لنتعرف سويا على بعض من مفاهيم ميكانيك الكم المبسطة

بعد ظهور النسبية الخاصة والنسبية العامّة ترسخت فكرة الكون الحتميّ؛ أي أن القوانين التي تحكم الكون ستعطينا قياسات غاية في الدقة، وستكون هذه الحسابات صحيحة لا مجال للشك أو العشوائية. لكن ميكانيك الكم غيّر لنا هذا المفهوم، فميكانيك الكم يفترض أن الكون الذي نعيش فيه محكوم بالاحتمالات، الفوضى، العشوائية.

سنوضح في هذا المقال الأفكار التي طرحها ميكانيك الكم بشكل مبسط، ولكن سأبدأ المقال باقتباس للفيزيائيّ الشهير نيلز بور: "كل شخص لم ينصدم بميكانيك الكم فهو لم يفهمه".

الضوء.. موجة كهرومغناطيسية تنتشر في الفضاء

عرّف نيوتن الضوء على أنه سيل من الجسيمات تتحرك بشكل مستقيم، لكن سرعان ما تغير هذا المفهوم عندما أثبت لاحقاً أن الضوء يحمل أيضاً الخواص الفيزيائية للأمواج، أي أنه يتصرّف كموجة أحياناً وكجسيمات في حين آخر.

تم التأكد من الخاصيات الموجية للضوء عن طريق إحدى التجارب البسيطة، التي يمكنك بكل سهولة القيام بها، فكل ما نحتاج إليه هو ضوء ليزر ذي لون واحد -أحمر مثلاً- وورقة تحتوي على شق صغير لا يتجاوز سمكه الميلي متر، ثم نقوم بتسليط الضوء على الشق من مسافة بعيدة قليلاً -نصف متر فرضاً- فيتجاوز الضوء الشق ليسقط على الجدار (موجود فرضاً على بعد 3 أمتار عن الورقة).

ستتوق إلى رؤية شق وحيد موجود على الحائط، إلا أنك ستتفاجأ بوجود شق في المنتصف كبير، وعلى جانبيه مجموعة من الشقوق التي تصغر كلما ابتعدنا عن الجسم؛ هذه الظاهرة تسمى بالانعراج؛ وهي معروفة سابقاً للأمواج التي تتحرك على سطح الماء مثلاً، وهي تتم كما يوضح الرسم المتحرك في الأسفل.

بذلك نستطيع التأكد من أن الضوء يحمل صفات الأمواج، ليصبح تعريف الضوء على أنه موجة كهرومغناطيسية تنتشر في الفضاء.

جميع الجسيمات الأولية تحمل صفات موجيّة إضافةً لصفاتها الجسيمية

بعد ميكانيك الكم تحول تعريف الضوء على أنه جسيمات غاية في الصغر لا تحمل كتلة وتنتشر في الوسط، ونتيجة لهذه الخواص الجسيمية لاحظ الفيزيائي كومبتون أن الضوء يتشتت عند اصطدامه بالإلكترونات تماما كما تتشتت كرات البلياردو.

فكانت فكرة لوي دي بروي هي التفكير بشكل معاكس، فكما نقول أن لكل موجة جسيم مرافق لها، ماذا لو أن لكل جسيم موجة مرافقة له؟ بالطبع تم التحقق من فرضيات دي بروي فيما بعد عن طريق القيام بالتجربة الشق الوحيد، ولكن هذه المرة على سيل من الإلكترونات، فلاحظ العلماء أن الإلكترونات أيضاً تنعرج عند مرورها عبر شق ضيق تماماً كما تفعل الأمواج، بذلك أصبحت جميع الجسيمات الأولية تحمل صفات موجيّة إضافةً لصفاتها الجسيمية؛ وهذا ما سمي بالمثنوية.

ختاماً.. سنكتفي بهذه المعلومات في هذا المقال وفي مقال آخر حول غرابة ميكانيك الكم؛ سنتحدث بشكل أوسع عن ميكانيك الكم وعشوائيته، إضافةً لمعادلة شرودينغر وقطته الشهيرة التي بمفهومها نسفت كلّ ما نعرفه عن الواقع الذي نعيش فيه.