ستيفن هوكينغ

 

ستيفن هوكينغ , العالم الجليل الذي من بعد وفاته آثار جدل واسع و الثقوب السوداء و المادة المظلمة كانت تعزي أهل كوكب الأرض على فقدان هذا العالم الجليل الذي ترك بصمة مخلدة في سطور التاريخ من بعد رحيله و من خلال هذا المقال سنستعرض معظم انجازاته و أهمها التي تركها خلفه و التي كانت ولا زالت ذو نفع للبشرية .

لقد كان ستيفن هوكينع من رغم إعاقته فذاً عبقرياً و من رغم انه رجل معقد إلا أن تمكن بالتحليق في السماء بعقله و عبقريته و كذلك قدم خدمات جليلة عززت من تطوير الفيزياء الحديثة و قد ساهم هذا التطور في تطور البشرية أجمع .

طبعاً ولد ستيفن هوكينغ في 8 يناير من عام 1942 في أكسفورد و من رغم الحالة المادية التي كانت تعاني منها أسرة هوكينغ إلا أنه تمكن من أن يدرس في جامعة أكسفورد و حصل على درجة الشرف الأولى في الفيزياء و أكمل دراسته في جامعة كامبريدج وتمكن من الحصول على الدكتوراه في علوم الكونيات و له نظريات كثيرة في علوم الكونيات من ضمنها العلاقة بين الثقوب السوداء والديناميكا الحرارية و أبحاث ودراسات عن البعد الرابع وهو الزمن .

قدم العالم الجليل ستيفن هوكينغ انجازات ستظل باقية تخدم البشرية و ضمن اكتشافاته , تصدر الثقوب السوداء أشعة و أطلق عليها إشعاع هوكينغ و كذلك أثبت رياضياً عن طريق النظرية النسبية لأينشتاين أن النجوم المنهارة على نفسها بسبب الجاذبية في حالة تفردية و ذلك يعني انه حدث لنقطة بداية زمن و كذلك طور من نظرية التمدد الكوني أو اللاحدود للكون و التي غيرت من بعض أساسيات نظرية الانفجار العظيم و إن الكون في توسع مستمر و بناءً على ذلك وضح كيفية نشوء الكون و بداياته و عدم تعارض هذه الأفكار مع فكرة أن الكون نظام منتظم و مغلق .

و ألف كتاب خصص فيه شرح البعد الرابع و هو الزمن ” تاريخ موجز الزمان ” حيث بسط نظريات الزمن و النظريات الكونية بشكل مفهوم و واضح و سهلاً لعامة الناس , ومن أشهر مؤلفاته التي بسط بها معظم نظريات الكون ” التصميم العظيم” حيث وضح طريقة تمدد الكون من الأساسيات البسيطة إلى الأشياء المعقدة .

هل اكتفى ستيفن هوكينغ بعلوم الكونيات و الفيزياء فحسب ؟

كان ستيفن هوكينغ مهتم بالفلسفة و علاقتها بالعلم كذلك و من أشهر أسئلته ” ماذا كان خلف الانفجار العظيم ؟” و من الذي تسبب به ؟ و ما علاقته بالكون أصلا ؟

هوكينغ مع احتمالية وجود كائنات عاقلة خارج نطاق الأرض :

كان يرجح هوكينغ بوجود كائنات فضائية أو كائنات عاقلة غير البشر في كواكب أخرى و ربما في أكوان أخرى و ربما أبعاد أخرى .

صارع ستيفن هوكينغ المرض لفترة طويلة مع مرضه النادر و من بعد العلم و العطاء الذي قدمه للبشرية توفي ستيفن هوكينغ في يوم الأربعاء المصادف لـ 14 مارس 2018 عن عمر يناهز 76 عاماً و من بعد وفاته توفى العلم معه .

 

هوامش :

كيف يستطيع هوكينغ التحدث من خلال جهازه ؟

أصيب هوكينغ بمرض نادر و شبيه بمرض العصبون الحركي حيث يشل جسمه بالكامل الا أن من حسن حظه لم تشل العضلات و الحبال الصوتية مما تم تركيب له جهاز ذكي به مفردات يختار إحدى تلك المفردات و بعض الأمور ألتي تسهل مخارج الحروف و يقوم الجهاز بترجمة حديثه مما يجعله مسموعاً للناس .

 

الكاتب : محمد محمود

@mohammeddtp

 

التدقيق اللغوي : أ.حمود

المصادر :

الله , الكون وما عداهما‬ – مقابلة نادرة مع كارل ساجان , ستيفن هوكنج و آرثر سي كلارك – https://www.youtube.com/watch?v=XsiRPlsZ5X4

التصميم العظيم – ستيفن هوكينغ

تاريخ موجز الزمان – ستيفن هوكينغ

الثقوب السوداء و الأكوان الناشئة- ستيفن هوكينغ

جورج و الانفجار العظيم – ستيفن هوكينغ

 

الإعلانات

النظرية النسبية العامة

 

النظرية النسبية العامة.

