نیلز بور پدر فیزیک کوانتوم، از مشاهیر دنیای پیپ

نیلز بور پدر فیزیک کوانتوم، از مشاهیر دنیای پیپ

دانمارک پیشرفت های قابل توجهی را به دنیا ارائه کرده است، از جمله بلندگوهای متحرک سیم پیچ، انسولین، باتری‌های سلول خشک و لگو. شیرینی‌های دانمارکی نیز عالی هستند، اگرچه از نانوایان اتریشی شاغل در دانمارک که دستورالعمل‌های قبلی خود را تغییر داده‌اند، سرچشمه می‌گیرند و شیرینی‌های جدید با اعتبار بخشیدن به دانمارک، محبوبیت جهانی خود را پیدا کردند. با این حال، برای ما عاشقان پیپ، مهم‌ترین پیشرفت دانمارک طراحی پیپ دانمارکی است که با کار خلاقانه Sixten Ivarsson محبوبیت پیدا کرده است.

سیکستن تنها پیپ‌کش نابغه دانمارکی نبود. فیزیکدان نیلز بور تقریباً دائماً در حال اسموک پیپ بوده، در حالی که ما، پیپ‌سازها یا تنباکوهای مورد علاقه او را نمی‌دانیم، پیپ کشیدن او اغلب در بیوگرافی‌ها ذکر شده و در عکس‌ها نشان داده شده است. در جایی که سیکستن با معرفی روشی جدید برای به حداکثر رساندن طرح و نقش‌های برایر و در نتیجه طراحی پیپ با شکل دادن به پیپ و سپس حفاری پس از آن، انقلابی در ساخت پیپ ایجاد کرد، بور فیزیک را با تکیه بر کار ماکس پلانک و آلبرت انیشتین متحول کرد و مدل جدیدی برای اتم معرفی کرد و پایه و اساس مکانیک کوانتومی را بنا نهاد.

یکی از مشکلات مدل اتمی قبلی که شامل الکترون‌هایی بود که به شکل سیاره‌ای دور یک هسته می‌چرخند، این بود که طبق فیزیک کلاسیک الکترومغناطیس، بار منفی آن‌ها به سمت پروتون جذب می‌شد و انرژی را از دست می‌داد زیرا تقریباً به‌طور مارپیچی به درون هسته می‌پیچیدند.

فیزیک پذیرفته شده آن زمان پیش‌بینی می‌کرد که الکترون‌های با بار منفی که دور یک هسته با بار مثبت می‌چرخند، انرژی الکترومغناطیسی ساطع می‌کنند و تا زمانی که اتم به سرعت فرو می‌ریزد، انرژی خود را از دست می‌دهد. این یک مدل غیرممکن بود زیرا اتم‌ها را ناپایدار نشان می‌داد و اتم‌ها به وضوح پایدار هستند.

نیلز بور قوانین جدیدی ابداع کرد که ساختار اتمی در حال چرخش را در خود جای دهد، قوانینی که لزوماً با فیزیک کلاسیک در تضاد بودند.

روشی جدیدی ارائه داد: الکترون‌ها به جای حرکت تدریجی در فاصله از هسته، موقعیت خود را در سطوح پوسته‌های متحدالمرکز اطراف هسته حفظ کردند. اتم‌ها تنها زمانی تشعشع را جذب یا ساطع می‌کنند که بین پوسته‌های ساکن بپرند. این حرکات به عنوان پرش‌های کوانتومی شناخته می‌شوند.

مارسلو گلایزر در مقاله‌ای در NPR.org اهمیت پرش‌های کوانتومی را شرح می‌دهد:

بور پیشنهاد کرد که وقتی یک الکترون بین مدارها می‌پرد، یا ساطع می‌کند یا تکه ای از نور را جذب می‌کند. این تکه‌های نور فوتون نامیده می‌شوند که سهم کلیدی آلبرت انیشتین در فیزیک کوانتومی است. (بسیاری دیگر بودند، اما این همان چیزی بود که نوبل را نصیب او کرد و او آن را انقلابی‌ترین نظریه خود، حتی بیش از نسبیت می‌دانست با این تصور که نور را می‌توان به عنوان موج یا ذره در نظر گرفت.)

طیف گسیل یک عنصر شامل فوتون‌ها (یا تابش) الکترون‌هایی است که از مدارهای بالاتر به مدارهای پایین‌تر می‌پرند. فوتون‌ها تکانه زاویه‌ای را که الکترون هنگام پریدن به پایین از دست داده بود، با خود بردند. بور پیشنهاد کرد که انرژی فوتون‌ها با اختلاف انرژی بین دو مدار مطابقت دارد.

درک تشعشعات تولید شده توسط این پرش‌های کوانتومی، همانطور که توسط بور توصیف شد، بعدها تلفن‌های همراه، اجاق‌های مایکروویو، ناوبری GPS، لیزرها، تولید انرژی اتمی ( و جنگ اتمی )، محاسبات کوانتومی و بسیاری دیگر از شگفت‌انگیزترین پیشرفت‌های تکنولوژیکی را ممکن کرد.

با این حال، چیزی که در آن زمان گیج‌کننده بود این بود که بینش‌های بور به این معنی بود که فیزیک کلاسیک در سطح اتمی معنا ندارد و یک مقوله جدید برای توضیح این سطوح ریز، لازم بود: مکانیک کوانتومی.

به عنوان مثال، الکترون‌ها یا فوتون‌ها در حالت‌های مختلف به طور همزمان وجود دارند و می‌توانند مانند ذرات یا امواج عمل کنند تا زمانی که مشاهده (اندازه‌گیری) تابع موج عدم تعین را از بین ببرد و آن‌ها یکی یا دیگری شوند.

وضعیت یک سیستم فیزیکی در فیزیک کوانتومی بر اساس احتمال تخمین زده می‌شود که تابع موج نیز نامیده می‌شود، که احتمال مکان ذره را پیش بینی می‌کند. به عنوان مثال، یک تابع موج برای یک ذره که به سمت چپ و برای یک ذره به سمت راست حرکت می کند وجود دارد. همچنین یک تابع موج برای ذره‌ای که هم به چپ و هم به راست می‌رود وجود دارد و بنابراین تا زمانی که اندازه گیری نشود (مشاهده) نه چپ است و نه راست، زمانی که تابع موج فرو می‌ریزد تا با نتیجه مشاهده شده مطابقت داشته باشد.

یک تعبیر ناراحت کننده این است که این ذرات ریز، پس از مشاهده، به گذشته بر می‌گردند و رفتار خود را با مشاهدات بعدی تطبیق می‌دهند. فیزیک کوانتومی مطمئناً سرگرم کننده است.

اصطلاح برای توصیف حالت‌های همزمان و متقابل انحصاری، برهم نهی است. قابل تشخیص‌ترین نمونه، آزمایش فکری نظری گربه شرودینگر است. این آزمایش فکری که توسط فیزیکدان اتریشی برنده نوبل، اروین شرودینگر برای نشان دادن جنبه گیج کننده برهم نهی کوانتومی به طعنه معرفی شد، شامل مثالی از یک گربه بالقوه مسموم در جعبه‌ای است که هم زنده است و هم مرده تا زمانی که جعبه باز شود و  زنده یا مرده بودن، یک ایده گیج کننده برای همه است، حتی استیون هاوکینگ، که گفت: “وقتی در مورد گربه شرودینگر می شنوم، دستم را به سمت تفنگ خود می برم.”

با این حال، این مفهوم برهم نهی در آغاز آن به طور جهانی پذیرفته نشد. بور و انیشتین در مورد ماهیت بنیادی جهان با هم اختلاف نظر داشتند و هر کدام برهم نهی اجسام را متفاوت تفسیر می‌کردند. پس از اینکه بور کار خود را در سال ۱۹۱۳ منتشر کرد، اینشتین گفت: “اگر همه اینها درست باشد، پس به معنای پایان فیزیک است. ” او همچنین به طعنه معروف گفت: “خدا با جهان تاس بازی نمی کند.”

