التحولات الطورية

التحولات الطورية هى واحدة من تلك الظواهر الفيزيائية التى تجدها فى كل مجال من الفيزياء, تحتوى على كم هائل من الظواهر الفيزيائية, وتحتاج الى قدر لا يستهان به من الرياضيات, و هى المواصفات التى تجذب كل فيزيائى نظرى. التحولات الطورية المعروفة اكثر لدى الكثيرين, هى تحولات المادة بين اشكالها الاربعة التى هى الصلب و السائل و الغازى و البلازما. لكن هناك ايضا تحولات طورية, مازالت مجهولة الى حد كبير, فى النشاة الاولى للكون, و اخرى هى المسؤولة عن الظواهر, غير الاظطرابية, التى تميز التفاعلات المعيارية التى تتحكم فى كل القوى الطبيعية. هناك نوعان اساسيان من التحولات الطورية. التحول الطورى من الرتبة الاولى و يكون فيه الانتقال من طور الى اخر بشكل غير مستمر, ويحدث التحول تحت تأثير تغيير خارجى. و النوع الثانى و الاهم هو التحول الطورى من الرتبة الثانية, و هو تحول مستمر, و يحدث تحت تأثير القوى الداخلية للجملة, و اغلب التحولات الطورية التى تحدث فى الطبيعة هى من هذا النوع.

تكامل الطريق

تكامل الطريق path integral الذى اخترعه فايمان Feynamn اصبح من اهم الطرق الرياضية المستعملة فى تكميم الجمل الفيزيائية الكلاسيكية. هو يُعطى بالضبط سعة احتمال الجملة للانتقال من حالة اولى 1 الى حالة ثانية 2. سعة الاحتمال هو عدد مركب و هو بالضبط دالة الموجة. الاحتمال يحتسب باخذ طويلة سعة الاحتمال مربع.
حسب مسلمة التركيب الخطى, فان سعة احتمال الجملة للانتقال من الحالة الابتدائية 1 الى الحالة النهائية 2, هو بالضبط يساوى الى مجموع الطرق التى تربط بين 1 و 2. سعة الاحتمال من اجل كل طريق يعطى بدلالة ما يسمى بالفعل action المرفق بذلك الطريق بالعبارة
psi=exp(iS/hbar)
حيث hbar هو ثابت بلانك و i هو العدد التخيلى البحت و exp هى الدالة الاسية و S هو الفعل.
مثلا فى الصورة ادناه, هناك خمسة طرق. نأخذ سعة الاحتمال لكل طريق, ثم نجمع سعات الاحتمال, حتى نحصل على النتيجة النهائية. نحن فى الحقيقة, يكون لدينا عدد غير منته من الطرق التى تربط بين 1 و 2, وعليه فان الجمع على كل هذه الطرق, يصبح تكامل, ومن هنا جاءت التسمية تكامل الطريق.

مبرهنة نوثر

ربما اول امرأة فى ألمانيا و فى العالم, تتخصص, و تنجح, فى المجال الصعب جدا للفيزياء النظرية. تلك هى ايمى نوثرEmmy Noether التى اكتشفت احد ابسط و لكن اهم المبرهنات فى الميكانيك التحليلى المعروفة تحت اسم مبرهنة نوثر. هذه المبرهنة تنص بكل بساطة على أن كل زمرة تناظر لجملة فيزيائية ما, تكون بالضرورة, مرفقة مع انحفاظ قيمة فيزيائية معينة لتلك الجملة. مثلا زمرة الانسحابات فى الفضاء-زمن مرفقة بانحفاظ الطاقة و كمية الحركة, زمرة الدورانات مرفقة بانحفاظ العزم الحركة, وزمرة التحويلات المعيارية مرفقة بانحفاظ الشحنة, وهكذا,,,,,

الانحباس النووى

القوة الكهرومغناطيسية تؤثر على الشحنة الكهربائية e+ و ضد-الشحنة الكهربائية e-. بالمثل تؤثر القوة النووية الكبرى على شحنة نووية, لكن الفرق ان هناك ثلاثة انواع منها, تسمى الاحمر و الاخضر و الازرق, و اضدادها. هذه ليست الالوان التى نعرفها بل اسماء فقط لتمييز الشحنات النووية عن بعضها البعض.
الفرق الاكثر خطورة بين الشحنات الكهربائية و الشحنات النووية, و بين الالكترونات ككائنات كهربائية, وبين الكواركات ككائنات نووية, أن الشحنة النووية محبوسة confined, بمعنى أنه لا يمكن ابدا, من الناحية المبدأية, ان نرى كوارك او اى جسيم اخر يحمل شحنة نووية معزولة. كل الشحنات النووية تأتى داخل حالات مرتبطة bound states تكون عازبة singlet تحت تاثير القوة النووية الكبرى. من المؤكد ان الذى يمكنه ان يبرهن رياضيا على هذه الخاصية سيحصل بدون ريب على جائزة نوبل.

