اكتشاف نظرية الكم - Quantum Theory
سنة الاكتشاف: 1925م
ما هي نظرية الكم؟
- نظام رياضي يصف سلوك العالم الدون ذري وصفاًً دقيقاًً
من هو مكتشف نظرية الكم؟
- ماكس بورن Max Born
أهمية اكتشاف نظرية الكم تاريخياً؟
في العشرين سنة الأولى من القرن العشرين، أحدث الاكتشاف المذهل للعالم الدون ذري ضجة كبيرة في علم الفيزياء. قبل زمن بعيد، حيث الميكروسكوبات لم تكن من القوة ما يمكن الباحثين من مشاهدة الذرة، استعمل العلماء المبادئ الرياضية لجس العالم الدون ذري للإلكترونات والبروتونات ودقائق ألفا وبيتا.
قدّم العديد من الباحثين المشهورين أمثال ألبرت آينشتاين، فيرنر هيزنبرغ، ماكس بلانك، بارل ديراك وآخرين نظریات لشرح هذا الفرع العلمي الجديد والغريب. ولكن دون جميع فطاحل العلم هؤلاء، حظي الرجل الرزين البسيط الذي يدعی ماکس بورن بشرف اکتشاف نظرية كمية موحدة وصفت العالم الدون ذري بشكل نظامي ورياضي.
كانت هبة ماکس بورن للعالم عبارة عن حقل جدید شاسع من الدراسة نسميه "ميكانيكا الكم"، يعد أساساً لجميع علوم الفيزياء الذرية والنووية الحديثة وميكانيكا الحالة الصلبة. إنه بفضل من ماکس بورن يمكننا الآن أن نصف عالم الجسيمات الدون ذرية وصفاً كمياً من نوعه.
كيف جاء اكتشاف نظرية الكم؟
نشر آینشتاين نظريته النسبية العامة في عام 1905م. هكذا، وطوال آخر عام ونصف من دراسته الجامعية، عاش طالب الرياضيات بجامعة غوتنغن والبالغ من العمر خمساً وعشرين سنة ماکس بورن Max Born، عالماً يضج بأعاجيب وتطبيقات ومكامن النظرية الجريئة والثورية لأينشتاین.
و هو يعاني مرارة خيبة الأمل لعجزه عن إيجاد منصب بعد التخرج يتسنى له من خلاله إتمام دراساته حول العالم الدون ذري، عاد بورن أدراجه إلى بيته ليعمل وحيداً في غرفة تفوح منها عبق ذكريات الطفولة والصبا، وعلى طاولة استعملها يوماً ما لتأدية واجباته البيتية. فقضى ماکس بورن عامين كاملين وهو يحاول تطبيق تعاليمه الرياضية على مسائل النسبية الدون ذرية كما وصفت في نظرية آينشتاین، توجهما باكتشاف طريقة مبسطّة وأكثر دقة لحساب الكتلة الضئيلة للإلكترون.
نشر بورن تقريراً بملاحظاته تلك، وحظي وراءها بمنصب مستديم في جامعة غوتنغن. ولكن لم ينقض أسبوعان على مباشرته بعمله، حتى تبخر المنصب بين يديه من جديد. فعرج بورن على بيته ثانية من أجل سنة أخرى كاملة من الدراسة المستقلة وتقرير ثانِ يصف مراجعة منه للتطبيقات الرياضية النسبية آينشتاین، قبل أن يمنح منصباً تدريسياً بالجامعة المذكورة.
على أية حال، كان التمويل البحثي الوحيد في الجامعة مخصصاً لدراسة الطاقة الإهتزازية في البلورات. مثقلاً بخيبة أمل جديدة وشعور بالإقصاء عن فرصة ثمينة لاقتناص تركيب الذرة، بدأ بورن بدراسته عن البلورات. على مر خمسة أعوام، قام بورن و معاونین له بجمع وإنماء وتقطيع (إلى شرائح وتدية برقة الورق) ودراسة وقياس وتحليل للبلورات.
في عام 1915م، انتقل بورن إلى جامعة برلين للعمل مع عملاق الفيزياء ماكس بلانك Max Planck. كان بلانك وأينشتاين في معمعة سباقهما لفك طلاسم العالم الدون ذري وفهم ألغازه.
ومن جانبه أتی بورن بتفوقه الرياضي وفهمه للبلورات لمعاونة هذين الرجلين في مجهودهما الجهيد. لقد كانت تلك حالة كلاسيكية ليكون أخيراً في المكان المناسب بالوقت المناسب وبالخلفية المناسبة.
تكاثرت النظريات المقدمة لشرح السلوك الخاص من نوعه للجسيمات الدون ذرية. لكن لم يتمكن أحد من تقديم الحسابات التي تثبت وتصف هذه النظريات، فخيمت المسألة بلغزها الدفين على أعظم العقول وأنبغها في عالم العلوم لمدة تضاهي العشرين عاماً.
خطر على بال بورن بأن ما شاهده الفيزيائيون من تعقيد واضطراب في ظواهر الگم الخاصة بالإلكترونات يشابه إلى حد كبير سلوك البلورات التي درسها لمدة خمسة أعوام مضت.
و في عام 1916م، باشر بورن بتطبيق ما تعلمه عن البلورات على المسألة العددية الجسيمة والمعقدة التي أحاطت بالجسيمات الدون ذرية. فمد هذا العمل بالأدوات الرياضية المتاحة أقصى حدود تمددها، ممتداً بدوره على مر تسع سنوات من العمل الدؤوب علی السبورات ودفاتر الملاحظات والمساطر الحاسبة.
و أخيراًً في عام 1925م، أنهي بورن عمله عن ال Zur Quantenmechanik أو عن "ميكانيكا الكم"- العبارة التي لم تستعمل قط من قبل. انفجر هذا التقرير بعمق الوسط العلمي، مرسياً الأساسيات التي تحدث عنها آینشتاین وبلانك وديراك ونیلز بور وهيرمان منكوفسكي وهايزنبرغ وآخرون، بطريقة رياضية واضحة. كما فسر ووصف العالم الدون ذري المدهش بشكل صائب وسليم.
أصبح «ميكانيكا الكم» اسماً لعالم جديد من الدراسة يركز على وصف الظواهر الدون ذرية وصفاً كمياً، ويشغل فيه ماکس بورن منصب المؤسس.
