هل سمعتم من قبل عن التجربة التي القت الغطاء عن هويات الضوء وكشفت طبيعته ؟ وعلى اساسها بني علم وتفرع من الفيزياء وسمي ب((ميكانيكا الكم )) ؟ علم ما ان دخلت له الا وسترى وستسمع عن عجائب وحقائق لم تسمع بها من قبل لدرجة انك قد تشعر في اي لحظة انك لا تعرف شيئا عن كوننا!
ماهي ميكانيكا الكم ؟
قبل ان نتحدث بشكل مفصل عن تجربة الشق المزدوج ، دعونا نتحدث عن ماهية ميكانيكا الكم . ميكانيكا الكم او فيزياء الكم هو فرع مختص بدراسة الجسيمات الذرية والجسيمات الدون الذرية ، حيث اضطرت ميكانيكا الكم الى الظهور بعدما فشلت الفيزياء الكلاسيكية في تفسير العديد من الاسئلة . وقد تبين من خلال هذا العلم ان مكونات الذرة التي كنا نظن انها تتميز بخاصية جسيمية تتميز بخاصية موجية ايضا . بدات ميكانيكا الكم تظهر في القرن 20 م على يد اشهر مؤسسيها وهم ماكس بلانك ، نيلز بور ، هايزنبيرج ، ايروين شرودنجر ، البرت اينشتاين والعديد من العلماء الفيزياء .|1|
الجدل الواسع بين العلماء حول ماهية الضوء
كان هناك جدلا بين العلماء عن ماهية الضوء ، هل هو موجة كما كان يدعي العالم الهولندي هيجنز (1629 – 1695) م ؟ او كما قال نيوتن بان الضوء عبارة عن سيل من الجسيمات الدقيقة؟ كل واحد منهم تلقى دعم العديد من العلماء وحاول جاهدا دعم كلامه عبر تفسير الظواهر التي تحدث للضوء كالانكسار والانعكاس و سرعة انتقال الضوء في الاوساط المادية المختلفة كالماء و الهواء و ما الى ذلك . لكن وبالرغم من محاولات نيوتن الا ان المجتمع العلمي في ذلك الوقت كان يفضل موجية الضوء اكثر من اي شي اخر وهنا تدخل العالم البريطاني توماس يونغ (1773 – 1829 ) م بتجربته البسيطة وينهي الامر . |2|
توماس يونغ يحسم الجدل
قام العالم البريطاني الاصل توماس يونغ بتجربة وضحت موجية الضوء و انهت الجدال لفترة من الزمن ، مستخدما بذلك سيل من الضوء ، شقين ، والشاشة الحساسة . وفي هذه التجربة اطلق توماس شعاعا ضوئيا و جعل امامه شقين (فتحتين) ليمر منها و يظهر على شاشة حساسة . وبالتالي ان كان الضوء عبارة عن موجة سيظهر نمط التداخل (موجات) على الشاشة اللاقطة ، وان كان جسيم فسيظهر خطين على الشاشة فقط . ماظهر على شاشة كان نمط التداخل وذلك بسبب تداخل موجتا الضوء معا ، حيث ان تلاقي قمة الموجة الاولى مع قمة الموجة الثانية شكلا موجة بناءة والموجات البناءة هي الخطوط المضيئة البارزة على الشاشة لكن في حال تلاقي قمة موجة مع قاع موجة اخرى هنا يحصل العكس تماما وتسمى الموجات الهادمة وهي الخطوط المعتمة . وبهذا الشكل بين توماس موجية الضوء من خلال هذه التجربة البسيطة والذكية .|3|
لكن ماذا لو اطلقنا فوتونا تلو الاخر ؟
بعدما حسم توماس يونغ الجدل بتجربته الموضحة في الصورة الاعلى لفترة من الزمن ، و بين بان الضوء موجة لا جسيم كما كان يرى نيوتن وفريقه ، قرر العلماء اعادة التجربة ولكن هذه المرة سيطلق العلماء فوتونا واحدا تلو الاخر . وبالبفعل اعيدت التجربة ولكن مع هذا الفرق البسيط . منطقيا سيقول البعض اننا لو قمنا باطلاق فوتونا تلو الاخر سيظهر خطين على الشاشة لاننا في هذه المرة سنطلق جسيمات ، اذا لن يحدث نمط التداخل كما حدث في السابق وستعبر الفوتونات في خط مستقيم ، لكن ماظهر على الشاشة ترك العلماء في دهشة تامة .|4|
نعم بالفعل ماظهر على الشاشة كان غريبا ، فبعدما بدا العلماء باطلاق الفوتونات واحدة تلو الاخرى راو ان الفوتون كان يظهر على الشاشة في مكان عشوائي ولكن مع مرور الوقت ومع اطلاق للفوتونات بشكل اكبر بدا العلماء ملاحظة تكون خطوط مضيئة و خطوط معتمة ، الا يذكركم هذا بشيء؟؟ نمط التداخل الذي كونته الموجة ككل عاد وتكون حتى وباطلاقنا فوتون واحد تلو الاخر !! |5|
هل يوجد تفسير وراء ذلك ؟
استطاع العلماء بتفسير هذه الظاهرة بظاهرة التداخل الذاتي ومعنى ذلك ان الفوتون الواحد استطاع التداخل مع نفسه بشكل مشابه لما حصل في المرة الاولى حال اطلاقنا للفوتونات دفعة واحدة ، حيث تداخلت الفوتونات مع بعضها البعض مكونة هذا النمط ولكن هذه المرة تداخل الفوتون مع نفسه لاعطاء هذا النمط .|6|
إلى هذا الحد من التجربة عرفنا ان الفوتون تداخل مع نفسه بشكل مشابه لتداخل الفوتونات مع بعضها. لكن سرعان ما هتك هذا التفسير حال وضع العلماء لجهاز الكاشف الجزيئي . يقوم هذا الجهاز بالكشف عن الاجسام الصغيرة التي تمر من خلال هذا الشقين من مكان وضعه. عندما وضع الكاشف عند احد الشقين لمحاولة معرفة أي الشقين سلك الفوتون ، خرج العلماء بنتيجة تركتهم في حيرة عجيبة.
اظهرت نتيجة الكاشف الذي يعطي ضوءًا او صوتًا عند مرور جسيم بجانبه، أن 50% من اجمالي الفوتونات المطلقة الواحد تلو الآخر مرت من الشق الايمن و50% من الفوتونات مرت عبر الشق الايسر. إلا ان الشكل الذي تركته الفوتونات على الشاشة بعد إطلاق عدد كافٍ منها كان معضلةً. لقد ظهر خطين على الشاشة أي ان هذه الفوتونات اخذت مسارًا مستقيمًا ، لكن العلماء كانوا في حيرة تامة اين اختفى نمط التداخل ؟ .
والمثير للدهشة أننا لو تركنا الكاشف في مكانه "ووضيفته هنا هي كشف مرور البروتون بجانبه فقط ولا تأثير له على حركته إطلاقًا" وقمنا بفصله من مأخده الكهربائي أو مصدر طاقته. وقمنا بأعادة التجربة نفسها، النتيجه هي عودة الفوتونات لتأخذ مسارًا موجيا وتعطي إسقاطًا موجيا على الشاشة. وكأن الفوتونات شعرت بأننا لم نعد نراقب حركتها فعادت إلى التبعثر والتموج مجدداً. |7|
قطعة بلور تعقد الامور !
بعد كل هذه الامور التي ادهشت العلماء و جعلت من فضولهم المتواصل متاهة من يدخلها يعلق في دوامة صعبة الخروج ، قرر العلماء ان يحسموا الامر بوضع قطعة من الكريستال خلف الشقين والذي يتميز بقدرته على قسم الفوتون الى فوتونين متطابقين واحد سيرصده الكاشف والاخر ستلتقطه الشاشه الحساسه وكل هذا من اجل معرفة طريق الفوتون . الا ان الفوتون في هذه المرة كان وشيكا على قول : انا على معرفة بمراقبتي ! نعم لقد عاد وتكون خطين فقط مايدل على جسيمية الضوء والفوتون الذي مر تصرف كجسيم لانه بشكل او باخر عرف ان الفوتون الاخر المطابق له رصد ! نعم انه شيء مذهل ولا زالت الجهود تبذل من اجل التوصل الى تفسير مقنع. |8|
تجربة الشق المزدوج الفريدة من نوعها جعلتنا نسلط الضوء على العديد من الأمور التي لازلنا نجهلها عن ميكانيك الكم المذهلة، الذي جعلت العلماء والباحثين يكرسون اوقاتهم وجهودهم في محاولة تفسير ظواهره الغريبة والعجيبة في الوقت نفسه.
ولا ننسى أن تفسير تجربة الشق المزدوج او تجربة شقي يونغ كما يسميها البعض تخبئ لمن يستطيع حلها جائرة من اعظم جوائز العلوم وهي جائزة نوبل في الفيزياء.
المصادر:
|1|
|2|
|3||4||5||6|
|7|
|8|
كتابة:
هيا محمد غانم
"طالبة في المرحلة الثانوية، اهتم بعلم الفلك والفيزياء، والرسم كذلك."
هاجر احمد محمد
"طالبة في المرحلة الثانوية علوم الفلك يتربع على راس قائمة اهتماماتي، ولدي اهتمامات اخرى كالفيزياء ، الرياضيات ، الرسم وكتابة القصص."
مراجعة وتدقيق:
زهراء الزاكي
"خريجة بكالوريوس كيمياء - علوم الحياة، هاوية فلكية، مهتمة بعلوم الفيزياء وبكتابة المقالات والشعر العربي"