دو بلندگو مثل دو شکاف در فویل آلومینیومی عمل می‌کنند؛ با حرکت دادن… — نگاشت کیهان | Cosmographia — TG.ME

دو بلندگو مثل دو شکاف در فویل آلومینیومی عمل می‌کنند؛ با حرکت دادن سرتان از چپ به راست می‌توانید قسمت‌های بلند (روشن) و نرم (تاریک) راه‌راه‌ها را بشنوید (نتی چند اکتاو بالاتر از دو وسط را امتحان کنید). قبلاً همین اثر موجی را در امواج آب دیدیم. هرچه زیر و بمی صدا بالاتر رود — یا طول موج‌های آب کوتاه‌تر شود — فاصله‌ی بین راه‌راه‌های روشن نزدیک‌تر می‌شود، درست مثل وقتی رنگ لیزر را عوض کردیم. و اگر موج‌ها را در یکی از مسیرها مسدود کنیم (با کشیدن سیم یکی از بلندگوها یا متوقف کردن یکی از منابع موج در آب) راه‌راه‌ها ناپدید می‌شوند. همه‌ی آزمایش‌هایی که انجام دادیم و نحوه‌ی حرکت ذرات از لیزر پوینتر تا صفحه را آزمایش کردند نشان می‌دهند که ذرات مثل موج حرکت می‌کنند. با این حال، دیدیم که نور مثل گلوله‌های رنگ کوچک به صفحه برخورد می‌کند. در یک نقطه برخورد می‌کنند و مقدار مشخصی انرژی بسته به رنگشان رسوب می‌کنند. همه‌ی آزمایش‌ها درباره‌ی نحوه‌ی برخورد ذرات به دوربین نشان می‌دهند که مثل ساچمه‌های کوچک رفتار می‌کنند. این راز بنیادی مکانیک کوانتومی است: ذرات مثل موج حرکت می‌کنند و مثل ذره برخورد می‌کنند. سؤال فوری این است که آیا این چیزی خاص مربوط به ذرات نور است، یا برای همه‌ی ذرات صادق است. پاسخ کوتاه این است که "همیشه" صادق است. برای هر نوع ذره‌ای، در هر شرایطی، همیشه. فوتون‌ها، الکترون‌ها — حتی مولکول‌ها. ذرات همیشه مثل موج حرکت می‌کنند و مثل ذره برخورد می‌کنند. 🔴 چرا کمتر کسی فیزیکدان ها را به مهمانی دعوت می‌کند. واضح است که این جمله — که همه‌ی ذرات مثل موج حرکت می‌کنند و مثل ذره برخورد می‌کنند — نیاز به آزمایش‌های فشرده دارد. مثال مورد علاقه‌ی من شامل نوترون‌هاست؛ می‌توانیم آزمایشی که با نور لیزر انجام دادیم را تکرار کنیم تا ببینیم آیا نوترون‌ها هم به همین شکل رفتار می‌کنند. برای این کار به دو چیز نیاز داریم: یک تفنگ نخودفروشی خوب نوترون، و چند آینه‌ی نوترونی. خیلی خوش‌شانسیم که لیزر پوینتر نوترونی وجود ندارد. اما منبع خیلی خوبی برای نوترون‌ها وجود دارد: نیروگاه هسته‌ای دوست‌داشتنی محله‌تان. راکتورهای هسته‌ای مقدار زیادی نوترون تولید می‌کنند و اپراتورهای نیروگاه از قبل برخی از نوترون‌ها را از منطقه‌ی راکتور خارج می‌کنند چون برای ردیابی راکتور نیاز به اندازه‌گیری نوترون‌ها دارند. اگر مژه‌هایتان را بهم بزنید و مجوز امنیتی بگیرید، به شما هم اجازه می‌دهند مقداری از نوترون‌ها را لوله‌کشی کنید. سپس باید هم نوترون‌های کم‌انرژی و هم پرانرژی را دور بریزید تا جریانی از نوترون‌ها با انرژی یکسان بسازید (مثل فوتون‌های هم‌رنگ در لیزر). وقتی این کار را کردید، یک تفنگ نخودفروشی عالی نوترون دارید که مقدار زیادی نوترون تقریباً هم‌رنگ تولید می‌کند (احتمالاً بهتر است که به یک راکتور هسته‌ای غیرقابل‌حرکت زنجیر شده باشد). حالا به آینه‌های نوترونی نیاز داریم. می‌توان از بلورها برای بازتاب نوترون‌ها استفاده کرد، اما چون طول موج نوترون‌ها خیلی کوچک است، هم‌ترازی آینه‌ها مسئله‌ی حیاتی می‌شود. اینجا صنعت نیمه‌رسانا به کمک ما می‌آید. تراشه‌های کامپیوتری روی ویفرهای سیلیکونی ساخته می‌شوند که از بلورهای بزرگ و کامل بریده شده‌اند. به‌جای بریدن این بلورها به ویفر، می‌توانیم نیمی از بلور را ببریم تا سه «باله» باقی بماند که مثل آینه‌های یک تداخل‌سنج عمل می‌کنند و با بلور باقی‌مانده در هم‌ترازی کامل نگه داشته می‌شوند. وقتی نوترون‌های تک‌انرژی‌مان را از طریق آینه‌های بلوری می‌فرستیم، دقیقاً همان الگوی تداخلی را می‌بینیم که با نور دیدیم. می‌توانیم همه‌ی آزمایش‌هایی که با نور انجام دادیم را تکرار کنیم و دقیقاً همان نتایج را بگیریم. حتی وقتی یک نوترون در هر لحظه از طریق بلور می‌فرستیم، راه‌راه‌های موج‌مانند را می‌بینیم. با سخت‌افزار مناسب می‌توانیم این را فراتر از فوتون‌ها و نوترون‌ها گسترش دهیم و انواع مختلف ذرات را آزمایش کنیم. و وقتی این کار را می‌کنیم، درمی‌یابیم که "همه‌ی" ذرات مثل موج حرکت می‌کنند و مثل ذره برخورد می‌کنند. نوترون‌ها به چند دلیل ذره‌ی به‌خصوص جالبی هستند. اول اینکه سنگین و کند هستند. این آن‌ها را به گرانش حساس‌تر می‌کند. می‌توانیم بلور را بچرخانیم تا به‌جای مسیرهای چپ و راست، مسیرهای بالا و پایین داشته باشیم. وقتی یک نوترون از تپه بالا می‌رود، کند می‌شود (قرمزتر می‌شود)، و وقتی پایین می‌آید سرعت می‌گیرد (زردتر می‌شود). پس موج نوترون در مسیر بالایی آهسته‌تر از موج نوترون در مسیر پایینی حرکت خواهد کرد. هنوز وقتی موج‌ها دوباره ترکیب می‌شوند راه‌راه‌ها را می‌بینیم، اما چون موج نوترون در بازوی بالایی کند بود و کمی دیر رسید، راه‌راه‌ها به طرفین جابه‌جا شده‌اند. میزان این جابه‌جایی یکی از راه‌های اندازه‌گیری قدرت گرانش است.