أساس ميكانيكا الكم وتطورها

غالبا ما تبدو طريقة تصرف المادة والإشعاع على النطاق الذري ليس طبيعيا، وبالتالي يصعب فهم ما سوف تتطرق إليه نظرية الكم وهل سوف يتم تصديقها؛ حيث تتعارض مفاهيمها كثيرًا مع مفاهيم الفطرة السليمة المأخوذة من العالم اليومي، ومع ذلك لا يوجد سبب لماذا يجب أن يتوافق سلوك العالم الذري مع سلوك العالم واسع النطاق المألوف.

ميكانيكا الكم

هو علم التعامل مع سلوك مسألة الضوء على المستوى الذري ومقياس دون الذري، حيث إنها تحاول وصف وتفسير خصائص الجزيئات والذرات ومكوناتها الالكترونات والبروتونات والنيوترونات وغيرها من الجسيمات الباطنية مثل اللبنة الأساسية لبناء المواد والغالونات؛ تشمل هذه الخصائص تفاعلات الجسيمات مع بعضها البعض ومع الاشعاع الكهرومغناطيسي، أي الضوء والأشعة السينية وأشعة جاما.

الأساس التاريخي لنظرية الكم

تفسير ميكانيكا الكم

على الرغم من أن ميكانيكا الكم طبقت على مشاكل في الفيزياء بنجاح كبير، إلا أن بعض أفكارها تبدو غريبة، حيث يتم النظر في عدد قليل من آثارها.

الالكترون موجة أم جسيم

قام يونغ بتجربة يتم فيها تمرير شعاع متوازي من الضوء أحادي اللون عبر زوج من الشقوق المتوازية الضيقة لها نظير الكتروني؛ في تجربة يونغ تختلف شدة الضوء مع الاتجاه بعد المرور عبر الشقوق، حيث تتذبذب الشدة بسبب التداخل بين موجات الضوء الخارجة من الشقين، حيث يعتمد معدل التذبذب على الطول الموجي للضوء وفصل الشقوق.

ينشأ هذا التذبذب نمطًا هاشميا من نطاقات الضوء والظلام المتناوبة التي يتم تعديلها بواسطة نمط الانعراج من كل شق، إذا تمت تغطية أحد الشقوق تختفي أطراف التداخل، ويلاحظ فقط نمط الانعراج، باختصار تُظهر التجربة كلاً من خصائص الموجة والجسيم للإلكترون، كما تتنبأ خاصية الموجة باحتمالية اتجاه السفر قبل اكتشاف الإلكترون، من ناحية أخرى فإن حقيقة اكتشاف الإلكترون في مكان معين تدل على أن له خصائص جسيمية.

لذلك فإن الإجابة على سؤال ما إذا كان الإلكترون موجة أم جسيم هو أنه ليس كذلك بل إنه كائن يحمل خصائص موجية أو جسيمية، اعتمادًا على نوع القياس الذي يتم إجراؤه عليه بعبارة أخرى، لا يمكن الحديث عن الخصائص الجوهرية للإلكترون؛ بدلاً من ذلك، يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار خصائص الإلكترون وجهاز القياس معا.

تطبيقات ميكانيكا الكم

اضمحلال جسم أولي من عائلة البوز ونات

تم اكتشاف هذا الجسيم في عام 1947، ويتم إنتاجه في تصادمات عالية الطاقة بين النوى والجسيمات الأخرى، حيث ليس له شحنة كهربائية، وكتلته حوالي نصف كتلة البروتون، ويمتاز بانه غير مستقر وبمجرد تشكله يتحلل بسرعة ما لها قيمة ثابتة تقاس بالبوزونات.

أهمية ميكانيكا الكم

لقد شرحت ميكانيكا الكم بنية الذرة والنواة الذرية والجزيء وسلوك الجسيمات دون الذرية وطبيعة الروابط الكيميائية وخصائص المواد الصلبة البلورية والطاقة النووية؛ والقوى التي تعمل على استقرار النجوم المنهارة، كما أدى بشكل مباشر إلى تطوير الليزر والمجهر الإلكتروني والترانزستور.

مبدأ ميكانيكا الكم

أساس مفهوم ميكانيكا الكم هو العشوائية أو عدم التحديد؛ بشكل عام تتنبأ النظرية فقط باحتمال نتيجة معينة أو النظر في حالة النشاط الاشعاعي؛ مثلا صندوقًا من الذرات بنواة متطابقة يمكن أن تتعرض للاضمحلال مع انبعاث جسم ألفا في فترة زمنية معينة، سوف يتحلل جزء معين من تلك الذرات؛ أي ان ميكانيكا الكم تبين بالضبط ما سيكون هذا الكسر، لكنها لا تستطيع التنبؤ بأي نواة معينة سوف تتحلل.

العديد من الفيزيائيين البارزين رفضوا فكرة أن النوى كانت في البداية في حالة متطابقة، بدلاً من ذلك افترضوا أنه يجب أن تكون هناك خاصية أخرى غير معروفة حاليًا لكنها موجودة، ورغم ذلك تختلف بالنسبة للنواتين، حيث تسمى هذه الخاصية غير المعروفة بالمتغير المخفي، وإذا كانت موجودة فإنها ستعيد الجسم إلى الفيزياء.

إذا كانت القيم الأولية للمتغيرات المخفية معروفة، فسيكون من الممكن التنبؤ بأي نوى ستتحلل، حيث يجب أن تأخذ مثل هذه النظرية في الحسبان ثروة البيانات التجريبية التي تشرحها ميكانيكا الكم التقليدية من بعض الافتراضات البسيطة، بذلت المحاولات من قبل دي برولي وديفيد بوم وآخرون لبناء نظريات مبنية على متغيرات خفية، لكن النظريات معقدة ومفتعلة للغاية.

إن ميكانيكا الكم فرع الفيزياء الرياضية الذي يتعامل مع الأنظمة الذرية ودون الذرية، حيث إنه يهتم بالظواهر الصغيرة جدًا بحيث لا يمكن وصفها بالمصطلحات الكلاسيكية، وقد تمت صياغتها بالكامل من حيث الاحتمالات الإحصائية؛ وقد تم تطويرها بشكل أساسي من قبل العلماء وأدت إلى إعادة تقييم جذرية لمفهوم الواقع الموضوعي.