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
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
Cosmos' Language
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…
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
Cosmos' Language
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…
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
Cosmos' Language
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…
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
Cosmos' Language
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…
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
Cosmos' Language
#درهمتنیدگی_کوانتومی @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
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
Cosmos' Language
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…
Cosmos language.pdf
119.1 KB
برای دوستانی که علاقه مند هستن در مورد کامپیوترهای کوانتومی، ذخیره سازی اطلاعات کوانتومی و معادله شرودینگر، ریاضیاتیتر و عمیقتر اطلاعات داشته باشن.
برهمکنشهای بین ذرات
بوزون Z و ⁺W و ⁻W: هستهای ضعیف
گلئون (g): هستهای قوی
فوتون (γ): الکترومغناطیس
بوزون هیگز (H): منشأ جرم ذرات
@Cosmos_language
بوزون Z و ⁺W و ⁻W: هستهای ضعیف
گلئون (g): هستهای قوی
فوتون (γ): الکترومغناطیس
بوزون هیگز (H): منشأ جرم ذرات
@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 آزمایشی به نام آزمایش دو شکاف را طراحی کرد تا به وسیله آن بتوان به ماهیت نور پی برد.
در این آزمایش، صفحه ضخیم و غیر قابل نفوذی با دو شکاف باریک و نزدیک به هم وجود دارد. یک دستگاه نوری را به سمت این دو شکاف میفرستد و در پشت این صفحه ضخیم، یک پرده به عنوان آشکار ساز وجود دارد. اگر نور ماهیت ذرهای داشته باشد، ذرات نور زمانی که به دو شکاف میرسند، یا از شکاف چپ و یا از شکاف راست عبور میکنند. بنابراین انتظار داریم در آن سوی شکافها بر روی پرده آشکار ساز دو خط ببینیم که یکی دقیقاً رو به روی شکاف سمت چپ قرار دارد و ذراتی که از شکاف چپ رد شدهاند آن را ایجاد کردهاند و دیگری دقیقاً رو به روی شکاف سمت راست خواهد بود که ذراتی که از شکاف راست رد شدهاند باعث ایجادش شدهاند (تصویر شماره 1).
اما اگر نور ماهیت موجی داشته باشد چه؟
"پراش" یا "تفرق" (Diffraction) در فیزیک به پخش شدن یا خم شدن موج هنگام مواجه شدن با یک مانع گفته میشود. پدیده پراش در تمامی امواج از جمله امواج الکترومغناطیسی (نور) وجود دارد. اگر نور که یک موج الکترومغناطیسی است در مسیر حرکت خود به یک شکاف برسد، خم میشود (تصویر شماره 2). البته اندازه شکاف باید قابل مقایسه با طول موج باشد تا پراش رخ دهد.
پدیده دیگری که در مورد امواج وجود دارد، "تداخل" یا "اندرزنش" (Interference) نام دارد. وقتی دو موج به سمت یکدیگر حرکت کرده و به هم میرسند، با هم برخورد نمیکنند بلکه ترکیب شده و یکدیگر را تقویت و یا تضعیف میکنند. زمانی که دو موج با جابهجاییهای مخالف به هم میرسند، یکدیگر را خنثی میکنند. به پدیدهای که امواج تداخل کننده یکدیگر را تضعیف کنند، تداخل مخرب میگوییم. در مقابل، تداخل سازنده وجود دارد که در آن امواج یکدیگر را تقویت میکنند (تصویر شماره 3 و 4).
اگر نور ماهیت موجی داشته باشد، از هر دو شکاف عبور کرده و هر یک از شکافها، باعث پدیده پراش میشوند. به دلیل کم بودن فاصله بین شکافها، دو پراش ایجاد شده با هم تداخل میکنند و در برخی نقاط یکدیگر را تقویت و در نقاط دیگر یکدیگر را خنثی میکنند (تصویر شماره 5 و 6). بنابراین انتظار داریم بر روی پرده آشکار ساز، طرح تداخلی امواج را مشاهده کنیم (تصویر شماره 7 و 8).
پس از انجام آزمایش، طرح تداخلی مشاهده شد و ماهیت موجی نور تایید شد. اما طبق نظریه کوانتوم، هر نیرویی باید توسط ذرهای در مدل استاندارد منتقل شود. به ذراتی که در مدل استاندارد کار حمل نیروهای بنیادی را انجام میدهند، بوزونهای پیمانهای گفته میشود. نور همان نیروی الکترومغناطیسی است که باید توسط یک بوزون پیمانهای به نام فوتون حمل شود. پس رد کردن ماهیت ذرهای نور به این سادگیها نیست! فیزیکدانان پیشنهاد "دوگانگی موج-ذره" را مطرح کردند. یعنی ذراتی که تا کنون فکر میکردیم ذره هستند، در واقع %100 ذره و هم زمان %100 موج هستند!
اگر این آزمایش با یک ذره دیگر (به جز نور) تکرار میشد و مجدداً طرح تداخلی را مشاهده میکردیم، صحت نظریه دوگانگی موج-ذره تایید میشد. فیزیکدانان آزمایش دو شکاف را بار دیگر دیگر تکرار کردند اما این بار از الکترون که میدانستیم ذره است استفاده کردند. دستگاهی که در هر ثانیه تنها یک عدد الکترون به سمت شکافها میفرستاد، در کمال شگفتی طرح تداخلی بر روی پرده آشکار ساز ایجاد نمود (فیلم آزمایش یانگ به زبان ساده)! از آن پس ماهیت دوگانه موج-ذره به یکی از اصول مکانیک کوانتوم تبدیل شد و الهام بخش اروین شرودینگر برای نوشتن معادله موج شرودینگر شد. وقتی از ذره استفاده شود و طرح تداخلی ایجاد گردد، یعنی یک تک ذره، زمانی که به دو شکاف میرسد برای عبور از آنها یک شکاف را انتخاب نمیکند، بلکه از هر دو شکاف هم زمان عبور میکند! الکترون در هنگام عبور از شکافها، باید در یک زمان در دو مکان حضور داشته باشد تا هم زمان بتواند از هر دو شکاف عبور کند. اگر این موضوع به نظرتان احمقانه یا غیرممکن میآید، حق دارید. زیرا فیزیکدانان نیز پس از اولین بار که این پدیده را مشاهده کردند، به شدت سر در گم شدند. اما دوگانگی موج-ذره و توانایی ذرات برای حضور در دو یا حتی چند مکان در آن واحد بارها و بارها با آزمایشات و مشاهدات تجربی اثبات شده است.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
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 آزمایشی به نام آزمایش دو شکاف را طراحی کرد تا به وسیله آن بتوان به ماهیت نور پی برد.
در این آزمایش، صفحه ضخیم و غیر قابل نفوذی با دو شکاف باریک و نزدیک به هم وجود دارد. یک دستگاه نوری را به سمت این دو شکاف میفرستد و در پشت این صفحه ضخیم، یک پرده به عنوان آشکار ساز وجود دارد. اگر نور ماهیت ذرهای داشته باشد، ذرات نور زمانی که به دو شکاف میرسند، یا از شکاف چپ و یا از شکاف راست عبور میکنند. بنابراین انتظار داریم در آن سوی شکافها بر روی پرده آشکار ساز دو خط ببینیم که یکی دقیقاً رو به روی شکاف سمت چپ قرار دارد و ذراتی که از شکاف چپ رد شدهاند آن را ایجاد کردهاند و دیگری دقیقاً رو به روی شکاف سمت راست خواهد بود که ذراتی که از شکاف راست رد شدهاند باعث ایجادش شدهاند (تصویر شماره 1).
اما اگر نور ماهیت موجی داشته باشد چه؟
"پراش" یا "تفرق" (Diffraction) در فیزیک به پخش شدن یا خم شدن موج هنگام مواجه شدن با یک مانع گفته میشود. پدیده پراش در تمامی امواج از جمله امواج الکترومغناطیسی (نور) وجود دارد. اگر نور که یک موج الکترومغناطیسی است در مسیر حرکت خود به یک شکاف برسد، خم میشود (تصویر شماره 2). البته اندازه شکاف باید قابل مقایسه با طول موج باشد تا پراش رخ دهد.
