فيزياء الكون الحديثة، من نيوتن إلى أينشتاين

فيزياء الكون الحديثة، من نيوتن إلى أينشتاين

تبدو حلقة التأسيس في تاريخ علم الفلك الحديث أشبه بدوران القط حول نفسه ليلحق بذيله، غير أنه في هذا المسعى المستحيل يدور ويظل يدور دائما. هذا هو حال فيزياء الكون وقدر فرضياتها ومسلماتها على حد سواء، ناهيك على اختلاف الآراء في علم الكونيات وتضاربها تضاربها شديدا. أليس ذلك ما ذهب إليه العالم جيمس بيبلز James Peebles في افتتاحية مجلة Scientific American التي تضمنت ملفا لعلمي الفلك والكونيات:«إن كل الآراء المطروحة قد لا تكون صحيحة، بل أنها ليست متماسكة مع بعضها البعض الآخر». وبديهي ذلك في سوق يمور بالأفكار والنظريات والمعادلات المختلفة، لكن دار لقمان عندنا غير ذلك تماما، ما دامت التهويمات السحرية للكون هي الغالبة، بل أن مجرد تقديم تفسير مادي فيزيائي للكون يثير تشنجا يطرح أكثر من سؤال. ناهيك أنه عندما يعمد أهل العلم في الساحة العربية لتقديم نظريات علمية في ميدان عصي وصعب المسالك، يجدون أنفسهم في قفار مقفرة. فعدم وجود تراكم معرفي وعلمي في الساحة العربية والنقص الهائل في ميدان الترجمة والتعريب، يجعل من هؤلاء الباحثين الجادين أشباه سيزيف (Sisyphe) جدد في صعوده إلى قمة الجبل ينوءون تحت عبء حمل ثقالة تخلف ما بعدها ثقالة. فالفقر المدقع الذي تعاني منه لغة الضاد في تعريب المصطلحات العلمية والتضارب الشديد بينها إذا وجدت، يجعلها تضيف إلى الصعوبة غموضا وإلى الغموض تعقيدا. ويزياد هذا التعقيد حول مفهوم الكون لأنه كان دائما محل شد وجذب بين العلماء والفلاسفة، إذ لم يسلم هذا المفهوم بدوره من معول النقد، بحيث كان محط تغيير وتحول مستمر عبر تاريخ الإنسانية. فهاته الكلمة دون سائر الكلمات الأخرى، كلمة بدائية بامتياز وتختزن فيها رؤية الإنسان للكون منذ أن فتح عيناه ورفع رأسه يتضرع إليها أو رهبة وخوفا منها.
ولا بأس أن نذكر في هذا الباب أن نص أفلاطون " طيمواس" (Timée) بمثابة أحد النصوص المؤسسة لنظرة الإنسان إلى الكون: كروح ومادة، حيث اعتبر انسجام العالم الكوني بمثابة كائن شبيه بتناغم العالم البشري. والحال أن الإغريق اعتبروا انسجام الكون كقلادة حلي نسائية، بحيث لا غرابة إذا كانت كلمة كوسوموس (Cosmos) تحيل في أحد استعمالاتها إلى كلمة (Cosmétique) بمعنى مستحضرات التجميل.
غير أن كتاب "قصة الكون من التصورات البدائية إلى الانفجار العظيم" للباحثين نضال قسوم وجمال الميموني، يمتاز، إن لم يكن ينفرد في هذا المجال على سائر الكتب العربية العلمية القليلة في هذا الباب. إذ ثمة تبويب محكم بين سائر الفصول، بحيث لا يجد القارئ أدنى صعوبة للإبحار في قصة الكون عبر قيامه برحلة سفر في التاريخ، تاريخ علم الفلك كما نشأ وتطور عند مختلف الشعوب والحضارات ( الفراعنة، الإغريق، البابليون، الروم، الهنود والصينيون)، معرجين بعد ذلك للتعريف بمساهمات علماء الفلك المسلمين (البيروني، ابن شد، ابن عربي..) ومقدمين رؤية الديانات التوحيدية للكون ونشأته. ثم كيف وقع التلاقح والتفاعل بين العلماء في عصر النهضة والمعارك التي واجهها العلماء حول القضية التي شغلت الناس:
«هل تدور أم لا تدور؟» ليصل الأمر إلى انتصار العلم على التفسيرات السحرية للكون والدوغمائية الدينية وصولا إلى فتوحات عصرنا العظام ( كوبرنيك، كبلر، غاليليو، ديكارت، نيوتن، لابلاس...).
ولا نجانب الصواب إذا قلنا أن هذه المساهمة تستحق كل التنويه، لأنها تقدم النظريات والاكتشافات على حد سواء، الواحدة تلو الأخرى، مع أهم الخلاصات التي تمور بها النظريات الفيزيائية الحديثة والقديمة. بل وتشمل أحيانا عرض الكثير من الجزئيات والتفاصيل لتقديم صورة صحيحة عن الآراء المطروحة والمقابلة لها في سوق الفيزياء الكوني.
والمهم عندنا في هذا التقديم والتعليق أن نحاول قدر الإمكان تبسيط أهم النظريات التي حاول الباحثان البازلان تقديمها للقارئ بروح وجدية مثابرة لا مثيل لها. بيد يظل الكتاب في بعض فصوله مستعصيا على القارئ العام، وقد يربكه صعوبة المصطلحات المستعملة ( مجرة، ، فوتون، بروتون، الثقب الأسود، الانزياح نحو الأحمر، ثابت هَبُل، الثقب الدودي، الأفق، المادة الدكناء ـ الظلماء ـ، ميكانيك الكم، الإلكترون، الكوارك، الكويزرات، القوة النووية الضعيفة، القوة النووية الشديدة...) والمعادلات الرياضية التي يبقى من العسير فهمها على غير القارئ المختص.
وبديهي أن نشير أيضا إلى عدم نقاش رهانات النظريات العلمية من زاوية فلسفة العلوم في كل فصل على حدة، قد لا يوضح ولا يساعد بالشكل الكافي للقارئ العربي مقاصد وغايات هذه النظريات العلمية، اجتماعيا واقتصاديا وسياسيا وحتى دينيا. فلا ضير إذا حاولنا في هذا المقام بالذات تقديم بعض الإيضاحات والتفاسير والشروح والدلالات والرهانات حين ذكر هاته النظرية أو تلك. بيد أنه من المهم في هذا الباب أن نذكر أن الباحثان خصصا الباب الثالث للمناقشات الفلسفية (ص: 257-320) في محاولة جادة منهما أن يقدما رؤية نقدية لهذه النظريات.
والحال أن هذه القراءة النقدية تضع قدر مستطاعها محاولة تيسير قراءته والاستفادة من المعلومات القيمة التي يعج بها الكتاب، كما الوقوف على بعض الأسئلة التي يطرحها.

الإنسان والكون والعلم

منذ أن رفع الإنسان بصره إلى الكون متأملا الكواكب والنجوم السيارة، أصبح بموجب هذه الرؤية قطب الدائرة ومركز الكون، مما نتج عنه القول في بداية الأمر أن العالم تبعا لذلك محدود بما يراه الإنسان. ومن ثم إن تصور كليات الأشياء في تفاعلها وكميتها في الكون كان المدخل الأول لإثارة العديد من القضايا الفلسفية، منها هل العالم من حولنا محدود بهذه النظرة؟
والحال أن هذه الفكرة التي نكونها عن الواقع ليست بطبيعة الحال الواقع في حد ذاته، مما حذا بالفيلسوف سبينوزا (Spinosa) أن يعتبر الله هو الطبيعة (Deus sive Natura) في امتداده. وبالتالي فالقول بوجود عالم خاص غير ممكن لأن القول به يتناقض مع الحضور الرباني القادر على خلق عوالم لا متناهية.
إذ تم اعتبار هذا الكون في امتداده المطلق واللامتناهي «كأشياء انبجست بصفة لا متناهية بالضرورة من طرق لا متناهية (...). أي بنفس الطريقة التي تكون فيها طبيعة المثلث إلى الأبد هي مجموع زواياه الداخلية المتساوية مع زاويتين مستقيمتين، وإلا اضطررنا للاعتراف بأن الله يتضمن أشياء لا متناهية لن يكون بوسعه خلقها، لأنه إذا خلقها سيستنزف حضوره الدائم، وبالتالي يصبح غير كامل» ( سبينوزا، إتييقا (Ethique) 1. 21).
والواقع أن هذا الموقف الفلسفي غير بعيد عن ما اعتبره أينشتاين (Einstein) بـ «الواحد الأزل»(The Old One) الذي يعتبره كناية عن الطبيعة.
ومهما يكن من التحولات التي حبل بها هذا المصطلح عبر التاريخ، فلا يمكن التغاضي أنه كان محل هجوم عنيف من رائد التنوير إيمانويل كانط الذي اعتبر أن مصطلحات من قبيل الميتافيزيقا، الكون، الروح انتاجات لقيطة للعقل البشري ولا تتمتع بأي مصداقية. وهو ما اشار إليه حين قال في نقد العقل المحض:«إذا كان الفضاء قائم بذاته، سيكون إما متناهيا أو غير متناهي, لكن كلا الفرضيتين خاطئتين (....), ومن الخطأ أيضا القول أن الكون بما هو مجموع تمظهراته، كيان قائم بذاته» .
وبالطبع هذا ما مهد بعد ذلك لأن يعرف الإنسان الكون ككلية حقيقية بجميع مكوناته المتفاعلة، أي أن وجوده أسبق عن وصفه إذا تبنينا موقفا واقعيا. فمن جهة، إن القول باللامتناهي هو قول مردود على صاحبه وغريب كل الغرابة عن ميدان العلم، فالعلم قياس وحساب لجميع الظواهر بطرقة كمية ومتناهية. ومن جهة أخرى، إن الكون يمكن قياسه عبر أطرافه، لأنها تشكل أعدادا نهائية كما أوضحت ذلك نسبانية أينشتاين التي تحاول أن تقدم هندسة لمعرفة وصياغة طاقة الكون رياضيا والجمع بين الزمان والفضاء بعد أن تم الفصل بينهما طويلا.

فلسفة العلم: من ديكارت إلى نيوتن

يعتبر ديكارت أول من أكد على خصوصية الإنسان عندما اعتبره جوهرا، يمكن دراسة أعضائه الجسدية وما يحيط به من ظواهر طبيعية بطريقة تجعله يفكر ويعقل ما يفكر فيه بوعي. ( خطاب المنهج، الجزء الخامس، ص: 113-119). ومن نافل القول أن العلم عنده بحث عن الحقيقة، والحقيقة في هذا الباب تعني ملامسة حقيقة الظواهر في الكون عبر الرصد والملاحظة. إذ يتم الربط بين الظواهر والأسباب بعامة، بحيث يمكن اعتبار المقاربة الديكارتية للكون اعتباره امتداد ومتصل ولا وجود للعدم فيه. كما أنه يمكن اعتبار الوصف الهندسي للظواهر ممتلكا لنفس قيمة التفسير السببي للظواهر، أي أن تأسيس الميكانيكا يقوم على معطيات قبلية وهندسية وعلى تماثل المادة والامتداد.
وعوار هذا الحد أن لا نستفيض فيه أكثر من التأكيد على أن ظهور النموذج العلمي الحديث بفضل ديكارت ونيوتن وكبلر وغاليليو يقوم على التخلص من النموذج القديم القائم على القياس، بحيث قام الفصقل ـ الباراديغم ـ الجديد على دراسة القواعد والمبادئ والاختزالية المنهجية والرياضية التي تقول بوجود قانون يحكم هذا العالم يجب الكشف عنه.
ومع هذا العالِم الفذ «أصبح العالَم آلة عظمى منظمة تنظيما محكما حسب قوانبن معينة» والمعرفة العلمية معرفة وضعية بالأساس، بحيث إن التفسير العلمي لا يمكن أن يكون غير التفسير السببي. إذ أن معرفة النتائج تقودنا إلى معرفة الأسباب، وإذا لم نبحث عن تفسير الأسباب لتفسير النتائج، كنا كمن يدور في حلقة مفرغة.
كل ذلك بطبيعة الحال يتوقف في نظر ديكارت على معرفة أسباب الظواهر التي تعتبر بمثابة هوية العلم الجديدة آنذاك، والتي لا تستوفي معقوليتها إلا بفهم القانون والطريقة التي تنتظم بها تلك الظواهر وتشتغل بنفسها أو بغيرها. فكل «علم هو معرفة يقينية وبديهية على وجه المطلق».
الأمر الذي مهد لنيوتن أن يجدد نظرة الإنسان إلى العلم وبالتالي إلى الكون، فالعلم يستقي منهجيته من الرياضيات والفلسفة الطبيعية، اعتمادا على التجربة والتجريب بالكشف عن القوى الخفية التي تحرك أي ظاهرة طبيعية. كما أن مهمة العلم تنحصر في الكشف عن الميكانيكا الكامنة في صلب أي ظاهرة. فالتقديم الأول لكتابه:«مبادئ رياضية لفلسفة الطبيعة» يمكن اعتباره بمثابة مقدمة لميكانيكا عقلانية تحاول أن تشير إلى الأشياء بتقديم وصف تقني لأشكالها وخطوطها وأحجامها وصورها يتم تضمينها قواعد رياضية. بمعنى إخضاع ظواهر الطبيعة إلى قوانين علمية مصاغة صياغة رياضية.ومن ثم، أولى نيوتن جهوده لفهم ما يعج به الكون من ظواهر إلى تحليل العناصر التالية: الجاذبية، الصلابة والسيولة، ما سمح له بتأسيس فلسفته الطبيعية على مفهوم القوة، أي قوى الجذب في الظواهر الفلكية والبحرية بمثابة المعطى الواقعي الذي لا مناص من دراسته، بحيث يصبح الخاصة الأساسية للعلم البحث عن الأسباب.
وبموجب هذا تم اعتبار العالم ككتاب بقتضي فهمه اعتماد الرياضيات وإلغاء الميتافيزيقا، لأن كتاب الطبيعة مكتوب بأبجدية هندسية ورياضية. الأمر الذي نتج عنه لزاما الوصول إلى مبادئ رياضية وقواعد تخص قوانين الحركة وقوة الدفع فيها وكميتها وشكل الكتل ( أي مقدار المادة في جسم ما، باعتبارها معيار لمدة مقاومة الجسم للتغير في حالة حركته وسكونه)، ما يهيئ سبل القيام بتجارب تطبيقية عن طريق قواعد رياضية.
إذ يعتبر نيوتن العالم مكونا من ثلاثة عناصر أساسية:
1- المادة: مجموعة لا متناهية من الجسيمات، مفصول عن بعضها البعض، وصلبة.
2- الحركة: علاقة من الجسيمات، تنقل هذه الأخيرة في الفراغ دون إلحاق أي تغيير على طبيعتها.
3- المكان: هو ذلك الفراغ الذي تحقق فيه الجسيمات حركتها.
فلأول مرة في التاريخ يتمحور المنهج الرياضي حول سيرورة من ثلاث مراحل:

هيكلة رياضية وهندسية لبناءات نظرية.

مقارنة نتائج هذا البناء الرياضي مع ما هو موجود وقائم في الطبيعة.

إعادة بناء النموذج الرياضي لكي يكون أقرب إلى آليات الطبيعة وحتى نضمن أن تكون نتائجه أقرب منها. مؤدى هذا التفكير توجيه الإنسان إلى الطبيعة لاستخلاص القوانين في قوالب رياضية وفيزيائية يمكن تجريبها في كل آن وحين.
وبهذا ربط نيوتن بين الطبيعة وقوانينها، وبين قوانين الحركة والسيولة والأضداد والتمدد و"قوانين حركة الكواكب الثلاثة الكبار كنتائج مباشرة لقانون الجاذبية العام"، وظاهرة المد والجزر، واضطراب حركة القمر والانتفاخ الاستوائي للأرض... التي كانت من إحدى آثارها تصدير قوالب وقواعد وقوانين من الحياة الطبيعية إلى الحياة اليومية. كل ذلك أولى التجربة أهمية كبرى، بحيث لم يعد بديلا عنها كسبيل لفهم الطبيعة ومنهاجا للبحث العلمي بامتياز.
وهذا ما نجده في فتحه العلمي المبين عندما وجد حلقة الربط بين ظواهر طبيعية جد مختلفة كمسار الكواكب وسقوط الأجسام والصعود الموسمي لمياه البحر عن منسوبها الطبيعي من خلال قانون الجاذبية بوصفه المبدأ المحرك لتلك الظواهر الذي يستطيع تقديم شرح السببية التي تتحكم فيها.
ومن هذا المنطلق كشف نيوتن عن مبدأ ثاني في منظومته العلمية، حيث اختار في هذا المضمار منهج التحليلية كطريقة تسعفنا بالتدريج في فهم سلم الظواهر درجة، درجة. وهو ما حيث « يتمثل في القيام بتجارب لاستخلاص النتائج العامة بواسطة الاستقراء والملاحظة ( أي التوصل إلى الحكم الكلي أو العام انطلاقا من معرفة الجزئيات)، بالإضافة إلى عدم القبول بأي اعتراض إن لم يكن مستخلصا من الوقائع أو من حقائق مؤكدة، كما عدم الالتفات إلى الفرضيات (...) وبذلك وحده يمكن أن نمر من المركب إلى البسيط ومن الأسباب الجزئية إلى الأسباب العامة حتى نصل إلى السبب الأول..»(Principia 5, 347).
وعموما تأرجحت محاولة نيوتن بين الاستقرائية ويقينية التقليد الرياضي من جهة، والاندغام في واقع التقليد التجريبي من جهة أخرى. الأمر الذي هيأه أن يكون أول عالم اكتمل على يده الجمع بين المبدأين الأساسين في الثورة العلمية: تيار الرياضيات وتيار التجريبية.
وجدير بالذكر أن هذه الطريقة مكنت نيوتن بالتوحيد بين فيزياء السماء وفيزياء الأرض محطما بتلك الثنائية القديمة التي كانت تعتبرهما منفصلتين إلى الأبد. فمبدأ الجاذبية الشهير ييسر سبل فهم العديد من الظواهر الكونية، أي كان تواجدها سواء على أديم الأرض أو في علياء السماء بناء على معقولبة العالم.
وإذا كان نيوتن في هذا الإطار يتقاسم وديكارت معايير حدسية حول معقولية الطبيعة المادية، غير أنه يختلف معه اختلافا في كثير من تفسير ظواهر الكون التي أثبتت اجتهادات نيوتن. بل أن هذا الاختلاف يزداد عندما يتعلق الأمر بكيفية ارتباط هذه المعايير في الذهن بالبحث العلمي. فالحقائق الاستقرائية عند نيوتن سابقة على الحقائق الحدسية التي يهتم بها ديكارت. ثم من غير المعقول اعتماد الحقائق الحدسية كحقائق للكون والطبيعة، لأن العلم لا يقدم لنا يقينا بأن قوانين العقل الحدسي تتطابق ونظيرتها الطبيعية.
وبإيجاز شديد يمكن تلخيص مساهمات نيوتن كالتالي: إن نظام الميكانيك الذي يستند على قوانين نيوتن في الحركة، تعتبر فيه الكتلة والطاقة خاصيتين ميكانيكيتين محافظتين منفصلتين. وقوانين الحركة الثلاث:

ينص القانون النيوتوني الأول على أن جسيما لا يخضع لأية قوة خارجية يبقى ساكنا، أو أنه يتحرك بسرعة ثابتة على خط مستقيم.

ينص القانون الثاني على أن تسارع جسيم يتناسب طردا مع القوة الخارجية الحاصلة المؤثرة في الجسيم وعكسا مع كتلة الجسيم.

في حين ينص القانون النيوتوني الثالث على أنه إذا تفاعل جسيمان، فإن القوة التي يؤثر بها الجسيم الأول في الجسيم الثاني (تسمى قوة الفعل) تساوي بالقيمة المطلقة، وتعاكس بالاتجاه القوة التي يؤثر بها الجسيم الثاني في الأول ( تسمى هاته قوة رد الفعل).

ولقد أثبتت هذه القوانين صحتها في جميع المسائل الميكانيكية التي لا تشمل على سرعة متقاربة مع سرعة الضوء، وغير مشتملة على جسيمات ذرية أو أجزاء ذرية.
وبالنسبة لحل مشكلة حركة الأجرام السماوية، صاغ نيوتن في البداية تفسيرا سببا لحركة الميكانيكية، مما أدى إلى تحديد أصناف حركة الموضوعات الخاضعة لقوى داخلية أو خارجية، وانطلاقا من قوانين كبلر، خلص نيوتن قانونا للقوة يتميز بالخاصيتين الأساسيتين:
أ- القوة ظاهرة آنية.
ب- تمثل هذه القوة تأثيرا عن بعد.
ولن يغيب عنا أنه في عصر نيوتن كانت الأجسام الصلبة منها أو غيرها، لا تؤثر في بعضها البعض إلا بالتماس، مما يعني غياب أي قانون آخر، قبل أن يكتشف نيوتن قانون الجاذبية التي هي آنية وتؤثر عن بعد. كما أنه إذا كانت قوة الجاذبية بما هي قوة آنية لها القدرة على التأثير من بعيد، فإن الأحداث الآنية والمتباعدة مكانا يمكن أن تعتبر مترابطة سببيا. والمهم من ذلك أنه إذا عرفنا وضع وسرعة كوكب ما في لحظة، يمكن تحديد وضعه وسرعته في أية لحظة لاحقة.
إلا أن هذا القانون كما نعلم، لم يعد قادرا على تقديم تفسيرا مقنعا لظواهر المادة الأخرى، غير الصلبة... الخ، بحيث أن ظهور نظرية المجالات، شكل إضافة نوعية برزت معها صيغة جديدة من السببية، إذ يقترح فاراداي (Faraday) تأويل المجال الكهرومغناطيسي بما يجعله تحولا في مادة الأثير (Ether) .
والحال أن الفيزيائيين قبل أينشتاين حاولوا تفسير جميع الظواهر الطبيعية بما فيه الظواهر الكهربائية والمغناطيسية بأساليب ميكانيكية. الأمر الذي دفعهم لافتراض وجود الأثير للتمكن من تفسير ميكانيكي لانتشار الموجات الضوئية. والجديد الذي خرج من معطف دراسة الظواهر الضوئية، يتمثل بالنسبة لماكسويل(Maxwell) افتراضه أن الحقل الكهرومغناطيسي شيء واقعي. ومن ثم اعتبر ما كسويل الزمان والمكان ساحة لقوانين الحقل، مما يخالف وضعهما في حال قوانين الميكانيكا، التي يتم النظر فيها لهما كعبارة عن نقاط تحضر فيها الأشياء المادية أو الشحنات.
وبمجرد التقدم في هذا المسار الجديد ومع تعزيز مواقع النظرية النسبية، تم الحصول على تأويل طبيعي للقوى التي بدا أنها تؤثر عن بعد، ولقد تم تقوية وتعضيد هذا التأويل بفضل الأعمال التي قام بها ماكسويل (Maxwell) وهيرتز (Hërtz)، كي يفسح المجال للتخلي عن إعطاء طبيعة ميكانيكية لمادة الأثير بالتوحيد بين فيزياء القوى المركزية وفيزياء المجالات.
الأمر الذي مهد لافتراض مؤداه أن للأثير خواص مادية، لكن مع لورنتز وأينشتاين تم الاستغناء عن وجود خواص مادية له، ليصبح مجرد مكان له بعض الخواص الحركية. مما مهد للمجالات أن تمثل " موضوعات" لها أهمية نظرية واستقلال ذاتي، لأنها لم تعد في حاجة إلى مادة ميكانيكية لكي توجد.
وإذا شئنا التبسيط قلنا، يكون الرجوع إلى التأثير أو الفعل الذي قال به نيوتن، إن هذا التأثير يحتاج إلى وسط، ولكن هذا الوسط ليس ماديا ولا ميكانيكيا، بل هو مجال. مما يعني أن العامل السببي في الطبيعة لم يعد قابلا للملاحظة المباشرة. وبذلك نكون قد دخلنا عالم الذرات والإلكترونات غير المرئية والتجاذبات الخفية، بحيث إن قوانين نظرية المجال، تماما كما هو حال نظرية نيوتن الميكانيكية، لا تفرض أي حدا أقصى على سرعة القوى. ولقد نتج عن هذا عدم إمكانية فرض أي نظام زمني خاص على سلسلة من الأحداث تعتبر مترابطة سببيا. وهنا تتدخل نظرية النسبية لأينشتاين.
ومن ثم تبين لاينشتاين استحالة استيعاب الذرية من طرف فيزياء المجالات، بحيث تم اعتبارها كيانا مستقلا إلى جانب المجالات الأساسية.
هكذا إذن تم تحطيم التصور الزمكاني الحدسي واندثر الاعتقاد في الموضوعية الكلاسيكية للعالم الميكروسكوبي التي تعد قاسما مشتركا بين الفيزياء العقلانية والحس المشترك (Sens Commun)، بحيث نتج عن تحطم هذا البناء السائد في الفيزياء الكلاسيكية أن أخذت الذات والذرة والاحتمالية على حد سواء مكانهن.

نظرية الانفجار الكبير وسبر أغوار مادة الكون

يقول المثل أول الغيث قطرة، بحيث إن المصاهرة التي وقعت بين فيزياء الجسيمات الأولية والكوسمولوجيا (علم الكونيات) بخاصة، يساعدنا على فهم تطور الكون في بداياته الأولى بفهم أسرار المادة ومكوناتها الذرية. إذ بدأت عند نشر الكيميائي الإنجليزي جون دالتون (1805) نظريته القائلة بأن المادة مؤلفة من ذرات (الذرة: الوحدة الأساسية للعنصر الكيماوي، وتتألف من إلكترونات حول نواة تتألف من معظم الحالات من بروتونات ونيوترونات). ومن ثم أصبح معلوما لدينا أن المواد التي نراها في الكون ليست أولية بحد ذاتها، وجاء بعده رذرفورد ليُبيِّن أن معظم كتلة الذرة متمركزة في نواة ذات كثافة لا يمكن تخيلها، حيث تدور حولها الإلكترونات ( الإلكترون: جسيم أولي يوجد في جميع الذرات حول النواة، وهو سالب الشحنة. وعند انفصاله عن الذرة يدعى إلكترونا حرا. كما أن الجسيم المضاد للألكترون ( الإلكترون دو الشحنة الموجبة يدعى بوزترون) وهو خفيف الوزن.
مؤدى هذا الاكتشاف العظيم أن الذرة ليست بسدرة المنتهى، فهمي بدورها مكونة من أشياء سابقة عنها، أي أنه يمكن الانتقال من الصغير إلى الأصغر ومنه إلى أدق الصغائر.

عالم فيزياء الذرة ومحاولة فك أسرار المادة في الكون

وبدخول عالم الذرة والجسيمات عالم الاهتمام في الفيزياء، تم ما بين سنة 1920- 1930 تقديم صورة مبسطة للعالم في بداية الأمر، بحيث ساد الرأي أن المادة مؤلفة من ثلاث جسيمات، البروتونات ( شحنتها موجبة= البروتون هو جسيم ذو كتلة كبيرة بالمقارنة مع الإلكترون، يتألف من ثلاث كواركات، ويوجد في محيط النواة)، النترونات (عديمة الشحنة= النيوترون بمثابة جسيم أولي لا شحنة له، مقارب في كتلته للبروتون، يستغرق عمره اثنتي عشر دقيقة إذا انفصل عن الذرة)، والإلكترونات ( شحنتها سالبة).
وبالرجوع إلى الطرح الأول الذي يؤسس لنظرية الانفجار الكبير سنجد أن اينشتاين طرح سنة 1917 فكرته عن كون محدود وثابت، غير أنه لاحظ بسرعة محدودية هذه الفكرة، لاسيما أن الكون الثابت المغلق لا يمكن أن يبقى ثابتا، لأن جاذبيته ستعصف به. إذ أن الجسم المادي مجبر على الحركة الدورانية لكي يتفادى أن يتهاوى بفعل جاذبيته. ذلك أن الدوران وحده من شأنه أن يحافظ على ثبات الأجسام، كالمجرة (تجمع كبير من النجوم تربطه سوية قوة الجاذبية، ويمكن أن تتكون المجرة الواحدة من زهاء مئة بليون نجمة) والمنظومة الشمسية. غير أن فكرة دوران الكون لم تفلت من النقد عند اينشتاين، لأن الدوران نسبي أيضا مثله مثل الحركات الأخرى ولا يمكن اعتماده مطلقا. كما أن فكرة الدوران تفترض وجود محور مركزي، له اتجاه واضح في الفضاء، غير أن هذا يتعارض تعارضا شديدا مع اعتقاده أن الفضاء هو نفسه في كل مكان وبأي اتجاه. وبالتالي أن الكون بمثل هذه الجاذبية لا يكون ثابتا بواسطة الدوران، حتى لو كان يدور بسرعة الضوء.
ولكي يقدم اينشتاين تفسيرا جديدا للشيء الذي يحول دون انهيار الكون، فلقد تصوره كقوة شديدة طاردة تتزايد مع المسافة كي تكون قادرة على أن تقاوم الجاذبية. وهو ما سماه ب " الثابت الكوني" الذي يعتبر بمثابة قوة شديدة منفّرة تتزايد بصورة متناسبة مع المسافة بين شيئين، مثلما تزداد القوة الطاردة عن المركز لجسم دائر بصورة متناسبة مع نصف قطر.
وبالطبع خلص اينشتاين إلى أن هذه القوة تفعل فعلها في جميع الاتجاهات بصورة متساوية كالجاذبية، ولكي لا تخل بتناظر الكون.
وبالعودة إلى أبحاث الفلكي الألماني كارل ويرتز (Carl Wirtz) سنة 1924 تأكد أن كلما كانت المجرة أخْفت ضوءا كان انزياحها نحو الأحمر أعلى وبالتالي أسرع في تباعدها. فإذا افترضنا أن المجرات الأكثر خفوتا تكون أبعد، فإن السرعة تزداد مع المسافة. ومع مطلع الخمسينات (1950)، لاحظ العلماء أن اصطدام البروتونات مع النوى، يخلف بجانب البروتونات والنترونات جسيمات جديدة غير معروفة، سرعان ما تتفكك عندما تتحرر من محيطها خلال فترة زمنية قصيرة. هكذا عرفنا أن الذرة( التي كنا نظن أنها غير قابلة للقسمة والانشطار) أصبحت كناية عن جسيمات دقيقة وأجزاء صغيرة التي بدورها يمكن أن تولد تصغيرا منها.
كان ذلك بمثابة إدراك أن الطبيعة تحتضن نوعين من الجسيمات (جسيمات مشابهة للبروتونات والنترونات وجسيمات جديدة يمكن الحصول عليها في حطام الاصطدامات النووية)، أما النوع الثاني من الجسيمات فهي تلك التي تشبه الإلكترون ـ جسيمات لا توجد ضمن النواة بل خارجها. ومن ثم دعي النوع الأول من الجسيمات بالهادرونات ( أصلها اليوناني يعني الجسيمات المتفاعلة بقوة) أما النوع الثاني فيدعى الليبتونات (الجسيمات المتفاعلة بضعف).
والحال أنه مع بداية الستينات (1960) تزايد اكتشاف الهادرونات ( حوالي 200 جسيم)، ليطرح بعد ذلك مسألة وجود طريقة ما لترتيب هذه الجسيمات أطلقت عليها فرضية مخطط تنظيم الجسيمات الذي أصبح مهيمنا على دراسة بنية المادة. وبالتالي إن الفكرة الأساسية في المخطط التي كانت تقضي أن النواة (مؤلفة من بروتون ـ نترون)، ما هي في حقيقة الأمر إلا ترتيبات مختلفة من الهادرونات والتي هي بدورها مكونة من أشياء أكثر بدائية منها، تمت تسميتها بالكواركات.
وبديهي أن يساعد فهم فيزياء المادة وتركيبتها العضوية، الكلام عن فيزياء الكون، بحيث تبين في الثمانينات (1980) أنه هناك ستة أنواع من الكواركات، تم معاينة السادس منها في المختبرات مع الجيل الجديد من المسرعات الحديثة عالية الطاقة، كما توضح أن للكواركات شحنة كهربائية قيمتها ثلث أو ثلثي شحنة الإلكترون أو البروتون، لها خاصة لونية تشبه الشحنة الكهربائية ولا تشبه أيا من الجسيمات الأخرى المعروفة لدينا. ولقد أطلق على الكواركات الستة الأسماء التالية: (علوي، سفلي، مفتون، غريب، قعري، ذروي). والقصد من الرجوع إلى أصل المادة تيسير فهم التقاء فيزياء الجسيمات وعلم الكوسمولوجيا، بحيث أن نظرية الانفجار الكبير (Bing Bang) تقول أن الكون في مرحلته البكر التي تلت الانفجار كان أكثر سخونة، والسخونة تلك تزيد من سرعة أجزائه كما يحدث تماما للماء المغلي في إناء أو قدر. وهو ما يعني أن الاصطدامات الواقعة بين أجزائه ستصبح أكثر قوة وتصادما عما يكون عليها حالها عند البرودة.
وفي حالة السخونة الكبرى التي كان عليها الكون والشبيهة بدرجة حرارة عالية جدا، تنفصل إلكترونات المادة مبتعدة عن نواها، أي تصبح المادة في هذه الحالة، عبارة عن نوى مشحونة إيجابيا وإلكترونات مشحونة سلبيا يمكن أن تحرك بعضها البعض. وبمجرد أن هبطت درجات الحرارة سمح ذلك بوجود الذرات. ويمكن القياس على ذلك بما يقع في الطبيعة حين تنخفض درجة حرارة الماء إلى 32F ليتجمد ويغير من شكله من سائل إلى صلب.
والحال أنه يمكن القياس على ذلك في مرحلة تشكل الذرات في بدايات الكون على الرغم من أننا لا نعرف بدقة كيف كان تجمد الذرات (البلازما) كما في حالة انخفاض درجة حرارة الماء. ولكن وجه الشبه ممكن على وجه الحصر، بحيث عندما أصبح عمر الكون 100.000 ألف سنة، انخفضت درجة الحرارة إلى المدى الذي سمح بارتباط الإلكترونات بالذرات، ولما بلغ عمر الكون ( مليون عام) انخفضت دراجة الحرارة إلى الحد الذي جعل تمزق الذرات بفعل الاصطدام نادر الحدوث، مما ساعد المادة أن تترسخ بقوة على شكل ذرات. وهو ما سمح بالقول علميا أن الذرات تجمدت عند فترة زمنية تقارب 500.000 ألف سنة من عمر الكون.
وهو ما يدفع بخلاصة أولية أن الكون كان يتمدد ويتبرد خلال المراحل الأولى للانفجار الكبير، قبل تشكل الذرات. ومن هنا يمكن القول أن القس جورج لوماتر (1894-1966) توصل إلى فرضيته عن << هباءة الذرة>> أو << الذرة البدائية>> التي تعد أول صيغة للانفجار الكبير.
طبيعي جدا أنه إذا تتبعنا هذه الفرضية وتعقبنا أثرها في الزمن سنجد أن الكون ينبغي أن يكون جسيما واحدا، ذرة بدائية نصف قطرها صفر، بحيث عدنما تتحلل ذرتا اليورانيوم والراديوم إلى جسيمات ما تحت الذرة ( مكوناتها)، فإن هذه النواة العملاقة تفجرت عند تمدد الكون وتجزأت إلى وحدات اصغر فأصغر، ذرات بحجم المجرات، والتي تحللت بدورها إلى ذرات بحجم الشموس... وهلم جرا.
بطبيعة الحال يناصر هذا الموقف وجود بداية للكون، بحيث يتخذ من القانون الثاني للديناميكا الحرارية (القائل بالنضوب التدريجي للطاقة في الكون) حجة على هذه الفرضية، بناء على كونه نشأ في حالة من الأنتروبيا الضاغطة.
ولم يمضي الوقت طويلا حتى نجح العلماء في تفسير تحول المادة إلى طاقة، بحيث يمكن فهم العملية التي تحدث في طاقة النجوم على أنها التحام النوى الذرية: التحام أربع نواتات من الهيدروجين (أربع بروتونات) لتشكل نواة الهيليوم. وعلى غرار ذلك، تم فهم هذه العملية كمصدر للطاقة، ما دام أن أربع نواتات من الهيدروجين تزن أكثر من نواة الهيليوم. وبالاستناد إلى قانون أينشتاين (إن الطاقة تساوي حاصل ضرب الكتلة في مربع سرعة الضوء)، لا بد أن يتحول هذا الفرق الكبير في الكتلة إلى كمية كبيرة من الطاقة. ومن ثم اعتبر هانس بيته أن درجة الحرارة في مركز الشمس كافية لحدوث سلسلة من التفاعلات النووية محولة الهيدروجين إلى هيليوم. وبذلك تزود النجمة بالطاقة.
هذا في الوقت الذي كان القس لوماتر يرى أن طاقة النجوم تصدر من عملية مجهولة وعاجزا عن تقديم شرح مقبول علميا. إذ ظل يعتبر أن النجوم عند تحول طاقتها تبدأ حياتها، هذا في الوقت الذي كان أوبنهايمر مثلا يرى على العكس من ذلك، أنها تنهي حياتها في حالة مكثفة متراصة.
ووعيا بهذا الجدل انطلق العالم جورج غاموف (1904-1968) إلى محاولة الدفاع عن فرضية تربط على وجه الشبه بين الانفجار الكبير وتفجير القنبلة النووية، بحيث أن خلق العناصر التي يتألف منها الكون كان إلى غاية الحرب العالمية الثانية محض بناءات نظرية غير تطبيقية ولا يمكن ملامستها عبر التجربة. غير أن نجاح مشروع مانهاتن لصناعة القنبلة النووية، أكد بالملموس أن عناصر الذرة لم تعد فرضية ومن باب النظرية، بل أصبحت حقيقة تكنولوجية واقعية ويمكن ملامستها عن قرب في المختبرات.
والخلاصة تعني بالنسبة لجورج غاموف أنه إذا كان بوسع قنبلة نووية ذرية (في جزء من مئة مليون جزء من الثانية) خلق عناصر لا تزال آثارها موجودة اليوم، فلم لا يكون بوسع انفجار كوني يحصل في ظرف ثوان إنتاج العناصر التي نراها في الطبيعة، بعد مضي بلايين السنين؟ مما اعتبره البعض المحاولة الثانية الرائدة لدعم نظرية الانفجار الكبير.
ولعل هذا يعد أبلغ تفسير لتركيبة المادة في أصلها الذري والنووي، غير أن ذلك لا يمنع من وجود ثغرة كبيرة في فرضيته، بحيث أن هذه الوفرة النسبية لمختلف العناصر الكيماوية لا يمكن أن تنتج بواسطة أية عملية مستمرة في كوننا الراهن.
وبديهي أنه بالكشف عن عناصر المادة التي تعد أساس الكون، يعني أن الكون محدود (آينشتاين) وله بداية وربما نهاية، مما يعد قطيعة مع التفكير العلمي السابق الذي كان يؤمن بلا محدودية الكون فضاء وزمنا وبلا نهائيته في الفيزياء الكلاسيكية.غير أنه والحال هذا ليس ثمة حل للإشكالية الكبرى المرتبطة بأصل هذا للكون في الزمن إذا افترضنا له بداية، فماذا كان قبله؟ وما الذي أنشأه؟ وكل هذه الأسئلة تشير إلى نقط الضعف في نظرية الانفجار الكبير (Bing Bang). بالمقابل يرى غاموف أن هناك مرحلة سابقة عن الانفجار الكبير لا نهائية في طولهاـ تقلص أثنائها الكون ثم انبجس من تلك الحالة إلى حالة التمدد الراهنة، غير أن سرعة التمدد كانت عالية إلى المدى الذي تستطيع فيه مقاومة قوة الجاذبية لكل المادة في الكون. وهو ما يعني عدم قدرة الجاذبية لوحدها أن تقلص من تمدد الكون، مما يعني وجود قوة مجهولة أعطته دفعة إضافية في نقطة ما. والحال أن درجة حرارة النجوم أوطأ من أن تستطيع صناعة عناصر أثقل من الهيليوم ( يأتي مباشرة بعد الهيدروجين في الجدول الدوري), بحيث عرف من مختبرات التجارب النووية أن الهيدروجين ينصهر في درجة حرارة واطئة، وهي عشرة ملايين سنتغراد. وهذه الحرارة موجودة في مراكز النجوم, غير أن صهر الهيليوم لصنع الكاربون يتطلب درجات حرارة أعلى من ذلك بكثير، أكثر من بليون درجة سنتغراد.
والحال أن غاموف راهن على أن الكون منفتح ولا نهائي ومتمدد، غير أن هذا التمدد ما يزال تفسيره مجهولا. المهم أنه قام بحساب كثافة الطاقة وكثافة المادة في الكون، بحيث تنبأ لكثافة المادة في وقتنا الراهن بأنها حوالي ذرتين في المتر المكعب من الفضاء. أما كثافة الطاقة، قد تم التعبير عنها كما لو أن درجة الحرارة للإشعاع القادم من كرة النار الهائلة يبدوا اليوم، بعد بلايين من السنين من البرودة، 20 ك، أي عشرين درجة فوق الصفر المطلق.
بيد أن العالم الفلكي البريطاني فريد هويل ـ المعارض الشديد لنظرية الانفجار الكبير ـ حاول من جهته تقديم تفسير مغاير يتعلق بأن الهيدروجين يتحول إلى هيليوم في مركز النجمة الكثيف الحرارة (في حالة النجمة الاعتيادية)، كما إن الضغط الهائل المتولد من الإشعاع المندفع إلى الخارج من المركز يدعم بقية المادة في النجمة، ويحول دون الانهيار تحت ضغط جاذبيتها. وعندما يستنزف مركز النجمة وقوده من الهيدروجين، تتقلص وتزداد حرارتها. وبالتالي يحرق الوقود المتبقي بصورة أسرع، مما يحول دون انهيار النجمة.
والهدف من هذا الدفع والرفع كما يقول أهل الجدل، أن فريد هويل يريد تقويض نظرية الانفجار الكبير، فهو يعتبر أن الكون أكثر تخلخلا وأقل جاذبية عكس غاموف الذي يعتبره أكثر كثافة.
ويُقدر فريد هويل أن درجة الحرارة ستصل إلى بليون سنتغراد المطلوبة عمليا لبدء عملية تحول التحام نوى الهيليوم إلى كاربون، كما أنه من شأن تدفق الطاقة خارج المركز تحملها لوزن النجمة، حائلة دون تقلصها إلى أن يستهلك الهيليوم. إذ يستمر هذا المسلسل لينتج الأوكسجين من الكاربون وصنع جميع العناصر، إما بواسطة الالتحام النووي ( كلما ازداد عدد البروتونات في النواة فإن قوة صدها للنوى الأخرى تكون أشد، لذا ينبغي توافر طاقة اكبر بكثير لمقاومة هذه القوى المنفرة والالتحام بالنوى الأخرى) أو بواسطة الطريقة التي يتم فيها اقتناص النيوترون التي ذكرها غاموف عند حدوث الانفجار الكبير.
ويعتقد فريد هويل أن إنتاج العناصر الثقيلة في سيرورة مستمرة حتى وقتنا هذا، بحيث يحاول أن يدفع بأن الأنظمة النجمية يمكن أن تنتج كل العناصر المعروفة بنسب قريبة جدا من الموجودة حاليا. وفضلا عن ذلك، قدمت هذه النظرية أدلة على أن التركيب البدائي يختلف من نجمة إلى أخرى، وهو شيئ ما كان ليصبح ممكنا إذا تم إنتاج العناصر بواسطة الانفجار الكبير.
وبين بمعية جورج بيربدج ووليم فاولر أن أكثر العناصر شيوعا ـ الهليوم ، الكاربون، الأوكسجين، والنايتروجين، وبقية العناصر الأخف من الحديد ـ يتم بناؤها من خلال عمليات الالتحام والانصهار في النجوم. وكلما كانت النجمة أكبر حجما، بلغت عملية الالتحام مدى أبعد، إلى أن تنتج الحديد، وعند هذه النقطة لا يمكن اشتقاق مزيد من الطاقة من عملية الالتحام والانصهار، لأن نواة الحديد أكثر استقرارا.
وهكذا عندما تستهلك النجمة وقودها، فإنها تنهار، وتمتزج الطبقات العليا غير المحترقة فجأة لدى سقوطها في المركز ذي الحرارة العالية الشديدة. آنذاك تنفجر النجمة كمستعر فائق (Super Nova) في حالة أشبه ب"الانفجار الصغير"، بحيث تمتص النوى الأثقل مزيدا من النيوترونات، وبذلك تبني أثقل العناصر، بما في ذلك العناصر الإشعاعية كاليورانيوم. كما أن هذا الانفجار ينثر عناصر جديدة في الفضاء، حيث تتكثف على هيئة نجوم وكواكب. إذ يمكن القول بناء على ذلك أن الأرض والمنظومة الشمسية قبل حمس بلايين سنة ما هي في الحقيقة إلا من مخلفات مستسعر فائق وليس من الانفجار الكبير.

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

وبالرجوع إلى الوراء في الزمن سنجد أن تشكل النوى تم بعد الذرات بعد ثلاث دقائق من الانفجار الكبير، بحيث سمح انخفاض درجة الحرارة لهادرونين أن يجتمعا ليشكل نواة، ومن ثم بين العلماء أن أكثر العناصر شيوعا ـ الهيليوم ـ الكاربون ـ الأوكسجين ـ والنايتروجين، وبقية العناصر الأخف من الحديد ـ يتم بناؤها من خلال عمليات الالتحام والانصهار في النجوم. ومما لا مراء فيه أنه يصعب الإمساك بنظرية الانفجار الكبير حقا ما لم ندرك تشكل عناصر المادة ضمن النجوم.
وبإيجاز شديد، إن ما نتوخاه من هذا العرض يهم كيف انقسمت المادة وتشكلت النواة، إذ قبل تلك الدقائق الثلاث الحاسمة كانت المادة على شكل مجموعة من الهادرونات والليبتونات لكن بدون وجود نوى. وهو ما يعني أننا في كون من الإشعاع، بحيث اكتشف في سنة 1965 كل من بنزياس وولسون الباحثان في مختبرات شركة بيل، الإشعاع الذي كان يبحث عنه دايك ( الكون مليئ بالإشعاع، معظمه موجات راديوية بدرجة حرارة تساوي 30 ك). وهو ما يعني أن الكون كان أكثر حرارة في الماضي، بحيث يعني هذا الاكتشاف في نظر الباحثان أن << هذه التجربة أعطت أهم نتيجة كوسمولوجية منذ اكتشاف التوسع ـ التمدد ـ الكوني عن طريق الانزياحات نحو الأحمر>> ( ص:211، قصة الكون).
والواقع أنه إذا تأملنا مليا نظرية الانفجار الكبير (Bing Bang) سنجدها في البداية مقدمة مقبولة لانزياح طيف المجرات نحو الأحمر الذي يعني أنه إذا تحرك جسم بعيدا عنا، فإن الموجات التي يبثها، سواء كانت موجات ضوئية أو صوتية، ستتمدد بفعل الحركة، بحيث أن تمدد الموجة يعني أن طولها الموجي يصبح أكبر. وبالتالي سنجد أن "النوطة" ستصبح أكثر خفوتا في حالة الصوت، أما في حالة الضوء ينزاح طول موجة الضوء نحو النهاية الحمراء في الطيف ( الطيف الضوئي هو حسب التدرج الآتي: أحمر، برتقالي، اصفر، أخضر، أزرق، نيلي، بنفسجي، وذلك في اتجاه تناقص طول الموجة، أو من البنفسجي إلى الأحمر، وذلك في اتجاه تزايد طول الموجة). فإذا كان مصدر الضوء متحركا نحونا، ستنحشر الموجات أو تنضم سوية وتزيح الضوء نحو النهاية الزرقاء في الطيف الضوئي.
هذا المنطق اعتمد دليلا على تباعد المجرات، ومن ثم أصبحت النظرية مقدمة لهروب المجرات من بعضها البعض. هكذا كان ميلاد أحد أهم النظريات المعتمدة لتفسير الكون التي تؤكد أن الكون نشأ قبل زهاء 15 بليون سنة من "هباءة" أو "ذرة بحجم الصفر" أو أقل قليلا. غير أنه يمكننا معرفة الحالة التي كان عليها الكون في حالة الصفر هاته، بحيث أنها أقرب من لا زمن ولا فضاء. ومن ثم وجد الزمان والفضاء بعد ذلك، واستمر الأول في الانسياب حتى هذه اللحظة ليتشكل الفضاء ويصير إلى ما صار إليه اليوم من فضاء كوني.
ولحظة البدايات في هذه النظرية تصور الكون قدر يغلي، يمتاز بسخونة وكثافة لا مثيل لها. أي مرحلة تعج بالسديم والفوضى واللانتظام.
وبحصول الانفجار الكبير، حصلت تفاعلات نووية تشكل فيها كل الهيليوم (العنصر الثاني بعد الهيديروجين) في الكون في تلك الفترة، وبمجرد أن بردت المادة في الكون تكثفت على هيئة مجرات، وتشظت هذه الأخيرة إلى نجوم لتشكل تجمعات هائلة في الفضاء. إذ من هذا الجيل الأول من النجوم تم تركيب العناصر الثقيلة كالكاربون والأوكسجين والسيلكون والحديد. وعلى إثر تحول بعض النجوم إلى عمالقة حمراء نفثت مادة تكثفت إلى حبيبات غبارية، تكونت نجوم جديدة من غيوم الغاز والغبار، بحيث في هذه السدم على أقل تقدير، انهار الغبار البارد وأصبح قرصا رقيقا يحيط بالنجمة. ثم التصقت حبيبات الغبار مع بعضها البعض وتجمعت على هيئة كتل أكبر أخذت في النمو في الحجم بفعل تجاذبها، مشكلة مجموعة من الأجرام ـ تتراوح بين الكويكِبات والكواكب الضخمة التي تشكل المجموعة الشمسية.

نظرية التضخم الكوني

من المعروف أن عندما يتجمد الماء، يكبر حجمه ويزداد، بحيث تفسر لنا هذه الزيادة لماذا تنكسر قارورة ماء إذا تم الاحتفاظ بها كثيرا في البرودة الكبيرة. والقصد من هذا أن الكون عند حصول قوة تجمد شديدة عند 10-35 ازداد توسعه وتمدده بمعدل أكبر بكثير من التوسع المصاحب للانفجار الكبير الأولي.
وتقوم نظرية التوحيد الكبير ببناء فرضية مؤداها أن الكون خلال مراحله الأولى تمدد من حجم ( يدعى نصف قطر الانحناء) يعادل حجم البروتون إلى نصف قطر بحجم حبة الليمون الهندي، ليطلق عليه بالكون المتضخم. إذ قدمت هذه النظرية حلا لمشكل أرقت العلماء كثيرا في علم نشأة الكون، بحيث أن أحد ميزات الإشعاع الراديوي الكوني المتطفل هو أنه متجانس جدا من مناطق الكون كله، إذ مهما اختلف موقعنا في هذا الكون الفسيح سنرى نفس نوع الإشعاع القادم إلينا من أغوار الفضاء، بما يفيد أنه حين صدوره من مصدره كان له نفس درجة الحرارة، ولوْ أن سيناريو الانفجار الكبير التقليدي يقول أن هذه المناطق لم تكن متقاربة حتى ينتج عنها حرارة متجانسة ومتماثلة أو مشتركة.
ولتجاوز هذه الصعوبة، يرجح أنه قبل التضخم الكوني كان الكون أصغر من أي شيئ يمكن أن نتصوره على الإطلاق، بحيث كانت جميع أجزائه حينه متماسة مع بعضها البعض. الأمر الذي يمكن أن تترتب عنه حرارة متجانسة، تمت المحافظة عليها خلال التوسع الكوني الذي يظهر كتجانس في الأمواج المكروية.
وخلاصة القول تفترض نظرية التوحيد الكبير بأن الكواركات والليبتونات ( الاعتقاد السائد حتى الآن أنها منفصلة ومميزة) يمكن أن تندغم في بعضها البعض إذا حصل صدام كبير ينتج عنه خلخلة طاقوية تسمح للكوارك أن يصبح ليبتونا والعكس صحيح. وهو ما يرجح أن الكون في المرحلة التي سبقت تجمد التوحيد الكبير كان مؤلفا من جسيمتين: الكواركات أو الليبتونات والجسيمات العيارية (البوزنوات) التي في حالة تفاعل تولد القوى، بحيث تتواجد معها قوتين: القوة النووية الشديدة ( التفاعل الأساسي الذي يربط الكواركات سوية في نواة الذرة)، والقوة النووية الضعيفة ( التفاعل الأساسي الذي يسبب النشاط الإشعاعي).
وإذا حاولنا التبسيط قلنا أن الكون يرجع في أصله إلى لحظة فرادة زمكانية، أي النقطة التي أصبح فيها الزمكان منحنيا إلى درجة قصوى ( لا نهائية) وحيث القوانين الفيزيائية متعطلة. إذ لم يكن ممكنا للزمن والمكان أن يستمر في حالة الفرادة، لذا فالسؤال قبل الانفجار الكبير لا يمكن طرحه لأنه لم يكن شيء اسمه "قبل"، لأن الزمن بدأ فعلا في لحظة الانفجار الكبير أي لحظة الفرادة.
وهو ما يعني أن هناك لحظة نشأ فيها الكون ( الفضاء والزمن) من انفجار هباءة ـ ذرة بدائية ـ بحجم لا شيء، واتسعت يوما بعد يوم إلى أن أصبح الكون على ما نراه كيانا عظيما بكل مجراته ونجومه. إذن الفضاء كان عبارة عن نقطة، ثم نما بالتدريج وانتفخ كما تنتفخ البالونة.
وفي الختام يبقى أننا لم نوف الكتاب حقه، بخاصة أننا ركزنا على بعض من أهم النظريات الفيزيائية الجديرة بالعرض، والتي يجهل عنها القارئ العربي الشيئ الكثير، كما ابتعدنا قدر ما نستطيع الخوض في مشكلات ميتافيزيقية، تخص الاعتقاد والإلحاد. فهذا سؤال المعنى بامتياز، معنى الكون بالنسبة للإنسان. غير أن الفيزياء وإن اختزلت العالم في معادلة، يبقى السؤال هل تكفي المعادلات الرياضية والفيزيائية لتفسير الكون؟
ولعل السؤال الذي حمله آلان لايتمان العالم الفلكي البريطاني الكبير إلى أحد أصدقائه المولعين بالقيام بالبحث عن معادلات وحسابات تشفي الغليل لتفسير نشأة الكون، أجابه هذا الذي كان مؤمنا بالله:<< بينما تستطيع الفيزياء أن تفسر الكون كما هو موجود، فإن عملية الخلق تقع خارج نطاق الفيزياء. وأجابه الفيزيائي لا يتمان بحذق ودهاء كبير: «إنك بذلك لا تعطي لله أية حرية للاختيار!، وأجابه صاحبه:<< لكن ذلك هو اختياره».

ألبرت آينشتاين.. عبقري رفض رئاسة إسرائيل

فيزياء الكون الحديثة، من نيوتن إلى أينشتاين %D8%A7%D9%8A%D9%86%D8%B4%D8%AA%D8%A7%D9%8A%D9%86_4

عالم فيزياء ألماني يعد أشهر علماء العصر الحديث، ترادف اسمه مع معنى "العبقرية"، وأنجز الكثير في مجال الفيزياء، وهو صاحب النظرية النسبية العامة. رفض عرضا إسرائيليا لتولي منصب رئيس الدولة.

المولد والنشأة

ولد ألبرت آينشتاين يوم 14 مارس/آذار 1879 في مدينة أولم بألمانيا لأبوين يهوديين. انتقل إلى الولايات المتحدة الأميركية في أوائل الثلاثينيات، وحمل الجنسيتين السويسرية والأميركية.

الدراسة والتكوين

بالرغم من ظهور علامات النبوغ لديه منذ الصغر، فإن آينشتاين فشل في امتحان الالتحاق بمعهد البوليتكنيك السويسري، قبل أن ينجح في ذلك في العام التالي وعمره 17 عاما، ويتخرج في ذلك المعهد عام 1900.

ومن حقائق هذا العبقري، أنه كان يواجه صعوبات كبيرة في الكتابة، وتأخر في المشي والنطق، وكان يمقت دراسة العلوم الإنسانية، وبحسب ما قالت شقيقته فإن مدرس اللغة الإغريقية وبخه مرة، وقال له إنه لن يصبح شيئا في حياته.

ومن الأشياء التي تعرف عن آينشتاين أيضا أنه بدأ تعلم العزف على آلة الكمان وهو طفل صغير، وواصل العزف حتى توقفت كفه اليمنى عن الحركة.

الوظائف والمسؤوليات

بعد تخرجه بعامين، أصبح موظفا صغيرا لفحص براءات الاختراع في مكتب براءات الاختراع السويسري في بيرن، حيث تخصص في الأجهزة الكهربائية.

وكرسّ آينشتاين لاحقا حياته للنظريات والبحوث العلمية التي خلدت اسمه في العالم، حيث حقق إنجازات فريدة في الفيزياء بما في ذلك ابتكار وتطوير النظرية النسبية.

تشير بعض المصادر إلى أن إسرائيل عرضت على آينشتاين عام 1952 تولي منصب رئيس الدولة، لكنه رفض العرض بحجة أن المنصب لا يناسبه لكبر سنه وطبيعة شخصيته.

التجربة العلمية

تجلى نبوغ آينشتاين منذ الصغر، وتبلور هذا النبوغ عام 1905 عندما نشر -وهو لم يتجاوز سن 26 عاما- أربع أوراق بحثية غيرت شكل الفيزياء إلى الشكل الذي يعرف اليوم.

ويتعلق الأمر بورقة التأثير الكهروضوئي التي ساعدت في إفساح المجال أمام ميكانيكا الكم من خلال تأكيد أن الضوء جسيم وموجة في الوقت ذاته، إضافة إلى الحركة البراونية التي يؤكد فيها آينشتاين أن حركة الجزيئات التي تبدو عشوائية في السائل (الحركة البراونية) هي جزء يمكن التنبؤ به وقياسه من حركة الذرات والجزيئات، وساعد ذلك في تأسيس نظرية الحركية الجزيئية للحرارة.

أما نظرية النسبية الخاصة، فأظهر آينشتاين من خلالها أن الناس يعون الكتلة والمكان والزمان بشكل مختلف، غير أن هذا التأثير لا يظهر حتى يبدأ الشخص بالتحرك تقريبا بنفس سرعة الضوء. وقبل هذه النظرية كان المكان والزمان والكتلة أمورا مطلقة، وهي واحدة للجميع.

ونشر أيضا ورقة تكافؤ المادة والطاقة، وهذه النظرية يمكن تمييزها في المعادلة E=mc2 المعروفة والتي تعني أن الطاقة (E) تساوي الكتلة (m) مضروبة في مربع سرعة الضوء (c)، مما يعني ببساطة أن المادة والطاقة شيء واحد.

وفي مطلع عام 1911 تنبأ آينشتاين بأن الضوء الذي يمر قرب كتلة ضخمة -مثل نجم- قد ينحني، وهي الفكرة التي قادت إلى وضع نظريته الأشهر -نظرية النسبية العامة- عام 1916. وهذه الورقة البحثية أسست للنظرية الحديثة للجاذبية، وأعطتنا مفهوم "الفضاء المنحني".

إشكاليات

والمثير للاهتمام أن نظريات آينشتاين تضمنت عناصر لم يكن نفسه يقبلها، فقد كان في بعض النواحي كارها لأن يكسر كثيرا من نظريات نيوتن وماكسويل التي بنى عليها أعماله.

كما أنه لم يقبل بعض مبادئ ميكانيكا الكم، مثل فكرة اللاتحديد (اللاتعيين). لكن مع نهاية عشرينيات القرن الماضي، انتقلت ميكانيكا الكم إلى واجهة الفيزياء الحديثة، ومع ذلك لم يتقبل آينشتاين بشكل كامل كثيرا من النظريات الجديدة.

كما أن نظرية النسبية العامة اقترحت أن الكون إما يتمدد أو ينكمش، لكن آينشتاين لم يكن يتقبل هذه الفكرة، ولهذا فإنه في عام 1917 أدخل تعديل "الثبات الكوني" في نظريته، بحيث يكون الكون ثابتا.

وفي عام 1929 حصل الفلكي الأميركي إدوين هابل على أدلة رصدية بأن الكون آخذ بالاتساع فعليا، وبذلك أجبر آينشتاين على مراجعة نظريته، واعتبر أن إدخال "الثابت الكوني" إليها كان أكبر أخطائه.

الصهيونية وإسرائيل

تكشف مقولات العالم اليهودي عن رؤيته لتأسيس دولة إسرائيل وموقفه من الحركة الصهيونية التي كانت تربطه بقادتها علاقة متميزة، فقد بعث آينشتاين في 25 نوفمبر/تشرين الثاني 1929 برسالة إلى حاييم وايزمان -الذي شغل لاحقا منصب أول رئيس لإسرائيل- قال فيها: إننا إذا لم ننجح في إيجاد طريق لتعاون شريف وحوار صادق مع العرب، لا نكون قد تعلمنا شيئا من معاناة ألفي سنة ولّت, وسنستحق ما يحصل لنا تبعا لذلك".

دعا إلى تعاون اقتصادي بين الفلسطينيين والإسرائيليين وإيجاد أرضية تقوم على العيش المشترك بين الطرفين، وقال "أفضل أن أرى اتفاقا معقولا مع العرب والعيش بسلام معهم على أن أعيش لأشهد ولادة دولة يهودية".

وبينما كان زعماء إسرائيل يعملون لتأسيس إسرائيل، علق على الموضوع بالقول: "إن إدراكي للطبيعة الجوهرية لليهود، يقاوم فكرة دولة يهودية ذات حدود وجيش وقدر من السلطة".

وأكد عام 1946 أن "فكرة دولة إسرائيل لا تتوافق مع رغبات قلبي. إنني لا أفهم لماذا نحن بحاجة إلى دولة كهذه". كما رفض فكرة تأسيس وطن قومي لليهود، فالدولة القومية بحسبه هي فكرة رديئة، "وقد عارضتُها على الدوام. إننا نقلّد أوروبا, والذي دمَّر أوروبا في النهاية هو القومية".

وانتقد ما فعلته الحركة الصهيونية بالعرب بالقول "ما يسبب لي حزنا عميقا أن أرى الصهيونية تفعل بالعرب الفلسطينيين أكثر مما فعلته النازية باليهود".

ففي عام 1952، كتب السفير الإسرائيلي في واشنطن إلى آينشتاين نيابة عن رئيس الوزراء دافيد بن غوريون طالبا منه تولي منصب رئيس الدولة، وذلك كتعبير عن "أعمق احترام يمكن أن يكنه الشعب اليهودي لأي من أبنائه". وأكد السفير في رسالته أن آينشتاين "سيمنح كل الحرية لمواصلة عمله العلمي العظيم".

ولكن آينشتاين رفض العرض، قائلا إنه "تأثر جدا" به ولكن المنصب لا يناسبه نظرا لكبر سنه وشخصيته.

وكتب "طيلة حياتي لم أتعامل إلا مع القضايا والأمور الموضوعية، لذا افتقر إلى الميل الطبيعي والخبرة الضرورية للتعامل بشكل صحيح مع الناس وللقيام بالمهام الرسمية.. أشعر بالحزن أكثر لهذه الظروف، لأن علاقتي بالشعب اليهودي أصبحت أقوى رابط إنساني لدي، وذلك منذ أصبحت واعيا بحرج موقفنا تجاه بقية الأمم".

الجوائز والأوسمة

منح آينشتاين جائزة نوبل في الفيزياء عام 1921 عن ورقته المتعلقة بالتأثير الكهروضوئي.

الوفاة

توفي آينشتاين يوم 18 أبريل/نيسان 1955 في مدينة برينستون بولاية نيوجرسي الأميركية عن 76 عاما، وترك خلفه ثلاثة أبناء هم إدوارد وهانس وليسثرل.

وبعد أن توفي، شرّح علماء دماغ آينشتاين وقاسوا أبعاده ووزنه، وتوصلت البحوث إلى أن دماغه تميز بأن خلاياه العصبية مرصوصة بشكل غير طبيعي، مما أتاح له ربما التعامل مع المعلومات بشكل أسرع من سواه. كما كانت المناطق في دماغه المسؤولة عن إدراك المكان والتفكير الرياضي أكبر من الحجم الطبيعي؛ غير أن البعض اعتبر ذلك مجرد تخمين.

ويحتفظ متحف في ولاية نيوجيرسي الأميركية بمعظم ما تبقى من دماغ عبقري الفيزياء.

» معادلات وحسابات فيزياء الكون الحديثة
» كتاب “في البدء – فيزياء، فلسفة وتاريخ علم الكون”
» علم الجيوفيزياء ( فيزياء الأرض )
» علم تأريخ الكون فى رحاب القرآن
» هل نحن على مشارف فيزياء جديدة تماما؟!