کوانتوم به زبان ساده
پس از کشف قوانین نیوتن برخی چنین ادعا میکردند که دیگر کشف عجیبی در جهان دانش رخ نخواهد داد و این قوانین نیز میتوانستند همه نیازهای بشر را برآورده سازند و برای انجام همه امور در دسترس بشر از محاسبات در سفرهای فضایی و تعیین موقعیت ستارگان و سیارات و مسیر موشک ها تا تعیین زمان خورشید گرفتگی و ماه گرفتگی و ... آنهم با دقت بسیار بالا کارایی داشتند . اما وقتی دانشمندان به سراغ اجسام بسیار ریز رفتند ماجرا تغییر کرد . در ابعاد بسیار کوچک یعنی در دنیای اتمها دیگر این قوانین درست کار نمیکردند و قوانین دیگری نیاز بود تا این رفتار را شرح دهد .
بشر ار دیر باز به این می اندیشید که اگر اجسام را مرتب تقسیم کرده و کوچک کند سرانجام به کجا خواهد رسید . و کوچکترین ذره ای که دیگر نتواند آن را تقسیم کند چیست و چه اندازه خواهد بود ؟
تفکر و تحقیق در این مسیر او را به اتم و حتی تقسیمات آن نیز رساند . دانشمندان همچنین میدیدند که وقتی جسمی را گرم میکنند رنگ و نور متصاعد شده از آن جسم تغییر میکند مثلا ابتدا زرد و سپس در گرمای زیاد به سفید تغییر میکند . و تفاوت انرژی بخش های مختلف طیف نور نیز مشخص بود . در قرن 19 این سوال در ذهن فیزیکدانها مطرح شد که کل انرژی متصاعد شده از یک جسم گرم چقدر است و میزان آن در هر طیف نوری نیز چه میزان میباشد ؟
متاسفانه تجربه عملی با تئوری آن زمان جور در نمی آمد و در حالیکه فیزیکدانها میدانستند که با کاهش طول موج انرژی موج بیشتر میشود اما در تجربه عملی مثلا در نور بالای بنفش این اتفاق نمی افتاد و فرضیه با عمل جور در نمی آمد و فیزیکدانها آن را ابهام و یا فاجعه ماورا بنفش میخواندند . Ultra Violet catastrophe . ضمن آنکه رفتار هم موجی و هم ذره ای نور با دانش آن روز همخوانی نداشت . تا اینکه سرانجام فیزیکدان نابغه ای به نام ماکس پلانک این مشکل را حل کرد و کشف کرد که انرژی به صورت پیوسته تغییر نمیکند بلکه به صورت بسته های انرژی ( کوانتا ) منتشر میشود . آلبرت انشتین نیز در توضیح اثر فتو الکتریک خود این مطلب را تایید کرد . به این ترتیب عدد معروف پلانک وارد جهان علم شد شد که به آن ثابت پلانک گویند و برابر است با 6.626 ضرب در ده به توان منهای 34 . این عدد کوچکترین اندازه ممکن در عالم نیز میباشد .
بنابراین :
E = h f
که در این رابطه E انرژی بر حسب ژول میباشد و f فرکانس و h همان عدد معروف پلانک
نور که خود نیز از پدیده های عجیب دنیای ما میباشد در پاره ای از آزمایشها مانند موج رفتار میکند مانند پدیده تداخل . اما در مواردی نیز مانند ذره رفتار میکند مانند پدیده فتو الکتریک و توجیه این دو پدیده با هم برای نور از عهده فیزیک کلاسیک بر نمی آمد . تا آنکه ورنر هایزنبرگ با ارائه نظریه عدم قطعیت خود جهان علم و دانش فیزیک را وارد مرحله دیگری کرد . و از یک طرف جایزه نوبل در رشته فیزیک را نیز نصیب خود کرد . ( 1932 ) و از طرف دیگر یکی از پیچیده ترین و عجیب ترین نظریه های عصر حاضر را مطرح کرد که نه تنها باعث بسیاری از پیشرفتهای علمی در جهان الکترونیک و مخابرات و .. شد بحث های فلسفی زیادی را نیز پی ریزی کرد . تا آنجا که آلبرت انشتین نیز گفته بود که او نمیتواند بپذیرد که خدا برای خلقت جهان تاس انداخته باشد . بر اساس این اصل در دنیای ریز ها مانند الکترون ها ، چیزی به نام قطعیت وجود ندارد یعنی اگر مکان الکترون را با دقت تعیین کنید دیگر قادر به تعیین سرعت آن در آن لحظه نخواهیم بود . یعنی در دنیای ریزها این حساب احتمالات است که حکمفرما میباشد و نه قطعیت
ریاضی دان فرانسوی پیر سیمون میگوید :اگر مغزی بتواند نیروهای طبیعت را بشناسد و موقعیت و سرعت کلیه ذرات تشکیل دهنده طبیعت را در یک لحظه به تصور بیاورد . و نیز آنقدر بزرگ باشد که برای همه این ارقام محاسباتی ترتیب دهد . در این صورت قادر خواهد بود حرکت بزرگترین و کوچکترین اجسام عالم را پیشگویی کند . برای چنین مغزی هیچنامعلوم نیست و آینده و گذشته در برابر این مغز روشن و آشکار است .
اما مکانیک کوانتوم میگوید این اندیشه به ظاهر عالی چیزی جز خیال واهی نیست چه آنکه موقعیت و سرعت کلیه ذرات را دقیق و در آن واحد نمیتوان تعیین کرد لذا رویدادهای بعدی نیز جبرا غیر قابل پیشبینی خواهند بود . و تنها در مورد وضع آماری ذراتی که تعدادشان بسیار زیاد بوده باشد پیشگویی آن هم تاحدی امکان پذیر خواهد بود . ( نقل از ساختار ماده نوشته سکسل . راب استریروویتس ترجمه دکتر هوشنگ گرمان )
در جهان کوانتایی حضور شما به عنوان ناظر بر سرنوشت آزمایش و آنچه مشاهده میکنید اثر میگذارد !
مکانیک کوانتومى به ما مى گوید که یک ذره در هنگام رسیدن به یک مانع با چه احتمالی از آن عبور میکند و یا با چه احتمالی برمى گردد. قبل از آزمایش تنها احتمال هر یک از دو حالت را میدانیم اما پس از آزمایش فقط از یکى از آن دو حالت عملا اتفاق افتاده است .مکانیک کوانتومى قطعاً به ما نمى گوید که کدام یک اتفاق مى افتد بلکه این آزمایش است که مشخص مى کند که سرانجام چه اتفاقى خواهد مى افتد ! آزمایشی که حضور ناظر بر آن موثر است !
از نیل بور فیزیکدان معروف و از بنیان گذاران مکانیک کوانتوم نقل میشود که :اگر کسی بگوید کوانتوم را فهمیده است معلوم است که اصلا چیزی نفهمیده !
