ماهي فيزياء الكم
02-05-2015, 06:48 PM
تعتبر ميكانيك الكم فرعاً من علوم الفيزياء التي تتناول دراسة الجسيمات التي تترواح بين المستوى الذري وما دون الذري ، وقد ظهر مصطلح "ميكانيك الكم " أول مرة على يد عالم الفيزياء الإلماني (ماكس بلانك) (1858-1947) وهو مؤسس نظرية الكم وأحد أهم فيزيائيي القرن الـ 20.
ففي ديسمبر سنة 1900 استطاع الفيزيائي الألماني ماكس بلانك أن يهز الأوساط العلمية كلها عندما أعلن أن طاقة الموجات الضوئية تقفز بصورة غير متصلة. وأنها مكونة من كموميات ــ ومفردها : كم ، ونظرية الكم هذه قد صدمت الاعتقاد العلمي السائد في ذلك الوقت بأن الطاقة تتزايد أو تنقص متواصلاً أي بلا حد أصغر للارتفاع أوالانخفاض. وقد وجدت هذه النظرية الجديدة في الطبيعة أن الطاقة تزيد أو تقل بكمات صغيرة لا يوجد أصغر منها من الطاقة، وأدى هذا الاكتشاف إلى فهم جديد للطبيعة التي حولنا والتي تُدرس من خلال علم الفيزياء. قد جعلتنا نقترب كثيرا من فهم اعمق لطبيعة المادة والاشعاع.
ومع إكتشاف (جي.جي . تومسون) للإلكترون في عام 1932 لم تعد الفكرة الشاملة للفيزياء التقليدية قابلة للتطبيق على المستوى الذري حيث كانت قوانين نيوتن (1643-1727) في الحركة وقوانين ماكسويل (1831-1879) في الإشعاعات الكهرومغناطيسية مهيمنة على الفيزياء التقليدية فاستخدمت للتعريف والتكهن بحركة الجسيمات، غير أنها لم تتمكن من تفسير 3 تجارب أساسية ومشهورة عالمياً وهي :
1- إشعاعات الجسم الأسود Black Body Radiations
وفقاً للنظرية التقليدية بإمكان الجسم الأسود أن يصدر مقدار غير محدود من الطاقة وهذا غير صحيح، لذلك طور (ماكس بلانك) معادلة وأتى بثابت (h) يدعى بـ (ثابت بلانك) في تكميم الطاقة Quantization of Energy لحساب مقدار الإشعاع الذي يصدره الجسم الأسود وهو مقدار ضئيل جداً .
فاعتبر معادلة الطاقة E :
E=hf
بحيث أن :
E :الطاقة مقدرة بوحدة (جول).
h: ثابت بلانك.
f: تردد الفوتون.
2- التأثير الكهروضوئي Photoelectric Effect
تحدث هذه الظاهرة عندما تتحرر الإلكترونات في معادن محددة تحت تأثير الضوء حيث كانت النظرية الكهرومغناطيسية التقليدية في الضوء تتكهن بنتائج مختلفة عما جرى تسجيله في المختبرات.
وفي عام 1905 وباستخدام ثابت بلانك (h) عمل (ألبرت آينشتاين) (1879-1955) على صيغة حول طاقة الإلكترونات الصادرة في التأثير الكهروضوئي وكانت نقطة تحول كبيرة في بعض مجالات الفيزياء وذلك عندما نشر (آينشتاين) دراسته " التأثير الكهروضوئي و النظرية الخاصة في النسبية "، إذ كانت دليلاً على الطبيعة المزدوجة للضوء.
وبهذا تكون الإشعاعات الكهرومغناطيسية في التأثير الكهروضوئي مكممة وتدعى الكمية المبدئية الصادرة بـ فوتون Photon ، مما يعني أن الضوء يتركب من جسيمات مما يناقض فكرة الأمواج في الفيزياء التقليدية.
3- أطياف الخط الضوئي Optical Line Spectra
قام (نيل بوهر) بإجراء تجربة لدراسة ظهور الخطوط الطيفية للضوء وقدم نموذجه المشهور عن الذرة.
شكلت جهود العلماء الثلاثة (بلانك ، آينشتاين ، بوهر) أرضية لنظرية الكم القديمة Old Quantum Theory لكن تعديلات طرأت عليها فيما بعد من قبل علماء مثل (هايزنبرغ ) و (شرودينغر) (1887 - 1961) شكلت نظرية الكم الحديثة New Quantum Theory
منقول...
ففي ديسمبر سنة 1900 استطاع الفيزيائي الألماني ماكس بلانك أن يهز الأوساط العلمية كلها عندما أعلن أن طاقة الموجات الضوئية تقفز بصورة غير متصلة. وأنها مكونة من كموميات ــ ومفردها : كم ، ونظرية الكم هذه قد صدمت الاعتقاد العلمي السائد في ذلك الوقت بأن الطاقة تتزايد أو تنقص متواصلاً أي بلا حد أصغر للارتفاع أوالانخفاض. وقد وجدت هذه النظرية الجديدة في الطبيعة أن الطاقة تزيد أو تقل بكمات صغيرة لا يوجد أصغر منها من الطاقة، وأدى هذا الاكتشاف إلى فهم جديد للطبيعة التي حولنا والتي تُدرس من خلال علم الفيزياء. قد جعلتنا نقترب كثيرا من فهم اعمق لطبيعة المادة والاشعاع.
ومع إكتشاف (جي.جي . تومسون) للإلكترون في عام 1932 لم تعد الفكرة الشاملة للفيزياء التقليدية قابلة للتطبيق على المستوى الذري حيث كانت قوانين نيوتن (1643-1727) في الحركة وقوانين ماكسويل (1831-1879) في الإشعاعات الكهرومغناطيسية مهيمنة على الفيزياء التقليدية فاستخدمت للتعريف والتكهن بحركة الجسيمات، غير أنها لم تتمكن من تفسير 3 تجارب أساسية ومشهورة عالمياً وهي :
1- إشعاعات الجسم الأسود Black Body Radiations
وفقاً للنظرية التقليدية بإمكان الجسم الأسود أن يصدر مقدار غير محدود من الطاقة وهذا غير صحيح، لذلك طور (ماكس بلانك) معادلة وأتى بثابت (h) يدعى بـ (ثابت بلانك) في تكميم الطاقة Quantization of Energy لحساب مقدار الإشعاع الذي يصدره الجسم الأسود وهو مقدار ضئيل جداً .
فاعتبر معادلة الطاقة E :
E=hf
بحيث أن :
E :الطاقة مقدرة بوحدة (جول).
h: ثابت بلانك.
f: تردد الفوتون.
2- التأثير الكهروضوئي Photoelectric Effect
تحدث هذه الظاهرة عندما تتحرر الإلكترونات في معادن محددة تحت تأثير الضوء حيث كانت النظرية الكهرومغناطيسية التقليدية في الضوء تتكهن بنتائج مختلفة عما جرى تسجيله في المختبرات.
وفي عام 1905 وباستخدام ثابت بلانك (h) عمل (ألبرت آينشتاين) (1879-1955) على صيغة حول طاقة الإلكترونات الصادرة في التأثير الكهروضوئي وكانت نقطة تحول كبيرة في بعض مجالات الفيزياء وذلك عندما نشر (آينشتاين) دراسته " التأثير الكهروضوئي و النظرية الخاصة في النسبية "، إذ كانت دليلاً على الطبيعة المزدوجة للضوء.
وبهذا تكون الإشعاعات الكهرومغناطيسية في التأثير الكهروضوئي مكممة وتدعى الكمية المبدئية الصادرة بـ فوتون Photon ، مما يعني أن الضوء يتركب من جسيمات مما يناقض فكرة الأمواج في الفيزياء التقليدية.
3- أطياف الخط الضوئي Optical Line Spectra
قام (نيل بوهر) بإجراء تجربة لدراسة ظهور الخطوط الطيفية للضوء وقدم نموذجه المشهور عن الذرة.
شكلت جهود العلماء الثلاثة (بلانك ، آينشتاين ، بوهر) أرضية لنظرية الكم القديمة Old Quantum Theory لكن تعديلات طرأت عليها فيما بعد من قبل علماء مثل (هايزنبرغ ) و (شرودينغر) (1887 - 1961) شكلت نظرية الكم الحديثة New Quantum Theory
منقول...
