ـ

ـ

ـ

الثلاثاء 17/08/2010

وهؤلاء الفطاحل الأعاجم أكملوا مسيرة علم الفيزياء الحديث

أ.د. ناصر أحمد سنه*

أدى تطور المنهج العلمي، خلال القرن السابع عشر، إلى وضع أسس علم الفيزياء الحديث وفصله نهائيا عن الفلسفة. وبدت أسهامات رائدة لـ"إسحاق نيوتن"(1642-1727م)، الذي نشر في العام 1704م كتابه الهام في البصريات Optics، ويقدم فيه نظريته الموجية للضوء، وذلك بعد كتابه الضخم المبادئ Principia. وتم تشكيل المبادئ الأساسية للميكانيكا الكلاسيكية، وهي تطور وصف قوانين الحركة والقوى والطاقة، على مستوى حياتنا اليومية.  إن "نيوين" قد أدهش العالم والعلم عندما قام بتفسير ظواهر سقوط الأجسام، والمد والجزر، وحركة الكواكب والمذنبات بثلاثة قوانين بسيطة. لكن يبقي السؤال: ماهذا السر الرائع وراء ظاهرة "الجاذبية الأرضية"، وتناسبها وتناسقها مع الكائنات والمخلوقات على ظهرها؟ ومن الذي ثبت الأرض بالجبال فكانت مثل الرواسي للقشرة الأرضية ولولاها لاضطربت هذه القشرة الضعيفة والرقيقة، من الذي سخر الرياح، والمجال المغناطيسي "الرائع" للأرض، وجعل النجوم "علامات مضيئة" نهتدي بها، وهل ثمة تفسير علمي فقط لوجود كل هذا الإعجاز الجمالي وغيره في الطبيعة؟

وفي القرن الثامن عشر، أثناء الثورة الصناعية، تطورت مفاهيم نقل الحرارة، وتبادل الطاقة، وعمل المحركات، وإنتشرت مبادئ ما يعرف بالديناميكا الحرارية والميكانيكا الإحصائية. أما في القرن التاسع عشر، فأكتشفت القوانين الأساسية للكهرومغناطيسية، والطّبيعة الموجية للضوء، وكذلك بنية المادة الذّرية وقوانين الإشعاع.

ومع بدايات القرن العشرين، ظهرت صياغات نظرية جديدة أمام عجز "الميكانيكا الكلاسيكية" في تفسير بعض جوانب الضوء وديناميكا الجسيمات الذرية. فتم إبداع نظرية "النسبية الخاصة" التي تصف الأجسام المتحركة بسرعة تقارب سرعة الضوء وتأثيرات ذلك على المفاهيم البديهية للمكان والزمن، وبعد ذلك نظرية "النسبية العامة"، التي تصف طبيعة قوة الجاذبية وعلاقتها بهندسة "الزمكان". وفي جانب آخر إستطاع فطاحل الميكانيكا الكمومية وصف سلوكات الجسيمات الأولية والذرات والجزيئات. فمن هم هؤلاء الفطاحل مؤسسوا الفيزياء الحديثة التي غيرت وجه العلم والحياة في آن معا؟.

"ماكس بلانك"

ماكس بلانك

"ماكس بلانك"( 1858 ـ 1947م) فيزيائى ألمانى قام بتطوير "مفهوم الكم" أحد الأشياء الرئسية لـ"ميكانيكا الكم"، ويعد حجر الأساس للفيزياء الحديثة. فبعد تخرجه من جامعة ميونخ عام 1879 قام بالتدريس فى جامعة (كيل)(1885 – 1889)، وفي جامعة برلين(1889 – 1926م)، ثم عين فى عدة معاهد ومؤسسات منها أدارته لمعهد الفيزياء النظرية الذى أسس من أجله . بدء "بلانك" دراسة إشعاع الجسم الأسود عام 1897. وأكتشف أنه فى حاله الأطوال الموجية الطويلة لا ينطبق عليه القوانين التى وُضعت من قبل. وقاده هذا الاكتشاف للإعلان فى عام 1900م عن فكرته الثورية التى تقول: إن الطاقة الكهرومغانتسية يمكن أن تبث أو "تمتص" رزماً أو فى كمات محددة تعتمد على تردد الموجة المنبعثة، وذلك مضاد تماماً لنظرية الفيزياء النمطية .

وقد أعتمد علي النظرية الكمية "لبلانك"، التى جعلته يفوز بجائزة نوبل لعام 1918م، "ألبرت أينشاتين"، ليتمكن من شرح التأثير الكهربى ـ الضوئى فى 1905م. وكذلك أستخدمها "نلس بوهر" عام 1913 ليقترح نموذج ذرة الهيدروجين مع الحالات (الكمية للإلكترون)، ثم تم تطوير النظرية بعد ذلك إلى "ميكانيكا الكم" Quantum Mechanics. وقد برع "بلانك" فى عدة أفرع من علم الفيزياء والديناميكا الحرارية والديناميكا الكهربية وصولاً إلى النظرية النسبية وقام أيضاً بكتابات هامة في فلسفة العلم.

"ألبيرت انشتين"

البيرت انشتين

"ألبيرت انشتين" (1879-1955م) فيزيائى ألمانى ـ أمريكى، ولد بولاية (أولم) بألمانيا، وساهم أكثر من أى عالم أخر في القرن العشرين في تخيل "الحقيقة الفيزيائية". تخرج "اينشتاين" من كلية البولي تكنيك بزيورخ عام 1900م وعمل كمدرس ثانوي لمادة الرياضيات والفيزياء. وبعد مضى عاميين حصل على وظيفة بمكتب الاختراعات السويسري في بيرن حيث قرا هناك سلسلة من الكتب والمطبوعات في علم الفيزياء النظرية. وبحلول عام 1909 عرف اينشتاين في ألمانيا وأوروبا كمفكر علمى بارع. وفى عام 1914 ارتقى اينشتاين إلى اعلى منصب ماديا وأدبيا قد يصل إلية أى فيزيائى نظرى في وسط أوروبا .

وفى أول بحث من ثلاثة أبحاث له عام 1905، قام اينشتاين، بفحص ماقام به "بلانك"، وذلك طبقا للطاقه الكهرومغناطيسية التى بدت وكأنها تبث بكميات محدده لا تقبل القسمة، وكانت طاقه تلك الكميات المشعة والتى أطلق عليها اسم (الكميات الضوئية) متناسبة مباشرة مع التردد الاشعاعى .

وكانت النظرية الكهرومغناطيسية النمطية المبنية على معادلات (ماكسويل)، وكذلك قوانين "الدنياميكا الحرارية" تقول بأن الطاقة الكهرومغناطيسية تتكون من موجات. وقام اينشتاين باستخدام الفرضية الكميه لـ" "بلانك" حتى يتمكن من وصف الإشعاع الكهرومغناطيسى المرئى (الضوء). فذهب إلي أنه يمكننا تخيل الضوء على أنه يحتوى على حزم (رزم) منفصلة من الاشعة .واستخدام هذا التفسير لكى يتمكن من شرح التأثير الضوئى الكهربى، والذى يعنى أن بعض المعادن تصدر الإلكترونات عندما يسلط ضوء بتردد معين.

و فى البحث الثاني من أبحاثه لعام 1905 اقترح "اينشتاين" بعبقريته، ما يسمى اليوم بالنظرية "النسبية الخاصة"، حيث أشار إلى أن الكتلة والطاقة هما وجهان لعمله واحدة. ولم يكن اينشتاين هو أول من اقترح كل العناصر (المبادئ) التى ساهمت فى اكتشاف النظرية النسبة الخاصة، فكان إسهامه يكمن فى توضيح دور الميكانيكا النمطية والدنياميكا الكهربية (لماكس ويل). وقد اهتم البحث الثانى من أبحاث اينشتاين لعام 1905 بالميكانيكا الاحصائيه إلا أن أعظم إسهامات اينشتاين فى علم الفيزياء "النظرية النسبية" التي نشرت بعد ذلك فى عام 1915.  وقد فاز اينشتاين بجائزة نوبل فى الفيزياء لعام 1921 ليس فقط لإبداعه "النظرية النسبية"، ولكن لأعماله وإنتاجه عام 1905 فى مجال التأثير الكهربى الضوئى .

وقد قام اينشتاين طيلة حياته بالبحث عن "نظرية موحدة" نستطيع عن طريقها اشتقاق (استنتاج) المغناطيسية الكهربية وظواهر الجاذبية من مجموعة واحدة من المعادلات. وفي عام 1920 اهتم الفيزيائيين النظريين بنظرية ميكانيكا الكم التى طورها كل من ماكس بلانك وفرنر هيزنبرج وآخرون وأهملوا بعض الشيء ما تم اقتراحه من قبل. بيد أنه تغيرت هذه الصورة فى الأعوام التالية، فحاول الفيزيائيون  جاهدين من أجل "توحيد النظرية النسبية لاينشتاين"، مع "نظرية الكم" في نظرية موحدة تسمى "نظرية كل شئ"، وذلك عن طريق نماذج رياضية متطورة جدا. إن "أينشتين" يؤكد أنه: لا علم من غير الاعتقاد بوجود تناسق وتناغم داخلي في الكون..تناسق الأجزاء مع بعضها البعض ومع الكل الجامع.

"نيلس بوهر"

نيلس بوهر

يعتبر "نيلس بوهر" من أحد أبرز الفيزيائيين النظريين فى القرن العشرين، فلقد لعب دوراً بارزاً فى استنباط وتفسير ميكانيكا الكم من خلال أعماله الخاصة. ولد بوهر فى كوبنهاجن فى 7/10/ 1885م، وحصل بوهر على درجة الدكتوراه فى موضوع: نظرية إلكترون فى بنية الفلزات .وفى عام 1911 سافر إلى كامبردج بإنجلترا للعمل مع "طومسون" أشهر باحثى الذرة فى هذا الوقت، لم يدم هذا العمل لوقت طويل، حيث قرر الذهاب إلى "مانشستر" للعمل مع "إيرنست رذرفورد". وقد قام "رذرفورد" باستنباط النموذج النووى للذرة وأستخدم هذه النظرية فى بحوثه- تفسير تركيب الذرة والطيف الذرى.

وقد قام بوهر بوضع أساس النظرية الكمية لذرة فى ثلاثة أبحاث كبيرة قام بكتابتها فى كوبنهاجن. وقد أشار إلى إن الذرات لا يمكن وصفها كلية من خلال استخدام مفاهيم الفيزياء النمطية، وأقترح أن الإلكترون يدور عاداً فى أحد المدارات المحتملة/ الممكنة. وبتطبيق هذا الافتراض عملياً على ذرة الهيدروجين قام بوهر باستنتاج طاقات الحالات الثابتة وهذا يقتضى ضمنياً أن الإلكترون (كذلك الذرة) تصدران الإشعاع فقط عند القفز (الانتقال) فجاءة من حاله ثابتة إلى أخرى .أن نجاح هذه التجارب (الحسابات) ساعد كثيراً على إقناع الفيزيائيين بأهمية الأفكار الكمية. وفاز بوهر بجائزة نوبل فى الفيزياء فى عام 1922 نتيجة لأجرائه هذه التجارب وعين مديراً لمعهد الفيزياء النظرية فى كوبنهاجن فى عام 1922.

وقد أطلق على الطريقة التى فهم بها معظم الفيزيائيين ميكانيكا الكم أسم (تفسير كوبنهاجن). وقد قام بوهر بالتعاون مع ألبرت أينشاتين وأخرون بتكريس أفكار رائدة لفهم ميكانيكا الكم، وله أسهمات رائعة فى استنباط مبدأ الريبة "الشك". وفى أواخر الثلاثينيات أتجه اهتمام بوهر إلى الفيزياء النووية.

"لويس دى برولى"

لويس دي برولي

"لويس دى برولى" (1892 – 1987م) فيزيائى فرنسى معروف بنظريته القائلة: إن للمادة خواص موجيه إلى جانب الخواص الجسيمية، وهذه الازدواجية الموجية الجسمية والمأخوذة من تجارب كل من البرت إينشتاين وماكس بلانك أثبتت تجريبياً على الإلكترون فى عام 1927م. وفاز دى برولى بحائزة نوبل في الفيزياء لعام 1929، وقد تلقي "لويس" تعليمة في جامعة السوريون وحصل على درجة الدكتوراه عام 1924م حول نظريته في موجات مادة الإلكترون وهو الموضوع نفسه الذى استخدمه بعد ذلك (أروين شرود نجر) لتطوير الميكانيكا الموجية وقام برولى أيضاً بكتابة أعمال ضخمة (رائعة) بما فيها نظرتنا إلى الفيزياء.

فرنر هيزنبرج

 "فرنر هيزنبرج" (1901 – 1976م) فيزيائى ألمانى.. واحدا من العلماء الأوائل في القرن العشرين، قدم إسهامات هامة جدا فى الفيزياء الجسيمية والنووية. بيد أن لكن أعظمها كانت تطوير ميكانيكا الكم. إشتهر هايزنبرج بمبدئه الهام (مبدأ الريبة/ الشك) لذى وضع قيمة مطلقة لدقة قياساتنا التى لا نستطيع بأى حال من الأحوال تقديمها.. درس هايزنبرج الفيزياء بجامعة ميونخ حيث عمل تحت قياد ة (أرنولد سمر فيلد) وبعد حضوره عدة محاضرات عن ميكانيكا الكم التى القاها (نيلس بوهر) أقتنع هايزنبرج بالعمل فى مجال ميكانيكا الكم. ذهب هايزنبرج الى معهد كوبنهاجن الذى كان يرأسه بوهر حيث تعاون هناك مع الفيزيائى الهولندي "هاندريك كرامرز" ثم ذهب الى جامعة جوتنجن حيث قام فى عام 1925 باختراع ميكانيكا المصفوفات وهى المعادلة الأولى لميكانيكا الكم .

ثم قام هايزنبرج مع كل من "ماكس بوريد، وباسكول جوردان" بتطوير تلك المعادلة الى نظرية رياضية كاملة تشرح فيزياء الذرة ومستلزماتها. لقد ظلت المبادئ الفيزيائية المؤسسة لرياضيات ميكانيكا الكم غامضة ومبهمة حتى عام 1927م حينما قام "هايزنبرج" بعد مناقشات مطولة مع كل من" بوهر واينشتاين".  وعين هايزنبرج عام 1928 كأستاذ بجامعة ليبزج وفاز بجائزة نوبل فى الفيزياء لعام 1932م، ومكث بألمانيا وأصبح مديرا لمعهد (كايزر ويلن). وفى عام 1985 أصبح مديرا لمعهد "ماكس بلانك" فى الفيزياء .ومكث بقية حياته محاولا استنتاج نظرية عامة للجسيمات الدوزرية وكان لأعمال هايزنبرج تأثيرا هاما على الفلسفة وكذلك الفيزياء وقد عالجت بعض أعماله الخاصة مثل: "الفيزياء والفلسفة" عام 1962، وكذلك: "الفيزياء وما ورائها" العام 1971 بعض المواضيع والقضايا الفيزيائية الهامة .يقول "هايزنبيرغ": النظرية مقنعة بفضل كمالها، وجمالها التجريدي..وأن الفيزياء الذرية المعاصرة قد نأت بالعلم عما كان يتسم به من اتجاه مادي في القرن التاسع عشر.

اروين شرودنجر

"اروين شرود نجر" (1827 – 1961م) فيزيائى نمساوى قام فى عام 1926 بنشر أربعة أبحاث وضع من خلالها أساس الميكانيكا الموجيه لنظرية الكم، وقام أيضا بتوضيح نظريته الموجية الشهيرة. وكان قد حصل على درجة الدكتوراه من جامعة فيينا عام 1910 وخلف ماكس بلانك عام 1927 فى منصبة كأستاذ للفيزياء النظرية بجامعة برلين وغادر ألمانيا عام 1933 وفى نفس العام فاز بجائزة نوبل فى الفيزياء مناصفة مع "بول ديراك "  

وفى عام 1939 التحق بمعهد الدراسات العليا فى دبلن والذى تم إنشاؤه بعد ذلك وهناك اكمل دراسته فى التطبيق والتفسير الإحصائى للميكانيكا الموجية وعلاقة هذه الإحصائيات بالديناميكا الحرارية. ولقد حاول (شرود نجر )حل إشكاليات النسبية العامة وكذلك حل مشكلات علم الكون وأيضا بحث نظرية المجال الموحد وقام (شرود نجر) فى أخر حياته بدراسة أسس علم الفيزياء وتأثيرها فى علم الفلسفة.

بول ديراك

الفيزيائي الإنجليزي"بول ديراك" (1902- 1984) صاحب اسهامات هامه فى تطوير مكانيكا الكم .فى سبتمبر 1925 قام "بول ديراك" بدراسة تقرير حول محاضرة عن مكانيكا الكم قام بالقائها "فرنر هرينرنيرج" ثم أستنتج بسريعاً عدداً من الأستنباطات الرياضية عن ميكانيكا الكم والتى ثبتت بعد ذلك أهمياتها العظمى. وقام ديراك فى أول بحث منشور له فى نوفمبر فى عام 1925 بتطوير واستنباط نظام لاستنتاج معادلة الحركة بواسطة ميكانيكا الكم ثم قام بعد ذلك بأشهر قليلة بتعريف عدداً من المفاهيم التى لعبت درواً بارزاً فى هذا المجال  بدأت شهرة ديراك عن طريق أستنباطه عام 1928 للوصف الرياضي الدقيق للجزيئات الأولية التى انسجمت مع كلاً من مكانيكا الكم والنظرية النسبيه. وكانت معادلات ديراك مدهشه فى انه لستخدمت المصفوفات بدلا من الكميات القياسية . وكانت لخواص معادلة ديراك أهمية كبري في الفيزياء النظرية علاوة على ذلك فقد كانت هذة المعادلة مدهشة ذلك لأنها أمدت بالوصف الدقيق جدا لدوران الجسيمات الأولية، وكانت المعادلة تحتوى على عناصر سالبة لكتلة الجسيمات ونتيجة لذلك فقد استنتج ديراك أن كل جسيم لابد وان يحتوى على جسيم مضاد. ولقد أثبتت التجارب صحة ذلك إلى جانب صحة نتائج المعادلة. من هنا يعد ديراك هو مؤسس الديناميكا الكهربية الكمية الحديثة . عمل ديراك كأستاذ للرياضيات بجامعة كامبردج في الفترة من عام 1932 إلى عام1969 وكأستاذ للفيزياء بجامعة ولاية فلوريدا في الفترة من عام 1971 إلى 1984 وفاز ديراك بجائزة نوبل في الفيزياء لعام1933 مناصفة مع "اروين شرود نجر".

ماكس بورن

كان الفزيائى النظرى الألمانى "ماكس بورن" (1882 - 1970م) أحد الرواد فى تطوير ميكانيكا الكم. حصل بورن عالى درجة الدكتوراه عام 1907 من جامعة (جوتنجن) والتى تأثر فيها بـ "ديفيد هلببرت وفلكس كلين، وهيرمان مينكوسكى. ومكث هناك عام 1915 حينما عين بجامعة برلين وأصبح زميلا وصديقا لـ"ماكس بلانك" و"البرت أينشاتين" وفى عام 1921 عين بورن مديراً لمعهد الفيزياء فى جوتنجن. وكانت الفترة من عام 1921 إلى عام 1933 هى أخصب الأعوام فى إنتاج مكاس بورن .حاول ماكس بورن تطوير نظرية ميكانيكا الكم الجديدة فى تعاون مع طلابه ومساعديه وهم كل من "فرنر هيزنبرج" و"باسكول جوردن" و"ولف جانج باولى". وعندما نجح "هيزنبرج" عام 1925 فى تقديم نظريته تمكن "بورن" وأخرون من تحسين النظرية باستخدام رياضيات أكثر فاعلية وفاز ماكس بورن بجائزة نوبل فى الفيزياء لعام 1954 نتيجة لنجاحه فى تفسير مربع الدالة الموجية (لشرود نجر) كا احتمالية لموضع الإلكترون وأيضاً نتيجة لتوضيحه المهم لازدواجية الجسيم الموجى .تسلم في العام 1936 وظيفة بجامعة (أيدن برج) التى مكث بها حتى عام 1953 وعند اعتزاله وتوجهه إلى الريف بالقرب من جوتنجن أستمر بورن فى عمله كما كتب وأدلى بأحاديث حول المسئولية الاجتماعية والأخلاقية للعلماء.

كوكبة من علماء، ومدرسة علمية جديدة

رأت تلك الكوكبة من العلماء ومدرستهم الجديدة في العلم:إن الكون بما يمثله هو وحدة كلية واحدة.. وأن المادة ليست أزلية، والكون في تمدد وتغير مستمرين.. وهنا يبرز الجَمال كوسيلة هادية لاكتشاف الحقيقة العلمية، ومقياس لها. وتخلص نظرتهم العلمية الجديدة إلى التأكد على أن الكون بمجموعة ـ بما في ذلك المادة والطاقة والزمان والمكان ـ "حدث" قد وقع في وقت واحد، وله بداية محددة، لذلك فلابد له من مُوجد: كما تؤكد أن هناك سماتاً موضوعية وليست من قبيل الصدفة، تكمن وراء هذا الجمال/ الإبداع الكوني المتنوع، وليس "إنعكاساً في عين الناظر/ المراقب له". إن كبار علماء الفيزياء قد نشدوا "الجمال/الإبداع " من خلال نظرياتهم العلمية.. في الذرة والمجرة. فذلك "الجمال العلمي في النظريات" يستوجب الإعجاب ـ حسب "اينشتين"، إذا لبى شروطاً ثلاثة:إذا كانت مقدماتها أبسط، و"البساطة تستلزم كمالاً وأقتصاداً"، وإذا كانت الأشياء التي تربط بينها أشد اختلافاً، ثم إذا كانت صلاحيتها للتطبيق هي أوسع نطاقاً.

يقول الفيزيائي"لويس دوبرجلي":كان الإحساس بالجمال في كل عصر من تاريخ العلوم دليلاً يهدي العلماء في أبحاثهم, ويؤكد الفيزيائي "ريتشارد فينمان": إن المرء يمكن أن يستبين الحقيقة بفضل جمالها، وبساطتها وروعتها.. ففي الطبيعة بساطة ومن ثم جمال عظيم. لذلك فالنظرة الجديدة في العلم تطرح مبدأ: أن الطبيعة جميلة، فالجمال ـ إذن ـ يُعد معياراً في تناول العلوم وفلسفته ونظرياته، والعالم الذي يعمي عن رؤية هذا الجمال هو قليل الحظ من العلم.

وبحثاً عن هذا التناسق والتناغم الداخلي في الكون سعى علماء الفيزياء، منذ "اسحق نيوتن" 1642-1727م  حتى سبعينيات القرن الماضي، باحثين عن "جمال التوحد" الذي يشمل ظواهر الكون الفيزيائية الأربع: الكهربائية والمغناطيسية والنووية والجاذبية, ومثلوا على ذلك: استقرار الأقمار الصناعية في مداراتها الثابتة حول الأرض إنما هو محصلة تناسق بديع بين قانون الجاذبية الأرضية، وقانون القوة الطاردة المركزية.

ـــــــــــــ

* كاتب وأكاديمي من مصر.

nasenna62@hotmail.com

--------------------

هذه الدراسة تعبر عن رأي كاتبها

ـ

ـ

من حق الزائر الكريم أن ينقل وأن ينشر كل ما يعجبه من موقعنا . معزواً إلينا ، أو غير معزو .ـ