في المدرسة، نحن معتادون على دراسة الفيزياء. ومع ذلك، هناك نوع من الفيزياء قد لا تكون معتادًا عليه وينبغي للجميع أن يكونوا على دراية به. هذه هي فيزياء الكم. لا يعرف الكثيرون ما هي فيزياء الكم. إنه موضوع مثير للجدل للغاية ويمكن أن يحدث ثورة في فكرتنا عن الكون من حولنا. إنها نظرية الفيزياء التي تصف سلوك المادة ولها أيضًا العديد من التطبيقات في الحياة اليومية.
لذلك ، في هذه المقالة سوف نخبرك ما هي فيزياء الكم وما هي خصائصها.
ما هي فيزياء الكم
تسمى فيزياء الكم أيضًا النظرية الكمومية أو الميكانيكية. لأنه يقوم على نظرية ميكانيكية تركز على مقياس الأطوال وظواهر الطاقة الذرية ودون الذرية ، مما يعطي حياة جديدة للنظريات السابقة التي تعتبر الآن قديمة.
ما هو الفرق بين الفيزياء الكلاسيكية وفيزياء الكم؟ يصف الأخير الإشعاع والمادة كظاهرتين: موجات وجزيئات. لذلك ، يمكن اعتبار ازدواجية الموجة والجسيم كأحد خصائص هذه الميكانيكا. يتم دراسة العلاقة بين الموجات والجسيمات وتأكيدها من خلال مبدأين:
- مبدأ التكامل
- مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ (هذا الأخير يضفي الطابع الرسمي على الأول).
يمكننا بالتأكيد التأكد من أنه بعد اكتشاف نظرية النسبية وولادة الفيزياء الكلاسيكية ، هذه الرؤى بشرت بعصر جديد ، الفيزياء الحديثة. لدراسة ميكانيكا الكم بشكل شامل ، يلزم التكامل بين قطاعات الفيزياء المختلفة:
- الفيزياء الذرية
- الجسيمات الفيزيائية
- فيزياء المادة
- فيزياء نووية
الأصل
الفيزياء الكلاسيكية لم يتمكن من دراسة المادة على المستوى الجزئي في أواخر القرن التاسع عشر ، والتي يمكن القول أنها خارج نطاق القياس الذري. لذلك من المستحيل دراسة الواقع التجريبي وخاصة الظواهر المتعلقة بالضوء والإلكترونات. لكن الناس يريدون دائمًا الذهاب إلى أبعد من ذلك ، ودفعه فضوله الفطري إلى استكشاف المزيد.
في أوائل القرن العشرين ، تحدت الاكتشافات التي نشأت من المقياس الذري الافتراضات القديمة. ولدت نظرية الكم بفضل مصطلح صاغه الأكاديمي ماكس بلانك في بداية القرن العشرين. المفهوم الأساسي هو أن الحجم المجهري وكمية بعض الأنظمة الفيزيائية يمكن أن يتغير بشكل متقطع ولكن بشكل منفصل.
هذه هي الدراسات والأبحاث التي جعلت من الممكن الوصول إلى هذه الاستنتاجات:
- 1803: التعرف على الذرات كعنصر مكون للجزيئات
- 1860: يصنف الجدول الدوري الذرات حسب الخصائص الكيميائية
- 1874: اكتشاف النواة والإلكترون
- 1887: دراسات حول الأشعة فوق البنفسجية
ربما يكون التاريخ الأخير هو الخط الفاصل الرئيسي. بالنسبة للترددات الإشعاعية التي تقل عن العتبة، تختفي ظاهرة التفاعل (التأثير الكهروضوئي) بين الإشعاع الكهرومغناطيسي والمادة. بسبب التأثير الكهروضوئي، فإن طاقة الإلكترونات تتناسب طرديا مع تردد الإشعاع الكهرومغناطيسي. لم تعد نظرية الموجات التي وضعها ماكسويل كافية لتفسير بعض الظواهر. يمكنك معرفة المزيد عن القصة في مقالتنا على ما هو الضوء.
نظرية الكم
لتلخيص العوامل التي ساهمت في ولادة فيزياء الكم ، يمكننا سرد تواريخ أكثر أهمية مرتبطة بالاكتشافات والمعرفة المستخدمة لتتبع تاريخ ميكانيكا الكم:
- 1900: قدم بلانك فكرة مفادها أن الطاقة كمية، يتم امتصاصها وإطلاقها.
- 1905: اينشتاين يوضح التأثير الكهروضوئي (يتم نقل طاقة المجال الكهرومغناطيسي بواسطة كمات الضوء (الفوتونات)
- 1913: بوهر يحدد الحركة المدارية للإلكترون.
- 1915: سومرفيلد يقدم قواعد جديدة وتعميم طرق القياس الكمي.
ولكن منذ عام 1924 فصاعدا، وضعت نظرية الكم، كما نعرفها اليوم، الأساس. في هذا اليوم، طورت لويز دي بروجي نظرية موجات المادة. في العام التالي، تولى هاينسبرغ زمام الأمور، وصاغ ميكانيكا المصفوفات، ثم اقترح ديراك نظرية النسبية الخاصة في عام 1927. وحتى عام 1982، عندما أكمل معهد أورساي للبصريات تحقيقه في انتهاك متباينة بيل، استمرت هذه الاكتشافات واحدة تلو الأخرى. ومن المثير للاهتمام أن السيرة الذاتية لـ ماكس بلانك يمكننا أن نقدم لك المزيد من التفاصيل حول مساهمتهم.
مبادئ فيزياء الكم
من بين أكثر الاكتشافات الرائعة التي نجدها:
- ازدواجية موجة - جسيم
- مبدأ التكامل
- بداية الشك
ثنائية الموجة الجسيمية
قبل ذلك ، كانت الفيزياء الكلاسيكية موجودة فقط. تم تقسيم هذا إلى مجموعتين من القوانين:
- قوانين نيوتن
- قوانين ماكسويل
تصف المجموعة الأولى من القوانين حركة الأجسام الميكانيكية ودينامياتها ، بينما تصف المجموعة الثانية من القوانين الميول والصلات بين الموضوعات التي تشكل جزءًا من المجالات الكهرومغناطيسية: موجات الضوء والراديو، البرتغال ejemplo.
تظهر بعض التجارب أنه يمكنك التفكير في الضوء على أنه موجة. لكن لم يتم تأكيدها. من ناحية أخرى ، للضوء طبيعة جسيمية (من أينشتاين وبلانك) ، وبالتالي ، فإن فكرة أنه يتكون من فوتونات قد اكتسبت المزيد والمزيد من الشرعية. بفضل بوهر ، كان من المفهوم أن طبيعة المادة والإشعاع هما:
- اجعلها موجة
- اجعلها جسدا
لم يعد من الممكن التفكير من منظور أو آخر ، ولكن من منظور تكميلي. يؤكد مبدأ بوهر التكميلي فقط على هذه النقطة ، أي ، الظواهر التي تحدث على النطاق الذري لها خصائص مزدوجة للموجات والجسيمات. لفهم هذه الظاهرة بشكل أكبر، يمكنك الرجوع إلى المقال الموجود على التراكب الكمي.
مبدأ عدم اليقين Heinsenberg
كما ذكرنا سابقًا في عام 1927 ، أظهر Heinsenberg أن أزواجًا معينة من الكميات الفيزيائية ، مثل السرعة والموضع ، لا يمكن التسجيل في وقت واحد دون أخطاء. يمكن أن تؤثر الدقة على أحد القياسين، ولكن ليس كليهما في نفس الوقت، لأن الظواهر مثل السرعة سوف تؤثر على نتيجة القياس الأخرى وتبطل القياس.
لتحديد مكان الإلكترون، من الضروري تسليط الضوء على الفوتون. كلما كان طول موجة الفوتون أقصر، كلما كانت قياسات موضع الإلكترون أكثر دقة. في فيزياء الكم، يحمل الطول الموجي المنخفض للفوتونات طاقة وسرعة أكبر من تلك التي تمتصها الإلكترونات. وفي الوقت نفسه، لا يمكن تحديد هذه التدابير. يمكنك قراءة المزيد عن هذا المبدأ في المقال حول سيرة هايزنبرغ.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن ماهية فيزياء الكم وما هي خصائصها.
