[mah333]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته :
هذه بعض المعلومات التي قد تفيدك
أكتشف أولاً الكوارك العلوي up و السفلي d
على إعتبار أن كتلتيهما متساويتان تقريباً لذلك يمكن إعتبارهما حالتين لمجموعة واحدة ويمكن حساب الإيزوسبين لكل منهما على الشكل التالي :
2T+1=2 ← T=□(1/2) إذاً TU=+□(1/2) و Td= _ □(1/2)
أما العدد الباريوني لكل كوارك 1/3+ وضديد الكوارك 1/3-
ولحساب الشحنة إتبع القانون التالي:
Q=TZ+B/2
لنحسب الآن الشحنة لكوارك U
QU=+1/2+(1/3)/2 ← QU=2/3
لنحسب الآن الشحنة لكوارك d
Qd=- 1/2+(1/3)/2 ← Qd=-1/3
أما التركيبة الداخلية للبروتون هي p(uud) أي 1 = 1/3 - 2/3+QP=2/3
بينما التركيبة الداخلية للنترون هي n(udd) أي 0 = 1/3 - 1/3 - Qn=2/3

[aLFa]

شكرا لكم على هذا الموضوع الجميل وأعجبتني المعلومات التي أرفقتها الأخت (متفيزقة مبدعة) فأول مرة أعرف أن جميع الجسيمات تتألاف فقط من الكواركين أعلى وأسفل وأن باقي الكواركات تتحلل إليها

هذه مادة مخزنة عندي في جهازي لكن بصراحة أنا لم أفهم كل ما كُتب فيها لكنها جميلة جدا وأجابتني عن الكثير من التساؤلات أرجو أن تفيدكم


ارتحال إلى أعماق المادة


الارتحال في اللغة العربية :من الفعل رحل وارتحل بمعنى قام برحلة إذاً أمامنا رحلة يجب القيام بها وللقيام بها يجب تنفيذ العناصر الأساسية للرحلة أما العناصر الأساسية لرحلتنا فهي :-جهة الرحلة هي أعماق المادة وخاصة المنطقة الظلمة منها .

- وسيلة النقل هي خيالنا أما وقودها فهو التفكير العلمي .

- الهدف من الرحلة هو دراسة المادة للبحث عن الطاقة لأن العلم أثبت لنا خلال مسيرته الطويلة أننا كلما تعمقنا في دراسة بنية المادة المحيطة بنا كلما حصلنا على نوع جديد من الطاقة اكثر قدرة من الأنواع التي سبقتها. والطاقة تعبر بدورها عن حاجة أساسية للإنسان من الكون المحيط به واستحصالها هي عملية التفاعل بين الإنسان والكون .فينا إذاً للبحث عن الطاقة سبر أغوار المادة

- أما ما يتعلق باحتياجاتنا لهذه الرحلة فالوجبة الرئيسية هي الفيزياء الكوانتية أما الوجبات الثانوية فهي النسبية والرياضيات للمقبلات .

فلنبدأ بالأعداد للرحلة بالتعرف على بعض المصطلحات والمستلزمات التي سنحتاجها في الرحلة ولنربط الأحزمة ولنبدأ رحلتنا الخطيرة والجريئة باتجاه المحطة الأولى:

- نقصد بالجسيم الوهمي ذلك الجسيم الذي يظهر بأثره في وسائل القياس دون أن يظهر في كواشف الجسيمات أي أننا لا نعرف عنه سوى مفعوله الفيزيائي .

-السبين :يعبر السبين عن مظهر الجسيم عندما ننظر إليه من مناحي مختلفة فالجسيم الذي سبينه صفر يشبه نقطة من أية زاوية نظرنا إليه والجسيم الذي سبينه واحد يشبه السهم يختلف مظهره باختلاف منحى النظر ولا يعود إلى مظهره الأول إلا إذا دار دورة كاملة (360درجة) أما الجسيم الذي سبينه 2 فيشبه سهماً ذا رأسين ينطبق على نفسه بعد نصف دورة (180درجة) وهكذا . أما الجسيمات ذات السبين ½ فهي تحتاج لاسترداد مظهرها لدورتين كاملتين -بشكل مقبول يمكن تخيل السبين بأنها طريقة دوران الجسيم حول محوره وهذا افتراض تخيلي وغير واقعي .

- الجسيمات الأولية تشكل اللبنة الأساسية لمادة العالم ولكن الأولية كلما نسبية فما معنى أن جسيم أولي ؟

إن الخاصية المميزة للجسيمات التي تنتسب إلى فئة الأولية تنحصر فقط في تحول الواحدة منها إلى الأخرى أي تحول متبادل وهذه الجسيمات هي الأكثر صغراً وتشكل اللبنة

الأساسية لجميع الجسيمات في هذا الكون وبالتالي هي أكثر وحدة جزئية مكونة للمادة هذه الجسيمات هي الكواركات والإلكترون وهما الجسيمين الوحيدين الذين لا نستطيع تجزئتهما وتتشكل باقي الجسيمات إما منهم أو منما ينتج عنهم .

