جدول المحتويات
مع زيادة توثيق العلاقة بين العلوم وتداخلها واستمرار العلماء بالتخصص والاكتشاف ظهر ما يسمى ميكانيكا الكم، لطالما حاولنا منذ اختراع الألعاب وما زلنا نحاول أن نتعلم استراتيجيات وحركات أفضل لزيادة فُرص الفوز
وبنفس الطريقة فإننا نعيش في عالمٍ يتّسم بقواعد بسيطة وأحيان مقعدة ولكن دائما ما نحاول الاكتشاف وسبر أغوار الغامض والمجهول ٫ مدفوعين بهذا الفضول وصلنا لملاحظات تجريبية لا يمكن تفسيرها ولكن يمكن مشاهدتها وأطلقنا عليها اسم ميكانيكا الكم فما هي ميكانيكا الكم وما هي قواعدها
ماذا تعرف عن ميكانيكا الكم؟
ميكانيكا الكم هي فرع مختص بالجسيمات متناهية الصغر مثل الإلكترونات وفوتونات الضوء وينتج عنه استنتاجات يمكن وصفها بالغرابة المطلقة فيما يتعلق بالعالم المادي
يمكن عزو هذه الغرابة إلى أن العديد من معادلات الميكانيكا التقليدية التي تصف حركة وسرعة الأجسام تفشل على مستوى الذرات والإلكترونات
في عالم الميكانيكا التقليدية تتواجد الأشياء في مكان محدد في وقت محدد، أما في عالم ميكانيكا الكم، هناك فضاء من الاحتمالات لمكان تواجد شيء ما في وقت ما؛ إذ هناك احتمالية أن يتواجد الشيء عند نقطة «أ»، واحتمالية أخرى أن يتواجد عند نقطة «ب»، وهكذا.
كيف نشأ ميكانيك الكم؟
تطورت عبر عقود من الزمن، كانت البداية عبر مجموعة من الشروحات الرياضية المثيرة للجدل لتجارب عجزت رياضيات الميكانيكا التقليدية عن شرحها وذلك في بدايات القرن العشرين متزامنة مع ظهور النظرية النسبية الشهيرة لآينشتاين، التي بدورها تعتبر ثورة رياضية في الفيزياء التي تشرح حركة الأشياء عند سرعات عالية.
بخلاف النسبية، لا يمكن نسب ميكانيكا الكم إلى عالم واحد، فقد ساهم العديد من العلماء في صياغة وتأسيس ثلاث مبادئ ثورية اكتسبت قبولًا وتحققًا تجريبيًا بشكل تدريجي في الفترة ما بين 1900 و1930.
ما هي مبادئ ميكانيكا الكم؟
الخصائص الكمية: بعض الخصائص مثل الموضع، السرعة واللون، يمكن أن تحدث أحيانًا فقط بكميات محددة، تمامًا مثلما تنقر على رقم معين على قرص الهاتف ثم رقم آخر ثم ثالث وهكذا.
شكلت هذه الظاهرة تحديًا لفرضية أساسية في الميكانيكا التقليدية، التي تنص على أن مثل هذه الخصائص يجب أن تتواجد بشكل طيفي مستمر وسلس. صاغ العلماء مصطلح «كمي» لوصف فكرة بزوغ بعض الخصائص كما لو كانت نقرة على قرص هاتف بمواصفات معينة.
جزيئات الضوء: يتصرف الضوء أحيانًا كجسيم، قوبلت هذه العبارة في البداية بنقد عنيف لمناقضتها لتجارب عمرها مئتا عام كانت تبين أن الضوء يتصرف كموجة، كما الموجات على سطح بحيرة هادئة.
يتصرف الضوء بشكل مشابه إذ يرتد من الجدران وينحني حول الأركان، كما أن القمم والقيعان للموجات يمكن أن تتراكب أو تتلاشى.
ينتج عن الموجات المتراكبة ضوء أكثر سطوعًا، بينما الموجات التي تلاشي بعضها ينتج عنها الظلام، يمكن التفكير في مصدر الضوء ككرة على عصا يتم غمسها بشكل إيقاعي في منتصف بحيرة وتحدد المسافة بين قمم الموجات اللون الناتج، وهذه المسافة ناتجة من سرعة إيقاع الكرة.
موجات المادة: تتصرف المادة أحيانًا كموجة في تناقض صارخ لنتائج التجارب التي استمرت قرابة الثلاثين عامًا والتي توضح أن المادة (مثل الإلكترونات) تتواجد كجسيمات.
أين توجد فيزياء الكم في حياتنا؟
توجد فيزياء أو ميكانيكا الكم في الأجهزة الالكترونية مثل الكمبيوتر والهاتف و من فوائد ميكانيكا الكم لأنها تساعدنا على فهم طبيعة الجسيمات الصغيرة مثل الإلكترونات، فكما أوضحنا سابقا أن ميكانيكا الكم تعمل على مبدأ تكافؤ المادة والموجة أي أن المواد لها خصائص موجية، وأن المنظور الماديّ والموجيّ للأشياء وجهان لعملة واحدة.
ما هي فائدة ميكانيك الكم؟
يستخدم ميكانيك الكم في فهم وتصميم مبادئ تشغيل الأجهزة الأولية مثل الترانزستورات والليزر في تقنيات المعلومات التقليدية، ومع ذلك فإنها لا تلعب أي دورٍ واضح على مستوى معالجة المعلومات
وعلى النقيض من ذلك تُستغَل الخصائص الغريبة للحالات الكمية في علم المعلومات الكمية، مثل التراكب والتشابك الكميّ بالكامل في تكنولوجيات غير مسبوقة بما في ذلك الحوسبة الكمومية والمحاكاة الكمومية والتشفير الكمي.
وقد ساهمت بشكل أساسي في تطوير الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات وشبكات الاتصال البصرية الموجودة في كل ركن من أركان عالم تكنولوجيا المعلومات لدينا، ومن ناحية أخرى يُعد علم المعلومات الكميّة مفهوماً جديداً ناشئاً مما يشير إلى استخدامات أكثر تعقيداً لميكانيكا الكم.
لماذا سميت ميكانيكا الكم بهذا الاسم؟
تسميتها بميكانيك الكم يعود إلى أهميّة الكم في بنائها (وهو مصطلح فيزيائي يستخدم لوصف أصغر كمّية من الطاقة يمكن تبادلها بين الجسيمات، ويستخدم للإشارة إلى كميات الطاقة المحددة التي تنبعث بشكل متقطع، وليس بشكل مستمر). كثيرا ما يستخدم مصطلحي فيزياء الكم والنظرية الكمية كمرادفات لميكانيكا الكم.
تابع القراءة: المادة المظلمة – غموض الكون والبحث عن المعنى