بطاقات

فيزياء الكم: لا يوجد مراقب - لا يهم. جسيمات مصغرة مجزأة من المادة في فيزياء الكم

نظرية الكم وبنية المادة

دبليو هايزنبرغ

لقد مر مفهوم "المادة" بتغييرات متكررة عبر تاريخ التفكير البشري. لقد تم تفسيرها بشكل مختلف في الأنظمة الفلسفية المختلفة. عندما نستخدم كلمة "مادة"، يجب أن نضع في اعتبارنا أن المعاني المختلفة المرتبطة بمفهوم "المادة" لا تزال محفوظة بشكل أو بآخر في العلم الحديث.

الفلسفة اليونانية المبكرة، من طاليس إلى علماء الذرة، التي سعت إلى بداية واحدة في التغيير الذي لا نهاية له لكل الأشياء، صاغت مفهوم المادة الكونية، المادة العالمية التي تخضع لكل هذه التغييرات، والتي تنشأ منها كل الأشياء الفردية والتي تتحول إليها في النهاية مرة أخرى. تم تحديد هذه المادة جزئيًا مع مادة معينة - الماء أو الهواء أو النار - وجزئيًا لم تُنسب إليها أي صفات أخرى غير صفات المادة التي تصنع منها جميع الأشياء.

في وقت لاحق، لعب مفهوم المادة دورا مهما في فلسفة أرسطو - في أفكاره حول العلاقة بين الشكل والمادة، والشكل والمضمون. كل ما نلاحظه في عالم الظواهر يتكون من مادة. وبالتالي، فإن المادة ليست حقيقة في حد ذاتها، ولكنها لا تمثل سوى إمكانية، "قوة"؛ وهي موجودة فقط بفضل الشكل 13. في الظواهر الطبيعية، ينتقل "الوجود"، كما يسميه أرسطو، من الإمكانية إلى الواقع، إلى الواقع. شيء تم إنجازه بالفعل، وذلك بفضل النموذج. بالنسبة لأرسطو، المادة ليست أي مادة محددة، مثل الماء أو الهواء، ولا هي الفضاء النقي؛ لقد تبين، إلى حد ما، أنها ركيزة جسدية غير محددة، تحتوي في داخلها على إمكانية الانتقال، بفضل الشكل، إلى ما حدث بالفعل، إلى الواقع. ومن الأمثلة النموذجية لهذه العلاقة بين المادة والشكل في فلسفة أرسطو هو التطور البيولوجي، حيث تتحول المادة إلى كائنات حية، وكذلك خلق الإنسان عملاً فنياً. ومن المحتمل أن يكون التمثال موجوداً في الرخام قبل أن يتم نحته بواسطة النحات.

فقط في وقت لاحق، بدءا من فلسفة ديكارت، أصبحت المسألة كشيء أولي تتعارض مع الروح. هناك جانبان متكاملان للعالم، المادة والروح، أو، كما قال ديكارت، "الدقة الممتدة" و"الدقة المفكرة". وبما أن المبادئ المنهجية الجديدة للعلوم الطبيعية، وخاصة الميكانيكا، استبعدت اختزال الظواهر الجسدية في قوى روحية، فلا يمكن اعتبار المادة إلا حقيقة خاصة، مستقلة عن الروح الإنسانية وأي قوى خارقة للطبيعة. يبدو أن المادة خلال هذه الفترة قد تكونت بالفعل، ويتم تفسير عملية التكوين من خلال سلسلة سببية من التفاعلات الميكانيكية. لقد فقدت المادة بالفعل ارتباطها بـ “الروح النباتية” للفلسفة الأرسطية، وبالتالي فإن الثنائية بين المادة والشكل في هذا الوقت لم تعد تلعب أي دور. وربما كانت فكرة المادة هذه هي المساهمة الأكبر في ما نفهمه الآن من كلمة "مادة".

وأخيرا، في العلوم الطبيعية في القرن التاسع عشر، لعبت ثنائية أخرى دورا هاما، وهي الثنائية بين المادة والقوة، أو كما قالوا آنذاك، بين القوة والمادة. يمكن أن تتأثر المادة بالقوى، ويمكن أن تسبب المادة حدوث قوى. فالمادة مثلاً تولد قوة الجاذبية، وهذه القوة بدورها تؤثر عليها. وبالتالي فإن القوة والمادة هما جانبان يمكن تمييزهما بوضوح عن العالم المادي. وبما أن القوى هي أيضًا قوى تكوينية، فإن هذا التمييز يقترب مرة أخرى من التمييز الأرسطي بين المادة والشكل. من ناحية أخرى، وبالتحديد فيما يتعلق بالتطور الأخير للفيزياء الحديثة، فإن هذا الاختلاف بين القوة والمادة يختفي تمامًا، لأن كل مجال قوة يحتوي على طاقة وفي هذا الصدد يمثل أيضًا جزءًا من المادة. يتوافق كل مجال قوة مع نوع معين من الجسيمات الأولية. الجسيمات ومجالات القوة ليست سوى شكلين مختلفين من مظاهر نفس الواقع.

عندما يدرس العلم الطبيعي مشكلة المادة، عليه أولاً أن يدرس أشكال المادة. يجب أن يصبح التنوع والتنوع اللانهائي لأشكال المادة موضوعًا مباشرًا للدراسة؛ يجب أن تهدف الجهود إلى إيجاد قوانين الطبيعة، والمبادئ الموحدة التي يمكن أن تكون بمثابة خيط إرشادي في هذا المجال الذي لا نهاية له من البحث. لذلك، ركزت العلوم الطبيعية الدقيقة وخاصة الفيزياء منذ فترة طويلة اهتماماتها على تحليل بنية المادة والقوى التي تحدد هذا الهيكل.

منذ أيام جاليليو، كانت الطريقة الرئيسية للعلوم الطبيعية هي التجربة. وقد أتاحت هذه الطريقة الانتقال من الدراسات العامة للطبيعة إلى دراسات محددة، لتحديد العمليات المميزة في الطبيعة، والتي على أساسها يمكن دراسة قوانينها بشكل مباشر أكثر من الدراسات العامة. وهذا هو، عند دراسة بنية المادة، من الضروري إجراء تجارب عليها. ومن الضروري وضع المادة في ظروف غير عادية لدراسة تحولاتها في هذه الظروف، آملين بذلك معرفة بعض السمات الأساسية للمادة التي تبقى محفوظة رغم كل تغيراتها المرئية.

منذ نشأة العلوم الطبيعية الحديثة، كان هذا أحد أهم أهداف الكيمياء، حيث توصلوا إلى مفهوم العنصر الكيميائي في وقت مبكر جدًا. المادة التي لا يمكن أن تتحلل أو تتفكك أكثر بأي من الوسائل المتاحة للكيميائيين في ذلك الوقت: الغليان، الحرق، الذوبان، الخلط مع مواد أخرى، كانت تسمى "عنصر". كان إدخال هذا المفهوم هو الخطوة الأولى والأكثر أهمية في فهم بنية المادة. وبالتالي تم تقليل تنوع المواد الموجودة في الطبيعة إلى عدد صغير نسبيًا على الأقل من المواد والعناصر الأبسط، وبفضل هذا تم إنشاء نظام معين بين ظواهر الكيمياء المختلفة. ولذلك تم تطبيق كلمة "ذرة" على أصغر وحدة من المادة التي تشكل جزءًا من عنصر كيميائي، ويمكن تمثيل أصغر جسيم في مركب كيميائي بصريًا كمجموعة صغيرة من الذرات المختلفة. وتبين أن أصغر جسيم من عنصر الحديد، على سبيل المثال، هو ذرة حديد، وأصغر جسيم ماء، وهو ما يسمى بجزيء الماء، يتكون من ذرة أكسجين وذرتين هيدروجين.

وكانت الخطوة التالية والتي لا تقل أهمية تقريبًا هي اكتشاف حفظ الكتلة في العمليات الكيميائية. على سبيل المثال، إذا تم حرق عنصر الكربون وتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون، فإن كتلة ثاني أكسيد الكربون تساوي مجموع كتلتي الكربون والأكسجين قبل بدء العملية. أعطى هذا الاكتشاف لمفهوم المادة معنى كميًا في المقام الأول. وبغض النظر عن خواصها الكيميائية، يمكن قياس المادة بكتلتها.

خلال الفترة التالية، وخاصة في القرن التاسع عشر، تم اكتشافه رقم ضخمجديد العناصر الكيميائية. وفي عصرنا هذا، تجاوز عددها 100. لكن هذا العدد يوضح بشكل قاطع أن مفهوم العنصر الكيميائي لم يوصلنا بعد إلى النقطة التي يمكن من خلالها فهم وحدة المادة. إن الافتراض بأن هناك العديد من أنواع المادة المختلفة نوعياً، والتي لا توجد بينها روابط داخلية، لم يكن مرضياً.

وبحلول بداية القرن التاسع عشر، تم بالفعل العثور على أدلة لصالح وجود علاقة بين العناصر الكيميائية المختلفة. يكمن هذا الدليل في حقيقة أن الأوزان الذرية للعديد من العناصر تبدو وكأنها مضاعفات صحيحة لأصغر وحدة تقارب الوزن الذري للهيدروجين. كما أن تشابه الخواص الكيميائية لبعض العناصر يدل على وجود هذه العلاقة. ولكن فقط من خلال تطبيق قوى أقوى بعدة مرات من تلك التي تعمل في العمليات الكيميائية، كان من الممكن إقامة روابط حقيقية بين العناصر المختلفة والاقتراب من فهم وحدة المادة.

وقد تم لفت انتباه الفيزيائيين إلى هذه القوى بعد اكتشاف بيكريل للتحلل الإشعاعي في عام 1896. وفي الدراسات اللاحقة التي أجراها كوري ورذرفورد وآخرون، تم إثبات تحول العناصر في العمليات المشعة بوضوح. وقد انبعثت جسيمات ألفا في هذه العمليات على شكل شظايا من الذرات ذات طاقة أكبر بحوالي مليون مرة من طاقة جسيم واحد في عملية كيميائية. وبالتالي، يمكن الآن استخدام هذه الجسيمات كأداة بحثية جديدة الهيكل الداخليذرة. كان النموذج النووي للذرة، الذي اقترحه رذرفورد في عام 1911، نتيجة لتجارب تشتت جسيمات ألفا. وأهم ما يميز هذا النموذج الشهير هو انقسام الذرة إلى جزأين مختلفين تماما - النواة الذرية والأغلفة الإلكترونية المحيطة بالنواة الذرية. لا تشغل النواة الذرية في المركز سوى جزء صغير للغاية من المساحة الإجمالية التي تشغلها الذرة، حيث أن نصف قطر النواة أقل بحوالي مائة ألف مرة من نصف قطر الذرة بأكملها؛ لكنها لا تزال تحتوي على كامل كتلة الذرة تقريبًا. وشحنتها الكهربائية الموجبة، وهي مضاعف صحيح لما يسمى بالشحنة الأولية، تحدد العدد الإجمالي للإلكترونات المحيطة بالنواة، فالذرة ككل يجب أن تكون محايدة كهربائيا؛ وبالتالي يحدد شكل مسارات الإلكترون.

أعطى هذا التمييز بين النواة الذرية والغلاف الإلكتروني على الفور تفسيرًا ثابتًا لحقيقة أن العناصر الكيميائية في الكيمياء هي الوحدات الأخيرة للمادة وأن هناك حاجة إلى قوى كبيرة جدًا لتحويل العناصر إلى بعضها البعض. الروابط الكيميائية بين الذرات المتجاورة تفسر بتفاعل الأغلفة الإلكترونية، وتكون طاقات التفاعل منخفضة نسبياً. يمتلك الإلكترون الذي يتم تسريعه في أنبوب التفريغ بجهد لا يتجاوز بضعة فولتات طاقة كافية "لتفكيك" أغلفة الإلكترونات والتسبب في انبعاث الضوء أو الدمار الرابطة الكيميائيةفي جزيء. لكن السلوك الكيميائي للذرة، على الرغم من أنه يعتمد على سلوك الأغلفة الإلكترونية، إلا أنه يتحدد بالشحنة الكهربائية للنواة الذرية. إذا أرادوا التغيير الخواص الكيميائية، فأنت بحاجة إلى تغيير النواة الذرية نفسها، وهذا يتطلب طاقات أكبر بحوالي مليون مرة من تلك التي تحدث في العمليات الكيميائية.

لكن النموذج النووي للذرة، الذي يعتبر نظاما تتوافر فيه قوانين الميكانيكا النيوتونية، لا يمكنه تفسير استقرار الذرة. وكما تم إثباته في أحد الفصول السابقة، فإن تطبيق نظرية الكم على هذا النموذج وحده هو الذي يمكن أن يفسر حقيقة أن ذرة الكربون، على سبيل المثال، بعد تفاعلها مع ذرات أخرى أو إصدار كم من الضوء، لا تزال في النهاية ذرة كربون. ذرة الكربون بنفس الغلاف الإلكتروني الذي كان لديه من قبل. يمكن تفسير هذا الاستقرار ببساطة من حيث سمات نظرية الكم التي تجعل من الممكن الوصف الموضوعي للذرة في المكان والزمان.

وبهذه الطريقة تم إنشاء الأساس الأولي لفهم بنية المادة. يمكن تفسير الخواص الكيميائية وغيرها من خصائص الذرات من خلال تطبيق المخطط الرياضي لنظرية الكم على الأغلفة الإلكترونية. وعلى هذا الأساس، كان من الممكن محاولة تحليل بنية المادة في اتجاهين مختلفين. يمكن للمرء إما دراسة تفاعل الذرات، وعلاقتها بوحدات أكبر مثل الجزيئات أو البلورات أو الأشياء البيولوجية، أو يمكن للمرء أن يحاول، من خلال دراسة النواة الذرية والأجزاء المكونة لها، التقدم إلى النقطة التي تصبح فيها وحدة المادة واضح . لقد تطورت الأبحاث الفيزيائية بسرعة في العقود الماضية في كلا الاتجاهين. وسيتم تخصيص العرض التقديمي التالي لتوضيح دور نظرية الكم في كلا المجالين.

القوى بين الذرات المتجاورة هي في المقام الأول قوى كهربائية - نحن نتحدث عن تجاذب الشحنات المتضادة والتنافر بين الشحنات المتشابهة؛ تنجذب الإلكترونات إلى نواة الذرة وتتنافر مع الإلكترونات الأخرى. لكن هذه القوى لا تعمل هنا وفقًا لقوانين ميكانيكا نيوتن، بل وفقًا لقوانين ميكانيكا الكم.

وهذا يؤدي إلى اثنين أنواع مختلفةالروابط بين الذرات. مع أحد أنواع الروابط، ينتقل الإلكترون من ذرة واحدة إلى ذرة أخرى، على سبيل المثال، لملء غلاف إلكتروني لم يمتلئ بالكامل بعد. وفي هذه الحالة، ينتهي الأمر بكلتا الذرتين مشحونتين كهربائيًا وتسمى "أيونات"؛ وبما أن شحناتهم متضادة، فإنهم يجذبون بعضهم البعض. يتحدث الكيميائي في هذه الحالة عن "الرابطة القطبية".

وفي النوع الثاني من الروابط، ينتمي الإلكترون إلى كلتا الذرتين بطريقة معينة، مميزة فقط لنظرية الكم. إذا استخدمنا صورة مدارات الإلكترون، يمكننا القول بشكل تقريبي أن الإلكترون يدور حول نواة الذرة ويقضي نسبة كبيرة من وقته في كل من الذرة والذرة الأخرى. هذا النوع الثاني من الروابط يتوافق مع ما يسميه الكيميائي "رابطة التكافؤ".

وهذان النوعان من الروابط، اللذان يمكن أن يتواجدا في جميع التركيبات الممكنة، يؤديان في النهاية إلى تكوين تجمعات مختلفة من الذرات، ويحددان في النهاية جميع الهياكل المعقدة التي تدرسها الفيزياء والكيمياء. لذلك، يتم تشكيل المركبات الكيميائية بسبب حقيقة أنها من الذرات أنواع مختلفةتنشأ مجموعات صغيرة مغلقة، ويمكن تسمية كل مجموعة بجزيء من مركب كيميائي. عندما تتشكل البلورات، يتم ترتيب الذرات في شبكات مرتبة. تتشكل المعادن عندما تتجمع الذرات معًا بإحكام شديد بحيث تترك الإلكترونات الخارجية أغلفتها ويمكن أن تمر عبر قطعة المعدن بأكملها. تنشأ مغناطيسية بعض المواد، وخاصة بعض المعادن، من الحركة الدورانية للإلكترونات الفردية في ذلك المعدن، وما إلى ذلك.

في كل هذه الحالات، لا يزال من الممكن الحفاظ على الثنائية بين المادة والقوة، حيث يمكن اعتبار النوى والإلكترونات وحدات بناء للمادة، والتي يتم تجميعها معًا بواسطة القوى الكهرومغناطيسية.

في حين أن الفيزياء والكيمياء (حيث ترتبطان ببنية المادة) تشكلان علمًا واحدًا، فإن الوضع مختلف بعض الشيء في علم الأحياء ببنيته الأكثر تعقيدًا. صحيح أنه على الرغم من سلامة الكائنات الحية الواضحة، ربما لا يمكن التمييز بشكل واضح بين المادة الحية والمادة غير الحية. لقد أعطانا تطور علم الأحياء عددًا كبيرًا من الأمثلة التي يمكننا من خلالها أن نرى أن الوظائف البيولوجية على وجه التحديد يمكن أن تؤديها جزيئات أو مجموعات كبيرة خاصة، أو سلاسل من هذه الجزيئات. تسلط هذه الأمثلة الضوء على الاتجاه السائد في علم الأحياء الحديث لتفسير العمليات البيولوجية باعتبارها نتائج لقوانين الفيزياء والكيمياء. لكن نوع الاستقرار الذي ندركه في الكائنات الحية يختلف إلى حد ما في طبيعته عن استقرار الذرة أو البلورة. في علم الأحياء نحن نتحدث عن استقرار العملية أو الوظيفة بدلا من استقرار الشكل. مما لا شك فيه أن قوانين ميكانيكا الكم تلعب دورًا مهمًا جدًا في العمليات البيولوجية. على سبيل المثال، تعد قوى ميكانيكية الكم المحددة ضرورية لفهم الجزيئات العضوية الكبيرة وتكويناتها الهندسية المتنوعة، والتي لا يمكن وصفها بشكل غير دقيق إلى حد ما إلا على أساس مفهوم التكافؤ الكيميائي. تُظهر التجارب على الطفرات البيولوجية الناجمة عن الإشعاع أيضًا أهمية الطبيعة الإحصائية لقوانين ميكانيكا الكم ووجود آليات التضخيم. إن التشابه الوثيق بين العمليات في نظامنا العصبي والعمليات التي تحدث أثناء عمل آلة حاسبة إلكترونية حديثة يؤكد مرة أخرى على أهمية العمليات الأولية الفردية للكائن الحي. لكن كل هذه الأمثلة لا تثبت بعد أن الفيزياء والكيمياء، المكملتين بمبدأ التطور، ستجعل من الممكن تقديم وصف كامل للكائنات الحية. يجب أن يفسر علماء الطبيعة التجريبيون العمليات البيولوجية بحذر أكبر من عمليات الفيزياء والكيمياء. وكما أوضح بور، قد يتبين أن وصف الكائن الحي، والذي يمكن اعتباره كاملاً من وجهة نظر الفيزيائي، غير موجود على الإطلاق، لأن هذا الوصف سيتطلب تجارب من شأنها أن تصبح قوية جدًا. تتعارض مع الوظائف البيولوجية للجسم. وصف بور هذا الوضع على النحو التالي: في علم الأحياء، نحن نتعامل بالأحرى مع تحقيق الإمكانيات في ذلك الجزء من الطبيعة الذي ننتمي إليه، وليس مع نتائج التجارب التي يمكننا أن نجريها بأنفسنا. إن حالة التكامل التي تكون فيها هذه الصيغة فعالة تنعكس في اتجاه أساليب علم الأحياء الحديث: من ناحية، للاستفادة الكاملة من أساليب ونتائج الفيزياء والكيمياء، ومن ناحية أخرى، الاستمرار باستمرار استخدام المفاهيم التي تتعلق بسمات الطبيعة العضوية غير الموجودة في الفيزياء والكيمياء، مثل، على سبيل المثال، مفهوم الحياة نفسها.

لقد قمنا حتى الآن بتحليل بنية المادة في اتجاه واحد - من الذرة إلى هياكل أكثر تعقيدًا تتكون من الذرات: من الفيزياء الذرية إلى الفيزياء صلب، إلى الكيمياء، وأخيراً إلى علم الأحياء. يجب علينا الآن أن نتجه في الاتجاه المعاكس ونتتبع خط البحث من المناطق الخارجية للذرة إلى المناطق الداخلية، إلى النواة الذرية وأخيرا إلى الجسيمات الأولية. وربما يقودنا هذا السطر الثاني فقط إلى فهم وحدة المادة. هنا لا داعي للخوف من تدمير الهياكل المميزة نفسها في التجارب. إذا كانت المهمة هي اختبار الوحدة الأساسية للمادة تجريبيًا، فيمكننا إخضاع المادة لأقوى القوى الممكنة، ولأشد الظروف تطرفًا، من أجل معرفة ما إذا كان من الممكن تحويل المادة في النهاية إلى مادة أخرى.

وكانت الخطوة الأولى في هذا الاتجاه هي التحليل التجريبي للنواة الذرية. وفي الفترات الأولية لهذه الدراسات، والتي امتدت تقريبًا للعقود الثلاثة الأولى من هذا القرن، كانت الأدوات الوحيدة للتجارب على النواة الذرية هي جسيمات ألفا المنبعثة من المواد المشعة. وبمساعدة هذه الجسيمات، تمكن رذرفورد في عام 1919 من تحويل النوى الذرية للعناصر الخفيفة إلى بعضها البعض. لقد كان قادرًا، على سبيل المثال، على تحويل نواة النيتروجين إلى نواة أكسجين عن طريق ربط جسيم ألفا بنواة النيتروجين وفي نفس الوقت إخراج بروتون منها. كان هذا هو المثال الأول لعملية تتم على مسافات بترتيب أنصاف أقطار النوى الذرية، والتي تشبه العمليات الكيميائية، ولكنها أدت إلى التحول الاصطناعي للعناصر. وكان النجاح الحاسم التالي هو التسريع الاصطناعي للبروتونات في الأجهزة ذات الجهد العالي إلى طاقات كافية للتحولات النووية. ويحتاج هذا الغرض إلى فروق جهد تبلغ حوالي مليون فولت، وقد نجح كوكروفت ووالتون في تجربتهما الحاسمة الأولى في تحويل النوى الذرية لعنصر الليثيوم إلى نوى ذرية لعنصر الهيليوم. لقد فتح هذا الاكتشاف مجالًا جديدًا تمامًا للبحث يمكن تسميته فيزياء نوويةبالمعنى الصحيح للكلمة والذي أدى بسرعة كبيرة إلى فهم نوعي لبنية النواة الذرية.

في الواقع، تبين أن بنية النواة الذرية بسيطة للغاية. تتكون النواة الذرية من نوعين مختلفين فقط من الجسيمات الأولية. أحد الجسيمات الأولية هو البروتون، وهو أيضًا نواة ذرة الهيدروجين. والآخر كان يسمى النيوترون، وهو جسيم له نفس كتلة البروتون تقريبًا وهو أيضًا محايد كهربائيًا. وبالتالي يمكن تمييز كل نواة ذرية من خلال العدد الإجمالي للبروتونات والنيوترونات التي تتكون منها. تتكون نواة ذرة الكربون العادية من 6 بروتونات و 6 نيوترونات. ولكن هناك أيضًا نوى أخرى لذرات الكربون، وهي أكثر ندرة إلى حد ما - كانت تسمى نظائر الأول - وتتكون من 6 بروتونات و7 نيوترونات، وما إلى ذلك. لذا، في النهاية، توصلوا إلى وصف للمادة، بدلًا من ذلك من بين العديد من العناصر الكيميائية المختلفة، تم استخدام ثلاث وحدات أساسية فقط، ثلاث لبنات بناء أساسية - البروتون والنيوترون والإلكترون. تتكون كل المادة من ذرات، وبالتالي فهي مبنية في النهاية من هذه اللبنات الأساسية الثلاثة. وهذا بالطبع لا يعني وحدة المادة، لكنه يعني بلا شك خطوة مهمة نحو هذه الوحدة، وربما ما هو أكثر أهمية، يعني تبسيطًا كبيرًا. صحيح أنه لا يزال هناك طريق طويل قبل معرفة وحدات البناء الأساسية هذه للنواة الذرية إلى الفهم الكامل لبنيتها. هنا كانت المشكلة مختلفة بعض الشيء عن المشكلة المقابلة لها فيما يتعلق بالغلاف الخارجي للذرة، والتي تم حلها في منتصف العشرينيات. في حالة الغلاف الإلكتروني، كانت القوى بين الجسيمات معروفة بدقة كبيرة، ولكن بالإضافة إلى ذلك، كان لا بد من إيجاد القوانين الديناميكية، والتي تمت صياغتها في نهاية المطاف في ميكانيكا الكم. في حالة النواة الذرية، كان من الممكن تمامًا افتراض أن القوانين الديناميكية كانت في الأساس قوانين نظرية الكم، ولكن هنا كانت القوى بين الجسيمات غير معروفة في المقام الأول. كان لا بد من استخلاصها من الخصائص التجريبية للنوى الذرية. لا يمكن حل هذه المشكلة بشكل كامل بعد. ربما لا تكون القوى بهذا الشكل البسيط كما في حالة القوى الكهروستاتيكية بين الإلكترونات في الأغلفة الخارجية، وبالتالي يكون من الصعب استنتاج خصائص النوى الذرية رياضيًا من قوى أكثر تعقيدًا، علاوة على ذلك، فإن التقدم يعوقه عدم دقة التجارب لكن الأفكار النوعية حول بنية النواة اكتسبت شكلاً محددًا للغاية.

في النهاية، كما الأخير المشكلة الأكثر أهميةتبقى مشكلة وحدة المادة. هل هذه الجسيمات الأولية - البروتون والنيوترون والإلكترون هي اللبنات الأخيرة غير القابلة للتحلل للمادة، وبعبارة أخرى، "الذرات" بمعنى فلسفة ديموقريطس، دون أي روابط متبادلة (باستثناء القوى المؤثرة بينها)، أم أنها مجرد أشكال مختلفة لنفس النوع من المادة؟ علاوة على ذلك، هل يمكن أن يتحولوا إلى بعضهم البعض أو حتى إلى أشكال أخرى من المادة؟ وإذا أردنا حل هذه المشكلة تجريبيا، فإن ذلك يتطلب قوى وطاقات مركزة على الجسيمات الذرية، والتي يجب أن تكون أكبر بعدة مرات من تلك التي استخدمت لدراسة النواة الذرية. وبما أن احتياطيات الطاقة في النوى الذرية ليست كبيرة بما يكفي لتزويدنا بالوسائل اللازمة لإجراء مثل هذه التجارب، فيجب على الفيزيائيين إما الاستفادة من القوى الموجودة في الفضاء، أي في الفضاء بين النجوم، على سطح النجوم، أو يجب أن يثقوا بمهارة المهندسين.

وفي الواقع، تم إحراز تقدم على كلا المسارين. بادئ ذي بدء، استخدم الفيزيائيون ما يسمى بالإشعاع الكوني. يمكن للمجالات الكهرومغناطيسية الموجودة على سطح النجوم، والتي تمتد عبر مساحات هائلة، في ظل ظروف مواتية، تسريع الجسيمات الذرية المشحونة والإلكترونات والنوى الذرية، والتي، كما اتضح، بسبب جمودها الأكبر، لديها المزيد من الفرص للبقاء في المجال المتسارع لفترة أطول، وعندما تنتهي في النهاية بترك سطح النجم في الفضاء الفارغ، فإنها تتمكن أحيانًا من المرور عبر مجالات محتملة تبلغ عدة مليارات من الفولتات. يحدث المزيد من التسارع، في ظل ظروف مواتية، في المجالات المغناطيسية المتناوبة بين النجوم. وعلى أية حال، فقد تبين أن النوى الذرية تظل محتجزة لفترة طويلة عن طريق المجالات المغناطيسية المتناوبة في فضاء المجرة، وفي النهاية تملأ فضاء المجرة بما يسمى بالإشعاع الكوني. يصل هذا الإشعاع إلى الأرض من الخارج، وبالتالي يتكون من جميع النوى الذرية المحتملة - الهيدروجين والهيليوم والعناصر الأثقل - التي تتراوح طاقاتها من مئات أو آلاف الملايين من الإلكترون فولت تقريبًا إلى قيم أكبر بمليون مرة. وعندما تدخل جزيئات هذا الإشعاع عالي الارتفاع إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي للأرض، فإنها تصطدم هنا بذرات النيتروجين أو الأكسجين الموجودة في الغلاف الجوي، أو ذرات بعض الأجهزة التجريبية التي تتعرض للإشعاع الكوني. ويمكن بعد ذلك فحص نتائج التدخل.

والاحتمال الآخر هو بناء مسرعات جسيمات كبيرة جدًا. ويمكن اعتبار ما يسمى بالسيكلوترون، الذي صممه لورانس في كاليفورنيا في أوائل الثلاثينيات، نموذجًا أوليًا لهم. الفكرة الأساسية وراء تصميم هذه المنشآت هي أنه بفضل المجال المغناطيسي القوي، تضطر الجزيئات الذرية المشحونة إلى الدوران بشكل متكرر في دائرة، بحيث يمكن تسريعها مرارا وتكرارا بواسطة المجال الكهربائي على طول هذا المسار الدائري. إن المنشآت التي يمكن من خلالها تحقيق طاقات تصل إلى مئات الملايين من الإلكترون فولت تعمل الآن في العديد من الأماكن حول العالم، وخاصة في بريطانيا العظمى. وبفضل تعاون 12 دولة أوروبية، يجري بناء مسرع كبير جدا من هذا النوع في جنيف، ومن المؤمل أن ينتج بروتونات بطاقة تصل إلى 25 مليون إلكترون فولت. كشفت التجارب التي أجريت باستخدام الإشعاع الكوني أو المسرعات الكبيرة جدًا عن ميزات جديدة مثيرة للاهتمام للمادة. بالإضافة إلى وحدات البناء الأساسية الثلاثة للمادة - الإلكترون والبروتون والنيوترون - تم اكتشاف جسيمات أولية جديدة تتولد في هذه الاصطدامات عالية الطاقة والتي تختفي بعد فترات زمنية قصيرة جدًا وتتحول إلى جسيمات أولية أخرى. . تمتلك الجسيمات الأولية الجديدة خصائص مشابهة لتلك القديمة، باستثناء عدم استقرارها. فحتى أكثر الجسيمات الأولية استقرارًا بين الجسيمات الأولية الجديدة يبلغ عمرها حوالي جزء من المليون من الثانية فقط، في حين أن عمر الجسيمات الأخرى أقصر بمئات أو آلاف المرات. حاليا، ما يقرب من 25 نوعا مختلفا من الجسيمات الأولية معروفة. "الأصغر" منهم هو بروتون سالب الشحنة، والذي يسمى البروتون المضاد.

تبدو هذه النتائج للوهلة الأولى وكأنها تبتعد مرة أخرى عن الأفكار المتعلقة بوحدة المادة، حيث يبدو أن عدد وحدات البناء الأساسية للمادة قد زاد مرة أخرى إلى عدد مماثل لعدد العناصر الكيميائية المختلفة. ولكن هذا سيكون تفسيرا غير دقيق للوضع الفعلي للأمور. بعد كل شيء، أظهرت التجارب في وقت واحد أن الجسيمات تنشأ من جزيئات أخرى ويمكن أن تتحول إلى جزيئات أخرى، وأنها تتشكل ببساطة من الطاقة الحركية لهذه الجزيئات ويمكن أن تختفي مرة أخرى، بحيث تنشأ منها جزيئات أخرى. لذلك، بمعنى آخر: أظهرت التجارب قابلية التحول الكاملة للمادة. جميع الجسيمات الأولية في تصادمات ذات طاقة عالية بما فيه الكفاية يمكن أن تتحول إلى جزيئات أخرى أو يمكن ببساطة أن تنشأ من الطاقة الحركية؛ ويمكن تحويلها إلى طاقة، مثل الإشعاع. وبالتالي، لدينا هنا تقريبًا الدليل النهائي على وحدة المادة. جميع الجسيمات الأولية "مصنوعة" من نفس المادة، نفس المادة، والتي يمكننا أن نسميها الآن طاقة أو مادة عالمية؛ إنها فقط الأشكال المختلفة التي يمكن للمادة أن تعبر عن نفسها.

وإذا قارنا هذا الوضع بمفهوم أرسطو عن المادة والصورة، فيمكننا القول إن مادة أرسطو، التي كانت في الأساس "قوة"، أي الإمكانية، ينبغي مقارنتها بمفهومنا عن الطاقة؛ عندما يولد جسيم أولي، تكشف الطاقة عن نفسها من خلال الشكل كواقع مادي.

لا يمكن للفيزياء الحديثة، بطبيعة الحال، أن تكتفي بالوصف النوعي فقط للبنية الأساسية للمادة؛ ويجب أن يحاول، على أساس التجارب التي أجريت بعناية، تعميق التحليل إلى الصياغة الرياضية لقوانين الطبيعة التي تحدد أشكال المادة، أي الجسيمات الأولية وقواها. لم يعد من الممكن التمييز بوضوح بين المادة والقوة أو القوة والمادة في هذا الجزء من الفيزياء، حيث أن أي جسيم أولي لا يولد قوى بنفسه فحسب، بل يختبر بنفسه تأثير القوى، ولكنه في نفس الوقت يمثل نفسه في هذه الحالة. مجال قوة معين. إن ثنائية ميكانيكا الكم للموجات والجسيمات هي السبب وراء ظهور نفس الواقع في صورة مادة وقوة.

كل المحاولات لإيجاد وصف رياضي لقوانين الطبيعة في عالم الجسيمات الأولية بدأت حتى الآن بالنظرية الكمومية للحقول الموجية. تم إجراء البحوث النظرية في هذا المجال في أوائل الثلاثينيات. لكن الأعمال الأولى في هذا المجال كشفت بالفعل عن صعوبات خطيرة للغاية في المجال حيث حاولوا الجمع بين نظرية الكم ونظرية النسبية الخاصة. للوهلة الأولى، يبدو كما لو أن النظريتين، الكم والنسبية، تتعلقان بجوانب مختلفة من الطبيعة بحيث لا يمكنهما عمليًا التأثير على بعضهما البعض بأي شكل من الأشكال، وبالتالي يجب تلبية متطلبات كلتا النظريتين بسهولة بنفس الشكلية. لكن دراسة أكثر دقة أظهرت أن كلتا النظريتين تتعارضان عند نقطة معينة، ونتيجة لذلك تنشأ كل الصعوبات الإضافية.

كشفت النظرية النسبية الخاصة عن بنية للمكان والزمان تبين أنها مختلفة بعض الشيء عن البنية المنسوبة إليهما منذ إنشاء الميكانيكا النيوتونية. وأكثر ما يميز هذه البنية المكتشفة حديثا هو وجود سرعة قصوى لا يمكن لأي جسم متحرك أو إشارة منتشرة أن يتجاوزها، وهي سرعة الضوء. ونتيجة لذلك فإن حدثين يقعان عند نقطتين بعيدتين جداً عن بعضهما البعض لا يمكن أن يكون لهما أي علاقة سببية مباشرة إذا وقعا في لحظات زمنية بحيث تصل الإشارة الضوئية التي غادرت هذه النقطة عند وقوع الحدث الأول إلى النقطة الأخرى فقط بعد لحظة حدث آخر والعكس صحيح. في هذه الحالة، يمكن استدعاء كلا الحدثين في وقت واحد. وبما أنه لا يمكن نقل أي تأثير من أي نوع من عملية واحدة في وقت ما إلى عملية أخرى في وقت آخر، فلا يمكن ربط العمليتين بأي تأثير مادي.

ولهذا السبب، تبين أن الفعل عبر مسافات طويلة، كما يظهر في حالة قوى الجاذبية في الميكانيكا النيوتونية، لا يتوافق مع النظرية النسبية الخاصة. وكان من المفترض أن تستبدل النظرية الجديدة مثل هذا الفعل بـ"الفعل قصير المدى"، أي نقل القوة من نقطة واحدة فقط إلى النقطة المجاورة لها مباشرة. طبيعي التعبير الرياضيوتبين أن التفاعلات من هذا النوع هي معادلات تفاضلية لموجات أو مجالات ثابتة في ظل تحويل لورنتز. مثل هذه المعادلات التفاضلية تستبعد أي تأثير مباشر للأحداث المتزامنة على بعضها البعض.

لذلك، فإن بنية المكان والزمان، التي عبرت عنها النظرية النسبية الخاصة، تحدد بشكل حاد للغاية منطقة التزامن، التي لا يمكن أن ينتقل فيها أي تأثير، من مناطق أخرى يمكن أن يحدث فيها التأثير المباشر لعملية واحدة على أخرى.

من ناحية أخرى، فإن علاقة عدم اليقين في نظرية الكم تضع حدًا صارمًا للدقة التي يمكن من خلالها قياس الإحداثيات والزخم أو لحظات الوقت والطاقة في وقت واحد. نظرًا لأن الحدود الحادة للغاية تعني دقة لا نهائية في تحديد موضع ما في المكان والزمان، فإن النبضات والطاقات المقابلة يجب أن تكون غير مؤكدة تمامًا، أي أن العمليات ذات الاحتمالية الساحقة يجب أن تظهر في المقدمة حتى مع النبضات والطاقات الكبيرة بشكل تعسفي. لذلك، فإن أي نظرية تلبي متطلبات النظرية النسبية الخاصة ونظرية الكم في نفس الوقت، يتبين أنها تؤدي إلى تناقضات رياضية، أي إلى اختلافات في منطقة الطاقات والعزم العالية جدًا. قد لا تكون هذه الاستنتاجات بالضرورة ذات طبيعة ضرورية، لأن أي شكلية من النوع الذي نتناوله هنا معقدة للغاية، ومن الممكن أيضًا العثور على وسائل رياضية من شأنها أن تساعد في إزالة التناقض في هذه المرحلة بين النظرية النسبية والكمية. نظرية. لكن حتى الآن، أدت جميع المخططات الرياضية التي تمت دراستها بالفعل إلى مثل هذه الاختلافات، أي إلى التناقضات الرياضية، أو تبين أنها غير كافية لتلبية جميع متطلبات كلتا النظريتين. علاوة على ذلك، كان من الواضح أن الصعوبات تنبع في الواقع من النقطة التي نوقشت للتو.

لقد تبين أن النقطة التي لا تلبي فيها المخططات الرياضية المتقاربة متطلبات النظرية النسبية أو نظرية الكم كانت مثيرة للاهتمام في حد ذاتها. أحد هذه المخططات أدى، على سبيل المثال، عندما حاول تفسيره بمساعدة عمليات حقيقية في المكان والزمان، إلى نوع من عكس الزمن؛ ووصف العمليات التي ولدت فيها عدة جسيمات أولية فجأة عند نقطة معينة، ولم يتم توفير الطاقة لهذه العملية إلا في وقت لاحق بسبب بعض عمليات الاصطدام الأخرى بين الجسيمات الأولية. إن الفيزيائيين، على أساس تجاربهم، مقتنعون بأن عمليات من هذا النوع لا تحدث في الطبيعة، على الأقل عندما تكون العمليتان منفصلتين عن بعضهما البعض بمسافة قابلة للقياس في المكان والزمان.

وفي مخطط نظري آخر، جرت محاولة للقضاء على اختلافات الشكلية على أساس عملية رياضية كانت تسمى "إعادة التطبيع". تتكون هذه العملية من حقيقة أنه يمكن نقل لانهائيات الشكلية إلى مكان لا يمكنها فيه التدخل في الحصول على علاقات محددة بدقة بين الكميات التي يمكن ملاحظتها. في الواقع، أدى هذا المخطط بالفعل إلى حد ما إلى تقدم حاسم في الديناميكا الكهربائية الكمومية، لأنه يوفر طريقة لحساب بعض العناصر الدقيقة للغاية. ميزات مثيرة للاهتمامفي طيف الهيدروجين، والتي لم يكن من الممكن تفسيرها من قبل. ومع ذلك، فإن التحليل الأكثر دقة لهذا المخطط الرياضي جعل من المعقول استنتاج أن تلك الكميات التي ينبغي تفسيرها في نظرية الكم العادية على أنها احتمالات يمكن في هذه الحالة، في ظل ظروف معينة، بعد تنفيذ عملية إعادة التطبيع، أن تصبح سلبية. وهذا من شأنه، بطبيعة الحال، أن يستبعد التفسير المتسق للشكلية لوصف المادة، لأن الاحتمال السلبي هو مفهوم لا معنى له.

وهكذا نكون قد وصلنا بالفعل إلى المشاكل التي هي الآن محور المناقشات في الفيزياء الحديثة. سيتم الحصول على الحل يومًا ما بفضل المواد التجريبية الغنية باستمرار، والتي يتم الحصول عليها من خلال قياسات أكثر دقة للجزيئات الأولية، وإنشاءها وتدميرها، والقوى المؤثرة بينها. عند البحث عن حلول محتملة لهذه الصعوبات، قد يكون من المفيد أن نتذكر أن مثل هذه العمليات الواضحة لانعكاس الزمن التي تمت مناقشتها أعلاه لا يمكن استبعادها على أساس البيانات التجريبية إذا حدثت فقط داخل مناطق زمكانية صغيرة جدًا، والتي لا يزال من المستحيل داخلها تتبع العمليات بالتفصيل باستخدام معداتنا التجريبية الحالية. بالطبع، نظرًا للحالة الحالية لمعرفتنا، فإننا بالكاد مستعدون للاعتراف بإمكانية حدوث مثل هذه العمليات مع عكس الزمن، إذا كان هذا يعني إمكانية مراقبة مثل هذه العمليات في مرحلة لاحقة من تطور الفيزياء بنفس الطريقة المعتادة. يتم ملاحظة العمليات الذرية. ولكن هنا تتيح لنا المقارنة بين تحليل نظرية الكم وتحليل النسبية عرض المشكلة في ضوء جديد.

ترتبط النظرية النسبية بثبات عالمي في الطبيعة وهو سرعة الضوء. هذا الثابت له أهمية حاسمة في إقامة العلاقة بين المكان والزمان، وبالتالي يجب أن يتم تضمينه في أي قانون للطبيعة يلبي متطلبات الثبات في ظل تحويلات لورنتز. لا يمكن تطبيق لغتنا العادية ومفاهيم الفيزياء الكلاسيكية إلا على الظواهر التي يمكن اعتبار سرعة الضوء فيها كبيرة بلا حدود عمليًا. إذا اقتربنا من سرعة الضوء بأي شكل من الأشكال في تجاربنا، فيجب أن نكون مستعدين لمواجهة نتائج لم يعد من الممكن تفسيرها بهذه المفاهيم العادية.

ترتبط نظرية الكم بثابت كوني آخر في الطبيعة، وهو كم بلانك للفعل. لا يمكن تقديم وصف موضوعي للعمليات في المكان والزمان إلا عندما نتعامل مع أشياء وعمليات ذات مقاييس كبيرة نسبيًا، وعندها يمكن اعتبار ثابت بلانك متناهيًا في الصغر عمليًا. عندما نقترب في تجاربنا من المنطقة التي يصبح فيها كم بلانك للفعل هاما، نصل إلى كل تلك الصعوبات في تطبيق المفاهيم العادية التي تمت مناقشتها في الفصول السابقة من هذا الكتاب.

ولكن يجب أن يكون هناك ثابت عالمي ثالث للطبيعة. وهذا يتبع ببساطة، كما يقول الفيزيائيون، اعتبارات الأبعاد. تحدد الثوابت العالمية مقادير المقاييس في الطبيعة؛ فهي تعطينا كميات مميزة يمكن اختزال إليها جميع الكميات الأخرى في الطبيعة. ومع ذلك، للحصول على مجموعة كاملة من هذه الوحدات، هناك حاجة إلى ثلاث وحدات أساسية. أسهل طريقة لاستنتاج ذلك هي من خلال اصطلاحات الوحدات العادية، مثل استخدام الفيزيائيين لنظام CQS (سنتيمتر-جرام-ثانية). وحدة الطول ووحدة الزمن ووحدة الكتلة معًا تكفي لتكوين نظام كامل. مطلوب ما لا يقل عن ثلاث وحدات أساسية. ويمكن أيضًا الاستعاضة عنها بوحدات الطول والسرعة والكتلة، أو بوحدات الطول والسرعة والطاقة، وما إلى ذلك. لكن الوحدات الأساسية الثلاث ضرورية في كل الأحوال. ومع ذلك، فإن سرعة الضوء وكمية بلانك للفعل تعطينا اثنتين فقط من هذه الكميات. لا بد من وجود وحدة ثالثة، وربما فقط النظرية التي تحتوي على مثل هذه الوحدة الثالثة يمكن أن تؤدي إلى تحديد الكتل وغيرها من خصائص الجسيمات الأولية. واستنادًا إلى معرفتنا الحديثة بالجسيمات الأولية، ربما تكون الطريقة الأبسط والأكثر قبولًا لإدخال الثابت العالمي الثالث هي افتراض وجود طول عالمي يتراوح من 10 إلى 13 سم، وهو طول قابل للمقارنة تقريبًا إلى نصف قطر نوى الرئتين الذرية. إذا من. وتشكل هذه الوحدات الثلاث تعبيرًا له بُعد الكتلة، فإن هذه الكتلة تكون في رتبة كتلة الجسيمات الأولية العادية.

إذا افترضنا أن قوانين الطبيعة تحتوي بالفعل على مثل هذا الثابت العالمي الثالث لبعد الطول في حدود 10-13 سم، فمن الممكن تمامًا أن مفاهيمنا العادية لا يمكن تطبيقها إلا على مناطق المكان والزمان الكبيرة بالمقارنة مع هذا الثابت العالمي للطول . وبينما نقترب في تجاربنا من مناطق المكان والزمان الصغيرة مقارنة بنصف قطر النواة الذرية، يجب أن نكون مستعدين لحقيقة أنه سيتم ملاحظة عمليات ذات طبيعة جديدة نوعياً. إن ظاهرة عكس الزمن، التي تم ذكرها أعلاه وحتى الآن فقط كاحتمال مستنتج من الاعتبارات النظرية، يمكن أن تنتمي إلى هذه المناطق الزمكانية الأصغر. إذا كان الأمر كذلك، فمن المحتمل ألا يكون من الممكن ملاحظتها بطريقة يمكن وصف العملية المقابلة لها بمصطلحات كلاسيكية. ومع ذلك، بقدر ما يمكن وصف مثل هذه العمليات بالمفاهيم الكلاسيكية، فإنها يجب أن تكشف أيضًا عن ترتيب كلاسيكي للخلافة في الزمن. لكن حتى الآن لا يُعرف إلا القليل جدًا عن العمليات التي تحدث في أصغر مناطق الزمكان - أو (التي تتوافق تقريبًا مع هذه العبارة وفقًا لعلاقات عدم اليقين) في أعلى الطاقات والنبضات المنقولة.

في محاولات تحقيق معرفة أكبر، على أساس التجارب على الجسيمات الأولية، حول قوانين الطبيعة التي تحدد بنية المادة وبالتالي بنية الجسيمات الأولية، تلعب خصائص معينة للتماثل دورًا مهمًا بشكل خاص. نتذكر أنه في فلسفة أفلاطون، كانت أصغر جزيئات المادة عبارة عن تكوينات متناظرة تماما، وهي الهيئات العادية - المكعب، المجسم الثماني، إيكوساهيدرون، رباعي السطوح. لكن في الفيزياء الحديثة، لم تعد مجموعات التناظر الخاصة هذه الناتجة عن مجموعة الدورات في الفضاء ثلاثي الأبعاد محط اهتمام. إن ما يحدث في العلوم الطبيعية في العصر الحديث ليس بأي حال من الأحوال شكلاً مكانيًا، ولكنه يمثل قانونًا، وبالتالي، إلى حد ما، شكلًا مكانيًا-زمانيًا، وبالتالي فإن التناظرات المستخدمة في فيزياءنا يجب أن تتعلق دائمًا بالمكان و الوقت معا. لكن يبدو أن أنواعًا معينة من التناظر تلعب في الواقع الدور الأكثر أهمية في نظرية الجسيمات.

ونحن نعرفها تجريبيا بفضل ما يسمى بقوانين الحفظ وبفضل نظام الأعداد الكمومية الذي يمكننا من خلاله ترتيب الأحداث في عالم الجسيمات الأولية وفقا للتجربة. يمكننا التعبير عنها رياضيًا من خلال اشتراط أن يكون قانون الطبيعة الأساسي للمادة ثابتًا في ظل مجموعات معينة من التحولات. تعتبر مجموعات التحويل هذه أبسط تعبير رياضي عن خصائص التماثل. وهي تظهر في الفيزياء الحديثة بدلًا من المواد الصلبة التي ذكرها أفلاطون. أهمها مذكورة بإيجاز هنا.

مجموعة ما يسمى بتحويلات لورنتز تميز بنية المكان والزمان التي كشفت عنها النظرية النسبية الخاصة.

تتوافق المجموعة التي درسها باولي وجورشي في بنيتها مع مجموعة الدورات المكانية ثلاثية الأبعاد - وهي متشابهة معها، كما يقول علماء الرياضيات - وتتجلى في ظهور عدد كمي، تم اكتشافه تجريبيًا في الجسيمات الأولية العشرين -قبل خمس سنوات وكان يسمى "isospin".

المجموعتان التاليتان، اللتان تتصرفان رسميًا كمجموعتين من الدورات حول محور جامد، تؤديان إلى قوانين حفظ الشحنة وعدد الباريونات وعدد اللبتونات.

وأخيرًا، يجب أن تكون قوانين الطبيعة أيضًا ثابتة في ظل بعض عمليات الانعكاس، والتي لا داعي لسردها بالتفصيل هنا. في هذه المسألة، تبين أن دراسات لي ويانغ كانت ذات أهمية خاصة ومثمرة، وفقا لفكرة أن الكمية التي تسمى التكافؤ، والتي كان من المفترض في السابق أن قانون الحفظ صالح لها، ليست في الواقع محفوظ.

جميع خصائص التناظر المعروفة حتى الآن يمكن التعبير عنها باستخدام معادلة بسيطة. علاوة على ذلك، هذا يعني أن هذه المعادلة ثابتة فيما يتعلق بجميع مجموعات التحولات المذكورة، وبالتالي يمكن للمرء أن يعتقد أن هذه المعادلة تعكس بالفعل بشكل صحيح قوانين الطبيعة للمادة. لكن لا يوجد حل لهذا السؤال حتى الآن؛ ولن يتم الحصول عليه إلا مع مرور الوقت بمساعدة تحليل رياضي أكثر دقة لهذه المعادلة ومن خلال المقارنة مع المواد التجريبية المجمعة بأحجام أكبر من أي وقت مضى.

لقد غيرت فيزياء الكم فهمنا للعالم بشكل جذري. وفقًا لفيزياء الكم، يمكننا التأثير على عملية التجديد من خلال وعينا!

لماذا هذا ممكن؟من وجهة نظر فيزياء الكم، فإن واقعنا هو مصدر الإمكانات الخالصة، ومصدر المواد الخام التي يتكون منها جسمنا وعقولنا والكون بأكمله، ولا يتوقف مجال الطاقة والمعلومات العالمي عن التغيير والتحول، يتحول إلى شيء جديد في كل ثانية.

في القرن العشرين، أثناء تجارب الفيزياء على الجسيمات دون الذرية والفوتونات، تم اكتشاف أن حقيقة ملاحظة التجربة تغير نتائجها. ما نركز اهتمامنا عليه يمكن أن يتفاعل.

هذه الحقيقة تؤكدها تجربة كلاسيكية تفاجئ العلماء في كل مرة. وتكرر الأمر في كثير من المختبرات وكان يتم الحصول دائما على نفس النتائج.

ولهذه التجربة، تم إعداد مصدر ضوء وشاشة ذات شقين. كان مصدر الضوء عبارة عن جهاز يطلق الفوتونات على شكل نبضات مفردة.

وتم رصد التقدم المحرز في التجربة. بعد انتهاء التجربة، ظهر خطان عموديان على ورقة التصوير الفوتوغرافي التي كانت موجودة خلف الشقوق. هذه هي آثار الفوتونات التي مرت عبر الشقوق وأضاءت ورق التصوير الفوتوغرافي.

وعندما تكررت هذه التجربة تلقائيا، دون تدخل بشري، تغيرت الصورة الموجودة على ورق التصوير الفوتوغرافي:

إذا قام الباحث بتشغيل الجهاز وغادر، وبعد 20 دقيقة تم تطوير ورقة الصور الفوتوغرافية، فلن يتم العثور على اثنين منها، ولكن العديد من الخطوط العمودية عليها. وكانت هذه آثار الإشعاع. لكن الرسم كان مختلفا.

يشبه هيكل الأثر الموجود على ورق التصوير الفوتوغرافي أثر الموجة التي مرت عبر الشقوق. ويمكن للضوء أن يظهر خصائص موجة أو جسيم.

ونتيجة لحقيقة الملاحظة البسيطة، تختفي الموجة وتتحول إلى جزيئات. إذا لم تلاحظ، فسيظهر أثر للموجة على ورق التصوير الفوتوغرافي. وتسمى هذه الظاهرة الفيزيائية "تأثير المراقب".

وتم الحصول على نفس النتائج مع جزيئات أخرى. وتكررت التجارب عدة مرات، لكنها فاجأت العلماء في كل مرة. وهكذا، تم اكتشاف أنه على المستوى الكمي، تتفاعل المادة مع انتباه الإنسان. وكان هذا جديدا في الفيزياء.

وفقا لمفاهيم الفيزياء الحديثة، كل شيء يتجسد من الفراغ. ويسمى هذا الفراغ "المجال الكمي" أو "المجال الصفري" أو "المصفوفة". يحتوي الفراغ على طاقة يمكن تحويلها إلى مادة.

تتكون المادة من طاقة مركزة - إنها كذلك الاكتشاف الأساسيفيزياء القرن العشرين.

لا توجد أجزاء صلبة في الذرة. الأشياء مصنوعة من الذرات. لكن لماذا تكون الأجسام صلبة؟ الإصبع الموضوع على جدار من الطوب لا يمر عبره. لماذا؟ ويرجع ذلك إلى الاختلافات في خصائص تردد الذرات والشحنات الكهربائية. كل نوع من الذرات له تردد اهتزاز خاص به. هذا يحدد الاختلافات الخصائص الفيزيائيةأغراض. إذا كان من الممكن تغيير تردد اهتزاز الذرات التي يتكون منها الجسم، فسيتمكن الإنسان من المشي عبر الجدران. لكن الترددات الاهتزازية لذرات اليد وذرات الجدار متقاربة. لذلك، يقع الإصبع على الحائط.

لأي نوع من التفاعل، يعد رنين التردد ضروريًا.

من السهل أن نفهم في مثال بسيط. إذا قمت بتسليط مصباح يدوي على جدار حجري، فسيتم حجب الضوء بواسطة الجدار. ومع ذلك، فإن إشعاع الهاتف الخليوي سوف يمر بسهولة عبر هذا الجدار. الأمر كله يتعلق بالاختلافات في الترددات بين إشعاع المصباح اليدوي والهاتف المحمول. أثناء قراءتك لهذا النص، تمر عبر جسمك تيارات من مجموعة واسعة من الإشعاعات. هذا هو الإشعاع الكوني، وإشارات الراديو، وإشارات ملايين الهواتف المحمولة، والإشعاع القادم من الأرض، والإشعاع الشمسي، والإشعاع الناتج عن الأجهزة المنزلية، وما إلى ذلك.

أنت لا تشعر بذلك لأنك لا تستطيع سوى رؤية الضوء وسماع الصوت فقط.حتى لو جلست في صمت وعينيك مغمضتين، فإن ملايين المحادثات الهاتفية وصور الأخبار التلفزيونية ورسائل الراديو تمر عبر رأسك. أنت لا تدرك ذلك، لأنه لا يوجد رنين ترددي بين الذرات التي يتكون منها جسمك والإشعاع. ولكن إذا كان هناك صدى، فإنك تتفاعل على الفور. على سبيل المثال، عندما تتذكر شخصًا عزيزًا عليك قد فكر فيك للتو. كل شيء في الكون يخضع لقوانين الرنين.

العالم يتكون من الطاقة والمعلومات.قال أينشتاين، بعد تفكير طويل في بنية العالم: "الحقيقة الوحيدة الموجودة في الكون هي المجال". وكما أن الأمواج هي من صنع البحر، فإن كل مظاهر المادة: الكائنات الحية، والكواكب، والنجوم، والمجرات هي من إبداعات المجال.

السؤال الذي يطرح نفسه: كيف تنشأ المادة من حقل؟ ما هي القوة التي تتحكم في حركة المادة؟

قادتهم أبحاث العلماء إلى إجابة غير متوقعة. قال مبتكر فيزياء الكم، ماكس بلانك، ما يلي خلال خطاب قبوله لجائزة نوبل:

"كل شيء في الكون مخلوق وموجود بفضل القوة. يجب أن نفترض أن وراء هذه القوة يوجد عقل واعي، وهو مصفوفة كل المادة."

يتم التحكم في المادة عن طريق الوعي

في مطلع القرنين العشرين والحادي والعشرين، ظهرت أفكار جديدة في الفيزياء النظرية جعلت من الممكن تفسير الخصائص الغريبة للجسيمات الأولية. يمكن أن تظهر الجزيئات من الفراغ وتختفي فجأة. العلماء يعترفون بإمكانية وجود أكوان موازية.وربما تنتقل الجسيمات من طبقة من الكون إلى أخرى. ويشارك في تطوير هذه الأفكار مشاهير مثل ستيفن هوكينج وإدوارد ويتن وخوان مالداسينا وليونارد سسكيند.

وفقا لمفاهيم الفيزياء النظرية، يشبه الكون دمية التعشيش، والتي تتكون من العديد من الطبقات - الطبقات. هذه هي المتغيرات من الأكوان - عوالم موازية. تلك التي بجانب بعضها البعض متشابهة جدا. ولكن كلما كانت الطبقات بعيدة عن بعضها البعض، قل التشابه بينها. من الناحية النظرية، من أجل الانتقال من كون إلى آخر، لا يلزم وجود سفن فضائية. تقع جميع الخيارات الممكنة واحدة داخل الأخرى. تم التعبير عن هذه الأفكار لأول مرة من قبل العلماء في منتصف القرن العشرين. وفي مطلع القرنين العشرين والحادي والعشرين، تلقوا تأكيدًا رياضيًا. اليوم، يتم قبول هذه المعلومات بسهولة من قبل الجمهور. ومع ذلك، قبل بضع مئات من السنين، لمثل هذه التصريحات، كان من الممكن حرقها على المحك أو الإعلان عن جنونها.

كل شيء ينشأ من الفراغ. كل شيء في الحركة. الأشياء هي وهم. المادة مكونة من طاقة. كل شيء خلق بالفكر. هذه الاكتشافات في فيزياء الكم لا تحتوي على أي جديد. كل هذا كان معروفا للحكماء القدماء. قالت العديد من التعاليم الصوفية، التي كانت تعتبر سرية ولا يمكن الوصول إليها إلا للمبتدئين، أنه لا يوجد فرق بين الأفكار والأشياء.كل شيء في العالم مليء بالطاقة. الكون يتفاعل مع الفكر. الطاقة تتبع الاهتمام.

ما تركز اهتمامك عليه يبدأ في التغير. وقد وردت هذه الأفكار في صيغ مختلفة في الكتاب المقدس، وفي النصوص الغنوصية القديمة، وفي التعاليم الصوفية التي نشأت في الهند وأمريكا الجنوبية. خمن بناة الأهرامات القديمة هذا. هذه المعرفة هي المفتاح للتقنيات الجديدة المستخدمة اليوم للسيطرة على الواقع.

جسدنا هو حقل من الطاقة والمعلومات والذكاء، في حالة من التبادل الديناميكي المستمر مع بيئة. إن نبضات العقل باستمرار، وفي كل ثانية، تمنح الجسم أشكالًا جديدة للتكيف مع متطلبات الحياة المتغيرة.

ومن وجهة نظر فيزياء الكم، فإن جسدنا المادي، تحت تأثير أذهاننا، قادر على تحقيق قفزة نوعية من عصر بيولوجي إلى آخر، دون المرور بجميع العصور الوسيطة. نشرت

ملاحظة. وتذكر أنه بمجرد تغيير استهلاكك، فإننا نغير العالم معًا! © إيكونت

دبليو هايزنبرغ

خلال الفترة التالية، خاصة في القرن التاسع عشر، تم اكتشاف عدد كبير من العناصر الكيميائية الجديدة. وفي عصرنا هذا، تجاوز عددها 100. لكن هذا العدد يوضح بشكل قاطع أن مفهوم العنصر الكيميائي لم يوصلنا بعد إلى النقطة التي يمكن من خلالها فهم وحدة المادة. إن الافتراض بأن هناك العديد من أنواع المادة المختلفة نوعياً، والتي لا توجد بينها روابط داخلية، لم يكن مرضياً.

وقد تم لفت انتباه الفيزيائيين إلى هذه القوى بعد اكتشاف بيكريل للتحلل الإشعاعي في عام 1896. وفي الدراسات اللاحقة التي أجراها كوري ورذرفورد وآخرون، تم إثبات تحول العناصر في العمليات المشعة بوضوح. وقد انبعثت جسيمات ألفا في هذه العمليات على شكل شظايا من الذرات ذات طاقة أكبر بحوالي مليون مرة من طاقة جسيم واحد في عملية كيميائية. وبالتالي، يمكن الآن استخدام هذه الجسيمات كأداة جديدة لدراسة البنية الداخلية للذرة. كان النموذج النووي للذرة، الذي اقترحه رذرفورد في عام 1911، نتيجة لتجارب تشتت جسيمات ألفا. وأهم ما يميز هذا النموذج الشهير هو انقسام الذرة إلى جزأين مختلفين تماما - النواة الذرية والأغلفة الإلكترونية المحيطة بالنواة الذرية. لا تشغل النواة الذرية في المركز سوى جزء صغير للغاية من المساحة الإجمالية التي تشغلها الذرة، حيث أن نصف قطر النواة أقل بحوالي مائة ألف مرة من نصف قطر الذرة بأكملها؛ لكنها لا تزال تحتوي على كامل كتلة الذرة تقريبًا. وشحنتها الكهربائية الموجبة، وهي مضاعف صحيح لما يسمى بالشحنة الأولية، تحدد العدد الإجمالي للإلكترونات المحيطة بالنواة، فالذرة ككل يجب أن تكون محايدة كهربائيا؛ وبالتالي يحدد شكل مسارات الإلكترون.

أعطى هذا التمييز بين النواة الذرية والغلاف الإلكتروني على الفور تفسيرًا ثابتًا لحقيقة أن العناصر الكيميائية في الكيمياء هي الوحدات الأخيرة للمادة وأن هناك حاجة إلى قوى كبيرة جدًا لتحويل العناصر إلى بعضها البعض. الروابط الكيميائية بين الذرات المتجاورة تفسر بتفاعل الأغلفة الإلكترونية، وتكون طاقات التفاعل منخفضة نسبياً. إن الإلكترون الذي يتم تسريعه في أنبوب التفريغ بجهد لا يتجاوز بضعة فولتات لديه طاقة كافية "لتفكيك" أغلفة الإلكترونات والتسبب في انبعاث الضوء أو كسر الرابطة الكيميائية في الجزيء. لكن السلوك الكيميائي للذرة، على الرغم من أنه يعتمد على سلوك الأغلفة الإلكترونية، إلا أنه يتحدد بالشحنة الكهربائية للنواة الذرية. إذا أردت تغيير الخواص الكيميائية، فأنت بحاجة إلى تغيير النواة الذرية نفسها، وهذا يتطلب طاقات أكبر بحوالي مليون مرة من تلك التي تحدث في العمليات الكيميائية.

وهذا يؤدي إلى نوعين مختلفين من الترابط بين الذرات. مع أحد أنواع الروابط، ينتقل الإلكترون من ذرة واحدة إلى ذرة أخرى، على سبيل المثال، لملء غلاف إلكتروني لم يمتلئ بالكامل بعد. وفي هذه الحالة، ينتهي الأمر بكلتا الذرتين مشحونتين كهربائيًا وتسمى "أيونات"؛ وبما أن شحناتهم متضادة، فإنهم يجذبون بعضهم البعض. ويتحدث الكيميائي في هذه الحالة عن " اتصال قطبي".

وهذان النوعان من الروابط، اللذان يمكن أن يتواجدا في جميع التركيبات الممكنة، يؤديان في النهاية إلى تكوين تجمعات مختلفة من الذرات، ويحددان في النهاية جميع الهياكل المعقدة التي تدرسها الفيزياء والكيمياء. لذا فإن المركبات الكيميائية تتشكل نتيجة لأن مجموعات صغيرة مغلقة تنشأ من ذرات مختلفة الأنواع، ويمكن تسمية كل مجموعة بجزيء من مركب كيميائي. عندما تتشكل البلورات، يتم ترتيب الذرات في شبكات مرتبة. تتشكل المعادن عندما تتجمع الذرات معًا بإحكام شديد بحيث تترك الإلكترونات الخارجية أغلفتها ويمكن أن تمر عبر قطعة المعدن بأكملها. تنشأ مغناطيسية بعض المواد، وخاصة بعض المعادن، من الحركة الدورانية للإلكترونات الفردية في ذلك المعدن، وما إلى ذلك.

لقد قمنا حتى الآن بتحليل بنية المادة في اتجاه واحد - من الذرة إلى هياكل أكثر تعقيدًا تتكون من الذرات: من الفيزياء الذرية إلى فيزياء الحالة الصلبة، إلى الكيمياء، وأخيراً إلى علم الأحياء. يجب علينا الآن أن نتجه في الاتجاه المعاكس ونتتبع خط البحث من المناطق الخارجية للذرة إلى المناطق الداخلية، إلى النواة الذرية وأخيرا إلى الجسيمات الأولية. وربما يقودنا هذا السطر الثاني فقط إلى فهم وحدة المادة. هنا لا داعي للخوف من تدمير الهياكل المميزة نفسها في التجارب. إذا كانت المهمة هي اختبار الوحدة الأساسية للمادة تجريبيًا، فيمكننا إخضاع المادة لأقوى القوى الممكنة، ولأشد الظروف تطرفًا، من أجل معرفة ما إذا كان من الممكن تحويل المادة في النهاية إلى مادة أخرى.

وكانت الخطوة الأولى في هذا الاتجاه هي التحليل التجريبي للنواة الذرية. وفي الفترات الأولية لهذه الدراسات، والتي امتدت تقريبًا للعقود الثلاثة الأولى من هذا القرن، كانت الأدوات الوحيدة للتجارب على النواة الذرية هي جسيمات ألفا المنبعثة من المواد المشعة. وبمساعدة هذه الجسيمات، تمكن رذرفورد في عام 1919 من تحويل النوى الذرية للعناصر الخفيفة إلى بعضها البعض. لقد كان قادرًا، على سبيل المثال، على تحويل نواة النيتروجين إلى نواة أكسجين عن طريق ربط جسيم ألفا بنواة النيتروجين وفي نفس الوقت إخراج بروتون منها. كان هذا هو المثال الأول لعملية تتم على مسافات بترتيب أنصاف أقطار النوى الذرية، والتي تشبه العمليات الكيميائية، ولكنها أدت إلى التحول الاصطناعي للعناصر. وكان النجاح الحاسم التالي هو التسريع الاصطناعي للبروتونات في الأجهزة ذات الجهد العالي إلى طاقات كافية للتحولات النووية. ويحتاج هذا الغرض إلى فروق جهد تبلغ حوالي مليون فولت، وقد نجح كوكروفت ووالتون في تجربتهما الحاسمة الأولى في تحويل النوى الذرية لعنصر الليثيوم إلى نوى ذرية لعنصر الهيليوم. فتح هذا الاكتشاف مجالًا جديدًا تمامًا للبحث، والذي يمكن تسميته بالفيزياء النووية بالمعنى الصحيح للكلمة والذي أدى بسرعة كبيرة إلى فهم نوعي لبنية النواة الذرية.

في النهاية، تبقى المشكلة الكبرى الأخيرة هي مشكلة وحدة المادة. هل هذه الجسيمات الأولية - البروتون والنيوترون والإلكترون هي اللبنات الأخيرة غير القابلة للتحلل للمادة، وبعبارة أخرى، "الذرات" بمعنى فلسفة ديموقريطس، دون أي روابط متبادلة (باستثناء القوى المؤثرة بينها)، أم أنها مجرد أشكال مختلفة لنفس النوع من المادة؟ علاوة على ذلك، هل يمكن أن يتحولوا إلى بعضهم البعض أو حتى إلى أشكال أخرى من المادة؟ وإذا أردنا حل هذه المشكلة تجريبيا، فإن ذلك يتطلب قوى وطاقات مركزة على الجسيمات الذرية، والتي يجب أن تكون أكبر بعدة مرات من تلك التي استخدمت لدراسة النواة الذرية. وبما أن احتياطيات الطاقة في النوى الذرية ليست كبيرة بما يكفي لتزويدنا بالوسائل اللازمة لإجراء مثل هذه التجارب، فيجب على الفيزيائيين إما الاستفادة من القوى الموجودة في الفضاء، أي في الفضاء بين النجوم، على سطح النجوم، أو يجب أن يثقوا بمهارة المهندسين.

ولهذا السبب، تبين أن الفعل عبر مسافات طويلة، كما يظهر في حالة قوى الجاذبية في الميكانيكا النيوتونية، لا يتوافق مع النظرية النسبية الخاصة. وكان من المفترض أن تستبدل النظرية الجديدة مثل هذا الفعل بـ"الفعل قصير المدى"، أي نقل القوة من نقطة واحدة فقط إلى النقطة المجاورة لها مباشرة. تبين أن التعبير الرياضي الطبيعي للتفاعلات من هذا النوع هو معادلات تفاضلية للموجات أو الحقول، غير المتغيرة في ظل تحويل لورنتز. مثل هذه المعادلات التفاضلية تستبعد أي تأثير مباشر للأحداث المتزامنة على بعضها البعض.

وفي مخطط نظري آخر، جرت محاولة للقضاء على اختلافات الشكلية على أساس عملية رياضية كانت تسمى "إعادة التطبيع". تتكون هذه العملية من حقيقة أنه يمكن نقل لانهائيات الشكلية إلى مكان لا يمكنها فيه التدخل في الحصول على علاقات محددة بدقة بين الكميات التي يمكن ملاحظتها. في الواقع، أدى هذا المخطط بالفعل إلى حد ما إلى تقدم حاسم في الديناميكا الكهربائية الكمومية، لأنه يوفر طريقة لحساب بعض الميزات المثيرة للاهتمام للغاية في طيف الهيدروجين والتي لم يكن من الممكن تفسيرها حتى الآن. ومع ذلك، فإن التحليل الأكثر دقة لهذا المخطط الرياضي جعل من المعقول استنتاج أن تلك الكميات التي ينبغي تفسيرها في نظرية الكم العادية على أنها احتمالات يمكن في هذه الحالة، في ظل ظروف معينة، بعد تنفيذ عملية إعادة التطبيع، أن تصبح سلبية. وهذا من شأنه، بطبيعة الحال، أن يستبعد التفسير المتسق للشكلية لوصف المادة، لأن الاحتمال السلبي هو مفهوم لا معنى له.

مجموعة ما يسمى بتحويلات لورنتز تميز بنية المكان والزمان التي كشفت عنها النظرية النسبية الخاصة.

ولكن حتى بغض النظر عن هذا الاحتمال، يمكن للمرء أن يأمل أنه بفضل تنسيق التجارب في مجال الجسيمات الأولية ذات الطاقات الأعلى مع التحليل الرياضيستؤدي نتائجها يومًا ما إلى فهم كامل لوحدة المادة. إن عبارة "الفهم الكامل" تعني أن أشكال المادة - تقريبًا بالمعنى الذي استخدم به أرسطو هذا المصطلح في فلسفته - سوف تتحول إلى استنتاجات، أي حلول لمخطط رياضي مغلق يعكس قوانين الطبيعة ل موضوع.

فهرس

لإعداد هذا العمل، تم استخدام المواد من الموقع http://www.philosophy.ru/

التدريس

هل تحتاج إلى مساعدة في دراسة موضوع ما؟

سيقوم المتخصصون لدينا بتقديم المشورة أو تقديم خدمات التدريس حول الموضوعات التي تهمك.
تقديم طلبكمع الإشارة إلى الموضوع الآن للتعرف على إمكانية الحصول على استشارة.

E. h.m. يتجاوز عدد العناصر الدورية. نظام مندليف. E. ch.m هو في الأساس ميكانيكا الكم. الكائنات (انظر الجسيمات الدقيقة)، فإن حركتها (التي تحدث غالبًا بسرعات قريبة من سرعة الضوء) يمكن أن تكون نسبية فقط، أي. نظرية تلبي متطلبات النسبية. في الثلاثينيات والخمسينيات. كان يعتقد أن النظرية العامة لميكانيكا الكم الإلكترونية ستكون ميكانيكا الكم والنظرية النسبية - النسبية. لكن العديد من المحاولات في هذا الاتجاه واجهت صعوبات لا يمكن التغلب عليها. ولذلك، فقد تطور في الفيزياء أنه من أجل إنشاء نظرية عامة لميكانيكا الكم الأولية، من الضروري استكمال مبادئ نظرية الكم والنظرية النسبية بمفاهيم وقوانين جديدة جوهريًا لا تميز إلا عالم الفيزياء. ميكانيكا الكم الأولية.

من الفلسفات التي نشأت في هذا الشأن. كانت أعظم المشاكل تتعلق بطبيعة الزمكان على مسافات قصيرة جدًا. عديد محاولات مباشرة تكميم المساحات والعلاقات على مستوى E. h.m مع الاتساق المنطقي. واكتشفوا خلال تجاربهم عدم توافقها مع متطلبات النظرية النسبية والبيانات التجريبية الخاصة بتشتت الجزيئات الكهروكيميائية عند طاقات عالية جدًا. أثبت Lindenbaum وآخرون في عام 1966 أنه حتى مسافات تتراوح بين 10 و17 سم، يتمتع العالم المصغر ببنية مستمرة وغير منفصلة. ويجري النظر اليوم في نماذج مختلفة من الزمكان المنفصل. الزمن كأحد اتجاهات البحث في مسألة المادية الحقيقية. هيكل مسافات صغيرة جدا وفواصل زمنية. لا يزال تطبيق الرياضيات في فيزياء E.H.M يعتمد على بديهية Eudoxus-Archimedes، والتي بموجبها، من بين جزأين تم اختيارهما بشكل تعسفي، يمكن دائمًا تأجيل الجزء الأصغر إلى عدد أكبرمرات، وبعد ذلك سيتم تجاوز الأخير في الطول. وهذا ما يميز طوبولوجيا الفضاء، يثير الشكوك في عالم E. h.m، خاصة فيما يتعلق بإمكانية التحولات الافتراضية المختلفة لهم في بعضهم البعض. في إطار ما يسمى تتم دراسة تطبيقات نظرية المجال التجريدي لبناء نظرية عامة للنظرية الابتدائية للرياضيات. الفضاءات الطوبولوجية الأكثر عمومية. الطبيعة، بما في ذلك. وغير متري (أي تلك التي يستحيل فيها إدخال مقياس معين لـ "مسافة" الأشياء عن بعضها البعض - وهو ما يعادل "المسافة" بينهما).

دكتور. فيلسوف ترتبط المشكلات بتحديد كائن أولي، والذي يمكن استخدامه كأساس لنظرية الكيانات E. ch المرتبطة بالخبرة (على سبيل المثال، معين عالمي، غير خطي ذاتي المفعول من Heisenberg)، والأشياء الافتراضية. الطبيعة (كواركات جيلمان وزفايج أو مناطق تشيو وفراوتشي وأتباعهم). ترتبط العديد من هذه المحاولات ارتباطًا مباشرًا بفلسفات معينة. أفكار. وهكذا يعتبر ساكاتا نظريته مبنية على أفكار جدلية. في المادية، ينطلق هايزنبرغ من تعاليم أفلاطون حول الأجسام المثالية الهندسية، ويربط جيلمان "تناظره الثماني" مع الطرق الثمانية لفهم حقيقة بوذا وبالبحث عن شكل جديد من أشكال الذرة، "تشيو"، على على العكس من ذلك، يعتبر فكرة الذرية عفا عليها الزمن ويقترح الاسترشاد بفكرة لايبنيز عن الأفضل من العوالم وفكرة "الديمقراطية" - وهي نفس حالة كل ما يعرفه إي.إم.

جميع المتغيرات من النظرية العامة لـ E. m المقترحة حتى الآن تمثل أساليب محددة للديالكتيكية العميقة. تناقض خصائص E. ch. البحث: من ناحية، من الواضح أن هناك ثباتًا مذهلاً في الكتل والشحنات والسبينات وغيرها من خصائص E. h.m. من ناحية أخرى، فإن قابلية التحويل المتبادلة لـ E. Ch. M. هي في الأساس شكل من أشكال وجودها - بفضل وجود العمليات الافتراضية، يمكن لكل من E. Ch. M. أن يتحول إلى أي شيء آخر تقريبًا (بالإضافة إلى عمليات إضافية). الجسيمات - للحفاظ على الشحنات الكهربائية والباريونية والليبتونية).

عدد من الفلسفات. تتعلق مشاكل فيزياء E. ch.m بتكوين مفاهيم جديدة، والتي سيكون من الممكن صياغة حركات جديدة لـ E. ch. في السنوات الأخيرة، فيما يتعلق باكتشاف خصائص جديدة للتناظر في ميكانيكا الكم الأولية، ظهرت قناعة بأن كلا من قوانين نظرية الكم وقوانين النظرية النسبية ليست سوى حالة محددة محددة لقوانين المستقبل العام نظرية ميكانيكا الكم الأولية (على سبيل المثال، في حدود الطاقات المنخفضة إلى حد ما - ما يصل إلى مليون إلكترون فولت لكل جسيم - وعندما تقتصر على الأشياء التي لها طوبولوجيا مترية تافهة). بمعنى آخر، يتم تناول بناء نظرية E. Ch. من وجهة نظر المراسلات المبدأ. يتم وضع آمال كبيرة على الخصائص المدروسة بشكل مكثف لتناظر تفاعلات E. h.m. ومن الواضح أنه فقط من وجهة النظر هذه. ستكون النظرية الموحدة لـ E. Ch.M قادرة على شرح حقيقة وجود هذه المجموعة المعينة من E. Ch.M. ووجود هذه الأنواع من التفاعلات بينهما على وجه التحديد، والغموض تمامًا في اليوم الحالي. الوقت، ولكن من الواضح جدًا من الناحية التجريبية أن قوة التفاعل تعتمد على درجة تماثلها (انخفاض في هذه القوة مع انخفاض درجة تماثل التفاعل).

أشعل.:ماركوف م. أ- عن العصر الحديث. شكل الذرة (حول مفهوم الجسيم الأولي)، "VF"، 1960؛ رقم 3، 4؛ Mapshak R. وSudershan E.، مقدمة في الفيزياء E. ch.، trans. من الإنجليزية، م.، 1962؛ فلسفة مشاكل الفيزياء E. Ch.، M.، 1863؛ هايزنبرغ ف.، الفيزياء وعبر. من الألمانية، م، 1963؛ طبيعة المادة، "التقدم في العلوم الفيزيائية"، 1965؛ المجلد 86، لا. 4؛ تشيو جي، محلل. نظرية المصفوفة S، العابرة. من الإنجليزية، م، 1968.

أنا أكشورين. موسكو.

الموسوعة الفلسفية. في 5 مجلدات - م: الموسوعة السوفيتية. حرره ف. كونستانتينوف. 1960-1970 .

انظر ما هي "العناصر الأولية للمادة" في القواميس الأخرى:

مقدمة. E. الجسيمات بالمعنى الدقيق لهذا المصطلح هي جسيمات أولية غير قابلة للتحلل، والتي تتكون منها كل المادة، حسب الافتراض. في الحديث مصطلح الفيزياء "E. ح." عادة لا يستخدم بمعناه الدقيق، ولكن بشكل أقل صرامة بالنسبة للاسم... ... الموسوعة الفيزيائية

القاموس الموسوعي الكبير

الجسيمات الأولية هي أصغر جسيمات المادة الفيزيائية. تعكس الأفكار حول الجسيمات الأولية المرحلة التي وصل إليها العلم الحديث في معرفة بنية المادة. جنبا إلى جنب مع الجسيمات المضادة، حوالي 300 عنصر أولي... ... مصطلحات الطاقة النووية

الجسيمات الأولية- أصغر جزيئات المادة الفيزيائية. تعكس الأفكار حول الجسيمات الأولية المرحلة التي وصل إليها العلم الحديث في معرفة بنية المادة. إلى جانب الجسيمات المضادة، تم اكتشاف حوالي 300 جسيم أولي. شرط... ... دليل المترجم الفني

الموسوعة الحديثة

الجسيمات الأولية- الجسيمات الأولية، الاسم العام لأصغر جسيمات المادة في المستوى التالي (بعد النواة) من بنية المادة (الجسيمات تحت النووية). تشمل الجسيمات الأولية البروتون (p)، والنيوترون (n)، والإلكترون (e)، والفوتون (g)، والنيوترينو (n)، وما إلى ذلك، و... ... القاموس الموسوعي المصور

مقدمة. E. الجسيمات بالمعنى الدقيق لهذا المصطلح هي جسيمات أولية غير قابلة للتحلل، والتي تتكون منها كل المادة، حسب الافتراض. في مفهوم "E. ح." في الفيزياء الحديثة تجد فكرة الكيانات البدائية تعبيرا... ... الموسوعة السوفيتية الكبرى

أصغر جزيئات المادة الفيزيائية المعروفة. تعكس الأفكار حول الجسيمات الأولية درجة المعرفة ببنية المادة التي حققها العلم الحديث. السمة المميزة للجسيمات الأولية هي القدرة على التبادل ... ... القاموس الموسوعي

وبالمعنى الضيق، الجسيمات التي لا يمكن اعتبارها مكونة من جزيئات أخرى. في الحديث في الفيزياء، يتم استخدام مصطلح E. Ch بالمعنى الأوسع: ما يسمى. أصغر جسيمات المادة بشرط أن لا تكون نواة وذرات ذرية... ... الموسوعة الكيميائية

أصغر الجزيئات المادية موضوع. تعكس الأفكار حول E. h. درجة المعرفة ببنية المادة التي تم الوصول إليها في العصر الحديث. علوم. السمة المميزة لـ E. h هي القدرة على الخضوع للتحولات المتبادلة. هذا لا يسمح لنا باعتبار E. h. علم الطبيعة. القاموس الموسوعي

كتب

النظرية الأثيرية لبنية المادة في الكون، أناتولي بيدريتسكي. يحدد كتاب "النظرية الأثيرية لبنية المادة في الكون" الجسيمات الأولية الأولية الحقيقية للمادة - الحُصُر، التي لها كثافة مطلقة وتتحرك بشكل فوضوي في جميع الاتجاهات،...

إذا كنت تعتقد أننا غرقنا في غياهب النسيان بموضوعاتنا المذهلة، فإننا نسارع إلى إحباطك وإسعادك: لقد كنت مخطئًا! في الواقع، كنا نحاول طوال هذا الوقت إيجاد طريقة مقبولة لعرض موضوعات مجنونة تتعلق بمفارقات الكم. لقد كتبنا العديد من المسودات، لكنها ألقيت جميعا في البرد. لأنه عندما يتعلق الأمر بشرح النكات الكمومية، فإننا أنفسنا نرتبك ونعترف بأننا لا نفهم الكثير (وبشكل عام، قليل من الناس يفهمون هذا الأمر، بما في ذلك علماء العالم الرائعين). للأسف، عالم الكم غريب جدًا على النظرة العالمية الصغيرة لدرجة أنه ليس من العار على الإطلاق الاعتراف بسوء الفهم والمحاولة معًا لفهم الأساسيات على الأقل.

وعلى الرغم من أننا، كالعادة، سنحاول التحدث بأكبر قدر ممكن من الوضوح مع الصور من جوجل، فإن القارئ عديم الخبرة سيحتاج إلى بعض التحضير الأولي، لذلك ننصحك بالاطلاع على مواضيعنا السابقة، خاصة فيما يتعلق بالكميات والمادة.
خاصة بالنسبة للإنسانيين وغيرهم من المهتمين - مفارقات الكم. الجزء 1.

سنتحدث في هذا الموضوع عن اللغز الأكثر شيوعًا في عالم الكم - ازدواجية الموجة والجسيم. عندما نقول "الأكثر اعتيادية"، فإننا نعني أن الفيزيائيين قد سئموا منها لدرجة أنها لا تبدو لغزًا. ولكن هذا كله بسبب أن المفارقات الكمومية الأخرى يصعب على العقل العادي قبولها.

وكان مثل هذا. في الأيام الخوالي، في مكان ما في منتصف القرن السابع عشر، اختلف نيوتن وهيجنز حول وجود الضوء: أعلن نيوتن دون خجل أن الضوء هو تيار من الجسيمات، وحاول هيجنز القديم إثبات أن الضوء موجة. لكن نيوتن كان أكثر موثوقية، لذلك تم قبول بيانه حول طبيعة الضوء على أنه صحيح، وكان هويجنز موضع سخرية. ولمدة مائتي عام، كان الضوء يعتبر تيارًا من بعض الجسيمات غير المعروفة، والتي كانوا يأملون في اكتشاف طبيعتها يومًا ما.

في بداية القرن التاسع عشر، اشتغل مستشرق يدعى توماس يونغ بالأجهزة البصرية، فأخذ ونفذ تجربة تسمى الآن تجربة يونغ، ويعتبر كل فيزيائي هذه التجربة مقدسة.

قام توماس يونج بتوجيه شعاع من الضوء (من نفس اللون، بحيث يكون التردد هو نفسه تقريبًا) من خلال شقين في اللوحة، ووضع لوحة شاشة أخرى خلفه. وأظهر النتيجة لزملائه. إذا كان الضوء عبارة عن تيار من الجسيمات، فسنرى خطين ضوئيين في الخلفية.
ولكن لسوء الحظ بالنسبة للعالم العلمي بأكمله، ظهرت سلسلة من الخطوط الداكنة والفاتحة على شاشة اللوحة. هناك ظاهرة شائعة تسمى التداخل وهي تراكب موجتين (أو أكثر) فوق بعضها البعض.

بالمناسبة، بفضل التداخل نلاحظ ألوان قوس قزح على بقعة زيت أو على فقاعة صابون.

بمعنى آخر، أثبت توماس يونج تجريبيًا أن الضوء عبارة عن موجات. العالم العلميلفترة طويلة لم يكن يريد تصديق يونغ، وفي وقت ما تعرض لانتقادات شديدة لدرجة أنه تخلى عن أفكاره حول نظرية الموجة. لكن الثقة في صحتها لا تزال سائدة، وبدأ العلماء في النظر في الضوء كموجة. صحيح أن موجة ماذا كانت لغزا.
هنا، في الصورة، تجربة يونج القديمة الجيدة.

ويجب القول أن الطبيعة الموجية للضوء لم تؤثر بشكل كبير على الفيزياء الكلاسيكية. أعاد العلماء كتابة الصيغ وبدأوا يعتقدون أن العالم كله سوف يقع قريباً تحت أقدامهم بموجب صيغة عالمية واحدة لكل شيء.
لكنك خمنت بالفعل أن أينشتاين، كما هو الحال دائما، دمر كل شيء. تسللت المشكلة من الجانب الآخر - في البداية ارتبك العلماء في حساب طاقة الموجات الحرارية واكتشفوا مفهوم الكم (تأكد من القراءة عن هذا في موضوعنا المقابل ""). وبعد ذلك، وبمساعدة نفس الكميات، وجه أينشتاين ضربة للفيزياء، موضحًا ظاهرة التأثير الكهروضوئي.

باختصار: التأثير الكهروضوئي (أحد نتائجه هو التعرض للفيلم) هو طرد الإلكترونات من سطح بعض المواد بواسطة الضوء. من الناحية الفنية، يحدث هذا الضرب كما لو كان الضوء جسيمًا. أطلق أينشتاين على جسيم الضوء اسم كم الضوء، وبعد ذلك أطلق عليه اسم - الفوتون.

في عام 1920، تمت إضافة تأثير كومبتون المذهل إلى نظرية الموجات المضادة للضوء: عندما يتم قصف الإلكترون بالفوتونات، يرتد الفوتون عن الإلكترون مع فقدان الطاقة (نطلق النار باللون الأزرق، لكن الأحمر يطير قبالة)، مثل كرة البلياردو من آخر. وقد حصل كومبتون على جائزة نوبل لهذا الغرض.

هذه المرة، كان الفيزيائيون حذرين من مجرد التخلي عن الطبيعة الموجية للضوء، ولكنهم بدلًا من ذلك فكروا مليًا. يواجه العلم لغزًا مرعبًا: هل الضوء موجة أم جسيم؟

الضوء، مثل أي موجة، له تردد - ومن السهل التحقق من ذلك. نحن نرى ألوانًا مختلفة لأن كل لون هو مجرد تردد مختلف لموجة كهرومغناطيسية (خفيفة): اللون الأحمر هو تردد منخفض، والأرجواني هو تردد مرتفع.
لكن الأمر مدهش: الطول الموجي للضوء المرئي أكبر بخمسة آلاف مرة من حجم الذرة - كيف يتناسب مثل هذا "الشيء" مع الذرة عندما تمتص الذرة هذه الموجة؟ لو أن الفوتون فقط هو جسيم مماثل في حجم الذرة. هل الفوتون كبير وصغير في نفس الوقت؟

بالإضافة إلى ذلك، يثبت التأثير الكهروضوئي وتأثير كومبتون بوضوح أن الضوء لا يزال عبارة عن تيار من الجسيمات: لا يمكن تفسير كيفية نقل الموجة للطاقة إلى الإلكترونات المتمركزة في الفضاء - إذا كان الضوء موجة، فسيتم طرد بعض الإلكترونات لاحقًا من غيرها، والظاهرة لن نلاحظ التأثير الكهروضوئي. لكن في حالة التدفق، يصطدم فوتون واحد بإلكترون واحد، وفي ظل ظروف معينة، يخرجه من الذرة.

ونتيجة لذلك، تقرر: الضوء هو موجة وجسيم في نفس الوقت. أو بالأحرى، لا هذا ولا ذاك، بل شكل جديد غير معروف سابقًا من وجود المادة: الظواهر التي نلاحظها هي مجرد إسقاطات أو ظلال للحالة الحقيقية، اعتمادًا على الطريقة التي تنظر بها إلى ما يحدث. عندما ننظر إلى ظل أسطوانة مضاء من أحد الجانبين نرى دائرة، وعندما نضاء من الجانب الآخر نرى ظلا مستطيلا. وهذا هو الحال مع تمثيل الموجة الجسيمية للضوء.

ولكن حتى هنا كل شيء ليس سهلاً. لا يمكننا أن نقول إننا نعتبر الضوء موجة أو تيارًا من الجسيمات. انظر خارج النافذة. وفجأة، حتى في الزجاج المغسول بشكل نظيف، نرى انعكاسنا، وإن كان ضبابيًا. ما الفائدة؟ إذا كان الضوء عبارة عن موجة، فمن السهل تفسير الانعكاس في النافذة - فنحن نرى تأثيرات مماثلة على الماء عندما تنعكس الموجة عن عائق. ولكن إذا كان الضوء عبارة عن تيار من الجسيمات، فليس من السهل تفسير الانعكاس. بعد كل شيء، كل الفوتونات هي نفسها. ومع ذلك، إذا كانت جميعها متشابهة، فيجب أن يكون للحاجز على شكل زجاج النافذة نفس التأثير عليها. فإما أن تمر جميعها عبر الزجاج، أو تنعكس جميعها. لكن في الواقع القاسي، يتطاير بعض الفوتونات عبر الزجاج، فنرى المنزل المجاور ونرى انعكاسنا على الفور.

والتفسير الوحيد الذي يتبادر إلى ذهني هو أن الفوتونات موجودة في أذهانها. من المستحيل التنبؤ بنسبة مائة بالمائة بكيفية تصرف فوتون معين - سواء كان سيصطدم بالزجاج كجسيم أو كموجة. هذا هو أساس فيزياء الكم - السلوك العشوائي تمامًا للمادة على المستوى الجزئي دون أي سبب (وفي عالمنا ذو الكميات الكبيرة، نعلم من التجربة أن كل شيء له سبب). هذا مولد أرقام عشوائي مثالي، على عكس رمي العملة.

وكان أينشتاين العبقري، الذي اكتشف الفوتون، مقتنعا حتى نهاية حياته بأن فيزياء الكم خاطئة، وأكد للجميع أن «الله لا يلعب النرد». لكن العلم الحديث يؤكد بشكل متزايد أن هذا يلعب دوراً.

بطريقة أو بأخرى، قرر العلماء ذات يوم وضع حد للنقاش حول "الموجة أو الجسيم" وإعادة إنتاج تجربة يونغ مع الأخذ بعين الاعتبار تقنيات القرن العشرين. بحلول هذا الوقت، كانوا قد تعلموا إطلاق الفوتونات واحدًا تلو الآخر (مولدات الكم، المعروفة بين السكان باسم "الليزر")، وبالتالي تقرر التحقق مما سيحدث على الشاشة إذا أطلق أحدهم جسيمًا واحدًا على شقين: سوف يصبح واضحًا أخيرًا ما هو المهم في ظل ظروف تجريبية خاضعة للرقابة.

وفجأة - أظهر كم واحد من الضوء (الفوتون) نمط تداخل، أي أن الجسيم طار عبر الشقين في نفس الوقت، وتداخل الفوتون مع نفسه (من الناحية العلمية). دعونا نوضح النقطة الفنية - في الواقع، لم يتم عرض صورة التداخل بواسطة فوتون واحد، ولكن من خلال سلسلة من الطلقات على جسيم واحد على فترات مدتها 10 ثوانٍ - وبمرور الوقت، ظهرت أهداب يونج، المألوفة لدى أي طالب في مجال C منذ عام 1801، على الشاشة.

من وجهة نظر الموجة، فمن المنطقي - تمر الموجة عبر الشقوق، والآن تتباعد موجتان جديدتان في دوائر متحدة المركز، متداخلة مع بعضها البعض.
لكن من الناحية الجسيمية يتبين أن الفوتون يكون في مكانين في نفس الوقت عندما يمر عبر الشقين، وبعد مروره يختلط مع نفسه. هذا أمر طبيعي عموما، هاه؟
اتضح أن الأمر طبيعي. علاوة على ذلك، بما أن الفوتون موجود في شقين في وقت واحد، فهذا يعني أنه موجود في كل مكان في نفس الوقت قبل الشقين وبعد الطيران عبرهما. وبشكل عام، من وجهة نظر فيزياء الكم، فإن الفوتون المنطلق بين البداية والنهاية يكون في نفس الوقت «في كل مكان وفي نفس الوقت». يطلق الفيزيائيون على مثل هذا الاكتشاف للجسيم اسم "التراكب في كل مكان مرة واحدة" - وهي كلمة رهيبة، والتي كانت بمثابة تدليل رياضي، أصبحت الآن حقيقة فيزيائية.

بحلول هذا الوقت، كان E. Schrödinger، وهو خصم معروف لفيزياء الكم، قد حفر في مكان ما صيغة تصف الخصائص الموجية للمادة، مثل الماء. وبعد العبث بها قليلًا، مما أثار رعبي، استنتجت ما يسمى بالدالة الموجية. أظهرت هذه الدالة احتمالية العثور على فوتون في مكان معين. لاحظ أن هذا احتمال وليس موقعًا محددًا. ويعتمد هذا الاحتمال على مربع ارتفاع قمة الموجة الكمومية في مكان معين (إذا كان أي شخص مهتمًا بالتفاصيل).

وسنخصص فصلاً منفصلاً لقضايا قياس مواقع الجزيئات.

أظهرت الاكتشافات الإضافية أن الأشياء ذات الثنائية أسوأ وأكثر غموضًا.
في عام 1924، قال لويس دي برولي أن الخصائص الموجية والجسيمية للضوء هي قمة جبل الجليد. وجميع الجسيمات الأولية لها هذه الخاصية غير المفهومة.
أي أن الجسيم والموجة في نفس الوقت ليسا فقط جسيمات المجال الكهرومغناطيسي (الفوتونات)، ولكن أيضًا جسيمات حقيقية مثل الإلكترونات والبروتونات وما إلى ذلك. كل ما حولنا على المستوى المجهري هو موجات(والجزيئات في نفس الوقت).

وبعد مرور عامين، تم تأكيد ذلك تجريبيًا - حيث قام الأمريكيون بدفع الإلكترونات في أنابيب أشعة الكاثود (والتي تُعرف في الريح القديمة اليوم باسم "منظار سينمائي") - وهكذا أكدت الملاحظات المتعلقة بانعكاس الإلكترونات أن الإلكترون هي أيضًا موجة (لسهولة الفهم، يمكنك القول أنهم وضعوا صفيحة ذات شقين في مسار الإلكترون وشاهدوا تداخل الإلكترون كما هو).

حتى الآن، اكتشفت التجارب أن الذرات لها أيضًا خصائص موجية، وحتى بعض الأنواع الخاصة من الجزيئات (ما يسمى بالفوليرين) تظهر نفسها على شكل موجات.

سوف يتساءل العقل الفضولي للقارئ الذي لم يذهل بعد من قصتنا: إذا كانت المادة موجة، فلماذا، على سبيل المثال، لا تلطخ الكرة الطائرة في الفضاء على شكل موجة؟ لماذا لا تشبه الطائرة النفاثة الموجة على الإطلاق، ولكنها تشبه إلى حد كبير الطائرة النفاثة؟

لقد شرح الشيطان دي برولي كل شيء هنا: نعم، الكرة الطائرة أو طائرة البوينج هي أيضًا موجة، لكن طول هذه الموجة أقصر، كلما زاد الدافع. الزخم هو الكتلة مضروبة في السرعة. أي أنه كلما زادت كتلة المادة، قل طول موجتها. الطول الموجي لكرة تطير بسرعة 150 km/h سيكون حوالي 0.00 متر. لذلك، لا يمكننا ملاحظة كيفية انتشار الكرة عبر الفضاء على شكل موجة. بالنسبة لنا هي مادة صلبة.
الإلكترون جسيم خفيف جدًا، ويطير بسرعة 6000 كيلومتر في الثانية، وسيكون له طول موجي ملحوظ يبلغ 0.0000000001 متر.

بالمناسبة، دعونا نجيب على الفور على السؤال الذي يجعل النواة الذرية ليست "موجية" إلى هذا الحد. على الرغم من أنها تقع في مركز الذرة، حيث يطير الإلكترون حولها بجنون وفي نفس الوقت يتم تلطيخها، إلا أنها تتمتع بزخم لائق مرتبط بكتلة البروتونات والنيوترونات، بالإضافة إلى التذبذب عالي التردد (السرعة) بسبب لوجود تبادل دائم للجسيمات داخل النواة تفاعل قوي (اقرأ الموضوع). ولذلك، فإن النواة أشبه بالمادة الصلبة التي نعرفها. يبدو أن الإلكترون هو الجسيم الوحيد ذو الكتلة الذي يعبر بوضوح عن خصائص الموجة، لذلك يدرسه الجميع بسرور.

دعونا نعود إلى جزيئاتنا. وهكذا اتضح أن الإلكترون الذي يدور حول الذرة هو جسيم وموجة في نفس الوقت. أي أن الجسيم يدور، وفي الوقت نفسه، يمثل الإلكترون كموجة غلافًا ذو شكل معين حول النواة - كيف يمكن للدماغ البشري أن يفهم ذلك؟

لقد حسبنا بالفعل أعلاه أن الإلكترون الطائر له طول موجي ضخم إلى حد ما (بالنسبة لعالم مصغر)، ولكي يتناسب مع نواة الذرة، تحتاج مثل هذه الموجة إلى مساحة كبيرة غير لائقة. وهذا بالضبط ما يفسر هذه الأحجام الكبيرة من الذرات مقارنة بالنواة. تحدد الأطوال الموجية للإلكترون حجم الذرة. يتم ملء المساحة الفارغة بين النواة وسطح الذرة بـ "مسكن" الطول الموجي (وفي نفس الوقت الجسيم) للإلكترون. هذا تفسير فظ وغير صحيح - من فضلك سامحنا - في الواقع كل شيء أكثر تعقيدًا، لكن هدفنا هو على الأقل السماح للأشخاص المهتمين بكل هذا بقضم قطعة من جرانيت العلم.

لنكن واضحين مرة أخرى!بعد بعض التعليقات على المقال [في YP]، أدركنا النقطة المهمة التي كانت تفتقدها هذه المقالة. انتباه! إن شكل المادة الذي وصفناه ليس موجة ولا جسيما. فهو فقط (في نفس الوقت) له خصائص الموجة وخصائص الجسيمات. ولا يمكن القول أن الموجة الكهرومغناطيسية أو موجة الإلكترون تشبه أمواج البحر أو الموجات الصوتية. تمثل الموجات التي نعرفها انتشار الاضطرابات في الفضاء المملوء ببعض المواد.
يمكن وصف الفوتونات والإلكترونات وغيرها من الكائنات المصغرة، عندما تتحرك في الفضاء، من خلال معادلات موجية؛ إنه مشابه للبنية الجسيمية للمادة: سلوك الجسيم يشبه طيران الكرات النقطية الصغيرة، لكنها ليست كرات أبدًا.
يجب فهم هذا وقبوله، وإلا فإن كل أفكارنا ستؤدي في النهاية إلى البحث عن نظائرها في الكون الكبير وبالتالي سينتهي فهم فيزياء الكم، وستبدأ الفلسفة الرهبانية أو الدجال، مثل السحر الكمي والمادية من الأفكار.

وسنتناول ما تبقى من استنتاجات وعواقب مرعبة لتجربة يونج الحديثة لاحقًا في الجزء التالي - عدم اليقين هايزنبرج، قطة شرودنغر، مبدأ استبعاد باولي والتشابك الكمي تنتظر القارئ الصبور والمفكر الذي سيعيد قراءة مقالاتنا أكثر من مرة وينقب من خلال شبكة الإنترنت بحثا عن معلومات إضافية.

شكرا لكم جميعا على اهتمامكم. أرق سعيد أو كوابيس معرفية للجميع!

ملحوظة: نذكرك بشدة أن جميع الصور مأخوذة من Google (البحث بالصور) - يتم تحديد التأليف هناك.
تتم مقاضاة النسخ غير القانوني للنص، وقمعه، حسنًا، كما تعلم...