راهنمای کنجکاو برای مشاهده کنندگان مکانیک کوانتوم ، بخش 7: عصر کوانتوم


راهنمای کنجکاو برای مشاهده کنندگان در مکانیک کوانتوم ، نکته 7: عصر کوانتوم

اوریش لاوسون / تصاویر گتی

یکی از آرام ترین انقلاب ها قرن حاضر ما ورود مکانیک کوانتوم به فن آوری های روزمره است. پیش از این ، اثرات کوانتومی محدود به آزمایشگاه های فیزیکی و آزمایش های ظریف بود. اما فناوری مدرن برای کارهای اصلی خود به طور فزاینده ای به مکانیک کوانتوم متکی است و اهمیت اثرات کوانتومی تنها در دهه های آینده رشد خواهد کرد. بدین ترتیب ، میگول اف. مورالس ، فیزیکدان ، وظیفه هرکول را توضیح داد که مکانیک کوانتوم لائیک ها را در این مجموعه هفت قسمتی توضیح دهد (قول می دهیم بدون ریاضیات). در زیر آخرین سریال است ، اما شما همیشه می توانید داستان ابتدایی به علاوه یک صفحه فرود برای کل مجموعه را در سایت پیدا کنید.

آینده در اینجا است – فقط خیلی یکنواخت توزیع نشده است –ویلیام گیبسون

ما بعنوان طراح سازها اخیراً توانسته ایم از مکانیک کوانتوم استفاده کنیم. درک و دستکاری دستگاه های کوانتومی مانند به دست آوردن یک ابرقدرت مست کننده جدید بود – اکنون چیزهای زیادی وجود دارد که می توانیم بسازیم که فقط چند سال پیش غیرممکن بود.

ما در مقالات قبلی با چندین مورد از این فن آوری های کوانتومی روبرو شده ایم. برخی از آنها مانند نقاط کوانتومی در تلویزیون ها اکنون به امری عادی تبدیل شده اند. سایر موارد ، مانند ساعتهای نوری ، وجود دارند اما هنوز بسیار نادر هستند.

از آنجا که این آخرین مقاله از این مجموعه است ، من می خواهم به آینده نزدیک نگاه کنم ، جایی که فناوری کوانتوم احتمالاً بر زندگی روزمره ما تأثیر می گذارد. لازم نیست فرد دور نگاه کند – همه فناوری هایی که امروز مطالعه خواهیم کرد از قبل وجود دارند. اکثر آنها هنوز نادر هستند ، در آزمایشگاه ها یا به عنوان مظاهر تکنولوژی جدا شده اند. دیگران در مکانی برجسته پنهان می شوند ، مانند دستگاه MRI در بیمارستان محلی یا دیسک سختی که روی میز شما نشسته است. در این مقاله ، بیایید به برخی از فن آوری هایی که در مقالات قبلی با آنها روبرو نشده ایم ، توجه کنیم: ابررسانایی ، قطبش ذرات و الکترونیک کوانتومی.

وقتی به این فناوری های کوانتومی نگاه می کنیم ، تصور کنید زندگی در جهانی که وسایل کوانتومی در همه جا وجود دارد چگونه خواهد بود. وقتی دانش مکانیک کوانتوم پیش شرط درک فناوری روزمره است ، داشتن سواد فنی به چه معناست؟

بنابراین دوربین شکاری خود را بردارید و بیایید به فناوری کوانتومی که از پشته بعدی می آید نگاه کنیم.

ابررساناها

در یک سیم رسانای معمولی می توانید یک باتری را متصل کرده و سرعت حرکت الکترون در آن (جریان یا تعداد و سرعت الکترون) را اندازه بگیرید. برای بیرون کشیدن الکترون ها کمی فشار لازم است و این فشار کمی گرما می دهد – درخشش قرمز سیم پیچ ها را در بخاری اتاق یا سشوار در نظر بگیرید. مشکل عبور الکترون از یک ماده است مقاومت.

اما می دانیم که الکترون ها مانند امواج حرکت می کنند. وقتی تمام اتمها را در یک ماده خنک کنید ، اندازه امواج الکترون حامل جریان الکتریکی بزرگتر می شود. هنگامی که دما به اندازه کافی پایین می آید ، این موج دار می تواند از نازکی آزار دهنده به یک مشخصه مشخص الکترون تبدیل شود. ناگهان امواج الکترون جفت می شوند و بدون هیچ زحمتی از بین مواد حرکت می کنند – مقاومت به صفر می رسد.

دمایی که جوشش الکترون از آن جذب می شود به بلوری که الکترون در آن قرار دارد بستگی دارد ، اما همیشه سرد است ، از جمله دمایی که گازهایی مانند نیتروژن یا هلیوم به مایعات تبدیل می شوند. با وجود چالش خنک نگه داشتن چیزها ، ابررسانایی چنان خاصیت شگفت انگیز و مفیدی است که به هر حال ما از آن استفاده می کنیم.

آهن ربا ابررسانایی که به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد برای آهن ربا در ماشین های MRI (تصویربرداری تشدید مغناطیسی) است. در کودکی ممکن است شما با پیچاندن یک سیم به دور میخ و اتصال سیم به باتری ، یک آهنربای الکتریکی ساخته باشید. آهنربا با تشدید مغناطیسی مشابه است زیرا فقط یک سیم پیچ بزرگ سیم است. اما هنگامی که حدود 1000 آمپر جریان از سیم عبور می کنید ، باعث می شود آهن ربا کار کند گران. معمولاً به نظر می رسید بزرگترین بخاری در جهان است.

بنابراین جواب این است که از سیم مخصوص استفاده کنید و آن را در هلیوم مایع خنک کنید. پس از ابررسانایی ، می توانید آن را به منبع تغذیه متصل کرده و جریان را افزایش دهید (این کار 2-3 روز طول می کشد – یک فیلم عالی برای روشن کردن آهنربا تشدید مغناطیسی وجود دارد). سپس آهنربا را خاموش کرده و من ترک می کنم. از آنجا که هیچ مقاومتی وجود ندارد ، تا زمانی که آهنربا را سرد نگه دارید ، جریان همچنان ادامه خواهد داشت. هنگامی که بیمارستان MRI جدید نصب می کند ، آهنربا هنگام نصب روشن می شود ، سپس خاموش می شود و تا آخر عمر روشن است.

آهن ربا ابررسانا برای ردیاب ذرات استفاده می شود.
بزرگنمایی / آهن ربا ابررسانا برای ردیاب ذرات استفاده می شود.

در حالی که دستگاه های MRI بارزترین نمونه ها هستند ، آهنرباهای ابررسانا در حقیقت کاملاً رایج هستند. هر بخش آزمایشگاهی یا شیمی خوبی دارای چندین آهن ربا ابررسانا در دستگاه های تشدید مغناطیسی هسته ای (MRI) و طیف سنج های جرمی است. آهن ربا های ابررسانا 18 کیلومتر از برخورد دهنده بزرگ هادرونی امتداد دارند و به روش های دیگری در بخشهای فیزیکی نمایش داده می شوند. وقتی طراحی کفش داشتیم ، یک آهنربا ابررسانا را از کوچه ذخیره سازی پشت آزمایشگاهم بیرون آوردیم و آن را تعمیر کردیم. فیزیکدانان کاتالوگ های براق را از تولید کنندگان آهن ربا ابررسانا ارسال می کنند.

خطوط انتقال. برنامه آشکار بعدی کشش سیم ابررسانا و استفاده از آن برای انتقال برق است. چندین پروژه نمایشی در سراسر جهان وجود دارد که از خطوط برق ابررسانا استفاده می کنند. همانند اکثر کاربردهای صنعتی ، تنها مسئله یافتن مواردی است که عملکرد ابررسانا ارزش هزینه بالایی را داشته باشد. با کاهش قیمت ها ، خطوط ابررسانا از راه دور می توانند از اهمیت بیشتری برخوردار شوند زیرا انرژی خورشیدی و بادی تجدیدپذیر بیشتری را به شبکه اضافه می کنیم – توانایی ارسال یکپارچه انرژی از راه دور می تواند تغییرات محلی در تولید انرژی تجدیدپذیر را جبران کند.

ژنراتور و موتور. اگر آهنرباهای ابررسانایی فوق العاده قوی دارید ، می خواهید از آنها در ژنراتورها و موتورهای الکتریکی استفاده کنید. خنک کردن ، مثل همیشه ، یک مشکل است ، اما آهنرباهای بسیار قوی تر می توانند موتور / ژنراتورها را به میزان قابل توجهی کوچکتر و کارآمدتر کنند. این امر خصوصاً برای توربینهای بادی (کاهش وزن برج) و درایوهای الکتریکی برای قایقها و هواپیماها (کاهش وزن و بهبود کارایی) وسوسه انگیز است.


منبع: khabar-tak.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*