دور نظرية “الإلكتروديناميك الكمومي” في حساب المقادير الفيزيائية

1997 عجائب الضوء والمادة تجريباً وتأويلاً

KFAS

الإلكتروديناميك الكمومي حساب المقادير الفيزيائية الفيزياء

وعلى كل حال ، وبالعودة إلى " قصتي " هذه ، استطاع ديراك Dirac أن يقيم ، انطلاقاً من نظرية النسبية ، نظرية نسبوية relativisitic للإلكترون لم تأخذ في الحسبان الكامل كل النتائج الناجمة عن التفاعل بين الإلكترون والضوء .

كان الإلكترون في نظرية ديراك يملك عزماً moment مغنطيسيا – وهذا يجعله شبيهاً بمغنطيس صغير – قيمته ،  كما تخرج من حسابات معقولة ، تساوي 1 .

لكن نفراً من التجريبيين أثبتوا ، عام 1948 ، أن القيمة الحقيقية لذلك العزم المغنطيسي ، لا تساوي 1 ، بل 1,00118  (بارتياب قدره 3 على الرقم الأخير) .

كان من المعروف والمؤكد أن الإلكترون والضوء يتفاعلان ، فألقى ذلك ظلاً من الشك بأن القيمة التي حسبها ديراك ليست صحيحة تماماً ،  وكان يُعتقد أن بالإمكان تصحيحها بمساعدة الإلكتروديناميك الكمومي . وعلى هذا كانت المفاجأة كبيرة حين تبين بالحساب ،  في هذه النظرية الكمومية ، إن العزم المغنطيسي للإلكترون لا يساوي 1,00118 بل قيمة لا نهائية الكبر! .

وفي عام 1948 حللنا ، جوليان شوينغر J.Schwinger  وسين إيتيرو توماناغا S.I. Tomanaga وأنا، مسألة حساب الكميات الفيزيائية في الإلكتروديناميك الكمومي، وكان شوينغر أول من حسب العزم المغنيطيسي للإلكترون وفق هذه القواعد الجديدة.

فوجد له القيمة 1,00116  القريبة من القيمة  التجريبية قرباً أباح لنا الأمل في أننا كنا على الطريق الصحيح . وهكذا صار لدينا أخيراً نظرية كمومية في الكهرباء والمغنطيسية تتيح حساب المقادير الفيزيائية . وهي النظرية التي سأشرحها لكم .

إن لنظرية الإلكتروديناميك الكمومي اليوم من العمر أكثر من خمسين عاما ، وقد تم التحقق منها تجريبياً علىى نحو متزايد الدقة ، في شتى الظروف التجريبية . وأستطيع الان أن اؤكد لكم بكل فخر عدم وجود فرق معنوي بين النظرية والتجربة ! .

ولإعطائكم فكرة عن الدقة في هذه المطابقات التجريبية أكتفي بذكر بعض النتائج العددية الحديثة . لقد أعطت قياسات العزم المغنطيسي للإلكترون القيمة65221 159 1.001 ( بإرتيات قيمته 4 على الرقم الأخير) ؛ أما النظرية  فتتنبأ بالقيمة 65246 159 1.001 ( بإرتياب أكبر بخمس مرات تقريباً) .

ولكي تشعروا بمدى الدقة التي ينطوي عليها هذا الوفاق، أسوق لكم المقارنة التالية : إن هذه الدقة من رتبة الدقة في القيمة التي نحصل عليها لدى قياس المسافة بين لوس أنجلوس ونيويورك بإرتياب لا يزيد عن ثخن شعرة واحدة ، وهذا يعطيكم فكرة عن درجة الدقة التي توصلنا إليها خلال الخمسين سنة الماضية ، سواء على صعيد التجربة أو النظرية.

ولنذكر في هذا السياق أنني لم أتعرض حتى الآن إلا لقيمة عددية واحدة ، لكن هناك مقادير فيزيائية أخرى يمكن حسابها بفضل الإلكتروديناميك الكمومي وقياسها بدقة . والشواهد التجريبية تتناول أبعاداً تذهب من مئة ضعف من حجم الأرض إلى عشير حجم نواة الذرة . وأنا لم أذكر هذه الأرقام إلا لكي أذهلكم وأجعلكم تشعرون بأن هذه النظرية قريبة من الهدف ؛ وسأشرح لكم ، في هذه المحاضرات  ، كيف تجري هذه الحسابات .