تمام دانش ما در مقایسه با واقعیت،ابتدایی و کودکانه است.ولی با این حال با ارزشترین دارایی ماست.آلبرت اینشتین
 

فیزیک برای امروز و فردا

آشنایی با فیزیک و قلمرو حکومت آن

فیزیک پلاسما
ساعت ٩:٤٥ ‎ب.ظ روز چهارشنبه ٢ خرداد ۱۳۸٦  

فیزیک پلاسما (Plasma Physics)


می دانیم که برای ماده سه حالت جامد ، مایع و گاز در نظر گرفته میشود. اما در مباحث علمی معمولا یک حالت چهارم نیز برای ماده فرض میشود. حدوث طبیعی پلاسما در دماهای بالا ، سبب تخصیص عنوان چهارمین حالت ماده به آن شده است. یک نمونه بسیار طبیعی از پلاسما آتش است بنابراین خورشید نمونهای از پلاسمای داغ بزرگ است.

تعریف پلاسما

پلاسما گاز شبه خنثایی از ذرات باردار و خنثی است که رفتار جمعی از خود ارائه میدهد. به عبارت دیگر میتوان گفت که واژه پلاسما به گاز یونیزه شدهای اطلاق میشود که همه یا بخش قابل توجهی از اتمهای آن یک یا چند الکترون از دست داده و به یونهای مثبت تبدیل شده باشند. یا به گاز به شدت یونیزه شدهای که تعداد الکترونهای آزاد آن تقریبا برابر با تعداد یونهای مثبت آن باشد، پلاسما گفته میشود.

حدود پلاسما

اغلب گفته میشود که 99% ماده موجود در طبیعت در حالت پلاسماست، یعنی به شکل گاز الکتریسته داری که اتمهایش به یونهای مثبت و الکترون منفی تجزیه شده باشد. این تخمین هر چند ممکن است خیلی دقیق نباشد ولی تخمین معقولی است از این واقعیت که درون ستارگان و جو آنها، ابرهای گازی و اغلب هیدروژن فضای بین ستارگان بصورت پلاسماست. در نزدیکی خود ما ، وقتیکه جو زمین را ترک میکنیم بلافاصله با پلاسمایی مواجه می شویم که شامل کمربندهای تشعشعی وان آلن و بادهای خورشیدی است.

در زندگی روزمره نیز با چند نمونه محدود از پلاسما مواجه میشویم. جرقه رعد و برق ، تابش ملایم شفق قطبی ، گازهای داخل یک لامپ فلورسان یا لامپ نئون و یونیزاسیون. مختصری که در گازهای خروجی یک موشک دیده میشود. بنابراین می توان گفت که ما در یک درصدی از عالم زندگی میکنیم که در آن پلاسما بطور طبیعی یافت نمیشود.


آیا کلمه پلاسما یک کلمه بامسما است؟

کلمه پلاسما ظاهرا بیمسما به نظر میرسد. این کلمه از یک لغت یونانی آمده است که هر چیز به قالب ریخته شده یا ساخته شده را گویند. پلاسما به علت رفتار جمعی که از خودشان نشان میدهد، گرایشی به متاثر شدن در اثر عوامل خارجی ندارد، و اغلب طوری عمل میکند که گویا دارای رفتار مخصوص به خودش است.

حفاظ دبای

یکی از مشخصات اساسی رفتار پلاسما ، توانایی آن برای ایجاد حفاظ در مقابل پتانیسیلهای الکتریکی است که به آن اعمال میشوند. فرض کنید بخواهیم با وارد کردن دو گلوله بارداری که به یک باتری وصل شدهاند یک میدان الکتریکی در داخل پلاسما بوجود آوریم. این گلوله ها ، ذرات یا بارهای مخالف خود را جذب میکنند و تقریبا بلافاصله ، ابری از یونهای اطراف گلوله منفی و ابری اطراف گلوله مثبت را فرا میگیرند.

