النفق الكمي
ظاهرة النفق الكمي هي واحدة من أكبر غرائب فيزياء الكم التي تحدث نتيجة الطبيعة الموجية للجسيمات، وتعني قدرة الجسم على العبور من خلال حاجز مادي وظهوره في الجهة المقابلة للحاجز في أماكن يستحيل ظهوره فيها طبقًا للفيزياء الكلاسيكية، فما تفسير هذه الظاهرة؟
علينا في البداية تعريف الطاقة، الطاقة فيزيائيًّا هي قدرة الجسم علي تغيير حركته أو التأثير في حركة جسم آخر، ومن الأمثلة الواضحة على الطاقة هي الطاقة الحركية، وهي كمية موجبة تعتمد على سرعة الجسم وكتلته وكذلك الطاقة الكامنة وهي طاقة الأجسام التي تتحرك عند تفاعلها مع جسم آخر، ويسمى مجموع الطاقتين بالطاقة الكلية وهي كمية محفوظة لا تتغير في أي نظام ومن هنا تنبع أهميتها في القياس الفيزيائي، فلو رمينا كرة إلى أعلى تمتلك طاقة حركية سرعان ما تتحول إلى طاقة كامنة عندما تصل الكرة إلى أقصى ارتفاع لها لتسقط مرة أخرى، ويعتمد أقصى ارتفاع على كمية الطاقة، ولا تستطيع الكرة تخطي أقصى ارتفاع لأن الطاقة كمية محفوظة، لذا تسمى النقطة الممثلة لأقصى ارتفاع بنقطة الانعطاف أو المنطقة الصفرية.
لو استبدلنا بالكرة العادية في المثال كرةً كمية تُمثَّل بدالة موجية، ورُمِيَت بطاقة حركية معلومة لتوقعنا عدم وجود الكرة بعد نقطة الانعطاف لكون طاقتها الحركية محددة، ولكن طبقًا لمبدأ الريبة، تحديد كمية الحركة سيزيد عدم اليقين في موضع الكرة، وهذا يعني وجود الكرة في أماكن لم تتوقعها الفيزياء الكلاسيكية، ومن الأمثلة العملية على ذلك عبورُ الإلكترونات عبر حاجز معدني بطاقة حركتها الابتدائية نفسها، مما يشير إلى أنها لم تحفر ثقبًا عبر الحاجز، مثل: الكرة الكمية ودالتها، فدالة الإلكترون الموجية كذلك تصل إلى نقطة الانعطاف، وكلما زاد سمك المنطقة المحظورة قلت احتمالية وجود الإلكترون فيها، لكن لو كانت المنطقة المحظورة ضيقة صغيرة بما فيه الكفاية فقد تحدث ظاهرة النفق الكمي، كما يعد المجهر الماسح تطبيقًا عمليًّا على ظاهرة النفق الكمي، ويستخدم في دراسة الأجسام البالغة الصغر كالذرات والحمض النووي.
الفكرة من كتاب كيف تعلم كلبتك الفيزياء الكمية
تتعامل الفيزياء الكمية مع العالم المصغر المختبئ داخل عالمنا المألوف الذي يخضع لقوانين خاصة تختلف تمامًا عن قوانين الفيزياء الكلاسيكية.
ولعلك الآن تتساءل عن العلاقة بين الفيزياء الكمية والكلاب؛ للكلاب أفضلية على البشر، فهي تنظر إلى العالم من دون توقعات مسبقة أو تصورات ثابتة، وهذا ما نحتاج إليه خلال رحلتنا لتعلم الكم.
إذًا هل يمكننا السفر من مكان إلى آخر في أجزاء أقل من الثانية؟ وهل توجد عوالم موازية لعالمنا؟ وهل يخضع العالم لقوانين ثابتة تتيح لنا التنبؤ بحركة كل أجسامه؟ يجيب كتابنا عن هذه الأسئلة الغريبة وغيرها الكثير.
مؤلف كتاب كيف تعلم كلبتك الفيزياء الكمية
تشاد أورزيل: بروفيسور في علم الفيزياء ومؤلف كتب علمية شهير، ولد في مدينة نيويورك، وعمل باحثًا في الفيزياء الكمية في جامعة ييل، ثم حصل على الدكتوراه في مجال الفيزياء الكيميائية من جامعة ميريلاند، اهتم تشاد بتبسيط المبادئ الفيزيائية لغير المتخصصين، وتُرجِمَ كتابه “كيف تعلم كلبتك الفيزياء الكمية” إلى أكثر من تسع لغات، وله عديد من المؤلفات العلمية منها:
How to Teach Relativity to Your Dog
Breakfast with Einstein: The Exotic Physics of Everyday Objects
معلومات عن المترجم:
موسى جعفر: مترجم لدى صفحة أخبار العلوم التي تعمل على ترجمة المقالات والأخبار العلمية المختلفة، ترجم كتاب “كيف تعلم كلبتك الفيزياء الكمية” ترجمة غير ربحية بالكامل.