اندازه گیری در مکانیک کوانتومی

در مکانیک کوانتومی به تعریف دقیقی ازاندازه‌گیری نیاز است. در کوانتوم‌مکانیک، مشاهدهٔ یک شئ میکروسکوپی، منجر به تغییر عمده در حالت آن ذره می‌شود؛ بنابراین، اندازه‌گیری در مکانیک کوانتومی با اندازه‌گیری در مکانیک کلاسیک، که در آن، مشاهده و اندازه‌گیری تأثیر چندانی بر جسم ندارد متفاوت است. اندازه‌گیری در قلب مسئلهٔ تفسیر مکانیک کوانتومی قرار دارد، مسئله‌ای که هنوز توافقی بر سر آن وجود ندارد.

Image result for quantum mechanics

در مفهوم کلاسیک اندازه‌گیری، همواره می‌توان فرض کرد که یک نتیجه وجود دارد که با احتمال بسیار زیاد (تقریباً ۱) در محدوده‌ای معین (متناسب با دقت ابزار اندازه‌گیری)، قرار دارد و مقادیرِ دیگرِ حاصل از اندازه‌گیری دارای احتمال بسیار کم (تقریباً ۰) هستند. همچنین، تکرار این آزمایش، همیشه نتیجه‌ای در همان محدوده؛ با توجه به دقت ابزار اندازه‌گیری؛ خواهد داد. این ویژگیِ مفهوم کلاسیک اندازه‌گیری - نقش نداشتن احتمال در آن - مهم‌ترین تفاوت آن با اندازه‌گیری در مکانیک کوانتومی است.

فرضیات یاد شده برای مفهوم کلاسیک اندازه‌گیری، در اندازه‌گیری کوانتوم مکانیکی، همیشه برقرار نیستند. برای مثال، با فرض این‌که ذره پیش از چند آزمایش در شرایطی یکسان قرار گرفته‌است، نمی‌توان گفت که نتایج اندازه‌گیری‌ها یکسان خواهد بود.

از دیگر تفاوت‌های اندازه‌گیریِ کلاسیک و اندازه‌گیری کوانتوم مکانیکی، هنگامی که چند ویژگی جسم را اندازه‌گیری می‌کنیم آشکار می‌شود. در مورد کلاسیک، اندازه‌گیری‌های متعددِ ویژگی‌های مختلف شئ بر یکدیگر اثرگذار نیستند، اهمیتی ندارد که ابتدا طول جسم را اندازه بگیریم و بعد عرضش را، یا به عکس، اول عرض و بعد طول را و بعد هم جرم آن را اندازه‌گیری کنیم. یعنی یکی از فرضیاتِ اندازه‌گیریِ کلاسیک این است که اندازه‌گیری کمیت‌های گوناگون جسم اثری بر نتایج یکدیگر (با در نظر داشتن محدودهٔ دقت ابزار اندازه‌گیری) ندارند. اما در حوزهٔ اندازه‌گیری کوانتوم مکانیکی، این فرض واضح نیز برقرار نیست. برای مثال، در مورد اندازه‌گیری مکان و تکانه خطی یک ذره، اندازه‌گیری کمیت‌های گوناگون برهم اثرگذارند و اولین اندازه‌گیری بر نتیجه آزمایش دوم نیز اثر خواهد گذاشت. در این‌جا این تأثیر به وسیله اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مشخص می‌شود.

شهاب سنگ

یک شهاب‌سنگ یا سنگ آسمانی قطعهٔ جامد بازمانده از جرم‌هایی مانند یک دنباله‌دار، سیارک یا شهاب‌واره است که در اصل در فضای بیرونی شکل گرفته و توانسته پس از گذر از جو و تاب آوردن بازخورد این گذر، بر روی سطح زمین یا یک سیارهٔ دیگر انتقال یابد.

Image result for Meteorite

هنگامی که جرمی به جو وارد می‌شود، عوامل گوناگونی مانند اصطکاک، فشار و تعامل شیمیایی با گازهای اتمسفری، باعث گرم شدن جرم و انتشار آن انرژی می‌شوند. این جرم سپس به یک شهاب‌واره تبدیل می‌شود و برای زمان کوتاهی یک آذرگوی را تشکیل می‌دهد که همچنین به عنوان یک شهاب ثاقب یا ستارهٔ در حال سقوط دیده و شناخته می‌شود؛ اخترشناسان نمونه‌های درخشان این پدیده را آذرگوی می‌نامند. شهاب‌سنگ‌هایی که در ورود خود تأثیر جو را تحمّل کرده‌اند، اندازه‌های بسیار متفاوتی دارند. برای زمین‌شناسان، یک آذرگوی شهاب‌سنگی است که به اندازهٔ کافی بزرگ باشد تا بتواند یک دهانه برخوردی ایجاد کند. روزانه حدود ۵۰ تن شهاب‌سنگ وارد جو زمین می‌شود. و بیشتر آن‌ها در لایه مزوسفر تبخیر می‌شوند.