اگر پلاسما سرد باشد و هیچگونه حرکت حرارتی وجود نداشته باشد، تعداد بار ابر برابر بار گلوله میگردد، در این صورت عمل حفاظ کامل میشود و هیچ میدان الکتریکی در حجم پلاسما در خارج از ناحیه ابرها وجود نخواهد داشت. این حفاظ را اصطلاحا حفاظ دبای می گویند.

معیارهای پلاسما

طول موج دبای (لاندای دی) باید خیلی کوچکتر از ابعاد پلاسما ( L ) باشد.

تعداد ذرات موجود در یک کره دبای (ND ) باید خیلی بزرگتر باشد.

حاصلضرب فرکانس نوسانات نوعی پلاسما ( W ) در زمان متوسط بین برخوردهای انجام شده با اتمهای خنثی ( t ) باید بزرگتر از یک باشد.

کاربردهای فیزیک پلاسما

- تخلیه های گازی :

قدیمیترین کار با پلاسما ، مربوط به لانگمیر ، تانکس و همکاران آنها در سال 1920 میشود. تحقیقات در این مورد ، از نیازی سرچشمه میگرفت که برای توسعه لوله های خلائی که بتوانند جریانهای قوی را حمل کنند، و در نتیجه میبایست از گازهای یونیزه پر شوند احساس میشد.

- همجوشی گرما هستهای کنترل شده:

فیزیک پلاسمای جدید ( از حدود 1952 که در آن ساختن راکتوری بر اساس کنترل همجوشی بمب هیدروژنی پیشنهاد گردید، آغاز میشود.

- فیزیک فضا:

کاربرد مهم دیگر فیزیک پلاسما ، مطالعه فضای اطراف زمین است. جریان پیوستهای از ذرات باردار که باد خورشیدی خوانده میشود، به مگنتوسفر زمین برخورد میکند. درون و جو ستارگان آن قدر داغ هستند که میتوانند در حالت پلاسما باشند.

- تبدیل انرژی مگنتو هیدرو دینامیک ( MHD ) و پیشرانش یونی:

دو کاربرد عملی فیزیک پلاسما در تبدیل انرژی مگنتو هیدرو دینامیک ، از یک فواره غلیظ پلاسما که به داخل یک میدان مغناطیسی پیشرانده میشود، میباشد.

- پلاسمای حالت جامد :

الکترونهای آزاد و حفرهها در نیمه رساناها ، پلاسمایی را تشکیل میدهند که همان نوع نوسانات و ناپایداریهای یک پلاسمای گازی را عرضه می دارد.

- لیزرهای گازی:

عادیترین پمپاژ ( تلمبه کردن ) یک لیزر گازی ، یعنی وارونه کردن جمعیت حالاتی که منجر به تقویت نور میشود، استفاده از تخلیه گازی است.

- شایان ذکر است که کاربردهای دیگری مانند چاقوی پلاسما ، تلویزیون پلاسما ، تفنگ الکترونی ، لامپ پلاسما و غیره نیز وجود دارد که در اینجا فقط کاربردهای پلاسما در حالت کلی بیان شده است.


کلمات کلیدی: فیزیک جدید
 
تئوری ریسمان
ساعت ۱٠:۱٢ ‎ق.ظ روز پنجشنبه ۸ تیر ۱۳۸٥  

تئوری ریسمان به زبان ساده

رشته سیمهای گیتار را تصور کنید که با کشیده شدن در طول گیتار کوک شده‌اند؛ بسته به آنکه سیمها چقدر کشیده شوند و تحت فشار قرار گیرند، نت‌های موسیقی مختلفی بوسیله آنها ایجاد می‌شود. می‌توانیم این نت‌های موسیقی را «حالتهای برانگیخته» سیمهای گیتار تحت کشش بنامیم.

به طور مشابه در تئوری ریسمان ذرات بنیادین که در شتابدهنده‌ها مشاهده می‌شوند را می‌توانیم نت‌های موسیقی و یا همان «حالتهای برانگیخته» فرض گنیم.

در تئوری ریسمان همانند نواختن گیتار، ریسمانها باید تحت کشش قرار بگیرند تا برانگیخته شوند. اگرچه ریسمانها در تئوری ریسمان در فضا-زمان شناور هستند و مانند گیتار مقید نیستند ولیکن با این حال آنها کشش دارند، کشش ریسمان در تئوری ریسمان همانطور که در قبل گفتیم با کمیت :

شناخته می‌شود و در آن ´a با مربع مقیاس طول ریسمان متناسب است.

اگر تئوری ریسمان تئوری گرانش کوانتوم باشد، پس متوسط اندازه ریسمان باید چیزی نزدیک به مقیاس طول گرانش کوانتوم باشد که طول پلانک نامیده می‌شود و حدود 10-33 سانتیمتر می‌باشد. متاسفانه این بدان معناست که ریسمانها به حدی برای دیدن با تکنولوژی فعلی فیزیک ذرات کوچک هستند که فیزیکدانان مجبور به ابداع روشهای جدیدی برای آزمایش تئوری شدند.

تئوری در ابتدا فقط برای بوزون‌ها بود، به منظور اینکه فرمیون‌ها هم وارد تئوری ریسمان شوند باید یک نوع بخصوص از تقارن به نام ابرتقارن وجود می‌داشت که به واسطه آن برای هر بوزون، یک فرمیون متناظر وجود داشته باشد. پس ابرتقارن، ذرات حامل نیرو و ذراتی که ماده را می‌سازند به هم مربوط می‌کند.

نتایج ابرتقارن در آزمایشات ذرات مشاهده نشده‌اند اما تئوریست‌ها معتقد هستند که ذرات ابرتقارن بزرگتر و سنگین‌تر از آن هستند که در شتابدهنده‌های فعلی بتوان آنها را مشاهده کرد. ایجاد شتابدهنده‌های قوی‌تر انرژی بالا در دهه آینده می‌تواند شواهد لازم برای ابرتقارن در اختیار ما قرار دهند.

مهم نبود که هر کس چقدر تلاش می‌کرد، به نظر می‌رسید گرانش به هیچ وجه به نظریه‌ای قابل بهنجارش تبدیل نمی‌شود؛ یک مشکل بزرگ این بود که امواج گرانش کلاسیک که فرض می‌شد ذره حامل آن گراویتون است، دارای اسپین 2 بودند و برای اسپین 2 ، عبارت 4j-8+D مساوی D می‌شد و برای D=4 ، انتگرال بینهایت می‌شد، مثل توان چهارم ممنتوم وقتی که ممنتوم به سمت بینهایت میل می‌کند.

و این برای فیزیکدانان غیرقابل هضم بود و سالها تلاش آنها در راه رسیدن به «گرانش کوانتوم» ناکام ماند.

در اینجا بود که تئوری ریسمان وارد شد تا این خلا را پر کند.

تئوری ریسمان در اصل برای توصیف روابط میان جرم و اسپین هادرون‌ها پیشنهاد شده ‌بود. در تئوری ریسمان، ذرات از برآشفتگی ریسمان‌های بسیار ریزی بوجود می‌آمدند ؛ یک ذره که از این برآشفتگی‌ها بر می‌خواست، ذره‌ای بود با جرم صفر و دو واحد اسپین.

موفقیتی که تئوری ریسمان داشت این بود که در مدل دیاگرامهای فاینمن، دیاگرامها به سطوح صاف دو بعدی تبدیل می‌شدند و انتگرالهای روی سطح دیگر مشکل فاصله صفر را نداشتند.

تئوری ذره‌ای :

تئوری ریسمان :

در 1974 نهایتا این سوال مطرح شد که " آیا تئوری ریسمان می‌تواند تئوری گرانش کوانتوم باشد؟ ".

در تئوری ریسمان، ممنتوم بینهایت به معنای فاصله صفر نبود، زیرا در این تئوری رابطه بین ممنتوم و فاصله به قرار زیر بود:

کمیت 'a به تنش ریسمان‌ها بستگی داشت ، کمیتی بنیادین بر اساس رابطه :

رابطه بالا به طور غیرمستقیم بیان می‌کند که کمترین طول قابل مشاهده برای تئوری ریسمان به صورت زیر است:

رفتار ذره در فاصله صفر که در تئوری میدان کوانتوم بسیار مشکل‌ساز بود، در تئوری ریسمان بسیار بی‌اهمیت شد و همین باعث شد که تئوری ریسمان نامزد تئوری گرانش کوانتوم شود.

اگر تئوری ریسمان ، تئوری گرانش کوانتوم باشد، مقدار طول مینیموم باید حداقل اندازه طول پلانک باشد که از ترکیب ثابت پلانک و ثابت گرانش نیوتون و سرعت نور بدست می‌آید:

اگرچه همانطور که بعدا خواهیم دید، مساله مقیاس طول در تئوری ریسمان به خاطر دوگانگی ریسمان‌ها پیچیده و مشکل شد.

 

 

منبع :www.cph-theory.persiangig.com

 


کلمات کلیدی: فیزیک جدید
 
عصر اتمی
ساعت ٢:۱٤ ‎ب.ظ روز جمعه ۱٥ اردیبهشت ۱۳۸٥  

عصر اتمی

زمانی که اطلاعات انسان در مورد دنیای ریز داخل اتم گسترش یافت و توانست انرژی هسته‌‌ای را بشناسد ، تحولی عمیق در زندگی او به وجود آمد. با وجود این منبع عظیم انرژی ، دیگر نگرانی در مورد تمام شدن ذخائر تجدید ناپذیر انرژی مانند نفت ، گاز طبیعی و زغال اندکی کمتر شد. تمام توجه‌ها به سمت گسترش فناوری لازم برای استفاده از انرژی هسته‌ای جلب شد. و به این ترتیب عصر جدیدی به نام عصر اتمی در زندگی بشر آغاز گردید.

تاریخچه

دقیقا در آخرین ثانیه شمارش معکوس ، در ساعت 5:30 دقیقه بامداد روز شنبه ، 16 ژوئیه سال 1945 ، انرژی از هسته اتم آزاد شد. تاریخ آغاز هیچ عصر جدیدی چنین دقیق به ثبت نرسیده است. آن انفجار بزرگ ، در پایگاه هوایی آلاموگوردو ، در 120 مایلی جنوب آلبوکوک ، نیومکزیکو ، سرآغازی تاریخی بود که از آن پس باید آغاز آینده بشریت تعیین می‌شد.

حیات بر روی زمین ، ناگهان و به نحوی غیر قابل برگشت تغییر یافته بود. آدمی به منبع انرژی جدید ، و به همراه آن به قدرتی دست یافته بود که تکامل انواع خود را بر روی کره زمین مخاطره آمیز کرده و سیاره زیبای خود را به باغ وحشی پرتوزا تبدیل می‌کرد.

آغاز عصر اتمی

در لحظه نخستین انفجار اتمی ، نور ملتهب سفید و شدیدی به وجود آمد. رابرت اوپنهایمر ، فیزیکدان آمریکایی و مغز متفکر در ساختن آن بمب ، 6/6 کیلومتر آن طرف‌تر ، در حالی که خود را به میله محکمی چسبانده بود ، منتظر شوک حاصل از انفجار بود. بعد از انفجار ، بلافاصله گوی آتشینی برخاست. و در پی آن ابری قارچی شکل ایجاد شد که تا ارتفاع 8/14 کیلومتر بلند شد و به داخل آرام سپهر راه یافت. برج فولادی که بمب بر روی آن نصب شده بود ، کاملا به بخار تبدیل شد و سطح بیابان پیرامون آن تا شعاع حدود 730 متری گداخته شده و به حالت شیشه‌ای درآمده بود.

این انفجار آزمونی محرمانه بود. اما در ششم اوت همان سال 1945 ، وقتی یک بمب اتمی معادل 20000 تن ماده انفجاری تی.ان.تی نیرومندترین ماده انفجاری شیمیایی ، بر شهر هیروشیمای ژاپن انداخته شد. خبرش نیز مانند خودش در سطح جهان پخش شد. انفجار این بمب بیشتر از 10 کیلومتر مربع از مرکز شهر را ویران کرد. تعداد بسیار زیادی از مردم این شهر کشته شدند وبیش از 67 درصد ساختمانهای شهر نابود شده یا به شدت آسیب دید.

در نهم اوت همان سال ، بمب دوم بر شهر ناگازاکی فرود آمد ، که در این بمباران نیز انسانهای بسیاری نابود شدند و حدود 40 درصد از ساختمانهای شهر در هم ریخت. بر این ویرانیها و کشتارها ، مصیبت دیگری ، یعنی تابش هم اضافه می‌شد. که نه تنها بر آنان که در معرض آن قرار می‌گرفتند تاثیر می‌گذاشت ، بلکه از طریق جهشهایی ژنتیکی می‌توانست نسلهای آینده را نیز متاثر کند. و به این ترتیب عصر اتمی آغاز شد.

نتایج ویرانگر عصر اتم

عصر اتم بدون هیچ گونه آمادگی و اخطاری شروع شد. زیرا طرح مانهاتان ، که متولی تولید بمب اتمی بود ، در پس دیوارهای سر به فلک کشیده اختفا و بازداری نظامی به مورد اجرا درآمده بود. مطالعات انجام شده توسط سازمان بهداشت جهانی ، وابسته به سازمان ملل ، نشان داد که نه تنها در کشورهای پیشرفته ، بلکه در میان مردم ساده تر سراسر جهان ، این ماجرا آثار عمیقی برجای گذاشته بود. یکی از وحشتناک‌ترین جنبه‌های بمب اتمی در میان مردم جهان ، آثار وخیم ناشی از تابش آن بود. آثاری که نامرئی ، بدون تاثیر بر چشایی ، نامحسوس ، بدون بو ، اما بسیار وسیع و گسترده بود.

سیر تحولی و رشد

بعد از جنگ جهانی دوم ، ایالات متحده آمریکا به آزمایشهای خود در مورد سلاحهای شکافت هسته‌ای در جزایر اقیانوس آرام و صحرای نوادا ادامه داد. انگلستان ، شوروی سابق ، فرانسه ، چین و هندوستان اقدام به تولید و آزمایش بمبهای هسته‌ای کردند. در اوایل سال 1950 ، مردم از وجود نوع دیگری بمب ، که به بمب هیدروژنی معروف شد ، باخبر گردیدند. بمب هیدروژنی با قدرتی معادل 5 تا 7 میلیون تن تی.ان.تی را در اقیانوس آرام آزمایش کرد. این انفجار جزیره‌ای را محو و به جای آن حفره‌ای به عمق 45 متر و قطری بیشتر از 105 کیلومتر ایجاد کرد.

در اول مارس 1952 ، ایالات متحده آمریکا یک بمب هیدروژنی با قدرت 12 تا 14 میلیون تن ، یعنی دو برابر نیروی انفجاری قبلی آزمایش کرد. علی رغم تصور‌هایی رسمی مبنی بر اینکه غبارهای رادیواکتیو (پس مانده‌های رادیواکتیو ناشی از بمب) منحصر به منطقه انفجار خواهد بود. خاکستر رادیو اکتیو یک قایق ماهیگیر ژاپنی را در فاصله حدود 96 کیلومتری مرکز انفجار ، پوشانید. 32 ماهیگیر تحت تاثیر این غبارها قرار گرفتند و یکی از آنها در گذشت.

اتحاد شوروی سابق در 12 اوت سال 1953 ، یک بمب هیدروژنی آزمایش کرد. انگلستان نخستین بمب خود را در جزیره کریسمس واقع در اقیانوس آرام در 17 می سال 1957 به مرحله آزمایش درآورد. به این ترتیب تولید و تکثیر سلاحهای ویرانگر اتمی به صورت مسابقه‌وار توسط کشورهای قدرتمند دنیا ادامه پیدا کرد. به طوری که در حال حاضر این کشورها از عظیم‌ترین ذراتخانه‌های اتمی بر خوردار هستند. جالب توجه است که خود این کشورها همواره بر منع تولید و تکثیر این سلاحهای مرگبار اصرار داشته و قوانین بسیار زیادی را در این زمینه وضع کرده‌اند. قوانینی که خود ، اولین نقض کنندگان این قوانین بودند.

مشخصه کودکانی که در عصر اتم به دنیا آمده‌اند

گاز کریپتون رادیو اکتیو حاصل از انفجار بمب هیدروژنی ، به استرانسیم رادیو اکتیو واپاشیده و وارد جو زمین می‌شود و از طریق جریانهای اقلیمی هوا در تمام نقاط جو زمین پخش می‌شود تا همراه باران در سراسر دنیا فرود آید. استرانسیم شبیه کلسیم است. در غیاب کلسیم می‌تواند نقش آن را بر عهده بگیرد. این عنصر می‌تواند به تشکیل استخوان کمک کند. بنابراین ، نوع رادیو اکتیو آن یک جوینده استخوان است ، وقتی به بدن موجود زنده وارد شود ، قابل شستشو و یا انتقال به بیرون نیست.

نیم عمر فعال آن 97 سال است. بنابراین در اثر آزمایش بمب هسته‌ای و سایر آزمایشها ، استرانسیم رادیو اکتیو به همه جا پخش شد و از طریق شیر و گیاهان آلوده به غبار رادیو اکتیو می‌تواند به بدن موجودات زنده و انسان وارد نشود. این ماجرا چنان جهانی بود که گفته شده است، هر کودکی که در خلال سالهای بعد از آزمایشهای مکرر بمب هسته‌ای در جو ، استخوانهایش در حال شکل گیری و نشو و نما بوده است، در این استخوانها نشانی از استرانسیم رادیو اکتیو مانده است. که هر چند لزوما جنبه معاینه بالینی ندارد ، اما مشخصه کودکان عصر اتم است.

منبع : دانشنامه رشد


کلمات کلیدی: فیزیک جدید
 
روابط بین اشیا در جهان اتمى
ساعت ۸:٠٩ ‎ق.ظ روز سه‌شنبه ٩ اسفند ۱۳۸٤  

 
اوایل قرن بیستم مصادف با دو انقلاب بزرگ در نظریه هاى فیزیکى بود، یعنى مکانیک نسبیت و مکانیک کوانتوم. با شروع قرن بیستم مشخص شد که فیزیک کلاسیک نیوتنى و ماکسولى قادر به پاسخگویى به مشکلاتى که در بررسى اشیا و با اندازه هاى اتمى رخ مى دهد نیست. اما تا دهه 1920 هیچ نظریه اى قادر نبود به خوبى مسائل حوزه اتمى را تبیین کند. در سال ،1927 «هایزنبرگ» تلاش کرد حالت و تکانه یک الکترون را محاسبه کند. «هایزنبرگ» نشان داد انجام آزمایشى که با آن بتوان حالت و تکانه یک الکترون را محاسبه کرد نامیسر است. از طرف دیگر هر محاسبه اى که انجام دهیم، به سبب اختلافى که ابزار محاسبه گر به وجود مى آورد، تقریبى خواهد بود. او استدلال کرد نه تنها عملاً محاسبه کردن امکان پذیر نیست، بلکه به لحاظ نظرى نیز انجام محاسبه به طور دقیق نامیسر است. اما قبل از هایزنبرگ دانشمندان دیگرى در رشد و تکامل نظریه او سهیم بودند. یکى از این دانشمندان «ماکس پلانک» بود. پژوهش هاى وى در خصوص تابش جسم سیاه (جسمى که همه پرتوهاى تابیده شده را جذب مى کند) نشان داد که تابش انرژى به صورت جریانى متصل گسیل نشده بلکه گسیل آن در بسته هاى جداگانه موسوم به «کوانتوا» است (quanta). او با این کشف توانست معادله اى را که در جست وجوى آن بود صورت بندى کند یعنى hV = E که «V» بسامد نور و «h» ثابت پلانک است که عددى بسیار کوچک است و پیوسته در فرمول هاى فیزیک قرن بیستم تکرار مى شود.

اینشتین نیز در نظریه نسبیتش کار پلانک را مبنا قرار داد و تبیین نور بر حسب کوانتوم ها را یکى از اصول موضوعه بنیادى نظریه اش قرار داد. او با کشف اثر «فتوالکتریک» به رشد نظریه کوانتوم یارى رساند. اینشتین پى برد که نور مرکب از ذراتى به نام «فوتون» است. هنگامى که جریانى از فوتون ها گسیل مى شوند تا به یک صفحه فلزى برخورد کنند الکترون هایى که صفحه فلزى از آنها ساخته شده است کنده شده و آزاد مى شوند. در سال 1925 نیز «دوبروى» اعلام داشت الکترون ها ذره نیستند بلکه منظومه هایى از امواج اند. «شرودینگر» این نظریه را گسترش داد و اعلام کرد نه فقط الکترون ها، بلکه فوتون ها، اتم ها و تمام مولکول ها را مى توان به منزله امواج دانست. «هایزنبرگ» در این سال ها وارد صحنه مى شود. وى نشان داد با توجه به نوع معادله اى که استفاده مى شود فیزیکدان ها مى توانند کوانتوم هاى نور را ذرات یا امواج محسوب کنند. او در تلاش هایش براى تعیین حالت و تکانه یک الکترون به این نتیجه رسید که دشوارى اى که در چنین محاسبه اى وجود دارد این است که الکترون کوچک تر از یک موج نورى است. چون براى مشاهده الکترون باید از میکروسکوپ استفاده کرد و هنگام استفاده از میکروسکوپ از یک چشمه نور هم استفاده خواهیم کرد. چون بنابر اثر فوتوالکتریک اینشتین، فوتون هاى نور در حالت الکترون ها اختلال ایجاد مى کند در نتیجه در محاسبه حالت و تکانه یک الکترون با دو مشکل روبه روییم:

اول آنکه از هر نورى استفاده کنیم در حالت الکترون اختلال ایجاد مى شود و اگر از پرتوهاى گاماى رادیوم استفاده کنیم چون آنها هم بسامد بالا دارند و هم موج هایى با طول موج هاى کوتاه تر از نور، در نتیجه در حالت الکترون اختلال ایجاد مى کنند. به این ترتیب محاسبه حالت و تکانه الکترون عملاً و نظراً غیرممکن است. این نظریه کوانتوم جدید به سرعت در حوزه عمل نیز موفقیت خود را ثابت کرد هم در شرح پدیده هایى مانند پایدارى اتم ها و هم در پیش بینى جزئیات کمى مانند طول موج و شدت نورى که اتم ها در هنگام تحریک گسیل مى کنند. در مکانیک کلاسیک نیوتنى، حالت یک سیستم در یک زمان خاص کاملاً با داشتن مکان و تکانه هر یک از اجزاى سازنده آن، مشخص مى شود. در نظریه مکانیک کلاسیک، معادلات حرکت مى توانند تغییر حالت سیستم را مشخص کنند. لااقل در مورد سیستم منزوى ساده حل این معادلات حالت سیستم را در همه زمان هاى بعدى مشخص مى کنند. با توجه به حالت اولیه و نیروهاى عمل کننده بر آن، مکانیک کلاسیک نظریه موجبیتى است. رفتار زمان هاى آینده سیستم منحصراً به وسیله حالت فعلى تعیین مى شود. در این حالت یک مشاهده ایده آل حالت سیستم نه تنها موقعیت و تکانه دقیق هر یک از اجزاى سازنده آن را در یک زمان خاص تعیین مى کند بلکه پیش بینى حالت آینده دقیق آن را نیز ممکن مى سازد. اگرچه مکانیک کوانتوم از همان کمیت هاى دینامیکى استفاده مى کند با این حال براى سیستمى که در مورد آن اعمال مى شود (مانند الکترون) حالتى را که در آن همه کمیت ها مقدار دقیقى داشته باشند مشخص نمى کند. در عوض حالت یک سیستم منزوى به وسیله یک مفهوم ریاضى انتزاعى نشان داده مى شود. به طور نمونه یک تابع موج یا به طور کلى تر یک بردار حالت (بردارى که از یک nتایى تشکیل شده است که تعدادى ورودى و تعدادى خروجى دارد). این بردار فقط نشان مى دهد که یک اندازه گیرى از هر کمیت دینامیکى سیستم با چه احتمالى، مقدارى مشخص را پیدا مى کند و هیچ یک از این احتمالات نمى تواند معادل با یک یا صفر باشد. به علاوه هیچ تلاشى براى تعیین حالت اولیه سیستم از طریق اندازه گیرى کمیت هاى دینامیکى نمى تواند اطلاعاتى بیش از آنچه یک بردار حالت به ما مى دهد فراهم کند. به طور کلى هیچ اندازه گیرى یا حتى تعیین نظرى حالت فعلى سیستم نمى تواند در چارچوب نظرى مقادیرى را که در اندازه گیرى هاى یک کمیت دلخواه دینامیک در زمان هاى بعدى مشاهد مى شوند، تعیین کند.

در این معنا، نظریه مکانیک کوانتوم «غیرموجبیت گرایانه» است. مکانیک کوانتوم در دهه 1920 بحث هاى داغى را میان فیزیکدانان ایجاد کرد که در نهایت به «تفسیر کپنهاگى» انجامید. تفسیر کپنهاگى به صورت کلى بیان مى کند که کامل ترین توصیف یک سیستم در یک زمان معین تنها از نظر احتمالاتى پیش بینى رفتار آتى آن را ممکن مى سازد. این تفسیر کپنهاگى اشاره بر این دارد که جهان غیرموجبیتى است. آیا این سخن به معناى نفى علیت است؟ علیت واژه مبهمى است. اگر علیت به این معناست که پدیده هاى تکرارپذیر قوانین طبیعى را تایید مى کنند پس مکانیک کوانتوم نفى علیت نیست حتى اگر این نظریه دلالت بر این داشته باشد که جهان نهایتاً غیرموجبیتى است. اگر علیت معادل با موجبیت (نظریه اى موجبیت گرایانه است که آگاهى معین درباره رویدادهایى معین در زمان و مکان خاصى بدهد) است، پس علیت در چنین جهانى ناتوان است. اما آیا علیت مى تواند در یک جهان غیرموجبیتى وجود داشته باشد؟ این سئوال و سئوالاتى مشابه بحث هاى دقیق فلسفى را ایجاد کرده است که تا به امروز محل نزاع فیلسوفان است.

فلسفه علم _ نیکلاس کاپالدى. ترجمه على حقى. 1377.


کلمات کلیدی: فیزیک جدید