ما هي ميكانيكا الكم ولماذا وكيف نشأت ميكانيكا الكم؟

1 إجابة واحدة

جميع النظريات الفيزيائية التي تعاملنا معها حتى الآن تبين لنا كيف تنهار النظريات الكلاسيكية عندما ننتقل إلى عوالم بعيدة عن التجربة المشتركة؛ حيث تفشل فيزياء نيوتن الكلاسيكية عندما يكون لديها أنظمة تتحرك بسرعة كبيرة، أوعندما ننتقل إلى جاذبية قوية جدًا، أو عندما نتعامل مع المساحات الكونية للفضاء، كما تتعطّل أيضًا فيزياء نيوتن الكلاسيكية عندما نتعامل مع أنظمة صغيرة جدّا مثل الذرات الفردية والجسيمات التي صُنعت منها. تعطينا نظرية الكمّ أفضل حساباتنا للطبيعة في المجالات الصغيرة جدًا، حيث جاءت لتنسف كل  قواعد الفيزياء الكلاسيكية، ولم تضع نظرية الكمّ أي تغييرات على أفكار المكان والزمان للنظرية النسبية، حيث تُصاغ معظم نظريات الكمّ في مساحات وأوقات تتوافق مع النظرية النسبية الخاصة لأينشتاين.

ميكانيكا الكم أو النظريّة الكميّة أو الحركة الكميّة جميعها تسميات تدلّ على أكثر نظريات الفيزياء المثيرة للدهشة، والتي يمكن تعريفها كالتالي:

ميكانيكا الكمّ: تعبير فيزيائي يتم استخدامه لوصف أصغر كميّة من الطاقة المنبعثة بشكل ماقطّع والتي يُمكن أن تتبادل بين الجسيمات أو الإلكترونات أو الجزيئات.

ميكانيكا الكمّ حسب كوبنهاجن: نظرية تعتمد على الرّصد والقياس لوصف عالم صغير جدّا، وتسبّب ما هو معروف ب ” انهيار الدّالة الموجيّة”.

أمّا تاريخ ميكانيكا الكم يعود إلى بدايات القرن العشرين، وذلك عندما تتبّع مجموعة من العلماء سلوك الضوء بعد أن قاموا بتسخين غاز ضمن أنبوب زجاجي حيث تساءلوا عن سبب كون الضوء المنبعث من الغاز والمارّ عبر موشور زجاجي لايعطي أطياف خافتة ومبعثرة، وإنّما يُعطي خطوط ضوئية صحيحة منتظمة.

أوّل من تكهّن بأن السبب الأساسي يكمن في جوهر المادة ( في تركيب الذرّة نفسها) هو عالم الفيزياء المعروف ” نيلز بور” حيث اعتبر أن تركيب الذرّة يشبه إلى حد كبير الكواكب في المجموعة الشمسية، لكن إلكترونات الذرّة ليست ثابتة في مدارات محدّدة، وإنما تستطيع القفز و الانتقال من مدار لآخر. وعند تعريض الذرة لدرجة حرارة عالية فإن إلكتروناتها تصبح مُثارة، وتنتقل من مدارهاإلى مدار آخر، ومع كل انتقال من المدار فإن هذه الإلكترونات تُصدر طاقة، وهذه الطّاقة بدورها تنبعث على شكل ضوء له موجات طوليّة معيّنة حسب قرب أو بعد الإلكترون عن النواة، وتُطلق أنواع مختلفة من الضوء، وتدعى حركة الإلكترون هذه ب ” القفزة الكميّة”.

تعتمد نظرية الكم على مفهومين أساسيين:

  • المفهوم الأول: الجسيمات هي موجات، وبعد النظر في تجربة الانشطار المزدوج والتي  خلاصتها ببساطة: وضع لوحين مستويين بشكل متوازي إحداهما مُصمَت والآخر يحتوي على شقّين، وتمرير الإلكترونات من خلال مصدر عبر شقوق اللوح الثاني إلى اللوح الأول، وتكون النتيجة هي توزّع الإلكترونات على كامل اللوح المصمت في أعمدة صحيحة، وليس أمام الشقين فقط. تبيّن  خلال هذه التجربة إنّ التفسير المناسب لسلوك الإلكترونات هو سلوك موجة تتكون من قمم وقيعان، فأثناء  اجتياز موجتين لشقّين في اللوح فإنهما تصلان إلى الجانب الآخر وخلال مرورهما عبر الشق  تتحدد قممهما وقيعانهما؛ فإما أن تتكوّن موجة أكبر، وإما أن يلغي بعضها الآخر.
  • المفهوم الثاني: يلخّصة العلماء، بأنه ليس هنالك أي روابط بين الجزيئات المنفصلة وإنّه لضربٌ من الجنون أن يؤمن أحدهم بالنظرية الكمية حاوية على روابط بين الجزيئات بمفهومها النمطي.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هي ميكانيكا الكم ولماذا وكيف نشأت ميكانيكا الكم؟"؟