رفتن به محتوا رفتن به پابرگ

فرمالیسم مكانيک كوآنتوم (قسمت 1)

فرمالیسم مكانيک كوآنتوم (قسمت اول)

فرماليسم مكانيك كوانتوم

مکانیک کوآنتومی شاید عجیب ترین نوع مکانیکی است که ما ابداع کردیم. نزذیک به یک قرن در حال دست و پنجه نرم کردن با مفاهیمی هستیم که برآمده از مکانیک کوآنتومند. دانشجویان زیادی با درک آن مشکل دارند و دانشمندانی که هنوز با فرمالیسم آن دست و پنجه های نفس گیری نرم می کنند. سوالات زیادی و ابهامات زیادی در این مکانیک نهفته. مفهوم اندازه گیری هنوز بحث برانگیز ترین مسئله ی فیزیک روز در شاخه ی کوانتوم است. ما می دانیم مکانیک کوآنتومی جواب می دهد. پس فرصت خوبیست که در سلسله مراتبی به فرمالیسم آن بپردازیم.

1. سوپر پوزیشن

 بحث سوپرپوزیشن راجع به مطالعه دو property (ویژگی) قابل اندازه گیری یک ذره است که ما آن ذره را الکترون در نظر میگیریم ولی هر ذره کوانتومی دیگری نیز میتواند کاندیدای معتبری برای این بحث باشد .تعریف دقیق فیزیکی این دو property (ویژگی) اهمیتی ندارد و ما فرض میکنیم که رنگ الکترون یکی از ویژگی های الکترون و فرم پذیری الکترون ویژگی دوم الکترون است و نیز فرض میکنیم که مشاهدات تجربی به ما میگویند که ویژگی رنگ الکترون فقط میتواند یکی از دو مقدار سیاه و یا سفید باشد و ویژگی فرم پذیری الکترون فقط میتواند یکی از دو مقدار نرم و یا سخت باشد.
جهت معتبرسازی این فرض لازم است به یک ویژگی حقیقی الکترون به نام اسپین اشاره کنیم که اگر حول یک محور معین (مثلا محور xها) اندازه گیری شود فقط دارای یکی از دو مقدار up (بالا) و یا down (پایین) میتواند باشد.

1.1 آزمایش اول

فرض کنیم که دو جعبه‌ داریم به نامهای “جعبه رنگ” و “جعبه فرم پذیری” که اگر الکترون‌ها به کانال ورودی “جعبه رنگ” وارد شوند الکترون‌های سیاه از کانال b و الکترون‌های سفید از کانال w خارج می‌شوند. و نیز اگر الکترون‌ها به کانال ورودی “جعبه فرم پذیری” وارد شوند الکترون‌های “نرم” از کانال s و الکترون‌های  “سخت” از کانال h خارج می‌شوند.
★ در اینجا تاکید می‌کنیم که اندازه‌گیری های “رنگ” و “فرم پذیری” خاصیت تکرارپذیری دارند(تکرار پذیری یکی از ملزومات ضروری مربوط به یک آزمایش معتبر فیزیک است).یعنی اگر یک الکترون از کانال b متعلق به یک “جعبه رنگ”

خارج شود و ما آن الکترون را مجدداً به درون یک “جعبه رنگ” دیگر هدایت کنیم آن الکترون قطعاً مجدداً از کانال b متعلق به “جعبه رنگ” دوم خارج خواهد شد.

2آزمایش دوم فرض کنید میخواهیم بدانیم که آیا دو ویژگی "رنگ "و "فرم پذیری "الکترون به هر شکلی از اشکال به یکدیگر مربوط هستند؟ برای اینکه بفهمیم که آیا چنین ارتباطی بین این دو ویژگی وجود دارد یا خیر ،ما باید وجود یک همبستگی ) (correlationsبین

1.2 آزمایش دوم

فرض کنید می‌خواهیم بدانیم که آیا دو ویژگی “رنگ” و “فرم پذیری” الکترون به هر شکلی از اشکال به یکدیگر مربوط هستند؟ برای اینکه بفهمیم که آیا چنین ارتباطی بین این دو ویژگی وجود دارد یا خیر، ما باید وجود یک همبستگی (correlations) بین مقادیر متعلق به دو ویژگی “رنگ” و “فرم پذیری” الکترون را چک کنیم. منطقمان و نیز مفهوم احتمال حکم میکند که اگر ما تعداد بسیار زیادی از الکترون‌های مثلا سفید را به درون “جعبه فرم پذیری” هدایت کنیم نیمی از آنها از کانال “نرم” و نیمی دیگر از کانال “سخت” خارج خواهند شد پس ویژگی “رنگ” الکترون ظاهراً ارتباطی با ویژگی “فرم پذیری” الکترون ندارد اما ببینیم آزمایش چه میگوید. آزمایشی را ترتیب می‌دهیم که حاوی سه جعبه است به این شکل که یک “جعبه فرم پذیری” مابین دو “جعبه رنگ” قرار دارد و الکترون‌ها از سمت چپ وارد “جعبه رنگ” اول می‌شوند سپس از آن خارج شده و سریعا وارد “جعبه فرم پذیری” می‌شوند سپس از آن خارج شده و سریعا وارد “جعبه رنگ” دوم می‌شوند.

فرض کنیم که الکترون‌ها از کانال سفید “جعبه رنگ” اول خارج می‌شوند سپس به درون “جعبه فرم پذیری” وارد می‌شوند و سپس از کانال “نرم” آن خارج می‌شوند. در این لحظه و پیش از ورود به دومین “جعبه رنگ” الکترون‌ها ویژگی سفید-نرم دارند بنابراین انتظار داریم که اگر الکترون‌ها به دومین “جعبه رنگ” وارد شوند از کانال سفید آن خارج شوند. ولی می‌بینیم که در کمال تعجب چنین اتفاقی نمی‌افتد بلکه نیمی از الکترون‌ها از کانال سفید و نیمی دیگر از کانال سیاه خارج می‌شوند. بنابراین ظاهراً در اینجا “جعبه فرم پذیری” که مابین دو “جعبه رنگ” قرار دارد ویژگی “رنگ” نیمی از الکترون‌ها را دستکاری کرده است. یعنی رنگ نیمی از الکترونها را از سفید به سیاه تغییر داده است. زیرا ما مطمئن هستیم که الکترون‌های خارج شده از اولین “جعبه رنگ” همگی سفید بودند و ویژگی تکرارپذیری یک آزمایش فیزیک حکم میکند که الکترون‌ها لزوما باید از کانال سفید متعلق به “جعبه رنگ” دوم خارج شوند.

پس در اینجا “جعبه فرم پذیری” باید مسئول این هرج و مرج معرفی شود. اما می‌دانیم که “جعبه فرم پذیری” این قابلیت را ندارد که ویژگی “رنگ” الکترون‌ها را تغییر دهد ولی احتمالش هست که این جعبه از نظر فنی و طراحی دچار مشکلاتی باشد که چنین نتیجه ای را باعث میشود. اما اگر این جعبه را مجدد با دقت فنی بسیار زیاد و با رعایت همه اصول و استانداردهای لازمه برای اینکار طراحی کنیم و بسازیم، مجددا در کمال تعجب خروجی آزمایش ما همانی خواهد بود که قبلا تشریح کردیم!! پس در اینجا یک اتفاق عجیب و غیر منتظره ای در حال رخ دادن است. که در فیزیک به معنای بی قانونی و هرج و مرج (chaos) است و تعین گرایی (determinism) و پیش بینی پذیری (predictibility) را ابطال کرده است. زیرا قابلیت تکرارپذیری در آزمایشات فیزیک حکم میکند که در این آزمایش خاص چنین نتیجه ای برقرار باشد:
If white —> white
در حالیکه آزمایش ما چنین نتیجه ای را نشان میدهد:
If white —> white or black

1.3 آزمایش سوم‌

1.3 آزمایش سوم‌

آزمایش دوم را به شکل کمی متفاوت تر انجام میدهیم. یعنی جعبه‌ای داریم که توانایی چک کردن رنگ–فرم پذیری الکترونها را دارد. این جعبه قادر است که هر دو ویژگی “رنگ” و “فرم پذیری” الکترون‌ها را چک کند. این جعبه را به صورت شماتیک به این شکل نمایش میدهیم.
این جعبه دارای ۵ کانال است:

1. کانال ورودی
2. کانال خروجی سفید–سخت
3. کانال خروجی سفید–نرم
4. کانال خروجی سیاه–سخت
5. کانال خروجی سیاه–نرم
واضح است که چنین جعبه‌ای باید در درون خود دارای یک عدد “جعبه رنگ” و یک عدد “جعبه فرم پذیری” باشد. حال اگر فرض کنیم که الکترون‌ها پس از ورود به جعبه “رنگ-فرم پذیری” ابتدا وارد “جعبه فرم پذیری” بشوند و پس از خروج از آن وارد “جعبه رنگ” بشوند. ویژگی “فرم پذیری” آنها پس از خروج از “جعبه رنگ” تغییر می‌کند و نتیجتا ما فقط اطلاعات قابل اتکا راجع به ویژگی “رنگ” الکترون‌ها را در اختیار خواهیم داشت و اطلاعات مربوط به ویژگی “فرم پذیری” الکترون‌ها را از دست خواهیم داد. و به طریق مشابه اگر فرض کنیم که الکترون‌ها پس از ورود به جعبه “رنگ-فرم پذیری” ابتدا وارد “جعبه رنگ” بشوند و پس از خروج از آن وارد “جعبه فرم پذیری” بشوند. ویژگی “رنگ” آنها پس از خروج از “جعبه فرم پذیری” تغییر می‌کند و نتیجتا ما فقط اطلاعات قابل اتکا راجع به ویژگی “فرم پذیری” الکترون‌ها را در اختیار خواهیم داشت و اطلاعات مربوط به ویژگی “رنگ” الکترون‌ها را از دست خواهیم داد.

بنابراین ” جعبه رنگ-فرم پذیری” برخلاف هدف و کارکردی که برای آن در نظر گرفته شده است قادر نخواهد بود که دو ویژگی “رنگ” و “فرم پذیری” الکترون‌ها را به شکل همزمان اندازه بگیرد. یعنی اگر فرض کنیم که “جعبه رنگ-فرم پذیری” به این شکل ساخته شده باشد که در درون آن الکترونها ابتدا وارد “جعبه فرم پذیری” شوند و سپس وارد “جعبه رنگ” شوند آنگاه مثلا دو کانال خروجی “سفید-نرم” و “سفید-سخت” فقط سفید بودن الکترون‌های خروجی از این دو کانال را به ما اطلاع خواهند داد. ولی از هر کدام از این کانالها الکترون‌های نرم و سخت عبور خواهند کرد. این مسئله همان بیان اصل عدم قطعیت است که می‌گوید مشخصاتِ فیزیکیِ قابل اندازه‌گیری، نسبت به هم incompatible (ناسازگار) هستند؛ یعنی اندازه‌گیری یکی از آنها منجر به از دست رفتن اطلاعات مربوط به دیگری خواهد شد.

.

برای بررسی عمیق‌تر موضوع، آزمایش دیگری ترتیب می‌دهیم که حاوی یک عدد "جعبه فرم پذیری" و دو عدد آینه و یک جعبه به نام D است(تصویر سوم) در این آزمایش الکترون‌ها وارد "جعبه فرم پذیری" می‌شوند جوریکه الکترون‌های

1.4 آزمایش چهارم

برای بررسی عمیق‌تر موضوع، آزمایش دیگری ترتیب می‌دهیم که حاوی یک عدد “جعبه فرم پذیری” و دو عدد آینه و یک جعبه به نام D است.
در این آزمایش الکترون‌ها وارد “جعبه فرم پذیری” می‌شوند جوریکه الکترون‌های سخت از کانال h خارج می‌شوند سپس به یک آینه برخورد می‌کنند که باعث تغییر مسیر آنها به سمت جعبه D می‌شود و نیز الکترون‌های نرم از کانال s خارج می‌شوند سپس به یک آینه برخورد می‌کنند که باعث تغییر مسیر آنها به سمت جعبه D می‌شود. وظیفه جعبه D این است که جهت حرکت الکترون‌های نرم و سخت را در یک مسیر واحد قرار دهد که ما آن مسیر را h and s مینامیم. حال به چند روش اقدام به انجام آزمایش میکنیم:

الف) اگر الکترون‌های سفید را به درون “جعبه فرم پذیری” بفرستیم تا نهایتا از جعبه D خارج شوند و در مسیر h and s قرار بگیرند و سپس اقدام به اندازه‌گیری فرم پذیری آنها بکنیم 50 درصد از آنها را نرم و 50 درصد از آنها را سخت اندازه گیری خواهیم کرد.
ب) اگر الکترون‌های سخت را به درون “جعبه فرم پذیری” بفرستیم تا نهایتا از جعبه D خارج شوند و در مسیر h and s قرار بگیرند و سپس اقدام به اندازه‌گیری رنگ آنها بکنیم 50 درصد از آنها را سفید و 50 درصد از آنها را سیاه اندازه خواهیم گرفت.
ج) اگر الکترون‌های سفید را به درون “جعبه فرم پذیری” بفرستیم تا نهایتا از جعبه D خارج شوند و در مسیر h and s قرار بگیرند و سپس اقدام به اندازه‌گیری رنگ آنها بکنیم چه نتیجه‌ای خواهیم دید؟ می‌دانیم که 50 درصد از الکترون‌ها از کانال h و 50 درصد از الکترونها از کانال s رد شده‌اند. آنهایی که از کانال h رد شده‌اند به عنوان الکترون‌های سخت در مسیر h and s قرار گرفته اند. پس انتظار داریم که اگر ویژگی رنگ آنها را اندازه‌گیری کنیم 50 درصد از آنها دارای رنگ سیاه و 50 درصد از آنها دارای رنگ سفید باشند. و همچنین آنهایی که از کانال s رد شده‌اند به عنوان الکترون‌های نرم در مسیر h and s قرار گرفته اند. پس انتظار داریم که اگر ویژگی رنگ آنها را اندازه‌گیری کنیم 50 درصد از آنها دارای رنگ سیاه و 50 درصد از آنها دارای رنگ سفید باشند. به شکل خلاصه، انتظار داریم که اگر الکترون‌های سفید وارد آزمایش شوند و در مسیر h and s قرار بگیرند نیمی از آنها به رنگ سیاه و نیمی از آنها به رنگ سفید اندازه‌گیری شوند. ولی عجیب است که این اتفاق نمی‌افتد بلکه %100 از الکترون‌های سفید که وارد آزمایش می‌شوند و در مسیر h and s قرار میگیرند رنگشان سفيد اندازه‌گیری خواهد شد.

1.5 آزمایش پنجم


این آزمایش مشابه آزمایش چهارم است. با این تفاوت که یک عدد مانع متحرک نیز در درون ستاپ آزمایش قرار دارد که در صورت تمایل می‌توانیم آن را در مقابل مسیر الکترون‌های خارج شونده از کانال s قرار دهیم. و به این شکل مانع از ادامه مسیر الکترونها به سمت جعبه D بشویم. و یا اینکه میتوانیم آن را از مقابل مسیر الکترونهای خارج شده از کانال s برداریم تا بتوانند به مسیر خود جهت رسیدن به جعبه D ادامه دهند.

قبلاً در آزمایش چهارم دیده‌ایم که اگر الکترون‌های سفید را به درون سیستم تزریق کنیم و هیچ مانعی در مقابل مسیر الکترون‌های خارج شونده از کانال s قرار نداشته باشد، پس از خارج شدن الکترونها از جعبه D رنگ این الکترونها سفید اندازه گیری خواهد شد. اما در آزمایش جاری ما مانع مذکور را بر سر راه الکترون‌های خارج شونده از کانال s قرار میدهیم و سپس رنگ الکترون‌هایی که از جعبه D خارج می‌شوند را اندازه‌گیری میکنیم. نتیجه آزمایش نشان میدهد که 50% از الکترونها را به رنگ سفید و 50% از الکترونها را به رنگ سیاه اندازه‌گیری خواهیم کرد. و به طریق مشابه اگر مانع مذکور را بر سر راه

قبلاً در آزمایش چهارم دیده‌ایم که اگر الکترون‌های سفید را به درون سیستم تزریق کنیم و هیچ مانعی در مقابل مسیر الکترون‌های خارج شونده از کانال s قرار نداشته باشد، پس از خارج شدن الکترونها از جعبه D رنگ این الکترونها سفید اندازه گیری خواهد شد اما در آزمایش جاری ما مانع مذکور را بر سر راه الکترون‌های خارج شونده از کانال s قرار میدهیم و سپس رنگ الکترون‌هایی که از جعبه D خارج می‌شوند را اندازه‌گیری میکنیم. نتیجه آزمایش نشان میدهد که 50% از الکترونها را به رنگ سفید و 50% از الکترونها را به رنگ سیاه اندازه‌گیری خواهیم کرد و به طریق مشابه اگر مانع مذکور را بر سر راه الکترون‌های خارج شونده از کانال h قرار دهیم و سپس رنگ الکترون‌هایی که از جعبه D خارج می‌شوند را اندازه‌گیری کنیم 50% از آنها را به رنگ سفید و 50% از آنها را به رنگ سیاه اندازه‌گیری خواهیم کرد. نتیجه این آزمایش ما را با دردسر جدید و بزرگی روبرو میکند به این شکل که اگر یک الکترون سفید وارد سیستم شود و مانع متحرک نیز در مسیر خروجی کانال s قرار نداشته باشد آنگاه رنگ این الکترون پس از عبور از جعبه D سفید اندازه‌گیری خواهد شد پس:

الکترون‌های خارج شونده از کانال h قرار دهیم و سپس رنگ الکترون‌هایی که از جعبه D خارج می‌شوند را اندازه‌گیری کنیم 50% از آنها را به رنگ سفید و 50% از آنها را به رنگ سیاه اندازه‌گیری خواهیم کرد. نتیجه این آزمایش ما را با دردسر جدید و بزرگی روبرو میکند. به این شکل که اگر یک الکترون سفید وارد سیستم شود و مانع متحرک نیز در مسیر خروجی کانال s قرار نداشته باشد. آنگاه رنگ این الکترون پس از عبور از جعبه D سفید اندازه‌گیری خواهد شد پس:

میبینیم که در اینجا مجددا با بی قانونی و هرج و مرج (chaos) حداکثری در فیزیک مواجه هستیم! "جعبه فرم پذیری" فقط به دو مسیر s و h ختم میشود بنابراین مگر ممکن است که هیچیک از حالات چهارگانه زیر برقرار نباشد ولی همچنان الکترون در درون ستآپ آزمایش قرار داشته باشد و به جعبه D برسد؟ – عبور الکترون از مسیر s – عبور الکترون از مسیر h – عبور الکترون از هیچیک از دو مسیر s و h – عبور همزمان الکترون از دو مسیر h و s چطور ممکن است که آپشن دیگری به غیر از چهار آپشن فوق الذکر وجود داشته باشد؟ جواب این سوال اینست که یافت شدن الکترون در جعبه D با وجود برقرار نبودن هیچ یک از چهار گزینه فوق نشان می‌دهد که برای این الکترون مودی از بودن(مودی از حرکت) تعریف شده است که با چارچوب های فکری و ذهنی و منطقی فیزیک کلاسیک همخوانی ندارد و کوانتوم مکانیک این مود از حرکت(این مود از بودن) را سورپوزیشن(superposition) می‌نامد و به این شکل وضعیت حرکتی الکترون در این آزمایش را تشریح می‌کند: این الکترون در یک سوپرپوزیشن از بودن در مسیر h و بودن در مسیر s قرار دارد.

الف) آیا می‌توانیم بگوییم که این الکترون از مسیر h عبور کرده است؟ خیر! زیرا قرار داشتن مانع متحرک در مسیر s که منجر میشود نهایتا فقط الکترونهای واقع در مسیر h مورد اندازه گیری قرار گیرند به ما نشان داده است که در این حالت رنگ الکترونها با احتمال 50% سفید و با احتمال 50% سیاه اندازه گیری خواهند شد. پس این الکترون نمی‌تواند از مسیر h عبور کرده باشد.
ب) آیا می‌توانیم بگوییم که این الکترون از مسیر s عبور کرده است؟ خیر! زیرا قرار داشتن مانع متحرک در مسیر h که منجر میشود نهایتا فقط الکترونهای واقع در مسیر s مورد اندازه گیری قرار گیرند به ما نشان داده است که در این حالت رنگ الکترونها با احتمال 50% سفید و با احتمال 50% سیاه اندازه گیری خواهند شد. پس این الکترون نمی‌تواند از مسیر s عبور کرده باشد.
پ) آیا می‌توانیم بگوییم که این الکترون از هیچکدام از دو مسیر عبور نکرده است؟ خیر! زیرا اگر ما دو مانع متحرک داشته باشیم و یکی را در برابر مسیر h و دیگری را در برابر مسیر s قرار دهیم آنگاه تعداد الکترون‌های خارج شونده از جعبه D صفر خواهد بود

ت) آیا می‌توانیم بگوییم که این الکترون از هر دو مسیر h و s همزمان عبور کرده است؟ خیر! زیرا در صورت عدم وجود مانع در مقابل مسیرهای s و h، اگر در لحظاتی که یک الکترون در درون ستاپ آزمایش ما قرار دارد آزمایش را متوقف کنیم و به دنبال این الکترون بگردیم در 50% موارد آن را در مسیر s و در 50% موارد آن را در مسیر h خواهیم یافت. و قطعا هرگز در هیچ لحظه ای دو الکترون که همزمان در روی دو مسیر h و s قرار داشته باشند را مشاهده نخواهیم کرد. و همچنین هرگز دو عدد نصف-الکترون که همزمان بر روی دو مسیر h و s قرار داشته باشند را مشاهده نخواهیم کرد.

میبینیم که در اینجا مجددا با بی قانونی و هرج و مرج (chaos) حداکثری در فیزیک مواجه هستیم! “جعبه فرم پذیری” فقط به دو مسیر s و h ختم میشود. بنابراین مگر ممکن است که هیچ یک از حالات چهارگانه زیر برقرار نباشد ولی همچنان الکترون در درون ستاپ آزمایش قرار داشته باشد و به جعبه D برسد؟
– عبور الکترون از مسیر s
– عبور الکترون از مسیر h
– عبور الکترون از هیچ یک از دو مسیر s و h
– عبور همزمان الکترون از دو مسیر h و s
چطور ممکن است که آپشن دیگری به غیر از چهار آپشن فوق الذکر وجود داشته باشد؟ جواب این سوال اینست که یافت شدن الکترون در جعبه D با وجود برقرار نبودن هیچ یک از چهار گزینه فوق نشان می‌دهد که برای این الکترون مودی از بودن(مودی از حرکت) تعریف شده است. که با چارچوب های فکری و ذهنی و منطقی فیزیک کلاسیک همخوانی ندارد و کوانتوم مکانیک این مود از حرکت(این مود از بودن) را سورپوزیشن(superposition) می‌نامد. و به این شکل وضعیت حرکتی الکترون در این آزمایش را تشریح می‌کند:
این الکترون در یک سوپرپوزیشن از بودن در مسیر h و بودن در مسیر s قرار دارد.

1.6 آزمایش ششم (جعبه خنثی)

[این آزمایش بیان ساده اثر آهارونوف-بوهم است]
“جعبه خنثی” جعبه‌ای است که فقط دارای دو کانال است(یکی ورودی و یکی خروجی). و وظیفه آن این است که به سادگی هیچ فرایند فیزیکی را بر روی ذره به انجام نرساند. یعنی الکترونی که از کانال ورودی این جعبه وارد می‌شود با عدم تغییر در هیچ یک از مشخصات قابل اندازه‌گیری‌اش(رنگ، فرم پذیری، تندی و…) از کانال خروجی این جعبه خارج می‌شود. جوریکه مدت زمان عبور الکترون از درون باکس با مدت زمانی که این الکترون یک فضای خالی به سایز همین جعبه را طی می‌کند برابر باشد. چنین جعبه‌ای را می‌توان یک باکس ساده و خالی با دو حفره یکی در جلو و یکی در عقبش در نظر گرفت و یا اینکه میتوان آن را یک باکس بزرگ شامل مجموعه از باکس های کوچکتر در نظر گرفت که به شکل داخلی هزاران تغییرات بر روی مشخصات قابل اندازه گیری الکترون اعمال می‌کنند. ولی نهایتا الکترون در زمان مقرر و با حفظ همه مشخصات اولیه اش از این باکس بزرگ خارج میشود.

1.6 آزمایش ششم (جعبه خنثی)

مجددا تصویر آزمایش چهارم را در نظر بگیرید. یعنی همان آزمایشی که حاوی یک عدد “جعبه فرم پذیری” و دو عدد آینه و یک جعبه به نام D بود. میدانیم که اگر الکترون‌های سفید را به درون “جعبه فرم پذیری” بفرستیم تا نهایتا از جعبه D خارج شوند و در مسیر h and s قرار بگیرند و سپس اقدام به اندازه‌گیری رنگ آنها بکنیم، رنگ همه آنها را سفید اندازه خواهیم گرفت. حال اگر یک عدد “جعبه خنثی” را در روی مسیر s و یا در روی مسیر h قرار دهیم آنگاه رنگ همه الکترون‌هایی که از جعبه D خارج می‌شوند و در مسیر h and s قرار می‌گیرند سیاه اندازه‌گیری خواهد شد. و اگر “جعبه خنثی” را از روی مسیر مذکور برداریم آنگاه مجدداً رنگ همه الکترون‌هایی که از جعبه D خارج می‌شوند و در مسیر h and s قرار می‌گیرند سفید اندازه‌گیری خواهد شد.  پس وارد کردن “جعبه خنثی” در روی مسیر s و یا مسیر h باعث تغییر رنگ الکترون‌ها خواهد شد. در اینجا نیز همانند آزمایش پنجم از نظر منطقی و عقلانی فقط چهار گزینه زیر را در اختیار داریم که هیچکدام از آنها برقرار نیستند:

الف) امکان ندارد مدعی شویم که الکترونها از درون “جعبه خنثی” عبور کرده اند. زیرا تعریف و ساختار “جعبه خنثی” به شکلی است که هیچ گونه تغییری در مشخصات الکترون‌ها اعمال نمیکند. ولی می‌بینیم که تغییر رنگ در الکترون‌ها اتفاق افتاده است پس الکترون‌ها نمی‌توانند از درون “جعبه خنثی” عبور کرده باشند. وگرنه رنگشان تغییر نمی‌کرد.
ب) امکان ندارد مدعی شویم که الکترون‌ها از درون “جعبه خنثی” عبور نکردند(یعنی مثلاً از مسیر s عبور کرده اند که باکس در آنجا قرار ندارد). زیرا در این صورت وجود “جعبه خنثی” باعث تغییر رنگ آنها نمی‌شد.
پ) امکان ندارد مدعی شویم که الکترونها نه از درون “جعبه خنثی” عبور کرده اند(مثلاً از مسیر h) و نه از بیرون “جعبه خنثی” عبور کرده اند(مثلاً از مسیر s) زیرا اگر ما دو مانع را در مقابل مسیر h و مسیر s قرار دهیم آنگاه تعداد الکترون‌های خارج شونده از جعبه D صفر خواهد بود.
ت) امکان ندارد که مدعی شویم که یک الکترون به شکل همزمان هم از درون “جعبه خنثی” عبور کرده(مثلاً از مسیر h) و هم از بیرون “جعبه خنثی” عبور کرده (مثلاً از مسیر s). زیرا اگر در هر لحظه آزمایش را متوقف کنیم و به دنبال الکترون بگردیم در 50% موارد آن را در روی مسیر h و در 50% موارد آن را در روی مسیر s خواهیم یافت.

در اینجا نیز این سوال پیش می آید چطور ممکن است که گزینه دیگری به غیر از چهار گزینه فوق الذکر وجود داشته باشد؟ جواب این سوال اینست که برقرار نبودن هیچ یک از چهار گزینه فوق نشان می‌دهد که برای این الکترون مودی از حرکت تعریف شده است که با چارچوب های فکری فیزیک کلاسیک مطابقت ندارد. و کوانتوم مکانیک آن را سورپوزیشن (superposition) می‌نامد و به این شکل وضعیت حرکتی الکترون در این آزمایش را تشریح می‌کند:
این الکترون در یک سوپرپوزیشن از عبور از درون “جعبه خنثی” و عدم عبور از درون “جعبه خنثی” قرار دارد.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

اخبار و یادداشت ها

بسیاری از فیلسوفان و تاریخ نگاران شروع فلسفه را با فیلسوفی به نام تالس مرتبط می دانند. البته این ادعا جای بحث دارد زیرا در زمانی که یونانیان به آهستگی در حال برداشتن گام های اولیه به سمت خلق فلسفه بودند ملت های شرق ( به ویژه ایران، هند و چین) فلسفه را به شیوه ی خودشان آغاز کرده

تاریخ فلسفه (قسمت 1) تالس

بسیاری از فیلسوفان و تاریخ نگاران شروع فلسفه را با فیلسوفی به نام تالس مرتبط می دانند. البته این ادعا جای بحث دارد زیرا در زمانی که یونانیان به آهستگی در حال برداشتن گام های اولیه به سمت خلق فلسفه بودند ملت های شرق ( به ویژه ایران، هند و چین) فلسفه را به شیوه ی خودشان آغاز کرده

مطالعه بیشتر

فوتبال و فیزیک

فوتبال و فیزیک فوتبال، مهیج ترین ورزش و سرگرمی دنیا. سالیانه موج شور احساسات و پول است که روانه ی این پدیده ی عجیب می شود. پدیده ای به شدت

