#کوارک ها

کوارک‌ها 6 نوع هستند:
‏1- Up quark (کوارک بالا)
جرم: 2.4MeV/c²≈
بار الکتریکی: 2/3e
اسپین: 1/2±

‏2- Down quark (کوارک پایین)
جرم: 4.8MeV/c²≈
بار الکتریکی: 1/3e−
اسپین: 1/2±

‏3- Charm quark (کوارک افسون)
جرم: 1.275GeV/c²≈
بار الکتریکی: 2/3e
اسپین: 1/2±

‏4- Strange quark (کوارک شگفت)
جرم: 95MeV/c²≈
بار الکتریکی: 1/3e−
اسپین: 1/2±

‏5- Top quark (کوارک سر)
جرم: 172.44GeV/c²≈
بار الکتریکی: 2/3e
اسپین: 1/2±

‏6-Bottom quark (کوارک ته)
جرم: 4.18GeV/c²≈
بار الکتریکی: 1/3e−
اسپین: 1/2±


کوارک یک ذره بنیادی و یکی از اجزای پایه‌ای تشکیل دهنده ماده است. این ذرات کنار هم قرار میگیرند و ذرات مرکب و سنگین‌تری به نام "Hadron" (#هادرون) تولید می‌کنند. به هادرون‌هایی که از دو کوارک ساخته شده‌اند، "Meson" (#مزون) و به هادرون‌هایی که از سه کوارک ساخته شده‌اند، "Baryon" (#باریون) گفته می‌شود.
معروف ترین و پایدارترین باریون‌ها، #پروتون و #نوترون هستند که هسته اتم را می‌سازند. کوارک‌ها تنها ذرات بنیادی هستند که مقدار بار الکتریکی آن‌ها، کسری از بار بنیادی (¹⁹⁻10×1.6 کولن) می‌باشد. کوارک بالا و کوارک پایین، پایدار ترین و فراوان ترین نوع کوارک هستند و چهار نوع دیگر کوارک، معمولاً طی فرایندهایی به کوارک بالا یا کوارک پاین تبدیل می‌شوند. به همین دلیل فراوانی چهار نوع دیگر نسبت به کوارک بالا و پایین، بسیار ناچیز است.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

#لپتون ‌ها

لپتون‌ها 6 نوع هستند:

‏1- Electron (#الکترون)
جرم: 0.511MeV/c²≈
بار الکتریکی: 1e−
اسپین: 1/2
الکترون‌ها به هسته‌‌هایی که از پروتون و نوترون ساخته شده‌اند می‌پیوندند و اتم‌ها را می‌سازند. الکترون‌ها در پدیده‌های فیزیکی مانند الکتریسیته، مغناطیس و رسانش گرمایی، نقش اساسی دارند و در برهمکنش‌های گرانشی، الکترومغناطیسی و هسته‌ای ضعیف نیز شرکت می‌کنند.

‏2- Muon (#میون)
جرم: 105.67MeV/c²≈
بار الکتریکی: 1e−
اسپین: 1/2
میون در ابتدا اشتباهاً در گروه مزون‌ها طبقه بندی شده بود در صورتی که یک لپتون با نیمه عمر نسبتاً طولانی 2.2μs است و در فعالیت‌های هسته‌ای درون ستاره‌ها ساخته می‌شود. در هر دقیقه به هر متر مربع از زمین، حدود 100 میون برخورد می‌کند.

‏3- Tau (#تاو)
جرم: 1.7768GeV/c²≈
بار الکتریکی: 1e−
اسپین: 1/2
تاوها لپتون‌هایی با نیمه عمر 29ps هستند بسیار شبیه به الکترون هستند و مثل الکترون‌ها در در برهمکنش‌های گرانشی، الکترومغناطیسی و هسته‌ای ضعیف نیز شرکت می‌کنند ولی جرم بسیار بیشتری نسبت به الکترون دارند.

