مبادئ ومجالات نظرية الكم
1997 قطوف من سير العلماء الجزء الثاني
صبري الدمرداش
KFAS
نظرية الكم مجالات نظرية الكم الفيزياء
وتقوم نظرية الكم على ثلاثة مبادئ أساسية وهي :
– المبدأ الأول : مبدأ الكمّات Quanta: ويعني أنه لا يتم انبعاث الطاقة أو امتصاصها من الذرات على نحو متواصل ولكن على مراحل أو دفعات وكل مرحلة من الانبعاث أو الامتصاص.
تحتوي على كمِّ من الطاقة يسمى الكَمّ الضوئي "أو" الفوتون وهو الذي يحمل الطاقة في الموجة الضوئية مندفعاً بها بسرعة الضوء، وتعتمد طاقة الكَمّ او الفوتون الضوئي على عاملين هما تردد الإشعاع وطول الموجة.
وقد وضع ماكس بلانك قانوناً لهذه العلاقة يعرف بـ "ثابت بلانك" فالإشعاع الضوئي الذي يتكون من موجات قصار وبالتالي ذبذبات عاليات مثل الأشعة فوق البنفسجية تكون له طاقة أعلى وأكبر من الإشعاعات الضوئية ذوات الموجات الطوال وبالتالي ذبذباتٍ أو تردداتٍ منخفضة مثل الأشعة تحت الحمراء .
– المبدأ الثاني : مبدأ التحول المتبادل بين المادة والطاقة: إذ يمكن للمادة وهي على شكل جسيمات أن تتصرف على هيئة موجات، والعكس صحيح فبمقدور الموجات أن تتصرف على أنها جسيمات، وهذا المبدأ يمثل تطوراً هائلاً في أفكارنا عن سلوك المادة التي يتشكل منها الكون.
فقد كان نيوتن يعتقد أن الضوء يتكون من جسيمات عام 1687 ثم جاء جيمس ماكسويل عام 1873 ليثبت أن الضوء يتكون من موجات، ثم جاء عالمنا بلانك ليؤكد –رياضياً– أن المادة في أدق مكوناتها يمكن أن تتحول من هذا إلى ذاك أو العكس .
– المبدأ الثالث : مبدأ عدم اليقين Uncertainity: وهو يؤكد ببساطة استحالة تحديد موقع أي جسيم في الذرة وتعيين سرعته بالضبط في الوقت نفسه.
وقد يمكننا معرفة موقع الجسيم ولكن دون سرعته أو العكس، ولكن لا يمكن مطلقاً معرفة كلتا الحقيقتين، أي أنه يمكننا دائماً معرفة جزء من الحقيقة ولكن ليست الحقيقة كاملة، فهي دائما عنا ببعيد.
وقد ساهمت نظرية الكَمّ في تفسيرات عديدة، في التركيب الذري، وفي كيفية اختلاط الذرات معاً لتكوين المحاليل، وفي بنية جزيئات المادة، فالكون المنظور يتكون كله من مادة، والمادة من جزيئات والجزيئات من ذرات، والذرة من جسيمات، والجسيمات يمكن أن تتحول إلى إشعاعات والإشعاعات يمكن أن تتحول إلى جسيمات.
ومعنى هذا أن كل شيء في الكون – بما فيه الكاتب والقارئ والكتاب – من الممكن أن يتحول إلى إشعاعات، لسبب جوهري وهو أن الجسيمات التي تؤلف الذرات ثبت أنها تفعل ذلك، وكلنا – عزيزي القارئ – ذرات ! .
كذلك كان لنظرية الكَمّ لبلانك أثر بالغ في حياتنا، فقد ادّت إلى اكتشاف أشعة الليزر، والترانزستور، وابتكار الخلايا الضوئية ومختلف الأجهزة الالكترونية.
غير أنها في الوقت نفسه أدخلت العلماء إلى عالم مليء بالألغاز ، حيث تبدو جسيمات الذرة كأشباح تظهر لتختفي وبسرعة تفوق الخيال قبل أن يتمكن أحد من معرفة ما حدث!! .
ونظرية الكمِّ استعانت دائما بنظرية النسبية الخاصة التي وضعها أينشتاين والتي تتعامل أساساً مع المقاييس بالغة الدقة ، بيد أنها لا تتفق بل وتتعارض مع النسبية العامة التي تتعامل مع المقاييس الضخمة التي تصل إلى حد الكون كله!، وقد حاول آينشتاين طوال حياته التوفيق بين النظريتين ولكن من غير جدوي.
ولأهمية نظرية الكَمّ لمستقبل الحضارة البشرية ولخطورتها فهي ما زالت تخضع لتنقيح دائم وتطوير، وقد انقسمت إلى مجالاتٍ عديدة يبحث كل منها في فرعٍ محدَّد من فروعها، ومن أهم مجالاتها :
1- ميكانيكا الكم Quantum Mechanics: ويبحث في الطاقة المنخفضة للذرة وقد وضع أسسه العالمان الكبيران الألماني فرنر هايزنبرج والنمساوي إرفين شرودينجر.
2- ميكانيكا الموجات Wave Mechanics: وهو متفرعٌ من ميكانيكا الكَمّ ومتمِّم له ، ويبحث في الأسباب التي تؤدي بالجسيم لأن يسلك كموجة أو العكس.
3– جاذبية الكم : Quantum Gravity وهي نظرية موحَّدة للجاذبية .
4- فيزيقا الكم Quantum Physics ويُعنى بمبادئ نظرية الكَمّ عند تطبيق القوانين الفيزيقية
5- الديناميكا الكهربائية للكَمّ Quantum Electrodynamics: ويبحث في المادة المضادة Anti-Matter . وكان العالم الألماني بول ديراك Paul Dirac أول من تنبأ بوجود المادة المضادة عام 1928 في محاولته الجمع بين معادلات كلٍ من نظرية الكم والنسبية الخاصة .
6- التحول الكَمِّي Quantum Fluctuation: ويبحث في المادة المتحولة في أنواع معينة من النجوم مثل الأقزام البيض والثقوب السود ونجوم البوليسار والنجوم النيوترونية .
[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]