نظریه میدان های کوانتومی

بیگ بنگ: بعد از کشف نظریه مکانیک کوانتومی نسبیتی توسط دیراک، دیگر کشف ِ بنیادی دیراک هنگامی حاصل شد که او اصول مکانیک کوانتوم را نه در مورد ذرات، بلکه در مورد میدان الکترومغناطیسی به کار برد. این تحول به نخستین مثال شناخته شده از نظریه میدان های کوانتومی انجامید.

quantum-600x337به گزارش بیگ بنگ، تفاوت اساسی بین ذره و میدان این است که تعداد درجات آزادی یک ذره متناهی، در حالی که میدان تعداد نامتناهی درجه آزادی دارد. برای رویارویی با این تفاوت، روش های ریاضیاتی شناخته شده ای وجود دارد. نظریه های میدان های کوانتومی، روش روشن تفکر درباره ی دوگانگی موج/ذره را در اختیار ما قرار می دهند. میدان موجودی گسترده در فضا و زمان است؛ بنابراین، موجودی است برخوردار از سرشت ذاتا موج گونه. حاصل کاربرد نظریه کوانتوم در مورد میدان ها نمایان شدن کمیت های فیزیکی(مانند انرژی و تکانه)به صورت بسته های گسسته و شمارش پذیر بوده است. اما این شمارش پذیری دقیقا همان چیزی است که ما به رفتار ذره گونه نسبت می دهیم.

بنابراین، در مطالعه ی میدان کوانتومی، موجودی را بررسی می کنیم و می فهمیم که به صراحت هر دو خاصیت ذره گونه و موج گونه را به شکلی حتی الامکان واضح بروز می دهد. در نظریه میدان کوانتومی، حالت هایی که خواص موج گونه بروز می دهند، آنهایی اند که تعداد نامعینی از ذرات را در خود دارند. این خاصیت، از اصل برهم نهی نظریه کوانتوم حاصل می آید که ترکیب حالت هایی را ممکن می کند که تعداد متفاوتی از ذرات را در خود دارند. خلاء در نظریه میدان های کوانتومی خواص نامعمولی دارد که اهمیت ویژه ای دارند. البته، خلاء پایین ترین حالت انرژی است که در آن برانگیختگی ای وجود ندارد که با ذرات متناظر باشد.

quantumبا همه، گرچه به این معنا چیزی وجود ندارد، اما در نظریه میدان های کوانتومی این به آن معنا نیست که هیچ چیزی در جریان نیست. روش ریاضی، موسوم به آنالیز فوریه به ما امکان می دهد که میدان را به صورت مجموعه ای نامتناهی از نوسانگرهای هماهنگ تلقی کنیم. به هر نوسانگر بسامد خاصی وابسته است و هر نوسانگر از نظر دینامیکی طوری رفتار می کند که انگار اونگی با همان بسامد معین است. خلاء کوانتومی، حالتی است که در آن تمام این آونگ ها در پایین ترین حالت انرژی خود هستند. برای آونگ کلاسیکی، این حالتی است که وزنه در حال سکون و در پایین ترین نقطه است. این به راستی وضعیتی است که در آن هیچ اتفاقی روی نمی دهد، اما در مکانیک کوانتوم این آرامش کامل مجاز نیست.

طبق اصل عدم قطعیت هایزنبرگ، وزنه نمی تواند هم دارای مکان معین و هم دارای تکانه معین باشد. آونگ کوانتومی باید حتی در پایین ترین حالت انرژی خود اندکی در حرکت باشد. ارتعاش کوانتومی حاصل را حرکت نقطه صفر می خوانند. اعمال مکرر این ایده ها بر آرایه ای نامتناهی از نوسانگرها که میدانی کوانتومی است، نشان می دهد که خلاء جایی پر سر و صدا و فعالی است. افت خیزها پیوسته روی می دهند و در طول آنها ذرات پدیدار و ناپدید می شوند. خلاء کوانتومی بیشتر از فضای تهی شبیه فضایی اشغال شده با ماده است. امروزه، تمام نظریه های ذرات بنیادی، نظریه های میدان های کوانتومی اند.

نویسنده: میلاد اسکندردوست/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع:نظریه کوانتوم/ پاکینگورن

اطلاعات بیشتر: Quantum field theory

image_pdfimage_print
(12 نفر , میانگین : 4٫33 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=28410
میلاد اسکندردوست

میلاد اسکندردوست

نویسنده این مطلب : میلاد اسکندردوست، در رشتۀ مهندسی صنایع تحصیل کرده است. علاقمند به مطالعه و پژوهش در زمینه ی فیزیک، ریاضیات، نجوم و علوم بنیادی میباشد و در زمینه نگارش مقاله با وب سایت بیگ بنگ همکاری می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

یک پاسخ

پاسخ دهید

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