فيزياء الكم و الفيزياء الكلاسيكية تنافر والتقاء

 فيزياء الكم و الفيزياء الكلاسيكية تنافر والتقاء وقفت الفيزياء الكلاسيكية عاجزة عن تقديم اجابات علي تساؤلات حول طبيعة الاجسام الصغيرة في الذرة وخطها في نظام معادلاتي رياضي يوضح سلوكها . فبرغم من ان بدايتها كانت طبيعية وبسيطة وقوية اجابت بدقة وبوضوح عن ماهية

العلاقة بين القوة والسرعة بقوانين القصور الذاتي ومعادلات سقوط الاجسام وسكونها وقوانين التصادم غير ان النقلة من

بعد كانت لنيوتن . قبله كانت مجرد قواعد تجريبية ولكن نيوتن قدم المبادئ والقوانين العمومية . قوانين الفعل ورد الفعل

والقصور الذاتي ومعني القوة ووصفها بانها نتاج حاصل ضرب الكلتة للجسم في عجلته وتبعتها معادلات ماكسويل في

نهايات القرن التاسع عشر وبرغم ان هذه القوانين وما تبعها كانت الدقة والقياس والسببية الا انهابظت عاجزة لا تواكب

حركة هذه المتغيرات الحديثة لم تكن بكل قوتها وجمالياتها الا عاجزة ذليلة امام هذا المتغير الجديد . يظهر الاشعاع بحلول

القرن العشرين ويعبر عن وجود اجسام اصغر حجما وكتلة داخل الذرة ولا بد من تفسير سلوك هذه الاجسام وبيانه في

منطق رياضي . هنا تصطدم القوانين القديمة بواقع جديد لايمكن لهذا الواقع يتقبل بحال تفسير هذه القوانين له . فكانت

ميكانيكا الكم لتعبر عن واقع جديد .

كان الزمان والمكان مطلقا يمكن قياسه بوضوح ودقة في ميكانيكا نيوتن ولكن طومسون في العام ١٨٩٧ يكتشف

جسيمات صغيرة ذات شحنة سالبة سميت بالالكترونات . اجمع الجميع علي ان تقاس الذرة بوحدة خاصة تسمي

الانجستروم وهو يكافئ واحد علي عشرة بلايين من المتر . بواسطة تحلل الراديوم بمروره من خلال مجموعة من شرائح

المعدن استطاع رازرفورد ان يقدم شرح اكثر ايضاحا للذرة . يبرهن علي ان معظمها فراغ وان هناك جسيمات موجبة

داخل الذرة اسماها بروتونات . اعطي رازرفورد نموزجا للذرة كان به كثيرا من الايضاحات . ولكن سرعان ما انتهي

نموزجه فهو لا يفسر الواقع ولا ان يفسره الواقع بشئ . علي اعتبار نوزج رازرفورد كانت لابد ان تنهار الذرة لحظيا هو

يصطدم بقوانين الفيزياء .علي الجانب الاخر كانت معضلة فيزيائية اخري بدات واضحة كيف يمكن تفسير اشعاعات

وانبعاثات الجسم الاسود

العام ١٩٠٥ يعبر اينشتين عن نسبيته كل صنوف المادة واشكال الضوء والجسيمات متناهية الصغر من الكترونات

وبروتونات وفوتونات ما هي الا جسيمات .

وفي نفس العام بدا طرح من ماكس بلانك كان هو الاقرب للصواب . فقد اقترح ان ذرات الجسم الاسود لا تصدر الاشعاع

بانتظام وفقا لقوانين الدناميكا الكهربائية بل ينبعث الاشعاع علي هيئة كمات او كونتات . فكان زمن جديد لميكانيكا جديدة .

انه زمن ميكانيكا الكم .

كانت اطروحته تعبر علي ان الطاقة المنبعثة تتناسب في كل كم مع التردد تبعا لعدد يعرف باسم ثابت بلانك . ليستخدم

بوهر هذا الثابت في تفسيره لذرة الهيدروجين واوضح به المشهد بجلاء ذرة الهيدروجين هي ابسط الذرات تتكون من

الكترون وحيد يدور حول نواة موجبة الشحنة في مدار اهليجي تبعا للميكانيكا

الكلاسيكية سيسقط الالكترون السالب داخل النواة الموجبة ولكن بور ادخل ثابت بلانك فافترض مدارات معينة يدور فيها

الالكترون ويشع فقط حين الانتقال عبر اصغر هذه المدارات حيث يشع كما من الطاقة يسمي بالكوانتم لتكن الانطلاقة .

لابد اذا من الالكترون ان ينتقل من مدار الي مدار اخر ذي طاقة اقل ينتج كما من الطاقة ليظهر ما يسمي بطيف الاشعاع

الذري .

انطلق من هذا اذا لويس ديبرولي وفيرنر هيزنبرج وفولفانج باولي وبولي ديراك وايرفين شرودينجر وماكس بورن وليكون

معني جديد لميكانيكا الكم تعجز كل قوانين الفيزياء الكلاسيكية .

افترض هيزنبرج انه من المستحيل ان تكون مفاهيم السرعة والزمان والمكان تنطبق علي اشياء بصغر الاكترون . استخدم

رياضيات قديمة ليعيدها من جديد انها رياضة المصفوفات بمبدا عدم اليقين . يثبت ديبرولي انه بالاضافة الي الطبيعة

الجسيمية لا بد من طبيعة موجية للجسيم . فلا بد للجسيم ان يكون مصحوبا بموجة .

يجيب شرودنجر عن تساؤل استاذه سمرفيلد . ميف يتسني لنا حساب موجة الالكترون داخل الذرة ؟

ليقترح شرودنجر معادلاته التي تصف ديناميكا الموجة وبدا بحساب طيف ذرة الهيدروجين .

اكتملت قوانين ميكانيكا الكم .

بدا الفيزيائيونويتحدثون عن احتمالات وتنبؤات بدلا من يقين واثباتات غير ان فيزياء الكم لم تستطع دوما التنافر مع

الفيزياء الكلاسيكية .بل اتحدتا كثيرا رغم كل هذا التنافر والتناحر بين الفريقين . كان هذا جليا وبوضوح فيما سمي

بوحدات بلانك

فقد استخدم بلانك بالاضافة الي ثابته ثوابت اخري ثابت سرعة الضوء وثابت بولتزمان وثابت الجزب العام وثابت كولوم

ليذهب الي ما يسمي بتحليل الوحدات ليتحدث بلانك عن وحدات كونية ليست اكثر من كونها وحدات نظرية مطلقة

لايمكن قياسها . يتحدث بلانك عن طول بلانك لايمكن تخيله الا نظريا تتحطم بعده كل قوانين الفيزياء . عبر عن زمن

بلانك وطاقة بلانك و غيرها .

تقترب اذا وتبتعد الفيزياء الكلاسيكية وفيزياء الكم تتجازب احيانا وتتنافر احيانا اخرى

الكوانتم

تاليف : رولان اوفيس

ترجمة : احمد فؤاد باشا يمني طريف الخولي

العدد ٣٥٠ ابريل ٢٠٠٨ سلسلة عالم المعرفة

كتاب فيزياء المستحيل

تاليف : ميشيو كاكاو

ترجمة : سعد الدين خرفان

العدد ٣٩٩ ابريل ٢٠١٣ سلسلة عالم المعرفة

كتاب اينشتين ضد الصدفة

تاليف : فراسو دو كلوسية

ترجمة : عزت عامر

الهيئة المصرية العامة للكتاب ٢٠١٠