راهنمای کنجکاو مشاهده گر در زمینه مکانیک کوانتوم ، pt. 5: گرفتن پشم


راهنمای کنجکاو مشاهده گر در زمینه مکانیک کوانتوم ، pt.  5: گرفتن پشم

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 را در این مجموعه هفت قسمتی توضیح دهد (قول می دهیم بدون ریاضیات). در زیر داستان پنجم این مجموعه وجود دارد ، اما شما همیشه می توانید داستان ابتدایی به علاوه صفحه اصلی کل مجموعه را تاکنون در محل خود پیدا کنید.

او در “ماریا” از روی خط های عباس آواز خواند صدای موسیقی:

“چگونه موجی را مانند ماری می گیرید؟ چگونه ابر را می گیرید و آن را درست می کنید؟ اوه ، چگونه ذره ای مانند ماری را حل می کنید؟ چگونه می توان یک پرتو ماه را در دست گرفت؟”

از طریق اعزام های خود در صحرای مکانیک کوانتوم ، ما تاکنون ذراتی وحشی و آزاد دیده ایم. اما بیشتر ذرات زندگی خود را در شرایط محدودتری می گذرانند: الکترونهایی که در آغوش هسته ها به دام افتاده اند ، اتم های زنجیر شده به مولکول ها یا خطوط تنظیم شده بلورها. بستن لزوماً بد نیست – فقط تارهای محکم اتصال یافته در یک ساز موسیقی می توانند موسیقی بسازند.

در پیاده روی امروز در چوب مکانیکی کوانتوم ، ما برخی از تله ها را حرکت خواهیم داد تا بتوانیم رفتار ذرات را هنگام محدود کردن آنها ببینیم. (به عنوان انواع حساس ، با آنها برخورد مهربانی خواهیم کرد و پس از اتمام آنها را رها خواهیم کرد.) در این روند ، منشا spect طیف های انتشار از ستاره ها را کشف خواهیم کرد و با اتم های مصنوعی و نقاط کوانتومی روبرو خواهیم شد که از همه چیز از رایانش کوانتومی نقش اصلی را دارند. به تلویزیون مصرف کننده.

چرا پرنده در قفس آواز می خواند

همانطور که بارها دیده ایم ، همه ذرات مانند موج حرکت می کنند. اما چه اتفاقی می افتد که موج بگیریم؟ چگونه یک ذره را محدود می کنیم رفتار آن تغییر می کند؟

یک نمونه عالی و روزمره از پشم صید شده ، رشته گیتار است. قبل از اتصال به گیتار ، سیم می تواند به هر طریقی حرکت کند. امواج سریع ، امواج آهسته – هر نوع موجی ممکن است. اما وقتی سیم را به گیتار می بندیم و آن را بیرون می کشیم ، پشم حاصل توسط انتهایی که به گیتار متصل است ، در جای خود محکم نگه داشته می شود. موج ممکن است بین انتهای آن پرش کند ، اما نمی تواند فرار کند.

امواج گیر افتاده روی سیم گیتار.  در جهت عقربه های ساعت از بالا به راست ، سازدهنی اصلی ، دومین و سومین سازدهنی سیم باز قرار دارد.  فقط امواجی که به طور مرتب در دام قرار می گیرند مجاز هستند و فرکانس افزایش یافته با انرژی بالاتر (تن بالاتر) همراه است.  همچنین می توانیم با استفاده از یکی از گیتارها که فرکانس اساسی (پایین سمت چپ) و همه هارمونیک ها را تغییر می دهد ، دام را کوتاه کنیم.
بزرگنمایی / امواج گرفته شده روی سیم گیتار. در جهت عقربه های ساعت از بالا سمت چپ ، هارمونیک اصلی ، دوم و سوم هارمونیک یک رشته باز است. فقط امواجی که به طور مرتب در دام قرار می گیرند مجاز هستند و فرکانس افزایش یافته با انرژی بالاتر (تن بالاتر) همراه است. همچنین می توانیم با استفاده از یکی از گیتارها که فرکانس اساسی (پایین سمت چپ) و همه هارمونیک ها را تغییر می دهد ، دام را کوتاه کنیم.

تصویر میگل مورالس از یک تانک

همانطور که در نمودار بالا نشان داده شده است ، برخی از گروه های موج (هارمونیک) مجاز هستند ، اما فقط امواج با طول صحیح امکان پذیر است. وقتی موج را گرفتیم ، از هر نت ممکن به حالتی رسیدیم که فقط آن موج هایی که در دام قرار می گیرند ، می توانند وجود داشته باشند – و نت هایی که با آنها مطابقت دارند. به عبارت دیگر ، ارتفاع سیم گیتار است باعث از دام و وقتی انگشت خود را روی لادا می گذاریم تا اندازه دام را تغییر دهیم ، اندازه امواج متناسب با آن تغییر می کند و نت هایی که می شنویم تغییر می کنند.

می بینیم که برای الکترون ها نیز همین اتفاق رخ می دهد. در سال 1993 ، دون آیگلر و همکارانش با قرار دادن 48 اتم آهن در یک حلقه روی یک ورق مس ، یک تله الکترونیکی ایجاد کردند. حلقه اتمهای آهن یک مرجان کوانتومی ایجاد می کند – یک تله الکترون دایره ای. هنگام تصویربرداری با میکروسکوپ تونلینگ روبشی ، می توان موج الکترون گرفته شده را به وضوح در حلقه اتمهای آهن مشاهده کرد.

قلم گرد 48 اتم آهن (نوک تیز) روی یک ورق مس.  موج الکترون محبوس شده در داخل حصار به وضوح دیده می شود.
بزرگنمایی / قلم گرد 48 اتم آهن (نوک تیز) روی یک ورق مس. موج الکترون محبوس شده در داخل حصار به وضوح دیده می شود.

از آنجا که ذرات مانند امواج حرکت می کنند ، هنگام گرفتار شدن مانند هر نوع موج دیگری واکنش نشان می دهند – آنها با نت های خاص آواز می خوانند. الکترون موجود در مرجان کوانتومی شبیه ارتعاشات یک سر طبل است. این تصادفی نیست: طبل همچنین دام موجابی شبیه مرجان کوانتوم ایجاد می کند. مشاهده اینکه ذرات کوانتوم هنگام گرفتار شدن نتهای خاصی را می گیرند نتیجه حرکت موج آنهاست. بنابراین با گرفتن امواج ذرات ، می توان موسیقی ساخت.


منبع: khabar-tak.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*