تبلیغات
رویکردعلوم - فیزیک کوانتوم به زبان ساده
 
رویکردعلوم
یاحسین یا هیچ کس
 
 

1x1.trans فیزیک کوانتوم به زبان ساده

نیلز بور (1962 – 1885) ، از بنیانگذاران فیزیک کوانتوم ، در مورد چیزی که بنیان گذارده است، جمله‌ای دارد به این مضمون که اگر کسی بگوید فیزیک کوانتوم را فهمیده ، پس چیزی نفهمیده است.

تقسیم ماده

از یک رشته‌ی دراز ماکارونی پخته شروع می‌کنیم. اگر این رشته‌ی ماکارونی را نصف کنیم، بعد نصف آن را هم نصف کنیم، بعد نصف نصف آن را هم نصف کنیم و … شاید آخر سر به چیزی برسیم، البته اگر چیزی بماند! که به آن مولکولل ماکارونی می‌توان گفت؛ یعنی کوچکترین جزئی که هنوز ماکارونی است. حال اگر تقسیم کردن را باز هم ادامه بدهیم، حاصل کار خواص ماکارونی را نخواهد داشت، بلکه ممکن است در اثر ادامه‌ تقسیم ، به مولکولهای کربن یا هیدروژن یا … بر بخوریم.

این وسط ، چیزی که به درد ما می‌خورد (یعنی به درد نفهمیدن کوانتوم!) این است که دست آخر ، به اجزای گسسته‌ای به نام مولکول یا اتم می‌رسیم. این پرسش از ساختار ماده که آجرک ساختمانی ماده چیست؟ ، پرسشی قدیمی و البته بنیادی است. ما به آن ، به کمک فیزیک کلاسیک ، چنین پاسخ گفته‌ایم: ساختار ماده ، ذره ای و گسسته است؛ این یعنی نظریه مولکولی.

تقسیم انرژی

ایده‌ی تقیسم کردن را در مورد چیزهای عجیبتری بکار ببریم، یا فکر کنیم که می‌توان بکار برد یا نه. مثلا در مورد صدا. البته منظورم این نیست که داخل یک قوطی جیغ بکشیم و در آن را ببندیم و سعی کنیم جیغ خود را نصف ـ نصف بیرون بدهیم. صوت یک موج مکانیکی است که می‌تواند در جامدات ، مایعات و گازها منتشر شود. چشمه‌های صوت معمولا سیستمهای مرتعش هستند. ساده ترین این سیستمها ، تار مرتعش است که در حنجره‌ انسان هم از آن استفاده شده است. براحتی و بر اساس مکانیک کلاسیک می‌توان نشان داد که بسیاری از کمیتهای مربوط به یک تار کشیده‌ مرتعش ، از جمله فرکانس ، انرژی ، توان و … گسسته (کوانتیده) هستند.

گسسته بودن در مکانیک موجی پدیده‌ای آشنا و طبیعی است. امواج صوتی هم مثال دیگری از کمّیتهای گسسته (کوانتیده) در فیزیک کلاسیک هستند. مفهوم موج در مکانیک کوانتومی و فیزیک مدرن جایگاه بسیار ویژه و مهمی دارد و یکی از مفاهیم کلیدی در مکانیک کوانتوم است. پس گسسته بودن یک مفهوم کوانتومی نیست. این تصور که فیزیک کوانتومی مساوی است با گسسته شدن کمّیتهای فیزیکی ، همه‌ مفهوم کوانتوم را در بر ندارد؛ کمّیتهای گسسته در فیزیک کلاسیک هم وجود دارند. بنابراین ، هنوز با ایده‌ تقسیم کردن و سعی برای تقسیم کردن چیزها می‌توانیم لذت ببریم!

1x1.trans فیزیک کوانتوم به زبان ساده

مولکول نور

*
*
*
*
*
*
*

1x1.trans فیزیک کوانتوم به زبان ساده

مولکول نور

فرض کنید بجای رشته‌ی ماکارونی ، بخواهیم یک باریکه‌ نور را بطور مداوم تقسیم کنیم. آیا فکر می‌کنید که دست آخر به چیزی مثل «مولکول نور» (یا آنچه امروز فوتون می‌نامیم) برسیم؟ چشمه‌های نور معمولاً از جنس ماده هستند. یعنی تقریباً همه‌ نورهایی که دور و بر ما هستند از ماده تابش می‌کنند. ماده هم که ساختار ذره‌ای ـ اتمی دارد. بنابراین ، باید ببینیم اتمها چگونه تابش می‌کنند یا می‌توانند تابش کنند؟

تابش الکترون

در سال 1911، رادرفورد (947-1871) نشان داد که اتمها ، مثل میوه‌ها ، دارای هسته‌ مرکزی هستند. هسته بار مثبت دارد و الکترونها به دور هسته می‌چرخند. اما الکترونهای در حال چرخش ، شتاب دارند و بر مبنای اصول الکترومغناطیس ، «ذره‌ بادارِ شتابدار باید تابش کند» و در نتیجه انرژی از دست بدهد و در یک مدار مارپیچی به سمت هسته سقوط کند. این سرنوشتی بود که مکانیک کلاسیک برای تمام الکترونها پیش ‌بینی می‌کند. طیف تابشی اتمها ، بر خلاف فرضیات فیزیک کلاسیک گسسته است. به عبارت دیگر ، نوارهایی روشن و تاریک در طیف تابشی دیده می‌شوند.

اگر الکترونها به این توصیه عمل می‌کردند، همه‌‌ مواد (از جمله ما انسانها) باید از خود اشعه تابش می‌کردند (و همانطور که می‌دانید اشعه برای سلامتی بسیار خطرناک است)، ولی می‌بینیم از تابشی که باید با حرکت مارپیچی الکترون به دور هسته حاصل شود اثری نیست و طیف نوری تابش ‌شده از اتمها بجای اینکه در اثر حرکت مارپیچی و سقوط الکترون پیوسته باشد، یک طیف خطی گسسته است؛ مثل برچسبهای رمزینه‌ای (barcode) که روی اجناس فروشگاهها می‌زنند.

یعنی یک اتم خاص ، نه تنها در اثر تابش فرو نمی‌ریزد، بلکه نوری هم که از خود تابش می‌کند، رنگهای یا فرکانسهای گسسته و معینی دارد. گسسته بودن طیف تابشی اتمها از جمله علامت سؤالهای ناجور در مقابل فیزیک کلاسیک و فیزیکدانان دهه‌‌ی 1890 بود.

1x1.trans فیزیک کوانتوم به زبان ساده
فاجعه‌ فرابنفش

ماکسول (1879-1831) نور را به صورت یک موج الکترومغناطیس در نظر گرفته بود. از اینرو ، همه فکر می‌کردند نور یک پدیده‌ موجی است و ایده‌ «مولکول نور» ، در اواخر قرن نوزدهم ، یک لطیفه‌ اینترنتی یا SMS کاملاً بامزه و خلاقانه محسوب می‌شد. به هر حال ، دست سرنوشت یک علامت سؤال ناجور هم برای ماهیت موجی نور در آستین داشت که به «فاجعه‌ فرابنفش» مشهور شد. یک محفظه‌ی بسته و تخلیه ‌شده را که روزنه‌ کوچکی در دیواره‌ آن وجود دارد، در کوره‌ای با دمای یکنواخت قرار دهید و آنقدر صبر کنید تا آنکه تمام اجزاء به دمای یکسان (تعادل گرمایی) برسند. در دمای به اندازه‌ کافی بالا ، نور مرئی از روزنه‌ محفظه خارج می‌شود (مثل سرخ و سفید شدن آهن گداخته در آتش آهنگری).

جسم سیاه

نمودار انرژی تابشی در واحد حجم محفظه ، برحسب رابطه رایلی- جینز در فیزیک کلاسیک و رابطه پیشنهادی پلانک در تعادل گرمایی ، این محفظه دارای انرژی تابشی‌ است که آن را در تعادل تابشی ـ گرمایی با دیواره‌ها نگه می‌دارد. به چنین محفظه‌ای «جسم سیاه» می‌گوییم. یعنی اگر روزنه به اندازه‌ی کافی کوچک باشد و پرتو نوری وارد محفظه شود، گیر می‌افتد و نمی‌تواند بیرون بیاید. فرض کنید میزان انرژی تابشی در واحد حجمِ محفظه (یا چگالی انرژی تابشی) در هر لحظه U باشد.

چه کسری از این انرژی تابشی که به شکل امواج نوری است، طول موجی بین 546 (طول موج نور زرد) تا 578 نانومتر (طول موج نور سبز) دارند؟ جواب فیزیک کلاسیک به این سؤال برای بعضی از طول موجها بسیار بزرگ است! یعنی در یک محفظه‌ی روزنه دار که حتماً انرژی محدودی وجود دارد، مقدار انرژی در برخی طول موجها به سمت بی نهایت می‌رود. این حالت برای طول موجهای فرابنفش شدیدتر هم می‌شود.

1x1.trans فیزیک کوانتوم به زبان ساده
رفتار موجی ـ ذره‌ای

در سال 1901 ماکس پلانک (Max Planck: 1947-1858) اولین گام را بسوی مولکول نور برداشت و با استفاده از ایده‌ تقسیم نور ، جواب جانانه‌ای به این سؤال داد. او فرض کرد که انرژی تابشی در هر بسامد v به صورت مضرب صحیحی از hv است، که در آن h یک ثابت طبیعی (معروف به «ثابت پلانک») است. یعنی فرض کرد که انرژی تابشی در بسامد v از «بسته‌های کوچکی با انرژی hv» تشکیل شده است. یعنی اینکه انرژی نورانی ، «گسسته» و «بسته ـ بسته» است.

البته گسسته بودن انرژی به‌تنهایی در فیزیک کلاسیک حرفِ ناجوری نبود، بلکه آنچه گیج‌ کننده بود و آشفتگی را بیشتر می‌کرد، ماهیت «موجی ـ ذره‌ای» نور بود. این تصور که چیزی (مثلاً همین نور) هم بتواند رفتاری مثل رفتار «موج» داشته باشد و هم رفتاری مثل «ذره» ، به طرز تفکر جدیدی در علم محتاج بود. 






نوع مطلب : علمی، 
برچسب ها : فیزیک شناسی،
لینک های مرتبط :


جمعه 17 فروردین 1397 11:17 ب.ظ

You actually expressed it really well.
we like it safe cheap cialis cialis generico milano cialis 20 mg best price cialis daily reviews cialis generico en mexico cost of cialis per pill bulk cialis cialis generic tadalafil buy tadalafil 20mg prezzo cialis a buon mercato
جمعه 3 فروردین 1397 09:14 ب.ظ

Cheers, Lots of facts.

cialis sale online cialis pas cher paris cost of cialis cvs tadalafil india cialis 100mg cost prices for cialis 50mg cialis sale online cialis for sale in europa acquisto online cialis cialis generique
چهارشنبه 10 آبان 1396 05:20 ب.ظ
مقاله بزرگ
سه شنبه 17 مرداد 1396 12:33 ب.ظ
I think this is among the most important info for
me. And i am glad reading your article. But want to remark on some
general things, The web site style is wonderful, the articles is really nice : D.

Good job, cheers
دوشنبه 25 اردیبهشت 1396 08:27 ق.ظ
Hi there to every , as I am in fact keen of reading this blog's post to be updated regularly.
It contains nice data.
شنبه 9 اردیبهشت 1396 03:26 ب.ظ
You can definitely see your expertise within the work you write.

The arena hopes for even more passionate writers such as you who are not afraid to say how they believe.
Always go after your heart.
شنبه 19 فروردین 1396 03:31 ب.ظ
Hey there I am so thrilled I found your webpage, I really found you by mistake, while I was
browsing on Askjeeve for something else, Regardless I am here now
and would just like to say many thanks for a incredible post and a
all round entertaining blog (I also love the theme/design), I don't
have time to read it all at the moment but I have book-marked it and also included your RSS feeds, so when I have time I will be back to read a lot more, Please do keep up the great
work.
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر


درباره وبلاگ


من همچون كودكی خردسال هستم كه در كنار دریا به هر سو می‌نگرد و یك سنگ صاف به دست می‌آورد. در حالی كه اقیانوس پهناور حقیقت در برابر وی نامكشوف است. "نیوتن"

مدیر وبلاگ : امیرحسین پارسائیان
پیوندهای روزانه
نظرسنجی
میزام رضایت شما از سایت؟!







جستجو

آمار وبلاگ
کل بازدید :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
تعداد نویسندگان : 1تن
تعداد کل پست ها :
آخرین بازدید :
آخرین بروز رسانی :

کد ِکج شدَنِ تَصآویر

کداهنگ برای وبلاگ

کد ِکج شدَنِ تَصآویر

کداهنگ برای وبلاگ

آپلود عکس http://adminwebads.com/user/signup/ref:128
نام و نام خانوادگی
پست الکترونیکی
شماره تلفن

جاوا اسكریپت

ابزار پرش به بالا

کد متحرک کردن عنوان وب

این صفحه را به اشتراک بگذارید

جاوا اسكریپت

جاوا اسكریپت

جاوا اسكریپت

كد ماوس

 
 
 
PageRank Checker