الكويكبات

الكاتبة: حنين الرفاعي

تخيل ثمرة من البطاطس بها حفر و يبلغ حجمها ما بين عشرات الأمتار و مئات من الكيلومترات و سوف تكون لديك صورة ذهنية واضحة عن الشكل غير المنتظم المعتاد للكويكب تظهر التنويعات الدورية في درجة لمعان الكويكبات المرصودة تلسكوبياً انها تستغرق – في الأغلب – بضع ساعات فقط في الدوران حول محورها و بوجه عام يدور الكويكب حول محوره على نحو متعامد مع طوله نحو كويكب واحد بين 50 كويكباً يكون له -على الأرجح- قمر تابع و تتراوح الأقمار التابعة للكويكبات في حجمها بين أقمار صغيرة نسبياً و أقمار أشبه بحجم الكويكب الرئيسي الذي تتبعه

الكويكبات ليست ملونة ب ألوان قوية زاهية لكن يمكن تصنيفها إلى عدة فئات وفقاً لطيفها الانعكاسي فيوجد ثلاثة انواع رئيسية :

النوع ( إس ) له خصائص الصخر السليكي و من الواضح انه يتكون من نفس المادة التي تتكون منها النيازك الحجرية و هذا النوع يشكل أغلب الكويكبات ب مدارات تبعد عن الشمس مسافة تتراوح بين نحو 2 و 2.6 وحدة فلكية

النوع ( سي ) هو النوع الأكثر شيوعاً و الذي يبعد عن الشمس مسافة تتراوح بين 2.6 و 3.4 وحدات فلكية يتميز بخصائص نيازك الكوندريتات الكربونية

النوع ( دي ) يتمثل في الكويكبات التي تبعد عن الشمس مسافة تزيد على 3.4 وحدات فلكية تكون مظلمة في اغلبها و حمراء اللون بعض الشيء و قد تكون ملونة ببقايا سطح قطراني تشكل من مادة كربونية خلال التعرض الطويل للإشعاع الشمسي و هذه المواد القطرانية عادة ما يشار إليها باسم << الثولينات >>

إما النوع ( إم ) فهو مبعثر في أماكن متفرقة و يكون – على ما يبدو – معدنياً في الأساس و من الواضح انه يرتبط ب المذنبات الحديدية

و بالنسبة ل الكويكبات من النوع ( في ) فعددها قليل و يوجد بازلت على سطحها

أغلب كويكبات المجموعة الشمسية موجودة في <<حزام الكويكبات الأساسي>> و هو منطقة مسطحة تحيط ب الشمس تقع بين مداري المريخ و المشتري و للكويكبات الموجودة في حزام الكويكبات ، الذي يصوره الفنانون عادة كمنطقة مزدحمة بالصخور الطافية في المجموعة الشمسية مع انه يمتد في الواقع على مليارات الأميال على بُعد مسافات متباينة من الشمس ، كتلة اجمالية أقل من 5 بالمئة من كتلة القمر و التي تزيد هي نفسها ب الكاد عن 1 بالمئة من كتلة الأرض يبدو الرقم تافهاً في البداية لكن سريعاً ما تمثل الكويكبات خطراً كونياً طويل الأمد على كوكبنا فالاضطرابات المتراكمة في مداراتها  تؤدي بشكل دوري لوجود مجموعة فرعية قاتلة من الكويكبات ربما يصل عددها إلى عدة آلاف و هي تلك التي تستطيع العبور في نطاق 0.05 وحدة فلكية من كوكب الأرض و التي تكون اقطارها أكبر من 150 متراً و هو الحجم الذي يكفي لأن تمرّ عبر الغلاف الجوي للأرض بسرعة ثابتة و هذه الكويكبات تمثل خطورة كبيرة جداً و عند اصطدام الكويكب بالمحيط يمكن أن يؤدي إلى حدوث تسونامي و إذا اصطدم بالأرض فسيؤدي إلى تشكيل فوهة حجمها يزيد على حجمه و يدمر المنطقة المحيطة به

لقد اكتشفت فوهة أطلق عليها ألتانين قطرها 130 كيلومتراً و عمرها 2.2 مليون سنة و ذلك تحت قاع بحر بلنجهاوزن في أقصى جنوب المحيط الهادئ و من الواضح أن هذه الفوهة تشكلت بفعل كويكب يبلغ قطره عدة كيلومترات هذا الكويكب لم
يبطئ من حركته المحيط فضلاً عن الغلاف الجوي قبل أن يضرب قاع البحر و وفقاً للنماذج الحاسوبية يمكن أن يكون قد أدى التسونامي الناتج إلى تدمير الساحل بمقدار 300 متر فوق مستوى سطح البحر في جنوب تشيلي و 60 متراً فوق مستوى سطح البحر في نيوزيلندا بل إن مقدار الماء و الغبار اللذين صعدا إلى الغلاف الجوي ربما أدّيا إلى تغير المناخ الأمر الذي  اضطر أسلافنا إلى الهجرة خارج قارة أفريقيا في هذا التوقيت تقريباً

و أحدث تصادم بين كوكب الأرض و الكويكب << القاتل للديناصورات>> الذي يبلغ قطره 10 كيلومترات حدث منذ 65 مليون عام ما أدى إلى تشكيل فوهة << تشيكسولوب >> المطمورة الآن تحت الرواسب في شبه جزيرة يوكاتان في المكسيك أدى هذا التصادم إلى حدوث اضطراب بيئي عالمي يعتقد – على نطاق واسع – أنه سبب حدوث انقراض جماعي عندما استأصل نحو 75% من أنواع الكائنات على سطح الأرض لحسن الحظ أن كوارث ضخمة كهذه نادرة الحدوث لكن الكويكب الذي يبلغ قطره كيلومتراً واحداً لديه القدرة على تدمير سواحل على بعد 3 آلاف كيلومتراً من نقطة الاصطدام

اضطلع تجمّع شبه رسمي يضم عدداً من المراصد يطلق عليه << سبيسجارد>> بمهمة تحديد مواقع الكويكبات الكامنة المخاطر و تصنيفها و هذا أمر مهم لأنه على العكس من معظم أنواع الكوارث الطبيعية التي لا نستطيع أن نفعل حيالها شيئاً سوى تخفيف آثارها قد يكون من الممكن منع حدوث اصطدام لكويكب كامن المخاطر بكوكبنا الأرضي و لتحقيق فإنه من الضروري تغير سرعة الكويكب الكامن المخاطر أو اتجاه سيره و كلما تم ذلك في وقت مبكر كان التغير المطلوب أصغر

ثمة طرق عديدة للقيام بهذا وهي تتراوح بين طريقة إجبارية تتمثل في تركيب محرك صاروخي في الكويكب و حيلة أكثر ذكاءً تتمثل في تغليف جانب من الكويكب بمادة عاكسة ليقوم ضغط الإشعاع الشمسي بالمهمة

استخدام قنبلة نووية لتدمير الكويكب كامن المخاطر قبل وصوله إلى الأرض ليس فكرة ذكية لأنه إذا لم تضمن أن تكون جميع الشضايا صغيرة جداً لدرجة تمنعها من اختراق الغلاف الجوي فإنك قد تجعل المشكلة أكثر سوءاً عن طريق التسبب في اصطدامات متعددة

ثمة جانب إيجابي في الكويكبات يتمثل في أنها يمكن أن تكون مصادر قيّمة للمواد الخام فكويكب من النوع ( إم ) – يبلغ قطره كيلومتراً واحداً – يحتوي على نيكل و حديد يفوق الاستهلاك العالمي السنوي لهذين المعدنين و أبرز مثال على ذلك الكويكب <<سايك>> الضخم الذي يحتوي على كميات من هذين المعدنين يمكن أن يغطي الاستهلاك لملايين السنين كما تحتوي الكويكبات لاسيما تلك التي من النوع ( إم ) على معادن ثمينة مثل البلاتينيوم

تكلفة بدء التعدين في أول كويكب يمكن أن تكون باهظة للغاية لكن العوائد المحتملة ستكون ضخمة أيضاً

المراجع

الكواكب:مقدمة قصيرة جداً/ديفيد إيه روذري/2010

البدايات /نيل ديجراس تايسون & دونالد جولد سميث/2004

 

التدقيق اللغوي : أروى الزهراني

التدقيق العلمي : محمد محمود

الإعلانات

الثقوب السوداء

الكاتب: محمد محمود

التدقيق العلمي: عمار محسن / التدقيق اللغوي: عتاب النوتكية و عمر ياسين

مراجعة: حمود السعدي وأروى الزهراني

ماهية الثقوب السوداء، وكيفية اكتشافها وأسباب وجودها؟

كَثُر الحديث عن الثقوب السوداء، وأثار موضوعها فضول الكثرة من الناس، وتزايدت التساؤلات عنها كذلك..
ومن خلال هذا المقال سنتطرق لعدة نقاط توضح ماهية الثقوب السوداء، وأماكن وجودها وكيف تم إيجادها.. ولكن قبل أن نتعمق، هل يمكن للفرد أن يرى الثقب الأسود سواءً بالعين المجردة أو التليسكوب؟

بالطبع لا؛ لأنه حتى بأحدث جهاز تليسكوب على وجه الأرض، لا يمكن رصده!  إلا أنه يمكن رصد آثاره ومخلفاته التي يتركها في الكون.

فما هو الثقب الأسود؟

هو نقطة كثافة جسمٍ كتلته مضغوطة، ويرتبط فيه الزمن بالمكان، بشكلٍ غريب وبلا انتهاء، وللثقوب السوداء قوة جذبٍ عالية، فكلما زادت الكتلة، زادت قوة الجذب.. وقوة الجذب كبيرةٌ فيها، للحد الذي تكون فيه حتى جسيمات الضوء لا تستطيع الإفلات منها إلا في حالات معينة.

bh1
صورة تقريبية للثقب الأسود

كيف يتكون الثقب الأسود؟
مثلما للإنسان مراحل عمرية في حياته، فللنجوم مراحل عمرية كذلك، ولكن تختلف طريقة موتها على حسب كتلة النجم، فعندما نتحدث عن نجمٍ تساوي كتلته ملايين الشموس،
فبالتأكيد سيتحول إلى ثقبٍ أسود!
ولكن متى يحدث ذلك؟
عندما ينتهي وقود النجم -وهو الهيدروجين- يبدأ النجم بالضغط على مركزه ويبدأ بالانهيار على نفسه في حالة نفاد وقوده؛ ليتسبب بانفجارٍ كونيّ عظيم يسمى” بالمستعر الأعظم” (supernova)، وطاقة الانفجار تساوي الملايين وربما مليارات القنابل الهيدروجينية، ويتحول النجم إلى ما يسمى بـ”نجمٍ نيتروني” أو نجمٍ نبّاض، وتكون البروتونات والإلكترونات مندمجة فيه ومكونة لنيترونات -و هي ذات كثافة عالية-، ويبدأ بالانهيار مجدداً على نفسه ليضغط كتلته و تصبح كثافته شديدة مكونًا ثقبًا أسودًا، وهو أغرب شيءٍ في الكون!
وتتحول النجوم التي تبلغ كتلتها 1.4 كتلة شمسية، إلى ثقوب سوداء، ولو كانت كتلتها أقل من ذلك فستتحول إلى قزمٍ أبيض.
bh2
صورة للنجم النيتروني أو النباض

ما هي الأدلة التي يستند إليها العلماء في إثبات وجود الثقوب السوداء؟
في ستينات القرن الماضي،  قام العالم “بكليين” بتوجيه تلسكوبات الأرض إلى مركز المجرة وتم رصد حركة النجوم في مركز مجرتنا درب التبانة، وكانت حركتها غريبة حول النقطة التي تدور حولها، وبعض الآثار والمخلفات النجمية التي تصبح متروكة خلفها، وأن ما يحدث في مركز المجرة ليس نجمٌ عاديًا بل هو ثقبٌ أسود!

