تجربة شابة
(تجربة الشق المزدوج)
لفترة طويلة ، كان العلماء يتساءلون عن الطبيعة الحقيقية للضوء ، لفترة طويلة كان للضوء بعض التفسيرات المختلفة عبر التاريخ ولكن لم يتمكن أحد من الوصول إلى إجماع. يعتقد بعض العلماء أن الضوء يتكون من جسيمات صغيرة ، بينما يعتقد البعض الآخر أن الضوء عبارة عن موجة ، وفي الواقع ، بالنسبة للعديد من الظواهر الضوئية ، فإن معالجة الضوء إما كجسيم أو كموجات تساعد في تفسير بعض الظواهر. سيشرح الفيديو أدناه بعض تفسيرات طبيعة الضوء على مر السنين.
كما رأينا في الفيديو ، لا يتصرف الضوء بطريقة واحدة فقط ، ولكن في كلا الشكلين ، الجسيمات أو الموجات. ولكن كيف يمكن للظاهرة الفيزيائية نفسها أن تقدم طبيعتين مختلفتين؟ حوالي عام 1801 ، حسمت تجربة رائعة أجراها توماس يونغ (1773-1829) الأمر لصالح Huygens.
تتكون التجربة من إطلاق شعاع من الضوء أولاً من خلال لوحة بها شق واحد فقط وما يمكن ملاحظته على الشاشة بعد أن كان هذا الشق متوقعًا بالفعل ، والنتيجة لأن معظم الفيزيائيين في ذلك الوقت كانوا لا يزالون يعتقدون أن الضوء كان شعاعًا من الجسيمات ، لذلك سوف تتشكل شعاع. ولكن عندما تمت إضافة شق آخر لهذه التجربة ، كانت النتيجة مخيفة! لفهم أفضل ، شاهد مقاطع الفيديو الثلاثة التالية أدناه.
باختصار ... كان يعتقد منذ سنوات أن الضوء والجسيمات دون الذرية مثل الإلكترون هي جسيمات! كيف يمكن للجسيمات أن تتصرف مثل الأمواج؟ انظر حتى من خلال تعريف كليهما ، ما هو الجسيم؟ في مجال الفيزياء ، يُستخدم مصطلح جسيم للإشارة إلى عناصر صغيرة جدًا (الكلمة نفسها مشتقة من الجسيم اللاتيني ، وهو ما يعني جزءًا صغيرًا جدًا ، أو جسمًا أو جسمًا صغيرًا جدًا).
عادة عندما نتحدث عن الجسيمات فإننا نتحدث عن الجسيمات دون الذرية ، أي الجسيمات الأصغر من الذرة. يمكن التمييز بين جزيئات المادة وجزيئات الإشعاع. تسمى دراسة الجسيمات (أي الجسيمات الأولية للمادة والإشعاع ، وكذلك تفاعلاتها) بفيزياء الجسيمات. [*] بالنسبة للفيزياء ، فإن الموجة هي اضطراب ينتشر في الفضاء أو في أي مكان آخر تمامًا. وهي مصنفة حسب طبيعة التكاثر واتجاهه وطاقته ، فهي تنقل الطاقة وليس المادة. [**]
بمعنى آخر ، الجسيمات والأمواج شيئان مختلفان تمامًا ، كيف يمكن للمرء أن يكتسب خصائص من الآخر؟ لكي يفهم الفيزيائيون هذه الظواهر ، كان عليهم إعادة صياغة جميع الميكانيكا الكلاسيكية في ميكانيكا جديدة يمكنها وصف هذه الظواهر الغريبة لأصغر المقاييس ، والتي تم إنشاؤها بعد ذلك ميكانيكا الموجات أو ميكانيكا الكم.
