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 ☢
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 ☢
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 ☢
👍1
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 ☢
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 ☢
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.
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.
Telegram
Physics & Astronomy
نور پُلاریزه١
دنیای کوانتوم را نمی شود به طور مستقیم دید. دست کم تا کنون بشر نتوانسته است به طور مستقیم ذرات بنیادی را ببیند. برای این که آن ذرات آن قدر کوچک هستند که حتی تصورِ این کوچکی هم برای انسان ممکن نیست. اما یک چیزی هست که می تواند به شکل ملموسی…
دنیای کوانتوم را نمی شود به طور مستقیم دید. دست کم تا کنون بشر نتوانسته است به طور مستقیم ذرات بنیادی را ببیند. برای این که آن ذرات آن قدر کوچک هستند که حتی تصورِ این کوچکی هم برای انسان ممکن نیست. اما یک چیزی هست که می تواند به شکل ملموسی…
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 ☢
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 ☢
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
جهت ادامه مباحث و کنفرانس های حول محور مکانیک کوانتوم، لطفا به گروه مان بپیوندید:
https://t.iss.one/joinchat/71iL3giJ9cY3ZTdk
Telegram
Physics & Astronomy
⬇️ Group rules ⬇️
🚫 @Physics_Group_rules 🚫
⚛️ Scientific channel ⚛️
☢️ @Nuclear_ph_ysics ☢️
⬇️ Archive channel ⬇️
➖ @Physics_Astronomy_Archive ➕
🚫 @Physics_Group_rules 🚫
⚛️ Scientific channel ⚛️
☢️ @Nuclear_ph_ysics ☢️
⬇️ Archive channel ⬇️
➖ @Physics_Astronomy_Archive ➕
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 ☢
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 ☢
👍1
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 ☢
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، 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 ☢
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 ☢
عدم قطعیت- ٣
اکنون می دانیم اتم و ذرات تشکیل دهندۀ آن و ذرات فوتون هر چه هستند خاصیت موج هم دارند. و آن ذره در هر جای این موج می تواند باشد. موج ها را می شود به دو شکل کلی تقسیم کرد. موج هایی که فشردگی بیشتری دارند و فضای کمتری اشغال می کنند، مثل موجی که در شکل فوق می بینید. در چنین موجی، مخصوصاً اگر در جایی از خود ارتفاع بالایی هم داشته باشد بالا، با قطعیت بیشتری می شود مکان ذره را اندازه گرفت. چون در فضای محدودی در حال وول خوردن است. اما به هیچ وجه نمی شود مومنتوم آن را هم با قطعیت بالایی اندازه گرفت. برای اینکه مومنتوم از تقسیم ثابت پلانک بر طول موج به دست می آید:
p = h / λ
مومنتوم = ثابت پلانک تقسیم بر طول موج
پس برای اندازه¬گیری مومنتوم، باید ابتدا طول موج تعیین شود. اما طول موج چنین موجی را به هیچ وجه نمی شود با قطعیت بالایی اندازه گرفت. در یادداشت بعدی می بینیم چرا.
⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛
☢ @Nuclear_ph_ysics ☢
اکنون می دانیم اتم و ذرات تشکیل دهندۀ آن و ذرات فوتون هر چه هستند خاصیت موج هم دارند. و آن ذره در هر جای این موج می تواند باشد. موج ها را می شود به دو شکل کلی تقسیم کرد. موج هایی که فشردگی بیشتری دارند و فضای کمتری اشغال می کنند، مثل موجی که در شکل فوق می بینید. در چنین موجی، مخصوصاً اگر در جایی از خود ارتفاع بالایی هم داشته باشد بالا، با قطعیت بیشتری می شود مکان ذره را اندازه گرفت. چون در فضای محدودی در حال وول خوردن است. اما به هیچ وجه نمی شود مومنتوم آن را هم با قطعیت بالایی اندازه گرفت. برای اینکه مومنتوم از تقسیم ثابت پلانک بر طول موج به دست می آید:
p = h / λ
مومنتوم = ثابت پلانک تقسیم بر طول موج
پس برای اندازه¬گیری مومنتوم، باید ابتدا طول موج تعیین شود. اما طول موج چنین موجی را به هیچ وجه نمی شود با قطعیت بالایی اندازه گرفت. در یادداشت بعدی می بینیم چرا.
⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛
☢ @Nuclear_ph_ysics ☢
عدم قطعیت- ۴
در هر موجی، بالاترین نقطۀ آن را قله و پایین¬ترین نقطه¬اش را درۀ موج می گویند. اگر فاصلۀ قله تا دره و همان دره تا قلۀ بعدی یکی باشد، فاصلۀ این دوتا قله را طول موج می گویند. با توجه به شکل، اگر در موجی این فاصلۀ قله تا دره و همان دره تا قلۀ بعدی تکرار شود، بدیهی است که اندازه¬گیری طول موج با قطعیت بیشتری ممکن خواهد بود. اما چنین موجی، برخلاف موج یادداشت قبلی که فشرده بود، و در بعضی جاها هم شدت یا بلندی¬اش بیشتر بود، هم فشردگی کمتری دارد و در فضای بیشتری پخش می شود، هم همه جایش تقریباً یک نواخت است. به طوری که در هیچ جایش قطعیت پیدا شدن ذره بالا نیست.
در موج یادداشت ٣، که فشردگی بیشتر داشت، تعیین مکان ذره با قطعیت بیشتر، و تعیین طول موج با قطعیت کمتری همراه بود. و در موج این یادداشت، که تعیین طول موج با قطعیت بیشتری همراه است، تعیین مکان ذره قطعیت کمتر دارد. در امواجی که شکلشان بین این دو باشد، قطعیت اندازه¬گیری هیچ کدام از طول موج و مکان قطعیت چندانی نخواهد داشت. این همان عدم قطعیتی است که گفتیم در ذات اتم و ذرات آن و فوتون هست، و ربط چندانی به اندازه¬گیری ندارد.
در هر موجی، بالاترین نقطۀ آن را قله و پایین¬ترین نقطه¬اش را درۀ موج می گویند. اگر فاصلۀ قله تا دره و همان دره تا قلۀ بعدی یکی باشد، فاصلۀ این دوتا قله را طول موج می گویند. با توجه به شکل، اگر در موجی این فاصلۀ قله تا دره و همان دره تا قلۀ بعدی تکرار شود، بدیهی است که اندازه¬گیری طول موج با قطعیت بیشتری ممکن خواهد بود. اما چنین موجی، برخلاف موج یادداشت قبلی که فشرده بود، و در بعضی جاها هم شدت یا بلندی¬اش بیشتر بود، هم فشردگی کمتری دارد و در فضای بیشتری پخش می شود، هم همه جایش تقریباً یک نواخت است. به طوری که در هیچ جایش قطعیت پیدا شدن ذره بالا نیست.
در موج یادداشت ٣، که فشردگی بیشتر داشت، تعیین مکان ذره با قطعیت بیشتر، و تعیین طول موج با قطعیت کمتری همراه بود. و در موج این یادداشت، که تعیین طول موج با قطعیت بیشتری همراه است، تعیین مکان ذره قطعیت کمتر دارد. در امواجی که شکلشان بین این دو باشد، قطعیت اندازه¬گیری هیچ کدام از طول موج و مکان قطعیت چندانی نخواهد داشت. این همان عدم قطعیتی است که گفتیم در ذات اتم و ذرات آن و فوتون هست، و ربط چندانی به اندازه¬گیری ندارد.
عدم قطعیت- ۵
ریچارد فاینمن [فیزیکدان آمریکایی]: اصل عدم قطعیت، مکانیک کوانتوم را [از فرو ریختن] «محافظت می کند». هایزنبرگ متوجه شد اگر امکان این وجود می داشت که مومنتوم و مکان را با دقت بالایی اندازه گیری کرد، بنیان مکانیک کوانتوم فرو می ریخت. این بود که گفت چنین چیزی نباید ممکن باشد. آنگاه جماعت نشستند تا شاید راهی برای این اندازه گیری پیدا کنند، و هیچ کس نتوانست راهی برای اندازه گیری مومنتوم و مکانِ هیچ جزئی [از اجزای آزمایش] – پرده، الکترون، توپ بیلیارد، هیچ چیزی- با هیچ دقت بالایی پیدا کند. کوانتوم مکانیک حیات پرمخاطره و با این حال درستش را ادامه می دهد. [درسهای فیزیک جلد ٣ فصل ١]
آن که فاینمن می گوید «هیچ کس نتوانست راهی برای اندازه گیری مومنتوم و مکان هیچ جزئی [از اجزای آزمایش] – پرده، الکترون، توپ بیلیارد، هیچ چیزی- با هیچ دقت بالایی پیدا کند»، منظورش این است که حتی اگر کاری کنی که به جای اندازه¬گیری مستقیم مومنتوم و مکان الکترون، آزمایش را طوری طراحی کنی که مومنتوم و مکان آن را از روی یکی دیگر از اجزای آزمایش اندازه بگیری، به طوری که عدم قطعیت مربوط به آزمایش یا اندازه¬گیری را از بین ببری، باز هم عدم قطعیت سر جایش خواهد بود.
یکی از مثال های مهم فروریختن مکانیک کوانتوم، در صورت باطل شدن اصل عدم قطعیت، مربوط به گردش الکترون ها به دور هسته است. هسته بار مثبت دارد و الکترون بار منفی. بار مثبت و منفی همدیگر را جذب می کنند. قاعدتاً باید هر الکترونی که دور هسته می چرخد، تحت تأثیر بار مثبت هست، در مدت بسیار کوتاهی جذب هسته شود. آنگاه آن فضای خالی که بین هسته و الکترون هست از بین برود. خلاصه این که ساختار اتم و در نتیجه کل دنیا به هم بریزد. پس چرا چنین چیزی اتفاق نمی افتد؟
فرض می کنیم الکترون جذب هسته می شود. اولین معنی¬اش این خواهد بود که مشخص کردن مکانش با قطعیت نزدیک به صد درصد می تواند صورت بگیرد. یعنی با عدم قطعیتی در حد صفر درصد. چون هسته فضای فوق العاده کوچکی را اشغال کرده است و الکترون هم که جذب هسته شده است، مکانش فقط در محدودۀ آن فضای بی اندازه کوچک هسته خواهد بود. اما از آنجا که مکان الکترون و مومنتوم آن به هم وابسته هستند، و با تغییر یکی آن دیگری هم حتماً تغییر می کند، باید مومنتوم آن هم تغییر کند. به طوری که الکترون در همان حال که در هسته است، مومنتوم بسیاری داشته باشد، و این تنوع در حدی باشد که تقریباً با هیچ قطعیتی نشود مومنتومش را اندازه گرفت. قطعیتی نزدیک به صفر درصد. یا عدم قطعیتی نزدیک به صد درصد. چون عدم قطعیت مربوط به مکان تقریباً در حد صفر است. پس باید عدم قطعیت مومنتوم نزدیک به صد درصد باشد که حاصل ضربشان حدااقل به اندازۀ ℏ بشود:
Δp Δx ≥ ℏ
و اما برای الکترون مقدور نخواهد بود که هم فقط در جای فوق العاده کوچکی مثل هسته باشد، هم یک عالمه مومنتوم داشته باشد! الکترون انرژی محدودی دارد. آن انرژی برای ایجاد چنین مونتوم هایی کافی نیست. پس به یک مصالحه تن در می دهد. بسته به این که چه مقدار انرژی داشته باشد، فقط تا حدی می تواند به هسته نزدیک شود. مثلاً الکترون اتم هیدروژن فقط تا فاصلۀ یک آنگسترومی هسته می تواند به آن نزدیک شود. دیگر بیشتر از آن نمی تواند به هسته نزدیک شود.
⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛
☢ @Nuclear_ph_ysics ☢
ریچارد فاینمن [فیزیکدان آمریکایی]: اصل عدم قطعیت، مکانیک کوانتوم را [از فرو ریختن] «محافظت می کند». هایزنبرگ متوجه شد اگر امکان این وجود می داشت که مومنتوم و مکان را با دقت بالایی اندازه گیری کرد، بنیان مکانیک کوانتوم فرو می ریخت. این بود که گفت چنین چیزی نباید ممکن باشد. آنگاه جماعت نشستند تا شاید راهی برای این اندازه گیری پیدا کنند، و هیچ کس نتوانست راهی برای اندازه گیری مومنتوم و مکانِ هیچ جزئی [از اجزای آزمایش] – پرده، الکترون، توپ بیلیارد، هیچ چیزی- با هیچ دقت بالایی پیدا کند. کوانتوم مکانیک حیات پرمخاطره و با این حال درستش را ادامه می دهد. [درسهای فیزیک جلد ٣ فصل ١]
آن که فاینمن می گوید «هیچ کس نتوانست راهی برای اندازه گیری مومنتوم و مکان هیچ جزئی [از اجزای آزمایش] – پرده، الکترون، توپ بیلیارد، هیچ چیزی- با هیچ دقت بالایی پیدا کند»، منظورش این است که حتی اگر کاری کنی که به جای اندازه¬گیری مستقیم مومنتوم و مکان الکترون، آزمایش را طوری طراحی کنی که مومنتوم و مکان آن را از روی یکی دیگر از اجزای آزمایش اندازه بگیری، به طوری که عدم قطعیت مربوط به آزمایش یا اندازه¬گیری را از بین ببری، باز هم عدم قطعیت سر جایش خواهد بود.
یکی از مثال های مهم فروریختن مکانیک کوانتوم، در صورت باطل شدن اصل عدم قطعیت، مربوط به گردش الکترون ها به دور هسته است. هسته بار مثبت دارد و الکترون بار منفی. بار مثبت و منفی همدیگر را جذب می کنند. قاعدتاً باید هر الکترونی که دور هسته می چرخد، تحت تأثیر بار مثبت هست، در مدت بسیار کوتاهی جذب هسته شود. آنگاه آن فضای خالی که بین هسته و الکترون هست از بین برود. خلاصه این که ساختار اتم و در نتیجه کل دنیا به هم بریزد. پس چرا چنین چیزی اتفاق نمی افتد؟
فرض می کنیم الکترون جذب هسته می شود. اولین معنی¬اش این خواهد بود که مشخص کردن مکانش با قطعیت نزدیک به صد درصد می تواند صورت بگیرد. یعنی با عدم قطعیتی در حد صفر درصد. چون هسته فضای فوق العاده کوچکی را اشغال کرده است و الکترون هم که جذب هسته شده است، مکانش فقط در محدودۀ آن فضای بی اندازه کوچک هسته خواهد بود. اما از آنجا که مکان الکترون و مومنتوم آن به هم وابسته هستند، و با تغییر یکی آن دیگری هم حتماً تغییر می کند، باید مومنتوم آن هم تغییر کند. به طوری که الکترون در همان حال که در هسته است، مومنتوم بسیاری داشته باشد، و این تنوع در حدی باشد که تقریباً با هیچ قطعیتی نشود مومنتومش را اندازه گرفت. قطعیتی نزدیک به صفر درصد. یا عدم قطعیتی نزدیک به صد درصد. چون عدم قطعیت مربوط به مکان تقریباً در حد صفر است. پس باید عدم قطعیت مومنتوم نزدیک به صد درصد باشد که حاصل ضربشان حدااقل به اندازۀ ℏ بشود:
Δp Δx ≥ ℏ
و اما برای الکترون مقدور نخواهد بود که هم فقط در جای فوق العاده کوچکی مثل هسته باشد، هم یک عالمه مومنتوم داشته باشد! الکترون انرژی محدودی دارد. آن انرژی برای ایجاد چنین مونتوم هایی کافی نیست. پس به یک مصالحه تن در می دهد. بسته به این که چه مقدار انرژی داشته باشد، فقط تا حدی می تواند به هسته نزدیک شود. مثلاً الکترون اتم هیدروژن فقط تا فاصلۀ یک آنگسترومی هسته می تواند به آن نزدیک شود. دیگر بیشتر از آن نمی تواند به هسته نزدیک شود.
⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛
☢ @Nuclear_ph_ysics ☢
👍1
مقالۀ دوم اینشتین
مقالۀ دوم اینشتین که در ١٩٠۵ در Annalen der Physik چاپ شد، دربارۀ پدیده-ای بود که در فیزیک و شیمی به اثر فتوالکتریک مشهور است. اگر یک دسته اشعۀ نور به سطح یک فلز تابیده شود، باعث می شود الکترون هایی از سطح آن آزاد شده و در فضا راه بیفتند. اینها چون بار الکتریکی با خود دارند یک جریان برق در مسیر خود ایجاد می کنند. این را می گویند اثر فتو الکتریک. اثر فتو الکتریک یعنی برقی که نور آن را ایجاد می کند. فوتو یعنی نور، الکترو هم یعنی برق. در آسانسور ها همین نوع جریان برق است که در را می بندد. وقتی در آسانسور باز است، لامپ مخصوصی روشن می شود که نورِ آن می خورَد به صفحۀ مخصوصی که در برابرش قرار گرفته است. الکترون هایی که در اثر برخوردِ آن نور از سطح فلز آزاد می شوند، جریان برقی ایجاد می کنند که شدت آن ابتدا کم است، اما مثلاً بعد از یک دقیقه به حدی می شود که می تواند در را ببند. برای همین است که اگر بخواهیم درِ آسانسور چند لحظۀ دیگر هم باز بماند، باید جلو نور آن لامپ را بگیریم تا الکترون ها آزاد نشوند. آن هم که وقتی درِ آسانسور دارد بسته می شود اگر یک نفر بیاید تو، در خود به خود بر می گردد و باز می مانَد، همین اتفاق می افتد. آن شخص هنگام گذشتن از در، جلوِ تابش آن نور را می گیرد و باعث قطع جریانِ برقی می شود که داشت در را می بست. مقالۀ دوم اینشتین دربارۀ این اثر نور بود. نور تاریخچۀ جالبی در فیزیک دارد.
افلاطون فکر می کرد وقتی چیزی را می بینم به خاطر این است که چشم های ما اشعه¬هایی نامرئی از خودشان می تابانند که به آن چیز می خورد و در پرتوِ این اشعه هاست که ما آن را می بینیم. نیوتون فکر می کرد آن چیزی که در معرضِ دیدِ ما قرار می گیرد و ما آن را می بینیم، جویباری از یک نوع ذرات از خودش ساطع می کند که اینها وارد چشم ما می شوند و چشم ما از روی اینها آن چیز را می بیند. یک دانشمندی به نام کریستین هویگنس Christian Huygens گفته بود اشیای روشن موج هایی از خودشان می فرستند که وارد چشم ما می شود و چشم ما از روی آن موج هاست که اشیا را می بیند. گفتۀ افلاطون خیلی پرت بوده است. چشم های ما نیست که اشعه هایی به چیزی می تاباند و ما در پرتو آنها آن چیز را می بینم. هر چه هست از اشیا می آید و به چشم ما می تابد. اما از آن دو نظریۀ دیگر کدام درست بوده است؟ نظریۀ نیوتون یا هویگنس؟ بعداً که ماهیت نور را شناختیم خود به خود این را خواهیم دانست.
آزمایش دو شکاف- به قول یکی از فیزیکدانها، یکی از زیباترین آزمایش های تمام تاریخ فیزیک آزمایشی است که فیزیکدانی انگلیسی به نام تامس یانگ در ١٠٨١ انجام داد. این آزمایش که به آزمایش دو شکاف مشهور است، پایۀ تئوری کوانتوم است. در هر حال، آزمایش یانگ به این صورت بود که آمد روی یک ورق مقوا دوتا شکاف کوچک مستطیلی شکل و موازی هم ایجاد کرد. آن وقت یک منبع نور را جلو این مقوا گذاشت تا نورش به آن بتابد و از شکاف هایش رد شود. شعاع های نور بعد از گذشتن از این دو تا شکاف می خوردند به یک صفحه¬ای که می توانست سایۀ صفحۀ مقوا و نوری را که از آن دو شکاف تابیده بود در خودش نشان دهد. چیزی مثل یک فیلم عکاسی. تصویری که روی صفحه ایجاد می شد بسیار جالب بود. آن تصویر عبارت بود از یک ردیف خط های پهن روشن و تاریک، که به موازات هم روی صفحه افتاده بودند. چنین تصویری را فقط موج می تواند ایجاد کند. یعنی این که آزمایش یانگ به روشنی نشان می داد نور به صورت دو تا موج از آن دوتا شکاف گذر کرده و آن تصویر را روی صفحه ایجاد کرده است. بعداً هم این آزمایش هزارها بار به صورت های گوناگون تکرار شد و همۀ آنها حکایت از این داشتند که نور به صورت موج حرکت می کند. از آن پس همۀ دانشمندان فیزیک معتقد بودند نور به صورت موج است و به صورت موج حرکت می کند، و حالت پیوستاری دارد. چون موج چیزی است که باید به صورت پیوستار باشد.
.
⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛
☢ @Nuclear_ph_ysics ☢
مقالۀ دوم اینشتین که در ١٩٠۵ در Annalen der Physik چاپ شد، دربارۀ پدیده-ای بود که در فیزیک و شیمی به اثر فتوالکتریک مشهور است. اگر یک دسته اشعۀ نور به سطح یک فلز تابیده شود، باعث می شود الکترون هایی از سطح آن آزاد شده و در فضا راه بیفتند. اینها چون بار الکتریکی با خود دارند یک جریان برق در مسیر خود ایجاد می کنند. این را می گویند اثر فتو الکتریک. اثر فتو الکتریک یعنی برقی که نور آن را ایجاد می کند. فوتو یعنی نور، الکترو هم یعنی برق. در آسانسور ها همین نوع جریان برق است که در را می بندد. وقتی در آسانسور باز است، لامپ مخصوصی روشن می شود که نورِ آن می خورَد به صفحۀ مخصوصی که در برابرش قرار گرفته است. الکترون هایی که در اثر برخوردِ آن نور از سطح فلز آزاد می شوند، جریان برقی ایجاد می کنند که شدت آن ابتدا کم است، اما مثلاً بعد از یک دقیقه به حدی می شود که می تواند در را ببند. برای همین است که اگر بخواهیم درِ آسانسور چند لحظۀ دیگر هم باز بماند، باید جلو نور آن لامپ را بگیریم تا الکترون ها آزاد نشوند. آن هم که وقتی درِ آسانسور دارد بسته می شود اگر یک نفر بیاید تو، در خود به خود بر می گردد و باز می مانَد، همین اتفاق می افتد. آن شخص هنگام گذشتن از در، جلوِ تابش آن نور را می گیرد و باعث قطع جریانِ برقی می شود که داشت در را می بست. مقالۀ دوم اینشتین دربارۀ این اثر نور بود. نور تاریخچۀ جالبی در فیزیک دارد.
افلاطون فکر می کرد وقتی چیزی را می بینم به خاطر این است که چشم های ما اشعه¬هایی نامرئی از خودشان می تابانند که به آن چیز می خورد و در پرتوِ این اشعه هاست که ما آن را می بینیم. نیوتون فکر می کرد آن چیزی که در معرضِ دیدِ ما قرار می گیرد و ما آن را می بینیم، جویباری از یک نوع ذرات از خودش ساطع می کند که اینها وارد چشم ما می شوند و چشم ما از روی اینها آن چیز را می بیند. یک دانشمندی به نام کریستین هویگنس Christian Huygens گفته بود اشیای روشن موج هایی از خودشان می فرستند که وارد چشم ما می شود و چشم ما از روی آن موج هاست که اشیا را می بیند. گفتۀ افلاطون خیلی پرت بوده است. چشم های ما نیست که اشعه هایی به چیزی می تاباند و ما در پرتو آنها آن چیز را می بینم. هر چه هست از اشیا می آید و به چشم ما می تابد. اما از آن دو نظریۀ دیگر کدام درست بوده است؟ نظریۀ نیوتون یا هویگنس؟ بعداً که ماهیت نور را شناختیم خود به خود این را خواهیم دانست.
آزمایش دو شکاف- به قول یکی از فیزیکدانها، یکی از زیباترین آزمایش های تمام تاریخ فیزیک آزمایشی است که فیزیکدانی انگلیسی به نام تامس یانگ در ١٠٨١ انجام داد. این آزمایش که به آزمایش دو شکاف مشهور است، پایۀ تئوری کوانتوم است. در هر حال، آزمایش یانگ به این صورت بود که آمد روی یک ورق مقوا دوتا شکاف کوچک مستطیلی شکل و موازی هم ایجاد کرد. آن وقت یک منبع نور را جلو این مقوا گذاشت تا نورش به آن بتابد و از شکاف هایش رد شود. شعاع های نور بعد از گذشتن از این دو تا شکاف می خوردند به یک صفحه¬ای که می توانست سایۀ صفحۀ مقوا و نوری را که از آن دو شکاف تابیده بود در خودش نشان دهد. چیزی مثل یک فیلم عکاسی. تصویری که روی صفحه ایجاد می شد بسیار جالب بود. آن تصویر عبارت بود از یک ردیف خط های پهن روشن و تاریک، که به موازات هم روی صفحه افتاده بودند. چنین تصویری را فقط موج می تواند ایجاد کند. یعنی این که آزمایش یانگ به روشنی نشان می داد نور به صورت دو تا موج از آن دوتا شکاف گذر کرده و آن تصویر را روی صفحه ایجاد کرده است. بعداً هم این آزمایش هزارها بار به صورت های گوناگون تکرار شد و همۀ آنها حکایت از این داشتند که نور به صورت موج حرکت می کند. از آن پس همۀ دانشمندان فیزیک معتقد بودند نور به صورت موج است و به صورت موج حرکت می کند، و حالت پیوستاری دارد. چون موج چیزی است که باید به صورت پیوستار باشد.
.
⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛
☢ @Nuclear_ph_ysics ☢
👍1
Forwarded from physics/Astronomy Archive
مروری_بر_فرضیات_و_نظریات_حول_محور_منشا_شکل_گیری_منظومه_شمسی_جلسه.pdf
289.6 KB
"مروری بر فرضیات و نظریات حول محور منشا شکل گیری منظومه شمسی"
#جلسه_اول
1400/2/28
#اجرا_توسط
الیا فرمانی، #پژوهشگر حوزه فیزیک پلاسما و همجوشی هسته ای
#برگزار_شده
در
مجموعه تخصصی فیزیک هسته ای
#جلسه_اول
1400/2/28
#اجرا_توسط
الیا فرمانی، #پژوهشگر حوزه فیزیک پلاسما و همجوشی هسته ای
#برگزار_شده
در
مجموعه تخصصی فیزیک هسته ای
یکی از قدرتمندترین آهنرباهای دنیا (که می تواند یک ناوهواپیمابر را دو متر از زمین بلند کند!) از آمریکا به فرانسه فرستاده می شود تا در پروژه ITER (ائتلاف بین المللی 35 کشور برای تولید انرژی از فرآیند همجوشی هسته ای پلاسما) قرار گیرد.
⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛
☢ @Nuclear_ph_ysics ☢
⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛
☢ @Nuclear_ph_ysics ☢
قدرتمندترین آهنربای جهان که میدان مغناطیسی آن 280 هزار بار قدرتمندتر از زمین است ساخته شد.
بزرگترین آهنربای جهان به نام "سنترال سولنوید" (Central Solenoid) که ساخت آن 10 سال طول کشیده، اکنون آماده ارسال به فرانسه است.
این آهنربا قطعه اصلی پروژه راکتور همجوشی هستهای است که فرایند تولید انرژی خورشید را تقلید میکند. به طور دقیقتر، این ابزار بخش اصلی ITER یک راکتور 23.95 میلیارد دلاری است که انرژی همجوشی هسته ای را روی زمین ایجاد میکند.
راکتور مذکور، با همکاری 35 کشور در فرانسه ساخته شده و هدف آن دستیابی به یک انرژی تجدیدپذیر واقعی است.
سیستم همجوشی هیدروژنی، آزمایشی است که نشان میدهد این فناوری کارآمد است و علاوه بر آن قادر به تولید و کنترل انرژی است تا بدون انتشار گازهای گلخانهای و دی اکسید کربن بتوان برق تولید کرد.
هرچند انرژی همجوشی قبلا نیز روی زمین تولید شده است؛
اما همیشه انرژی فعال سازی دستگاه از انرژی تولیدی آن کمتر بوده است.
البته این یکی از 6 آهنربای جدیدی است که قرار است در دستگاه مذکور به کار روند. هنگامی که سیستم به طور کامل سرهم شود قطر آهنربا 14 و ارتفاع آن 59 فوت خواهد بود.
همچنین وزن آن به هزار تن میرسد.
نیروی مغناطیسی این آهنربا به حدی زیاد است که میتواند یک ناو هواپیمابر 100 هزار تنی را 2 متر از روی زمین بلند کند.
هرچند این پروژه یک آزمایش علمی است اما اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، واحدهای گداخت، میتوانند تا نیمه قرن حاضر به شبکه توزیع برق کمک کنند و روزانه با استفاده از یک کیلوگرم سوخت 1500 مگاوات الکتریسیته تولید کنند.
این آهنربای غول پیکر توسط شرکت جنرال اتومیکز در ایالت کالیفرنیا در حال توسعه است.
پیش بینی میشود قطعات بزرگ آن نیز تا سال 2023 نصب شوند و نخستین جریان پلاسما در 2025 به وسیله آن تولید شود.
هنگامی که 6 آهنربای مذکور و بقیه تجهیزات کنار هم قرار گیرند، راکتور توکامک ITER را به وجود میآورند که یک خورشید مصنوعی روی زمین است و همجوشی در مقیاس صنعتی را نمایش میدهند.
⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛
☢ @Nuclear_ph_ysics ☢
بزرگترین آهنربای جهان به نام "سنترال سولنوید" (Central Solenoid) که ساخت آن 10 سال طول کشیده، اکنون آماده ارسال به فرانسه است.
این آهنربا قطعه اصلی پروژه راکتور همجوشی هستهای است که فرایند تولید انرژی خورشید را تقلید میکند. به طور دقیقتر، این ابزار بخش اصلی ITER یک راکتور 23.95 میلیارد دلاری است که انرژی همجوشی هسته ای را روی زمین ایجاد میکند.
راکتور مذکور، با همکاری 35 کشور در فرانسه ساخته شده و هدف آن دستیابی به یک انرژی تجدیدپذیر واقعی است.
سیستم همجوشی هیدروژنی، آزمایشی است که نشان میدهد این فناوری کارآمد است و علاوه بر آن قادر به تولید و کنترل انرژی است تا بدون انتشار گازهای گلخانهای و دی اکسید کربن بتوان برق تولید کرد.
هرچند انرژی همجوشی قبلا نیز روی زمین تولید شده است؛
اما همیشه انرژی فعال سازی دستگاه از انرژی تولیدی آن کمتر بوده است.
البته این یکی از 6 آهنربای جدیدی است که قرار است در دستگاه مذکور به کار روند. هنگامی که سیستم به طور کامل سرهم شود قطر آهنربا 14 و ارتفاع آن 59 فوت خواهد بود.
همچنین وزن آن به هزار تن میرسد.
نیروی مغناطیسی این آهنربا به حدی زیاد است که میتواند یک ناو هواپیمابر 100 هزار تنی را 2 متر از روی زمین بلند کند.
هرچند این پروژه یک آزمایش علمی است اما اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، واحدهای گداخت، میتوانند تا نیمه قرن حاضر به شبکه توزیع برق کمک کنند و روزانه با استفاده از یک کیلوگرم سوخت 1500 مگاوات الکتریسیته تولید کنند.
این آهنربای غول پیکر توسط شرکت جنرال اتومیکز در ایالت کالیفرنیا در حال توسعه است.
پیش بینی میشود قطعات بزرگ آن نیز تا سال 2023 نصب شوند و نخستین جریان پلاسما در 2025 به وسیله آن تولید شود.
هنگامی که 6 آهنربای مذکور و بقیه تجهیزات کنار هم قرار گیرند، راکتور توکامک ITER را به وجود میآورند که یک خورشید مصنوعی روی زمین است و همجوشی در مقیاس صنعتی را نمایش میدهند.
⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛
☢ @Nuclear_ph_ysics ☢
👍2
پل اینشتین-روزن
وجود تکینگی ها که از دل نسبیت عام بیرون امده بودند اینشتین را به شدت نگران کرده بود. چون این نقاط با نسبیت قابل توضیح نبودند و اینشتین دوست نداشت که شکافی در تارو پود حقیقت به وجود اید.
در سال 1935 اینشتین و همکارش ناتان روزن، برای حذف تکینگی ها کوشیدند و یک روش ریاضی پیدا کردند که تکینگی هارا به سطح دیگری از عالم یا جهان های موازی امتداد دهند.
بنابر این تکینگی ها به جای یک بن بست به یک گذرگاه تبدیل شدند که پل اینشتین روزن نام گرفت.
ترفند ریاضی اینشتین و روزن در حد یک پانوشت عجیب در مکتب نسبیت باقی ماند تا سال 1950 که ویلر این ترفند را بازنگری کرد و آن گذرگاه ها را کرمچاله نامید.
ویلر میخواست از تفکر کرمچاله ها برای انتقال سریع در بخش های مختلف فضا بهره ببرد اما از این نگران بود که کرمچاله ها می توانستند قانون علیت را نقض کنند.
زیرا کرمچاله ها ناحیه های بسیار دور از عالم را به هم مرتبط میکردند.
اگر پرتو نوری از میان این گلوگاه کرمچاله عبور میکرد، می توانست از سرعت قرار دادی نور فراتر رود
در این حالت کرمچاله ها میتوانند معلولی را قبل از ان که علتش با ارتباط استاندارد منتقل شود با خود حمل کنند.
به همین منظور ویلر به همراه رابرت فولر از دانشگاه کلمبیا در مقاله ای به این موضوع پرداخت.
آنها در این مقاله اثبات کردند که این نقض علیت عملا نمیتواند رخ دهد زیرا هر سیگنال یا ماده ای که در تلاش برای ورود به کرمچاله است موجب ناپایداری کلوگاه میشود و در نتیجه گلوگاه بسته خواهد شد.
نتیجه آنکه هیچ ماده یا پیامی نمیتواند سریع تر از نور منتقل شود و علیت نقض نمیشود.
ویلر و دستیارش با بررسی دقیق ریاضیات کرمچاله ها دریافتند که کرمچاله ها ساختاری ناپایدار دارند در واقع به دنیا میآیند، رشد میکنند و نابود میشوند.
ایده ی آنها از این قرار بود که در ابتدا باید دو تکینگی موجود باشد، به احتمال زیاد یکی در جهان ما و دیگری در جهانی دیگر.
یا شاید هم دو تکینگی مربوط به مسیری میان بر در جهان ما باشد.
با گذر زمان این تکینگی ها رشد کرده و یکدیگر را قطع میکنند و سپس در اثر برخوردشان کرمچاله هارا شکل میدهند. پس از ان قطر کرمچاله ها زیاد میشود، از هم می پاشند و باز دو تکینگی از خود برجای میگذارند.
این فرایند آنقدر سریع اتفاق میافتد که هیچ چیز حتی نور هم نمیتواند از یک سمت کرمچاله به سمت دیگر ان منتقل شود.
هر شخص یا هر جسمی که بخواهد از طریق کرمچاله ها سفر کند در فرایند جدا شدن دو تکینگی نابود خواهد شد.
بنابراین راه حل ویلر و همکارش امکان سفر از طریق کرمچاله هارا فراهم نمیکرد.
کتاب به دنبال جهان های موازی
سعید گراوندی(زاحل)
⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛
☢ @Nuclear_ph_ysics ☢
وجود تکینگی ها که از دل نسبیت عام بیرون امده بودند اینشتین را به شدت نگران کرده بود. چون این نقاط با نسبیت قابل توضیح نبودند و اینشتین دوست نداشت که شکافی در تارو پود حقیقت به وجود اید.
در سال 1935 اینشتین و همکارش ناتان روزن، برای حذف تکینگی ها کوشیدند و یک روش ریاضی پیدا کردند که تکینگی هارا به سطح دیگری از عالم یا جهان های موازی امتداد دهند.
بنابر این تکینگی ها به جای یک بن بست به یک گذرگاه تبدیل شدند که پل اینشتین روزن نام گرفت.
ترفند ریاضی اینشتین و روزن در حد یک پانوشت عجیب در مکتب نسبیت باقی ماند تا سال 1950 که ویلر این ترفند را بازنگری کرد و آن گذرگاه ها را کرمچاله نامید.
ویلر میخواست از تفکر کرمچاله ها برای انتقال سریع در بخش های مختلف فضا بهره ببرد اما از این نگران بود که کرمچاله ها می توانستند قانون علیت را نقض کنند.
زیرا کرمچاله ها ناحیه های بسیار دور از عالم را به هم مرتبط میکردند.
اگر پرتو نوری از میان این گلوگاه کرمچاله عبور میکرد، می توانست از سرعت قرار دادی نور فراتر رود
در این حالت کرمچاله ها میتوانند معلولی را قبل از ان که علتش با ارتباط استاندارد منتقل شود با خود حمل کنند.
به همین منظور ویلر به همراه رابرت فولر از دانشگاه کلمبیا در مقاله ای به این موضوع پرداخت.
آنها در این مقاله اثبات کردند که این نقض علیت عملا نمیتواند رخ دهد زیرا هر سیگنال یا ماده ای که در تلاش برای ورود به کرمچاله است موجب ناپایداری کلوگاه میشود و در نتیجه گلوگاه بسته خواهد شد.
نتیجه آنکه هیچ ماده یا پیامی نمیتواند سریع تر از نور منتقل شود و علیت نقض نمیشود.
ویلر و دستیارش با بررسی دقیق ریاضیات کرمچاله ها دریافتند که کرمچاله ها ساختاری ناپایدار دارند در واقع به دنیا میآیند، رشد میکنند و نابود میشوند.
ایده ی آنها از این قرار بود که در ابتدا باید دو تکینگی موجود باشد، به احتمال زیاد یکی در جهان ما و دیگری در جهانی دیگر.
یا شاید هم دو تکینگی مربوط به مسیری میان بر در جهان ما باشد.
با گذر زمان این تکینگی ها رشد کرده و یکدیگر را قطع میکنند و سپس در اثر برخوردشان کرمچاله هارا شکل میدهند. پس از ان قطر کرمچاله ها زیاد میشود، از هم می پاشند و باز دو تکینگی از خود برجای میگذارند.
این فرایند آنقدر سریع اتفاق میافتد که هیچ چیز حتی نور هم نمیتواند از یک سمت کرمچاله به سمت دیگر ان منتقل شود.
هر شخص یا هر جسمی که بخواهد از طریق کرمچاله ها سفر کند در فرایند جدا شدن دو تکینگی نابود خواهد شد.
بنابراین راه حل ویلر و همکارش امکان سفر از طریق کرمچاله هارا فراهم نمیکرد.
کتاب به دنبال جهان های موازی
سعید گراوندی(زاحل)
⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛
☢ @Nuclear_ph_ysics ☢
آیا گذشته (و آینده)، اگر که کسی به آنها نگاه نکند، وجود خواهند داشت؟
پژوهش جدید محققان نشان میدهد برای پیشبینی آینده در آزمایش فکری دوست ویگنر باید یکی از سه فرضیه اساسی مکانیک کوانتومی را قربانی کرد! با دیپ لوک همراه باشید…
https://zaya.io/002zb
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
دیپ لوک
⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛
☢ @Nuclear_ph_ysics ☢
پژوهش جدید محققان نشان میدهد برای پیشبینی آینده در آزمایش فکری دوست ویگنر باید یکی از سه فرضیه اساسی مکانیک کوانتومی را قربانی کرد! با دیپ لوک همراه باشید…
https://zaya.io/002zb
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
دیپ لوک
⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛
☢ @Nuclear_ph_ysics ☢
دیپ لوک
آیا گذشته و آینده، اگر که کسی به آنها نگاه نکند، وجود خواهند داشت؟ - دیپ لوک
پژوهش جدید محققان نشان میدهد برای پیشبینی آینده در آزمایش فکری دوست ویگنر باید یکی از سه فرضیه اساسی مکانیک کوانتومی را قربانی کرد!