Science.YT

✓لماذا تبدو ميكانيكا الكم غريبة 🤷‍♀️

أغرب ما يعرف في الكون بأسره حاليًّا، أو ومن منطلقها، كوننا الذي نعرفه نحن. إنّها من الغرابة حتى أنّ نيلز بور ذاته قال عنها: “إنْ لم تفاجئك ميكانيكا الكم بعمق، فأنت لم تفهمها بعد”. واليوم وبعد مضي قرن كامل شغلت به النظرية الكمومية كلّ مختبرات الفيزياء على وجه البسيطة يمكننا على الأقل أن نحصر أغرب ما يكتنفها. أو أن نضع لافتات تأخذ بيدنا في متاهة هذا العلم.

لن نتناول في معرض ذلك قطة شرودينغر الشهيرة- التي لا تضاهيها شهرةً سوى شهرة القط توم- ولسان حالها القائل “أنا عايش ومش عايش” فقد أراد بها شردينغر أن يضرب مثلًا على احتمالية ميكانيكا الكم وتأثير القياس على حالة الجملة. ولا نريد الادعاء بأننا نحصر غرائبه وما ينبغي أن نعرفه عنه؛ إذ لن تكفينا مئات المقالات في ذلك ولن نخرج راضين أو مشبعين كموميًا.

في البداية، ما معنى “الفيزياء الكمومية“، إنّ كلمة “كوانتم Quantum” أو ” تكميم Quantify” تعني أصغر وحدةٍ ممكنة، وهذا هو السبب الذي يجعل لهذه الكلمة أصولًا مشتركةً مع كلمتي “كمية Quantity” أو كل تلك المفردات التي تتعامل مع وحدات مميزة منفصلة. حسنًا، لسنا بصدد درس في اللغويات، إنّنا نريد تخفيف الأمر قليلًا لا زيادة تهويله، يمكننا استبدال عبارة “جسيم كمومي” بـ”شيء حقيقي صغير جدًا”، ومن هنا نقول إنّ فيزياء الكم هي فيزياء أصغر الأشياء في الكون.

لنمضي قدمًا نحو مزيدٍ من التعقيد (والمتعة)، وبدايةً سنستعرض بعضًا مما يجعل فيزياء الكم غريبة أو هي ميالة للجنون، أولًا وقبل كل شيء إنّها تخالف الفيزياء الكلاسيكية، وتنسف بنيانًا من الفيزياء ساد العلم لقرون. فمثلًا، هل يمكن لشيء أن يأتي من العدم، وليس هذا فحسب، بل وأن يحتل مواضع متعددة؟؟؟؟؟ لنبدأ إذًا خلاف لما هو سائد؛

-جسيمات افتراضية: تظهر أشياء صغيرة جدًا وتختفي بشكلٍ عشوائي: فالفضاء الخالي ليس خاليًا، إنّه ممتلئ بالطاقة. وبشكلٍ عشوائي ستخرج أزواج من الجسيمات إلى الوجود من هذه الطاقة. أحد هذه الجسيمات هو المادة والآخر مادته المضادة، ما نحتاج معرفته هو وجود جسيمات افتراضية تظهر لمدة لا تتجاوز أجزاء من مليون من الثانية، وتصطدم ببعضها البعض ممّا يسبب فناءها. ففي أعظم مسرعات الجسيمات تم الحصول على هادرونات بعد مليارات التصادمات ولم تعش سوى فترةً ضئيلةً جدًا، لكن تمكن العلماء من رصدها. لقد انتهكت ميكانيكا الكم هنا الفلسفة الكلاسيكية التي تقول بالسببية. فهذا السلوك غير مفسر حتى الآن، لكنّه أُثُبت علميًّا.

-التراكب: ربما كان البند السابق سهلًا مقارنةً بهذا؛ يقول التراكب أنّه وكلما كان الجسيم أصغر، زاد احتمال أن يشغل أماكن متعددة في الآن ذاته!!!! فالمكان في ميكانيكا الكم هو مجموعةٌ من الاحتمالات المختلفة القائمة جميعها حتى إجراء القياس، ماذا يعني ذلك؟ إذا كان هناك شخصٌ يتحرك في غرفةٍ مظلمة، ستعرف مكان الشخص بعد أن تُضيء الغرفة. إذا كان الشخص صغيرًا جدًا، وأشعلت النور وأطفأته بسرعة، سيكون مرةً في منتصف الغرفة وأخرى في زواياها. وقبل إشعال الضوء مكان الشخص هو كل الغرفة. لقد أملى القياس على الجسيم الكمومي اختيار موضع، إنّها حالة تراكب بين كل المواقع المحتملة.

- : كما نعلم أسرع الطرق التي يمكن لشخصين كلّ منهما في مكان التواصل عبرها هي الوميض الضوئي، كما أنّ سرعة الضوء هي أكبر السرعات المعروفة حاليًا، هذا هو ما تخبرنا به نسبية أينشتاين، لكنّه كان مخطئًا. ففي التشابك إن تصافح شخصان لهما كتلةٌ دون ذرية قبل أن يفترقا، ما يؤثر على أحدهما سيؤثر لحظيًّا على الآخر، مهما كانت المسافة الفاصلة بينهما (والأزمنة أيضًا)، وبسرعةٍ أكبر من سرعة الضوء، فيمكن لأحداث الماضي أن تؤثر على الحاضر والمستقبل. من الأسباب المقترحة وجود ثقوبٍ دودية تقع في عوالم موازية!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ونكتفي بهذا، لننتقل إلى التالي.

-سرعة الضوء ليست ثابتة: رغم أنّ الضوء لا ينتقل عبر الفراغ أحيانًا وهو ما اعتدنا قوله “سرعة الضوء في الخلاء تصل حتى 300000كم/ثا”. ففي الماء، تصل سرعة الفوتونات إلى ثلاثة أرباع سرعة الضوء، أمّا أقل سرعةٍ للضوء فهي 17 متر في الثانية عبر الريبيديوم المبرد حتى الصفر المطلق، حيث تتشكل حالة مادة غريبة تدعى تكاثف بوز- إينشتاين.
كون مفقود: هناك مئات المليارات من المجرات. المفاجأة هي أنّ كل ما هو مرئي في الكون لا يشكل سوى 2 % من كتلته، ما يجعلنا متأكدين من ذلك هو أن الجاذبية تخبر بوجود المزيد، ومهما كان مقدار الكتلة المرصودة فهو لا يقترب إطلاقًا من ذلك الذي يفصح عنه الجذب الثقالي للمجرات.

-أبعاد غير محدودة: وفقًا للنموذج القياسي الحالي لعلم الكونيات ما نراه من الكون الذي يضم المجرات وغيرها هو واحد من عدد غير محدود من الأكوان الموجودة جنبًا إلى جنب كما فقاعات الصابون على وجه الرغوة.

{إن شعرت بالغرابة، لا ضير في ذلك، فهذه البلبلة أصابت عقول عظماء فيزياء القرن بمن فيهم أينشتاين نفسه.}

| ليست بسيطة|، ولكن!
لا ننوي استخدام كلمة تبسيط، لكننا إن علمنا بعض الأمور عن ميكانيكا الكم ربّما سنألف الوضع أكثر، فلا تصبح ممن يفوتون عليهم فرصة الولوج إلى هذا العالم.

-كل شيء مؤلف من أمواج………حتى الجسيمات: من السهل البدء بالقول أنّ لكل شيء في الكون طبيعتين: جسيمية ومادية في الوقت ذاته، والوصف الأنسب من وجهة نظر -

-ميكانيكا الكم: الأشياء في ميكانيكا الكم ليست جسيمية ولا موجية، لكنّها تندرج تحت تصنيفٍ آخر: لها تردد وطول موجي وانتشارٌ عبر المسافات، كالأمواج، كما يمكن إحصاؤها وأن تتموضع في مكانٍ محدد إلى درجةٍ نسبية، كالمادة.

-فيزياء الكم منفصلة: فتعريفها يشير أصلًا إلى انطواء النماذج الكمومية على مقادير منفصلة. البرهان المقترح لذلك في أنّ الطاقة المختزنة في الحقول الكمومية هي مضاعفاتٌ صحيحة لطاقات أساسية (كما هو الحال بالنسبة للمستويات الطاقية للذرة، فهي مضاعفات أعدادٍ صحيحة دومًا). فطاقة
الفوتون مثلا: هي جداء التردد بالطول الموجي له. وهي قيمٌ لا تأخذ سوى أعدادًا صحيحة.
-
-فيزياء الكم احتمالية: أكثر جدليات ميكانيكا الكم شهرة هي احتماليته، فلا يمكن التنبؤ بشكل دقيق بناتج تجربةٍ كمومية وحيدة أو مكان جسيم. فهنا النواتج تأتي على شكل احتمالات شكلها الرياضي يسمى الدالة الموجية، فقبل إجراء القياس كل ما يمكن وصف حالة الجملة به هو دالتها الموجية.
ميكانيكا الكم ليست موضعية: لقد سمحت أنظمة ميكانيكا الكم بوجود أنظمةٍ يؤثر إجراء القياس على أحدها في وصف حالة أنظمةٍ أخرى متشابكة معها، إنّ ذلك يشير إلى ارتباط نواتج جملة بأخرى، أي أنّ النواتج محددة سلفًا، هذا أكثر ما أزعج أينشتاين في ميكانيكا الكم، فذلك يعني انتقال النتائج بشكلٍ لحظي يفوق سرعة الضوء بملايين المرات، وخرج عن الفيزياء التي أحبها موصوفة بدقة وفيه قال عبارته الشهيرة “إنّ الله لا يلعب النرد”.
عالم ميكانيكا الكم هو عالم دون ذري صغير جدًا (غالبا): كلما صغرت الأجسام ازدادت تأثيراتها الكمومية، وتصغر هذه التأثيرات كلما كبرت الأجسام. فإن أردنا ترجمة ذلك، شاهد السلوك الموجي للجسيمات، ويكفي القول أن طول موجة ناتجة عن حركة كلب يتحرك في غرفةٍ صغيرة جدًا يعادل ذرة في نظامنا الشمسي.

-النقطة الأهم: ميكانيكا الكم ليست سحرًا، قطعًا لا. فما أسلفنا ذكره ويخالف فيزياء حياتنا اليومية تثبت التجارب صحته وارتباطه بعالمٍ واقعي وتجد ما يدعمه في القواعد والمبادئ الرياضية. بالطبع لا تتخيل أنّنا سنستخدمها في إنجاز الخوارق، فهي ما زالت تخضع لقوانين في الترموديناميك.
تطبيقات ميكانيكا الكم
لم تكتفِ ميكانيكا الكم بدخول العالم المجهري، لكنها انتقلت إلى تطبيقاتٍ في حياتنا اليومية ما كانت لتوجد دونها، كالتصوير بالرنين المغناطيسي والموصلات الفائقة والترانزستورات التي لولاها لبلغ حجم حواسيبنا التي تعالج أمورًا هندسية أبنيةً بأكملها. كذلك التشفير الكمومي (المعتمد على التشابك) والذي يحمي الشبكات المصرفية وغيرها من الشبكات عالية الحساسية، والبشرية على موعدٍ ليس بالبعيد مع الحواسيب الكمومية التي ستحقق قفزةً في عالم المعلوماتية.

ولعل أهم الدروس المستفادة من ميكانيكا الكم هي قدرتها على إثبات قصور حواسنا كبشر، ومحدودية المنطلق الذي ننظر به إلى ما حولنا. كما لفتت أنظارنا إلى أمرٍ غايةٍ في الأهمية وهو أنّ ما نستخدمه من أجهزةٍ للقياس هي أجهزة كلاسيكية قامت أصلًا على نتائج فيزياء كلاسيكية لذا لا يمكن الوثوق بما تخبرنا به أبدًا حين الحديث على مستوياتٍ كمومية، وحتى على المستوى الكوني ما نراه هو ما تخبرنا به أجهزة القياس، لكنه ليس رواية الكون عن نفسه.

ثنائي إيثيل أميد حمض #الليسرجيك (Lysergic acid )‏ ويختصر L*D هو مادة صلبة عديمة اللون والرائحة والطعم في شكله النقي مركب شبه قلوي ومن المهلوسات القوية المؤثرة على العقل جرعة صغيرة جدا تكفي لإحداث اضطرابات في الرؤية، والمزاج والفكر.

يعرف العقار أيضا باسم ليسرجيد (INN) وهو عقار مخل بالنفس من عائلة إرجولين، المعروفة جيدا بآثارها النفسية - والتي تشمل عمليات التفكير المتغيرة ومرئيات العين المفتوحة والمغلقة، وحس مرافق، وتغير الإحساس بالوقت، والخبرات الروحية - فضلا عن دورها الرئيسي كثقافة مضادة من حقبة الستينات. وهي تستخدم أساسا على أنها مخدرات روحانية ومخدرات ترفيهية.

إل إس دي غير قابل للإدمان. ومع ذلك، فإن ردود الفعل النفسية السلبية الحادة مثل القلق، وجنون العظمة، والأوهام ممكنة.إل إس دي تم تخليقه لأول مرة بواسطة ألبرت هوفمان في عام 1938 من الإرغوتامين، وهي مادة كيميائية مشتقة من قبل آرثر ستول وهو كيمائي سويسري من الإرغوت، وهو حبوب ويمثل الفطر الذي ينمو عادة على شيلم مزروع. الذي يختصر ب «إل إس دي» يأتي من الاسم الكودي المبكر L*D-25، والذي هو اختصار للكلمة الألمانية " -diethylamid" متبوعا برقم متسلسل. إل إس دي يعد حساسا إلى الأكسجين، وضوء الأشعة فوق البنفسجية، والكلور، خصوصا في المحلول، على الرغم من أن فعاليته قد تستمر لسنوات إذا تم تخزينه بعيدا عن الضوء والرطوبة في درجة حرارة منخفضة.

في شكله النقي هو مادة الصلبة عديمة اللون والرائحة والطعم. وعادة إل إس دي إما يبتلع عن طريق (الفم) أو يمتص (تحت اللسان)، وعادة على ركيزة (كيمياء) مثل ماصة ورقة نشافة، ويمزج مع مكعب السكر، أو الجيلاتين. في شكله السائل، فإنه يمكن أيضا إستخدامه عن طريق الحقن العضلي أو الوريدي. ومن المثير للاهتمام، خلافا لمعظم الفئات الأخرى من المخدرات غير المشروعة ومجموعات أخرى من عقاقير الهلوسة مثل التريبتامينات tryptamines وفينيثيل أمينات ، عندما يستخدم إل إس دي عن طريق الحقن في الوريد فإن مفعوله ليس فوريا، بدلا من ذلك يستغرق ما يقرب من 30 دقيقة حتى يبدأ مفعوله. إل إس دي هو قوي جدا، بجرعة تبلغ 20-30 ميكروغرام (ميكروغرام) كونها جرعة عتبة.اكتشف هوفمان خصائص عقار إل إس دي في 1943. تم عرضه تجاريا في عام 1947 من قبل مختبرات ساندوز تحت اسم تجاري Delysid كدواء لعلاج مختلف الاستخدامات النفسية.

في الخمسينات، يعتقد مسؤولون في وكالة الاستخبارات المركزية الولايات المتحدة الأمريكية (CIA) قد يكون الدواء الذي ينطبق على وظيفة السيطرة على العقل والحرب الكيميائية؛ نشر مشروع إم كي ألترا

الاسم الرمزي لبرنامج بحوث للسيطرة على العقل لوكالة المخابرات المركزية التي بدأت في الخمسينات برنامج الوكالة بحوث المخدرات بين الجنود الشباب والطلاب. استخدام الترفيهية لاحق من المخدرات عن طريق ثقافة الشباب في العالم الغربي خلال حقبة الستينات أدت إلى عاصفة سياسية والتي أسفرت عن الحظر.

✈✈طائرات تخترق حاجز الصوت✈✈

#حاجز #الصوت هو حدّ #فيزيائي ظاهري أو مرئي يعيق الأجسام الكبيرة من الوصول إلى السرعة الفوق صوتية. وعندما تطير الطائرة بسرعة تقترب من سرعة الصوت تنضغط جزيئات الهواء حول سطح الطائرة فتكون قابلة للانضغاط، إلى ان تصل سرعة الطائرة إلى سرعة الصوت فتتشكل الصدمة الموجية والتي تكون على شكل دخان أبيض كثيف مخروطي الشكل لايتجاوز سمكه سنتيمترات قليلة، الصوت عبارة عن موجات لها سرعة محددة حيث تبلغ سرعة الموجات الصوتية 345 متر في الثانية (حوالي 777 ميل في الساعة). ومع انخفاض درجات حرارة الجو تقل سرعة الموجات الصوتية أيضا. ولذلك، تطير الطائرات على ارتفاع 35 ألف قدم حيث تتوافر درجة الحرارة الملائمة (5.4 درجة مئوية تحت الصفر). وتصل سرعة الصوت إلى 295 متر في الثانية (660 ميل في الساعة). علما انه عند اختراق حاجز الصوت يحدث صوت عالى.

- فهم #ظاهرة اختراق حاجز الصوت:
دعنا نضرب المثال التالي لتقريب الفكرة لـك، نعلم ان امواج البحر تنتشر بسرعة محددة فلو تخيلنا قارب يخترق تلك الأمواج بسرعة أقل من سرعة انتشار أمواج البحر فإن هذه الأمواج سوف تنزاح على جانبي القارب وتشكل مخروط رأسه عند مقدمة القارب، وعندما تزداد سرعة القارب فإنه سيدفع هذه الأمواج أمامه ويخترقها إذا زادت سرعته لإنه حينها لاتستطيع تلك الأمواج أن تسير بسرعة القارب، وتشكل الأمواج موجة كبيرة مجمعة من الأمواج الصغيرة التي تلحق القارب.

ما يحدث في حالة اختراق الطائرة لحاجز الصوت هو شيء مشابه لهذه الحالة حيث أن الطائرة تحدث صوتاً. فإذا كانت سرعة الطائرة أقل من صوتها فإن الموجات الصوتية ستنطلق أمام الطائرة. أما في حالة زيادة سرعة الطائرة لتصبح أكبر من سرعة صوتها فإنها تحدث صوت مزعج يسمى باختراق حاجز الصوت sonic booms وهذا الصوت هو تجمع الأمواج الصوتية التي تلحق بالطائرة حيث تتحد كل الموجات الصوتية التي كانت تنطلق امام الطائرة لتتجمع كلها مع بعضها البعض وتلحق بالطائرة. والمشاهد ربما يرى الطائرة ولا يسمع شيئاً وفجأة يسمع صوت انفجار ضخم تهتز له المباني وينكسر زجاجها وهذا الصوت هو تجمع واتحاد الأمواج الصوتية التي تشكل موجة صوتية ذات سعة كبيرة جداً تلحق بالطائرة وعند وصولها إلى سطح الأرض نسمع الصوت العالي الذي يشبه بصوت الانفجار، حيث يمكنك تخيل الأمر من خلال ان الأمواج الصوتية تلحق الطائرة في شكل مخروط رأسه يتبع مسار الطائرة والصوت الذي نسمعه هو نهاية المخروط الذي يلامس الأرض ويتبع مسار الطائرة.

#الفيزياء #العلوم