اغلاق
آخر تحديث: 2017/11/4 الساعة 15:09 (مكة المكرمة) الموافق 1439/2/15 هـ

انضم إلينا
من التأسيس حتى التخصص.. مساقات تشرح لك ميكانيكا الكم

من التأسيس حتى التخصص.. مساقات تشرح لك ميكانيكا الكم

شادي عبد الحافظ

محرر علوم
  • ض
  • ض
كن صيدلانيا، مهندسا، محاسبا، أو ضابط مرور، لا مشكلة، لقد أصبحنا في عصر يمكن للجميع أن يتعلم ما يود بشكل جانبي -أو ربما أساسي- بجانب مهنته أو ما قد تخصص فيه بالفعل، حيث انفتحت أبواب أشهر جامعات ومعاهد العالم المختصة عبر الإنترنت لتقديم مساقات متخصصة لكل شيء تقريبا، وبقيَ فقط أن تعرف ما تريد، ثم تقرر البدء به، لكن السؤال الأول والأشهر هنا هو دائما: كيف أبدأ؟، مع كل تلك المصادر، كيف يمكن تحديد خطة عمل متدرجة وسهلة تسمح لك بالتنقل ما بين المساقات؟

 

هنا يجيء دور هذا التقرير المبسط، والذي لا يعرض فقط لمجموعة من أهم وأمتع مساقات ميكانيكا الكم، لكنه كذلك يتدرج في تقديمها بحيث يسهل عليك استخدامها كخطة عمل للبدء من الصفر في ميكانيكا الكم، ويعتمد التدرج على معيارين أساسيين، الأول هو سهولة الشرح ومناسبته لمستوى شخص في المرحلة الثانوية، والثاني هو كم وتعقد الرياضيات المستخدمة في الشرح، لذلك سوف تكون الترشيحات الأولى خالية تقريبا من الرياضيات.

 

الخطوة صفر
دعنا نبدأ مع المصادر العربية، وهي للأسف قليلة، لكنها رغم ذلك مهمة، هناك مساقان -فقط- بالعربية يشرحان ميكانيكا الكم في هذا المستوى، الأول هو مساق رائع للمبتدئين من مستوى المدارس الإعدادية، قدمته قبل عدة سنوات أكاديمية التحرير، لا يستخدم معادلات ويعرض نفسه بشكل كارتوني ساخر، يمكن أن تعتبره مقدمة مفاهيمية مبسطة للغاية عن الموضوعات الخاصة بالكوانتم، خاصة الجزء المتعلق بما يعنيه "التكميم" في ميكانيكا الكم، بداية من كمّات بلانك مرورا بالظاهرة الكهروضوئية، ومع تلك السهولة الشديدة يمكن لك الانتهاء من المساق كاملا في أربعين دقيقة فقط، بحيث تكوّن فكرة عما أنت مقدم عليه، تجد المساق هنا:
      

    

المساق الآخر يأتي ضمن مشروع على اليوتيوب ظهر في أول 2017 يدعى "فيزيا.كوم"، أسسه مهندس عربي مقيم بكندا يدعى ماهر صواف. ما يميز هذا المساق، بجانب بقية مساقات نفس القناة على يوتيوب، هو أنه يمتلك درجة من الرصانة العلمية لا نجدها غالبا في المساقات المقدمة باللغة العربية على الإنترنت، كما أنه يفهم ما يقدمه جيدا، ويقحم المعادلات لكن ليس بالدرجة التي تعيق طالب بالمرحلة الثانوية عن استكمال المساق، ويترجم الاصطلاحات في كل مرة ويفتح ذلك الباب لك لبحث أكثر عمقا فيما بعد.

 

يبدأ صواف مساق "سلسلة فيزياء الكم" بمقدمة بسيطة للتعريف بالمشكلة التي واجهتها الفيزياء مع ميكانيكا الكم، ثم ينتقل سريعا إلى الموضوعات الرئيسة والتي تتضمن الدالة الموجية، العشوائية في الكوانتم، التداخل، التشابك الكمي، عدم اليقين... إلخ، أسلوب صوّاف في التقديم قد يبدو صعبا على البعض ممن لا يعرفون عن الكوانتم، لكن المساق السابق مع بعض القراءات في كتب قمنا بترشيحها في مقال سابق بعنوان "خمسة كتب تشرح لك ميكانيكا الكم بسهولة"، سوف تجعل من مساق صوّاف ممكنا.

 

المساق يقع في حوالي ثلاث ساعات، مع بعض الجهد يمكن لك الانتهاء منه في عدة أيام، يمكن لك كذلك التبحر في باقي مساقات صوّاف على القناة، والتي تتضمن تعمقا في نظرية الأوتار، النسبية العامة والخاصة، نظرية المجال الكمّي، المادة المضادة، فيزياء الجسيمات... إلخ، جميعها تتطرق بتفصيل غير معهود باللغة العربية إلى تلك الظواهر والنظريات، قد تحتاج بعض الوقت للتعود على الأسلوب الذي يشرح المقدم مساقاته به، لكن كل ما يُقدم في تلك القناة المهمة يستحق الدراسة، وكل مساق منهم يساوي كتابا كاملا، مساق الكوانتم من هنا:

  

   

في تلك المرحلة دعنا نضيف مساقا آخر خفيفا للغاية لكنه مكمل للمجموعة السابقة، مع رياضيات قليلة جدا سوف يساعدك هذا المساق المبسط المقدم من قناة "Looking Glass Universe" في 15 حلقة تقريبا طول الواحدة منها في المعدل سبع دقائق، الميزة هنا هي التقديم الكارتوني المبسط مع تدرج جيد في الموضوعات، في مرحلة الصفر كل ما نحتاجه هو تأمل الأساسات المفاهيمية للمادة التي نود دراستها دون الخوض في تفاصيل أكثر تعقيدا، مساق صواف هو أثقل مساقات تلك المجموعة، يليه هذا المساق ثم مساق أكاديمية التحرير، المساق من هنا

    

لنعقد الأمور قليلا
دعنا نتوقف قليلا هنا، إن ما يحدث في معظم الأحوال بعد خطوة تأمل المفاهيم الرئيسة هو أن تتوقف عن التقدم في ميكانيكا الكم، أو غيرها، لتصول وتجول فقط في المستوى الأول بين تلك المجموعة من المساقات وكتب تبسيط العلوم، لا يجد الكثيرون مراحل متوسطة يمكن من خلالها القفز إلى درجات أعلى من العمق في الميكانيكا الكمومية أو غيرها، لذلك فإن ما سوف نفعله الآن هو أن ندفع إليك بتلك المراحل الوسيطة، لكنها، رغم بساطتها، فهي مصممة بالأساس لطالب تخرج من المرحلة الثانوية، تحتاج منك أن تسترجع شخصية الطالب الذي يدرس وليس القارئ المتجول هنا وهناك.

 

لنبدأ بما ظن أنه أفضل من شرح الفيزياء لمستوى الثانوية العامة، إنه بوب ايجل مؤسس قناة "DrPhysicsA" على يوتيوب، يقدم ايجل مجموعة من 28 حلقة متفاوتة المدة، لكن مجموعها يصنع عشر ساعات، عن ميكانيكا الكم، مشكلة المجموعة هي أنها غير مرتبة بحيث تصنع مساقا كاملا، لكن ميزتها هي أن مقدمها يعرف جيدا الحد الذي يتوقف عنده في الرياضيات، فيقدم فيزياء حقيقية بأقل قدر ممكن من المعادلات المعقدة، المساق من هنا:

  

   

ايجل يشرح بالورقة والقلم، وهو أسلوب له مزاياه الكثيرة، ويمكن لك بسهولة تلافي مشكلة ترتيب الحلقات من خلال فهمك للمواد السابقة في هذا التقرير، يجب أن نضيف أنه في تلك المرحلة ربما يجب أن تكون على دراية بالموضوعات الأساسية للميكانيكا الكلاسيكية والكهربية والمغناطيسية، والتي يشرحها ايجل في حلقات أخرى بنفس القناة، وللتبحر بشكل أكبر في كيفية البدء بالموضوعات الأساسية للفيزياء، الكلاسيكية تحديدا، يمكن لك تأمل مقال مرفق بالمصادر1 عن كيفية البداية مع الفيزياء من الصفر، يضم مجموعة من الموضوعات الأساسية في الرياضيات والفيزياء التي سوف تحتاجها بداية من الآن وحتى المرحلة القادمة.

 

يلي ذلك مساق مهم جدا لمايكل فان بيزن على يوتيوب، يتميز بيزن بأنه أكثر تنظيما ويقدم الفيزياء عموما وفيزياء الكم بتوسع أكبر، مع الكثير من المسائل والمراجعات، يضيف مايكل مقدمات جيدة في علم الفلك، الجبر، الهندسة، التفاضل، الكيمياء، ويقدم ميكانيكا الكم في ثلاثين حلقة مدة الواحدة منها حوالي 5 دقائق، ما يفيد هنا بشكل أكبر هو أن بيزن يقدم كل شيء، الرياضيات الأساسية والفيزياء الأساسية، لذلك حينما تحتاج إلى تعلم بعض الشيء عن ميكانيكا الموجات مثلا فيمكن لك البحث عن الفيديو الخاص بها في قسم الرياضيات، وهكذا.

 

أسلوب بيزن بسيط، يستهدف الطلاب صغار السن خريجي المدارس الثانوية، لذلك لن تجد أية مشكلات أو تعقيدات مع شروحاته للكوانتم، لكن كما قلنا، في مرحلة كتلك يجب أن تكون متمكنا بدرجة كبيرة من الفيزياء الكلاسيكية بنفس المستوى، يمثل كل من بيزن وايجل نفس المرحلة، هناك الكثير من المساقات المشابهة لكن لا أحد يقدم ذلك الجزء أفضل منهما، ما تحتاجه الآن هو الصعود إلى درجة أكبر قليلا، وهنا نحتاج أن نلقي بنظرة على مساق الكم المقدم من قناة "Viascience"

 

هنا ترتفع وتيرة الفيزياء والرياضيات بشكل أكبر، لكن ما تلاحظه هو أن مقدم المساق يعتمد على معرفة مسبقة بالأساسيات، على عكس ايجل وبيزن اللذان يعودان للخلف أينما تطلب الأمر ذلك، مساق "Viascience" يتميز بأنه كذلك مرحلة انتقالية مهمة ناحية التخصص بدرجة أكبر، يجمع مجمل الموضوعات المهمة للكوانتم فقط في حوالي ساعتين ونصف، ويبسط المفاهيم قدر الإمكان، كذلك يتطرق إلى موضوعات أساسية معقدة كمعادلة ديراك، ومبرهنة بيل، من هنا:

  

    

يتبقى في تلك المرحلة مساق واحد فقط أخير، من جامعة كارثج (Carthage)، لكنه لا ينضم إلى تلك المجموعة بل يصعد إلى المرحلة الجامعية، حيث يتطلب أساسيات الفيزياء العامة كمقدمة، كذلك الرياضيات بما تضم من تفاضل وتكامل والجبر الخطي. لكن المساق يتميز بالسلاسة الشديدة، مع مقدمات خاصة بكل جزء فيه، ومقدمات في الرياضيات الأساسية كذلك، فتجده يبدأ بشرح ما تعنيه الأعداد المركبة، ثم بعد قليل يعطي مقدمة في المصفوفات والجبر الخطي قبل الجزء الخاص بها، وهكذا، المساق هو نقلة ناحية المساقات الأكثر ثقلا والتي تعد انطلاقة حقيقية في ميكانيكا الكم، يقدمه برانت كارلسون، وهو كما أظن تحفة انتقالية حقيقية يندر وجودها، من هنا

    

مساقات جامعية
دعنا هنا نبدأ بمحاضرتين غاية في الأهمية للدكتور ليونارد ساسكيند فتى الفيزياء المشاكس من جامعة ستانفورد، شرح ساسكيند بعناية وبساطة شديدتين الرياضيات المطلوبة لدراسة ميكانيكا الكم، بداية من الأعداد المركبة، مرورا بالجبر الخطي وموضوعاته الرئيسة، المؤثرات والمصفوفات، يمكن لك أن تعتبرها مقدمة مهمة لدراسة ميكانيكا الكم كمبتدئ في هذا المستوى وسوف تفيد كثيرا مع مساق كارلسون السابق. هنا كما يمكنك الاستزادة هنا

    

ساسكيند كذلك يقدم مجموعة من أهم المساقات في الفيزياء النظرية للطلبة والمبتدئين، يجمعها معا في مشروع يُدعى (The Theoretical minimum) والذي يقدم أقل كم ممكن من الفيزياء يمكن أن تتعلمه عن موضوعات كالكوانتم، النسبية، الفيزياء الكلاسيكية، النموذج المعياري، الكونيات، الأوتار... إلخ، بالنسبة للكوانتم يقدم ساسكيند مساقين غاية في السهولة والأهمية لهذا المستوى، مساق أوّلي وآخر متقدم، ومدة كل منهما تتراوح بين 11-15 ساعة، هذه المساقات ليست لطلبة الفيزياء النظرية أو الكوانتم بالخصوص، لكنها تتضمن في هدفها كل محب لميكانيكا الكم، أو غيرها، من هنا

   

باللغة العربية، هناك مساق مميز لكنه متقدم للدكتور طارق إبراهيم من جامعة زويل، يبدأ المساق من تجربة مهمة في عالم الكم تُدعى تجربة شتيرن-غيرلاخ ثم يبني عليها لاستخراج ست فرضيات أساسية تبني ميكانيكا الكم، المساق مقدم بأسلوب سهل تسلم كل نقطة إلى التي تليها، لكنه يحتاج مقدمات متقدمة في الفيزياء العامة والرياضيات، من هنا:

  

  

بالوصول إلى تلك المرحلة في ميكانيكا الكم سوف تصبح أدرى من غيرك بالمساق الذي يناسبك، تتراوح تفضيلات الطلبة بين محاضرات2،3 MIT التي تتعرض للجانب النظري والتجريبي الخاص بميكانيكا الكم، أو محاضرات أوكسفورد4، أو ربما محاضرات مركز NPTEL الهندي5 الذي يعرض لعدد ضخم من المساقات ضمن مشروع هندي قومي، أو ما تريده، في النهاية ومع تمكنك من الأدوات والمراجع الخاصة بك سوف تتخذ طريقا تعرف جنباته، مع توضيح أنه رغم التدرج الواضح في الخطط التي نقوم بترشيحها لك فإن القفزة الجامعية هي قفزة شاهقة تتطلب مستويات متقدمة من الفيزياء العامة (الفيزياء 3 بمقاييس MIT) والرياضيات المتقدمة.



    

دائما ما أكرر أن يوتيوب هو أداة بحث أفضل من غوغل، قد يساعدك الكتاب أو المقال على فهم جزئية ما، لكن محاضرة من متخصص تفعل أضعاف ذلك بما تضيفه من توجيه جيد للطالب، لكن المشكلة الأساسية تتعلق دائما بالالتزام، وأن تكون جدّيا تجاه رغباتك في التعلم، يمكن لك أن تجتاز المساقات الأولى في هذا البرنامج الذي يقترحه التقرير بسهولة، لكن ما أن تبدأ الأمور بالتعقد قليلا حتى تبدأ في التململ واستخراج كل الأعذار.

 

كل شيء يرتفع ثمنه هذه الأيام، عدا العلم، كل ما تحتاجه هو وصلة إنترنت بالمنزل وبعض المراجع التي يمكن أن تحصل عليها بسهولة عبر الإنترنت أيضا، بعض الأوراق، سبّورة، عدة أقلام، وفقط، ثم يمكن لك أن تبحر في كل ما كنت تود تعلمه يوما ما، من الفيزياء إلى الرياضيات، ومن الفلسفة إلى الاقتصاد، يمكن لك أن تدرس التصوير، الإخراج، البرمجة، أي شيء تقريبا، لكن المشكلة دائما تتعلق بمدى رغبتك في التغيير، بمدى شغفك، والذي قد يدفعك إلى تحمل كل ذلك الوقت والجهد.

تركيا وإسرائيل.. واقع العلاقات واحتمالات التقارب

تقارير متصدرة


اّخر الأخبار