عبر العصور ، كان العلماء يعتقدون ببساطة المادة و تركيبها من عناصر بسيطة جداً ، بل و تبنّوا بساطة الكونِ كاملاً ، وأنه لولا بساطة الفِكرة لكُسّرت النظرية من صلبها ، وأن الحياة في مجملها نظرية بسيطة تحتاج إلى سذاجة في التفكير ، ولو عدنا بالتاريخ إلى العهود الضاربة في القدم و تحديداً 384 ق.م ، وُلّدَ رجلٌ احتضنَ الفلسفة العلمية في مولدها ، ذلكَ هو أرسطو ( 384- 322 ق.م )، ولدَ أرسطو في اليونان، و كان تلميذاً لأفلاطون، والذي يُعّدُ أباً للفلسفة الحيّاتيّة، كان لأرسطو نظريات عدّة في الفلسفة و المنطق والرياضيات، والمادة !
وقد اعتقد أرسطو أن المادة تتشكل من أربع عناصر أساسية / التراب و الهواء و النار و الماء ، وعنصر خامسٌ تختص بهِ العناصرُ الخالدة : الأثير ، وقد ابتدع أرسطو بذلك منهج الخيمياء ، والذي استمر يصدعُ قروناً في عقول العلماء ، و في العهود الوسطى تبنّى العرب النهضة العلمية في العالم عبرَ ترجمة المصادر اليونانية و الفارسية و اللاتينية إلى العربية و العمل على تأصيّلها و تطويرها ، وتبنى الكثير منهم فلسفة أرسطو و نظرياته بكافة أشكالها ( وكان الفلاسفة في ذلك الوقت يتوزعون على مدارس فلسفية مختلفة ، و يتبنون كافة معتقداته بلا استثناء عكس المنهج الحديث والذي يعتمد على الانتقائية ) وقد تاهَ الخيميائيون العرب في ذلك الوقت كمن سبقهم في محاولة اكتشاف سر تحويل النحاس إلى ذهب ، وكان الشغل الشاغل للكثير منهم، فاتبعّوا المنهج التجريبي ( ككيمياء اعتيادية ) والهدف خيميائي بحت ، وقد تأرجح العلم حسب العهود ، ففي عصور ابن حيّان و أبو بكر الرازي ( أب الجبر ) و هي عصور ازدهار الدولة العباسية ، اقترب العلم كثيراُ من العلم المجرد الخالي من الخرافة ، أما في عصور الانحطاط السياسي ( الغزو الصليبي وتشتت الدول ) انحط العلم إلى الخرافة في أحيان كثيرة ، وبذلك نكتشف ارتباط العلم بالحالة السياسية في التراث الإسلامي .
في نهاية القرن السادس عشر وبداية السابع عشر بدأ العلم يتبحر و أكتشف العلماء الكثير الكثير من العناصر، والتي أصبح من المستحيل بذلك تضمينها تحت مظلة أرسطو الخرافية، وبذلك استقلت العلوم عن الخرافة و الميتافيزيقيا والتي كانت تمثل الفيزياء و كافة العلوم الأخرى قبل ذلك الحين ، و بدأ العلم يدخل في طوره النظري و في ذلك العهد بدأت تنحرف النظرة العلمية من التجريد العملي إلى الخيّال النظري المنطقي ، وبدأت تظهر رياضيات متقدمة تصف الفيزياء و الطبيعة ، وافتح العلم و اخذ العلماء يعاودون النظر إلى معتقداتهم وظهر كوبرنيكوس ذلك العهد جاليليو جاليلي (1564-1624).
و قد تبنّى جاليليو نظرية كوبرنيكوس في كون الشمس مركزاً للمجموعة الشمسية و أن الكواكب بأسرها تدور حول الشمس و بذلكَ خالف العديد من الأسس التي بنيت عليها معتقدات الكنيسة في ذلك الوقت ، وقد اجبّر على الاختيار بين الموت حرقاً أو التصريح أمام العلَن بأن الأرض لا تدور حولَ الشمس ، واختار فعل هذا ، وهمسَ بعدهُ في حرقة " و لكنها تدور ! " ، وقد عُمي جاليليو في آخر حياته بسبب نظره المباشر و المستمر إلى الشمس التليسكوب ( والذي كان أباً لهُ وأول من استخدمهُ للنظر إلى السماء ) و مات جاليليو 1624 م ، ولا يختلف اثنان ، على أن العلمَ القديم ، ماتَ معهُ فقد تركَ جاليليو لنا نظريات عن السقوط الحرّ و الكون و التلسكوبات .. و هلّم جراً.
...
في منتصفِ القرنِ السابع عشر، ولدَ رجلٌ تركَ بصمتاً لا تُمحى أبداً عن هذا العالم، إسحاق نيوتن.. المولود في بريطانيا يوم رأس سنة 1642م، ولدَ لعائلة من الفلاحين ولم يعرفْ والدَهُ أبداً، و المسمى كذلك بإسحاق نيوتن، لا نعرف الكثير عن حياته المبكرة، إلا أن والدته تزوجت حينَ بلغ الثالثة و تركته ليعيش عن جدّتهِ. أحد أعمام نيوتن شكّ في قدرات خفية ساحرة في ذلك الفتى فساهم في إرسالهِ إلى جامعة كامبردج سنة 1661 م ، وعام 1665-1666 أغلقت كامبردج أبوابها قلقاً من الطاعون الذيعمّ أوروبا تلكَ السنة ، أثنائها عاد نيوتن إلى بلدته و أثناء تلك الفترة ، توصل لأعظم إنجازاته العلمية ؛ وضع رياضيات التفاضل والتكامل ( Calculus) و اكتشاف الطيف اللوني في الضوء ( Spectrum of colors in light ) و وضع نظرية الجاذبية الشهيرة ( Theory of gravitation ) لاحقاً ، كتب عن تلك الفترة من الاستنتاجات : " في تلكَ الأيام كنتُ في ريعان عهدي في الإبتكارية و الرياضيات العقلية و الفلسفة أكثر من أي وقت بعدها " و قد تحولت أكثر بحوثه بعدها إلى تجارب الكيمياء الدّخانية ( وحتى الخيمياء ) أكثر من اهتمامه بالرياضيات الجادة . وفي أربعينياته - حينَ كان أستاذاً في الرياضيات في كامبردج - كتب كتابه الشهير " "The Principia Mathematicaو الذي قد يعد أعظم كتاب علمي نشر في التاريخ.
...
وقد عمل نيوتن على ابتداع رياضيات تتحدث عن الأجسام المتحركة ، ففي عهده انتشرت الرياضيات بشكل كبير واستخدمت في الفنّ المعماري وقامت عليها الكثير من أعظم الأبنية في أوروبا ذلك الوقت ( ومنها كاتدرائيات أوروبا الشهيرة ) ولكن نيوتن احتاج إلى ما يصف الأجسام المتحركة غير الثابتة و بذلك ابتدع التفاضل والتكامل ليصف الكون ، وبذلك استخدم الرياضيات لوصف الطبيعة .و قد قيل عن كتابه " هاهو الرجل الذي كتب كتاباً لا يفهمه احد ولا حتى هوَ " و قد جعل الكتاب من نيوتن عظيماً حتى حين مات سنة 1727 دُفن مع عظام بريطانيا من ملوك و كِبار في " ويستمينيستر آبي " الشهيرة في لندن. وقد قال فولتير - الفيلسوف الفرنسي الشهير - عن نيوتن " لقد رأيتُ أستاذاً في الرياضيات يُدفن كملكِ تفانى في عهده ".
