كم (فيزياء)
تعريفًا بالموضوع، الكم في الفيزياء (بالإنجليزية: quantum وجمعها quanta) هو مصطلح فيزيائي يستعمل لوصف أصغر كمّية يمكن تقسيم بعض الصفات الطبيعية إليها، مثل الطاقة فهي تنتقل في هيئة كم، أي وحدات صغيرة لا يوجد أصغر منها؛ والشحنة الكهربائية هي كذلك كمومية فأصغر وحدة منها هي الشحنة الأولية شحنة الإلكترون، وكذلك اتجاه المجال المغناطيسي للإلكترون +1/2 أو -1/2 أو للبروتون، كذلك +1/2 أو -1/2. معنى ذلك أن للبروتون والإلكترون، كل منهما يلف في حركة مغزلية إما في اتجاه عقرب الساعة أو بعكس اتجاه عقرب الساعة. يسمى هذان الإتجاهان أحيانا «أعلى» و«أسفل». وتعرض الأقسام التالية جوانب أخرى من الموضوع.
من جهة ثانية، واتضح من تجربة ألبرت اينشتاين بخصوص دراسة التأثير الكهروضوئي أنه يمكن التعامل مع الفوتون كجسيم وكشعاع ضوء في نفس الوقت، فهو يسلك مسلك الجسيمات أحيانا ويسلك مسلك الأشعة الكهرومغناطيسية أحيانا أخرى.
إضافةً إلى ذلك، وفي سنة 1905 اضطر ألبرت أينشتاين عند دراسته إثارة إلكترونات الذرة بواسطة أشعة ضوئية إلى استخدام تعبير «كم ضوئي» light quantum. إذ وجد أن الذرة تثار عند امتصاصها لضوء ذو ترددات معينة (انظرالتأثير الكهروضوئي). ومنذ ذلك الحين أطلقت على تلك الكمات من الطاقة تسمية فوتون.
إذا نظرنا إلى فهو شعاع ضوء تبلغ طاقته ويسمى فوتون.
علاوةً على ذلك، اكتشفت «الظاهرة الكمومية» في عام 1900 على يد العالم الفيزيائي الألماني ماكس بلانك. اكتشفها أَثْنَاء دراسته للإشعاع الحراري للجسم الأسود. تبين له أن الجسم الأسود لا يمتص أو يصدر الأشعة الحرارية في جميع الترددات، وإنما يمتصها ويصدرها بكميات معينة «كمومية».
في هذا الإطار، ووجد أن مستويات الطاقة تزداد بأعداد صحيحة: 1، 2، 3... وهكذا، حيث h ثابت بلانك ووحدته جول.ثانية، و التردد. أي أنها تنتقل ب «كمات» معينة، لا يوجد أصغر منها.
أمثلة لخصائص كمومية
غلوون كم حقل القوة الذي ينقل القوة الشديدة،
كم زخم دوران جسيم،
جرافيتون Graviton كم حقل الجاذبية.
الفونون كم موجات اهتزازية للذرات في الأجسام الصلبة.
ماغنون Magnon كم الإثارة المغناطيسية.
وعلى صعيد آخر، البلازما كم حالة مثارة في الأجسام الصلبة، تهتز فيها حاملات الشحنات المختلفة مع بعضها البعض،
الفوتون كم للمجال الكهرومغناطيسي.
كم، وذرات، وميكانيكا الكم
وعلى صعيد آخر، كما اتضح أن الطبيعة تسلك في أحجامها الصغرية، أحجام الذرة والجزيئات وما دون الذرة، مسلكاً غير الذي نعهده في الأحجام الكبيرة المعهودة، فلا تزداد الطاقة بإستمرار وإنما تزداد وتنقص بكمات صغيرة يتحكم فيها الثابت الطبيعي ثابت بلانك h. هذا كان الجديد العجيب الذي أوسع من معرفتنا عن تركيبة الكون وطبيعة الأشياء في النطاق الصغري.
في هذا الإطار، وطور العلماء بمفهومهم الجديد طرق حساب خصائص الذرات والجزيئات، وكان ابتكار ميكانيكا الكم عام 1923 على يد العالم الألماني هايزنبرج الذي استطاع تفسير خطوط طيف الهيدروجين حسابياً، وهو الشيء الذي لم تستطعه الميكانيكا التقليدية القديمة. ثم جاء العالم النمساوي شرودنجر وطور طريقة رياضية في التعامل مع تلك الأنظمة الصغرية، حيث استعاض عن وصف الإلكترون بأنه جسيم نقطي، ووضعه في هيئة دالة موجية في معادلته المعروفة بمعادلة شرودنغر، واستطاع بواسطتها في عام 1924 الحصول على نفس النتائج التي حصل عليها هايزنبرج من قبل، ولكن بطريقة أسهل. وأتاح تطوير معادلة شرودنجر تفسير سلوك أنظمة صغرية أخرى مثل ذرة الهيليوم التي تتكون من إلكترونين في الغلاف الذري، وكذلك تفسير بعض الجزيئات حيث ترتبط عدة ذرات مع بعضهم البعض. وأصبحت ميكانيكا الكم هي الوسيلة الرياضية للتعامل مع الظواهر الطبيعية في الإطار الصغري، كما طورت خلال الخمسينيات من القرن الماضي إلى كهروديناميكا كمية لتفسير أعمق للكهرومغناطيسية.
الزخم المغزلي
- اكتشف لاحقًا أن جميع الجسيمات الأولية تتصف بأن لها كم مغزلي، بحسب أصنافها:
- حيث: ثابت بلانك المخفض.
- ملاحظات
- المراجع
- اقرأ كذلك
- ذرة الهيدروجين
- رمز تعبير
- عدد كم مداري
وفي السياق ذاته، كما أعطي للبروتون العزم المغزلي لتفسير بعض الشذوذ في الحرارة النوعية لغاز الهيدروجين، وكان ذلك في سنة 1928 .
وعلى صعيد آخر، العزم المغزلي Spin لأي جسيم أولي يكون ثابتا لا يتغير. وحتى باعتبار ان الجسيم نقطيا (أي ليست له مقاييس) وكانت طاقة حركته صفرا، فهو له عزمه المغزلي. توجد حتى الآن جسيمات ذات عزم مغزلي و و
- ، ونجد فيها ثابت بلانك المخفض الذي يمثل «كم الشغل» وعدد
- وهو ما يسمى عدد كم مغزلي.
- اكتشف أن للإلكترون عزما مغزليا لأول مرة في سنة 1925 وهو يساوي
- وكان ذلك لتفسير بعض ظواهر اطياف الذرات.
- (اكتشاف العزم المغزلي للإلكترون (اقرأ عزم مغزلي).
📝 هل في هذه المقالة خطأ؟
إذا وجدت معلومة تحتاج تصحيحاً أو إضافة، أو أردت حذف المقالة، أرسل لنا طلباً وسنراجعه.
ما رأيك في هذه المقالة؟