Neutrino

ماهواره‌های GPS با سرعتی برابر با ۱۴۰۰۰ کیلومتر بر ساعت در حرکت هستند که ساعت اتمی‌ شان از دیدگاه یک ناظر بیرونی، هر روز ۷ میکرو ثانیه آهسته تر می گذرند! این در واقع پیامد نسبیت خاص است. از طرف دیگه ماهواره‌ها در ارتفای بالغ بر ۲۰۰۰۰ کیلومتر هستند که در واقع تحت تاثیر تنها ۶% گرانش زمین قرار میگیرند و این باعث می‌ شود که ساعت اتمی‌ این ماهواره‌ها ۴۵ میکرو ثانیه تندتر در روز بگذرند و این پیامد نسبیت عام اینشتین است. حال وقتی‌ این دو افکت رو باهم در نظر بگیریم، یعنی‌ در یکی‌ ساعت کند تر و در یکی‌ ساعت تند تر میگذرد، می رسیم به ۳۸ میکرو ثانیه در هر روز اختلاف زمان با ساعت فرد گیرنده بر روی زمین! اگر ما این افکت نسبیتی رو در نظر نمی گرفتیم، اشتباهی‌ بالغ بر ۱۱ کیلومتر در روز می داشتیم، که تعیین مکان را برای ما غیر ممکن می کرد! نسبیت بسیار جالب و شگفت آور است و در عین حال نقش بسیار حیاتی‌ در زندگی‌ روزمره بشر بازی می‌‌کند چیزی که شاید حتی خود اینشتین هم به آن فکر نمی کرد.

یکی‌ از جاهایی که ما با اهمیت بسیار زیاد فرضیه نسبیت خاص و عام اینشتین به صورت روزمره آشنا می‌ شویم، استفاده از GPS است، که بدون در نظر گرفتن این دو فرضیه، با اشتباه فاحشی در تعیین مکانمان مواجه می‌‌شویم. حال چرا این دو فرضیه برای تعیین دقیق مکان از همیت فوق‌العاده بالای برخوردار هستند؟ همان طور که شاید بدانید زمان در فرضیه نسبیت مطلق نیست، زمان همه جا یکسان نمی گذرد. برای مثال اگر فردی با سرعت بالا از ما دور بشود، از دیدگاه ما زمان برای آن فرد کندتر می گذرد، چیزی که در نسبیت خاص اینشتین از آن به عنوان اتساع زمان یاد می‌ شود. یا اگر فردی در قله کوهی زندگی‌ کند، زمان آن فرد نسبت به زمان فردی که در دشت زندگی‌ می‌کند، تندتر می‌گذرد، که به این افکت در نسبیت عام تاخیر گرانشی گفت می‌ شود. برای تعیین دقیق مکان از طریق GPS نیاز به این است که حتما دو تا ساعت، یکی‌ در ماهواره، و یکی‌ دیگر بر روی زمین (گیرنده) با هم هماهنگ تنظیم شده باشند، به اصطلاح synchronized باشند، برای همین ما باید این دو افکت نسبیتی را در نظر بگیریم تا این تنظیم رخ بدهد. حال اندازه این دو افکت چقدر است؟

نیاز مبرم ایران به غنی سازی ۹۶ درصدی برای مصارف غیر ساخت سلاح هسته ای نیازیست که اگر به آن پرداخته نشود گریبان کشور را در دراز مدت خواهد گرفت و امروز بی‌ شک روز پیگیری جدی این نیاز است. در غیر این صورت حضور مقتدرانه دریایی ایران در ۱۰ سال آینده چه در سطح و چه در زیر سطح اقیانوس‌های جهان به منظور آنچه که "power projection" نامیده میشود، منتفی خواهد بود.

از آنجا که ایران نیز به دنبال ساخت زیردریایی‌ها با پیشران هسته‌ای است، در این راستا (فارغ از ساخت خود زیردریایی) استخراج گسترده اورانیوم (از معادن داخلی‌ و همچنین از معادن فسفات سوریه) و افزایش ظرفیت غنی سازی کشور با نصب سانتریفیوژ‌های پیشرفته IR-۹ نقش کلیدی را برای تحقق این هدف بازی میکنند که به لطف برجام فعلا درجا می‌زنیم و در حال از دست دادن این زمان گرانبها هستیم. دستیابی به زیردریایی‌ها با پیشران هسته‌ای کاری نیست که بتوان در کوتاه مدت انجام داد و به تلاش‌های گسترده و دراز مدتی‌ هم در بعد ساخت زیردریایی (که ۱۰ تا ۱۵ سال به طول خواهد انجامید) و هم در بعد تهیه سوخت با غنای ۹۶ درصدی نیاز است.

