کتاب فیزیک کوانتومی به زبان ساده

درباره‌ی کتاب فیزیک کوانتومی به زبان ساده

کتاب فیزیک کوانتومی به زبان ساده انتشارات سبزان، درباره فیزیک کوانتوم، کاربرد ها و استفاده های آن در عرصه های مختلف علمی می آموزیم. در کتاب فیزیک کوانتومی آمده است که در مقاله ای که اینشتین در سال 1905 چاپ کرد و منجر به پدید آمدن فیزیک کوانتومی شد، مطرح ساخت که چگونه برخی از آزمایشات آن زمان نشان می دادند که انرژی در پرتو نور و در قالب بسته هایی معروف به کوانتا(مفرد کوانتوم) منتقل می شود. هر چند که در بسیاری از مواقع حرکت نور به صورت موجی شناخته شده است.

این تناقض آشکار منجر به نظریه دوگانگی موج- ذره، شد.  بحث ها و تلاش های دانشمندان از این به بعد در زمینه کوانتوم آغاز شد. هدف کتاب آشنا کردن خواننده با تعدادی از موفقیت ها و‌ دستاوردهای فیزیک کوانتومی است. گاهی رفتار ما در مقیاس های اتمی و کوچک تر را معرفی می کند ولی عمدتا بر نشان دادن نقش فیزیک کوانتومی در پدیده های روزمره متمرکز است. تراشه های سیلیکونی رایانه ها، الکتریسیته ای که از طریق سیم های فلزی منتقل می شود، ابر رسانه ها، فناوری اطلاعات، فیزیک هسته ای، حالت جامد، نانو فیزیک، علم شیمی، ذرات بنیادی و دیگر فناوری های قرن بیستم از فیزیک کوانتوم بهره می برند.

در کتاب به جنبه های فلسفی نظریه کوانتوم‌ هم پرداخته شده است. امتیاز این کتاب در این است که همه مطالب این کتاب با زبانی ساده، بدون بیان ریاضیات پیچیده مطرح شده است و خواننده با اطلاعات ریاضی متوسط هم موضوع را درک می کند و کاربرد های مختلف کوانتوم در علو‌م را معرفی کرده است.

بخشی از کتاب فیزیک کوانتومی به زبان ساده

" الکترون ها و دیگر ذرات بنیادین، ویژگی کوانتومی دارند که با عنوان "اسپین" به آن اشاره می کنیم . در اینجا منظور ما از اسپین این است که ذره به گونه‌ای رفتار می کند گویی مانند زمین در حال چرخش به دور یک محور است. همان گونه که بارها در فیزیک کوانتومی اتفاق افتاده، بهتر است این مدل کلاسیک را به عنوان یک قیاس در نظر بگیریم، چون اگر سعی کنیم خیلی آن را واقعی و دقیق در نظر بگیریم مشکلاتی ظاهر می شود. نکات مهمی که برای اهدافمان باید به آنها دقت کنیم این است که اسپین یک جهت را در فضا تعریف می‌کند که همان محوری است که ذره در حال چرخش به دور آن است و اینکه وقتی ما اسپین یک ذره بنیادین از قبیل یک الکترون را اندازه می گیریم درمی‌یابیم که این اسپین همواره بزرگی یکسانی دارد در حالی که جهت آن هم موازی و هم نا موازی محور چرخش است.

برای اختصار می توانیم بگوییم که اسپین بالا یا پایین است و ما در فصل دوم دیدیم که این دو حالت ممکن، نقش مهمی در تعیین تعداد ذرات مجاز توسط اصلی طرد برای اشغال هر حالت انرژی داده شده ای بازی می‌کند. بنابراین می‌بینیم که اسپین حداقل یکی از ویژگی های لازم برای یک کیوبیت را دارد. اسپین می‌تواند در یکی از دو حالت وجود داشته باشد و این ویژگی می تواند برای نشان دادن صفر و یک استفاده شود. اکنون سعی می کنیم بفهمیم چگونه یک کیوبیت در حالت برهم نهی از صفر و یک می‌تواند قرار بگیرد و این معنایش چه می باشد؟

حال ممکن است این سوال پیش بیاید که منظور ما از بالا و پایین چیست؟ واضح است الکترون نمی تواند تحت توصیف مفهومی که به تجربه ما از زندگی روی زمین بستگی دارد قرار گیرد. جهت هایی که ما به عنوان بالا و پایین به آن فکر می‌کنیم با چرخش زمین تغییر می کنند. چرا ما نباید بتوانیم اسپین را نسبت به محور افقی اندازه گیری کنیم طوری که دارای چپ و راست باشد؟ پاسخ به این سوال این است که ما می‌توانیم اسپین را نسبت به هر جهتی که دوست داریم اندازه گیری کنیم اما هنگامی که چنین جهتی را انتخاب می کنیم همواره در می یابیم که اسپین نسبت به آن جهت یا موازی یا ناموازی است. با این حال انجام چنین اندازه گیری، هرگونه اطلاعات در مورد اندازه اسپین نسبت به عرض جهت دیگری که از قبل داشته ایم را از بین می برد. به نظر می رسد این اندازه گیری است که ذره را مجبور می کند تا جهت خود را به گونه‌ای تغییر دهد که موازی یا ناموازی این محور جدید باشد.

چگونه در عمل اسپین را اندازه می گیریم؟ سرراست ترین روش استفاده از این واقعیت است که هر ذره ای دارای اسپین است یک گشتاور مغناطیسی مرتبط با آن هم دارد. در اینجا منظور ما این است یک ذره بنیادین مثل یک الکترون مانند یک اهنربای کوچک در راستای محور اسپین رفتار می کند. بنابراین اگر ما بتوانیم جهت این گشتاور مغناطیسی را اندازه بگیریم، نتیجه‌ حاصل جهت اسپین را هم به ما خواهد داد."

• نویسنده: الستیر ای. ام. رای
• مترجمان: علی آهنج - محمدحسین پورعباس
• انتشارات: سبزان