Tag Archives: محاسبه

محاسبه چگالی انرژی و ماده تاریک، دستاورد برتر دوره اول فرزانگان ۱



در این پروژه چگالی انرژی تاریک و ماده تاریک را بوسیله ی تطابق آن ها با داده های رصدی پارامتر هابل به کمک برنامه ی متمتیکا مورد بررسی قرار داده ایم و با این روش بهترین مقدار آن ها را تعیین نموده ایم .


عکس نویسنده
عکس نویسنده

نویسنده :

نسرین صادقی


بازدید :


زمان تقریبی مطالعه :


تاریخ :

سیزدهمین دوره از پروژه های دانش آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پر شور شما دوستان و علاقمندان به پایان رسید.
در این دوره از جشنواره از ۲۰ استان کشور در سه بخش به تفکیک، ۳۵۰ گروه در بخش غرفه های نمایشگاهی، ۶۵۰ گروه در بخش سمینارهای علمی و ۷۵۰ گروه در بخش مسابقات دانش آموزی از مدارس و پژوهش سراهای دانش آموزی سراسر کشور انتخاب شده اند و به جشنواره کشوری دعوت شده اند.
که تعداد ۵۳ گروه در بخش سمینارهای علمی مقام برتر را کسب نمودند.
بر آن شدیم تا با معرفی پروژه های گروه های برتر علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم.

مقطع: دوره اول متوسطه
موضوع: محاسبه چگالی انرژی و ماده تاریک با استفاده از داده های پارامتر هابل
نام مدرسه:  فرزانگان ۱
نام استاد: خانم عقیله سادات ابراهیمی
دانش آموزان: روشنا شالچی، زهره بازیابی سروستانی

محاسبه چگالی انرژی و ماده تاریک، دستاورد برتر دوره اول فرزانگان 1

چکیده:
 – در این پروژه چگالی انرژی تاریک و ماده تاریک را بوسیله ی تطابق آن ها با داده های رصدی پارامتر هابل به کمک برنامه ی متمتیکا مورد بررسی قرار داده ایم و با این روش بهترین مقدار آن ها را تعیین نموده ایم.

با استفاده از معادلات ریاضی، پارامتر هابل که رابطه ای میان سرعت لحظه ای انبساط کیهان بر اساس چگالی های نرمالایز شده ی ماده و انرژی تاریک است از معادلات فریدمان (که خود از معادلات اینیشتین بدست آمده اند) شده است، سپس این معادلات را با نرم افزار متمتیکا به ازای مقادیر مختلف ماده و انرژی تاریک شبیه سازی کرده ایم. در نهایت قصد داریم با استفاده از تطابق آن ها با داده های رصدی، بهترین مقدار چگالی انرژی تاریک و ماده تاریک را بدست آوریم. علاوه بر آن ما به موضوع ماده و انرژی تاریک در قرآن و اعجاز علمی قرآن پرداختیم و سه آیه مورد توجه و بررسی ما قرار گرفت.

مقدمه
– بشر از زمانی که از خود و اطرافش آگاهی پیدا کرده است، کنجکاو به دانستن درباره ی پدیده های اطراف خود و رمزگشایی آن ها بوده است. آسمان همیشه برای انسان منبع جاذبه ای پایدار بوده و انسان در ابتدا و در زمان های بسیار دور، پاسخ خود را برای این حس کنجکاوی خود به صورت داستان و افسانه درباره ی آسمان و ویژگی های آن بیان کرده است.

با گذشت زمان و پیشرفت علم، امکان ساخت ابزار ها و تجهیزات پیشرفته تر برای پرداختن به شناخت آسمان و عالم اطراف و فراتر از کره ی زمین فراهم شد. از نتایج این پیشرفت چشمگیر، بوجود آمدن علم کیهان شناسی بود که در آن به مطالعه ی فضا و محتویات آن پرداخته می شود. در پی گذشت زمان و پیشرفت علم کیهان شناسی، نتایج ارزنده ای که بیانگر اهمیت دو عنصر مهم ماده تاریک و انرژی تاریک باشد بدست آمد.
این دو عنصر نقش مهمی در تعیین سرنوشت عالم و بشریت دارند.
اولین ارجاع به ماده ی تاریک تنها در عصر علم مدرن اتفاق افتاده است. در اواخر قرن ۹۱، تصاویر جدید از زمینه ی در حال شکوفایی عکاسی نجومی، مناطق تیره ی بسیاری را در آسمان نشان داد. به نظر نمی رسید که ستاره ها در آن تصاویر به طور مساوی توزیع شده باشند و دانشمندان از این موضوع در تعجب بودند که آیا علت چنین توزیع نامتوازنی می تواند ناشی از نبودن ستاره ها در مناطق تاریک باشد یا اینکه نوعی ماده با خاصیت جذب کنندگی وجود دارد که مانع مشاهده ی ستارگان از دید ما می شوند.