‏4- Electron neutrino (#الکترون_نوترینو)
جرم: 2.2eV/c²>
بار الکتریکی: 0
اسپین: 1/2

‏5- Muon neutrino (#میون_نوترینو)
جرم: 1.7MeV/c²>
بار الکتریکی: 0
اسپین: 1/2

‏6- Tau neutrino (#تاو_نوترینو)
جرم: 15.5MeV/c²>
بار الکتریکی: 0
اسپین: 1/2

#نوترینو ها ذرات شبح مانندی با جرم بسیار ناچیز (ولی غیر صفر) هستند. از نظر بار خنثی هستند و برهمکنش بسیار کمی با ذرات دیگر دارند به طوری که اگر یک سپر سربی به قطر یک سال نوری داشته باشیم و 100 نوترینو وارد آن کنیم، 99 نوترینو از آن طرف خارج می‌شود. از نظر فراوانی به ازای هر پروتون، یک میلیون نوترینو وجود دارد. در فعالیت‌های هسته‌ای درون ستاره‌ها، نوترینوهای زیادی تپلید می‌شود و به راحتی از هر ماده‌ای می‌گذرند و در کیهان با سرعت نزدیک به نور پخش می‌شوند. همین حالا که این مطلب را می‌خوانید، میلیاردها نوترینو از بدن شما عبور می‌کنند.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

#گلئون ها

گلئون بوزونی با جرم 0، بار الکتریکی 0 و اسپین 1 است. #نیرو‌های_بنیادی یعنی گرانش، الکترومغناطیس، نیروی ضعیف و #نیروی_قوی هر کدام از طریق ذره‌ای بر جهان اثر می‌کنند. ذره‌ای که حامل نیروی قوی هسته‌ای است، گلئون می‌باشد. گلئون کوارک‌ها را به شکل دو تایی و سه تایی به هم پیوند می‌دهد و در کنار هم نگه می‌دارد تا مزون‌ها و باریون‌ها که در قسمت‌های قبلی در مورد آن‌ها گفتیم ساخته شوند. به عنوان مثال، گلئون سه کوارک را با نیروی قوی کنار هم نگه میدارد تا پروتون و نوترون را بسازند. اگر گلئون وجود نداشت، کوارک‌ها نمی‌توانستند هادرون‌ها را بسازند و هسته اتم ناپایدار می‌شد. پس هیچ اتمی ساخته نمی‌شد و در نتیجه هیچ چیزی شکل نمی‌گرفت و جهان مملوء از ذرات بنیادی بدون ساختار و سرگردان بود.

#فوتون ها
فوتون بوزونی با جرم 0، بار الکتریکی 0، و اسپین 1 است. همان طور که در قسمت قبل گفتیم، هر نیروی بنیادی، ذره‌ای مخصوص به خود دارد و توسط آن ذره منتقل می‌شود و اثر می‌گذارد. فوتون حامل نیروی بنیادی #الکترومغناطیس است. تمام پرتوهای طیف الکترومغناطیس، فوتون هستند و تفاوت آن‌ها در انرژی فوتون‌هایشان است. هر چه فوتون پر انرژی‌تر باشد، پرتوهایی با طول موج کوتاه‌تر را می‌سازد و هر چه انرژی فوتون کم تر باشد، پرتویی با طول موج بلندتر تولید می‌کند. فوتون پر سرعت ترین چیز شناخته شده در جهان است و سرعتی برابر با 299,792,458 متر بر ثانیه دارد. اگر فوتون وجود نداشت، تابش‌های الکترومغناطیسی (از جمله نور مرئی) نیز وجود نداشت و جهان بدون نور و تاریک می‌شد و انرژی ستاره‌ها به سیارات اطرافشان نمی‌رسید و حیاتی هم وجود نداشت.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

بوزون Z و بوزون W

#بوزون_Z
جرم: 91.19GeV/c²≈
بار الکتریکی: 0
اسپین: 1

#بوزون_W
جرم: 80.39GeV/c²≈
بار الکتریکی: 1±
اسپین: 1

بوزون Z و بوزون W (که می‌تواند بار مثبت یا منفی داشته باشد) حامل #نیروی_ضعیف هسته‌ای هستند. نیروی ضعیف مسئول واپاشی هسته‌ای و قبل از همه واپاشی بتا است که در آن یک نوترون به یک پروتون و یک الکترون و یک پادنوترینو تبدیل می‌شود. #نیروی_قوی، بین #کوارک ها با تبادل #گلئون برقرار بود ولی نیروی ضعیف، بین کوارک‌ها و #لپتون ‌ها با تبادل بوزون‌های Z و ⁻W و ⁺W اتفاق می‌افتد و 10¹³ برابر ضعیف‌تر از نیروی قوی است. نیروی قوی کوارک‌ها را در کنار هم نگه می‌داشت تا هادرون‌ها ساخته شوند و پروتون‌ها و نوترون‌‌ها را کنار هم نگه می‌داشت تا هسته اتم پایدار بماند؛ ولی نیروی ضعیف (با تبادل بوزون‌های Z و ⁻W و ⁺W بین الکترون‌ها و کوارک‌های هسته اتم) باعث می‌شود الکترون‌ها در اطراف هسته اتم بمانند و روی هسته سقوط نکنند یا از اتم جدا نشوند. اما از آنجا که این نیرو بسیار ضعیف است، برای جدا کردن الکترون‌ها از اتم، انرژی بسیار کم‌تری لازم است در مقایسه با شکافت هسته اتم. نیروی #الکترومغناطیس و نیروی ضعیف، در واقع دو جنبه از نیرویی واحد به نام #نیروی_الکتروضعیف هستند. وقتی انرژی ذرات بیش از حدود 50000MeV باشد، نیروی وحدت یافته الکتروضعیف احساس می‌شود و با کم شدن انرژی، به شکل دو نیروی جداگانه عمل می‌کنند.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

#بوزون_هیگز

#میدان_هیگز
برای مدت‌ها دانشمندان می‌دانستند که اجسام دارای ویژگی‌ای به نام #جرم هستند که این ویژگی باعث ایجاد مقاومت در برابر شتاب گرفتن جسم می‌شود. همچنین می‌دانستند که جرم هر جسم، مجموع جرم #ذرات_بنیادی سازنده آن جسم است. از آنجا که ذرات بنیادی از ذرات کوچک‌تری ساخته نشده‌اند، این سؤال پیش می‌آید که منشأ جرم ذرات بنیادی چیست؟ چه چیزی تعیین میکند که یک ذره بنیادی، چه مقدار جرم در جهان داشته باشد؟
کسی جواب این سؤال را نمی‌دانست؛ تا اینکه در سال 1964 فیزیکدانی اسکاتلندی به نام "#پیتر_هیگز" به این نتیجه رسید که خلاء در حقیقت خالی نیست!
هیگز با محاسبات خود به این نتیجه رسید که نوعی میدان نامرئی و اسرار آمیز در سرتاسر کیهان به طور یکنواخت وجود دارد که ما متوجه وجود آن نمی‌شویم زیرا همیشه در این میدان قرار داریم. مانند ماهی‌هایی که از وجود اقیانوس بی ‌اطلاع هستند!
در واقع تمام ذرات بنیادی، در این اقیانوس شناور هستند و در مسیر حرکت خود از درون این میدان عبور میکنند. حال هر چه شدت برهم کنش یک ذره با این میدان کمتر باشد، راحت‌‌تر در این میدان حرکت می‌کند؛ طوری که گویا لختی و جرم کمتری دارد و هر چه برهم کنش ذره‌ای با این میدان شدیدتر باشد، سخت‌تر در این میدان حرکت می‌کند گویا لختی و جرم زیادی دارد. به عنوان مثال Top Quark (کوارک سر) برهم کنش زیادی با میدان هیگز دارد و این کوارک پر جرم ترین ذره شناخته شده می‌باشد. یا Photon (فوتون) عملاً هیچ بر هم کنشی با میدان هیگز ندار و در نتیجه جرم فوتون مطلقاً صفر است.
هیگز همچنین محاسبه کرد که در لحظه بیگ بنگ، تمام ذرات فاقد جرم بودند و تقریباً صد میلیاردیم ثانیه (0.0000001 ثانیه) بعد از بیگ بنگ، هر نوع ذره دارای جرم منحصر به فردی شد که تا امروز همان جرم برای آن نوع ذره باقی مانده است.
اکنون مسئله تازه‌ این بود که چگونه از وجود میدان هیگز (با آزمایش تجربی) اطلاع پیدا کنیم؟؟؟

گفتیم که جرم جسم، مقاومت جسم در برابر شتاب گرفتن است و منشاء جرم یک جسم، ذرات سازنده آن جسم است. منشاء جرم ذرات سازنده جسم، برهم کنش این ذرات با میدان نامرئی و اسرار آمیزی است که به افتخار پیتر هیگز، میدان هیگز نام گذاری شده. اما سؤال اینجاست که منشاء این میدان که سرتاسر کیهان را به شکل یکنواخت در بر گرفته چیست؟
وقتی این سؤال ذهن خلاق پیتر هیگز را به خود مشغول کرد، برای یافتن پاسخ به سرعت سراغ بی نقص ترین و کاربردی ترین نظریه موجود یعنی نظریه کوانتوم رفت. طبق قوانین مکانیک کوانتوم، میدان هیگز باید نتیجه وجود ذراتی باشد که در سرتاسر جهان به طور یکنواخت پراکنده هستند و در خلاء کیهانی مدام از انرژی پایه خلاء به وجود آمده و بلافاصله از بین میروند. پس طبق #نظریه_میدان‌های_کوانتومی می‌توان گفت که خلاء کیهانی همیشه پر از ذرات هیگز است که با به وجود آمدن و از بین رفتن دائمی از دل خلاء کیهانی و حضور در سرتاسر کیهان باعث تولید میدان هیگز می‌شوند. بنابراین هر ذره بنیادی در هنگام حرکت در فضا، باید از میان انبوهی از ذرات هیگز عبور کند و هر چه برهم کنش کم‌تری با ذرات هیگز داشته باشد، راحت‌تر از بین آن‌ها عبور می‌کند؛ گویا جرم کم‌تری دارد. برعکس هر چه برهم کنش ذره با ذرات هیگز بیشتر باشد، سخت‌تر از میان آن‌ها عبور می‌کند و به گونه‌ای رفتار میکند که گویی لختی و جرم زیادی دارد. بر این اساس می‌توان گفت که همه ذرات در لحظه بیگ بنگ بدون جرم بودند و صد میلیاردیم ثانیه پس از بیگ بنگ، ذرات هیگز از انرژی بیگ بنگ به وجود آمدند و سرتاسر جهان را پر کردند و این گونه ذرات بنیادی بر اثر برهم کنش با ذرات هیگز، ناگهان جرم دار شدند. در ضمن خود ذرات هیگز نیز با هم برهم کنش دارند و این بدان معناست که ذرات هیگز نیز خود دارای جرم هستند. در نتیجه ذرات هیگز نقش بسیار مهمی در شکل گیری جهان داشتند و اگر نبودند، جهان شاید هیچ وقت قابل سکونت نمی‌شد و هیچ حیاتی شکل نمی‌گرفت.
هیگز شروع به محاسبات ریاضی فوق العاده پیچیده‌ای برای به دست آوردن ویژگی‌های این ذره بنیادی عجیب و کشف نشده کرد و به این نتیجه رسید که این ذره، اسپین 0، بار الکتریکی 0 و جرم بسیار زیادی دارد. اما این کافی نبود و محاسبات هیگز باید با آزمایشات تجربی و کشف ذره هیگز، تایید می‌شد.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

زمانی که پیتر هیگز به همراه فرانسوا آنگلر و رابرت براوت که کمک‌های زیادی در این زمینه به پیتر هیگز کردند مقاله خود را منتشر کردند، خودشان هم تصور نمی‌کردند که در مدت حیاتشان شاهد کشف کوانتوم میدان اسرارآمیزی که وجودش را پیش بینی کرده بودند باشند. علت به ویژگی‌های خاص ذره هیگز برمی‌گشت. مجموعه آزمایشاتی که پس از پیش بینی وجود ذره هیگز با قدرتمندترین شتاب دهنده‌های موجود در جهان انجام شده بود نشان می‌داد که این ذره باید جرم بسیار بالایی داشته باشد؛ جرمی آنقدر زیاد که ایجادش فراتر از توان تمام شتاب دهنده‌های آن زمان بود. جرم بسیار زیاد، احتمال تولید بسیار پایین و طول عمربسیار کوتاه باعث شده بود که حتی قدرتمندترین شتاب دهنده‌های آن زمان موفق به آشکار سازی بوزون هیگز نشوند؛ تا اینکه قوی‌ترین شتاب دهنده دنیا یعنی "#LHC" «شتاب دهنده بزرگ هادرون‌ها» (Large Hadron Collider) در 20 نوامبر 2009 طی تلاش‌های چند ساله و شبانه روزی دانشمندان و مهندسان سراسر دنیا، شروع به کار کرد و آزمایشی که سخت ترین آزمایش تاریخ لقب گرفت را انجام داد!
برایان گرین: «میدان هیگز مانند "چیزی" نامرئی و شیره مانند است که همه جا وجود دارد و وقتی ذرات تلاش می کنند تا حرکت کنند، در تماس با این شیره، مقاومت و چسبندگی احساس می‌کنند. این چسبندگی همان جرم آن‌هاست. در حال حاضر ایده‌ی مناسب این است که اگر شما پروتون‌ها یا ذرات دیگر را با سرعت بسیار بالایی به هم برخورد دهید، در این حالت می‌توانید بعضی اوقات ضربه‌ای آهسته به این شیره بزنید و ذره‌ای از آن بیرون می‌آید که همان ذره بوزون هیگز است.»
به دلیل جرم زیاد بوزون هیگز، LHC باید پروتون‌ها را با انرژی بسیار زیاد با یکدیگر برخورد میداد. اما مشکل این بود که تنها پیش بینی شده بود بوزون هیگز جرم زیادی دارد و جرم دقیق آن، نامعلوم بود. به خاطر همین دانشمندان نمی‌دانستند برای تولید بوزون هیگز، دقیقاً با چه مقدار انرژی‌ای باید برخورد را انجام دهند. تا اینکه در ماه جولای 2012 اطمینان یافتند که ذره‌ای با ویژگی‌های شبیه به بوزون هیگز با جرمی تقریباً 130 برابر جرم پروتون را یافته‌اند.
یکی از ویژگی‌های بسیار مهم ذره تازه کشف شده که باید با دقت بیشتری اندازه گیری می‌شد، #اسپین آن بود. هیگز اسپین ذره هیگز را 0 پیش بینی کرده بود اما نتایج آزمایشات LHC، اسپین 2 را نیز محتمل می‌دانستند. نهایتاً در 14 مارس 2013، آزمایشگاه بین المللی سرن به طور رسمی کشف ذره هیگز را تایید کرد. نتیجه این کشف، رسیدن جایزه نوبل 2013 فیزیک، به پیتر هیگز و فرانسوا آنگلر (مشترکاً) بود. متاسفانه رابرت براوت دو سال قبل از کشف بوزون هیگز، از دنیا رفت و نتوانست نوبل خود را دریافت کند.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

کشف نیروی پنجم طبیعت؟

بحث کشف نیروی پنجم طبیعت، یکی زمینه‌های داغ پژوهشی این روزهای فیزیک است که گروه‌های تحقیقاتی زیادی، رویای یافتن آن را در سر دارند؛ اما حالا تیمی از دانشمندان، روش تازه و جالبی برای کشف نیروی پنجم پیدا کرده‌اند. آن‌ها این کار را با استفاده از آزمودن نسبیت عام انیشتین و به کمک داده‌های قوی‌ترین تلسکوپ جهان، یعنی تلسکوپ کک (Keck) انجام داده‌اند.

چهار نیروی بنیادی در طبیعت وجود دارد: #هسته‌ای_قوی، #هسته‌ای_ضعیف،‌ #الکترومغناطیس و #گرانش. فیزیکدانان می‌دانند چگونه سه نیروی اول را با یکدیگر متحد کنند، چیزی که به نام نظریه وحدت بزرگ یا GUT‌ شناخته می‌شود، اما متحد کردن گرانش با سه نیروی دیگر، هنوز میسر نشده است. دانشمندان معتقدند پنجمین نیروی طبیعت می‌تواند گرانش سرکش را با سایر نیروها متحد کند، اما این ادعا هنوز ثابت نشده است.
آنها می‌گویند:
این واقعاً هیجان‌انگیز است. ما 20 سال تلاش کرده‌ایم تا به اینجا برسیم، اما حالا پژوهش جدیدمان در مورد ستاره‌های مرکز کهکشانمان، راه جدیدی را برای ما باز کرده است؛ روشی که به ما می‌گوید گرانش چگونه کار می‌کند!

دانشمندان تصاویر فوق‌العاده دقیق مرکز کهکشانمان که توسط تلسکوپ کک گرفته شده را تجزیه تحلیل کردند. آن‌ها این کار را برای ردیابی مدارهای ستاره‌های نزدیک سیاه چاله‌ کلان جرمی که در مرکز راه شیری قرار گرفته‌ است، انجام دادند. این مدارهای ستاره‌ای که توسط گرانش ناشی از سیاه چاله کلان جرم هدایت می‌شود، می‌تواند سرنخ‌های نیروی پنجم را به دست دهد (آزمودن نسبیت عام).
محققان می‌گویند:
با تماشای ستارگانی که در طول 20 سال با استفاده از کک با دقت بسیار زیاد اندازه‌گیری شده بودند، می‌توانید چگونگی کارکرد گرانش مورد آزمون قرار دهید. اگر گرانش با چیزی غیر از نظریه نسبیت عام اینشتین کار کند، انحرافات کوچکی در مسیرهای مداری ستارگان خواهید دید!

این نخستین بار است که نظریه نیروی پنجم طبیعت در یک میدان گرانشی قوی مانند میدانی که توسط سیاهچاله‌ی کلان جرم در مرکز راه شیری ساخته شده،‌ آزموده شده است. در واقع از نظر تاریخی، قبلاً میدان‌های گرانشی منظومه شمسی که توسط خورشید ایجاد می‌شوند برای آشکارسازی پنجمین نیروی طبیعت استفاده شده بود. اما آن تلاش موفق نبود، زیرا میدان گرانشی خورشید، نسبتاً ضعیف است.
محققان می‌گویند:
انجام این کار بسیار هیجان‌انگیز است، زیرا می‌توانیم یک سوال بسیار بنیادی بپرسیم، گرانش چگونه کار می‌کند؟ نظریه انیشتین آن را به زیبایی توصیف می‌کند، اما مشاهدات بسیاری وجود دارد که نشان می‌دهد که این نظریه، کامل نیست و کاستی‌هایی دارد. وجود سیاه چاله‌های کلان جرم به ما می‌گوید نظریه‌های کنونی برای توضیح کارکرد جهان و چیستی سیاهچاله، ناکافی است.

محققان این پژوهش در انتظار تابستان 2018 هستند، زمانی که ستاره S0-2 در نزدیکترین فاصله به سیاهچاله کلان جرم کهکشان ما قرار می‌گیرد. این نزدیکی به دانشمندان اجازه می‌دهد تا این ستاره را زمانی که تحت بیشترین قدرت گرانشی است (یعنی نقطه‌ای که بیشترین انحراف‌ها نسبت به نظریه نسبیت انتظار می‌رود)، بررسی کنند.
منبع: Physical Review Letters

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

مقاله اصلی در مورد پست بالا.

نظریه کوانتوم

قسمت پنجم: #تابع_موج

به تغییرات برخی پارامترها در فضا و زمان، موج می‌گویند. مثلاً در موج آب ارتفاع، در موج صوتی فشار و در موج الکترومغناطیسی میدان الکترومغناطیسی پارامتر متغیر هستند. مقدار این پارامتر، دامنه موج خوانده می‌شود و خود موج نیز یک تابع است که دامنه را در هر نقطه مشخص می‌کند.
#امواج_طولی امواجی هستند که در آن‌ها جهت نوسانات محیط، در جهت انتشار موج یا خلاف جهت آن است (تصویر شماره 1). موج‌های صوتی و برخی از امواج زلزله از این نوع هستند.
#امواج_عرضی امواجی هستند که در آن‌ها جهت نوسان عمود بر جهت انتشار موج است (تصویر شماره 2). موج حاصل از انداختن سنگ در برکه یا تکان دادن طنابی که سر دیگرش ثابت است و امواج الکترومغناطیسی، از این نوع هستند.
#قطبش (Polarization) یکی از ویژگی‌های امواج عرضی است که دارای انواع مختلفی مانند #قطبش_خطی (تصویر شماره 3)، قطبش_بیضوی (تصویر شماره 4) و قطبش_دایروی (تصویر شماره 5) که حالت خاصی از قطبش بیضوی است. مثلاً در امواج الکترومغناطیسی، قطبش نشان دهنده جهت بردار میدان الکتریکی و جهت بردار میدان مغناطیسی نسبت به راستای انتشار موج است. (تصویر شماره 6 و 7). حال که اطلاعات کلی کافی در مورد امواج داریم، وارد #مکانیک_کوانتوم می‌شویم.
در مکانیک کوانتومی یک هدف اصلی آن است که مشخص شود چگونه یک نوع خاص از موج منتشر می‌شود و رفتار می‌کند. در این کاربرد، موج را "#تابع_موج" و معادله حاکم بر رفتار موج را "#معادل_موج_شرودینگر" می‌نامند. اولین راهکار برای محاسبه رفتار تابع موج، نوشتن موج به صورت #برهم‌نهی چندین (یا شاید بینهایت) تابع موج مشخص است. یعنی یک ذره می‌تواند در آن واحد در چند مکان باشد! در واقع در مکانیک کوانتوم سؤالاتی مانند «الآن ذره دقیقاً کجاست؟» بی معنی هستند و ما اجازه نداریم بپرسیم ذره دقیقاً کجاست. ما فقط به وسیله تابع موج، می‌توانیم بپرسیم «احتمال یافتن ذره در بخش کوچکی از فضا، چقدر است؟» تابع موج یک تابع ریاضی است که تمام اطلاعات در مورد ذره در دل آن نهفته است و بدون هیچ گونه اثباتی وارد نظریه کوانتوم شده است. در واقع تابع موج را به عنوان یک اصل یا پیش فرض مکانیک کوانتوم در نظر می‌گیریم و آن را بدون هیچ اثباتی می‌پذیریم. روی کاغذ، تابع موج تنها یک ابزار ریاضی است که فیزیکدانان آن را با علامت یونانی Ψ نشان می دهند و آن را برای توصیف رفتار کوانتومی یک ذره استفاده می کنند. یعنی تابع موج به آنها اجازه می دهد تا احتمال مشاهده ی یک الکترون را در موقعیتی مشخص، یا شانس‌هایی که اسپین آن به سمت بالا یا پایین باشد را محاسبه کنند. در سال 1926، فیزیکدان اتریشی، اروین #شرودینگر تابع موج را برای توصیف رفتار عجیب ذرات اختراع کرد، اما نه او و نه هیچ کس دیگری نتوانست چیزی در مورد ماهیت تابع موج بگوید. یعنی هیچ کس نمی‌داند تابع موج یک ماهیت فیزیکی و واقعی است و یا تنها یک ابزار محاسباتی برای کنترل جهالت بیننده در مورد جهان است. "#تفسیر_کپنهاگی" نظریه‌ی کوانتوم که در سال 1920 توسط فیزیکدانان مشهوری چون #نیلز_بور و ورنر #هایزنبرگ توسعه یافت، بیان می‌کند که تابع موج چیزی بیش از یک ابزار ریاضی برای پیش بینی نتایج مشاهدات نیست و شما نمی‌توانید اکثر فیزیکدانان را به خاطر دنبال کردن این طرز فکر که "خفه شو و محاسبه کن" سرزنش کنید، چرا که همین کار منجر به پیشرفت‌های فوق العاده‌ای در فیزیک هسته‌ای، فیزیک اتمی و شیمی کوانتومی شده است. ما واقعاً نمی‌توانیم درک کنیم که تابع موج چه مفهومی دارد؛ تمام چیزی که میدانیم این است که تابع موج با عدم قطعیت و به صورت احتمالاتی، اطلاعاتی در مورد ذره به ما می‌دهد و محاسباتش بینهایت دقیق است!

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

تصویر شماره 1
#امواج_طولی

@Cosmos_language

تصویر شماره 2
#امواج_عرضی

@Cosmos_language

تصویر شماره 3
#قطبش_خطی

@Cosmos_language

تصویر شماره 4
#قطبش_بیضوی

@Cosmos_language

تصویر شماره 5
#قطبش_دایروی

@Cosmos_language

تصویر شماره 6

@Cosmos_language

تصویر شماره 7

@Cosmos_language

نظریه کوانتوم

قسمت ششم: #درهم‌تنیدگی_کوانتومی

درهم‌تنیدگی کوانتومی به این معنا است که برخی ذرات، مثل فوتون‌ها و الکترون‌ها، می توانند «یک بار» بر یکدیگر اثر متقابل بگذارند ولی همچنان حتی پس از جدایی، کیفیت‌هایی نظیر اسپین یا قطبیدگی‌شان مشترک باشد و «با تغییر حالت یکی، دیگری نیز بلافاصله تغییر کند». در مکانیک کوانتومی، درهم‌تنیدگی یکی از رفتارهای عجیب ذرات است که در آن قوانین فیزیک کلاسیک شکسته می‌شوند و رویدادهای ناممکن به وقوع می‌پیوندند. درهم‌تنیدگی پدیده‌ای است که در آن دو ذره به عنوان یک سیستم عمل می‌کنند حتی هنگامی که توسط فواصل عظیم از هم جدا شده باشند. همان طور که در قسمت قبل (#تابع_موج) دیدیم، برای توصیف یک ذره از تابع موج استفاده می‌شود که در بر دارنده تمامی ویژگی‌ها، اطلاعات و حالات ممکن آن ذره است. اما زمانی که دو ذره در هم تنیدگی کوانتومی داشته باشند، یک #سامانه_کوانتومی را تشکیل می‌دهند. طبق تعریف، اجزا یک سامانه کوانتومی دارای هیچ ویژگی‌ای نیستند و در عوض کل سامانه دارای تعدادی ویژگی است. به عبارت دیگر به جای اینکه هر ذره عضو این سامانه با تابع موج منحصر به فرد خود توصیف شود، تک تک ذرات سامانه دارای هیچ تابع موجی نخواهند بود و در عوض کل سامانه با یک تابع موج توصیف می‌شود.
زمانی که #انیشتین ریاضیات #نظریه_کوانتوم را توسعه می‌داد، متوجه این خاصیت عجیب شد. او دریافت که دو ذره که یک بار برهم‌کنش داشته‌اند می‌توانند صرف نظر از فاصله بینشان، به هم متصل باشند و روی یکدیگر تأثیر بگذارند و این تأثیر آنی است!
انیشتین به شدت از یافته‌های جدید خود ناراضی بود و معتقد بود چنین چیزی غیر ممکن است زیرا اگر در عمل اینطور باشد، اطلاعات سریع‌تر از نور از ذره‌ای به ذره دیگر منتقل خواهد شد و این خلاف نسبیت خاص که سرعت نور را حداکثر سرعت در جهان می‌داند خواهد بود. او به دنبال اشتباه در محاسبات خود گشت اما هیچ اشتباهی یافت نشد. به کمک دو نفر از همکارانش (#پودولسکی و #روزن) مقاله‌ای به نام EPR مخفف Einstein-Podolsky-Rosen نوشتند که سعی در رد کردن مکانیک کوانتوم داشت. آنها در مقاله‌شان سعی کردند که با یک آزمایش فکری نشان دهند عناصری از واقعیت وجود دارند که در توصیف کوانتومی وارد نشده‌اند و بنابراین مکانیک کوانتوم ناقص است ولی نتوانستند به هدف خود برسند. انیشتین تا آخرین روز عمرش نیز نظریه کوانتوم را که خود از بنیان گذارانش بود قبول نکرد و آن را ناقص خواند. ولی از آن زمان تا کنون نظریه کوانتوم بیشترین آزمایش تجربی را نسبت به هر نظریه دیگری پس داده است و بیشترین موفقیت را نیز کسب کرده است.
اگر هر پدیده یک قفل باشد و هر نظریه‌ای که آن پدیده را توضیح می‌دهد کلید آن قفل، آنگاه مکانیک کوانتوم شاه کلید است!
لاورنس کراوس می‌گوید: «مغز ما برای درک چیزهایی در ابعاد و اندازه خودمان تکامل یافته است و این کاملاً طبیعی است که نتوانیم قوانین چیزهایی در ابعاد و اندازه کوچک‌تر از اتم را درک کنیم و به همین دلیل مکانیک کوانتوم با عقل سلیم جور در نمی‌آید. ولی باید توجه داشته باشیم که کیهان برای طرز فکر ما پشیزی ارزش قائل نیست پس اینکه مکانیک کوانتوم با عقل جور در نمی‌آید، دلیل بر عدم صحت آن نیست.»

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language