رونمایی از تصاویر سطوح کوانتومی «لاندائو» پس از 80 سال کوانتوم و فیزیک جدید

کوانتوم و فیزیک جدید,رونمایی از تصاویر سطوح کوانتومی «لاندائو» پس از 80 سال

رونمایی از تصاویر سطوح کوانتومی «لاندائو» پس از 80 سال کوانتوم و فیزیک جدید

  فیزیکدانان انگلیسی و ژاپنی برای اولین بار توانسته‌اند سطوح لاندائو را پس از 80 سال از ارائه نظریه آن توسط لو لاندائو، برنده جایزه نوبل به تصویر بکشند. به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، سطوح لاندائو به سطوح کوانتومی گفته می‌شود که رفتار الکترون را در یک میدان مغناطیسی قوی تعیین می‌کنند. محققان دانشگاه وارویک و دانشگاه توهوکو با استفاده از شیوه اسکن طیف‌سنجی تونل‌زنی توانستند ساختار داخلی حلقه مانند این سطوح را در سطح یک نیمه رسانا به نمایش بگذارند. چالش تجربی در این کار برخورداری از وضوح مکانی کافی برای غلبه بر اختلال درونی در ماده بود که معمولا تنها تصاویری از حالتهای رانش عبوری را به نمایش می‌گذارد. تصاویر بدست آمده توسط این دانشمندان به وضوح نشان از صحت نظریه لاندائو در زمان پیش‌بینی این که در یک سیستم پاک، الکترونها شکل حلقه‌های متحدالمرکز را گرفته و تعداد آنها با توجه به سطح انرژی آنها افزایش می‌یابد، دارند. این رفتار شمارشی ساده اساس اثر کوانتومی هال را شکل می‌دهد. این اثر در سالهای اخیر برای توصیف استاندارد در مقاومت الکتریکی مورد استفاده بوده و بزودی برای تعریف کیلوگرم نیز به کار برده خواهد شد. ایسنا

رونمایی از تصاویر سطوح کوانتومی «لاندائو» پس از 80 سال

  فیزیکدانان انگلیسی و ژاپنی برای اولین بار توانسته‌اند سطوح لاندائو را پس از 80 سال از ارائه نظریه آن توسط لو لاندائو، برنده جایزه نوبل به تصویر بکشند.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، سطوح لاندائو به سطوح کوانتومی گفته می‌شود که رفتار الکترون را در یک میدان مغناطیسی قوی تعیین می‌کنند.

محققان دانشگاه وارویک و دانشگاه توهوکو با استفاده از شیوه اسکن طیف‌سنجی تونل‌زنی توانستند ساختار داخلی حلقه مانند این سطوح را در سطح یک نیمه رسانا به نمایش بگذارند.

چالش تجربی در این کار برخورداری از وضوح مکانی کافی برای غلبه بر اختلال درونی در ماده بود که معمولا تنها تصاویری از حالتهای رانش عبوری را به نمایش می‌گذارد.

تصاویر بدست آمده توسط این دانشمندان به وضوح نشان از صحت نظریه لاندائو در زمان پیش‌بینی این که در یک سیستم پاک، الکترونها شکل حلقه‌های متحدالمرکز را گرفته و تعداد آنها با توجه به سطح انرژی آنها افزایش می‌یابد، دارند.

این رفتار شمارشی ساده اساس اثر کوانتومی هال را شکل می‌دهد. این اثر در سالهای اخیر برای توصیف استاندارد در مقاومت الکتریکی مورد استفاده بوده و بزودی برای تعریف کیلوگرم نیز به کار برده خواهد شد.

ایسنا

برچسب‌ها: کوانتوم و فیزیک جدید

مطالب بیشتر از سایت ما

مدل استاندارد فیزیک ذرات در آستانه تحولی بزرگ کوانتوم و فیزیک جدید

شمارش فوتون ها با گیرنده نوری قورباغه کوانتوم و فیزیک جدید

خنک شدن الکترون‌های دیراک کوانتوم و فیزیک جدید

آیا الکترون‌ها، سیاهچاله‌ها یا بوزون هیگز واقعا وجود دارند؟ کوانتوم و فیزیک جدید

حتمال کشف یک ماده جدید در سرن کوانتوم و فیزیک جدید

بافت‌های کوانتومی کایرال بافت‌های کوانتومی کایرال

ابداع شیوه‌ای برای تبدیل ابر برخورد دهنده سرن به سریع‌ترین کرنومتر جهان کوانتوم و فیزیک جدید

شمارش فوتون‌ها در پلاسمای کوارکگلوئونی کوانتوم و فیزیک جدید

فروکش هیجان دانشمندان درباره بوزون هیگز فروکش هیجان دانشمندان درباره بوزون هیگز

قوی‌ترین مغناطیس رکوردزن جهان آغاز به کار کرد الکترومغناطیس

مدل استاندارد فیزیک ذرات در آستانه تحولی بزرگ کوانتوم و فیزیک جدید

کوانتوم و فیزیک جدید,مدل استاندارد فیزیک ذرات در آستانه تحولی بزرگ

مدل استاندارد فیزیک ذرات در آستانه تحولی بزرگ کوانتوم و فیزیک جدید

  محققان روس از کشف ذره زیر اتمی جدیدی خبر می‌دهند که در صورت اثبات وجود، می‌تواند مدل استاندارد فیزیک ذرات را دستخوش تحولی شگرف کند. به گزارش علم پرس به نقل از ایسنا، در اواسط دهه ۱۹۳۰ میلادی فیزیکدانان بر این باور بودند که تمام ذرات زیر اتمی شامل پروتون، الکترون و نوترون را شناخته‌اند، اما در سال ۱۹۳۶ میلادی ذره “موئون” کشف شد که به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد باعث شگفتی فیزیکدانان شد. به تازگی شواهدی از وجود بوزون جدید منتشر شده است که بخشی از مدل استاندارد (SM) ذرات بنیادی محسوب نمی‌شود و در صورت اثبات وجود، علم فیزیک بار دیگر با یک کشف شگفت‌انگیز رو به رو خواهد شد. این بوزون جدید که E) 38) نام دارد، در شتاب دهنده ذرات ابر رسانا نوکلترون در موسسه تحقیقات هسته‌ای دوبنا در نزدیکی مسکو کشف شده است. بوزون E) 38) که در حال حاضر در مرحله بررسی‌های دقیق و اثبات وجود قرار دارد، حدود ۲٫۵ درصد پروتون جرم داشته و سبک‌تر از همه ذرات بنیادی کشف شده است. اگر E) 38) ذره پایداری بود، می‌توانست یکی از کاندیداهای نخست برای شکل دادن تمام یا بخشی از ماده تاریک کائنات باشد، اما این بوزون غیرپایدار بوده و نیمه عمر بسیار کوتاهی دارد و نمی‌تواند به حل اسرار ماده تاریک کمکی کند. علم پرس

مدل استاندارد فیزیک ذرات در آستانه تحولی بزرگ

  محققان روس از کشف ذره زیر اتمی جدیدی خبر می‌دهند که در صورت اثبات وجود، می‌تواند مدل استاندارد فیزیک ذرات را دستخوش تحولی شگرف کند.

