nano464  (12 years ago)
باحت لنا الذرة بـ أسرارها الغريبة لنا خلال السنوات الاولى من القرن الماضي و بمعدل استثنائي حيث أحدثت ثورة علمية تلو أخرى . في عام 1897 قامت ماري كوري بدراسة الأشعة الغريبة المنبعثة من بعض المعادن النادرة وأطلقت عليها النشاط الإشعاعي . بعد ذلك في عام 1905 أثبت ألبرت أينشتاين بصورة قاطعة وجود الذرة و حجمها . وبعد ذلك بـ سنوات قلائل قام النيوزيلاندي إرنست رذرفورد بـ إجراء تجربة في مانشيستر والتي كشفت له الشكل الداخلي للذرة . صدم العلماء عندما اكتشفوا أن الذرة كلها تقريبا ما هي إلا فراغ . أصبح السؤال عندئذ : كيف تستطيع هذه الذرة الفارغة أن تصنع العالم الصلب حولنا ؟ إستنبط إجابة هذا السؤال مجموعة من الفيزيائيين الثوريين في الدانمارك . لقد اقترحوا أن يكون عالم الذرة يسير وفق قواعد مختلفة عن أي مما رأته البشرية من قبل كان ذلك يعني أن الذرة لبنة البناء الأساسية في الكون كانت فريدة من نوعها و ربما كانت خارج نطاق مقدرة الفهم البشري . بعد ذلك قام أحد العلماء بـ استكشاف النواة قلب الذرة الدقيق فـ وجدوه يتفجر بالطاقة القوية أعطاهم ذلك الإكتشاف : المقدرة على إلحاق التدمير الشديد بـ الارض ولكنه بتحول مدهش منحهم أيضا فهما أوليا عن كيفية تكوين الكون نفسه. وعلى الرغم من ذلك فالرحلة لفهم الذرة المتقلبة غريبة الأطوار قد بدأت لتوها فقط .

nano464  (12 years ago)
في عام 1927 كان شاب ” يدرس في قسم الرياضيات بـ جامعة كمبريدج ” اسمه بول ديراك . وقد صوت لصالحه مؤخرا فيزيائيون اخرون كـ ثاني ألمع فيزيائي انكليزي على مر العصور بعد نيوتن وقد استحق هذا التكريم فقد تخطى كل العقول اللامعة التي لها ريادة الفيزياء الذرية وتركهم يقتفون أثره من الجرأة المحضة والتفكير الغريب في عمله . عندما قرأ اينشتاين بحثا لـ ديراك الذي كان عمره 24 عاما وقتها قال : أنا منزعج من ديراك هذا التوازن بـ هذه الطريقة المدهشة بين العبقرية والجنون لهو شيء مخيف ، في عام 1927 ولأسباب لم يعلمها أحد كلف ديراك نفسه بمهمة كانت ضخمة في منظورها أن يجمع العلم وأن يجمع أجزاءه المبعثرة غي كيان واحد جميل وذلك كان يعني بـ الإضافة إلى كل شيء أن عليه أن يوحد الفكرتين الأشد صعوبة والأبعد عن البديهية في التاريخ . ما كان ديراك يحاول أن يوفق بينه في البداية ميكانيكا الكم وهي : معادلات رياضية تصف الذرة والأجزاء التي تكونها ;,, بعد ذلك هناك نظرية النسبية الخاصة لـ أينشتاين والتي تبدو للوهلة الأولى أنها لا علاقة لها بـ الذرة فـ هي تتعامل مع المسائل الأشمل من ذلك كـ طبيعة الفراغ والزمن و إحدى نتائجها أن الأجسام تتصرف بـ طريقة مختلفة جدا عندما تسافر بـسرعة الضوء . السؤال الذي ربما يسـأل هو : لماذا يريد أحد ما أن يوفق بين نظريتين مختلفتين كـ هاتين ؟

nano464  (12 years ago)
حسنا ... بـ حلول عام 1929 كانت معادلات ميكانيكا الكم تعطي بـ إستمرار إجابات خاطئة عندما تصف الإلكترونات التي هي إحدى مكونات الذرة حيث أنها تتحرك بـسرعة عالية جدا . لكن بالنسبة لـ ديراك كان هناك دافع أكثر خفاء وقال في احدى محاضراته : إن النظرية الفيزيائية لا بد أن تتمتع بـ الجمال الرياضي . لذلك بـ النسبة له لم تكن حقيقة عدم اتفاق ميكانيكا الكم والنسبية غير مريحة فـ حسب بل كانت بعيدة عن المنطق . لذلك في عام 1925 في كمبريدج حاول أن يفهم ويجمع هاتين النظريتين المختلفتين في صورة موحدة „ معادلة واحدة „ وعمل على ذلك لـسنوات وفي مساء أحد الأيام طفي عام 1928 أتاه إلهام مدهش : الطريقة الوحيدة كي نفسر ما حدث هي قول أن معادلات ميكانيكا الكم والنسبية الخاصة اندمجتا بداخل عقل ديراك . وصف اينشتاين للفراغ والزمن قان بـ طريقة ما بمط و ضغط معادلات الذرة الموجودة قام بثنيها وليها لتكون أسكالا جديدة عجيبة و رائعة وبعد ذلك قام ديراك بـ إيمانه الراسخ بأن قوانين الطبيعة لا بد أن تكون جميلة . بوضع معادلة واحدة تمثل وصفا جديدا تماما لما يحدث بـ داخل الذرة . هي المفتاح لـ ناموس الطبيعة السري وبـ أناقة رياضية دقيقة وصفت معادلة ديراك جسيما ذريا يسافر بـ أي سرعة حتى سرعة الضوء .

nano464  (12 years ago)
كل ذلك كان ديراك يتوقع أن يحققه لكن عندما نظر الى معادلته بإمعان أكثر لاحظ بها شيئا ثوريا بـ درجة مذهلة وقال بعد ذلك أن معادلته عرفت أكثر مما عرفه هو بـ داخلها كانت معادلة ديراك تخبره أن هناك كون آخر لم نلاحظه من قبل . كان ذلك بـسبب أن معادلته بدلا من أن يكون لها حل واحد فـ إن لها حلين . الحل الأول : يصف الكون الذي نعرفه المصنوع من الذرات المألوفة لنا . والحل الثاني : يصف صورة طبق الأصل من كوننا مصنوع من ذرات خواصها معكوسة بـ طريقة أو بـ أخرى . الآن محبي الخيال العلمي سيعرفون ما يلي ذلك بالإضافة إلى المادة . تنبأت معادلة ديراك بوجود مادة مضادة . يبدو أن نظرية ديراك تقول أن لكل شيء في عالمنا المعروف لكل جسيم يمكن أن يوجد جسيم مضاد مناظر له بنفس الكتلة لكنه مضاد له تماما في كل شيء آخر . إنه يشبه تماما عالم في مرآة . فـ العالم المصنوع من المادة المضادة سـيشبه ويتصرف مثل عالمنا تماما . من الممكن جدا أن أكون أنا مصنوعا من المادة المضادة نظيري المضاد سيبدو و سيتصرف مثلي أنا الأصل بالضبط ومن الممكن أن يكون هناك في فضاء الكون الشاسع نجوم وكواكب أو حتى كائنات حية مكونة من المادة المضادة وهناك تخمين شبه مؤكد أخير لمعادلة ديراك وقتها وهو يقرر و تأكد ذلك لاحقا : أن المادة والمادة المضادة يجب ألا يلتقيا لأنهما إذا فعلا ذلك فـ النتيجة سيفني أحدهما الآخر ويتحولا إلى طاقة خالصة ، وفقا لمعادلة اينشتاين الشهيرة ، الطاقة = الكتلة * مربع سرعة الضوء ، لذا إذا التقيت بنظيري من المادة المضادة فسوف ننفجر معا بـ طاقة تعادل مليون قنبلة ذرية ، كل ذلك يشبه الخيال العلمي و في الحقيقة فإن فكرة المادة المضادة كانت الملهمة في مساحات كبيرة منه ،

nano464  (12 years ago)
في الحقيقة أن المادة المضادة خاصة إلكترونات المادة المضادة المسماة بوزيترونات تصنع الآن بصورة روتينية في المختبرات . تستخدم البوزيترونات في أجهزة التصوير الطبي المتطورة والتي يطلق عليها ماسحات ” PET ” التي يمكنها أن ترينا صورا خرائطية دقيقة للدماغ من خلال الجمجمة . لكن بالعودة الى أوائل القرن الماضي كان رد الفعل الأولى لمعادلة ديراك بين الفيزيائيين متشككا للغاية حتى ديراك نفسه كانت لديه مشكلة في تصديق نتائجه كانت المادة المضادة تبدو فكرة منافية للعقل . ثم أتى التأكيد المدوي لـ معادلة ديراك بكل مضموناتها الغير معقولة وقد أتى هذا التأكيد من المكان الأبعد عن التوقع ” الفضاء الخارجي ”

nano464  (12 years ago)
في عام 1932 كان الفيزيائي كارل أندرسون يعمل هنا في كالتيك في لوس انجلس عندما اكتشف اكتشاف مذهلا . كان يدرس الأشعة الكونية وهي جسيمات تحت ذرية ذات طاقة عالية تقصف الأرض بـ إستمرار من الفضاء الخارجي و كي يفعل ذلك استخدم جهازا يدعى حجرة الضباب و هو بالأساس عبارة عن إناء مملوء بضباب رقيق من بخار الماء وهو يظهر مسارات الجسيمات وهي تخترق البخار وإذا وضع في مجال مغناطيسي فسوف تنحرف تلك المسارات في هذا الاتجاه والآخر حسب شحنة الجسيم الكهربائية لذلك ستذهب المسارات الموجبة في اتجاه والسالبة في الإتجاه الآخر . وجد اندرسون الدليل في جسيمات تشبه الالكترونات تماما ولكنها تنحرف في الاتجاه المعاكس . لقد اكتشف مضادات الكترونات ديراك جسيمات المادة المضادة .

nano464  (12 years ago)
معادلة ديراك هي انجاز مثير للإعجاب فـ تنبؤها بـ وجود المادة المضادة بـ إستخدام الرياضيات البحتة وحدها سيكون كافيا لجعلها معلما هاما في تاريخ الفكر البشري . لكن بعد سنوات قليلة من نشرها شعر ديراك أولا و آخرون بعده أن معادلته تخبره بـشيء عميق شيء جديد بالكلية عن الطبيعة و قد كانوا محقين لكن الإلهام المختبئ في معادلة ديراك سوف يحتاج أشد الجهود لأعظم العقول إلى ثلاثين عاما ليكتشف . كانت المشكلة في معادلة ديراك هي الآتي : على الرغم من أنها قوية جدا وأدت الى اكتشاف المادة المضادة لكنها تستطيع وصف الكترون واحد فقط و تفشل تماما في تفسير ما يحدث عندما يوجد أكثر من الكترون ؛ ما كنا بحاجة اليه كان نظرية جديدة . نظرية كيف تتعامل الالكترونات مع بعضها البعض ؟ و اتضح انه السؤال الأصعب في منتصف القرن العشرين لكن عندما جاءت الاجابة جلبت معها اكتشافا غير متوقع .

nano464  (12 years ago)
من مكتب فاينمان في كالتيك كانت نظريته من أعظم مساهماته في الفيزياء وكان دوره في تطوير المرحلة التالية من ميكانيكا الكم . كان فاينمان و معاصروه يحاولون التقاط شعلة الذرة من ديراك وتطوير نظرية تأخذ فهمنا للذرة بعيدا في قفزة كمية بـ معنى الكلمة مثل معادلة المادة المضادة لـ ديراك من قبل كانت رؤى النظرية الجديدة هي الدمج بين النظريات السابقة وتطوير مفهوم حديث . لقد أرادو أن يفهموا كيف تؤثر الالكترونات على بعضها البعض . بـ معنى آخر كان هدفها شرح كيف تعمل كل الأشياء مع بعضها من خلال المجال الكهرومغناطيسي وأطلقوا على مشروعهم للدمج ” الديناميكا الكهربائية الكمية ” 'QED' كان المشروع تحد هائل لكن النتيجة النهائية كانت عظيمة . ليست أقل من أن تكون أكثر النظريات العلمية مدى ودقة على الإطلاق .

nano464  (12 years ago)
على سبيل المثال فـ هي تتنبأ بأن خاصية معينة للإلكترون تسمى العزم المغناطيسي وله رقم معين . قاست التجارب الرقم نفسه بـ الضبط وهذا توافق بين النظرية و التجربة . وبمـستوى من التوافق ليس له مثيل من قبل . إنه مثل قياس المسافة من لندن الى نيويورك بدقة حتى سمك شعرة الإنسان . الدقة الهائلة للديناميكا الكهربائية الكمية جعلتها تشكل أساس كل شيء نعرفه تقريبا في العالم المادي . إنها أقرب شيء توصلنا إليه على الإطلاق إلى نظرية „”„ كل شيء „”„ إنها تحدد قوانين الطبيعة على المقياس الذري .كما تفسر الشكل و اللون والملمس والطريقة التي يتفاعل بها كل شيء تقريبا . إنها أيضا تشمل وتشكل أساس كل شيء من الكيمياء الحيوية إلى سبب عدم سقوطنا من خلال الأرضية„„„„„„„„„ : ””””””””” . إذا ... ما الذي تقوله بالفعل الديناميكا الكهربائية الكمية ؟

nano464  (12 years ago)
حسنا ... هذا هو المكان الذي يصعب جدا الذهاب إليه ربما تكون وصفا علميا رائعا للطبيعة . لكن من غير الممكن تقريبا محاولة فهم ما كان فاينمان يعنيه بنظريته . هذا ما قاله هو شخصيا عندما قدم نظريته على الورق قائلا : إن مهمتي أن أقنعكم ألا تنصرفوا لأنكم لم تفهموها . تلامذتي طلبة الفيزياء لا يفهمونها و ذلك لأني لا أفهمها . لاأحد يفهمها „„„„„„„„„„„„„ إذا كان مخترع النظرية لا يفهمها فهل سيكون هناك أي أمل للبقية ؟ „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ وبـ الرغم من ذلك سأحاول أن أشرح على أية حال . أولا يجب عليكم التخلي عن بديهياتكم الأساسية عن الطبيعة . ويجب التخلي عن مفهوم أن الفضاء الخالي هو فارغ . ولنحاول شرح ذلك . إذا قمنا بـ تفريغ كل الهواء من هذا إناء زجاجي سنكون محقين عندما نقول أنني أزلت كل الذرات وبقي لي الفراغ . حجم من الفراغ الخالص . الديناميكا الكهربائية الكمية تعارض هذه الفكرة البديهية بـ قولها : أن الفراغ ليس هو المكان حيث لا يوجد شيء ولا يحدث شيء . وبدلا من ذلك فـ هو مليء بـ الأشياء ويفيض بـ النشاط . كيف يمكن أن يكون هذا صحيحا ؟