دور اينشتاين في الكمومية وسبب حصوله على جائزة نوبل
نشر البرت اينشتاين ثلاث مقالات ثوريه كان منها مقال يحمل عنوان ( أمور تتعلق بوجهة نظر موحية عن توليد الضوء وتحويله)
كان هذا العنوان عادي ولا يدل على الأثر الذي سوف يتركه المقال في عالم الفيزياء ولا سيما في فهمنا لنظرية الكم وطبيعة الإشعاع فقد بدأ البرت بحثه في توضيح الفروق بين القوانين التي تحكم الموجات (نظرية ماكسويل الكهريطيسيه) والقوانين التي تحكم الجسيمات ( قوانين نيوتن ) فقد لاحظ أن ما يجعل هذه الفروق واضحة هو إمكان تحديد وضع الجسيمات واستحالة تحيد وضع الأمواج أشار إلى أن هذه الفروق لا يمكن أن تكون نهائية وحاسمة و يمكن تفسير الظواهر ألا شعاعيه إلا إذا كانت نظرية الأمواج تبدي جانبا من طبيعة الإشعاع هو ما يجب أن نرى فيه (إمكانية توزيعه مقطعاً في المكان ) بدلا من أن ننظر إليه على انه موجه واحدة لا يمكن تقطيعها ومن فكرة الإشعاع المحصور في وعاء حاوٍ جدرانه تعكس الإشعاع كليا ً أثبت انه إذا كانت صيغة بلانك تستجيب إلى توزيع الطيفي لهذا الإشعاع (أي إذا كانت شدة الإشعاع تابعه للتواتر وفقا لصيغة بلانك) فإن الإشعاع يبدي عندئذ كل سمات الغاز (كالضغط مثلا والأنتروبيا) ويتصرف مثله وكأنه يتألف من حبيبات (كموم) طاقة كل منها (حاصل ضرب ثابت بلانك في التواتر ) وهو ما اثبت وجود كموم الضوء التي عرفت بالفوتونات وراح يشرح ويحلل إلى أن اثبت انه لا يمكن إهمال المظهر الموجي في الإشعاع ولا المظهر الحبيبي فيه وإلا لوقع في التحليل . وأكمل اينشتاين بحثه هذا بأن بين بطريقه سهله جدا أن نظرية الكم في الضوء تفسر الأثر الكهرضوئي . فقد اكتشف هيرتز انه عندما يثير بإشعاع بنفسجي كرة معدنية مشحونة فإنها سرعان ما تفقد شحنتها في حين أنه لا يحدث ذلك مع عندما يسلط على الكرة أشعة حمراء وكان تومسون قد اكتشف الإلكترون فأصبح واضحا أن الإشعاع فوق البنفسجي ينتزع الإلكترون من سطح الكرة المعدنية لأنها تمتص من الإشعاع ما يكفي لتحطيم الروابط التي ثبتتها على الكرة ولابد للضوء الأحمر أن ينتزع مثل الضوء البنفسجي وفقا للقوانين التقليدية في الضوء لان الطاقة تعتمد على شدة الموجه أي سعتها فقط وليس على طول موجتها أو تواترها ولكن التجارب أثبتت أن الضوء الأحمر لا يستطيع انتزاع الإليكترون .
فسر اينشتاين هذه النتيجة باستخدام مفهوم كم الضوء غذ يُنتزع كل إلكترون بامتصاصه فوتونا واحدا ولذلك يجب أن تكون طاقة الفتون كافيه للقيام بالعمل المطلوب لانتزاع الإلكترون وإعطائه طاقته الحركية المرصودة ولكن تواتر الفتون الأحمر اضعف بحسب صيغة بلانك من أن تكون طاقته كافيه للقيام بالعمل المطلوب وهو انتزاع الإلكترون لذلك مهما كان عدد الفتونات الحمراء التي تصيب الكرة المعدنية فإنها لا تنزع الإلكترونات هذا من جهة ومن جهة أخرى فإن تواتر الإشعاع البنفسجي كبير جدا بما يكفي لأن ينتزع فوتونه إلكترونا من قاعدته المعدنية .ولم يكتف أينشتاين بذلك بل كشف أيضا خاصية أخرى وهي أن الإلكترونات تنتزع من نقاط منفصلة في سطح معدن مما يدل على أن كل نقطه من هذه النقاط تلقت حبيبة طاقه (كم) . ويمكن للموجة أن تنتشر على الكرة بأكملها فتستطيع كل نقطة من الكره أن تصدر إلكترونا . وقد وضع اينشتاين معادلة بسيطة جدا تعطي تواتر الفتون واللازم لانتزاع إلكترون من سطح المعدن واكتساب طاقته الحركية المرصودة وقد نال جائزة نوبل للفيزياء للعام 1921 على معادلته تلك والتي شرحها في نحو صفحة واحدة وتحقق من صحتها بتجارب روبرت ميليكان.
وكان معظم فيزيائي ذلك العصر ينظرون إلى أن نظرية الكم تقنية رياضية فقط غايتها تفسير الطيف الإشعاعي لجسم اسود متصل وانه ليس لها أي مضمون فكان مفهوم الفتون مفهماً نابيا إذا قورن بالنجاح الذي حققته نظرية مكسو يل في الأمواج الكهرطيسيه مع ذلك قبل اينشتاين بنظرية الكم بصفتها حقيقة علميه راسخة يمكن تطبيقها في كل مجالات الفيزياء وقد بحث مسألة الحرارة النوعية في الأجسام الصلبة وطبق عليها نظرية الكم وتبين له السبب في أن القيم المقيسه للحرارة النوعية لا تتفق إطلاقا عند درجات الحرارة المنخفضة مع القيم التي حسبت بالطريقة التقليدية غذ أن الأجسام الصلبة تعالج على أنها مجموعه من الهزازات التوافقية( فينظر للموجات أنها تهتز اهتزاز مرناً بفعل قوى التجاذب بينها والتي تحافظ عليها مشدودة بعضه إلى بعض).... وهذه النظرة توصل إلى قيم غير صحيحه في درجات الحرارة المنخفضة في حين توصل اينشتاين إلى القيمة الصحيحة عندما عزا لكل هزاز قيمة الطاقة الوسطى التي ُتحسب من نظرية الكم.
وفي آخر بحث عظيم نشره اينشتاين عن الإشعاع كان عام 1917 أشار إلى خاصيتين مهمتين للفتون كان لهما تأثير عميق في الفيزياء وفي تقنيات الضوء فقد استنتج من صيغة بلانك في الإشعاع من دون أن يرجع على إشعاع الجسم اسود بل اكتفى بدراسة إصدار الإشعاع وامتصاصه من ِقََبَل إلكترونات تصدر إشعاع وتمتصه بقفزها من مدار إلى آخر بين سلسلة المدارات المنفصلة المباحة. وفرض أن إلكترون القافز يمتص أو يصدر في كل قفزه فوتونا له تواتر معين كما كان عليه أن يفرض أيضا لكي يكمل استنتاجه أن إلكترون علاوة على انه يقفز تلقائيا من مدار مرتفع من الطاقة إلى مدار منخفض فإنه يطلق فوتوناً له تواتر معين وإذا مر به فتون كهذا الفوتون قبل أن يتاح له القفز إلى مدار منخفض فإن الفتون المار يحرضه على القفز ويجبره على إطلاق فوتون مماثل له ويسير في نفس الاتجاه الذي يسير في الفوتون العابر ويتصاحبان متلازمين وقد اصدر اينشتاين على هذا تسمية ( الإصدار المثار للإشعاع) والذي اصبح أساس أشعة الليزر/وشكرا...ماجد
موضوع: دور اينشتاين في الكمومية وسبب حصوله على جائزة نوبل 
الأربعاء مارس 26, 2008 1:22 am
