تعرف علي بحث شامل عن نظرية الكم 2024

وبعد بحث طويل من قبل العلماء تم اكتشاف نظرية حديثة وهي نظرية الكم أو ما يعرف بميكانيكا الكم وهي جزء صغير من الفيزياء الحديثة لأنها تتناول علم سلوك المادة والضوء على الأرض. وتحديداً المستوى الذري الذي يقاس بالنانومتر والذي يعادل (1×10-9 متر).

وتكمن النظرية في دراسة وشرح طبيعة الذرة مثل الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات، مع دراسة شاملة للمكونات الأصغر الرئيسية، وهي الكواركات.

جسيمات دون الذرية

“سواء كانت مجمعة أو موزعة.

تعريف الكم في الكيمياء

• نظرية الكم أو كيمياء الكم (
  
  كيمياء الكم)
  
  وهو فرع أساسي من فروع الكيمياء النظرية وهو معقد وصعب.

• ويهتم بدراسة سلوك الجزيئات والذرات أثناء التفاعل، ويتخصص في دراسة الأجسام “دون الذرية” غير المرئية.

• وسبب تسميتها بنظرية الكم هو ارتباطها بالأعداد الكمومية وهي نتائج رياضية تحدد أشكال وأحجام المستويات الإلكترونية.

• ويصنف العلماء هذه النظرية كجزء من الكيمياء الحاسوبية ويتم حسابها بواسطة أجهزة الكمبيوتر.

• ونتج عن ذلك تنبؤات نظرية مبنية على دراسة الذرات والجزيئات التي عادة ما تكون لها طاقات مختلفة.

تاريخ ميكانيكا الكم

“بما في ذلك نظرية الكم”

ميكانيكا الكم

“إنه يقوم على مفاهيم أساسية ربطها العلماء لمراقبة طبيعة الذرات والجزيئات، وهي كما يلي:

الجسيمات في عالم الكم هي موجات

• في أوائل القرن العشرين، لاحظ العلماء طبيعة الضوء وسلوكه عن طريق تسخين الغاز في أنبوب زجاجي.

• ظل يفكر ويطرح أسئلة حول سبب خروج الضوء من الغاز ومروره عبر منشور زجاجي يعطي خطوطًا مستقيمة من الضوء، وليس خطوطًا باهتة متباعدة؟

• أجاب الفيزيائي نيلز بور على هذا السؤال بقوله إن بنية الذرة تشبه إلى حد كبير بنية النظام الشمسي الذي يتكون من نواة في المركز.

• وهي تدور حول إلكترونات في مدارات أساسية، مثل الكواكب والشمس، ومن هناك نقوم بتسخين المادة.

• تقفز الإلكترونات من مدار إلى آخر حول النواة بسبب التحفيز عن طريق التسخين (الحرارة).

• تنتج هذه الإلكترونات طاقة على شكل ضوء، وتسمى أيضًا “القفزات الكمية”.

لا يوجد رابط بين الجزيئات الفردية

• انا افترض
  
  العالم الدنماركي نيلز بور
  
  «عادةً ما ترتبط الجزيئات ببعضها البعض من خلال ربط جزأين قريبين من بعضهما البعض، بحيث تصبح خصائصهما متشابهة ومترابطة.

• لكن في نظرية الكم، عندما يتم فصل جزأين مترابطين ويقعان في مكانين متباعدين، فإن خصائصهما ستبقى مترابطة ومتشابهة.

• عند قياس خصائص أحد الأجزاء، نلاحظ أن ذلك يتأثر بما حدث للجزء الآخر.

• وأوضح أيضًا أن حركة الإلكترون حول نفسه تتبع مسارين معًا.

• سيكون أحد هذين المسارين في اتجاه عقارب الساعة والآخر عكس اتجاه عقارب الساعة.

مؤسس نظرية الكم

• قام مجموعة من العلماء بتطوير أسس ونظريات ميكانيكا الكم منذ أوائل القرن العشرين.

• العلماء الذين عملوا بجد أكبر على ظهور نظرية الكم هم “نيلز بور، ألبرت أينشتاين، ماكس بلانك، وماكي بورن”.

• وتمكن هؤلاء العلماء من إيجاد تفسير علمي للفيزياء الذرية، والتي أطلقوا عليها في عام 1930م اسم “الفوتونات” على جسيمات الضوء.

• وبعد تعاون العلماء مع بعضهم البعض “ديفيد هيلبرت، وجون فون نيومان، وبول”، تم إعلان نظرية الكم رسميًا للعالم أجمع.

• وقد ساهمت هذه النظرية في خلق عدة مجالات، مثل الإلكترونات الكمومية وكيمياء الكم.

• كما تم تفسير العديد من المجالات مثل معرفة فوائد الجدول الدوري للعناصر الكيميائية.

• كما شرح سلوك الذرات أثناء التفاعل الكيميائي وكيفية تكوين الروابط وطرق تدفق الإلكترونات في التكنولوجيا الحديثة.

نتائج ميكانيكا الكم

استخدم العالم أينشتاين قوانين الكم لتفسير ظاهرة الطاقة الكهروضوئية، وهي الظاهرة التي يتحرك فيها الضوء على شكل موجات عند تعرضه لكمية كبيرة من الطاقة. وكانت تسمى آنذاك “ازدواجية الذرة والأمواج”. ثم استمرت نتائج نظرية الكم على النحو التالي:

ميكانيكا الكم

• هو دراسة لظاهرة الطاقة الكهروضوئية وأثرها على التغيرات الفعالة في الفيزياء.

• وبذلك ساهم بشكل كبير في ظهور علم جديد وهو “ميكانيكا الكم” الذي كان هو السبيل الوحيد لحل المعضلات الفيزيائية مثل مشكلة استقرار الذرة ومشكلة حركة الشحنات في حركة دائرية. .

طيف الانبعاث لذرة الهيدروجين

• كان العالم يبحث عن المساعدة”.
  
  نيلز بور
  
  “ظاهرة انبعاث ذرة الهيدروجين من خلال نظرية الكم، وتبين أن إشعاع العناصر الضعيفة له خصائص جيدة.

• ومثل غاز الهيدروجين، فإنه ينبعث منه إشعاع أزرق متوهج عند تعرضه لطاقة عالية.

اكتشاف ظاهرة كومبتون

• العالم الأمريكي
  
  آرثر كومبتون
  
  “بناءً على العمل المثير الذي قام به العالم بور، خلص إلى أن الفوتونات تتصرف مثل الجسيمات الصغيرة ذات الكتلة المستقلة.

• ومن ثم أطلق عليه ”
  
  “ظاهرة كومبتون”
  
  وحصل على جائزة نوبل عام 1927م على هذا الاكتشاف.

اكتشاف المجهر الإلكتروني

• عندما اخترع العالم الفرنسي
  
  لويس دي برولي
  
  يُظهر المجهر الإلكتروني أن الإلكترونات تتعرج أثناء تحركها عبر الشقوق الصغيرة، على غرار خط متعرج لموجات الضوء.

• كما تمكن المجهر الإلكتروني من اكتشاف حركة الجزيئات متناهية الصغر داخل الخلايا.

• وبفضل هذا الاكتشاف حصل العالم “بروي” على العديد من الجوائز أهمها جائزة نوبل عام 1929م.

تطبيقات نظرية الكم

لقد حصدت

نظرية الكم

وحققت نجاحاً ملحوظاً في دراسة وتفسير سلوك الذرات ومشاركته في مختلف المجالات العلمية. وكان لها الفضل في اكتشاف المزيد من نظريات الكم من خلال التطبيقات التي ساعدت في تفسيرها بشكل أفضل من ذي قبل، مثل:

• أنظمة التصوير بالرنين المغناطيسي.

• المجاهر الإلكترونية والترانزستورات والثنائيات.

• ذاكرة التخزين الموجودة على أجهزة الهواتف الذكية.

• نقل البيانات عبر مسافات طويلة باستخدام تقنية النقل الآني الكمي.

• دراسة الظواهر غير المبررة، بما في ذلك استقرار المدارات التي تدور فيها الإلكترونات عند المستوى الذري، والإشعاع الصادر من جسم أسود.

• شرح ظاهرة تدفق السوائل عديمة الاحتكاك عند درجات حرارة منخفضة قريبة من الصفر.

• تحديث نظام البث في أجهزة الكمبيوتر مما ساعد بشكل كبير في تسهيل العمليات الحسابية والإحصائيات الكمية.

• يطلق عليها أنظمة الحوسبة الكمومية المستخدمة في مجالات (اللوجستيات، الذكاء الاصطناعي، الأمن الحسابي، الطب والمستحضرات الصيدلانية).

• دراسة العديد من المجالات البيولوجية المختلفة منها عملية التمثيل الضوئي وقدرتها على إنتاج النباتات وبعض أنواع الكائنات الحية، وشرح علم مستقبلات الرائحة في الأنف والتركيبات البروتينية.