تحصیلات:علم

الکترون را تشکیل می دهند؟ جرم و اتهام یک الکترون

الکترون یک ذره اساسی است، یکی از آنهایی که واحد های ساختاری ماده هستند. با طبقه بندی آن، فرمیون (یک ذره با چرخش نیمه صحیح، به نام فیزیکدان E. Fermi) و یک لپتون (ذرات با چرخش نیمه صحیح که در تعامل قوی دخیل نیستند، یکی از چهار پایه در فیزیک) است. تعداد بریون یک الکترون برابر با صفر و همچنین سایر لپتون ها است.

تا همین اواخر اعتقاد بر این بود که الکترون یک عنصر است، یعنی یک ساختار تقسیم شده و بدون ذره ای است، اما دانشمندان اکنون از دیدگاه متفاوت هستند. الکترون بر اساس ایده های فیزیکدانان مدرن متشکل است؟

تاریخچه ی عنوان

حتی در یونان باستان، طبیعت گرایان متوجه شدند که کهربا، که قبلا شبیه به آن بود، اشیای کوچکی را به خود جذب می کند، یعنی خواص الکترومغناطیسی را نشان می دهد. نام آن توسط الکترون دریافت شده از یونان ἤλεκτρον، که به معنی "کهربا". این اصطلاح توسط J. Stoney در سال 1894 پیشنهاد شد، اگر چه ذرات خود را توسط J. Thompson در سال 1897 کشف شد. تشخیص دشوار بود، دلیل این امر یک جرم کوچک است و اتهام الکترون در تجربه یافتن تعیین کننده بود. اولین تصاویر ذره توسط چارلز ویلسون با استفاده از یک دوربین خاص، که حتی در آزمایش های مدرن مورد استفاده قرار گرفته و به افتخار او نامگذاری شده است.

یک واقعیت جالب این است که یکی از پیش نیازهای کشف الکترون، سخنان بنجامین فرانکلین است. در سال 1749 او یک فرضیه را مطرح کرد که برق یک ماده مادی است. در آثار او چنین بود که از جمله شرایط مثبت و منفی اتهام، خازن، تخلیه، باتری و ذرات الکتریسیته اولا استفاده شد. اتهام ویژه ی یک الکترون منفی است و پروتون فرض مثبت است.

کشف الکترون

در سال 1846 مفهوم "اتم برق" در آثار وی توسط ویلهلم وبر فیزیکدان آلمانی شروع به استفاده کرد. مایکل فارادی کشف اصطلاح "یون"، که در حال حاضر، شاید آنها هنوز از نیمکت مدرسه می دانند. بسیاری از دانشمندان برجسته مانند فیزیکدان و ریاضیدان آلمانی جولیوس Plukker، ژن Perren، فیزیکدان انگلیسی ویلیام کروک، ارنست رادرفورد و دیگران در ماهیت برق بوده است.

بنابراین، قبل از اینکه جوزف تامپسون موفق به تجربیات معروف خود شد و وجود یک ذره کوچکتر از یک اتم را ثابت کرد، بسیاری از دانشمندان در این زمینه کار کردند و اگر این کار بزرگ را انجام ندهند، کشف غیر ممکن خواهد بود.

در سال 1906 جوزف تامپسون جایزه نوبل را دریافت کرد. آزمایش به شرح زیر است: از طریق صفحات فلزی موازی ایجاد میدان الکتریکی، پرتوهای پرتوهای کادوئی تصویب شد. سپس آنها مجبور بودند همان کار را انجام دهند، اما در حال حاضر از طریق سیستم کویل هایی که یک میدان مغناطیسی ایجاد کرده اند. تامپسون دریافت که پرتوهای تحت اثر میدان الکتریکی انحراف دارند و همین امر با عمل مغناطیسی همخوانی دارد، اما پرتوهای پرتوهای کادو مسیر را تغییر نداده است، در صورتی که از هر دو میدان در نسبت های خاصی که بر سرعت ذرات تاثیر می گذارد، مسیر را تغییر نداد.

پس از محاسبات، تامپسون دریافت که سرعت این ذرات به طور قابل توجهی پایین تر از سرعت نور است، به این معنی که آنها توده ای دارند. از آن لحظه، فیزیکدانان بر این باورند که ذرات باز از ماده، بخشی از اتم هستند که متعاقبا توسط آزمایشات رادرفورد تایید شده است . او آن را "مدل سیاره ای اتم" نامیده است.

پارادوکسهای جهان کوانتومی

سوال این است که از چه الگویی تشکیل شده است، حداقل در این مرحله از توسعه علم بسیار پیچیده است. قبل از این که به آن توجه شود، باید به یکی از پارادوکس های فیزیک کوانتومی تبدیل شود که حتی دانشمندان نمی توانند توضیح دهند. این یک آزمایش معروف با دو شکاف است که طبیعت دوگانه الکترون را توضیح می دهد.

ماهیت آن در این حقیقت است که قبل از ذرات شلیک "تفنگ" یک قاب با سوراخ مستطیلی مستطیلی نصب شده است. در پشت آن یک دیوار وجود دارد که در آن ردیابی از بازدید مشاهده می شود. بنابراین ابتدا باید بدانیم که چگونه ماده رفتار می کند. ساده ترین راه برای تصور اینکه توپ های تنیس توسط دستگاه راه اندازی شده است. بعضی از توپ ها به سوراخ می افتند، و اثرات بازدید روی دیوار به یک نوار عمودی افزوده می شود. اگر در بعضی از نقاط برای اضافه کردن یکی دیگر از یک سوراخ، ردیابی ها به ترتیب دو باند تشکیل می دهند.

امواج در این وضعیت رفتار متفاوت دارند. اگر نشانه هایی از برخورد با یک موج بر روی دیوار وجود دارد، سپس در مورد یک سوراخ، نوار نیز یکی باشد. با این حال، همه چیز در مورد دو شکاف تغییر می کند. موج، عبور از سوراخ ها، به نصف تقسیم می شود. اگر بالای یکی از امواج به قسمت پایینتر دیگری برسد، آنها یکدیگر را خنثی می کنند و یک الگوی تداخل روی دیوار (چندین نوار عمودی) ظاهر می شود. مکان هایی که در تقاطع امواج وجود دارد، ردیابی می کنند، اما مکان هایی وجود ندارد که در آن خلأ متقابل وجود داشته باشد.

کشف شگفت انگیز

دانشمندان با کمک آزمایش فوق الذکر می توانند بینایی بین فیزیک کوانتومی و کلاسیک را به جهان نشان دهند. هنگامی که آنها شروع به بمباران دیوار با الکترون ها کردند، ردیابی عمودی عمیق نشان داد: بعضی از ذرات، مانند توپ های تنیس، به شکاف افتادند، و برخی آن را نداشتند. اما همه چیز تغییر کرد وقتی که سوراخ دوم ظاهر شد. یک الگوی تداخل روی دیوار ظاهر شد! در ابتدا، فیزیکدانان تصمیم گرفتند که الکترونها با یکدیگر درگیر شوند و تصمیم گرفتند آنها را در یک زمان بگذارند. با این حال، پس از چند ساعت (سرعت الکترونهای متحرک هنوز بسیار کمتر از سرعت نور است)، یک الگوی تداخل دوباره ظاهر شد.

نوبت غیر منتظره

الکترون، همراه با برخی از ذرات دیگر مانند فوتون، یک دوگانه موج موج متضاد را نشان می دهد (اصطلاح "دوگانگی موج موج کوانتومی" نیز استفاده می شود). مانند گرید Schrodinger، که زنده و مرده است، حالت الکترون می تواند هم جسم و هم موج باشد.

با این حال، گام بعدی در این آزمایش باعث ایجاد اسرار بیشتر شد: یک ذره بنیادی، که هر کس به نظر می رسید می داند، به یک شگفتی باور نکردنی تبدیل شد. فیزیکدانان تصمیم گرفتند در یک دیافراگم یک دستگاه مشاهده برای نصب، از طریق شکاف ذرات عبور کنند، و چگونه آنها خود را به عنوان یک موج نشان می دهند. اما به محض قرار گرفتن مکانیزم مشاهدات، تنها دو باند روی دیوار ظاهر می شود که به دو سوراخ مربوط است و هیچ الگوی تداخل وجود ندارد ! به محض اینکه "سایه" برداشته شد، ذرات دوباره خواص موج را به نمایش گذاشتند، به طوری که می دانست که هیچ کس بعد از آن تماشا نمی کند.

