.اصول مکانیک کوانتومی.

ASaLi_Nh8ay · 13/3/20

دلایل ظهور مکانیک کوانتومی

بررسی ساختار اتمی به این نتیجه منجر می‌شود که رفتار الکترونها در اتم را نظیر رفتار فوتونها ، نمی‌توان با قوانین فیزیک کلاسیک یعنی قوانینی که در آزمایش با اجسام ماکروسکوپی ثابت می‌شوند، توضیح داد. وجود ترازهای انرژی گسسته در لایه‌های الکترونی اتم و قواعد حاکم بر انتقال بین ترازها و پر شدن این حالتهای انرژی را نیز نمی‌توان با بکارگیری مفاهیم قراردادی مکانیک و قوانین الکترومغناطیس توجیه کرد.

نظریه دوبروی در مکانیک کوانتومی

قدم مهم در روشن شدن تناقضات بین مکانیک کلاسیک و مکانیک کوانتومی توسط دوبروی فیزیکدان فرانسوی برداشته شد. ایشان کسی بود که این تفکر را که نه تنها فوتونها بلکه تمام ذرات دارای خواص موجی هستند، پیشنهاد و اثبات کرد. این خواص با قوانین کلاسیکی قابل بیان نیستند، ولی نقش مهمی در پدیده‌های اتمی بازی می‌کنند. معلوم شده است که کوانتوم تابش الکترومغناطیسی ، یعنی فوتونها ، با اندازه حرکت P = E/C مشخص می شوند. در ضمن موج نوری با فرکانس ν دارای طول موج λ = ν/C است.با حذف فرکانس از این رابـ*ـطه‌ها ،رابـ*ـطه بین طول موج و اندازه حرکت فوتون به دست می آید. λ = h/P در صورتی که خواص فوتونها و سایر ذرات همان گونه که با فرضیه دوگانگی موج و ذره پیش بینی شد، واقعا نظیر هم باشند.

این رابـ*ـطه باید برای هر ذره کاربرد داشته باشد. به این طریق ، فرمول طول موج دوبروی بدست آمد. طول موج دوبروی به ذره ای با اندازه حرکت P برای بیان خواص موجی آن نسبت داده می‌شود. اگر سرعت ذره ای با جرم سکون m در مقایسه با سرعت نور کم باشد، فرمول طول موج دوبروی را می‌توان به صورت زیر نوشت:
λ = h/mv

انجمن رمان 98
انجمن رمان 98 | برترین انجمن رمان نویسی
رمان 98

ASaLi_Nh8ay · 13/3/20

مبنای تجربی دیدگاه موجی ذرات

اعتبار نظریه دوبروی با آزمایش پراکندگی الکترونی در بلورها تایید شد. قبلا ، شبیه این آزمایش ، آزمایش پراکندگی اشعه ایکس در بلورها برای اثبات ماهیت موجی اشعه ایکس استفاده شده بود. بر اثر تداخل فیزیک امواج ثانویه گسیلی از اتمهای بلور که آرایش منظم دارند، پراکندگی به جای تمام جهات فقط با زاویه معین نسبت به باریکه تابشی روی می‌دهد. علاوه بر نقطه مرکزی حاصل از باریکه مستقیم ، حلقه‌هایی نیز از تابش پراکنده شده (پراش یافته) روی فیلم عکاسی واقع در پشت بلور ، پراکنده می‌شود. معلوم شده است که اگر بلور به جای اشعه ایکس با الکترونها بمباران شود، الکترونهای پراکنده شده نیز روی فیلم عکاسی دسته حلقه‌هایی همانند حلقه‌های ایجاد شده توسط اشعه ایکس تشکیل می‌دهند. به این ترتیب می‌توانیم بپذیریم که الکترونها تداخل می‌کنند، یعنی دارای خواص موجی هستند. بعدها پدیده‌های پراش برای سایر ذرات ، یعنی اتمها ، مولکولها و نوترونها نیز مشاهده شد.

این آزمایشها بطور انکار ناپذیری ثابت کردند که در بعضی از پدیده‌ها ، ریز ذرات همانند امواج رفتار می‌کنند. همچنین این آزمایشها به دانشمندان امکان تعیین طول موجی را دادند که برای بیان پراش ذره باید به آن نسبت داده شود. نتایج تجربی حاصل برای طول موج با مقدار حاصل از فرمول دوبروی توافق کامل داشتند. بنابرین ، معلوم گردید که طول موج با عکس حاصلضرب جرم ذره در سرعت آن mv متناسب بوده و ضریب تناسب همان ثابت پلانک است. ثابت پلانک بسیار کوچک h = 6.6 x 10-34 j.s است.

طول موج دوبروی وابسته به موج مادی

چون ثابت پلانک بسیار کوچک است، به همین علت طول موج دو بروی برای ذره ای با جرم محسوس ، خیلی کوچک و در حد قابل اغماض است. مطابق فرمول دوبروی ، یک ذره خاک با جرم حدود میکروگرم ( 9-10 کیلوگرم ) که با سرعت 1Cm/s در حرکت است دارای طول موج
λ = 6.6x10-34/(10-11)6.6x10-23 m است. این مقدار حتی در مقایسه با ابعاد اتمی نیز تا حد قابل اغماض کوچک است. برای اتمها و الکترونها با جرمی بسیار کوچکتر از میکروگرم وضعیت متفاوتی پیش می‌آید. در سرعتهای معمولی ، طول موج وابسته به آنها در حدود طول موج پرتوهای ایکس است. برای مثال در مورد اتم هلیوم با انرژی 0.04 ev (انرژی حرکت گرمایی در اتاق) ، λ = 0.7x10-10 m و برای الکترون با انرژی 13.5 ev طول موج دوبروی برابر λ = 3.3x10-10 m است.

با توجه به قوانین و مفاهیم نور شناسی نتیجه می‌گیریم، ماهیت موجی نور وقتی به وضوح آشکار می‌شود که طول موجها با ابعاد اجسامی که نور با آنها اندرکنش می‌کند قابل مقایسه باشد. برای مثال وقتی نور از روزنه‌ای می‌گذرد که ابعاد آن چند برابر طول موج است، یا وقتی از توری پراشی بازتابیده می‌شود که ثابت توری آن کوچک است، از خواص موجی نور می توان صرف نظر کرد، زیرا عملا غیر قابل ملاحظه‌اند. همینطور خواص موجی ذرات فقط وقتی مهمند که طول موج دوبروی در مقایسه با ابعاد اجسامی که اندرکنش با آنها صورت می‌گیرد، کوچک نباشد. هنگام اندرکنش اتمها با الکترونها یا با ریز ذرات دیگری که برای آنها طول موج دوبروی در حدود ابعاد اتمی است، خواص موجی ذرات نقش مهم و گاهی تعیین کننده دارند. هرگاه فرآیندها وابسته به رفتار الکترونها در اتمها یا مولکولها باشد، این نقش مهمتر است.

انجمن رمان 98
انجمن رمان 98 | برترین انجمن رمان نویسی
رمان 98

ASaLi_Nh8ay · 13/3/20

زمینه ظهور مکانیک کوانتومی

وقتی که ذرات با ابعاد ماکروسکوپی اندرکنش می‌کنند، ذراتی که برای آنها طول موج دوبروی تقریبا 9-10 برابر ابعاد آنهاست، خواص موجی نباید در نظر گرفته شود. به همین علت مکانیک کلاسیک که قوانین آن از بررسیهای اجسام بزرگ بدست می‌آید و خواص موجی اجسام هرگز به حساب نمی‌آید، نمی‌تواند پدیده‌های مربوط به این ذرات را بررسی نماید. مکانیک کلاسیک در مسائل مربوط به حرکت اجرام آسمانی ، قطعات ماشینها و غیره نتایج خوبی بدست می‌دهد. اما درست به همین دلیل مکانیک کلاسیک برای توجیه پدیده‌های اتمی کاملا نامناسب است.

مسائل مربوط به فیزیک اتمی را نمی‌توان به کمک مکانیک نیوتونی حل کرد. بنابراین ، بایستی مکانیکی جدیدتر و کاملتری پیدا شود تا خواص موجی ماده را نیز به حساب آورد. این مسئله مهم در اواخر سالهای بیست حل شد و در حل آن دانشمندان زیر بیشترین سهم را داشتند ورمز کارل هایزنبرگ (1976-1901) فیزیکدان آلمانی ، اروین شرودینگر ( 1961- 1887 ) فیزیکدان اتریشی و پاول آدرین موریس دیراک (1984-1902) فیزیکدان انگلیسی مجموعه قوانین حرکت ذرات ماده ، که خواص موجی آنها را نیز به حساب می آورد به مکانیک کوانتومی یا مکانیک موجی معروف است.

حوزه عمل مکانیک کوانتومی

مکانیک کوانتومی تعداد زیادی از مسائل از جمله رفتار الکترونها در اتمها و مولکولها و اندرکنش بین آنها که نشر و جذب نور را سبب می شوند و نیز برخورد الکترونها و سایر ذرات با اتمهای مواد فرومغناطیس و بسیاری پدیده‌های دیگر را شامل می‌شود. مکانیک کوانتومی تعدادی پدیده تازه را نیز پیش بینی کرده است که تمام پیش بینیهای آن با آزمایش تأیید شده‌اند. توضیح رضایت بخش از پدیده‌های اتمی توسط مکانیک کوانتومی ثابت می‌کند که این شاخه از فیزیک بازتاب صحیحی از قوانین واقعی طبیعت است. میدان الکتریکی هسته ، الکترون را درون اتم در ناحیه معینی از فضا نزدیک هسته نگه می‌دارد. با در نظر گرفتن الکترون به عنوان موج نمی‌توانیم بطور دقیق حجمی را مشخص کنیم که این موج در آن محبوس می‌شود همچنان که نمی‌توانیم در لوله باز مرز مشخص را نشان دهیم که آن طرف مرز ارتعاشها از بین می‌روند. منظور ما از "ابعاد اتم" ابعاد ناحیه اصلی از اتم است که در آن موج الکترون یافت می‌شود.

مفاهیم موجی همساز در مورد رفتار الکترون در اتم را می‌توان با استفاده از مکانیک کوانتومی فرمولبندی کرد. محاسبات مکانیک کوانتومی عملا امکان تعیین حالتهای معین اتم و تعیین ترازهای انرژی مربوط به این حالتها را فراهم می‌آورد. با اینکه قوانین مکانیک کوانتومی با محاسبات حجیم و فرمولهای ریاضی نسبتاً پیچیده‌ای بیان می‌شوند. اما جای نگرانی نیست، زیرا آنهایی که مکانیک کوانتومی را سخت می‌دانند و از آن هراس دارند اصول بنیادی و مفاهیم آنرا درک نکرده‌اند.

انجمن رمان 98
انجمن رمان 98 | برترین انجمن رمان نویسی
رمان 98

ASaLi_Nh8ay · 13/3/20

مکانیک کوانتومی

امروزه می‌دانیم که نظریه مکانیک کوانتومی حاکم بر تمامی مسائل است که در عالم وجود دارند. از کوچکترین ذرات زیر اتمی گرفته تا نیروهای فضا زمان. این نظریه توضیح می‌دهد که:

ریز تراشه‌ها چگونه کار می‌کنند؟
چرا گچ سفید است؟
اتمها چگونه انرژی هسته‌ای خود را آزاد می‌کنند؟

نظریه مکانیک کوانتومی شالوده کل صنعت الکترونیک است و در عین حال ممکن است منشأ عالم (انفجار بزرگ) را نیز توضیح دهد. پلانک آنقدر زنده ماند تا ببیند که کوانتای او چه گستره وسیعی از پدیده‌ها را توضیح می‌دهند، گستره‌ای که هنوز هم انتهایی بر آن متصور نیست، اما او همچنان یک "انقلابی میل" باقی ماند. پلانک سالها در جستجوی راههایی برای رهایی از کوانتومها وقت صرف کرد. برای او مایه شرمساری بود که سبب شهرتش دنبال مفهومی باشد که خود او به سختی آن را باور داشت. اما در نهایت اکتشافات بنیاد افکن پلانک بیش از آن که ناشی از استعدادهای علمی باشد، از صداقت خلل ناپذیر او برخاسته بود.

پلانک با اینکه باورهای خودش را واژگون شده و ادراکش از واقعیت را دیگر گونه می‌دید، سرانجام آنچه را که معادلاتش به او می‌گفتند، پذیرفت. او به یکی از همکاران فیزیکدانش پس از اینکه ستیز برای احتراز از مفاهیم نظریه مکانیک کوانتومی را وانهاده بود، این طور گفته بود: "این کار هیچ فایده‌ای ندارد، ما مجبوریم با نظریه مکانیک کوانتومی زندگی کنیم."

کشفی که به یک انقلاب منجر شد.

در ادامه مطالعه جسم سیاه ، در عرض چند ساعت پلانک رابـ*ـطه‌ای را یافت که به نظر می‌رسید قادر به انجام چنین کاری است. او دریافت که طول موج تابش هر مقدار که باشد، پاسخ صحیح را بدست می‌دهد. سایر دانشمندان به سرعت کشف او را به عنوان پیشرفتی کلیدی مورد تحسین قرار دادند، اما برای پلانک تنها این کافی نبود او می‌خواست بداند که چرا رابـ*ـطه‌اش کار می‌کند؟ در جستجوی پاسخی برای این پرسش او در ذهن خود مجسم کرد که جسم سیاه از نوسانگرهای بسیار کوچکی ساخته شده است که هر یک از آنها تابشهای الکترومغناطیسی از خود گسیل می‌کنند، این گامی بسیار اساسی بود که پلانک برداشت. در آن زمان فیزیکدانان اندکی آنقدر شهامت داشتند که به تشکیل یافتن ماده از اتمها معتقد باشند. تشکیل شدن انرژی از اجزا کوچک که دیگر جایی برای خود داشت. با این حال به نظر می‌رسید که این نگرش کار آمد است.

با استفاده از نظریه الکترومغناطیسی پلانک دریافت که مدلی که او به این ترتیب از جسم سیاه ساخته است، بخشی از رابـ*ـطه ریاضی انرژی ساطع شده از جسم سیاه را بدست می‌دهد (محاسبه انرژی تابشی جسم سیاه). تمام آنچه که می‌ماند، تبدیل کردن این رابـ*ـطه به شکل رابـ*ـطه‌ای بود که پلانک در آن عصر یکشنبه سرهم کرده بود. اینجا بود که پلانک کشف تاریخی‌اش را انجام داد.

انجمن رمان 98
انجمن رمان 98 | برترین انجمن رمان نویسی
رمان 98

ASaLi_Nh8ay · 13/3/20

کشف تاریخی پلانک

پلانک دریافت که برای دستیابی به هماهنگی لازم با رابـ*ـطه یافته شده ، باید فرض را بر این بگذارد که نوسانگرهای کوچک نمی‌توانند تحت هر فرکانسی که دلشان خواست نوسان کنند. برای فیزیکدانی که با هزاران سال تحقیق و پژوهش در مورد نوسان اشباع شده بود، این کار ارتداد محض بود. حتی یونانیان باستان هم می‌دانستند که سیمهای کشیده شده را می‌توان تحت هر فرکانسی به نوسان در آورد. حتی اگر نتیجه کار چندان هم موسیقی یایی نباشد.

با این وجود ، برای اینکه رابـ*ـطه پلانک بتواند کار آمد باشد، او می‌بایست این را می‌پذیرفت که نوسانگرهای کوچک در جسم سیاه همانند یک زه ویولن هستند که می‌توانند دو نت موسیقی متوالی را تولید کند، اما قادر به تولید هیچ صدایی بین آن دو نیست. پلانک تلاش کرد تا از یافته عجیب خودش سر در آورد. اما در دانش شناخته شده فیزیک در آن روز چیزی وجود نداشت که بتواند به او کمک کند. در آنچه که او بعدها آن را "عملی از روی ناچاری" نامید، پلانک پذیرفت که انرژی تابش شده در واحدهای بسته بندی شده‌ای که او آنها را کوانتا نامیده ، گسیل می‌شود و دلیل او نیز چیزی بیش از آن نبود که رابـ*ـطه حاصل از این رویکرد کار آمد است و به پاسخهای درست منتهی می‌شود. در عین حال پلانک احساس می‌کرد که کشفی بزرگ را به انجام رسانده ، همان کشفی که هنگام قدم زدن در آن روز زمستانی برای پسرش از آن صحبت می‌کرد.

یکی از منافع جنبی کشف او رابـ*ـطه ساده‌ای بود که مقدار انرژی موجود در این بسته‌ها را به طول موج آنها ربط می‌داد. هر چه طول موج کوتاهتر باشد انرژی بیشتر خواهد بود. ارتباط این دو متغییر را کمیتی که با h نشان داده می‌شد، برقرار می‌کرد. چیزی که در حال حاضر ثابت پلانک خوانده می‌شود. هم اکنون مشخص شده است که این ثابت همراه با سرعت نور C و ثابت گرانش نیوتن از لحاظ کیهان شناسی اهمیت بسیار زیادی دارد.
پلانک به قله دانش صعود می‌کند.

هم اکنون فیزیک کوانتومی به عنوان موفق‌ترین نظریه علمی شناخته می‌شود. زیرا مبدع این نظریه پلانک افتخارات بسیاری از جمله جایزه نوبل فیزیک 1918 را از آن خود کرد. در آن هنگام پلانک 60 ساله باقی توان خود را بر گرد آوردن بهترین فیزیکدانان دوران از جمله آلبرت انیشتین در برلین ، برای کار روی نظریه مکانیک کوانتومی متمرکز کرده بود. این کار ارزشمند را پلانک در حالی انجام می‌داد که در زندگی شخصی خود با رویدادهای غم انگیز هولناکی رو در رو بود.

حوادث ناگوار پلانک

در سال 1916 پسر او ، همان کسی که کشفش را اولین بار برای او بازگو کرده بود، در یک عملیات نظامی در وردون کشته شد که در آن زمان چندین سال از مرگ همسر اولش می‌گذشت.
طی سه سال هر دو دختر او هنگام وضع حمل از دنیا رفتند.
در سال 1944 آخرین پسر او که مظنون به شرکت در نقشه‌ای برای قتل هیتلر بود، توسط نازیها اعدام شد.
پلانک در سال 1947 در سن 89 سالگی در آلمان از دنیا رفت.
آلبرت انیشتین وقتی از مرگ یکی از قهرمانان علمی اش خبردار شد، نامه‌ای به بیوه پلانک نوشت و در آن از خاطرات کار با مردی گفت که نگاهش به حقایق جاودانی بود. اما در عین حال فعالانه درگیر همه آن چیزهایی بود که به پیشرفت مربوط است.

انجمن رمان 98
انجمن رمان 98 | برترین انجمن رمان نویسی
رمان 98

خوش آمدید به رمان ۹۸ | بهترین انجمن رمان نویسی

.اصول مکانیک کوانتومی.

ASaLi_Nh8ay

مدیر بازنشسته رمان ۹۸

رمان ۹۸ | بهترین انجمن رمان نویسی

رمان ۹۸ | دانلود رمان

ASaLi_Nh8ay

مدیر بازنشسته رمان ۹۸

رمان ۹۸ | بهترین انجمن رمان نویسی

رمان ۹۸ | دانلود رمان

ASaLi_Nh8ay

مدیر بازنشسته رمان ۹۸

رمان ۹۸ | بهترین انجمن رمان نویسی

رمان ۹۸ | دانلود رمان

ASaLi_Nh8ay

مدیر بازنشسته رمان ۹۸

رمان ۹۸ | بهترین انجمن رمان نویسی

رمان ۹۸ | دانلود رمان

ASaLi_Nh8ay

مدیر بازنشسته رمان ۹۸

رمان ۹۸ | بهترین انجمن رمان نویسی

رمان ۹۸ | دانلود رمان

درباره ما

لینک‌های پیشنهادی رمان ۹۸

آمار آنلاین

خوش آمدید به رمان ۹۸ | بهترین انجمن رمان نویسی

ما را در شبکه‌های اجتماعی دنبال کنید

مدیر بازنشسته رمان ۹۸

مدیر بازنشسته رمان ۹۸

مدیر بازنشسته رمان ۹۸

مدیر بازنشسته رمان ۹۸

مدیر بازنشسته رمان ۹۸

ما را در شبکه‌های اجتماعی دنبال کنید

درباره ما

لینک‌های پیشنهادی رمان ۹۸

آمار آنلاین