تبلیغات
فیزیک 87 دانشگاه دامغان - كوانتوم و نسبیت دوست یا دشمن _شماره اول
درباره وبلاگ

آرشیو

طبقه بندی

آخرین پستها

پیوندها

صفحات جانبی

نویسندگان

ابر برچسبها

آمار وبلاگ

Admin Logo
themebox

كوانتوم و نسبیت دوست یا دشمن _شماره اول

به ندرت می توان درطول تاریخ علم دوره ای را یافت که این پایه از روشنگری توسط چنین جمع معدودی صورت پذیرفته باشد.
ماکس پلانگ را با کلاه و سیگارش در کنار ماری کوری در ردیف جلو بنگرید. پلانگ عاری از نشاط است، او سالها تلاش برای افکار انقلابی اش،دربارۀ مواد وتابش، خسته به نظر می آید.
فیزیکدانان معاصر (فیزیک 87 دانشگاه علوم پایه دامغان)منبع : هوپا

به ندرت می توان درطول تاریخ علم دوره ای را یافت كه این پایه از روشنگری توسط چنین جمع معدودی صورت پذیرفته باشد.
ماكس پلانگ را با كلاه و سیگارش در كنار ماری كوری در ردیف جلو بنگرید. پلانگ عاری از نشاط است، او سالها تلاش برای افكار انقلابی اش،دربارۀ مواد وتابش، خسته به نظر می آید.
انیشتن با لباس شق ورق در وسط در ردیف جلو نشسته است.در سمت راست عكس،پرفسور42 ساله ای به نام بور در اوج توانایی اش، آرام و مطمئن كه در ردیف وسط نشسته است.
در ردیف آخر، پشت سر اینشتین اروین شرودینگر با ژاكت و پاپیون اش به وضوح فردی بی قید به نظر میرسد. در سمت راست او، و با یك فاصله دو جوان افراطی به نام ولفگانگ پائولی و ورنر هایزنبرگ قرار دارند كه هنوز در دهه سوم عمرشان به سر قرار دارند.جلوی آنها پل دیراگ ،لویی دوبروی،ماكس بورن و بور قرار گرفته اند.
پیرترین آنها پلانگ69 ساله بود كه همه این ماجراها را در سال1900 شروع كرد تا دیراك25 ساله كه جوانترین آنها بود نظریه را در سال1928 كامل كند.
 
 
هر زیبایی كه دیدم،
و خواهانش شدم و بر آن دست یافتم،
رویایی از تو بود.
                                                                                 
                                                   جان دان، فردای نیك

آیا مكانیك كوانتومی یك نظریه كامل است؟
نظریه كوانتوم چیست؟
نظریه كوانتوم موفق ترین دستگاههای فكری است كه تاكنون توسط بشر ابداع شده است. این نظریه، جدول تناوبی عناصر و چگونگی رخ دادن واكنش های شیمیایی را توضیح می دهد. نظریه كوانتوم همچنین پیشگویی های دقیقی درباره لیزر، میكروچیپ، پایداری DNA و چگونگی تشعشع ذرات آن از درون هسته، به دست داده است.
 

 

اینشتین:نظریه كوانتوم غیر شهودی است و عقل سلیم را به مبارزه می طلبد.                          

 

 

پائولی:اخیراْ مفاهیم آن به فلسفه شرقی شبیه شده اند و برای كاوش رازهای پنهان شعور، اراده آزاد و فراهنجار به كار می روند.   

 

 

شرودینگر:نظریه كوانتوم هرگز ناكام نشد.

 

 

پلانك:نظریه كوانتوم اساساْ ریاضی است.  

 

 

                                                                           

بورن:ساختار نظریه كوانتوم چشم انداز جهان فیزیكی را دگرگون ساخته است.
 

 

 

قرائت بور از نظریه كوانتوم كه در سال1927 ارائه شد، امروزه نیز متداول است. این امر با وجود این است كه آزمایش های فكری انیشتن درسال1930 اصول بنیادی قرائت بور را زیر سوال برد.
آیا ممكن است باز هم حق با انیشتن باشد؟ آیا چیزی نادیده گرفته شده؟
مكانیك كوانتومی به خوبی ما را در درك هرچه بهتر از ساختار وخواص اتمها ، مولكولها ، جامدات و رفتار ذرات زیر اتمی یاری داده است و هدایای گرانقدری نیز به ما اعطا نمود ترانزیستور-لیزر-تلویزیون-كامپیوتر – میكروسكوپ الكترونی – انرژی هسته‌ای و…
همه و همه نتایج فیزیك كوانتومی است فیزیكی كه بر پایه عدم قطعیت، احتمال ، میانگین و آمار بناشده است. نظریه كوانتومی كه توسط پلانك و اینشتین ساخته و پرداخته گردید باسایه انداختن دیدگاه احتمال و عدم قطعیت برآن موجب نارضایتی و دلسردی اینشتین شد و راهش را از سایرین جدا كرد چراكه طرز فكری كه نسبیت‌‌ها از آن تراوش كرده بودنند این اجازه را به اینشتین نمی‌داد كه جهان عینی و علّی را رها كند و درسایه تردید و تزلزل در پی كشف حقایق عالم برآید ولی شاید اینشتین درست اندیشیده بود و این بوهر وهمفكران او بودند كه در بكارگیری و تعمیم اصل عدم قطعیت راه را به بیراهه رفتند.
همان طور كه برای توجیه پدیدهای عالم ماكروسكوپی فیزیك كلاسیك به تنهایی ناقص و نارسا است شاید برای بررسی تمام جوانب عالم زیر اتمی فیزیك كوانتومی نیز به تنهایی كافی نباشد و آنجا كه فیزیك كوانتومی دراندازه گیری همزمان تكانه و مكان ذره به بن بست می‌رسد شاید برای رهایی از این بن بست نمی‌بایست از اصل عدم قطعیت استفاده می‌كردیم بلكه باید مكانیك كوانتومی را كامل یا اصلاح می‌نمودیم یا با خلق روشهای نوین در رفع این معضل برمی‌آمدیم وبدین گونه با تدوین نظریه‌ای جدید از اتهام طبیعت به سردرگمی و دو شخصیتی یك شخصیت علّی در توجیه وقوع رویدادهای ماكروسكوپی و دیگری شخصیت غیر قابل پیش‌‌بینی و غیر قطعی در رویدادهای زیر اتمی  پرهیز می‌كردیم.

ولی در حال حاضر فیزیك كوانتومی با سرعتی متحیر كننده مسیر ترقی و شكوفایی خود را می‌پیماید بی‌آنكه درجاده هموار خود با مشكل مواجه شود. و تا موقعی كه مشكلی ایجاد نشود( همانند مشكلات موجود در فیزیك كلاسیك كه زمینه را برای تولد نظریه‌های نسبیت و كوانتوم فراهم نمود) دانشمندان نیازی به خلق نظریه‌ائی جدید یا ایجاد تغییری درآن نمی‌بینند.
  
جنگ سی ساله نظریه كوانتوم در برابر فیزیك كلاسیك
سه تجربه در عصر پیش كوانتومی وجود داشت كه نمی توان برای توجیه آن از فیزیك كلاسیك استفاده كرد.

1- تشعشع جسم سیاه و  فاجعه فرابنفش  كوانتوم(پلانك)   
2-  اثرفوتوالكتریك ذرات نور(انیشتن) 
3-خطوط روشن طیف نوری (اتم بور)
این دانشمندان با ارائه راه حل هایشان نخستین قدمها را برای درك جدید طبیعت برداشتند. امروز كار مشترك این سه مرد كه نقطه اوج آن مدل اتمی بور در سال 1913 بود، بعنوان نظریه قدیم كوانتومی شناخته می شود.  
 
تولد سه نظریه جدید كوانتومی

در طول 12 ماه از ژوئن 1925 تا ژوئن 1926 نه یك،نه دوتا بلكه سه طرح متفاوت و مستقل از نظریه كامل كوانتومی منتشر شد. كه بعدها نشان داده شد كه هرسه آنها معادل یكدیگر هستند. 

 

 

 

اولین:مكانیك ماتریسی كه توسط ورنر هایزنبرگ مطرح شد.
دومین:مكانیك موجی كه توسط اروین شرودینگر مطرح شد.
سومین: جبر كوانتومی كه توسط پل دیراگ مطرح شد           
  

 

 

 

 

 

مكانیك كوانتومی و ناخشنودیهای آن
 

هایزنبرگ(76-1901) در مونیخ در جایی كه پدرش استاد زبان یونانی در دانشگاه محلی بود، پرورش یافت. اواغلب از كوهنوردی از كوهنوردی لذت می برد. او دانش آموزی تیز هوش و پیانستی ماهر بود و درسال 1920 بعد از ثبت نام در دانشگاه مونیخ برای مطالعه نزد سامرفیلد رفت و در آنجا باولفانگ پائولی ملاقات كرد.
 
  
                                                                                
                   

 

 

پائولی و هایزنبرگ در ژوئن 1922 در گوتینگن بودند.و در این زمان  هایزنبرگ برای اولین بار بور راملاقات كرد. او تنها 20 سال داشت و در این زمان بر روی تز دكترای خود كار می كرد.در همان روزها بود كه پس از یكی از سخنرانی های بور به اعتراض برخاست وبور با تردید به اعتراض او جواب داد:

 

 

 

هایزنبرگ:بس از پایان سخنرانی، بور نزد من آمد و از من خواست برای راهپیمایی در كوههای هاینبرگ اورا همراهی كنم. این راهپیمایی تاثیرعمیقی بر زندگی علمی من گذاشت. شاید صحیح ترباشد كه بگویم كه زندگی علمی وافعی من از عصر همان روز شروع شد كه بور به من گفت:
«اتم شئی نیست». وما حدود سه ساعت باهم صحبت كردیم.وبرای اولین بار بود كه من دیدم یكی از بنیان گذاران نظریه كوانتوم نگران مشكلات آن است. بور بینش عمیقی داشت كه ناشی از مشاهده پدیده های واقعی بود و نه از نتیجه تحلیل های ریاضی. او می توانست به جای استنتاج صوری روابط آن ها را به طور شهودی بفهمد.

 

 
پس از پیاده روی بور درباره هایزنبرگ به دوستانش گفت:
هایزنبرگ همه چیز را می فهمد.در حال حاضر همه راه حل در دست اوست. او باید راهی فرار از مشكلات نظریه كوانتوم بیابد. اما هایزنبرگ باعث شگفتی بور شد.او از مدارهای الكترونی بور متنفر بود.
هایزنبرگ:هرگز نمی توان آنها را مشاهده كرد . فایده صحبت كردن درباره مسیرهای نامرئی الكترون در اتم غیر قابل رویت چیست؟
اگر نتوان اتم را دید، پس اتم مفهومی بی معنی است.
 چندین سال بود كه هایزنبرگ و همكارانش با مسئله ای كه بور در 1913 دربارهُ نظریهُ اتم عنوان كرده بود كلنجار می رفتنند:چرا الكترون در اتم فقط مجاز ند ترازهای مشخصی را كه دارای كه دارای انرزیهای معینی هستند را پر كنند. هایزنبرگ روشی تازه ابداع كرد، چون هیچ كس نمی تواند مدارهای الكترون را در درون اتم ببیند، او تصمیم گرفت كه فقط ارقامی را بپذیرد كه قابل اندازه گیری است: به ویژه ،مصمم شد با انژیهای وابسته به«حالتهای كوانتومی» كه در آنها الكترونهای اتم مدارهای مجاز را پر می كنند كاركند، وهمچنین به سرعتهای نظر بیفكند كه یك اتم ممكن است با انتشار یك فوتون به طور خود انگیز از هریك از این حالتهای كوانتومی به حالت دیگر انتقال یابد.
هایزنبرگ، چنانچه كه خود گفته است ، جدولی از سرعت انتقالها تنظیم كرد و یك دستگاه ریاضی كه روی این جدول عمل می كند ابداع كرد، كه خود آن به جدولهایی نوین انجامید:
نوعی جدول برای هریك از كمیتها مانند مكان یا سرعت یا توان دوم سرعت الكترون. با دانستن اینكه انرژی ذره ای در یك دستگاه ساده چگونه به سرعت و به مكانش بستگی دارد، هایزنبرگ توانست جدولی از انرژی های دستگاهی را در حالتهای گوناگون كوانتومی آن محاسبه كند.
هایزنبرگ می گوید:نقطه شروع كار من ایده نوسانگرهای ساده واقعی بود كه می توانند همه فركانسهای طیف را تولید كنند،نه بصورت مدل كوچكی از منظومه شمسی.و اگر بخواهیم دقیق تر بگوییم،ترازهای درون جدول هایزنبرگ ارقامی بودند كه امروزه به نام دامنه انتقال معروف است، ارقامی كه توان دوم آنهاسرعت انتقال را معین می كند. پس از بازگشت از هلگولند به گوتینگن به اوگفتند كه روش اختراعی جدولهایش برای ریاضیدانها آشنا است، این نوع جدولها نزد ریاضیدانها به ماتریس معروف است.
بعدها هایزنبرگ كشف خود را هدیه ای از بهشت نامید، پیش از پایان سال 1925 فیزیكدانانی نظیر ماكس بورن، پاسكوال یوردان در آلمان و پل دیراگ در انگلستان عقاید هایزنبزگ را در باره مكانیك كوانتومی بشكلی درآوردندكه قابل فهم باشد امروزه این شكل به مكانیك ماتریسی معروف است.
 
