مسعود نعمتی نسب سه شنبه 24 شهریور 1394 12:29 ب.ظ نظرات ()

حکایت آن مرد ژولیده

حکایت آن مرد ژولیده ، انیشتین

نگاهی به دستاوردهای انیشتین در سال طلایی


قسمت دوم:


اثر فتوالکتریک

سطح بعضی از فلزات بر اثر تابش های الکترومغناطیس (همانند پرتوهای بنفش و اشعه X ) از خود الکترون گسیل می کنند. نکته مهم آن است  که در پدیده فتوالکتریکاگر فرکانس تابش الکترومغناطیس از یک حد آستانه بیشتر باشد (که به بسته به نوع فلز و سطح فرق می کند) فوتون ها جذب شده و جریانی از الکترون ها برقرار می شود. اما اگر ... (ادامه در ادامه مطلب)

اثر فتوالکتریک

سطح بعضی از فلزات بر اثر تابش های الکترومغناطیس (همانند پرتوهای بنفش و اشعه X ) از خود الکترون گسیل می کنند. نکته مهم آن است  که در پدیده فتوالکتریکاگر فرکانس تابش الکترومغناطیس از یک حد آستانه بیشتر باشد (که به بسته به نوع فلز و سطح فرق می کند) فوتون ها جذب شده و جریانی از الکترون ها برقرار می شود. اما اگر فرکانس از مقدار آستانه کمتر باشد، الکترون ها نمی توانند انرژی کافی بدست آورده و از سد الکترواستاتیک سطح کریستالی فلز عبور کنند. هر فوتونی فقط می تواند یک الکترون گسیل کند و الکترونی که به این روش گسیل شده است فتوالکترون نام دارد. اثر فتوالکتریک مفهوم دوگانگی موج-ذره را توسعه داد. مفهوم دوگانگی موج ذره می گوید سیستم های فیزیکی (همانند فوتون ها) هم خواص موجی و هم خواص ذره ای از خود نشان می دهند. از این مفهوم بعدها برای پایه گذاری مکانیک کوانتوم استفاده شد. انیشتین توانست مبنای ریاضی پدیده فتوالکتریک را بر مبنای مفهوم کوانتوم نور که پیش از آن ماکس پلانک مطرح کرده بود، پایه ریزی کند. انیشتین مدعی شد که نور در بسته های جداگانه انرژی منتقل می شود و با استفاده از این مفهوم معادله ای نوشت که با نتایج آزمایش ها سازگار بود. باید در نظر داشت که ایده کوانتوم های نور در تقابل با نظریه موجی نور بود که جیمز کلرک ماکسول برای تفسیر رفتار امواج الکترومغناطیس ارائه کرد. از طرف دیگر این نظریه با مفهوم تقسیم پذیری بی نهایت انرژی در سیستم های فیزیکی در تضاد بود. حتی پس از آنکه آزمایش ها نشان دادند که معادله های انیشتین صحیح است، بعضی بنای ناسازگاری با آن را گذاشتند، زیرا به نظر می رسید این ایده در تضاد با نظریه الکترومغناطیس ماکسول است که گمان می رفت مفهوم آن را به خوبی درک کردند و نظریه ای اثبات شده است. انیشتین پیشگویی کرد که انرژی الکترون های گسیل شده به طور خطی با افزایش فرکانس نور برخوردی زیاد می شود، اما این مسئله به طور تجربی آزموده نشده بود تا آنکه رابرت اندرو میلیکان در سال 1915 نشان داد که نظریه انیشتین صحیح است. بدین ترتیب مشخص شد که چرا با افزایش شدت نور برخوردی الکترونی آزاد نمی شود، اما افزایش فرکانس می تواند باعث آزادسازی الکترون شود. لازم به یادآوری است که نمی توانستند چنین پدیده ای را با استفاده از توصیف کلاسیک خاصیت موجی نور تفسیر کنند. بعدها نظریه کوانتوم پیشرفت کرد و هایزنبرگ اصل عدم قطعیت خود را مطرح کرد. این اصل می گوید نمی توان مکان و سرعت یک ذره را به دقت به طور همزمان اندازه گرفت، زیرا با هر اندازه گیری دقیق مکان، عدم قطعیتی در سرعت ذره به وجود می آید و بالعکس. نکته مهم در اصل عدم قطعیت آن است که این عدم قطعیت ربطی به تجربه آزمایشگر و ناظر یا صحت کارکرد دستگاه اندازه گیری ندارد بلکه ذاتی طبیعت است. اما پذیرش این نکته برای بسیاری از جمله انیشتین دشوار بود چرا که اگر نتوانیم وضعیت فعلی یک سیستم را به دقت بدانیم قطعا آینده اش را هم نمی دانیم و خلاصه آنکه روابط علی مخدوش می شود. از دیگر ویژگی های سیستم های فیزیکی در سطح کوانتومی خصلت آماری و احتمالی بودن پدیده هاست، یعنی برای یک کمیت خاص با احتمال های مختلف، مقدار های مختلفی به دست می آید. لازم به یاد آوری است که انیشتین در مسئلهحرکت براونی می توانست آمار و احتمال را بپذیرد. منطقی است که در یک سیستم متشکل از تعداد زیاد اتم ها از آمار صحبت کنیم، اما آمار و احتمال در مورد یک الکترون واحد به چه معناست؟ چه عاملی باعث می شود که الکترون از خود رفتاری آماری بروز دهد؟ نیلز بور با ارائه مفهوم مکملیت خود شخص را حتی از پرسیدن چنین پرسشی منع می کرد. اما انیشتین از این وضعیت خرسند نبود. به همین دلیل به طراحی مجموعه ای از آزمایش های فکری دست زد تا بتواند اصل عدم قطعیت را رد کند. به گمان وی ظهور آمار و احتمال در سیستم های فیزیکی به معنای آن است که خداوند از خلقت جهان تاس می اندازد، مفهومی که اصلا به مذاقش خوش نمی آمد. بعدها انیشتین با همکاریپودولسکی و روزن سعی کرد که نشان دهد همه قسمت های واقعیت وارد نظریه کوانتوم نشده است، بنابراین کوانتوم نظریه ای ناکامل است. هرچند انیشتین پیر به کوانتوم پشت کرد، اما فیزیکدانان جوان تر با روی خوش از آن استقبال کردند و امروزه کوانتوم یکی از پایه های مستحکم فیزیک تجربی است که از پس توجیه بسیاری از مشاهده ها بر می آید و در عین حال کاربرد های بسیاری برای آن پیدا شده است.


منبع : سالنامه شرق 84 / نویسنده: سلیمان فرهادیان