‍ 📚 فیزیک کوآنتوم به زبان ساده

🔰سری اول🔰

📎 قسمت نوزدهم: دو پدیده شگفت انگیز! (۱)

🆔 @Physics3p

🔹خب! تا اینجای داستان، سعی کردیم با قوانین پایه دنیای ذرات بینهایت کوچک آشنا بشیم و همچنین، به این موضوع پرداختیم که منشأ این قوانین و رفتارهای متفاوت دنیای ذرات از کجاست و این رفتارهای متفاوت ذرات، که از مهم ترینش بعنوان دوگانگی ذرات یادکردیم، اصول مهمی رو بوجود میاره که در قسمت های پیشین، به چند مورد مهم این اصول پرداختیم!
حال در ادامه، برای اینکه اطلاعات پایه‌مون از دنیای ذرات کامل شده و بتونیم وارد سری دوم مطلب بشیم و بطور تخصصی تر و موشکافانه تر دنیای مرموز این موجودات کوچک که ساختمان هستی رو تشکیل میدن، مورد بررسی قرار بدیم، لازمه با دو پدیده مهم و شگفت انگیز و بسی متفاوت! از دنیای ذرات آشنا بشیم.

💢 تونل زنی کوآنتومی

🔸فرض کنید در مکانی قرار گرفتیم که دور تا دورش دیوار کشیده شده، همچنین هیچ درب یا خروجی هم در اون تعبیه نشده! از اونجایی که ما انسان ها نمیتونیم یجا بند بشیم و فکر میکنیم اون بیرون خبریه! سعی داریم از این دیوارها بالا بریم و خودمون رو از اون محیط محبوس نجات بدیم. برای بالا رفتن از این دیوار، به یک ابزار مانند نردبان یا کمک دیگران نیاز داریم ولی بعد از اینکه از دیوار بالا رفتیم، دیگه تقریبأ به هدفمون رسیدم و درصوتی که در حین پریدن کله پا نشیم! میتونیم ادعا کنیم از این سد(دیوار) رد شدیم. اما چرا برای بالا رفتن از دیوار به یک ابزار و همچنین "صرف انرژی" نیاز داریم؟ از دوران مهدکودک بیاد داریم، هرچه یک جسم در ارتفاع بیشتری از مرجع پتانسیل گرانشی(در اینجا زمین) قرار داشته باشه، انرژی بیشتری داره و هرچه به این مرجع نزدیکتر بوده یا ارتفاع کمتری داشته باشه، دارای انرژی کمتری خواهد بود. همچنین از دوران پیش دبستانی بیاد داریم که مقدار این انرژی برابر است با حاصلضرب وزن جسم در ارتفاع اون از سطح زمین که به این انرژی، "انرژی پتانسیل" ، در اینجا از نوع گرانشی! میگفتیم(اینم همون وسط مهد و پیش دبستانی بود که خوندید!).

🔹خب از این توضیحات میشه اینطور بیان کرد که؛ وجود یک سد(در اینجا دیوار) باعث احتیاج ما به افزایش نوعی انرژی‌ خواهد شد که این انرژی همون انرژی پتانسیل هست! به این سد در اصطلاح میگیم: "سد پتانسیل". حالا فرض کنید اینبار بجای اینکه پشت دیواری محبوس بشیم، به درون چاهی افتادیم و بازهم از اونجاییکه فکر میکنیم اون بیرون آش مجانی میدن! سعی داریم از درون چاه بیایم بیرون. بازهم میبینیم قضیه فرقی نمیکنه و همون داستان بالا برقراره و از قضا، در اینجا هم لازمه خروج از چاه، افزایش انرژی پتانسیل هست. ما اسم این چاه رو هم میذاریم: "چاه پتانسیل".

🔸خب حالا اگه از این اسم گذاری ها بگذریم! ببینیم نظر فیزیک کلاسیک و همچنین فیزیک کوآنتوم درباره خروج از این چاه یا عبور از سد چیه! فیزیک کلاسیک به ما میگه تنها راه خروج از چاه یا عبور از دیوار، اینه که راهی پیدا کنیم تا انرژی پتانسیل رو به اندازه مورد نیاز افزایش بدیم. مثلأ به یک نردبان یا کمک یک شخص یا هرچیزی که بتونه این انرژی رو برامون تأمین کنه و در غیر اینصورت، یعنی نبود هرگونه ابزار‌ برای تأمین این انرژی، هرگز ممکن نیست که بشه از این چاه پتانسیل خارج شد. اما در دنیای ذرات، قضیه کمی متفاوته!

🔹بازهم الکترون رو بعنوان نماینده ذرات کوچک در نظر بگیرید. اینبار برای اینکه مفهوم چاه پتانسیل رو در دنیای ذرات روشن کنیم، به ساده ترین مثال، یعنی اتم هیدروژن رجوع میکنیم. در این اتم، ما یک الکترون داریم که توسط کشش جاذبه هسته، درون این اتم محبوس شده‌. در حقیقت، کشش جاذبه الکترواستاتیک هسته، همون چاه پتانسیل ماست که الکترون، برای خروج از این چاه، نیاز به افزایش انرژی پتانسیل خود داره. از نظر فیزیک کلاسیک، هرگز ممکن نیست که الکترون همینطوری یهویی! و بدون صرف هرگونه انرژی از خارج، از این چاه پتانسیل خارج بشه، اما از اونجاییکه گفتیم در دنیای ذرات کوچک، قوانین کلاسیک فیزیک پشیزی ارزش نداره!! با حل معادله شرودینگر که در دنیای ذرات نقش خدارو بازی میکنه! میشه بدین موضوع پی برد، احتمال غیرصفری وجود داره که این الکترون داستان ما، تونل بزنه و بدون صرف انرژی، زیرخاکی بره و از این چاه پتانسیل محبوس شده در اون خارج بشه(تصویر زیر).

ادامه دارد....

🆔 @Physics3p

✍ نوشته A.M.H