برهم نهی کوانتومی به چه معناست؟

فهرست مطالب

برهم نهی کوانتومی به چه معناست؟ برای درک این موضوع تصور کنید که در سطح یک حوضچه دو نقطه مختلف به طور همزمان لمس کنید. امواج از هر نقطه به سمت بیرون پخش می‌شوند و در نهایت با یکدیگر همپوشانی پیدا می‌کنند و الگوی پیچیده‌تری را تشکیل می‌دهند. این برهم نهی امواج است.

به طور مشابه، در علم کوانتوم، اجسامی مانند الکترون‌ها و فوتون‌ها دارای خواص موجی هستند که می‌توانند به صورت بر هم نهی ترکیب شوند و به چیزی تبدیل شوند که برهم‌نهفته می‌گویند.

برهم نهی امواج در کوانتوم شهر دانش ایوان کسری

ریاضیات و برهم نهی

در حالی که امواج روی سطح یک حوضچه با حرکت آب تشکیل می شوند، امواج کوانتومی ریاضی هستند. آنها به صورت معادلاتی بیان می شوند که احتمالات یک شی را که در یک حالت معین وجود دارد یا دارای خاصیت خاصی است، توصیف می کنند.

معادلات ممکن است اطلاعاتی در مورد احتمال حرکت الکترون با سرعتی خاص یا ساکن شدن در یک مکان خاص ارائه دهند. هنگامی که یک الکترون در برهم نهی قرار دارد، حالات مختلف آن را می توان به عنوان نتایج جداگانه در نظر گرفت که هر کدام با احتمال خاصی برای مشاهده هستند.

می توان گفت که یک الکترون در برهم نهی دو سرعت مختلف یا در دو مکان در یک زمان قرار دارد. درک برهم نهی ممکن است به پیشرفت فناوری‌های کوانتومی مانند کامپیوترهای کوانتومی کمک کند.

در اصطلاح ریاضی، برهم نهی را می توان معادله ای در نظر گرفت که بیش از یک جواب دارد. وقتی x2 = 4 را حل می کنیم، x می تواند 2 یا -2 باشد. هر دو پاسخ صحیح است. حل توابع موج بر هم پیچیده تر خواهد بود، اما می توان با همان طرز فکر به آنها نزدیک شد.

گربه شرودینگر

تصور برهم نهی کوانتومی ممکن است دشوار باشد. در توصیف های سنتی از تشبیه سکه‌ای استفاده شده است که همزمان دو روی سکه رو به بالا است، یا آزمایش فکری معروف گربه شرودینگر، که در آن فیزیکدان اروین شرودینگر تصور می کند که گربه ای را در جعبه ای مهر و موم شده به همراه ماده ای سمی قرار می دهد که در عرض یک ساعت احتمال کشتن گربه با احتمال زنده ماندن گربه مساوی است.

شرودینگر پیشنهاد کرد که در پایان ساعت، می‌توان گفت که گربه هم زنده است و هم مرده، در برهم‌نهی حالت‌ها تا زمانی که جعبه باز شود، و اینکه عمل مشاهده به طور تصادفی مشخص می‌کند که گربه زنده است یا مرده. شرودینگر قصد داشت با این مثال پوچی علم کوانتوم را نشان دهد.

چگونه دانشمندان می توانند برهم نهی را مشاهده کنند؟

آزمایش های زیادی انجام شده است که به طور قطعی وجود برهم نهی را اثبات می کند. یک مثال از فیلترهای نور کمک می گیرد: صفحه نمایش هایی که به طور انتخابی نور را مسدود می کنند، مانند آنهایی که در عینک های آفتابی پلاریزه یا لنزهای دوربین یافت می شوند.نور قطبی شده در برهم نهی کوانتومی شهر دانش ایوان کسری

بیشتر نوری که در اطراف خود می بینیم ترکیبی از امواج مختلف است که از خورشید و منابع دیگر می آیند. قله ها و دره های این امواج به یکباره در جهات مختلف می چرخند. به عبارت دیگر، نور در برهم نهی از این حالت های قطبی شده مختلف است.

همانطور که امواج نور با محیط اطراف خود تعامل دارند، ویژگی های آنها تغییر می کند. نوری که از سطح دریاچه یا زمین پوشیده از برف منعکس می‌شود، به احتمال زیاد به صورت افقی قطبی می‌شود.

اگر این نور پس از آن با فیلتری مواجه شود که فقط به نور قطبی عمودی اجازه عبور می دهد، انعکاس مسدود می شود. اینگونه است که عینک های آفتابی پلاریزه در یک روز روشن، تابش خیره کننده سطوح بازتابنده را فیلتر می کنند.

برهم نهی زمانی آشکار می شود که بیش از یک فیلتر را به روش های مختلف ترتیب دهیم تا خواص اضافی نور را از بین ببریم. نوری که از یک فیلتر افقی عبور می کند، 100 درصد شانس عبور از فیلتر افقی دوم را دارد، یعنی همه آن از آن عبور می کند.

اگر این فیلتر دوم به تدریج به سمت یک جهت عمودی بچرخد، شانس عبور نور از هر دو فیلتر به طور پیوسته کاهش می یابد. هنگامی که فیلتر به مورب (45 درجه) می رسد، نیمی از نور از آن عبور می کند و زمانی که فیلتر عمودی باشد نوری از آن عبور نمی کند.

فیلتر نور برای نمایش برهم نهی شهر دانش ایوان کسری

اگر برهم نهی وجود نداشت، به محض اینکه فیلتر دوم حتی کسری از درجه می چرخید، نور کاملاً مسدود می شد زیرا تمام نوری که از فیلتر اول عبور می کرد کاملاً به صورت افقی قطبی می شد.
با کمال تعجب، افزودن یک فیلتر مورب بین فیلترهای افقی و عمودی اجازه می دهد تا مقداری نور از طریق سیستم عبور کند. این نیز نتیجه برهم نهی است.

فیلتر جدید اجازه می دهد تا 50 درصد از نوری که از فیلتر افقی عبور می کند. سپس، چون فیلتر جدید نسبت به فیلتر عمودی نیز مورب است، فیلتر عمودی اجازه عبور 50 درصد نور را می دهد.
فیلتر مورب برای “بازنشانی” برهم نهی نور با افزایش احتمال قطبش عمودی آن عمل می کند.

3 فیلتر نور افقی، مورب و عمودی برای نمایش اصل برهم نهی کوانتوم شهر دانش ایوان کسری

منبع : caltech

مطالب مرتبط
کسری نخعی
کسری نخعی
کارشناس ارشد مهندسی مکانیک از دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی | برنامه نویس پایتون و علاقه‌مند به پژوهش‌های علمی
اشتراک گذاری

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

fa Persian
X