العدم في اللغة القاموس المحيط والغني يشيران الى ان العدم عكس الوجود، وعندما يكون كلمة تسبق مصدر الغعل يؤدي الى معنى عكسي لها مثلا " عدم الحضور". والقاموس المحيط وتاج العروس يقولان ان العدم فقدان الشئ.
والعدم في الفلسفة ايضا انطلاقا من المعنى اللغوي للكلمة، ومنها فلسفة الخلق من العدم وتعارضها فكرة الخلق بالفيض الالهي.
العدم في الفيزياء حتى زمن قصير كانت الاوساط العلمية تؤمن بوجود العدم بالمعنى اللغوي للكلمة غير ان تطورات عاصفة في علم الفيزياء ادت الى قلب الامور رأسا على عقب ليظهر انه لايوجد في الطبيعة عدم بالمعنى اللغوي للكلمة، وان لم يكن هناك عدم ابدا.
البحث في " العدم" شكل قوة دفع هائلة للعلم في طريقه لفهم الطبيعة. العلم الحديث يشير الى ان "العدم" في واقع الامر ليس إلا بحر من الجزيئات المتدفقة ، تختفي لتحل محلها اخرى.
تاريخ " العدم" هو ايضا تاريخ كل شئ. الابحاث الجديدة تربط مصير الكون مع مصير الطاقة الموجودة في " العدم". عبر التاريخ، اعطت دراسات "الفراغ" الكثير من وجهات النظر، لتصل اليوم الى ان "العدم" بمعناه الكلاسيكي، بكل بساطة: لايوجد.
الفراغ ليس إلا وهم. وحتى الفراغات الفضائية النموذجية ظهر انها تمتلئ بالنشاطات المنبعثة بمستويات ذرية.
مالذي نستطيع الوصول اليه اليوم في المختبرات، هو شئ تافه ولايقترب مما يحدث في الفراغات الحقيقية. اقل ضغط يمكننا خلقه اليوم بمساعدة احدث تكنيك متوفر حالياً يصل الى مادون واحد من البليون ميليبار، في حين ان الضغط الجوي الطبيعي يكون حوالي الف ميليبار. وحتى هذا الرقم الذي يظهر صغير للغاية على الورق يحوي على كثافة تصل الى 100 ذرة في السنتمتر مكعب.
من المنطقي ان يعتقد البعض ان هذه الحالة تعطي اساسا للقول ان هناك فراغا قد نشأ بين هذه الذرات، ولكن حتى هذا الاعتقاد غير صحيح. من حيث ان المختبرات الارضية موجودة على الارض، فهي توجد محاطة بالاشعاعات من كافة الانحاء. فقط الحرارة السائدة كافية لتعطي خلفية من الموجات الاليكترومغناطيسية، حيث اطوال موجاتها تعتمد على درجة الحرارة، وكلما كانت درجة الحرارة عالية كلما اصبحت الموجات قصيرة وبالتالي احتوى السنتمتر المكعب على طاقة اكبر.
الوضع في البيئة الكونية اكثر إثارة. متوسط كثافة المادة في الفضاء الخارجي وتزيد عن بضعة ذرات من الهيدروجين في المتر المكعب الواحد، وبالتالي يحتمل ان يوجد في مكان ما من الفضاء متراً مكعبا بدون اي ذرة هيدروجين على الاطلاق، ولكن حتى هذا المتر المكعب لايمثل منطقة فارغة.
الكون بكامله هو شكل من اشكال الناتج الحراري للانفجار الكبير: بيغ بانغ. هذه الحرارة تظهر لنا على شكل موجات إشعاعية قصيرة، تصل الينا تقريبا متشابهة من كافة جهات الكون. هذه الاشعة تعادل حرارة الكون والتي تصل الى حوالي ناقص 270,42 درجة مئوية. اي انها اعلى من الصفر المطلق بحوالي 2,73 درجة مئوية، حيث الصفر المطلق يكون ناقص 273,15 درجة مئوية. والفرق يعطينا حرارة عالية للغاية بالمقارنة مع مايمكننا الحصول عليه في المختبر بالطرق الراهنة.
يمكن القول ان الكون يتسارع مستهلكا المادة ليخلق منها الاشعاعات يسبح فيها موسعا فضائه. بمعنى آخر لايوجد عدم مطلق، ومن الناحية الفيزيائية يستحيل وجوده.
العدم في العصر الاغريقي:
في البدء يجب تحديد ماذا نعني بمفهوم "العدم" المطلق او الفراغ الكامل، فقط لكون الامر غير ممكن عملياً. مثلا، إذا كنا نرغب بالتأكد من ان المنطقة المقصودة هي منطقة فارغة فعلينا إدخال وسيلة قياس الى هذه المنطقة ولكن إذا ادخلنا شئ لايمكننا القول بعد ذلك ان المنطقة فارغة. هذا المنطلق الفلسفي هو الذي جعل اريستوطاليس (384-322 قبل المسيح) يعلن عدم إمكانية وجود منطقة فراغ مطلق على الاطلاق، وحتى من خلال منطق انه إذا كانت منطقة الفراغ النموذجي هو مثالا على العدم (اللاوجود)، فكيف يمكن إذن ان توجد؟.
وحتى قبل اريستوطاليس كان الفلاسفة الاغريق يناقشون الطبيعة الفيزيائية للعدم. في مجرى هذا الجدل انقسموا الى مجموعتين، اطلق على احداهم الجماعيين (pluralis´s) وعلى الثانية الذريين، (atomist), تعبيرا عن مضمون الخلاف في وجهات النظر. احد اشهر ممثلي الجماعيين كان الفيلسوف Empedokles (490-430) قبل المسيح، حيث كان ينفي وجود العدم. لقد كان يشير الى كل شئ في الكون يتكون من المكونات الاساسية: الهواء والماء والتراب ونار او من خليط منهم. في مواجته كان هناك الفيلسوف ديموكريتوس من ابديرا، (Demokritos from Abdera). هذا الفيلسوف كان يقول ان جميع الاشياء تتكون من ذرات لايمكن فصلها تشكل حجر البناء الاساسية وتملئ مساحات الفراغ.
اليوم يعتبر ديموكريتوس صاحب براءة إكتشاف الذرة كما ان كلمة " الذرة" الاغريقية تعني الذي لاينفصل. ومع ذلك فأن فلسفة يميدوكليس هي التي انتصرت وسادت في الفلسفة الغربية لذلك العهد بفضل اريستوطاليس، واستمرت طاغية بضعة مئات من السنوات. هذا الفكر هو الذي اعطى الوقود لموضوعة الخوف من الفراغ المسمى Horror vacui, والذي يعني ان في الطبيعة توجد قوى تسعى لملئ الفراغات بالمادة. هذا المبدأ اعيد صياغته بقوانين نيوتن، ليظهر لنا في الفن بتعابير مثل ان السعي الى تجميل المساحات الفارغة نابعة من كون الفراغ ظاهرة غير طبيعية.
Evangelista Torricelli
عصر التنوير وضع الاسس للثورة العلمية القائمة على التجربة. عام 1643 قام الفيزيائي الايطالي Evangelis Torricelli بتجربة انهت اسطورة خوف الطبيعة من الفراغ. لقد قام بإنشاء " الفراغ" من خلال ملئ اسطوانة زجاجية بالزئبق. الاسطوانة كانت بطول متر ومغلقة من احد اطرافها. عند عكس الاسطوانة ليصبح الطرف المغلق الى الاعلى يهبط الزئبق الى الاسفل ونلاحظ ظهور غرفة فارغة في اعلى الانبوبة.
تجاوزا ، وحسب ذلك العصر، يمكن القول ان العالم الايطالي قد اكتشف الفراغ. وبالرغم من ان العالم لايذكر اليوم من هذا الاختراع غير كونه ميزان الحرارة الزئبقي إلا انه في ذلك العهد سبب هزة علمية و"سحرية" كبيرة. الفيزيائيين كانوا يقيمون التجارب العلنية من اجل إبهار الناظرين عند رؤيتهم كيف تنطفئ الشمعة وكيف تموت النباتات والطيور وكيف يختفي الصوت في الغرف المفرغة الهواء. احد الباحثين منهم كان البريطاني Robert Boyle (1627-1691), الذي اعاد توضيح المصطلحات القديمة مثل الضغط الجوي والضغط بالعلاقة مع عامل الابعاد مثل الحجم والحرارة.
ومع ذلك فأن تجربة توريسيللي لم تحل من حيث المبدأ مشكلة الفراغ، حتى بالمقاييس القديمة، إذ ان الغرفة الفارغة فوق الزئبق احتوت على كمية ضئيلة من الزئبق على شكل بخار الزئبق. وبالرغم ذلك فقد تمكنت تجربته من خلق غرفة فراغ نموذجية (بمقاييس ذلك العصر) وكافية للتشكيك بالادعاء بأن الطبيعة تخشى "العدم" الى تلك الدرجة التي يدعيها اصحاب النظرية.
Issac Newton
في فترة تجارب Torricelli ومعاصريه كان العلم يفور بالتغيرات السريعة زصلت الى قمتها بظهور الفيزيائي ايساق نيوتن، (Issac Newton), عندما قام عام 1687 بنشر كتاب العصر "المبادئ". في هذا الكتاب لم يقم بمعالجة مقهوم " الفراغ" كفراغ فيزيائي وانما اهتم بمصطلح "الفضاء او الغرفة المطلقة".
الفضاء المطلق عند نيوتن هو مجرد ظاهرة تجريدية لامضمون لها، وهي تجريدية بدون حدود في كل الاتجاهات، ولكنها قادرة على التأثير على الاجسام التي تجد نفسها في هذا الفضاء المطلق. حسب نيوتن، يملك هذا الفضاء المطلق مقاييس قياسية عامة للراحة وللحركة المتتالية او الدورية، بمايسمح للاجسام بالتسارع فقط بالمقارنة مع الفضاء المطلق نفسه، واذا كانت تتأثر بقوة خارجية فهذا التأثير لن يتجاوز عما يحصل للاجسام الموجودة في جيلية ذات خواص خاصة. هذه الخواص الخاصة يمكن وصفها بالإزدحام الحاصل في الاتوبيس لمجموعة الكتل التي تصبح ككتلة واحدة كميكانيزم يمنع تغير الحركة.
نيوتن شارك ايضا بنشاط في النقاشات حول طبيعة الضوء. حسب وجهة نظره، يتآلف الضوء من تيار من الجزيئات. الهنولندي Christian Huygens, (1629-1695), كان يعارض نيوتن بالقول ان ملاحظاته تشير الى ان التيار الكهربائي ينتشر وكأنه موجات مائية، وهذه الموجات يجب ان تكون لها وسيلة تحملها وتنشرها.
Clerk Maxwell
نطرية نيوتن افترضت وجود "فضاء مطلق" بإعتباره حامل وناقل لمسارات إنتشار الضوء، مستقيمة ، ولكنها لم تضع شروط لمضمون ماهية الفضاء المطلق. هذا الامر قامت به نظرية Huygens. هذه النظرية تقول ان موجات الضوء تحتاج الى حامل او ناقل، تماما كما ان وجود الموجات يتطلب وجود الماء. هذا الحامل او الناقل اطلق عليه اسم " الاثير".
إفتراض الضوء كموجات تم إثباته في ستينات القرن الثامن عشر عندما قام الفيزيائي الاسكتلتندي Clerk Maxwell (1831-1879) بوضع معادلة عمل المجال الكهرومغناطيسي. بالارتباط مع ذلك اكتشف ماكسويل ان حقل المجال المغناطيسي ينتشر في الفضاء كالموجات، بالاضافة الى انه تمكن من حسب سرعة إنتشاره، وعندما ظهرت انها نفس سرعة الضوء التي إكتشفت قبله بقليل إستطاع ان يعلن ان الضوء هو حركة الموجات كهرومغناطيسية. بناء على هذه الاكتشافات الحاسمة لعصر ماكسويل توقف الفيزيائيين عن الخوض بموضوع الفراغ، بإعتباره موضوعا محسوما: لايوجد فراغ، ولكن فضاء ممتلئ بالاثير الغامض.
Albert A. Michelson
فكرة " الاتير" شكلت قاعدة انطلاق لمحاولات القياس التي كان علماء الفيزياء يحلمون بها عبر عصور وبالذات قياس سرعة الارض عبر الفضاء، اي سرعة "الاتير" في الفضاء المطلق. احدى الوسائل التي افترضوا مناسبتها لتحقيق الهدف، كان قياس سرعة الضوء في مختلف الاتجاهات.
الفكرة خلف اختيار هذه الطريقة ان الضوء، حسب النظرية، دائما ينتشر في مختلف الاتجاهات من خلال الاتير بسرعة ثابتة لاتتغير وسمة من سماته، بغض النطر عن حركة مصدر الضوء او مستقبله. ولكن إذا كانت الارض والناظر اليها يتحركون في الاتير ايضا يمكن للمرء من قياس سرعة للضوء لها علاقة بسرعة الارض وتوجهها. بمعنى انه إذا جاءت أشعة للضوء بإتجاه الارض وفي إتجاه سير الارض، فأننا سنقوم بقياس سرعة للضوء اقل من سرعة اشعة للضوء قادمة من لاتجاه المعاكس لسير الارض، هنا ستكون سرعة الاشعة اكبر. هذه الفرضية كانت خلفية لمجموعة من الاختبارات المشهورة في ثمانيات القرن الثامن عشر قام بها الفيزيائي الامريكي Albert A. Michelson, في البدء لوحده وفيما بعد بالتعاون من زميله Edward Morley. نتيجة القياسات كانت مفاجأة، إذ ظهر ان سرعة الضوء هي نفسها من مختلف الاتجاهات بغض النظر عن جهة حركة الارض. هذه النتائج تطلبت توضيحاً....
| Albert Einstein
التوضيح المقبول الاول الذي جرى تقديمه على نتائج التجارب اعلاه جاء من قبل الفيزيائي العبقري Albert Einstein (1879-1955), عندما وضع نظرية النسبية عام 1905. اينشتاين انطلق من ان جميع قوانين الفيزياء لاتتغيير بالنسبة لجميع الداخلين في الظاهرة المدروسة، الذين يتحركون بسرعة ثابتة بالنسبة لبعضهم البعض.
نظريته جاءت بالكثير من المفاجآت والتي تم لاحقا إثبات صحتها بالتجارب المختبرية، وقد تضمنت ان " الاتير" لاحاجة له. فرضية " الاتير" بإعتباره الفضاء المطلق لاتمثل إلا المادة في حركتها في حين تقدم نظرية النسبية العلاقة بين جميع الانظمة بالترابط مع حركتهم. من زاوية موضوعنا، يعني ذلك ان الضوء يستطيع ان ينتشر في الفضاء المحيط، وهذا في الحقيقة ماتوصلت اليه معادلة ماكسويل ايضا بالرغم من انه لا احد ،في حينه، تجرأ على القول بذلك. بإحالة الاتير الى التقاعد عاد النقاش حامياً حول مصطلح العدم ومما يتآلف.
Max Karl Ernst Ludwig Plank
منذ عام 1895 جرى التخلي عن نظرية الاتير، إذ ان الفيزيائي J.J. Thomson قد اكتشف الاليكترون، اول الاجزاء التي تم إثباتها من اجزاء الذرة. هذا الاكتشاف اظهر ان من سمات الطبيعة التكور على نفسها وليس السعي لملء الفراغات، لتأتي نظرية بلانك واضعة نهاية للقرن الثامن عشر ومؤشر على بدء عصر جديد. نظرية بلانك تقول بأنه ليس فقط المادة وانما ايضا الطاقة تتآلف من اجزاء. اجزاء الطاقة تسمى الكفانت وهي تمثل اصغر قدر من الطاقة يمكن تبادله بين المادة واشعة الحقل المغناطيسي، مثلا الضوء. بمساعدة نظرية الكفانت لبلانك، تمكن اينشتاين من شرح كيفية تحرير الالكترون من سطح مادة مضيئة، ومنه توضيح ان طاقة الضوء تظهر لنا على شكل اجزاء تسمى الفوتون.
نظرية الكفانت الجديدة ترابطت مع بنية الذرة وادت الى تغيير في رؤية علماء الذرة الكلاسيكية. المشكلة التي ظهرت الان هي القدرة على قياس هذا الوجود، من حيث ان المادة والطاقة يمكنهم ان يتواجدون فقط بكميات صغيرة، الامر الذي يشكل صعوبة على اجهزة القياس للإلتقاط هذا الوجود وقياسه. هذه المشكلة كانت مهداً لظهور افكار عظيمة.
Werner Karl Heisenberg
مشكلة القياس يمكن توضيحها من خلال مثال بسيط. لنفترض ان لدينا حوض ماء، ونرغب بقياس درجة حرارة الماء فيه. بالطبع سيكون من الاسهل وضع ميزان حرارة فيه. ميزان الحرارة يتبادل كمية صغيرة من الحرارة مع محيطه القريب، وعندما يصبح جاهزا يمكن قراءة النتيجة. ولكن لنقلل حجم هذا الحوض الى اقل الدرجات الممكنة. عندها نرى انه كلما صغرت حجم كمية المياه المراد قياسها كلما إزداد تأثير التبادل الحراري بين ميزان الحرارة ومحيطه من الماء (المجهولة حرارته الابتدائية) وبالتالي كلما زادت نسبة الخطأ. من هنا نرى انه وتحت ضغط الحجم المتناهي الصغر للذرات واجزائها لايمكن قياسها إلا بمساعدة ذرات واجزاء اخرى.
وبإعتبار، وحسب فرضية بلانك، دائما يجب تبادل كمية ضئيلة من الطاقة فستكون كل عملية قياس بحد ذاتها، تشويش على النظام الذي سيجري قياسه. هذه الحقيقة ادت الى ان الفيزيائي الالماني Werner Karl Heisenberg (1901-1976), وضع عام 1926 معادلته الشهيرة للعلاقة الغير دقيقة (Uncertainty principle)، التي تضع حدود اساسية دنيا لمستوى دقة القياسات الصغيرة، ليظهر بوضوح إستحالة قياس الجزيئات الاصغر، التي لايمكنها ان تملك في نفس الوقت سرعة ومكانا معرفا بدقة.
علاقة الإرتياب لهيزنبرغ هي :ΔE.Δt ≥ ħ/2 حيث ħ= h/2π
و من بين نتائجها الغريبة أنه بمكن للطاقة E أن تظهر من لا شيء إذا كانت ستختفي بعد لحظة قصيرة جدا t و بما أن الطاقة و الكتلة متكافئتان حسب نسبية آينشتاين E=mc2 فإنه يمكن لدقيقة m أن تبزغ من العدم لكنها لا تلبث أن تختفي و تسمى الدقائق الخيالية.
في نهاية المقال فقرة عن الجذور الرياضية للمعادلات.
الخطوة التالية على طريق فهمنا للعلاقة بين الذرة والفراغ جاءت عام 1930 من عالم الفيزياء الانكليزي Paul A. M. Dirac (1902-1984) الذي تمكن من دمج نظرية الكفانت مع نظرية النسبية. في هذا المسيار ركز ديراك على ان كل جزء من الاجزاء المتناهية في الصغر المعروفة لنا يوجد مثيل له في المادة المضادة، (antipartikel).
Paul Adrien Maurice Dirac
من اجل فهم هذه النظرة حول الجزيئات الجديدة يجب تصور وجود بحر منهم حيث يملئ في الواقع كل الفراغ. بفضل نظرية Paul Adrien Maurice Dirac-1902-1984 تم ملئ الفراغ الى اقصاه بالنشاطات، للمرة الثانية (المرة الاولى بالاتير) . الفكرة ليست " ذاتية" كما تظهر في التعابير. إذا عدنا الى نظرية هيسينبيرغ للعلاقة الغير دقيقة ، يمكن إستخدامها في عند الرغبة في قياس مستوى الطاقة في الفراغ. الجواب الاولي والمنطقي يجب ان يكون صفر، ولكن هذا الجواب يجب ان يكون خاطئ، لانه وحسب معادلة هيسينبيرغ، من المستحيل الحصول على نتائج دقيقة بشكل عام. ومن حيث ان قياس مستوى الطاقة لايخرج عن القانون العام، فأن المقدار " صفر" لايوجد في اي مكان على الاطلاق، إذ دائما يجب القول صفر + شئ بسيط، وبالذات متوسط القيمة التقديرية الداخلة في المعادلة. هذه الطاقة وتسمى نقطة الصفر المتغير، هي خلفية اساسية للعالم الذي نعيش فيه والذي اكتشف مؤخرا، وبالذات بحر التشويش الاشعاعي الكوني الخلفي.
Hendrik Casimir
من الوهلة الاولى يظهر وكأن من الممكن إعتبار الفضاء فارغاً إذا كان يحتوي على مقدار " صفر متغير" ، ولكن هذا غير صحيح. عام 1948 اثبت الفيزيائي Hendrik Brugt Gerhard Casimir -1909-2000 انه إذا وضعنا صفائح معدنية قرب بعضها البعض فأن قوة "الصفر المتغيير" تؤثر عليهم.
السبب ان قرب الصفائح من بعضها يعطي الحقل الكهرومغناطيسي فسحة للانتعاش بينهم، بكل بساطة لكون الحقل مؤلف من موجات. الصفائح تمنع خلق موجات اطول من المسافة المتاحة بينهم. لهذا السبب سيوجد كثافة مخفضة من الطاقة الكهرومغناطيسية بين الصفائح ومن هنا ينشأ مايسمى Casimir effect (Casimireffekten), كنتيجة لوجود كثافة اعلى خارج مسافة " الفراغ". وكلما كانت المسافة اقل بين الصفائح كلما كانت الطاقة اكبر.
عام 1997 تمكن العالم الامريكي Steven Lamoreaux, من قياس Casimir effect لاول مرة مختبرياً. لقد اظهر تتطابق النتائج مع الفرضية النظرية. عام 2002 جرت قياسات اكثر دقة من قبل ثلاث فيزيائيين ايطاليين، اثبتت من جديد صحة الاستنتاجات السابقة.
|| Albert Einstein
لقد اصبح ثابتا ان "العدم" يغلي بالطاقة، ولكن لنعود الى اينشتاين مرة اخرى، إذ توجد علاقة بين نظريته الكونية والطاقة في الفراغ.
الى عام 1905 عمل أينشتاين بتطوير نظرية النبسية، ليستمر بعدها وخلال عشرة سنين اخرى ببناء نظرية نسبية جديدة ليست مرتبطة هذه المرة بمراقب خارجي. نظريته النسبية العامة كانت نظرية عن قوة الجاذبية بين الاجسام. بمعنى آخر فالجاذبية هي سمة من سمات الفراغ، عندما يتعرض تناظره للخرق من الاجسام.
قد يعتقد المرء انه إذا كان الجسم بعيد بما يكفي عن الاجسام الاخرى سيكون عندها موجود في فراغ نموذجي، بدون تعرضه للجاذبية، ولكن بعد سنتين من نشر نظرية النسبية العامة آشار إينشتاين الى ان هذه الإمكانية غير واقعية. حسب الموديل العام للكون فأن الاجسام تخلق انحناء في الفراغ، وهذه الانحناءات هي نفسها في جميع انحاء الكون ومترابطة الى درجة انها هي السبب في تدوير الكون وجعله متصل من اطرافه. اي ان توزع المادة في الكون يترك له تأثيره في كل زاوية من الفراغ، وبالتالي لايوجد فراغ في الكون. في سعي اينشتاين لجعل هذا الموديل متطابقاً مع معلومات مسبقة ارتكب مااسماه بنفسه "خطيئة حياته الكبرى". الموديل تظهر ان قوة جاذبية الكون تجعله يسعى للتوسع ومن اجل " إلغاء" القوة الفائضة اقترح وجود قوة كونية كابحة. هذه القوة مرتبطة بالفراغ نفسه وليس لها مصدر مادي، وكلما زاد حجم الفراغ كلما زادت هذه القوة. بهذا الشكل قدم الموديل وضعا غير مستقر .
لاحقا ندم اينشتاين على خطأ العمر الذي ارتكبه عندما شوه معادلته بإضافة الثابت الكوني اليها، إذ ان العلماء إكتشفوا قبل عام 1930 بقليل ان الكون يتوسع، وبالتالي لم يعد هناك حاجة الى هذا الثابت الكوني المضاف، إذ ان حركة الكون يمكن توضيحها بالقوة الناجمة عن البيغ بانغ.
ولكن لو عاش اينشتاين حتى عام 2006 لندم على انه ندم على تغيير معادلته، إذ ان العلماء قد إكتشفوا ان الكون ليس فقط يتوسع ولكن ايضا ان حركة هذا التوسع تتسارع. هذا التطور لايمكن توضيحه إلا من خلال ان "الثابت الكوني" الذي قدمه إينشتاين هو صحيح او ان هناك قوة اخرى مساوية له وتدفع الكون نحو التوسع. بمعنى آخر فأن قوة الفراغ هي التي تسير الكون ديناميكياً.
المستقبل: بيغ بانغ مرتبطة بطاقة العدم
إذا كانت طاقة العدم هي التي تسيير توسع الكون فمن المعقول ايضاً ان تكون هي التي قدمت الطلقة الاولى لبدء البيغ بانغ. وبغض النظر عن قدر الاسئلة التي يمكن ان تراودنا عن اسباب ظهور الكون، فأن فكرة ان تكون النظرية الجديدة تتضمن في طياتها ميكانيزم بدء إنطلاق الكون امر يبعث الحيوية والترقب.
اغلب الشروحات التي تصف نشوء الكون تقوم على مبدأ انه من هذا " العدم" مع مايملكه من طاقة نقطة الصفر المتغييرة نشئ " جيبين" احدهم من الطاقة الموجبة والاخر من الطاقة السالبة. في الحالة الطبيعية يقوم كل جيب بإلغاء الاخر عل الفور، ليعود الامر الى طبيعته الذي يعطي الإمكانية لتكرر الحدث بما لاينتهي من المرات. ولكن هذا التكرار الذي لاينتهي يعطي الإمكانية لحدوث إختلال في الشروط بحيث انهم يتمكنون من الوجود فترة كافية لجعلهم يبتعدون عن بعضهم تحت تأثير قوى إختلال التوازن الكوني، التي تقذفهم بعيدا عن بعضهم البعض. احدى هذه "المرات" كانت المرة التي ولد فيها كوننا. في الفترة الاخيرة ظهر شكل من اشكال وحدة الاراء عند العلماء حول شكل حسابات الطاقة الكونية. طاقة الفراغ او العدم هي المهيمنة، واعطيت اسم الطاقة المظلمة، وتشكل ثلاث ارباع الطاقة الكلية. تتوجه اليوم معظم الابحاث الى ملاحقة الطاقة المظلمة والمادة المظلمة ومدى حقيقة تمثيلهم للعدم.
الاكوان المتعددة والاوتار الفائقة
على خلفية هذه النظريات تظهر نظرية الاكوان المتوازية والابعاد المتعددة او الاوتار الفائقة قد تكون لها علاقة بتوضيح مضمون العدم او لربما زيادة تعقيده. هل يمكن ان يكون هناك عالم اخر يتواجد بالضبط الى جانبنا الان وبالتماس المباشر معنا بدون ان نعلم عنه شئ؟ النظرية تقول ان العالم الذي نحيا فيه ليس عالم واحد. عالم الفيزياء MICHIO KAKU من جامعة نيويورك، يقول انه من حيث المبدأ يمكن ان توجد بضعة عوالم ولكل منها قوانيها الفيزيائية الخاصة بها. ويضيف ان من الممكن ان يكون عالمنا ليس إلا فقاعة من بين محيط من الفقاعات. هذا الامر مرتبط تماما بعدم إمكانية تحديد مكان الكفانت، وهو ايضا الذي يوضح إمكانية الكفانت على الظهور والاختفاء بسرعة هائلة، لربما بين العوالم المتوازية.
واهم سمات النظرية الجديدة هي كونها تسعى لتوحد الفيزياء الكوني وتعطي نظرية شاملة توضح ايضا ماقبل الانفجار العظيم. في حوار شارك فيه ALAN GUTH, MICHIO KAKU, BURT OVRUT, PAUL STEINHARDT, NEIL TUROK , LISA RANDALL, وهم نخبة من علماء الفيزياء، تظهر لدينا خصائص كثيرة للعوالم المتوازية، اقدم موجزا عنها هنا، ترجم من قبل القناص العربي:
أحدى الملاحظات المهمه التي لاحظها العلماء انه لا يوجد مكان محدد للالكترون فعند دراسة الذره هناك شواهد على وجود الاجسام الذريه في اكثر من مكان واحد في نفس الوقت ، ولم يجدو أي تفسير لذلك سوى وجود عوالم متوازيه بالبلايين بحيث يظهر الجزيء الذري في مكان اخر وتظهر جزيئات ذريه من عوالم اخرى في كوننا بعلاقات غير مفهومه .
العالم يتكون من اوتار او خيوط وليس من جزيئات ، كما كان الاعتقاد سابقاً. عندما نقوم بعمليه اكسترابوليشن الى بداية الانفجار فاننا نمر بما يسمى سينجيلوروتي وهو مبدأ انهيار قوانين الفيزياء
مشكلة السينجلوريتي غطت عليها نظرية الاوتار شيئا فشيئا الى ان ظهرت عدة أوجه لنظرية الاوتار وصلت الى خمس أوجه . بعد ان تهاوت نظرية الاوتار وبدا أن نظرية الاوتار هي طريق مسدود ظهرت نظرية الاكوان المتوازيه
ولكن لماذ وجد خمس أوجه لنظرية الاوتار وليس وجه واحد. ولماذ طغت نظرية الاوتار على نظرية الجاذبيه العظمى. ؟
الفرق بين نظرية الجاذبيه العظمى ونظرية الاوتار هو عدد الابعاد المكونه للكون . في نظرية الاوتار عدد هذه الابعاد هو 10. طبعا في ارضنا وحواسنا لا يستطيع الانسان تخيل أكثر من 3 . . عندما نقوم بوصف حركة وتر مضطرب بحريه فانه نستطيع أن نثبت رياضيا ان ابعاد الحريه هي 10. ومن هنا جاءت ال 10 أبعاد التي تصفها نظرية الوتر الحر. وهي تسع ابعاد اضافه الى بعد الزمن
نظرية الاوتار رفضت في الثمانينات ثم عادت مره اخرى وعانت ايضا في المره الاخرى لانه وجد منها 5 أوجه. وبعد طول معاناه أضيف البعد ال 11 لنظرية الاوتار وكان حدثا مهما جدا. لقد ازيح اللبس عن الاوجه الخمسه واتضح ان الاوجهه الخمسه ليست سوى مرادفات لا أكثر.
بعد اضافة البعد ال 11 اصبحت نظرية الاوتار نظريه مختلفه تماما عن النظريه الاصليه
ولانها مختلفه اصبح اسمها نظرية دبل ميمبرين أو الغشاء الثنائي باختصار نظرية M
حيث تعني M
magic, mystery, or membrane
Maybe M stands for mother, the mother of all strings. Maybe it's magic. Maybe it's the majesty, the majesty of a comprehensive theory of the Universe.
لقد اصبح على العلماء ايضاح البعد الحادي عشر لكي تكون النظريه مقبوله. هذا البعد هو بعد الجنون والعبقريه والغرابه واللانهائيه. هذا البعد على الرغم انه يحتوي على اللانهايه الا انه لايتجاوز اجزاء قليله من التريليون من المليميتر . وفي أقوال أخرى أقل من ذلك بكثير .
يعني في كل احداثي لعالمنا الثلاثي الابعاد يوجد بعد في الفراغ يتكون من جزء من عدة بلايين من المليمتر
تسريب الجاذبيه الى خارج كوننا يجعلها ضعيفه
ليزا راندال تسريب الجاذبيه من الفراغ الى كوننا عن طريق الغشاء الكوني . يعني ان الجاذبيه لا تختلف عن غيرها من القوى ولكن بعد مرورها من الغشاء الكوني تصلنا ضعيفه
الكون يحتوي على البعد الحادي عشر والبعد الحادي عشر يحتوي على غشاء ثنائي. أحد الغشائين هو كل ما يتصل بالكون الذي نعيش فيه بينما الغشاء الاخر يحتوي على كل ما هو ليس من كوننا
اصبح واضحا أنه من الممكن شرح السبب في ضعف الجاذبيه عن طريق الكون ذو الغشاء الثنائي. وبعد فتره بسيطه من الشرح الذي قدمته راندال أصبحت الساحه العلميه مكتظه بالتفسيرات التي تحتوي على أغشيه اسطوانيه وغير ذلك من النظريات التي ظهرت بكثافه. وكلها تحل عن طريق افتراض عالم موازي اخر وهكذا حتى اكتظ البعد الحادي عشر بالعوالم المتوازيه التي تتفاعل معنا عن طريق غشاء.
لقد بدأ العلماء يتساءلون من الذي يعيش في البعد ال 11. بل وعن انواع من الاغشيه التي يكون بعضها مخروقا وبعضها مثل الدونات وغير ذلك الكثير من الاغشيه التي يمكن أن تشرح بعض الامور المعقده مثل الاغشيه المتقاطعه.
لم يصبح الغشاء الذي قد يكون على شكل فقاعه أو على شكل قطعة قماش على كأس بل ظهر هناك اشكال ومقاسات من الاغشيه سميت غشاء pea
الاكوان الاخرى قد تكون أقرب الينا مما نتصور ولكنها قد تنهار فيها الجزيئات كما نعرفها وتختلف فيها القوانين
هذه الفقاعات ليست ثابته في الفراغ بل تتحرك على شكل أمواج.
السؤال الذي لم يجد أحد له جواب بعد هو مبدأ السينجولوريتي الذي تنهار فيه قوانين الفيزياء المعروفه لذلك يصعب الجواب على سؤال من اين جاء الكون والافضل التركيز على ما بعد البدايات الاولى للكون وعدم الاكتراث بالسينجلوريتي.
الكثير من علماء الفضاء تركو البحث في أصل الكون في مرحلة السينجلوريتي. وعندما سمع تيروك وزملائه بيرت يتحدث عن نظرية الغشاء وعن البعد الحادي عشر الذي يتصف بالاضراب المستمر أعجبهم ذلك الطرح
أجتمع ثلاث من الفيزيائيين يتبادلون الحديث عن منشأ الكون عندما كانو في رحله على القطار. وكان من ضمن الحديث أن سأل أحدهم لم لا يكون ممكنا أن ينشأ الكون بواسطة الاصطدام الذي نشأت عنه الماده والاشعاع.
ظل الثلاث علماء يتدارسون كيف يمكن للاغشيه الاصطدام وانتاج المؤثرات الاوليه للكون الى أن وصلو لنتيجه مفادها الانفجار العظيم ليست الا نتيجة أصطدام كونين متوازيين. وهو أمر يختلف عن النظريه التقليديه للانفجار العظيم.
ولكن كيف يمكن لاصطدام مثل هذا أن ينتج الكتل العظيمه المتفرقه مثل المجرات وغيرها من التكتلات الضخمه؟
الان يجب شرح كيف يمكن للاغشيه أن تنتج هذه التكتلات العظيمه. هل يوجد هذا الطرح في نظرية M نظرية الاغشيه. هل يوجد شيء له علاقه بالاغشيه يمكن أن يشرح ذلك؟
يقول العلماء أن معظم الناس يعتقدون أن الاغشيه مستويه على شكل صفائح من القماش بينما هذا غير صحيح. هذه الاغشيه يمكنها الالتواء والتموج وأنه أثناء هذا التموج تنشأ الماده وتظهر.
ان الاكوان المتوازيه تتحرك خلال البعد الحادي عشر على شكل امواج وكأي موج فأن هذه الامواج تلتوي . وهذا الالتواء هو مصدر التكتلات الضخمه في الكون بعد الانفجار العظيم. لقد تمكن العلماء من شرح خلق الكون وهم الان يأخذون القوانين الفيزيائيه الى ما قبل الانفجار العظيم الى الناحيه الاخرى.
أن وجود الاغشيه قبل وجود الكون يعتبر دليل على وجود الوقت قبل الاكوان وقبل السينجلوريتي. يمكنك الرجوع بالزمن الى قرب المكان الذي حصل فيه التوسع وعندها يتحول العالم الى عالم اخر مختلف. فعندما تصطدم الاغشيه فان ذلك الاصطدام يمكن تفسيره من خلال نظرية الاغشيه. وتصبح المسأله مجرد معادلات رياضيه يمكن حلها.
لقد اجهز الثلاث علماء على السينيجلوريتي خلال ساعه اثناء رحله بالقطار. مختصر الكلام أنه لايوجد هناك شيء اسمه سينجلوريتي. لان الزمان مستمر حتى قبل الانفجار وقوانين الفيزياء موجوده حتى قبل الانفجار.
أن هذا التفكير حديث جدا ولو وجد قبولا في الجهات العلميه الرسميه فسيكون ذلك تفسيرا متكاملا وسيقدم الحلقه المفقوده في نظرية اينشتاين التي كانت متوقفه عند السينجيلوريتي.
قد يتكون هذا العالم من عدد لا حصر له من الاكوان وما كوننا الا فقاعه في محيط من الفقاعات التي لكل منها قوانين فيزياء خاصه به تختلف فيها الثوابت الفيزيائيه.
هل يمكننا إستخدام طاقة العدم؟
صناعة ماكينة لاتتوقف:
منذ القديم سعى الانسان لخلق ماكينة لاتتوقف تنتج طاقتها بنفسها. الان وبعد إكتشافنا ان " العدم" ممتلئ بالطاقة سيكون من الادعى التفكير بإستغلالها والحصول على طاقة مطلقة لاتنضب من اللاشئ. فهل بالامكان خلق ماكينة ابدية؟
من حيث ان ماكينة من هذا النوع ستستخدم طاقة "موجودة" مسبقا فلايمكن القول ان الماكينة ابدية بالمعنى الكلاسيكي. من حيث ان إستهلاك كل شكل من اشكال الطاقة يتضمن نقله من مكان الى اخر، بمعنى من مكان ذو طاقة عالية الى مكان ذو طاقة منخفضة، في ذات الوقت الذي تكون فيه طاقة الفراغ موجودة في كل مكان، لذلك سميت ماكينة من هذا النوع ماكينة ابدية من الدور الثاني.
عام 2002 تمكن العالم الامريكي المثير للجدل Thomas A. Bearden من الحصول على براءة إختراع لماكينة تستخلص الطاقة من " فضاء العدم". بدون اعتراض صممت الماكينة بناء على قواعد وقوانين الفيزياء الاساسية. والماكينة تشتغل عمليا وفعلا، بالرغم من انه ليس ثابتا لحد الان فيما إذا كانت تنتج من الطاقة اكثر مما تستهلك.
التوجه الى النجوم
احدى الالامكانيات النظرية لإستغلال قانون Casimir effect تم طرحه عام 1984 من قبل الفيزيائي الامريكي Robert Forward, الذي كان احد الطليعيين في مجال الرحلات الفضائية. فكرته تتمحور حول تزويد صفيحتين قريبتين من بعضهم حسب القانون اعلاه، بمزودات شحن كهربائي من نفس نوع المخلوق طبيعياً. التناقض الناشئ في الكهرباء الساكنة سيعوض ظاهرة كاسيمير وبالتالي سيمكن إستخدام طاقة الفراغ لأغراض اخرى. ولكن كيف سيتم تحويل طاقة الفراغ الى طاقة دافعة لمركبة فضائية، لازال بدون حل.
القنبلة البديلة
السيناريو الاكثر رعبا لإمكانية إستخدام طاقة العدم هو الإمكانية النظرية لخلق قنبلة " الفراغ". مثل هذه القنبلة ستطلق من الطاقة مايجعل حتى القنبلة الهيدروجينية تظهر وكأنها لعبة اطفال.
على خلفية هذا الامر لم يبقى إلا التمني بوجود قوانين لم تكتشف بعد تجعل من مثل هذه القنبلة امر غير ممكن. احدى الحجج التي يمكن الاتكاء عليها ان الانفجار الوحيد الذي جرى بفضل طاقة الفراغ هو الانفجار العظيم نفسه، الامر الذي يظهر مدى ندرة هذا النوع من الانفجارات.
نظرة على الجذور الرياضية
في القرن التاسع عشر كان العلماء يقفون امام بضعة مشاكل رئيسية، منها الضوء والاشعة وقوة التفاعل الكيميائي. عام 1913 إكتشف العالم الدانماركي Niels Bohr موديل بنية الذرة، وفيه وصف للطاقة التي تضبطه على انها الكفانت. هذا الموديل كان يوضح مشاكل رئيسية هي:
كيف نجعل الذرة مستقرة
كيف نمنع الاليكترون من القفز عبر المدارات
منع ظهور مدارات جديدة
المدار المسموح هو المدار الذي يدور فيه الاليكترون دورة كاملة
هذه القواعد كانت " إفتراضية" ولكنها اثبتت صحتها. فيما بعد جاء العالم Max Planck, بإكتشافه القيمة الثابتة بلانك، h = 6,6261·10−34 J·s. وهي قيمة تشير الى العامل المتغير بين الموجات والطاقة، وتستخدم في نظرية الكفانت وعلى الاخص مع الفوتونات. وإذا اعتبرنا ان الطاقة تأتي على دفعات، فيصبح ثابت بلانك التالي:
E=h.f,
E-الطاقة
h-ثابت بلانك
f-تردد الموجة
بعد نظرية بلانك ننتقل الى نظرية Louis de Broglie, حيث يعالج الضوء من حيث كونه امواج تأتي على دفعات. من هنا نرى ان القانون السابق ،E=h.f، يصبح p=hf/c، حيث p هي عدد الاهتزازات. ولكن نحن نعلم ان c/f هو طول الموجات التي يرمز اليها بالرمز l لتأخذ المعادلة الشكل التالي: p=h/ l. بالنسبة للالكترونات نعلم ان معادلتهم تأخذ الشكل التالي: p=mv, وبالتعويض نحصل على المعادلة التالية: l=h/mv . من اجل الاجابة على سؤال فيما إذا كانت الالكترونات تملك طول موجة نقوم بتوحيد معادلتي بوهر وبروغليي مع بعض. معادلة بوهر تقول بأن موجة الالكترونات هي عدة التفافات حول المركز: h/mv في حين تقول معادلة بروغليي ان طول الموجة = h/p = h/mv .
هنا نصل الى دور Heisenberg & Schrödinger 1925.
حسب الفيزياء الكلاسيكية فأن :
الطاقة= الطاقة المتحركة+الطاقة الساكنة
mv2/2 + V = E (p=mv): p2/2m + V = E
لنفترض وجود وظيفة موجية بالقيمة:
ψ (psi) والتي تصف حالة التموج. الان نقوم بضرب طرفي المعادلة السابقة بالوظيفة التموجية ψ.
p2/2m ψ + V ψ = E ψ
بتعويض p بالقيمة ih∂/∂x نحصل على معادلة Schrödinger, في حين معادلة Heisenberg اكثر تعقيداً وتأخذ الشكل التالي:
h2/2m ∂2ψ/∂x2 + V ψ =Eψ .
معادلة Schrödinger لها السمات التالي:
اولا: تتعلق ببعض اشكال الطاقة.
ثانيا:تظهر لنا طاقة الالكترونات في المسيارات "المسموحة" فقط.
تعطي جوابا عن المشاكل التي قدمها بوهر
رابعا:تظهر الامواج التي تكلم عنها بروغليز.
ولكن ماذا تعني معادلة الامواج؟
اولا: تشير الى ان الجواب على التساؤلات مرتبط ببعضه.
ثانيا: ان معادلة "الامواج" تحوي مقدار إحتمال وجود الالكترون في إحدى حالاته.
ثالثا: الالكترون لايملك حالة وجود واحدة، وانما يوجد عدة " إحتمالات" لوجوده في إحدى الاماكن.
اين الالكترون؟
مكان وجود الالكترون مرتبط بعدة عوامل: سرعته، إتجاهه الخ.
لكل عامل توجد رموز رياضية تستخدم للحصول على القيمة الاحتمالية لوجود هذا العامل في الموجة.
معادلة Schrödinger تتضمن رموز الطاقة.
h2/2m ∂2ψ/∂x2 + V ψ =Eψوالعدم في الفلسفة ايضا انطلاقا من المعنى اللغوي للكلمة، ومنها فلسفة الخلق من العدم وتعارضها فكرة الخلق بالفيض الالهي.
العدم في الفيزياء حتى زمن قصير كانت الاوساط العلمية تؤمن بوجود العدم بالمعنى اللغوي للكلمة غير ان تطورات عاصفة في علم الفيزياء ادت الى قلب الامور رأسا على عقب ليظهر انه لايوجد في الطبيعة عدم بالمعنى اللغوي للكلمة، وان لم يكن هناك عدم ابدا.
البحث في " العدم" شكل قوة دفع هائلة للعلم في طريقه لفهم الطبيعة. العلم الحديث يشير الى ان "العدم" في واقع الامر ليس إلا بحر من الجزيئات المتدفقة ، تختفي لتحل محلها اخرى.
تاريخ " العدم" هو ايضا تاريخ كل شئ. الابحاث الجديدة تربط مصير الكون مع مصير الطاقة الموجودة في " العدم". عبر التاريخ، اعطت دراسات "الفراغ" الكثير من وجهات النظر، لتصل اليوم الى ان "العدم" بمعناه الكلاسيكي، بكل بساطة: لايوجد.
