مبدأ عدم اليقين في الفيزياء والرياضيات
قد نتساءل كثيراً عن مفهوم "مبدأ عدم اليقين" الذي يتردد ذكره في مجالات الفيزياء والرياضيات. فما هو هذا المبدأ، وما الدلالة التي يحملها في سياقاتنا اليومية؟ سنستكشف معاً هذا الموضوع في السطور التالية.
ما هو مبدأ عدم اليقين؟
في حياتنا اليومية، نجد أن قياس سرعة جسم متحرك وموقعه أمر يسير. على سبيل المثال، يمكننا قياس سرعة سيارة تسير بسرعة 60 ميلاً في الساعة أو سلحفاة تتحرك بسرعة 0.5 ميل في الساعة. كما يمكن تحديد موقع كل منهما في الوقت نفسه. ولكن عند الانتقال إلى عالم الجسيمات الكمومية، نجد أن الأمور تتعقد بسبب وجود علاقة رياضية تُعرف بمبدأ عدم اليقين.
أصل المبدأ
صاغ الفيزيائي الألماني الحائز على جائزة نوبل، فيرنر هايزنبرغ، هذا المبدأ في عام 1927. وهو ينص على أنه لا يمكن لنا معرفة موضع وسرعة الجسيم، مثل الإلكترون أو الفوتون، بدقة تامة. فكلما زادت دقة قياس موضع الجسيم، انخفضت دقة قياس سرعته، والعكس صحيح.
تجربة السلحفاة!
لتوضيح هذه الفكرة، تخيل لو أننا استطعنا تقليص حجم السلحفاة إلى حجم الإلكترون. في هذه الحالة، لن نتمكن من حساب سرعة السلحفاة أو موقعها بدقة في الوقت نفسه. هذا المثال يعكس جوهر مبدأ عدم اليقين.
مبدأ عدم اليقين في الرياضيات
على الرغم من أن مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ يُعرف بشكل بارز في مجال الفيزياء الكمومية، إلا أن هناك مبدأً مشابهاً ينطبق أيضاً على مسائل الرياضيات البحتة وبعض القوانين في الفيزياء الكلاسيكية.
خصائص الموجات
يمكن القول إن أي جسم يمتلك خصائص مشابهة للموجات يتأثر بهذا المبدأ. فالأجسام الكمومية تظهر خصائص تشبه الموجات، مما يجعلها تخضع لمبدأ عدم اليقين. لفهم ذلك، تخيل تموجاً في بركة ماء. إذا أردنا قياس سرعة تلك الموجة، يجب علينا مراقبة مرور القمم والقيعان. كلما زادت دقة قياساتنا، زادت معرفتنا بسرعة الموجة، ولكننا سنفقد المعلومات عن موقعها.
قلب أسود الحلقة 10
مقايضة دقيقة
يفسر مبدأ عدم اليقين هذه المقايضة بين خاصيتين متكاملتين، مثل السرعة والموقع. وهذا القانون ينطبق بشكل خاص على عالم الكم، حيث يمكن للجسيمات دون الذرية أن تتصرف كالموجات.
فهم عدم اليقين
هناك مفهوم خاطئ شائع حول مبدأ عدم اليقين في الفيزياء الكمومية، حيث يعتقد البعض أنه يعني أن قياساتنا غير دقيقة أو غير مؤكدة. الواقع هو أن عدم اليقين يمثل جانباً أساسياً في سلوك أي جسم يظهر خصائص تشبه الموجات.
