سریع‌تر از نور، بحثی در باب نظریه‌ی اطلاعات – قسمت دوم

2
547

بیگ بنگ: نور به ظاهر رفتار ناهنجاري دارد، اين مسئله معمايي جدي بود چرا كه فيزيك‌دانان بر اين باور بودند كه به ويژگي‌هاي بنيادين نور در اوايل قرن 1800 پي برده‌اند. آنها فكر مي‌كردند مي‌دانند نور چيست و اينكه معادلاتي كه توصيف‌كننده چگونگي رفتار نور هستند را يافته‌اند. اما آنها از هر دو جهت اشتباه مي‌كردند.

نيوتن معتقد بود كه نور مجموعه‌اي از ذرات بسيار كوچك است كه به طور آني از مكاني به مكاني ديگر حركت مي‌كنند. كريستين هويگنس، مخترع ساعت آونگ‌دار، اينطور استدلال كرد كه نور به هيچ وجه ماهيت ذره‌اي ندارد. بيشتر شبيه امواج آب است تا شيئي منفرد و گسسته.

Christiaan_Huygens

Christiaan Huygens

استدلال هويگنس بارها و بارها رد و قبول شد، اما اكثر فيزيك‌دانان در كل متمايل به ايده‌ي نيوتن بودند. اما هيچ كس نتوانست آزمون تعيين‌كننده‌ي قابل قبولي ارائه دهد كه بر اساس آن توان تشخيص داد حق با كداميك از اين دو گروه است. تا 1801 كه پزشك و فيزيك‌دان انگليسي توماس يانگ آزمايشي را براي اين منظور ابداع كرد.  البته يانگ هم آزمايش روشن‌گري را طراحي كرد، چون توضيح آنچه وي مشاهده كرده بود در قرن بيستم ارائه شد.

pioneers_young

Thomas Young

او باريكه‌اي از نور را به مانعي تاباند كه دو شكاف بسيار باريك در آن تعبيه شده بود. در فاصله‌ي زيادي از مانع، نور الگويي از نوارهاي تاريك و روشن ظريف را توليد مي‌كرد. هماني كه آن را الگوي تداخل مي‌ناميم. اين فرانژها (فريز) براي آنهايي كه روي امواج مطالعه داشتند، بسيار آشنا بود.

970608_413289662121339_750192346_n

انواع مختلف امواج، الگوهاي تداخل ايجاد مي‌كنند. وقتي سنگي را به داخل درياچه‌اي مي‌اندازيد، موجك‌هاي دايره‌اي در آب پديد مي‌آيند. حال اگر به جاي يك تكه سنگ، دو سنگ را با هم و در يك زمان در آب بياندازيد، الگوي به وجود آمده پيچيده‌تر مي‌شود. هر سنگ الگوي فراز و نشيب‌هاي خود را مي‌سازد. اين برآمدگي‌ها و فرورفتگي‌ها به اطراف پراكنده شده و داخل هم مي‌روند و با هم تداخل مي‌كنند. وقتي يك برآمدگي به يك فرورفتگي مي‌رسد يا برعكس، موجك‌ها يكديگر را حذف كرده و سطح كاملاً آرامي از خود به جاي مي‌گذارند. اگر دو سنگ را داخل آب پرتاب كنيد، احتمالاً مي‌توانيد ببينيد كه سطح آب در كدام نقاط آرام و ساكن است. اين خطوط مناطقي هستند كه برآمدگي‌هاي توليدي يك سنگ هميشه فرورفتگي‌هاي موج سنگ ديگر را حذف مي‌كنند. اين خطوط الگوهاي تداخل هستند. دقيقاً همان چيزي كه يانگ در آزمايش خود با نور مشاهده كرد.

نوري كه از دو شكاف موجود در يك ديوار عبور مي‌كند، درست مانند دو سنگي است كه همزمان به داخل آب پرتاب مي‌شوند. درست مانند موجك‌هاي سطح آب درياچه، هر برآمدگي يا فرورفتگي نور كه از شكاف سمت چپ عبور مي‌كند، پيوسته به داخل برآمدگي يا فرورفتگي نوري كه از شكاف سمت راست مي‌آيد، داخل مي‌شود. وقتي قله به قله يا فرورفتگي به فرورفتگي مي‌رسند، يكديگر را تقويت مي‌كنند. با اين حال وقتي قله‌اي به يك فرورفتگي برخورد مي‌كند، يكديگر را حذف مي‌كنند.

Paradox

طبق تصوير بالا، مناطقي كه حذف شدن در آنها رخ مي‌دهد، نوارهاي تاريك را به وجود مي‌آورند. يعني جايي‌كه نور خودش را خنثي مي‌كند. در واقع ثبت نوارهاي تاريك و روشن بر روي صفحه، دليلي بر پديدارشدن الگوي تداخل است. بد نيست بدانيد ساده‌ترين راه براي ايجاد يك الگوي تداخلي زيبا، تاباندن يك اشاره‌گر ليزري به موازات آئينه در حمام است. اينكار نقطه‌اي روي ديوار عمود بر آئينه به وجود مي‌آورد. وقتي در بازتاب به آن نقطه در آئينه نگاه مي‌كنيد، الگويي از انوار تاريك و روشن را مي‌بينيد. طرح تداخلي كه به سادگي قابل رؤيت است. اين الگو را پديده‌اي به وجود مي‌آورد كه كمي پيچيده‌تر از پديده‌ي دو شكافي است. اين طرح از آن رو شكل مي‌گيرد كه نور ليزر از آئينه بازتابيده شده و با نور ليزري كه از شيشه پوشاننده آئينه بازتاب مي‌يابد، تداخل مي‌كند. با اين وجود اصل همان است كه درباره‌ي آزمايش دو شكافي وجود دارد.

 Figure_28_03_03a

كشف يانگ يعني آشكارسازي الگوهاي تداخلي نور، نشان داد كه نور مانند موج رفتار مي‌كند. چرا كه تداخل خاصيتي مربوط به پديده‌هاي موجي است. فيزيك‌دانان نتوانستند الگوهاي تداخلي را با استفاده از برخورد طبق قوانين مكانيك نيوتن، توضيح دهند، اما توضيح آنها، آن هم با تفصيل زياد بر حسب امواجي كه از ميان يكديگر عبور كرده و با هم تداخل مي‌كنند، كاملاً قابل انجام بود. به نظر مي‌آمد نور بايد موج باشد نه ذره. يانگ طبق آزمايش‌هاي بيشتر دريافت كه نور خواص موج‌گونه‌ ديگري همچون پراش را نيز از خود نشان مي‌دهد. نوري وقتي با يك لبه‌ي تيز برخورد مي‌كند قدري خم مي‌شود يا به اصطلاح پراشيده مي‌شود. رويدادي كه درباره‌ي امواج رخ مي‌دهد و ذرات اساساً اينگونه رفتار نمي‌كنند.

براي فيزيك‌دانان آن روزها، اين قضاوت كاملاً واضح بود:  نور موج بود نه ذره!

ادامه دارد ..



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

2 دیدگاه‌ها

  1. فکرکنم پاسخ شمااین باشدکه:درست است که اگرمایکی ازشکاف هاراحذف کنیم پدیده ی تداخل به وجودنمی آیدولی بازهم مثل امواج رفتارمیکندمثل پدیده ی پراش نور.اگرنوررا به طورمستقیم ازمنفذعبوردهیم خودمنفذمنبع جدیدی برای نورمیشودونوررادرهمه جهات پراکنده میکند یعنی همان رفتارامواج رادارد.

  2. آزمایش دو شکاف یه فرق عمده با پرتاب سنگ به درون دریاچه دارد و اون اینکه در مورد پرتاب سنگ به درون برکه، اگر تنها یک سنگ را بیندازیم «بازهم خاصیت موجی» در آب دیده میشود؛ اما در مورد نور در صورت بسته بودن یکی از دوشکاف، تنها «باریکه نور» را خواهیم دید که به صفحه آشکاساز برخورد میکند. پس این دو مثال برهم منطبق نیستند.
    و اساسا این تفاوت باعث طرح آزمایشات دیگری همچون آزمایش انتخاب تاخیری و … بر روی نور شده است.