Photon

I wonder if you know that PHOTON is one of the most controversial terms of physics. However, if you ask any scientist about photon, they will certainly give you some sort of direct answers (by the way, "photon" was coined by physical chemist G. N. Lewis in 1926). In this respect, I want you to explain your own perspective regarding the conception of PHOTON. What does photon mean in your mind?

Quantum Thermodynamics

می‌دانیم در ترمودینامیک کلاسیک در فرایند آدیاباتیک احتمالات حالات ثابت می‌مانند. این مسأله به مکانیک کوانتومی هم تعمیم داده- می‌شود؛ به این معنی که اگر حالت سازست خالص باشد و به صورت یک بسط بیان شود ضرایب بسط در فرایند ثابت هستند و کت‌های پایه تغییر می‌کنند. اگر سازست در یک حالت مخلوط باشد شرط آدیاباتیک بودن فرایند ثابت بودن ماتریس چگالی است. آیا می‌توانیم یک فرایند آدیاباتیک داشته باشیم که در آن عملگر همیلتونی چرخه‌ای باشد، یعنی جمله‌ی پتانسیل وابسته به زمان آن در آغاز و پایان فرایند برابر صفر شود؟

Lecture Notes on Relativity

Hi, here is my fourth lecture on special relativity
http://hse86.persiangig.com/document/lec4.rar

Cyclic Processes and Isolated Systems II

قانون دوم ترمودینامیک منعی برانجام یک فرآیند چرخه‌ای در سازستی منزوی قرار نمی‌دهد. حالت یک سازست منزوی تنها با فرآیندهای مادی که در درون آن رخ می‌دهد قابل تغییر است. طی هر فرآیند چرخه‌ای در مرحله‌ای الزاماً آنتروپی کاهش می‌یابد. لذا امکان وقوع فرایند چرخه‌ای در سازست منزوی که با قانون دوم ناسازگاری نداشته باشد تنها پس از رسیدن سازست به حالت تعادل ممکن است. فرض کنید مقادیری از واکنشگرهایرا در سازست منزوی قرار می‌دهیم تا تعادل
برقرار شود. این نمونه‌ای از تحولی چرخه‌ای است که در سازست منزوی برقرار شده است. این سئوال مهم در اینجا مطرح است که مفهوم فرآیند به تغییر در کمیت‌های ترمودینامیکی دما فشار و حجم قابل تقلیل هست یا نه؟ اگر فرآیند تنها در این سطح تعریف شود، مثال ذکر شده فرآیند نیست. در نهایت این که تعادل در سازست منزوی یک حالت یکتا و بدون تحول نسبت به زمان است یا حالتی به لحاظ دینامیکی پویا؟

Absolute Space or Relative

This quotation completely suggests Newton’s idea of absolute space:“Newton's mechanics concerns itself with the motions of particles under the action of forces. A particle is regarded as a material point; its motion is described by the position of that point in space as a function of time. It is assumed that the separate concepts of space and time are well understood, even though they defy adequate definition. Newton believed in an absolute space, but he also recognized that one cannot chart the motion of a body through this space. Instead, we define the position of one body with respect to another: "And so," as he wrote in the Principia, "instead of absolute places and motions, we use relative ones." “ French, “Special Relativity”I’ll be so pleased if you leave your note.

Relativistic Thermodynamics

In my 3 last lectures on special relativity and tons of questions that have been asked, we learn too many useful things. Now I want to suggest something about thermodynamics. In an inertial frame that moves with velocity v respect to another frame what we can say about thermodynamics variables of the system. Is T, P and V invariant from one frame to another?

Cyclic Processes and Isolated Systems

Do you think that the cyclic processes are possible in an isolated system? Yes or Not, Explain your reasons!

Criticizing Niels Bohr

In the previous post, I have tried to summarize the essential points of N. Bohr on conceptual foundations of quantum theory. Although it seems very difficult to talk about a coherently unique Bohr’s view on quantum theory, the posted manuscript can be regarded as the main characteristics of his viewpoint toward the quantum domain. In this respect and with regard to this rereading of Bohr, do you think that Bohr’s ideas on quantum theory contain the whole possible story about the [current] quantum formalism? Does it contain any ambiguity or even some inconsistency in comparison with other physical theories?

The Essentials of Niels Bohr

The behaviors of quantum systems that are manifested during the measurement are indispensible to the experimental arrangement that the quantum systems interact within. This implies the "impossibility of any sharp separation between the independent behaviors of atomic objects and their interaction with the measuring instruments which serve to define the conditions under which the phenomena appear"[Ref1, p18,26,32,].

"The quantum mechanical formalism permits the well-defined applications referring only to ... closed* phenomenon, [t]he word phenomenon ... refer[s] only to observations obtained under circumstances whose description includes an account of the whole experimental arrangement"[Ref1, p4]. This is the main distinguishing characteristic of micro nature according to Bohr.

As emphasized by Bohr, it is impossible to subdivide a quantum phenomenon into a sequence of physically unambiguous well-defined steps and "ascribe customary physical attributes" to them, i.e., the unambiguous use of space-time concepts for the description of each step. "In particular, it must be realized that - besides in the account of the placing and timing of the instruments forming the experimental arrangement - all unambiguous use of space-time concepts in the description of atomic phenomena is confined to the recording of observations which refer to marks on a photographic plate or to similar practically irreversible amplification effects like the building of a water drop around an ion in a cloud-chamber" [Ref1,p31].

In order to ascribe the unambiguous physical attributes to the dynamical evolution of object within the measuring instrument, we have to subdivide the phenomenon. "Any attempt of subdividing the phenomena will demand a change in the experimental arrangement". However, because of "introducing new possibilities of interaction between objects and measuring instruments"[Ref1,p18], the change of the experimental arrangement at the proper time and proper place will result to a new phenomenon. "Consequently evidence obtained under different experimental conditions cannot be comprehended within a single picture, but must be regarded as complementary in the sense that only the totality of the phenomena exhausts the possible information about the objects"[Ref1,p18]. Therefore, "we are dealing with individual phenomena and that our possibilities of handling the measuring instruments allow us only to make a choice between the different complementary types of phenomena we want to study"[Ref1,p18].

* The italic emphasizes are made by the author of this paper.
Reference: “Quantum theory and measurement”, edited by J.A.Wheeler, W.H.Zurek, pp. 9-49, Princeton University Press, New Jersey, (1983).

Physical Reality in Quantum Theory (2)

نتیجه ی کلی محاسبه ای که برای آزمایش فکری ارائه شده در نوشته ی قبلی بدست آمده است را می توان بصورت زیر خلاصه کرد:
اکر فضایی که میدان اعمال می شود با فضایی که پس از خاموش شدن میدان مکان ذره در آن اندازه گیری می شود همپوشانی نداشته باشد، توزیع فضایی ذره در آن فضا هیچ تغییری نمی کند و تنها اگر میان فضای اعمال میدان و فضایی که مکان ذره اندازه گیری می شود همپوشانی وجود داشته باشد توزیع فضایی ذره تغییر خواهد کرد. به نظر شما چنین نتیجه ای تعبیر فیزیکی می تواند داشته باشد؟

Physical Reality in Quantum Theory (1)

Is quantum mechanics compatible with the reality assumption? Or, from a different view, are we forced to use the reality assumption in quantum domain?

The second question was the theme of a easy-going manuscript that we (Dr.Shafiee, Me!, and Dr. Golshani) have written in which we have given a positive answer to the second question by proposing a thought experiment!

Regarding our discussions and debates on this issue, it seems that the main possible objection to our claim is to put forward a different formulation of the proposed thought experiment that would be deprived from the reality assumption introduced in our calculation in the paper.
In following, I mean this pdf file; I have propounded a different formulation whose results are also different.

John Norton

Being familiar with John Norton can be seen as the one of the most wonderful experiences I had in Arolla summer school. By the way, he is not that much rigid and firm as he looks in his web site. Just stare at his eyes in his photo to understand what I mean!

John is a famous man in philosophy of science. Thus, if you read his writings then you could also become famous somehow! He is a philosopher of science whose field of research is mainly focused on relativity (and in addition, a little bit on second law of thermodynamics). In this summer school, he had three lectures that their whole content can be found in the following web address.

