راهنمای یک ناظر کنجکاو برای مکانیک کوانتوم ، Pt. 6: دو شبح کوانتومی


راهنمای یک ناظر کنجکاو برای مکانیک کوانتوم ، Pt.  6: دو شبح کوانتومی

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 داده است که مکانیک کوانتوم لائیک را در این مجموعه هفت بخشی (بدون قید ریاضی قول می دهیم) توضیح دهد. در زیر داستان ششم این مجموعه وجود دارد ، اما شما همیشه می توانید داستان ابتدایی به علاوه یک صفحه فرود برای کل مجموعه را تاکنون در سایت پیدا کنید.

در طول ماجراهای کوانتومی ما تاکنون شاهد یکسری جلوه های جالب کوانتومی بوده ایم. بنابراین ، برای آخرین سفر بزرگ خود ، گوشه ای از درخت کوانتوم را که کاملاً شوم است آغاز کنیم: امروز خواهیم دید در هم تنیدگی و دستور اندازه گیری.

این دو مفهوم در کنار هم برخی از تأثیرات ضد تعارضی را در مکانیک کوانتوم ایجاد می کنند. آنها آنقدر غیرشهودی هستند که اکنون زمان مناسبی است تا دوباره تأکید کنیم که هیچ چیز در این مجموعه گمانه زنی نیست – همه آنچه که ما دیده ایم با صدها مشاهده پشتیبانی می شود. گاهی اوقات جهان بسیار غریب تر از آن است که ما انتظار داریم.

من همیشه دنیای جاسوسی و جاسوسی را عجیب و شبحگونه می دانستم ، بنابراین شاید یکی از کاربردهای آنچه امروز درباره آن صحبت می کنیم رمزنگاری باشد. اما قبل از رسیدن به آنجا چیزهای زیادی برای گذراندن وجود دارد.

در نور آفتاب بازی کنید

پس از یک پیاده روی طولانی در جنگل تاریک و تاریک ، درختان چروکیده و انگور که چکه می کنند ، ناگهان بر روی چمنزار ظاهر می شویم و در آفتاب درخشان برق می زنیم. چشمک می زنیم در نور ، عینک آفتابی قطبی خود را بیرون می آوریم.

عدسی های موجود در عینک آفتابی پلاریزه در جهت عمودی قطبی هستند ، به این معنی که در صورت پوشیدن عادی ، به نور قطبی شده به صورت عمودی اجازه عبور می دهند ، اما نور قطبی افقی را به طور کامل مسدود می کنند. این مزیت دارد زیرا نوری که از آب می تابد بیشتر به صورت افقی قطبی است. عدسی که فقط نور قطبی قطبی را منتقل می کند ، تابش منعکس شده را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

از آنجا که کمی به آفتاب زیبای علفزار مرموز خود مشکوک هستیم ، شروع به بررسی بسیاری از جفت های عینک آفتابی می کنیم. فشردن همزمان دو یا سه جفت عینک آفتابی واقعاً شما را مضحک نشان می دهد ، اما فداکاری هایی که ما برای علم انجام می دهیم از این قبیل هستند. ما طرح نتیجه ای را که مشاهده خواهید کرد ارائه خواهیم داد ، اما اگر موفق به جمع آوری سه جفت عینک آفتابی قطبی شده باشید ، می توانید تمام آزمایش های این مقاله را در خانه انجام دهید.

وقتی به دو عینک آفتابی قطبی نگاه می کنید ، چه می بینید.  هر عدسی قطبی فقط نور قطبی را در جهت پیکان معبد منتقل می کند.  همه لنزها نیمی از نور غیر قطبی شده (رنگ خاکستری متوسط) را منتقل می کنند.  اما وقتی نور باید از هر دو عینک عبور کند ، جهت گیری نسبی عینک مهم است.  در سمت چپ ، هر دو لنز نور قطبی قطبی را انتقال می دهند ، به طوری که تمام نوری که از لنز اول عبور می کند از لنز دوم نیز عبور می کند.  در مقابل ، شیشه های عقب به سمت راست چرخانده می شوند تا فقط نور پلاریزه به صورت افقی وارد شوند ، که کاملاً توسط شیشه های جلو مسدود می شود.  اگر عینک را با زاویه 45 درجه نسبت به یکدیگر نگه دارید ، نیمی از نور عبوری از جفت اول عینک از جفت دوم عبور می کند (1/2 x 1/2 = 1/4 نور پس زمینه).
بزرگنمایی / وقتی به دو عینک آفتابی قطبی نگاه می کنید ، چه می بینید. هر عدسی قطبی فقط نور قطبی را در جهت پیکان معبد منتقل می کند. همه لنزها نیمی از نور غیر قطبی (سایه متوسط) را منتقل می کنند. اما وقتی نور باید از هر دو عینک عبور کند ، جهت گیری نسبی عینک مهم است. در سمت چپ ، هر دو لنز نور قطبی قطبی را انتقال می دهند ، به طوری که تمام نوری که از لنز اول عبور می کند از لنز دوم نیز عبور می کند. در مقابل ، شیشه های عقب به سمت راست چرخانده می شوند تا فقط نور پلاریزه به صورت افقی وارد شوند ، که کاملاً توسط شیشه های جلو مسدود می شود. اگر عینک را با زاویه 45 درجه نسبت به یکدیگر نگه دارید ، نیمی از نور عبور از عینک اول از جفت دوم عبور می کند (1/2 1/ 1/2 = 1/4 نور پس زمینه).

تصویر میگل مورالس از یک تانک

اگر دو جفت عینک در مقابل خود داشته باشید و سپس یکی از جفت ها را بچرخانید ، متوجه خواهید شد که میزان نوری که از آنها عبور می کند متفاوت است. به طور چشمگیری. هنگامی که شیشه ها در زاویه 90 درجه قرار می گیرند (به عنوان مثال یکی به طور معمول نگه داشته می شود و جفت دیگر کنار گذاشته می شود) ، تقریباً هیچ نوری نفوذ نمی کند. نمای ترکیبی از طریق لنزها تقریباً کاملاً سیاه به نظر می رسد – برای لنزهای قطبی بسیار خوب ، آنها تقریباً شیشه جوشکاری تیره خواهند داشت. برعکس ، هنگامی که در یک جهت نگه داشته می شوند ، آنها تقریباً به همان اندازه که یک عینک خودشان نور دارند ، نور را منتقل می کنند (با لنزهای قطبی خوبی که در یک راستا قرار گرفته اند ، این دقیقاً درست است).

درک این مسئله کاملاً آسان است. اگر هر دو عینک به صورت عمودی نگه داشته شوند ، اولین جفت عینک فقط نور عمودی را منتقل می کند. از آنجا که جفت دوم نور عمودی را نیز منتقل می کند ، هیچ چیزی برای مسدود کردن ندارد – تمام نوری که از جفت اول عبور کرده نیز از طریق جفت دوم عبور می کند. برعکس ، اگر جفت اول را به پهلو نگه داریم تا فقط نور افقی عبور کند و جفت دوم را به طور عادی نگه داریم تا نور افقی را مسدود کند ، در این صورت هیچ نوری وجود ندارد که بتواند از هر دو عبور کند. با هم بسیار تاریک به نظر می رسند. و اگر عینک را با زاویه 45 درجه نسبت به یکدیگر نگه دارید ، این حد متوسط ​​است. نیمی از نوری که از عینک اول عبور می کند از دومی عبور می کند.

فقط جهت گیری بین لنزها مهم است ، نه نحوه جهت گیری آنها نسبت به محیط.
بزرگنمایی / فقط جهت گیری بین لنزها مهم است ، نه نحوه جهت گیری آنها نسبت به محیط.

تصویر میگل مورالس از یک تانک

فقط زاویه بین لنزها مهم است. اگر جهت گیری نسبی مانند ضربدری را انتخاب کرده و دو لنز را با هم بچرخانید ، می بینید که تیرگی همچنان ثابت است. عینک های دارای قاب سبز در سمت راست 45 درجه به حالت عمودی نگه داشته می شوند ، اما چون جفت اول نور قطبی 45 درجه را به سمت چپ عمودی منتقل می کند ، تمام نور مسدود می شود.

به نظر می رسد همه اینها منطقی است. اما بعد یادتان می آید که مکانیک کوانتوم است و موسیقی فیلم شوم در پس زمینه صدا می کند. بیایید یک جفت عینک اضافه کنیم. و برای صاف نگه داشتن همه جهت ها ، ما همیشه از کادرهای آبی برای جهت های افقی / عمودی و از قاب های سبز برای جهت های ± 45 درجه استفاده خواهیم کرد.

با شروع از لنزهای عرضی ، یک عدسی مورب در پشت آنها اضافه می کنیم.
بزرگنمایی / با شروع از لنزهای عرضی ، یک عدسی مورب در پشت آنها اضافه می کنیم.

تصویر میگل مورالس از یک تانک

همانطور که در سمت چپ نشان داده شده است ، با دو عینک ضربدری شروع خواهیم کرد. سپس عدسی سوم را اضافه خواهیم کرد که در 45 درجه قرار دارد از پشت دوتایی که قبلا داشتیم با بررسی دقیق تر ، این رفتار همانطور که انتظار داریم انجام می شود. هر کجا که عینک اصلی مسدود شود ، نور هنوز سیاه است. در گوشه های کوچک ، جایی که همپوشانی کاملی وجود ندارد ، نور از لنز 45 درجه و یکی از لنزهای دیگر عبور می کند و یک سایه کمی تیره تر می شود ، که در شکل 1 مشاهده کردیم. اگر به موارد جدید نگاه کنیم ، می بینیم از طریق سه لنز ، نیز سیاه است.

مرتب سازی مرتب عینک تفاوت زیادی ایجاد می کند.
بزرگنمایی / مرتب سازی مرتب عینک تفاوت زیادی ایجاد می کند.

تصویر میگل مورالس از یک تانک

اما اگر عینک ها را مرتب کنیم ، چیز قابل توجهی می بینیم. ما دوباره با عینک های عرضی شروع می کنیم ، اما اکنون لنز 45 درجه را بلغزانیم بین آنها وقتی این کار را انجام می دهیم ، نور به جایی که هر سه لنز با هم تداخل دارند نفوذ می کند. هنگامی که فقط دو لنز با هم همپوشانی می کنند ، نتایج مورد انتظار را می گیریم – سیاه برای صلیب و رنگی برای جهت نسبی 45 درجه. اما حتی اگر لنزهای جلو و عقب عبور کرده و معمولاً نور را منتقل نمی کنند ، اگر لنز دیگری را با قطبش متوسط ​​قرار دهید ، ناگهان نور می تواند عبور کند.

این عجیب است سفارش از عینک مهم است. اگر در خانه تماشا می کنید ، ترتیب لنزها را معکوس کنید. اگر لنزهای ضربدری در پشته در کنار یکدیگر قرار داشته باشند ، تقریباً هیچ نور نفوذ نمی کند. اما اگر فریم های آبی (افقی / عمودی) و سبز (± 45 درجه) را جایگزین کنید ، مقداری نور نفوذ می کند.


منبع: khabar-tak.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*