لنبدأ بالقوة الأضعف أنها القوة الثقالية :

القوة الثقالية هي قوة عالمية أي أن كل الجسيمات تشعر بها بما يتناسب مع كتلتها وطاقتها والثقالة هي أضعف القوى عن بعد ولولا أنها تتميز بطول مداها الكبير وكونها تجاذبية دوماً لما شعرنا بها ولكن نتيجة تتضافر قيمة هذه القوة في الجسيمات الأفرادية تبلغ قيماً محسوسة كالتجاذب بين الشمس والأرض أما عن القوى الثلاث الباقية فهي إما ذات مدى قصير وإما تجاذبية تارة وتنافرية تارة أخرى مما يؤدي إلى انعدام حصيلتها .

في الفيزياء ما يتحكم بالقوة الثقالية هي النظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين وعلى المجالات الأصغر معادلات نيوتن .

تنطلق النظرية النسبية العامة من مبدأ التكافؤ الذي ينص على أن حقل الجاذبية الأرضية المتجانس مثلاً يكافئ تماماً لإطار مرجعي متسارع بانتظام .

لقد أفترض أينشتاين أن مبدأ التكافؤ صحيح في كل الفيزياء أي أننا لا نستطيع تميز الحركة المتسارعة بانتظام عن وجود الحقل الثقالي ولقد تم إثبات صحة ذلك تجريبياً عن طريق علم الفلك .

أما في ميكانيك الكم فإننا نعامل القوة بين جسيمي مادة على أنها محمولة على جسيم سبينه 2 يسمى غرافيتون وهذا الغرافيتون ليس له كتلة وبالتالي القوة التي يحملها ذات مدى فاعل كبير وهذه الجسيمات المتبادلة بين الأجسام وهمية أما الغرافيتونات الواقعية فتمثل بالفيزياء التقليدية الأمواج الثقالية وهي ضعيفة جداً .

وسنعود للحديث عن معنى السبين و الغرافيتونات بشكل مفصل .

القوة الثانية هي الكهرطيسية والتي هي اجتماع للقوتين الكهربائية والمغناطيسية . أما المعادلات الحاكمة لها فهي معادلات مكسويل .

إن القوة الكهرطيسية حالياً هي من أكثر القوة المدروسة والتي استفدنا من دراستها في توليد الطاقة الكهربائية التي تعد المصدر الأكثر استخداماً وانتشاراً في العالم وهذا يؤكد ما قلته سابقاً في أننا كلما تعمقنا في دراسة المادة حصلنا على مصادر أفضل للطاقة ولكن ما علاقة الطاقة بميكانيك الكم ؟

تعمل القوة الكهرطيسية بين الجسيمات المشحونة بالكهرباء كالإلكترونات والبروتونات لكنها عديمة الأثر بين الجسيمات اللامشحونة وهي اكبر بكثير من القوة الثقالية .

وهنا يبدأ التمايز داخل القوة الواحدة ففي هذه القوة تقسم الجسيمات والأجسام إلى ثلاثة أنواع حسب شحنتها إلى موجبة وسالبة ومتعادلة والقوة بين شحنتين متشابهتين تنافرية وبين شحنتين مختلفتين تجاذبية ومحصلة التجاذب والتنافر ضمن مجموعة جسيمات أفرادية تتعادلان وتتفانيان تقريباً وتبقى للجسم الكبير (كالأرض مثلاً ) قوة كهرطيسية ضعيفة جداً . أما في سلم الذرات والجزيئات فالقوة الكهرطيسية هي الطاغية .

الجسيمات الوهمية الحاملة لهذه القوة هي الفوتونات عديمة الكتلة وذات السبين 1 تتبادلها الشحنات الكهربائية كرسائل معلومات بين بعضها البعض .

القوة الثالثة هي القوة النووية الضعيفة تقع بالنسبة لشدتها بالمنتصف بين القوتين السابقتين فهي أضعف من الكهرطيسية وأقوى من الجاذبية .وهي المسؤولة عن النشاط الإشعاعي الصادر عن بعض النوى وهي تؤثر في جميع الجسيمات التي سبينها ½ (والتي تسمى اللبتونات وهي فرد من عائلة الفرميونات )

ولا تؤثر في الجسيمات الحاملة للقوى والتي سبينها عدد صحيح (والتي تسمى بالبوزونات) كالفوتون والغرافيتون والتفاعل النووي الضعيف تحمله جسيمات أكتشفها محمد عبد السلام وستيفن واينبرغ -بعد أن وحدا هذه القوة مع الكهرطيسية -وهذه الجسيمات هي ثلاثة سبينها واحد لذلك فهي من عائلة البوزونات الثقيلة يرمز لهم بـ:W+ &W-&Z ولهم كتلة كبيرة جداً خلافاً للفوتونات والغرافيتونات الذين يعتبرون بوزون خفيف وسنعود لهذه القوة بعد قليل .

القوة الرابعة وهي أشد القوى جميعها قدرة على التأثير وهي القوة الأكبر بين جميع القوة وهي القوة النووية الشديدة والتي تمسك بين الكواركات التي تشكل البروتونات والنترونات وتربط البروتونات والنترونات معاً داخل نواة الذرة .

تحمل هذه القوة على جسيم سبينه 1 (فهو إذاً بوزون ) اسمه كليون وهذا الجسيم لا يتفاعل إلا مع نفسه ومع الكوارك .ولكن قبل التكلم عن هذه القوة وخصائصها علينا أن نعود لنثبت الأفكار السابقة ونشرح بعض الأفكار :

تقسم جميع الجسيمات في الكون إلى بوزونات ذات السبين الصحيح (0,1,2) وتشكل حوامل القوى مثل الفوتون والغرافيتون والكليون وWوZ .

والفرميونات ذات السبين الكسري (1/2) والتي تشكل مادة الكون والتي تخضع لمبدأ الاستبعاد لباولي (لا يمكن لجسيمين متماثلين أن يوجدا في حالة واحدة أي لا يمكن أن يكونا في الموضع نفسه والسرعة ذاتها مع احترام مبدأ الارتياب لهايزنبرغ (لا يمكن تحديد سرعة وموضع جسيم معاً) . والفرميونات بدورها تقسم إلى الليبتونات والتي تتفاعل بضعف (بالقوة النووية الضعيفة ) مثل الإلكترون .و الهادرونات و التي تتفاعل بقوة مثل الكواركات .ومن هنا تنطلق جميع الجسيمات ولكن لنتكلم قبل الحديث عن هذه المواد عن الشق الثاني من المواد :

إن لكل جسيم جسيم مضاد له يتفانى معه ولنبدأ بشرح الجسيمات المضادة .

كما نعلم في القوة الكهرطيسية هناك الشحنة الموجبة ويأتي ضدها الشحنة السالبة ومن هنا بدأ المشوار :

في عام 1928 تنبأ العالم الفيزيائي البريطاني ديراك بوجود المادة المضادة وأن لكل جسيم جسيم مضاد ذا كتلة مساوية لكتلة الجسيم ولكنه يحمل شحنة كهربائية مختلفة الإشارة ويمكن أن تتجمع هذه الجسيمات المضادة لتشكيل ذرات مضادة فأكوان مضادة .

وعندما يصطدم جسيم بجسيمه المضاد يفني كل منهما الآخر وتنطلق أشعة غاما عالية الطاقة (وهذا مبدأ غير مطلق كما سنرى ) فلو تصافح إنسان مع قرينه المضاد فإن الانفجار الحاصل سيكافئ ألف انفجار نووي قوته ميغاطن يكفي الواحد منها لتدمير مدينة ولنتوقف قليلاً عند هذه الأرقام فلو استطعنا الحصول على المادة المضادة وتذليلها لحصلنا على مصدر طاقة رهيب جداً ولكن السؤال أين هي هذه المادة المضادة ؟

بعد أربع سنوات من تنبؤ ديراك أكتشف العالم الأمريكي أندرسون أول جسيم مضاد وهو البوزيترون وهو مضاد الإلكترون أي له كتلة الإلكترون وبشحنة موجبة وبعد ذلك توالت سلسلة اكتشافات الجسيمات المضادة كالبروتون المضاد ثم استطاعت البشرية ولأول مرة الحصول على ذرة مضادة (ذرة الهيدروجين المضاد ) وذلك من خلال تجربة دمج البروتون المضاد مع البوزيترون ولكن العلماء يحاولون البحث عن المادة المضادة في الكون المحيط بنا وللأسف لا يمكن أن توجد نجوم وذرات مضادة قريبة منا (قريبة بمعنى الأبعاد الفلكية) لأنها لو وجدت لكانت تفانت مباشرة مع أي ذرة عادية وهي موجودة بكثافة من حولنا ولانطلقت طاقة وأشعة غاما دلت على هذا التفاعل وحتى الآن لم نرصد مثل هذه الطاقة رغم تطور الأجهزة العاملة على ذلك ولكن على بعد أكبر من مدى أفضل التلسكوبات في العالم لا نعرف إن كانت هنالك مجرات ونجوم مضادة كما لا يوجد ما يثبت ذلك ومن جهة أخرى فإن علم الكون الحديث يزودنا بحجج تؤيد تكون الكون بكامله تقريباً من المادة العادية وذلك نتيجة أن الانفجار الأعظم (الفرضية التي تشرح نشأة الكون وتطوره ) أنتج فائضاً من المادة على المادة المضادة في لحظة الخلق الأولى وذلك نتيجة عدم تناظر صغير في قوانين الفيزياء (يسمى انتهاك قاعدة بقاء الندية ) وهذه الزيادة الصغيرة هي التي بقت بعد أن أفنت المادة المادة المضادة أما ما نقيسه من خلال الأشعة الكونية فهي مادة مضادة اصطناعية أي أنها تولدت بعد الانفجار الأعظم .ولكن يبقى هذا الكلام فرضي لم نستطيع إثبات خطأه حتى الآن .

إن الجسيمات المضادة لحوامل القوى هي حوامل القوى نفسها أما الجسيمات المضادة للكواركات فهي مضادات الكوارك ولكن شتان بين مضاد الكوارك ومضاد الإلكترون

فمضادات الكوارك موجودة بكثرة لأنها تعتبر من الجسيمات الأولية واجتماع كوارك وكوارك مضاد يشكل جسيم يسمى ميزون وهناك أنواع من الميزونات قبل الحديث عنها دعونا نتكلم قليلاً عن الكواركات .

كان أحد الإلكترونات يسير بسرعة عالية متجهاً لصدم بروتون نتيجة توفر طاقة عالية جداً وذلك في أحد المسرعات والمسمى SLAC وكان يتوقع هذا الإلكترون أن يصطدم بشحنة كروية طرية ولكن للأسف كان توقعه هذه المرة خاطئ فلقد فاجئه البروتون ببنية نقطية صغيرة وقاسية داخله فتبعثر الإلكترون وكان درساً قاسياً له وكان ذلك في أواخر الستينات .

هذه التجربة كانت الدليل الأول على الاقتراح الذي قدمه الفيزيائي موري جيل مان ولم يكن هذا الاقتراح سوى أن البروتونات عبارة عن اجتماع جسيمات نقطية هي الكواركات مع العلم أن أصل هذه الكلمة هي جملة غامضة وردت في أحد كتب جيمس جويس " ثلاثة كواركات للسيد مارك" .

إن للكواركات حتى الآن ثمانية عشر نوعاً أهمها :

العلوي والسفلي والغريب والفاتن والقعري والذروي ولكل نوع ثلاثة ألوان هي :

احمر وأخضر وأزرق ولكل منها شحنة كهربائية كسرية (1/3or2/3) .

أما عن الأسماء فهي لا تتعدى عن كونها أسماء مثلية أقترحها فيزيائيو هذا العصر وأما عن الشحنة الكسرية فهي قسرية تفرضها التجربة ويفرضها كون الكوارك جسيم أولي وأما عن اللون فهي خاصة جديدة من خواص الكوارك ولا نقصد باللون أي اللون كم مفهوم طبعاً لا لأن الكواركات أصغر بكثير جداً من طول موجة الضوء المرئي والكوارك عديم اللون بالمعنى العادي لكلمة لون لكن خيال العلماء أصبح أكثر رحابة وأكثر استعانة بالأمور السهلة والمتعامل بها بشكل أكبر ولأن مجموع الثلاثة منها يؤدي إلى الشحنة صفر مثلما تؤدي مجموع الألوان الأساسية إلى اللون الأبيض .

إن ارتباط الكوارك سفلي وكواركين علويين بالألوان الثلاثة معاً يشكلون جسيم أبيض هو البروتون ذو الشحنة +1 وذلك حسب الآلية (2/3+2/3-1/3) أما النترون عديم الشحنة فيتألف من كواركين سفليين وأخر علوي (-1/3-1/3+2/3) وهكذا يمكن تشكيل أياً من المركبات ثلاثية الكوارك والمسماة الباريونات (وهناك الباريونات المضادة والمؤلفة من كواركات مضادة ).

إن التجاذب بين مختلف الألوان يشكل القوة النووية الشديدة كما ذكرنا سابقاً ولنتذكر أن الجسيمات الحاملة لهذه القوة هي الكليونات .

أما عن ألوان الكوارك المضاد فهي تملك الشحنات اللونية المضادة (أي أحمر مضاد أو أزرق مضاد أو أخضر مضاد ويرمز لذلك بناقص اللون المضاد مثل ناقص أحمر)

إن الشحنات اللونية المتعاكسة ذات الإشارات المتعاكسة تتجاذب فالكوارك الأحمر مثلاً يرتبط بكوارك مضاد لونه ناقص أحمر ليشكلان جسيم يسمى الميزون و أكثر الميزونات شيوعاً هو البيون وهو الذي يرصد عادة في التفاعلات النووية .

هنا يظهر التقابل بين الشحنات الكهربائية والشحنات اللونية والنظرية الكهرمغناطيسية تصف التجاذب بين الشحنات الكهربائية المتعاكسة ولقد تم دمج النظرية الكهرطيسية والنظرية الكمومية بنظرية واحدة هي نظرية الألكتروديناميك الكمومي والتي تنص كما رأينا على أن القوة الكهرطيسية تنتقل بواسطة أجسام معدومة الكتلة اسمها الفوتونات .

وهذا الفوتون هو الذي ينقل المعلومات بين الشحن .

أما النظرية المكافئة للنظرية السابقة في دمج القوة النووية الشديدة بميكانيك الكم فهي نظرية الشحنات اللونية والتي تتواصل بوساطة القوة الشديدة وتدعى نظرية الكروموديناميك الكمومي والتي تقول أن الكليونات (أي الكمومات العديمة الكتلة الحاملة للقوة النووية الشديدة) هي التي تنقل هذه القوة .

لنتكلم قليلاً عن الكليونات فهي مختلفة اختلافا جذرياً عن الفوتونات فالفوتونات ليس لها شحنة ولا يمكن أن نجد فوتونين متجاذبين أو متنافرين أما بالنسبة للكليونات فهي نفسها تحمل شحنة لونية فالكوارك الأحمر يمكن أن يتحول إلى كوارك أزرق إذا أشع كليوناً أحمر/أزرق مضاد (هذا التفاعل يحدث بصورة مستمرة داخل الجسيمات المركبة المؤلفة من كواركات وكواركات مضادة وهو وسيلة نقل القوة الشديدة ) وبالتالي فالكليونات من حيث الأساس يمكن أن تتجاذب ولنلاحظ أن الكليون يتميز عن الكوارك بأن له لونين لون ولون مضاد بينما للكوارك هناك لون واحد وتفسير ذلك سنجده بعد قليل .

نضيف لذلك أن الفوتون يحيط بالإلكترون بصورة منتظمة مشكلة طبقة ذات تناظر كروي وكثافة هذه الفوتونات تتناقص مع المسافة وبالتالي فالقوة الكهرطيسية تتناسب طرداً مع مقلوب مربع المسافة .أما الكليونات فليست منتظمة التوزع حول الكواركات وهي تشكل مجتمعة مع بعضها ما يشبه الأنبوب الذي يربط الكوارك والكوارك المضاد (ولهذا نجد أن للكليون لون ولون مضاد معاً ) واللون الذي منشأه الكوارك يمثل وكأنه يجري داخل الأنبوب الكليوني إلى الكوارك المضاد حيث يمتص .

إن هذا الأنبوب هو الذي يمنع وجود كواركات حرة في الكون لأننا نحتاج لطاقة لانهائية لمط الأنبوب حتى يصبح طوله لانهائي واللون الذي ينتج عن الكليون هو عديم اللون وكأن الطبيعة تكره اللون وتحاول الاستقرار عند عدم وجود اللون ولكن لننظر ماذا يحدث لو انكسر هذا الأنبوب ولنأخذ مثالنا الميزون الذي كما رأينا يتألف من كوارك وكوارك مضاد فحين ينكسر الأنبوب الكليوني الواصل بينهما في نقطة ما يصبح طرفاه كوارك وكوارك مضاد مما يولد ميزون إضافي أي تحول الميزون الواحد إلى ميزونين .

لقد أتى الدليل الأول على وجود الكليونات من تلاشي الإلكترون والبوزيترون (الإلكترون المضاد ) والتي تولد طاقة تكفي لتوليد كوارك وكوارك مضاد ينطلقان في اتجاهين متعاكسين محدثين همرات (shower) من الميزونات والباريونات وهكذا نقيس هذه الدفقات في الاتجاهين المتعاكسين .وقد تمت هذه التجربة فعلياً عام 1979 وكانت نتائجها مؤكدة لنظرية الكروموديناميك الكمومي .

ويمكن للكليون أن يتحد بكليون أخر أو أكثر ليشكلا جسيماً من الكليونات شديدة التماسك وذات لون محايد يدعى هذا الجسيم الافتراضي بالكرة الكليونية (لا ننسى أننا نتحدث عن حامل قوة ينتمي لفئة البوزونات ذات السبين 1 ) والتي يمكن أن تنشأ بآليات مختلفة أضف لذلك أن الكليون يمكن أن يرتبط بميزون ليشكل جسيم جديد يدعى هايبريد فعلى سبيل المثال يمكن أن نتصور ارتباط كوارك أحمر وكوارك لونه ناقص أزرق بكليون أزرق/أحمر مضاد لتكوين هايبريد أبيض (وهو أساسا ميزون يدور فيه الأنبوب الكليوني حول الخط الواصل بين الكوارك والكوارك المضاد ) .

بقي لدينا جسيم أولي هام لم نأتي على ذكره حتى الآن ألا وهو النترينو هذا النترينو كتلته تساوي الصفر (هناك تجربة تعكس ذلك ) وشحنته صفر .

تكمن أهمية النترينو كما سنرى في نظرية التوحيد الأعظم كما أن له أثر كبير في موضوع المادة السوداء والتي تشكل 95%من كتلة الكون أي أننا لا نتكلم إلا عن ال5% فقط من الكون وكل هذه النظريات تشرح هذه ال5% فكيف حال الـ95%؟

لنعد ونرتب الأوراق : لقد تكلمنا عن القوى وعن الجسيمات الحاملة للقوى وعن المادة والمادة المضادة وحان الوقت لنجمع الأفكار ونضعها في قالب واحد .

لقد مات العالم الكبير أينشتاين وكان حلمه أن يرى جميع قوانين الفيزياء قد توحدت وأصبح هذا الهدف شغله الشاغل في نهاية حياته ثم انتقل هذا الهادف ليصبح هدف جميع الفيزيائيين فكل حديثنا السابق يصب في أحد الخطوات الكبيرة باتجاه هذه النظرية وما ميكانيك الكم إلا أحد الوجهين لهذه النظرية والتي تمثل النسبية العامة الوجه الثاني لها .

لقد أصبحت النظرية الفيزيائية التي تفسر جميع الظواهر ما هي إلا اجتماع واندماج للنظرية النسبية والنظرية الكمومية .

لقد كانت أول خطوة لتوحيد النظريات الفيزيائية حين قام العالم ماكسويل بتوحيد الحقل الكهربائي والحقل المغناطيس في حقل واحد هو الحقل الكهرطيسي ولم نعد نستطيع الكلام عن الكهرباء بمعزل عن المغناطيسية ولا عن المغناطيسية بمعزل عن الكهرباء فكلاهما وجهان لحقل واحد هو الحقل الكهرطيسي ولا نستطيع عزل الحقل الكهربائي عن الحقل المغناطيسي .

أما الخطوة الثانية والأكثر جرأة والتي قلصت المسافة بين الفيزياء الآن ونظرية التوحيد وقلصت عدد القوى الأربع إلى ثلاث هذه الخطوة هي توحيد النظرية الكهرطيسية بحقلها الكهرطيسي مع القوة النووية الضعيفة وياله من إنجاز .

نحن نعلم أن حوامل القوة الكهرطيسية هي الفوتونات وحوامل القوة النووية الضعيفة هي جسيمات (W+,W-,Z) والتي تملك كتلة كبيرة نسبياً لاحظ العالمين محمد عبد السلام وستيفن واينبرغ أن هذه الجسيمات الثلاثة في الطاقات العالية تتصرف بشكل يطابق تصرف الفوتون في هذا المجال الطاقي أما في الطاقات المنخفضة فإن هذا التناظر (هذه الكلمة من الآن فصاعداً ستتكرر كثيرا وسنلاحظ ذلك ) ينكسر وبشكل تلقائي وبالتالي ما هذه الجسيمات الثلاثة إلا فوتونات في الطاقات العالية و تأخذ استقلاليتها بالطاقات المنخفضة ولقد أكدت التجربة هذه النظرية وذلك في مسرع سيرن (المركز الأوربي للأبحاث النووية ) وتم الحصول على الشركاء الثلاثة للفوتون في الطاقات العالية وبالكتل الكبيرة المتوقعة وهكذا تم في مختبر سيرن والذي سيرافقنا في بقية رحلتنا توحيد النظريتين الكهرطيسية والنووية الضعيفة في ما يسمى بالنظرية الكهرضعيفة .

كانت هذه الخطوة دافعاً قوياً للقفز للخطوة الثانية باتجاه توحيد القوة الفيزيائية وكانت هذه الخطوة بحق جبارة وكبيرة لدرجة أن العلماء أطلقوا على النظرية الجديدة اسم نظرية التوحيد الكبير .هذه النظرية ضمت إلى التحالف الكهرضعيفي القوة الأكثر قوة وهي النووية الشديدة ولكن بقيت الثقالة بعيدة كل البعد عن هذه التحالفات .لن نستبق الأمور ولنعود لنظريتنا الطنانة .إن هذه النظرية رغم روعة إنجازها إلا أنها عانت الكثير من التناقضات الداخلة وهذه النظرية تقول أن القوة الكهرضعيفة في الطاقات العالية تصبح قوية بما فيه الكفاية أما القوة النووية الشديدة في الطاقات العالية تصبح بالضعف بمكان أنها تقارب للقوة الكهرضعيفة وبالتالي تصبح القوى الثلاث متساوية الشدة في الطاقات المرتفعة جداً وبالتالي فكل جسيم من جسيمات المادة التي سبينها ½ كالكواركات والإلكترونات تصبح من جوهر واحد وتعطينا هذا الاتحاد.

للأسف مازال هذا الكلام نظري بحت لأن طاقة التوحيد الكبرى تحتاج لمسرع بحجم المنظومة الشمسية لكن بفضل التجارب الالتفافية نستطيع التنبؤ ببعض نتائج هذا التوحيد حتى نستطيع إثباته تجريبياً .

إن أهم نتيجة تتوقعها نظرية التوحيد الكبرى هي أن البروتونات يمكن أن تتفكك تلقائياً إلى جسيمات أخف وذلك لأنه لا يوجد في طاقة التوحيد الكبرى فرق جوهري بين إلكترون مضاد وكوارك ويستطيع الكوارك أن يتحول في هذه الطاقات إلى إلكترون مضاد إلا أن هذا التفكك يحتاج لزمن أطول من الزمن المتوقع لخلق الكون منذ الانفجار الأعظم.

والتجربة ورغم رصد الإمكانات لرصد هذا التفكك لم تعطينا أي نتيجة إيجابية تثبت هذا التفكك .

هنا دليل يمكن اعتباره مع الكثير من التحفظ أن وجودنا شاهداً على نظرية التوحيد الكبرى لأن هذه النظرية تؤمن زيادة للمادة (من كواركات وإلكترونات ) عن المادة المضادة (كواركات مضادة وبوزيترونات ).

أما فيما يتعلق بالنترينوات ومضاداتها فإنها توجد بغزارة كبيرة لأنها لا تتفانى فيما بينها لان هذه الجسيمات لا تتفاعل إلا مع نفسها ولكن لو كانت هذه النترينوات تملك كتلة صغيرة لكان بالإمكان الاستشعار بها بطريق غير مباشرة ولشكلت قسطاً كبيرة من المادة السوداء الخفية (المعتمة ) وبالتالي لكانت لجاماً يوقف توسع العالم وتعيده للأرتصاص .

لننتقل الآن لأهم خطوة وأخطر خطوة لننتقل للخطوة الأخيرة في سلسلة الاتحادات ولننتقل لدمج الثقالة مع نظرية التوحيد الكبرى لنحصل على النظرية النهائية .

كم كنت أتمنى أن أتابع بسير كلامي وأسرد هذه النظرية التي لم توضع بعد وكل المحاولات في سبيل توحيد الثقالة مع باقي القوى بائت بالفشل وكأن النظرية التثاقلية تشربت من صاحب النظرية الأكثر شرحاً لها والأكثر قرباً منها وكأنني أرى ترفع الثقالة عن الاندماج أرى العالم الكبير أينشتاين الممثل الرئيسي لهذه النظرية يرفض ضمها لهذا التحالف وخاصة بعد أن نعلم أن أينشتاين كان من الرافضين للنظرية الكوانتية وكان يعلق عليها بقوله أن الإله لا يلعب النرد رغم إسهام إينشتاين بميكانيك الكم كان يرى بها النظرية الناقصة .

لقد عانت الخطوة الأخيرة من العديد من المصاعب إضافة لعدم استطاعة العلماء توحيد النسبية والكوانتية في نظرية واحدة ظهرت نتيجة التناقض الجديد بين مبدأ الارتياب لهايزنبرغ والذي يعد قلب ميكانيك الكم والنسبية العامة العديد من التناقضات التي تخلق أغرب النتائج التي لم تخطر على بال في مجال الفيزياء ولكن رغم جميع الصعوبات وكعادة العلم في كل مسيرته لا يتوقف أبداً وبدأت النظريات التي تحاول الوصول إلى الهدف بشتى الطرق ومن جميع المنافذ وبدأت النظريات تتالى حتى أصبحنا قريبين جداً من التوحيد الحقيقي والذي وصفه بعض العلماء أنه من السهولة بحيث لا يحوي إلا على معادلة واحدة تشتق منها جميع القوى ولنبدأ رحلتنا الجديدة إلى نظريات التوحيد .

كانت أول هذه النظريات الضخمة هي نظرية النموذج العياري أو كما يقال عنها نظرية كل شئ تقريباً . تستند هذه النظرية على ميكانيك الكم التي أشادها عمالقة العلماء أمثال بور وهايزنبرغ وشرودينجر وفاينمان وآخرون وهي اتصال للنظريات التي سبق وتحدثنا عنها وهي الإلكتروديناميك الكمومي والكروموديناميك الكمومي وجاءت النظرية العيارية والتي تفترض أن عناصر جملة ما يمكن أن تخضع لتحولات –كالدوران أو الانعكاس المرآوي – دون أن يتغير فيها شئ أساسي .وأصبحت هذه الخاصية تدعى تناظر

(Symmetry) ولكن غياب الدعم التجريبي للنظرية العيارية دفع بالعلماء للتفكير بحل بديل وكانت نظرية التناظر الفائق (supersymmetry) والتي أصبحت بحق إحدى النظريات الأكثر شهرة في هذا المجال .تقضي نظرية التناظر الفائق أن تشترك الفرميونات (الجسيمات المؤلفة للمادة ) والبوزونات (حوامل القوى) في تناظرات عميقة أي أن يكون لكل جسيم قرين تناظري فائق أو (Sparticle) كبير الكتلة .

وكانت أول نتائج هذا التناظر نظرية الثقالة الكمومية التي تشتق منها نظرية الثقالة الفائقة والتي تفترض أن الغرافيتونات التي تحدثنا عنها الحاملة للقوة الثقالية لها أقران فائقة التناظر يدعى الواحد منها غرافيتينو (gravitino) والتي مثلت إدخال الثقالة لميكانيك الكم ولكن خاب ظن العلماء بسبب المشكلات الرياضية الرهيبة التي عرقلت مسيرة النظرية وهذه المشكلات نتجت عن أن الغرافيتون جسيم نقطي يشبه الصفر الرياضي وهذا أدى لظهور لانهايات في الحساب الرياضي وهذه اللانهايات تسبب وعكات صحية للعلماء لذلك لا يحبون أن يروها .

لكن لننظر فيما لو استبدلنا هذا الجسيم النقطي بوتر صغير جداً جداً ماذا يحدث؟

لقد فعل العلماء ذلك والنتيجة كانت الحصول على أكبر نظرية في العصر الحديث يمكن أن نعتبرها من الغرابة وكأنها هاربة من المستقبل .

نظرية الأوتار الفائقة (superstrings) هذه النظرية التي أعادت للعلماء نشاطهم وجعلتهم يتسابقون للكشف عن كنه هذه النظرية .لقد طرحت هذه النظرية حين تم توحيد القوة النووية الشديدة والقوة الكهرضعيفة في بداية السبعينات حيث أقترح الفيزيائيون أن القوة النووية الشديدة يمكن أن تنشأ عن تأثيرات متبادلة بين جسيمات لها شكل الأوتار فكما تصدر الأوتار اهتزازات مختلفة تعطي هذه الاهتزازات الجسيمات المختلفة التي تضمها القوة النووية الشديدة .ولكن هذه النظرية بقيت طي النسيان حتى بداية الثمانينات من هذا القرن حيث أعاد العالمين غرين و شوارز الحياة لهذه النظرية كشكل من أشكال التناظر الفائق .

إن الجسيم يحتل نقطة من المكان في كل لحظة زمنية تدعى مجموعة هذه النقاط في الزمكان بالخط العالمي .أما الوتر فأثر حركته في الزمكان سطح ذو بعدين يسمى ورقة العالم .

أي أننا هنا أمام بعدين في ورقة العالم الأول يدل على الزمان والآخر على موضع النقطة على الوتر ويمكن أن تتحد الأوتار لتشكيل جسيمات جديدة أو أن تنقسم .

وبالتالي تحولنا من الحديث عن الجسيمات إلى الحديث عن الأوتار وكما قلنا أن اهتزاز الأوتار يشكل الجسيمات أما إصدار الجسيمات وامتصاصها فيتمثل بانقسام وترين أو التحامهما .ولكن ظهرت مشكلة جديدة عكرت فرحة الفيزيائيين هي أن نظرية الأوتار الفائقة بحاجة إلى ستة وعشرين بعداً أو على الأقل عشرة أبعاد بدلاً من الأبعاد الأربعة التي نعرفها .فأين تلك الأبعاد ؟

تجيب النظرية بان الأبعاد الباقية موجودة ولكنها متقوقعة في حيز صغير جداً جداً وهي أصغر من أن تلاحظ ولكن السؤال لماذا لم يبقى إلا أبعادنا الأربعة لم تتقوقع ؟

يأتي الجواب من المبدأ البشري فلو بقي بعدين لانتفت الحياة لأن الحياة ببعدين لا يمكن أن تتم أما حياة بأكثر من أبعادنا فالقوة الثقالية تمنعها لأن ذلك سيسبب اضطراب شديد في حركة الأرض حول الشمس وسيجعلها تفلت من قبضتها أو الاندفاع للسقوط داخلها وفي الحالتين أنعدمت الحياة وبما أننا على قيد الحياة فالأبعاد هي ثلاثة مكانية وآخر زماني ليس إلا أما الباقي فموجود حيث لا نعلم .

والآن نحن أمام ثلاثة احتمالات :

1-إما أن يكون هناك فعلاً نظرية موحدة مكتملة سنكشفها يوماً ما .

2-إما أن لا يكون هناك نظرية شاملة بل يوجد سلسلة لا تنتهي من نظريات تفسير الأحداث بدقة متفاوتة .

3-إما أنه لا يوجد نظرية للعالم ولا يمكن التنبؤ بالأحداث إلا إلى حد معين تحدث بعده الأمور مصادفة وبشكل اعتباطي .

إن العلم أثبت لنا خلال ارتحالنا عبره أن لا نتوقع منه شئ فهو دائما يفاجئنا بأشياء جديدة قد تحمل معها من المفاجآت ما يجعل حديثنا السابق كله ضرباً من الخيال أو ضرباً من المزاح الثقيل أو تفكير بسيط لإنسان جاهل .

إن البحث عن الطاقة يعني البحث عن الحياة وبالتالي الخوض في أعماق المادة والارتحال إلى أعماق الكون للبحث عن الحياة ولحظة كشف الحياة هي لحظة انتصار البشرية ولحظة انتصار لجميع العلماء الذين كرسوا حياتهم للبحث عن ما يؤمن حياتنا فلننتظر تلك اللحظة التي يمكن أن تكون في جيلنا أو بعد عدة أجيال وحينها لا أعرف ماذا سيقول عنا أحفادنا ولا أعرف هل نحن نتجه بالاتجاه الصحيح الذي سيدلنا على الطاقة وعلى الحياة؟

المهندس محمد العصيري / رئيس جمعية هواة الفلك السورية

[باسل وردان]

بارك الله فيكيم
الله يعطيكم العافية