النظرية الثانية نظرية الكم

نظرية الكم

هناك نوعين من الظواهر في عالمنا هما: الضوء والمادة. ولكن مما يتألفان تحديدا ؟

كان لا بد من الإجابة على هذا السؤال في القرن العشرين، ليبدأ العلماء في تشييد نظرية الكم.

حتى حينها قسم الفيزيائيون الظواهر الطبيعية إلى جزأين هما: الأمواج والذرات.

الذرات، كالصخرة مثلا، هي جسم قائم في الفضاء. ومن السهل تحديد موقعه. أما الموجة فتنشأ عندما نقذف بالصخرة إلى الماء، لتسير الأمواج في جميع الاتجاهات ضمن حركة مستمرة لا يمكن تحديدها.

في بداية القرن الحالي ساد اعتقاد بأن الضوء يتألف من موجات.

والحقيقة أن كل لون من أشعة الضوء توحي بتوافقها مع موجة مختلفة الطول. فموجة الضوء الأحمر تبدو أطول بضعفي موجة الضوء الأزرق.

أما الذرات بالمقابل، وهي صورة مصغرة عن المادة، كانت تعتبر جزيئات، فهي نفسها مؤلفة من جزيئات اصغر. تقسم إلى نواة تدور في فلكها عدة إلكترونات أو إلكترون واحد على الأقل.

إلا أن ملاحظة بسيطة تتحدى هذه النماذج. فإذا ما تم تسخين قالب من الحديد مثلا، وفق الفيزياء الكلاسيكية، لا بد أن تنبعث منه موجات ضوئية من كل الأحجام.

إلا أن هذا ليس ما نراه على الإطلاق. فمن لونه الأسود الأساسي، يتحول القالب أولا إلى اللون الأحمر.

وبعدها إلى اللون الأبيض، لينتهي به الأمر إلى ما فوق البنفسجي، ليوحي القالب انه يقفز من موجة بطول محدد إلى أخرى وهكذا.

يتحدى ذلك الفيزياء الكلاسيكية. لحل هذه الأحجية، اضطر الفيزيائيون للاعتراف بأن الضوء يصدر على شكل جزيئات صغيرة من الطاقة هي الفوتونات.

لكل فوتون لونه المختلف. أما توالي الألوان بالنسبة لقالب الحديد فهو ناجم عن حقيقة أن بلوغ القالب لدرجة حرارة معينه، يجعله يتخذ ألوان الفوتونات التي تتناسب مع ذرة الحرارة المعطاة.

ولكن الفيزيائيون تأكدوا بأن الذرات أنفسها ليست كما كانت في مخيلتهم. بل على عكس اعتقادهم ليس للإلكترون مساحة ثابتة حول نواة الذرة.

فعلى سطح الشمس مثلا، تتفجر الذرات بعنف.

عند وقوع الانفجار ما ترسل الإلكترونات الذرة إلى مستوى ألى، لتعود بعدها إلى وضعيتها الأولية، فتبعث فوتونات من النور.

الأمر شبيه جدا، بصعود الإلكترون درجة إلى أعلى، ليهبط مرة أخرى، فيبعث كمية من الطاقة في كل مره.

يمكن للإلكترون أن يدور حول النواة متبعا اكثر من سير اتجاه واحد.

نهوضا في بحوثهم نحو خطوة أرقى، أكد العلماء انه لا يمكن إحصاء عدد خطوط الاتجاهات اللانهائية التي يمكن أن يتبعها الإلكترون.

بعبارة أخرى لا يمكن تحديد موقع ثابت للإلكترون في أي وقت كان، بل يمكن توقع احتمالات وجوده، في موقع ما. يمكن لهذه الاحتمالات أن تتمثل بطول موجة ضبابية، تطفو حول نواة الذرة.

بناءا على هذه الاكتشافات، يعتقد، أن الضوء يتألف من موجات، تتحول أيضا إلى تدفق للجزيئات. كما يبدو أن الإلكترون، على اعتبار انه جزيئات، يمتلك مزايا الموجات.

أدى هذا التعريف الجديد للضوء والمادة، إلى ثورة في التفكير العلمي. كان شائعا في الطبيعة حتى حينها أن الأسباب نفسها ستؤدي إلى النتائج ذاتها باستمرار.

فبتحديد الكرة التي يستهدفها مثلا، وبدفعها من الخلف بقوة محدده، يمكن لخبير في لعبة البليارد أن يسقط كرته في الحفرة. ولكن إذا أراد اللاعب القفز عن نظرية الكم، ستختلف النتائج بالكامل. من السهل تحديد موقع الكرة حين تكون ثابتة. أما أثناء دورانها فستكون مسألة تحديد موقعها محفوفة بالغيوم الضبابية بما يستحيل تحديدها.

والأسوأ من ذلك ، هو أن الكرة قد تسير في الاتجاه المعاكس تماما، لتحيد مثلا، 180 درجة عن الاتجاه المطلوب. حتى اللاعب القدير سيتعرض لاحتمال ان يخطئ الهدف المنشود.

من حظ اللاعبين، أن نظرية الكم تطبق في عالم الجزيئات الصغيرة جدا، وبنجاح كبير. تم بفضل نظرية الكم مثلا، اختراع ميكروسكوب يمكنه مراقبة الذرة بطريقة لم يسبق لها مثيل.

المبادئ التي اعتمد عليها الميكروسكوب النفقي بسيطة، هذا مسبار صغير يحمل على رأسه ذرة تظهر صورتها على السطح.

يتقرب الرأس من الأهداف التي تتم دراستها بدقة متناهية، بحيث يحتك سطح الذرة التي تخضع للدراسة بأسطح الذرات المحيطة بها.

حينها تمر شحنة كهربائية بينهما، وكلما قلت المسافة التي تفصل بين الذرة وما يحيط بها، تزداد كثافة الشحنة. بتصوير سطح الهدف المحدد يمكن أن نرسم خريطة دقيقة لسطحه.

تكشف الخريطة في بعض الأحيان عما لم يتمكن أي ميكروسكوب من استعراضه سابقا، وهي المواد التي تتركب منها كل ذره.

صحيح انه كان أحد مكتشفي نظرية الكم ، ولكن اينشتاين وجد نفسه على خلاف معها. فرغم قوله المأثور، إن السماء لا تلعب الزهر، إلا أن الصور السابقة تبرز نسبة عالية من المصادفات.