جسيم نقطي

الجسيم النقطي ، أو الجسيم المثالي ^{[ 1 ]} ، أو الجسيم الشبيه بالنقطة ، هو نموذج مثالي يُستخدم في الفيزياء . تتمثل سمته المميزة في امتداده المكاني الضئيل ^{[ 2 ]،} أو كونه جسمًا لا يؤثر دورانه على خصائصه ^{[ 3 ]} . يُعد الجسيم النقطي تمثيلًا مناسبًا لأي جسم عندما يكون حجمه وشكله وبنيته غير ذات صلة في سياق معين. على سبيل المثال، من مسافة كافية، سيبدو أي جسم محدود الحجم ويتصرف كجسم شبيه بالنقطة. تُعد الكتل النقطية والشحنات النقطية مثالين شائعين على ذلك. عندما يمتلك الجسيم النقطي خاصية إضافية، مثل الكتلة أو الشحنة، فإنه غالبًا ما يُمثل رياضيًا بدالة ديراك دلتا . في الميكانيكا الكلاسيكية، لا يوجد عادةً مفهوم دوران الجسيمات النقطية حول "مركزها".

في ميكانيكا الكم ، يُعقّد مبدأ هايزنبرغ للشك مفهوم الجسيم النقطي ، لأن حتى الجسيم الأولي ، الذي لا يُعرف له بنية داخلية، يشغل حيزًا غير صفري. ومع ذلك، ثمة فرق بين الجسيمات الأولية كالإلكترونات والكواركات ، التي لا تُعرف لها بنية داخلية، والجسيمات المركبة كالبروتونات والنيوترونات ، التي تتكون بنيتها الداخلية من الكواركات. تُسمى الجسيمات الأولية أحيانًا "جسيمات نقطية" نظرًا لعدم معرفة بنيتها الداخلية، ولكن هذا المعنى يختلف عن المعنى الذي نناقشه هنا.

الكتلة النقطية (أو الكتلة الشبيهة بالنقطة ) هي مفهوم، في الفيزياء الكلاسيكية على سبيل المثال ، لجسم مادي (عادةً ما يكون مادة ) له كتلة غير صفرية، ومع ذلك فهو (أو يُنظر إليه أو يُنمذج على أنه) متناهي الصغر (صغير للغاية) في حجمه أو أبعاده الخطية . في نظرية الجاذبية ، يمكن للأجسام الممتدة أن تتصرف ككتل شبيهة بالنقطة حتى في جوارها المباشر. على سبيل المثال، تتصرف الأجسام الكروية المتفاعلة في الفضاء ثلاثي الأبعاد، والتي تُوصف تفاعلاتها بقانون الجاذبية النيوتونية ، طالما أنها لا تتلامس، كما لو أن كل مادتها مُركزة في مراكز كتلتها . ^{[ 4 ]} في الواقع، هذا صحيح لجميع الحقول التي تُوصف بقانون التربيع العكسي . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

في الكهرومغناطيسية ، أالشحنة النقطية هي جسيم نقطي يحملشحنة كهربائية. ^{[ 7 ]} ويمكن تعريفها أيضًا بأنها جسم مشحون أوحامل شحنةيكون قطره الفعال أصغر بكثير من المسافة إلى جسم مشحون آخر. ^{[ 8 ]} المعادلةالأساسيةفيعلم الكهرباء الساكنةهيقانون كولوم، الذي يصف القوة الكهربائية بين شحنتين نقطيتين. وتنص نتيجة أخرى،وهي نظرية إيرنشو، على أنه لا يمكن الحفاظ على مجموعة من الشحنات النقطية فياتزانبالاعتماد فقط على التفاعل الكهروستاتيكي بين الشحنات.المجال الكهربائيالمصاحب لشحنة نقطية كلاسيكية إلى ما لا نهاية كلما تناقصت المسافة من الشحنة النقطية نحو الصفر، مما يشير إلى أن النموذج لم يعد دقيقًا في هذه الحالة.

في ميكانيكا الكم ، ثمة فرق بين الجسيم الأولي (ويُسمى أيضًا "الجسيم النقطي") والجسيم المركب . الجسيم الأولي ، كالإلكترون والكوارك والفوتون ، هو جسيم ليس له بنية داخلية معروفة. أما الجسيم المركب، كالبروتون والنيوترون ، فله بنية داخلية. مع ذلك، لا الجسيم الأولي ولا المركب متمركزان مكانيًا، وذلك بسبب مبدأ هايزنبرغ للشك . تشغل حزمة موجة الجسيم دائمًا حجمًا غير صفري. على سبيل المثال، انظر إلى المدار الذري : الإلكترون جسيم أولي ، لكن حالاته الكمومية تُشكل أنماطًا ثلاثية الأبعاد.

مع ذلك، ثمة سبب وجيه لتسمية الجسيم الأولي غالبًا بالجسيم النقطي. فحتى لو كان للجسيم الأولي حزمة موجية غير متمركزة، يمكن تمثيل هذه الحزمة على أنها تراكب كمومي لحالات كمومية يكون فيها الجسيم متمركزًا بدقة. علاوة على ذلك، يمكن تمثيل تفاعلات الجسيم على أنها تراكب لتفاعلات حالات فردية متمركزة. لا ينطبق هذا على الجسيم المركب، الذي لا يمكن تمثيله أبدًا على أنه تراكب لحالات كمومية متمركزة بدقة. من هذا المنطلق، يستطيع الفيزيائيون مناقشة "الحجم" الجوهري للجسيم: حجم بنيته الداخلية، وليس حجم حزمته الموجية.

فعلى سبيل المثال، بالنسبة للإلكترون، تُظهر الأدلة التجريبية أن حجم الإلكترون أقل من10 ⁻¹⁸  م . ^{[ 9 ]} (لا ينبغي الخلط بين هذا وبين نصف قطر الإلكترون الكلاسيكي ، والذي، على الرغم من الاسم، لا علاقة له بالحجم الفعلي للإلكترون.)

• جسيم الاختبار
• غشاء
• الشحنة (في الفيزياء) (مفهوم عام، لا يقتصر على الشحنة الكهربائية )
• النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات
• ازدواجية الموجة والجسيم

• كورنيش، إف إتش جيه (1965). "نظرية الإشعاع الكلاسيكية والشحنات النقطية". وقائع الجمعية الفيزيائية . 86 (3): 427-442 . رمز Bibcode : 1965PPS....86..427C . doi : 10.1088/0370-1328/86/3/301 .
• جيفيمينكو، أوليغ د. (1994). "الحساب المباشر للمجالين الكهربائي والمغناطيسي لشحنة نقطية كهربائية تتحرك بسرعة ثابتة". المجلة الأمريكية للفيزياء . 62 (1): 79-85 . Bibcode : 1994AmJPh..62...79J . doi : 10.1119/1.17716 .

• الوسائط المتعلقة بجسيم النقطة على ويكيميديا ​​كومنز