لكي تفهم المفهوم بشكل أفضل ، كالمعتاد ، يوجد أدناه محاكاتان مرتبطتان بـ تجربة - قام بتجارب بواسطة توماس يونغ (شق مزدوج). في محاولة منهم لاستكشاف الظواهر بنفسك ومقارنتها بـ نظرية الذي نقدمه لك. يرتبط أول جهاز محاكاة بتداخل الموجة ، إذا كنت لا تفهم ما هي عليه بالفعل ، فاستكشف هذا المحاكي. الآن المحاكاة الثانية في إشارة إلى الظواهر الكمومية ، مرتبطة تمامًا بالمحاكي الأول. استكشف الأدوات ، الشقوق المزدوجة ، الإطلاق الفردي للجسيمات دون الذرية ، قم بزيادة أو تقليل التباعد بين الشقوق وفهم الظواهر الموضحة هنا بشكل أفضل.
المحاكاة 1: الموجات وتداخل الموجات
المحاكاة 2: موجات الكم
من المهم أن تتذكر أن أحد ملفات التفسيرات التي يجب على المرء أن يشرحها ظاهرة التداخل هي العلاقة بأبعاد الأشياء التي نتعامل معها! مثله!؟ نظرة! تعد الإلكترونات عنصرًا صغيرًا من عناصر المادة ولكنها صغيرة جدًا لدرجة أن أي تدخل خارجي يغير خصائصها (تتصرف مثل الجسم أو مثل الموجة) ، وهناك الكثير من "التصوف" المغروسة في سؤال المراقب ، ولكن النقطة المهمة هي أن العلم يعمل على أساس الملاحظة ، ولكي نكون قادرين على مراقبة شيء ما نحتاج بالضرورة إلى الضوء!
على سبيل المثال ، إذا كنت ترى جهاز الكمبيوتر أو الهاتف المحمول الخاص بك أمامك ، فذلك لأن الضوء المنبعث من المصباح ينتقل في جميع أنحاء المكان الذي تتواجد فيه ، ويصطدم بهاتفك الخلوي ثم ينعكس في عينيك (على وجه التحديد على شبكية العين ، وهي حساسة للضوء). عندها فقط عرفت كيف تحدد مكان وجود هاتفك الخلوي. نفس الشيء يشير إلى أي تجربة تقليدية.
لكي يعرف العالم ما يحدث في التجربة ، عليه أن يرى ، وبالتالي يحتاج إلى بعض مصادر الضوء لمعرفة ما إذا كان هناك شيء ما هنا أم هناك ، لكن الشيء الذي نتعامل معه الآن هو الكم ، أي أصغر أو يساوي حجم الذرة نفسها.
كما رأينا في الفصول السابقة حول التأثير الكهروضوئي ، أنقذ ألبرت أينشتاين خاصية جسم الضوء ، لأنه هو نفسه يحتوي على طاقة مرتبطة بمظاهره (الإزاحة / الانتشار أكثر الزخم الخطي على وجه التحديد ).
بمعنى آخر ، الضوء أيضًا كائن يكون لأبعاده عندما يتعلق الأمر بسلوكه الجسيمي أبعاد ذرية ، وخصائص كمومية ، والفوتون المشهور! إذا توصلنا إلى تركيز الضوء على الإلكترون ، فإن خصائصه ستتغير بسبب تفاعل الضوء والإلكترون.
هناك طريقة أخرى لفهم هذا وهي ، على سبيل المثال ، رمي كرة السلة على قاعدة مبنى طويل وكبير. ماذا كرة السلة من شأنه أن يتداخل مع المبنى؟ اي شى! تمامًا مثل الضوء المتجه نحو الهاتف الخلوي أو الكمبيوتر الذي أمامك ، فإنه يسقط عليهم ولا يتداخل معهم ، لأن الأبعاد النسبية لـ "الفوتون" مع الحجم العام للهاتف الخلوي / الكمبيوتر الخاص بك غير مهم!
ولكن الآن إذا قمنا برمي كرة السلة ضد بعضنا البعض ، فعندئذ نعم ، سيكون لدينا تغيير في كرة السلة الأخرى ، وسوف تبدأ في التحرك ... ستكتسب طاقة حركية ، إلخ. بالنسبة لأبعاد المشكلة التي نتعامل معها الآن هي نفسها نسبيًا. نفس الشيء ينطبق على هذه المشكلة الفوتون (الضوء) والإلكترون.