استیون واینبرگ(برنده جایره نوبل فیزیك)در مورد مقالهای هایزنبرگ چنین می گوید:
 
اگر خواننده ای در فهم آنچه هایزنببرگ انجام داد سر در گم است، او در این كار تنها نیست. چندین بار كوشیده ام تا مقاله ای را كه هایزنبرگ پس از بازگشتن از هلگولند نوشت بخوانم، و با اینكه گمان می كنم مكانیك كوانتوم را می فهم، هرگز نتوانستم انگیزه هایزنبرگ را در گامهای ریاضی را كه در این مقاله برداشته است را درك كنم.
فیزیكدانان نظریه پرداز در موفقترین كارهای خود یكی از این دو نقش را دارند:یا «خردمندانه»یا «افسونگرانه» . فیزیكدان خردمند درباره مسائل فیزیكی با گامهای منظم و بر پایه عقاید بنیادی استدلال می كند كه طبیعت چگونه باید باشد. برای نمونه، اینشتن در ایجاد نظریه نسبیت عام نقش خردمندانه ای داشت. وی با مسئله ای مشخص رو به رو  بود : چگونه می توان نظریه گرانش را با نظریه ای نوین درباره فضا وزمان، كه خود او در سال 1905 به نام نظریه نسبیت خاص پیشنهاد كرده بود، سازگار كرد.اما در سال1900 ، پلانگ در اختراع  نظریه انتشار حرارت یك افسونگر بود، و اینشتن نقش افسونگر را هنگامی بازی كرد كه ایده فوتون را در سال 1905 پیش نهاد. شاید علت اینكه نظریه فوتون را بعدها به عنوان انقلابی ترین فكر خود ذكر كرد همین باشد. به طور كلی، درك نوشته های فیزیك دانهای خردمند بسیار دشوار نیست، اما بیشتر نوشته های فیزیكدانهای افسونگر درك پذیر نیست. به این معنا، نوشته سال 1925 هایزنبرگ افسونگریی ناب است.
ولفگانگ پاولی در هامبورگ، از این مكانیك ماتریس نوین توانست یكی از مسائل فیزیك را كه انگشت نما شده بود، یعنی محاسبه انرژی حالتهای كوانتومی هیدروژن، محاسبه كند و نتایجی راكه بور قبلاً بدست آورده بود تایید كند.
پاولی تز دكترای خود را زیر نظر سامرفیلد درباره نظریه كوانتومی هیدروژن یونیزه در سال1921 انجام داد. اویك نیم سال به عنوان دستیار بور به گوتینگن رفت وسپس به عنوان استاد بدون حقوق به هامبورگ عزیمت كرد.پاولی برای محاسبه كوانتومی مكانیكی در زمینه ترازهای انرژیی اتم هیدروژن شایستگی
ریاضی فوق العاده ای از خود نشان داده محاسبه او روش استفاده خردمندانه از قواعد هایزنبرگ وتقارنهای خاص اتم هیدروژن بود.
بااینكه هایزنبرگ و دیراگ نیروی خلاقیت بیشتری نسبت به پاولی داشتند اما هیچ فیزیكدانی از نظر هوش به پای او نمی رسید. ولی حتی او هم نتوانست این محاسبات را به اتم بعدی،یعنی هلیوم گسترش دهد، چه رسد به اتم ها و مولكولهای دیگر.
مكانیك كوانتومی كه امروزه در دانشگاهها تدریس می شود و شیمیدانان و فیزیكدانان از آن استفاده می كنند در واقع همان مكانیك ماتریس هایزنبرگ وپاولی وهمكارانشان نیست، بلكه دستگاه معادل ریاضی دیگری است كه بسیار آسانتر به كار می آید،و شكل آنرا،كمی بعدكشف مكانیك ماتریس،اروین شرودینگر ابداع كرد.
در كوانتوم مكانیكی كه شرودینگر پیشنهاد كرد،هریك از حالتهای فیزیكی ممكن دستگاهی را میتوان  باتعیین كمیتی به نام تابع موجی مشخص كرد،درست مانند آنچه برای توضیح نور به عنوان موجی از میدانهای الكتریسیته و مغناطیسی دیده می شود.
روش تابع موجی برای مكانیك كوانتوم ، در سال 1923 در مقاله لوئی دوبروی و سپس در رساله دكترایش در سال1924، پیش از نوشته های هایزنبرگ مطرح شده بود.دراین قسمت كمی به عقب تر باز می كردیم وبا شاهزاده فرانسوی جناب دوبروی آشنا شویم.درسال1923 یك دانشجوی فارغ التحصیل از سوربن پاریس، پرنس لوئی دوبروی ایده حیرت انگیز خود را  ارائه داد كه بیانگر خصوصیت موجی بودن ذرات بود.دوبروی به شدت تحت تاثیر بحث های اینشتن درباره لزوم لحاظ كردن دوگانگی در فهم طبیعت نور ، قرار داشت.
دوبروی در تز دكترایش چنین نوشت...

به نظر می رسد كه ایده  اساسی نظریه كوانتوم غیر ممكن بودن تصور یك كمییت انرژی،
مجزا از پیوند آن با فركانس خاص است.
اگر چه درك دقیق فركانسی در رابطه اینشتین مشكل است...
                     E=hf                     
انرژ ی برابر است با ثابت پلانك ضرب در فركانساما این مفهوم در واقعه یك روند چرخه ای درونی را
هنگامی كه دوبروی تز دكترای خود را  تحت عنوان«تحقیقاتی دربارهُ كوانتوم » ارائه داد. ایده های حیرت انگیز آن باع شگفتی هیئت آزمون دانشگاه پاریس شد. ویكی از اعضای این هیئت پل لنژوین بود كه خوشبختانه یك نسخه تكمیل شده از تز دوبروی را برای انیشتن فرستاد .انیشتن پس از برسی تز دوبروی در تماسی با  هنریك لورنتز او را نیز در جریان قرار داد. وچنین گفت كه: من معتقد هستم نظریه دوبروی اولین پرتو ضعیف نور را بر معماهای فیزیكدانان می افكند.
انیشتن با هیئت آزمون بحث عمیقی كرد و هیئت آزمون تز دكترای دوبروی را پذیرفت.دوبروی می گوید كه:
هنگامی كه یك الكترون در اتم حركت می كند موج وابسته به آن ایستا است یعنی به فرم موج ایستاده مانند موجی در طول سیم ویلون كه دو طرف آن ثابت شده است. در این شرایط همان طور كه هر دانشجویی موسیقی به خوبی می داند تنها فركانس های مشخص و پیوسته-فركانس های اصلی و هارمونیك های آن- تولید می شوند.
این درست همان چیزی است كه بور در سال1913 در طرح اتم هیدروژن خود به آن نیاز داشت. با جا دادن تعداد صحیحی موج الكترون در اتم و استفاده از روابط دوبروی بور می توانست توجیه نظری كاملی برای كوانتومی بودن مدارها ارائه دهد.
با چنین رساله دكترایی انتظار می رفت كه دوبروی پاپیش گذارد و بسیاری از مسائل فیزیك را حل كند. ولی در واقع،او هیچ كار مهم دیگری در علم طی باقی مانده عمر خود انجام نداد.
در واقع این آقای شرودینگر بود كه در زوزیخ،وبین سالهای1925-1926، آرای مبهم دوبروی دربارهُ امواج الكترون را از نظر ریاضی به طور دقیق و منسجم به ضابطه در آورد كه برای تمامی الكترونها یا هر ذرهُ دیگر در اتم یا مولكول كاربرد داشت. به علاوه، شرودینگر توانست نشان دهد كه مكانیك موجی او با مكانیك ماتریسی هایزنبرگ برابر است، از راه ریاضی هریك را از دیگری می توان به دست آورد.
سال 1926 سال تعیین كننده برای مكانیك كوانتومی بود اروین شرودینگر با طرح مكانیك موجی خود و ورنرهایزنبرگ با ارائه مكانیك ماتریسی سنگ بنای این علم نوین را بنا نهادنند، شرودینگر با تدوین مكانیك موجی توانست تابع موج یك ذره مانند الكترون را به كمك معادله خود مشخص كند این تابع موج تا حدود زیادی از اصل موجبیت یا جبر نیوتونی پیروی می‌كرد.
ماباحل معادله شرودینگرمی‌توانستیم با تعیین نیروی وارد برذره الكترونتابع موج آن ذره را كه رفتار آینده آن رامشخص می‌كند بدست بیاوریم این تقریبا شبیه آن چیزی است كه فیزیك كلاسیك برای پیش بینی رفتار یك ذره یا موج به كمك قوانین نیوتن یا معادلات ماكسول با دانستن وضعیت كنونیش به دست می‌آورد بود. معادله شرودینگر كه برای تعیین رفتار موجی ذره درنظر گرفته شد معجونی از فیزیك كلاسیك ونظریه‌های جدید (كه صحت آنها به كمك آزمایش تایید گردید) بود در این معادله اصل پایستگی انرژی ماهیت دوگانه‌ ذره‌ای - موجی ماده بر اساس فرض دوبروی اصل برهم نهی امواج نظیر امواج صوتی و الكترومغناطیس رعایت شده است این معادله مستقل از زمان و یك بعدی است مجذور  تابع موج به ما كمك می‌كند تا بتوانیم موقعیت یك ذره مانند الكترون را با احتمال بسیار زیاد در محل معینی از فضا تعیین كنیم.كاری كه شرودینگر انجام داد شبیه كاری بود كه نیوتون و ماكسول انجام دادند و آن قراردادن وقایع مشاهده شده در یك چارچوب ریاضیاتی بود نیوتون و ماكسول تنها برای مسائلی كه مشاهده می‌شدند قانون وضع نمودنند و این قوانین به خوبی كار خود را انجام میدادند شرودینگر نیز با استفاده از مفاهیم جدید و تازه كشف شده و با تركیب آنها با یافته‌های پیشین توانست یك قالب به صورتیكه ناقص اصل علیت نباشد برای آنها تدوین نماید ولی این هایزنبرگ بود كه به كلی بنیان این اصل را درهم ریخت و رابطه علت و معلولی را كه پیش از این برای رویدادهای فیزیكی تدوین شده بود به عدم قطعیت و تردید مبدل نمود. اصل عدم قطعیت یكی از جنجالی ترین اصول مكانیك كوانتومی است این اصل بیان میدارد تعین دقیق مكان و تكانه (اندازه حركت) یك ذره به طور همزمان غیر ممكن است و حاصل ضرب این عدم قطعیت‌ها در مكان و اندازه حركت ذره همواره كمتر یا مساوی 1.05*10-34 ژول ثانیه است. كوچكی این مقدار به ما می‌گوید كه باید در ذرات زیر اتمی بدنبال عدم قطعیت باشیم نه در ذرات ماكروسكوپی و بزرگ گرچه آنان نیز از اصل عدم قطعیت پیروی می‌كنند ولی مقدار آن در مقابل اندازه جسم چنان ناچیز است كه قابل صرفنظر كردن می‌باشد مثلا یك توپ بیس بال به جرم 145 گرم كه با سرعت 5/42 متر برثانیه حركت می‌كند در صورتی كه بتوان سرعت آن را با دقت یك درصد اندازه گرفت تكانه آن از عدم قطعیتی معادل 6.16*10-2 كیلوگرم در متر برثانیه و بدنبال آن مكان نیز از عدم قطعیت مكان 1.7*10-33 متر(چیزی در حدودهزار میلیارد میلیارد میلیاردیم یك میلیمتر) برخوردار خواهد بود كه نسبت به اندازه توپ بیس بال بسیار بسیار ناچیز می‌باشد. ولی در مورد فوتون و ذرات بنیادی و زیر اتمی دیگر جایز نیست كه ما از عدم قطعیت‌ها در مكان و تكانه چشم پوشی كنیم چرا كه مقدار عدم قطعیت ها درمقابل اندازه ذره چشمگیر و قابل توجه می‌باشد.اگر در آزمایش پراش، قطر روزنه كه فوتون از آن می‌‌گذرد را بعنوان عدم قطعیتدرمكان ذره وپهنای نقش پراش كه روی پرده ایجاد می شود را به عنوان عدم قطعیت در تكانه و اندازه حركت فوتون بدانیم در صورتی كه بخواهیم  عدم قطعیت در مكان ذره  را كاهش دهیم تا با اطمینان بیشتری از مكان فوتون آگاهی یابیم باید قطر روزنه راكم وكمتر كنیم ، در اینجا ما اگر بتوانیم ذرات را مشاهده كنیم با برخورد آنها به پرده می‌توانستیم اندازه حركت آنها را نیز بدست بیاوریم ولی همین كوچك كردن قطر روزنه یا شكاف موجب می‌شود پهنای نقش پراش كه بیانگر جنبه موجی نور است افزایش یابد ، ظهور این ماهیت از ماده ما را در تعیین اندازه حركت ذر ه با یك عدم قطعیتی گریز ناپذیر روبرو می‌كند كه برای برطرف كردن آن باید از پهنای نقش پراش بكاهیم برای اینكار باید قطر روزنه یا شكاف را افزایش دهیم همین افزایش قطر شكاف موجب ایجاد عدم قطعیت در مكان ذره مورد نظر (فوتون) خواهد شد با یك آزمایش فكری بهتر می‌توان به اصل عدم قطعیت پی برد. توصیف می كند.

