مشاوره رایگان تحصیلی
منو

فیزیک کوانتوم چیست؟

+ 269
رأی شما
- 81

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
- 81
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
نظریه جدید تعریف بعد زمان (19 پاسخ)
حل مسائل فیزیک هسته ای کنت کرین (21 پاسخ)
یک ایرانی اولین برنده زن معتبرترین جایزه جهانی ریاضیات (28 پاسخ)
بهترین کتاب نجومی که تابه حال خوانده اید (31 پاسخ)
انرژی چگونه به جرم تبدیل میشود؟ (14 پاسخ)
بزرگترین دتکتور میله ای کشور راه اندازی شد (0 پاسخ)
دریافت سیگنالهای شگفتی آور از یک کوتوله در فاصله 11 سال نوری (0 پاسخ)
فرمول ثابت ها در ترکیب حرکت موج (0 پاسخ)
معمای ترکیب رنگها (12 پاسخ)
تصاویر جونو از "گردباد" مشتری منتشر شد (0 پاسخ)
ایرادها و پارادوکس های نسبیت خاص (229 پاسخ)
زمین مرکزی - خورشید مرکزی (3 پاسخ)
تابش ذره باردار شتابدار (20 پاسخ)
مقالاتي از گوشه و كنار فيزيك... (78 پاسخ)
انهدام نسبیت خاص و عام آلبرت اینشتین (به همراه مقالات) (361 پاسخ)
پروژه پردازش صوت (3 پاسخ)
اینشتین vs گالیله (10 پاسخ)
آیا با افزایش سرعت جرم هم افزایش پیدا میکنه؟ (15 پاسخ)
یک سوال مکانیکی مرتبط با سرعت و حرکت (0 پاسخ)
پاسخ تشریحی کنکور ارشد (0 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (971 پاسخ)
مرد دونده و چاه با اقتباس از ریندلر (2 پاسخ)
پارادوکس فارادی (5 پاسخ)
داعشی ها vs آلبرت اینشتین (2 پاسخ)
انرژی از هیچ، با انرژی پتانسیل گرانشی (33 پاسخ)
محاسبه زمان بالا رفتن دمای یخ (1 پاسخ)
اصل عدم قطعیت هایزنبرگ (9 پاسخ)
دایره های اسرار آمیز در صحرای کالاهاری (3 پاسخ)
orbital speed و orbital velocity را باید یکسان دانست؟ (2 پاسخ)
پارادوکس جدید ریاضی-ریگی در کفش احتمالات و آمار (20 پاسخ)
نکاتی که باید درباره HIV بدانید (0 پاسخ)
كمك براي محاسبه فشار در يك مخزن آب (20 پاسخ)
گاز های بی اثر (2 پاسخ)
جسم دوار (24 پاسخ)
آیا جنس مواد نسبیست؟ (4 پاسخ)
پایستگی تکانه زاویه ای در سیستم آونگ (4 پاسخ)
رابطه ی فیزیک جدید و فلسفه (26 پاسخ)
پرسشی درباره همه ریاضیات لازم برای مطالعه فیزیک (3 پاسخ)
انرژی نور به کجا رفته است؟ (14 پاسخ)
آونگ فوکو (1 پاسخ)
جهان گودل (27 پاسخ)
دوربین دو چشمی بخرم یا تلسکوپ ؟ (8 پاسخ)
علاقه به فیزیک و شناخت فیزیک (9 پاسخ)
حل المسایل مکانیک آماری رایف (1 پاسخ)
چرا آهنربا چوب رو جذب نمیکنه ولی آهن رو جذب میکنه؟ (3 پاسخ)
کاربست پدیده EVP، نظرتان چیست؟ (10 پاسخ)
عکس های فوق العاده جونو از مشتری سوالات زیادی پدید آورده (0 پاسخ)
برنامه نویسی فرترن (6 پاسخ)
آزمایش میلیکان (1 پاسخ)
مسائل تئوری دینام فارادی (0 پاسخ)
توزیع الکترون در اتم های آزاد (0 پاسخ)
راههای دفع مسیرامواج (2 پاسخ)
انهدام نظریه غلظت و حل شبه پارادوکس های نسبیت (46 پاسخ)
علیت و کوانتوم (3 پاسخ)
نظریه هاوکینگ و قانون بقای جرم (0 پاسخ)
زمین تخت گرایان (33 پاسخ)
پاسخ به سوال برنامه نویسی (فرترن) (13 پاسخ)
تفاوت سفید و نقره ای (4 پاسخ)
فیزیک مطلق (16 پاسخ)
فیزیک مطلق و اثبات کاملا دقیق اشتباه بودن فرمول معروف انرژی (66 پاسخ)
مقالات فیزیک
اجتناب‌ از تماس چشمی در بیماران مبتلا به اوتیسم
آموزش و نقش آن در تغییر عملکرد مغز
افشاگری چاندرا از انفجاری عظیم
یک گام تا انتقال بی‌سیم برق
تداوم عصرحجریِ ژن‌ها
صخره‌ی مصنوعی مرجانی، محافظی برای گونه‌های زیستی
از جو اورانوس بدانید ...
استراتژی فیسبوک برای حذف صفحات مستهجن
اهمیت صبحانه خوردن در جلوگیری از اضافه وزن
اکنون حرف از سیاره‌ی دهم است!
اهمیت کیفیت محل زندگی بر سلامتی انسان
سهم درختان در آلوده کردن هوا!
نور چرا و چگونه بر خواب تاثیر می‌گذارد؟
مبارزه‌ی روغن زیتون با فراموشی
ستاره‌ی گم شده‌ی نمسیس، خواهر دوقلوی خورشید!
رونمایی از ربات آهنگ‌ساز و نوازنده
درک مکانیک کوانتوم با آزمایشی ساده
سریع‌تر شدن بالا آمدن آب دریاها
بازنویسی شجره‌نامه‌ی فیل
با سرعتی ۵ برابر سرعت نور آشنا شوید.
کشف دو شکل کم دما از آب مایع
درک جدیدی از جاذبه و دافعه‌ی یک نیروی قوی
ویروس آنفلوانزا نیز می‌تواند مفید باشد!
کشف قدیمی‌ترین و بزرگترین هیروگلیف در مصر
فواید حفظ و نگهداری پانداها
به این کهکشان می‌توان گفت «کهکشان مُرده‌»؟
توجه والدین به گوشی‌های همراه و سوءرفتار کودکان
انهدام سلول‌های سرطانی با ترکیب ویتامین C و آنتى‌بیوتیک‌
مصرف کالری باید مانند راز حفظ می‌شد.
گرمای جهانی منجر به جنگ بر سر غذا خواهد شد.
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
آغازگر حیات چه بود؟ (0+)
کشف گونه‌ی جدیدی از قورباغه‌ی شیشه‌ای (0+)
رصد کهکشانی از پشت یک ستاره (0+)
گرفتگی عروق پا را با سبزیجات باز کنید (0+)
تصاویر فضایی از رانشی بزرگ (0+)
بزهایی که درخت می‌کارند (0+)
سفر به سرزمین ۱۰ میلیارد میلیارد دلاری (0+)
تحقق ایده‌ی ترمیناتور ۲ در زندگی ما (0+)
ممکن است شما کاشف سیاره‌ی نهم باشی! (0+)
کشف رابطه‌ای میان مصرف قند و برخی بیماری‌های سرطانی (0+)
خاکسترهای باستانی (0+)
مکانیسم کنترل رشد استخوان‌ها (0+)
ارتباط ریسک‌پذیری در سالمندان به آناتومی مغز (0+)
درخت تکامل اولین اُرگانیسم (0+)
نداشتن مدرک تحصیلی به معنای بیکاری (0+)
ادامه ...