به گزارش خبرنگار ایمنا، مکانیک کوانتومی شاخه‌ای بنیادی از فیزیک نظری است که با پدیده‌های فیزیکی در مقیاس میکروسکوپی سر و کار دارد. در این مقیاس، کنش‌های فیزیکی در حد و اندازه ثابت پلانک بوده که مقدار عددی این ثابت بسیار کوچک و برابر با ۶.۶۲۶ ضربدر ۱۰ به توان منفی ۳۴ ژول بر ثانیه است. بنیادی‌ترین تفاوت مکانیک کوانتومی با کلاسیک در این است که «مکانیک کوانتوم» توصیفی سازگار با آزمایش‌ها از ذرات در اندازه‌های اتمی و زیراتمی به ما ارائه می‌دهد؛ اما «مکانیک کلاسیک» این گونه نیست.
فیزیک کوانتوم علمی است که موارد مختلف را در ابعاد ریز و بسیار کوچک مورد مطالعه و بررسی قرار می‌دهد؛ البته این علم پیرامون سیستم‌های بزرگ مقیاسی ازجمله کهکشان‌ها و ستارگان نیز توضیحاتی ارائه داده است که در مسائل مختلف پیرامون کهکشان‌ها و ستارگان از علم و نظریه‌های مختلف کوانتوم استفاده می‌شود. برای شناخت و بررسی بیشتر علم کوانتوم با احسان تمنده، کارشناس‌ارشد فیزیک سامانه‌های پیچیده گفت‌وگویی انجام داده‌ایم که در ادامه می‌خوانید:
فیزیک کوانتوم برای توضیح چه پدیده‌هایی استفاده می‌شود؟
هنگامی که به دنیای اطراف نگاه می‌کنیم، با پدیده‌هایی روبه‌رو می‌شویم که در دو دسته پیوسته و گسسته تقسیم‌بندی می‌شود. در بین این پدیده‌ها، مواردی که حالت پله‌ای دارد و حرکت و جابه‌جایی در آن‌ها به صورت پله‌ای انجام می‌شود، گسسته و پدیده‌هایی که به صورت طیفی رخ می‌دهد مانند مصرف انرژی در طول روز پیوسته شناخته می‌شود؛ اما در دنیای اتم و ذرات بنیادی با پدیده‌های متفاوتی مواجه می‌شویم که برای توضیح بهتر آن‌ها از فیزیک کوانتوم استفاده می‌کنیم.
کوانتوم در علم فیزیک چه معنایی دارد؟
کوانتوم در زبان لاتین به معنای مقدار است؛ اما در علم فیزیک این واژه به عنوان کوچک‌ترین واحد گسسته ممکن در هر مشخصه فیزیکی شناخته می‌شود، مانند ماده و انرژی که کوچک‌ترین واحد گسسته آن‌ها کوانتوم خوانده می‌شود. این واژه برای نخستین‌بار توسط «ماکس پلانک» استفاده شد.
تفاوت فیزیک کوانتوم با کلاسیک چیست؟
فیزیک کوانتوم و کلاسیک، تفاوت‌های اساسی بسیاری با یکدیگر دارد؛ اما به صورت کلی در مورد تفاوت این دو علم می‌توان به این مسئله اشاره کرد که در فیزیک کلاسیک با در اختیار داشتن دانشی کلی از گذشته، می‌توان آینده را محاسبه کرد؛ به طور مثال اگر از آینده نیز اطلاعاتی به‌دست بیاوریم، می‌توانیم اطلاعات دقیقی از گذشته کسب کنیم، اما فیزیک کوانتوم این طور نیست و شرایط متفاوت‌تری دارد.
چرا نمی‌توان در فیزیک کوانتوم آینده را با استفاده از اطلاعات گذشته محاسبه کرد؟
دلیل اینکه نمی‌توان در فیزیک کوانتوم با قطعیت درباره آینده نظر داد، این است که ذرات در فیزیک کوانتوم ذره یا موج شناخته نمی‌شود بلکه به عنوان ترکیبی از این دو حالت محسوب می‌شود؛ بنابراین نمی‌توان تنها با داشتن علم کافی درمورد گذشته، به‌طورقطعی پیرامون آینده نظر داد، بلکه می‌توان احتمالاتی را درخصوص وقایع آینده مطرح کرد.
نظر دانشمندان درباره فیزیک کوانتوم و کلاسیک چیست؟
دانشمندان و فیزیکدان‌ها برای جداسازی فیزیک کوانتوم از کلاسیک، عبارت ثابت پلانک را مورد استفاده قرار می‌دهند و معتقدند اگر این ثابت در محاسبه‌ای استفاده شود، معادله مربوط به فیزیک کوانتوم است و این یک مسئله بسیار کلی بین فیزیک کوانتوم و کلاسیک محسوب می‌شود. در حالت‌های حدی فیزیک کلاسیک از کوانتوم استخراج می‌شود که به آن اصل تطابق گفته می‌شود.
در علم کوانتوم چه پدیده‌هایی مشاهده می‌شود؟
هنگامی که به مطالعه فیزیک کوانتوم می‌پردازیم، پدیده‌های عجیبی مشاهده می‌شود که نمونه آن‌ها «نور» است. نور در محیط کوانتوم به صورت ذره و موج رفتار می‌کند که این رفتار دوگانه نور را نشان می‌دهد و جزو عجیب‌ترین بخش‌های علم کوانتوم محسوب می‌شود.
مکانیک کوانتوم چیست؟
مکانیک کوانتوم، یکی از شاخه‌های بنیادی فیزیک نظری است که به بررسی پدیده‌های فیزیک در مقیاس میکروسکوپی می‌پردازد. در این مقیاس رفتارهای فیزیکی و کنش‌هایی که رخ می‌دهد در حد و اندازه بسیار کوچک ثابت پلانک است.
تفاوت مکانیک کوانتوم با کلاسیک چیست؟
اساسی‌ترین و بنیادی‌ترین تفاوت مکانیک کوانتوم با کلاسیک این است که «مکانیک کوانتوم»، توصیف‌های بسیار سازگاری با آزمایش‌های رخ‌داده در ذرات یا اندازه‌های اتمی و زیراتمی به ما ارائه می‌دهد، اما «مکانیک کلاسیک» به این شکل نیست و اغلب نتایج آن در قلمرو میکروسکوپی نادرست است. بنابراین این حقیقت وجود دارد که مکانیک کوانتوم، بنیادی‌تر از مکانیک نیوتونی و الکترومغناطیس کلاسیک است؛ زیرا در مقیاس‌های اتمی و زیراتمی تنها مکانیک کوانتوم با دقت بسیار زیادی موارد را توصیف می‌کند و نظریه‌های دیگر با شکست مواجه شد.
مکانیک کوانتوم چگونه شکل گرفت؟
در ابتدای قرن بیستم میلادی، دانشمندان اطلاعات و کشفیاتی از طریق تجربه کسب کردند که در مقیاس اتمی، فیزیک کلاسیک نمی‌توانست آن‌ها را توجیه کند و همین اتفاقات و تضادهایی که ایجاد شد، موجب زنده شدن ایده‌های اولیه برای ابداع مکانیک کوانتوم شد. در نیمه نخستِ قرن بیستم، مکانیک کوانتومی با تلاش دانشمندانی از جمله هایزنبرگ، ماسک پلانک، آلبرت انیشتین و شرودینگر شروع و پیشرفت‌های بسیاری حاصل شد؛ امروزه نیز این نظریه بسیار کامل است و روزبه‌روز در حال پیشرفت است.
مشکل مکانیک نیوتونی و الکترومغناطیس کلاسیک چه بود؟
ساده‌ترین نمونه از نادرست بودن توصیف‌ها این بود که اگر مکانیک نیوتونی و الکترومغناطیس کلاسیک بر رفتار اتم‌ها حاکم بود، الکترون بسیار سریع به سمت هسته سقوط می‌کرد و موجب ناپایداری اتم‌ها می‌شد؛ اما در دنیای واقعی الکترون‌ها در مواقع به‌خصوصی اطراف اتم‌ها باقی مانده و این سقوط‌ها رخ نمی‌دهد؛ نخستین راه‌حل این تناقض توسط دانشمندی ارائه شد و برای اولین‌بار از طیف هیدروژنی استدلال صورت گرفت که پس از آن نیز دانشمندان دیگری شروع به فعالیت کردند و به مرور علم مکانیک کوانتوم بر پایه فیزیک کوانتوم شروع به پیشرفت کرد و به چیزی که امروزه مشاهده می‌شود، تبدیل شد که به مرور زمان در حال پیشرفت است و در علم نوین بسیار کاربرد دارد.
نظر شما