شهاب‌سنگ‌ها بیشتر از سنگ و فلز تشکیل شده‌اند. این اجرام هنگامی که وارد جو زمین می‌شوند به دلیل قطر زیادشان از جو می‌گذرند و دهانه‌ها و عوارض گوناگونی را از خود بر جای می‌گذارندبرای نمونه دهانهٔ بارینجر در آریزونا و دهانهٔ وردفورت در آفریقای جنوبی. اهمیّت مطالعهٔ شهاب سنگ‌ها جهت تعیین سن زمین، منظومه خورشیدی (شمسی) و در نهایت تعیین سن کل کیهان نهفته‌است. به علاوه می‌توان از آن‌ها جهت تعیین ترکیب شیمیایی بخش‌های مختلف سیارهٔ زمین و سایر سیاره‌های سنگی استفاده کرد. فرایندهایی را که منجر به تشکیل این سیاره‌ها شده‌اند و حتی فرایندهای تشکیل هسته، پوستهٔ اولیه، فرایند تفریق عنصری در گوشتهٔ اولیّه که فرایند مهمّی چون تشکیل حیات است به دقّت بررسی کرد. به کمک مطالعهٔ شهاب سنگ‌های فلزی (آهنی) و بررسی‌های لرزه‌نگاری بود که دانشمندان ترکیب حدودی هستهٔ زمین را ارزیابی و محاسبه کردند.

خمیدگی فضا - زمان

در علم فیزیک و در ریاضی، فضا-زمان (Spacetime)‏ (و نه فضا و زمان‌) به هر‌گونه مدل ریاضی گفته می‌شود که زمان و مکان را به صورت ساختاری واحد و درهم‌پیوسته با یکدیگر ترکیب کند. بر اساس فرضیات مفهوم فضای اقلیدسی، جهان، سه بعد مکانی و یک بعد زمانی مستقل از هم دارد. در فضا-زمان سه بعد فضا و یک بعد زمان درهم ادغام می‌شوند و یک محیط پیوستهٔ چهار بعدی را ایجاد می‌کنند. با ترکیب فضا و زمان و ایجاد یک محیط خمیدهٔ واحد، فیزیکدان‌ها توانسته‌اند تئوری‌های فیزیک را هم در سطح کیهانی و هم در بعد اتمی ساده‌سازی کنند.

Image result for spacetime

گرانش، همان چیزی که وقتی می خواهید از یک بلندی بپرید شما را به زمین می رساند. همان چیزی که باعث می شود در حین کج کردن لیوان محتویاتش به دهان شما رود. همان چیزی که جوهر خودکار را به پایین فرامی خواند، تا شما بتوانید با آن بنویسید. و اگر این نیرو نبود، هیچ یک از این کارها ممکن نبود. خلاصه این که این نیروی عظیم هر چیزی را تحت سلطه ی خود دارد، حتی خطوط زمان هم تحت تاثیر گرانش خمیده می شوند، یا به عبارتی گرانش عاملی بر تغییر سرعت زمان است!

بر اساس نظریه اینشتین، خمیدگی، به علت وجود جرم و انرژی ایجاد می‌شود. هر جسم پرجرم بسیار بزرگ، در خمیدگی فضا ـ زمان، نقش دارد. اجسامی که در «امتداد خطی مستقیم در جهان حرکت می‌کنند»، مجبور به دنبال کردن مسیرهای خمیده‌ای هستند.

فصل جدید مستند cosmos

cosmos یک سریال مستند علمی و جذابه که فصل اول اون سال 2014 پخش شد.

این مستند توسط نیل دگرس تایسون ارائه شد که شخصیت جذاب و کاریزماتیکی داره.

نیل توی سریال های بیگ بنگ تئوری و بروکلین 99 نقش مهمان داشت و در آخرین قسمت عصر یخبندان  هم یک کاراکتر از روش ساخته شده بود.

Image result for neil tyson ice age

فصل جدید این مستند سال جدید منتشر میشه . بی صبرانه منتظریم تا با سفینه فضایی نیل تایسون به حوزه های مختلف علمی سفر کنیم.

