فقد اثارت هذه الاشكالات مخيلة اجدادنا القدماء الى يومنا الحاضر مع المع العلماء المعاصرين،لانه كان دائما طموح جماعيا كبيرا للوصول الى تفسير مقنع لأسباب هذه الظواهر الطبيعية.
ومع تطور العلم،ومند الثورة العلمية على يد العالم الرياضي تيكو براها مرورا بنيكولا كوبرنيك الى اسحاق نيوتن وغاليليو الى يومنا هذا، حاول العلماء شرح كيفية انتقال الضوء في الفضاء ومن ماذا يتكون؟ فقامو بتجربة مثيرة للتأكد من طبيعته الفيزيائية ،هل هو جسيم أو موجة؟ لكن المفاحئة بدت صادمة وغير مفهومة .اكدت التجربة أن الضوء يتصرف بشكل غريب وغير اعتيادي أثناء هذه التجربة.

فقد نشر توماس يونج 3 في القرن الثامن العشر،نتائج هذه التجربة والتي أوضح فيها تداخل الموجات الضوئية، وكأننا نتعامل مع موجات ميكانيكية على غرار موجات الماء والصوت….حيث سمح لحزمة دقيقة من ضوء الشمس أن تمر خلال ثقب من نافدة عاتمة في منزله، ثم سمح لإشعاع الضوء بالمرور عبر شقين ضيقين ومتوازيين ،لتسقط اشعتها فوق حاجز4 . وقد شاهد نمطاً للتداخل مكوناً من مناطق متبادلة مضيئة ومظلمة تسمى الأهداب على هذا الحاجز الموضوع وراء الشقين. هذه التجربة مكنت يونغ بالخروج باستنتاج علمي هام جدا،هو أن الضوء عبارة عن ظاهرة موجية اشبه الأمواج الميكانيكية الاخرى، كما تمكن أن يحسب الطول الموجي للضوء لأول مرة في تاريخ العلم.واستنتج ان اثار الضوء على الجانب الآخر من الشقوق تعطي نفس نتائج تجربة تداخل الموجات المائية التي اجريناها في اقسام الثانوي.

بعد تجربة يونغ يبدو اننا حسمنا في طبيعة الضوء، والخروج باستنتاج ثوري سيقلب موازن العلم ،هو أن الضوء عبارة عن موجات لا غير تنتشر في الفضاء، بخلاف فرضية اسحاق نيوتن التي توكد ان شعاع الضوء عبارة عن جسيمات دقيقة تتحرك بسرعات عالية.

ولكن مهلا لم ينته الامر الى هذا الحد…

بعد ذالك قام علماء بقدف شاشة حساسة بالكترونات…بواسطة مدفع الكتروني…وكانت النتائج صادمة للمجتمع العلمي…وغير متوقعة الى حد الجنون.

ولكن كيف ذالك؟وماعلاقة تجربة قدف إلكترونات على شاشة بتجربة يونغ ؟

من البديهي ان قذف أجسام مادّية على حاجز يوجد فيه شقين،يعطينا اسقاطا لصورة الشقين على الحاجز عن طريق اصطدام الاجسام بهذا الحاجز،سواء كان شق واحد او أكثر.لكن قوانين فيزياء الكم تخبرنا بنتائج عكسية تماما عبر معادلة انيقة تشبه قصيدة شعر ابدع في كتابتها العالم النمساوي ايروين شرودنغر5 ،في الحقيقة هي ليست معادلة ولكنها مجموعة من المبادئ العلمية التي تفسر سلوك المادة وتفاعلاتها مع الطاقة على مستوى الجسيمات الدقيقة.

رغم ان الالكترون مادة،له حجم وكتلة،ولكن خلال التجربة فانه يتصرف مثل موجة بفعل السرعة الفائقة،ويبدأ بالتصرف بطريقة غريبة ،فاثناء التجربة يبدو الأمر وكأن مسار كل الكترون متحرك يمر عبر الشق الاول والثاني في نفس الوقت!!!،نعم الإلكترون سياخد مساره عبر كل الشقوق وفي نفس الوقت!!!

لنتخيل كم أصبح هذا الأمر اكثر إرباكا وحيرة للعلماء، لدرجة لم يعجبهم أمر هذه التجربة الغير المألوفة.وقاموا بإعادة التجربة مرة ثانية! مع وضع مستقبلات متطورة لرصد من اي من الشقوق سيعبر الكترون6.هنا يصمت الالكترون، ويتعقل ويأخد مساره عبر شق واحد فقط لا غير ،وكانه يعرف مسبقا اننا نتجسس عليه،ونضع له اعيون تراقبه خلسة!!!

