تجارب ميكانيكا الكم:
1- مفارقة قطة شرودنغر :
هي مفارقة مقترحة من قبل العالم آروين شرودنغر في عام 1935 وتتلخص في التجربة النظرية التالية :
يتم وضع القطة على طول صندوق فولاذي مع عداد جايجر، قارورة سم، مطرقة، ومادة مشعة. عندما تتحلل المادة المشعة يقوم عداد جايجر بالكشف عن ذلك ويقوم بإطلاق سراح المطرقة التي تقوم بتحرير السم الذي يقتل القطة في وقت لاحق.
وتأتي مفارقة هذه التجربة بأن عملية الإضمحلال الإشعاعي هو عشوائية وليس هنالك من طريقة للتنبؤ بحدوثه، ويقول علماء الفيزياء إن الذرة موجودة في حالة تسمى التراكب فهي على حد سواء متحللة وغير متحللة في نفس الوقت.
إلى أن يتم فتح الصندوق فإن المراقب لايعرف ما إذا كانت القطة حية أو ميتة،لأن مصير القطة يرتبط إرتباطاً وثيقاً فيما إذا كانت الذرة متحللة أم لا وتكون القطة عند ذلك في وضع شرودنغر وستكون حية وميتة بالتساوي حتى يقوم المراقب بفتح الصندوق ورؤية مصير القطة، بعبارة أخرى فإن مصير القطة غير معروف تماماً حتى يقوم المراقب بفتح الصندوق وبالتالي تصبح القطة حية ميتة في نفس الوقت .
يقول إريك مارتل وهو أستاذ مشارك في الفيزياء وعلم الفلك في جامعة ميليكن(( إذا وضعت القطة في الصندوق و إذا لم يكن هنالك طريقة لقول ما تفعله القطة في الصندوق، فعلك عندئذٍ التعامل معها كما أنها تفعل كل شيء ممكن-ستكون حية ميتة في نفس الوقت)). فور فتح الصندوق والنظر للقطة فإن المراقب يعرف على الفور ما إذا كانت القطة حية أو ميتة، وعملية التراكب على القطة تقول أن من شأن كلتا الحالتين أن تنهار فالقطة إما ستكون ميتة او حية ليس على حدٍ سواء.
وضع شرودنغر هذه المفارقة لتوضيح نقطة أساسية في ميكانيكا الكم حول الطبيعة الموجية للجسيمات. وهذا ماكان يسعى شرودنغر لتوضيحه من هذه المفارقة كما يقول (( في أي نظام فيزيائي بدون مراقبة لا يمكنك القول عما يفعله أي شيء في هذا النظام)).
2- تجربة كارل بوبر :
هي تجربة مقترحة من قبل الفيلسوف كارل بوبر عام 1934 وكان الهدف منها إختبار مبدأ اللايقين لهايزنبرغ، فإذا تصورنا أنَّ شعاعًا ضوئيًّا يتحرك في الاتجاه السيني، ويسقط على شاشة بها فتحة ضيقة، فإنَّ هذا الضوء بعد مروره من الفتحة سوف يتشتت باتجاه المحور الصادي، وكلما كانت الفتحة ضيقة أكثر زاد هذا التشتت باتجاه المحور الصادي. ويمكن الحصول على نتائج مشابهة إذا طبقنا المعادلة الموجية لشرودنغر لشعاع من الإلكترونات. لذلك؛ اقترح كارل بوبر في العام 1934 أن يستبدل مسمى مبدأ اللا تحديد لهايزنبرغ بـ "علاقة التشتت". ولكن الإشكالية تبدأ عندما قدمت مدرسة كوبنهاجن تفسيرًا خاصا لهذا المبدأ يتجاوز معضلة القياس؛ لينفي موضوعية هذا العالم الكمي؛ فهذا العالم -بحسب مدرسة كوبنهاجن- يفتقد الخصائص الموضوعية التي في العادة تمتلكها الأجسام في الواقع الكبير، العالم المايكروسكوبي، كالموقع والسرعة المحددتين قبل عملية القياس .
وعند القياس فقط تتشكل واقعية العالم الكمي الموضوعية بسبب أن الموجة المرافقة للجسيم تنهار لتعطي قيمة محددة لموقعه أو سرعته. في البداية، حاول هايزنبرغ أن يشرح اللا تحديد على أنه معضلة القياس؛ حيث إن أدوات القياس تتداخل مع الجسيم، وهذا يعني أنه قبل القياس فإنَّ الجسيم له موقع محدد وكذلك له سرعة محددة، ولكن بسبب التداخل أو الاضطراب الذي تُحدثه أدوات القياس فإننا لا نستطيع قياس كليهما بالدقة نفسها. ولكن هذا التفسير الواضح لمعضلة القياس تغير إلى نفي واقعية العالم الكمي؛ وذلك بنفي كامل لكل الخصائص التي يمتلكها الجسم المتحرك.
وحدث هذا التغيير من فهم مبدأ اللا تحديد -أو كما يسميها بوبر بعلاقة التشتت- بعد أن اقترح شرودنغر أنه يمكن أن نمثل الجسيم بموجة.
(كارل بوبر)
3- تجربة شتيرن-غيرلاخ:
هي تجربة قام بها العالمان الألمانيّان أوتو شتيرن و الترجيرلاخ عام 1922 ونتج عن هذه التجربة الكشف عن اللف المغزلي الكمومي للإلكترون ومقداره 1/2 .
و كانت التجربة قائمة على شعاع من ذرات الفضة وجه خلال مجال مغناطيسي غير متجانس فظهر هذا الشعاع على شكل نقطتين منفصلتين على اللوح الزجاجي خلف هذا المجال .
وهنالك عدة تجارب أخرى أجريت تتعلق بميانيكا الكم منها :تجربة لامساواة بل، تجربة دافيسون-غيرمر، تجربة الشق المزدوج.
في المقال القادم سنتحدث عن تفسير كوبنهاجن وتداعياته على ميكانيكا الكم.
إعداد:: زيد أحمد::
المصادر:
http://news.nationalgeographic.com/news/2013/08/130812-physics-schrodinger-erwin-google-
doodle-cat-paradox-science/ http://sharqgharb.net/karl-bwbr-walmwqf-alwjwde-walmarfe-mn-
alnthzrett-alkmett/ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/spin.html
1- مفارقة قطة شرودنغر :
هي مفارقة مقترحة من قبل العالم آروين شرودنغر في عام 1935 وتتلخص في التجربة النظرية التالية :
يتم وضع القطة على طول صندوق فولاذي مع عداد جايجر، قارورة سم، مطرقة، ومادة مشعة. عندما تتحلل المادة المشعة يقوم عداد جايجر بالكشف عن ذلك ويقوم بإطلاق سراح المطرقة التي تقوم بتحرير السم الذي يقتل القطة في وقت لاحق.
وتأتي مفارقة هذه التجربة بأن عملية الإضمحلال الإشعاعي هو عشوائية وليس هنالك من طريقة للتنبؤ بحدوثه، ويقول علماء الفيزياء إن الذرة موجودة في حالة تسمى التراكب فهي على حد سواء متحللة وغير متحللة في نفس الوقت.
إلى أن يتم فتح الصندوق فإن المراقب لايعرف ما إذا كانت القطة حية أو ميتة،لأن مصير القطة يرتبط إرتباطاً وثيقاً فيما إذا كانت الذرة متحللة أم لا وتكون القطة عند ذلك في وضع شرودنغر وستكون حية وميتة بالتساوي حتى يقوم المراقب بفتح الصندوق ورؤية مصير القطة، بعبارة أخرى فإن مصير القطة غير معروف تماماً حتى يقوم المراقب بفتح الصندوق وبالتالي تصبح القطة حية ميتة في نفس الوقت .
يقول إريك مارتل وهو أستاذ مشارك في الفيزياء وعلم الفلك في جامعة ميليكن(( إذا وضعت القطة في الصندوق و إذا لم يكن هنالك طريقة لقول ما تفعله القطة في الصندوق، فعلك عندئذٍ التعامل معها كما أنها تفعل كل شيء ممكن-ستكون حية ميتة في نفس الوقت)). فور فتح الصندوق والنظر للقطة فإن المراقب يعرف على الفور ما إذا كانت القطة حية أو ميتة، وعملية التراكب على القطة تقول أن من شأن كلتا الحالتين أن تنهار فالقطة إما ستكون ميتة او حية ليس على حدٍ سواء.
وضع شرودنغر هذه المفارقة لتوضيح نقطة أساسية في ميكانيكا الكم حول الطبيعة الموجية للجسيمات. وهذا ماكان يسعى شرودنغر لتوضيحه من هذه المفارقة كما يقول (( في أي نظام فيزيائي بدون مراقبة لا يمكنك القول عما يفعله أي شيء في هذا النظام)).
2- تجربة كارل بوبر :
هي تجربة مقترحة من قبل الفيلسوف كارل بوبر عام 1934 وكان الهدف منها إختبار مبدأ اللايقين لهايزنبرغ، فإذا تصورنا أنَّ شعاعًا ضوئيًّا يتحرك في الاتجاه السيني، ويسقط على شاشة بها فتحة ضيقة، فإنَّ هذا الضوء بعد مروره من الفتحة سوف يتشتت باتجاه المحور الصادي، وكلما كانت الفتحة ضيقة أكثر زاد هذا التشتت باتجاه المحور الصادي. ويمكن الحصول على نتائج مشابهة إذا طبقنا المعادلة الموجية لشرودنغر لشعاع من الإلكترونات. لذلك؛ اقترح كارل بوبر في العام 1934 أن يستبدل مسمى مبدأ اللا تحديد لهايزنبرغ بـ "علاقة التشتت". ولكن الإشكالية تبدأ عندما قدمت مدرسة كوبنهاجن تفسيرًا خاصا لهذا المبدأ يتجاوز معضلة القياس؛ لينفي موضوعية هذا العالم الكمي؛ فهذا العالم -بحسب مدرسة كوبنهاجن- يفتقد الخصائص الموضوعية التي في العادة تمتلكها الأجسام في الواقع الكبير، العالم المايكروسكوبي، كالموقع والسرعة المحددتين قبل عملية القياس .
وعند القياس فقط تتشكل واقعية العالم الكمي الموضوعية بسبب أن الموجة المرافقة للجسيم تنهار لتعطي قيمة محددة لموقعه أو سرعته. في البداية، حاول هايزنبرغ أن يشرح اللا تحديد على أنه معضلة القياس؛ حيث إن أدوات القياس تتداخل مع الجسيم، وهذا يعني أنه قبل القياس فإنَّ الجسيم له موقع محدد وكذلك له سرعة محددة، ولكن بسبب التداخل أو الاضطراب الذي تُحدثه أدوات القياس فإننا لا نستطيع قياس كليهما بالدقة نفسها. ولكن هذا التفسير الواضح لمعضلة القياس تغير إلى نفي واقعية العالم الكمي؛ وذلك بنفي كامل لكل الخصائص التي يمتلكها الجسم المتحرك.
وحدث هذا التغيير من فهم مبدأ اللا تحديد -أو كما يسميها بوبر بعلاقة التشتت- بعد أن اقترح شرودنغر أنه يمكن أن نمثل الجسيم بموجة.
3- تجربة شتيرن-غيرلاخ:
هي تجربة قام بها العالمان الألمانيّان أوتو شتيرن و الترجيرلاخ عام 1922 ونتج عن هذه التجربة الكشف عن اللف المغزلي الكمومي للإلكترون ومقداره 1/2 .
و كانت التجربة قائمة على شعاع من ذرات الفضة وجه خلال مجال مغناطيسي غير متجانس فظهر هذا الشعاع على شكل نقطتين منفصلتين على اللوح الزجاجي خلف هذا المجال .
وهنالك عدة تجارب أخرى أجريت تتعلق بميانيكا الكم منها :تجربة لامساواة بل، تجربة دافيسون-غيرمر، تجربة الشق المزدوج.
في المقال القادم سنتحدث عن تفسير كوبنهاجن وتداعياته على ميكانيكا الكم.
إعداد:: زيد أحمد::
المصادر:
http://news.nationalgeographic.com/news/2013/08/130812-physics-schrodinger-erwin-google-
doodle-cat-paradox-science/ http://sharqgharb.net/karl-bwbr-walmwqf-alwjwde-walmarfe-mn-
alnthzrett-alkmett/ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/spin.html