرار دهیم.آزمایش اخیر "موسسه ملی معیارها و تکنولوژی" همانند آزمایشات علمی قبلی، به اظهار نظراتی انجامیده که کشفیات جدید علمی را در تقابل با درک رایج از قوانین ماده مطرح میکنند. روزنامه "نیویورک تایمز" فورا در صفحه اول خود مقاله ای با این عنوان منتشر کرد: "یک فیزیکدان اتم را در آن واحد، در دو مکان قرار داد." این مقاله همچنین بسیار نگران تاثیر احتمالی وضعیتهای جداگانه یون بر سیستم بانکی بین المللی سرمایه داری بود.

این حدس در مقاله مذکور مطرح شده که اگر "پدیده بتواند در آن واحد در دو نقطه باشد"، میتوان کامپیوترهای کوانتوم فوق العاده سریع جدیدی ابداع کرد که بسادگی بتوانند همه کدهای رمزی مورد استفاده در موسسات عظیم مالی بین المللی را باز کنند. (تصورش را بکنید! از امکان ابداع کامپیوترهای فوق العاده سریع جدید بحث میکنند و تنها مسئله مهم اجتماعی که بنظرشان می آید تاثیر این کامپیوترها بر اسرار بانکی است!) بعدا همین روزنامه، مقاله جدی تری نوشت که علیه معرفی نادرست آزمایش مورد بحث هشدار میداد. اما حتی در مقاله دوم هم حدسیاتی درباره امکان "کائنات دوگانه" مطرح شده است.

این موضوع، باب طبع سریال "پیشتازان فضا" بود. در چارچوب این تصور، کائنات های جداگانه و در کنار هم موجودند که از وجود یکدیگر بی خبرند؛ مگر اینکه کسی به کائنات "دیگر" برود و آن را مشاهده کند.علاوه بر آزمایش فوق الذکر، هم اکنون یک مباحثه داغ دیگر در مورد رابطه میان علم و جامعه جریان دارد. آیا مبارزه طبقاتی هیچ ربطی به تئوری علمی دارد؟

برخی دانشمندان نافی میشوند که فعالیتشان در یک چارچوب فرهنگی، اجتماعی و طبقاتی صورت میگیرد و این چارچوب بر مشاهدات، نتیجه گیریها و تئوریهایشان تاثیر میگذارد. و برخی دانشمندان فکر میکنند که غیر متخصصان نمیتوانند مباحثات علمی مدرن را حقیقتا درک کنند و بنابراین نمیتوانند آگاهانه در آن شرکت جویند. آنها معتقدند غیر متخصصان مسلما هیچ حقی ندارند که عینی بودن و معتبر بودن تئوریهای علمی یا (دقیقتر گفته باشیم) تئوریهای مطرح شده توسط دانشمندان را زیر سئوال ببرند.

منبع : www.aftab.ir - آفتاب

 اسفرومتر، یکی از وسایل بسیار ضروری (درحد لنزمتر) برای یک مؤسسه ی عینک سازی می باشد. 
 
اسفرومتر، یکی از وسایل بسیار ضروری (درحد لنزمتر) برای یک مؤسسه ی عینک سازی می باشد. این وسیله تشکیل شده از یک صفحه ی مدرج ساعتی شکل که در انتها به یک سه پایه ختم می شود که دو پایه ی آن ثابت و پایه ی وسط به داخل و خارج حرکت می کند. حرکت این پایه براساس یکسری روابط هندسی است و مقدار توان مثبت + و یا منفی - عدسی را توسط عقربه نشان می دهد.

