العلوم والتكنولوجيا

ما هي ميكانيكا الكم ولم هي معقدة؟

تعتبر ميكانيكا الكم من أغرب علوم الفيزياء الحديثة. إنه علم يتكون من عدد من النظريات المترابطة للفيزياء التي نشأت لشرح الظواهر الفيزيائية على مستوى الذرات والجسيمات دون الذرية. قال عنه العالم ريتشارد فاينمان أن ميكانيكا الكم هي النظرية التي يستخدمها الجميع ولا يفهمها أحد! لأن نتائجها لا تقبل من قبل الجمهور غير العلمي وأحيانًا حتى من قبل طلاب الفيزياء. هذا بشكل أساسي لأننا نطبق شرح الظواهر التي نراها ونتعامل معها بشكل يومي على كل شيء في الكون. لكن الميكانيكا التي نحتاجها لشرح الظواهر على المستويات الذرية ودون الذرية تختلف عن الآليات التي نتعامل معها يوميًا والتي أنشأها نيوتن. لأن الظواهر التي تحدث على المستويات الذرية ودون الذرية لا يمكن تفسيرها بالمعرفة التي لدينا واستخدامها بشكل يومي. لذلك ، فإن ميكانيكا الكم هي علم طبيعي غريب نوعًا ما. لكن ما هي ميكانيكا الكم؟[1]

محتوى المقال:

ما هي ميكانيكا الكم؟

ميكانيكا الكم هي نظرية تدرس المادة والطاقة على مستويات صغيرة جدًا. يدرس سلوك وبنية المكونات الأساسية والأولية للطبيعة ، مثل الذرة ومكوناتها وبعض القوى الأساسية في الطبيعة. تنتشر الظواهر الكمية في كل مكان حولنا ، لكن يكاد يكون من المستحيل اكتشافها من قبل أشخاص مثلنا. لأنه يقتصر على الجسيمات مثل الإلكترونات والبروتونات والفوتونات. هذا يعطي الانطباع بأن ميكانيكا الكم هي علم غريب أو تأتي من عالم آخر. لكن في الواقع ، تملأ ميكانيكا الكم العديد من الفجوات في الطريقة التي نفهم بها الفيزياء لتعطينا تفسيرًا أكثر وضوحًا لحياتنا اليومية.

يتم دمج الاكتشافات الكمية في فهمنا الأساسي للمواد ، مثل الكيمياء والبيولوجيا وعلوم الفضاء. كانت ميكانيكا الكم موردا قيما وحجر زاوية للعديد من الاختراعات مثل الليزر والترانزستور. يدرس العلماء إمكانية أن تشرح ميكانيكا الكم الجاذبية وعلاقتها بالمكان والزمان. يكمن جنون هذه النظرية في أنه يمكن تفسير أن كل شيء في الكون (أو في أكوان أخرى) مرتبط بطريقة ما بكل شيء من خلال سلسلة من الأبعاد الأعلى التي لا تستطيع حواسنا إدراكها.[1] [2]

تاريخ ميكانيكا الكم

تم تطوير ميكانيكا الكم في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. في عام 1900 ، قدم العالم الألماني ماكس بلانك فرضية الكم التي تنص على أنه يمكن نظريًا تقسيم أي نظام ذري مشع إلى عدد من وحدات الطاقة بحيث تتناسب كل وحدة بشكل مباشر مع التردد الذي تنتجه في مستويات طاقة معينة. يمكن حساب قيمة وحدات الطاقة باستخدام ثابت طرحه بلانك يسمى “ثابت بلانك” من بعده. لكن بلانك لم يهتم في البداية ، لكن ذلك تغير بمرور الوقت ولأن نظرية الكم يمكن أن تفسر العديد من الظواهر التي ليس لها تفسير في الفيزياء الكلاسيكية. حتى أتى العالم إلى أينشتاين عام 1905 م وقدم تفسيراً لصالح بلانك للنظرية الكهروضوئية. أشار أينشتاين إلى أن الضوء ليس موجة مستمرة ، ولكنه بالأحرى جسيمات سماها فوتونات ذات طاقات محددة يمكن حسابها باستخدام ثابت بلانك.