His first lecture concerned about causality (Causation as a Folk Science). This lecture was related somehow to his third lecture named “That Damn Dome: Indeterminism in Classical Physics”. His second lecture was entitled as “Einstein's Methods and His Discovery of General Relativity”. I specifically recommend you his third lecture on indeterminism.

The wave function riding on seasaw (2)

این نوشته در ارتباط با پیام اول با عنوان "تابع موج سوار بر الاکلنگ" است. فکر کردم ارسال این نوشته در قسمت نظرات خواننده را از خواندن آن بخاطر حجم زیاد منصرف می‌کند بنابراین ترجیح دادم آن را بصورت یک پیام جدید ارسال کنم.
من فکر می‌کنم این آزمایش فکری در واقع بیان صریح مشکل اندازه‌گیری در مکانیک کوانتومی است. شاید بیان تعریف ساده‌ای از اندازه‌گیری بد نباشد. اندازه‌گیری در واقع یک جفت‌شدگی موقت انرژی بین سازست مورد اندازه‌گیری و دستگاه اندازه‌گیری است که امکان استنتاج خواص سازست مورد اندازه‌گیری را از روی خواص دستگاه اندازه‌گیری فراهم می‌آورد. برای اینکه این اطلاعات توسط انسان قابل برداشت باشد باید دستگاه اندازه‌گیری لزوماً کلاسیکی باشد. هر اندازه‌گیری را می‌توان به سه مرحله‌ی پیش‌اندازه‌گیری، اندازه‌‌گیری و در نهایت مشاهده تقسیم کرد. در مرحله‌ی پیش‌اندازه‌گیری (آماده‌سازی) سازست مورد نظر برای بدست آوردن یک سری نتایج خاص آماده می‌شود. در مرحله‌ی اندازه‌گیری، سازست مورد اندازه‌گیری با دستگاه اندازه‌گیری وارد برهم‌کنش شده و در نهایت در مرحله‌ی مشاهده نتیجه‌ی این برهم‌کنش ثبت می‌شود. فقدان هر یک از این مراحل به معنی کامل نشدن اندازه‌گیری است. در این آزمایش که از نظر من ترکیبی از آزمایش جعبه‌ی اینشتین و ناسازه‌ی گربه‌ی شرودینگر (با وارد کردن یک الاکلنگ با تمام ویژگی‌های کلاسیکی به دنیای کوانتومی) است اگر از دید فون‌نویمن به مساله نگاه کنیم در طی اندازه‌گیری حالات جعبه (با یا بدون ذره) با حالات الاکنگ (طرف راست و چپ) در‌هم‌تنیده می‌شود و در حین مشاهده‌ی نتیجه‌ی این درهم‌تنیدگی تابع موج درهم‌تنیده به حالت یکی از جعبه‌ها تقلیل پیدا می‌کند. در مورد این سوال که آیا قبل از مشاهده وضعیت الاکلنگ تغییر می‌کند یا نه بسته به نوع دیدگاه نسبت به مساله‌ی واقعیت فیزیکی پاسخ می‌تواند آری یا خیر باشد. اما باید توجه کرد که نمی‌توان مساله‌ی تقلیل تابع موج را از اندازه‌گیری حذف کرد. اگر با این دید به مساله نگاه کنیم باید در حین اندازه‌گیری یعنی تقلیل تابع موج، وضعیت الاکلنگ تغییر کند. در توضیح M.Bahrami در قسمت نظرات پیام اول یک رابطه‌ی علت و معلولی بین وضعیت الاکلنگ و تقلیل تابع موج در نظر گرفته شده است، اما آیا این رابطه یک رابطه‌ی علّی است؟ از طرف دیگر ممکن است به نظر برسد که بدون برهم‌کنش با ذره اندازه‌گیری رخ داده است. اما فکر می‌کنم باید با دقت بیشتری به مساله نگاه کرد. اول باید مشخص شود که در مساله‌ی اندازه‌گیری منظور از برهم‌کنش، برهم‌کنش سازست کوانتومی با دستگاه اندازه‌گیری کلاسیکی است یا برهم‌کنش مجموعه‌ی سازست کوانتومی و دستگاه اندازه‌گیری کلاسیکی با مشاهده‌گر است. اگر نوع اول مد نظر باشد در این آزمایش بین ذره‌ی درون جعبه و الاکلنگ بواسطه‌ی نیروی گرانش زمین برهم‌کنش رخ می‌دهد که به درهم‌تنیدگی بین حالات ذره و الاکلنگ می‌انجامد. اما بخاطر برهم‌کنش از نوع دوم تابع موج تقلیل پیدا می‌کند و اندازه‌گیری معنا پیدا می‌کند. بنابراین در توضیح این آزمایش فکری می‌توان گفت که:

در ابتدا تا قبل از باز کردن قفل‌های نگهدارنده‌ی الاکلنگ تابع موج توصیف‌کننده‌ی سازست کوانتومی بصورت زیر است:

بعد از باز کردن قفل‌های نگهدارنده‌ی الاکلنگ، اگر حالت راست و چپ الاکلنگ را به ترتیب با و نمایش دهیم تابع موج کل را می‌توان بصورت زیر بیان کرد:
باید توجه کرد تا اینجا هنوز تقلیل تابع موج رخ نداده است اما آیا وضعیت الاکلنگ تغییر کرده است؟ از نظر من پاسخ این سوال بستگی به نوع دیدگاهی که نسبت به مساله‌ی واقعیت فیزیکی اتخاذ می‌کنیم دارد. اگر با یک عینک واقع‌گرا به مساله نگاه کنیم وضعیت الاکلنگ تغییر کرده است زیرا بالاخره ذره در یکی از دو جعبه است و درنتیجه به یک طرف الاکلنگ نیروی بیشتری وارد می‌شود و آن طرف به سمت پایین کشیده می‌شود. اما با یک دید تجربه‌گرا (متاسفم، کلمه‌ی مناسبتری پیدا نکردم) تا زمانی که اندازه‌گیری کامل نشده است (مشاهده انجام نشده است) نمی‌توان چیزی در مورد وضعیت الاکلنگ گفت. به هر حال در هر دو دیدگاه با مشاهده، تابع موج فوق به یکی از حالت‌های مربوط به ذره – الاکلنگ کاهش پیدا می‌کند. سوالی که در اینجا بدون پاسخ می‌ماند چگونگی این تقلیل است. اگر آزمایش اصلی جعبه‌ی اینشتین را در نظر بگیریم با برداشتن در یکی از جعبه‌ها حتی اگر ذره در آن جعبه نباشد تقلیل تابع موج رخ می‌دهد. اگر ذره در جعبه‌ای که در آن را برداشته‌ایم نباشد بدین معنی است که ذره در جعبه‌ی دیگر است اما آیا این استنتاج، توجه کنید استنتاج، به معنی اندازه‌گیری است در صورتی که برهم‌کنشی بین ذره‌ی کوانتومی و دستگاه اندازه‌گیری کلاسیکی رخ نداده است؟ به نظر می‌رسد که اندازه‌گیری انجام نشده است، اما فکر می‌کنم باید با دقت بیشتری به این مساله نگاه کنیم. وقتی در جعبه را برمی‌داریم چگونه درباره‌ی اینکه ذره درون جعبه هست یا نیست قضاوت می‌کنیم؟ جز از طریق یک دستگاه اندازه‌گیری کلاسیکی می‌توان درباره‌ی وجود یا عدم وجود ذره در جعبه اظهار نظر کرد. در ارتباط با نظر A.Massoudi در قسمت نظرات مربوط به پیام اول اگرچه به نظر من کلمه‌ی "ساده‌تر" کلمه‌ی مناسبی برای توصیف رابطه‌ی مساله‌ی جعبه‌ی اینشتین و گربه‌ی شرودینگر نیست (من ترجیح می‌دهم بگویم مساله‌ی جعبه‌ی اینشتین نسبت به ناسازه‌ی گربه‌ی شرودینگر مشکل اندازه‌گیری را صریح‌تر بیان می‌کند) اما قسمت دوم نظر او قابل تامل است. آیا این بدین معنی است که این پاردوکس‌ها بنیادی هستند و پاسخ قاطعی به این سوالات نمی‌توان داد؟ آیا مشکل از نحوه‌ی نگاه ما به دنیای کوانتومی است؟ آیا وارد حوزه‌ای شده‌ایم که نمی‌توانیم بدون کنار گذاشتن خود آن را مورد بررسی قرار دهیم؟ آیا هیچگاه خواهیم توانست مثل یک الکترون به دنیا نگاه کنیم؟... من فکر می‌کنم نمی‌توانیم به این سوالات پاسخ قطعی دهیم بنابراین فقط باید سعی کنیم هر چه بیشتر به پاسخ نزدیک شویم. فکر نمی‌کنم این نوشته پایانی داشته باشد بنابراین خود آن را به پایان می‌برم.

