دانشمندان آزمایش ذهنی دو شکاف اینشتین را ایجاد کردند!

بیگ بنگ: فیزیکدانانی از مرکز سینکروترونِ* SOLEIL در فرانسه با استفاده از شتاب دهنده ذرات توانستند بهترین موقعیت را برای درک آزمایش ذهنی که نخستین بار در سال ۱۹۲۷ توسط آلبرت اینشتین پیشنهاد شده بود، انجام دهند. به نظر می رسد اینشتین در جدال با بور شکست خورده است.

تصویری از شتاب دهنده ی ذرات SOLEIL در فرانسه

تصویری از شتاب دهنده ی ذرات SOLEIL در فرانسه

به گزارش انجمن فیزیک ایران، در نوعی از آزمایش بسیار محبوب دو شکافی، اندازه‌گیری‌ها جنبه‌ای از نظریه‌ی کوانتومی که اینشتین در صدد نامعتبر کردنش بود را تائید می‌کنند. این آزمایش به جای دو شکافیِ آزمایش اینشتین، از دو اتم برانگیخته استفاده می‌کند و نشان می‌دهد که هرگاه بتوان تعیین کرد از کدام اتم یک الکترون تابش کرده است، طرح تداخلی کوانتومی ناپدید می‌شود. اینشتین چندین بار تلاش کرد تا عدم قطعیت ذاتی در مکانیک کوانتومی را با مطرح کردن آزمایشاتی فرضی که در آن زمان قابل انجام در آزمایشگاه نبودند، رد کند. یکی از آن‌ها شامل اصل دوگانگی موج-ذره می‌شد که پیش‌بینی می‌کند دنباله‌ای از تک ذرات که از دو شکاف عبور می کنند، طرح پراشی موج‌گونه را روی پرده ایجاد خواهند کرد. این اثر به علت خاصیت موج‌گونه‌ی هر ذره است که به آن اجازه می‌دهد همزمان از هر دو شکاف عبور کند.

اینشتین می‌گفت، یک حسگر فوق العاده حساس می‌تواند اثرات شکافی که الکترون از آن عبور کرده را بدون اینکه طرح تداخلی را برهم بزند آشکار کند. این به نوعی ایستادن در برابر مکانیک کوانتومی بود و رقیب بزرگ اینشتین، نیلز بور، با این بحث که اگر آزمایشگر بداند الکترون از کدام شکاف گذشته است اصلاً طرح تداخلی رخ نخواهد داد و با آن مخالفت میکرد.

در حالی که آزمایش مذکور در آن زمان بدلیل ساده بودن مفهوم و در عین حال دشواری‌ تجربی‌اش کاملاً فرضی بود، همین نکات آزمایشگران امروزی را به طرز مقاومت ناپذیری به چالش کشیده است. در سال ۲۰۰۱، سرگ هاروچ (Serge Haroche) و همکارانش در پاریس این اصل را نشان دادند. آن‌ها برای شکافتن حالت داخلی تعدادی اتم ریدبرگ به دو حالت مختلف که قبل از باز ترکیب شدن با آهنگ‌های متفاوتی ظاهر می‌شدند، از پالس مایکروویو استفاده کردند. بعد از آن در ۲۰۱۱، جورج اشمیدمایر Jorge Schmiedmayer و همکارانش در دانشگاه صنعتی وین به تقریب نزدیکتری دست یافتند.

آزمایش دو-اتمی

اکنون، کاتالین میرن و همکارانش در شتاب دهنده ذرات SOLEIL با همراهانی از سوئد، فرانسه و رومانی به بازآفرینی آزمایش فرضی اصلی بسیار نزدیک شده‌اند. آن‌ها از یک مولکول دو اتمی اکسیژن که توسط تابش سینکروترونی و قابل تنظیمِ پرتوی ‌X در خط باریکه‌ی PLÉIADES برانگیخته شده است، استفاده می‌کنند. با تنظیم انرژی پرتوی X، محققان می‌توانند یک الکترون را تحریک کنند تا از مدار مولکولی داخلی به یک حالت مقید با انرژی زیاد یا به یک حالت دفعی که منجر به واپاشی مولکول می‌شود برود. بعد از این گذار، یکی از اتم‌ها، الکترون دیگری به نام الکترونِ آگر (Auger electron) تابش کرده و در این حین پس زده می‌شود. اگر الکترون اول به حالت مقید رفته باشد، دوباره به حالت پایه‌ی مولکولی برمی‌گردد و موقع رها شدن الکترون آگر، دو اتم با هم پس زده می‌شوند.

این یعنی اندازه‌گیری پس زنیِ اتم‌ها هیچ چیز در مورد اینکه کدام اتم الکترون را تابش کرده است نمی‌گوید. اما اگر الکترون به حالت دفعی رفته باشد، مولکول واپاشی می کند و دو تک اتم اکسیژن ایجاد می‌کند. چناچه الکترون آگر بعد از واپاشی مولکول آزاد شود، اتم‌ها دیگر با هم پس زده نمی‌شوند و اندازه‌گیری پس زنی اتم‌ها مشخص خواهد کرد که الکترون از کدام اتم تابش شده است. لذا، این دو اتم نقش شکاف‌های آزمایش فرضی را بازی می‌کنند و آزاد شدن الکترون مانند بیرون آمدن ذره از دو شکافی است. اگر پس زنی اتم ها با هم باشد، نمی‌دانیم الکترون از کدام شکاف گذشته است- اما اگر فقط یکی پس زده شود، آنگاه می دانیم کدام شکاف مورد استفاده قرار گرفته است.

به جای پرده،‌ تیم تحقیقاتی از دستگاه دست ساز منحصر به فرد و بسیار حساسی به نام EPICEA استفاده کرد که هر سه مولفه‌ی تکانه را هم در الکترون تابش شده و هم در اتم پس زده شده‌ی اندازه می‌ گرفت. میرن می‌گوید: «این در واقع چیزی بود که من برای رساله دکترای خودم بیست سال پیش ساختم».

اینشتین باز هم اشتباه کرد

با مرتبط کردن انرژی الکترون آزاد شده به زاویه‌ی بین تابش الکترون و محور مولکول دو اتمی در تعداد زیادی برخورد فوتون-مولکول، پژوهشگران به طور الکترونیکی «طرح تداخلی» را باز تولید کردند. با نگاه کردن به جابجایی داپلریِ یون پس زده شده، محققان همچنین توانستند با محاسبه نشان دهند که آیا یک یا هر دو اتم پس زده می شوند. وقتی دو اتم با تداخل زیاد غیر قابل تشخیص بودند، نوارهای تداخلی ایجاد می شدند (شکل را ببینید). در حالی که وقتی به وضوح معلوم بود که تابش از کدام اتم آمده است، باند پیوسته ای به وجود می‌آمد که اثری از نوارهای تداخلی در آن دیده نمی‌شد. نتایج با تقریب خوبی با محاسبات سطح بالای نظری در توافق است- و بار دیگر نشان می‌دهد که تعبیر درست از آزمایش فرضی متعلق به بور است.

نظریه و آزمایش: الکترون آگر در عمل

نظریه و آزمایش: الکترون آگر در عمل

جورج اشمیدمایر این کار را «نمایش زیبایی از یک اثر بسیار بنیادی» می‌نامد و توضیح می‌دهد که با اینکه در اصل «فیزیکِ آزمایش هاروچ و آزمایش ما دقیقاً یکی است اما تاکنون در سایر مقالات، شکاف، فوتون یا چیزی شبیه به آن بوده است. در اینجا شما دو ذره‌ از ماده دارید که دو شکافیت را تشکیل می‌دهند. این‌ها گام‌هایی است که ما را به پیشنهاد اصلی اینشتین و بور نزدیک و نزدیکتر می‌کند». این تحقیق در Nature Photonics توضیح داده شده است.

در سال ۲۰۰۲، خوانندگانِ Physics World به آزمایش دو شکافی با الکترون‌ها به عنوان «زیباترین آزمایش» رای دادند.

*سینکروترون ( synchrotron) که اولین بار توسط لوییس آلوارز ابداع شد، نوعی از شتاب دهنده ذرات به شکل یک حلقه دایره‌یی است که با کمک میدان های الکتریکی و مغناطیسی، تابش الکترومغناطیسی تولید می کند ذراتی که با سرعتی نزدیک به سرعت نور در یک محیط الکترومغناطیسی حرکت می‌کنند، در جهت حرکتشان، نوری منتشر می‌کنند که تابش سینکروترون یا نور سینکروترون نامیده می‌شود.

ترجمه: مریم ذوقی / منبع: physicsworld

image_pdfimage_print
(15 نفر , میانگین : 4٫80 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=21991
تحریریه‌ی بیگ بنگ

تحریریه‌ی بیگ بنگ

وب سایت بیگ بنگ یک سایت علمی، تحقیقاتی میباشد که توسط تعدادی از علاقمندان به علم و دانش اداره می شود. این سایت از اواخر سال 1390 تاکنون به فعالیت خود در این حوزه ادامه داده است.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۱۵ پاسخ‌ها

  1. mojtaba گفت:

    خیلی آزمایش محشرییه؛ اینکه دو شکاف یانگ رو بیایی در ابعاد اتم ها با کلک فوق العاده عالیه الکترون اوژه (َAuger) انجام بدی….اگه از من پیش از انجام آزمایش می پرسیدن نتیجه چی میشه؟ قطعا پاسخم بوهر بود. معلومه، چون الکترون “خیلی ” بزرگه، بایستی حتما در ابعاد نوترینو صورت بگیره که اونوقت حق با انیشتین خواهد بود؛ جهان بسیار بسیار پیچیده تر از این حرفاست که به “consciousness” ما آدما اهمیت بده (یعنی تفسیر کپنهاک)! حق همیشه با نابغه ی بیستم خواهد بود…
    میشه بگید اینشتین بازم کجا اشتباه کرده بوده (قبلا)، که حالا این دومیشه!
    با تشکر

    • مــهــدی گفت:

      اینشتین در طول عمرخود اشتباه می کرد.(بنابراین انتظار ندارید بعد از آن اشتباه کند!!!)
      نمونه اش درک نادرست از ثابت کیهانی موجود در نسبیت عام بود.

      • mojtaba گفت:

        اولنش ثابت کیهانشناختی رو بخاطر دانشمندان آن زمان که علاقمند به
        جهان ایستا بودن وارد کرد مگه نه نسبیت عام جهان پویا رو به ذات پیش بینی میکنه و خودش دلش نمیومد…ثانیا همین ایده رو الانشم با وجود انرژی تاریک کنار نذاشتن…
        بعدشم اینکه، البته، شکست پل پیروزیه و من نمیگم ایشون اشتباه نمیکرد…اگه بارها اشتباه نمیکرد به جایی نمیرسید…بحثم روی نظریاتشه که هنوز رد نشدن…و بخصوص
        اینقد که ایشون روی ناقص بودن کوانتوم در تحلیل “حقیقت” بنیان جهان تاکید میکرد، ابای از کنار گذاشته شدن نسبیت عامش نداشت و حتی بارها اونو اعلام میکرد که ناقصه…ندایی درونی (حاصل از پیوند عمیق علمی که با جهان داشت و انو بر پایه اصول بدیهی شگفتی میدید) ایشون رو تا اخرین دقایق عمرش برای پیچاندن طومار “آماری” کوانتوم برای رسیدن به نظریه ی همه چیز جبرگرا ، پیش میراند.

        • مــهــدی گفت:

          تمامی جنبه های نظریه کوانتوم “آماری”نیستند،اتفاقا برخی جنبه های آن قطعی و با دقت بالا هستند.(مانند زمان پلانک که می گوید زمانی کوچکتر از ده به توان منفی ۴۴ ثانیه وجود ندارد.)
          بعد اینکه مکانیک کوانتومی پدیده‌های فیزیکی را از مقیاس میکروسکوپی بررسی می کند،در صورتی که ما اشیا ماکروسکوپی هستیم،وکسی هم حکم نکرده اینکه از نظر ما که دیدمان نسبت به جهان ماکروسکوپیکه و از نظرما آماری بودن غلط است، حتما هم باید از نظر میکروسکوپیک وضعییت به همین ترتیب باشد!

    • شاهين گفت:

      نتیجه آزمایش هیچ رابطه اى با ابعاد و اندازه ذره نداره. هر گاه اطلاعاتى در مورد مسیر ذره ى پرتاب شده در هر جایى از این جهان وجود داشته باشه رفتار ذره به صورت ذره اى و اگه هیچ اطلاعاتى در مورد مسیر ذره وجود نداشته باشه رفتارش به صورت موجى میشه. ضمنا انیشتین در مورد entanglement هم اشتباه کرده بود.

  2. mojtaba گفت:

    تمام نتایج کوانتوم احتمالی است، حتی وقتی که برای یک ذره اونو بکار بگیریم، که هر چه مسئله ساده تر بشه-مثلا چاه پتانسیل محدود با کمینه جزئی-باز چون تابع موج احتمال نسبت میده هرگز قطعیتی در کار نخواهد بود…این در حالی است که ذره، ذره است و قطعا باید قطعیتی در کار باشه…پس این نشون میده که حتما ذره با محیط اطرافش بطرز “خارق العاده ای” در اندرکنشه و ما انسانها به دلیل محدودیت نبوغ و دانشمون نمیتونیم مسیر حرکت ذره رو پیش بینی کنیم…دقیقا به خاطر همین طرز فکر حقیقت گرایانه بود که مثلا اینشتین نظریه متغییرهای پنهان رو ارائه داد و البته بد نیست اشاره بشه که نظریه بی نهایت بودن ذرات حسابی رو هم از بین یکصد پایان نامه، بسیار ارزشمند و انقلابی می دانست “البته بقول خودش درصورتی که ما رو به جوابهای متقارن و امیدبخش رهنمون کنه”…خلاصه اینکه اگر مکانیک آماری را مطالعه کرده باشید بطور بنیادی پی خواهید برد که مکانیک کوانتومی همان مکانیک آماری است که منتها یه کم -پیازداغشو- بیشتر کردن….
    در ضمن حتی ثابت پلانک نیز کلاسیکی است که بصورت ترکیب عجیبی از ثوابت فیزیکی در تحیل آماری تابش جسم سیاه قابل محاسبه است…

  3. mojtaba گفت:

    اینو هم بگم که نظریه نهایی قطعا کوانتمی باید باشد، زیرا ما هیچگاه نمیتوانیم پیچیدگی عمیق و پنهان جهان رو دقیق پیش بینی کنیم…ولی تفاوتی که با مفهوم امروزی از کوانتوم خواهد داشت این خواهد بود که، بعد از توجیه بسیاری از پدیده های لاینحل، خودش به روشنی اذعان میکنه که ناقصه و حقایقی در منتهای شگفتی در پس پرده هست که ماورای اندیشه ی انسانی استimponderable…به قول بعضی از دانشمندان که کارهایی در زمینه گرانش کوانتمی کردن و مقالهاشونو خوندم…مفاهیمی nonevident,nonlocal و عمیقا متفاوت با مفاهیم جاری و تعمق انسانی، که بکلی فیزیک ما را درهم میریزد و از عهده ی ریاضیات خارج است را برای اداره ی جهان لازم میداند…و این یعنی تسلیم نهایی

    • مــهــدی گفت:

      پایان راه علم به هیچ وجه در پس یک نظریه واحد نهفته نیست بلکه در پس قانونی نهفته است که آن قانون به طور اجتناب ناپذیری” ناقص” است.
      «قوانین ریاضی در جایی که به واقعیت مربوط میشوند قطعی نیستند و وقتی قطعی باشند به
      واقعیت مربوط نمیگردند .»(گفته اینشتین )
      این ساده لوحانست که ما قبول کنیم پایان راه علم نظریه ای باشد که با توجه به “کامل” بودنش، قطعا باید آن نظریه را کسانی درک کنند که از سواد فیزیک و ریاضی خیلی بالایی برخوردار هستند!!!
      مهم نیست که ما همه چیز را بدانیم،مهم آن است که آن چیزی که از همه بیشتر اهمیت دارد را ما بدانیم.

  4. mojtaba گفت:

    شما متاسفانه آنچه را که گفتم ؛ گویا متوجه نشدید…
    دقیقا هیچ نظریه نهایی “مطلق، قطعی” وجود نخواهد داشت.. قضیه ناتمامیت گودل …فقط آن نظریه نهایی “بشری” خواهد گفت: از این بیشتر نمیشه جلو رفت، من ناقصم، و حقیقت وجود دارد…
    فرمایش آقای اینشتین هم کاملا درسته…ایشون فردی رئالیسم هستند و نه پوزیتیویسم-حس مسلک- ایشون همیشه اشاره میکرد که “حقیقت” جدا و ماورای “واقعیت” است..بنابراین بجای واژه قطعی همان “حقیقت” را قرار دهید تا جمله معنا پیدا بکنه و منظورشون رو دریافت کنید…یعنی:ریاضی (یا اندیشه بشری) فقط در واقعیت (ظواهر حقیقت، جهان مصور) حق جولان دارد…. نتایج علمی مورد انتظار دانشمندان نیز به همین موضوع استناد میکند که اشاره شد. واقعیت مجبور است به حقیقت تکیه کند، پس آن در نهایت شکوه نیز ناقص است. حقیقت؛ قطعی، ۱۰۰درصد و متکی به ذات است…این شعار نهایی نظریه نهایی “واقعیت” خواهد بود؛ یا همان چیزی که از همه بیشتر اهمیت دارد ما بدانیم!
    وسلام

  5. mojtaba گفت:

    شاید…اما ممکنه شواهد تکاندهنده ای داشته باشه که از وجه به قول شما -لازم- با “تونل زنی” به اون روی وجه، یعنی-کافی- هم برسه!!!

  6. رز گفت:

    این اراجیف چیه کامنت گذاشتین!؟ طفلک ذوقی زحمت کشیده یه مقاله براتون ترجمه کرده اینطوری می زنین تو ذوقش!؟

  7. mojtaba گفت:

    جناب! (رز) رو منظورمه…

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *