شغف العلم الذي لا ينتهي

قطة شرودنغر وميكانيكا الكم - ساينسوفيليا

قطة شرودنغر

قطة شرودنغر

بقلم انجى سيد عبد العواض

مراجعه علميه ددينا فراج

إروين رودولف جوزيف ألكسندر شرودنغر  فيزيائي  نمساوي حائز على جائزة نوبل، طور عددًا من النتائج الأساسية في مجال نظرية الكم، والتي شكلت أساس ميكانيكا الموجة: صاغ معادلة الموجة (معادلة شرودنجر الثابتة والمعتمدة على الوقت) وكشفت هوية تطوره في ميكانيكا المصفوفة.  

اقترح شرودنغر تفسيرًا واضحاً وعملياً للمعنى المادي للموجة ووظيفتها.

قبل البدايه فى الحديث عن قط شرودنغر سوف نلقى الضوء على أحد المفاهيم الأساسية لميكانيكا الكم:مبدأ الازدواجية هو المفهوم الرئيسي لميكانيكا الكم، حيث تعالج عدم كفاية المفاهيم التقليدية مثل "الجسيمات" و "الموجة" لوصف سلوك الكيان الكمومي بشكل واضح.

يتلخص مبدأ الازدواجية في أن كل جزئ أو كيان كمي (كالضوء مثلاً) يمكن أن يوصف كجسيم وكموجة. 

والآن حان الوقت لنتعرف على من هو قط شرودنغر؟ 

وما هوه الدافع إلى استخدام ذلك القط؟

كانت الفيزياء في ذلك الوقت تناقش النماذج الرياضية ونتائج التجارب المختلفة التي تشير إلى أن الجسيمات لها خصائص تشبه الموجة لكن لم يتم تعريف الخصائص بأي طريقة حتى تم ترجمتها من خلال هذه  التجربة الإفتراضيه.

بنى شرودنغر تجربته الخيالية مع القطة لإثبات أن التفسيرات الخاطئة البسيطة لنظرية الكم يمكن أن تؤدي إلى نتائج لا تتطابق مع الواقع الحقيقي.

وإستخدم العالم شرودنجر القطة في تجربته كأداة بسيطة للدراسة وذلك لإثبات خطأ تفسير بعض العلماء لنظرية الكم.

إن التجربة الشهيرة للفيزيائي النمساوي إروين شرودنغر هي مثال على واحدة من الخصائص المميزة لميكانيكا الكم وهي السلوك غير المتوقع للجسيمات على المستوى الكمومي.

 تصور شرودنغر السيناريو على هذا النحو: 

  • هناك قطة في صندوق مغلق.
  • يوجد أيضًا في الصندوق مصدر مشع. 
  • وعداد مرتبط بمطرقة ( لكسر القارورة). 
  • وقارورة من السم.  

تميز هذا الجهاز بوجود مواد مشعة و عداد جيجر الذي تم ضبطه ليقوم بتدمير قارورة السم في اللحظة التي ترصد فيها تحلل هذه الجسيمات المشعة.  

وفقًا لتفسير كوبنهاجن، فإن الوضع الغير ثابت للجسيم (كموجة أو جسيم) الذي يرصد تحلله العداد سيقوم بضرب القارورة أو لن يضربها في أي لحظة، مما يعني أن في اللحظة التي يقوم فيها بذلك، تكون القطة إما حية أو ميتة بشكل عشوائي تمامًا، ولا يمكن أن تكون حية وميتة في نفس الوقت. 

لا توجد طريقة لرصد ما يحدث بداخل الصندوق، لذلك لا يمكنك معرفة ما إذا كانت القطة حية أم ميتة، وهي موجودة في كلتا الحالتين حتى تفتح الصندوق.

عارض علماء فيزيائيون مثل ألبرت أينشتاين هذا التفسير، زاعمين أن فيزياء الكم كانت نظرية غير مكتملة وسيكشف مستقبلاً ما هي تلك الموجات حقًا.

هذا التفكير التخيلي كله هو إختصار لشيء يسمى التراكب الكمي، حيث يمكن أن يوجد جسيم (مثل ذرة، أو إلكترون، أو فوتون) في حالات كمية متعددة في نفس الوقت. 

 يُعرف انتقاله العشوائي المفاجئ بين حالات الطاقة (بالقفزة الكمية) the quantum jump، القفزة الكميه هى انتقال الذرة أو الالكترون من مستوى للطاقه إلى مستوى آخر للطاقه.

لا يستطيع الباحثون  التنبؤ بالضبط متى ستحدث قفزة كمية، يمكن أن تكون في خمس دقائق أو خمس ساعات، أي لا يزال هناك عدم القدرة على التنبؤ على المدى الطويل.

قال مينيف: "إن القفزات الكمومية للذرة تشبه إلى حد ما انفجار البركان".  "إنهم لا يمكن التنبؤ بهم تماما على المدى الطويل". 

هناك دراسة أظهر العلماء فيها قدرتهم على التنبؤ بشيء يسمى قفزة كمية.


المصادر:

ليست هناك تعليقات