فیزیک

یکی از عجایب فیزیک کوانتوم،آزمایش دوشکاف

نوشته شده توسط علی پژوهی

این آزمایش اولین بار توسط توماس یانگ فیزیکدان انگلیسی مطرح شد برای درک بهتر این آزمایش لازم است ابتدا با ویژگی های سیر در خط راست و سیر موجی آشنا شویم

شکافی را در نظر بگیرید که توسط چندین توپ هدف گیری می شود. توپ هایی که از شکاف رد می شوند، مستقیما پیش رفته و به صفحه پشت برخورد می کنند. یک شکاف دیگر در کنار قبلی ایجاد می کنیم. با تکرار آزمایش توپ ها از هر دو شکاف عبور کرده و ردی که در صفحه پشت به جا می گذارند، شبیه همان دو شکاف است.

Two-Slit Experiment Particles

تبلیغات:

اگر این آزمایش را با امواج نور یا هر موج دیگری به وسیله ی یک شکاف انجام دهیم اثر امواج مستقیما در پشت شکاف و بر روی صفحه ظاهر می شود که شبیه توپ هاست. اکنون همین کار با دو شکاف انجام می شود. نتیجه کار بر روی صفحه پشتی، یک الگوی تداخلی است که برای امواج رخ می دهد. یک نوار روشن در مرکز و نوارهای کم نورتر در مجاور آن. جالب اینکه نوار مرکزی روی صفحه در راستایی که از وسط دو شکاف می گذرد، قرار می گیرد!

Double Slit Experiment

توماس یانگ

توماس یانگ

توماس یانگ نیز از همین امر برای اثبات موجی بودن نور استفاده کرد او یک صفحه ی دارای دو شکاف را جلوی منبع نوری قرار داد و مشاهده کرد که در پشت صفحه یک الگوی تداخلی قرار دارد که مربوط به موج ها است که تعبیر آن موجی بودن نور است اما نور خاصیت ذره ای بودن خود را به ویژه در پدیده فتو الکتریک اینشتین اثبات کرده است این نشان میدهد که نور هم خاصیت موجی و  هم خاصیت ذره را داراست این آزمایش به وسیله ی سیل گسترده ی فوتون ها انجام شده است که با تداخل موج ها الگویی تداخلی به وجود آورده است اما اگر تنها یک فوتون شلیک شود چه نتیجه ای را خواهیم داشت؟بدون شک باید دو نوار روشن که مستقیما در پشت دو شکاف بر روی صفحه تشکیل شود

 

سرانجام تفنگ نوری اختراع شد این ابزار در هر بار شلیک تنها یک فوتون را ارسال میکرد پس حتی اگر نور خاصیت موجی داشته باشد زمانی که ما یک موج(فوتون) داشته باشیم دیگر نباید تداخلی به وجود آید آزمایش دو شکاف با این شیوه تکرار شد، با این تفاوت که به جای صفحه‌ پشت، از کاغذ عکاسی استفاده شد، زیرا یک فوتون، کم‌نورتر از آن است که روی صفحه معمولی دیده شود. میلیون‌ها فوتون به صورت تک تک به سمت شکافها شلیک شد. دانشمندان این کاغذ عکاسی را ظاهر کردند تا آنچه که انتظار داشتند را مشاهده نمایند، اما الگویی را دیدند که که یکی از بزرگترین دهن کجی های طبیعت به بدیهیات ذهنی ما را به نمایش می گذارد. الگوی تداخل موجی!

همانطور که گفته شد حالت فوتون چه ذره چه موج در این موضوع مطرح نیست زیرا حتی اگر نور خاصیت موجی داشته باشد زمانی که ما یک موج(فوتون) داشته باشیم دیگر نباید تداخلی به وجود آید اما ظاهرا هر فوتون پس از شلیک به دو فوتون تبدیل شده و از دو شکاف میگذرد و پس شکاف ها مانند امواج با یکدیگر تداخل میکنند و سپس به حالت ذره بر روی حالت فرود می آیند

شاید بگویید این ویژگی مختص فوتون است اما این آزمایش به وسیله ی تفنگ الکترونی نیز آزمایش شده است دانشمندان حتی این آزمایش حتی با شلیک یک الکترون در هر ثانیه نیز انجام داده اند این آزمایش حتی با مولکول های باکی بال که از ۶۰ اتم کربن تشکیل شده اند نیز آزماش شده اند اما جواب تمامی آن ها یکی بود الگوی تداخل موجی

ملکول های Fullerite زیر میکروسکوپ الکترونی

ملکول های Fullerite زیر میکروسکوپ الکترونی

مولکول های باکی بال گرد هستند و تفاوتی با توپ هایی که در ابتدا آن ها را مثال زدیم ندارند پس چرا الگوی تداخلی ایجاد میکنند و ویژگی موجی را دارند؟آیا این مولکولها نیز همزمان از هر دو شکاف عبور می کنند؟

light-wave particle

دانشمندان برای برسی این موضوع که آیا ذرات از یک شکاف عبور می کنند یا از هر دو یک ردیاب را که همانند چشم انسان کار میکند را کنار شکاف قرار دادند تا رفتار ذرات را مورد برسی قرار دهند اما طبیعت به آن سادگی ها دستش رو نمیشود به محض قرار گرفتن ردیابها برای مشاهده مسیر عبور ذرات، الگوی تداخلی محو می شود و آنچه باقی می ماند، آثار این ذرات به صورت دو نوار بر روی صفحه پشت شکافهاست! هر ذره از یک شکاف عبور می کند و مستقیم به صفحه برخورد می نماید.

نور به دو شکاف تابیده است و صفحه پشت آن با چند نوار روشن شده است. همین که کلید ردیاب روشن می شود، بلافاصله تمام آن نوارها از بین رفته و تنها دو نوار روشن در راستای دو شکاف باقی می ماند! لحظه ای که ردیاب خاموش شود، مجددا تصویر چند نوار ظاهر می گردد یعنی ذرات میفهمند که چیزی در حال مشاهده ی آن هاست پس ویژگی خود را از موجی بودن به ذره تغییر میدهند از این عجیب تر چیزی دیده اید؟

جان ویلر فیزیکدان آمریکایی حدس زد که شاید ردیاب ها در حرکت ذرات به سوی شکافها اختلال ایجاد می کنند. برای همین طرحی را پیشنهاد داد که ردیاب ها را به پشت شکافها منتقل می کند. در این آزمایش، صفحه پشت می بایست دقیقا در آخرین لحظه‌ پیش از برخورد فوتون، با یک دستگاه ردیاب نوری جایگزین شود. به این ترتیب می‌شد فهمید فوتون از کدام شکاف عبور کرده است. حتما متوجه شده اید که این طرح طرحی بی نقص است اما چند سال بعد که این آزمایش اجرایی شد، نتیجه این چنین بود :

هنگامی که صفحه معمولی در جای خود قرار داشت، فوتون طبق الگوی تداخل رفتار می‌کرد، اما همین که در لحظه‌ی آخر، ردیاب جایگزین آن می شد، فوتون الگوی تداخل را کنار می گذاشت و همچون ذره می شد!

باور کنید یا نه، فوتون ها و دیگر ذرات از قبیل الکترون،مولکول ها و … قبل از رسیدن به شکاف ها دست آدمی را می خوانند! آنها آینده را پیش بینی می کنند، اگر باور کردن این موضوع برایتان سختاست میتوان آن را اینگونه توضیح داد:

ردیاب، مسیر گذشته فوتون را تغییر می دهد. شفاف تر بگوییم : آنچه که گذشته، هنوز نگذشته است! مشاهده گر، گذشته و تاریخ را تغییر می دهد. این به معنای از میان رفتن تقدم زمانی در علت و معلول و درنتیجه فروپاشی علیت نیز می باشد! عجیب تر شد، نه؟ اگر شما تعبیر بهتری دارید بفرمایید!

مرجع:بیگ بنگ

تبلیغات:

درباره نویسنده

علی پژوهی

علی پژوهی هستم متولد سال 1380 مدیر و تنها نویسنده ی نیونش(البته فعلا)

4 نظر

نظر بدهید

*

code