ماهيت ذره و موج در كوانتوم، دو گانگی موج و ذره
- 17 بهمن 1391
- 26 دیدگاه
تا قبل از تولد فیزیك كوانتوم؛ دیدگاه ما نسبت به جهان بر مبنای فیزیك نیوتنی استوار بود. این دیدگاه برای جهان یك ماهیت ماشینی و مكانیكی قائل و معتقد بود جهان قابل پیش بینی است تا حدی كه وجود یا عدم وجود انسان هیچ تاثیری در عملكرد جهان ندارد.
با تولد فیزیك كوانتوم و با ورود علم به دنیای درون اتم چیزهایی آنچنان شگفت آور كشف شدند كه جهان بینی انسان نسبت به هستی و نسبت به خودش تغییر كرد. ماهیت ماشین وار جهان جای خود را به عالمی زنده ، آگاه ، غیر قابل پیش بینی و در عین حال كاملاً پاسخگو داد. فیزیك كوانتوم ذهن و آگاهی انسان را وارد بر واقعیتهای جهان می داند بطوریكه معتقد است بدون وجود انسان واقعیتها یعنی دنیای ماده اینگونه كه مشاهده می شوند، وجود نمی داشتند. و مهمتر از همه نقش سطح آگاهی انسان در تاثیر گذاری بر وقایع جهان از اهمیت ویژه ای برخوردار است. از نگاه فیزیك كوانتوم جهان درون اتم بیشتر شبیه سرزمینی سحر آمیز است تا ادامه جهان طبیعی. قلمرویی عجیب كه در آن نیروهای راز آمیز به مثابه چیزهای عادی قلمداد می شود و منطق دنیای ماده در آن جای ندارد.یكی از كشفیات حیرت انگیز فیزیكدان های كوانتوم این بود كه اگر شما ماده را به تكه های كوچك تقسیم كنید، سرانجام به جایی می رسید كه آن تكه ها – الكترونها ، پروتونها و غیره – دیگر حاوی ویژگیهای شیء مادی نخواهند بود. مثلاً ما غالباً الكترون را به مثابه یك گوی كوچك در حال چرخش می پنداریم ، ولی این پندار از حقیقت بسیار دور است. گرچه الكترون گاه چنان عمل می كند كه گویی یك ذره كوچك منسجم است، ولی فیزیكدانها دریافته اند كه الكترون تقریباً واجد هیچ بعدی نیست. درك و تصور این گفته برای اغلب ما مشكل است چون هرچیزی در سطح وجود انسانی واجد بعد است با این حال چنانچه بخواهید عرض یك الكترون را اندازه بگیرید هرگز نمی توانید. چون یك الكترون مثل اشیای معمولی دیگری كه می شناسیم نیست.
كشف دیگر فیزیكدانها این بود كه الكترون قادر است هم به صورت ذره و هم به صورت موج نمود كند كه به نظریه مكمل یا دوگانگی موج – ذره مشهور است. اگر الكترونی را به سوی صفحه تلویزیون خاموش پرتاب كنیم، یك ذره نورانی پدیدار می شود كه از اصابت الكترون به مواد فسفری كه پشت صفحه تلویزیون را فرا گرفته به وجود آمده است. نقطه حاصل از اصابت الكترون بروشنی وجه ذره‌ای ماهیت آن را آشكار می سازد. اما این تنها شكلی نیست كه الكترون قادر است به خود بگیرد. چه الكترون می تواند به توده ابر مانندی از انرژی بدل شود و چنان عمل كند كه انگار موجی است گشوده در فضا. هر گاه الكترون به صورت موج نمود كند، كاری می كند كه از هیچ ذره‌ای بر نمی آید. مثلاً اگر به مانعی كه دو شكاف دارد بر خورد كند، می تواند همزمان از هر دو شكاف گذر كند. هرگاه الكترونهای موج گونه به هم اصابت كنند بی درنگ الگوهای متداخل تولید می كنند. این خصلت دوگانه الكترون را نیز می توان در تمام ذرات زیر اتمی و در همه آن چیزهایی كه تصور می شد تنها به صورت موج متجلی می شوند مانند نور، اشعه های گاما، امواج رادیویی و اشعه ایكس نیز باز یافت و همه اینها می توانند از حالت موج گونه به ذره بدل شوند. امروزه فیزیكدانها معتقدند كه پدیده زیر اتمی را نمی باید تنها به عنوان موج یا ذره طبقه بندی كرد، بلكه باید به عنوان چیزهایی در نظر گرفت كه همواره به نوعی قادرند هر دو باشند. این چیزها كوانتا ( quanta ) نام دارند و فیزیكدانها معتقدند كه كوانتا در حكم ماده اولیه ای است كه كل جهان از آن به وجود آمده است. (quanta جمع quantum است یك الكترون یك كوانتوم است . چند الكترون مجموعه كوانتاهاست. واژه كوانتوم مترادف با ذرات موج گونه است؛ واژه ای كه در ارجاع به چیزهایی به كار می رود كه واجد هم جنبه ذره ای است و هم موج گونه .)
شاید اعجاب آورتر از همه این باشد و همه شواهد و مدارك هم موید آن است كه كوانتا ( كوانتوم ها) تنها زمانی به صورت ذره نمود می كنند كه ما بدانها می نگریم. برای مثال وقتی كسی به الكترون نگاه نمی كند، آزمایشها نشان می دهند كه همواره موج است. این اصل چه می خواهد بگوید و معنای آن در دنیای اتم و زندگی روزمره ما چیست؟ در واقع فیزیك كوانتوم می گوید كه اتم هیچ محدوده معینی ندارد مگر اینكه مورد مشاهده قرار گیرد. بدون شما ( ناظر) همه اتم ها با سرعتی فوق العاده به درون جهان گسترده می شوند. عمل مشاهده و توجه دقیق است كه گسترش مكانی اتمها را كاهش می دهد و آنها راتبدیل به واقعیتهای ملموس می كند. باز به بیان ساده تر می گوید اتم و الكترونهای اتم كه در یك محدوده مكانی مشخص به دور هسته (ذرات بنیادی) در گردش هستند و ما به آن ماده می گوئیم اگر انسان ( در فیزیك به آن ناظر و مشاهده‌گر گفته می شود) وجود نداشته باشد اتم محدوده مشخص خود را از دست می دهد و الكترونها و ذرات بنیادی تبدیل به موج شده با سرعت زیاد شروع می كنند به دور شدن از یكدیگر و به این ترتیب همه واقعیتهای ملموس ناپدید می شوند.بنابراین بر خلاف دیدگاه فیزیك نیوتونی ( و آنچه به آن عادت داریم) كه واقعیات (جهان ماده) مستقل از ما هستند در فیزیك كوانتومی واقعیات وابسته به ما هستند. در واقع بدون ذهن ناظر وعمل تفكر هیچ ذره ، هیچ اتم و هیچ جهان مادی وجود ندارد و واقعیت با فعالیت های ذهنی ما ساخته و پرداخته می شود.
اگر یك اتم مورد مشاهده قرار نگیرد اتم به اندازه یك میلیاردم از یك میلیارد قسمت یك ثانیه طول می كشد تا گسترده شده و محو گردد. این گستردگی تا آن زمان ادامه می یابد كه آن را مشاهده كنید. فیزیكدانها این محو شدگی را عدم قطعیت می نامند.
برای درک بیشتر لینکهای فلش زیر را مشاهده کنید :
http://www.upscale.utoronto.ca/PVB/Harrison/Complementarity/Flash/ParticleWave.html
http://www.upscale.utoronto.ca/PVB/Harrison/DoubleSlit/Flash/DoubleSlit.html
(52 نفر , میانگین : 4,38 از 5)
دلیل اینکه موج خطی نیست چیه؟
پس قبل انسان چجوری ماده وجود داشته؟سیارات و کهکشان ها چجوری شکل گرفتن؟
سلام واقعا خیلی عالی بودن مطالب. خیلی ممنون و خسته نباشید
سلام
خیلی ممنون از مطلبی که فراهم کردید اما امکلنش هست رفتار ذره ای و موجی رو هم توضيخ بديد؟
ممنون میشم
البته در حدی که من کلاس هشتمی هم بفهمم
از نظر من این ایده که وقتی کسی به ذره ها نگاه نمیکنه اونها خاصیت ذره بودن خودشون رو کنار میذارن غلطه
چون اولا میتونیم بپرسیم که چرا وقتی که پرتو هارو از یک روزنه خطی عبور دادن بدون اینکه کسی اونها رو مورد نگاه و ملاحظه دقیق قرار بده خاصیت ذره رو از خودشون نشون دادن؟
از نظر من در این مقاله یک پدیده در علم فیزیک رو با علم فلسفه بررسی کردن و به همون دلیل به این نتیجه رسیدن که اگر کسی الکترون هارو مورد ملاحظه دقیق قرار نده اونها خودشون رو به حالت موج تبدیل میکنن! درحالی که الکترون طبق تابع موجی آروین شرودینگر حتی توی هسته هم خواص موجی رو میتونه داشته باشه(درواقع اونجا هم هم الکترون در هردو حالت ذره و موج هست)!
حتی از نظر خود فلسفه هم اگه بررسی کنیم میشه گفت که چون میلیون ها سال زمین خالی از سکنه و انسان بوده پس چنین چیزی نشدینه! در واقع از نظر فلسفی هم اگر بررسی کنیم قضیه رو می فهمیم که درست نیست. پس این ایده که در این مقاله گفته شده (اینکه میگن چون ما به پدیده ها نگاه و دقت داریم الکترون ها نظم خودشونو حفظ میکنن) منتفی هست و نه بصورت تجربی قابل اثبات هست و نه از نظر علوم فیزیک و ریاضیات.
سپاس از توجه تون
دوست مشاهده در کوانتم ربطی به انسان ندارد. منظور دستگاهی برای مشاهده استفاده موجب تغییر جای الکترون می شود. هیچ در کوانتم مشاهده الکترون ها برای بررسی تابع موج آنها ربطی به دیدن انسان ندارد. برای دیدن ذرات کوانتمی نیاز به ارسال فوتون (پالس) داریم و این موضوع تابع موج را به هم می ریزد
سلام خسته نباشید
امکانش هست که بحث خصوصیت دوگانه‌ی موجی-ذره ای در الکترون را بیشتر اما در سطح پایه هفتم باز کنید؟
متشکرم
با سلام و تشکر از مطب بسیار مفیدی که به اشتراک گذاشتید.
در انیمیشن فلش دوم، موضوع کاملا گویا نبود.
بهتر نبود که ابتدا یک روزنه باشد تا امواج و ذرات به سطح پُشتی پرتاب شود و نتیجه مشخص شود.
و سپس دو روزنه باشد و در این حالت هم امواج و ذرات به سطح پُشتی پرتاب شود و نتیجه مشخص شود.
تا نهایتا نتایجی که از یک روزنه و از دو روزنه مشخص شده را با هم مقایشه کنیم و موضوع روشن تر شود.
(در واقع فیزیک کوانتوم می گوید که اتم هیچ محدوده معینی ندارد مگر اینکه مورد مشاهده قرار گیرد.)
سلام و خدا قوت خدمت شما دانش دوستان عزیز!
به نظرم این جمله میتونه خیلی باز تر بشه منظورم اینه که باید اطلاعات بیشتر در مورد فرآیند مشاهده دونست و اینکه چطوری بر عملکرد الکترون ها تاثیر میزاره!
خب طبق اون چیزی که من تا الان میدونم(سوم دبیرستان)از بازتاب نور از یه جسم و ورود اون به چشم و طی یه پروسه تقریبا پیچیده ما یه جسم رو میبینیم
باید دونست که طی پردازش اطلاعات بینایی چه اتفاقی میوفته یا … آها راستی در این جمله ضبط با دوربین هم مشاهده محسوب میشه پس…
در آینده ی نه چندان دور خواهیم دانست!
سلام کوانتم یعنی چی یا چرا اسمرو گزاشتن کوانتم کوانتم از چی اومده؟
یعنی اجزا تشکیل دهنده جهان تو بنیادی ترین شکل خودشون مجزا و کوانتیزه شده و منفرد و تفکیک شده از هم هستن و به شکل موجی و پیوسته و آنالوگ نیستن
متشکرم .
بااعرض سپاس از مقاله ی علمی ی شما ولی آن جا که میفرمایید در ذهن وااقعتت شی ء از بین می رود قابل قبول ولی این واقعیت چون از ذهن شما دور شده دلیل ندارد از واقعیت عینی و مادی خود دور شده باشد چون اگر همزمان کس دیگری هم به آن شیء نگاه کند با حذف نگاه شما آن شیء هنوز در ذهن آن شخص واقعیت دارد و در جهان پخش نشده فقط در ذهن شما محو و پخش شده و نظریه نیوتن به قدرت خود باقی می ماند..
به این ترتیب دوباره برگشتیم به فلسفه و مقولاتی مانند جوهر و عرض و هیولا!
ازشماممنونم.موفق باشید
این مقاله چقدر با منابع علمی مطابقت داره؟
كافيه سري به كتاب‌هاي مكانيك كوانتومي كه تو دانشگاه‌ها در سطح كارشناسي و كارشناسي ارشد و دكتري تدريس مي‌شه سري بزنيد. براي نمونه كتاب فيزيك كوانتومي نوشته‌ي گاسيورويچ ترجمه‌ي دكتر هوشنگ سپهري را مطالعه كنيد.
آقا خيلي خوفناكه!
يعني هرچي تاحالا زندگي كردم ، اصن زندگي نكردم!!! فقط تخيل مزخرف خودم بوده!!!
حاجي نكن اين كار رو باما
ما جنبه اش رو نداريم به مولا
خیر تخیل شما نبوده کهکشان ها و خورشید و سیارات و درختان و جنگل ها از قبل پیدایش انسان بوده‌اند و هستند در این متن از مفاهیم علمی تا حدی سو استفاده شده اینکه نگاه ناظر میتونه روی رفتار مواد و اون هم در آزمایشات خاص تاثیر بذاره دلیل نمی شه که واقعیت خارجی وجود نداشته باشه
ممنونم. خیلی عالی بود. براتون دعا میکنم که توی کارتون موفق باشید . راستی دعا هم میتونه روی خیلی از امور جهان تاثیر بذاره.
یک خسته نباشید واقعی به همه بیگ بنگی ها . مدت ها بود که جای خالی یک سایت علمی به زبان پارسی در این سطح _ که مفاهیم زیبا ، عمیق و البته پیچیده علم فیزیک ، ستاره شناسی و سایر علوم مرتبط رو با زبان ساده تشریح کنه _ احساس میشد . واقعا کارتون بی نظیره . با قدرت ادامه بدید که :
“ذکات علم ، نشر آن است. ”
اجرکم عند الله .
مرسی ، ممنون از لطفتون
واقعا در همه چی مرجع . نوضیحات عالی روان پرفکتتتتتتتتتت
خدت وکیلی دمتون گرم .من دارم نجوم رو به صورت حرفه ای دنبال میکنم و در مسائلی مانند مکانیک کوانتمی وفیزیک کوانتوم و مساعل دیگه به سایتتون مراجعه میکنم همیشه قابل استناد و واقعا دیگه نمیدون چجوری تشکر کنم .همیشه همینجوری عالی ادامه بدید .با تشکر parsa.sh
Nojom021@
واقعا مطالب عالی هستن
امیدوارم به این کار زیباتون با قدرت ادامه بدید.
ذهن هایی که با مطالعه این مطالب آزاد می شوند آزادی شان را مدیون شما هستند.
با تشکر
امیدوارم بتونیم این کار رو به درستی انجام بدیم.
مرسی از شما
بابت انیمیشن های فلش ممنون