این دو دانشمند بعداً در یک سری از مناظرات عمومی دوستانه در مورد ماهیت مکانیک کوانتومی شرکت کردند. فروپاشی تابع موج سریع‌تر از سرعت نور رخ می‌دهد و نظریه نسبیت عام اینشتین امکان وقوع سریع‌تر از نور را نمی‌دهد. انیشتین فروپاشی کوانتومی نظری را “عملی شبح وار از راه دور” نامید. بور استدلال کرد که تابع موج یک واقعیت فیزیکی نیست بلکه فقط توصیفی از آنچه اتفاق می‌افتد است. دانش سریع‌تر از نور به روز می‌شود، بنابراین هیچ تخطی از محدودیت اعمال شده توسط سرعت نور رخ نمی‌دهد. تفسیر بور در نهایت به مدل ثابت تبدیل شد، اگرچه اکنون پذیرفته شده است که کار او ناقص بوده است.

انیشتین معتقد بود که جهان و جزئیات نامتناهی آن وجود دارند، چه مشاهده شده باشند یا نه. با این حال، آن واقعیت خاص تعصبی را نسبت به ماندگاری اشیا نشان می‌دهد، مفهومی که ما انسان‌ها تنها پس از یک سال یا بیشتر تجربه زندگی به آن عادت می‌کنیم. (بازی peek-a-boo برای نوزادان خنده دار است، زیرا آن‌ها ماندگاری اشیاء را ثبت نمی‌کنند و هر بار که چهره والدین آشکار می‌شود، گویی تازه به وجود آمده است.) بور فکر می‌کرد که در غیاب مشاهده، نسبت دادن واقعیت به جهان بی معنی است زیرا سیستم های کوانتومی در حالت “فازی” وجود دارند که همه پتانسیل‌ها را در هم می‌آمیزند.

تفسیر بور ناظر یک پدیده کوانتومی را در یک ظرفیت مرکزی و فعال قرار می‌دهد (در مقابل یک ناظر غیرفعال صرف) زیرا اندازه گیری هر اثر مستلزم تعامل با پدیده‌های اندازه گیری شده است و در نتیجه بر رفتار آن تأثیر می‌گذارد. حتی امروزه، فیزیکدانان برجسته‌ای مانند راجر پنروز به این نتیجه می‌رسند که خودآگاهی یکی از ویژگی‌های فیزیک ضروری برای توصیف رویدادهای کوانتومی است.

بدیهی است که بور آن را به اندازه مثال زیر نگرفت، اما یک برون یابی مدرن ممکن است در بازی های ویدیویی پیدا شود. دنیایی که در آن شخصیت‌های بازی وجود دارند، خارج از صحنه‌ای که بازیکن مشاهده می‌کند، نمایش داده نمی‌شود. از این رو فقط بخش مشاهده شده در هر زمان ارائه می‌شود و اعمال تا زمانی که مشاهده نشوند آشکار نمی‌شوند. این لزوماً به این معنا نیست که جهان یک شبیه‌سازی است (اگرچه سرعت دلخواه نور خود با سرعت پردازش کامپیوتری و ابزاری برای محدود کردن دسترسی کاراکترها به اجسام دور مقایسه شده است، که به قدرت محاسباتی بی‌نهایت نیاز دارد)، یا اینکه فقط ما در حال حاضر مشاهده می‌کنیم که وجود دارد، اما این نوعی تمرین فکری است که توسط مکانیک کوانتومی ایجاد می‌شود که بسیاری از فیزیکدانان را به فیلسوف شدن سوق داده است.

بور معتقد بود که یک شی مستقل می‌تواند، بدون تناقض، بیش از یک تعریف متقابلاً منحصر به فرد و در عین حال به همان اندازه معتبر، با تمام تعاریف لازم برای درک آن شی داشته باشد. او این مفهوم را “متمم” نامید، حداقل از نظر بررسی خواص موجی و ذره‌ای و از این رو بحثی فلسفی و متافیزیکی در حوزه فیزیک آغاز کرد که بررسی آن تا به امروز ادامه دارد.

مطالعه فیزیک کوانتومی مستلزم تحقیق در مورد ماهیت هستی است و بور به فلسفه زیربنای اکتشافات او علاقه‌مند شد: الکترون‌ها و فوتون‌هایی که در چندین مکان به طور همزمان وجود دارند، که می‌توانند در یک لحظه ذرات باشند و در لحظه دیگر مانند امواج عمل کنند و یا اجسام، که می‌تواند همزمان در حالت‌های انحصاری متقابل وجود داشته باشد. این‌ها همه معماهایی با مفاهیمی هستند که در هنگام کشیدن پیپ به بهترین وجه قابل بررسی هستند و بور واقعا زیاد پیپ می کشید!

زندگی بور

بور در سال ۱۸۸۵ در کپنهاگ به دنیا آمد، پسر الن آدلر و کریستین بور، استاد برجسته فیزیولوژی در دانشگاه کپنهاگ بود که سه بار نامزد دریافت جایزه نوبل شد. خانواده بور رابطه پایداری با آن جایزه داشتند: در حالی که کریستین این جایزه را نبرد، نیلز در سال ۱۹۲۲ جایزه نوبل را دریافت کرد و پسر نیلز، آج، در سال ۱۹۷۵ به دلیل کارش در هندسه هسته‌های اتمی برنده جایزه نوبل شد. این خانواده دارای ژن‌های قوی و دارای تمایلات علمی بالایی هستند.

بور در سال ۱۹۱۱ دکترای خود را در رشته فیزیک در دانشگاه کپنهاگ گرفت و سال بعد با مارگرت نورلوند ازدواج کرد که از او صاحب شش فرزند شد. در سال ۱۹۱۶، کرسی استادی را در دانشگاه خود پذیرفت و در سال ۱۹۲۰ مؤسسه فیزیک نظری را در مدرسه تأسیس کرد. زندگی حرفه‌ای و شخصی او بسیار خوب پیش می‌رفت – تا اینکه آدولف هیتلر شروع به سوء استفاده از جهان کرد.

فیزیکدانان یهودی آلمانی به دستور بور شروع به ورود به کپنهاگ کردند و سپس توانستند با خیال راحت به ایالات متحده نقل مکان کنند. در سال ۱۹۴۰، نیروهای نازی به دانمارک حمله کردند و آن را اشغال کردند. بور در سال ۱۹۴۳ از دستگیری قریب الوقوع خود مطلع شد و با قایق به همراه خانواده‌اش به سوئد گریخت. او از پروژه آلمان برای ساخت بمب اتمی آگاه بود و به متفقین در تحقیقات خود برای مقابله با این تهدید ملحق شد، اگرچه در آن زمان فکر نمی‌کرد که این کار قبل از پایان جنگ انجام شود.

بور و پسرش آج که اکنون یک فیزیکدان ۲۱ ساله بود، در لوس آلاموس شروع به کار کردند و در ساخت بمب متفقین مشارکت داشتند. در حالی که بور سهم قابل توجهی در جنبه‌های فنی داشت، رابرت اوپنهایمر اذعان داشت که روابط بور با سایر دانشمندان اهمیت بیشتری دارد و او به عنوان یک “پدر علمی معرفتی برای جوانان” عمل می کند.

پس از جنگ، بور برای مدیریت مسئول انرژی اتمی در سراسر جهان لابی کرد. او احساس می کرد که برای جلوگیری از مسابقه تسلیحات هسته‌ای پس از جنگ، باید اتحاد جماهیر شوروی را از این فناوری مطلع کرد و به وینستون چرچیل و فرانکلین روزولت نامه نوشت تا همکاری جهانی را ترغیب کنند. پیشنهاد او رد شد و چرچیل پس از آن به او مظنون شد که جاسوس شوروی است.

او تا پایان عمر خود در سال ۱۹۶۲، به حمایت خود از باز بودن و استفاده منطقی از انرژی هسته‌ای ادامه داد.

پیپ‌های  بور

سوابق و مدارک، پیپ یا مارک‌های تنباکوی مورد علاقه بور را نشان نمی‌دهند. مایه تأسف است زیرا مطمئناً می‌توانست یک جناس سرگرم کننده در مورد “Bohr-kum Riff” باشد. با این حال، مورخان به ندرت جزئیات پیپ‌ها را ثبت کرده‌اند. پیپ‌ها اکسسوری‌های ساده‌ای بودند و به همان اندازه بی‌اهمیت به نظر می‌رسیدند که انواع جوراب‌هایی که شاید یک چهره برجسته استفاده می‌کرد. با این حال، از بسیاری از عکس‌ها می‌دانیم که بور در درجه اول بیلیارد مستقیم را دوست داشت. آرشیوی از عکس‌های بور در arkiv.dk وجود دارد و این تصاویر نشان می‌دهند که او به ندرت بدون پیپ بوده است.

