تاريخ كوانتوم

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: براي آنكه بتوانيم درك درستي از سرگذشت كوانتوم داشته باشيم بايد اول نگاهي به نظريه هايي كه درباره نور وجود داشته بيندازيم
اولين نگاه علمي به نور بر مي گردد به يونانيان آنها فهميده بودند كه بايد چيزي وجود داشته باشد تا در بين چشمان وچيزهايي كه مي بينيم ارتباط برقرار كند
نظريه فيثاغورث در اين مورد اين است كه نور چيزي است كه از هر جسم درخشاني در تمام جهات جريان پيدا مي كند و پخش مي شود ، فقط در برابر موانع به عقب بر مي گردد . اگر اين نور به طور تصادفي وارد چشمان ما شود در ما احساس ديدن چيزي را به وجود مي آورد
اما اين نظريه ساده مساله نور را حل نمي كرد به محض كشف وجود نور پرسش هاي زيادي پيش آمد كه اين نور چيست –چه شكلي دارد – وزن داد؟ گرم است يا سرد؟ چطور حركت مي كند؟
در عصر طلايي حكومت اسلام در خاور ميانه دانشمنداني ايراني و عرب به پيشرفت هاي زيادي در مورد نور و سايل اپتيكي مانند آينه ها و عدسي ها دست يافتند
با اختراع تلسكوپ و ميكروسكوپ پيشرفت قابل توجهي در زمينه نور صورت گرفت
در نيمه دوم قرن هفدهم ايزاك نيوتن انگليسي و كريستيان هويگنس هلندي خدمات ارزنده اي در زمينه نور انجام دادند در طول اين دوره نيوتن نظريه ذره اي و رنگ ها را ارايه داد و هويگنز هم نظريه مربوط به انتشار نور بر اساس تئوري موجي را استحكام بخشيد برا ي آنكه تئوري ذره اي نيوتن و تئوري موجي هويگنز از لحاظ علمي مورد قبول دانشمندان قرار گيرد رقابت شديدي بين آنها به وجود آمد نيوتن توانسته بود تما مي آنچه كه تا آن زمان در مورد نور شناخته شده بود بر اساس نظريه ذره اي نور نوضيح دهد البته هواداران نظريه موجي هم كم نبودند اما در برابر نبوغ غول آساي نيوتن توان قد برافراشتن نداشتند
پايه اصلي مخالفت طرفداران نظريه موجي نور به رهبري هويگنس با نظريه ذره اي اين بود كه دو ذره در برخورد با هم ديگر بايد منحرف شوند اما دو باريكه نور بدون اينكه بر مسير هم تاثيري بگذارند همديگر را قطع مي كنند اما اين مطلب به تنهايي در برابر قدرت و نفوذ نيوتن دليل چندان محكمي شمرده نمي شد
با مرگ نيوتن دوران خوش نظريه ذره اي هم به پايان رسيد
با كشفياتي كه بعدا" صورت گرفت (پراش) و متوجه شدند كه نيوتن از آنها خبر داشته ولي نتوانسته بو توجيهي براي آن پيدا كند عملا نظريه ذره اي كه حامي قدرتمند خود را از دست داده بود وارد دوران تاريك خود شد
تقريبا صد سال بعد از مرگ نيوتن نظريه موجي به دست فرنل فرانسوي به حدي از دقت رسيد كه به جاي اينكه يك رقيب شكست خورده باشد به تنها نظريه اي كه مي توانست نور را به خوبي توضيح دهد تبديل شد
مدتي بعد فوكو دانشمند فرانسوي توانست سرعت نور را اندازه بگيرد اينجا بود كه اختلاف ميان دو نظريه به وضوح آشكار شد
نور در خلا با سرعتي شگفت آوري حدود 300.000 كيلو متر بر ثانيه حركت مي كرد بنا بر نظريه نيوتن اين سرعت در آب حتي بيشتر از اين باشد اما نظريه موجي سرعت نور را كمتر از اين مقدار پيش بيني مي كرد كه آزمايش فوكو هم به همين نتيجه مي رسيد
مدت كوتاهي بعد از فرنل پژوهش هاي دانشمند انگليسي مايكل فاراده به پيش برد نظريه موجي كمك بسيار كرد
