LATEX

The QM/NCG Correspondence

عيد الميلاد ال 85 (بال أشاندران)

 

تجدون فى الرابط خلاصة عن الابحاث التى قمنا بها خلال الثلاثة سنوات الماضية. هذا مدخل جيد الى التقابل الثقالي-المعياري gauge/gravity correspondence او ال AdS/CFT حيث نعرض هنا التقابل بين الهندسة غير-التبديلية noncommutative geometry و الميكانيك الكمومى الكونفورمالى conformal quantum mechanics و تطبيقاته على الثقوب السوداء و انبعاث الهندسة و الثقالة.
هذا كتبته بمناسبة الاحتفال بعيد الميلاد ال 85 الذى بلغه استاذى الهندى-الامريكى بال اشاندران.
 

محاضرات فى (الوعى) و (الزمن)

 

و ظهر لى ان نتوكل على الله و نبدأ و بشكل منهجى و بشكل مستديم و بشكل مُفصل محاضرات جديدة على اليوتوب فى موضوعين فيزيائيين-فلسفيين مترابطين جدا هما (الزمن) و (الوعى).
شخصيا أتكلم كثيرا عن الوعى و عن الزمن. و الجميع يعرف و يعى جيدا اهمية هذين الامرين. لكن الكثير قد لا يفهم وجهة نظرى و لا يرى كيف يمكن ان نستفيد من هذين الامرين فى الفيزياء و فلسفتى الفيزياء و الوعى و الوجودية و علم النفس الميتافيزيقى.
واننى صراحة اريد ان اتكلم عن اشياء كثيرة بل استطيع ان اتكلم عن اشياء كثيرة (اراها فعلا خارقة للعادة) لكننى لا استطيع لاننى بكل بساطة لا اجد مع من اتكلم بفعالية لا داخل-الجامعة و لا خارج-الجامعة.
اذن نحن جميعا نحتاج ان نذهب الى الاسس او الاساسات المتينة فى الفيزياء النظرية و الرياضيات كما فى فلسفة الفيزياء و الفلسفة بصفة عامة حتى نبنى الاساس الذى نستطيع ان نُشيد فوقه البناء الفكرى الذى نطمح اليه و ايضا نحن مضطرون الى الذهاب الى الاسس حتى نستطيع بناء جمهور ولو بسيط عدديا (مثل محاولتنا و منذ سنوات بناء طلبة-بحث فى الجامعة) يمكنهم التفاعل مع المادة العلمية-الفلسفية المطروحة (ذات الانعكاسات الميتافيزيقية فى كثير من الاحايين) بقوة و نقدية أكثر.
فالتفاعل هو اساس الانجاز و التقدم و التطور فى البحث العلمى كما فى التنظير الفكرى.
اذن لو قمنا بمناقشة هذه المواضيع من الاساس و بشكل تفصيلى ربما سنفهم امور كثيرة جديدة و قد نحقق بذلك تقدما فكريا و نفسيا حقيقى و ايضا هو امر لو تمكنا فعلا من القيام به و انجازه لكان فيه فائدة كبيرة لغيرنا.
الفكرة هو تسجيل محاضرات حول الوعى و الزمن على اليوتوب بنفس الاسلوب الذى نتبعه حاليا فى تسجيل محاضرات الفيزياء النظرية (وقد ابتدأناها بمحاضرات النسبية العامة و سنُتبعها ان شاء الله بمحاضرات نظرية الحقول الكمومية) و كذا محاضرات الفيزياء الاساسية (وقد ابتدأناها منذ اسابيع بمحاضرات الميكانيك الكمومى و الحاسوبية الكمومية).
كنموذج عن المواضيع التى يمكن ان نتناولها بالشرح حول الزمن انظر الى هذا الرابط
و كنموذج عن المواضيع التى يمكن ان نتناولها بالشرح حول الوعى انظر الى هذا الرابط

الحاسوبية الكمومية (بالعربية): مدخل الى الميكانيك الكمومى

 الترنسمون

فى الصورة ادناه هى مقارنة بين جملة ميكانيكية هى (النواس pendulum) و جملة كهربائية هى (ملتقى جوزفسون Josephson junction).
ملخص المقارنة انه من وجهة نظر كل من النظرية الاساسية (الميكانيك التحليلى) و ماهو اكثر اساسية منها نظرية (الميكانيك الكمومى) فانه لا يوجد اى فرق فى الصياغات اللاغرانجية و الهاميلتونية و الهايزنبرغية و الشرودينغرية بين جملتى النواس و ملتقى جوزفسون.
ملتقى جوزفسون هو دارة كهربائية electric circuit تعتمد على الناقلية-الممتازة superconductivity بل هى اساس ما يسمى الالكتروديناميك الكمومى للدارات circuit quantum electrodynamics.
ملتقى حوزفسون هو عبارة عن ناقلين-ممتازين يفصل بينهما عازل insulator. اذن هو عبارة عن ساندويتش (ناقل-ممتاز, عازل, ناقل-ممتاز) و الناقل-الممتاز هو عبارة عن الومنيوم Al اما العازل فهو اكسيد الالومنيوم AlOx.
بطبيعة الحال فان الناقل-الممتاز يجب المحافظة عليه عند درجة حرارة منخفضة جدا (وقصة الناقلية-الممتازة معقدة جدا ليس هذا مكانها تحتاج الى نظرية الانكسار التلقائى للتناظر spontaneous symmetry breaking فى نظرية الحقول الكمومية و الى الميكانيك الاحصائى للتحولات الطورية phase transitions).
ملتقى جوزفسون هو جملة ماكروسكوبية لكنها جملة كمومية فهى اذن وسط بين العالم الكلاسيكى الماكروسكوبى macroscopic و بين العالم الكمومى الميكروسكوبى microscopic وهو عالم يسمى العالم الميسوسكوبى mesoscopic وهو مجال تخصص كبير فى فيزياء المادة المكثفة.
حتى نؤكد فان ملتقى جوزفسون هو دارة كهربائية electric circuit اذن هى جملة اصطناعية و ليست طبيعية لكنها جملة كمومية تسمى في بعض الاحيان (الذرة الاصطناعية artificial atom).
من الناحية الكهربائية البحتة فان ملتقى جوزفسون هو دارة LC لكنها غير-خطية non-linear.
دارة LC الخطية linear هى دارة تتشكل من سعة capacitance يرمز لها ب C و حاثة inductance يرمز لها ب L كما فى الصورة الثانية.
اذن الفرق بين ملتقى جوزفسون و دارة LC يكمن فى ان التيار الكهربائى فى ملتقى جوزفسون يرتبط بشكل غير-خطى بالكمون الكهربائى عكس ما هو كائن فى دارة LC.
ملتقى جوزفسون هو نقطة انطلاق ممتازة فى الحاسوبية و المعلوماتية الكموميتان quantum computation and information من الناحية الهندسية البحتة.
لكنه غير كافى لاسباب تقنية نشرحها ان شاء الله فى محلها.
اذن يُعتمد على ملتقى جوزفسون لبناء ما يسمى علبة زوج كوبر Cooper pair box و هذا الاخير يُعتمد عليه لبناء ما يسمى الترنسمون transmon الذى هو أهم كيوبت qubit مستعمل فى الحاسوبية الكمومية و المعلوماتية الكمومية.
و الكيوبت هو وحدة المعلومات وهو من الناحية الرياضية-الفيزيائية المحضة عبارة عن جملة كمومية بمستويين طاقويين فقط.
الترنسمون هو فى الحقيقة هزاز توافقى harmonic oscillator (الذى يحتقره طلبة الفيزياء بل كثير من الفيزيائيين النظرين للجهل و العجز كالعادة) اذن هو جملة كمومية بعدد لا نهائى من المستويات الطاقوية energy levels لكنه مبنى بشكل لا يدخل فى اشتغاله الا المستوى الاساسى ground level الذى يلعب دور الحالة المنطقية التى يرمز لها ب 0 و المستوى المثار الاول first excited state الذى يلعب دور الحالة المنطقية 1.
الفرق بين الكيوبت qubit الذى هو وحدة المعلومة الكمومية و البت bit الذى هو وحدة المعلومة الكلاسيكية ان الكيوبت لا يمكن ان يتواجد فقط فى الحالتين شبه-الكلاسيكيتين 0 و 1 بل يمكنه ايضا ان يتواجد فى اى تركيب خطى لهذين الحالتين وهذا هو منبع التشابك الكمومى quantum entanglement.
حتى اؤكد فان البت الكلاسيكى لا يمكن ان يوجد الا فى الحالة 0 (التيار لا يمر) او الحالة 1 (التيار يمر) ليس هناك وسط بينهما و جميع البوابات المنطقية logic gates تبنى فيما بعد على هذا الامر.
البوابات المنطقية الكمومية ستبنى بالمثل على ال 0 و على ال 1 الكموميان اللذان يسمحان بالتشابك بينهما.
الجميع يقوم بمدخل الى الكيوبت انطلاقا من السبين spin اعتقادا منهم كالعادة ان الامر سهل (وهو من ابعد ما يكون عن السهولة نظريا و تجريبيا) لهذا قمت هنا بمدخل الى الكيوبت انطلاقا من الهزاز التوافقى و الدارة الكهربائية وهما اشياء معروفة من الفيزياء الاولية للجميع.
 

 

البوابات المنطقية 

 
الفرق الأساسى بين الحاسوبية الكلاسيكية و الحاسوبية الكمومية يكمن فى وحدة المعلومة.
وحدة المعلومة فى الحاسوبية الكلاسيكية هى ما يسمى (البت bit) و البت هو جملة فيزيائية كلاسيكية يمكن ان تكون فى واحدة من حالتين فيزيائيتين فقط نرمز لهما 0 و 1.
من الناحية العملية ال 0 يعبر عن عدم مرور التيار الكهربائى فى دارة كهربائية. اما ال 1 فيعبر عن مرور التيار الكهربائى فى دارة.
وحدة المعلومة فى الحاسوبية الكمومية هى ما يسمى (البت الكمومى quantum bit) او اختصارا (الكيوبت qubit) الذى هو جملة فيزيائية كمومية بحالتين ممكنتين نرمز لهما ايضا 0 و 1.
لان الكيوبت هو جملة كمومية فهو يتواجد بصفة عامة فى ما يسمى تراكب خطى linear superposition للحالتين 0 و 1 المعطى فى الصورة الاولى حيث α و β هى اعداد مركبة.
اذن فضاء حالات البت الكلاسيكى يتشكل من حالة واحدة ممكنة اما فضاء حالات البت الكمومى فهو فضاء شعاعى vector space يتشكل من عدد لا نهائى من الحالات الفيزيائية (هذا الفضاء هو بالضبط فضاء هيلبرت Hilbert space).
انطلاقا من البت يمكننا بناء بوابة منطقية logic gate واحدة هى النفى NOT التى تأخذ 0 الى 1 و تأخذ 1 الى 0 اى تقوم بنفى البت قيد الاعتبار وهذه البوابة المنطقية تعبر عن النفى المنطقى كما يدل اسمها.
لكن انطلاقا من الكيوبت فانه يمكننا بناء عددلا نهائى من البوابات المنطقية كل بوابة منطقية تعطى بمصفوفة احادية unitary matrix ببعد يساوى 2 واهم هذه البوابات المنطقية هى الثلاثة فى الصورة الثالثة.
البوابة الاولى X هى بالضبط بوابة النفى المنطقى NOT الكمومية اما البوابة الثالثة Z فتسمى بوابة هادمارد Hadamard gate وهى تلعب دور الجذر التربيعى للنفى NOT.
لحسن الحظ فاننا لا نحتاج الى معرفة كل هذه البوابات المنطقية الكمومية بل يكفينا ان عرف عدد صغير جدا منها يسمى البوابات المنطقية الكونية universal quantum gates يسمح لنا ببناء اى بوابة كمومية اخرى.
من الناحية التطبيقية فان الكيوبت هو اى جملة فيزيائية بمستويين للطاقة و اشهر هذه الامثلة هو السبين spin.
لكن الهزاز التوافقى الكمومى الكهربائى المعروف باسم الترنسمون transmon فى اطار نظرية الالكتروديناميك الكمومى الدارى circuit quantum electrodynamics هو مثال ممتاز آخر و قد كنا قدمناه فى الحصة الماضية.
اذن ال 0 يمثل الحالة الاساسية للترنسمون و 1 يمثل الحالة المثارة للترنسمون.
لبناء البوابات المنطقية باستعمال هذا الترنسمون علينا بناء دوائر كهربائية يمكننا فيها تحضير الحالة الابتدائية للترنسمون (وهو ال input) و اجراء الرصد الكمومي على الترنسمون (وهو output) و يمكننا فيها ايضا التحكم فى الخواص الكهربائية للترنسمون من اجل تنفيذ المصفوفة الاحادية (البوابة المنطقية). فى الدارة فى الصورة الثانية فان الترنسمون هو الذى بالاحمر.
انظر حصة الامس حول الترنسمون.
 



 ملتقى جوزفسون


خطوات النجاح ثلاثة:
-ان تكتشف و انت فى عمر ال 22 عندما كنت تحضر الدكتوراة تأثيرا فيزيائيا عميقا مع تطبيقات عملية عريضة.
-ان تتحصل و انت استاذ فى عمر ال 33 على جائزة نوبل على ذلك الاكتشاف.
-ان تترك و انت فى عمر ال 40 الفيزياء و تتوجه الى الفلسفة و بالضبط الى التصوف و تخترع نوعا جديدا من التصوف الوجودى يسمى (التصوف الكمومى quantum mysticism) الذى يتم فيه مزج علوم الوعى بالميكانيك الكمومى بالتأله الشرقى وهذا من اجل تحقيق نظرية توحيدية بين المادة و العقل.
هذه الخطوات هى التى يحلم بها الكثير من طلبة الفيزياء لكن واحد فقط حققها بالفعل فى حياته و بهذا الترتيب وهو براين جوزفسون Brian Josephson (فى الصورة) مكتشف تأثير جوزفسون Josephson effect الكمومى.
فى عام 1962 اكتشف جوفسون انه اذا وضعنا عازل insulator كهربائى بين ناقلين-ممتازين superconductors فان تيار كهربائى سيمر بينهما.
هذا الساندويتش (ناقل-ممتاز-عازل-ناقل-ممتاز) يسمى اليوم ملتقى جوزفسون Josephson junction.
خواص هذا التأثير بسيطة جدا وهى التى أخذ عليها جوزفسون نوبل مما سمح له بالتقاعد من الفيزياء مبكرا و القيام بالبحث عن الحقيقة فى اتجاهات اخرى.
هذه الخواص الخصها لكم فى 5 عناصر:
اولا هذا التيار الكهربائى سيمر حتى لو لم نطبق اى جهد voltage بين الناقلين-الممتازين.
ثانيا هذا التيار الكهربائى هو عبارة عن تأثير نفق tunneling effect كمومى يتم فيه نقل الشحنات الكهربائية من ناقل-ممتاز الى الناقل-الممتاز الآخر. و تأثير النفق راجع الى كون دالة الموجة فى كل ناقل-ممتاز لديها ذيل tail يمتد الى الناقل الآخر فاذن هناك احتمال معتبر ان تنتقل الشحنات من ناقل الى آخر عبر العازل مع افتراض سمك صغير للعازل.
ثالثا اكثر من هذا فان هذا التيار الكهربائى لا يتشكل من الكترونات بل هو يتشكل مما يسمى ازواج كوبر Cooper pairs التى هى ناقلات الشحنة فى النواقل-الممتازة و زوج كوبر هو شبه-جسيم quasi-particle عبارة عن حالة مرتبطة bound state من الكترونين ذات سبين يساوى صفر.
رابعا هذا التيار الكهربائى يتعلق بطور phase دالة الموجة (التى هى دالة موجة ماكروسكوبية macroscopic واصفة لازواج كوبر) عبر قانون جوزفسون الاول الذى ينص على ان التيار الذى يمر بين الناقلين-الممتازين هو متناسب مع جب sine الطور.
و طور دالة الموجة هو بالضبط وسيط الترتيب order parameter للناقلية-الممتازة التى لا يمكن ان تظهر الا فى تحول طورى phase transition عند درجة حرارة منخفضة. هذا الطور هو متغير ميكروسكوبى microscopic variable يعبر عن متغير ماكروسكوبى هو التدفق المغناطيسى magnetic flux.
اما كون دالة الموجة هى دالة موجة ماكروسكوبية فهذا يعنى انها لا تتعلق الا بكثافة ازواج كوبر و بالتدفق المغناطيسى التى هى متغيرات ماكروسكوبية.
خامسا هذا التيار الكهربائى يعبر عن حاثة غير-خطية non-linear inductor. و تذكروا فان الحاثة الخطية هى عبارة عن وشيعة coil يمر فيها تيار كهربائى.
اذن ملتقى جوزفسون هو حاثة-غير خطية و نقصد بذلك ان العلاقة بين التيار و الجهد هى ليست علاقة خطية او بالمقابل فان العلاقة بين الحاثية inductance و طور دالة الموجة هى علاقة غير-خطية. كل هذه الامور هى ملخصة فى قانون جوزفسون الثانى الذى ينص على ان التغير فى الزمن لطور دالة الموجة يجب ان يكون متناسبا مع الجهد.
قانونا جوزفسون اللذان يحكمان ملتقى جوزفسون موجودان فى الاطار فى الصورة الثانية.
ملتقى جوزفسون يدخل اليوم فى تركيب جميع العناصر الكهربائية الكمومية التى تعتمد كلها على الناقلية-الممتازة (وهى جمل ماكروسوبية كمومية تسمى ميزوسكوبية mesoscopic تخضع لقوانين الالكتروديناميك الكمومى و ليس للقوانين الكلاسيكية للكهرومغناطيسية وهو مجال يسمى الالكتروديناميك الكمومى الدارى circuit quantum electrodynamics).
من الناحية التطبيقية فان اهم انواع الكيوبت qubit (البت الكمومى) هو ملتقى جوزفسون نفسه و يسمى فى هذا النسق الكيوبت الناقل-الممتاز superconducting qubit.
 
 


 

الذرة الاصطناعية

 
كيف تطور الكيوبت من الكيوبت المشحون (a) الى الكيوبت المفصوم (b) الى الذرة الاصطناعية (c).
الكيوبت المشحون charged qubit هو عبارة عن ملتقى جوزفسون Josephson junction مع طاقة تغذية power supply و يسمى ايضا (علبة زوج كوبر Cooper pair box).
من الناحية الفيزيائية فان ملتقى جوزفسون هو عبارة عن حاثة inductor غير-خطية اى ان قيمة الحاثية inductance فيها لا تتعلق خطيا على الحقل المغناطيسى مثلما يحدث مثلا فى حالة الوشيعة coil التى يعبرها تيار كهربائى.
الكيوبت المفصوم split qubit هو عبارة عن ما يسمى (اخطبوط SQUID) الذى هو عبارة عن علبتى زوج كوبر موضوعتان على التوازى.
اما الذرة الاصطناعية artificial atom و تسمى ايضا الترنسمون transmon فهو عبارة عن كيوبت مفصوم موضوع على التوازى مع مكثف capacitor قيمة التكاثفية capacitance فيه اكبر بكثير من قيمة تكاثفية ملتقى جوزفسون.
الذرة الاصطناعية هى جملة كمومية بمستويين للطاقة فقط مع تلاحم coherence مثالى و غياب تام للضجيج noise و تحكم control كلى فى التشغيل وهى من الناحية الفيزيائية عبارة عن هزاز توافقى harmonic oscillator مع قليل جدا من اللاتوافقية anharmonicity التى هى السر فى كل هذه الاشياء.
الآن هذه الذرة الاصطناعية سوف تسمح لنا بتنفيذ البوابات المنطقية logic gates.
البوابات تأخذ مدخول و تعطينا مخروج.
المدخول input هو الحالة الابتدائية التى نحضر فيها الذرة الاصطناعية.
اما عملية قراءة reading المخروج output فذلك يتم عن طريق عملية رصد كمومى quantum measurement process gحالة الذرة الاصطناعية و يتم هذا عن طريق وضع الدارة الكهربائية للذرة الاصطناعية على التوازى مع هزاز كهربائى LC المشكل من حاثة L و مكثف C.
من ناحية الفيزياء النظرية فان الاعجاز فى هذا النجاج يرجع الى خواص الهزاز التوافقى الكمومى.
اما من ناحية الفيزياء التطبيقية فان كل النجاح راجع الى خواص الناقلية الممتازة التى هى فى الحقيقة ظاهرة ايضا من ظواهر اعجاز الفيزياء النظرية.


النسبية العامة و الثقالة الكمومية بالعربية على اليوتوب

 

الفيديو العاشر من ناحية التسجيل لكن الخامس من ناحية الترتيب المنطقى فى سلسلة (النسبية العامة و الثقالة الكمومية) على اليوتوب التى اهدف منها الى تسجيل جميع مواضيع النسبية العامة و الثقوب السوداء و الكوسمولوجيا و نظرية الحقول الكمومية المنحنية و الثقالة الكمومية التى سيُوفقنا الله اليها.
المرجع هو كتابى فى الموضوع المنشور مع معهد الفيزياء البريطانى.
الفيديوهات المسجلة لحد الآن هى فى ثلاثة مواضيع تحضيرية هى (النسبية الخاصة), (مبدأ التكافؤ) و (الهندسة التفاضلية).
هناك ايضا نية ان شاء الله فى تسجيل فيديوهات تدعيمية فى ثلاثة محاور (تمرينات و مسائل) و (المصطلحات العلمية عربية-انجليزية) و (تسجيل المحاضرات بالانجليزية).
يقينا هذا اول تدريس لهذا الموضوع (المتقدم) باللغة العربية.
المحاضرات الآن هى كما يلى.
-مبدأ النسبية principle of relativity
-التأثيرات النسبية relativistic effects
-تحويلات لورنتز Lorentz transformations
-المجال interval
-الزمن الذاتى proper time
-مبدأ التكافؤ The equivalence principle
-المتشعب manifold
-الاشعة vectors
-الجيوديزيات geodesics
-التنسورات tensors

Special relativity5 (proper time)| النسبية الخاصة5 (الزمن الذاتى)

البيوفيزياء و الاشعة

 

طلبة الطب يدرسون البيوفيزياء biophysics (الفيزياء البيولوجية) دون المرور المنطقى و الضرورى و السليم ب (الفيزياء الاولية) وهذه جريمة بحق الطب و بحق الطلبة و بحث الاساتذة و الخطأ خطأ الاساتذة بالاساس الذين قرروا البرنامج ورسموه.
لا يمكن دراسة البيوفيزياء بدون مدخل الى الفيزياء الاولية بفرعيها الكبيرين (الميكانيك و الكهرباء) و اول شيء يدرس فى الفيزياء الاولية هى (الأشعة vectors).
سألتنى ابنتى اسئلة حول ما يسمى (البيوفيزياء) تعنى بما يسمى (ثنائي-القطب الكهربائي electric dipole) وهى لا تعرف بأى شكل مريح منطقى لا قانون كولومب couolomb law المؤسس للكهرباء و لا تعريف الحقل الكهربائى electric field و لا علاقة الحقل الكهربائى بالكمون الكهربائى electric potential و كل هذه الاشياء تعتمد على الاشعة التى تدرس فى مقدمة الميكانيك و هو موضوع لم تدرسه لا هى و لا وزملاءها ابدا.
ثم اكثر من هذا هى تسألنى عن المصطلحات و تطلب معرفتها بالعربية. يعنى 12 سنة دراسة بالعربية ضاعت فى بضعة اشهر مع اساتذة يقولون لطلبتهم (je suis obligee) ان ادرس بالفرنسية و القانون واضح و يذهب عكس ما يقولون (يجب التدريس بالعربية).
هؤلاء اساتذة لا امل فيهم (واغلب اساتذة الجامعة كذلك لكن بالخصوص كلية الطب التى لم تدخلها العربية ابدا).
فهؤلاء الاساتذة لا احد يفرض عليهم شيء بل هم فرضوا على انفسهم و فرضوا على الطلبة لغة لا تقدم و لا تؤخر فى هذا الزمان غير-الجميل. وهذا من التكليف بما لايطاق.
المهم كل هذا هى بكل صراحة جريمة فى حق الفيزياء و فى حق الطب و فى حق اللغة العربية و فى حق الانسان الجزائرى.
الجميع يحتقر الاشعة و الاشعة تحتقرهم.
طالب الطب لا يدرس اصلا هذا الموضوع ثم يريد ان يفهم (البيوفيزياء) و هم لا يعلمون ان الطب كعلم و كبحث يحتاج الى ثلاثة علوم اساسية لا يستغنى عنها هى (الفيزياء) و (الكيمياء) و (البيولوجيا) و من اراد ان يقوم بالبحث فى الطب كعلم على مستوى عالمى فليس لديه مهرب من التحكم فى اساسيات هذه العلوم الاساسية الثلاثة.
للأسف الطب عندنا تدرس فيه (اللغة الفرنسية) المحدودة الخشبية للطب و ليس الطب فى حد ذاته.
اما طالب الفيزياء فهو يدرس الفيزياء الاولية و يبدأها بدراسة الاشعة و رغم هذا فهو من أضعف ما يكون فى الاشعة. لديهم صعوبة فى تصور كمية باتجاه و طول و صعوبة فى الاسقاط و صعوبة فى تصور انظمة الاحداثيات و كيف ننتقل بينها.
والاشعة ليست مهمة فقط فى الفيزياء الاولية بل هى مهمة ايضا فى الفيزياء الاساسية و فى عمق اعماق الفيزياء النظرية.
وفى اطار محاضرات النسبية العامة على اليوتوب فاننى قدمت اربعة محاضرات فى الهندسة التفاضلية تدور كلها حول موضوع الاشعة بشكل او بآخر.
واننى متأكد ان طلبة الفيزياء النظرية و اهم ما يميزهم العجلة و التسرع و قلة الصبر سيقولون لماذا يا ترى هذا الرجل يتحدث لنا عن كل هذه الاشعة و لماذا يا ترى يعقد لنا هذا الموضوع البسيط.
اما اساتذة الفيزياء النظرية و كثير من طلبة الفيزياء النظرية فانهم يتسائلون لماذا يا ترى يدرس هذا الرجل موضوع (النسبية العامة) باللغة العربية هل جن يا ترى! ربما فعلا اصابنى الجنون لكن لا يهمنى و سأواصل فى هذا الجنون حتى اصل به الى منتهاه.
اذن هذا هو حال طلبة الطب و طلبة الفيزياء بخصوص الاشعة.
اما طلبة الهندسة فهم يحتاجون ايضا الى الاشعة و بشكل مكثف و حالهم لن يكون احسن من حال غيرهم.
الفصل فى الملف مأخوذ من كتاب (سارواى Serway) الامريكى وهو كتاب حول الفيزياء الاساسية موجه الى (بل هو المقرر الرسمى على) طلبة السنة الاولى فى الفيزياء و العلوم و الهندسة و كان يفترض على المؤلف ان يوجهه ايضا الى طلبة الطب بشكل صريح لانه ضرورى لهم لا يمكن تصور طبيب فى هذا العصر لا يعرف هذه المواضيع و لا يمكن لطبيب فى هذا العصر ان يذهب الى البحث فى الطب بدون معرفة هذه المواضيع الاولية.
اذن اهم موضوع فى الاشعة يجب ادراكه هو التميز بين القيمة الشعاعية vector quantity و القيمة السلمية scalar quantity و ثانى اهم موضوع هو الفضاء الذى نشتغل فيه.
نحن يهمنا الفضاء الاقليدى Euclidean space بثلاثة ابعاد و ربما يهمنا الفضاء الاقليدى ببعدين اى المستوى plane.
ثم علينا فهم انظمة الاحداثيات coordinate systems و كيف ننتقل من نظام الى آخر (وهذا هو ما يسمى الدوران rotation).
اهم انظمة الاحداثيات هو النظام الديكارتى Cartesian system (فى 2 و 3 ابعاد) و النظام القطبى polar system (فى بعدين) و النظام الكروى spherical system (فى 3 ابعاد) و النظام الاسطوانى cylindrical system (فى 3 ابعاد).
ثم علينا فهم خواص الفضاء الاقليدى من وجهة نظر الفضاء الشعاعى (الفضاء الاقليدى عكس كل المتشعبات manifolds هو ايضا فضاء شعاعى vector space فى حد ذاته).
اذن نحتاج ان نعرف كيف نجمع addition الاشعة و كيف نجد سالب negative الاشعة اى عكسها و كيفية تركيب الاشعة vector composition بصفة عامة و كيف نضرب الاشعة باعداد سلمية multiplication of vectors with scalar numbers.
وعلينا معرفة كيفية الحصول على مركبات الشعاع vector components فى انظمة الاحداثيات المختلفة عبر الاسقاط projection على المحاور و التحويل بينها بيسر و سهولة (اذن هنا علينا اتقان خواص الدوران من نظام الى آخر).
و علينا معرفة خواص اشعة الوحدة unit vectors و كيفية الانتقال بها من نظام احداثيات الى آخر.
و علينا ايضا معرفة الجداء السلمى scalar product لشعاعين الذي يعطى قيمة سلمية و الجداء الشعاعى vector product لشعاعين الذى يعطى قيمة شعاعية.
الاسقاط على المحاور (الذى يجب اتقانه من اجل حساب مركبات الاشعة) يحتاج الى الجداء السلمى و حساب المساحات و الحجوم يحتاج الى الجداء الشعاعى.
ثم علينا معرفة كيفية اشتقاق الاشعة فى اى اتجاه كيفى من الفضاء الاقليدى. هنا يدخل مفهوم التدرج gradient و التدوير curl وهما اساسيان فى الكهرومغناطيسية بالخصوص. و ايضا هنا يجب معرفة كيفية تحويل عملية الاشتقاق هذه من نظام احداثيات الى آخر.

differential geometry4 (tensors)| الهندسة التفاضلية4 (التنسورات)

التفكير فى (الحاسوبية) بشكل (فيزيائى)

 

اقتراح لجميع اساتذة (الميكانيك الكمومى) الذين يقومون بتدريس المادة.
اقترح الدخول فى تجربة جديدة فى تدريس الميكانيك الكمومى يتم فيها تدريس هذا الموضوع الاكثر اساسية لكن الاكثر صعوبة من وجهة نظر (الحاسوبية الكمومية و المعلوماتية الكمومية quantum computation and quantum information).
جميع الكتب الموجودة فى هذا المجال و جميع مواد الميكانيك الكمومى يقوم فيها الاستاذ بتدريس الميكانيك الكمومى من وجهة نظر (الفيزياء الذرية) او (فيزياء المادة المكثفة) او (فيزياء الجسيمات الاولية) و كلها وجهات نظر صحيحة قوية عميقة لكنها لم تعد تثير اهتمام الطلبة و لا مخيلتهم.
مثلا كتب ساكوراى Sakurai و غريفيثس Griffiths الامريكيان و كتاب لاندوا Landau الروسى و كتاب كوهين-طانونجى Cohen-Tannoudji الفرنسى هى كتب ممتازة جدا جدا لكن أكل عليها الدهر و شرب ليس من ناحية قيمتها العلمية لكن من ناحية تجاوبها مع مقتضيات العصر و الموضات الطاغية عليه.
و (الحاسوبية الكمومية و المعلوماتية الكمومية) هى اكيد موضة من موضات العصر لكنه موضوع عميق فعلا للطبيعة و مهم جدا للانسان لا يمكن انكار ذلك.
الحاسوبية الكمومية و المعلوماتية الكمومية هو علم يتم فيه مزج اربعة علوم اساسية هى:
-الفيزياء physics النظرية و التجريبية و بخاصة الميكانيك الكمومى quantum mechanics اصولا و تطبيقات. و الفيزياء هى أم العلوم وهى اقدمها بدون اى شك وهى الوجه الاول للحاسوبية و المعلوماتية الكموميتان.
-علوم الحاسوب computer science النظرية و التطبيقية. و علوم الحاسوب هو ما نسميه عندنا ب (الاعلام الآلى) وهو لا (اعلام) و لا (آلى) بل هو (علم) و (حساب و منطق). وهذا علم قديم و ليس حديث كما قد يعتقد البعض فان حضارة سومر فى العراق نفسها كانت قد طورت خوارزميات بالغة فى الدقة. و علوم الحاسوب هى الوجه الثانى للحاسوبية و المعلوماتية الكموميتان.
-علوم المعلومات information theory وهذا غير موجود عندنا و هى تهتم بنظرية المواصلات communication theory من الناحيتين الرياضية و التطبيقية. هذا علم حديث نوع ما ابتدأه كلود شانون Claude Shannon فى الاربعينات.
-علوم التشفير cryptography و هى التى تهتم بكيفية حماية الحاسوبية و المعلوماتية التى هى فى خدمة الانسان من الانسان نفسه.
اذن اقول ان تدريس الميكانيك الكمومى من وجهة نظر (الحاسوبية الكمومية و المعلوماتية الكمومية) هو قد يوفر تحفيز هائل للطالب و الاستاذ و هو ايضا قد يساعدهم على الاقتراب اكثر من تخصص علوم الحاسوب بشكل اكثر اساسية و هو ايضا سيوفر ربما فرصة لاعادة احياء تدريس الميكانيك الكمومى الذى يعانى مع بقية مواد الفيزياء من موات شديد منذ سنوات.
بكل بساطة فان (الحاسوبية الكمومية و المعلوماتية الكمومية) قد علمتنا كيف نفكر فى الحاسوبية و المعلوماتية بشكل فيزيائى (وليس بشكل رياضى بحت) بعد ان علمتنا (الحاسوبية العلمية scientific computing) كيف نفكر فى الفيزياء بشكل حسابى وهذا ان دل على شيء فانما يدل على تفوق ذكاء علماء الفيزياء على ذكاء علماء علوم الحاسوب (وهذا صحيح فى الغرب يقينا).
و (الحاسوبية العلمية) ابسط من (الحاسوبية الكمومية) و هى اقدم فى الفيزياء نفسها (قبل ان تصبح موضة فى العلوم الاخرى) و من لا يعرف كيف (يكتب حلول رياضية عددية) ل (المسائل الفيزيائية) ثم (انجازها خوارزميا) ثم (تنفيذها على الحاسوب) فعليه ان يتعلم هذا و بسرعة. فهذا كما ترون يعتبر من ابسط انواع الذكاء الاصطناعى.
اذن (الحاسوبية العلمية) مارست (الذكاء الاصطناعى artificial intelligence) منذ عهد فون نويمان von Neumann و مشروع مانهاتن Manhattan project اى قبل عصر (الذكاء الاصطناعى) نفسه.
اما (الحاسوبية الكمومية و المعلوماتية الكمومية) فهى فعلا ثورة فى المفاهيم ان تفكر فى (الحاسوبية) بشكل (فيزيائى) و ليس العكس وهذه الثورة فى المفاهيم ترجع بالاساس الى دافيد دويتش David Deutsch فى الثمانينات الذى طور (الحاسوب الكمومى الكوني universal quantum computer) الذى يعمم و يعوض (آلة تورين الكونية universal Turing machine) الحتمية او الاحتمالية.
اذن فى (الحاسوبية الكمومية و المعلوماتية الكمومية) نستخدم قوانين الميكانيك الكمومى و المنطق الكمومى من اجل بناء الآلة machine و الخوارزمية algorithm و الانجاز implementation و التنفيذ execution عوض قوانين الميكانيك الكلاسيكى و المنطق الكلاسيكى المستخدمة فى علوم الحاسوب.
قوة الحاسوبية الكمومية بالمقارنة مع الحاسوبية الكلاسيكية هو فى توفر مورد resource اضافى قوى جدا جدا هو التشابك entanglement بالاضافة الى الطاقة energy. و الموارد هى جميع الفيزيائيات التى نستخدمها من اجل نجاح العملية الحاسوبية.
اذن الحاسوبية الكمومية تحتوى على موردين على الاقل هما الطاقة و التشابك.
و التشابك (و مقياسه هو انطروبى التشابك entanglement entropy) هو مورد غائب تماما فى الميكانيك الكلاسيكى وهو منبع كل القوة الحاسوبية الكمومية.
اذن فكرة (الحاسوب الكمومى الكونى) يمكن ان نذهب بها الى (الحاسوب الكمومى-الثقالى الكونى) اى نستخدم قوانين الثقالة الكمومية لبناء الآلة و الخوارزمية و الانجاز و التنفيذ عوض قوانين الميكانيك الكمومى.
اذن يمكن ان تستخدم اى نظرية فيزيائية اخرى (ليس فقط الميكانيك الكمومى) من اجل بناء (حاسوبية و معلوماتية) جديدة تعتمد على قوانين تلك النظرية.
يكفى ان تكون تلك النظرية الفيزيائية متحققة طبيعيا.
لهذا فان الناس تفكر اكثر فى الميكانيك الكمومى لانه متحقق فى الطبيعة و لم تفكر مثلا فى استخدام (و لو انهم فكروا قليلا فى الامر) قوانين الهندسة غير-التبديلية noncommutative geometry او نظرية الاوتار string theory او نظرية الثقالة الكمومية الحلقية loop quantum gravity او اى نظرية فيزيائية اخرى.
الخلاصة ببساطة هى انه ليس كافيا التفكير فى (الفيزياء) بشكل (حاسوبى) بل يجب التفكير وهذا اقوى بكثير فى (الحاسوبية) بشكل (فيزيائى) و ليس بشكل (رياضى) محض.
هذا يعنى انه يمكننا استخدام (الحاسوب الكمومى) من اجراء محاكاة الميكانيك الكمومى (مثلا التداخل interference فى تجربة يونغ Young experiment او التشابك فى تجربة ال EPR التى طورها اينشتاين مع زملاءه اليهود).
هذا الشيء يسمى (محاكاة كمومية quantum simulation) و لا يمكن لاى حاسوب كلاسيكى مهما كان (حتى آلة تورين الكونية الاحتمالية) القيام به وهذا أمر قد لاحظه اول من لاحظه فايمان فى بداية الثمانينات.

الوجودية و الايمان -مسودة كتاب-

 

هذه هى المسودة الثانية من كتابى (الوجودية و الايمان) الذى اهدف فيه الى عرض كل آرائى الميتافيزقية بطريقة متناسقة و نهائية.
الميتافيزيقا كما افهمها و كما تهمنى هى فضاء ب 11 بعد هى كما يلى:
-اولا معضلة الوعى.
ثانيا معضلة الوجود.
ثالثا معضلة الحرية.
-رابعا معضلة العبث.
-خامسا معضلة الشر.
-سادسا معضلة المبدأ.
- سابعا معضلة الموت.
-ثامنا معضلة الدين الابراهيمى.
-تاسعا معضلة النبى و الوحى.
-عاشرا معضلة الايمان.
-حادى عشر معضلة الزمن و الواقع.
الوجودية كما اقترحها فى هذه المسودة الثانية هى محاولة حل جميع هذه المعضلات فى نظرية ميتافيزيقية واحدة تخضع لمسلمات الاسلام الاساسية و للموضوعية العلمية-التحليلية كما تعلمناها من الفيزياء النظرية.
لذا فانكم قد تجدون العرض فى هذا الكتاب غريبا بالمقارنة مع جميع انواع الكلام و الفلسفة الوجودية المتعارف عليها.
بكل بساطة لست متقيدا بأى مدرسة و اتقيد فقط بالحق و الحقيقة و هو صريح العقل و متواتر الشرع و يقين العلم.
الهدف من هذا الكتاب هو فى الحقيقة غلق باب الميتافيزيقا (على الاقل بالنسبة لى) وهذا كما نقوم بغلق (المشاريع البحثية) فى الفيزياء بعد ان نصل فيها نهايتها او الى طريق مسدود.
اذن هى المنهجية العلمية التى تحتم علينا هذا الامر اى محاولة تلخيص كل ما قلناها فى موضوع معين رغم ان اهتمامنا بذلك الموضوع لم يعد بنفس القوة كما كان فى السابق.
اذن المنهجية العلمية الهادئة تبقى افضل من الكسر العنيف لذلك الباب الميتافيزيقى خاصة مع كل تلك الجهود المضنية التى بذلناها فى السنوات الماضية.
وقد توصلنا الى فهم اشياء كثيرة كانت بعيدة تماما عن الفهم.
مثلا معضلتى الوجود و الحرية و النبى تم فهمها بشكل أصلى أصيل.
تبقى معضلة المبدأ و معضلة الشر و معضلة العبث و معضلة الدين الابراهيمى مستعصية الى حد كبير.
اما معضلة الوعى و معضلة الايمان قهما قد حلتا جزئيا وهناك امل كبير فى حلهما بشكل نهائى.
اما معضلة الزمن و الواقع فهما الاساس الفيزيائى لكل الاشياء السابقة و هما فى حد ذاتها غير مقلقتان.