ما هي ميكانكيا الكم ؟
تعريف ميكانكيا الكم
تشرح الفيزياء الكلاسيكية بيئة حياتنا اليومية بشكل مثالي ، ولكنها تصبح غير فعالة على المستوى المجهري للذرات والجسيمات. لذا اتجه العلماء لإستخدام ميكانيكا الكم حيث تأخد كميات المادة أو الطاقة المتبادلة فيها قيم منفصلة.
علاوة على ذلك ، تشرح الفيزياء الكلاسيكية بشكل مختلف الجسيم (ذرة ، جسيم) و الموجة (الضوء ، الكهرباء) بينما لا تميز ميكانيكا الكم بينهما فبالنسبة لها ، الفوتون ، الإلكترون أو حتى الذرة هي على حد سواء موجة و جسيم .
يمكن إعتبار ثنائية جسيم -موجة كتراكب لمجموعة حالات و التي تشكل بدورها إمكانية حدوث لجميع حالاتها الممكنة. وهكذا ، يمكن أن يكون للجسم الكمي احتمالات مختلفة لوجوده هنا أو هناك ، و لا يمكننا التأكد من أنه في مكان واحد إلا عند إجراء القياس. حيث تفرض هده العملية على ثنائية جسيم -موجة حالة محددة .
قط شرودنغر
استخدم الفيزيائي شرودنغر مثالا شهيرا لإبراز الجانب المتناقض من الأشياء التي لا يمكن معرفة حالتها في أي وقت. تخيل قطة كمية ، مقفلة في صندوق بلا نوافذ في وجود سم يتسبب في إطلاقه عملية كمية. طالما أن الصندوق مغلق، فإننا لا نعرف ما إذا كانت العملية الكمية قد تسببت في الآلية ، فالقط قد يكون ميتا و على قيد الحياة مع احتمالات تعتمد على العملية. بالطبع ، عندما فتح الصندوق ، تكون القطة ميتة أو حية.بالنظر إلى الداخل ، نقوم بعملية قياس تسمح لنا بمعرفة الحالة الكمية للنظام.
ما الفائدة من ميكانيكا الكم ؟
بعض مظاهر ميكانيكا الكم :
- يرتكز مبدأ الليزر على مجموعة من الذارات المحمولة في نفس حالة الإثارة حيث تتخلص من الطاقة الممتصة بإطلاقها لضوء شديد القوة , تعتبر عملية انتقال الإلكترونات من مستوى طاقة إلى آخر عملية كمية.
- في الموصلية الفائقة نجد أن الإلكترونات التي تحمل نفس الشحنة تتجادب في حين يتوجب عليها أن تتنافر .
- يسمح تأثير النفق للإلكترونات باختراق الحواجز و التي يعد تجاوزها أمرا ممنوعا في الفيزياء الكلاسيكة .
- يعد السبين خاصية كمية بإمتياز لا توجد في الفيزياء الكلاسيكة ,حيث تم إستخدامها مسبقا في قارئ الأقراص الصلبة للحواسيب .
تم تطوير نظريات تصف ثلاثة من التفاعلات الأساسية الأربعة للكون في إطار ميكانيكا الكم:
التفاعل القوي الذي يربط مكونات النواة معا ،
التفاعل الضعيف الذي هو أصل بعض أشكال النشاط الإشعاعي ،
الكهرومغناطيسية التي تحكم الظواهر الضوئية , الكهربائية والمغناطيسية.
التفاعل الرابع و هي الجاذبية ،يتم شرحها لحدود الساعة بالنظرية النسبية. ففي مجالات الطاقة والفضاء التي استطاع الإنسان استكشافها ، لم يكن من الضروري “تحديد” الجاذبية. و مع ذلك ، يسعى العديد من علماء الفيزياء إلى توحيد هاتين النظريتين لتبني قوانين تشرح الكون بطريقة بسيطة و كاملة .
ميكانيكا الكم و النسبية
في ميكانيك الكم ، تكون المادة و الطاقة متشابهتين ، لكن الزمن و الفضاء متباينان. في نظرية النسبية ، يشكل الزمن و الفضاء بحجم واحد – وقت فراغ – في حين أن المادة و الطاقة متباينين .