Home / مقالات علمی / دنیای کوانتوم / كوانتوم به زبان ساده 3
كوانتوم به زبان ساده 3

كوانتوم به زبان ساده 3

نويسنده: سياوش كسروي

 بخش سوم: آليس در سرزمين عجايب- ماهيت نور

در قسمت هاي پيشين از تولد ايده ي كوانتومي صحبت كرديم و شرح داده شد كه پلانك و انيشتين چطور با ايده ي كوانتايي امواج و نور، افق جديدي در فيزيك ايجاد كردند، و از ماهيت دوگانه ي موج ذره نور گفتيم، در اين قسمت به يكي از زيباترين آزمايش هاي فيزيك پرداخته و قدم به دنياي عجايب كوانتوم خواهيم گذاشت.آزمايش دو شكاف، موج يا ذرهاسحاق نيوتن فيزيكدان برجسته ي انگليسي معتقد بود كه نور از ذرات ريزي تشكيل شده، گرچه شواهدي بر موجي بودن نور موجود بود اما نفوذ نيوتن براي سالها مانع از پذيرش نور به عنوان يك موج مي شد، تا اينكه يانگ با آزمايش دو شكاف خود به اين قضيه پايان داد. در آزمایش دو شكاف یانگ، از یک منبع ریز نور و یک پرده ي آشكارساز استفاده شده بود. یانگ، میان منبع و پرده، يك صفحه با دو شكاف باريك و عمودي موازي با یکدیگر قرار داد
با پوشاندن يكي از شكاف ها، در آن طرف صفحه و روي پرده، يك باريكه ي نور ديده مي شد، يانگ مي دانست اگر نور از ذرات تشكيل شده باشد با باز كردن شكاف ديگر مي بايست دو نوار باريك نوري ظاهر شود، اما نتيجه كمي متفاوت بود! با باز شدن شكاف دوم، پرده آشكارساز پر شد از نوارهاي عمودي روشن و تاريك! اين مشاهده بيانگر آن بود كه نور مثل يك موج از هر دو شكاف گذشته، با يكديگر تداخل مي كند، در جايي كه دو قله ي موج به هم مي رسند موج تقويت شده و نوار روشن و در جايي كه يك دره و يك قله ي موج با هم تلاقي مي كنند باعث تضعيف موج شده و نوارهاي تاريك به وجود مي آيند!
اين پديده كه دانشمندان آن را الگوي تداخلي مي نامند به وضوح در آزمايش يانگ نشان دهنده ي موجي بودن نور است در حاليكه همانطور كه شرح داده شد، پديده ي فوتوالكتريك و انيشتين از ذره اي بودن نور مي گويند! به راستي نور كدام از اين دو واقعيت به ظاهر متضاد در آن زمان بود؟
دانشمندان پذيرفته بودند كه نور ماهيتي دوگانه ي موج-ذره دارد اما در پي آن بودند، كه بدانند در صورتي كه هربار تنها يك فوتون را از شكاف ها بگذرانند چه اتفاقي خواهد افتاد!موج-ذره ماهيت دوگانه نور

با اختراع منبع نوري كه مي توانست هربار يك فوتون رها كند، آزمايش دو شكاف تكرار شد و نتيجه دانشمندان را شگفت زده كرد! مجددا همان الگوي تداخلي مشاهده مي شد! اين بدان معنا بود كه فوتون مانند موج حركت كرده، از دو شكاف همزمان عبور نموده و با خودش تداخل مي كند، سپس به محض رسيدن به صفحه آشكار ساز بصورت ذره بر آن ظاهر شده است!
اين بار دانشمندان مصمم شدند تا بدانند كه واقعا فوتون ها كدام مسير را مي پيمايند، پس كنار شكاف ها، ردياب فوتوني قرار دادند و آزمايش تكرار شد، اما در نهايت شگفتي، الگوي تداخلي، ناپديد و تنها دو باريكه ي روشن روي پرده آشكار شد! نور از ما زرنگ تر بود! تا مي فهميد كه تحت مشاهده قرار گرفته، ماهيت موجي را كنار گذاشته و بصورت ذره اي عمل مي كرد!
دانشمندان تصميم گرفتند اين بار ردياب فوتون را بين صفحه ي شكاف دار و پرده قرار دهند، در اين صورت بعد از عبور فوتون ها از شكاف، مي شد فهميد كه از كدام شكاف عبور كرده اند، تكرار آزمايش اما بر شگفتي ها افزود! نتيجه تغييري نكرد! گويا فوتون ها مي دانستند كه بعد از شكاف ها ردياب فوتون قرار دارد! پس قبل از عبور از شكاف، موج بودن را كنار گذاشته و مانند ذره از شكاف مي گذشتند!
دانشمندان اما دست بردار نبودند! مي بايست مچ نور را مي خواباندند! دانشمندي به نام جان ويلر آزمايشي طراحي كرد، كه بعد از گذر فوتون از شكاف، بلافاصله ردياب فوتون جايگزين مي شد، بدين ترتيب فوتون بخت برگشته ديگر از شكاف ها گذشته بود و دستش رو مي شد، گرچه اين آزمايش در آن زمان كمي محال مي نمود اما به زودي، شرايط انجامش فراهم شد! آزمايش ويلر انجام شد اما نتيجه همان بود! الگوي تداخلي از بين مي رفت و تنها دو نوار باريك روشن ظاهر مي شد! فوتون از شكاف ها به طور همزمان عبور كرده، متوجه ردياب فوتون ها مي شد، در كسري از زمان به عقب بازگشته و اين بار بصورت ذره از شكاف مي گذرد! و آينده ي خود را اصلاح مي كند!
آيا از اين نتايج آشفته شده ايد؟ پس به شما تبريك مي گويم، به دنياي كوانتوم خوش آمديد

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*

Scroll To Top