 

 

 

 

المقال بقلم:عبدالعزيز الزهراني.

تدقيق:سمية مؤذنة.

مراجعة:أروى الزهراني.

 

 

قد يسأل أحدكم عن ماهية الفرق بين النسبية العامة والنسبية الخاصة ؟

 

الفرق هو أن النظرية الخاصة تنطبق على الأجسام ذي السرعة الثابتة، والعامة تنطبق على المنظومات التي تحوي قوة الجاذبية والتسارع الناشئ عن الجاذبية

لقد ظهرت النظرية النسبية العامة في عام 1915م ؛ نتيجة فشل جميع المساعي التي حاولت إصلاح نظرية نيوتن في الجاذبية،

وأيضاً كانت هناك رغبةً فلسفيةً لأينشتاين بحذف الفضاء المطلق من الفيزياء

 

-الفرق بين جاذبية نيوتن وجاذبية آينشتاين:

 

استنتج نيوتن أن الكواكب تقع تحت تأثير قوةٌ جاذبة متجهةٌ من الكوكب نحو الشمس، وأن هذه القوة تحفظ الكوكب في مساره الدائري حول الشمس، ويمكننا تبسيط مفهوم نيوتن للجاذبية بأنها ” القوة التي تنشأ بين جسمين”

 

-معادلة نيوتن لوصف قوة الجاذبية:

.jpg

 

أما آينشتاين فقد قال: إن الفضاء عبارة عن نسيجٍ يتكون من ” الأبعاد المكانية الثلاثة وبعدٌ زمانيّ وحيد”

أو ما يسمى بنسيج( الزمكان)، النسيج ينحني بالقرب من الأجسام الثقيلة في الكون: مثل الكواكب والنجوم، عموماً هذا الانحناء في النسيج يخلق ما يسمى بالجاذبية.

 

معادلة آينشتاين لوصف قوة الجاذبية:

 

hdkajhdk

الصورة التالية تبين لنا شكل الزمكان والجاذبية لدى اينشتاين:

 

اينشتاين

يقول آينشتاين كلما زادت الجاذبية بين الجسيمين وزادت كتلة كلٍّ منهما؛ كلما أنتج هذا التجاذب موجات جاذبية أكثر

 

والشكل التالي يوضح لنا هذه الفكرة:

Gravitational-Waves-Help-Astronomers-Understand-Black-Hole-Weight-Gain

 

الفديو التالي يشرح لنا فكرة نسيج الزمكان والجاذبية بشكل جميل ومبسط:

https://www.youtube.com/watch?v=RzDaDju8NXY

 

-بعد 100 عام من توقع اينشتاين عن وجود امواج الجاذبية تم رصد امواج الجاذبية في فبراير 2016م من قبل ثلاث علماء وهم باري باريش وكيب ثورن وراينر فايس ومكافاءةً لاكتشافهم هذا تم تتويجهم بجائزة نوبل في الفيزياء عام 2017م .

-توصل آينشتاين أيضاً إلى أن الرياضيات الإقليدية لا تنفع لقياسات الكون، استخدم ما يسمى في الرياضيات بالتنسور..

والتنسور هو : إحدى الدالات الرياضية بجانب الأعداد والكميات المطلقة التي لا تتميز بوحدات قياس.

وهذه اهم معادلات النظرية النسبية العامة:

النسبية العامة

المراجع:

 

الفيلم الوثائقي/حلم آينشتاين..نظرية كل شيء.

‏https://www.youtube.com/watch?v=3xSc-wDHpFI&feature=youtu.be

 

برنامج تأمل معي للدكتور/نضال قسوم

‏https://www.youtube.com/watch?v=m4dN3WtP6Kc

 

كتاب:النظرية النسبية العامة,للجلال الحاج عبد.

‏_http://www.arabsciencepedia.org/wiki/%D9%85%D9%88%D8%AA%D8%B1

 

تاريخ تفسير الخواص الحرارية للجوامد

بقلم: فيصل السلوم

شكلت نتائج قياس الحرارة النوعية للجوامد في بدايات القرن التاسع عشر لغزًا حير الفيزيائيين،

فقد وجدوا أنها تقريبًا متساوية لأغلب الجوامد بقيمة C=3k_B , حيث k_B هو ثابت بولتزمان.

تسمى هذه المعادلة بقانون دولونج-بيتيت Dulong-Petit law وكان معروفًا منذ عام 1819.

 

على الرغم من أنه ليس دقيقًا جدًا، لكنه يعطي تقريبًا جيدًا عند درجة حرارة الغرفة (ستيفن سايمون، ملاحظات محاضرات فيزياء الحالة الصلبة، 2012).

