[فتحي مكي]

لماذا يصعب فهم ميكانيكا الكم

وجدت كثير من الأعضاء يسألون عن بعض المواضيع في ميكانيك الكم كالسؤال هل تناقض ميكانيك الكم المنطق و عن تجربة الشق المزدوج و اخيرا عن ثنائية الموجه و الجسيم و لهذا فضلت ان احاول القاء الضوء على هذه التساؤلات من خلال كتابة هذا المقال
وسوف ابدأ من السؤال الأخير هل تناقض ثنائية الموجه و الجسيم المنطق ؟.

بالطبع ازدواجية الموجه و الجسيم تناقض كل مبادئ الحس السليم
و يعود مصطلح موجه-جسيم لتاريخ الصراع بين نظريتين حاولتا تفسير طبيعة الضوء
تفترض احداهما ان الضوء يسلك سلوك الموجات و الأخرى تفترض انه يسلك سلوك الجسيمات
وتستطيعون الرجوع لكتب الفيزياء لتفصيل هذا الخلاف ولكن دعونا نركز هنا على سمتين هامتين تعززان
كلا منهما على حده احدى النظرتين
الاولى و هي التداخل كما في تجربة الشق المزدوج و هذا السلوك لا يمكن ان يحدث الا للموجات ولا يمكن ان يحدث للجسيمات وهو سلوك يمكن ان نلاحظه على سلوك موجات الماء او الصوت على سبيل المثال وكانت تجربة الشق المزدوج الدليل القاطع على موجية الضوء .
ولكن بعدها تم اكتشاف تأثير أخر للضوء وهو التأثير الكهروضوئي وفي التأثير الكهروضوئي يتم امتصاص كل طاقة الموجه الضوئيه عند اصطدامها بالألكترون و كأن طاقة موجة الضوء لم تكن منتشرة على كل الجبهة الموجية بل كانت متركزة في نقطة واحدة لمزيد من التوضيح هنا تخيل انك تقف على شاطئ البحر بينما تضربك موجه بحرية سوف تلاحظ انك ترتد قليلا للخلف بسبب طاقة الموجة التي فقدتها عند الاصطدام بك ولكن ستستمر الموجه في المرور بجانبيك بسبب ان الموجه لم تخسر كل طاقتها بل فقدت جزء منها في المنطقه التي لامست جسدك بينما في حالة التأثير الكهروضوئي فأن الموجه ستختفي كلها بمجرد الاصطدام بك و ستكتسب انت كل الطاقه التي كانت تمتلكها الموجه و كأنك اصطدمت بكره مائيه مركزه .
وهذا الأمر لا يمكن ان يحصل مع الموجات التي نعرفها في حياتنا العاديه ولا يمكن تفسير هذه الظاهره بتفسير آخر غير التفسير الجسيمي بعد ذلك جائت تجربة كمبتون لتأكد ان الضوء يمكن ان يسلك سلوك الجسيمات .
ولكن كيف نضع السلوكين معا في نظريه واحده تفسر سلوك الضوء بشكل عام وليس في موقف محدد , ان قبول تفسير ازدواجية الموجه و الجسيم يعد تلاعب بالألفاظ فقط و تقريب فج جدا لما يحصل في عالم الكم فموجة الفوتون او حتى الألكترون لا تشبه حقيقة اي موجه نعرفها و حتى جسيم الفوتون او الألكترون لا يشبه اي جسيم نعرفه فلو عدنا مرة اخرى الى تجربة الشق المزدوج و دققنا فيها لوجدنا انه من غير المنصف افتراض تفسير الموجه .
لنجري تجربة الشق المزدوج على اي نوع من الموجات التي نألفها كموجات الماء مثلا و لنرسل الى الشقين موجه مائيه و لنضع حائل خلفها سنرى انماط التداخل على الحائل حيث تتكون موجات كبرى في مناطق و تتلاشى في مناطق اخرى بعدها لنقم بإغلاق احد الشقين و نرسل موجه اخرى , هنا لن تظهر اي انماط للتداخل و لكن ستستمر الموجه بعد عبورها للشق المفرد و سترتد عن الحائل و ستخسر جزء من طاقتها على الحائل متصرفه كموجه عادية.
لنعد لنفس التجربة و لكن لنطلق هذه المرة الكترون واحد في كل مره و لنبدأ اولا بشق واحد مفتوح و الآخر مغلق سيتصرف الألكترون كأنه جسيم و كأننا نطلق رصاصة صوب الشق المفتوح و سنرى ان مكان اصطدام الألكترون في الحائل ثابت في كل مره نعيد فيها التجربة و الآن لنقم بفتح الشق الثاني عندها سيختلف سلوك الالكترون تماما سيظهر الألكترون في مكان مختلف على الحائل في كل مره نعيد فيها التجربه و بعد تكرار هذه العمليه عدد من المرات سنلاحظ ان الأماكن التي ظهر فيها الالكترون و الأماكن التي لم يظهر فيها تشكل انماط تشبه انماط التداخل للموجات الاعتياديه





اذا كيف غير الألكترون او الفوتون سلوكه فقط بمجرد فتح الشق الثاني ؟.
يجب التنويه هنا لقضية اخرى مهمة وهو الصياغة الرياضية للموضوع على سبيل المثال لو افترضنا اننا نريد صياغه قانون رياضي لمذبذب توافقي وهو جسم مربوط بأحد طرفي زنبرك بينما يثبت طرف الزنبرك الأخر بنقطة ثابتة كحائط مثلا


يمكن ان نستخدم نموذج رياضي لنقطة تتحرك على محيط دائرة بحيث لو و ضعنا الدائرة امام حائل بحيث يكون مستوى الدائره عموديا على الحائل و سلطنا عليها ضوء و نظرنا لظل النقطه المتحركه على الحائل سنجد انه يتصرف تماما كسلوك المذبذب التوافقي



و لهذا نستطيع ان نعبر عن سلوك المذبذب التوافقي بنفس المعادلات التي تصف دوران النقطه و لهذا تجد دوال مثل جيب تمام الزاويه او جيب الزاويه في معادلات المذبذب التوافقي رغم عدم وجود اي زوايا.
ان الدوال الموجيه يمكن ان تصف حالات كثيره طالما تتمتع ببعض خواص الموجات كالدوريه على سبيل المثال ولذلك يجب ان نكون حذرين عندما نحاول ان نترجم المعادلات الرياضية الى كلمات اعتيادية .
لنعد الى تجربة الشق المزدوج في حياتنا الأعتياديه يمكن ان نقول بأن الألكترون او الفوتون قد عبر من احد الشقين وان احتمالية عبوره من احد الشقين تلغي احتمالية عبوره من الشق الآخر وهذا هو التصرف الطبيعي الذي يمكن ان تتصرفه رصاصة او كرة بيسبول ولكن نتائج التجربه تجبرنا على اعادة النظر في هذه الجزئية , لننسى للحظة مصطلح موجة و لندع الرياضيات تخبرنا ما الذي حدث .
تقترح الرياضيات ان المسار الذي سلكه الألكترون او الفوتون قبل ان يصطدم بالحائل هو نوع من التراكب الغامض للمسارين الذين يمكن ان يسلكهما لو عبر من الشق الأول او الشق الثاني وتكون الحاله كالتالي
المسار البديل الأول × ز1 + المسار البديل الثاني × ز2
حيث ز1 و ز2 عددان مركبان و نعرف من خلال الرياضيات ان الأعداد المركبه تحتوي على جذر السالب واحد و هنا تصبح الأمور مبهمه لأن الأعداد المركبه ادوات رياضية لا تحمل معنى واضح يمكن وصفه بالكلمات كالعدد خمسه مثلا .
اذا فكل حاله كميه هي عبارة عن تراكبات خطية لكافة الأحتمالات الممكنة و تتحول صفة الموجة الى صفة موجة احتمال وهي تختلف تماما عن مفهوم الموجه المائية فهي اشبه نوعا ما بما نسمية بموجة الجرائم في مدينة معينة ما يعني ان احتمال تعرضك للسرقة في تلك المدينة اعلى من المدن الأخرى حيث تقل موجات الجرائم .
وبالتالي فالداله الموجية في ميكانيكا الكم هي ذات طابع احصائي و عند حصول عملية قياس او ملاحظة كملاحظة مكان اصطدام الفوتون او الألكترون على الحائل يحصل امر غريب لهذه الدالة الموجية يسمى انهيار الدالة الموجية من كل مكان ما عدا النقطة التي تمت فيها الملاحظة تماما كتلاشي موجة البحر كلها بمجرد اصطدامها بك و لكن في رأيي أن انهيار الدالة الموجية هو مجرد إجراء رياضي محبذ لدى العلماء و ربما لا يمثل حقيقة ما يحدث في عالم الكم وهو عالم محجوب عنا قصرا ولا يوجد أي طريقة للتحايل على هذا الحجب و لا يتبقى لنا الا الدوال الرياضية لتخبرنا ما يحدث بلغة الأرقام و الرموز و لهذا فالتعامل مع ميكانيكا بعيدا عن الرياضيات و محاولة فهمها بلغات البشر التي لا تعرف سوى العالم الكلاسيكي تجعلها عصية على الفهم

[harrab]

امتعتنا بالمقال.
كل الشكر استاذ فتحي

[M.A.K]

اولا عندما نفهم الاشياء نقوم بترجمتها
عن طريق الرياضيات
اي نعبر عنها بالرياضيات
لم نسمع ان احد من البشر يعلم الطبيعه
القوانين والنظام
ولكن العكس صحيح
اذا ماذا تعني لك المشاهد المختفيه
وهو اكثر من اربعينرصوره ومن واقع الطبيعه
وماهي القوانين والنظام الذي يحكمها??????
وهل هي جسيمات ام هي موجات حسب مشاهدتك لها???

[ابو اركان]

مشكور استاذ فتحي على الشرح
ولكن انت قلت ان موجة الالكترون ليست كأي موجه
قمت بتوضيح ذلك مشكورا
وقلت أيضا ان جسيم الالكترون ليس كأي جسيم آخر
فأرجو توضيح هذه النقطة اكثر

[فتحي مكي]

اولا اشكر الأستاذ هراب على دعمه المتواصل و تشجيعه
ثانيا اخي العزيز ابو اركان
لو صممنا على مصطلح ازدواجية الموجه و الجسيم للجسيمات الأوليه
و حاولنا ان ننظر للشق الآخر منها وهو جسيمية الإلكترون و يحق لنا هنا أن نسأل
هل يبدو الإلكترون ككرة صغيره مثل كرة البلياردو مثلا ؟.
سنرى أن محاولة تفسير سلوك الجسيمات الأولية بنفس الكلمات التي نستخدمها
لوصف ما يحدث في عالمنا المنظور تؤدي إلى تناقضات مثل ما وضحنا سابقا في المقال
لنأخذ على سبيل المثال عندما تتحرك الإلكترونات داخل مجال مغناطيسي فأنها تنحرف
كما لو أنها تمتلك عزوما مغناطيسية و هي بالفعل تمتلك عزوما مغناطيسية يمكن قياسها
و بالتناظر مع الواقع نفترض انها تمتلك تدويما ككرة بلياردو مشحونه تدور حول محورها
بالفعل تقود الكثير من التجارب أن كل الجسيمات الأولية تمتلك تدويما .
ولكن اذا ما اصرينا على فكرة الكرة التي تدور حول محورها سنجد أن النقاط على سطح
الألكترون ستتحرك بسرعة أعلى من سرعة الضوء , من ناحية أخرى تدويم الجسيمات الأولية
مكمى بمعنى أنه لا يمكن أن يتخذ الا قيما معينه او مضاعفاتها و هذا شيء لا يشبه أي دوران نعرفه في
حياتنا اليومية .
نأتي للموضوع الأكثر غرابة في مسألة التدويم , تخيل أنك تقف وانت تنظر لنافذة غرفتك ثم درت حول
نفسك 360 درجة او دورة كاملة ستعود حتما لنفس الى وضعيتك الأولى و سترى نفس المشهد الذي كنت
تراه قبل الدوران وهو النافذة , في الحقيقة كل الأجسام التي نعرفها تعود لوضعها السابق بعد الدوران دورة كاملة
لكن بالنسبة للإلكترون و كل الجسيمات التي تدويمها نص لا تعود الى وضعها الأول الا بعد الدوران 720 درجة
فلو كنت الكترونا فلن تشاهد النافذه بعد الدوران 360 دورة وهذا شيء لا يمكن ابدا أن يحدث في العالم الذي
نراه و نلمسه بحواسنا .
و لهذا لا يمكن حتى تشبيه الإلكترون بالجسيم ولا بالموجه ولا حتى بكلاهما
هذا والله أعلم

[M.A.K]

تراه قبل الدوران وهو النافذة , في الحقيقة كل الأجسام التي نعرفها تعود لوضعها السابق بعد الدوران دورة كاملة
لكن بالنسبة للإلكترون و كل الجسيمات التي تدويمها نص لا تعود الى وضعها الأول الا بعد الدوران 720 درجة
فلو كنت الكترونا فلن تشاهد النافذه بعد الدوران 360 دورة وهذا شيء لا يمكن ابدا أن يحدث في العالم الذي
نراه و نلمسه بحواسنا .
و لهذا لا يمكن حتى تشبيه الإلكترون بالجسيم ولا بالموجه ولا حتى بكلاهما
هذا والله أعلم[/quote]

بسم الله الرحمن الرحيم
اولا في عام 2016م تم اثبات تمزق الموجات
من قبل مجموعه من العلماء والذي استغرق مده 40عاما
السوال يقول كيف تنشأ هذه الموجات????
واين تنشأ???
وكيف سنصل الى معادله الطاقه الشهيره???
اذا لم يكون الاكترون جسيما????
سواء كان في مستويات الطاقه
او خارجه اي خارج نطاق الجاذبيه????

[خالد4]

الزملا الاعزاء مما يزيد مبكانيكا الكم صعوبة وجود بعض الرموز الخاطئة فيها مثل رموز ديراك وشكرا جزيلا

[M.A.K]

ولماذا تملئ هذه الموجات الممزقه
كوكبنا حيث انها موجات جاذبيه
ان لم تكون الضوء????
واين يتم تمزيقها????

[فتحي مكي]

عندما تحدثت عن صعوبة فهم ميكانيك الكم لم اكن اقصد صعوبة فهم معادلاتها
فهذا شيء يعتمد على قدراتك الخاصة انا اتكلم هنا عن مدى صعوبة استيعاب نتائج
التجارب التي تجرى في النطاق الكمي و صعوبة تحليلها و توصيفها بالكلمات, اتذكر قصة خيالية سمعتها
عندما كنت طفلا عن رجل اعمى اراد أن يرى العالم حتى لثانية واحدة ثم يعود اعمى كما كان
وعندما استجاب له الله رأى ديكا امامه ثم عاد اعمى من جديد فصار كلما و صف له شخصا آخر
أي شي يسأله هل هو اكبر من الديك ام اصغر منه .
تجسد هذه القصة بالفعل حقيقة طريقة تفكيرنا كبشر فنحن نقارن دائما بين الأشياء لكي نفهمها و هذا ما يحدث
عندما نشرح لأحدهم ظواهر عالم الكم فنحن نحاول أن نعمل اسقاط لهذه الظواهر على اشياء نراها و نلمسها
ثم نفترض انها حقيقية و بعد مضي الوقت نكتشف ان ما كنا نحاول توضيحه ينطوي على تناقضات لا يمكن تفاديها
خلاصة القول أنه لا يجب أخذ التشبيهات في علم الفيزياء على محمل الجد دائما بما في ذلك انحناء الفضاء الذي نجد
أن الكتب الفيزيائية تمثله لنا بإنحناء قماش مشدود عندما نضع عليه ثقل .
الفيزياء لا تعرف سوى لغة الأرقام و المعادلات واذا احببت أن تدرس الفيزياء بجد عليك أن تكون رياضيا .

[فتحي مكي]

أخي ماك ما الذي تقصده بتمزق الموجات الذي تم اكتشافه ومن الذي اكتشفه وهل الضوء موجات جاذبية
أذا كيف ينبعث من الذرات فموجات الجاذبيه إن وجدت يجب أن تنشأ من كتلة كبيرة متحركة