محمد ابوزيد
06-22-2006, 01:04 AM
علوم المستقبل
عائلة فائقة.. تسكن الكون الحديث
رءوف وصفي
[email protected]
إن المجرات المرئية ما هي إلا جزر كونية في محيط من النيوترونات والنيوترونات جسيمات تكاد لا تكون لها كتلة ومن ثم يطلق عليها "الجسيمات الشبحية"! فلو كان للنيوترونات كتلة. مهما كانت ضئيلة. فإن هذا يستبعد أنه في أول العشرة آلاف عام التالية علي الانفجار الأعظم. كانت هذه النيوترونات متحركة بسرعة تقارب سرعة الضوء. مندفعة للخارج مع الكون المتمدد. ولكن عندما برد الكون خفضت النيوترونات من حركتها. وبدأت في تكوين تجمعات تحت تأثير الجاذبية. إن تركيبات النيوترونات هذه. لابد وأن تكون قد غطت الكون كله. ولابد أن يكون عدم الاستقرار المحدود الداخلي لهذه النيوترونات. قد شكل قلب الحشود والحشود الفائقة للمجرات. ثم تكثفت منها مجرات منفردة. إن هذا التخيل العلمي للأحداث الكونية. يطلق عليه "قمة أسفل" Top down في قاموس علماء الفيزياء الفلكية. ذلك لأن التركيبات الأصغر مثل المجرات تتكثف من المجرات الأكبر مثل الحشود المجرية والحشود المجرية الفائقة.
لغز.. المادة المظلمة
وتظهر نماذج محاكاة الكمبيوتر. أنه لو كانت المادة المظلمة Dark Matter الغامضة- التي تكون معظم مادة الكون- تتحرك بسرعة. وبالتالي فإنها تكون ساخنة. كما لو أنها تتكون من نيوترونات ذات كتلة بالغة الضآلة. فإنه يستتبع ذلك أن المجرات يجب أن تكون مناطق من تجمعات كثيفة. يفصل بينها حجم هائل من الفراغ. ولكن ليس هذا تماماً ما يلاحظه الفلكيون. إذ إن تجمع المجرات في الكون. يحدث في شكل بقع متناثرة ولكنها ليست كما تتطلبها نماذج محاكاة الكمبيوتر.
إن نشوء المجرات يكون مختلفاً لو أن المادة المظلمة. تكونت من جسيمات باردة بطيئة الحركة. إذ يمكن أن تكون هذه الجسيمات بطيئة لأنها انبعثت من الأجرام الفضائية بهذا الشكل. أو أنها ذات كتلة كبيرة جداً. وفي كلتا الحالتين. فإن الجسيمات البطيئة الحركة سوف تترك في الخلف. أثناء تمدد الكون. وأنها سوف تتركز بفعل الجاذبية. مكونة تجمعات علي مختلف الأبعاد. من حشود النجوم إلي الحشود المجرية.
ويفترض أن تكون الحشود الصغيرة قد تكونت أولاً. ثم انضمت إلي بعضها البعض مكونة الحشود الأكبر. إن هذا "السيناريو" الفلكي يعرف باسم "أسفل قمة" ويبدو أنه أكثر ملاءمة للكون الحقيقي بالمقارنة بـ"قمة أسفل".
وهكذا فإن حركة النجوم بداخل المجرات. تشير بقوة إلي وجود مادة مظلمة غير مرئية. بينما يوحي توزيع المجرات المرئية عبر الكون. بأن هذه المادة المظلمة تتكون من جسيمات غريبة. لم تشاهد بعد في مختبرات الطاقة العالية. إن هذا لمثال واحد فقط يبين كيف يحتاج علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الكونيات إلي علم فيزياء الجسيمات. والعكس صحيح.
البرم.. سر فيزيائي
لقد وصفت نظريات التوحيد العظمي. القوي الكهربية والضعيفة فقط. ولكن حتي تكون النظرية صالحة "كنظرية لكل شيء" Theory For Every thing. فإنها يجب أن تشتمل علي الجاذبية. لهذا فإن العديد من العلماء النظريين يبذلون مجهوداً ملحوظاً في استخراج نوع من النظرية تتسع في ثناياها للجاذبية. تلك القوة المراوغة.
وتعد هذه النظرية. الحد القاطع في أبحاث العلماء النظريين. وهي تعيش وتزدهر علي عدد من الأفكار الجديدة ذات أسماء براقة مثل "الجاذبية الفائقة" Super gravity والأوتار الفائقة Super strings إن هذه الأفكار الرائعة مازالت تحت التجربة. ومازال الوقت مبكراً جداً. علي معرفة ما إذا كانت أي منها تعكس بحق طبيعة قانون الكون. أم أنها سوف تنتهي حيث انتهت النظريات التي وضعت قبلها.