در زیر لیستی از پیپ ها، آورده شده است:

Straight Apple (1942) • Bent Brandy (1945) • Bent Billiard (1946)

Straight Billiard (1954) • Straight Billiard (1954) • Straight Billiard (1955)

Straight Billiard (1957) • Straight Billiard (1958) • Bent Billiard (Drawing by H.J. Bhabha, 1960)

Straight Billiard (1960) • Straight Billiard (1960) • Saddle Billiard or Dublin (1960)

Straight Billiard (1961) • Straight Billiard (1960) • Straight Billiard (between 1955-1962)

بور فردی خستگی‌ناپذیر بود. وقتی در بحث‌ها به وقفه نیاز داشت، بیرون می‌رفت و با چیزی که فقط می‌توانست او را آرام کند یعنی پیپ کشیدن می‌پرداخت. کاملاً مشخص شده است که برای او عملیات پر کردن پیپ و روشن کردن آن جذاب و آرامش بخش بوده است.

یان فی در صفحه ۱۱۹ کتاب نیلز بور: میراث و میراث او (۱۹۹۱) اشاره می‌کند که بور از کبریت برای روشن کردن پیپ‌های خود استفاده می‌کرد. او ترجیح می داد بزرگترین جعبه کبریت‌هایی را که می‌توانست بخرد.

او مرتباً پیپ خود را روشن می‌کرد و به همین دلیل، دوستانش در روز تولدش مجموعه‌ای از جعبه‌های بزرگ کبریت را به او هدیه دادند. بدون استثنا، هر کسی که تا به حال زمانی را با او گذرانده است، روشن شدن بی وقفه پیپ او را تجربه کرده است. در نواری که حاوی خاطرات غیر رسمی است که اندکی قبل از مرگش ضبط شده بود، صدای او بارها و بارها با شنیدن ضربات کبریت قطع می‌شود و به دنبال آن اسموک مکرر برای کشیدن پیپ انجام می‌شود.

جالب اینجاست که انیشتین، یکی دیگر از دوستداران مشتاق پیپ، با بور دوست بود و اغلب به آن سر می‌زد و عادت داشت به شیشه تنباکوی بور حمله کند. انیشتین توسط پزشکش از خرید تنباکو منع شده بود، اما او همیشه می‌توانست راهی برای دور زدن مشکلات دردسرساز پیدا کند. او استدلال کرد که در حالی که نمی‌تواند تنباکو بخرد، دکتر چیزی در مورد دزدیدن آن نگفته است و با توجیه او به شوخی منتظر می‌ماند تا توجه بور به جای دیگری باشد تا پیپ خود را از شیشه بدون محافظ او پر کند.

حتی با بالا رفتن سن، بور از سلامت جسمانی بسیار خوبی برخوردار بود و در حالی که هنوز به کشیدن پیپ خود ادامه پیداد، او همچنان مانند یک نوجوان در پیست اسکی بازی می‌کرد.

بور از بسیاری جهات یک زیرسیگاری متحرک بود! او همیشه پیپش را در جیب کتش می‌گذاشت، گاهی در حالی که هنوز روشن بود و خاکستر را داخل آن می‌ریخت. در بسیاری از عکس‌های بور که پشت میز نشسته است، هرگز پیپی دیده نمی‌شود، هرگز روی میز قرار نمی‌داد – پیپ در جیب او بود. او خاکستر را بیرون می‌ریخت و دفترش در دانشگاه کپنهاگ اغلب نامرتب می‌بود، حتی تا جایی که خدمه نظافتچی اعتراض می‌کردند، خاکستر پیپ و گچ اغلب در اطراف اتاق ۲۰۸، دفتر کار بور پخش می شد.

هنگامی که تنباکوی پیپ در دسترس نداشت، بور اغلب شکلات را جایگزین می‌کرد تا فرآیندهای فکری او را تحریک کند. درک اینکه چگونه یک مرد با هوشیاری بور ممکن است فکر کند که به کمک نیاز دارد دشوار است، اما واضح است که او از فواید ذهنی شکلات و تنباکو لذت می‌برده است.