يُعرِّف الفيزيائيون الحرارة النوعية لذرةٍ ما:

بأنها مقدار الطاقة الحرارية لكل درجة حرارة، أو بشكل أدق؛ حيث إننا نهمل تغير حجم المادة الصلبة أثناء تسخينها، فإن الحرارة النوعية عند حجم ثابت تعرف بالمعادلة:

‏C_v=dE/dT

 

حيث E هي الطاقة الحرارية وT هي درجة الحرارة.

( دانييل سشرويدر، مقدمة في الفيزياء الحرارية، 2000).

وفي سبيل تفسير هذه النتائج، شكَّل العلماء نماذجَ لمحاكاة السلوك الحراري للجوامد، وأول خطوة معتبرة في هذا المجال كانت نموذج بولتزمان.

نموذج بولتزمان:

قام بولتزمان في عام 1896 ببناء نموذج يتوافق مع هذا القانون بشكل جيد.

-حيث افترض أن الذرة الواقعة في المادة الصلبة تكون مرتبطة بست ذرات، بواقع ذرتين لكل محور، ومَثَّل التفاعل بين هذه الذرة وجاراتها بالتفاعل بين النابض والكتلة المعلقة، بمعنى أن الذرة في المادة الصلبة تمتلك ثلاث حركات اهتزازية مما يعطيها ست درجات من الحرية، واستنادًا إلى نظرية التجزؤ المتساويtheorem  equipartition فإن طاقة الذرة الحرارية ستكون E=f/2 k_B T=3k_B T=C_v T .( دانييل سشرويدر، مقدمة في  الفيزياء الحرارية، 2000)

وهذا كان المطلوب!

لكن التجارب والقياسات لم تلبث إلا وكشفت عن نتائج صادمة، يوضحها الرسم البياني التالي:1.png

نلاحظ أنه كما نعرف سابقًا، عند درجات الحرارة العالية مثل “درجة حرارة الغرفة” فإن الحرارة النوعية تمثل تقريبًا بقانون دولونج-بيتيت، لكن المشكلة الآن عند درجات الحرارة المنخفضة!

لا يستطيع نموذج بولتزمان أن يفسر لماذا ينهار قانون دولونج-بيتيت عند درجات الحرارة المنخفضة، وهذا دفع العلماء إلى البحث عن نموذج يعطي تفسيرًا لهذه النتائج..

 

نموذج آينتشاين:

لاحظ العلماء أنه في حالة درجات الحرارة المنخفضة،

تتناسب الحرارة النوعية معT^3, وكلما قلّت درجة الحرارة قلّت معها الحرارة النوعية,

حتى توقع العلماء أن الحرارة النوعية ستصل إلى الصفر عند الصفر المطلق.

 

في عام 1907، فكر آينشتاين في:

-لماذا لا يصمد هذا القانون عند درجات الحرارة المنخفضة؟

فقاده تفكيره إلى استيعاب أنه لا بد من أخذ نتائج ميكانيكا الكم بعين الاعتبار.

 

-ما قام به آينشتاين كان مشابهًا لما قام به بولتزمان، فقد افترض أن كل ذرة في المادة الصلبة تقع في بئر تناسقي harmonic well بسبب تفاعلها مع جاراتها، وأضاف أن كل الآبار التناسقية لها تردد ω يسمى بـ” تردد آينشتاين “, لاحظ أن هذه الكمية مفترضة لتكون ثابتة للمادة الواحدة، ويتم قياسها عمليًا لمختلف الجوامد.

بدأ آينشتاين حساباته بمعادلة الطاقة للمهتز التوافقي الكمي في بُعد واحد:

وكان هدفه أن يحسب متوسط الطاقة لذرة واحدة في بعد واحد عند درجة حرارة ما.

توصل آينشتاين لمتوسط الطاقة باستخدام ما يسمى “بدالة التجزئة”

‏partition function , واستخدم المعادلة المذكورة في بداية هذا المقال لحساب الحرارة النوعية عند حجم ثابت.

ما توصل إليه آينشتاين كان دالة معقدة نسبيا للحرارة النوعية للذرة في المادة الصلبة:

حيث α=ћω/k_B  , نلاحظ أن هذه النتيجة تحقق قانون دولونج-بيتيت في درجات الحرارة العالية, كما أنها توافق التوقع بأنه عندما تؤول درجة الحرارة إلى الصفر المطلق فإن الحرارة النوعية ستؤول إلى الصفر.(ستيفن سايمون، ملاحظات محاضرات فيزياء الحالة الصلبة، 2012)

 

وُجد أن تردد آينشتاين منخفض لمعظم الجوامد، لكن الألماس مثلًا تجد أن تردد آينشتاين له عالٍ، وهذا يرجع لكون الروابط بين ذرات الكربون في الألماس قوية، وكون ذرات الكربون منخفضة الكتلة نسبيا، وهذا يعطي لمحة عن التردد ω~√(k/m)، ولهذا ينحرف الألماس عن قانون دولونج-بيتيت عند درجة حرارة الغرفة بشكل واضح، مما يعني أن عبارة “درجة حرارة عالية” تعتمد على تردد آينشتاين لهذه المادة.

مع أن نموذج آينشتاين لا يتوافق مع  التناسب مع مكعب درجة الحرارة، مازال يعتبر خطوة مهمة وناجحة نسبيا في موضوع الخواص الحرارية للجوامد، خصوصًا أنه أكد وجوب استخدام نتائج الفيزياء الحديثة لحلحلة هذه الخواص.

 

الرسم البياني التالي يبين مدى توافق نموذج آينشتاين مع القياسات العملية للألماس، بحيث إن محور x هو النسبة بينћω و k_B T، ومحور y يعبر عن C بوحدة cal/(K mol).

2.png

استمر العلماء بتكوين نماذج أكثر تفصيلاً وتعقيدًا لوصف الذرات وخواصها الحرارية في الجوامد، وقد اكتشفوا ظواهر أخرى مرتبطة بالخواص المغناطيسية للمعادن مما دفعهم لوضع نماذج أخرى أيضًا، ولم تزل مسيرة تطور فهمنا للمواد الصلبة مستمرة، وتشكلت في فرع جديد في الفيزياء الحديثة بمسمى “فيزياء الحالة الصلبة”، وهذا الفرع يعتبر من أهم العلوم التي كونت عالمنا الحاضر من نواحي التقنية المختلفة.

 

تدقيق علمي: عمار محسن

تدقيق لغوي: عِتاب النوتكية، عمر ياسين، سمية مؤذنة.

مراجعة: حمود السعدي_ أروى الزهراني.

المصادر:

(Daniel V. Schroeder, An Introduction To Thermal Physics, 2000 )

( Steven H. Simon, Lecture Notes for Solid State Physics, 2012 )

https://www-thphys.physics.ox.ac.uk/people/SteveSimon/condmat2012/LectureNotes2012.pdf

 ( Sergey Frolov, Lecture series: Introduction to Solid State Physics, 2015 )

https://www.youtube.com/watch?v=RImqF8z91fU&list=PLtTPtV8SRcxi91n9Mni2xcQX4KhjX91xp

لماذا لا نستطيع فهم ميكانيكا الكم؟

بقلم: أسماء أسامة

تدقيق علمي: عمار محسن/ حمود السعدي

تدقيق لغوي: عمر إسماعيل

لماذا لا نستطيع فهم ميكانيكا الكم؟ (لسنا أغبياء لكنها فقط لا تُفهم!)

دائماً ما يكون عالَم الفيزياء مليئاً بالتقلبات والمنعطفات غير المتوقعة، فبعد قرونٍ من السلام مع نظريات نيوتن -الذي لُقب بـ”أبو الفيزياء”-، جاء “أينشتاين” العالِم الشاب الذي غيَّر منظورنا عن الفيزياء كليا وأدخل مفهوم النسبية إلى عالمنا.

إلى هنا كان عقلنا البشري لا يتعذب كثيرا في كيفية عمل تلك النظريات، فعندما يأتي الأمر إلى الأحجام الكبيرة مثل الكواكب والنجوم والمجرات نستطيع تخيل حركاتها ومساراتها ويبدو ذلك منطقياً سواء بالفيزياء الكلاسيكية أو بعد إضافة تعديلات النسبية.

لكن عندما يأتي الأمر إلى الجسيمات المتناهية الصغر مثل الإلكترونات أو الفوتونات نجد أنفسنا في حيرة! ظهرت ميكانيكا الكم لتفسر طبيعة جسيمات العالم غير المرئي مثل فوتونات الضوء والإلكترونات.

هناك تجربة شهيرة تُسمى “double-slit experiment” أو تجربة الفتحة المزدوجة، حيث يوجد مثل حائط به بابان مفتوحان، وراء هذان البابان يوجد حائط آخر عليه كواشف “detectors”لكشف الأجسام الساقطة عليه. حيث يظهر مثل الضوء على هذا الحائط الكاشف لتحديد مكان سقوط الجسيم.

يقوم العلماء بدفع كمٍّ من الإلكترونات، ومن الطبيعي أن الإلكترون الواحد تكون لديه احتمالية 50% للدخول من الباب الأول و 50% للدخول من الباب الثاني، فتنتج كتلة من الإلكترونات خلف كل باب على الحائط الكاشف. ولكن، هل حدث ذلك حقاً؟ في الحقيقة لم يحدث هذا عندما نُفذت هذه التجربة وكانت النتائج مفاجئة للغاية!!