اوبرا

أكمل قصة تركيب السرعات النسبية بذكر قصة اوبرا التى وقعت عام 2011.

اوبرا OPERA هى تجربة ضخمة من تجارب فيزياء الطاقات العليا اجراها المركز الاوروبى للفيزياء النووية CERN. فى 22 سبتمبر 2011 اعلن فريق البحث المسؤول, عن اكتشاف نيترونات neutrino تسير بسرعة أكبر من سرعة الضوء. فى 18 نوفمبر اكد فريق البحث هذه النتائج.
كثير من النظريين الذين لا يفهمون حقيقة تبعات هذا الاكتشاف, اذا كان صحيح, بدأوا فى كتابة مقالات و ابحاث عن نماذج فيزيائية يمكنها ان تحتوى على نيترونات سرعتها فوق-ضوئية. الا ان اغلب الفيزيائيين النظريين المعروفين كانوا متحفظين. و ايضا الكثير من التجريبيين سلموا بالامر الواقع على انه حقيقة. لكن هناك دائما الشكاكون. مثلا القائمون على التجربة العملاقة الاخرى ICARUS ارادوا تأكيد نتائج اوبرا لكن كل جهودهم بائت بالفشل.
على كل حال لم يمر وقت طويل حتى اعلن فريق عمل اوبرا انفسهم ان نتائجهم كانت مُعيبة فى امرين اثنين. اولا من الناحية التقنية كان هناك فيبرfiber ضوئى غير مركب بشكل صحيح. ثانيا كانت هناك اخطاء احصائية فى حساب الاخطاء التجريبية. اذن كل ادعاءاتهم كانت بكل بساطة باطلة, و كل ما بنى على باطل فهو باطل. نتيجة كل هذا كانت اقالة المدير العام لاوبرا و ضياع مستقبله العلمى بسبب تضييعه لسمعته العلمية.
على كل فيزيائى ان يفهم الفرق بين المبادئ و التطبيقات. حدية سرعة الضوء ليست بمبدأ فى حد نفسها, لكنها مبنية على مبدأ اساسي هى تناظرات لورنز, ولمن درس التناظرات و فهمها, يعرف ان التنازل عن دور تناظر ما فى الفيزياء, هو معناه اعادة النظر فى الاسس, وهذا ليس بالامر الهين. حتى أن احد الزملاء ذكر لى فى البداية ان التجربة قد قالت كلمتها, و هى لها اسبقية على النظرية, و لا يسعنا الا ان ننصت. هذا الزميل لم يفهم ان هذه النظرية, اى نظرية النسبية, ليست كلام فقط, هى اساسها تناظر, لا يمكن التخلى عنه بسهولة. كما ان حجم هائل من الفيزياء الحديثة, فى فيزياء الجسيمات, و الفيزياء الكونية, و النسبية العامة قائمة على النسبية الخاصة, وكل هذا مؤكد ايضا تجريبيا, بعدد هائل من المشاهدات. نحن تعلمنا منذ قديم, ثم زاد يقيننا خلال هذه الحادثة, ان لا نصدق اى تجريبى ياتينا بخبر, حتى يأتينا ببرهان عظيم. و رأيى فى هذه المسألة بالضبط, كان صحيح, و الحمد لله, اننى وقفت صامدا امام تلك العاصفة القصيرة.

قانون تركيب السرعات النسبى

اذا اخذنا ثلاث اجسام الاول ساكن, الثانى يتحرك بسرعة v بالنسبة للاول, و الثالث يتحرك بسرعة u بالنسبة للثانى, فإن سرعة الثالث بالنسبة للاول هى المجموع
s=u+v
هذه النتيجة تقريبا بديهية و هى قانون تركيب السرعات فى الميكانيك الكلاسيكى. اذا طبقنا على الضوء. مثلا نأخذ الجسم الثالث عبارة عن فوتون, سرعته هى c بالنسبة للمعلم الثانى, مباشرة نستنتج من القانون اعلاه, ان سرعته بالنسبة للمعلم الاول هى c+v. اى انها زادت و هذا يتعارض مع مسلمة ثبات سرعة الضوء بالنسبة لجميع المعالم العطالية. الحل نجده فى النسبية الخاصة الذى يعطى قانون تركيب السرعات بالعلاقة فى الصورة ادناه. طبق الان على الضوء. ماذا تكتشف?

عودة الى مسألة علاقة تركيب السرعات اعلاه.
حتى نبرهن بشكل شفاف و بسيط على أن السرعات كلها محدودة بالمخروط الضوئى, اى اقل من c, نُدخل مفهوم السرعانية rapidity المعرفة ب
v= c.tanh r/c
اذن r هى السرعانية المرفقة بالسرعة v. من خواص الدالة tanh انها تأخذ المجال من -1 الى +1 الذى تعيش فيه السرعة v الى المجال ناقص لانهاية الى زائد لانهاية الذى تعيش فيه السرعانية r. لتكن s و t السرعانيات المرفقة بالسرعات u و w اعلاه. قانون تركيب السرعات النسبي اعلاه يصبح
t=r+s
بدون اى مجهود اضافى هذا يكفى لتبيان انه اذا كانت السرعات u و v اقل من c فان فانون التركيب اعلاه يؤدى الى سرعة w ايضا اقل من c.

