درود دوستان لازمه این است که قدردانی کنم از تمام عزیزانی که در این کلاس ما رو همراهی می‌کنن، با هم یاد می‌گیریم و باهم می‌آموزیم.
در اسرع وقت سعی میکنم این بازه‌ی یادگیری رو وسیع‌تر کنم برای هم‌‌کلاسی‌های خوبم. ممنون از همه عزیزان بابت حمایت‌های زیباتون. ارادتمند شما: عرفان صدیقی.

قبل از تشریح کردن بقیه مسائل، لازم است که نگاهی به این بحث هم بی‌اندازیم. خوب! الکترون و فوتون، تقسیم ناپذیر‌اند. همین طور اتم و ملکول. هر کدام این‌ها یک کوانتوم هستند. یعنی این که یک الکترون و دو الکترون و سه الکترون می‌توانیم داشته باشیم، اما به‌طور مثال یک الکترون و نصفی یا یک الکترون و سه چهارم یک الکترون نمی‌توانیم داشته باشیم. چون اگر همچین چیزی ممکن بود، علاوه بر یک الکترونِ کامل، هر کسری از آن را هم داشته باشیم، آن وقت دنیا پیوستار می‌شد، و این مغایر با ذات ماده و این دنیاست، که حالت کوانتومی دارد. اما برگردیم به آزمایش دو شکاف، در آزمایش دو شکاف وقتی فوتون یا هر ذره دیگر از هر دو شکاف می‌گذرد، این یعنی چه؟ الان گفتیم این فوتون تقسیم ناپذیر است. یعنی نمی‌تواند نصفش از این شکاف بگذرد، نصفش از آن شکاف! بنایراین باید، در آنِ واحد، هم از این شکاف گذشته باشد، هم از آن شکاف! فکر می‌کنم تقریباً از اهمیت اساسی این آزمایش در مسائل کوانتوم باخبر شده باشید، برای همین من آزمایش دو شکاف را کمی دقیق‌تر و بیشتر توضیح می‌دهم. ممکن است تصور بشود که وقتی نور به آن دو تا شکاف می‌تابد، بعضی فوتون‌ها از این شکاف می‌گذرند، و بعضی‌های دیگر از آن یکی شکاف، و این ها پشت صفحه مات به شکل موج با هم تداخل می‌کنند. البته آزمایش به این صورت هم می‌تواند انجام شود. یعنی آن را هر بار با تاباندنِ دسته‌ای از فوتون‌ها انجام دهند نه با تاباندن فقط یک فوتون. آن وقت شاید بشود همین چیزی را گفت که الان گفتم. یعنی تصور کرد فوتون‌هایی که از شکاف راست گذشته‌اند با فوتون‌هایی که از شکاف چپ گذشته‌اند با هم به شکل موج تداخل می‌کنند و آن تصویری را که مخصوص تداخل امواج است پدید می‌آورند. اما نه، این طور نیست.

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

الان آزمایش دو شکاف را هر بار با شلیک فقط یک فوتون انجام می‌دهند. یکی از شکاف‌ها بسته است. یک فوتون به طرف شکاف دیگر شلیک می‌شود. فوتون وقتی از شکاف گذشت، عکسش روی صفحه حساس می‌افتد و خودش از بین می‌رود. این عکس فقط به شکل یک نقطه روشن است. یعنی این که فوتون به شکل ذره بوده است که عکسش این جوری افتاده. اما وقتی این آزمایش با دو شکاف باز انجام شود. در این صورت، با شلیک هر فوتون به سمت آن دو شکاف، عکسی که از آن فوتون روی صفحه حساس می‌افتد مثل دفعه قبل نیست. به شکل نقاط روشن و تاریک متعددی است که در کنار هم قرار می‌گیرند. یعنی عکسی از تداخل دو تا موج کوچک. وقتی هم تعدادشان زیاد شد، طرح واضحی از تداخل امواج ظاهر می‌شود. یعنی این که فوتون این بار به شکل ذره نبوده. برای این که عکسش به شکل یک نقطه روی صفحه حساس نیفتاده. بلکه هر بار عکسش به شکل طرحی از تداخل دو تا موج افتاده است. تنها چیزی که درباره این می‌شود گفت این است که هر بار یک فوتون به صورت دوتا موج از شکاف‌ها رد شده. یکی از این شکاف، یکی از آن شکاف. و این‌ها بعد از رد شدن از شکاف‌ها تداخل کرده‌اند. اما فوتون که نمی‌تواند تقسیم شود. پس فقط می‌ماند اینکه در آن واحد از هردو شکاف گذشته باشد.

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

شیئی که در اینجا شناور است، ابررسانا نامیده می‌شود. برخی مواد میتونن حالت خاصی از ماده رو نشون بدن که تحت عنوان ابررسانا می‌شناسیم، خواص هر ماده‌ای در اثر دو مولفه شدتی قابل تغییره؛ دما و فشار.
این خواص شامل ساختار بلوری ماده، انحلال پذیری آن‌ها در یکدیگر، رسانایی الکتریکی و البته رسانایی گرمایی آن.ها می‌شود. در آن دما، ساختار بلوری و الکترونی و... ماده به شکلی تغییر می‌کند؛ که دیگر هیچ عامل مزاحمی در حرکت الکترون‌ها وجود ندارد. در این شرایط؛ اگه جریانی در دو سر یک حلقه ابررسانا ایجاد شود، بدون اتلاف هر گونه انرژی تا ابد این جریان وجود خواهد داشت.  ابررساناها با مشخصه‌های خاص زیر تعریف می‌شوند:
۱. مقاومت الکتریکی صفر
۲. خروج میدان مغناطیسی از داخل ابررسانا

همینطور در پدیده شناوری کوانتومی، در آن ذرات کوچک مانند الکترون‌ها و فوتون‌ها در حالت شناور قرار می‌گیرند. این پدیده بر اساس اصل عدم قطعیت هایزنبرگ و تداخل کوانتومی استوار است. بدین‌گونه که یک ذره می‌تواند به صورت همزمان در دو مکان مختلف باشد و این خاصیت به نام اصطلاحاً "انحراف از مسیر کلاسیک" شناخته می‌شود.

Channel: @physic_fact
Bot: @physics_sedighi_bot

میخوام با مقدمه جالبی شروع کنم. یکی از اصطلاحات بسیار رایج در متون فیزیکی، آزمایش خیالی (thought experiment) است. وقتی دانشمندی متوجه می‌شود بعضی قوانین فیزیکی معنای پنهانی در خود دارند که در نگاه اول نمی‌شود آنها را دید، برای این که این معنای پنهان را بیان کند، یک آزمایش خیالی طراحی می‌کند و با انجام خیالیِ آن آزمایش آن معنی را نشان می‌دهد. حالا آزمایش دو شکاف را در نظر می‌گیریم. در این آزمایش، که آزمایشِ واقعی است، نشان داده می‌شود که ذره اتمی می‌تواند در آنِ واحد از دو مسیر برود! یا به عبارتِ دیگر، در آنِ واحد در دو جای مختلف باشد. چیزی که الان یک واقعیت مسلم در دنیای اتم است. برای این که هزار بار در آزمایش‌های گوناگون نشان داده شده است، حتی اگر قبولِ این چنین چیزی برای مغز ما ناممکن باشد. در هر حال، اینجا این همان چیزی است که بهش قانون فیزیکی می‌گویند. یعنی وقتی صحبت از این می‌کنیم که ذرات اتمی می‌توانند در آنِ واحد از دو مسیر مختلف بروند یا در آنِ واحد در دو نقطه مختلف باشند، در واقع داریم از یک قانون فیزیکی یا کوانتومی صحبت می‌کنیم. اما این قانون یک معنای عجیب و مهمی هم در خود دارد، که در نگاه اول چندان جلب توجه نمی‌کند. کسی که این معنا را با طرح یک آزمایش خیالی شرح داد، فیزیکدان مشهور آلمانی، اروین شرودینگر بود. آزمایشی هم که برای آن طرح کرد به‌نام گربه شرودینگر، که یکی از گربه های مشهور جهانی و از شخصیت‌های بزرگ دنیای کوانتومی است. این آزمایش خیلی مهم است. تا آماده شدنِ یادداشت بعدی‌ام، شما هم درباره‌اش فکر کنید. درباره این که چه معنای پنهانی در این هست که ذرات اتمی می‌توانند در آنِ واحد در دو نقطه محتلف باشند.

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

ماهیت نور
در آزمایش دو شکاف دیدیم وقتی یکی از شکاف‌ها را ببیندیم و فوتون را به سمت آن هدایت کنیم، فوتون به شکل ذره از آن شکاف عبور می کند. اما اگر هر دو شکاف باز باشد و فوتون را به سوی آنها هدایت کنیم، فوتون به شکل موج از آنها عبور می‌کند. حالا می‌تواند سوالی در ذهن ما ایجاد شود. آزمایش به کنار! نوری که در طبیعت هست، به شکل ذره است یا موج؟ الان این دیگر بدون شک یک واقعیت کوانتومی است که الکترون و هر ذره اتمی می‌تواند در آنِ واحد در دو نقطه مختلف ظاهر شود. این را نه فقط همه فیزیکدان‌ها به عنوان واقعیت می‌شناسند، بلکه فلاسفه‌ای هم که با فیزیک آشنا هستند به عنوان واقعیت می‌شناسند. الان نزدیک صد سال است که آزمایش‌های بسیار دقیق و پیشرفته نشان می‌دهد نور می‌تواند هم به شکل بارانی از ذره‌ها باشد، و هم به شکل موج ظاهر شود. در بعضی آزمایش‌ها به شکل ذره خودش را نشان می‌دهد، در بعضی آزمایش‌های دیگر به شکل موج! و سوال ما این بود که این نور پیش از آن آزمایشی که انجام می‌دهیم تا ببینیم نور ذره است یا موج، و نور در آن آزمایش گاهی به صورت ذره ظاهر می‌شود گاهی به شکل موج، پیش از آن آزمایش به چه صورت است. یا آن نوری که ما هر روز آن را می‌بینیم به چه صورت است؟ ذره است؟ یا موج؟ یا هر دو؟ چون آن سوال فقط این سه جواب را می‌تواند داشته باشد. اما نکته اینجاست که چنین چیزی را با آزمایش نمی‌شود مشخص کرد! برای این که تا بخواهیم آزمایشی روی نور صورت دهیم، نور یا خودش را به صورت ذره در می‌آورد یا به شکل موج. آن هم بسته به این که طرح آزمایش ما به چه صورت باشد. اگر طوری باشد که بخواهیم نور به صورت موج ظاهر شود، به صورت ذره ظاهر می‌شود، و اگر بخواهیم به صورت ذره ظاهر شود، به صورت ذره ظاهر می شود! فقط از طریق فرمول‌های ریاضی است که ثابت می‌شود نور در هر لحظه که در نظر بگیریم، هم به صورت ذره است هم به صورت موج، که البته تصورش برای ما غیر ممکن است. به‌تنهایی خودش عجیب و غریب است. مخصوصا اگر در ماهیت موج و ذره اندکی دقت کنیم.

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

هر ذره‌ای این مشخصات را دارد:
۱- اعم از این که متحرک باشد یا ثابت، در هر لحظه‌ای مکان مشخصی دارد.
۲- اعم از این که ثابت باشد یا متحرک در هر لحظه‌ای سرعت مشخصی دارد. (ثابت باشد سرعتش صفر است)
۳- جرم مشخصی دارد.
۴- در هر لحظه‌ای مومنتوم مشخصی دارد که از حاصل ضرب سرعت و جرم آن به دست می‌آید. ( وقتی دو ذره به‌ هم برخورد کنند مومنتوم ذره‌ای که کم بود بیشتر می‌شود و مومنتوم آن ذره که بیشتر بود کم‌تر می‌شود.)

و اما موج. موج یک چیز لغزنده و بی‌ثباتی است. بنابراین هیچ مکان مشخصی نمی‌توان برایش قائل شد. مرتب در حال گسترش در یک فضاست و طرح یا شکلی ایجاد می‌کند که دائم در حال تغییر است. اصلا شکل است تا هر چیز دیگر. جرمی نمی‌توان برایش قائل شد.

حالا باید در نظر بگیریم که فوتون و هر ذره اتمی دیگر، در هر لحظه‌ای، هم موج است هم ذره! وقتی دانشمندان فیزیک با این جور واقعیت های عجیب و غریب روبه‌رو شدند، یک دو دستگی هم بینشان ایجاد شد. یک عده دنبال این بودند که یک تفسیر معقولی برای این وضعیت پیدا کنند. مثل اینشتین و شرودینگر. اینها می‌گفتند این چیزی که در دنیای اتم هست این بیشتر مسخره بازی و تاس بازی و اینهاست! اما یک عده دیگر، امثال نیلز بوهر و ورنر هایزنبرگ می‌گفتند همین است که هست! اینها می‌گفتند تفسیر این وضعیت و دنبال این بودن که یک توضیح معقولی برایش پیدا شود، کار ما نیست. همین که آزمایش‌ها این چیزها را برای ما ثابت می‌کنند، و مخصوصا تکنولوژی می‌تواند بر اساس همین وضعیت اختراعاتی صورت دهد، کافی است. اینشتین تا آخر عمرش این را نپذیرفت. بحث‌های زیادی بین اینشتین و بوهر درگرفت. اما این بار اینشتین، با تمام کوشش‌هایی که کرد، شکست خورد. شرودینگر هم آن آزمایش معروفش گربه شرودینگر را برای این طراحی کرد که مسخرگی چنین وضعی را نشان دهد. گربه‌ای که می‌تواند، در آن واحد، هم سمی را خورده و مرده باشد، هم آن سم را نخورده و زنده باشد. یادداشت بعدی توضیح می‌دهم.

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

آزمایش خیالی گربه شرودینگر (Schrodinger's cat)
.
«برای مطالعه بیشتر از آزمایش خیالی اینجا کلیک کنید»
.
می‌شود فهمید شرودینگر چه می‌خواهد بگوید. اما بعضی حرف‌هایش احتیاج به توضیحات بیشتری دارد تا کاملاً روشن شود. یا دست کم باید گفت که روی بعضی حرف‌هایش باید خوب توجه کرد تا معلوم شود دقیقاً چه می‌خواهد بگوید. فی الواقع، حرف‌هایش وقتی کاملاً روشن می‌شود که مفهوم احتمالات را دقیقاً فهمیده باشیم. شاید بشود گفت درک شهودیِ ما از احتمالات چندان دقیق و عمیق نمی‌تواند باشد. در هر حال، در یادداشت‌های قبلی دیدیم همه آزمایش‌ها نشان می‌دهد که اتفاقات دنیای اتم فقط از روی تصادف اتفاق می‌افتند. مخصوصاً اتم‌های رادیواکتیو این مفهوم را خوب نشان می‌دهند. برای همین است که شرودینگر هم یک اتم رادیواکتیو را برای مثالش انتخاب کرده است. اتم رادیواکتیو اتمی است که هسته‌اش پایدار نیست. هر آن ممکن است این هسته متلاشی شود و مقداری انرژی از خودش خالی کند. اما چیزی که هست هیچ وقت نمی‌توان مشخص کرد این متلاشی شدن در چه لحظه‌ای اتفاق می‌افتد. تنها کاری که می‌شود کرد به این صورت است که مثلاً می‌آیند یک تعداد دلخواه اما نسبتاً زیاد از یک نوع اتم رادیواکتیو را انتخاب می‌کنند، تا ببینند مثلاً یک ساعت بعد چندتا از اینها هسته‌هاشان متلاشی شد. بعد از یک زمانی که تقریباً نصف اتم ها هسته‌هاشان متلاشی شد، آن زمان را هر چه هست می‌گویند نیمه عمر آن اتم رادیواکتیو. مثلاً اگر صد تا اتم را انتخاب کرده باشند، و بعد از گذشت یک ساعت، پنجاه تا از اینها هسته‌شان متلاشی بشود، می‌گویند نیمه عمر این نوع اتم یک ساعت است. بنابراین وقتی یک اتم از نوع ماده رادیواکتیو را برداریم و در یک محفظه قرار دهیم، بعد از گذشت یک ساعت، هم احتمال دارد این اتم هسته‌اش متلاشی شده باشد، هم احتمال دارد که متلاشی نشده باشد. اندازه راضیِ این احتمال هم برای هر دوی این حالت‌ها یکی است. برای هر کدام ۵٠%. یعنی کاملاً مساوی. شرودینگر و انیشتین و بعضی دیگر از فیزیکدان‌ها می‌گفتند این چنین چیزی خیلی مسخره یا بی‌معنی است! آنها لغت اپسورد را به کار می‌بردند که همین معنی‌ها را می دهد. اما شاید درک شهودیِ ما آن طور که باید و شاید نتواند مسخرگی چنین چیزی را نشان دهد. برای همین بود که شرودینگر آزمایش فکری را طرح کرد تا مسخره بودن چنین چیزی را خوب نشان دهد. او در این آزمایش، دنیای اتم را با دنیای قابل مشاهده ما مرتبط کرد. یک گربه را وارد بازی کرد تا بگوید معنای این تصادف و تاس بازی‌ای که در دنیای اتم هست، در دنیای قابل مشاهده ما چنین معنایی خواهد داشت: گاهی یک گربه می‌تواند در عین حال هم مرده باشد هم زنده باشد. چیزی مثل الکترون که، در آنِ واحد، هم موج است هم ذره! و wave function را هم، که از مفاهیم بسیار مهم کوانتومی است و در فارسی آن را تابعِ موج ترجمه کرده‌اند، بعداً توضیح خواهم داد. شرودینگر یک معادله یا فرمول هم برای فانکشن نوشت که از فرمول های بسیار مهم فیزیک است.

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

سخنرانی علمی: میدان‌های کوانتومی - بلوک‌های سازنده واقعی جهان
.
با توضیح دکتر دیوید تانگ - فیزیکدان نظری | دوبله شده در استودیو چکاوا
.
تا حالا زیاد در مورد نظریه‌ی میدان‌های کوانتومی شنیدیم. اما در مورد این نظریه چقدر میدونیم؟
نظریه میدان کوانتومی، مجموعه‌ای از اصول فیزیکی که عناصر مکانیک کوانتومی را با عناصر نسبیت ترکیب می‌کند تا رفتار ذرات زیراتمی و برهم‌کنش‌های آن‌ها را از طریق میدان‌های مختلف نیرو توضیح دهد، می‌باشد.
.
طبق بهترین تئوری‌های فیزیک ما، اجزای سازنده ماده ذرات نیستند، بلکه مواد سیال مانند پیوسته هستند که به عنوان "میدان‌های کوانتومی" شناخته می‌شوند. دیوید تانگ توضیح می‌دهد که ما در مورد این زمینه‌ها چه می‌دانیم و چگونه آنها با درک ما از جهان مطابقت دارند.
.
برای تهیه‌ی این ویدیو (۶۰ دقیقه‌ای) با هزینه‌ی ۳۹ هزار تومان، به دایرکت @physicsFacts_pv پیام بدین.
‌.
#physicsFacts_documentary

توضیح معادله‌ شرودینگر (Schrodinger equation)
.
«برای مطالعه آزمایش گربه‌ شرودینگر اینجا کلیک کنید»
.
پیش از آن که شرودینگر معادله‌اش را بنویسد، معادله‌هایی برای قوانین حاکم بر ذرات و اجسام بود و معادله‌هایی برای قوانین حاکم بر امواج. فیزیکدان‌ها مجبور بودند مثلاً برای خاصیت ذره‌ای فوتون از معادله‌های مربوط به ذرات کمک بگیرند و برای خاصیت موجی آن از معادلات مربوط به موج کمک بگیرند. یعنی آن‌ها را گاهی ذره فرض کنند گاهی موج. در حالی که می‌دانیم فوتون‌ها در اصل خود این طور نیستند. موج بودن و ذره بودن آن‌ها از هم جدا نیست. آن‌ها یک چیزهایی هستند که در همان حال که ذره است موج هم هست. اما شرودینگر بعد از چند سال کوشش توانست از ترکیبِ آن معادله‌های قبلی، که بعضی‌هاشان مربوط به موج‌ها بود و بعضی‌هاشان مربوط به ذرات و اجسام، معادله‌ای بنویسد که می‌توانست نقش موج بودن ذرات و اجسام و نقش ذره و جسم بودنِ آن‌ها را یک جا بیان کند. این فرمول، به طور خلاصه، هم ذره را به صورت انرژی در نظر می گیرد، هم موج را. می‌دانیم که در اصل هم همین است. اینشتین ثابت کرده بود ماده و انرژی قابل تبدیل به یکدیگر هستند و آن فرمول معروف را هم برای چگونگی این تبدیل نوشته بود. موج هم که چون حرکت دارد نوعی انرژی کینتیک یا انرژی حرکتی است. از این طریق بود که شرودینگر راهی پیدا کرد تا این دو را در این معادله یکی کند.
معادله‌ی شرودینگر چه کمکی به فیزیکدان‌ها می‌کند؟ با آن که فیزیکدان‌ها به صورت‌های مختلف فهمیده بودند ذرات اتمی نه ذره هستند نه موج بلکه چیزی هستند که در آنِ واحد هم ویژگی‌های این را دارد هم ویژگی‌های آن را، آزمایش‌ها نمی‌توانست این را یک جا به آن‌ها نشان دهد. فقط وقتی می‌خواستند این ذره‌ها خود را به صورت ذره نشان دهند، آن‌ها می‌دادند، و هر وقت می‌خواستند خود را به صورت موج نشان دهند باز می‌دادند. مثل آزمایش دو شکاف با یک شکاف باز و دو شکاف باز. بعداً آزمایش‌های بسیار پیشرفته‌تر و دقیق‌تر هم برای مطالعه‌ی فوتون به وجود آمد. آن‌ها هم باز به همین صورت بود.. آن‌ها هم هر وقت می‌خواستی فوتون خود را به صورت ذره نشان دهد، به صورت ذره نشان می‌داد، هر وقت می‌خواستی به صورت موج نشان دهد، می‌داد. باری، درک شهودی انسان هم که قادر نیست چیزی را حس یا درک کند که در عین حال هم موج است هم ذره! اینجاست که معادله‌ی شرودینگر به کمک فیزیکدان‌ها آمد. این معادله از روی معادلاتی تنظیم شد که همگی قبلاً امتحان خود را پس داده بودند. هزاران اختراع بسیار پیچیده و دقیق بر مبنای آن‌ها صورت گرفته بود. هزاران پیش بینیِ علمیِ دقیق بر مبنای آنها صورت گرفته بود. بعد هم که شرودینگر این معادله را نوشت، این معادله حتی دقیق‌تر از همه‌ی آن‌ها درآمد. یعنی پیش‌بینی‌های علمی‌ای که بر مبنای آن صورت می‌گیرد، و اختراعاتی که بر مبنای آن صورت گرفته است، بسیار دقیق‌تر و پیشرفته‌تر از پیش‌بینی‌ها و اختراعات قبلی است. بنابراین در درستیِ آن شکی نیست. اما ارزش واقعی آن برای فیزیکدان‌ها در آن است که ذرات و اجسام و همه‌ی امواج نوری و مغناطیسی را به صورت «ذره-موج» در نظر می‌گیرد و همه‌ی محاسبات مربوط به آن‌ها را بر این اساس انجام می‌دهد. کسانی که با زبان ریاضی آشنا باشند، معنای این را بهتر درک خواهند کرد. این درواقع جایگزینی است برای آن درک شهودی ما که از درک ماهیت واقعی چیزهایی مثل فوتون عاجز است و نمی تواند چیزی را حس کند که، در آنِ واحد، هم ذره است هم موج. کسانی که ریاضی بلد باشند و جزئیات این معادله را فهمیده باشند، فوتون را به طرز خاصی به صورت «ذره-موج» حس خواهند کرد.

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

اما این معادله یک چیز دیگر هم می‌گوید. پیش از شرودینگر فیزیکدان‌ها و افراد عادی فکر می‌کردند احتمالات یعنی جهل ما نسبت به نحوه‌ی وقوع پدیده‌ها. فکر می‌کردند وقتی ما نمی‌توانیم وقوع چیزی را با قطعیت پیش بینی کنیم، این به خاطر آن است که متغیرها یا عوامل زیادی در آن دخالت دارند و ما همه‌ی این‌ها را نمی‌توانیم بشناسیم. آن جهلی که می‌گفتند به این معنی بود. بنابراین احتمالات و تصادف، که تقریباً معادل هم هستند، چیزی بود تقریباً معادل جهل ما. اما شرودینگر این را با معادلع‌ی خودش برعکس کرد. با معادله ای که نوشت درواقع این را هم گفت که تصادفی بودن پدیده‌ها و اتفاقات یک چیز ذاتی است برای آن‌ها. ذات آن‌ها طوری است که باید به طور تصادفی اتفاق بیفتند. و این نظمی که در پدیده‌های دنیای قابل مشاهد می‌بینیم، بر مبنای این تصادف به وجود می‌آید! یعنی تصور ما از تصادف و احتمالات را برعکس کرد. و این خودش مسئله‌ی کوچکی نیست! خود شرودینگر بعد از کشف این حقیقت نتوانست با آن کنار بیاید. او بعداً به خاطر همین مسئله فیزیک را رها کرد. اینشتین هم نتوانست با آن کنار بیاید. اما کاری هم از دستش بر نیامد!

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

اصول مهم مکانیک کوانتوم ۱

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

تاکنون 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 (فاصله‌ی 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.
Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

اصول مهم مکانیک کوانتوم ۲

حالت‌های مجاز allowed states – در دنیای کوانتوم، هر چیزی فقط در حالت‌های مجاز دیده می‌شود. با همین است که کوانتوم وارد مکانیک کوانتوم می شود. انرژی‌ای که با اشعه نور می‌آید 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 می‌توانیم داشته باشیم. اما یک فوتون و نصف فوتون نمی‌شود داشت.

همین طور است الکترونی که داخل اتم می‌چرخد. الکترون داخل اتم هم فقط در حالت های بسیار خاصی می‌تواند باشد. هر کدام از این حالت‌هایش انرژی مشخصی دارد. هر وقت که الکترون را پیدا کنی فقط یکی از این انرژی‌ها را با خود دارد. وقتی الکترون می‌خواهد از این حالت به آن حالت برود، این کار را یا با جذب انرژی انجام می‌دهد، که در این صورت کمی از هسته اتم بیشتر فاصله می‌گیرد، یا با دفع انرژی انجام می‌دهد، که در این صورت کمی بیشتر به هسته اتم نزدیک می‌شود. این تغییر حالت به صورت جهشی انجام می‌گیرد و اصلاً زمان نمی‌برد! اسمش هم هست جهش کوانتومی.

