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
نظریه کوانتوم
قسمت نهم: اصل برهم نهی
در پستهای قبلی دیدیم که #آزمایش_دو_شکاف به خوبی ثابت میکرد اشیاء کوانتومی میتوانند در آن واحد در چند مکان حضور داشته باشند. به این موضوع اصطلاحاً اصل #برهم_نهی گفته میشود. در این قسمت با برهم نهی کوانتومی، عمیقتر آشنا میشویم.
در سال 1925 فیزیکدان اتریشی، اروین #شرودینگر، به هر شئ کوانتومی یک #تابع_موج را نسبت داد. #معادله_شرودینگر یک معادله کمی پیچیده است که به وسیله آن به بررسی فضایی یک تابع موج میپردازیم. در این معادله اگر تابع موج به زمان و مکان وابسته باشد با حرف یونانی "سای" بزرگ (Ψ) و اگر تابع موج مستقل از زمان و تنها وابسته به مکان باشد با سای کوچک (ψ) نشان داده میشود.
تابع موج یک تابع ریاضی پیچیده است که تمام ویژگیهای شئ کوانتومی (سرعت، مکان و…) در آن ذخیره میشود. این مجموعه از ویژگیهای شئ کوانتومی، "#حالت_کوانتومی" نامیده میشود. به همین دلیل است که به تابع موج، تابع حالت هم گفته میشود. یک حالت کوانتومی به صورت "<Ψ|" نشان داده میشود.
تمام فیزیک کلاسیک مبتنی بر اصل قطعیت است. اصل بنیادی قطعیت میگوید «آینده قابل پیشبینی است و تنها چیزی که برای پیشبینی آیندهی کائنات لازم است، داشتن اطلاعات کافی از زمان حال است.» مثلاً میتوانیم کسوف بعدی را با داشتن اطلاعات کافی در مورد حرکت ماه به طور قطعی پیشبینی کنیم. نتیجه دیگر اصل قطعیت این است که شرایط یکسان منجر به نتایج یکسان میشوند. برای مثال، اگر ما دو گلوله یکسان را از یک تفنگ و در شرایط (جهت، دما، غلظت هوا و...) کاملاً یکسان شلیک کنیم، قطعاً هر دو گلوله به مکان یکسانی اصابت خواهند کرد. اما دنیای کوانتوم به طور کاملاً متفاوتی رفتار میکند؛ یعنی اگر به جای گلوله، الکترونها را با یک تفنگ الکترونی فرضی شلیک کنیم، هر یک از آنها میتوانند به مکانهای متفاوتی برخورد کرده و حتی با وجود شرایط اولیهی یکسان، سرعتهای نامشابهی داشته باشند!
رفتار عجیب ذرات در آزمایش دو شکاف و غیرقابل پیشبینی بودن الکترونها در تفنگ الکترونی، هر دو نتیجهی یک اصل بنیادی مکانیک کوانتوم یعنی برهم نهی هستند. طبق اصل برهم نهی کوانتومی، در صورتی که یک شئ کوانتومی، مشاهده نشود، میتواند به طور هم زمان در تمام حالتهای کوانتومی ممکن قرار داشته باشد. بنابراین برهم نهی به معنای ترکیب تمام حالتهایی است که شئ میتواند از نظر تئوری در آنها قرار داشته باشد. یعنی ذرهای که مشاهده نمیشود، میتواند به طور هم زمان چندین سرعت داشته باشد و در چندین مکان هم حضور داشته باشد!
فهمیدیم که تابع موج تمام ویژگیهای یک شئ کوانتومی را در دل خود دارد. بنابراین تابع موج میتواند مکان شئ را مشخص کند. اما موج در یک مکان مستقر نمیشود بلکه تمایل به پخش شدن در فضا دارد. در نتیجه تا زمانی که تابع موج وجود دارد، مکان شئ را نمیتوان به طور دقیق مشخص نمود (عدم قطعیت) و تنها میتوان گفت شئ همان جایی است که تابع موجش قرار دارد یعنی در چند ویژه حالت مختلف. برای تعیین دقیق مکان شئ، باید تابع موج ناپدید شود که با مشاهده (مشاهده به معنای اندازه گیری هر یک از ویژگیهای شئ به هر روشی است) میتوانیم تابع موج را به سادگی ناپدید کنیم.