لقد غيرت نظرية الكم تصورنا لذرة تتكون من نواة محاطة بالإلكترونات. وصفت هذه النظرية الإلكترونات على أنها جسيمات تدور حول الذرة بطريقة منتظمة ، دون القدرة على تحديد موقعها الدقيق في الذرة. ما تقدمه هذه النظرية هو مجرد احتمالات لمكان وجود الإلكترونات. قالت النظرية أيضًا أن الإلكترونات يمكن أن تتحرك بين مستويات طاقة مختلفة لأن الذرات تفقد أو تكتسب إلكترونات في العديد من الأماكن. لكن لا يمكن العثور على الإلكترونات بشكل عشوائي بين المدارات لأن ذلك سيؤدي إلى انهيار بنية الذرة المستقرة.[2] عمل كثير من العلماء على تطوير هذه النظرية ، ومن أهمها:

  • ماكس بلانك
  • البرت اينشتاين
  • نيلز بورغ
  • لويس دي برولي
  • ماكس بورن
  • بول ديراك
  • فيرنر هايزنبرغ
  • بوليك
  • شرودنغر
  • ريتشارد فاينمان

غرابة وجنون نظرية الكم!

تقول ميكانيكا الكم أن حياتنا اليومية ليست سوى جزء صغير من الكون. تقول هذه النظرية أنه لا يوجد حاضر وماضي ومستقبل في أشكالها المستقلة. كل شيء متصل ، لأن المستقبل يمكن أن يؤثر على الماضي والعكس صحيح. كيف يمكن أن يكون؟

في الماضي ، كان الاعتقاد السائد هو أن المادة تتكون من وحدات دائرية صلبة لا يمكن تقسيمها إلى وحدات أصغر تسمى الذرات. ولكن مما تتكون؟ في ذلك الوقت ، لم يعرف أحد إجابة هذا السؤال. لهذا السبب ، لم يتمكن العلماء من تفسير توهج لمبة إديسون. كافح العلماء لشرح هذه الظاهرة. حتى جاء بلانك وتمكن من شرح الطاقة (الضوء) ، كما قال ، كما ذكرنا سابقًا ، أن الضوء يتكون من جزيئات صغيرة ، وهذه النظرية أيدها العالم نيلز بور ، الذي قدم تفسيرًا منطقيًا لكيفية ظهور ذرات الضوء. قال إنه عندما تكتسب الإلكترونات طاقة بقيمة معينة ، فإنها تنتقل من مستوى طاقة إلى آخر. نظرًا لأن الذرة تميل إلى الاستقرار ، فإن هذه الإلكترونات ستعود إلى مدارها الأصلي. عندما تعود ، تطلق الطاقة التي اكتسبتها على شكل ضوء. هذا يدعم بقوة ما قاله بلانك.

ثم جاء أينشتاين بنظرية الكهروضوئية لدعم نظرية ميكانيكا الكم أيضًا. ولكن بعد تطوير النظرية الكهروضوئية ، فتحت أبواب الجحيم في الفيزياء. استنتج أينشتاين أن الضوء عبارة عن جسيم. ولكن بعد ذلك جاء العالم هوك ، الذي أثبت أن الضوء موجات ، أي أنها مضطربة ، لكن ما هي الاضطرابات؟ نظرًا لوجود اضطراب ، يجب أن يحدث على مادة مثل أمواج البحر الناتجة عن اضطراب المياه. ولكن بما أن الضوء ليس مادة ، فما هو الشيء الذي يشوه وينتج الضوء ؟! عاد أينشتاين وافترض الطبيعة المزدوجة للضوء. ولكن بعد ذلك قال De Broglie أن الإلكترون يمكن أن يكون موجة ، وبالتالي فإن الذرة عبارة عن موجة. فالمادة هي موجات ، ولذا فنحن وكل ما حولنا موجات! [2]

في النهاية ، مهما تعمقنا في هذا العلم ، سيكون من الصعب جدًا فهمه تمامًا.

مصادر

  1. ويكيبيديا
  2. معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا


نرحب بزيارتكم ، فجميع المقالات الموجودة على الموقع هي ملك لموقع Academy Post ولا يحق لأي شخص أو كيان استخدامها دون الاستشهاد بها كمصدر. تدير إدارة الموقع عملية كتابة المحتوى العلمي دون التدخل المباشر في أسلوب الكاتب ، مما يحمل الكاتب مسؤولية دقة ونزاهة ما يكتبه.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى