یانگ و آزمایش دو شکاف

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
XIV

عضویت : جمعه ۱۳۹۸/۹/۱۵ - ۲۱:۱۸


پست: 115

سپاس: 8

یانگ و آزمایش دو شکاف

پست توسط XIV »

یانگ هنگام انجام آزمایش دو شکاف، یک شکاف باریک میان چشمۀ نور و دو شکاف قرار داد که خود مانند یک چشمۀ نور عمل می کرد. توجیه این کار چیست؟

نمایه کاربر
Paradoxy

نام: داود حاجي تقي تهراني

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۳/۱۰/۲۲ - ۲۲:۱۷


پست: 2160

سپاس: 1191

Re: یانگ و آزمایش دو شکاف

پست توسط Paradoxy »

همدوس کردن نور.

نور ناهمدوس، یا جزئی همدوس شده نمیتونه نقش تداخلی واضحی ایجاد کنه. ما نیاز به همدوسی فضایی و زمانی داریم. شرط همدوسی فضایی، با قرار دادن باریکه ارضا میشه.

خود همدوسی هم یعنی دو پرتو نور فرکانس یکسانی داشته باشند و اختلاف فازشون ثابت باشه

نمایه کاربر
XIV

عضویت : جمعه ۱۳۹۸/۹/۱۵ - ۲۱:۱۸


پست: 115

سپاس: 8

Re: یانگ و آزمایش دو شکاف

پست توسط XIV »

سازوکار این جوری همدوس کردن نور چیه؟ چه جوری یک شکاف باریک نور ناهمدوس را همدوس و فرکانس رو یکی می کنه؟ به ویژه اگه با دید فوتونی نگاه کنیم چه جوری یک شکاف باریک انرژی متفاوت فوتون ها رو یکسان می کنه؟

نمایه کاربر
Paradoxy

نام: داود حاجي تقي تهراني

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۳/۱۰/۲۲ - ۲۲:۱۷


پست: 2160

سپاس: 1191

Re: یانگ و آزمایش دو شکاف

پست توسط Paradoxy »

گرچه در کوانتوم با مفهوم همدوسی رو به رو میشیم، اما همدوسی اپتیک با تفاسیری که گفتم، مفهومی هستش که برای امواج تعریف میشه و نه فوتون ها.
فرض کنید یک جبهه موج دو بعدی بهم ریخته و آشوبناک دارید. طبیعتا اگر از این جبهه موج بخواید نقش تداخلی بگیرید، به نتیجه واضحی نمیرسید. میتونید بیاید به یک بخش خاص از این جبهه موج اجازه عبور بدید. اگر این کار رو بکنید، و به اندازه کافی شکافتون رو کوچک کنید، بالاخره به جایی میرسید که جبهه موج عبوری "خیلی آشوبناک" نیست و به شکل موضعی رفتار ثابت و پایداری داره. به این میگن همدوس کردن فضایی. این صفحه رو ببینید، مفصل با شکل توضیح داده. https://en.wikipedia.org/wiki/Coherence_(physics)

نمایه کاربر
رهام1380

نام: رهام حسامی

محل اقامت: تهران

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۹۹/۶/۲۰ - ۰۹:۴۸


پست: 103

سپاس: 15

جنسیت:

تماس:

Re: یانگ و آزمایش دو شکاف

پست توسط رهام1380 »

