تويت
ميكانيكا الكم: هل يمكنن إيجاد أمثلة يومية عنها أم أن رؤيتها لا تتم خارج المختبر؟
4 نوفمبر 2017
ما نعتقد أنه عادةً «سلوك الجسيمات» هو ما يحدث عندما تكون الموجات التي نتحدث عنها صغيرة للغاية (مقارنة بمحيطها) فتصبح «متفسخة أو غير متماسكة» وهو ما يعني أن التردد والوجه الموجي والاستقطاب بين فوتون وآخر، كلهم عشوائيين تمامًا.
إنه طريق طويل من التوضيح – لكن هناك بعض الرياضيات – على سبيل المثال: الطريقة التي يتدفق الضوء بها من خلال الثغرات تحكمها تمامًا طبيعة موجة الضوء، وليس لأنها جسيمات.
من الناحية الفنية، كل شيء هو في الأساس ينتمي للميكانيكيا الكمومية.
ما نعتبره «الميكانيكا الكلاسيكية» هو مجرد حالة خاصة للميكانيكا الكمومية (حالة واسعة النطاق وغير متماسكة).
ولكن هذا ليس في صميم هذا السؤال.
الضوء يحتفظ بسلوكه الكمومي بفخر.
ويتناقص طول موجة (دي برولي – De Broglie) مع زيادة الكتلة، على الرغم من أن الجسيمات الأخف وزنًا لها أطوال موجية صغيرة بشكل خيالي (عادةً ما تكون الإلكترونات ذات أطوال موجية بترتيب تريليون من المتر)، يمكن أن يكون للضوء أطوال موجية تتراوح إلى ما يصل إلى أميال طويلة «موجات راديوية».
رصد الآثار الكمومية أمر صعب، ولكننا نرى ذلك في الضوء كثيرًا، لذلك نعتقد أنه طبيعي.
لهذا، وبخلاف الأشياء الواضحة، مثل الكيمياء أو … كل شيء على الاطلاق، فيما يلي بعض الأشياء المتموجة والكمومية بشكل واضح، والتي قد تصطدم بها حين تلتفت حولك في هذا العالم الأزرق الكبير.
أيضًا، هذه القائمة غير مكتملة تمامًا فهناك ما هو أكثر منها بكثير.
التكنولوجيا التي يقل عمرها عن خمسين سنة:
هناك الكثير من آثار ميكانيكيا الكم الراسخة والمعروفة في المجتمع العلمي، تُستخدام في كل جهاز تقريبًا منذ الأربعينيات.
وهذا يشمل أشياءً مثل: الليزر (إحصاءات بوس اينشتاين)، صمام ثنائي قنوي (القنوات الكمومية)، صمام ثنائي باعث للضوء (أضواء ليد).
وبالطبع الأشياء الغريبة مثل أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
لسوء الحظ، كل ما هو كمومي من التكنولوجيا الحديثة – عموما – يُخفى جيدًا، وبالتالي فالأمر ممل.
استخدام الهواتف المحمولة:
استخدام الهاتف المحمول آخذٌ في التنامي ؟ موجات الراديو ضخمة، لذلك فحالتها الموجية واضحةٌ جدًا.
ويمكنها أن تنعكس حول الزوايا (إلى حدٍ ما)، وتتخلل المواد (غير الموصلة).
من الصعب أن توصف لماذا تعمل أجهزة الراديو – بما في ذلك الهواتف الخلوية وإشارات الواي فاي وغيرها – حتى عندما لا يكون هناك خط متصل بين المرسل والمتلقي.
وصعب وصف لماذا تعمل عندما لا يكون هناك مسار على الإطلاق (على سبيل المثال: عندما يجري الاتصال في غرفة بلا نوافذ مع إغلاق الباب).
هل يمكن القول بأنه نفق كمومي (هذا سيكون رهيبًا)، ولكن هذا ليس صحيحًا تمامًا.
إنها مماثلة لحقيقة أن موجات المحيط البطيئة جدًا سوف تسبب صعود وهبوط القارب الخاص بك كليةً، ولكن يتم إيقاف موجات المحيط القصيرة جدًا من قِبل أشياء مثل القارب.
موجات الراديو تميل إلى أن تكون في حجم المباني، وعندما تأتي – بدلًا من مجرد ضرب الجدران أو امتصاصها أو التلاشي – فإنها تقوم بـ «رفع وخفض» المجال الكهرومغناطيسي للمنطقة بأكملها.