یکی دیگر از حالت‌های مجاز هم همان است که در آزمایش دو شکاف دیده‌ایم. برای فوتون دو حالت برای ظاهر شدنش هست. حالت یک شکافی و حالت دو شکافی. در حالت دو شکافی به صورت ذره ظاهر می‌شود، و در حالت دو شکافی به صورت موج ظاهر می‌شود.

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

اصول مهم مکانیک کوانتوم ۳

احتمالات - سومین اصل کوانتوم اصل احتمالات است. تابع موج هر چیزی احتمال هر کدام از حالت‌های مجاز آن را تعیین می‌کند. حالا دیگر می‌دانیم که معادله شرودینگر این کار را برای ما انجام می‌دهد. بعضی مختصات مربوط به مثلاً الکترون یا فوتون را در آن معادله می‌گذاریم و آنگاه احتمال هر کدام از حالت‌های مجازش برای ما معلوم می‌شود. برای این که این را با یک مثال از دنیای قابل مشاهده هم بیان کنم تا ملموس‌تر باشد، مثالی را که چَد اُرزِل آورده است نقل می‌کنم. اگر می‌خواهیم بدانیم سگمان کجا می‌تواند باشد، یعنی پوزیشن یا مکان آن را در یک لحظه خاص بدانیم، معادله 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 خواب‌هایی باشد که درش بسته بوده است، و احتمال بسیار بسیار ناچیز یا همان صفر درصد دارد که در یکی از ماه‌هایی باشد که دور مشتری می‌چرخند. اگر به انرژی آن سگ علاقه داریم و می‌خواهیم انرژی‌اش 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 مسئله 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 نمی‌شود با قطعیت گفت الان در کدام یک از حالت‌های مجاز خود است. این را فقط با درصدی از احتمال می‌شود گفت. احتمال هم حتی اگر نزدیک به صد درصد باشد، باز قطعیت ندارد. بارها دیده‌ایم احتمال این که یک چیزی اتفاق بیفتد بسیار بالا و نزدیک صد درصد بوده، اما اتفاق نیفتاده است. برعکس، گاهی احتمال این که یک چیزی اتفاق بیفتد فوق العاده کم بوده، اما اتفاق افتاده است. احتمال یعنی ندانستن. وقتی یک چیزی را با قطعیت نمی‌توانی بگویی، یعنی آن را نمی‌دانی..

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

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 گیری‌هایی که در دنیای ماکروسکوپیک یا دنیای قابل مشاهده هست. اندازه‌گیری در دنیای قابل مشاهده، وقتی ما داریم از اندازه‌گیری در دنیای قابل مشاهده صحبت می‌کنیم، مفهوم اندازه گیری کاملاً برایمان مشخص است. مثلاً وقتی می‌خواهیم قد کسی را اندازه بگیریم، یک متر نواری بر می‌داریم، و طول خطی را که قدِ آن شخص هنگامِ راست ایستادنِ او ایجاد می‌کند، و از فرقِ سر تا کفِ پایش کشیده می‌شود، اندازه می‌گیریم. یا وقتی می‌خواهیم سرعت موتورسیکلتی را اندازه بگیریم، مثلاً یک فاصله پنجاه متری را بین دو نقطه در خیابان انتخاب می‌کنیم. آنگاه یک کرونومتر بر می‌داریم و وقتی آن موتور سیکلت از فاصله دوری آمد و به نقطه اول رسید کرونومتر را روشن می‌کنیم. وقتی هم به نقطه دوم رسید کرونومتر را خاموش می‌کنیم. آن وقت نگاه می‌کنیم ببینیم موتورسیکلت آن پنجاه متر را در چند ثانیه طی کرد. آنوقت مدت زمان مسافت طی شده را تقسیم بر مسافت می‌کنیم. این دو نمونه از اندازه‌گیری‌هایی است که در دنیای قابل مشاهده یا همان فیزیک نیوتنی صورت می‌گیرد و سه تا مشخصه دارد که چون طولانی‌ است فعلا با آنها کار نداریم.
اما فیزیکدان‌ها الان صد سال است می‌دانند که اندازه‌ گیری‌هایی که در دنیای کوانتوم انجام می‌دهند اصلاً شبیه به دنیای قابل مشاهده یا همان دنیای نیوتونی نیست! این طور که معلوم است اندازه‌گیری‌هایی که روی الکترون یا فوتون یا هر ذره اتمی دیگر انجام می‌شود تغییر قابل توجهی در آنها می‌دهد. حتی معلوم نیست آن مشخصاتی که در این اندازه‌گیری‌ها برای این ذره‌ها مشخص می‌شود، آنها پیش از اندازه‌گیری هم وجود داشته باشند! همه آزمایش‌هایی که تا حالا صورت گرفته است حکایت از این می‌کند که آن مشخصاتی که در آزمایش‌ها و اندازه گیری‌ها از این ذرات دیده می‌شود، آنها را خود همین اندازه‌گیری‌ها برای آنها ایجاد می‌کند. پیش از این هم گفته‌ام 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 می‌شوند، و هر گاه آزمایش را طوری طراحی کنی که آنها به شکل موج ظاهر شوند، آنها به شکل موج ظاهر می‌شوند. این حتی معنای عجیبی هم در خود دارد. این که اراده یا خواستِ آزمایش کننده است که آن ماهیت‌ها را برای این ذره‌ها تعیین می‌کند!
وقتی می‌خواهد آنها ذره باشند، آنها ذره می‌شوند. وقتی می‌خواهد آنها موج باشند، آنها موج می‌شوند. فیزیکدانان اکنون آزمایش‌های بسیار دقیق و پیشرفته‌ای برای تحقیق بیشتر درباره این مسئله طراحی کرده‌اند. اکنون این آزمایش‌ها را با نور پُلاریزه انجام می‌دهند. باید بگویم که آزمایش این مسئله با نور پُلاریزه طوری است که تقریباً جای هیچ شکی را در این مورد نمی‌گذارد! یعنی در مورد این که خواست انسان می‌تواند در این که ذرات اتمی چه ماهیتی داشته باشند کاملاً دخیل باشد! این مسئله در تئوری کوانتوم و بحث‌های فلسفی‌ آن خیلی مهم است.

