وسام محمد جواد

الفيزياء الثورية : فيزياء الكموم ( 2 )

شظايا طاقة هي أصل المادة

***********************

لقرون عديدة، سعي الفيزيائيون لكشف أسرار المادة، من الإغريق القدامى إلى نيوتن إلى أينشتاين وماكسويل، حاول هؤلاء العلماء تحديد أهم المكونات الأساسية للمادة من حولنا

…في ميكانيكا الكموم، قدمت نظرية إزدواجية الموجة والجسيم بعض الإجابات على هذا السؤال… مع ظهور نظرية المجال الكمومي، والنموذج القياسي أو المعياري، ونظرية الأوتار الفائقة، تم إقتراح العديد من العناصر الأساسية… ومؤخرا، إقتراح إثنان من علماء الفيزياء النظرية فرضية أخرى تقول : يمكن أن تتكون المادة أساسا من أجزاء من الطاقة… منذ حوالي 300 عام، قدم إسحق نيوتن فكرة أن كل مادة توجد في نطاق تسمى الجسيمات… بعد مائة وخمسين عاما، قدم جيمس كلارك ماكسويل الموجة الكهرومغناطيسية… كان الجسيم بمثابة اللبنة الأساسية للميكانيكا والموجة للكهرومغناطبسية _ وقد ركز العلم على الجسيم والموجة بإعتبارهما لبنات بناء المادة… أصبحت الجسيمات والموجات معا اللبنات الأساسية لكل أنواع المادة..

.. كان هذا تحسنا كبيرا مقارنة بالعناصر الاربعة لليونانيين القدماء _ الماء والهواء والتراب والنار، لكنه كان لا يزال غير كامل.

في سلسلة مشهورة من التجارب، تعرف باسم تجارب الشق المزدوج، يعمل الضوء أحيانا كجسيم وفي أوقات أخرى مثل الموجة.

وبينهما تسمح نظريات ورياضيات الموجات والجسيمات للعلماء بعمل تنبؤات دقيقة بشكل لا يصدق حول الكون، فإن القواعد تتشكك على المقاييس الأكبر والأصغر… إقتراح أينشتاين حلا في نظريته عن النسبية العامة… بإستخدام الأدوات الرياضياتية التي كان يمتلكها في ذلك الوقت، كان أينشتاين قادرا على شرح ظواهر فيزيائية معينة بشكل أفضل وأيضا حل مفارقة طويلة الأمد تتعلق بالقصور الذاتي والجاذبية… ولكن بدلا من تعزيز الجسيمات أو الأمواج، قام بإزالتها بإقتراح تشويه المكان والزمان… آلية تكمن وراء إزدواج الموجة والجسيم بإستخدام أدوات رياضياتية جديدة

، إقتراح مؤلفو المقال في مجلة Physics Essays نظرية جديدة يمكنها وصف الكون بدقة… بدلا من تأسيس النظرية على تشوه المكان والزمان، إعتبروا أنه قد يكون هناك لبنة أساسية أكثر من الجسيم والموجة… يدرك العلماء أن الجسيمات والأمواج متضادات وجودية : الجسيم هو مصدر مادة موجود في نقطة واحدة، والموجات موجودة في كل مكان بإستثناء النقاط التي تخلقها… ومع ذلك، بدأ الفيزيائيون بالفرضية التالية : يجب أن تكون هناك آلية أساسية تربط هذين التمثيلين الماديين، إنها شظايا الطاقة : فهي أساس المادة… تبدأ النظرية بفكرة أساسية جديدة :

 ” تدور ” الطاقة دائما عبر مناطق الزمكان… فكر في الطاقة على أنها تتكون من خطوط تملأ منطقة من المكان والزمان، وتتحرك داخل تلك المنطقة وخارجها، ولا تبدأ أبدا، ولا تنتهي أبدا، ولا تتقاطع أبدا… بدءا من فكرة كون خطوط طاقة السوائل، بحث المؤلفون عن عنصر مكون واحد للطاقة المتحركة… من خلال العثور على مثل هذا الشئ وتعريفه، كانوا يأملون أن يكونوا قادرين على إستخدامه لعمل تنبؤات دقيقة حول الكون على نطاق كبير وصغير… كان هناك العديد من اللبنات الأساسية للإختيار من بينها لبنات رياضياتية، لكن الفيزيائيين بحثوا عن واحدة لها خصائص الجسيم والموجة _ مركزة مثل الجسيم ولكنها أيضا موزعة في الزمكان مثل الموجة… العنصر المختار هو لبنة بناء تشبه تركيز الطاقة بأعلى طاقة في المركز، والتي تتناقص أكثر فأكثر عن المركز..

….. إكتشف المؤلفون أنه لا يوجد سوي عدد محدود من الطرق لوصف تدفق تركيز الطاقة… من بين هؤلاء، عمل واحد فقط وفقا للتعريف الرياضياتي للتدفق… أطلقوا عليه اسم جزء الطاقة…. بإستخدام جزء الطاقة بإعتباره اللبنة الأساسية للمادة، طور الباحثون الرياضيات اللازمة لحل المشكلات في الفيزياء… كانت الخطوة الأخيرة هي إختبار هذه الآلية الجديدة… فرضية متوافقة مع تنبؤات النسبية العامة… منذ أكثر من 100 عام، تحولت تنبؤات أينشتاين إلى قسمين : مشاكل الضوء أثناء مروره أمام الشمس… كانت هذه القضايا في طرفي طيف الحجم… لا نظريات الموجات ولا نظريات جسيمات المادة تستطيع حلها، لكن النسبية العامة فعلت ذلك… تعترف نظرية النسبية العامة بتشوه الزمكان لشرح إزاحة مسار عطارد وإنحناء الضوء بالنسب الدقيقة التي تحددها الملاحظات الفلكية… إذا كان للنظرية الجديدة فرصة لإستبدال الجسيم والموجة بجزء أساسي أكثر فاعلية، فيجب أن تكون قادرة أيضا على حل هذه المشكلات… بالنسبة لمشكلة مدار عطارد، صاغ المؤلفون الشمس على أنها جزء ضخم ثابت من الطاقة وعطارد على أنه جزء صغير من الطاقة، ولكن لا يزال كبيرا جدا، وبطئ… بالنسبة لمشكلة إنحناء الضوء، تم تصميم نموذج للشمس بنفس الطريقة، ولكن تم تشكيل الفوتون على أنه جزء صغير من الطاقة يتحرك بسرعة الضوء… في كلتا المشكلتين، قام الباحثون بحساب مسارات الأجزاء المتحركة وحصلوا على نفس الإجابات التي قدمتها النظرية العامة للنسبية.

******************************** وسام محمد جواد