bh3
صورة لإحدى النجوم الموجودة في مركز مجرتنا، وبالذات للجسم ذو الكتلة الكبيرة، واعتقدوا أنهُ ثقبًا أسود فائق الضخامة

لُوحظ بأن هناك حركة غير طبيعية في مركز مجرتنا!
حيث كانت حركة النجوم بطيئة وكلما اقتربت من الجسم القاطن في المركز تزداد سرعتها إلى أن تصل لأقرب نقطة حتى تقفز للجانب الآخر بسرعة عالية.. وحتى مخلفات البلازما والنجوم، فهي ليست ناتجة عن انفجارات فحسب بل بعضها نتج عن سحب الثقب الأسود للنجوم مما يجعلها تتبعثر في أرجاء الكون. هي الطاقة والبلازما وتكون درجة حرارة هذه الطاقة والبلازما، بالملايين وربما بالمليارات بالوحدة السليزية.
bh4

صورة تخيلية للثقب الأسود والمادة المُلتمة حوله:

هل للثقوب السوداء أنواع ؟
بالطبع، فالثقوب السوداء عديدة، من صغيرة الكتلة إلى فائقة الضخامة، وعادةً ما تتواجد في مراكز المجرات. وفي مركز مجرتنا توجد إحدى تلك الثقوب فائقة الضخامة باستثناء الثقوب المتوسطة والصغيرة المنتشرة في أرجاء المجرة أو الكون. ويعتمد نوع الثقب الأسود على كتلته، فيوجد منها الصغير و متوسط الكتلة والذي يكون بين 4 و 15 كتلة شمسية، بينما فائق الضخامة، تساوي كتلته الملايين حتى البلايين من الكتل الشمسية.

 

1.ما هو الكويزار؟
أو كما يسمى النجم الزائف، ويعتبره بعض العلماء نوعاً من أنواع الثقوب السوداء، وبعضهم قد يراه نجماً نيترونياً عادياً، ولكن يتم دراسة سلوك النجم حول الجسم الذي يدور حوله وكذلك ملاحظة الطاقة الهائلة وقوة الجذب العالية، مما يجعلهم يتنبؤون بوجود ثقبٍ أسود؛ بسبب الحقل المغناطيسي الشديد، والكميات الضخمة من الأشعة المبعوثة مثل: الأشعة السينية، وفوق البنفسجية.

bh5

صورة لإحدى الكوازارات المرصودة وتم التقاطها بالأشعة تحت الحمراء.

وأخيراً، تم إطلاق مشروع لاستكشاف الثقوب السوداء! حيث سيتم إرسال مسبارٍ فضائيّ خارج نطاق الأرض وتلسكوبات مخصصة لدراسة الثقوب السوداء في مجرتنا، وبالذات في الثقب القاطن في مركز مجرتنا، وحتى الموجودة في المجرات الأخرى، وإجراء الدراسات عليه؛
لمحاولة معرفة كيف نشأ، ودراسة عمرها الإفتراضي.
لكن الثقب الأسود لم يزل لغزاً يحير العلماء، ولهذه اللحظة يعتبر نظرية علمية لم تُثبِت وجوده بعد!

المصادر:

كتاب تاريخ موجز الزمن، ستيفن هوكينغ، ١٩٨٨م

وثائقي وحش درب التبانة، ناشيونال جيوغرافيك أبو ظبي، لا يوجد

وثائقي رحلة إلى حافة الكون، ناشيونال جيوغرافيك أبو ظبي، لا يوجد

ثقبٌ دوديّ على الأرض وآخر في الفضاء..

بقلم: شهد

لنتأمل قليلًا في الأرض التي نحنُ فيها، ونتأمل في التربة الخصبة، سنجد العديد من الثقوب التي يصنعها مهندسو الطبيعة (الحشرات) على أرضنا الزرقاء بأشكالها المختلفة وهندستها العبقرية، سنرى طُرقًا تأخذنا من مكان الى آخر، بواسطة ثقب.

 

-هذا عن الأرض..

فماذا عن الفضاء؟

 

توجد في فضائنا الجميل والفسيح نظرية تسمى بـ (الثقوب الدودية) والتي تنقلك من مكان إلى آخر في الكون.

 

– الثقوب الدودية هي: ممر نظري “افتراضي”  موجود في (الزمكان): وهو عبارة عن دمج للمفهومين معاً ضمن استمرارية معينة: الأبعاد المكانية الثلاث، الارتفاع، العرض، العمق بالإضافة إلى البعد الرابع “الزمن”، وبالإمكان السفر بشكل مختصر من مكان في الكون إلى آخر قد يكون كونان مختلفان أو مجرتان وغيرهما في وقت قصير نسبيًا بواسطة الثقب الدودي..

في عام ١٩٣٥ استخدم الفيزيائيان: البرت اينشتاين وناثان روزن نظرية النسبية العامة؛ لأنها تتنبأ فعليًا بوجود الثقوب الدودية، استخدما النظرية النسبية العامة لاقتراح نظرية (جسور أو ممرات) في نسيج الزمكان للتنقل بشكل أسرع وبشكل مختصر عبر الزمن أو المكان أو الارتفاع أو الولوج إلى داخل النسيج الزمكاني، وذلك عن طريق تحدب وتقوس الزمكان في بعض الأماكن (نسبيًا).

لنعود للنسبية العامة، فقد أعطتنا القليل من الحلول، أو بعض الأفكار على حدٍ سواء.. فالنظرية العامة تسمح بوجود الثقوب الدودية! فيما يكون أحد أطراف الثقبين من ممر واحد هو عبارة عن (ثقب أسود): الثقوب السوداء تتشكل من انهيار نجم ميت وذات جاذبية عالية وكتلة عالية جدًا.

 

وذلك ينتج بسبب الأجرام ذات الكتل الكبيرة (كالثقوب السوداء) ويوجد كتلتان متماثلتان بعد طي الزمكان سيتشكل لدينا ثقب دودي، وهذه طريقة نشأته الافتراضية، سميّت باسم جسور اينشتاين-روزن أو الثقوب الدودية ولكن هي لم يكتشف وجودها فعليًا إلى الآن ولكن ربما يتم التقاط الكتلة السالبة لثقب دودي بنفس الطريقة التي تؤثر فيها جاذبيته على الضوء الذي يعبر من خلاله.

عند وصفنا للثقوب، نستطيع القول بأن لكل ثقب فمًا، وعلى الأغلب أشكالها دائرية، وما يصل بينهما طريق كالحنجرة مستطيلة الشكل وشريطية، فبذلك يمكنها الالتفاف أو بطريقة أخرى عبارة عن أنبوبة رقيقة ذات فتحتين في الطرفين.

لنعود للنسبية العامة، فقد أعطتنا القليل من الحلول، أو بعض الأفكار على حدٍ سواء..

 

فالنظرية العامة تسمح بوجود الثقوب الدودية! فيما يكون أحد أطراف الثقبين من ممر واحد هو عبارة عن (ثقب أسود): الثقوب السوداء تتشكل من انهيار نجم ميت وذات جاذبية عالية وكتلة عالية جدًا.

كما أن للثقوب الدودية خمسة أنواع:

١- ثقوب أقليدية:

تتعامل مع فيزياء الجزيئات

٢- ثقوب لورنز:

تتعامل مع الفيزياء الكلاسيكية والنسبية العامة.

٣- ثقوب زمكانية:

وهذا النوع موجود فقط في كون واحد.

٤-ثقوب سوارزشيلد:

ثقب دودي افتراضي ويقوم على فكرة الربط بين كون وكون.

٥-ثقوب دودية مغناطيسية.

 

-بعد وصفنا لشكل الثقوب الدودية من الخارج كيف يا ترى تكون من الداخل؟

 

لنفسح قليلًا لمجال الخيال الذي بداخلنا:

هناك العديد من الكتب والأفلام الخيالية التي تحاكي نظرية الثقب الدودي ولو بشكل بسيط، التنقل عبر الزمن، المكان إلخ…

 

يمكننا تخيّل ذلك، يمكننا رؤية ذلك بعدما نغمض أعيننا ونتأمل.. يمكننا السفر إلى المجرة الجارة بسرعة فائقة، ولكن!

 

واقعية هذا السفر معقدة جدًا! رغم تطور العلم والفلك والحساب لم نشاهد ثقبًا دوديًا قط، والمشكلة الأخرى هي أنها صغيرة الحجم، فقد تكون ميكروسوبية، ولكن مع تمدد الكون واتساعه قد تكبر وتكبر مع الوقت.

 

والمشكلة الأخرى والتي قد تكون الأعظم، هو استقرارها!

هل الثقوب الدودية تصمد ؟

أو هل هي قوية كفاية بنقل المعلومات؟

الثقوب التي تنبأ فيها اينشتاين وروزن في الحقيقة ومع الأسف غير صالحة للسفر؛ لأنها ستنهار بسرعة، ولكن قد توجد مادة غريبة قد تكون بداخلها مصنعة طبيعيًا أو صناعيًا، قد تجعل الثقب مفتوحًا لوقت أطول مما يسمح للمسافرين العبور من وإلى الثقب..

 

تقنيات العلم حاليًا ليست كافية لتحصيل عددٍ منها أو رؤيتها أو تأكيدها، ولكن نستطيع تخيّلها، بينما ما زال يستمر العلماء باستكشاف هذه النظرية التي تسمح بالتنقل عبر الفضاء..

 

 

تدقيق علمي: عمار محسن

تدقيق لغوي: سمية مؤذنة، عتاب النوتكية, حمود السعدي، أروى الزهراني.

 

 

المصادر:

https://www.space.com/20881-wormholes.html

– كتاب : كون اينشتاين / ميشيو كاكو

– كتاب : فيزياء المستحيل / ميشيو كاكو

– كتاب : افكار واراء / البرت اينشتاين

معضلات وألغاز علمية

بقلم/ نواف المطيري

تدقيق/ عمار محسن

مراجعة: حمود السعدي/ أروى الزهراني.

 

المادة المظلمة، هي مادة اُفترضت لتفسير جزء كبير من كتلة الكون،

لا تُرى بشكل مباشر باستخدام التلسكوبات؛ حيث من الواضح أنها لا تبعث ولا تمتص الضوء أو أي إشعاع كهرومغناطيسي آخر على أي مستوى.

والطاقة والمادة المظلمتين ليست جسيمات بل ظاهرتين؛ لانخفاض ضغط الجسيمات.

واستنادًا إلى النموذج القياسي لعلم الكونيات، فإن مجموع الطاقة-الكتلة-  في الكون المعروف يحتوي على المادة العادية بنسبة 4.9٪، والمادة المظلمة بنسبة 26.88٪ والطاقة المظلمة بنسبة 68.3٪ وهكذا، فإن المادة المظلمة تشكل 84.55٪ من مجمل المادة في الكون، بينما الطاقة المظلمة بالإضافة إلى المادة المظلمة تشكل 95.1٪ من المحتوى الكلي للكون.

لكن يبقى السؤال:  كيف علمنا بوجودها؟

١- نحن نعلم بوجودها؛ لأننا وجدنا عند استخدام قانون كبلر الثالث:

أن كتلة المجرة المرصودة من الغازات والنجوم أقل بكثير من الكتلة التي حصلنا عليها عند استخدام القانون؛ حيث وُجد أن كتلة المجرة تبلغ عشرة أضعاف الكتلة المرصودة.

وللمعلومية: في فيزياء الكم، وفِي عالم الجسيمات فأنت تؤمن بأن هنالك ظواهر فعلاً موجودة، وتحدث وهذا؛ لأن نتائج الحساب في المعادلات تبين لك أنه لابد من أن هذه الظواهر حقيقية.

٢-  جاذبيتها: نحن نعلم أن الأجسام التي تكون قريبة من مركز المجرة أو مركز النجم تدور أسرع من البعيدة وفقا لقانون V=rw، ولكن الحقيقة: أن الأجسام سواءً القريبة أو البعيدة تدور بنفس السرعة تقريبًا وهذا؛ بسبب تأثير جاذبية المادة المظلمة.

لهذا افترضها العالِم جان أورت عام 1932؛ بهدف حساب السرعات المدارية للنجوم، وأيضًا في عام 1933م كان الفلكي فريتز زفيكي (Fritz Zwicky) يدرس عنقود كوما المجري، ولاحظ أن كمية المادة اللازمة لإنتاج السرعة المدارية الخاصة بالمجرات هناك لا تنسجم مع المادة التي تمت رؤيتها وكشفها، ومنذ ذلك الوقت تم إجراء الكثير من المراقبات، التي أدت إلى الحصول على مميزات مشابهة، واستخدم العلماء المراقبات في تحديد الكمون الثقالي اللازم؛ لشرح ما يخص كمية المادة اللازمة لإنتاج السرعة المدارية الخاصة بالمجرات هناك بأنها لا تنسجم مع المادة كما سبق، وكل ذلك أدى إلى كمية معتبرة من المادة ومفقودة كما حصل مع مراقبات زفيكي.

فهم المعادلات التي تحكم حركة تلك الكواكب الدائرية ليس بالصعب، لدينا معادلة في أحد طرفيها قانون الحركة الدائرية وفي الطرف الآخر قانون نيوتن الشهير وهو قانون الجذب العام، لنأخذ مثالا بسيطا قبل البدء في شرح تأثير المادة المظلمة، حركة الكواكب في مجموعتنا الشمسية؛ حيث سرعة الكواكب القريبة من الشمس تكون أسرع من حركة الكواكب البعيدة عنها.

من المفترض أن هذا هو ما يحدث في المجرة،

فقام العلماء بتطبيق هذا القانون على المجرة ولكن حدث ما لم يكن بالحسبان !!

انظر إلى الصورة:

الخط الأحمر في الصورة يمثل تنبؤات سرعة الكواكب حسب قانون الجذب العام أي: أن كل السرعات تزداد كلما اقتربنا من مركز المجرة، وتقل تدريجيًا كلما ابتعدت عن المركز لكن ما يحدث هو النقيض تماما، يمثل الخط الأبيض السرعات الفعلية لحركة الكواكب المدارية حول مركز المجرة، ففي البداية كان كلا الخطين على توافق، لكن يبدأ الشذوذ إذا ابتعدنا عن المركز لماذا؟ كيف؟

في عام 2013 وجدوا أن فرضية المادة المظلمة ( Dark Matter ) تفسر المعطيات بشكل جيد، هناك مادة غير مرئية تحيط بشكل كبير معظم المجرات والكواكب، ولها كتلة وستزيد قوة شد النجوم نحو المركز، ويظهر أثرها في المسافات الكبيرة بين النجوم وبين المجرات، وما زال العمل قائما على تخليقها تجريبيا في مصادم الهيدرونات LHC.

قائمة المراجع :

(Rotation Curves, unknown, unknown)

1/http://www.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/rotation_curves.htm

(The nature of dark matter, unknown, June 2011)

2/https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/questions/dark_matter2.html

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

 

استعمار المجموعة الشمسيّة

يخبرنا العلم مرارًا وتكرارًا اننا ننتمي الى هنالك، الى ما بين النجوم، ولكن قبل ان نتمكن حقًّا من بناء امبراطورية هناك نحتاج أولاً لتعلم كيفية البقاء على قيد الحياة في الفضاء، لحسن الحظ نحن نعيش في نظام شمسي مع العديد من العوالم الكبيرة والصغيرة التي يمكننا استخدامها لتكوين حضارتنا الخاصة، وفِي الوقت الذي تقرأ فيه هذا المقال فإن الجهود التي تقوم بها البشرية على النظام الشمسي هي على الأرض فقط. لقد استغلينا كل جزء على الكوكب من القطب الجنوبي الى الشمالي و من القارات الضخمة الى اصغر الجزر، فقط هنالك القليل من الأجزاء التي لم تستعمر بعد وسوف تحصل على ذلك.

وعندما يتعلق الامر باستعمار الفضاء، فأننا اتخذنا اقصر الخطوات وأكثرها مؤقتة. كان هناك عدد قليل من المحطات الفضائية المأهولة مؤقتا، مثل Mir، Skylab  ومحطات  Tiangong الصينية.

إن استعمارنا الحقيقي الأول والواقعي هو “الفضاء الدولي“، الذي أُنشئ بالتعاون مع وكالة الفضاء الأمريكية (ناسا) ووكالة الفضاء الأوروبية (إيسا) ووكالة الفضاء الروسية وبلدان أخرى، وقد سكنت بشكل دائم منذ 2نوفمبر2000م، و قطعت شوطًا كبيرًا في ذلك.

unnamed ‏

صورة من وكالة ناسا لرائدة الفضاءالأمريكية تريسي كالدويل وهي تنظر للأرض من القبة الزجاجية لمحطة الفضاء.

هل فكرت يومًا في استعمار النظام الشمسي، والسفر خارج الارض؟

قبل أن نتحدث عن الأماكن والطرق التي يمكن للبشر أن يستعمروا بها بقية النظام الشمسي، من المهم أن نتحدث عن ما يلزم للحصول عليه لتنقل من مكان لآخر.

فإنه فقط للوصول من سطح الأرض إلى المدار حول كوكبنا، ستحتاج إلى أن تقطع مسافة  10km/s انحرافًا. والطريقة الوحيدة التي تمكننا من فعل ذلك اليوم هي الصواريخ.

لكن ماذا ان كانت تُساورك الرغبة في الذهاب للجار الأحمر (المريخ)؟

اذا كنت تريد الذهاب الى الأحمر(المريخ) فإنك ستحتاج الى ان تقطع مسافة 3.6km/s حتى تتجاوز الجاذبية الأرضية وتذهب اليه، وستحتاج 5.5km/s  لتذهب الى عطارد. وإذا أردت ان تتخطى مجموعتنا الشمسية تمامًا فستحتاج الى 8.8km/s أخرى. نحن دائمًا نحتاج الى صواريخ اكبر! والطريقة الأكثر فعاليه لفعل ذلك هي باستخدام مدار هومان الذي سيسمح لك بالتنقل من عالم الى اخر باستخدام محركات الاندفاع.

واحده من اهم أهداف الأساسية لاستعمار مجموعتنا الشمسية هي استكشاف و جمع الموارد التي يمكن من شأنها ان تجعل السفر والاستعمار الفضائي في المستقبل اكثر سهولة.

نحن نحتاج الى الماء للشرب، والى استخدامه أيضًا لتزويد الصواريخ بالوقود. لكن لسوء الحظ الماء مورد صعب الحصول عليه في مجموعتنا الشمسية لذلك هو ذو قيمة عالية.

نحن بحاجة أيضًا الى ارض صلبة لبناء قواعدنا و حتى نتمكن من زراعة طعامنا، وحمايتنا من الإشعاع الفضائي، وانه من الاحسن انه كلما ازدادت الجاذبية فإنه يمكننا الحصول على الأفضل، لأن الجاذبية المنخفضة تخفف من عظامنا وتضعف عضلاتنا وتضُرنا بطرق قد لا نفهمها تمامًا.

وفِي كل مكان قد نستعمره مزايا وعيوب، لكن دعونا نكن صادقين الارض هي افضل مكان في مجموعتنا الشمسية فقد حصلت الأرض على ما نحتاج أكثر مما مضى، لذا فإنه من الصعب العيش في مكان اخر غيرها سيكون الامر وحشيًا للغاية، لكننا نثق بمستقبل أكثر اشراقا، فالعلم حليفنا هذه المره.

من قبل: شهد حدادي.

المصدر:http://bit.ly/2iwrfRN