وبلاگ
کوانتوم بخش بسیار مهمی از علم فیزیک است. این بخش از فیزیک بیش از صد سال است که به طور وسیع مورد مطالعه فیزیک‌دانان قرار گرفته است .کوانتوم مکانیک علم قوانین حاکم در دنیای ریز ریز مواد است، قوانینی که با قوانین فیزیکی دنیای ما متفاوت است. فیزیک کوانتومی در دانشگاه‌ها و با کمک روابط پیچیده ریاضی در رشته فیزیک و برخی رشته های دیگر تدریس می‌شود. البته در دوره دبیرستان هم به صورت محدود، دانش آموزان در کتاب‌های فیزیک با بعضی از مفاهیم کوانتومی آشنا می‌شوند. اما حقیقتا فناوری کوانتوم در آینده به یکی از مهم‌ترین تحولات زندگی انسان تبدیل می‌شود و دانستن درباره آن حتی در دوران مدرسه مسئله‌ای مهم به شمار می‌رود. دنیا به سرعت به مرحله‌ای از پیشرفت فناوری کوانتوم می‌رسد که به نظر آید حتی ذهن دانش آموزان نیاز به قدرت درک و تحلیل علم کوانتوم را داشته باشند؛ علمی که در میان انواع دستاوردها و رهاوردهای آن زندگی می‌کنند.
معنای کوانتوم کمترین مقدار یا کوچکترین چیزی است که می‌توان آن را تفکیک کرد. برای مثال، یک متر می‌تواند به ۱۰۰ سانتی‌متر تقسیم و یک سانتی‌متر می‌تواند به ۱۰ میلی‌متر تقسیم شود. اما آیا می‌توانیم این تقسیم را بی‌نهایت ادامه دهیم؟ آیا می‌توانیم یک میلی‌متر را به نیم میلی‌متر و نیم میلی‌متر را به ربع میلی‌متر، سپس میکرومتر و بیشترتقسیم کنیم؟
پاسخ این است که نه، نمی‌توانیم. زیرا در سطح خیلی کوچک، وقتی به ابعاد یک مولکول یا یک اتم می‌رسیم اتفاقات عجیب و غریبی رخ می‌دهد. در این سطح، ما با ذرات زیراتمی مانند الکترون، فوتون، پروتون و … روبرو می‌شویم. این ذرات خیلی کوچک هستند و قوانین متفاوتی از آنچه همیشه فیزیک را با آن‌ها می‌شناختیم بر آن‌ها حاکم است. این قوانین به قوانین کوانتوم مکانیک شناخته می‌شوند. اما چرا همه چیز در ابعاد ریز ریز تغییر می‌کند؟
چرا کوانتوم عجیب است؟
کوانتوم عجیب است چون رفتار ذرات زیراتمی با رفتار چیزهایی که ما در زندگی روزمره می‌بینیم خیلی متفاوت است. دانشمندان به این رفتارها و قوانین متفاوت در آزمایش‌های مختلف پی بردند. اولین نکته‌ای که در مورد کوانتوم مکانیک می‌توان به آن اشاره کرد وجود مقادیر گسسته برای کمیت‌های مختلف مثل انرژی است کمیت‌ها ضریب یک ثابت مشخص به نام ثابت پلانک هستند و هر مقداری نمی‌توانند به‌خود بگیرند در حالی‌که در دنیای اشیای بزرگ چنین قانونی وجود ندارد. درباره ذرات کوانتومی تفاوت‌های منحصر به‌فردتری هم وجود دارد . برای درک این خواص منحصر به فرد فرض کنید یک توپ دارید و رفتار آن را با رفتارهای یک الکترون به عنوان یک ذره در دنیای کوانتومی مقایسه می‌کنیم.
برای اینکه این تفاوت‌ها را بفهمیم از یک مثال بهره می‌گیریم، یک توپ می‌تواند فقط در یک جای خاص باشد و اگر ما آن را ببینیم، مکان و سرعت آن را می‌توانیم به روش‌های مختلف اندازه‌گیری کنیم . اما یک الکترون می‌تواند در چندین جای مختلف باشد و یا حالت‌های مختلف وجود داشته باشد. بنابراین فقط می‌توانیم از احتمال حضور الکترون در هر حالت صحبت می‌کنیم. حالا اگر در یک آزمایش بخواهیم رفتار یک الکترون را بررسی می‌کنیم مشاهده می‌کنیم مکان و سرعت آن را نمی‌توانیم همزمان مشخص کنیم! وقتی به سراغ اندازه‌گیری مکان الکترون برویم دیگر اطلاعات دقیقی درباره مکان آن نداریم و وقتی به سراغ سرعت آن برویم درباره مکان دقیق آن نمی‌توانیم نظر بدهیم .این یکی از قوانین کوانتوم است که به نام اصل عدم قطعیت هایزنبرگ معروف است.
رفتار عجیب دیگری که فقط در دنیای کوانتومی قابل مشاهده است این است که یک ذره کوانتومی می‌تواند در یک زمان حالت‌های مختلف داشته باشد . برای مثال وقتی یک توپ را به هوا پرتاب می‌کنید می‌تواند فقط یک حالت داشته باشد، مثلا بالای زمین باشد یا روی زمین. اما یک ذره کوانتومی مثل الکترون می‌تواند دو حالت را همزمان داشته باشد . این یکی از قوانین کوانتوم است که به نام اصل برهم‌نهی کوانتومی معروف است.
اما مثال بعدی این است که یک توپ اگر با یک دیوار برخورد کند، اصولا از آن عبور نمی‌کند، یا به عقب برمی‌گردد یا اگر دیوار نرم و توپ خیلی سخت و شلیک خیلی قوی باشد آن را سوراخ می‌کند و در آن فرو می‌رود. اما یک الکترون می‌تواند با یک احتمال کم از یک دیوار عبور کند. یعنی می‌بینیم الکترون در پشت دیوار هم احتمال حضور دارد! این یکی از قوانین کوانتوم است که به نام اصل تونل زنی معروف است.
پدیده‌های جالب دیگری هم وجود دارد که برای دانستن آن‌ها نیاز است به فیلم‌های سومین کارسوق لیزر و کوانتوم سر بزنید
چرا کوانتوم مهم است؟
کوانتوم مهم است چون بسیاری از پدیده‌ها و فناوری‌های جدید را می‌توان با استفاده از قوانین کوانتوم توضیح داد و ایجاد کرد. برای مثال، لیزر، تلویزیون، موبایل، کامپیوتر، اینترنت، ماهواره، اسکنر، ام آر آی و … همه از کوانتوم به نحوی استفاده می‌کنند. همچنین، بسیاری از پژوهش‌های جاری در علوم مختلف مانند فیزیک، شیمی، بیولوژی، مهندسی و … به کوانتوم مربوط می‌شوند. برای مثال، کامپیوتر کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی، ارتباطات کوانتومی، شبیه‌سازی کوانتومی، الگوریتم‌های کوانتومی و … همه از کوانتوم بهره می‌برند.
چگونه کوانتوم را بیاموزیم؟
کوانتوم را می‌توان با خواندن کتاب‌ها، مقالات، وب‌سایت‌ها، ویدیوها و پادکست‌هایی که در مورد آن تهیه شده‌اند بیاموزیم. ما برای شما در کارسوق لیزر و کوانتوم یک مجموعه جذاب از آموختنی‌ها و دانستنی‌های علم کوانتوم و لیزر را به زبان ساده فراهم کرده‌ایم.
برای درک عمیق کوانتوم، باید ریاضیات و فیزیک را خوب بلد باشیم. برای مثال، باید مفاهیمی مانند تابع موج، ماتریس، بردار، عملگر، معادله شرودینگر، اصل فون نویمان و … را بدانیم. این مفاهیم در سطح دانشگاهی و پیشرفته تدریس می‌شوند و برای دانش آموزان مقطع متوسطه و پایه مناسب نیستند. با این حال، برخی از مفاهیم ساده و جذاب کوانتوم می‌توانند به صورت تجربی و تصویری به دانش آموزان نشان داده شوند. در حقیقت هدف سومین کارسوق لیزر و کوانتوم لذت بردن از مفاهیم ساده و جذاب لیزر و علم کوانتوم است.
برای دسترسی به دنیای زیبای علم کوانتوم در سومین دوره کارسوق لیزر و کوانتوم ثبت نام کنید. 
