Home   |  تماس با ما و ارسال مطالب |  پروژه‌ها  | نرم‌افزارهاي مورد نياز |

 

 

26-12-2023

 

تابش نامتقارن و قانون‌شکن، چرایی دوگانگی موج و ذره و یا هم زمانی موج و ذره، تابع احتمال فوتون

 

 

به طور خلاصه در مبحث قبلی توضیح دادیم که یک موج یا تابش الکترومغناطیس، می‌تواند چهار حالت کلی داشته باشد که قابل‌توجه‌ترین آن، حالت چهارم است. ما نام آن را تابش نامتقارن و قانون‌شکن می‌گذاریم که شواهدی دال بر وجود آن وجود دارد و اگر در آزمایشگاه کشف و مشاهده شود، می‌تواند دانش فیزیک ما را زیرورو کند. چرا که چند خاصیت برای آن پیش‌بینی کرده و عنوان کردیم که "در حالت چهارم، تابش الکترومغناطیسی به‌صورت یک نیم موج بوده و به‌صورت کوانتومی رفتار می‌کند که در فیزیک کوانتوم مدنظر بوده و باتوجه‌به عدم وجود حالت تقارن در آن، تابعی از فضا - زمان به‌هم‌پیوسته نبوده و به علت عدم تقارن در فضا - زمان متقارن، رفتارهای عجیب و مرموزی از خود نشان می‌دهد که یکی از عجایب دنیای کوانتومی است و می‌تواند تمام علوم و دانش بشر از فیزیک را درهم‌ریخته و به چالش بکشد. به طور مثال ممکن است تغییر سرعت داده یا هم زمان خاصیت ذره‌ای و موجی از خود نشان دهد و بدتر از همه اینکه خلاف جهت زمان حرکت داشته باشد، یعنی با محیط اطراف خود یک تغییر زمانی ۱۸۰ درجه ایجاد کند. به طور مثال تابش آن باعث بالارفتن دما نشود، بلکه برعکس باعث کاهش دما شود که ما نام آن را تابش قانون‌شکن می‌گذاریم. به‌هرحال این نوع تابش برای حفظ انرژی و تداوم در حرکت و سرعت، نیاز به یک‌ذره واسطه داشته که نام آن فوتون است" ابتدا می‌بایست مدل ریاضی برای آن بسازیم و در ساده‌ترین حالت مربوط به یک تابع موج سینوسی داریم:

 

 

 

 تتا همان بعد یا فاصله و واحد آن متر است. این تابع مستقل از زمان ولی وابسته به مکان است که تابع ساده و اولیه‌ای است از یک موج الکترومغناطیس نامتناهی. ولی همان‌طور که می‌دانیم این نیم موج گسسته و کوانتیده و در بازه‌هایی از مکان، به‌صورت یک‌ذره کامل جرم گون، و در بازه‌هایی از مکان یک نیم موج انرژی گون و البته باخاصیت موجی است. پس می‌بایست شروطی برای این تابع برقرار کنیم تا تابش ما را توضیح دهد:

 

 

در حقیقت در بازه‌های مکانی فوق چون مقدار فی صفر است، تابش به‌صورت یک‌ذره کامل جرم گون است.

 

 

در حقیقت در بازه‌های مکانی فوق چون مقدار فی بیشینه و کمینه است، تابش به‌صورت یک نیم موج انرژی گون و صدالبته باخاصیت موجی است. اینک با دانسته‌های فوق، ما متوجه چرایی خاصیت یا ماهیت دوگانه موج - ذره در تابش‌های کوانتیده می‌شویم. یعنی با تغییر و یا گذر از مکان، این تابش هم می‌تواند موج باشد و هم یک‌ذره و هیچ بعید نیست که در بازه‌های میانی از مکان، هر دو خاصیت و ماهیت را یکجا در آزمایشگاه نشان دهد. یعنی در مکانی که از حالت جرم گون به حالت انرژی گون گذر می‌کند و برعکس. یعنی هر تابش نیم موج کوانتومی در هر ثانیه دوبرابر بَسامد خود، تغییر حالت دارد و احتمال اینکه هر دو ماهیت و خاصیت دوگانه را از خود یکجا نشان بدهد به‌مراتب بیشتر از احتمال این است که خود را در یک حالت کامل موج و یا ذره نشان دهد. اگر چنانچه در آینده این چنین پدیده‌ای مشاهد شد این رفتار کاملاً توجیه‌پذیر خواهد بود. این تابع را نباید با تابع میدان شرودینگر اشتباه گرفت؛ چون تابع یا معادله میدان شرودینگر احتمال حضور ذره را در مکان ارائه می‌کند آن هم مستقل از زمان.

 

 

منحنی قرمز تابع این مبحث و منحنی آبی مثالی از تابع میدان شرودینگر است؛ یعنی احتمال حضور یا وجود فوتون.

 

 

خیلی ساده و خلاصه گفته باشیم، توان دوم قدرمطلق مشتق معادله ما به نسبت تتا (مکان) تابع احتمال حضور و وجود فوتون است که مقدار آن مابین صفر و یک است. مقدار تابع صفر باشد، در آن مکان فوتونی وجود ندارد (تابش یک موج است)؛ ولی اگر مقدار این تابع یک باشد، ذره فوتون در آن مکان وجود دارد (تابش یک‌ذره است).

 

 

معادلات بر حسب لامبدا یا طول‌موج

 

 

 

 

 

عدد موج (به انگلیسی: wave number یا wavenumber) در فیزیک بیانگر بسامد مکانی یک موج است که به‌صورت دور بر واحد طول یا رادیان بر واحد طول بیان می‌شود. به‌عبارت‌دیگر، عدد موج تعداد موج‌های موجود در واحد طول است. (مقایسه کنید با بسامد که تعداد دور یا رادیان بر واحد زمان است.) عدد موج را معمولاً با k نمایش می‌دهند و می‌توان آن را از رابطهٔ زیر به دست آورد.

 

 

 در سامانه‌های چندبعدی عدد موج کمیتی برداری است. عدد موج و بردار موج در اپتیک و فیزیک پراکندگی امواج نقش اساسی دارد؛ از جمله در فیزیک ذرات بنیادی. از عدد موج می‌توان برای تعیین مقادیر کمیت‌هایی به‌غیراز بَسامد مکانی موج استفاده کرد. عدد موج در طیف نمایی نوری اغلب به‌عنوان واحدی از بَسامد زمانی برای سرعت مشخصی از نور استفاده می‌شود.

 

 

عدد موج عکس شعاع یا وتر دایره مثلثاتی است.

 

 

 

محمدرضا طباطبايي    15/9/1400

http://www.ki2100.com