(Rutherford scattering)- فيزياء الجسيمات 4: تصادم رذرفورد

بهذا الفيديو الرابع نختم الفصل الاول من محاضرات فيزياء الجسيمات الاولية التى كنت قدمتها اول مرة فى جامعة ايرلندا الوطنية (ماينوث) عام 2005 ولم تتح لى فرصة تقديمها مرة اخرى بعد ذلك لاننى توجهت بالكامل الى موضوعات نظرية المجال الكمومى و النسبية العامة.

مستوى هذه المحاضرات هو السنة الرابعة ليسانس فيزياء نظرية (او سنة اولى ماستر) اذن ليس هناك استعمال لادوات نظرية المجال الكمومى و نكتفى تماما بقواعد الميكانيك الكمومى وهذه كانت الفكرة الاساسية وراء هذا الكورس.

اذن بهذا الفصل ندشن محاضرات فيزياء الجسيمات الاولية على قناة اليوتوب.

و فيزياء الجسيمات الاولية هى (أم) الفيزياء النظرية وهى (الموضوع الاساسى التاريخى) فى نظرية المجال الكمومى قبل ان تتوسع هذه الاخيرة و تصبح شاملة لكل شيء تقريبا فى الفيزياء النظرية الذى يعتمد على افكار (المجال, الكمومى و النسبية).

اذن فيزياء الجسيمات الاولية هى الحب الاول (لكن ليس بالضرورة الاخير) لكن فيزيائى نظرى حقيقى.

وموضوع هذا الفصل الاول كان حساب المقاطع العرضية للتصادم scattering cross sections .

و التصادمات scatterings وتسمى ايضا الاصطدامات collisions هى الطريقة الاساسية فى فيزياء الطاقات العليا و فيزياء الجسيمات الاولية و نظرية المجال الكمومى لسبر اغوار القوى و التفاعلات بين الجسيمات الاولية و استخراج الخواص الفيزيائية لهذه التفاعلات و هذه الجسيمات.

والمقطع العرضى للتصادم هو المقطع العرضى الفعال effective cross section (اى المقطع غير الهندسى بل هو يختلف بصفة عامة عن الهندسى) الذى توفره الجسيمات الهدف target particles للجسيمات الواردة incident particles عليها حتى يقع تصادم او تفاعل.

يمكنكم تصور المقطع العرضى على انه مساحة السطح العرضى المتمحور حول الجسيم الهدف الذى يجب ان تمر عبره الجسيمات الواردة الداخلة incoming على منطقة التفاعل حتى تتفاعل اى تتصادم اى تنحرف عن مسارها بسبب القوى الموجودة بين الهدف و الواردة. الجسيمات الخارجة outgoing من منطقة التفاعل تسمى الجسيمات المتصادمة scattered particles.

اذن نظرية التصادمات بالنسبة لفيزياء الجسيمات الاولية مثل المنطق بالنسبة للفلسفة و مثل الخورزمة بالنسبة لعلوم الحاسوب هى الاساس.

الا ان الجميع يقصر فى الاسس خاصة عندنا فى هذا الزمن فتجدهم لا يعرفون كيف يحسبون مقطع عرضى للتفاعل الا باستخدام التطبيقات المتوفرة اما ان يكتبوا بايديهم (على الاقل بالنسبة للتفاعلات الاساسية فى الطبيعة) مخططات فايمان Feynman diagrams المشاركة فى التفاعل ثم يقومون بحساب المقطع باجراء حساب احتمال الانتقال transition probability اى احتمال ان يحدث التصادم او التفاعل و بالتالى الانتقال من الجسيمات الابتدائية a و b الى الجسيمات النهائية c و d (وهذا هو الجزء الديناميكى المحتوى فى القاعدة الذهبية لفرمى Fermi's golden rule) ثم يقومون بحساب كثافة الحالات النهائية density of final states ثم اجراء التكامل على فضاء الطور phase space فكل هذا اصبح فن فى طور الاندثار -للاعتماد الشديد على التطبيقات- و الخطأ فى ذلك ليس خطأ الطلبة بل هو خطأ الاساتذة بالاساس.

اذن اردت تسجيل هذا الموقف بتوضيح رأيى كيف يجب تدريس فيزياء الجسيمات الاولية وهذا على اليوتوب الذى عوض الجامعة بالكامل بالنسبة لى و اننى اعتقد جازما اننا سنصل الى من هو فعلا مهتم عبر هذه الطريقة.

اذن هذه المحاضرات هى بالضبط على الشكل الذى يجب ان تظهر عليها فى القسم واذن فهى ليست سهلة.

و الفيزياء النظرية ليست سهلة اصلا و من اعتقد انها سهلة فقد اخطأ التخصص قبل ان يخطأ العنوان و اكثر من هذا من وجد استاذه سهل عليه فان هذا لا يعنى الا شيئا واحدا ان استاذه يكذب عليه فى الفيزياء النظرية.

النقطة الاخرى التى دفعتنى الى ابتداء هذه المحاضرات ان كثير من الناس لا يفهمون لا كلمة (الجسيم) و لا كلمة (الاولى) ثم يجادلون اعتمادا على جهلهم و جهل من يتبعونه و هذا يحز فى الصدر ان يأتيك احدهم و يجادلك بجهله و يشكك فى فهمك و اكثر من هذا يشكك فى مصداقيتك العلمية تحت مسميات مختلفة. نقول لهؤلاء هيهات هيهات انتم و امثالكم لا تقدمون و لا تؤخرون فى شيء و لن تقدموا و لن تؤخروا شيئا وهذا بكل بساطة لاصراركم على اجترار الماضى البائس واصراركم على التقليد المقيت.

مواضيع اخرى سنقدمها لو شاء الله تعالى فى اطار فيزياء الجسيمات الاولية بهذا الشكل الفينمولوجى (اما الشكل الاساسى فتجدونه فى نظرية المجال الكمومى حيث كل هذه المواضيع سيتم تناولها ايضا لكن بشكل رياضى مضبوط):

-التناظرات و قوانين الانحفاظ Symmetries and conservation laws.

-نموذج الكواركات للهايدرونات Quark models of hadrons.

-الكروموديناميك Chromodynamics.

-التفاعلات الضعيفة Weak interactions.

-اهتزاز النوترينو Neutrino oscillations.

(Fermi's golden rule)- فيزياء الجسيمات 3: القاعدة الذهبية لفرمى

(scattering cross section) - فيزياء الجسيمات2: المقطع العرضى للتصادم

(hard-sphere scattering)- فيزياء الجسيمات1: تصادم الكرة-الصلبة

الطوبولوجيا الكونية: التسطح+الطوبولوجيا=الحجم المتناهى

الكوسمولوجيا الطوبولوجية او الطوبولوجيا الكوسمولوجية

 

وحتى نُكمل نقاشنا حول نهائية او لانهائية الكون نناقش اليوم تأثير طوبولوجيا الكون على هذه المسألة (وهو تأثير حاسم) و نناقش ايضا النتائج التجريبية بخصوص هذا الامر (وهى مازات غير حاسمة تماما بل هى مازالت بشكل مريح جدا فى صالح لانهائية الكون).
هذه الاضافة هى جواب منهجى على سؤال و اجابة على تحدى الصديق الدكتور Mohamed Hadj Brahim فى ان نفكر خارج العلبة. نحن ان شاء الله دائما نفكر خارج العلبة و هذه ربما هى سبب جميع مشاكلنا الفكرية و العلمية. وتحدى الدكتور لنا فيزيائيا و فلسفيا -واصدقاء آخرين- هو دائما ما يدفعنا الى مزيد من الضبط و الدقة و التحرى.
اذن كما فى كل موضوع هناك المسار الارثوذكسى اتباع مدرسة الاغلبية الساحقة و هناك المسارات التى تشذ عن المسار الارثوذكسى وهى مدارس الاقليات.
وهذا صحيح فى الفلسفة و الدين و حتى فى العلم.
لكن العلم يعترف انه نسبى متغير و انه ليس مطلق و يقوم بنقد نفسه بنفسه ويلتزم دائما بنتائج الطريقة (العلمية) التى وضعها لنفسه.
محور (الطوبولوجيا الكونية cosmic topology) هو محور صغير فى الفيزياء النظرية و فى الكوسمولوجيا لكنه اتجاه محترم جدا متقيد تماما بطرق الفيزياء النظرية و التجريبية.
الفكرة فى هذا المجال هو بالضبط الاجابة عن السؤال (هل الكون لانهائى ام لانهائى?) عن طريق البحث عن طوبولوجيا الكون و الطوبولوجيا هى الرياضيات التى تهتم بشكل shape و بالخواص الشاملة global للفضاء و لا تهتم بالخواص الموضعية local و التفاضلية differential للفضاء.
لنقوم بالتذكير بأساس النموذج القياسى للكوسمولوجيا standard model of cosmology.
هذا يعطيه متريات تسمى متريات ال FLRW نسبة الى اصحابها فريدمان Friedmann و لوماتر Lemaitre و روبرتسون Robertson و والكر Xalker.
نذكر هنا كنكتة صغيرة ان لوماتر كان فى الحقيقة رجل دين متكلم مسيحى.
نفترض اولا طوبولوجيا هينة trivial topology اذن فى هذه الحالة فان متريات ال FLRW تصف ثلاثة انواع من الفضاء (انطر الصورة).
-الفضاء المغلق closed وهو الفضاء الكروى spherical الثلاثي S3 وهو ذو انحناء curvature موجب. وهذا هو الفضاء الوحيد المتناهى.
-الفضاء الاقليدى Euclidean الثلاثى R3 (وعموما يسمى الفضاء المسطح flat فى الكوسمولوجيا القياسية standard cosmology لكننا سنناقش اليوم الطوبولوجيا الكونية cosmic topology اذن نسميه هنا فضاء اقليدى حتى لا يقع خلط). هذا فضاء بانحناء يساوى صفر وهو لا متناهى.
-الفضاء المفتوح open وهو الفضاء الزائدى hyperbolic الثلاثى وهو ذو انحناء سالب وهو فضاء لانهائى.
حتى تتصوروا هذا الفضاء تصوروا سرج الحصان saddle ثم تصوروا سطح سرج الحصان يذهب الى مالانهاية فى كل الاتجاهات.
هذه الفضاءات كنت قدمتها فى محاضرة اليوتوب الاخيرة على قناة (نظرية كل شيء).
نؤكد مرة اخرى ان النتائج الاخيرة لمرصد بلانك تؤكد على ان الكون مسطح بدقة تساوى 0,04 و بالتالى (وبافتراض الطوبولوجيا الهينة مثل اعلاه) فان الكون اقليدى لانهائى.
لكن هذا قد يتغير اذا اعتبرنا الطوبولوجيا غير-الهينة non-trivial topology واذا تذكرنا ان كل القياسات التجريبية لا تخص الا الكون المرصود الذى يعطى نصف قطره ب 46 مليار سنة ضوئية اما الكون ككل فقد يكون لانهائى (كما تستنتج الكوسمولوجيا القياسية) او نهائى بحجم اكبر من الكون المرصود و قد يكون ايضا نهائى بحجم اصغر من الكون المرصود (فهذا ايضا ممكن كما نسرى اذا كانت الطوبولوجيا غير-هينة).
الفضاءات الثلاثة اعلاه (الكرة و الاقليدى و الزائدى) هى كلها فضاءات بسيطة-الترابط simply-connected اى انها تتشكل من قطعة واحدة مترابطة.
الفضاءات متعددة-الترابط multi-connected كما يدل اسمها الترابط فيها ليسب بسيط بل معقد (اذن يمكن ان نرجع الى نفس المكان اذا واصلنا السير فى نفس الاتجاه) وهى ايضا حلول منسجمة homogeneous و متوحدة المناحى isotropic لمعادلات اينشتاين لكن بخواص طوبولوجية غير-هينة. احد أهم خواص هذه الفضاءات الطوبولوجية انها قد تكون بحجم نهائى.
هذه الفضاءات يمكن ان نحصل عليها بالطريقة التالية.
نفترض ان الفضاء هو بسيط-الترابط (نسميه الآن التغطية الكونية universal cover).
لكن نفترض ايضا ان هذا الفضاء يتركب فى الحقيقة من عملية تكرار لفضاء اصغر (قد يكون نهائى او لانهائى) من شكل معين يسمى المجال الاساسى fundamental domain.
نقول ان المجال الاساسى (الفضاء الصغير) يُبلط tiles (من التبليط و البلاط) فضاء التغطية الكونية (الفضاء الاصلى).
اذن هذه هى فعلا عملية تبليط للفضاء الاصلى مثلما نبلط غرف البيت.
انظروا فى الصورة الثانية عملية تبليط للمستوى (هذا هو الفضاء الاصلى او التغطية الكونية فى هذا المثال) بمستطيلات (هذا هو المجال الاساسى فى هذا المثال).
نحصل على الطورة torus فى بعدين T2.
الفضاء الحقيقى اذن هو البلاطة اى المجال الاساسى اما بقية فضاء التغطية فهو فى الحقيقة سراب.
لو كان الكون فعلا بهذا الشكل فهو فعلا متناهى الحجم (المجال الاساسى او البلاطة او المستطيل فى المثال فى الصورة) اما بقية فضاء التغطية فهو ليس هناك. لانه اذا سافرنا مثلا فى المستطيل فى الصورة من ضلع الى الضلع المقابل فاننا نكون قد رجعنا الى الضلع الذى انطلقنا منه (الضلعان المتقابلان هما نفس الضلع).
من الناحية التجريبية هذا ايضا يعنى ان الضوء الوارد الينا من منبع كونى ما سيرد علينا ايضا من صور ذلك المنبع الكونى جميعها و بالتالى فاننا سنرى بالاضافة الى الضوء الاصلى الذى يصدر من المستطيل (وهو الفضاء الحقيقى) سراب يصدر من خارج المستطيل فهو سراب لان خارج المستطيل ليس حقيقى وهذا ابسط تأثيرات الطوبولوجيا غير-الهينة و هذه الطريقة هى ايضا الطريقة المقترحة لرصد امكانية هذه الطوبولوجيا (اى البحث عن منابع متطابقة تماما فى اشعاع الخلفية الميكروى ال CMB).
عملية التضميم compactification هذه ( اختيار مجال اساسى داخل فضاء التغطية الكونية ثم القيام بمطابقة الاضلع او الحواف او الحدود) هى اهم طريقة للحصول على الفضاءات الطوبولوجية انطلاقا من الكرة الثلاثية و الفضاء الاقليدى الثلاثى و الفضاء الزائدى الثلاثى.
لو قمنا بهذا الامر على الفضاء الاقليدى R3 بمجال اساسى يعطى بمتوازى الاسطح parallelepiped او موشورprism فاننا نحصل على جميع التبليطات tiling الممكنة للفضاء الاقليدى وهى كلها فضاءات اقليدية (اى ذات انحناء يساوى صفر وهذا منسجم مع التجربة) لكنها متعددة-الترابط .
عدد هذه الفضاءات هو بالضبط 17 امكانية اشهرها على الاطلاق هو الطورة الثلاثية T3 (وهذا فضاء قد حكمت عليه التجربة بالاستحالة) و عشرة من هذه الفضاءات ذات حجم نهائى (وهذا هو الهدف).
اذن لدينا 10 فضاءات اقليدية (اى منسجمة مع التجربة) لكن بحجم نهائى منها ستة قابلة-للتوجيه orientable هى التى فى الصورة الثالثة.
الوضعية فى الفضاءات المنحنية مختلفة قليلا بسبب وجود سلم طول length scale اذن لا يمكننا ان نقوم بعملية التضميم الا مع احترام هذا السلم.
بالنسبة للكرة الثلاثية S3 فان عملية التضميم لن تؤثر فى الحجم لان الكرة فضاء متضام اصلا و بالتالى فان حجمه متناهى.
اشهر الفضاءات التى نحصل عليها من الكرة الثلاثية بعملية التضميم هو فضاء بوانكريه الدوديكيهيدرال Poincaré Dodecahedral Space او فضاء ال PDS وهذا فضاء لن نتكلم عنه اكثر لانه فضاء حسمت فيه التجربة رأيها بالاستحالة اى ان الكون ليس هو فضاء ال PDS يقينا.
نصل الآن الى عملية تضميم الفضاء الزائدي الثلاثى.
هنا نحصل على عدد لانهائى من الامكانيات تصنيفها مازال غير معروف.
الفضاءات الزائدية الثلاثية المتضامة (اى ذات الحجم النهائى) تخضع لما يسمى مبرهنة الصلادة rigidity theorem التى تنص على ان الحجم هو مقدار طوبولوجى وهذا شيء خارق للعادة لان الحجم ليس ابدا مقدار طوبولوجى لكن هنا فى حالة الفضاءات الزائدية الثلاثية المتضامة فان الحجم هو مقدار طوبولوجى يمكن اذن استخدامه من اجل تصنيف هذه الفضاءات.
اصغر هذه الفضاءات هى ما يسمى متشعبات وييك Week manifolds وهى ذات حجم يساوى 0,94 (فى وحدات نصف قطر الانحناء مكعب) وهو اصغر حجم ممكن لهذه الفضاءات الزائدية الثلاثية المتضامة.
اذن الامل فى الحصول على حجم نهائى ممكن ايضا فى هذه الفضاءات الزائدية لكن هذه الفضاءات مثل اباها (الفضاء الزائدى الثلاثى العادى) هى ذات انحناء سالب اما التجربة فهى تقول ان الفضاء ذو انحناء صفر.
لدينا اذن عدة فضاءات عديدة-الترابط بحجم نهائى و بانحناء موجب او صفر او سالب.
الخلاصة ثلاثة امكانيات:
-اما ان الكون الكلى لانهائى يظهر فيه الكون المرصود كنقطة صفرية كما تقول الكوسمولوجيا القياسية.
-او ان الكون الكلى هو اكبر من الكون المرصود (الذى رصدنا فيه قيمة الانحناء تساوى صفر) لكن اما ان حجمه ليس كبير جدا أو انه فضاء غير منسجم وهذا مسموح به فى كثير من الفضاءات عديدة-الترابط. فى هذه الحالة يمكن رصد محدودية الحجم عبر رصد الفوتونات التى قد تكون عبرت الكون اكثر من مرة خلال رحلتها عبر ارجاءه.
-او ان الكون الكلى هو اصغر فى الحجم من الكون المرصود وهذه خاصية غريبة جدا لكن ممكنة فى الفضاءات الطوبولوجية عديدة-الترابط. وهذه الحالة هى التى تؤدى الى العدسات الطوبولوجية topological lensing التى تكلمنا عنها فى مثال الصورة الثانية (اذن سيكون هناك عدة نسخ او سراب لكل منبع للضوء فى الكون).
التحقيق التجريبى من هذه الفضاءات يتبع عدة طرق.
مثلا فى طريقة طيف القوة الزاوى angular power spectrum لا نجد الا التصرف العادى للكوسمولوجيا القياسية اذن الطورة الثلاثية T3 و فضاء بوانكريه ال PDS حُكم عليهما بالاستحالة التجريبية من هذه الناحية.
طريقة الدوائر-فى-السماء circles-in-the-sky هى ايضا تلغى امكانية الطورة و فضاء بوانكريه بالكامل مع كثير آخر من الفضاءات الطوبولوجية عديدة-الترابط.
طريقة الكريستالوغرافيا الكونية cosmic crystallography التى تستعمل فى سبر العدسات الطوبولوجية لم تنجح لحد الساعة فى الكشف عن محدودية حجم الكون لكن قد تصبح ذات قيمة لا تقدر بثمن فى العشرية القادمة عندما تتوفر الانزياحات-نحو-الاحمر redshifts العالية جدا (اى مسافات ابعد فى الكون).

مرجع
http://www.scholarpedia.org/article/Cosmic_Topology…

حساب نصف قطر الكون- تمرين فى الكوسمولوجيا

 https://youtu.be/6ULOvuUwNtA

نقوم بحساب نصف قطر الكون المرصود بشكل تفصيلى فى سبعة خطوات كما يلى:

-اولا نستخدم المبدأ الكوسمولوجى cosmological principle الذى ينص على ان الكون على المسافات الكبيرة جدا يجب ان يكون متجانس homogeneous و متوحد المناحى isotropic. هذا يؤدى الى ضرورة وجود اتجاه شامل global للزمن و توريقة foliation عبر فضاءات ثلاثية متناظرة قصويا maximally symmetric للفضاء-زمن.

-ثانيا نستخدم مبدأ التناظر الكروى spherical symmetry principle الذى هو حالة خاصة من التناظر القصوى. هذا يؤدى بنا مباشرة الى ما يسمى مترية metric فريدمان Friedmann و لوماتر Lemaitre و روبرتسون Robertson و والكر Walker او مترية ال FLRW اختصارا. هذه المترية تتميز بثابت الانحناء السلمى scalar curvature و معامل السلم scale factor. المجهول الوحيد هو معامل السلم.

-ثالثا نفترض ان توزيع المادة فى الكون يعطى بما يسمى المائع المثالى perfect fluid. هذا يحدد بالكامل تنسور الضغط-و-الطاقة-و-كمية-الحركة stress-energy-momentum tensor الذى يظهر فى الطرف الايسر من معادلات اينشتاين Einstein equations.

-رابعا نعوض بمترية ال FLRW و بتنسور المائع المثالى فى معادلات اينشتاين للنسبية العامة لنحصل على معادلة فريدمان Friedmann equation التى تحدد لنا كيف يتغير معامل السلم a(t)-وهو المعامل الذى يقيس توسع الكون- بدلالة ثابت الانحناء السلمى k و كثافة المادة و الاشعاع rho/.

-خامسا من مبدأ انحفاظ الطاقة energy conservation نحدد كيف تتعلق كثافة المادة و كثافة الاشعاع و كثافة الطاقة المظلمة على الزمن عبر تعلقها بمعامل السلم اى نحدد معادلة الحالة equation of state لكل واحدة من هذه المركبات الثلاثة:
-المادة و هى تنطوى على المادة الباريونية baryonic المضيئة التى تتشكل منها اجساد النجوم و اجساد الانسان و على المادة المظلمة dark matter غير-الباريونية التى هى مظلمة لانها لا تتفاعل الا عبر قوة الجذب الثقالى,
-الاشعاع و هو كل شيء يتحرك بسرعة الضوء فذلك يتصرف بشكل مخالف عن المادة,
-و الطاقة المظلمة dark energy وهى الثابت الكوسمولوجى cosmological constant (اكبر خطأ ارتكبه اينتشاين!!!) و يُعتقد انها طاقة الفراغ الكمومى quantum vacuum ذات الضغط السالب اى تعمل كقوة ثقالة عكسية تؤدى الى التنافر لا الى التجاذب.
ومثالها التجريبى الذى نعرفه قوة كازمير Casimir force فهى طاقة فراغ كمومى و هى ذات ضغط سالب تعمل عكس الثقالة اى تؤدى الى الطفو فى حقل ثقالى (وهذا معروف تجريبيا).

-سادسا نستعمل الآن معادلة فريدمان لحساب الزمن الكونفورمالى conformal time الكلى الذى يستهلكه فوتون من اجل قطع نصف قطر الكون. الزمن الكونفورمالى هو الزمن الذى لا نأخذ فيه بعين الاعتبار ان الكون يتوسع. اذن نريد للفوتون ان يذهب من الارض الى الافق الكونى cosmic horizon اى حدود الكون المرصود مع اهمال ان الكون سيتوسع خلال هذه الفترة اى نفترض و كأن الكون لا يتوسع.
بعبارة اخرى نحن نريد ان نعرف المسافة التى يبعد بها الافق الكونى عنا الآن. هذه المسافة تساوى الزمن الكونفورمالى مضروب فى سرعة الضوء.
الزمن الكونفورمالى اللامتناهى فى الصغر يساوى بكل بساطة الزمن تقسيم معامل السلم وهو يسمى كونفورمالى لانه بكل بساطة ايضا يضع المترية فى شكلها الكونوفرمالى (الزمن الكونفورمالى و الزمن الحقيقى مرتبطان يتحويل كونفورمالى). الزمن الكونفورمالى الكلى هو اكبر بكثير من عمر الكون .

-سابعا
- نعوض القياسات الاخيرة لوسائط الكثافة density parameter التى قام بها مرصد بلانك Planck
-ثم نكامل الزمن الكونفورمالى (عدديا لان التكامل معقد نوعا ما)
-ونستعمل الشروط الابتدائية (معامل السلم الآن يساوى واحد لانه ليس لدينا انزياح-نحو-الاحمر redshift اما معامل السلم عند الانفجار الاعظم فصفر لان الانزياح-نحو-الاحمر انئذ لانهائى. العلاقة هى ان معامل السلم يساوى مقلوب الانزياح-نحو-الاحمر زائد واحد)
-ثم نضرب فى سرعة الضوء لنحصل على نصف قطر الكون وهو يسمى ايضا الافق الجسيمى particle horizon الذى هو عبارة عن مسافة ذاتية proper distance او مسافة متحركة-مع-التوسع comoving distance تفصلنا عن الافق الكونى.
الافق الكونى يحدد لنا حجم هابل Hubble volume الذى نعيش فيه وهو الاسم التقنى للكون المرصود.

النتيجة هى 46 مليار سنة ضوئية فى اى اتجاه.

مستويات الاكوان

 

علاقة نظرية كل شيء بالعلوم الفيزيائية الاساسية و غير الاساسية و علاقة هذه الاخيرة بالعلوم الاخرى فى الصورة وهى ترجع الى ماكس تاغمارك Max Tegmark الفيزيائى النظرى الامريكى-السويدى.
وهذه النتيجة التى فى الصورة كنت ذكرتها منذ اسبوع من منظور (أصعب و اسهل العلوم) لكن هنا يذكرها ماكس تاغمارك من منظور اختزالية reductionism العلوم وهو توجه فلسفى يتفق فيه كثير من الفلاسفة مع اغلب الفيزيائيين و الكيميائيين و الحاسوبيين و غيرهم و قليل جدا من البيولوجيين و الانسانيين و غيرهم و اقل اكثر من الشرعيين على ان عملية اختزال العلوم الى عناصرها الاولية غير القابلة فى نفسها للاختزال (مثلما نختزل المادة الى الجسيمات الاولية غير القابلة للاختزال) ستؤدى بنا مباشرة الى الفيزياء و الى نظرية كل شيء بالخصوص التى هى النظرية التى ستتطابق فيها الرياضيات و الفيزياء او انها النظرية التى ستوفر لنا لغة الطبيعة الام الأصلية.
اذكر ان ماكس تاغمارك الذى يعتبر فى الاساس كوسمولوجى عندما كان طالبا فى الدكتوراة فى اوائل التسعينات كان مهتما جدا بتفسير الميكانيك الكمومى المعروف بتفسير عديد-العوالم فكتب فيه عدة بحوث ضد نصيحة استاذه لان تفسير عديد-العوالم فى ذلك الوقت لم يكن يعتبر نظرية فيزيائية محترمة بل كان يعتبره بعضهم نوع من الباطنية او الصوفية الفيزيائية و قد وصفه لى استاذى شخصيا بهذه الصفة بالضبط قال (تفسير عديد-العوالم هو تفسير صوفى).
لكن تاغمارك لم يهتم بالامر وقام بالمغامرة العلمية (فهى مغامرة علمية بل هو انتحار علمى) واهتم بتفسير عديد-العوالم و كتب فيه كثيرا و لحسن حظه و لحسن حظ الظروف تحسن وضع تفسير عديد-العوالم فى الفيزياء و بين الفيزيائيين و اصبح اليوم منافس حقيقى لتفسير كوبنهاغن لبوهر بل ان اغلب الفيزيائيين النظريين اليوم فى الوتر بالخصوص سيقولون لك نحن نتبع تفسير عديد-العوالم اكثر من قولهم انهم يتبعون تفسير بوهر.
وكان تاغمارك احد اهم اسباب (مع آخرين) اعادة تأهيل هذا التفسير بل ليس فقط اعادة تأهيل بل انجاح هذا التفسير الذى اصبح اليوم طاغى على جميع ميتافيزيقيات الفيزياء النظرية ذات التأثير التقنى بالاساس و ليس الفلسفى مثل نظرية الاوتار الممتازة و نظرية المعلومات و غيرها.
اذن نجحت مغامرة تاغمارك العلمية ضد نصيحة اساتذته ونجح معها تاغمارك الذى يعتبر اليوم احد الناطقين الرسميين باسم تفسير عدد-العوالم مع عمق كوسمولوجى كبير.
يقول ايضا تاغمارك انه كلما كتب 10 ابحاث فيزيائية نظرية فانه يجب ان يكتب بحث ميتافيزيقى نظرى فهو يجب ان يكتب ووعد نفسه ان يكتب 1 ميتافيزيقى كل 10 فيزيائى و يسمى هذه الابحاث الميتافيزيقية بابحاثه المجنونة wacky.
و الناس عندنا يلوموننا على اهتمامنا بالميتافيزيقا و لا يميزون الكتابة الفيزيائية و اسلوبها من الكتابة الميتافيزيقية و اسلوبها وانه ليس بينهما اى علاقة عضوية الا ما نضيفه نحن من تفسيرات و محاولات توفيق او تلفيق.
فى منشور البارحة تكلمت عن مستويات الكون حسب تاغمارك و المنشور كان طويل فاعذرونا على ذلك لاننا نكتب للمستقبل و ليس للفايسبوك فالفايسبوك هو منبر و منصة فقط و لو كانت هناك منصة اخرى لما كتبنا اصلا على الفايسبوك.
اذن فى آخر هذا المنشور ألخص مستويات الكون.
-المستوى الصفرى هو الكون المشهود او الكون المرصود الذى يسمى تقنيا ايضا بحجم هابل. وهذا نهائى حجمه 90 مليار سنة ضوئية.
-المستوى الاول هو عديد-الاكوان الناجم عن التضخم وهو متشكل من عدد لانهائى من احجام هابل مثل حجمنا الذى نعيش فيه. هذه الاحجام تتميز بنفس القوانين الفيزيائية و نفس الثوابت الفيزيائية و تختلف فقط فى الشروط الابتدائية.
-المستوى الثانى هو عديد-الاكوان الناجم عن التضخم الفوضوى الذى يؤدى الى تشكل فقاعات يفصلها فضاء مازال يخضع للتضخم (اى التوسع الاسى). كل فقاعة هى عديد-اكوان من المستوى الأول بقوانين فيزيائية و ثوابت فيزيائية مختلفة.
اذن السفر بين احجام هابل فى كل فقاعة -اى بين عوالم المستوى الاول- ممكن باستخدام مثلا مشغل الاعوجاج للكوبيار اما السفر بين القفاعات -اى بين عوالم المستوى الثانى- فهذا غير ممكن لان الفضاء الذى يفصل بينها مازال يخضع للتضخم و التضخم هو اسرع انواع التوسع.
-المستوى الثالث هو عديد-العوالم للميكانيك الكمومى وهذا يضم جميع المستويات السابقة.
اذن اى حادث كمومى عشوائى (وركزوا على هاتين الصفتين كمومى و عشوائى) سيؤدى الى انشطار العالم او بالاحرى دالة موجة العالم الى مركباتها المتناغمة coherent. و هذا حدث و سيحدث و سيواصل الحدوث ابدا.
-المستوى الرابع نظرية كل شيء.

ملحوظة: فى عملية تخفيف العبء الاخيرة على هذه الصفحة قمنا بحذف كثير من الاشخاص الذين لا نعرفهم و لا يتفاعلون معنا. لكننى اعتقد اننى قد حذفت شخصين اعرفهما بطريق الخطأ. اذن اعتذاراتى على هذا الخطأ او اى اخطاء اخرى غير مقصودة.

 

 

هل الارض مسطحة و هل الكون لانهائى?

 

هل الارض مسطحة و هل الكون لانهائى?
عموما الذين يقولون ان الارض مسطحة سيقولون ان الكون لانهائى ليس لان العلم يقول هذا او ذلك بل لاسباب القفزة الدوغماتية (وهو مصطلحى الجديد انظروا تعريفه فى منشور البارحة) التى يعانى منها الجميع.

الارض مسطحة!!
والله هذه بلوى من البلاوى التى تُضحك قبل ان تُبكى ثم تؤدى بنا مباشرة الى هيستيريا لا نعرف فيها هل يجب ان نضحك ام نبكى.
احدهم ينكر كروية الارض لانه يمشى على سطح الارض و لانه لن يرى انحناء الارض ابدا (فهو مبدأ التكافؤ للنسبية العامة الذى ينص على ان المتشعب manifold اى الفضاء المنحنى سيظهر دائما مسطحا موضعيا locally فى الجوار الاقرب للراصد ولرؤية الانحناء علينا الخروج منه و قد فعلوا ذلك على الارض. او تتأكد من الانحناء عبر السفر حول الارض والرجوع الى نفس النقطة).
اذن هذا رجل ايضا ينكر اخبار التواتر وهو قَبِل اخبار الفرد فى الخرافات و الاساطير.

اذن لن نتكلم عن هذا الموضوع اكثر هنا و نترك من له صبر ايوب ان يتعامل مع هؤلاء القوم لعل الله يوفقه عليهم أ و يهديهم اليه و الى غاية الرشد.
اما كون الكون لانهائى فهذه موجودة فى العلم الفيزيائى و الكوسمولوجى بل هى موجودة بكثرة و ربما الاغلبية تقول بهذا و السبب وجيه جدا لكنه غير مقنع بالنسبة لى على الاقل.
أهم صفات الكون (التوسع) او (التمدد) اى ال expansion.
وهذا يقينى حسب الفيزياء التجريبية فهناك كثير من القرائن التجريبية اقواها قياس السرعات بدلالة المسافات الكونية او ما يسمى الانزياح-نحو-الاحمر redshifts (قانون هابل).
لكن ايضا يمكن قياس ثابت هابل (الذى هو سرعة التوسع) انطلاقا من التقلبات fluctuations فى اشعاع الخلفية الميكروى cosmic microwave background او ال CMB اختصارا.
ثابت هابل من قياسات ال CMB يعطى تقريبا ب 67 كلم فى الثانية من اجل كل مليون بارساك parsec من الكون. اى من اجل كل مليون بارساك اضافى من الكون فان سرعة التوسع تزداد ب 67 كلم فى الثانية.
وتوسع الكون هو اما أسى exponential (اى بسرعة اسية) وهذا كان فى عهد التضخم inflation او حدودى polynomial (اى بسرعة تتبع كثير حدود) وهذا خلال مراحل هيمنة الاشعاع و المادة فى الماضى و مرحلة هيمنة الطاقة المظلمة dark energy فى الحاضر و المستقبل.
والطاقة المظلمة هى طاقة الفراغ الكمومى quantum vacuum (تصوروا قوة كازمير Casimir force بين سطجين ناقلين فذلك مثال آخر) و بالتالى فهى ذات ضغط سالب مما يؤدى الى تسارع التوسع.
اذن الكون يتوسع و توسعه يتسارع. وكما ذكرنا فى منشور آخر فان سرعة التسارع هى سرعة فوق-ضوئية superluminal.
ثانى أهم صفات الكون هو التسطح flatness وهذا صحيح بخطأ أقل من 0,04 بالمائة اعتمادا على قياسات مرصد بلانك الاخيرة وهو احدث و اقوى المراصد على الاطلاق.
وثالث اهم صفات الكون هو محدودية عمر الكون الذى يساوى اكثر بقليل من 13 مليار سنة.
من هذه الصفات الثلاثة (التوسع و التسطح و عمر الكون) نستنتج مباشرة ان الكون لانهائى (التسطح) او نهائى (سرعة التوسع دائما نهائية فى عمر للكون نهائى).
اذن لا يمكن الحسم من هذه الجهة.
علينا ان نعترف انه اضفنا الى كل هذا ان الكون على الابعاد الهائلة جدا هو فعلا منسجم homogeneous و متوحد المناحى isotropic (وهذا هو المبدأ الكوسمولوجى cosmological principle وهو مؤكد تجريبيا جدا) فان هذا يجعلنا فعلا نرجح خاصية التسطيح على خاصية سرعة التوسع اى نرجح ان الكون فعلا لانهائى.
اذن علميا هذا هو الترجيح. ونحن نقبل به وهو يذهب عكس الترجيح الكلامى لكنه متوافق مع ترجيح الفلاسفة و ابن تيمية و ابن عربى.
وننبه ان التسطيح يعنى ان الكون مسطح اى انه فضاء اقليدى ثلاثى.
لكن هل يمكن ان نذهب ابعد من هذا و ماهى النتائج المترتبة على لانهائية الفضاء.
حسب ماكس تاغمارك فان المستوى الاول level I للكون هو الذى يعطيه النموذج القياسى للكوسمولوجى standard model of cosmology او ما يسمى نموذج ال Lambda-CDM وهو يتميز بالخواص الآنفة الذكر (التوسع, التوسع المتسارع بسبب الطاقة المظلمة, التسطح الذى يعنى ان الفضاء هو اقليدى كما تصوره اقليدس اليونانى, محدودية عمر الكون, وايضا التضخم).
نموذج التضخم الكونى cosmic inflation يعنى ان الكون فى الحقيقة قد توسع خلال مرحلة التضخم فى بداية عمره بشكل أسى يقارب تضاعف للحجم يساوى ال 10 للقوة 78 وهذا معامل هائل.
اذن الكون المرصود هو جزء صغير جدا بل هو قد يكون جزء لا متناهى فى الصغر من عديد-الاكون multiverse.
اذن الكون المرئى visible او الكون المرصود observable universe او ما يسمى حجم هابل Hubble volume هو يقينا نهائى يساوى بالضبط 46 مليار سنة ضوئية فى كل اتجاه.
هذا هو الكون المرصود لان هذه المسافة هى المسافة القصوية التى يمكن ان يقطعها الضوء المتخلق عند الانفجار الاكبر حتى يصل الينا خلال عمر الكون المحدود و هذا باخذ بعين الاعتبار لتوسع الكون.
اذن الكون المرصود هو نهائى وهو ذو قطر يساوى 93 مليار سنة ضوئية وهو فى تزايد مستمر مع الزمن لان الكون فى حالة توسع مستمر اذن هناك ايضا ضوء اضافى سيصل الينا فى المستقبل ستتكشف به حجب اخرى.
اذن الكون المرصود هو كون مشهود و هو غيب يتكشف لنا رويدا رويدا.
اما عديد-الاكوان تحت فرضية ان الفضاء لانهائى فانه يحتوى على عدد لانهائى من الاكوان او احجام هابل مستقلة سببيا بالكامل عن بعضها البعض.
اذن نحن نعيش فى حجم هابل الخاص بنا لكن هناك وراء الافق الكونى cosmic horizon احجام هابل اخرى تتميز بنفس القوانين الفيزيائية و نفس الثوابت الفيزيائية و لا تختلف عن بعضها البعض الا فى الشروط الابتدائية.
ولان الفضاء لانهائى (هذه هى فرضية التضخم الكونى التى تفسر التسطيح و اشياء اخرى كثيرة) فان هناك احجام هابل اخرى متطابقة تماما مع حجم هابل (اى الكون المرصود) الخاص بنا) على مسافات تقارب ال 10 للقوة 10 للقوة 29 وهذا عدد لا يمكن كتابته بأى طريقة فى كوننا المرصود الخاص بنا.
اذن حسب ماكس تاغمارك الذى قام بالحساب فان هناك أرض أخرى فى كون آخر (حجم هابل آخر) يعيش عليه نفس الانسان -اى انت نفسك و كل واحد فينا- بكل تفاصيلنا المادية و النفسية وهذه الارض فانها تبعد تلك المسافة الجهنمية عنا.
هذا يرجع بكل بساطة الى محاولتنا توزيع شيء متناهى (المادة) فى شيء لامتناهى (الفضاء) اذن ليس هناك مهرب او بد من التكرار اللانهائى.
اذن ليست هناك نسخة واحدة فقط من الانسان و الارض وراء الأفق الكونى بل هناك عدد لانهائى من النسخ الاخرى للانسان و الارض يعيشان فى نسخ أخرى متطابقة و متماثلة من احجام هابل لا تفترق عن كوننا المرصود فى شيء البتة.
أكرر ان الفرضية الاساسية هنا هى ان الفضاء لانهائى وان نظرية التصخم صحيحة وان المادة محدودة وهى فرضيات مقبولة جدا تؤدى الى نتيجة عجيبة تجعلنا نتشكك فى الفرضية الاولى (الفضاء لانهائى).
اذن الكون المرصود هو جزء نهائى فى عديد-الاكوان اللانهائى الذى يحتوى على كل الامكانيات الممكنة و يحتوى من كل امكانية على عدد لانهائى من النسخ المتطابقة و المتماثلة لكوننا المرصود.
وهذه فى الحقيقة نتيجة المبدأ الكوسمولوجى الذى ينص على ان موقعنا فى الكون (فى عديد-الاكوان) لا يجب ان يكون متميزا.
هذا هو المستوى الاول Level I للكون. وهو يعتمد على نظرية التضخم الكونى و فرضية لانهائية الفضاء.
المستوى الثانى Level II للكون يعتمد على نظرية التضخم الفوضوى chaotic inflation التى تؤدى الى احجام هابل بقوانين فيزيائية مختلفة و ثوابت فيزيائية مختلفة و شروط ابتدائية مختلفة عكس التضخم الكونى الذى يؤدى الى اختلاف الشروط الابتدائية فقط.
هذا المستوى تؤدى اليه امكانية اختلاف خواص التحول الطورى phase transition الذى يميز النموذج القياسى للجسيمات الاولية standard model of elementary particles فى بداية الكون الذى يحدث فى اماكن مختلفة من الكون.
هذه الاماكن المختلفة التى تختلف فيها خواص التحول الطورى الكهروضعيف electroweak تسمى اذن و يمكن تصورها بالفعل على شكل فقاعات bubbles ترموديناميكية مختلفة. كل فقاعة تقابل عديد-اكوان مختلف. 

لنلاحظ ان السفر بين احجام هابل فى المستوى الاول ممكن اذا سافرنا بسرعة الضوء ابدا او استخدمنا مشغل الاعوجاج (مشغل الكوبيار الذى قدمناه فى منشور سابق) الذى يستخدم التوسع نفسه للسفر.
اما السفر بين الفقاعات فى المستوى الثانى فهو غير ممكن لان الفضاء بين هذه الفقاعات مازال يعانى من التوسع الاسى للتضخم.
علينا ايضا ان نذكر ان النموذج القياسى للجسيمات الاولية هو أم النموذج القياسى للكوسمولوجيا و الكوسمولوجيا كعلم كانت ضائعة قبل فيزياء الجسيمات الاولية.

المستوى الثالث Level II للكون هو عديد-العوالم many-worlds للميكانيك الكمومى الذى لن يؤدى الى اى شيء جديد جذريا بالمقارنة مع سابقية حسب ماكس تاغمارك.
فى هذا المستوى هناك انقسام او انشطار للعالم أجمعه عند عمليات الرضد الكمومى مهما كان سببها (وعى او ديكوهيرانس او او). اذن النسخة الاضافية المماثلة و المطابقة للانسان و الارض توجد على فرع مختلف من دالة الموجة فى فضاء هيلبرت و ليس فى حجم هابل مختلف فى مكان آخر من الكون.
هنا يتدخل فيزيائيون آخرون على رأسهم العبقرى الشيخ ساسكيند Susskind و يقول ان عديد-الاكوان هو نفسه عديد-العوالم وهذا لا يبدو لى مختلفا عما يذكره تاغمارك لان هذا الاخير ينص على ان المستوى الثالث لا يؤدى الى اضافة الى المستوى الاول او الثانى.
اذن
Many-worlds=Multiverse
المستوى الرابع هو الكون حسب نظرية كل شيء Theory of Eeverything وهى حسب تاغمارك جملة رياضية محضة ليس لها علاقة عضوية ضرورية بالطبيعة لكنها هى بالضبط الطبيعة!!.
اذن فى نظرية كل شيء (الرياضيات هى الفيزياء) ليس شيئا آخر.
اذن نرجع الى السؤال هل الكون لانهائى ام نهائى?.
الجواب ان الكون المرصود هو نهائى يقينا و هذا يكفى الطريقة العلمية.
اما عدد-الاكوان و عديد-العوالم و نظرية كل شيء فهذه فعلا قد تكون لانهائية و لن نستبعد ابدا هذا.
أليس كل هذا تجلى من تجليات الله سبحانه و تعالى وهو اللانهاية التى ليس كمثلها لانهاية لان (الله ليس كمثله شيء).

واذا ذهبنا الى فلسفة الكوسمولوجيا فان اول مسلماتها على الاطلاق هى (ان الكون ليس كمثله شيء) وكما ترون فهم يقتربون رويدا رويدا من الحقيقة الغيبية عبر العلم الكونى.

 

 

الفيزياء و الميتافيزيقا

 الحد الابيستيمولوجي بين الفيزياء و الميتافيزيقا هو معرف بالتحقق التجريبى من النظرية الفيزيائية و ليس معرف بكون النظرية قد تظهر غريبة بالنسبة لنا او تستعمل كينونات غير قابلة للرصد.
The epistemological borderline between physics and metaphysics is defined by whether a theory is experimentally testable, not by whether it is weird or involves unobservable entities.
ماكس تاغمارك Max Tegmark
هذا هو الموقف السليم لجميع الفيزيائيين النظريين الذى تعلموه فى مدراس الفيزياء النظرية فى العالم التى تدرس الفيزياء بشكل صحيح و صحى.
وهذا هو موقفى الشخصى منذ بدأت دراسة الفيزياء النظرية و فلسفة الفيزياء.
اذن الفكرة الفيزيائية لا تقبل او ترفض بسبب عقلى او حسى او بسبب كلامى او سلفى او بسبب دينى او دهرى بل هى ستقبل وستقبل فقط اذا تم التحقق منها تجريبيا وهذا مهما كانت تبدو غريبة لاذهاننا و عقولنا و حواسنا و كلامياتنا و سلفياتنا.

ماهو حجم الالكترون?

لأنه يبدو اننا لسنا محل ثقة عند البعض ممن يعتقد اننا نُقدم تفسيرات على حساب الحقيقة العلمية اقول اقرأوا اذن غيرنا فى الرابط تجدون الاجابة عن سؤالكم اجابة ستريحكم اذا كنتم فعلا تبحثون عن الحقيقة.
لكن اقول ايضا أن ضميرى مرتاح علميا و لم اكذب ابدا على نفسى علميا حتى من اجل الايمان.
فالحقيقة يجب قولها كما هى و ليس كل شيء تفسيرات بل كثير من الاشياء هى حقائق تجريبية و بعضها حقائق تجريبية نهائية و ليس كلام يقال.
اذن ماهو حجم الالكترون?- الرجل صاحب المقال على البلوغر قام بجهد ممتاز-
هناك ستة خيارات و انتم و ضميركم العلمى:
-اما رأى لينين Lenin وهو ان الالكترون سيتم تقسيمه مثلما ان الذرة تم تقسيمها. وهذا لم يحدث لحد الساعة. و الفهم الذى لدينا اليوم فى الفيزياء النظرية انه لن يحدث هذا ابدا كما سنوضح.
-او انه نصف قطر بوهر Bohr radius. اى ان حجم الالكترون هو حجم الذرة نفسها اذا كان هناك من يقبل ذلك.
-أو انه نصف القطر الالكترون الكلاسيكى classical electron radius و هذا يعطينا حجما مساويا لحجم النواة التى هى ليست جسيما اوليا وهو يؤدى الى سرعة دوران للالكترون حول نفسه تتعدى سرعة الضوء.
-أو انه يساوى طول موجة كومبتون Compton wavelength وهى اكبر ب 1000 مرة من نصف قطر الالكترون الكلاسيكى لكنه يعطى قيمة حقيقية صحيحة للعزم المغناطيسى magnetic moment. اذن الالكترون اكبر ب 1000 مرة من النواة لمن اراد ان يصدق ذلك.
-أو اننا نأخذ رأى فيزياء الجسيمات الاولية التجريبية و النظرية (وهى الفيزياء الاساسية هنا وليست الفيزياء الذرية و النووية اعلاه) و فيزياء الجسيمات الاولية بقسميها التجريبى و النظرى متفقان على ان الالكترون هو جسيم بحجم صغير جدا بقيمة لا يمكن قياسها اصلا لكن يمكن فقط تقييمها وهى قيمة منسجمة تماما -من الناحية الاحصائية للاخطاء التجريبية- مع القيمة المضبوطة التى هى الصفر الرياضى اى ان الالكترون هو نقطة و رغم هذا فهو متميز بكتلة.
وتفسير هذا بسيط جدا جدا جدا لمن يعرف النسبية الخاصة. الكتلة ليست مرتبطة بالحجم ابدا بل مربع الكتلة هو ليس الا مربع الشعاع-الرباعى للطاقة-كمية الحركة energy-momentum four-vector.
هذا هو كل ما فى الامر.
ليس محير ابدا هذا الشيء فهذه ليست فلسفة كمومى و لا فلسفة زمن.
-و الخيار الاخير ان حجم الالكترون هو طول بلانك Planck length و هو اصغر طول ممكن فى الفضاء-زمن و فى الطبيعة و فى الفيزياء. وهذا حل مقبول جدا وهو منسجم مع الحل السابق.
اذن نظرية الالكتروديناميك الكمومي quantum electrodynamics او ال QED التى تصف الالكترون بالضبط و التى هى نظرية اساسية fundamental theory عند سلم طاقات energy scales النموذج القياسى standard model تصبح نظرية فعالة effective theory عند سلم طاقات نظرية الثقالة الكمومية quantum gravity اى ان ما كنا نسميه حجما يساوى صفر عند سلم طاقات النموذج القياسى اى عند 100 جيغا-الكترون-فولط هو فى الحقيقة حجم يساوى طول بلانك عند سلم طاقات نظرية الثقالة الكمومية الذى يساوى كتلة بلانك Planck mass اى حوالى 10 مرفوعة للقوة 15 جيغا-الكترون-فولط.
وهذا شيء معروف جدا لمن درس نظرية المجالات الكمومية quantum fields theory فنظرية ال QED هى نظرية اضطرابية perturbative تعانى من شيء يسمى قطب لانداو Landau pole مما يعنى انها نظرية اساسية اى صحيحة فقط عند سلم طاقات النموذج القياسات (ولهذا نسميها فعالة فى الحقيقة و ليست اساسية) اما عندما نذهب الى طاقات اكبر من هذا مثلا سلم طاقات النظريات التوحيدية الكبرى grand unified theories و سلم طاقات نظرية الثقالة الكمومية فهى ستنهار وهذا هو معنى قطب لانداو.
نظرية الكروموديناميك اللونى color chromodynamics او ال QCD الذى يصف التفاعلات النووية القوية هى افضل بكثير من نظرية ال QED التى تكلمنا عنها اعلاه و التى تصف التفاعلات الكهرومغناطيسية لان ال QCD هو نظرية غير-اضطرابية non-perturbative مما يعنى ان وضع الكوارك افضل من وضع الالكترون لكن الكوارك هو ايضا جسيم اولى بحجم يساوى صفر و كتلة غير معدومة.
والجسيمات الاولية الاخرى للنموذج القياسى بالاضافة الى الاكترون electron هى الميون muon و الطاو tau و ثلاثة انواع من النوترينو neutrino وهناك ستة انواع من الكوارك quark ثم هناك الجسيمات الناقلة للتفاعل وهى الفوتون photon و 8 انواع من الغليون gluon و ثلاثة انواع من البوزون الشعاعي vector boson ثم هناك الجسيم المسؤول عن اعطاء الكتلة لكل هذه الجسيمات فى تحول طورى من الرتبة الثانية بعد الانفجار الاكبر ببرهات قصيرة جدا وهو جسيم الهيغز Higgs.
ثم هناك ايضا جسيم الغرافيتون graviton الذى ينقل قوة الجذب الثقالى وهو الذى تتفاعل عبره جميع الكتل فى الكون.
واخيرا علينا ان لا ننسى اضداد كل هذه الجسيمات الاولية فهى ايضا جسيمات اولية تحكمها مبرهنة ال CPT (ومرة اخرى هذه مبرهنة تخص تناظرات الفضاء-زمن التى هى تناظرات متقطعة discrete و ليست مستمرة continuous مثل التى فى زمرة بوانكريه Poincare group).
فكل هذه الجسيمات هى جسيمات اولية وهى كلها مؤكدة تجريبيا وهى ستختفى عند سلم الطاقات التى عند كتلة بلانك او طول بلانك حيث ستعوضها الاوتار فى نظرية الثقالة الكمومية.
وهنا نصل الى شيء آخر فالوتر فعلا له حجم غير معدوم لكن ليس له كتلة بل له توتر tension.
اذن خسر -من يريد ان ينكر كل هذه الحقائق- من الجهة الاخرى.
اما كتلة بحجم صفر او حجم بكتلة صفر.
وكل هذا ليس شيئا محالا بل هو شيء طبيعى جدا سهل على الفهم لمن يعرف الفيزياء الاساسية او لمن تواضع و استمع لمن يعرف الفيزياء الاساسية.

