ما هو مبدأ الشك

مبدأ الشك أو مبدأ عدم التأكد، هو أحد المصطلحات الفيزيائية، التي تشير إلى أن موضع وسرعة الجسم لا يمكن قياسهما بشكلٍ مؤكدٍ، فهناك عدة احتمالاتٍ لهما. وقد تم توضيح هذا المبدأ من قبل العالم الألماني الشهير فيرنر هايزنبرغ في عام 1927 م.

حيث أن (Δp): هي الزخم، أما (Δx) هي موضع الجسيم، فكلما زادت دقة الموضع، قل الزخم (الزخم هو حاصل ضرب كتلة الجسيم في سرعته) والعكس صحيح.

ولد فيرنر هايزنبرغ في 5 ديسمبر عام 1901 م، في فورتسبورغ بألمانيا، ودرس الفيزياء والرياضيات في جامعة لودفيغ ماكسيميليان في ميونخ، وحصل على الدكتوراة في عام 1923 م، واقترح مبدأ الشك أو عدم التأكد في عام 1927 م، وحصل على جائزة نوبل في الفيزياء في عام 1932 م، في عمر 31، أي في سن الشباب، وظل قائمًا في بريطانيا على رأس الأبحاث الألمانية بشأن الانشطار النووي أثناء حروب أدولف هتلر، وعمل على إعادة بناء علوم ألمانيا بعد خسائر الحرب العالمية، وكان له دورٌ واضحٌ في نجاح برامج أبحاث الفيزياء النووية والطاقة العالية في ألمانيا.

تميز هايزنبرغ في الفيزياء والفلسفة وشغل عدة مناصبَ هامةٍ في داخل وخارج ألمانيا، وألقى العديد من المحاضرات عن الفيزياء النظرية وغيرها من الموضوعات، وتوفي بسبب سرطان الكلية والمثانة في 1 فبراير عام 1976 م عن عمر يناهز 74 عامًا.

تقوم فكرة هايزنبرغ على عدم التأكد والتي استند فيها ميكانيكا الكم، والتي ابتكرها العلماء لفهم سلوك الذرات، الذي كان يضع العديد من علامات الاستفهام أمام العلماء، فطور علماء الفيزياء الفكرة إلى أن توصلوا لنظرية الكم والتي تقوم على فكرة الاحتمالات، فلا شيء مؤكد في الفيزياء، ومن بين اقتراحات نظرية الكم أن الطاقة لا تنتقل في صورةٍ مستمرةٍ، ولكنها تتواجد في شكل حزمٍ منفصلةٍ تسمى الكوانتا، والضوء عبارة عن تدفقاتٍ من هذه الحزم.

لكن هايزنبرغ قد وجد أن هناك مشكلةً في الطريقة التي يمكن بها قياس الخواص الفيزيائية الأساسية للجسيم في نظام الكم، مما دفعه للتفكير في هذا الأمر، حتى توصل إلى مبدأ الشك أو عدم التأكد، فقد ساعدنا مبدأ هايزنبرغ في معرفة لماذا لا تنفجر الذرات والتوصل إلى حقيقة أن القضاء ليس فارغًا، كما زاد قدرتنا على استيعاب سبب تألق الشمس.

مثال على ذلك، الذرة، حيث تتواجد داخل الذرات جسيماتٌ سالبةٌ وهي الإلكترونات، ونواة الذرة موجبة الشحنة، فمن المنطقي وطبقًا للفيزياء الكلاسيكية أن الإلكترونات السالبة تنجذب للنواة الموجبة، ومع ذلك فإن هذا التجاذب لا يحدث مما يضع الفيزياء الكلاسيكية في مأزقٍ لتفسير هذه الظاهرة الغريبة.

تأتي ميكانيكا الكم وتفسر هذه الحالة من منظور مبدأ الشك أو عدم التأكد لهايزنبرغ والذي يشير إلى أنه إذا انجذب الإلكترون إلى النواة، في هذه الحالة يمكن تحديد موضعه تمامًا في فضاء الذرة، وستكون نسبة الخطأ في قياسه ضئيلةً للغاية، مما يعني أن الخطأ في قياس زخمه، سيكون كبيرًا جدًا، وفي هذه الحالة، سيملك الإلكترون طاقةً تساعده على الخروج من الذرة تمامًا، لكن هذا لا يحدث لأن الإلكترون لا يقترب من النواة، وحفظ التوازن، طبقا لمبدأ الشك.

تتكون جسيمات ألفا من بروتونين ونيوترون، ينبعثون من النوات الثقيلة للذرات مثل نواة ذرة اليورانيوم، وعادةً ما تحتاج هذه البروتونات والنيوترونات إلى طاقةٍ كبيرةٍ لكسر الروابط، التي تبقيه داخل النواة، فسرعة جسيمات ألفا الموجودة داخل النواة محددة، ولكن موقعها غير محددٍ، مما يعني أنه هناك فرصة ما ولو ضئيلة بأن يتكون الجسيم خارج النواة، بالرغم من أنه لا يملك الطاقة اللازمة لهروبه من النواة، ولكنه يهرب من خلال جسمٍ أو نفقٍ يعرف باسم النفق الكمومي.

تحدث الجسيمات الذرية نفقًا كميًّا مماثلًا لذلك الذي تحدثه أشعة ألفا عند تحللها، في الاتجاه المعاكس لمركز الشمس، كما يسمح باتحاد البروتونات معًا وتطلق طاقة تسمح للشمس بأن تتألق، فدرجات حرارة مركز الشمس غير مرتفعة للحد الذي يسمح للبروتونات التغلب على التنافر الكهربائي المتبادل، لكن مبدأ الشك ساعد في تفسير هذا اللغز عندما افترض قدرة الجسيمات أن تعبر خلال نفق الطاقة.