المعادلة التي تتوقع امتلاك الجسيمات المتحركة جميعها خواص الموجات

حل سؤال: المعادلة التي تتوقع امتلاك الجسيمات المتحركة جميعها خواص الموجات

الجواب: معادلة شرودنجر.

شرح الإجابة:

معادلة شرودنجر تمثل رافعة أساسية في صرح الفيزياء الحديثة، فهي بمثابة القانون الأسمى الذي يحكم سلوك الجسيمات على المستوى الذري ودون الذري. صاغها الفيزيائي النمساوي إرفين شرودنجر في عام 1925-1926، لتأتي في خضم ثورة ميكانيكا الكم لسد الفراغ الذي تركته الفيزياء الكلاسيكية في تفسير سلوك الجسيمات.

لا تصف هذه المعادلة موقع الجسيم بدقة متناهية، بل تُقدم الدالة الموجية (Ψ) التي تمثل احتمالية وجوده في نقطة معينة. هكذا، ربطت بشكل بارع بين الطبيعة الموجية والاحتمالية للجسيمات، موضحةً بوضوح ازدواجية الموجة والجسيم التي تنبأ بها لويس دو برولي.

المعادلة، بتعبيرها الرياضي، تنبأت بأن جميع الجسيمات المتحركة، بغض النظر عن كتلتها، تمتلك خصائص موجية، وهو ما يطلق عليه موجات المادة. مع أن هذه الخصائص غير قابلة للرصد في الأجسام الكبيرة مثل السيارات أو الكرات، فإنها تظهر بوضوح تام في الجسيمات الصغيرة كالإلكترونات، حيث يبرز طول موجة دو برولي القصير بشكل ملحوظ. وقد أثبتت تجربة الشق المزدوج ذلك عمليًا، عندما أظهرت الإلكترونات نمطًا من التداخل لم يكن من الممكن تفسيره إلا باعتبارها موجات، وليس جسيمات فردية.

يُعرف عن المعادلة قدرتها على التنبؤ بظواهر كمومية غريبة، مثل النفق الكمومي حيث يمكن لجسيم أن يعبر حاجزًا منيعًا لا تسمح له طاقته الكلاسيكية بعبوره، ومستويات الطاقة المنفصلة التي تفسر طيف الانبعاث الذري. وتكمن قوتها في المؤثر الهاملتوني (H) الذي يمثل الطاقة الكلية للنظام، و القيم الذاتية للطاقة (E) التي تحدد المستويات الممكنة.

إقرأ أيضا:ما أقصى ارتفاع تصل إليه تفاحة كتلتها 125 g تقذف في اتجاه يميل على الأفقي بزاوية مقدارها 78 وبسرعة ابتدائية مقدارها 18 m_s

في الواقع، يُمثل مربع القيمة المطلقة للدالة الموجية (∣Ψ∣²) كثافة الاحتمالية لوجود الجسيم، وهو ما يربط بين عالم الاحتمالات الكمومية ونتائج القياسات التجريبية.

على الرغم من أن المعادلة نفسها حتمية، فإن تفسير كوبنهاغن الشائع يرى أن نتائجها احتمالية، وأن حالة الجسيم غير محددة حتى لحظة القياس. هذا يؤدي إلى مشكلة القياس المعروفة في ميكانيكا الكم، والتي تُسلط عليها الضوء تجربة قط شرودنجر الفكرية.

هذا الجدل الفلسفي لا يقلل من أهميتها، حيث أصبحت المعادلة أداة حاسمة في الفيزياء الكمومية و الكيمياء الكمومية، ولها تطبيقات عملية في مجالات متنوعة بدءًا من تصميم أشباه الموصلات و الحوسبة الكمومية وصولًا إلى فهم الروابط الكيميائية وحتى التمثيل الضوئي.

إقرأ أيضا:بعد تجفيف البطانة يتم تسويتها (حرقها) في أفران خاصة صواب خطأ

إذًا، فإن معادلة شرودنجر هي المعادلة التي تتوقع أن تمتلك جميع الجسيمات المتحركة خواص الموجات، وهو إسهام جوهري غيّر مفاهيمنا عن الواقع على المستوى الأساسي. غيرت فهمنا للكون إلى الأبد.