چندی از دوستان پیام دادند و پرسیدند که یک زیردریایی هسته‌ای چقدر اورانیوم به عنوان سوخت مصرف می‌کند. متاسفانه اکثر اعداد و ارقام مرتبط با راکتور هسته‌ای زیردریایی‌ها جزو اطلاعات طبقه بندی شده هستند اما به هر روی میتوان با یک حساب ساده تخمین خوبی‌ از مقدار سوخت مورد نیاز یک زیردریایی هسته ای بدست آورد.

در اینجا باید بدانیم که در هر پروسه شکافت هسته‌ای به طور میانگین انرژی بالغ بر ۲۰۰ مگا الکترون ولت آزاد می‌‌شود و بر این اساس میتوان حساب کرد که یک گرم اورانیوم ۲۳۵ حاوی انرژی بالغ بر ۸.۲۴ ضربدر ۱۰^۱۰ ژول می‌‌باشد، که این خود باز برابر با ۲.۶۱ مگاوات سال انرژی برای هر یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ است. حال از آنجا که غنای سوخت در راکتور‌های هسته‌ای دریایی چیزی در حدود ۹۶ درصد است، بنابرین برای هر یک مگاوات در سال نیاز به تقریبا ۲.۷ کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ داریم.

بر اساس اطلاعات موجود، راکتور هسته‌ای S6G در زیردریایی های نسل ۳ آمریکا در کلاس Los Angeles, توانی‌ بالغ بر ۱۴۸ مگاوات گرمایی تولید می‌کند که اگر این اعداد را با ۲.۷ کیلوگرم ضرب کنیم، در نهایت این راکتور هسته ای به تقریبا ۴۰۰ کیلوگرم سوخت در سال نیاز دارد. این عدد با آنچه که حدس و گمان زده میشود، بین ۳۰۰ تا ۴۰۰ کیلوگرم در سال میخواند.

لازم به ذکر است که طبق دیتا منتشر شده توسط آمریکا، کل سوخت تازه راکتور‌های دریایی‌ تا سال ۲۰۱۵ عددی بالغ بر ۱۴۲ تن بوده است. اعداد و ارقام مرتبط با اورانیوم غنی شده در بخش‌های مختلف نظامی و غیر نظامی سایر کشور‌ها را می‌‌توانید در نمودار زیر مشاهده کنید.

از دیگر عوامل مؤثر بر اثر یک بمب کثیف می تواند تراکم جمعیت در منطقه، زمان روز، شرایط آب و هوایی مانند باران، جهت باد و قدرت باد باشد. گرد و غبار رادیواکتیو که توسط بمب تولید می شود یا در جهت باد یا توسط باران پخش میشود و یا مدت ها روی ساختمان ها و آسفالت خیابان ها باقی می ماند. برخی از مواد رادیواکتیو از نظر شیمیایی با مصالح ساختمانی معمولی مانند بتن، شیشه و آسفالت ترکیب می شوند که تمیز کردن جاده ها و ساختمان ها را پس از بمباران به طور قابل ملاحظه ای دشوارتر می کند.استنشاق گرد و غبار رادیواکتیو معلق در هوا و آئروسل ها به دلیل افزایش قابل توجه خطر ابتلا به سرطان، بیشترین خطر را برای دشمن به همراه دارد.

این گونه بمب‌ها دست کم می‌‌توانند جایگزین خوبی‌ برای کشور‌های فاقد سلاح هسته‌ای به منظور ایجاد وحشت و بازدارندگی باشند.

در این‌جا کیان هنوز نمی‌‌داند کارتش چه رنگی‌ دارد، اما پس از این که آرش کارتش را مشاهده کرد، وجود رنگ بر روی کارت کیان قطعی می‌شود، بدون اینکه کیان حتی کارت خود را مشاهده کرده باشد! به چنین وضعیتی در فیزیک کوانتومی، درهم‌تنیدگی کوانتومی بین دو شی گفته می‌شود.