اگر صفحه ای شامل دو روزنه کوچک را در مقابل نور قرار دهیم درفاصله چند از دوشکاف روی پرده قسمت های تاریک وروشن را که تقریبا به طور منظم ایجاد می شود که در کل این ازمایش را تداخل یانگ می نامیم. هنگامی امواج تخت نور از سوراخ اول در شکل بالا می گذرد وج تشکیل موجی با جبهه ی موج کروی می شود وهر وقت این موج کروی از صفحا شامل دوسوراخ بگذرد روی پرده تصا ویری روشن وتاریک نمایان می شود که شکل زیر نمونه ای واقعی برای پدیده پراش هم برای تک سوراخ وهم برای دوسوراخ استی دانیم نقاط روشن از تداخل موجهای به وجود امده که اختلاف راه این دوموج مضرب زوجی از نصف طول موج نور فرودی است ونقاط تاریک بیانگر تداخل دوموج که اختلاف راه انها مضرب فردی از نصف طول موج فرودی است .اگر دو موجی که از دوشکاف می گذرند در نقطه ی P روی پرده که به فاصله S از صفحه شامل دوشکاف قرار دارد بهم برسند اگر اختلاف راه دوموج مضرب زوجی از نصف طول موج باشد تداخل در نقطه ی P سازنده ودر ان نفطه فریز روشن تشکیل می شود ولی اختلاف راه دو موچ مضرب فردی از نصف طول موج باشد انگاه تاخل ویرانگر این یعنی تشکیل نقاط سیاه در عمل چون فاصله ی دوشکاف تا پرده یعنی S بسیاربزرگتر از فاصله مابین دو شکاف a است
سوالی پیش میادش چرا یانگ نور را از یک شکاف دوتایی عبور داد؟ در جواب باید گفت که دو شکاف دو منبع نوری منسجم را فراهم می‌کنند که می‌توانند به طور سازنده یا مخرب تداخل کنند.
ازمایش با نور تک رنگ نتایج بهتری داره با نور تک رنگ (یعنی تک λ ) .وقتی نور از شکاف‌های باریک عبور می‌کند به شکل امواج نیم‌دایره پراکنده می‌شود. تداخل سازنده در شرایطی اتفاق می‌افتد که امواج قله با قله یا پایین‌ترین به پایین‌ترین نقطه نمودار با یکدیگر برخورد کنند. تداخل مخرب نیز در شرایطی اتفاق می‌افتد که تداخل قله با کمترین نقطه نمودار رخ دهد.نور باید روی صفحه‌ای افتاده و پخش شود تا بتوانیم این الگو را ببینیم. . توجه داشته باشیم که مناطق تداخل سازنده و تخریبی از شکافها با زاویه‌های کاملاً مشخص به پرتوی اصلی خارج می‌شوند. این زوایا به طول موج و فاصله شکاف‌ها بستگی دارد.
طبق رابطه بامواج از شکاف‌ها ممکن است به صورت هم فاز، مثلاً هر دو در پیک شروع به حرکت کنند اما اگر تفاوت دو مسیر نوری نصف طول موج باشد زمانی که دو موج به صفحه می‌رسند تداخل مخرب رخ می‌دهد، . اگر مسیرها یک طول موج کامل تفاوت داشته باشند، در این صورت امواج در فاز قله به قله به صفحه می‌رسند و تداخل سازنده خواهد بود.به طور کلی، اگر تفاوت مسیرهای طی شده توسط دو موج نصف طول موج یعنی (5/2λ، 3/2λ، 1/2λ و … باشد) تداخل مخرب رخ می‌دهد. به همین ترتیب اگر تفاوت مسیرهای طی شده توسط دو موج با توجه عدد صحیح از طول موج (λ، 2λ، 3λ و …) باشد، تداخل سازنده رخ می‌دهد.با استفاده از روابط هندسی می‌توان فاصله بین دو شکاف را به آسانی به دست آورد که برابر است با:Δl=dsinθd . تداخل سازنده برای شکاف دوتایی، اختلاف طول مسیر باید مضرب صحیحی از طول موج باشد. یعنی شرط تداخل سازنده این است که اختلاف طول مسیر دو پرتو برابر باشد با:dsinθ=mλکه m=0,1,−1,2,−2,…. تداخل مخرب برای شکاف دوتایی این است که اختلاف طول مسیر به صورت زیر باشد:dsinθ=(m+1/2)λدر اینجا m را مرتبه تداخل می‌نامیم. به عنوان مثال m=4 تداخل مرتبه چهارم است.
تداخل شکاف دوتایی نشان‌دهنده مجموعه‌ای از خطوط روشن و تاریک است. برای شکاف‌های عمودی نور به صورت افقی در دو سمت امتداد خط بین صفحه و شکاف‌ها پخش می‌شود . شدت روشنایی نوارهای روشن از هر دو سمت کاهش می‌یابد و در مرکز روشن‌ترین حالت رخ می‌دهد. هرچه شکاف‌ها به یکدیگر نزدیکتر باشند توزیع نوارهای روشن افزایش می‌یابد. این موضوع را می‌توان با استفاده از معادله dsinθ=mλ برای قادیر صحیح m، بررسی کرد. اگر m و λ ثابت باشند هرچه d کوچکتر باشد زاویه تتا بزرگتر است.تصویر

نمایه کاربر
XIV

عضویت : جمعه ۱۳۹۸/۹/۱۵ - ۲۱:۱۸


پست: 115

سپاس: 8

Re: یانگ و آزمایش دو شکاف

پست توسط XIV »

Paradoxy نوشته شده:
جمعه ۱۳۹۹/۷/۲۵ - ۰۰:۵۰
گرچه در کوانتوم با مفهوم همدوسی رو به رو میشیم، اما همدوسی اپتیک با تفاسیری که گفتم، مفهومی هستش که برای امواج تعریف میشه و نه فوتون ها.
فرض کنید یک جبهه موج دو بعدی بهم ریخته و آشوبناک دارید. طبیعتا اگر از این جبهه موج بخواید نقش تداخلی بگیرید، به نتیجه واضحی نمیرسید. میتونید بیاید به یک بخش خاص از این جبهه موج اجازه عبور بدید. اگر این کار رو بکنید، و به اندازه کافی شکافتون رو کوچک کنید، بالاخره به جایی میرسید که جبهه موج عبوری "خیلی آشوبناک" نیست و به شکل موضعی رفتار ثابت و پایداری داره. به این میگن همدوس کردن فضایی. این صفحه رو ببینید، مفصل با شکل توضیح داده. https://en.wikipedia.org/wiki/Coherence_(physics)
اگر ما نور را از تک شکاف گذر دهیم طرح ناشی از تفرق روی پردۀ آشکارساز نقش می بندد، اکنون اگر فوتون ها یا الکترون ها را تک تک بفرستیم آیا طرح ناشی از تفرق به تدریج ایجاد می شود؟ اگر آری، پس باید بگوییم هر فوتون یا الکترون حتی حین گذر از تک شکاف هم با خودش تداخل می کند؟ و برای تک شکاف هم موج احتمال داریم و باید از معادلۀ شرودینگر استفاده کنیم؟ اکنون اگر مانند یانگ در آزمایش دو شکاف، میان چشمۀ نور و دو شکاف، یک شکاف باریک قرار دهیم، با توجه به این که فوتون ها ابتدا یک بار با خودشان تداخل کرده اند، آیا با گذر از دو شکاف بار دیگر با خودشان تداخل می کنند؟ آیا طرح تداخل دو شکافی در اینجا با زمانی که تک شکاف میان چشمۀ نور و دو شکاف نبود تفاوتی خواهد داشت؟ اگر آری، این تفاوت چه خواهد بود؟

نمایه کاربر
رهام1380

نام: رهام حسامی

محل اقامت: تهران

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۹۹/۶/۲۰ - ۰۹:۴۸


پست: 103

سپاس: 15

جنسیت:

تماس:

Re: یانگ و آزمایش دو شکاف

پست توسط رهام1380 »

شکاف یانگ، یک الگوی تداخلی تنها زمانی رخ می دهد که یک موج با موجی که از شکاف دیگر گذشته، تداخل کند. اگر قادر بودیم امواج را (چه امواج الکترومغناطیسی و چه امواج مادی) تنها از طریق یک شکاف عبور دهیم، الگوی تداخلی ایجاد نمی شد. انجام آزمایش دو شکاف را با پروتونها انجام دهیم. تصور ما اینه که که اگر فقط یک پروتون را بفرستیم، تنها یک تابع موج وجود دارد و در نتیجه الگوی تداخلی پدید نخواهد آمد. اما چیزی که در واقعیت اتفاق می افتد خیلی عجیب تر از این حرف هاست: الگوی تداخلی حتی با وجود یک پروتون هم ایجاد می شود!!ن الکترون هادر تفنگ الکترونی، هر دو نتیجه ی یک اصل بنیادی مکانیک کوانتوم به نام برهم نهی هستند. طبق اصل برهم نهی کوانتومی، در صورتی که یک شی کوانتومی، مشاهده نشود، می تواند به طور همزمان در تمام حالت های ممکن قرار داشته باشد. بنابراین برهم نهی به معنای ترکیب تمام حالت هایی است که شی می تواند از نظر تئوری در آن ها قرار داشته باشد. یعنی ذره ای که مشاهده نمی شود، می تواند به طور همزمان چندین سرعت داشته باشد و در چندین مکان هم باشد!
این رفتار برای ما عجیب به نظر می رسد، اما اگر به تابع موج دقت کنیم، برهم نهی ملموس تر می شود. مثلاً به موقعیت یک شی توجه کنید. همانطور که قبلاً بیان شد، تابع موج، تمام ویژگی های یک شی را دل خود دارد؛ در نتیجه تابع موج، موقعیت شی را مشخص می کند، اما یک مشکل وجود دارد: موج در یک مکان مستقر نمی شود، بلکه در عوض تمایل به پخش شدن در فضا دارد و این ویژگی در مورد تابع موج ما هم صدق می کند. در نتیجه تا زمانیکه تابع موج یک شی، وجود دارد، موقعیت این شی را نمی توان به صورت دقیق تعیین کرد و تنها می توان گفت شی همان جایی است که تابع موجش قرار دارد (در چند ویژه حالت قرار دارد). برای تعیین دقیق موقعیت یک شی کوانتومی، باید تابع موج ناپدید شود که با مشاهده می توانیم به سادگی تابع موج را محو کنیم! بنابراین به هیچ وجه، نگاه خود را دست کم نگیرید!!رخ می دهد و موقعیت دقیق ذره، دقیقاً تعیین می شود.
زمانیکه یک شی کوانتومی، مشاهده می شود، به اصطلاح کلاپس یا فروریزش تابع موج رخ می دهد. فروریزش تابع موج یعنی کاهش تابع موج به یک ویژه حالت (یک مکان و یک سرعت). فروریزش تابع موج باعث می شود هیچگاه نمی توانیم یک شی را با چندین سرعت و چندین مکان مشاهده کنیم، زیرا با مشاهده، برهم نهی حالات از بین می رود. بنابراین یک نتیجه ی بسیار مهم و جنجالی حاصل می شود: عمل مشاهده، فقط ویژگی های یک شی کوانتومی را مشخص نمی کند، بلکه ماهیت آنها را هم تعیین می کند! این بدان معناست که ما آینده ی یک شی را صرفاً با مشاهده ی آن تعیین می کنیم (یعنی اندازه گیری ویژگی هایش)!!
حالا یک سوال پیش می آید: یک شی کوانتومی چگونه یک ویژه حالت را در زمان مشاهده انتخاب می کند؟ پاسخ را باید در احتمال جستجو کنیم. احتمال اینکه یک شی کوانتومی در یک ویژه حالت خاص قرار بگیرد، به وسیله ی تابع موجش مشخص می شود. بنابراین از تابع موج به عنوان موج احتمال هم یاد می شود. از هر تابع موجی، می توان یک عدد به نام بزرگی احتمال را بدست آورد. احتمال اینکه یک شی کوانتومی در یک ویژه حالت معین قرار بگیرد، با مربع یا مجذور بزرگی احتمال تعیین می شود. مثلاً اگر احتمال رخ دادن یک فرآیند معین، ۵۰ درصد باشد، بزرگی احتمال این فرآیند، برابر با ۲√/ ۱ خواهد بود.
کنید می خواهیم سرعت یک الکترون را تعیین کنیم که این الکترون در برهم نهی از دو ویژه حالت کوانتومی قرار دارد. در نخستین ویژه حالت، سرعت الکترون، ۱ و در دومین ویژه حالت، سرعت الکترون، ۲ است.
برهم-نهی-سرعت-های-کوانتومی- تابع موج و برهم نهی کوانتومی تابع موج میشه جمع سرعتها
تا زمانی که الکترون مشاهده نمی شود، هر دو سرعت را دارد. اما به محض مشاهده، تابع موج یک احتمال معین از یک ویژه حالت را به هر الکترون اختصاص می دهد. فرض می کنیم الکترون با احتمال ۷۵ درصد در ویژه حالت اول (سرعت ۱) و با احتمال ۲۵ درصد در ویژه حالت دوم (با سرعت ۲) قرار دارد. از نظر ریاضی می توان آن را با استفاده از بزرگی احتمال به صورت زیر نوشت: انگاه تابع موج میشه $^(v(3/4)^1/2+1/2u)$
بزرگی-تابع-احتمال-کوانتومی- تابع موج و برهم نهی کوانتومی
اگر سرعت را اندازه بگیریم، طبیعتاً فروریزش تابع موج رخ می دهد و الکترون تنها یک سرعت را بدست می آورد. فرض می کنیم که در نخستین اندازه گیری، الکترون دارای سرعت ۱ است. اگر اندازه گیری را چندین بار با الکترون های دیگر با تابع موج یکسان، تکرار کنیم، به طور تصادفی هر یک از دو سرعت ۱ یا سرعت ۲ بدست می آید. در ۷۵ درصد موارد، الکترون، سرعت ۱ و در ۲۵ درصد باقی مانده، سرعت ۲ را دارد. اما هیچگاه با اطمینان نمی توانیم بگوییم که الکترون در اندازه گیری بعدی، چه مقداری را بدست خواهد آورد.
هنگامیکه یک شی کوانتومی در برهم نهی چندین ویژه حالت قرار دارد، هر یک از این حالات دارای مقدار احتمال معینی هستند. جمع مقادیر احتمال تمام ویژه حالات این شی کوانتومی، مساوی با یک است. نشانه های ریاضی آن به شکل زیر هستند (c1,c2,c3 بزرگی های احتمال هستند)
گربه شرودینگر یادمان هست
گربه شرودینگر بلافاصله پس از نگاه کردن به گربه داخل جعبه، ناظر متوجه خواهد‌ شد که گربه زنده است یا مرده. در واقع ایده برهم‌نهی گربه‌ای که در هر دو حالت زنده و مرده وجود دارد، به دانشی تبدیل خواهد شد که گربه، یا زنده است یا مرده. آیا پس از نگاه کردن می‌توانیم وضعیت قبلی گربه را بدانیم؟
برهم‌نهی حالت‌ها اگرچه یکی از ویژگی‌های سیستم‌های کوانتومی است، ولی فقط مختص سیستم‌های کوانتومی نیست، مثلا نور و امواج الکترومغناطیسی نیز از این ویژگی برخوردارند. یک باریکه نور می‌تواند دارای قطبش خطی در راستای افقی یا عمودی و یا ترکیبی از هر دو راستا باشد. بنابراین باریکه نور کلاسیک از خود خاصیت برهم‌نهی نشان می‌دهد، اما آنچه که واقعا ویژگی منحصر بفرد و یکتای مکانیک کوانتومی است خصلت ناموضعی آن است. این خصلت ارتباط نزدیکی با درهم‌تنیدگی دارد و نشان می‌دهد که اندازه‌گیری یک ذره در یک نقطه می‌تواند خصلت‌های بالقوه‌ای که در یک ذره دوردست وجود دارد را به طور آنی تغییر دهد و آن‌ را به فعلیت درآورد بدون این که هیچ‌گونه ارتباط عِلی با آن ذره داشته باشد. شما می‌توانید اسپین یک ذره را در یک نقطه اندازه‌گیری کنید و بلافاصله به صورت آنی اسپین یک ذره دیگر در کیلومترها آن‌طرف‌تر که تا قبل از اندازه‌گیری می‌توانست هر مقدار دلخواهی را اختیار کند، حالت مشخص و معینی به خود می‌گیرد. اندازه گیری شما از میان تمام حالت های احتمالی که یک ذره در کیلومترها آن‌طرف‌تر می‌توانست اختیار کند یکی را به صورت قطعی انتخاب می‌کند، بدون اینکه نور یا هیچ علامت دیگری فرصت کرده باشد در بین این دو اندازه گیری، فاصله بین دو ذره را طی کرده‌ باشد.
اجازه دهید ما وضعیت ارائه شده در شکل 1 را تجزیه و تحلیل کنیم . لیزر پمپ از طریق دو کریستال غیرخطی ، دارای برچسب کریستال 1 و کریستال 2 عبور می کند. فوتون های دوقلو را می توان در هر یک از بلورها تولید کرد. فوتون های سیگنال و بیکار تولید شده در کریستال 1 به ترتیب به آشکارسازهای A و B هدایت می شوند ، بنابراین می توان همزمانی بین کانال های سیگنال و بیکار را اندازه گیری کرد. فرض کنید جفت های فوتونی منحط تولید شده در کریستال 2 نیز می توانند به همان آشکارسازها هدایت شوند. این شرط با کج شدن کریستال 2 نسبتاً به محور عمودی برآورده می شود.
وضعیتی که در بالا توضیح داده شد برای تداخل کوانتومی مناسب است. توجه داشته باشید که زمان انتشار جفت فوتون را نمی توان مشخص کرد ، زیرا این یک انتشار خود به خود است و طول انسجام لیزر پمپ بیشتر از فاصله بین بلورها است. در این حالت ، تعداد همزمانی تولید شده توسط جفت های فوتونی که در کریستال 1 منشا گرفته اند از کریستال 2 قابل تشخیص نیستند ، حاشیه های تداخل در نرخ شمارش تصادف را می توان مشاهده کرد ، تا زمانی که اختلاف فاز بین این دو احتمال متفاوت باشد. از آنجا که هر کریستال مانند یک منبع گسترده کار می کند ، هیچ تداخلی برای شدت های فردی مشاهده نمی شود.
این فرآیند تداخل را می توان با استفاده از رویکرد کوانتومی مونومد به شکل ساده توصیف کرد. توضیح ویژگیهای اصلی الگوهای همزمانی ، از جمله طول موج موثر ، کافی است. با این حال ، برای در نظر گرفتن درجه انسجام و پیامدهای آن در دید حاشیه ها ، یک تئوری چند حالته لازم است. در این کار ، ما خود را به مورد ساده تر محدود می کنیم.
فرض کنید نور ستاره ای که چند صد سال نوری فاصله داره به ما میرسد سال پیش، اتم هیدروژن را ترک کرد، فوتون نبود، بلکه یک موج احتمال بود. این موج، بیانگر مکان احتمالی فوتون نبود، بلکه بیانگر این احتمال بود که در صورت مشاهده شدن فوتون، این اتفاق در چه مکانی روی خواهد داد. موج با سرعت نور به بیرون حرکت کرد، اما نه به سوی زمین، بلکه به شکل کُره‌ای که با سرعت نور بزرگ و بزرگ‌تر می‌شد. سیارات، ستارگان و سایر اجرامِ نزدیک به آن، بر مکان احتمالی مشاهده‌ی شدن فوتون تأثیر گذاشتند، اما هنوز این امکان وجود داشت که فوتون در هر جایی از کره‌ی در حال انبساط، ظاهر شود. موج/کره، به قطر چند سال نوری سال بزرگ شد، تا این که قطری برابر بزرگتر سال نوری پیدا کرد. جبهه‌ی موج از اتمسفر زمین گذشت. درست در این لحظه، شما چشمتان را بر روی اپسیلون جبار متمرکز کردید و جبهه‌ی موج با سلول‌های شبکیه‌ی چشم شما درگیر شد. سپس، جایی میان شبکیه‌ی چشم شما که با موج درگیر شده و مغزتان که ستاره را دیده، این واقعه رخ داد.
بلافاصله، موج احتمال به قطرچند سال نوری از میان رفت و فوتون در برخورد با شبکیه‌ی چشم شما، ظهور کرد. اگر شما در لحظه‌ی مناسب به آسمان نگاه نکرده بودید، شاید فوتون، چند ثانیه‌ی دیگر، در سوی دیگر اپسیلون جبار، توسط ناظر بیگانه‌ای در یک سیاره‌ی دیگر با فاصله‌ی هزاران سال نوری، از هم می‌پاشید. اما مشاهده شدن فوتون توسط شما در کره ی زمین، برای همیشه این احتمال را از میان برد.فوتون به صورت موج احتمال حرکت می‌کند. فوتون ممکن است هرجایی در مسیر حرکت موج، ظاهر شود. هر چند، احتمال ظهور آن، در بعضی مکان‌ها بیشتر است.دقیقا همان ی شرودینگر، یک گربه درون جعبه‌ای مهر و موم شده قرار می‌گیرد. در درون این جعبه، یک دستگاه «نابودگر» شامل یک ماده‌ی رادیواکتیو، یک شمارشگر گایگر مولر و یک ظرف شیشه‌ای قرار دارد. ماده‌ی رادیواکتیو به اندازه‌ای است که در عرض یک ساعت به احتمال 50 درصد تجزیه شده، ذره‌ای آزاد می‌کند که باعث به کار افتادن شمارشگر می‌شود. شمارشگر نیز به گونه‌ای تعبیه شده که در صورت شناسایی ذره، چکشی را رها می‌سازد و موجب متلاشی شدن ظرف شیشه‌ایِ پر از گاز کشنده‌ی هیدروژن سیانید می‌شود.
بعد از گذشت یک ساعت، احتمال این که جعبه را باز کنید و گربه را زنده یا مرده بیاید، پنجاه/ پنجاه است. اما گربه پیش از باز کردن جعبه، در چه وضعیتی است؟ از آنجایی که نابودی اتم، رویدادی کوانتومی است، با توجه به تفسیر کپنهاگ، می‌توان گفت تا زمانی که اتم (به عنوان تابع موج احتمال)، مشاهده نشده، در حالت برهم نهی قرار دارد- یعنی همزمان در دو وضعیت است. به این معنی که دستگاه نابودگر و گربه نیز در حالت برهم نهی هستند، گربه هم زنده است و هم مرده.
میتونید ازمایش شهریار افشار بخونید نور در یک زمان هم خاصیت ذره ای و موجی میدهتصویر

نمایه کاربر
XIV

عضویت : جمعه ۱۳۹۸/۹/۱۵ - ۲۱:۱۸


پست: 115

سپاس: 8

Re: یانگ و آزمایش دو شکاف

پست توسط XIV »

سلام جناب رهام! در کتاب فیزیک دانشگاهی دربارۀ پراش از یک شکاف منفرد آمده: "اپتیک هندسی تنها یک نوار روشن پیش بینی می کند که با اندازه شکاف یکسان است (اما) آنچه واقعا رخ می دهد یک نقش پراش است که مجموعه ای از فریزهای تداخل است." با توجه به مطلب فوق من پرسش بالا را مطرح کردم. آیا از دوستان کسی پاسخ آن را می داند؟

نمایه کاربر
رهام1380

نام: رهام حسامی

محل اقامت: تهران

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۹۹/۶/۲۰ - ۰۹:۴۸


پست: 103

سپاس: 15

جنسیت:

تماس:

Re: یانگ و آزمایش دو شکاف

پست توسط رهام1380 »

فرض کنید یک مانع کدر حاوی روزنه کوچک که اموج تخت حاصل از یک چشمه نقطه‌ای شکل خیلی دور (S) ، آن را روشن کرده است. در این حالت صفحه مشاهده پرده‌ای موازی با مانع است. در این شرایط یک تصویر از روزنه بر روی پرده می‌افتد، که علی‌رغم وجود برخی فریزهای جزئی در اطراف محیط آن ، به روشنی قابل تشخیص است. بتدریج که صفحه مشاهده از مانع دور می‌شود، تصویر روزنه گر چه هنوز به راحتی قابل تشخیص است، هرچه شکل مشخص‌تری به خود می‌گیرد، و این در حالی است که فریزها نمایانتر می‌شوند. این پدیده مشاهده شده پراش فرنل یا میدان- نزدیک نامیده می‌شود.
در پراش فرنل فاصله سورس تا صفحه دو شکاف کم است ( تاثیر در الگوی تداخلی می گذارد )در این حالت جبهه موج کروی چون تا صفحه دو شکاف فاصله کمتری می پیماید فرصت پیدا نمی کند تا به صورت موج تخت در آید و تقریباً همان حالت کروی بودن موج حفظ می شود با پیشروی موج کروی این موج به موج تخت نزدیک می شود و جبهه های موج آن موازی می شوند
پراش فرانهوفر
فرض كنيد كه يك مانع كدر حاوي يك روزنه كوچك داريم كه امواج تخت حاصل از يك چشمه نقطه‌اي شكل خيلي دور (S) ، آن را روشن كرده است. صفحه مشاهده ، پرده‌اي است موازات با مانع كدر ، دورتر بودن صفحه مشاهده به آرامي باعث تغيير پيوسته در فريزها مي‌شود. در فاصله خيلي دور از مانع نقش تصوير شده بطور قابل ملاحظه‌اي پخش خواهد شد. بطوري كه به روزنه واقعي بي‌شباهت است و يا شباهت اندكي با آن خواهد داشت. از آنجا به بعد حركت دادن پرده تنها اندازه نقش پراش را تغيير مي‌دهد ولي شكل آن را بدون تغيير مي‌گذارد. اين پراش را فرانهوفر يا پراش ميدان- دور مي‌گويند.تصویر
پراش فرنهوفر تك شكاف
در اين نمونه شكاف مستطيل شكل كه پهناي كوچك و طول چند سانتي متردارد، در مقابل منبع نور قرار مي‌گيرد. پرتوهاي نور بعد از عبور از شكاف بر روي پرده تشكيل تصوير مي‌دهند، كه قسمت مركزي در مقايسه با كناره‌ها شدت بيشتري دارد. نقش‌هاي پراش در اطراف اين ناحيه بوضوح ديده مي‌شود و ضمن اينكه شدت نور با دور شدن از ناحيه مركزي كاهش ي‌يابد، نوارهاي تاريك در بين نوارهاي روشن قابل روئيت است.

تصور کنید که یک صفحه مات دارید بگذارید بگوییم A ، یک شکاف کوچک به اندازه "a" دارد ، a توسط یک منبع دور S روشن می شود ، بنابراین امواج رسیدن به یک امواج مسطح خواهند بود. اجازه دهید سطح مشاهده B خود را موازی و نزدیک A نگه داریم.
اکنون ، تحت این شرایط ، تصویر دیافراگم بدست آمده روی صفحه با کمی حاشیه جزئی در حاشیه به وضوح قابل تشخیص است و هنگامی که B دور می شود ، تصویر بیشتر و بیشتر برجسته می شود. به این نوع پراش نزدیک میدان یا پراش Fresnel گفته می شود.
با دور شدن بیشتر B از A ، یک تغییر مداوم در الگوی حاشیه رخ می دهد و با فاصله زیادی از A ، الگوی پیش بینی شده به طور قابل توجهی گسترش می یابد و شباهت کمی با دیافراگم واقعی ندارد یا هیچ شباهتی ندارد. از این پس با حرکت B فقط اندازه حاشیه ها تغییر می کند و نه شکل آن. این اصطلاحاً far far یا پراش Fraunhofer نامیده می شود.
تحقق عملی شرایط Fraunhofer را می توان با استفاده از ترتیب زیر بدست آورد ، با استفاده از دو عدسی همگرا به طور موثری امواج ورودی و خروجی را به عنوان امواج صفحه ای ایجاد می کند. تا زمانی که هر دو موج ورودی و خروجی مساوی در میزان دیافراگم های پراشنده باشند ، پراش Fraunhofer غالب است قانون THUMB: پراش Fraunhofer در دیافراگم با بیشترین عرض a رخ می دهد ، به طوری که
R> a2 / λدر اینجا ، R کوچکتر از دو فاصله از منبع به دیافراگم و دیافراگم به صفحه نمایش است. 'a' اندازه روزنه و λ طول موج موج ورودی است.تصویر

OE_57_1_015105_f003.png
در آزمایش های تک شکافی که زمینه نزدیک را بررسی می کنند ، یک حداقل در مرکز الگوی پراش وجود دارد . معیارهای فرنل برای چنین حداقل هایی فرض می کنند که ادغام بیش از چهار منطقه فرنل است. که برای به دست آوردن چنین الگویی ، مقدار انتقال حرکت باید به موقعیت درون شکاف و همچنین مقادیر ویژه حرکت خاص شکاف بستگی داشته باشد. . این دوباره این ایده را که تابش ناشی از تداخل در یک نقطه تشخیص است نشان می دهد که می تواند حاصل جمع اصطلاحات پراکندگی چندگانه تعریف شده در یک شبکه پراکندگی باشد.
فرنل دو ابزار مفهومی مفید برای توصیف جمع بندی و تداخل موجکهای هویگنس در اختیار ما قرار داد. یکی شماره فرنل است که با پراکندگی مرتبط است
. دومین ابزار مرتبط ، تجزیه و تحلیل مناطق نیمه دوره فرنل است. مناطق نیمه دوره ، فاصله ابعادی را در جسم پراکندگی یا دیافراگم تعریف می کنند که مربوط به اختلاف فاز نیمه دوره در موجک های پراکنده است که به یک نقطه تشخیص خاص می رسند. بینشی نسبت به پراش لبه ما با مراجعه به این ابزارها بدست می آید.
الف) فوتون ها به عنوان ذراتی با مسیرهای خاص و حرکت کوانتیزه رفتار می کنند. (ب) فوتون ها در مجاورت یک روزنه یا شبکه با انتقال حرکت با آن شبکه پراکنده می شوند. ج) احتمال انتقال حرکت توسط دو عامل تعریف می شود: (1) حالتهای تبادل حرکت مرتبط با شبکه و (2) فاصله انتقال حرکت.

/تصویر

، بالاترین احتمال برای پراکندگی وجود دارد و محتمل ترین شش انحراف نشان داده شده است. که چگونه یک حداقل شدت در مرکز پروفیل برای این فاصله صفحه مشاهده می کنیم ، همانطور که توسط فرنل پیش بینی شده و به طور تجربی مستند شده است (به هریس و همکاران مراجعه کنید. در میدان دور ، Fraunhofer محدود می کند که مشخصات شدت را می توان با معادله توصیف کرد. ، قله در مرکز مشخصات مربوط ب
همانطور که می بینید شدت U (x، z) به عرض شکاف W و همچنین فاصله از شکاف z و طول موج λ بستگی دارد.تصویر

اکنون که شروع به افزایش عرض شکاف می کنیم ، عرض حداکثر و حداقل (δx) شروع به افزایش می کند و اگر عرض شکاف W >> λ که این Δx بسیار بزرگ خواهد بود ، شاهد یک حداکثر مرکزی مداوم خواهیم بود.

در زیر یک تصویر نشان دهنده الگوی مختلف برای عرض شکاف مختلتصویر
تصویر

ارسال پست