عنوان :

مقاله تاریخچه اپتیک و کوانتوم

تعداد صفحات : ۵۵

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

در این مقاله درباره اپتیک هندسی، اپتیک موجی، اجسام سیاه، فاجعه ی فرابنفش، و کوانتا، ثابت پلانک، مبانی مکانیک کوانتومی، ساختار اتم از دید بوهر، ورنر کارل هایزنبرگ، اصل عدم قطعیت و … را توضیح می دهد.

ابتدا نور به صورت هندسی مورد بحث قرار گرفت، از قرن هفدهم به بعد آرام آرام موجی بودن نور به اثبات می رسد و تمام پدیده هایی را که قبلاً به صورت هندسی مورد بحث قرار گرفت و توجیه می شدند این بار با توجه به حالت موجی مورد بحث و بررسی قرار گرفت.

ارنست ماکس پلانک در نوزدهم اکتبر سال ۱۹۰۰ با قرائت مقاله ای در انجمن فیزیک آلمان، آغاز انقلاب دیگری را در تفکر علمی اعلام کرد. این انقلاب مکانیک کوانتومی همان نظریه ای که پدیده های زیر میکروسکوپیکی را در بر می گرفت.

انیشتین بر اساس این مفاهیم شکل نوینی از نظریه ای را که مبنای آن این بود که نور از کره ها و ذرات انرژی تشکیل شده است در سال ۱۹۰۵ مطرح کرد که هر یک از این کوانتوم های انرژی تابشی که فوتون نامیده می شد. البته کلمه فوتون در سال ۱۹۰۵ توسط فردی به نام لوئیز ابداع شده است. از راه تلاش های مردانی همچون بور، هایزنبرگ، شرودینگر، دوبروی، پاولی و برخی دیگر مکانیک کوانتومی به ساختاری جاافتاده تبدیل شده بود. به تدریج آشکار شد که مفاهیم ذره ای و موجی نور که در عالم ماکروسکوپیک، آشکارا مانعه الجمع به نظر می رسیدند باید در یک حوزه ی زیر میکروسکوپی با هم درآمیزند.

صنعت الکترونیک امروز و فن آوری تراشه های سیلیکونی آن، از بسیاری جهات، مبتنی بر نظریه کوانتومی مخصوص مواد نیمه رسانا است.

کاربردهای بیشماری که امروزه لیزرها پیدا کرده اند همه مبتنی بر مکانیسم تابش نور به وسیله اتم مواد در سطوح بنیادی کوانتومی است. افزون بر آن، آگاهی کنونی ما از نحوه عمل اشیای متشکل از ذرات بی شمار تنگاتنگ یکدیگر قرار گرفته، به درک بهتر ما از خواص بسیاری از مواد، از مواد فوق رسانا گرفته تا مواد تشکیل دهنده ستارگان نوترونی، انجامیده است. در حالی که صعب الدراک بودن بخش هایی از مکانیک کوانتومی سخن درستی است، نتیجه بخشی و عملکرد آن نیز در عوض بسیار عالی است. با در نظر گرفتن درستی اطلاعات و ارقامی که با اعمال نظریه کوانتومی در آزمایش ها و در کاربردهای عملی بدست می آید، به ماهیت تا متیقن کمیت های فیزیکی غیر قابل اندازه گیری دقیق در آن حوزه، باید همان بهای صوری اش را داد و بس.

 واژه های کلیدی: اپتیک هندسی، اپتیک موجی، اجسام سیاه، فاجعه ی فرابنفش، ثابت پلانک،  مکانیک کوانتومی، ساختار اتم ، دید بوهر، ورنر کارل هایزنبرگ، اصل عدم قطعیت، گربه شرودینگر

فهرست مطالب

پیش گفتار    ۱
اپتیک هندسی    ۲
اپتیک موجی    ۶
پیشگفتار    ۱۳
ماکس کارل ارنست لودویگ پلانک :    ۱۴
دانشمند دانشمندان    ۱۵
روزهای دانشجوئی    ۱۶
مسأله انتروپی    ۱۸
اجسام سیاه، فاجعه ی فرابنفش، و کوانتا:    ۱۸
ثابت پلانک    ۲۱
خط مرزی    ۲۲
تایید صحت نظریه پلانک:    ۲۳
میراث علمی پلانک    ۲۶
مبانی مکانیک کوانتومی:    ۲۷
نیلز هنریک دیوید بوهر :    ۲۹
ساختار اتم از دید بوهر:    ۳۰
سال های پایانی    ۳۴
ورنر کارل هایزنبرگ:    ۳۵
اوان زندگی:    ۳۶
ماهیت موجی / ذره ی اجزاء اتم:    ۴۱
اصل عدم قطعیت:    ۴۴
گربه شرودینگر:    ۴۶
جمع بندی مکانیک کوانتومی    ۴۹

پیش گفتار

از ابدائی ترین تعاریف برای نور دو نظر اجتماعی می باشد: یکی نظر حکمای تعلیمی که می گفتند نور حرارتی آتش گونه است که از اجسام منیری چون خورشید و آتش انتشار می یابد و دیری حکمای طبیعی که می گفتند نور در اجسام منیر صورت ذاتی و در اجسام مستنیر صورت عَرَضی دارد که با زوال نور زایل می گردد.

اما پس از گذشت دوره ها و پیشرفت ها نهایی ترین تعریف را از نور و نورشناسی چنین ارائه داده اند: Optic برگرفته از کلمه یونانی optas که به معنای دیدن و دیده شدن می باشد که تمامی کاراکتر یا شخصیت اصلی آن مبحث را، نور بازی می کند. مثل نور هندسی ( آینه ها، عدسی ها و سطوح شکننده نور و … ) نور موجی ( پدیده های تداخل پراش، تفرق و … ) نور شناخت پرتوهای همدوس مانند لیزر. و در لغت هم به معنای مقابل تاریکی کاربرد دارد.

اولین جرقه ها برای استفاده ازر کلمه نور: در موضوع دیدن یا ابصار بوده است و اینکه چه عاملی باعث دید ن می شود. در این باره یعنی نورشناسی از دیرباز تا به حال مفصلاً صحبت شده است و ریشه اصلی آن به یونان و تمدن یونانی می رسد. این بدان معنی نیست که مصر باستان، چین و بین النهرین و هند هیچ گونه سهمی در این قلمرو نداشته اند. ولی زادگاه فلسفه و حکمت یونانی از مردم آیونا که بخش مرکزی از آسیای صغیر است، می باشد.

 اپتیک هندسی

دانشمندان در همین دوره ها در مورد دیدن و ابصار به دو گروه عمده تقسیم می شدند:

۱- گروهی به پیروی از اقلیدس و بطلمیوس اعتقاد داشتند که یک شی بر اثر خروج پرتوی از چشم و برخورد آن با شی دیگر انجام می پذیرد.

۲- گروهی دیگر از فلاسفه بر این باور بودند که دیدن یک شی با ورود یا انطباق صورت یا شبح آن با شی در چشم صورت می گیرد.

در سده چهار هنگام عرضه نوآوری های بزرگ دانشمندان اسلامی فرا رسید. لویی مستشرق فرانسوی درباره تاثیر دانشمندان اسلامی بر جهان غرب می گوید: ثمرات اندیشه های پربار دانشمندان عرب و اخرتاعات گرانبهای آنها گواه روشنی است بر اینکه ایشان در همه چجیز استادی اروپا را دارند و از چهره های شاخص این دوره ها سرآمدانی مثل ابویوسف ابن اسحاق کندی ملقب به فیلسوف العرب و محمد ابن ذکریای رازی است. تا اینکه به شاهکار عالم علم نور در دنیای اسلام یعنی بطلمیوس ثانی، این هیثم صاحب کتاب المناظر می رسیم.

ابن هیثم هم عصر با ابن سینا و ابوریحان بیرونی بوده است و در نیمه دوم سده چهارم قمری و در دهه سوم از سده پنجم قمری می زیسته و آثارش بیش از آن است که به شمار آید و نخستین کسی است که دستاوردهای مهمی را پس از بطلمیوس در نظریه نورشناسی پدید آورد. ابن هیثم نماینده فیزیکدانان جدید و بزرگترین فیزیکدانان مسلمان و از بزرگترین محققان نورشناسی در همه اعصار بوده است.

ابن هیثم صاحب کبیری به نام المناظر است شامل بحث های مهمی در باب فیزیک نور هندسی مثل شکست و بازتابش نور، بینایی چشم و متمرکز ساختن نور به کمک عدسی های رنگین آن، آینه های کروی و سهمی وار، ابیراهی کروی، شکست پرتوهای نور بر اثر عبور از جو زمین، افزایش ظاهری اندازه اجرا آسمان در نزدیکی افق زمین، توجیهات دقیق در باب بینایی و اینکه هنگام دیدن، نور از اشیاء مرئی به چشم می رسد و ماهیت تشعشع و تابش نور و رنگ را تجزیه و تحقیق کرده و میان آنهایی که ذاتاً منیرند و آنهایی که نور ثانوی از خود می پراکنند، تمایز گذاشت. البته باید خاطر نشان کرد که روش ابن هیثم مبتنی بر آزمایش و تجربه بوده است.

اگر چه کار ابن هیثم در نورشناسی محتوی عناصر یونانی به ویژه از بطلمیوس بود او همه چیز را چنان از نو سامان داد که به نتایج کاملاً تازه ای رسید که مصدق آن در باب نور و ینایی است که تماماً از آن خود اوست و مطلقاً چیزی به افکار عتیق یا نظریات اسلامی پیشین بدهکار نیست. او همان کسی است که روش درست پژوهش علم را پایه گذاری کرد و پیش از آشنایی غرب با این روش از آنها استفاده کرد تا بعدها از سوی بزرگان این روش به نام روش علمی شناخته شد.

ابن هیثم پس از تحقیق و پژوهش بسیار به نتایج زیر رسید:

۱- باید شی مرئی یا خود منیر باشد یا آنکه نور خود را از منبع دیگری بگیرد.

۲- باید بین شی مرئی و چشم فاصله باشد.

۳- در خط واصل میان چشم و جسم نباید جسم کدری باشد یعنی محیط باید شفاف باشد.

۴- باید شی مرئی حجم به اندازه ای داشته باشد و کاملاً شفاف نباشد و چشم از بیماری ها و صدمات در امن باشد.

مقارن با دستاوردهای علمی تمدن اسلامی اشتیاق روزافزون اروپا از جمله در قلمرو نور شناسی، در سال ۱۲۷۰ میلادی دانشمند لهستانی به نام ویتلو کتابی به عنوان پرسپکتیوا ( مناظر و مرایا ) منتشر کرد که به تصریح در آن نگاشته شده که منبع آن از کتاب های الهازن و بطلمیوس بوده است و بعدها دریافتند که کتاب ویتلو برگردان تحریف یافته از الهازن بوده که به هنگام نظر دادن در مورد بعضی موارد حتماً اشتباه هم داشته است. البته الهازن مدت ها در اروپای قرون وسطی و پس از آن در دوره رنسانس همچنان مرجعی اساسی در زمین نور بود.

قوانین ابن هیثم برای شکست نور در قرن ۱۷ میلادی مورد استفاده کپلر و دکارت نیز قرار گرفت.

بزرگترین پل ارتباطی دنیای علم اعراب با دانشمندان غربی راجر بیکن انگلیسی که اولیت رئیس دانشگاه آکسفورد که گروس تست نیز استاد آن دانشگاه بود و رفتار پرتوهای نوری را به تفصیل مورد بحث قرار داد. بیکن همان کسی است که می گفت: در شگفتم از کسی که به مطالعه فلسفه می پردازد ولی زبان عربی نمی داند. در کتاب خود فصولی را مربوط به نورشناسی که از ابن هیثم اقتباس کرده بود دارد.

دراینجا به بعضی از دستاوردهای ابن هیثم می پردازیم:

شالوده آرای ابن هیثم در نظر عمومی نورشناسی از این اصل کلی منشأ می گیرد که جهان خارجی دارای وجود مستقل و عینی است. بر اساس این دیدگاه حواس، ابزارهایی برای درک و شناخت جهان خارجی اند و احساس بینایی به عامل یا موثری خارجی به نام نور مربوط می باشند. چنین نگرشی به خودی خود راه را برای نظریه حکمای تعلیمی و گروهی از فیلسوفان اسلامی پیشین و معاصر ابن هیثم بسته است. بر اساس دیدگاه وی بینایی از موثری خارجی یا عامل بیرونی به نام نور منشأ می گیرد و این اندیشه نمی تواند با اندیشه خروج چیزی از چشم و برخورد آن به شی مرئی سازگار باشد.

اپتیک موجی

قبلاً دیدم که نور به صورت هندسی مورد بحث قرار گرفت، از قرن هفدهم به بعد آرام آرام موجی بودن نور به اثبات می رسد و تمام پدیده هایی را که قبلاً به صورت هندسی مورد بحث قرار گرفت و توجیه می شدند این بار با توجه به حالت موجی مورد بحث و بررسی قرار گرفت.

در سال ۱۶۱۱ کپلر اولین کتاب نورشناخت شکستی را منتشر کرد. او اولین انعکاس داخلی را کشف کرده بود و با یک تقریب زاویه ای جزئی به قانون شکست که در آن زاویه های فرود و تراگسیلی با یکدیگر متناسبند دست یافته بود.

ویل برار و اسنل فانون شکست را که مدت ها پوشیده مانده بود در سال ۱۶۲۱ به روش تجربی کشف کرد. اسنل با آگاهی بر انکه چگونه پرتوهای نوری هنگام عبور از مرز بین دو ملأ تغییر جهت می دهد به ناگهان دری به روی نور شناخت کاربردی نوین گشود. دکارت هم اولین کسی بود که قانون شکست را بر حسب سینوس ها که امروزه با آن آشنا هستیم بیان کرد. کتاب دکارت در این زمینه دیوپتریک نام دارد. او می گفت نور چیزی نیست مگر حرکتی مشخص یا کنشی متصور در ماده ای بسیار خالص که تمامی خلل اجسام را پر می کند ( نور همچون فشاری است که از راه ملأ کشسان عبور می کند ).

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .