ميكانيكا الكم

[mohammed2050]

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/images/text1home.gif

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/images/butwhatisqm.gif



http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Why/images/whatpromptedqm_title.gif

ما الذى دعا الفيزيائيين إلى تقديم نظرية تتعارض مع (المنطق العام) لابد أنه كان لديهم سبب هام ... هام جدا.


http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Why/images/cat.gif
لنفترض أنك تمتلك قطة صغيرة بمنزلك وأنك قد لاحظت أن هذه القطة لا تأكل إلا كل خمس ساعات ، فبعد مرور خمس ساعات كاملة بعد أى وجبة تذهب القطة من تلقاء نفسها إلى المطبخ حتى تأكل... لاحظت هذا لمدة طويلة صيفاً وشتاءاً ولم تخيب القطة ظنك على الإطلاق ولهذا كان لديك اقتناع أن هناك (نظرية) تنظم سلوك القطة فى تناول الطعام هذه النظرية تقول (عندما تكون بصحة جيدة فإن القطة تأكل كل خمس ساعات)... لنفترض الآن انك ذهبت إلى أجازه قصيرة لعدة أيام ولكى لا تدع القطة تموت جوعا فإنك قد تركت لها بالمطبخ ما يكفى لها خلال مدة غيابك .
وعندما عدت إلى منزلك بعد قضاء الاجازه وجدت شيئا عجيباً ........... القطة بصحة جيده ولكنها لم تمس الطعام قط لهذا قمت بتعديل النظرية حيث أن نظريتك القديمة لم تصلح خلال فترة غيابك ....... و عليه فقد قدمت نظرية جديدة تقول (عندما أتغيب عن المنزل لعدة أيام فإن القطة لا تأكل إطلاقاً ولكنها تبقى بصحة جيدة)
يا لها من نظرية عجيبة تعارض المنطق العام
ولكننى لا أريد إرضاء المنطق العام على حساب مشاهداتى الفعلية فعندما أخبرت أصدقائك بنظريتك الجديدة لم يصدقوك حتى أجريت التجربة أمامهم وعندما شاهدوا بأنفسهم أن النظرية تطابقت مع التجربة صدقوا النظرية الجديدة ...... ولكن على مضض .
هذه القصة هى تقريبا نفس قصة "ميكانيكا الكم" كان لدينا نظرية (كلاسيكية) نمطية من وقت (جاليليو إلى اينشتاين مرورا بنيوتن) هذه النظرية كانت تفسر ظواهر الطبيعة بامتياز ولكن باستثناء واحد وهو (بعض مشاهدتنا) لنأخذ على سبيل المثال الذرة الكلاسيكية (النمطية) وهذا يعنى نموذج الذرة
المشابه للنظام الشمسى (النواة فى الوسط ويدور حولها الإلكترونيات مثل الكواكب حول الشمس ) والذى اقترحه "رذر فورد" سنة 1911.
الخطأ الأساسى فى هذا النموذج هو أنه حسب النظرية الكلاسيكية فإن الإلكترونات عند دورنها فى مدار حول النواة يجب أن تبث (تشع) موجات كهرومغناطيسية (نظرية ماكسويل) مما يؤدى إلى فقدان الطاقة تدريجها وذلك يؤدى إلى سقوط الإلكترونات داخل النواة فى أقل من جزء يسير من الثانية.
لم يحدث أى شئ من هذا القبيل وجميع الذرات موجودة منذ الأزل ولم تمتص النواة الإلكترونات كما تنبأت النظرية الكلاسيكية .
لهذا وهذا فقط وجدت نظرية الكم التى فرضت نفسها على الفيزيائيين بدون رضاهم بعكس النظريات الكلاسيكية .


حمداً لله فإن عالما الذى نحيا فيه ليس عالما كميا كلية أو نمطيا (كلاسيكياً) كلية فعلى المستوى العادى فإن عالمنا يبدو عاقلا ويتصرف نمطياً ولكن
على المستوى (الصغير جداً) فإن العالم يتصرف بغرابة شديدة حتى يتجنب الفناء ولكن ماذا سيكون الحال لو أن العالم كان كله (صغيرا وكبيراً ) نمطياً مائة فى المائة
الإجابة بسيطة :- لن يكون عالما نمطيا أو غيرة حتى نحيا فيه فعالم نمطى كامل لن توجد به الذرة حيث سوف تمتص النواة الإلكترونات ويتحول العالم كله إلى مادة مركزة (كثيفة) فى زمن قصير جداً.

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Why/images/phrase_outweigh.gif

قد يعتبر البعض أنه نظرا لأن ميكانيكاالكم تعنى بعالم (الصغر) لماذا يجب علينا أن نهتم به ؟ خطأ.
فى الواقع فإنه لفهم الجوامد, الكيمياء, الوراثة .يلزم فهم نظرية الكم وهكذا فإن ميكانيكا الكم هى حجر الأساس فى التقنيات الحديثة مثل الكمبيوتر والاتصالات باختصار من المستحيل تصور العالم الحديث بدون مكانيكا الكم




http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Knocking/images/title_atom.gif
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Knocking/images/atom.gif

ما هى الذرة؟
تعرف الذرة بأنها أصغر وحدة يمكن أن تنقسم إليها المادة بدون إطلاق أية جسيمات مشحونة كهربيه .
ومعظم جسم الذرة فارغ، وباقى الجسم يتكون من نواه موجبة وهى النواة المحتوية على البروتونات الموجبة (+)، ونيوترونات متعادلة الشحنة والنواة محاطة بالإليكترونات ذو الشحنة السالبة (-).
وتحتوى النواة الواحدة على اكثر من 99% من المادة الموجودة بالذرة ويمكن تمثيل حجم النواة بالمقارنة مع حجم الذرة بحجم كرة القاعدة (البايسبول) إلى حجم مائة إستاد كرة قاعدة.
معلومة جانبية: هل يمكننا فعلا أن نرى الذرات؟
إن حجم كل الذرات متساوى تقريبا سواء كانت تحمل ثلاثة إليكترونات أو تسعين فحوالى خمسين مليون ذرة من المواد الصلبة إذا تجمعت معاً فى صف واحد سوف يكون طولها سنتيمتر واحد فقط.
من المعروف إنه لا يمكن للضوء المرئى أن يسمح لنا برؤية جسيمات صغيرة جداً والتى تماثل الذرات فى الحجم، لماذا ؟
فالضوء المرئى هو عبارة عن موجه طولها الموجى هى المسافة بين قمة الموجتين، فاذا افترضنا أن هذا الطول الموجي مساوى تقريبا لأبعاد ثقوب الشبكة المبينة بالشكل‘ فإننا نلاحظ أن الأسماك
ذات الحجم الأكبر من هذه الثقوب هى فقط التى يمكن اصطيادها(أو رؤيتها) بهذه الشبكة ولأن الطول الموجى للضوء المرئى يتراوح بين (0.7 إلى 0.4 من الميكرومتر ) فإن الأسماك الأصغر من هذا الحجم لا يمكن أن نصطادها (نراها) باستخدام هذه الشبكة (الضوء المرئي). كما أن التفاصيل الدقيقة للجسيمات التى تبلغ حجمها نصف هذا الحجم لا يمكن رؤيتها بأى حال من الأحوال، من ثم فليس هناك أدنى فرصة لرؤية أو تصوير الذرات التى هى أصغر من ذلك بما يزيد عن مليون مره .
إلا أنه منذ عام 1982 تمكن المجهر (الميكروسكوب) الخاص باستخدام التأثير النفقى تمكن من خلق صورة للذرة.

تطوير معرفتناً بالذرة

فى عام 430 ق.م توصل الفيلسوف اليونانى ( ديموقريطس) إلى مفهوم أو فكرة فى كل الأشياء مصنوعة من ذرات أو بالمعنى الحرفى كل الأشياء مكونة من ذرات غير قابلة للانقسام .
واعتقد هذا الفيلسوف أن كل الذرات متماثلة وصلبة وغير قابلة للانضغاط إلى جانب أنها غير قابلة للإنقسام ، وأن الذرات تتحرك بأعداد لا حصر لها فى فضاء فارغ .وأن الاختلاف فى الشكل والحجم الذرى يحدد الخصائص المختلفة لكل مادة.
وطبقاً لفلسفة (ديموقريطس) فإن الذرات ليست المكون الأساسي للمواد فقط ولكنها تكون أيضاً خصائص النفس الإنسانية.
فعلى سبيل المثال فإن الآلام تسببها الذرات "الشريرة" وذلك لأن هذه الذرات تكون على شكل (إبر) بينما يتكون اللون الفاتح من الذرات المسطحة ذات الملمس الناعم ، وقد اعتقد ديمقريطس واعتقد معه الناس أفكار هي بلا شك تثير تهكمنا الان ولكنها كانت منذ قرون "العلم الذي لا يبارى" .
إن النظرية اليونانية عن الذرة لها مدلول تاريخى وفلسفى بالغ الأهمية ، إلا أنها ليست ذات قيمة علمية، ذلك أنها لم تقم على أساس ملاحظة الطبيعة أو القياس أو الاختبارات أو التجارب.

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Knocking/images/thomson_j_a2.jpg
J. J.Thompson
وفى عام 1897 أظهر اكتشاف الالكترون للعالم "طومسون" أن المفهوم القديم عن الذرة منذ ألفى عام، والذى ينطوى عيها على أنها جسيم غير قابل للإنقسام كان مفهوماً خاطئاً، كما أظهر أيضاً أن للذرة - فى الواقع- ترتيب معقد غير أنهم لم يغيروا مصطلح "الذرة" أو الغير قابله للتجزئة إلى "اللا ذرة"
وأدى اكتشاف "طومسون" عن الإليكترون ذو الشحنة السالبة إلى إثارة الإشكاليات النظرية لدى الفيزيائيين لأن الذرات ككل - تحمل شحنات كهربائية متعادلة فأين الشحنة الإيجابية التى تعادل شحنة الإلكترون.
وفى الفترة ما بين عامى (1903 - 1907) حاول - "طومسون" أن يحل هذا اللغز السابق ذكره عن طريق تكييف نموذج للذرة والتى اقترحها فى المقام الأول "اللورد كيلفن" فى عام 1902، وطبقاً لهذا النموذج والذى يشار إليه غالباً بنموذج "كرة معجونة وبها بعض حبوب الزبيب" فإن الذرة غالباً هنا عبارة عن كرة ذات شحنة موجبة متماثلة أما الشحنات السالبة فإنها منتشرة على الإلكترونات مثل الزبيب المدفون فى كرة الزبيب.
وترجع أفضلية نظرية " طومسون" عن الذرة فى أنها ثابتة، فإذا لم توضع الإلكترونات فى مكانها الصحيح فستحاول أن تعود إلى مواضعها الأصلية ثانية.

وفى نموذج معاصر أيضاً نظر العلماء إلى الذرة على أنها مثل النظام الشمسى أو مثل كوكب "زحل" ذو حلقات من الإليكترونات محيطة بالشحنة الكهربية الإيجابية المركزة.

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Knocking/images/rutherford_a11.jpg
Ernest Rutherford
وساعد "رذر فورد" على تنمية معرفتنا بالذرة ،عندما قام مع "هانز جيجر" بإجراء تجارب رقائق الذهب الشهيرة والتى أظهرت أن للذرة نواة صغيرة ولكنها تحتوى على كل الكتلة تقريباً. فقد قام بإطلاق جسيمات "ألفا" خلال الرقائق الذهبية ثم استقبلت هذه الجسيمات كومضات ضوئية على شاشة الاستقبال وكان سُمكَ الرقائق الذهبية "أو الورقة الذهبية الواحدة" حوالى 0.00004 سنتيمتر فقط، ومرت معظم الجزئيات مباشرة عبر الرقائق فى حين انحرفت واحدة فقط من عشرين ألف جزئ (ألفا) إلى حوالى 45ْ م أو أكثر.
وتساءل (رذر فورد) عن السبب الذى أدى إلى مرور معظم الجزيئات عبر الرقائق الذهبية وانحراف قليل منها بشدة، وكان هذا بالفعل أمر غير مصدق، تماماً كما لو انك قمت برمى قذيفة قطرها 15 بوصة فى قطعة من الورق ثم عاد هذه القذيفة للاصطدام بك ثانية.
ولقد نسب إلى (رذر فورد) قوله مؤخراً "من خلال التفكير والدراسة أدركت أن هذا الارتداد المتفرق هى نتيجة حتمية للتصادم الفردى فعندما قمت بالعد وجدت أنه من المستحيل أن أحصل على أى نتيجة ولهذا العدد الضخم، إلا إذا أخذت نظام يكون الجزء الأكبر من الكتلة من الذرة فيه مركزا بالنواة الدقيقة. وبعد كل هذا التحليل أستطيع القول بأننى قد توصلت إلى وجود ذرة ذات مركز دقيق جداً به أغلب الكتله ويحمل شحنة موجبة تعادل شحنة الإلكترون".


http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Knocking/images/title_waves.gif

يوجد ما يقرب من( 0,01%) من طاقة الكون الكلية على شكل أشعه كهرومغناطيسية . فالحياة البشرية كلها مغمورة بتلك الأشكال من الأشعة وكذلك فان تكنولوجيا وسائل الاتصالات الحديثة والخدمات الطبية تعتمد بشكل كبير وواضح على صور عده لهذه الموجات . وفى الواقع فان كل الكائنات الحية التى تعيش على وجه الأرض تعتمد على الأشعة الكهرومغناطيسة المستمدة من الشمس . فان أعيننا يمكنها أن ترى بعضا من الاشعهالكهرومغناطيسسيه المنبعثة من الشمس فى صورة ضوء مرئى .وكذلك فالحياة اليومية مليئة بأشعة كهرومغناطيسيه من صنع الإنسان ومنها ما يلى .. الطعام الذى يطهى فى أفران تعمل بالميكروويف والطائرات توجه بواسطة موجات راداريه وأيضا البث والاستقبال الإذاعي والتلفزيوني الذى يستقبل الموجات الكهرومغناطيسية . فالذى يقوم بعملية النقل هذه (نقل الصوت والصورة ) هى موجات كهرومغناطيسيه. لكن ما هى الموجه الكهرومغناطيسيه ؟ الإشعاع الكهرومغناطيسى هو فيض من الطاقة عبر الفضاء بسرعه تساوى سرعة الضوء ويكون هذا الفيض على شكل موجات كهرومغناطيسيه وفى هذه الموجه يغير المجال الكهربى و المغناطيسى قيمتهما واتجاههما كل ثانيه ملايين المرات . ومعدل التغير هذا أو عدد الدورات فى الثانية هو التردد الموجى الذى يتم قياسه بالهرتز . ودائما ما يكون المجالين الكهربى والمغناطيسى متعامدين على بعضهما مع تعامد كليهما على اتجاه حركة الموجه .والطول الموجى هو المسافة بين اقرب قاعين أو اقرب قمتين (ذروتين). ويلاحظ أن الطول الموجى والتردد مرتبطان بهذه المعادلة:
سرعه الضوء = التردد * الطول الموجى .

[mohammed2050]

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Theory/images/title_introduction.gif

قبل بداية القرن العشرين كان لدى العلماء اعتقاد راسخ بأن العالم الفيزيائى ينقسم إلى عالمين ... علم الموجات وعالم الجسيمات. وكان الاقتناع أن العالم المادى مكون من أجزاء كروية صغيرة مثل الذرات والجزيئات والتى تتفاعل مع بعضها البعض لتنتج مواد مختلفة، حيه وغير حيه، والتى نراها حولنا. وكان لدى العلماء أيضاً نظرية جيدة جدا تصف كيف ينتشر الضوء فى صورة موجات كهرومغناطيسية مماثلة لموجات المياه فى بحيرة ساكنهعندما تسقط حجرا بها. باختصار كان اكتمال الفيزياء النظرية وحل جميع الألغاز الكبيرة على مدى بصر العلماء. ولكن عند بداية القرن العشرين اكتشف العلماء أنه لابد من البحث عن نظرية جديده تفسر ألغاز لا يوجد لها حل فى النظرية النمطية لقد وجدوا أنه أحيانا يمكن أن يتصرف الضوء كموجات ولكن فى أحيانا أخرى يتصرف كجسيمات تسمى "فوتونات" وكأن ذلك ليس كافيا فقد اكتشف العلماء بعد ذلك بقليل أن الجسيمات "مثل الإلكترونات" تتصرف أحيانا كموجات.

أول الملاحظة أن الضوء له طبيعة (جسيميه) (مثل الجسيمات) كانت فى عام 1900 ".
ماكس بلانك" الفيزيائى الألمانى المشهور والمولود فى ( كيل)عام 1858 وجد نفسه مضطراً إلى إنتاج فكرة (الرزم) (الحزم) الضوئية المحددة لكى يفسر كيف يبعث أو يشع الجسم الساخن موجات كهرومغناطيسية .
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Theory/images/infrared_sidebox.gif
دعنا نبدأ من أول القصة.

هل رأيت يوما حداداً ؟
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Theory/images/blacksmith.jpg

هل رأيته يأخذ قطعة من الحديد ويضعها فى الفحم المشتعل ثم ينتظر فقطعة الحديد تتحول ببطء إلى اللون الأحمر ثم الأصفر والأزرق كلما ارتفعت درجة حرارتها.
هل سألت نفسك لماذا يحدث كل هذا؟
عندما تبدأ فى تسخين قطعة الحديد فإن الذرات والجزيئات المكونة لقطعة الحديد تتحرك أو تهتز أسرع وكلما زادت درجة حرارة القطعة تزداد سرعة
الذرات والجزيئات فهذه الحركة والاهتزازات تسبب تكوين جهاز إرسال أو استقبال (الإيريال) ولكن نظرية ماكسويل المقبولة في هذا الوقت تقول أن كمية الطاقة المنبعثة على هيئة موجات كهرومغناطيسية يجب أن تكون واحدة لكل الترددات . ونظرا لوجود عدد لانهائي من الترددات فإن الطاقة المنبعثة من الجسم الساخن سوف تكون لانهائية . من أين للجسم إذا كل هذه الطاقة ؟(عمل ماكس بلانك ستة أعوام كاملة لكى يأتى بحل يتفق مع ملاحظاتنا وليس مع ما تتنبأ به نظرية ماكسويل. اتفق اقتراح بلانك تماما مع الملاحظات ، ومع هذا فقد كرهه الرجل فقد اختلف حله مع منطقه العام . أى ان الرجل آمن بالحل ولكنه كرهه فى نفس الوقت . ولكن ما هو هذا الاقتراح الثورى الذى قلب فاهيم الفيزياء الحديثة رأسا على عقب. اقترح بلانك أن الطاقة المنبعثة أو الممتصة على صورة موجات كهرومغناطيسية لا يمكن أن توجد إلا فى صورة جسيمية على هيئة حزم رزم (وأى حزمه لا يمكن لها ان تنقسم ) وهذه الطاقة تتناسب تناسبا طرديا مع تردد الموجة الكهرومغناطيسية الحاملة للطاقة على صورة هذا المبدأ البسيط:
- E = h x f
حيث E هى أدنى كمية طاقة يمكن أن تنبعث أو تمتص على صور موجة كهرومغناطيسية ترددها f .
و( h ) هى ثابت بلانك وهى قيمة صغيرة جداً جدا ًجداً { 6.622x10-34 جول .ثانية}

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Theory/images/stability_title.gif


كانت الثغرة الثانية فى الفيزياء النمطية والتى جعلت الفيزيائيون يبحثون عن نظرية أخرى تتفق مع ملاحظاتهم وقياساتهم هى نموذج الذرة . هل تذكر نموذج الذرة لرذرفورد : النواة في المركز مثل الشمس والنواة تدور حولها مثل الكواكب حول الشمس ، لاحظ أن قوة الجاذبية بين الشمس والكواكب

(http://javascript%3Cb%3E%3C/b%3E:MM_openBrWindow%28%27../glossary.html%27,%27Glossary%27,%27scrollbars=yes, width=790,height=550%27%29)
استبدلت فى هذا النموذج بقوة الجذب الكهرومغناطيسي بين النواة والإلكترونات. الثغرة الواضحة فى هذا النموذج أنه تبعاً لنظرية ماكسويل فإن الإلكترونات التى تدور حول النواه لابد أن ينبعث منها موجات كهرومغناطيسية وبالتالي تفقد طاقة مما يؤدى إلى انجذابها نحو النواة وبالتالي امتصاصها بواسطة النواه في جزء يسير من الثانية. لم يلاحظ العلماء أي شيء من هذا فذرات جميع العناصر موجودة من القدم ولم تصبح هذه الذرات نواة متعادلة .
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Theory/images/eV_sidebox.gif

لحل هذه الإشكالية تقدم " بوهر " باقتراح وهو أن الإلكترونات لا يمكنها إلا أن تدور فى مدارات محددة كل مدار ذو مستوى

طاقة معين ، فإذا قفز الكترون من مدار بعيد عن النواه إلى مدار أقرب لها فإنه لابد وأن يبث طاقة تساوى الفرق بين مستويي طاقة هذين المدارين. ولكي يقفز اليكترون من مدار أدنى إلى مدار أعلى لابد له أن يمتص طاقة تساوى هذا الفرق تماماً وعليه فإنه فى أى مدار محدد لا تبث الإلكترونات أي موجات كهرومغناطيسية بسبب دورانها. وهذا التفسير فسر ثبات واتزان الذرة حيث لا يمكن للإلكترون فى أقرب أو أدنى مدار من النواة أن يفقد طاقة أكبر مما يحمل فى هذا المستوى ، و بالتالي لا يمكن للإلكترون أن يفقد أي طاقة من أدنى مدار له حول النواة.

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Theory/images/bohratom.gif



http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Theory/images/particleorwave_title.gif

كلنا يعرف" اسحق نيوتن " الذي أصر على أن الضوء يتكون من جسيمات صغيرة ، وطبعاً كلنا صدقنا فمن يستطيع أن يقول لا لنيتوين !! بعد حوالي مائة عام من نيوتن جاء عالم بريطاني آخر له نفس شهره نيوتن يسمى "توماس يونج " أجرى يونج بعض التجارب التي أثبتت أن الضوء يتكون من موجات أنظر" تجربة الفتحتين" ثم جاء " ماكسويل " و " هرتز " اللذان أكدا أن الضوء يتكون من موجات . ولكن اينشتاين الذي كان "يؤمن بالنظرية الموجية للضوء " أدهش العالم عندما أوضح أن الضوء له شكلان الشكل الموجي والشكل الجسيمي (فاز اينشتاين بجائزة نوبل عن إسهامه في اكتشاف طبيعة الضوء عن طريق التأثير الكهروضوئى ) . كيف يمكن للضوء ان يكون موجي وجسيمي في ان واحد :- هل هذا تناقض ؟لا. انظرإلي الشكل المرفق الموضح. كانت رسالة الدكتوراه التي قدمها العالم الفرنسي ذو الأصول النبيلة لويس فيكتور دى برولى في عام 1923 هي الحلقة الاخيرة فى ازدواجية الجسيم والموجة . فلقد أظهر دى برولى أنه كما أن كل موجة ذات تردد معين حزمة أو رزمة من الطاقة تسمى فوتون يمكن النظر اليها كجسيم حسب مبدأ بلانك فإن لكل جسيم طبيعة موجية بالمقابل. فالإلكترون الذى يعلم كلنا أنه جسيم وله شحنه وكتله محددة ومعروفة ، أظهر دى برولى أن للإلكترون طبيعة موجية وهذه الموجة المصاحبة للإلكترون لها تردد يعطى بالمعادلة: f=mc2/h حيث أن m هى كتلة الإلكترون ، و c هي سرعة الضوء أما (h) فهي ثابت بلانك.


http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Theory/images/need_title.gif

كانت اكتشافات بلانك وبوهر بلا شك مبهرة في الربع الأول من القرن العشرين ولكنها ظلت اكتشافات لا ترقى إلى مستوى النظرية أو العمل المتكامل. وفى بداية عشرينيات القرن الماضي أبتدأ العلماء في البحث عن نظرية أو وسيله لوصف هذه الظواهر الكمية بصورة أشمل. أضطلع بهذا العمل شابين صغيرين أحدهما ألماني يدعى " فرنر هيزنبرج " والأخر نمساوي يدعى" أروين شرود نجر " كان هذان الشابان يعملان منفصلان كلُُ بطريقته ولكن لاحقاً أدرك العالم أنهما كانا يعملان لنفس الهدف .كان تركيز هيزنبرج على ما يسمى بميكانيكا المصفوفات في حين كان شرود نجر يعمل بما يسمى بميكانيكا الموجات . وقد أثبت بول ديراك لاحقاً أن ميكانيكا المصفوفات وميكانيكا الموجات هما ليسا إلا وجهان لعملة واحدة وهى ميكانيكا الكم .

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Theory/images/uncertainty.gif

كان العلماء قبل هذه الاكتشافات المذهلة يرون أنه يمكن لنا أن نتنبأ بكل ظواهر الكون إذا علمنا :

1- الحالة الفيزيائية التي تصف الكون الآن بدقة متناهية .
2- القوانين التي تسير هذا الكون
ومن هذين المعطيين نستطيع أن نتنبأ بحالة الكون في أي لحظة قادمة . أثبت هيزنبرج أن الفرضية الأولى مستحيلة تماماً أي أننا لا نستطيع أن نعرف(أو نصف) بدقة متناهية حالة جسيم واحد فما بالك بالكون كله . معرفة أو وصف الجسيم يعنى أننا نعرف مكانه وسرعته تماماً. أثبت هيزنبرج إننا إذا قسنا مكان الجسيم بدقة متناهية فإن سرعته يمكن أن تأخذ أي قيمة دون أن نستطيع أن نصفها أي أنه كلما ذادت الدقة في قياس المكان قلت الدقة في قياس السرعة والعكس صحيح. وهذه الخاصية الطبيعية للكون لا تعتمد على الجهاز الذي نقيس به بل أنها مبدأ ثابت وهى طبيعة الكون الذي نحيا فيه وهى حد مطلق لا يمكن لنا اختراقه مهما دققنا في القياس .

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Theory/images/wavefunction_title.jpg

في منتصف العشرينيات من القرن الماضي استنبط " اروين شرود نجر " معادلته الشهيرة في ميكانيكا الكم وتدعى "معادلة شرود نجر " ، وهذه المعادلة تصف حالة الجسيم الكميه . وتقول أن لكل جسيم دالة موجية مصاحبة له وهذه الدالة منتشرة لتملأ الفراغ الكوني كله وتكون هذه الدالة أقوى في مكان الجسيم وتضعف كلما ابتعدنا عنه .وتصف هذه المعادلة الحالة الكمية للجسيم "مثل الإلكترون أو الذرة " بدقة متناهية ولكن هناكشيء غريب جدا في هذه المعادلة وهى عند إجراء أي " قياس " للإلكترون بواسطة كشاف للجسيمات مثلا فان الدالة الموجية لهذا الإلكترون تقفز من حالتها الموصوفة بمعادلة شرود نجر إلى حالة أخرى حيث نتيجة القياس وذلك فور إدراكنا لنتيجة القياس . وعندما نتوقف عن المشاهدة أو القياس فإن هذه الدالة الموجية ترجع وتنتشر مرة أخرى لتملأ الكون ثانية "انظر الرسم المرفق". تفسير ماكس بورن الاحتمالي اخذ ماكس بورن الفيزيائي الألماني المشهور معادلة شرود نجر خطوة أخرى ، عندما أوضح أن شدة الدالة لأي جسيم عند نقطة معينة ما هي إلا مقياس لاحتمال تواجده عند هذه النقطة . وقد ساهم هذا التوضيح في اكتشاف أشكال أخرى لميكانيكا الكم .

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Theory/images/reality_title.gif


بتفسير بورن الاحتبتفسير بورن الاحتمالي ومبدأ اللامحققية لهيزنبرج أرسى نيلس بوهر في الثلاثينيات من القرن الماضي تفسيراً هلامياً أو غير محدد للواقع الكمي : ويسمى هذا التفسير
تفسير كوبنهاجن :- وهو يفسر الكون أو الواقع على المستوى الكمي على أن القياس هو كل شئ .القياس هو الذي يوجد الواقع أي أن قياس مكان إلكترون هو الذي يوجد إلكترون له مكان أو موقع وبدون قياس فأننا لا نستطيع أن نتكلم عن واقع بوجود إلكترون . أينشتاين وشرود نجر لم يوافقا على هذا التفسير على الرغم من موافقتهم على المقدمات الرياضية لميكانيكا الكم . وقد كان أينشتاين خاصة على اقتناع بأن الواقع موجود بصرف النظر عن قياسنا له أو عدم قياسنا له وقد جادل إينشتاين بأن ميكانيكا الكم ليست نهاية المطاف بل أنها صورة مقربة للصورة الحقيقية للكون . وعندما نتمكن من أيجاد الوسائل التي تمكننا من رؤية هذه الصورة فأننا بلا شك سوف نكتشف الواقع الحقيقي للكون .

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Theory/images/dust_title.gif
ماذا بعد ؟ ما زالت ميكانيكا الكم هي مركز البحوث في الفيزياء الحديثة . وسوف نركز هنا باختصار على ميدانين من ميادين البحث في ميكانيكا الكم :- 1-الجاذبية الكمية مع أنه لا توجد قياسات تجعلنا نبحث عن نظرية كمية للجاذبية فأن العلماء يعتقدون أنه منذ زمن بعيد جداً عند بداية الخلق الأول كانتالجاذبية خاصية كمية. وهناك بعض الدلائل على أنه بعد 10 -43ثانية أى واحد على عشرة من مليون مليون مليون مليون مليون مليون مليون من الثانية بعد الخلق أو الانفجار الأعظم من الثانية كانت الجاذبية بلا شك جاذبية كمية . لاحظ أنة لم تكن توجد فى هذا الوقت المتقدم أية ذرات حيث أن أول ذرة خلقت كانت بعد ثلاث دقائق كاملة من الخلق الأول هذا يعنى أن ميكانيكا الكم ليست حديثة كما يعتقد أكثرنا . الكم الكوني ( كوزمولجيا الكم ). هناك إتجاه حديث في ميكانيكا الكم يحاول منظريه أن ينظروا إلى الكون كله كأنه نظام كمي واحد . فهولاء الجماعة الجديدة من الفزيائين والذين يعرفون بإسم " كوزمولجى الكم" يحاولون تطبيق ميكانيكا الكم على الكون ككل لكشف سر منشأه

[mohammed2050]

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Applications/images/laser_title.gif


إن تطبيقات ميكانيكا الكم لا حصر لها ، فميكانيكا الكم تشكل الأسس لكل تفاعلات الكيمياء و الكيمياء الحيوية وكذلك تركيب الأدوية والسبائك المعدنية وأيضاً توليد أشعة (x) الطبية المستخدمة في التطبيقات الطبية وهى تعتبر من العناصر الرئيسية في الليزر والترانزستور. الليزر لنفترض أن هناك ذرة بها إلكترون له مستويين (مدارين ) من الطاقة والذى يختلف كل واحد منهما عن الأخر بكمية معينة من الطاقة ولندرس كيف تتفاعل هذه
الذرة مع الضوء. حسب معطيات ميكانيكا الكم فإن الذرة سوف تتفاعل مع ضوء ذو تردد محدد والذى يحدده مبدأ بلانك : E= FH . من هنا يمكننا أن نلاحظ أن هناك ثلاثة أنواع من التفاعلات قد تحدث بين الذرة والضوء وهى كالأتي :
1- فلو كانت الذرة فى أدنى مستوى من الطاقة فإن ه بإمكانها أن تمتص الضوء ويتم استثارتها إلى المستوى الأعلى من الطاقة.
2- ولو كانت الذرة فى أعلى مستوى من الطاقة فإنها تستطيع أن تسقط تلقائياً إلى المستوى الأدنى مشعة ضوء فى هذه العملية .
3 الاحتمال الثالث وهو أن تكون الذرة مثاره بسبب وجود الضوء مما يجعلها تسقط إلى الحالة الدنيا من الطاقة وفى هذه الحالة فإنها تقوم بإشعاع ضوءا إضافيا له نفس تردد واتجاه الضوء الذى قامت باستثارته وهذا هو الليزر




http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Applications/images/medicine_title.gif


بعد أن أعلن العلماء أنهم استطاعوا ان يضعوا مسودة للجينوم البشري في 26-6-2000 فإن ميكانيكا الكم سوف تلعب دورا فعالا في تركيب الأدوية في القرن القادم. و لأن ميكانيكا الكم لها لا تنافس في التنبؤ ووصف التفاعلات الكميائية المعقدة فإنها سوف تكون الأداة الرئيسية المستعملة مستقبلا في تصميم الأدوية الجديدة التي سوف تقوم بعلاج المرض قبل ظهوره بسنوات عديدة عن طريق تغيير في بعض الجينات المسئولة عن هذا المرض.




http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Applications/images/tunneling_title.gif
إذا كانت هناك كرة تتدحرج داخل وعاء مجوف على شكل نصف كرة كما هو موضح بالشكل .
هل تستطيع الكرة الخروج من الوعاء ؟
هذا يعتمد على طاقة الكرة .. إذا كانت طاقة الكرة كبيرة بحيث تستطيع أن تكتسب سرعة عالية تمكنها من تعدى حاجز الوعاء ومن ثم الخروج . ولكن إذا كانت طاقة الكرة غير كافية فإنها سوف تكتفى بالصعود و الهبوط على جانبي الوعاء بدون أن تتمكن من الهروب ..
هذا ما يحدث فى العالم الكلاسيكي ( النمطي ) ولكن فى العالم الكمى فلقد رأينا أن أية متغير يمكن أن تكون له قيم متعددة
فإذا نظرنا إلى طاقة الكرة مثلا فى هذه الحالة و طبقنا لقوانين ميكانيكا الكم فإن "الطاقة المتوسطة "للكرة قد تكون صغيرة وغير كافية للهروب من الوعاء . ولكن فى النظم الكمية فإن قيمة هذه الطاقة المتوسطة هو " متوسط " لطاقات ممكنة كثيرة للكرة .
قد تكون قيمة إحدى هذه الطاقات عالية بما يكفى للكرة للهروب من الوعاء . أي أنه فى النظام الكمى يمكن لكرة الهروب من الوعاء حتى و لو كانت طاقتها المتوسطة لا تكفى لذلك ، أى أنها استطاعت أن تهرب من الوعاء كما لو كانت اخترقت جدارها من خلال نفق .

وهذا هو ما يسمى بالتأثير النفقي ، وهذه الخاصية لها تطبيقات كثيرة سوف تذكر منها هنا أهمها :-
الميكروسكوب الإلكتروني كما ذكرنا سابقا فنحن لا نستطيع أن نرى الذرة وذلك لصغر حجمها بالنسبة إلى الطول الموجي للضوء المرئي. فى الميكروسكوب الإلكتروني نستطيع أن نتحسس سطح المعادن بتطبيق خاصية التأثير النفقي .
فعندما تقترب أبره من سطح المعدن الى درجة كبيرة تهرب بعض الإلكترونات من الذرات المكونة للإبرة وذلك حسب خاصية التأثير النفقي . ونظرا لصغر حجم هذه الإلكترونات فإنها تستطيع أن تتحسس سطح المعدن بدقة كبيرة مما يمكننا من رؤية ذرات السطح


http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Applications/images/computers_title.gif

قد يقوم أحد الناس بجمع معلومات كاملة عن إما حاله نمطيه أو حاله كميه، لكن تلك المعلومات مختلفة فى كلتا الحالتين . تخيل على سبيل المثال حبه من الخرز مسلوكه(ملضومة) فى سلك ثابت ،فطبقا للميكانيكا النمطية فإن حالة حبة الخرز يمكن وصفها عن طريق إدراج مكانها و سرعتها:"رقمين". وطبقا للميكانيكا الكميه فإن حالة حبة الخرز (الدالة الموجيه) توصف عن طريق سعة الدالة الموجيه عندما تكون فى أي نقطه على هذا السلك. وحيث أن عدد النقط التى يمكن أن تتواجد بها حبة الخرز على هذا السلك هو عدد لانهائى (الحجم والزاوية ) لهذا فإن تعيين الحالةالكميه للخرزة يتطلب معلومات أكثر كثيرا منها لو كانت هذه الخرزة توصف بالفيزياء النمطية . باختصار فإن المعلومات التى نحتاجها لتحديد الحالة الكميه ليست فقط مختلفة فى الصفات عن المعلومات التى نحتاجها لتحديد حاله نمطية ، ولكنها أيضا أكبر منها فى الكمية. من هنا فإن هناك حالات كميه اكثر من الحالات النمطية لنفس النظام .وهذه الحقيقة مصدر لكل من الفرح وكذلك الصعوبة فى نفس الوقت : فالفرح أو السرور ينبع من وجود اكثريه عظمى متنوعة من السلوك الكمى. وهذا التنوع يكاد يكون مفقود تماما فى الحقل النمطى ،فإنك تستطيع أن تصف حدث فيزيائى واحد بعدد لا نهائى من المتغيرات الكميه ، بينما تستطيع أن تصفه بعدد محدد من الفيزياء النمطية . والصعوبة هنا تكمن فى حقيقة أن الحسابات التى تتطلبها النظم الكميه تقوم بتقديم معلومات أكثر تعقيدا من تلك التى تتطلبها النظم النمطية .فبرنامج الكمبيوتر الذى يمثل نظام كمى سوف يأخذ وقتا أطول من هذا الذى يمثل نظام نمطى ،ذلك لأن النظام الكمى لديه معلومات أكثر . ولعدة أعوام كثيرة بدت هذه الحقيقه غير سارة ولكن لا يمكن تفاديها لكل الحياة العملية. فى الثمانينات أدرك ثلاثة من العلماء وهم(بول بينيوف وريتشارد فينمان وديفيد دوتش) أن هذه الصعوبات قد تتحول مميزات ،فبدلا من الشكوى من المشاكل التى تظهرها ميكانيكا الكم باستخدام الكمبيوتر النمطى فلماذا لا نقوم ببناء حاسوب مكون من نظم كميه ؟ فغزارة الإحتمالات المتاحة في ميكانيكا الكم قد تسمح للكمبيوتر الكمى أن يقوم بإنجاز مهام كثيره جدا بطريقه سريعة جدا عن النظير الكلاسيكى(النمطى). فعلى سبيل المثال فى الكمبيوتر التقليدى تحتوى الذاكرة على مواقع اختزان وكل موقع له احتمالين إما واحد وإما صفر كما أن المعالج أيضا يحتوى على عدة مفاتيح يمكن أن تكون مفتوحة أو مغلقه لكن النظام الكمى يمكنه أن يكون مفتوح أو مغلق أو عدد لا نهائى من الإمكانات الأخرى.

[mohammed2050]

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/commonsense_title.gif


سؤال: هل يمكنك التواجد فى مكانين فى آن واحد ؟
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/boy.gif : بالطبع لا ، هل أنت مجنون
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/et.gif : ولم لا بالطبع ؟
سؤال : هل تستطيع أن تكون قصير عند نظر أحدا أصدقاءك إليك وتكون طويل عند نظر أمك إليك ؟
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/boy.gif :بالطبع لا: هل حدث لعقلك شئ
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/et.gif :نعم بالطبع ، أنها الحياة اليومية
ولقد وجهت نفس الأسئلة إليك والى كائن حى مشهور قائم خارج نطاقه هذه الأرض، ولقد كانت الإجابات
متناقضة فى مجملها طالما أنه لا يمكنك التواجد فى مكانين فى آن واحد الذى جعلك متأكد هكذا ؟
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/boy.gif :ـ إنه المنطق العام .
ـ لكن من علّمك هذا المنطق العام ؟
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/boy.gif :ـ لا أحد إنه المنطق العام فحسب .
ـ أعلم ذلك ، لكن من الذى (اكتشف) لك هذا المنطق العام ؟
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/boy.gif :ـ اكتشفته من خلال الحياة عندما كبرت .
؟ ـ وهذا يعنى أنه لو كان لك حياة مختلفة بخبرة مختلفة فسوف يكون لديك منطق عام مختلف تماماً .
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/boy.gif :ـ لا أظن ذلك .
........ further ET answers :
كيف يمكنك التواجد فى موضعين فى آن واحد ؟
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/et.gif :ـ ماذا تعنى ؟ إنه لسؤال أحمق ، تماماً كما لو سألتك كيف تستطع شرب الماء كل يوم ؟
ـ لكن هذا يبدو فى غاية الغرابة . وهو التواجد فى مكانين فى آن واحد ألا تظن ذلك ؟
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/et.gif :ـ بالطبع لا ، اثنين ، ثلاثة أو حتى عشرة ، ما الغرابة فى ذلك ؟ فهذا أمر طبيعى جداً مثلما تفكرون أنتم (ككائنات بشرية ) فى أمريكا أثناء تواجدكم فى اليابان . أو تحكم بأن تكون (بيل جتس) بينما تمتلك بالكاد ما يكفى لثمن شراء ساندويتش الهامبورجر .
ـ وماذا عن تغير البنية أو الشكل وفقاً لمن ينظر إليك ؟
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/et.gif :هذا لأنكم ( أنتم أهل البشر ) لديكم تصور غبي حقاً وهو أن العالم أو الكون موجود خارجك ويتصرف بطريقة محددة وبصرف النظر عمن ينظر إليك أو يراقبك وفى هذا التصور البشرى فان الحقيقة الموضوعية تكون منفصلة تماماً عنكم أنتم كبشر ولكن عندنا نحن في المكان الذي نشأنا به فأن الحقيقة الموضوعية ومن يشاهدها (يراقبها ) يكونان واحداً وآي تغير في المُشاهد أو المراقب يغير هذه الحقيقة لهذا عندما ينظر إليه صديقي فأن شكلي يتغير نتيجة لذلك و بالمقابل فأن وجودي يغير الطريقة التي يراني بها صديقي وأعتقد أنكم أنتم يا أهل الأرض لديكم مثل يوضح معنى هذه الحقيقة وهو (أن الجمال في أعين الناظر ).



http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/capsules_title.gif

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/capsule1.gif

أثبتت ميكانيكا الكم ـ بدون أدنى شك ـ أن هناك حد أساسي لا يمكن لنا تعديه لقدرتنا على تحديد صور العالم الفيزيائى بدقة بصرف النظر عن كيفية محاولاتنا لقياس هذا العالم .
وعلى عكس ما نعتقد ، فأن هذا الحد يعتبر أساسيا و خاصية لا مفر منها للكون
علاوة على ذلك ، فأن ميكانيكا الكم تخبرنا أن أى جسيم لا يمكن لنا تحديده بالتأكيد.
فأى إلكترون على سبيل المثال يمكنه التحرك من النقطة A إلى النقطة B فى الفضاء ، لكن من المستحيل لنا أن نحدد المسار الذى يأخذه فى التحرك ، لأن ميكانيكا الكم تخبرنا فقط عن الاحتمالية المحددة لكل مسار.

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/capsule2.gif

تخبرنا ميكانيكا الكم أن إدراكنا بالعالم غير واضح ، فالكل متفق على ذلك إلا أن هناك جدل كبير حول ما إذا كانت ميكانيكا الكم تمدنا بوصف كامل عن العالم الفيزيائى أم أن هناك جزء فى العالم الفيزيائى لا يمكنها إدراكه.
و بمعنى أخر:-
هل هذا الصور المبهمة توجد نتيجة لعيب فى أعيننا ( ميكانيكا الكم) والتى تعنى أنه إذا تم لنا علاج أعيننا التى نرى بها التى
( أن إدراكه أو اكتشافه ممكن لميكانيكا الكم )وعليه فأننا سنرى صورة اكثر وضوحاً ( صورة عالم نمطى ) أم أن ذلك نتيجة لحقيقة الصور (أى أن الصورة الحقيقة مشوشة ) وهذا هو ما يطلق عليه ( تفسير كوبنهاجن)

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/capsule3.gif
" أعتنق هذا التفسير كل ( بور ) وهيزنبرج) وآخرون. والذي ينكر الحقيقة الفيزيائية للعالم الكمى ، ويوضحا أن الكشف عن مكان إلكترون يؤدى إلى ( أو يخلق ) إلكترون ذو مكان محدد فقبل اكتشاف ( مكان الإلكترون ) لا يمكننا بأى حال أن نقول أن هناك إلكترون وبمعنى أخر فهذا التفسير الغريب للعالم الصغير يقول أن الإلكترونات والذرات والجزيئات ليست إلا عالماً من الاحتمالات وليست أشياء حقيقة أو موضوعية .


http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/Philosophy/images/capsule4.gif
· القياس فى ميكانيكا الكم * مشكلة القياس
كما ذكرنا سلفاً فأن فكرة القياس تلعب بوضوح دوراً خاصاً فى ميكانيكا الكم حيث أن الدالة الموجية يُفترض أن تتغير باستمرار وبطريقة سببية بين القياسات ولكنها تقفز أو تنخفض بطريقة غير استمرارية وبدون سبب بمجرد حدوث القياس و إدراكنا لعملية القياس هذه غامض إلى حد كبير ذلك لأن ميكانيكا الكم لا تحتوى على أية إرشادات عن الوقت الذى يجب إن تتم فى عملية القياس .
إلى أن هناك مشكلة فلسفية حقيقية عندما نسأل السؤال الآتى :-
ماذا يحدث فى الواقع - بداخل أجهزة القياس مثل ( عدد جيجر) عندما نقوم بأى قياس كمى . ويفترض ضمنياً تفسير كوبنهاجن أن جهاز القياس هو جهاز فى شكل نمطى(جهاز كلاسيكى) . لكن فى الحقيقة فإن جهاز القياس ( مثل عداد جيجر ) يتكون من ذرات وجزيئات والتى لابد وأن تصفها وتحددها الدالة الموجية لميكانيكا الكم، وعليه فإن الجهاز نفسه لن يكون لديه قيمة محددة لكل خواصة الفيزيائية بما فى ذلك قراءه عداداته ….الخ حتى يتم قياس هذه القياسات نفسها وهكذا فى حلقة مفرغة و ذلك بلا نهاية

[mohammed2050]

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/planck_title.gif

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/planck_a25.jpg
Max Planck

الفزيائى الألمانى ماكس بلانك المولود فى الثالث والعشرين من إبريل عام 1858 والمتوفى فى الثالث من أكتوبر 1947 وهو الذى قام بعد حصوله على درجة الدكتوراه بتطوير مفهوم الكم وهو أحد الأشياء الرئاسية لميكانيكا الكم ويعد أيضاً حجر الأساس للفيزياء الحديثة .
بعد تخرجه من جامعة ميونخ عام 1879 قام بلانك بالتدريس فى جامعة ( كيل ) فى الفترة من عام 1885 إلى 1889 وكذلك بجامعة برلين فى الفترة من عام 1889 إلى عام 1926.
ثم بعد ذلك عين فى عدة معاهد مؤسسات منها أدارته لمعهد الفيزياء النظرية الذى أساس من أجله .
بدء بلانك دراسة إشعاع الجسم الأسود عام 1897 . و أكتشف أنه فى حاله الأطوال الموجية الطويلة لا ينطبق عليه القوانين التى وضعها (وليم ويلن). وجعله هذا الاكتشاف أن يعلن فى عام 1900 عن فكرته الثورية التى تقول أن الطاقة الكهرومغانتسية يمكن أن تبث أو( تمتص ) رزم أو فى كمات محددة تعتمد على تردد الموجة المنبعثة وذلك مضاد تماماً لنظرية الفيزياء النمطية .
وقد قام باستخدام النظرية الكمية (لبلانك) والتى جعلته يفوز بجائزة نوبل لعام 1918 ألبرت أينشاتين وذلك لكى يتمكن من شرح التأثير الكهربى الضوئى وذلك فى عام 1905.
وكذلك أستخدمه (نلس بوهر ) عام 1913 لكى يقترح نموذج ذرة الهيدروجين مع الحالات ( الكمية للإلكترون) ثم تم تطوير النظرية بعد ذلك إلى ميكانيكا الكم ، وقد برع بلانك فى عدة أفرع ومجالات من علم الفيزياء والديناميكا الحرارية والديناميكا الكهربية وصولاً إلى النظرية النسبية وقام أيضاً بكتابات مطولة عن فلسفة العلم.

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/einstein_title.gif

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/einstein_a16.jpg

Albert Einstein
هو الفيزيائى الالمانى الامريكى ولد بولاية (أولم )بألمانيا وساهم اكثر من أى عالم أخر في القرن العشرين في تخيل الحقيقة الفيزيائية وقد ا انتقلت أسرة اينشتاين من أولم إلى ميونخ عندما كان اينشتاين طفلا في سن الرضاعة .
تخرج اينشتاين من كلية البولي تكنيك بزيورخ عام 1900 وعمل كمدرس ثانوي لمادة الرياضيات والفيزياء وبعد مضى عاميين حصل اينشتاين على وظيفة بمكتب الاختراعات السويسري في بيرن حيث قرا هناك سلسلة مدهشة من الكتب والمطبوعات في علم الفيزياء النظرية وبحلول عام 1909 عرف اينشتاين في كل مكان في ألمانيا وأوروبا كمفكر علمى بارع من الطراز الأول وفى عام 1914 ارتقى اينشتاين إلى اعلى منصب ماديا وأدبيا قد يصل إلية أى فيزيائى نظرى في وسط أوروبا .
وفى أول بحث من ثلاثة أبحاث له عام 1905 ، قام اينشتاين ، بفحص الظاهرة التى اكتشفها
( ماكس بلانك ) ، وذلك طبقا للطاقه الكهرو مغناطيسية التى بدت و كأنها تبث بكميات محدده لا تقبل القسمة وكانت طاقه تلك الكميات المشعة والتى أطلق عليها اسم ( الكميات الضوئية ) كانت متناسبة مباشرة مع التردد الاشعاعى .
ولقد كانت تلك الحالات تدعو إلى الاستغراب إلى حد كبير ، ذلك لأن النظرية الكهرو مغناطيسية النمطية المبنية على معادلات ( ماكس ويل )وكذلك قوانين الدنياميكا الحرارية كانت مبنية على أن الطاقة الكهرو مغناطيسية تتكون من موجات .وقام اينشتاين أيضا باستخدام الفرضية الكميه لماكس بلانك حتى يتمكن من وصف الإشعاع الكهرومغناطيسى المرئى ( الضوء ) وطبقا لوجهة نظر ( اينشتاين ) فإنه يمكننا تخيل الضوء على أنه يحتوى على حزم (رزم ) منفصلة من الاشعه .
واستخدام ( اينشتاين ) هذا التفسير لكى يتمكن من شرح التأثير الضوئى الكهربى والذى يعنى أن بعض المعادن تصدر الإلكترونات عندما يسلط ضوء بتردد معين.
ولقد شكلت نظرية اينشتاين و التطوير اللاحق لها المبادي الرئيسية لميكانيكا ، و فى البحث الثاني من أبحاث لعام 1905 اقترح اينشتاين ما يسمى اليوم بالنظرية النسبية الخاصة
ومن خلالها أشار اينشتاين ـ إلى أن الكتلة والطاقة هما وجهان لعمله واحدة ولم يكن اينشتاين هو أول من اقترح كل العناصر ( المبادئ ) التى ساهمت فى اكتشاف النظرية النسبة الخاصة . وكان إسهامه يكمن فى توضيح الميكانيكا النمطية و الدنياميكا الكهربية ( لماكس ويل )
واهتم البحث الثانى من أبحاث اينشتاين لعام 1905 بالميكانيكا الاحصائيه إلا أن أعظم إسهامات اينشتاين فى علم الفيزياء ( النظرية النسبة ) نشرت بعد ذلك فى عام 1915.
وقد ألهمت أخلاق اينشتاين قلوب الناس ذلك أنه لم يؤيد أهداف ألمانيا الحربية و لم يطلب اينشتاين الجنسية الألمانية بعد عودته إلى ألمانيا عام 1914 بل كان واحداً من العلماء القلائل الألمان ( و المعدودون على الأيدي ) المسالمين الذين لم يؤيدوا أهداف ألمانيا الحربية .
فاز اينشتاين بجائزة نوبل فى الفيزياء لعام 1921 ليس فقط لاكتشاف للنظرية النسبية ، ولكن لأعماله و إنتاجه عام 1905 فى مجال التأثير الكهربى الضوئى .
وبقدوم الفاشية إلى ألمانيا ، انتقل اينشتاين عام 1933 إلى الولايات المتحدة الامريكيه (تاركاً ) سياسة السلام التى اتبعها من قبل ووافق اينشتاين ـ لكن على مضض - بوجوب قمع ومحاربة التهديدات الجديدة عن طريق قوه الأسلحة
وفى هذا السياق قام اينشتاين بإرسال خطاب الى الرئيس فرانكلين دى بروسفلت فى عام 1939 حاثا الولايات المتحدة على بدء العمل في تطوير القنبلة الذرية قبل ألمانيا
وقد قام اينشتاين طيلة حياته بالبحث عن نظرية موحدة نستطيع عن طريقها اشتقاق (استنتاج) المغناطيسية الكهربية وظواهر الجاذبية من مجموعة واحدة من المعادلات
وفي عام 1920 اهتم الفيزيائيين النظريين بنظرية ميكانيكا الكم التى طورها كل من ماكس بلانك وفرنر هيزنبرج وآخرون و أهملوا بعض الشيء الأشياء التى تم اقتراحها قبل ذلك وقد تغيرت هذه الصورة فى الأعوام الحالية فان الفيزيائيين يحاولون جاهدين من اجل توحيد النظرية النسبية لاينشتاين مع نظرية الكم في نظرية موحدة تسمى(نظرية كل شئ ) وذلك عن طريق نماذج رياضية متطورة جدا


http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/bohr_title.gif


http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/bohr_n_a1.jpg
Niels Bohr
يعتبر نيلس بوهر من أحد أبرز الفيزيائيين النظريين فى القرن العشرين، فلقد لعب دوراً بارزاً فى استنباط وتفسير ميكانيكا الكم من خلال أعماله الخاصة ومن خلال تأثيره على صغار السن من الفيزيائيين ، النظرية التى
أعادت أن تصف الظواهر الذرية وتحت الذرية ( الدو ذرية)
ولد بوهر فى كوبنهاجن فى السابع من أكتوبر 1885 وكان والده أستاذ فى علم وظائف الأعضاء ( الفسيولجيا ) حصل بوهر على درجة الدكتوراه فى موضوع تحت عنوان نظرية إلكترون فى بنية الفلزات .
وفى عام 1911 سافر بوهر إلى كامبردج فى إنجلترا للعمل مع طومسون - أشهر باحثى الذرة فى هذا الوقت ، لم يدم هذا العمل لوقت .طويل فقد قرر نيلس بوهر الذهاب إلى مدينة مانشستر بإنجلترا للعمل مع ( إيرنست رذرفورد) وقام رذرفورد بعد ذلك باستنباط النموذج النووى للذرة وأستخدم هذه النظرية فى بحوثه - تفسير تركيب الذرة والطيف الذرى .
نفذ هذا العمل بمدينة مانشستر وأيضاً فى (كوبن هاجن )والتى عاد إليها بوهر فى عام 1912 لكى يتزوج وقد قام بوهر بوضع أساس النظرية الكمية لذرة فى ثلاثة أبحاث كبيرة قام بكتابتها قبل ذلك فى كوبنهاجن وقد أشار من خلال هذا العمل إلى إن الذرات لا يمكن وصفها كلية من خلال استخدام مفاهيم الفيزياء النمطية وأقترح أيضاً أن الإلكترون فى ذرة يدور عاداً فى أحد المدارات المحتملة ( الممكنة).
وبتطبيق هذا الافتراض عملياً على ذرة الهيدروجين قام بوهر باستنتاج طاقات الحالات الثابتة وهذا يقتضى ضمنياً أن الإلكترون ( كذلك الذرة ) تصدران الإشعاع فقط عند القفز ( الانتقال) فجاءة من حاله ثابتة إلى أخرى .أن نجاح هذه التجارب ( الحسابات ) ساعد كثيراً على إقناع الفيزيائيين بأهمية الأفكار الكمية وفاز بوهر بجائزة نوبل فى الفيزياء فى عام 1922 نتيجة لأجرائه هذه التجارب وعين مديراً لمعهد الفيزياء النظرية فى كوبنهاجن فى عام 1922 ، وقد قام بوهر فى العشرينيات من خلا محاضرته ومناقشاته مع ألبرت أينشاتين وأخرون بتكريس أفكره الرائدة لفهم ميكانيكا الكم وتعد أسهماته مع (أيزن برج) فى استنباط مبدأ الريبة ( الشك) آذت مدلول هام وخاص جداً .
وقد أطلق على الطريقة التى فهم عن طريقها معظم الفيزيائيين ميكانيكا الكم أسم ( تفسير كوبنهاجن) وفى أواخر الثلاثينيات أتجه اهتمام بوهر إلى الفيزياء النووية.
وفى عام 1943 هرب بوهر من الدنمارك المحتلة ثم عمل فى الولايات المتحدة خلال الفترة المتبقية من الحرب العالمية الثانية وساهم فى مشروع القنبلة الذرية حينا ذاك وبعد انتهاء الحرب عاد بوهر إلى وطنه وكان له خطب وأحاديث دورية تكلم فيها عن الحاجة إلى المسئولية عن السياسة النووية توفى بوهر فى نوفمبر عام 1962 بالدنمارك.




http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/broglie_title.gif

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/broglie_a4.jpg
Louis
لويس دى برولى هو الفيزيائى الفرنسى المولود فى الخامس عشر من أغسطس 1892 والمتوفى في التاسع عشر من مارس 1987 والمعروف بنظريته القائلة إن للمادة خواص موجيه إلى جانب الخواص الجسيميه .
وهذه الازدواجية الموجية الجسمية والمأخوذة من تجارب كل من البرت إينشتاين وماكس بلانك أثبتت تجريبياً على الإلكترون فى عام 1927 وفاز دى برولى بحائزة نوبل في الفيزياء لعام 1929 .
ولد دى برولى في عائلة عريقة ونال تعليمة في جامعة السوريون وحصل على درجة الدكتوراه عام 1924 وكان موضوع رسالة الدكتوراه يدور حول نظريته في موجات مادة الإلكترون وهو الموضوع نفسه الذى استخدمه وبعد ذلك (أروين شرود نجر )لتطوير الميكانيكا الموجية وقام برولى أيضاً بكتابة أعمال ضخمة ( رائعة ) بما فيها نظرتنا إلى الفيزياء.

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/heisenberg_title.gif
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/heisenberg_a15.jpg
Werner Heisenberg
هو الفيزيائى النظرى الألمانى (فرنر هيزنبرج) ولد في الخامس من ديسمبر عام 1901 وتوفى في فبراير عام 1976. كان واحدا من العلماء الأوائل في القرن العشرين . قام بإسهامات هامة جدا فى الفيزياء الجسيمية و النووية لكن أعظم إسهاماته الهامة كانت تطوير ميكانيكا الكم
إشتهر هايزنبرج جدا بمبدئه الشهير ( مبدأ الريبة ) ( الشك ) الذى وضع قيمة مطلقة لدقة قياساتنا التى لا نستطيع بأى حال من الأحوال تقديمها .
درس هايزنبرج الفيزياء بجامعة ميونخ حيث عمل تحت قياد ة ( أرنولد سمر فيلد ) وبعد حضوره عدة محاضرات عن ميكانيكا الكم التى القاها (نيلسبوهر ) أقتنع هايزنبرج بالعمل فى مجال ميكانيكا الكم
نظرية الكم
ذهب هايزنبرج الى معهد كوبنهاجن الذى كان يرأسه بوهر حيث تعاون هناك مع الفيزيائى الهولندي هاندريك كرامرز ثم بعد ذلك ذهب الى جامعة جوتنجن حيث قام هايزنبرج هناك فى عام 1925 باختراع ميكانيكا المصفوفات وهى المعادلة الأولى لميكانيكا الكم .
وفى عمل لاحق لهذا العمل قام هايزنبرج مع كل من الفيزيائى الالمانى ماكس بوريد و باسكول جوردان بتطوير هذه المعادلة الى نظرية رياضية كاملة تشرح فيزياء الذرة ومستلزماتها وظلت المبادئ الفيزيائية المؤسسة لرياضيات ميكانيكا الكم غامضة و مبهمة حتى عام 1927 حينما قام هايزنبرج بعد مباحثات ومناقشات مطولة مع كل من بوهر و اينشتاين مبدأ الريبة وهو من أهم كتب هايزنبرج عام 1928 ( يحتوى على المبادئ الفيزيائية للنظرية الكمية التى وصفت تلك الأفكار ) .
وعين هايزنبرج عام 1928 كأستاذ بجامعة ليبزج وفاز بجائزة نوبل فى الفيزياء لعام 1932 و مكث هايزنبرج بألمانيا خلال فترة حكم النازية و أصبح مديرا لمعهد ( كايزر ويلن ) وترأس أيضا مشروع الأسلحة النووية الالمانى . وفى عام 1985 أصبح هايزنبرج مديرا لمعهد ماكس بلانك فى الفيزياء .ومكث بقية حياته محاولا استنتاج نظرية عامة للجسيمات الدوزرية وكان للأعمال هايزنبرج تأثيرا هاما على الفلسفة و كذلك الفيزياء وقد عالجت بعض أعماله الخاصة مثل الفيزياء و الفلسفة عام 1962 وكذلك الفيزياء و ما ورائها العام 1971 بعض المواضيع و القضايا الفيزيائية .

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/schrodinger_title.gif

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/schrodinger_a3.jpg
Erwin Schrodinger
قام (اروين شرود نجر) الفيزيائى النظرى النمساوى المولود فى الثانى عشر من أغسطس عام 1827 والمتوفى فى الرابع من يناير عام 1961 قام
فى عام 1926 بنشر أربعة أبحاث وضع من خلالها أساس الميكانيكا الموجيه لنظرية الكم وقام أيضا بتوضيح نظريته الموجية الشهيرة .
حصل( شرود نجر)على درجة الدكتوراه من جامعة فيينا عام 1910 وخلف (شرود نجر) ماكس بلانك عام 1927 فى منصبة كأستاذ للفيزياء النظرية بجامعة برلين ولكنة غادر ألمانيا عام 1933 بسبب هجوم النازية وفى نفس العام فاز بجائزة نوبل فى الفيزياء مناصفة مع( بول ديراك ).
وفى عام 1939 التحق شرود نجر بمعهد الدراسات العليا فى دبلن والذى تم إنشاؤه بعد ذلك وهناك اكمل دراسته فى التطبيق والتفسير الإحصائى للميكانيكا الموجية وعلاقة هذه الإحصائيات بالديناميكا الحرارية ولقد حاول (شرود نجر )حل إشكاليات النسبية العامة وكذلك حل مشكلات علم الكون وأيضا بحث نظرية المجال الموحد وقام (شرود نجر) فى أخر حياته بدراسة أسس علم الفيزياء وتأثيرها فى علم الفلسفة .


http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/dirac_title.gif



http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/dirac_a2.jpg
Paul Dirac
الفيزيائي الإنجليزي المولود فى الثامن من أغسطس فى عام 1902والمتوفى فى العشرين من أكتوبر 1984 وهو صاحب الأسهامات الهامه فى تطوير مكانيكا الكم .
فى سبتمبر 1925 قام بول ديراك بدراسة تقرير حول محاضره عن مكانيكا الكم والتى قام بالقائها فرنر هرينرنيرج ثم أستنبط بسرعه عدداً منالأستنباطات الرياضية عن ميكانيكا الكم والتى ثبتت بعد ذلك أهمياتها العظمى
وقام ديراك فى أول منشور له فى نوفمبر فى عام 1925 بتطوير واستنباط نظام لاستنتاج معادلة الحركة بواسطة ميكانيكا الكم ثم قام بعد ذلك بأشهر قليلة بتعريف عدداً من المفاهيم التى لعبت درواً بارزاً فى هذا المجال .
بدأت شهرة ديراك عن طريق أستنباطه عام 1928 للوصف الرياضي الدقيق للجزيئات الأولية التى انسجمت مع كلاً من مكانيكا الكم والنظرية النسبيه .
وكانت معادلات ديراك مدهشه فى انهاإستخدمت المصفوفات بدلا من الكميات القياسية . وكانت لخواص معادلة ديراك أهمية عظمى في الفيزياء النظرية علاوة على ذلك فقد كانت هذة المعادلة مدهشة ذلك لأنها أمدتنا بالوصف الدقيق جدا لدوران الجسيمات الأولية واشد من ذلك غرابة فقد كانت المعادلة تحتوى على عناصر سالبة لكتلة الجسيمات ونتيجة لذلك فقد استنتج ديراك أن كل جسيم لابد وان يحتوى على جسيم مضاد ولقد أثبتت التجارب صحة ذلك إلى جانب صحة نتائج المعادلة التى ثبتت صحتها بعد ذلك. من هنا يعد ديراك هو مؤسس الديناميكا الكهربية الكمية الحديثة .
عمل ديراك كأستاذ للرياضيات بجامعة كامبردج في الفترة من عام 1932 إلى عام1969 وكأستاذ للفيزياء بجامعة ولاية فلوريدا في الفترة من عام 1971 إلى 1984 وفاز ديراك بجائزة نوبل في الفيزياء لعام1933 مناصفة مع ( اروين شرود نجر )

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/born_title.gif
http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/born_a2.jpg
Max Born
كان الفزيائى النظرى الألمانى ماكس بورن المولود فى الحادى عشر من ديسمبر عام 1882 والمتوفى فى الخامس من يناير عام 1970 أحد الرواد فى تطوير ميكانيكا الكم حصل بورن عالى درجة الدكتوراه عام 1907 من جامعة (جوتنجن) والتى تأثر فيها بالرياضى ديفيد هلببرت وفلكس كلين(وهيرمان مينكوسكى) ومكث هناك عام 1915 حينما عين بجامعة برلين وأصبح زميل وصديق لمكاس بلانك والبرت أينشاتين وفى عام 1921 عين بورن مديراً لمعهد الفيزياء فى جوتنجن وكانت الفترة من عام 1921 إلى عام 1933 هى أخصب الأعوام فى إنتاج مكاس بورن .
حاول ماكس بورن تطوير نظرية ميكانيكا الكم الجديدة فى تعاون مع طلابه ومساعديه وهم كل من فرنر هيزنبرج وباسكول جوردن وولف جانج باولى .وعندما نجح هيزنبرج عام 1925 فى تقديم نظريته تمكن بورن وأخرون من تحسين النظرية باستخدام رياضيات أكثر فاعلية وفاز ماكس بورن بجائزة نوبل فى الفيزياء لعام 1954 نتيجة لنجاحه فى تفسير مربع الدالة الموجية (لشرود نجر) كا احتمالية لموضع الإلكترون وأيضاً نتيجة لتوضيحه المهم لازدواجية الجسيم الموجى .
وفقد بورن اليهودى الأصل درجته كأستاذ بوصول هتلر إلى الحكم لكنه تسلم بعد فترة وجيزة وتحديداً عام 1936 وظيفة بجامعة( أيدن برج) التى مكس بها حتى عام 1953 وعند اعتزاله وتوجهه إلى الريف بالقرب من جوتنجن أستمر بورن فى عمله كما كتب وأدلى بأحاديث حول المسئولية الاجتماعية والأخلاقية للعلماء.


http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/History/images/timeline.gif

الموضوع من موقع thinkquest بتصرف

[mohammed2050]

تعريفات بعض مفاهيم ميكانيكا الكم

http://library.thinkquest.org/C005775/Arabic/images/glossary.gif

[nowhereman]

شكراً على الموضوع الجميل بس ميكانيكا الكم ممله جداً وبتخلي الناس بتهرب لما حد يتكلم عنها

انا من ناحيتي حبيت شرحك كثير وانا من الناس الي تحب ميكانيكا الكم كثير ,, كنت خايف اني اكون الوحيد الي
بيقرأ عن ميكانيكا الكم بس طلعت انت كمان تحب نفس الموضوع

ع العموم ميكانيكا الكم موضوع غامض وكل مانفتح فيه باب لقى العلماء نفسهم قدام ابواب لا نهائيه

اتذكر كلمه لبرفسيور في الفزياء قال انه ميكانيكا الكم علم غير مشاهد فاحتمال في اي لحظه تطلع له نظريه تلغي
النظريات السابقه

و عشان كيذا انا بحب الاشياء الغامضه لانه الكون الي عايشين فيه كله غموض

[lolodvd]

لو سمحت ينفع اعرف ايه هيا المراجع؟