تئوری دیگر

بورن فیزیکدان پیشنهاد کرد که ذره تبدیل به یک موج در معنای واقعی کلمه نخواهد شد. الكترون "حاوی" یک موج احتمالی به خود می گیرد، این الگوی تداخلی را می دهد. این ذرات دارای خاصیت ابررسانایی هستند، یعنی آنها می توانند در هر مکان با یک احتمال خاص باشند، بنابراین آنها می توانند با یک موج "مشابه" همراه شوند.

با این وجود، نتیجه واضح است: حضور حضور ناظر بر نتایج آزمایش تاثیر می گذارد. به نظر می رسد باور نکردنی است، اما این تنها نمونه ای از این نوع نیست. فیزیکدانان نیز در قسمتهای بزرگتر ماده، زمانی که جسم بخش نازکی از فویل آلومینیوم بود، آزمایشهایی انجام داد. دانشمندان اظهار داشتند که این واقعیت که اندازه گیری های خاصی تنها بر روی درجه حرارت جسم تاثیر می گذارد. ماهیت چنین پدیده ای، هنوز نمی تواند توضیح دهد.

ساختار

اما الکترونی از چه چیزی تشکیل شده است؟ در حال حاضر، علم مدرن نمی تواند به این سوال پاسخ دهد. تا همین اواخر، این ذره بنیاد ناپایدار در نظر گرفته شد، اکنون دانشمندان به این واقعیت متکی هستند که از ساختارهای کوچکتر تشکیل شده است.

شارژ مخصوص الکترونی نیز ابتدایی در نظر گرفته شد، اما کوارکها دارای یک شارژ جزئی هستند. نظریه های متعددی وجود دارد که از آن الکترون تشکیل شده است.

امروزه می توانید مقالاتی را بیان کنید که دانشمندان موفق به جدا کردن الکترون شده اند. با این حال، این تنها تا حدی درست است.

آزمایشات جدید

دانشمندان شوروی در دهه هشتاد قرن گذشته پیشنهاد کردند که الکترون ممکن است به سه ذره تقسیم شود. در سال 1996، آن را می توان به تقسیم آن به اسپینون و هولون، و اخیرا فیزیکدان ون دن برینک و تیم خود را به یک ذره تقسیم شده به اسپینون و اربیتون. با این حال، تقسیم می تواند تنها در شرایط خاصی به دست آورد. آزمایش را می توان در دماهای بسیار پایین انجام داد.

هنگامی که الکترونها "خنکشدن" به صفر مطلق، و این حدود -275 درجه سانتیگراد است، آنها عملا متوقف و تشکیل یک نوع ماده در میان خود، مانند ادغام به یک ذره. در چنین شرایطی، فیزیکدانان قادر به مشاهده کوازپارکتها هستند، که الکترون آن "شامل" است.

حامل اطلاعات

شعاع الکترون بسیار کوچک است، 2.81794 . 10 -13 سانتی متر، اما معلوم می شود که اجزای آن بسیار کوچکتر است. هر یک از سه بخش که توانستند الکترون را "تقسیم" کنند، اطلاعاتی را در مورد آن حمل می کند. Orbiton، به عنوان نام نشان می دهد، حاوی داده های مربوط به موج مداری یک ذره است. اسپینون مسئول چرخش الکترون است و هولون به ما درباره میزان شارژ میگوید. بدین ترتیب، فیزیکدانان می توانند به طور جداگانه حالت های مختلف الکترون را در یک ماده ی قوی یخ زده مشاهده کنند. آنها قادر به کشف جفت "هولن اسپینون" و "اسپینون-اربیتون" بودند، اما نه همه آنها را باهم ترکیب کرد.

فن آوری های جدید

فیزیکدانانی که الکترون را کشف کردند، مجبور بودند چندین سال صبر کنند تا کشف آنها در عمل اعمال شود. در زمان ما تکنولوژی در چند سال استفاده می شود، فقط گرافن را به یاد می آوریم - یک ماده شگفت انگیز است که شامل یک اتم کربن در یک لایه است. چه چیزی برای تقسیم الکترون مفید خواهد بود؟ دانشمندان پیش بینی ایجاد یک کامپیوتر کوانتومی، سرعت خود را، به نظر آنها، چندین برابر بزرگتر از کامپیوترهای قدرتمند مدرن است.

راز فن آوری رایانه کوانتومی چیست؟ این را می توان بهینه سازی ساده نامید. در یک کامپیوتر آشنا یک قطعه اطلاعات کم و تقسیم نشده کمی است. و اگر اطلاعات را به صورت بصری در نظر بگیریم، فقط دو گزینه برای دستگاه وجود دارد. کمی می تواند حاوی صفر یا یک باشد، یعنی قسمت هایی از کد باینری.

روش جدید

حالا تصور کنید که بیت حاوی صفر است و واحد یک بیت کوانتومی است یا "cuebit". نقش متغیرهای ساده توسط چرخش الکترون (آن می تواند به عقب یا عقربه های ساعت چرخش). بر خلاف یک بیت ساده، cuebit می تواند به طور همزمان چندین عملکرد را انجام دهد، به همین دلیل افزایش سرعت عملیات افزایش می یابد، جرم کوچک و بار الکترون در اینجا مهم نیست.

شما می توانید این را با نمونه ای از دخمه پرپیچ و خم توضیح دهید. برای خروج از آن، شما باید بسیاری از گزینه های مختلف را امتحان کنید، که فقط یکی درست باشد. یک کامپیوتر سنتی می تواند مشکلات را به سرعت حل کند، اما در هر زمان تنها می تواند بر روی یک مشکل واحد کار کند. او همه ی انواع مسیرها را به یکی می برد و در نهایت او پیدا خواهد کرد. یک کامپیوتر کوانتومی، به لطف دوگانگی cuebits، می تواند بسیاری از مشکلات را به طور همزمان حل کند. او تمام گزینه های ممکن را بررسی می کند، نه به نوبه خود، اما در یک نقطه ای در زمان، و همچنین مشکل را حل خواهد کرد. مشکل تا کنون تنها به زور بسیاری از کوبه ها برای کار بر روی یک وظیفه - این پایه یک کامپیوتر نسل جدید خواهد بود.

درخواست

اکثر مردم از یک کامپیوتر در یک خانواده استفاده می کنند. با این کار، در حالی که رایانه های معمولی هم خوب عمل می کنند، اما پیش بینی وقایع که به هزاران و شاید صدها هزار متغیر بستگی دارد، دستگاه باید به سادگی بزرگ باشد. یک کامپیوتر کوانتومی به راحتی می توانید با چیزهایی مانند پیش بینی آب و هوا برای یک ماه، پردازش داده ها در مورد بلایای طبیعی و پیش بینی آنها، و همچنین انجام محاسبات پیچیده ریاضی با بسیاری از متغیرها در یک ثانیه تقسیم، همه با یک پردازنده از چند اتم. بنابراین ممکن است خیلی زود کامپیوترهای قدرتمند ما با ورق کاغذ ضخیم شود.

حفاظت از سلامتی

فناوری کامپیوتری کوانتومی کمک زیادی به پزشکی خواهد کرد. انسان فرصت ایجاد نانوموژنیسم با قدرتمندترین توانایی را فراهم می آورد و با کمک آنها نمی توان تنها با نگاه کردن به کل بدن از داخل، بلکه به ارائه مراقبت های پزشکی بدون مداخله جراحی امکان تشخیص بیماری ها را نیز فراهم آورد: کوچکترین روبات هایی با مغز کامپیوتر کامال قادر به انجام تمام عملیات می باشند.

انقلاب در حوزه بازی های کامپیوتری اجتناب ناپذیر است. ماشین های قدرتمند قادر به فورا حل مشکلات می توانند بازی های با گرافیک فوق العاده واقع گرایانه را به نمایش بگذارند.

Similar articles

 

 

 

 

Trending Now

 

 

 

 

Newest

Copyright © 2018 fa.delachieve.com. Theme powered by WordPress.