آکاایران: بیگ بنگ: در این قسمت به آزمایش دو شکاف می پردازیم که نخستین بار توسط توماس یانگ انگلیسی انجام شد و امروزه به یکی از چالش برانگیزترین پدیده های علمی به ویژه در فیزیک کوانتوم تبدیل شده است. بهتر است پیش از خواندن ادامه مطلب، ویدئوی کوتاه آزمایش دو شکاف ِ دکتر کوانتوم که به سادگی موضوع را شرح می دهد، مشاهده کنید. (زیرنویس فارسی دارد)

به گزارش آکاایران: ترجمه زیرنویس: حمید شکری / بیگ بنگ –  دانلود ویدئو با حجم ۲۲ مگابایت

آزمایش دو شکاف (The Double Slit Experiment)

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. از این بدیهی تر نمی شود. اگر این آزمایش را با امواج نور یا هر نوع امواج دیگری انجام دهیم، زمانیکه از یک شکاف استفاده شود، بیشترین روشنایی یا 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!

توماس یانگ همین تداخل را برای نور دید که تعبیر آن موجی بودن نور است، اما موضوع، بسیار عجیب تر از این تعبیر است، نور خاصیت ذره ای بودن خود را به ویژه در پدیده فتو الکتریک اینشتین به نمایش گذاشته است و نام فوتون، اینگونه برای ذرات نور انتخاب شد. ظاهرا نور هم موج است و هم ذره! ممکن است با این موضوع نیز کنار بیایید، اما آزمایش دو شکاف عجیب تر از این دو گانگی است! در آزمایش یانگ، سیلی از فوتونها به سمت دو شکاف حرکت می کنند و تداخل امواج را به نمایش می گذارند. اما اگر بتوانیم فوتون ها را تک به تک به سمت شکافها گسیل کنیم چه اتفاقی می افتد؟ مگر قرار است الگویی به جز حالتی که توپ ها را شلیک می کنیم رخ دهد؟ بنابراین برای ذهن فقط یک اتفاق ممکن است : دو نوار روشن که مستقیما در پشت دو شکاف بر روی صفحه تشکیل می شوند. نظر شما چیست؟

طبیعت: عجیب تر از مافوق خود – بخش دوم – وب سایت علمی بیگ بنگ - آکا

آکاایران: طبیعت: عجیب تر از مافوق خود – بخش دوم – وب سایت علمی بیگ بنگ

خواص نور؟ ذره یا موج، مسئله این است!

سرانجام، تفنگ نوری اختراع شد، به طوری که قادر بود هر بار تنها یک فوتون شلیک کند. آزمایش دو شکاف با این شیوه تکرار شد، با این تفاوت که به جای صفحه پشت، از کاغذ عکاسی استفاده شد، زیرا یک فوتون، کم نورتر از آن است که روی صفحه معمولی دیده شود. میلیون ها 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 یکی از بزرگترین دهن کجی های طبیعت به بدیهیات ذهنی ما را به نمایش می گذارد. الگوی تداخل موجی! چرا این موضوع اینقدر عجیب است؟

در این حالت بحث دوگانگی موج – ذره نور مطرح نیست. حتی اگر فوتون شبیه موج عمل کند، چون از یک شکاف می گذرد، باز هم باید اثر خود را پشت آن شکاف به جا بگذارد، در حالیکه الگوی تداخل تعبیری بسیار عجیب پیش رو می گذارد: اینکه فوتون متوجه می شود که در مسیر مقابلش یک شکاف وجود دارد یا دو عدد. اگر یک شکاف بود همچون توپ از آن می گذرد، اما اگر دو شکاف در مقابل خود ببیند، همزمان از هر دو شکاف می گذرد! راه دیگری برای تفسیر این پدیده نیست. یک فوتون پس از شلیک به دو فوتون تقسیم شده، این دو فوتون هر کدام از یک شکاف می گذرند، در پشت شکافها همچون امواج تداخل می کنند، سپس همدیگر را در آغوش گرفته و دوباره یک فوتون شده و بر روی صفحه عکاسی فرود می آیند. احتمالا به این موضوع فکر می کنید که نور پیچیده تر از آن است که بتوان به این سادگی در مورد آن صحبت کرد. فرضا قبول می کنیم! نور را فراموش کنید.

