نضرية الكم معلومات شاملة

محتويات

١ مقدمة
٢ الحاجة إلى ميكانيكا الكم وحدود الميكانيكا الكلاسيكية
٣ إشعاع الجسم الأسود
٤ بعض الأفكار الأساسية في ميكانيكا الكم
٬ المرجع

١ مقدمة

نظرية الكم أو ما يُشار إليه عادةً بميكانيكا الكم هي جزء من الفيزياء الحديثة، وهي النظرية التي تهتم بدراسة سلوك المادة والضوء في المستوى الذري والدون ذري (أي بأبعاد تُقاس بالنانومتر على الأكثر، حيث إن النانومتر الواحد يساوي 1×10-9 متر).
تحاول ميكانيكا الكم تفسير سلوك الذرة ومكوّناتها الأساسية (مثل البروتونات، والنيوترونات، والإلكترونات) والمكونات الأساسية الأصغر حجماً (مثل الكواركات (بالإنجليزية: Quarks)) مجتمعة أو كلٌ على حدة.
‏سينتهي هذا الإعلان خلال 20 عند دراسة الميكانيكا الكلاسيكية فإننا نهتم بوصف الأجسام التي يُمكننا التعامل معها في حياتنا اليومية، وهو الأمر الممكن واليسير، لكن الأمر مختلفٌ في ميكانيكا الكم كما سوف نرى.
عند دراسة أي نظام كلاسيكي فإننا نقوم بتحديد موقعه وزخمه الابتدائيين، ثم نقوم بتحديد القوى المؤثرة على هذا الجسم، وبهذا يمكننا التنبؤ بكل شيء يتعلق بهذا النظام (أي إننا يمكننا أن نتبنأ بموقع النظام بعد مرور زمنٍ معين، أو سرعته أو تسارعه، بل وحتى يمكننا التنبؤ بهذه الأشياء وغيرها في الماضي)، ومن الجدير بالذكر أنه يُمكننا رصد كل هذه الكميات الفيزيائية بمختلف الطرق.
ميكانيكا الكم تهتم أيضاً بدراسة الكميات القابلة للرصد مثل الزخم والموقع، لكن الأمر هنا مختلفٌ قليلاً، إذ إنه لا يمكن التنبؤ بسلوك النظام الذري (أو دون الذري) في المستقبل أو في الماضي، وذلك بسبب استحالة تحديد الحالة الابتدائية لأي نظام بدقة، فلا يمكن تحديد موقع وزخمه معاً؛ حيث إنه سوف يكون هناك نسبة من الريبة (بالإنجليزية: Uncertainty) عند محاولة تحديد هاتين الكميتين بشكلٍ متزامن فعلى سبيل المثال إذا قمنا بتحديد موقع جسيمٍ بدقة عالية، فإنه لن يكون بالإمكان تحديد زخم هذا الجسيم، وبالتالي لن يكون بالإمكان تحديد موقعه في المستقبل!

٢ الحاجة إلى ميكانيكا الكم وحدود الميكانيكا الكلاسيكية :

بالتأكيد الفيزياء علم قائم على التجربة بشكلٍ أساسي، ويجب على أي نظرية أن توافق التجارب تماماً قبل الاعتراف بصحة هذه النظرية لتكون نظرية فيزيائية./بعد نصف القرن التاسع عشر أظهرت نتائج بعض التجارب المتعلقة بدراسة سلوك الذرات والجزيئات نتائج غير موافقة (غير موافقة تماماً، أو غير موافقة بشكلٍ كامل) للتفسير الكلاسيكي لهذه الظواهر، ومن هنا ظهرت الحاجة لإعادة التفكير في بعض مبادئ الفيزياء الأساسية وظهرت ميكانيكا الكم. الحاجة إلى نظرية الكم برزت من عجز الفيزياء الكلاسيكية تفسير بعض الظواهر، وكان من أبرز هذه الظواهر إشعاع الجسم الأسود، والظاهرة الكهروضوئية، وتأثير كومبتون، بالإضافة إلى خطوط الانبعاث لذرة الهيدروجين./الحاجة لتفسير هذه الظواهر وغيرها ولدت ميكانيكا الكم، وميكانيكا الكم بدورها ولدت تفسيراً للعديد من الظواهر الأخرى الأكثر تعقيداً، والتي لربما لم نكن لنتمكن من ملاحظتها لولا ظهور ميكانيكا الكم في الأساس.

٣ إشعاع الجسم الأسود :

أي جسم موجود في الطبيعة يقوم بإشعاع أمواج كهرومغناطيسية بأطوال موجية مختلفة، والجسم الذي يُعيد إشعاع جميع الأشعة الساقطة عليه بشكلٍ كاملٍ يُسمي (بالجسم الأسود)./ويظهر منحنى إشعاع الجسم الأسود (بالإنجليزية:/ Black Body Radiation) أن بعض الأطوال الموجية التي يُشعّها هذا الجسم سوف تمتلك طاقة أعلى من غيرها (بشكلٍ عام فإنه سوف يمتلك كل طول موجي من الطيف الكهرومغناطيسي مقداراً خاصّاً به من الطاقة)./منحنى الجسم الأسود (أو الطيف الذي سوف يشعّه الجسم الأسود) يعتمد فقط على درجة حرارة الجسم الأسود.

٤ بعض الأفكار الأساسية في ميكانيكا الكم :

يوجد العديد من الأفكار المهمة والأساسية جداً في ميكانيكا الكم، والتي يقوم عليها هذا العلم، وفيما يأتي سوف نذكر بعض هذه الأفكار:/ الطاقة تأتي على شكل حزم منفصلة تُعرف بالكمّات ولا يمكن أن تأتي على شكل حزمة متصلة./لا يمكن تطبيق الفيزياء الكلاسيكية في المستوى الذري على الظواهر الطبيعية (مثل قوانين نيوتن) فهي ستفشل في تفسير الظاهرة./مبدأ عدم التحديد (بالإنجليزية:/ The Uncertainty Principle) وهو المبدأ الذي يُخبرنا بعدم مقدرتنا على تحديد موقع الجسيم وزخمه بدقة عالية بشكلٍ متزامن (أيضاً يمكن تطبيقه على الطاقة وعلى الزمن، إذ إنه لا يمكن تحديد طاقة النظام بدقة وكم من الوقت سوف يبقى محتفظاً بهذه الطاقة).