رتبها

كثير منا سمع عن "قطة شرودنجر" ومبدأ التراكب الكمي، القطة ميتة وحية في نفس الوقت طالما لم نقوم بفتح الصندوق!
يوجد الكثير فهم أو شرح مبدأ التراكب الكمي وتجربة قطة شرودنجر بشكل الغير دقيق
دعونا نوضّح الموضوع أكثر معًا ونعوم في العالم الكمي الصغير
24 جزء 🔽 👨🏽‍🏫
استمتعوا💫

ما هو التراكب الكمي؟
قبل التعريف..
أولًا..
يُعرف المبدأ الأساسي في ميكانيك الكم (مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ) والذي ينص على:
لا تسمح لك الطبيعة بقياس زخم وموضع الجسيم معًا بدقة عالية. إن قمت بقياس زخم الجسيم بدقة عالية⏫ سيُصبح عندك عدم اليقين لموضعة عالي⏬، والعكس.
..

في التجربة عليك أن تضحي بأحد الكميات الفيزيائية لقياس الآخر بدقة! لا يمكنك قياس كل شيء في نفس الوقت بدقة عالية.
وهذه الطبيعة متأصلة في عالم الذرات الاحتمالي. وإلى يومنا هذا لا توجد تجربة تتنافى مع مبدأ عدم اليقين-Uncertainty principle
..

وكما شرحت في أحد التغريدات، هذا لا يعتمد على جودة أجهزة القياس! بل هذه طبيعة العالم الصغير (الكمي).
الآن بما أنك عرفت وفهمت مبدأ عدم اليقين، سأوضح لك مبدأ التراكب الكميّ
لنكمل..

لنفترض أنك تتجول مع روبن هود وصديقك، وطُلب من روبن أن يمسك بقوسه ويطلق سهمًا بتجاه معين 🏹 بعد ذلك طُلب منك ومن صديقك أن تحددوا أين سيقع السهم بالضبط. بدأتوا بحساب اتجاه السهم وسرعته والعوامل المؤثرة عليه مثل سرعة الرياح واتجاهها..إلخ
بالنهاية وقع السهم على غصن الشجرة الكبير
..

بعد ذلك طُلب منكم أنت وصديقك أن تُقارنوا حساباتكم ونرى هل تتطابق مع بعضها أم لا. النتيجة أظهرت أن كلا النتيجتين تطابقت وحددت أين سيقع السهم بالضبط (على غصن الشجرة الكبير)
..

لو طُلب من روبن إعادة التجربة مرارًا وتكرارًا 🏹وأن تقوموا بالحسابات في كل تجربة.. يوجد نسبة كبيرة جدًا أن تتطابق النتائج في كل تجربة.
الآن ماذا لو طلبنا من روبن أن يطلق بدل السهم إلكترون! وطُلبَ منكما القيام بالحسابات، هل تتوقع أن تتطابق النتائج؟
الجواب: بالطبع لا! 💀
..

بما أنكم عرفتوا مبدأ عدم اليقين وماذا ينص عليه، هذا يعني يستحال أن تحصلوا على نفس النتائج مع الإلكترون! لماذا؟
بكل بساطة أن الإلكترون لا يملك زخم وموقع محدد قبل أن تقوما بالحساب
الإلكترون يمتلك كل المواقع وكل السرعات وكل الكميات الفيزيائية الأخرى في نفس الوقت قبل القياس
...

هذا مانعني ب(التراكب الكمي-Superposition). قبل قيامك بقياس حالة الجسيم-سيمتلك كل الخصائص الفيزيائية في نفس الوقت!
...

هذا يعني في كل تجربة تحصلون على نتائج مختلفة! لو قمتوا بإعادة التجربة مئة مرة، قد تتطابق النتائج مرة واحدة فقط 👻.
أهلًا بك في سراب ميكانيكا الكم!

علمتنا ميكانيكا الكم أن الجسيمات لها طبيعة موجية مثل مالها طبيعة نقطية. أيّ أن الإلكترون ليس نقطة تمامًا، بل يتخذ شكل سحابة لها خصائص موجية. واكتشف ذلك الفيزيائي الكبير لويس دي بروغلي وعلماء آخرين
الآن الجسيمات لها طبيعة مزدوجة، تسمى (جسيم-موجة..Particle-Wave duality) 🌊🌩
...

لذلك نحتاج معادلة فيزيائية تصف لنا تطور هذه السحابة أو الموجة مع الزمن. أيّ كيف تتحرك الموجة؟
قام بذلك الفيزيائي النمساوي أرفين شرودنجر. فقد استطاع أن يشتق معادلته الشهيرة التي تحمل اسمه (معادلة شرودنجر). المعادلة تصف الحركة الموجية للجسيمات الذرية بدقة عالية
...

طبعًا معادلة شرودنجر فقط تعطينا احتمالات التي من الممكن أن يتواجد فيها الجسيم. أيّ أن المعادلة تخبرك أن من الممكن أن يكون الإلكترون موجود على القمر أو في غرفتك أو في أيّ مكان آخر. ولكن لا تعطينا معادلته عن طبيعة هذا الجسيم.
...

في العالم الصغير تكون الكميات الفيزيائية للجسيم الذري مثل موضعه أو سرعته موزعة على شكل سحابة رياضية احتمالية، ويكون فيها الجسيم يمتلك كل الحالات قبل القياس.
تفاصيل أكثر:
...

بعد القياس تنهار كل الاحتمالات الممكنة (انهيار الدالة الموجية) في كل مكان لتلك الكميات ولا تبقى إلا واحدة فقط! ويزول التراكب
تفاصيل أكثر:
...

عند اكتشاف أيّ نظرية تتعلق بثابت بلانك؛ فمبدأ عدم اليقين لا يتم تطبيقه على الأنظمة الكبيرة، فهو ذو تأثير فقط على العالم الصغير.
حسنًا الآن لو أردنا تطبيق مبدأ عدم اليقين على الأنظمة الكبيرة ماذا سنحصل؟
تفاصيل أكثر:

الآن لنأتي إلى قطة شرودنجر 🐈.
كانوا العلماء في وقت ثورة ميكانيكا الكم منزعجين منها، منهم أينشتاين الذي قال في ذاك الوقت (أن الله لا يلعب النرد!). شرودنجر كان منزعجًا أيضًا، لذلك وضع التجربة الذهنية عبر فيها عن رفضه لتفسير مدرسة كوبنهاجن، وتُعرف هذه التجربة ب(قطة شرودنجر).
..

لدينا الآن صندوق مزود بغطاء عازل، يحتوي على قطة ومادة مشعة وعداد جايجر لرصد المادة المشعة وغاز سام. في حالة تفكك المادة المشعة يقوم عداد جايجر برصد ذلك، بعدها يعطي إشارة لإطلاق السم وتموت القطة. لنفترض أن احتمال تفكك ذرّة المادة المشعة خلال ساعة هو 50%
...

الآن لو تركنا الصندوق لمدة ساعة، ثم قمنا بفتحه، فماذا سنتوقع؟
أما أن تكون حية وعداد جايجر لم يلتقط شيء من المادة المشعة (الغاز السام لم يُطلق)، أو يكون لدينا الاحتمال العكس، وهو أن القطة ماتت لأن عداد جايجر رصد تفكك الذرّة (أُطلق السم).
...

أراد شرودنجر من خلال هذه التجربة بيان تناقض الفكري الذي قالته مدرسة كوبنهاجن.
ماذا قالت المدرسة؟
كما بينت سابقًا أن الذرات تكون في حالة تراكب، وتنهار جميع تلك التراكبات عند لحظة القياس ولا تبقى إلا حالة واحدة. لكن هذا التفسير من المفترض أن ينطبق على العالم الصغير!
...

فهل ينطبق على القطط؟
جواب مدرسة كوبنهاجن: نعم! إن النظام بأكمله يوصف بتراكب الموجات طالما أنه مكوّن من ذرات.
تفاصيل أكثر:

مثل ما ذكرت سابقًا، التراكب الكمي أو التأثيرات الكميّة بشكل عام لا تنطبق إلا على المستوى الذري الصغير ولا تنطبق على العالم الكلاسيكي الكبير. هذه التأثيرات تكون واضحة في العالم الذري فقط. تذكروا أن ثابت بلانك صغير جدًا جدًا!
...

لماذا تقول هذا مدرسة كوبنهاجن؟!
لأن الإنسان كعادته مغرور وأعطى لنفسه المكانة المميزة، وربطَ عملية قياس حالة القطة بالوعي الخاص به!
القطة ستأخذ حالة واحدة سواءا قمت بفتح الصندوق أو لا! قد تكون ميتة وقد تكون حية قبل رصدك.
اتركوا القطة في حالها واكفوها من شر تجاربكم 🐈🥲😂

النهاية..🔚
شكرًا جزيلًا على حسن قراءتك. أتمنى استفدتوا وتعلمتوا شيء عن العالم الكمي الصغير 🌩🌊🐈💜
لمن لديه تعليق أو ملاحظة أو سؤال، أستقبل جميع الملاحظات والتعليقات والاسئلة ✨🌿
طبعًا إذا أنصدمت وحسيت أنك ما أستوعب الأمر، فهذا الشيء طبيعي. أينشتاين بنفسه ما صدقها :)

التصنيفات

المزيد من هذا الكاتب

مواضيع ذات صلة

الأكثر اعجابا

التصنيفات

المزيد من هذا الكاتب

مواضيع ذات صلة

الأكثر اعجابا

فك الثريد