تصویری از دو فوتونِ درهم تنیده. دانشمندان به تازگی موفق شده¬اند این عکس را بگیرند


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

عجیب¬ترین پدیدۀ دنیا – ٣

اینشتین با آن که خودش از بنیانگذاران مکانیک کوانتوم یا تئوری کوانتوم بود، سخت با آن مشکل داشت! نمی توانست با این مسئله کنار بیاید که آن چیزی که بر ذاتِ دنیا حکومت می کند احتمالات است! هیچ یک از کارهای هیچ ذرۀ اتمی را نمی شود با قطعیت پیش بینی کرد. اصلاً نمی شود گفت فلان ذره¬ای که رویش آزمایش می شود خود را با چه خواصی در آن آزمایش نشان خواهد داد. مثلاً می خواهی ببینی فلان الکترون در فلان لحظۀ خاص در کدام نقطه از مدار خود خواهد بود. هیچ گاه نمی توانی این را با قطعیت بگویی. فقط می توانی حساب کنی و بگویی مثلاً ٣٠ درصد احتمال دارد در آن لحظۀ خاص در نقطۀ الف باشد، ٢٠ درصد احتمال دارد در نقطۀ ب باشد، ۵٠ درصد احتمال دارد در نقطۀ ج باشد و غیره. در حالی که چنین چیزی را در مورد مثلاً کرۀ ماه یا هر ستاره¬ای خیلی راحت می شود حساب کرد و با قطعیت گفت مثلاً کرۀ ماه صد سال دیگر در نیم ثانیه بعد از نیمه شب در کدام نقطه از مدارش خواهد بود. چنین چیزی را در مورد هر ستاره و سیاره یا اصلاً هر جسم متحرک دیگر هم می توان گفت. شاید بعضی ها بگویند به خاطر سخت بودن اندازه گیری در دنیای اتم است که نمی شود هیچ چیزی را با قطعیت پیش بینی کرد. نه! مسئله این نیست. ربطی به سخت بودن آزمایش در دنیای اتم ندارد. ذات آن دنیا این طور است! هم فرمول های کوانتوم چنین چیزی را می گوید، هم همۀ آزمایش ها، که بسیار هم دقیق است، این را نشان می دهد. کسانی که کمی عمیق¬تر با دنیای کوانتوم آشنا باشند شکی در این مورد نخواهند داشت. باری، این مسئلۀ احتمالات که بر دنیای کوانتوم حاکم است، معنای عجیبی هم دارد که پذیرفتنش برای اینشتین و بعضی از فیزیکدان های دیگر چندان آسان نبود. معنایی که واقعاً ذهن را به هم می ریزد. اگر اتم و ذرات آن واقعاً قبل از آزمایش های ما ماهیت یا واقعیت مشخصی داشته باشند، دلیلی ندارد نشود مثلاً سرعت یا مکان آنها را حساب کرد و گفت مثلاً فلان الکترون در فلان لحظه در چه نقطه¬ای از مدار خودش خواهد بود، یا در آن لحظه چه سرعتی خواهد داشت. وقتی نمی شود گفت در فلان لحظه در چه مکانی خواهد بود و چه سرعتی خواهد داشت، این یعنی این که قبل از آزمایش هیچ ماهیت مشخصی ندارد! پس نه از آن ذراتی است که در دنیای قابل مشاهده¬مان وجود دارند، نه از آن موج هایی که در دنیای قابل مشاهده¬مان می بینیم. چون ذرات یا امواجی که در دنیای قابل مشاهده¬مان می بینیم، هر دو طوری هستند که در هر لحظه-ای که در نظر بگیریم، هم سرعت مشخصی دارند، هم مکان مشخصی. یعنی این که ماهیتی برای خودشان دارند. برای همین است که سرعت و مکان آنها را برای هر لحظۀ آینده هم می شود حساب کرد. اما این در مورد هیچ کدام از ذرات اتمی صدق نمی کند. هر ذرۀ اتمی را که آزمایش کنیم، تا وقتی که آزمایش را انجام نداده¬ایم، نمی توانیم با قطعیت بگوییم جواب آزمایش به چه صورت خواهد بود و آن ذره در آن آزمایش چه سرعتی خواهد داشت یا در کدام نقطه از مسیر یا مدار خودش ظاهر خواهد شد. این یعنی این که ذرات اتمی، پیش از آن که ما آنها را آزمایش کنیم، و در آن آزمایش ماهیتی برای آنها مشخص شود، هیچ ماهیتی ندارند! آزمایش های ماست که آنها را دارای ماهیت می کند! اگر قرار بود دنیای مشاهده مان هم مثل دنیای کوانتوم باشد، آنگاه مثلاً کرۀ ماه هم پیش از آن که ما نگاهش کنیم، نمی توانست کرۀ ماه باشد!

⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

عجیب¬ترین پدیدۀ دنیا – ۴

باری، پذیرفتن این مسئله برای ایشتین چندان راحت نبود. ظاهراً تا آخر عمرش هم نتوانست با آن کنار بیاید. فی الواقع، نه توانست آن را نپذیرد، و نه توانست مثل نیلز بوهر و هایزنبرگ و فاینمن و غیره آن را بپذیرد. این بود که وقتی متوجه شد فرمول های کوانتوم یک چیز عجیب¬تری می گویند، یعنی همان پدیدۀ درهم تنیدگی که بین بعضی ذرات اتفاق می افتد، دست به کار شد تا بلکه با توضیح عمیق این پدیده بگوید تئوری کوانتوم در ذات خودش نقص دارد! هنوز احتمالاً چیزهایی هست که ما نمی دانیم. وگرنه چطور ممکن است اتفاقی که برای یک ذرۀ اتمی اتفاق می افتد، بدون هیچ فوت وقتی یک ذرۀ دیگر را که حتی وقتی میلیون ها سال نوری با آن فاصله دارد متأثر کند؟! همان چیزی که اسمش را هم گذاشت اتفاق ترسناک در جای دور، یا تأثیر ترسناک از فاصلۀ دور... مخصوصاً که این درهم تنیدگی یکی از قوانین ثابت شدۀ دنیا را هم در ظاهر نقض می کرد. خود اینشتین ثابت کرده بود بالاترین سرعتی که در دنیا می تواند وجود داشته باشد سرعت نور است. همان C یا ٣٠٠ هزار کیلومتر بر ثانیۀ مشهور. حالا چطور می شود که اتفاقی که برای یک ذره می افتد با سرعتی حتی بیشتر از میلیون ها و میلیاردها برابر سرعت نور به یک ذرۀ دیگر منتقل شود و آن را تحت تأثیر قرار دهد؟!

اما همچنان که گفتم، گذشت زمان نشان داد درهم تنیدگی واقعیت دارد. اینیشتین آن مقالۀ EPR را، که دربارۀ همین درهم تنیدگی بود، و به کمک پودولسکی و روزِن آن را نوشته بود، در سال ١٩٣۵ منتشر کرد. از ١٩٧٢ دانشمندان کم کم شروع کردند درهم تنیدگی را در آزمایش ها و به صورت تجربی هم نشان دادن. اول بار که توانستند پدیدۀ درهم تنیدگی را بین دوتا فوتون نشان دهند، آن دوتا فوتون ۴ متر از هم فاصله داشتند. الان گویا این فاصله را به ١٢٠٠کیلومتر رسانده¬اند. بعداً این را کمی عمیق¬تر و بیشتر توضیح می دهم.

اما حتی پیش از آن که آزمایش ها نشان دهند درهم تنیدگی واقعیت دارد، چند نفر از فیزیکدان ها با همان فرمول های ریاضی هم توانستند نشان دهند که در پدیدۀ درهم تنیدگی اطلاعاتی بین ذره ها رد و بدل نمی شود تا نسبیت خاص را رد کند که می گفت بالاترین سرعتی که در دنیا می تواند وجود داشته باشد سرعت نور است. مسئله از این قرار بود که وقتی دوتا ذره با هم در هم تنیده شده و بعد از هم جدا می شوند، انگار یک چیزی از هر کدام آنها در دیگر باقی می ماند! این هم باز یک معنای عجیبی در خود داشت که در فیزیک کوانتوم به non locality مشهور شد. non locality را در فارسی به نا¬جای¬گزیدگی ترجمه کرده¬اند. نا¬جای¬گزیدگی یعنی چه؟


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

عجیب¬ترین پدیدۀ دنیا – ۴

تا آنجا که من در کتاب ها دیده¬ام، دانشمندان اکنون می توانند پدیدۀ درهم تنیدگی را وقتی دوتا الکترون یا فوتون بیش از هزار کیلومتر از هم فاصله دارند به آسانی در بین آنها ببینند، یا نشان دهند. آنها برای انجام این آزمایش از یکی از خواص ذاتی ذرات اتمی به نام اسپین spin استفاده می کنند. اسپین یعنی چرخش. مثل چرخیدن فرفره به دور خود. اما حقیقت این است که اسپینی که در ذرات اتمی هست چرخش به معنای واقعیِ آن نیست. برای همین است که در فارسی آن را ترجمه نمی کنند. اسپین را خود فیزیکدان ها با ریاضیات توضیح می دهند و درباره¬اش حرف می زنند. این هم از آن پدیده هایی است که اگر بخواهی با کلمات توصیفش کنی، و بخواهی تصویر یا تصوری از آن را در ذهنت ایجاد کنی، به جایی نمی رسی. اما این که چرا اسمش را گذاشته¬اند اسپین، به خاطر این است که خیلی شبیه اسپین یا چرخش است. مثل این است که یک ذرۀ باردار، یعنی ذره¬ای که دارای بار الکتریکی است، دارد دور خودش می چرخد. برای این که تصوری از دورِ خود چرخیدنِ یک جسم را داشته باشیم، مثلاً می توانیم زمین را در نظر بگیریم. زمین همچنان که روی مدارش به دور خورشید می چرخد، دور خودش هم می چرخد. اما مسئله این است که در مورد الکترون اصلاً چرخش به دورِ خودی در کار نیست! الکترون ها به دور خودشان نمی چرخند. اگر قرار بود الکترون ها به دور خودشان بچرخند، می بایست جرمی داشته باشند. اما جرم آنها تقریباً صفر است. منتهی خاصیتی از خودشان نشان می دهند که انگار دارند دور خودشان می چرخند. و عجیب-تر از اینها نوترون ها هستند. اینها اصلاً نه بار الکتریکی دارند نه به دور خودشان می چرخند. اما آن خاصیت اسپین را دارند! برای همین است که اسپین را یکی از خواصِ ذاتیِ ذراتِ اتمی یا ذرات بنیادی می دانند.

اما اگر ذرات باردار قابل مشاهده، یعنی ذراتی که علاوه بر بار الکتریکی جرم هم دارند، به دور خودشان بچرخند چه اتفاقی می افتد؟ اول باید بدانیم که وقتی ذره¬ای، یا هر جسم دیگری، دور خودش بچرخد، این چرخش به دور یک محور فرضی اتفاق می افتد. یعنی مثل این است که دارد دور یک خط می چرخد. بعد هم چون بار الکتریکی دارد، یک میدان الکتریکی در اطراف خودش ایجاد می کند. و علاوه بر این میدان الکتریکی، یک میدان مغناطیسی هم ایجاد می کند. آن وقت از ترکیب این دوتا میدان، یک میدانی به وجود می آید که اسمش میدان الکترو مغناطیسی است. میدانی که در اطراف آن ذره ایجاد می شود و هر جا آن ذره برود، این میدان را هم در اطراف خودش با خود می برد. اما ذره چون می چرخد، در هر لحظه جهت سرعتش تغییر می کند. و با تغییر جهت ذره، جهت سرعت میدان الکترو مغناطیسی هم تغییر می کند. آن اسپین که در دنیای اتم، یا در ذرات بنیادی هست، یک چیزی مثل جهتِ سرعتی است که در میدان الکتریکی هست، و دائم در حال تغییر است. [ادامه دارد]



⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

در این شکل، پیکان های قرمز رنگ مسیر جریان برقی را نشان می دهند که از گردش یک ذرۀ باردار به دور خودش ایجاد می شود، و پیکان های سبز میدان مغناطیسی را که به دور جریان برق ایجاد می شود. هر جریان برقی یک میدان مغناطیسی به دور خودش ایجاد می کند، که دور آن می چرخد، و جهت این چرخش همیشه  عمود بر جهت حرکت جریان برق است. بنابر این، با هر تغییری که در جهتِ حرکتِ جریان برق ایجاد شود، جهتِ چرخش میدان مغناطیسی هم تغییر می کند.


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

عجیب¬ترین پدیدۀ دنیا – ۵

تشبیه، که به معنای این است که چیزی را به چیز دیگری شبیه کنی، یکی از راه های شناساندن پدیده های نا آشنا به دیگران است. توضیح یا شناساندن پدیدۀ ناآشنا از راه تشبیه معمولاً به این صورت است که سعی می شود یک پدیده یا هر چیز آشنایی پیدا کنی، که آن پدیدۀ نا آشنا شباهتی با این داشته باشد. فیزیکدان ها وقتی متوجه اسپین در ذرات بنیادی شدند و بعد خواستند آن را توضیح دهند یا بگویند چیست، از تشبیه استفاده کردند. فی الواقع اسپین خیلی شبیه آن چیزی بود که همۀ فیزیکدان ها با آن به خوبی آشنا بودند: جهت میدان مغناطیسی.

اسپین را در یادداشت قبلی توضیح دادم چیست. اگر در این شکل دقت کنید، به خوبی می توانید آن را مجسم کنید. در این شکل فرض بر آن است که یک ذرۀ باردار، یعنی یک جسم کوچکی که دارای بار الکتریکی هم هست، دارد دور خودش می چرخد. چرخش این ذره با آن پیکان های خمیدۀ قرمز رنگ نشان داده شده است. وقتی ذرۀ باردار در حال حرکت باشد، حالا چه روی یک خط راست در حال حرکت باشد چه به دور خودش بچرخد، در مسیر خودش جریان برق ایجاد می کند. بنابراین، آن پیکان های قرمز رنگ می تواند مسیر جریان برقی را هم که این ذره ایجاد می کند نشان دهد. گذشته از این، وقتی ذرۀ باردار در حال حرکت است، علاوه بر جریان برق، یک میدان مغناطیسی هم در گرداگردِ آن جریان برق، یا در گرداگردِ مسیر خودش، ایجاد می کند. این میدان طوری است که به دور آن جریان برق می چرخد، و همیشه آن جریان برق و این میدان مغناطیسی عمود بر یکدیگر هستند. . در این شکل ، حرکت میدان مغناطیسی هم با پیکان های سبز نشان داده شده است. نکتۀ مهمی که اینجا هست این است: با هر تغییری که در جهت حرکت ذرۀ باردار ایجاد شود، مسیر جریان برق هم تغییر می کند، و با هر تغییری که در مسیر جریان برق ایجاد شود، جهت حرکت میدان مغناطیسی هم تغییر می کند.

در یادداشت قبلی هم گفتم. اسپینی که فیزیکدانها در ذرات بنیادی دیده¬اند، چیزی مثل تغییر جهت میدان مغناطیسی در ذرۀ بارداری است که به دور خودش می چرخد. اما عجیب این است که بعضی ذرات بنیادی که بار الکتریکی دارند، اصلاً جرم ندارند که بتوانند دور خودشان بچرخند! مثل الکترون. و بعضی ها هم که اصلاً بار الکتریکی ندارند! مثل نوترون. با این حال، همۀ ذرات بنیادی، چه الکترون ، چه نوترون، چه پروتون، چه فوتون و بقیۀ آنها، همه¬شان اسپین دارند! یعنی مثل این است که به دور خودشان می چرخند، در حالی که نمی چرخند!

⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

یک الکترون!

یکی از یافته های مکانیک کوانتوم این است که ذرات بنیادی، مثل الکترون؛
و ذرات دیگری همچون پروتون و نوترون و... ، جای مشخصی ندارند.
در آنِ واحد می توانند در چندین جا باشند!

علاوه بر این، هر کدام از این ذرات را که در نظر بگیری، انگار همه نمونه هایش عین هم هستند. مثلا این که این الکترون با آن الکترون فرقی ندارد، جز این که مدارهایشان فرق می کند.
یکی در مداری است که به هسته نزدیک تر است، آن یکی در مداری بالاتر. یا یکی از آنها در یکی از مدارهای فلان اتم می چرخد، آن یکی در یکی از مدهارهای یک اتم دیگر.
به این خاطر است که جا و انرژی آنها می تواند با هم فرق کند. وگرنه از لحاظ جرم و بار الکتریکی هیچ فرقی با هم ندارند. جا و انرژی عارضی هستند، اما جرم و بار الکتریکی ذاتی هستند.

ریچارد فاینمن در سخنرانی اش در آکادمی نوبل گفت یک روز که در پرینستون بودم، پروفسور ویلر به من تلفن کرد. ضمن صحبت گفت:
«فاینمن،
من می دانم چرا همه الکترونها بار و جرم یکسان دارند!»
بعد در توضیحش گفت:
«برای این که همه آنها یک الکترون هستند!»
یعنی یک الکترون است که در آنِ واحد دارد در همه جای جهان می چرخد...

… I received a telephone call one day at the graduate college at Princeton from Professor Wheeler, in which he said, “Feynman, I know why all electrons have the same charge and the same mass” “Why?” “Because, they are all the same electron!”


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

اسپین- ١

برای این که تصوری از اسپین داشته باشیم، اول باید بدانیم مومنتوم یا تکانه چیست. برای این که مفهوم اسپین یک چیزی مثل مفهوم مومنتوم است. مومنتوم یعنی جرم ضرب در بُردار سرعت. بردار سرعت را در انگلیسی velocity می گویند. خود سرعت را speed می گویند. فرق بردار سرعت و خود سرعت این است که در خود سرعت فقط اندازۀ حرکت یک جسم در یک ثانیه بیان می شود، اما در بردار سرعت، علاوه بر اندازۀ آن، جهت سرعت هم مشخص می شود. بنابراین، مومنتوم مفهومی ریاضی است، و با بُرداری نشان داده می شود که طول آن اندازۀ سرعت را نشان می دهد، و جهت آن هم، که در دستگاه مختصات سه بُعدی مشخص می شود، جهت سرعت را مشخص می کند. جسم اگر بدون تغییر جهت، روی یک خط راست حرکت کند، مومنتوم آن را مومنتوم خطی می گویند. اما اگر دور محوری بچرخد، مومنتوم آن را مومنتوم زاویه¬ای می گویند. در هر دوی این حالت ها، هر چقدر سرعت بیشتر باشد، مومنتوم هم بیشتر می شود. از آنجا که مومنتوم از حاصل ضرب جرم در سرعت به دست می آید، واحد آن بر حسب کیلوگرم¬متر بر ثانیه بیان می شود.

حالا مثلاً زمین را در نظر می گیریم. می دانیم که زمین دو نوع چرخش دارد. یکی از آنها چرخشی است که به دور خورشید انجام می دهد. دیگری هم چرخشی که دور خودش انجام می شود، دور یک محور فرضی که از مرکزآن گذشته و یک سرش در قطب شمال و سر دیگرش در قطب جنوب است. هر کدام اینها یک مومنتوم برای خودشان دارند. اولی که روی مدار صورت می گیرد اسمش است مومنتوم زاویه¬ایِ مداری و دومی مومنتوم زاویه¬ایِ چرخشی.

اما حقیقت این است که الکترون نه دور هستۀ اتم چرخشی مثل چرخش زمین به دور خورشید دارد، نه دور خودش می چرخد. با این حال هم مومنتوم زاویه¬ای مداری دارد، هم مومنتوم زاویه¬ای چرخشی! مومنتوم اولی را مومنتوم چرخشی ذاتی برای اتم می دانند، و مومنتوم دومی را مومنتوم چرخشی ذاتی برای خود الکترون.

مومنتوم زاویه¬ای الکترون این قدر شبیه چرخش ذرات به دور خود است که حتی میدان مغناطیسی کوچکی هم برایش ایجاد می کند. هر ذره¬ای بار الکتریکی داشته باشد و دور محوری بچرخد، با این چرخش یک میدان مغناطیسی هم برای خود ایجاد می کند. دانشمندان خواستند ببینند آیا چنین چیزی برای اتم و ذرات زیراتمی هم اتفاق می افتد. با کمال تعجب دیدند، بله. اول بار دو فیزیکدان آلمانی به نام های اشترن و گرلاخ این آزمایش را انجام دادند. آنها از اتم های نقره برای این آزمایش استفاده کردند. اشترن و گرلاخ یک چیز حیرت آوری هم در مورد این مومنتوم زاویه¬ای کشف کردند. دیدند مومنتوم زاویه¬ای هم حالت کوانتومی دارد. این هم مثل انرژی است. انرژی ظاهراً حالت ییوستاری ندارد بلکه در بسته¬های مجزا از هم و هم اندازه منتقل یا مصرف می شود. مومنتوم زاویه¬ای هم یک چنین چیزی است. گفتیم مومنتوم برحسب کیلوگرم متر بر ثانیه حساب می شود. اگر مومنتوم الکترون را اندازه بگیریم، مقدار آن هر عددی نمی تواند باشد. مقدار این هم عدد ثابتی است. تنها تغییری که اسپین می تواند بکند این است که جهت آن می تواند برعکس شود...


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

اسپین- ٢

اسپین یکی از رازهای عجیب دنیای اتم است. هم مومنتوم چرخشی زاویه¬ای است، هم خاصیت مغناطیسی دارد. مومنتومِ چرخشیِ زاویه¬ای وقتی ایجاد می شود که ذره¬ای دور خودش بچرخد، اما ذرات دنیای اتم واقعاً چنین چرخشی ندارند. خاصیت مغناطیسی هم معمولاً وقتی ایجاد می شود، یا باید ایجاد شود، که ذره¬ای که دور خودش می چرخد بار الکتریکی داشته باشد. اما هر چند بعضی از ذرات دنیای اتم بار الکتریکی دارند، مثلاً الکترون بار منفی یا پروتون بار مثبت دارد، اما نوترون بار الکتریکی ندارد، در حالی که نوترون هم در اطرافش میدان مغاطیسی دارد! از این که بگذریم، این اسپین حالت کونتومی دارد. گفتیم اسپین مومنتومِ چرخشی زاویه¬ای است. مومنتوم هم از حاصل ضرب جرم در سرعت به دست می آید، و واحد آن بر حسب کیلوگرم¬متر بر ثانیه بیان می شود. بنابراین واحد اسپین هم بر حسب همین واحد بیان می شود. اما چیزی که هست اسپین هر مقداری نمی تواند باشد. فقط مقادیر مشخصی می تواند باشد و این مقادیر یا مضربی از نصف ثابتِ پلانکِ کاهش یافته هستند، یا مضربی از خودِ ثابت پلانک کاهش یافته. ثابت پلانک کاهش یافته را با علامت ħ، که هاش بار یا اچ بار خوانده می شود، نشان می دهند. و مقدار آن برابر است با ثابت پلانک تقسیم بر 2 برابر عدد پی. خودِ ثابت پلانک برابر است با شش ممیز ششصد و بیست و شش ضربدر ده به توان منفی سی و چهار:

h = 6.626 × 10−34

بنابراین مقدار ثابت پلانک کاهش یافته می شود:

ħ = h/ 2π = 6.626 × 10−34 / 2π

الکترون بسته به این که در چه مداری باشد، مقدار اسپینش فرق می کند، اما هر اسپینی که داشته باشد آن اسپین فقط مضربی از ħ ½ می تواند باشد. به صورت های زیر:

½ ħ (=1 x ½ ħ),1 ħ (=2 x ½ ħ), 3/2 ħ (=3 x ½ ħ), 2 ħ (=4 x ½ ħ), 5/2 ħ (=5 x ½ ħ)…

اما اسپین بعضی ذرات دیگر، که مقدارش بستگی به این دارد که ذره در هسته¬ی چه اتمی باشد، همیشه مضربی از خود ħ است:

1 ħ (=1 x ħ),2 ħ (= 2 x ħ), 3 ħ (=3 x ħ),…

ذرات دسته¬ی اول را که اسپین هاشان مضاربی از ħ ½ است فرمیون و ذرات دسته¬ی دوم را که اسپین هاشان مضاربی از ħ است بوزون می گویند.

باری. اسپین را چون میدان مغناطیسی است با یک میدان مغناطیسی دیگر یعنی با آهنربا اندازه می گیرند. اما اندازه¬گیری اسپین یک خاصیت مهم و بسیار عجیب دیگری از آن را هم مشخص کرد. در اندازه-گیری اسپین مهم نیست جهت آهنربا به چه صورت باشد. آهنربا به هر صورت قرار داده شود، جهت اسپین هم یا همسو با جهت میدانِ آن  خواهد بود، یا در جهتِ عکسِ آن. اگر در جهت آن باشد، اسپین را اسپین بالا می گویند، اگر در جهت عکس آن باشد، اسپین پایین می گویند. اما تا آزمایش نشود، نمی شود با قطعیت گفت جهتش در جهت میدانِ آهنربا خواهد بود، یا در جهتِ عکسِ آن خواهد بود. این هم یکی دیگر از سوپرپوزیشن های کوانتومی است. معنایش این است که اسپین هر ذره¬ای، پیش از آن که آزمایش شود، به صورت برهم نهشی از اسپین بالا و اسپین پایین است. یعنی هر ذره¬ای پیش از آن که اسپینش مشاهده شود، هم به صورت اسپین بالاست، هم به صورت اسپین پایین. اما برای این که تصور یا درک ملموس¬تری از معنی این داشته باشیم، بیایید اسپین را در دنیای ماکروسکوپیک یا قابل مشاهده در نظر بگیریم. در دنیای ماکروسکوپیک وقتی مثلاً توپی در جهت عقربه های ساعت دور خودش می چرخد، و جهت اسپینش به سمت بالاست، اگر آن چرخش را در جهت عکس عقربه های ساعت انجام دهد، جهت اسپینش به سمت پایین خواهد بود. بنابراین، وقتی می گوییم هر ذره¬ای پیش از آن که اسپینش مشاهده شود، هم به صورت اسپین بالاست، هم به صورت اسپین پایین، معنایش چیزی مثل این است: هر ذره¬ای پیش از آن که اسپینش مشاهده شود، مثل این است که در آنِ واحد هم در جهتِ عقربه های ساعت می چرخد، هم در جهتِ عکسِ عقربه های ساعت!


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

اسپین- ٣

در یادداشت قبل گفتیم، وقتی می گوییم هر ذره¬ای پیش از آن که اسپینش مشاهده شود، هم به صورت اسپین بالاست، هم به صورت اسپین پایین، معنایش چیزی مثل این است: هر ذره¬ای پیش از آن که اسپینش مشاهده شود، مثل این است که در آنِ واحد هم در جهتِ عقربه های ساعت می چرخد، هم در جهتِ عکسِ عقربه های ساعت! اما فقط این نیست. در همان یادداشت، این را هم دیدیم که وقتی اسپین را با آهنربا اندازه می گیریم، آهنربا به هر صورت قرار داده شود، یعنی جهتِ میدانِ آن روی هر محوری در دستگاه مختصات x و y و z باشد، جهت اسپین هم یا همسو با جهت آن خواهد بود، یا در جهتِ عکسِ آن. ین هم این معنی را در خود دارد: الکترون پیش از آن که اسپینش را روی محور خاصی اندازه بگیریم، روی همۀ محورها دارد می چرخد! دیگر این که سرعت اسپین هم همیشه ثابت است! پس می توان گفت: همۀ الکترون های دنیا، با یک سرعت دارند دور خود می چرخند! و همه شان در آن واحد روی بینهایت محور، هم در جهت عقربه های ساعت هم در جهت عکس عقربه های ساعت دارند می چرخند.

و بالاخره یک خاصیت عجیب دیگر، که مخصوص فرمیون هاست، یعنی مخصوص ذراتی که اسپین ½ دارند. یک لحظه یک فرفره را در ذهن خود مجسم کنید. این فرفره اگر ٣۶٠ درجه دور خودش بچرخد، به حالت اولش بر می گردد. یعنی به حالتی که درست در لحظه¬ی شروع چرخش داشت. اما الکترون، و همه¬ی فرمیون های دیگر، ٣۶٠ که دور خود بچرخند، به حالت قبلی خود بر نمی گردند. اینها باید دو دور، یعنی  ٧٢٠ درجه، دور خود بچرخند تا به حالت قبل برگردند! ٣۶٠ که بچرخند، فقط اسپینشان منفی می شود، باید یک ٣۶٠ دیگر هم بچرخند تا دوباره به حالت اول برگردند. اما خوشبختانه این خاصیتشان در دنیای قابل مشاهده یا ماکروسکوپیک هم مشابه دارد. مثلاً چرخش کمربند به دور خود هم یک چنین پدیده¬ای ایجاد می کند، که در یادداشت بعد خواهیم دید.


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

اسپین- ۴

سگکِ یک کمربند را بر لبه¬ی یک میز زیر یک کتاب سنگین بگذارید تا محکم بماند، و چرمش، که از لبه¬¬ی میز آویزان می شود، رویه¬اش به سمت بالا قرار بگیرد. آنگاه سر کمربند را بگیرید و ٣۶٠ درجه بچرخانید. خواهید دید رویه¬اش می رود زیر و پشتش به سمت بالا قرار می گیرد. یعنی به حالت اولش بر نمی گردد. آنگاه یک  ٣۶٠ درجه¬ی دیگر هم بچرخانیدش. یعنی جمعاً ٧٢٠ درجه چرخیده شود. حالا نه فقط رویه ¬اش دوباره مثل لحظه¬ای که هنوز اصلاً نچرخیده بود به سمت بالا قرار می گیرد، بلکه اگر سر آن را از سمت چپ خم کرده به سوی سگگش ببرید، به طوری که انگار دور کمرتان است و می خواهید آن را داخل سگگکش کنید و ببندید، می بینید آن پیچ هایی هم که خورده بود ناگهان ناپدید می شوند! الکترون و دیگر فرمیون ها هم، که اسپین ½ دارند، چیزی مثل این کمربند هستند! یک دور کامل، یا ٣۶٠ درجه، که دور خود بچرخند، به حال اول خود بر نمی گردند، فقط اسپینشان منفی می شود. باید ٧٢٠ درجه، یعنی دو دور کامل، دور خود بچرخند تا به حالت اول برگردند. آزمایش کمربند را به صورت های دیگر هم می شود انجام داد.


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

امشب، با طرح یک چالش در حوزه کوانتوم و با توجه به مطالبی که طی دو هفته اخیر در کانال شِیر شد، فصل اول آشنایی با کوانتوم مکانیک را به پایان میرسانیم.
پاسخ هایتان را در پیوی برای من بفرستید

و اما چالش ما:
اگر آزمایش دو شکاف، به جای دو شکاف با چند شکاف انجام شود، فکر می کنید چه اتفاقی می افتد؟
منظور این است که به جای آن دو تا شکافی که در صفحه مات ایجاد می شود چند تا شکاف ایجاد شود.
مثلا فرض می کنیم پنج تا شکاف،
که در کنار هم و به موازات هم قرار گرفته اند.
آن وقت یک بار همه شکاف ها را می بندیم و فقط یک شکاف باز می ماند.
بار دیگر هم همه شکاف ها باز می مانند. و هر بار آزمایش را به همان ترتیب انجام می دهیم که در آزمایش دو شکاف انجام دادیم.

بدیهی است که در این آزمایش هم وقتی فقط یک شکاف باز است، نتیجه همان خواهد شد که در آزمایش دو شکاف بود. یعنی هنگامی که فقط یکی از شکاف ها باز بود، و الکترون یا فوتون به شکل ذره از آن شکاف عبور می کرد.
حالا در قسمت دوم چه اتفاقی خواهد افتاد؟
یعنی وقتی که همه پنج تا شکاف باز باشند الکترون یا فوتون وقتی به سمت آن شکاف ها شلیک شود به چه صورت از آنها عبور خواهد کرد؟

و سوال اصلی این است که آزمایش پنج شکاف، چه تفاوتی با آزمایش دو شکاف خواهد داشت؟

⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

پاسخ چالش فوق:

اگر همه پنج شکاف باز باشد، الکترون در آنِ واحد از همه آنها خواهد گذشت!
به شرطی که شکاف ها خیلی نزدیک هم باشند و آن قدر از هم فاصله نداشته باشند که طول موج الکترون نتواند همه آنها را پوشش دهد.
تصویری که روی صفحه حساس می افتد، همان خواهد بود که در آزمایش دو شکاف دیده ایم. خط های روشن و تاریکی که کنار هم می افتند.

منتهی این بار این خط ها اندکی باریک تر می شوند.
علاوه بر این، آنهایی که روشن بودند، روشن تر،
و آنهایی که سیاه بودند، سیاه تر می شوند.
این را هم که چرا باریک تر می شوند و های لایت می شوند، بعدا توضیح می دهم. وقتی توضیح می دهم که یک کم درباره موج ها بیشتر بدانیم.


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

در سال 1926 ، اروین شرودینگر تابع موج(ویوفانکشن) را اختراع کرد تا به بسیاری از سوالات و ابهامات پیرامون موج و حالت(استیت) هایِ مجاز کوانتوم، پاسخ داده باشد و بسیاری از مسائل را توجیه کند
از زمانی که ازمایشات کوانتوم نشان دادند ذره و موج، دو روی یک سکه اند، داستان شروع شد.
ازمایش معروف دو شکاف را بخاطر بیاورید.
از منبعی ذرات را میتابانیم و در مسیر ذره، مانعی با دو شکاف قرار میدهیم
گویی ذره همزمان از هردو شکاف رد شده است!
به این رفتار شگفت، رفتار موجی میگوییم

بیایید موج را کمی بهتر بشناسیم

شایعه ای که از تهران آغاز شده و سریعا خبرش به اردبیل در فاصله چند صد کیلومتر آن طرف تر میرسد، بی آنکه حتی یک نفر از افرادی که شایعه را پراکنده اند، حرکتی میان این دو شهر داشته باشند.
حالا فرض کنید نامه ای محرمانه از تهران به اردبیل ارسال شده است.
یک فرد خاص، نامه را در تهران تحویل گرفته و در اردبیل تحویل میدهد.

در اینجا دو نوع رفتار را میتوان تفکیک کرد:

خبری که بین افراد بسیاری منتشر شده
و
خبری که توسط یک فرد خاص در مکان و سرعت خاص، منتقل شده است

در مثال اول که شایعه پراکنده شده است، رفتار موجی؛
و در مثال دوم که از نامه ای محرمانه برای تفهیم استفاده کرده ام، رفتار ذره ای را میتوان شناخت و درک کرد.

درواقع، موج تعیین میکند که یک ذره در چه مکان هایی میتواند حضور داشته باشد، و این یعنی مجموعه ای از احتمالات.
احتمالات، موج را تشکیل میدهد.
و این حالت های احتمالی برای حضور یک ذره، تنها یک حالت برای حضور ذره در موقعیتی خاص هستند.

فکر کنم حتی اگر کسی موج را نمیشناخت، هم اکنون کاملا میداند تفاوت رفتار موجی و ذره ای چیست.

⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

خبری از گربه شرودینگر

دانشمندان اتریشی در آکادمی علوم اتریش آزمایشی انجام داده اند که نتیجه بسیار عجیبی داشته است.

این آزمایش آن چیزی را نشان داده است که گربه شرودینگر می گوید.

درهم تنیدگی، یک پدیده کوانتومی است که گاهی بین ذرات کوانتومی اتفاق می افتد.
مثلا گاهی دوتا فوتون، یعنی دوتا ذره نور در هم تنیدگی پیدا می کنند.
معنایش این است که اینها در عین حال که دو تا ذره یا دوتا فوتون هستند، انگار یک روح در دو قالب می شوند. به طوری که هر اتفاقی برای یکی از آنها بیفتد، عین همان اتفاق برای دیگری هم می افتد!
حتی اگر اینها به اندازه میلیاردها سال نوری از هم فاصله پیدا کرده باشند!
یکی از عجایب دنیای کوانتوم که حرص اینشتین را درآورد همین درهم تنیدگی بود.

اینشیتین ثابت کرده بود سرعت نور، آخرین حد سرعت در دنیاست. یعنی هیچ چیزی در دنیا نیست که بتواند با سرعتی بالاتر از سرعت نور به حرکت درآید. اما پدیده درهم تنیدگی انگار ساز دیگری می زد.
دوتا ذره اتمی، که درهم تنیدگی پیدا کرده اند، میلیاردها سال نوری از همدیگر دور هستند، آن وقت اتفاقی که برای یکی از آنها می افتد، در همان لحظه برای دیگری هم می افتد!
این یعنی این که این دوتا ذره با سرعتی بسیار بالاتر از سرعت نور تحت تاثیر یکدیگر عمل می کنند!

باری،
بر می گردیم به خبری که فیزیکدانان اتریشی از گربه شرودینگر داده اند.
اینها آمده اند یک تصویر استنسیل از یک گربه تهیه کرده اند.
سپس دو دسته فوتون درهم تنیده انتخاب کرده اند. یک دسته از اینها نور زرد یا فوتون های نور زرد بوده اند،
دسته دیگر نور قرمز یا فوتون های نور قرمز.

از همدیگر هم کاملا جدا و دور بوده اند. آن وقت فیزیکدانان آمده اند آن فوتونهای زرد را تابانده‌اند به تصویر گربه.
بعد در همان لحظه، آن فوتون های قرمز را هم در یک جای دیگر با دوربین نگاه کرده اند.
دیده اند فوتون های قرمز هم، که اصلا گربه ای در برابرشان نبوده است، تصویر آن گربه استنسیل را ایجاد کرد!

منبع:

https://www.newscientist.com/article/dn26111-schrodingers-cat-caught-on-quantum-film/



⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢
https://t.iss.one/Nuclear_ph_ysics

ابطال پذیری falsifiability

ابطال پذیری پوپر، که ظاهراً او آن را اصل می‌داند، چون مشهور است به falsification principle، بر چه اساسی «اصل» شده است؟ اصل علمی است یا فلسفی؟

پوپر در توضیح ابطال‌پذیری می‌گوید: «تئوری علمی در صورتی می‌تواند تئوری علمی باشد که ابطال‌پذیر باشد، و هیچ آزمایشی نمی‌تواند هیچ تئوری علمی را ثابت کند، بلکه هر آزمایشی در مورد هر تئوری علمی فقط باید به عنوان کوششی جدی اما ناموفق در جهت ابطال آن تلقی شود.»  او از تئوری‌های مشهور به تئوری علمی هم فقط آن‌هایی را تئوری علمی می‌داند که می‌شود «نادرستیِ آن‌ها» را با آزمایش «ثابت» کرد. بنابراین تئوری‌هایی که نمی‌شود پدیدۀ مربوط به آن‌ها را تحت آزمایش درآورد، نمی‌توانند تئوری علمی به حساب بیایند. مثل بیگ بنگ، که بدیهی است نمی‌شود بیگ بنگ دیگری ایجاد کرد تا مشخص شود آیا واقعاً چنین امواجی در کیهان ایجاد خواهد کرد که اکنون هست، چنین ذرات بنیادی و چنین عناصری در دنیا به وجود خواهد آمد که به وجود آمده است، چنین انبساطی در کیهان اتفاق خواهد افتاد و ادامه خواهد یافت که اکنون هست. طبق ابطال‌پذیری او تئوری‌هایی مثل تئوری بیگ بنگ باید شبه علم تلقی شوند نه علم! چون فقط با آزمایش مجدد «خود آن‌ها»ست که می‌شود نادرستی احتمالی آن‌ها را اثبات کرد، و بدیهی است که چنین چیزی امکان ندارد.

البته این‌ها را پوپر می‌گوید. وگرنه این مسائل در خود علم به این صورت نبوده است. چه پیش از تولد ابطال پذیری پوپر، چه بعد از تولد آن. البته آزمایش، که معنای گسترده‌ای هم در علوم تجربی دارد، جزء لاینفک پژوهش‌های علمی است. در علوم تجربی، هر تئوری باید در نهایت از آزمایش موفق بیرون بیاید تا بشود گفت کشفی صورت گرفته است یا یک تئوری به علم تبدیل شده است. اما هیچ جا صحبت از این نبوده است که نمی‌شود گفت تا حالا هیچ تئوری‌ای ثابت شده است و هیچ کشفی صورت گرفته است! واقعاً تا حالا هیچ تئوری‌ای در دنیای علم ثابت نشده است؟ هیچ کشفی صورت نگرفته است؟ یعنی هنوز هم نمی‌توانیم بگوییم ثابت شده است که زمین دارد به دور خورشید می‌چرخد؟ الان بشر از فضا می‌تواند ببیند زمین است که دارد دور خورشید می‌چرخد، با این حال آیا همچنان نمی‌توانیم از این کشف مطمئن باشیم؟ کشفیاتی از این نوع در دنیای علم بسیار زیاد است و کسی هم انتظار ندارد یک روزی آن‌ها باطل شوند. در هر حال، در خود دنیای علم صحبتی از آنچه پوپر می‌گوید نبوده است، و نیست. این فقط نظر یک فیلسوف است درباره علم.

البته هر کس حق دارد دربارۀ علم و ماهیت آن، و شیوه های پژوهش‌های علمی فکر کند، مقاله و کتاب بنویسد. هر حرفی هم می‌تواند در مقاله‌ها و کتاب‌هایش بزند. اما آیا هر فیلسوفی هر حرفی دربارۀ علم زد یا اصولی برای پژوهش‌های علمی ابداع کرد، این به معنای آن خواهد بود که علم خود به خود تابع آن اصول می‌شود؟ بدیهی است که نه! کما‌این‌که در مورد اصل ابطال‌پذیری پوپر هم این را می‌توان دید. با آن که اکنون یک قرن است از عمر اصل ابطال‌پذیری او می‌گذرد، اما در دنیای علم همچنان صحبت از کشف و اثبات است. کافی است فقط به بیانیه‌های آکادمی نوبل نگاهی شود. یا به نشریات معتبر علمی نگاهی شود. در همۀ آن‌ها صحبت از این است که فلان دانشمند موفق به فلان کشف شد یا فلان تیم پژوهشی بالاخره توانستند فلان تئوری را  با فلان آزمایش به اثبات برسانند.

به نظر من، اصل ابطال پذیری پوپر، بیشتر به درد بحث‌های روشنفکری می‌خورد. به خود علم چیزی نمی‌تواند بیفزاید. برای این که آنچه او اسمش را ابطال‌پذیری می‌گذارد، بیشتر بازی با کلمات است. وگرنه در ماهیت علم و پژوهش‌های علمی هیچ تغییری ایجاد نمی‌کند. البته قصد اول خود او هم از عَلم کردن آن این نبود که چیزی به علم افزوده باشد یا روش‌های علمی را اصلاح کند. آن را درواقع برای این تئوریزه کرد که ادعای علمی بودن مارکسیسم و فرویدیسم را بی اعتبار کند. می‌خواست اصلی بنیاد نهد که از روی آن به راحتی بتوان علم را از شبه علم تشخیص داد. شاید بشود گفت در این مورد کار خوبی کرد. اما باز هم مسئله این است که آیا اگر پوپر و اصل ابطال پذیری‌اش نبود مارکسیسم و فرویدیسم به علم تبدیل می‌شدند؟ بدیهی است که نه! وقتی نظریه‌ای مثل نسبیت اینشتین با آن استحکام اعجاب‌انگیزش تا وقتی آزمایشی آن را تأیید نکرده بود نتوانست به عنوان علم در دنیای علم پذیرفته شود، شبه علم‌ها چطور می‌توانند به علم تبدیل شوند! علم خودش اصل ابطال‌پذیری‌اش را هم در خودش «دیفالت» کرده است. خودش را خود به خود از شبه علم‌ شدن حفظ می‌کند. بعد هم مسئله این بود که پوپر به مارکسیسم و فرویدیسم قناعت نکرد. برای این که نپذیرد ابطال‌پذیری‌اش نقص دارد و در بعضی جاها لنگ می‌زند، مجبور شد فرگشت و بیگ بنگ را هم شبه علم بداند! [ادامه دارد]


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

کوانتوم بوهمی چیست؟

نظریه بوهم بر اساس "ناموضعیت"
و تاثیر گذاری فوق نوری مبتنی است.

تاثیر گذاری فوق نوری مستقیما قابل مشاهده نیست.


در مدل بوهمی کوانتوم مکانیک، نیروی پتانسیل کوانتومی داریم.

چهار نیروی، گرانش، الکترومغناطیس، هسته‌ای قوی و هسته ای ضعیف داریم. که با بیشتر شدن فاصله ضعیف میشوند، اما نیروی پتانسیل کوانتومی با فاصله ضعیف نمیشود.

بوهم، یک "سطح زیرین" در نظر میگیرد، که در آن جا همه چیز به صورت عِلّی وجود دارد.
عدم قطعیت کوانتومی ناشی از جهل ماست.

در دیدگاه بوهم ، موجود کوانتومی
هم ذره است و هم موج،
هم مکان دارد هم تکانه
هویت کوانتومی، خواص ذاتی دارند، چه اندازه گیری بشوند و چه اندازه گیری نشوند .

البته بوهم میگوید:
عمل اندازه گیری روی سیستم اثر دارد. اگر پس از اندازه گیری مکان سیستم را یک عددی بدست آورد ید لزوما قبل از اندازه گیری آنجا نبوده.

در نظریه کوانتومی بوهم
ما هم ذره داریم هم موج(نه، یا ذره یا موج)

به ذره دسترسی داریم و از طریق آثار به موج پی می بریم.

این موج از تمام نقاط جهان اطلاعات را میگیرد و به ذره منتقل می کند.
و اگر هر گوشه ای از جهان اتفاقی بیفتد این موج آنرا به ذره منتقل می کند بنابراین از همان ابتدا به ناموضعیت معتقد است.
ذره دارای خواص معین است.

از نظر بوهم، کوانتوم مکانیک فعلی یک دستورالعمل محاسبه ای است یا بیشتر یک ابزار است، تا اینکه قابلیت تفسیر داشته باشد.

در مکانیک کلاسیک اجزای جهان هیچ ارتباطی با هم نداشتند

در مکانیک بوهمی:
جهان از اجزای لاینفک و غیر قابل تجزیه اقلا در سطح زیرین تشکیل شده. در سطح روئین این بهم پیوستگی دیده نمیشود
که البته این نظر بوهر و هایزنبرگ هم بود.

در مکانیک بوهمی هر بلایی سر یک قسمت سیستم بیارید در
در همه جای سیستم تاثیر گذار است.

بوهم یک فیزیکدان درجه یک بود و از شاگردان اوپنهایمر رهبر پروژه منهتن بود.


بوهم قبل از نظریه کوانتومی خود، قضایایی در مورد فیزیک پلاسما داشت.

منبع:
درس مبانی فلسفی مکانیک کوانتومی
دکتر گلشنی


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

از مهبانگ تا نیروی پنجم کیهان

بخش اول:



در آغاز، تقریبا چهارده میلیارد سال قبل، همه ماده و انرژیِ کیهانی که می شناسیم در حجمی انباشته شده بود که اندازه اش کمتر از یک تریلیونیوم نقطه ای بود که در پایان این جمله خواهم گذاشت.

وضعیت و حالت بسیار گرمی بود.
نیروهای اصلی طبیعت که مجموعا دنیا را توضیح می دهند یکی بودند.
آن دنیای ریزتر از سرِ سوزن، که گرچه هنوز معلوم نیست چطور به وجود آمده بود، فقط می توانست منبسط شود.
سریع.
و در یک چیزی که امروزه اسمش را مهبانگ گذاشته ایم.

تئوری نسبیت اینشتین، که در 1916 منتشر شد، فهم مدرن ما از گرانش را در اختیارمان می گذارد، که می گوید حضور ماده و انرژی باعث می شود بافت فضا و زمانِ اطرافشان خمیده شود.

در دهه 1920، مکانیک کوانتوم کشف می شود،
که شرح همه آن چیزهایی است که کوچک است؛ مانند ملکول ها، اتم ها، و ذرات زیر اتمی.
اما این دو فهمی که از طبیعت است در ظاهر با هم همخوانی ندارند، که مسابقه ای برای فیزیکدان ها راه می اندازد تا تئوری اجرام کوچک(جهان میکرو) و تئوری اجرام بزرگ(جهان ماکرو) را در یک تئوری منسجمِ گرانش کوانتومی درهم بیامیزند.

هنوز به پایان خط نرسیده ایم؛
اما اکنون دیگر می دانیم موانع بلند دقیقا کجا هستند.

یکی از آنها در جایی است که به دوران پلانکی دنیای اولیه مشهور است. این دوران از لحظه صفر در آغاز مهبانگ است تا لحظه 10⁴³ .
یعنی باید ثانیه اول مهبانگ را به عددی که از 1 و 43 تا صفر در جلوی آن تشکیل شده است تقسیم کنیم.
آن لحظه اولی که اسمش دوران پلانکی است طولش برابر با عددی است که از این تقسیم به دست می آید.
در آخر این لحظه، طول دنیا هم از این سر تا آن سرش، یا از نقطه شروع تا پایانش، برابر با 10³⁵ شد.
یعنی باید یک متر را به عددی که از 1 و 35 تا صفر در جلویش تشکیل شده است، تقسیم کنیم تا طول دنیا در پایان دوره پلانکی به دست بیاید.

این عددها، که چنان کوچک اند که به تصور در نمی آیند، به افتخار ماکس پلانک، فیزیکدان آلمانی نام گذاری شده اند.
او بود که مفهوم انرژی کوانتومی را درسال 1900 معرفی کرد و پدر مکانیک کوانتوم می دانندش.

اما تضاد بین گرانش و مکانیک کوانتوم خللی در کار دنیای معاصر ایجاد نمی کند.
کیهانشناسان، اصول و ابزارهای نسبیت عام را در مورد یک نوع از مسائل به کار می برند و اصول و ابزارهای مکانیک کوانتوم را در مورد نوع دیگری از مسائل.
این دو نوع از مسائل خیلی با هم فرق دارد.

اما در آغاز، یعنی در دوران پلانکی، آنچه بزرگ است کوچک بود، و ما فکر می کنیم در آن دوران یک نوع ازدواج اجباری بین آنها اتفاق افتاد.
اما افسوس که همچنان نمی دانیم چه عهد و پیمانی بود که بین آنها بسته شد، و بنابراین هیچ قانونِ (شناخته شده) فیزیکی نیست که به ما اطمینان دهد عالم در آن دوران چه رفتاری داشت.

با این حال گمان بر این است که در پایان دوران پلانکی، نیروی گرانش از دیگر نیروهای طبیعت، که هنوز یکپارچه بودند، جدا شد و ماهیت مستقلی پیدا کرد که تئوری های اکنونِ ما به خوبی آن را شرح می دهند.

عالم هم وقتی که دوره پلانکی را پشت سر گذاشت، انبساطش را ادامه داد، غلظت های انرژی را رقیق کرد، و آنچه از نیروهای یکپارچه باقی مانده بود، تقسیم شد به نیروی الکتروضعیف و نیروی هسته ای قوی.
بعدتر هم نیروی الکتروضعیف به دوتا نیروی الکترومغناطیسی و نیروی هسته ای ضعیف تقسیم شد؛
و چهار نیروی مشخصی را که توانسته ایم بشناسیم و دوستشان داریم آشکار ساخت:

با نیروی هسته ای ضعیف واپاشی رادیو اکتیو را کنترل کرد،
نیروی هسته ای قوی هسته اتم را ساخت،
نیروی الکترومغناطیسی ملکول ها را ساخت،
و نیروی گرانش، ماده حجیم را تولید کرد.

در این هنگام یک تریلیونیوم ثانیه از عمرش گذشته بود.

اما هنوز به آنچه که تا اینجا دانستیم مطمئن نیستیم.
شگفتی هنوز ادامه دارد.
هنوز نیروهای مرموزی وجود دارند که نمیدانیم چرا و چگونه و از کجا سر بر آورده اند.
و اصلا چرا سر برآورده اند؟


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

از مهبانگ تا نیروی پنجم کیهان

بخش دوم:



در دهه 1960 بود که نوجوانی 18 ساله بنام "ورا روبین" علاقمند به آسمان پرستاره ی شب، بصورت آماتوری و با تلسکوپ آماتوری اش به اجرام مختلفی نگاه میکرد و تصمیم گرفته بود به تصویربرداری از این اجرام بپردازد.
او، کهکشانی بنام آندرومدا یا در فهرست مسیه، M31 را که یک کهکشان مارپیچی با جرمی حدود 2.4 برابر جرم راه شیری بود را بعنوان سوژه انتخاب کرد.
پس از چند ماه تصویر برداری مکرر از این کهکشان، سرانجام یک شب در هنگام بررسی متوجه موضوعی عجیب شده بود.

او حس کرده بود اجرامی که به دور مرکز آندرومدا در گردش هستند، با شتاب بیشتری نسبت به گرانشی که به آن وارد شده بود در حال گردش به دور مرکز بودند!

این مسئله، سرآغاز کشفی بزرگ بود.
درواقع، روبین یک نیروی جدید را شناسایی کرده بود.
که امروزه بعنوان انرژی تاریک شناخته میشود.
در این مورد مفصلا در پستی جداگانه خواهم پرداخت.

اما قضیه فقط به اینجا ختم نمیشود!

اگر مشخص شود غیر از 4 نیروی بنیادی در کیهان، نیروی دیگری بعنوان نیروی پنجم نیز وجود دارد، چه خواهد شد؟
آیا بعد از گذراندن دوران شوکِ فیزیکدانان، دانش فیزیک زیر و رو خواهد شد؟
یا تئوری ها دستخوش تغییر قرار خواهند گرفت؟
در پست بعدی خواهیم پرداخت.


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

از مهبانگ تا نیروی پنجم کیهان

بخش سوم:


شب قبل در پست قبلی، دانستیم که چهار نیروی بنیادی در کیهان وجود دارند که عالم و قوانین فیزیک بر آنها استوار است.
همچنین، به تاریخچه پدیدار شدن این نیرو ها در کیهان نیز پرداختیم.

حال میخواهیم ببینیم که این نیرو ها چگونه در کیهان ظهور یافتند؟

در فهرست مدل استاندرد، ما ذراتی را میبینیم که هرکدام در کیهان کاربردی دارند.
مثلا کوارک ها که 6 نوع یا مزه متفاوت دارند، خانواده کوارک را تشکیل میدهند و از این خانواده، دو نوع خاص کوارک یعنی کوارک بالا (up) و کوارک پایین (down) ، پروتون ها و نوترون ها را در هسته اتم ها تشکیل میدهند.
دو کوارک بالا و یک کوارک پایین که مجموعا میشود سه کوارک، پروتون را میسازند؛
و بلعکس،
دو کوارک پایین و یک کوارک بالا، نوترون را میسازند.

در کنار خانواده کوارک ها، یک خانواده دیگر نیز داریم بنام بوزون ها.
هر یک از اعضای این خانواده، حامل یک نیرو از نیروهای بنیادی کیهان است.
در مجموع، 6 بوزون داریم که هرکدام، حامل نیروی بنیادی هستند.
برای مثال گلئون که از خانواده بوزون است، حامل نیروی هسته ای قوی میباشد که مسئول کنار هم نگه داشتن کوارک ها برای ساخت پروتون ها و نوترون ها، و یا در کنار هم نگه داشتن نوترون و پروتون ها جهت ساختن هسته اتم ها است.

یکی دیگر از اعضای این خانواده، فوتون است که حامل نیروی الکترومغناطیسی است و همانطور که میدانید، واحد سازنده نور به شمار میرود.

سه بوزون دیگر موسوم به: Z و W +_
اینها نیز حامل نیروی هسته ای ضعیف هستند که مسئول واکنش های هسته ای در بمب ها و راکتور های هسته ای یا ستارگان همانند خورشید است.

اما یک نوبت نیروی مهم و پراهمیت گرانش میرسد.
ذره حامل نیروی گرانش کدام است؟
کجاست؟

تقریبا میشود گفت تابحال نتوانسته ایم ذره ای را پیدا کنیم که حامل نیروی گرانش باشد.
با این حال برخی معتقدند ذراتی موسوم به "گِراویتون" باید وجود داشته باشند که مسئول و حامل نیروی گرانش است.

اما چون تابحال وجودشان قطعی نشده و در هیچ آزمایشی مورد مشاهده قرار نگرفتند، فعلا این ذره را از مدل استاندارد ذرات بنیادی حذف کرده ایم.

اما در اینجا یکی از اعضای دیگر بوزون ها هستند موسوم به بوزون هیگز که مبحثش را بعدا ادامه خواهیم داد.

باری،
دانستیم که بوزون ها چقدر اهمیت دارند و بودنشان چقدر ضروری است.
بطوری که با نبودشان، نیروهای بنیادی نیز وجود نخواهند داشت یا با اختلال روبرو خواهیم شد و این یعنی فروپاشی تمام عالم!

اما مقصود از این مباحث و مطالب، پرداختن به یکی از مشاهدات عجیب محققان بود.

اگر یک بوزون جدید کشف شود، چه خواهد شد؟


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