زمانی که شئ مشاهده نشده و تابع موج وجود دارد، تابع موج احتمال حضور شئ در چندین مکان را به ما میدهد اما زمانی که شئ مشاهده میشود، تابع موج دچار فروریزش شده و شئ نه به صورت احتمالاتی بلکه دقیقاً تنها در یک مکان حضور مییابد (تصویر شماره 1).
فروریزش تابع موج یعنی کاهش تابع موج از چندین ویژه حالت به تنها یک ویژه حالت (یک مکان و یک سرعت). فروریزش تابع موج باعث میشود هیچگاه نتوانیم یک شئ را با چندین سرعت و چندین مکان مشاهده کنیم؛ زیرا با مشاهده، برهم نهی حالات از بین میرود و این نشان میدهد که عمل مشاهده، فقط ویژگیهای یک شئ کوانتومی را مشخص نمیکند، بلکه ماهیت آن را نیز تعیین میکند! این بدان معناست که ما آیندهی یک شئ را صرفاً با مشاهدهی آن تعیین میکنیم.
اکنون سؤالی مطرح میشود: یک شئ کوانتومی بر چه اساس در زمان مشاهده شدن بین تمامی ویژه حالات ممکن، یک ویژه حالت را انتخاب می کند؟
پاسخ در احتمال است. احتمال اینکه یک شئ کوانتومی در یک ویژه حالت خاص قرار گیرد، به وسیلهی تابع موجش مشخص میشود. به همین دلیل از تابع موج به عنوان موج احتمال هم یاد میشود (تصویر شماره 2). از هر تابع موجی، میتوان یک عدد به نام "#بزرگی_احتمال" را به دست آورد. احتمال اینکه یک شئ کوانتومی در یک ویژه حالت معین قرار بگیرد، با مجذور بزرگی احتمال تعیین میشود. مثلاً اگر بزرگی احتمال یک حالت معین، ½√ باشد، احتمال رخ دادن آن حالت، %50 خواهد بود.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
قسمت نهم: اصل برهم نهی
در پستهای قبلی دیدیم که #آزمایش_دو_شکاف به خوبی ثابت میکرد اشیاء کوانتومی میتوانند در آن واحد در چند مکان حضور داشته باشند. به این موضوع اصطلاحاً اصل #برهم_نهی گفته میشود. در این قسمت با برهم نهی کوانتومی، عمیقتر آشنا میشویم.
در سال 1925 فیزیکدان اتریشی، اروین #شرودینگر، به هر شئ کوانتومی یک #تابع_موج را نسبت داد. #معادله_شرودینگر یک معادله کمی پیچیده است که به وسیله آن به بررسی فضایی یک تابع موج میپردازیم. در این معادله اگر تابع موج به زمان و مکان وابسته باشد با حرف یونانی "سای" بزرگ (Ψ) و اگر تابع موج مستقل از زمان و تنها وابسته به مکان باشد با سای کوچک (ψ) نشان داده میشود.
تابع موج یک تابع ریاضی پیچیده است که تمام ویژگیهای شئ کوانتومی (سرعت، مکان و…) در آن ذخیره میشود. این مجموعه از ویژگیهای شئ کوانتومی، "#حالت_کوانتومی" نامیده میشود. به همین دلیل است که به تابع موج، تابع حالت هم گفته میشود. یک حالت کوانتومی به صورت "<Ψ|" نشان داده میشود.
تمام فیزیک کلاسیک مبتنی بر اصل قطعیت است. اصل بنیادی قطعیت میگوید «آینده قابل پیشبینی است و تنها چیزی که برای پیشبینی آیندهی کائنات لازم است، داشتن اطلاعات کافی از زمان حال است.» مثلاً میتوانیم کسوف بعدی را با داشتن اطلاعات کافی در مورد حرکت ماه به طور قطعی پیشبینی کنیم. نتیجه دیگر اصل قطعیت این است که شرایط یکسان منجر به نتایج یکسان میشوند. برای مثال، اگر ما دو گلوله یکسان را از یک تفنگ و در شرایط (جهت، دما، غلظت هوا و...) کاملاً یکسان شلیک کنیم، قطعاً هر دو گلوله به مکان یکسانی اصابت خواهند کرد. اما دنیای کوانتوم به طور کاملاً متفاوتی رفتار میکند؛ یعنی اگر به جای گلوله، الکترونها را با یک تفنگ الکترونی فرضی شلیک کنیم، هر یک از آنها میتوانند به مکانهای متفاوتی برخورد کرده و حتی با وجود شرایط اولیهی یکسان، سرعتهای نامشابهی داشته باشند!
رفتار عجیب ذرات در آزمایش دو شکاف و غیرقابل پیشبینی بودن الکترونها در تفنگ الکترونی، هر دو نتیجهی یک اصل بنیادی مکانیک کوانتوم یعنی برهم نهی هستند. طبق اصل برهم نهی کوانتومی، در صورتی که یک شئ کوانتومی، مشاهده نشود، میتواند به طور هم زمان در تمام حالتهای کوانتومی ممکن قرار داشته باشد. بنابراین برهم نهی به معنای ترکیب تمام حالتهایی است که شئ میتواند از نظر تئوری در آنها قرار داشته باشد. یعنی ذرهای که مشاهده نمیشود، میتواند به طور هم زمان چندین سرعت داشته باشد و در چندین مکان هم حضور داشته باشد!
فهمیدیم که تابع موج تمام ویژگیهای یک شئ کوانتومی را در دل خود دارد. بنابراین تابع موج میتواند مکان شئ را مشخص کند. اما موج در یک مکان مستقر نمیشود بلکه تمایل به پخش شدن در فضا دارد. در نتیجه تا زمانی که تابع موج وجود دارد، مکان شئ را نمیتوان به طور دقیق مشخص نمود (عدم قطعیت) و تنها میتوان گفت شئ همان جایی است که تابع موجش قرار دارد یعنی در چند ویژه حالت مختلف. برای تعیین دقیق مکان شئ، باید تابع موج ناپدید شود که با مشاهده (مشاهده به معنای اندازه گیری هر یک از ویژگیهای شئ به هر روشی است) میتوانیم تابع موج را به سادگی ناپدید کنیم.
زمانی که شئ مشاهده نشده و تابع موج وجود دارد، تابع موج احتمال حضور شئ در چندین مکان را به ما میدهد اما زمانی که شئ مشاهده میشود، تابع موج دچار فروریزش شده و شئ نه به صورت احتمالاتی بلکه دقیقاً تنها در یک مکان حضور مییابد (تصویر شماره 1).
فروریزش تابع موج یعنی کاهش تابع موج از چندین ویژه حالت به تنها یک ویژه حالت (یک مکان و یک سرعت). فروریزش تابع موج باعث میشود هیچگاه نتوانیم یک شئ را با چندین سرعت و چندین مکان مشاهده کنیم؛ زیرا با مشاهده، برهم نهی حالات از بین میرود و این نشان میدهد که عمل مشاهده، فقط ویژگیهای یک شئ کوانتومی را مشخص نمیکند، بلکه ماهیت آن را نیز تعیین میکند! این بدان معناست که ما آیندهی یک شئ را صرفاً با مشاهدهی آن تعیین میکنیم.
اکنون سؤالی مطرح میشود: یک شئ کوانتومی بر چه اساس در زمان مشاهده شدن بین تمامی ویژه حالات ممکن، یک ویژه حالت را انتخاب می کند؟
پاسخ در احتمال است. احتمال اینکه یک شئ کوانتومی در یک ویژه حالت خاص قرار گیرد، به وسیلهی تابع موجش مشخص میشود. به همین دلیل از تابع موج به عنوان موج احتمال هم یاد میشود (تصویر شماره 2). از هر تابع موجی، میتوان یک عدد به نام "#بزرگی_احتمال" را به دست آورد. احتمال اینکه یک شئ کوانتومی در یک ویژه حالت معین قرار بگیرد، با مجذور بزرگی احتمال تعیین میشود. مثلاً اگر بزرگی احتمال یک حالت معین، ½√ باشد، احتمال رخ دادن آن حالت، %50 خواهد بود.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
Cosmos' Language
نظریه کوانتوم قسمت نهم: اصل برهم نهی در پستهای قبلی دیدیم که #آزمایش_دو_شکاف به خوبی ثابت میکرد اشیاء کوانتومی میتوانند در آن واحد در چند مکان حضور داشته باشند. به این موضوع اصطلاحاً اصل #برهم_نهی گفته میشود. در این قسمت با برهم نهی کوانتومی، عمیقتر…
فرض کنید میخواهیم سرعت یک الکترون را تعیین کنیم که این الکترون در برهم نهی از دو ویژه حالت کوانتومی قرار دارد. در نخستین ویژه حالت، سرعت الکترون برابر V₁ و در دومین ویژه حالت، سرعت الکترون برابر V₂ است. این برهم نهی دو سرعت را میتوان از نظر ریاضی به صورت زیر نشان داد:
|ψ> = |V₁> + |V₂>
تا زمانی که الکترون مشاهده نمیشود، هر دو سرعت را دارد. اما به محض مشاهده، تابع موج یک احتمال معین از تمامی احتمالات ممکن را به الکترون اختصاص میدهد. فرض کنیم الکترون با احتمال %75 در ویژه حالت اول (با سرعت V₁) و با احتمال %25 در ویژه حالت دوم (با سرعت V₂) قرار دارد. از نظر ریاضی میتوان آن را با استفاده از بزرگی احتمال به صورت زیر نوشت:
|ψ> = √¾ |V₁> + √¹/₄ |V₂>
اگر سرعت را اندازه بگیریم، طبیعتاً فروریزش تابع موج رخ میدهد و الکترون تنها یک سرعت را به خود میگیرد. فرض میکنیم که در نخستین اندازه گیری، الکترون دارای سرعت V₂ شد. اگر اندازه گیری را چندین بار با الکترونهای دیگر با تابع موج یکسان تکرار کنیم، به طور تصادفی هر یک از دو سرعت V₁ یا V₂ به دست میآید. در %75 اندازه گیریها، الکترون، سرعت V₁ و در %25 اندازه گیریها، سرعت V₂ را دارد. اما هیچگاه با اطمینان نمیتوانیم بگوییم که سرعت الکترون در اندازه گیری بعدی، چه مقداری را خواهد داشت.
زمانی که یک شئ کوانتومی در برهم نهی چندین ویژه حالت قرار دارد، هر یک از این حالات دارای مقدار احتمال معینی هستند. جمع مقادیر احتمال تمام ویژه حالات محتمل برای این شئ کوانتومی، برابر با 1 است. به زبان ریاضی به شکل زیر نشان داده میشود (C₁ و C₂ و C₃ بزرگیهای احتمال هستند) (حرف S مخفف State به معنای حالت است):
|ψ> = C₁ |S₁> + C₂ |S₂> + C₃ |S₃> +...
→ |C₁|² + |C₂|² + |C₃|² +... = 1
یک فوتون در آزمایش دو شکاف در برهم نهی قرار داشت، بنابراین واقعاً به طور هم زمان از هر دو شکاف عبور کرده و با خودش تداخل میکرد! وقتی یک آشکارساز را در مقابل شکافها قرار میدادیم تا مشاهده کنیم فوتون از کدام شکاف عبور میکند، بر اثر مشاهده شدن، برهم نهی از بین رفته و الگوی تداخلی ناپدید میشد. الکترونی که از یک تفنگ الکترونی شلیک شده بود، به طور هم زمان در بیش از یک ویژه حالت قرار داشت و بنابراین به طور هم زمان چندین سرعت داشته و در چندین مکان حضور داشت. اما پس از برخورد و درست زمانی که فروریزش تابع موج رخ میداد، الکترون تنها در یک مکان قرار میگرفت. ما برهم نهی را در جهان ماکروسکوپی نمیتوانیم حس کنیم، چرا که اشیاء ماکروسکوپی به طور مداوم با محیط اطرافشان به عنوان مشاهده کننده برهمکنش میکنند، بنابراین در هر لحظه فروریزش تابع موج رخ میدهد. در مکانیک کوانتوم، آینده را فقط از طریق احتمالات میتوان پیشبینی نمود و برخلاف مکانیک کلاسیک، شرایط یکسان اغلب منجر به نتایج کاملاً متفاوتی میشود. شاید با خودتان فکر کنید مفهوم احتمال در جهان ماکروسکوپی هم وجود دارد. اما ناچارم شما را ناامید کنم زیرا کاملاً اشتباه فکر میکنید! هر پدیدهی به نظر تصادفی در جهان ماکروسکوپی، مثلاً پرتاب یک تاس، کاملاً معلوم و معین است. در واقع پدیدههایی ماکروسکوپیای که ما آنها را تصادفی مینامیم، تنها به دلیل دانش ناکافی ما از سیستم آنها تصادفی به نظر میرسند. در مورد پرتاب تاس روی یک سطح، عدم اطلاع ما از مقدار نیرو و جهت نیروی وارد شده به تاس، موقعیت نقطهای از سطح تاس که نیر به آن وارد شده، غلظت هوای اتاق، جرم تاس، ضریب اصطکاک سطح تاس و سطح زمین و عوامل دیگر باعث میشود تا ما آن را یک عمل کاملاً تصادفی فرض کنیم!
جمع بندی اینکه در مکانیک کوانتوم، حق نداریم بپرسیم "ذره کجا قرار دارد؟" بلکه باید بپرسیم: "احتمال یافتن ذره در یک مکان معین چقدر است؟"
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
|ψ> = |V₁> + |V₂>
تا زمانی که الکترون مشاهده نمیشود، هر دو سرعت را دارد. اما به محض مشاهده، تابع موج یک احتمال معین از تمامی احتمالات ممکن را به الکترون اختصاص میدهد. فرض کنیم الکترون با احتمال %75 در ویژه حالت اول (با سرعت V₁) و با احتمال %25 در ویژه حالت دوم (با سرعت V₂) قرار دارد. از نظر ریاضی میتوان آن را با استفاده از بزرگی احتمال به صورت زیر نوشت:
|ψ> = √¾ |V₁> + √¹/₄ |V₂>
اگر سرعت را اندازه بگیریم، طبیعتاً فروریزش تابع موج رخ میدهد و الکترون تنها یک سرعت را به خود میگیرد. فرض میکنیم که در نخستین اندازه گیری، الکترون دارای سرعت V₂ شد. اگر اندازه گیری را چندین بار با الکترونهای دیگر با تابع موج یکسان تکرار کنیم، به طور تصادفی هر یک از دو سرعت V₁ یا V₂ به دست میآید. در %75 اندازه گیریها، الکترون، سرعت V₁ و در %25 اندازه گیریها، سرعت V₂ را دارد. اما هیچگاه با اطمینان نمیتوانیم بگوییم که سرعت الکترون در اندازه گیری بعدی، چه مقداری را خواهد داشت.
زمانی که یک شئ کوانتومی در برهم نهی چندین ویژه حالت قرار دارد، هر یک از این حالات دارای مقدار احتمال معینی هستند. جمع مقادیر احتمال تمام ویژه حالات محتمل برای این شئ کوانتومی، برابر با 1 است. به زبان ریاضی به شکل زیر نشان داده میشود (C₁ و C₂ و C₃ بزرگیهای احتمال هستند) (حرف S مخفف State به معنای حالت است):
|ψ> = C₁ |S₁> + C₂ |S₂> + C₃ |S₃> +...
→ |C₁|² + |C₂|² + |C₃|² +... = 1
یک فوتون در آزمایش دو شکاف در برهم نهی قرار داشت، بنابراین واقعاً به طور هم زمان از هر دو شکاف عبور کرده و با خودش تداخل میکرد! وقتی یک آشکارساز را در مقابل شکافها قرار میدادیم تا مشاهده کنیم فوتون از کدام شکاف عبور میکند، بر اثر مشاهده شدن، برهم نهی از بین رفته و الگوی تداخلی ناپدید میشد. الکترونی که از یک تفنگ الکترونی شلیک شده بود، به طور هم زمان در بیش از یک ویژه حالت قرار داشت و بنابراین به طور هم زمان چندین سرعت داشته و در چندین مکان حضور داشت. اما پس از برخورد و درست زمانی که فروریزش تابع موج رخ میداد، الکترون تنها در یک مکان قرار میگرفت. ما برهم نهی را در جهان ماکروسکوپی نمیتوانیم حس کنیم، چرا که اشیاء ماکروسکوپی به طور مداوم با محیط اطرافشان به عنوان مشاهده کننده برهمکنش میکنند، بنابراین در هر لحظه فروریزش تابع موج رخ میدهد. در مکانیک کوانتوم، آینده را فقط از طریق احتمالات میتوان پیشبینی نمود و برخلاف مکانیک کلاسیک، شرایط یکسان اغلب منجر به نتایج کاملاً متفاوتی میشود. شاید با خودتان فکر کنید مفهوم احتمال در جهان ماکروسکوپی هم وجود دارد. اما ناچارم شما را ناامید کنم زیرا کاملاً اشتباه فکر میکنید! هر پدیدهی به نظر تصادفی در جهان ماکروسکوپی، مثلاً پرتاب یک تاس، کاملاً معلوم و معین است. در واقع پدیدههایی ماکروسکوپیای که ما آنها را تصادفی مینامیم، تنها به دلیل دانش ناکافی ما از سیستم آنها تصادفی به نظر میرسند. در مورد پرتاب تاس روی یک سطح، عدم اطلاع ما از مقدار نیرو و جهت نیروی وارد شده به تاس، موقعیت نقطهای از سطح تاس که نیر به آن وارد شده، غلظت هوای اتاق، جرم تاس، ضریب اصطکاک سطح تاس و سطح زمین و عوامل دیگر باعث میشود تا ما آن را یک عمل کاملاً تصادفی فرض کنیم!
جمع بندی اینکه در مکانیک کوانتوم، حق نداریم بپرسیم "ذره کجا قرار دارد؟" بلکه باید بپرسیم: "احتمال یافتن ذره در یک مکان معین چقدر است؟"
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
تابش جسم سیاه
محیط پیرامون ما مملوء از تابش الکترومغناطیسی با طول موجهای مختلف است. تمامی اجسام در معرض این پرتوهای الکترومغناطیسی قرار دارند و هر کدام بسته به جنس و ویژگیهای دیگرشان، طول موجهای مشخصی را جذب و دیگر طول موجها را دفع میکنند. میدانیم که پرتوهای الکترومغناطیسی دارای انرژی هستند که مقدار انرژی آنها در واحد حجم (چگالی انرژی)، با طول موج این پرتوها نسبت معکوس دارد. طول موجهایی که یک جسم جذب نمیکند و از سطح خود بازتاب میدهد، انرژیای به جسم نمیدهند اما آن طول موجهایی که جسم جذب میکند، انرژی وارد جسم میکنند و در نتیجه دمای جسم را بالا میبرند. از طرفی بر اساس قوانین ترمودینامیک میدانیم که اجسام تمایل به برقراری تعادل گرمایی با محیط دارند. پس زمانی که یک جسم طول موجهای معینی را جذب میکند و دچار افزایش دما میگردد، باید همان طول موجهایی را که جذب کرده از خود تابش کند تا بدین ترتیب تعادل گرمایی خود با محیط را حفظ کند. پس تمام اجسام همان طول موجهایی را که جذب میکنند و به همان مقداری که جذب میکنند، از خود تابش هم میکنند. تمام وسایل اتاق شما در حال تابش نور هستند! اما این نور در طول موجی قرار دارد که فروسرخ محسوب میشود یعنی طول موجی بلندتر از آنچه چشم انسان برای تشخیص آن تکامل یافته. بنابراین قادر به دیدن نوری که وسایل اتاقتان از خود تابش میکنند نیستید.
#جسم_سیاه
به جسمی که هیچ طول موجی از طیف الکترومغناطیس را بازتاب ندهد یعنی تمامی طول موجها را جذب کند، جسم سیاه گفته میشود. از آنجا که اجسام همان طول موجهایی را که جذب میکنند، تابش هم میکنند پس نتیجه میگیریم جسم سیاه باید تمامی طول موجها را از خود تابش کند. ماکس پلانک و فیزیکدانان دیگری به دنبال کشف رابطهای بین دمای جسم سیاه و چگالی انرژیای که به واسطه تابش الکترومغناطیسی از خود منتشر میکند بودند. جسم سیاه هر دمایی که داشته باشد، تمامی طول موجها را از خود تابش میکند اما اینکه بخش اعظم چگالی انرژی مربوط به کدام طول موج است، به دمای جسم سیاه برمیگردد.
فرمول درست تابش جسم سیاه در آخرین هفتههای قرن نوزدهم توسط ماکس پلانک به دست آمد. فرمول پلانک را میتوان به این شکل خلاصه کرد: در حجم مشخصی از فضا که با تابش جسم سیاه پر شده است، انرژی موجود در هر بازه طول موج، با افزایش طول موج به تندی زیاد میشود، به ماکزیمومی میرسد و سپس دوباره با شیبی تند نزول میکند (تصویر شماره 1). اما چرا نمودار توزیع پلانک به این شکل است؟
در آن زمان هنوز ماهیت کوانتومی نور کشف نشده بود ولی با توجه به ماهیت موجی نیز میشد به این سؤال جواب داد: «نمیتوان یک موج کامل از تابشی را در حجمی که ابعاد آن از طول موج خود تابش کوچکتر باشد جا داد.» بنابراین مقدار انرژیای که میتواند درون این حجم قرار گیرد، از مقدار انرژی یک موج آن تابش نیز کمتر است چون فقط بخشی از یک موج در این حجم جای گرفته است.
اما توضیح کاهش چگالی انرژی جسم سیاه در طول موجهای بسیار کوتاه، با دیدگاه موجی نور امکان پذیر نبود. زیرا با توجه به بسیار کوچک بودن طول موج، موجهای بسیار زیادی میتوانستند در همان حجم معین قبلی جا بگیرند و از طرفی هر موج انرژی زیادی هم داشت پس چگالی انرژی باید افزایش میافت نه کاهش! به علاوه چیزی که بتواند مقدار کل تابش جسم سیاه را در طول موجهای بسیار کوتاه محدود کند وجود ندارد و این یعنی انرژی کل تابش جسم سیاه باید بینهایت باشد! برای فرار از این فاجعه، به دیدگاه کوانتومی در مورد نور نیاز بود. آلبرت انیشتین مشکل را حل کرد: نور از ذرات بی جرمی به نام فوتون تشکیل شده است و این فوتونها میتوانند با شدتهای مختلفی نوسان کنند. فوتونی که با شدت کمتری نوسان میکند، فرکانس کمتر، طول موج بیشتر و انرژی کمتر دارد و برعکس فوتونی که با شدت بیشتری نوسان میکند، فرکانس بیشتر، طول موج کمتر و انرژی بیشتری دارد؛ یعنی انرژی هر فوتون، با طول موج نسبت معکوس دارد. تعداد فوتونهای بسیار پر انرژی تابش جسم سیاه در هر دمای معین خیلی کم است و بنابراین طول موج تعداد اندکی از فوتونها خیلی کوتاه است. به این طریق نزول توزیع پلانک در طول موجهای کوتاه توضیح داده میشود.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
محیط پیرامون ما مملوء از تابش الکترومغناطیسی با طول موجهای مختلف است. تمامی اجسام در معرض این پرتوهای الکترومغناطیسی قرار دارند و هر کدام بسته به جنس و ویژگیهای دیگرشان، طول موجهای مشخصی را جذب و دیگر طول موجها را دفع میکنند. میدانیم که پرتوهای الکترومغناطیسی دارای انرژی هستند که مقدار انرژی آنها در واحد حجم (چگالی انرژی)، با طول موج این پرتوها نسبت معکوس دارد. طول موجهایی که یک جسم جذب نمیکند و از سطح خود بازتاب میدهد، انرژیای به جسم نمیدهند اما آن طول موجهایی که جسم جذب میکند، انرژی وارد جسم میکنند و در نتیجه دمای جسم را بالا میبرند. از طرفی بر اساس قوانین ترمودینامیک میدانیم که اجسام تمایل به برقراری تعادل گرمایی با محیط دارند. پس زمانی که یک جسم طول موجهای معینی را جذب میکند و دچار افزایش دما میگردد، باید همان طول موجهایی را که جذب کرده از خود تابش کند تا بدین ترتیب تعادل گرمایی خود با محیط را حفظ کند. پس تمام اجسام همان طول موجهایی را که جذب میکنند و به همان مقداری که جذب میکنند، از خود تابش هم میکنند. تمام وسایل اتاق شما در حال تابش نور هستند! اما این نور در طول موجی قرار دارد که فروسرخ محسوب میشود یعنی طول موجی بلندتر از آنچه چشم انسان برای تشخیص آن تکامل یافته. بنابراین قادر به دیدن نوری که وسایل اتاقتان از خود تابش میکنند نیستید.
#جسم_سیاه
به جسمی که هیچ طول موجی از طیف الکترومغناطیس را بازتاب ندهد یعنی تمامی طول موجها را جذب کند، جسم سیاه گفته میشود. از آنجا که اجسام همان طول موجهایی را که جذب میکنند، تابش هم میکنند پس نتیجه میگیریم جسم سیاه باید تمامی طول موجها را از خود تابش کند. ماکس پلانک و فیزیکدانان دیگری به دنبال کشف رابطهای بین دمای جسم سیاه و چگالی انرژیای که به واسطه تابش الکترومغناطیسی از خود منتشر میکند بودند. جسم سیاه هر دمایی که داشته باشد، تمامی طول موجها را از خود تابش میکند اما اینکه بخش اعظم چگالی انرژی مربوط به کدام طول موج است، به دمای جسم سیاه برمیگردد.
فرمول درست تابش جسم سیاه در آخرین هفتههای قرن نوزدهم توسط ماکس پلانک به دست آمد. فرمول پلانک را میتوان به این شکل خلاصه کرد: در حجم مشخصی از فضا که با تابش جسم سیاه پر شده است، انرژی موجود در هر بازه طول موج، با افزایش طول موج به تندی زیاد میشود، به ماکزیمومی میرسد و سپس دوباره با شیبی تند نزول میکند (تصویر شماره 1). اما چرا نمودار توزیع پلانک به این شکل است؟
در آن زمان هنوز ماهیت کوانتومی نور کشف نشده بود ولی با توجه به ماهیت موجی نیز میشد به این سؤال جواب داد: «نمیتوان یک موج کامل از تابشی را در حجمی که ابعاد آن از طول موج خود تابش کوچکتر باشد جا داد.» بنابراین مقدار انرژیای که میتواند درون این حجم قرار گیرد، از مقدار انرژی یک موج آن تابش نیز کمتر است چون فقط بخشی از یک موج در این حجم جای گرفته است.
اما توضیح کاهش چگالی انرژی جسم سیاه در طول موجهای بسیار کوتاه، با دیدگاه موجی نور امکان پذیر نبود. زیرا با توجه به بسیار کوچک بودن طول موج، موجهای بسیار زیادی میتوانستند در همان حجم معین قبلی جا بگیرند و از طرفی هر موج انرژی زیادی هم داشت پس چگالی انرژی باید افزایش میافت نه کاهش! به علاوه چیزی که بتواند مقدار کل تابش جسم سیاه را در طول موجهای بسیار کوتاه محدود کند وجود ندارد و این یعنی انرژی کل تابش جسم سیاه باید بینهایت باشد! برای فرار از این فاجعه، به دیدگاه کوانتومی در مورد نور نیاز بود. آلبرت انیشتین مشکل را حل کرد: نور از ذرات بی جرمی به نام فوتون تشکیل شده است و این فوتونها میتوانند با شدتهای مختلفی نوسان کنند. فوتونی که با شدت کمتری نوسان میکند، فرکانس کمتر، طول موج بیشتر و انرژی کمتر دارد و برعکس فوتونی که با شدت بیشتری نوسان میکند، فرکانس بیشتر، طول موج کمتر و انرژی بیشتری دارد؛ یعنی انرژی هر فوتون، با طول موج نسبت معکوس دارد. تعداد فوتونهای بسیار پر انرژی تابش جسم سیاه در هر دمای معین خیلی کم است و بنابراین طول موج تعداد اندکی از فوتونها خیلی کوتاه است. به این طریق نزول توزیع پلانک در طول موجهای کوتاه توضیح داده میشود.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language