Ad

ميكانيكا الكم هي أحد أغرب علوم الفيزياء الحديثة. فهي علم يتكون من عدد من النظريات الفيزيائية المترابطة ظهرت لتفسير الظواهر الفيزيائية على مستوى الذرة و الجسيمات دون الذرية. قال عنه العالم ريتشارد فاينمان أن ميكانيكا الكم هي النظرية التي يستخدمها الجميع ولا يفهمها أحد! لأن نتائجها غير مقبولة من قبل الجمهور غير العلمي وحتى طلاب الفيزياء أحياناً. وذلك غالباً لأننا نطبق تفسير الظواهر التي نراها ونتعامل معها يومياً على كل شيء في الكون. ولكن الميكانيكا التي نحتاجها لتفسير الظواهر على المستوى الذري ودون الذري تختلف عن الميكانيكا التي نتعامل معها يومياً والتي وضعها نيوتن. حيث أن الظواهر التي تحدث على المستوى الذري ودون الذري لا يمكن تفسيرها بما نملكه من علم نستخدمه يومياً. ولذلك فإن ميكانيكا الكم تعد من العلوم الفيزيائية الغريبة إلى حد ما. ولكن ما هي ميكانيكا الكم ؟[1]

ما هي ميكانيكا الكم ؟

ميكانيكا الكم هي نظرية تدرس المادة والطاقة على مستويات صغيرة جداً. وتدرس سلوك وبنية المكونات الأساسية والأولية للطبيعة كالذرة ومكوناتها وبعض القوى الأساسية في الطبيعة. وتنتشر الظواهر الكمية حولنا بشكل أساسي وكبير، ولكن من شبه المستحيل رصدها من قبل الأشخاص أمثالنا. حيث أنها تقتصر على الجسيمات كالإلكترونات والبروتونات والفوتونات. وذلك ما يعطي انطباع على أن ميكانيكا الكم علم غريب أو أنها من عالم آخر. ولكن في الحقيقة فإن ميكانيكا الكم تملأ الكثير من الفجوات في طريقة فهمنا للفيزياء لتعطينا بذلك تفسيراً أكثر وضوحًا لحياتنا اليومية.

وقد تم إدخال الاكتشافات الكمية في طريقة فهمنا الأساسية للمواد، كالكيمياء، والأحياء، وعلوم الفضاء. وشكلت ميكانيكا الكم مصدر ثمين وحجر الأساس للكثير من الاختراعات مثل الليزر والترانزستور. ويدرس العلماء احتمالية تفسير ميكانيكا الكم للجاذبية واتصالها مع المكان والزمان. ويصل الجنون في هذه النظرية إلى حد إمكانية تفسيرها أن كل شيء في الكون (أو في الأكوان الأخرى) مرتبط بشكل أو بآخر بكل شيء عبر مجموعة من الأبعاد العليا التي لا يمكن لحواسنا إدراكها.[1] [2]

تاريخ ميكانيكا الكم

تم وضع ميكانيكا الكم في أواخر القرن التاسع عشر وبدايات القرن العشرين. حيث قدم العالم الألماني ماكس بلانك عام 1900 م الفرضية الكمومية التي تنص على أن أي نظام ذري يشع، يمكن تقسيمه نظرياً إلى عدد من وحدات الطاقة بحيث تتناسب كل وحدة طردياً مع التردد الذي تنتجه في مستويات طاقة محددة. ويمكن حساب قيمة وحدات الطاقة باستخدام ثابت طرحه بلانك سمي باسمه “ثابت بلانك”. ولكن لم يهتم بلانك في البداية، ولكن تغير ذلك مع مرور الزمن ومع تمكن النظرية الكمومية من تفسير العديد من الظواهر التي لم يكن لها تفسير في الفيزياء الكلاسيكية. حتى جاء العالم آينشتاين عام 1905 م وقدم تفسيراً مؤيداً لبلانك للنظرية الكهروضوئية. حيث أشار آينشتاين إلى أن الضوء ليس موجة متصلة، ولكنه عبارة عن جسيمات أطلق عليها اسم الفوتونات تحمل طاقات محددة يمكن حسابها باستخدام ثابت بلانك.

غيّرت النظرية الكمومية تصورنا للذرة التي تتكون من نواة محاطة بالإلكترونات. وقد صوّرت هذه النظرية الإلكترونات على أنها جسيمات تدور حول الذرة بشكل منتظم من دون إمكانية تحديد مكانها في الذرة بشكل دقيق. حيث أن ما تقدمه هذه النظرية مجرد احتمالات عن مكان وجود الإلكترونات. وقالت النظرية أيضاً بأنه يمكن للإلكترونات أن تنتقل بين مستويات الطاقة المختلفة وذلك لأن الذرات تفقد أو تكسب إلكترونات في الكثير من المواضع. ولكن لا يمكن إيجاد الإلكترونات بين المدارات بشكل عشوائي لأن ذلك سيعمل على إسقاط بنية الذرة المستقرة.[2] وقد عمل الكثير من العلماء على تطوير هذه النظرية ومن أهمهم:

  • ماكس بلانك
  • ألبرت آينشتاين
  • نيلز بور
  • لويس دي بروي
  • ماكس بورن
  • بول ديراك
  • ويرنر هايزنبيرغ
  • باولي
  • شرودنجر
  • ريتشارد فاينمان

غرابة وجنون نظرية الكم!

تقول ميكانيكا الكم بأن حياتنا اليومية ما هي إلا جزء ضئيل من الكون. وتقول هذه النظرية بأنه لا وجود للحاضر والماضي والمستقبل بأشكاله المستقلة. فكل شيء مرتبط ببعضه البعض، حيث أنه يمكن للمستقبل أن يؤثر بالماضي والعكس. فكيف يكون ذلك؟

في الماضي كان الاعتقاد السائد بأن المادة عبارة عن وحدات دائرية الشكل مصمتة لا يمكن تجزئتها إلى وحدات أصغر وسميت بالذرات. ولكن مم تتكون؟ وقتها لم يكن أحد يعرف إجابة هذا السؤال. ولهذا السبب فشل العلماء في تفسير توهج مصباح أديسون. وتصارع العلماء في محاولة تفسير هذه الظاهرة. حتى جاء بلانك ونجح في تفسير الطاقة (الضوء) حيث قال مثلما ذكرنا سابقاً بأن الضوء يتكون من جسيمات صغيرة، وأيد هذه النظرية العالم نيلز بور حيث قدم تفسيراً منطقياً لكيفية انطلاق الضوء من الذرات. فقال بأن الإلكترونات إذا اكتسبت طاقة بقيمة معينة فإنها تنتقل من مستوى طاقة إلى آخر. وبما أن الذرة تميل إلى الاستقرار فإن هذه الإلكترونات ستعود إلى مدارها الأصلي. وعندما تعود ستطلق الطاقة التي اكتسبتها على شكل ضوء. وهذا ما أيّد وبشدة ما قاله بلانك.

وبعدها خرج آينشتاين بنظرية الكهروضوئية ليؤيد بذلك نظرية ميكانيكا الكم أيضاً. ولكن بعد وضع النظرية الكهروضوئية فتحت أبواب الجحيم في الفيزياء. فقد استنتج آينشتاين بأن الضوء عبارة عن جسيمات. ولكن جاء بعدها العالم هوك أثبت بأن الضوء عبارة عن أمواج أي أنها عبارة عن اضطرابات، ولكن اضطراب ماذا؟ بما أن هناك اضطراب فيجب أن يحدث على مادة مثل موجات البحر الناتجة عن اضطراب الماء. ولكن لأن الضوء ليس مادة فما الشيء الذي يحدث له الاضطراب والذي ينتج الضوء؟! فعاد آينشتاين وافترض الطبيعة المزدوجة للضوء. ولكن بعدها قال دي بروي بأن الإلكترون يمكن أن يكون موجة وبالتالي فإن الذرة عبارة عن موجة. وبذلك فإن المادة عبارة عن أمواج، وبذلك فنحن وكل شيء حولنا عبارة عن أمواج! [2]

قطة شرودنجر

أحد التجارب الغريبة في عالم ميكانيكا الكم، حيث تخيل العالم شرودنجر وضع قطة في صندوق مغلق يحتوي على عداد غايغر ( وهو جهاز حساس يعمل على رصد الإشعاعات والإلكترونات المقذوفة بشكل دقيق ) وعلى مطرقة ومادة مشعة وزجاجة تحتوي على حمض الهيدروسيانيك، حيث يكون احتمال تحلل ذرة واحدة واطلاقها للإلكترونات خلال ساعة أمراً ممكناً، وعند رصد عداد غايغر للإلكترونات المقذوفة يعمل على تحطيم زجاجة الحمض بواسطة المطرقة وبذلك تموت القطة على الفور. وتكون المعضلة بذلك معرفة ما إذا كانت القطة ميتة أم على قيد الحياة بعد مرور الساعة دون فتح الصندوق !

من وجهة نظر ميكانيكا الكم فإن القطة بعد مرور الساعة تكون في حالة مركبة بين الحياة والموت ! أي أن القطة ليست حية وليست ميتة أيضاً وإنما حية وميتة في نفس الوقت.

وتباينت آراء العلماء بخصوص ميكانيكا الكم بشكل عام وبخصوص هذه التجربة بشكل خاص، فمثلاً قال ستيفن هوكينغ “إذا جاء إلي أحد وأراد ذكر قطة شرودنجر سأرفع عليه بندقيتي!”

وفي النهاية ومهما خضنا في هذا العلم فإنه سيكون من الصعب جداً فهمه بشكل كامل.

المصادر

  1. Wikipedia
  2. Caltech

سعدنا بزيارتك، جميع مقالات الموقع هي ملك موقع الأكاديمية بوست ولا يحق لأي شخص أو جهة استخدامها دون الإشارة إليها كمصدر. تعمل إدارة الموقع على إدارة عملية كتابة المحتوى العلمي دون تدخل مباشر في أسلوب الكاتب، مما يحمل الكاتب المسؤولية عن مدى دقة وسلامة ما يكتب.


فيزياء

User Avatar

Yousef Yaghi

.


عدد مقالات الكاتب : 13
الملف الشخصي للكاتب :

شارك في الإعداد :
تدقيق لغوي : abdalla taha

مقالات مقترحة

التعليقات :

اترك تعليق