Tweet
ما هو مبدأ الريبة في نظرية الكم لهايزنبرغ ؟
يعتبر مبدأ عدم التأكد أو مبدأ الريبة أو مبدأ اللايقين من أهم المبادئ في نظرية الكم بعد أن صاغه العالم الألماني هايزنبرج عام 1925 وينص هذا المبدأ على أنه لا يمكن تحديد خاصيتين مقاستين من خواص جملة كمومية إلا ضمن حدود معينة من الدقة، أي أن تحديد أحد الخاصيتين بدقة متناهية (ذات عدم تأكد ضئيل) يستتبع عدم تأكد كبير في قياس الخاصية الأخرى، ويشيع تطبيق هذا المبدأ بكثرة على خاصيتي تحديد الموضع والسرعة لجسيم أولي. فهذا المبدأ معناه أن الإنسان ليس قادرا على معرفة كل شيء بدقة 100%. ولا يمكنه قياس كل شيء بدقة 100%، إنما هناك قدر لا يعرفه ولا يستطيع قياسه. وهذه الحقيقة الطبيعية تخضع للمعادلة المكتوبة أدناه والتي يتحكم فيها h ثابت بلانك.
ونتائج هذا المبدأ شيء هائل حقاً، فإذا كانت القوانين الأساسية للفيزياء تمنع أي عالماً مهما كانت له ظروفا مثالية للحصول على معلومات مؤكدة تماما. فما يقوم بقياسه يحتوي طبيعيا على قدر من عدم الدقة لا يستطيع تخطيه ، لأنه قانون طبيعي . فهذا هو منطوق مبدأ عدم التأكد . ومعنى ذلك أنه لا يستطيع أن يتنبأ بحركة الأشياء مستقبلاً بدقة متناهية، بل تظل هناك نسبة ولو صغيرة من عدم التأكد . ومعنى هذا المبدأ أنه مهما كان الإحكام وتطوير وسائلنا في القياس فلن يمكننا ذلك من التوصل إلى معرفة كاملة للطبيعة من حولنا.
وقد وصف هايزنبرج تلك النتيجة الباهرة لمبدأ عدم التأكد عندما نفي سريان المقولة :" أنه يمكننا معرفة المستقبل إذا عرفنا الحاضر بدقة " وقال : إن عدم استطاعتنا معرفة المستقبل لا تنبع من عدم معرفتنا بالحاضر ، وإنما بسب عدم استطاعتنا معرفة الحاضر" .
ومبدأ عدم التأكد، أو عدم اليقين معناه أن علم الفيزياء لا يستطيع أن يفعل أكثر من أن تكون لديه تنبؤات إحصائية فقط. فالعالم الذي يدرس النشاط الإشعاعي للذرات مثلا، يمكنه أن يتنبأ فقط بأن من كل ألف مليون ذرة راديوم مليونان فقط سوف يصدران أشعة جاما في اليوم التالي، لكنه لا يستطيع معرفة أي ذرة من مجموع ذرات الراديوم سوف تفعل ذلك. ويمكننا القول أنه كلما زادت عدد الذرات كلما قل عدم التأكد وكلما نقص عدد الذرات كلما زاد عدم التأكد. وكانت هذه النظرية مـُقلقة للعلماء في وقتها لدرجة أن عالماً كبيراً مثل أينشتاين قد رفضها أول الأمر. وهو الذي قال " إن عقلي لا يستطيع أن يتصور أن الله يلعب النرد بهذا الكون" متناسياً إدراكه الشخصي. ومع ذلك لم يجد العلماء أمامهم إلا قبول هذه النظرية التي إهتدى إليها هايزنبرج والتي وضحت للإنسان خاصية هامة من خواص هذا الكون.
الصيغة الرياضية لمبدأ عدم التأكد :
حيث :
عدم التأكد في كمية الحركة.
عدم التأكد للموقع.
ثابت بلانك.والمعادلة تقول أن حاصل ضرب الخطأ في تعيين موضع الجسيم في الخطأ في تعيين زخم حركتة لا بد وأن يكون أكبر من المقدار
وعلى ذلك لا يمكن أن يكون حاصل ضرب الخطأ للموقع في الخطأ في تعيين زخم حركة الجسيم لا يمكن أن تكون صفرا . وهذا ما أدهشه وأدهش العلماء آنذاك واحتج الكثيرون على تلك النتيجة واعتبر بعضهم أن حسابات هايزنبرج هراء ، واشتدت المناقشات وأجريت تجارب واقعية وتجارب تخيلية لتفنيد هذا المبدأ ، ولكن ثبتت صحة المبدأ عمليا وفكريا ، وأصبح هذا المبدأ من مفاهيمنا الحديثة للطبيعة ، وعمل على تعميق جذري لفهنا للطبيعة حولنا وفي الكون بصفة عامة .عدم التأكد الحاصل هو نتيجة أيضا لعملية القياس نفسها، والتي تؤثر فيها أجهزة القياس على الكميات المقاسة، بما فيها الضوء المستخدم نفسه. فعلى هذا المستوي الصغير ، عند التعامل مع ذرات و جزيئات وجسيمات أولية نقوم بتصويب فوتونات لقياس سرعة الجسيم بدقة معينة ، ثم نصوب فوتونا آخر لقياس موضع الجسيم ، ولنظرا لأن الفوتون له طاقة تقوم بدفع الجسيم عند الاصتدام به فيتغير موضعه ، وبالتالي فإننا لا نستطيع تحديد موقعه بدقة ولا تحديد سرعته بدقة .
وطبقا إلى إحدى صيغ مبدأ عدم التأكد أن الطاقة والزمن تحكمهما العلاقة : [1]
حيث E الطاقة ، و t الزمن
و h ثابت بلانك.
-----------------------------
كتاب مبدأ الريبة
اينشتاين, هيزنبرج, بور
والصراع من أجل روح العلم
من تأليف الفيزيائي ديفيد لندلي
الكتاب مترجم للعربية وحجمة حوالي 10 ميجا
كتاب يتحدث عن ظهور "مبدأ الريبة" أو "مبدأ عدم التأكد" لهايزنبرغ والصراع في القناعات بين جماعة بور وهايزنبراغ ضد أينشتاين و من شايعه في رفض الاحتمالية في الفيزياء كـ :شرودنغر
الكتاب يتحدث أيضا عن جغرافية الفيزياء الجديدة في بداية القرن العشرين : ظهور فيزياء الكم في ألمانيا مع ماكس بلانك وفكرة الذرة مع روذرفورد في بريطانيا ثم بور في الدنمارك ثم مبدأ عدم التأكد في ألمانيا مع هايزنبارغ , كذلك تحدث الكاتب في آخر الكتاب عن تفرق هؤلاء بعد وصول النازيين إلى الحكم وانتقال الثقل العلمي إلى العالم الجديد.
أهم شيء هو هل مايقدمه علم ميكانيكا الكم من تقبل للإحتمالية كما هي أو هو اعتبار أن ذلك نقاصان وأن من روح العلم أنه ستجيء مع تقدم العلم نظريات أخرى تستبدل الاحتمال باليقين.
قصة قطة شرودنغر المستعارة من فكرة لأينشتاين لإثبات التناقض في الاحتمالية تقول:
اقتباس:
تخيل شرودنغر تجربة ذهنية تم فيها حبس قطة داخل صندوق مزود بغطاء, وكان مع القطة عداد جيجر وكمية ضئيلة من مادة مشعة بحيث يكون احتمال تحلل ذرة واحدة خلال ساعة ممكنا. إذا تحللت ذرة فان عداد جيجر سوف يطرق مطرقة تكسر بدورها زجاجة تحتوي حامض الهدروسيانيك الذي يسيل ويقتل القطة فوراً. والآن يقف المشاهد أمام الصندوق المغلق ويريد معرفة هل القطة حية أم ميتة ؟ (من وجهة نظر ميكانيكا الكم، توجد القطة بعد مرور الساعة في حالة مركبة من الحياة والموت). وعندما يفتح المشاهد الصندوق يري القطة إما ميتة أو حية وهذا ما نتوقعه في حياتنا اليومية، ولا نعرف حالة تراكب بين الحياة والموت.
What is the Heisenberg Uncertainty Principle?
Comment