-->

نظرية الكم وشرح مبسط لفهم اركانها


    نظرية الكم
     
    نظرية الكم هي الأساس النظري للفيزياء الحديثة التي تشرح طبيعة وسلوك المادة والطاقة على المستوى الذري ودون الذري. يشار أحيانًا إلى طبيعة وسلوك المادة والطاقة على هذا المستوى باسم فيزياء الكم وميكانيك الكم.

    في عام 1900 ، قدم الفيزيائي ماكس بلانك نظريته الكمومية للجمعية الفيزيائية الألمانية. لقد سعى Planck إلى اكتشاف سبب تغير الإشعاع من جسم متوهج في اللون من الأحمر إلى البرتقالي ، وأخيرا إلى اللون الأزرق مع ارتفاع درجة حرارته. وجد أنه من خلال افتراض أن الطاقة موجودة في وحدات فردية بالطريقة نفسها التي توجد بها هذه المسألة ، بدلاً من وجود موجة كهرمغنطيسية ثابتة - كما كان مفترضًا سابقًا - وبالتالي فإنه يمكن أن يجد الإجابة على سؤاله. أصبح وجود هذه الوحدات هو الافتراض الأول لنظرية الكم.

    كتب بلانك معادلة رياضية تتضمن رقمًا يمثل وحدات الطاقة الفردية هذه ، والتي أطلق عليها اسم كوانتا. أوضحت المعادلة الظاهرة جيدًا ؛ وجد بلانك أنه في مستويات معينة من درجات الحرارة المنفصلة (المضاعفات الدقيقة للقيمة الدنيا الأساسية) ، تشغل الطاقة من الجسم المتوهج مناطق مختلفة من طيف الألوان. افترض بلانك أن هناك نظرية لم تنشأ بعد من اكتشاف الكميات ، ولكن في الواقع ، فإن وجودها يعني ضمناً فهمًا جديدًا وأساسيًا تمامًا لقوانين الطبيعة. فاز بلانك بجائزة نوبل في الفيزياء عن نظريته في عام 1918 ، ولكن التطورات التي قام بها مختلف العلماء على مدى فترة ثلاثين عامًا ساهمت جميعها في الفهم الحديث لنظرية الكم.

    تطور نظرية الكم
    في عام 1900 ، افترض بلانك أن الطاقة كانت مصنوعة من وحدات فردية أو كوانتا.
    في عام 1905 ، نظرية ألبرت أينشتاين أنه ليس فقط الطاقة ، ولكن الإشعاع نفسه تم تقديره بنفس الطريقة.
    في عام 1924 ، اقترح لويس دي برولي عدم وجود اختلاف جوهري في تركيب وسلوك الطاقة والمادة ؛ على المستوى الذري ودون الذري إما أن يتصرف كما لو أنه مصنوع من جزيئات أو موجات. أصبحت هذه النظرية معروفة باسم مبدأ ازدواجية جسيم الموجة: الجزيئات الأولية لكل من الطاقة والمادة تتصرف ، اعتمادًا على الظروف ، مثل الجسيمات أو الأمواج.
    في عام 1927 ، اقترح فيرنر هايزنبرغ أن القياس الدقيق المتزامن لقيمتين تكميليتين - مثل موضع وزخم الجسيم دون الذري - أمر مستحيل. على عكس مبادئ الفيزياء الكلاسيكية ، فإن قياسها المتزامن معيب ؛ كلما تم قياس قيمة أكثر دقة ، كلما كانت العيوب هي قياس القيمة الأخرى. أصبحت هذه النظرية معروفة باسم مبدأ عدم اليقين ، الذي دفع تعليق ألبرت أينشتاين الشهير ، "الله لا يلعب النرد".

    تفسير كوبنهاغن ونظرية العوالم المتعددة
    التفسيران الرئيسيان لتأثيرات نظرية الكم على طبيعة الواقع هما تفسير كوبنهاغن ونظرية العوالم المتعددة. اقترح نيلز بور تفسير كوبنهاغن لنظرية الكم ، والذي يؤكد أن الجسيم هو ما يقاس ليكون (على سبيل المثال ، موجة أو جسيم) ، ولكن لا يمكن افتراض أن لها خصائص محددة ، أو حتى موجودة ، حتى يتم قياسه. باختصار ، كان بوهر يقول إن الواقع الموضوعي غير موجود. هذا يترجم إلى مبدأ يسمى التراكب الذي يدعي أنه على الرغم من أننا لا نعرف حالة أي كائن ، إلا أنه في الواقع في جميع الحالات الممكنة في وقت واحد ، طالما أننا لا نتحقق من ذلك.

    لتوضيح هذه النظرية ، يمكننا استخدام القياس المشهور والقاسي إلى حد ما لشرودنجر كات. أولاً ، لدينا قطة حية ونضعها في صندوق رصاص كثيف. في هذه المرحلة ، ليس هناك شك في أن القط على قيد الحياة. نحن ثم رمي في قارورة من السيانيد وختم مربع. لا نعرف ما إذا كانت القطة على قيد الحياة أم أن الكبسولة السيانيدية قد تحطمت وماتت القطة. بما أننا لا نعرف ، فإن القطة ميتة وحية ، وفقًا لقانون الكم - في تراكب الحالات. فقط عندما نفتح الصندوق ونرى ما هي حالة القطة التي يتم فيها فقدان التراكب ، ويجب أن تكون القطة حية أو ميتة.

    التفسير الثاني لنظرية الكم هو العوالم المتعددة (أو نظرية الأكوان المتعددة. وتعتقد أنه بمجرد وجود أي كائن في أي حالة ، ينتقل عالم ذلك الكائن إلى سلسلة من الأكوان المتوازية تساوي العدد للحالات المحتملة التي يمكن أن يوجد فيها الكائن ، مع كل كون يحتوي على حالة فردية واحدة ممكنة من هذا الكائن ، وعلاوة على ذلك ، هناك آلية للتفاعل بين هذه الأكوان التي تسمح بطريقة ما لجميع الدول لتكون في متناول بطريقة أو بأخرى لجميع ممكن يتأثر ستيفن هوكينغ والراحل ريتشارد فاينمان من بين العلماء الذين عبروا عن تفضيلهم لنظرية العوالم المتعددة.

    تأثير نظرية الكم
    على الرغم من أن العلماء طيلة القرن الماضي استعانوا بتأثيرات نظرية الكم - بينهم بلانك وأينشتاين - فقد تم دعم مبادئ النظرية مرارًا وتكرارًا بالتجربة ، حتى عندما كان العلماء يحاولون دحضها. تشكل نظرية الكم ونظرية أينشتاين النسبية أساسًا للفيزياء الحديثة. يتم تطبيق مبادئ فيزياء الكم في عدد متزايد من المجالات ، بما في ذلك البصريات الكمومية ، والكيمياء الكمومية ، والحوسبة الكمومية ، والتشفير الكمومي.

    مقالات متعلقة