ما هي نظرية ميكانيكا الكم

الفيزياء الحديثة

يهتم علماء الفيزياء بدراسة المواضيع الفيزيائية التي تستطيع تفسير الظواهر الفيزيائية التي تحدث في العالم وبشكل خاص في المجال الفيزيائي، ويضعون النظريات الفيزيائية الصحيحة والتي تُفسر كل ما يدور في هذا الكون بشكل يمكن للعقل البشري إدراكه واستيعابه، ومن النظريات الفيزيائية التي برع العلماء في وضعها وتفسيرها هي نظرية ميكانيكا الكم التي تهتم بعلم الذرة والجسيمات الموجودة في المستوى الذري، وفي هذا المقال سيتم الإجابة عن سؤال ما هي نظرية ميكانيكا الكم.^[١]

تاريخ ميكانيكا الكم

قبل البدء بالإجابة عن سؤال ما هي نظرية ميكانيكا الكم يجب التعرف على تسلسل تاريخ ميكانيكا الكم، فمنذ بداية القرن السابع عشر بدأ علماء الفيزياء بالبحث عن طبيعة الضوء ووضعوا نظرية موجة الضوء، ثم في القرن الذي يليه اكتشف العالم فارادي أشعة الكاثود وتبعها بعد ذلك دراسة إشعاع الجسم الأسود ووضع قانون فيينا نسبةً إلى العالم الذي درسها، ومن خلال التعاون بين العلماء والاستناد إلى ما توصّل إليه بعضهم قام العالم بلانك بالتصحيح على ما قام به العلماء الآخرون بمساعدة التفسير الذي قدّمه العالم بولتزمان المختص بالديناميكا الحرارية وتوصل إلى وضع قانون بلانك المعروف حتى الآن والذي بدأ من خلاله تطوير نظرية ميكانيكا الكم.^[٢]

مؤسس ميكانيكا الكم

تم وضع الأسس التي تقوم عليها ميكانيكا الكم الحديثة في منتصف القرن العشرين من قبل مجموعة من العلماء منهم ألبرت آينشتاين وماكس بلانك ونيلز بور وماكي بورن، وأصبحت الصيغة الأساسية للفيزياء الذرية الجديدة قيد الاستخدام، حيث أصبح يُطلق على الجسيمات الضوئية اسم الفوتونات، وفي عام 1930م تم الإعلان رسميًا عن نظرية ميكانيكا الكم بتعاون من عدد من العلماء منهم ديفيد هيلبرت وبول ديراك وجون فون نيومان، والتي ساعدت على ظهور مجالات أخرى مثل كيمياء الكم وإلكترونيات الكم، وتضاربت مع التطورات الحديثة للنظريات مثل نظرية الأوتار ونظريات جاذبية الكم، وقد قدمت نظرية ميكانيكا الكم تفسيرًا للعديد من مميزات الجدول الدوري للعناصر الكيميائية ووصف سلوك الذرات عند حدوث التفاعل الكيميائي وتكوين الروابط وكيفية تدفق الإلكترونات في أشباه الموصلات المستخدمة في الرقاقات الحاسوبية التي تعتبر من التقنيات الحديثة، وفيما يأتي الإجابة عن سؤال ما هي نظرية ميكانيكا الكم.^[٢]

ما هي نظرية ميكانيكا الكم

للإجابة عن ما هي نظرية ميكانيكا الكم أو فيزياء الكم، فهو العلم الذي يهتم بدراسة سلوك المادة والضوء على المستوى الذري أو ما دون الذري، والاهتمام بتفسير كل ما يتعلق بالذرة من مكونات وجزيئات مثل الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات وغيرها من الجزيئات الأصغر مثل الكواركات والغلونات ووصف خصائصها، ومن الخصائص المهمة لتفسيرها تفاعلات الجسيمات الصغيرة مع بعضها البعض ومع الضوء والإشعاع الكهرومغناطيسي مثل الأشعة السينية وأشعة جاما، حيث يبدو سلوك الجسيمات بوجود الضوء غير مقبول لذلك من الصعب استيعاب نتائج نظرية مكانيكا الكم والاعتراف بها، لأنها تتعارض مع المفاهيم المنطقية السليمة، ولأن نظرية ميكانيكا الكم تتعامل مع المستوى الذري فمن الممكن أن لا تتوافق مع التصورات الفيزيائية التي تصف المستويات الأكبر من المستوى الذري والتي يتخيلها أي شخص غير متخصص بعمل الفيزياء، وهنا بعض المعلومات التي تُساعد على الإجابة عن سؤال ما هي نظرية ميكانيكا الكم وهي كما يأتي:^[٣]

• ظهرت نظرية ميكانيكا الكم بسبب فشل الفيزياء الكلاسيكية في تفسير سبب امتصاص الضوء وانبعاثه.
• تُوضّح المنهجية الأساسية التي تقوم عليها الفيزياء.
• نجحت بشكل كبير في النتائج الصحيحة التي قدمتها في كل تفسير تم تطبيقها عليه.
• وُجد أن الإشعاع الذي ينتج عن الذرات في حالة الضغط المنخفض هو عبارة عن مجموعة من الأطوال الموجية المنفصلة.
• وجد بور أن قوانين نيوتن التي تفسر الحركة يمكن تطبيقها على الإلكترونات التي تدور حول النواة.
• قدمت ميكانيكا الكم تفسير ووصف أفضل للذرة وخصوصًا تفسير الاختلاف في أطياف الضوء الصادرة من النظائر المختلفة لنفس العنصر الكيميائي.
• لم تستطع ميكانيكا الكم القياس دون الإخلال بالنظام أو ما يُسمى بمبدأ عدم التحديد.
• تفسير الخاصية الجسيمية الموجية للذرات.

تطبيقات نظرية ميكانيكا الكم

حققت نظرية ميكانيكا الكم نجاحًا باهرًا في تفسير سلوكيات الذرات والعديد من المجالات الحياتية الأخرى، حتى التكنولوجيا الحديثة تقوم على مبدأ نظرية ميكانيكا الكم، وبعد معرفة ما هي نظرية ميكانيكا الكم لا بد من معرفة أهم تطبيقاتها وهي كما يأتي:^[٢]

• تصميم الليزر و المجهر الإلكتروني والترانزستورات والدايود ونظام التصوير بالرنين المغناطيسي.
• ذاكرة التخزين المحمولة أو الفلاش ميموري المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر الحديثة.
• التشفير لنقل البيانات بشكل آمن دون تعرضه للسرقة.
• تطوير نظام البت في أجهزة الكمبيوتر والتي تساعد في تسهيل عمليات الحساب الكمية والإحصاء، أو ما يُسمى بنظام الحوسبة الكمية والتي تُفيد في مجالات الطب والأمن الحسابي والخدمات المالية والخدمات اللوجستية والذكاء الاصطناعي.
• نقل المعلومات عبر مسافات بعيدة باستخدام تقنية النقل الفضائي الكمي.
• تفسير ظاهرة الموصلية الفائقة وظاهرة التدفق غير الاحتكاكي للسائل في درجات الحرارة المنخفضة القريبة من الصفر.
• تفسير الظواهر غير المفسرة قبل ذلك، مثل إشعاع الصادر عن الجسم الأسود وثبات المدارات التي تتحرك بها الإلكترونات في المستوى الذري.
• تفسير عمل العديد من الأنظمة الحيوية المختلفة مثل مستقبلات الرائحة في الأنف وهياكل البروتين وعملية البناء الضوئي التي تحدث في النباتات وبعض أنواع الكائنات الحية الأخرى.

المراجع

1. ↑ "Quantum mechanics", www.en.wikipedia.org, Retrieved 30-8-2019. Edited.
2. ^ ^{أ ب ت} "Quantum mechanics", www.wikiwand.com, Retrieved 30-08-2019. Edited.
3. ↑ "Quantum mechanics", www.britannica.com, Retrieved 30-08-2019. Edited.