از فیزیک دوران دبیرستان آموخته‌ایم که ارتعاشات اتم‌ها و مولکول‌ها که به صورت انرژی گرمایی منتقل میشوند، جهت انتشار و انتقال، به محیط مادی نیاز دارند. اکنون دستاورد مهم پژوهشگران دانشگاه برکلی نشان می‌دهد که بر خلاف آنچه پیش از این می‌انگاشتیم، امکان انتقال گرما و صدا در خلا کوانتومی نیز وجود دارد. با دیپ لوک همراه باشید…
اگر از یک فلاسک عایق‌شده به وسیله‌ی خلا، برای گرم نگه‌داشتن قهوه‌ی خود استفاده می‌کنید، احتمالا می‌دانید که این فلاسک، عایق خوبی است، زیرا انرژی گرمایی به سختی از میان فضای خالی حرکت می‌کند. ارتعاشات اتم‌ها یا مولکول‌ها که انرژی گرمایی را حمل می‌کنند، بدون وجود اتم‌ها یا ملکول‌های اطراف، به سادگی نمی‌توانند حرکت کنند.
اما یک پژوهش جدید توسط پژوهشگران دانشگاه برکلی نشان می‌دهد چطور شگفتی مکانیک کوانتومی میتواند این انگاره‌ی بنیادی در فیزیک کلاسیک را تغییر دهد. این پژوهش که در مجله‌ی نیچر منتشر شد، نشان می‌دهد که به لطف پدیده‌ای کوانتومی به نام برهمکنش کازمیر (Casimir interaction)، انرژی گرمایی میتواند در طول چندصد نانومتر از یک خلا کامل جهش کند.
اگر چه این پدیده، فقط روی مقیاس‌های طولی خیلی کوتاه، معنی‌دار است، اما میتواند پیامدهای عمیقی برای طراحی تراشه‌های کامپیوتری و سایر قطعات الکترونیکی در مقیاس نانو، جایی که اتلاف گرما مهم است، داشته باشد. این پدیده همچنین میتواند آنچه بسیاری از ما در فیزیک دبیرستان درباره‌ی انتقال گرما آموخته‌ایم را منسوخ کند. محققان می‌گویند:
معمولا گرما در یک جامد، از طریق ارتعاشات اتم‌ها و مولکول‌ها یا همان فونون ها هدایت میشود، اما در خلا، هیچ واسطه‌ی فیزیکی وجود ندارد. کتاب‌های درسی همیشه به ما می‌گفتند فونون‌ها نمی‌توانند درون خلا سفر کنند. چیزی که ما کشف کردیم، به طور شگفت‌انگیزی، این است که فونون ها در واقع میتوانند در میان خلا، توسط افت و خیزهای کوانتومی نامرئی منتقل شوند.
محققان در این آزمایش، دو غشای سیلیکون نیترید دارای روکش طلا را با فاصله‌ی چندصد نانومتر داخل یک محفظه‌ی خلا قرار دادند. وقتی آنها یکی از غشاها را گرم کردند، غشای دیگر نیز گرم شد، با وجود اینکه هیچ‌چیزی وجود نداشت که دو غشا را به هم ارتباط دهد. محققان می‌گویند:
این کشف مکانیسم جدید انتقال گرمایی، فرصت بی‌سابقه‌ای را برای مدیریت گرمایی در مقیاس نانو فراهم می‌کند که برای محاسبات و ذخیره‌ی داده در سرعت بالا اهمیت دارد. اکنون ما می‌توانیم خلا کوانتومی را برای استخراج گرما در مدارهای مجتمع، مهندسی کنیم. کار برجسته و به ظاهر غیرممکن حرکت ارتعاشات مولکولی در میان یک خلا، امکان‌پذیر است، زیرا طبق مکانیک کوانتومی، چیزی به عنوان فضای خالی واقعی وجود ندارد. حتی اگر فضایی خالی (بدون ماده و نور) داشته باشید، مکانیک کوانتومی می‌گوید این فضا واقعا خالی نیست. هنوز هم برخی افت و خیزهای میدان کوانتومی در یک خلا وجود دارد. این افت و خیز‌ها باعث نیرویی به نام برهمکنش کازمیر میشود که دو شی را با هم مرتبط می‌کند. پس وقتی یک شی گرم میشود و شروع به تکان خوردن و نوسان می‌کند، در واقع آن حرکت میتواند به دلیل این افت و خیزهای کوانتومی، به شی دیگری در در میان خلا منتقل شود.
اگرچه مدت‌هاست نظریه‌پردازان حدس می‌زنند که برهمکنش کازمیر میتواند به حرکت ارتعاشات مولکولی در میان فضای خالی کمک کند، اما اثبات آن به صورت آزمایشگاهی، یک چالش بزرگ بوده است. محققان برای انجام این کار، غشاهای سیلیکون نیترید بسیار نازکی را که در اتاقی عاری از گرد و غباری ساخته بودند، مهندسی کردند و سپس راهی برای کنترل و رصد دقیق دمای آنها ابداع کردند.
آنها دریافتند که با دقت در انتخاب اندازه و طراحی پوسته‌ها میتوانند انرژی گرمایی را در فاصله‌ی چندصد نانومتر از خلا انتقال دهند. این فاصله به اندازه‌ی کافی زیاد بود، به گونه‌ای که دیگر حالت‌های ممکن انتقال گرما، قابل چشم‌پوشی بودند. یکی از محققان این پژوهش، ژانگ می‌گوید از آنجایی که ارتعاشات مولکولی، بنیان انتقال صدا نیز هستند، این کشف نشانگر آن است که صداها نیز میتوانند ار میان خلا عبور کنند. او می‌گوید:
بیست و پنج سال قبل، در طول امتحان سنجش صلاحیت دکتری من در دانشگاه برکلی، یک استاد از من پرسید «چرا می‌توانی صدای مرا در طول این میز بشنوی؟» من پاسخ دادم «به این دلیل که صدای شما به وسیله‌ی ارتعاش مولکول‌ها در هوا سفر می‌کند». او دوباره پرسید:«اگر ما همه‌ی مولکول‌های هوای این اتاق را با مکش بیرون ببریم، چه؟» من گفتم «خیر، چون دیگر واسطه‌ای برای ارتعاش وجود ندارد». امروز، آنچه کشف کردیم یک حالت شگفت‌آور جدید از انتقال گرما در میان یک خلا و بدون واسطه است که توسط افت و خیزهای خلا کوانتومی حاصل میشود. پس من در امتحان سال ۱۹۹۴ خود اشتباه کردم. حالا شما می‌توانید درون یک خلا فریاد بزنید.
گفتگو۹ دیدگاه
یک نظر««««»»»»در فیزیک ما توانایی ترانزیستور را دارسیم ولی اگر بتوانیم خلاء موجود در یک محیط مثلا یک شاره را تبدیل به ترانزیسور کنیم می توانیم یک ترانزیستور کوانتومی الکترومغنایسی داشته باشیم که بر پایه بودن و یا نبودن تپش سیاله که همان خلاء می باشد یعنی توانایی طراحی ترانزیستور از خلاء چون می دانیم که می توان یک محیط را استریلیزه کرد از امواج الکترومغناطیس پس یک ترانزیستور خلاء داریم و این یک سیستم ترانزیستور خلاء خواهد بود
این مطلب در حد نانو قابل سنجش است . ضمن تقدیر از نویسنده ی مقاله ، پاراگراف آخر مطلب شان باعث بد فهمی می شود چون در خلا نمی توان فریاد کشید .
اصلا شما نمیتونی بدون فریاد کشیدن هم توی خلاء باشی اون یه فرض فقط برای انتقاله
واقعا دستاورد هیجان انگیز ی است و انتظار میره منجر به تحولات چشمگیری در زمینه ساخت مدارها و قطعات الکترونیکی هم بشه…مکانیک کوانتومی علیرغم انکه از منظر زیبایی شناسی و انسجام تیوری در سطح یک نظریه بزرگی چون نسبیت عام نیست اما از منظر پدیده شناختی و تجربی واقعا داره عالی کار میکنه و زندگی بشر رو تحت تاثیر قرار میده….مرسی از شما برای گزارش این مقاله شگفت انگیز…
با سلام
خلاء کوانتمی وجود ندارد. در واقعیت عینی دو مختصات چهارگانه یا چهار بعدی وجود دارند، یکی چهار بعدی مترادف مکان-زمان است که خود از دو بخش تشکیل گردیده است یکی مطلق ( نیوتونی ) و دیگری نسبی ( انشتاینی ). مختصات چهار بعدی دیگر بیمکانی-بیزمانی است که تاکنون آنرا در مدرسه و دانشگاه یاد نگرفته ایم زیرا اندیشمندان رشته ریاضی فیزیک هنوز به وجود او آگاه نشده اند. این مختصات چهار بعدی از لحاظ مقدار طول و عرض و عمق و بُعد بیزمانی هم ارز مختصات اول بوده اما این چهار بُعد دارای ماهیتی متضاد با ابعاد آن می باشند. مثل ذره- ضد ذره ، ماده – پاد ماده با این تفاوت که پس از رسیدن به همدیگر، همدیگر را از بین نمیبرند که متعاقب آن به پرتو و یا اشعه تبدیل شوند، بلکه با همدیگر مشغول رقص و نوسان میشوند. در این نوسان این ذرات به همدیگر تبدیل میشوند و این عمل ریشه حرکت در طبیعت و کیهان میباشد. مکان-زمان شناخته شده از خود و یا بخودی خود دارای استعداد خود حرکتی نمی باشد، تا با همزاد هم ارز اش در تماس نباشد. این مختصات که تازگی کشف شده است و متفکرین غربی از آن مطلع نشده اند در ست مثل همزاد اش از دو بخش مطلق و نسبی ساخته شده است. به این معنا که همانطور که مکان-زمان میتواند هم بصورت مطلق و هم نسبی و بصورت جدا و مستقل از هم وجود داشته باشند، همزاد آن ها هم میتواند از این استعداد و خصوصیات برخوردار باشد. بنابر این در مجموع ۸ بعد بنیادی در طبیعت و کیهان وجود دارند که هم میتوانند در قالب خانوادگی چهار عضوی بطور جمعی با همدیگر وارد فعل و انفعال و کنش و واکنش گردند و هم بطور مستقل و انفرادی. و مجموعا یک ماتریس مربع ۲×۲ , یک ماتریس مربع ۴×۴ و یک ماتریس ۸×۸ از ترکیب و روابط آنها با همدیگر ایجاد میشوند. در جدول صرب ۱۶ تایی یا ۱۶ خانه ای تعداد ۶ حالت تکراری است و میتوان بجای آن حالت ها عدد صفر قرار داد. و در جدول ۶۴ تایی هم تعداد زیادی محتوای خانه ها تکراری می باشند.
غیر از این ۸ بعد بنیادی ، کیهان دارای مکان و زمان خاص و منحصربه فرد خویش می باشد و با این دو مختصات چهار گانه و ابعاد ۸ گانه آنها هیچگونه اثر فعل و انفعالاتی ندارند. این مکان و زمان را هم میتوان مکان و زمان خاص و مقدس خداوند نامید. این زمان ابد نام دارد و طول آن و برابر است با طول عمر کیهان که برابر به ۹۰ میلیارد سال می باشد. ازین طول عمر، کیهان ۴۵ میلیارد سال در حال انبساط و ۴۵ میلیارد در حال انقباض به سر خواهد برد و طوریکه میدانیم این نوجوان یا نوباوه کیهانی ۱۴ میلیارد سال ناقابل دارد و هنوز به بلوغ جنسی کیهانی نرسیده است که پس از آن والدین بفکر نامزدی و خواستگاری بیافتند. در سن ۶۵ سالگی باز نشسته خواهد شد. البته در حین انقباض جهت زمان ( ابد ) معکوس نمیگردد، طوریکه او از سن ۴۵ سالگی ( میلیارد سالگی ) به بعد جوان تر و جوان تر شود و تا اینکه توسط والدین در قنداق پیچیده شود و دو باره در گهواره قرار گیرد و غم و قصه زندگی را به دست فراموشی بسپرد. بلکه در حین انقباض و لاغر شدن پیر و پیر تر میگردد. اما برخلاف موجود انسانی که دوران پیری و کهولت موهایش مثل موهای زال و دال و آل به سپیدی گراییده و کاملا برفی میشوند، این عارف و سالک و پیر کیهانی که ره رو راه خویش است در دوران پیری همه موهایش سیاه میشود و نور چشمان گرامیش هدیه سیاه چاله ها میشود که اعضای بدنش را در آن دوران کهولت خواهند ساخت. کهکشان های امروز بدون استثنا تا آن دوران به سیاه چاله های عظیم و غول پیکر ( به مراتب بزرگتر از اکوان دیو ) تبدیل خواهند شد و روی مدارات هلزونی به سمت مرکز جهان رهسپار خواهند شد و یکی پس از دیگری در آن سقوط کرده و هرچه نور را که تا آن موقع بلعیده بودند به دست مرکزیت می سپارند باضافه هیکل و قیافه و پیکره خود. زور بازوی رستم و سهراب هم قادر نخواهد بود یکی از آن سیاه چاله ها را از مدار و مقصد بیرون افکند. در آخرین لحظه شب ۹۰ میلیارد سالگی جسد این پیر کیهانی در قبر پلانک خود به خود دفن خواهد شد و به خواب عمیق فرو خواهد رفت. خواب او ۳۰ میلیارد سال طول خواهد کشید. البته با مقایسه با یک فرد انسانی که ۹۰ سال عمر کرده باشد، بطور متوسط حدود ۳۰ سال آز عمر عزیزش در خواب شیرین و پر از روئیا های تلخ و شیرین سپری گردیده است. لذا عارف و سالک کیهانی هم به یک سوم عمر شریف خود نیاز دارد که بخوابد و خستگی عمر طولانی ۹۰ میلیارد ساله را از تن بیرون کند تا اینکه دو باره سراسیمه با جنب و جوش کوانتمی از خواب شیرن به پرد و زندگی را از نو آعاز کند. روز از نو روزی از نو.
امیدوارم که سر خواننده گرامی را بدر نیاورده باشم.
خیز و افت کوانتمی وجود ندارد بلکه مفاهیم غیر مادی متضاد: بالا – پایین ، راس – قاعده ، قله – پایه و ارتفاع و دامنه که اثرات خیز و افت کوانتمی ایجاد می کنند.
خیلی زیبا پیوند معنایی جالبی در عبارات بود.
حال کردیم.
با سلام
میخواستم بپرسم این ۹۰ میلیارد سال که شخص قندی میفرمایند یک نوع اصطلاح است یا از گونه افسانه های مذهبی باستانی است؟
جالب بود.ممنون
با درود
در مورد درستی این آزمایش برای من چند پرسش ایجاد شده
یک این که ما میدونیم که گرما میتونه میدان مغناطیسی ایجاد کنه و میدونیم که میدان مغناطیسی القا میشه و میتونه دوباره ایجاد دما کنه،البته چون آزمایش تو خلا انجام شده امکان جاری شدن جریان الکتریکی داخل ماده وجود نداره،ولی بهر حال میتونه تاثیر کوچیکی بزاره
دو این که میدونیم افزایش دما در ماده باعث تولید امواج الکترو مغناطیس میشه که اونم به طبع دمای مواد اطراف رو افزایش میده
سه اینکه فرض بگیریم که کسانی که این آزمایش رو انجام دادن تونستن جلوی نشت انرژی به صروت های معمول رو بگیرن و آزمایش درست انجام شده، با این اتفاق نتیجه میگیریم که جنبش ملکولی مواد میتونه روی خلا کوانتومی اثر بزاره و بالعکس
پس نتیجه میگیریم افزایش دما باعث افزایش کنش و واکنش در فضای کوانتومی میشه که یکم بعید به نظر میاد چون اگه ماده ی دیگه کنارش نباشه این پرسش پیش میاد که چه اتفاقی برای این به اصطلاح جنبش های کوانتومی میوفته ، یا حتی میشه نتیجه گرفت که با این کار یجور ماده موقتی تولید میشه که باعث انتقال دما بین دو صفحه شده و خودش دوباره از بین رفته که با یکم تفکر میشه فهمید که خیلی بعیده،و همچنین نتیجه میگیریم که دمای ماده ای که تو خلا قرار داره هرگز ثابت نمیمونه و در واقع به فضا انتقال میده!