بالفعل من المستحيل عمليًا وصف موجات الراديو كجسيمات.
ألوان جميلة (رقائق – نحيفة التداخل):
هناك جهاز بصري يسمى (مقياس تداخل فابري بيروت – Fabry–Pérot Interferometer) الذي يستخدم تداخل الموجة لفصل الضوء من الترددات المتساوية تقريبًا، إنه في الأساس مجرد اثنتين من المرايا.
كما يحدث، الأفلام الرقيقة من مواد شفافة تقلد تداخل فابري بيروت
أي من الزوايا الموجية القادمة والمرتدة تختبر تداخلًا بنيويًا يعتمد على سُمك الفيلم، ومادة الفيلم، ولون الضوء.
إذا كان الضوء أحادي اللون (لون واحد أو طول موجي واحد مثل الليزر)، فإن هذا يؤدي إلى المناطق المظلمة.
إذا كان الضوء لديه العديد من الألوان المختلفة، فإن المناطق التي تكون مظلمة لبعض الألوان قد لا تكون مظلمة للألوان الأخرى.
لذا من الصعب أحيانًا – ولكن من الممكن – رؤية آثار الأغشية الرقيقة في فقاعات الصابون.
في هذه الحالة سُمك الفيلم يميل إلى التغير بسرعة، وهذا هو السبب في الألوان في فقاعة الصابون تميل إلى تشكيل دوامة وتتغير بسرعة كبيرة.
يتشكل قوس قزح بسبب عملية أخرى، ولكنها تعتمد في نهاية المطاف على طبيعة موجة الضوء.
إنها غامضة قليلًا.
البقع الداكنة على البحيرات الساكنة (زاوية بروستر والضوء المستقطب):
هذا واحدة من الأشياء التي من الصعب جدًا ملاحظتها.
بالإضافة إلى موجية الضوء، فإن لديها استقطابًا، في جوهره هو شيء لا يمكن أن يكون من الجسيمات.
يؤثر استقطاب الضوء على الكيفية التي يعكس بها السطح (الماء مثًلا) وكيف ينتثر في الغاز (الهواء مثلًا).
إذا كنت تنظر للسماء فان البحيرة تعكس هذه الآثار مجتمعة، وفي زاوية معينة – يقاتل – بعضهم البعض.
كمية الضوء الذي تنعكس قبالة سطحٍ ما تعتمد على استقطاب هذا الضوء، وهذه هي فلسفة النظارات المستقطبة التي تباع للسائقين لخفض الوهج.
ويحدث ذلك إذا كان الضوء المستقطب عموديًا يضرب الماء عند حوالي 37 درجة فلن يعكس أيٍ منها ويسمى هذا بـ «زاوية بروستر».
وبسبب طريقة انتشار الضوء في الهواء، إذا كانت يدك تشير إلى أي نقطة في السماء (بخلاف الشمس)، وتحولت راحة يدك نحو الشمس، ستتم محاذاة وجه يدك مع الضوء المستقطب القادم من هذا الجزء من السماء.ونتيجةً لذلك، أثناء الفجر والغسق يتم استقطاب السماء بأكملها في اتجاه الشمال والجنوب.
أحد نتائج ذلك هو أنه إذا كنت واقفًا في الزاوية اليمنى في وقتٍ مبكر أو متأخر من اليوم، والسماء (ليس الشمس) هي مصدر الضوء الأساسي لك، ثم نظرت على ساعتك الرقمية يمكن أن تظهر سوداء.
الأمر الآخر هو أنه إذا نظرت إلى السماء في بحيرة ساكنة، بميل حوالي 37 درجة، خلال الفجر أو الغسق، أثناء بحثك عن الشمال أو الجنوب، ستجد أن السماء لا تنعكس على الإطلاق، وستبدو سوداء.
يكون الأمر مربكا كما الجحيم للصيادين في بعض الأحيان الذين لاحظوا هذه الظاهرة على مدى آلاف السنين.
- ترجمة : مصطفى العدوي
- تدقيق: محمد عبدالحميد ابوقصيصة
- تحرير: ناجية الأحمد
مصانع الصين ومحاولات خفض مستويات التلوث في البلاد
كيف يمكنك صنع روبوت “واعي”؟