اكبر الة علمية في التاريخ : المصادم الحلقي
ان الثورة في الفيزياء التي تلملم قواها الان لتوحيد القوة الكهرمغنطيسية والقوتين الضعيفة والشديده ولربما الثقالة قد حفزت الجهود لتصنيع الات جبارة بامكانها اختبار بعض جوانب هذه النظريه ان هذه النظريات ليست تخمينات جامدة لكنها غدت موضع اهتمام عالمي .
ستنفق حكومة الولايت المتحده الامريكية خلال السنوات القليلة القادمه مبلغ ستة بلاين دولار لبناء (محطم ذرات ) هائل او مسرع جسيمات بهدف سبر اعماق نواة الذرة يدعى هذا المسرع المصادم الفائق الناقلية (superconducting super collider ) واختصارا (ssc ) وسيكون اكبر الة علمية بنيت حتى الان ستكون حلقته الرئيسيه كبيرة للغاية وقد تتجاوز مئة كيلو متر أي ان طريق واشنطون الدائري المحيط بالعاصمه الامريكية يمكن ان يوضع داخل المسرع ببساطه .
البحث عن التوحيد
عاش نيوتن في اواخر القرن السابع عشر عندما كانت الكنيسة والعقول المتنوره تعتقد بنوعين من القوانين كانت القوانين الناظمه للسموات متناغمه وكامله في حين ان الفانين على الارض قدرت عليهم الحياة في ظل قوانين فيزيائية قاسيه .
اما من كان يتجرا على القول بعدم كمال القمر او ان الارض تدور حول الشمس فكان مصيره الهلاك على يد الكنيسه احرق (جيور دانو برونو ) على وتد مثلا عام 1600 في روما لانه تنباء بان شمسنا ماهي الا نجم كباقي النجوم وانتهى الى ( ان هناك عدد غير منته من الشموس وعددا مماثلا من الكواكب يدور حولها ) وبعد عدة عقود كان على الفيزيائي والفلكي العظيم ( غاليليو غاليلي ) وتحت التهديد بالموت انكار اقواله التاريخية بان الارض تدور حول الشمس. (يقال انه حتى عندما اجبر من التبرا من مكتشفاته العلمية اثناء محاكمته غمغم بانفاس لاهثة ولكنها تدور )
كل ذلك اخذ بعين الاعنبار عندما ارسل الطالب الشاب نيوتن الى بيته من جامعة كامبردج وكان له من العمر اذا ذاك ثلاثة وعشرين عاما بسب الطاعون الاسود الذي كان يجتاح الارض وادى الى اغلاق معظم الجامعات والمؤسسات الاخرى في اروبا لاحظ نيوتن حركة الاجسام الساقطه الى الارض ثم وفي لحظة ابداع حدسي طرح نظريته المشهورة التي تنظم مسارات كل الاجسام الساقطة توصل نيوتن الى نظريته بمواجهة نفسه بتساؤلات ثورية على غرار : هل يسقط القمر ايضا ؟
وبحسب اعتقاد الكنيسة فان القمر ثابر على البقاء عاليا في السماء لانه كان ينصاع لقوانين السماء التي بلغت خد الكمال وكانت ابعد من ان تطالها القوانين الارضيه التي اعتادت اجبار الاجسام على السقوط الى الارض تلخصت رؤية نيوتن الثورية بتوسيع قانون الجذب الثقالي ليشمل السماء ذاتها كانت احدى النتائج المباشرة لنظرية نيوتن فكرة ان القمر تابع للارض وانه يحافظ على وجوده في السماء ليس بسبب حركة الكرات السماوية الوهمية بل بسبب قوانين نظريته في الجذب الثقالي .
في انجازه العظيم ( المبادىء ) ( principia ) كان نيوتن اول من دون القوانين التي تحكم حركة التوابع التي تدور حول الارض والكواكب التي تدور حول الشمس.
