من النظريات العلمية
ميكانيكا الكم
1.
مجال النظرية:
ميكانيكا
الكمِّ تصف لنا عالم صغير جداً، تأخذنا وتغوص بنا إلى عالمٍ متناهِ الصغر لأصغر
الأشياء من حولنا، إلى عالم غير مرئي، إلى عالم الذرات، وهي مجموعة من النظريات
الفيزيائية لتفسير الظواهر على مستوى الذرة والجسيمات دون الذرية، عالم تختفي عنده
مفاهيم فيزيائية مُتعارف ومتفق عليها علمياً وعالمياً ومنذ قديم الأزل.
2.
سبب تسميتها بميكانيك الكم
يعود
السبب في تسميتها بهذا الاسم إلى أهميّة الكم في بنائها وهو أصغر كمّية من الطاقة
يمكن تبادلها بين الجسيمات، ويستخدم للإشارة إلى كميات الطاقة المحددة التي تنبعث
بشكل متقطع، وليس بشكل مستمر.
3.
المشكلات التي دفعت لاكتشاف النظرية
أتت نظرية الكم في بدايات القرن
العشرين مثل النظرية النسبية لحل إشكاليات لم تستطع الفيزياء الكلاسيكية تفسيرها،
ويمكن تلخيص هذه الإشكاليات في ما يلي:
- في بداية القرن الماضي وضع تصور لشكل الذرة مثل المجموعة الشمسية تتمركز النواة في الوسط وتدور الإلكترونات حولها، لكن الفيزياء الكلاسيكية تقول أن الالكترونات تحمل شحنة كهربائية وطالما أنها تتحرك بسرعة حول النواة فستتحول طاقتها إلى طاقة كهرومغناطيسية تبدد طاقة الإلكترونات مما يجعلها تقترب بالتدريج من النواة وفي النهاية تصطدم بالنواة في جزء من الثانية، وتنهار الذرة، وهذا غير واقعي لذا جاءت الحاجة لنظرية جديدة تعطي نمودجا آخر لتكوين الذرة.
·
تقول الفيزياء الكلاسيكية أنه عند تسخين المواد فإن اللون
الناتج ( الطيف الذري) يجب أن تغطي جميع الأطوال الموجية بنفس الشدة، لكن لاحظ الفيزيائيون أن
النتائج تناقض ذلك بشدة حيث تصدر الذرات المختلفة ألوان خاصة ومحددة جداً.
·
إشكالية الجسم الأسود "وهو جسم يمتص كامل الإشعاع الساقط
عليه ليعيد إصداره بالكامل مرة آخرى، فشلت كل المحاولات المستندة إلى الفيزياء
الإحصائية التقليدية في تفسير منحنى إشعاع الجسم الأسود خصوصاً عند الترددات العالية وهذا ما
عرف لاحقاً باسم الكارثة فوق
البنفسجية وبهذا
ظهر للعلماء أن قوانين الديناميكا الحرارية أصبحت عاجزة عن تفسير هذه الظاهرة .
3. النظرية
الذرية الحديثة
جاءت
النظرية الذرية الحديثة نتيجة لجهود الكثير من العلماء الذين بحثوا في تركيب الذرة
، وتوضح النظرية تركيب الذرة وخواص الجسيمات التي تحتويها وهي مجموعة من الفرضيات
والحقائق التي تم الحصول عليها في السنوات الأخيرة حول الذرة:
أ.
الذرة عبارة عن جسيم فراغي يتألف من نواة صغيرة الحجم، ثقيلة الكتلة، موجبة
الشحنة، وهي عبارة عن كتلة الذرة وتتكون من بروتونات موجبة ونيوترونات متعادلة،
ويوجد حول النواة فراغ هائل تتحرك فيه الالكترونات في مجالات فراغية مختلفة الأشكال
والأحجام بسرعة كبيرة تصل إلى 2000 كم/ث بحيث لا يمكن تحديد مكان وسرعة الإلكترون
في نفس الوقت، وللإلكترونات خواص موجية
بالإضافة إلى خواصها الجسيمية.
ب. الطبيعة
المزدوجة للإلكترون: النظريات السابقة اعتبرت أن الإلكترون حسيم مادي سالب الشحنة
ولكن التجارب الحديثة أثبتت أن للإلكترون طبيعة مزدوجة، بمعنى أن الإلكترون جسيم
مادي له خواص موجية.
وكل
جسيم متحرك تصاحبه حركة موجية تسمى الموجات المادية التي تختلف عن الموجات
الكهرومغناطيسية في أنها لا تنفصل عن الجسيم المتحرك وسرعتها لا تساوي سرعة الضوء،
وطولها الموجي يعتمد على كتلة الجسم وسرعته.
ت. مبدأ
عدم التأكد لهايزنبرج : يستحيل عملياً تحديد مكان وسرعة الالكترون معاً في وقت
واحد، والأقرب للصواب أن نتكلم بلغة الاحتمالات
حيث أنه من المحتمل وجود الالكترون في مكان ما بقدر كبير أو صغير.
ث. دالة
الموجة: تمكن شرودنجر من وضع المعادلة الموجية التي يمكن تطبيقها لوصف حركة
الالكترون في الذرة، وبحل هذه المعادلة نستطيع إيجاد مستويات الطاقة المسموح بها
في الذرة وتحديد مناطق الفراغ حول النواة والتي يزيد فيها احتمال تواجد الإلكترون
في كل مستوى طاقة، وبالتالي تغير المفهوم عن حركة الالكترونات والتي كانت طبقاُ
للنظام الكوكبي للذرة(بور) تسير في مدارات ثابتة والمناطق بين المدارات مناطق
محرمة.
استخدمت
كلمة السحابة الالكترونية لوصف المنطقة من الفراغ المحيط بالنواة التي يحتمل تواجد
الالكترون بها، ونصف المنطقة التي يكون احتمال وجود الالكترون أكبر ما يمكن
بالأوربيتال.
تفسير نظرية الكم للضوء
الضوء
المرئي ينبعث ويمتص في هيئة "حزم" صغيرة تدعى الفوتونات يمكن دراستها كجسيمات
أو موجات
...وتسمى هذه الخاصية بازدواجية موجة الجسيمات، وكذلك الجسيمات الذرية تنطبق عليها نفس القاعدة فهي
جسيمات لها خواص موجية
التأثير الكهروضوئي
عند سقوط ضوء على سطح معدن ينتج عنه تحرير إلكترونات من سطح المعدن. ذلك لأن جزءا من طاقة الضوء يمتصها الإلكترون المرتبط بذرات المعدن فيتحرر منه ويكتسب طاقة حركة وهذه العملية تعتمد على تردد موجة الضوء
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق