دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته فیزیک

گرایش: نجومی

عنوان : مطالعه مدل‌هاي انرژي تاريک در کيهان شناسي بر نزديکي

دانشگاه بوعلی سینا

دانشکده علوم  پايه

گروه آموزشي علوم پايه

پايان­ نامه براي دريافت درجه کارشناسي ارشد در رشته فيزيك گرايش نجومي

عنوان:

مطالعه مدل‌هاي انرژي تاريک در کيهان شناسي بر نزديکي

استاد راهنما:

دكتر عبدالحسين خدام محمدي

استاد مشاور:

دكتر سعيده زريوني

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

مقدمه………………………………….. 3

فصل اول: مقدمه‌اي بر كيهان‌شناسي

1-1 اصول كيهان‌‌شناسي………………………………….. 7

1-2  انرژي تاريك……………………………………. 7

1-3ماده تاريک……………………………………. 8

1-4  تابش زمينه ريز موج کيهاني………………………………….. 8

1-6  اصول نسبيت عام…………………………………. 9

1-6-1اصل هم ارزي………………………………….. 9

1-6-2  اصل ماخ………………………………….. 10

1-6-3  اصل همورداي عام…………………………………. 11

1-7  نسبيت عام…………………………………. 11

1-8   مختصات همراه و فاكتور مقياس……………………….. 14

1-9  متريک رابرتسون واکر………………………………….15

1-10  پارامتر هابل………………………………….. 15

1-11  پارامتر كند شوندگي………………………………….. 16

1-12  معادلات فريدمان………………………………….. 18

1-13  پارامتر چگالي………………………………….. 18

1-14  معادله شتاب…………………………………… 20

1-15   معادله حالت…………………………………… 20

1-16   تشخيص‌گر حالت…………………………………… 21

1-17  افق‌هاي کيهاني………………………………….. 22

1-17-1  افق ذره………………………………… 22

1-17-2  افق رويداد…………………………………. 22

1-17-3   افق ظاهري………………………………….. 23

فصل دوم: نگاهي به نسبيت عام و نظريه برنز ديكي

2-1  معادله ميدان انيشتين………………………………….. 27

2-2   نظريه برنز ديکي………………………………….. 33

فصل سوم: كيهان‌شناسي برنز ديكي همراه با مدل‌هاي انرژي تاريك

3-1   معادلات عمومي………………………………….. 42

3-1-1   معادلات بقاء………………………………… 42

3-1-2   كنش……………………………………. 43

3-1-3   معادلات برنز ديكي شبه فريدمان……………………….. 44

3-2  مدل ايج گرافيک جديد برهمکنشي انرژي تاريک در کيهان شناسي برنز ديکي…….4

3-2   مدل گوست برهمکنشي انرژي تاريک در کيهان‌شناسي برنز ديکي…………….48

3-3   مدل انرژي تاريک گوست تعميم يافته در کيهان‏شناسي برنز ديکي………….50

3-4   ميدان اسكالر كوينتسنس در ميدان اسكالر برنز ديكي…………………….. 54

فصل چهارم: بررسي مدل هولوگرافيك با انواع افق‌ها

4-1   مدل هولوگرافيك انرژي تاريك در کيهان‌شناسي برنز ديكي با افق رويداد……61

4-2   انرژي تاريک هولوگرافيک در کيهان‌شناسي برنز ديکي با قطع گراند-اوليور…….64

4-3    مدل انرژي تاريک هولوگرافيک در کيهان‌شناسي برنز ديكي با قطع افق ظاهري……68

فصل پنجم: نتيجه‌گيري

نتيجه‌گيري………………………………….. 82

فهرست منابع و مؤاخذ…………………………………. 84

چکیده:

در اين پايان‌نامه ما ابتدا مروري بر كيهان‌شناسي و معادلات حاكم بر آن داشته و  نظريه گرانش انيشتن و نظريه برنز ديكي را مورد بررسي قرار مي‌دهيم. همچنين مدل‌هاي مختلف انرژي تاريك از جمله مدل كوينتسنس، مدل ايج‌گرافيك جديد، مدل گوست برهمكنشي و مدل گوست تعميم‌يافته را در كيهان‎شناسي برنز ديكي مورد مطالعه قرار خواهيم داد و خواهيم ديد تمام اين مدل‌ها در حضور برهمكنش انبساط شتابدار را راحتتر از گرانش انيشتين نتيجه خواهند داد. در انتها نيز مدل هولوگرافيك را با انواع افق‌ها بررسي مي‌كنيم. كار اصلي ما در اين پايان‌نامه بررسي مدل هولوگرافيك با افق ظاهري است. كاربرد كيهاني چگالي انرژي برهمكنشي انرژي تاريك را در كيهان‌شناسي برنز ديكي مورد مطالعه قرار داديم و پارامتر معادله حالت و پارامتر كندشوندگي را براي مدل هولوگرافيك انرژي تاريك به دست آورديم. سپس افق ظاهري اندازه‌گيري شده در كره افق را به عنوان قطع مادون قرمز انتخاب كرديم و يافتيم هنگامي‌كه چگالي انرژي هولوگرافيك با معادله ميدان برنز ديكي تركيب مي‌شود، پارامتر معادله حالت غير برهمكنشي انرژي تاريك مي‌تواندخط فانتوم را قطع كند. هنگامي‌كه برهمكنش بين انرژي تاريك و ماده تاريك در نظر گرفته شود انتقال پارامتر معادله حالت انرژي تاريک به رژيم فانتوم زودتر از هنگامي است كه از معادله ميدان انيشتين استفاده مي‌كنيم.

مقدمه:

تاريخچه كيهان‌شناسي به عنوان يك علم به سال 1915 بعد از پيدايش نسبيت عام باز مي‌گردد. قبل از نسبيت عام توسط انيشتين نظريات مبهمي توسط فلاسفه و فيزيكدانان در مورد پيدايش و تحول كيهان ارائه شده بود اما به دليل نداشتن پشتوانه محكم نظري و تجربي، سست و غير مطمئن بود. در سال 1920 ادوين هابل انبساط عالم را كشف كرد. با اين كشف به همراه كشف زمينه ريز موج كيهاني در سال1960 كيهان‌شناسي وارد مرحله مشاهده‌اي شد اما همچنان بر اصل كوپرنيكي، كه مي‌گويد جهان هيچ مركزي ندارد، استوار است. بررسي دقيق افت و خيزهاي كوانتومي در زمينه ريز موج كيهاني كه نخستين نشانه‌ تشكيل ساختار در كيهان مي‌باشد، امكان مطالعه دقيق رشد ناهمگني‌ها و تشكيل ساختارهاي اوليه را فراهم آورد. ارائه نظريه تورم در سال 1918 و تكميل آن در سال‌هاي بعد منشأ كوانتومي اين افت و خيزها را تا حدي روشن ساخت. تعداد زيادي از مشاهدات كيهان‌شناسي شبيه[1] و[2] از انبساط شتابدار تندشونده جهان حكايت دارند. بررسي دقيق‌تر اين داده‌هاي كيهاني نشان داد كه براي رسيدن به يك تصوير سازگار از ساختارهاي بزرگ كيهاني و نحوه تشكيل آن‌ها لازم است كه مقادير قابل توجهي ماده و انرژي به صورت تاريك در لابلاي ستارگان و كهكشان‌ها وجود داشته باشد به گونه‌اي كه ماده مرئي تنها حدود 4 درصد از كل ماده و انرژي كيهان را به خود اختصاص مي‌دهد! پس عامل اين انبساط چيز ديگري است. ماده‌اي با فشار منفي كه عامل ناشناخته اين انبساط است. بنابراين كشف ماهيت ماده و انرژي تاريك يكي از بزرگترين تحولات فيزيك و كيهان‌شناسي خواهد بود كه ممكن است درك ما را از مكانيزم‌هاي بنيادي طبيعت دچار تحول كند [1]. براي توجيح اين مشكل نظريات زيادي در چند دهه اخير ارائه شد. اولين مدل مطرح شده است كه در آن از ثابت كيهان‌شناسي به عنوان انرژي خلأ ياد شده است [2]. همچنين مدل‌هاي ديگري نيز وجود دارند كه منطبق بر اصل هولوگرافيك هستند از قبيل مدل هولوگرافيك، ايج گرافيك و…

فصل اول: مقدمه ای بر کیهان شناسی

1-1- اصول کیهان شناسی

براي بررسي کيهان اصولي را به نام اصل کيهان‌شناسي[1] فرض مي‌کنند:

۱-جهان همگن[2] است.

۲-جهان همسانگرد[3] است.

3-هيچ نقطه‌اي در جهان بر نقاط ديگر ارجح نيست.

بنا به شرايط اوليه و جزئياتي که نظر گرفته مي‌شود الگوهاي متفاوتي براي سرآغاز و سرانجام کيهان پيشنهاد شده است. الگوي کيهان‌شناختي که امروزه مورد پذيرش اکثريت جامعه علمي است به مدل مهبانگ مشهور است. طبق اين نظريه که مقبول‌ترين نظريه در پيدايش جهان است، همه ماده و انرژي که هم‌اکنون در جهان وجود دارد زماني در گوي کوچک بي‌نهايت سوزان ولي فوق‌العاده چگال متمرکز بوده است. اين آتشگوي کوچک حدود 15 ميليارد سال قبل منفجر شد و همه مواد در فضا پخش شدند. با گذشت زمان اين گسترش و پراکندگي ادامه يافت. تراکم توده‌هايي از اين مواد در نواحي مختلف باعث بوجود آمدن ستارگان و کهکشان‌ها در فضا شد، ولي گسترش همچنان ادامه دارد.

2-1- انرژی تاریک

داستان انرژي تاريک از سال 1998 آغاز شد. در آن زمان دانشمندان دريافتند که بسياري از کهکشانهاي دور دست با سرعتي بسيار بيشتر از آنچه که محاسبات موجود پيش بيني کرده‌اند، از يکديگر دور مي‌شوند. تا قبل از اين، کيهان‌شناسان همگي فکر مي‌کردند که از سرعت گسترش به دليل وجود گرانش بين کهکشان‌ها، کاسته شده است. به عبارت ديگر محاسبات دقيقا نشان دهنده آن بود که سرعت انبساط جهان لحظه به لحظه در حال افزايش است و از سرعت اين انبساط کاسته نمي‌شود. ستاره شناسان به اين نتيجه دست يافته‌اند که افزايش سرعت گسترش کائنات وابسته به عاملي است که بر خلاف گرانش عمل مي‌کند. اين عامل به دليل ماهيت ناشناخته‌اش انرژي تاريک نام گرفت. اين عامل حدود 70% ماده و انرژي موجود در جهان را شامل مي‌شود.

3-1- ماده تاریک

در سال 1934 فريتس تسويکي منجم امريکايي سوئيسي تبار با تحليل داده هاي رصدي مربوط به مجموعه‌هاي کهکشاني به اين نتيجه رسيدند که ماده موجود در اين مجموعه در حدود 10 برابر ماده مرئي آن‌ها است و فقط اين ماده مرئي قابل روئت است. تحليل تسويکي بر پايه اندازه گيري سرعت کهکشان‌هاي منفرد مجموعه بود. اگر ماده نامرئي وجود نمي‌داشت تا کنون اکثر اين مجموعه هاي کهکشاني از هم مي‌پاشيدند. در آغاز اين ماده را “ماده گم شده” ناميدند. اما اصطلاح درستي نبود، چيزي گم نشده بود، بلکه وجود داشت ولي ما نمي‌توانستيم آن را ببينيم. از اين رو اصطلاح ماده تاريک[1] متداول شد. از اين پس يک سوال اساسي مطرح شد: ماده تاريک چيست؟

4-1- تابش زمينه ريز موج کيهاني

مدل پيشنهادي براي جهان اوليه به عنوان تركيبي از ماده نسبيتي وتابش الكترومغناطيسي در حال تعادل براي اولين بار توسط گاموف[1] فيزيکدان روسي و همکارانش در سال 1945 براي توصيف سنتز هسته‌‍‌اي ارائه شد [3]. گاموف و همكارانش از طريق ذره‌زائي در عالم اوليه حساب کردند که امروزه دماي تابش زمينه بايد حدود 25 درجه کلوين يعني 25 درجه بالاي صفر مطلق باشد. در آن زمان کسي اين کار نظري را جدي نگرفت. در سال 1965، ديکي[2] فزيکدان مشهور از دانشگاه پرينتستون و همکارانش اين مسئله را دوباره بررسي کردند و به دمايي کمتر از دمايي که گاموف محاسبه کرده بود رسيدند. در همان سال در آزمايشگاه بل، دو نفر به نامهاي پنزياس[3] و ويلسون[4] به طور تصادفي همهمه‌ايي را که در تمام جهات مزاحم امواج بود کشف کردند [4]. ديکي و همکارانش به سرعت متوجه شدند که اين همان تابشي است که آنها کشف کردند. ماهوارهCOBE  در چند سال گذشته تحقيق نهايي را در مورد همخواني تابش رصدي با محاسبات نظري انجام داده و دماي 7/2 درجه کلوين را اندازه گرفته است. تابش پس زمينه كيهاني ابتدا به شدت گرم بوده و به خاطر انبساط جهان داراي انتقال به سرخ شده و به دماي كنوني رسيده است. مشاهدات هاکي از آن است که شدت CMB از منحني تابش حرارتي جسم سياه با ناهمسانگردي[5] به اندازه تبعيت مي‌کند.

5-1- اصول نسبیت عام

1-5-1- اصل هم ارزی

اساس نسبيت عام يک برداشت ساده از طبيعت است. آسانسوري را تصور کنيد که وزنه تعادلش پاره شده است و آزادانه سقوط مي‌کند. شخصي که در اين آسانسور است احساس بي وزني مي‌کند، يعني اگر روي ترازو ايستاده باشد عقربه ترازو صفر را نشان خواهد داد. پس نيروي گرانش چه شده است؟ قطعا از بين نرفته است! هر شيئي را که در اين آسانسور رها کنيد، در همان محل اوليه خود مي‌ايستد. پس اگر دسترسي به داخل آسانسور نداشته باشيد خواهيد گفت که هيچ نيرويي بر اشياء داخل آسانسور وارد نمي‌شود و چون مي‌دانيم که نيروي گرانش به سمت پايين وارد مي‌شود، بايد نتيجه بگيريم که نيروي ديگري برابر اما در خلاف جهت گرانش بر اشياء وارد مي‌شود که گرانش را خنثي مي‌کند. اين نيرو ناشي از وجود شتاب برابر، يعني سقوط آزاد، به سمت پايين است، که نيرويي برابر گرانش اما به سمت بالا بر اشياء وارد مي‌کند. پس گرانش هم ارز است با شتاب. انيشتين اين واقعيت را اصل هم ارزي[1] ناميد. اين اصل مبناي فرمول‌بندي وي از برهمکنش گرانشي شد.

اصل هم‌ارزي و مثال فوق تنها زماني درست است كه جرم لختي (جرمي كه طبق قانون دوم نيوتن مشخص مي‌كند كه شما در اثر يك نيرو چقد شتاب مي‌گيريد) و جرم گرانشي (جرمي كه طبق قانون گراني نيوتن مشخص مي‌كند كه شما چقدر نيروي گرانشي احساس مي‌كنيد)، يكسان باشند. اگر اين دو جرم برابر باشند، همه اجسام در ميدان گرانشي، مستقل از اينكه جرم آنها چقدر باشد، با يك آهنگ مي‌افتند. اگر اين اصل حقيقت نداشت، بعضي از اجسام تحت تاثير گرانش، سريع‌تر مي‌افتادند. در اين صورت شما مي‌توانستيد كشش گرانش را از شتاب يكنواخت كه در آن همه چيز با يك آهنگ مي‌افتد، تشخيص دهيد [5].

اين نظريه پيامدهاي مهمي دارد. با حذف نيرو، و وارد کردن مفهوم ميدان، نظريه گرانش به يک نظريه ميدان تبديل مي‌شود مانند الکترومغناطيس.

2-5-1- اصل ماخ

ارنست ماخ، فيزيكدان و فيلسوف اتريشي در اثر خود به نام علم مكانيك[1] كوشش نمود تا نظريه نيوتني را با نظريه جديدي جايگزين كند كه فاقد جنبه‌هاي مطلق‌نگري باشد. به اعتقاد او يك نظريه نبايد حاوي هيچ ساختار مطلقي باشد. نظير ساير نسبي گرايان از ديدگاه ماخ فضا مفهومي انتزاعي از موقعيت ذرات نسبت به يكديگر است. به عبارت ديگر قرار گرفتن ذرات در كنار هم است كه فاصله و فضا را تعريف مي‌كند. انيشتين[2] از جمله معاصرين ماخ است كه شديدا تحت تأثير افكار و آراء وي اميدوار به يافتن اين نيروهاي ماخي بوده و نظريه نسبيتي گرانش خود را در راستاي رسيدن به نظريه‌اي كه تأمين كننده نظرات ماخ باشد فرموله نمود.

اصل ماخ[3]، اساسي‌ترين اصل نسبت عام به صورت‌هاي مختلفي تعبير مي‌شود. قوي‌ترين صورت اين اصل اين است که ماده هندسه را تعيين مي‌کند و عدم وجود آن به معناي عدم وجود هندسه است. نسبيت عام با اين صورت اصل ماخ سازگار نيست. زيرا اگر ماده وجود نداشته باشد، معادلات نسبيت عام داراي حل هستند و هندسه‌هاي مختلفي را بيان مي‌کنند.

 صورتي از اصل ماخ که با نسبيت عام سازگاري ندارد و نزديک‌ترين صورت به بيان ماخ است اين‌گونه است که: يک جسم در فضاي کاملا تهي، هيچ  خاصيت هندسي به خود نمي‌گيرد اما صورتي از اصل ماخ که نسبيت عام با آن سازگار است عبارت است از :

 توزيع ماده چگونگي هندسه را تعيين مي‌کند. ماده تعيين مي‌کند که فضا چگونه خميده شود [6].

[1]the Science of Mechanics  

[2]Albert Einstein

[3]Mach’sprinciple

[1] Principle of Equivalence

[1] Gamow

[2]Dick

[3]Arno Penzias

[4] Robert Wilson

[5] anisotropy

[1] Dark Matter (DM)

[1]Cosmological principle

[2]Homogeneous

[3]Isotropic

[1] Super Nova Ia

[2] Wilkinson Microwave Anisotropy Probe

تعداد صفحه : 102

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:        ****       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :
 
 
Categories: فیزیک