☢Nuclear physics☢

خبری از گربه شرودینگر دانشمندان اتریشی در آکادمی علوم اتریش آزمایشی انجام داده اند که نتیجه بسیار عجیبی داشته است. این آزمایش آن چیزی را نشان داده است که گربه شرودینگر می گوید. درهم تنیدگی، یک پدیده کوانتومی است که گاهی بین ذرات کوانتومی اتفاق می افتد. مثلا گاهی دوتا فوتون، یعنی دوتا ذره نور در هم تنیدگی پیدا می کنند. معنایش این است که اینها در عین حال که دو تا ذره یا دوتا فوتون هستند، انگار یک روح در دو قالب می شوند. به طوری که هر اتفاقی برای یکی از آنها بیفتد، عین همان اتفاق برای دیگری هم می افتد! حتی اگر اینها به اندازه میلیاردها سال نوری از هم فاصله پیدا کرده باشند! یکی از عجایب دنیای کوانتوم که حرص اینشتین را درآورد همین درهم تنیدگی بود. اینشیتین ثابت کرده بود سرعت نور، آخرین حد سرعت در دنیاست. یعنی هیچ چیزی در دنیا نیست که بتواند با سرعتی بالاتر از سرعت نور به حرکت درآید. اما پدیده درهم تنیدگی انگار ساز دیگری می زد. دوتا ذره اتمی، که درهم تنیدگی پیدا کرده اند، میلیاردها سال نوری از همدیگر دور هستند، آن وقت اتفاقی که برای یکی از آنها می افتد، در همان لحظه برای دیگری هم می افتد! این یعنی این که این دوتا ذره با سرعتی بسیار بالاتر از سرعت نور تحت تاثیر یکدیگر عمل می کنند! باری، بر می گردیم به خبری که فیزیکدانان اتریشی از گربه شرودینگر داده اند. اینها آمده اند یک تصویر استنسیل از یک گربه تهیه کرده اند. سپس دو دسته فوتون درهم تنیده انتخاب کرده اند. یک دسته از اینها نور زرد یا فوتون های نور زرد بوده اند، دسته دیگر نور قرمز یا فوتون های نور قرمز. از همدیگر هم کاملا جدا و دور بوده اند. آن وقت فیزیکدانان آمده اند آن فوتونهای زرد را تابانده‌اند به تصویر گربه. بعد در همان لحظه، آن فوتون های قرمز را هم در یک جای دیگر با دوربین نگاه کرده اند. دیده اند فوتون های قرمز هم، که اصلا گربه ای در برابرشان نبوده است، تصویر آن گربه استنسیل را ایجاد کرد! منبع: https://www.newscientist.com/article/dn26111-schrodingers-cat-caught-on-quantum-film/ ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢ https://t.me/Nuclear_ph_ysics

در سال 1926 ، اروین شرودینگر تابع موج(ویوفانکشن) را اختراع کرد تا به بسیاری از سوالات و ابهامات پیرامون موج و حالت(استیت) هایِ مجاز کوانتوم، پاسخ داده باشد و بسیاری از مسائل را توجیه کند از زمانی که ازمایشات کوانتوم نشان دادند ذره و موج، دو روی یک سکه اند، داستان شروع شد. ازمایش معروف دو شکاف را بخاطر بیاورید. از منبعی ذرات را میتابانیم و در مسیر ذره، مانعی با دو شکاف قرار میدهیم گویی ذره همزمان از هردو شکاف رد شده است! به این رفتار شگفت، رفتار موجی میگوییم بیایید موج را کمی بهتر بشناسیم شایعه ای که از تهران آغاز شده و سریعا خبرش به اردبیل در فاصله چند صد کیلومتر آن طرف تر میرسد، بی آنکه حتی یک نفر از افرادی که شایعه را پراکنده اند، حرکتی میان این دو شهر داشته باشند. حالا فرض کنید نامه ای محرمانه از تهران به اردبیل ارسال شده است. یک فرد خاص، نامه را در تهران تحویل گرفته و در اردبیل تحویل میدهد. در اینجا دو نوع رفتار را میتوان تفکیک کرد: خبری که بین افراد بسیاری منتشر شده و خبری که توسط یک فرد خاص در مکان و سرعت خاص، منتقل شده است در مثال اول که شایعه پراکنده شده است، رفتار موجی؛ و در مثال دوم که از نامه ای محرمانه برای تفهیم استفاده کرده ام، رفتار ذره ای را میتوان شناخت و درک کرد. درواقع، موج تعیین میکند که یک ذره در چه مکان هایی میتواند حضور داشته باشد، و این یعنی مجموعه ای از احتمالات. احتمالات، موج را تشکیل میدهد. و این حالت های احتمالی برای حضور یک ذره، تنها یک حالت برای حضور ذره در موقعیتی خاص هستند. فکر کنم حتی اگر کسی موج را نمیشناخت، هم اکنون کاملا میداند تفاوت رفتار موجی و ذره ای چیست. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

پاسخ چالش فوق: اگر همه پنج شکاف باز باشد، الکترون در آنِ واحد از همه آنها خواهد گذشت! به شرطی که شکاف ها خیلی نزدیک هم باشند و آن قدر از هم فاصله نداشته باشند که طول موج الکترون نتواند همه آنها را پوشش دهد. تصویری که روی صفحه حساس می افتد، همان خواهد بود که در آزمایش دو شکاف دیده ایم. خط های روشن و تاریکی که کنار هم می افتند. منتهی این بار این خط ها اندکی باریک تر می شوند. علاوه بر این، آنهایی که روشن بودند، روشن تر، و آنهایی که سیاه بودند، سیاه تر می شوند. این را هم که چرا باریک تر می شوند و های لایت می شوند، بعدا توضیح می دهم. وقتی توضیح می دهم که یک کم درباره موج ها بیشتر بدانیم. عباس پژمان ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

امشب، با طرح یک چالش در حوزه کوانتوم و با توجه به مطالبی که طی دو هفته اخیر در کانال شِیر شد، فصل اول آشنایی با کوانتوم مکانیک را به پایان میرسانیم. پاسخ هایتان را در پیوی برای من بفرستید: @Farmani888 و اما چالش ما: اگر آزمایش دو شکاف، به جای دو شکاف با چند شکاف انجام شود، فکر می کنید چه اتفاقی می افتد؟ منظور این است که به جای آن دو تا شکافی که در صفحه مات ایجاد می شود چند تا شکاف ایجاد شود. مثلا فرض می کنیم پنج تا شکاف، که در کنار هم و به موازات هم قرار گرفته اند. آن وقت یک بار همه شکاف ها را می بندیم و فقط یک شکاف باز می ماند. بار دیگر هم همه شکاف ها باز می مانند. و هر بار آزمایش را به همان ترتیب انجام می دهیم که در آزمایش دو شکاف انجام دادیم. بدیهی است که در این آزمایش هم وقتی فقط یک شکاف باز است، نتیجه همان خواهد شد که در آزمایش دو شکاف بود. یعنی هنگامی که فقط یکی از شکاف ها باز بود، و الکترون یا فوتون به شکل ذره از آن شکاف عبور می کرد. حالا در قسمت دوم چه اتفاقی خواهد افتاد؟ یعنی وقتی که همه پنج تا شکاف باز باشند الکترون یا فوتون وقتی به سمت آن شکاف ها شلیک شود به چه صورت از آنها عبور خواهد کرد؟ و سوال اصلی این است که آزمایش پنج شکاف، چه تفاوتی با آزمایش دو شکاف خواهد داشت؟ ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

سَگکِ یک کمربند را بر لبه ی یک میز زیر یک کتاب سنگین بگذارید تا محکم بماند، و چرمش، که از لبه ی میز آویزان می شود، رویه اش به سمت بالا قرار بگیرد. آنگاه سر کمربند را بگیرید و 360 درجه بچرخانید. خواهید دید رویه اش می رود زیر و پشتش به سمت بالا قرار می گیرد. یعنی به حالت اولش بر نمی گردد. آنگاه یک 360 درجه ی دیگر هم بچرخانیدش. یعنی جمعا 720 درجه چرخیده شود. حالا نه فقط رویه اش دوباره مثل لحظه ای که هنوز اصلا نچرخیده بود به سمت بالا قرار می گیرد؛ بلکه اگر سر آن را از سمت چپ خم کرده به سوی سگگش ببرید، به طوری که انگار دور کمرتان است و می خواهید آن را داخل سگکش کنید و ببندید، می بینید آن پیچ هایی هم که خورده بود ناگهان ناپدید می شوند! الکترون و دیگر فرمیون ها هم، که اسپین ½ دارند، چیزی مثل این کمربند هستند! یک دور کامل، یا 360 درجه، که دور خود بچرخند، به حال اول خود بر نمی گردند، فقط اسپینشان منفی می شود. باید 720 درجه، یعنی دو دور کامل، دور خود بچرخند تا به حالت اول برگردند. آزمایش کمربند را به صورت های دیگر هم می شود انجام داد. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

اسپین بخش سوم: در یادداشت قبل این را هم دیدیم که وقتی اسپین را با آهنربا اندازه می گیریم، آهنربا به هر صورت قرار داده شود، یعنی جهتِ میدانِ آن روی هر محوری در دستگاه مختصات x و y و z باشد، جهت اسپین هم یا همسو با جهت آن خواهد بود، یا در جهتِ عکسِ آن. این هم این معنی را در خود دارد: الکترون پیش از آن که اسپینش را روی محور خاصی اندازه بگیریم، روی همه محورها دارد می چرخد! دیگر این که سرعت اسپین هم همیشه ثابت است! پس می توان گفت: همه الکترون های دنیا، با یک سرعت دارند دور خود می چرخند! و همه شان در آن واحد روی بینهایت محور، هم در جهت عقربه های ساعت و هم در جهت عکس عقربه های ساعت دارند می چرخند. و بالاخره یک خاصیت عجیب دیگر، که مخصوص فرمیون هاست، یعنی مخصوص ذراتی که اسپین ½ دارند. یک لحظه یک فرفره را در ذهن خود مجسم کنید. این فرفره اگر 360 درجه دور خودش بچرخد، به حالت اولش بر می گردد. یعنی به حالتی که درست در لحظه ی شروع چرخش داشت. اما الکترون، و همه ی فرمیون های دیگر، 360 که دور خود بچرخند، به حالت قبلی خود بر نمی گردند. اینها باید دو دور، یعنی 720 درجه، دور خود بچرخند تا به حالت قبل برگردند! 360 درجه که بچرخند، فقط اسپین‌شان منفی می شود، باید یک 360 درجه دیگر هم بچرخند تا دوباره به حالت اول برگردند. اما خوشبختانه این خاصیتشان در دنیای قابل مشاهده یا ماکرو هم مشابه دارد. مثلا چرخش کمربند به دور خود هم یک چنین پدیده ای ایجاد می کند، که در یادداشت بعد خواهیم دید. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

اسپین بخش دوم: اسپین یکی از رازهای عجیب دنیای اتم است. هم مومنتوم چرخشی زاویه ای است، و هم خاصیت مغناطیسی دارد. مومنتومِ چرخشیِ زاویه ای وقتی ایجاد می شود که ذره ای دور خودش بچرخد، اما ذرات دنیای اتم واقعا چنین چرخشی ندارند. خاصیت مغناطیسی هم معمولا وقتی ایجاد می شود، یا باید ایجاد شود، که ذره ای که دور خودش می چرخد بار الکتریکی داشته باشد. اما هر چند بعضی از ذرات دنیای اتم بار الکتریکی دارند، مثلا الکترون بار منفی یا پروتون بار مثبت دارد؛ اما نوترون بار الکتریکی ندارد؛ در حالی که نوترون هم در اطرافش میدان مغاطیسی دارد! از این که بگذریم، این اسپین حالت کونتومی دارد. گفتیم اسپین مومنتومِ چرخشی زاویه ای است. مومنتوم هم از حاصل ضرب جرم در سرعت به دست می آید، و واحد آن بر حسب کیلوگرم_متر بر ثانیه بیان می شود. بنابراین واحد اسپین هم بر حسب همین واحد بیان می شود. اما چیزی که هست اسپین هر مقداری نمی تواند باشد. فقط مقادیر مشخصی می تواند باشد و این مقادیر یا مضربی از نصف ثابتِ پلانکِ کاهش یافته هستند؛ یا مضربی از خودِ ثابت پلانک کاهش یافته. ثابت پلانک کاهش یافته را با علامت ħ، که هاش بار یا اچ بار خوانده می شود، نشان می دهند. و مقدار آن برابر است با ثابت پلانک تقسیم بر 2 برابر عدد پی. خودِ ثابت پلانک برابر است با شش ممیز ششصد و بیست و شش ضربدر ده به توان منفی سی و چهار: h = 6.626 × 10 -³⁴ بنابراین مقدار ثابت پلانک کاهش یافته می شود: ħ = h/ 2π = 6.626 × 10 -³⁴ / 2π الکترون بسته به این که در چه مداری باشد، مقدار اسپینش فرق می کند؛ اما هر اسپینی که داشته باشد آن اسپین فقط مضربی از ħ ½ می تواند باشد. به صورت های زیر: ½ ħ (=1 x ½ ħ),1 ħ (=2 x ½ ħ), 3/2 ħ (=3 x ½ ħ), 2 ħ (=4 x ½ ħ), 5/2 ħ (=5 x ½ ħ)… اما اسپین بعضی ذرات دیگر، که مقدارش بستگی به این دارد که ذره در هسته ی چه اتمی باشد، همیشه مضربی از خود ħ است: 1 ħ (=1 x ħ),2 ħ (= 2 x ħ), 3 ħ (=3 x ħ),… ذرات دسته ی اول را که اسپین هایشان مضاربی از ħ ½ است فرمیون، و ذرات دسته ی دوم را که اسپین هایشان مضاربی از ħ است بوزون می گویند. باری، اسپین را چون میدان مغناطیسی است با یک میدان مغناطیسی دیگر یعنی با آهنربا اندازه می گیرند. اما اندازه گیری اسپین یک خاصیت مهم و بسیار عجیب دیگری از آن را هم مشخص کرد. در اندازه گیری اسپین مهم نیست جهت آهنربا به چه صورت باشد. آهنربا به هر صورت قرار داده شود، جهت اسپین هم یا همسو با جهت میدانِ آن خواهد بود، یا در جهتِ عکسِ آن. اگر در جهت آن باشد، اسپین را اسپین بالا می گویند، اگر در جهت عکس آن باشد، اسپین پایین می گویند. اما تا آزمایش نشود، نمی شود با قطعیت گفت جهتش در جهت میدانِ آهنربا خواهد بود، یا در جهتِ عکسِ آن خواهد بود! این هم یکی دیگر از سوپرپوزیشن های کوانتومی است. معنایش این است که اسپین هر ذره ای، پیش از آن که آزمایش شود، به صورت برهم نهشی از اسپین بالا و اسپین پایین است. یعنی هر ذره ای پیش از آن که اسپینش مشاهده شود، هم به صورت اسپین بالاست، هم به صورت اسپین پایین! اما برای این که تصور یا درک ملموس تری از معنی این داشته باشیم، بیایید اسپین را در دنیای ماکروسکوپیک یا قابل مشاهده در نظر بگیریم. در دنیای ماکروسکوپیک وقتی مثلا توپی در جهت عقربه های ساعت دور خودش می چرخد، و جهت اسپینش به سمت بالاست، اگر آن چرخش را در جهت عکس عقربه های ساعت انجام دهد، جهت اسپینش به سمت پایین خواهد بود. بنابراین، وقتی می گوییم هر ذره ای پیش از آن که اسپینش مشاهده شود، هم به صورت اسپین بالاست، هم به صورت اسپین پایین، معنایش چیزی مثل این است: هر ذره ای پیش از آن که اسپینش مشاهده شود، مثل این است که در آنِ واحد هم در جهتِ عقربه های ساعت می چرخد، هم در جهتِ عکسِ عقربه های ساعت! ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

اسپین بخش اول: برای این که تصوری از اسپین داشته باشیم، اول باید بدانیم مومنتوم یا تکانه چیست. برای این که مفهوم اسپین یک چیزی مثل مفهوم مومنتوم است. مومنتوم یعنی جرم ضرب در بُردار سرعت. بردار سرعت را در انگلیسی velocity می گویند. خود سرعت را speed می گویند. فرق بردار سرعت و خود سرعت این است که در خود سرعت فقط اندازه حرکت یک جسم در یک ثانیه بیان می شود، اما در بردار سرعت، علاوه بر اندازه آن، جهت سرعت هم مشخص می شود. بنابراین، مومنتوم مفهومی ریاضی است، و با بُرداری نشان داده می شود که طول آن اندازه سرعت را نشان می دهد، و جهت آن هم که در دستگاه مختصات سه بُعدی مشخص می شود، جهت سرعت را مشخص می کند. جسم اگر بدون تغییر جهت، روی یک خط راست حرکت کند، مومنتوم آن را مومنتوم خطی می گویند. اما اگر دور محوری بچرخد، مومنتوم آن را مومنتوم زاویه ای می گویند. در هر دوی این حالت ها، هر چقدر سرعت بیشتر باشد، مومنتوم هم بیشتر می شود. از آنجا که مومنتوم از حاصل ضرب جرم در سرعت به دست می آید، واحد آن بر حسب کیلوگرم_متر بر ثانیه بیان می شود. حالا مثلا زمین را در نظر می گیریم. می دانیم که زمین دو نوع چرخش دارد: یکی از آنها چرخشی است که به دور خورشید انجام می دهد. دیگری هم چرخشی که دور خودش، یا دور یک محور فرضی که از مرکز آن گذشته و یک سرش در قطب شمال و سر دیگرش در قطب جنوب است، انجام می شود. هر کدام اینها یک مومنتوم برای خودشان دارند. اولی که روی مدار صورت می گیرد اسمش است مومنتوم زاویه ایِ مداری و دومی مومنتوم زاویه ایِ چرخشی. اما حقیقت این است که الکترون نه دور هسته اتم چرخشی مثل چرخش زمین به دور خورشید دارد، نه دور خودش می چرخد. با این حال هم مومنتوم زاویه ای مداری دارد، هم مومنتوم زاویه ای چرخشی! مومنتوم اولی را مومنتوم چرخشی ذاتی برای اتم می دانند، و مومنتوم دومی را مومنتوم چرخشی ذاتی برای خود الکترون. مومنتوم زاویه ای الکترون این قدر شبیه چرخش ذرات به دور خود است که حتی میدان مغناطیسی کوچکی هم برایش ایجاد می کند. هر ذره ای که بار الکتریکی داشته باشد و دور محوری بچرخد، با این چرخش یک میدان مغناطیسی هم برای خود ایجاد می کند. دانشمندان خواستند ببینند آیا چنین چیزی برای اتم و ذرات زیراتمی هم اتفاق می افتد؟ با کمال تعجب دیدند، بله. اولین بار دو فیزیکدان آلمانی به نام های اشترن و گرلاخ این آزمایش را انجام دادند. آنها از اتم های نقره برای این آزمایش استفاده کردند. اشترن و گرلاخ یک چیز حیرت آوری هم در مورد این مومنتوم زاویه ای کشف کردند. دیدند مومنتوم زاویه ای هم حالت کوانتومی دارد. این هم مثل انرژی است. انرژی حالت پیوستاری ندارد بلکه در بسته های مجزا از هم منتقل یا مصرف می شود که همه آنها هم یک اندازه هستند. مومنتوم زاویه ای هم همین طور است. گفتیم مومنتوم برحسب کیلوگرم متر بر ثانیه حساب می شود. اگر مومنتوم الکترون را اندازه بگیریم، مقدار آن هر عددی نمی تواند باشد. مقدار این هم عدد ثابتی است. تنها تغییری که اسپین می تواند بکند این است که جهت آن می تواند برعکس شود. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

#تبادلات #دانش ▪شهاب سنگ شناسی @shahabsango ▪تحول درون @Tahawol_daroon1234 ▪تازه ترین مستند های علمی + حیات وحش @Documentary20 ▪کوانتوم مکانیک @higgs_field ▪نجوم معتبر @monajeme ▪️کتابخانه معبد نـــور @mabadbook ▪️خداشناسی @khodshnasi ▪کانال عاشقان فضا و زمان @YGCCHH ▪کانال تخصصی فیزیک هسته ای @Nuclear_ph_ysics ▪هوافضا وفیزیک @nojom22 ▪ساینس ژورنال @higgs_journals هماهنگی جهت ورود به تبادلات لیستی دانش : @zanganeh_anna

یک الکترون! یکی از یافته های مکانیک کوانتوم این است که ذرات بنیادی، مثل الکترون؛ و ذرات دیگری همچون پروتون و نوترون و... ، جای مشخصی ندارند. در آنِ واحد می توانند در چندین جا باشند! علاوه بر این، هر کدام از این ذرات را که در نظر بگیری، انگار همه نمونه هایش عین هم هستند. مثلا این که این الکترون با آن الکترون فرقی ندارد، جز این که مدارهایشان فرق می کند. یکی در مداری است که به هسته نزدیک تر است، آن یکی در مداری بالاتر. یا یکی از آنها در یکی از مدارهای فلان اتم می چرخد، آن یکی در یکی از مدهارهای یک اتم دیگر. به این خاطر است که جا و انرژی آنها می تواند 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. ریچارد فاینمن در سخنرانی اش در آکادمی نوبل گفت یک روز که 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 جهان می چرخد... … 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!” ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

در هم تنیدگی کوانتومی بخش پنجم: تشبیه، که به معنای این است که چیزی را به چیز دیگری شباهت بدهید؛ یکی از راه های شناساندن پدیده های نا آشنا به دیگران است. توضیح یا شناساندن پدیده نا آشنا از راه تشبیه معمولا به این صورت است که سعی می شود یک پدیده یا هر چیز آشنایی پیدا کنی، که آن پدیده نا آشنا شباهتی با این داشته باشد. فیزیکدان ها وقتی متوجه اسپین در ذرات بنیادی شدند و بعد خواستند آن را توضیح دهند یا بگویند چیست، از تشبیه استفاده کردند. فی الواقع اسپین خیلی شبیه آن چیزی بود که همه فیزیکدان ها با آن به خوبی آشنا بودند: جهت میدان مغناطیسی. اسپین را در یادداشت قبلی توضیح دادم چیست. اگر در این شکل دقت کنید، به خوبی می توانید آن را مجسم کنید. در این شکل فرض بر آن است که یک ذره باردار، یعنی یک جسم کوچکی که دارای بار الکتریکی هم هست، دارد دور خودش می چرخد. چرخش این ذره با آن پیکان های خمیده قرمز رنگ نشان داده شده است. وقتی ذره باردار در حال حرکت باشد، حالا چه روی یک خط راست در حال حرکت باشد چه به دور خودش بچرخد، در مسیر خودش جریان برق ایجاد می کند. بنابراین، آن پیکان های قرمز رنگ می تواند مسیر جریان برقی را هم که این ذره ایجاد می کند نشان دهد. گذشته از این، وقتی ذره باردار در حال حرکت است، علاوه بر جریان برق، یک میدان مغناطیسی هم در گرداگردِ آن جریان برق، یا در گرداگردِ مسیر خودش، ایجاد می کند. این میدان طوری است که به دور آن جریان برق می چرخد، و همیشه آن جریان برق و این میدان مغناطیسی عمود بر یکدیگر هستند. در این شکل، حرکت میدان مغناطیسی هم با پیکان های سبز نشان داده شده است. نکته مهمی که اینجا هست این است که با هر تغییری که در جهت حرکت ذره باردار ایجاد شود، مسیر جریان برق هم تغییر می کند، و با هر تغییری که در مسیر جریان برق ایجاد شود، جهت حرکت میدان مغناطیسی هم تغییر می کند. در یادداشت قبلی هم گفتم. اسپینی که فیزیکدانها در ذرات بنیادی دیده اند، چیزی مثل تغییر جهت میدان مغناطیسی در ذره بارداری است که به دور خودش می چرخد. اما عجیب این است که بعضی ذرات بنیادی که بار الکتریکی دارند، اصلا جرم ندارند که بتوانند دور خودشان بچرخند! مثل الکترون. و بعضی ها هم که اصلا بار الکتریکی ندارند! مثل نوترون. با این حال، همه ذرات بنیادی، چه الکترون، چه نوترون، چه پروتون، چه فوتون و بقیه آنها، همه شان اسپین دارند! یعنی مثل این است که به دور خودشان می چرخند، در حالی که نمی چرخند! ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

در این شکل، پیکان های قرمز رنگ مسیر جریان برقی را نشان می دهند که از گردش یک ذره باردار به دور خودش ایجاد می شود، و پیکان های سبز میدان مغناطیسی را که به دور جریان برق ایجاد می شود. هر جریان برقی یک میدان مغناطیسی به دور خودش ایجاد می کند، که دور آن می چرخد، و جهت این چرخش همیشه عمود بر جهت حرکت جریان برق است. بنابراین، با هر تغییری که در جهتِ حرکتِ جریان برق ایجاد شود، جهتِ چرخش میدان مغناطیسی هم تغییر می کند. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

در هم تنیدگی کوانتومی بخش چهارم: دانشمندان اکنون می توانند پدیده درهم تنیدگی را وقتی دوتا الکترون یا فوتون بیش از هزاران کیلومتر از هم فاصله دارند به آسانی در بین آنها ببینند، یا نشان دهند. آنها برای انجام این آزمایش از یکی از خواص ذاتی ذرات اتمی به نام اسپین (spin) استفاده می کنند. اسپین یعنی چرخش. مثل چرخیدن فرفره به دور خود. اما حقیقت این است که اسپینی که در ذرات اتمی هست چرخش به معنای واقعیِ آن نیست. برای همین است که در فارسی آن را ترجمه نمی کنند. اسپین را خود فیزیکدان ها با ریاضیات توضیح می دهند و درباره اش حرف می زنند. این هم از آن پدیده هایی است که اگر بخواهید با کلمات توصیفش کنید، و بخواهید تصویر یا تصوری از آن را در ذهنتان ایجاد کنید، به جایی نمی رسید. اما این که چرا اسمش را گذاشته اند اسپین، به خاطر این است که خیلی شبیه اسپین یا چرخش است. مثل این است که یک ذره باردار، یعنی ذره ای که دارای بار الکتریکی است، دارد دور خودش می چرخد. برای این که تصوری از دورِ خود چرخیدنِ یک جسم را داشته باشیم، مثلا می توانیم زمین را در نظر بگیریم. زمین همچنان که روی مدارش به دور خورشید می چرخد، دور خودش هم می چرخد. اما مسئله این است که در مورد الکترون اصلا چرخش به دورِ خودی در کار نیست! الکترون ها به دور خودشان نمی چرخند. اگر قرار بود الکترون ها به دور خودشان بچرخند، می بایست جرمی داشته باشند. اما جرم آنها تقریبا صفر است. منتهی خاصیتی از خودشان نشان می دهند که انگار دارند دور خودشان می چرخند، و عجیب تر از اینها نوترون ها هستند. اینها اصلا نه بار الکتریکی دارند نه به دور خودشان می چرخند. اما آن خاصیت اسپین را دارند! برای همین است که اسپین را یکی از خواصِ ذاتیِ ذرات اتمی یا ذرات بنیادی می دانند. اما اگر ذرات باردار قابل مشاهده، یعنی ذراتی که علاوه بر بار الکتریکی، جرم هم دارند، به دور خودشان بچرخند چه اتفاقی می افتد؟ اول باید بدانیم که وقتی ذره ای، یا هر جسم دیگری، دور خودش بچرخد، این چرخش به دور یک محور فرضی اتفاق می افتد. یعنی مثل این است که دارد دور یک خط می چرخد. بعد هم چون بار الکتریکی دارد، یک میدان الکتریکی در اطراف خودش ایجاد می کند. و علاوه بر این میدان الکتریکی، یک میدان مغناطیسی هم ایجاد می کند. آن وقت از ترکیب این دوتا میدان، یک میدانی به وجود می آید که اسمش میدان الکترو مغناطیسی است. میدانی که در اطراف آن ذره ایجاد می شود و هر جا آن ذره برود، این میدان را هم در اطراف خودش با خود می برد. اما ذره چون می چرخد، در هر لحظه جهت سرعتش تغییر می کند. و با تغییر جهت ذره، جهت سرعت میدان الکترو مغناطیسی هم تغییر می کند. آن اسپین که در دنیای اتم، یا در ذرات بنیادی هست، یک چیزی مثل جهتِ سرعتی است که در میدان الکتریکی هست، و دائم در حال تغییر است. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

باری، پذیرفتن این مسئله برای ایشتین چندان راحت نبود. ظاهرا تا آخر عمرش هم نتوانست با آن کنار بیاید. فی الواقع، نه توانست آن را نپذیرد، و نه توانست مثل نیلز بوهر و هایزنبرگ و فاینمن و... ، آن را بپذیرد. این بود که وقتی متوجه شد فرمول های کوانتوم یک چیز عجیب تری می گویند، یعنی همان پدیده درهم تنیدگی که بین بعضی ذرات اتفاق می افتد، دست به کار شد تا بلکه با توضیح عمیق این پدیده بگوید تئوری کوانتوم در ذات خودش نقص دارد! هنوز احتمالا چیزهایی هست که ما نمی دانیم. وگرنه چطور ممکن است اتفاقی که برای یک ذره اتمی اتفاق می افتد، بدون هیچ فوت وقتی یک ذره دیگر را که حتی وقتی میلیون ها سال نوری با آن فاصله دارد متاثر کند؟! همان چیزی که اسمش را هم گذاشت اتفاق ترسناک در جای دور، یا تاثیر ترسناک از فاصله دور. مخصوصا که این درهم تنیدگی یکی از قوانین ثابت شده عالم را هم در ظاهر نقض می کرد. خود اینشتین ثابت کرده بود بالاترین سرعتی که در دنیا می تواند وجود داشته باشد سرعت نور است. همان C یا 300 هزار کیلومتر بر ثانیه. حالا چطور می شود که اتفاقی که برای یک ذره می افتد با سرعتی حتی بیشتر از میلیون‌ها و میلیاردها برابر سرعت نور به یک ذره دیگر منتقل شود و آن را تحت تاثیر قرار دهد؟! اما همچنان که گفتم، گذشت زمان نشان داد درهم تنیدگی واقعیت دارد. اینیشتین آن مقاله EPR را، که درباره همین درهم تنیدگی بود، و به کمک پودولسکی و روزِن آن را نوشته بود، در سال 1935 منتشر کرد. از 1972 ، دانشمندان کم کم شروع کردند درهم تنیدگی را در آزمایش ها و به صورت تجربی هم نشان دادن. اولین بار که توانستند پدیده درهم تنیدگی را بین دوتا فوتون نشان دهند، آن دوتا فوتون 4 متر از هم فاصله داشتند. الان گویا این فاصله را به چند هزار کیلومتر رسانده اند. بعدا این را کمی عمیق تر و بیشتر توضیح می دهیم. اما حتی پیش از آن که آزمایش ها نشان دهند درهم تنیدگی واقعیت دارد، چند نفر از فیزیکدان ها با همان فرمول های ریاضی هم توانستند نشان دهند که در پدیده درهم تنیدگی اطلاعاتی بین ذره ها رد و بدل نمی شود تا نسبیت خاص را رد کند که می گفت بالاترین سرعتی که در دنیا می تواند وجود داشته باشد، سرعت نور است. مسئله از این قرار بود که وقتی دوتا ذره با هم در هم تنیده شده و بعد از هم جدا می شوند، انگار یک چیزی از هر کدام آنها در دیگر باقی می ماند. این هم باز یک معنای عجیبی در خود داشت که در فیزیک کوانتوم به non locality مشهور شد. non locality را در فارسی به "نا جای گزیدگی" ترجمه کرده اند. نا جای گزیدگی یعنی چه؟ ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

در هم تنیدگی کوانتومی بخش سوم: اینشتین با آن که خودش از بنیانگذاران مکانیک کوانتوم یا تئوری کوانتوم بود، سخت با آن مشکل داشت! نمی توانست با این مسئله کنار بیاید که آن چیزی که بر ذاتِ دنیا حکومت می کند احتمالات است! هیچ یک از کارهای هیچ ذره اتمی را نمی شود با قطعیت پیش بینی کرد. اصلا نمی شود گفت فلان ذره ای که رویش آزمایش می شود خود را با چه خواصی در آن آزمایش نشان خواهد داد. مثلا می خواهی ببینی فلان الکترون در فلان لحظه خاص در کدام نقطه از مدار خود خواهد بود. هیچ گاه نمی توانی این را با قطعیت بگویی. فقط می توانی حساب کنی و بگویی مثلا 30 درصد احتمال دارد در آن لحظه خاص در نقطه A باشد، 20 درصد احتمال دارد در نقطه B باشد، 50 درصد احتمال دارد در نقطه C باشد. در حالی که چنین چیزی را در مورد مثلا کره ماه یا هر ستاره ای خیلی راحت می شود حساب کرد و با قطعیت گفت مثلا کره ماه صد سال دیگر در نیم ثانیه بعد از نیمه شب در کدام نقطه از مدارش خواهد بود. چنین چیزی را در مورد هر ستاره و سیاره یا اصلا هر جسم متحرک دیگر هم می توان گفت. شاید بعضی ها بگویند به خاطر سخت بودن اندازه گیری در دنیای اتم است که نمی شود هیچ چیزی را با قطعیت پیش بینی کرد. نه! مسئله این نیست. ربطی به سخت بودن آزمایش در دنیای اتم ندارد. ذات آن جهان این طور است! هم فرمول های کوانتوم چنین چیزی را می گوید، هم همه آزمایش ها، که بسیار هم دقیق است، این را نشان می دهد. کسانی که کمی عمیق تر با دنیای کوانتوم آشنا باشند شکی در این مورد نخواهند داشت. باری، این مسئله احتمالات که بر دنیای کوانتوم حاکم است، معنای عجیبی هم دارد که پذیرفتنش برای اینشتین و بعضی از فیزیکدان های دیگر چندان آسان نبود. معنایی که واقعا ذهن را به هم می ریزد. اگر اتم و ذرات آن واقعا قبل از آزمایش های ما ماهیت یا واقعیت مشخصی داشته باشند، دلیلی ندارد نشود مثلا سرعت یا مکان آنها را حساب کرد و گفت مثلا فلان الکترون در فلان لحظه در چه نقطه ای از مدار خودش خواهد بود، یا در آن لحظه چه سرعتی خواهد داشت. وقتی نمی شود گفت در فلان لحظه در چه مکانی خواهد بود و چه سرعتی خواهد داشت، این یعنی این که قبل از آزمایش هیچ ماهیت مشخصی ندارد! پس نه از آن ذراتی است که در دنیای قابل مشاهده مان وجود دارند، نه از آن موج هایی که در دنیای قابل مشاهده مان می بینیم. چون ذرات یا امواجی که در دنیای قابل مشاهده مان می بینیم، هر دو طوری هستند که در هر لحظه ای که در نظر بگیریم، هم سرعت مشخصی دارند، هم مکان مشخصی. یعنی این که ماهیتی برای خودشان دارند. برای همین است که سرعت و مکان آنها را برای هر لحظه آینده هم می شود حساب کرد. اما این در مورد هیچ کدام از ذرات اتمی صدق نمی کند. هر ذره اتمی را که آزمایش کنیم، تا وقتی که آزمایش را انجام نداده ایم، نمی توانیم با قطعیت بگوییم جواب آزمایش به چه صورت خواهد بود و آن ذره در آن آزمایش چه سرعتی خواهد داشت یا در کدام نقطه از مسیر یا مدار خودش ظاهر خواهد شد. این یعنی این که ذرات اتمی، پیش از آن که ما آنها را آزمایش کنیم، و در آن آزمایش ماهیتی برای آنها مشخص شود، هیچ ماهیتی ندارند! آزمایش های ماست که آنها را دارای ماهیت می کند! اگر قرار بود دنیای مشاهده مان هم مثل دنیای کوانتوم باشد، آنگاه مثلا کره ماه هم پیش از آن که ما نگاهش کنیم، نمی توانست کره ماه باشد! ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

تصویری از دو فوتون در هم تنیده را که دانشمندان طی چند سال اخیر موفق شدند طرحی واقعی از آن را ارائه دهند، مشاهده میکنید. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

در هم تنیدگی کوانتومی بخش دوم: عنوان: اتفاق ترسناک در جای دور! ایده درهم تنیدگی از کجا پیدا شد؟ یا به عبارت دیگر، در هم تنیدگی به چه صورت کشف شد؟ تا کنون بارها اشاره کرده ایم که زبان اصلی فیزیک، ریاضیات است. همه مفاهیم فیزیکی در کتاب های اصلی فیزیک به زبان ریاضی نوشته می شود. تدریس آن هم به زبان ریاضی صورت می گیرد. همه آن چیزهایی که علم فیزیک کشف می کند، در نهایت به صورت فرمول های ریاضی در می آید. مجموعه این فرمول ها و نحوه اثبات آنها را می گویند فرمالیسم. باری، بعضی از این جور فرمول ها که در دهه های اول قرن بیستم به دست آمده بود، نشان می داد در دنیای کوانتوم یا در دنیای ذرات بنیادی چیز عجیبی هست، که اسمش را گذاشتند درهم تنیدگی. این چیزِ عجیب از این قرار بود که گاهی دو یا چند ذره اتمی، رابطه خاص و عجیبی با همدیگر پیدا می‌ کنند و این برای همیشه بین آنها باقی می ماند. به طوری که حتی اگر آنها میلیون ها سال نوری از هم دور شوند، این رابطه همچنان برقرار می ماند. خود این رابطه هم به این صورت است که گویی آنها یکی می شوند! به طوری که هر اتفاقی برای یکی از آنها بیافتد، این اتفاق در همان لحظه، و بدون هیچ فوت وقت، در آن یکی یا آن یکی ها هم تاثیر می گذارد! در نظر بگیرید، مثلا دوتا فوتون با هم درهم تنیدگی پیدا کرده اند. آن وقت یکی از آنها رفته این ورِ دنیا، آن یکی رفته آن ورِ دنیا. بعد یکی از اینها در یک لحظه خاص مثلا جهت حرکتش تغییر می کند. آن فرمول ها نشان می دادند که آن یکی فوتون هم، درست در همان لحظه، جهت حرکتش تغییر می کند. می دانیم که در فیزیک، هر چیزی که از طریق تفکر کشف می شود، یا از طریق فرمول های ریاضی به وجود آن پی می برند، باید آزمایش ها هم آن را تایید کنند. وگرنه نمی شود آن را به عنوان واقعیت فیزیکی قبول کرد. درهم تنیدگی هم چیزی نبود که به آسانی بشود آن را مورد آزمایش قرار داد. این بود که اول مورد شک واقع شد. مخصوصا اینشتین سعی کرد این را وسیله ای قرار دهد تا ثابت کند تئوری کوانتوم یک چیزی کم دارد. آخر چطور می شود اتفاقی که برای یکی از دو ذره درهم تنیده می افتد، باسرعتی که حتی از میلیاردها برابر سرعت نور هم بیشتر است، به آن یکی هم منتقل شود! مگر در دنیا سرعتی بالاتر از سرعت نور هم هست؟! او با کمک دو فیزیکدان دیگر، به نام های بوریس پودولسکی Boris Podolsky و Nathan Rosen ناتان روزن، که از اساتید پرینستون و همکار او در آن دانشگاه بودند، روی این مسئله خیلی کار کردند. و یک آزمایش فکری در قالب یک پاردوکس به وجود آوردند که چیزی مثل همان گربه شرودینگر است و به پاردوکس ای-پی-آر EPR معروف است. EPR: Einstein Podolsky Rosen اینشتین، اسم درهم تنیدگی را هم گذاشت: spooky action at a distanc که می شود آن را مثلا به این صورت ترجمه کرد: اتفاق ترسناک در جای دور. باری، پاردوکس ای-پی-آر هم مثل گربه شرودینگر، بحث های پرشور و زیادی پیش آورد. اما اینشتین اشتباه می کرد. او در این مشاجره فکری شکست قطعی خورد! گذشت زمان نشان داد درهم تنیدگی واقعیت دارد. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

تصویر مرتبط به نوشتار فوق👆 این عکس در کتاب شون کرول به نام یک چیزِ عمیقا پنهان چاپ شده است. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

در هم تنیدگی کوانتومی بخش اول: تا کنون با عجایبِ چندی از دنیای کوانتوم آشنا شده ایم. به راستی اگر درباره هر کدام این‌ها خوب فکر کنیم، حیرت خواهیم کرد. این که الکترون یا فوتون، در هر لحظه نه در یک جا، بلکه در چند جا باشند، یا در آنِ واحد، هم به صورت ذره باشند هم موج، در هر لحظه با چندین سرعت متفاوت در حال حرکت باشند، درک شهودی را از کار می اندازد! البته می دانیم که فقط الکترون و فوتون نیستند که این رفتارهای عجیب را دارند، همه ذرات اتمی این طور هستند. حتی ملکول ها هم این طور هستند. یعنی همان چیزهایی که هرچه در دنیا می بینیم از آنها ساخته شده است. چنین است ماهیت دنیایی که می بینیم! و این اکنون یک واقعیت مسلم علمی است. اما عجیب تر از همه این ها پدیده ای است به نام درهم تنیدگی، که در زبان انگلیسی آن را entanglement می گویند. هر گاه دو ذره اتمی با هم تداخلی کنند و بعد از هم جدا شوند، انگار چیزی از آنها برای همیشه در همدیگر باقی می ماند. به طوری که هر اتفاقی برای یکی از آنها بیفتد، این اتفاق در دیگری هم تاثیر خواهد گذاشت. و فرقی نمی کند این دوتا بعدا چقدر از هم دور بشوند، حتی اگر میلیون ها سال نوری از هم دور بشوندباز هم هر اتفاقی که برای یکی از آنها می افتد، در دیگری هم تاثیر خواهد گذاشت. فرض می کنیم در یک آزمایش، دو تا الکترون را روی یک خط مستقیم، اما در جهت عکس هم، به طرف یگدیگر رها می کنیم. اینجا اول باید معنی یک اصطلاح را خوب بدانیم: مومنتوم (momentum) . مومنتوم یعنی جرم یک جسم یا یک ذره ضربدر سرعت آن در یک جهت مشخص، یا روی یک خط مشخص. حالا در نظر بگیریم که دوتا الکترون که هم جرمشان مساوی است هم سرعتشان مساوی است، دارند روی یک خط اما در دو جهت مخالف به طرف هم حرکت می کنند. اگر مومنتوم اینها را با هم جمع کنیم، مجموع مومنتوم‌شان صفر خواهد بود. چرا؟ برای این که مومنتوم = جرم ضربدر سرعت (در یک جهت مشخص). جرم و سرعت اینها مساوی است. بنابراین عددی که از ضرب سرعت و جرم هر کدام آنها به دست می آید، یکی خواهد بود. اما چون سرعتشان در دو جهت مخالف است، مومنتوم یکی مثبت خواهد بود، دیگری منفی. و حاصل جمع دوتا عدد مساوی، که یکی مثبت و دیگری منفی است، صفر خواهد بود. پس این طور شد: دو تا الکترون را روی یک خط مستقیم، به طرف همدیگر رها می کنیم. می دانیم که بار الکتریکی الکترون ها باری منفی است. دو تا بار منفی هم همدیگر را دفع می کنند. بنابراین، این دوتا الکترون می آیند به هم می رسند و آن وقت همدیگر را دفع می کنند و از هم دور می شوند. چون بار هر دوتاشان منفی است. و اما اتفاقی که از این لحظه به بعد می افتد. این مومنتوم، یا مومنتومی که مساوی با مجموع مونتوم های این دوتا الکترون و مقدارش صفر بود، بعد از جدا شدن این دوتا الکترون هم باز صفر خواهد ماند. و برای همیشه هم صفر خواهد ماند! حتی اگر این دوتا الکترون میلیون ها سال نوری از هم دور بشوند! اما مونتوم چه بود؟ مومنتوم مساوی با جرم هر الکترون بود ضربدر سرعت آن در یک جهت مشخص. بنابراین مجموع مومنتوم آنها در صورتی می تواند همچنان صفر باقی بماند که هر وقت یکی از آنها تغییر جهت داد و مسیر حرکتش عوض شد، آن دیگری هم فوراً، بدون هیچ معطلی جهت حرکتش تغییر کند به طوری که اینها همیشه روی یک خط، اما در دو جهت مخالف هم قرار بگیرند. حتی اگر یکی از آنها در این سرِ دنیا باشد، دیگری در آن سرِ دنیا! باری، این را می گویند درهم تنیدگی یا entanglement. یعنی تاثیراتی که دوتا ذره درهم تنیده شده از راه دور روی یکدیگر می گذارند، و تغییر جهت حرکت فقط یکی از این تاثیرات است! و الان دیگر دانشمندان توانسته اند با آزمایش هم این را نشان دهند. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