لرد کلوین، فیزیکدان ایرلندی – اسکاتلندی، از اولین دانشمندانی بود که اقدام به برآورد تعداد اجرام تاریک در کهکشان راه شیری کرد. او برای این کار از تخمین های به دست آمده از پراکندگی سرعت ستاره ها و اینکه هر یک از آنها با چه سرعتی پیرامون هسته ی کهکشان در حال چرخش بودند، استفاده کرد. اطلاعات موجود در مورد سرعت این ستاره ها به او امکان داد تا جرم کهکشان را تخمین بزند. بعد از محاسبه، مشخص شد که بین جرم موجود و ستاره هایی که ما می توانیم ببینیم، تفاوت وجود دارد. وی در یکی از سخنرانی های خود را در بالتیمور درباره ی دینامیک مولکولی ونظریه ی موج نور، نتیجه گرفت :
ماده تاریک را از روی اثرات گرانشی آن بر روی اجرام آسمانی مانند ستاره ها و کهکشان ها شناسایی می کنند.
لفظ ” ماده ” بدلیل اثرات گرانشی ماده تاریک به آن اطلاق شده است. ماده تاریک هیچ گونه موج الکترومغناطیسی از خود ساطع یا بازتاب نمی کند و تنها راه پی بردن به وجود آن، همان آثار گرانشی ای هستند که بر روی دیگر اجرام آسمانی دارد.

پنج سال پیش، جایزه ی نوبل فیزیک به سه اخترشناس به دلیل اینکه در اواخر دهه ی نود میلادی نشان داده بودند نرخ گسترش (انبساط) کیهان شتابدار است اهدا شد. نتیجه گیری آنها بر پایهی بررسی هایی بود که با بهره از مشاهدات تلسکوپ فضایی هابل و چند تلسکوپ زمینی روی ابرنواخترهای گونه ی – Ia انفجار سهمگین گرماهسته ای ستارگان- انجام شده بود. این باعث پذیرش گسترده ی این نظریه شد که کیهان در تسلط جوهرهای رازگونه به نام “ انرژی تاریک ” است که به گسترش آن شتاب می دهد. دانشمندان انرژی تاریک را عاملی شتاب دهنده به انبساط کیهان تعریف کردند. با مشاهدات رصدی و نتایجی که حاصل شد، آن ها متوجه شدند که برخلاف نظری که درباره ی نحوه ی سرعت انبساط کیهان و شتاب در حال کاهش آن داشتند، روند انبساط کیهان در حال حاضر شتابی تند شونده دارد. دانشمندان عامل این پدیده را انرژی تاریک نامیدند ؛ انرژی ای که باعث افزایش شتاب انبساط کیهان شده است.
در ادامه ی تعاریف مربوط به انرژی تاریک، قانون هابل رابطه ای است که بیان می کند سرعت دور شدن کهکشان ها با فاصله شان تا ناظر متناسب است ؛ و هرچه فاصله ی ناظر و کهکشان بیشتر باشد آن دو با سرعت بیشتری نسبت بهم دور می شوند. در این رابطه به نسبتی که میان فاصله کهکشان (در کل هر جرم آسمانی) و سرعت دور شدن آن برقرار است ؛ ” پارامتر هابل ” می گوییم که وابسته به زمان یا انتقال به سرخ است. پارامتر هابل تابعی از چگالی های ماده تاریک و انرژی تاریک است، و از این رو پارامتر هابل را می توانیم رابطه ای برای تعیین چگالی های انرژی و ماده تاریک در عالم بدانیم.
حال ما با داشتن چنین ویژگی ای، با در اختیار داشتن پارامتر هابل، مقدار های مختلف چگالی ماده و انرژی تاریک را در آن جایگذاری کرده ایم و با تطابق محصولات بدست آمده با داده های رصدی پارامتر هابل، بهترین برازش را برای این دو مقدار تعیین خواهیم کرد.

نتایج
– در این پروژه ما با استفاده از معادلات ریاضی، پارامتر هابل را از معادلات فریدمن (که خود از معادلات اینیشتین بدست آمده است) استخراج کردیم. سپس با استفاده از نرم افزار متمتیکا با جایگذاری مقادیر مختلف چگالی انرژی تاریک و ماده تاریک در پارامتر هابل، نمودار H(z) بر حسب z را که در آن H(z) همان پارامتر هابل با مقادیر مختلف و z معیاری بین زمان و فاصله است رسم کردیم. در نهایت با استفاده از مقدار پارامتر هابل بر حسب داده های رصدی چگالی انرژی و ماده تاریک و تطابق بهترین برازش داده ها، چگالی ماده و انرژی تاریک را به ترتیب مقادیری در حدود ۱۰ و ۱۰ درصد از محتویات کیهان بدست آوردیم که با شواهد رصدی سازگاری بسیار خوبی دارد.
نمودار زیر نشان دهنده پارامتر هابل بر حسب مقادیر مختلف چگالی ماده و انرژی تاریک است که باید با داده های رصدی انطباق داده شود. 

برای مشاهده مجموعه فایل های ضمیمه اینجا کلیک کنید.
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه و تنظیم: نسرین صادقی