Image result for neil tyson

فیزیک پدیده های عجیب؛ جادو و شعبده

دیوید کاپرفیلد ؛ کریس انجل و بسیاری از تردست های حرفه ای با بهره گیری از تکنیک های تصویربرداری؛ حقه های ساده فیزیکی و یا گاهی اختراعات پیچیده کارهای خارق العاده ای انجام می دهند. پرواز می کنند؛ از وسط به دو نیم تقسیم می شوند؛ روی آب راه می روند و ذهن خوانی می کنند؛ اشیاء را حرکت می دهند و از داخل شیشه عبور می کنند. اما واقعیت ماجرا چیست؟ آیا به راستی می توان قوانین فیزیک را نقض کرد؟

اغلب راجع به بروز پدیده های عجیب و به ظاهر فراطبیعی، راه رفتن روی آب، معلق شدن مرتاض ها روی هوا، راه رفتن روی آتش و انرژی دستان شفابخش ، خم کردن قاشق و … اخبار و اطلاعات گوناگونی شنیده ایم. عده زیادی از مردم با دیدن یا شنیدن روایت این پدیده های اسرارآمیز ، در نهایت حیرت، وقوع آنها را به نیروهای غریب و ناشناخته منتسب می کنند. بسیاری ازمردم اساساً امکان رخداد پدیده هایی خلاف قواعد فیزیک را می پذیرند.

Image result for magic tricks

از بین مباحث مرتبط با فیزیک کلاسیک؛ الکترومغناطیس، ترمودینامیک، گرانش و همچنین اپتیک به خصوص در سرفصل های نور، آیینه و عدسی از پرکاربردترین خاصیت های فیزیکی در شعبده ها و تردستی ها و جادوگری ها در برنامه های مدعیان مسائل پارانرمال و فراطبیعی هستند. در این میان نیروی الکترومغناطیس و گرانش ، اصطلاحاً نیروهای میدانی Body force هستند ، نحوهء عمل شان به مراتب از نیروهای تماسی Contact force عجیب تر است. مثلا نیروی مغناطیسی آهنربا می تواند بدون تماس مستقیم ؛ آهن یا آهنربای مجاورش را جابجا کندو از آنجایی که این نیرو تماسی نیست و دیده هم نمی شود به عنوان یک قدرت خارق العاده فراطبیعی جلوه کند.

آیینه ها و عدسی ها هم گاهی خواصی اعجاب انگیزی دارند. مانند شکست نور و یا معکوس و وارون شدن تصویر یا حتی تصویر مجازی با ابعاد کوچکتر یا بزرگتر از شیء. از دیگر سو خواص ترمودینامیکی هم در بسیاری از مواد می توانند در یک فرایند شیمیایی یا حرارتی ، خواصی را بروز دهند که سبب حیرت ناظران گردد.

این نمایش ها گاهی صرفا به جهت تفریح و سرگرمی برگزار می شوند اما در مقابل بسیاری از سودجویان و شیادان خبره و حرفه ای نیز با صحنه سازی های استادانه ، خود را صاحب کرامات و نیروهای خارق العاده نشان داده و در ازای ارائه خدمات پوچ و بی حاصل، کسب درآمد می کنند. آنها با بهره گیری از جهل و ناآگاهی عموم مردم از دانش و روش علمی، سناریوهای پیچیده و گاه خلاقانه ای طراحی میکنند و گاه با حقه و نیرنگ زیرکانه، به ظاهر کارهای خارق العاده ای انجام می دهند. بطوری که هر کسی ممکن است رد پای یک سری قوای غیبی و فراطبیعی را مشاهده کند. در حالیکه همه چیز ، تنها یک صحنه سازی حساب شده، با بهره گیری از یکسری روش های شعبده و تردستی و تاثیر روانی است.

گاهی این حقه ها مخلوطی از یک قاعده ریاضی ساده و یک تاثیر روانی است. مثلا فرد از شما می خواهد در ذهن خودتان یک عدد دو رقمی انتخاب کنید. سپس حال جمع دو رقم را از عدد انتخابی در ذهن تان کم کنید. در نهایت با نشان دادن یک مجموعه اشکال مختلف از شما خواسته می شود شکل متناظر با عدد جواب را در ذهن به خاطر بسپارید. کمی بعد می بینید که فرد دقیقا همان شکل عدد جواب را به شما می گوید. گویی که ذهن تان را حتی از پشت مانیتور کامپیوتر خوانده و انگار که می دانسته شما در ذهن تان چه عددی را انتخاب کرده بودید. واقعیت داستان اما چیز دیگری است. یک قاعده ریاضی ساده که می گوید هرگاه حاصل جمع دو رقم هر عدد دورقمی دلخواه از آن عدد کم شود حاصل اش مضربی از ۹ خواهد بود. بنابراین عدد انتخابی در ذهن شما هر آنچه که باشد؛ ۳۹ باشد یا ۷۴ تفاوتی نمی کند. فارغ از آنچه که شما در ذهن انتخاب کرده اید همواره پاسخ غیبگوی قلابی ؛ درست از آب درخواهد آمد.

در اصطلاح به کسانی که مچ این شیادان را میگیرند یا حقه های آنان را بر ملا میکنند Debunker)دست رو کن) گفته می شود . اما مچ گیری از مجریان برنامه فریب عمومی همواره کار ساده ای نیست و گاه مستلزم طراحی آزمون های کنترلی پیچیده است. حتی ممکن است دانشمندان خبره هم نتوانند به راحتی دست یک رمال، تردست یا فالگیر و غیبگو و شفادهنده را رو کنند و نوع حقه اش را بر ملا سازند. چه رسد به مردم عادی و زودباور، که به دلیل دوری از نگرش علمی، به راحتی فریب می خورند. حتی ممکن است دانشمندان هم گاهی در اینکه چه نتایجی را میتوان بر حسب دریافت حسی عادی Ordinary Sensory Perception دسته بندی کرد یا در ردهء دریافت حسی پارانرمال Extrasensory perception، نقاط ضعف بزرگی داشته باشند و حتی نتوانند آزمون های کنترلی درستی در این خصوص طراحی کنند.

یکی از بهترین نمونه های تاریخی این ادعا پروژهء آلفا Project Alpha است. استیو شا Steve Shaw و مایکل ادواردز Michael Edwards با راهنمایی جیمز رندی به یکی از سرمایه دار ترین و مجهز ترین آزمایشگاه های فیزیک دنیا یعنی آزمایشگاه پژوهش های وراحسی مک دانل McDonnell-Labor در دانشگاه واشنگتن در سنت لویی میسوری رفتند.. شا و ادواردز هیات پژوهشی آزمایشگاه مک دانل را متقاعد کردند که از نیروی غیبی برخوردارند. آنها بمدت ۳ سال در آزمایشگاه تحت آزمون قرار گرفتند. فلزات را بصورت فراطبیعی خم کردند، ذهن خوانی کردند، محتویات نامه سربسته را برملا کردند فیوزهای کار گذاشته شده در جعبه های حفاظتی را سوزاندند و … اما هیچیک از هیات پژوهشی متوجه نوع نیرنگ و حقه این دوشعبده باز نشدند و چون آزمون های کنترلی ضعیفی طراحی شده بود نتوانستند مچ این دو نفر را بگیرند حتی وقتی که ویدئوی کارهای خارق العاده شا و ادواردز را بررسی کردند باز هم هیچ نتیجه ای نداد.

در هند مرتاضان و خدایان بسیاری با بهره گیری از حقه های فیزیکی نمایش های حیرت انگیزی را اجرا می کنند. روی میخ دراز می کشند و می ایستند یا با تکیه به یک عصا ظاهرا روی هوا می نشینند و معلق می شوند یا به گفته خودشان با نگاه ؛ قطار در حال حرکت را متوقف می کنند. این حقه ها همگی با استفاده از ابزارهای ساده فیزیکی انجام می شوند و به عبارت دیگر یک نوع تردستی یا شعبده بازی هستند. قطعا باور نمی کنیم که شعبده باز؛ واقعا عصای خود را تبدیل به خرگوش می کند و یا کلاه اش واقعا کبوتر می شود. همه ما می دانیم که خرگوش یا کبوتر جایی در آستین و لباس شعبده باز پنهان شده و در چشم به هم زدنی لابلای دود و پارچه و کلاه بیرون کشیده می شود. مرتاض هندو در واقعیت تنها کاری که انجام می دهد هماهنگی قبلی با راننده قطار است مبنی بر این که با دیدن او ترمز کرده و بایستد. این نمایش اما تنها سودی که دارد حیرت ناظران است و ارج و قرب و اعتبار مرتاض در نزد مردم ساده دل.

Image result for alchemy

در همین زمینه می توان از ساتیا سای بابا सत्य साईं बाबा نام برد. او یکی از موفق ترین مجریان فریب عمومی بود که چند سال پیش فوت کرد. سای بابا ظاهرا معجزات و تردستی های بسیاری انجام میداد. خاک را طلا میکرد و روی هوا معلق میشد و آب را به بنزین تبدیل میکرد، گوی طلا استفراغ می کرد و غیب می شد و کارهای عجیب و غریب دیگر . چند سال پیش که سای بابا فوت کرد ۹۸ کیلوگرم طلا و همچنین ۳۰۷ کیلوگرم زیور آلات نقره و مبلغی پول نقد معادل ۲٫۶ میلیون دلار به صورت نقدی از خود بجای گذاشت. در سال های بعد بیش از ۷٫۸ میلیون دلار دیگر در اتاق های دیگر وی پیدا شد.

در آپریل سال ۱۹۷۶ یک نفر فیزیکدان به نام ناراسیمهایاه، که معاون رئیس دانشگاه بنگلور بود، یک کمیته برای بررسی و علمی معجزات و خرافات تاسیس کرد و سه نامه به ساتیا سای بابا نوشت ودر آن علناً او را به چالش کشید که معجزاتش را (یعنی در واقع همان حقه هایش را) تحت شرایط کنترل شده انجام دهد! ساتیا سای بابا که می دانست در یک آزمون علمی ؛ حقه هایش بر ملا می شود و هر آنچه که رشته ؛ پنبه می شود این دعوت را نپذیرفت و گفت: علوم باید تحقیقات خود را تنها به چیزهایی که متعلق به حواس بشر است محدود کنند، چون معنویت فراتر از حواس است. اگر می خواهید ماهیت قدرت معنوی را بفهمید فقط از طریق مسیر معنوی می توانید آنرا درک کنید و نه از طریق علم. آن چه که علم می تواند حل کند فقط بخش کوچکی از پدیده های کیهانی است!

فیلم نظریه همه چیز (2014)

Image result for نظریه همه چیز

 

آنتونی مک‌کارتن از سال ۱۹۸۸، که کتاب تار

یخچهٔ زمان را خواند، به زندگی استیون هاوکینگ علاقه‌مند شده‌بود. در سال ۲۰۰۴، مک‌کارتن سفر به بی‌نهایت: زندگی من با استیون نوشتهٔ جِین هاوکینگ را خواند و بلافاصله شروع به نوشتن فیلم‌نامه‌ای برپایهٔ آن کرد، درحالی‌که هیچ تضمینی برای ساخت آن وجود نداشت. او چندین بار با جِین در خانه‌اش دیدار کرد تا در مورد این پروژه بحث کند. بعد از نوشتن چندین نسخه از فیلم‌نامه، سال ۲۰۰۹ از طریق کریگ برنستاین با لیسا بروس آشنا شد.

لیسا بروس سه سال به‌همراه مک‌کارتن تلاش کردند تا جِین را متقاعد کنند که از روی کتابش فیلم اقتباسی ساخته شود. در ۱۸ آوریل ۲۰۱۳، اعلام شد که جیمز مارش این فیلم را کارگردانی خواهد کرد و فیلمبرداری در کمبریج و لوکشین‌هایی دیگر در بریتانیا انجام خواهد شد. همچنین اعلام شد که ادی ردمین نقش اصلی فیلم را ایفا خواهد کرد. در ۲۳ ژوئن ۲۰۱۳، تأیید شد که جونز در نقش مقابل ردمین بازی خواهد کرد. در ۸ اکتبر پیوستن تیولیس و واتسون به پروژه تأیید شد و این‌که تیم بیون، اریک فلنر، لیسا بروس و آنتونی مک‌کارتن تهیه‌کنندگان این فیلم هستند.

مارش تمام تصاویر و فیلم‌های موجود از هاوکینگ را بررسی کرد تا صحت و دقت فیلم بالا رود. ردمین خودش با هاوکینگ دیدار کرد. او دراین‌باره گفت: «حتی الآن که نمی‌تواند حرکت کند، می‌توانید جنبش و طراوت را در چشمانش ببینید». او همچنین بازی در نقش هاوکنیگ را یک چالش سنگین خواند و گفت: «مشکلی اصلی این بود که یک فیلم به ترتیب زمانی فیلم‌برداری نمی‌شود و همه‌چیز دربارهٔ جدول زمانیِ زوال جسمیِ او بود، و این‌که بتوانیم از روزی به روزی دیگر بپریم و در عین حال شادابی و بذله‌گویی او را حفظ کنیم».

ردمین شش ماه در مورد هاوکینگ تحقیق کرد و همهٔ تصاویری را که از او پیدا کرد، مشاهده کرد. مارش اعلام کرد که کار ردمین اصلاً آسان نبود. او گفت: «او باید آماده‌سازی‌های بسیار دشواری را پشت‌سر می‌گذاشت تا از پسِ سختی‌های جسمیِ نقش برآید. فقط درمورد ایفای نقش معلولیت نیست، بلکه حفظ جدول زمانی و زوال ترتیبیِ بدن است». او همچنین در ادامه گفت که هاوکینگ برای آن‌ها آرزوی موفقیت کرد و گفت: «واکنش [هاوکینگ] بسیار مثبت بود. حتی پیشنهاد داد که از صدای خودش استفاده کنیم، همان صدای واقعی‌ای که خودش استفاده می‌کند. صدایی که در فیلم می‌شنوید، دقیقاً همان صدایی الکترونیکی‌ای است که هاوکینگ در واقعیت استفاده می‌کند». اعلام شد که در جشنوارهٔ بین‌المللی فیلم تورنتو، که فیلم برای اولین بار اکران شد، وقتی چراغ‌ها روشن شده، پرستارِ هاوکینگ قطره‌های اشک را از صورتِ او پاک کرده‌است.

جِین هاوکینگ در مصاحبه با رادیو بی‌بی‌سی ۴ در مورد دیدارهایش با فلیسیتی جونز برای آماده‌سازی ایفای نقشش صحبت کرد. او گفت وقتی فیلم نهایی را دیده‌است، از این‌که جونز دقیقاً از الگوهای رفتاری و صحبت کردن وی استفاده کرده، شگفت‌زده شده‌است.

نحوه ایجاد پرتو لیزر

اولین شرط ایجاد لیزر ، داشتن ماده یا محیطی است که بتواند انرژی را در خود ذخیره کند. نمونه‌هایی از این مواد عبارتند از: بلورهایی مثل یاقوت ، ایتریوم ، آلومینیوم گارنت ،  یا گازهایی مثل CO2 و He - Ne و ... و مایعاتی مانند رنگهای رودآمین – 6G می‌‌باشد. انیشتین در سال 1916 نشان داد که گسیل القایی نور را می‌توان از یک اتم برانگیخته بدست آورد.
 

Image result for laser physics


چنانچه اتم و یا مولکول در تراز بالاتر E2 واقع شود و فوتونی با فرکانس‌ v با اتم برانگیخته وارد برهمکنش شود. بطوری که
hv = E2 _ E1 باشد، در این صورت احتمال معینی وجود خواهد داشت که اتم به تراز پایینتر بیافتد. در نتیجه ، دو فوتون حاصل می‌‌شود، فوتون القا کننده و القا شونده ، که هر دو همفاز هستند.در عین حال ، اگر اتمهایی به تعداد N2 در تراز E1 باشند، می‌توانند با جذب فوتونهای فوق ، برانگیخته شده و به تراز انرژی E2 برسند.

چنانچه هدف به دست آوردن تابش همدوس باشد، باید سعی شود که N2 >> N2 گردد، به عبارت دیگر ، تجمع معکوس رخ دهد. فرآیندی که طی آن تجمع معکوس صورت می‌‌گیرد، دمش می‌نامند. وقتی یک سیستم دو ترازی با محیط اطراف خود در حال تعادل گرمایی باشد، جمعیت تراز انرژی بالاتر Nj کمتر از جمعیت تراز Ni خواهد بود. با استفاده از فرآیند اشباع شدن می‌توان Ni را با Nj مساوی گردانید. بطوری که مقدار جذب به صفر تنزل یابد.

چنانچه بتوان مقدار Nj را بیشتر از Ni نمود، اکثر اتمهای سیستم که به حالت برانگیخته می‌‌روند، تمایل خواهند داشت که به حالت انرژی کمتر برگردند. بدیهی است که این تمایل به وسیله کوانتای تابش فرودی تشدید می‌گردد. بدین معنی که سیستم نه تنها فوتون فرودی را جذب نمی‌کند بلکه فوتون فرودی باعث برانگیختگی سیستم برانگیخته شده که با سقوط به حالت پایینتر دو کوانتا انرژی تابشی از دست می‌دهد (فوتون مربوط به اتم برانگیخته به همراه فوتون فرودی). تمام این فرآیندها تابش لیزر را بوجود می‌آورند.

قرار دادن محیط تولید لیزر در یک مشدد نوری با انتهای آینه‌ای که تابش را در محیط تولید لیزر به جلو و عقب می‌فرستد، سبب تراکم تابش سطوح بالا در تشدید کننده بوسیله ادامه گسیل القایی می‌شود. سپس تابش لیزر از طریق آینه‌ای نیمه شفاف ، از یک انتهای کاواک به بیرون گسیل می‌شود.

ماکس پلانک

ماکس کارل ارنست لودویگ پلانک  یکی از مهم‌ترین فیزیک‌دانان آلمان در سده ۱۹ میلادی و اوایل سده ۲۰ بود. او را پدر نظریهٔ کوانتوم می‌شناسند.

Image result for max planck

پلانک در سال ۱۸۸۰ با سمت دانشیاری به هیئت علمی دانشگاه مونیخ پیوست و ۵ سال پس از آن به مقام استادی دانشگاه کیل رسید. استخدام به عنوان استاد غیررسمی در دانشگاه کیل پلانک، او را از لحاظ علمی مستقل‌تر ساخت. گوستاو کیرشهف استاد راهنمای قدیمی پلانک در سال ۱۸۸۹ درگذشت و کرسی استادی او در دانشگاه برلین خالی ماند، پلانک به جای کیرشهف به عنوان استاد یار و مدیر مؤسسه فیزیک نظری منصوب شد. روزی پلانک فراموش می‌کند در چه کلاسی از دانشگاه برلین درس دارد، جلوی اتاق دفتر بخش ایستاده و از کارمندی نشانی محل برگزاری درس آن روز پروفسور پلانک را جویا می‌شود کارمند در جواب می‌گوید: «آنجا مرو مرد جوان، تو بسیار جوان‌تر از آن هستی که بتوانی درس پلانک، استاد فرهیخته ما را بفهمی.»

تئوری کوانتوم

پلانک در پی استقرار در کرسی استادی خویش، توجه خود را معطوف به پدیدهٔ تابش جسم سیاه، مشکل روز فیزیک کلاسیک کرد که آن را نخستین بار کیرشهف به میان آورده بود. پلانک در سال ۱۹۰۰ به این نتیجه رسید که برای توضیح پدیدهٔ تابش جسم سیاه باید ایده کاملاً جدیدی را پیش کشید. وی این فکر را که انرژی نیز مانند ماده از آحاد یا بسته‌های کوچکی درست شده‌است، در میان نهاد. آن بسته را کوانتوم نامید که کلمه‌ای برگرفته از زبان لاتین به معنی «چقدر» و جمع آن «کوانتا» بود، این فکر که با اصول و قوانین آن زمان مطابقت نداشت، بالطبع مخالفانی به‌وجود آورد؛ ولی این مخالفت‌ها بیش از ۵ سال طول نکشید، زیرا تئوری انیشتین که متکی به تئوری کوانتا بود، بیان شد و ارزش واقعی و حقیقی تئوری پلانک را معلوم نمود. بعد از آن پلانک و انیشتین با یکدیگر مکاتباتی آغاز کردند که تا پایان عمر پلانک ادامه یافت و سبب همکاری‌های مهمی بین آن‌ها در زمینهٔ خواص نور نیز شد.

سهمی که پلانک در پیشبرد علم ادا کرد، او را به یکی از برترین دانشمندان تبدیل کرد. او مورد احترام همکاران خود در همهٔ حوزه‌های علمی و از همهٔ ملیت‌های جهان بود.

گرانش

به طور کلاسیک، گرانش یکی از چهارنیروی اصلی‌طبیعت (سه نیروی دیگر: الکترومغناطیس، نیروی هسته‌ای ضعیف و نیروی هستهای قوی) شمرده می‌شود. از میان این نیروها، گرانش از همه ضعیف‌تر است از این رو در فرایندهای ریز-مقیاس که نیروهای دیگر حضور فعال دارند، اثر گرانش کاملاً قابل چشم‌پوشی‌است. در فیزیک معاصر نظریه نسبیت عام برای توضیح این پدیده بکار می‌رود، اما توضیح کمتر دقیق ولی ساده‌تر آن در قانون گرانش عمومی نیوتن یافت می‌شود. در اکثر فعالیت‌های روزمره، از جمله فرستادن موشک به فضا قانون جاذبه عمومی نیوتن کاملاً کارآمد است. هر جرم ذره‌ای جرم ذره‌ای دیگر را درراستای تقاطع آن‌ها با نیرویی جذب می‌کند این نیرو با حاصلضرب جرم‌ها متناسب است و با مربع فاصلهٔ آن‌ها رابطه عکس دارد. این قانون از قوانین بنیادی فیزیک است.

Image result for گرانش

نیروی گرانشی حدود ۳۸ـ۱۰ برابرِ قدرت "نیروی هسته‌ای قوی" است (یعنی با تفاوت ۳۸ صفر، گرانش ۳۸ مرتبهٔ بزرگی ضعیف‌تراست)، ۳۶ـ۱۰ برابرِ قدرت نیروی الکترومغناطیسی و ۲۹ـ۱۰ برابرِ قدرت "نیرویِ هسته‌ای ضعیف" است. به عنوان یک نتیجه، گرانش تأثیر ناچیزی بر رفتار ذرات زیر اتمی، و هیچ نقشی در تعیین خواص داخلیِ روزمرهٔ ماده ایفا نمی‌کند. از سوی دیگر، گرانش نیرویِ غالب در مقیاس ماکروسکوپی است، که علتِ ساختار، شکل، و خط سیرِ (مدار) اجرام آسمانی، از جمله برخی از سیارک‌ها، دنباله‌دارها، سیارات، ستارگان و کهکشان‌ها است. گرانش عامل گردش زمین و دیگر سیارات در مدار به دور خورشید، دلیلِ دور زدن ماه به گِرد زمین، برای تشکیل جزر و مد، برای انتقال طبیعی گرما، که از طریق آن جریان سیال تحت تأثیر شیب چگالی و وزن رخ می‌دهد، برای گرم کردن فضایِ داخلی تشکیلِ ستاره‌ها و سیارات با درجه حرارت بسیار بالا، برای سامانه خورشیدی، کهکشان‌ها، شکل‌گیریِ ستاره‌ای و تکامل آن؛ و برای پدیده‌های مشاهده شده مختلف دیگر بر روی زمین و در سراسر جهان است. به چند دلیل: جاذبه تنها نیرویِ وارد بر تمام ذرات است؛ با یک دامنه نامحدود؛ همیشه جذاب است و هرگز قهر نمی‌کند!. نمی‌شود آن را جذب کرد، تبدیل نمی‌شود، یا نمی‌شود در برابرش محافظت داشت. حتی الکترومغناطیس به مراتب بسیار قوی تر از گرانش است. الکترومغناطیس ارتباطی با اجرام آسمانی از جمله اجسامی که دارای تعداد مساوی از پروتون و الکترون هستند ندارد. (به عنوان مثال، یک بار الکتریکی خالص صفر).

اگرچه نیروی جاذبه ابتدا توسط قوانین نیوتن و سپس نسبیت عام انیشتین به خوبی توصیف شد، با این وجود ما هنوز نمی‌دانیم چگونه خواص بنیادین جهان با هم ترکیب می‌شوند و این پدیده را ایجاد می‌کنند. قوانین نیوتن و انیشتین به ما می‌گویند که گرانش چگونه عمل می‌کند اما از منشأ پیدایش آن چیزی بیان نمی‌کنند.

بوزون چیست ؟

بر اساس تعریف، بوزون‌ها ذره‌هایی هستند که از آمار بوز انیشتین پیروی می‌کنند. در یک سامانه کوانتومیِ دو-ذره، برای بوزون‌ها تابع موج سامانه متقارن است. به بیانی ساده و نه چندان درست، می‌شود گفت که وقتی جای ۲ بوزون با هم عوض شود، تابع موج سامانه نمی‌دگرد، در حالی که فرمیون‌ها از آمار فرمی-دیراک و اصل طرد پاولی پیروی می‌کنند و برخلاف بوزون‌ها در یک سامانهٔ کوانتومی دو-ذره، تابع موج سامانه باید نامتقارن باشد به بیان ساده وقتی جای دو فرمیون عوض شود، تابع موج سامانه منفی خواهد شد.

ویژگی‌هایلیزرها و میزرها (تقویت امواج مایکروویو)، ابرشارگی هلیوم-۴ و حالت چگالش بوز-انیشتین، همگی از اثر بوزون‌ها است.

نتیجه دیگر این است که طیف یک گاز فوتونی در تعادل گرمایی، به شکل طیف ماکسول خواهد بود، مثل طیف تابش جسم سیاه یا تابش زمینهٔ کیهانی.

در همهٔ نیروهایی که ما می‌شناسیم، کنش و واکنش‌های بوزون‌های مجازی وفرمیون‌های حقیقی دخیل هستند. بوزون‌هایی که در این تعامل‌ها شرکت می‌کنند، بوزون‌های پیمانه‌ای نامیده می‌شوند.

همهٔ ذره‌های بنیادین که ما می‌شناسیم یا بوزون هستند یا فرمیون. ذره‌ها با اسپین نیمه درست را فرمیون و ذره‌ها با اسپین درست بوزون‌ها هستند. در مکانیک کوانتومی این مشاهده کاملاً تجربی است در حالی که در مکانیک کوانتوم نسبیتی بنا به قضیهٔ اسپین-آمار، ذرات با اسپین نیمه صحیح نمی‌توانند بوزون و ذرات با اسپین صحیح نمی‌توانند فرمیون باشند.

در سامانه‌های بزرگ تفاوت میان آمار بوزونی و فرمیونی فقط در غلظت‌های بالا معلوم می‌شود. در غلظت‌های پایین، هر دو سیستم با دقت خوبی از توزیع ماکسول-بولتزمن پیروی می‌کنند.