مقالات في الفيزياء

10 أفكار فيزيائية غريبة ورائعة في نفس الوقت

الكثير من الأفكار الفيزيائية الغريبة والشيقة وخصوصا في مجال فيزياء القرن العشرين (الفيزياء الحديثة) ومنها على سبيل المثال المادة هي صورة من صور الطاقة، وأيضا الخاصية الموجية للجسيمات وانتشار موجات الاحتمالية التي تنتشر في الكون الواسع. وفي هذا المقال سوف أقوم بسرد مجموعة من الأفكار الفيزيائية الأكثر إثارة للاهتمام. بعض من هذه الأفكار عبارة عن نظريات والبعض الآخر عبارة عن مبادئ وفرضيات بُنيت عليها نظريات، وأخرى استنتاجات تم التوصل بناء على ما سبق. وفي الحقيقة هي أفكار مدهشة لكنها غريبة!

(1) ازدواجية موجة – جسيم Wave Particle Duality

امتلاك المادة والضوء خصائص مزدوجة كما لو انهما مصابان بانفصام الشخصية، فتسلك الجسيمات المادية سلوك الموجات، ويسلك الضوء سلوك الجسيمات. كلاهما لهما خصائص كل من الموجات والجسيمات في وقت واحد. توضح نتائج ميكانيكا الكم أن الموجات تظهر خصائص تشبه الجسيمات وأن الجسيمات تظهر خصائص تشبه الموجة، والغريب في الأمر ان التجربة التي ندرسها هي التي تحدد أي من الخاصيتين تطغى على الأخرى فعندما تنطلق الالكترونات من مصدر فتيلة حرارية تتحرك كجسيمات ولكنها بمجرد ان تقابل شق مزدوج تعبره كموجة كما لو ان الالكترون عند الشق بدل شخصيته وأصبح موجة. وكذلك الضوء عندما يصطدم بالكترون في مادة فانه يغير طبيعته الموجية فجأة ليصبح جسيم!

(2) النظرية النسبية لأينشتاين Einstein’s Theory of Relativity

تستند نظرية النسبية لأينشتاين على مبدأ أن قوانين الفيزياء هي نفسها لجميع المراقبين، بغض النظر عن مكان وجودهم أو مدى سرعة تحركهم أو تسارعهم. ونتج عن نظرية النسبية مفاهيم غريبة مثل التأخير الزمني والانكماش الطولي وثبات سرعة الضوء حتى لو انطلق الضوء من مركبة تسير بسرعة هائلة. كما تنبأت النظرية أن الجاذبية التي وصفها نيوتن بقانون الجذب العام ما هي إلا ظاهرة هندسية. وبالرغم من غرابة هذه الأفكار إلا أنها مثبتة علميا والكثير من التطبيقات والأجهزة الدقيقة تعتمد على نتائج النظرية النسبية.

اعلانات جوجل

(3) الاحتمالية الكمومية ومشكلة القياس Quantum Probability & The Measurement Problem

تعرف ميكانيكا الكم من الناحية الرياضية من خلال معادلة شرودينجرر، والتي تعطي احتمالية العثور على جسيم في نقطة معينة في الفراغ. مبدأ الاحتمالية بالنسبة للحسابات في أي نظام كمومي هو أمر أساسي، لكن بمجرد إجراء القياس، يكون لدينا نتيجة محددة.

تكمن مشكلة القياس لأي نظام كمومي في أن نظرية الكم لا تشرح تمامًا كيف يتسبب فعل القياس انتقال الدالة الموجية من حالة التراكب التي يمكن أن يتواجد فيها الجسيم في مكانين او في حالتين في نفس الوقت إلى مكان واحد أو حالة واحدة، وقد أدت محاولات حل مشكلة القياس إلى بعض النظريات المثيرة للاهتمام، ومنها على سبيل المثال قطة شرودنجر.

(4) مبدأ الشك أو عدم اليقين Heisenberg Uncertainty Principleر

يعتبر مبدأ الشك او عدم اليقين من مبادئ الفيزياء الحديثة والذي طوره الفيزيائي فيرنر هايزنبرج، والذي ينص على أنه عند قياس الحالة الفيزيائية لنظام كمي، هناك حد أساسي لمقدار الدقة التي يمكن تحقيقها.

