الفيزياء الحديثة

سلسلة محاضرات يقدمها الدكتور حازم فلاح سكيك الاستاذ المشارك في قسم الفيزياء – جامعة الأزهر — غزة مدتها 12 ساعة ونصف تغطي مقرر الفيزياء الحديثة  

معادلة شرودينجر Schrödinger Equation: نعلم أن أي موجة تنتشر في اتجاه واحد x يمكن وصفها من خلال المعادلة التفاضلية التالية:             (1) حيث F تمثل الدالة الموجية التي تعتمد على المكان x والزمن t.  والسرعة vph2 تمثل سرعة الموجة (phase speed), فإذا كنا نتحدث على موجة صوتية مثلاً تنتشر في الهواء فإن الدالة الموجية F

الوصف الكمي لجسيم محصور في صندوق The Quantum description of a confined particle: إذا افترضنا جسيم محصور في صندوق ذو بعد واحد وأن كمية حركة الجسيم محددة بدقة أي أن Δpx=0 فإن من مبدأ هيزنبيرج للشك فإن  Δx=0 , Δλ=0 دعنا نفترض أن الموجة المصاحبة لجسيم محصور في صندوق بالكيفية التي تنحصر فيها الموجة الموقوفة

مبدأ الشك لهيزنبيرج The Uncertainty Principle: إذا قمنا بدراسة الجسيم باعتبار خواصه الجسيمية فهذا بالضرورة يؤدي إلى فقد خواصه الموجية والعكس صحيح أي اذا درسنا الجسيم باعتبار الخاصية الموجية فهذا سيؤدي إلى فقد خواصه الجسيمية.  وإذا أردنا أن ندرس الخاصيتين معاً فإننا سوف لا تستطيع تحديد موقع الجسيم بدقة بل نعين احتمالية تواجد الجسيم في

الدالة الموجية وتفسير موجات ديبرولي The Wave Function: يمكن وصف الموجات الكهرومغناطيسية (الفوتونات) على أنها تغير في المجال الكهربي والمغناطيسي في الفراغ.  أي أن الموجة المصاحبة للفوتون هي تلك الموجة الكهرومغناطيسية.  وإذا كان الأمر كذلك فماذا عن الموجات المصاحبة للجسيات المادية؟! ما الذي يتذبذب في هذه الحالة لكي نقول أن الإلكترون أو أي جسيم مادي آخر

حيود أشعة اكس X-Ray Diffraction قانون براج Bragg’s Law: في البلورة تكون الذرات مرتبة بشكل منظم كما في بلورة كلوريد الصوديوم هذه الذرات تشكل مستويات متوازية تفصلها مسافة d تسمى مستويات براج Bragg’s plains.  عندما تسقط أشعة على مستويات براج فإن جزء منها ينعكس والجزء الأخر ينفذ لينعكس على المستوى الذي يليه وهكذا،  الأشعة المنعكسة سوف

الخصائص الموجية للجسيمات المادية وفرضية ديبرولي De Broglie Postulate: علمنا مما سبق أن للأشعة الكهرومغناطيسية خاصية موجية وخاصية جسيمية وان العديد من الظواهر الفيزيائية للأشعة الكهرومغناطيسية لا يمكن تفسيرها إلا إذا اعتمدنا على الخاصية الجسيمية مثل ظاهرة الانعكاس والانكسار والظاهرة الكهروضوئية، كما ان هناك ظواهر فيزيائية مثل التداخل والحيود لا يمكن تفسيرها إلا بالاعتماد على الخاصية

تفاعل الالكترون والفوتون Photon-Electron Interaction: في الظواهر السابقة مثل الظاهرة الكهروضوئية وظاهرة إنتاج أشعة اكس وظاهرة كمبتون وظاهرة إنتاج وتلاشي الجسيمات أن الفوتونات تتحول إلى جسيمات كالالكترونات أو العكس وهذه الظواهر جميعها تم تفسيرها على أساس اعتبار الشعاع الكهرومغناطيسي مكمم في شكل جسيمات تسمى الفوتونات لها طاقة وكمية حركة والشكل التالي يوضح الظواهر الخمسة السابقة…   1 

إنتاج وتلاشي الجسيمات Pair Production and Annihilation: بعد أن درسنا الظاهرة الكهروضوئية وإنتاج أشعة اكس وظاهرة كمبتون يمكننا أن نتساءل إذا كان من الممكن ان تكون هناك ظاهرة طبيعية يتم فيها تحويل الطاقة الكهرومغناطيسية إلى طاقة سكون أي طاقة تكوين!!  هذا ممكن بشرط تحقيق قانون الحفاظ على الطاقة وكمية الحركة والشحنة الكلية. تحويل الفوتون إلى

ظاهرة كمبيون The Compton Effect: في الظاهرة الكهروضوئية يعطي الفوتون كامل طاقته للإلكترون المرتبط بسطح المادة، ولكن في بعض الأحيان يمكن أن يعطي الفوتون  جزء من طاقته إلى إلكترون حر وهذا النوع من التفاعل بين الشعاع الكهرومغناطيسي والالكترون يسمى بتشتت الفوتونات بواسطة الإلكترون Scattering وتعرف هذه الظاهرة في علم ميكانيكا الكم بظاهرة كمبتون Compton Effect.