إن ازدواجية الموجة والجسيم غريبة جدًا، لدرجة الاضطرار لإعادة النظر في المفاهيم المسلم بها والتي تعتبر من البديهيات، وتشير ازدواجية الموجة والجسيم إلى الخاصية الأساسية للمادة، إذ أنها في لحظة ما تبدو وكأنها موجة، وفي لحظة أخرى تتصرف بمثابة جسيم؛ ولفهم هذه الازدواجية يجدر النظر إلى الاختلافات بين الأمواج والجزيئات إن الجسيمات مألوفة ومعروفة، سواء كانت كرات بيلي، أو حبيبات من الرمل أو الملح، أو ذرات أو إلكترونات.
ازدواجية الموجة
تشير ازدواجية الموجة إلى خاصية هامة في المادة، حيث إنها تظهر في أوقات معينة كموجة، وفي وأوقات أخرى تظهر وكأنها جسيم.
الفرق بين الجسيمات والموجات
الجسيم
يمكن توضيح خصائص الجسيمات بالرخام، حيث أن الرخام عبارة عن كتلة كروية من الزجاج تقع في مكان ما في الفضاء؛ إذا تم تحريك الرخام فإن الطاقة تنتقل إليه، وهذا يسمى الطاقة الحركية ويأخذ الرخام المتحرك هذه الطاقة مع حفنة من الكرات الملقاة في الهواء، حيث تتساقط كل رخام ينقل الطاقة بحيث يصطدم.
الموجة
إذا تم توطين الموجة في لحظة ما فستنتشر في وقت لاحق على مساحة كبيرة مثل التموجات، وذلك عندما نسقط حصاة في بركة تحمل الموجة معها طاقة مرتبطة بحركتها، على عكس الجسيم الذي يتم توزيع الطاقة على الفضاء لأن الموجة تنتشر.
سبب اختلاف الموجة عن الجسيم
إن الجسيمات المتصادمة سوف ترتد عن بعضها البعض، لكن الموجات المتصادمة تمر عبر بعضها البعض وتظهر دون تغيير، لكن الموجات المتداخلة يمكن أن تتداخل، حيث يتداخل القاع مع قمة يمكن للموجة أن تختفي.
ويمكن ملاحظة ذلك عند مرور أطراف من الموجة عبر ثقوب متقاربة ومتساوية المسافة عن بعضها، إذ تنتشر الأمواج في جميع الاتجاهات وتتداخل، مما يؤدي إلى ظهور مناطق تختفي فيها الأمواج، ومناطق أخرى تصبح فيها أقوى.
تفسير نظرية الكم لازدواجية الموجة والجسيم
إن هذه الازدواجية تظهر في المادة من خلال فرضية دي برولي الجريئة، والتي وسعت العمل على ربط الطول الموجي المرصود للمادة بخزمها؛ تمامًا مثل الضوء، حيث يبدو أن المادة أظهرت خصائص موجية وجسيمية في ظل الظروف المناسبة.
ومن المعروف أن الأجسام الكبيرة تُظهر أطوال موجية صغيرة جدًا، وفي الواقع لدرجة أنه من غير النافع التفكير فيها بطريقة موجية، ولكن بالنسبة للأجسام الصغيرة من الممكن أن يكون الطول الموجي واضحاً، ويمكن معرفته كما يتضح من تجربة الشق المزدوج مع الإلكترونات.
أهمية ازدواجية موجة والجسيم
تتركز الأهمية الرئيسية لازدواجية الموجة والجسيم في أنه من الممكن شرح كل سلوك الضوء والمادة، وذلك عن طريق استعمال النظرية التفاضلية التي تمثل الدالة الموجية.
السبب الأكثر انتشاراً هو أن الدالة الموجية تصف احتمال الحصول على جسيم معين في نقطة ما، حيث من الممكن أن تحيز معادلات الاحتمال هذه وتتداخل وتظهر مميزات أخرى تشبه الموجة، وذلك يبين الدالة الموجية، حيث يتم وضع الجسيمات تبعاً لقوانين الاحتمالات عندها تظهر ميزات الموجة، وبعبارة أخرى فإن احتمالية العثور على جسيم في أي مكان هو موجة، ولكن الحقيقة المادية الفعلية لذلك الجسيم ليست كذلك.
إن شرح مفهوم ما توضحه ثنائية الموجة والجسيم في الحقيقة هي نقطة أساسية للحوار في فيزياء الكم وتوجد العديد منها، لكنها جميعًا مرتبطة بنفس مجموعة معادلات الموجات.
حيود الالكترون والذرة والازدواجية الموجية
أشارت الأبحاث أن الجزيئات الذرية تعمل تمامًا كالأمواج، وعندما نسمي إلكترونات على الشقين المزدوجين في الحاجز وبعدها نطلع إلى توزيع الإلكترونات على الجانب الآخر فلا نرى مكانين (واحد لكل شق) بل يوجد أسلوب من الحيود الكامل، كما لو أننا استعملنا الأمواج بديلاً من الإلكترونات.
- إن المادة مثل الإلكترونات يمكن أن تتصرف كموجة.
- أن نمط الحيود ينتج عندما يتم توجيه حزمة من الإلكترونات إلى طبقة رقيقة من الجرافيت.
- الانعراج هو خاصية للموجات ولا يمكن تفسيره من خلال وصف الإلكترونات بالجسيمات.
إن حيود الالكترون هو أن موجة الإلكترون لا تفرغ طاقتها على كل أسطح المكشاف، كما يحدث في الموجات على الشاطئ بل تبقى طاقة الإلكترون عند موضع ما كما لو كانت جسيمًا، ولذلك عندما يتوزع الإلكترون مثل الموجة فإنه يتداخل عند مكان ما كجسيم، وهذا ما يدعى بازدواجية الموجة والجسيم.
لقد انتقلت فيزياء الكمّ من اكتشافات إلى سماح الموجات الكهرومغناطيسية بأن تعمل كتصرفات الجسيمات عندما ترتطم بسطح معدن وتنطلق إلكتروناً؛ لو تصرفت الموجة فقط عندئذٍ فزيادة سعة الموجة سيزيد من سرعة ارتطام الإلكترون، ولكن بدلاً من زيادة نسبة سرعة الإلكترون زادت السعة المرتفعة من عدد الإلكترونات المرتطمة.
وفي نهاية ذلك فقد وجد العلماء أيضاً أن تردد الموجة الضوئية المتفاعلة مع وجه المعدن قد أظهر أهميته، إذا كان تردد الموجة الكهرومغناطيسية يندرج تحت قيمة ما تعتمد على نوع المعدن عند ذلك لن يتم قذف أي إلكترونات، وإذا كان تردد الموجة الضوئية يزداد دائما فوق القيمة الدنيا، عند ذلك ستكون الإلكترونات المقذوفة طاقة حركية كبيره أكبر من قبل.
