لقاء مع ذرة‹¹› كربون

حدثتنا ذرة الكربون عن مولدها على كوكب بعيد، ورحلتها المحفوفة بالمخاطر إلى الأرض، وملاحظاتها حول تكوين أرضنا والقمر، وحول دورها المثير في الحياة.

‹¹› ذرة: لبنة بناء المادة الأساسية تتكون من نواة (مكونة من بروتونات ونيوترونات) وسرب من الإلكترونات يدور حولها.

399

1

هل نستطيع أن نجعل للجسيم صفات موجيه يعني نُلصِق الصفات الموجية (و التي من أهمها الإنتشار) بالجُسيم ؟ أي تمويج الجُسيمات ؟
كما قلنا سلفًا، وصف النظام الكمومي بأنه يسلكُ سلوكين، موجي وجُسيمي.

الموجة تتميز بأنها مُمتدة في الفضاء (المكان) و بأنها في حالة تغير دائم مع الزمن، أما الجُسيم يتميز بأنهُ مُتحيز (متموضع) في المكان و بأنهُ ثابت مع الزمن.
فالموجة بصورة عامة؛ لا يحدّها حدود عكس الجسيم، و هي تتمظهر بصفات الانعكاس والتداخل والاستقطاب؛ بينما تتميز الجسيمات بأن لها زخماً، تنقل الطاقة عبر انتقالها في المكان، يُمكن أن تتبادل الطاقة مع بعضها البعض عندما تتصادم.

إذن هل يمكن تمويج الجُسيمات أو تجسيم الموجات؟
يتبع..

588

3

• في رِحابِ المعرفة: {II}

مبدأ الريبة للزخمِ والموقِع يقولُ بِعدَمِ إمكانيةِ معرفةِ موقِعَ جُسيمٍ ما (كمّي، ذرّي) وكميةِ حركته (زخمه) في آنٍ واحد وبدقةٍ بالِغة؛ فإن عُرِف المَوقع تماماً ظلّت كميةِ الحركة مجهولةٌ والعكس بالعكس.

ولهذا لابُدّ للجسيمِ من الارتياب والرجفان في درجةِ الصفر المُطلق، إذ إنه لو كان في حالةٍ من الركودِ التام لعَرفنا موقعه، وكمية حركته في آنٍ واحِد وبدقة، لننقض بذلك مبدأ الريبة.

ومن هذا المبدأ يُشتق قانون طاقة الفراغِ الكمّي الصِفرية، وهي أقلُّ طاقةٍ يُمكِن أن توجد في نظامٍ فيزيائي ميكانيكي كُموميّ، وهي طاقة الحالة القاعديّة. يُسمى النظام الفيزيائي الميكانيكي الكمومي الذي يحتوي على هذا القَدْرِ من الطاقة بـ ”حقل نُقطة الصفر“.

يخبرنا مبدأ اللايقين للطاقةِ والزمن أنه لا يُمكن قياسَ الطاقةِ والزمنِ بنفسِ الدقةِ في آنٍ واحد، لذلك إذا أردنا أن تأكُد من انعدام الطاقة في حيزٍ ما من الفضاءِ يوجب الاستمرار الأبدي في قياسِها، والاستمرار الأبدي يعني استمرارية في الزمن، إذن على طول الزمن تكونُ طاقة الفراغ = صفر، وهذا يعني أننا قِسنا الزمنَ والطاقةَ بنفسِ الدقةِ وهو ما يتناقَضُ مع هذا المبدأ.

547

3

New images of three-fingered mummies in Peru 👽 Joeys Mantilla has shared stunning new photos of mysterious three-fingered mummies (three-fingered hands) found in Peru.

527

5

• في رِحابِ المعرفة: ما هو اللاشيء؟ {I}

استخدم الفيزيائيون عبارات دارجة؛ في الفلسفة أو اللغة المحكية للتدليل على مفاهيم جديدة في الفيزياء تم التوصل إليها؛ تدريجيًا يختفي المعنى الأصلي للكلمة، بينما تضع الفيزياء ختمها الأخير لتتبنى المعنى بشكل رسمي.

مفهوم كلمة (الفراغ) في الفيزياء الكلاسيكية كما في الفلسفة؛ كان يدل على مكان خاوٍ لا يحوي شيئًا ولا توجد به أيّ فعالية أو “حياة”، ولكن فيزياء الكم وضعت يدها على المصطلح لتغيّر معناه؛ وفقًا لما تمليه التجارِب عليها، كثيرًا ما أصبح يُستخدم عبارات مثل (كون من لاشيء) أو (اللاشيء يحوي شيئًا)، فما هي الحقيقة التي أضيفت إلى هذا المفهوم بعد فيزياء الكم؟

الطبيعة لا تكره الفراغ
كبداية ليس هُناك عدم محض في الوجود _جُملة "ليس هُناك عدم" متناقضة منطقياً مع ذاتها_ فالطبيعة تكره (الفراغ) كما كانوا يقولون، ولكن العدم أو الفراغ الفيزيائي في معناه الحالي ليس العدم الذي قد يتبادر للذهن باستخداماته الفلسفية أو الشعبية، الفراغ في فيزياء الكم يعج بـ"الحياة"، وبحالةٍ دائمةٍ من ولادة الأجسام واندثارها، وعلى الرغم أنه مبدئيًا خاوٍ تمامًا إلا أن نظرية الكم تسمح بحسب مبدأ اللايقين؛ المتعلق بالطاقة والزمن، بإنتاج طاقة كبيرة لزمنٍ قصيرٍ جدًا.

فكيف يُمكن أن يحوي الفراغ طاقة؟
يتبع ..

527

4

"الفيزياء ليستْ رياضياتٍ، والرياضياتُ ليستْ فيزياءَ، أحدُهما يساعدُ الآخرَ، في الفيزياءِ يجبُ عليكَ أنْ تفهمَ ارتباطَ الرموزِ مع العالمِ الواقعيِّ، وهذهِ ليستْ مشكلةً في الرياضياتِ."

| ريتشارد فاينمان

465

8

في أواخر أيامه، كتب شرودنجر كتابًا بعنوان "ما هي الحياة؟" في محاولة لوضع مفهوم فيزيائي للحياة وتطورها. يُلخِّص الكتاب سلسلة من المحاضرات التي ألقاها شرودنجر في كلية ترينيتي في دبلن عام 1944، عندما كان يعتقد أن البروتينات، وليس الحمض النووي، هي المادة الوراثية. لكنه رأى أن المادة الوراثية يجب أن تحتوي على بنية جزيئية غير متكررة. وادعى أن هذه البنية تنبع من حقيقة أن الجزيء الوراثي يجب أن يحتوي على "شيفرة" تحدد "النمط الكامل لتطور الفرد المستقبلي ووظائفه في حالته الناضجة".

ليس هذا فحسب، قدم شرودنجر فكرة المادة الصلبة غير المتبلورة التي تحتوي على المعلومات الوراثية في تركيبها من خلال تكوين الروابط الكيميائية التساهمية. هذا وصف رائع للحمض النووي، وقد كان للكتاب تأثير كبير على فرنسيس كريك، الذي استخدمه كمصدر إلهام لفهم بنية الحمض النووي في الخمسينات. إنه كتاب جميل يستحق القراءة.

582

4

في أعالي جبال شمال تشيلي، حيث يلتقي السماء بالأرض، تكشف لنا السماء عن لوحة فنية سماوية. الدب الأكبر، ذلك النجم المألوف لنا جميعًا، يظهر لنا في صورة جديدة تمامًا. فوق بحيرة صافية، يرتفع الدب الأكبر وكأنه تاج من النجوم يزين قمم الجبال. إن انعكاس هذا المشهد في مياه البحيرة يخلق لوحة فنية طبيعية خلابة.

513

5

ما كان سيكون حال الفيزياء لو لم يساهم علماء الرياضيات البارزين مثل فيرما، وديكارت، وأويلر، ولاغرانج، ولابلاس، وغاوس، وريمان، وهاملتون، وبوانكاريه، ومنكوفسكي، وهلبرت، وفايل، ونيتر، وفون نويمان، وريتشي، وليفي شيفيتا، وبنروز؟

على سبيل المثال، ما كان سيحدث لنظرية النسبية الخاصة لو لم يتدخل منكوفسكي بهندسة الزمكان؟ وما كان سيحدث لنظرية النسبية العامة لو لم يتدخل غروسمان فيها باستخدام رياضيات ريمان وريتشي وكريستوفل وليفي شيفيتا؟

كان ديفيد هلبرت واعيًا بضرورة عدم ترك الفيزياء للفيزيائيين وحدهم، وأهمية إسهام علماء الرياضيات في هذا المجال.

By: Dr. Hisham Ghassib

631

3