راهنمای کنجکاو مشاهده گر در زمینه مکانیک کوانتوم ، pt. 4: به ستاره ها نگاه کنید


راهنمای کنجکاو مشاهده گر در زمینه مکانیک کوانتوم ، pt.  4: به ستاره ها نگاه کنید

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. به همین ترتیب ، میگوئل اف. مورالس ، فیزیکدان وظیفه هرکولین را در توضیح مکانیک کوانتوم بقیه ما ، عامیان ، در این مجموعه هفت قسمته بر عهده گرفته است (قول نمی دهیم ریاضی باشد). در زیر چهارمین داستان از این مجموعه آمده است ، اما شما همیشه می توانید داستان ابتدایی به علاوه صفحه اصلی کل مجموعه را تاکنون در محل خود پیدا کنید.

تصاویر زیبا و تلسکوپی جهان ما اغلب با فیزیک باشکوه کلاسیک نیوتن در ارتباط است. در حالی که مکانیک کوانتوم بر دنیای میکروسکوپی اتمها و کوارک ها مسلط است ، حرکت سیارات و کهکشان ها از ساعت با شکوه فیزیک کلاسیک پیروی می کند.

اما اندازه طبیعی اثرات کوانتومی محدودیتی طبیعی ندارد. اگر به تصاویر بدست آمده توسط تلسکوپ ها دقت کنیم ، اثرانگشت مکانیک کوانتوم را مشاهده خواهیم کرد. این بدان دلیل است که ذرات نور برای ساختن تصاویر زیبایی که از آن لذت می بریم ، مجبورند در وسعت گسترده فضا به صورت موج دار حرکت کنند.

در این هفته ما به چگونگی سفر فوتونها در سالهای نوری و اینکه چگونه تورم کوانتومی ذاتی آنها به تلسکوپ های مدرن ، از جمله تلسکوپ های تداخل اندازه ای به اندازه زمین اجازه می دهد ، توجه خواهیم کرد.

نور ستاره

چگونه باید به نور یک ستاره دور فکر کنیم؟ هفته گذشته ما از قیاس انداختن سنگریزه به دریاچه استفاده کردیم ، حلقه امواج در آب در حرکت موجدار فوتون ها ایستاده است. این تشبیه به ما کمک کرد تا طول موج ذرات و چگونگی همپوشانی و ادغام فوتون ها را درک کنیم.

ما می توانیم این تشبیه را ادامه دهیم. هر ستاره ، مانند خورشید ، از این نظر که انجام می شود زیاد فوتون ها برخلاف کسی که سنگ ریزه های منفرد را به دقت در دریاچه ای صاف و آینه بیندازد ، او یک سطل شن ریخته است. هر سنگ حلقه ای از امواج ایجاد می کند و امواج هر سنگ مانند گذشته پخش می شود. اما اکنون امواج دائماً با هم مخلوط می شوند و روی هم قرار می گیرند. همانطور که می بینیم امواج در امتداد ساحل زمین رانده می شوند ، امواج هر سنگریزه را نمی بینیم. در عوض ، ترکیبی از بسیاری از امواج جداگانه گرد هم می آیند.

امواج بی نظم ستاره ماسه ای که از برکه ما عبور می کند.  تپش های بسیاری از سنگریزه ها با هم همپوشانی دارند و مجموعه ای پیچیده از امواج را ایجاد می کنند.
بزرگنمایی / امواج بی نظم ستاره ماسه ای که از برکه ما عبور می کند. تپش های بسیاری از سنگریزه ها با هم همپوشانی دارند و مجموعه ای پیچیده از امواج را ایجاد می کنند.

تصویر میگل مورالس از یک تانک

بنابراین بیایید تصور کنیم در حالی که امواج در حال شستشو هستند ، در ساحل دریاچه ایستاده ایم و با یک تلسکوپ موج آب ، ستاره شن خود را تماشا می کنیم. لنز تلسکوپ امواج ستاره را به محلی معطوف می کند: محل سنسور دوربین که نور این ستاره در آن فرود می آید.

اگر سطل دوم شن در امتداد ساحل مقابل به دریاچه ریخته شود ، امواج در ساحل ما قرار می گیرند ، اما توسط تلسکوپ در دو مکان جداگانه روی آشکارساز متمرکز می شوند. به طور مشابه ، تلسکوپ می تواند نور ستاره ها را به دو گروه جداگانه تقسیم کند – فوتون از ستاره A و فوتون از ستاره B.

اما اگر ستاره ها بسیار به هم نزدیک باشند چه؟ بیشتر “ستاره هایی” که در شب می بینیم در واقع ستاره های دوتایی هستند – دو خورشید آنقدر به هم نزدیک هستند که به نظر یک نور شدید می آیند. وقتی در کهکشانهای دوردست قرار دارند ، ستاره ها را می توان با سال نوری از هم جدا کرد ، اما به نظر می رسد مکانی در تلسکوپ های حرفه ای است. ما به یک تلسکوپ نیاز داریم که به نوعی فوتونهای تولید شده توسط ستارگان مختلف را برای حل آنها مرتب کند. اگر بخواهیم عناصر مانند لکه های خورشید یا شعله های آتش را در سطح یک ستاره به تصویر بکشیم موارد مشابهی اعمال می شوند.

برای بازگشت به دریاچه ، چیز خاصی در مورد امواج ساخته شده از سنگریزه های مختلف وجود ندارد – امواج حاصل از یک سنگریزه با امواج ساخته شده از دیگری تفاوتی ندارند. تلسکوپ موج ما اهمیتی نمی دهد که امواج از سنگهای مختلف در یک سطل یا سطل های کاملاً متفاوت باشند – موج یک موج است. س isال اینجاست که باید دو سنگ ریزه تا کجا انداخته شود تا تلسکوپ ما تشخیص دهد که امواج از مکانهای مختلف می آیند؟

بعضی اوقات ، وقتی بیش از حد احساس خستگی می کنید ، بهتر است به آرامی در ساحل قدم بزنید. بنابراین ما دو دوست خواهیم داشت که در ساحل دورتر نشسته اند و وقتی در امتداد ساحل خود قدم می زنیم ، سنگ ریزه ها را رها می کنیم ، امواج را تماشا می کنیم و فکرهای عمیق می اندیشیم. وقتی در امتداد ساحل قدم می زنیم ، می بینیم که امواج دوستانمان همه جا را می پوشاند و امواج به طور تصادفی وارد می شوند. به نظر نمی رسد الگویی وجود داشته باشد.

اما با بررسی دقیق تر ، متوجه می شویم که مکان های ساحل بسیار نزدیک به یکدیگر امواج تقریباً یکسانی را مشاهده می کنند. امواج هستند به موقع تصادفی است ، اما مکان های ساحل در چند قدمی یکدیگر را می بینید یکسان قطار تصادفی امواج. اما اگر به امواجی که در ساحل برخورد می کنند نگاه کنیم ، این قطار موجی کاملاً متفاوت با قطارهای نزدیک ما است. هر دو مکان در ساحل که به یکدیگر نزدیک هستند ، قطارهای تقریباً یکسانی را روی امواج مشاهده خواهیم کرد ، اما مکان هایی که در ساحل با فاصله زیادی قرار دارند ، قطارهای مختلفی را روی امواج مشاهده می کنند.

اگر موج های موجود در ساحل را ترکیبی از موج های کوچک صدها سنگریزه بدانیم ، این منطقی است. در جاهای نزدیک ساحل ، امواج سنگریزه های ریخته شده توسط این دو دوست به همان شیوه جمع می شوند. اما دورتر در امتداد ساحل ، امواج یک دوست باید مسافت بیشتری را طی کنند ، بنابراین امواج به گونه دیگری جمع می شوند و به ما قطاری با موج جدید می دهند.

اگرچه ما دیگر نمی توانیم امواج تک تک سنگ ریزه ها را در امواج ادغام کنیم ، اما می توانیم در جایی که باید برای دیدن قطار موج جدید برویم ، سرعت خود را افزایش دهیم. و این چیزی درباره چگونگی جمع شدن امواج به ما می گوید.

ما می توانیم این را با درخواست از دو سنگ خود برای نزدیک شدن تأیید کنیم. وقتی دوستانمان به یکدیگر نزدیک هستند ، متوجه می شویم که باید مسیری طولانی را در ساحل خود پیاده روی کنیم تا ببینیم امواج به طرق مختلف چگونه جمع می شوند. اما وقتی دوستان ما از یکدیگر دور باشند ، فقط چند قدم در ساحل ما قطارهای موجی متفاوت به نظر می رسند. با پیمودن مسافتی که باید قبل از متفاوت دیده شدن امواج طی کنیم ، می توانیم فاصله دوستان ریگی خود را مشخص کنیم.

تلسکوپ های بزرگ و کوچکی که به دو ستاره مشابه نگاه می کنند.  از آنجا که امواج در انتهای دور تلسکوپ بزرگ متفاوت به نظر می رسند ، می تواند امواج را به دو منبع مرتب کند.  برای تلسکوپ کوچک ، امواج از طریق لنز یکسان به نظر می رسند ، بنابراین این دو ستاره را به عنوان یک منبع غیر مجاز می بیند.
بزرگنمایی / تلسکوپ های بزرگ و کوچکی که به دو ستاره مشابه نگاه می کنند. از آنجا که امواج در انتهای دور تلسکوپ بزرگ متفاوت به نظر می رسند ، می تواند امواج را به دو منبع مرتب کند. برای تلسکوپ کوچک ، امواج از طریق لنز یکسان به نظر می رسند ، بنابراین این دو ستاره را به عنوان یک منبع غیر مجاز می بیند.

تصویر میگل مورالس از یک تانک

همین تأثیر در مورد امواج فوتونی اتفاق می افتد ، که می تواند به ما در درک وضوح یک تلسکوپ کمک کند. با نگاهی به یک ستاره دودویی دوردست ، اگر امواج نوری که به انتهای مخالف تلسکوپ وارد می شوند متفاوت به نظر برسند ، پس از آن تلسکوپ می تواند فوتون ها را به دو گروه جداگانه تقسیم کند – فوتون ها از ستاره A و فوتون ها از ستاره B. اما اگر نور امواج با وارد شدن به لبه های مخالف روی تلسکوپ ، شکل ظاهری آنها یکسان است ، سپس تلسکوپ دیگر نمی تواند فوتون ها را به دو گروه مرتب کند و ستاره دوتایی برای مکان تلسکوپ ما یک مکان به نظر می رسد.

اگر می خواهید اجسام اطراف را حل و فصل کنید ، کار واضح افزایش قطر تلسکوپ است. هرچه انتهای تلسکوپ دورتر باشد ، ستاره ها می توانند نزدیکتر باشند و هنوز هم قابل تشخیص هستند. وضوح تلسکوپ های بزرگتر از تلسکوپ های کوچکتر است و می توانند نور را از منابع نزدیک جدا کنند. این یکی از ایده های رانندگی برای ساخت تلسکوپ های بسیار عظیم با قطر 30 یا حتی 100 متر است – هرچه تلسکوپ بزرگتر باشد ، وضوح تصویر نیز بهتر است. (این امر همیشه در فضا و در زمین با اپتیک تطبیقی ​​برای اصلاح تحریفات جوی صادق است).

برای تلسکوپ ها واقعاً بهتر است.


منبع: khabar-tak.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*