اکنون آرش دست خود را داخل جیبش می‌کند و کارت را بیرون می‌کشد و به آن نگاه می‌کند، کارت سفید را مشاهده می‌کند. فیزیک کلاسیک و کوانتومی در مورد این وضعیت چه می‌گویند؟

بر اساس فیزیک کلاسیک: از آنجا که آرش کارت سفید را از جیب خود بیرون می‌‌کشد، متوجه می‌شود که هنگام قرعه‌کشی‌ کارت سفید را از درون ظرف بیرون کشیده است.

بر اساس فیزیک کوانتومی: در لحظه‌ای که آرش دست خود را داخل جیبش می‌کند، صفت رنگ (سیاه یا سفید) تصمیم می‌گیرد که برای کارت، سفید باشد، دقیقاً در همین لحظه بدون هیچ تاخیری صفت رنگ تصمیم می‌گیرد برای کارت درون جیب کیان، سیاه باشد، بدون این‌که کیان دست خود را داخل جیبش کند و کارت را بیرون بکشد و به آن نگاه کند! در این‌جا آرش نمی‌تواند بگوید که به هنگام قرعه‌کشی‌، کارتی را که بیرون کشیده، سفید بوده است، زیرا صفت رنگ کارت (سیاه یا سفید) تنها در لحظه‌ی مشاهده‌ی کارت، به کارت تعلق می‌گیرد و نه قبل از آن!

حال فرض کنید آرش و کیان از هم جدا می‌شوند و هر یک به خانه می‌روند و کیلومتر‌ها از یک‌دیگر فاصله دارند و هیچ‌گونه امکان برقراری ارتباط بین این دو شخص وجود ندارد. اکنون فیزیک کلاسیک و فیزیک کوانتومی در مورد این وضعیت چه می‌گویند؟

بر اساس فیزیک کلاسیک: وضعیت نسبت به قبل هیچ تغییری نکرده است، هر یک هم‌چنان یکی‌ از کارت‌ها با یک رنگ خاص (که نمی‌دانیم چه رنگی‌ است) را در اختیار دارد.

بر اساس فیزیک کوانتومی: وضعیت نسبت به قبل هیچ تغییری نکرده است، هر یک از افراد در جیب خود یک کارت دارد، که این کارت هم‌زمان هم سفید و هم سیاه است.

حال فرض کنید آرش و کیان با چشمانی بسته (مانند یک مسابقه قرعه‌کشی‌) کارت‌ها را از ظرف بیرون می‌کشند و این کارت‌ها را در جیب خود قرار می‌دهند. فیزیک کلاسیک و فیزیک کوانتومی در این رابطه چه می‌گویند؟

بر اساس فیزیک کلاسیک: آرش و کیان نمی‌دانند که کدام کارت را از ظرف بیرون کشیده‌ا‌ند، آن‌ها تنها می‌دانند که هر کدام یک کارت را بیرون کشیده‌اند (اما دقیقاً نمی‌دانند کدام کارت را). وجود رنگ بر روی کارت‌ها قطعی است، اما نمی‌دانند کدام کارت چه رنگی‌ دارد.

بر اساس فیزیک کوانتومی: هر کدام در ظاهر یک کارت بیرون کشیده‌اند اما در حقیقت هیچ کدام کارتی را بیرون نکشیده‌اند، زیرا کارتی را که بیرون کشیده‌اند هم می‌تواند سیاه باشد و هم می‌تواند سفید باشد. در حقیقت اصلاً قرعه‌کشی‌ رخ نداده است، زیرا صفت رنگ (در این‌جا سیاه و سفید) مستقل از خود کارت است.

تصور کنید که ظرفی‌ را در اختیار دارید که در آن یک کارت سیاه و یک کارت سفید قرار دارد. فیزیک کلاسیک و فیزیک کوانتومی در مورد این کارت‌ها چه می‌گویند؟

بر اساس فیزیک کلاسیک: دقیقاً یکی‌ از این کارت‌ها رنگ سفید و دیگری رنگ سیاه دارد.
بر اساس فیزیک کوانتومی: صفت سیاه و صفت سفید متعلق به کارت خاصی‌ نیست و در واقع این صفت رنگ، مستقل از کارت‌ها است!

