Theoretical_Physics

آزمایش پیشنهادی برای تست کوانتومی بودن گرانش از طریق اندازه گیری ظرفیت گرمایی!

Quantum Gravity Signature in a Thermodynamic Observable

Proposed experiments for obtaining empirical evidence for a quantum description of gravity in a table-top setting focus on detecting quantum information signatures, such as entanglement or non-Gaussianity production, in gravitationally interacting quantum systems. Here, we explore an alternative approach where the quantization of gravity could be inferred through measurements of macroscopic, thermodynamical quantities, without the need for addressability of individual quantum systems. To demonstrate the idea, we take as a case study a gravitationally self-interacting Bose gas, and consider its heat capacity. We find a clear-cut distinction between the predictions of a classical gravitational interaction and a quantum gravitational interaction in the heat capacity of the Bose gas.

https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.17460

🎥⚛جهان از لنز کوانتوم
#داستان_کوانتوم

بخش اول: داستان تابش جسم سیاه و آغاز انقلاب کوانتومی🔺
⏳💡در اواخر قرن نوزدهم، فیزیک کلاسیک که برای مدت‌ها توانسته بود بسیاری از پدیده‌های طبیعی را توضیح دهد، با چالشی بزرگ روبرو شد: تابش جسم سیاه. این تابش زمانی رخ می‌دهد که به یک جسم گرما داده شود و جسم شروع به گسیل انرژی الکترومغناطیسی کند. این پدیده به شکل پیوسته‌ای از فروسرخ تا فرابنفش گسترش ‌یافت، اما هیچ‌یک از نظریه‌های موجود قادر به توصیف دقیق این رفتار نبودند. تلاش‌های متعدد دانشمندان برای توضیح این پدیده، از جمله استفاده از ترمودینامیک کلاسیک و نظریه الکترومغناطیس، به شکست انجامید. این ناکامی‌ها نهایتاً نشان دادند که قوانین فیزیک کلاسیک نمی‌توانند درک کاملی از این پدیده ارائه دهند.

🌑مفهوم جسم سیاه
مفهوم جسم سیاه به یک جسم ایده‌آل اشاره دارد که به طور کامل تابش‌های دریافتی را جذب می‌کند و هیچ‌گونه بازتاب یا عبوری ندارد. چنین جسمی همچنین توانایی گسیل‌کردن تابش در تمام طول‌موج‌ها را دارد، به طوری که شدت و توزیع این تابش تنها به دمای جسم وابسته است. در دماهای بالا، این تابش به صورت نوری با توزیع انرژی مشخص گسیل می‌شود که به "تابش جسم سیاه" معروف است. مطالعات انجام‌شده در قرن نوزدهم نشان دادند که طیف تابشی جسم سیاه از قوانین ترمودینامیکی پیروی می‌کند و ویژگی‌های آن تنها از طریق مشاهده و آزمایش قابل بررسی دقیق است. این مفهوم پایه‌ای، نقش مهمی در پیشرفت فیزیک، به‌ویژه در توسعه مکانیک کوانتومی ایفا کرده است.

🔖قانون استفان-بولتزمن و قانون جابجایی وین
دانشمندانی مانند گوستاو کیرشهوف، جی. استفان، و ویلهلم وین تلاش کردند تا این رفتار را توصیف کنند. قانون استفان-بولتزمن نشان داد که توان تابشی کل جسم سیاه به شدت با افزایش دما افزایش می‌یابد. از سوی دیگر، وین رابطه‌ای برای جابجایی بسامد تابش بیشینه با دما ارائه داد. با این حال، این قوانین نیز نتوانستند همه ابعاد رفتار تابش جسم سیاه را توضیح دهند و در برخی بسامدها، ناتوانی‌شان آشکار بود.

💡شکست کلاسیک و آغاز تغییر
یکی از تلاش‌های کلاسیک برای توضیح این پدیده، فرمول ریلی-جینز بود. این فرمول پیش‌بینی می‌کرد که چگالی انرژی تابش به طور بی‌نهایت در بسامدهای بالا افزایش یابد؛ پدیده‌ای که به نام فاجعه فرابنفش شناخته شد. این نتیجه بی‌معنی بود و به وضوح نشان داد که مدل‌های کلاسیک دیگر پاسخگو نیستند.

🔍ورود ماکس پلانک
ماکس پلانک، دانشمند برجسته آلمانی، در سال 1900 راه‌حلی انقلابی ارائه داد. او فرض کرد که انرژی تابشی تنها به صورت بسته‌های کوچک و گسسته‌ای، به نام کوانتا، مبادله می‌شود. این فرضیه که با عنوان قاعده کوانتش پلانک شناخته می‌شود، همخوانی دقیقی با داده‌های تجربی تابش جسم سیاه ارائه داد و راه‌حلی برای فاجعه فرابنفش بود. این ایده ساده اما انقلابی، نقطه آغاز تحولی بزرگ در علم فیزیک بود.

📖پیامدها و آغاز عصر جدید
معرفی ثابت پلانک نه تنها مشکل تابش جسم سیاه را حل کرد، بلکه راه را برای فیزیک کوانتومی هموار ساخت. این کشف نه تنها پایان عصر فیزیک کلاسیک، بلکه آغاز دوره‌ای نو در درک ما از طبیعت بود. دانشمندانی مانند انیشتین، کامپتون، دوبروی و بور با الهام از کار پلانک، این ایده‌ها را به کار گرفتند تا مسائل دیگری را که سال‌ها بی‌پاسخ مانده بودند، حل کنند.
🔸این آغاز داستان کوانتوم است، جایی که علم از محدودیت‌های کلاسیک فراتر رفت و پنجره‌ای جدید به دنیای زیراتمی گشود.

🎙️اصل داستان اینجاست:
(تولد کوانتوم)
Psiket.academy

〰️〰️〰️〰️〰️〰️〰️〰️
⭐@Psiket_Admin
🔗Instagram | Telegram | Linkedin