 

حيث ظهرت الإلكترونات على الكاشف بهذا الشكل:

ثضث.png

كيف إذن؟ هل انقسم الإلكترون ليدخل من كلا الفتحتين بنفس الوقت؟ أم أنه يدخل من الفتحتين بطريقة ما ولكننا نجهلها؟ لأن ظهور هذا النمط الغريب يدل على دخول الإلكترون من كلا الفتحتين. ومثلما تتنافر الشحنات المتشابهة مع بعضها تنافر الإلكترون مع نفسه فظهر هذا النمط.

ضصضص.png

النتيجة الوحيدة لتفسير هذا النمط هو أن الإلكترون الواحد قد دخل من كلا البابين بنفس الوقت، أي أن الإلكترون قد قام بالاحتمالين معاً بنفس الوقت، دخوله من الباب الأول والباب الثاني بنفس الوقت، وهذا ما يسمى في ميكانيكا الكم بـ”superposition”، وهذه إحدى قواعد ميكانيكا الكم، والتي تنص على أن الجسيمات تفعل جميع الاحتمالات التي من الممكن لها فعلها في نفس الوقت.. ولكن كيف هذا؟ فنحن لا نرى الأشياء، التفاحة مثلاً لا نراها فوق الطاولة وتحتها بنفس الوقت، نراها في مكان واحد فقط، التفسير الآخر لهذا الأمر هو قاعدة القياس “measurement rule” .

عند مراقبة الإلكترون ووضع كواشف على الأبواب نفسها “slits”، الإلكترون الواحد يمر عبر باب واحد فقط، أي أنه عنما يتم قياسه يتصرف بصورة طبيعية، يبدو هذا غريباً! فللوهلة الأولي ستسأل نفسك هل تعلم الجسيمات أننا نراقبها؟ لماذا تهتم بأننا نراقبها وتغير من سلوكها؟

أم أن الطبيعة تتحايل علينا؟ أم أنه يوجد تفسير منطقي ولكننا لا نعلمه؟

من القواعد التي وضعتها ميكانيكا الكم هي الطبيعة المزدوجة للجسيمات، فالضوء يعتبر موجة وكذلك يتكون من جسيمات، الإلكترونات كذلك جسيمات ولكن لها دالة موجية، تلك الدالة الموجية تدل على جميع عدد احتمالات تواجد الإلكترون في الأماكن المختلفة. في هذة التجربة الدالة الموجية للإلكترون= مروره عبر الباب الأول + مروره عبر الباب الثاني

شبيشب.png

عندما لا تكون هناك كواشف على الأبواب نفسها تظل الدالة الموجية قائمة. حيث يوجد الاحتمالان معا ولا نعلم أيهما أو كلاهما سوف يحدث.

ولكن عند وضع كواشف لتحديد أي الاحتمالين سيحدث تسقط الدالة الموجية للإلكترون لأن أحد الاحتمالين قد حدث وتدمر الاحتمال أو الاحتمالات الأخرى.

ولكن لنقل أن شخصا يُدعى “مهند” قد أحضر كاشفاً وجاء لقياس حركة الإلكترون، وقام بتحديدها وعلم عَبر أي باب عَبَر الإلكترون. فسقطت الدالة الموجية لهذا الإلكترون، جاءت “سارة” بعد “مهند” لقياس حركة هذا الإلكترون مرة أخرى ولكن بدون علمها أن “مهند” قد قام بذلك؛ أي بدون علمها أن الدالة الموجية لهذا الإلكترون قد تحطمت بالفعل، ستبدو نتيجة قياسها عشوائية تماماً بالنسبة لها ولكن هل تظل الدالة الموجية قائمة لأن “سارة” لا تعلم أنها سقطت بالفعل؟ أي هل يظل الاحتمالان بدخول هذا الإلكترون عبر الباب الأول والباب الثاني بنسب متساوية؟

الإجابة هي أنه حيثما سقطت الدالة الموجية تظل كذلك لنفس الجسيم حتى إذا كان المراقب لا يعلم بسقوطها.

أي أنه إذا كان هذا الإلكترون قد مر عبر الباب الأول عندما قام “مهند” بقياسه، يظل هذا الإلكترون يمر عبر هذا الباب عندما تقوم “سارة” بقياسه حتى إن كانت لا تعلم بقياسات “مهند”.

أمر محير للغاية وغير مفهوم حقاً، فلنستطيع تفسير هذا السلوك يجب أن نفترض أن الإلكترونات لها عقل وتفهم!

وتظل هذه النظرية غير مفهومة تماماً بالنسبة للعقل البشري حيث يصعب علينا تخيل وجود جسيم بمكانين في نفس الوقت، ولكن القائمة طويلة عندما نتحدث عن غرابة ميكانيكا الكم.

 

 

 

المصادر:

https://www.youtube.com/channel/UCFk__1iexL3T5gvGcMpeHNA

(The double slit experiment, Marianne , February 5, 2017)

https://plus.maths.org/content/physics-minute-double-slit-experiment-0

 

الديناميكا الحرارية (القانون الصفري و القانون الاول )

الديناميكا الحرارية : وهو علم يدرس العلاقة بين الحرارة وأشكال الطاقة الاخرى.

