ترتبط نشأة نظرية الكم بظاهرة معروفة جيدا، هذه الظاهرة لا تنتمي إلى الأجزاء الرئيسية للفيزياء الذرية. فعندما نشرع في تسخين جزء من المادة فإنهـا تبدأ في التوهج، ومع ارتفاع درجات الحرارة تبدأ في الاحمرار ثم تصبح بيضاء متوهجة لا يتوقف اللون كثيرا على سطح المادة، بل يتوقف في الجسم الأسود على درجة الحرارة ومن ثم فإن الشعاع المنبعث من الجسم الأسود، عند درجات الحرارة المرتفعة، يعد موضوعا ملائما للبحث الفيزيائي إنها ظاهرة بسيطة لا نجد تفسيرا لها سوى في القوانين المعروفة بالإشعاع والحرارة. لقد فشلت المحاولة التي قدمها كل من اللورد ريلي Lord Rayleigh و عالم الفيزياء جينز Jeans في نهاية القرن التاسع عشر وكشفت عن صعوبات جمة. لن يكون ممكنا هنا وصف هذه الصعوبات في عبارات بسيطة، ويكفي أن نصرح أن تطبيق القوانين المعروفة لا يؤدي دائما إلى نتائج معقولة. عندما تطرق بلانك Blank في عام 1895إلى هذا المجال من البحث حاول أن ينقل المسألة من الإشعاع إلى الذرة المشعة، بید هذه النقلة لم ينتج عنها إزالة أي من الصعوبات الكامنة في هذه المسألة، بل عملت على تبسيط تفسير الوقائع التجريبية. ولكن في الوقت ذاته، وفي أثناء صيف عام 1900في برلين، أجرى كل من كارلبوم Curlbaum وروبنز Rubens قياسات جديدة ودقيقة للغاية لطيف الإشعاع الحراري. حاول بلانك أن يفسر هذه النتائج وقت سماعه بها بصيغ رياضياتية بسيطة بدت معقولة في بحثه عن العلاقة العامة بين الحرارة والإشعاع. فقد قارن كل من بلانك وروبنز، عندما تقابلا يوما لاحتساء الشاي في منزل بلانك، نتائج روبنز الأخيرة مع الصيغة الجديدة التي اقترحها بلانك، حيث أظهرت المقارنة توافقا تاما. وهذا أدى بدوره إلى اكتشاف قانون الإشعاع الحراري لبلانك.

في ذلك الحين كانت بداية تعاظم العمل النظري لبلانك، فماذا كان التفسير الفيزيائي الصحيح لهذه الصياغة الجديدة ؟ استطاع بلانك بسهولة، من خلال أعماله السابقة، أن يصيغ عبارة عن الذرة المشعة أو ما تسمى( بالمتذبذبة) كان عليه أن يكتشف سريعا أن صياغته بدت كما لو أن المتذبذبة تتضمن فقط كميات منفصلة من الطاقة، وهي نتيجة كانت مختلفة تماما عن ما هو معروف في الفيزياء الكلاسيكية، والتي كان تصديقها بالتأكيد موضع رفض منذ البداية، إلا إن بلانك أقنع نفسه في نهاية المطاف، طوال فترة العمل المكثف في أثناء صيف عام 900، أنه لا مفر من هذه النتيجة. وقد قيل على لسان ابنه أن والده قد تحدث إليه بأفكاره الجديدة في أثناء تنزههما سيرا على الأقدام في غابة جرونيفالد من ضواحي برلين. فقد فسر بلانك في أثناء هذه النزهة، كيف أنه لمس إمكانية التوصل إلى كشف، بكل ما تحمله هذه الكلمة من معنى هذا الكشف ربما لا يضاهيه إلا اكتشافات نيوتن. لذا كان على بلانك أن يدرك في ذلك الوقت أن صياغته قد قاربت أسم وصفنا للطبيعة، وسيأتي اليوم الذي تنتقل فيه هذه الأسس من أوضاعها التقليدية الحاضرة إلى وضع جديد أكثر رسوخا ما زال مجهولا إن بلانك الذي كان محافظا في مجمل نظرته، لم يكن معجبا بهذه النتيجة على الإطلاق، الأمر الذي جعله يعلن عن فرض الكم في ديسمبر عام 1900.

كانت الفكرة القائلة إن الطاقة تنبعث أو تمتص في كميات منفصلة، فكرة جديدة تماما، بحيث لم يكن من الممكن أن تتكيف هذه الفكرة داخل الإطار التقليدي للفيزياء. لقد فشل بلانك في محاولة التوفيق بين فرضه الجديد وقوانين الإشعاع في النقاط الجوهرية. حيث استغرق الأمر خمس سنوات كي تأتي الخطوة التالية فــــي الاتجاه الجديد.

هذه المرة كان هناك شاب يدعى ألبرت أينشتين عبقري ثوري وسط الفيزيائيين، لم يخش أن يمضي بعيدًا عن المفاهيم القديمة. إلا إنه كان ثمة مسألتان مكنناه من الاستفادة من الأفكار الجديدة. الأولى كانت تدعى التأثير الكهرضوني، وتتلخص في انبعاث الإلكترونات من المعادن بفعل تأثير الضوء. أظهرت التجارب، بخاصة تجارب لينارد Lenard أن طاقة الإلكترونات المنبعثة لا تعتمد على شدة الضوء، بل فقط على لون هذا الضوء، أو على نحو أكثر دقة، على تردده. لم يكن هذا مفهوما على أساس النظرية التقليدية للإشعاع. ومن ثم تمكن اينشتين من تفسير الملاحظات بتفسير فرض بلانك القائل: إن الضوء يتكون من كمات من الطاقة التي تنتقل عبر المكان، ويلزم أن تكون طاقة الكم الواحد للضوء وفقا لاقتراض بلانك، مساوية لتردد الضوء مضروبا في ثابت بلانك.

أما المسألة الثانية كانت تتعلق بالحرارة النوعية للأجسام الصلبة. تفضي النظرية التقليدية إلى قيم للحرارة النوعية تتوافق مع الملاحظات التي تتم على درجات حرارة مرتفعة، لكنها تتعارض معها عند درجات الحرارة المنخفضة. كان اينشتين للمرة الثانية قادرا على إثبات أنه يمكن للمرء أن يفهم هذا المسلك بتطبيق فرضية الكم على الاهتزازات المرنة للذرات في الجسم الصلب. فقد أظهرت هاتان النتيجتان تقدما مهما وملحوظا لأنهما كشفتا عن وجود كم الفعل لبلانك، والذي يطلق عليه الفيزيائيون ثابت بلانك Plank's Constant)، في العديد من الظواهر والتي لم يكن لديها علاقة مباشرة بالإشعاع الحراري. كما كشفتا في الوقت ذاته، عن الطابع الثوري الأكثر عمقا للفرضية الجديدة، فقد أدت الأولى إلى وصف مختلف تماما للضوء عن الصورة الموجية التقليدية، فالضوء إما أن يتم تفسيره على أنه مكون من موجات كهرومغناطيسية، وفقا لنظرية ماكسويل، أو أنه يتكون من كمات الضوء، حزم من الطاقة تنتقل عبر المكان بسرعة فائقة، لكن هل يمكن الأخذ بكليهما معا ؟ كان أينشتين بطبيعة الحال على دراية أنه يمكن تفسير ظاهرة الحيود والتداخل على أساس الصورة الموجية فقط. لم يكن في استطاعته مناقشة التناقض التام بين الصورة الموجية وفكرة كمات الضوء، فضلا عن عدم محاولته إزالة التضارب في هذا التفسير، لقد نظر إلى هذا التعارض على أنه شيء يمكن ببساطه فهمه في وقت لاحق.

في أثناء ذلك، كانت تجارب كل من بيكريل Bergerel وكوري Curie وروز فورد Rutherford قد أدت إلى توضيح يتعلق ببنية الذرة. ففي عام 1911أثمرت نتائج ملاحظات رورفورد على تفاعل أشعة ألفا التي تنفذ خلال المادة عن نموذجه الذري الشهير. حيث تم تصوير الذرة على أنها نواة تحمل شحنات موجبة وتضم تقريبا الكتلة الكلية للذرة، تدور الإلكترونات حول النواة مثل الكواكب السيارة التي تدور حول الشمس. أما الرابط الكيميائي بين ذرات العناصر المختلفة فقد تم تفسيره على أنه تفاعل بين الإلكترونات الخارجية المتجاورة للذرات، وليس لها علاقة مباشر مع نواة الذرة. تحدد النواة المسلك الكيميائي للذرة من خلال شحنتها، والتي تحدد بدورها عدد الإلكترونات في الذرة المتعادلة بداية لم يكن نموذج الذرة قادرا على تفسير السمة الأكثر تميزا للذرة؛ أعني ثباتها الهائل، ليس ثمة نظام كوكبي يسير على نهج قوانين نيوتن الميكانيكية قادر على العودة إلى وضعه الأصلي بعد اصطدامه بنظام آخر مماثل، إلا إن ذرة عنصر الكربون على سبيل المثال، ستظل ذرة كربون بعد أي تصادم أو تفاعل يحدث في الرابط الكيميائي.

قدم بور تفسيرا لهذا الثبات الاستثنائى في عام 1913بتطبيق فرض الكـم لبلانك، فإذا كانت الذرة قادرة فقط على تغيير طاقتها عبر كمات الطاقة المنفصلة، فهذا يعني وجوب تواجد الذرة فقط في حالات الثبات المنفصلة، وهذا هو أدنى شيء بالنسبة للحالة الطبيعية للذرة، بناء على ذلك، فإن الذرة في نهاية المطاف ستعود دائما إلى حالتها الطبيعية بعد أي تفاعل.

استطاع بور أن يفسر ثبات الذرة عبر تطبيق نظرية الكم على النموذج الذري، ليس هذا فحسب، بل قدم تفسيرا نظريا للطيف الخطي Line Speera المنبعث من الذرة بعد تنشيطها بالتفريغ الكهربائي أو الحرارة. تقوم نظريته على مزيج من الميكانيكا الكلاسيكية لحركة الإلكترونات تحت شروط الكم، حيـث تـم فرضها على الحركات الكلاسيكية لتحديد حالات الثبات المنفصلة للنظام الذري. أما الصياغة الرياضيائية المنسقة لهذه الشروط فقد قدمت في وقت لاحق عبر سومرفيلد كان بور مدرك تماما لحقيقة أن شروط الكم تفسد أحيانا اتساق وتماسك الميكانيكا النيوتونية. فوفقا لنظرية بور يمكن للمرء أن يحسب ترددات الضوء المنبعث من حالة بسيطة لذرة هيدروجين، فضلا عن أن التوافق مع الملاحظات قد بلغ حد الكمال. بيد أن هذه الترددات كانت مختلفة عن الترددات المدارية وتوافقها مع الإلكترونات الدائرة حول النواة تجلت الحقيقة لأول وهلة بأن النظرية كانت وما زالت مفعمة بالمتناقضات بيد أنها تتضمن جزءا جوهريا من الحقيقة، فهـي تفسر بشكل كمي المسلك الكيميائي للذرات وأطيافها الخطية، ولقد تم التحقق من وجود حالات ثبات منفصلة عن طريق تجارب فرانك Franck وهيرتز Hertz وشتيرن Stern وجير لاخ Gerlach .

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

وزارة التعليم العالي تكرم جامعة العميد لحصولها على جائزة المكتبة الأكاديمية المتميزة

جمعية العميد تناقش استعداداتها لانطلاق فعاليات المؤتمر العلمي الرابع لإحياء تراث أمير المؤمنين (عليه السلام)

أكاديمية التطوير الإداري تواصل برنامج الخطة الخمسينية لعدد من ملاكات العتبة العباسية المقدسة

المجمع العلمي يواصل تقديم دورته التطويرية لعدد من الملاكات التربوية في الديوانية

المزيد

الآخبار الصحية

الرياضة وحدها لا تكفي.. كيف يؤثر الجلوس الطويل على الصحة؟

دراسة: بدائل السكر ليست آمنة على الكبد

تفاحة قبل النوم.. عادة بسيطة مفيدة أم خطر على الصحة؟

احذر مشاركتها مع الآخرين.. 3 أدوات شائعة قد تنقل أمراض خطيرة

المزيد

الآخبار التكنلوجية

الهنغاري لاسلو كراسناهوركاي يفوز بجائزة نوبل للآداب 2025

رسميا.. إعلان الفائز بجائزة نوبل للسلام لعام 2025

باحثون: تشات جي بي تي ونماذج الذكاء الاصطناعي يمكن "تسميمها"

عالمان في الأعصاب يرفعان دعوى قضائية ضد شركة آبل

المزيد

مواضيع ذات صلة

المنطق الصوري

عصر الصورية

كانط

قرن الفيزياء الصورية

لماذا نحتاج إلى تأويل؟(التأويل في ميكانيكا الكم)

إبستمولوجيا الفيزياء

اللايقينيات

مبدأ التتام(بين الواقع الكلاسيكي والاحتمالية الكمومية)

الرياضيات والواقع الفيزيائي(الكمومي)

رد الدالة الموجية

عودة من الصوري إلى المرئي حالة الكوانتم

ميكانيكا الكم والواقعية العلمية: تأملات ميتافيزيقية في الجسيمات