البلازما {3} البلازما الكمية (1)ـ
یعتبر علم البلازما (اقرا ھنا للمزید) من العلوم الفریدة حیث أنھا بدأت بمشاھدات وتجارب معملیة دون أساس نظرى یشرح ظواھرھا ومع تقدم الدراسات المعملیة والمشاھدات الفلكیة كانت الحاجة ملحة إلى وجود نماذج نظریة، فكان أول نموذج نظرى مقترح من العالم السویدى ”ھانز الفن” والحائز على جائزة نوبل عام 1970 وقد سمى ھذا النموذج الریاضى بإسم النظریة الھیدرودینامیكیة المغناطیسیة.ــ
ومع الوقت تم اقتراح العدید من النماذج الریاضیة المختلفة مثل النظریة الحركیة ونظریة المائع، إلا أن كل تلك النظریات تعاملت مع البلازما كغاز ذو كثافة محدودة أو قلیلة نسبیا. ومعنى الكثافة ھنا ھو عدد الأیونات أو الإلكترونات فى وحدة الحجوم، فمثلا فى المشاھدات الفضائیة یكون عدد الأیونات أو الإلكترونات قلیل جدا ربما أیون واحد فى كل سنتیمتر مكعب أو متر مكعب، ولكن فى المعامل یكون عدد الأیونات أو الإلكترونات كبیر نسبیا ربما یصل إلى ألف أو حتى ملیون أیون فى السنتیمتر المكعب.ــ
ويتبادر فى الذهن هل عدد الأيونات ضرورى أو مهم فى دراسة سلوك البلازما ؟
واجابة على ذلك سنضرب مثالا بسیطا من الحیاة العملیة تخیل أن ھناك 100 شخص متحركین فى میدان كبیر، فكل فرد له حریة الحركة فى أى مكان وربما لایصطدم مع أى شخص أخر أثناء الحركة ولایشعر به. لذا فإن سلوك كل فرد لایتأثر بالأخرین مھما كانت سرعتھم كبیرة ویختلف الحال عندما یتجمع فى المیدان 50 ألف شخص مثلا، فھنا یصبح من الحتمى الاصطدام ویكون تأثیر كل فرد على من حوله كبیرا.ــ
ننتقل الان إلى حالة البلازما العادیة ذات الكثافة القلیلة، أى أن عدد الإلكترونات والأیونات قليل. فى ھذه ھذه الحالة، فإن كل إلكترون تكون المسافة بینه وبین من یجاوره أو یتحرك بجواره كبیرة نسبیا – علمیا تكون المسافة أكبر من حجم الالكترون، ویكون عدد الالكترونات فى ھذه الحالة أقل من ( 10 مرفوع للأس 15 ) إلكترون فى المتر المكعب ومع أن ھذا العدد من الالكترونات كبیر جدا (ملیون ملیار إلكترون فى المتر المكعب) إلا أن البلازما عادیة أى أن كل إلكترون یتحرك بحریة فى الحجم المتاح له . وھذاالنوع من البلازما يوجد فى أماكن عدیدة مثل الشمس والمعامل والایونوسفیر…وغيرها، كما أن عدد الالكترونات یختلف من مكان لآخر كما هو موضح فى الرسم.ــ
مدخل الي البلازما الكمية
ولكن ماذا یحدث إذا زاد العدد عن القیمة المطروحة أعلاه؟ یصبح ھنا الحجم المتاح لحركة كل الكترون أو أيون أقل وأقل مما یترتب علی ذلك تكدس الإلكترونات والأيونات فى حیز وحجم صغير جدا یكون مساوى لحجم الالكترون أو الأيون نفسه، وھنا تظھر خصائص فیزیاء جدیدة فى الأفق ألا وھى فیزیاء الكم.ــ
المقال القادم
ولنا عودة فى مقال جدید لنتحدث عن خصائص البلازما الكمیة بمزید من التفصیل وتطبیقاتھا لاحقا.ــ
——————————————————–
كتبه: وليد مسلم
استاذ فيزياء البلازما النظرية بجامعة بورسعيد
و استاذ الزائر بمركز الفيزياء النظرية بالجامعة البريطانية بمصر
للمزيد عنه هنا
شكر خاص لــ محمود النقيب للمساهمة في الكتابة الاكترونية
______________________________________
للاشتراك في المدونة ليصلك كل جديد
______________________________________