البته مشخص است که نیکوتین باعث افزایش عرضه قند خون به مغز می‌شود و با فعالیت ذهنی همیشگی بور، چندان عجیب نیست که او همیشه نیاز داشته باشد که پیپ خود را روشن کند – اما عجیب نیست که چون پیپ همیشه خاموش می‌شد، زیرا او در حین فکر کردن فراموش کرده بود اسموک کند.

بسیاری از ما به راحتی پیپ‌کش بودن را در نیلز بور تشخیص می‌دهیم. او در سخنرانی‌هایش متحرک بود و از موضوعش هیجان‌زده می‌شد و به شیوه‌ای متفکرانه پیپ می‌کشید و از آن لذت می‌برد، زیرا به او کمک می‌کرد تا افکارش را جمع و جور کند. یک اپیزود خاص در زندگی او نشان از متفکر بودن او در هنگام کشیدن پیپ دارد. ینس لیندارد، یکی دیگر از پیپ‌کش‌ها که بعداً رئیس آکادمی علوم دانمارک شد، در دهه ۱۹۴۰ با بور کار می‌کرد تا مقاله‌ای درباره رفتار ذرات باردار بنویسد.

لیندارد هر روز صبح به خانه بور می‌رفت جایی که تخته سیاهی آویزان شده بود، و اغلب تا ساعت دوازده شب بدون وقفه می‌نشستند. یک بار اتفاق افتاده بود که بور ناخواسته پیپ لیندارد را برداشته بود – چیزی که سایر همکاران نیز تجربه کرده بودند – و به همین دلیل روز با بور و لیندارد شروع می‌شد که هر دو تمام پیپ‌های خود را روی میز می‌گذاشتند و قبل از اینکه روشن کنند و مدتی در سکوت بنشینند در حالی که پیپ می‌کشیدند، مشخص می‌کردند که متعلق به چه کسی است.

پیپ کشیدن نیلز بور امری کاملاً واضح و مشخص بود، او در سخنرانی‌هایش پر تحرک بود و از موضوعات مورد بحث هیجان‌زده می‌شد و به شیوه‌ای متفکرانه پیپ می‌کشید و از آن لذت می برد زیرا به او کمک می‌کرد تا افکارش را جمع و جور کند.

لیندارد رئیس آکادمی ملی علمی دانمارک که اتفاقاً او نیز از علاقه‌مندان پیپ بود هر روز صبح خود را به خانه بور می‌رساند، جایی که تخته سیاهی آویزان شده بود و اغلب تا ساعت دوازده شب بدون وقفه می‌نشستند و بحث‌های علمی انجام می‌دادند. یک بار بور ناخواسته پیپ لیندارد را برداشته بود – چیزی که سایر همکاران نیز تجربه کرده بودند – به همین دلیل روزهایی که این دو باهم بودند ،تمام پیپ‌های خود را روی میز می‌گذاشتند و قبل از اینکه جلسات علمی خود را با پیپ کشیدن‌های متمادی شروع کنند، مشخص می‌کردند که هر پیپ متعلق به چه کسی است.

کشیدن پیپ باعث می‌شود که بفهمید جزئیات کوچک چقدر اهمیت دارند، حتی اضافه کردن ساده یک کلمه در یک مقاله علمی. نیلز بور زندگی خود را صرف بررسی چیزهای بسیار کوچک کرد، چیزهای بسیار کوچکی که با فیزیک کلاسیک در تضاد هستند. او راهی برای آشتی دادن علم در سطح اتمی پیدا کرد و با این کار آینده‌ای پر از اختراعات مدرنی را که ما اکنون به آن‌ها وابسته هستیم، به ارمغان آورد. تفکر او دنیا را تغییر داد و غیرممکن‌ها را ممکن کرد، همه این‌ها در حالی است که نیلز بور متفکرانه پیپ خود را دود می‌کرد و به وجود ما فکر می‌کرد.

شما می‌توانید برای تهیه پیپ و ادوات آن به صورت آنلاین در وب سایت فروشگاه پاسارگاد تاباک یا بصورت حضوری آن را تهیه کنید.