و بعدها في بداية القرن العشرين ، بدأت الثورة العلمية العظيمة و التي بدأت باكتشاف الجسيمات الذرية و استمرت مروراً بنظريات بلانك و نسبية آينشتاين و ميكانيكا الكم . وفي القرن العشرين بدأ العلم يرتقي و يتفرع حتى بلغ حدوداً عظيمة ، و اختلفت النظرية ، فمنها ما تحدث عن الكون في مجمله و عظيم الأجسام والكون بإجمال - كنسبية آينشتاين والتي تجري على الكون في مجمله - ، حتى النظريات التي تصف الجسيمات تحت الذرية و الذرات وتفاعلها وتصادمها و تصرفاتها و تحولاتها .. وإلى ما هنالك. في الفصل الأول من هذا البحث أناقش النظرة الحديثة للذرة و الجسيمات اللاحقة بها و القوى .
...
..
و بـنهاية عهد نيوتن إنتهى عهد الفيزياء الحتمية و التي تابع آينشتابن إعتناقها رغم تحطيمه لقوانين نيوتن في الجاذبية ، و بذلك نفصل بين العهدين
قانون الجذب العام لنيوتن (Newton's law of universal gravitation)، أو كما يعرف اختصارًا بـقانون الجذب العام هو قانون فيزيائياستنباطيينص على أنه "توجد قوة تجاذب بين أي جسمين في الكون، تتاسب طرديًا مع حاصل ضرب كتلتيهما، وعكسيًا مع مربع المسافة بينهما". وحدتها (نيوتن.م2/كجم). ويُسمى هذا القانون عادة بقانون التربيع العكسي وذلك لأن القوة تتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين مركزي الجسمين. حيث إن الكتلة (ك2) تؤثر على الكتلة (ك1) بقوة مقدارها (ق21)، والكتلة (ك1) تؤثر بقوة مقدارها (ق12) على الكتلة (ك2)، ج : ثابت الجذب العام ويساوي 6.672 × 10-11 نيوتن.م2 / كغ.
الصورة القياسية لقانون الجذب العام لنيوتن
حيث:
هي القوة الناتجة عن الجاذبية
هي كتلة الجسيم الأول
هي كتلة الجسيم الثاني
هو البعد بين الجسيمين
حيث:
هو متجه القوة التي يؤثر بها الجسيم 1 على الجسيم 2
هو متجه القوة التي يؤثر بها الجسيم 2 على الجسيم 1
وهما كتلتا الجسيمين على الترتيب
ينشئ المجال المغناطيسي نتيجة لحركة الشحنات الكهربية (كمثال:التيار الكهربائي)، ويسبب المجال المغناطيسي في وجود تلك القوي المغناطيسية المصاحبة للمغناطيس.
القوةالكهرومغناطيسية هي القوةالتي يؤثر بها المجال الكهرومغناطيسي علي الجسيمات الكهربية. القوي الكهرومغناطيسية هي المسئولة عمليا عن كل مظاهر الحياة اليومية العادية فيما عدا الجاذبية؛فكل القوي المؤثرة في ربط ما بين الذرات وبعضها البعض يمكن ارجاعها إلى القوة الكهرومغناطيسية التي تؤثر على الجسيمات الكهربية في الذرةمن الكتروناتوبروتونات؛ وبذلك يمكن اعتبار قوي "الشد" و"الدفع" التي نتعرض لها في حياتنا اليومية العادية عند الاصطدام بالأجسام العادية آتية من قوى الترابط ما بين الذراتالمكونة لأجسامنا وتلك الذرات المكوة للأجسام التي صدمناها. المغناطيس الكهربائي
المغناطيس الكهربائي عبارة عن مغناطيس تتولد فيه المغناطيسية فقط بسبب تدفق تيار كهربي خلال سلك ما. وعادة ما تُصنع المغناطيسات الكهربية من لفاف من السلك - ما يـُـسمـّـى بـ " وشيعة " - بعدد لفات كبير لزيادة التأثير المغناطيسي(المغنطه). ويُمكن زيادة المجال المغناطيسي الذي تنتجه الوشيعة بوضع مادة مغناطيسية خاصـّـة، كقضيب حديدي، داخل الوشيعات. ويتسبب التيار المار خلال الوشيعة في تحول الحديد إلى مغناطيس مؤقت كالحديد المطاوع. الموجات الكهرومغناطيسية
ينتقل الضوء ، والموجاتاللاسلكية، و أشعة إكس، وصور الطاقة الإشعاعية الأخرى خلال الفضاء كموجات طاقة تسمى الموجات الكهرومغناطيسية. ولتلك الموجات قمة وقاع، تمامًا كالأمواج التي تتكون عندما نلقي بحجر في الماء الساكن. وتُسمى المسافة بين قمتين متتاليتن أو بين قاعين متتالييين بـ "طول الموجة"، وتقاس طول الموجة بالمتر. ويُسمى عدد الموجات في الثانيةبـ "التردد" ويقاس التردد بالهرتز. وتنتقل جميع الموجات الكهرومغناطيسية بسرعة الضوءالتي تبلغ نحو 300.000 كيلومتر في الثانية،(أي أن الشعاع الكهرومغناطيسي يمكن أن يدور حول الأرض 7 مرات في الثانية الواحدة. والعلاقة بين طول الموجة والتردد هي كالآتي:
وبحسب الوحدات :
سرعة الضوء [متر/ثانية]= طول الموجة [متر] . التردد [1/ثانية]
تحيطنا الموجات الكهرومغناطيسية من جميع الجهات بأنواع مختلفة من أمواج الطاقة ، قليل منها مرئية وغالبيتها غير مرئية . منها ما هو طبيعي كالأمواج الضوئية التي تأتينا من الشمس والأشعة الكونيةومنها ما هو من صنع الإنسان كالأمواج الضوئية القادمة من المصابيحوالأمواج اللاسلكية التي ينتجها الهاتف الخلوي (الجوال). إذا تغاضينا عن أمواج الطاقة الميكانيكية (كالأمواج الصوتية) فإننا نستطيع أن نجزم بان معظم الأمواج الموجودة من حولنا هي أمواج ذات طبيعة كهرومغناطيسية والتي تشكل بمجموعها ما يسمى بـ " الطيف الكهرومغناطيسي ". الآن لو أردنا أن نتحدث عن الطيف الكهرومغناطيسي نفسه فلا بد أن نذكركم بالجزء الأكثر شعبية منه أو الجزء الذي يعرفه معظمكم وهو الطيف الضوئي (أو طيف ألوان قوس قزح) أو ما يسمى علميا بـ " طيف الضوء المرئي " وعلى الرغم من أنه لا يشكل إلا جزءا بسيطا من الطيف الكهرومغناطيسي إلا أنه وفي نفس الوقت قد ساهم في فهم المبدأ العام بشكل ممتاز. الطيف الكهرومغناطيسي وعملية الإشعاع لن نفهمها تماما دون المرور بمفاهيم مثل طول الموجة والتردد ولكن قبل أن نخوض أيضا في هذين المفهومين نحن بحاجة للتعرف على طبيعة هذه الطاقة التي نسميها الطاقة الكهرومغناطيسية.
طبيعة الإشعاع الكهرومغناطيسي (الطاقة الكهرومغناطيسية) :
إن الاسم الذي أطلق على هذا الطاقة هو نتيجة لتفسير العلماء لطبيعتها فكلمة كهرومغناطيسي تجمع بين كلمتي كهربائي ومغناطيسي وهذا بالضبط التفسير الذي قدمه العلماء لهذه الطاقة فهي (أي الإشعاع الكهرومغناطيسي) عبارة عن سيل من الطاقة في مسار يحوي حقلين مغناطيسي وكهربائي تسير في الحقل المغناطيسي أمواج مغناطيسية وتسير في الحقل الكهربائي أمواج كهربائية وتتراوح الطاقة الكهرومغناطيسية جيئة وذهابا بين هذين الحقلين أو المجالين بحيث أنه عندما تزداد شدة أحد الحقلين تنقص شدة الآخر والعكس بالعكس.
