بسم الله الرحمن الرحيم
يهدف هذا الموضوع إلى تقديم نظرة عامة و موجزة للشخص العادي عن أهمية ميكانيكا الكم وغرابتها. ومع الأسف، فإن معظم الناس يعتقدون أنهم بحاجة إلى عقل كعقل آينشتاين من أجل فهم ميكانيكا الكم ولذلك فإنهم لا يخوضون فيها أبدا. (و من الطريف أن آينشتاين نفسه لم يكن يؤمن بأن ميكانيكا الكم نظرية صحيحة !) حتى أن بعض الكيميائيين اعتقدوا بذلك أيضا . بل إن أكثر أقسام الكيمياء الفيزيائية قد وضعت الصورة التي في الأسفل لتمثيلها، و هي منتهية الصلاحية منذ ما يقارب المئة عام.
لذلك أرجو أن تقرأ الموضوع و أن تأخذ غطسة في محيط من المعلومات التي أجدها منعشة تماماً
إذا كانت الصورة في الأعلى هي فكرتك عن الذرة، إلكترونات تدور حول النواة بهذه الطريقة، فإن فكرتك منتهية الصلاحية منذ 70 عاما. و قد حان الوقت لتفتح عينيك للعالم الحديث لميكانيكا الكم! إن الصورة في الأسفل تبين بعض المخططات للأماكن الأكثر احتمالا لوجود الإلكترون في ذرة الهيدروجين. ( النواة في مركز كل مخطط ).
[glow1=CC0066]ما هي ميكانيكا الكم؟[/glow1]
بكل يسر، ميكانيكا الكم هي دراسة المادة و الإشعاع في المستوى الذري .
[glow1=CC0066]لماذا نشأت ميكانيكا الكم؟[/glow1]
في أوائل القرن العشرين كانت بعض التجارب قد أنتجت نتائج لا يمكن تفسيرها بالفيزياء التقليدية ( فيزياء جاليليو و نيوتن، و غيرهما ) . فعلى سبيل المثال، كان من المعروف أن الإلكترونات تدور حول نواة الذرة. و على أية حال، إذا كانت تفعل ذلك بطريقة مشابهة لدوارن الكواكب حول الشمس؛ فإن الفيزياء التقليدية تتنبأ بأن هذه الإلكترونات سوف تتحرك بشكل لولبي لتقع داخل النواة في جزء من ثانية. و من الواضح أن هذا لا يحدث، و إلا فإن الحياة التي نعرفها لن تكون. (الكيمياء تعتمد على التفاعلات بين الإلكترونات، و الحياة تعتمد على الكيمياء) . إن هذا التنبؤ الخاطئ مع غيره من بعض التجارب التي استعصى تفسيرها على الفيزياء التقليدية، قد بيَّن للعلماء أن شيئا جديدا يجب أن يظهر ليفسر العلوم في المستوى الذري.
[glow1=CC0066]إذا كانت الفيزياء التقليدية غير صحيحة ، لماذا نظل نستخدمها ؟[/glow1]
إن الفيزياء التقليدية هي نظرية خاطئة، و هي خاطئة -بشكل كبير جداً- فقط عند التعامل مع الأمور الصغيرة جداً (في حجم الذرة، حيث تستخدم ميكانيكا الكم) أو الأمور السريعة جداً (بالقرب من سرعة الضوء، حيث تحل مكانها النسبية). أما بالنسبة للأمور الحياتية، و التي هي أكبر بكثير من حجم الذرة، و أبطأ بكثير من سرعة الضوء فإن الفيزياء التقليدية تعمل فيها عملاً بارعاً، بالإضافة إلى أن استخدامها أسهل بكثير من كل من ميكانيكا الكم أو النسبية ( إذ كلاهما يتطلبان كمية مكثفة من الرياضيات ).
[glow1=CC0066]ما أهمية ميكانيكا الكم ؟[/glow1]
إن القضايا التالية هي من بين أكثر الأشياء أهمية و هي التي تستطيع ميكانيكا الكم أن تصفها ، بينما لا تستطيع ذلك الفيزياء التقليدية :
[glow1=CC0066]عدم اتصال الطاقة. [/glow1]
[glow1=CC0066]ازدواجية الصفة الموجية – الجسيمية للضوء و المادة. [/glow1]
[glow1=CC0066]النفق الكمي. [/glow1]
[glow1=CC0066]مبدأ الارتياب لهايزنبرج. [/glow1]
[glow1=CC0066]برم الجسيم. [/glow1]
[glow1=0000FF]عدم اتصال الطاقة[/glow1]
إذا نظرت إلى طيف الضوء المـُشَع من الذرات النشطة ( كالضوء البرتقالي–الأصفر الصادر من بخار الصوديوم المستخدم في أضواء الشوارع، أو الضوء الأزرق–الأبيض من مصابيح بخار الزئبق ) سوف تلاحظ أنها مكونة من خطوط منفردة لألوان مختلفة. هذه الخطوط تمثل انفصال مستويات الطاقة للإلكترونات في تلك الذرات المثارة. عندما يكون إلكترونا ما في حالة ذات طاقة عالية ثم يقفز إلى حالة أدنى، فإن الذرة تشع فوتونا من الضوء يطابق تماما الفرق في الطاقة لهذين المستويين (حفظ الطاقة). كلما كبر ذلك الفرق؛ كلما كان الفوتون نشطا أكثر واقترب لونه من النهاية البنفسجية من الطيف. و إذا لم تكن الإلكترونات مقيدة في مستويات طاقة منفصلة؛ فإن طيف الذرة المثارة سيكون ألوانا متصلة منتشرة من الأحمر إلى البنفسجي بلا خطوط مفردة .
إن مفهوم انفصال مستويات الطاقة يمكن أن يمثـَّل من خلال مصباح ضوئي يعمل عند ثلاثة قدرات كهربية مختلفة. فالمصباح ذو 40\75\115 واط يمكن أن يضيء عند هذه القيم فقط، و عندما تنتقل من وضع إلى الذي يليه، فإن القدرة تقفز مباشرة إلى الوضع الآخر بدلا من أن تزداد تدريجيا.
إنها الحقيقة القائلة بأن الإلكترونات يمكن أن توجد فقط في مستوى الطاقة المنفصل و الذي يمنعها من السقوط بشكل لولبي إلى داخل النواة، كما تتنبأ الفيزياء التقليدية. إن تكميم الطاقة هذا مع بعض الخواص الذرية المكممة الأخرى، هو ما يعطي ميكانيكا الكم هذه التسمية.
رد مع اقتباس
مواقع النشر (المفضلة)