#فیزیک #کوانتوم

#دیراک عقیده داشت که نظریۀ میدان او(الکترودینامیک کوانتمی)، معضل دوگانگی موج- ذره را حل نموده است ولی بعدها نشان داده شد که این دوگانگی کماکان در سطح دیگری در نظریۀ میدان وجود دارد
دیراک:
«به‌جای کار کردن با فوتون به‌عنوان یک ذره، می‌توان مؤلفه‌های میدان الکترومغناطیسی را مورد استفاده قرار داد؛ بنابراین یک هماهنگی کامل بین نظریه‌های موجی و ذره‌ای نور وجود دارد. از یک‌طرف می‌توان نور را به‌عنوان ترکیبی از امواج الکترومغناطیسی که هریک مانند یک نوسانگر عمل می‌کند در نظر گرفت و از طرف دیگر می‌توان نور را به‌عنوان ترکیبی از فوتون‌ها در نظر گرفت. فوتون‌ها بوزون بوده و هر فوتون متناظر با یک نوسانگر میدان الکترومغناطیسی است؛ بنابراین نظریۀ موجی و ذره‌ای با یکدیگر مطابقت دارند. آن‌ها فقط دو توصیف ریاضی از یک واقعیت فیزیکی هستند.


#مــیدان_هــیگــز

t.me/higgs_field

"فیزیک کوانتوم به ما می گوید هر چیزی که مشاهده می شود تحت تأثیر ناظر قرار می گیرد. این گفته ، از نظر علمی ، بینشی عظیم و قدرتمند ایجاد می کند.
این بدان معناست که همه واقعیت متفاوتی را می بینند ، زیرا هرکسی آنچه را می بیند خلق می کند."
نیل دونالد والش
____________
تلاش کنید فریب نخورید آقای نیل دونالد والش فقط نویسنده است . اما جز این :👇
*مقیاس ها مهم هستند.
* پارتیکل باید باشد که تحت تاثیر ناظر قرار بگیرد.
*ناظر observer را در نظر نگیریم، پارتیکل با مجموعه ای از احتمالات (معادله شرودینگر) توصیف میشود.

*نام رابرت لانزا را به خاطر بسپارید.

#مــیدان_هــیگــز

t.me/higgs_field

‍ ▪ آنتروپی  Entroppy یا درگاشت (با نماد S) یک خاصیت مقداری در یک سیستم ترمودینامیکی است. آنتروپی با تعداد Ω آرایش‌های میکروسکوپی که یک سیستم ترمودینامیکی، در حالتی که با چندین متغیرماکروسکوپیک از پیش تعیین شده می‌تواند داشته باشد، مرتبط است. به عبارتی، آنتروپی یک سامانه‌ی فیزیکی، کمترین تعداد ذراتی که برای تعریف صحیح حالت دقیق سامانه لازم است، می‌باشد. آنتروپی نمایندهٔ تصادفی بودن مولکول‌ها است و در واقع ویژگی‌های یک سامانه را تعریف می‌کند.

▪آنتروپی یا بی نظمی (آشفتگی) یا عدم قطعیت یک سیستم را بیان می‌کند.

▪آنتروپی بردار زمان (درگاشت) است یعنی یک شاخص اساسی برای تشخیص گذشت زمان است. هر جا مقدار آنتروپی افزایش داشته باشد، نشان می‌دهد که پیکان زمان به سمت آینده است.

▪از دیدگاه انرژی آزاد انتروپی با گرمایی که برای انجام کار در دسترس نیست، ارتباط دارد.

▪انتروپی اندازهٔ بی‌نظمی سامانه (سیستم) یا ماده‌ای است که در حال بررسی است.

▪انتروپی معیاری از اشتباهات تصادفی است که در هنگام انتقال یک سیگنال به وجود می‌آید؛ بنابراین می‌تواند معیاری از بازده‌ی سیستم ارسال پیام باشد.

▪انتروپی معیاری از تعداد حالت‌های داخلی است که یک سیستم می‌تواند داشته باشد، بدون آنکه برای یک ناظر خارجی که فقط کمیت‌های ماکروسکوپیک (مثلاً جرم، سرعت، بار و…) آن را مشاهده می‌کند، متفاوت به نظر برسد.

#مــیدان_هــیگــز

t.me/higgs_field

‍ برای درک بهتر انتروپی آن را انرژی مقایسه می‌کنیم.
انتروپی از جنس انرژی نیست.
در واقع انتروپی شاخصی برای اندازه‌گیری تمایل انرژی به انتشار است؛ این واقعیت را طور دیگری هم می‌توان بیان کرد:

انتروپی، فعالیت‌های تصادفی در یک سیستم را اندازه‌گیری می‌کند. در اینجا، منظور از تصادفی، وحشی بودن انرژی است که خود به خود مهار نشده و به کار فیزیکی تبدیل نمی‌شود. در واقع، انتروپی معیاری برای اندازه‌گیری انرژی تلف شده است! اندازه‌گیری بخشی از انرژی که به کار تبدیل نمی‌شود.
ضمن اینکه انتروپی چگونگی توزیع و انتشار انرژی را در جهان مشخص می‌کند.

،، مقدار انرژی جهان بدون هیچ کم و زیاد شدنی، ثابت است؛ اما مسیرهایی که این انرژی آزاد می‌شود، در حال تغییر است. آزاد شدن انرژی‌های انباشته معادل افزایش انتروپی خواهد بود.

در جهان، انرژی‌های انباشته‌ی زیادی وجود دارد که هنوز دست بشر به آن‌ها نرسیده است. در کنار سوخت‌های فسیلی که جزو انرژی‌های تجدیدناپذیر طبیعت هستند، منابع انرژی عظیمی در جهان وجود دارد که هنوز آن‌ها را به کار نگرفته‌ایم و امکان استفاده از آن‌ها وجود دارد. جدا از تمایل انرژی به آزاد شدن، گذر زمان با آزاد شدن حجم بالاتری از انرژی‌ همراه خواهد بود که باعث روند رو به افزایش انتروپی خواهد شد.

#مــیدان_هــیگــز

t.me/higgs_field

collapse of function wave

فروپاشی تابع موج

یعنی یک موج را با معادله شرودینگر (مجموعه ای از احتمالات) تنها تا زمانی میتوانید توصیف کنید که سیستم کوانتومی را اندازه نگرفتید با اندازه گیری و مشاهده observation تابع موج ( توصیفی مبنی مجموعه ای از احتمالات) فرو می ریزد.

#مــیدان_هــیگــز

t.me/higgs_field

هم میهنان ارمنی و مسیحی ، سال نوی خوبی براتون آرزو می کنیم. 🎄

#مــیدان_هــیگــز

t.me/higgs_field

رباعیات خیام - با صدای فریدون فرح‌ اندوز - قسمت یکم

‍ • واژه ابر الکترونی اولین بار توسط ریچارد فاینمن، فیزیکدان امریکایی و برنده جایزه نوبل، در کتاب "سخنرانی‎های فایمن درباره فیزیک" (Feynman lectures on physics)، استفاده شد.

• تلاشهای دانشمندان برجسته‎ای همچون ارنتست رادرفورد، نیلز بوهر، ورنر هایزنبرگ، و دیگران موجب شد که ساختار مدل کامل شده و بتواند مکان الکترون‎ها را در داخل اتم حدس بزند.

• کار تامسون، فیزیکدان انگلیسی، بر روی امواج کاتد، منجر به کشف الکترون در سال 1897 گردید. تا آن زمان تصور می‎شد که اتمها، واحدهای تقسیم‎نشدنی ماده هستند. کشف او انقلابی در دنیای دانش ایجاد کرد و اثبات کرد که این تصور اشتباه بوده است.

• در سال 1909 رادرفورد نشان داد که بارهای مثبت و همچنین جرم یک اتم در مرکز آن متمرکز شده است، و الکترون‎ها به دور مرکز اتم در حال چرخش هستند.

• بوهر، فیزیکدان دانمارکی، پیشنهاد داد که مدارهای چرخش الکترون به مدارهای خاصی محدود هستند، و الکترون‎ها می‎توانند با جذب و یا گسیل انرژی از مداری به مدار دیگر منتقل شوند، و بدین وسیله مدل رادرفورد را اصلاح کرد.

• شرودینگر ایده‎ای را بنها نهاد که مدل ابر الکترونی حاصل آن بود. در این مدل هسته با ابر الکترونی محصور شده است. ابر نشان‎دهنده مکانهایی از اتم است که احتمال حضور الکترون در آنجا وجود دارد. چگالی بیشتر الکترون در یک مکان خاص حاکی از این است که احتمال پیدا کردن الکترون در آن ناحیه بیشتر است.
• هایزنبرگ، که به خاطر اصل عدم قطعیتش معروف است، اظهار داشت که امکان ندارد مقدار دقیق مکان و ممنتوم یک ذره در یک زمان را بدست آورد و این واقعیت را به مدل ابر الکترونی اضافه کرد. او پیشنهاد داد که تنها می‎توان احتمال حضور الکترون را در حجم خاصی یافت. طبق این اصل، تنها راه توصیف موقعیت الکترون در یک اتم، توزیع احتمال است. این اصل پایه‎های مدل ابر الکترونی را بنیان نهاد.

#مــیدان_هــیگــز

t.me/higgs_field

نیکی و بدی که در نهاد بشر است
شادی و غمی که در قضا و قدر است

با چرخ مکن حواله کاندر ره عقل
چرخ از تو هزار بار بیچاره‌تر است


#خیام

الکترون ها عامل اصلی پیکربندی و رفتار و خصوصیات یک اتم است . پیکربندی و ساختار کلی الکترون یا ساختار الکترونی اتمها یا یونها بر اساس ترتیب سطوح انرژی مداری برای عناصر s ، p و بلوک d در جدول تناوبی. الکترون کلید جهانی شیمی را برای یادگیری خصوصیات و تعیین جدول تناوبی در علوم شیمی دارد. خواص شیمیایی مانند:

میزان پایداری اتم ، اکسیداسیون ، یونیزاسیون ، میل الکترون ، قطبیت پیوندهای شیمیایی ، خصوصیات بازی اسیدی و غیره با پیکربندی الکترونی یا فرمول تنظیم الکترون از عناصر جدول تناوبی بهتر درک می شوند. یک واکنش شیمیایی برای رسیدن به تعادل تغییر پیکربندی الکترون اتم های واکنش دهنده و محصول است. از این رو واکنش های شیمیایی آلی و معدنی توسط ساختار پیکربندی الکترونیکی عناصر شیمیایی بهتر درک می شوند.


#مــیدان_هــیگــز

t.me/higgs_field

‍ #اسپین
#magnetic_field
اسپین چیست و چه نقشی در رفتار ذرات و تعاملات آنها ایفا می کند؟

می‌‌دانیم که کره زمین دارای دو نوع حرکت وضعی و انتقالی است. حرکت انتقالی آن به دور خورشید بوده و حرکت وضعی به دور خودش می‌‌باشد. هر یک از این دو نوع حرکت ، دارای اندازه حرکت زاویه‌ای مخصوص به خود هستند که در مورد حرکت انتقالی ، اندازه حرکت زاویه‌ای مداری و در مورد حرکت وضعی ، اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی می‌‌گویند، بدیهی است که اندازه حرکت زاویه‌ای کل برابر با مجموع این دو اندازه حرکت است.

اگر مدلی را در نظر بگیریم که زمین فقط یک نقطه مادی باشد، انتساب تکانه زاویه‌ای به آن بی‌معنی خواهد بود، اما در مدل دیگری که زمین را با ابعاد محدود در نظر می‌‌گیریم، وجود اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی نیز امکان پذیر است. لذا اگر این قضیه را در مورد مدل اتمی ‌بوهر بکار ببریم، با این فرض که الکترون یک بار نقطه‌ای نبوده، بلکه یک کره کوچک فرض شود، در این صورت الکترون علاوه بر اندازه حرکت زاویه‌ای مداری دارای اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی نیز خواهد بود. 

تائید تجربی اسپین الکترون

از آن جا که کره مفروض باردار (یعنی الکترون) دارای حرکت است، لذا حرکت چرخشی آن معادل حلقه جریانی است که گشتاور مغناطیسی خاص خود را نیز دارد. اگر واقعا چنین گشتاور مغناطیسیی وجود داشته باشد، باید با میدان برهمکنش داشته و انرژی برهمکنشی نظیر این گشتاور مغناطیسی وجود داشته باشد. این اثرها غیر از برهمکنش گشتاور مغناطیسی مداری با میدان مغناطیسی خارجی است.

بنابراین باید جابجایی در ترازهای انرژی اتمها و نیز در طول موج خطوط طیفی که از اتمها گسیل می‌‌شود، ظاهر شود که مربوط به اسپین الکترون باشد. در طیف سنجهای دقیق چنین جابجائی‌هایی دیده شده‌اند. این نوع آزمایشها و نیز شواهد تجربی دیگر نشان می‌‌دهند که الکترون ، تکانه زاویه‌ای و گشتاور مغناطیسی دارد که به حرکت آن بر مدار پیرامون هسته مربوط نبوده، بلکه به ذات ذره مربوط است. 

ویژگیهای اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی

تکانه زاویه‌ای یا اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی الکترون را با S نشان می‌‌دهند. مانند اندازه حرکت زاویه‌ای مداری ، این کمیت نیز کوانتیده است.

اسپین الکترون در مکانیک کوانتومی

در مکانیک کوانتومی ‌که تابع موج جانشین مدارهای بوهر می‌‌شود، ارائه تصویری از چرخش الکترون غیر ممکن است. اگر توابع موج الکترون را مانند توده‌های ابری تصور کنیم که پیرامون هسته قرار گرفته‌اند، می‌‌توان تعداد بی‌شماری پیکان بسیار کوچک را در نظر مجسم کرد که در درون توده ابری پراکنده‌اند و همگی در یک راستا ، z+ یا z- ، امتداد دارند. البته آنچه گفته شد یک تصور خیالی است و امیدی به دیدن ساختار اتمی ‌وجود ندارد. چون ابعاد آن هزاران مرتبه از طول موجهای نور کوچکتر است. همچنین برهمکنش فوتونها با اتم ، ساختاری را که دیدن آن مورد نظر است، بشدت تغییر می‌‌دهد.

#مــیدان_هــیگــز

t.me/higgs_field

#مدل_اتمی_بور Böhr

فیزیکدانی دانمارکی به‌ نام «نیلز بور» (Niels Bohr) در سال ۱۹۱۳ مدلی از اتم را ارائه داد که تحت عنوان مدل اتمی بور شناخته می‌شود. در حقیقت او مدل اتمی رادرفورد را اصلاح کرد. پیش‌تر رادرفورد بیان کرده بود که اتم از هسته‌ای با بار مثبت تشکیل شده که بار‌های منفی یا همان الکترون‌ها اطراف آن قرار دارند. نیلز بور با رفع کردن محدودیت‌های توصیف رادرفورد از اتم، تصویری از اتم ارائه داد که امروزه در ذهن ما است.
طبق مدل اتمی بور، الکترون‌ها در مسیر‌های ثابتی اطراف هسته، تحت عنوان «اوربیتال» (Orbital) در حال حرکت هستند. در مطلبی جداگانه مفهوم اوربیتال را توضیح خواهیم داد.
مبتنی بر این مدل، هسته‌ای با بار الکتریکی مثبت در مرکز قرار گرفته و الکترون‌های با بار منفی در سطوح انرژی ثابتی اطراف آن در حال گردش هستند. این نظریه هم‌چنین بیان می‌کند که الکترون‌های قرار گرفته در فاصله‌‌ای دورتر از هسته دارای انرژی بیشتری هستند. این در حالی است که الکترون‌های نزدیک‌تر به هسته از انرژی کم‌تری برخوردارند. در شکل بالا شماتیک مدل اتمی بور ترسیم شده است.

▪آنان که می‌رقصند، در چشم کسانی که صدای موسیقی را نمی‌شنوند ، همیشه دیوانه به نظر می‌آیند .

#نیچه

---------------------

دیوانگی ما را نیز بگذارید پای شنیدن آوای شگفت و مسحور کننده کیهان و موسیقی هماهنگ از سمفونی ذرات بنیادین


#مــیدان_هــیگــز

t.me/higgs_field

‍ فرضیات مدل اتمی بور

نیلز بور مدل خود را مبتنی بر فرضیاتی ارائه داد. این فرضیات به شرح زیر هستند:



▪الکترون‌ها در مسیر‌های دایره‌ای ثابتی در اطراف هسته در حال حرکت‌اند. این مسیر‌ها تحت عنوان #اوربیتال شناخته می‌شوند.

▪انرژی الکترون‌ها در این مسیر‌ها، مقداری ثابت است. چندین اوربیتال یک «پوسته» (Shell) را تشکیل می‌دهند. در شکل بالا اوربیتال، پوسته و دیگر اجزای اتم نشان داده شده‌اند. تا زمانی که الکترون در مسیر ثابت خودش گردش کند، انرژی‌ای تابش نخواهد کرد.

▪سطوح انرژی متفاوت با اعداد n نشان داده می‌شوند. در حقیقت n=1، پوسته اول، n=2 پوسته‌ی دوم و به همین شکل پوسته‌ها -یا همان سطوح انرژی- با این اعداد نشان داده می‌شوند. به این مقادیر اعداد کوانتومی گفته می‌شود. این عدد از کمترین سطح (n=1) شروع شده و تا مقادیر صحیح بالاتر ادامه پیدا می‌کند.

▪تغییرات انرژیِ‌ یک الکترون زمانی رخ می‌دهد که سطح انرژیش تغیر کند. در یک اتم الکترون با دریافت انرژی از n کم به n بیشتر منتقل می‌شود. از طرفی وقتی الکترونی انرژیش را از دست بدهد، سطح انرژی آن نیز کاهش می‌یابد. تغییرات انرژی الکترون در شکل زیر نشان داده شده است. در این شکل الکترون از لایه‌ی سوم به سطح انرژی پایین‌تر در لایه دوم رفته و در نتیجه آن انرژی گسیل داده است.

▪بنابراین هر اتم تعدادی پوسته اطراف خود دارد که هرکدام از این پوسته‌ها شامل چندین زیرپوسته (اوربیتال) است.

#مــیدان_هــیگــز

t.me/higgs_field

نتایج مدل اتمی بور

▪پوسته اول (سطح انرژی اول) که با نماد K نشان داده می‌شود، می‌تواند حداکثر ۲ الکترون را در خود نگه دارد.

▪پوسته دوم (سطح انرژی دوم) با نماد L نشان داده شده و در بیشترین حالت می‌تواند ۸ الکترون را در خود نگه دارد.

▪پوسته سوم که با نماد M نشان داده می‌شود می‌تواند ماکزیمم ۱۸ الکترون را در خود جا دهد.

▪جهت نشان دادن پوسته چهارم از نماد N استفاده شده و می‌تواند در بهترین حالت ۳۲ الکترون را در خود نگه دارد.

▪به همین صورت با افزایش شماره پوسته، تعداد الکترون‌های قرار گرفته در لایه‌ها نیز افزایش می‌یابد.

،، تعداد الکترون ها از رابطه 2n^2 محاسبه میشود .

ماکزیمم ظرفیت لایه‌ی nام برای نگه داشتن الکترون در خود را می‌توان با استفاده از فرمول 2n^2 محاسبه کرد. برای نمونه بیشترین تعدادی از الکترون که می‌تواند در لایه‌ی شماره ۱ قرار گیرد برابر با ۲=۱۲×۲ است.
مبتنی بر فرمول ۲n^2 بیشترین تعدادی از الکترون که می‌تواند در پوسته شماره ۲ قرار گیرد نیز برابر با ۸=۲۲×۲ است.

#مــیدان_هــیگــز

t.me/higgs_field

مدل اتمی بور دارای محدودیت‌هایی است. در زیر مهم‌ترین این محدودیت‌ها ذکر شده‌اند.

▪این مدل قادر به توجیه «اثر زیمان» (Zeeman Effect) نیست (اثر زیمان تاثیر میدان مغناطیسی بر طیف اتمی عناطر را بیان می‌کند).

▪این مدل اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را نقض می‌کند.

▪مدل اتمی بور نمی‌تواند طیف اتم‌های بزرگ‌تر را توضیح دهد.


#مــیدان_هــیگــز

t.me/higgs_field

◽️نظریه نسبیت در شش جمله


#مــیدان_هــیگــز

t.me/higgs_field

حال که مدل اتمی را توضیح دادیم توضیح photoelectric effect ( اثر فتوالکتریک) آسان است .

یادتان باشد گفتم از دیدگاه کوانتوم مکانیک چیزی به نام انعکاس نور از سطوح صیقلی (آیینه) وجود ندارد .

فوتون بعنوان کوانتای میدان الکترومغناطیس حامل انرژی کوانتیده این میدان است با برخورد به ماده ، انرژی اش را به یک الکترون واگذار می کند ، اسپین و اوربیتال الکترون با دریافت انرژی دچار تغییر میشود و سپس الکترون انرژی دریافتی را در جهت معین می تاباند و به حالت قبل باز می گردد.

به دنیای کوانتومی وارد شوید تا شگفت زده شوید.

#مــیدان_هــیگــز

t.me/higgs_field

‍ #excited_state

▪در مکانیک کوانتومی حالت برانگیخته excited state سیستم (اتم، مولکول یاهسته) یعنی هر حالت کوانتومی که انرژی آن بیشتر از انرژی حالت پایه باشد.
طول عمر سیستم در حالت برانگیخته کوتاه است. به‌طور لحظه‌ای یا با ساطع کردن یک فوتون یا فونون سیستم انرژی اضافی خود را آزاد می‌کند و به حالتی با انرژی پایین‌تر یا حالت پایه برمی‌گردد.
اگر طول عمر این حالتهای برانگیخته زیاد باشد به آن‌ها شبه‌پایدارمی‌گویند. ایزومرهای هسته‌ای با طول عمر زیاد و همچنین حالت اکسیژن یگانه مثال‌هایی از این حالتهای شبه‌پایدار هستند.

مثال ساده‌ای از مفهوم برانگیختگی را می‌توان در اتم هیدروژن دید.
حالت پایه اتم هیدروژن مربوط به حالتی است که تنها الکترون آن در پایین‌ترین اربیتال (که مربوط به تابع موج با تقارن کروی است و کوچکترین عدد کوانتومی ممکن را داراست) قرار دارد.

اگر به اتم انرژی اضافه‌ای بدهیم (مثلاً با تاباندن فوتونی با انرژی خاص به اتم) الکترون می‌تواند به حالت برانگیخته یعنی حالتی که عدد کوانتومی آن بیشتر از عدد کوانتومی حالت "۱s" است برود.

اگر انرژی فوتون خیلی زیاد باشد الکترون از اتم جدا شده و اتم به یون تبدیل می‌شود.
بعد از برانگیختگی ممکن است اتم با ساطع کردن یک فوتون با همان انرژی اولیه به حالت قبلی برگردد.


اتم هیدروژن با الکتریسیته و حرارت هم برانگیخته می‌شود.

یک هسته ی برانگیخته همواره می‌تواند با گسیل تابش الکترومغناطیسی یا تبدیل داخلی به حالت کم انرژی تر وابپاشد.

در ساده‌ترین حالت، که در آن هر دو تراز موردنظر، حالتهای تک پروتونی هستند، واپاشی مشتمل برگزار پروتون از حالت بالاتر به حالت پایین تر است.

این، مانستهٔ گذار یک الکترون برانگیخته در اتم از یک تراز بالاتر به یک تراز پایین تر می‌باشد، که با گسیل امواج الکترومغناطیسی، یا بیرون انداختن الکترون همراه است.

ترازهای انرژی یک الکترون در یک اتم شامل حالت پایه (Ground state) و حالت‌های برانگیخته (Excited states). الکترون در حالت پایه با دریافت انرژی می‌تواند به حالت برانگیخته جهش کند.

#مــیدان_هــیگــز

t.me/higgs_field