یکی‌ از پدیده‌های شگفت‌آور فیزیک کوانتومی، پدیده‌ای موسوم به درهم‌تنیدگی است که در رادار‌های فوق پیشرفته کوانتومی یا نیمه‌کوانتومی نقشی اساسی را بازی می‌کند. این رادار‌ها در حال حاضر در فاز تحقیق و توسعه قرار دارند و چنانچه روزی به ثمر بنشینند، در زمینه‌ی کشف پرنده‌های پنهان‌کار انقلابی‌ را به راه خواهند انداخت. در این پست با یک مثال ساده این پدیده شگفت‌انگیز کوانتومی را تشریح می‌ کنم.

نکتهٔ خوب داستان این است که کشور‌های مثل روسیه، چین و ایران وابستگی به GPS ندارند. این کشور ها دارای سیستم های پشتیبان زمینی هستند که کاربران جی پی اس می توانند به آن ها تغییر مکان دهند و ایجاد اخلال در آن ها بسیار دشوارتر از سیستم جی پی اس مبتنی بر ماهواره است. در نتیجه آمریکا در این زمینه بسیار آسیب پذیر بوده و ما با توسعه و استفاده برد بلندی این سامانه‌های جنگالی از قبیل Murmansk-BN، همراه با Krasukha-2 و Krashukha-4، با هدف مقابله با سیستم های رادار هوابرد می توانیم ضربهٔ جدی را در محیط جنگ به دشمن وارد کنیم. در ویدئو زیر سیستم ابر جنگال مورمانسک با ۳۲ متر ارتفاع را مشاهده می‌‌کنید.

یکی‌ از این سیستم ها، سیستم jamming روسی Murmansk-BN است، که یک سیستم ابر جنگال با برد بیش از ۵۰۰۰ کیلومتر در بعضی‌ جاها حتی ۸۰۰۰ کیلومتر، قابلیت آسیب جدی به ساختار ارتباطی دشمن در همچین برد جنون آمیزی را دارد. جالبست که بدانیم از سال ۲۰۱۸ بخش های شمال شرقی نروژ و فنلاند به طور مرتب با jamming جی پی اس دچار مشکل شده اند که مقامات نروژی می گویند عمداً توسط واحدهای جنگ الکترونیکی نظامی روسیه صورت گرفته است. چنین جمینگ دوربرد در جریان تمرین های ناتو در نروژ در سال ۲۰۱۸ هم اتفاق افتاد و بعدا بخش های غیر نظامی هم جممینگ شدند، مانند واحدهای جستجو و نجات، هواپیماهای آمبولانس و هوانوردی غیرنظامی در فرودگاه های منطقه مرزی نروژ به روسیه.

چند ماه پیش در تهران GPS مختل شد که باعث سرو صدایی هم شد. البته این اخلال به صورت موضعی و در محیط کوچک رخ داد. در اینجا ما دو نوع اخلال داریم. به نوع اول اخلال سپوفینگ گفته می‌ شود. برای انجام سپوفینگ، هکر سیگنال‌های که از ماهواره‌های GPS به سمت گیرنده افراد بر روی زمین ارسال می‌ شود، را می گیرد، و همان سیگنال‌ها را با شدت بیشتری به گیرنده‌ها ارسال می‌کند، به گونه ای که گیرنده‌ها فکر می‌کنند که فرستنده واقعی هکر است، بعد از این که هکر کنترل را در دست گرفت، یک سری سیگنال‌های نا مربوط به گیرنده‌ها می‌فرستد که در نهایت باعث ایجاد اخلال در به دست آوردن مکان دقیق توسط گیرنده می شود.

اما در اخلال نوع دوم در بعد نظامی است که تخریب گسترده زیر ساخت‌های نظامی ارتباطی‌ عملیاتی یک کشور را در بر می‌گیرد. وقتی‌ صحبت از این نوع اخلال می شود، یعنی‌ jamming یا همان جنگال، به این صورت که از آنجا که امواج رادیویی ارسال شده از ماهواره‌های GPS از سطح انرژی پایینی برخوردار هستند، سیستم‌های jamming می توانند سیگنال‌های اخلال گری رو با همان فرکانس به گیرنده‌ها در ابعاد گسترده ای ارسال کنند و نگذارند که گیرنده‌ها اصلا به GPS وصل بشوند!