حالة أرضية

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث

في الفيزياء الحالة الأرضية أو حالة مستقرة (بالإنجليزية : stationery state) في نظام ميكانيكا الكم تعني أقل حالات الطاقة في نظام . وتكون الحالة المثارة هي أي حالة لها طاقة أعلى من الحالة الأرضية. ويعتبر الفراغ في نظرية مجال الكم حالة أرضية أو حالة قاعية .

في حالة تواجد أكثر من حالة أرضية، يقال أنهم في حالة انفطار (فيزياء) {انحلال}. ويوجد العديد من الأنظمة التي بها هذه الحالة، مثل ذرة الهيدروجين. اتضح أن الانحلال يحدث عند الحادث غير العادي للعامل الوحيد استبدل بهاملتونية النظام.

و طبقا ل القانون الثالث للديناميكا الحرارية فالنظام الموجود في درجة حرارة الصفر المطلق يكون في حالته الأرضية . وعلى ذلك ، فإن الإنتروبي لنظام يكون أقل مايمكن عند درجة الصفر المئوي. وعديد من الأنظمة مثل البلورات لها حالة أرضية واحدة وعلى هذا يكون لها صفر إنتروبي عند الصفر المطلق لأن ln(1) = 0.

في الديناميكا الحرارية[عدل]

في ديناميكا حرارية يكون نظام في حالة مستقرة إذا لم يتغير مع الزمن .

خواص الحالة المستقرة[عدل]

كما يتضح من الحالات في الشكل فليست الحالة المستقرة ثابتا رياضيا:

|\Psi(t)\rangle = e^{-iE_{\Psi}t/\hbar}|\Psi(0)\rangle

وإنما تظهر جميع خواص الحالة المستقرة كثوابت . وعلى سبيل المثال ، إذا كانت |\Psi(t)\rangle تمثل دالة موجية لجسيم يتحرك على محور واحد (\Psi(x,t) يكون احتمال وجود الجسيم عند النقطة x :

|\Psi(x,t)|^2 = \left| e^{-iE_{\Psi}t/\hbar}\Psi(x,0)\right|^2 =  \left| e^{-iE_{\Psi}t/\hbar}\right|^2 \left| \Psi(x,0)\right|^2 = \left|\Psi(x,0)\right|^2

وهي دالة لا تعتمد على الزمن t .

ثلاثة حلول لمعادلة شرودنجر المعتمدة على الزمن في حالة الهزاز التوافقي. إلى اليسار : الجزء الحقيق (أزرق) والجزء التخيلي (أحمر) للدالة الموجية. وإلى اليمين : احتمال وجود الجسيم عند نقطة معينة . يمثل الطابقان العلويان حالتين للحالة المستقرة ، أما المربعان السفليان فيبنان التطابق الكمومي للحالة \psi_N \equiv (\psi_0+\psi_1)/\sqrt{2} وهي ليست حالة مستقرة (فهي تتغير مع الزمن) . وتوضح الصور علي اليمين ، لماذا نسمي الحالات المستقرة بأنها "مستقرة" أو " أرضية".

وقد صاغ هايزنبرج فيما يسمى صورة هايزنبرج صياغة رياضية بديلة لميكانيكا الكم ، وفيها تكون الحالة المستقرة عبارة عن ثابتا رياضيا بالفعل ولا يتغير مع الزمن.

وكما ذكرنا أعلاه فتلك المعادلات تفترض أن معادلة هاميلتون لا تتغير مع الزمن. وهذا يعني أن الحالات المستقرة تكون فقط مستقرة عندما يكون باقي النظام ثابتا ومستقرا في نفس الوقت . وعلى سبيل المثال، فإن الإلكترون في ذرة الهيدروجين يكون في حالة مستقرة (رغم دورانه المستمر في مدار حول النواة) ، ولكن عندما تتفاعل ذرة الهيدروجين مع ذرة أخرى ، عندئذ فإن الإلكترون سوف يغادر مداره ويصبح في حالة إثارة.

شاهد أيضا[عدل]