فرض كنید می‌خواهیم سرعت حركت یك الكترون و جای آن را در یك لحظه معین در اطراف هسته حساب كنیم برای این كار باید قادر به دیدن الكترون باشیم اگر دستگاهی بتواند قدرت دید ما ر ا تا حد دیدن یك الكترون بالا ببرد در این صورت برای تشخیص دقیق مكان الكترون باید پرتو نوری را با طول موج كوتاهتر به آن بتابانیم و چون برخورد این پرتو به الكترون باعث انتقال انرژی به آن می‌‌شود این انرژی منتقل شده سرعت حركت الكترون را افزایش می‌دهد و ما برای تعیین سرعت الكترون و بدنبال آن برای تعین تكانه آن با یك عدم قطعیتی مواجه می‌شویم برای اینكه این عدم قطعیت را به حداقل كاهش دهیم باید پرتوی نوری كه برای تشخیص مكان الكترون بكار می‌بریم از انرژی كمتری (طول موج بیشتری) برخوردار باشد.

 این كاهش انرژی پرتو نور سبب ایجاد یك عدم قطعیتی در تعیین مكان الكترون می‌شود كه با كاهش انرژی پرتو نور این عدم قطعیت در مكان الكترون افزایش می‌یابد( هرچه طول موج نور تابیده شده به یك جسم كوتاهتر باشد جزئیات آن جسم بهتر مشخص می‌‌شود.) وما قادر نخواهیم بود با دقت مورد علاقه‌مان جای الكترون را در یك محدوده معین از فضای اطراف هسته معین سازیم. اصل عدم قطعیت نه تنها تعیین همزمان مكان و تكانه ذره را با دقت نامحدود غیرممكن می‌سازد بلكه تعیین همزمان انرژی و مختصه زمان ذره را نیز با دقت نامحدود محال می‌داند.همان گونه كه در مكان و اندازه حركت یك ذره مانند الكترون عدم قطعیتی گریز ناپذیر وجود دارد در انرژی یك ترازتشدید نیز عدم قطعیت وجود دارد .
این بدان معناست كه اگر دستگاه مورد نظر در زمان كمتری در یك تراز تشدید بماند محاسبه انرژی آن تراز از دقت كمتری برخوردار خواهد بود اگر بخواهیم عدم قطعیت در انرژی را كاهش دهیم باید اتم مدت بیشتری در آن تراز تشدیدبماند كه در آن صورت عدم قطعیت در اندازه گیری زمان افزایش می یابدبنابراین اصل عدم قطعیت دقت در اندازه گیری  انرژی را نیز محدود می سازد.

ادامه در مقاله دوم


نوشته شده توسط :فرزاد
پنجشنبه 26 آذر 1388-01:16 بعد از ظهر
نظرات() 

 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر