ميكانيكا الكم هي فرع من فروع الفيزياء المتعلقة بدراسة الأجسام المجهرية، وقد تطورت على مدى عقود عديدة، وبدأت كمجموعة من التفسيرات الرياضية المثيرة للجدل للتجارب التي لم تستطع رياضيات الميكانيكا الكلاسيكية تفسيرها، وقد بدأت في نفس الوقت الذي نشر فيه أينشتاين نظريته في النسبية، وفي هذا المقال سنوضح ما الفرق بين ميكانيك الكم والفيزياء الكلاسيكية
ما الفرق بين ميكانيك الكم والفيزياء الكلاسيكية
ما هي الفيزياء الكلاسيكية
- الفيزياء الكلاسيكية هي مجموعة من نظريات الفيزياء، التي سبقت النظريات الحديثة أو الأكثر اكتمالًا، أو القابلة للتطبيق على نطاق أوسع.
- إذا كانت النظرية المقبولة حاليًا تعتبر حديثة، وكان تقديمها يمثل نقلة نوعية كبرى، فإن النظريات السابقة، أو النظريات الجديدة القائمة على النموذج الأقدم، غالبًا ما يشار إليها على أنها تنتمي إلى مجال “الفيزياء الكلاسيكية”.
- على هذا النحو، فإن تعريف النظرية الكلاسيكية يعتمد على السياق، فغالبًا ما تُستخدم المفاهيم الفيزيائية الكلاسيكية عندما تكون النظريات الحديثة معقدة بشكل غير ضروري في موقف معين.
- عادة يشار إلى الفيزياء الكلاسيكية بأنها فيزياء ما قبل 1900، بينما الفيزياء الحديثة تشير إلى ما بعد 1900، وهي الفيزياء التي تضم عناصر من ميكانيكا الكم و النسبية.
ما هي ميكانيك الكم
ميكانيكا الكم هي دراسة الأجسام المجهرية، يأتي مصطلح “الكم” من حقيقة أن طاقة النظام المجهري مكمَّمة، تعد نظرية الفوتون أحد الأركان الأساسية لميكانيكا الكم.
تنص على أن طاقة الضوء في شكل حزم موجية، ويتعتبر كل من هايزنبرغ، ماكس بلانك، ألبرت أينشتاين هم بعض العلماء البارزين المشاركين في تطوير ميكانيكا الكم.
ميكانيكا الكم تنقسم إلى فئتين هما:
- ميكانيكا الكم للأجسام غير النسبية: يدرس هذا المجال ميكانيكا الكم للجسيمات ذات السرعات الصغيرة نسبيًا مقارنة بسرعة الضوء.
- ميكانيكا الكم النسبية: التي تدرس الجسيمات تتحرك بسرعات متوافقة مع سرعة الضوء.
- مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ هو أيضًا نظرية مهمة جدًا وراء ميكانيكا الكم، وتنص على أن الزخم الخطي للجسيم وموضع ذلك الجسيم في نفس الاتجاه، لا يمكن قياسهما في وقت واحد بدقة 100 ٪.
اقرأ أيضا: معلومات عن الفيزياء الكمية
تاريخ ميكانيكا الكم
- بدأت أفكار ميكانيكا الكم بدراسات فيزياء الضوء، بحلول أواخر القرن التاسع عشر، اعتقد جميع العلماء تقريبًا أن الضوء يتصرف كموجة.
- على الرغم من أن بعض العلماء الأوائل، مثل إسحاق نيوتن في القرن السابع عشر، كانوا يعتقدون أن الضوء يتكون من جسيمات، فإن تجارب أوائل القرن التاسع عشر لتوماس يونغ وأوغستين فريسنل، أظهرت أن للضوء خصائص موجية.
- في هذه التجارب، تم تمرير الضوء من خلال زوج من الشقوق في الشاشة، وأنتج مناطق مضيئة ومظلمة بالتناوب (أنماط التداخل) على شاشة ثانية.
- لا يمكن تفسير هذه الظاهرة، المعروفة باسم الحيود، باستخدام نموذج جسيمي للضوء.
- في أواخر القرن التاسع عشر، اشتق جيمس كلارك ماكسويل مجموعة من المعادلات بناءً على نموذج الموجة للضوء، والذي شرح بشكل جميل معظم النتائج التجريبية.
- على الرغم من هذا اليقين الواضح بأن الضوء عبارة عن موجة، أظهر ماكس بلانك وألبرت أينشتاين، في بداية القرن العشرين، أن بعض التجارب تتطلب استخدام نموذج جسيم للضوء، بدلاً من نموذج موجي.
- نظرًا لأن كلا النموذجين كانا ضروريين لوصف دقيق لجميع خصائص الضوء، يستخدم العلماء اليوم معادلات رياضية مناسبة لكل من الموجات والجسيمات، في وصف خصائص الضوء.
اقرأ أيضا: تعريف علم الميكانيكا
ما الفرق بين ميكانيك الكم والكلاسيكية
- ميكانيكا الكم والميكانيكا الكلاسيكية هما حجر الزاوية في الفيزياء التي نعرفها اليوم، تصف الميكانيكا الكلاسيكية سلوك الأجسام العيانية، التي لها سرعات صغيرة نسبيًا مقارنة بسرعة الضوء. بينما تصف ميكانيكا الكم سلوك الأجسام المجهرية مثل، الجسيمات دون الذرية والذرات والأجسام الصغيرة الأخرى.
- هذان هما أهم المجالات في الفيزياء، ومن الأهمية بمكان أن يكون لديك فهم مناسب في هذه المجالات من أجل التفوق في أي جزء من الفيزياء، وتشمل الفروق الأساسية بين الاثنين ما يلي:
- تتعامل الميكانيكا الكلاسيكية مع الجسيمات العيانية، بينما تتعامل ميكانيكا الكم مع الجسيمات المجهرية.
- تعتمد الميكانيكا الكلاسيكية على قوانين نيوتن للحركة، تأخذ ميكانيكا الكم في الاعتبار مبدأ عدم اليقين في هايزنبرغ، ومفهوم de Broglie للطبيعة المزدوجة للمادة.
- الميكانيكا الكلاسيكية مبنية على نظرية الموجات الكهرومغناطيسية لماكسويلز، وفقًا لذلك، يمكن أن تنبعث أو تمتص أي كمية من الطاقة بشكل مستمر، بينما ميكانيكا الكم مبنية على نظرية بلانك الكمومية، التي بموجبها تنبعث أو تُمتص فقط القيم المنفصلة للطاقة.
- في الميكانيكا الكلاسيكية، يتم تحديد حالة النظام من خلال تحديد جميع القوى المؤثرة على الجسيمات، كما أنها تحسب مواقع الجسيمات والسرعات (لحظة)، يمكن بعد ذلك التنبؤ بالحالة المستقبلية على وجه اليقين، بينما تعطي ميكانيكا الكم احتمالات العثور على الجسيمات في مواقع مختلفة في الفضاء.
الميكانيكا الكلاسيكية للأجسام العيانية
- تصف الميكانيكا الكلاسيكية حركة الأجسام العيانية، مثل المركبات الفضائية والكواكب والنجوم والمجرات، وتوفر الميكانيكا الكلاسيكية (المعروفة باسم ميكانيكا نيوتن)، نتائج دقيقة للغاية طالما أن مجال الدراسة يقتصر على الأجسام الكبيرة، والسرعات المعنية لا تقترب من سرعة الضوء.
- النظريات الكلاسيكية بسيطة، لكن هذا الفرع من الميكانيكا لا يمكن تطبيقه على جسيمات صغيرة للغاية تتحرك بسرعة عالية جدًا، حيث قد تصبح النتائج غير دقيقة.
ميكانيكا الكم للأشياء الدقيقة
- تمتلك ميكانيكا الكم نظريات أكثر تعقيدًا من الميكانيكا الكلاسيكية (بفضل أينشتاين)، ولكنها توفر نتائج دقيقة للجسيمات ذات الأحجام الصغيرة جدًا.
- ميكانيكا الكم تتعامل مع ازدواجية موجة-جسيم للذرات والجزيئات، حيث تتعامل النظرية النسبية الخاصة لأينشتاين (1905) مع الجسيمات ذات الأحجام الصغيرة للغاية، بينما يمكن استخدام النظرية النسبية العامة لأينشتاين (1916) لدراسة جميع الجسيمات بشكل عام، أي حتى الجسيمات ذات الأحجام العيانية.
- وبالتالي يمكن القول أن النظرية العامة للنسبية هي مجموعة فائقة من نظرية النسبية الخاصة، لكن لا تزال الميكانيكا الكلاسيكية مفضلة على النظرية العامة للنسبية للجسيمات ذات الأحجام العيانية، فقط بسبب بساطتها.
المراجع
