تبادل نظر فرهنگی هنری

اینطوری که شواهد نشون میده فیزیک کوانتوم اینجا خیلی شناخته شده نیست....به نظرم معرفیه فیزیک کوانتوم بد نباشه :)


تقسیم ماده:

بیایید از یک رشته‌ی دراز ماکارونی پخته شروع کنیم. اگر این رشته‌ی ماکارونی را نصف کنیم، بعد نصف آن را هم نصف کنیم، بعد نصفِ نصف آن را هم نصف کنیم و... شاید آخر سر به چیزی برسیم ــ البته اگر چیزی بماند! ــ که به آن مولکولِ ماکارونی می‌توان گفت؛ یعنی کوچکترین جزئی که هنوز ماکارونی است. حال اگر تقسیم کردن را باز هم ادامه بدهیم، حاصل کار خواص ماکارونی را نخواهد داشت، بلکه ممکن است در اثر ادامه‌ی تقسیم، به مولکول‌های کربن یا هیدروژن یا... بربخوریم. این وسط، چیزی که به درد ما می خورد ــ یعنی به دردِ نفهمیدن کوانتوم! ــ این است که دست آخر، به اجزای گسسته ای به نام مولکول یا اتم می رسیم.
این پرسش از ساختار ماده که آجرک ساختمانی ماده چیست؟، پرسشی قدیمی و البته بنیادی است. ما به آن، به کمک فیزیک کلاسیک، چنین پاسخ گفته ایم: "ساختار ماده، ذره ای و گسسته است"؛ این یعنی نظریه‌ی مولکولی.

تقسیم انرژی:
بیایید ایده‌ی تقیسم کردن را در مورد چیزهای عجیب تری به کار ببریم، یا فکر کنیم که می توان به کار برد یا نه. مثلاً در مورد صدا. البته منظورم این نیست که داخل یک قوطی جیغ بکشیم و در آن را ببندیم و سعی کنیم جیغ خود را نصف ـ نصف بیرون بدهیم.
صوت یک موج مکانیکی است که می تواند در جامدات، مایعات و گازها منتشر شود. چشمه های صوت معمولاً سیستم های مرتعش هستند. ساده ترین این سیستم ها، تار مرتعش است، که در حنجره ی انسان هم از آن استفاده شده است. به‌راحتی(!) و بر اساس مکانیک کلاسیک می توان نشان داد که بسیاری از کمیت های مربوط به یک تار کشیده مرتعش، از جمله فرکانس، انرژی، توان و... گسسته (کوانتیده) هستند. گسسته بودن در مکانیک موجی، پدیده ای آشنا و طبیعی است (برای مطالعه‌ی بیشتر می توانید به فصل‌های ?? و ?? فیزیک هالیدی مراجعه کنید). امواج صوتی هم مثال دیگری از کمیت های گسسته (کوانتیده) در فیزیک کلاسیک هستند. مفهوم موج در مکانیک کوانتومی و فیزیک مدرن جایگاه بسیار ویژه و مهمی دارد که جلوتر به آن می رسیم و یکی از مفاهیم کلیدی در مکانیک کوانتوم است.
پس گسسته بودن یک مفهوم کوانتومی نیست. این تصور که فیزیک کوانتومی مساوی است با گسسته شدن کمیت های فیزیکی، همه‌ی مفهوم کوانتوم را در بر ندارد؛ کمیت های گسسته در فیزیک کلاسیک هم وجود دارند. بنابراین، هنوز با ایده‌ی تقسیم کردن و سعی برای تقسیم کردن چیزها می‌توانیم لذت ببریم!

مولکول نور:
خوب! تا اینجا داشتیم سعی می کردیم توضیح دهیم که مکانیک کوانتومی چه چیزی نیست. حالا می رسیم به شروع ماجرا:
فرض کنید به جای رشته‌ی ماکارونی، بخواهیم یک باریکه‌ی نور را به طور مداوم تقسیم کنیم. آیا فکر می کنید که دست آخر به چیزی مثل مولکول نور (یا آنچه امروز فوتون می‌نامیم) برسیم؟ چشمه های نور معمولاً از جنس ماده هستند. یعنی تقریباً همه‌ی نورهایی که دور و بر ما هستند از ماده تابش می‌کنند. ماده هم که ساختار ذره ای ـ اتمی دارد. بنابراین، باید ببینیم اتم ها چگونه تابش می کنند یا می توانند تابش کنند؟

