اَبا اِباد

انرژی جنبشی‌ منفی در پدیده‌ی تونل زنی کوانتومی

انرژی جنبشی منفی در کوانتوم

انرژی جنبشی برخلاف سرعت، جهت ندارد و یک کمیت اسکالر است، نه کمیت برداری. اگر مثلا یک‌ تکه سنگ با جرم دو کیلوگرم و با سرعت یک متر بر ثانیه حرکت کند، انرژی جنبشی معادل یک ژول دارد. حالا این سنگ چه به سمت بالا برود چه به سمت پایین برود، چه به سمت شمال برود چه به سمت جنوب، هیچ فرقی نمی‌کند و انرژی آن همان یک ژول است. شما هیچوقت انرژی منفی یک ژول نخواهید داشت. در حالیکه مثلا شتاب منفی دارید.

وقتی یک خودرو ترمز زده‌ است و در حال کاهش سرعت است، شما مثلا شتاب منفی ده متر بر مجذور ثانیه دارید. یا اگر شما جهت حرکت اولیه‌ی خودرو را مثبت در نظر بگیرید، اگر خودرو دور بزند و برعکس حرکت کند، از نظر شما سرعت آن منفی‌ست. یا اینکه اگر شما نقطه‌ی شروع حرکت یک خودرو را نقطه‌ی مبدا در نظر بگیرید‌. خودرو در جهت مثبت حرکت کند و به جلو‌ برود و دور بزند و برگردد و مبدا را نیز رد کند، حالا مکان آن منفی‌ست. حالا می‌گویید خودرو در منفی ده متر ایستاده است. اما همانطور که گفته شد، انرژی جنبشی، میزان منفی ندارد. اگر خودرو حرکت کند، میزانی انرژی جنبشی دارد و اگر متوقف شود، انرژی جنبشی آن به صفر می‌رسد. از نظر منطقی می‌توانیم اینطور به قضیه نگاه کنیم انرژی جنبشی حرکت را نشان می‌دهد و متضاد حرکت، توقف است و جسمی که متوقف شده، انرژی جنبشی آن صفر است. تا اینجا همه‌ چیز خوب است و ما خیلی راحت این موضوع را درک می‌کنیم. ما تنها کاهش انرژی جنبشی یا افزایش انرژی جنبشی را داریم، اما حداقل انرژی جنبشی منفی نداریم. اصلا ما نمی‌توانیم جسمی با انرژی جنبشی منفی را درک کنیم.

یعنی چطور یک جسم می‌تواند انرژی جنبشی منفی داشته باشد؟ یعنی حرکت نمی‌کند؟

اگر حرکت نکند که انرژی جنبشی‌اش صفر است. یعنی در جهت منفی حرکت می‌کند؟

طبق فرمول انرژی جنبشی، باز هم انرژی جنبشی آن مثبت است و میزانی مثبت از انرژی را داراست.

اصلا ما چه نیازی داریم وقتی انرژی جنبشی منفی را نمی‌بینیم، دنبال انرژی جنبشی منفی باشیم و آن را درک کنیم؟

ما در دنیای بزرگ خودمان انرژی جنبشی منفی نداریم، اما باید بگویم که در مکانیک کوانتومی، گاهی اوقات ذرات، انرژی جنبشی منفی دارند. درک انرژی جنبشی منفی برای ما که در دنیای کلاسیک زندگی می‌کنیم، امکان پذیر نیست و ما تنها از نظر ریاضی و همچنین با توجه به آزمایشات این موضوع را می‌بینیم. علت آن نیز، طبیعت موجی ذرات در مقیاس کوانتومی‌ست. ما می‌دانیم که انرژی کل یک ذره، مجموع انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل آن است. اگر ذره‌ای در یک چاه پتانسیل (جایی که انرژی پتانسیل در آن، از بیرون کمتر است) قرار بگیرد، در نقاط خاصی، انرژی کل کمتر از انرژی پتانسیل می‌شود که این موضوع به ما نشان می‌دهد، آن ذره در آن نواحی، دارای انرژی جنبشی منفی است. همانطور که گفته شد، ما نمی‌توانیم از نظر فیزیکی آن را درک کنیم، اما تاثیر آن را می‌بینیم.

تصویر فوق: انرژی جنبشی‌ منفی در پدیده‌ی تونل زنی کوانتومی (قسمت اشاره شده در تصویر پایین وسط)

-اَبا اِباد

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *