Page Rank اعزام به دوره های فشرده آموزش زبان انگلیسی در کالج زبان لندن شعبه کوالالامپور
[خانه] [انجمن فیزیکدانان جوان ایران] [چت روم هوپا] [درباره ما] [سفارش آگهی] [تماس با ما] [ورود] [عضویت]
جستجو :

فیزیک کوانتوم چیست؟

+ 225
رأی شما
- 43

فیزیک کوانتوم چیست؟نیلز بور (۱۹۶۲-۱۸۸۵)، از بنیانگذاران فیزیک کوانتوم، در مورد چیزی که بنیان گذارده است، جمله ای دارد به این مضمون که:
"اگر کسی بگوید فیزیک کوانتوم را فهمیده، پس چیزی نفهمیده است."

ما هم در اینجا می خواهیم چیزی را برایتان توضیح دهیم که قرار است نفهمید!

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 فیزیک کوانتوم چیست؟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 ۱۹ و ۲۰ «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 ۱۹۱۱، رادرفورد (۹۴۷-۱۸۷۱) نشان داد که اتم ها، مثل میوه‌ها، دارای هسته‌ی مرکزی هستند. هسته بار مثبت دارد و فیزیک کوانتوم چیست؟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:

ماکسول (۱۸۷۹-۱۸۳۱) 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 ۵۴۶ (طول موج نور زرد) تا ۵۷۸ 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.

فیزیک کوانتوم چیست؟

رفتار موجی ـ ذره‌ای: [ماکس پلانک]

فیزیک کوانتوم چیست؟در سال ۱۹۰۱ ماکس پلانک (Max Planck: ۱۹۴۷-۱۸۵۸) 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.

 
 منبع: دانشنامه رشد

+ 225
رأی شما
- 43
نظر شما :
● فارسی نویس
نام کاربری :

کلمه عبور :


 تذکر :   تنها اعضای سایت مجاز به ارسال نظر می باشند. جهت عضویت در سایت   اينجـــا   کلیک کنید.




www.HUPAA.com
محک
● مقالات فیزیک
● اخبار فیزیک
● مطالب پربیننده
● کوانتوم و فیزیک جدید
● الکترومغناطیس
● نظریات ایرانی
● نجوم و اخترفیزیک
● فلسفه و متافیزیک
● نانوتکنولوژی
● برق و الکترونیک
● هواشناسی و فیزیک جو
● فیزیک نور و اپتیک
● مکانیک و ترمودینامیک
● مطالب متفرقه
● معرفی کتاب
● دانشمندان
● فیزیک در ایران
● سایتهای فیزیک انگلیسی
● سایتهای فیزیک فارسی
● دانلود نرم افزار
● تصاویر دیدنی
● پزشکی و سلامت
امکانات
● خانه
● انجمن فیزیکدانان جوان ایران
● چت روم هوپا
● درباره ما
● سفارش آگهی
● تماس با ما
● عضویت در انجمن
● ورود
● RSS
آگهی های متنی
● ادامه تحصیل در مالزی
● دانشگاه های مالزی
● سعيد سيوف جهرمي
● هر آنچه می خواهید
● مجله پزشکی
● توصیه های پزشکی
● پس از باران
● انجمن علمی فیزیک پیام نور
● دانلود کامل
● سایت گردشگری آنوبانی نی
● جاویدان
● سنگ شکن
● آگهی رایگان
● ایتکا
● پزشکی
● مجله علمی
● پی سی گیمرز
● موسسه پروفسور حسابی
● میهن کمپ
● پی سی وبلاگ
● کتاب هفته
● دهکده فضایی
● ایران حافظ
● دکتر علی افضل صمدی
عضویت در خبرنامه
ایمیل :
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
پزشکی و سلامت
آخرین گفتگوها در انجمن
شکافت غیر اورانیمی (3 پاسخ)
انرژی پتانسیل کجا ذخیره میشه ؟ (30 پاسخ)
بطری پلاستیکی و مسئله فشار (1 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (680 پاسخ)
تفاوت فیزیک تهران و شریف؟ (7 پاسخ)
چرا ماه دور زمين مي گرده و سمت خورشيد نميره؟ (39 پاسخ)
آيا مي شود ذره اي سرعتش صفر باشد اما شتاب داشته باشد ؟ (204 پاسخ)
یک مسئله المپیاد >>> نیروی کشش نخ (10 پاسخ)
سوال سینماتیک (5 پاسخ)
چگونه می توان اشعه کنترل را در موقع استفاده از آن دید؟ (3 پاسخ)
تاثیر میدان های مغناطیسی در خلا (1 پاسخ)
دلیل و منشا جاذبه زمین (2 پاسخ)
آيا نور جرم دارد ؟ (48 پاسخ)
کش آمدن در سیاه چاله (38 پاسخ)
آیا می توان برای فضا دما تعریف کرد؟ (6 پاسخ)
چه جوری بعد از بریدگی دست، خونمون بند می آد؟ (3 پاسخ)
آیا می توان پس از وارد شدن به سیاهچاله از آن خارج شد؟ (8 پاسخ)
به نظر شما سیاه چاله ها چگونه به وجود می آیند؟ (3 پاسخ)
آلبوم عکس موجودات فضایی (28 پاسخ)
فربه ترين هم ميهنان ما در كدام استان هستند ؟ (0 پاسخ)
اصول و مفاهيم نسبـيت (42 پاسخ)
چرا نور در سیاه چاله دچار خمیدگی می شود (9 پاسخ)
کهکشان ها در کجای جهان قرار دارن ؟ (4 پاسخ)
باز هم نسبیت! (26 پاسخ)
آیا سرعت مطلقا صفر وجود داره؟ (10 پاسخ)
قرار دادن مایع داغ در فریز و رابطه آن با مایع سرد (9 پاسخ)
چطور بفهمیم کدام جسم در اثر مالش، الکترون از دست می دهد؟ (0 پاسخ)
کربن دی اکسید (30 پاسخ)
اگه باسرعت نور حرکت کنیم دیرتر پیر میشیم آیا این نظریه درسته (20 پاسخ)
آیا سرعت نور همیشه ثابت است؟ (9 پاسخ)
موشک و ماشین بخار نیوتون چگونه کار می کند؟ (6 پاسخ)
قانون بنفورد ؟ (16 پاسخ)
فرصتی برای ایده پروری (96 پاسخ)
علت استفاده از قانون گاوس چیست؟ (3 پاسخ)
چطور میشود کلسترول را به ارگوسترول تبدیل کرد ؟ (1 پاسخ)
ایرفویل (گلایدر استراکچر) (1 پاسخ)
ریاضیدانان (0 پاسخ)
زندگی کردن موجودی در طول یا عرض مطلق و رابطه آن با بینهایت (0 پاسخ)
همه چیز دچار تناقضه (40 پاسخ)
تابش; موج ; گسیل > تفاوت ها و مفاهیم آنها (5 پاسخ)
آذرخش و دمایی چند برابر خورشید؟! (2 پاسخ)
اثر کامپتون (2 پاسخ)
بدون اصطکاک حرکت هرگز (3 پاسخ)
جهان چند بعد دارد؟ (22 پاسخ)
فوتوالکتریک (6 پاسخ)
عکس های میکروسکوپی و بزرگنمایی شده (4 پاسخ)
علت خرابی کمپرسور پنوماتیک (0 پاسخ)
شوخي و فكاهي در رياضيات و فيزيك (324 پاسخ)
اندازه حرکت زاویه ای مداری (1 پاسخ)
کوانتوم دات (0 پاسخ)
شار مغناطیسی در صنعت چه کاربردی داره؟ (4 پاسخ)
ماهیت مغناطیس (2 پاسخ)
دیدنیهای دانشیک (59 پاسخ)
تخریب کمپرسور پنو ماتیک (0 پاسخ)
فضای هسته اتم یعنی جایی که الکترون و...در آن هستند از چيست؟ (3 پاسخ)
گرانش اجسام (4 پاسخ)
هایزنبرگ و اصل عدم قطعیت مکان الکترون (4 پاسخ)
موتور هواپیمای مدل (9 پاسخ)
قانون دوم ترمودینامیک و حركت جهان به سمت به نظمي (1 پاسخ)
صِفر چیست آیا عدد است و یا ... ؟ (28 پاسخ)
مقالات فیزیک
شگفتی های دنیای کوانتوم: در هم تنیدگی کوانتومی!
معرفی کتاب : منشأ کیهان
سحابی ساعت شنی
چگونه ستارگان متولد می شوند و چگونه می میرند؟
نگاهی عمیق بر یک نظریه کوانتومی جایگزین
شک و تردید در مورد امواج گرانشی بیگ بنگ!
بازنگری در ساختار پوستۀ ستاره نوترونی
تغذیه کهکشانی عظیم توسط سیاهچالۀ مرکزی اش!
آغاز فرآیند طولانی شروع مجدد فعالیت برخورد دهنده سرن
سیاهچاله ها بادهای بسیار قوی ایجاد می کنند!
منشاء نور عجیب، در مریخ چیست؟
معرفی کتاب‌: در جستجوی بسگیتی
نخستین نقشه مغز جنین انسان ارائه شد
استیون هاوکینگ: شرط را من بردم
چرا «لکه سرخ» مشتری هرگز نمی‌میرد؟
احتمال حیات میکروبی در “انسلادوس”
چه تعداد “کهکشان” وجود دارد؟
خلا کوانتومی به انرژی تاریک “راننده جهان ما” نیرو می دهد!
گزارشی از موسسات پژوهشی و انجمن های ترویج علم در آلمان
آشنایی با آنتروپی - فیلم
آشنایی با تورم کیهانی
آیا حیات در زمین از آتشفشان ها آغاز شد؟
دانشمندان نخستین لحظات تولد جهان را مشاهده کردند!
هندسه نا اقلیدسی و نسبیت عام اینشتین
دانشمندان امواج گرانشی بیگ بنگ را مشاهده کردند!
انتقام ویران کنندۀ “ستارگان مرگ” در سحابی جبار!
کشف ستاره ای ابر غول ۱۳۰۰ برابر خورشید!
جستجوی ناسا برای “سیاره X” بی نتیجه ماند!
ESA به شکار سیاره ها می‌رود
بازتاب شرایط پس از بیگ بنگ در کهکشان جدید
ادامه ...
اخبار فیزیک
شواهد حیات در سیارات دیگر چگونه کشف می‌شوند؟
سیارات مست، مأمن حیات بیگانه‌اند؟
امکان وجود “ستاره های کوارکی”در اطراف ابرنواختر ها!
رصد فوران خورشیدی کلاس متوسط
اندازه‌گیری فاصله 10 برابر دورتر در کهکشان راه‌شیری امکانپذیر شد
برای اولین ماه گرفتگی سال 93 آماده شوید!
کانون فضایی ایران، «شب یوری» را گرامی داشت
ساخت یک آزمایش نوترینوی زیرزمینی بسیار عظیم در چین
زحلِ طلایی و آبی!
نصب طیف‌نگار قدرتمند سه‌بعدی روی تلسکوپ بسیار بزرگ
تولد ستارگان جدید در لبه کهکشان راه شیری
انتقال داده‌های اینترنتی با نور خورشید
کشف نخستین قمر فراخورشیدی اطراف سیاره بیگانه
سرعت گسترش کائنات مشخص شد
نزدیکترین مقابله زمین و مریخ پس از شش سال
ادامه ...
مطالب پربیننده
آشنایی با آنتروپی - فیلم (27+)
استیون هاوکینگ: شرط را من بردم (27+)
آشنایی با تورم کیهانی (24+)
دانشجوی دختر ایرانی، برنده جایزه ادیسون شد (24+)
احتمال حیات میکروبی در “انسلادوس” (24+)
گزارشی از موسسات پژوهشی و انجمن های ترویج علم در آلمان (23+)
چه تعداد “کهکشان” وجود دارد؟ (19+)
سرعت گسترش کائنات مشخص شد (18+)
خلا کوانتومی به انرژی تاریک “راننده جهان ما” نیرو می دهد! (15+)
برای اولین ماه گرفتگی سال 93 آماده شوید! (15+)
کشف یکی از 'نخستین' ستارگان عالم (12+)
اولین تصویر از ماده تاریک در قلب کهکشان راه‌شیری (12+)
مشاهده بلعیده‌شدن یک ابر گازی توسط سیاهچاله (11+)
منشاء نور عجیب، در مریخ چیست؟ (11+)
نزدیکترین مقابله زمین و مریخ پس از شش سال (10+)
ادامه ...
[خانه] [انجمن فیزیکدانان جوان ایران] [چت روم هوپا] [درباره ما] [سفارش آگهی] [تماس با ما] [ورود] [عضویت]
جستجو :
Copyright 2003 - 2014 © Hupaa.com , All rights reserved.