نظرية الكم (quantum)

الكم , Quantum , نظرية

;كتبه فيصل العامري - العلوم البحته

طرحت هذه النظرية عام 1900 م و مؤسسها هو عالم الفيزياء الالماني ماكس بلانك , و تعتبر هذه النظرية اهم نظرية في الفيزياء الحديثة و واحدة من بين نظريتين اساسيتين تاسست اعتمادا عليها الفيزياء الحديثة و هي نظرية الكم و النظرية النسبية , و لهذه النظرية الكثير من الانجازات الملموسة و التطبيقات مثل اختراع الدايود و الترانسيستور و الدوائر المتكاملة و ظهور اجهزة التلفزيون و الهاتف و الكومبيوتر و غيرها.

طرحت هذه النظرية بعد ظهور الاشكاليات في فيزياء القرن التاسع عشر التي كانت تعتمد على مبدا الحتمية لعالم الرياضيات الفرنسي بيير سيمون دي لابلاس و ايضا كانت تعتمد على نظرية الحقل الكلاسيكية, و هذه الاشكاليات متمثلة بشكل اساسي في اشكاليتين رئيسيتين هما :

حالة عدم التناسق بين درجة حرية الجسيمات و درجة حرية الحقول في قانون توزيع الطاقة في حالة الاتزان التي تطرحه نظرية الحقل الكلاسيكية , و قد ظهرت هذه الاشكالية عندما قام عالما فيزياء من علماء الفيزياء في القرن التاسع عشر و هم وليم ستروت رايلي و حيمس جينز باجراء حسابات على الطاقة المنبعثة من الجسم الحار اعتمادا على قانون توزيع الطاقة في حالة الاتزان الذي هو من اهم قوانين نظرية الحقل الكلاسيكية و ايضا اعتمادا على مبدا الحتمية الذي كان معتمد رياضيا و فيزيائيا في القرن التاسع عشر و الذي طرحه لابلاس عالم الرياضيات الفرنسي , وكانت نتيجة هذه الحسابات كارثية حيث انه بموجب هذه الحسابات كان لابد للطاقة المنبعثة من الجسم الحار ان تكون لا نهائية و هذه نتيجة غير مقبولة لا رياضيا و لا فيزيائيا لذلك اعاد هاذين العالمين الحسابات على ضوء قانون وضعوه وسمي باسميهما و هو قانون رايلي-جينز الذي اعادا من خلالهما حساباتهم على الطاقة المنبعثة من الجسم الحار و كانت نتيجة هذه الحسابات مقبولة و قد تزامن طرح هذا القانون مع طرح نظرية الكم و كانت النتائج و الحسابات التي اجريت على ضوء هذا القانون متوافقة مع فرضيات و اسس نظرية الكم.
و الاشكالية الثانية هي اشكالية الفيزياء في الجسم الاسود و التي عرفت بكارثة الاشعة فوق البنفسجية حيث انه و بموجب الحسابات التي اجريت على قوانين نظرية الحقل الكلاسيكية التي كانت مسيطرة على فيزياء القرن التاسع عشر كان لابد للجسم الاسود الذي اذا ما تعرض للاشعة ذات الطاقة و الترددات العالية فانه سيبعثها بعد ان تحجب عنه بنسبة كبيرة , و لكن عندما اجريت التجربة باستخدام الاشعة فوق البنفسجية و التي كانت تمثل الاشعة ذات الطاقة و الترددات العالية كانت نسبة انبعاثها من الجسم الاسود ضئيلة و ان النسبة الاكبر من الموجات الكهرومغناطيسية لالمنبعثة كانت ذات الترددات و الطاقة الاقل لذلك سميت بكارثة الاشعة فوق البنفسجية.
و بعد ذلك طرحت نظرية الكم على ضوء مبدا الكم لماكس بلانك الذي كان ينص على ان الطاقة موجودة على شكل وحدات سماها بالكم (quantuam) و هو جسيم افتراضي ليس له كتلة لكن يمتلك مستوى طاقة كما ان هذه النظرية طرحت على ضوء صيغة بلانك الرياضية و التي تنص على ان الطاقة تساوي التردد مضروب في ثابت بلانك الذي قيمته (6.626068 × 10-34جول .الثانية) و على ضوء ذلك واصل العديد من علماء الفيزياء من امثال اروين شرودنغر صاحب الميكانيك الموجي و الذي يمثل الصيغة الموجية لنظرية الكم و التي تتناول تطور دالة موجة الطاقة مع الزمن وايضا فرنر هيزينبيرغ صاحب ميكانيك المصفوفات و الذي يمثل الصيغة الكمومية في نظرية الكم والذي تمكن من خلال مصفوفاته من التوصل الى اهم اسس و مفاهيم الفيزياء الحديثة و الذي يمثل اهم صيغ و مباديء نظرية الكم و هو مبدأ اللادقة (اللايقين) (uncertinaty principle) و قد توصل الى هذا المبدا كنتيجة لاحدى مصفوفاته و كانت صيغته الجزئية تنطبق على الالكترون و تنص على انه من غير الممكن رصد و تحديد موقع و زخم الاكترون في ان واحد فكلما زادت الدقة في رصدزخم الالكترون قلة الدقة في تحديد موقعه و كلما زادت الدقة في تحديد موقع الالكترون قلة الدقة في تحديد زخمه ثم اصبح بعد ذلك صيغة عامة تنطبق على كل الظواهر التي تفسرها الفيزياء و نظرية الكم و اصبحت الصيغة العامة تنص على انه كلما زادت الدقة في تحديد حالة قلة الدقة في تحديد الحالة الاخرى و كلما زادت المعرفة بكمية قلت المعرفة بالكمية الاخرى و كما ان لاينشتين مساهمةى في نظرية الكم متمثلة بالنظرية الكهروضوئية التي طرحها عام 1905 م و التي افترض فيها ان الضوء عبارة عن وحدات تمتلك مجالا كهرومغناطيسيا سمها غلبرت نيوتن لويس بالفوتونات و لويس هو مؤسس الكيمياء الضوئية و قد منح اينشتين جائزة نوبل في الفيزياء لطرحه هذه النظرية عام 1923 م بالاضافة الى ابحاث علماء اخرين مثل ديراك و رذرفورد و بوهر وغيرهم .
و قد فسر النموذج الذري و الطاقة و المادة على اساس هذه االنظرية .

المصدر: ملتقى شذرات