طبیعت: عجیب تر از مافوق خود – بخش دوم – وب سایت علمی بیگ بنگ - آکا

همین آزمایش را با تفنگ الکترونی انجام می دهیم. الکترون هایی که در اتاق ابر ویلسون، شبیه حرکت یک ذره ، مسیر واضحی از خود به جا می گذارند. یعنی الکترونها ذره هستند. اما آنچه در پشت صفحه مشاهده می کنید، الگوی تداخل امواج است. این آزمایش حتی با شلیک یک الکترون در هر ثانیه نیز انجام شده است! شاید الکترونها را هم پیچیده فرض می کنید. مهم نیست. این آزمایش با اتم ها نیز به همین نتیجه رسیده است. اتمها را قبول ندارید؟ مولکول ها چطور؟ این پدیده حتی برای مولکول های “باکی بال” شامل ۶۰ اتم کربن و نیز مولکولهای شامل ۸۰۰ اتم به همان نتیجه الگوی تداخلی امواج ختم شده است! مولکولهای باکی بال در زیر میکروسکوپ الکترونی هیچ تفاوتی با توپهایی که در ابتدا شلیک کردیم، ندارند! آیا این مولکولها نیز همزمان از هر دو شکاف عبور می کنند؟!

آیا ذرات از هر دو شکاف می گذرند؟

دانشمندان نیز با همین پرسش درگیر شدند و لذا تصمیم گرفتند، ردیابهایی همچون چشم آدمی در کنار شکافها قرار دهند تا متوجه شوند این فوتون ها یا ذرات دیگری که شلیک می شود از یک شکاف عبور می کنند یا از هر دو؟ این بار نیز طبیعت سر به سر آدمی می گذارد! 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. امیدوارم عمق مطلب را تصور کرده باشید. 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! از این پدیده عجیب تر جایی دیده اید؟ شاید تصور کنید که ردیابها در حرکت ذرات به سوی شکافها اختلال ایجاد می کنند.

احتمالا جان ویلر آمریکایی نیز چنین حدسی زد و طرحی را پیشنهاد داد که ردیابها 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 می شد فهمید فوتون از کدام شکاف عبور کرده است. حتما متوجه شده اید که تصمیم درباره ی جایگزین کردن صفحه با ردیاب ، بعد از عبور فوتون از میان شکاف گرفته می شود. طرح ، بی نقص است. این بار دست این شعبده بازان طبیعت برای آدمی رو خواهد شد! با این روش به محض عبور هر ذره از شکاف یا شکافها، مسیر آن قابل کشف است. چند سال بعد که این آزمایش اجرایی شد، نتیجه این بود : هنگامی که صفحه معمولی در جای خود قرار داشت، فوتون طبق الگوی تداخل رفتار می کرد، اما همین که در لحظه ی آخر، ردیاب جایگزین آن می شد، فوتون الگوی تداخل را کنار می گذاشت و همچون ذره می شد!

طبیعت: عجیب تر از مافوق خود – بخش دوم – وب سایت علمی بیگ بنگ - آکا

آیا مشاهده گر باعث تغییر رفتار فوتون های می شود؟ باور کنید یا نه، فوتون ها و دیگر ذرات از قبیل الکترون و … قبل از رسیدن به شکاف ها دست آدمی را می خوانند! آنها آینده را پیش بینی می کنند، باور نمی کنید؟ در این صورت باید با این تعبیر کنار بیایید: 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؟ شما تعبیر بهتری دارید بفرمایید! تفسیرهای دیگری نیز وجود دارد. تفسیر کپنهاگی که توسط بور بنیانگذاری شد. تفسیر بوهم و از همه جالب تر برای من تفسیر جهان های موازی است. با توجه به طولانی شدن بحث، شرح مختصر آن را می توانید در این لینک بخوانید. شرح مفصل تر جهان های موازی را نیز می توانید در کتابی با همین عنوان ، نوشته میچیو کاکو، ترجمه شیوای سارا ایزد یار و علی هادیان مطالعه نمایید.

پایان

نویسنده: احمد مصدر / سایت علمی بیگ بنگ

منابع بیشتر: Buckminsterfullerene , Double-slit experiment , pdf , physicsworld

طبیعت: عجیب تر از مافوق خود – بخش دوم – وب سایت علمی بیگ بنگ - آکا
طبیعت: عجیب تر از مافوق خود – بخش دوم – وب سایت علمی بیگ بنگ - آکا
.

منبع :


شما احتمالا با جستجوی کلمات زیر وارد مقاله شده اید چنانچه مطلب مرتبط با جستجوی شما نبوده همان کلمه را در جستجوی سایت وارد کنید

بازار بنگ خو ویانگ

گردآوری توسط بخش مقالات فیزیک سایت آکاایران
تبلیغات