معلومات

ما هي البصريات الكمومية؟

ما هي البصريات الكمومية؟

بصريات الكم هي مجال فيزياء الكم يتعامل بشكل خاص مع تفاعل الفوتونات مع المادة. دراسة الفوتونات الفردية أمر بالغ الأهمية لفهم سلوك الموجات الكهرومغناطيسية ككل.

لتوضيح ما يعنيه هذا بالضبط ، تشير كلمة "الكم" إلى أصغر كمية لأي كيان مادي يمكنه التفاعل مع كيان آخر. فيزياء الكم ، لذلك ، يتعامل مع أصغر الجزيئات. هذه هي جزيئات صغيرة للغاية بشكل لا يصدق الذرية التي تتصرف بطرق فريدة من نوعها.

تشير كلمة "البصريات" في الفيزياء إلى دراسة الضوء. الفوتونات هي أصغر جزيئات الضوء (رغم أنه من المهم معرفة أن الفوتونات يمكن أن تتصرف كجسيمات وموجات على حد سواء).

تطور البصريات الكمومية ونظرية الفوتون للضوء

تم تقديم نظرية أن الضوء يتحرك في حزم منفصلة (أي الفوتونات) في ورقة ماكس بلانك لعام 1900 حول كارثة الأشعة فوق البنفسجية في إشعاع الجسم الأسود. في عام 1905 ، وسع آينشتاين هذه المبادئ في شرحه للتأثير الكهروضوئي لتحديد نظرية الفوتون للضوء.

تطورت فيزياء الكم خلال النصف الأول من القرن العشرين إلى حد كبير من خلال العمل على فهمنا لكيفية تفاعل الفوتونات والمادة وترابطهما. ومع ذلك ، تم النظر إلى هذا كدراسة للمسألة التي تنطوي على أكثر من الضوء المعني.

في عام 1953 ، تم تطوير المازار (التي تنبعث منها أفران ميكروويف متماسكة) وفي عام 1960 الليزر (الذي ينبعث منها ضوء متماسك). عندما أصبحت خاصية الضوء المتورط في هذه الأجهزة أكثر أهمية ، بدأت البصريات الكمومية تستخدم كمصطلح لهذا المجال المتخصص من الدراسة.

الموجودات

ترى البصريات الكمومية (والفيزياء الكمومية ككل) أن الإشعاع الكهرومغناطيسي يسافر على شكل موجة وجسيم في نفس الوقت. وتسمى هذه الظاهرة موجة الجسيمات ثنائية.

التفسير الأكثر شيوعًا لكيفية عمل هذا هو أن الفوتونات تتحرك في تيار من الجسيمات ، ولكن السلوك العام لتلك الجسيمات يتحدد بواسطة وظيفة الموجة الكمومية الذي يحدد احتمال وجود الجزيئات في موقع معين في وقت معين.

أخذ نتائج من الديناميكا الكهربائية الكمية (QED) ، من الممكن أيضًا تفسير البصريات الكمومية في شكل إنشاء وإزالة الفوتونات ، الموصوفة من قبل المشغلين الميدانيين. يسمح هذا النهج باستخدام طرق إحصائية معينة مفيدة في تحليل سلوك الضوء ، على الرغم من أن ما إذا كان يمثل ما يحدث فعليًا هو أمر مثير للجدل (على الرغم من أن معظم الناس يعتبرونه مجرد نموذج رياضي مفيد).

تطبيقات

الليزر (و masers) هي التطبيق الأكثر وضوحا للبصريات الكمومية. يكون الضوء المنبعث من هذه الأجهزة في حالة متماسكة ، مما يعني أن الضوء يشبه إلى حد بعيد موجة جيبية كلاسيكية. في هذه الحالة المتماسكة ، يتم توزيع وظيفة الموجة الميكانيكية الكمومية (وبالتالي عدم اليقين الميكانيكي الكمومي) بالتساوي. وبالتالي ، فإن الضوء المنبعث من ليزر مرتب للغاية ، ويقتصر بشكل عام على حالة الطاقة نفسها (وبالتالي نفس التردد وطول الموجة).


شاهد الفيديو: Hong-Ou-Mandel ميكانيكا الكم - تجربة (يوليو 2021).