0

قوانین هستی و فیزیک کوانتوم (۱)

امروزه کاربرد فیزیک کوانتوم در زندگی بیش از پیش دیده می شود، موفقیت این نظریه در مورد پیش بینی نتایج آزمایشات مختلف حیرت آور است و به طرز چشمگیری تکنولوژی روز دنیا را به سمت جلو هدایت می کند؛ از بارکدخوان درون مارکتها تا توجیه اینکه چرا خورشید می درخشد، همگی تحت قوانین فیزیک کوانتومی قابل توجیه و توصیف می باشد. حال که این نظریه بدین صورت در روزمره ما نفوذ کرده است، برای درک بهتر جهان اطراف خود و همسو شدن با این قوانین حاکم، می خواهیم با معرفی مفاهیم این نظریه آشنا شویم.

مفهوم فیزیک کوانتوم چیست؟

پیدایش مکانیک کوانتومی به اوایل قرن بیستم برمی گردد؛ زمانی که فیزیک کلاسیک قلدر به پاسخگویی پیرامون پدیده ها و آزمایشات جدید نبود. این نظریه در ابتدا توسط پلانک و انشتین پیشنهاد شد و پس از گذشت مدتی انشتین که کاملا با نظریه کوانتوم موافق نبود، نظریه نسبیت را ارایه داد و بوهر و همکارانش پایه های مکانیک کوانتومی را طراحی کردند.

کلمه کوانتوم در لغت به معنای بسته و دانه است و در واقع مقدار پایه یک کمیت کوانتوم نام دارد یا به عبارتی کمترین مقدار یک کمیت گسسته کوانتوم نام دارد. به طور مثال بار الکتریکی یک کمیت گسسته است و مقدار بار یک جسم باردار همواره مضرب صحیحی از بار الکترون می باشد، پس بار الکترون کوانتوم بار الکتریکی می باشد.

در مکانیک کوانتومی معادله شرودینگر، به عنوان یکی از موفقترین معادلات پایه مکانیک کوانتومی، چگونگی تغییر حالت کوانتومی یک سیستم فیزیکی را توصیف می کند. پاسخ این معادله ایجاب می کند که مقدار انرژی کل یک سیستم مقدار گسسته ای دارد و مضرب صحیحی از فرکانس جسم و یک مقدار ثابت به نام ثابت پلانک می باشد. در نتیجه انرژی یک جسم یک کمیت کوانتیده است و همین مساله باعث پایداری ماده می باشد. در این مورد، اثر فوتوالکتریک به خوبی کوانتیده بودن نور را توضیح داد.

معادله شرودینگر همتای معادله حرکت فیزیک کلاسیک یا همان قانون دوم نیوتن است. با این تفاوت که جوابهای معادله شرودینگر به صورت موجگونه می باشد که تابع موج نام دارد. این تابع موج اصلی ترین تفاوت میان فیزیک کلاسیک و فیزیک کوانتومی می باشد که به سیستم مورد بررسی ماهیت موج-ذره ای می دهد. یعنی سیستم مورد بررسی که می تواند یک الکترون یا مجموعه ای ذرات و یا یک پالس نوری باشد، هم رفتار ذره ای از خود نشان می دهد و هم رفتار موجی.

 

مفهوم کوانتوم

تفاوت دیگر فیزیک کلاسیک و کوانتوم از اینجا سرچشمه گرفت که فیزیک کلاسیک یک پیش بینی قطعی و مشخص در مورد رفتار یک سیستم فیزیکی دارد و رفتار آن مستقل از اندازه گیری توسط مشاهده گر می باشد؛ اما مکانیک کوانتومی با تکیه بر اینکه هر سیستم با یک تابع موج معرفی می شود و رفتار موجی از خود نشان می دهد، پیش بینی رفتار سیستم را مجموعه ای از احتمالات در نظر می گیرد که هنگامی که اندازه گیری روی سیستم انجام شود، سیستم در یکی از احتمالات قرار می گیرد.

با وجود آنکه اکثر فیزیکدانان در این مورد اتفاق نظر دارند که پیشگویی های نظریه کوانتوم با نتیجه آزمایشات توافق دارد و تا کنون در توجیه پدیده ها موفق بوده است، مباحثی پیرامون فلسفه سازوکار مکانیک کوانتومی وجود دارد. از جمله مشهورترین مباحث در این زمینه، بحث بین بوهر و انشتین بود که انشتین با قبول موفقیتهای مکانیک کوانتومی هرگز نپذیرفت که نظریه کوانتوم توصیف دقیق حقایق علم را ارایه می دهد. انشتین با فلسفه وجود احتمالات مخالف بود و در این زمینه یک جمله مشهور دارد:((خداوند در خلقت جهان طاس نمی ریزد)).

کوانتوم

هم اکنون که در قرن ۲۱ هستیم، نظریه کوانتوم با سرعت حیرت آوری مسیر موفقیت را می پیماید، قصد داریم قوانین حاکم بر جهان و هستی را در این حیطه این نظریه بررسی کنیم. در ادامه عجیب ترین آزمایشات فکری و تجربی این نظریه را توضیح می دهیم و از نتایج آنها برای توصیف قوانین هستی استفاده می کنیم.

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *