وفق النظرية الكمية فإن كل كيان في العالم له طبيعة مزدوجة. ففي الفيزياء الكلاسيكية استخدم مفهومان متمايزان لوصف ظاهرتين طبيعيتين متمايزتين، وهما: الموجات والجسيمات. لكن فيزياء الجسيمات تخبرنا أن هذين المفهومين لا ينطبقان بشكل منفصل على العالم الميكروسكوبي. فالأشياء التي كنا نعتقد سابقًا أنها جسيمات من الممكن أحيانًا أن تسلك سلوك الموجات، والظواهر التي كنا نَخَالُها سابقًا من الموجات من الممكن أحيانًا أن تسلك سلوك الجسيمات. الضوء مثلا يسلك سلوك الموجة، وبإمكاننا أن ننتج تأثيرات التداخل والحيود باستخدام الموشورات والعدسات. علاوة على ذلك، بين ماكسويل أن الضوء يوصف بالفعل رياضيًا بواسطة معادلة تسمى «المعادلة الموجية»، وبذا تتنبأ هذه النظرية بالطبيعة الموجية للضوء على الجانب المقابل، بينت أعمال ماكس بلانك على الإشعاع المنبعث من الأجسام الساخنة أيضًا أن سلوك الضوء يجعله كما يبدو أنه لو يتكون من حزم منفصلة، أُطلق عليها اسم «الكموم». وقد تردد في الزعم بأن هذه الكموم يمكن اعتبارها جسيمات. وفي الواقع كان ألبرت أينشتاين نفسه، خلال عمله على التأثير الكهروضوئي الذي نال عنه جائزة نوبل، هو من أخذ هذه الخطوة، وقال إن الضوء يتكون في حقيقته من جسيمات. وهذه الجسيمات صارت تُعرف لاحقًا باسم «الفوتونات». لكن كيف يمكن للشيء ذاته أن يكون موجة وجسيمًا معا؟ علينا هنا القول إن الواقع لا يمكن توصيفه بدقة بواسطة مفهوم واحد فقط من الاثنين، وإنما يكون سلوكه أحيانًا كسلوك الموجة وأحيانًا كسلوك الجسيم.

تخيل أن هناك راهبًا من العصور الوسطى، وقد عاد إلى ديره بعد رحلته الأولى إلى أفريقيا. وخلال رحلته تلك شاهد بالمصادفة خرتيتا (وحيد القرن)، وهو يحاول الآن أن يصفه لإخوته المتشككين. وبما أنه لم يسبق لأحد منهم أن رأى أي شيء غريب كالخرتيت رأْيَ العين، فعلى راهبنا أن يستعين بالتشبيهات لتقريب الصورة. فيقول إن الخرتيت يشبه في جانب منه التنين وفي جوانب أخرى الحصان وحيد القرن. وهنا يكون لدى إخوته تصور معقول عما يبدو عليه هذا الحيوان. لكن لا التنين ولا الحصان وحيد القرن موجودان في الطبيعة من الأساس، بينما للخرتيت وجود الأمر عينه ينطبق على عالمنا الكمي؛ فالعالم لا يوصف من منظور الموجات المثالية ولا الجسيمات المثالية، وإنما يمكن لهذين المفهومين أن يمنحانا صورةً ما عن جوانب معينة لما عليه الأشياء من حال بالفعل.

إن الفكرة القائلة إن الطاقة تأتي في حزم منفصلة (أو كموم) طبقت بنجاح أيضًا على أبسط الذرات قاطبة – ذرة الهيدروجين – على يد نيلز بور عام 1913 وطبقت على جوانب أخرى للفيزياء الذرية والنووية ووجود مستويات الطاقة المتمايزة داخل الذرات والجزيئات له أهمية جوهرية في مجال التحليل الطيفي، الذي يلعب دورًا في مجالات متنوعة على غرار الفيزياء الفلكية والطب الشرعي، وكانت له أهمية حاسمة في اكتشاف هابل لتباعد المجرات.

مواضيع ذات صلة

Equipartition and the quantum oscillator

philosophical implications of quantum mechanics

Crystal diffraction

Measurement of position and momentum

Probability wave amplitudes

The uncertainty principle

First principles of quantum mechanics

Watching the electrons

An experiment with electrons

An experiment with waves

An experiment with bullets

Chance and likelihood