السؤال الاخر الذى طرحه ابو ازهر هو هل يمكن للسرعات ان تكون اكبر من c فقط من القانون اعلاه. الجواب نظريا نعم. هذه الجسيمات تسمى طاكيونات tachyons, لكن ميزتها, ان سرعتها دائما تكون اكبر من c, لا يمكن للطاكيون ان تكون سرعته اقل من c من الاصل. اذن عالم الطاكيونات منفصل عن عالم الجسيمات العادية. لكن هذه الجسيمات تبقى افتراضية, ووجودها, اذا تأكد, يترتب عليه مشاكل جسيمة
بالنسبة لاستقرار المادة, بالنسبة للسببية و تناظرات لورنز. وهذه مشاكل ليست بالهينة, و على اساسها يرفض كثير من الفيزيائيين, وانا منهم بدون تردد, امكانية وجود الطاكيونات. رغم كل هذا فان البحث عن امكانية انهيار تناظر لورنز, هى مسألة جار البحث فيها, لانها مهمة لاسباب اخرى, و ايضا لان هذه هى الطريقة الوحيدة المعروفة التى يمكن ان تعطينا سرعات اكبر من سرعة الضوء. اما انهيار السببية فلا احد يتسامح مع هذا الامر الا الفلاسفة, اما عدم استقرار المادة فلا يتساهل معها الفيزيائيون قبل اى شخص اخر.

تناقض EPR و متراجحة بال

من اساسيات الميكانيك الكمومى ان شعاع حالة اى جملة فيزيائية, اى دالة الموجة, لا يسمح لنا الا بحساب الاحتمالات الممكنة للحصول على قيم معينة عند قياس مقدار فيزيائى ما. السؤال الذى يمكن أن يُطرح مباشرة: هل الجملة الفيزيائية كانت لها فعلا القيمة التى وجدناها عندما اجرينا القياس?
الجواب الذى كان يعطيه اينشتاين, و كل الذين يعتقدون فى واقعية دالة الموجة, هو نعم, و أن الميكانيك الكمومى فقط ناقص يحتاج الى متغيرات اضافية, الى جانب دالة الموجة, تسمى المتغيرات المخفية, لهذا لم يستطع ان يبين لنا ان الجملة فعلا كانت لها تلك الخاصة, التى وجدناها عند القياس, قبل القياس.
الجواب الذى تعطيه الاغلبية, و هم اتباع مدرسة كوبنهاغن و مؤسسها بور, يقولون: لا, لأن عملية القياس هى التى فى الواقع و لّدت النتيجة التى وجدناها, و أن دالة الموجة تنهار بعد القياس الى الحالة الذاتية المرفقة بالقياس.
كما بينت التجربة فيما بعد, رأى بور هو الصحيح, و ان رأى اينشتاين, فى واقعية دالة الموجة, بعيد تماما عن الواقع. نترك شرح هذا لفرصة اخرى.

حتى يبرهن اينشتاين على وجهة نظره فى واقعية دالة الموجة اقترح عام 1935 تجربة ذهنية مع بودلسكى Podolsky و روزن Rosen اصبحت تعرف تحت مسمى تناقض EPR. فى هذه التجربة- فى صيغتها المبسطة جدا التى قدما فيما بعد بوم Bohm- نعتبر تهافت decay جسيم البيون pion الى الكترون و بوزيترون المعطى بالتفاعل

π0 → electron+positron

البيون فى البداية يكون فى حالة السكون, اذن بعد التهافت, يطير كل من الالكترون و البوزيترون بنفس السرعة فى اتجاهين متعاكسين. شعاع حالة الجملة اليكترون+بوزيترون هى دالة موجة متشابكة entangled تعطى بما يسمى بالحالة العازبة singlet: اى انه اذا كان سبين spin الالكترون موجب فإن سبين البوزيترون يكون سالب, و العكس, اى اذا كان سبين الالكترون سالب فان سبين البوزيترون يكون موجب. الحالة تعطى بالمعادلة فى الصورة الاولى ادناه.
نترك الان الالكترون و البوزيترون يبتعدان عن بعضهما البعض, دائما فى هذه الحالة الكمومية المتشابكة, حتى تصبح المسافة بينهما هى نصف قطر الكون نفسه-تذكروا ان هذه تجربة ذهنية-, ثم نجري القياس. الفكرة هو اننا نترك الالكترون و البوزيترون يبتعدان عن بعضهما البعض, الى الحد الذى نتأكد معه, انهما لا يمكن ان يؤثرا على بعضهما البعض باي سبب فيزيائى معروف.
ماذا يقول الميكانيك الكمومى عن نتائج القياس. لان الجملة فى حالة تشابك كمومى, فإن قياس السبين الالكترونى سيؤدى الى انهيار دالة الموجة, و منه فان السبين البوزيترونى يتحدد بحتمية كاملة. معنى هذا, اذا قسنا سبين الالكترون, ووجدناه موجب, فإننا نكون متأكدين أن قياس سبين البوزيترون, الذى هو موجود فى الجهة الاخرى من الكون, سيعطى القيمة السالبة, و العكس صحيح, اى اذا قسنا سبين الاكترون ووجدناه سالب, فإننا نكون متأكدين ان اى قياس لسبين البوزيترون سيعطى القيمة الموجبة.
اذن حسب اينشتاين, فإن التاثير فى هذه الحالة قد انتشر بسرعة لانهائية, و هذا مناقض لما تنص عليه النسبية. الحل فى رأيه هو فى واقعية دالة الموجة, اى ان سبين الالكترون هو اما موجب او سالب, و كون الميكانيك الكمومى لا يعطينا الا احتمالات, هذا لا يعبر الا على نقص فى النظرية. اذن بالاضافة الى دالة الموجة, هو يقول, نحتاج الى متغيرات اضافية, لاننا لا نعرفها, نسميها متغيرات مخفية.

لكن كما بين بال Bell فيما بعد اى نظرية محلية للمتغيرات المخفية هى نظرية غير منسجمة مع الميكانيك الكمومى, اى ان الحل من المأزق كما اقترحه اينشتاين غير ممكن اصلا. شرح هذه يحتاج الى مكان و زمان اخرين.

مبرهنة بال Bell من اهم نتائج الميكانيك الكمومى على الاطلاق. بال اعتبر مرة اخرى تجربة اينشتاين, بودلسكى Podolsky, روزن Rosen و بوم Bohm, التى ينحل فيها بيون pion فى حالة السكون الى الكترون و بوزيترون, اللذان يطيران فى اتجاهين متعاكسين بنفس السرعة. جملة الالكترون و البوزيترون موجودة فى حالة تشابك كمومى quantum entanglement معطاة بالحالة العازبة. الان نقيس سبين الالكترون. بسبب التشابك الكمومى, اذا وجدنا سبين الالكترون موجب, فإننا نعرف بدون اى قياس ان سبين البوزيترون هو سالب, حتى لو كان البوزيترون موجود فى الجهة الاخرى من الكون.
بال قرر ان يقيس سبين الالكترون فى اتجاه كيفى a,و أن يقيس سبين البوزيترون فى اتجاه كيفى اخر b. انظر الصورة ادناه. حسب قواعد الميكانيك الكمومى, القيمة المتوسطة لمضروب السبينين, تعطى
P(a,b)=-a.b
حسب اينشتاين و زملائه فإن حالة الموجة psi تأتى مع متغير مخفى lambda. بإفتراض الموضعية locality, اى ان الاتجاه a يمكن ان يختار بطريقة مستقلة خطيا عن الاتجاه b, و ايضا أن نتيجة قياس سبين الالكترون تعطى بدالة f تأخذ فقط القيمتين زائد واحد او ناقص واحد, و بإفتراض ايضا ان نتيجة قياس سبين البوزيترون تعطى بدالة g تعطى ب g=-f. باستخدام كل هذه الفرضيات نجد ان القيمة المتوسطة لمضروب السبينين تحقق, من اجل ثلاث اتجاهات كيفية a,b و c, المتراجحة
|P(a,b)-P(a,c)|<1+ P(b,c)
هذه النتيجة البسيطة من اعمق نتائج الميكانيك الكمومى و تسمى متراجحة بال. اذا طبقنا على الميكانيك الكمومى العادى, نجد مثلا, من اجل a عمودى على b, و من اجل c يصنع زاوية 45 درجة مع a و b, النتائج
P(a,b)=0, P(a,c)=P(b,c)=-0.7
و هذا مناقض بشكل واضح مع متراجحة بال.
اذن بال برهن, بشكل بسيط جدا, على أنه اذا كان اينشتاين محق, فإن الميكانيك الكمومى ليس فقط غير كامل, كما ظن اينشتاين, بل خاطئ تماما. من الجهة الاخرى, اذا كان الميكانيك الكمومى صحيح فإن اى نظرية متغيرات مخفية محلية هى غير منسجمة بالمرة مع الميكانيك الكمومى.
تجربة Aspect و Grangier و Roger فى عام 1982 حسمت بالكامل هاته المعركة لصالح الميكانيك الكمومى بدون ان تترك اي مجال للشك. اذن الميكانيك الكمومى غير واقعى not real, و الطبيعة نفسها على ادق المستويات غير محلية non-local.

 

التناظرات المتقطعة

هناك ثلاث تناظرات متقطعة بين الجسيمات الاولية منتهكة كلها من قبل التفاعلات النووية الضعيفة المسؤولة عن النشاط الاشعاعى. هذه التناظرات هى:
P: التناظر المرآة parity او التناظر العكسى فى الفضاء.
T: التناظر العكسى فى الزمن time reversal و
C تناظر ارفاق الشحنة بعكسها charge conjugation.
انتهاك التناظر المرآة تم اكتشافه عام 1957 من طرف وو Wu بعد اقتراح من يانج Yangو لى Lee.
انتهاك التركيب CP تم اكتشافه عام 1964 من طرف كرونين Cronin و فيتش Fitch فى التفاعلات الضعيفة لجسيم الكاوون Kaon.
كل هؤلاء الفيزيائيون تحصلوا على جائزة نوبل على هذه الاكتشافات الاساسية.
ﻷن الفيزياء تخضع لما يسمى مبرهنة CPT, التى تنص على ان التفاعلات النووية كغيرها يجب ان تخضع للتناظر CPT, الذى هو تركيب التناظرات الثلاثة المتقطعة مع بعضها البعض, فإن انتهاك CP هو مكافيء تماما لانتهاك التناظر العكسى فى الزمن T. اى انه لا يوجد تناظر فى الزمن اسوء مما يفعله المبدأ الثانى للترموديناميك.
اللاتوازن الملاحظ فى الكون بين المادة و المادة المضادة يرجع بالضبط للانتهاك فى التناظر CP. هذه الانتهاكات تبقى, رغم كل ما حققه العلماء فى فهمها, من اغمض خصائص الجسيمات الاولية.

لاغرانجية النموذج المعيارى

لاغرانجية النموذج المعيارى للجسيمات الاولية, التى تحتوى على كل شيئ يخص التفاعلات الكهرومغناطيسية, و النووية الكبرى, و النووية الصغرى, التى نعرفها فى عوالم ما تحت النواة. فقط الثقالة غائبة عن هذه المعادلة و معها كل الامور الكونية.

مبرهنة CPT

هناك ثلاث تناظرات متقطعة بين الجسيمات الاولية متنتهكة كلها من قبل التفاعلات النووية الضعيفة المسؤولة عن النشاط الاشعاعى. هذه التناظرات هى:
P: التناظر المرآة parity او التناظر العكسى فى الفضاء.
T: التناظر العكسى فى الزمن time reversal و
C تناظر ارفاق الشحنة بعكسها charge conjugation.
انتهاك التناظر المرآة تم اكتشافه عام 1957 من طرف وو Wu بعد اقتراح من يانج Yangو لى Lee.
انتهاك التركيب CP تم اكتشافه عام 1964 من طرف كرونين Cronin و فيتش Fitch فى التفاعلات الضعيفة لجسيم الكاوون Kaon.
كل هؤلاء الفيزيائيون تحصلوا على جائزة نوبل على هذه الاكتشافات الاساسية.
ﻷن الفيزياء تخضع لما يسمى مبرهنة CPT, التى تنص على ان التفاعلات النووية كغيرها يجب ان تخضع للتناظر CPT, الذى هو تركيب التناظرات الثلاثة المتقطعة مع بعضها البعض, فإن انتهاك CP هو مكافيء تماما لانتهاك التناظر العكسى فى الزمن T. اى انه لا يوجد تناظر فى الزمن اسوء مما يفعله المبدأ الثانى للترموديناميك.
اللاتوازن الملاحظ فى الكون بين المادة و المادة المضادة يرجع بالضبط للانتهاك فى التناظر CP. هذه الانتهاكات تبقى, رغم كل ما حققه العلماء فى فهمها, من اغمض خصائص الجسيمات الاولية.

الالكترون

الالكترون هو اول الجسيمات الاولية اكتشافا, و كان ذلك عام 1897 من قبل تومسون Thomson, الذى افترض بعدها مباشرة ان الالكترون يجب ان يكون مكونا اساسيا للذرة. هذا الامر بينه فيما بعد رذرفورد Rutherford عام 1914 عن طريق تجارب تصادم مرنة elastic scattering بين جسيمات ألفا, التى هى عبارة عن انوية الهيليوم, و ذرا ت الذهب. هذه التجارب بينت, بما لا يدعو للشك, ان بنية الذرة تتشكل من نواة كثيفة فى المركز, ذات شحنة موجبة, تتركز فيها اغلب الكتلة الذرية, و مجموعة من الالكترونات, ذات الشحنة السالبة, و الكتلة المهملة بالمقارنة, التى تسبح فى مدارات حول النواة. نحن نعرف الان, ان النواة مُشكلة من بروتونات, عددها هو بالضبط عدد الالكترونات, و شحنتها تساوى شحنة الالكترون بالقيمة المطلقة, و من نيوترونات, ذات الشحنة الحيادية, و الكتلة المقاربة لكتلة البروتون, و التى اكتشفاها شادويك Chadwick عام 1932. فى الصورة ادناه ذرة الهيدروجين فى بعض حالاتها الكمومية. الالكترون هو اكثر احتمالا ان يكون موجود فى المناطق المنيرة.

المخروط الضوئى

بنية الفضاء-زمن المبنية على النسبية الخاصة, و على مبدأ السببية, يُمكن اختزالها بالكامل فيما يعرف بالمخروط الضوئى light cone. كل مُلا حِظ, اى كل شخص, فى الفضاء-زمن هو حادث event, له ماض و له مستقبل. المستقبل هى كل النقاط فى الفضاء-زمن التى يمكن ان يؤثر فيها هذا المُلاحِظ, عبر ارسال اشارة ما. الضوء, و الاشعاع الكهرومغناطيسى, هو اسرع اشارة ممكنة. اذن هذه الاشارات الضوئية, لان سرعتها هى c , فانها ترسم فى الفضاء-زمن مخروط, وكل النقاط داخل المخروط الامامى, اى فى الاتجاه الموجب للزمن, تمثل النقاط فى الفضاء-زمن, اى الاحداث, التى يمكن ان يؤثِر فيها هذا الملاحظ. المخروط الضوئى الامامى هو اذن مستقبل هذا الملاحظ.
فى المقابل كل النقاط التى تقع فى المخروط الفضائى الخلفى, اى فى الاتجاه السلبى للزمن, تشكل ماضى هذا المُلاحِظ, و هى النقاط التى كان يمكن ان تؤثر فى الملاحظ عن طريق ارسال اشعاع كهرومغناطيسى انطلاقا منها. النقاط خارج المخروط الضوئى هى النقاط المنفصلة سببيا عن الملاحظ, اي لا يمكن ان تؤثر, و لا يمكن ان تتأثر, ب او فى الملاحظ.
نقول عن النقاط خارج المخروط انها شبيهة بالفضاء, و عن النقاط داخل المخروط انها شبيهة بالزمن, و عن النقاط على سطح المخروط انها شبيهة بالضوء.

الاثير و النسبية الخاصة

تجربة مايكلسون-مورلى, التى اجراها العالمان الامريكيان مايكلسون و مورلى فى عام 1887, كان الهدف منها قياس سرعة الضوء فى اتجاهات متعددة, و الكشف عن الاثير, الذى هو الوسيط المفترض الذى تنتشر فيه الامواج الكهرومغناطيسية, التى كان يُعتقد انها لا يمكن ان تنتشر فى الفراغ. نتيجة التجربة كانت سلبية, بمعنى ان سرعة الضوء كانت دائما هى نفسها فى كل الاتجاهات, و عليه فان الاثير هو فى الحقيقية غير موجود. الان نعرف ان الاثير غير موجود بدقة تبلغ و احد من 10 مليون, و تعتبر تجربة مايكلسون-مورلى من اهم الاختبارات التى نجحت فيها النسبية الخاصة, التى تنص مسلمتها الثانية على ان سرعة الضوء هى نفسها فى جميع المعالم العطالية. علينا الاشارة هنا, ان اينشتاين اضطر الى التسليم بثبوت سرعة الضوء بالنسبة لجميع الملاحظين, مهما كانت حركتهم, بناءا على اعتبارات اخرى ذات علاقة بالكهرومغناطيسية, و لم يكن على علم بتجربة مايكلسون و مورلى.
المسلمة الاولى للنسبية الخاصة هى نفسها المبدأ النسبى لغاليليو الذى ينص على ان القوانين الفيزيائية تأخذ نفس الشكل فى جميع المعالم العطالية, الفرق هو ان التناظرات الى ينبنى عليها هذا المبدا, تصبح معطاة بتحويلات لورنتز فى النسبية, عوض تحويلات غاليليو فى الميكانيك الكلاسيكى.

الثقب الاسود فى مركز مجرة درب التبانة

كل المجرات العملاقة, و من بينها مجرة درب التبانة خاصتنا, تحتوى فى مركزها على ثقب اسود فائق الكتلة ,كتلته ربما تصل الى مليار كتلة شمسية و أكثر. فى حالة مجرتنا فإن هذا الثقب الاسود يقبع فى ساجيتاريوس Aستار,SgrَA star , الذى هو منبع صغير لكن منير جدا للاشعة الراديوية فى مركز المجرة, على بعد 26000 سنة ضوئية. و كتلة هذا الثقب الاسود هى حوالى 4 مليون كتلة شمسية,,,الثقب الاسود لأنه اسود لا يمكن رؤيته مباشرة, و هذا أمر مبدئي و ليس ناجم عن نقص فى التكنولوجيا, بعبارة اخرى لن يمكننا ابدا ان ننظر الى ثقب اسود مباشرة, اى ضوئىا, لأنه لا يصدر عنه اى اشعاع كهرومغناطيسى,,اذن كل المعلومات عن ساجيتاريوس A ستار مستقاة فى الحقيقة عن حركة و مسارات عدد من النجوم حول هذا المنبع الراديوى,, نشير من الجهة الاخرى, انه ربما فى المستقبل سيمكننا رؤية ثقب اسود مباشرة باستعمال الامواج الثقالية,,

بين الحتمية و اللاحتمية

الحتمية السببية الفيزيائية causal or nomological detereminism هى من اهم المسلمات او المبادئ التى تقوم عليها الفيزياء,,وهى تنص على ان حالة اي جملة مادية هى محددة بالكامل اذا عرفنا الشروط الابتدائية و القوى المطبقة عليها,,ليس هناك اى حرية للكون او لاى جملة فيزيائية اخرى, صغرت او كبرت, فى فعل اي شيء, بل فقط فى اتباع القوانين المطبقة عليها,, بتعبير دارج نوع ما, نقول ان الكون مجبر, هذا ما يعنيه حقيقة هذا المبدأ,,,
الميكانيك الكمومى يعطى مجال للجملة المادية فى انه بالرُغم من امكانية معرفتنا للقوى المطبقة عليها, و لشروطها الابتدائية, فان حالتها لا تَتَعين الا باحتمال, و ليس هناك حتمية,,هذه تسمى اللاحتمية الكمومية quantum indeterminism,,رُغم هذا فإن كل الابحاث التى تجرى فى اسس الميكانيك الكمومى foundations of quantum mechanics تبحث فى حقيقتها من التخلص من اللاحتمية الكمومية و الرجوع الى الحتمية الكلاسيكية,, من الناحية الفلسفية فإن الكثير يعتقد ان الحتمية الفيزيائية الكلاسيكية هى الاكثر قبولا, و هى الاقرب الى حقيقة الواقع, وان اللاحتمية الكمومية هوى فقط نقص فى النظرية و ليس لها اى حقيقة خارجية....

ملاحظة1: غريب امر الانسان يرضى ان يكون الكون, الذى هو اعظم خلقا منه كما ذكر القرآن, مجبرا مصيره محتما, لكنه يعتقد فى نفسه الحرية المطلقة.
ملاحظة2: الانسان مادة, فهو من هذه الناحية يخضع لنفس المبدأ الحتمى الذى يخضع له الكون,,,لكن الانسان ايضا هو روح و عقل و من هذا الباب اتى تَحمُلِه للمسؤولية و تعرضه للحساب و العقاب,,لكن الغربيين يريدون ايضا تفسير العقل بالمادة و هم لا يدرون انهم اذا كان ذلك ممكنا لاصبح الانسان خاضعا للحتمية من كل جوانبه,,,ثم هم يدعون الحرية المطلقة,,ماهذا التناقض!!
ملاحظة3: ربما فعلا اللاحتمية الكمومية لها حقيقة فى الخارج و ليست فقط نقص فى النظرية او تصور فى الذهن,,وانا لا استبعد هذا السيناريو,,فى هذه الحالة هناك حتمية من جهة القوانين الاحادية التى نخضع لها, و هناك حرية من ناحية ان كل شيء يمكن ان يقع باحتمال فقط, لكن الله سبحانه و تعالى يعلم كل شيء لانه هو فقط الذي يعلم الدالة الموجية للعالم,,,,

الكهرومغناطيسية و النووية

التفاعلات الكهرومغناطيسية تقو م على تناطر معيارى محلى local يسمى الزمرة group

U_1

التفاعلات النووية من الجهة الاخرى تقوم هى الاخرى على تناطر معيارى محلى يسمى الزمرة

SU_3
هذا يترتب عليه تماثل القوة فى اشياء كثيرة و اختلافهما فى امور اخرى اكثر. مثلا هناك شحنة كهربائية و احدة + و ضدها - فى التفاعلات الكهرومغناطيسية, اما القوة النووية فلديها ثلاث شحنات نووية نسميها الالوان colors, الشحنة الحمراء و الزرقاء و الخضراء, و اضدادها,,علينا ان نؤكد ان هذه الشحنات ليست لها اي علاقة بالالوان لكنها سميت كذلك لانه لم يكم هناك بديل,,,
الفرق الاخر هو ان القوة الكهرومغناطيسية هى قوة ذات ثابت اقتران coupling ضعيف اما القوة النووية فثابت اقترانها كبير و لهذا لا يمكن تطبيق نظرية الاضطرابات على التفاعلات النووية ,,
الفرق الاخر ان ناقل carrier التفاعل الكهرومغناطيسة, و هو جسيم الفوتون photons, لا يتفاعل مع نفسه,,اما ناقلات التفاعل النووى, و هى ثمانية جسيمات تسمى الغليونات gluons, يمكنها ان تتفاعل مع نفسها حسب مخططات فايمان فى الصورة ادناه.

الجسيمات الاولية

الجسيمات الاولية هي الاجزاء التى لا تتجزأ او ما كان يعرف بالجواهر الفردة,,,و على عكس ما يمكن ان يعتقده البعض, فان عدد هذه الجسيمات محدود,,
اولا هناك ما يعرف بالبوزونات الشعاعية vector bosons المسؤولة عن نقل تأثير القوي الكونية من نقطة الى اخري,,فكما هو معروف, ربما, فان التفاعلات الكهرومغناطيسية ينقلها جسيم بوززنى شعاعي يسمي الفوتون photon,,أما القوي الثقالية فينقلها جسيم يسمي الجرافيتون graviton,,و القوي النووية تنقلها ثمانية جسيمات بوززنية تسمي الجليونات gluons,,,و التهافت الاشعاعى مسؤول عنه ثلاث جسيمات بوزونية ليس لها اسم محدد لكن يرمز لها ب W+, W- , Z,,,
بالاضافة الى البوزونات المذكورة اعلاه هناك ايضا الفرميونات التى تنقسم الى عائلتين مشكلتين من ستة جسيمات و اضدادها,,عائلة الكواركات quarks و تحتوي علي جسيمات يرمز لها ب u,d,s,c,t,b,,,وعائلة اللبتونات leptons التي تحتوي على الالكترون و اخويه الميون muon و التاوون taon, بالاضافة الى ثلاث انواع من النيترينو neutrino التي هي من اصعب الجسيمات الاولية مشاهدة فى الطبيعة و المسرعات,,,,كل المادة مشكلة من الفرميونات ...
اخر القائمة و ليس اخيرا هو جسيم هيغز Higgs و هو المسؤول عن اعطاء الكتلة للكواركات و اللبتونات و ايضا الجسيمات البوزونية الشعاعية W+,W-, Z,,هذا الجسم هو الوحيد الذي له عزم لف او سبين spin يساوي صفر اي انه جسيم سلمي, اما البوزونات الشعاعية فعزم لفها يساوي واحد, و الفرميونات من كواركات و لبتونات فعزم لفها يساوي نصف...جسيم هيغز هو اخر الجسيمات الاولية اكتشافا,,,
كل هذه الجسيمات الاولية و التفاعلات الكونية الثلاثة, الاشعاعية و النووية و الكهرومغناطيسية, تخضع لكثير من التناظرات في الفضاء, و في فضاء الحالات او ما يسمي بفضاء هيلبرت, اهمها على الاطلاق التناظر المعياري الذي يرمز له ب

 (SU(3)xSU(2)xU(1
    

كل هذه الفيزياء يختزلها نموذج واحد يسمي النموذج المعياري للجسيمات الاولية standard model,,,

arXiv اول منشور باللغة العربية على الاركايف

ظهر اول منشور باللغة العربية على الاركايف arXiv, الذى هو اكبر مستودع الكترونى للنشريات العلمية في الفيزياء اساسا و لكن فى مجالات اخرى, والذى تسيره جامعة كورنال Cornell و معامل لوس الاموس Los Alamos. المنشور تم رفضه فى البداية لكن بعد الطعن و الاحتجاج الذى قدمته, ثم  التقصى الذى اجرته الادارة,  ثم تم قبوله في النهاية. لكن مرة اخرى ماطلوا بدعوى عدم وضع المراجع, الذى هو فى الحقيقة غير ضرورى بالمرة فى مثل هذه الوضعيات: اى محاضرات فى مواضيع معروفة و مقبولة من الجميع و ليست مجال بحث, المهم صبرت معهم لاسبوعين اخرين, ثم اضفت بعض المراجع التى استعملتها, و ملخص و ثلاث مقدمات قصيرة بالانجليزية, و بعد كل هذا تم و ضع المنشور رسميا على المكتبة الالكترونية اليوم الثلاثاء 15 مارس 2016.  الامر كله استغرق شهران. هذا لم يحدث لى من قبل على الاطلاق, و انا و الحمد لله لى اكثر من اربعين منشور على الاركايف.  هذا المنشور المعرب هو عبارة عن كتاب عنوانه الفيزياء الاساسية يحتوي على محاضرات فى الميكانيك التحليلى, و الترموديناميك و الميكانيك الاحصائي, و الميكانيك الكمومي. 

لمن لا يعرف الاركايف انظر هنا

http://arxiv.org/

الكتاب هنا

http://arxiv.org/abs/1603.03764

القصة بالتفصيل هى كالتالى.

يوم 25 جانفي تم و ضع المنشور على النظام. 

يوم 26 جانفى تم رفض المنشور و حذفه

 يوم 27 جانفى قدمت طعن  للاركايف.

يوم 27 تم قبول الطعن                                                                                                    

يوم 11 فيفري تم ارجاع المنشور الى النظام ووضعه فى قائمة الانتظار مرة اخري

يوم 2 مارس تم القبول النهائى للطعن و قبول النشر

الاجزاء الاخيرة الخاصة بالصراع على وضع المراجع قررت ان لا اكشف عى تفاصيلها لانها غير مهمة.  فى الحقيقة المماطلة التى استغرقت اسبوعين اخرين ربما راجعة الى سوء تفاهم و ليس الى نية سيئة مبيتة, الامر غير واضح لى حقيقة و لهذا قررت ان لن اكشف عن هذه الامايلات الان.