بابـل وب

مجید جویا: کابل‌های برق همواره گرد و غبار را به خود جلب می‌کنند. کامپیوترها، تلویزیون‌ها و پخش کننده‌های موسیقی هر ساله باریک‌تر می‌شوند، ولی سیم‌های جمع شده در گوشه هر اتاق، یک مانع زشت بر سر راه مینیمالیسم واقعی است. آیا راهی برای حل این مشکل وجود دارد؟

بعد از آن دردسر شارژ تلفن‌ها، ام‌پی‌تری پلیرها و پی‌دی‌ای‌ها قرار دارد. معمولا خیلی دردسر ساز نیست، ولی خیلی پیش می‌آید که شارژ باطری را فراموش کنید و خانه را با یک باطری خالی ترک کنید. آیا زندگی ساده‌تر نمی‌شد اگر هنگامی که وارد یک ساختمان می‌شدید، نیروی برق به طور نامرئی به دستگاه شما تابیده می‌شد؟ ارتباطات بی‌سیم در همه جا وجود دارد، پس چرا ما نمی‌توانیم برای همیشه دستگاه‌های الکترونیک خود را هم از کابل‌های برق جدا کنیم. نیوساینتیست در مقاله‌ای به پاسخی برای این پرسش پرداخته است.

تا کنون بهره‌وری پایین انتقال توان و مسائل ایمنی، تلاش‌ها برای انتقال بی‌سیم نیروی برق را بی‌اثر کرده بود، ولی چند شرکت نوآور جدید التاسیس و چند نام بزرگ، مانند سونی و اینتل، یک بار دیگر سعی دارند این امر را ممکن سازند. چند ساله اخیر شاهد ارائه سمینارهایی بوده است که وعده تامین نیروی الکتریکی مورد نیاز برای موبایل‌ها، لپتاپ‌ها و تلویزیون‌ها به صورت بی‌سیم می‌دهند. آیا ما به زودی شاهد وداع با سیم، یک بار و برای همیشه خواهیم بود؟

آرزویی به قدمت تولید برق
ایده انتقال بی‌سیم نیرو تقریبا به اندازه خود تولید برق قدمت دارد. در آغاز قرن بیستم، نیکلا تسلا پیشنهاد استفاده از کویل‌های بزرگ برای انتقال برق از طریق لایه تروپوسفر اتمسفر به خانه‌ها را داد. او حتی شروع به ساخت یک برج به نام واردن‌کلیف در لانگ‌آیلند نیویورک کرد، که یک برج مخابراتی خیلی بزرگ بود که می‌توانست با استفاده از آن ایده خود برای انتقال بی‌سیم نیروی برق را بیازماید. ولی داستان جایی قطع شد که حامیان مالی وی، هنگامی که دریافتند که هیچ راه عملی وجود ندارد که بشود مطمئن شد که مردم پول برقی را که از ان استفاده می‌کنند می‌پردازند، و در عوض شبکه برق سیمی گسترش یافت.

انتقال بی‌سیم دوباره در دهه 1960 بروز یافت، زمانی که یک هلیکوپتر مینیاتوری به نمایش درآمد که انرژی خود را از امواج مایکروویوی دریافت می‌کرد که از زمین به آن تابیده می‌شد. برخی ادعا کردند که یک روز ما قادر خواهیم بود که نیروی مورد نیاز فضاپیماهای خود را با تاباندن پرتوهای لیزر به آنها تامین کنیم. و به همین ترتیب، کارهای نظری زیادی بر روی احتمال تاباندن نیرو به زمین از فضاپیماهایی که انرژی خورشیدی را جذب می‌کنند، انجام شد.

با این وجود، انتقال نیروی بی‌سیم زمین به زمین در فاصله طولانی، نیاز به زیرساخت‌های گران قیمتی دارد، و با نگرانی‌ها در مورد امنیت انتقال نیرو از طریق امواج مایکروویو پرتوان، خیلی از این ایده استقبال نشد.

دردسری به نام کابل برق
به رغم اینکه ما در آینده نزدیک شاهد یک شبکه نیروی بی‌سیم نخواهیم بود، ایده تاباندن انرژی در یک مقیاس کوچک‌تر به سرعت در حال گسترش است. این تا حد زیادی به این دلیل است که با وجود ارتباطات بی‌سیم، مانند وای‌فای و بلوتوث، و مدارهای الکتریکی که هر روز کوچک‌تر می‌شوند، اکنون کابل‌های برق تنها مانع بر سر راه این هستند که کاملا قابل حمل شوند.

با این محرک جدید، مهندسین و شرکت‌های نواور به استقبال این چالش رفتند و به رغم اینکه تاباندن انرژی هنوز در مرحله طفولیت قرار دارد، به نظر می‌رسد که سه حالت برای آینده آن متصور باشد. استفاده از امواج رادیویی برای انتقال الکتریسیته شاید مشخص‌ترین راه حل باشد، چرا که در اصل از همان نوع از فرستنده‌ای و گیرنده‌ای استفاده می‌کنید که در مخابرات وای‌فای از آن استفاده می‌شود. شرکت پاورکست که در پیتزبورگ پنسیلوانیا مستقر است، به تازگی از این فناوری برای انتقال نیرویی در حد میکرووات و یا میلی‌وات در فواصل بیش از 15 متر برای حسگرهای صنعتی استفاده کرده است. آنها اعتقاد دارند که می‌توان یک روز از رویکرد مشابهی برای شارژ ابزارهای کوچکی مانند کنترل از راه دور، ساعت‌های زنگ‌دار و یا حتی موبایل استفاده کرد.

یک احتمال دوم برای ابزارهای پرمصرف‌تر، تاباندن یک پرتو لیزر فروسرخ تنظیم شده به یک سلول فتوولتائیک است که پرتو را به انرژی الکتریکی بازتبدیل می‌کند. این رویکردی است که شرکت PowerBeam واقع در سن‌خوزه کالیفرنیا انتخاب کرده است، ولی تا کنون بازدهی آن تنها بین 15 و 30 درصد بوده است. درست است که می‌توان از این روش برای تامین نیروی دستگاه‌های پرمصرف‌تر استفاده کرد، ولی در عمل تلفات زیادی دارد.

این فناوری برای تامین نیروی لامپ‌های بی‌سیم، بلندگوها و ابزارهای الکترونیک با مصرف برق کمتر از 10 وات به کار رفته است. در طول زمان و با ارتقای فناوری لیزر و سلول‌های فتوولتائیک، شرکت امیدوار است که بازدهی بالاتر از 50 درصد هم امکان پذیر شود. گراهام می‌گوید: «هیچ دلیلی وجود ندارد که ما نتوانیم در نهایت یک لپتاپ را به این ترتیب شارژ کنیم». بر خلاف برخی از فناوری‌های امکان پذیر دیگر، یک لیزر متمرکز انرژی کمی را در فواصل طولانی از دست می‌دهد، و بازدهی خود را از دست نمی‌دهد: «صد متر فاصله طوانی محسوب نمی‌شود».

پرتوهای دردسرساز
دیگران نسبت به عملی بودن این روش برای ابزارهای واقعا قابل حمل خوشبین نیستند، ابزاری که دائما در و بین اتاق‌ها در حرکت هستند. منو ترفرز، رئیس کنسرسیوم نیروی بی‌سیم در هلند می‌گوید: «یک پرتو فروسرخ نمی‌تواند برای شارژ یک گوشی موبایل مناسب باشد، چرا که جای مشخصی ندارد». راه حل پاوربیم قرار دادن یک لامپ کوچک فلوئورسنت در دستگاه گیرنده است تا دوربینی که در فرستنده کار گذاشته شده است، بتواند آن را رهگیری کند و امواج لیزر را به همان سو بفرستد. مشکل دیگر این است که برای هر دستگاهی که می‌خواهید شارژ کنید باید یک پرتو مجزا فرستاده شود، مسئله‌ای که به گفته آریستیدیس کارالیس از ام‌آ‌ی‌تی برای مهندسین دردسرساز خواهد بود، وی در حال حاضر مشغول کار بر روی یک سیستم جایگزین انتقال بی‌سیم نیروی برق است.

سومین احتمال نیز القای مغناطیسی است، که جذاب‌ترین انتخاب برای کاربرد‌های بزرگ محلی است. یک میدان مغناطیسی متناوب که از یک کویل ناشی می‌شودکه می‌تواند در کویل دیگری که در نزدیکی آن باشد، جریان الکتریکی را القا کند، این همن روشی است که خیلی از ابزارها مانند مسواک‌های برقی و حتی برخی از موبایل‌ها باطری‌های خود را شارژ می‌کنند. ولی مشکل اینجا است که به رغم اینکه درست در مجاورت کویل، بازدهی دستگاه خیلی خوب است ولی وقتی که حتی تنها چند میلیمتر فاصله وجود داشته باشد، این بازدهی به صفر می‌رسد.

این اصل شناخته شده‌ای است که در صورتی که دو شیء در فرکانس مشابهی رزونانس داشته باشند، انرژی مکانیکی منتقل شده، خیلی بیشتر می‌شود، وقتی که یک خواننده اپرا با صدای خود یک لیوان را به لرزش در می‌آورد از همین اصل استفاده می‌کند. کارالیس و همکارانش می‌خواستند تا ببینند که آیا می‌توان به همین ترتیب بازدهی میدان مغناطیسی را در فواصل طولانی‌تر بالا برد یا نه.

گروه از یک کویل القایی متصل به یک خازن استفاده کردند. انرژی در مدار به سرعت بین یک میدان الکتریکی در خازن و یک میدان مغناطیسی در کویل نوسان می‌کند. فرکانس این لرزش توسط توانایی خازن برای ذخیره بار و قابلیت کویل برای تولید یک میدان مغناطیسی کنترل می‌شود. اگر فرکانس در مدار فرستنده انرژی با گیرنده متفاوت باشد، رزونانس اتفاق نمی‌افتذ. نتیجه این خواهد بود که انرژی ارسالی از سوی فرستنده هم فاز با انرژی که در گیرنده وجود دارد نخواهد بود و در نتیجه آن، این دو همدیگر را خنثی می‌کنند. ولی گروه به این نکته توجه داشت که اگر فرستنده و گیرنده رزونانت باشند، میدان‌ها در دو کویل با هم سنکرون خواهند بود، که به این معنی است که تداخل آنها سازنده است و مقدار انرژی منتقل شده افزایش می‌یابد.

آنها نظریه خود را در سال 2007 با موفقیت آزمایش کردند، نتیجه: انتقال 60 وات در فاصله 2 متر، با بازدهی 50 درصد. گروه از آن زمان و برا پیشبرد این نظریه، یک شرکت تاسیس کرده که WiTricity نام دارد. سال ذشته، شرکت از دو کویل مربعی به عرض 30 سانتیمتر استفاده کرد، یکی در فرستنده و دیگری در گیرنده، تا یک تلویزیون 50 واتی را با بازدهی 70 درصدی، در فاصله نیم متری از منبع نیرو تغذیه کند. کارالیس می‌گوید: «در برخی موارد، افزایش بازدهی در اثر رزونانس می‌تواند بیش از صد هزار بار بیش از حالت بدون رزونانس باشد». بر خلاف انتقال انرژی لیزری که نیاز به دید مستقیم داشت، میدان مغناطیسی روی گیرنده متمرکز نمی‌شود و می‌تواند از موانع بین فرستنده و گیرنده هم عبور کند.

شرکت‌های بزرگ الکترونیکی نیز به سرمایه گذاری روی «انتقال رزونانسی» علاقه نشان داده‌اند. برای مثال، سونی یک تلویزیون بی‌سیم را به نمایش گذاشته و اینتل نیز در حال سرمایه گذاری بر روی این فناوری برای دسته‌ای از ابزارها است. امیلی کوپر، از محققین آزمایشگاه اینتل در سیاتل می‌گوید: «بازدهی انتقال نیرو کاملا مستقل از میزان توان است، در نتیجه می‌توان برای لپتاپ‌ها، دستگاه‌های الکترونیکی برای مصرف‌کنندگان مانند تلویزیون‌ها، و ابزارهای کوچک‌تر قابل حملی مانند موبایل‌ها هم می‌توان از همین روش استفاده کرد». به عبارت دیگر، بازدهی انرژی برای تغذیه یک تلویزیون پلاسمای بزرگ و یک پی‌دی‌ای کوچک با استفاده از رزونانس به یک اندازه خواهد بود.

با چنین ارائه‌های نویدبخشی، به نظر محتمل می‌آید که انتقال نیرو بدون سیم، در آینده نقش مهمی در منازل ما بازی کند. در حال حاضر، یک استاندارد تکنیکی، که Qi نام دارد، برای تکنیک القای مغناطیسی غیر رزونانسی وجود دارد، و صفحات سازگار با آن نیز به زودی در دسترس خواهند بود. برای دیگر روش‌ها هنوز زود است، ولی استانداردهای مشابهی نیز برای آنها ارائه خواهند شد.

مضرات برای انسان
ولی این فناوری با موانعی نیز روبرو خواهد شد. به یک دلیل، شما نگرانی در مورد انتقال پرتوهای نسبتا پرتوان انرژی از اتمسفر را نادیده گرفته‌اید. برای مثال، انتقال لیزری را در نظر بگیرید: کارالیس می‌گوید که «انرژی بالایی که در پرتوهای اریک لیزر متراکم شده می‌تواند صدمات جدی به سلامتی افراد وارد کند». ولی در محصولات پاوربیم این امر خطرناک نخواهد بود. اگر دوربین کوچک روی فرستنده نتواند لامپ کوچک روی گیرنده را ببیند، در عرض چند هزارم ثانیه لیزر را خاموش می‌کند. و جهت افزایش ایمنی هم، اگر گیرنده یک قطعی ناخواسته در دریافت لیزر را حس کند، پیامی از طریق رادیو برای فرستنده ارسال می‌کند.

ولی قرار گرفتن در معرض امواج رادیویی و میدان‌های مغناطیسی متناوب نیز خطرات بالقوه خود را دارد. اگر آنها گرما را به سلول‌های ما ارسال کنند، می‌توانند در یک بازه زمانی طولانی به بافت‌ها آسیب وارد کنند. ولی با توجه به این که میزان امواجی که محصولات شرکت‌هایی مانند ویتریسیتی ما را در معرض آن قرار می‌دهند کمتر از حد مجاز استانداردها است، نباید خطر خاصی ما را تهدید کند.

ولی این ترس وجود دارد که میدان‌های الکترومغناطیسی بافت‌ها را از طریق یک مکانیزم دیگر غیر گرمایی تخریب کنند، مانند نگرانی که در مورد گوشی‌های موبایل وجود دارد. وقتی که هیچ تحقیق گسترده در دسترسی برای آزمودن در معرض قرار گرفتن در طولانی مدت وجود ندارد، آنها مجبور بودند که به تحقیقات آزمایشگاهی اتکا کنند، که آنها هم هیچ تاثیر آشکار یا تکرار پذیری را پیدا نکرده‌اند. و این یعنی این که این قضیه مضر بودن یا نبودن امواج مایکروویو کماکان لاینحل باقی خواهد ماند.

ولی شاید نگرانی بیشتر مربوط به مسائل زیست محیطی باشد. در حالی که زمین هر روز گرم‌تر می‌شود، خیلی از مردم به دنبال راهی برای افزایش بهره‌وری و ذخیره انرژی می‌گردند، تا به این ترتیب انتشار گازهای گلخانه‌ای از نیروگاه‌ها کاهش یابد. برای برخی از افراد، انتقال بی‌سیم نیروی برق با توجه به تلفاتش، به معنی یک گام رو به عقب خواهد بود.

