هل تمتلك المعلومات وزناً يمكننا قياسه  تصميم الصورة وفاء مؤذن

ربما قد تعتقد بأن هذا السؤال سخيف، وأنَّ إجابتك على الفور ستكون "لا يمكننا أن نعرف وزن المعلومات"، ولكن المفاجأة هي أن العلماء قد أثبتوا من خلال دراستهم بأن المعلومات تمتلك وزناً.

كيف يمكن أن يكون للمعلومات وزناً

دعني أعيد لك المقدمة بصياغة أخرى، إنَّ البيانات تمتلك فعلياً وزناً تحدد به، حيث قد اعتمد العلماء في هذا المجال أنَّ الوزن الذي يحدد في مخازن البيانات، المقصود بمخازن البيانات هو محركات الأقراص الثابتة، وذاكرة الفلاش، وأيضاً كرت الذاكرة Memory Card، والكثير من وسائل |التخزين الإلكتروني|، أو المحركات التقليدية، ومن خلال سلسلة متعددة من التجارب، فقد تبيّن بأن وزن محرك الأقراص الثابتة CD، وهو فارغ أقل من وزنه عندما يتم تخزين المعلومات على متنه، حتى لو كان هذا الوزن قليلٌ للغاية لدرجة لا تكاد تُذكره، ولكنه موجودٌ بالفعل!

فمثلاً في التخزين الإلكتروني قد يتطلب منك إضافة بعض البيانات إلى ذاكرة الوصول العشوائي "|RAM|"، أو ضمن محركات الأقراص الصلبة SSD، أو إلى ذاكرة الفلاش وما إلى ذلك، وهنا يجب أن تعلم بأن كل |إلكترون| واحد له وزن صغير جداً وهو (10 مرفوعة للأس -31 * 9.10938215 كجم). لذا، فإنك عندما تقوم بإضافة إلكترون، فإن هذا يعني أنك قد قمت بإضافة قدرٍ ضئيل جداً من الوزن إلى الذكرة التي قمت بعملية الإضافة إليها.

هل يزيد الوزن الضئيل للإلكترون من وزن المعلومات

هنا يجب عليك أن تقرأ عدة اقتراحات سوف نعرضها عليك، لكي تتمكن من الحصول على إجابة منطقية صحيحة.

فإذا فرضنا جدلاً بأن عدد |الإلكترونيات| التي تشكل حالة الشحن الموجودة في الأجهزة، فإن إحدى الحسابات تقول بأن ١ جيجا بايت من ذاكرة الفلاش أو التخزين الممتلئة تزن قرابة ٧٢٩ فيمتوغرام أكثر من حجم الذكرة وهي فارغة.

حيث إن الفيمتوجرام غرام الواحد يبلغ تقريباَ: 0.000000000000001 كجم، وهذا يدل على أن الإجابة على السؤال المذكور أعلاه هي "نعم" إن |الذاكرة المليئة| بالبيانات تزن وزناً أكبر بمقدار ضئيل جداً من |الذاكرة الفارغة|.

وفي المعنى أدق، إنك عندما تقوم بتسخين أي شيء، فأنك تزيد من حجم كتلته، وذلك لأن الطاقة، والكتلة هما متكافئتان (E = mc2).

 لذا، فإن محرك الأقراص الثابتة عندما يتم كتابة، وتخزين بيانات عليه، فأنه سوف يكون لديه كتلةً زائدة، وصغيرة جداً مقارنةً في كتلة ووزن محرك الأقراص الثابتة الخاملة.

إذاً حتى لو كان هذا المقدار ضئيل للغاية و مثير للسخرية، فإن رغبنا في وضع إجابة علمية دقيقة عن السؤال المذكور في عنوان المقال، والإجابة باختصار هي " نعم، على ما يبدو تمتلك المعلومات وزناً".

شاركنا في التعليقات برأيك بهذه الإجابة، واستفساراتك، وأخبرنا هل تمتلك أي دليل آخر يثبت صحة هذه المعلومات؟ 

بقلم: إيمان الأغبر

خلق الكون بين العلم والأديان 

 - الجزء الثالث -

خلق الكون بين العلم والأديان

 مراحل نشأة الكون:

يعتقد معظم علماء الفيزياء الفلكية بأن كل شيءٍ بدأ ضمن مسافة صغيرة جداً تسمى مسافة بلانك وهي أصغر مسافة يمكن وجودها في الطبيعة وكل ما كان موجوداً فيها هو ما يسمى| الكواركات |التي تعتبر أصغر مكوّن للمادة معروف حتى الآن،

 وقد مرّت نشأة الكون بمراحل يمكن تلخيصها بما يلي:

المرحلة الأولى: الثانية الأولى بعد الإنفجار:

بعد| الإنفجار العظيم |مباشرةً كانت الحرارة هائلةً جداً،

 ثم تمدد كل شيءٍ نتج عن ذلك النفجار بسرعةٍ هائلة ليغطّي مساحاتٍ واسعة ًخلال ثانية واحدة، ما جعل كل شيءٍ يبرد قليلاً 

وعند درجة الحرارة المناسبة التحمت الكواركات مع بعضها ضمن مجموعاتٍ فتشكّلت منها |الإلكترونات |و|البروتونات|، ومع انخفاض الحرارة أكثر أمكن التحام الإلكترون مع البروتون ليكونّا معاً |النيوترونات|.

المرحلة الثانية: مرحلة تكّون الأنوية:

 في هذه المرحلة تشكلت أبسط نواة معروفة وهي نواة| الهيدروجين|، 

وحدث ذلك باتحاد إلكترون مع بروتون لتشكيل نيوترون، أما البروتونات التي بقيت وحيدة فقد التصقت بالنيوترونات، وكل بروتون التصق مع نيوترون شكلّا معاً نواة هيدروجين واحدة.

