ما هي نظرية الكم - علوم الفائقة

ما هي نظرية الكَمّ؟

ميكانيك الكم هي نظرية مركزية في الفيزياء الحديثة التي كان ظهورها هو الثورة الأكثر ديمومة في فيزياء القرن العشرين. تكشف النظرية الكمومية عن وجه جديد في كل ما يلمسه ويضيف طبقات جديدة إليه باستمرار. هناك تكامل متبادل بين هذه النظرية والنسبية ، ولكن في بعض النقاط هناك تناقض بين النظرية الكمية والنسبية العامة ، والتي تم تطويرها كبديل لنظرية الكم. الصعوبة الأكبر في فهم نظرية الكَمْ هي أن العديد من محدداتها تتعارض مع المنطق السليم. حتى لو كان من الممكن صياغة قواعده باستخدام معادلات رياضية مجردة ، فإنه لا يزال من الصعب جدًا تفسير هذه المعادلات بطريقة تناسب المفاهيم اليومية.

تقول نظرية الكَمْ أنه في تناقض مع قاعدة الفيزياء الكلاسيكية ، والتي بموجبها لا تتحرك الطبيعة على قدم وساق ، لا تتغير عمليات معينة وأحجام مادية معينة بشكل مستمر ولكن في جرعات منعزلة. بالإضافة إلى ذلك ، تقول التوراة أن جسيمات المادة تعمل أحيانًا كموجات. وموجات الضوء في بعض الأحيان لها خصائص الجسيمات.

هناك ازدواجية بين الجسيمات والموجة. من المستحيل التنبؤ بشكل مؤكد بتطوير نظام معين ، ولكن فقط في شروط الاحتمال. يمكن للجزيئات أن تتحرك من نقطة إلى نقطة بعيدة نسبيا دون المرور بأي نقطة بين الاثنين ، أي أن تختفي من نقطة واحدة وتظهر في نقطة أخرى.

بدايات فيزياء الكم كانت متواضعة جدا. درس الفيزيائي الألماني ماكس بلانك (1858-1947) مشكلة معينة في نظرية الحرارة المسماة "إشعاع الجسم الأسود". كانت المشكلة، وفقا للصيغ التقليدية ثم الفيزياء، وهي هيئة يبتلع يجب أن يكون كل الطاقة من الإشعاع مفتوحة لانهائي، وهو أمر غير مقبول.

تحديد بلانك أن مصدر التناقض يكمن في افتراض علماء الفيزياء الذين تشع الطاقة جانبي الجسم، وبذلك بشكل مستمر ودون انقطاع، كما تدفق غير المستمر والمتواصل المياه من الصنبور مفتوحا، كما نراه. وقال إن أي نوع من رشقات نارية الطاقة المتوقعة، وقال انه دعا "الكميات" (اسم يأتي من الكلمة اللاتينية Koontom، سحب، بمعنى مبلغ ثابت)، مثل الماء يقطر من الصنبور تسرب في وقت واحد. مع هذا الافتراض الجديد تمكن من حل مشكلة إشعاع الجسم الأسود.

تعتمد كمية الإشعاع الموجودة في كمية واحدة من إشعاع معين على تردد هذا الإشعاع. هذا المقدار هو مضاعف التردد في عدد صغير جداً يسمى ثابت بلانك ويكون حجم هذا الثابت هو 6.626 × 10 -34 . يتم قياس هذا الثابت بوحدات من وحدة ثانية ثانية للطاقة.

أثارت حجة بلانك الكمالية جدلا كبيرا ، كما ، كما لوحظ ، أنه يناقض فكرة أن الطبيعة كانت مستمرة وليست مجزأة. لكن بالفعل في مقالته الأولى ، أظهر بلانك كيف يستمد من ثابت بعض الأرقام الأساسية الأخرى من الفيزياء ، مثل شحنة الإلكترون والثوابت الأخرى. مرت عشرون سنة بين إعلان بلانك عن اكتشافه في عام 1900 وجائزة نوبل ، ولكن في النهاية اعترف الجميع بالعدالة في ادعائه.

مع مرور الوقت أصبح من الواضح أن افتراض بلانك الثوري من شأنه أن يفسر الظواهر الأخرى ، التي كانت حتى ذلك الحين لغزًا. واحدة من هذه الظواهر هي "التأثير الكهروضوئي": عندما يتم عرض الضوء فوق البنفسجي على بعض المعادن فإنها تصدر الإلكترونات. الافتراض الذي يكمن وراء نظرية الكم يمكن أن يفسر هذه الظاهرة. كما استخدم الفيزيائي نيلز بور نظرية الكم عندما شرح طيف الإشعاع لذرة الهيدروجين في عام 1913.

يجادل البعض، وإن كان لا يزال لم يتمكن من إثبات أن الكم له حتى الزمان والمكان - "طول بلانك" (10 -33 سم) والوقت بلانك "(10 -34 ثانية) - والتي بموجبها أنه من المستحيل تقسيم الوقت والفضاء وتعيين أصغر.

كان أهم استخدام لنظرية الكم هو شرح بنية الذرة ، ثم تفسير سلوك الجسيمات الأولية. وكان نيلز بور رائدة في هذا المجال وتبعه علماء آخرين مثل فيرنر هايزنبرغ (فيرنر هايزنبرغ)، بول ديراك (بول ديراك)، وإروين شرودنجر (اروين شرودنجر)، ونظريات تهدف إلى تفسير سلوك أنظمة الكم، وأولا وأخيرا الذرة.

خلال العشرينيات من القرن العشرين ، ناقش الفيزيائيون هذه النظريات المختلفة ، لكنهم في النهاية شرحوا نفس الأشياء بنفس الطريقة ، على الرغم من اختلاف وجهات النظر. الطريقة هي ميكانيكا الكم التي تصف سلوك الجسيمات باستخدام "وظائف الموجة". هذه الوظيفة لا تعطي خصائص الجسيمات المختلفة ، مثل الشحنة الكهربائية ، الفضاء ، الخ ، القيم المطلقة ، لكن القيم الاحتمالية فقط. يمكن تحديد قيمة الميزة عن طريق القياس في المختبر ، ثم تنهار دالة الاحتمال وتتلقى قيمة معينة ، ولكن طالما لم يتم إجراء القياس ، فلا يوجد واقع مطلق لأي قيمة.

بالإضافة إلى ذلك ، أسس هايزنبرغ مبدأ عدم اليقين ، حيث توجد أزواج من القيم المتعلقة بالجسيم حتى لا نتمكن من معرفة كل منهما في نفس الوقت. إذا تم تحديد قيمة أحدها ببعض اليقين ، فإن قيمة الآخر في تلك اللحظة ستكون معروفة بدرجة قليلة من اليقين. وكان الادعاء مذهلة في ذلك الوقت، لأنه حتى ذلك الحين يمتلك كل مبدأ العلوم للدول الحتمية التي هي معروفة لقيم معينة من كل عنصر من عناصر النظام، يمكن توقع سلوكها بالضبط. ويستند هذا المبدأ على افتراض أن نتمكن من التأكد من تلك القيم، وإذا لم يتم معروفة، فذلك لأن جهاز القياس لدينا ليست دقيقة تماما، أو نظريات لدينا هي متطورة جدا، وسوف يتحسن الوضع مع مرور الوقت.

وهنا يأتي هايزنبرغ وأنظمة أثبتت أننا لا نستطيع أن نعرف على وجه اليقين عن قيمهم - ليس بسبب جهاز تجريبي وليس بسبب عيوب النظرية - ولكن لأنه يعمل من الطبيعة.

فائدة نظرية الكم هي أنه من المستحيل فهم بنية المادة بدونها ، تفسير بنية الذرة والجزيء ، الرابطة الكيميائية ، بنية المادة الصلبة ، البلورية وأكثر. بدون هذه النظرية ، لم يكن لدينا أجهزة مثل الليزر والترانزستور ، ولم نتمكن من شرح عملية حرق النجوم. تتوافق نظرية الكم مع الواقع وتحقق درجة غير مسبوقة من الدقة في الفيزياء فيما يتعلق بالمراسلة بين التنبؤات النظرية والنتائج التجريبية.

ارجوا ان يعجبكم الموضوع  تحيات طاقة علوم الفائقة

اشترك في قناتنا على اليوتيوب لنزيد في العطاء

شكرا