كم (فيزياء)

الكم في الفيزياء (بالإنجليزية : quantum وجمعها quanta ) هومصطلح فيزيائي يستخدم لوصف أصغر كمّية يمكن تقسيم بعض الصفات الطبيعية إليها، مثل الطاقة فهي تنتقل في هيئة كم، أي وحدات صغيرة لا يوجد أصغر منها ؛ والشحنة الكهربية هي أيضا كمومية فأصغر وحدة منها هي الشحنة الأولية شحنة الإلكترون، وكذلك اتجاه المجال المغناطيسي للإلكترون +1/2 أو-1/2 أوللبروتون، أيضا +1/2 أو-1/2 . معنى ذلك حتى للبروتون والإلكترون، جميع منهما يلف في حركة مغزلية إما في اتجاه عقرب الساعة أوبعكس اتجاه عقرب الساعة . يسمى هذان الاتجاهان أحيانا "أعلى" وأسفل".

اكتشفت "الظاهرة الكمومية" في عام 1900 على يد العالم الفيزيائي الألماني ماكس بلانك . واكتشفها عندما كان يقوم بدراسة الإشعاع الحراري للجسم الأسود . تبين له حتى الجسم الأسود لا يمتص أويصدر الأشعة الحرارية في جميع الترددات ، وإنما يمتصها ويصدرها بكميات معينة "كمومية". ووجد حتى مستويات الطاقة تزداد بأعداد سليمة: ${\displaystyle h\nu$

كم، وذرات، وميكانيكا الكم

كما اتضح حتى الطبيعة تسلك في أحجامها الصغرية، أحجام الذرة والجزيئات وما دون الذرة، مسلكاً غير الذي نعهده في الأحجام الكبيرة المعهودة، فلا تزداد الطاقة بإستمرار وإنما تزداد وتنقص بكمات صغيرة يتحكم فيها الثابت الطبيعي ثابت بلانك h. هذا كان الجديد العجيب الذي أوسع من معهدتنا عن هجريبة الكون وطبيعة الأمور في النطاق الصغري . وطور الفهماء بمفهومهم الجديد طرق حساب خصائص الذرات والجزيئات، وكان ابتكار ميكانيكا الكم عام 1923 على يد العالم الألماني هايزنبرج الذي استطاع تفسير خطوط طيف الهيدروجين حسابياً، وهوالشيء الذي لم تستطعه الميكانيكا التقليدية القديمة. ثم اتى العالم النمساوي شرودنجر وطور طريقة رياضية في التعامل مع تلك الأنظمة الصغرية، حيث استعاض عن وصف الإلكترون بأنه جسيم نقطي، ووضعه في هيئة دالة موجية في معادلته المعروفة بمعادلة شرودنغر ، واستطاع بواسطتها في عام 1924 الحصول على نفس النتائج التي حصل عليها هايزنبرج من قبل، ولكن بطريقة أسهل . وأتاح تطوير معادلة شرودنجر تفسير سلوك أنظمة صغرية أخرى مثل ذرة الهيليوم التي تتكون من إلكترونين في الغلاف الذري، وكذلك تفسير بعض الجزيئات حيث ترتبط عدة ذرات مع بعضهم البعض . وأصبحت ميكانيكا الكم هي الوسيلة الرياضية للتعامل مع الظواهر الطبيعية في الإطار الصغري، كما طورت خلال الخمسينيات من القرن الماضي إلى كهروديناميكا كمية لتفسير أعمق للكهرومغناطيسية .

أمثلة لخصائص كمومية

الفوتون كم للمجال الكهرومغناطيسي.
الفونون كم موجات اهتزازية للذرات في الأجسام الصلبة.
البلازما كم حالة مثارة في الأجسام الصلبة، تهتز فيها حاملات الشحنات المتنوعة مع بعضها البعض،
ماغنون Magnon كم الإثارة المغناطيسية .
كم زخم دوران جسيم،
غلوون كم حقل القوة الذي ينقل القوة الشديدة ،
جرافيتون Graviton كم حقل الجاذبية .

الزخم المغزلي

العزم المغزلي Spin لأي جسيم أوليقد يكون ثابتا لا يتغير . وحتى باعتبار ان الجسيم نقطيا (أي ليست له مقاييس) وكانت طاقة حركته صفرا، فهوله عزمه المغزلي . توجد حتى الآن جسيمات ذات عزم مغزلي

{\displaystyle 0\hbar

و

{\displaystyle {\tfrac {1 {2 \!\!\hbar

و

{\displaystyle 1\hbar

، ونجد فيها

{\displaystyle \hbar

ثابت بلانك المخفض الذي يمثل "كم الشغل" وعدد

{\displaystyle {\tfrac {1 {2 \!\!\hbar

[Einstein1905-1] Einstein, A. (1905). "Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt" (PDF). Annalen der Physik. 17 (6): 132–148. Bibcode:1905AnP...322..132E. doi:10.1002/andp.19053220607. مؤرشف من الأصل (PDF) في 24 سبتمبر 2015. (بالألمانية) . An English translation is available from ويكي مصدر.

[3] G. E. Uhlenbeck, S. Goudsmit: Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons. In: Naturwissenschaften. Bd. 13 Nr. 47, 1925, S. 953.

[4] D.M.Dennison: A Note on the Specific Heat of the Hydrogen Molecule. In: Proceedings of the Royal Society of London Series A. Bd. 115, 1927, S. 483–486. Warum ausgerechnet eine makroskopisch messbare Eigenschaft des H₂-Moleküls zum Spin der Atomkerne führt, ist ausführlich beschrieben in Jörn Bleck-Neuhaus: Elementare Teilchen. Moderne Physik von den Atomen bis zum Standard-Modell Kap. 7. Springer-Verlag 2010, ISBN=978-3-540-85299-5

عزم مغزلي	النوع	أمثلة جسيمات أولية
${\displaystyle 0$		بوزون هيغز
${\displaystyle {\tfrac {1 {2 \hbar$	فرميون	إلكترون, نيوترينو, كوارك
${\displaystyle 1\hbar$	بوزون	فوتون, غلوون, W-بوزون وZ-بوزون
${\displaystyle 2\hbar$		جرافيتون (مقترح)