شاید وقتی به تک تک ابزارها نگاه می‌کنیم، میزان اتلاف انرژی زیاد به نظر نرسد، ولی اگر کل خانه از یک سیستم بی‌سیم استفاده کند و این امر در تعداد زیادی از منازل اتفاق بیفتد، داستان دیگری خواهد بود. پرسش این است که چرا باید به جای کاهش تلفات مصرف برق، رو به یک سیستم بی‌سیم انتقال انرژی بیاوریم، فقط به این دلیل که زیباتر خواهد بود؟

منبع : خبر آنلاین

ارسال کننده : عطیه عباسی

به گزارش نیوساینتیست، اریک ورلیند از دانشگاه آمستردام هلند، رویکرد جدیدی را برای توصیف نیروی جاذبه پیشنهاد کرده است. این فیزیکدان نظری و از تئوریسین‌های برجسته نظریه ریسمان، استدلال می‌کند که جاذبه گرانشی ممکن است ناشی از جهت آرایش اطلاعات اجسام مادی در فضا باشد. وی می‌گوید: «از نظر من به عنوان یک فیزیکدان، این بسیار متقاعد کننده است.»

اولین، دوربردترین و تنهاترین
نخستین بار نیوتن با در نظر گرفتن جاذبه به عنوان نیروی بین اجسام، نشان داد که جاذبه چطور در مقیاس‌های بزرگ عمل می‌کند. سپس اینشتین ایده‌های نیوتن را در نظریه نسبیت عام خود اصلاح کرد. وی نشان داد که توصیف جاذبه به‌وسیله انحنای چارچوب فضا-زمان توسط یک جسم، بهتر انجام می‌شود. همه ما ازآن‌رو به سمت زمین کشیده می‌شویم که جرم سیاره، چارچوب فضا-زمان پیرامون خود را خم کرده است.

اما این پایان ماجرا نیست. اگرچه نیوتن و اینشتین بینش عمیقی را برای درک نیروی جاذبه فراهم کردند، اما قوانین آنها تنها توصیف‌های ریاضی است. این نظریه‌ها تنها نحوه عملکرد جاذبه را تشریح می‌کنند، بدون این‌که بگوید جاذبه از کجا می‌آید. فیزیکدانان نظری تلاش زیادی را برای ایجاد ارتباط بین نیروی جاذبه با دیگر نیروهای بنیادین شناخته شده جهان انجام داده‌اند. مدل استاندارد فیزیک که بهترین چارچوب ما برای توصیف دنیای زیراتمی است، شامل نیروی الکترومغناطیسی و نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف است؛ اما نیروی جاذبه را دربر نمی‌گیرد.

بسیاری از فیزیکدانان نسبت به این‌که مدل استاندارد فیزیک بتواند در برگیرنده نیروی جاذبه باشد، تردید دارند. نیروی گرانش را می‌توان بوسیله عملکرد ذرات فرضی گراویتون توصیف کرد، اما تاکنون مدرکی دال بر وجود این ذرات به‌دست نیامده است. ضعف جنبه گرانشی نظریه‌های موجود، از دلایل اصلی ارائه تئوری‌های جدید مانند نظریه ریسمان و گرانش کوانتومی در دهه‌های اخیر بوده است.

آنتروپی، گرانش و هولوگرافی
کارهای ورلیند، رویکرد جدیدی را برای بررسی مساله گرانش پیشنهاد می‌کند. بنابر اعتقاد وی گرانش پدیده‌ای است که از خواص بنیادین فضا و زمان ایجاد می‌شود.

برای درک نگرش پیشنهادی ورلیند، مفهوم سیالیت آب را در نظر بگیرید. مولکول‌های منفرد آب هیچ سیالیتی ندارند، اما مجموعه این مولکول‌ها در کنار یکدیگر خاصیت سیالیت آب را به وجود می‌آورد. به‌طور مشابه، نیروی گرانشی جزو خواص ذاتی مواد نیست. این نیرو یک اثر اضافی فیزیکی است که از اندرکنش جرم، فضا و زمان ایجاد می‌شود. ایده وی درباره نیروی جاذبه به عنوان یک نیروی آنتروپی، بر اصل اول ترمودینامیک استوار است که در حوزه نامتعارفی از توصیف فضا-زمان که هولوگرافی نامیده می‌شود، عمل می‌کند.

هولوگرافی در فیزیک نظری، دارای اصول مشابه برچسب هولوگرام موجود بر روی اسکناس است. در این روش تصاویر سه‌بعدی در یک سطح دوبعدی جا داده شده است. مفهوم هولوگرافی در فیزیک در دهه 1970، توسط استیفن و جاکوب بکنشتین توسعه یافت تا بتواند خواص سیاهچاله‌ها را توصیف کند. کارهای آنها به مفهومی منجر شد که بر اساس آن، یک کره فرضی می‌تواند اطلاعات لازم را درباره جرم داخلش در خود ذخیره کند. در دهه 1990 میلادی / 1370 شمسی، هوفت و لئونارد ساسکیند از دانشگاه استنفورد پیشنهاد کردند که این چارچوب می‌تواند به تمام جهان تعمیم داده شود. اصل هولوگرافیک پیشنهادی آنها در بسیاری از تئوری‌های بنیادین علم فیزیک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ورلیند از این اصل هولوگرافیک استفاده کرد تا دریابد که برای یک جرم کوچک، در فاصله مشخصی از یک جسم بزرگ‌تر مانند یک ستاره یا سیاره چه اتفاقی می‌افتد. وی نشان داد که جابه‌جایی اندک این جسم کوچک به معنای تغییر محتوای اطلاعات یا آنتروپی در سطح هولوگرافیک فرضی بین دو جسم است. این تغییر اطلاعات با تغییرات انرژی سیستم مرتبط است.

ورلیند از اصول آماری برای درنظر گرفتن تمام حرکات ممکن جرم کوچک و تغییرات انرژی مربوط به آن استفاده کرد. وی کشف کرد که از نظر ترمودینامیکی، حرکت جسم کوچک به سمت جسم بزرگ‌تر محتمل‌تر از سایر جابه‌جایی‌ها است. این اثر را می‌توان به صورت یک نیروی خالص که هر دو جسم را به سمت یکدیگر می‌کشد، نگاه کرد. فیزیکدانان این را نیروی آنتروپی می‌نامند؛ زیرا از تغییرات محتوای اطلاعات سرچشمه می‌گیرد.

با ایجاد ارتباط بین محتوای انرژی و رابطه معروف اینشتین برای جرم و انرژی، قانون جاذبه نیوتن مستقیما استخراج می‌شود. این نسخه نسبیتی تنها گام کوچکی به جلو به حساب می‌آید و می‌تواند برای هر دو جسم اعمال شود. ورلیند می‌گوید: «یافتن مجدد قوانین نیوتن می‌تواند یک تطابق خوش‌یمن باشد.»

چرا کسی زودتر به این فکر نیفتاده بود؟
مقاله ورلیند ستایش برخی از فیزیکدانان را به دنبال داشته‌است. رابرت دیجگراف از ریاضی‌فیزیک‌دانان برجسته دنیا در دانشگاه آمستردام، ظرافت مفاهیم کار ورلیند را تحسین می‌کند. وی می‌گوید: «مساله تعجب‌آور این است که هیچ کسی قبلا به این موضوع فکر نکرده است. این ایده بسیار ساده و متقاعد کننده به نظر می رسد.»

اما برخی از فیزیکدانان نظرات مخالفی دارند. برخی اعتقاد دارند که ورلیند در استخراج معادلات خود، به دلیل اینکه از خود جاذبه شروع کرده، دچار استدلال دور شده است. برخی دیگر نیز نگرانی‌هایی را در خصوص ریاضیات ناچیز مورد استفاده ورلیند ابراز کرده‌اند.

استنلی دسر از دانشگاه برندایس ماساچوست، که کارهایش باعث گسترش قلمرو نسبیت شده می‌گوید: «به‌نظر می‌رسد کار ورلیند یک راه امیدبخش است. اما کارهای وی تمام عقاید تعصب‌آمیز ما را درباره نیوتن و هوک تا اینشتین به چالش می‌کشد، چیزی که قبول آن خیلی سخت است.»

ورلیند تاکید می‌کند که مقاله وی تنها گام نخست در این موضوع است. وی می‌گوید: «ایده من هنوز در حد یک نظریه نیست، اما پیشنهادی برای برای یک الگو یا چارچوب جدید است. قسمت سخت کار تازه آغاز شده است.»

منبع : خبرآنلاین

ارسال کننده : عطیه عباسی