کوانتش در فیزیک کلاسیک

● كوانتش در فیزیك كلاسیك
نظریه نسبیت و نظریه مكانیك كوانتومی دو شالوده نظری مهم فیزیك قرن بیستم را تشكیل می دهند. درست همان گونه كه نظریه نسبیت به بینش های جدیدی از طبیعت فضا و زمان و نتایج عمیقی در مكانیك كلاسیك و الكترومغناطیس منجر می شود.
نظریه مكانیك كوانتومی نیز به روش های فكری كاملا جدیدی كه پایه فهم ساختار اتمی و هسته ای اند، منجر می شود. با این وجود بعضی از جنبه های توصیف كوانتومی طبیعت كاملا جدید نیستند و در حقیقت در فیزیك كلاسیك نیز یافت می شوند.
● تقسیم بندی كمیت ها:
در مطالعه دنیای فیزیكی با دو نوع عام از كمیت های فیزیكی سروكار داریم: كمیت هایی كه دارای پیوستاری از مقادیرند «كمیت های پیوسته). و كمیت هایی كه كوانتیده اند. كمیت های كوانتیده محدود به مقادیر گسسته معینی هستند. گاهی آنها را به عنوان كمیت هایی كه دارای "اتمیسیته" یا "دانه" هستند نیز بیان می كنند.
▪ برخی كمیت های فیزیكی پیوسته كلاسیكی یا غیر كوانتیده عبارتند از:
سرعت یك ذره آزاد كه می تواند از صفر تا سرعت نور تغییر كند.
بزرگی اندازه حركت زاویه ای یك ذره كه از صفر تا بینهایت می تواند هر مقداری را اختیار كند.انرژی مكانیكی یك دستگاه دو ذره ای ، كه هر گاه این دو ذره به یكدیگر مقید باشند هر مقدار منفی (Em<۰ و هر گاه آزاد باشند هر مقدار مثبتی (Em>۰) را می توانند بپذیرند. كه Em معرف اترژی مكانیكی سیستم می باشد.
زاویه بین جهت گشتاور دو قطبی یك آهنربا و یك مغناطیس خارجی ، كه می تواند از ۰ تا ۱۸۰ درجه تغییر كند برخی كمیت های فیزیكی با مقادیر كوانتیده عبارتند از جرم های سكون مشاهده شده اتم ها كه در یك گستره پیوسته قرار نمی گیرند. این مطلب ابتدا در مطالعات بنیادی تركیبات شیمیایی كه به نظریه اتمی دالتون منجر شدند، مشاهده شد.
امروزه جرم اتم هایی كه در طبیعت یافت می شود بادقت زیادی معلوم شده است. اما جالب است بدانیم كه این جرم ها تقریبا به نسبت اعداد صحیح اند، نه دقیقاً برابر با آن.
یكی از وظایف فیزیك هسته ای توضیح این انحراف ها نسبت به اعداد صحیح به كمك چند اصل اساسی است.
بار الكتریكی كوانییده است زیرا بار كل هر جسمی دقیقا ً مضرب صحیحی (مثبت یا منفی) از بار الكتریكی بنیادی الكترون (e) است. كوانتومی شدن بار كه به وضوح در مفهوم شمیایی ظرفیت و در قوانین الكترولیز آشكار شده بود، به وسیله آزمایش قطره روغن میلیكان به طور مستقیم نشان داده شد. در این آزمایش بار الكترون مستقیماً اندازه گیری شداندازه گیری بار الكترون).
● كوانتیدگی فركانس نوسان فیزیك امواج ایستاده
امواج ایستاده و تشدید كه ظهورات كاملاً برجسته كوانتش در فیزیك كلاسیك هستند. فركانس نوسان یك تار مرتعش تشدید كننده كه دو انتهای آن ثابت است فقط می تواند مضرب صحیحی از پایین ترین فركانس یا فركانس اصلی نوسان باشد. فركانس اصلی به نوبه خود با استفاده از خواص فیزیكی و طول تار تعیین می شود
این موج مكرراً از مرزها یا از دو انتهای ثابت تار رویش باز می تابد و با خود موج اولیه تداخل سازنده ایجاد می كند و فیزیك امواج ایستاده تولید می گردد.
تشدید فقط در صورتی حاصل می شود كه فاصله بین دو نقطه انتهایی «طول تار) دقیقاً مضرب نصف صحیحی از نصف طول موج باشد. البته فقط وقتی موج دارای گسترش نامتناهی در فضا باشد، فركانس آن دقیقاً تعیین می شود.
این استدلال حتی برای موج هایی كه بین مرزهای بازتابان به دام افتاده اند، نیز معتبر است. زیرا می توان چنین تصور نمودكه این فیزیك امواج بینهایت بار برروی خود تاب خورده است.
● مثالهای عام كوانتش كلاسیكی:
یك تاس پرتابی برروی وجوه خود فقط اعداد صحیح ۱و ۲و ۳و ۴و ۵ و ۶ را دارد. این تاس یكی از مثال های روزمره است كه كمیت های كوانتیده را نشان می دهند. مثال های معروف دیگر عبارتند ازروی یك سكه ، افراد مردم و تعداد سكه ها
▪ نظریه مكانیك كوانتومی در مورد كوانتش چه می گوید؟
نظریه مكانیك كوانتومی به مقدار زیادی مبتنی بر این كشف است كه بعضی كمیت ها كه در فیزیك كلاسیك پیوسته در نظر گرفته می شدند، در حقیقت كوانتیده اند. از لحاظ تاریخی آغاز این نظریه به تعبیر شدت تابش الكترومغناطیسی از یك جسم سیاه بر حسب طول موج با انتظارات نظری الكترومغناطیس توافق ندارد ماكس پلانك تدوین كننده نظریه مكانیك كوانتومی در سال ۱۹۰۰ میلادی نشان داد كه تجدید نظر در مفاهیم كلاسیكی به كمك كوانتش انرژی منجر به برقراری توافق بین آزمایش و نظریه می شود و از این طریق یك پل ارتباطی بین مكانیك كلاسیك و مكانیك كوانتومی ایجاد شد كه با وجود تعارضات فاحش ، تشابهات زیادی نیز باهم دارند.

منبع : شبکه سی. پی. اچ