المرحلة الثالثة: نشأة ذرة الهيدروجين:

  بعد عشرين دقيقة فقط من الإنفجار العظيم كان كل ما هو موجود في الكون الذي بلغ حجماً هائلاً خلال ذلك الوقت هو الأنوية موجبة الشحنة والإلكترونات سالبة الشحنة والفوتونات عديمة الشحنة، 

فانجذبت الإلكترونات والأنوية إلى بعضها البعض وبدأ كل إلكترون بالدوران حول نواةٍ ما نتج عنه تشكّل ذرة الهيدروجين وهي أبسط ذرة موجودة في الكون.

في ذلك الوقت كان معظم الكون مؤلف من غاز الهيدروجين بالإضافة إلى غاز |الهيليوم| مع احتمال وجود غازات أخرى نادرة أثقل من الهليوم.

 المرحلة الرابعة: نشأة النجوم:

 استمر الكون بالتمدد واستمرت الحرارة بالإنخفاض لمدة تقارب مئةً وخمسين مليون سنة حيث بدأت ذرات الهيدروجين تتجمّع حول بعضها البعض بفعل قوى| الجاذبية |مشكلةً سدماً هائلةً، 

ومع استمرار عمل الجاذبية تقاربت الذرات أكثر وانضغطت على بعضها مشكلةً كتلاً غازيةً هائلة، وبتأثير الحرارة العالية الناتجة عن الضغط العالي في قلب تلك الكتل بدأت ذرات الهيدروجين تلتحم مع بعضها البعض مشكلّةً معاً ذرات الهيليوم، مع تحوّل جزءٍ من الكتلة إلى |طاقة|،

 ثم تلتحم ذرات الهليوم مع بعضها لتكوّن ذرات أخرى أثقل وهكذا حتى نشأ الكثير من العناصر في قلب| النجوم|، 

ولكن لا يمكن تشكّل جميع العناصر داخل النجوم فأثقل عنصر يمكن تشكيله في النجم هو |الحديد| لأن اندماج ذرات الحديد لا ينتج عنه أية طاقة.

 يتمركز الحديد بسبب ثقله في مركز النجم تحت تأثير ضغطٍ وحرارةٍ هائلين إلى أن ينفذ الهيدروجين من النجم فينفجر متحولاً إلى ما يسمى |السوبر نوفا |منتجاً كمية هائلة من الحرارة تستطيع دمج ذرات الحديد فتتكون عناصر أثقل وهكذا...

المرحلة الخامسة: نشأة المجرات:

في داخل النجوم تكون قوى الجاذبية متعادلة مع القوى| النووية| الناتجة عن اندماج الأنوية مع بعضها،

 وعندما ينفذ وقودها فإنها تنفجر، ولكن بعض النجوم التي تزيد كتلتها عن عشرين ضعفاً من كتلة شمسنا عندما ينفذ منها الوقود فإنها لا تنفجر

 لأن جاذبيتها الكبيرة تمنع انفجارها بل تنضغط على نفسها ويتضاءل حجمها كثيراً فتتحول إلى كتلٍ ذات جاذبيةٍ هائلة لا تسمح بخروج أي شيء منها ولا حتى الضوء وهي ما تسمى ب|الثقوب السوداء|، 

وبفعل الجاذبية الهائلة لتلك الكتل تتجمع حولها مليارات النجوم وتبدأ بالدوران حولها مشكّلةً معاً ما يسمى بالمجرات،

 ولقد تأكد العلماء من أن جميع| المجرات| تمتلك ثقباً أسود عملاقاً في مركزها، مع العلم أن الثقوب السوداء تتواجد في أمكنة أخرى من الكون غير مراكز المجرات ولكنها أصغر حجماً وأقل جاذبيةً.  

اقرأ المزيد...

الحواسيب الكوانتية - الجزء الثاني

الحواسيب الكوانتية - الجزء الثاني

بعد الحديث عن آلية عمل الحواسب الكوانتية والفرق بينها وبين الحواسب العادية فإنه لا يمكنني التعمق أكثر في تفاصيل هذه الحواسيب لأن هذا الكلام سيكون غريباً وغير مفهوم لمعظم الناس ولكن دعونا نسأل: 

لماذا يتوجه العالم إلى استخدام الحواسب الكوانتية؟

منذ اختراع الحاسب الإلكتروني في النصف الثاني من القرن العشري وهو يتطور بسرعة كبيرة من مختلف النواحي ففي كل يوم يصبح الحاسب أسرع و تصبح سعته التخزينية أكبر ومجالات استخدامه أوسع حتى أنه بات موجوداً في جميع نواحي حياتنا اليومية وبتنا غير قادرين على الحياة بدونه تقريباً

إلى متى تستطيع الحواسب التقليدية أن تستمر بالتطور؟

من المعروف لدى غالبية الناس بأن تطور الصناعات الإلكترونية مرهونٌ دائما بتطور تقنيات الشرائح الدقيقة المسماة بالدارات المتكاملة وقد أمكننا منذ اختراعها أن نطورها كثيراً بتقليل حجم العناصر الموجودة داخل الشريحة وزيادة عددها ولكن لا يمكن تقليل حجم العنصر الإلكتروني إلى ما لانهاية لأنه لا يمكن أن يكون حجمه أصغر من حجم مليارات الذرات التي تكونه ولذلك يمكن القول بأن تقنية الدارات المتكاملة قد وصلت إلى ذروتها وأصبح من الضروري إيجاد تقنيات بديلة لتستوعب الحاجة المتزايدة لرفع سرعة وسعة الحواسيب التخزينية فكان الحل الأمثل هو استخدام الحواسب الكوانتية.

ما هي الصعوبات التي تواجه صناعة الحواسب الكوانتية؟

|درجات الحرارة المرتفعة| :

يجب إبقاء درجة حرارة الحواسب الكوانتية قريبة جداً من درجة الصفر المطلق ( -273.15 |درجة مئوية|) لمنع احتمال تأثير أي إلكترون على البت الكوانتي لأن ذلك سيشوش على المعلومات التي يحملها وقد يغيرها.

البتات الكوانتية:

الحاجة الكبيرة لعدد كبير جداً من البتات الكوانتية لإنجاز مختلف العمليات الحاسوبية بسرعات هائلة.

ما هي أهم التطبيقات للحواسيب الكوانتية؟

1) |التشفير| و|فك التشفير| ( CODE & DECODE): 

عند استخدام الحواسب الكوانتية فائقة السرعة سيكون من الممكن فك أي شيفرة لأي نظام محمي بالشيفرة كالبنوك و الأجهزة الأمنية وهذا سيكون خطيراً جداً على أمن الدول و الأفراد ويتطلب إيجاد وسائل جديدة بديلة للتشفير لضمان أمن المعلومات.

2) يمكن معرفة بنية ومكونات الكثير من المواد |الكيميائية| المعقدة 

مثل البروتينات والأدوية وخاصة المضادات الحيوية بسرعة عند استخدام الحواسب الكوانتية ما يسمح بمحاكاتها وتطويرها خاصةً أن الجراثيم تتطور بسرعة لتحمي نفسها من الأدوية، فقد تلاقي الحواسب الكوانتية أهمية كبيرة في مختلف التطبيقات الصحية.

في النهاية أود القول بأن الحواسب الكوانتية الحقيقية التي تحقق الغايات المطلوبة منها قد لا تصبح حقيقة واقعةً قبل بضع سنوات رغم أن الكثير من الشركات مثل غوغل و أي بي أم قد بدأت فعلًا تعمل على إنتاج تلك الحواسيب ولكن السؤال الصعب هو أين عالمنا العربي من كل هذا؟  

لطفاً شارك المقال مع الآخرين.

عنصر الحياة في كل جزء فيك يحييك ويحيي الكون

 90 بالمئة من طاقتك منه، 21 بالمئة من الغلاف الجوي هو أوكسجين.

هو ثامن عنصر في |الجدول الدّوري|، وهو أكثر عنصر موجود بوفرة في الكرة الأرضية، كما أنّ |البحار| التي تأخذ مساحة ثلاث أرباع |الكرة الارضية| تتكوّن من الأوكسجين، والحجر والتّربة والبلاستيك وأيضاً نحن المخلوقات نتكوّن من الأوكسجين.

- وجوده في الطّبيعة

وجوده في |الطبيعة| عبارة عن غاز بلا لون ولا رائحة ولا طعم، لكن من الممكن أن يكون في حالة صلبة أو سائلة.

ويتميّز بأنّه في الحالة السائلة لونه أزرق، والغريب جداً وما يميّزه أنه ينجذب للمغناطيس وهو ثامن عنصر في الجدول الدوري، فهذه |الإلكترونات| تتوزع كالتالي: إلكترونين في المدار الأول و 6 إلكترونات في المدار الثاني، أي أنّه يحتاج إلكترونين لكي يمتلئ المدار الثاني.

- الأوكسجين والإلكترونات:

الأوكسجين يعتبر من أكثر العناصر تعطّشاً للإلكترونات، فهو يأتي في المرتبة الثّانية بعد |الفلورييد|، فالأوكسجين هو مثل |المغناطيس| القوي له |جاذبية| قوية جداً.

أي إلكترون يمرّ من جانبه فهو تلقائياً سوف يشتبك به، فإذا أخذ إلكترونات من |مادة عضوية| سوف يحرقها، أمّا إذا أخذ إلكترونات من مادّة لا عضوية مثل الحديد سوف يتسبّب في تآكلها ويسبّب لها الصدأ أيضاً، وكما نعلم أنّه لحدوث أي احتراق في العالم يحتاج توفّر ثلاث عناصر، وقود وأوكسجين وحرارة، أي أن كل |ذرّة| من ذرّات الأوكسجين تأخذ إلكترونين من ذرات الوقود، فانتقال الإلكترونات من ذرّات الوقود إلى ذرات الأوكسجين هذا يعطي |طاقة حرارية| وناتج عملية الاحتراق يعطي |غاز ثاني أوكسيد الكربون| و|الماء|.

- العلاج بواسطة الاوكسجين

يساهم هذا النّوع من العلاج في الحفاظ على حياتنا، حيث يتم من خلاله الحفاظ على المستوى المطلوب للأوكسجين في الدم مما يساعد في التقليل من حالة ضيق التنفس وبدوره يساعد على التنفس بطريقة أفضل وبشكل أسهل.

وأيضا يوجد علاج بالاوكسجين عالي الضغط فهو علاج فعّال جدا لمرض تخفيف الضغط.

 وله أيضاً استخدامات كثيرة في مجال علاج الأمراض، ومن بينها حالات العدوى الخطيرة جداً وأيضاً الجروح التي من الممكن أن لا تلتئم بسبب داء السكري الخطير، أو الإصابات الشعاعية وأيضاً من الممكن علاج فقدان البصر الغير مصحوب بآلام.

- تسمية الأوكسيجين

سمي بهذا الاسم نسبة إلى الكلمة اليونانية التي تعني منتج الأحماض حيث قام أحد العلماء بوضع شمعة في إناء مغلق باحكام فوجد أثناءها أن هذه الشّمعة قد انطفأت وأعاد هذه التجربة ولكن مع إضافة عليها، وهي وضع نبات يرافق هذه الشّمعه فوجد أثناءها أن الشّمعة ما زالت مضاءة وهذا ما يثبت لنا علميا أنّ النباتات تنتج غازاً يحفّز على الاشتعال وهذا الغاز هو غاز الاوكسجين.

- شكل آخر من أشكال الأوكسجين

الأوزون، يعتبر الأوزون شكل من أشكال الأوكسجين، وهو مكوّن من 3 ذرات نيابة عن اثنين، وهذا الغاز يتمتّع بلونه الأزرق الجميل، ولكنّه غاز سام ويتفاعل بشكل سريع جداً.

 وله مزابا جميلة أنّه يعمل على حماية هذه الحياة على سطح الأرض، ويتم هذا من خلال امتصاص الأشعة الفوق بنفسجية الصادرة من الشّمس في طبقات |الغلاف الجوي| العالية.

الأوكسجين، هو روح الكون يدبّ الحياة بكل شيئ خلاله، ويغطي مساحات واسعة من الكرة الأرضية  فلا حياة بلا أوكسجين.

 نشأة الكون من وجهة نظر العلم 

نشأة الكون من وجهة نظر العلم

منذ أقدم العصور وجد الانسان نفسه في هذا العالم الفسيح وبدأ يتسائل عن سر وجوده 

 من أين جاء ؟

وكيف بدأ كل شيء ؟

وإلى أين سينتهي به المطاف ؟ 

وأسئلة أخرى كثيرة دارت في خلده فراح يبني الفرضيات ويضع النظريات محاولاً معرفة الاجابة .

وقد ظهرت خلال آلاف السنوات محاولات كثيرة لتفسير نشأة الكون والحياة 

وقد كان بعضها مجرد أساطير مثل ملحمة الخليقة البابلية وملحمة جلجامش وقصة الخلق السومرية وقصص كثيرة رواها قدماء المصريين , 

ولكن ما هو رأي العلم في كل ذلك ؟

لقد وضع العلم خلال سنوات طويلة بعض التصورات والتفسيرات لنشأة الكون ولكن أحدث النظريات والأكثر رواجاً اليوم هي نظرية الإنفجار العظيم

 ( The big bang ) فماذا تقول هذه النظرية ؟

يرى العلماء اليوم بأن هذا الكون بكل اتساعه بدأ من نقطة واحدة صغيرة جداً ثم حدث شيء ما يشبه الإنفجار حول هذه النقطة إلى عدد هائل من الأجزاء التي راحت تتمدد وتتباعد حتى أصبح الكون  بشكله الحالي .

والسؤال هنا : 

ما الذي جعل العلماء يعتقدون بأن الكون بدأ من نقطة واحدة ؟ 

وما الذي يدعم رأيهم ؟

بدأ الأمر في عشرينيات القرن العشرين عندما اكتشف العالم هابل مع مجموعة من زملائه بأن المجرات جميعها تتباعد عن بعضها البعض وذلك بمراقبة الضوء الوارد من تلك المجرات 

فقد وجد هابل أن ذلك الضوء ينزاح نحو اللون الأحمر وهذا ما يحدث إذا كان مصدر الضوء يبتعد عنا .

بعد ذلك بعدة سنوات وضع هابل قانوناً يقول فيه إن جميع المجرات تتباعد عن بعضها بسرعات متزايدة تتناسب مع بعدها عن بعضها أي كلما كانت المسافة بين مجرتين أكبر كلما كانت سرعة تباعدهما أكبر .

بناءً على ذلك ...

لو عكسنا حركة هذه المجرات لوجدنا انها كانت جميعاً متمركزة يوماً ما في نقطة واحدة .

وبهذا التصور استطاع العلماء حساب عمر الكون فوجدوه قريباً من 13.8 مليار سنة .وذلك بقياس سرعة التمدد .

ما تعنيه هذه النظرية يبدو مرعباً وغير منطقي فهي تعني أن كل المادة وكل الطاقة الموجودة في الكون كانت في لحظة ما متركزة في نقطة واحدة متناهية الصغر

 فتخيلوا مقدار كتلة هذه النقطة ومقدار الضغط والحرارة التي يمكن أن توجد فيها .

ما الذي حدث بعد الانفجار العظيم :

في اللحظة البدائية كان كل شيء محصوراً في نقطة واحدة فكانت كثافة هذه النقطة لانهائية وضغطها لا نهائي ودرجة حرارتها لا نهائية ثم بدأ التوسع السريع ( يشبه الانفجار ) 

الذي أدى إلى انخفاض درجة الحرارة والضغط والكثافة تدريجياً ما سمح للجسيمات الدقيقة بأن تتفاعل مع بعضها لتنتج البروتونات والنيوترونات والإلكترونات التي بدورها شكلت الذرات البسطة ( الهيروجين الذي يتكون من إلكترون وبروتون فقط ) 

وعندما اندمجت ذرات الهيدروجين مع بعضها تشكلت ذرات الهيليوم . 

بعد ذلك اصبحت درجة الحرارة منخفضة أكثر فأصبحت غير كافية لاستمرار نشوء عناصر جديدة في الكون .

في بعض الأماكن كانت المادة كثيفة بما يكفي لتنجذب المواد إلى بعضها و تتغلب على سرعة التوسع 

فتشكلت أولى النجوم وبداخل هذه النجوم فقط أمكن تكون العناصر الثقيلة مثل الكربون والحديد وغيرها .

ما الدليل على صحة نظرية الإنفجار العظيم ؟

تستطيع هذه النظرية أن تحسب بدقة مراحل تطور الكون ومقدار الطاقة والمادة المتكونة فمثلاً تتنبأ هذه النظرية بأن كمية الهيروجين في الشمس يجب أن تكون بمقدار محدد وعند قياس تلك الكميات بطرق غير هذه النظرية نجدها متطابقة .

تستطيع هذه النظرية أن تتوقع مقدار الطول الموجي للإشعاعات الكونية وعند قياسها نجدها متطابقة .

وهناك الكثير من التنبؤات التي تقدمها نظرية الإنفجار العظيم و تطابق مع القياسات الدقيقة .

لقد حاولت عرض هذه النظرية بشكل بسيط ولكنها أوسع من ذلك بكثير وأكثر تكاملاً وتقدم لنا إجابات على تساؤلات كثيرة حيرت العلماء لمئات السنين .أرجو أن تكونو قد استمتعتم واستفدتم 

شاركوني معلوماتكم بالتعليقات...وشاركو المقال لتعم الفائدة 

🔭بقلم سليمان أبو طافش 

 تعرف على الليزر وتطبيقاته - الجزء الأول

تعرف على الليزر وتطبيقاته - الجزء الأول

ما هي أشعة |الليزر|؟

جاءت كلمة ليزر |Laser| من الحروف الأولى للجملة الإنجليزية: 

Light Amplification By Stimulated Emission Of Radiation

 ومعناها "تضخيم الضوء بالإصدار المحثوث للأشعة".

وقد تم تشغيل أول جهاز يصدر أشعة الليزر في عام 1960 من قبل عالم يدعى |ميمان|، وهو ناتج عن غاز |ثنائي أكسيد الكربون|، ومنذ ذلك الحين حتى اليوم تم تطوير الكثير من أجهزة الليزر لما لها من تطبيقات واسعة في مجالات عدّة مثل |الطب| والصناعة و|الأبحاث العلمية| والاتصالات وغيرها، ويكاد لا يخلو أي مجال من إحدى تطبيقات واستخدامات الليزر.

امتصاص وإصدار الضوء من قبل الذرات:

عندما تسقط حُزْمَة ضوئية على ذرة ما، فإن فوتونات تلك الحُزْمَة ستدفع إلكترونات الطبقة الدنيا للانتقال إلى الطبقة العليا إذا كانت طاقة الفوتون تساوي الطاقة اللازمة لانتقال الإلكترون، فنقول عندها بأن |الذرة| قد امتصت |الضوء|.  

أما إذا انتقل الإلكترون المُثار من سوية طاقة عليا إلى سوية طاقة أدنى فإنه سيصدر طاقة على شكل فوتون (ضوء) فنقول بأن ذرات المادة قد أصدرت ضوءً، ولكن في هذه الحالة تكون |الفوتونات| الصادرة عن مختلف ذرات المادة عشوائية أي أنها تنطلق بكافة الاتجاهات وهي غير مترابطة وتمتلك طاقات مختلفة وبذلك فهي غير مفيدة.

إذا تعرضت الذرة المُثارة إلى حُزْمَة ضوئية ذات طاقة مناسبة فإن مرور فوتون بجانب الذرة المثارة سيؤدي إلى انتقال إلكترون من تلك الذرة من السوية الطاقية الموجود عندها إلى سوية الطاقة الأساسية فيُصدر طاقة على شكل فوتون جديد طاقته تساوي طاقة |الفوتون| الوارد وجهة حركته بنفس جهة حركة الفوتون الوارد وهذا هو ما يسمى بالإصدار المحثوث للضوء أو بإختصار الليزر.

تعرف على الليزر وتطبيقاته - الجزء الأول

آلية عمل الليزر:

عند دخول فوتون في وسط مادي مُثار فإنه سيدفع أحد |الإلكترونات| للانتقال إلى السوية الأساسية مولداً فوتوناً جديداً يقوم بدوره بتوليد |فوتون| جديد، وهكذا يزداد عدد الفوتونات العابرة لذرات المادة بنفس اتجاه الفوتون الأساسي وبنفس طاقته وكأن الحُزْمَة الضوئية التي دخلت المادة قد تضخمت عدة مرات. فإذا عادت الحُزْمَة الضوئية لتعبر المادة مرة أخرى بعد كل عملية تضخيم (باستخدام المرايا فإننا) سنحصل بالنتيجة على حُزْمَة ضوئية ضخمة جداً تتألف من عدد هائل من الفوتونات التي تحمل نفس الطاقة وتسير بنفس الاتجاه أي نكون قد حصلنا على حُزْمَة ليزرية.

تستخدم عادةً لتوليد |الليزر| مرايا كُرَوِيّة كما يمكن استخدام المرايا المستوية ولكن إحدى المرآتين العاكستين تكون عاكسة كلياً بينما تكون الأخرى عاكسة جزئياً لكي تسمح لجزء من الليزر المتولد بالعبور منها إلى الخارج.

خواص حُزْمَة الليزر:

1) تكون حُزْمَة الليزر دائماً وحيدة اللون لأن جميع فوتوناتها لها نفس التردد (التواتر).

2) تكون حُزْمَة الليزر مترابطة فيما بينها فكل الفوتونات في الحُزْمَة قد صدرت عن فوتون واحد أساسي.

3) تبقى أشعة الليزر متقاربة من بعضها البعض حتى على مسافات كبيرة عن المنبع، أي إن انفراجها ضئيل جداً فهي ترسم على الحاجز الموضوع في طريقها بقعة ضوئية ضيقة لها نفس القطر تقريباً مهما أبعدنا الحاجز عن المنبع، وهذا الأمر مطلوبٌ بشدةٍ في كثيرٍ من التطبيقات، بل هو أهم ما يميز ضوء الليزر عن غيره من الأضواء التي تنتشر عادةً متباعدةً عن بعضها البعض.

اقرأ المزيد ...

               ماذا تعرف عن الأشعة السينيّة؟

ماذا تعرف عن الأشعة السينيّة ؟

إكتشاف الأشعة السينيّة :

• في عام 1895 كان العالم |وليم رونتجن| يقوم ببعض التجارب والدراسات على أنبوب |الأشعة| المهبطيّة، فلاحظ وجود أشعة قويّة تستطيع النفاذ عبر بعض المواد وتسبب تألقاً لبعض المعادن، كما أنّها تؤثّر في لوحات |التصوير|، فأدرك بأنها نوعٌ من الأشعة لم تكن معروفةً من قبل ولم يستطع تحديد ماهيّتها فأسماها |X-Ray| أيّ الأشعّة المجهولة وترجمت للعربية بإسم |الأشعة السينيّة|.
  

ما هي طبيعة الأشعة السينية ؟

• في عام 1912 إستطاع العالم |ماكس فون لاو| أن يثبت بأن الأشعة السينيّة هي أمواج كهرطيسيّة مثل |الضوء| ولكن تردداتها تقع خارج المجال المرئي فهي أعلى بكثير من تردّدات الأمواج المرئيّة، ولذلك فهي تمتلك طاقة عالية تمكنها من عبور بعض المواد وتسبب توهج بعض المعادن، وقد تبين بأن الأشعة السينيّة تنتج عندما ينتقل إلكترون من مدار خارجي إلى مدار داخلي بسرعة مصدراً |طاقة| عاليّة هي الأشعة السينيّة.

خواص الأشعة السينيّة :

1. تنتج الأشعة السينية عن ذرات العناصر الثقيلة مثل "الموليبدين" عند إثارتها بطريقة ما.
2. بما أن موجتها قصيرة جداً فهي تستطيع النفاذ من بعض المواد ولكن ذلك يعتمد على أمورٍ عدة مثل: سماكة المادة، وكثافتها، وطاقة الأشعة نفسها.
3. لها نفس خصائص |الضوء| مثل الإنعكاس والغنكسار والتداخل والإنعراج والإنتشار بشكل مستقيم.
4. لا تتأثر الأشعة السينيّة بالحقلين الكهربائي والمغناطيسي ما يعني أنها لا تحمل أي شحنة كهربائيّة.
5. تسبب الأشعة السينيّة تألق بعض المعادن عندما تسقط عليها لأنها تستطيع إثارة ذرات تلك |المعادن|.
6. تستطيع الأشعة السينيّة إنتزاع بعض الإلكترونات من الغازات التي تخترقها فتتحوّل ذرات |الغاز| إلى أيونات وهذا ما يعرف بتأيّن الغازات، فعندما تفقد الذرة أحد إلكتروناتها فإنها تتحوّل إلى ما يسمى أيون موجب، وعندما تكتسب |الذرّة| إلكتروناً أو أكثر فإنها تتحوّل إلى أيون سالب.
7. تؤثّر الأشعة السينية على الأنسجة الحيّة فهي تسبّب تخريباً للخلايا إذا تعرضت لها لوقتٍ طويلٍ فيظهر أثرها على الجلد على شكل |حروق| عميقة وخطيرة ولذلك يجب إرتداء ملابس مدعومة بمادة الرصاص عند التعامل مع هذه الأشعة.

إستخدامات الأشعة السينيّة :

• تستخدم الأشعة السينيّة في مجالاتٍ عديدة وخاصةً في المجال الطبّي ويمكن تلخيص إستخداماتها بمايلي :

1. في المجال الطبّي : تستخدم للكشف عن |الكسور| وتشوّهات |العظام|، وللتحقّق من وجود أجسام غريبة داخل جسم الانسان، كما تستخدم في تعقيم بعض المعدّات والأدوات الطبيّة و في معالجة |الأورام السرطانيّة| أيضاً.
2. في مجال الأمن : تستخدم للكشف عن الأسلحة والمجوهرات والمواد المتفجّرة في المطارات والموانئ.
3. في المجال العلمي : تستخدم في دراسة الجزيئات والمركّبات والبنية البلّوريّة لبعض المواد.
4. في المجال الصناعي : تستخدم لكشف وجود بعض عيوب التصنيع مثل الفجوات والشوائب.
5. في المجال الزراعي : تستخدم لمكافحة بعض الآفات الحشريّة لأنّها تسبب عقم الذكور إذا تعرضوا لها لوقتٍ كافٍ.

لطفاً شارك المقال مع الآخرين .

بقلمي سليمان أبو طافش🔭

ثورة اكتشاف الترانزستور وتأثيره على مستوى العالم  تصميم وفاء المؤذن

في مقالنا اليوم سنتعرف على أحد اختراعات القرن العشرين الذي شكل ثورة في عالم الإلكترونيات والثورة الرقمية.....لنتابع....     

على أحد السهول الإفريقية من مليون وخمسمئة ألف سنة، وبينما كان الإنسان القديم مستلق على حشائش السافانا، اكتشف أقدم مهندس في التاريخ أهم اختراع قدم للبشرية، ألا وهو النار، ومن هنا بدأت البشرية بالانتقال إلى عصر جديد تكون فيه البشرية متجهة نحو عهد جديد كلياً، فبتوفر النار أتيح للبشر كَمّيَّة أكبر من الطاقة، وطاقة أكبر تعني قدرات دماغية أكبر، لغات جديدة، أساليب حياة تعتمد على الاستدامة، والكثير من الأشياء، فيمكننا القول أنه كلّما توصلنا إليه اليوم من حضارة فهو بفضل اختراع النار...

كيف بدأت قصة الترانزيستور

في القرن العشرين، أزيح الستار عن اكتشاف آخر غير العالم، وكانت أصدائه مشابهة لأصداء اختراع النار قبل مليون و500 ألف سنة، فالكاتبين مايكل ريوردن، وليليان هوديسن، قالا في كتابهما كريستال فاير، أن أحد |أهم اختراعات| القرن العشرين الذي له تأثير على تاريخ البشرية وتطورها، فمن دون هذا الاختراع الثوري لم تكن قادر على قراءة هذا المقال الآن.

ما دور مخترع الهاتف

إن قصة اكتشاف نار القرن العشرين، كانت قد بدأت عندما قام |غراهام بيل| |مخترع الهاتف|، الانضمام إلى المنظومة الرأسمالية وأسس أول شركة له في أمريكا، التي أصبحت أحد أكثر الشركات شهرة حتى يومنا هذا، فكان هدف بيل من هذه الشركة هو نشر اختراعه 

في أمريكا عن طريق شبكة من الخطوط الأرضية طويلة المدى.

ثورة اكتشاف الترانزستور وتأثيره على مستوى العالم  تصميم وفاء المؤذن

كيف تم مواجهة المشكلة

كان الحل المثالي لحل مشكلة هذا التخوف، هو وضع وَسَط هذه المسافة جهاز مهمته تقوية الإشارة، بحيث عند وصول الإشارة إلى هذا الجهاز يقوم بتقويتها وإرسالها مرة أخرى، بقوة كبيرة وعند وصول الإشارة الكهربائية إلى جهاز الهاتف الثاني، يقوم الهاتف

 بتحويل هذه الإشارة الكهربائية إلى صوت مفهوم، وبالفعل هذا الحل الذي فكرت به شركة غراهام بيل، ومن هنا بدأ العمل على فكرة |المضخم|، ليتم اختراع أول مضخم في التاريخ في عام 1906 من قبل شركة |WESTERN ELECTRIC| على يد المخترع الأمريكي |دو فوريست|، في أثناء استخدامه لتقنية الانبعاث الأيوني الحراري، بحيث الشبكة المصنعة تكون حساسة جداً للإشارة التي تدخل إليها، فكان هذا السر للمضخم الذي اخترعه دو فوريست.

ماهي أبرز مشكلات المضخمات

يزداد عدد المضخمات طرداً مع زيادة المساحة، فكلما زادت المسافة زاد عدد المضخمات بشكل أكبر، وتم تطوير المضخم هذا كي يكون مناسب لحجم النقل، هذا من أجل تنفيذ المهام المطلوبة منه، وبالفعل في عام 1914 استطاعت شركة غراهام بيل مع شركة WESTERN ELECTRIC من صناعة أول |شبكة خطوط أرضية| تغطي أمريكا بكاملها، وفي عام 1915 قام غراهام بيل بإجراء أول مكالمة تلفونية بين نيويورك لسان فرانسيسكو، فحجم الإنجاز العظيم أدى إلى قيام شركة ويسترن إلكتريك إدراك أهمية البحوث في مجال الاتصالات.

ثورة اكتشاف الترانزستور وتأثيره على مستوى العالم  تصميم وفاء المؤذن

وفي عام 1925

تم تأسيس بيل لابس وهي مختبرات تكون مسؤولة على الجانب البحثي من شركة WESTERN ELECTRIC ،فهذه المختبرات وعلى مدى 20 عاماً، ستتمكن من اكتشاف نار القرن العشرين.

هل كان المضخم كافياً لتطورات البشر

بعد عدد من السنوات بعد اختراع المضخم، أدرك العالم أن هذا الاكتشاف لم يبدو بهذه الثورية، وذلك بسبب عدد من الأسباب كاحتياجه لطاقة كبيرة من أجل القيام بعمله، كما أنه يمكن أن يكسر بسهولة كما حجمه الضخم الذي لم يكن فعال في حاسوب إنياك الأول، الذي احتاج وقتها إلى 18ألف مضخم ليتمكن من العمل، وهو عدد كبير جداً وسيحتاج إلى مساحات كبيرة، نظراً لكبر حجم المضخم مقارنة مع احتياجاته، فعمل |الحاسوب| كان وكما نعلم هو عملية تحويل الإشارات الكهربائية إلى واحدات وأصفار، وذلك نظراً لكونها الطريقة الأسهل للتعامل مع المعلومات، فكان المضخم يقوم بهذه المهمة، فال1 كان يعبر عن مرور التيار في الدارة، و0 يعبر عن عدم مروره، فمن خلال هذه العملية سيتمكن الحاسوب من إجراء مهامه بحرفية عالية جداً، إلا أن الذاكرة كانت مشكلة حقيقية، ما دفع كل من العلماء ويليلم شوكلي، وجون باردين، ووليم براتين إلى اختراع مضخم أكثر فعالية رسم صورة ثورية للقرن العشرين.

ماهو المضخم الجديد

ففي 3 ديسمبر عام 1947، أعلن اختراع نار القرن العشرين، فالمضخم الجديد لم يكن يستهلك الكثير من الطاقة، وأصغر بكثير من النسخة القديمة، إلا أن الثورية كانت بالمواد التي صنعت منه، فلم يكن مصنوع من مواد ناقلة للكهرباء، ولا حتى من مواد عازلة للكهرباء، بل من مواد شبيهة بالناقلة للكهرباء، وكانت قدرتها على توصيل الكهرباء تعتمد على البيئة الموجودة بها، فمثلاً ستجد عنصر السيليكون الذي عدّ واحد من أهم أشباه النواقل التي نعرفها...

ثورة اكتشاف الترانزستور وتأثيره على مستوى العالم  تصميم وفاء المؤذن

فنقله للكهرباء معتمد على درجة حرارته، فكلما مددته بحرارة أعلى، كلما أصبح ناقل أكبر للكهرباء، وذلك نظراً لكون ذرات السيليكون مترابطة مع بعضها بواسطة روابط تساهمية.

  ماذا تعرف عن المادة المضادة ؟

ماذا تعرف عن المادة المضادة؟

من ماذا تتكون المادة المضادة؟

تتكون المادَّة المضادّة من جُسيمات تحملُ نفس مواصفات و خصائص المادّة العاديّة ولكن بشحنات كهربائية معكوسة فمثلاً هناك إلكترون بشحنةٍ موجبة يسمى البوزيترون، وله نفس كتلة الإلكترون وهناك بروتون سالب الشحنة "يسمى أنتي - بروتون" وبالتالي يمكن تركيب ذرات مضادَّة تتألف من نواة فيها أنتي بروتون ويدور حولها البوزيترون فنحصل على هيدروجين مضاد.

العالم البريطاني الشهير بول ديراك هو أول من تنبه لوجود هذه المادة في عشرينيات القرن العشرين، وقد توصل لاكتشاف وجودها رياضياً عندما كان يحاول وضع معادلة رياضية: تصفُ نظريَّةَ الكم (الكوانتم) وتأخذ النظرية النسبيَّة بالحسبان، وعندما وضع تلك المعادلة الرياضية وقام بحلِّها ليتأكد من صحتها، وجد أنَّ لها حلان وليس حلاً واحداً.

إذا كان الحل الأول يصفُ المادة المعروفة فإن الحل الثاني يتنبأُ بوجود المادة المضادة .

بعد ذلك بسنتين فقط قام العالم كارل اندرسون بإجراء دراسات مخبريَّة أدَّت إلى اكتشاف المادة المضادَّة فعلياً .

وقد تبين أن جسيمات هذه المادة تأتي من الفضاء الخارجي على شكل أشعة كونية وهي تنتج عن تفكك الذرات الغير المستقرَّة مثل النظائر، فعندما تتفكك ذرَّة غير مستقرة ينتج عنها إلكترونات وأحياناً تصدِرُ البوزيترونات وهكذا..

في وقت لاحق تبيَّن أنَّ هذه الجُسيمات المضادَّة موجودة في أجسام الكائنات الحيَّة التي تنتجها عندما تتفكك بعض الذرات.

ولكن أكبر تركيز للمادة المضادة موجود في قلب المجرة قرب الثقب الأسود الموجود في مركز المجرة.

إنتاج الجسيمات المضادة في المختبر

إنَّ نتاج الجسيمات المضادَّة في المختبر فإن ذلك يتطلب طاقة هائلة، لأنَّ التقاء جسيم مع الجسيم المضاد له سيؤدي حتماً إلى فنائهما وتتحول كتلتهما إلى طاقة. والجدير بالذكر أنَّ هذه الطاقة هائلة جداً لدرجة أن التقاء غرام واحد من المادة المضادة مع غرام واحد من المادة العادية سيولد طاقة تعادل الطاقة التي تولدها القنبلة النووية! 

وهذا يجعل المادة المضادة خطيرة جداً وبالتالي فاستخدامها في التطبيقات محدود جداً. عدا عن إن انتاج المادة المضادة في المختبر مكلف جداً فإنتاج غرام واحد منها قد يكلف مليون مليار دولار .

يمكننا أن نتخيل المستقبل الذي نتمكن فيه من إنتاج هذه المادة وتخزينها والسيطرة عليها فعندها سنستغني عن جميع أشكال الطاقة الأخرى.

أهمية و استخدامات المادة المضادة:

من أهم استخدامات المادة المضادة حالياً هي الاستخدامات الطبية،

فهناك أجهزة مسح وتصوير تعتمد على إنتاج هذه المادة في الجسم البشري، فعند إعطاء المريض جرعة من مادة مشعَّة مثل الكربون 14 فإنها ستنتشر مع الدم وبعد عدة دقائق تبدأ بالتفكُّك مُطلِقةً بوزيترونات تلتقي مع الإلكترونات وتطلق طاقة على شكل أشعَّة وعند وصول هذه المادة إلى عضو مصاب بورمٍ ما مثلاً فإن شكل الإشعاع النَّاتج سيكون مختلفاً و بالتالي يمكن رصد الأورام ودراستها باستخدام هذه التقنية.

 نظرية الكوانتم ( ميكانيك الكم ) - الجزء الثاني

نظرية الكوانتم ( ميكانيك الكم ) - الجزء الثاني

استكمالاً لما تم ذكره في الجزء الأول من هذه المقالة :

نظرية الكم:

فقد اعتبرت نظرية الكم أعظم نظريات العصر الحديث وذلك لكثرة استخداماتها وتطبيقاتها وتنوع مجالاتها رغم أنها نظرية غامضة وتبدو غريبة وغير منطقية ولكن التطبيقات التي بنيت عليها أثبتت صحتها .

طبيعة الأشياء الدقيقة:

ذكرنا سابقاً أن طبيعة الأشياء الدقيقة التي هي دون مستوى الذرات ( إلكترون , نواة .,  بروتون , فوتون , .... )هي أشياء ذات طبيعة احتمالية يمكن فقط تحديد الاحتمال الأكبر لبعض خصائصها ضمن شروط معينة وقد قام العالم شرودينغر بوضع قانون يصف هذه الطبيعة الاحتمالية وهوقانون ذو طبيعة موجية أي يصف جميع خصائص الموجة دون القدرة على تحديدها .

ثم قام العالم الألماني هايزنبرغ بوضع معادلة سميت باسمه  تبين أنه لا يمكن تحديد جميع صفات الأشياء الكوانتية بوقت واحد وقد سميت هذه المعالدلة أيضاً معادلة الارتياب ( أي نسبة الخطأ )وهي تبين أنه عند تحديد صفة ما فإن احتمال الخطأ في باقي الصفات سيزداد .فمثلاً عند محاولة تحديد مكان الإلكترون في لحظة ما يزداد الخطأ الحاصل في حساب سرعته .وعند تحديد سرعته يزداد الخطأ في تحديد مكانه .لأن محاولة تحديد مكانه ستجعله جسيم وهذا غير دقيق ومحاولة تحديد سرعته ستجعله موجة وهذا أيضاً غير دقيق .

ظواهر جديدة:

ظاهرة أخرى غريبة أظهرتها هذه الأشياء الكوانتية وهي قدرتها على اختراق الحواجز عند إعطائها دفقة صغيرة من الطاقة وقد سميت هذه الظاهرة بظاهرة التاثير النفقي.

حقيقة أخرى ظهرت على السطح وهي حقيقة تفاعلات الاندماج النووي التي تحدث خاصة داخل النجوم وهي سبب حرارتها العالية والمعروف أن طاقة الاندماج النووي تحدث عندما تندمج نواتا ذرتي هيدروجين وتتحولان معاً إلى نواة ذرة الهليوم ولكن المعروف أيضاّ أنَّ نواة الذرة ذات شحنة موجبة ما يعني أن النواتين يجب ان تتنافرا فلا يجب ان تتقاربا إلى حد الاندماج أبداً ولكن نظرية الكم أكدت أنَّه يمكن لهذه النوى أن تمتلك طاقة كافية للتغلب على قوى التنافر الكهربائي وتندمج النواتين معاً ويتحول جزء من كتلتهما إلى طاقة منطلقة وهذا يتفق مع نظرية النسبية لأينشتاين التي تؤكد أن الكتلة و الطاقة مفهومان متكافئان وأنه يمكن تحويل الطاقة إلى مادة أو العكس . 

أهم تطبيقات نظرية الكم :

طاقة الاندماج النووي.

المايكروسكوب الماسح الإلكتروني :

الذي يستخدم قدرة الإلكترونات على اختراق الحواجز( ظاهرة التأثير النفقي ) لرسم صور مجهرية للأجسام دون ملامستها ودون استخدام أي نوع من الأشعة 

تطبيقات ليزرية كثيرة تعمل وفق نظرية الكم .

جميع التطبيقات المعروفة باسم تقنيات النانو تستخدم نظرية الكم وتخضع لقوانينها .

تعتبر نظرية الكم من أنجح النظريات لأنها قادرة على التنبؤ وبدقة عالية بنتائج التجارب العلمية .

بقلمي سليمان أبو طافش✍️