تعرف على نظرية الأوتار الفائقة من خلال الحوار الدكتور الصادق محمد الصادق
نواف: اسمحوا لي في البداية بالترحيب بالأخ الصادق مشرف منتدى النظرية النسبية والفيزياء الحديثة بمنتدى الفيزياء التعليمي الذي عرفناه من خلال مشاركاته ومواضيعه الفيزيائية التي تميزت بقوة الطرح والدقة في المعلومة وفي البداية نرجو ان تقدم لنا نفسك.
الصادق: تحياتي آخى نواف وشكرا لك. الاسم هو الصادق محمد الصادق – سوداني الجنسية – مسقط الرأس الخرطوم في اليوم الثاني والعشرين من شهر اب سنة سبعة وسبعون.
نواف: ما مؤهلك العلمي؟ وفي أي تخصص؟ كذلك في أي مجال تعمل الآن؟ وما هي الخبرات لديك؟
الصادق: بداية … أنا مازلت أتلمس طريق العلم، بدأت حياتي العلمية بداية نظامية، حيث حصلت على بكالوريوس الشرف في الفيزياء من جامعة الخرطوم سنة 2001 ثم دبلوما عليا في فيزياء الطاقة العالية من المركز الدولي للفيزياء النظرية (ايطاليا) في العام 2004.الآن مفرغ عن العمل، والان في السنة الأخيرة لنيل درجة الدكتورة من جامعة كيب تاون قسم الرياضيات التطبيقية في المجموعة البحثية لعلم الكونيات تخصص فيزياء الأوتار الفائقة. كما عملتُ مدرساً للفيزياء والرياضيات الفيزيائية لفترات متقطعة وقصيرة لدرجة لم تسمح لي بتكوين خبرات في مجال التدريس.
نواف: لنتكلم عن صعوبات واجهتك وتواجهك أثناء مسيرتك الدراسية. ما هي؟ أسبابها؟ كيف تعاملت معها؟
الصادق: تكمن الصعوبات في التغرب والابتعاد عن الأسرة والأهل وبينما نحن نسلك طريق العلم تفوتنا اللحظات الحلوة والمرة التي يعيشها أهلنا ولا نشاركهم إياها، وليس هناك ثمة وسيلة للتغلب على هكذا صعوبات إلا بالصبر ودعوات الوالدين. أما من ناحية الدراسة الأكاديمية فأنى اضطررت ان أتوقف عن الدراسة من أجل العمل مما جعلني ادفع الثمن مرتين، مرة بالأسف على السنوات التي ضاعت وأخرى ببذل جهد كبير لألحق ما فات ولكن هيهات مع هذا التقدم السريع في مجال الفيزياء النظرية.
نواف: سؤال أحب ان اسأله لكل من يدرس الفيزياء، وهو بعد ان أتممت الثانوية العامة هل كانت رغبتك ان تدرس الفيزياء ولماذا؟
الصادق: كنت ومازلت اعشق الفيزياء والتاريخ وعادة ما يتم تقسيم الطلاب في العام الثالث من المرحلة الثانوية إلى مساق علمي ومساق أدبي وهذا التقسيم يعتمد على نتائج التحصيل في السنتين الأولى والثانية من المرحلة الثانوية.
وكانت نتائجي ولله الحمد جيدة مما وضعني أمام اختيار صعب بين علم الفيزياء والتاريخ وكانت الغلبة بالطبع للخيار الاول، وهكذا أستطيع ان أقول ان دخولي لمساق الفيزياء جاء نتيجة لرغبة في المقام الأول.
نواف: جميل جداً أذاً نستطيع أن نطلق على طالب الدكتوراه دكتور. فيزياء الأوتار الفائقة حدثنا قليلاً عن هذا التخصص لو تكرمت.
الصادق: حسنا دعنا نرجع إلى مطلع القرن السابق ونتحدث قليلاً عن وضع الفيزياء قبل ظهور نظرية الأوتار. لقد طور الفيزيائيون نظريتين أساسيتين تشكلان أساس كل القوانين والمبادئ الفيزيائية، وهما النظرية النسبية العامة التي وضعها ألبرت اينشتاين في العام 1916 لوصف حركة الأجسام السريعة جدا التى تقارب سرعتها سرعة الضوء، ووصف الحقول التثاقلية الجاذبة او بما يُعرف بقوى الثقالة، أي ان النظرية تصف حركة الأجسام السماوية مثل النجوم والمجرات والسُدم أو حتى وصف الكون كوحدة متكاملة.
أما النظرية الأخرى فهي نظرية الكم التي بدأت بافتراض جرئ وضعه العالم ماكس بلانك في العام 1900 حيث افترض ان الطاقة تنبعث من الأجسام السوداء -وهى أجسام مثالية افتراضية تقوم بامتصاص جميع الإشعاعات الساقطة عليها، وإذا ما تم تسخين هذه الأجسام فإنها تبث إشعاعات كهرومغناطيسية لها أطوال موجية مختلفة- في شكل كمات منفصلة من الطاقة، ولذلك تسمى هذه النظرية بنظرية الكم وقد تظافرت جهود عُدة عُلماء خلال مطلع القرن السابق فى بناء هذه النظرية ومن ثم تم تطويرها لوصف أنواع جديدة من القوى تم اكتشافها لاحقا وهى القوى النووية الضعيفة والقوى النووية الشديدة (القوية) وأصبحت هذه النظرية تُعرف بنظرية المجال الكمومى وهى النظرية التى تصف جميع انواع المجالات الفيزيائية (الكهرومغناطيسية والنووية الضعيفة والشديدة) ماعدا المجال التثاقلى وهكذا فهي النظرية المهيمنة في وصف الجسيمات دون الذرية من الكترونات وكواركات ونيوترينوهات ..الخ.
إذا فان وضع الفيزياء قبل نظرية الأوتار هو نظريتان عملاقتان أحدهما تصف الكون بمقياسه الكبير اى الأجسام السماوية (النظرية النسبية العامة) والأخرى تصف الكون بمقياسه متناهي الصغر اى تصف العالم دون الذرى (نظرية المجال الكمومى) ولكن لا يوجد اى تقاطع بين النظريتين فهما تعتمدان قوانين ومبادئ مختلفة لذا قد انقسم العلماء الفيزيائيين إلى قسمين علماء مختصون في مجال علم الكونيات ويتبنون النظرية النسبية العامة، وعلماء مختصون في الأجسام الأولية (دون الذرية) وهم يعتمدون على نظرية المجال الكمومى. ولم تكن هناك اى حاجة للذي يعمل في علم الكونيات من دراسة نظرية الكم كما ان الذي يعمل في الجسيمات الأولية لا يحتاج إلى نظرية النسبية العامة.
وهكذا فإنك تلاحظ انفصال شديد بين العالم الكبير والعالم متناهي الصغر. مما صنع وضع غير مريح إطلاقا وقفز على السطح السؤال: كيف تعمل الطبيعة ولماذا تخضع لقانون مختلفين تماما؟ أو ليس بالأحرى ان تكون لدينا نظرية واحدة تصف كل شيء على قرار توحيد الكهربية والمغنطيسية في نظرية واحدة تصف جميع التفاعلات الكهرومغناطيسية؟ ربما يتبادر إلى الذهن ان البحث لتوحيد قوانين الفيزياء في نظرية واحدة هو نوع من أنواع البذخ العلمي غير الضروري، ولكن توقف ماذا لو كانت لدينا أشياء هي متناهية الصغر ولكنها تتفاعل بقوى التثاقل اى تتفاعل بقوانين العالم الكبير؟ أولا يستدعى هذا ان نكون عارفين بقوانين الثقال (النظرية النسبية العامة) وأيضا نسبة لصغر حجمها فإننا في نفس الوقت نحتاج إلى قوانين نظرية المجال الكمومى؟ هذه الأشياء موجودة بالفعل وتسمى بالثقوب السوداء وهي عبارة عن تركيز عالي جدا من الطاقة والكتلة في حيز صغير وتمتاز بقوى جذب تثاقلي هائلة جدا لدرجة ان أسرع الجسيمات (الضوء) غير قادر على النفاذ منها. بالطبع الإجابة على السؤالين السابقين هي ببساطة “نعم” ولكن لا أحد يعرف كيف يتم ذلك لان كل المحاولات في توحيد هذه القوانين قد باءت بالفشل الذريع.
ثم جاءت نظرية الأوتار في ستينيات القرن السابق كنظرية لوصف القوى النووية الشديدة حيث تفترض النظرية ان الجسيمات الأولية هي عبارة عن أوتار بدلا عن الفكرة السائدة القائلة بان الجسيمات عبارة عن نقاط ليست لها أبعاد، وهذه الأوتار تخضع لقوى شد -تخيل وتر العود- وطريقة اهتزاز الوتر تحدد صفات الجسيم من كتلة وشحنة ولف مغزلي … الخ ولكن سرعان ما تم التخلي عن هذه النظرية بعد اقل من خمسة سنوات وذلك نتيجة لظهور معضلات وتحديات في النظرية وأيضا نتيجة لظهور نظرية أخرى تصف القوى النووية الشديدة بكفاءة عالية وهى نظرية الكرومودينميك.
لكن دعنا نتحدث قليلا عن هذه المشاكل التي واجهت نظرية الأوتار في تلك الفترة،
المشكلة الأولى: هي النظرية تتنبأ بجسيم أولى ليست له كتلة وله لف مغزلي يساوى 2، وليس من المنطقي ان نحصل على هكذا جسيم من نظرية لوصف القوى النووية لان أقصى لف مغزلى كان يجب ان يساوى 1 وليس 2. اذن ان شئت يمكن ان نقول ان النظرية تنبأت بجسيم غير مرغوب في وجوده في القوى النووية -جسيم أتى إلى الحفل دون كرت دعوى- ولم يكن هناك اى مبرر لظهوره.
المشكلة الثانية: هي ان النظرية تنبأت بعدد 25 بُعداً مكانيةً بالإضافة إلى البعد الزمني مما جعل النظرية بعيدة من تكون نظرية لوصف عالمنا الذي ليس فيه غير 3 أبعاد مكانية وبُعد الزمني.
وهكذا في العام 1974 قام كل من شوارز وشريك بتحويل جذري فى نظرية الاوتار وبينا ان هذه النظرية ليست نظرية لوصف القوى النووية الشديدة لوحدها وإنما نظرية تصف كل القوى تلك النظرية التي حلُم بها اينشتاين، وان الجسيم الذي له لف مغزلي ما هو إلا الجسيم الكمي الذي ينقل التفاعل التثاقلى ويسمى غرافتون أما قضية الأبعاد الإضافية هي مسالة تعتمد على الرصد التجريبى ولأننا لا نملك الطاقة الكافية لثبر أغوار هذه الأبعاد الإضافية لذا تكونت لدينا فكرة ان الكون به 4 أبعاد زمنكانية فقط. . وبالفعل عند إدخال الفيرميونات -مثل الالكترونات والكواركات- أو بصورة مكافئة افتراض التماثلية الفائقة فان عدد الأبعاد في نظرية الأوتار يتقلص من الـ 26 بعد إلى 10 أبعاد زمنكانية منها 4 أبعاد منبسطة وكبيرة هي الأبعاد الأربعة التي نعلمها جميعاً بالإضافة إلى 6 أبعاد صغيرة وملتفة لا نستطيع إدراك وجودها بما نملكه من طاقة الان، حيث إننا نحتاج إلى طاقة هائلة جداً ليست متوفرة للبشرية في وقتنا الراهن.
وهكذا في خلال الفترة من العام 1974 إلى العام 1984 كان هناك عدداً ضائلاً نسبياً من الباحثين الذين يعملون في تطوير هذه النظرية. ثم جاء فتح عظيم في نظرية الأوتار ويسمى بثورة نظرية الأوتار الفائقة الأولى، حيث تمكن العلماء من إزالة جميع العيوب في النظرية وتوصلوا إلى خمسة نظرية مختلفة متوافقة مع ميكانيكا الكم والتثاقل وظهرت الأغشية الديرشلتية وهي سطوح متعددة الأبعاد لها خواص فيزيائية تجعل منها أداة قوية لوصف نظرية الأوتار الفائقة، وبدأ الاهتمام يزداد وتحول الكثير من العلماء إلى البحث في هذا المجال. وأخيرا تمكن أحد عباقرة نظرية الأوتار في العام 1995 واسمه ادوارد ويتن-يقال عنه اينشتاين القرن العشرين- بقيادة الثورة الثانية في نظرية الأوتار الفائقة بتوحيد جميع النظريات الخمسة في نظرية واحدة في احد عشر بعداً زمنكانياً وهذه النظرية تسمى النظرية -ام.M-theoryومازالت النظرية تكشف كل يوم عن خباياه وهناك مساعي حثيثة لتطبيق نظرية الأوتار في القوى النووية الشديدة مرة أخرى وتطبيقها في مجال الثقوب السوداء وعلم الكونيات ويبدو ان هذه المساعي سوف تبلغ مبتغاها في المستقبل القريب.
واعتذر على هذا الرد الطويل جداً ولكن من الصعب جدا تفادى الحديث عن روعة هذه النظرية الواعدة دون إسهاب.
نواف: على العكس أخي الصادق لقد استفدت كثيرا من هذا الشرح واتضحت لي الكثير من المعلومات والآن بما انك درست في بيئتين مختلفتين في السودان وايطاليا. ما هي الفروق التي لمستها عند دراستك؟ وهل من الممكن تطبيق الطرق الأوربية في التعليم عندنا أقصد في الدول العربية؟
الصادق: دعنا لا نغمض أعيوننا أمام المشاكل التعليمة في الوطن العربي والاعتراف بالمشكلة هو نصف الطريق لحلها، ان كنا نطمح بمستقبل تعلمي واعد في عالمنا.
أول هذه المشاكل هي المشكلة الاقتصادية المتمثلة في قلة تمويل البحث العلمى والتشجيع عليه، ولو قارنا التمويل الذي تقديمه الدول العربية مجتمعه من اجل البحث العلمي مع دولة أوربية واحدة لاكتشفنا السبب في تدنى البحث العلمي في الجامعات العربية. ولكن دعنا نتحدث عن العملية التعليمية نفسها بمحاورها الثلاثة الطالب والأستاذ وإدارة الجامعة وكما تعلم اخى لو انفرط العقد عند اى واحدة من هذه المكونات فإنها لن تعمل بانسجام ولن تكون لدينا مخرجات تعليمية على النحو المرغوب فيه. أؤمن بان الطالب هو المحور الأساسي الذي يجب التركيز عليه ويجب ان تكون هناك خطة مدروسة من قبل إدارات الجامعات لتطوير العملية التعليمة فيها وان يتم إشراك الأستاذ وطالب في هذه الخطة لان الأول هو من يطبقها والثاني تنطبق عليه. ثانياً يجب ان نسعى وراء التخصصية لان ذلك يراعى اختلاف تطلعات الطلاب في اختيار ما يناسبهم من تخصصات لان دراسة اى تخصص عن رغبة هو دافع أساسي للنجاح وهذا أيضا يتواكب مع روح العصر، وهكذا سوف نفتح للطالب جميع الخيارات الممكنة ليختار مستقبله بنفسه وان يدفع ثمن هذا الاختيار أو يجنى ثماره والأمر متروك له. ثالثا: فتح وخلق فرص عمل للمتخرجين من الجامعات. رابعا: اعتماد نظام المنح الدراسية لمن يرغبون في مواصلة الدراسات العليا، وهذه المنح الدراسية يمكن ان تتكفل بها الدولة والعاملين على أعمال الخير من منظمات وأفراد. ونتمنى من الله العلى القدير ان يتطور التعليم في عالمنا العربي وان نشهد طفرة كبيرة في الفترة القادمة.
نواف: بماذا تنصح أخوانك الطلاب الواقعين في حيرة بين العمل المحتاجين إليه حالياً وبين الدراسة التي تؤمن لهم مستقبلاً أفضل.
الصادق: أحيانا يضطر الطالب للتوقف عن الدراسة من اجل توفير المال للدراسة أو من اجل أسباب أخرى وليس من المعقول ان ننصح هذا الطالب بعدم العمل ان كنا لا نستطيع توفير البديل الذي يمكنه من مواصلة دراسته، ولكن انصحه بان يدرس الأمر جيدا قبل الشروع في ذلك وان يختار مجال العمل المتصل بمجال تخصصه وان يضع حلا للأسباب التي قادته إلى العمل وترك الدراسة مؤقتا ثم يباشر بالتقديم للدراسة في أسرع وقت ممكن وان يجعل من تجربته دافعا للنجاح.
نواف: حدثنا قليلا عن كيف تعرفت على منتدى الفيزياء التعليمي، وهل تعتقد ان المنتديات العلمية تساعد الطالب في زيادة معرفته العلمية.
الصادق: لقد تعرفتُ على هذا المنتدى العامر بعد دعوة كريمة من الأخوة احمد محمد فتحي ومحمد ابوزيد، لذا فأنى أدين لهما بشرف وجودي بينكم في أسرة المنتدى. ان المنتديات توفر للطالب والدارس غير المتخصص قدراً من الحرية يسمح له بطرح أفكاره ومشاركتها مع طيف واسع من التخصصات التي تتوافر في أعضاء المنتدى مما يجعل العملية التعليمة عملية تفاعُلية حيث يختفي الخط الصلب التقليدي الفاصل بين الطالب والأستاذ. وهكذا مما لا شك فيك نجد ان المنتديات أصبحت تلعب دور كبير في تثقيف وتعليم الطالب المنتسب إليها.
نواف: كيف تجد دورك كمشرف في منتدى علمي وهل تستطيع ان توفق بين انشغالاتك الكثيرة ودورك كمشرف.
الصادق: في البداية كان هناك قدراً من الصعوبة في التوفيق بين دوري كمشرف في المنتدى وبين انشغالاتي المهنية والحياتية ولكن مع الدعم الذي تلقيته وما زلت أتلقاه من أخوتي في أسرة المنتدى تزللت هذه الصعاب وأصبحت أوفق جيداً بين دوري كمشرف في منتدى النسبية والفيزياء الحديثة ودوري كطالب بدوام كامل.
نواف: نصيحة تقدمها لأعضاء المنتدى من منطلق دورك كمشرف منتدى النسبية والفيزياء الحديثة.
الصادق:انصح جميع إخوتي في المنتدى بعد تقوى الله سبحانه وتعالى بالاهتمام بالدراسة المنهجية المستقاة من المراجع العلمية وصقل هذه الدراسة بالحوار البناء الهادئ الذي يثبت المعلومات ويفتح أفاقا جديدة لم تكن بالحسبان، ليس مطلوبا ان نهدم صرح نظريات شامخة ولكن نسعى معاً لفهمها فهماً صحيحاً بعيدا عن من نحن ومن هم الذين وضعوا تلك النظريات، اى معاً نحو ثقافة البناء المدعوم بالمعرفة لا ثقافة الهدم المشوب بالعاطفة.
نواف: أخي الصادق سعدت بحواري معك والتعرف عليك أكثر وافتح أمامك المجال لتقول كلمة أخيرة توجهها لمن تريد.
الصادق: وإنا أيضا سعيد جداً بهذا الحوار وأشكركم عليه كثيراً وأتمنى من الله العلى العظيم ان يوفق الجميع لما يحبه ويرضاه واشكر آخى الدكتور حازم سكيك على هذا الصرح العظيم “منتدى الفيزياء التعليمي” وأدعو له الله بالتوفيق والسداد لإكمال الغرض المنشود، واشكر أسرة تحرير العدد السابع وأشكرك آخى نواف الزويمل على هذا الحوار.
اجرى الحوار أ. نواف الزويمل
