وقتی که برای اولین بار سه فیزیکدان بر اساس محاسبات خود کشف کردند که یک اتمِ در حال واپاشی زمانی که از خلاء عبور میکند یک نیروی اصطکاک مانند را تجربه میکند، بسیار به کشف خود مشکوک بودند. این نتیجه بر خلاف قوانین فیزیک به نظر میرسید: خلاء یک فضای کاملا خالی است و هیچ اصطکاکی به اجسامی که از آن عبور میکند نباید وارد کند. از آن گذشته، اگر این نتایج درست باشد با اصل نسبیت در تضاد است چرا که دو ناظر متفاوت سرعتهای متفاوتی برای اتم بدست خواهند آورد. ( ناظری که با اتم در حال حرکت است کاهش سرعت را ثبت نمیکند ولی بقیه ی ناظرها شاهد کاهش سرعت خواهند بود)
پژوهشگران میدانستند که حتما در جایی اشتباهی پیش آمده است اما در ابتدا
نمیدانستند که این اشتباه چیست. به گفته ی این پژوهشگران آنها سالها زمان
صرف یافتن اشتباه در محاسبات خود کردند تا اینکه در انتها به یک راه حل
نسبتا ساده دست یافتند.
فیزیکدانان دریافتند که پازلِ گمشده، یک جرم کوچک اضافی به نام " ناسانی جرم (mass defect) " است. این جرم آنچنان کوچک است که هیچگاه در محاسبات در نظر گرفته نمیشد. این جرمی است که مقدار انرژی مورد نیاز برای شکستن هسته ی یک اتم به پروتونها و نوترونهایش را نشان میدهد. این انرژی که به انرژی پیوند داخلی معروف است معمولا در فیزیک هسته ای مورد توجه قرار دارد ولی معمولا در فیزیک اتمی به علت کوچک بودنش نادیده گرفته میشود. این جزئیات پنهان اما مهم به دانشمندان این امکان را داد تا تصویر متفاوتی از آنچه در حال وقوع است را ترسیم کنند. زمانی که اتم در حال واپاشی از خلاء عبور میکند واقعا نیرویی شبیه به اصطکاک را تجربه خواهد کرد. اما نیروی اصطکاک واقعی باعث خواهد شد تا اتم با سرعت کمتری حرکت کند اما در اینجا سرعت اتم تغییری نمیکند.
اتفاقی که واقعا روی میدهد این است، زمانی که اتمِ در حال حرکت مقداری از جرم خود را به علت واپاشی از دست میدهد، اندازه ی حرکت اتم کم میشود ولی سرعتش ثابت میماند. برای توضیح بیشتر، با اینکه خلاء کاملا خالی است و هیچ نیرویی به اتم وارد نمیکند اما همچنان با اتم برهمکنش خواهد داشت و همین امر باعث میشود که اتم برانگیخته دچار واپاشی شود. زمانی که اتم در حال حرکت به سطح انرژی کمتر میرود از خود نور ساطع میکند که باعث میشود مقداری انرژی (متناسب با جرم خود) از دست بدهد. از آنجا که اندازه ی حرکت حاصلضرب جرم در سرعت است، کاهش در جرم باعث میشود که اتم، مقداری از اندازه ی حرکت خود را از دست بدهد که با اصل پایستگی انرژی و اندازه ی حرکت همخوانی دارد. پس در حالی که جرم و اندازه ی حرکت کاهش میابد اما سرعت ثابت میماند.
بدین ترتیب هر دو مشکل حل میشود: هیچ نیرویی بین خلاء و اتم وجود ندارد و همچنین ناظرهای مختلف سرعتهای یکسانی برای اتم محاسبه میکنند.
پژوهشگران نشان دادند مدلی که برای توضیح واکنش بین اتم و نور همواره مورد استفاده قرار میگیرد در این مورد یک نیروی اصطکاک مانند برای اتم در خلاء پیش بینی میکند. این نتایج تنها زمانی قابل توضیح است که برابری بین جرم و انرژی مورد توجه قرار میگیرد. بنابراین این مدل نشان میدهد چگونه نسبیت خاص به طوری غیر منتظره وارد یک مدل بسیار موفق از اپتیک کوانتومی میشود. ( در اپتیک کوانتومی نسبیت خاص در نظر گرفته نمیشود).
دانشمندان در تلاشند تا مدل موفقی که در حال حاضر برای برهمکنش اتم و نور استفاده میشود را تصحیح کنند و امکان تغییرات جرم را به آن اضافه کنند. اگرچه این یک تصحیح کوچک است اما کمک میکند که تصویر کامل شود.
نتایج این پژوهش که توسط 3 دانشمند به نام های Matthias Sonnleitner، Nils Trautmannو Stephen M. Barnett از دانشگاه گلاسکو انجام شده در مجله ی Physical Review Letters چاپ شده است.
یاد آور می شویم در مجله ی PHYSICAL REVIEW LETTERS در گروه ج مجلات برتر فدراسیون سرآمدان علمی ایران مورد حمایت قرار میگیرد و محققان ایرانی با انتشار مقالات خود در این مجله می‌توانند تا سقف 100 میلیون ریال حمایت تشویقی دریافت نمایند.
برای مشاهده این مقاله، لینک مقاله را کلیک نمایید.
فیزیکدانان دریافتند که پازلِ گمشده، یک جرم کوچک اضافی به نام " ناسانی جرم (mass defect) " است. این جرم آنچنان کوچک است که هیچگاه در محاسبات در نظر گرفته نمیشد. این جرمی است که مقدار انرژی مورد نیاز برای شکستن هسته ی یک اتم به پروتونها و نوترونهایش را نشان میدهد. این انرژی که به انرژی پیوند داخلی معروف است معمولا در فیزیک هسته ای مورد توجه قرار دارد ولی معمولا در فیزیک اتمی به علت کوچک بودنش نادیده گرفته میشود. این جزئیات پنهان اما مهم به دانشمندان این امکان را داد تا تصویر متفاوتی از آنچه در حال وقوع است را ترسیم کنند. زمانی که اتم در حال واپاشی از خلاء عبور میکند واقعا نیرویی شبیه به اصطکاک را تجربه خواهد کرد. اما نیروی اصطکاک واقعی باعث خواهد شد تا اتم با سرعت کمتری حرکت کند اما در اینجا سرعت اتم تغییری نمیکند.
اتفاقی که واقعا روی میدهد این است، زمانی که اتمِ در حال حرکت مقداری از جرم خود را به علت واپاشی از دست میدهد، اندازه ی حرکت اتم کم میشود ولی سرعتش ثابت میماند. برای توضیح بیشتر، با اینکه خلاء کاملا خالی است و هیچ نیرویی به اتم وارد نمیکند اما همچنان با اتم برهمکنش خواهد داشت و همین امر باعث میشود که اتم برانگیخته دچار واپاشی شود. زمانی که اتم در حال حرکت به سطح انرژی کمتر میرود از خود نور ساطع میکند که باعث میشود مقداری انرژی (متناسب با جرم خود) از دست بدهد. از آنجا که اندازه ی حرکت حاصلضرب جرم در سرعت است، کاهش در جرم باعث میشود که اتم، مقداری از اندازه ی حرکت خود را از دست بدهد که با اصل پایستگی انرژی و اندازه ی حرکت همخوانی دارد. پس در حالی که جرم و اندازه ی حرکت کاهش میابد اما سرعت ثابت میماند.
بدین ترتیب هر دو مشکل حل میشود: هیچ نیرویی بین خلاء و اتم وجود ندارد و همچنین ناظرهای مختلف سرعتهای یکسانی برای اتم محاسبه میکنند.
پژوهشگران نشان دادند مدلی که برای توضیح واکنش بین اتم و نور همواره مورد استفاده قرار میگیرد در این مورد یک نیروی اصطکاک مانند برای اتم در خلاء پیش بینی میکند. این نتایج تنها زمانی قابل توضیح است که برابری بین جرم و انرژی مورد توجه قرار میگیرد. بنابراین این مدل نشان میدهد چگونه نسبیت خاص به طوری غیر منتظره وارد یک مدل بسیار موفق از اپتیک کوانتومی میشود. ( در اپتیک کوانتومی نسبیت خاص در نظر گرفته نمیشود).
دانشمندان در تلاشند تا مدل موفقی که در حال حاضر برای برهمکنش اتم و نور استفاده میشود را تصحیح کنند و امکان تغییرات جرم را به آن اضافه کنند. اگرچه این یک تصحیح کوچک است اما کمک میکند که تصویر کامل شود.
نتایج این پژوهش که توسط 3 دانشمند به نام های Matthias Sonnleitner، Nils Trautmannو Stephen M. Barnett از دانشگاه گلاسکو انجام شده در مجله ی Physical Review Letters چاپ شده است.
یاد آور می شویم در مجله ی PHYSICAL REVIEW LETTERS در گروه ج مجلات برتر فدراسیون سرآمدان علمی ایران مورد حمایت قرار میگیرد و محققان ایرانی با انتشار مقالات خود در این مجله می‌توانند تا سقف 100 میلیون ریال حمایت تشویقی دریافت نمایند.
برای مشاهده این مقاله، لینک مقاله را کلیک نمایید.
