التماسك (الفيزياء)

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 40 صور
الموسوعة الحرة

في الفيزياء ، يُعبّر التماسك عن إمكانية تداخل موجتين . يتداخل شعاعان أحاديان اللون من مصدر واحد دائمًا. [ 1 ] : 286 حتى بالنسبة لمصادر الموجات التي ليست أحادية اللون تمامًا، فقد تظل متماسكة جزئيًا .

عند التداخل، تتحد موجتان لتكوين موجة ذات سعة أكبر من سعة إحداهما (تداخل بناء)، أو تتناقصان لتكوين موجة ذات سعة دنيا قد تساوي صفرًا [ 1 ] : 286 (تداخل هدام)، وذلك تبعًا لطورهما النسبي . يُعدّ التداخل البناء والهدام حالتين حديتين، وتتداخل الموجتان دائمًا، حتى لو كانت نتيجة الجمع معقدة أو غير ملحوظة.

تكون الموجتان ذواتا الطور النسبي الثابت متماسكتين. [ 2 ] يمكن قياس درجة التماسك بسهولة من خلال وضوح التداخل ، الذي يُعنى بحجم أهداب التداخل بالنسبة للموجات الداخلة (مع تغير فرق الطور)؛ ويُعطى تعريف رياضي دقيق لدرجة التماسك باستخدام دوال الارتباط. وبشكل أعم، يصف التماسك التشابه الإحصائي لحقل ما، مثل حقل كهرومغناطيسي أو حزمة موجية كمومية، عند نقاط مختلفة في المكان أو الزمان. [ 3 ]

مفهوم نوعي

يُظهر شقان مضاءان بمصدر واحد نمط تداخل. يقع المصدر في أقصى اليسار في الرسم التوضيحي، خلف مُجمِّعات تُشكِّل حزمة متوازية. يضمن هذا التركيب أن تصطدم موجة من المصدر بالشقين في نفس الجزء من دورة الموجة: أي أن الموجة ستكون متماسكة .

يتحكم التماسك في وضوح أو تباين أنماط التداخل. على سبيل المثال، يتطلب وضوح نمط تجربة الشق المزدوج إضاءة كلا الشقين بموجة متماسكة كما هو موضح في الشكل. أما المصادر الكبيرة غير المتوازية أو المصادر التي تمزج العديد من الترددات المختلفة فستكون أقل وضوحًا. [ 4 ] : ​​264

يتضمن مفهوم التماسك عدة مفاهيم متميزة. يصف التماسك المكاني الارتباط (أو العلاقة المتوقعة) بين الموجات عند نقاط مختلفة في الفضاء، سواءً كانت جانبية أو طولية. [ 5 ] أما التماسك الزمني فيصف الارتباط بين الموجات المرصودة في لحظات زمنية مختلفة. يُرصد كلا المفهومين في تجربة ميكلسون-مورلي وتجربة تداخل يونغ . فعند الحصول على الأهداب في مقياس تداخل ميكلسون ، وعند إبعاد إحدى المرآتين تدريجيًا عن مقسم الشعاع، يزداد زمن انتقال الشعاع وتصبح الأهداب باهتة حتى تختفي تمامًا، مما يدل على التماسك الزمني. وبالمثل، في تجربة الشق المزدوج ، إذا زادت المسافة بين الشقين، يتلاشى التماسك تدريجيًا حتى تختفي الأهداب، مما يدل على التماسك المكاني. في كلتا الحالتين، يتلاشى سعة الهدب ببطء، مع ازدياد فرق المسار بعد تجاوز طول التماسك.

نشأت فكرة التماسك في الأصل في سياق تجربة الشق المزدوج لتوماس يونغ في مجال البصريات ، ولكنها تُستخدم الآن في أي مجال يتضمن الموجات، مثل الصوتيات والهندسة الكهربائية وعلم الأعصاب وميكانيكا الكم . وتُعدّ خاصية التماسك أساسًا لتطبيقات تجارية مثل التصوير المجسم ، وجيروسكوب ساغناك ، ومصفوفات هوائيات الراديو ، والتصوير المقطعي البصري المتماسك ، ومقاييس التداخل التلسكوبية ( مقاييس التداخل البصرية الفلكية والتلسكوبات الراديوية ).

التعريف الرياضي

دالة التماسك بين إشارتينx(ت){\displaystyle x(t)}وy(ت){\displaystyle y(t)}يُعرَّف على أنه [ 6 ]

γxy2(و)=|Sxy(و)|2Sxx(و)Syy(و){\displaystyle \gamma _{xy}^{2}(f)={\frac {|S_{xy}(f)|^{2}}{S_{xx}(f)S_{yy}(f)}}}

أينSxy(و){\displaystyle S_{xy}(f)}هي الكثافة الطيفية المتقاطعة للإشارة وSxx(و){\displaystyle S_{xx}(f)}وSyy(و){\displaystyle S_{yy}(f)}هي دوال كثافة القدرة الطيفية لـx(ت){\displaystyle x(t)}وy(ت){\displaystyle y(t)}على التوالي. تُعرَّف كثافة الطيف المتقاطع وكثافة طيف القدرة على أنهما تحويلات فورييه لإشارات الارتباط المتقاطع والارتباط الذاتي ، على التوالي. على سبيل المثال، إذا كانت الإشارات دوالًا للزمن، فإن الارتباط المتقاطع هو مقياس لتشابه الإشارتين كدالة للفارق الزمني بينهما، بينما الارتباط الذاتي هو مقياس لتشابه كل إشارة مع نفسها في لحظات زمنية مختلفة. في هذه الحالة، يكون التماسك دالة للتردد. وبالمثل، إذاx(ت){\displaystyle x(t)}وy(ت){\displaystyle y(t)}تُعدّ هذه الدوال دوالًا مكانية، حيث يقيس الارتباط المتبادل مدى تشابه إشارتين في نقطتين مختلفتين في الفضاء، بينما يقيس الارتباط الذاتي مدى تشابه الإشارة بالنسبة لنفسها عند مسافة فصل معينة. في هذه الحالة، يكون التماسك دالةً للعدد الموجي (التردد المكاني).

يتفاوت التماسك في الفترة الزمنية0≤γxy2(و)≤1{\displaystyle 0\leq \gamma _{xy}^{2}(f)\leq 1}. لوγxy2(و)=1{\displaystyle \gamma _{xy}^{2}(f)=1}هذا يعني أن الإشارات مترابطة تمامًا أو مرتبطة خطيًا، وإذاγxy2(و)=0{\displaystyle \gamma _{xy}^{2}(f)=0}لا يوجد أي ترابط بينهما. إذا تم قياس نظام خطي،x(ت){\displaystyle x(t)}كونها المدخلات وy(ت){\displaystyle y(t)}ستكون دالة التماسك، عند الخرج، موحدة على كامل الطيف. مع ذلك، إذا وُجدت خصائص غير خطية في النظام، فسيتغير التماسك ضمن الحد المذكور أعلاه.

التماسك والترابط

يعبّر تماسك موجتين عن مدى ترابطهما، ويُقاس ذلك بدالة الارتباط المتبادل . [ 7 ] [ 1 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] يُحدد الارتباط المتبادل إمكانية التنبؤ بطور الموجة الثانية بمعرفة طور الموجة الأولى. على سبيل المثال، لنفترض موجتين مترابطتين تمامًا في جميع الأوقات (باستخدام مصدر ضوء أحادي اللون). في أي لحظة، يكون فرق الطور بين الموجتين ثابتًا. إذا أظهرتا، عند دمجهما، تداخلًا بناءً مثاليًا، أو تداخلًا هدامًا مثاليًا، أو شيئًا بينهما مع ثبات فرق الطور، فإنهما تكونان متماسكتين تمامًا. وكما سيُناقش لاحقًا، لا يشترط أن تكون الموجة الثانية كيانًا منفصلًا، فقد تكون الموجة الأولى في وقت أو موضع مختلف. في هذه الحالة، يكون مقياس الترابط هو دالة الارتباط الذاتي (أو التماسك الذاتي ). تتضمن درجة الترابط دوال الترابط. [ 11 ] : 545-550

أمثلة على الحالات الشبيهة بالموجات

تتحد هذه الحالات من خلال حقيقة أن سلوكها يوصف بمعادلة موجية أو تعميم لها.

في الأنظمة التي تحتوي على موجات ماكروسكوبية، يمكن قياس الموجة مباشرةً، وبالتالي يمكن حساب ارتباطها بموجة أخرى بسهولة. مع ذلك، في علم البصريات، لا يمكن قياس المجال الكهربائي مباشرةً لأنه يتذبذب بسرعة تفوق بكثير الدقة الزمنية لأي كاشف. [ 12 ] بدلاً من ذلك، يُقاس شدة الضوء. معظم المفاهيم المتعلقة بالتماسك، والتي سيتم شرحها لاحقًا، طُوّرت في مجال البصريات ثم استُخدمت في مجالات أخرى. لذلك، فإن العديد من القياسات القياسية للتماسك هي قياسات غير مباشرة، حتى في المجالات التي يمكن فيها قياس الموجة مباشرةً.

التماسك الزمني

الشكل 1: سعة موجة بتردد واحد كدالة للزمن t (باللون الأحمر) ونسخة من نفس الموجة متأخرة بمقدارτ{\displaystyle \tau }(أزرق). زمن تماسك الموجة لانهائي لأنها مرتبطة تمامًا بنفسها لجميع التأخيراتτ{\displaystyle \tau }[ 13 ] : 118​
الشكل 2: سعة موجة ينحرف طورها بشكل ملحوظ مع مرور الوقتτج{\displaystyle \tau _{\mathrm {c} }}كدالة للزمن t (باللون الأحمر) ونسخة من نفس الموجة متأخرة بمقدار2τ{\displaystyle 2\tau }(أخضر). [ 14 ] في أي لحظة زمنية t، يمكن للموجة أن تتداخل تمامًا مع نسختها المتأخرة. ولكن، بما أن الموجتين الحمراء والخضراء تكونان متوافقتين في الطور نصف الوقت، ومتعاكستين في الطور النصف الآخر، فإن أي تداخل يختفي عند هذا التأخير عند حساب المتوسط ​​على مدى t .

التماسك الزمني هو مقياس متوسط ​​الارتباط بين قيمة الموجة ونفسها بعد تأخير زمني قدرهτ{\displaystyle \tau }في أي زوج من الأوقات. يخبرنا التماسك الزمني بمدى أحادية لون المصدر. بعبارة أخرى، فهو يصف مدى قدرة الموجة على التداخل مع نفسها في أوقات مختلفة. يُعرف التأخير الذي يتغير خلاله الطور أو السعة بشكل ملحوظ (وبالتالي ينخفض ​​الارتباط بشكل ملحوظ) بزمن التماسك.τج{\displaystyle \tau _{\mathrm {c} }}بتأخير قدرهτ=0{\displaystyle \tau =0}تكون درجة التماسك مثالية، بينما تنخفض بشكل ملحوظ مع مرور التأخير.τ=τج{\displaystyle \tau =\tau _{\mathrm {c} }}طول التماسكلج{\displaystyle L_{\mathrm {c} }}يُعرَّف بأنه المسافة التي تقطعها الموجة في الزمنτج{\displaystyle \tau _{\mathrm {c} }}[ 11 ] : 560 ، 571-573

إن زمن التماسك ليس هو المدة الزمنية للإشارة؛ يختلف طول التماسك عن منطقة التماسك (انظر أدناه).

العلاقة بين زمن التماسك وعرض النطاق الترددي

كلما زاد عرض النطاق الترددي - أي نطاق الترددات Δf الذي تحتويه الموجة - زادت سرعة تفكك ارتباط الموجة (وبالتالي صغر حجمها).τج{\displaystyle \tau _{\mathrm {c} }}(is): [ 11 ] : 358–359, 560

τجΔو≳1.{\displaystyle \tau _{c}\Delta f\gtrsim 1.}

من الناحية الرسمية، ينبع هذا من نظرية الالتفاف في الرياضيات، التي تربط تحويل فورييه لطيف القدرة (شدة كل تردد) بالارتباط الذاتي له. [ 11 ] : 572

تتميز الليزرات ذات النطاق الترددي الضيق بأطوال تماسك طويلة (تصل إلى مئات الأمتار). على سبيل المثال، يمكن لليزر الهيليوم-نيون أحادي النمط والمستقر أن ينتج بسهولة ضوءًا بأطوال تماسك تصل إلى 300  متر. [ 15 ] مع ذلك، لا تتمتع جميع الليزرات بدرجة عالية من أحادية اللون (على سبيل المثال، بالنسبة لليزر التيتانيوم-الياقوت المقفل النمط ، Δλ ≈ 2  نانومتر - 70  نانومتر).

تتميز مصابيح LED بـ Δλ ≈ 50  نانومتر، وتظهر مصابيح خيوط التنجستن Δλ ≈ 600  نانومتر، لذلك فإن هذه المصادر لها أوقات تماسك أقصر من معظم الليزر أحادي اللون.

أمثلة على التماسك الزمني

تشمل أمثلة التماسك الزمني ما يلي:

  • تكون الموجة التي تحتوي على تردد واحد فقط (أحادية اللون) مترابطة تمامًا مع نفسها عند جميع فترات التأخير الزمني، وفقًا للعلاقة المذكورة أعلاه. (انظر الشكل 1)
  • وعلى النقيض من ذلك، فإن الموجة التي ينحرف طورها بسرعة سيكون لها زمن تماسك قصير. (انظر الشكل 2)
  • وبالمثل، فإن نبضات الموجات ( حزم الموجات )، التي تتميز بطبيعتها بنطاق واسع من الترددات، لها أيضًا زمن تماسك قصير نظرًا لتغير سعة الموجة بسرعة. (انظر الشكل 3)
  • وأخيرًا، الضوء الأبيض، الذي يتميز بنطاق ترددات واسع جدًا، هو موجة تتغير بسرعة في كل من السعة والطور. ولأن زمن تماسكها قصير جدًا (حوالي 10 دورات فقط)، فإنها تُسمى غالبًا غير متماسكة.

تتطلب تقنية التصوير المجسم ضوءًا ذا زمن تماسك طويل. في المقابل، تستخدم تقنية التصوير المقطعي بالتماسك البصري ، في نسختها التقليدية، ضوءًا ذا زمن تماسك قصير.

قياس التماسك الزمني

الشكل 3: سعة حزمة موجية تتغير سعتها بشكل ملحوظ مع مرور الوقتτج{\displaystyle \tau _{\mathrm {c} }}(أحمر) ونسخة من نفس الموجة متأخرة بمقدار2τ{\displaystyle 2\tau }(باللون الأخضر) مُرسمة كدالة للزمن t . في أي لحظة معينة، تكون الموجتان الحمراء والخضراء غير مترابطتين؛ إحداهما تتذبذب بينما الأخرى ثابتة، وبالتالي لن يحدث تداخل عند هذا التأخير. بمعنى آخر، لا تتداخل حزم الموجات زمنيًا، وبالتالي في أي لحظة معينة، يوجد مجال واحد فقط غير صفري، فلا يمكن أن يحدث تداخل.
الشكل 4: متوسط ​​شدة الإشارة (باللون الأزرق) المُكتشفة عند مخرج مقياس التداخل، مُرسمة كدالة للتأخير τ للموجات الموضحة في الشكلين 2 و3. عند تغيير التأخير بمقدار نصف دورة، يتحول التداخل بين التداخل البنّاء والهدّام. تُشير الخطوط السوداء إلى غلاف التداخل، الذي يُحدد درجة التماسك . على الرغم من اختلاف مدة الموجات في الشكلين 2 و3، إلا أن لها نفس زمن التماسك.

في علم البصريات، يُقاس التماسك الزمني باستخدام مقياس التداخل مثل مقياس تداخل مايكلسون أو مقياس تداخل ماخ-زيندر . في هذه الأجهزة، تُدمج الموجة مع نسخة منها متأخرة زمنيًا.τ{\displaystyle \tau }يقيس الكاشف متوسط ​​شدة الضوء الخارج من مقياس التداخل على مدار الزمن. وتعطي رؤية نمط التداخل الناتج (انظر الشكل 4 على سبيل المثال) التماسك الزمني عند التأخيرτ{\displaystyle \tau }بما أن زمن التماسك لمعظم مصادر الضوء الطبيعي أقصر بكثير من الدقة الزمنية لأي كاشف، فإن الكاشف نفسه يقوم بعملية حساب المتوسط ​​الزمني. لنأخذ المثال الموضح في الشكل 3. عند تأخير ثابت، هنا2τ{\displaystyle 2\tau }، سيقيس كاشف فائق السرعة شدة تتذبذب بشكل كبير خلال فترة زمنية t تساويτ{\displaystyle \tau }في هذه الحالة، لإيجاد التماسك الزمني عند2τج{\displaystyle 2\tau _{\mathrm {c} }}، يقوم المرء بحساب متوسط ​​الشدة يدويًا.

التماسك المكاني

في بعض الأنظمة، كأمواج الماء أو البصريات، يمكن أن تمتد الحالات الموجية على بُعد واحد أو بُعدين. يصف التماسك المكاني قدرة نقطتين مكانيتين x1 و x2 على امتداد الموجة على التداخل عند حساب متوسطهما عبر الزمن. وبشكل أدق، فإن التماسك المكاني هو الارتباط المتبادل بين نقطتين في الموجة في جميع الأوقات. إذا كانت للموجة قيمة واحدة فقط للسعة على طول لانهائي، فإنها تكون متماسكة مكانيًا تمامًا. يحدد مدى الفصل بين النقطتين اللتين يحدث عندهما تداخل كبير قطر منطقة التماسك.أج{\displaystyle A_{\mathrm {c} }}[ 16 ] (طول التماسك)لج{\displaystyle l_{\mathrm {c} }}(غالباً ما تكون سمة من سمات المصدر، وعادة ما تكون مصطلحاً صناعياً يتعلق بوقت التماسك للمصدر، وليس منطقة التماسك في الوسط). أج{\displaystyle A_{\mathrm {c} }}يُعدّ هذا النوع من التماسك مناسبًا لمقياس التداخل ذي الشق المزدوج ليونغ. كما يُستخدم أيضًا في أنظمة التصوير البصري، وخاصةً في أنواع مختلفة من التلسكوبات الفلكية.

مسافةz{\displaystyle z}بعيدًا عن مصدر غير متماسك ذي مساحة سطحيةأs{\displaystyle A_{\mathrm {s} }}، أج=λ2z2أs{\displaystyle A_{\mathrm {c} }={\frac {\lambda ^{2}z^{2}}{A_{\mathrm {s} }}}}

يستخدم الناس أحيانًا مصطلح "التماسك المكاني" للإشارة إلى مدى وضوح الرؤية عندما يتم دمج حالة تشبه الموجة مع نسخة من نفسها تم إزاحتها مكانيًا.

أمثلة

لنفترض وجود فتيل مصباح كهربائي من التنجستن. تُصدر نقاط مختلفة في الفتيل ضوءًا بشكل مستقل، ولا توجد بينها علاقة طور ثابتة. بتفصيل أدق، في أي لحظة زمنية، سيتشوه شكل الضوء المنبعث. سيتغير هذا الشكل عشوائيًا خلال فترة التماسك.τج{\displaystyle \tau _{c}}بما أن مصدر الضوء الأبيض مثل المصباح الكهربائيτج{\displaystyle \tau _{c}}عندما يكون الخيط صغيرًا، يُعتبر مصدرًا غير متماسك مكانيًا. في المقابل، تتميز مصفوفة هوائيات الراديو بتماسك مكاني كبير لأن الهوائيات الموجودة على طرفي المصفوفة تُصدر إشعاعًا بعلاقة طور ثابتة. غالبًا ما تتميز الموجات الضوئية الناتجة عن الليزر بتماسك زمني ومكاني عالٍ (مع أن درجة التماسك تعتمد بشدة على الخصائص الدقيقة لليزر). كما يتجلى التماسك المكاني لأشعة الليزر في أنماط التبقع وأهداب الحيود التي تُرى على حواف الظل.

تتطلب تقنية الهولوغرافيا ضوءًا متماسكًا زمنيًا ومكانيًا. وقد أنتج مخترعها، دينيس غابور ، صورًا هولوغرافية ناجحة قبل أكثر من عشر سنوات من اختراع الليزر. ولإنتاج ضوء متماسك، قام بتمرير الضوء أحادي اللون المنبعث من خط انبعاث مصباح بخار الزئبق عبر مرشح مكاني ذي ثقب صغير.

في فبراير 2011، أفيد بأنه يمكن جعل ذرات الهيليوم ، المبردة إلى ما يقارب الصفر المطلق / حالة تكثيف بوز-أينشتاين ، تتدفق وتتصرف كشعاع متماسك كما يحدث في الليزر. [ 17 ] [ 18 ]

التماسك الطيفي للنبضات القصيرة

الشكل 10: تتداخل الموجات ذات الترددات المختلفة لتشكيل نبضة موضعية إذا كانت متماسكة.
الشكل 11: يتداخل الضوء غير المتماسك طيفياً لتكوين ضوء مستمر ذي طور وسعة متغيرين عشوائياً.

يمكن أن تتداخل الموجات ذات الترددات المختلفة (وهي في الضوء ألوان مختلفة) لتكوين نبضة إذا كانت لها علاقة طور نسبية ثابتة (انظر تحويل فورييه ). وعلى العكس، إذا لم تكن الموجات ذات الترددات المختلفة متماسكة، فإنها عند دمجها تُكوّن موجة متصلة زمنيًا (مثل الضوء الأبيض أو الضوضاء البيضاء ). المدة الزمنية للنبضةΔت{\displaystyle \Delta t}يحد من ذلك النطاق الطيفي للضوءΔو{\displaystyle \Delta f}وفق:

ΔوΔت≥1{\displaystyle \Delta f\Delta t\geq 1}،

والذي يتبع من خصائص تحويل فورييه ويؤدي إلى مبدأ عدم اليقين لكوبفمولر (بالنسبة للجسيمات الكمومية، فإنه يؤدي أيضًا إلى مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ ).

إذا كانت المرحلة تعتمد خطيًا على التردد (أيθ(و)∝و{\displaystyle \theta (f)\propto f}) عندئذٍ سيكون للنبضة الحد الأدنى من المدة الزمنية لعرض نطاقها ( نبضة محدودة التحويل )، وإلا فإنها تكون مشوهة (انظر التشتت ).

قياس التماسك الطيفي

يتطلب قياس التماسك الطيفي للضوء مقياس تداخل بصري غير خطي ، مثل مترابط بصري شدة الضوء ، أو البوابة البصرية المعتمدة على التردد (FROG)، أو قياس التداخل الطوري الطيفي لإعادة بناء المجال الكهربائي المباشر (SPIDER).

الاستقطاب والتماسك

للضوء استقطاب ، وهو اتجاه تذبذب المجال الكهربائي أو المغناطيسي. يتكون الضوء غير المستقطب من موجات ضوئية غير متماسكة ذات زوايا استقطاب عشوائية. يتجول المجال الكهربائي للضوء غير المستقطب في جميع الاتجاهات، ويتغير طوره خلال فترة تماسك الموجتين الضوئيتين. سينقل مستقطب ماص، مهما كانت زاوية دورانه، نصف شدة الضوء الساقط عند حساب متوسطها على مدى الزمن .

إذا انحرف المجال الكهربائي بمقدار ضئيل، فسيكون الضوء مستقطباً جزئياً، بحيث ينقل المستقطب عند زاوية معينة أكثر من نصف شدة الضوء. وإذا ما دُمجت موجة مع نسخة منها مستقطبة عمودياً ومتأخرة عنها بفترة زمنية أقل من زمن التماسك، يتولد ضوء مستقطب جزئياً.

يُمثَّل استقطاب شعاع الضوء بمتجه على كرة بوانكاريه . بالنسبة للضوء المستقطب، تقع نهاية المتجه على سطح الكرة، بينما يكون طول المتجه صفراً بالنسبة للضوء غير المستقطب. أما بالنسبة للضوء المستقطب جزئياً، فيقع المتجه داخل الكرة.

التماسك الكمي

تعتمد الخاصية المميزة لموجات المادة الكمومية ، وهي تداخل الموجات، على التماسك. وبينما استُلهمت في البداية من التماسك البصري، فقد وسّع الفهم النظري والتجريبي للتماسك الكمومي هذا الموضوع بشكل كبير. [ 19 ]

تماسك موجات المادة

أبسط امتداد للتماسك البصري هو تطبيق المفاهيم البصرية على الموجات المادية . على سبيل المثال، عند إجراء تجربة الشق المزدوج باستخدام الذرات بدلًا من الموجات الضوئية، يُنشئ شعاع ذري متوازي بدرجة كافية دالة موجية ذرية متماسكة تُضيء كلا الشقين. [ 20 ] يعمل كل شق كشعاع منفصل ولكنه متوافق في الطور، مساهمًا في نمط الشدة على الشاشة. ينتج عن هذين المساهمتين نمط شدة يتكون من نطاقات ساطعة نتيجة التداخل البنّاء، متداخلة مع نطاقات مظلمة نتيجة التداخل الهدّام، على شاشة أخرى. وقد تم إثبات العديد من الاختلافات لهذه التجربة. [ 21 ] : 1057

كما هو الحال مع الضوء، يُتحكم في التماسك العرضي (عبر اتجاه الانتشار) لموجات المادة عن طريق التوجيه. ولأن الضوء، بجميع تردداته، ينتقل بنفس السرعة، فإن التماسك الطولي والزمني مرتبطان؛ أما في موجات المادة فهما مستقلان. في موجات المادة، يتحكم اختيار السرعة (الطاقة) في التماسك الطولي، بينما يتحكم النبض أو التقطيع في التماسك الزمني. [ 20 ] : 154

البصريات الكمية

أدى اكتشاف تأثير هانبري براون وتويس - أي ترابط الضوء عند التزامن - إلى ابتكار غلاوبر [ 22 ] لتحليل التماسك الكمومي الفريد. يصبح التماسك البصري الكلاسيكي حدًا كلاسيكيًا للتماسك الكمومي من الدرجة الأولى؛ وتؤدي درجات التماسك الأعلى إلى العديد من الظواهر في البصريات الكمومية .

التماسك الكمي العياني

يؤدي التماسك الكمومي على المستوى العياني إلى ظواهر جديدة، تُعرف بالظواهر الكمومية العيانية . فعلى سبيل المثال، يُعد الليزر والموصلية الفائقة والميوعة الفائقة أمثلة على أنظمة كمومية عالية التماسك، تظهر آثارها بوضوح على المستوى العياني. يرتبط التماسك الكمومي العياني، الذي يُظهر ترتيبًا بعيد المدى غير قطري (ODLRO) [ 23 ] [ 24 ] في حالة الميوعة الفائقة وضوء الليزر، بالتماسك من الدرجة الأولى (جسم واحد) / ODLRO، بينما ترتبط الموصلية الفائقة بالتماسك من الدرجة الثانية / ODLRO. (بالنسبة للفيرميونات، مثل الإلكترونات، لا يُمكن إلا وجود رتب زوجية من التماسك / ODLRO). أما بالنسبة للبوزونات، فإن مكثف بوز-أينشتاين يُعد مثالًا على نظام يُظهر تماسكًا كموميًا عيانيًا من خلال حالة جسيم مفرد متعددة الإشغال.

يُظهر المجال الكهرومغناطيسي الكلاسيكي تماسكًا كميًا على المستوى العياني. وأبرز مثال على ذلك هو إشارة الموجة الحاملة في الراديو والتلفزيون، والتي تُحقق وصف غلاوبر الكمي للتماسك.

التماسك الكمي كمورد

قام إم بي بلينيو وزملاؤه بصياغة عملية للترابط الكمومي كنظرية للموارد. وقدّموا رتابة الترابط المشابهة لرتابة التشابك. [ 25 ] وقد ثبت أن الترابط الكمومي مكافئ للتشابك الكمومي [ 26 ] بمعنى أنه يمكن وصف الترابط بدقة على أنه تشابك، وبالعكس، فإن كل مقياس للتشابك يقابله مقياس للترابط.

التطبيقات

التصوير المجسم

تشمل عمليات التراكب المتماسكة لحقول الموجات الضوئية التصوير المجسم. وقد استُخدمت الصور المجسمة كفن وكعلامات أمنية يصعب تزويرها.

مجالات الموجات غير البصرية

وتتعلق تطبيقات أخرى بالتراكب المتماسك لحقول الموجات غير البصرية . ففي ميكانيكا الكم، على سبيل المثال، يُنظر في حقل احتمالي، يرتبط بدالة الموجة.ψ(ر){\displaystyle \psi (\mathbf {r} )}(تفسير: كثافة سعة الاحتمال). تتناول التطبيقات هنا، من بين أمور أخرى، تقنيات الحوسبة الكمومية المستقبلية وتقنية التشفير الكمومي المتاحة حاليًا . بالإضافة إلى ذلك، تُناقش مسائل الفصل الفرعي التالي.

يُستخدم التماسك للتحقق من جودة دوال النقل (FRFs) المقاسة. قد ينتج انخفاض التماسك عن ضعف نسبة الإشارة إلى الضوضاء، و/أو عدم كفاية دقة التردد.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 م. بورن؛ إ. وولف (1999). مبادئ البصريات (  الطبعة السابعة). مطبعة جامعة كامبريدج . ISBN 978-0-521-64222-4.
  2. ↑ روديجر، باشوتا. "مقالة حول التماسك في موسوعة RP للفوتونيات" . موسوعة RP للفوتونيات . تم الاطلاع عليها بتاريخ 7 يونيو 2023 .
  3. ↑ وولف، إميل (2007). مقدمة في نظرية التماسك واستقطاب الضوء . كامبريدج: مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-82211-4. OCLC 149011826 . 
  4. ↑ بورن، ماكس؛ وولف، إميل (1993). مبادئ البصريات: النظرية الكهرومغناطيسية لانتشار الضوء وتداخله وانعراجه (الطبعة السادسة، معاد طباعتها مع تصحيحات ). أكسفورد: دار بيرغامون للنشر. ISBN  978-0-08-026481-3.
  5. ↑ هيشت (1998). البصريات ( الطبعة الثالثة). أديسون ويسلي لونجمان. الصفحات 554-574 . ISBN   978-0-201-83887-9.
  6. ↑ شين. ك، هاموند. ج. أساسيات معالجة الإشارات لمهندسي الصوت والاهتزاز . جون وايلي وأولاده، 2008.
  7. ↑ رولف ج. وينتر؛ أفرايم م. شتاينبرغ (2008). "التماسك" . أكسس ساينس . ماكجرو هيل . doi : 10.1036/1097-8542.146900 .
  8. ↑ لاودون، رودني (2000). نظرية الكم للضوء . مطبعة جامعة أكسفورد . ISBN 978-0-19-850177-0.
  9. ↑ ليونارد ماندل؛ إميل وولف (1995). التماسك البصري والبصريات الكمية . مطبعة جامعة كامبريدج . ISBN 978-0-521-41711-2.
  10. ↑ أرفيند ماراثاي (1982). عناصر نظرية التماسك البصري . جون وايلي وأولاده . ISBN 978-0-471-56789-9.
  11. 1 2 3 4 هيشت، يوجين (2002). البصريات ( الطبعة الرابعة). الولايات المتحدة الأمريكية: أديسون ويسلي. ISBN  978-0-8053-8566-3.
  12. ↑ بينغ، جيه.-إل.؛ ليو، تي.-إيه.؛ شو، آر.-إتش. (2008). "عداد التردد البصري القائم على مشطين ليزريين ليفيين مقفلين النمط". الفيزياء التطبيقية ب . 92 (4): 513. Bibcode : 2008ApPhB..92..513P . doi : 10.1007/s00340-008-3111-6 . S2CID 121675431 . 
  13. ↑ كريستوفر جيري؛ بيتر نايت (2005). مقدمة في البصريات الكمية . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-52735-4.
  14. ↑ يجب تغيير هذا الشكل لأن الموجة الخضراء فيه ليست نسخة طبق الأصل من الموجة الحمراء؛ فكلتاهما موجات أحادية اللون بترددات مختلفة قليلاً. الشكل الصحيح هو مزيج من موجة ترددية ونسختها المتأخرة لتتوافق مع الشكل ووصفه الحالي.
  15. ↑ صالح، تايخ. أساسيات الفوتونيات . وايلي.
  16. ↑ غودمان (1985). البصريات الإحصائية ( الطبعة الأولى). وايلي-إنترساينس. الصفحات 210، 221. ISBN   978-0-471-01502-4.
  17. ↑ هودجمان، إس إس؛ دال، آر جي؛ مانينغ، إيه جي؛ بالدوين، كيه جي إتش؛ تروسكوت، إيه جي (2011). "القياس المباشر للترابط بعيد المدى من الرتبة الثالثة في مكثفات بوز-أينشتاين". مجلة ساينس . 331 (6020): 1046-1049 . Bibcode : 2011Sci...331.1046H . doi : 10.1126/science.1198481 . PMID 21350171. S2CID 5336898 .  
  18. ↑ بينكوك، س. (25 فبراير 2011). "ليزر بارد يجعل الذرات تسير في تناغم زمني" . علوم ABC . موقع ABC News الإلكتروني . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 مارس 2011 .
  19. ↑ ستريلتسوف، ألكسندر؛ أديسو، جيراردو؛ بلينيو، مارتن ب. (30-10-2017). "ندوة: التماسك الكمي كمورد" . مراجعات الفيزياء الحديثة . 89 (4) 041003. arXiv : 1609.02439 . Bibcode : 2017RvMP...89d1003S . doi : 10.1103/RevModPhys.89.041003 . ISSN 0034-6861 . S2CID 62899253 .  
  20. 1 2 آدامز، سي إس؛ سيجل، إم؛ ملينك، جيه (مايو 1994). "بصريات الذرة" . تقارير الفيزياء . 240 (3): 143-210 . Bibcode : 1994PhR...240..143A . doi : 10.1016/0370-1573(94)90066-3 .
  21. ↑ كرونين، ألكسندر د.؛ شميدماير، يورغ؛ بريتشارد، ديفيد إي. (28-07-2009). "البصريات والتداخل الضوئي مع الذرات والجزيئات" . مراجعات الفيزياء الحديثة . 81 (3): 1051-1129 . arXiv : 0712.3703 . Bibcode : 2009RvMP...81.1051C . doi : 10.1103/RevModPhys.81.1051 . hdl : 1721.1/52372 . ISSN 0034-6861 . S2CID 28009912 .  
  22. ↑ غلاوبر، روي ج. (15 يونيو 1963). "النظرية الكمية للتماسك البصري" . مجلة Physical Review . 130 (6): 2529-2539 . Bibcode : 1963PhRv..130.2529G . doi : 10.1103/PhysRev.130.2529 . ISSN 0031-899X . 
  23. ↑ بنروز، أو.؛ ​​أونساغر، ل. (1956). "تكثيف بوز-أينشتاين والهيليوم السائل". مجلة الفيزياء 104 (3): 576-584 . Bibcode : 1956PhRv..104..576P . doi : 10.1103/physrev.104.576 .
  24. ↑ يانغ، سي إن (1962). "مفهوم الترتيب بعيد المدى غير القطري والأطوار الكمومية للهيليوم السائل والموصلات الفائقة". مجلة الفيزياء الحديثة 34 (4): 694-704 . رمز Bibcode : 1962RvMP...34..694Y . doi : 10.1103/revmodphys.34.694 .
  25. ↑ باومغراتز، ت.؛ كرامر، م.؛ بلينيو، م.ب. (2014). "قياس التماسك". مجلة Physical Review Letters، 113 ( 14 )، 140401. arXiv : 1311.0275 . Bibcode : 2014PhRvL.113n0401B . doi : 10.1103/physrevlett.113.140401 . PMID: 25325620. S2CID : 45904642 .  
  26. ↑ تان، كيه سي؛ جيونغ، إتش. (2018). "التشابك كجزء متناظر من التماسك المترابط". مجلة Physical Review Letters ، 121 (22)، 220401. arXiv : 1805.10750 . Bibcode : 2018PhRvL.121v0401T . doi : 10.1103/PhysRevLett.121.220401 . PMID: 30547638. S2CID : 51690149 .