physics facts✨️ Telegram-Beiträge

یکی از یافته‌های مکانیک کوانتوم این است که ذرات بنیادی، مثل الکترون و پروتون و نوترون و غیره، جای مشخصی ندارند. در آنِ واحد می‌توانند در چندین جا باشند! علاوه بر این، هر کدام از این ذرات را که در نظر بگیری، انگار همع نمونه‌هایشان عین هم هستند. مثلاً این که، این الکترون با آن الکترون فرقی ندارد؛ جز این که مدارهایشان فرق می‌کند. یکی در مداری است که به هسته نزدیک‌تر است، آن یکی در مداری بالاتر. یا یکی از آنها در یکی از مدارهای فلان اتم می‌چرخد، آن یکی در یکی از مدارهای یک اتم دیگر. به این خاطر است که جا و انرژی آنها می‌تواند با هم فرق کند. وگرنه از لحاظ جرم و بار الکتریکی هیچ فرقی با هم ندارند. جا و انرژی عارضی هستند، اما جرم و بار الکتریکی ذاتی هستند. شاید این سخنرانی فاینمن در آکادمی نوبل برایتان آشنا باشد، ایشان گفت یک روز که من در پرینستون بودم، پروفسور ویلر به من تلفن کرد. ضمن صحبت گفت «فاینمن، من می دانم چرا همه الکترون‌ها بار و جرم یکسان دارند!» بعد در توضیحش گفت: «برای این که همه آنها یک الکترون هستند!» یعنی یک الکترون است که در آنِ واحد دارد در همه جای دنیای می‌چرخد...

…I received a telephone call one day at the graduate college at Princeton from Professor Wheeler, in which he said, “Feynman, I know why all electrons have the same charge and the same mass” “Why?” “Because, they are all the same electron!”

Channel: @physic_fact
Bot: @physics_sedighi_bot

Electrons in pulses of light
Popular information.

ما هرگز به زندگی عادی برنمی‌گردیم. همانطور که بعد از دی ۹۶ برنگشتیم، و آبان ۹۸. بعضی چیزها هیچوقت مثل قبل نمی‌شود. مثل ما که هر روز به آینه نگاه می‌کنیم و شرمنده می‌شویم از زنده بودن. مثل تمام شب‌ها و روزهایی که با گریه و ناامیدی خوابیدیم و فکر کردیم همه چیز تمام شده اما رسیدیم به روزهای بی‌بازگشتی که امیدوارتر از هر وقت دیگری هستیم برای پیروزی.
هر بار که اسم خیابان می‌آمد، یادمان می‌افتاد که فلان روز جمع شده بودیم کنار هم و داشتیم برای گرانی بنزین شعار می‌دادیم که اشک‌آور زدند و گلوله زدند و پشت سرش بچه‌ها یکی‌یکی افتادند روی زمین و بعد از آن هر وقت از آنجا می‌گذشتیم، هنوز جای خون‌های خشک شده روی زمین مانده بود.
برف آمد، باران آمد، طوفان شد، هواپیما را زدند، رودخانه‌ها خشکید، متروپل ریخت، تحریم شدیم، تحقیر شدیم، کشته دادیم، اما یادمان نرفت توی سرمای دی چه گذشت یا آبان ۹۸ چقدر خونین بود. هر وقت خواستیم بخندیم، یادمان افتاد به هزار و پانصد تصویری که دیگر نیستند. به متروپل، به پرواز اوکراینی، به نویدی که با هزار امید می‌گفت سلام به ملت شریف ایران، به مهسا، به نیکا، به محسن، به مجید، به محمد و مهدی، به بازمانده‌ها که کسی نمی‌دانست بعد از مرگ عزیزشان، چقدر پنهانی گریه کردند.
حالا مسئله این است که خون با هیچ چیز پاک نمی‌شود. و هیچ چیز به حالت عادی برنمی‌گردد و همه‌ی ما می‌دانیم که این مسیر اگر چه سخت و طولانی‌ست، اما کسی که پایان آن شکست می‌خورد ما نیستیم و نور، بر تاریکی پیروز است.

اصول مهم مکانیک کوانتوم ۴

اندازه گیری - چهارمین یا آخرین اصل از چهار اصل مهم مکانیک کوانتوم اندازه گیری است. اندازه گیری در مکانیک کوانتوم فوق العاده مهم است و کاملاً فرق دارد با آن اندازه گیری‌هایی که در دنیای ماکروسکوپیک یا دنیای قابل مشاهده هست. اندازه‌گیری در دنیای قابل مشاهده، وقتی ما داریم از اندازه‌گیری در دنیای قابل مشاهده صحبت می‌کنیم، مفهوم اندازه گیری کاملاً برایمان مشخص است. مثلاً وقتی می‌خواهیم قد کسی را اندازه بگیریم، یک متر نواری بر می‌داریم، و طول خطی را که قدِ آن شخص هنگامِ راست ایستادنِ او ایجاد می‌کند، و از فرقِ سر تا کفِ پایش کشیده می‌شود، اندازه می‌گیریم. یا وقتی می‌خواهیم سرعت موتورسیکلتی را اندازه بگیریم، مثلاً یک فاصله پنجاه متری را بین دو نقطه در خیابان انتخاب می‌کنیم. آنگاه یک کرونومتر بر می‌داریم و وقتی آن موتور سیکلت از فاصله دوری آمد و به نقطه اول رسید کرونومتر را روشن می‌کنیم. وقتی هم به نقطه دوم رسید کرونومتر را خاموش می‌کنیم. آن وقت نگاه می‌کنیم ببینیم موتورسیکلت آن پنجاه متر را در چند ثانیه طی کرد. آنوقت مدت زمان مسافت طی شده را تقسیم بر مسافت می‌کنیم. این دو نمونه از اندازه‌گیری‌هایی است که در دنیای قابل مشاهده یا همان فیزیک نیوتنی صورت می‌گیرد و سه تا مشخصه دارد که چون طولانی‌ است فعلا با آنها کار نداریم.
اما فیزیکدان‌ها الان صد سال است می‌دانند که اندازه‌ گیری‌هایی که در دنیای کوانتوم انجام می‌دهند اصلاً شبیه به دنیای قابل مشاهده یا همان دنیای نیوتونی نیست! این طور که معلوم است اندازه‌گیری‌هایی که روی الکترون یا فوتون یا هر ذره اتمی دیگر انجام می‌شود تغییر قابل توجهی در آنها می‌دهد. حتی معلوم نیست آن مشخصاتی که در این اندازه‌گیری‌ها برای این ذره‌ها مشخص می‌شود، آنها پیش از اندازه‌گیری هم وجود داشته باشند! همه آزمایش‌هایی که تا حالا صورت گرفته است حکایت از این می‌کند که آن مشخصاتی که در آزمایش‌ها و اندازه گیری‌ها از این ذرات دیده می‌شود، آنها را خود همین اندازه‌گیری‌ها برای آنها ایجاد می‌کند. پیش از این هم گفته‌ام که در آزمایش دو شکاف، هر گاه آزمایش را طوری طراحی کنی که الکترون یا فوتون به شکل ذره ظاهر شوند، آنها به شکل ذره ظاهر می‌شوند، و هر گاه آزمایش را طوری طراحی کنی که آنها به شکل موج ظاهر شوند، آنها به شکل موج ظاهر می‌شوند. این حتی معنای عجیبی هم در خود دارد. این که اراده یا خواستِ آزمایش کننده است که آن ماهیت‌ها را برای این ذره‌ها تعیین می‌کند!
وقتی می‌خواهد آنها ذره باشند، آنها ذره می‌شوند. وقتی می‌خواهد آنها موج باشند، آنها موج می‌شوند. فیزیکدانان اکنون آزمایش‌های بسیار دقیق و پیشرفته‌ای برای تحقیق بیشتر درباره این مسئله طراحی کرده‌اند. اکنون این آزمایش‌ها را با نور پُلاریزه انجام می‌دهند. باید بگویم که آزمایش این مسئله با نور پُلاریزه طوری است که تقریباً جای هیچ شکی را در این مورد نمی‌گذارد! یعنی در مورد این که خواست انسان می‌تواند در این که ذرات اتمی چه ماهیتی داشته باشند کاملاً دخیل باشد! این مسئله در تئوری کوانتوم و بحث‌های فلسفی‌ آن خیلی مهم است.

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

اصول مهم مکانیک کوانتوم ۳

احتمالات - سومین اصل کوانتوم اصل احتمالات است. تابع موج هر چیزی احتمال هر کدام از حالت‌های مجاز آن را تعیین می‌کند. حالا دیگر می‌دانیم که معادله شرودینگر این کار را برای ما انجام می‌دهد. بعضی مختصات مربوط به مثلاً الکترون یا فوتون را در آن معادله می‌گذاریم و آنگاه احتمال هر کدام از حالت‌های مجازش برای ما معلوم می‌شود. برای این که این را با یک مثال از دنیای قابل مشاهده هم بیان کنم تا ملموس‌تر باشد، مثالی را که چَد اُرزِل آورده است نقل می‌کنم. اگر می‌خواهیم بدانیم سگمان کجا می‌تواند باشد، یعنی پوزیشن یا مکان آن را در یک لحظه خاص بدانیم، معادله شرودینگر این را به ما خواهد گفت. مثلاً خواهد گفت احتمالش خیلی زیاد است که در سالن پذیرایی باشد، احتمال خیلی کمی هم هست که در یکی از اتاق خواب‌هایی باشد که درش بسته بوده است، و احتمال بسیار بسیار ناچیز یا همان صفر درصد دارد که در یکی از ماه‌هایی باشد که دور مشتری می‌چرخند. اگر به انرژی آن سگ علاقه داریم و می‌خواهیم انرژی‌اش را تعیین کنیم، باز تابع موجش این را به ما خواهد گفت. مثلاً خواهد گفت احتمال بسیار بالایی دارد که سگتان الان در حال خواب باشد، احتمال هم دارد که در حال ورجه وورجه و پارس کردن باشد، و احتمال فوق العاده ناچیز یا همان صفر درصد دارد که آرام نشسته باشد و مشغول حل کردن یک مسئله ریاضی باشد.
اما این تابع موج یک چیز را هیچ گاه نخواهد گفت. برای این که چنین چیزی در دنیای اتم اصلاً وجود ندارد تا تابع موج آن را بگوید. منظورم همان قطعیتی است که در اتفاقات فیزیک نیوتونی بود اما معلوم شد دنیای اتم یا کوانتوم کاملاً با آن بیگانه است. در دنیای کوانتوم قطعیتی وجود ندارد. هر چیزی را که در نظر بگیریم، مطلقاً نمی‌شود با قطعیت گفت الان در کدام یک از حالت‌های مجاز خود است. این را فقط با درصدی از احتمال می‌شود گفت. احتمال هم حتی اگر نزدیک به صد درصد باشد، باز قطعیت ندارد. بارها دیده‌ایم احتمال این که یک چیزی اتفاق بیفتد بسیار بالا و نزدیک صد درصد بوده، اما اتفاق نیفتاده است. برعکس، گاهی احتمال این که یک چیزی اتفاق بیفتد فوق العاده کم بوده، اما اتفاق افتاده است. احتمال یعنی ندانستن. وقتی یک چیزی را با قطعیت نمی‌توانی بگویی، یعنی آن را نمی‌دانی..

Channel: @quantum_by_sedighi
Bot: @physics_sedighi_bot

در ادامه شایان ذکر است که، نسبیت عام به ما آموخت فضا هم مانند میدان‌ الکترومغناطیسی دینامیک است: ما در فضایی غوطه‌وریم که مانند یک نرم‌تن عظیم، متحرک و کشسان است و می‌تواند انحنا پیدا کند. مکانیک کوانتومی به ما می‌آموزد هر میدانی از این دست از کوانتا ساخته شده است؛ یعنی ساختار ذره‌ای دارد. از آنجایی که فضای فیزیکی یک میدان است می‌توان نتیجه گرفت که از کوانتا ساخته شده است. همین ساختار ذره‌ای که دیگر میدان‌های کوانتومی را تشکیل می‌دهد، میدان گرانشی کوانتومی و در نتیجه فضا را نیز به‌وجود می‌آورد.
پیش‌بینی می‌کنیم که فضا ساختار ذره‌ای داشته باشد. انتظار داریم کوانتای گرانش داشته باشیم، همان‌طور که کوانتای نور و کوانتای میدان الکترومغناطیسی داریم، همان‌طور که ذره‌ها کوانتای میدان‌های کوانتومی‌اند. اما فضا یک میدان گرانشی است و کوانتای میدان گرانشی کوانتای فضاست: و در نتیجه سازه‌های ذره‌ای فضا.

Channel: @physic_fact
Bot: @physics_sedighi_bot

نظریه تقسیم‌پذیری و محدودیت فضا
.
«برای مطالعه میدان‌های گرانشی اینجا کلیک کنید»
.
میدان‌های گرانشی در نقطه‌ای از فضا، با در نظر گرفتن کوانتا، به خوبی تعریف نمی‌شوند! این جمله یعنی چه؟
.
به‌طور شهودی می‌توان فهمید ماجرا چیست. فرض کنید می‌خواهیم ناحیه‌ای بسیار کوچک از فضا را مشاهده کنیم. برای این کار باید چیزی در این ناحیه قرار دهیم تا نقطه مورد نظرمان را علامت‌گذاری کرده باشیم. فرض کنید ذره‌ای را اینجا می‌گذاریم. هایزنبرگ فهمیده بود نمی‌توان برای مدت طولانی ذره‌ای را در نقطه‌ای از فضا مکان‌یابی کرد. ذره خیلی زود می‌گریزد. هرچه ناحیه‌ای که می‌خواهیم ذره را در آن بیابیم کوچک‌تر باشد، ذره با سرعت بیشتری می‌گریزد.«این اصل عدم قطعیت هایزنبرگ است».
اگر ذره با سرعت زیادی بگریزد، پس انرژی زیادی دارد. حالا بیایید نظریه انیشتین را وارد کار کنیم. انرژی باعث خمیدگی فضا خواهد شد. انرژی زیاد یعنی فضا بسیار خمیده خواهد شد. انرژی بسیار در ناحیه‌ای کوچک به معنای آن است که فضا آن‌قدر خمیده خواهد شد که، مانند ستاره‌ای در حال فروپاشی، به یک سیاهچاله بدل می‌شود. اما اگر ذره به سیاهچاله بدل شود دیگر نمی‌توانیم آن را ببینیم. دیگر نمی‌توان از آن به عنوان نقطه مرجعی برای ناحیه‌ای از فضا استفاده کرد. نمی‌توان ناحیه‌های کوچکی از فضا را به طور تصادفی اندازه گرفت، چون اگر چنین کنیم این ناحیه‌ها درون یک سیاهچاله ناپدید می‌شوند‌.
با کمی ریاضیات می‌توان این استدلال را دقیق‌تر مطرح کرد‌ نتیجه آن کلی است:
هم مکانیک کوانتومی و هم نسبیت عام به طور ضمنی اشاره می‌کنند که تقسیم‌پذیری فضا محدودیت دارد. کمتر از مقیاسی مشخص نمی‌توان به‌چیزی دست یافت. به‌بیان‌دقیق‌تر، هیچ‌چیز آنجا وجود ندارد.

Channel: @physic_fact
Bot: @physics_sedighi_bot