ميكانيك الكم
اللغز الكمومي
بدا النظام القديم للفيزياء بالتهاوي مع مطلع القرن العشرين لقد وقع المجتمع العلمي في اضطراب عظيم اثر سلسلةجديدة وجريئة من التجارب التي تحدت ثلاثة قرون من الفيزياء النيوتونية كان العالم يشهد بوضوح الام المخاض لولادة فيزياء جديدة تبرز من انقاض النظام القديم لكن ماحدث ان نظريتين لانظرية واحدة قد برزتا من خضم ذلك الاضطراب .
كان اينشتاين رائد النظرية الاولى ــ النسبية ــ وركز جهوده على فهم طبيعة القوى كاجاذبية والضوء .
ارست نظرية اخرى قواعد فهم طبيعة المادة كانت تلك النظرية هي ميكانيك الكم الذي يحكم عالم الجسيمات الذرية وقد ابدعها عملاق اخر من عمالقة الفيزياء هو ورنر هايزنبرغ بمساعدة بعض معاونيه
عملاقان من عمالقة الفيزياء
تمازج قدرا اينشتاين وهايزنبرغ على نحو غريب وعبر مناح عديدة على الرغم من ان العالمين ابدعا نظريتين متباينتين كان كلاهما من اصل الماني كما حرصا كل منهما على تحدي المنظوكات افكرة لمن سبقه وقد هيمن الرجلان على الفيزياء الحديثة وحددت مكتشفاتهما مسار الفيزياء لاكثر من نصف قرن .
وكلاهما قدم اكبر عطاءاته في سن مبكرة كان اينشتاين في السادسة والعشرين عندما ابدع النسبية الخاصة اما هايزنبرغ فلم يكن له من العمر الا اربعة وعشرين عاما عندما ارسى القواعد الاساسية لميكانيك الكم ( وقد كان قد اتم بحثه للدكتوراه في سن الحادية والعشرين ) ونال جائزة نوبل للسلام في الثانية والثلاثين .
لقد جرف التيار الفكري المتصاعد كلا من اينشتاين وهايزنبرغ ذلك التيار الذي كان مسؤولا عن ازدهار العلوم والفنون فيالمانيا مع مطلع هذا القرن وكان لزاما على كل العلماء الموهوبين الواعدين بتحقيق قفزات متقدمه في الفيزياء ان يحجو الى المانيا اولا ( كان ذلك شان احد الفيزيائين الامريكين في نهاية العشرينات من هذا القرن اذ انه ارتحل الى غوتنجن متاثرا بالاحباط الذي الم به نتيجة تدنى مستوى الفيزياء في الولايات المتحدة انذاك وبحث هناك عن سادة ميكانيك الكم بهدف التعلم منهم كان هذا الفيزيائي هوج روبرت اوبهايمر الي اصبح فيما بعد اول صانع للقنبلة الذرية )
تاثر قدرا العالمين ايضا بالجانب المظلم من تاريخ المانيا اي تصاعد العقلية العسكرية والديكتاتورية البروسية وعندما بدا واضحا عام 1933م ان الفاشيين استهلوا حقبة من الاضطهاد والقمع فر اينشتاين من المانيا طالبا النجاة بحياته اما هايزنبرغ فقد بقي في المانيا بل وشارك في مشروع هتلر لانتاج القنبلة الذرية والواقع ان وجود مشاهير الفيزيائين من امثال هايزنبرغ في المانيا هو الذي دعا اينشتاين لتوجيه رسالته المشهورة الى الرئيس الامريكي فرانكلين روزفلت عام 1939م طالبا منه تصنيع القنبلة الذرية وقد كشف مؤخرا احد العملاء القدماء للمخابرات الامريكية النقاب عن المخاوف البيرة التي خلقها هايزنبرغ لدى الحلفاء لدرجة انهم اعدوا خططا انذاك لاغتياله ان لزم الامر في حالة مضي هتلر بمشروعه لانتاج القنبلة الذرية .
لم يقتصر امر التمازج بين الرجلين على قدريهما وحسب بل ان ابدعاتهما العلمية كانت مترابطه الى حد كبير شكلت النسبية العامة التفة الرئيسية لاينشتاين وقد باشرت هذه النظريه لاجابة عن تساؤلات اقضت مضجع المفكرين لمئات السنين هل هناك بدء ونهاية للزمان ؟ اين تقع ابعد نقطة في الكون وماذا يوجد بعدها ؟ مالذي حدث لحظة البدء ؟
بالمقابل تصدى هايزنبرغ وزملاؤه من امثال اروين شرودينغر والفيزيائي الدنماركي نيلز بور للاسئلة المعاكسة تماما : ماهو اصغر جسم في الكون ؟ هل يمكن تقسيم المادة الى اجزاء اصغر واصغر بلا توقف ؟ وقد صاغ هايزنبرغ وزملاؤه مبادىء ميكانيك الكم في خضم مواجهتهم لهذه التساؤلات .
تبدو هاتان النظريتين متعاكستين في اوجه كثيرة فبينما تعنى نظرية النسبية العامة بحركات المجرات والكون يسبر ميكانيك الكم بالمقابل عالم الجسيمات الادنى من الذرة . ان النظرية النسبية في الاصل نظرية عن حقول القوى التي تتخلل الفضاء بشكل مستمر ( نستطيع مثلا مقارنة حقل الجذب الثقالي بالاغشية الشبيهة بنسيج العنكبوت التي تطفو في الهواء حين يصفو الجو وتنتشر حتى مسافات بعيدة ) وبشكل مغاير يمكن تصنيف ميكانيك الكم كنظرية عن المادة الذرية التي تتحرك ابطاء من الضوء بكثير ويبدو حقل القوة في ميكانيك الكم وكانه يشغل باستمرار ونعومة كل الفضاء لكن التفحص الدقيق يبين انه مجزاء في كموم منفصلة فالضوء مثلا يتكون من رزم دقيقة من الطاقة تدعى الفتونات .
لاتستطيع اي من النظريتين منفصلة تفسير الطبيعة على نحو مرض فكل منهما توجب الاخرى وتكملها ان مافعل اينشتاين من دفعه دون جدوى نظريته النسبية الى حدها النهائي لهو اكبر دليل على ان النسبية وحدها لاتكفي كقاعدة لنظرية المجال الموحد كذلك شان ميكانيك الكم فبدون النسبية لايستطيع الا حساب السلوك الذري دون ان دلف داخل النواة او يتناول الجذب الثقالي بمقياسه الواسع .
لقد استغرق دمج النظريتين الجهود الجبارة لعشرات الفيزيائين النظريين خلال النصف قرن الاخيرة ولم يستطع الفيزيائين تحقيق صياغة مشتركة للنظريتين الا في السنوات الاخيرة الماضية وبمساعدة نظرية الوتر الفائق .
بلانك الثوري الرافض
ولدت النظرية الكمومية عام 1900م عندما اربكت الفيزيائين ظاهرة عرفت باسم ( اشعاع الجسم الاسود) كان الفيزيائيون غير قادرين مثلا على تفسير المسالة التالية : لماذا يحمر القضيب الفولاذي اذا تم تسخينه الى درجات عالية ثم يتوهج وينقلب الى الابيض . ولماذا تحمر الحمم البركانية وتتوهج لدى اندفاعها من بركان ثائر .
لم تستطع نظريات الفيزيائين انذاك بالتبوء بلوني التوهج الاحمر ولابيض تلك النظريات التي كانت ترى في الضوء ظاهرة موجية يمكنها لاهتزاز باي تردد لابل ان التنبؤات السالفة انطوت على ضرورة انطلاق طاقة اشعاعية لا نهاية لها عند الترددات العالية الامر الذي كان ضربا من ضروب المحال عرف هذا المازق ( بالكارثة فوق البنفسجية ) ( حيث تعني صفة فوق البنفسجية هنا الترددات العالية وحسب ) وحير العلماء لعدة سنوات .
وجد الفيزيائي الالماني ( ماكس بلانك حلا لهذه المعضلة عام 1900م كان استاذا في جامعة برلين حيث كانت تجرى ادق التجارب في حقل اختبار الجسم الاسود وكان بلانك وزوجته يمضيان بصحبة بعض الاصدقاء يوما من ايام الاحاد في منزلهما عندما اطلع احدهم بالمصادفة وهو ( هنريخ روبنز ) ماكس بلانك على احدث مكتشفاته في الحقل المذكور بعد مبارحة روبنز تبين لماكس بلانك انه يستطيع صياغة معادلة باستخدام حيلة رياضية بسيطة تستطيع تفسير معلومات روبنز بدقة بالغة وفي غمرة بهجته ارسل بلانك في تلك الامسية بطاقة بريدية الى روبنز يخبره فيها بنبا اكتشافه .
عندما تقدم بلانك في ذلك الشهر الى جمعية برلين للفيزياء بمحتوى انجازه كان بالغ التواضع غير اكيد بما قد يترتب على نظريته تضمنت افكار بلانك ما افاد بان الاشعاع لم يكن موجي الطبيعة بشكل كلي كما كان الفيزيائيون يعتقدون بل ان انتقال الطاقة يحدث في رزم منفصلة محددة وحذر بلانك في بحثه المقدم عام 1900م من ان ( الخبرة وحدها كفيلة باثبات صحة هذه الفرضية في الطبيعة ).
بدا واضحا لبلانك كيف اغفل الفيزيائيون البنية الحبيبية للطاقة ذلك ان رزم الطاقة كانت بالغة الضالة ( تحددها الكمية التي تساوي 10*6/5 -27 ارغ ثانية وتعرف اليوم باسم ثابت بلانك تخليدا لذكرى العالم الكبير ) ان هذا العدد الصغير لدرجة اننا لانتحسس الاثار الكمومية في حياتنا اليومية .
واجه الفيزيائيين بشك كبير افكار بلانك الجديدة وما ينجم عنها خاصة ان الضوء متقطع وليس مستمرا كانت فكرة ان الضوء يمكن تجزئته الى كموم تسلك سلوك الجسيمات نمط من انماط التعليل بالمحال .
بعد خمس سنوات في عام 1905م دفع اينشتاين بالنظرية الكمومية ( وكان فيزيائيا مغمرا ) الى مرحلة اعلى عندما ابدع نظرية ( الاثر الكهروضوئي ) وبخلاف بلانك الذي كان رافضا وثوريا وجزوعا وكان مزاجه اقرب الى
