بين واقع الفيزياء وميكانيكا الكم..شرودينجر

أهلاً بكم مُجدّداً.. أهلاً بكم في مقالة مُملّة جداً وسط أخبار كرة القدم.

سأتحدّث عن معادلة شرودينجر، ستكون مقالة طويلة ومركّبة، لكنها تحمل تبسيطاً لقاعدة أساسية في فيزياء الكمّ، القاعدة التي بنيَ عليها مُعتقد العوالم المتعدّدة، رغم أنها لاقت انتقادا من أساتذة مثل ريشارد فينمان، اربطوا الحزام.. سننطلق! هذا الرجل المهووس بالفلسفة، رقم جديد أضفته في قائمة الأشخاص الذين جعلوني أهتم بالفيزياء لكي أطمح يوما ما، في زمن بعيد، ربما، أن أصيرَ فيلسوفاً، ولكي تصير فيلسوفاً، عليكَ أن تعقل قواعد الفيزياء ومستجدّاتها.

🔸في سنة 1925، قرأ شرودينجر دراسة للعالم الفرنسي لويس دي بروجلي، دراسة مفادها أن الالكترونات التي كان يُعتقد انها جسيمات صغيرة، يمكنها أن تشتغل كذبذبات. مثّلت هذه الدراسة صدمة لشرودينجر، فقد كان يُعتقد أن عالم الفيزياء يتلخّص في ظواهر متموّجة. وما نسيميه الجسيمات ليسوا عبارة عن جزء متفرّد من المادّة، لكنها عبارة عن قمم من الزّبد crêtes d’écumes في قطار من الذبذبات المتموّجة.

في علاقة الربط بين الموجات تلك والمادة، قام العالم نيلس بوهر سنة 1913، بوضع نموج جديد للذرّة مقسّم الى نَظَريّتين، الأولى :

يتم تحديد مدارات الالكترونات في الذرة كمياً، ولكلّ منها طاقة محدّدة!

K2e/-13,6ve

L8e/ -3,39ev

M18e/ 1,51ev

N32e/ -0,85ev

O32e/ -0,54ev

P18e/ -0,37ev

Q8e/ -0,28ev

الثانية : ان الاشعاع المنبعث من الذرة عندما يمر الالكترون من مدار الى آخر، يصدر شعاعاً يحمل بالضبط الفروقات في الطاقة بين مُنطلق المدار ومدار الوصول.

الشعاع المنبعث من الذرة ليس متواصل بالطاقة، خياله متواصل بأشعّة "خاصة"، يقال أنها سريّة.

ورغم رواج فكرتيه، الا أنهما لم يكونا متّسقين عند الفيزيائيين، لأن الالكترونات ليس لهم مسار محدّد في الذرّة، اذا، لا يوجد هناك مدارٌ محدّد.

🔸في سنة 1920، احتفظ هؤلاء الفيزيائيون بشيء واحد من نموذج بوهر، بحيث لا يمكن العثور على إلكترونات الذرة الا في حالات محددة فقط، تتميز بطاقتها فقط، وليس بمسار ما، بالمعنى الكلاسيكي للمصطلح.

إذا اصطدمنا بالمدارات، فكيف نبني المحطة المؤقتة للذرة؟

فكر شرودينجر في موجات ثابتة قادرة على مجابهة مدارات بوهر المختلفة.

يمثلون الإلكترونات الحائمة حول نواة الذرة كأوتار مهتزة تلتقي طرفاها، وبالتالي تصبح الذرة نوعًا من الكمان الكروي، ووضع اهتزاز هذه الأوتار يصبح مؤشراً على الطاقة.

لم تعد هناك حاجة "للقفزة الكمية"، لأن الانتقال بين مستوى وآخر من الطاقة يحدث باستمرار، حيث ينتقل الوتر ببساطة من مدار إلى آخر، مُعدّلاً نمط اهتزازه بشكل دائم.

🔸نهاية سنة 1925، يقول إن ذرة الهيدروجين، هي الذرة الأبسط في الطبيعة، الكترون واحد يُسهّل الحساب، وقد وُفّق في ذلك، فقد وجد تماما مستويات الطاقة في نموذج بوهر

1.88ev_________2.54ev___2.85ev___3.01ev

وهكذا أصبحت معادلته هي المعادلة المُرتكز عليها في ميكانيكا الكم !

معادلته دقيقة فقط فيما يخصّ الجسيمات التي تكون سرعتها منخفضة على سرعة الضوء، باقي النظريات، فهي من اختصاص العالم بول ديراك ومعادلاته، كل هذا ولّد نظرية الأكوان المتعدّد، نظرية Everett، حيث يُقال انها شرح لميكانيكا الكم أكثر منها نظرية علمية مستقلّة.

🔸في سنة 1935، حدثت تجربة تخيّليّة، ما هو معروف بنظريّة قطّ شرونينجر، والتي جاءت كردّ فعل "لتفسير كوبنهاغن" والذي يقول متهما ميكانيكا الكم.. انها لا تصف الظواهر الطبيعية بشكل موضوعي، بل تكتفي بالتعامل مع احتمالات الرصد والقياس".

أما عن تجربة القطة، فهي تتلخّص في التالي:

حبس شرودينجر قطه داخل صندوق مزود بغطاء، وقد وضع داخل العلبة عداداً وكمية ضئيلة من مادة مشعة، منظراً أن تتحلّل ذرة واحدة خلال ساعة تقريباً وتكسر القارورة ذات السم القاتل. إذا تحللت الذرة فان "عداد غايغر" سيحرّك مطرقة تكسر بدورها زجاجة تلك القارورة التي تحتوي حامض الهدروسيانيك السام.. فيقتل القطة فوراً.

فهل مات القط أم بقي حيا؟ حسب ميكانيكا الكم، القط في حالة مركبة بين الموت والحية، أو حالة كمّية، وهذا قبل تفقّد القطّ.

يُمثّل القط الفيزياء الكلاسيكية، بمقابل ميكانيكا الكمّ التي وضعها شرودينجر، بالنسبة للكلاسيكية، فالقط اما حيّ أو ميّت، وهذا يثبت تعقيد ميكانيكا الكم، لأن الالكترون يمكنه أن يكون في كل مكان في وقت واحد، بما أننا لا يمكننا ملاحظته، فتحركاته تُحسب بالاحتمالات، اذ نعبر ان هناك نواة محاطة بسحابة من الالكترونات لا نعرف مكانها..

هل فهمتم؟ يقول فرينمان، لا تقل فهمت ميكانيكا الكم أبداً، لأنك لن تفهمها. لكت علينا أن نعلم أن هناك تفسيرات للظواهر الكونية تفوق قدرة الفيزياء الكلاسيكية.

#عمادالدين_زناف

المقال 264