كيف تُوَسِّط الفوتونات الجذب والتنافر؟ 🤔

في كوننا المذهل، تلعب الفوتونات دورًا أساسيًا في بنية المادة والحياة. فجميع أشكال الضوء، من الضوء المرئي إلى الأشعة فوق البنفسجية، تتكون من فوتونات. تُمتص أو تُنبعث الفوتونات بواسطة الجسيمات المشحونة، مما يسمح بظواهرٍ أساسية مثل التمثيل الضوئي والإشعاع، وحتى لون الأشياء التي نراها 🌈. ولكن دور الفوتونات لا يقتصر على ذلك، بل إنها جوهر القوة الكهرومغناطيسية! عندما تجذب أو تتنافر أو تنحرف الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي، فإن الفوتون هو المسئول عن هذه التفاعلات.

ولكن كيف يمكن للفوتونات، التي هي جسيمات عديمة الكتلة ومتعادلة كهربائياً، أن تُوَسِّط كل هذه التفاعلات؟ 🤔 كيف تُحدث الفوتونات الجذب أو التنافر أو انحرافًا عموديًا؟

يُطرح هذا السؤال الرائع، ويُوضّح لنا هذا السؤال مدى تعقيد وتشويق الفيزياء. نستكشف في هذا المقال كيف تُفسّر نظرية المجال الكمومي هذه الظاهرة الرائعة.

الفوتونات الحقيقية والفوتونات الافتراضية

عندما نتحدث عن الضوء (الفوتونات) في حياتنا اليومية، فإننا نشير إلى فوتونات “حقيقية”. “حقيقية” في هذا السياق تعني عدة أشياء:

• تحمل الفوتونات “الحقيقية” كميات محددة من الطاقة.
• تمتلك الفوتونات زخمًا (مقدار واتجاه).
• لهذا الفوتون نقطة أصل: وقت ومكان معيّن في الفضاء انبعث منه نتيجة تفاعل جسيمات.
• عند امتصاص الفوتون، يكتسب الجسيم الكمومي الطاقة والزخم، وهما محفوظان في النظام الكلي.

تشمل الأمثلة على الفوتونات “الحقيقية” أشعة الشمس، وضوء النجوم، والأشعة المنبعثة من الشاشات التي تقرأ عليها هذا المقال. 🌞

أما عندما نتحدث عن الفوتونات التي تُوَسِّط القوة الكهرومغناطيسية، فإنها ليست “حقيقية” بل “افتراضية”. ظهر هذا المفهوم مع ظهور نظرية المجال الكمومي، حيث لا تُعتبر الحقول ثابتة، بل كمومية، تُبادل جسيمات افتراضية.

مخططات فاينمان 📊

تُمثل مخططات فاينمان طريقةً مرئيةً لفهم هذه التفاعلات الافتراضية. في هذه المخططات، نرسم الجسيمات الحقيقية (مثل الإلكترونات) بخطوط مستقيمة، وتُمثل الفوتونات الافتراضية بخطوط مُتَمَوِّجة. لكن هذه الخطوط الافتراضية ليست جسيمات حقيقية، ولا تنقل الزخم من جسيم إلى آخر. فهي ببساطة طريقة رياضية لوصف احتمالات التفاعلات.

ما الذي يُحدد الجذب أو التنافر؟

في حالة القوى الكهروستاتيكية، يُحدد الجذب أو التنافر إشارة الشحنات على الجسيمات المتبادلة. إذا كانت الشحنات متشابهة (موجبة-موجبة أو سالبة-سلبية) فإنها تتنافر، وإذا كانت متضادة (سلبية-إيجابية أو إيجابية-سلبية) فإنها تتجاذب. تكون القوى الأخرى، مثل القوة النووية القوية، دائمًا جذابة، ولا يوجد شيء مثل شحنة جاذبية سالبة. 🪐

المصدر: اقرأ المقال الكامل