اي شيء هذا الذي ياخد تارة شكل موجة (كاي موجة مائية أو موجات صوتية…)،وتارة أخرى ياخد شكل جسيم مادي.انه ضربا من الجنون او حلما مزعجا لأي عالم فيزيائي.

سؤال محير ومليء بالألغاز،سنتقبل أن جسيم مادي دو حجم وكتلة معينين يتحول الى شبح،وياخد كل الأشكال،ويوجد في عدة أمكنة ،وبجميع الحالات الفيزيائية ،وفي نفس الوقت ،وعندما يكون خارج عملية الرصد والمراقبة،حيث يدخل في حالة يسميها العلماء بحالة التراكب7 la superposition. وهي نتيجة رياضية تعطي تفسيرا لحالة فيزيائية لا تتوافق مع أي شيء معروف في الفيزياء الكلاسيكية .

ميكانيكا الكم ، تصف كيف تتصرف الجسيمات الدقيقة على المستوى الماكروسكوبي: الجزيئات، الذرات،الالكترونات، والتي لايبدو انها تخضع لقوانين الفيزياء الكلاسيكية ونظرية النسبية.
هنا العلم يبدو حائرا وغارقا في معادلات معقدة ،لاتعطينا اجوبة دقيقة ،ولكنها تعطينا اجوبة تاخد شكل إحتمالات ،قاسمها المشترك هو مبدأَ عدمِ اليقين8،الذي يتنافى بشكل قاطع مع المدهب التجريبي الحسي الذي كانت تدعو له المدرسة الكلاسيكية مند زمن نيوتن.

انها إحدى أجمل المغامرات العقل البشري مند ظهور اللغة الهيروغليفيةالى اليوم.

هذه النتائج أدخلت لنا مفهوم علمي غاية في السحر والغرابة ،سمي بنظرية الكمla théorie quantique، وهي نظرية تم التأكد من صحتها في العديد من التجارب العلمية.بل اكثر من هذا ظهرت نظرية منبتقة عن نظرية الكم ، وهي من صلبها ،او مجددة لها ،تتدعي ان نتيجة اي حدث يمكن أن تؤثر في السبب,والسبب يؤثر في النتيجة في نفس الوقت، وهي فكرة أنّ السببية يمكن أن تعمل إلى الوراء وإلى الأمام في نفس الوقت,حسب تجربة اجريت في جامعة بريسبان الاسترالية9.

لنظرية الكم غريبة قدرة على أسر القعول والألباب بطريقة سحرية لأنها تقربنا الى سر كبير ،وهو حقيقة جوهر المادة وأصل الوجود بطريقة شاعرية وغلية في الجمال.

نحن كبشر تفصلنا عن الأجوبة الكاملة للأسئلة العميقة لفهم هذا العالم الذي نعيش فيه ،تفصلنا محيطات شاسعة من المجهول بشرط أن يستوعب عقلنا القوانين العامة والجوهرية التي أبدعت الكون.

_______________________________

1: فيلسوف يوناني عاش في فترة ماقبل سقراط من 490 ق.م إلى430 ق.م.
2: افروديت في الأساطير اليونانية هي إلهة الحب والشهوة والجمال.

3: طوماس يونج عالم بربطاني شهير عاش في القرن 18 قدم العديد من الإسهامات البارزة في عدة مجالات حيث أسهم في علم المصريات وعلم اللغة والفيزيولوجيا وميكانيكا المواد الصلبة والضوء وحاسة البصر والطاقة والتناغم الموسيقي.
4: توجد المئات من الفيديوهات على اليوتوب تشرح هذه التجربة .
5: شرودنجر عالم فيزيائي نمساوي معروف بإسهاماته في ميكانيكا الكم وخصوصا معادلة شرودنجر والتي حاز عبرها على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1933م .
6: عرفت هذه التجربة بتجربة باولي ،للمزيد من الفهم المرجو قراءة هذا العمود: https://sci-ne.com/article/story_5369

7: مبدأ التراكب في الفيزياء ينص على انه في جميع الانظمة الخطية تكون محصلة تاثيرين او اكثر عبارة عن مجموع التاثيرين.
8: يعتبر مبدأ عدم التحديد أو مبدأ عدم التأكد أو مبدأ الريبةأو مبدأ اللايقين أو مبدأ الشك من أهم المبادئ في نظرية الكم, صاغه العالم الألماني هايزنبرج عام 1927 وينص على أنه لا يمكن تحديد خاصيتين مقاستين من خواص اخرى إلا ضمن حدود معينة من الدقة، أي أن تحديد أحد الخاصيتين بدقة متناهية ينتج عنه ننائج غير مظبوطة في قياس الخاصية الأخرى، ويشيع تطبيق هذا المبدأ بكثرة على خاصيتي تحديد الموضع والسرعة لجسيم دقيق. فهذا المبدأ معناه أن الإنسان ليس قادرا على معرفة كل شيء بدقة 100%. ولا يمكنه قياس كل شيء بدقة 100%، إنما هناك قدر لا يعرفه ولا يستطيع قياسه.

مصادر علمية
9: انظر مجلة sciences et Vie عدد ماي 2019،عنوان:
au delà du Quantique
*Sciences et vie mai 2019
De l infiniment petit a l infiniment grand,Chapitre
*L’infiniment peti tle passage de la certitude au probable. Les « incertitudes d’Heisenberg ». Relations avec les sciences de l’éducation et avec la psychologie.
*Pour la science , décembre 2000, article l infiniment petit en physique
*كتاب مبدأ الريبة تأليف ديفيد لندلي
مسألة غامضة ،وحيرة كبيرى
*فلسفة العلم ،فيليب فرانك.

The post تداخل ‬الشك واليقين ‬المعرفي في الفيزياء الكمية – إدريس التباع appeared first on المكتبة العامة.

بالطبع لم تكن لتفكر في هذا السؤال العجيب إلا لأنك تمتلك فيلًا، وكلبًا وفأرًا وهم جميعًا قد حولوا شقتك لـ “حظيرة حيوانات” برائحة لا تطاق. هكذا في سبيل العلم المجرد لا أكثر تجد نفسك تتساءل عن النتائج العلمية التي ستتحصل عليها إذا ما قذفت “جمعة” و”لاكي” و”هيثم السيد أحمد” من نافذة شقتك الشاهقة. لا وقت لمناقشة الأسماء الغريبة التي اخترتها للفيل والكلب والفأر على الترتيب، فهذا أمر قديم.

حسنًا، بشكل عام سيرتطم الفأر بشكل موجع بالأرض؛ ولن يموت ولكنه سيترنح لفترة لا بأس بها بينما يركض مبتعدًا. وللأسف سيكون الكلب أسوأ حظًا ولن يحتمل الصدمة ويموت. والفيل؟ الفيل سينفجر بالطبع!

لكن لماذا تختلف مصائر الثلاثة مع أنهم سقطوا المسافة نفسها من الارتفاع نفسه؟ في الواقع، الأمر كله مرهون بعامل آخر وهو الحجم … أو بشكل أدق الكتلة والتناسب بين الحيز الذي تشغله (الحجم) والطول. فلنتحر الأمر بشكل أفضل.

وفقًا لمقطع فيديو ممتع لقناة Kurzgesagt (في قشرة جوز أو باختصار في الألمانية) الشهيرة على يوتيوب، فلنفترض أن هناك حشرة بحجم بلية صغيرة. هذه البلية تملك طولًا، ومساحة سطح (الجلد الذي يغطي كامل الجسم) وكذلك حجم (وهو كل الأعضاء والمكونات الداخلية والخارجية). الآن، فلفترض أننا سنتلاعب قليلًا بطول الحشرة ونجعله أكبر بعشر مرات 10× لتصبح بحجم كرة سلة. هل سيتضاعف الحجم والجلد بالمعدل نفسه؟!

في الواقع لا، فمع تضاعف الطول 10 مرات، ستتصاعف مساحة الجلد 100 مرة، وسيتضاعف الحجم ألف مرة! أي أنه كلما زاد الحجم، زادة الكتلة ومن ثم زادت الطاقة الحركية التي يكتسبها الجسم أثناء السقوط، وصارت الصدمة أشد وأكثر خطورة وضررًا عند الإرتطام بالأرض.

وبالقياس مع القاعدة السابقة، نجد أن الحشرات والنمل ومثيلاتها ذات الأجسام الخفيفة تعد منيعة لذلك السقوط المريع من أعلى، حيث لا تشكل الجاذبية أي تأثير يذكر عليها لصغرها. والعكس تمامًا هو ما يحدث مع الفيل بحجمه المهول الذي يكتسب طاقة حركة كبيرة تتضاعف مع تسارع السقوط، حيث ستعمل الأرض كمطرقة معكوسة يهوي إليها الفيل لينفجر بلا رحمة عند الأرتطام بسطحها.

لكن الأمر ليس جيدًا على طول الخط بالنسبة للكائنات ذات الأحجام الصغيرة كالنمل والحشرات الأخرى؛ فمع ذلك الحجم الصغير تتعرض لقوى فيزيائية أخرى مميتة لا ننتبه نحن لها ولا تؤثر بنا لضخامتنا. ولنبدأ مثلًا بأمر بسيط للغاية كالبلل! فعندما تستحم مثلًا، يلتصق بك عند المغادرة ما يقارب 800 جرام من الماء أو ما يمثل 1% من وزنك، وهذا ليس بالأمر المزعج أو المرهق على الإطلاق. لكنه كذلك بالنسبة لفأر مثلًا، فعند البلل يلتصق به ما يقارب 3 جرام من الماء تمثل أكثر من 10% من وزنه! هذا يماثل أن تحمل 8 زجاجات كبيرة ممتلئة بالماء بينما تغادر الحمام! لكم أن تتخيلوا كم المعاناة والصعوبة التي يواجهها فأر مبلل خارج من بالوعة أو بركة مياة!

كذلك هو الأمر مع خواص الماء الفيزيائية التي تتعلق بالتوتر السطحي. ظاهرة التوتر السطحي أو الشد السطحي تنتج عن قوى التجاذب بين جزيئات الماء ما يجعل لها ما يشبه الجلد الرقيق المشدود الذي لا يلحظه إلا الكائنات الصغيرة للغاية كالنمل والناموس وغيرها من الحشرات الصغيرة. ومع أنه يمنحها قدرات رائعة كالسير فوق الماء، إلا أن التوتر السطحي قد يعني في كثير من الأحيان خطرًا داهمًا على حياة تلك الحشرات.

وهنا مرة أخرى لا نلحظ قوى التوتر السطحي لأننا أكبر وأقوى من أن تؤثر علينا، لكن فلفترض أننا قمنا بتصغيرك إلى حجم نملة صغيرة وحاولت بعدها لمس قطرة مياه بريئة على سطح الطاولة حيث تقف. حينها سيصبح الماء بقوة الصمغ اللاصق بالنسبة لك، بل وسيجذبك إلى داخله لتغرق بلا رحمة لأنك لن تستطيع كسر طبقة التوتر السطحي الذي يغلف القطرة الصغيرة! وللسبب نفسه هنا تطورت الحشرات كي تكون أجسامها كارهة للماء بإفرازات شمعية ينتجها جسمها لتنجو من مثل هذا المصير … لكن ليس طيلة الوقت!

فإذا انتقلنا إلى مستوى أدنى بحجم أصغر من الحشرات العادية، يصبح العالم من حولنا أغرب وأشد عدائية للحياة كما نعرفها. سنحتاح هنا إلى عدسة مكبرة لرؤية أصغر حشرة في العالم، الذبابة الحورية Fairy Fly والتي يبلغ حجمها نصف ذرة ملح طعام أو 0.15 مليمتر تقريبًا!

بالنسبة للذبابة الحورية، ولصغر حجمها الشديد، يبدو الهواء بثخانة الجيلي! لا مزاح هنا، حيث يتحول الهواء مع صغرها المتناهي إلى ما يشبه السائل اللزج الذي تتحرك به ببطء وصعوبة كبيرين. ومع أن الذبابة الحورية تطير، إلا أنه مع ثخانة الهواء حولها فهي تمارس السباحة أكثر منها إلى الطيران في الواقع. ولهذا لا تملك جناحين تقليديين كما بقية الطيور والحشرات وإنما ما هو أقرب لساعدين مشعرين قويين لضرب الهواء السائل من حولها.

ماذا لو انتقلنا لمستوى أصغر، إلى الأميبا مثلًا؟! حينها سننتقل إلى مستوى الفيزياء الكمية على الأرجح، حيث سيبدو الأمر جنونيًا وغير منطقيًا تمامًا بالنسبة لنا! هكذا ترون أن الأمور تختلف بشدة مع اختلاف الحجم، حيث تعمل الفيزياء بشكل مختلف عما اعتدناه، أو بالأحرى نرى منها جانبًا لا نلحظه لأننا نقع في مستوى آخر توفره لنا أحجامنا كبشر أو حيتان أو فيلة … من حسن حظنا أو سوئه حسبما يفرض الموقف عندما نسقط من حالق أو نغادر مبتلين بعد استحمام منعش!

وفي النهاية، لا تفوتوا مشاهدة مقطع الفيديو الذي يشرح كل هذا بأسلوب رائع وممتع حقًا.

المصدر: عالم الإبداع

The post الفيزياء تحكم: ماذا سيحدث إذا ألقيت فيلًا وكلبًا وفأرًا من ناطحة سحاب؟! appeared first on المكتبة العامة.