دنیای کوانتوم ذرات _ تهیه کننده : صلاح الدین احمد لواسانی - دنیای کوانتوم ذرات _قسمت اول

بیگ بنگ: اگر نظریه های علمی موفق را به عنوان درمان‌هایی برای مشکلات سرسخت درنظر بگیریم، فیزیک کوانتوم را می‌توان داروی شگفت انگیز قرن بیستم نامید. کوانتوم با موفقیت پدیده‌هایی چون تابش رادیواکتیو و پاد ماده را توضیح داد و هیچ نگره دیگری نمی‌تواند در مورد اینکه چطور نور و ذرات در مقیاس های کوچک رفتار می کنند با توضیح آن رقابت کند. اما این توصیف در عین حال بسیار شگفت آور است، اجسام کوانتومی می‌توانند در یک لحظه در حالت‌ها و مکان های چندگانه وجود داشته باشند که برای توصیف آن‌ها نیازمند تسلط به دانش آمار هستیم. این توصیف پر از عدم قطعیت می‌باشد و با پارادوکس‌های مختلفی همراه شده است و همچنین به خاطر ایجاد تردید در مورد مفهوم واقعیت عینی مورد انتقاد بوده است – مفهومی که بسیاری از فیزیک‌دان‌ها از جمله آلبرت اینشتین آن را دیر هضم یافتند. امروزه دانشمندان با این معماهای فلسفی دست به گریبان هستند و از سویی نیز کوشش می‌کنند تا ویژگی‌های عجیب کوانتوم را برای استفاده در تکنولوژی های پیشرفته به کنترل بگیرند. تولد یک ایده نظریۀ کوانتوم در اوایل قرن بیستم شروع به شکل‌گیری کرد، زمانی که ایده‌های کلاسیکی در توصیف برخی مشاهده‌ها شکست خوردند. نظریات پیشین به اتم ها اجازه می‌دادند در هر فرکانسی نوسان کنند که به این پیش‌بینی نادرست منجر شد که آنها می‌توانند میزان بی نهایتی انرژی را تابش کنند – مشکلی که با نام فاجعه فرابنفش شناخته می‌شود. در سال ۱۹۰۰ ماکس پلانک این مشکل را با این گمان حل کرد که اتم‌ها فقط می‌توانند در فرکانس های مشخص یا کوانتیده نوسان کنند، سپس در سال ۱۹۰۵ انیشتین در معمای اثر فوتوالکتریک روزنه‌ای ایجاد کرد، در این اثر نوری که روی فلز می‌افتد تنها الکترون هایی از انرژی‌های مشخص را آزاد می‌کند. نظریه موجود که نور را به عنوان موج درنظر می‌گرفت در توضیح این اثر شکست خورد، اما اینشتین با پیشنهاد اینکه پرتوهای نور در بسته‌های مجزای انرژی با نام فوتون انتشار می‌یابند راه حل فوق‌العاده‌ای را فراهم کرد – الهامی ناگهانی که برای او جایزه نوبل فیزیک را در سال ۱۹۲۱ به همراه داشت. کوانتوم مرموز در حقیقت این ویژگی نور که همچون آفتاب‌پرست توانایی دگرگونی دارد و با توجه به ماهیت آزمایش به شکل ذره یا موج رفتار می‌کند، دانشمندان را برای مدتی طولانی گیر انداخت. فیزیک‌دان دانمارکی نیلز بور این دوگانگی موج ـ ذره را با دوری کردن از مفهوم «واقعیت خارجی مستقل از مشاهده‌گر» توضیح داد، بور در «تفسیر کپنهاگی» خود استدلال کرد که عمل اندازه‌گیری ما آنچه که مشاهده می‌کنیم را تحت تأثیر قرار می‌دهد.