درخت، میز، ابر، سنگ ... علم قرن بیستم همه ی اینها را تجزیه کرده و به یک چیز رسیده: توده ای از امواج-ذرات چرخان که از قوانین فیزیک کوانتوم پیروی می کنند. یعنی همه ی اشیایی که مشاهده می کنیم، تصاویر سه بعدی هستند که طبق فرآیند هسته ای و الکترومغناطیسی از امواج متحرک و ایستا تشکیل شده اند. اصلا همه ی اشیای جهان ما، تصاویری سه بعدی اند که به همین روش الکترومغناطیسی تهیه شده اند. به عبارت دیگر، نوعی ابرهولوگرام هستند. 📗چارلز موزس (کتاب آگاهی و واقعیت) کانال علمی عرفانی👇 @wittj2

🔮🎷گام بزرگی برای مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی ✍توسط ناهید سادات ریاحی در ۹ اردیبهشت ۱۳۹۵تازه ترین اخبار کوانتومی فیزیک کوانتومی مکانیک کوانتومی، علم شگفت انگیزی است که در دنیای ذرات زیراتمی، حکمفرمایی می کند. حالا دانشمندان موفق شده اند گام مهمی در راستای مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی بردارند. همانطور که می دانید اشیای کوچکی مثل الکترون ها و اتم ها طبق قوانین مکانیک کوانتومی رفتار می کنند. منظور از رفتارهای کوانتومی، نشان دادن اثراتی مانند برهم نهی، درهم تنیدگی وتله پورت است که هر یک دنیای از شگفتی هستند. یکی  از جذاب ترین سوالاتی که در مورد علم کوانتوم، پرسیده می شود، مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی است.  به نظر شما آیا روزی می رسد که اشیای بزرگی مانند یک فنجان قهوه هم رفتارهای کوانتومی از خود نشان دهند؟ واقعیت این است که در حال حاضر دانشمندان، تلاش می کنند تا به این سوال، پاسخ مثبت بدهند. در مقاله ی حاضر، فیزیکدانان دانشگاه صنعتی دلفت هلند، سعی کرده اند تا مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی را امکان پذیر کنند و جالب اینکه تا حد زیادی موفق به این کار شده اند. به این منظور، آنها غشایی با انعکاس پذیری بالا ساختند که با چشم غیرمسلح، قابل رویت است و می تواند با کوچکترین تغییر انرژی در دمای اتاق، ارتعاش و نوسان کند. نتیجه ی این پژوهش جالب در ژورنال Physical Review Letters منتشر شد. مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی :تاب خوردن تصور کنید در یک پارک و روی یک تاب نشسته اید. حالا از دوست خود میخواهید تا شما را یکبار هل دهد. حالا تصور کنید که به همین یکبار هل، نزدیک به ده سال، بدون وقفه تاب بخورید! شگفت انگیز است، اما واقعی! دانشمندان، یک نسخه ی میلی متری از چنین تابی را روی یک تراشه ی سیلیکونی ساختند! مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی : تنش کششی به منظور انجام ایجاد تنش کششی، دانشمندان، فیلم های بسیار نازکی از سرامیک را روی تراشه های سیلیکونی قرار دادند. این کار به آنها اجازه می داد تا یک میلیون پوند بر اینچ تنش کششی را داخل غشاهای معلق میلی متری که فقط ۸ برابر ضخیم تر از عرض یک DNA هستند، مهندسی کنند. جالب است بدانید که این تنش کششی ، ۱۰ هزار برابر فشار روی یک تایر خودرو است. هندسه ی فوق نازک و  انرژی های زیاد ذخیره شده در این غشاها، باعث می شود تا آنها، زمان فوق العاده زیادی با اتلاف میزان بسیار کمی انرژی، ارتعاش کنند. مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی :ابرآینه ها برای کنترل موثر حرکت غشاها با لیزر، این غشاها باید فوق العاده انعکاس پذیر باشند. به دلیل نازکی فوق العاده ی این ساختار، تنها راه برای بدست آوردن این انعکاس پذیری بالا، ایجاد شبه ماده از طریق قلم زنی یک الگوی میکروسکوپی در داخل غشا بود. دانشمندان، باریک ترین آینه ی جهان را با انعکاس پذیری بیش از ۹۹ درصد ساختند. این غشاها همچنین بهترین حسگرهای نیرو در دمای اتاق هستند، چرا که آنها می توانند کشش گرانشی بین دو نفر که ۱۰۰ کیلومتر از یکدیگر دور هستند را اندازه گیری کنند! مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی :دمای اتاق انعکاس پذیری بالا به همراه ایزوله سازی فوق العاده، به دانشمندان اجازه داد تا برای نخستین بار در دمای اتاق، بر مانع بزرگی که بر سر راه مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی بود، غلبه کنند؛ چرا که حتی یک ارتعاش، برای گرم کردن و خراب کردن ماهیت شکننده ی کوانتومی اشیای بزرگ، کافی است. (چیزی که به آن، واهمدوسی کوانتومی گفته می شود). به همین دلیل، دانشمندان برای از بین بردن چنین گرمایی، بر سیستم های برودتی یا سرمایشی بزرگ برای سرد کردن و ایزوله کردن دستگاه های کوانتومی، تکیه کردند. ایجاد نوسانگرهای کوانتومی بزرگی که در برابر واهمدوسی در دمای اتاق، به اندازه ی کافی، قوی هستند، یک شاهکار برای فیزیکدانان به حساب می آید. مشاهده ی فیزیک کوانتومی در زندگی واقعی :فنجان قهوه یکی از قوی ترین پیش بینی های مکانیک کوانتومی این است که اشیا می توانند به طور همزمان در دو مکان باشند که به آن، برهم نهی کوانتومی گفته می شود. این پدیده برای اشیای کوچکی مانند الکترون ها یا اتم ها، به وضوح ثابت شده است. اما مکانیک کوانتومی می گوید که همین قواعد باید برای اشیای ماکروسکوپی مانند فنجان قهوه هم برقرار باشد. مثلا تصور کنید یک فنجان قهوه به طور همزمان می تواند روی میز با داخل ماشین ظرفشویی باشد یا گربه ی شرودینگر می تواند به طور همزمان واقعاً  زنده یا مرده باشد. اما این رفتاری نیست که ما در زندگی روزمره ی خود می بینیم! فنجان قهوه یا روی میز است یا در ماشین ظرفشویی و گربه یا زنده است یا مرده. از نظر آزمایشگاهی اثبات اینکه یک گربه در دمای اتاق، به طور همزمان مرده و زنده باشد، هنوز یک سوال باز در مکانیک کوانتوم

ی است. پژوهش حاضر می تواند در نهایت منجر به مشاهده ی گربه های کوانتومی در مقیاس زندگی روزمره شود. عضویت👇 @wittj2

متفاوتی دارند. ابرتقارن یک توسعه‌ی منطقی و جذاب از فیزیک شناخته شده است و می‌تواند با ریاضیات زیبایی، پیاده‌سازی شود. بسیاری از فیزیکدانان، احساس می‌کنند که ابرتقارن شایسته حقیقت داشتن است، اما علاقه ما مهم نیست چرا که حرف آخر را طبیعت می‌زند! در حالی که شواهد غیر مستقیم و متقاعد کننده‌ای برای ابرتقارن وجود دارد، اما تاکنون اثبات مستقیمی برای آن پیدا نشده است. برای این کار، ما باید ابرهمزادها را پیدا کنیم. جستجوی ابرهمزادهای ذرات شناخته شده، دغدغه‌ی بسیاری از محققان برخورد دهنده بزرگ هادرونی (LHC) است. اما متاسفانه تاکنون نتایج، منفی بوده است. با این وجود هنوز امید و ظرفیت زیادی برای اکتشاف ابرهمزادها وجود دارد، چرا که هر چه LHC با انرژی بیشتری کار کند، برخوردهای بیشتری تحلیل خواهند شد و شانس اکتشاف بالا خواهد رفت. ⭐️پرده سوم: آمار کوانتومی واضح است که آمار کوانتومی، یکی از دانش‌های بنیادی ما در مورد طبیعت است. از طرفی وقتی درباره وحدت ماده، کنکاش می‌کنیم، سوالات عمیق دیگری، پیش می‌آید. برای درک چنین مفاهیم مهمی، ابتدا باید مبانی را خوب بفهمیم. کوانتوم آماری واقعا چیست؟ پاسخ نوین به این پرسش، بسیار عمیق و زیباست. این پاسخ در اواخر دهه ۱۹۷۰، حدود ۵۰ سال پس از بلوغ مکانیک کوانتوم، ظهور کرد و با کارهای پیشروی جان لیناس و ژان میرهیم، توسعه یافت. به صورت خلاصه، آمار کوانتومی، بازتاب توپولوژی خطوط جهان کوارتیکل‌هاست. در ادامه، رازها و پیچیدگی‌های این جمله‌ی به ظاهر ساده را خواهیم شکافت. در نظریه کوانتوم، احتمال یک فرایند، با مجذور دامنه تابع موج آن بیان می‌شود. دامنه‌ها نسبت به احتمالات، بنیادی‌تر بوده و از قوانین ساده‌تری پیروی می‌کنند. از این رو مساله اصلی در دینامیک کوانتومی، محاسبه دامنه تابع موج آرایش‌ ذرات در زمان‌های متفاوت است. در محاسبه دامنه کلی برای دو کوارتیکل تمیزناپذیر که در آغاز در مکان‌های A و B هستند و در پایان در C و D، باید سهم تمام حرکات ممکن که مکان آغازین را به مکان نهایی متصل می‌کند، درنظر بگیریم. این مسیرها، خطوط جهانی کوارتیکل‌ها هستند. حرکت‌ها به دو دسته تقسیم می‌شوند: اول، کوارتیکل‌هایی که از نقاط A و B، حرکت را آغاز کرده به ترتیب به نقاط C و D می‌روند، و دسته دوم به ترتیب به نقاط D و C می‌روند. کانال علمی عرفانی👇 @wittj2

🔮🎷ظهور ذرات شگفت‌انگیزی به نام انیون از قلب آمار کوانتومی در دنیایی دو بعدی ! ✍یاسر سلیمی در ۱۸ فروردین ۱۳۹۶ تازه ترین اخبار کوانتومی دیپرلوک شیمی کوانتومی ذرات کوانتومی، دنیایی از شگفتی در دل خود دارند. آمار کوانتومی نشان می‌دهد دو نوع ذره در عالم داریم، فرمیون و بوزون. اما این همه‌ی ماجرا نیست، ذرات جذاب دیگری به نام انیون ها متولد شده اند که در دنیای دو بعدی زندگی می‌کنند. آنها نه در دنیای فرمیون ها جای می‌گیرند و نه در قالب بوزون ها. این ذرات شگفت‌انگیز، کاربردهای بسیار جذابی دارند. این نوشتار، ترجمه‌ای از مقاله فیزیکدان نظری و برنده جایزه نوبل، ✍فرانک ویلچک است، فیزیکدانی که برای اولین بار، نام انیون را برای این ذرات شگفت انگیز انتخاب کرد. این مقاله، ماه پیش، در سایت معتبر Quantamagazine منتشر شد. ⭐️پرده اول: کوارتیکل یا ذرات کوانتومی پیش از پدید آمدن مکانیک کوانتوم، فیزیک پایه درگیر دوگانگی عجیبی بود. از طرفی، میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی را داشتیم که دارای ویژگی‌های زیر بودند: از قوانین ماکسول پیروی می‌کردند میدان‌ آنها تمام فضا را پر کرده بودند پیوسته بودند از سوی دیگر اتم‌ها را داشتیم که از مکانیک نیوتون پیروی می‌کردند. اتم‌ها از نظر فضایی اشیایی محدود و در حقیقت، بسیار ریز و مجزا بودند. در قلب این دوگانگی تقابل میان نور و ماده بود، زمینه‌ای که نه تنها دانشمندان، بلکه هنرمندان و عارفان را برای قرن‌ها شیفته خود کرده بود. یکی از افتخارات نظریه کوانتوم این است که این دیدکاه دوگانه ماده را با دیدگاهی یکپارچه جایگزین کرده است. ما یاد گرفتیم از فوتون‌ها میدان‌ها را بسازیم و از الکترون‌ها اتم‌ها را ( البته همراه با دیکر ذرات بنیادی دیگر). هم الکترون‌ها و هم فوتون‌ها با استفاده از ساختاری ریاضیاتی توصیف می‌شوند. آن‌ها ذره هستند از این نظر که مجزا بوده و دارای خواص قطعی و قابل بازسازی هستند، اما به «ذرات» مکانیک کوانتومی، نمی‌توان مکان قطعی در فضا نسبت داد، بلکه نتایج ممکن اندازه‌گیری مکان آنها، به صورت توزیعی از احتمالات داده می‌شود. این توزیع، یک میدان فضا پرکن است که تابع موج آن ذره نامیده می‌شود. ار نظر مفهومی، ذرات کوانتومی چنان تفاوت قابل توجهی نسبت به اجداد کلاسیکشان دارند که به نظر می‌رسد باید اسم متفاوتی برای آنها برگزینیم. همانطور که «کیوبیت» کوانتومی متناظر با «بیت» کلاسیک نامگذاری شده است، من هم اینجا عبارت «کوارتیکل» را برای ذره (پارتیکل یا Particle) کوانتومی استفاده می‌کنم. توجه کنید در این واژه، تاکید روی خاصیت ذره‌ای است؛ در مقابل خاصیت ذره‌ای، خاصیت موجی قرار می‌گیرد که واژه «ویویکل» (wavicle) را برای آن در نظر می‌گیرم. ⭐️پرده دوم: فرمیون ها و بوزون ها وحدت کوانتومی نور و ماده، در عین راضی‌کننده بودن، در دامنه‌ی محدودی، واقع شده است. وقتی پا را فراتر از یک تک کوارتیکل گذاشته و به دنبال بررسی رفتار مجموعه‌ای از کوارتیکل‌های یکسان می‌رویم، دوگانگی جدیدی پدید می‌آید. جهان ذرات کوانتومی به دو قلمرو بزرگ و البته ناسازگار بایکدیگر تقسیم می‌شود: قلمرو بوزون‌ها که به نام ساتیندرا بوز نامگذاری شده، و قلمرو فرمیون‌ها که به افتخار انریکو فرمی این نام را به خود گرفته است. تمام ذرات، یا بوزن هستند یا فرمیون. برهمکنش‌ میان بوزون‌ها بسیار متفاوت با فرمیون‌هاست. ما این اثر را آمار کوانتومی می‌نامیم. برای آشنایی بیشتر، یک معرفی ساده را ارائه می‌کنیم. بوزون‌ها سازش‌کارند. آن‌ها دوست دارند مانند یکدیگر رفتار کنند. (به زبانی علمی‌تر:احتمال اینکه بوزون‌های همسان، حالت کوانتومی یکسانی را انتخاب کنند، بیشتر است). فوتون‌ها به قلمرو بوزون‌ها تعلق دارند. یک پرتوی لیزر مظهر بوزون بودن است. لیزر شامل تعداد زیادی فوتون از یک طول موج (رنگ) است که در یک راستا حرکت می‌کنند. لیزر نتیجه‌ی گسیل القایی فوتون‌هاست. در مقابل،فرمیون‌ها فردگرا هستند. آن‌ها از برگزیدن یک حالت کوانتومی یکسان، سر باز می‌زنند، واقعیتی که تحت عنوان اصل طرد پائولی شناخته می‌شود. الکترون‌ها به قلمروی فرمیون‌ها تعلق دارند و همین، دلیل اصلی وجود جدول تناوبی است (جزییات بیشتر را در کلاس درس کوانتومی هفتم مطالعه کنید). الکترون‌ها با بار منفی، جذب هسته اتمی با بار مثبت می‌شوند، اما به شیوه‌ی ساده و کارامدی، مانع از فروافتادن یکدیگر روی هسته می‌شوند. الکترون‌های اطراف هسته، ساختار پیچیده‌ای را می‌سازند که ریشه جذاب علم شیمی است. ابرتقارن یک گمانه‌زنی نظری است که اگر درست باشد، این دو قلمرو (بوزونها و فرمیونها) را با هم آشتی می‌دهد. بر اساس ابرتقارن، تمام کوارتیکل‌های بنیادی، یک جفت یا یک ابرهمزاد در قلمروی مقابل دارند. ابرهمزاد یک بوزون، یک فرمیون است و بالعکس. ابرهمزادها، دارای بار الکتریکی و چند ویژگی یکسان دیگر هستند، اما جرم و اسپین... @wittj2

چقدر احتمال دارد دو ذره تمیزناپذیر که از نقاط A و B شروع به حرکت می‌کنند به نقاط C و D برسند؟ بر اساس قوانین نظریه کوانتوم، ما باید تمام مسیرهای ممکن که به نتیجه پایانی یکسان، منجر می‌شوند را حساب کنیم. اینجا گزینه‌ها، به دو دسته مجزا تفکیک می‌شوند: در یک مورد، ذره از A شروع می‌کند و به C می‌رسد در حالی که حالت دیگر، به D می‌رود. چطور می‌توان سهم این دو دسته را ترکیب کرد؟ با اضافه یا کم کردن آن‌ها از هم. اضافه کردن آنها به هم بوزون‌ها را به ما می‌دهد، در حالی که کم کردنشان، فرمیون‌ها را بدست می‌دهد. از آنجایی که کوارتیکل‌ها تمیزناپذیرند (مانند هم هستند)، نتیجه نهایی (یعنی دو کوارتیکل در نقاط C و D) در هردو مورد، یکسان خواهد بود. با این وجود، هر جفت خطوط جهانی، توپولوژی مجزایی دارند، در واقع آنها از نظر توپولوژی متفاوت هستند. ما به قاعده‌ای نیاز داریم که بگوید چگونه می‌توانیم سهم این دو دسته را ترکیب کنیم. دو راه ممکن که از نظر ریاضی باهم سازگارند وجود دارد. ما می‌توانیم آن‌ها را هم جمع کنیم، یا از هم کم کنیم. گزینه «جمع»، بوزون‌ها؛ و گزینه «تفریق»، فرمیون‌ها را می‎دهد. می‌توان تمام ویژگی‌های مشخصه‌ی بوزون‌ها و فرمیون‌ها را از این قواعد بنیادی استنتاج کرد. این یک دستاورد ذهنی فوق‌العاده است که از دنبال کردن ویژگی‌های مهم ماده به ذات ذرات (یعنی تمیزناپذیری) و توپولوژی حرکت در فضا زمان، پی برده‌ایم. ⭐️پرده چهارم: تولد انیون ها دستاورد واقعی زمانی حاصل می‌شود که ما این درک بنیادی را برای کشف چیزهای جدید استفاده کنیم. شگفت‌انگیزترین کاربرد این درک عمیق‌تر ما از آمار کوانتومی، زمانی خود را نشان می‌دهدکه کوارتیکل‌هایی را درنظر بگیریم که در دو بعد زندگی می‌کنند. شاید تعجب‌آور باشد، در یک دنیای دوبعدی، توپولوژی جفت‌ خطوط جهانی، بسیار غنی‌تر از دنیای سه‌بعدی (یا ابعاد بالاتر از سه بعد) است! دلیل این حقیقت جذاب، ارتباط تنگاتنگی با نظریه گره دارد. کانال علمی عرفانی👇 @wittj2

نظریه گره در سه بعد فضا، مسئله‌ای دقیق و پیچیده است، اما در چهار بعد فضا، بسیار ساده است: تمامی گره‌ها می‌توانند کاملا باز شوند. یک گره برای ریاضی‌دانان، تنها یک منحنی پیوسته در فضاست. تصور کنید تمام نقاط روی این منحنی درهم پیچیده را با اعدادی بین صفر و یک برچسب بزنید، به‌طوری که صفر و یک نمایانگر یک نقطه یکسان باشند، اکنون یک دایره بکشید و همین کار را بکنید. برای باز کردن یک گره کافیست نقاط روی گره را به نقاط روی دایره که با شماره‌های متناظر برچسب خورده‌اند، منطبق کنید. البته ممکن است اینکار کمی دشوار باشد، مخصوصا در مورد قسمت‌هایی از منحنی که یکدیگر را قطع می‌کنند، اما در چهار بعد، ما همیشه می‌توانیم دو رشته را از پس هم بگذارنیم. شاید تجسم مستقیم این کار، برایتان دشوار باشد، اما با ترفندی ساده می‌توانید درکش کنید. اجازه دهید موقعیت در یک بعد اضافه را با مقدار یک دمای فرضی نشان دهیم. اگر تقاطع مورد نظر در نقطه‌ای رخ دهد که دمای رشته‌ها متفاوت است، یک تقاطع واقعی نخواهد بود، زیرا رشته‌ها در بعد اضافی، مکان متفاوتی دارند و اگر دماها یکسان بود تنها لازم است که یک انتقال موقت به بعد اضافی انجام دهیم، یعنی یکی از رشته‌ها را گرم کنیم، آن را جلو ببریم (در ابعاد معمول)، و سپس دوباره سردش کنیم تا از تقاطع، به سلامت، رد شویم! خطوط جهانی کوارتیکل‌هایی که در فضای سه‌بعدی حرکت می‌کنند، یک رشته را در فضا-زمان چهاربعدی شکل می‌دهند. از این رو، همانگونه که دیدیم، آنها نمی‌توانند واقعا در هم پیجیده شوند. توپولوژی آن‌ها، کاهش می‌یابد تا مبادله‌ها را دنبال کند. از سوی دیگر، خطوط جهانی کوارتیکل‌هایی که حرکتشان در یک فضای دوبعدی مقید شده، رشته‌ای در فضا-زمان سه‌بعدی را شکل می‌دهد. رشته‌ها در فضای سه بعدی قطعا می‌توانند درهم پیچیده شوند، کسانی که موهایشان را می‌بافند، به خوبی این حقیقت را درک می‌کنند. با چنین توپولوژی غنی‌تری، گستره متنوع‌تری از احتمالات برای جمع کردن سهم‌های خطوط جهانی وجود دارد، به عبارت دیگر، احتمالات بیشتری برای آمار کوانتومی وجود دارد، و بدین ترتیب نوع تازه‌ای از ذرات، غیر از بوزون‌ها و فرمیون‌ها ظاهر خواهند شد. من واژه انیون (Anyon) را برای کوراتیکل‌هایی که حرکتشان در دو بعد مقید شده، و نه بوزون هستند و نه فرمیون، برگزیده‌ام. انیون ها باید از قواعد کاملا ساختارمند ریاضی تبعیت کنند. جالب است که هنوز به جای دو تا، ما تعداد بیشماری احتمالات سازگار برای آنها پیدا می‌کنیم. کانال علمی عرفانی👇 @wittj2

در تصویر بالا، انیون‌ های درهم پیچیده، تبادل یک ذره پس از تبادل دیگر، رخ می‌دهد. در سه بعد فضا (و یک بعد زمان)، این گونه تبادل دوگانه‌ی جفت مسیر را می‌توان به یک جفت بدون تبادل، باز کرد. این مساله، یک شرط سازگاری را بر ضریب همراه تبادل تحمیل می‌کند: وقتی ما آن را دو بار اعمال می‌کنیم، باید به همان جایی که اول بودیم، برگردیم. به همین خاطر، فقط ضرایب تبادل سازگار، ۱ و ۱- هستند که به ترتیب متناظر با بوزون‌ها و فرمیون‌ها هستند. با این حال، در دو بعد فضا (به علاوه یک بعد زمان)، چرخش یک مسیر حول دیگری را نمی‌توان با هیچ حرکت پیوسته‌ای خنثی کرد. در نتیجه، شرط سازگاری از بین می‌رود و در چنین حالتی، آنیون‌ها به عنوان یک احتمال جدید، متولد می‌شوند. از آنجایی که قواعد رفتار انیون‌ ها به حرکت کوارتیکل‌ها در زمان حساس است، پس انیون ها حافظه دارند. به زبان دقیق‌تر: از آنجایی که دامنه تحول انیون ها بسته به اینکه خطوط جهانی آنها چگونه در طول زمان، درهم پیچیده می‌شوند، متفاوت خواهد بود، مقدار دامنه، نشان‌دهنده حرکت نسبی آنهاست. در ادامه خواهیم دید که توانایی حافظه انیون ها می‌تواند منجر به تکنولوژی‌های مهمی شود. کانال علمی عرفانی👇 @wittj2