نظرية المجالات الكمية
<<لا يوجد فراغ>>
قبل ظهور ميكانيكا الكم (quantum mechanics)، كان كل شيء في الفيزياء مقدسًا ،
بدءًا من الفيزياء الكلاسيكية ومعادلات الحركة التي يمكن أن تتنبأ بوجود أي شيء في الماضي والحاضر والمستقبل في أي نظام فيزيائي ،
وفي الفيزياء الحديثة لم يكن هناك فرق كبير ..
فالكون يقوم على الثوابت وكل شيء محتوم حتى جاء الكابوس الذي غير مفهوم الفيزياء والذرات والكون.
وجعل كل شيء لا مفر منه ، بمعنى أن الطبيعة التي كنا ننظر إليها ونفكر فيها والتي كنا على دراية بها ليس لها خطة ،
بل إن تدخلنا في الطبيعة هو الذي يغير خطتها ، وهذا ما سنشرحه في المقال التالي.
إعلانات جمهور وأسرة المجلة من هنا
في البداية ، دعونا نفهم كيف هد علماء ميكانيكا الكم شكل الذرة المعروف ، وهي نواة تدور حولها عدد من الإلكترونات.
حيث ان (Werner Heisenberg) سنة 1927 اتي لنا ب مبداء لا يمكن قياس خاصتين فيزيائيتين
(كالمكان والسرعة) لجسيم كمي (كالإلكترون) بلحظة معينة دون وجود قدر من عدم التأكد من أحد الخاصيتين أو كليهما.
و (Louis de Broglie) هو صاحب الافتراض مثنوية موجة-جسيم للإلكترون،
و معادلة (Schrödinger) و هي عبارة عن معادلة تفاضلية جزئية تصف كيفية تغير الحالة الكمية لنظام فيزيائي مع الزمن،
وقد صاغها شرودنغر في أواخر عام 1925 ونشرها عام 1926. تصف هذه المعادلة حالات النظم الكمومية المعتمدة على الزمن.
وتحتل هذه المعادلة أهمية خاصة في ميكانيكا الكم التي تصف حركة موجة الالكترون حيث تعتبر بمثابة قانون التحريك الثاني لنيوتن الذي يعتبر أساسيا في الفيزياء الكلاسيكية.
و اتي بعدها (Max Born) ليثبت ان موجة الالكترون هي موجة من الاحتمالات،
وهو تفسير فيزيائي للدالة الموجية وهو تفسير يعتمد أيضا على تفسير كوبنهاغن لميكانيكا الكم.
فقد استخدمت خواص الدالة الموجية في تقدير بعض الظواهر الطبيعية (مثل اصدار الذرات لأشعة ذات ترددات محددة منفصلة)
قبل التوصل إلى تفسير فيزيائي لها.أن هذا التفهم كان موجودا من قبل واقترحه الفيزيائيون العاملين بالفعل في ميكانيكا الكم مثل Schrödinger.
ولذلك يسمى الاحتمال المحسوب رياضيا "باحتمال بورن"
ثم أصبح التصور النهائي لشكل الذرة نواة لها وحولها سحابة من الإلكترونات ، والإلكترون موجود في أي مكان وفي جميع الأماكن و لا يمكن تحديد مكانه.
ثم جاء إلينا (Paul Dirac) لفتح آفاق جديدة في عالم ميكانيكا الكم،
فقام بتطوير نظرية فيزيائية مهمة تشمل في صلبها نظريات هايزنبرغ وشرودنجر كحالاتٍ خاصةٍ.
اعتمد على أعمال ولفجانج باولي لوضع اشتقاق معادلة ديراك.
بدأت شهرة ديراك بعد استنباطه وصفًا رياضيًا عام 1928 سمي بالوصف الرياضي الدقيق للجسيمات الأولي.
وكانت لخواص معادلة ديراك أهميةً عظيمةً في الفيزياء النظرية.
علاوةً على ذلك، كانت معادلته مدهشةً لأنها قدمت وصفًا دقيقً جدًا لدوران الجسيمات الأولية.
وأغرب ما جاء فيها احتوائها على عناصر سالبة لكتلة الجسيمات.
ونتيجةً لذلك، استنتج ديراك أن كل جسيمٍ لابد أن يحتوي على جسيمٍ مضاد، فلمع بنظريته الكمومية عن حركة الإلكترون التي قادته عام 1928 لافتراض وجود جسيمٍ مطابقٍ للإلكترون
في جميع مظاهره، إلا أنه يحمل شحنةً كهربائيةً موجبةً (معاكسةً بالإشارة لشحنة الإلكترون) يدعى البوزيترون و هو ب كتله سالبة و طاقة سالبه.
و هذه كانة بذرة نظرية المجلات الكميه Quantum field theory (QFT)
في الفيزياء النظرية ، تُعد نظرية المجال الكمي (QFT)
إطارًا نظريًا يجمع بين نظرية المجال الكلاسيكي والنسبية الخاصة وميكانيكا الكم.
كما ظهر معها التصور الأخير لشكل الذرة وأن الذرة ليست وحدها.
الكون كله مجرد حقول فوق بعضها البعض ، والجسيمات هي اضطرابات في تلك المجالات ، ولكل جسيم من الذرة مكان ليكون فيه ، وتحدث الاضطرابات داخله.
على سبيل المثال ، يعد الإلكترون اهتزاز يحدث في مجال الطاقة ، لذلك يتم إنشاء اهتزاز في المجال الكهربائي والحصول على كتلته السالبة ،
ويحدث اهتزاز أيضًا في مجال الكتلة ، لذلك تؤخذ كتلته منه.
أبسط نظرية للمجال الكمي "عملية" هي الكهرومغناطيسية الكمومية.
يوجد فيه مجالان: المجال الكهرومغناطيسي و "المجال الإلكتروني".
يتفاعل هذان المجالان باستمرار مع بعضهما البعض ، ويتم نقل الطاقة والزخم ، ويتم إنشاء الإثارة أو تدميرها.
على سبيل المثال ، ما نتخيله بشكل حدسي على أنه إلكترون يمتص فوتونًا هو ، في الديناميكا الكهربائية الكمية ،
تفاعل محدد بين المجال الكهرومغناطيسي والمجال الإلكتروني ، حيث يفقد المجال الكهرومغناطيسي إثارة واحدة.
تلخيص لهذا الشرح
المجالات الكمومية لا تتفاعل مع المادة.
الحقول الكمومية هي مادة، ما نعتبره جسيمات هو إثارة للحقل الكمي نفسه.
و كل المجالات متصله ببعض و ما يفرق بيني و بين الحاسوب الذي اكتب عليه هذا المقال هو اختلاف المكان الذي يهتز به المجال.
ولاكن يتبقي ايضا سؤال مهم من ماذا يتكون اي مجال من تلك المجالات؟
وماذا لو تمت إزالة كل الاضطرابات من تلك المناطق فماذا سيتبقى في النهاية؟ في الحقيقة ، الجواب الشائع لا شيء ، لكن هذه إجابة خاطئة.
اسمحوا لي أن أشرح كيف.
اكتشف هذا الامر لأول مرة الفيزيائي الهولندي هندريك كاسيمير Hendrick Casimir
وذلك في عام 1948 بعدما قام بتجربة تعد الاغرب واتي بصندوق ووضع لوحين
و افرغه من الهواء تماما وبعد فتره من الزمن لاحظ ان اللوحين يقتربوعلي بعض و كرر التجربه عدة مرات ولاكن نفس النتيجه.
عند دراسة تأثيرالمجالات من الناحية الكلاسيكية يفترض عدم وجود أي قوى بين اللوحين يمكن قياسها (لانعدام وجود مجال خارجي).
لكن من ناحية كهروديناميكا الكم فأننا نجد أن اللوحين يتأثران بقوى الجسيمات الافتراضية التي تؤسس المجال خارج اللوحين ،
وتغلّبها على عدد قليل من الجسيمات الافتراضية المحصورة بين اللوحين فيتجاذبان
(عدد الجسيمات الافتراضية بين اللوحين يكون قليلا نظرا لشرط أن تكون الجسيمات الافتراضية ذات أطوال موجة مناسبة بالنسبة للمسافة القصيرة بين اللوحين).
إذا كانت اللوحتان مسطحتان ينشأ ضغطا عليهما من الخارج على الداخل ، يسمى "قوة كازيمير"
و الجسيمات الافتراضيه (Virtual particles)
هي عبارة عن اضطرابات غير محسوسه في المجالات يصعب قياسها،،
ولكن عندما تتصادم هذه الاضطرابات في الحقول مع بعضها البعض ،
فإنها تخلق اضطرابًا كبيرًا ، لذلك تظهر كجسيم ، ولكن لفترة قصيرة من الزمن لذلك يصعب ادراكه.
و ان الجسيمات الافتراضيه خارج اللوحين اكثر من داخله لذلك تحدث الحركة.
ونستنتج من
ذلك ان الفراغ هو عبار عن اضطرابات غير محسوسه و جسيمات وهميه و يسمي بالتقلبات
الكميه (Quantuam Fluctuations).
ارجو ان يكون
المقال افادكم.
المصادر:
·
https://www.youtube.com/watch?v=MmG2ah5Df4g&t=212s
·
https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_field_theory
·
https://en.wikipedia.org/wiki/Hendrik_Casimir
·
https://en.wikipedia.org/wiki/Casimir_effect
·
https://en.wikipedia.org/wiki/Paul_Dirac
·
https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_mechanics
·
https://en.wikipedia.org/wiki/Schr%C3%B6dinger_equation
فضلا ، قوموا بنشر المقال على وسائل التواصل الإجتماعى، فقد يكون شخصاً فى حاجة إليه
وإن كان لديكم أى إستفسار حول أى مما ورد فى المقال، لا تترددوا فى ترك تعليق بأسفل المقال، وأسرة الموقع سوف تقوم بالرد عليكم فى أسرع وقت إن شاء الله
إعداد وتقديم
مهندس/ محمد احمد عبد الحميد
م. محمد احمد عبد الحميد
 مهندس / محمد احمد عبد الحميد مهندس ميكاترونكس و الربو…){kind=link}
تعليقات
إرسال تعليق