كيف تطور مفهومنا للمادة؟ - الجزء الثاني

كيف تطور مفهومنا للمادة؟ - الجزء الثاني

تتمة لما تكلمنا عنه سابقاً حول كيف تطور مفهومنا للمادة؟ 

نظرية الكوانتم :

كان نموذج بور للذرة هو مفتاح الإجابة على ذلك السؤال خاصةً بعد أن قدّم العالم ماكس بلانك نظرية الكم  (الكوانتم) التي تقول بأن الطاقة تتألف من أجزاء صغيرة جداً فإذا اكتسب الإلكترون عدداً محدداً من أجزاء الطاقة فإنه سينتقل إلى مدارٍ جديد أما إذا اكتسب عدداً أقل فإنه لن يغادر مداره فهو إما أن يبقى في مداره أو أن ينتقل إلى مدار آخر ولا يمكن له أبداً التواجد بين مدارين، 

فكانت إجابة ذلك السؤال على النحو التالي:

عند تسخين سلك المصباح بما يكفي ينتقل الإلكترون من مداره إلى مدارٍ أعلى وعند عودته إلى مداره يطلق كميةً من الطاقة على شكل ضوءٍ أحمر، وبزيادة تسخين السلك سيكتسب الإلكترون طاقة أكبر تجعله ينتقل إلى مدارٍ أعلى وعند عودته من المدار الأعلى سيطلق طاقةً أكبر على شكل ضوءٍ أصفر، أما عندما يصبح لون السلك أبيض فيكون الإلكترون قد وصل إلى المدار الأخير فلا يمكن إطلاق ضوء آخر بعد ذلك.

 ولكن الغريب في الأمر أن الإلكترون عندما ينتقل من مداره إلى مدارٍ آخر فإنه لا يقطع المسافة بين المدارين بل هو يختفي فجأة من مداره ويظهر في نفس اللحظة في المدار الجديد فتطورت بذلك نظرة العلماء إلى الإلكترونات فأصبحت أشبه بالسحابة بدلاً من كونها جسيمات ثم تبين فيما بعد حَسَبَ نظرية الكم بأنه لا يمكننا تحديد مكان وسرعة الإلكترون في نفس الوقت فإما أن نحدد مكانه ونجهل سرعته أو أن نحدد سرعته ونجهل مكانه.

تجارِب ألبرت أينشتاين:

في نفس تلك المدّة تقريباً كان العالم الشهير ألبرت أينشتاين يُجري تجاربه على العَلاقة بين الكهرباء و الضوء فوجد بأن تسليط شعاع ضوئي على سلكين قريبين من بعضهما  وغير متلامسين سيولّد فيهما تياراً كهربائياً بمعنى أن الضوء استطاع اخراج الإلكترونات من مداراتها ومن ذراتها أيضاً، وقد وجد أيضاً بأن شدة التيار المتولد تختلف حَسَبَ لون الضوء الساقط على السلكين وليس حَسَبَ شدة الإضاءة وهذا ما يتوافق مع تفسير تغير لون ضوء مصباح أديسون، فاكتشف آينشتاين بأن كل لون من ألوان الضوء يمتلك عدداً محدداً من كميات الطاقة فوضع بذلك نظريته الكهرضوئية التي حاز بها على جائزة نوبل.

ولكن ذلك يعني بأن الضوء يتألف من جسيمات لأنه استطاع دفع الإلكترونات لإخراجها من مداراتها في حين أن التجارِب كانت قد أثبتت بأن الضوء موجات ما دفع آينشتاين إلى القول بأن الضوء عبارة عن جسيم له طبيعة موجية.

وفي نفس الوقت كان العالم لويس دي بروي يتابع ما توصل إليه آينشتاين فقال: إذا كان الضوء جسيم له طبيعة موجية بمعنى أنه يستطيع التصرف كجسيم أو كموجة وقد استطاع دفع الإلكترون فهذا يعني بأن الإلكترون أيضاً هو جسيم وموجة في نفس الوقت، وكانت هذه قفزة جديدة في تطور نظرتنا إلى المادة، فإذا كان الإلكترون موجة وهو مكون رئيس للذرة فهذا يعني بأن الذرة أيضاً هي موجة وإذا كانت الذرة موجة فالمادة كلها عبارة عن موجات.

بقلمي سليمان أبو طافش ✍️

الذرة من الألف إلى الياء - الجزء الرابع 

الذرة من الألف إلى الياء - الجزء الرابع

للمادة بنية ذرية معقدة - تعرف على أقسامها تصميم الصورة : رزان الحموي

- أي مادة موجودة على الأرض لها تركيبة ذرية تتكون منها 

 و على أساس هذه التركيبة تنقسم المواد إلى فصائل متعددة و تصنف حسب طبيعتها   ظهرت عدة نظريات علمية تساعد على شرح البنية الذرية للمادة  و نحن اليوم سنأخذ نظرية واحدة تساعدنا على فهم البنية بشكل واضح و سهل 

- نظرية بور Bohr : 

- تقوم هذه النظرية على مبدأ (أية مادة ذات وزن معين و تشغل حيزاً في الفراغ    فإنها تتألف من جزيئات ناتجة عن اتحاد جسيمات صغيرة تدعى الذرات Atoms).

- الذرة تتألف من جسيمات عنصرة أولية ذات شحنة كهربائية سالبة تدعى| الإلكترونات| Electrons ، و أيضاً من جسيمات عنصرة ثانوية ذات شحنات موجبة تسمى |البروتونات| Brotons ، و هنالك جسيمات معتدلة من حيث الشحنة الكهربائية تسمى النيوترونات Neotrons .

- هكذا قسمت نظرية بور المادة  و مما تكون من ناحية البنية الذرية لها .

- شحنات المادة : 

- الإلكترونات تسمى غالباً بحاملة الشحنة و تساوي شحنة الإلكترون الواحد q=1.6*10-19   وهذه تعد أصغر شحنة في الوجود  بينما شحنة| البروتون| تساوي شحنة الإلكترون إنما تعاكسها بالإشارة .

- حسب النظرية (نظرية بور) فإن البروتونات و النيوترونات توضع ضمن النواة في الذرة ، بينما الإلكترونات ذات الشحنات السالبة تدور حول النواة وفق مدارات خاصة orbits ، يمكن أن تكون دائرية أو على شكل قطع ناقص بحيث يكون عدد الإلكترونات التي تتوزع على هذه الدارات مساوياً عدد البروتونات المتوضعة ضمن النواة ، و بذلك تكون الذرة دائماً معتدلة كهربائياً.

- إن عدد البروتونات أو عدد الإلكترونات يختلف من مادة لأخرى 

 فعلى سبيل المثال |ذرة الهيدروجين| والتي تعد أبسط أنواع الذرات  تتألف فقط من بروتون واحد ضمن النواة ويدور حولها الإلكترون الواحد على المدار الأول   بينما ذرة الكربون و التي تتألف من ستة بروتونات في النواة   يقابلها ستة إلكترونات تدور حول النواة ، اثنان منها فقط على المدار الأول و ما تبقى يدور على المدار الثاني .

- أين تتوضع الإلكترونات ضمن المادة ؟ 

- تقع الإلكترونات أثناء دورانها حول النواة تحت تأثير قوتين اثنين  إحداهما ناتجة عن| قوة التجاذب| بين الشحنة الموجبة للنواة والشحنة السالبة للإلكترون وهي متجهة نحو الداخل   بينما القوة الثانية ناتجة عن دوران الإلكترون و تسمى بالقوة النابذة المركزية  و هي دائماً متجهة نحو الخارج   نتيجة لتساوي هاتين القوتين بالقيمة و مختلفين بالاتجاه فإننا نلاحظ أن الإلكترون لا ينجذب نحو النواة و إنما يبقى متحركاً على مداره بانتظام و بشكل دائم .

- هذا شرح مبسط عن مما تتكون البنية الذرية للمادة   و عن الشحنات التي تحويها  كل ذلك كان حسب النظرية الأشهر في العالم وهي نظرية بور  لنفهم كيف تتوزع الشحنات ضمن الذرة ، و بنية المادة من الناحية الذرية .

أحمد القادري

ماكس بلانك و أغرب النظريات الحديثة

 -الجزء الثاني -

ماكس بلانك و أغرب النظريات الحديثة تصميم الصورة : رزان الحموي

استكمالاً لما بدأناه في الجزء الأول سنتابع...

 كيف وصل بلانك إلى نظرية الكم؟

اهتم بلانك بدراسة الإشعاع الصادر عن الجسم الأسود عند تسخينه. (والجسم الأسود هو كل جسم يمتص كل ما يسقط عليه من أشعة)، فاستطاع بلانك أن يضع معادلةً جبريةً معقدةً تصف حركة الاشعاع الصادر عن الجسم الأسود عند تسخينه، فقال بأن الطاقة الصادرة عن ذرّات الجسم الأسود تنبعث على شكل دفقات (كمّات)، وتختلف تلك الكمات بحسب طول موجة الاشعاع وتردده، أي أن لكل لون محدد في الطيف المرئي طاقة مختلفة، كما استطاع بلانك أن يحدد ثابت التناسب بين تردد الموجة وطاقتها، فأصبح ذلك الثابت يعرف باسمه (ثابت بلانك).

وبفضل نظرية الكم التي وضعها بلانك أمكن تفسير الكثير من |الظواهر الطبيعية| التي فشلت| قوانين الفيزياء| التقليدية في تفسيرها، كما أدت الاكتشافات الأحدث منها إلى تأكيد صحتها مثل الفعل الكهرضوئي وتركيب الذرّة وغيرها.

تأثير اكتشاف بلانك لكمّات الطاقة:

عندما اكتشف بلانك نظرية الكم اعتقد العلماء بأن ما وصل إليه بلانك ليس أكثر من خرافة رياضية لا علاقة لها بالواقع، وقد اعتقد هو بذلك أيضاً، ولكن بعد وقت قصير، أصبحت نظريته تثبت صحتها من خلال اكتشافاتٍ أخرى، فقد استخدم بعض العلماء نظرية الكم في تفسير ظواهر آخري لا تقل أهميةً عن ظاهرة إشعاع الجسم الأسود، فقد استفاد |اينشتاين| من نظرية الكم لتفسير ظاهرة الفعل الكهرضوئي، (وهو التأثير المتبادل بين الكهرباء والضوء، فقد لاحظ العلماء بأن تسخين سلك |المصباح الكهربائي| يجعله يصدر أضواءً بألوان مختلفة بحسب درجة التسخين)، كما استعان نيلز بور  بنظرية الكم في تفسير الطيف الترددي لذرة الهيدروجين، وكذلك كان لنظرية الكم أثرها الكبير في وضع قانون الإرتياب للعالم هايزنبرغ (الذي يقول بأنه لا يمكن تحديد سرعة الإلكترون ومكانه في نفس الوقت، ويمكن فقط معرفة احتمال وجود الإلكترون في موضع محدد عند سرعة محددة)، كل ذلك وغيره أثبت صحة نظرية الكم فنال بلانك جائزة نوبل على هذه النظرية وأهميتها الكبيرة.

أغرب مفهوم نتج عن نظرية الكم:

بناءً على نظرية الكم فإن |فوتونات الضوء| هي كميات محددة من الطاقة، ولكنها تستطيع انتزاع الإلكترونات من مداراتها، ولكن الالكترون جسيم دقيق، ما جعل أينشتاين يقول بأن الفوتون هو في الحقيقة جسيم له طبيعة موجية، ثم أضاف العلماء فكرةً جديدة، مفادها أن الإلكترون أيضاً هو جسيم له طبيعة موجية، ولإثبات ذلك قام العلماء بتجارب كثيرة على الإلكترونات فتبين بأنها تتصرف أحياناً كجسيمات، بينما تتصرف في أوقاتٍ أخرى وكأنها موجات، والأغرب من ذلك فقد تبين للعلماء بأن الاإلكترونات تستطيع التواصل فيما بينها وتنقل لبعضها بعض المعلومات مثل جهة دوران الإلكترون حول نفسه، وهي تستطيع التواصل مع بعضها مهما كانت المسافة بينها، وهذا التواصل لحظي بمعنى أنه لا يستغرق أي وقت.

لكي تعم المعرفة بين الناس شارك المقال مع الآخرين.

بقلمي سليمان أبو طافش

كيف تطور مفهومنا للحركة؟ - الجزء الثالث

كيف تطور مفهومنا للحركة؟ - الجزء الثالث

|قوانين نيوتن|

 تعتبر قوانين نيوتن من أساسيات علم الحركة ولا زالت تدرَّس في مختلف مدارس وجامعات العالم حتى اليوم، ولكنه لم يكتفِ بها بل له الكثير من الدراسات والقوانين أيضاً فلقد ساهم بشكلٍ كبيرٍ في وضع أسس التكامل و التفاضل الذين مهدا للكثير من التطبيقات و الاختراعات العلمية الحديثة، بالإضافة إلى إنجازه الكبير في وضع قانون الجاذبية بعد أن لاحظ سقوط التفاحة على الأرض فتلك المشاهدة أثارت فيه الأسئلة وجعلته يبحث عن الأجوبة فلعل أكثر ما يميز العالم عن غيره أنه يلاحظ أكثر ويطرح الأسئلة و يبحث عن الأجوبة.  

|قانون الجاذبية|: 

كل جسمين يؤثران على بعضهما البعض بقوة جذب تتناسب طرداً مع جداء كتلتيهما وعكساً مع مربع البعد بينهما، و لقد بقي هذا القانون صحيحاً ومعمولاً به حتى جاء أينشتاين في نظرية النسبية العامة ليقول بأن الجاذبية ليست مجرد قوة بل هي انحناء (تحدب)  في نسيج الزمان والمكان (الزمكان) تحدثه الكتلة حولها ما يجعل الأجسام المجاورة لها تنجذب نحوها وكلما كانت الكتلة أكبر كلما أحدثت أنحناءً أكبر وكلما أثرت لمسافاتٍ أبعد، وهذا ما يفسر تأثر الضوء بالجاذبية فالمعروف بأن الضوء عديم الكتلة فالمفروض ألا يتأثر بالجاذبية بحسب قانون نيوتن ولكن التجربة والملاحظة أكدتا بأن الضوء يتأثر بالجاذبية بدليل أنه لا يستطيع النفاذ من الثقوب السوداء، وبذلك أصبح لدينا مفهومٌ جديدٌ للجاذبية بسبب نظرية النسبية العامة، وحديثاً تم اكتشاف بأن الجاذبية ذات طبيعةٍ موجية وقد أمكن رصد أمواج الجاذبية عند اندماج نجمين نيوترونيين ما أكد على أن الجاذبية ذات طبيعة موجية وهذا يقودنا إلى استنتاجٍ خطير، فكل ما نعرفه حتى الآن يتجه إلى أن يكون موجة والموجة ليست شيئاً مادية بل هي مجرد اضطراب في حالة المادة، وحتى الإلكترون الذي يعتبر أحد أهم مكونات المادة قد تبين بأنه ذو طبيعة موجية بعد اكتشاف نظرية الكوانتم (الكم) وهذا ما دفع علماء العصر الحديث إلى القول بأن كل شيء حولنا نعتبره حقيقياً يتكون من أشياء غير حقيقية فإلى أين سيقودنا هذا و ما الذي قد نكتشفه بعد الآن؟

اكتشاف أينشتاين:

أثناء عمل أينشتاين على |الفعل الكهرضوئي| (التأثير المتبادل بين و الكهرباء والضوء) اكتشف بأن الضوء يستطيع أن يحرر الإلكترون من ذرته وكان المعروف حينها بأن الضوء مجرد موجة، فكيف يمكن للموجة غير المادية أن تحرك جسماً مادياً؟ لم يجد أينشتاين أي تفسير لذلك إلا بأن يكون الضوء موجة وجسيم بنفس الوقت، ولكن إذا كانت الإلكترونات تطلق ضوءً عند تسخين سلك المصباح الكهربائي فهذا يعني أيضاً بأن الإلكترون هو موجة وجسيم بنفس الوقت, وقد أثار ذلك الاكتشاف جدلاً كثيراً بين العلماء إلى أن تمكنوا من إجراء التجارِب اللازمة وتأكدوا فعلاً بأن الإلكترون موجة وجسيم في وقت واحد ومن هنا بدأ عصرٌ علميٌ جديدٌ.

إذا أعجبك المقال فشاركه مع أصدقائك 

 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 ...

 نظرية الأوتار وتداعياتها - الجزء الثاني 

نظرية الأوتار وتداعياتها - الجزء الثاني

|نظرية الأوتار|

ماذا تقول نظرية الأوتار؟

ظهرت نظرية الأوتار عام 1984 على يدي العالمين |مايكل غرين| و|جون شوارتز| وتنص على أن جميع |الجسيمات الدقيقة| في الطبيعة تتكون من أوتار مغلقة أو مفتوحة وهي تهتز بشكلٍ دائم، ولكل اهتزاز محدداته الخاصة من تردد وسعة ونمط، فعندما تهتز هذه الأوتار وفق محددات معينة فإنها تنتج نوعاً محدداً من الجسيمات.ورغم غرابة هذا الطرح إلا أنه لاقى قبولاً كبيراً بين العلماء لأنه يحل الكثير من المشاكل وخاصةً مشكلة تلك النتائج غير المعقولة التي تعطيها المعادلات الرياضية سابقة الذكر.

ولكن كيف يمكن رصد هذه الأوتار؟

نظرية الأوتار وتداعياتها - الجزء الثاني

إن أبعاد هذه الأوتار صغيرة جداً فهي من مرتبة مسافة بلانك والتي هي أصغر مسافة يمكن وجودها في الكون (-35^10  متر)  ولذلك فلا يمكن رصدها بأي طريقة معروفة.

في عام 1996 قام العالم  |إد ويتين| الذي يعتبره البعض أذكى البشر على الإطلاق بإحداث قفزة كبيرة في نظرية الأوتار فقال إن نظرية الأوتار هي في الحقيقة مكونة من خمسة نظريات مختلفة وكل نظرية منها تمثل وجهاً مختلفاً للنظرية الأساسية التي أسماها النظرية M والتي لا تزال غير واضحة وغير مكتملة ولكن عدم اكتمالها لا يعني خطأها فكل الدلائل تؤكد على وجود هذه النظرية.

الغريب في نظرية الأوتار أنها تفترض وجود عشرة أبعاد للفضاء وليس أربعة فقط وهي لا تعطي الحلول المرجوة منها إلا بوجود تلك الأبعاد ولكنها تقول بأن تلك الأبعاد تتكور على بعضها عند المسافات الصغيرة جداً وتختفي و بالتالي لا يمكن رصد تلك الأبعاد ولكنها يجب أن تكون موجودة.

المشكلة الكبيرة لهذه النظرية أنها تحتوي على الكثير من السلبيات مثل:

1) لا يمكن كشف تلك الأوتار بأي طريقة ممكنة.

2) إن توحيد كل القوى الطبيعية الذي تفترضه هذه النظرية لا يمكن حدوثه إلا عند سويات عالية جداً من الطاقة وهذه السويات لا يمكن الوصول إليها بواسطة أي شكل من أشكال المسرّعات المعروفة حتى الآن.

3) جميع التنبؤات التي تطرحها هذه النظرية لا يمكن التحقق منها وإخضاعها للتجربة والقياس، ولذلك يعتبر الكثير من العلماء بأن هذه النظرية غير علمية أصلاً لأنها لا تخضع لقواعد البحث العلمي.

4) تفترض هذه النظرية وجود جسيمات فائقة التناظر بمعنى أن لكل جسيم في الطبيعة جسيم نظير فمثلاً نظير الإلكترون يسمى |سيليكترون| الذي يحمل جميع خصائص الإلكترون ولكنه يختلف عنه في الكتلة، ولكن لم يتم العثور على تلك النظائر المزعومة حتى الآن، وحتى لو ثبت وجود هذه النظائر فذلك لا يثبت صحة النظرية.

5) عند حل المعادلات التي تقدمها نظرية الأوتار لاستخراج الحلول والكميات الفيزيائية المطلوبة نجد بأنها تقدم  500^10 حل وكل حل يمثل كوناً محتملاً ولكن ليس هناك أي حل من تلك الحلول يمثل كوننا. 

ما هي إيجابيات نظرية الأوتار؟

تعطي هذه النظرية طرقاً مختلفة للربط بين مجالات الفيزياء و الرياضيات التي تبدو مختلفة عن بعضها البعض مثل الجاذبية و الكهرباء ولذلك هي نظرية يرغب العلماء بأن تكون صحيحة لأنها ستحل لهم الكثير من المشاكل.

في الختام من المفيد أن نطرح نص المقولة التي قالها إد ويتين لتلخيص رأيه في نظرية الأوتار:

" بالنسبة لي، فإنه من المستحيل أن تعثر البشرية بالصدفة على مثل هذا الهيكل المذهل الذي يلقي الكثير من الضوء على نظرياتٍ فيزيائيةٍ راسخة وعلى العديد من فروع الرياضيات المختلفة، ولدي ثقة بأن المشروع العام يسير على الطريق الصحيحي لكنني لا أدعي أن هذه الحجة التي قدمتها مقنعةٌ علمياً".

لطفاً شارك الموضوع مع أصدقائك.

 هل يمكن للعلم معرفة كل شيء ؟

هل يمكن للعلم معرفة كل شيء ١

مع كل إشراقة شمسٍ وإطلالة قمر، يقدم لنا العلم اكتشافاً جديداً أو اختراعاً يغير شيئاً من معرفتنا.. 

• فهل سيستمر ذلك إلى الأبد؟
• هل سيستمر منحنى العلم يتصاعد؟
• أم هل سيأتي يومٌ ندّعي فيه بأننا اكتشفنا كل شيء؟
• أم أن ذلك مجرد خيالٍ ولا يمكن معرفة كل شيء؟
• فكأنما العلم بحر ٌ لا قرار له أو جبل لا يمكن بلوغ قمته 

قبل مئتي سنة تقريباً:

كتب أحد الفلاسفة ما معناه أنه لا يمكننا بأي شكلٍ ما أو طريقةٍ ما معرفة مكونات النجوم بسبب بعدها الهائل، ولكننا بعد ذلك بعقودٍ قليلةٍ اكتشفنا مكونات النجوم بدقة هائلة، وذلك دون الحاجة إلى الذهاب إليها فلدينا طريقة تسمى التحليل الطيفي للاشارات تمكننا من خلال دراسة الأشعة القادمة من النجوم أن نحدد مكوناتها، ولكن وبعد أن اعتقدنا أن تلك الطريقة تكفي لتحديد مكونات النجوم وبأننا نعرف فعلاً مكوناتها خرج لنا العلم بمفاهيم جديدة مثل المادة المظلمة والطاقة المظلمة والمادة المضادة ما جعلنا نعيد حساباتنا ونراجع أوراقنا.

وفي عام 1900:

قال العالم الشهير كلفن بأنه لم يبقَ شيءٌ يمكن اكتشافه في الفيزياء فلقد اكتشفنا كل شيء، وبعد ذلك بعدة أشهر فق أطلق العالم الشهير ماكس بلانك نظرية الكم ( الكوانتم ) فاتحاً باباً جديداً أمام العلم عموماً والفيزياء خصوصاً، ثم بعده بخمس سنوات فقط خرج ألبرت أينشتاين بنظرية النسبية التي اعتبرت ثورة فيزيائية جديدة غيرت الكثير من المفاهيم وفتحت أبواباً أخرى وكل بابٍ يفتح أبواباً و أبواب.

ثم توالت الاكتشافات العلمية بتسارعٍ كبير فظهرت نظرياتٌ جديدةٌ مثل نظرية توسع الكون , والانفجار العضيم وغيرها الكثير.

المعنى هنا أنه لا يجب ولا يمكننا الجزم بإمكانية تحقيق شيءٍ ما أو باستحالة تحقيقه، فما كنا نعجز عنه بالأمس نستطيع فعله اليوم وما نعجز عنه اليوم قد نفعله غداً فكل شيءٍ حولنا في تتطور وخاصة العلم .

ولكن ذلك لا يعني بأننا قد نبلغ قمة المعرفة فكلما وجدنا أنفسنا على مقربةٍ من القمة نكتشف قمماً جديدة، ولكن .

هل هناك أمورٌ لا يمكن للعلم أن يكتشفها ؟هل هناك حدودٌ لا يمكن لمعرفتنا أن تبلغها؟

تقول نظرية الكم

بأنه لا يمكن تحديد سرعة الإلكترون ومكانه في نفس الوقت فإذا استطعنا تحديد مكانه جهلنا سرعته، وإذا استطعنا تحديد سرعته جهلنا مكانه، فحقيقة الإلكترون هي من الأمور الغامضة التي لم نتيقن منها حتى الآن.

وعلى نفس المبدأ خرج لنا عالم سويدي بمبرهنة قال فيها أنه لا يمكن لنظم الرياضيات بأعقد أشكالها أن تكون متكاملة و متجانسة في نفس الوقت فهي إما أن تكون متكاملة أو أن تكون متجانسة.

ٍإقرأ المزيد...

خلق الكون بين العلم والأديان 

 - الجزء الثاني - 

خلق الكون بين العلم والأديان

 انطلاقاً من فكرة أن| الخالق| قد أمرنا بأن نسير في| الأرض |وننظر كيف بدأ الخلق، فإن هذا يقودنا إلى ضرورة اتباع| العلم| وما توصّل إليه بغضِّ النظر عن موقفنا منه،

 بمعنى أن نأخذ العلوم بشكلٍ حياديٍ ونبحث فيها حتى يتبين لنا الخيط الأبيض من الخيط الأسود،

 فوحده الزمن ووحدها الأدلة العلمية القاطعة والمقنعة هي التي ستوصلنا إلى الحقيقة.

الكون من وجهة النظر العلمية:

أصبحنا نعلم جميعاً بأن أكثر| النظريات العلمية| قبولاً لدى |العلماء| ومعظم الناس حول نشأة الكون هي نظرية| الإنفجار العظيم|، ولكن دعونا نتساءل أولاً:

 ماذا كان يوجد قبل ذلك؟

يقول العلماء المؤيدون لنظرية الإنفجار العظيم بأن| الزمان| و|المكان| لم يكن لهما أي وجود قبل لحظة الإنفجار العظيم،

 وهذا يعني بأن لا شيء كان موجوداً قبلها، 

إذاَ ما الذي انفجر؟ 

كيف تحوّل اللاشيء إلى شيء نتجت عنه كل الأشياء؟

 هل يمكن علمياً تحول الفراغ إلى مادة أو إلى طاقة؟

 هذا لا يبدو منطقياً أبداً.....

ولذلك يعتقد الكثير من| رجال الدين| بأن نظرية الإنفجار العظيم لا تنفي وجود الخالق بل تؤكده،

 فلابد من وجود موجدٍ ما أوجد الشيء أو الأشياء التي انفجرت ضمن ذلك الحيّز الضيّق جداً من الفضاء وأخذت تتوسع وتتمدد حتى نشأ عنها كل هذا |الكون| الفسيح.

قوانين جديدة مربكة:

يعتقد فريقٌ من العلماء بأن |المادة| و|الطاقة |يمكن أن تنشأ من العدم، خاصةً بعد اكتشاف |قوانين الكم| (الكوانتم) التي تأكدت صحتها بما لا يقبل الشك رغم أنها غريبة وغير منطقية فهي تخالف ما اعتدنا على فهمه و تصديقه

 فقد تبين بأن| القوانين الفيزيائية| التي نعرفها لا تنطبق على الجسيمات الصغيرة جداً التي تكوّن |الذرات|، وكذلك تبين بأن بعض الجسيمات تستطيع أن توجد في مكانين مختلفين بنفس الوقت 

وبأن تلك الجسيمات تمتلك خاصية غير مفهومة تمكّنها من التواصل مع بعضها وتبادل المعلومات بشكلٍ لحظي مهما كانت المسافة بينها و كأنها لا تعترف بالزمن، كل تلك المفارقات الغريبة التي تخالف منطقنا جعلت بعض الباحثين يسعون جاهدين لمعرفة ما الذي يحدث على مستوى الجسيمات الدقيقة، 

ولكن كل ذلك لا ينفي وجود الخالق فمهما كانت القوانين التي تحكم عالم الكم 

فيبقى من يسأل من أين جاءت تلك القوانين؟ 

هل يُعقل أن تكون نشأت بالصدفة أو حسب مبدأ الاحتمالات فقط؟

يرى| العلماء| بأن كل شيء ممكن في عالم الكم، فالشيء قد ينتج من لا شيء، والشيء قد يظهر ويختفي فجأةً، كما قد يتواجد في مكانين مختلفين بنفس الوقت،

 وقد تأكدوا من ذلك فعلاً بما يخص| الإلكترونات| حتى أصبح مفهومنا عن الإلكترونات بأنها ليست مجرد جسيمات تدور حول النواة بل هي أشبه بسحابة تغلّف النواة بحيث لا يمكن تحديد مكان وسرعة الإلكترون في نفس الوقت،

 كما تبين بالتجربة بأن الإلكترون يستطيع الإنتقال من مداره حول النواة إلى مدارٍ آخر بشكلٍ لحظيٍ ودون أن يقطع المسافة بين المدارين فكأنه يختفي من مداره ويظهر في المدار الآخر.

كل ذلك هو مجرد مشاهدات وحقائق تم إثباتها، 

ولكن فهمها وتفسيرها أمرٌ آخر لا زال يلفّه الكثير من الغموض،

 ولكن يجب أن نتذكر بأن عدم فهمنا لأية حقيقة لا يعني بأنها ليست حقيقة، فالحقيقة تبقى حقيقة سواءٌ فهمناها وفسرناها أم لا.

اقرأ المزيد...

بقلمي سليمان أبو طافش 

الحواسيب الكوانتية - الجزء الأول

الحواسيب الكوانتية - الجزء الأول

النظرية الكَمّيَّة (الكوانتية):

بعد ظهور نظرية الكم المعروفة باسم |النظرية| |الكوانتية| أو نظرية |الكوانتوم| شهدت الكثير من المجالات العلمية قفزات تطورية هائلة ما دفع العلماء إلى اعتبار نظرية الكم بمثابة ثورة علمية حقيقية، ليست لأنها غيرت الكثير من المفاهيم والتصورات والتوقعات فقط بل أيضاً لأنها فتحت أبواباً واسعة لتطبيقاتٍ عدّة، (وكنت قد شرحت تفاصيل هذه النظرية في مقالة سابقة) ولعل من أهم هذه التطبيقات ما يعرف بالحواسيب الكوانتية فلنتعرف عليها.

وما يؤكد أن هذه النظرية وتطبيقاتها ستغير مجرى التاريخ المستقبلي هو أن الدول العظمى بدأت تتسابق في الحصول على التقنيات الكوانتية وتطبيقاتها وبدأت تضع لها ميزانياتٍ كبيرةً لأنها تدرك أهميتها، فالمستقبل سيكون لمن يمتلك مفاتيح تلك التقنية.

تطويرات |الحواسيب| الكوانتية:

في عام 2018 وقّع |الرئيس الأمريكي| |دونالد ترامب| قراراً بالموافقة على ما يسمى المبادرة الأمريكية الوطنية للكوانتوم بميزانية وصلت إلى 1.2 مليار دولار، وقبل ذلك بعام تقريباً كان |الاتحاد الأوروبي| قد خصص ميزانية بمبلغ مليار دولار لمبادرة مشابهة، وقبل ذلك بسنتين تقريباً بدأت |الصين| بإنشاء مركز متخصص بالعلوم التطبيقية باستخدام تقنيات الكوانتوم بميزانية وصلت إلى عشرة مليارات دولار، ما يعني بأن القوى العلمية والاقتصادية العظمى في العالم أدركت جميعها بأن المستقبل العلمي والتقني سيعتمد على مدى ما تمتلكه أي دولة من معرفة وتقنية في مجال الكوانتوم وبالأخص في مجال الحواسب الكوانتية.

بماذا تختلف الحواسب الكوانتية عن الحواسب المعروفة حتى الآن؟

الحواسيب العادية:

تعمل الحواسب العادية على مبدأ الخانة الرقمية الثنائية المسماة (BIT) والتي تعبر عن مساحة صغيرة جداً من ذاكرة الحاسوب تحمل قيمة منطقية إما صفر أو واحد، بمعنى أن جميع البيانات والمعلومات والبرامج المخزنة في الحاسوب هي مجرد شيفرات ثنائية مكونة من عدد هائل من الأصفار والواحدات وكل سلسلة من هذه الأرقام الثنائية ترمز لمعلومة ما ( كلمة أو حرف أو لون أو قيمة ...) ويقوم الحاسب بمعالجة هذه الأرقام الثنائية بمجموعة كبيرة من العمليات الحسابية والمنطقية للحصول على نتيجة ما وإظهارها لنا بوسيلة إخراج معينة مثل الشاشة أو الطابعة ...

الحواسيب الكوانتية:

تعمل على مبدأ جديد يسمى البت الكوانتي (QUBIT) بحيث يستطيع هذا البت أن يحمل كَمّيَّة كبيرة من المعلومات أكثر بكثير من البت العادي الذي يستطيع أن يأخذ قيمة واحدة فقط ( صفر أو واحد ) وذلك لأن مبدأ الكوانتم قائم على عدم القدرة على توقع السوية الطاقية للإلكترون إلا بشكل احتمالي فيمكن جعل السوية الطاقية للإلكترون كشيفرة تدل على معلومة ما بمعنى أن الذرة الواحدة تستطيع حمل عدد كبير من المعلومات المشفرة باستخدام السويات الطاقية للإلكترون، و كذلك يقوم مبدأ الكوانتوم أيضاً على أن الإلكترونات المتفاعلة مع بعضها تتفاعل بطريقة غامضة بحيث تأخذ حالات متمايزة دائماً فلو كان أحد الإلكترونين المتفاعلين يدور حول نفسه بجهة عقارب الساعة فإن الإلكترون الثاني سيدور بعكس عقارب الساعة مهما كانت المسافة بينهما ورغم أن ذلك يبدو غريباً وغير مفهوم إلا أن العلماء استطاعوا الاستفادة منه بجعل الحواسيب الكوانتية سريعة جداً لأنه لا يجب قراءة حالة جميع البتات الكوانتية بل يكفي قراءة بعضها لمعرفة حالة بقية البتات الكوانتية.

اقرأ المزيد ...

بقلمي سليمان أبو طافش ✍️

ما هي حقيقة الأكوان المتعددة؟ 1

ما هي حقيقة الأكوان المتعددة؟ 1

ما هي حقيقة الأكوان المتعددة؟ وهل نظرية تعدد الاكوان صحيحة أم لا؟

ما الذي يجعل بعض العلماء يعتقدون بفكرة الأكوان المتعددة؟

عند التدقيق فيما يطرحه العلماء الذين يتبنون فكرة الأكوان المتعددة نجدهم منقسمين إلى فريقين: 

الفريق الأول:

يقدم مجموعة من الأفكار العلمية التي يبنون عليها اعتقادهم، والملفت للانتباه بأن عدد العلماء المقتنعين بصحة هذه الفرضية يزداد باستمرار وبسرعة.

أما الفريق الثاني: 

فنجده يقدم أدلةً فلسفية لإثبات صحة معتقداتهم.

يمكن تلخيص الأفكار العلمية التي تدعم فكرة الأكوان المتعددة بثلاثة أفكارٍ رئيسة:

تقوم على حجة الضبط الدقيق:

فلو تأملنا هذا الكون بكل محتوياته وقوانينه الطبيعية لوجدناه مضبوطاً بدقةٍ هائلةٍ فلو تغير فيه مقدارٌ ما بقدرٍ ضئيلٍ لتغير الكثير من الأشياء ولتغير الكثير من القوانين فمثلاً لو تغيرت كتلة الإلكترون قليلاً لتغيرت معه الكثير من القوانين ولربما تغيرت محتويات كوننا ولربما لم تظهر الحياة في هذا الكون مطلقاً، فإذا كانت جميع القيم الموجودة في كوننا مضبوطةٌ بدقةٍ لتناسب هذا الكون ولتؤدي إلى وجوده وبقائه فربما يوجد أكوانٌ أخرى نتجت من قيم مختلفة مضبوطة بحيث تناسب تلك الأكوان.

ومن ناحية فلسفية يقول بعض العلماء بأنَّه ربما هناك عدد كبير جداً من الأكوان وفي كل كون نجد قيماً وقوانيناً مختلفةً و لكن أحد هذه الأكوان تناسبت فيه تلك القيم والقوانين بحيث سمحت بظهور الحياة عليه وهذا الكون هو كوننا، أما بقية الأكوان فلم تتناسب فيها تلك القيم بما يكفي لتؤدي إلى ظهور الحياة فيها.

تقوم على نظرية الإنفجار العظيم والتضخم الكوني السريع

وهذه النظرية تعتبر قويةً جداً و تحضى بتأييدٍ كبيرٍ بين العلماء- فمن الممكن بحسب هذه النظرية أن تكون أجزاءٌ كثيرة قد انفصلت عن بعضها لحظة الانفجار العظيم وكل جزءٍ منها تطور بشكل مختلف وبناءً على قوانين وقيم مختلفة فأصبح كل جزءٍ منها كوناً مختلفاً.

إقرأ المزيد ...

🔭 بقلمي سليمان أبو طافش ✍🏻

 ما هي التّقنيّات النّانويّة؟

مصطلحاتٌ كثيرةٌ تغزو حياتنا وتفرض نفسها علينا في كل يوم مع كل اكتشافٍ جديد, ولعل من أهم هذه المصطلحات 

( التكنولوجيا النانوية )

, وذلك لأنها تلامس مختلف جوانب الحياة فكلنا يتعامل معها وأحياناً دون أن ندري, 

بل لعلها بدأت بتغيير حياتنا و أنماط سلوكنا فما هي حقيقتها؟

النانو ...

هو جزءٌ من المليار  مثلما المايكرو جزءٌ من المليون....

 ويعتبر المايكرومتر الواحدة المستخدمة لقياس أبعاد الخلايا ولذلك سمي المجهر المستخدم لرصد الخلايا بالمايكروسكوب .

أما النانومتر فهو واحدة قياس الذرات ومكوناتها ,وتقنية النانو هي التقنية المستخدمة للتعامل مع الذرات والجسيمات الأصغر منها.

تستغل هذه التقنية بعض الخصائص المميزة للجسيمات الدقيقة

فمثلاً قدرة الإلكترونات على إختراق الحواجز أدت لاختراع نوع جديد من المجاهر الإلكترونية يستطيع تصوير سطحٍ ما دون استخدام أي نوعٍ من الأشعة فهو فقط يقرِّب حساساً صغيراً جداً كرأس الإبرة من سطحٍ ما وعندما يقترب من السطح بما يكفي دون ملامسته فإن الإلكترون يقفز إليه مولداً تياراً كهربائياً يمكن رسمه وبالتالي يمكن رسم هذا السطح بدقة متناهية.

نوعٌ آخر من المجاهر الإلكترونية

 يستخدم أيضاً لرسم السطوح المجهرية يستخدم طريقةً أخرى فهو يعتمد على دفع الإلكترونات للقفز من مادة السطح ليتم التقاطها ورسم التيارات الكهربائية الناتجة عنها.

تطبيقاتٌ أخرى كثيرة أصبحت ممكنة باستخدام التقنيات النانوية لأنها سمحت ببلوغ مستوى الذرات ورصدها والتحكم بسلوكها وتفاعلاتها وحتى تركيب الجزيئات منها بالشكل الذي نريده .

وبناءً على ذلك أصبح ممكناً تغيير خصائص المواد الطبيعية بالتحكم بذراتها فيمكن تحويل المواد الناقلة إلى مواد عازلة أو نصف ناقلة و المعروف أن كل الصناعات الإلكترونية تقوم على أنصاف النواقل.

ماذا أيضا ؟؟

كذلك يمكن تحويل الأجسام الصلبة إلى أجسام سائلة أو غازية أو العكس وبالتالي فإن تغيير خصائص وسلوك المواد وحتى تركيب مواد جديدة لم تكن موجودة من قبل أصبح ممكناً.

الأنابيب النانوية

اختراعٌ جديدٌ استطعنا تحقيقه بتقنية النانو وهي مكونةٌ من أنابيب مفرغة ثخنها لا يزيد عن ذرة واحدة من الكربون و الغريب أن هذه الأنابيب قوية جداً ولا يمكن كسرها أو تمديدها بسهولةٍ أبداً ويمكن استخدامها في صناعة هياكل الطائرات والسفن والسيارات فهي قويةٌ جداً وخفيفةٌ جداً .

وكذلك بدأ استخدام هذه الأنابيب في صناعاتٍ أخرى كثيرة مثل كرات ومضارب التنس وكذلك بعض الملابس.

 التطبيقات الطبية لتقنية النانو 

 كثيرة جداً وواعدة جداً فهذه التقنية تسمح بتصنيع أدوية دقيقة جداً وليس لها أية آثار جانبية

 وخاصةً لعلاج الأورام الخبيثة, وليس ذلك فقط بل تسمح هذه التقنية بتصنيع روبوتات صغيرة جداً قادرة على دخول أجسادنا و الوصول إلى أية خلية نريدها ومعالجتها أو التغييير فيها أو حتى إجراء جراحة مجهرية.

إنجازاتٌ هائلةٌ تعد فيها هذه التقنية ولكن هل لها مخاطر؟

يمكن ببساطة دخول هذه المواد المصنوعة بتقنية النانو إلى أجسام البشر وتؤثر عليهم سلباً وتحدث الكثير من الأمراض غير المعروفة, كذلك قد تؤثر على الكائنات الحية الأخرى بطريقة سلبية لا يمكن التنبؤ بها, 

ومع أنها مفيدة جداً وساعدتنا بكافة المجالات تقريباً إلا أنه يجب التعامل مع هذه التقنية بحذر شديد .

أرجو أن أكون قد أجبت على تساؤلاتكم حول ماهو النانو .... 

شارك هذا المقال لتعم الفائدة ... 

  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.

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...

 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✍️

الذرة من الألف إلى الياء - الجزء الثالث

الذرة من الألف إلى الياء - الجزء الثالث

تطورات حول علم الذرة

 تقنياتٌ جديدة:

منذ منتصف القرن التاسع عشر أصبحت أنابيب الأشعة المهبطية وسيلةً جيدةً لدراسة سلوك الذرات و الأشعة المنبعثة في تلك الأنابيب، فقد افترض بعض العلماء بأن تلك الأشعة موجات كهرطيسية بينما افترض آخرون بأنها جسيمات دقيقة تحمل شحناتٍ كهربائيةٍ سالبة، وبقي الأمر سجالاً حتى تمكن العالم البريطاني طومسون بالتجربة العملية من إثبات أن تلك الأشعة ما هي إلا جسيمات دقيقة سالبة الشحنة سميت فيما بعد إلكترونات، كما استطاع بإخضاع تلك الإلكترونات إلى حقلٍ مغناطيسي أن يحدد سرعتها فوجدها اقل بكثير من سرعة الضوء فتأكد بأنها لا يمكن أن تكون موجاتٍ كهرطيسية. وكذلك اكتشف طومسون بأن كتلة الإلكترون أصغر بكثير من كتلة أيون الهيدروجين الذي يعتبر أخف عنصرٍ معروف في وقته.

بعد ما اكتشفه طومسون تم تعديل تصور دالتون للذرة فأصبح الاعتقاد بأن الذرة أشبه بثمرة البطيخ حيث تتألف من كتلةٍ واحدة تمثل معظم الذرة وتحمل شحنةً موجبةً وتنتشر عليها جسيمات صغيرة سالبة الشحنة (الإلكترونات) بما يشبه البذار.

قبل انتهاء القرن التاسع عشر اكتشف عالمٌ فرنسي أن بعض العناصر مثل اليورانيوم تطلق تلقائياً نوعاً من الأشعة وذلك ما أثار اهتمام العالمة الشهيرة ماري كوري وزوجها الذين اكتشفا عنصري الراديوم والبولونيوم المشعّين واطلقا مصطلح النشاط الإشعاعي الذي أثار اهتمام الكثيرين في بدايات القرن العشرين حتى تم اكتشاف ثلاثة انواعٍ للأشعة هي أشعة ألفا وبيتا و غاما وبدأ التساؤل يكثر حول طبيعة هذه الأشعة و مصدرها، وبما أن العناصر كلها تتألف من ذرات فلا بد أن تكون جميع الأشعة صادرة من الذرات.

تداخل العلوم:

في عام 1905 نشر البرت آينشتاين ورقة عملٍ علميةٍ  تناول فيها ما لاحظه قبل ثمانين عاماً عالم النباتات الإسكتلندي روبرت براون الذي لاحظ عبر المجهر أن حبيبات الطلع تتذبذب عند وضعها في الماء وكأنها حية، فكان تفسير |أينشتاين| لذبذبة تلك الحبيبات أن الماء يتكون من جزيئاتٍ صغيرة جداً (ذرات) تتذبذب بدورها مسببةً تذبذب حبيبات الطلع وبذلك أثبت آينشتاين وجود الذرات.

من التجارِب المهمة

في عام 1909 في المختبر العلمي لجامعة مانشستر البريطانية قام العالم |رذرفورد| مع فريقه بتجربة رقاقة الذهب التي قذفوها بأشعة ألفا الموجبة فاكتشفوا بأن معظم الأشعة تخترق الرقاقة بدون أن تتأثر بينما تنعكس عنها بعض الأشعة وتنحرف بعض الأشعة الأخرى فخلصوا إلى النتيجة التالية: " يتكون معظم الذرة من فراغ تخترقه أشعة ألفا ومن كتلة مركزية موجبة الشحنة تعكس أشعة ألفا (نواة الذرة) ومن جسيمات دقيقة سالبة الشحنة تحرف أشعة الفا (إلكترونات)". وبذلك ظهر نموذج جديد لوصف الذرة يسمى نموذج رذرفورد 

نموذج رذرفورد

" تتكون الذرة من نواة موجبة تشكل معظم كتلة الذرة ويدور حولها إلكترونات سالبة في مدارات شبه دائرية بحركة تشبه حركة الكواكب حول الشمس" وسمي نموذج رذرفورد بالنموذج الكوكبي.

ولكن ذلك النموذج لم يكن مكتملاً لأن الإلكترونات التي تدور حول النواة يجب أن تفقد طاقتها الحركية مع الوقت فتتباطأ سرعتها وتسقط على النواة بفعل التجاذب الكهربائي وعندها ستنهار الذرة ولكن هذا لا يحدث.

اقرأ المزيد ....