"Aether and relativity"

ክፍል 4፦ wave-particle duality

የዘመናዊው ፊዚክስ የማዕዘን ድንጋይ የነበረው አልበርት አንስታይን፣ በወጣትነቱ የጋሊልዮን ሪሌቲቪቲ ማንበብ በጣም ይወድ ነበር ይባላል። ነገር ግን አንስታይን፣ በአስራ ዘጠነኛው ክፍለ ዘመን የኮፐርኒከሳዊ ሳይንስ ላይ የደረሰው ቀውስን የጋሊልዮ ሪሊቲቪቲ ሊፈታው እንደማይችል ተረድቷል። ቀድሞ space እና time ቋሚ (absolute) ናቸው የሚለው ቲዮሪ አሁን ግን መቀየር ነበረበት። ይህ ካልሆነ የሚከልሰን ሞርሊ ሙከራ ያመጣውን ያልተጠበቀ ውጤት መግለጽ አይቻልም።

ከአንስታይን በፊት ግን፣ እነ Hendrik Lorentz እና Henri Poincaré በዚሁ ጉዳይ ላይ እየሠሩ ነበር። በዚህም የደረሱበት ድምዳሜ፣ space እና time ቋሚ አይደሉም የሚል ነበር። ማለትም በሁለት አንፃራዊ እንቅስቃሴ ውስጥ ያሉ አካላት መሃል የጊዜ እና የርዝመት ለውጥ ይታያል አሉ። ይህንንም ጽንሰ ሀሳብ Lorentz transformation በሚባል ፎርሙላ ገለጹት። ይህም አስቀድሞ የነበረውን የGalillean transformation ተካው። በ Galillean transformation ጊዜ፣ ቦታ እና ክብደት ፍጹሜ ቋሚ (absolute) ነበሩ። አሁን ግን አንፃራዊ (relative) ናቸው ተባለ። ማለትም ፍጥነታችን ጨምሮ ወደ ብርሃን ፍጥነት ሲጠጋ፣ ክብደታችን እጅግ በመጨመር ወደ ኢንፊኒቲ ይጠጋል፣ ቁመታችን በመኮራመት ወደ ዜሮ ይጠጋል፣ ጊዜም እጅግ ይለጠጣል ተባለ።

እነዚህ ነገሮች sense የማይሰጡ ቢመስሉም ለሳይንቲስቶቹ ግን እጅግ ከፍተኛ ቦታ ያላቸው ታላላቅ ግኝቶች ነበሩ። ምድር የረጋች ናት የሚለውን ከሚቀበሉ ይልቅ ጊዜ አንፃራዊ(relative) ነው የሚለውን መቀበል መረጡ። ነገር ግን ሁሉም ነገር አንፃራዊ ከሆነ፣ የማይለወጠው ፍጹሙ ነገር ምንድን ነው?

የዚህ መልስ ነው ያሉት የብርሃንን ፍጥነት ነበር። በመላው ዩኒቨርስ የማይለወጠው እና የሁሉም ነገር ውሃ ልክ የሆነው ነገር የብርሃን ፍጥነት ነው ተባለ። ነገር ግን ይህ ጥያቄ ሌላም ችግር ያመጣል። ከጥንት ጀምሮ ብርሃን aether በሚባለው አካል ውስጥ ነበር ይተላለፋል ተብሎ የሚታመነው። ትላልቅ ቅቡልነት የነበራቸው እነ Huygens, Young, Maxwell ያሉት ሳይንቲስቶችም በዚህ ማመናቸው ብቻ ሳይሆን የሠሯቸውም ቲዎሪዎች ይህን ሀሳብ መሠረት ያደረገ ነበር። ታዲያ የነዚህ ቲዎሪ ከሪሌቲቪቲ ጋር የሚቃረንበት ምክንያት፣ ብርሃን ሞገድ ነው ብለው ስለሚያምኑ ነው። እናም እንደ ማንኛውም ሞገድ ፍጥነቱ ይጨምራል ወይም ይቀንሳል። ምክንያቱም የሚተላለፍበት አካል ወይም medium የተለያየ density ስለሚኖረው። ስለዚህ ብርሃን በether ውስጥ የሚተላለፍ ሞገድ ከሆነና ሞገዶች ደግሞ ፍጥነታቸው ተለዋዋጭ ከሆነ፣ የብርሃን ፍጥነት ፍጹም ወይም absolute ነው ልንል እንችላለን?

ይህ ግን ለአልበርት አንስታይን ችግሩ አልነበረም። በሱ የሪሌቲቪቲ ቲዮሪ aether የሚባል ነገር የለም። ዩኒቨረሱ በባዶ አካል ወይም በVaccuum የተሞላ ነው። ስለዚህ ብርሃን በባዶ ቫኪዩም ውስጥ ነው የሚተላለፈው። እንዳውም የብርሃን ፍጥነት ቋሚ ወይም constant ነው የተባለው በvaccuum ውስጥ ያለው ፍጥነት ነው።

ነገር ግን ይህም በራሱ ሌላ ጥያቄ ያስነሳል። ብርሃን ሞገድ(wave) ነው ካልን፣ የሚተላለፍበት medium ይፈልጋል ማለት ነውደ ስለዚህ እንዴት ነው ይህ ሞገድ ያለ ምንም medium በባዶ አካል (empty space) ውስጥ የሚተላለፈው?

እነ አልበርት አንስታይን ይህን ጥያቄ በቀጥታ አልመለሱትም። ይልቁንስ ከጎን እየሰሩት የነበረው አዲስ ፕሮጀክት ይህን ጥያቄ already ይመልስላቸዋል።

በሃያኛው ክፍለ ዘመን መጀመሪያ ላይ የMaxwell ኤሌክትሮ ማግኔቲክ ፎርሙላዎችን ወደ አዲስ ደረጃ እየወሰዷቸው ነበር። ማክስዌልም ሆነ ሌሎች በጊዜው የነበሩ ሳይንቲስቶች ብርሃን ሞገድ ነው ብለው ቢያምኑም ከነሱ የተለየ አቋም የነበራቸው ግን ነበሩ። ለምሳሌ አይዛክ ኒውተን ብርሃን particle ነው ብሎ ያምን ነበር። ይህ ሀሳብ ታዲያ ለአንስታይንና ለመሰሎቹ እጅግ ማራኪ ነበር። ምክንያቱም አንድ ፓርቲክል በባዶ ህዋ ውስጥ መጓዝ ይችላል። ስለዚህ aether ግዴታ አይሆንም።

ነገር ግን አሁንም ሌላ ችግር ይፈጠራል። ከአስራ ሰባተኛው ክፍለ ዘመን ጀምሮ የተሰሩ ወሳኝ experimetዎች ብርሃን wave መሆኑን አረጋግጠዋል። ስለዚህ እንዴት ነው ብርሃን particle ነው ልንል የምንችለው?

የዚህን ጊዜ ነው እንግዲህ እነ አንስታይን የ Wave-particle duality ፅንሰ ሀሳብን የፈጠሩት። በዚህ መሠረት ብርሃን waveም ነው፣ particleም ነው። ስንፈልገው wave ይሆናል፣ ስንፈልገው particle ይሆናል። waveን የሚያሳይ experiment ስንሰራ wave ሆኖ እናገኘዋለን፣ particleን የሚያሳይ ሙከራ ስንሰራ ደግሞ particle ሆኖ እናገኘዋለን። ይህም ጽንሰ ሀሳብ እንግዲህ የ Quantum physics መሠረቱ ሆነ።

ብዙ ሰዎች ለመጀመሪያ ጊዜ ይህን የ duality ቲዎሪ ሲሰሙ ግራ ይጋባሉ። ገና ሲሰሙት ቀድሞ ወደ አእምሮዋቸው የሚመጣው ጥያቄ፣ "አንድ ነገር እንዴት በአንዴ ሁለት ነገር ሊሆን ይችላል?" የሚለው ነው። ታዲያ የኳንተም ፊዚክስ አፍቃሪያን ይህን ጥያቄ የሚመልሱት Schrödinger's cat በሚባለው ምሳሌ ነው።

እንዲህ ይላሉ፦ አንዲት ድመት ከጨሩራማ ዩራኒየም ጋር የሆነ ሳጥን ውስጥ ተዘግቶባታል እንበል። ነገር ግን ሳጥኑ ዝግ ስለሆነ ትኑር ወይስ ትሙት አናውቅም። ስለዚህ ሳጥኑን እስክንከፍተው ድረስ መኖሯም መሞቷም እኩል probability አለው፣ ልክ ስንከፍተው ግን ከሁለቱ አንዱን እናገኛለን። ይላሉ። በዚሁ መሠረት ብርሃን wave ይሁን particle እስክንለካው ድረስ ማወቅ አንችልም። ስለዚህ measure እስክናረገው ድረስ ሁለቱንም ነው የሚል ሎጂክ ነው።

ይህ ሎጂክ በጣም silly የሆኑና በቀላሉ disprove ሊደረግ የሚችል ነው፤ እንዳውም ሽሮዲንገር ራሱ ይህን ምሳሌ የተጠቀመው ይህ የ duality ቲዎሪ ምን ያህል sense የማይሰጥ ወይም absurd እንደሆነ ለማሳየት ፈልጎ ነው ይባላል።

የሆነ ሆኖ፣ ይህ ቲዎሪ ሌሎች ችግሮችንም አምጥቷል። ምክንያቱም እንደ ኤሌክትሮን ያሉ ፓርቲክሎች ላይም እንደሚሰራ ስለታወቀ ነው። ስለዚህ ኤሌክትሮኖች wave ናቸው? አተሞችስ? ይህስ ነገር ከ aether vortex theory ጋር እንዴት ይገናኛል? እነዚህን ጥያቄዎች በቀጣዮቹ ክፍሎች ለመመለስ እንሞክራለን። ይቆየን🙏