وتصف الديناميكا الحرارية بشكل خاص تحول الطاقة الحرارية الى انواع الطاقة المختلفة و العكس.

 

_في الواقع نحن نمتلك 4 قوانين للديناميكا الحرارية :

أ/القانون الصفري .

ب/القانون الاول .

ج/القانون الثاني .

د/ القانون الثالث .

 

_القانون الصفري :

اذا كان هناك ثلاث انظمه (أ,ب,ج) وكان جميعها في حالة اتزان حراري,في هذه الحالة اي نظامينين منفصليين يكونا في حالة اتزان حراري مع بعضهما

_القانون الاول :

يعطى القانون الاول بالعلاقة الرياضية التالية :

du=dh-dw

du= التغير الطاقة الداخلية.

dh = التغير في كمية الحرارة .

dw = التغير في الشغل .

لا يمكن اثبات هذا القانون لكن لان ليس هناك اي عملية في الكون تنفي هذا القانون يعتبر قانون صحيح ..

_نص القانون الاول :

هناك في الحقيقة اكثر من نص للقانون الاول ومنها:

1/ الطاقة لا تفنى ولا تستحدث ولكننها تتحول من صورة الى اخر.

2/ من المستحيل وجود آلة تنتج شغل من العدم.

_الحالات الخاصة بالقانون الاول :

هناك اربع عمليات تخص القانون الاول :

قبل ان نبدأ يجب التفريق بين شيئين وهما

درجة الحرارة وكمية الحرارة..

كمية الحرارة : مقياس للطاقة الداخلية للجسم .

درجة الحرارة :مقياس الطاقة الحركية  الناتجة عن حركة الجزئيات فقط.

 

1/عملية ثابتة كمية الحرارة :

في هذه العملية لا يكتسب النظام اي طاقة حرارية .

يصبح القانون الاول على هذه الصورة

du=-dw

لان

dh=0

2/ ثبوت درجة الحرارة : درجة حرارة الغاز المثالي مقياس لطاقته الدخلية وهذا يعني هنا ان التغير في الطاقة الداخلية يساوي صفراً ويكون القانون الاول على الصوره التالية

dh=-dw

3/ ثبوت الحجم :

اذا تم الاحتفاظ بغاز في وعاء قابل للتمدد فان درجة الحرارة المعطاة سوف تتسبب في زيادة كلاً من درجة حرارته وضغطه والحجم سيضل ثابت وذلك يعني ان الشغل = صفراً

ويبقى القانون على الصورة التالية

du=dh

4/ثبوت الضغط :

اذا وضع غاز في حيز قابل للتمدد مثل البلون وضل ضغطه ثابتاً فالعملية تمسى عملية ثابتة الضغط .

رياضيا تنتج معادلة ماير لهذه المعادلة وتعطى بالعلاقة التالية .

R=Cp-Cv

 

_المراجع:

1/كتاب الديناميكا الحرارية (صلاح محروس).

2/موقع الاستاذ حازم سيك.

3/ موقع ألفريد في الفيزياء .

حل لغز إشارة “wow”!

 

 

بدأت القصة حينما رُصدت موجة إذاعية قوية ذات نطاق ضيق غرب كتلة النجوم الكروية M55 في كوكبة القوس مجهولة المصدر كانت قد اُلتقطت بتاريخ 15 أغسطس عام 1977 بواسطة تلسكوب “big ear” اللاسلكي الخاص بجامعة ولاية أوهايو في الولايات المتحدة، الذي أسند بعدها الى مشروع سيتي.
أذهلت العالم جيري إيهمان الذي كان يراجع البيانات المسجلة بعد اكتشافه شذوذًا في النتائج وسرعان ما انذهل عندما رأى النتيجة أمامه فقام برسم دائرة على الورقة المطبوعة وكتب تعليق wow! .

ومنذ ذلك الحين منذ ٤٠ عاما ظهرت عدة آراء تدعم الموضوع فقد ادلى البعض الى انها إشارة من الفضائيين. وقال اخرون انه نجم تسبب في ذلك، أيضًا وبالرغم انه قد لوحظ أن التردد قد أرسل عند تردد يقدر ب1.420MHz وهو التردد الراديوي ذاته الذي ينبعث من الهيدروجين بصورة طبيعيّة.

 

فريق من الباحثين في مركز علوم الكواكب (CPS) بالتعاون مع الباحث الرئيسي انطونيو باريس قد نشروا ورقة في مجلة أكاديمية واشنطن للعلوم استنتجوا من خلالها لغز الإشارة.

 

بداية التجربة


بدأت الملاحظة قبل عام حينما قرر الفريق تركيز الملاحظة على الإشارة باعتبارها قادمة من سحابة هيدروجينية محيطة بزوج من مذنبين كانا قد رصدا في نفس الجزء الذي رصدت منه الإشارة. (المذنب يفقد جزءاً من كتلته كلما اقترب من الشمس لأن بعض الثلج في نواته يتبخر لتكوين الذيل) فهذا قد يفسر لماذا لم يتم رصد نفس الإشارة مرة اخرى!

 

المذنبين 266P/Christensen و P/2008 Y2(Gibbs) اللذين اكُتشفا في عام 2006 قد منحا الفريق الفكرة لتجربة افتراضهم والتحقق منه. في حينما قد ظهر المذنبين مرةً اخرى وذلك في سماء الليل من نوفمبر سنة 2016 وحتى فبراير من عام 2017.

وأفاد الفريق ان إشارات الراديو من مذنب 266P/Christense
ظهرت انها مطابقة لإشارة wow! واختبروا قراءات من ثلاثة مذنبات اخرى وكذلك وُجدت نتائج مماثلة أيضًا، يقر الباحثون انه لا يستطيعون الجزم بيقين ان إشارة wow! هي بالأصل تعود الى مُذنب
‏ Christensen 266/P ولكنهم يعطون ضمانة نسبية لذلك.

 

 


نُبذة مختصرة


اقترح مركز علوم الكواكب فرضية المذنب أو السحابة الهيدروجينية وكان مُرشحا قويا لمصدر إشارة wow! وفِي الفترة من 27 نوفمبر من عام 2016 وحتى فبراير 2017 اجرى مركز علوم الكواكب ملاحظة على الطيف الراديوي للتحقق من صحة الفرضية. ظهر في التحقيق أن مذنب 266P/Christensen انبعث من خلاله إشارة رصدها الراديو بتردد 1420.25MHz وكانت جميع الإنبعاثات الراديوية التي تم اكتشافها في حدود 1 ° أي (60arcminutes) من الإحداثيات السماوية المعروفة للمذنبات.

 ومن خلال ملاحظة المُذنب حددت سلسلة من التجارب ان الأجرام السماوية المعروفة تكون صادره بتردد 1420MHz ولم تكن ضمن 15° من المذنب 266P/Christensen ولضمان سلامة وصحة التجربة تم نقل مكان التلسكوب اللاسلكي عند 10 متر ب1° (60 arcmentus) بعيدًا عن المذنب 266P/Christensen ومن خلال هذه التجربة ظهرت إشارة ال1420.25MHz مرةً اخرى.
 وعلاوة على ذلك ولتحديد ما اذا كانت المذنبات غير المذنب 266P/Christensen تنبعث منها إشارة عند تردد 1420MHz فقد أجروا ملاحظة على ثلاثة مذنبات اخرى تم اختيارها عشوائيًا وهم P/2013 EW90 (تيناغرا) و P/2016 J1-A (بانستارس) و P/237 لينير. 
 ومن خلال رصد هذه المذنبات لاحظوا أيضًا انها تُصدر إشارة راديو عند تردد 1420MHz وبالتالي خلصت النتائج الى ان اطياف هذه المذنبات يمكن اكتشافها عِند نفس التردد والاهم من ذلك ان إشارة wow! هي ظاهرة طبيعية صادرة من جسم في النظام الشمسي.
 

المصادر:

http://earthsky.org/space/wow-signal-explained-comets-antonio-paris

http://planetary-science.org/hydrogen-clouds-from-comets-266p-christensen-and-p2008-y2-gibbs-are-candidates-for-the-source-of-the-1977-wow-signal/

https://phys.org/news/2017-06-wow-mystery-space.html

نظرية الانفجار العظيم

يعود تأسيس النظرية للعالمين الروسي ألكسندر فريدمان والبلجيكي جورج لوماتر إذ أنه إستطاع فريدمان استنتاج فكرة تمدد الكون في عام 1922 وذلك من خلال حله لمعادلات نظرية النسبية، وبناء على عمل فريدمان قام لوماتر بوضع نظريته حول تمدد الكون عام 1927، ومن ثم قام عالم الفلك الأمريكي ادوين هابل بدعم فكرة لوماتر حين اكد على وجود مجرات أخرى تتباعد بسرعة متناسبة مع المسافة التي بينها وكان ذلك في عام 1929، وهذا يعتبر الأساس الذي بنيت عليه نظرية الانفجار العظيم.

وفي عام 1931 قدم لوماتر فكرة اخرى وهي ان الكون كان نقطة واحدة منكمشة وانه حصل انفجار كون هذا الكون وجعله يتمدد وقد سمى نظريته بـ”الذرة البدائية” وقد كانت هذه اول مره تطرح فكرة ان للكون بداية.

بقية النظرية على حالها الى ان اتى جوج غامو وهو احد طلبة فريدمان حيث انه نجح في عام 1948 في تفسير حصول التخليق النووي الابتدائي في اللحظات الأولى من الكون، وتكوّن نوى العناصر الخفيفة مثل الليثيوم والهيليوم.

وقام غامو بإضافة الحرارة الى نموذج لوماتر إذ أن الكون ببدايته لم يكن بارداً كما خمن لوماتر، واصل غامو ببناء النظرية وذلك “بوضع فرضية أخرى مفادها أنه مع تمدد الكون وهبوط درجة الحرارة نجحت الفوتونات في التحرر من المادة عندما كان عمر الكون ثلاث مئة ألفَ سنة. وافترض غامو أن هذا الإشعاع الذي سمي ب –إشعاع الخلفية الكونية الميكروي– ما زال يتردد في أرجاء الكون ويمكن رصده. وهو ما تم بالفعل صدفة سنة 1965. وبذلك وضع غامو الأساس الثالث لنظرية الانفجار العظيم”

كما انه دُعمت حديثا عدة اكتشافات فلكية في نظرية الانفجار العظيم كما ان النظرية قد أصبحت اكثر قبولاً في الوسط العلمي لتفسير نشأة الكون.

bigbang1

نظرية الانفجار العظيم

تعتبر نظرية الانفجار العظيم على انها التفسير الأساسي لبدء الكون. إذ تعطينا تصوراً عن نشأة الكون حينما بدأ كنقطة مُفردة شديدة الحرارة والكثافة ومن ثم توسع على مدى 13.8 مليار عام وصولاً لشكله الحالي.

قبل ما يقدر ب 13.8 مليار عام كانت هذه النقطة المفردة شديدة الحرارة وكانت حرارتها تقدر ب 10 مليارات درجة فهرنهايت … في ذلك الوقت وتحت تلك الظروف التي لا تنطبق قوانين الفيزياء عليها ويعود ذلك لأن القوى الطبيعية الأربعة كانت متحدة: الجاذبية والكهرومغناطيسية و النووية الكبرى والنووية الصغرى

في تلك اللحظات كان عمر الكون 10اس سالب 43 ثانيه فقط … في ذلك الوقت وتحت تلك الظروف كانت الثقوب السوداء تتكون وتختفي ثم تعود لتتكون وتعود للاختفاء وكان تكونها قائم على الطاقة من القوى الموحدة

مع تمدد الكون قلت درجة حرارته وانفصلت الجاذبية عن القوى الأخرى وبعد وقت ليس بطويل انفصلت القوة النووية القوية عن القوة الكهروضعيفة … وهذا الحدث سبب انطلاق مهول للطاقة مما أدى الى زيادة حجم الكون بمقدار 10 اُس 50 ضعف حينها كان عمر الكون لا يتعدى ال 45 ثانية فقط.

في هذه المرحلة المبكرة التي لا تتعدى الدقيقة لم يكن في الكون المادة التي نعرفها بل كانت تنشأ مادة ومادة مضادة سرعان ما تفني بعضها … وعندما انفصلت هذه القوى انكسر التناظر بين المادة والمادة المضادة وهو ما أدى الى زيادة طفيفة في المادة العادية نسبةً للمادة المضادة وكانت هذه الزيادة هي تَولد جسيم واحد عادي مقابل كل مليار جسيم من المادة العادية ويقابله مليار جسيم من المادة المضادة.

استمر الكون في البرود وانفصلت القوة الكهروضعيفية الى القوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية الضعيفة … استمرت طاقة فيض الفوتونات في الانخفاض حتى أصبح توليد المادة والمادة المضادة من الفوتونات غير ممكن.

في غضون فترة وقدرها 3 دقائق تحولت هذه المواد الى بروتونات ونيترونات واتحد بعضها مُشكلاً انوية أبسط الذرات.

وبينما كانت تتشكل البروتونات والنيترونات كانت الإلكترونات حُرة الحركة، تشتت الفوتونات في ارجاء الكون مشكلة حساء معتماً من المادة والطاقة.

حينما هبطت درجة حرارة الكون لما دون بضعة الاف درجة كالفينية كانت الالكترونات تتحرك ببطء كاف مكّن الانوية المتجولة من اقتناصها من الحساء وبهذا تكونت الذرة الكاملة للهيدروجين والهيليوم والليثيوم. وفي هذا الوقت اصبح الكون شفافاً للضوء المرئي ولا تزال هذه الفوتونات المتجولة بحرية مرئية الى اليوم في شكل إشعاع الخلفية الميكروني الكوني.

بدأت قوة الجاذبية بإحداث اضطرابات على هذه السحب مكنت من تفتيتها إلى شظايا صغيرة، لتنهار حول بعضها بعضا مكونة أجساما أكبر شيئا فشيئا. وتكونت أولى النجوم بعد حوالي 100 مليون سنة من بداية الكون. وداخل النجوم تشكلت نوى العناصر الكيميائية الأثقل من الليثيوم.