وفي ثنايا هذه النظرية. اقتراح مثير لنوع جديد من التماثل. وهو التماثل الفائق Super symmetry أو ما يطلق عليه اسم "Susy". وتقرر نظريات التوحيد العظمي. أن هناك عائلتين من الجسيمات. جسيمات المادة "مثل الكواركات واللبتونات" والجسيمات حاملة القوة مثل جسيمات Z .
والتماثل الفائق. من الناحية الأخري. يوحد ما بين كل هذه الجسيمات في عائلة واحدة فائقة تسمي "العائلة الفائقة" Super Family. ولكنه حين يفعل ذلك. فإن هذا يتم علي حساب توقع العديد من الجسيمات الجديدة.
إن أحد الملامح التي تميز ما بين جسيمات المادة والجسيمات الحاملة للقوة. هي الخاصية التي تعرف باسم "البîرٍمٍ" Spin . فالعديد من الجسيمات تبدو كالقمم الدوارة. ولكن نظرية الكم "Quantum". تقرر أنها لا تستطيع الدوران بأي معدل. وبدلاً من ذلك فإنها تبرم بمعدلات مسموح بها. خاصة لكل نوع من الجسيمات. كما هو الحال بالنسبة للالكترونات داخل الذرة. التي لها طاقات مسموحة معينة. ويمكن قياس هذا الدوران في المختبرات. وهنا يكمن فرق ظاهري بين جسيمات المادة وحاملات القوة. فبينما يكون للكواركات واللبتونات برم مقداره "نصف" يكون للجسيمات حاملات القوة برم مقداره واحد.
مادة وقوي فائقة
ومن أجل أن يتم وصل هذه الجسيمات ذات البرم المختلف. فإن الأمر يتطلب أن يكون بالتماثل الفائق مجموعة من جسيمات المادة وحاملات القوة التي لم نعرفها بعد. ويتوقع العلماء وجود مادة فائقة Supermatter. مبنية من جسيمات لها برم كامل ".1 2.." بدلا من أنصاف القيم "1/.2 3/2...". وقوي فائقة Super Forces تنتقل بواسطة عوامل ذات أنصاف قيم برم بدلاً من قيم برم كاملة. وحتي الآن. لا يوجد أي إثبات تجريبي لوجود مثل هذه الجسيمات.
ولكن ما علاقة ذلك بالجاذبية؟
لقد نمت فكرة التماثل الفائق من دراسات مفصلة عن تركيب الزمكان Space- Time وتمت الجاذبية أيضا بصلة قربي صميمة لهذا البناء. ويقر التماثل الفائق. أن نظرية النسبية العامة لاينشتاين. ما هي إلا أحد أجزاء نظرية أشمل تعرف بالجاذبية الفائقة. وأحد تداعيات هذه النظرية. أن جسيمات تدعي "الجرافيتونات" Gravitons. ويجب أن تتواجد. وهي جسيمات لها صلة بالجاذبية. وهي عبارة عن عوامل الافتراضية لقوة الجاذبية. إن أحد الاحتمالات المثيرة. أن هذه الجسيمات قد توجد في الجيل الجديد من معجلات الجسيمات.
ومنذ عهد قريب جداً. طغي علي سطح الفكر العلمي. احتمال بناء نظرية تحوي كل هذه الأفكار المروعة. وما يزيد عليها! فهناك نظرية خاصة. وفيها بدأ الكون بعشرة أبعاد. أربعة منها فقط تمددت لتصبح ما نطلق عليه في الوقت الحاضر "الزمكان". في هذه النظرية تنشأ الجسيمات طبيعياً من التركيب الحسابي الأساسي. كأشياء برعمية. ولكنها مستقلة تمتد في الفضاء بأبعاد تبلغ حوالي 10- 36 متراً. ويطلق علي هذه الجسيمات الممتدة اسم "الأوتار" Strings
إن التماثل الفائق. هو أحد المكونات الأساسية للنظرية. والتي عرفت لذلك بنظرية "الأوتار الفائقة" Super string ويهتم علماء الفيزياء بقدرة هذه النظرية. لأنها تصف كل القوي الأربعة الرئيسية. مشتملة علي الجاذبية. بطريقة طبيعية. دون إدخال تلاعب علي المعادلات الرياضية.
وهي بهذا تمهد لإصدار "التزاوج" الذي طال انتظاره بين الجاذبية ونظرية الكم. وهذا أمر ضروري في أي نظرية لكل شيء.
حقيقة علمية أم خيال علمي؟ الزمان والمكان هما الكفيلان الوحيدان بالرد علي ذلك في المستقبل القريب.
عائلة فائقة.. تسكن الكون الحديث
رءوف وصفي
[email protected]
إن المجرات المرئية ما هي إلا جزر كونية في محيط من النيوترونات والنيوترونات جسيمات تكاد لا تكون لها كتلة ومن ثم يطلق عليها "الجسيمات الشبحية"! فلو كان للنيوترونات كتلة. مهما كانت ضئيلة. فإن هذا يستبعد أنه في أول العشرة آلاف عام التالية علي الانفجار الأعظم. كانت هذه النيوترونات متحركة بسرعة تقارب سرعة الضوء. مندفعة للخارج مع الكون المتمدد. ولكن عندما برد الكون خفضت النيوترونات من حركتها. وبدأت في تكوين تجمعات تحت تأثير الجاذبية. إن تركيبات النيوترونات هذه. لابد وأن تكون قد غطت الكون كله. ولابد أن يكون عدم الاستقرار المحدود الداخلي لهذه النيوترونات. قد شكل قلب الحشود والحشود الفائقة للمجرات. ثم تكثفت منها مجرات منفردة. إن هذا التخيل العلمي للأحداث الكونية. يطلق عليه "قمة أسفل" Top down في قاموس علماء الفيزياء الفلكية. ذلك لأن التركيبات الأصغر مثل المجرات تتكثف من المجرات الأكبر مثل الحشود المجرية والحشود المجرية الفائقة.
لغز.. المادة المظلمة
وتظهر نماذج محاكاة الكمبيوتر. أنه لو كانت المادة المظلمة Dark Matter الغامضة- التي تكون معظم مادة الكون- تتحرك بسرعة. وبالتالي فإنها تكون ساخنة. كما لو أنها تتكون من نيوترونات ذات كتلة بالغة الضآلة. فإنه يستتبع ذلك أن المجرات يجب أن تكون مناطق من تجمعات كثيفة. يفصل بينها حجم هائل من الفراغ. ولكن ليس هذا تماماً ما يلاحظه الفلكيون. إذ إن تجمع المجرات في الكون. يحدث في شكل بقع متناثرة ولكنها ليست كما تتطلبها نماذج محاكاة الكمبيوتر.
إن نشوء المجرات يكون مختلفاً لو أن المادة المظلمة. تكونت من جسيمات باردة بطيئة الحركة. إذ يمكن أن تكون هذه الجسيمات بطيئة لأنها انبعثت من الأجرام الفضائية بهذا الشكل. أو أنها ذات كتلة كبيرة جداً. وفي كلتا الحالتين. فإن الجسيمات البطيئة الحركة سوف تترك في الخلف. أثناء تمدد الكون. وأنها سوف تتركز بفعل الجاذبية. مكونة تجمعات علي مختلف الأبعاد. من حشود النجوم إلي الحشود المجرية.
ويفترض أن تكون الحشود الصغيرة قد تكونت أولاً. ثم انضمت إلي بعضها البعض مكونة الحشود الأكبر. إن هذا "السيناريو" الفلكي يعرف باسم "أسفل قمة" ويبدو أنه أكثر ملاءمة للكون الحقيقي بالمقارنة بـ"قمة أسفل".
وهكذا فإن حركة النجوم بداخل المجرات. تشير بقوة إلي وجود مادة مظلمة غير مرئية. بينما يوحي توزيع المجرات المرئية عبر الكون. بأن هذه المادة المظلمة تتكون من جسيمات غريبة. لم تشاهد بعد في مختبرات الطاقة العالية. إن هذا لمثال واحد فقط يبين كيف يحتاج علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الكونيات إلي علم فيزياء الجسيمات. والعكس صحيح.
البرم.. سر فيزيائي
لقد وصفت نظريات التوحيد العظمي. القوي الكهربية والضعيفة فقط. ولكن حتي تكون النظرية صالحة "كنظرية لكل شيء" Theory For Every thing. فإنها يجب أن تشتمل علي الجاذبية. لهذا فإن العديد من العلماء النظريين يبذلون مجهوداً ملحوظاً في استخراج نوع من النظرية تتسع في ثناياها للجاذبية. تلك القوة المراوغة.
وتعد هذه النظرية. الحد القاطع في أبحاث العلماء النظريين. وهي تعيش وتزدهر علي عدد من الأفكار الجديدة ذات أسماء براقة مثل "الجاذبية الفائقة" Super gravity والأوتار الفائقة Super strings إن هذه الأفكار الرائعة مازالت تحت التجربة. ومازال الوقت مبكراً جداً. علي معرفة ما إذا كانت أي منها تعكس بحق طبيعة قانون الكون. أم أنها سوف تنتهي حيث انتهت النظريات التي وضعت قبلها.
وفي ثنايا هذه النظرية. اقتراح مثير لنوع جديد من التماثل. وهو التماثل الفائق Super symmetry أو ما يطلق عليه اسم "Susy". وتقرر نظريات التوحيد العظمي. أن هناك عائلتين من الجسيمات. جسيمات المادة "مثل الكواركات واللبتونات" والجسيمات حاملة القوة مثل جسيمات Z .
والتماثل الفائق. من الناحية الأخري. يوحد ما بين كل هذه الجسيمات في عائلة واحدة فائقة تسمي "العائلة الفائقة" Super Family. ولكنه حين يفعل ذلك. فإن هذا يتم علي حساب توقع العديد من الجسيمات الجديدة.
إن أحد الملامح التي تميز ما بين جسيمات المادة والجسيمات الحاملة للقوة. هي الخاصية التي تعرف باسم "البîرٍمٍ" Spin . فالعديد من الجسيمات تبدو كالقمم الدوارة. ولكن نظرية الكم "Quantum". تقرر أنها لا تستطيع الدوران بأي معدل. وبدلاً من ذلك فإنها تبرم بمعدلات مسموح بها. خاصة لكل نوع من الجسيمات. كما هو الحال بالنسبة للالكترونات داخل الذرة. التي لها طاقات مسموحة معينة. ويمكن قياس هذا الدوران في المختبرات. وهنا يكمن فرق ظاهري بين جسيمات المادة وحاملات القوة. فبينما يكون للكواركات واللبتونات برم مقداره "نصف" يكون للجسيمات حاملات القوة برم مقداره واحد.
مادة وقوي فائقة
ومن أجل أن يتم وصل هذه الجسيمات ذات البرم المختلف. فإن الأمر يتطلب أن يكون بالتماثل الفائق مجموعة من جسيمات المادة وحاملات القوة التي لم نعرفها بعد. ويتوقع العلماء وجود مادة فائقة Supermatter. مبنية من جسيمات لها برم كامل ".1 2.." بدلا من أنصاف القيم "1/.2 3/2...". وقوي فائقة Super Forces تنتقل بواسطة عوامل ذات أنصاف قيم برم بدلاً من قيم برم كاملة. وحتي الآن. لا يوجد أي إثبات تجريبي لوجود مثل هذه الجسيمات.
ولكن ما علاقة ذلك بالجاذبية؟
لقد نمت فكرة التماثل الفائق من دراسات مفصلة عن تركيب الزمكان Space- Time وتمت الجاذبية أيضا بصلة قربي صميمة لهذا البناء. ويقر التماثل الفائق. أن نظرية النسبية العامة لاينشتاين. ما هي إلا أحد أجزاء نظرية أشمل تعرف بالجاذبية الفائقة. وأحد تداعيات هذه النظرية. أن جسيمات تدعي "الجرافيتونات" Gravitons. ويجب أن تتواجد. وهي جسيمات لها صلة بالجاذبية. وهي عبارة عن عوامل الافتراضية لقوة الجاذبية. إن أحد الاحتمالات المثيرة. أن هذه الجسيمات قد توجد في الجيل الجديد من معجلات الجسيمات.
ومنذ عهد قريب جداً. طغي علي سطح الفكر العلمي. احتمال بناء نظرية تحوي كل هذه الأفكار المروعة. وما يزيد عليها! فهناك نظرية خاصة. وفيها بدأ الكون بعشرة أبعاد. أربعة منها فقط تمددت لتصبح ما نطلق عليه في الوقت الحاضر "الزمكان". في هذه النظرية تنشأ الجسيمات طبيعياً من التركيب الحسابي الأساسي. كأشياء برعمية. ولكنها مستقلة تمتد في الفضاء بأبعاد تبلغ حوالي 10- 36 متراً. ويطلق علي هذه الجسيمات الممتدة اسم "الأوتار" Strings
إن التماثل الفائق. هو أحد المكونات الأساسية للنظرية. والتي عرفت لذلك بنظرية "الأوتار الفائقة" Super string ويهتم علماء الفيزياء بقدرة هذه النظرية. لأنها تصف كل القوي الأربعة الرئيسية. مشتملة علي الجاذبية. بطريقة طبيعية. دون إدخال تلاعب علي المعادلات الرياضية.
وهي بهذا تمهد لإصدار "التزاوج" الذي طال انتظاره بين الجاذبية ونظرية الكم. وهذا أمر ضروري في أي نظرية لكل شيء.
حقيقة علمية أم خيال علمي؟ الزمان والمكان هما الكفيلان الوحيدان بالرد علي ذلك في المستقبل القريب.