به گزارش علم پرس به نقل از ایسنا، در اواسط دهه ۱۹۳۰ میلادی فیزیکدانان بر این باور بودند که تمام ذرات زیر اتمی شامل پروتون، الکترون و نوترون را شناخته‌اند، اما در سال ۱۹۳۶ میلادی ذره “موئون” کشف شد که به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد باعث شگفتی فیزیکدانان شد.

به تازگی شواهدی از وجود بوزون جدید منتشر شده است که بخشی از مدل استاندارد (SM) ذرات بنیادی محسوب نمی‌شود و در صورت اثبات وجود، علم فیزیک بار دیگر با یک کشف شگفت‌انگیز رو به رو خواهد شد.

این بوزون جدید که E) 38) نام دارد، در شتاب دهنده ذرات ابر رسانا نوکلترون در موسسه تحقیقات هسته‌ای دوبنا در نزدیکی مسکو کشف شده است.

بوزون E) 38) که در حال حاضر در مرحله بررسی‌های دقیق و اثبات وجود قرار دارد، حدود ۲٫۵ درصد پروتون جرم داشته و سبک‌تر از همه ذرات بنیادی کشف شده است.

اگر E) 38) ذره پایداری بود، می‌توانست یکی از کاندیداهای نخست برای شکل دادن تمام یا بخشی از ماده تاریک کائنات باشد، اما این بوزون غیرپایدار بوده و نیمه عمر بسیار کوتاهی دارد و نمی‌تواند به حل اسرار ماده تاریک کمکی کند.

علم پرس

برچسب‌ها: کوانتوم و فیزیک جدید

مطالب بیشتر از سایت ما

شمارش فوتون ها با گیرنده نوری قورباغه کوانتوم و فیزیک جدید

خنک شدن الکترون‌های دیراک کوانتوم و فیزیک جدید

آیا الکترون‌ها، سیاهچاله‌ها یا بوزون هیگز واقعا وجود دارند؟ کوانتوم و فیزیک جدید

حتمال کشف یک ماده جدید در سرن کوانتوم و فیزیک جدید

بافت‌های کوانتومی کایرال بافت‌های کوانتومی کایرال

ابداع شیوه‌ای برای تبدیل ابر برخورد دهنده سرن به سریع‌ترین کرنومتر جهان کوانتوم و فیزیک جدید

شمارش فوتون‌ها در پلاسمای کوارکگلوئونی کوانتوم و فیزیک جدید

فروکش هیجان دانشمندان درباره بوزون هیگز فروکش هیجان دانشمندان درباره بوزون هیگز

قوی‌ترین مغناطیس رکوردزن جهان آغاز به کار کرد الکترومغناطیس

آیا می‌توانیم میدان‌های مغناطیسی را ببینیم الکترومغناطیس

شمارش فوتون ها با گیرنده نوری قورباغه کوانتوم و فیزیک جدید

کوانتوم و فیزیک جدید,شمارش فوتون ها با گیرنده نوری قورباغه

شمارش فوتون ها با گیرنده نوری قورباغه کوانتوم و فیزیک جدید

یک سلول گیرنده نوری استوانه ای، ساخته شده از چشم قورباغه، تبدیل به آشکارگری بسیار حساس شده که می تواند فوتون ها را بشمارد و همدوسی پالس های بی نهایت ضعیف نور را تعیین کند. این گیرنده که توسط پژوهشگرانی در سنگاپور ساخته شده، می تواند باعث ساخت آشکارسازهای ترکیبی نور شود. این دست آشکارسازها در سلول های زنده وجود دارد. چشمان انسان و دیگر ارگانیسم های زنده آشکارسازهایی بسیار حساس و همه کاره برای نور هستند و اغلب بهتر از ابزارهای دست ساز بشر کار می کنند. سلول گیرنده نوری استوانه ای در رتینای انسان به یک فوتون پاسخ می دهد. این کا تنها از حساس ترین آشکارسازهای دست ساز بشر بر می آید. به علاوه، این که چگونه با مطالعه چشم آشکار سازهای بهتری بسازیم، باعث می گردد درک بهتری از عملکرد آن کسب کنیم و قطعات «زیست کوانتومی» را بیشتر و بهتر توسعه دهسم. در قطعات زیست کوانتومی، مولفه های زیست شناسی و اجزای دستساز را ترکیب کرده تا جنبه های اپتیک کوانتومی مانند نور فشرده را مطالعه نماییم. در این تحقیق اخیر، لئونید کریویتسکی و همکارانش از آژانس علم، فناوری و پژوهش سنگاپور بر سلول های استوانه ای چشم قورباغه آفریقایی تمرکز کرده اند. این گونه توسط زیست شناسان بسیاری مطالعه شده است. پاسخ اپتیکی سلول هر استوانه بخشی خارجی دارد که حاوی رنگدانه رودوپسین[1] است؛ این ماده وقتی در معرض نور قرار می گیرد متحمل تغییرات شیمیایی می گردد. در تاریکی جریان ثابتی از یون های سدیم، پتاسیم و کلسیم به سلول وارد و از آن خارج می شود. وقتی که یک فوتون به رودوپسین برخورد می کند، زنجیره ای از واکنش های شیمیایی به وجود می آید که برخی از مجرای های انتقال یون را می بندد. این باعث قطبش الکتریکی سلول شده و  سیگنالی الکتریکی تولید می شود که توسط سیستم عصبی دریافت شده و به مغز ارسال می شود. هر گیرنده استوانه ای در حدود 50 میکرومتر طول و 5 میکرومتر قطر دارد. این آزمایش با مکش یک سلول استوانه ای درون یک میکروپیپت آغاز می شود و این سلول با تزریق محلولی شبیه ماده چشمی، زنده می ماند. میکروپیپت مانند یک الکترود عمل می کند و اجازه می دهد که جریان یونی با استفاده از تقویت کننده کم نویز آشکاسازی شود. گروه از نور لیزر سبز(طول موج 532 نانومتر) استفاده کردند تا پاسخ اپتیکی استوانه های تنها را مطالعه کنند. آن ها چندین نوع پالس لیزر را به سلول های استوانه ای تاباندند و سپس پاسخ آن ها را مطالعه کردند. قبل از آن که پالس به سلول برسد، نور به دو قسمت شکافته می شد. یکی از مسیرها به سلول می رسید و دیگری به دیود نوری بهمنی می رسید. این نوع از دیودها بسیار حساسند و می توانند فوتون های منفرد را آشکارگری کنند. این مجموعه اپتیکی به عنوان تداخلگر هانبری-براون-تراویس استفاده شد؛ با این تداخلگر می توان همدوسی نور رسیده به سلول را تعیین کرد. شمارش فوتون ها در یکی از اندازه گیری ها، این گروه در حین تغییر میانگین تعداد فوتون ها در پالس از 30 به 16000، جریان نوری تولیدشده توسط سلول استوانه ای را اندازه گیری کرد. طبق انتظار، جریان نوری به صورت تابعی از تعداد افزایش یافت تا این که حوالی 1000 فوتون اشباع شد. گروه همچنین می خواست بداند که استوانه ها به دو نوع مختلف از نور چطور پاسخ می دهند. برای این منظور، آن ها از دو نوع پالس نور لیزر همدوس و پالس های «شبه گرمایی» استفاده کردند. پالس های شبکه گرمایی، پالس هایی از لیزر هستند که بر روی دیسک چرخانی متمرکز می شوند. این دیسک با سمباده صاف شده است. نور حاصل از طریق یک دیافراگم ارسال شده و پالسی با همدوسی کم تولید می شود. پالس های همدوس و شبه گرمایی آماره های توزیع تعداد فوتون متفاوتی داند و گروه توانست از سلول های استوانه ای برای تعیین این تفاوت استفاده کند. بنابراین می توان از سلول های استوانه ای استفاده و آمار فوتون ها را استخراج کرد. با جمع آوری همه نتایج، گروه نشان داد که هر فوتون در هر پالس تنها با یک مولکول رودوپسین برهمکنش دارد. در حالی که چشمه های نوری به کار رفته در آزمایش کلاسیکی هستند، توانایی تمیز دادن بین پالس های همدوس و شبه گرمایی بدان معناست که می توان از آن ها در اپتیک کوانتومی و ارتباطات کوانتومی بهره جست. این گروه قصد دارد پاسخ سلول های استوانه ای به نور دو فوتونی همبسته را نیز مطالعه کند. psi.ir

شمارش فوتون ها با گیرنده نوری قورباغه

یک سلول گیرنده نوری استوانه ای، ساخته شده از چشم قورباغه، تبدیل به آشکارگری بسیار حساس شده که می تواند فوتون ها را بشمارد و همدوسی پالس های بی نهایت ضعیف نور را تعیین کند.


این گیرنده که توسط پژوهشگرانی در سنگاپور ساخته شده، می تواند باعث ساخت آشکارسازهای ترکیبی نور شود. این دست آشکارسازها در سلول های زنده وجود دارد. چشمان انسان و دیگر ارگانیسم های زنده آشکارسازهایی بسیار حساس و همه کاره برای نور هستند و اغلب بهتر از ابزارهای دست ساز بشر کار می کنند.

سلول گیرنده نوری استوانه ای در رتینای انسان به یک فوتون پاسخ می دهد. این کا تنها از حساس ترین آشکارسازهای دست ساز بشر بر می آید. به علاوه، این که چگونه با مطالعه چشم آشکار سازهای بهتری بسازیم، باعث می گردد درک بهتری از عملکرد آن کسب کنیم و قطعات «زیست کوانتومی» را بیشتر و بهتر توسعه دهسم. در قطعات زیست کوانتومی، مولفه های زیست شناسی و اجزای دستساز را ترکیب کرده تا جنبه های اپتیک کوانتومی مانند نور فشرده را مطالعه نماییم.

در این تحقیق اخیر، لئونید کریویتسکی و همکارانش از آژانس علم، فناوری و پژوهش سنگاپور بر سلول های استوانه ای چشم قورباغه آفریقایی تمرکز کرده اند. این گونه توسط زیست شناسان بسیاری مطالعه شده است.

پاسخ اپتیکی سلول

هر استوانه بخشی خارجی دارد که حاوی رنگدانه رودوپسین[1] است؛ این ماده وقتی در معرض نور قرار می گیرد متحمل تغییرات شیمیایی می گردد. در تاریکی جریان ثابتی از یون های سدیم، پتاسیم و کلسیم به سلول وارد و از آن خارج می شود. وقتی که یک فوتون به رودوپسین برخورد می کند، زنجیره ای از واکنش های شیمیایی به وجود می آید که برخی از مجرای های انتقال یون را می بندد. این باعث قطبش الکتریکی سلول شده و  سیگنالی الکتریکی تولید می شود که توسط سیستم عصبی دریافت شده و به مغز ارسال می شود.

هر گیرنده استوانه ای در حدود 50 میکرومتر طول و 5 میکرومتر قطر دارد. این آزمایش با مکش یک سلول استوانه ای درون یک میکروپیپت آغاز می شود و این سلول با تزریق محلولی شبیه ماده چشمی، زنده می ماند. میکروپیپت مانند یک الکترود عمل می کند و اجازه می دهد که جریان یونی با استفاده از تقویت کننده کم نویز آشکاسازی شود.

گروه از نور لیزر سبز(طول موج 532 نانومتر) استفاده کردند تا پاسخ اپتیکی استوانه های تنها را مطالعه کنند. آن ها چندین نوع پالس لیزر را به سلول های استوانه ای تاباندند و سپس پاسخ آن ها را مطالعه کردند. قبل از آن که پالس به سلول برسد، نور به دو قسمت شکافته می شد. یکی از مسیرها به سلول می رسید و دیگری به دیود نوری بهمنی می رسید. این نوع از دیودها بسیار حساسند و می توانند فوتون های منفرد را آشکارگری کنند. این مجموعه اپتیکی به عنوان تداخلگر هانبری-براون-تراویس استفاده شد؛ با این تداخلگر می توان همدوسی نور رسیده به سلول را تعیین کرد.

شمارش فوتون ها

در یکی از اندازه گیری ها، این گروه در حین تغییر میانگین تعداد فوتون ها در پالس از 30 به 16000، جریان نوری تولیدشده توسط سلول استوانه ای را اندازه گیری کرد. طبق انتظار، جریان نوری به صورت تابعی از تعداد افزایش یافت تا این که حوالی 1000 فوتون اشباع شد. گروه همچنین می خواست بداند که استوانه ها به دو نوع مختلف از نور چطور پاسخ می دهند. برای این منظور، آن ها از دو نوع پالس نور لیزر همدوس و پالس های «شبه گرمایی» استفاده کردند. پالس های شبکه گرمایی، پالس هایی از لیزر هستند که بر روی دیسک چرخانی متمرکز می شوند. این دیسک با سمباده صاف شده است. نور حاصل از طریق یک دیافراگم ارسال شده و پالسی با همدوسی کم تولید می شود. پالس های همدوس و شبه گرمایی آماره های توزیع تعداد فوتون متفاوتی داند و گروه توانست از سلول های استوانه ای برای تعیین این تفاوت استفاده کند. بنابراین می توان از سلول های استوانه ای استفاده و آمار فوتون ها را استخراج کرد. با جمع آوری همه نتایج، گروه نشان داد که هر فوتون در هر پالس تنها با یک مولکول رودوپسین برهمکنش دارد.

در حالی که چشمه های نوری به کار رفته در آزمایش کلاسیکی هستند، توانایی تمیز دادن بین پالس های همدوس و شبه گرمایی بدان معناست که می توان از آن ها در اپتیک کوانتومی و ارتباطات کوانتومی بهره جست. این گروه قصد دارد پاسخ سلول های استوانه ای به نور دو فوتونی همبسته را نیز مطالعه کند.

psi.ir

برچسب‌ها: کوانتوم و فیزیک جدید

مطالب بیشتر از سایت ما

خنک شدن الکترون‌های دیراک کوانتوم و فیزیک جدید

آیا الکترون‌ها، سیاهچاله‌ها یا بوزون هیگز واقعا وجود دارند؟ کوانتوم و فیزیک جدید

حتمال کشف یک ماده جدید در سرن کوانتوم و فیزیک جدید

بافت‌های کوانتومی کایرال بافت‌های کوانتومی کایرال

ابداع شیوه‌ای برای تبدیل ابر برخورد دهنده سرن به سریع‌ترین کرنومتر جهان کوانتوم و فیزیک جدید

شمارش فوتون‌ها در پلاسمای کوارکگلوئونی کوانتوم و فیزیک جدید

فروکش هیجان دانشمندان درباره بوزون هیگز فروکش هیجان دانشمندان درباره بوزون هیگز

قوی‌ترین مغناطیس رکوردزن جهان آغاز به کار کرد الکترومغناطیس

آیا می‌توانیم میدان‌های مغناطیسی را ببینیم الکترومغناطیس

کاربرد لیزر در هولوگرافی الکترومغناطیس

خنک شدن الکترون‌های دیراک کوانتوم و فیزیک جدید

کوانتوم و فیزیک جدید,خنک شدن الکترون‌های دیراک

خنک شدن الکترون‌های دیراک کوانتوم و فیزیک جدید

الکترون‌ها برای حرکت بر روی سطح یک عایق توپولوژیک با مقاومت کمی روبه‌رو می‌شوند . طبق قوانین مکانیک کوانتومی، آنها دچار پراکندگی یا جایگزینی نمی‌شوند. برای به‌کارگیری این موضوع در اسپینترونیک و موارد دیگر، لازم است بدانیم که الکترون‌ها چگونه با محیط اطرافشان جفت می‌شوند، و از چه راهی و با چه آهنگی انرژی خود را از دست می‌دهند. ییهونا وانگ از موسسه‌ی فناوری ماساچوست،کمبریج و همکارانش با استفاده از یک دوربین فوق‌العاده پرسرعت، سرد شدن الکترون‌ها را در یک عایق توپولوژیک به تصویر کشیده‌اند.آنها نتایج کار خود را در  Physica Review Letters منتشر کرده‌اند. این دانشمندان یک لیزر با خروجی پالسی را به مدت ۵۰ فمتوثانیه بر ماده تاباندند تا آن را تحریک کنند. پالس‌های پرانرژی‌تر، با تاخیر زمانی، الکترون‌ها را از ماده کندند(اثر فوتوالکتریک). وانگ و همکارانش الکترون‌های برانگیخته را بر اساس تاخیر پالس لیزر طبقه‌بندی کردند و یک دسته عکس از توزیع انرژی و اندازه‌ حرکت الکترون‌ها در داخل عایق توپولوژیک در مراحل مختلف سرد شدن گرفتند. آنها با تجزیه و تحلیل فیلم‌های فوق سریع گرفته شده توانستند به طور دقیق کانال‌هایی را که الکترون‌های سطحی انرژی خود را از دست می‌دهند و دو رژیم واهلش متفاوت را شناسایی کنند. در دمای اتاق، الکترون‌های سطحی به سرعت انرژی خود را با استفاده از ارتعاشات شبکه‌ای به الکترون‌های کپه (انبوهه) می‌دهند. در دمای پایین، اتصال بین کپه و سطح کمتر شده و سرد شدن به کندی و تنها به واسطه‌ی فونون‌های صوتی انجام می‌گیرد. رژیم دوم، که در آن حامل‌های سطحی داغ می‌توانند در مقیاس زمانی بزرگتری تولید و نگهداری شوند، ممکن است بتواند روش جالبی را برای بهره‌برداری از انرژی خورشیدی در دستگاه‌های فوتو‌الکتریکی‌گرمایی که اساسشان را عایق‌های توپولوژیک تشکیل داده‌اند، ارائه دهد. psi.ir

خنک شدن الکترون‌های دیراک

الکترون‌ها برای حرکت بر روی سطح یک عایق توپولوژیک با مقاومت کمی روبه‌رو می‌شوند . طبق قوانین مکانیک کوانتومی، آنها دچار پراکندگی یا جایگزینی نمی‌شوند. برای به‌کارگیری این موضوع در اسپینترونیک و موارد دیگر، لازم است بدانیم که الکترون‌ها چگونه با محیط اطرافشان جفت می‌شوند، و از چه راهی و با چه آهنگی انرژی خود را از دست می‌دهند. ییهونا وانگ از موسسه‌ی فناوری ماساچوست،کمبریج و همکارانش با استفاده از یک دوربین فوق‌العاده پرسرعت، سرد شدن الکترون‌ها را در یک عایق توپولوژیک به تصویر کشیده‌اند.آنها نتایج کار خود را در  Physica Review Letters منتشر کرده‌اند.

این دانشمندان یک لیزر با خروجی پالسی را به مدت ۵۰ فمتوثانیه بر ماده تاباندند تا آن را تحریک کنند. پالس‌های پرانرژی‌تر، با تاخیر زمانی، الکترون‌ها را از ماده کندند(اثر فوتوالکتریک). وانگ و همکارانش الکترون‌های برانگیخته را بر اساس تاخیر پالس لیزر طبقه‌بندی کردند و یک دسته عکس از توزیع انرژی و اندازه‌ حرکت الکترون‌ها در داخل عایق توپولوژیک در مراحل مختلف سرد شدن گرفتند.

آنها با تجزیه و تحلیل فیلم‌های فوق سریع گرفته شده توانستند به طور دقیق کانال‌هایی را که الکترون‌های سطحی انرژی خود را از دست می‌دهند و دو رژیم واهلش متفاوت را شناسایی کنند.

در دمای اتاق، الکترون‌های سطحی به سرعت انرژی خود را با استفاده از ارتعاشات شبکه‌ای به الکترون‌های کپه (انبوهه) می‌دهند. در دمای پایین، اتصال بین کپه و سطح کمتر شده و سرد شدن به کندی و تنها به واسطه‌ی فونون‌های صوتی انجام می‌گیرد.

رژیم دوم، که در آن حامل‌های سطحی داغ می‌توانند در مقیاس زمانی بزرگتری تولید و نگهداری شوند، ممکن است بتواند روش جالبی را برای بهره‌برداری از انرژی خورشیدی در دستگاه‌های فوتو‌الکتریکی‌گرمایی که اساسشان را عایق‌های توپولوژیک تشکیل داده‌اند، ارائه دهد.

psi.ir

برچسب‌ها: کوانتوم و فیزیک جدید

مطالب بیشتر از سایت ما

آیا الکترون‌ها، سیاهچاله‌ها یا بوزون هیگز واقعا وجود دارند؟ کوانتوم و فیزیک جدید

حتمال کشف یک ماده جدید در سرن کوانتوم و فیزیک جدید

بافت‌های کوانتومی کایرال بافت‌های کوانتومی کایرال

ابداع شیوه‌ای برای تبدیل ابر برخورد دهنده سرن به سریع‌ترین کرنومتر جهان کوانتوم و فیزیک جدید

شمارش فوتون‌ها در پلاسمای کوارکگلوئونی کوانتوم و فیزیک جدید

فروکش هیجان دانشمندان درباره بوزون هیگز فروکش هیجان دانشمندان درباره بوزون هیگز

قوی‌ترین مغناطیس رکوردزن جهان آغاز به کار کرد الکترومغناطیس

آیا می‌توانیم میدان‌های مغناطیسی را ببینیم الکترومغناطیس

کاربرد لیزر در هولوگرافی الکترومغناطیس

آلودگی بنفش آلودگی بنفش

آیا الکترون‌ها، سیاهچاله‌ها یا بوزون هیگز واقعا وجود دارند؟ کوانتوم و فیزیک جدید

کوانتوم و فیزیک جدید,آیا الکترون‌ها، سیاهچاله‌ها یا بوزون هیگز واقعا وجود دارند؟

آیا الکترون‌ها، سیاهچاله‌ها یا بوزون هیگز واقعا وجود دارند؟ کوانتوم و فیزیک جدید

اریک اسکری: آیا شما تاکنون وسوسه شده‌‌اید که بپرسید آیا مولفه‌هایی همچون الکترون‌ها، سیاه‌چاله‌ها یا بوزون هیگز واقعا وجود دارند یا خیر؟ به عنوان یک شیمی‌دان، من درباره آنچه در حوزه کاری من واقعی و قابل اعتماد است، نگرانم. آیا این «مولفه»ها و «نظریه»‌های شیمی و مکانیک کوانتوم است که تاحد زیادی جدول تناوبی را توضیح می‌دهد؟ همچنین دلیل دیگر نگرانی من این است که تمام این مسئله مستقیما به قلب یه بحث قدیمی، مهم (و حل نشده) درباره چگونگی درنظرگرفتن کشف های علمی مربوط می‌شود. به گزارش علم پرس به نقل از نیوساینتیست، دو جبهه در این بحث وجود دارد: واقع‌‌گرایی علمی و ضد واقع‌گرایی علمی. واقع‌گرایی علمی مستلزم این است که اگر علم توانسته با مفروض قرار دادن وجود مولفه‌هایی مانند الکترون به چنین پیشرفت‌های بزرگی دست یابد، در آن صورت ما باید قدم بعدی را با پذیرش اینکه آنها واقعا وجود دارند، برداریم. آن جهانی که بوسیله علم توصیف شده است، جهان واقعی است. نظریه‌های کنونی ما به عنوان چیزی که به طور تصادفی به دست آمده، بیش از حد موفقیت‌آمیز هستند: ما به نحوی به نقشه‌های طراحی دنیا علاقه‌مند شده‌ایم. این به مذاق هر کسی خوش نمی‌آید. ضد واقع‌گراها پیشرفتی را که به‌وسیله علم ایجاد شده، می‌پذیرند اما در مورد گام اضافی ایمان به جنبه مادی موجوداتی که خود نمی‌توانند در عمل ببینند، کم می‌آورند. افراد ضد واقع‌گرا معمولا استدلال متقابل خود را در راستای این خطوط بیان می‌دارند: بسیاری از نظریه‌های گذشته و مولفه‌های تبدیل به نظریه شده، آمده و رفته‌اند ( آیا اتر و مایه آتش را به‌خاطر نمی‌آورید)، چرا ما باید هیچ کدام از آنها را واقعی تلقی کنیم؟ این برای ما سخت است که بگوییم که چه تعداد دانشمند به هر کدام از دو اردوگاه (اعم از واقع گرا و ضد واقع‌گرا) تعلق دارند؛ به‌علاوه شما ممکن است درباره برخی از تئوری‌ها واقع‌گرا و درمورد بیشتر تئوری‌های خلاصه همچون مکانیک کوانتم ضد واقع‌گرا باشید. ضد واقع‌گراها همچنین ادعا می‌کنند که وقتی یک مولفه یا نظریه منحصر به‌فرد تکراری می‌شود، رویکردشان آنها را در موقعیت بهتری برای سازگاری با تغییر قرار می‌دهد. آنها ادعا می‌کنند که خرج نکردن اعتقاد در یک نظریه خاص و ایمان نیاوردن به آن، به آنها اجازه می‌دهد تا با راحتی بیشتری به سمت جایگزین‌های آن حرکت کنند. در مقابل واقع‌گراها ادعا می‌کنند یک چنین رویکردی اهانت آمیز یا حتی خطرناک است. علم پیشرفت خود را مدیون حرکت بی سروصدا در پشت سر واقعیت در مورد جهان است: اگر نظریه‌های موفق تنها جایگزین نظریه‌های موفق دیگر می‌شدند، آن پیشرفت واقعا معجزه آسا می‌بود. نگرانی آنها از این است که ضد واقع‌گرایی می‌تواند منجر به دیدگاهی شود که طی آن همه نظریه‌ها نسبی هستند؛ و به این ترتیب بتوانند بخش عمده‌ای از مفهوم پیشرفت علمی را تهدید کنند. شاید فکر کنید که این تنها مجادله‌ای بین فیلسوف‌های علم است، اما این بسیار مهم است که ببینیم دانشمندان چگونه خود را ارائه می‌کنند و چطور هر شخص دیگری وضعیت علم را به نظاره می‌نشیند. آیا راه گریزی از این تنگنا وجود دارد؟ در سال ۱۹۸۹/۱۳۶۸، جان ورال که یک فیلسوف علم از دانشکده اقتصادی لندن بود، مقاله‌ای را تحت عنوان «واقع‌گرایی ساختاری: بهترین هردو جهان» در ژورنال Dialectica منتشر کرد. در این مقاله او شمای کلی واقع‌گرایی ساختاری را مطرح کرد، رویکردی که او ریشه آن را تا هنری پوانکاره، ریاضیدان شهیر فرانسوی ردگیری کرده بود و او را مبدع آن می‌دانست. برای ورال، زمانی که نظریه‌های علمی تغییر می‌کند، آنچه می‌ماند بیشتر از اینکه محتوی (مولفه‌ها) باشد، دربرگیرنده فرم (ساختار ریاضی) است. یک مثال تاریخی ورال برای در دفاع از دیدگاه خود، از مثال هایی از نظریه‌های نوری قرن نوزدهم استفاده کرد. برای مثال، در سال ۱۸۱۲ یک مهندس فرانسوی به نام آگوستین جین فرسنل، یک نظریه را درباره ماهیت نور مطرح کرد که پیش‌بینی‌های موفقیت آمیزی از آن حاصل شد. فرنسل براین باور بود که امواج نور به صورت اختلالی در یک محیط مکانیکی کاملا باز محسوب می‌شدند. اما نظریه تابش الکترومغناطیسی جیمز کلرک ماکسول، که در آن نور به‌عنوان اختلالی در یک میدان مغناطیسی دیده می‌شد، جای این نظریه را گرفت. ورال و دیگران چنین استدلال می‌کنند که به‌رغم این شکست، اگر فرنسل مفهوم درستی از نور نداشت، در عوض ساختار صحیح نور را فهمیده بود، چراکه برخی از معادلات او به طور موفقی در تئوری ماکسول قرار می‌گرفتند و رفتار نور در نظریه ماکسول از قوانینی شبیه با تئوری فرنسل تبعییت می‌کرد. ورال از حمایت فیلسوفانی چون جیمز لادیمن از دانشگاه برستول، و فلاسفه فیزیک همچون استیون فرنچ در دانشگاه لیدز و سیمون ساندرز در دانشگاه اکسفورد برخوردار شده است. در این بین، آنها محدوده واقع‌گرایی ساختاری را تا حدی گسترش داده‌اند که گذار از مکانیک کلاسیک به نسبیت و از مکانیک کلاسیک به کوانتم را شامل شود. این ایده که ذرات مولفه‌های نهایی نیستند، کاملا جدید نیست، اما برخی از منتقدین بیان می‌کنند که نظریه‌پردازی در مورد ریسمان‌های کوانتومی نظریه ریسمان، تنها یک مولفه را با دیگری جایگزین می‌کند. واقع‌گرایی ساختاری از این هم فراتر می‌رود و توجه را از هر شکلی از مولفه‌ها حذف می‌کند. و در سال ۲۰۰۷/۱۳۸۶، لیدیمن و دیگران کتابی تحریک کننده را با عنوان «همه چیز باید برود» منتشر کردند. عمده استدلال آنها در این کتاب، در رد یک هستی‌شناسی علمی مبتنی بر چیزهایی همچون ذرات ودر عین حال تمرکز کردن بر روی ساختار بنیادین ریاضی بود. در باب جدول تناوبی عناصر می‌توانیم بگوییم که برای اینکه واقع گرایی ساختاری یک راه جدی را به سمت جلو ارائه کند، مجبور خواهد بود که برای دیگر حوزه‌های علم نیز کار کند. بنابراین من مشغول اعمال کردن آن به جدول تناوبی بوده‌ام. جدول تناوبی عناصر یک سیستم طبقه بندی برای رفتار همه عناصر شیمیایی و در برخی موارد ترکیبات آنها است. خواص این عناصر که در این جدول مطابق با افزایش عدد اتمی (تعداد پروتون‌ها) آرایش یافته اند، تکرر تقریبی را به‌طور منظم اما با فواصل متفاوت(۲، ۸، ۸، ۱۸، ۳۲، ۳۲و …) نشان می‌دهد. در سال ۱۸۶۹، هنگامی که دیمیتری مندلیف جدول تناوبی خود را منتشر کرد، کسی چیزی درباره ساختار اتم و یا اینکه حاوی پروتون ،الکترون و نوترون است، نمی‌دانست. این دانش، که به توضیح درباره علت اینکه جدول تناوبی اینگونه کار می‌کند کمک می‌کند، از تئوری کوانتوم به دست آمده که در سال ۱۹۲۰ توسط نیلز بوهر، ولفگانگ پولی،ورنر هایزنبرگ واروین شرودینگر تدوین شد. به‌طور کلی، الکترون‌ها در لایه‌های کوانتومی یافت می‌شوند. تعداد الکترون‌های لایه خروجی، شیمی یک عنصر را تعیین می‌کند و اینکه در کدام ستون از جدول تناوبی باید قرار بگیرد. نظریه نسبیت خاص البرت انیشتین در ابتدا تاثیر کمی بر روی شیمی داشت اما حالا برای شیمی‌دان‌ها از نان شب هم واجب‌تر است، به‌خصوص در محاسبات نظری بر روی همه نوع خصوصیت‌های اتم و مولکول‌ها. برای مثال، از نظریه نسبیت برای توجیه اینکه چرا طلا برخلاف همه عناصر اطراف خود رنگ زرد منحصر به فردی دارد، استفاده شده بود. و با به‌کاربردن نسبیت و همچنین مکانیک کوانتم برای شیمی، وجود ترکیبات جدیدی پیش‌بینی شده بودند (شامل مولکول فلورنWAu12 ، که حاوی تنگستن است). آنچه باقی مانده است و به احتمال خیلی زیاد پس از این هم باقی بماند، نسبت بین عناصری است که در جدول تناوبی وجود دارند. به معنای واقعی کلمه، این ساختار یا مبنای سازمان دهی شیمی است تا محتوی. آیا این ساختار یک مفهوم ریاضی است؟ این سوال اصلا پاسخ روشنی ندارد، و انجمن‌های علمی سعی می‌کنند تا پاسخ را با تحلیل ریاضیات جدول تناوبی با استفاده از نظریه گروه‌ها به دست بیاورند. گمان من بر این است که مشخص خواهد شد که این‌گونه است. آیا واقع‌گرایی ساختاری در زیست‌شناسی مدرن نیز نقشی خواهد داشت؟ از برخی جهات، این علم هم خط سیری شبیه به شیمی داشته است. زمانی که چارلز داروین نظریه خود در مورد تکامل توسط انتخاب طبیعی را در سال ۱۸۵۹ منتشر کرد، نظریه او یک مکانیزم فیزیکی را کم داشت که انتخاب با استفاده از آن انجام شود. این کسری سرانجام با کشف DNA تامین شد، که نقش آن برای زیست شناسی، مشابه نقشی است که الکترون در شیمی بازی کرده است. اما دی‌ان‌ای تا به اینجا تنها چیزها را دربر می‌گرد: ما برای بیشتر رفتن به عمق این دانش، نیاز به یک مسیر ریاضی داریم. ‌دی‌ان‌ای کد ژنتیکی را مطابق با توالی پایه‌های A، T، G و C تعیین می‌کند. و به این ترتیب مسئله تبدیل به یک مسئله ترکیبات ریاضی و انواع مباحث محاسباتی می‌شود، که در طول پروژه ژنوم انسان از سال ۱۹۹۰، و حالا در اصلاح ژنتیک نقش بازی کرد. واقع‌گرایی ساختاری ورال در مسیر درست قرار دارد؛ نه فقط در مورد فیزیک، بلکه برای شیمی و زیست شناسی هم به همچنین. اگر اشتباه نکرده باشم، او و همکارانش سزاوار تقدیر برای معرفی راهی برای حل این معمای دراز مدت، مناقشه برانگیز و کاملا بنیادین هستند.     * اریک اسکری استاد شیمی و تاریخ فلسفه علم در دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس (یو.سی.ال.ای) است. او مقالات و کتاب‌های زیادی در زمینه جدول تناوبی منتشر کرده که «معرفی یسیار کوتاه جدول تناوبی»، منتشر شده توسط انتشارات آکسفورد هم جزو آنها است. علم پرس

آیا الکترون‌ها، سیاهچاله‌ها یا بوزون هیگز واقعا وجود دارند؟

اریک اسکری: آیا شما تاکنون وسوسه شده‌‌اید که بپرسید آیا مولفه‌هایی همچون الکترون‌ها، سیاه‌چاله‌ها یا بوزون هیگز واقعا وجود دارند یا خیر؟ به عنوان یک شیمی‌دان، من درباره آنچه در حوزه کاری من واقعی و قابل اعتماد است، نگرانم. آیا این «مولفه»ها و «نظریه»‌های شیمی و مکانیک کوانتوم است که تاحد زیادی جدول تناوبی را توضیح می‌دهد؟ همچنین دلیل دیگر نگرانی من این است که تمام این مسئله مستقیما به قلب یه بحث قدیمی، مهم (و حل نشده) درباره چگونگی درنظرگرفتن کشف های علمی مربوط می‌شود.

به گزارش علم پرس به نقل از نیوساینتیست، دو جبهه در این بحث وجود دارد: واقع‌‌گرایی علمی و ضد واقع‌گرایی علمی. واقع‌گرایی علمی مستلزم این است که اگر علم توانسته با مفروض قرار دادن وجود مولفه‌هایی مانند الکترون به چنین پیشرفت‌های بزرگی دست یابد، در آن صورت ما باید قدم بعدی را با پذیرش اینکه آنها واقعا وجود دارند، برداریم. آن جهانی که بوسیله علم توصیف شده است، جهان واقعی است. نظریه‌های کنونی ما به عنوان چیزی که به طور تصادفی به دست آمده، بیش از حد موفقیت‌آمیز هستند: ما به نحوی به نقشه‌های طراحی دنیا علاقه‌مند شده‌ایم.

این به مذاق هر کسی خوش نمی‌آید. ضد واقع‌گراها پیشرفتی را که به‌وسیله علم ایجاد شده، می‌پذیرند اما در مورد گام اضافی ایمان به جنبه مادی موجوداتی که خود نمی‌توانند در عمل ببینند، کم می‌آورند. افراد ضد واقع‌گرا معمولا استدلال متقابل خود را در راستای این خطوط بیان می‌دارند: بسیاری از نظریه‌های گذشته و مولفه‌های تبدیل به نظریه شده، آمده و رفته‌اند ( آیا اتر و مایه آتش را به‌خاطر نمی‌آورید)، چرا ما باید هیچ کدام از آنها را واقعی تلقی کنیم؟ این برای ما سخت است که بگوییم که چه تعداد دانشمند به هر کدام از دو اردوگاه (اعم از واقع گرا و ضد واقع‌گرا) تعلق دارند؛ به‌علاوه شما ممکن است درباره برخی از تئوری‌ها واقع‌گرا و درمورد بیشتر تئوری‌های خلاصه همچون مکانیک کوانتم ضد واقع‌گرا باشید.

ضد واقع‌گراها همچنین ادعا می‌کنند که وقتی یک مولفه یا نظریه منحصر به‌فرد تکراری می‌شود، رویکردشان آنها را در موقعیت بهتری برای سازگاری با تغییر قرار می‌دهد. آنها ادعا می‌کنند که خرج نکردن اعتقاد در یک نظریه خاص و ایمان نیاوردن به آن، به آنها اجازه می‌دهد تا با راحتی بیشتری به سمت جایگزین‌های آن حرکت کنند.

در مقابل واقع‌گراها ادعا می‌کنند یک چنین رویکردی اهانت آمیز یا حتی خطرناک است. علم پیشرفت خود را مدیون حرکت بی سروصدا در پشت سر واقعیت در مورد جهان است: اگر نظریه‌های موفق تنها جایگزین نظریه‌های موفق دیگر می‌شدند، آن پیشرفت واقعا معجزه آسا می‌بود. نگرانی آنها از این است که ضد واقع‌گرایی می‌تواند منجر به دیدگاهی شود که طی آن همه نظریه‌ها نسبی هستند؛ و به این ترتیب بتوانند بخش عمده‌ای از مفهوم پیشرفت علمی را تهدید کنند. شاید فکر کنید که این تنها مجادله‌ای بین فیلسوف‌های علم است، اما این بسیار مهم است که ببینیم دانشمندان چگونه خود را ارائه می‌کنند و چطور هر شخص دیگری وضعیت علم را به نظاره می‌نشیند.

آیا راه گریزی از این تنگنا وجود دارد؟ در سال ۱۹۸۹/۱۳۶۸، جان ورال که یک فیلسوف علم از دانشکده اقتصادی لندن بود، مقاله‌ای را تحت عنوان «واقع‌گرایی ساختاری: بهترین هردو جهان» در ژورنال Dialectica منتشر کرد. در این مقاله او شمای کلی واقع‌گرایی ساختاری را مطرح کرد، رویکردی که او ریشه آن را تا هنری پوانکاره، ریاضیدان شهیر فرانسوی ردگیری کرده بود و او را مبدع آن می‌دانست. برای ورال، زمانی که نظریه‌های علمی تغییر می‌کند، آنچه می‌ماند بیشتر از اینکه محتوی (مولفه‌ها) باشد، دربرگیرنده فرم (ساختار ریاضی) است.

یک مثال تاریخی

ورال برای در دفاع از دیدگاه خود، از مثال هایی از نظریه‌های نوری قرن نوزدهم استفاده کرد. برای مثال، در سال ۱۸۱۲ یک مهندس فرانسوی به نام آگوستین جین فرسنل، یک نظریه را درباره ماهیت نور مطرح کرد که پیش‌بینی‌های موفقیت آمیزی از آن حاصل شد. فرنسل براین باور بود که امواج نور به صورت اختلالی در یک محیط مکانیکی کاملا باز محسوب می‌شدند. اما نظریه تابش الکترومغناطیسی جیمز کلرک ماکسول، که در آن نور به‌عنوان اختلالی در یک میدان مغناطیسی دیده می‌شد، جای این نظریه را گرفت.

ورال و دیگران چنین استدلال می‌کنند که به‌رغم این شکست، اگر فرنسل مفهوم درستی از نور نداشت، در عوض ساختار صحیح نور را فهمیده بود، چراکه برخی از معادلات او به طور موفقی در تئوری ماکسول قرار می‌گرفتند و رفتار نور در نظریه ماکسول از قوانینی شبیه با تئوری فرنسل تبعییت می‌کرد.

ورال از حمایت فیلسوفانی چون جیمز لادیمن از دانشگاه برستول، و فلاسفه فیزیک همچون استیون فرنچ در دانشگاه لیدز و سیمون ساندرز در دانشگاه اکسفورد برخوردار شده است.

در این بین، آنها محدوده واقع‌گرایی ساختاری را تا حدی گسترش داده‌اند که گذار از مکانیک کلاسیک به نسبیت و از مکانیک کلاسیک به کوانتم را شامل شود. این ایده که ذرات مولفه‌های نهایی نیستند، کاملا جدید نیست، اما برخی از منتقدین بیان می‌کنند که نظریه‌پردازی در مورد ریسمان‌های کوانتومی نظریه ریسمان، تنها یک مولفه را با دیگری جایگزین می‌کند. واقع‌گرایی ساختاری از این هم فراتر می‌رود و توجه را از هر شکلی از مولفه‌ها حذف می‌کند.

و در سال ۲۰۰۷/۱۳۸۶، لیدیمن و دیگران کتابی تحریک کننده را با عنوان «همه چیز باید برود» منتشر کردند. عمده استدلال آنها در این کتاب، در رد یک هستی‌شناسی علمی مبتنی بر چیزهایی همچون ذرات ودر عین حال تمرکز کردن بر روی ساختار بنیادین ریاضی بود.

در باب جدول تناوبی عناصر

می‌توانیم بگوییم که برای اینکه واقع گرایی ساختاری یک راه جدی را به سمت جلو ارائه کند، مجبور خواهد بود که برای دیگر حوزه‌های علم نیز کار کند. بنابراین من مشغول اعمال کردن آن به جدول تناوبی بوده‌ام. جدول تناوبی عناصر یک سیستم طبقه بندی برای رفتار همه عناصر شیمیایی و در برخی موارد ترکیبات آنها است. خواص این عناصر که در این جدول مطابق با افزایش عدد اتمی (تعداد پروتون‌ها) آرایش یافته اند، تکرر تقریبی را به‌طور منظم اما با فواصل متفاوت(۲، ۸، ۸، ۱۸، ۳۲، ۳۲و …) نشان می‌دهد.

در سال ۱۸۶۹، هنگامی که دیمیتری مندلیف جدول تناوبی خود را منتشر کرد، کسی چیزی درباره ساختار اتم و یا اینکه حاوی پروتون ،الکترون و نوترون است، نمی‌دانست. این دانش، که به توضیح درباره علت اینکه جدول تناوبی اینگونه کار می‌کند کمک می‌کند، از تئوری کوانتوم به دست آمده که در سال ۱۹۲۰ توسط نیلز بوهر، ولفگانگ پولی،ورنر هایزنبرگ واروین شرودینگر تدوین شد.

به‌طور کلی، الکترون‌ها در لایه‌های کوانتومی یافت می‌شوند. تعداد الکترون‌های لایه خروجی، شیمی یک عنصر را تعیین می‌کند و اینکه در کدام ستون از جدول تناوبی باید قرار بگیرد. نظریه نسبیت خاص البرت انیشتین در ابتدا تاثیر کمی بر روی شیمی داشت اما حالا برای شیمی‌دان‌ها از نان شب هم واجب‌تر است، به‌خصوص در محاسبات نظری بر روی همه نوع خصوصیت‌های اتم و مولکول‌ها. برای مثال، از نظریه نسبیت برای توجیه اینکه چرا طلا برخلاف همه عناصر اطراف خود رنگ زرد منحصر به فردی دارد، استفاده شده بود. و با به‌کاربردن نسبیت و همچنین مکانیک کوانتم برای شیمی، وجود ترکیبات جدیدی پیش‌بینی شده بودند (شامل مولکول فلورنWAu12 ، که حاوی تنگستن است).

آنچه باقی مانده است و به احتمال خیلی زیاد پس از این هم باقی بماند، نسبت بین عناصری است که در جدول تناوبی وجود دارند. به معنای واقعی کلمه، این ساختار یا مبنای سازمان دهی شیمی است تا محتوی. آیا این ساختار یک مفهوم ریاضی است؟ این سوال اصلا پاسخ روشنی ندارد، و انجمن‌های علمی سعی می‌کنند تا پاسخ را با تحلیل ریاضیات جدول تناوبی با استفاده از نظریه گروه‌ها به دست بیاورند. گمان من بر این است که مشخص خواهد شد که این‌گونه است.

آیا واقع‌گرایی ساختاری در زیست‌شناسی مدرن نیز نقشی خواهد داشت؟ از برخی جهات، این علم هم خط سیری شبیه به شیمی داشته است. زمانی که چارلز داروین نظریه خود در مورد تکامل توسط انتخاب طبیعی را در سال ۱۸۵۹ منتشر کرد، نظریه او یک مکانیزم فیزیکی را کم داشت که انتخاب با استفاده از آن انجام شود. این کسری سرانجام با کشف DNA تامین شد، که نقش آن برای زیست شناسی، مشابه نقشی است که الکترون در شیمی بازی کرده است.

اما دی‌ان‌ای تا به اینجا تنها چیزها را دربر می‌گرد: ما برای بیشتر رفتن به عمق این دانش، نیاز به یک مسیر ریاضی داریم. ‌دی‌ان‌ای کد ژنتیکی را مطابق با توالی پایه‌های A، T، G و C تعیین می‌کند. و به این ترتیب مسئله تبدیل به یک مسئله ترکیبات ریاضی و انواع مباحث محاسباتی می‌شود، که در طول پروژه ژنوم انسان از سال ۱۹۹۰، و حالا در اصلاح ژنتیک نقش بازی کرد.

واقع‌گرایی ساختاری ورال در مسیر درست قرار دارد؛ نه فقط در مورد فیزیک، بلکه برای شیمی و زیست شناسی هم به همچنین. اگر اشتباه نکرده باشم، او و همکارانش سزاوار تقدیر برای معرفی راهی برای حل این معمای دراز مدت، مناقشه برانگیز و کاملا بنیادین هستند.

    * اریک اسکری استاد شیمی و تاریخ فلسفه علم در دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس (یو.سی.ال.ای) است. او مقالات و کتاب‌های زیادی در زمینه جدول تناوبی منتشر کرده که «معرفی یسیار کوتاه جدول تناوبی»، منتشر شده توسط انتشارات آکسفورد هم جزو آنها است.

علم پرس

برچسب‌ها: کوانتوم و فیزیک جدید

مطالب بیشتر از سایت ما

حتمال کشف یک ماده جدید در سرن کوانتوم و فیزیک جدید

بافت‌های کوانتومی کایرال بافت‌های کوانتومی کایرال

ابداع شیوه‌ای برای تبدیل ابر برخورد دهنده سرن به سریع‌ترین کرنومتر جهان کوانتوم و فیزیک جدید

شمارش فوتون‌ها در پلاسمای کوارکگلوئونی کوانتوم و فیزیک جدید

فروکش هیجان دانشمندان درباره بوزون هیگز فروکش هیجان دانشمندان درباره بوزون هیگز

قوی‌ترین مغناطیس رکوردزن جهان آغاز به کار کرد الکترومغناطیس

آیا می‌توانیم میدان‌های مغناطیسی را ببینیم الکترومغناطیس

کاربرد لیزر در هولوگرافی الکترومغناطیس

آلودگی بنفش آلودگی بنفش

مغناطیس کره زمین الکترومغناطیس