ما در مطالب قبل، بطور علمی و دقیق توضیح دادیم که آزمایش مایکلسون مورلی بارها انجام شد اما نتوانست حرکت زمین را اندازه گیری کند. پس از آن اینشتین به این نتیجه رسید که ایده اتر را با نظریه نسبیت خاصش حذف کند. با این حال برای حل این مشکلاتی که در رابطه با گرانش وجود داشت، انیشتین مجبور شد دوباره به ایده فضای خالی دارای خواص فیزیکی روی آورد: فضا-زمان.
علاوه بر این، فضا-زمان انیشتین با یک میدان گرانشی تغییر شکل میداد. بنابراین اتر به فضا زمان تبدیل شد که نور از طریق آن حرکت میکند. این فضا در نتیجه به این معنی است که نور از آن به مانند یک موج مکانیکی عبور می کند.
فضا زمان دارای خواص کششی و مکانیکی است که موجب حرکت یک موج مکانیکی می شود. چگونه می توانید از این پدیده مطمئن شوید؟
ما اکنون طبیعت دوگانه نور را معرفی کردیم. فوتونها ذراتی هستند که در حال حرکت با سرعت نور هستند اما بسته هایی از موج نیز هستند. این طبیعتی عجیب و غریب است که فیزیکدانان تاکنون قادر به توصیف ساده تر از آن نیستند.
اما در نظر گرفتن این که چگونه می توان بصورت ساده با اتر این را توضیح داد قابل توجه است. ما گفتیم که اتر یک وسیله مکانیکی برای یک موج الاستیک است، دقیقا مانند هوا و یا آب برای امواج صوتی رفتار می کنند. به علاوه، فکر می کنم مثالی باید زده شود، به عنوان مثال، ضربه زدن شما به آب با یک سنگ و ایجاد موج بر روی سطح.
یک نمونه از موج در حال حرکت روی سطح دریاچه را در نظر بگیرید.
دریاچه از آب ساخته شده و آب از مولکول های H2O ساخته شده است. هنگامی که سنگ به سمت آب پرتاب می شود و به آب برخورد میکند، نوساناتی در این ذرات به علت ضربه سنگ به وجود می آید.
لرزش یا ضربه تولید شده در آب سبب حرکت (وول خوردن) ذرات میشود. موج شروع به حرکت به صورت افقی میکند در حالی که مولکول با حرکت عمودی حرکت می کند. این پدیده آب دارای طبیعت دوگانه است: ذرات در حال حرکت به صورت عمودی در حالی که موج به طور افقی حرکت می کند.
علم ادعا می کند که پرتو نور یک موج از فوتون ها با سرعت نور است. هر فوتون یک ذره است اما یک موج با فرکانس و طول موج خودش نیز می باشد.
محصول بین فرکانس و طول موج سرعت انتشار است:
که در اینجا:
- λ طول موج
- f فرکانس
- c سرعت نور
است.
فوتون ها مقدار کمی انرژی را متناسب با فرکانس حمل می کنند:
E = v . h
h ثابت پلانک است که برابر با این مقدار می باشد:
اترون ها و اتر
اکنون بیایید فكر كنیم كه فوتون ها صرفا پرتوهای نور نیستند، بلکه تک واحد هایی هستند كه اتر را تشکیل می دهند. این ذرات را می توان با تنش تحریک شده توسط پدیده های الکترومغناطیسی یا شیمیایی به ارتعاش در آورد.
با حرکت تکانی آنها، موج الکترومغناطیسی به وجود می آید. هنگامی که این موج دارای فرکانس دامنه قابل رویت است، ما می توانیم نور را ببینیم. از سوی دیگر، هنگامی که فرکانس در آن محدوده نیست، ما نمی توانیم آن را درک کنیم. اما این بدان معنا نیست که فوتون نور بی اثر است.
بیایید چند نمونه را مثال بزنیم. بسیاری از دانه های بزرگ مانند لوبیا می توانند در تاریکی رشد کنند.
چرا؟ زیرا فتوریسپتر های آنها قادر به تشخیص نور فوتون در تاریکی ظاهری هستند. به همین ترتیب، در زمستان گندم ها را در نظر بگیرید. آنها قادر به استفاده از نور در مقابل پوشش برف هستند. ریشه های گیاهی می توانند نور را حتی در زیر زمین شناسایی کنند. نور در همه جا وجود دارد حتی زمانی که برای فوتوریسپتر ها و یا به چشم انسان قابل مشاهده نیست.
همه این ها شواهدی از این واقعیت است که فوتون های نور و فوتون های تاریک تنها یک واحد هستند. امواج الکترومغناطیسی، در نتیجه، حرکت اتر است. فوتون ها بخشی از نور هستند اما موج تولید شده طرف دیگر است. آنها ذاتا متصل هستند. حال همه آن چیز که دشوار بود ساده شد.
اتر مانند جامدات رفتار میکند
مشخصه اتر این است که مانند جامدات رفتار می کند. ما در واقع باید در نظر بگیریم که امواج الکترومغناطیسی می توانند طولی یا عرضی باشند.
امواج طولی می توانند توسط جامدات یا مایعات انتقال یابند، اما امواج عرضی را می توان تنها در میانگین ارائه یک مدول برشی ایجاد کرد (در علم مواد، مدول برشی یا مدول صلبیت به عنوان نسبت تنش برشی به فشار برشی تعریف می شود).
ذرات، در واقع، حرکت را با اصطکاک به ذرات نزدیک تر انتقال می دهند. این در یک گاز، جایی که ذرات دور از هم هستند ممکن نیست بلکه فقط در جامدات و مایعات که متراکم هستند ممکن است.
ما نتیجه می گیریم که فوتونها بسیار نزدیک به یکدیگر هستند و با پیوند فیزیکی فوق العاده قوی ای متصل هستند که آن ها را مانند یک جامد باهم دیگر نگه میدارد.
بنابراین اتر از اترون ها ساخته شده است اما آن ها روشن و بی حرکت نیستند. هنگامی که یک تنش خارجی آنها را در ارتعاش قرار می دهد، شروع به نوسان و انتقال موج می کنند. اگر لرزش در میدان قابل مشاهده باشد، موج نور است و در غیر این صورت، یک موج الکترومغناطیسی است.
آیا فیزیک کوانتوم صحیح است؟
عبارت “Natura abhorret vacuum” این یک جمله باستانی است. همانطور که در بالا خواندید اتر را ساخته شده از اترون ها توصیف کردیم. بنابراین اتر در واقع طبیعت گسسته ای دارد. بودن اترون ها حداقل پیوستگی ای است که آن را تشکیل می دهد.
اکنون می خواهیم در مورد چگونگی سعی فیزیک کوانتومی در توضیح گسترده و کامل پدیده های نوری صحبت کنیم.
فیزیک کلاسیک بیان می کند که ذرات، ذرات و امواج، امواج هستند و این دو هرگز نباید ترکیب شوند.
ذرات را می توان با جرم m و انرژی E توضیح داد. امواج را می توان با دامنه A و با افزودن عامل موج توصیف کرد:
بنابراین فیزیک کلاسیک کاملا قادر به توصیف یک موج طولی آکوستیکی در یک نوار فولادی یا یک موج مکانیکی عرضی که در آب و یا هر جای دیگری منتشر میشود، می باشد.
اما واقعیت توصیف شده توسط فیزیک کوانتومی متفاوت است: ذرات بصورت امواج رفتار می کنند و بالعکس. این ایده اساسی ای است که از همان ابتدای فیزیک کوانتومی وجود داشت.
نخستین کسی که ادعا کرد نور یک ذره است، نیوتن بود. از سوی دیگر، هویگنس، نور را موجی میدانست. یکی از بزرگترین ایده های مکانیک کوانتومی، کوانتیزه نور است، به عنوان مثال، برای اندازه گیری مقادیر به صورت گسسته. بگذارید در این ایده و دلیل بر آنچه که قبلا در مورد اتر ذکر شده متوقف شویم.
ما اشاره کرده بودیم که اتر توسط اترونهایی تشکیل شده است که بی حرکت هستند. در همان لحظه ای که یک ارتعاش تعدادی از اترون ها را حرکت می دهد، آنها شروع به ایجاد یک موج می کنند.
علاوه بر این، اگر لرزش دارای یک فرکانس در میدان دید باشد، آنها روشن می شوند. این موج به عنوان یک نهاد مکانیکی، بدون حمل جرم و یا اترون ها منتشر می شود. آنها فقط در موقعیت خود بصورت طولی و عرضی ارتعاش می کنند.
پدیده ذره و موج
بیایید سعی کنیم و ببینیم آیا براساس این دیدگاه جدید، امکان توضیح جدیدی وجود دارد یا خیر. سعی خواهیم کرد به روش جدیدی از پدیده های مختلفی که تفسیر ذره ای و مبانی تفسیر موج را پایه گذاری می کنند، توضیح دهیم.
بازتاب، انکسار، تداخل با نظریه موج قابل توضیح هستند.
در این موارد، نور کاملا به صورت یک موج رفتار می کند. این به راحتی در نظریه اتر بر اساس انتشار ساده موج قابل تفسیر است. موج در اتر منتشر می شود و هنگام مواجه شدن با یک مانع، دچار انعکاس،انکسار یا تداخل با موج دیگر میشود.
توضیح دادن پدیده ای که نور در آن مانند یک ذره رفتار میکند کمی دشوار است. پدیده هایی مانند اثر فوتوالکتریک، اثر کامپتون و تولید زوج دیراک. چگونه می توان این اثرات را توضیح داد؟
این ها به سادگی برخورد ذرات هستند. اترون احتمالا هیچ جرمی ندارد، اما دارای یک حرکت است که باید در برخورد با یک الکترون به عنوان یک ثابت در نظر گرفته شود.