فاراده از رياضيات سر رشته چنداني نداشت و براي توضيح نتايج آزمايشاتش از يك روش ابداعي استفاده كرد كه مبتني بود بر چيزي كه خودش اسمش را لوله هاي نيرو گذاشته بود
در ابتداي كار نظريات فاراده به نحوي توسط رياضي دانان آن زمان به ريشخند گرفته مي شد تا اينكه ايده فارادي توجه ماكسول دانشمند اسكاتلندي را جلب كرد
ماكسول نتايج آزمايشات فارادي را به زبان رياضي برگرداند و مفهوم ميدان را جايگزين لوله هاي نيروي فاراده كرد
ماكسول تنها به اين قانع نشد و به تلاش خودش براي گسترش اين نظريه ادامه داد و خيلي زود به تناقض رسيد ماكسول براي حل اين تناقض پيش آمده معادلات جديدي را ارائه داد كه در ظاهر فقط به صورت جزئي با معادلات قبلي فرق داشت اين معادلات جديد تناقضات را حل مي كرد و مفهوم جديد و مهمي را هم وارد فيزيك كرد بنابر اين معادلات بايد چيز هايي مانند امواج الكتررو مغناطيسي وجود داشته باشد كه با سرعت نور حركت مي كند و تمام خواص فيزيكي عمده شناخته شده ديگر نور را داشته باشد
يعد از پذيرفته شدن اين نظريه بايد امواجي را كه پيش بيني مي كرد در آزمايشگاه توليد مي كردند بعد از چنديدن سال عدم موفقيت ترديد ها شروع شد ماكسول زنده نماند تا تاييد تجربي نظريه خودش را ببيند
در سال 1887 هاينريش هرتز فيزيكدان جوان آلماني اين امواج را پيش گويي شده را آشكار سازي كرد وسيله او شامل دو كره فلزي براق و كوچك سوار شده كه بر روي يك پايه عايق نزديك هم قرار گرفته اند بود كه به هر كدام دو صفحه بزرگ فلزي توسط يك ميله باريك متصل شده بود اين دو كره فلزي به اختلاف پتانسيل بالايي متصل مي شدند به طوري كه با وصل شدن جريان جرقه بزرگي بين دو كره شكل مي گرفت در فاصله اندكي از اين دستگاه يك حلقه فلزي فلزي كه شكاف كوچكي در آن وجو داشت كه اين شكاف كوچك جزء اصلي آزمايش بود توسط پيچي فاصله دو سر اين حلقه تنظيم مي شد با برقرار شدن مدار دوسر اين حلقه جرقه كوچكي ايجاد مي شد و چند سال بعد پذيرفته شد كه اين آزمايش وجود امواج الكترو مغناطيسي ماكسول را نشان مي دهد

اما هرتز در همان آزمايش ها به پديده اي پي برد كه فكر مي كرد ارزش چنداني ندارد هرتز متوجه شد كه وقتي نور حاصل از جرقه ها به طور مستقيم بر دو سر باز حلقه مي تابد، جرقه ها پر نور تر مي شوند اما همين رويداد كم اهميت باعث شد تا آزمايشي كه نظريه ماكسول را ثابت مي كرد بعد ها بزرگترين ضربه را بر پيكره اين نظريه وارد كند (اين پديده يكي از روشن ترين شواهدي كوانتوم است)
بعد ها معلوم شد كه امواج هرتز مي تواند بار الكتريكي منفي يك الكتروسكوپ را كه داراي بار هاي منفي است تخليه كند (اين پديده بعد ها با وسايل پيشرفته تر ي آزمايش شد و با عنوان پديده فتو الكتريك از آن نام برده مي شود)
اما تولد كوانتوم بر مي گردد به حدود 20 سال بعد با چيزي كه فاجعه فرابنفش نام گرفت
اين فاجعه از اين قرار بود كه اگر كسي مثلا ريلي و جينز محاسبه كند كه جسم چطور پس از داغ شدن تابش مي كند به فرمول رياضي مي رسد كه با آزمايش ها جور در نمي آيد محاسبات دو فرمول به دست مي داد كه يكي در بسامد هاي كم موفق بود و در بسامد هاي زياد با نتايج آزمايش سازگار نبود و ديگري در بسامد هاي زياد با نتايج حاصل از آزمايش منطبق بود ولي در بسامد كم به درد نمي خورد فاجعه همين بود.
در سال 1900 پلانك فيزيكدان برجسته آلماني صرفا با يك حدس زني و تركيب دو معادله اي كه وجود داشت و وارد كردن يك عدد ثابت فرمولي به دست آورد كه به خوبي با نتايج آزمايشات سازگاري داشت موفقيت اين معادله باعث شد تا پلانك به دنبال دليل درستي اين رابطه بگردد و نهايتا به اين نتيجه رسيد كه نور بايد به صورت كوانتوم هاي گسسته اي جذب و تابش مي شود
پلانك در كنفرانس (( انجمن فيزيكي آلمان )) نظريات خود را در باره تابش جسم سياه بيان كرد اگر چه هيجان بسيار زيادي در بين اعضاي كنفرانس و جهان فيزيك برپا كرد ولي به اندازه اي نا متعارف و عجيب بود كه كه خودش هم نمي توانست آن را باور كند پلانك يك استاد نمونه آلماني بود در سراسر زندگي اش فقط به مسايل ترموديناميك علاقه نشان داد نكته عجيب اينكه اودر سن 42 سالگي اين نظريه را بيان كرد در حالي كه اكثر فيزيكدانان نظري برجسته ترين كار خود را در سنين حدود 22 تا 26 سالگي يعني زماني كه هنوز فرصت براي آموختن دانش هاي موجود دارند و فكرشان براي تصور نظريه هاي جسورانه و انقلابي آماده است ارائه كرده اند.
پلانك جدي و كمي فضل فروش اما با احساسات گرم انساني او در زماني كه نظريه كوانتوم را مطرح كرد يكي از عاليترين مقام هاي علمي در برلين و عضو انجمن سلطنتي لندن و عضو آكادمي علمي پروس بود و از اينكه نظريه اش با فيزيك كلاسيك جور در نمي آمد خشنود نبود و با نگراني كه از به خطر افتادن موقعيت علمي اش بود سعي مي كرد تا تناقض ميان نظريه اش و فيزيك كلاسيك را از ميان بر دارد
طي مدت 4 سال بعد تقريبا ايده پلانك داشت به فراموشي سپرده مي شد كه انيشتين از راه رسيد
بعد از هرتز آزمايشات زيادي با دستگاه هاي متفاوتي روي همان پديده مرموز كه توجه هرتز را جلب كرده بود انجام شده بود و متوجه شده بودند كه نه تنها نمي توان توضيحي براي آن پيدا كرد بلكه حتي با قوانين فيزيك كلاسيك هم تناقض دارد و البته انيشتين هم اخبار مربوط به اين پديده را پيگيري مي كرد
اينشتين كه مدتي قبل از اين مقاله كاملي در مورد حركت براوني ارايه كرده بود با به كار بردن تئوري پلانك توضيح قانع كننده اي در باره پديده فتو الكتريك ارايه كرد توضيح تئوري فتو الكتريك توسط پلانك مهر تاييدي بر تئوري پلانك بود اما پلانك نه تنها از نظر اينشتين استقبال نكرد بلكه بلافاصله با آن به مخالفت برخواست
بنا به نظر پلانك انرژي تنها به شكل بسته هاي وارد ماده مي شود و بيرون از ماده يعني همان جايي كه به شكل تابش در مي آيد بايد از قوانين ماكسول پيروي كند. اما انشتين نشان داد كه اين دو ايده معادل يك ديگر نيستند
اسفنجي را درون يك ظرف آب بزگ تصور كنيد مي توانيم آن را به توده اي از ماده تابان و آب ظرف را به اتر تشبيه كنيم بنابر نظريه ماكسول هنگامي كه اين اسفنج چلانده شود مطابق معمول آب خود را بيرون داده و امواجي در ظرف پديد مي آورد
اسفنج پلانك يك نوع عجيب بود در واقع شبيه خوشه انگور ، يك اسفنج خوشه اي شامل هزاران بادكنك كوچك با اندازه هاي گوناگون و هريك از آنها پر از آب ، و قتي اين اسفنج چلانده مي شود باد كنك ها يكي پس از ديگري مي تركند و هر كدام در يك تك انفجار سريع محتويات خود را به شكل مقداري آب به بيرون پرتاب مي كندد و امواجي از نوع امواج ماكسول ايجاد مي كنند
اما اينشتين اسفنج پلانك را از آب بيرون كشيد (آب درون ظرف به درد نمي خورد ) و به آرامي اسفنج را چلاند آب مانند قطره هاي باران به طور نامنظمي از آن فرو مي ريخت
توضيح اينشتين بسيار جالب بود ولي كي بود كه باور كند تصور او از هر لحاظ به معني بازگشت نظريه ذره اي نور بود كه سالها قبل با دلايل قاطع از ميدان به در شده بود تازه ، اين منشي اداره ثبت اختراعات كي بود ؟ او حتي استاد دانشگاه هم نبود !
چند ماه بعد از اين اينشتين مقاله اي با عنوان الكترو ديناميك اجسام متحرك در يك مجله آلماني منتشر و بار ديگر نظريه هاي موجود را به چالش كشاند اما اين با تئوري اينشتين بلافاصله با حمايت تمام و كمال پلانك روبرو شد و از اين به بعد اينشتين جوان يك حامي بزرگ مثل پلانك داشت و در هر كنفرانسي همراه او ظاهر مي شد.
وقتي اينشتين توضيح خود را در مورد فتو ا لكتريك منتشر كرد در واقع هيچ اندازه گيري دقيقي در مورد تغيير سرعت الكترون به ازاي تغيير بسامد نور انجام نگرفته بود اما به لطف آزمايش هاي دقيقي كه در سال 1915 توسط ميليكان انجام شد نظريه اينشتين با كمال دقت به اثبات رسيد
آزمايشي هم كه در سال 1923 توسط كامپتون انجام شد نشان داد فوتون هايي كه اينشتين تصور كرده بود در برخورد با الكترون آن را طوري منحرف مي كند كه انگار يك ذره به الكترون اثابت كرده باشد اين آزمايش هم تاييد اضافي براي نظريه كوانتومي بود
بور
در سال 1897 تامسون الگوي كيك كشمشي را بيان كرده بود به همراه دانشجويانش در حال انجام محاسباتي پيچيده و درهم براي پيش برد اين تئوري بودند ولي به نتيجه نمي رسيدند رفته رفته معلوم شد انجام تغييرات اساسي در نظريه تامسون لازم است اين نكته اي بود كه بور فيزيكدان دانماركي هم به آن مي انديشيد
نيلز بور پس از دريافت دكتري خودش از دانشگاه كپنهاك براي مقاله اي كه در باره تئوري ذرات باردار نوشته بود در سال 1911 وارد آزمايشگاه دانشگاه كمبريج شد تا به تامسون و همكارانش بپيوندد
بور مي گفت با توجه به پيشرفت هاي اخير علم و اينكه ديگر نبايد نور را مثل گذشته امواج پيوسته در نظر گرفت بلكه بايد خاصيت ذره اي آن را نيز مد نظر قرار داد در نتيجه الگوي تامسون كه بر اساس مكانيك كلاسيك بود بايد تغيير مي كرد
اين نظر دانشمند جوان اصلا مورد پسند تامسون نبود و برخورد هاي تندي در بحث هايي آنها پيش آمد كه نهايتا منجر به اين شد كه بور از كمبريج برود به جايي كه با مخالفت هاي كمتر ي روبرو باشد و رفت به دانشگاه منچستر پيش استاد روستا زاده اي اهل نيوزيلندكه شاگرد سابق تامسون بود. آقاي ارنست رادفورد
وقتي بور وارد منچستر شد رادرفورد آزمايشاتش قبلي خود را در دانشگاه پي گيري مي كرد
رادرفورد مقدار اندكي از يك ماده راديو اكتيو مثل راديم كه ذرات آلفا تابش مي كرد سر يك سنجاق كه در فاصله معيني از يك ورقه نازك فلزي قرار داده بود . يك باريكه از ذرات آلفا پس از خروج از ديافراگم D در عبور از ورقه فلزي با اتم هاي آن تصادم مي كرد و مقداري از ذرات در امتداد هاي مختلف پراكنده مي شدند هر ذره آلفا كه پرده فلورسان واقع در پشت ورقه فلزي مي تابيد يك جرقه كوچك ايجاد مي كرد با مشاهده اين چشمك ها رادرفورد توانست تعداد ذرات آلفاي پراكنده شده در زواياي مختلف را بشمارد
در حالي كه قسمت عمده ذرات آلفا بدون انحراف از ورقه مي گذشتند و يك نقطه نوراني در طرف مقابل تشكيل مي دادند بعضي از ذرات انحراف زيادي داشتند حتي تعداد اندكي هم به سوي منبع باز مي گشتند اين مشاهده با نظر تامسون تناقض داشت.
ذرات آلفا مي توانند توسط ذرات باردار اتم منحرف شوند اما انحراف صورت گرفته توسط الكترون ها به خاطر جرم اندكشان كه نسبت به ذرات آلفا ناچيز است بسيار اندك است از طرفي بارهاي مثبت در اتم تامسون پراكنده هستند و نمي تواننند چنين انحرافات بزرگي را ايجاد كنند اين موضوع آنقدر براي رادرفورد عجيب بود كه گفت اين مثل اين است كه يك گلوله توپ به يك دستمال برخورد كند و به سمت توپ باز گردد رادرفورد طي اين آزمايش ها و همچنين محاسباتش دقيقا اثبات كرد كه بار مثبت بايد در محدوده كوچكي - هسته- متمركز باشد كه با فرمول نظري پراكندگي ذرات در ميدان جاذبه مركزي كه شدتش با مجذور فاصله نصبت عكس دارد سازگاري كامل داشت
بدين ترتيب مدل اتمي رادرفورد آفريده شد. يك هسته سنگين با بار مثبت در مركز و الكترونهاي با بار الكتريكي منفي به دور آن حركت مي كردند درست مانند منظومه شمسي اما الكترون و پروتون بر خلاف خورشيد و منظومه شمسي بار الكتريكي دارند و بارهاي الكتريكي نوسان كننده موج الكترو مغناطيسي توليد مي كنند و الكترون طي مدت كمتر از يك صد ميليونم ثانيه تمامي انرژي اش را از دست مي دهد و در هسته سقوط مي كند و ديگر اتمي وجود نخواهد داشت
مدل رادرفورد از لحاظ تجربي ثابت شده بود ولي از لحاظ نظري امكان نداشت اين مساله اي بود كه بور هنگامي رود به منچستر با آن روبرو شد.
تصور بور اين بود كه چون انرژي الكترو مغناطيس كوانتومي است انرژي مكانيكي هم بايد به نحوي كوانتومي باشد مثلا وقتي يك الكترون بر انگيخته كوانتوم نوري با انرژي hv صادر مي كند از انرژي مكانيكي آن بايد درست به همان اندازه كاسته شود و يك الكترون حالت هاي پايه اي دارد كه وقتي در آن حالت ها باشد انرژي تابش نمي كند
نظر بور در مورد تابش هم اين بود كه وقتي الكترون تا حالت m ام انرژي بر انگيخته شود مي تواند با آزاد كردن تفاوت انرژي به شكل كوانتوم نور به حالت انرژي پايين تر En برود (n<m ) بنابر اين

اين تصوير كه تابش نور از عبور اتم از حالتي پر انرژي به حالت كم انرژي نتيجه مي شود بسيار جالب بود
مدت ها قبل از بور طيف شناس سويسي ريتس يك قانون جمع و تفريق در مورد بسامد خطوط طيف هيدروژن را زماني كشف كرده بود
در سال 1885 هم يك معلم سويسي به نام يوهان ياكوب بالمر به نظم بين خطوط مرعي طيف هيدروژن پي برد. بالمر كشف كرد كه بسامد طيف مرئي اتم هيدروژن را مي توان با دقت زيادي به وسيله فرمول ساده نشان داد
بسامد هاي طيف مرئي اتم هيدروژن

مي توانيد تحقيق كنيد كه اين ارقام را مي توان از فرمول زير به دست آورد
كه در آن m مقادير 3، 4، 5 ، 6 را اختيار مي كند فرمول بالمر خط هايي كه به علت عبور الكترون به از حالت m ام به حالت دوم (4=22 ) اگر به جاي 1/4 = 1/22 در فرمول بالمر بگذاريم و m را مساوي 2 , 3,4 بگذاريم رديف طيفي در ناحيه فوق بنفش به دست مي آيد كه ليمان آنها را كشف كرد
از طرف ديگر اگر 1/16=1/42 يا 1/9=1/32 انتخاب كنيم بسامد هاي به دست آمده در ناحيه زير قرمز مي افتد كه به ترتيب توسط فردريش پاشن و فردريك براكت كشف شد و نهايتا فرمول كلي به صورت زير در آمد

بنابر اين انرژي حالت n ام برابر مي شد با

مدتي بعد زومرفلد الگوي اتمي بور را كه در مورد مدار هاي دايره اي بود به مدار هاي بيضوي گسترش داد حركت يك ذره در ميدان نيروي مركزي به وسيله دو مختصات قطبي مشخص شده كه يكي r يعني فاصله از مركز و ديگري زاويه موضعي Ø كه نسبت به محور اصلي بيضي نشان داده مي شود مقدارr وقتي بيشينه است كهØ=0 و مقدار بيشينه اش زماني است كه Ø=πو بعد به ازاي Ø=2π به دست مي آيد بر خلاف مدار هاي دايره اي بور كه در آنها r ثابت و متغير بود حركت در مدار هاي بيضوي زومرفلد به وسيله r و Ø مشخص مي شد زومرفلد براي انرژي حركت در مدار بيضوي كوانتومي فرمول زير را به دست آورد

اين درست همان فرمول بور است كه به جاي يك عدد صحيح در مخرج دو عدد صحيح قرار دارد
اما الگوي اتمي بور فقط به درد اتم هيدروژن مي خورد شعاع اتمي برابر بود با

اين فرمول ها با فرض اينكه نيروي الكتريكي باشد به دست آمده اند اما اكنون z الكترون را فرض كنيد در اين حالت به جاي آنكه e2/r2 باشد ze2/r2 خواهد بود و در فرمول بالا به جاي e2 و e4 به ترتيب ze2, ze4 قرار خواهد گرفت مشكل اينجاست كه الكترون هايي كه بر اساس اين الگو چيده شوند همه به پست ترين حالت انرژي خواهند رفت يعني با افزايش تعداد الكترون شعاع هسته كاهش و پتانسيل يونش افزايش مي يابد كه اين بر خلاف آن چيزي است كه وجود دارد؟
اينجا بود كه ولفگانگ پاولي نظر داد كه همه چيز درست خواهد شد اگر فرض كنيم كه فقط دو الكترون مجاز باشند كه حالت كوانتومي معيني را اشغال كنند يعني هر حالت كوانتومي با سه عدد كوانتومي مشخص ميشد
پاولي در سال 1900 در وين به دنيا آمد و بيشتر عمر خود را در زوريخ استاد بود و هرجا كه جا كه بحثي در مورد فيزيك نظري در جريان بود با خنده هاي پر سرو صدا و گاها تمسخر آميز پيداش مي شد و تئوري جديدي براي گفتن داشت
پاولي بر خلاف پلانك در هر زمينه از فيزيك كه پا مي گذاشت موفق بود به جز آزمايشگاه كه هر وقت وارد آزمايشگاه مي شد چيزي را مي شكست
با كشف اثر زيمان (تجزيه خطوط طيفي به وسيله ميدان هاي مغناطيسي قوي ) نظر ها به اين سو رفت كه سه عدد كوانتومي كافي نسيت و بايد يك عدد كوانتومي ديگري هم وجو داشته باشد اما در سال 1925 دو دانشمند به نام هاي ساموئل گودسميت و ژورژ اوهلنبك پيشنهاد كردند كه هيچ عدد كوانتومي جديدي لازم نيست تجزيه خطوط طيفي به وسيله ميدان هاي مغناطيس به علت يك خاصيت ذاتي الكترون است الكترون كه تا آن زمان به صورت يك نقطه در نظر گرفته ميشد كه با جرم و بار الكتريكي اش مشخص مي شد چرا آن را به صورت يك فرفره چرخان تصور نكنيم
به زودي كشف شد كه اين پيشنهاد عملي است و با اختصاص دادن يك مقدار عددي خاص چرخش به الكترون و يك گشتاور مغناطيسي همه مولفه هاي اضافي يافته شده به وسيله آزمايشگران توضيح داده مي شود
پس از كشفت اسپين الكترون به اين سوال در مورد نظريه پاولي هم جواب داده شد كه چرا فقط دو الكترون مي توانند در يك حالت كوانتومي قرار گيرند واصل پاولي به اين شكل اصلاح شد كه
در هر مدار كوانتومي فقط دو الكترون كه داراي چرخش هاي مخالف هستند مي توانند قرار گيرند
در همان سال 1925 اتفاق ديگري هم در فيزيك افتاد لوئي دوبروي فرانسوي در پايان نامه دكتراي خودش يك نظريه انقلابي ديگر مطرح كردكه به خاطر عجيب بودنش به كمدي فرنسوي شهرت يافت كه البته نظرياتش با استقبال اينشتين روبرو شد
دوبروي نظر داد كه حركت اكترون همراه است با يك سري امواج مرموز با طول موج هايي است كه وابسته به سرعت و جرم الكترون است در ابتدا دوبروي خودش هم نمي دانست اين امواج چيست براي همين اسم اين امواج را امواج خلبان گذاشت كه حركت الكترون را كنترل مي كنند
اين نظريه مثل اين بود كه نظريه موجي انتقام گرفته باشد با نظر دوبروي يك جور شراكت بين نظريه موجي و ذره اي اتفاق مي افتاد
با انجام آزمايش هاي گوناگون و تاييد نظر دوبروي، دوبروي ناچار بود كه يك تئوري رياضي درباره اين پديده وضع كند كه اين كار را يك سال بعد توسط فيزيكدان اتريشي اروين شرودينگر انجام داد و معادله اي براي امواج دوبروي نوشت كه اعتبار آن را براي براي انواع حركت الكترون اثبات مي كرد
همزمان با انتشار مقاله شرودينگر در سالنامه فيزيك در يك مجله آلماني ديگر مقاله اي توسط ورنر هايزنبرگ انتشار يافت و همزماني اين دو مقاله تعجب همه گان را بر انگيخت هايزنبرگ هم از يك روش رياض كاملا متفاوت به همان نتايجي رسيد كه شرودينگر مي رسيد و اصلي را مطرح كرد كه كه با مخالفت هاي بسياري روبرو شد (اصل عدم قطعيت) هيچ راهي هم براي خلاصي از آن وجود نداشت تا زماني كه ثابت h در فيزيك وجود داشت ناچار بايد اين اصل را هم مي پذيرفتيم
اين دو مقاله تا جاي ممكن بود متفاوت به نظر مي رسيدند اما هر دو به يك نتيجه در مورد ساختمان اتم ميرسيدند مدت يك سال طول كشيد تا معلوم شد كه اين دو تئوري درواقع از لحاظ فيزيكي يكي هستند جز اينكه به دو صورت رياضي متفاوت بيان شده اند اما هنوز مشكلي در كوانتوم وجود داشت متحد كردن كوانتوم و نسبيت
هر گونه تلاشي براي متحد كردن اين دو نظريه كه تقريبا هم زمان با هم متولد شده بودند به شكست مي انجاميد تا اينكه ديراك فيزيكدان بريتانيايي در سال 1929 مقاله معروفي تحت عنوان معادله نسبيتي موج منتشر كرد
ديراك حرفه خود را به عنوان مهندس برق آغاز كرده بود اما چون فكر كرد دشوار است كه از اين را ه كاري به دست آورد در رشته فيزيك دانشگاه كمبريج ثبت نام كرد!
حل معادله نسبيتي ديراك توصيف كاملي از حركت الكترونهاي در سرعت هاي نزديك به سرعت نور ارائه مي داد و خود به خود اندازه حركت هاي خطي و زاويه اي و گشتاور هاي مغناطيسي آنها را نيز به عنوان پاداش به دست مي داد اما ديراك هم خيلي زود به مشكل بر خورد و اشكالاتي پيش آمد كه ديراك براي حل اين مشكلات ناچار چنين نظر دهد كه همراه با الكترون هاي معمولي با بار الكتريكي منفي بايد آنتي الكترون هايي نيز با بار الكتريكي مثبت وجود داشته باشد كسي وجود اين ذرات را باور نداشت تا اينكه چند سال بعد با كشف ذراتي در اشعه هاي كيهاني به جرم الكترون ولي با بار برقي مثبت پيش گويي ديراك به حقيقت پيوست با كشف آنتي الكترون فكر پيدا كردن آنتي پروتون آنتي نوترون و . .. شكل گرفت و با جستجوي آزمايشگران يافت شد و كمكم دانشمدان را به اين فكر جستجوي آنتي اتم و آنتي مولكول و آنتي ماده انداخت !
به اين ترتيب پس حدود 30 سال انتشار نظريه پلانك تئوري كوانتوم شكل نهايي پيدا كرد و هنوز تلاش ها براي تكامل اين علم ادامه دارد.
منبع: مقالات فيزيك

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 610]