علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
|
تحكم الكون أربع قوى أساسية: قوة الجاذبية، والقوة الكهرومغناطيسية، والنووية القوية، والنووية الضعيفة. فالجاذبية أشهر قوة وأضعفها ذات مدى طويل،  طُوّرت جاذبية نيوتن على يد أينشتاين في نظريته النسبية العامة، والتي تفسر الجاذبية بأنها تشوه أو انحناء في الزمكان
أما القوة النووية القوية، فهي التي تؤثر في البروتونات والنيترونات داخل النواة، وتتفاعل مع الهادرونات فقط، وهي القوة الفيزيائية الأعظم في الكون، إذ إنها تمسك البروتونات داخل النواة رغم التنافر الشديـد بينهما بسبب تشابــه الشحنات الموجبة التي تحملها البروتونات.  ألبرت آينشتاين
حاول فلاسفة اليونان التعرف إلى اللبنات الأساسية في بناء الكون، فقد ذهبوا إلى أنه يتألَّف من أربعة عناصر أساسية: التراب، والهواء، والنار، والماء. لكن معرفتنا صارت اليوم أفضل بكثير. ففي النصف الأول من القرن العشرين عرفنا أن الذرَّة تتكوَّن من نواة موجبة تحتوي بداخلها على البروتونات والنيترونات، وتدور حولها الإلكترونات سالبة الشحنة. وظل الاعتقاد لفترة طويلة بأن البروتونات والنيترونات التي تكوّن النواة هي جسيمات أولية، إلَّا أن تجارب المسرعات أثبتت أن هذه الجسيمات الأولية تتكوَّن من جسيمات أصغر أطلق عليها اسم “كوارك”، من قِبل جيلمان الذي حاز جائزة نوبل عام 1969 على ذلك، وهناك ست (نكهات) منها بثلاثة ألوان للتفريق بينها. وكبقية الجسيمات هناك جسيمات مضادة لها. ويمكننا تكوين البروتونات والنيترونات من ثلاثة “كواركات”، أي إن البروتون والنيترون في الواقع ليسا جسمين أساسين، وإنما يتكوَّنان من جسيمات أصغر، فالبروتون يتكوَّن من كواركين علويين وكوارك سفلي، بينما يتكوَّن البروتون المضاد من كواركين علويين مضادين وكوارك سفلي مضاد.  مايكل فاراداي
ونتيجة العمل الشاق، وضِع النموذج القياسي في صورته النهائية، وهو أشبه بالجدول الدوري للعناصر، وقد اشتمل على ثلاث عائلات من الجسيمات الأولية، وهي: الكواركات، اللبتونات، البوزونات. وجمع هذا النموذج بين القوة الكهرومغناطيسية والقوتين النوويتين، والأساس الذي يقوم عليه هو أن الحقول أو المجالات هي وحدة البناء وليس الجسيمات، وأن البوزونات هي التي تتبادل القوة، ونتيجة المبادئ الكمية تنتج الكواركات أو اللبتونات الحزم الصغيرة للطاقة، فإذا قمنا بالنظر إلى الذرّة من خلاله، نلاحظ أن البروتونات والنيترونات تترابط عن طريق الجلوونات بين الكواركات المكونة لهما، وتترابط الإلكترونات مع البروتونات بواسطة الفوتونات.  جيمس ماكسويل
بعد نجاح ماكسويل في ضم القوتين الكهربائية والمغناطيسية، أصبحت فكرة توحيد القوى تسيطر على علماء الفيزياء في القرن العشرين. ففي منتصف القرن العشرين خطا ثلاثة علماء فيزيائيين نحو توحيد النظريات وإخراجها في نظرية واحدة، وهم: فاينمان، شفينجر، وتوموناغا، وقد حصلوا على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1965، نظير إسهاماتهم في الكهروديناميكا الكمية، التي تضم الكهرومغناطيسية مع ميكانيكا الكم.  أهمية نظرية الأوتار تكمن في تضمنها لقوة الجاذبية التي أخفقت فيها النظريات السابقة
تم التأسيس لنظرية الأوتار، على يد غابرييل فينيزيانو في عام 1968، عندما كان الفيزيائيون يحاولون وصف القوة النووية الشديدة، حيث اقترح نموذجاً يحوي أوصاف حركة كمية وترية، وبذلك يتم التعامل مع الجسيمات كالبروتونات والنيترونات بأنها موجات على وتر! وعلى هذا، فإن القوى الكونية الأربع يمكن وصفها ضمن إطار موسيقي لذبذبات أوتار صغيرة جداً. بمعنى أننا لو نظرنا إلى الجسيمات الأساسية فإننا سوف نرى وتراً صغيراً يهتز. وهذه الاهتزازات المتنوِّعة ذات الترددات المختلفة ينشأ عنها التنوُّع في الجسيمات الأساسية، وهذه الذبذبات تحدث في أبعاد عليا تصل إلى عشرة أبعاد، وهذا غير مألوف في عالمنا الذي يحتوي على أربعة أبعاد، ثلاثة أبعاد للمكان وواحد للزمان، وهذه الأبعاد العليا منحنية داخل فضاء صغير جداً بحيث إننا لا نلاحظها، وهذه الأوتار قد تكون مغلقة أو مفتوحة.  تم توحيد الهادرونات واللبتونات في قوة واحدة في أعمال فاراداي وماكسويل
إن ظهور صفات الجرفتون في نظرية الأوتار يعد إنجازاً كبيراً، ففي عام 1982 قرأ إدوارد ويتن مقالة كتبها شوارز، حول هذه النقطة، وقال حينها: إنني أشعر بأعظم إثارة فكرية في حياتي!”. وقد بدأ العلماء بالفعل بعد ذلك بالاهتمام بالنظرية الوترية، وأخذوا يطوّرونها شيئاً فشيئاً وظهرت نتيجة ذلك خمس نظريات وترية، مما وضع نظرية الأوتار في حرج شديد. فإذا كانت هناك نظرية نهائية تصف كل شيء في الكون فيجب أن تكون نظرية واحدة، وبعد ذلك حصل اكتشاف مذهل مفاده أن هذه النظريات الخمس تمثل نظرية أساسية واحدة، وذلك بعد إضافة البعد الحادي عشر الذي اقترحه ويتن في عام 1995. وهذا يعني أن هذا البُعد قد وحّد النظريات الخمس في نظرية واحدة! وهذا البعد الحادي عشر المضاف يسمح للوتر أن يتمدّد إلى ما يشبه الغشاء، وتنبأت النظرية بوجود جسيم رياضي جديد افتراضي اسمه الغشاء، لذلك تسمى بنظرية الأغشية.نظرية (M)  العناصر الأربعة الأساسية
هناك عدة معانٍ مقترحة للحرف (M): غموض (Mystery) أو غشاء (Membrane) أو سحر (Magic)، أو الأم (Mother)، أو المصفوفة (Matrix)، وهذه النظرية تدمج بين جميع أنواع القوى، بما فيها الجاذبية، ولا يوجد فيها نهائيات، وتحتوي على أحد عشر بعداً، هذه الأبعاد الإضافية، تتفاوت ما بين أبعاد صغيرة جداً إلى أبعاد لا متناهية. ومع وجود الأغشية العملاقة والأبعاد الإضافية نحتمل أن كوننا ليس الكون الوحيد بل هناك أكوان متعددة، هذه الأكوان توجد على أغشية منفصلة متعددة الأبعاد! وهذه الأغشية قد تتصادم في ما بينها ويتولد من هذا التصادم كونٌ جديدٌ مثل كوننا! وهذه الأكوان قد تتشابه معنا وقد تحكمها قوانين فيزيائية مختلفة تماماً! كالجسيمات الأولية والقوى التي تحكمها تختلف تماماً عن كوننا! هذه الأكوان توجد في الأبعاد الإضافية بنظرية (M)، وربما يكون الكون المضاد المصنوع من المادة المضادة أحد هذه الأكوان الموجودة على أحد أغشية نظرية (M)، وهذا أحد التفسيرات لسبب اختفاء المادة المضادة من كوننا، فهل يمكننا أن نتخيل كوناً له طبيعة مختلفة عن كوننا؟!  النسبية وبعض معادلات نظرية الأوتار
الجاذبية حسب نظرية (M) ليست قوة ضعيفة بل هي قوة قوية مثل الكهرومغناطيسية، فجسيم الجرافتون بحسب نظرية الأوتار يتكوَّن من أوتار مغلقة مثل الحلقة وليست مفتوحة، وهذا يعني أنه لا يملك نهايات مفتوحة قد تثبته بمكان محدّد، وهذه الخاصية تجعله حراً وغير مرتبط بالبُعد الذي نعيش فيه. بمعنى أنه ينساب إلى خارج الجزء الخاص بنا في كوننا منطلقاً إلى أبعاد أخرى وأغشية أخرى! ونتيجة هذا الانسياب تبدو لنا الجاذبية أضعف من القوى الكونية الأخرى. وإذا كان هذا صحيحاً فلربما أن غشاء كوننا يتفاعل مع الأغشية الأخرى من خلال الجاذبية! وربما سنستطيع في يوم ما أن نستشعر تلك الأكوان من خلال موجات جاذبية قوية! قد تكون هذه المخلوقات قريبة منا جداً، تعيش في أبعاد عليا! وربما تكون ذكية أيضاً! يروننا ونحن لا نستطيع رؤيتهم! والطريقة الوحيدة لاستكشافها هو تبادل قوة الجاذبية! وربما ستكون عندنا القدرة في يوم ما على فعل ذلك!هل توجد نظرية نهائية؟  تم التأسيس لنظرية الأوتار، على يد غابرييل فينيزيانو في عام 1968، عندما كان الفيزيائيون يحاولون وصف القوة النووية الشديدة
إن النموذج القياسي أثبت بنجاحه تجريبياً تفوقاً عليها! فحتى هذه اللحظة لم نستطع الكشف عن الجرفتون، ولا الجسيمات الضخمة التي تقول بها نظرية التناظر الفائق وتصادق عليها النظرية كالفويتنو، ولا شك أن اكتشاف الجسيمات المتناظرة سوف يشكّل فتحاً علمياً ضخماً، وسوف يدلل على أننا نسير في الاتجاه الصحيح، لكن لا يعني صحة النظرية. وإضافة إلى ذلك، فهناك أسئلة كبرى تعجز نظرية (M) على تفسيــرها في الوقـت الحالي، كحســاب كتلة الجسيمات وشدة القوى. لا يزال الفيزيائيون من جميع أنحاء العالم يعملون دون توقف للوصول إلى النظرية النهائية التي تمنّعت على علماء الفيزياء في القرن العشرين، لكن الكون لا يزال يخبئ في جعبته كثير من المفاجآت لعلماء الفيزياء في القرن الحادي والعشرين إزاء بحثهم عن النظرية النهائية!
فنحن حتى هذه اللحظة، لا نعرف جميع القوى التي تتحكم في الكون. فالكون أصبح أكثر تعقيداً من الماضي، ورؤية العالم بأنه أوتار وأغشية متذبذبة في أحد عشر بعداً، له غموضه وسحره وجماله. لكن الكون أكبر من ذلك، وهذا ما يؤكِّده لنا العلم في كل يوم، فهناك تكهنات بوجود قوة خامسة أساسية! إضافة إلى وجود قوى غامضة لم نفهمها حتى الآن كالمادة المظلمة والطاقة المظلمة. وعلى هذا، ربما لا تكون هناك نظرية نهائية إطلاقاً، وستبقى النظرية النهائية كالسراب كلما اقترب منها الفيزيائيون ابتعدت عنهم! إن النظرية النهائية ليست بأكثر من مجموعة القوانين والمعادلات التي تصف الكون بدقة أكبر. وبحسب طبيعة العلم فإن البحث عن النظرية النهائية قدَّم لنا رؤية بديعة للكون وأسهم في تقدم علم الفيزياء كثيراً، وهذا أشبه بتطور علم الكيمياء نتيجة حلم الخيميائيين في الحصول على الذهب! الكاتب : حسن الخاطر المصدر:
|