هذا يعني أن الموجتين (أو نوعي الطاقة في الحقلين المختلفين) مرتبطين معا ويتغيران معا بشكل متعاكس وتسمى سرعة التغير هذه بالتردد وبمعنى آخر أن التردد هو عدد المرات في الثانية التي تتغير بها الطاقة في الحقلين من أقصى قيمة لها وتعود لنفس هذه القيمة القصوى بمعنى أخر أنها عدد الأمواج التي تتشكل من هذا التغير خلال ثانية واحدة.
و لأن الطاقة الكهرومغناطيسية تتألف من تركيبة لموجتين مغناطيسية وكهربائية فقد ارتأى العلماء أن يسموها الأمواج الكهرومغناطيسية لأن طبيعتها موجية.
إذن التردد هو عدد المرات التي تصل فيها الطاقة الموجية لأقصى قيمة لها في اتجاه واحد. أما طول الموجة فهو مقياس آخر للموجة مرتبط بالتردد فهو يمثل المسافة بين أقصى قيمتين متتاليتين أو قاعين متتاليتين في نفس الاتجاه للطاقة الموجية.
أما حرصنا على الفهم الصحيح للطبيعة الموجية والمختلطة (بين الكهربائية والمغناطيسية) فلأنه سيشكل القاعدة الأساسية لفهم أنواع الطيف الكهرومغناطيسي وتقسيماته (تصنيفاته) وفقا للتردد أو لطول الموجة.
وصلات خارجية
رمز الكمية
الكمية
الواحدة
رمز الواحدة
الأبعاد
I
A
A
Q
C
A·s
V
V
J/C = kg·m2·s−3·A−1
R، Z، X
Ω
V/A = kg·m2·s−3·A−2
ρ
Ω·m
kg·m3·s−3·A−2
P
W
V·A = kg·m2·s−3
C
F
C/V = kg−1·m−2·A2·s4
F − 1
F−1
kg·m2·A−2·s−4
F/m
kg−1·m−3·A2·s4
Y ، G ، B
S
Ω−1 = kg−1·m−2·s3·A2
S/m
kg−1·m−3·s3·A2
Wb
V·s = kg·m2·s−2·A−1
B
T
Wb/m2 = kg·s−2·A−1
H
A/m
A·m−1
A/Wb
kg−1·m−2·s2·A2
L
H
Wb/A = V·s/A = kg·m2·s−2·A−2
H/m
kg·m·s−2·A−2
(بلا أبعاد)
χ
-
مكونات اللامتناهي في الصغر :
مكونات الذرة
تتكون الذرة Atomتتكون من الكترونات سالبة الشحنة تدور في مدارات متباينة حول نواة صغيرة الحجم ، وذات كتلة كبيرة .
وتتكون النواة بشكل رئيس من بروتونات موجبة الشحنة ونيوترونات متعادلة .
الجدول الآتي يبين أوصاف مكونات الذرة :
مكانه في الذرة الشحنة الكتلة الجسيم
وحدة الشحنة كولوم وحدة كتلة ذرية كيلو غرام
خارج النواة +1 -1.6 ×10-19 0.0005486 9.11 × 10-31 الكترون
داخل النواة -1 +1.6 ×10-19 1.007276 1.67× 10-27 بروتون
داخل النواة لا يحمل شحنة لا يحمل شحنة 1.008665 1.67 × 10-27 نيوترون
العدد الذري والعدد الكتلي Atomicnumber & Mass number
يمثل العدد الذري لذرة العنصر المتعادلة عدد البروتونات أوالالكترونات ، فالذرة المتعادلة تحتوي على عدد متساو من الالكترونات سالبة الشحنة والبروتونات موجبة الشحنة .
أما العدد الكتلي للذرة فيمثل مجموع البروتونات والنيوترونات ( مجموع ما داخل النواة ) .
مكونات اللامتناهي في الكبر :
الكون :ـ فضاء واسع جدا , لانهائي الابعاد , لا نملك معلومات دقيقة ومؤكدة عن كينونته وصيرورته وبدايته وحجمه .
المادة الكونية : ـ كل ما يحتويه الكون من نجوم وكواكب وأقمار وتوابع أخرى ومذنبات ونيازك وغبار كوني , متناثرة جميعها في أرجاء الكون اللامتناهي .
تماسك المادة :
أوجد الفيزيائيون و المكتشفون خلال القرون الماضية صورة متعارف عليها للتركيب الأساسي للمادة و الذي يسمى ب: النموذج الاعتيادي للجسيمات و القوى الأربع. حيث يفترض النموذج وجود 12 نوع لجسيمات المادة هي: فوق و تحتup/ down )، ساحر و غريب " Charm / Strange )، أعلى و أسفل ( Top / Bottom)، الإلكترون (Electron) و الميون (Muon)والتاو ( Tau)،إلكترون نيوترينو ( Electron-neutrino) وميون نيوترينو (Muon-neutrino ) وتاو نيوترينو(Tau-neutrino).
و أربع قوى هي: الجاذبية ( Gravitation)، القوة الضعيفة (Weak Force )، القوة القوية ( Strong force ) و القوة الكهرومغناطيسية ( Electromagnetic Force).
و تفسر كلها مجتمعة مكونات المادة وتفاعلاتها.
إن فرضية النموذج الاعتيادي للمادة تم اختبارها بعدة طرق للتأكد من صحتها حيث تم بفضلها تفسير العديد من الظواهر الفيزيائية المهمة مما يؤكد أكثر على صحتها. لكن هذا لا يشبع الفيزيائيين حيث أنهم يعمدون الآن لاكتشاف ما وراء النموذج الاعتيادي للمادة لثقتهم العمياء أن مجال العلوم واسع ولا ينضب.
الفعل المتبادل التجاذبي :
قانون نيوتن
لعلك تتذكر دوماً القصة التي تروى عن اسحق نيوتن عندما كان مستلقياً في ظل شجرة ، ثم سقطت على رأسه التفاحة التي
ربما تكون قد نبهته إلى أن كل الأجسام في الكون تتجاذب مع بعضها البعض . وقد قام نيوتن بعد ذلك بتحليل بعض البيانات المتعلقة بحركة القمر حول الأرض ، وتوصل إلى أن القوانين الرياضية التي تنظم حركة الكواكب هي نفسها التي تحدد قوة جذب الأرض للتفاحة .
وقام اسحق نيوتن في العام 1686 بنشر قانونه في الجذب العام والذي ينص على ما يلي :
" كل جسم في الكون يؤثر بقوة جذب على جسم آخر ، ومقدار هذه القوة يتناسب طردياً مع حاصل ضرب الكتلتين وعكسياً مع مربع المسافة بينهما"
حيث :
ك1 : كتلة الجسم الأول
ك2 : كتلة الجسم الثاني
ف : المسافة بين مركزي الجسمين
ق جـ : قوة الجذب المتبادلة بين الجسمين
ج : ثابت الجذب العام ويساوي 6.672 × 10-11 نيوتن.م2 / كغ
ويُسمى هذا القانون عادة بقانون التربيع العكسي وذلك لأن القوة تتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين مركزي الجسمين .
وإذا نظرت أدناه :
فإن الكتلة ( ك2 ) تؤثر على الكتلة ( ك1) بقوة مقدارها ( ق21 )، والكتلة ( ك1 ) تؤثر بقوة مقدارها ( ق12 ) على
الكتلة ( ك2 )
إذا أردت رفع حقيبة عن سطح الأرض فيجب أن تؤثر عليها بقوة إلى أعلى, وإذا أراد سائق تغيير اتجاه سير العربة التي يقودها فإنه يؤثر بقوة على مقود السيارة .
ولعلك تلاحظ من الأمثلة السابقة ومن أمثلة حياتية عديدة أنه لكي تغير الحالة الحركية للجسم فلا بد من وجود قوة وهذا ما ينص عليه القانون الأول لنيوتن :
" يبقى الجسم الساكن ساكناً, ما لم تؤثر فيه قوة , يبقى والجسم المتحرك متحركاً وبسرعة ثابتة وفي خط مستقيم, ما لم تؤثر عليه قوة محصلة تعمل على تغيير مقدار سرعته أو اتجاهها أو الاثنين معاً ".
وينبثق عن هذا القانون مفاهيم عديدة أهمها :
1- القصور الذاتي :
والقصور هو ممانعة الجسم لأي تغيير في حالته الحركية, أو عدم قدرته على إحداث تغيير في حالته الحركية, فالجسم لا يستطيع ( بنفسه ) أن يغير حالته الحركية, ولا بد من وجود قوة خارجية تعمل على ذلك.
2- كتلة الجسم :
وكتلة الجسم هي كمية فيزيائية , كلما ازدادت ازداد القصور الذاتي للجسم, فتحريك صخرة كبيرة يحتاج إلى قوة أكبر من تلك اللازمة لتحريك صخرة صغيرة .
3- القوة :
والقوة هي المؤثر الذي يؤثر في الأجسام فيؤدي إلى تغيير حالتها الحركية. والقوة تعمل على إحداث التغييرات التالية :
1- إيقاف الجسم المتحرك.
2- تحريك الجسم الساكن .
3- زيادة سرعة الجسم المتحرك.
4- تقليل سرعة الجسم المتحرك
5- تغيير اتجاه الجسم المتحرك.
تجربة كافنديش :
هل سمعت عن قانون نيوتن لقوة الجذب بين الكتل الكبيرة؟ إنه أحد القوانين الشهيرة المستخدمة بكثرة في العلوم الفلكية. ورغم بساطته، فإنه يمثل قاعدة الحسابات الفلكية الخاصة بتحديد أوزان الكواكب.
وهذا القانون ينص على أن قوة الجذب بين جسمين تتناسب طرديا مع وزنيهما وتتناسب عكسيا مع مربع المسافة بين مركزيهما . فكلما زادت الكتلة زادت قوة الجذب، وكلما زادت المسافة، قلت قوة الجذب، ولنبدأ بتحديد وزن كوكب الأرض طبقا لهذا القانون، فلأننا نعرف نصف قطر الأرض يمكن أن نستخدم القانون الأرضي للجاذبية لحساب وزن الأرض بعلاقة قوة الجاذبية لجسم معين (وزنه) على سطح الأرض باستخدام نصف قطر الأرض كمسافة بينهما.
ونحتاج هنا أيضا إلى قيمة ثابتة تناسب قانون الجاذبية الكوني (يرمز له بالحرف ج). هذه القيمة قد حددت معمليا بواسطة هنري كافنديش في القرن الثامن عشر وذلك بقياس القوة الأفقية بين كرات معدنية وزن كل منهما واحد كيلوجرام والمسافة بينهما واحد متر وكانت النتيجة هي القوة المتناهية في الصغر 67 ،6 x 10 11 نيوتن. وقد حدد كافنديس هذا الثابت بقياسات دقيقة في التجربة التي تسمى «تجربة وزن الأرض».
وبمعرفة وزن الأرض ونصف قطرها، والمسافة بين الأرض والشمس يمكن حساب وزن الشمس وذلك باستخدام نفس قانون الجاذبية السابق بين الكتل الكبيرة، والذي يحدد قوة الجذب بين الأرض والشمس بأنها تساوي وزن الأرض مضروبا في «ج» مضروبا في وزن الشمس مقسوما على مربع المسافة بينهما وهذه القوة هي نفسها القوة الطاردة المركزية التي تجبر الأرض على دورانها في فلكها شبه المستدير حول الشمس والتي تساوي وزن الأرض مضروبا في مربع سرعتها مقسوما على المسافة بينها وبين الشمس.
وبتحديد المسافة بين الأرض والشمس بالقياسات الفلكية، يمكن قياس سرعة دوران الأرض حول الشمس ومنها يمكن تحديد كتلة الشمس وبتحديد كتلة الشمس يمكن تحديد كتلة أي كوكب في المجموعة الشمسية.
إن الأمر يبدو معقدا بعض الشيء، ولكن ترتيب الحسابات فيه مسألة أساسية. أولا نحدد نصف قطر الأرض، ثانيا نحدد قيمة «ج» ثالثا نحسب المسافة بين الأرض والشمس ثم نحسب سرعة دوران الأرض، وبعد ذلك نحسب كتلة الشمس ثم نحسب كتلة أي كوكب بعد ذلك.
الفيزيائي جورجي وقانون نيوتن
ربما يتساءل البعض عن تطبيق قانون نيوتن لقوى الجذب بين الكتل، وعلاقته بحياتنا اليومية، فجسمنا نفسه معرض لتلك القوى المختلفة، ولكن تأثير هذا القانون يظهر فقط في الكتل الضخمة مثل الكواكب والنجوم والشموس، ولكن في الأجسام على سطح الأرض تأثيره معدوم.
عند حساب كتلة كوكب باستخدام قانون الجاذبية، لابد من الأخذ في الاعتبار قوى الجذب الأخرى المؤثرة عليه من الكواكب الأخرى، فإذا كان للكوكب قمر يدور حوله، فإن الأمر يكون يسيرا بعض الشيء لأنه بمتابعة القمر التابع للكوكب نستطيع تحديد وزنه طبقا لقانون نيوتن. أما إذا لم يكن للكوكب قمر تابع له، فإن الأمر يكون أكثر تعقيدا. فمثلا كوكب عطارد والزهرة ليس لهما أقمار تابعة لهما، ويؤثران على بعضهما البعض، فإن معدلاتهما الرياضية تكون أكثر صعوبة، أما النجوم البعيدة والتي لا نعلم عنها الكثير، تكون أوزانها تقديرية إلى حد كبير.
- الفعل المتبادل الكهرومغناطيسي:وهو مسؤول، بمظهره الكهربائي، عن تماسك الذرات والجزيئات والأطوار المكثفة.
القوى الأساسية في الطبيعة
تتماسك المادة ببعض القوى نذكر منها :
قوى الجاذبية :
تؤثر في الأجسام المادية كافة ، فنحن موجودون على سطح هذه الأرض بفعل هذه القوة ، وكذلك تحجز المياه في الأنهار وتستقر في البحار والمحيطات بالفعل ذاته ، وينتشر الهواء حول الأرض بتأثير الجاذبية على جزيئات الهواء وتخضع الأجسام المتأثرة بهذه القوة في حالتي الحركة والسكون إلى قوانين نيوتن وما ينتج عنها . ويمتد تأثير فعل الجاذبية هذا من أصغر الجسيمات الموجودة في الطبيعة والتي تدعى " الجسيمات الأولية "[3]
elementary particles - مثل مركبات النواة ، أي البروتونات والنيترونات وجسيمات أخرى نبينها في الجدول ( II ) - إلى أكبر الأجسام الموجودة في الكون ، أي إلى حشود المجرات .
يطلق على العلم الذي يهتم بدراسة التفاعلات أو التأثيرات المتبادل بين الجسيمات الأولية "الفيزياء الصفرية " أو " الميكرو فيزياء micro physics وعلى العلم الذي يهتم بالتفاعلات على النطاق الأكبر ، أي بمجمل الأجسام المدروسة " الفيزياء الكبرية " أو العيانية أو الماكرو فيزياء macro
" macrophysics .
