ما هي فيزياء الكم؟

ال الفيزياءالكم، المعروف أيضًا باسم ميكانيكا الكم، هي منطقة دراسة كبيرة مخصصة لتحليل ووصف سلوك للأنظمة الفيزيائية ذات الأبعاد المصغرة ، القريبة من أحجام الجزيئات, ذرات و حبيباتدون الذري.

من خلال فيزياء الكم ، كان من الممكن فهم آليات الاضمحلال المشعة ، من انبعاث وامتصاص الضوء بواسطة الذرات ، من إنتاج الأشعة السينية، من التأثير الكهروضوئي، الخواص الكهربائية لأشباه الموصلات ، إلخ.

نظرةأيضا: الفيزياء الحديثة

فيزياء الكم للدمى

عندما دخلنا مقياس الذرات والجزيئات، في قوانين الفيزياء العيانية، القادرة تمامًا على وصف حالات حركة الأجسام التي نراها من حولنا يوميًا ، تصبح عفا عليها الزمن وغير قادرة لتحديد أي كميات فيزيائية متعلقة بهذه الجسيمات الدقيقة.

ما يحدث في عالم الكم هو أن قوانين الفيزياء لم تعد موجودة حتمية أي أنهم غير قادرين على التنبؤ بالضبط بمكان وجود كائن ما ، أو بأي سرعة: لا يوجد شيء هنا حتمي ، والقياسات التي تم الحصول عليها من الأنظمة الكمومية يتم التعبير عنها في احتمال.

حاليًا ، لدينا أنظمة قياس قادرة على تزويدنا بموضع الجسم بدقة بالغة الدقة. ومع ذلك ، حتى مع أكثر التقنيات تقدمًا ، لن نتمكن من تحديد الموقع الدقيق للذرة ، على سبيل المثال. الذي - التي

استحالة ليس ذات صلة إلى دقة الجهاز أو مهارة عامل الجهاز ، لكن نعم لطبيعة فيزياء الكم.

نظرةأيضا:النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات

هذا طبيعة من فيزياء الكم تظهر نفسها بمرور الوقت على أنها حقيقة غير معروف، لوقت طويل أسيء فهمه ، مما أدى إلى دفع العديد من الفيزيائيين للتشكيك فيه ، أو إعطاءه تفسيرات مختلفة أو حتى إنكاره تمامًا. ومع ذلك ، فقد ساهم أيضًا في إنشاء العديد من الأساطير والمعتقدات حول مفهوم فيزياء الكم.

على الرغم من أن ميكانيكا الكم تبدو "غريبة" ، إلا أنها واحدة من أنجح نظريات الفيزياء ، إلا أن دقة النتائج التي حققتها هذه النظرية مخيفة. حاليا يسمى التفسير الأكثر شعبية والمقبولة لميكانيكا الكم تفسير كوبنهاغن، التي طورها بعض أكبر الأسماء في العلوم ، مثل نيلزبوهر,الأعلىولد،وولفجانجباولي ،ويرنرهايزنبرغ و اخرين.

تم توحيد تفسير كوبنهاجن خلال مؤتمر سولفاي. [1]

وفقًا لهذا التفسير ، تحتوي جميع أنظمة الكم على الدالة الموجية التي تصفهم تماما. هذه الدالة الموجية عبارة عن تعبير رياضي معقد وافتراضي (بدون واقعه الخاص) ، يمكن من خلاله استخراج جميع المعلومات في هذا النظام.

النتائج التي تم الحصول عليها بناءً على وظائف الموجة ، بدورها ، هي احتمالات ملاحظة شيء ما أو أننا نجد ذرة عند مستوى طاقة معين. ومع ذلك ، يمكن أن تكون احتمالات أن الذرة تصدر انبعاثًا إشعاعيًا ، أو أن أ نيوترون يخضع للاضمحلال ، ويتحول إلى نيوترون و إلكترون. الاحتمالات هائلة.

يكمن التحدي الذي يواجه الفيزيائيين في إيجاد الدالة الموجية للنظام ، وهذا ليس بالأمر السهل - هناك حاجة إلى حل واحد أو أكثر. المعادلاتفيشرودنغر ، هذه المعادلة تتعلق بالطاقات حركية و القدره نظم الكم.

نظرةأيضا:أينشتاين والقنبلة الذرية

تطبيقات فيزياء الكم

من خلال فيزياء الكم ، من الممكن أن نفهم

• انبعاثات الضوء بواسطة الذرات ؛

• ظاهرة الاضمحلال الإشعاعي;

• أداء الليزر، التأثير الكهروضوئي.

• التجاذب بين النيوترونات والبروتونات في نواة ذرية;

• النموذج القياسي لـ فيزياء الجسيمات;

• ازدواجية الموجة والجسيم ؛

• جميع قوانين الفيزياء الكلاسيكية التي نعرفها (نظرًا لكونها أكثر عمومية ، فإن قوانين ميكانيكا الكم قادرة على الاشتقاق من القوانين التي تحكم عالمنا الكلاسيكي).

تم الحصول على عمل الليزر فقط من خلال دراسة ميكانيكا الكم.

أصل

حدث ظهور فيزياء الكم الحديثة في عام 1920 ، عندما كان الفيزيائي الألماني الأعلىبلانك تمكنت من شرح آلية قضية الجسم الأسود وعلاقته بسوء تقدير غريب في ذلك الوقت ، يسمى كارثة الأشعة فوق البنفسجية.

اتضح أن ملف أجساد سوداءفالأجسام القادرة على امتصاص كل الإشعاع الموجه إليها ، وإعادة بثها على شكل إشعاع حراري ، لم تصدرها كما هو متوقع بواسطة النظرية الكهرومغناطيسية الحالية. لحل هذا الموقف ، اقترح ماكس بلانك أن تكون طاقة المجال الكهرومغناطيسي محددة، أي ، مقسمة إلى حزم صغيرة من الطاقة ، والتي ، بعد ذلك بقليل ، سيطلق عليها الفوتونات - أنت كم من الطاقة.

لم يكن تفسير بلانك لإشعاع الجسم الأسود مقبولًا جيدًا (أو حتى من قبله) ، ومع ذلك ، بعد بضع سنوات ، البرت اينشتايناستفاد من نفس الحجة ونجح في شرح التأثير الكهروضوئي.

في عام 1905 ، نشر أينشتاين سلسلة من المقالات التي حددت التاريخ باعتباره "العام المعجزة للفيزياء" ، ولكن جاء هذا الإشادة من خلال جائزة نوبل في الفيزياء ، لشرح الآلية الكامنة وراء الكهروضوئية. استنتج أينشتاين أن الضوء يتصرف كجسيم وكموجة. أصبح هذا السلوك معروفًا باسم الطبيعة المزدوجة للضوء.

نظرةأيضا: القوى الأساسية للطبيعة

في عام 1924 جاء دور لويسفيبروجليتساهم في ميكانيكا الكم. نشر De Broglie ، في أطروحة الدكتوراه ، أن الجسيمات الكمومية لها أيضًا طول الموجة، وكذلك الضوء ، وبالتالي ، يجب أن يقدم سلوك الموجة في ظل ظروف معينة.

تنبأ الفيزيائي الفرنسي بأن الإلكترونات يجب أن تظهر نمط تداخل عند إخضاعها لتجربة الشق المزدوج ، تمامًا كما تفعل الموجات. في عام 1927 ، تم تأكيد فرضيته من قبل تجربة دافيسون جيرمر: تم تأسيس ازدواجية ما بين أثنين الموجة والمادة.

ظل السبب وراء السلوك المزدوج للمادة غير معروف حتى عام 1927 ، ويرنرهايزنبرغ أعلن مبدأ فيزيائي مشتق من الخصائص الرياضية لنظرية الكم. وفقًا لهذا المبدأ ، يُعرف باسم مبدأ عدم اليقين، هناك أزواج من المتغيرات التي لا يمكن قياسها في وقت واحد بدقة كاملة. تسمى هذه المتغيرات المتغيرات المرافقة.

الموقف والسرعة، على سبيل المثال ، الكميات الفيزيائية التي لا يمكن تحديدها بدقة كاملة في العالم الكمي: إذا عرفنا بدقة كبيرة السرعة التي تكون بها الذرة ، لقد فقدنا الدقة تمامًا في موضعها ، وبالمثل ، إذا تمكنا من قياس سرعة الذرة ، فلن نتمكن من تحديد موقعها في نفس الوضع. فوري.

لفهم مبدأ عدم اليقين ، عادل نفكر في الكيفية التي نرى بها الأشياء: يجب أن يصل الضوء المنبعث من الأشياء إلى أعيننا ، حتى تتم ترجمة هذه المعلومات بواسطة دماغنا. بعبارة أخرى ، لكي نرى ، نحن بحاجة تبادل الفوتونات مع المحيط. في حالة الذرات والجسيمات ، هذا أكثر خطورة مما يبدو: تخيل أنك تريد أن تعرف مكان وجود الذرة ، للقيام بذلك ستحتاج يصدر فوتونًا نحوك ، ولكن عند القيام بذلك ، ستلتقط الذرة سرعتها بسبب الاصطدام ، لذلك لن تكون قادرًا على تحديد مكانها بعد الآن. أنه.

لذلك ، يسمح لنا مبدأ عدم اليقين بفهم مسألة موجة الازدواجية بشكل أفضل قليلاً: في عالم الكم ، فإن تتصرف الكميات الفيزيائية بطريقة غير حتمية ، كما لو كانت موجات ، واتساعها ، في الواقع ، احتمال.

نظرةأيضا:فيزياء نووية

فيزياء الكم والروحانيات والعلوم الزائفة

في الوقت الحاضر ، أصبح من الشائع قراءة إعلانات الدورات ، والعلاجات المعجزة ، والمنتجات الثورية ، والعلاجات المعصومون ، ودعوات لجذب المال ، وحتى طرق العلاج باستخدام مصطلحات تتعلق بالفيزياء الكم.

ومع ذلك ، من الضروري الإشارة إلى أنه في أي من هذه الحالات لا توجد علاقة مباشرة مع المعرفة التي نتجت عن البحث في فيزياء الكم. هم ، في الواقع ، أ اختلاس، والذي أصبح ممكنًا بفضل جهل جزء كبير من السكان ، عندما يتعلق الأمر بالفيزياء الحديثة والمعاصرة.

يتضمن فهم فيزياء الكم إتقان حجم كبير الشكلية الرياضية والكثير من المعرفة بالفيزياء والجبر والهندسة والديناميكا الكهربية وما إلى ذلك. لذلك ، يستغرق الأمر سنوات عديدة من الدراسة لفهمها بطريقة مقبولة الحد الأدنى من المعايير الأكاديمية.

صحيح أيضًا أن الكثير من الناس يعتقدون أن ممارساتهم مبنية على الظواهر الكمومية، وليس من غير المألوف العثور على شهادات من الأشخاص الذين شعروا بتحسن عند اللجوء إلى هذه الإجراءات. ومع ذلك ، يمكننا الاستشهاد بالأسباب التي تناقض فعالية ما يسمى بالممارسات الكمومية:

• الظواهر الكمومية تصبح ذات صلة ويمكن ملاحظتها فقط على المقاييس الذرية. بعد حجم معين ، يبدأ كل شيء في التصرف وفقًا للفيزياء الكلاسيكية ، فيزياء المقياس العياني.

• الفوائد التي يختبرها الأشخاص الذين يشترون المنتجات أو يبدأون في أداء نوع من الأنشطة ذات الصلة إلى "الكم" يمكن رؤيته في بعض التجارب ، حيث لوحظ تحسن في المرضى الذين عولجوا الوهمي. تحدث هذه التأثيرات لأن المرضى يعتقدون أنهم أفضل ، ويقومون بتكييف أنفسهم عليها.

بسبب النقص الكبير في المعرفة بالمعنى الحقيقي المرتبط بالكلمة الكم، من الطبيعي أن يتضمن هذا التصوف، مما جعلنا نرى أنها تستخدم بشكل متكرر في السياقات الأكثر احتمالا: المحاضرات التحفيزية ، ودورات التدريب الكم ، الصلوات الكمومية ، مستحضرات التجميل الكمومية ، العلاجات الكمومية ، إلخ.

على الرغم من اختلافها الشديد ، إلا أن كل هذه الإعلانات تشترك في شيء: إنها كذلك علمي زائف وهي في معظمها من أجل الربح. لذلك ، في بعض الحالات ، يمكن أن يطلق عليهم اسم الدجل الذي يهدف إلى إضافة قيمة وموثوقية للمنتجات أو الخدمات أو العادات العادية في جوهرها.

عندما تلاحظ استخدام مفاهيم مجردة جدًا في سياقات غير محتملة ، عدم الثقة وحاول البحث عن معلومات من مصادر موثوقة ، مثل مواقع الويب التعليمية المنشأة أو الصفحات المرتبطة بالمؤسسات التعليمية أو المقالات العلمية. ال معلومة إنها الطريقة الوحيدة لمنع عمليات الاحتيال والدجل وأنواع المعتقدات الأخرى التي تستخدم ، بشكل غير لائق ، اسم مجالات المعرفة المكرسة ولكن لا يعرفها سوى القليل.

نظرةأيضا:نظرية الأوتار

كتب

إذا كنت مهتمًا بفهم أفضل لكيفية عمل فيزياء الكم ، لكنك شخص عادي ، أو ترغب في استشارة المصادر موثوق به في هذا المجال من الفيزياء ، تحقق من بعض الكتب التي يمكن أن تساعدك على فهم العالم الغريب بشكل أفضل الكم:

• اللغز الكمومي - أندريس كاسينيلو وخوسيه لويس سانشيز غوميز

• فهم نظرية الكم: كتاب مصور - جي بي ماكيفوي وأوسكار زاراتي

• الكون الأنيق -براين جرين

• اللغز الكمومي: إيجاد الفيزياء بالوعي - تشارلز تاونز

[1] اعتمادات الصورة: Benjamin Couprie ، Institut International de Physique de Solvay / Wikimedia Commons.

بي. رافائيل هيلربروك

مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-fisica-quantica.htm