السلام عليكم …

نظرية الكم quantum theory

في بداية الرقن 20 اتضح للفيزيائي الالماني ” ماكس بلانك ” انه يمكن تفسير طبيعة طيف الاشعاع الذي يبثه جسم ساخن اذا ما اعتبر هذا الاشعاع مؤلف من وحدات صغيرة، او جسيمات، تمام كما تتالف المادة من ذرات. وسمى بلانك كلا من هذه الوحدات كلمة ” كمة ” او ” كوانتم ” Quantum

ذلك ان القياسات الدقيقة التي اجريت على شدة الضوء الصادر عن اجسام متوهجة بالحرارة كانت قد دلت على ان شدة الاشعاع تتغير مع الطول الموجي بطريقة غير خطية، حيث تظهر قيمة عظمى لشدة الاشعاع عند طول موجي معين. وقد لوحظ ان جزءا صغيرا فقط من الاشعاع الصادر له اطوال موجية في المدى المرئي للضوء، وان اغلبه يقع في مدى الاطوال الموجية الختصة بالاشعة تحت الحمراء. علاوة على ذلك، تدل هذه المنحنيات التي تمثل تغير شدة الاشعاع من نطاق تحت الاحمر باتجاه الضوء المرئي، وهذا يتفق مع تجربتنا من ان جسما محمى لدرجة الابيضاض يكون اسخن مما لو كان في درجة الاحمرار.

من ناحية اخرى، وجد ان طيف الاشعاع الحراري الذي تعتمد بشدة على درجة الحرارة يعتمد بدرجة اقل على طبيعة الجسم ، وتطلب هذا تعريف ما يسمى ” بالجسم الاسود ” Black body ، وهو الجسم الذي يمتص كل الاشعاع الساقط عليه ولا يعكس شيئا، ومن ثم فهو يعتبر الحالة المثالية للجسم الاسود العادي الذي يمتص معظم الضوء الساقط عليه فيبدو اسود.

وكان لابد من تحليل النتائج العملية لمنحنيات الاشعاع الحراري للجسم الاسود ومحاولة استخلاص القوانين التي تصف السلوك العملي لهذا الاشعاع، فاستنتج ستيفان وبولتزمان قانون الاشعاع الذي قضي بان اشعاعية الجسم الساخن تتناسب مع درجة الحرارة مرفوعة الى الاس الرابع، واستنتج فين قانون الازاحة الذي يقضي بان الطول الموجي المناظر لقمة منحى الاشعاع يتناسب عكسيا مع درجة حرارة الجسم. وامكن اعتبار اشعة النجوم، بمافيها الشمس في حالة اتزان حراري مع الغازات الساخنة التي تتكون منها الطبقات الخارجية للنجم، ومن ثم يمكن تطبيق حالة اشعاع الجسم الاسود عليها واستخدام هذين القانونين لتقدير درجة حرارتها وعرفة متوسط الطول الموجي الاعظم للاشعاع الصادر منها.

كذلك توصل بلانك الى قانون يتفق تماما مع منحى الاشعاع الحراري للجسم الاسود، وتقوم فرضيته في استنتاج قانونه على انه ادخل لاول مرة في تاريخ الفيزياء فكرة ” تكمية ” الاشعاع Quantization of Radiation، وظهر في القانون مقدار ثابت اصبح يعرف الان باسم ” ثابت بلانك” ويرمز له بالرمز h=6.626 x 10-34 J.s ، وهو من السمات الاساسية لعلم الفيزياء الحديثة.

كان من اهم علامات نجاح نظرية الكم ان اسهمت في فهم بنية الذرات على اسا انه لا يمكن للالكترونات ان تشتغل الا مستويات طاقة معينة محددة بدقة حول النواة. ويمكن للالكترون ان يقفز من مستوى طاقة الى مستوى اخر، وان يبث او يمتص الكم المناسب من الطاقة عندما يفعل ذلك. ولكنه لا يستطيع ابدا القفز الى حالة بينية متوسطة. واستطاع اينشتاين في عان 1905 ان يفسر انبعاث الالكترونات من سطح معدني بتاثير الضوء على اساس هذه النظرية، وذلك باعتبار الضوء نفسه فيضا من الجسيمات التي صارت تعرف اليوم باسم الفوتونات Photons . وكان هذا هو الانجاز الذي تلقى عليه اينشتاين جائزة نوبل في الفيزياء عام 1921.