القوى الكهربائية :
تؤثرعلى الجسيمات ( الأجسام ) المشحونة فقط وهي إما أنها تنافرية تؤدي إلى ابتعاد الجسيمات ( الأجسام ) المشحونة عن بعضها إذا كان الجسيمان المتفاعلان يحملان شحنة من النوع نفسه ، أو أنها تجاذبيه ( تؤدي إلى اقتراب الجسيمان المتفاعلان من بعضها حتى التلامس إن أمكن ) إذا كان الجسيمان المتفاعلان يحملان شحنتين من نوعين مختلفين ، وذلك لأنه يوجد نوعين من الشحنات ( خاصة أطلق عليها شحنة لها حالتين ) موجبة وسالبة . يعبر قانون كولون في الكهرباء الساكنة عن هذه القوى وتعبر قوانين مكسويل عن الأفعال المتبادلة بين الأجسام في حالة كون الشحنات متحركة ، مثل التيار الكهربائي الذي يسري في الأسلاك الكهربائية.
القوى النووية الضعيفة :
اكتشف هذا النوع من القوى لأول مرة عند ملاحظة عملية نووية تعرف " بتفكك بيتا " nuclear - decay ، وعلى الرغم من أن كافة الهادرونات (الباريونات) والليبتونات - الجدول (II ) - تشارك في العمليات التي تخضع لهذه القوى إلا أن هذه التأثيرات تكون محجوبة ( لا نشعر بها ) بفعل القوى الكهرطيسية الشديدة وغيرها ومدى هذه القوى قصير جداً– الجدول.
القوى النووية الشديدة :
مرت هذه التسمية بمرحلتين حيث أطلقت في البداية على القوى الفاعلة بين مكونات النواة [3] ، أي البروتونات والنيترونات ، وتعمل على التغلب على قوة كولون التنافرية المؤثرة على البروتونات كونها مشحونة إيجاباً ، وبالتالي تعمل على تماسك النواة واستقرارها . وبعد أن اكتشف أن كل من البروتونات والنيترونات ليست أجساماً بسيطة إنما مركبة من جسيمات أخرى أطلق عليها " الكواركات " الجدول ( III) أشير إلى القوى النووية الشديدة على أنها القوى الفاعلة بين هذه الجسيمات.
تتكون المادة(Matter ) من أجسام والأجسام تتكون من جسيمات وكل جسيم له شحنته سواء أكانت شحنة سالبة أو موجبة كالأيونات أو متعادلة كالذرة . لكن الجسيمات التي تتكون منها الذرة لها أيضا شحناتها . ففيها الإلكترونات سالبة والبروتونات موجبة والنيترونات متعادلة لهذا فهي أكثر ثقلا من الإلكترونات والبروتونات . وهذه الشحنات بالذرة تعطي للمادة شكلا . والفضاء(Space) خواء وهو نسبي ويطلق عليه الفراغ . فنراه يوجد في أي مادة أو ذرة بالكون و له أثره علي شكل وحجم المادة .حتي الذرة بها فراغ تدور فيه الإلكترونات حول الذرة . والفضاء فيه النجوم متباعدة حتي لايرتطم بعضه ببعض . لأن حجم الفضاء يعادل 10 مليون مرة حجم ما يحتويه من نجوم . لهذا نجد أن بالفضاء متوسط المسافات بين المجرات فيه يفوق عدة مرات حجمها . والمادة والفضاء صنوان متلازمان في هيئة الكون . والمادة به هي أداة قياس البعد والسرعة والزمن فيه . وإذا فرغناه من مادته فلن يبقي منه سوي الفراغ . وهذا الفراغ لأنه لاشيء .فمن ثم لن يعطي مدلولات مادية محسوسة . لأن الكون عبارة عن مادة وفراغ وهما معا يحددان الزمكان الذي حدثنا عنه إينشتين . وهما متلازمان . فبدون الفراغ لن يكون ثمة بعد للمادة وسيتغير مفهومنا عن كتلة المادة وأبعاد الكون والزمن .لأن الفراغ يجعل للمادة معني له قيمة . فبدون الفراغ ستصبح المادة متحيزة في مكان ثابت تقاس بالأطوال العادية والزمن الذي ستعيش فيه سيكون تقويما نمطيا يعد بالسنين العادية . وسيصبح الكون بلا سرعة لأته سيكون متحيزا . ولن يكون سرعة الضوء مقياسا للزمان والمكان ولن يصبح للنظرية النسبية لاينشتين معني . وفي إنعدام المادة الكونية نجد أن قوانين الفيزياء ستتواري تلقائيا . لأن مفهوم الزمكان لإينشتين وجودي تتلازم فيه المادة والفضاء معا كوحدة واحدة . فهما معا يصنعان قوانين الفيزياء.. فوجود المادة بالفضاء جعلت للكون منظورا ومعني ومظهرا . وإضاءة الأجرام فيه من نجوم جعلت له لغة . فمن خلال الضوء نراه ونقيس أبعاده ونقدر حجم أجرامه ونحس فيه بالسرعة . والفراغ الذي نتصوره كحيز خال تماما نجده يضم آلاف الأنواع من الجسيمات التي تتكون وتتحد وتتفاعل وتختفي في محيط لايعرف الهدوء أو السكون فيه . وهذه الصورة ترسمها لنا نظرية الكم التي أمكنها إكتشاف المواد الموصلة للكهرباء في المكان والزمان مما يجعلها تغير من شكل ذبذبات الفوتونات (جسيمات الإشعاع الكهرومغناطيسي ) مما يجعلها تولد قوي يمكن قياسها عن طريق الموصلات الكهربائية . فالفضاء يعتبر وعاء ضخما يضم مواد الكون ولايعتبر بهيئة أجرامه خواء . والفضاء باق حتي ولو إنتزعت منه هذه الأجرام أو كل المادة الكونية . لهذا نجد الكون عبارة عن مادة وفضاء كما في نظري أن حساب عمر الكون أو معدل إنتفاخه أو تمدده لايتحقق إلا من خلال تقدير متوسط سرعة تمدده في كل إتجاه لو عرفنا مركزه. لهذا كرة القدم لو حسب زمن تمددها بالإنتفاخ فلا بد أن يوضع في الحسبان مقاومة حدها الجلدي والضغط الجوي الواقع عليه. ولو قدرت كتلتها لابد من مراعاة الجاذبية الأرضية .ولو حسب حجمها لابد من مراعاة الضغط الجوي ودرجة حرارة الجو . لهذا عندما حسب العلماء كتلة مادة الكون وسرعة تمدده في الفضاء خارج منظومته لم يراعوا جهلهم بكينونة هذا الفضاء الخارجي اللاكوني . وهل له تأثير يقاوم التمدد الكوني بداخل حيزه ؟ . لهذا لابد أن يعرف الفضاء اللاكوني . وهل له كتلة؟. أو هو عبارة عن جسيمات لا تخضع لقوانين الطبيعة؟ .فإذا كان العلماء حائرين في الكون المنظور فما بالهم باللاكون الغير منظور أو متصور أصلا ؟. لأن هذا يعتبرونه تفكيرا فيما وراء الطبيعة .أقول هذا التصور كمثل يمكن لأي شخص إتباعه في تصوره للكون والتفكير في آلائه .وهذه الفرضية أطرحها للتعود علي التفكير العلمي التحليلي التساؤلي المتسلسل .وهذا ماجعلني شخصيا أضع تصورا لنظرية الكون الأعظم من خلال التفكير المنطقي البحت.لأن القوانين الطبيعية ثابتة في كل مكان وزمان بالكون . وسم هذه النظرية ضربا من الخيال العلمي إلا أنها لن تكون خيالا علميا جامحا . ولاسيما وأ ن العلماء لن يستطيعوا الوقوف فوق حافة الكون الغائر القصي ليروا ما بعده أو حوله . فلو كان بداية كوننا ذرة ثقيلة تعادل في كتلتها كتلته مجتمعة إلا أنها أدت إلي الإنفجار الكبير الذي تشكل بعده هذا الكون الذي لا يعرف ماوراءه حتي الآن.لأن تفكير علمائنا قاصر . وما يضير أن تكون هذه الذرة هي إحدي الذرات التي تبعثرت في كون أكبر؟. ولاسيما وأن القرآن حدثنا عن سبع سماوات طباقا أي يوجد سبعة أكوان في الوجود قد نشأت بانفجارات كبري تشكلت بعدها هذه السبعة أكوان . لكن السؤال هل كانت توقيتات هذه الإنفجارات متزامنة وثابتة ؟ . وهل معدلات شدة تفجيرها واحدة ؟ . فإذا كان هذا. فمعناه أن عمرهذه الأكوان الزمني واحد وهيئاتها الفلكية واحدة وأحجامها موحدة. بعدما تشكلت لها مدارات تدور فيها حول كون أكبر يمكن أن نطلق عليه الكون الأعظم أو الكون الكبير أو الكون الأم. فيسيرها حسب بعدها عن شدة جاذبيته في مدارات كونية ثابتة . وقد تكون هذه الأكوان ضمن مجرة كونية عظمي من بين ملايين المجرات الكونية في الوجود أو قد تكون جسما فضائيا تتجه نحو كون أكبر ليجذبه في فلكه كما تجذب الأرض المذنبات من الفضاء .كل شيء وارد وكل فرضية مقبولة لو كانت منطقية. ولاشك أن الكون الأعظم يخضع لنظرية الكثافة الحرجة التي تعتبر ميزان هذا الكون وكل الأكوان الأخوات التي تدور في فلكه. فكثافاتها أقل من الكثافة الذاتية الحرجة لكل منها. فلو بلغت كثافة أي كون للكثافة الحرجة فهذا معناه التوقف التام عن التمدد الكوني. لأن الزمن سيتوقف في حالة( أوميجا)التي تعتبر نهاية الزمن ليعود الكون بعدها في الماضي حسب نظرية الإنسحاق الكبيرBig crunch ويصبح كونا هشا ليتقلص ويعود لسيرته الأولي في الزمن القديم ليصل إلي الزمن صفرفي حالة( ألفا)التي تعتبر بداية الزمن . عندما كان الكون ذرة متناهية ومدمجة . ويقال أن كثافة كوننا الآن ثلث معدل الكثافة الحرجة لهذا يتمدد في الفراغ الكوني . وإذا صحت هذه النظريات . فهذا معناه أن ثوابت الكون تنطبق عليها . ومن بينها أن الكون الأعظم متناسق في هيئته الكبري وأنه يضم بلا يين البلايين من المجرات الكونية والسدم بينها والمادة المظلمة التي تعتبر مقبرة لهذه الأكوان.وإذا كان العلماء في شك من هذا فليس لديهم من شواهد أو دلائل منطقية ليتحققوامن هذه الفرضيات . لأنهم لم يروا حتي حافة الكون السحيق الذي نعيش به .فهم عاجزون حتي الآن عن الوصول إلي مهد ميلاد كوننا, وقد بلغت نظرتنا الضبابية فيه علي بعد بليون سنة ضوئية من مهده . لهذا لايمكنهم البت بقول حول ماوراء الكون ومابعده . لأن حافة الكون تبعد عنا ببلايين السنين الضوئية . فما بال مايحتمل أن يكون عليه بعد كوننا من الكون الأعظم ؟. . فلاشك سيكون بعده بلايين البلايين من بلايين السنين الضوئية مما يتعذر علي علماء الفلك رؤيته أو رصده و لو شاهدوه تصورا من فوق سطح كوننا بأدق وأكبر التلسكوبات فلن يروه لأنه سيبدو كذرة لاتري
لعلك تتذكر دوماً القصة التي تروى عن اسحق نيوتن عندما كان مستلقياً في ظل شجرة ، ثم سقطت على رأسه التفاحة التي
ربما تكون قد نبهته إلى أن كل الأجسام في الكون تتجاذب مع بعضها البعض . وقد قام نيوتن بعد ذلك بتحليل بعض البيانات المتعلقة بحركة القمر حول الأرض ، وتوصل إلى أن القوانين الرياضية التي تنظم حركة الكواكب هي نفسها التي تحدد قوة جذب الأرض للتفاحة .
وقام اسحق نيوتن في العام 1686 بنشر قانونه في الجذب العام والذي ينص على ما يلي :
" كل جسم في الكون يؤثر بقوة جذب على جسم آخر ، ومقدار هذه القوة يتناسب طردياً مع حاصل ضرب الكتلتين وعكسياً مع مربع المسافة بينهما"
حيث :
ك1 : كتلة الجسم الأول
ك2 : كتلة الجسم الثاني
ف : المسافة بين مركزي الجسمين
https://www.schoolarabia.net/images/modules/physics/level4/almecaneek_alama/jadb/1.gif
ق جـ : قوة الجذب المتبادلة بين الجسمين
ج : ثابت الجذب العام ويساوي 6.672 × 10-11 نيوتن.م2 / كغ
ويُسمى هذا القانون عادة بقانون التربيع العكسي وذلك لأن القوة تتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين مركزي الجسمين .
نعلم أن قوانين الفيزياء قد نشأت بعد الانفجار العظيم و تستند هذه القوانين إلى (القوى الأساسية الأربعة)المعروفة في الفيزياء الحديثة و قد تكونت هذه القوى مع تكون أول جسيمات ذرية في أزمنة محددة بدقة بعد الانفجار العظيم مباشرة لكي تتشكل كل الترتيبات للكون و نظمه و تدين الذرات التي يتألف منها الكون المادي بوجودها و توزيعها المنتظم عبر الكون لتفاعل هذه القوى و هي : القوة التجاذبية و القوة الكهرومغناطيسية و القوة النووية الشديدة و القوة النووية الضعيفة .
و تتسم كل واحدة من هذه القوى بشدة متميزة و مجال مؤثر و لا تعمل القوى النووية الشديدة و إلى عند النطاق دون الذرى و تقوم القوتان المتبقيتان بالتحكم في تجمع الذرات أي ) المادة)
القوة النووية الشديدة: 15
القوة النووية الضعيفة: 10-17*7.03
القوة التجاذبية : 39-10*5.90
القوة الكهرومغناطيسية : 12-10*3.05
تعريف القوى الأساسية في الكون
1-القوى النووية الشديدة:
هي عبارة عن القوى العملاق و الشديدة في النواة حيث تتكون من الذرات
و أن هذه الذرات ا لمؤلفة من جسيمات عديدة التي تحافظ على النواة السليمة و التي تعتبر أشد قوة عرفتها قوانين الفيزياء و تضمن هذه القوة بقاء البروتونات و النيترونات مع بعضها البعض دون أن تتطاير بعيدا و تتكون نواة الذرة بهذه الطريقة حيث تجذب النيترونات و البروتونات حتى تكاد تجعلها تلتصق ببعضها البعض داخل النواة لهذا السبب يطلق على الجسيمات الدقيقة التي تمتلك هذه القوة باسم " glou " و تعني اللصق باللاتينية و قد ضبطت قوة الربط هذه بدقة بالغة إذ تم ترتيب شدة هذه القوة بشكل دقيق للأنفاء على مسافة معينة بين البروتونات و النيترونات ف لو كانت هذه القوة اشد قليلا لتصاد من البروتونات و النيترونات مع بعضها البعض أما لو كانت هذه القوة اضعف قليلا لشتت البروتونات و النيترونات
لقد بلغت هذه القوة القدر المناسب و اللازم لتكوين نواة الذرة بعد ثواني من الانفجار العظيم و تبين لنا تفجيرات هيروشيما و ناكازاكي كيف يمكن أن تصبح القوة النووية الشديدة م صدرا للتدمير بوجود تحريرها من التفصيل في مقالات أخرى بهذا القدر من الفعالية هو تحرر كميات صغيرة جدا من هذه القوة المختبئة داخل نواة الذرة .
2-القوى النووية الضعيفة:
هي عبارة عزام أمان الذرة و حيث إن إحداهم العوامل في استمرار النظام على الأرض هو التوازن الموجود داخل الذرة يضمن هذا التوازن عدم انهيار الأشياء فجأة و عدم انبعاث الأشعة الضارة منها و تتحمل هذه القوة مسؤولة الحفاظ على على التوازن للنواة التي تحتوي على أعداد هائلة من النيترونات و البروتونات و إذ تمت المحافظة على هذا التوازن أن يتحول النيترون إذا لزم الأمر إلى بروتون و بما أن عدد البروتونات في النواة بتغير في نهاية هذه العملية فان الذرة تتغير معه أيضا و تصبح ذرة مختلفة و هنا تكون النتيجة في غاية الأهمية لان الذرة تتحول إلى ذرة أخرى مختلفة دون أن تتفتت و تستمر في الحفاظ على وجودها و يحمي حزام الأمان الكائنات الحية من الأخطار التي كانت ستنشأ لولا وجود من جراء تحرر الجسيمات بشكل غير قابل للسيطرة و مؤذ للبشر .
3-القوة الكهرومغناطيسية :
هي القوة التي الاليكترونات في المدار فلقد بشر اكتشاف هذه القوة بمقدم عصر جديد في عالم الفيزياء فقد تبين بعد ذلك أن كل جسمين يحمل "شحنة كهربائية" وفقا لخاصية التركيبة و أن هناك قوة بين هذه الشحنات الكهربائية تجعل الجسيمات ذات الشحنات الكهربائية المتناقصة تنجذب نحو بعضها البعض و تجعل الجسيمات ذات الشحنات المتشابهة تتنافر عن بعضها و من ثم يضمن ذلك أن البروتونات الموجودة في نوات الذرة و الاليكترونات التي تتحرك في المدارات حولها ستنجذب نحو بعضها و بهذه الطريقة تبقى "النواة" و "الأيليكترونات " و هما عنصران أساسيان في الذرة مع بعضها البعض .
إن ادني تغير في شدة هذه القوى من شانه أن يؤدي إلى انطلاق الاليكترونات بعيدا عن النواة أو إلى وقوعها داخلها وفي كلتا الحالتين سيادي ذلك إلى استحالة وجود الذرة و بالتالي استحالة وجود الكون المادي مع ذلك فمنذ اللحظة الأولى التي تكونت فيها القوة قانت البروتونات الموجودة داخل النواة بجذب الالكترونات بالقوة المطلوبة بالضبط لتكوين الذرة بفضل قيمة هذه القوة .
4القوة التجاذبية :
هي القوة المسؤولة عن تماسك الكون فعلى الرغم من أن هذه القوة هي اقل القوى شدة مقارنة بالقوى الأخرى فان الكتل الكبيرة جدا تنجذب بواسطتها نحو بعضها البعض و هذه القوة هي السبب في بقاء المجرات و النجوم الموجودة بالكون في مدارات. حيث تضل الأرض و الكواكب الأخرى تدور في مدار معين حول الشمس بمساعدة هذه القوة التجاذبية كما أننا نتمكن من المشي على الأرض بسبب هذه القوة و لو حدث انخفاض في قي مة هذه القوة لسقت النجوم حجزت الأرض من مدارها و لتشتاز عن الأرض في الفضاء ليقول الله تعالى: إن الله يمسك السماوات و الأرض أن تزولا ولئن زالتا إن امسكهما من احد بعده انه كان حليما غفورا "
و في حالة حدوث أدنى قيمة هي القوة لتصادم النجوم ببعضها و تصدم الأرض بالشمس و تنجذب نحو القشرة الأرضية و لكنها استحدث إذ ما انحرفت هذه القوة عن قيمتها الحالية و لو حتى لفترة قصيرة جدا من الوقت و يعتر العلماء عن هذا الموضوع أن القيم محددة بدقة لهذه القوة الأساسية تعتبر من العوامل الحاسمة في وجود الكون و قال العالم مايكل دونتن لو كانت القوة التجاذبية اقوي تريليون مرة لكان الكون أصغر بكثير و لو كان تاريخ حياته أقصر بكثير و لو كانت الجاذبية أقل قوة لم تكن النجوم أو المجرات لتكون أصلا و ليست العلاقات و القيم الأخرى اقل خطرا فلو كانت القوة الشديدة اضعف قليلا لكان الهيدروجين هو العنصر الوحيد المستقر و لما تمكنت أية ذرة أخرى ذرة أخرى من الوجود و لو كانت القوة الشديدة أقوى قليلا مقارنة بالقوة الكهرومغناطيسية لأصبحت النواة الذرية مكونة من بروتين واحد فقط و منه انعدام وجود الهيدروجين و إذا شكلت أي النجوم أو المجرات ستكون مختلفة جدا عن شكلها الحالي و من المعلوم انه لو لم تكن لهذه القوى و الثوابت المختلفة لقيمها الحالية لما كانت هناك أي نجوم أو نجوم متفجرة أو كواكب و ذرات و حياة و قد عبر الفيزيائي بول ديفيز عن إعجابه بالقيم المقدرة سلفا لقوانين الفيزياء في الكون فلو تمعنا جيدا في الكون و حركته فانه يسود الكون تصميم فائق و تنظيم متعفن يقومان على أساس توفر هذه القوى الأساسية فله هو الذي خلق كل شيء من العدم دون أية عيوب و إذا أمعنا التأمل فنلاحظ أن الله يبقى النجوم في مداراتها بأضعف التوازن و يبقى على توازن النواة الذرة الدقيقة بأشد قوة و تعمل كل القوى وفقا لمعاير حددها الله و أشار إلى النظام الموجود في خلق الكون في إحدى آياته حيث ق ال تعالى "الذي له الملك السماوات و الأرض ولم يتخذ وليا و لم يكن له شريك في الملك و خلق كل شيء فقدره تقديرا" (الفرقان2)
إنه فيزياء الجسيمات الأولية ( أو كما تسمى بعض الأحيان الجسيمات دون النووية Sub nuclear particles ) .
وتسمى أيضًا فيزياء الطاقات العالية وسنعرف سبب هذه التسميات في بداية نمو وتطور العلوم النووية كان يطلق على الدقائق التي تنبعث من المصادر المشعة بالدقائق الأساسية أو الأولية Fundamental particles وسبب هذه التسمية يرجع إلى أن العلماء أنذاك كانوا يعتقدون باستحالة تغير وتبدل تلك الدقائق تحت أي ظرف ، إلا أن التجارب اللاحقة برهنت عكس ذلك حيث بات من الميسور مشاهدة تحول بعض تلك الدقائق وأول ما يتبادر إلى أذهاننا تحول النيترون إلى بروتون والكترون .
وبالرغم من كل ذلك فإن بعض العلماء ما زال يفضل استعمال تعبير الدقائق الأساسية لأنها تؤلف الوحدات البنائية للنواة .
إن موضوع الجسيمات الأساسية يمثل محاولة الإنسان لمعرفة أكثر الأشياء أساسية تلك التي يتكون منها الكون ، أو يمكننا القول بأنه يمثل محاولة إجابة الجيل الحاضر عن سؤال طرحه الفلاسفة منذ 2500 عام على أقل تقدير ، نقول محاولة الإجابة لأن ما نعرفه الآن لا يمثل الجواب النهائي .
إن عالم الجسيمات الأساسية زاخر بالمستجدات ، فكما أن الانسان لا يكف عن البحث عن حقيقة الأشياء سواء بدافع التدبر أو بحب الفضول ، فإن الباحث الفيزيائي يتبحر ويتعمق في عالم الجسيمات الأساسية ليكشف القناع عن المخبأ منه أملاً أن يعرف ماهية هذه الجسيمات ليدرك أسرارها ، وليخرج من هذا العالم الميكروسكوبي الدقيق إلى الكون الفسيح بشموليته .
فما هي قصة اكتشاف هذه الجسيمات ؟!
لقد اهتم الإنسان منذ القديم بالمكونات الأساسية للكون ، وكان لو سيبوس الميلي هو أول من قال بأن الذرة هي العنصر الأكثر أولية في الطبيعة . ثم جاء بعده ديموقريطس وثبت مفهوم الذرة غير المنقسمة والقاسية وغير المنضغطة .
وكانت هذه الذرات تختلف في شكلها وترتيبها وتخضع لحركة مستمرة وأبدية وشواشية وتؤلف هذه الذرات كل شيء بما فيها النفس . وأضاف لها أبيقور خاصة جديدة هي نوع من الثقالة ( الجاذبية ) وتكون حركتها وفقه غير منتظمة وموجهة نحو الأسفل إنما يمكن أن تكون منحرفة قليلاً .
وقد جوبهت هذه النظرية الذرية في العصور الوسطى بالموروث الأرسطي الذي يتألف العالم وفقه من أربعة صفات أولية ، هي الحرارة والبرودة والرطوبة والجفاف ، بالإضافة إلى مادة خاصة متواجدة في كل شيء هي الأثير .
ولم تطرح النظرية الذرية بقوة إلا في مطلع القرن العشرين مع اكتشاف الإلكترون ، وكان رذرفورد قد برهن من معطيات تجريبية ترتكز على قذف ورقة ذهبية بذرات الهيليوم الموجبة الشحنة ، أنه يوجد في مركز الذرة نواة موجبة الشحنة وصغيرة جدًا وسمى رذرفورد في عام 1920 م شحنة النواة الموجبة هذه بروتونًا .
وبعد ذلك باثنتي عشرة سنة اكتشف شاديوك جسيمًا متعادلاً كهربائيًا في قلب الذرو وسماه النيترون . وفي نفس السنة أيضًا تم اكتشاف البوزيترون من قبل الفيزيائي الأمريكي وفي عالم 1905 م اقترح آينشتاين في الوقت الذي كان يطرح منه نظرية النسبية أن يكون الضوء مثل دفق من الجسيمات الأولية ، أو كماة من الطاقة المعينة في نقاط من الفضاء . وقد سميت هذه الكلمات فيما بعد بالفوتونات وتم اثبات وجود مثل هذه الجسيمات في عام 1923 م على يد كومبتون .
في ثلاثينات القرن الماضي كانت الجسيمات المعروفة فقط ستة جسيمات هي الإلكترونات ، البروتونات ، النيترونات ، الفوتونات ، البوزيترونات ، النيوترينو .
كان التصور أن هذه الجسيمات هي المكونات الأساسية لكل المواد الموجودة في الكون ، لكن السؤال الذي شغل بال العلماء طويلاً في تلك الفترة هو : ماهي طبيعة القوة التي تربط بين البروتونات موجبة الشحنة داخل النواة ،ولا تجعلها تتنافر أبدًا و إنما تبقيها متوحدة وقريبة من بعضها.
كان الجميع مقدرًا في تلك اللحظات أن هذه القوة هي أقوى من أي شيء معروف في الطبيعة .
كانت أول نظرية وضعت كتفسير لهذه القوة بداية لفيزياء الجسيمات الأولية كما هي عليه اليوم .
كان ذلك سنة 1935 م عندما تنبأ العالم الياباني ( يوكاوا ) Hidoki Yukawa وجود جسيم جديد يتوسط بطريقة ما القوة النووية . والذي حصل على جائزة نوبل عام 1935 م .
القوى الأساسية في الطبيعة أربعة كما نعلم جميعًا وهي (تصاعديًا) حسب القوة :
1- قوة الجاذبية .
2- القوة الكهرومغناطيسية .
3- القوة النووية الضعيفة .
4- القوة النووية القوية .
كانت الفكرة في ابتداع النواقل هي مايلي : مالذي يجعل جسمًا ما يتأثر ويتفاعل مع غيره ؟ على الرغم من عدم تلامسها !!
الأرض تتأثر بجاذبية الشمس ... كيف وكلاهما على مسافة هائلة من بعضها البعض ؟
لاعبي كرة اليد يتفاعلون سويًا بالرغم من عدم تشابكهما بالأيدي كيف ؟! هناك الكرة . التي تنتقل من أيدي لاعبي الفريق الأول إلى الفريق الثاني وهكذا دواليك .
كانت هذه اللبنة الأولى للتفكير في نواقل القوة ، ولأن موضوعنا تركيزًا على النوع الثاني فسنعدد النواقل تعددًا فحسب :
نواقل قوة الجاذبية : الجرافيتونات .
نواقل القوة الكهرومغناطيسية : الفوتونات .
نواقل القوة الضعيفة : البوزونات المتجهة ، أو البوزونات الضعيفة ..
نواقل القوة القولية : الجليونات .
لنعد الآن إلى قصتنا ...
لم تكن الجليونات معروفة عندها بطبيعة الحال ، لذا كانت فكرة يوكاوا أن القوة التي تربط النيوكليونات ( وهي تسمية عامة تطلق على البروتونات والنيترونات ) بسببها تبادل جسيم بينها ، وتنبأ أن كتلة هذا الجسيم هي 200 كتلة الإلكترون ، ولأن هذا الجسيم كتلته أكبر من كتلة الإلكترون وأقل من كتلة البروتونفإنه أطلق عليه اسم ميزون ( وتعني باللاتينية meson المتوسط ) .
بدأت التجارب المعملية في البحث عند ميزون يوكاوا ، ومن غير خوض في التفاصيل المعملية ، توصل كارل أندرس في دراسته للأشعة الكونية للكشف عن جسيم كتلته تعادل 207 كتلة الإلكترون ، وظن الجميع أن هذا هو ميزون يوكاوا الخاص بالتفاعلات القوية لكن هذا الجسيم أظهر تفاعلاً ضعيفًا مع مكونات المادة ، الأمر الذي يستحيل أن يكون معه هو جسيم التفاعلات القوية .
وهكذا بدأ العلماء في دراسة مستضيفة لكل الجسيمات التي يتم الكشف عنها من دراسة الأشعة الكونية ، أو من تحلل بعض العناصر ومن تفاعل جسيم مع جسيمات أخرى .
وانطلقت الشرارة ، وزاد عدد الجسيمات المكتشفة إلى حد هائل استدعى تقسيمها وترتيبها واعطائها مسميات تليق بها ، وأطلق على هذا الحقل الجديد المستحدث في الفيزياء : فيزياء الجسيمات ، أو فيزياء الطاقة العالية وذلك لأن هذه الجسيمات لا تنتج في الظروف العادية الطبيعية وإنما يتم انتاجها تحت طاقات مرتفعة للغاية .
اريد بحث في مادة الفيزياء ارجوووكم
رد مع اقتباس
