الفيزياء الكلاسيكية ، التي كانت موجودة قبل اختراع ميكانيكا الكم ، تصف الطبيعة بمقياس عادي (عياني). يمكن استنتاج معظم النظريات في الفيزياء الكلاسيكية كتقريبات تعمل على المقاييس التي اعتدنا عليها. تختلف فيزياء الكم (وهي أيضًا ميكانيكا الكم) عن العلوم الكلاسيكية في أن الطاقة ، والزخم ، والزخم الزاوي ، والكميات الأخرى لنظام مقترن تقتصر على القيم المنفصلة (التكميم). للأجسام خصائص خاصة سواء في شكل جسيمات أو في شكل موجات (ازدواجية جسيمات الموجة). في هذا العلم أيضًا ، هناك حدود للدقة التي يمكن بها قياس الكميات (مبدأ عدم اليقين).
يمكن القول أنه بعد ظهور فيزياء الكم في العلوم الدقيقة ، حدث نوع من الثورة ، مما جعل من الممكن إعادة النظر في جميع القوانين القديمة التي كانت تعتبر في السابق حقائق لا جدال فيها وتحليلها. هل هذا جيد أم سيء؟ ربما يكون شيئًا جيدًا ، لأن العلم الحقيقي لا يجب أن يقف ساكنًا أبدًا.
ومع ذلك ، أصبحت "ثورة الكم"نوع من الصدمة لعلماء الفيزياء في المدرسة القديمة ، الذين كان عليهم أن يتقبلوا حقيقة أن ما كانوا يؤمنون به من قبل تحول إلى مجرد مجموعة من النظريات الخاطئة والقديمة في حاجة إلى مراجعة عاجلة والتكيف مع الواقع الجديد. قبل معظم الفيزيائيين بحماس هذه الأفكار الجديدة حول علم مشهور ، وساهموا في دراسته وتطويره وتنفيذه. اليوم ، تحدد فيزياء الكم ديناميكيات كل العلوم ككل. وبفضلها نشأت المشاريع التجريبية المتطورة (مثل مصادم الهادرونات الكبير).
افتتاح
ماذا يمكن أن يقال عن أسس فيزياء الكم؟ ظهرت تدريجياً من نظريات مختلفة تهدف إلى شرح الظواهر التي لا يمكن التوفيق بينها وبين الفيزياء الكلاسيكية ، مثل حل ماكس بلانك في عام 1900 ونهجه في مشكلة الإشعاع للعديد من المشكلات العلمية ، والمطابقة بين الطاقة والتردد في ورقة 1905 بواسطة ألبرت أينشتاين ، الذي شرح التأثيرات الكهروضوئية. تمت مراجعة النظرية المبكرة لفيزياء الكم بشكل كامل في منتصف عشرينيات القرن الماضي من قبل إروين شرودنجر وفيرنر هايزنبرغ وماكس بورن وآخرين. تمت صياغة النظرية الحديثة في العديد من المفاهيم الرياضية المطورة خصيصًا. في إحداها ، تعطينا الوظيفة الحسابية (أو الدالة الموجية) معلومات شاملة حول سعة احتمال موقع النبض.
أساسيات فيزياء الكم للدمى
دراسة علمية للموجةبدأ جوهر الضوء منذ أكثر من 200 عام ، عندما اقترح العلماء العظماء والمعروفون في ذلك الوقت نظرية الضوء وطوروها وأثبتوها بناءً على ملاحظاتهم التجريبية الخاصة. أطلقوا عليها موجة
في عام 1803 ، أجرى العالم الإنجليزي الشهير توماس يونغ تجربته المزدوجة الشهيرة ، ونتيجة لذلك كتب العمل الشهير "حول طبيعة الضوء واللون" ، والذي لعب دورًا كبيرًا في تشكيل الأفكار الحديثة حول هذه الظواهر المألوفة. لعبت هذه التجربة دورًا رئيسيًا في القبول العام لهذه النظرية.
غالبًا ما يتم وصف مثل هذه التجارب في كتب مختلفة ، على سبيل المثال ، "أساسيات فيزياء الكم للدمى". التجارب الحديثة مع تسريع الجسيمات الأولية ، على سبيل المثال ، يتم إجراء البحث عن بوزون هيجز في مصادم الهادرون الكبير (LHC اختصارًا) بدقة من أجل العثور على تأكيد عملي للعديد من نظريات الكم النظرية البحتة.
التاريخ
في عام 1838 ، اكتشف مايكل فاراداي أشعة الكاثود لإسعاد العالم بأسره. أعقب هذه الدراسات المثيرة بيان حول مشكلة الإشعاع ، ما يسمى بـ "الجسم الأسود" (1859) ، الذي أدلى به جوستاف كيرشوف ، بالإضافة إلى الافتراض الشهير لودفيج بولتزمان بأن حالات الطاقة لأي نظام فيزيائي يمكنها أيضًا كن منفصلاً (1877).). في وقت لاحق ، ظهرت فرضية الكم التي طورها ماكس بلانك (1900). يعتبر أحد أسس فيزياء الكم. فرضية بلانك الجريئة أن الطاقة يمكن أن تنبعث وتُمتص في "كوانتا" منفصلة(أو حزم الطاقة) ، يتوافق تمامًا مع الأنماط المرصودة لإشعاع الجسم الأسود.
قدم العالم الشهير ألبرت أينشتاين مساهمة كبيرة في فيزياء الكم. أعجب بنظريات الكم ، طور نظرياته الخاصة. النظرية العامة للنسبية - هذا ما يطلق عليه. أثرت الاكتشافات في فيزياء الكم أيضًا على تطور نظرية النسبية الخاصة. بدأ العديد من العلماء في النصف الأول من القرن الماضي بدراسة هذا العلم بناءً على اقتراح أينشتاين. كانت في المقدمة في ذلك الوقت ، أحبها الجميع ، وكان الجميع مهتمًا بها. لا عجب ، لأنها أغلقت العديد من "الثقوب" في العلوم الفيزيائية الكلاسيكية (ومع ذلك ، فقد خلقت أيضًا ثغرات جديدة) ، وقدمت مبررًا علميًا للسفر عبر الزمن ، والتحريك الذهني ، والتخاطر ، والعوالم الموازية.
دور المراقب
أي حدث أو حالة تعتمد بشكل مباشر على المراقب. عادة ، هذه هي الطريقة التي يتم بها شرح أساسيات فيزياء الكم باختصار للأشخاص البعيدين عن العلوم الدقيقة. ومع ذلك ، فإن الواقع أكثر تعقيدًا.
هذا يتناسب تمامًا مع العديد من التقاليد الغامضة والدينية التي أصررت لقرون على قدرة الناس على التأثير في الأحداث من حولهم. بطريقة ما ، هذا أيضًا هو الأساس لتفسير علمي للإدراك خارج الحواس ، لأن القول الآن بأن الشخص (المراقب) قادر على التأثير في الأحداث المادية بقوة الفكر لا يبدو سخيفًا.
يتوافق كل حالة eigenstate لحدث أو كائن تمت ملاحظتهالمتجه الذاتي للمراقب. إذا كان طيف المشغل (المراقب) منفصلاً ، فإن الكائن المرصود يمكن أن يصل فقط إلى قيم ذاتية منفصلة. وهذا يعني أن موضوع الملاحظة ، وكذلك خصائصه ، يتم تحديده بالكامل بواسطة هذا المشغل ذاته.
أساسيات فيزياء الكم بكلمات معقدة
على عكس الميكانيكا الكلاسيكية التقليدية (أو الفيزياء) ، لا يمكن للمرء عمل تنبؤات متزامنة للمتغيرات المترافقة مثل الموضع والزخم. على سبيل المثال ، يمكن للإلكترونات (مع وجود احتمال معين) أن تتواجد تقريبًا في منطقة معينة من الفضاء ، لكن موقعها الرياضي الدقيق غير معروف في الواقع.
يمكن رسم ملامح الكثافة الاحتمالية الثابتة ، والتي يشار إليها غالبًا باسم "السحب" ، حول نواة الذرة لتصور المكان الذي من المرجح أن يوجد فيه الإلكترون. يثبت مبدأ عدم اليقين Heisenberg عدم القدرة على تحديد موقع الجسيم بدقة في ضوء زخمه المقترن. بعض النماذج في هذه النظرية لها طابع حسابي مجرد بحت ولا تتضمن قيمة تطبيقية. ومع ذلك ، غالبًا ما يتم استخدامها لحساب التفاعلات المعقدة على مستوى الجسيمات دون الذرية وغيرها من الأمور الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك ، سمح هذا الفرع من الفيزياء للعلماء بافتراض إمكانية الوجود الحقيقي للعديد من العوالم. ربما سنكون قادرين على رؤيتهم قريبا.
وظائف الموجة
قوانين فيزياء الكم ضخمة جدًا ومتنوعة. تتقاطع معمفهوم وظائف الموجة. تخلق بعض وظائف الموجة الخاصة انتشارًا للاحتمالات التي تكون ثابتة بطبيعتها أو مستقلة عن الوقت ، على سبيل المثال ، عندما يكون الوقت في حالة ثابتة من الطاقة ، يبدو أن الوقت يختفي فيما يتعلق بوظيفة الموجة. هذا هو أحد تأثيرات فيزياء الكم ، وهو أمر أساسي بالنسبة لها. الحقيقة الغريبة هي أن ظاهرة الزمن قد تمت مراجعتها جذريًا في هذا العلم غير العادي.
نظرية الاضطراب
ومع ذلك ، هناك عدة طرق موثوقة لتطوير الحلول اللازمة للعمل مع الصيغ والنظريات في فيزياء الكم. تستخدم إحدى هذه الطرق ، المعروفة باسم "نظرية الاضطراب" ، نتيجة تحليلية لنموذج ميكانيكي الكم الأولي. تم إنشاؤه لتحقيق نتائج من التجارب لتطوير نموذج أكثر تعقيدًا يرتبط بنموذج أبسط. هذه هي الطريقة التي تظهر بها العودية.
هذا النهج مهم بشكل خاص في نظرية الفوضى الكمومية ، والتي تحظى بشعبية كبيرة لتفسير الأحداث المختلفة في الواقع المجهري.
القواعد والقوانين
قواعد ميكانيكا الكم أساسية. يزعمون أن مساحة نشر النظام أمر أساسي تمامًا (يحتوي على منتج نقطي). بيان آخر هو أن التأثيرات التي يلاحظها هذا النظام هي في نفس الوقت عوامل غريبة تؤثر على النواقل في هذا الوسط بالذات. ومع ذلك ، فهم لا يخبروننا في أي فضاء هيلبرت أو المشغلين الموجودين فيههذه اللحظة. يمكن اختيارهم بشكل مناسب لإعطاء وصف كمي للنظام الكمي.
المعنى والأثر
منذ بداية هذا العلم غير العادي ، أثارت العديد من الجوانب غير البديهية ونتائج دراسة ميكانيكا الكم نقاشات فلسفية صاخبة والعديد من التفسيرات. حتى الأسئلة الأساسية ، مثل قواعد حساب السعات المختلفة وتوزيعات الاحتمالات ، تستحق الاحترام من الجمهور والعديد من العلماء الرائدين.
ريتشارد فاينمان ، على سبيل المثال ، لاحظ مرة بحزن أنه لم يكن متأكدًا على الإطلاق من أن أيًا من العلماء يفهم ميكانيكا الكم على الإطلاق. وفقًا لستيفن واينبرج ، في الوقت الحالي لا يوجد تفسير واحد لميكانيكا الكم يناسب الجميع. يشير هذا إلى أن العلماء قد خلقوا "وحشًا" ، ليفهموا ويشرحوا تمامًا وجودهم الذي لا يستطيعون القيام به. ومع ذلك ، فإن هذا لا يضر بأهمية وشعبية هذا العلم بأي شكل من الأشكال ، ولكنه يجذب المهنيين الشباب الذين يرغبون في حل مشاكل معقدة حقًا وغير مفهومة.
إلى جانب ذلك ، أجبرت ميكانيكا الكم على مراجعة كاملة للقوانين الفيزيائية الموضوعية للكون ، وهي أخبار جيدة.
تفسير كوبنهاجن
وفقًا لهذا التفسير ، لم تعد هناك حاجة للتعريف القياسي للسببية المعروف لنا من الفيزياء الكلاسيكية. وفقًا لنظريات الكم ، فإن السببية بالمعنى المعتاد بالنسبة لنا غير موجودة على الإطلاق. يتم شرح جميع الظواهر الفيزيائية فيها من وجهة نظر تفاعل أصغر ابتدائيالجسيمات على المستوى دون الذري. هذه المنطقة ، على الرغم من أنها تبدو غير محتملة ، واعدة للغاية.
علم نفس الكم
ماذا يمكن أن يقال عن العلاقة بين فيزياء الكم والوعي البشري؟ تمت كتابة هذا بشكل جميل في كتاب كتبه روبرت أنتون ويلسون عام 1990 بعنوان علم النفس الكمومي.
وفقًا للنظرية الواردة في الكتاب ، فإن جميع العمليات التي تحدث في دماغنا ترجع إلى القوانين الموضحة في هذا المقال. وهذا هو نوع من محاولة تكييف نظرية فيزياء الكم مع علم النفس. تعتبر هذه النظرية خاصة ولا يعترف بها المجتمع الأكاديمي.
يشتهر كتاب ويلسون بحقيقة أنه يقدم فيه مجموعة من التقنيات والممارسات المختلفة التي تثبت فرضيته بشكل أو بآخر. بطريقة أو بأخرى ، يجب على القارئ أن يقرر بنفسه ما إذا كان يؤمن أم لا بجدوى مثل هذه المحاولات لتطبيق النماذج الرياضية والفيزيائية على العلوم الإنسانية.
اعتبر البعض كتاب ويلسون محاولة لتبرير التفكير الصوفي وربطه بتركيبات فيزيائية حديثة مثبتة علميًا. هذا العمل اللافت وغير التافه للغاية مطلوب منذ أكثر من 100 عام. يتم نشر الكتاب وترجمته وقراءته في جميع أنحاء العالم. من يدري ، ربما مع تطور ميكانيكا الكم ، سيتغير أيضًا موقف المجتمع العلمي تجاه علم النفس الكمومي.
الخلاصة
بفضل هذه النظرية الرائعة ، التي سرعان ما أصبحت علمًا منفصلاً ، تمكنا من استكشاف البيئةالواقع على مستوى الجسيمات دون الذرية. هذا هو أصغر مستوى ممكن ، ولا يمكن الوصول إليه تمامًا لإدراكنا. ما عرفه الفيزيائيون سابقًا عن عالمنا يحتاج إلى مراجعة عاجلة. بالتأكيد يتفق الجميع مع هذا. أصبح من الواضح أن الجسيمات المختلفة يمكن أن تتفاعل مع بعضها البعض على مسافات لا يمكن تصورها تمامًا ، والتي لا يمكننا قياسها إلا من خلال الصيغ الرياضية المعقدة.
علاوة على ذلك ، أثبتت ميكانيكا الكم (وفيزياء الكم) إمكانية وجود العديد من الحقائق الموازية والسفر عبر الزمن وأشياء أخرى كانت تعتبر عبر التاريخ مجرد أشياء من الخيال العلمي. هذه بلا شك مساهمة كبيرة ليس فقط في العلم ، ولكن أيضًا في مستقبل البشرية.
لمحبي الصورة العلمية للعالم ، يمكن أن يكون هذا العلم صديقًا وعدوًا. الحقيقة هي أن نظرية الكم تفتح فرصًا واسعة للتكهنات المختلفة حول موضوع خاص ، كما تم توضيحه بالفعل في مثال إحدى النظريات النفسية البديلة. يلجأ بعض علماء التنجيم المعاصرين وعلماء الباطن وأنصار الحركات الدينية والروحية البديلة (غالبًا ما تكون نفسية) إلى التركيبات النظرية لهذا العلم من أجل إثبات عقلانية وحقيقة نظرياتهم ومعتقداتهم وممارساتهم الصوفية.
هذه حالة غير مسبوقة ، عندما أدت التخمينات البسيطة للمنظرين والصيغ الرياضية المجردة إلى ثورة علمية حقيقية وخلق علم جديد شطب كل ما كان معروفًا من قبل. في بعضدرجة ، دحضت فيزياء الكم قوانين المنطق الأرسطي ، لأنها أظهرت أنه عند اختيار "إما - أو" هناك بديل آخر (وربما عدة).
