تجربة يونغ فوتون فوتون

تجربة خارقة للعادة: تجربة تداخل الضوء, فوتون بعد فوتون..يعنى كل مرة نرسل فوتون واحد على الشاشة التى تحتوى على ثقبين متوازيين... اى تجربة يونغ Young التاريخية, لكن فقط عوض استعمال موجة كلاسيكية, نستعمل ضوء خافت جدا بحيث كل مرة يصل فوتون واحد على الشاشة....صاحبة التجربة هى الاستاذة باباث دويبرش Babette Doebrich. ربما تجدون صعوبة فى فهم ما هو بالضبط الشيئ الغريب الذى يحدث هنا. اذا ارسلنا موجة على شاشة, فهى لانها موجة تعرف انه يجب ان تتداخل مع وجود ثقبين على الشاشة. الان فى التجربة نحن نرسل كل مرة فوتون واحد. كيف يعرف الفوتون انه يجب عليه التداخل, عندما يجد ثقبين?...اقول لكم الحقيقة التى يرفضها كل الفلاسفة و تقريبا الاغلبية الساحقة من الفيزيائين: الفوتون يمر من الثقبين فى آن معا, لانه يمكننا ان نجرى حساب ليس فيه اى شك, أنه لو مر الفوتون من ثقب واحد كل مرة, فاننا لا نحصل على تداخل..كيف يمر الفوتون من ثقبين فى آن معا,,هذه احد اهم الاسئلة التى ابحث فيها فى الفيزياء النظرية المقاربة على الميتافيزيقا..وسأحدثكم عليها بتفصيل اكبر فى مرة قادمة ان شاء الله...

الجسيمات الاولية و القوى الاساسية

البقعة الحمراء الكبرى

البقعة الحمراء الكبرى great red spot, هى لطخة على سطح المشترى, يبلغ حجمها تقريبا ثلاثة اضعاف حجم الارض, تم رصدها لاول مرة عام 1665 من قبل جيوفانى كاسينى Giovanni Cassini. هذه البقعة هى عبارة عن اعصار ما زال يضرب بقوة على سطح كوكب المشترى, ولم يفقد بعد كل طاقته, منذ على الاقل ثلاثة قرون.

البيونات

اكتشاف البيون Pion, وهو جسيم ميوزنى meson, فى الاشعة الكونية cosmic rays عام 1947 من طرف باول Powell و فريقه -الصورة الأولى-. البيون هو الجسيم الذى يحمل القوة النووية المتبقية residual nuclear force, اى الجسيم الذى يتم امتصاصه و ارساله بشكل مستمر فى التفاعلات النووية مابين البروتونات و النوترونات-الصورة الثانية-.

الفوتون

الفوتون photon هو الجسيم الذى ينتشر مع الضوء او اى اشعاع كهرومغناطيسى. كان الفيزيائى النظرى الشهير بلانك Planck عام 1900, هو اول من افترض أن الضوء يأتى على شكل كمات quantum ذات طاقة
E=h.nu
حيث أن nu هو تواتر الضوء و h هو ثابت اصبح يعرف فيما بعد والان بثابت بلانك, من اجل تفسير ما يسمى بطيف اشعاع الجسم الاسود black body radiation. هذه الكمات المفترضة هى جسيمات و هى بالضبط ما نسميه الان بالفوتونات.
الان ماهو اشعاع الجسم الاسود الذى ادى الى هذه الفرضية?
اى جسم مسخن عند درجة حرارة T فى حالة توازن ترموديناميكى يصدر عنه اشعاع كهرومغناطيسي ذو طيف لا يتعلق الا بدرجة الحرارة. اى ان كل الاجسام المسخنة عند نفس درجة الحرارة يكون لها تفس الطيف. هذا هو ما يسمى باشعاع الجسم الاسود. انظر الصورة ادناه. عندما نحسب هذا الطيف باعتبار الضوء أنه موجة كلاسيكية نحصل على تباعد divergence, اى نحصل على قيمة لانهائية للطيف,و هذا يعرف باسم الكارثة مافوق البنفسجية ultraviolet catastrophe. اما بافتراض ان الضوء هو عبارة عن جسيمات ذات طاقة مكممة, تعطى بعلاقة بلانك اعلاه, نحصل, عند الحساب, بالضبط على الطيف فى الصورة ادناه.
أينتشاين اخذ فرضية بلانك على محمل الجد, عن طريق التأكيد أن خاصية التكميم quantization هى خاصة حقيقية تميز طبيعة الضوء و كل الحقول الكهرومغناطيسية, و باستعمال علاقة بلانك اعلاه, تمكن من تفسير ما يعرف بظاهرة الفعل الكهروضوئى photoelectric effect. نظرية اينشتاين للفعل الكهروضوئى تحقق منها تجريبيا ملكان Millikan عام 1916, وأما التأكيد التجريبيى النهائى على حقيقة الفوتون فقد تحقق على يد كومبتون Compton عام 1923. شرح هذه الامور بتفصيل اكثر نتركه لفرصة اخرى, ان شاء الله, لاننى أُرهقت الان من كتابة هذه الكلمة.

الابدية, الحاضرية و نظرة الكون المتنامى للزمن

عندما نتكلم عن الحوادث فى الزمن يمكن أن نستعمل الاوقات tenses مثل الماضى, والحاضر و المستقبل, وهذه تسمى السلسلة A, و يمكن ان نتكلم عن الحوادث بدون الرجوع الى الاوقات باستعمال مثلا الايام: السبت, والاحد, والاثنين,الخ, وهذه الطريقة الثانية تسمى السلسلة B.

الفلسفة الميتافيزيقية للزمن تتشكل من ثلاثة نظريات مختلفة.

 اولا: الحاضرية presentism التى تؤكد أنه لا وجود و لاحقيقة للماضى لانه انقضى, ولا للمستقبل لانه لم يأتى. اذن الفلسفة الحاضرية تنطوى ضمنيا على الرأى ان السلسة A هى أكثر اساسية من السلسة B.

 ثانيا: الابدية eternalism التى تنص على ان جميع النقاط فى الزمن,فى الماضى و الحاضر و المستقبل,  لهم وجود حقيقى و متساوى.

 ثالثا: نظرة اللبنة المتنامية growing block view التى تنص على أن الماضى و الحاضر فقط لهم وجود حقيقى, وأن المستقبل غير موجود, وبالتالى فإن اجزاء اضافية من الفضاء-زمن تتكون و تدخل الى الوجود بصورة مستمرة, وأن هذا النمو يحدث فى الحاضر.

 فى النظرة الابدية السلسلة B أكثر اساسية, بينما بالنسبة لنظرة اللبنة المتنامية فإن السلسة A و السلسلة B تأتيان تقريبا على قدم المساواة.

تمدد الزمن

تمدد الزمن هو احد التأثيرات الفيزيائىة الناجمة عن النسبية الخاصة, مبدأ ثبات سرعة الضوء بالنسبة لجميع المعالم العطالية, او عن النسبية العامة, تأثير قوة الثقالة المُشفر فى بنية الفضاء-زمن, و الذى تم التحقق منه تجريبيا عديد المرات.
 لنأخذ نقطتان A و B على سقف و ارضية قاطرة مزودتان بمرآتين عاكستين للضوء. الزمن الذى يستغرقه الضوء للذهاب من A الى B ثم العودة بالنسبة لملاحظ موجود على القاطرة هو

T=2L/c

 حيث L هى المسافة بين المرآتين.

بالنسبة لملاحظ على ارضية المحطة ينظر الى القاطرة تمر بسرعة v فإن الذى يراه هو المرسوم على الصورة الثانية ادناه. اذن الزمن الذى يستغرقه الضوء هو الزمن الذى يقضيه فى الطيران من A الى B ثم من B الى C حيث C هو الموضع الذى تنتقل اليه النقطة A بسرعة v خلال زمن طيران الضوء من A الى B اى خلال نصف الزمن '^T الذى نبحث عنه. اذن باستعمال مبرهنة فيثاغور نحصل على

T^'=T/sqrt(1-v^2/c^2)

اذن الزمن فى المعلم المتحرك اكبر من الزمن فى المعلم الساكن و هو ما يعرف بتأثير تمدد الزمن.