این وسیله، جهت سنجش عدسی های معمولی با ضریب شکست ۱.۵۳ تنظیم می باشد. نزدیک ترین عدسی به این ضریب شکست ، عدسی های کراون (۱.۵۲) می باشد. از آنجا که اسفرومتر، یک وسیله ی اپتیکی است و کاربرد آن در سهولت کار مؤثر و مورد نیاز عینک سازان می باشد، چند مورد از کارایی های این وسیله ارائه می گردد:

۱) تشخیص توان پایه (base curve) و متعاقباً پی بردن به نوع عدسی

۲) تشخیص توان عدسی های معمولی (کراون )

۳) تشخیص نوع استوانه ی عدسی (استوانه از بیرون یا داخل )

۴) تشخیص عدسی های فشرده

۵) تشخیص عدسی های تدریجی (پروگرسیو)

۶) تشخیص ضریب شکست عدسی ها

۷) تشخیص عدسی های غیر کروی

درساختمان عدسی، توان یکی از سطحهای آن به عنوان توان پایه، جهت تعیین توانهای دیگر ملاک قرار می گیرد. توان اولیه ای که توان نهایی عدسی، توسط آن به دست می آید، توان پایه(Base Curve) نامیده می شود.

با مشخص شدن توان بیرونی و داخلی عدسی، می توان به نوع عدسی پی برد و توان پایه (base curve) را مشخص نمود (هنگام تعویض عدسی جدید، در صورت رضایت بیمار می توان از مشخصه های اپتیکی عدسی قبلی [ PD ، ارتفاع، VD ، base curve ] استفاده نمود).

۱) توان پایه (Base Curve):

در ساختمان عدسی، توان یکی از سطحهای آن به عنوان توان پایه، جهت تعیین توانهای دیگر ملاک قرار می گیرد. توان اولیه ای که توان نهایی عدسی، توسط آن به دست می آید، توان پایه(Base Curve) نامیده می شود. اگر استوانه ی عدسی مثبت باشد و به اصطلاح استوانه را از رو ساخته باشند، در سطح بیرونی خود دو توان دارد. در این حالت، توان کمتر را توان پایه (Base Curve) و توان بیشتر را توان متعامد(Cross Curve) می نامند که در این حالت، سطح داخلی آن، از توان یکسانی برخوردار است .

اگر استوانه ی عدسی منفی باشد و به اصطلاح استوانه از داخل ساخته شده باشد، توان بیرونی یکسان می باشد و به عنوان توان پایه (Base Curve) به حساب می آید و از دو توان داخلی، توان بیشتر را توان متعامد (Cross Curve) و دیگری را توریک بیس (Toric Base Curve) می نامند.

۲) تشخیص توان عدسی های اسفر (کروی):

از آنجا که جمع جبری توان بیرونی و داخلی عدسی های کروی مساوی است با توان عدسی ، از این طریق می توان، به توان عدسی های کروی پی برد (عدسی های معمولی ) که به توان ظاهری معروف می باشد.

ـ مثال:

اگر توان بیرونی یک عدسی کروی +۶ و توان داخلی آن ۴ - باشد، آنگاه خواهیم داشت:

توان ظاهری عدسی کروی (+۶) + (-۴) = +۲

۳) تشخیص نوع استوانه و تعیین توان کروی - استوانه :

زمانی که توان بیرونی عدسی در تمام جهات یکسان نیست، نشانگر آن است که این عدسی ، استوانه از بیرون ساخته شده است (استوانه از رو). که از تفاضل کمترین توان و بیشترین توان بیرونی، مقدار استوانه ی عدسی مشخص می شود. (که امروزه به ندرت از روش استوانه از رو استفاده می شود). در این حالت، مقدار توان داخلی عدسی در تمام جهات یکسان می باشد. از روابط زیر می توان به توان کروی - استوانه ی این نوع عدسیها پی برد.

▪ مقدار توان کروی :

ـ در عدسی های با استوانه ی منفی = (بزرگترین توان سطح بیرونی) + (توان سطح داخلی)

ـ در عدسی های با استوانه ی مثبت = (کوچکترین توان سطح بیرونی) + (توان سطح داخلی)

ـ مقدار استوانه = تفاضل دو توان سطح بیرونی عدسی

ـ مثال: اگر سطح بیرونی یک عدسی، از دو توان +۵.۰۰ و+۲.۰۰ دیوپتر و مقدار توان داخلی-۳.۰۰ دیوپتر باشد، توان کروی - استوانه ی این عدسی، به روش زیر محاسبه می گردد. (عدسی با استوانه ی منفی)

ـ مقدار توان کروی: (+۵.۰۰) + (-۳.۰۰) = +۲.۰۰

ـ مقدار توان با انتخاب استوانه ی منفی: (+۵.۰۰) - (+۲.۰۰) = +۳.۰۰

اما اگر توان داخلی عدسی، در جهات مختلف یکسان نباشد، این عدسی به اصطلاح استوانه از داخل ساخته شده است. در این حالت، مقدار توان بیرونی عدسی، در تمام جهات یکسان می باشد که امروزه بسیار رایج و اغلب عدسیهای جدید به همین روش تولید می گردد.

▪ مقدار توان کروی :

ـ در عدسیهای با استوانه ی منفی = (کوچکترین توان سطح داخلی) + (توان سطح بیرونی)

ـ در عدسیهای با استوانه ی مثبت = (بزرگترین توان سطح داخلی) + (توان سطح بیرونی)

ـ مقدار استوانه = تفاضل دو توان سطح داخلی عدسی

ـ مثال:

سطح داخلی یک عدسی، از دو توان تشکیل شده که یکی۶.۰۰ - و دیگری ۴.۰۰ - دیوپتر می باشد و مقدار توان سطح بیرونی+۳.۰۰ باشد. توان کروی - استوانه ی این عدسی (با استوانه ی منفی) به شرح زیر محاسبه می شود: مقدار توان کروی: (- ۱.۰۰ - ۴.۰۰) + (+۳.۰۰) =

مقدار توان با انتخاب استوانه ی منفی:(  ۲.۰۰ - ۴.۰۰)= - ( - ۶.۰۰) -

۴) تشخیص عدسیهای فشرده :

اگر توان یک عدسی کروی، فرضاً ۱۰ D- باشد، قاعدتاً در عدسیهای معمولی باید جمع جبری توان سطح بیرونی و داخلی، مساوی با ۱۰D- باشد. ولی در عدسیهای فشرده با ضریب شکست۱.۷ این مقدار، حدود ۷.۰۰D- می باشد که در عدسیهای فشرده با ضریب شکست بالاتر، این مقدار کاهش بیشتری می یابد.

۵) تشخیص عدسیهای تدریجی (پروگرسیو):

زمانی که پایه های اسفرومتر را عمود بر سطح بیرونی عدسیهای معمولی قرار دهیم و آن را به طور عمودی از بالا به پایین حرکت دهیم، هیچ گونه تغییری در مقدار توان سطح عدسی صورت نمی گیرد. اما در عدسیهای تدریجی، هنگامی که پایه های اسفرومتر را به طور عمودی از وسط به پایین حرکت می دهیم، به تدریج بر توان سطح عدسی افزوده می شود.

۶ ) تشخیص عدسیهای غیر کروی (آسفریک):

یکی از راههای شناخت عدسیهای غیر کروی ،غیر کروی بودن سطح بیرونی عدسی می باشد که به وسیله ی اسفرومتر می توان تشخیص داد. بدین طریق که زمانی که پایه های اسفرومتر را از روی مرکز سطح بیرونی عدسی به طرف لبه ی عدسی حرکت می دهیم، شاهد تغییر تدریجی توان عدسی خواهیم بود.

۷) تشخیص ضریب شکست عدسی :

اگر مقدار توان کل یک عدسی مشخص باشد، از رابطه ی زیر می توان به ضریب شکست عدسی پی برد.

توان واقعی عدسی توسط لنزمتر مشخص می شود و توان ظاهری توسط اسفرومتر (که از جمع جبری توان سطح بیرونی و داخلی بدست می آید) و ۰.۵۳ ضریب شکست عدسی معمولی (کراون ) در خلاء می باشد و عدد ۱ ضریب شکست هوا می باشد که با توجه به مثالهای زیر، مسئله واضح تر خواهد شد.

روش استفاده از اسفرومتر :

در ابتدا، جهت اطمینان از دقت اسفرومتر، پایه های آن را به طور عمود بر روی یک سطح کاملاً تخت (شیشه های روی میز) قرار دهید. در این حالت می بایست عقربه، نقطه ی صفر را به شما نشان دهد. در غیر این صورت پایه ی وسط را با وسیله ای (دم باریک ) به راست یا چپ بچرخانید و مجدداً آزمایش نمائید. ابتدا پایه های اسفرومتر را به طور عمود، بر وسط سطح بیرونی عدسی قرار داده و سپس عدسی را حول محور خودش بچرخانید و مراقب باشید که وضعیت عمودی پایه ها نسبت به سطح عدسی حفظ شود.

زمانی که پایه های اسفرومتر به سطح عدسی عمود می شوند، مقدار توان سطح عدسی، بر روی صفحه ی مدرج، توسط عقربه نمایان می گردد و زمانی که عدسی را به چرخش در می آورید، ممکن است که مقدار توان سطح عدسی تغییر نماید. در این حالت، بایستی کمترین و بیشترین مقدار توان را یادداشت نمود. همین روش را می توانید جهت اندازه گیری توان داخل عدسی نیز به کار برید.

منبع : www.aftab.ir - آفتاب

در سال ۱۸۰۲ پتروف (V.P.Petrof) کشف کرد که اگر دو تکه زغال چوب را به قطب های باتری بزرگی وصل کنیم و آنها را به هم تماس دهیم و سپس کمی از هم جدا کنیم شعله روشنی بین دو تکه زغال دیده می شود. 
 
 
● تاریخچه

در سال ۱۸۰۲ پتروف (V.P.Petrof) کشف کرد که اگر دو تکه زغال چوب را به قطب های باتری بزرگی وصل کنیم و آنها را به هم تماس دهیم و سپس کمی از هم جدا کنیم شعله روشنی بین دو تکه زغال دیده می شود. و انتهای آنها که از شدت گرما سفید شده است نور خیره کننده ای گسیل می دارد. قوس الکتریکی هفت سال بعد دیوی (H.Davy) فیزیکدان انگلیسی این پدیده را مشاهده نمود و پیشنهاد کرد که این پدیده به احترام ولتا قوس ولتا نامیده شود.

● آزمایش ساده

اگر بخواهیم در یک روش ساده ای ایجاد قوس الکتریکی را نشان دهیم باید دو تکه کربن را روی گیره قابل تنظیم سوار نمود (بهتر است که به جای زغال چوب معمولی میله خاصی که از کربن قوس ساخته می شود و با فشار دادن مخلوط گرافیت ، کربن سیاه و مواد چسبنده به وجود می آیند، استفاده شود).

چشمه جریان می تواند برق شهر هم باشد برای اجتناب ازاینکه در لحظه تماس تکه های کربن مدار کوتاه ایجاد شود باید رئوستایی به طور متوالی به قوس وصل شود.

معمولا برق شهر با جریان متناوب تغذیه می شود. ولی در صورتی که جریان مستقیم از آن عبور کند قوس پایدارتر است به طوری که یکی از الکترودها همیشه مثبت «آند)و دیگری همواره منفی «کاتد)است.

● ماهیت قوس الکتریکی

در قوس الکتریکی الکترودها در اثر حرارت سفید رنگ می شود. ستونی از گاز ملتهب رسانای خوب الکتریکی بین الکترودها وجود دارد. در قوس معمولی این ستون نوری بسیار کمتر از نور تکه های کربن سفید شده از آزمایش‌های مربوط به گرما گسیل می کنند. چون الکترود مثبت دمایش از الکترود منفی بیشتر است زود تر از بین می رود. در نتیجه تصعید شدید کربن صورت گرفته و در آن الکترود (الکترود مثبت) فرورفتگی به وجود می آید که به دهانه مثبت معروف است و داغ ترین نقطه الکترودهاست.

دمای دهانه در هوا و در فشار جو به ۴۰۰۰ درجه سانتیگراد می رسد. در لامپ های قوسی سازوکارهای منظم و خود کار خاصی برای نزدیک کردن تکه های کربن با سرعت یکنواخت وقتی با سوختن از بین می روند، مورد استفاده قرار می گیرند. برای اینکه سایش و خوردگی الکترود مثبت به خاطر دمای بالایش بیشتر است،برای همین همیشه الکترود کربن مثبت کلفت تر از الکترود منفی اختیار می شود.

● دماهای بالا در قوس الکتریکی

قوس الکتریکی می تواند بین الکترودهای فلزی ساخته شده از آهن ، مس و غیره نیز بگیرد. در این حالت الکترودها به میزان زیادی ذوب و تبخیر می شوند و این عمل به مقدار زیادی آزمایش‌های مربوط به گرما احتیاج دارد. به این دلیل دمای مرکز الکترود فلزی معمولا کمتر از دمای الکترود کربنی است (۲۰۰۰ تا ۲۵۰۰ درجه سانتیگراد).

قوسی که بین الکترودهای کربن در گاز فشرده ای قرار می گیرد (حدود ۲۰atm) بالا رفتن دمای مرکز مثبت تا ۵۹۰۰ درجه سانتیگراد یعنی دما روی سطح خورشید را ممکن ساخته است. معلوم شده است که کربن در این حالت ذوب می شود. دمای باز هم بالاتری را می توان در ستونی از گاز و بخاری که از آن تخلیه الکتریکی می گذرد، به دست آورد.

بمباران شدید این گاز و بخار با الکترون ها و یون هایی که با میدان الکتریکی قوس شتاب گرفته اند دمای ستون گاز را ۶۰۰۰ تا ۷۰۰۰ درجه سانتیگراد می رساند. به این دلیل تقریبا تمام مواد شناخته شده در ستون قوس الکتریکی ذوب و تبخیر می شوند. و بسیاری از واکنش های شیمیایی که در دماهای پایین انجام شدنی نیستند، با قوس الکتریکی امکان پذیر می شوند. مثلا میله های چینی دیر گداز در شعله قوس به سهولت ذوب می شود.

● چگونگی ایجاد تخلیه قوس الکتریکی

برای ایجاد تخلیه قوس الکتریکی به ولتاژ زیادی احتیاج نیست با ولتاژ ۴۰ تا ۴۵ ولت بین الکترود ها می توان قوس را به وجود آورد. از طرف دیگر جریان داخل قوس زیاد است. مثلا حتی در قوس کوچک جریان به ۵ آمپر می رسد، در حالیکه در قوس های بزرگ که در مقیاس صنعتی به کار می روند جریان به صدها آمپر بالغ می شود. این به این معنا ست که مقاومت قوس پایین است و از این رو ستون گاز تابان رسانای الکتریکی خوبی است.

● یونیزاسیون گاز با انرژی قوس الکتریکی

یونش شدید گاز با قوس الکتریکی به آن دلیل امکان پذیر است که کاتد قوس الکتریکی تعداد زیادی الکترون گسیل می داد. این الکترون ها با برخورد با گاز داخل شکاف تخلیه گازی آن را یونیزه می کنند. گسیل الکترونی شدید از کاتد از آنجا ممکن می شود که خود کاتد تا دمای بسیار بالایی گرم می شود (بسته به ماده از ۲۲۰۰ تا ۳۵۰۰). وقتی که الکترودهای قوس در ابتدا تماس داده شوند تقریباً تمام گرمای ژول که از الکترود ها می گذرد در ناحیه تماس که مقاومت بسیار دارد آزاد می شود.

به این دلیل انتهای الکترودها به شدت گرم می شوند که برای گیراندن قوس به هنگام جداکردن آنها کافی است آن وقت کاتد قوس توسط جریانی که از قوس می گذرد، در حالت التهاب می ماند. در این فرایند بمباران کاتد توسط یون هایی که به آن برخورد می کند نقش اصلی را ایفا می کند.

● مشخصه جریان ولتاژ قوس الکتریکی

یعنی بستگی جریان الکتریکی در قوس الکتریکی به ولتاژ بین الکترودها ، ویژگی خاصی دارد. در فلزات و الکترولیت ها جریان متناوب با ولتاژ افزایش می یابد «قانون اهم). در صورتیکه برای رسانش القایی گازها جریان ابتدا با ولتاژ زیاد می شود، سپس اشباع شده و مستقل از ولتاژ است.

بنابر این افزایش جریان در تخلیه قوسی به اندازه مقاومت در شکاف بین الکترودها و ولتاژ بین آنها منجر می شود. برای اینکه تابانی قوس پایدار بماند رئوستا یا مقاومت الکتریکی قوی دیگری را باید به طور متوالی به آن بست.

منبع : www.aftab.ir - آفتاب