الظواهر الناتجة عن التفاعلات الحاصلة بين الإلكترونات والفوتونات

1997 عجائب الضوء والمادة تجريباً وتأويلاً

KFAS

التفاعلات الحاصلة بين الإلكترونات والفوتونات الفيزياء

لقد تناولنا في هذه المحاضرات خصوصا تفاعلات بسيطة نسبياً بين الإلكترونات والفوتونات على مسافات قصيرة وليس فيها سوى عدد محدود من هذه الجسيمات.

لكنني أحب أن أضيف ملاحظة أو اثنتين بخصوص تجليات هذه التفاعلات في سُلَّمنا البشري حيث تحصل تبادلات لعدد كبير جدا جدا من الفوتونات. فحساب الأسهم في هذا السَّلم يصبح معقدا جداً.

على أننا نصادف أحياناً ظروفاً ليس في تحليها صعوبة كأداء. من هذه الظروف مثلاً ما ينطوي على سعة إصدار للفوتون من المنبع مستقلة عن إمكانية إصدار فوتون سابق .

وهذا ما يمكن أن يتحقق إذا كان المنبع  كبير الكتلة جدا (كنواة الذرة) أو عندما يحوي عدداً كبيراً من إلكترونات ذات حركة واحدة، من الأعلى إلى الأسفل مثلاً في هوائي الإذاعة الراديوية، أو في لفَّات مغنطيس كهربائي .

 

في هذه الأحوال يكون عدد الفوتونات الصادرة عظيماً. وكلها في حال واحدة. وفي مثل هذه الظروف تكون سعة أن يمتص إلكترون فوتوناً مستقلة عما يكون قد حدث  من امتصاصات سابقة لدى هذا الإلكترون أو سواه.

فسلوك مثل هذا النظام يتعين إذن تماماً بمجرد معرفة سعة امتصاص الإلكترون للفوتون ، وهي سعة لا تتعلق إلا بموضع الإلكترون في الزمكان .

 ولشرح ظروف من هذا القبيل يستخدم الفيزيائيون كلمات من اللغة الدارجة ، فيقولون أن الإلكترون يتحرك في حقل خارجي. ويخصص الفيزيائيون كلمة ((حقل feild)) للدلالة على مقدار لا يتعلق إلا بالموقع في المكان وفي الزمان.

وكنموذج جيد عن ذلك سخونة (درجة حرارة) الهواء: إنها تتغير بحسب المكان واللحظة اللذين نجري فيهما القياس. وأخذ الاستقطاب بالحسبان يعني إضافة مركِّبات أخرى للحقل . (إن للحقل أربع مركبات – تقابل سعات امتصاص كل واحدة من حالات الاستقطاب وفق T,Z,Y,X ، التي يمكن أن يوجد فيها الفوتون – تسمى تقنياً الكمونات potentials الاتجاهية والسُلمية.

 

وفي الفيزياء التقليدية – غير الكمومية – يكون من الأيسر استعمال توابع (دالات)  تسمى حقولاً كهربائية ومغنطيسية مشتقة من تلك الكمونات).

عندما يكون الحقلان ، الكهربائي والمغنطيسي ، متغيرين ببطء كاف، تكون سعة سير الإلكترون مسافة طويلة جداً متعلقة بالطريق الذي يسلكه وكما رأينا سابقاً في حال الضوء فإن أهم الطرق هي تلك التي تعطي لزوايا السعات المتعلقة بطرق متجاورة قيما متجاورة.

ومنه ينتج أن الجسيم لا يسير بالضرورة في خط مستقيم. وبذلك نكون قد عدنا إلى ميدان الفيزياء التقليدية البحتة حيث يُفترض وجود حقول تتحرك فيها (الإلكترونات بما يجعل مقداراً معينا، يسميه الفيزيائيون ((فعلا action)) أصغرياً. (تسمى هناك هذه القاعدة ((مبدأ الفعل الأصغري)) ) .

وهذا ، في مجال الظواهر المحسوسة ،  مثال عما يُستنتج من قواعد الإلكتروديناميك الكمومي . ومن هذا المنطلق يمكن مواصلة  التطوير في عدة اتجاهات، لكن لا بد من إيقاف برنامج هذه المحاضرات عند مرحلة ما.

وأريد فقط أن أذكركم بأن الظواهر، كما نراها في السلم الكبير،  وكذلك الظواهر العجيبة المرصودة في السلم الصغير، هي نتاج التفاعلات بين الإلكترونات والفوتونات ، وأنها تتفسر كلها ، في النهاية ،  بنظرية الإلكتروديناميك الكمومي.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]