فوتون ذره اي يا رشته اي ، فوتون يك ثانيه اي يا چند ثانيه اي ، كوانتيده شدن انرژي در همبافته فضا - زمان
قبل از شروع مبحث ، ميبايست توضيحات ساده و مختصري در مورد موج و انرژي پيوسته و همچنين موج و انرژي ناپيوسته يا كوانتومي ( بسته‌اي ) ارايه شود .
در شكل يك ، باطري انرژي نوسانگر را به طور پيوسته تامين مي‌كند . در نتيجه نوسانگر تا اتمام شارژ باطري ، امواج راديويي توليد و منتشر خواهد كرد . ولي در شكل دو ، خازن انرژي نوسانگر را به طور لحظه‌اي تامين مي‌كند . در نتيجه نوسانگر به نسبت انرژي ذخيره شده در خازن ، امواج راديويي را به صورت گسسته و مقطعي توليد و منتشر خواهد كرد . در فيزيك كلاسيك به راحتي ميتوان امواج الكترومغناطيس ( راديويي ) پيوسته را با استفاده از يك منبع تغذيه و يك مدار نوسانگر توليد و منتشر كرد ، ولي براي توليد نور ( طيفهاي مريي ) نياز به تحريك ترازهاي انرژي اتمها داريم . براي اينكار ميتوان درون تيوپ شيشه‌اي ، گاز بخصوص و يا خالصي پر كنيم ( حتي بخار فلزات ) و بعد از كم كردن فشار درون آن ، جرياني با ولتاژ بالا عبور دهيم كه نتيجه اين كار شارژ ميدان الكتريكي در ترازهاي اتم يا برخورد الكترونهاي جريان با الكترونهاي مدار اتمي است كه چون ترازهاي انرژي اتمها در جذب و گسيل نور محدوديت دارند ، اين نقل و انتقال انرژي در بازه‌هايي از كميت زمان انجام مي‌گيرد و مسلما كوانتومي خواهد بود .
همانطور كه در مبحث اصل تبادل انرژي كوانتومي توسط لايه‌ها و زير لايه‌ها در اتمها كاملا توضيح داده شد ، تبادل انرژي مابين اتمها به صورت كوانتومي و يا بسته‌اي است كه مربوط به فركانس موج بوده و از طريق معادله معروف پلانك يعني :
E=hf
به دست مي‌آيد كه E انرژي فوتون يا موج الكترومغناطيس گسسته ، f فركانس يا همان بسامد موج الكترومغناطيس و h ثابت پلانك ميباشد كه انرژي خردي معادل 34-^10*6.626 ژول بر ثانيه دارد .
همانطور كه ميدانيم تمامي قطارها يك لوكوموتيو يا همان كشنده دارند كه نيروي حركت يا شتاب كل مجموعه ( خود كشنده و واگنها ) را تامين مي‌كند . اينك براي محاسبه اندازه حركت يا تكانه قطار از فرمول زير استفاده مي‌كنيم .
P تكانه يا همان اندازه حركت قطار ، m جرم ، v سرعت ، mt جرم قطار ، vt سرعت قطار ، mv جرم هر واگن ، n تعداد واگنها و ml جرم كشنده يا همان اسب قطار است . اينك اگر مانعي بر سر راه قطار قرار گيرد در لحظه تصادم تمام اندازه حركت و يا انرژي جنبشي قطار به مانع منتقل ميشود و لازم نيست كه تمام واگنها از محل تصادم گذر كنند براي اينكه متريال قطار صلب و به هم متصل است و اين تكانه از واگن آخر تا واگن جلو و همچنين خود كشنده قطار به نقطه تصادم و مانع منتقل ميشود .
اگر تصادم با مانع سنگيني صورت بگيرد و تكانه در مدت زمان كوتاهي بخواهد منتقل شود ، طبيعي است كه واگنها از مسير خود و از روي ريل به بيرون منحرف ميشوند . براي اينكه واگنها با محور متحرك و چرخان به همديگر وصل شده و آزادي چرخش دارند و نيروي ضربه باعث پراكنده شدن آنها ميشود . همانطور كه در مبحث وارونگي ميادين الكتريكي ، توجيهي جديد براي توليد زوج ماده - پاد ماده . بر خلاف انتظار ما ، ماده - پاد ماده يكديگر را نابود نمي‌كنند گفته شد :
اشعه گاما از نوع امواج الكترومغناطيس ميباشد ، البته با فركانس بسيار زياد . طبق تعاريف فعلي موج الكترومغناطيس نوسان سينوسي يك ميدان الكتريكي است كه يك ميدان مغناطيسي مشابه نيز در راستاي عمود بر آن پديدار ميشود . به شكل ( نمودار ) زير توجه نماييد .
اينك اين دو ميدان موجي شكل را از هم تفكيك و جدا جدا برسي مي‌كنيم :
همانطور كه ميدانيم قطبهاي همنام الكتريكي و مغناطيسي همديگر را مي‌رانند و در موج الكترومغناطيسي ، در كنار هم قرار گرفته‌اند پس با تصادم اين امواج ايكس و گاما ، تكانه و ضربه آخرين طول موج گسسته توسط رانش و نيروي دافعه الكترومغناطيسي قطبهاي همنام به طول موج اول و همچنين نقطه تصادم و مانع يا هدف انتقال مي‌يابد ، همچنين تكانه ساير طول موجها و لازم نيست كه حتما تمامي طول موجها از نقطه تصادم و مانع گذر كنند . اينك تكانه يا اندازه حركت موج الكترومغناطيس كوانتيده و يا اصطلاحا فوتون را اندازه گيري مي‌كنيم .
در اين مثال E انرژي مربوط به هر سيكل يا بسامد موج الكترومغناطيس است كه مقدار آن h ثابت پلانك ميباشد و λ طول موج است . در مرحله اول تكانه هر سيكل موج را محاسبه مي‌كنيم .
E انرژي و m جرم در رابطه هم ارزي جرم و انرژي نسبيت ، c سرعت نور و λ طول موج است . بعد از بدست آوردن اندازه حركت يك سيكل موج ، آن را در فركانس كل البته در طول مدت يك ثانيه ضرب و تكانه كل موج الكترومغناطيس گسسته را بدست مي‌آوريم:
كه نتيجه بدست آمده همان نتايج بدست آمده قبلي است يعني :
و نتيجه گيري كلي اين است كه انرژي در بازه‌هايي از هم بافته فضا - زمان كوانتيده ميشود كه مربوط به زمان يعني همان ثانيه و مسافت پيموده شده توسط نور در يك ثانيه است كه بيانگر اين واقعيت مهم است كه تقسيمات زماني رايج و مرسوم ما همچون ثانيه ، دقيقه ، ساعت و ... كار انسان نيست بلكه مربوط به موجودات فوق هوشمندي ميشود كه از هندسه و رياضيات پيشرفته‌اي همچون حساب دوجيني استفاده مي‌كنند و آنها اين دانش اندازه گيري زمان و تقويم را به ما انتقال داده‌اند و اولين ساعت يعني نشانگر زمان به دست آنها ساخته شده است براي اينكه واحد فركانس مورد استفاده در رابطه پلانك به صورت سيكل بر ثانيه است و اين يعني اينكه انرژي الكترومغناطيس در كميت زمان و واحد آن ثانيه و همچنين كميت طول و واحد آن يعني متر كوانتيده و يا بسته بندي ميشود . ما ميتوانيم اين بسته را به صورت ذره‌اي مكانيكي يعني فوتون و يا به صورت رشته‌اي به طول ct و t=1 در نظر بگيريم . امواج الكترومغناطيس در هنگام جذب و توليد و برخورد با مانع رفتارهاي گوناگوني از خود نشان مي‌دهند . به طور مثال دسته‌اي از آنها توسط لايه‌هاي اتمسفر منعكس ميشوند و بعضي از آنها مثل مايكروويو ( رادار ) توسط آب جذب ولي توسط اجسام صلب منعكس ميشود . همچنين طيفهاي مريي نور توسط سطوح صيقلي مثل آينه منعكس ميشوند و اشعه گاما جذب زوج الكترون - الكترون شده و زوج الكترون - پوزيترون را پديدار مي‌كند و اشعه ايكس نيز در پديده كامپتون اگر زاويه تابش عمود باشد منعكس شده ولي اگر كمتر باشد مقداري از انرژي آن جذب الكترون شده و بقيه موج منحرف ميشود و ......... كه همگي اينها فقط با تصور ذره گون بودن الكترومغناطيس و نور قابل توجيه نيستند ، بلكه كوانتوم نور يا همان فوتون ذاتا ذره‌اي نبوده بلكه به صورت رشته‌اي به طول ct و t يك ثانيه و طول موج λ و تعداد آن به مقدار f ميباشد يعني شكل زير :
ولي اين كوانتومها ميتوانند با ذرات بدون جرم برهمكنش كرده و انواع ذرات جرمدار و يا باردار را پديدار كنند . با اين تواصيف تمام فوتون هاي تابش شده توسط اتمها يك ثانيه‌اي هستند و اين مسئله به اين معني نخواهد بود كه انتشار و جذب آنها يك ثانيه زمان بر است بلكه انرژي كوانتومهاي الكترومغناطيس در همبافته - فضا زمان به مقدار ثابت c بسته بندي و كوانتيده ميشوند . و سرعت توليد و انتشار و همچنين جذب آنها خيلي خيلي كوتاه تر از يك ثانيه و تقريبا آني است . و حال اين سوال مهم مطرح ميشود كه آيا ما ميتوانيم كوانتومهاي انرژي الكترومغناطيس را به هم متصل و يك پارچه كنيم ؟ كه اگر موفق به انجام دادن اين كار شويم مسلما انرژي اين كوانتومها از رابطه زير به دست خواهد آمد :
t زمان در واحد ثانيه است كه اين فوتونها ، كوانتومهاي چند ثانيه‌اي ناميده شده و انرژي فوق‌العاده زيادي خواهند داشت و توليد و انتشار آنها ممكن و عقلاني به نظر ميرسد براي اينكه امواج راديويي با طول مدت زيادي توليد ميشوند . به طور مثال انرژي يك كوانتوم ( فوتون رشته اي ) گاماي 60 ثانيه اي ( يك دقيقه اي ) را بر آورد مي‌كنيم :
كه چنين به نظر ميرسد انرژي اين كوانتوم گاماي يك دقيقه‌اي براي شكافتن هر هسته سنگين خصوصا هسته فلزات كافي باشد و از اين روش بتوان هسته اورانيوم معدني و غني نشده را خيلي راحت شكاف داد و به انرژي فراوان و ارزاني دست يافت . هر چند كه اين مولدهاي فوتون چند ثانيه اي ميتوانند كاربرد نظامي هم داشته باشند يعني با تاباندن اين كوانتومهاي چند ثانيه‌اي به هدف ، جرم خود هدف انرژي بسيار زياد هسته‌اي را براي انهدام خودش فراهم و تامين مي‌كند . به هر حال اين موضوع مربوط به ذات بشر و علم فيزيك است كه از تمامي پديده‌ها و علوم ميتوان در دو مسير صلح آميز يا جنگي بهره جست و ابراز و هشدار آن از طرف ارايه كننده نظريه الزامي است و كاربرد نظامي داشتن آن نمي‌تواند مانع از ارايه خود نظريه شود ، براي اينكه مسئوليت استفاده از آن به عهده سازنده و در اختيار دارنده سلاح است نه نظريه پرداز آن پديده . ولي بايد به اين نكته اشاره كرد كه اگر موفق به توليد كوانتومهاي چند ثانيه اي انرژي الكترومغناطيسي شويم به راهكاري به مراتب آسان تر از شكافت فعلي و يا همجوشي هسته اي در آينده دست يافته‌ايم ، براي اينكه ميتوان از فلزاتي همچون تنگستن استفاده كرد و سرعت واكنش شكافت را با شدت مولد تابش امواج ليزر گونه تنظيم كنيم . شايد اين موضوع جديد خيلي عجيب بنظر برسد و بهتر است كمي مسئله روشن تر شود! فرض كنيد كه موجودات هوشمندي در سياره اي بسيار دور از ما زندگي مي كنند كه در تقسيمات زماني‌شان ، يك ثانيه آنها معادل دو ثانيه ماست . آنها چون موجودات متفكر و دانش دوستي هستند ، در پديده فتوالكتريك متوجه كوانتومي بودن انرژي امواج الكترومغناطيس شده اند و براي محاسبه كردن انرژي آن به رابطه پلانك دست يافته اند. با اين تفاوت كه ثابت پلانك آنها نصف ثابت پلانك ما محاسبه شده است چون :
S ثانيه آنها كه معادل دو ثانيه ماست ، F فركانس اندازه گيري شده توسط آنها براي موج الكترومغناطيس كه دو برابر فركانس اندازه گيري شده توسط ما براي همان طيف معين و مشخص است ، H ثابت پلانك محاسبه شده توسط آنهاست كه مسلما ميبايست نصف ثابت پلانك محاسبه شده توسط ما باشد تا آنها و ما در اندازه گيري مقدار انرژي كوانتوم الكترومغناطيس مربوط به طيف مشخص و معيني به نتيجه واحدي برسيم . اين موجودات هوشمند يقينا با دست آوردهاي اصل هم ارزي جرم و انرژي نسبيت ، روابط دوبروي و كامپتون و .... آشنايي كامل دارند و به معادلات زير دست خواهند يافت :
C سرعت ثابت نور آنهاست كه دو برابر عددي سرعت اندازه گيري شده توسط ما براي سرعت نور است و V سرعت اندازه گيري شده توسط آنها براي اجسام متحرك كه دو برابر عددي اندازه گيري شده توسط ماست و براي پديده كامپتون خواهيم داشت :
كه در رابطه فوق m[SUB]e[/SUB] جرم سكون الكترون و θ زاویه پراكندگي ، λ طول موج فوتون تابشي و'λ طول موج فوتون پراكنده شده است . كه در نهايت اين موجودات هوشمند به اين نتيجه خواهند رسيد كه در تقسيم بندي زمان و تعيين واحد استاندارد اندازه گيري زمان خطا كرده اند و براي حذف اين ضرايب عددي از معادلات فوق ، واحد اندازه گيري زمان خود را به ثانيه ما تغيير و اصلاح مي كنند. به بيان ديگر چون اينچنين دانشي در ميان اجداد ما وجود نداشته است ، ميتوان به اين نتيجه گيري كلي رسيد كه موجودات هوشمندي قبل از ما مي زيسته اند كه اين تجربيات را داشته و تقسيمات زماني فعلي ما ، منجمله ثانيه را انجام داده اند و در نهايت به ما منتقل شده است .
" سرعت نور شكسته شد محققان دانشگاهي در سوئيس سيگنالي را رديابي كردند كه سرعتي بالاتر از سرعت نور دارد . به گزارش خبرگزاري مهر ، محققان دانشگاه ژنو در سوئيس موفق به كشف سيگنالي شدند كه سرعت حركت آن از سرعت نور بيشتر است . در دنياي خارق‌العاده كوانتوم و مكانيك كوانتومي ، پديده‌اي به نام درگيري ذرات با يكديگر وجود دارد به اين معني كه اگر دو ذره كه به شدت با هم در ارتباطند را از يكديگر جدا كرده و در فاصله طولاني از هم نگه داريم ، علي رغم فاصله‌اي كه بين آنها وجود دارد ، در صورت بروز تغيير در يكي از ذره‌ها ديگري نيز دچار تغيير خواهد شد . اين پديده توسط دكتر دانيل سالارت و همكارانش در دانشگاه ژنو مورد بررسي قرار گرفت . وي دو فوتون نور مرتبط و درگير به هم را در آزمايشگاه به فاصله 18 كيلومتر از يكديگر دور كرد و با بررسي خصوصيات هر يك از آنها دريافت كه با تغيير در هر كدام ديگري نيز متحول مي شود . وي اين آزمايش را بر روي جفتهاي زيادي از فوتونها انجام داد كه نتايج به دست آمده مشابه نتيجه اوليه بود . با مشاهده اين نتايج محققان به اين نتيجه رسيدند كه بين اين دو ذره سيگنالي در حال حركت است كه خصوصيات يكي را به ديگري منتقل مي كند . بر اساس گزارش NewScientist، محققان بر اين باورند كه اين سيگنال بايد سرعتي 10000 بار بيشتر از سرعت نور داشته باشد تا بتواند خصوصيت يك فوتون را به ديگري منتقل كند . نظريه ديگري كه اين تيم ارائه داد مبني بر اين است كه سنجش خصوصيات يك فوتون به سرعت بر روي فوتونهاي ديگر نيز تاثير مي گذارد .
این مشاهده فیزیکی میتواند ثابت کند که بر خلاف انتظار ما فوتونها ذره گون نیستند بلکه رشته های موجی شکلی هستند که به وسیله منبع تولید مشترک خود ، میتوانند با یکدیگر در ارتباط باشند و هر تغییری را به یکدیگر منتقل کنند .
