پیشگفتار
سال 2005 به دلیل صدمین سال چاپ سه مقاله اینشتین "سال جهانی فیزیک" نامگذاری شد. سه مقاله یاد شده در سال 1905 و طی چند ماه منتشر شد. معروفترین این مقالات، احتمالا همان سومین آنهاست که نظریه نسبیت را پیریزی کرد. مقاله دیگر، شواهد روشنی (ولی در آن زمان بحث انگیزی) را در مورد نظریه شکلگیری ماده از اتمها، مطرح کرد. هر دوی این مقالات، تاثیر شگرفی بر توسعه علم فیزیک در طی قرن بیستم و سالهای بعد از آن گذاشت ، اما همان اولین مقاله اینشتین بود که منجر به پدید آمدن "فیزیک کوانتومی" شد.
در این مقاله اینشتین نشان داد که چگونه برخی از آزمایشهای اخیر در آن دوران، مشخص میکردند که انرژی در پرتو نور و در قالب بستههایی معروف به کوانتا (مفرد کوانتوم) منتقل میشود، هر چند که در بسیاری از مواقع، حرکت نور به صورت موجی شناخته شده است. این تناقض آشکار، منجر به ایده "دوگانگی موج- ذره" و در نهایت معمای گربه معروف شرودینگر گردید. هدف این کتاب این است که خواننده را با گزیدهای از موفقیتها و پیروزیهای فیزیک کوانتومی آشنا کند. برخی از این موارد در زمره معرفی رفتار ماده در مقیاسهای اتمی و کوچکتر است اما تمرکز اصلی بر تجلی فیزیک کوانتومی در پدیدههای روزمره است. غالباً به این موضوع توجه نمیشود که بخش زیادی از فناوریهای عصر ما پایهای اختصاصا کوانتومی دارد. این کاربردها تنها محدود به کارکردهای تراشههای سیلیکونی که رایانههایمان را به کار میاندازند نیست، بلکه الکتریسیتهای را که از طریق سیمهای فلزی و نه نارساناها منتقل میشود هم در بر میگیرد. در سالهای اخیر توجه خاصی به تاثیر فناوری بر روی محیط و به طور خاص چگونگی تابش دی اکسید کربن به درون جو زمین و تاثیر آن بر گرمایش کره زمین شده است. این موضوع هنگامی باعث ظهور فیزیک کوانتومی میشود که برخی از فناوریهای سبز به منظور خنثی کردن آن توسعه مییابند. این موارد و همچنین کاربرد فیزیک کوانتومی در ابررساناییها و در فناوری اطلاعات، در اثر حاضر مورد بحث قرار میگیرد. سرانجام در پایان کتاب، به بررسی جنبههای فلسفی تئوری کوانتوم پرداخته میشود.
مشهور است که فیزیک کوانتومی، موضوعی پیچیده و دشوار است. تصور میشود فهم این رشته، نیازمند تلاش هوشمندانه فراوان و خصوصا آشنایی گسترده و عمیق با ریاضیات است. با این حال فیزیک کوانتومی نیازمند آن نیست که به پیچیدگی علوم موشکی باشد این امکان وجود دارد تا از ایده دوگانگی موج- ذره استفاده کنیم تا بسیاری از پدیدههای کوانتومی مهم را بدون ریاضیات بسیار درک کنیم. بر همین اساس متن اصلی کتاب حاضر، دارای مباحث ریاضی نیست، هر چند به وسیله جدولهای ریاضی که به دنبال برخی از بحثها آمده، موضوع مورد نظر کامل شده است. در جدولهای یاد شده ، تنها از ریاضیات پایه که خوانندگان در دوران تحصیل در مدرسه داشتهاند استفاده شده است و حتی خواننده میتواند بدون از دست دادن رشته اصلی بحث، آنها را حذف کند. به بیان دیگر، هدف این کتاب این است که خوانندگان را به درجهای از درک فیزیک کوانتومی برساند و نه این که فقط گاهی با نتایج چشمگیر، آنها را تحت تاثیر قرار دهد. برای رسیدن به این هدف، از نمودارهای زیادی استفاده شده است و به خوانندگان توصیه میشود به این نمودارها به همراه خواندن متن، دقت کنند. هر کجا ضرورت داشته، اصطلاحات فنی آورده شده و واژهنامه مربوط به آن اصطلاحات، در انتهای کتاب آمده است. برخی از خوانندگان ممکن است تا حدی با فیزیک آشنا باشند و بدون شک به سادهسازی و بحثهای متعددی که با آن سر و کار دارند توجه خواهند کرد. چنین سادهسازیهایی در این حد، اجتنابناپذیر بوده است و من امیدوار و مطمئنم که این موارد منجر به استدلال نادرستی نخواهند شد.
فیزیک کوانتومی