و الشمس و ضحاها

الشمس هى نجم من بين 400 مليار نجم فى مجرة درب التبانة لوحدها..اذن هى ليست شيئا مميزا فى الكون لكنها شئ مميز جدا بالنسبة للانسان..
فلولا الشمس لما كانت الحياة و لما كان الانسان و لهذا تجد الكثير من القدماء من أله الشمس و عبدها و وحد صفاتهاا-اذا صح التعبير-..
حتى ان ابراهيم عليه السلام جرب هذه التجربة بنفسه وهو نبى الله فلما رأى الشمس بازغة قال هذا ربى هذا اكبر (أى من كل جرم سماوى آخر فى السماء باستثناء القمر الذى يقاربها فى الحجم الظاهرى لكن ابراهيم رغم هذا لم يستثنه و عرف ان الشمس أكبر و عرف القرآن ان ابراهيم عرف!!)...
لكن عندما افلت الشمس قال ابراهيم لا احب الآفلين (فالافول علامة الحركة و الحركة تدل على التغير و الحدوث اما الله ثابت لا تتعلق به الحوادث)..
و الشمس هى نجم يقع على ما يسمى السلسلة الرئيسية main sequence فى مخططات النجوم وهى نوع من النجوم الاكثر نشاطا و حيوية لانها النجوم الشابة التى لم تشخ بعد..
و نجوم السلسلة الرئيسية هى ايضا نوع النجوم الذى يطغى على الكون فى عمره هذا الذى هو ايضا آخر عمر الشباب بالنسبة للكون (تقنيا الكون خرج من مرحلة تسمى عصر ظغيان-المادة matter-dominated era و نحن الآن فى بداية مرحلة اخرى تسمى عصر طغيان-الفراغ vacuum-dominated era و الفراغ هنا مقصود به الحالة الكمومية الاساسية للفراغ و ليس هو الخلاء او العدم)..
و النجوم على السلسلة الرئيسية وجودها شرط ضرورى فى وجود الحياة و تطورها ثم تطور الوعى و ماوراء الوعى وهذا هو نص ما يسمى المبدأ الانطروبيكى enthropic principle اى المبدأ البشرى الذى ينص على ان وجود الجياة العاقلة فى هذا الزمن بالضبط من عمر الكون ليس صدفة بل هو طبيعى او بالاحرى ضرورى لان هذه الحياة التى تسأل "ما معنى الحياة و الوجود" لا يمكن ان توجد الا فى هذا الوقت وهذا حتى تسأل عن وجودها و تتسائل..
اذن هذا الوقت ليس مصادفة بل هو بالضبط عندما تكون اغلب النجوم على السلسلة الرئيسية اى شابة حية نشطة وهو اذن الوقت الذى يكون فيه احتمال وجود الحياة قصوى..
وقد كنت شخصيا من اكبر المعادين للمبدأ الانطروبيكى وهذا بكل بساطة لاننى لم اكن افهم منطقه لكن بعد البحث و التحرى و الصبر فاننى فهمت أن منطقه هو فعلا اجابة منطقية جدا عن السؤال لماذا نحن موجودون الآن فى هذا الوقت وفى هذا المكان و ليس فى وقت و مكان آخرين من الكون?
اذن الشمس نجم فى عز الشباب نشأ منذ 4 مليار سنة و سيعيش قرابة ال 5 مليار سنة اخرى.
وهى مصدر الطاقة الاساسى للحياة على الارض.
والشمس نشأت من انهيار ثقالى لكتلة ضخمة من المادة تسمى المشتلة الكونية stellar nursery...
وهذه الطريقة فى التخلق ليس بدعا من الخلق بل كل النجوم تتشكل عبر انهيار ثقالى بل الكون نفسه تشكل من انهيار ثقالى عكسى الذى نسميه الانفجار الاعظم..
وستنتهى الشمس ميتة كغيرها من الموجودات فى انهيار ثقالى ايضا و تتحول الى سديم كوكبى planetary nebula وهذا هو المرجخ او ستخضع الى سوبرنوفا supernova اى انفجار نجمى او تنهار الى ثقب اسود black hole وكل هذه الاشياء ستموت بدورها بعد احقاب اخرى من الزمن و اطولها عمرا و آخر من يبقى فى الكون هى الثقوب السوداء..
اذن الشمس تعنى ما تعنى القوة الثقالية التى هى اعظم القوى الكونية قاطبة..
وهذه الطاقة التى تصلنا من الشمس تصلنا اساسا كما سنرى على شكل ضوء و امواج كهرومغناطيسية اى فوتونات photons و لكن ايضا على اشكال اخرى مثل النيترينوات neutrinos..
اذن الطاقة الشمسية على سطح الارض فى اغلبيتها الساحقة هى ناجمة عن القوة الكهرومغناطيسية اى الضوء وهذه ثانى القوى الكونية التى تدخل فى المعانى المتضمنة تحت مسمى الشمس..
وثلاثة ارباع الشمس هو هيدروجين و الربع الاخير هو هيليوم..
وكل الطاقة المحررة من الشمس هى ناجمة عن الانصهار النووى nuclear fusion للهيدروجين الخفيف لتشكيل الهيليوم الخفيف..
والقوى المسؤولة عن الصهر النووى هما القوتان النووية القوية strong force و النووية الضعيفة weak force اللتان لا تعملان الا على المسافات الصغيرة جدا للنواة و ماهو اصغر منها..
وكل النجوم فى الكون هى تُحرر طاقة حرارية بنفس هذه الطريقة بالضبط ...
كل الهيدروجين داخل الشمس فى النواة -اين يتم تحرير حوالى 99 بالمائة من الطاقة- هو فى حالة ايونية ionaized اى ان الالكترونات متحررة تماما من قوى الربط الكهرمغناطيسية و ذرة الهيدروجين ليست اذن الا شاردة او ايون هى بالضبط البروتون.
الانصهار النووى هو المعنى الاساسى المنضوى تحت مسمى الشمس و تدخل فيه القوى الثلاثة الكهرومغناطيسية و النووية القوية و النووية الضعيفة و يمكن تقسيمه الى خمسة خطوات.
الخطوة الاولى فى الانصهار النووى هو تصادم بروتونين. القوة الكهرومغناطيسية ستؤدى فى البداية الى تنافر البروتونين لانهما يحملان نفس الشحنة الكهربائية الموجبة لكن عندما يقترب البروتونان من بعضهما البعض فان القوة النووية القوية تتغلب بالكامل على القوة الكرومغناطيسية و يتجاذب البروتونان بعد ذلك مشكلان حالة مرتبطة bound state هى الهيليوم 2 وهو احد نظائر isotope الهيليوم الذى لا يحتوى الا على بروتونين.
السبب وراء هذا الامر ان القوة النووية القوية لا تعمل الا على المسافات النووية القصيرة جدا وهى عندما تعمل تكون اقوى من القوة الكهرومغناطيسية التى تؤثر على كل المسافات..
اذن الخطوة الاولى هى تفاعل نووى قوى. انظر المعادلة الاولى.
الخطوة الثانية هو تفاعل نووى ضعيف يعطى بالضبط بما يسمى تهافت بيطا beta decay الذى يتهافت فيه الهيليوم 2 الى الهيدروجين الثقيل -الذى تحتوى نواته على بروتون و نوترون- محررة ايضا بوزيترون positron و نيترينو neutrino.
و الخطوة الثانية ابطأ بكثير من الخطوة الاولى (الهيليوم 2 فى اغلب حالاته يعود و يتحلل الى بروتونين هذا هو الاكثر حدوثا) لان القوة النووية الضعيفة اضعف بكثير من القوة النووية القوية فضعف القوة يُترجم بندرة التفاعل اما قوتها فتُترجم بوفرة التفاعل.
اذن عندما يتصادم البروتونان نحصل على الهيدروجين الثقيل و بوزيترون -وهو الجسيم المضاد للالكترون- و نيترينو مع تحرير كمية من الطاقة تساوى 0,42 ميغا اليكترون-فولط (المعادلة الثانية).
هذا الفرق فى الطاقة الحاصل ينجم عن الفرق فى الكتلة بين الحالة الابتدائية و الحالة النهائية حسب علاقة الطاقة لاينتشاين.
وعلينا ان نعى ان عمر البروتون داخل الشمس هو حوالى النصف مليار سنة اى ان الانصهار الناجح للبروتونات داخل الشمس من اجل اعطاء هيدروجين ثقيل سيأخذ فى المتوسط حوالى نصف مليار سنة.
بوضع الخطوة الاولى مع الثانية نحصل على التفاعل النهائى فى المعادلة الثالثة.
الخطوة الثالثة هو ان البوزيترون المتخلق فى التفاعل الضعيف الثانى اعلاه يعود و يتلاشى فى عملية افناء زوجى pair annihilation عندما يتصادم هذا البوزيترون مع الكترون لاعطاء فوتونين مع تحرير طاقة اضافية مقدارها 1,022 MeV.
هذا التفاعل الثالث هو تفاعل كهرومغناطيسى لان جسيمات الضوء -الفوتونات- لا تتفاعل الا عبر الكهرومغناطيسية (كقاعدة اذا رأيتم فوتون فى تفاعل فاعرفوا انه تفاعل كهرومغناطيسى و اذا رأيتم نيتريونو فى تفاعل فاعرفوا انه تفاعل نووى ضعيف).
انظر المعادلة الرابعة.
الخطوة الرابعة الهيدروجين الثقيل المتخلق فى التفاعل الضعيف الثانى اعلاه ينصهر هو الآخر مع بروتون آخر لاعطاء الهيليوم 3 وهو نظير آخر للهيليوم مع تحرير فوتون آخر وطاقة اضافية مقدارها 5,49 MeV.
هذا تفاعل تتوسطه القوة النووية القوية وهو سريع جدا اى يحدث بوفرة حيث ان الهيدروجين الثقيل لا يعيش الا 4 ثوانى قبل ان يتحول الى الهيليوم 3.
انظر المعادلة الخامسة.
الخطوة الخامسة الهيليوم 3 يعيش لمدة 400 سنة داخل الشمس ثم يتحول هو بدوره الى الناتج الاخير الذى هو الهيليوم 4 عبر اربعة طرق مختلفة.
أهم هذه الطرق هو ما يسمى الفرع p-p I الذى يحدث باحتمال 83 بالمائة (بين درجات الحرارة 10 و 14 مليون كلفن) حيث تنصهر عبر هذا الطريق نواتان من الهيليوم 3 لانتاج نواة واحدة من الهيليوم 4.
الطاقة المحررة الكلية عبر عهذا الطريق هى 26,732 MeV تضيع منها حوالى 2 بالمائة للنيترينوات التى تخرج من الشمس بسرعة خلال ثوانى (فالنيترينو فعلا كالشبح لا يرى شيئا حتى الشمس نفسها لا يراها) اما اغلب هذه الطاقة الحرارية فتخرج على شكل فوتونات (والفوتون يستهلك ما مقداره 10 الاف سنة حتى يخرج من الشمس بسبب كثرة التفاعلات فى طريقه).
هذه الفوتونات -اى الطاقة الكهرومغناطيسية- هى التى نستقبلها على الارض على شكل حرارة تمثل الوقود الاولى للحياة البيولوجية و تطور الوعى و العقل الذى عرفته الأرض فى تاريخها.
الانصهار النووى داخل نواة الشمس المسؤول عن كل الطاقة الحرارية الضرورية للحياة على الارض هو اذن انصهار اربعة انوية هيدروجين -اى بروتونات- لاعطاء نواة هيليوم -و تسمى ايضا جسيم الفا- مع تحرير 2 من البوزيترونات -فنائهما ضد الالكترونات يولد فوتونات- و تحرير ايضا 2 من النيترينوات التى تبلغ هى الاخرى الارض و تقوم ايضا بدورها.
انظر المعادلة السادسة.
وهذا ربما (هنا فقط التأويل) لماذا يقسم الله ب (الشمس و ضحاها) فالشمس هى كل تلك القوى الاساسية الاربعة و بخاصة الانصهار النووى اما ضحاها فهو طاقتها المحررة التى هى شرط ضرورى لكن غير كافى لتطور الحياة على الارض.