قال العلماء بأن الكائنات الحية مصنوعة من مواد شبيهة بالسوائل تسمى الحقول الكمومية، وهذه الحقول تعمل أحيانا كالجسيمات وأحيانا كالموجات، حيث يمكن لهذه الحقول بالتدفق، إذ أن المجالات الكمية هي النظرية الأكثر نجاحا على الاطلاق.
مفهوم الجسيمات الممتدة
إن نظرية المجال الكمي الهيدروديناميكي التي اقترحها العالم داجان وبوش، هي نموذج لديناميكيات الكم مستوحى من نظام الموجة الهيدروديناميكية التجريبية الذي اكتشفه كورد وفورت، ووفقًا لهذه النظرية يمتلك الجسيم الكمي اهتزازًا داخليًا عند ضعف تردد كومبتون الذي يولد اضطرابات في المجال القياسي المحيط، والنتيجة هي الدفع الذاتي للجسيم من خلال تفاعل رنيني مع مجال الموجة التجريبية.
إن الأساس المنطقي النظري للشكل الهندسي لحقل الموجة الناتج عن حركة جسيم ثابتة ومستقيمة بسرعة محددة، حيث تكون توقيعات كل من أطوال موجات دي برولي وكومبتون واضحة بشكل عام، بينما يتم التركيز على الهندسة أحادية البعد التي نظر فيها العالمان داغان وبوش، حيث يُستنتج أيضًا أن شكل الموجة التجريبية في بعدين.
توفر النتائج الأساس للتحقيقات النظرية اللاحقة لنظرية المجال الكمومي الهيدروديناميكي، بما في ذلك تحليل الاستقرار للحالات الديناميكية المختلفة، حيث تؤخذ في الاعتبار أيضًا التأثير على شكل الموجة التجريبية لتفاصيل توليد الموجة المستحدثة بالجسيمات، وتحديداً المدى المكاني وتردد اهتزاز الجسيم.
تأثير الأجسام الممتدة في نظرية المجال الكمي
إن الأوصاف النظرية المماثلة للنظام الهيدروديناميكي، تعيد صياغة ديناميكيات الجسيمات من حيث معادلة مسار التكامل التفاضلي ويكشف تحليل هذه المعادلة في الحد غير النسبي عن معلمة اقتران الموجة والجسيم الحرجة، والتي فوقها يتحرك الجسيم ذاتيًا.
توفر نتائج تحقيقات النظرية اللاحقة لنظرية المجال الكمومي الهيدروديناميكي، بما في ذلك تحليل الاستقرار للحالات الديناميكية المختلفة، أيضًا التأثير على شكل الموجة التجريبية لتفاصيل توليد الموجة المستحثة بالجسيمات، وتحديداً المدى المكاني وتردد اهتزاز الجسيم.
إذ تم التأثير على شكل الموجة التجريبية لتفاصيل توليد الموجة المستحثة بالجسيمات، وتحديداً المدى المكاني وتردد اهتزاز الجسيم، مسترشدين بالأوصاف النظرية المماثلة للنظام الهيدروديناميكي، حيث أعيدت صياغة ديناميكيات الجسيمات من حيث معادلة مسار التكامل التفاضلي، حيث يكشف تحليل هذه المعادلة في الحد غير النسبي عن معلمة اقتران الموجة والجسيم الحرج، والتي فوقها يتحرك الجسيم ذاتيًا.
تطبيقات على الجسيمات الممتدة في المجال الكمي
- محمصة خبز: الخبز المحمص الذي يتم تناوله أثناء احتسائك شاي الصباح قادر على شق طريقه إلى طبقك فقط بسبب فيزياء الكم، حيث يتوهج عنصر التسخين في المحمصة باللون الأحمر لتحميص شريحة من الخبز، ويشير إلى المحمصات عمومًا على أنها سبب ظهور فيزياء الكم. تسخن العصا الموجودة في المحمصة، والتي بدورها مسؤولة عن تحميص الخبز.
- ضوء الفلورسنت: الضوء الذي يتم الحصول عليه من الأنابيب أو تلك المصابيح المتعرجة هو نتيجة ظاهرة كمومية فقط، حيث أنه في الإضاءة الفلورية، يتم تحفيز كمية صغيرة من بخار الزئبق في البلازما؛ إذ أن الزئبق لديه القدرة على انبعاث الضوء في النطاق المرئي.
- الكمبيوتر والهاتف المحمول: يعتمد عالم الكمبيوتر بأكمله على مبدأ فيزياء الكم، حيث تتحدث فيزياء الكم عن الطبيعة الموجية للإلكترونات، وبالتالي فإن هذا يشكل أساس بنية النطاق للأجسام الصلبة التي تُبنى عليها الإلكترونيات القائمة على أشباه الموصلات.
ويبقى التذكير بأن العلماء قادرون على التلاعب بالخصائص الكهربائية للسيليكون فقط بسبب الطبيعة الموجية للإلكترونات، وبمجرد تغيير بنية النطاق تتغير الموصلية أيضًا.
- البوصلة البيولوجية: إذا تم اعتقاد أن الجنس البشري فقط كان محظوظًا بما يكفي للاستفادة من فيزياء الكم، فهذا خاطئ تمامًا، ووفقًا لنظريات العلماء، تستفيد الطيور مثل روبن الأوروبي من فيزياء الكم للهجرة، حيث يحتوي بروتين حساس للضوء يسمى كريبتكروم على إلكترونات.
بعد دخول الفوتونات في عيون الطائر، تضرب الكريبتوكروم وتتحرر الجذور، حيث تمكن هذه الجذور الطائر من رؤية خريطة مغناطيسية، وتشير نظرية أخرى إلى أن مناقير الطيور تحتوي على معادن مغناطيسية.
وتستخدم القشريات والسحالي والحشرات وحتى بعض الثدييات مثل هذا النوع من البوصلة المغناطيسية، والأكثر غرابة هو معرفة أن نوع الكريبتوكروم يستخدمه الذباب في الملاحة، وقد تم العثور عليه أيضًا في عين الإنسان، ومع ذلك فإن استخدامه غير واضح.
- الترانزستور: تستخدم الترانزستورات على نطاق واسع لتضخيم أو تبديل الإشارات الكهربائية والطاقة الكهربائية، وبالنظر عن كثب إلى بنية الترانزستورات، سوف يتم توضيح أن الترانزستور يتكون من طبقات من السيليكون مرتبطة بعناصر أخرى.
ويتم تصنيع رقائق الكمبيوتر بواسطة الملايين منها، حيث تم تشكيل رقائق الكمبيوتر هذه القوة لجميع الأدوات التكنولوجية التي أصبحت مركزية للوجود البشري، ولو لم يتم تشغيل فيزياء الكم، لما تم إنشاء هذه الرقائق ولن يتم إيجاد أجهزة الكمبيوتر المكتبية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية وغيرها من الأدوات.
- الليزر: يعتمد المبدأ الذي يعمل عليه الليزر على فيزياء الكم، حيث يتضمن عمل الليزر انبعاثًا تلقائيًا وانبعاثًا حراريًا وتألقًا، وعندما يكون الإلكترون متحمسًا، فإنه يقفز إلى مستوى طاقة عالي.
ومع ذلك، فإنه لن يبقى في مستوى الطاقة العالية لفترة طويلة، والقفز مرة أخرى إلى حالة الطاقة المنخفضة الأكثر استقرارًا، وبالتالي ينبعث منها الضوء؛ تتأثر الحالة الميكانيكية الكمومية للذرة أيضًا بالفوتونات الخارجية التي تكون بتردد مرتبط بالانتقال الذري.
- الفحص المجهري: لقد تحسن المجهر الإلكتروني مع المبادئ الأساسية لفيزياء الكم، حيث ساهمت فيزياء الكم جنبًا إلى جنب مع المجهر الإلكتروني في تحسين تصوير العينات البيولوجية.
علاوة على ذلك، في الفحص المجهري التباين التفاضلي، يتم إنشاء نمط من التداخل بواسطة حزمة الفوتونات، والتي يتم تحليلها بعد ذلك؛ الكل في واحد مع فيزياء الكم، وتحسن الفحص المجهري إلى حد كبير، وبالتالي يمكن الحصول على كمية كبيرة من المعلومات من عينة.
- نظام تحديد المواقع العالمي (GPS): لم يكن التنقل إلى مواقع مجهولة أسهل من أي وقت مضى كما كان بمساعدة فيزياء الكم، فأثناء استخدام الهاتف المحمول للملاحة يكون جهاز استقبال GPS في الهاتف مسؤولاً عن التقاط الإشارة من عدة ساعات.
يتم حساب المسافة والوقت بين الموقع الحالي والوجهة عن طريق حساب أوقات وصول مختلفة من أقمار صناعية مختلفة، علاوة على ذلك يتم أيضًا حساب المسافة من الموقع الحالي من كل قمر صناعي، فكل قمر صناعي مزود بساعة ذرية تعتمد على فيزياء الكم فقط.
- التصوير بالرنين المغناطيسي: يتضمن التصوير بالرنين المغناطيسي، المعروف أيضًا باسم الرنين المغناطيسي النووي، عكس دوران الإلكترونات في نوى الهيدروجين.
لذلك، في الأساس عند التحدث عن التحول في الطاقات، فهو ليس سوى أحد تطبيقات فيزياء الكم، حيث يمكن إجراء دراسة الأنسجة الرخوة بسهولة باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي، وبفضل فيزياء الكم، أصبح من الممكن تشخيص وعلاج بعض الأمراض التي تهدد الحياة.
- الاتصالات: أصبح الاتصال سهلاً للغاية بسبب الدور المهم لفيزياء الكم، حيث أتاحت اتصالات الألياف الضوئية إمكانية الاتصال ثنائي الاتجاه والسريع، وإن الاتصالات عبر الألياف الضوئية ممكنة فقط بسبب الليزر فهي أجهزة في فيزياء الكم.
إن تأثير المجال الكمي على الجسيمات الممتدة بدأ على يد بول ديراك، وذلك عندما عمل على تكميم المجال الكهرومغناطيسي، حيث تطورت النظرية وعملت أيضا على شرح الكهروديناميكا الكمية التي ظهرت على يد العالم ريتشارد، والتي شرحت ووضحت القوى الخارقة في الطبيعة، والتي اضافت مساعدة من خلال استخدام نظرية القياس على القوة النووية الضعيفة والقوية، فقد طورت النموذج المعياري للفيزياء الحديثة.
