ميكانيكا الكم من البداية و حتى اليوم !
هي أحد فروع علم الفيزياء، تهتم بدراسة الجسيمات الذريّة ودون الذريّة subatomic، كما تشمل تفسير عدة ظواهر وتؤول في دراستها إلى نتائج قد تبدو غامضة وغريبة عن عالمنا المادي. كان عالم الفيزياء والرياضيات الألماني ماكس بورن هو أول من صاغ مصطلح “ميكانيكا الكم” عام 1924.
لماذا تبدو ميكانيكا الكم غريبة ?♀️
تعتبر ميكانيكا الكم جوهر الفهم المعاصر لتفسير الظواهر الكونيّة المتعلقة بحركة الأجسام الضخمة مثل النجوم، المجرات، والأحداث الكونية مثل الانفجار العظيم. كما أنها حجر الأساس للعديد من المجالات العلميّة مثل النانوتكنولوجي، كيمياء الكم، البيولوجيا البنيويّة، وفيزياء الجسيمات.
لماذا ميكانيكا الكم :
عندما يتعلق الأمر بمستوى الذرة والإلكترونات فإن العديد من القوانين في الميكانيكا الكلاسيكيّة -التي تزخر بقوانين نيوتن وتصف آلية تحرك الأجسام بسرعات وأحجام نشهدها في حياتنا اليومية- لا تبقى صالحة، كما أن قوانين النسبيّة العامة محدودة.
عندما يتعلق الأمر بمستوى الذرة والإلكترونات فإن العديد من القوانين في الميكانيكا الكلاسيكيّة -التي تزخر بقوانين نيوتن وتصف آلية تحرك الأجسام بسرعات وأحجام نشهدها في حياتنا اليومية- لا تبقى صالحة، كما أن قوانين النسبيّة العامة محدودة.
في الوقت الذي تكون فيه ميكانيكا الكم صالحة لدراسة الأنظمة على المستوى الذري و دون الذري ، وفي وجود كميات عالية أو منخفضة من الطاقة وعند درجات الحرارة المنخفضة.
تخلَّ عن منطقك!
إن كنت تريد أن تفهم الفيزياء الكميّة؛ فإنه يتوجب عليك إلقاء منطقك من النافذة ثم دع المجال لخيالك ليفسر ما تقرأه؛ حيث أن الفيزياء الكميّة لا تحظى بنفس الحس المادي الذي يطغى على الميكانيكا الكلاسيكية عند دراستها للأشياء المرئية المحيطة بنا (يتبع)،
إن كنت تريد أن تفهم الفيزياء الكميّة؛ فإنه يتوجب عليك إلقاء منطقك من النافذة ثم دع المجال لخيالك ليفسر ما تقرأه؛ حيث أن الفيزياء الكميّة لا تحظى بنفس الحس المادي الذي يطغى على الميكانيكا الكلاسيكية عند دراستها للأشياء المرئية المحيطة بنا (يتبع)،
والتي توجد في مكانٍ وزمان محددين؛ عكس ميكانيكا الكم التي تَعتبر الأجسام -صغيرة الحجم- محاطة بسحابة من الاحتمالات؛ إذ لديها فرصة مؤكدة للتواجد عند النقطة (أ) وفرصة أخرى للتواجد عند النقطة (ب)، أي أنها تعتمد على الاحتمالية وتنفي الحتمية في دراسة ظواهرها.
ثلاثة مبادئ ثوريّة في ميكانيكا الكم !
1. مبدأ الخصائص المكممة
Quantized Properties
2.مبدأ ازدواجية الموجة والجسيم
" تشمل جسيمات الضوء و موجات المادة "
3. مبدأ الشك / مبدأ عدم التأكد
1. مبدأ الخصائص المكممة
Quantized Properties
2.مبدأ ازدواجية الموجة والجسيم
" تشمل جسيمات الضوء و موجات المادة "
3. مبدأ الشك / مبدأ عدم التأكد
إلى الأمام نحو المزيد من نجاحات ميكانيكا الكم.
لقد أكدت تلك المبادئ الثوريّة الثلاث (التكميم، ازدواجية الموجة والجسيم، عدم التأكد) على انطلاق عصر جديد في ميكانيكا الكم.. قدم بول ديراك مفهوم كمي جديد عن المجال الكهربي والمغناطيسي ومهد الطريق أمام دراسة نظرية المجال الكمي QFT.
لقد أكدت تلك المبادئ الثوريّة الثلاث (التكميم، ازدواجية الموجة والجسيم، عدم التأكد) على انطلاق عصر جديد في ميكانيكا الكم.. قدم بول ديراك مفهوم كمي جديد عن المجال الكهربي والمغناطيسي ومهد الطريق أمام دراسة نظرية المجال الكمي QFT.
نظرية المجال الكمي QFT هي التي تعالج الفوتونات و الإلكترونات كحالة مُثارة لمجال الفيزيائي.
لقد استمر العمل عليها لعقد كامل حتى واجه العلماء عائقاً كبيرًا عندما فشلت معادلات النظرية بأن تعطي معنىً ماديًا ملموسًا علاوةً على نتائجها اللانهائية الغير محددة ..
لقد استمر العمل عليها لعقد كامل حتى واجه العلماء عائقاً كبيرًا عندما فشلت معادلات النظرية بأن تعطي معنىً ماديًا ملموسًا علاوةً على نتائجها اللانهائية الغير محددة ..
وبعد عقدٍ من الركود أحدث هانز بيث تقدمًا هائلًا مستخدمًا تقنية جديدة تعرف بـ إعادة التشكيل أو الاستنظام Renormalization، وأرجع بيث هذه النتائج اللانهائية إلى طاقة الإلكترون الذاتية واستقطاب الفراغ، وبذلك يمكن استخدام القيم المرصودة عن كتلة الإلكترون وشحنته للتخلص من هذه النتائج.
منذ هذا التقدم الهائل؛ أصبحت نظرية المجال الكمومي أساسًا لتطوير نظريات الكم لأربعة قوى جوهريّة في الطبيعة وهي:
1.المغناطيسية الكهربية (القوة الكهرومغناطيسية).
2.القوة النووية الضعيفة.
3.القوة النووية الشديدة.
4.الجاذبية.
1.المغناطيسية الكهربية (القوة الكهرومغناطيسية).
2.القوة النووية الضعيفة.
3.القوة النووية الشديدة.
4.الجاذبية.
الفكرة الأولى التي دعمتها نظرية الحقل الكمومي QFT كانت إعطاء الوصف الكمي للمغناطيسية الكهربية من خلال مجال ديناميكا الكم الكهربية QED، والذي خطى خطوات واسعة نحو التقدم في أواخر الأربعينيات وحتى أوائل الخمسينيات من القرن الماضي.
ثانيًا الوصف الكمي للقوى النووية الضعيفة والتي تم دمجها مع الكهرومغناطيسية لصوغ النظرية الكهروضعيفة EWT في ستينيات القرن الماضي.. وأخيرًا المعالجة الكميّة للقوى النووية الشديدة باستخدام الكروموديناميك الكمومي QCD في ستينيات وسبعينيات القرن الماضي.
تشكل نظريات QED و الـ QCD الأساس لنظرية النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، وهو نموذج رياضي يُستخدم لدراسة سلوك وخصائص وتفاعلات الجزيئات الذرية ودون الذرية، ويفترض هذا النموذج وجود مجموعتين كبيرتين من الجسيمات الأولية وهما الكواركات Quarks واللبتونات leptons (يتبع) ،
ويفترض أيضًا وجود القوة الأولية المحمولة على البوزونات القياسية وبوزون هيجز hugs Boson، وهو جسيم أولي يظن أنه مسؤول عن اكتساب المادة لكتلتها.
هكذا تربط نظرية النموذج القياسي للجسيمات بين ثنائي المادة والطاقة.. لسوء الحظ لم تستطع نظرية المجال الكمومي QFT حتى الآن أن تصدر نظرية كميّة تشرح الجاذبية، وهذا التحقيق لا يزال قائمًا في الدراسات التي تجرى على نظرية الأوتار وجاذبية الكم الحلقية.
جاري تحميل الاقتراحات...