جمعه , آذر ۱۱ ۱۴۰۱
خانه / تحلیل ها / فیزیک کوانتوم

فیزیک کوانتوم

مدتها بود دنبال مفهوم فیزیک کوانتوم یا همان مکانیک کوانتوم بودم. یکی دو سال پیش کتابی دیدم با این عنوان که چطور به سگمون فیزیک کوانتوم یاد بدیم! گفتم خب منظورش اینه که اینقدر خوب توضیح داده که حتی سگ فهمیده فیزیک کوانتوم چیه! این بود که مشغول خوندنش شدم. هر چی بیشتر خوندم بیشتر احساس ناتوانی کردم در درک مفهموم فیزیک کوانتوم. پیش خودم گفتم سگ این یارو فهمید من نفهمیدم چیه داستان. بی خیالش شدم تا چند وقت پیش به بهانه خوندن کتابی از جو دیسپنزا

Becoming Supernatural by Dr Joe Dispenza

مجبور شدم به خاطر بیارم فیزیک کوانتوم چی بود که خب البته نمی دونستم به درستی.

این بار اما یه فکر دیگه به سرم زد. بجای اینکه برم دوباره سراغ اون کتاب مسخره تصمیم گرفتم مساله رو به اجزای کوچکتر تقسیم کنم و اول سعی کنم این اجزا را درک کنم تا به کل برسم. روال کار منطقی به نظر می رسید.

نسبیت یا کوانتوم

تا همین چند وقت پیش فکر می کردم اینها یکی هستند. نگو خیلی هم دشمن هم هستند. در واقع نظریه نسبیت عام انیشتن یک مفهموم کاملا متفاوت با کوانتوم هست و انیشتین هیچ وقت نطریه کوانتوم رو قبول نکرد. بطور خیلی خلاصه نظریه کوانتوم روی ذرات به اندازه اتم و یا ذرات کوچکتر خیلی خوب جواب میده اما از درک و توضیح پدیده های کیهانی ناتوان هست. نسبیت بر عکس هست یعنی در توضیح رفتار ذرات ناتوان هست اما مدل کیهانی را خوب شرح می دهد. فکر کنم باید منتظر مدل سوم باشیم که پایان دشمنی نسبیت و کوانتوم باشد.

مدل اتمی بور و مدل کوانتومی

قبل از اینکه وارد بحث کوانتوم بشوید این ویدیو را ببینید که نشون میده مدل اتمی بور که در دبیرستان و فیزیک کلاسیک یاد گرفتیم چه تفاوتی با مدل کوانتومی ذره دارد. همچنین خیلی مختصر و خلاصه وارد بحث اعداد کوانتومی میشود.

https://youtu.be/KrXE_SzRoqw

تابع کوانتومی موج

اروین شرودینگر رابطه تابع موج در کوانتوم را در سال ۱۹۲۶ تعریف کرد. تابع موج شرودینگر رابطه دیفرانسیلی پیچیده ای بر مبنای مدل ریاضی بود. واقعا چطور چنین رابطه ای رو پیدا کرده نمی دونم. خودش هم نمی تونست توضیحش بده می گفت هست اما نمی دونم چطور! تقریبا یک سال بعد مکس بورن توانست توصیف بهتری از آن بر مبنای احتمالات ارایه کند. در ویدیو زیر هم شرح نسبتا ساده ای از مفهموم تابع موج در مکانیک کوانتوم و تفاوت آن با آنچه در فیزیک کلاسیک از تابع موج می شناسیم آورده شده. تفسیر خود تابع موج هنوز هم با قطعیت انجام نشده و اختلاف های زیادی هست اما  قدر مطلق مجذور تابع موج به عنوان احتمال حضور ذره پذیرفته شده. در واقع طبق آزمایش Double Slit که توماس لانگ انجام داد میشه رفتار ذره رو به شکل موج دید. تکرار آزمایش لانگ به دفعات زیاد به ما یک توزیع و تراکمی از احتمال میده که نشون میده ذره کجاست. اینکه مدل شرودینگر یک ذره را تفسیر میکنه یا مجموعه ای از ذرات هنوز مشخص نیست. حل عددی معادله شرودینگر وابسته به زمان منجر به پیدا کردن کوانتایز های انرژی میشه. همون نقاطی در اتم که احتمال حضور الکترون بیشتر هست. حالا ذره بر چه اساسی کوانتایز میشه؟ مقادیر Eigenvalue  ها اینجا به کار میان. الکترون ها فرمیون هستن یعنی نمیشه که همزمان دو الکترون در یک نقطه وجود داشته باشن. حالا اگر بود چی؟ اگر دو تا الکترون یه سطح کوانتایی رو اشغال کرده بودن چطور توجیه کنیم؟ هاااااا اینجا انتنگلمنت یا تنیدگی بکار میاد. دو تا الکترون فقط در حالت سوپرپوزیشن و به entange شده می تونن در یک کوانتا وجود داشته باشن. باید Spin مختلف داشته باشند ولی همزمان حضور دارند اما نمیشه گفت کجا!

یه کمی هم درباره Colapse شدن تابع موج بگم که ناشی از اندازه گیری است. تابع موج تا وقتی اندازه گیری نشده وجود داره! اندازه گیری بشه تخریب میشه! این مورد در کوانتوم کامپیوتینگ خیلی کاربرد داره. 

اجزا اصلی فیزیک کوانتوم:

  1. Superpositon
  2. Entanglement
  3. Quantum Tunneling
  4. Heisenberg uncertainty principle
  5. Energy Quantization

این قسمت ها رو انگلیسی نوشتم که اگر خواستید خوتون گوگل کنید راحت تر باشه. ترجمه دقیقی هم نمی دونم بجز اصل عدم قطعیت

خب حالا یکی از بهترین منابعی که من ازش استفاده می کنم ویدیو های خان آکادمی است.

ویدیو زیر بیشتر بخش های ۵ گانه رو به خوبی شرح میده:

https://www.youtube.com/watch?v=fkAAbXPEAtU

 

۴. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ

این ویدیو را ببینید به زیبایی توضیح داده. بطور خلاصه ما نمی تونیم هم زمان از موقعیت و مومنتوم یک ذره آگاهی داشته باشیم. هر چه با قطعیت بیشتری مکان ذره را بدانیم به نتاسب با عدم قطعیت بیشتری نمی دانیم الان با چه سرعتی در حال حرکت است. در این ویدیو شرح میده چرا درباره ذرات بزرگ مقل یک خودرو ما هم مکان و هم اندازه حرکت را می تونایم اندازه گیری کینم.

https://youtu.be/PZIoFD_Z73M

پس برای درک فیزیک کوانتوم ابتدا سعی کنید مفهوم ذره و رفتار موجی و ۵ مفهموم بالا را درست متوجه شوید. در اینصورت فیزیک کوانتوم شبیه فیزیک کلاسیک قابل درک می شود. به شدت علاقمند به ادامه این بحث هستم. اگر دوست داشتید در قسمت نظرات با من همراه شوید. 

در انتها این نقل قول از را بخاطر داشته باشید:

If you think you understand quantum mechanics, you don’t understand quantum mechanics.

Richard Feynman

 

 

3 دیدگاه

  1. بحث خیلی گسترده‌ای
    خوب ساده شروعش کردی
    یه مجموعه فیلم از کلاس فیزیک feynman هست که به کوشش بیل گیتس منتشر شده
    عالی و البته سخت
    من اپیزود یک و دو رو دیدم و لذت بردم
    اما بعدش دیگه رشته کلام از دستم در رفت
    کلا هم من بیشتر شیمی و جدول مندلیف رو می‌فهمیدم، این امیر هنری خوب فیزیک تو کلش جا می‌شد
    لینک ویدئوها:
    https://www.microsoft.com/en-us/research/project/tuva-richard-feynman/

    • من حسی دارم شبیه به وقتی که برای اولین بار با قوانین نیتوتن یا ترمودینامیک آشنا شدم. خیلی هیجان انگیز هست.

دیدگاهتان را بنویسید

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