تابش الکترون:
در سال ????، رادرفورد (???-????) نشان داد که اتم ها، مثل میوه‌ها، دارای هسته‌ی مرکزی هستند. هسته بار مثبت دارد و الکترون‌ها به دور هسته می چرخند. اما الکترون های در حال چرخش، شتاب دارند و بر مبنای اصول الکترومغناطیس، ذره‌ی بادارِ شتابدار باید تابش کند و در نتیجه انرژی از دست بدهد و در یک مدار مارپیچی به سمت هسته سقوط کند. این سرنوشتی بود که مکانیک کلاسیک برای تمام الکترونها پیش ‌بینی می‌کند. طیف تابشی اتمها، بر خلاف فرضیات فیزیک کلاسیک گسسته است. به عبارت دیگر ، نوارهایی روشن و تاریک در طیف تابشی دیده می‌شوند.
اگر الکترونها به این توصیه عمل می‌کردند، همه‌‌ مواد (از جمله ما انسانها) باید از خود اشعه تابش می‌کردند (و همانطور که می‌دانید اشعه برای سلامتی بسیار خطرناک است)، ولی می‌بینیم از تابشی که باید با حرکت مارپیچی الکترون به دور هسته حاصل شود اثری نیست و طیف نوری تابش ‌شده از اتمها بجای اینکه در اثر حرکت مارپیچی و سقوط الکترون پیوسته باشد، یک طیف خطی گسسته است؛ مثل برچسبهای رمزینه‌ای (barcode) که روی اجناس فروشگاهها می‌زنند.
یعنی یک اتم خاص ، نه تنها در اثر تابش فرو نمی‌ریزد، بلکه نوری هم که از خود تابش می‌کند، رنگهای یا فرکانسهای گسسته و معینی دارد. گسسته بودن طیف تابشی اتمها از جمله علامت سؤالهای ناجور در مقابل فیزیک کلاسیک و فیزیکدانان دهه‌‌ی 1890 بود


فاجعه‌ی فرابنفش:
برگردیم سر تقسیم کردن نور.
ماکسول (????-????) نور را به صورت یک موج الکترومغناطیس در نظر گرفته بود. از این رو، همه فکر می کردند نور یک پدیده‌ی موجی است و ایده‌ی مولکولِ نور، در اواخر قرن نوزدهم، یک لطیفه‌ی اینترنتی یا SMS کاملاً بامزه و خلاقانه محسوب می شد. به هر حال، دست سرنوشت یک علامت سؤال ناجور هم برای ماهیت موجی نور در آستین داشت که به فاجعه‌ی فرابنفش مشهور شد:
یک محفظه‌ی بسته و تخلیه‌شده را که روزنه‌ی کوچکی در دیواره‌ی آن وجود دارد، در کوره ای با دمای یکنواخت قرار دهید و آن‌قدر صبر کنید تا آنکه تمام اجزا به دمای یکسان (تعادل گرمایی) برسند.
در دمای به اندازه‌ی کافی بالا، نور مرئی از روزنه‌ی محفظه خارج می‌شود، مثل سرخ و سفید شدن آهن گداخته در آتش آهنگری.
در تعادل گرمایی، این محفظه دارای انرژی تابشی‌ای است که آن را در تعادل تابشی - گرمایی با دیواره ها نگه می‌دارد. به چنین محفظه‌ای جسم سیاه می‌گوییم. یعنی اگر روزنه به اندازه‌ی کافی کوچک باشد و پرتو نوری وارد محفظه شود، گیر می‌افتد و نمی‌تواند بیرون بیاید.
نمودار انرژی تابشی در واحد حجم محفظه، برحسب رابطه رایلی- جینز در فیزیک کلاسیک و رابطه پیشنهادی پلانک

فرض کنید میزان انرژی تابشی در واحد حجمِ محفظه (یا چگالی انرژی تابشی) در هر لحظه U باشد.
سؤال: چه کسری از این انرژی تابشی که به شکل امواج نوری است، طول موجی بین ??? (طول موج نور زرد) تا ??? نانومتر (طول موج نور سبز) دارند؟
جوابِ فیزیک کلاسیک به این سؤال برای بعضی از طول موج‌ها بسیار بزرگ است! یعنی در یک محفظه‌ی روزنه دار که حتماً انرژی محدودی وجود دارد، مقدار انرژی در برخی طول موج‌ها به سمت بی نهایت می‌رود. این حالت برای طول موج‌های فرابنفش شدیدتر هم می‌شود.

رفتار موجی ـ ذره‌ای: [ماکس پلانک]
در سال ???? ماکس پلانک (Max Planck: ????-????) اولین گام را به سوی مولکول نور برداشت و با استفاده از ایده‌ی تقسیم نور، جواب جانانه ای به این سؤال داد. او فرض کرد که انرژی تابشی در هر بسامد v ــ بخوانید نُو ــ به صورت مضرب صحیحی از h است که در آن h یک ثابت طبیعی ــ معروف به ثابت پلانک ــ است. یعنی فرض کرد که انرژی تابشی در بسامد از بسته های کوچکی با انرژی h تشکیل شده است. یعنی اینکه انرژی نورانی، گسسته و بسته ـ بسته است. البته گسسته بودن انرژی به تنهایی در فیزیک کلاسیک حرف ناجوری نبود‌ (همان‌طور که قبل‌تر در مورد امواج صوتی دیدیم)، بلکه آنچه گیج‌کننده بود و آشفتگی را بیشتر می‌کرد، ماهیت موجی ـ ذره‌ای نور بود. این تصور که چیزی ــ مثلاً همین نور ــ هم بتواند رفتاری مثل رفتار موج داشته باشد و هم رفتاری مثل ذره، به طرز تفکر جدیدی در علم محتاج بود.



ذره چیست؟ ذره عبارت است از جرم (یا انرژیِ) متمرکز با مکان و سرعت معلوم.

موج چیست؟ موج یعنی انرژی گسترده شده با بسامد و طول موج. ذرات مختلف می‌توانند با هم برخورد کنند، اما امواج با هم برخورد نمی‌کنند، بلکه تداخل می‌کنند . نور قرار است هم موج باشد هم ذره! یعنی دو چیز کاملاً متفاوت.

فیزیک کوانتوم میگه که هجهان بر پایه انرژی است و همین نظریه قانون جاذبه ریشه در فیزیک کوانتوم داره.....

سلام پاپاگینا جون...از دیدن اسمت تو سایت کلی خوشحال شدم و خوشحالم که خوب و سلامتی...امیدوارم دوران خوبی رو پشت سر بذارری...عدم حضورت توی تاپیک کاملا محسوس بود...

مسیحا جان من بخش هایی از کتاب فیزیک کوانتوم گازیوروویچ رو خوندم...جالب و زیباست....اما تخصصی...نمیدونم میتونه برای شروع خوب باشه یا نه.

سارا جان ممنون خیلی به نظرم جالب اومد

چقدر احساس بیسوادی کردم !

از پاپاگینای عزیز خواهش می کنم کمی بیشتر برامون توضیح بدن

پسر من هنوز چهار سالش نشده ( تقریبا 5/3 هست ) از همون اول با پیانو کار کرد و الان خیلی خوب میزنه آموزش جدی و سخت گیرانه ای هم براش نداشتیم یعنی همه چی کاملا حالت تفریحی داشته براش و بهش فشار نیاوردیم .

من اصطلاح *خوش برگشتین* رو از سالومه جان برای پاپاگینای عزیز وام می گیرم. امیدوارم بقیه راه رو تا اومدن کوچولو راحت و بی دردسر طی کنین.

سارا جان خیلی موضوع جالبی رو پیشنهاد کردی و ممنون از مطلبت. من همش تو فکرم بود کتابهای دکتر ناصری (صفر و یک)رو باهم اینجا بحث کنیم که حالا این موضوع فرصت مغتنمی شد.

در فیزیک کوانتوم اونچیزی که خیلی من رو مجذوب کرد اول از همه تاثیر رویت بر امر مریی بود. این اصل فلسفه رو هم بدجوری به چالش می کشه.

نگاه جان
جالبیش اینجاست که منم همیشه از فیزیک فراری بودم و نمره ی بالای 12 برای فیزیک نداشتم هرگزززززززززز!!!
اما دست بر قضا به این قسمتش علاقه پیدا کردم.
:)))))
امیدوارم شما هم مثل من متحول بشی .
:))

مسیحا جان
مرسی از راهنماییت.

فافا جان
منم ممنونم از اطلاعاتی که برامون گذاشتی.




میتونستم بیشتر سرچ کنم تو گوگل اما دلم خواست این کار رو دست جمعی انجام بدیم.
حسنش در اینه که هر کسی دوست داره در این تبادل اطلاعات شرکت کنه یه سر به منابع اطلاعاتی مربوطه میزنه و به معلوماتش اضافه میشه.
به نظرم تحقیق گروهی خیلی شیرین تره.
مخصوصا برای من که تو این موضوع مثل بچه ی اول دبستانی ام!!!!!

پاپا گینا ی عزیز

در مورد ارتباط نظریه ی نسبیت با time traveling اگر یک سرعت مشخص حرکت در یک زمان مشخص رو در نظر بگیری با توجه به این که وقتی از مدار زمین خارج بشیم این زمان هست که تغییر میکنه نه سرعت.میشه نتیجه گرفت به نوعی پدیده ی سفر در زمان صورت گرفته.
نمیدونم تونستم منظورم رو درست برسونم یا نه.

:))))

مسیحا جان
از گوگل شروع کن که بهترین انتخابه.

سارا جان میام اطلاعاتی که میدید را می خونم هر چند می دونم هیچی نمی فهمم !! دست گلتون درد نکنه . اگر اینجوری اطلاعاتم تو این زمینه زیاد بشه .

مامان آریا جونمممممم
این فکر رو نکن.همه که قرار نیست فیزیکدان باشند!!!!
منم بدون تواضع میگم واقعا همیشه از فیزیک نمره ی افتضاح میگرفتم و اگه پدر شوهرم و عموی شوهرم رئیس دپارتمان فیزیک دانشگاه نبودند هرگز دنبال این نبودم که ببینم فیزیک کوانتوم چی هست و ........
من که همیشه از نظراتت تو این تاپیک استفاده کردم .
:)

حوریثا جان
خوشحالم که استقبال شد.مخصوصا این که میتونم اینجا به راحتی سئوالاتم رو ازتون بپرسم.اما در برابر پدر شوهرم نمیتونم به این راحتی ابراز بی اطلاعی کنم ....به محض این کار فرداش با یک بغل کتاب فیزیک هسته ای و نسبیت و کوانتوم میاد در خونمون روز بعدش هم همه رو ازم میپرسه!!!!!!!
:)))))))))