The Second Word

به‌نام خداوند جان و خرد
به قولی اولین قدم را برداشتیم و سپس توضیح دادیم که دوست داریم راهی چه راهی شویم!
این وبلاگ برای اشتراک ایده‌های علمی-بنیادی-فلسفی تمامی دوستانی است که علاقه‌مند به حوزه‌های بنیادی هستند (بخصوص حوزه‌های علمی زیرمجموعه‌ی فعالیت‌های گروه دکتر شفیعی و گروه دکتر مهجانی).
البته بنده چنین تجربه‌ای را در سطحی بسیار ابتدائی برای چند درسی که TA بوده‌ام داشتم و دکتر شفیعی همواره پیشنهاد می‌دادند که برای گروه خودمان ومباحث مرتبط با فعالیت‌های گروه نیز چنین فضائی داشته باشیم. لذا می‌توان گفت که ایده‌ی اولیه‌ی شکل‌گیری چنین فضائی از جانب ایشان بوده است.
از آنجا که در اولین قدمها هستیم، لذا چندان نه می‌توان و نه می‌خواهیم که یک فرم و صورت خاصی را در نحوه‌ی مدیریت وبلاگ داشته باشیم. هدف اصلی‌مان رسیدن به محیطی فعال و علمی برای تبادل نظر در خصوص مباحث بنیادی علم است که ان‌شاءالله با یاری و همراهی دوستان به آن خواهیم رسید.
اصولا بهتر است که در عمل تمامی ایده‌ها و افکار خود را پیگیری کنیم. لذا اجازه دهید که همراه با هم اولین قدم را که همان پست قبلی (تابع‌موج سوار بر الاكلنگ (1) ) است را بررسی کنیم. منتظر همگی‌تان هستیم.

The wave function riding on seasaw (1)

ایدهای که در این جا سعی در بررسی آن داریم به نوعی یک بازنگری خاص از ایدهی جعبههای اینشتین است. البته ما در اینجا به بررسی بیان دوبروی و یا اینشتین در این خصوص نمیپردازیم و تنها ایدهی مورد نظر خود را بیان میکنیم. برای آشنائی با ایدهی جعبههای اینشتین به مقالهی نورسن و یا بونکودا مراجعه کنید.

i- فرض کنید که یک ذرهی کوانتومی را در داخل یک جعبهی یک بعدی در راستاي x با ابعاد l محبوس کردهایم. این جعبه را I مینامیم.
ii- سپس با قرار دادن یک صفحهی غیرقابل نفوذ، این جعبه را بصورت متقارن به دوجعبهی دیگر تقسیم میکنیم، و آنها را به ترتیب II-r و II-l مینامیم.
iii- پس از آن، جعبههای II-r و II-l را در انتهای بازوهای یک الاکنگ ایدهآل قرار میدهیم. تکیهگاه الاکلنگ در وسط آن قرار دارد و انتهای هر بازو را توسط دو قفل در یک ارتفاع ثابت کردهایم. در تمامی طول این فرآیندها، جعبهها تحت تأثیر میدان گرانش زمین قرار داشتند، اما تمامی فرآیند تا قرار دادن جعبههای II-r و II-l بر روی الاکلنگ در یک ارتفاع ثابت انجام میشود، لذا تأثیر میدان گرانش به علت ثابت بودن قابل صرف نظر کردن است. (در واقع راستای میدان گرانش عمود بر راستای گسترش جعبه است)
iv- حال فرض کنید که قفلهای نگهدارندهی بازوهای الاکلنگ را باز کنیم.
سؤالی که به دنبال پاسخ آن هستیم آن است که وضعیت الاکلنگ در iv چگونه خواهد بود.
(برای ایجاد تصویرسازی مناسب، جعبه دوبعدی رسم شدهاست)