[نيوتن]

يوجد ما يقرب من( 0,01%) من طاقة الكون الكلية على شكل أشعه كهرومغناطيسية . فالحياة البشرية كلها مغمورة بتلك الأشكال من الأشعة وكذلك فان تكنولوجيا وسائل الاتصالات الحديثة والخدمات الطبية تعتمد بشكل كبير وواضح على صور عده لهذه الموجات . وفى الواقع فان كل الكائنات الحية التى تعيش على وجه الأرض تعتمد على الأشعة الكهرومغناطيسة المستمدة من الشمس . فان أعيننا يمكنها أن ترى بعضا من الاشعه
الكهرومغناطيسسيه المنبعثة من الشمس فى صورة ضوء مرئى .وكذلك فالحياة اليومية مليئة بأشعة كهرومغناطيسيه من صنع الإنسان ومنها ما يلى .. الطعام الذى يطهى فى أفران تعمل بالميكروويف والطائرات توجه بواسطة موجات راداريه وأيضا البث والاستقبال الإذاعي والتلفزيوني الذى يستقبل الموجات الكهرومغناطيسية . فالذى يقوم بعملية النقل هذه (نقل الصوت والصورة ) هى موجات كهرومغناطيسيه. لكن ما هى الموجه الكهرومغناطيسيه ؟ الإشعاع الكهرومغناطيسى هو فيض من الطاقة عبر الفضاء بسرعه تساوى سرعة الضوء ويكون هذا الفيض على شكل موجات كهرومغناطيسيه وفى هذه الموجه يغير المجال الكهربى و المغناطيسى قيمتهما واتجاههما كل ثانيه ملايين المرات . ومعدل التغير هذا أو عدد الدورات فى الثانية هو التردد الموجى الذى يتم قياسه بالهرتز . ودائما ما يكون المجالين الكهربى والمغناطيسى متعامدين على بعضهما مع تعامد كليهما على اتجاه حركة الموجه .والطول الموجى هو المسافة بين اقرب قاعين أو اقرب قمتين (ذروتين). ويلاحظ أن الطول الموجى والتردد مرتبطان بهذه المعادلة:
سرعة الضوء =الطول الموجى × التردد .

[نيوتن]

قبل بداية القرن العشرين كان لدى العلماء اعتقاد راسخ بأن العالم الفيزيائى ينقسم إلى عالمين ... علم الموجات وعالم الجسيمات. وكان الاقتناع أن العالم المادى مكون من أجزاء كروية صغيرة مثل الذرات والجزيئات والتى تتفاعل مع بعضها البعض لتنتج مواد مختلفة، حيه وغير حيه، والتى نراها حولنا. وكان لدى العلماء أيضاً نظرية جيدة جدا تصف كيف ينتشر الضوء فى صورة موجات كهرومغناطيسية مماثلة لموجات المياه فى بحيرة ساكنه
عندما تسقط حجرا بها. باختصار كان اكتمال الفيزياء النظرية وحل جميع الألغاز الكبيرة على مدى بصر العلماء. ولكن عند بداية القرن العشرين اكتشف العلماء أنه لابد من البحث عن نظرية جديده تفسر ألغاز لا يوجد لها حل فى النظرية النمطية لقد وجدوا أنه أحيانا يمكن أن يتصرف الضوء كموجات ولكن فى أحيانا أخرى يتصرف كجسيمات تسمى "فوتونات" وكأن ذلك ليس كافيا فقد اكتشف العلماء بعد ذلك بقليل أن الجسيمات "مثل الإلكترونات" تتصرف أحيانا كموجات

[نيوتن]

أول الملاحظة أن الضوء له طبيعة (جسيميه) (مثل الجسيمات) كانت فى عام 1900 ".
ماكس بلانك" الفيزيائى الألمانى المشهور والمولود فى ( كيل)
عام 1858 وجد نفسه مضطراً إلى إنتاج فكرة (الرزم) (الحزم) الضوئية المحددة لكى يفسر كيف يبعث أو يشع الجسم الساخن موجات كهرومغناطيسية .

[نيوتن]

دعنا نبدأ من أول القصة.





هل رأيت يوما حداداً ؟


هل رأيته يأخذ قطعة من الحديد ويضعها فى الفحم المشتعل ثم ينتظر فقطعة الحديد تتحول ببطء إلى اللون الأحمر ثم الأصفر والأزرق كلما ارتفعت درجة حرارتها.
هل سألت نفسك لماذا يحدث كل هذا؟
عندما تبدأ فى تسخين قطعة الحديد فإن الذرات والجزيئات المكونة لقطعة الحديد تتحرك أو تهتز أسرع وكلما زادت درجة حرارة القطعة تزداد سرعة

الذرات والجزيئات فهذه الحركة والاهتزازات تسبب تكوين جهاز إرسال أو استقبال (الإيريال) ولكن نظرية ماكسويل المقبولة في هذا الوقت تقول أن كمية الطاقة المنبعثة على هيئة موجات كهرومغناطيسية يجب أن تكون واحدة لكل الترددات . ونظرا لوجود عدد لانهائي من الترددات فإن الطاقة المنبعثة من الجسم الساخن سوف تكون لانهائية . من أين للجسم إذا كل هذه الطاقة ؟( عمل ماكس بلانك ستة أعوام كاملة لكى يأتى بحل يتفق مع ملاحظاتنا وليس مع ما تتنبأ به نظرية ماكسويل. اتفق اقتراح بلانك تماما مع الملاحظات ، ومع هذا فقد كرهه الرجل فقد اختلف حله مع منطقه العام . أى ان الرجل آمن بالحل ولكنه كرهه فى نفس الوقت . ولكن ما هو هذا الاقتراح الثورى الذى قلب فاهيم الفيزياء الحديثة رأسا على عقب. اقترح بلانك أن الطاقة المنبعثة أو الممتصة على صورة موجات كهرومغناطيسية لا يمكن أن توجد إلا فى صورة جسيمية على هيئة حزم رزم (وأى حزمه لا يمكن لها ان تنقسم ) وهذه الطاقة تتناسب تناسبا طرديا مع تردد الموجة الكهرومغناطيسية الحاملة للطاقة على صورة هذا المبدأ البسيط:
- E = h x f
حيث E هى أدنى كمية طاقة يمكن أن تنبعث أو تمتص على صور موجة كهرومغناطيسية ترددها f .
و( h ) هى ثابت بلانك وهى قيمة صغيرة جداً جدا ًجداً { 6.622x10-34 جول .ثانية}

[نيوتن]

كانت الثغرة الثانية فى الفيزياء النمطية والتى جعلت الفيزيائيون يبحثون عن نظرية أخرى تتفق مع ملاحظاتهم وقياساتهم هى نموذج الذرة . هل تذكر نموذج الذرة لرذرفورد : النواة في المركز مثل الشمس والنواة تدور حولها مثل الكواكب حول الشمس ، لاحظ أن قوة الجاذبية بين الشمس والكواكب
استبدلت فى هذا النموذج بقوة الجذب الكهرومغناطيسي بين النواة والإلكترونات. الثغرة الواضحة فى هذا النموذج أنه تبعاً لنظرية ماكسويل فإن الإلكترونات التى تدور حول النواه لابد أن ينبعث منها موجات كهرومغناطيسية وبالتالي تفقد طاقة مما يؤدى إلى انجذابها نحو النواة وبالتالي امتصاصها بواسطة النواه في جزء يسير من الثانية. لم يلاحظ العلماء أي شيء من هذا فذرات جميع العناصر موجودة من القدم ولم تصبح هذه الذرات نواة متعادلة . لحل هذه الإشكالية تقدم " بوهر " باقتراح وهو أن الإلكترونات لا يمكنها إلا أن تدور فى مدارات محددة كل مدار ذو مستوى





طاقة معين ، فإذا قفز الكترون من مدار بعيد عن النواه إلى مدار أقرب لها فإنه لابد وأن يبث طاقة تساوى الفرق بين مستويي طاقة هذين المدارين. ولكي يقفز اليكترون من مدار أدنى إلى مدار أعلى لابد له أن يمتص طاقة تساوى هذا الفرق تماماً وعليه فإنه فى أى مدار محدد لا تبث الإلكترونات أي موجات كهرومغناطيسية بسبب دورانها. وهذا التفسير فسر ثبات واتزان الذرة حيث لا يمكن للإلكترون فى أقرب أو أدنى مدار من النواة أن يفقد طاقة أكبر مما يحمل فى هذا المستوى ، و بالتالي لا يمكن للإلكترون أن يفقد أي طاقة من أدنى مدار له حول النواة.

[نيوتن]

يعرف" اسحق نيوتن " الذي أصر على أن الضوء يتكون من جسيمات صغيرة ، وطبعاً كلنا صدقنا فمن يستطيع أن يقول لا لنيتوين !! بعد حوالي مائة عام من نيوتن جاء عالم بريطاني آخر له نفس شهره نيوتن يسمى "توماس يونج " أجرى يونج بعض التجارب التي أثبتت أن الضوء يتكون من موجات أنظر" تجربة الفتحتين" ثم جاء " ماكسويل " و " هرتز " اللذان أكدا أن الضوء يتكون من موجات . ولكن اينشتاين الذي كان "يؤمن بالنظرية الموجية للضوء " أدهش العالم عندما أوضح أن الضوء له شكلان الشكل الموجي والشكل الجسيمي (فاز اينشتاين بجائزة نوبل عن إسهامه في اكتشاف طبيعة الضوء عن طريق التأثير الكهروضوئى ) . كيف يمكن للضوء ان يكون موجي وجسيمي في ان واحد :- هل هذا تناقض ؟لا. انظر
إلي الشكل المرفق الموضح. كانت رسالة الدكتوراه التي قدمها العالم الفرنسي ذو الأصول النبيلة لويس فيكتور دى برولى في عام 1923 هي الحلقة الاخيرة فى ازدواجية الجسيم والموجة . فلقد أظهر دى برولى أنه كما أن كل موجة ذات تردد معين حزمة أو رزمة من الطاقة تسمى فوتون يمكن النظر اليها كجسيم حسب مبدأ بلانك فإن لكل جسيم طبيعة موجية بالمقابل. فالإلكترون الذى يعلم كلنا أنه جسيم وله شحنه وكتله محددة ومعروفة ، أظهر دى برولى أن للإلكترون طبيعة موجية وهذه الموجة المصاحبة للإلكترون لها تردد يعطى بالمعادلة: f=mc2/h حيث أن m هى كتلة الإلكترون ، و c هي سرعة الضوء أما (h) فهي ثابت بلانك.

[نيوتن]

نظرية الكم
كانت اكتشافات بلانك وبوهر بلا شك مبهرة في الربع الأول من القرن العشرين ولكنها ظلت اكتشافات لا ترقى إلى مستوى النظرية أو العمل المتكامل
. وفى بداية عشرينيات القرن الماضي أبتدأ العلماء في البحث عن نظرية أو وسيله لوصف هذه الظواهر الكمية بصورة أشمل. أضطلع بهذا العمل شابين صغيرين أحدهما ألماني يدعى " فرنر هيزنبرج " والأخر نمساوي يدعى" أروين شرود نجر " كان هذان الشابان يعملان منفصلان كلُُ بطريقته ولكن لاحقاً أدرك العالم أنهما كانا يعملان لنفس الهدف .كان تركيز هيزنبرج على ما يسمى بميكانيكا المصفوفات في حين كان شرود نجر يعمل بما يسمى بميكانيكا الموجات . وقد أثبت بول ديراك لاحقاً أن ميكانيكا المصفوفات وميكانيكا الموجات هما ليسا إلا وجهان لعملة واحدة وهى ميكانيكا الكم .

[نيوتن]

كان العلماء قبل هذه الاكتشافات المذهلة يرون أنه يمكن لنا أن نتنبأ بكل ظواهر الكون إذا علمنا :

1- الحالة الفيزيائية التي تصف الكون الآن بدقة متناهية .
2- القوانين التي تسير هذا الكون
ومن هذين المعطيين نستطيع أن نتنبأ بحالة الكون في أي لحظة قادمة . أثبت هيزنبرج أن الفرضية الأولى مستحيلة تماماً أي أننا لا نستطيع أن نعرف
(أو نصف) بدقة متناهية حالة جسيم واحد فما بالك بالكون كله . معرفة أو وصف الجسيم يعنى أننا نعرف مكانه وسرعته تماماً. أثبت هيزنبرج إننا إذا قسنا مكان الجسيم بدقة متناهية فإن سرعته يمكن أن تأخذ أي قيمة دون أن نستطيع أن نصفها أي أنه كلما ذادت الدقة في قياس المكان قلت الدقة في قياس السرعة والعكس صحيح. وهذه الخاصية الطبيعية للكون لا تعتمد على الجهاز الذي نقيس به بل أنها مبدأ ثابت وهى طبيعة الكون الذي نحيا فيه وهى حد مطلق لا يمكن لنا اختراقه مهما دققنا في القياس .

[أرض الشمس]

بارك الله فيك

[toofisa]

لك الشكر مقدمة مناسبة للموجات الكهرومغناطيسية