الفراغ ليس إلا وهم. وحتى الفراغات الفضائية النموذجية ظهر انها تمتلئ بالنشاطات المنبعثة بمستويات ذرية.
مالذي نستطيع الوصول اليه اليوم في المختبرات، هو شئ تافه ولايقترب مما يحدث في الفراغات الحقيقية. اقل ضغط يمكننا خلقه اليوم بمساعدة احدث تكنيك متوفر حالياً يصل الى مادون واحد من البليون ميليبار، في حين ان الضغط الجوي الطبيعي يكون حوالي الف ميليبار. وحتى هذا الرقم الذي يظهر صغير للغاية على الورق يحوي على كثافة تصل الى 100 ذرة في السنتمتر مكعب.
من المنطقي ان يعتقد البعض ان هذه الحالة تعطي اساسا للقول ان هناك فراغا قد نشأ بين هذه الذرات، ولكن حتى هذا الاعتقاد غير صحيح. من حيث ان المختبرات الارضية موجودة على الارض، فهي توجد محاطة بالاشعاعات من كافة الانحاء. فقط الحرارة السائدة كافية لتعطي خلفية من الموجات الاليكترومغناطيسية، حيث اطوال موجاتها تعتمد على درجة الحرارة، وكلما كانت درجة الحرارة عالية كلما اصبحت الموجات قصيرة وبالتالي احتوى السنتمتر المكعب على طاقة اكبر.
الوضع في البيئة الكونية اكثر إثارة. متوسط كثافة المادة في الفضاء الخارجي وتزيد عن بضعة ذرات من الهيدروجين في المتر المكعب الواحد، وبالتالي يحتمل ان يوجد في مكان ما من الفضاء متراً مكعبا بدون اي ذرة هيدروجين على الاطلاق، ولكن حتى هذا المتر المكعب لايمثل منطقة فارغة.
الكون بكامله هو شكل من اشكال الناتج الحراري للانفجار الكبير: بيغ بانغ. هذه الحرارة تظهر لنا على شكل موجات إشعاعية قصيرة، تصل الينا تقريبا متشابهة من كافة جهات الكون. هذه الاشعة تعادل حرارة الكون والتي تصل الى حوالي ناقص 270,42 درجة مئوية. اي انها اعلى من الصفر المطلق بحوالي 2,73 درجة مئوية، حيث الصفر المطلق يكون ناقص 273,15 درجة مئوية. والفرق يعطينا حرارة عالية للغاية بالمقارنة مع مايمكننا الحصول عليه في المختبر بالطرق الراهنة.
يمكن القول ان الكون يتسارع مستهلكا المادة ليخلق منها الاشعاعات يسبح فيها موسعا فضائه. بمعنى آخر لايوجد عدم مطلق، ومن الناحية الفيزيائية يستحيل وجوده.
العدم في العصر الاغريقي:
في البدء يجب تحديد ماذا نعني بمفهوم "العدم" المطلق او الفراغ الكامل، فقط لكون الامر غير ممكن عملياً. مثلا، إذا كنا نرغب بالتأكد من ان المنطقة المقصودة هي منطقة فارغة فعلينا إدخال وسيلة قياس الى هذه المنطقة ولكن إذا ادخلنا شئ لايمكننا القول بعد ذلك ان المنطقة فارغة. هذا المنطلق الفلسفي هو الذي جعل اريستوطاليس (384-322 قبل المسيح) يعلن عدم إمكانية وجود منطقة فراغ مطلق على الاطلاق، وحتى من خلال منطق انه إذا كانت منطقة الفراغ النموذجي هو مثالا على العدم (اللاوجود)، فكيف يمكن إذن ان توجد؟.
وحتى قبل اريستوطاليس كان الفلاسفة الاغريق يناقشون الطبيعة الفيزيائية للعدم. في مجرى هذا الجدل انقسموا الى مجموعتين، اطلق على احداهم الجماعيين (pluralis´s) وعلى الثانية الذريين، (atomist), تعبيرا عن مضمون الخلاف في وجهات النظر. احد اشهر ممثلي الجماعيين كان الفيلسوف Empedokles (490-430) قبل المسيح، حيث كان ينفي وجود العدم. لقد كان يشير الى كل شئ في الكون يتكون من المكونات الاساسية: الهواء والماء والتراب ونار او من خليط منهم. في مواجته كان هناك الفيلسوف ديموكريتوس من ابديرا، (Demokritos from Abdera). هذا الفيلسوف كان يقول ان جميع الاشياء تتكون من ذرات لايمكن فصلها تشكل حجر البناء الاساسية وتملئ مساحات الفراغ.
اليوم يعتبر ديموكريتوس صاحب براءة إكتشاف الذرة كما ان كلمة " الذرة" الاغريقية تعني الذي لاينفصل. ومع ذلك فأن فلسفة يميدوكليس هي التي انتصرت وسادت في الفلسفة الغربية لذلك العهد بفضل اريستوطاليس، واستمرت طاغية بضعة مئات من السنوات. هذا الفكر هو الذي اعطى الوقود لموضوعة الخوف من الفراغ المسمى Horror vacui, والذي يعني ان في الطبيعة توجد قوى تسعى لملئ الفراغات بالمادة. هذا المبدأ اعيد صياغته بقوانين نيوتن، ليظهر لنا في الفن بتعابير مثل ان السعي الى تجميل المساحات الفارغة نابعة من كون الفراغ ظاهرة غير طبيعية.
Evangelista Torricelli
عصر التنوير وضع الاسس للثورة العلمية القائمة على التجربة. عام 1643 قام الفيزيائي الايطالي Evangelis Torricelli بتجربة انهت اسطورة خوف الطبيعة من الفراغ. لقد قام بإنشاء " الفراغ" من خلال ملئ اسطوانة زجاجية بالزئبق. الاسطوانة كانت بطول متر ومغلقة من احد اطرافها. عند عكس الاسطوانة ليصبح الطرف المغلق الى الاعلى يهبط الزئبق الى الاسفل ونلاحظ ظهور غرفة فارغة في اعلى الانبوبة.
تجاوزا ، وحسب ذلك العصر، يمكن القول ان العالم الايطالي قد اكتشف الفراغ. وبالرغم من ان العالم لايذكر اليوم من هذا الاختراع غير كونه ميزان الحرارة الزئبقي إلا انه في ذلك العهد سبب هزة علمية و"سحرية" كبيرة. الفيزيائيين كانوا يقيمون التجارب العلنية من اجل إبهار الناظرين عند رؤيتهم كيف تنطفئ الشمعة وكيف تموت النباتات والطيور وكيف يختفي الصوت في الغرف المفرغة الهواء. احد الباحثين منهم كان البريطاني Robert Boyle (1627-1691), الذي اعاد توضيح المصطلحات القديمة مثل الضغط الجوي والضغط بالعلاقة مع عامل الابعاد مثل الحجم والحرارة.
ومع ذلك فأن تجربة توريسيللي لم تحل من حيث المبدأ مشكلة الفراغ، حتى بالمقاييس القديمة، إذ ان الغرفة الفارغة فوق الزئبق احتوت على كمية ضئيلة من الزئبق على شكل بخار الزئبق. وبالرغم ذلك فقد تمكنت تجربته من خلق غرفة فراغ نموذجية (بمقاييس ذلك العصر) وكافية للتشكيك بالادعاء بأن الطبيعة تخشى "العدم" الى تلك الدرجة التي يدعيها اصحاب النظرية.
Issac Newton
في فترة تجارب Torricelli ومعاصريه كان العلم يفور بالتغيرات السريعة زصلت الى قمتها بظهور الفيزيائي ايساق نيوتن، (Issac Newton), عندما قام عام 1687 بنشر كتاب العصر "المبادئ". في هذا الكتاب لم يقم بمعالجة مقهوم " الفراغ" كفراغ فيزيائي وانما اهتم بمصطلح "الفضاء او الغرفة المطلقة".
الفضاء المطلق عند نيوتن هو مجرد ظاهرة تجريدية لامضمون لها، وهي تجريدية بدون حدود في كل الاتجاهات، ولكنها قادرة على التأثير على الاجسام التي تجد نفسها في هذا الفضاء المطلق. حسب نيوتن، يملك هذا الفضاء المطلق مقاييس قياسية عامة للراحة وللحركة المتتالية او الدورية، بمايسمح للاجسام بالتسارع فقط بالمقارنة مع الفضاء المطلق نفسه، واذا كانت تتأثر بقوة خارجية فهذا التأثير لن يتجاوز عما يحصل للاجسام الموجودة في جيلية ذات خواص خاصة. هذه الخواص الخاصة يمكن وصفها بالإزدحام الحاصل في الاتوبيس لمجموعة الكتل التي تصبح ككتلة واحدة كميكانيزم يمنع تغير الحركة.
نيوتن شارك ايضا بنشاط في النقاشات حول طبيعة الضوء. حسب وجهة نظره، يتآلف الضوء من تيار من الجزيئات. الهنولندي Christian Huygens, (1629-1695), كان يعارض نيوتن بالقول ان ملاحظاته تشير الى ان التيار الكهربائي ينتشر وكأنه موجات مائية، وهذه الموجات يجب ان تكون لها وسيلة تحملها وتنشرها.
Clerk Maxwell
نطرية نيوتن افترضت وجود "فضاء مطلق" بإعتباره حامل وناقل لمسارات إنتشار الضوء، مستقيمة ، ولكنها لم تضع شروط لمضمون ماهية الفضاء المطلق. هذا الامر قامت به نظرية Huygens. هذه النظرية تقول ان موجات الضوء تحتاج الى حامل او ناقل، تماما كما ان وجود الموجات يتطلب وجود الماء. هذا الحامل او الناقل اطلق عليه اسم " الاثير".
إفتراض الضوء كموجات تم إثباته في ستينات القرن الثامن عشر عندما قام الفيزيائي الاسكتلتندي Clerk Maxwell (1831-1879) بوضع معادلة عمل المجال الكهرومغناطيسي. بالارتباط مع ذلك اكتشف ماكسويل ان حقل المجال المغناطيسي ينتشر في الفضاء كالموجات، بالاضافة الى انه تمكن من حسب سرعة إنتشاره، وعندما ظهرت انها نفس سرعة الضوء التي إكتشفت قبله بقليل إستطاع ان يعلن ان الضوء هو حركة الموجات كهرومغناطيسية. بناء على هذه الاكتشافات الحاسمة لعصر ماكسويل توقف الفيزيائيين عن الخوض بموضوع الفراغ، بإعتباره موضوعا محسوما: لايوجد فراغ، ولكن فضاء ممتلئ بالاثير الغامض.
Albert A. Michelson
فكرة " الاتير" شكلت قاعدة انطلاق لمحاولات القياس التي كان علماء الفيزياء يحلمون بها عبر عصور وبالذات قياس سرعة الارض عبر الفضاء، اي سرعة "الاتير" في الفضاء المطلق. احدى الوسائل التي افترضوا مناسبتها لتحقيق الهدف، كان قياس سرعة الضوء في مختلف الاتجاهات.
الفكرة خلف اختيار هذه الطريقة ان الضوء، حسب النظرية، دائما ينتشر في مختلف الاتجاهات من خلال الاتير بسرعة ثابتة لاتتغير وسمة من سماته، بغض النطر عن حركة مصدر الضوء او مستقبله. ولكن إذا كانت الارض والناظر اليها يتحركون في الاتير ايضا يمكن للمرء من قياس سرعة للضوء لها علاقة بسرعة الارض وتوجهها. بمعنى انه إذا جاءت أشعة للضوء بإتجاه الارض وفي إتجاه سير الارض، فأننا سنقوم بقياس سرعة للضوء اقل من سرعة اشعة للضوء قادمة من لاتجاه المعاكس لسير الارض، هنا ستكون سرعة الاشعة اكبر. هذه الفرضية كانت خلفية لمجموعة من الاختبارات المشهورة في ثمانيات القرن الثامن عشر قام بها الفيزيائي الامريكي Albert A. Michelson, في البدء لوحده وفيما بعد بالتعاون من زميله Edward Morley. نتيجة القياسات كانت مفاجأة، إذ ظهر ان سرعة الضوء هي نفسها من مختلف الاتجاهات بغض النظر عن جهة حركة الارض. هذه النتائج تطلبت توضيحاً....
| Albert Einstein
التوضيح المقبول الاول الذي جرى تقديمه على نتائج التجارب اعلاه جاء من قبل الفيزيائي العبقري Albert Einstein (1879-1955), عندما وضع نظرية النسبية عام 1905. اينشتاين انطلق من ان جميع قوانين الفيزياء لاتتغيير بالنسبة لجميع الداخلين في الظاهرة المدروسة، الذين يتحركون بسرعة ثابتة بالنسبة لبعضهم البعض. نظريته جاءت بالكثير من المفاجآت والتي تم لاحقا إثبات صحتها بالتجارب المختبرية، وقد تضمنت ان " الاتير" لاحاجة له. فرضية " الاتير" بإعتباره الفضاء المطلق لاتمثل إلا المادة في حركتها في حين تقدم نظرية النسبية العلاقة بين جميع الانظمة بالترابط مع حركتهم. من زاوية موضوعنا، يعني ذلك ان الضوء يستطيع ان ينتشر في الفضاء المحيط، وهذا في الحقيقة ماتوصلت اليه معادلة ماكسويل ايضا بالرغم من انه لا احد ،في حينه، تجرأ على القول بذلك. بإحالة الاتير الى التقاعد عاد النقاش حامياً حول مصطلح العدم ومما يتآلف.
Max Karl Ernst Ludwig Plank
منذ عام 1895 جرى التخلي عن نظرية الاتير، إذ ان الفيزيائي J.J. Thomson قد اكتشف الاليكترون، اول الاجزاء التي تم إثباتها من اجزاء الذرة. هذا الاكتشاف اظهر ان من سمات الطبيعة التكور على نفسها وليس السعي لملء الفراغات، لتأتي نظرية بلانك واضعة نهاية للقرن الثامن عشر ومؤشر على بدء عصر جديد. نظرية بلانك تقول بأنه ليس فقط المادة وانما ايضا الطاقة تتآلف من اجزاء. اجزاء الطاقة تسمى الكفانت وهي تمثل اصغر قدر من الطاقة يمكن تبادله بين المادة واشعة الحقل المغناطيسي، مثلا الضوء. بمساعدة نظرية الكفانت لبلانك، تمكن اينشتاين من شرح كيفية تحرير الالكترون من سطح مادة مضيئة، ومنه توضيح ان طاقة الضوء تظهر لنا على شكل اجزاء تسمى الفوتون. نظرية الكفانت الجديدة ترابطت مع بنية الذرة وادت الى تغيير في رؤية علماء الذرة الكلاسيكية. المشكلة التي ظهرت الان هي القدرة على قياس هذا الوجود، من حيث ان المادة والطاقة يمكنهم ان يتواجدون فقط بكميات صغيرة، الامر الذي يشكل صعوبة على اجهزة القياس للإلتقاط هذا الوجود وقياسه. هذه المشكلة كانت مهداً لظهور افكار عظيمة.
Werner Karl Heisenberg
مشكلة القياس يمكن توضيحها من خلال مثال بسيط. لنفترض ان لدينا حوض ماء، ونرغب بقياس درجة حرارة الماء فيه. بالطبع سيكون من الاسهل وضع ميزان حرارة فيه. ميزان الحرارة يتبادل كمية صغيرة من الحرارة مع محيطه القريب، وعندما يصبح جاهزا يمكن قراءة النتيجة. ولكن لنقلل حجم هذا الحوض الى اقل الدرجات الممكنة. عندها نرى انه كلما صغرت حجم كمية المياه المراد قياسها كلما إزداد تأثير التبادل الحراري بين ميزان الحرارة ومحيطه من الماء (المجهولة حرارته الابتدائية) وبالتالي كلما زادت نسبة الخطأ. من هنا نرى انه وتحت ضغط الحجم المتناهي الصغر للذرات واجزائها لايمكن قياسها إلا بمساعدة ذرات واجزاء اخرى. وبإعتبار، وحسب فرضية بلانك، دائما يجب تبادل كمية ضئيلة من الطاقة فستكون كل عملية قياس بحد ذاتها، تشويش على النظام الذي سيجري قياسه. هذه الحقيقة ادت الى ان الفيزيائي الالماني Werner Karl Heisenberg (1901-1976), وضع عام 1926 معادلته الشهيرة للعلاقة الغير دقيقة (Uncertainty principle)، التي تضع حدود اساسية دنيا لمستوى دقة القياسات الصغيرة، ليظهر بوضوح إستحالة قياس الجزيئات الاصغر، التي لايمكنها ان تملك في نفس الوقت سرعة ومكانا معرفا بدقة.
علاقة الإرتياب لهيزنبرغ هي :ΔE.Δt ≥ ħ/2 حيث ħ= h/2π
و من بين نتائجها الغريبة أنه بمكن للطاقة E أن تظهر من لا شيء إذا كانت ستختفي بعد لحظة قصيرة جدا t و بما أن الطاقة و الكتلة متكافئتان حسب نسبية آينشتاين E=mc2 فإنه يمكن لدقيقة m أن تبزغ من العدم لكنها لا تلبث أن تختفي و تسمى الدقائق الخيالية.
في نهاية المقال فقرة عن الجذور الرياضية للمعادلات.
الخطوة التالية على طريق فهمنا للعلاقة بين الذرة والفراغ جاءت عام 1930 من عالم الفيزياء الانكليزي Paul A. M. Dirac (1902-1984) الذي تمكن من دمج نظرية الكفانت مع نظرية النسبية. في هذا المسيار ركز ديراك على ان كل جزء من الاجزاء المتناهية في الصغر المعروفة لنا يوجد مثيل له في المادة المضادة، (antipartikel).
Paul Adrien Maurice Dirac
من اجل فهم هذه النظرة حول الجزيئات الجديدة يجب تصور وجود بحر منهم حيث يملئ في الواقع كل الفراغ. بفضل نظرية Paul Adrien Maurice Dirac-1902-1984 تم ملئ الفراغ الى اقصاه بالنشاطات، للمرة الثانية (المرة الاولى بالاتير) . الفكرة ليست " ذاتية" كما تظهر في التعابير. إذا عدنا الى نظرية هيسينبيرغ للعلاقة الغير دقيقة ، يمكن إستخدامها في عند الرغبة في قياس مستوى الطاقة في الفراغ. الجواب الاولي والمنطقي يجب ان يكون صفر، ولكن هذا الجواب يجب ان يكون خاطئ، لانه وحسب معادلة هيسينبيرغ، من المستحيل الحصول على نتائج دقيقة بشكل عام. ومن حيث ان قياس مستوى الطاقة لايخرج عن القانون العام، فأن المقدار " صفر" لايوجد في اي مكان على الاطلاق، إذ دائما يجب القول صفر + شئ بسيط، وبالذات متوسط القيمة التقديرية الداخلة في المعادلة. هذه الطاقة وتسمى نقطة الصفر المتغير، هي خلفية اساسية للعالم الذي نعيش فيه والذي اكتشف مؤخرا، وبالذات بحر التشويش الاشعاعي الكوني الخلفي.
Hendrik Casimir
من الوهلة الاولى يظهر وكأن من الممكن إعتبار الفضاء فارغاً إذا كان يحتوي على مقدار " صفر متغير" ، ولكن هذا غير صحيح. عام 1948 اثبت الفيزيائي Hendrik Brugt Gerhard Casimir -1909-2000 انه إذا وضعنا صفائح معدنية قرب بعضها البعض فأن قوة "الصفر المتغيير" تؤثر عليهم. السبب ان قرب الصفائح من بعضها يعطي الحقل الكهرومغناطيسي فسحة للانتعاش بينهم، بكل بساطة لكون الحقل مؤلف من موجات. الصفائح تمنع خلق موجات اطول من المسافة المتاحة بينهم. لهذا السبب سيوجد كثافة مخفضة من الطاقة الكهرومغناطيسية بين الصفائح ومن هنا ينشأ مايسمى Casimir effect (Casimireffekten), كنتيجة لوجود كثافة اعلى خارج مسافة " الفراغ". وكلما كانت المسافة اقل بين الصفائح كلما كانت الطاقة اكبر.
عام 1997 تمكن العالم الامريكي Steven Lamoreaux, من قياس Casimir effect لاول مرة مختبرياً. لقد اظهر تتطابق النتائج مع الفرضية النظرية. عام 2002 جرت قياسات اكثر دقة من قبل ثلاث فيزيائيين ايطاليين، اثبتت من جديد صحة الاستنتاجات السابقة.
|| Albert Einstein
لقد اصبح ثابتا ان "العدم" يغلي بالطاقة، ولكن لنعود الى اينشتاين مرة اخرى، إذ توجد علاقة بين نظريته الكونية والطاقة في الفراغ.
الى عام 1905 عمل أينشتاين بتطوير نظرية النبسية، ليستمر بعدها وخلال عشرة سنين اخرى ببناء نظرية نسبية جديدة ليست مرتبطة هذه المرة بمراقب خارجي. نظريته النسبية العامة كانت نظرية عن قوة الجاذبية بين الاجسام. بمعنى آخر فالجاذبية هي سمة من سمات الفراغ، عندما يتعرض تناظره للخرق من الاجسام.
قد يعتقد المرء انه إذا كان الجسم بعيد بما يكفي عن الاجسام الاخرى سيكون عندها موجود في فراغ نموذجي، بدون تعرضه للجاذبية، ولكن بعد سنتين من نشر نظرية النسبية العامة آشار إينشتاين الى ان هذه الإمكانية غير واقعية. حسب الموديل العام للكون فأن الاجسام تخلق انحناء في الفراغ، وهذه الانحناءات هي نفسها في جميع انحاء الكون ومترابطة الى درجة انها هي السبب في تدوير الكون وجعله متصل من اطرافه. اي ان توزع المادة في الكون يترك له تأثيره في كل زاوية من الفراغ، وبالتالي لايوجد فراغ في الكون. في سعي اينشتاين لجعل هذا الموديل متطابقاً مع معلومات مسبقة ارتكب مااسماه بنفسه "خطيئة حياته الكبرى". الموديل تظهر ان قوة جاذبية الكون تجعله يسعى للتوسع ومن اجل " إلغاء" القوة الفائضة اقترح وجود قوة كونية كابحة. هذه القوة مرتبطة بالفراغ نفسه وليس لها مصدر مادي، وكلما زاد حجم الفراغ كلما زادت هذه القوة. بهذا الشكل قدم الموديل وضعا غير مستقر .
لاحقا ندم اينشتاين على خطأ العمر الذي ارتكبه عندما شوه معادلته بإضافة الثابت الكوني اليها، إذ ان العلماء إكتشفوا قبل عام 1930 بقليل ان الكون يتوسع، وبالتالي لم يعد هناك حاجة الى هذا الثابت الكوني المضاف، إذ ان حركة الكون يمكن توضيحها بالقوة الناجمة عن البيغ بانغ.
ولكن لو عاش اينشتاين حتى عام 2006 لندم على انه ندم على تغيير معادلته، إذ ان العلماء قد إكتشفوا ان الكون ليس فقط يتوسع ولكن ايضا ان حركة هذا التوسع تتسارع. هذا التطور لايمكن توضيحه إلا من خلال ان "الثابت الكوني" الذي قدمه إينشتاين هو صحيح او ان هناك قوة اخرى مساوية له وتدفع الكون نحو التوسع. بمعنى آخر فأن قوة الفراغ هي التي تسير الكون ديناميكياً.
المستقبل: بيغ بانغ مرتبطة بطاقة العدم
إذا كانت طاقة العدم هي التي تسيير توسع الكون فمن المعقول ايضاً ان تكون هي التي قدمت الطلقة الاولى لبدء البيغ بانغ. وبغض النظر عن قدر الاسئلة التي يمكن ان تراودنا عن اسباب ظهور الكون، فأن فكرة ان تكون النظرية الجديدة تتضمن في طياتها ميكانيزم بدء إنطلاق الكون امر يبعث الحيوية والترقب.
اغلب الشروحات التي تصف نشوء الكون تقوم على مبدأ انه من هذا " العدم" مع مايملكه من طاقة نقطة الصفر المتغييرة نشئ " جيبين" احدهم من الطاقة الموجبة والاخر من الطاقة السالبة. في الحالة الطبيعية يقوم كل جيب بإلغاء الاخر عل الفور، ليعود الامر الى طبيعته الذي يعطي الإمكانية لتكرر الحدث بما لاينتهي من المرات. ولكن هذا التكرار الذي لاينتهي يعطي الإمكانية لحدوث إختلال في الشروط بحيث انهم يتمكنون من الوجود فترة كافية لجعلهم يبتعدون عن بعضهم تحت تأثير قوى إختلال التوازن الكوني، التي تقذفهم بعيدا عن بعضهم البعض. احدى هذه "المرات" كانت المرة التي ولد فيها كوننا. في الفترة الاخيرة ظهر شكل من اشكال وحدة الاراء عند العلماء حول شكل حسابات الطاقة الكونية. طاقة الفراغ او العدم هي المهيمنة، واعطيت اسم الطاقة المظلمة، وتشكل ثلاث ارباع الطاقة الكلية. تتوجه اليوم معظم الابحاث الى ملاحقة الطاقة المظلمة والمادة المظلمة ومدى حقيقة تمثيلهم للعدم.
الاكوان المتعددة والاوتار الفائقة
على خلفية هذه النظريات تظهر نظرية الاكوان المتوازية والابعاد المتعددة او الاوتار الفائقة قد تكون لها علاقة بتوضيح مضمون العدم او لربما زيادة تعقيده. هل يمكن ان يكون هناك عالم اخر يتواجد بالضبط الى جانبنا الان وبالتماس المباشر معنا بدون ان نعلم عنه شئ؟ النظرية تقول ان العالم الذي نحيا فيه ليس عالم واحد. عالم الفيزياء MICHIO KAKU من جامعة نيويورك، يقول انه من حيث المبدأ يمكن ان توجد بضعة عوالم ولكل منها قوانيها الفيزيائية الخاصة بها. ويضيف ان من الممكن ان يكون عالمنا ليس إلا فقاعة من بين محيط من الفقاعات. هذا الامر مرتبط تماما بعدم إمكانية تحديد مكان الكفانت، وهو ايضا الذي يوضح إمكانية الكفانت على الظهور والاختفاء بسرعة هائلة، لربما بين العوالم المتوازية.
واهم سمات النظرية الجديدة هي كونها تسعى لتوحد الفيزياء الكوني وتعطي نظرية شاملة توضح ايضا ماقبل الانفجار العظيم. في حوار شارك فيه ALAN GUTH, MICHIO KAKU, BURT OVRUT, PAUL STEINHARDT, NEIL TUROK , LISA RANDALL, وهم نخبة من علماء الفيزياء، تظهر لدينا خصائص كثيرة للعوالم المتوازية، اقدم موجزا عنها هنا، ترجم من قبل القناص العربي:
أحدى الملاحظات المهمه التي لاحظها العلماء انه لا يوجد مكان محدد للالكترون فعند دراسة الذره هناك شواهد على وجود الاجسام الذريه في اكثر من مكان واحد في نفس الوقت ، ولم يجدو أي تفسير لذلك سوى وجود عوالم متوازيه بالبلايين بحيث يظهر الجزيء الذري في مكان اخر وتظهر جزيئات ذريه من عوالم اخرى في كوننا بعلاقات غير مفهومه .
العالم يتكون من اوتار او خيوط وليس من جزيئات ، كما كان الاعتقاد سابقاً. عندما نقوم بعمليه اكسترابوليشن الى بداية الانفجار فاننا نمر بما يسمى سينجيلوروتي وهو مبدأ انهيار قوانين الفيزياء
مشكلة السينجلوريتي غطت عليها نظرية الاوتار شيئا فشيئا الى ان ظهرت عدة أوجه لنظرية الاوتار وصلت الى خمس أوجه . بعد ان تهاوت نظرية الاوتار وبدا أن نظرية الاوتار هي طريق مسدود ظهرت نظرية الاكوان المتوازيه
ولكن لماذ وجد خمس أوجه لنظرية الاوتار وليس وجه واحد. ولماذ طغت نظرية الاوتار على نظرية الجاذبيه العظمى. ؟
الفرق بين نظرية الجاذبيه العظمى ونظرية الاوتار هو عدد الابعاد المكونه للكون . في نظرية الاوتار عدد هذه الابعاد هو 10. طبعا في ارضنا وحواسنا لا يستطيع الانسان تخيل أكثر من 3 . . عندما نقوم بوصف حركة وتر مضطرب بحريه فانه نستطيع أن نثبت رياضيا ان ابعاد الحريه هي 10. ومن هنا جاءت ال 10 أبعاد التي تصفها نظرية الوتر الحر. وهي تسع ابعاد اضافه الى بعد الزمن
نظرية الاوتار رفضت في الثمانينات ثم عادت مره اخرى وعانت ايضا في المره الاخرى لانه وجد منها 5 أوجه. وبعد طول معاناه أضيف البعد ال 11 لنظرية الاوتار وكان حدثا مهما جدا. لقد ازيح اللبس عن الاوجه الخمسه واتضح ان الاوجهه الخمسه ليست سوى مرادفات لا أكثر.
بعد اضافة البعد ال 11 اصبحت نظرية الاوتار نظريه مختلفه تماما عن النظريه الاصليه
ولانها مختلفه اصبح اسمها نظرية دبل ميمبرين أو الغشاء الثنائي باختصار نظرية M
حيث تعني M
magic, mystery, or membrane
Maybe M stands for mother, the mother of all strings. Maybe it's magic. Maybe it's the majesty, the majesty of a comprehensive theory of the Universe.
لقد اصبح على العلماء ايضاح البعد الحادي عشر لكي تكون النظريه مقبوله. هذا البعد هو بعد الجنون والعبقريه والغرابه واللانهائيه. هذا البعد على الرغم انه يحتوي على اللانهايه الا انه لايتجاوز اجزاء قليله من التريليون من المليميتر . وفي أقوال أخرى أقل من ذلك بكثير .
يعني في كل احداثي لعالمنا الثلاثي الابعاد يوجد بعد في الفراغ يتكون من جزء من عدة بلايين من المليمتر
تسريب الجاذبيه الى خارج كوننا يجعلها ضعيفه
ليزا راندال تسريب الجاذبيه من الفراغ الى كوننا عن طريق الغشاء الكوني . يعني ان الجاذبيه لا تختلف عن غيرها من القوى ولكن بعد مرورها من الغشاء الكوني تصلنا ضعيفه
الكون يحتوي على البعد الحادي عشر والبعد الحادي عشر يحتوي على غشاء ثنائي. أحد الغشائين هو كل ما يتصل بالكون الذي نعيش فيه بينما الغشاء الاخر يحتوي على كل ما هو ليس من كوننا
اصبح واضحا أنه من الممكن شرح السبب في ضعف الجاذبيه عن طريق الكون ذو الغشاء الثنائي. وبعد فتره بسيطه من الشرح الذي قدمته راندال أصبحت الساحه العلميه مكتظه بالتفسيرات التي تحتوي على أغشيه اسطوانيه وغير ذلك من النظريات التي ظهرت بكثافه. وكلها تحل عن طريق افتراض عالم موازي اخر وهكذا حتى اكتظ البعد الحادي عشر بالعوالم المتوازيه التي تتفاعل معنا عن طريق غشاء.
لقد بدأ العلماء يتساءلون من الذي يعيش في البعد ال 11. بل وعن انواع من الاغشيه التي يكون بعضها مخروقا وبعضها مثل الدونات وغير ذلك الكثير من الاغشيه التي يمكن أن تشرح بعض الامور المعقده مثل الاغشيه المتقاطعه.
لم يصبح الغشاء الذي قد يكون على شكل فقاعه أو على شكل قطعة قماش على كأس بل ظهر هناك اشكال ومقاسات من الاغشيه سميت غشاء pea
الاكوان الاخرى قد تكون أقرب الينا مما نتصور ولكنها قد تنهار فيها الجزيئات كما نعرفها وتختلف فيها القوانين
هذه الفقاعات ليست ثابته في الفراغ بل تتحرك على شكل أمواج.
السؤال الذي لم يجد أحد له جواب بعد هو مبدأ السينجولوريتي الذي تنهار فيه قوانين الفيزياء المعروفه لذلك يصعب الجواب على سؤال من اين جاء الكون والافضل التركيز على ما بعد البدايات الاولى للكون وعدم الاكتراث بالسينجلوريتي.
الكثير من علماء الفضاء تركو البحث في أصل الكون في مرحلة السينجلوريتي. وعندما سمع تيروك وزملائه بيرت يتحدث عن نظرية الغشاء وعن البعد الحادي عشر الذي يتصف بالاضراب المستمر أعجبهم ذلك الطرح
أجتمع ثلاث من الفيزيائيين يتبادلون الحديث عن منشأ الكون عندما كانو في رحله على القطار. وكان من ضمن الحديث أن سأل أحدهم لم لا يكون ممكنا أن ينشأ الكون بواسطة الاصطدام الذي نشأت عنه الماده والاشعاع.
ظل الثلاث علماء يتدارسون كيف يمكن للاغشيه الاصطدام وانتاج المؤثرات الاوليه للكون الى أن وصلو لنتيجه مفادها الانفجار العظيم ليست الا نتيجة أصطدام كونين متوازيين. وهو أمر يختلف عن النظريه التقليديه للانفجار العظيم.
ولكن كيف يمكن لاصطدام مثل هذا أن ينتج الكتل العظيمه المتفرقه مثل المجرات وغيرها من التكتلات الضخمه؟
الان يجب شرح كيف يمكن للاغشيه أن تنتج هذه التكتلات العظيمه. هل يوجد هذا الطرح في نظرية M نظرية الاغشيه. هل يوجد شيء له علاقه بالاغشيه يمكن أن يشرح ذلك؟
يقول العلماء أن معظم الناس يعتقدون أن الاغشيه مستويه على شكل صفائح من القماش بينما هذا غير صحيح. هذه الاغشيه يمكنها الالتواء والتموج وأنه أثناء هذا التموج تنشأ الماده وتظهر.
ان الاكوان المتوازيه تتحرك خلال البعد الحادي عشر على شكل امواج وكأي موج فأن هذه الامواج تلتوي . وهذا الالتواء هو مصدر التكتلات الضخمه في الكون بعد الانفجار العظيم. لقد تمكن العلماء من شرح خلق الكون وهم الان يأخذون القوانين الفيزيائيه الى ما قبل الانفجار العظيم الى الناحيه الاخرى.
أن وجود الاغشيه قبل وجود الكون يعتبر دليل على وجود الوقت قبل الاكوان وقبل السينجلوريتي. يمكنك الرجوع بالزمن الى قرب المكان الذي حصل فيه التوسع وعندها يتحول العالم الى عالم اخر مختلف. فعندما تصطدم الاغشيه فان ذلك الاصطدام يمكن تفسيره من خلال نظرية الاغشيه. وتصبح المسأله مجرد معادلات رياضيه يمكن حلها.
لقد اجهز الثلاث علماء على السينيجلوريتي خلال ساعه اثناء رحله بالقطار. مختصر الكلام أنه لايوجد هناك شيء اسمه سينجلوريتي. لان الزمان مستمر حتى قبل الانفجار وقوانين الفيزياء موجوده حتى قبل الانفجار.
أن هذا التفكير حديث جدا ولو وجد قبولا في الجهات العلميه الرسميه فسيكون ذلك تفسيرا متكاملا وسيقدم الحلقه المفقوده في نظرية اينشتاين التي كانت متوقفه عند السينجيلوريتي.
قد يتكون هذا العالم من عدد لا حصر له من الاكوان وما كوننا الا فقاعه في محيط من الفقاعات التي لكل منها قوانين فيزياء خاصه به تختلف فيها الثوابت الفيزيائيه.
هل يمكننا إستخدام طاقة العدم؟
صناعة ماكينة لاتتوقف:
منذ القديم سعى الانسان لخلق ماكينة لاتتوقف تنتج طاقتها بنفسها. الان وبعد إكتشافنا ان " العدم" ممتلئ بالطاقة سيكون من الادعى التفكير بإستغلالها والحصول على طاقة مطلقة لاتنضب من اللاشئ. فهل بالامكان خلق ماكينة ابدية؟
من حيث ان ماكينة من هذا النوع ستستخدم طاقة "موجودة" مسبقا فلايمكن القول ان الماكينة ابدية بالمعنى الكلاسيكي. من حيث ان إستهلاك كل شكل من اشكال الطاقة يتضمن نقله من مكان الى اخر، بمعنى من مكان ذو طاقة عالية الى مكان ذو طاقة منخفضة، في ذات الوقت الذي تكون فيه طاقة الفراغ موجودة في كل مكان، لذلك سميت ماكينة من هذا النوع ماكينة ابدية من الدور الثاني.
عام 2002 تمكن العالم الامريكي المثير للجدل Thomas A. Bearden من الحصول على براءة إختراع لماكينة تستخلص الطاقة من " فضاء العدم". بدون اعتراض صممت الماكينة بناء على قواعد وقوانين الفيزياء الاساسية. والماكينة تشتغل عمليا وفعلا، بالرغم من انه ليس ثابتا لحد الان فيما إذا كانت تنتج من الطاقة اكثر مما تستهلك.
التوجه الى النجوم
احدى الالامكانيات النظرية لإستغلال قانون Casimir effect تم طرحه عام 1984 من قبل الفيزيائي الامريكي Robert Forward, الذي كان احد الطليعيين في مجال الرحلات الفضائية. فكرته تتمحور حول تزويد صفيحتين قريبتين من بعضهم حسب القانون اعلاه، بمزودات شحن كهربائي من نفس نوع المخلوق طبيعياً. التناقض الناشئ في الكهرباء الساكنة سيعوض ظاهرة كاسيمير وبالتالي سيمكن إستخدام طاقة الفراغ لأغراض اخرى. ولكن كيف سيتم تحويل طاقة الفراغ الى طاقة دافعة لمركبة فضائية، لازال بدون حل.
القنبلة البديلة
السيناريو الاكثر رعبا لإمكانية إستخدام طاقة العدم هو الإمكانية النظرية لخلق قنبلة " الفراغ". مثل هذه القنبلة ستطلق من الطاقة مايجعل حتى القنبلة الهيدروجينية تظهر وكأنها لعبة اطفال.
على خلفية هذا الامر لم يبقى إلا التمني بوجود قوانين لم تكتشف بعد تجعل من مثل هذه القنبلة امر غير ممكن. احدى الحجج التي يمكن الاتكاء عليها ان الانفجار الوحيد الذي جرى بفضل طاقة الفراغ هو الانفجار العظيم نفسه، الامر الذي يظهر مدى ندرة هذا النوع من الانفجارات.
نظرة على الجذور الرياضية
في القرن التاسع عشر كان العلماء يقفون امام بضعة مشاكل رئيسية، منها الضوء والاشعة وقوة التفاعل الكيميائي. عام 1913 إكتشف العالم الدانماركي Niels Bohr موديل بنية الذرة، وفيه وصف للطاقة التي تضبطه على انها الكفانت. هذا الموديل كان يوضح مشاكل رئيسية هي:
كيف نجعل الذرة مستقرة
كيف نمنع الاليكترون من القفز عبر المدارات
منع ظهور مدارات جديدة
المدار المسموح هو المدار الذي يدور فيه الاليكترون دورة كاملة
هذه القواعد كانت " إفتراضية" ولكنها اثبتت صحتها. فيما بعد جاء العالم Max Planck, بإكتشافه القيمة الثابتة بلانك، h = 6,6261·10−34 J·s. وهي قيمة تشير الى العامل المتغير بين الموجات والطاقة، وتستخدم في نظرية الكفانت وعلى الاخص مع الفوتونات. وإذا اعتبرنا ان الطاقة تأتي على دفعات، فيصبح ثابت بلانك التالي:
E=h.f,
E-الطاقة
h-ثابت بلانك
f-تردد الموجة
بعد نظرية بلانك ننتقل الى نظرية Louis de Broglie, حيث يعالج الضوء من حيث كونه امواج تأتي على دفعات. من هنا نرى ان القانون السابق ،E=h.f، يصبح p=hf/c، حيث p هي عدد الاهتزازات. ولكن نحن نعلم ان c/f هو طول الموجات التي يرمز اليها بالرمز l لتأخذ المعادلة الشكل التالي: p=h/ l. بالنسبة للالكترونات نعلم ان معادلتهم تأخذ الشكل التالي: p=mv, وبالتعويض نحصل على المعادلة التالية: l=h/mv . من اجل الاجابة على سؤال فيما إذا كانت الالكترونات تملك طول موجة نقوم بتوحيد معادلتي بوهر وبروغليي مع بعض. معادلة بوهر تقول بأن موجة الالكترونات هي عدة التفافات حول المركز: h/mv في حين تقول معادلة بروغليي ان طول الموجة = h/p = h/mv .
هنا نصل الى دور Heisenberg & Schrödinger 1925.
حسب الفيزياء الكلاسيكية فأن :
الطاقة= الطاقة المتحركة+الطاقة الساكنة
mv2/2 + V = E (p=mv): p2/2m + V = E
لنفترض وجود وظيفة موجية بالقيمة:
ψ (psi) والتي تصف حالة التموج. الان نقوم بضرب طرفي المعادلة السابقة بالوظيفة التموجية ψ.
p2/2m ψ + V ψ = E ψ
بتعويض p بالقيمة ih∂/∂x نحصل على معادلة Schrödinger, في حين معادلة Heisenberg اكثر تعقيداً وتأخذ الشكل التالي:
h2/2m ∂2ψ/∂x2 + V ψ =Eψ .
معادلة Schrödinger لها السمات التالي:
اولا: تتعلق ببعض اشكال الطاقة.
ثانيا:تظهر لنا طاقة الالكترونات في المسيارات "المسموحة" فقط.
تعطي جوابا عن المشاكل التي قدمها بوهر
رابعا:تظهر الامواج التي تكلم عنها بروغليز.
ولكن ماذا تعني معادلة الامواج؟
اولا: تشير الى ان الجواب على التساؤلات مرتبط ببعضه.
ثانيا: ان معادلة "الامواج" تحوي مقدار إحتمال وجود الالكترون في إحدى حالاته.
ثالثا: الالكترون لايملك حالة وجود واحدة، وانما يوجد عدة " إحتمالات" لوجوده في إحدى الاماكن.
اين الالكترون؟
مكان وجود الالكترون مرتبط بعدة عوامل: سرعته، إتجاهه الخ.
لكل عامل توجد رموز رياضية تستخدم للحصول على القيمة الاحتمالية لوجود هذا العامل في الموجة.
معادلة Schrödinger تتضمن رموز الطاقة.
h2/2m ∂2/∂x2 + V är energioperatorn
(h2/2m ∂2/∂x2 + V) ψ =Eψ
تعاريف للخواص:
حالة الوجود الخاصة، القيمة الخاصة، والمعادلة الخاصة هي تعابير خاصة في ميكانيك الكفانت.
"حالة وجود خاصة" تعني : وجود تملك فيه احدى الخصائص قيمة معروفة وليس فقط قيمة إحتمالية وجودها.
"القيمة الخاصة" هي قيمة معروفة
"معادلة خاصة" هي معادلة الامواج للقيم المعروفة.
Schrödinger ومختصر عن معادلة Uncertainty principle
1-لايوجد حالة وجود يمكن تسميته " حالة وجود خاصة" يعطي قيمة فيه للمكان وللحركة في وقت واحد.
بمعنى لايمكن الجمع بين قيمتين حقيقتين ،المكان والزمن في معادلة واحدة.
ثانيا: القيمة الاجمالية لمبدأ
Uncertainty principle
يجب ان تكون اكبر من ثابت بلانك:
DpDx > h
من هنا نرى ان معرفتنا للمكان بدقة تعني عدم معرفة الحركة، ومعرفتنا للحركة تعني عدم إمكانية معرفة المكان. هذا الامر ينطبق ايضا على الزمان والطاقة. الامر الذي تعبر عنه المعادلة الشهيرة:
DEDt > h
حالة الوجود الخاصة، القيمة الخاصة، والمعادلة الخاصة هي تعابير خاصة في ميكانيك الكفانت.
"حالة وجود خاصة" تعني : وجود تملك فيه احدى الخصائص قيمة معروفة وليس فقط قيمة إحتمالية وجودها.
"القيمة الخاصة" هي قيمة معروفة
"معادلة خاصة" هي معادلة الامواج للقيم المعروفة.
Schrödinger ومختصر عن معادلة Uncertainty principle
1-لايوجد حالة وجود يمكن تسميته " حالة وجود خاصة" يعطي قيمة فيه للمكان وللحركة في وقت واحد.
بمعنى لايمكن الجمع بين قيمتين حقيقتين ،المكان والزمن في معادلة واحدة.
ثانيا: القيمة الاجمالية لمبدأ
Uncertainty principle
يجب ان تكون اكبر من ثابت بلانك:
DpDx > h
من هنا نرى ان معرفتنا للمكان بدقة تعني عدم معرفة الحركة، ومعرفتنا للحركة تعني عدم إمكانية معرفة المكان. هذا الامر ينطبق ايضا على الزمان والطاقة. الامر الذي تعبر عنه المعادلة الشهيرة:
DEDt > h
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar