بحث عن نظرية الكم .. 7 حقائق فيزيائية عن هذه النظرية

بحث عن نظرية الكم

نظرية الكم أو ما يعرف بميكانيكا الكم، هي إحدى النظريات الفيزيائية الهامة التي تعتبر جزء من الفيزياء الحديثة، وهي نظرية تهتم بسلوك المادة مع الضوء، من خلال معادلات فيزيائية معينة، في هذا المقال، نتعرف أكثر على نظرية الكم، من خلال كتابة بحث عن نظرية الكم من خلال المعلومات والحقائق الفيزيائية الهامة التي نتحدث عنها خلال السطور القليلة القادمة.

تعريف نظرية الكم

نظرية الكم أو ميكانيكا الكم، هي نظرية فيزيائية تقوم على تفسير سلوك المادة والطاقة، وذلك من خلال المستوى الذري ودون الذري وهو عبارة عن أبعاد تقاس بالنانومتر على الأكثر، حيث يقاس النانومتر حوالي 1×10-9 متر.

وتعتمد ميكانيكا الكم على تفسير المادة وسلوكها والمكوّنات داخلها، وبالتالي معرفة هذه المكونات شيئاً أساسياً في تفسير نظرية الكم، مثل البروتونات والنيوترونات والإلكترونات وبعض المكوّنات الأصغر في الحجم مثل الكواركات.

الميكانيكا الكلاسيكية وأهميتها في حياتنا اليومية

الميكانيكا الكلاسيكية لها دور في وصف الأجسام التي نتعامل معها يومياً، وهذا يختلف عن ميكانيكا الكم، فما هو وجه الاختلاف؟

تقوم الميكانيكا الكلاسيكية بتحديد موقع المكونات في المادة من خلال التنبؤ بكل ما يخص المادة من وجود لهذه المكونات، من خلال سرعتها أو تسارعها، كما يمكننا التنبؤ بهذه الأشياء وما كانت عليها في الماضي.

وتقوم ميكانيكا الكم في الوقت نفسه إلى تفسير الكميات القابلة للرصد مثل عمليتي الزخم والموقع، وسلوك النظام الذري ودون الذري في المستقبل والماضي على حد سواء، وبالتالي فإن استحالة تحديد الحالة الاولية للنظام في المادة لا يمكنك تحديد سببه، وبالتالي لا يمكن تحديد الحالة، وتحدث العديد من الاختلافات عند المحاولة لتحديد الكميات الموجودة في الجسيم بدقة عالية، وبالتالي لا يكون بالإمكان تحديد الموقع بدقة كبيرة.

من ناحية أخرى، فإنه لا يمكن تحديد عملية الزخم المرتبطة بالجسيم ولا نعرف تحديد مكانه في المستقبل.

أهمية ميكانيكا الكم

ميكانيكا الكم لها أهمية كبيرة تختلف عن التفسيرات التقليدية التي تقوم الميكانيكا الكلاسيكية بتفسيرها، حيث نحتاج لميكانيكا الكم لتفسير الجسيمات كما رأينا منذ قليل، ونحتاجها في تفسير الظواهر التي تعجز الميكانيكا الكلاسيكية في تفسيرها، مثل ظواهر إشعاع الجسم الأسود وما يعرف بـ الظاهرة الكهروضوئية وتأثير كومبتون وخطوط الإنبعاث لبعض المواد مثل مادة الهيدروجين وغيرها من الظواهر التي تحتاج لميكانيكا الكم في تفسيرها دون الميكانيكا الكلاسيكية.

وبسبب عجز الميكانيكا الكلاسيكية نجد أنه كان العلماء في حاجة إلى إعادة التفكير مرة أخرى لتفسير الظواهر المختلفة بشكل أكثر جرأة للاستفادة من الفيزياء، وربما كان هو السبب الرئيسي في ظهور ميكانيكا الكم.

ظاهرة إشعاع الجسم الأسود من حيث ميكانيكا الكم

هذه الظاهرة تعني أن أي جسم موجود في الطبيعة يقوم بإشعاع أمواج كهرومغناطيسية بأطوال موجية مختلفة، وبالتالي فإن الجسم يعيد إشعاع جميع الاشعة المتساقطة عليه بشكل كامل، وهذه الظاهرة تعتمد على منحنى إشعاع الجسم الأسود من خلال بعض الأطوال الموجية التي يشعها هذا الجسم، من خلال امتلاك كل طول موجي من الطيف الكهرومغناطيسي بالمقدار الخاص به من الطاقة، وهو ما يؤثر على درجة حرارة الجسم الذي يتعرض لهذه الظاهرة.

أما من حيث تفسير هذه الظاهرة من خلال الطيف الكهرومغناطيسي، والذي يتولد من خلال اهتزاز الشحنات الكهربية وتغييرها للحالة الحركية، وهو يعتبر تغيير حالتها الحركية، وبالتالي فإن تفسير هذه الظاهرة تتم من خلال قوانين ميكانيكا الكم، والتي تختلف عن التفسيرات التقليدية للفيزياء الكلاسيكية.

تفسير درجة حرارة الجسم الأسود

هذه الظاهرة لها العديد من التفسيرات من خلال ميكانيكا الكم، ومن هذه التفسيرات الهامة للجسم الأسود هو تسخين الجسم الأسود من خلال الإلكترونات الموجودة فيه التي تتعرض للاهتزاز كلما تم تسخين هذا الجسم او الوصول لدرجة حرارة عالية، حيث تقوم الأجسام السوداء التي تصل لدرجة حرارة عالية لظاهرة أخرى وهي الطيف الكهرومغناطيسي نتيجة هذا التسخين.

وتفسر ميكانيكا الكم هذه الظاهرة على أنه كلما حدث تسخين للمادة بشكل كبير كلما حدث عملية الإشعاع بشكل جيد، وهذا هو التفسير من خلال ميكانيكا الكم وقوانينها، ولكن في حالة رجوع الأمر لميكانيكا الفيزياء الكلاسيكية، فإن التفسير يختلف تماماً، فإن هذا التفسير الكلاسيكي لا ينجح ابداً في تفسير شكل المنحنى للجسم الأسود، ولكن هذه التفسيرات انتهت بتفسير ماكس بلانك والذي نتعرف عليه خلال النقطة التالية.

دور ماكس بلانك الكبير في الفيزياء الكلاسيكية

ماكس بلانك يعتبر من أهم العلماء الفيزيائيين، حيث لم تنجح الفيزياء الكلاسيكية في تفسير الجسم الأسود ودرجة الحرارة للمادة وعدد الإلكترونات المهتزة داخل المادة، إلا ان ماكس بلانك فسر شكل المنحنى من خلال افتراض أن الطاقة تأتي على شكل حزم متقطعة تتناسب مع تردد هذه الاهتزازات من خلال الطاقة التي تتناسب مع عدد الاهتزازات مع وحدة الزمن، وهو ما أطلق عليها بلانك بالكمّات وهي عبارة عن حزم متقاطعة تتناسب مع الاهتزازات × وحدة الزمن الخاصة بكل مادة على حدة.

أفكار معروفة في ميكانيكا الكم

ميكانيكا الكم تعتبر من الفروع الهامة في علم الفيزياء، وميكانيكا الكم تعتمد على بعض الأفكار ، ومن هذه الأفكار أن الطاقة تأتي على شكل حزم متقطعة أسماها ماكس بلانك كما عرفنا من قبل بالكمّات، وهذه الكمّات لا يمكن أن تكون على هيئة الحزم المتصلة، فمن ضمن خصائصها الأهم تكون على شكل حزم متقاطعة.

ومن الأفكار في قوانين ميكانيكا الكم أيضاً هي أنه لا يمكن تطبيق الفيزياء الكلاسيكية في المستوى الذري على الظواهر الطبيعية، والتي تفشل تماماً في تفسير هذه الظاهرة، ومن القوانين التي فشلت في تفسير هذه الظاهرة (المستوى الذري) قوانين نيوتن الشهيرة.

وهناك ما يعرف بمبدأ عدم التحديد وهو عبارة عن مبدأ فيزيائي يعتمد على تحديد موقع جسيم المادة وعملية الزخم الخاصة به بدقة كبيرة، وبشكل متزامن، وبالتالي لا يمكن تحديد طاقة النظام بدقة شديدة وبالتالي معرفة الوقت الذي يساعد على الاحتفاظ بالطاقة.

والأفكار تلك تعتبر شيء أساسي في تفسيرات نظريات الكم أو ميكانيكا الكم من خلال القوانين التي وضعها العلماء من خلال تفسير الظواهر الفيزيائية الطبيعية.

نظرية الكم تعتبر من أهم النظريات الفيزيائية التي فسرت العديد من الظواهر الطبيعية والتي تختلف عن التفسيرات الكلاسيكية الفيزيائية، وقد تعرفنا من خلال السطور السابقة الفوارق الجوهرية بين التفسيرات التقليدية، وبين تفسير نظرية الكم لها.

Responses