فیزیک‌دانان آمریکایی موفق شده‌اند با استفاده از یک نانوتیوب کربنی، کوچک‌ترین لامپ التهابی جهان را بسازند. رشته این لامپ که تنها 1.4 میکرومتر طول و 13 نانومتر قطر دارد؛ تا زمانی که لامپ روشن نشود، با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شود.
پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس به سرپرستی کریس رگان ، الکترودهایی از پالادیوم و طلا را به دو انتهای یک نانولوله کربنی وصل کردند. این مجموعه، درون حفره‌ای کوچک از یک قطعه سیلیکون قرار گرفته و اطراف این قطعه سیلیکونی نیز در شرایط خلاء نگاه‌داری می‌شود.
با عبور جریان برق از نانولوله، رشته داغ می‌شود و با انتشار میلیون‌ها فوتون در ثانیه، شروع به نورافشانی می‌کند. اما تنها چند هزار عدد از این فوتون‌ها به چشم ما می‌رسند. رگان می‌گوید: «چشم انسان به‌راحتی می‌تواند این نور را آشکار کند، اما حیف که شدت آن به‌قدری نیست که بتوان با آن کتاب مطالعه کرد».
معمای کوانتوم
اما این لامپ جدید آن‌قدر نور می‌تاباند که بتواند یکی از اختلافات ریشه‌ای علم فیزیک را که همان ناهماهنگی ترمودینامیک و مکانیک کوانتوم است، آشکار کند.
طبق قانون دوم ترمودینامیک، با گذشت زمان، بی‌نظمی یا همان انتروپی افزایش می‌یابد. اما در مفاهیم کوانتومی، زمان، آن‌قدرها هم به جهت وابسته نیست. در فیزیک کوانتوم، چه در زمان رو به جلو حرکت کنید یا رو به عقب بروید، نباید افزایشی در بی‌نظمی دیده شود. رگان می‌گوید: «درست مشخص نیست چه‌طور از قوانین مکانیک کوانتوم که حرکت دائمی الکترون‌ها را به‌دور هسته توصیف می‌کند، به قوانین ترمودینامیکی رسیده‌ایم که می‌گوید تمیز کردن لکه شربت از روی قالی، کار فوق‌العاده دشواری است».
اما شاید این نانولوله کربنی بتواند کمک کند. رگان معتقد است این رشته کوچک هم آن‌قدر بزرگ است که فرضیات آماری ترمودینامیک روی آن جواب دهد و هم آن‌قدر کوچک که بتوان آن را به عنوان یک سیستم مکانیکی مولکولی یا کوانتومی در نظر گرفت.
جسم سیاه کامل
با استفاده از این ساخته جدید، این گروه می‌تواند قانون تابش جسم سیاه پلانک را بررسی کنند. قانون تابش پلانک، نظریه‌ای با عمر یک قرن است که فرض می‌کند انرژی در قالب بسته‌های مجزایی که کوانتوم‌های انرژی نام دارند، منتشر می‌شود. این قانون، میزان انرژی‌ای را که یک منبع می‌تواند بتاباند، پیش‌بینی می‌کند. این قانون پلانک، مکانیک کوانتومی را پایه‌گذاری کرد.
طبق این قانون، چنین فرض می‌شود که تابش حرارتی یک جسم سیاه، که جذب‌کننده و گسیل‌کننده ایده‌آل انرژی است، به بالاترین مقدار ممکن، بی‌نظم یا تصادفی است. مثلا یک لامپ التهابی داغ، فوتون‌های بسیاری را با رنگ‌های مختلف منتشر می‌کند که در مجموع، نور سفید را ایجاد می‌کنند. به اعتقاد رگان، با این که می‌توان رشته نانولوله‌ای این لامپ جدید را به عنوان یک سیستم مکانیک کوانتومی در نظر گرفت، اما به‌نظر نمی‌رسد که این رشته از قوانین کوانتوم پیروی کند. بررسی‌های اولیه نشان داده است فوتون‌های این نانولوله در مقایسه با رشته‌های بزرگ‌تر، بی‌نظمی کم‌تری دارند.
رگان این‌طور توضیح می‌دهد: « مکانیک کوانتوم برای استفاده در سیستم‌هایی خوب جواب می‌دهد که اجزای کمی داشته باشند؛ در حالی که قوانین ترمودینامیک برای مواردی مناسب است که سیستم، اجزای بسیار زیادی داشته باشد. ما هنوز نظریه‌ای که بین این دو تئوری باشد نداریم و این، درست همان جایی است که ما آزمایش‌هایمان را انجام می‌دهیم».
نیوساینتیست، 1 می- ترجمه:بهنوش خرم‌روز
نظر شما