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

(13 نفر , میانگین : 4٫38 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

۲ پاسخ‌ها

  1. Amir گفت:

    سلام میکنم خدمت تمام دوستان و ادمین های محترم این سایت عالی و تشکر کنم بابت زحماتی که‌ میکشین و با نشر علم بالای خودتون زکاتش رو میدید.امیدوارم هرجا هستید سلامت و موفق باشید.

    سوالی که از خدمتتون داشتم چند قسمت داره البته شاید این چند قسمت به هم مرتبط هم باشند.اول از همه سوالم درباره ی میدان های کوانتومی هستش.که چی هستن ؟ طبق نظریه میدانها، ذرات مثل الکترون کوارک و …. از ارتعاشات میدان های خودشون بوجود میان.یعنی وقتی انرژی در مثلا میدان کوانتومی کوارک برانگیخته میشه و به صورت متمرکز میشه کوارک بوجود میاد.حالا سوال من اینه دقیقا خود این میدان ها چی هستن ؟و این که چطوری این برانگیختگی باعث ایجاد مثلا ذره ای مثل الکترون در میدان الکترون و … میشود ؟

    همچنین سوال بعدیم یه قسمت بعدی سوالم اینه که.یک میدان کوانتومی باید به صورت انرژی برانگیخته بشه تا ذره تولید بشه.حالا توی مطالب کوانتوم چیزی به نام انرژی صفر میدان یا خلا وجود داره.سوالم اینجاست که چطوری یک میدان کوانتومی همیشه مقدار انرژی غیر صفر داره.حتی در پایین ترین حالت انرژی خود صفر نیست.بلکه یه انرژی نطقه صفری داره.و حالا این انرژی مبدا یا نقطه صفر اگه زیاد بشه ک برانگیخته و متمرکز بشه ذره بوجود میاد.سوال منشا و علت این انرژی پایه هست ؟و همچنین علت این نوسانات میدان های کوانتومی چیه ؟

    و البته میدونم که اثباتش برمیگرده به اصل عدم قطعیت هایزنبرگ.ولی با این که توضیحات این سایت خوب و همچنین سایت های دیگه رو در ارتباط با عدم قطعیت و ارتباطش با انرژی خلا خوندم متاسفانه نفهمیدم.گفته میشه که انرژی نمیتونه به طور دقیق صفر باشه (قطعیت درباره ی مقدار انرژی ) زیرا در این حالت زمان دچار عدم قعطیت و نا محدودیت میشه.من این یه تیکرو نمیفهمم.خود عدم قطعیت درباره ی زمان و تکانه( سرعت) رو هم کامل نفهمیدم.چون به نظر خودم مکان نماینده ی ذره بودن و سرعت یا تکانه نماینده ی موجی بودن است.و از آنجا که دنیای زیر اتمی نه موجی است نه ذره ای و هم موجی است و هم ذره ای .نمیشود مقدار دقیق سرعت و مکان رو داشت.حالا به این تفسیر یعنی کمک گرفتن از دوگانگی ذره موجی عدم قطعیت زمان و انرژی چگونست؟؟

    ممنون که وقت گذاشتید و خوندید دوستان عزیز.ممنون میشم لطف کنید و جواب بدید

پاسخ دهید

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

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.