المساعد الشخصي الرقمي

مشاهدة النسخة كاملة : كُثافة بوز- اينشتاين (bec)!..نافذتنا على فيزياء الكم!..



الاشبيلي
05-26-2010, 01:34 PM
كان حلماً ... إلا انه أرق مضاجع اشهر علماء القرن العشرين على مدى سبعين عام...
إن لكُثافة بوز- اينشتاين لتاريخ مليء بالمفاجآت والأفكار العميقة المتعلقة بالطبيعة الكمية للمادة والتي تطورت من قبل العديد من الفيزيائيين العظماء في القرن العشرين.سنحاول في هذا الموضوع أن نرجع إلى الوراء قليلا لنسلط الضوء على تأريخ هذا المتكاثف وما وصل إليه من تطور حتى يومنا الحاضر.

http://knol.google.com/k/-/-/2jq0jj8g9fd7j/tb5ult/becthumb.jpg

استطاعت الميكانيكا الكلاسيكية في القرون الأربع الماضية وبفضل جهود بعض الرواد أمثال نيوتن، كيبلر وغاليلي أن تصبح مرحلة حاسمة في تاريخ التطور العلمي . لم يكن من الصعب تقبل هذا الفرع من العلوم وهو يفسر كل الأشياء من حولنا بطريقة من أروع وأدق ما يكون، إنها تجمع بين النظرية والتجربة لتقدم نتائج تقطع الشك باليقين..على الرغم من هذا النجاح الباهر إلا أن بعض العلماء في أواخر القرن التاسع عشر عانوا بعض الصعوبات في تفسيرا بعض الظواهر العلمية كتلك المتعلقة بالاشعاعات الصادرة عن الجسم الأسود، واستمر الوضع على ماهو عليه بل وازداد سوءا في السنوات الأولى من القرن العشرين .أدرك البعض حينها انه لابد من منطق جديد يخرجهم من حالة التخبط التي يعشونها، وبالفعل بُذلت الجهود لإيجاد حل لهذه المشكلة إلى أن تمكنت أخيرا من تطوير مايعرف الآن بميكانيكا الكم.
ميكانيكا الكم...تلك الفيزياء التي تعالج الأجسام المتناهية الصغر كالذرات التي قد تكون اصغر من حبات الرمل بملاين بلاين المرات. ميكانيكا الكم...ذلك الفرع من العلوم الذي مضى على ولادته قرن من الزمان، استطاع أن يرسم ملامح أخرى للعالم وشيئا فشيئاً أصبحنا معه جيلاً أكثر تميزاً؟!!.

http://knol.google.com/k/-/-/2jq0jj8g9fd7j/tb5ult/image.bmp


التحـدي الكـبير!
في عام 1924م أعطى العالم الفيزيائي الهندي ساتندرا ناث بوز( Satyendra Nath Bose ) تقريباً إحصائياً لاشتقاق قانون بلانك لإشعاع الجسم الأسود [1]، كان ذلك اثناء دراسته للفكرة القائلة بان الضوء يأتي من جزيئات منفصلة من الضوء (فوتونات)، ولان بوزلم يكن حينها عالماً معروفاً بالقدر الكبير بين أوساط الجاليات العلمية لم يتمكن من نشر أفكاره في المجلات المعروفة. بعد برهة من الزمان قاده تفكيره العميق إلى إرسال رسالة للعالم الشهيراينشتاين ( Alber Einstein ) يطلعه فيها على عمله ويطلب منه مد يد العون والنصيحة ما أمكن، وبالفعل أدرك اينشتاين أهمية هذا العمل وقام من فوره بدعم عملية النشر وأضاف ملاحظة مفادها أن الإحصائيات الجديدة ممكن أن تمتد من الفوتونات لتطال الجزيئات ذات الكتل الكبيرة.


http://knol.google.com/k/-/-/2jq0jj8g9fd7j/tb5ult/boseeinstein2.gif

في عام 1925 م [2] نشر اينشتاين الإحصائيات الناتجة والتي سميت لاحقا "إحصائية بوز اينشتاين" حيث وجد أن غاز من البوزونات يتصرف بشكل مختلف عن اي غاز كلاسيكي عند درجات الحرارة المنخفضة وبالخصوص عند الدرجة الحرجة منها حيث يشغل جزء عياني من الذرات حالة كمية واحدة وهي ما يطلق عليه الآن بتكاثف بوز اينشتاين (BEC) .

الجدير بالذكر أن ما فكر به اينشتاين كان مرفوض في بادئ الأمر من قبل الكثير من الفيزيائيين حيث عقدت آنذاك الكثير من النقاشات التي لم يكن نتاجها غير علامات تعجب كبيرة تجر ورائها ذيول الخيبة والخسران. نعم لا تستغرب كثيرا لكونه فكر مرفوض على الرغم من أن مصدره عالم فذ ومرموق كاينشتاين ،الحقيقة انه لم يكن أمام فطاحلة الفيزياء حينها ما يمكنهم من ملاحظ هذه الظاهرة تجريبيا .


يتبع............

الاشبيلي
05-26-2010, 01:36 PM
ما هي كُثافة بوز- اينشتاين (BEC)؟
" تُعد كُثافة بوز اينشتاين الغازية حالة جديدة للمادة عند درجات حرارة هي الأبرد في الكون..."[3]
في عام 1998م ورد في واحدة من المجلات الرائعة تعريف لهذا الشكل الجديد من المادة استنادا على الطبيعة الموجية للجزيئات [4]، ورد في المجلة انه متى ما بردت الذرات وأصبحت قريبة من بعضها بشكل كافي، فان أطوالها الموجية ستبدأ بالتداخل (انظر الشكل) ومن ثم بالترابط لتصبح موجة واحدة مشتركة بين الذرات.هنا يحدث تكاثف بوز اينشتاين (سحابة كثيفة ومتماسكة من الذرات تحتل نفس الحالة الكمية [5]).

http://knol.google.com/k/-/-/2jq0jj8g9fd7j/tb5ult/what20is20bec400.jpg

قد تتسائل ماذا يعني حالة كمية واحدة؟!!هناك أجابة رائعة للفيزيائي لويس اوروزكو (Luis Orozco ) ، أستاذ الفيزياء في جامعة ماريلاند ،لقد أخذ لعبة كرة القدم كمثالاً جميلا جدا يوضح من خلاله فكرة التماسك التي تكون عليه الذرات عند درجات الحرارة المنخفضة. ففي إستاد كرة القدم تجد الجميع يهتفون بصوت عالي في كل وقت وبشكل جميل وما أن يسجل احد اللاعبين هدف في المرمى حتى تجد مشجعين الفريق يهتفون في الوقت نفسه "هدف"، هذا الصوت عال بشكل لا يصدق وكأنه خرج من فرد واحد إلا انه لا يمكن لأحد منا أن يخرج صوت مماثل له في قوته وجماله. كذلك الذرات عندما تكون منخفضة البرودة تستطيع أن نحقق تماسكاً أفضل بكثير وكأنها تهتف لنا بصوت عالي"هدف". ذلك هو تكثف بوز اينشتاين.

..مفاهيم أساسية..
عند درجات الحرارة المنخفضة جدا تصبح الطبيعة الكمية للنظام بالغة الأهمية كما يصبح لإحصائيات اللف المغزلي تأثير ساحر ومدلول عميق تصنف على اساسها الجزيئات في الطبيعة الى صنفين، بوزونات وفرميونات. فهل تعرف الفرق بينهما؟

استطاع احد الفيزيائيين ببراعة كبيرة أن يوضح سلوك هذه الجزيئات من خلال رسم لطيف جعل فيه الفرميونات وكأنها أجسام انطوائية تتفادى بأي طريقة الاحتكاك مع جيرانها ، وبالمقابل نراه يصور لنا البوزونات كأجسام اجتماعية لأبعد الحدود بل أنها تصل إلى أوج سعادتها وتألقها حين تكون برفقة الآخرين من بني جنسها
http://knol.google.com/k/-/-/2jq0jj8g9fd7j/tb5ult/image.jpg


الحقيقة العلمية وراء مثل هذا الرسم التوضيحي تحتكم إلى مبدأ باولي للاستبعاد الذي يمثل احد أهم المبادئ الأساسية في الفيزياء الحديثة واستنادا عليه سنقول بان الفرميونات تخضع لهذا المبدأ حيث لا يمكن لاثنين من الفرميونات أن يحتلا نفس الحالة الكمية في وقت واحد.(إن هذا الشرط على سلوك الفرميونات أدى إلى ما عُرف لاحقا بإحصائية فيرمي- ديراك).
بالمقابل سنجد أن البوزونات لا تمتثل لهذا المبدأ مما يعني انه لا حدود لعدد البوزونات التي قد تحتل حالة كمية واحدة [7] وهذا بدوره يؤدي إلى ظهور العديد من الخصائص المثيرة عند درجات الحرارة المنخفضة (هذا الشرط هو الذي أدى بعد ذلك إلى ما يعرف بإحصائية بوز- اينشتاين).
http://knol.google.com/k/-/-/2jq0jj8g9fd7j/tb5ult/image%20(2).jpg

الاشبيلي
05-26-2010, 01:39 PM
أول إدراك تجريبي لكُثافة بوز- اينشتاين (BEC)
على الرغم من أن الحديث عن كُثافة بوز- اينشتاين بدأ في سنة 1924م إلا انه لم يلاحظ حتى بلغ من العمر 70 عاماً لاقى فيها من المتاعب والتحديات الشيء الكثير ولعلي اجهل من هذا الماضي أيضا الشيء الكثير إلا أن المهم في الأمر الآن هو أن نشيد بجهود العلماء اللذين استطاعوا أن يلاحظوا هذه الحالة الجديدة من المادة بشكل تجريبي ولأول مرة سنة 1995م. نعم في هذا الوقت بالتحديد حيث تمكن العلماء اخيراً من تطوير الطرق والتقنيات المستخدمة لتبريد الليزر وحصر الذرات[8] إضافة إلى دمجها بتقنية التبريد التبخيري .
الجدير بالذكر انه في نفس العام تمكنت عدد من المجموعات التجريبية من خلق هذا المتكاثف على أنواع مختلفة من الذرات، ففي بولدر استطاعت المجموعة التجريبية للعالمين ايريك كورنيل(Eric A. Cornell)، وكارل ويمان (Carl E. Wieman) من عمل ذلك باستخدام الربوديوم-87 [9]، تلى ذلك بشكل سريع تكثيف ناجح للصوديوم-23 في ام أي تي بواسطة ولفجانج كيتيرل [10]، ولليثيوم-7 بواسطة مجموعة هوليت [11][12] . في كل تلك التجارب حصرت الذرات القلوية في مصيدة مغناطيسية وبردت لدرجات حرارة منخفضة جدا من رتبة المايكرو كالفن.

http://knol.google.com/k/-/-/2jq0jj8g9fd7j/tb5ult/atomiccloud.jpg



للاستزادة


كثافة بوز اينشتين (http://knol.google.com/k/%D9%83-%D8%AB%D8%A7%D9%81%D8%A9-%D8%A8%D9%88%D8%B2-%D8%A7%D9%8A%D9%86%D8%B4%D8%AA%D8%A7%D9%8A%D9%86-bec-%D9%86%D8%A7%D9%81%D8%B0%D8%AA%D9%86%D8%A7-%D8%B9%D9%84%D9%89-%D9%81%D9%8A%D8%B2%D9%8A%D8%A7%D8%A1-%D8%A7%D9%84%D9%83%D9%85#)

الاشبيلي
05-26-2010, 01:46 PM
كذلك هناك رابط من موسوعة ويكيبيديا

للاستزادة

http://en.wikipedia.org/wiki/Bose%E2%80%93Einstein_condensate

عساف
05-26-2010, 03:46 PM
بارك الله فيك أخي على هذا الموضوع المتميز..
هذه حالة خامسة للمادة لم أكن أعلم عنها شيئا..
بارك الله فيك..

يحيى
05-26-2010, 09:03 PM
بارك الله فيك موضوع متميز أخي الاشبيلي
في الحقيقة إن الإنسان الذي يرفض الضروريات و يسفسط في البديهيات التي يعرفها الانسان بفطرته النقية مثل الكل أكبر من الجزء, الوقوف و القعود لا يجتمعان, النظام المُحدَث لابد له من مُنظِّم مُحدِث, .. فإنك ستراه يتذبذب و لا يستقر على حال, يدور و يعك, يعجن و يتعالم, يتغابي و يستغبي, يتكبر و يعاند.. و الإنسان يرى ذلك بشكل واضح في تغير و تطور و تدهور تصورهم للعالم و ما يسمى "المادة" كل تصور يختلف عن الآخر بحيث أن كل تصور قابل ليكون تأصيلا لفلسفة تختلف عن الأخرى.. فلا عجب أن تكون مثل هذه البيئة أرض خصبة للسفسطة و إنكار البديهيات بل الملخد الصريح مع نفسه يجب أن ينكر نفسه و وجوده أيضا.