گام بزرگی برای مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی

8

مکانیک کوانتومی، علم شگفت انگیزی است که در دنیای ذرات زیراتمی، حکمفرمایی می کند. حالا دانشمندان موفق شده اند گام مهمی در راستای مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی بردارند. با دیپ لوک همراه باشید…

همانطور که می دانید اشیای کوچکی مثل الکترون ها و اتم ها طبق قوانین مکانیک کوانتومی رفتار می کنند. منظور از رفتارهای کوانتومی، نشان دادن اثراتی مانند برهم نهی، درهم تنیدگی و تله پورت است که هر یک دنیای از شگفتی هستند. یکی از جذاب ترین سوالاتی که در مورد علم کوانتوم، پرسیده می شود، مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی است.  به نظر شما آیا روزی می رسد که اشیای بزرگی مانند یک فنجان قهوه هم رفتارهای کوانتومی از خود نشان دهند؟ واقعیت این است که در حال حاضر دانشمندان، تلاش می کنند تا به این سوال، پاسخ مثبت بدهند. در مقاله ی حاضر، فیزیکدانان دانشگاه صنعتی دلفت هلند، سعی کرده اند تا مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی را امکان پذیر کنند و جالب اینکه تا حد زیادی موفق به این کار شده اند. به این منظور، آنها غشایی با انعکاس پذیری بالا ساختند که با چشم غیرمسلح، قابل رویت است و می تواند با کوچکترین تغییر انرژی در دمای اتاق، ارتعاش و نوسان کند. نتیجه ی این پژوهش جالب در ژورنال Physical Review Letters منتشر شد.

مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی :تاب خوردن

تصور کنید در یک پارک و روی یک تاب نشسته اید. حالا از دوست خود میخواهید تا شما را یکبار هل دهد. حالا تصور کنید که به همین یکبار هل، نزدیک به ده سال، بدون وقفه تاب بخورید! شگفت انگیز است، اما واقعی! دانشمندان، یک نسخه ی میلی متری از چنین تابی را روی یک تراشه ی سیلیکونی ساختند!

مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی : تنش کششی

به منظور انجام ایجاد تنش کششی، دانشمندان، فیلم های بسیار نازکی از سرامیک را روی تراشه های سیلیکونی قرار دادند. این کار به آنها اجازه می داد تا یک میلیون پوند بر اینچ تنش کششی را داخل غشاهای معلق میلی متری که فقط ۸ برابر ضخیم تر از عرض یک DNA هستند، مهندسی کنند. جالب است بدانید که این تنش کششی ، ۱۰ هزار برابر فشار روی یک تایر خودرو است. هندسه ی فوق نازک و  انرژی های زیاد ذخیره شده در این غشاها، باعث می شود تا آنها، زمان فوق العاده زیادی با اتلاف میزان بسیار کمی انرژی، ارتعاش کنند.

مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی :ابرآینه ها

برای کنترل موثر حرکت غشاها با لیزر، این غشاها باید فوق العاده انعکاس پذیر باشند. به دلیل نازکی فوق العاده ی این ساختار، تنها راه برای بدست آوردن این انعکاس پذیری بالا، ایجاد شبه ماده از طریق قلم زنی یک الگوی میکروسکوپی در داخل غشا بود. دانشمندان، باریک ترین آینه ی جهان را با انعکاس پذیری بیش از ۹۹ درصد ساختند. این غشاها همچنین بهترین حسگرهای نیرو در دمای اتاق هستند، چرا که آنها می توانند کشش گرانشی بین دو نفر که ۱۰۰ کیلومتر از یکدیگر دور هستند را اندازه گیری کنند!

مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی :دمای اتاق

انعکاس پذیری بالا به همراه ایزوله سازی فوق العاده، به دانشمندان اجازه داد تا برای نخستین بار در دمای اتاق، بر مانع بزرگی که بر سر راه مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی بود، غلبه کنند؛ چرا که حتی یک ارتعاش، برای گرم کردن و خراب کردن ماهیت شکننده ی کوانتومی اشیای بزرگ، کافی است. (چیزی که به آن، واهمدوسی کوانتومی گفته می شود). به همین دلیل، دانشمندان برای از بین بردن چنین گرمایی، بر سیستم های برودتی یا سرمایشی بزرگ برای سرد کردن و ایزوله کردن دستگاه های کوانتومی، تکیه کردند. ایجاد نوسانگرهای کوانتومی بزرگی که در برابر واهمدوسی در دمای اتاق، به اندازه ی کافی، قوی هستند، یک شاهکار برای فیزیکدانان به حساب می آید.

مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی :فنجان قهوه

یکی از قوی ترین پیش بینی های مکانیک کوانتومی این است که اشیا می توانند به طور همزمان در دو مکان باشند که به آن، برهم نهی کوانتومی گفته می شود. این پدیده برای اشیای کوچکی مانند الکترون ها یا اتم ها، به وضوح ثابت شده است. اما مکانیک کوانتومی می گوید که همین قواعد باید برای اشیای ماکروسکوپی مانند فنجان قهوه هم برقرار باشد. مثلا تصور کنید یک فنجان قهوه به طور همزمان می تواند روی میز با داخل ماشین ظرفشویی باشد یا گربه ی شرودینگر می تواند به طور همزمان واقعاً  زنده یا مرده باشد. اما این رفتاری نیست که ما در زندگی روزمره ی خود می بینیم! فنجان قهوه یا روی میز است یا در ماشین ظرفشویی و گربه یا زنده است یا مرده. از نظر آزمایشگاهی اثبات اینکه یک گربه در دمای اتاق، به طور همزمان مرده و زنده باشد، هنوز یک سوال باز در مکانیک کوانتومی است. پژوهش حاضر می تواند در نهایت منجر به مشاهده ی گربه های کوانتومی در مقیاس زندگی روزمره شود.

دانلود مقاله ی اصلی به صورت PDF

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.

گفتگو۸ دیدگاه

  1. خیلی جالبه!
    خیلی شیرینه!

    یه سوال :
    اگه یه فنجان ، همزمان در دو طرف میز باشه، اگه من فنجان یک طرف رو بردارم و چای داخلش رو بخورم، چای فنجان طرف دیگه هم به همون نسبت کم میشه؟

    • ناهید سادات ریاحی

      دوست خوبم هنوز برای طرح این مدل سوالات، خیلی زوده!! ولی من فکر میکنم چای یک موجود مستقل از فنجان باشه، پس فنجان مقابلتون همچنان پره! البته این صرفا یه حدس و گمانه نه یه استدلاال منطقی. با وارد شدن قوانین مکانیک کوانتومی به دنیای ماکروسکوپی، سوالات هیجان انگیز زیادی میشه پرسید، اما باید کمی بیشتر صبر کنیم!

      • ولی بنظر من کم شه! اخه یکی هستن!
        هر اتفاقی که برای این میفته، باید برای اون یکی هم بیفته دیگه!
        مثلا من فنجان اول رو برمیدارم، فنجان دوم هم باید مثل اون بیاد بالا و کج بشه تو هوا!
        بعد چای داخل فنجان من که ریخته میشه داخل معده ام و داره هضم میشه ، چای دوم هم باید مثل این یکی توی فضا، کج بشه و به همون نسبت ، بشه هضم شدنش رو دید.
        خخخخخخخ
        چه باحال میشه.

        • ناهید سادات ریاحی

          کوانتوم پر از اتفاقای عجیب و غریبه، میشه فرض کرد فنجون و چای داخلش تو هویت مستقل از هم هستن و با کج کردن یکی از فنجون ها، چای اون یکی نمی ریزه! به هر حال اینا فعلا هش خیاله، ولی همه ی علم یه روزی از تخیل شروع شده!

ارسال نظر


*