اثر زنو تایید شد! اتم ها بدون نگاه شما حرکت نخواهند کرد!

14

یکی از عجیب ترین پیش بینی های نظریه ی کوانتوم به نام اثر زنو، توسط فیزیکدانان دانشگاه کرنل به صورت آزمایشگاهی تایید شد. با دیپ لوک همراه باشید…نظریه ی کوانتوم سرشار از مفاهیم و پیش بینی های عجیب و غریب است. البته این عجایب تنها برای ما انسان های ماکروسکوپی، عجیب به نظر می رسند و علت آن این است که مغز ما به جهان ماکروسکوپی و قوانین آن عادت کرده و برای درک چنین مفاهیمی تکامل نیافته است. اما همین مفاهیم به نظر عجیب، در دنیای اتم ها به هیچ وجه، شگفت انگیز نبوده، بلکه زندگی روزمره ی آنهاست! یکی از این مفاهیم، اثر زنو است که در سال ۱۹۷۷ در دانشگاه تگزاس مطرح شد. اثر زنو یا پاردوکس تورینگ به این شکل تعریف می شود: “اگر یک ذره ی ناپایدار را به طور مداوم مشاهده کنید، هیچگاه دچار واپاشی نخواهد شد! یعنی شما با اندازه گیری های مداوم و مکرر می توانید از تحول و تغییر سیستم، جلوگیری کرده و آن را در همان حالت ابتدایی نگه دارید!”

حالا فیزیکدانان دانشگاه کرنل آمریکا موفق شده اند با طراحی و انجام یک آزمایش، این اثر عجیب و غریب را تایید کنند. کار آنها درهای تازه ای را رو به روش جدید کنترل و دستکاری حالت های کوانتومی اتم ها باز کرده و می تواند منجر به ساخت گونه های تازه ای از سنسورها شود. آزمایش مورد نظر در آزمایشگاه فوق سرد “فیزیک مواد در دماهای ۰٫۰۰۰۰۰۰۰۰۱ بالای صفر کلوین” انجام گردید و نتیجه ی آن در شماره اکتبر ژورنال Physical Review Letters منتشر شد.

محققان در این آزمایش، گازی شامل یک بیلیون اتم روبیدیوم را درون یک محفظه ی خلا ساخته و سرد کردند و سپس این جرم را بین پرتوهای لیزر معلق نمودند. در این حالت، اتم ها در یک شبکه ی منظم درست مثل یک کریستال جامد، مرتب می شوند. اما در چنین دمای پایینی، اتم ها می توانند از یک مکان به مکان دیگر شبکه، تونل بزنند. اصل عدم قطعیت مشهور هایزنبرگ می گوید که موقعیت و سرعت یک ذره با یکدیگر برهمکنش دارند و از آنجایی که دما معیاری از اندازه گیری حرکت ذره است، در دماهای بسیار کم (تقریبا صفر کلوین)، سرعت ذرات، فوق العاده اندک بوده و در نتیجه موقعیت ذره، بشدت متغیر است. یعنی زمانیکه شما یک اتم را در این حالت مشاهده می کنید، می توانید آن را به طور همزمان در مکان های مختلف شبکه ببینید!

محققان ثابت کردند که می توان تونل زنی کوانتومی را صرفا با مشاهده ی اتم ها سرکوب کرد! این اثر، یعنی همان اثر زنوی کوانتومی به ماهیت شگفت انگیز اندازه گیری های کوانتومی برای یک سیستم کوانتومی اشاره دارد و بیان می کند که با اندازه گیری های مکرر می توان سیستم کوانتومی را در یک حالت خاص فریز کرد! آزمایش های قبلی، اثر زنو را با اسپین ذرات زیراتمی ثابت کرده بودند، اما این آزمایش، نخستین مشاهده ی اثر زنوی کوانتومی در فضای واقعی حرکت اتمی است.

محققان اتم ها را زیر میکروسکوپ و البته با استفاده از تابش آنها با یک لیزر تصویر مشاهده کردند. یک میکروسکوپ نوری نمی تواند اتم های جدا را ببیند، اما لیزر تصویر باعث می شود اتم ها، از خود، نور تابش کرده و در نتیجه میکروسکوپ، جرقه های نوری آنها را ببیند. زمانیکه لیزر تصویری خاموش بود یا شدت بسیار کمی داشت، اتم ها آزادانه تونل زنی می کردند، اما وقتی پرتوی تصویر، روشن تر؛ و اندازه گیری ها بیشتر شد، تونل زنی به طور چشمگیری کاهش یافت!

این آزمایش، ابزار بی سابقه ای را برای کنترل یک سیستم کوانتومی (حتی یک تک اتم) در اختیار دانشمندان قرار می دهد. از آنجایی که  اتم ها در این حالت، فوق العاده به نیروهای خارجی، حساس هستند، این کار می تواند منجر به توسعه ی نوع جدیدی از سنسورها شود. از طرفی این آزمایش ها با اختراع یک تکنیک تصویربرداری جدید انجام گردید که مشاهده ی اتم های فوق سرد را امکان پذیر کرده، در حالیکه آنها را در همان حالت کوانتومی رها می کرد.  حالا دیگر ما این توانایی منحصر بفرد را داریم که دینامیک های کوانتومی را تنها با مشاهده کردن، کنترل کنیم!! بنابراین این ضرب المثل عامیانه که اگر قابلمه را نگاه کنی، جوش نمی آید، درست است!!

منبع: phys.org

تازه ترین و جذاب ترین مقالات دنیای کوانتوم را از دست ندهید:

عضویت در خبرنامه ایمیلی دیپ لوک عضویت در خبرنامه تلگرام دیپ لوک

زاده ی اردیبهشت ۶۹ و دانشجوی دکترای شیمی کوانتوم محاسباتی در دانشگاه شهید بهشتی است.او علاقمند به دنیای کوانتوم، تکنولوژی، فوتبال و موسیقی (رپ/راک) بوده و علاوه بر سردبیری دیپ لوک، به طراحی وب و نویسندگی در گجت نیوز، بیگ تم و ماهنامه GB جی اس ام مشغول است.

گفتگو۱۴ دیدگاه

  1. عجب!
    هههههههه
    چه جالب!
    ما که چیزی نفهمیدیم ولی کلا خععععلی باحال بود.
    خیلی خوشحالم که با سایت شما آشنا شدم.

  2. ناهید سادات ریاحی

    سپاسگزارم دوست خوبم. همون طور که گفتم در کل این مطالب برای ما نامتعارفه، اما اگر نکته ی خاصی رو متوجه نشدین، میتونین دقیق بپرسین تا براتون توضیح بدم.

    • ما که رشتمون فیزیک نیست. ولی یه نکته رو بنظرم در این ازمایش متوجه نشدن دانشمندان(الکی مثلا من فهمیدم این چیزارو):

      ۱- وقتی لیزر روشن میشه، الکترون ها ، حرکتشون کند تر میشه.درسته؟
      ۲- بعد وقتی که لیزر روشن میشه ، میکروسکوپ هم روشن میشه تا بتونه الکترون هارو ببینه. درسته؟
      ۳- نتیجه میگیرن که الکترون ها به خاطر روشن شدن میکروسکوپ هست که حرکت نمیکنن.

      ولی بنظرم این رو یادشون رفته که شاید بی حرکت شدن الکترون ها، به خاطر نور لیزر هست که بهشون خورده و باعث شده حرکتشون کند شه.

      درست میگم؟
      (از همین الان میدونم دارم اشتباه میگم:-) )

      • ناهید سادات ریاحی

        ببینید دوست خوبم، به چند نکته باید با دقت تر نگاه کنید:
        اولاً اینکه میکروسکوپ همیشه روشنه واین شدت لیزر هست که کم و زیاد میشه. دوم اینکه ما اینجا داریم در مورد تونل زنی کوانتومی صحبت می کنیم نه حرکت ساده ی کلاسیکی، یعنی شما می تونین ذره رو در آن واحد در دو مکان شبکه ببینین، پس بی حرکت شدن الکترون ها، عبارت درستی نیست. (برای درک بهتر مقاله ی تونل زنی کوانتومی رو مطالعه بفرمایین)
        اما در کل خیلی خوبه که سوال و دغدغه ی ذهنیتونو می پرسید.

  3. عجب!
    چقدر من پرتم …
    خب یه سوال:
    الان این طوری شما میگید، الکترون با شدت نوری که بهش برخورد میکنه، شدت تونل زنیشون تغییر میکنه. درسته؟
    خب این ربطی به نگاه کردن ما نداره که!! به نور تابش شده دارن واکنش میدن.

    ولی یه سوال:
    چطوری یه الکترون از ماده رد میشه؟ مگه میشه؟

    سوال دیگمم این هست که اگه این راست باشه و بتونن از ماده رد بشن، خب در هر لحظه ممکنه هر جایی برن. یعنی یهو ممکنه برن اون سر دنیا. درسته؟
    پس چطوری میتونن بفهمن که الان کجان که روش لیزر بتابونن؟؟

    (وای چقدر سوال توی ذهنم ایجاد شده. )

    • ناهید سادات ریاحی

      اتفاقا تغییر رفتار الکترون دقیقا به خاطر نگاه ماست. شما مباحث کلاسیکی رو با کوانتومی، قاطی میکنید.برای فهمیدن کوانتوم، شما باید از قید چارچوب های کلاسیکی جدا بشین. وقتی در کوانتوم حرف از نگاه کردن میزنیم ، یعنی داریم یه اندازه گیری میکنیم، نه اینکه واقعا یه الکترون رو با چشم غیرمسلح ببینیم. بنابراین الکترون اینجا دقیقاً داره به نگاه ما پاسخ میده!
      اگه اون مقاله ای که در مورد تونل زنی گفتم رو مطالعه کرده باشید، متوجه میشید که تونل زنی کوانتومی، یعنی رد شدن از سد انرژی غیرمجاز کلاسیکی. این رفتار هم فقط در مورد ذرات کوانتومی وجود داره. بنابراین یه ذره کوانتومی میتونه از هر جایی سردربیاره
      مورد اخر اینکه، خود ذره با تابش هاش، باعث ما بتونیم اون رو در میکروسکوپ الکترونی تشخیص بدیم

  4. این به دلیل تاثیر ما بر ذرات در خلال مشاهده است (یا شاید طبیعت فیزیکی که راهی به غیر از این برای مشاهده ما نگذاشته است) وگرنه مشاهده بدون دخالت (که برای ما امکان پذیر نیست) تاثیری بر الکترون یا هر ذره دیگری نداره. اگر اشتباه میکنم بفرمایید

    • ناهید سادات ریاحی

      دوست خوبم قسمتی از نظر شما درسته و قسمتی غلط. در واقع اندازه گیری در مکانیک کوانتومی (برخلاف مکانیک کلاسیکی) مفهوم بسیار پیچیده و البته تاثیر گذاری هست، دقیقا به همین خاطر که مشاهده ی ما سیستم کوانتومی رو دچار آشفتگی می کنه، اما جالبه که اندازه گیری حتی بدون ثبت نتایج هم سیستم رو مختل میکنه! یعنی حتی محیط هم میتونه به عنوان یه ناظر عمل کنه و در نتیجه اندازه گیری اتفاق بیفته، بدون اینکه ما از ویژگی سیستم اطلاعی پیدا کرده باشیم! این روش با عنوان پاک کن کوانتومی شناخته میشه که اگه زمان اجازه بده، حتما در موردش مقاله میذارم.

  5. سلام من دانشجویه فیزیک جادم دارم کوانتوم دو رو پاس میکنم ولی با خوندن این مطلب سوالم راجب اصل اندازه گیریه کوانتومی خیلی شد
    میشه راجبش انداز گیری تویه کوانتوم توضیح بدیم
    ممنون میشم

    • ناهید سادات ریاحی

      دوست خوبم، مبحث اندازه گیری در مکانیک کوانتوم، کاملاً با اندازه گیری کلاسیکی فرق داره. در واقع در مکانیک کلاسیکی، اندازه گیری فقط باعث بدست آوردن یه سری اطلاعات در مورد سیستم میشه، بنابراین نقش منفعلی داره، اما در مکانیک کوانتومی، دقیقاً برعکسه، یعنی اندازه گیری نقش کاملاً فعالی داره و در واقع حالت سیستم رو تغییر میده، به بیان تخصصی تر، اندازه گیری باعث آشفتگی سیستم میشه و به همین دلیله که چیزی به نام فروریزش تابع موج در هنگام اندازه گیری رخ میده. یعنی شما با نگاه کردن به سیستم، اون رو تغییر میدین. البته در مورد اندازه گیری بحث ها و چالش های زیادی وجود داره که من اینجا فقط یه توضیح مختصر دادم. در ضمن سوال شما به بخش “پرسش و پاسخ کوانتومی” (منوی بالا) منتقل شد، لطفا اگه سوالی براتون باقی مونده، اونجا بپرسید. مرسی

  6. جعفر کاظم بیگی

    سلام خانم دکترریاحی من سالهاست پژوهشگر دوره فوق دکتری در زمینه رابطه کوانتومی انسان ومعماری منظر هستم ودر این اقیانوس بیکران راه به جایی نبردم عنوان تز دکتری من کاربرد معماری منظر طبیعت گرا در پارکسازی بود آیا شما در زمینه تز فوق دکتری به من کمک میکنید؟

    • ناهید سادات ریاحی

      دوست خوبم موضوع تز شما بسیار جالبه، اما متاسفانه من واقعا سررشته ای در معماری منظر ندارم

  7. سلام و عرض ادب
    تشکر بابت مطلب خوبتون
    میخواستم بدونم در مورد درهم تنیدگی کوناتومی اتفاق جدیدی نیافتاده؟ دانشمندا کار جدیدی نکردن؟ کی وارد صنعت میشه؟!

ارسال نظر


*