مفهوم کوانتیده به زبان ساده

در سال 1900، ماکس پلانک فیزیکدان آلمانی، نظریه‌ی کوانتومی خود را ارائه نمود. بر اساس این نظریه‌، پلانک فرض کرد که نور نیز مانند ماده کوانتیده است. طبق نظریه مکانیک کوانتومی نور، که در دو دهه اول سده بیستم به وسیله پلانک و آلبرت اینشتین و بور برای اولین بار پیشنهاد شد، انرژی الکترو مغناطیسی کوانتیده است، یعنی جذب یا نشر انرژی میدان الکترو مغناطیسی به مقدارهای گسسته‌ای به نام «فوتون» انجام می‌گیرد. E=hν که در آن ν بسامد و E انرژی است.

اما مفهوم کوانتیده چیست؟ برای روشن‌تر شدن مفهوم، چند مثال ساده می‌زنیم:  1- تا به حال هیچ مغازه‌داری برای فروش دانه‌ای تخم‌مرغ به مشتری از 1.5 (یکی و نصفی) یا 2.7 صحبتی نکرده است. پس فروش دانه‌ای تخم‌مرغ یک مفهوم کوانتیده (گسسته‌) است و نه پیوسته.

2- تا به حال هیچ معلمی برای شمارش تعداد دانش‌آموزان خود در کلاس به عددهایی مانند 32.3 نفر یا 37.5 نفر دست نیافته. بلکه هر دانش‌آموز یک واحد مجزا به حساب می‌آید. پس تعداد دانش‌آموزان یک کلاس یک مفهوم کوانتیده است و نه پیوسته.

پلانک بر اساس نظریه‌ی خود بیان داشت که پرتوی نور، جریان پیوسته‌ای (غیرکوانتیده‌) از انرژی نیست. بلکه از تعداد بی‌شماری بسته‌ی کوچک و مجزای انرژی تشکیل شده است. بنابراین، انرژی نورانی نمی‌تواند هر مقدار دلخواهی داشته باشد. پلانک این بسته‌ها را کوانتوم نامید. اینشتین نیز دریافته بود که کوانتوم‌های نور، رفتاری شبیه‌ ذره‌های ریز تشکیل‌دهنده‌ی ماده دارند. از این‌ رو، برای تأکید بر این رفتار ذره‌ای، کوانتوم نور را فوتون نامید که در واقع نور هم رفتار موجی و هم رفتار ذره‌ای دارد.

انیشتین مفهوم کوانتومی نور را برای توجیه اثر فوتوالکتریک بکار برد. بر این اساس فوتونها که دارای انرژی معینی هستند، بعد از برخورد با الکترونهای اتم، انرژی خود را به آنها داده و خود از بین می‌رود. این امر می‌تواند به عنوان یک مسئله برخورد میان دو ذره با استفاده از نظریه برخورد توضیح داده شود. بعد از برخورد، فوتون از بین می‌رود و الکترون با انرژیی که از فوتون می‌گیرد، از ماده جدا می‌شود و سبب ایجاد یک جریان فوتوالکترونی در مدار خارجی می‌گردد. مقدار جریان در مدار خارجی بسته به تعداد فوتونهایی که بر سطح ماده موجود در کاتد تابیده می‌شود، متفاوت خواهد بود.

با تشکر از اسماعیل جوکار

bigbangpage.com