على سبيل المثال، كلما قمت بقياس كمية حركة الجسيم بدقة أكبر، كلما قلت دقة قياسك لموقعه. مرة أخرى، في تفسير هايزنبرغ، لم يكن هذا مجرد خطأ في القياس أو قيود تكنولوجية، بل هو حد مادي فعلي وحقيقة فيزيائية لا مجال للتغلب عليها او تخطيها.

(5) التشابك الكمومي واللامركزية Quantum Entanglement & Nonlocality

في نظرية الكم، يمكن أن تصبح بعض الأنظمة الفيزيائية في حالة “متشابكة”، وهي ظاهرة في فيزياء الكم وتحدث عندما يتولد زوجان او مجموعة من الجسيمات أو تتفاعل أو تتشارك الجسيمات ذات القرب المكاني بحيث لا يمكن وصف الحالة الكمية لجسيم معين بشكل مستقل عن الجسيمات الأخرى، حتى لو فصلت بينهما مسافة كبيرة. مما يعني أن حالات تلك الأنظمة مرتبطة ارتباطًا مباشرًا بحالة جسم آخر في مكان آخر. وهذا هو المقصود باللامركزية. بمعنى آخر تفترض هذه النظرية أن الجسيمات المختلفة مرتبطة ببعضها بطريقة تسمح عند قياس الحالة الكمّية لأحد هذه الجسيمات بتحديد الحالة الكمّية المتوقعة للجسيمات الأخرى.

آينشتاين، الذي أطلق على هذا التشابك الكمي “عمل مخيف عن بعد”، وذلك في العام 1935 في ورقة بحثية مشتركة مع بوريس بودولسكي وناثان روزن وأسسوا الثلاثة معا مفارقة آينشتاين – بودولسكي – روزن سلطوا الضوء على هذا المفهوم وسميت بمفارقة EPR (اختصار لأسماء العلماء الثلاثة).

(6) نظرية المجال الموحد Unified Field Theory

نظرية المجال الموحد هي نوع من النظريات التي تحاول التوفيق بين فيزياء الكم ونظرية أينشتاين للنسبية العامة.

هناك العديد من النظريات المحددة التي تندرج تحت عنوان نظرية المجال الموحد بما في ذلك الجاذبية الكمومية، ونظرية الأوتار، ونظرية الأوتار الفائقة ونظرية M، والجاذبية الكمية الحلقية.

(7) الانفجار الكبير The Big Bang

عندما طور ألبرت أينشتاين نظرية النسبية العامة، تنبأ بتوسع محتمل للكون. واعتقد جورج لميتر أن هذا يشير إلى أن الكون بدأ في نقطة واحدة. أطلق فريد هويل اسم “بيج بانج” أي الانفجار العظيم، بينما كان يسخر من النظرية خلال بث إذاعي.

اعلانات جوجل

في عام 1929، اكتشف إدوين هابل انزياحًا أحمر في المجرات البعيدة، مما يشير إلى انحسارها عن الأرض. تم اكتشاف إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف في عام 1965، ودعم نظرية ليميتر.

(8) المادة المظلمة والطاقة المظلمة Dark Matter & Dark Energy

عبر المسافات الفلكية في الفضاء الواسع تعتبر قوة الجاذبية هي القوة الأساسية المهمة الوحيدة المسيطرة. لكن وجد علماء الفلك أن حساباتهم وملاحظاتهم لا تتطابق تمامًا مع هذا الاعتبار وان قوة الجاذبية لوحدها ليست كافية..

تم وضع نظريات حول شكل غير مكتشفة من المادة، يسمى المادة المظلمة، لإصلاح ذلك الخلل. علما بأن الأدلة الحديثة عن المادة المظلمة تدعم تلك النظرية. كما تشير أعمال أخرى إلى احتمال وجود طاقة مظلمة أيضًا.

تشير التقديرات الحالية إلى أن الكون يتكون من 70٪ من الطاقة المظلمة، و25٪ من المادة المظلمة، و5٪ فقط من الكون عبارة عن مادة أو طاقة مرئية.

(9) الوعي الكمومي Quantum Consciousness

في المحاولات التي قام بها العلماء لحل مشكلة القياس في فيزياء الكم (انظر أعلاه الموضع رقم 3)، واجهوا أيضا مشكلة أخرى هي مشكلة الوعي. على الرغم من أن معظم الفيزيائيين يحاولون تجنب هذه المشكلة، الا انه على ما يبدو هناك صلة بين اختيار إجراء تجربة بشكل واع ونتيجة هذه التجربة. ويعتقد بعض الفيزيائيين، وأبرزهم روجر بنروز، أن الفيزياء الحالية لا يمكنها تفسير الوعي وأن الوعي بحد ذاته له صلة بعالم الكم الغريب.

علما بأن الوعي الكمومي يعرف على أنه مجموعة من التنبؤات التي تحاول تفسير الوعي البشري من منظور ميكانيكا الكم! من أشهر الأمثلة على الوعي الكمومي هو تشبيه وعي الإنسان بالحاسوب الكمومي والذي يختلف عن الحاسوب التقليدي الذي يعتمد على الحالتين 0 و 1 فقط ولكن الحاسوب الكمومي يعتمد على قيمة ثالثة غير 0 و1 وهي الحالة الناتجة عن تراكب الحالتين 0 و1 معا مما سوف يزيد من سرعة وقوة الحاسوب بشكل رهيب.

(10) مبدأ الأنثروبي Anthropic Principle

تظهر الأدلة الحديثة أنه لو كان الكون مختلفًا قليلاً، فلن يكون موجودًا لفترة كافية لتتطور أي حياة. إن احتمالات وجود كون يمكننا الوجود فيه صغيرة جدًا، بناءً على الصدفة.

اعلانات جوجل

مبدأ الأنثروبي هو مشتق من علم مصطلح الانثروبولوجيا أي علم الإنسان وهو عبارة عن فرضية تقول تقول بأن الكون حتمي حيث تكون معادلاته وقوانينه الطبيعية مناسبة لظهور أنواع حياة ذكية، حيث أنه لو كانت الجسيمات الأولية مثل الإلكترون والبروتون ليست بصفاتها الموجودة (مثل مقدار الشحنة ونوعها وكتلة كل منهما) والقوانين التي تحكمها، لكان من غير الممكن نشأة الحياة على الأرض بما فيها نشأة الإنسان نفسه. والإنسان هو المخلوق الوحيد الذي بمقدوره وصف الكون ومراقبته وتحليله فيزيائياً.

يعتبر مبدأ الأنثروبي، على الرغم من كونه مثيرًا للاهتمام، نظرية فلسفية أكثر من كونها نظرية فيزيائية. ومع ذلك، فإن المبدأ الأنثروبي يطرح لغزًا فكريًا مثيرًا إلا أننا نؤمن تماما بأن الله عز وجل قد خلق هذا الكون وضع كل شيء بمقدار، قال تعالى في سورة الرعد (وَكُلُّ شَيْءٍ عِندَهُ بِمِقْدَارٍ) وفي سورة القمر (إِنَّا كُلَّ شَيْءٍ خَلَقْنَاهُ بِقَدَرٍ).

نعم هي أمور مثيرة للدهشة وغريبة ولكنها حقيقية ونحن لا ندركها في حياتنا لان في الاغلب مرتبط بعالم ميكانيكا الكم، وان كنت هنا قد ذكرتها بشيء من الاختصار الا انني سوف اخصص مقال مفصل لشرح كل فكرة في موضوع مستقل بالتفصيل والتوضيح.

 

اعلانات جوجل

الدكتور حازم فلاح سكيك

د. حازم فلاح سكيك استاذ الفيزياء المشارك في قسم الفيزياء في جامعة الازهر – غزة | مؤسس شبكة الفيزياء التعليمية | واكاديمية الفيزياء للتعليم الالكتروني | ومنتدى الفيزياء التعليمي

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى