تولید نور از هیچ!
تیمی از فیزیکدانانِ سوئدی مدعی‌اند که موفق به تولید جرقه‌هایی از درون خلأً مطلق شده‌اند.
اگر چنین کشفی به تایید برسد، یکی از نامتعارف‌ترین مدارک برای تایید فرضیات مکانیک کوانتومی در سالیان اخیر خواهد بود و به‌گفته «جان پندری» (John Pendry)، فیزیکدان نظریِ امپریال کالج لندن، «شاخص حایز اهمیتی» در تأیید این قلمرو شک‌آلوده از فیزیک جدید خواهد بود.
اگر چنین کشفی به تایید برسد، یکی از نامتعارف‌ترین مدارک برای تایید فرضیات مکانیک کوانتومی در سالیان اخیر خواهد بود و به‌گفته «جان پندری» (John Pendry)، فیزیکدان نظریِ امپریال کالج لندن، «شاخص حایز اهمیتی» در تأیید این قلمرو شک‌آلوده از فیزیک جدید خواهد بود.
پژوهشگرانِ وابسته به دانشگاه صنعتی «چالمرز» در شهر گوتنبرگ سوئد، شرح این کشف احتمالی خود را همین هفته طی یک کارگاه علمی در شهر «پادوا» ایتالیا ارائه خواهند داد. آنان فعلاً پیش‌نویس مقاله‌شان را در وب سایت arXiv.org منتشر کرده‌اند؛ اما حاضر به مصاحبه با خبرنگاران نشده اند؛ چراکه پژوهش‌های‌شان هنوز مورد بازبینی دقیق قرار نگرفته است. نشریات علمی معتبری نظیر «نیچر» تا پیش از تأیید نهایی کشفیات، مانع از گفت وگوی دانشمندان با رسانه‌های جمعی می‌شوند.
با این‌حال، دانشمندانی که به طور مستقیم ارتباطی با این تیم پژوهشی نداشته‌اند، این کشف را حائز اهمیت بسیار می‌دانند. «فدریکو کاپاسو» (Federico Capasso) فیزیکدان تجربی دانشگاه هاروارد در کمبریج ماساچوست که مشغول بررسی آثار تجربی همین پدیده‌های «کوانتومی» است، آزمایش اخیر دانشمندان سوئدی را «یک پیشرفت بزرگ» می‌خواند.
بُنمایه این آزمایش، یکی از عجیب‌ترین و البته مهم‌ترین اصول مکانیک کوانتومی است:
اینکه هرچند در خلأ، هیچ چیزی وجود ندارد؛ اما مطابق پیش‌بینی‌های مکانیک کوانتومی، خلأ هم محیط کف‌آلود و آشوبناکی از ذراتی است که هرلحظه تولید و نابود می‌شوند. مدت‌زمان حضور هر ذره به حدی اندک است که غالباً آنها را «ذرات مجازی» می‌نامند؛ اما با این وجود هنوز آثار ملموسی را هم از خود به جای می‌نهند. مثلاً اگر دو صفحه را به فاصله فوق‌العاده نزدیک از هم قرار دهیم؛ تعداد این ذرات مجازیِ نوری یا همان فوتون‌هایی که مابین دو صفحه واقع می‌شوند، محدود می‌شود. چنین محدودیتی بدین معناست که ذرات مجازیِ بیشتری در بیرونِ دو صفحه (نسبت به فضای مابین‌شان) واقع می‌شوند و همین عدم تعادل، به تولید نیرویی ختم می‌شود که دو صفحه را به‌سمت هم هل می‌دهد. این نیرو که اصطلاحاً «نیروی کازیمیر» (Casimir Force) خوانده می‌شود، آن‌قدر کشش دارد که فیزیکدانان توانسته‌اند آن را در آزمایشگاه های شان محاسبه کنند.
از مجازی به حقیقی
نظریه‌پردازان، تا چندین دهه، پیش‌بینی مشابهی را در خصوص یک صفحه می کردند که با سرعت نزدیک به نور در محیط خلأ جابه جا شود. طبق این فرضیه، صفحه مزبور طی چنین حرکتی قادر به دریافت انرژی از ذرات مجازیِ پیش روی خود و گسیل مجددشان به‌صورت فوتون‌های حقیقی می‌شود. این پدیده تنها زمانی رخ خواهد داد که صفحه با سرعتی نزدیک به سرعت نور در خلأ حرکت کند و این، تقریباً برای ابزارآلات مکانیکی ِ روزمره فیزیکدانان غیر ممکن است.
«پر دلسینگ» (Per Delsing) ، فیزیکدانی از دانشگاه صنعتی چالمرز و همکارانش، این مشکل را به‌کمک یک قطعه الکترونیکی کوانتومی، موسوم به «ابزار تداخل‌سنج ابررسانای کوانتومی» یا مختصراً SQUID، حل کرده‌اند. این تیم، دست به طراحی ِ یک مدار الکترونیکی ِ ابررسانا زدند که در آن یک SQUID، نقش صفحه متحرک آزمایش شان را بازی می‌کرد.
این فیزیکدانان با روش هوشمندانه‌ای موفق شدند که با عبور دادنِ یک میدان مغناطیسی از میان SQUID، آن را اندکی جابه جا کرده و پس از تغییر جهت میدان مغناطیسی القایی و تولید همان جا به جایی (این‌دفعه در جهت معکوس) و تکرار چندمیلیاردباری این کار در هر ثانیه، سرعت صفحه را به حدود پنج درصد سرعت نور برسانند؛ سرعتی که برای تشخیص اثر پیش‌بینی‌شده کفایت می‌کرد.
به ادعای این دانشمندان، نتیجه این آزمایش، بارانی از «فوتون‌های میکروویو» شد که به‌شکلی خودانگیخته از خلأ «تولید» می‌شدند. آزمایشات گروه، نشان از این می‌داد که فرکانس این امواج، تقریباً نصف فرکانس حرکت رفت و برگشتی صفحه است و این دقیقاً مطابق با پیش‌بینی‌های مکانیک کوانتومی بود.
کاپاسو، چنین آزمایشی را «بسیار هوشمندانه» می‌خواند و شک دارد که بتوان از چنین اثر ناچیزی، فواید تجربی چشمگیری به‌دست آورد؛ چراکه نرخ تولید «فوتون» های خودانگیخته چندان زیاد نیست، اما وی این آزمایش را یک اثبات دلپسند از اصول «مکانیک کوانتومی» دانسته و امیدوار است که یک صفحه فلزیِ متحرک، نور قابل ملاحظه‌ای از خلأ ایجاد کند. او معتقد است که سامانه‌های «میکرومکانیکی» در آینده قادر به رساندن سرعت صفحه به حدود مطلوب تولید چنین نوری هستند.
«پندری» می‌گوید اگر این مشاهدات به تأیید برسد، سیل هیجان فیزیکدانان را هم به دنبال خواهد داشت:
از مجازی به حقیقی
نظریه‌پردازان، تا چندین دهه، پیش‌بینی مشابهی را در خصوص یک صفحه می کردند که با سرعت نزدیک به نور در محیط خلأ جابه جا شود. طبق این فرضیه، صفحه مزبور طی چنین حرکتی قادر به دریافت انرژی از ذرات مجازیِ پیش روی خود و گسیل مجددشان به‌صورت فوتون‌های حقیقی می‌شود. این پدیده تنها زمانی رخ خواهد داد که صفحه با سرعتی نزدیک به سرعت نور در خلأ حرکت کند و این، تقریباً برای ابزارآلات مکانیکی ِ روزمره فیزیکدانان غیر ممکن است.
«پر دلسینگ» (Per Delsing) ، فیزیکدانی از دانشگاه صنعتی چالمرز و همکارانش، این مشکل را به‌کمک یک قطعه الکترونیکی کوانتومی، موسوم به «ابزار تداخل‌سنج ابررسانای کوانتومی» یا مختصراً SQUID، حل کرده‌اند. این تیم، دست به طراحی ِ یک مدار الکترونیکی ِ ابررسانا زدند که در آن یک SQUID، نقش صفحه متحرک آزمایش شان را بازی می‌کرد.
این فیزیکدانان با روش هوشمندانه‌ای موفق شدند که با عبور دادنِ یک میدان مغناطیسی از میان SQUID، آن را اندکی جابه جا کرده و پس از تغییر جهت میدان مغناطیسی القایی و تولید همان جا به جایی (این‌دفعه در جهت معکوس) و تکرار چندمیلیاردباری این کار در هر ثانیه، سرعت صفحه را به حدود پنج درصد سرعت نور برسانند؛ سرعتی که برای تشخیص اثر پیش‌بینی‌شده کفایت می‌کرد.
به ادعای این دانشمندان، نتیجه این آزمایش، بارانی از «فوتون‌های میکروویو» شد که به‌شکلی خودانگیخته از خلأ «تولید» می‌شدند. آزمایشات گروه، نشان از این می‌داد که فرکانس این امواج، تقریباً نصف فرکانس حرکت رفت و برگشتی صفحه است و این دقیقاً مطابق با پیش‌بینی‌های مکانیک کوانتومی بود.
کاپاسو، چنین آزمایشی را «بسیار هوشمندانه» می‌خواند و شک دارد که بتوان از چنین اثر ناچیزی، فواید تجربی چشمگیری به‌دست آورد؛ چراکه نرخ تولید «فوتون» های خودانگیخته چندان زیاد نیست، اما وی این آزمایش را یک اثبات دلپسند از اصول «مکانیک کوانتومی» دانسته و امیدوار است که یک صفحه فلزیِ متحرک، نور قابل ملاحظه‌ای از خلأ ایجاد کند. او معتقد است که سامانه‌های «میکرومکانیکی» در آینده قادر به رساندن سرعت صفحه به حدود مطلوب تولید چنین نوری هستند.
«پندری» می‌گوید اگر این مشاهدات به تأیید برسد، سیل هیجان فیزیکدانان را هم به دنبال خواهد داشت:
«پژوهش در این زمینه، محرک شوق قابل توجهی در دل فیزیکدانان خواهد بود.»
جئوف برومفیل
برگردان از:
احسان سنایی ۱۶/۳/۱۳۹۰
برگرفته از:
این نوشتار در برخی جاها از سوی اینجانب ویرایش شده است؛ عنوانِ آن نیز از آنِ من است. ب. الف. بزرگمهر
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر