ملتقى الفيزيائيين العرب

النفق الكمي

هذه إحدى أكثر الظواهر التي يمكن أن تتضح من ميكانيكا الكم إمتاعا، و بدونها ما كانت رقائق الكمبيوتر لتظهر، و لكان الكمبيوتر الشخصي قد وسع تقريبا غرفة كاملة. و كما أشرنا سابقا، فإن الموجة تعيِّن احتمال أين سيكون الجسيم. عندما يصادف ذلك الاحتمال أي حاجز طاقوي؛ فإن معظم الموجة سوف ينعكس مرتدا، و لكن جزءا صغيرا منها سوف يتسرب خلال الحاجز. إذا كان الحاجز صغيرا بقدر كاف فإن تلك الموجة التي تسربت سوف تواصل مسيرها إلى الجانب الآخر منه. حتى لو لم يكن ذلك الجسيم يملك طاقة كافية ليجتاز الحاجز، تظل هناك احتمالية أن يتسلل نفقيا من خلاله.

دعنا نفترض أنك ترمي كرة مطاطية على الحائط. أنت تعلم أنك لا تملك الطاقة الكافية لترميها خلال الحائط (أي تخترقه)، لذا فإنك تتوقع دوما أنها سوف ترتد. على أية حال، فإن ميكانيكا الكم تقول إنه يوجد احتمال صغير بأن الكرة قد تخترق الحائط (دون أن تلحق به أي ضرر) لتكمل مسيرها في الجهة الأخرى! مع ذلك فإن لأشياء كبيرة مثل كرة المطاط؛ تلك الاحتمالية تكون صغيرة جدا لحد أنك قد تقذف الكرة لملايين السنين و لن تراها تخترق الحائط. و لكن مع أشياء صغيرة مثل الإلكترون؛ فإن النفقية حدث يومي.

على الجانب الآخر من النفقية، عندما يصادف جسيم انخفاضا في الطاقة فهناك احتمالية صغيرة لأن ينعكس. و بتعبير آخر، إذا كنت تدحرج مرمرا على منضدة مسطحة مستوية؛ فهناك فرصة صغيرة أن ترتد الرخامة عندما تصل إلى الحافة بدلا من أن تسقط على الأرض! ومرة أخرى، لأشياء كبيرة مثل المرمر فإنك لن ترى أبدا شيئا مثل هذا يحدث، و لكن للفوتونات (الجسيمات الضوئية عديمة الكتلة) فإنه حدث حقيقي جدا.