https://gravityandlevity.wordpress.com/2015/04/11/how-big-is-an-electron/ 

مشغل الكوبيار حل آخر للسفر فى الزمن او الى اعماق الكون

ومن الاشياء (وهناك كثير آخر منها) التى ترعبنى الفضاء و الزمن.
فالكون يحتوى على مئات المليارات من المجرات و كل مجرة تحتوى على مئات المليارات من النجوم و المسافات بين كل هذه الاشياء تستهلك مئات الملايين من السنوات الضوئية لقطعها و بعضها ملايير السنوات الضوئية لقطعها.
فماذا يعنى كل هذا.
اذا كان كل هذا الواسع expanse (والله من اسماءه الواسع) لا يمكننا ان ندركه حتى من الناحية المبدأية فكيف يجب ان نفكر فيه هل هو فعلا موجود مثلا.
نعم فالناس تنكر وجود الله الواسع اما انا فاننى انسان بسيط اريد ان انكر وجود الكون الواسع لو وجدت الى ذلك سبيلا (مثلا فرضية المحاكاة و فرضية بولتزمان-شوتز و وجودية ابن عربى و عبثية نيتشة فكل هذه الامور فيها ضمنا انكار وجود الكون الواسع ولهذا اميل اليها).
والزمن أرعب من الفضاء لان الفيزياء تقول ان هناك فضاء-زمن لكن نحن لا نرى الا سهم الزمن. فليس من الممكن ان نرجع الى الماضى او نذهب الى المستقبل مثلما انه يمكننا ان نتحرك الى الامام/الفوق او نتحرك الى الخلف/التحت رغم ان الفيزياء تصر على انهما نفس الشيء.
و الله من اسماءه ايضا الدهر.
اذن المكان و الزمان شيئان غامضان و نحن نعلم انهما نجما فيزيائيا فى الانفجار الاكبر ومن المرجح ان الاصل هو المكان و ليس الزمان (وهذا هو رأى هاوكينغ) اذن نشأ البعد الزمانى من بعد مكانى تغيرت اشارته المينكوفسكية فى لحظة معينة صغيرة جدا بعد الانفجار الاكبر.
اما الزمان و المكان فلهما ايضا بعد نفسى و عقلى وضحه كانط و بعضهم قد يتطرف و ينكر البعد الفيزيائى للزمان و المكان تماما لكن هذا شطط فالحق ان البعد الفيزيائى مكمل للبعد النفسى و العكس.
اذن السؤال النفسى (قبل الفيزيائى) حتى نرتاج الى الوجود (و لا يصبح الامر جزء من عالم الخيال) هو: هل يمكن السفر الى مجرة اندروميدا مثلا التى هى اقرب مجرة لنا تبعد عنا بحوالى 2 مليون سنة ضوئية.
الجواب انه اذا تحركنا بسرعة الضوء (وهذا محال فيزيائيا) فاننا نصل الى هناك بعد 2 مليون سنة بعد ان ينقرض الجنس البشرى و اذا لم يكن هناك عاقل راصد واحد على الاقل يؤكد لنفسه (لنا بشكل غير مباشر) اننا نجحنا فى الوصول الى اندروميدا فكيف نتأكد فعلا اننا وصلنا الى اندروميدا. نحن فعلا سننقرض قبل ان نصل اذن نحن لن نصل ابدا الى اندروميدا بسرعة الضوء و هى اصلا ممنوعة علينا فيزيائيا.
السفر فى الزمن اخطر بكثير و قد تكلمت مؤخرا كثيرا عن هذا الموضوع و سنتكلم عنه فى المستقبل ان شاء الله اكثر.
اذن السفر الى الكون العميق او السفر فى الزمن هو شيء محال الا فى حالات استثنائية واهمها ان تكون طوبولوجيا topology الفضاء-زمن ليست مسطحة مثلا فى حالة وجود الثقوب الدودية wormholes القابلة للعبور traversable (وهى نادرة جدا جدا) وهى حلول لمعادلات اينشتاين تسمى ايضا جسور اينشتاين و روزن ER bridges و هى تعمل باستخدام التشابك الكمومى لاينتشاين Einstein و روزن Rosen و بودلسكى Podolsky كما فهمه بوهم Bohm و بال Bell كما بين ذلك مؤخرا مالداسينا Maldacena (الفيزيائى الشاب) مع ساسكيند Susskind (الفيزيائى العجوز) فى فرضية ال ER=EPR وهذا ايضا موضوع تكلمت عنه كثيرا فى حينه منذ سنتين او ثلاثة.
و لن ندخل ايضا فى كيفية عمل الثقوب الدودية بدلالة الثقوب السوداء من اجل السماح لنا بالسفر الى اندروميدا مثلا فى بضع ساعات او حتى بضع دقائق.
اذن هذا حل. الثقوب الدودية تسمح لنا بالسفر عبر الزمن بشروط اساسية اهمية مثلا شرط الانسجام الذاتى لنوفيكوف Novikov's self-consistency condition و ايضا السفر الى الكون العميق فى ازمان قصيرة جدا.
لكن هناك حل آخر للسفر الى الكون العميق كان قد اقترحه كاتب الخيال العلمى الكبير أسيموف Asimov و يتمثل فيما يسمى مشغل الاعوجاج warp drive وهو الذى نراه فى كثير من قصص و مسلسات الخيال العلمى مثلا ستار تراك Star Trek و لكن انصح كثيرا بالمسلسل على الساى-فاى ثم الامازن بعنوان الواسع The Expanse وهو احد افضل مسلسلات الخيال العلمى التى شاهدتها ابدا.
البعض قد يعتقد ان هذا الحل هو حل خيالى و ليس حلا علميا لكن الامر غير صحيح بالمرة فان ما يسمى مشغل الكوبيار Alcubierre drive هو عبارة عن مترية للفضاء-زمن تحل معادلات اينشتاين تمثل بالضبط النموذج الفيزيائى لفكرة أسيموف الخيالية (مشغل الاعوجاج).
و الكوبيار هو نسبة لميغال الكوبيار Miguel Alcubierre وهو فيزيائى نظرى مكسيكى (فى الصورة) اقترح هذا الحل لمعادلات اينشتاين عام 1994.
و مشغل الاعوجاج ل الكوبيار يعمل على الفكرة الاساسية ان (توسع الكون) لا يخضع لقوانين النسبية الخاصة بحدية سرعة الضوء بل قد تصل سرعة التوسع (وهى فعلا كذلك) الى ملايين الاضعاف من سرعة الضوء.
اذن مشغل الاعوجاج يقوم بتخليق (فقاعة توسع) حول المركبة الفضائية حيث ينكمش الفضاء امام السفينة و يتوسع وراءها مما يسمح للسفينة بقطع مسافات كونية مذهلة فى ازمان قصيرة جدا.
اذن بتكميش او قبض الفضاء امام السفينة و توسيعه او بسطه وراءها (مثل الموجة لكن هذه ليست موجة فى بنية المادة بل هذه موجة فى بنية الفضاء-زمن نفسه) فاننا يمكن ان نصل الى اندروميدا فى غضون أيام او ساعات دون ان تتحرك السفينة فعلا فهى تقبع دائما بداخل تلك الفقاعة التى تحملها موجة التوسع خلال انتشارها عبر قبض الفضاء من الامام و بسطه من الخلف.
و قد استثمرت النازا فى هذا المشروع النظرى من اجل تحويله الى هندسة عميلة قرابة ال 20 سنة قبل ان تلتقفه الاستثمارات الخاصة التى مازالت ترى انه شيء مجدى اقتصاديا وعسكريا.
اذن ميغال الكوبيار حقق صعبان اثنان من الثلاثة صعوبات التى يضعها المثل الامريكى كنموذج لاكبر الصعوبات العلمية الممكنة وهى (الفيزياء النظرية و جراحة الاعصاب و هندسة الصواريخ).
اذن ميغال نجح فى عبور صعوبتى الفيزياء النظرية و هندسة الصواريخ فى نفس الوقت و لم يبقى امامه الا صعوبة جراحة الاعصاب. واننى متأكد ان لو كان الامر يهمه فعلا لاجتاز هذه الصعوبة الطبية باسهل من صعوبتى الفيزياء النظرية و الهندسة الصاروخية.
فى الجزء الثانى من هذا الموضوع غدا ان شاء الله ساقدم مترية الكوبيار التى تحل معادلات اينشتاين للنسبية العامة و من اجل هذا سنحتاج الى صياغة ال ADM الهاميلتونية للنسبية العامة التى لا يلتفت اليها الطلبة بالاهتمام لاعتقادهم بأنها غير مهمة ودليل ذلك محاضرة اليوتوب فى الموضوع التى هى اقل المحاضرات بين محاضرات النسبية العامة من ناحية المشاهدة مما يؤكد عدم وعى و استيعاب الطلبة لما هو مهم و لما هو مهم و لما هو مهم فليس هناك شيء غير مهم فى الفيزياء النظرية.
مترية الكوبيار (التى هى بالضبط مشغل الكوبيار) تحقق نفس شرط الثقوب الدودية فى كونها تحتاج الى المادة الغريبة exotic matter ذات الطاقة السالبة (مثل قوة الكازمير Casimir force الكمومية مثلا) من اجل توليد تشوه او اعوجاج فى الفضاء-زمن يتصرف مثل التوسع اى يقوم بقبض الفضاء امام السفينة و بسطها خلفها (مثل جنى سليمان عليه السلام مثلا) مما يؤدى الى انتقالها وليس تحركها (بل الفضاء-زمن هو الذى يتحرك هنا فهذا المشغل يُخلق موجة فى بنية الفضاء-زمن) بسرعات تفوق سرعة الضوء باضعاف كثيرة دون كسر اى قانون من قوانين النسبية الخاصة و لا العامة.

تجربة (مبدأ التكافؤ) للنسبية العامة مع الفيزيائى برايان غرين و المذيع س...

من تناظرات بوانكريه و الكونفورمال الى الجسيمات الاولية و مؤثرات الأصول

من تناظرات بوانكريه و الكونفورمال الى الجسيمات الاولية و مؤثرات الأصول 

فى هذا الفيديو نعاود شرح العلاقة بين مفاهيم:
(الجسيم الاولى elementary particles) و
(التمثيلة غير-القابلة للاختزال irreducible representations)
و (المجال field)
و تناظرات symmetries زمرة بوانكريه Poincare group
التى تحتوى على الانسحابات translations فى الفضاء-زمن,
الدورانات rotations فى الفضاء
و تحويلات لورنتز Lorentz transformations للنسبية الخاصة
وهى تؤدى الى انحفاظ الطاقة energy و كمية الحركة momentum (الانسحابات) و العزم الحركى angular momentum و عزم اللف spin (الدورانات) و الى ثبات و حدية سرعة الضوء (تحويلات لورنتز).
التمثيلات غير-القابلة للاختزال لزمرة بوانكريه تتميز بعددين كموميين quantum numbers هما الكتلة mass و عزم اللف spin وهذان العددان الكموميان هما القيمتان الذاتيان eigenvalues لمؤثرى كازيميز Casimir operators لزمرة بوانكريه (ومؤثرات كازيمير هى المؤثرات التى تتبادل commute مع جميع المؤثرات الاخرى فى الزمرة و بالتالى فانها توفر الاساس لها).
هذه التمثيلات هى بالضبط الجسيمات الاولية و هذه الجسيمات الاولية هى بالضبط تقلبات fluctuations المجال الكمومى.
اذا اضفنا تحويلات السلم scale transformations الى زمرة بوانكريه فاننا نحصل على الزمرة الكونفورمال conformal group وهى أكبر بكثير من زمرة بوانكريه لكن اقل بكثير من زمرة الديفيومورفيزمات group of diffeomorphisms التى تحتوى على جميع التحويلات النقطية العامة للاحداثيات للنسبية العامة.
تحويل السلم (الذى يتم فيه ضرب جميع احداثيات الفضاء-زمن بنفس المعامل) هو تحويل يسمح لنا بوضع الفضاء-زمن تحت عدسة ميكروسكوب او النظر اليه عبر عدسة تليسكوب اى ان تحويل السلم يقوم بتصغير الفضاء-زمن او تكبيره حسب قيمة المعامل الذى نضرب به الاحداثيات هل هو اصغر من الواحد او اكبر من الواحد.
اذن تحويل السلم يقوم فقط بتغيير المسافات (بالتصغير او التكبير) لكن لا يؤثر مطلقا على الزوايا (وقد يسميه البعض التحاكى).
الذى يحدث ان التمثيلات غير القابلة للاختزال للزمرة الكونفورمال لا تتميز بالكتلة التى يتم تعويضها بما يسمى البعد السلمى scaling dimension الذى يسمى ايضا الاساس الحرج critical exponent الذى هو القيمة الذاتية لمؤثر التمطيط dilatation operatir الذى يولد generates تحويلات السلم.
اذن الجسيمات الاولية تختفى فى اطار نظرية المجال الكونفورمال conformal field theory و يعوضها ما يسمى المؤثرات الاصول primary operators اما الجسيمات المركبة فيعوضها ما يسمى المؤثرات الفروع descendant operators.
الطبيعة ليست متناظرة كموميا (رغم انها قد تكون كذلك كلاسيكيا) تحت تأثير التحويلات الكونفورمال بسبب ما يسمى الشذة الكونوفرمالية conformal anomaly لكن فضاء نظرية المجال الكمومى (الفضاء الذى كل نقطة فيه هى نظرية مجال كمومى مختلفة) الذى تتحكم فى مساراته معادلة زمرة اعادة التنظيم renormalization group equation تتميز النقاط الثابتة fixed points فيه بتناظر كونفورمال مضبوط. هذه النقاط الثابتة هى التى تصف مثلا نموذج ايزينغ Ising model و كل التحويلات الطورية من الرتبة الثانية second order phase transitions فى الطبيعة.
فأهم خاصتين للتحول الطورى من الرتبة الثانية فى الطبيعة مهما كان نوعه (الفيرومغناطيسية او الماء سائل-بخار أو السبائك الثنائية binary alloys او النموذج القياسى standard model او الناقلية الممتازة superconductors او المائعية الممتازة superfluids او التضخم inflation الكونى او غيرها من الظواهر الكونية المختلفة جدا) اذن كل هذه التحولات الطورية من الرتبة الثانية تتميز بخاصتين اثنتين هما الكوننة universality و السلمية scaling و هما موصوفتان بالكامل بنظرية مجال كونفورمال عند النقاط الثابتة لمعادلة زمرة اعادة التنظيم.
فى نظرية الوتر الممتاز superstring theory فان التناظر الكونفورمال هو تناظر موضعى local symmetry على الورقة-الكونية world-sheet للوتر (الورقة التى يمسحها الوتر خلال حركته فى الفضاء-زمن) و بالتالى فانه لا يسمح لهذا التناظر (لانه موضعى) بان ينكسر عبر الشذة الكونوفرمالية التى ذكرناها آنفا و التى تسببت فى كون الطبيعة و الكون غير متناظران تحت تأثير تحويلات السلم.
فى اطار نظرية الوتر (عكس الطبيعة) فان تحويلات السلم هى تحويلات موضعية local و ليست شاملة global و بالتالى فانه لا يسمح للنظرية الكمومية للوتر ان تُطور شذة كونوفرمالية conformal anomaly و الا فانها ستكون غير منسجمة وهذا هو السبب الرياضى لماذا يجب ان يكون عدد ابعاد نظرية الوتر 26 (فى النظرية البوزونية) و 10 (فى النظرية المتناظرة تحت تأثير التناظر الممتاز supersymmetry).
اذن عدد ابعاد الفضاء-زمن فى نظرية الوتر هو 10 لان التناظر الكونفورمال هو تناظر موضعى مضبوط للجملة لا يمكن ان يشذ anomalous عكس الذى يحدث فى الطبيعة حيث ان التناظر الكونوفرمال هو تناظر شامل يمكن ان يشذ (وهذا فعلا الذى يحدث) بدون اى مشاكل.
فى الاخير اذا عقدنا مقاربة مع فلسفة الكلام فان (المجال الكمومى) هو (الجوهر الفرد) و الاعداد الكمومية هى (الاعراض) التى يمكن ان تلتصق به و (الجسيم الاولى) هو (الجزء الذى لا يتجزأ) اما علاقة الجسيم الاولى بالمجال الكمومى التى هى عبارة عن (تقلبات كمومية) فيمكن فهمها على انها تجليات او تخلقات فى (الجوهر الفرد) عندما تلتصق به الاعراض (اى التمثيلات غير القابلة للاختزال لتناظر بوانكريه المتميزة بالكتلة و عزم اللف وهما العرضان الاساسيان بالاضافة الى عرض الوجود).
لكن تحويلات السلم هى اعقد فى المقاربة الكلامية لان عدم وجود الجسيمات الاولية بسببها يؤدى الى تغيير مقاربة الفلسفة بالاساس من فلسفة الجوهر substance philosophy وهى فلسفة الاغلبية الساحقة الى فلسفة الطريقة process philosophy التى لا تعتمد مطلقا على فكرة الجوهر اذن حتى الله سبحانه و تعالى لا يمكن ابدا ان يكون جوهرا -حسبهم- بل هو التغير و الطريقة و الزمن -وهذا ما تنكره فلسفة الجوهر هى الاخرى من الاساس-.

عبد السلام أول مسلم يحصل على نوبل

عندما يفشل كل شيء آخر يمكنك دائما ان تقول الحقيقة.
When all else fails, you can always tell the truth.
محمد عبد السلام
حكمة من ذهب من محمد عبد السلام يمكن ان يفهمها كل احد كما يمليه عليه ضميره.
و عبد السلام Abdus Salam هو فيزيائى نظرى باكستانى المؤسس الأساسى مع اليهوديان الامريكيان واينبرغ Weinberg و غلاشو Glashow و غيرهم للنموذج القياسى للجسيمات الاولية standard model of elementary particles.
فهو تحصل على نوبل فى الفيزياء عام 1979 مع واينبرغ و غلاشو بالضبط على النظرية الكهروضعيفة electroweak theory التى يتم فيها توحيد التفاعلات الكهرومغناطيسية مع التفاعلات النووية الضعيفة للاشعاعية radioactive weak nuclear interactions.
و النموذج القياسى للجسيمات الاولية هو عملية توحيد ثانية بين النظرية الكهروضعيفة و نظرية الكروموديناميك اللونى color chromodynamics التى تصف التفاعلات النووية القوية strong nuclear interactions التى تربط مثلا بين الكواركات المشكلة للبروتونات و النوترونات.
اذن عبد السلام هو اول رجل مسلم تحصل على نوبل و كان ذلك فى مجال الفيزياء النظرية اصعب مجال على الاطلاق و هذا اذا لم نحتسب شيئين اثنين اولا تحصل السادات على نوبل فى السلام بعد الذهاب الى التطبيع بمفرده مع اسرائيل و ثانيا عدم احتساب حكم البرلمان الباكستانى اعتبار طائفة الاحمدية القاديانية التى ينتمى اليها عبد السلام طائفة غير مسلمة.
ونحن يجب ان لا نحتسب هذين الامرين لاننا لا مع التطبيع المهرول مع اسرائيل الذى ذهب اليه السادات و لا مع الحكم على الطوائف الاسلامية بعدم الاسلام من قبل انظمة الحكم او من قبل الطوائف الاسلامية المناهضة لها.
اذن عبد السلام هو اول مسلم تحصل على نوبل و كان ذلك فى اصعب مجال على الاطلاق مجال الفيزياء النظرية للجسيمات الاولية وهذا بدون اى تحفظات.
واعظم انجازات عبد السلام التعليمية-العلمية هو مركز الفيزياء النظرية فى ترياستة بايطاليا الذى اصبح يتسمى باسم مركز عبد السلام للفيزياء النظرية Abdus Salam Center for Theoretical Physics - ICTP.
فهذا المركز هو احد معاقل الفيزياء النظرية الكبيرة فى العالم و هو المركز الذى احتضنا و احتض آخرين كثر غيرنا عندما لم نجد احد يحتضنا عندما وصلنا نحن الى السنة الرابعة فى بدايات التسعينات و تخرجنا فوجدنا حتى مسابقة الدكتوراة للدراسة بالخارج التى كانت تعقدها الجزائر كل سنة منذ الاستقلال تم الغاءها.
فلو لم يقيد الله لنا الظروف التى ساعدتنا على التعرف على مركز عبد السلام للفيزياء النظرية و التقرب منه عبر التواصل معه ثم الحصول على فرصة فيه للدراسة كانت بمثابة المنصة للحصول على فرصة اكبر لدراسة الدكتوراة فى امريكا اذن لو لم يقيض لنا الله فى التسعينات ذلك المركز الذى اسسه عبد السلام فى الستينات لكنا ضعنا مع الضائعين فى اعوام العشرية الحمراء باسم الارهاب و العنف و عنف النظام و الديمقراطية و كل هذا الكلام الاجوف.
اذن انجازان لعبد السلام اولهما انجازه العلمى فى اكتشاف النموذج القياسى و الحصول على نوبل و ثانيا انجازه التعليمى بتأسيس مركز عبد السلام للفيزياء النظرية ال ICTP.
وهنا رابط المركز:
https://www.ictp.it/
لكن هناك انجازات اخرى لعبد السلام.
فهو مكتشف ايضا مع آخرين للتناظر الممتاز supersymmetry و هو احد رواد نظريات التوحيد الكبرى grand unified theories وهو مقترح افكار كثيرة مثل فكرة الميزونات الشعاعية و الفوتونات المغناطيسية وهو صاحب النموذج التوحيدى المسمى نموذج باتى-سلام Pati-Salam model و غيرها كثير من الافكار بالاضافة الى كثير من المشاركات فى الميكانيك الكمومى و نظرية المجالات الكمومية و الثقوب السوداء و فيزياء النيترينوات و اشياء اخرى كثيرة تقع فى قلب الفيزياء الظواهرية او الفينمينولوجى phenomenology التى يعشقها الطلبة عندنا و فى مصر و فى جميع البلدان العربية لكنهم لم يجدوا الا القليل من الاساتذة الذىن يستطيعون الاشراف عليهم.
وقد انجز عبد السلام الكثير من المشاريع العلمية و التعليمية داخل باكستان نفسها قبل النفى و هو مرجح ان يكون قد شارك ايضا و بشكل حاسم فى تطوير الطاقة النووية بشقيها السلمى (وهذا مؤكد) و العسكرى (وهذا مرجح) فهو رجل وطنى جدا قبل اى شيء آخر.
و من طلبة عبد السلام كثير من الاساتذة الباكستانيون المشاهير لكن ايضا نجد منهم اجانب كثير (لانه كان فى الكولاج الامبريالى Imperial College فى لندن لسنوات طويلة خلال دراسته ثم بعد نفيه من باكستان عقب القمع الذى تعرضت له الطائفة الاحمدية من قبل النظام الباكستانى المتمسح بالسلفية الوهابية).
فمن طلبته المشاهير اللبنانى شمس الدين Chamseddine, و الاسرائيلى نعيمان Neeman, و الامريكى داف Duff الذى اصبح مختصا فى الاوتار, و الانجليزى واست West صاحب الكتاب عن التناظر الممتاز.
ويجب ان اذكر من تلامذته الباكستانى فهيم حسين Faheem Hussain رحمه الله استاذى فى ال ICTP الذى نصحنى بالذهاب الى امريكا بعد ان احترت بين ان اذهب او اقبل المنصب الذى منحته لى ال SISSA الايطالية و قد منحته لى قبل المسابقة و بدون المسابقة لتفوقى فى الدراسة فى ال ICTP.
لكن فهيم حسين نصحتى بالذهاب الى امريكا لان امريكا هى الاصل فى دراسة الفيزياء النظرية و غيرها فرع و التجربة الامريكية -كما ذكر لى فهيم حسين وهو لم يجربها- تبقى هى التجربة الاولى فى القرن العشرين.
وحتى نرجع الى استاذ الفيزياء النظرية المسلم الاول محمد عبد السلام فانه فى خطبته عند حصوله على جائزة نوبل عام 1979 قرأ عبد السلام الآيات من سورة الملك:
الذى خلق سبع سماوات طباقا ما ترى فى خلق الرحمن من تفاوت فارجع البصر هل ترى من فطور.
اذن كما ترون هذا رجل مؤمن ان شاء الله لم ينسى ايمانه وهو فى ذروة نجاحه اذن هو رجل مؤمن ان شاء الله بعد ان شاء الله ان يكون رجل عالما فذا.
توفى عبد السلام فى لندن عام 1996 و دفن بالباكستان بجانب والديه و شاهد قبره يقرأ (اول مسلم يحوز على نوبل) و كلمة (مسلم) على شاهد القبر تم محوها فى البداية من قبل القضاء المحلى الباكستانى لانه يعتبر الاحمدية طائفة غير مسلمة قبل ان يرجع القوم عن غيهم و يتركوا للناس قبورهم يفعلون بها ما يشاؤون و القبر الآن تظهر فيه كلمة (مسلم).
فيلم بعنوان:
The First ****** Nobel Laureate
سيخرج قريبا من انتاج النتفليكس حول حياة عبد السلام و كما ترون فان المخرج و المنتج حذفا كلمة (مسلم) من العنوان كما وقع للكلمة على شاهد قبر عبد السلام و كأن كلمة (مسلم) هى كلمة سخف او فحش او كفر.

حول (الجسيم الاولى) او (الجوهر الفرد) او (التمثيلة غير القابلة للاختزال)

ديموقريطوس Democritus هو أب الفيزياء الذرية فهو أول من تصور ان الطبيعة يجب ان تتشكل من ذرات صغيرة غير قابلة للانقسام.
فهو أب الفلسفة الطبيعية الذرية و كان افلاطون يعرفه جيدا و يمقته كثيرا لكن ارسطو كان يعرفه جيدا و يبجله.
ومع هذا فان كل من افلاطون و ارسطو اتفقا على ان رأى ديموقريطوس القائل بالذرة هو رأى خاطئ و ان الطبيعة يمكن تجزئتها عدد مالانهائى من المرات مما يعنى انه لا يوجد شيء صغير غير قابل للانقسام نصل اليه فى الاخير يلعب دور الذرة التى تتركب منها المادة.
وهذا هو رأى الفلسفة الذى اتبعته الفلسفة اليونانية ثم الاسلامية ثم الغربية الى غاية يومنا هذا فانك مازلت تجد الكثير ممن مازال يعتقد هذا الرأى فى الفلسفة و كأن العلم لم يحدث و كأن الفيزياء لم تكتشف الذرة ثم اكتشفت فعلا الاجزاء التى لا تتجزأ التى نسميها اليوم الجسيمات الاولية.
فالفلاسفة فى كثير من الاشياء يتصرفون بمعزل عن الفيزياء و العلم و بذلك يَضِيعون و يُضَيعون.
لكن هناك استثناء كبير فى الفلسفة الاسلامية وهى فلسفة الكلام ففى هذه الفلسفة هناك اجماع بين المدرستين الكبيرتين المعتزلية و الاشعرية (وغيرهم فعلا لا يعتد بهم فى علم الكلام) على ضرورة وجود ما سموه الجوهر الفرد وهو الجزء الذى لا يتجزأ من المادة.
اذن ديموقريطوس و الفلاسفة اليونانيون الذريون و فلاسفة الكلام الاسلاميون من معتزلة و اشاعرة و الفيزياء الحديثة عكس كل الفلسفة القديمة و الحديثة اقروا بوجود الجسيم الاولى او الجوهر الفرد او ما تسميه الفيزياء النظرية ايضا التمثيلة غير القابلة للاختزال irreducible representation لزمرة بوانكريه Poincare group.
اذن وجود الذرة او بالاحرى الجسيم الاولى فى الفيزياء النظرية هو ليس ضرورة تجريبية فقط بل هو ضرورة رياضية يُحتمها علينا مبدأ التناظر (الذى كانت تسميه الفلسفة مبدأ الاتقان) الملخص فى زمرة بوانكريه.
وزمرة بوانكريه Poincare group نسبة الى الرياضى الفرنسى العملاق بوانكريه تحتوى كتناظرات على الانسحابات translations فى الفضاء-زمن ( التى تؤدى الى انحفاظ كميات الطاقة و كمية الحركة) على الدورانات rotations فى الفضاء (التى تؤدى الى انحفاظ كميات العزم الحركى و عزم اللف) و على تحويلات لورنتز Lorentz transformations للنسبية الخاصة ( التى تُترجم ثبات سرعة الضوء بالنسبة لجميع المعالم العطالية inertial frames).

و (الانحفاظ conservation) ليس هو (الثبات constancy) اذن ركزوا فى الفرق او اسألونى ماهو الفرق.
اذن مبدأ التناظر symmetry principle يؤدى مباشرة الى ضرورة وجود الجسيم الاولى elementary particle الذى سماه المتكلمون (الجوهر الفرد) وهو اسم اجمل من اسم (الجسيم الاولى) و حتى اجمل من اسم (التمثيلة غير القابلة للاختزال) لزمرة بوانكريه.
لكن الفيزياء النظرية بالاضافة الى عبقريتها فهى ايضا مرنة جدا فهى تصورت ايضا انطلاقا مرة اخرى من مبدا التناظر امكانية عدم وجود الجسيمات الاولية او الجواهر الفردة كما اراد ذلك افلاطون و ارسطو و ديكارت و ليبنيز و هيوم و كانط و هيغل و غيرهم كثير من العمالقة.
الفيزياء النظرية قالت ماذا لو كان تناظر الطبيعة ليس معطى بزمرة بوانكريه بل معطى بالزمرة الكونفورمال conformal group التى قدمتها فى المحاضرة الاخيرة على اليوتوب. ماذا سيحدث للجسيمات الاولية فى هذه الحالة.
الزمرة الكونفورمال تحتوى على زمرة بوانكريه كزمرة جزئية subgroup لكنها تحتوى ايضا على تحويلات نقطية تسمى تحويلات السلم scale transformations و تحويلات نقطية اعقد تسمى التحويلات الكونفورمال الخاصة special conformal transformations التى هى تركيب للانسحابات و تحويلات العكس inversion فى الفضاء-زمن.
لكن تحويل السلم هو فعلا تحويل بسيط فهو تحويل يتم فيه ضرب جميع احداثيات الفضاء-زمن بنفس الكمية الثابتة و كأننا اذن نضع الجملة الفيزيائية تحت عدسة ميكروسكوب أو اننا نضع الجملة الفيزيائية امام عدسة تلسيكوب وهذا حسب قيمة الكمية التى نضرب بها الاحداثيات هل هى اصغر او اكبر من واحد.
اذن تحويل السلم اما انه يؤدى الى النظر الى المسافات القصيرة جدا فى الفضاء-زمن او انه يسمح لنا بالنظر الى المسافات الطويلة جدا فى الفضاء-زمن.
واذا كانت الجملة او الطبيعة صامدة تحت هذه التحويلات فاننا نقول انه لدينا تناظر كونفورمالى conformal symmetry.
لانه بكل بساطة اذا كانت الجملة متناظرة او صامدة تحت تحويلات السلم فانها ستكون متناظرة تحت تأثير جميع التحويلات الكونفورمال (وهذه نتيجة مازالت بدون برهان فى الفيزياء لكنها صحيحة فى جميع الحالات المعروفة).
اذن تحويلات السلم شيء هائل اذا كانت موجودة فى الطبيعة لان الطبيعة لو كانت فعلا متناظرة كونفورماليا فان هذا يعنى بكل بساطة ان الجسيمات الاولية ستختفى تماما.
بالفعل فانه لا توجد جسيمات اولية او جواهر فردة فى النظريات المجالية الكمومية quantum field theories المتناظرة تحت تأثير الزمرة الكونفورمال عكس الذى يقع عندما يكون تناظر النظرية المجالية الكمومية معطى فقط بزمرة بوانكريه.
على ان انبه هنا ان تناظر السلم قد يسميه بعض المعربين عندنا (التحاكى).
اذن نظرة افلاطون و ارسطو قد تكون صحيحة لو كانت الطبيعة متناظرة كونوفرماليا (وهذا اكثر من تناظرها تحت تأثير بوانكريه المشاهد فى الطبيعة) ففى هذه الحالة فانه فعلا لا توجد جسيمات اولية بل فى الحقيقة لا توجد حتى مجالات (وهذا مذهل حقيقة) و كل ماهو موجود (كل ما تحتوى عليه النظرية المجالية الكونفورمالية conformal field theory) فى الاخير هو المؤثرات (ما يسمى المؤثرات الاصول primary operators و المؤثرات الفروع descendant operators).
لكن هل فعلا لا توجد تحويلات السلم فى الطبيعة?
الجواب نعم و لا.
وهذا الجواب تعطيه بالضبط معادلة زمرة اعادة التنظيم renormalization group equation التى قل من يفهمها بين الاساتذة و ينعدم من يفهمها من بين الطلبة وهذا بسبب تقصير الاساتذة و تفصيل هذا الامر نتركه لفرصة اخرى لانها فعلا موضوع اصعب بكثير.

The conformal group - الزمرة الكونفورمالية