رسم نيوتن تصورا بسيطا يفسر حقيقة القمر الساقط باعتباره تابعا للارض تخيل انك واقف على قمة جبل وقذفت صخرة مالها في النهاية السقوط على الارض وكلما ازدادت سرعة قذفك للصخرة قطعت الصخره مسافة اكبر قبل وقوعها على الارض واضاف نيوتن لو ان الصخرة قذفت بسرعة كافيه لكان بامكانها الدوران حول الارض والعودة الى نقطة اطلاقها وصدمك على موخرة راسك ومثل حال الصخرة التي تطوف حول الارض ما القمر ببساطة الا تابع يعاني من السقوط المستمر نحو الارض .
سبقة هذه الصورة الانيقة التي خطها نيوتن اطلاق الاقمار الاصطناعية بثلاثة قرون وتدين الانجزات العظيمة لمسبارنا الفضائية اليوم والتي حطت على المريخ وعبرت المشتري وزحل تدين بنجاحاتها للقوانين التي كتبها نيوتن في اواخر القرن السابع عشر .
اكتشف نيوتن في سلسلة من الحدوس السريعة ان معادلاته تسمح له من حيث المبدا باجراء حساب تقريبي للمسافة الفاصلة بين الارض والقمر والمسافة الفاصلة بين الارض والشمس وبينما كانت الكنيسة تناصر الراي القائل بان الارض تقف ساكنة في السموات كان نيوتن يتصدى لحساب الابعاد الرئيسيه للمجموعة الشمسية ذاتها .
ليكون هناك ضوء
كان على القفزة الثانيه في فهمنا للتوحيد ان تنتظر مائتي سنه تم توحيد الكهرباء والمغنطيسيه في منتصف الستينات من القرن التاسع عشر عندما كانت الحرب الاهلية الامريكية في اوجها وبينما كانت الولايات المتحده تندفع الى الفوضى والخراب بسبب تلك الحرب كان المجتمع العلمي على الطرف الاخر من المحيط الاطلسي في حالة جيشان عظيم لقد بينت التجارب التي جرت في اوروبا حقيقة مفادها ان المغنطيسيه يمكن ان تتحول الى كهرباء ضمن اشتراطات معينة والعكس بالعكس .
ساد ولقرون طويلة الاعتقاد ان المغنيطيسيه وهي القوة التي توجه بشكل دقيق ابرة البوصله لدى الملاحين في ارتحالهم عبر البحار والمحيطات والكهرباء هي القوة التي تخلق كل شيء ابتداء من الصواعق وانتهاء بالصدمة التي يشعر بها احدنا لدى لمسه مقبض الباب بعد قطعه ارض الغرفه المغطاة بالسجاد كان الاعتقاد ان هاتين القوتين لاعلاقة لهما ببعضهما البتة لكن الحاجز الصلب بين القوتين سرعان ما انهار في منتصف القرن التاسع عشر عندما تبين للعلماء ان الحقول الكهربائية المتغيره تولد حقولا مغنيطيسيه والعكس بالعكس.
لم يكن هذا الاثر مفهوما بشكل مرض عام 1860 م كان الفيزيائي الاستكلندي المغمور (جيمس كلارك ماكسول ) في جامعة كامبردج انذاك وله من العمر ثلاثين عاما كان ماكسول شجاعا بما يكفي لتحدي التفكير القائم والذهاب الى حد القول بان الكهرباء والمغنطيسية ليستا قوتين منفصلتين لكنهما وجهان لنفس العملة استطاع هذا الفيزيائي الشاب في واقع الامر تحقيق اكثر الاكتشافات اثارة للدهشة خلال القرن التاسع عشر وذلك عندما كشف النقاب عن اللغز المحير لاكثر الظواهر غموضا الا وهو الضوء .
عرف ماكسول انه يمكن النظر الى الحقل الكهربائي والحقل المغنطيسي كحقلي قوة منتشرين في كل ارجاء الفضاء يمكن تمثيل حقلي القوة هذين بشبكة غير منتهية من الاسهم منبعثة بنعومه من شحنة كهربائية مثلا تصل حقول القوة التي يخلقها قضيب مغنطيسي الى ابعد نقاط الفضاء كشبكة عنكبوت تستطيع ان توقع في شراكها الاجسام المعدنية القريبه .
اكتشف ماكسول بالمثل ان الاسهام المتسق للحقل الكهربائي والحقل المغنطيسي المهتزين يفضي الى توليد الموجة . وتبين لماكسول ان الحقول الكهربائية لوحدها او الحقول المغنطيسية لوحدها لاتستطيع خلق مثل هذه الحركة الموجية تماما كحال احجار الدومينو السوداء او الاحجار البيضاء كل نوع بمفرده على حدة وحده التفاعل الدقيق بين الحقلين الكهربائي والمغنطيسي كفيل بخلق هذه الموجة .
بدت الفكرة مستحيلة بالنسبه لمعظم الفيزيائين اذا لم يكن هناك (اثير) قادر على نقل هذه الموجات لقد تحررت هذه الامواج من اجسادها وباتت قادرة على الحركة بذاتها دون وسط ناقل .
كان ماكسول جريئا لقد تبين له ان بامكانه استخدام معادلاته لحساب رقم معين يحدد سرعة هذه الموجة . وكم كانت دهشته عظيمه عندما اكتشف ان هذه السرعة كانت هي ذاتها سرعة الضوء .
لم يكن هناك أي مفر من هذا الاستنتاج .
كشف ماكسول بغير قصد عن طبيعة الضوء وتبين ان الضوء ماهو الا سلسلة من الحقول الكهربائية المتحولة الى حقول مغنطيسية وادى عبث ماكسول بسلاسل الحقول المهتزة الى كشف النقاب عن اعمق اسرار الطبيعة .
كان ذلك اكتشافا مدهشا يرقى في اهميته ومكانته الى اكتشاف نيوتن لقانون الجاذبيه وجد ماكسول بمحض المصادفه ان معادلاته قد حلت لغز الضوء مؤكدة ان الضوء موجة كهرمغنطيسية وكان ماكسول السباق الى اكتشاف نواة لنظرية المجال الموحد .
عام 1889م وبعيد وفاة ماكسول بعشر سنوات اثبت (هينريخ هرتز ) صحة نظريات هذا الاخير تجريبيا فقد ولد هرتز شرارة كهربائية وكان بمقدوره خلق موجة كهرمغنطيسية تم تحسسها وبدون أي خطاء على مسافة بعيدة وكما تنباء ماكسول اثبت هرتز ان هذه الموجات ترتحل بذاتها دون أي اثير .
لسوء الحظ توفي ماكسول بعد طرحه النظريه بمدة بسيطه ولم يقدر له ان يعيش طويلا ليسبر خصائصها .
ان الفيزيائي الحاد الملاحظه كان سيستنتج ولا شك حتى في ذلك العام 1860م ان معادلات ماكسول تفرض بالضروره تشوهات غريبه على الزمان والمكان كانت معادلات ماكسول مختلفه جذريا عن نظرية نيوتن بسبب التوصيف المتباين للمكان والزمان كانت النبضه الزمنيه بالنسبه لنيوتن ذات ايقاع منتظم في كل ارجاء الكون فاية ساعة على الارض تدق بنفس السرعة التي تدق وفقها ساعة وضعت على القمر وكل الساعات في كون نيوتن تبدو متطابقه في وقعها ومهما يكن من امر فقد تنبات معادلات ماكسول ان الساعات قد تطبىء في ظروف معينه .
وفات على العلماء ان يلاحظو ان نظرية ماكسول تتنبا بان الساعة الموضوعه على مركبة صاروخيه تبطىء بالمقارنة مع ساعة متروكه على الارض وقد يبدو هذا للوهلة الاولى منافيا للعقل ذلك ان انتظام مرور الزمن كان عماد نظريات نيوتن وعلى اية حال كانت معادلات ماكسول تتطلب هذا التشويه الغريب للزمان .
تغاضى العلماء عن هذا السلوك الغريب لمعادلات ماكسول لنصف قرن واقتضى الامر الانتظار حتى عام 1905م عندما ادرك احد الفيزيائين اخيرا هذا التشوه الاساسي للمكان والزمان الكامن في معادلات ماكسول كان هذا الفيزيائي (البرت اينشتاين ) وكانت النظريه التي ابدعها هي نظرية النسبيه الخاصة التي قدر لها ان تغير مسار التاريخ البشري على نحو جذري .
ثوري عاطل عن العمل
طرح اينشتاين خلال حياته افكار تغير منظورنا الى الكون بشكل ثوري .
ومهما يكن من امر فلو صنفنا اعمال اينشتاين لخلصنا الى ثلاث نظريات رئيسية:
1ـــ النسبية الخاصة
2ــ النسبية العامة
3ــ نظرية المجال الموحد غير المنجزة والتي كان يفترض ان تاتي تتويجا الاسهماته العلمية الفذة .
طرح اينشتاين نظريته الاولى العظيمة نظرية النسبية الخاصة في العام 1905م عندما كان في السادسة والعشرين من عمره بالنسبة لرجل ترك مثل هذا الاثر في دنيا العلم فقد كانت اصول اينشتاين متواضعة .
في العام 1900م كان الرجل الذي سيصبح فيزيائيا مشهورا في كل انحاء العالم فيما بعد عاطلا عن العمل ومحفوفا بسوء الطالع وبينما كان الفيزيائيون المرموقون يحاضرون من مواقعهم المريحة في الجامعات الكبيرة كانت طلبات اينشتاين المتكررة للتعليم في عدد من الجامعات تقابل بالرفض وعندما انهى اينشتاين دراسته في معهد زوريخ للبوليتكنيك كان عليه ان يكافح كفاحا مريرا للابقاء على حياته الخاصة وذلك بالتعليم في دوام جزئي ووالده الذي كان متاثرا باحباطات ابنه كتب قائلا (يعاني ولدي من تعاشة عميقة بسسب احواله الراهنة خاصة انه عاطل عن العمل كما يتنامى الشعور لديه يوما بعد يوم بان حياته لاتسير في المنحى الصحيح واخذ يثقل على صدره شعوره بانه عبء علينا نحن الاناس ذوي الامكانات المتوسطه ) .
في عام 1902م وبعد توسط احد الاصدقاء عين اينشتاين في وظيفة متواضعه في مكتب تسجيل الاختراعات في برن بسويسرا تكفي لسد رمق زوجته وابنه . وعلى الرغم من ان مؤهلات اينشتاين كانت اكبر من متطلبات ذلك العمل لكن عمله الجديد اتى مطابقا الاغراضه كما تبين فيما بعد .
اولا وفر ذلك العمل لاينشتاين مايكفي من الوقت الاشغال نفسه بنظرية جديدة عن المكان والزمان جعلها موضع اهتمامه كان مكتب الاختراعات ملجا هادئا استطاع اينشتاين فيه تامل التسولات الكبيرة المتعلقة بالكون ثانيا تطلب منه عمله فرز الافكار المحورية عن الاطروحات الاخرى التي يتفوه بها المخترعون في عبارات غامضة وعلمه ذلك مثل نيوتن وماكسول قبله اسلوب التفكير بدلالة التصورات الفيزيائية والاقرار الدقيق لمنظومة الافكار القادرة على دفع نظرية ما الى حيز التطبيق .
عاد اينشتاين في مكتب الاخترعات الى تساؤل لطلما شغله حتى عندما كان صغيرا تركز التساؤل على الصورة التي قد يبدو عليها شعاع ضوئي اذا استطاع هو نفسه (اينشتاين) ان يسابق ذلك الشعاع بسرعته قد يظن للوهلة الاولى ان الشعاع سيطهر متجمدا في الزمان بما يمكن من رؤية الموجات المغنطيسية والكهربائية في حالة السكون .
لكن عندما تعلم اينشتاين اخيرا معادلات ماكسول في البوليتكنيك دهش ايما دهشة عندما اكتشف ان هذه المعادلات لاتقبل الامواج الساكنة كحلول لها (والواقع ان معادلات ماكسول تتنبا ان الضوء سيحافظ على سرعته ذاتها بصرف النظر عن السرعة التي سنطارده بها وحتى لو تحرك الباحث بسرعات هائلة فسيبقى الشعاع الضوئي سابقا اياه بالسرعة ذاتها يستحيل اذا رؤية الموجات الضوئية في حالة السكون .
يبدو ذلك للوهلة الاولى بسيطا فبحسب معادلات ماكسول ان العالم الموجود في داخل مركبة صاروخية متسارعة والعالم الساكن في سطح الكرة الارضية سوف يقيسان السرعة ذاتها للشعاع الضوئي وربما لاحظ ذلك ماكسول نفسه الذي ابدع نظريته عام 1860 لكن اينشتاين وحده هو الذي استخلص المعنى الحقيقي الكامن في هذه الحقيقة والذي يفرض علينا تغير منظورنا للزمان والمكان ( لكن اينشتاين نفسه لم يقدر ان هذه الحقيقة ستؤدي الى تطوير القنبلة الذرية والهيدروجينية ) .
في عام 1905 استطاع اينشتاين اخيرا ان يحل الاشكال القائم في نظرية ماكسول للضوء مؤديا بعمله هذا الى قلب المفاهيم التي سادت لعدة الاف من السنين عن الزمان والمكان .
لنفرض لاغراض المناقشة وحسب.
نفرض ان سرعة الضوء تساوي 101 كيلومتر في الساعة يكون بمقدور قطار متحرك بسرعة 100 كيلومتر في الساعة ان يسير عمليا بازاء أي شعاع ضوئي والواقع ان أي عالم على متن القطار سيكتشف ان سرعة الضوء تساوي كيلو متر واحد في الساعة (100-101 =1 ) ستتوفر لهذا العالم بذلك فرصة جيدة لدراسة البنية الداخلية للشعاع الضوئي بكافة تفاصيله .
لكن معادلات ماكسول تؤكد لنا ان العالم المذكور لدى قياسه سرعة الضوء سيجد انها تساوي 101 كيلومتر في الساعة وليس كيلومتر واحد في الساعة .
فكيف يمكن لذلك ان يحدث ؟ ماهو اسلوب المخادعة الذي سيتعرض اليه العالم والذي سيدفعه الى القبول بان الشعاع الضوئي يتحرك بهذه السرعة العالية .
كان حل اينشتاين لهذه المشكلة غير مالوف على الاطلاق لكنه كان حلا صحيحا وتكزت فكرته على الافتراض بان الساعات على متن القطار ستدق بايقاع ابطا من الساعات الموجودة على الارض وان أي عصا قياس على القطار ستتقلص .
يعني ذلك ان دماغ العالم المسافر على القطار سوف يجنح الى البطء بالمقارنة مع دماغ العالم الموجود على الارض وبالنسبة لناظر من الارض يفترض بالعالم الموجود على متن القطار ان يقيس سرعة الشعاع الضوئي بما يساوي كيلومتر واحد في الساعة لكن هذا العالم يكتشف بعملية القياس تلك ان سرعة الشعاع الضوئي تساوي 101 كيلو متر في الساعة نظرا لان دماغه (وكل شيء اخر على متن القطار ) قد ابطء بشكل ملحوظ .
ان مايترتب على النسبية من تباطؤ في الزمان وتقلص في الاطوال بالنسبة للاجسام ذات السرعات العالية يبدو مخالفا للفطرة السليمة ويعزى ذلك الى ان الفطرة السليمة تتعامل مع الايقاعات البعيدة عن سرعة الضوء فالبشر قادرون على السير بسرعة خمس كيلومترات في الساعة أي ابطاء بكثير من سرعة الضوء لذا فهم يتصرفون في كل الظروف ولكل الاغراض على اساس ان سرعة الضوء هي سرعة لا نهائية ان الضوء الذي يلف الكرة الارضية سبع مرات في الثانية يبدو بالضرورة لحظي الانتشار بالنسبة لنا .
ومهما يكن من امر لنتصور عالما تساوي فيه سرعة الضوء خمس كيلومترات في الساعة وهي سرعة المشاة المتوسطين فلو كانت سرعة الضوء مساوية لهذه القيمة فعلا لكان تشوه المكان والزمان امرا طبيعيا متسقا مع الفطرة السليمة .
في هذه الحالة لا يحتاج شرطي السير الى تخفيض سرعات السيارات عن خمس كيلومترات في الساعة ذلك ان السيارة المتحركة بحدود هذه السرعه تتسطح كالفطيرة ( لن تبدو هذه السيارات المتقلصة مسطحة بالنسبة للراصد بل ستظهر دائرية بفعل اثر سحري ) فضلا عن ذلك سيبدو الناس مجمدين في الزمان على متن السيارة ( ذلك ان الزمان يبطء مع ازدياد سرعة السيارة ) وعندما تخفض هذه السيارات المسطحة سرعتها عند الاشارة الضوئية تزداد اطوالها تدريجيا حتى ترجع الى حجومها الطبيعية ينما يعود الزمان داخل السيارة الى ايقاعه الاول .
عندما نشر بحث اينشتاين الثوري لاول مره عام 1905 م قوبل بعدم الاهتمام فقد تقدم اينشتاين ببحثه للحصول على وظيفة مدرس في جامعة برن لكن البحث رفض ان الفيزيائي النيو توني الكلاسيكي الغارق في مفهوم المكان المطلق والزمان المطلق كان سيرى في اطروحات اينشتاين الحل الاكثر تطرفا لمفارقات معادلات ماكسول ( تطلب الامر عدة سنوات عندما اثبتت التجربة صحة نظرية اينشتاين كي يتبين المجتمع العلمي ان التصور الاساسي في ذلك البحث كان ومضة من ومضات العبقريه ) .
لقد اعترف اينشتاين بعد عدة عقود بالدور الكبير لنظرية ماكسول في صياغة نسبيته الخاصه اذ قال ببساطه ( تدين النسبيه الخاصه بوجودها لمعادلات ماكسول في الكهرمغنطيسيه )
اننا ندرك الان وبعد مضي فترة طويلة من الزمن ان اينشتاين وحده كان قادرا على دفع نظرية ماكسول مسافه ابعد الى الامام ذلك انه استطاع ان يتحسس مبدا التوحيد وان يتفهم التناظر العميق الذي كان يضم كل مكونات الطبيعة المتباينه كازمان والمكان والمادة والطاقه *
* يحمل التناظر معنى دقيقا بالنسبة للفيزيائي تكون المعادلة متناظره ان هي حافظت على هيئتها دون تغيير لدى خلط او تدوير مركباتها لقد برز التناظر كمبدا فعال تشاد نظرية المجال الموحد بواسطته .
وكمثل انجاز نيوتن المستقبلي المنطوي على توحيد فيزياء السماء والارض في ظل قانون الجاذبيه واكتشاف ماكسول للوحدة الباطنيه في ظاهرتي الكهرباء والمغنطيسية كان اسهام اينشتاين في دمج الزمان والمكان .
اكدت نظرية اينشتاين ان الزمان والمكان تظاهرتان لكيان واحد يدعوه العلماء ( الزمان _ المكان ) او ( الزمكان ) على ان النسبيه لم تكتف بتوحيد الزمان والمكان بل وحدت مفهومي المادة والطاقه .
يبدو للوهلة الاولى ان بونا شاسعا يفصل بين صخرة بشعة عديمة الهيئة والفائده وبين شعاع ضوئي متوهج ولامع لكن المظاهر خداعه بصورة عامة كان اينشتاين اول من اشار الى حقيقة مفادها انه في ظل اشتراطات معينة حتى الصخرة ( يورانيوم ) يمكنها التحول الى شعاع ضوئي ( الانفجار النووي ) يتم تحول المادة الى طاقة بانشطار الذرة التي تحرر الطاقة الهائلة الكامنة في النواة تتركز نظرية النسبيه على اكتشاف اينشتاين ان الطاقة تتحول الى مادة وان المادة تتحول الى طاقة
