تمام دخان
05-13-2010, 02:08 PM
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
http://www.sh11sh.com/sh11sh1/taheyatayeba.gif
:(25)::(97)::(25):
الذرة
(( الحلقة الرابعة ))
http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=666 (http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=666)
خلال الحرب العالمية الأولى قضى شاب وقته على قمة برج إيفل كمشغل للراديو , كان اسمه الأمير دي بروي لقد كان ينتمي لطبقة النبلاء الفرنسية لكنه كرس حياته للفيزياء ...
بعد الحرب سيطر على دي بروي الغموض و الجدل حول الذرة , وأعطته خبرته أثناء عمله كمشغل للراديو فكرة مذهلة "ربما تستطيع موجات الراديو تفسير الذرة "
بالرغم من أنها غير مرئية إلا أنها تسلك سلوكا مشابها لأمواج الماء ,كالأمواج التي تنتشر عبر البركة .
حيث أن موجات الراديو تخضع لمعادلات رياضية موثقة و مفهومة و تم العمل بها لسنوات , لذلك فإن دي بروي تخيل في رسالته للدكتوراه نوعا من موجات الراديو..
تقوم هذه الموجات بدفع الإلكترون حول الذرة (كانتقال الموجة في حبل ) أطلق عليها اسم موجة مرشدة (موجهة) كما في الشكل التالي...
http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=667 (http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=667)
تمسك هذه الموجة المرشدة الإلكترون في مداره و تمنعه من الانهيار للداخل , لم يكن هناك قفزات كم غريبة و لا شيء يمس بالسيد بور , كان هناك فقط موجات تقليدية مألوفة .
وقفة مع السيد دي بروي لا علاقة لها بالتسلسل الزمني لقصتنا :
لقد وجدنا أن للأشعة الكهرومغناطيسية خاصية موجية وخاصية جسيمية لذا يكون للأشعة الكهرومغناطيسية خاصية مزدوجة وعند تفسير الظواهر الضوئية نعتمد على إحدى هاتين الخاصيتين،
فهل للجسيمات المادية خاصية مزدوجة أي يمكن التعامل مثلاً مع الإلكترون على انه موجة ؟؟؟ هذا ما افترضه العالم ديبرولي De Broglieمن خلال المعادلة :
p = h/l= h/mv De Broglie relation
ومن هذا المعادلة يكون لكل جسم كتلته m موجة طولها l وحتى تكون قيمة الطول الموجي مقاسة عمليا فإننا لا يمكن إلا التعامل مع الجسيمات الذرية مثل كتلة الإلكترون.
لا بد أن يتساءل المرء عن طبيعة موجة الإلكترون هذه وهنا يقول العالم ديبرولي أنه ليس مهما أن نعرف طبيعة موجة الإلكترون ويكفي أن نثبت أن الإلكترون يحيد ويتداخل وهي من الظواهر الفيزيائية للموجات.
كما إن الضوء عرف أن له سلوك موجي قبل معرفة إن موجة الضوء هي تغير في المجال الكهربي والمغناطيسي ينتشر في الفراغ بسرعة 300000 كيلومتر في الثانية وعلى هذا سميت بالأشعة الكهرومغناطيسية عند التعامل مع الخاصية الموجية للضوء , وسميت بالفوتون عند التعامل مع الخاصية الجسيمية له.
لماذا تأخر اكتشاف الخاصية الموجية للجسيمات المادية؟
اكتشفت الخاصية الموجية للإلكترونات في عام 1927 من خلال التجربة التي أجراها العالمان دافيسون وجيرمر Davisonand Germer حيث تم في هذه التجربة إثبات حيود الإلكترونات وتم حساب الطول الموجي للإلكترونات ليتوافق مع فرضية ديبرولي.
ولتفسير سبب تأخر اكتشاف الخاصية الموجية للإلكترون بعد اكتشاف الخاصية الجسيمية له, فإن ذلك يعود إلى صغر الطول الموجي للجسيمات ...
فإذا قمنا باستخدام فرضية ديبرولي لحساب الطول الموجي للجسم كتلته 1 كيلوجرام يتحرك بسرعة مقدارها 1م/ثانية لوجدنا أن الطول الموجي المصاحب لهذا الجسم هو على النحو التالي:
p = h/l = h/mv = 6.6´10-24Å
ولهذا فإن لكي نستطيع ملاحظة الخاصية الموجية للجسيمات المادية فإن كلا من كتلة الجسم وسرعته يجب أن تكون صغيرة وهذا يعني أن الخاصية الموجية للجسيمات المادية لا يمكن ملاحظتها إلا في الجسيمات الذرية مثل الإلكترون والبروتون والنيوترون.
يمكننا حساب طاقة حركة الإلكترون الذي يجب ان يمتلكها ليكون له طول موجي يساوي 1 انجستروم من خلال المعادلة التالية:
http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=668 (http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=668)
ومن هذه المعادلة نستنتج أن الإلكترون الذي يتحرك بطاقة 150 إلكترون فولت تكون طول الموجة المصاحبة له 1 انجستروم. وهذا هو الطول الموجي لأشعة اكس.
لذا فإن من المتوقع أن تكون النتائج العملية لتجربة حيود أشعة اكس مماثلة لحيود الكترونات معجلة في فرق جهد قدره 150 فولت.
http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=669 (http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=669)
نعود إلى ما كنا بصدد الكلام عنه ... شعر التقليديون بالارتياح فقد قالوا بأن موضوع الذرة متعلق كلية بالموجات و نحن نفهم ماهية الموجات ,لقد شعر انشتاين و زملائه بأن النصر أصبح بأيديهم. اعتقدوا بأنهم قضوا على بور و قفزاته الكمية إلى الأبد .
- إلا أن نيلز بور لم يكن من النوع الذي يتراجع و يستسلم ,مع أنه فسر طيف الهيدروجين بنظريته الجديدة إلا أنه لا يملك شيئا يضاهي الاعتراف الدولي الذي يحظى به انشتاين , إلا أن نظريته كانت كافية لتصنع منه نجما في الدنمارك .
عاد بور في عام 1916 إلى كوبنهاجن كبطل من الفاتحين , شهرته التي ولدت حديثا مكنته من جمع الأموال اللازمة لأبحاثه .
إن شهرة بور بالأفكار المتطرفة و الغير تقليدية جعلت من كوبنهاجن مغناطيس للفيزيائيين الطموحين , لقد كانوا متحمسين أن يتركوا بصمتهم و أن يكونوا جزءا من علم بور الإبداعي الجديد و الذي أصبح يعرف بعلم ميكانيكا الكم ...
في عام 1924 و في تحد لتفسير أنشتاين – دي بروي التقليدي للذرة يضع المتطرفون نظرية جديدة مبنية على قفزات بور الكمية , و التي ستكون أكثر أفكارهم طموحا و إثارة للجدل حتى ذلك الوقت ...
أول من وضع هذه النظرية هو ولفجانج باولي أحد نجوم بور الصاعدة , لقد اخذ باولي فكرة بور و حولها إلى أحد أهم المفاهيم في العلم كله إنه مبدأ الاستبعاد أو" السر الإلهي في تنوع المخلوقات" ...
وقفة مع باولي ...:
لقد كان السؤال الذي حاول باولي الإجابة عنه هو أنه إذا كانت الذرة مصنوعة من نفس المكونات البسيطة (نواة و الكترونات ) فلماذا تظهر لنا بكل هذه الأشكال المختلفة ؟؟؟ و كل هذا التنوع في الألوان و الصفات و الخواص الكيميائية ؟؟؟
فمثلا... الذهب و الزئبق عنصرين مختلفين تماما فالذهب صلب و الزئبق سائل و الذهب خامل أما الزئبق سام جدا , و مع ذلك فالفارق بينهما إلكترون واحد فقط , لدى الذهب 79 إلكترون بينما الزئبق 80 إلكترون , فكيف يصنع إلكترون واحد كل هذا الاختلافات !!!!!
كل ما فعله باولي هو أن خمن قاعدة كمية أخرى , هل تتذكرون ذرة بور الكمية التي تكلمنا عنها ذات الطوابق المتعددة و النواة في الطابق الأرضي و الالكترونات تملئ باقي الطوابق , لقد قال باولي إن هناك قاعدة أخرى غير هذه و هي أن كل طابق يمكن أن يتسع لعدد محدد فقط من الالكترونات ...
لذلك إذا أردنا أن نضيف إلكترونا آخر للذرة فإن علينا أن نبحث عن مكان فارغ في الطابق العلوي و إذا كان هذا الطابق ممتلئا فإن طابقا أو غلافا آخر يتكون فوقه لهذا الإلكترون , و بهذه الطريقة يمكن لإلكترون واحد أن يغير شكل الذرة جذريا ..
و هذا بدوره يمكن أن يؤثر على سلوك الذرة و كيفية تفاعلها مع الذرات الأخرى, لذلك فإن مبدأ باولي هو حقا القاعدة التي يرتكز عليها العديد من العلوم كالكيمياء و الإحياء بشكل أساسي .
كان مبدأ الاستبعاد نصرا عظيما لبور و نظريته , و لأول مرة يبدو أنها تقدم لنا فهما واضحا للتنوع الذي لا يصدق في الكون ... إن نجاح هذه النظرية سبب خللا واضحا في دفاع انشتاين عن الفيزياء التقليدية ...
لم يفسر باولي سبب صحة مبدئه ... لقد قال أنه صحيح فحسب (جميل أليس كذلك ؟!!!)
كره انشتاين و التقليديون ذلك , لقد بدا ذلك بالنسبة لهم أنه هراء و غير علمي , لكنهم كانوا بحاجة لأن يردوا الضربة بقوة , حتى الآن كانت المناظرات حول الفيزياء الذرية الجديدة مهذبة و لطيفة ...
أما الآن فقد أخرج الجانبان كل أسلحتهما ... اثنان من أعظم علماء الفيزياء لقد كانا شخصيتان متباينتان جدا و قد كره أحدهما الآخر , للعلم الثوري الجديد كان ألماني محافظ و منافس لأبعد حد يدعى هايزنبرغ و للمحافظين كان نمساوي نبيل و رومانسي يدعى شرودنجر ...
http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=670 (http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=670)
لقد أخذ شرودنجر فكرة دي بروي عن الموجة المرشدة الغامضة التي تدفع الإلكترون حول النواة و ادعى أن الإلكترون هو موجة من الطاقة تهتز بسرعة كبيرة تشبه السحابة حول الذرة (موجة طاقة بحتة تشبه السحابة) ..
بل أكثر من ذلك خرج بمعادلة جديدة دقيقة وصفت بشكل تام هذه الموجة , بذلك تكون قد وضعت الذرة بالكامل بمصطلحات الفيزياء التقليدية . إننا نطلق الآن على تلك المعادلة معادلة شرودنجر..
و الشيء الذي تتفرد به أنها أظهرت كمية جديدة تدعى الدالة الموجية ... لقد سمحت للعلماء أن يروا الذرة مرة أخرى بصورة بسيطة , و من الصعب ان نبالغ بالارتياح الذي جلبته فكرة شرودنجر إلى جمهور الفيزياء التقليدية ...
http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=672 (http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=672)
http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=673 (http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=673)
على الرغم من غرابة الصورة التي قدمتها إلا أنها كانت صورة على الأقل و العلماء يحبون الصور فالصور تمكنهم من أن يستخدموا حواسهم و حدسهم ...
إلا أنه كانت لا تزال هناك مشكلة عميقة و مزعجة , مشكلة شعر المتطرفون أن شرودنجر لم يتمكن من تسويتها , فنظريته الجديدة ما زالت لا تستطيع تفسير قفزات بور الكمية اللحظية الغريبة ...
وقفة مع شرودنجر ...
http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=674 (http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=674)
نعلم أن أي موجة تنتشر في اتجاه واحد x يمكن وصفها من خلال المعادلة التفاضلية التالية:
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S1.gif (1)
حيث F تمثل الدالة الموجية التي تعتمد على المكان x والزمن t. والسرعة vph للتربيع تمثل سرعة الموجة (phase speed)...
فإذا كنا نتحدث على موجة صوتية مثلاً تنتشر في الهواء فإن الدالة الموجية F هي مقدار التغير في التضاغط والتخلخل في جزيئات الهواء والسرعة vphهي سرعة الصوت في الهواء وإذا كانت موجة ضوء فإن الدالة الموجية F هي التغير في المجال الكهربي والمغناطيسي والسرعة هي سرعة الضوء.
في حالة وصف جسيم بدالة موجية فإن مربع الدالة الموجية يعبر عن احتمالية رصد الجسيم في الفراغ في وحدة الزمن. وسوف نرمز لهذه الدالة الموجية بالرمز Y.
وحيث أن الدالة الموجية متغيرة في كل من المكان والزمان لذا سنفترض أنها تأخذ الصورة التالية:
Y(x,t) = y(x) f(t) (2)
عند صياغة معادلة شرودنجر نفترض نظام مكون من جسيم يتحرك في بعد واحد x وينتشر كموجة وان هذا الجسيم يتفاعل مع ما يحيط به ومرتبط به من خلال دالة الجهد V وله طاقة كلية E ثابتة وسوف نفترض أن التردد معروف بدقة n=h/E لذا فإن الدالة f تكون دالة جيبية على النحو التالي:
f(t) = cos 2pn t (3)
بالتعويض في المعادلة (1) بالدالة الموجية في المعادلة (2) نحصل على :
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S2.gif
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S3.gif
بالتعويض في المعادلة (1) نحصل على :
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S4.gif
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S5.gif
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S6.gif
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S7.gif(4)
إذا كان الجسيم وكتلته m موجود في وسط له جهد V فتكون الطاقة الكلية E للجسيم والوسط هو مجموع طاقة الحركة Ek وطاقة الوضع الممثلة في الجهد V.
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S8.gif
5 http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S9.gif
بالتعويض في المعادلة 4 من (5) نجد :
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S10.gif(6)
وهذه معادلة شرودينجر في بعد واحد والتي تفترض أن الجسيم ينتشر على شكل موجة وتسمى بالمعادلة الموجية وحيث أن الجسيم يتفاعل مع المحيط الموجود به من خلال الجهد V.
- حسنا ... لقد جاء دور المتطرفين أن يردوا الضربة ... في صيف نفس العام أحد أتباع نيلز بور يدعى فرنر هايزنبرغ كان مسافرا إلى جزيرة منعزلة عن الساحل الشمالي لألمانيا , لقد كان منافسا شرسا و اعتبر أفكار شرودنجر تحديا شخصيا ...
لقد شعر بقوة بأن غرابة قفزات الكم اللحظية هي مفتاح فهم الذرة و أن الذرة متفردة و غير اعتيادية و لا ينبغي أن يتم حلها من خلال تشبيه بسيط مثل موجة أو مدار أو حتى مبنى متعدد الطوابق , فقد اعتقد أنه حان الوقت للتخلي بالكلية عن أي صورة للذرة ...
هايزنبرغ أحد عباقرة القرن العشرين الحقيقيين , شاب رياضي , متسلق جبال من الطراز الممتاز و عازف بيانو ماهر و كان فوق ذلك طالبا مميزا , في سن العشرين فقط كان في طريقه لإتمام رسالة الدكتوراه و كسب احترام الجامعات الكبرى في أوربا في ذلك الوقت .
في صيف 1925 كان يعاني بوضوح من نوبة شديدة تسمى حمى القش , كان وجهه متورما لدرجة يصعب التعرف عليه فقرر أن يهرب وحده الى جزيرة هيلجا لاند المعزولة ((يقولون الحزن خلاق ...))
المهم ... لقد تأمل و قرر أن يتخلى عن كل الوصوف السابقة للذرة و أن يصفها باستخدام الرياضيات البحتة وحدها , لنه عندما فكر مرارا و تكرارا أدرك أن الذرة لا تتحدى فقط أن يتم تخيلها إنما تتحدى حتى الرياضيات التقليدية , لقد أدرك أنه كي يصف خصائص معينة للذرات فإن عليه أن يستخدم نوعا جديدا من الرياضيات ...
يبدو أن مسألة ترتيب ضرب سرعة الالكترون في مكانه أمر مهم ,فاختلاف الترتيب قد يعطي نتائج مختلفة
لقد قاده ذلك إلى اكتشاف الرياضيات المختفية بداخلها ...
طبعا سنكمل في الحلقة القادمة مع صديقنا هايزنبرغ و نرى رياضياته و مبدأه المشهور و مفهومه
تابعونـــــــــــــــــــــــــــــ ـا ......
تحياتي
http://www.sh11sh.com/sh11sh1/taheyatayeba.gif
:(25)::(97)::(25):
الذرة
(( الحلقة الرابعة ))
http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=666 (http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=666)
خلال الحرب العالمية الأولى قضى شاب وقته على قمة برج إيفل كمشغل للراديو , كان اسمه الأمير دي بروي لقد كان ينتمي لطبقة النبلاء الفرنسية لكنه كرس حياته للفيزياء ...
بعد الحرب سيطر على دي بروي الغموض و الجدل حول الذرة , وأعطته خبرته أثناء عمله كمشغل للراديو فكرة مذهلة "ربما تستطيع موجات الراديو تفسير الذرة "
بالرغم من أنها غير مرئية إلا أنها تسلك سلوكا مشابها لأمواج الماء ,كالأمواج التي تنتشر عبر البركة .
حيث أن موجات الراديو تخضع لمعادلات رياضية موثقة و مفهومة و تم العمل بها لسنوات , لذلك فإن دي بروي تخيل في رسالته للدكتوراه نوعا من موجات الراديو..
تقوم هذه الموجات بدفع الإلكترون حول الذرة (كانتقال الموجة في حبل ) أطلق عليها اسم موجة مرشدة (موجهة) كما في الشكل التالي...
http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=667 (http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=667)
تمسك هذه الموجة المرشدة الإلكترون في مداره و تمنعه من الانهيار للداخل , لم يكن هناك قفزات كم غريبة و لا شيء يمس بالسيد بور , كان هناك فقط موجات تقليدية مألوفة .
وقفة مع السيد دي بروي لا علاقة لها بالتسلسل الزمني لقصتنا :
لقد وجدنا أن للأشعة الكهرومغناطيسية خاصية موجية وخاصية جسيمية لذا يكون للأشعة الكهرومغناطيسية خاصية مزدوجة وعند تفسير الظواهر الضوئية نعتمد على إحدى هاتين الخاصيتين،
فهل للجسيمات المادية خاصية مزدوجة أي يمكن التعامل مثلاً مع الإلكترون على انه موجة ؟؟؟ هذا ما افترضه العالم ديبرولي De Broglieمن خلال المعادلة :
p = h/l= h/mv De Broglie relation
ومن هذا المعادلة يكون لكل جسم كتلته m موجة طولها l وحتى تكون قيمة الطول الموجي مقاسة عمليا فإننا لا يمكن إلا التعامل مع الجسيمات الذرية مثل كتلة الإلكترون.
لا بد أن يتساءل المرء عن طبيعة موجة الإلكترون هذه وهنا يقول العالم ديبرولي أنه ليس مهما أن نعرف طبيعة موجة الإلكترون ويكفي أن نثبت أن الإلكترون يحيد ويتداخل وهي من الظواهر الفيزيائية للموجات.
كما إن الضوء عرف أن له سلوك موجي قبل معرفة إن موجة الضوء هي تغير في المجال الكهربي والمغناطيسي ينتشر في الفراغ بسرعة 300000 كيلومتر في الثانية وعلى هذا سميت بالأشعة الكهرومغناطيسية عند التعامل مع الخاصية الموجية للضوء , وسميت بالفوتون عند التعامل مع الخاصية الجسيمية له.
لماذا تأخر اكتشاف الخاصية الموجية للجسيمات المادية؟
اكتشفت الخاصية الموجية للإلكترونات في عام 1927 من خلال التجربة التي أجراها العالمان دافيسون وجيرمر Davisonand Germer حيث تم في هذه التجربة إثبات حيود الإلكترونات وتم حساب الطول الموجي للإلكترونات ليتوافق مع فرضية ديبرولي.
ولتفسير سبب تأخر اكتشاف الخاصية الموجية للإلكترون بعد اكتشاف الخاصية الجسيمية له, فإن ذلك يعود إلى صغر الطول الموجي للجسيمات ...
فإذا قمنا باستخدام فرضية ديبرولي لحساب الطول الموجي للجسم كتلته 1 كيلوجرام يتحرك بسرعة مقدارها 1م/ثانية لوجدنا أن الطول الموجي المصاحب لهذا الجسم هو على النحو التالي:
p = h/l = h/mv = 6.6´10-24Å
ولهذا فإن لكي نستطيع ملاحظة الخاصية الموجية للجسيمات المادية فإن كلا من كتلة الجسم وسرعته يجب أن تكون صغيرة وهذا يعني أن الخاصية الموجية للجسيمات المادية لا يمكن ملاحظتها إلا في الجسيمات الذرية مثل الإلكترون والبروتون والنيوترون.
يمكننا حساب طاقة حركة الإلكترون الذي يجب ان يمتلكها ليكون له طول موجي يساوي 1 انجستروم من خلال المعادلة التالية:
http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=668 (http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=668)
ومن هذه المعادلة نستنتج أن الإلكترون الذي يتحرك بطاقة 150 إلكترون فولت تكون طول الموجة المصاحبة له 1 انجستروم. وهذا هو الطول الموجي لأشعة اكس.
لذا فإن من المتوقع أن تكون النتائج العملية لتجربة حيود أشعة اكس مماثلة لحيود الكترونات معجلة في فرق جهد قدره 150 فولت.
http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=669 (http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=669)
نعود إلى ما كنا بصدد الكلام عنه ... شعر التقليديون بالارتياح فقد قالوا بأن موضوع الذرة متعلق كلية بالموجات و نحن نفهم ماهية الموجات ,لقد شعر انشتاين و زملائه بأن النصر أصبح بأيديهم. اعتقدوا بأنهم قضوا على بور و قفزاته الكمية إلى الأبد .
- إلا أن نيلز بور لم يكن من النوع الذي يتراجع و يستسلم ,مع أنه فسر طيف الهيدروجين بنظريته الجديدة إلا أنه لا يملك شيئا يضاهي الاعتراف الدولي الذي يحظى به انشتاين , إلا أن نظريته كانت كافية لتصنع منه نجما في الدنمارك .
عاد بور في عام 1916 إلى كوبنهاجن كبطل من الفاتحين , شهرته التي ولدت حديثا مكنته من جمع الأموال اللازمة لأبحاثه .
إن شهرة بور بالأفكار المتطرفة و الغير تقليدية جعلت من كوبنهاجن مغناطيس للفيزيائيين الطموحين , لقد كانوا متحمسين أن يتركوا بصمتهم و أن يكونوا جزءا من علم بور الإبداعي الجديد و الذي أصبح يعرف بعلم ميكانيكا الكم ...
في عام 1924 و في تحد لتفسير أنشتاين – دي بروي التقليدي للذرة يضع المتطرفون نظرية جديدة مبنية على قفزات بور الكمية , و التي ستكون أكثر أفكارهم طموحا و إثارة للجدل حتى ذلك الوقت ...
أول من وضع هذه النظرية هو ولفجانج باولي أحد نجوم بور الصاعدة , لقد اخذ باولي فكرة بور و حولها إلى أحد أهم المفاهيم في العلم كله إنه مبدأ الاستبعاد أو" السر الإلهي في تنوع المخلوقات" ...
وقفة مع باولي ...:
لقد كان السؤال الذي حاول باولي الإجابة عنه هو أنه إذا كانت الذرة مصنوعة من نفس المكونات البسيطة (نواة و الكترونات ) فلماذا تظهر لنا بكل هذه الأشكال المختلفة ؟؟؟ و كل هذا التنوع في الألوان و الصفات و الخواص الكيميائية ؟؟؟
فمثلا... الذهب و الزئبق عنصرين مختلفين تماما فالذهب صلب و الزئبق سائل و الذهب خامل أما الزئبق سام جدا , و مع ذلك فالفارق بينهما إلكترون واحد فقط , لدى الذهب 79 إلكترون بينما الزئبق 80 إلكترون , فكيف يصنع إلكترون واحد كل هذا الاختلافات !!!!!
كل ما فعله باولي هو أن خمن قاعدة كمية أخرى , هل تتذكرون ذرة بور الكمية التي تكلمنا عنها ذات الطوابق المتعددة و النواة في الطابق الأرضي و الالكترونات تملئ باقي الطوابق , لقد قال باولي إن هناك قاعدة أخرى غير هذه و هي أن كل طابق يمكن أن يتسع لعدد محدد فقط من الالكترونات ...
لذلك إذا أردنا أن نضيف إلكترونا آخر للذرة فإن علينا أن نبحث عن مكان فارغ في الطابق العلوي و إذا كان هذا الطابق ممتلئا فإن طابقا أو غلافا آخر يتكون فوقه لهذا الإلكترون , و بهذه الطريقة يمكن لإلكترون واحد أن يغير شكل الذرة جذريا ..
و هذا بدوره يمكن أن يؤثر على سلوك الذرة و كيفية تفاعلها مع الذرات الأخرى, لذلك فإن مبدأ باولي هو حقا القاعدة التي يرتكز عليها العديد من العلوم كالكيمياء و الإحياء بشكل أساسي .
كان مبدأ الاستبعاد نصرا عظيما لبور و نظريته , و لأول مرة يبدو أنها تقدم لنا فهما واضحا للتنوع الذي لا يصدق في الكون ... إن نجاح هذه النظرية سبب خللا واضحا في دفاع انشتاين عن الفيزياء التقليدية ...
لم يفسر باولي سبب صحة مبدئه ... لقد قال أنه صحيح فحسب (جميل أليس كذلك ؟!!!)
كره انشتاين و التقليديون ذلك , لقد بدا ذلك بالنسبة لهم أنه هراء و غير علمي , لكنهم كانوا بحاجة لأن يردوا الضربة بقوة , حتى الآن كانت المناظرات حول الفيزياء الذرية الجديدة مهذبة و لطيفة ...
أما الآن فقد أخرج الجانبان كل أسلحتهما ... اثنان من أعظم علماء الفيزياء لقد كانا شخصيتان متباينتان جدا و قد كره أحدهما الآخر , للعلم الثوري الجديد كان ألماني محافظ و منافس لأبعد حد يدعى هايزنبرغ و للمحافظين كان نمساوي نبيل و رومانسي يدعى شرودنجر ...
http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=670 (http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=670)
لقد أخذ شرودنجر فكرة دي بروي عن الموجة المرشدة الغامضة التي تدفع الإلكترون حول النواة و ادعى أن الإلكترون هو موجة من الطاقة تهتز بسرعة كبيرة تشبه السحابة حول الذرة (موجة طاقة بحتة تشبه السحابة) ..
بل أكثر من ذلك خرج بمعادلة جديدة دقيقة وصفت بشكل تام هذه الموجة , بذلك تكون قد وضعت الذرة بالكامل بمصطلحات الفيزياء التقليدية . إننا نطلق الآن على تلك المعادلة معادلة شرودنجر..
و الشيء الذي تتفرد به أنها أظهرت كمية جديدة تدعى الدالة الموجية ... لقد سمحت للعلماء أن يروا الذرة مرة أخرى بصورة بسيطة , و من الصعب ان نبالغ بالارتياح الذي جلبته فكرة شرودنجر إلى جمهور الفيزياء التقليدية ...
http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=672 (http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=672)
http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=673 (http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=673)
على الرغم من غرابة الصورة التي قدمتها إلا أنها كانت صورة على الأقل و العلماء يحبون الصور فالصور تمكنهم من أن يستخدموا حواسهم و حدسهم ...
إلا أنه كانت لا تزال هناك مشكلة عميقة و مزعجة , مشكلة شعر المتطرفون أن شرودنجر لم يتمكن من تسويتها , فنظريته الجديدة ما زالت لا تستطيع تفسير قفزات بور الكمية اللحظية الغريبة ...
وقفة مع شرودنجر ...
http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=674 (http://hazemsakeek.com/up/download.php?img=674)
نعلم أن أي موجة تنتشر في اتجاه واحد x يمكن وصفها من خلال المعادلة التفاضلية التالية:
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S1.gif (1)
حيث F تمثل الدالة الموجية التي تعتمد على المكان x والزمن t. والسرعة vph للتربيع تمثل سرعة الموجة (phase speed)...
فإذا كنا نتحدث على موجة صوتية مثلاً تنتشر في الهواء فإن الدالة الموجية F هي مقدار التغير في التضاغط والتخلخل في جزيئات الهواء والسرعة vphهي سرعة الصوت في الهواء وإذا كانت موجة ضوء فإن الدالة الموجية F هي التغير في المجال الكهربي والمغناطيسي والسرعة هي سرعة الضوء.
في حالة وصف جسيم بدالة موجية فإن مربع الدالة الموجية يعبر عن احتمالية رصد الجسيم في الفراغ في وحدة الزمن. وسوف نرمز لهذه الدالة الموجية بالرمز Y.
وحيث أن الدالة الموجية متغيرة في كل من المكان والزمان لذا سنفترض أنها تأخذ الصورة التالية:
Y(x,t) = y(x) f(t) (2)
عند صياغة معادلة شرودنجر نفترض نظام مكون من جسيم يتحرك في بعد واحد x وينتشر كموجة وان هذا الجسيم يتفاعل مع ما يحيط به ومرتبط به من خلال دالة الجهد V وله طاقة كلية E ثابتة وسوف نفترض أن التردد معروف بدقة n=h/E لذا فإن الدالة f تكون دالة جيبية على النحو التالي:
f(t) = cos 2pn t (3)
بالتعويض في المعادلة (1) بالدالة الموجية في المعادلة (2) نحصل على :
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S2.gif
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S3.gif
بالتعويض في المعادلة (1) نحصل على :
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S4.gif
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S5.gif
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S6.gif
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S7.gif(4)
إذا كان الجسيم وكتلته m موجود في وسط له جهد V فتكون الطاقة الكلية E للجسيم والوسط هو مجموع طاقة الحركة Ek وطاقة الوضع الممثلة في الجهد V.
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S8.gif
5 http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S9.gif
بالتعويض في المعادلة 4 من (5) نجد :
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/modernphysics/modernphysicsimages/Luct_S10.gif(6)
وهذه معادلة شرودينجر في بعد واحد والتي تفترض أن الجسيم ينتشر على شكل موجة وتسمى بالمعادلة الموجية وحيث أن الجسيم يتفاعل مع المحيط الموجود به من خلال الجهد V.
- حسنا ... لقد جاء دور المتطرفين أن يردوا الضربة ... في صيف نفس العام أحد أتباع نيلز بور يدعى فرنر هايزنبرغ كان مسافرا إلى جزيرة منعزلة عن الساحل الشمالي لألمانيا , لقد كان منافسا شرسا و اعتبر أفكار شرودنجر تحديا شخصيا ...
لقد شعر بقوة بأن غرابة قفزات الكم اللحظية هي مفتاح فهم الذرة و أن الذرة متفردة و غير اعتيادية و لا ينبغي أن يتم حلها من خلال تشبيه بسيط مثل موجة أو مدار أو حتى مبنى متعدد الطوابق , فقد اعتقد أنه حان الوقت للتخلي بالكلية عن أي صورة للذرة ...
هايزنبرغ أحد عباقرة القرن العشرين الحقيقيين , شاب رياضي , متسلق جبال من الطراز الممتاز و عازف بيانو ماهر و كان فوق ذلك طالبا مميزا , في سن العشرين فقط كان في طريقه لإتمام رسالة الدكتوراه و كسب احترام الجامعات الكبرى في أوربا في ذلك الوقت .
في صيف 1925 كان يعاني بوضوح من نوبة شديدة تسمى حمى القش , كان وجهه متورما لدرجة يصعب التعرف عليه فقرر أن يهرب وحده الى جزيرة هيلجا لاند المعزولة ((يقولون الحزن خلاق ...))
المهم ... لقد تأمل و قرر أن يتخلى عن كل الوصوف السابقة للذرة و أن يصفها باستخدام الرياضيات البحتة وحدها , لنه عندما فكر مرارا و تكرارا أدرك أن الذرة لا تتحدى فقط أن يتم تخيلها إنما تتحدى حتى الرياضيات التقليدية , لقد أدرك أنه كي يصف خصائص معينة للذرات فإن عليه أن يستخدم نوعا جديدا من الرياضيات ...
يبدو أن مسألة ترتيب ضرب سرعة الالكترون في مكانه أمر مهم ,فاختلاف الترتيب قد يعطي نتائج مختلفة
لقد قاده ذلك إلى اكتشاف الرياضيات المختفية بداخلها ...
طبعا سنكمل في الحلقة القادمة مع صديقنا هايزنبرغ و نرى رياضياته و مبدأه المشهور و مفهومه
تابعونـــــــــــــــــــــــــــــ ـا ......
تحياتي