پدیده دیگری که در مورد امواج وجود دارد، "تداخل" یا "اندرزنش" (Interference) نام دارد. وقتی دو موج به سمت یکدیگر حرکت کرده و به هم میرسند، با هم برخورد نمیکنند بلکه ترکیب شده و یکدیگر را تقویت و یا تضعیف میکنند. زمانی که دو موج با جابهجاییهای مخالف به هم میرسند، یکدیگر را خنثی میکنند. به پدیدهای که امواج تداخل کننده یکدیگر را تضعیف کنند، تداخل مخرب میگوییم. در مقابل، تداخل سازنده وجود دارد که در آن امواج یکدیگر را تقویت میکنند (تصویر شماره 3 و 4).
اگر نور ماهیت موجی داشته باشد، از هر دو شکاف عبور کرده و هر یک از شکافها، باعث پدیده پراش میشوند. به دلیل کم بودن فاصله بین شکافها، دو پراش ایجاد شده با هم تداخل میکنند و در برخی نقاط یکدیگر را تقویت و در نقاط دیگر یکدیگر را خنثی میکنند (تصویر شماره 5 و 6). بنابراین انتظار داریم بر روی پرده آشکار ساز، طرح تداخلی امواج را مشاهده کنیم (تصویر شماره 7 و 8).
پس از انجام آزمایش، طرح تداخلی مشاهده شد و ماهیت موجی نور تایید شد. اما طبق نظریه کوانتوم، هر نیرویی باید توسط ذرهای در مدل استاندارد منتقل شود. به ذراتی که در مدل استاندارد کار حمل نیروهای بنیادی را انجام میدهند، بوزونهای پیمانهای گفته میشود. نور همان نیروی الکترومغناطیسی است که باید توسط یک بوزون پیمانهای به نام فوتون حمل شود. پس رد کردن ماهیت ذرهای نور به این سادگیها نیست! فیزیکدانان پیشنهاد "دوگانگی موج-ذره" را مطرح کردند. یعنی ذراتی که تا کنون فکر میکردیم ذره هستند، در واقع %100 ذره و هم زمان %100 موج هستند!
اگر این آزمایش با یک ذره دیگر (به جز نور) تکرار میشد و مجدداً طرح تداخلی را مشاهده میکردیم، صحت نظریه دوگانگی موج-ذره تایید میشد. فیزیکدانان آزمایش دو شکاف را بار دیگر دیگر تکرار کردند اما این بار از الکترون که میدانستیم ذره است استفاده کردند. دستگاهی که در هر ثانیه تنها یک عدد الکترون به سمت شکافها میفرستاد، در کمال شگفتی طرح تداخلی بر روی پرده آشکار ساز ایجاد نمود (فیلم آزمایش یانگ به زبان ساده)! از آن پس ماهیت دوگانه موج-ذره به یکی از اصول مکانیک کوانتوم تبدیل شد و الهام بخش اروین شرودینگر برای نوشتن معادله موج شرودینگر شد. وقتی از ذره استفاده شود و طرح تداخلی ایجاد گردد، یعنی یک تک ذره، زمانی که به دو شکاف میرسد برای عبور از آنها یک شکاف را انتخاب نمیکند، بلکه از هر دو شکاف هم زمان عبور میکند! الکترون در هنگام عبور از شکافها، باید در یک زمان در دو مکان حضور داشته باشد تا هم زمان بتواند از هر دو شکاف عبور کند. اگر این موضوع به نظرتان احمقانه یا غیرممکن میآید، حق دارید. زیرا فیزیکدانان نیز پس از اولین بار که این پدیده را مشاهده کردند، به شدت سر در گم شدند. اما دوگانگی موج-ذره و توانایی ذرات برای حضور در دو یا حتی چند مکان در آن واحد بارها و بارها با آزمایشات و مشاهدات تجربی اثبات شده است.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
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