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.

الجائزة استلمها بالتقسيم كل من Rainer Weiss رينير وايس 85 سنة وهو بروفيسور بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، و Kip Thorne كيب ثورن 77 سنة، و Barry Barish باري باريش 81 سنة، وكل منهما يشغل منصب بروفيسور بمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. الثلاثة هم المهندسين ورأس التنين لمرصد لايغو LIGO مرصد الموجات الثقالية بمقياس التداخل الليزري Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory مشروع بلغت ميزانيته البليون دولار، وبمشاركة 1000 عالم من كافة أنحاء العالم، ومن تمويل مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية National Science Foundation بمساهمة عدة مؤسسات ومعاهد وجامعات.

و لايغو هو مشروع كاشفين، أحدهما في ولاية واشنطن، والآخر في ولاية لويزيانا. وذلك بهدف تحسس التشوهات في الفضاء عند رصد مرور الأمواج الثقالية Gravitational Waves والتي تم إعلان رصدها -بتأكيد رسمي- يوم 11 فبراير لسنة 2016. ولهذا يأتي التتويج هذا الثلاثاء (أما الأبحاث فلها عقود).

أينشتاين ذكر أن أي جسم له كتلة قادر على إحداث تغيير في نسيج الزمكان (الفضاء)، وكلما زادت حركة تسارعه فإنه يسبب تشوهات أوسع (تموجات) بهذا النسيج، وبالتالي إحداث اضطراب ضئيل في الزمكان (مثل الثوب المعلق الذي يتحرك مع نسائم الهواء). وقد تنبأ أينشتاين بذلك طالما أن قيمة هذا الاضطراب مرتبطة بحل المعادلة، وهذه القيمة الصغيرة لمثل هذا الاضطراب لا يمكن أن تكون سوى ذبذبات على مستوى نسيج الزمكان، وهي (الذبذبات) ما يسمى بالأمواج الثقالية.

رصد علماء لايغو هذه الأمواج وهي قادمة من اصطدام ثقبين أسودين قبل 1.3 بليون عام (كالرياح الآتية من الشمال) ! كانا هذين الثقبين يقتربان من بعضهما في حركة دورانية كأنهما يرقصان سوية لأجل الاندماج – يمكن يفهم العملية كتزاوج أو كثقب يلتهم الآخر – أهم ما في الصورة أن عملية الدوران لأجل التلاقي التي حدثت بسرعة الضوء خلّفت ثقبا وحيدا أكثر ضخامة.

في أول الأمر كانا ثقبين : ثقب أكبر من الشمس 29 مرة، والآخر أكبر من الشمس ب 36 مرة. وبعد التلاقي أنتجا ثقبا واحدا أكبر من الشمس 65 مرة، لا بل 62 مرة لأن قيمة 3 تحولت بقوة التلاقي إلى طاقة gravitational binding energy طاقة ثقالية تنتشر كأمواج بسرعة الضوء.. وهي بعكس الضوء، لا يعيقها الغبار الكوني في سفرها. لذلك تتمكن هذه الأمواج من توصيل معلومات تشهد على أعظم الأحداث الكونية، وهي الأحداث التي يعجز الضوء عن إيصالها.

في سؤال مطروح على مشارك بهذه التجربة : “بماذا سينفع الناس هذا الاكتشاف؟”، أجاب : ” من يعلم؟ الأمر شبيه بنظرية النسبية لأينشتاين لا أحد كان يتوقع أنها ستفيدنا في تقنية GPS”.

The post جائزة نوبل للفيزياء 2017 وأينشتاين ينتصر مرة أخرى – بقلم: حمودة إسماعيلي appeared first on المكتبة العامة.

كل شيء بطيء وممل!

لا يتعلق الأمر بقدرة خارقة يتمتع بها الذباب حصريًا في الواقع، وإنما هي حقيقة وظاهرة مدهشة اكتشفها العلماء. فوفق دراسات عدة قام بها علماء حول الكيفية التي تنظر بها الحيوانات وتدرك بها العالم من حولها، وجدوا أنه كلما صغر حجم الكائن الحي وزادت سرعة التمثيل الغذائي (الأيض Metabolisms) لديه كلما استطاع تلقي ومعالجة المزيد من المعلومات في الثانية الواحدة. بمعنى آخر، الزمن يمضي بشكل أبطأ لديهم وهكذا يبدو العالم من حولهم وكأنما تشاهد فيلمًا بالسرعة البطيئة!

على سبيل المثال، فالكلاب تتلقى البيانات والمعلومات البصرية بشكل أسرع بنسبة 25% مما لدينا نحن البشر، لهذا لا يمكنهم الاستمتاع برؤية التلفاز كما نفعل حيث ستعرض الشاشة لهم سلسلة لا تنتهي من الصور المتلاحقة الوامضة. أما بالنسبة للذبابة، فالأمر أبطأ بكثير، حيث تتلقى الذبابة حتى 7 أضعاف حجم البيانات والمعلومات البصرية والسمعية التي نتلقاها نحن البشر في كل ثانية!  هذا يعني أنها تتلقى تلك المعلومات بشكل أسرع كذلك وتحديدًا في  1/7 “سُبع” الوقت الذي نستغرقه للإدراك ورد الفعل! بالنسبة نفسها، الكلاب تتمتع بسرعة إدراك ضعف تلك التي لدى البشر.

كما ترون، فهذه القدرة الفائقة مبررة تمامًا، فكلما صغر حجم الكائن الحي كلما صار عرضة بشكل أكبر للافتراس من قبل كائنات أكبر. لكن لحسن الحظ، فالكائنات الأكبر أبطأ كذلك في إدراك العالم من حولها. هل تذكرون مشهد تلافي طلقات الرصاص في فيلم Matrix الشهير؟! هكذا تبدو حركة يدك بمضرب الذباب للذبابة نفسها بينما تحاول اصطيادها!

نسبية الزمن!

إدراك الوقت من حولنا يعتمد على سرعة النظام العصبي في معالجة البيانات والمعلومات التي نتلقاها عبر الحواس المختلفة؛ ولقياس هذه القدرة، يقوم الباحثون بتعريض الحيوانات موضع البحث لضوء سريع الومضان. هنا، إذا كان الضوء يومض بسرعة أكبر من قدرتها على التمييز، فإن الحيوانات (وكذلك البشر) يرون ذلك الضوء منتظمًا لا تقطع أو مضات على الإطلاق.

هكذا، وبمراقبة نشاط المخ وسلوك الحيوانات أثناء تلك الاختبارات، نستطيع تحديد أعلى تردد يمكن للكائنات أن ترى عليه ومضات الضوء قبل أن يصبح ثابتًا. هنا تستطيع الحيوانات التي تظل قادرة على رؤية ومضات الضوء في معدلات تردد مرتفعة أن تدرك الوقت وتتعامل معه بدقة رؤية أعلى وأفضل. بمعنى آخر، تبدو الحركة الخارجية في ناظرها أبطأ وبوضوح أكبر!

وللحصول على أرضية صلبة يمكن الانطلاق منها، قام العلماء بجمع بيانات من تجارب سابقة مشابهة أجروها حول معدل وسرعة معالجة المعلومات البصرية لدى أكثر من 34 حيوانًا فقاريًا بما يشمل السحالي، الطيور، الأسماك والثدييات. بعدها استطاعوا تكوين فرضية بأن القدرة على إدراك ومعالجة المشاهد في العالم من حولنا بسرعة مرتفعة يأتي بميزة حيوية للحيوانات تشابه تلك التي تمتع به نيو في فيلم المصفوفة الشهير … القدرة على الاستجابة بشكل سريع للغاية للمثيرات الخارجية لصيد فريسة مراوغة أو الفرار من الحيوانات المفترسة! تلك الحيوانات تشترك في أنها خفيفة الوزن صغيرة وبتثيل غذائي سريع لا يتوقف مما يمنحهم القدرة على إدراك الزمن والتعامل معه بأفضل دقة وضوح ممكنة!

لماذا لا نتمتع بهذه القدرة نحن البشر؟ لأن هذا سيعد هدرًا لطاقتنا بالتناسب مع كتلتنا وحجمنا الأكبر بكثير من ذبابة، وكذلك لمعدل أيضنا الأبطأ الذي لن يستطيع تعويض الطاقة المستنزفة بنفس السرعة. مع هذا، يمكننا تجربة الأمر بشكل مفاجيء عند التعرض لحادث سيارة أو تحت ضغط خطر داهم حيث سيحاول جسدك، أو بالأحرى عقلك، منحك لحظات سريعة إضافية بمعالجة البيانات بشكل أسرع كي تستجيب بطريقة قد تنقذ حياتك!

كذلك، أثبتت الدراسات المتعلقة بهذا الأمر، بأن الرياضيين لديهم القدرة على معالجة البيانات بسرعة أكبر عند ممارسة رياضتهم لتطوير ردود فعل أسرع. هكذا، يستطيع لاعب التنس المحترف رد ضربة الإرسال الساحقة من غريمة بسهولة بينما تعاني أنت لمجرد متابعة الكرة بعينك!

إذن وأخيرًا، هل حصلت على إجابة سؤالنا لهذا المقال: لماذا تفشل دومًا في ضرب ذبابة مهما كانت سرعة يدك؟! أجل، ليس لأنها ترى كل شيء بالسرعة البطيئة فحسب، وإنما لأن عقلنا لا يرى في تلك العملية أي أهمية تدفعه لمعالجة البيانات الواردة إليه بشكل أسرع مما يجعلك لا تنتبه لأن الذبابة قد طارت بالفعل بينما تبدأ يدك رحلتها في الهبوط ببطء شديد ومخزي تجاهها!

المصدر: عالم الإبداع

The post أسئلة تبدو سخيفة لكن إجاباتها علمية .. لماذا نفشل في ضرب ذبابة مهما كانت سرعة يدنا؟! appeared first on المكتبة العامة.