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

نور پلاریزه (Polarized light)

نور پُلاریزه را اگر بخواهیم به فارسی بگوییم، یا ترجمه کنیم، می‌شود مثلاً نور قطبی شده، یا نور قطبیده. اما نور پُلاریزه چیست؟ امواجی که در فضا هست، مثلاً امواج صوتی، امواج رادیویی، امواجی که فوتون‌ها یا ذرات نوری آن را ایجاد می‌کنند، نوسانات بسیار ریزی در فضا دارند. یعنی همین طور که دارند با سرعت سرسام آوری در فضا حرکت می‌کنند، ضمن این حرکتشان هر کدام یک موجی هم ایجاد می‌کنند.
قبلاً هم گفتیم که انسان نمی‌تواند چیزی را تجسم کند که هم ذره است هم موج. اما اکنون دیگر می‌داند که نور واقعاً چنین چیزی است. حتی اگر درک شهودیِ ما نتواند آن را تجسم کند. هر کدام از این موج‌هایی که فوتون ها آنها را ایجاد می‌کند، پنج مشخصه دارند:

١- طول موج، که عبارت است فاصله دو تا نوسان. موج همین طور که دارد پیش می‌رود، نوسان هم می‌کند. فاصله هر دو تا نوسان متوالی مقدار ثابتی است که به آن می‌گویند طول موج.

٢- فرکانس، که عبارت است از تعداد این نوسان‌ها در یک ثانیه، در یک نقطه مشخص از فضا. این که می‌گویم در یک نقطه مشخص از فضا، به این خاطر است که تعداد این نوسان‌ها در محیط‌های مختلف می‌تواند تغییر کند. مثلاً نور وقتی در جو زمین حرکت می‌کند تعداد نوسان‌هایش فرق دارد با تعداد نوسان‌هایی که مثلاً هنگام حرکت در آب دارد. 

٣- جهت حرکت موج یا همان فوتون. مثلاً بعضی فوتون‌هایی که از خورشید راه می‌افتند و به پنجره اتاق ما می‌تابند، جهتشان از نقطه‌ای در خورشید به سمت پنجره اتاق ماست.

۴- دامنه نوسان، عبارت است از فاصله‌ای است که بین بالاترین نقطه یک نوسان و پایین‌ترین نقطه آن هست.

۵- جهت نوسان‌. برای این که تصوری از جهت نوسان‌ها داشته باشیم، باید دامنه را در نظر بگیریم. آن وقت جهت نوسان خطی خواهد بود که از پایین‌ترین نقطه نوسان به طرف بالاترین نقطه کشیده می‌شود. این خط همیشه عمود بر جهت حرکت فوتون است. گفتیم وقتی فوتون‌ها در فضا دارند نوسان می‌کنند و پیش می‌روند، هر کدام موجی تولید می‌کنند. اما این موج‌ها همه در یک جهت نوسان نمی‌کنند.
بعضی‌ها در یک جهت هستند، بعضی‌ها در یک جهت دیگر. باز بعضی‌های دیگر در یک جهت دیگر. به طوری که جهت‌های بسیار مختلفی ایجاد می‌شود. یک دایره را در نظر بگیرید. این دایره چندتا قطر می‌تواند داشته باشد؟ بینهایت! جهت نوسان هم همین‌طور است. اگر جهت نوسان‌های یک دسته از فوتون‌ها را که مثلاً از لامپ اتاق ما می‌تابند، روی یک دایره نشان دهیم. این جهت ها ممکن است قطرهای زیادی روی این دایره ایجاد کنند.

