مشاوره رایگان تحصیلی
منو

فیزیک کوانتوم چیست؟

+ 269
رأی شما
- 92

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

+ 269
رأی شما
- 92
zei
سلام.من به ده مقاله درمورد خاصیت موجی ذرات نیاز دارم.میشه کمکم کنید؟ ممنون
دوشنبه 23 تير 1393 - 06:55



www.HUPAA.com
مشاوره رایگان تحصیلی
ویدیو کلیپ علمی
محک
● مقالات فیزیک
● اخبار فیزیک
● مطالب پربیننده
● مجله علمی
● 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
● Airgo Design
● 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
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
پزشکی و سلامت
مشاوره رایگان تحصیلی
بیگ بنگ
آخرین گفتگوها در انجمن
تغییرات رنگ به علت زاوبه تابش (7 پاسخ)
چرا خطوط میدان الکتریکی همدیگر را قطع نمی کنند؟ (22 پاسخ)
محاسبات مغناطیس (1 پاسخ)
نمایش کسر ثابت گرانش, سرعت نور ، عدد طلایی با توانهای 3 (3 پاسخ)
انتشار کتاب ((نظریه ی غلظت)) در نیویورک-آمریکا (11 پاسخ)
موتور دما کوری (0 پاسخ)
نسبیت خاص خوانی(!)،سوالات و مقالات پراکنده پیرامون نسبیت خاص (19 پاسخ)
ترازو جرم یک ماده را اندازه گیری می کند یا وزن آن ماده را (4 پاسخ)
تصاویر نجومی (1949 پاسخ)
فاصله زمین و خورشید چگونه باعث پدید امدن فصل‌ها می‌شود؟ (2 پاسخ)
سوال جواب بده و بپرس (494 پاسخ)
مقالاتي از گوشه و كنار رياضيات (95 پاسخ)
بازی با احتمالات (4 پاسخ)
تابش ذره باردار شتاب دار در مکانیک کوانتومی (0 پاسخ)
ایرادها و پارادوکس های نسبیت خاص (244 پاسخ)
تعریف علم فیزیک (10 پاسخ)
رساناي منزوي (3 پاسخ)
فناوری‌هایی که در سال 2018 رشد می‌کنند (0 پاسخ)
چه تعبیری از کوانتوم داشته باشیم؟ (1 پاسخ)
بیا تو سوال بپرس (213 پاسخ)
مشکل در بردارهای محوری (شبه بردار ها) (18 پاسخ)
4 بعد جهان؟ (36 پاسخ)
عملگرها و اپراتورها در ریاضیات و فیزیک (68 پاسخ)
آسيب ناشي از برخورد، با انرژي مرتبط هست يا تكانه؟ (5 پاسخ)
شرايط مرزي (5 پاسخ)
ميدان تاخيري (25 پاسخ)
واپاشی هسته ای (1 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (970 پاسخ)
نتایج شگفت‌انگیز یک آزمایش برای درمان هموفیلی (0 پاسخ)
تصویر های دانشیک (81 پاسخ)
دروس آنلاین و رایگان در دانشگاه‌های برتر دنیا (2 پاسخ)
زمین تخت گرایان (92 پاسخ)
[پارادوکس] ذره باردار در میدان گرانشی یکنواخت (13 پاسخ)
تعریف آماری فشار (0 پاسخ)
مفهوم تکانه (2 پاسخ)
ظرفیت خازن (3 پاسخ)
سوال مربوط به اثبات فرمول های انرژی نسبیتی (3 پاسخ)
محاسبه سرعت چرخش در حرکت دورانی یکنواخت (1 پاسخ)
تفاوت نیرو با انرژی چیست؟ (14 پاسخ)
مدل تکتایی برای کوارک ها به چه معناست؟ (0 پاسخ)
بررسی ناوردایی توان در نسبیت خاص (2 پاسخ)
بررسی پایستگی تکانه و انرژی (1 پاسخ)
سوال در مورد انقباض طولی (3 پاسخ)
شوخي و فكاهي در رياضيات و فيزيك (514 پاسخ)
بازبهنجارش (14 پاسخ)
کشف یک واقعیت خفه کننده! (3 پاسخ)
ایجاد دافعه در آهنربا (1 پاسخ)
معرفی چند سایت فیزیک (12 پاسخ)
سوال ترکیبی پرتابه و انرژی (1 پاسخ)
چگونه باید ضخامت حباب را اندازه گرفت؟ (3 پاسخ)
شتاب تبدیلات لورنتس (5 پاسخ)
ریاضیات کوانتومی (4 پاسخ)
قرص دیجیتالی که ورود خود را به معده اطلاع می‌دهد (0 پاسخ)
باکتری‌های روده تاثیر درمان سرطان را "بیشتر" می‌کند (0 پاسخ)
انرژی از هیچ، با انرژی پتانسیل گرانشی (34 پاسخ)
هوش مصنوعی که سیستم‌های امنیتی را دور می‌زند (0 پاسخ)
اتساع طول (2 پاسخ)
برنامه محاسباتی عدد پی (8 پاسخ)
راه و روش ترجمه کتاب های فیزیک (3 پاسخ)
آیا جنس مواد نسبیست؟ (5 پاسخ)
مقالات فیزیک
دنباله‌دارها به تشکیل جو زمین کمک کرده‌اند.
بررسی تاثیر تغییرات آب و هوایی بر اقیانوس‌های جهان
هورمونی که باعث تثبیت حجم خون می‌شود.
زمینه‌های مختلف تحقیقاتی دانشگاه سیدنی استرالیا
گونه‌ی عنکبوت دریایی جدید، به‌نام اسطوره‌ی موسیقی نام‌گذاری شد.
دانشمندان فرضیه‌ای صد ساله را رد کردند!
شاید منظومه‌ی‌شمسی در حبابی کیهانی به وجود آمده باشد!
ورزش به کمک درمان مشکلات شناختی می‌رود.
ساخت جلیقه‌ی ضدگلوله‌ی گرافنی، سخت‌تر از الماس
محققان ژنوم گندم نان را تحلیل کردند.
برای دیدن بزرگترین تصویر ثبت ‌شده از کیهان، آماده باشید!
مدل‌های ریاضی، فرگشت مغز را آشکار می‌کند.
قمری کوچک در کمربند کویپر
نقش احتمالی ترکیبات گیلاس شیرین در برابر افزایش وزن
زنبورعسل نر برای انتخاب گل از الگوهای دمایی استفاده می‌کند.
چرا هواپیماها در آسمان توقف نمی‌کنند تا زمین زیر پایشان بچرخد؟
ریشه‌ی سرطان خون در ژنوم خفاش یافت شد.
آیا آب خالص وجود دارد؟
راز طول عمرِ طولانی‌تر آمیش‌ها از چیست؟ ژنتیک یا سبک زندگی؟
پرنورترین تب‌اختر جهان رصد شد.
افسردگی ساختار مغز را تغییر می‌دهد.
مانور مدارگرد ناسا برای اجتناب از تصادفی فضایی
زندگی اجتماعی جانداران، لزوماً نیازمند قدرت بالای مغز نیست.
چهار نکته برای مطالعه‌ی مقالات علمی
۱۰۰ مطلب پربیننده‌ی مجله‌ی علمی ایلیاد در سال ۲۰۱۷
ترموستات طبیعی در لایه‌های بالایی جو زمین
ثبت تصویری خارق‌العاده از خوشه‌ی ستاره‌ای M79 توسط هابل
لبخند مونالیزا رمزگشایی شد؛ علم می‌گوید او شاد است.
آنچه درباره‌ی سرکه‌ی نارگیل می‌گویند، حقیقت دارد؟
مغز به گونه‌ای سازماندهی شده که به خارشِ دیگران واکنش نشان دهد.
ادامه ...
اخبار فیزیک
یافته های تازه دانشمندان ممکن است سفر در زمان را غیرممکن کند!
نگاهی به دوردست‌های کیهان به کمک یک خوشه کهکشانی غول‌پیکر
سنجش ذرات در کیهان اولیه
پیش‌بینی جرم ذره «هیگز» توسط سیمپسون‌های کارتونی 14 سال قبل از سرن!
فریب فوق‌العاده نور توسط محقق ایرانی
طراحی پای مصنوعی دارای سیستم بینایی توسط دانشمندان ایرانی
حل یک مساله سی‌ساله فیزیک شبیه‌سازی مواد ابررسانا با اتم‌های فوق سرد با همکاری فیزیکدان ایرانی
مخترع لیزر چارلز تاونز در 99 سالگی درگذشت
حل معماهای فیزیک در آزمایشگاه‌های ارزان بجای شتاب‌دهنده‌! مشاهده حالت بوزون هیگزی در ابررسانا برای نخستین بار
سه ایرانی در میان 100 نفر کاندیدای نهایی سفر بی بازگشت به مریخ
آمادگی برخورددهنده بزرگ هادرونی برای کشف یک ذره جدید
مشاهده پیوند شیمیایی اتم‌ها و تشکیل مولکول برای نخستین‌بار
کشف عجایب حبابی با سی‌تی اسکن درون یک ابرنواختر
لوح انجمن جهانی نفرولوژی به «پدر علم نفرولوژی ایران» اعطا می‌شود
چرا برخی کهکشان‌ها جوانمرگ می‌شوند؟
ادامه ...
مطالب پربیننده
اولین خالکوبی زنده‌ی دنیا! (0+)
اختر‌شناسان توضیحی برای تپه‌های دنباله‌دار ۶۷پی ارائه دادند. (0+)
صدور پیمان سرمایه‌گذاری سبز، توسط شرکت‌های اروپایی (0+)
سنگ‌نگاره‌های قدیمی در ونزوئلا چه می‌گویند؟ (0+)
کوچک‌ترین ذرات گیاهی، پتانسیل انرژی باورنکردنی دارد. (0+)
ثبت تصویری از کهکشان مارپیچی بسیار زیبا، با گذشته‌ای پر انفجار (0+)
موفقیت رژیم غذایی به ژن‌های شما بستگی دارد. (0+)
تولید ژل محافظ، در آسیب‌های جنگی (0+)
هوش‌مصنوعی گوگل، ۴ ساعته تمام مهارت‌های شطرنج را فرا گرفت. (0+)
تاثیر سرماخوردگی بر افراد مُسن (0+)
توانایی مگس‌ها در پراکنده‌سازی بیماری‌ها (0+)
بازگشت به ماه؛ تا چه اندازه شدنی است؟ (0+)
مصنوعات آهنی عصر برنز، از شهاب سنگ ساخته شدند. (0+)
داده‌های کاسینی، دیدگاه ما درباره‌ی شکل‌گیری منظومه‌ی شمسی را تغییر داد. (0+)
باتری جدید از گرافن با شارژ ۵ برابر سریع‌تر (0+)
ادامه ...