Cosmos' Language
نظریه کوانتوم قسمت هشتم: آزمایش یانگ (#آزمایش_دو_شکاف) در اوایل ظهور نظریه کوانتوم، بحثهای زیادی سر ماهیت #نور وجود داشت. عدهای میگفتند نور یک موج است و عده دیگری معتقد بودند که نور ماهیت ذرهای دارد. تا اینکه یک فیزیکدان بریتانیایی به نام توماس یانگ…
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
Cosmos' Language
نظریه کوانتوم قسمت هشتم: آزمایش یانگ (#آزمایش_دو_شکاف) در اوایل ظهور نظریه کوانتوم، بحثهای زیادی سر ماهیت #نور وجود داشت. عدهای میگفتند نور یک موج است و عده دیگری معتقد بودند که نور ماهیت ذرهای دارد. تا اینکه یک فیزیکدان بریتانیایی به نام توماس یانگ…
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
Cosmos' Language
نظریه کوانتوم قسمت هشتم: آزمایش یانگ (#آزمایش_دو_شکاف) در اوایل ظهور نظریه کوانتوم، بحثهای زیادی سر ماهیت #نور وجود داشت. عدهای میگفتند نور یک موج است و عده دیگری معتقد بودند که نور ماهیت ذرهای دارد. تا اینکه یک فیزیکدان بریتانیایی به نام توماس یانگ…
#آزمایش_دو_شکاف، عجیبتر از پیش!
در قسمت قبل گفتیم ذره با وجود اینکه ذره است، پس از عبور از مانعی که دو شکاف روی آن وجود دارد، طرح تداخلی امواج روی پرده آشکار ساز پشتش میاندازد و لازمه اینکه بتواند چنین طرحی ایجاد کند این است که برای عبور کردن تنها یکی از دو شکاف را انتخاب نکند بلکه هم زمان از هر دو شکاف عبور کند. یعنی یک ذره منفرد، زمانی که به دو شکاف میرسد برای عبور از آنها هم زمان در دو مکان حضور پیدا میکند! این خود به تنهایی بسیار عجیب است اما عجایب ماهیت دوگانه موج-ذره، به همین جا ختم نمیشود!
میدانیم که الکترون یا فوتون یک ذره هستند. پس از نظر منطقی باید تنها از یک شکاف عبور کنند ولی طرحی که روی پرده آشکار ساز ایجاد میکنند به ما میگوید که از هر دو شکاف عبور کردهاند. حال چه میشود اگر یک آشکار ساز دوم به آزمایش اضافه کنیم؟! آشکار سازی که حواسش به شکافها باشد و بتواند تشخیص دهد هر ذره در هنگام عبور دقیقاً از کدام شکاف رد میشود. آیا پس از گذاشتن این آشکار ساز، در آن مشاهده خواهیم کرد که یک ذره منفرد به سمت شکافها میآید و ناگهان در نزدیکی شکافها به دو ذره تبدیل میشود و از هر دو شکاف عبور میکند سپس به حالت عادی باز میگردد؟ جالب است که با اضافه کردن آشکار ساز دوم، نتیجه بسیار شگفت انگیزتر از این میشود!
با اضافه کردن آشکار ساز دوم، انگار ذره متوجه میشود که اون را زیر نظر داریم و رفتار خود را از یک رفتار غیر منطقی (عبور هم زمان از دو شکاف و ایجاد طرح تداخلی) به یک رفتار منطقی (عبور از تنها یک شکاف و ایجاد طرح معمولی به شکل دو خط موازی) تغییر میدهد! البته ذره هوش و آگاهی ندارد و عبارت "متوجه شدن" در مورد آن بی معنی است اما در ظاهر این گونه به نظر میرسد.
ذره زمانی که در حال مشاهده شدن باشد، ماهیت موجی خود را از دست داده و فقط ذره است و در هر لحظه از زمان تنها در یک مکان ظاهر میشود؛ تنها از یک شکاف عبور میکند و طرح عادی روی پرده آشکار ساز ایجاد میکند. دقیقاً همان رفتار منطقیای که از یک ذره انتظار داریم.
اما زمانی که ذره در حال مشاهده شدن نباشد، ماهیت موجی به خود میگیرد، در هر لحظه از زمان در دو یا چند مکان حضور دارد، از هر دو شکاف هم زمان عبور میکند و طرح تداخلی روی پرده آشکار ساز ایجاد میکند. یعنی دقیقاً همان رفتار غیر منطقیای که از یک ذره انتظار نمیرود (فیلم آزمایش دو شکاف در مستند از میان کرمچالهها).
از آنجا که "#مشاهده" باعث ایجاد تمام این تغییرات میشود، میتوان نتیجه گرفت که «ما میتوانیم "واقعیت" را تنها با "مشاهده" کردنش تغییر دهیم!» و این بسیار حیرت انگیز است.
فیزیکدان کوانتوم #جان_ویلر سؤال جالب و ترسناکی را بیان میکند: «آیا میتوان به واقعیتی که با چشم برداشتن ازش تغییر میکند، گفت "واقعیت"؟» یا به عبارت دیگر «آیا واقعیت واقعی است؟؟؟»
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
در قسمت قبل گفتیم ذره با وجود اینکه ذره است، پس از عبور از مانعی که دو شکاف روی آن وجود دارد، طرح تداخلی امواج روی پرده آشکار ساز پشتش میاندازد و لازمه اینکه بتواند چنین طرحی ایجاد کند این است که برای عبور کردن تنها یکی از دو شکاف را انتخاب نکند بلکه هم زمان از هر دو شکاف عبور کند. یعنی یک ذره منفرد، زمانی که به دو شکاف میرسد برای عبور از آنها هم زمان در دو مکان حضور پیدا میکند! این خود به تنهایی بسیار عجیب است اما عجایب ماهیت دوگانه موج-ذره، به همین جا ختم نمیشود!
میدانیم که الکترون یا فوتون یک ذره هستند. پس از نظر منطقی باید تنها از یک شکاف عبور کنند ولی طرحی که روی پرده آشکار ساز ایجاد میکنند به ما میگوید که از هر دو شکاف عبور کردهاند. حال چه میشود اگر یک آشکار ساز دوم به آزمایش اضافه کنیم؟! آشکار سازی که حواسش به شکافها باشد و بتواند تشخیص دهد هر ذره در هنگام عبور دقیقاً از کدام شکاف رد میشود. آیا پس از گذاشتن این آشکار ساز، در آن مشاهده خواهیم کرد که یک ذره منفرد به سمت شکافها میآید و ناگهان در نزدیکی شکافها به دو ذره تبدیل میشود و از هر دو شکاف عبور میکند سپس به حالت عادی باز میگردد؟ جالب است که با اضافه کردن آشکار ساز دوم، نتیجه بسیار شگفت انگیزتر از این میشود!
با اضافه کردن آشکار ساز دوم، انگار ذره متوجه میشود که اون را زیر نظر داریم و رفتار خود را از یک رفتار غیر منطقی (عبور هم زمان از دو شکاف و ایجاد طرح تداخلی) به یک رفتار منطقی (عبور از تنها یک شکاف و ایجاد طرح معمولی به شکل دو خط موازی) تغییر میدهد! البته ذره هوش و آگاهی ندارد و عبارت "متوجه شدن" در مورد آن بی معنی است اما در ظاهر این گونه به نظر میرسد.
ذره زمانی که در حال مشاهده شدن باشد، ماهیت موجی خود را از دست داده و فقط ذره است و در هر لحظه از زمان تنها در یک مکان ظاهر میشود؛ تنها از یک شکاف عبور میکند و طرح عادی روی پرده آشکار ساز ایجاد میکند. دقیقاً همان رفتار منطقیای که از یک ذره انتظار داریم.
اما زمانی که ذره در حال مشاهده شدن نباشد، ماهیت موجی به خود میگیرد، در هر لحظه از زمان در دو یا چند مکان حضور دارد، از هر دو شکاف هم زمان عبور میکند و طرح تداخلی روی پرده آشکار ساز ایجاد میکند. یعنی دقیقاً همان رفتار غیر منطقیای که از یک ذره انتظار نمیرود (فیلم آزمایش دو شکاف در مستند از میان کرمچالهها).
از آنجا که "#مشاهده" باعث ایجاد تمام این تغییرات میشود، میتوان نتیجه گرفت که «ما میتوانیم "واقعیت" را تنها با "مشاهده" کردنش تغییر دهیم!» و این بسیار حیرت انگیز است.
فیزیکدان کوانتوم #جان_ویلر سؤال جالب و ترسناکی را بیان میکند: «آیا میتوان به واقعیتی که با چشم برداشتن ازش تغییر میکند، گفت "واقعیت"؟» یا به عبارت دیگر «آیا واقعیت واقعی است؟؟؟»
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
Cosmos' Language
#آزمایش_دو_شکاف، عجیبتر از پیش! در قسمت قبل گفتیم ذره با وجود اینکه ذره است، پس از عبور از مانعی که دو شکاف روی آن وجود دارد، طرح تداخلی امواج روی پرده آشکار ساز پشتش میاندازد و لازمه اینکه بتواند چنین طرحی ایجاد کند این است که برای عبور کردن تنها یکی از…
Media is too big
VIEW IN TELEGRAM
Cosmos' Language
#آزمایش_دو_شکاف، عجیبتر از پیش! در قسمت قبل گفتیم ذره با وجود اینکه ذره است، پس از عبور از مانعی که دو شکاف روی آن وجود دارد، طرح تداخلی امواج روی پرده آشکار ساز پشتش میاندازد و لازمه اینکه بتواند چنین طرحی ایجاد کند این است که برای عبور کردن تنها یکی از…
#آزمایش_دو_شکاف، باز هم عجیبتر!
در دو قسمت قبلی، دیدیم که یک ذره منفرد هم زمان از دو شکاف عبور میکرد و در آن واحد در دو مکان حضور داشت. همچنین با گذاشتن آشکار سازی در کنار شکافها به منظور تشخیص اینکه ذره دقیقاً از کدام شکاف عبور کرده، رفتار ذره تغییر میکرد و تنها از یک شکاف رد میشد و طرح تداخلی روی پرده آشکار ساز نیز تبدیل به طرح عادی میشد. اما به نظر میرسد عجایب آزمایش دو شکاف تمامی ندارد! فیزیکدان کوانتوم مشهور، #جان_ویلر، در سال 1978 گفت اگر یکی از شکافها را ببندیم و دستگاهی داشته باشیم که پس از فعال سازی شلیک ذره و عبور ذره از میان شکاف، شکاف دوم را لحظاتی پیش از رسیدن ذره به حسگر باز کند، آن وقت به ذره حقه زدهایم و اصولا باید روی حسگرمان الگوی تداخلی ظاهر نشود چون یک شکاف نمیتواند الگوی تداخلی تولید کند.
البته که انتظار نداریم ذره برگردد تا ببیند یکی از شکافها را باز کردهایم اما در دو قسمت قبل فهمیدیم زمانی که به ذرات نگاه نمیکنیم و در حال مشاهده شدن نیستند، میتوانند کاملا غیر منطقی عمل کنند!
در سال 2007 گروهی از دانشمندان فرانسوی موفق به ساخت دستگاهی که ویلر پیشنهاد کرده بود شدند و نتیجه این شد که ذره واقعاً از ماجرا مطلع میشود و الگوی تداخلی میسازد! به عبارت دیگر، ذره گذشته خود را تغییر میدهد و این ناقض اساسی ترین اصل علمی است یعنی "اصل علیت". ویلر از راهی بسیار زیبا و متقاعد کننده نشان داد که یک آزمایشگر میتواند تنها با عمل اندازه گیری، تاریخ را عوض کند! یک آزمایشگر، میتواند با تصمیم گیری در مورد مسیر اندازه گیری یک چیز، تعیین کند که چه چیز در گذشته اتفاق بیفتد!
طبق نظر ویلر، نکته شگفت انگیز این است که آزمایشگر میتواند با گزینش تأخیری، گذشته را تغییر دهد. در واقع پس از اینکه واقعیت اتفاق افتاده، در حال تعیین این هستیم که ذره از کدام مسیر حرکت کند. ما پس از اینکه ذره مسیرش را طی کرده، تصمیم گرفتهایم که ذره از کدام مسیر حرکت کند.
آزمایش گزینش تأخیری ویلر بارها تکرار شد و نتیجه یکسان بود. ذره به شکافها میرسد و یکی از شکافها مسدود است. بنابراین از شکاف باز یعنی تنها از یک شکاف عبور میکند. به مسیرش ادام میدهد تا به پرده آشکار ساز برسد اما قبل از رسیدن به پرده شکاف مسدود باز میشود. ذره گذشته خود را تغییر داده و مسیر خود را اصلاح میکند. یعنی کاری میکند که در گذشته از هر دو شکاف عبور کرده باشد! زیرا هنوز به پرده نرسیده و در حال مشاهده شدن نیست پس آزاد است غیرمنطقی و هر طور دلش میخواهد رفتار کند. بدین ترتیب قبل از برخورد به پرده، اصلاحاتی را با توجه به باز شدن شکاف مسدود روی مسیر حرکت خود در زمان گذشته انجام میدهد و پس از انجام اصلاحات دیگر میتواند روی پرده آشکار ساز طرح تداخلی ایجاد کند. انگار به راستی ذره قبل از برخورد به پرده به پشت سر خود نگاه میکند! این آزمایش نقض کننده روابط علیتی و اثبات کنند سورئالیسم کوانتومی و ناموضعیت کوانتومی است.
ویلر بعدها ایده عجیبش را به مقیاسهای کیهانی هم تعمیم داد. پاسخ ویلر به خلقت، تاریخ و آغاز جهان این است که ما باید نگاهی دوباره به آزمایش گزینش تأخیری بیاندازیم. بر طبق این آزمایش، مشاهده گر بر مسیر انتخابی فوتونهای قابل مشاهده از یک همگرایی گرانشی تأثیر میگذارد. بنابراین ما یک آزمایش کوانتومی در مقیاسهای کیهانی داریم؛ به جای فواصل کوتاه در آزمایشگاه، اینجا با فواصلی به اندازه میلیاردها سال نوری سر و کار داریم. نکته اساسی این است که مشاهده گر پس از پیمودن مسیر بر آن تأثیر میگذارد و تاریخ گذشته مسیر فوتون را در زمان حال میسازد. بعضی معتقدند که میتوان پیش آگاهی را بر اساس همین امواج تأخیری ویلر توضیح داد. هر چند هر مبحثی در مقابل عجایب کوانتومی، عادی جلوه میکند، اما این آزمایش اثباتی دیگر است بر اینکه امواج کوانتومی در ورای زمان، مکان، علیت و درک بشر وجود دارند، ما کوانتوم را نمیفهمیم فقط میدانیم بی شک درست است.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
در دو قسمت قبلی، دیدیم که یک ذره منفرد هم زمان از دو شکاف عبور میکرد و در آن واحد در دو مکان حضور داشت. همچنین با گذاشتن آشکار سازی در کنار شکافها به منظور تشخیص اینکه ذره دقیقاً از کدام شکاف عبور کرده، رفتار ذره تغییر میکرد و تنها از یک شکاف رد میشد و طرح تداخلی روی پرده آشکار ساز نیز تبدیل به طرح عادی میشد. اما به نظر میرسد عجایب آزمایش دو شکاف تمامی ندارد! فیزیکدان کوانتوم مشهور، #جان_ویلر، در سال 1978 گفت اگر یکی از شکافها را ببندیم و دستگاهی داشته باشیم که پس از فعال سازی شلیک ذره و عبور ذره از میان شکاف، شکاف دوم را لحظاتی پیش از رسیدن ذره به حسگر باز کند، آن وقت به ذره حقه زدهایم و اصولا باید روی حسگرمان الگوی تداخلی ظاهر نشود چون یک شکاف نمیتواند الگوی تداخلی تولید کند.
البته که انتظار نداریم ذره برگردد تا ببیند یکی از شکافها را باز کردهایم اما در دو قسمت قبل فهمیدیم زمانی که به ذرات نگاه نمیکنیم و در حال مشاهده شدن نیستند، میتوانند کاملا غیر منطقی عمل کنند!
در سال 2007 گروهی از دانشمندان فرانسوی موفق به ساخت دستگاهی که ویلر پیشنهاد کرده بود شدند و نتیجه این شد که ذره واقعاً از ماجرا مطلع میشود و الگوی تداخلی میسازد! به عبارت دیگر، ذره گذشته خود را تغییر میدهد و این ناقض اساسی ترین اصل علمی است یعنی "اصل علیت". ویلر از راهی بسیار زیبا و متقاعد کننده نشان داد که یک آزمایشگر میتواند تنها با عمل اندازه گیری، تاریخ را عوض کند! یک آزمایشگر، میتواند با تصمیم گیری در مورد مسیر اندازه گیری یک چیز، تعیین کند که چه چیز در گذشته اتفاق بیفتد!
طبق نظر ویلر، نکته شگفت انگیز این است که آزمایشگر میتواند با گزینش تأخیری، گذشته را تغییر دهد. در واقع پس از اینکه واقعیت اتفاق افتاده، در حال تعیین این هستیم که ذره از کدام مسیر حرکت کند. ما پس از اینکه ذره مسیرش را طی کرده، تصمیم گرفتهایم که ذره از کدام مسیر حرکت کند.
آزمایش گزینش تأخیری ویلر بارها تکرار شد و نتیجه یکسان بود. ذره به شکافها میرسد و یکی از شکافها مسدود است. بنابراین از شکاف باز یعنی تنها از یک شکاف عبور میکند. به مسیرش ادام میدهد تا به پرده آشکار ساز برسد اما قبل از رسیدن به پرده شکاف مسدود باز میشود. ذره گذشته خود را تغییر داده و مسیر خود را اصلاح میکند. یعنی کاری میکند که در گذشته از هر دو شکاف عبور کرده باشد! زیرا هنوز به پرده نرسیده و در حال مشاهده شدن نیست پس آزاد است غیرمنطقی و هر طور دلش میخواهد رفتار کند. بدین ترتیب قبل از برخورد به پرده، اصلاحاتی را با توجه به باز شدن شکاف مسدود روی مسیر حرکت خود در زمان گذشته انجام میدهد و پس از انجام اصلاحات دیگر میتواند روی پرده آشکار ساز طرح تداخلی ایجاد کند. انگار به راستی ذره قبل از برخورد به پرده به پشت سر خود نگاه میکند! این آزمایش نقض کننده روابط علیتی و اثبات کنند سورئالیسم کوانتومی و ناموضعیت کوانتومی است.
ویلر بعدها ایده عجیبش را به مقیاسهای کیهانی هم تعمیم داد. پاسخ ویلر به خلقت، تاریخ و آغاز جهان این است که ما باید نگاهی دوباره به آزمایش گزینش تأخیری بیاندازیم. بر طبق این آزمایش، مشاهده گر بر مسیر انتخابی فوتونهای قابل مشاهده از یک همگرایی گرانشی تأثیر میگذارد. بنابراین ما یک آزمایش کوانتومی در مقیاسهای کیهانی داریم؛ به جای فواصل کوتاه در آزمایشگاه، اینجا با فواصلی به اندازه میلیاردها سال نوری سر و کار داریم. نکته اساسی این است که مشاهده گر پس از پیمودن مسیر بر آن تأثیر میگذارد و تاریخ گذشته مسیر فوتون را در زمان حال میسازد. بعضی معتقدند که میتوان پیش آگاهی را بر اساس همین امواج تأخیری ویلر توضیح داد. هر چند هر مبحثی در مقابل عجایب کوانتومی، عادی جلوه میکند، اما این آزمایش اثباتی دیگر است بر اینکه امواج کوانتومی در ورای زمان، مکان، علیت و درک بشر وجود دارند، ما کوانتوم را نمیفهمیم فقط میدانیم بی شک درست است.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
Cosmos' Language
#آزمایش_دو_شکاف، باز هم عجیبتر! در دو قسمت قبلی، دیدیم که یک ذره منفرد هم زمان از دو شکاف عبور میکرد و در آن واحد در دو مکان حضور داشت. همچنین با گذاشتن آشکار سازی در کنار شکافها به منظور تشخیص اینکه ذره دقیقاً از کدام شکاف عبور کرده، رفتار ذره تغییر میکرد…
#آزمایش_دو_شکاف، سه شکاف چه میکند؟!
تمام حالات مختلف این آزمایش که در قسمتهای قبلی دیدید، با وجود اینکه بسیار عجیب بودند اما با اصل #برهم_نهی سازگار هستند. به امکان وجود داشتن هم زمان در دو یا چند حالت، برهم نهی کوانتومی میگویند که در آینده پست کاملی در مورد آن خواهیم گذاشت.
دانشمندان آزمایشی را طراحی کردند که شگفتیهای آزمایش دو شکاف معروف را باز هم بیشتر میکند! در این آزمایش به جای دو شکاف از سه شکاف استفاده شده است و فوتونها، مسیرهای حلقهای عجیب و غریبی را طی کردند. مسیر حلقهای به این معناست که فوتونها، از یک شکاف عبور کرده و سپس دور میزنند و از طریق شکاف دیگر برمیگردند یا گاهی دوباره دور زده و این بار از طریق شکاف سوم، برمیگردند (تصویر شماره 1). نکته جالبی که در این مورد وجود دارد این است که این مسیرهای حلقهای، الگوی تداخلی کلی را بسیار جالب میکنند که از اصل برهم نهی، انحراف نشان میدهد. این انحراف را میتوان به عنوان کاربرد نادرست اصل برهم نهی درک کرد؛ اما وقتی تداخل اضافهی بین مسیرهای مستقیم و حلقهای، درنظر گرفته شود، میتوان اصل برهم نهی را به درستی، به کار برد. اگرچه محققان قبلاً وجود چنین مسیرهای عجیبی را پیش بینی کرده بودند، اما مشاهده آنها با شکست مواجه شده بود. این بار دانشمندان با استفاده از سه شکاف موفق به مشاهده این مسیرها شدند.
نباید در مورد اصل برهم نهی شک کنید. در واقع اصل برهم نهی، همیشه معتبر است، اما چیزی که همیشه معتبر نیست، کاربرد غیر دقیق آن در مورد یک سیستم با دو یا سه شکاف است. در حقیقت احتمال رخ دادن مسیرهای حلقهای، با دو شکاف نیز وجود دارد اما این احتمال آنقدر ناچیز است که میتوان از آن چشم پوشی کرد و به همین دلیل الگوی تداخلی دو شکاف با اصل برهم نهی سازگار است. اما در این آزمایش، دانشمندان برای افزایش احتمال رخ دادن مسیرهای حلقهای، ساختاری با سه شکاف طراحی کردند که دارای یک سطح پلاسمونی است که آن را به عنوان میدانهای الکترومغناطیسی به شدت محدود شدهای توصیف میکنند که میتوانند در سطح فلزات وجود داشته باشند. حضور این میدانهای الکترومغناطیسی نزدیک این سه شکاف، احتمال رخ دادن مسیرهای حلقهای را برای الگوی تداخل سراسری، دو برابر میکند. ما یک توضیح فیزیکی داریم که احتمال رخداد این مسیرهای عجیب را به میدانهای الکترومغناطیسی اطراف شکافها، ارتباط میدهد. به این ترتیب، میتوانیم با افزایش قدرت میدانهای نزدیک شکافها، احتمال رخداد مسیرهای حلقهای را افزایش دهیم.
درنسخه دو شکاف، فوتونها پس از عبور هم زمان از هر دو شکاف، دچار پدیده پراش موج میشدند. سپس این دو پراش که هر کدام حاصل عبور از یک شکاف بود، با هم تداخل و الگوی تداخلی روی پرده آشکار ساز ایجاد میکردند. مسیرهای حلقهای هم با توجه به اینکه احتمال رخ دادنشان بسیار ناچیز بود، در نظر گرفته نمیشدند بنابراین الگوی تداخلی ایجاد شده روی پرده، با اصل برهم نهی سازگاری داشت.
اما وقتی از سه شکاف استفاده میشود و احتمال رخ دادن مسیرهای حلقهای افزایش مییابد، فوتونهای با مسیر مستقیم با فوتونهای با مسیر حلقهای تداخل کرده و یک الگوی تداخلی دیگر را میسازند! حتی در این مورد هم میتوانیم اصل برهم نهی را، با جمع یا برهم نهی دو تابع موج، که یکی مسیر مستقیم و دیگری مسیر حلقهای را توصیف میکند، به کار ببریم. این بار اگر مسیرهای حلقهای را در نظر نگیریم، کاربرد اصل برهم نهی، نادرست خواهد بود زیرا احتمل رخ دادن این مسیرها بیشتر از آن است که قابل چشم پوشی باشد. این آزمایش، علاوه بر اینکه درک دانشمندان را در مورد اصل برهم نهی، عمیقتر میکند، ویژگیهای جدیدی از نور را نشان میدهد که میتواند در شبیه سازهای کوانتومی و سایر تکنولوژیهایی که بر پایه اثرات تداخلی کار میکنند، استفاده شوند.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
تمام حالات مختلف این آزمایش که در قسمتهای قبلی دیدید، با وجود اینکه بسیار عجیب بودند اما با اصل #برهم_نهی سازگار هستند. به امکان وجود داشتن هم زمان در دو یا چند حالت، برهم نهی کوانتومی میگویند که در آینده پست کاملی در مورد آن خواهیم گذاشت.
دانشمندان آزمایشی را طراحی کردند که شگفتیهای آزمایش دو شکاف معروف را باز هم بیشتر میکند! در این آزمایش به جای دو شکاف از سه شکاف استفاده شده است و فوتونها، مسیرهای حلقهای عجیب و غریبی را طی کردند. مسیر حلقهای به این معناست که فوتونها، از یک شکاف عبور کرده و سپس دور میزنند و از طریق شکاف دیگر برمیگردند یا گاهی دوباره دور زده و این بار از طریق شکاف سوم، برمیگردند (تصویر شماره 1). نکته جالبی که در این مورد وجود دارد این است که این مسیرهای حلقهای، الگوی تداخلی کلی را بسیار جالب میکنند که از اصل برهم نهی، انحراف نشان میدهد. این انحراف را میتوان به عنوان کاربرد نادرست اصل برهم نهی درک کرد؛ اما وقتی تداخل اضافهی بین مسیرهای مستقیم و حلقهای، درنظر گرفته شود، میتوان اصل برهم نهی را به درستی، به کار برد. اگرچه محققان قبلاً وجود چنین مسیرهای عجیبی را پیش بینی کرده بودند، اما مشاهده آنها با شکست مواجه شده بود. این بار دانشمندان با استفاده از سه شکاف موفق به مشاهده این مسیرها شدند.
نباید در مورد اصل برهم نهی شک کنید. در واقع اصل برهم نهی، همیشه معتبر است، اما چیزی که همیشه معتبر نیست، کاربرد غیر دقیق آن در مورد یک سیستم با دو یا سه شکاف است. در حقیقت احتمال رخ دادن مسیرهای حلقهای، با دو شکاف نیز وجود دارد اما این احتمال آنقدر ناچیز است که میتوان از آن چشم پوشی کرد و به همین دلیل الگوی تداخلی دو شکاف با اصل برهم نهی سازگار است. اما در این آزمایش، دانشمندان برای افزایش احتمال رخ دادن مسیرهای حلقهای، ساختاری با سه شکاف طراحی کردند که دارای یک سطح پلاسمونی است که آن را به عنوان میدانهای الکترومغناطیسی به شدت محدود شدهای توصیف میکنند که میتوانند در سطح فلزات وجود داشته باشند. حضور این میدانهای الکترومغناطیسی نزدیک این سه شکاف، احتمال رخ دادن مسیرهای حلقهای را برای الگوی تداخل سراسری، دو برابر میکند. ما یک توضیح فیزیکی داریم که احتمال رخداد این مسیرهای عجیب را به میدانهای الکترومغناطیسی اطراف شکافها، ارتباط میدهد. به این ترتیب، میتوانیم با افزایش قدرت میدانهای نزدیک شکافها، احتمال رخداد مسیرهای حلقهای را افزایش دهیم.
درنسخه دو شکاف، فوتونها پس از عبور هم زمان از هر دو شکاف، دچار پدیده پراش موج میشدند. سپس این دو پراش که هر کدام حاصل عبور از یک شکاف بود، با هم تداخل و الگوی تداخلی روی پرده آشکار ساز ایجاد میکردند. مسیرهای حلقهای هم با توجه به اینکه احتمال رخ دادنشان بسیار ناچیز بود، در نظر گرفته نمیشدند بنابراین الگوی تداخلی ایجاد شده روی پرده، با اصل برهم نهی سازگاری داشت.
اما وقتی از سه شکاف استفاده میشود و احتمال رخ دادن مسیرهای حلقهای افزایش مییابد، فوتونهای با مسیر مستقیم با فوتونهای با مسیر حلقهای تداخل کرده و یک الگوی تداخلی دیگر را میسازند! حتی در این مورد هم میتوانیم اصل برهم نهی را، با جمع یا برهم نهی دو تابع موج، که یکی مسیر مستقیم و دیگری مسیر حلقهای را توصیف میکند، به کار ببریم. این بار اگر مسیرهای حلقهای را در نظر نگیریم، کاربرد اصل برهم نهی، نادرست خواهد بود زیرا احتمل رخ دادن این مسیرها بیشتر از آن است که قابل چشم پوشی باشد. این آزمایش، علاوه بر اینکه درک دانشمندان را در مورد اصل برهم نهی، عمیقتر میکند، ویژگیهای جدیدی از نور را نشان میدهد که میتواند در شبیه سازهای کوانتومی و سایر تکنولوژیهایی که بر پایه اثرات تداخلی کار میکنند، استفاده شوند.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
Cosmos' Language
#آزمایش_دو_شکاف، سه شکاف چه میکند؟! تمام حالات مختلف این آزمایش که در قسمتهای قبلی دیدید، با وجود اینکه بسیار عجیب بودند اما با اصل #برهم_نهی سازگار هستند. به امکان وجود داشتن هم زمان در دو یا چند حالت، برهم نهی کوانتومی میگویند که در آینده پست کاملی در…
three slits interference.pdf
1.6 MB
Cosmos' Language
#آزمایش_دو_شکاف، سه شکاف چه میکند؟! تمام حالات مختلف این آزمایش که در قسمتهای قبلی دیدید، با وجود اینکه بسیار عجیب بودند اما با اصل #برهم_نهی سازگار هستند. به امکان وجود داشتن هم زمان در دو یا چند حالت، برهم نهی کوانتومی میگویند که در آینده پست کاملی در…
#آزمایش_دو_شکاف
در قسمتهای قبلی با بسیاری از عجایب این آزمایش آشنا شدیم. دیدیم که یک ذره منفرد، هم زمان از دو شکاف عبور میکرد، در آن واحد در دو یا چند مکان حضور داشت، زمانی که آن را زیر نظر میگرفتیم رفتارش را منطقی میکرد و طرح تداخلی به طرح معمولی تبدیل میشد و همچنین مسیرهای حلقهای عجیبی را طی میکرد. اما در این قسمت عجایب این آزمایش 200 ساله باز هم بیشتر میشود!
این بار پژوهشگران یک آزمایش دوشکاف را در یکی از مسیرهای آزمایش دو شکاف بزرگتری تعبیه کردند. در این آزمایش از "تداخل سنج ماخ زنر" به عنوان اسباب دو شکافی و از فوتونها به عنوان ذرات استفاده شد. تداخل سنج اپتیکی از یک شکافندهی پرتو استفاده میکند که پرتوهای فوتونی ورودی را به دو مسیر تقسیم میکند سپس آنها را ترکیب کرده و به یک آشکار ساز ارسال میکند (تصویر شماره 1). اختلاف در طول هر یک از این مسیرها چگونگی باز ترکیب و تداخل پرتوها را تعیین میکند. این اختلاف شدت اندازه گیری شده توسط آشکار ساز را تحت تأثیر قرار میدهد.
یک تداخل سنج ماخ زنرِ داخلی (XY) در یکی از مسیرهای تداخل سنج بیرونی (WZ) قرار گرفته است (تصویر شماره 2).
بنابراین یک فوتون سه مسیر پیش روی خود دارد. مسیر اول WCZ، مسیر دوم WEXAYFZ و مسیر سوم WEXBYFZ. هدف آزمایش پی بردن به این نکته است که فوتونها کدام مسیر را برای رسیدن به آشکار ساز انتخاب میکنند.
پژوهشگران برای انجام اندازه گیریهای خود، تمامی آینههای تداخل سنج را به شکل جزئی به ارتعاش درآوردند (هر یک در فرکانسی متفاوت و منحصر به فرد). زمانی که یک آینه در حال ارتعاش باشد، طول مسیر هر نوری که از آن آینه بازتابیده میشود تغییر میکند. این باعث میشود تا اختلاف فاز (زمانی که پرتو بازترکیب میشود) تغییر کرده و شدت در آشکارساز تغییر کند. چون هر آینه در فرکانس منحصر به فردی ارتعاش میکند، با اندازهگیری نوساناتی که در شدت آشکاردسازی شده (در یک فرکانس ویژه) وجود دارد میتوان دریافت که فوتونها با کدام آینه(ها) تماس داشتهاند.
پژوهشگران دو مسیر را در طول تداخلسنج داخلی (مسیرهای XAY و XBY) طوری آرایش دادهاند که وقتی پرتوها بازترکیب میشوند به شکل مخرب تداخل کنند. بنابراین هیچ نوری نمیتواند تداخل سنج داخلی را ترک کند. در نتیجه انتظار داریم تنها نوسانی که در شدت آشکارسازی شده وجود دارد ناشی از آینهای باشد که تداخل سنج داخلی را دور زده (آینه C) اما مانند نسخههای قبلی این آزمایش، باز هم نتایج غافلگیر کننده بود!
در واقع شدتی که در آشکار ساز D، آشکار سازی شده در فرکانس سه تا از آینهها نوسان میکند که یکی از آنها همان آینهی C است که کاملاً انتظارش را داشتیم. اما دو آینه دیگر که فوتونها به آن برخورد کردهاند، آینههای A و B هستند! و عجیبتر اینکه همین فوتونهایی که به آینههای A و B برخورد کردهاند، هیچ برخوردی با آینههای E و F نداشتهاند!
برای اینکه فوتونها بتوانند به آینههای A و B برخورد کنند، باید از تداخل سنج داخلی (XY) عبور کنند و برای ورود به این تداخل سنج، تنها یک راه وجود دارد و آن هم برخورد با آینه E میباشد. با توجه به اینکه فوتونها به آینه A و B برخورد کردهاند، میدانیم از تداخل سنج داخلی عبور کردهاند اما با توجه به اینکه به آینه E برخورد نکردهاند، میدانیم هرگز وارد تداخل سنج داخلی نشدهاند!
مسیرهای تداخل سنج داخلی به گونهای آرایش داده شده بود که پرتوها پس از بازترکیبی تداخل مخرب داشته باشند و در نتیجه هیچ پرتویی نتواند تداخل سنج داخلی را ترک کند و عدم برخورد فوتونها با آینه F که راه خروج از تداخل سنج داخلی میباشد، ثابت میکند همان طور که پیش بینی میشد، به راستی هیچ پرتویی تداخل سنج داخلی را ترک نکرده است.
تمام این مشاهدات را میتوان در یک سطر جمع بندی کرد تا نتیجه شگفت انگیز این آزمایش به دست آید:
«تعدادی از فوتونها برای رسیدن از V به D، مسیر WCZ را طی کردهاند اما با این وجود از تداخل سنج داخلی (XY) نیز عبور کردهاند در حالی که هرگز به آن وارد نشده و هرگز از آن خارج نشدهاند!»
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
در قسمتهای قبلی با بسیاری از عجایب این آزمایش آشنا شدیم. دیدیم که یک ذره منفرد، هم زمان از دو شکاف عبور میکرد، در آن واحد در دو یا چند مکان حضور داشت، زمانی که آن را زیر نظر میگرفتیم رفتارش را منطقی میکرد و طرح تداخلی به طرح معمولی تبدیل میشد و همچنین مسیرهای حلقهای عجیبی را طی میکرد. اما در این قسمت عجایب این آزمایش 200 ساله باز هم بیشتر میشود!
این بار پژوهشگران یک آزمایش دوشکاف را در یکی از مسیرهای آزمایش دو شکاف بزرگتری تعبیه کردند. در این آزمایش از "تداخل سنج ماخ زنر" به عنوان اسباب دو شکافی و از فوتونها به عنوان ذرات استفاده شد. تداخل سنج اپتیکی از یک شکافندهی پرتو استفاده میکند که پرتوهای فوتونی ورودی را به دو مسیر تقسیم میکند سپس آنها را ترکیب کرده و به یک آشکار ساز ارسال میکند (تصویر شماره 1). اختلاف در طول هر یک از این مسیرها چگونگی باز ترکیب و تداخل پرتوها را تعیین میکند. این اختلاف شدت اندازه گیری شده توسط آشکار ساز را تحت تأثیر قرار میدهد.
یک تداخل سنج ماخ زنرِ داخلی (XY) در یکی از مسیرهای تداخل سنج بیرونی (WZ) قرار گرفته است (تصویر شماره 2).
بنابراین یک فوتون سه مسیر پیش روی خود دارد. مسیر اول WCZ، مسیر دوم WEXAYFZ و مسیر سوم WEXBYFZ. هدف آزمایش پی بردن به این نکته است که فوتونها کدام مسیر را برای رسیدن به آشکار ساز انتخاب میکنند.
پژوهشگران برای انجام اندازه گیریهای خود، تمامی آینههای تداخل سنج را به شکل جزئی به ارتعاش درآوردند (هر یک در فرکانسی متفاوت و منحصر به فرد). زمانی که یک آینه در حال ارتعاش باشد، طول مسیر هر نوری که از آن آینه بازتابیده میشود تغییر میکند. این باعث میشود تا اختلاف فاز (زمانی که پرتو بازترکیب میشود) تغییر کرده و شدت در آشکارساز تغییر کند. چون هر آینه در فرکانس منحصر به فردی ارتعاش میکند، با اندازهگیری نوساناتی که در شدت آشکاردسازی شده (در یک فرکانس ویژه) وجود دارد میتوان دریافت که فوتونها با کدام آینه(ها) تماس داشتهاند.
پژوهشگران دو مسیر را در طول تداخلسنج داخلی (مسیرهای XAY و XBY) طوری آرایش دادهاند که وقتی پرتوها بازترکیب میشوند به شکل مخرب تداخل کنند. بنابراین هیچ نوری نمیتواند تداخل سنج داخلی را ترک کند. در نتیجه انتظار داریم تنها نوسانی که در شدت آشکارسازی شده وجود دارد ناشی از آینهای باشد که تداخل سنج داخلی را دور زده (آینه C) اما مانند نسخههای قبلی این آزمایش، باز هم نتایج غافلگیر کننده بود!
در واقع شدتی که در آشکار ساز D، آشکار سازی شده در فرکانس سه تا از آینهها نوسان میکند که یکی از آنها همان آینهی C است که کاملاً انتظارش را داشتیم. اما دو آینه دیگر که فوتونها به آن برخورد کردهاند، آینههای A و B هستند! و عجیبتر اینکه همین فوتونهایی که به آینههای A و B برخورد کردهاند، هیچ برخوردی با آینههای E و F نداشتهاند!
برای اینکه فوتونها بتوانند به آینههای A و B برخورد کنند، باید از تداخل سنج داخلی (XY) عبور کنند و برای ورود به این تداخل سنج، تنها یک راه وجود دارد و آن هم برخورد با آینه E میباشد. با توجه به اینکه فوتونها به آینه A و B برخورد کردهاند، میدانیم از تداخل سنج داخلی عبور کردهاند اما با توجه به اینکه به آینه E برخورد نکردهاند، میدانیم هرگز وارد تداخل سنج داخلی نشدهاند!
مسیرهای تداخل سنج داخلی به گونهای آرایش داده شده بود که پرتوها پس از بازترکیبی تداخل مخرب داشته باشند و در نتیجه هیچ پرتویی نتواند تداخل سنج داخلی را ترک کند و عدم برخورد فوتونها با آینه F که راه خروج از تداخل سنج داخلی میباشد، ثابت میکند همان طور که پیش بینی میشد، به راستی هیچ پرتویی تداخل سنج داخلی را ترک نکرده است.
تمام این مشاهدات را میتوان در یک سطر جمع بندی کرد تا نتیجه شگفت انگیز این آزمایش به دست آید:
«تعدادی از فوتونها برای رسیدن از V به D، مسیر WCZ را طی کردهاند اما با این وجود از تداخل سنج داخلی (XY) نیز عبور کردهاند در حالی که هرگز به آن وارد نشده و هرگز از آن خارج نشدهاند!»
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
Cosmos' Language
#آزمایش_دو_شکاف در قسمتهای قبلی با بسیاری از عجایب این آزمایش آشنا شدیم. دیدیم که یک ذره منفرد، هم زمان از دو شکاف عبور میکرد، در آن واحد در دو یا چند مکان حضور داشت، زمانی که آن را زیر نظر میگرفتیم رفتارش را منطقی میکرد و طرح تداخلی به طرح معمولی تبدیل…
تفسیر "فرمول بندی بردار دو حالته" یکی از تفسیرهای خلاف عرف از نظریه کوانتوم است اما نتیجه این آزمایش به فرمول بندی بردار دو حالته اعتبار میبخشد. بر اساس این فرمول بندی، احتمال یافتن یک ذره در یک مکان ویژه، حاصل ضرب دو بردار است؛ یکی پیش رونده در زمان از طرف منبع (خطوط قرمز در تصویر شماره 2) و یکی پس رونده در زمان از سوی آشکار ساز (خطچینهای سبز در تصویر شماره 2).
یک فوتون تنها و تنها زمانی با یک آینه تماس پیدا میکند که هر دوی این بردارها در آن نقطه غیر صفر باشند. تداخل سنج داخلی سبب میشود تا هر موجی که این تداخل سنج را ترک میکند عیناً صفر باشد. برداری که به سمت جلو پیش میرود، در خروجی صفر خواهد شد و بنابراین هیچ فوتونی نمیتواند آنجا یافت شود. برداری که به سمت عقب به سوی منبع پیش میرود در مسیر ورود به تداخل سنج داخلی صفر خواهد بود. پس هیچ فوتونی نمیتواند آنجا یافت شود. با این وجود در درون تداخل سنج داخلی هم برداری که به سمت جلو پیش میرود و هم آن که به سمت عقب میرود غیر صفرند بنابراین فوتونها قادرند از بازوها عبور کنند (تصویر شماره 2 را ببینید و به قسمتهایی که خطوط قرمز و سبز هر دو با هم وجود دارند دقت کنید).
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
یک فوتون تنها و تنها زمانی با یک آینه تماس پیدا میکند که هر دوی این بردارها در آن نقطه غیر صفر باشند. تداخل سنج داخلی سبب میشود تا هر موجی که این تداخل سنج را ترک میکند عیناً صفر باشد. برداری که به سمت جلو پیش میرود، در خروجی صفر خواهد شد و بنابراین هیچ فوتونی نمیتواند آنجا یافت شود. برداری که به سمت عقب به سوی منبع پیش میرود در مسیر ورود به تداخل سنج داخلی صفر خواهد بود. پس هیچ فوتونی نمیتواند آنجا یافت شود. با این وجود در درون تداخل سنج داخلی هم برداری که به سمت جلو پیش میرود و هم آن که به سمت عقب میرود غیر صفرند بنابراین فوتونها قادرند از بازوها عبور کنند (تصویر شماره 2 را ببینید و به قسمتهایی که خطوط قرمز و سبز هر دو با هم وجود دارند دقت کنید).
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language