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

نور پلاریزه (Polarized light) ۲
.
«برای مطالعه بیشتر از نور پلاریزه¹ اینجا کلیک کنید»
.
نور یک موج عرضی است: موج S شکل است و منحنی های S در زوایای قائم با جهت حرکت آن قرار دارند. اساساً، موج هنگام حرکت به سمت جلو، بالا و پایین می‌لرزد.
اما «بالا» و «پایین» جهت‌های ثابتی نیستند. ارتعاشات می‌تواند عمودی، افقی یا در هر زاویه ای در بین باشد. در واقع، امواجی که نور خورشید را تشکیل می‌دهند، برای مثال، در تمام زوایا به طور مساوی توزیع می شوند. با این حال، نور قطبی شده از امواجی تشکیل شده است که ارتعاشات آن تنها در یک زاویه است.
نور را می‌توان با عبور از یک فیلتر پلاریزه قطبی کرد. یک فیلتر پلاریزه تمام مولکول‌های آن در یک جهت قرار دارند. در نتیجه، تنها امواجی با ارتعاش در یک جهت می‌توانند عبور کنند.
فیزیکدان‌ها برای این که جهت نوسان‌های فوتون‌ها را کمی ساده‌تر و ملموس‌تر بیان کنند، می‌آیند روی یک صفحه دو تا خط عمود برهم رسم می‌کنند. یکی از آن‌ها افقی و دیگری عمود بر آن. اسم خط افقی را می‌گذارند محور Y، و اسم آن یکی را محور X. حالا فرض کنیم در محل تقاطع این دو تا محور، یک منبع نور باشد.
از آنجایی که تنها تعداد کمی از امواج می‌توانند از فیلتر پلاریزه عبور کنند، شدت کلی نور کاهش می‌یابد.
مثلاً بعضی فیلترها هست که فقط فوتون‌هایی را که در جهت عمودی نوسان می‌کنند از خودشان عبور می‌دهند. این‌ها بقیه‌ی فوتون‌هایی را که در جهت های دیگر نوسان می‌کنند از خودشان عبور نمی‌دهند. یا فیلترهایی هست که فقط فوتون‌هایی را که در جهت افقی نوسان می‌کنند از خودشان عبور می‌دهند.
بنابراین اگر یک دسته اشعه‌ی نوری به یک فیلتر عمودی بتابد، مقدار زیادی از آن‌ها نمی‌توانند از فیلتر رد شوند. اینجاست که شدت نور وقتی از فیلتر میگذرد، خیلی کم می‌شود! برای این که بسیاری از فوتون‌هایش نمی‌توانند از آن بگذرند.
اما عوضش نوری خواهد بود که همه‌ی فوتون‌هایش فقط در یک جهت نوسان می‌کنند. این را می‌گویند نور پُلاریزه.

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

نور پلاریزه (Polarized light) ۳

این ویدیو نشان می‌دهد فیلترهای نوری چطور عمل می‌کنند، شکل نوسان‌های سه تا فوتون را نشان می‌دهد. یکی فوتون قرمز در جهت عمودی نوسان می‌کند، یکی فوتون سبز رنگ درجهت افقی، فوتون آبی هم کجکی.

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

نور پلاریزه (Polarized light) ۴
.
«برای تماشای ویدیوی نور پلاریزه³، اینجا کلیک کنید»
.
فیلترهای نوری وسایلی هستند که اگر جلو نور قرار داده شوند، فقط فوتون‌هایی را از خودشان عبور می‌دهد که در یک جهت خاص نوسان می‌کنند. مثلاً فقط فوتون‌هایی می‌توانند از آنها عبور کنند که در جهت عمودی نوسان می‌کنند. بقیه فوتون‌ها که در جهت‌های دیگر نوسان می‌کنند، همه‌شان فیلتر می‌شوند و نمی‌توانند از آن عبور کنند. در ویدیوی پست قبلی، فیلتری می‌بینیم که فقط فوتونی را از خود عبور می‌دهد که در جهت افقی نوسان می‌کند. یعنی فوتون سبز. آن دو تا فوتون دیگر، یعنی فوتون قرمز، که در جهت عمودی نوسان می‌کند، و فوتون آبی، که کجکی نوسان می‌کند، نمی‌توانند از آن فیلتر رد شوند.
یکی از کابردهای فیلترهای نوری در عینک‌های آفتابی است. شیشه های این عینک ها معمولاً فقط فوتون‌هایی را از خود عبور می‌دهند که در جهت عمودی نوسان می‌کنند و بقیه فوتون‌ها را نمی‌گذارند وارد چشم شود. بنابراین مقدار زیادی از شدت نور را حذف می‌کنند. نوری هم که شدتش کم باشد چشم را نمی‌زند. عینک آفتابی را برای همین می‌زنیم؛ آن را می‌زنیم که شدت نور را کم کند و نگذارد چشممان را بزند. اما چرا این عینک‌ها را طوری می‌سازند که فقط فوتون‌های عمودی را به چشم راه دهد؟ این به خاطر یک پدیده طبیعی است که همه ما هم با آن آشنا هستیم. همه ما نوری را که از سطح یک جاده یا بیابان یا پشت بام منعکس می‌شود دیده‌ایم. نوری که از این جور سطح‌ها، یعنی سطح‌های وسیع و صاف و نسبتاً افقی منعکس می‌شود، بیشترِ فوتون‌هایش افقی هستند. بعضی از این فوتون‌های افقی پیش از خوردن به آن سطح هم افقی هستند، اما بعضی هم بعد از خوردن به آن سطح است که افقی می‌شوند. نوری که از این جور سطح‌ها منعکس می‌شود، بیشترِ فوتون‌هایش جهت نوسانشان افقی است. برای همین است که عینک‌های آفتابی را طوری می‌سازند که این جور فوتون‌ها را از خود عبور ندهد. اگر فیلتر را طوری بسازند که فوتون های افقی را از خود عبور دهد و فوتون های دیگر حذف کند، شدت نوری که به چشم می‌رسد چندان کم نخواهد شد.

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot