کوانتوم (19)

بهترین نظریه ی ما از واقعیت بیان میکند که همه چیز فقط زمانی که به آنها نگاه میکنیم واقعیت می یابند. به همین منظور درک اینکه کیهان چگونه به وجود آمده به توضیح بهتری نیاز دارد.

ادامه مطلب...

سال گذشته فیزیک‌دانان اعلام کردند که وجود ذره‌ای که «ذره‌ی ‌خدا» نامیده می‌شود تأیید شده است. عبارتی که فیزیک‌دان‌ها به آن علاقه‌ای ندارند و محققان الهیات دوستش دارند. در این‌جا به بررسی شش نتیجه‌ی مهم‌ این کشف می‌پردازیم.

ادامه مطلب...

فیزیک‌دانان درتلاشند با قرار دادن یک ویروسی در وضعیت نه‌جاندار-نه‌بیجان، یکی از مهم‌ترین اصول مکانیک کوانتومی را بیازمایند.

معلق نگاه داشتن یک گربه بین مرگ و زندگی، یکی از شناخته شده‌ترین مسائل نظری در مکانیک کوانتوم است. اکنون پژوهشگرانی از کشورهای آلمان و اسپانیا، انجام یک آزمایش واقعی را پیشنهاد می‌کنند تا بتوان بررسی کرد که آیا یک ویروس می‌تواند در یک سوپرپوزیشن از دو حالت کوانتوم وجود داشته باشد یا نه.

چنین سوپرپوزیشن‌هایی معمولا در حوزه ذرات کوچک و بی‌جانی در ابعاد اتمی رخ می‌دهند. ولی این گروه اعتقاد دارند که روش آنها؛ که از لیزرهای به دقت تنظیم شده بهره می‌برد؛ می‌تواند به زودی این انطباق را برای چیزی در اندازه‌های یک موجود زنده و با خصوصیاتی شبیه به آن، ممکن سازد. آنها نتایج مقدماتی تحقیقات خود را در یک ژورنال علمی اینترنتی منتشر کرده‌اند.

مکانیک کوانتوم در سطوح پایه‌ای خود می‌گوید که ذرات می‌توانند فقط در حالت‌های مجزا وجود داشته باشند. برای مثال، پژوهشگران می‌توانند جهت لرزش ذرات را به «بالا» و یا «پایین» اندازه بگیرند، ولی هیچ حالت بینابینی میان این دو جهت وجود ندارد. با این وجود، در مقیاس‌های خیلی کوچک و غیر قابل رویت، ذرات می‌توانند به طور همزمان ترکیبی از هر دو حالت را داشته باشند، آمیزه غریبی که به آن سوپرپوزیشن گفته می‌شود.

در دهه ۱۹۳۰، ادوین شرودینگر فیزیکدان اتریشی آزمایش معروف گربه شرودینگر را تشریح کرد، آزمایشی نظری که به منظور نشان دادن دشواری‌های اعمال قوانین کوانتوم به حوزه فیزیک کلاسیک طرح شده بود. او فرض کرد که یک گربه در داخل یک جعبه قرار داشته باشد که یک شیشه از گاز سمی سیانید هیدروژن در آن قرار دارد. یک چکش بر فراز شیشه معلق است که با یک تکه کوچک از ماده‌ای رادیواکتیو ثابت نگاه داشته شده، و هنگامی که این ماده تجزیه شود و چکش آزاد شود، شیشه حاوی سم را خواهد شکست و گربه خواهد مرد.

تا زمانی که جعبه بسته است، ماده رادیواکتیو مانند یک ذره آونگی عمل می‌کند، چرا که در دو حالت وجود دارد، تجزیه شده و تجزیه نشده. این به این معنا است که گربه در برزخی از مرگ و زندگی قرار دارد و در آن واحد هم می‌تواند مرده باشد و هم زنده. تنها هنگامی که با اندازه‌گیری دانشمندان مشخص شود که ماده رادیواکتیو کاملا واکنش داده و متلاشی شده، می‌توان این وضعیت تعلیق و سوپرپوزیشن را پایان یافته دانست و گفت که گربه واقعا مرده است یا نه.

اریول رومرو ایسارت از انستیتوی فیزیک کوانتوم ماکس پلانک در گارچینگ آلمان، و همکارانش اکنون می‌گویند که امید دارند بتوانند آزمایشی مشابه با آزمایش شرودینگر را انجام دهند، البته با استفاده از ویروس به جای گربه.

ویروس آرام

این گروه امیدوار هستند که یک ویروس را با استفاده از یک میدان الکترومعناطیسی تولید شده توسط یک لیزر، در یک محفظه خلا به دام بیاندازند. سپس با یک لیزر دیگر، گروه می‌تواند حرکت ویروس را آرام کند تا جایی که حالتی که کمترین انرژی ممکن را داشته باشد، بی حرکت بماند.