مطالعه بیشتر
منجنیق چگونه کار میکند؟

منجنیق چگونه کار می کند

منجنیق چگونه کار می کند منجنیق ها کلاس درس فیزیک پایه هستند. هر کسی به خوبی می تواند ببیند که چطور با مفاهیم بسیار ساده ی فیزیک می شود ماشین

مطالعه بیشتر
این هفته، فیلم مورد انتظار اپنهایمر به سینماها می‌رسد که در آن کریستوفر نولان، کارگردان مشهور، روایت خود را درباره‌ی فیزیکدان نظری، رابرت اوپنهایمر، که در طول جنگ جهانی دوم پروژه منهتن را به راه انداخت تا اولین بمب اتمی را توسعه دهد، به تصویر می‌کشد. رابرت اوپنهایمر که در سال ۱۹۶۷ درگذشت، به عنوان یک رهبر کاریززماتیک، متفکر عمومی بلندپرواز و قربانی ترس از کمونیسم شناخته می‌شود که در سال ۱۹۵۴ به دلیل ارتباطات پیشین خود با کمونیست‌های مشکوک، مجوز امنیتی خود را از دست داد.

اوپنهایمر

جدا از فیلم هالیوودی، اوپنهایمر چقدر فیزیکدان خوبی بود؟ این هفته، فیلم مورد انتظار اوپنهایمر به سینماها می‌رسد که در آن کریستوفر نولان، کارگردان مشهور، روایت خود را درباره‌ی فیزیکدان

مطالعه بیشتر

صوت و سرعتش

صوت و سرعتش اصوات در همه جا قرار دارند. هرجایی که شما بتوانید دو تا چیز را با هم برخورد دهید، صدا دریافت می کنید. امروزه ما در موارد بسیاری

مطالعه بیشتر

ترمودینامیک و ظرفشویی

ترمودینامیک و ظرفشویی ترمودینامیک به کمک شستن ظرف ها و نجات کره ی زمین می آید. اغلب، ماشین های ظرفشویی معمولی تمامی ریزجانداران های مضر مانده در بشقاب ها، کاسه

مطالعه بیشتر
مدار سری و موازی

مدار سری و موازی

مدار سری و موازی امروزه حوزه ی الکترومغناطیس شاید فعال ترین شاخه ی فیزیک است.نمی توان با اطمینان گفت جذاب ترین ولی قطعا پر مسئله ترین حوزه نیز همین حوزه

مطالعه بیشتر
بازی زندگی

بازی زندگی کانوی

بازی زندگی کانوی اکثر فلاسفه و دانشمندان معتقد بوده و هستند که زندگی پیچیده است. و قوانین پیچیده ای دارد. شاید شما هم تا کنون با آن ها هم عقیده

مطالعه بیشتر
دلنوشته های داوینچی راجع به کنکور مسائلی جبران ناپذیر و زیان ده، نا عدالتی، از اصل افتادن، نقد های ما را از دست ندهید همین الان به صفحه بیایید

کنکور، آزمون مرگ

کنکور آزمون مرگ بازار نتایج کنکور داغ است و بهانه ی خوبی برای به رینگ بردن این غول عاری از منطق. انتخاب احمق ترین فرد دنیا راحت نخواهد بود. همانطور

مطالعه بیشتر
ماده ی تاریک کاندید جدیدی به نام اکسیون دارد

اکسیون، قلب ماده ی تاریک

یک قدم نزدیک تر به ماده ی تاریک دانشمندان استرالیایی در شرف حل یکی از رمز و راز های عالم، ماده ی تاریک. آزمایش ارگان (ORGAN) اولین آشکارساز بزرگ ماده

مطالعه بیشتر
اولین تصویر ابر تلسکوپ جیمز وب طلوع عصر جدیدی را درشاخه ی نجوم و اخترفیزیک رقم زد.

جیمز وب، درگاه زمان

جیمز وب : به سوی بینهایت و فراتر از آن اولین تصویر ابر تلسکوپ جیمز وب طلوع عصر جدیدی را درشاخه ی نجوم و اخترفیزیک رقم زد. با این تکنولوژی

مطالعه بیشتر
بوزون هیگز ده ساله شد

بوزون هیگز ده ساله شد

بوزون هیگز ده ساله شد بزون هیگز ده ساله شد: دیشب یعنی 13 تیر 1401 سالگرد کشف ذره ی هیگز معروف به ذره خدا در آزمایشگاه سرن اروپا بود. اهمیت

مطالعه بیشتر