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 ☢

از مهبانگ تا نیروی پنجم کیهان

بخش چهارم:


هنگامی که انرژی فوتون(که از خوانواده بوزون ها است) به حد کافی زیاد شود، به دو ذره الکترون(نگاترون) و پاد الکترون(پوزیترون) تبدیل میشود.
حالا میپردازیم به چیزی که دانشمندان در 2016 متوجه آن شدند.

در واپاشی هسته ای، یک فوتون تولید و تابیده میشود.
با افزایش انرژی این فوتون، دو ذره نگاترون و پوزیترون که همان الکترون و پادالکترون هستند، تشکیل میشود.
همچنان، با افزایش انرژی فوتون، این دو ذره یعنی نگاترون و پوزیترون، برای مدت بسیار کوتاهی زاویه بین شان اندکی باز میشود و بنابراین از هم دور میشوند و مجدد به یکدیگر نزدیک شده و زاویه شان بسته میشود تا به فاصله کمی نسبت به هم برسند و متمرکز شوند.

اما فوتون ناشی از واپاشی هسته بریلیوم چنین کنشی نداشت!
و فاصله بین پوزیترون و نگاترون، کم نشد!
حتی زاویه بین این دو از حد 140 درجه هم گذشت.
این کنشی بود که بعدا در اتم هلیوم نیز مشاهده شد و دیگر جای شک و تردید برای ما باقی نگذاشت!

این نابهنجاری پدیده ای نبود که دنیای فیزیک به راحتی از کنار آن بگذرد. این یک رفتار عجیب بود که می توانست منادی وجود نیرویی جدید باشد. فیزیک دانها عقیده داشتند پای یک بوزون جدید در میان است.

زمانی که این مسئله مطرح شد که ممکن است یک بوزون جدید کشف شده باشد، فیزیکدان ها بشدت متحیر شدند.
چرا که کشف بوزونی جدید، میتواند بدین معنا باشد که پای نیروی جدیدی در میان است.
از آنجایی که جرم و طول عمر این بوزون جدید که به X17 معروف است، کوتاه و متفاوت از سایر بوزون ها است، میشود اینطور فهمید که X17 ، حامل هیچکدام از نیروهای بنیادی چهارگانه نیست.
بنابراین،
میشود نتیجه گرفت که نیروی پنجمی هم وجود دارد؟
فیزیکدانان هنوز مطمئن نیستند که نیروی جدیدی بعنوان نیروی پنجم وجود دارد یا خیر.
اما بسیار امیدوارند که واقعیت را آشکار کنند.

گرچه،
اگر قضیه بوزون و نیروی جدید موسوم به X17 واقعیت داشته باشد، هیاهوی زیادی بپا خواهد کرد و انقلابی بزرگ و تاثیر گذار در عرصه فیزیک به شمار خواهد آمد و مسئله کوچک و کم اهمیتی نخواهد بود؛
اما این مسئله مانع کشفیات جدید و متحیرکننده در آینده نزدیک نخواهد شد.

آماده باشید!


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

دوستان و همراهان گرامی
همانطور که پیش‌تر نیز در جریان بوده اید، ما قصد راه اندازی گروهی تخصصی در حیطه فیزیک و علوم وابسته، با حضور متخصصان این حوزه را داریم.
اولین برنامه ارائه شده توسط گروهمان در حوزه مکانیک کوانتوم خواهد بود و به منظور تکمیل و جمع بندی مباحثی است که طی چند هفته گذشته در کانال ارائه شد.

فلذا،
جهت فهم هرچه بهتر مقدمات فیزیک کوانتوم و مباحثاتی که به زودی در گروه ارائه خواهند شد، مطالب ارائه شده در کانال را با دقت از اولین پست مطالعه فرمائید:

https://t.iss.one/Nuclear_ph_ysics/100


لینک گروه را طی هفته پیش رو منتشر خواهیم کرد.

همچنین، جهت فهم هرچه بیشتر اصول مکانیک کوانتوم، از امشب به چهار اصل مکانیک کوانتوم در کانال خواهیم پرداخت.

امید است در نشر علم و آگاهی، سهیم باشیم.

اصول مهم مکانیک کوانتوم ۱

مکانیک کوانتوم بر چهار اصل استوار است:
١- تابع موج
٢- حالت‌های مجاز
٣- احتمالات
۴- اندازه‌گیری

تا کنون بعضی مفاهیم مهم مکانیک کوانتوم، همچنین با مفهوم احتمالات و اندازه‌گیری، تا حدودی آشنا شده‌ایم. اما برای این که بتوانیم مبحث جهان‌های موازی را شروع کنیم، باید تابع موج و حالت‌های ممکن را هم بدانیم چیستند.

تابع موج یا wave function- در مکانیک کوانتوم هر چیزی که در دنیا هست، چه در دنیای اتم باشد چه در دنیای قابل مشاهده، با یک تابع ریاضی به نام تابع موجی تعریف می‌شود. تابع یعنی آن چیزی که از یک چیز دیگر یا بعضی چیزهای دیگر تبعیت یا پیروی می‌کند. یعنی وقتی یک چیزی یا بعضی چیزها تغییر کنند، آن هم تغییر می‌کند. منظور از تابع موجی هم یعنی تابعی که ماهیت موج دارد. یا به عبارت دیگر، موجی که تابع بعضی چیزهای دیگر است. آن‌ها که تغییر کنند، این هم به تبعیت از آن‌ها تغییر می‌کند.

پیش از این دیده‌ایم که ذرات اتمی در همان حال که ذره هستند، موج هم هستند. یا به عبارت دیگر، علاوه بر این که ذره هستند، نقش موج هم دارند. و دیده‌ایم که این محدود به دنیای اتم هم نیست. تمام اجسام دنیای قابل مشاهده هم به اندازه‌های ناچیزی موج هستند. پس معنی تابع موج را به این صورت هم می‌توانیم بگوییم: تابع موج یعنی نقش موجی یک ذره یا جسم یا هر چیزی، در هر لحظ‌ی مشخص از زمان. همچنان که در یکی از یادداشت‌های قبلی گفتم، اروین شرودینگر یک معادله هم برای محاسبه کردن شدت این موج پیدا کرد. با دانستنِ بعضی مشخصات هر چیزی، مثلاً جرمِ یک چیز، سرعتی که در یک لحظه‌ی مشخص دارد و جهتِ حرکتش در آن لحظه، می‌توان آن‌ها را در این معادله گذاشت و مشخص کرد آن چیز شدت موج بودنش در آن لحظه‌ی مشخص چقدر است و این موج چه مشخصاتی دارد. این مشخصات عبارت است از فرکانس موج (= تعداد نوسان‌هایش در یک ثانیه)، طول موج (=فاصلع‌ی بین دوتا نوسان)، جهت نوسان‌هایش در فضا.

مثلاً در نظر بگیریم خرگوشی دارد در باغی می‌دود. این مثال را از یکی از فیزیکدان‌ها نقل می کنم. باری، خرگوشی دارد در باغی می‌دود. این خرگوش معمولاً با یک سرعت ثابت نمی‌دود. در هر لحظه‌ای ممکن است سرعتش کم یا زیاد شود. همچنین است جهت حرکتش، که معمولاً دائم در حال تغییر خواهد بود. یعنی روی یک خط مستقیم نمی‌تواند بدود. گاهی ممکن است به راست متمایل شود، گاهی به چپ، گاهی حالت زیگزاگی پیدا کند. خلاصه این که با هر تغییری که در سرعت و جهت حرکت او ایجاد شود، یک موج جدید ایجاد می‌شود. این موج‌ها گاهی با هم تداخل هم دارند، و بر اثر این تداخل، گاهی همدیگر را خنثی می‌کنند، گاهی همدیگر را تشدید می‌کنند. موج کلی خرگوش در لحظه‌هایی که می‌دود از مجموع این موج‌ها تشکیل می‌شود. موجی که در بعضی جاها شدتش بیشتر است، در بعضی جاها شدتش کمتر است، در بسیاری جاها هم اصلاً نیست. فقط در بعضی جاها هست. یا به عبارت دیگر، فقط در بعضی جاهای باغ تشکیل می‌شود. اما هر چه هست، خرگوش در آن لحظه‌های مشخصی که دارد در آن باغ می‌دود، فقط در آن نقاطی می‌تواند دیده شود که آن موج هست. هر جا آن موج شدیدتر باشد، احتمال این‌که خرگوش در آنجاها دیده شود بیشتر است. هرجا شدتش کمتر باشد احتمال این که خرگوش در آن جاها دیده شود کمتر است. در جاهایی هم که این موج نباشد، خرگوش در آن جاها دیده نمی‌شود. دقیقاً مثل همان چیزی که در مورد الکترون دیده‌ایم.


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

اصول مهم مکانیک کوانتوم ۲

حالت های مجاز allowed states – در دنیای کوانتوم، هر چیزی فقط در حالت های مجاز دیده می شود. با همین است که کوانتوم وارد مکانیک کوانتوم می شود. انرژی¬ای که با اشعۀ نور می آید از فوتون تشکیل شده است. فوتون هم چیزی است که تقسیم پذیر نیست. این یعنی این که یک فوتون و دو فوتون و سه فوتون می توانیم داشته باشیم. اما یک فوتون و نصف فوتون نمی شود داشت.

همین طور است الکترونی که داخل اتم می چرخد. الکترون داخل اتم هم فقط در حالت های بسیار خاصی می تواند باشد. هر کدام از این حالت هایش انرژی مشخصی دارد. هر وقت که الکترون را پیدا کنی فقط یکی از این انرژی ها را با خود دارد. وقتی الکترون می خواهد از این حالت به آن حالت برود، این کار را یا با جذب انرژی انجام می دهد، که در این صورت کمی از هستۀ اتم بیشتر فاصله می گیرد، یا با دفع انرژی انجام می دهد، که در این صورت کمی بیشتر به هستۀ اتم نزدیک می شود. این تغییر حالت به صورت جهشی انجام می گیرد و اصلاً زمان نمی برد! اسمش هم هست جهش کوانتومی.

یکی دیگر از حالت های مجاز هم همان است که در آزمایش دو شکاف دیده¬ایم. برای فوتون دو حالت برای ظاهر شدنش هست. حالت یک شکافی و حالت دو شکافی. در حالت دو شکافی به صورت ذره ظاهر می شود، و در حالت دو شکافی به صورت موج ظاهر می شود.

⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

⭕️دوستان گرامی

جهت ادامه مباحث و کنفرانس های حول محور مکانیک کوانتوم، لطفا به گروه مان بپیوندید:


https://t.iss.one/joinchat/71iL3giJ9cY3ZTdk

اصول مهم مکانیک کوانتوم ۳

احتمالات - سومین اصل کوانتوم اصل احتمالات است. تابع موج هر چیزی احتمال هر کدام از حالت های مجاز آن را تعیین می کند. حالا دیگر می دانیم که معادلۀ شرودینگر این کار را برای ما انجام می دهد. بعضی مختصات مربوط به مثلاً الکترون یا فوتون را در آن معادله می گذاریم و آنگاه احتمال هر کدام از حالت های مجازش برای ما معلوم می شود. برای این که این را با یک مثال از دنیای قابل مشاهده هم بیان کنم تا ملموس¬تر باشد، مثالی را که چَد اُرزِل آورده است نقل می کنم. اگر می خواهیم بدانیم سگمان کجا می تواند باشد، یعنی پوزیشن یا مکان آن را در یک لحظۀ خاص بدانیم، معادلۀ شرودینگر این را به ما خواهد گفت. مثلاً خواهد گفت احتمالش خیلی زیاد است که در سالن پذیرایی باشد، احتمال خیلی کمی هم هست که در یکی از اتاق خواب هایی باشد که درش بسته بوده است، و احتمال بسیار بسیار  ناچیز یا همان صفر درصد دارد که در یکی از ماه هایی باشد که دور مشتری می چرخند. اگر به انرژی آن سگ علاقه داریم و می خواهیم انرژی¬اش را تعیین کنیم، باز تابع موجش این را به ما خواهد گفت. مثلاً خواهد گفت احتمال بسیار بالایی دارد که سگتان الان در حال خواب باشد، احتمال هم دارد که در حال ورجه وورجه و پارس کردن باشد، و احتمال فوق العاده ناچیز یا همان صفر درصد دارد که آرام نشسته باشد و مشغول حل کردن یک مسئلۀ ریاضی باشد.

اما این تابع موج یک چیز را هیچ گاه نخواهد گفت. برای این که چنین چیزی در دنیای اتم اصلاً وجود ندارد تا تابع موج آن را بگوید. منظورم همان قطعیتی است که در اتفاقات فیزیک نیوتونی بود اما معلوم شد دنیای اتم یا کوانتوم کاملاً با آن بیگانه است. در دنیای کوانتوم قطعیتی وجود ندارد. هر چیزی را که در نظر بگیریم، مطلقاً نمی شود با قطعیت گفت الان در کدام یک از حالت های مجاز خود است. این را فقط با درصدی از احتمال می شود گفت. احتمال هم حتی اگر نزدیک به صد درصد باشد، باز قطعیت ندارد. بارها دیده¬ایم که احتمال این که یک چیزی اتفاق بیفتد بسیار بسیار بالا و نزدیک صد درصد بوده، اما اتفاق نیفتاده است. یا برعکس، گاهی احتمال این که یک چیزی اتفاق بیفتد فوق العاده کم بوده، اما اتفاق افتاده است. احتمال یعنی نادانی. وقتی یک چیزی را با قطعیت نمی توانی بگویی، یعنی آن را نمی دانی.

فیزیکدانان وقتی با این مسئلۀ عدم قطعیت در دنیای اتم روبرو شدند، اول فکر می کردند شاید هنوز یک چیزی هست که نتوانسته¬اند آن را بشناسند یا بفهمند. فکر می کردند وقتی بیشتر با رفتارهای ذرات اتمی آشنا شدند، آن وقت معلوم خواهد شد که چنین چیزی در کار نیست. آخر یعنی چه که این دنیایی که می بینیم، و واقعاً نظم حیرت انگیزی را در آن شاهد هستیم، از ذراتی ساخته شده باشد که هر اتفاقی برای آنها می افتد فقط از روی تصادف می افتد! اما اکنون که دیگر صد سال از آشنایی فیزیکدانان با مسئلۀ عدم قطعیت در دنیای اتم می گذرد، دیگر همۀ آنها مجبور شده¬اند با آن کنار بیایند. از آنجا که این عدم قطعیت نقش بسیار مهمی در درک ما از واقعیتِ دنیا دارد، یک بار دیگر مفهوم آن را یادآوری می کنم. عدم قطعیتی که در دنیای اتم هست، کاملاً فرق دارد با آن عدم قطعیتی که در دنیای ماکروسکوپیک آن را می شناسیم. در دنیای ماکروسکوپیک اگر نمی توانیم با قطعیت بگوییم یک چیزی اتفاق خواهد افتاد یا نه، به خاطر این است که علم کافی به همۀ آن عوامل نداریم که می توانند در  اتفاق افتادنِ آن مؤثر باشند. اگر همۀ آن عوامل را بتوانیم بشناسیم، آنگاه با قطعیت می شود گفت آن پدیده هم اتفاق می افتد یا نه. اما عدم قطعیتی که در دنیای اتم هست از این نوع نیست. آنجا اصلاً خود اتفاقات هستند که کاملاً از روی تصادف اتفاق می افتند. برای همین است که اصل علیت هم در دنیای اتم منتفی می شود!

در مورد پدیده هایی که فقط از روی تصادف اتفاق می افتند، نمی شود صحبت از علت و معلول کرد. حتی در دنیای ماکروسکوپیک یا قابل مشاهده هم گاهی می شود از این نوع تصادف ها دید. وقتی سکه¬ای را به هوا می اندازیم تا صدتا چرخ خورده و به زمین بیفتد، آیا می توانیم بگوییم به چه علت بود که مثلاً خط آمد؟ یا به چه علت بود که شیر آمد؟ شیر یا خط آمدن این سکه فقط از روی تصادف اتفاق می افتد. علتی برایش در کار نیست. بنابراین خودش را هم نمی توان معلول به حساب آورد. اتفاقات دنیای کوانتوم از این نوع هستند.


⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

اصول مهم مکانیک کوانتوم ۴

اندازه گیری - چهارمین یا آخرین اصل از چهار اصل مهم مکانیک کوانتوم اندازه گیری است. اندازه گیری در مکانیک کوانتوم فوق العاده مهم است و کاملاً فرق دارد با آن اندازه گیری هایی که در دنیای ماکروسکوپیک یا دنیای قابل مشاهده هست.

اندازه گیری در دنیای قابل مشاهده- وقتی ما داریم از اندازه گیری در دنیای قابل مشاهده صحبت می کنیم، مفهوم اندازه گیری کاملاً برایمان مشخص است. مثلاً وقتی می خواهیم قد کسی را اندازه بگیریم، یک متر نواری بر می داریم، و طول خطی را که قدِ آن شخص هنگامِ راست ایستادنِ او ایجاد می کند، و از فرقِ سر تا کفِ پایش کشیده می شود، اندازه می گیریم. یا وقتی می خواهیم سرعت موتورسیکلتی را اندازه بگیریم، مثلاً یک فاصلۀ پنجاه متری را بین دو نقطه در خیابان انتخاب می کنیم. آنگاه یک کرونومتر بر می داریم و وقتی آن موتور سیکلت از فاصلۀ دوری آمد و به نقطۀ اول رسید کرونومتر را روشن می کنیم. وقتی هم به نقطۀ دوم رسید کرونومتر را خاموش می کنیم. آن وقت نگاه می کنیم ببینیم موتورسیکلت آن پنجاه متر را در چند ثانیه طی کرد. مثلاً اگر در پنج ثانیه طی کرده باشد، پنجاه متر را تقسیم بر پنج می کنیم که می شود ده متر بر ثانیه. می گوییم سرعت موتر سیکلت ده متر بر ثانیه بود. این دو مثال، دو نمونه از اندازه گیری هایی است که در دنیای قابل مشاهده یا همان دنیای فیزیک نیوتونی صورت می گیرد و سه تا مشخصه دارد. اول این که در این اندازه گیری ها امکان آن هست که هر اندازه گیری را با دقت زیاد انجام داد. به طوری که نتیجۀ اندازه گیری با اختلاف بسیار بسیار ناچیزی منطبق به واقعیت باشد. فقط باید وسیلۀ دقیقی برای اندازه گیری انتخاب کرد و کمی هم در کار اندازگیری ورزیدگی داشت. دوم این که وقتی چیزی را اندازه می گیریم، مثلاً قد شخضی را یا سرعت موتور سیکلتی را اندازه می گیریم، تغییری در قد آن شخص یا سرعت آن موتورسیکلت ایجاد نمی کنیم. فوقش مثلاً ممکن است یک کم در اندازه گیری مان خطا کرده باشیم. وگرنه تغییری در قد آن شخص و سرعت آن موتورسیکلت ایجاد نمی شود. واقعیت آنها سرِ جای خودش هست و هیچ تغییری در آنها ایجاد نمی شود. سوم هم این که پیش از آن که ما آن اندازه گیری ها را انجام دهیم، آن شخص طول قدی برای خود دارد و آن موتور سیکلت هم سرعتی برای خود دارد. این چیزها را ما با آن اندازه گیری هامان برای آنها ایجاد نمی کنیم.

اما فیزیکدان ها الان صد سال است می دانند که اندازه گیری هایی که در دنیای کوانتوم انجام می دهند اصلاً این طور نیست! این طور که معلوم است اندازه گیری هایی که روی الکترون یا فوتون یا هر ذرۀ اتمی دیگر انجام می شود تغییر قابل توجهی در آنها می دهد. حتی معلوم نیست آن مشخصاتی که در این اندازه گیری ها برای این ذره ها مشخص می شود، آنها پیش از اندازه گیری هم وجود داشته باشند! همۀ آزمایش هایی که تا حالا صورت گرفته است حکایت از این می کند که آن مشخصاتی که در آزمایش ها و اندازه گیری ها از این ذرات دیده می شود، آنها را خود همین اندازه گیری ها برای آنها ایجاد می کند. پیش از این هم گفته¬ام که در آزمایش دو شکاف، هر گاه آزمایش را طوری طراحی کنی که الکترون یا فوتون به شکل ذره ظاهر شوند، آنها به شکل ذره ظاهر می شوند، و هر گاه آزمایش را طوری طراحی کنی که آنها به شکل موج ظاهر شوند، آنها به شکل موج ظاهر می شوند. این حتی معنای عجیبی هم در خود دارد. این که اراده یا خواستِ آزمایش کننده است که آن ماهیت ها را برای این ذره ها تعیین می کند! وقتی می خواهد آنها ذره باشند، آنها ذره می شوند. وقتی می خواهد آنها موج باشند، آنها موج می شوند. فیزیکدانان  اکنون آزمایش های بسیار دقیق و پیشرفته¬ای برای تحقیق بیشتر دربارۀ این مسئله طراحی کرده¬اند. اکنون این آزمایش ها را با نور پُلاریزه انجام می دهند. باید بگویم که آزمایش این مسئله با نور پُلاریزه طوری است که تقریباً جای هیچ شکی را در این مورد بافی نمی گذارد! یعنی در مورد این که خواست انسان می تواند در این که ذرات اتمی چه ماهیتی داشته باشند کاملاً دخیل باشد! این مسئله در تئوری کوانتوم و بحث های فلسفی آن فوق العاده مهم است. بنابراین سعی می کنم تا آنجا که امکان دارد آن را دقیق شرح دهم. مخصوصاً آزمایش با نور پلاریزه را.

⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

عدم قطعیت- ١

عدم قطعیت، یا به عبارت دقیق‌تر اصل عدم قطعیت، از خاصیت موجی یا موج گونه بودن ذرات کوانتومی مثل الکترون، فوتون، پروتون و نوترون ایجاد می‌شود، و به اندازه‌گیری کمیت‌های مربوط به این ذرات، مثل تکانه یا مومنتوم و موقعیت یا مکان مربوط می‌شود. همچنین کمیت‌هایی مثل انرژی و لحظه‌ی اندازه‌گیری آن، و غیره. اصل عدم قطعیت می‌گوید، هیچ گاه نمی‌توان تکانه‌ی یک ذره و مکان آن را به طور همزمان با دقت بالا اندازه گرفت، اگر موفق شویم تکانه را در یک لحظه‌ی مشخص با دقت بالایی اندازه بگیریم، امکان ندارد بتوانیم مکان را هم در همان لحظه با دقت بالایی مشخص کنیم. برعکس این هم درست است. اگر موفق شویم در یک لحظه‌ی مشخصی مکان یک ذره را با دقت بالایی مشخص کنیم، امکان ندارد بتوانیم تکانه را هم در آن لحظه با دقت بالایی مشخص کنیم. دقت هر کدام از این‌ها بالا برود، دقت آن یکی پایین می‌آید. گاهی هم هیچ کدام از آن‌ها را نمی‌شود با دقت بالایی اندازه گرفت. فقط از روی تصادف است که می‌توان گاهی یکی از آن‌ها را با دقت بالایی اندازه گرفت. به طوری که ورنر هایزنبرگ، اولین فیزیکدانی که متوجه این شده بود، در ١٩٢٧ چنین فرمولی برایش پیدا کرد:

Δp Δx ≥ ℏ
[دلتا پی × دلتا ایکس ≥ اچ بار]
Δ = تغییرات
P = مومنتوم
X = مکان
Δp= انحراف معیار مومنتوم
Δx = انحراف معیار مکان
ℏ = ثابت پلانک کاهش یافته

فرمول می‌گوید، اگر عدم قطعیتِ مربوط به اندازه‌گیریِ تکانه‌ی یک ذره را در عدم قطعیت مربوط به مشخص کردن مکان آن ضرب کنیم، حاصل ضرب همیشه یا بزرگتر از ثابتِ پلانکِ کاهش یافته است، یا حداقل مساوی با آن است. علاوه بر آن، این را هم می‌گوید: هرچقدر عدم قطعیت یکی از این‌ها پایینتر بیاید، یعنی با دقت بیشتری بتوانیم آن را مشخص کنیم، عدم قطعیت آن دیگری خود به خود بالا می‌رود. یعنی دقت آن خود به خود پایین می‌آید. بد نیست این را هم بگویم که مکان ذره و تکانه‌ی آن وابستگی به همدیگر دارند. یکی از آن‌ها که تغییر کند آن دیگری هم تغییر می‌کند. همچنان که گفتم، این عدم قطعیت فقط به اندازه‌گیری یا مشخص کردن مکان و تکانه محدود نمی‌شود. هر وقت موفق شویم کمیتی از ذره را با دقت بالا اندازه بگیریم، همزمان نمی‌توانیم کمیت دیگری از آن را هم که وابستگی‌ای به آن کمیت دارد با دقت بالا اندازه بگیریم. دیگر این که اچ بار، یا ℏ، یکی از دو ثابت مهم دنیاست! ثابت دیگر هم سرعت نور یا c است. ارتباط عدم قطعیت با چنین ثابتی اهمیت فوق العاده‌ای به آن می دهد. [ادامه دارد]

[توضیح- تکانه یعنی جرم ضرب در بُردار سرعت. بردار سرعت را در انگلیسی velocity می‌گویند. خود سرعت را speed می‌گویند. فرق بردار سرعت و خود سرعت این است که در خود سرعت فقط اندازۀ حرکت یک جسم در یک ثانیه بیان می‌شود، اما در بردار سرعت، علاوه بر اندازۀ آن، جهت سرعت هم مشخص می‌شود. بنابراین، تکانه مفهومی ریاضی است، و با بُرداری نشان داده می‌شود که طول آن اندازۀ سرعت را نشان می‌دهد، و جهت آن هم، که در دستگاه مختصات سه بُعدی مشخص می‌شود، جهت سرعت را مشخص می‌کند. جسم اگر بدون تغییر جهت، روی یک خط راست حرکت کند، تکانه‌اش را تکانه‌ی خطی می‌گویند. اما اگر دور محوری بچرخد، تکانه‌اش را تکانه‌ی زاویه‌ای می‌گویند. در هر دوی این حالت‌ها، هر چقدر سرعت بیشتر باشد، تکانه هم بیشتر می‌شود. و از آنجا که تکانه از حاصل ضرب جرم در سرعت به دست می‌آید، واحد آن بر حسب کیلوگرم‌متر بر ثانیه بیان می‌شود.]



⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

عدم قطعیت- ٢

هایزنبرگ عدم قطعیت را با یک آزمایش فکری، که به صورت عکس گرفتن از یک الکترون بود، توضیح داد. اگر قرار باشد عکسی از الکترون گرفته شود، باید یک ذره¬ی نور یا فوتون به آن تابانده شود. این فوتون الکترون را برای دوربین عکاسی آشکار خواهد کرد، یعنی آن را یک لحظه در یک نقطه¬ی مشخص نشان خواهد و دوربین عکسش را در آن لحظه در آن نقطه خواهد گرفت، یعنی مکانش مشخص خواهد شد. اما آن فوتون چون انرژی دارد، وقتی به الکترون اصابت کرد سرعت آن را افزایش خواهد داد. و از آنجا که تکانه مساوی با جرم ضرب در بُردار سرعت است، پس با افزایش سرعت الکترون، و شاید حتی تغییر جهت آن، تکانه-اش تغییر خواهد کرد. نتیجه این خواهد شد که مکان الکترون را در آن لحظه مشخص می کنیم، اما تکانه¬اش را اگر در آن لحظه اندازه بگیریم، نمی توانیم بگوییم چقدر تغییر کرده یا نکرده. یعنی یک عدم قطعیت درباره¬اش ایجاد می شود.

اما  چند سال پیش، آیفرم اشتاینبرگ و همکارانش در دانشگاه تورونتوی کانادا با آزمایش هایی روی فوتون توانستند نشان دهند عدم قطعیتی که ناشی از اندازه گیری می تواند باشد در حدی نیست که بتواند به اندازه¬ی ℏ باشد. در حالی که در فرمول هایزنبرگ، که او آن را با محاسبات ریاضی به دست آورده بود، حاصل ضرب عدم قطعیت های تکانه و مکان همیشه بزرگتر از ℏ یا دست کم مساوی آن می شود. پس باید این عدم قطعیتی که فرمول نشان می دهد در ذات خود آن ذرات هم باشد. اشتاینبرگ و همکارانش این آزمایش را بر روی یک فوتون پولاریزه یا قطبیده انجام دادند. آنها تکانه و مکان این فوتون را اندازه نگرفتند، بلکه پولاریزاسیون یا قطبش آن را در دو صفحۀ مختلف اندازه گرفتند، که به هم وابستگی دارند. به طوری که این هم باز مشمول عدم قطعیت هایزنبرگ است. اگر جهت قطبش فوتون در یک صفحه با دقت بالایی مشخص شود، جهت قطبش آن در صفحه¬ای دیگر را نمی شود با دقت بالایی مشخص کرد. اما اشتاینبرگ و تیم او توانستند به روش خاصی اندازۀ آن عدم قطعیتی را که خود اندازه¬گیری ایجاد می کرد حساب کنند. محاسبات نشان داد اندازۀ آن در حدی نیست که در فرمول پیش بینی می شود. اما با توجه به شناختی که اکنون از ذرات کوانتومی داریم، ماهیت آنها هم درواقع می تواند نشانی از آن عدم قطعیت دهد که فرمول هایزنبرگ می گوید. [ادامه دارد]



⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