التعريف بفيزياء الكم
يمكن تعريف فيزياء الكم (بالإنجليزية: Quantum physics) أو ميكانيكا الكم بأنها فرع علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة المادة والطاقة على المستوى الأساسي لها، وذلك من خلال دراسة وفحص وفهم الجسيمات الصغيرة للغاية، مثل الذرات، والأيونات، والإلكترونات، والفوتونات، وما إلى ذلك، أي الجسيمات ذات الأحجام الذرية والدون ذرية المكونة للمادة والضوء، وذلك لامتلاكها لخصائص وسلوكيات قد لا تكون موجودة لدى الأجسام الكبيرة، أو قد يكون من الصعب اكتشافها عند دراسة الأجسام الكبيرة.[١][٢][٣]
أدت معرفة مبادئ فيزياء الكم العديدة إلى تغيير المفهوم المتعارف عليه عن الذرة، والذي يُشير إلى أنها تتكون من نواة مركزية موجبة محاطة بمجموعة من الإلكترونات السالبة التي تدور حولها فقط، تمامًا كما تدور الأقمار الصناعية حول الأرض، أما فيزياء الكم الحديثة، فقد بينت أن الإلكترونات تكون موزعة داخل مدارات معينة حول النواة، وهذا يعني احتمال وجود الإلكترونات في أكثر من موقع واحد ضمن نطاق معين في أي وقت، بالإضافة إلى إمكانية قفز الإلكترونات من مدارٍ إلى آخر إذا اكتسبت الطاقة أو فقدتها، مع عدم إمكانية وجودها بين المدارات.[١][٢]
نشأة فيزياء الكم
نشأ فرع فيزياء الكم، والذي يعد فرعًا أساسيًا من فروع علم الفيزياء الحديثة؛ في أواخر القرن التاسع عشر، وأوائل القرن العشرين - في نفس الوقت تقريبًا الذي نشر فيه ألبرت آينشتاين نظريته عن النسبية - وذلك بعد سلسلة من الملاحظات التجريبية التي تم التوصل إليها نتيجة دراسة الذرات، والتي لم يكن لها أي معنى أو تفسير منطقي في مجال الفيزياء الكلاسيكية، وقد ساعد ظهور فيزياء الكم على التوصل للعديد من الاكتشافات، مما أدى إلى ابتكار العديد من الأشياء المهمة، مثل أجهزة الليزر والترانزستورات، وأجهزة الحاسوب الكمومية، وغيرها.[١][٢][٣]
على عكس النسبية، لا يمكن أن تُنسب أصول ميكانيكا الكم إلى عالم واحد، فقد ساهم العديد من العلماء في التوصل إليها، ومن ضمنهم ماكس بلانك، وآينشتاين.
اختلاف فيزياء الكم عن الفيزياء الكلاسيكية
لا تنطبق العديد من مفاهيم ومعادلات الفيزياء الكلاسيكية التي تصف حركة وتفاعات الأشياء مع بعضها البعض عند تطبيقها على الجسيمات الصغيرة للغاية، مثل الذرات والإلكترونات، فمثلًا في الفيزياء الكلاسيكية، توجد الأشياء في مكان محدد، وفي وقت محدد أيضًا، أما في فيزياء الكم، فإن الأشياء توجد بدلاً من ذلك في ضمن مجموعة واسعة من الاحتمالات، أي أن الجسم يمتلك فرصة معينة للوصول إلى النقطة أ، وفرصة أخرى للوصول إلى النقطة ب مثلًا، في اللحظة نفسها، وهكذا.[٢][٣]
أسس ومبادئ فيزياء الكم
فيما يأتي ذكر لأهم الأسس والمبادئ التي تقوم عليها فيزياء الكم:[١]
- ازدواجية الجسيم الموجي: وهو مبدأ يصف نتائج التجارب التي أظهرت أن للضوء والمادة خصائص جسيمية أو خصائص موجية، اعتمادًا على كيفية قياسها.
- مبدأ التراكب: يستخدم هذا المبدأ للوصف الكائن الذي يمتلك حالات متعددة محتملة في نفس الوقت، كوجود تموج على سطح بركة يتكون من موجتين متداخلتين، وتجدر الإشارة إلى إمكانية تمثيل الكائن وفق مبدأ التراكب رياضيًا بمعادلة لها أكثر من حل.
- مبدأ عدم اليقين أو مبدأ الريبة: وهو مبدأ يصف عدم إمكانية معرفة خاصيتين لكائن ما، مثل مكانه بالتحديد وسرعته، بشكل دقيق وفي نفس الوقت، على سبيل المثال، إذا تم تحديد موضع الإلكترون بدقة، فهذا سيؤثر على دقة تحديد سرعة الإلكترون في تلك اللحظة، أي أن تحديد إحدى الخاصيتين بدقة يعني تحديد الخاصية الأخرى بريبة أو بعدم تأكد.
- مبدأ التشابك الكمومي: وهي ظاهرة تحدث عندما يرتبط جسمان أو أكثر بطريقة يمكن اعتبارها نظامًا واحدًا، حتى لو كانا متباعدين جدًا، وفيها لا يمكن وصف حالة أحد العناصر في هذا النظام بالكامل بدون معلومات عن حالة العنصر الآخر، وبالمثل، فإن معرفة معلومات حول عنصر واحد يعطي معلومات عن الآخر.
المراجع
- ^ أ ب ت ث "What Is Quantum Physics?", scienceexchange.caltec, Retrieved 6/12/2022. Edited.
- ^ أ ب ت ث "What is quantum mechanics?", livescience, Retrieved 6/12/2022. Edited.
- ^ أ ب ت "quantum mechanics", britannica, Retrieved 6/12/2022. Edited.
