يستدعي ذكر عبارة فيزياء الكم على الفور استجابة لشيء غريب وغير مفهوم يحدث في ظروف خاصة جدًا في الطبيعة، وربما تتنافس شركات مثل (Google و IBM و Microsoft) في سباق لتطوير الحوسبة الكمية، والتي سوف تكون مفيدة أيضًا لعدد قليل من المتخصصين في فيزياء الكم أو مهندسي الكم.
دور فيزياء الكم في الحياة اليومية
إن فيزياء الكم عملت على التقدم التكنولوجي الذي يجعل الحياة الحديثة ممكنة، فبدون ميكانيكا الكم لن يكون هناك ترانزستور، وبالتالي لن يكون هناك حاسوب شخصي، ولا يوجد ليزر، وبالتالي لا توجد مشغلات (Blu-ray)، حيث أن ميكانيكا الكم قادرة على شرح الحواس البشرية في البصر واللمس والشم.
حيث وصف تشاد أورزل عددًا من هذه الأمثلة في كتاب بعنوان جذاب وهو، إفطار مع أينشتاين، وبداية من وصف روتين الصباح المعتاد في المقدمة؛ الاستيقاظ وإعداد الإفطار والتحقق من جهاز الكمبيوتر الخاص به، يكسر Orzel هذه الإجراءات من أجل إظهار كيف يعتمد روتين أيام الأسبوع العادي على بعض من أغرب الظواهر التي تم اكتشافها على الإطلاق.
على سبيل المثال يسمح له المنبه الخاص به بمناقشة بشكل مقنع كيف أن الحساب الحديث للوقت الذي يجسده الجهاز متجذر بعمق في فيزياء الكم للذرات، ويقدم Orzel تفسيرًا مشابهًا لمثل هذه الظواهر مثل الألوان المختلفة للضوء المنبعث من الأجسام المسخنة بدرجات حرارة مختلفة، باستخدام الملفات المتوهجة للموقد على سطح الموقد كنقطة دخول.
تأثيرات فيزياء الكم في الحياة اليومية
إن تأثيرات فيزياء الكم تدعم كل شيء بدءًا من قدرة النباتات على تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية إلى سلوك أشباه الموصلات في الرقائق الدقيقة، ومع ذلك فإن تأثيرهم عادة ما يكون خفيًا ويصعب رؤيته بشكل مباشر، وربما يكون المغناطيس هو العرض الأكثر إثارة للتأثيرات الكمومية، نقيًا وبسيطًا وعلى الرغم من إلمامها بالمغناطيسية، إلا أنها في الواقع مستحيلة بدون التأثيرات الكمية اللازمة لتفسير السلوك الضروري للذرات.
على سبيل المثال، فإن قدرة قضيب مغناطيسي بسيط على التقاط إبرة هي نتيجة لما يسمى مبدأ استبعاد باولي، وهو مكون رئيسي في نظرية الكم التي تملي كيفية ترتيب الإلكترونات.
أجسام تستخدم فيزياء الكم
- المجسات: يحب على الجميع التقاط اللحظات الثمينة؛ ولهذا يحمل المعظم كاميرا رقمية أينما ذهب، في الكاميرات الرقمية، تجمع العدسة الفوتونات وتركزها على المستشعر الذي يقوم بدوره بإصدار الإلكترونات من خلال التلاعب بمستويات الطاقة في أشباه الموصلات، وتملي فيزياء الكم قواعد أشباه الموصلات، مما أدى إلى حالة استخدام ثانية لتقنية الكم.
- أجهزة الكترونية: لقد استخدمت تقنيات الكم في الاحتياجات المنزلية في شكل أجهزة كهربائية مثل المحامص، حيث انه عندما يخبز الخبز في المحمصة، يلاحظ هناك توهج أحمر بسبب فيزياء الكم، وينبعث عنصر التسخين باللون الأحمر والأجسام الساخنة التي تنبعث منها الوهج هي أسباب ظهور فيزياء الكم.
- الثنائيات الباعثة للضوء (LED): الصمام الثنائي الباعث للضوء هو مصدر ضوء يعتمد على طبقتين من أشباه الموصلات تحتوي على إلكترونات وثقوب، فلقد ذكر أن أشباه الموصلات تعمل على مبدأ فيزياء الكم، فعندما يتم توصيل LED بالبطارية، تلتقي طبقتا أشباه الموصلات وتطلقان الطاقة على شكل ضوء ساطع، وهكذا فإن تقنية الكم تستخدم على شكل مصباح كهربائي، تلفزيون.
- مصابيح الفلورسنت: تحتوي المصابيح الفلورية على أقطاب كهربائية تسخن وتخرج الإلكترونات، حيث أن هذه الإلكترونات بدورها تقذف كمية صغيرة من الزئبق الموجودة أيضًا داخل المصباح، وتتسبب الاصطدامات في أن تقفز إلكترونات الزئبق إلى حالة طاقة كمومية أعلى.
تميل الإلكترونات عالية الطاقة إلى القفز مرة أخرى إلى حالتها السفلية وعندما تفعل ذلك، تنبعث الفوتونات وتنتج الضوء المرئي.
- الساعات الذرية: الساعات الذرية جزء لا يتجزأ من أنظمة تحديد المواقع العالمية، بما في ذلك تلك الموجودة في هواتفنا المحمولة؛ كما تُستخدم أيضًا لإرسال إشارات إلى المركبات الفضائية لتحديد موقعها، حيث أن واحدة من أكثر الساعات الذرية استقرارًا في التطوير هي الساعة الذرية للفضاء العميق (DSAC) التابعة لناسا والتي ستستخدم أيونات الزئبق لقياس الوقت.
ونظرًا لأن الأيونات لها شحنة كهربائية صافية؛ فيمكن احتواؤها في مصيدة كهرومغناطيسية لمنعها من التفاعل مع الإشارات المتداخلة من البيئة، مما قد يؤدي إلى أخطاء في التردد.
يوضح DSAC الحاجة إلى الشروط الخاصة التي عادة ما تكون ضرورية لتعمل تقنية الكم، حتى مراقبة بعض الأنظمة الكمومية تكفي لتعطيل تلك الأنظمة الحساسة جدًا للعوامل الخارجية مثل درجة الحرارة، وغالبًا ما تستخدم المواد والظروف الغريبة مثل الغرف المفرغة أو درجات الحرارة شديدة البرودة لحماية الأنظمة الكمية من التأثيرات الخارجية.
