الأوتار الفائقة نظريه لكل شيء
ان نظريه غضه متالقه هي في طريقها الى قلب المفاهيم المتبقيه لكن المهجوره عن كوننا واستبدالها برياضيات اخاذه في جمالها واتساقها وعلى الرغم من بقاء بعض التسوالات الخاصه بهذه النظريه دون حل حتى الان فان الاثاره التي خلقتها النظريه بين الفزيائين غدت جلية لاريب فيها تعرف هذه النظريه بنظرية (الاوتار الفائقه ) (superstrings ) لقد توج انبثاقها سلسلة الفتوحات التي شهدها عالم الفزياء خلال العقد الاخير بما يبشر باننا لربما قاب قوسين او ادنى من نظرية المجال الموحد التي هي عبارة عن تشكيل رياضي واسع قد يوحد كل قوى الكون المعروفه مهما يكون من امر تفترض نظريه الاوتار الفائقه ان لبنات الطبيعه الاساسيه تتكون من اوتار دقيقه مهتزه فان كان ذللك صحيحا فسيعنى ان كل البروتينات والنيترونات في كل اشكال الماده بداء من اجسادنا وانتهاء بالنجوم البعيده تتكون في الجوهر من اوتار
لم يشاهد احد هذه الاوتار ذلك انها اكثر الاوتار ضالة من ان ترى او تلاحظ (انها اصغر بمئة بليون بليون مره من البروتين ) ويبدو عالمنا وفقا لنظرية الاوتار الفائقه مصنوعا من جسميات نقطيه لان ادوات قياسنا بدائيه وبسيطه لدرجة لاتسطيع معها ان تتحسس تللك الأوتار الضئيله
ويبدو غريبا للوهلة الاولى ان يكون بمقدور فكره بسيطه كاستبدال الجسيمات النقطيه بالاوتار تفسير التنوع الهائل للجسيمات والقوى ( التي تغزى الى تبادل الجسيمات ) في الطبيعه لكن نظريه الاوتار الفائقه هي نظريه شامله متسقه تفسر ببساطه اسباب وجود بلاين البلاين من الاصناف المختلفه للجسيمات والمواد في الكون بما لها من خصائص متباينه مدهشه .
القوى الاساسيه الاربعه
ماهي القوى ؟
ان القوه هي أي شيء يستطيع تحريك الاجسام فالمغنطيسيه مثلا هي قوه الانها توثر على ابرة البوصله فتجعلها تدور والكهرباء هي ايضا قوه لانها تستطيع جذب شعرنا لقد تبين تدريجيا خلال الالفي السنه الماضيه ان هناك اربع قوى اساسيه فقط هي :
. (gravitation) قوى الثقاله او الجاذبيه. 1
ـ الكهرومغناطيسيه.: ـالضوء2
ــ القوى النوويه الضعيفه. 3
ــ القوى النوويه الشديده. 4
ان احدى الاحاجي العلميه الكبرى في كوننا هي تلك المتعلقه بالاختلاف الكلي لهذه القوى لقد تشبت الفزيائيون خلال الخمسين سنه الاخيره بمسالة توحيد هذه القوى الاربعه في اطار واحد متماسك
سنحاول وصف كل قوه على حده وبيان مدى اختلاف القوى الاربعه وذلك في محاولة للمساعده على تصور وتقدير الاثاره التي تولدها نظرية الوتر الفائق لدى الفزيائين .
.
1ـ الثقاله او الجاذبيه هي قوة جاذبه تشد افراد المجموعه الشمسيه الى بعضها وتحفظ الارض والكواكب في مدارتها وتمنع النجوم من الانفجار تسيطر هذه القوه في كوننا ويمتد تاثيرها عبر المسافات هائله حتى ابعد النجوم عنا .
ان هذه القوه التي تحرض التفاحه على الوقوع وتبقى اقدامنا في تماس مع الارض هي ذاتها التي تقود المجرات بصمت في اندفاعها عبر الكون .
.
2ـ تلم القوة الكهرومغنطيسيه شمل الذره انها المسؤوله عن دوران الالكترونات السالبه الشحنه حول النواه الموجبه وهي تحكم ايضا قوانين الكيمياء لانها المحدد الرئيسي للمدارات الالكتروتيه وتبدو القوه الكهرومغناطيسيه شديده على الارض بما يمكنها من تجاوز الثقاله فاذا دلكنا مشطا يصبح بامكاننا رفع قطع صغيره من الورق عن المنضده وتعاكس القوه الكهرومغناطيسيه في هذه الحالة الفعل الجاذب للثقاله المتجه نحو الاسفل ذلك الفعل الذي يتغلب على الافعال المناظره للقوى الاخرى حتى مسافة تعادل امتداد نواة الذره.
(لعل الضوء هو اكثر التجليات الكهرومغنطيسيه شيوعا فعندما تضطرب الذره تغدو حركة الالكترونات حول النواة غير منتظمه مما يدفع هذه الالكترونات لاطلاق الضوء واشكال اخرى من الاشعاع والاشكال الخالصه لاشعاع الكهرومغنيطيسي هي : الاشعه السينيه الردار الموجات المكروية الضوء اما الراديو والتلفزيون عماد حياتنا المعاصره فهما ببساطه نماذج مختلفه للقوه الكهرمغنطيسيه )
3ـ القوة النوويه الشديده هي المسؤوله عن جمع البروتينات والنيترونات داخل النواه ان النواه في كل النوى مشحونه ايجابيا وهي لذلك تتدافع ان تركت لشانها بفعل القوه الكهربائيه ممزقه عرى النواه تتدخل القوة الشديده تبعا لذلك للتغلب على القوى المذكوره وتقريب البروتينات الى بعضها البعض ويمكن القول ان عددا محدودا فقط من العناصر بمقدوره الابقاء على التوازن الدقيق بين القوة الشديده (التي تحاول لم شمل النواة ) وبين القوه الكهربائيه التنافريه (repulsive ) (التي تسعى الى تفجير النواة ) يفسر ذلك حقيقة وجود مئة عنصر معروف في الطبيعة فقط فاذا تجاوز عدد البروتونات في النواة مئة بروتون تعجز القوه الشديده عن احتواء الاثر التنافري للقوة الكهربئيه بين البروتونات .
عندما يطلق عنان القوة النوويه الشديده تنشاء نتائج كارثيه مثلا عندما تشطر نواة اليورانيوم عن عمد في القنبله الذريه تتحرر الكميات الهائلة من الطاقه الحبيسه داخل النواة في شكل انفجار نووي مروع تطلق القنبله النووية مليون ضعف من الطاقه التي يعطيها الديناميت ويؤكد ذلك بشكل جلي حقيقة ان بامكان القوة الشديده توليد طاقه تتعدى طاقه المتفجرات الكيميائيه التي تحكمها القوة الكهرمغنيطيسيه .
تفسر القوة الشديده ايضا سبب اضاءة النجوم ان النجم في الاساس هو فرن نووي ضخم تتحرر فيه القوة الشديده سجينة النواة ولو ان طاقة الشمس كانت ناجمه عن حرق الفحم بدلا من الوقود النووي لما اطلقت الشمس الا جزاء ضئيلا من ضوئها ولخبت بسرعه متحولة الى رماد وبدون الشمس تبرد الارض وتنقرض كل اشكال الحياة عليها وبدون القوة الشديده وبدون هذه القوه لايمكن ان توجد الشمس او تنشاء الحياة وترتقي .
ولو كانت القوة الشديده هي القوة الفعاله الوحيده داخل النواة لتحولت معظم النوى الى حالة الاستقرار لكننا تعلمنا من الخبرة ان لبعض النوى (كنواة اليورانيوم التي تضم اثنين وتسعين بروتونا ) كتلا هائله تودي الى تحللها تلقائيا واطلاق شظايا وبقايا صغيره فيما ندعوه بالنشاط الاشعاعي ان النوى في هذه العناصر هي ببساطه نوى غير مستقره وتجنح الى التحلل (disintegration ) لذا كان لابد من تواجد قوة اخرى ضعيفه تدخل الحلبه لتتحكم بالنشاط الاشعاعي وتكون مسؤوله عن تحلل النوى الثقيله هذه هي القوه الضعيفه
تتسم القوة الضعيفه بسرعة الزوال والتلاشي الى حد اننا لانتحسسها مباشرة في حياتنا لكننا نستشعر اثارها غير المباشره عندما نضع عداد جيجير بالقرب من قطعة اليورانيوم تتناهى الى مسامعنا الطقطقه التي تقيس النشاط الاشعاعي للنوى الناجم عن فعل القوة الضعيفه ويمكن ان تستخدم الطاقة الحررة من قبل القوة الضعيفه لتوليد الحرارة ايضا مثلا ان الحرارة الشديدة الموجوده في باطن الارض قد نجمت جزيئا عن تحلل العناصر المشعة في عمق نواة الارض تتفجر هذه الحرارة الهائله بدورها في هيئة براكين مزمجره ان هي وصلت سطح الارض وبالمثل ان الحرارة التي تنتج في نواة مفاعل نووي والتي تستطيع توليد طاقة كهربائية تكفي لانارة مدينة كامله تعزي ايضا الى اثر القوة الضعيفه (والقوة الشديدة على قدم المساواة )
يستحيل تصور بدون هذه القوه الاربعه فبدونها تتحلل الذرات في اجسادنا وبدونها تنطفىء الشمس وتخبو النيران الذرية التي تضيء النجوم والمجرات لذا كان مفهوم القوى امرا قديما ومالوفا لكن الجديد هو الفكرة القائلة ان هذه القوى ماهي الاتظاهرات متباينه لقوة وحيده .
تبين للعلماء خلال القرن الماضي ان الكهرباء والمغنطيسيه تظاهرتان لذات القوه لكن العلماء لم يسطيعوا اكتشاف ان القوة الضعيفه بدورها يمكن النظر اليها كتظاهرة للقوة المذكوره الى خلال العقدين الاخيرين والواقع ان جائزة نوبل للعام 1979 قد منحت لثلاثةعلماء (ستيف واينبرغ) (STEPHEN WEINBERG ) ( شلدون غلاشو ) (عبد السلام ) بينوا الية دمج القوتين الضعيفه والكهرومغنيطيسيه في قوة واحدة سميت القوة ( الكهرضعيفه ) ويعتقد العلماء الان ان نظرية اخرى (اسمها النظريه الموحده الكبيره GUT ) لربما كان بمقدورها توحيد القوتين الشديده والكهرضعيفه معا
اما القوة الاخيره الجاذبيه فلطالما راوغت الفيزيائين
تختلف قوة الجاذبيه في الحقيقه عن القوى الاخرى وهذا ماجعل الفيزيائين يقنطون من امكان توحيدها مع تللك القوى خلال الخمسين سنه الاخيره وعلى الرغم من النجاح الباهر الذي حققه ميكانيك الكم في توحيد القوى الثلاثة الاخرى الاانه فشل فشلا ذريعا في محاولته ضم قوة الجاذبيه الى حظيرة تللك القوى .
الارتباط المفقود
تبين للعلماء منذ زمن ليس بقصير ان نظريتين كبيرتين قد تجاوزتا كل ما عداهما في القرن العشرين : ميكانيك الكم (QUANTUM MECHANICS ) الذي نجح في توحيد القوى الثلاثه ونظرية الجاذبيه لاينشتاين المعروفه باسم نظرية النسبيه العامه ( GENERAL RELATIVITY ) تقف النظريتان بمعنى من المعاني قبالة بعضهما فبينما يقتصر ميكانيك الكم على عالم الصغائر كالذرات والجزيئات والبروتونات والنيترونات
تحكم النسبيه فيزياء العالم الكبير على المقياس الكوني للنجوم والمجرات .
ان اهم مايحير فيزيائي هذا القرن هو ان هاتين النظريتين العظيمتين المسؤولتين عن اشتقاق كل المعارف الانسانيه الخاصة بالكون الفيزيائي تبدوان غير متسقتين اطلاقا وواقع الامر ان محاولة دمج ميكانيك الكم بالنسبيه العامه قد شكلت تحديا لاعظم العقول في هذا القرن حتى اينشتاين الذي قضى العقود الاخيره من حياته دون جدوى باحثا عن نظرية توحيد الجاذبيه والضوء
لقد واجه الفيزيائيون نظريتين متباينتين توظف كل منهما جهازا رياضيا مختلفا وتحقق نبواءت بالغة الدقة في مجالها الخاص تنفصل النظريتان عن بعضهما وتبدوان ككيانين مستقلين تماما
هنا تلج الاوتار الفائقه المسرح
قد يكون بمقدور نظرية الاوتار الفائقه وبضربة واحده حل الاشكال المتعلق بدمج هاتين النظريتين العظيمتين وفي الواقع ستبقى نظرية الاوتار الفائقه مفتقره اللاتساق مالم تجلب النظريتين الى دائرة عمل واحدة ويحتاج الفعل النشط اللاوتار الفائقه كلا النصفين : النسبيه وميكانيك الكم ان الاوتار الفائقه هي النموذج الرياضي الاول من نوعه والوحيد الذي يوفر معنى مقبولا لتفسير كمومي للجاذبيه .
اغرب من الخيال العلمي
يتصف العلماء بكونهم محافظين فهم يتقبلون النظريات الجديده ببطء خاصة تللك النظريات التي تقدم نبوءات على درجه من الغرابه
تتطرح نظرية الاوتار الفائقه على كل حال بعض اشد النبوءات غرابة مما لم تجرؤ عليه اية نظريه اخرى لاشك ان النظرية التي تستطيع تكثيف هذا الكم الكبير من الفيزياء في معادلة واحده ستخلف اثارا فيزيائيه عميقة ان الاوتار الفائقه هي نظريه من هذا الطراز .
(حضر الفيزيائي الكبير "نيلز بور " عام 1958 محاضرة للفيزيائي وولفغانغ باولي علق بور في نهاية الحديث الذي لم يلق ترحابا من الحضور بقوله "اننا متفقون ان نظريتك هي ضرب من الجنون لكننا مختلفون فيما اذا كانت النظريه على قدر كاف من الجنون " لقد حققت نظرية الاوتار الفائقه بسبب تنبؤاتها الغريبه القدر الكافي من الجنون المشار اليه
اكوان متععدة الابعاد
طرحت النسبيه العامة لاينشتاين في العشرينات افضل تفسير لنشاة الكون اتى الكون الى الوجود وفق نظرية اينشتاين بانفجار عظيم منذو حوالي عشرة الى عشرين بليون سنه (big bang ) كانت كل مادة الكون بما فيها المجرات والنجوم والكواكب متجمعة اصلا في كرة بالغة الكثافه انفجرت بشكل هائل مخلفة الكون الواسع الذي نعرفه اليوم تفسر هذه النظريه الى درجه مرضيه مانلاحظه من الابتعاد الكبير للمجرات والنجوم عن الارض ( بسبب القوة النابذة اللانفجار العظيم )
ومهما يكن من امر فقد انطوت نظرية اينشتاين على العديد من الثغرات .
لماذا انفجر الكون ؟ ماالذي حدث قبيل الانفجار ؟ لاحظ العلماء والفلاسفه لسنوات خلت النقص الواضح في نظرية الانفجار العظيم الانها فشلت في ايضاح طبيعة واصل الانفجار ذاته
تتنبا نظرية الاوتار الفائقه على نحو لايصدق بما حدث قبيل النفجار الكبير .
لقد وجد الكون حسب نظرية الاوتار الفائقه في عشرة ابعاد لافي الابعاد الاربعة المعروفه اليوم (ثلاثة للمكان وواحده للزمان ) لكن لما يظفر الكون بالاستقرار في عالم الابعاد العشره فقد انشطر الى نصفين احدهما كون صغير باربعة ابعاد انسلخ عن الكون الاصلي .
اذا كانت النظريه صحيحيه فستعني فيما تعنيه ان لكوننا كونا شقيقا يتواجد على قدم المساواة مع كوننا وان الانفصال الاول لكوننا كان ماساويا لدرجة ادى الانفصال المذكور عندها الى الانفجار الذي نعرفه اليوم باسم الانفجار الكبير بكونه قد نجم عن تحول اكثر هولا الا وهو انشطار كون الابعاد العشره الى شطرين .
المادة السوداء
يقحم كتاب الخيال العلمي في اعمالهم اضافة للفضائات المتععدة الابعاد عنصرا اخر هو المادة السوداء المادة السوداء هي نمط مادي له سمات غريبه لاتتوفر في أي نمط مادي اخر في الكون ان التنبؤ بالمادة السوداء قديم نسبيا لكن العلماء ولدى توجيههم المراصد الى السماء لم يجدو الا العناصر الكيميائية المعروفه والشائعه على الارض حتى النجوم في اقاصي الكون تبدو مصنوعة من الهيدروجين والهليوم ولاكسجين والكربون وسواها توفر لنا هذه الحقيقة ثقة اكيدة بان مركباتنا الصاروخيه المرتحلة الى اية بقعة كونية لن تجد في انتظارها الا العناصر الكيميائية المالوفة هذا من جانب اما من الجانب الاخر فتللك هي حقيقة محبطه ذلك ان الفضاء لن يحمل لنا مفاجاءات اية مفاجات
قد تغير نظرية الوتر الفائق كل ذلك ان تحلل كون بعشرة ابعاد الى اكوان اصغر سيتمخض عن انماط مستحدثه من المادة والمادة السوداء هذه شانها شان الانماط الاخرى من المادة تمتلك كتلة لكنها غير مرئية ومن هنا كانت تسميتها فضلا عن ذلك ان المادة السوداء عديمة الطعم والرائحة وتعجز اكثر الاجهزة دقة عن تحسس وجودها واذا قدر لك ان تقبض على كمية منها في راحة اليد فستشعر اذ ذاك ثقلها وعدا ذلك يبقى هذا النمط من المادة غير مرئي كما يستحيل تحسسه والواقع ان وزن هذه المادة هو الطريقة الوحيدة لاكتشافها فهي لا تتبادل التاثير مع أي نمط مادي اخر لربما تسطيع المادة السوداء الماسعدة في تفسير احجية من الاحاجي الكونية فان كانت هناك كمية كافية من المادة في الكون فيسكون بمقدور الجاذبية للمجرات كبح التوسع وحتى ايقافه وعكسه بما يودي الى تقليص الكون وانهياره ومهما يكن من امر لازال التعارض قائما حول كفاية المادة الكونية لاحداث التاثير المذكور والمعلومات المتوفره متناقضه لكن الحسابات الاخرى المستندة الى ظاهرة الانزياح نحو الاحمر وسطوع النجوم تشير الى احتمال انهيار الكون تدعى هذه المشكلة مسالة (الكتلة المفقوده )