هنگامی که ویروس بی‌حرکت ماند، گروه از یک فوتون برای فرستادن ویروس به یک سوپرپوزیشن کوانتومی از دو حالت استفاده می‌کند، حالتی که معلوم نیست ویروس حرکت می‌کند یا نه. تا هنگامی که حرکت ویروس اندازه‌گیری نشود، ویروس در یک سوپرپوزیشن حرکت و سکون باقی می‌ماند.

گروه تحقیقاتی پیشنهاد کرد که از ویروس موزاییک تنباکو استفاده شود، ویروسی لوله‌ای شکل که تقریبا ۵۰ نانومتر پهنا و یک میکرومتر درازا دارد. در حالی که هنوز تردیدهایی وجود دارد که آیا چنین ویروس‌هایی را می‌توان به عنوان یک موجود زنده در نظر گرفت، به گفته محققین این آزمایش را می‌توان به موجودان زنده کوچک نیز تعمیم داد. جانوران کندروی میکروسکوپی می‌توانند در یک محفظه خلا برای مدت چندین روز دوام بیاورند و شاید برای یک آزمایش شرودینگر مشابه نیز مناسب باشند.

دیگر فیزیکدان‌ها در مورد نتایج این آزمایش خوشبین نیستند. به گفته مارتین پلنیو از فیزیکدانان امپریال کالج لندن، هیچ دلیلی وجود ندارد که باور کنیم یک ویروس ممکن است رفتاری متفاوت با موجودات بیجان در اندازه‌های مشابه خود داشته باشد. او می‌گوید: «من عمیقا باور دارم که یک ویروس رفتاری کاملا مشابه با مولکول‌های غیر آلی دارد».

با این حال، او تصدیق می‌کند که آزمودن مواد نسبتا بزرگ، چه ویروس و چه مولکول، می‌تواند کار جذابی باشد. با لحاظ کردن مبانی فیزیک مکانیک، این باید ممکن باشد که چیزهای بزرگی مانند اتومبیل‌ها و انسان‌ها وارد حالت سوپرپوزیشن شوند، ولی این کار هیچ وقت اتفاق نمی افتد.

به گفته پلنیو بررسی مواد نسبتا بزرگ، می‌تواند به فیزیکدان‌ها کمک کند که دریابند که مرزهای دنیای کوانتوم کجا است و دنیای ماکروسکوپی اجسام بزرگ از کجا شروع می‌شود

http://bigbangpage.com

ادامه مطلب...

به نظریه کوانتومی ، امواج به ظاهر پیوسته الکترومغناطیسی ، کوانتیده‌اند و از کوانتومهای گسسته‌ای به نام فوتون تشکیل شده‌اند که هر فوتون دارای انرژی مشخصی است که مقدار آن فقط به فرکانس بستگی دارد.

بر اساس اصل دوبروی ، در مورد ذرات دو حالت ذره‌ای و موجی در نظر گرفته می‌شود، که البته این خاصیت در دنیای میکروسکوپی بیشتر مورد مطالعه است. به عنوان مثال ، اگر ذره‌ای به جرم یک گرم که با سرعت معمولی در حال حرکت است، در نظر بگیریم طول موج منتسب به این ذره ، چنان کوچک خواهد بود که اصلا قابل ملاحظه نیست. اما در مورد ذراتی مانند الکترون ، این طول موج قابل توجه است. بنابراین با توسل به این اصل می‌توان تابش الکترومغناطیسی را نیز متشکل از ذراتی دانست که این ذرات را فوتون می‌گویند.

واقعیت کوانتومهای نور

نظریه پلانک در ارتباط با بسته‌های انرژی تابشی ، تا اندازه‌ای مبهم بود و فقط به عنوان مبنایی برای توزیع آماری انرژی میان طول موجهای مختلف در طیف الکترومغناطیسی بکار می‌رفت. پنج سال بعد از “پلانک” ، “آلبرت اینشتین” توانست این مفهوم را به صورت مشخص‌تری بیان کند. انیشتین مفهوم کوانتومی نور را برای توجیه اثر فوتوالکتریک بکار برد. بر این اساس ، فوتون‌ها که دارای انرژی معینی هستند، بعد از برخورد با الکترون‌های اتم ، انرژی خود را به آنها داده ، خود از بین می‌روند. این امر می‌تواند به عنوان یک مسئله برخورد میان دو ذره با استفاده از نظریه برخورد توضیح داده شود.

بعد از برخورد ، فوتون از بین می‌رود و الکترون با انرژیی که از فوتون می‌گیرد، از ماده جدا می‌شود و سبب ایجاد یک جریان فوتوالکترونی در مدار خارجی می‌گردد. مقدار جریان در مدار خارجی ، بسته به تعداد فوتونهایی که بر سطح ماده موجود در کاتد تابیده می‌شود، متفاوت خواهد بود.

تأییدی دیگر بر وجود فوتون

آزمایش دیگری که توانست وجود فوتونها را بصورت تجربی به اثبات رساند، مربوط به آزمایشی است که توسط “کامپتون” انجام شد. این آزمایش که بعدها نام اثر کامپتون را بر خود گرفت، به این صورت بود که تابش الکترومغناطیسی یا فوتون‌ها توسط مواد مختلف پراکنده می‌شود. به بیان دیگر ، در این آزمایش فوتون بعد از تابش مقداری از انرژی خود را به یک الکترون تقریبا آزاد منتقل می‌کرد و خود با انرژی کمتر در راستای دیگر منحرف می‌شد. نتایج این آزمایش که با استفاده از مفهوم کوانتومی نور صورت می‌گرفت، با نتایج تجربی کاملا تطابق داشت.

جرم فوتون

واقعیت جرم فوتون ، به خاصیت عکس مجذوری قانون کولن بر می‌گردد. بر اساس قانون کولن ، نیروی الکتریکی که دو ذره باردار به یکدیگر وارد می‌کنند، نیرویی است که با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد. اما این مطالب در تمام شرایط دقیقا درست نیستند، یعنی در فواصل خیلی کوچکتر انحرافاتی وجود دارد و این نیرو دقیقا عکس مجذوری نیست. در این حالت باید فوتونها را ذراتی دارای جرم بدانیم. اما در موارد دیگر که تقریبا بیشتر موارد را شامل می‌شود، این نیرو دقیقا عکس مجذوری است. بنابراین در این حالت باید فوتونها را ذراتی بدون جرم تصور کنیم.

Photoelectric_effect.svg

نموداری از تابش الکترون‌ها از یک صفحهٔ فلزی. این امر زمانی رخ می‌دهد که انرژی واردشده توسط فوتون داخل‌شونده بیش از تابع کار ماده باشد.

اثر فوتوالکتریکی

اگر یک صفحه فلزی را تحت تابش فیزیک امواج پر انرژی قرار دهیم، پرتو کاتدی و یا الکترون های شتابدار از صفحه فلزی منتشر می شود. و همچنین اگر بین دو صفحه فلزی اختلاف پتانسیل الکتریکی بسیار زیادی ایجاد کنیم، الکترون های لایه ظرفیت اتم های فلز، انرژی زیادی دریافت می کنند و در نتیجه سطح فلز را ترک می کنند و به سمت آند پیش می روند. در این عمل چون هم نور و الکتریسیته دخالت دارند به این پدیده، اثر فوتو الکتریک می گویند. در واقع تمام مواد ( جامد، مایع و گاز ) می توانند در شرایط خاصی تحت تاثیر اثر فوتوالکتریک، پرتو کاتدی از خود گسیل کنند، گاهی به پرتو کاتدی، فوتوالکترون نیز می گویند.


اثر فوتوالکتریک هر جسمی با گسیل فرکانس مشخصی از موج انجام می شود. اگر فرکانس موج برای جسم خاصی کمتر از حد معین باشد، اثری از فوتو الکتریک مشاهده نخواهد شد. اما طبق قوانین الکترودینامیک کلاسیک، موج با برخورد به صفحه فلزی مقداری انرژی به آن منتقل می کند و به مرور زمان این انرژی انباشته می شود تا اینکه انرژی مورد نیاز برای گسیل الکترون فراهم شود. اما در آزمایشگاه خلاف آنچه که در فیزیک کلاسیک گفته شد، روی می دهد، یعنی گیسل موج با فرکانس کمتر از حد معین به فلزی هرگز پرتو کاتدی منتشر نمی کند.
این بن بستی بود برای دانشمندان در مورد خاصیت نور. تا اینکه اینشتین با ارائه نظریه خود در مورد فوتون، توانست این معما را حل کند. وی فرض کرد که انرژی در تمام فرکانس های موج به طور یکنواخت و یکسان توزیع نشده اند و بلکه فیزیک امواج به صورت بسته هایی از انرژی به نام کوانتم هستند، که بعداً فوتون نامیده شد. انرژی فوتون ها با فرکانس امواج رابطه مستقم دارد. که این معادله به معادله پلانک نیز مشهور است. در این معادله h ثابت پلانک است.

در اثر فوتوالکتریک الکترون های لایه ظرفیت اتم های فلز، با دریافت انرژی موج از صفحه فلزی جدا می شوند، اما در لحظه جدا شدن الکترون های مقداری از انرژی خود را برای غلبه بر نیروی جاذبه الکتروستاتیکی، مصرف می می کنند که انیشتین آن را تابع کار فلز نامید و مقدار آن برای هر فلز، منحصر بفرد است. مقدار تابع کار هر فلز از از ۱ تا ۱۰ الکترون ولت متغیر است.
ارائه فرض وجود فوتون ها توسط اینشتین در واقع دومین گام مهم در شکل گیری نظریه کوانتومی محسوب می شد ( گام اول را ماکس پلانک با فرض کوانتیده بودن مقدار انرژی در فرایند گسیل و جذب تابش الکترومغناطیس بر داشته بو. ) به مناسبت این کشف بزرگ و توضیح موفیت آمیز اثر فوتوالکتریک، جایزه نوبل سال ۱۹۲۱ به اینشتین اهدا شد. در واقع سال ۱۹۰۵ را می توان سال طلایی اینشتین نامید چرا که در این سال او نه تنها نظریه نسبیت خاص را ارائه کرد ، بلکه دو معمای بزرگ مطرح در فیزیک را نیز حل کرد، معماهایی که با به چالش کشاندن فیزیک کلاسیک عملا مسیر کشف فیزیک کوانتومی را به روی بشر گشودند.

اینشتین در سال ۱۹۰۵ رابطهٔ زیر را پیشنهاد نمود که اکنون تایید شده‌است:

hv=W+K
که در آن :
h ثابت پلانک
\nu بسامد موج
Wتابع کار فلز
K انرژی جنبشی الکترون

به طور خلاصه می‌توان گفت که اگر نوری از امواج الکترومغناطیسی بر سطحی (بویژه) فلزات بتابد از جسم مقداری الکترون خارج خواهد شد که مقدار الکترون‌ها به شدت نور تابیده شده و انرژی الکترون‌ها به طول موج (انرژی فوتونها) بستگی دارد و اگر انرژی فوتون از حد آستانه پایین‌تر بیاید دیگر الکترونی بیرون نخواهد رفت بررسی این مسئله با فیزیک کلاسیک غیرممکن استو به کمترین فرکانسی که اثر فیک روی می‌دهد (الکترون از سطح فلز جدا شود) را فرکانس قطع می‌گویند.

منبع: هوپا

http://bigbangpage.com

ادامه مطلب...

امکان واپاشی فوتون‌ها به ذرات سبک‌تر، یکی از جنجالی‌ترین موضوعات فیزیک نوین به شمار می‌رود که تا کنون تلاش‌های بسیاری برای اثبات آن صورت گرفته است. یولیان هیک آلمانی یکی از محققانی است که سعی می‌کند با استناد به طیف تابش میکروموج زمینه (CMB) نشان دهد فوتون‌ها می‌توانند با احتمال قابل قبولی در طول عمر خود دچار واپاشی شوند.

آیا یک فوتون می‌تواند واپاشی کند؟ تصور این موضوع که یک فوتون دچار واپاشی شود بسیار سخت است، به ویژه هنگامی که نور ستارگان دوردست را در نظر می‌گیریم که میلیون‌ها کیلومتر را در فضا طی می‌کنند تا به ما برسند. با این حال اگر فوتون‌ها دارای جرم باشند، حتی اگر این جرم بسیار کوچک و غیر قابل مشاهده باشد، احتمال واپاشی آن‌ها به ذرات سبک‌تر وجود دارد. اگر بخواهیم دنبال نشانه‌هایی برای این نوع واپاشی بگردیم، باید به قدیمی‌ترین نور موجود در کائنات یعنی تابش میکروموج زمینه (CMB) مراجعه کنیم. در مقاله‌ای که اخیرا در فیزیکال ریویو لترز چاپ شده است، یولیان هیک (Julian Heeck) از موسسه ماکس پلانک برای فیزیک هسته‌ای در هایلدبرگ آلمان نشان می‌دهد که اگر به طیف جسم سیاه CMB دقت کنیم، می‌بینیم که واپاشی فوتون‌ها امری غیر محتمل نیست و بنابراین می‌توان یک حد پایین برای طول عمر فوتون‌ها در نظر گرفت.

همان‌طور که می‌دانیم، برای آنکه یک فوتون بتواند دچار واپاشی شود باید دارای جرم باشد. چرا که در غیر این صورت هیچ ذره سبک‌تری وجود نخواهد داشت که فوتون بتواند به آن فرو بپاشد. وجود یک فوتون با جرم غیر صفر از لحاظ نظری کاملا ممکن است، اما آزمایش‌هایی که با کمک میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی صورت گرفته است، جرم فوتون را تا کمتر از ده به توان منفی پنجاه و چهار کیلوگرم محدود می‌کنند. هیک با فرض این حد بالا برای جرم فوتون، یک مدل کاملا عمومی در نظر گرفت که در آن فوتون‌ها می‌توانند به ذرات سبک‌تری چون نوترینوها و یا ذرات ناشناخته واپاشی کنند.

به عنوان یک قید، هیک تابش CMB را در نظر گرفت که در واقع یک تابش بسیار قدیمی گسیل شده از پلاسمای داغ و تیره‌ای است که تا چند صد هزار سال پس از بیگ بنگ وجود داشته است. طیف CMBبه خوبی با طیف تابش یک جسم سیاه ایده‌آل همخوانی دارد. این امر بیانگر آن است که تعداد بسیار اندکی از فوتون‌های CMB در طی سفر سیزده میلیارد ساله خود دچار واپاشی شده‌اند. طبق محاسبات هیک، حداقل طول عمر این فوتون‌ها پیش از آنکه دچار واپاشی شوند، در چارچوب لخت فوتون، سه سال بوده است. این زمان به نظر بسیار کوتاه می‌رسد، اما باید در نظر داشته باشیم که فوتون‌ها موجوداتی به شدت نسبیتی هستند. بنابراین هنگامی که اتساع زمانی را به حساب آوریم، یک فوتون نور مرئی در چارچوب مرجع ما برای مدت ده به توان هجده سال یا بیشتر پایدار خواهد بود.

ادامه مطلب...

با توجه به اینکه پادماده خصوصیاتی مخالف ماده معمولی دارد، یا نباید برخلاف ماده به سمت بالا سقوط کند؟ فیزیک‌دانان آزمایشگاه‌های سرن و برکلی آزمایش جالبی برای پاسخ به این سوال انجام داده‌اند.
محمود حاج زمان: پادماده که به نوعی تصویر آینه‌ای ماده معمولی است، موجود بسیار غریبی است. ذرات و اتم‌های پادماده دارای باری مخالف با همتایان معمولی خود هستند، و متناظر با این مخالف بودن بار نیز رفتار می‌کنند. زمانی‌که ماده و پادماده با هم برخورد می‌کنند، بهتر است در آن نزدیکی حضور نداشته باشید؛ چرا که آنها طی این برخورد طی انفجاری درخشان و عظیم نابود می‌شوند و هیچ اثری از هیچ‌کدام باقی نمی‌ماند.
به گزارش پاپ‌ساینس، فیزیک‌دانان همیشه می‌خواستند بدانند که آیا آنها در برابر گرانش نیز به طرز متفاوتی رفتار می‌کنند و آیا پادماده به سمت «بالا» سقوط می‌کند؟ آیا پادماده همان وزن ماده معمولی را دارد؟ و آیا پادماده رفتاری ضدجاذبه از خود نشان نمی‌دهد؟ برای یافتن پاسخ این پرسش‌ها، فیزیک‌دانان آزمایشگاه سرن سوئیس و آزمایشگاه ملی برکلی آمریکا تصمیم گرفتند تا قانون نیوتن را روی آنها اعمال کنند و چند ذره پادماده را به سقوط وادار کنند.
چیزی که منطقی به نظر می‌رسد این است که گرانش باید تاثیر یکسانی بر پادماده و ماده معمولی داشته باشد؛ اما هیچ مدرک مستقیمی برای اثبات این موضوع وجود ندارد. دانشمندانی که روی آزمایش ALPHA در سرن (پروژه‌ای که با پادماده سر و کار دارد) کار می‌کنند، تلاش کردند تا این موضوع را با استفاده از روشی تا حدی غیرمستقیم اندازه‌گیری کنند.


این محققان نخست با اتصال پادپروتون و پوزیترون، که به ترتیب ضد پروتون و الکترون هستند، پادماده هیدروژن را تولید کردند و اتم‌های پادهیدروژن را به وجود آوردند. اتم‌های پادماده در میدان مغناطیسی قدرتمندی معلق نگاه داشته می‌شوند تا با دیواره‌های محفظه خود تماس نداشته باشند، و به این ترتیب از نابودی آنها و محفظه جلوگیری می‌شود. برای مرحله بعدی آزمایش، محققان میدان مغناطیسی را خاموش کردند و به پادماده اجازه دادند تا سقوط آزاد کند. اگر آنها می‌دانستند هنگام خاموش کردن میدان مغناطیسی پادماده کجا قرار دارد، و از میزان سرعت آن نیز حین گرفتاری در این دوزخ مغناطیسی آگاه بودند، می‌توانستند زمان سقوط پادماده را محاسبه کنند. به این ترتیب می‌شد تا تاثیر گرانش را بر پادماده اندازه‌گیری کرد.


نتیجه‌ای که آنها گرفتند این بود: پادهیدروژن رفتار عجیب و غریبی از خود نشان نمی‌دهد. با این وجود، نتایج به دست آمده تا حدودی ناواضح است. میدان مغناطیسی یک‌دفعه خاموش نمی‌شود، بلکه حدود 30 هزارم ثانیه طول می‌کشد تا این میدان ناپدید شود. زمانی‌که صحبت از ذرات اتمی منفرد است، چنین زمانی می‌تواند خیلی زیاد محسوب شود. همچنین جرقه‌های منفرد نابودی و فنا در سراسر تله پادماده ایجاد شد که باعث آشفتگی نتایج گردید. شاید چندین سال طول بکشد تا بتوان به آن دقت استاتیکی لازم رسید که فیزیکدانان نیاز دارند تا نحوه رفتار پادماده با گرانش را اثبات کنند.

اما خبرهای خوبی هم وجود دارد: موفقیت فنی به دست آمده طی این آزمایش موفقیتی بزرگ محسوب می‌شود. برای نخستین بار بود که کسی می‌توانست اثر گرانش را بر سقوط آزاد پادماده مستقیما اندازه‌گیری کند. اما آیا چیزی به عنوان «ضدجاذبه» وجود دارد؟ به گفته جوئل فایانس از آزمایشگاه برکلی، بر اساس آزمایشات سقوط آزادی که تا کنون انجام شده است نمی‌توان به این سوال با «بله» یا «خیر» جواب داد. وی می‌گوید: «البته این تازه اول کار است.»
مقاله توصیفی مربوط به آزمایش مذکور در شماره این هفته Nature Communication به چاپ رسیده است.

ادامه مطلب...


دانشمندان برای بررسی اینکه آیا اتمهای ضدماده به جای پایین رو به بالا می روند، عجیب ترین آزمایشی که تاکنون انجام شده را اجرایی کردند.

به گزارش خبرگزاری مهر، ضدماده موضوع عجیبی است که به نوعی تصویر آینه ماده عادی و بار الکتریکی برعکس آن است.
ضدماده از ذراتی به نام ضدذره تشکیل شده‌است که با ذرات معمولی فرق دارند. در ضد ماده بار هسته منفی و بار ذرات مداری مثبت است که معکوس ماده ‌است.
به عنوان مثال ذره ‌ای به نام پوزیترون وجود دارد که تمام ویژگی‌هایش به جز بار الکتریکی مشابه الکترون است. پوزیترون حامل بار مثبت است در حالی که بار الکترون منفی است.
به دلایلی که خیلی روشن نیست، عدم تقارن عظیمی بین ماده و ضدماده در عالم اطراف ما وجود دارد. به بیان ساده تر، مقدار زیادی ماده می ‌بینیم ولی هیچ ضد ماده قابل توجهی مشاهده نمی‌ شود.
وقتی که یک اتم از ماده عادی با همتای ضدماده خود مواجه می شود هر دو یکدیگر را در لحظه نابود می کنند. دانشمندان تا همین حد اطلاعات دارند.
آنچه درباره آن قطعیت کمتری وجود دارد این است که آیا ضد ماده دارای ویژگیهای بنیادین است که با ماده عادی متفاوت است یا خیر، برای مثال آیا نحوه تأثیرگرفتن آن از گرانش با ماده فرق دارد و یا شکل این تأثیر چون ماده است؟
تعدادی از کارشناسان این ایده عجیب را مطرح کرده اند که ضدماده ممکن است توسط گرانش دفع شود و به معنای دیگر اتمهای ضد ماده به جای جهت پایین رو به بالا بیفتند.
یک دلیل برای این راز این است که ضدماده در طبیعت بسیار نادر است و تاکنون به صورت مقادیر بسیار جزئی در آزمایشگاه ها مشاهده شده است.
اتمهای ضدماده که به صورت مصنوعی ساخته شده در یک تله مغناطیسی معلق شده اند و هیچ کس تاکنون این موضوع را بررسی نکرده است که وقتی که این اتم ها " پایین می افتند" چه اتفاقی رخ می دهد.
اکنون دانشمندان نخستین گام را برای پاسخ به این سوال برداشته اند.
در مقاله ای که در مجله ارتباطهای نیچر منتشر شد، نخستین اندازه گیری از تأثیر گرانش بر ضدماده توصیف شده است. متأسفانه این نتایج به قدری از عدم قطعیت برخوردارند که نمی توانند معمای ماده تاریک را حل کنند.
جوئل فاجانس دانشمند اصلی این تحقیقات از دانشگاه برکلی کالیفرنیا اظهار داشت: این نخستین تحقیق است، اما آخرین تحقیق نیست، ما نخستین گامها را برای آمایش مستقیم پرسشهای فیزیکدانها و غیر فیزیکدانها طی 50 سال گذشته برداشتیم تا ببینیم آیا چیزی به نام ضدگرانش هم وجود دارد، اما براساس این آزمایشها ما درحال حاضر نه می توانیم پاسخ مثبت بدهیم و نه منفی.
این آزمایشها در سازمان تحقیقات هسته ای اروپا در ژنو سوئیس مقر آزمایش آلفا (دستگاه فیزیک لیزر ضدهیدروژن) صورت گرفت.

ادامه مطلب...

تا قبل از تولد فیزیک کوانتوم؛ دیدگاه ما نسبت به جهان بر مبنای فیزیک نیوتنی استوار بود. این دیدگاه برای جهان یک ماهیت ماشینی و مکانیکی قائل و معتقد بود جهان قابل پیش بینی است تا حدی که وجود یا عدم وجود انسان هیچ تاثیری در عملکرد جهان ندارد.

ادامه مطلب...

427423_256048747845432_1990824086_n

در دو قسمت قبل گفتیم که وابستگی کوانتومی یا در هم‌تنیدگی کوانتومی به زبان ساده جفت‌شدن خواص مکانیکی دو ذره است، ذراتی که پیش‌تر با یکدیگر در اندرکنش بوده و سپس از یکدیگر جدا شده‌اند.
بر اساس تفسیر کپنهاگی از مکانیک کوانتومی، حالت دو ذره جفت شده تا زمان مشاهده نامعین باقی می‌ماند. با انجام اندازه‌گیری یکی از کمیت‌های جفت شده ذره اول معین می‌شود، این امر موجب می‌شود بی درنگ مقدار متناظر در ذره دوم مشخص گردد. به عبارت دیگر اگر دو سیستم یک بار با هم اندرکنش داشته و سپس از هم جدا شوند، اندازه گیری روی یکی از آنها تاثیری آنی در حالت دیگری ایجاد می‌کند، حتی اگر این دو ذره خیلی از هم دور شده باشند. به طور مثال با مشخص شدن اینکه اسپین یکی از ذرات ساعتگرد است، اسپین ذره دوم بی درنگ به حالت پادساعتگرد می‌رود.
در هم‌تنیدگی می‌تواند برای ذراتی همچون فوتونها، الکترونها و حتی مولکول‌ها رخ دهد. این اندرکنش فیزیکی مربوط به خواصی نظیر مکان، تکانه، اسپین و قطبش و… است به گونه‌ای که با تعیین هر یک از خواص برای یکی از دو ذره همان خاصیت در دیگری تعیین می‌شود. به عبارت دیگر هر یک از ذرات جفت شده به خوبی توسط حالت کوانتومی مشابه توصیف می‌شوند. ادامه مطلب...

391186_255794957870811_601722398_n

وابستگی کوانتومی (Quantum Entanglement)

پارادوکس EPR – قسمت دوم

اوایل دهه ۱۹۸۰، آلن اَسپِکت و همکارانش در فرانسه آزمایش EPR را با استفاده از دو آشکارساز، با فاصله ۱۳ متر از یکدیگر، ترتیب دادند. در این آزمایش اسپین فوتون‌های منتشر شده از اتم‌های کلسیم، مورد اندازه‌گیری قرار گرفت. در سال ۱۹۹۷، آزمایش EPR با کمک آشکارسازهایی، با فاصله ۱۱ کیلومتر، انجام گرفت. در هر دو مورد، نظریه کوانتوم برنده شد.
نوع مشخصی از اطلاعات، سریع‌تر از نور حرکت می‌کنند. اگرچه اینشتین در مورد آزمایش EPR اشتباه می‌کرد، ولی او در مورد مسئله مهم‌تر مخابرات سریع‌تر از نور درست می‌گفت.
آزمایش EPR، اگر چه این امکان را به شما می‌دهد که اطلاعات را آناً از طرف دیگر کهکشان کسب کنید، ولی به شما امکان نمی‌دهد که از این طریق پیغامی ارسال کنید. به عنوان مثال نمی‌توانید کد مورس را از این طریق بفرستید. در حقیقت یک «فرستنده EPR» تنها سیگنال‌های تصادفی را می‌فرستد، زیرا هر بار که اسپین را اندازه‌گیری می‌کنید، به‌طور تصادفی می‌تواند متفاوت باشد.
درست است که آزمایش EPR به شما امکان می‌دهد که داده‌هایی را در ارتباط با طرف دیگر کهکشان کسب کنید، ولی به شما امکان نمی‌دهد که اطلاعات مفیدی را،‌که تصادفی نیستند، ارسال کنید.
بِل این اثر را با استفاده از مثالی از یک ریاضیدان به نام بِرتِلزمان توضیح داده است. این ریاضیدان دارای عادات عجیبی بود که بر طبق آن هر روز به صورت تصادفی یک لنگه جوراب آبی و یک لنگه جوراب سبز می‌پوشید. اگر روزی می‌دیدند که لنگه پای چپ او آبی است، با سرعتی سریع‌تر از نور می‌فهمیدند که لنگه دیگر سبز است. اما دانستن این موضوع به این معنی نبود که می‌توانید این اطلاعات را به همین روش انتقال دهید.
آشکارسازی اطلاعات با ارسال آن فرق می‌کند.
آزمایش EPR به این معنی نیست که می‌توانیم اطلاعات را از طریق تله‌پاتی، سفر سریع‌تر از زمان یا سفر در زمان را مخابره کنیم. غیر ممکن است خودمان را از یکتایی جهان جدا کنیم.
بدین‌ ترتیب تصویر متفاوتی از جهان برای ما شکل می‌گیرد. در این تصویر، بین هر اتم از بدن ما و اتم‌هایی که چندین سال نوری با ما فاصله دارند، «وابستگی» کیهانی وجود دارد. از آنجایی که تمام موارد، از یک انفجار بزرگ ناشی شده‌اند، اتم‌های بدن ما به نوعی با اتم‌های دیگری در طرف دیگر جهان، در نوعی شبکه کوانتومی کیهانی، پیوند دارند.
ذرات مقید به هم به هنوعی شبیه دوقلوهایی هستند که هنوز از طریق بند ناف (یا همان تابع موج آنها) که می‌توانند طولی برابر چندین سال نوری داشته باشند، به هم اتصال دارند.
اگر اتفاقی برای یکی از این زوجین بیفتد، به‌طور خودکار بر روی دیگری نیز اثر می‌گذارد و بنابراین دانش مربوط به یک ذره می‌تواند آناً دانش مربوط به دیگری را آشکار کند.
زوج‌های مقید به‌گونه‌ای رفتار می‌کنند که انگار یکی هستند، اگرچه ممکن است از هم فاصله بسیاری گرفته باشند. می‌توان گفت توابع موج ذرات در انفجار بزرگ زمانی متصل و همدوس بوده‌اند و بنابراین تابع موج آنها ممکن است هنوز هم میلیاردها سال پس از انفجار بزرگ تا اندازه‌ای به هم متصل باشند. به‌گونه‌ای که، تحولات در یک بخش از تابع موج می‌تواند بخش دیگری را در فاصله دور تحت تأثیر قرار دهد)
در سال ۱۹۹۳، دانشمندان با استفاده از مفهوم وابستگی EPR، مکانیزمی را برای دورفرستی کوانتومی ارائه کردند. و سال‌ها بعد دانشمندان موفق شدند سه اتم برلیم را از فاصله دور به یکدیگر مقید کرده و به این ترتیب مشخصات یک اتم را به دیگری منتقل کنند.

منبع: بیگبنگ

ادامه مطلب...
صفحه1 از2

    کانون نجوم زاوش در یک نگاه

      باشگاه نجوم کانون علوم در فرهنگسرای بهمن از سال 1379 با تشکیل کلاسهای آموزشی در دوره های مقدماتی و متوسطه برای گروههای سِنّی مختلف شروع به کار نمود. فعالیت رشته نجوم از همان سال 1379 به دبیری آقای مهندس عتیقی شروع شد و از ابتدای نیمه دوم سال 1381 با فراخوانی دوباره اعضاء، باشگاه شکل گرفت و از اواخر سال 1381 با نام «باشگاه نجوم زاوُش» رسمیت بیشتری یافت، و بیش ازگذشته با جدیت تمام به برنامه های نجومی پرداخت. چنانچه تا کنون 23 نشست علمی در زمینه های مختلف علم نجوم برگزارکرده است.   از سال  1384هم باشگاه نجوم به دبیری بنده مرحله جدیدی را شروع کرده است. و اکنون یکی ازفعالترین باشگاههاست. اما در این بین با برگزیدن اهدافی  بر آنست که روح جستجوگری در افرادعلاقه مند به نجوم اغناء شود و مسیر زندگی عادی تنوع بیشتری یابد.  

    دبیر کانون نجوم زاوش

    علیرضا ولیاری

    فعالیت های کانون

    از جمله خدماتی که در کانون نجوم زاوش ارائه می گردد،می توان به جلسات هفتگی اشاره نمود که روز یکشنبه هر هفته برگزارمیگردد. و برگزاری نشستهای علمی رصد رویدادهای نجومی "کسوف،گذر سیارات..." اجرای شب های رصدی برگزارنمودن شامگاه های رصدی رصد هلالهای ماه های قمری بر روی برج نجومی و...   

    علیرضا  ولی یاری

    yon.ir/zavosh