الحقائق الفيزيائية العشرة الاكثر غرابة ، من النسبية حتى فيزياء الكم

capture

الحقائق الفيزيائية العشرة الأكثرُ غرابةً، من النسبيّة حتى فيزياء الكمّ


منْ يظنّ أنّ الفيزياء مضجرةٌ فهو مخطئٌ، وإليكَ عشرةُ أسبابٍ لذلك.

لا أحدٌ ينكرُ أنّ الفيزياء غريبةٌ، مثل الجزيئات التي لا تتواجد إلّا باحتمالات محددة، وتغيُّر الزمن بالنسبة إلى سرعتك، والقطط الميتة والحيّة حتى تفتح الصندوق (قطة شرودنغر).

قمنا هنا بوضع مجموعة من أكثر الحقائق الفيزيائية غرابةً، وذلك بمساعدة منَ الكاتب وعالم الفضاء ماركوس كون ” Marcus Chown ” بالإضافة إلى مؤلف ” يجب أنْ نتحدّث عن كيلفن ” ( We Need To Talk About Kelvin ) ومجموعة من مستخدمي تويتر.

يؤكّد خرّيج علم الإنسانيّات ومؤلّف هذا المقال أنّ هذا عمله هو، لذا أيّ أخطاءٍ قد تكون موجودةً في المقال هي أخطاؤه هو، وإذا لاحظ أحدكم خطأً ما فليقمْ بتحديده في التعليقات، وكذلك إذا شعر أحدكم غيابَ إحدى الحقائق الفيزيائية الغريبة المفضلة لديه عن القائمة، فليخبرنا بها أيضاً.

10- لو كانتِ الشمسُ مكوّنةً من الموز، لكانت بنفس السخونة أيضاً

1

الشمس شديدة السخونة بالتأكيد، وذلك بسبب كتلتها الهائلة – تقريباً مليار مليار مليار طن- ممّا يخلق جاذبية كبيرة جداً، وبالتالي يقع لبّ الشمس تحت ضغطٍ هائلٍ. تخيّل عجلةَ دراجةٍ هوائيةٍ تسخنُ أكثر كلّما نفختها بالهواء، ويرفع الضغط أيضاً من حراراتها، إذاً الضغط الشديد يولّدُ حرارةً شديدةً.

إذاً تخيّل معي لو أنّنا بدلاً من الهيدروجين قمنا بوضع مليار مليار مليار طن من الموز في الفضاء، فإنّ هذا سيخلق ضغطاً مساوٍ تقريباً للضغط في لبّ الشمس، ونتيجةً لذلك ستتولد حرارةٌ مساويةٌ لحرارةِ الشمس. ستكون الفروقات في درجة الحرارة ضئيلة جداً إنْ كانت الشمس مكونةً من الهيدروجين أو الموز أو قطع أثاثِ المنزل.

تعديل: قد يكون هذا مربكاً بعض الشيء، حيث أن الحرارة المتولّدة من الضغط الداخلي ستكون مشابهةً لحرارة شمسنا، إلّا أنها إذا لم تكنْ مكونةً من الهيدروجين، فلنْ تستمر بتوليد الحرارة بسبب غياب تفاعل اندماج الأنوية، لذلك سوف تبرد شمس الموز بسرعة بدلاً منْ أنْ تبقى تحترق لبلايين السنين.

9- قد تَتَّسع كل المادة المكوّنة للجنس البشري في مكعّبٍ من السّكر

2

تصل نسبة الفراغ في الذرة إلى 99.99999999999999 %. أو كما قام توم ستوبارد ” Tom Stoppard ” بتشبيهها بأنّك لو جعلتَ يدكَ مقبوضةً، وافترضنا أنّ قبضتك هي بحجم نواة الذّرة، فإنّ الذرة ستكون بحجم مدينة سانت بول، ولو صدف وكانتْ هذه الذرة ذرةَ هيدروجين فيها إلكترون وحيد، فإنّ هذا الإلكترون سيكون كفراشة تطير في كاتدرائيةٍ فارغةٍ، تارةً تحلّق عند القبّة وتارةً أخرى عند الهيكل.
فلو قمتَ بجمع كل الذرات وحذف ما بينها من فراغ، عن طريق سحقها معاً إلى حجم نوّيةٍ واحدة، فإنّ وزن ملعقة شاي واحدة أو مكّعب سكر منها سيساوي خمسة مليارات طن، وهو ما يعادل وزن البشر حالياً على الكرة الأرضية مضروباً عشر مرات.

وهذا هو تحديداً ما يحدث في النجوم النيترونيّة، إذ تنضغط المادة بكتلة هائلة إلى حجمٍ صغيرٍ بُعَيْدَ انفجار مستعرٍ أعظمٍ.

8- الأحداث التي تحدث في المستقبل تؤثر على الماضي

3

الغرابة في فيزياء الكمّ أحد السّمات في هذا العلم، بدءاً منْ تجربة شِقّيْ يونغ، التي أظهرتْ أنّ الضوء يتصرّف كموجةٍ وكجسيم، وفيه من الغرابة ما يكفي أنّه عند ملاحظة الضوء يصبح فقط واحد من هاتين الحالتين.

ولكن هذا سيصبح أكثر غرابةً حتى، ففي تجربةٍ اقترحها عالم الفيزياء جون وييلر ” John Wheeler ” في عام 1978 ونفذّها الباحثون في عام 2007، كانت نتيجة التجربة أنّك لو قمتَ بملاحظة الجسيم الآن فإنّه سيغيّر ما حدث للآخر في الماضي.

استناداً على تجربة شقّيْ يونغ، لو قُمْتَ بملاحظة واحدٍ من الشقين التي يعبر الضوء خلالها، فإنّك تجبره على التصرف كجسيم، ولكنْ إنْ قمتَ بملاحظته حيث يسقط على الشاشة خلف الشقّين فسيتصرّف الضوء كموجةٍ.

وإذا قمتَ بانتظارها حتى تعبر خلال الشّق وقمتَ بملاحظتها حينئذٍ، فإنّ هذا سيجبرها بأثرٍ رجعيّ على أنْ تعبر أحد الشقّيْن فقط. نستيطيع أنْ نقول بعبارةٍ أخرى أنّ السببيّة تعمل بعكس اتجاه الزمن، ما يحدث الآن يؤثّر على الماضي.

يحدث هذا التأثير طبعاً فقط في المخبر وبأجزاء من الثانية، ولكنْ اقترح العالم وييلر أنّ الضوء القادم إلينا من النّجوم البعيدة، والذي انحنى بسبب الجاذبية من الممكن ملاحظته بنفس الطريقة، أيْ أنّنا حين نشاهد شيئاً ما الآن قد يغيّر ما حدث قبل آلاف أو حتى ملايين السنين.

7- معظم الكون تقريباً مفقودٌ

4

يوجد أكثر منْ مئة مليار مجرّةٍ في الكون، وكلّ واحدةٍ من هذه المجرّات تحوي ما بين عشرة ملايين وتريليون نجمٍ. تعتبر شمسنا نجماً صغيراً – أو قزماً أصفراً في الواقع – وتزنُ مليار مليار مليار طن، وأغلب النجوم في كوننا أكبر من شمسنا بكثير. وهنالك الكثير ممّا يمكن مشاهدته في الكون، ولكنّه لا يتجاوز اثنان في المئة.

نحن نعلمُ أنّه هنالك أكثر مما نستطيع رؤيته بكثير، وذلك بسبب الجاذبية. وعلى الرغم من الكمّ الكبير من المادة المرئيّة، لكنّ هذا يكاد يكون لا يُذكر مقارنةً بقوة سحب الجاذبية بين المجرات. يُطلق على المادة التي لا يمكننا رؤيتها اسم المادة المظلمة، وعلى ما يبدو أنها تعادل ستة أضعاف المادة المرئيّة في الكون.

وما يجعل هذه المواد أكثر غموضاً هو ما يُعرفُ بالطاقة المظلمة، التي احتجناها لتفسير التوسّع الحالي للكون. حتى الآن لا أحد يعلم ماهيّة المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة.

6- من الممكن السفر بسرعة أكبر من سرعة الضوء، والضوء لا يسافر دائماً بنفس السرعة

cherenkov-radiatio_1521320a

سرعة الضوء ثابتة في الفراغ : 300000 كيلومتراً/ ثانية. إلّا أنّ الضوء لا يسافر دائماً في الفراغ، فعلى سبيل المثال تسافر الفوتونات في الماء بسرعة تساوي ثلث سرعتها في الفراغ.
ففي المفاعلات النوويّة، تُسيّر بعض الجزيئات بسرعات قريبة من سرعة الضوء، فإذا عبرتْ هذه الجزيئات خلال أوساط عازلة تبطئ من سرعة الضوء، فإنّها عندئذٍ تسير بسرعة أكبر من فوتونات الضوء المحيطة بها. عندما يحدث هذا تسبّبُ إشعاعاً أزرقاً يُعرفُ بـ ” إشعاع شيرينكوف “، الذي يشبه إلى حدٍ ما دويّ تجاوز حاجز الصوت- إلّا أنه يحدث للضوء- وهذا ما يؤدّي إلى تألّق المفاعلات النووية في الظلام.

وهنا نذكر أنّ أبطئ سرعةٍ مسجّلةٍ للضوء هي 17 متراً/ ثانية أو ما يعادل 38 ميلاً/ ساعة، وذلك عبر وسط من الريبيديوم المبرّد إلى الصفر المطلق( – 273.15 C˚ ) تقريباً، وعندها يتحوّل إلى حالة غريبة من المادة تُعرف بتكاثف بوز – أينشتاين ” Bose-Einstein condensate “.

أضف إلى ذلك أنّه قد تمّ إيقاف الضوء بشكلٍ تام بنفس الطريقة المذكورة آنفاً، إلّا أنه منذ حينها لم يتحرك ذاك الضوء بتاتاً، وهو ما لم يقبل العلماء أنْ يطلقوا عليه ” أبطئ سرعة مسجلةٍ للضوء”.

5- هنالك عدد لانهائي من ” أنا ” يكتبون هذا المقال، وعدد لانهائي من ” أنت ” يقرؤونه

6

استناداً على النموذج الحالي لعلم الكونيّات، يتألّف الكون المنظور بالنّسبة لنا مِنْ المليارات مِنَ المجرّات وتريليونات من النّجوم، وما هو إلّا واحدٌ من عدد لانهائيّ من الأكوان التي تتواجد جنباً إلى جنبٍ، كما تتجاور الفقاعات في رغوة الصابون.

وبسبب العدد اللانهائيّ للأكوان، فإنّ كلَّ احتمالٍ مِنَ الأحداث في الماضي قد حَدَثَ حقاً. ولكنّ عدد احتمالات الأحداث هو عددٌ نهائيٌّ، ذلك أنّه هنالك عددٌ محدّدٌ من الأحداث وعددٌ محددٌ من النتائج لهذه الأحداث. بالتأكيد الرقم كبيرٌ جداً ولكنّه نهائيّ. فمثلاً الحدث الحالي بالتّحديد حيث قام الكاتب بكتابة هذا المقال وقرأتهُ أنت، قد تكرّر بعددٍ نهائيٍّ من المرّات.
وعلى صعيدٍ أكثرَ إذهالاً، نستطيع حساب بُعْدِ أقربَ نسخةٍ منّا،حيث تصل المسافة متوسطياً بوحدة المتر إلى 10 مرفوعةٌ إلى قوّة 10 مرفوعةٌ إلى قوة 28. وفي حال تساؤلِكَ عن الرقم فسيكون 10 متبوعٌ بمليار مليار مليار صفر.

4- الثقوب السوداء ليست سوداء

7

بالتأكيد هي مظلمةٌ جداً، إلّا أنّها ليست سوداء، فهي تشعُّ ولو بشكلٍ ضئيلٍ، مُطلقة كامل الطيف الكهرومغناطيسيّ بما في ذلك الطيف المرئيّ.

هذا الإشعاع يُدعى ” إشعاع هوكينغ ” نسبةً لبروفيسور الرياضيّات في جامعة كامبريدج ستيفين هوكينغ ” Stephen Hawking “، الذي كان أول مَنْ تنبّأ بوجوده. وبما أنّ الثقوب السوداء تُطلق هذا الإشعاع بشكلٍ مستمرٍ، فإنّها تخسرُ من كتلتها، ولذلك في نهاية الأمر سوف تختفي إذا لم تجد مصدراً للكتلة يحافظ على وجودها مثل غبار النجوم أو الضوء.

تطلق الثقوب السوداء الصغيرة هذا الإشعاع بشكلٍ أسرعٍ مقارنةً بالثقوب الكبيرة، لذا تقترح بعض النظريّات أنّه لو قام العلماء بخلق ثقوبٍ صغيرةٍ في مصادم الهادرونات الكبير عن طريق اصطدام الجزيئات، فسوف تختفي هذه الثقوب مباشرةً بعد تكوينها، ولكنّ سيقتفي العلماء أثرها من خلال الإشعاع.

3- لا وجود للماضي والحاضر والمستقبل في وصف الكون

8

وفقاً للنظرية النسبيّة الخاصّة فلا وجود للحاضر أو المستقبل أو الماضي، فيُعتبر الإطار الزمني نسبيٌّ، إذ أنّي أملك إطاراً زمنيّاً خاصّاً بي، وأنتَ تملك واحداً، والكوكب الثالث في نظام جليس 581 ” Gliese 581 ” يملك واحداً، إلّا أننّا أنا وأنت نملك إطارات زمنية متشابهة بسبب تحركنا بنفس السرعة.

لكن إنْ كان كلُّ واحدٍ منّا يتحرّكُ بسرعةٍ مختلفةٍ، لوجدْنا أنّ أحدنا قد تقدّمَ بالسنّ أكثر من الآخر، كذلك إنْ كان أحدنا أقربُ من الآخر إلى مكانٍ الجاذبيّة فيه أقوى، فسوف يتقدّم بالسنّ بشكلٍ أبطأ.
وتأكيداً على ذلك، تتحرّك الأقمار الصناعية الخاصة بنظام تحديد المواقع العالمي ” GPS Satellites ” بسرعة كبيرة وبمسافة محدّدة عن الأرض، إلّا أنّها تُظهر إختلافاً في توقيت ساعاتها مقارنة بالساعات على الأرض. وعلى هذا الصعيد نذكر أنّ نظام الملاحة العالمي يعمل على أساس النظريّة النسبيّة الخاصة لأينشتاين.

2- بشكلٍ آنيٍّ، تُؤَثّرُ جزيئةٌ موجودةٌ هنا على أخرى في الطرف الآخر من الكون

444

عندما يقابل إلكترون توأمَهُ من المادة المضادّة وهو البوزيترون، يتلاشى كلاهما على شكل ومضةٍ صغيرةٍ من الطاقة، إذْ ينطلق فوتونان. تمتلك الجزيئات تحت الذريّة مثل الفوتونات والكواركات خاصيّة تُعْرفُ بالغَزْل، إلاّ أنّ هذا لا يعني أنّها تتحرّك بطريقةٍ غَزْليّةٍ – ومازال غير واضحاً إنْ كان هذا يعني شيئاً عند ذلك المستوى من الصِّغَر- ولكنّها تتصرّف كما لو كانتْ تتحرّك بطريقةٍ غزليّةٍ. عندما يتمّ خلقهما بشكلٍ آنيّ يُلغي اتجاه الحركة الغزليّة لكلٍ منهما الآخر، كما لو كان كلّ واحدٍ منهما يقوم بفعل عكسِ الآخر.

وبسبب اللاتوقّعيّة الموجودة في تصرفات الجزيئات على المستوى الكمّي، فمن المستحيل أنْ نحدّد أيٌّهما يتحرّك مع عقارب الساعة وأيّهما يتحرك عكسَها. أضف على ذلك أنّه إلى حين ملاحظة الحركة الغزليّة لأحدهما، فإنّ كليهما يتحرك بِكِلا الإتجاهَيْن.

وسيصبح الأمر أكثر غرابةً عندما تقوم بملاحظة أحدهما يتحرّك إمّا مع عقارب السّاعة أو بعكسها، وبأيّ اتجاهٍ كان يتحرك، سيقوم توأمه بالتحرّك عكسه، حتى لو كان موجوداً في الطرف الآخر من الكون.
في الواقع فقد حدث هذا في التجربة، أيْ في الطرف الآخر من المختبر.

1- كلّما ازدادتْ سرعتُكَ، ازداد وزنُك

spacetime_curvatur_1521308a

إذا ركضتَ بسرعةٍ كبيرةٍ فعلاً فستكسبُ وزناً، ليس بشكلٍ دائمٍ فهذا سيستهزأ من أنظمة الحمية والتمارين، وإنّما بشكلٍ لحظيٍّ وبكميّة صغيرةٍ جداً.

سرعة الضوء هي السرعة الحدّية في الكون، لذا فإذا كان أحدهم يسافر بسرعةٍ قريبةٍ من سرعة الضوء وقُمْتَ بدفعه، فلا يمكن أنْ تزدادَ سرعته، إلّا أنّك قمتَ بإعطائه طاقةً زائدةً، وهذه الطاقة لابدّ أنْ تذهب إلى مكانٍ ما.

ستتحول هذه الطاقة إلى كتلة، فاستناداً الى النظرية النسبيّة، الكتلة والطاقة متساويتان لذلك كلّما وضعتَ طاقةً أكبر كلّما زادت الكتلة. بالطبع فهذا يمكن تجاهله بالنسبة لسرعة الإنسان، فلا يمكن ملاحظة أنّ يوسين بولت ” Usain Bolt ” قد يكتسب وزناً عندما يركض مقارنةً بحالة سكونه. لكن ما إنْ تصل إلى جزءٍ ملحوظٍ من سرعة الضوء، ستزداد كتلتك بسرعةٍ.


ترجمة: وسام سروجي
تدقيق: روان محمد
المصدر


 

مجلة ليستات هو أول موقع عربي مهتم بعرض القوائم المهمة والغريبة في كافة المجالات، من العلوم الى الفن وعالم الابداء..
مجلة ليستات هي نتاج شراكة مهمة بين مجموعة من المبدعين والاعلاميين العرب من المحيط إلى الخليج.