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

بیگ بنگ: نور به ظاهر رفتار ناهنجاری دارد، این مسئله معمایی جدی بود چرا که فیزیک‌دانان بر این باور بودند که به ویژگی‌های بنیادین نور در اوایل قرن ۱۸۰۰ پی برده‌اند. آنها فکر می‌کردند می‌دانند نور چیست و اینکه معادلاتی که توصیف‌کننده چگونگی رفتار نور هستند را یافته‌اند. اما آنها از هر دو جهت اشتباه می‌کردند.

نیوتن معتقد بود که نور مجموعه‌ای از ذرات بسیار کوچک است که به طور آنی از مکانی به مکانی دیگر حرکت می‌کنند. کریستین هویگنس، مخترع ساعت آونگ‌دار، اینطور استدلال کرد که نور به هیچ وجه ماهیت ذره‌ای ندارد. بیشتر شبیه امواج آب است تا شیئی منفرد و گسسته.

Christiaan Huygens

استدلال هویگنس بارها و بارها رد و قبول شد، اما اکثر فیزیک‌دانان در کل متمایل به ایده‌ی نیوتن بودند. اما هیچ کس نتوانست آزمون تعیین‌کننده‌ی قابل قبولی ارائه دهد که بر اساس آن توان تشخیص داد حق با کدامیک از این دو گروه است. تا ۱۸۰۱ که پزشک و فیزیک‌دان انگلیسی توماس یانگ آزمایشی را برای این منظور ابداع کرد.  البته یانگ هم آزمایش روشن‌گری را طراحی کرد، چون توضیح آنچه وی مشاهده کرده بود در قرن بیستم ارائه شد.

Thomas Young

او باریکه‌ای از نور را به مانعی تاباند که دو شکاف بسیار باریک در آن تعبیه شده بود. در فاصله‌ی زیادی از مانع، نور الگویی از نوارهای تاریک و روشن ظریف را تولید می‌کرد. همانی که آن را الگوی تداخل می‌نامیم. این فرانژها (فریز) برای آنهایی که روی امواج مطالعه داشتند، بسیار آشنا بود.

انواع مختلف امواج، الگوهای تداخل ایجاد می‌کنند. وقتی سنگی را به داخل دریاچه‌ای می‌اندازید، موجک‌های دایره‌ای در آب پدید می‌آیند. حال اگر به جای یک تکه سنگ، دو سنگ را با هم و در یک زمان در آب بیاندازید، الگوی به وجود آمده پیچیده‌تر می‌شود. هر سنگ الگوی فراز و نشیب‌های خود را می‌سازد. این برآمدگی‌ها و فرورفتگی‌ها به اطراف پراکنده شده و داخل هم می‌روند و با هم تداخل می‌کنند. وقتی یک برآمدگی به یک فرورفتگی می‌رسد یا برعکس، موجک‌ها یکدیگر را حذف کرده و سطح کاملاً آرامی از خود به جای می‌گذارند. اگر دو سنگ را داخل آب پرتاب کنید، احتمالاً می‌توانید ببینید که سطح آب در کدام نقاط آرام و ساکن است. این خطوط مناطقی هستند که برآمدگی‌های تولیدی یک سنگ همیشه فرورفتگی‌های موج سنگ دیگر را حذف می‌کنند. این خطوط الگوهای تداخل هستند. دقیقاً همان چیزی که یانگ در آزمایش خود با نور مشاهده کرد.

نوری که از دو شکاف موجود در یک دیوار عبور می‌کند، درست مانند دو سنگی است که همزمان به داخل آب پرتاب می‌شوند. درست مانند موجک‌های سطح آب دریاچه، هر برآمدگی یا فرورفتگی نور که از شکاف سمت چپ عبور می‌کند، پیوسته به داخل برآمدگی یا فرورفتگی نوری که از شکاف سمت راست می‌آید، داخل می‌شود. وقتی قله به قله یا فرورفتگی به فرورفتگی می‌رسند، یکدیگر را تقویت می‌کنند. با این حال وقتی قله‌ای به یک فرورفتگی برخورد می‌کند، یکدیگر را حذف می‌کنند.

طبق تصویر بالا، مناطقی که حذف شدن در آنها رخ می‌دهد، نوارهای تاریک را به وجود می‌آورند. یعنی جایی‌که نور خودش را خنثی می‌کند. در واقع ثبت نوارهای تاریک و روشن بر روی صفحه، دلیلی بر پدیدارشدن الگوی تداخل است. بد نیست بدانید ساده‌ترین راه برای ایجاد یک الگوی تداخلی زیبا، تاباندن یک اشاره‌گر لیزری به موازات آئینه در حمام است. اینکار نقطه‌ای روی دیوار عمود بر آئینه به وجود می‌آورد. وقتی در بازتاب به آن نقطه در آئینه نگاه می‌کنید، الگویی از انوار تاریک و روشن را می‌بینید. طرح تداخلی که به سادگی قابل رؤیت است. این الگو را پدیده‌ای به وجود می‌آورد که کمی پیچیده‌تر از پدیده‌ی دو شکافی است. این طرح از آن رو شکل می‌گیرد که نور لیزر از آئینه بازتابیده شده و با نور لیزری که از شیشه پوشاننده آئینه بازتاب می‌یابد، تداخل می‌کند. با این وجود اصل همان است که درباره‌ی آزمایش دو شکافی وجود دارد.

کشف یانگ یعنی آشکارسازی الگوهای تداخلی نور، نشان داد که نور مانند موج رفتار می‌کند. چرا که تداخل خاصیتی مربوط به پدیده‌های موجی است. فیزیک‌دانان نتوانستند الگوهای تداخلی را با استفاده از برخورد طبق قوانین مکانیک نیوتن، توضیح دهند، اما توضیح آنها، آن هم با تفصیل زیاد بر حسب امواجی که از میان یکدیگر عبور کرده و با هم تداخل می‌کنند، کاملاً قابل انجام بود. به نظر می‌آمد نور باید موج باشد نه ذره. یانگ طبق آزمایش‌های بیشتر دریافت که نور خواص موج‌گونه‌ دیگری همچون پراش را نیز از خود نشان می‌دهد. نوری وقتی با یک لبه‌ی تیز برخورد می‌کند قدری خم می‌شود یا به اصطلاح پراشیده می‌شود. رویدادی که درباره‌ی امواج رخ می‌دهد و ذرات اساساً اینگونه رفتار نمی‌کنند.

برای فیزیک‌دانان آن روزها، این قضاوت کاملاً واضح بود:  نور موج بود نه ذره!

ادامه دارد ..

لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=17080

(۲۱ نفر , میانگین : ۴,۶۷ از ۵)