الواقع و الزمن 2019

المحتويات

فرضية المحاكاة

مبرهنة غليسن

و الشمس و ضحاها

فضاء هيلبرت

مصفوفة التصادم

تاريخ الفيزياء

الميكانيك الكمومى و التجربة

فلسفة الفيزياء

جايمس بيبلز نوبل فى الفيزياء 2019

الفيزياء العددية او الحاسوبية مرة اخرى و كيف تتعامل مع الفضاء و الزمن و المالانهاية

مصفوفات ديراك

النظريات الفيزيائية الاساسية

ماهو المعنى الفيزيائى للصمود

نموذج ايزينغ

الحقل السلمى

حجر رشيد اهتزازات النيترينو

كتب ل بال و بولياكوف و ساسكيند

انواع التناظرات بين اللغة العربية و اللغة الانجليزية

الكتب الثلاثة فى نظرية الحقل الكمومى و النسبية العامة و نظرية الاوتار الممتازة

النيترينو

نظرية الزمر و النموذج القياسى للجسيمات الاولية

النموذج القياسى للجسيمات الاولية

الايزوسبين و النكهة و نموذج الكوارك

هل الثقالة كمومية او كلاسيكية

طريقة نقطة السرج او النزول الحاد او الطور المستقر

النظرية المصفوفية هى الثقالة الكمومية

الراصد الكمومى هو راصد شوراشيلد فى عدد ابعاد اعلى

معضلة الرصد الكمومى هى نفسها معضلة ضياع المعلومات فى الثقب الاسود

الثنائية الكمومية

ثنائية العقل الواعى و عديد العوالم

خطأ فى الترجمة يؤدى الى تشويش فى الفهم

كيف ينبعث الفضاء-زمن من التشابك الكمومى

فلسفة نيوتن فى الفضاء-زمن

طريقة الحل الوسط

مبرهنة نوثر

الافق: معضلة و ثلاثة حلول

فضاء-زمن شوارشيلد

المبرهنة H و معادلة بولتزمان

المقطع العرضى التفاضلى للتصادم

تجربة جول

ماهو الانطروبى و ماهو انطروبى التشابك

التدفق و التمدد

يجب ان اتعلم رياضيات اكثر

ماهى المترية

ماذا يوجد وراء حدود الكون

المبدأ الانطروبيكى او البشرى

حول الهندسة الاقليدية: اقدم و ادق نظام عقلى فى التاريخ

الصدفة التى هى خير من x صدفة

التاريخ المزيف و الكون المتوهم

مقارنة بين معضلة التفسير فى الميكانيك الكمومى و معضلة ضياع المعلومات فى الثقب الاسود

الثورات الربيعية ال 4 فى الفيزياء

كيف البرهان على ان 1+1=2

حساب المنتشر فى مخططات فايمان

الفرق الرياضى بين المالانهاية الحقيقة و المالانهاية الكامنة

مبرهنة عطية-سينغر

عالم التناظرات

الجبرية الكونفورمالية الممتازة

الفورتيص و المونوبول و الانسطانطون و نظرية الهوموتوبيا

الميكانيك العقلانى و الميكانيك ماوراء العقلانى

المائعية الفائقة للهيليوم 4

التحولات الطورية من الدرجة الثانية, معادلة زمرة الاستنظام و نظرية الحقل الكونفورمال

معادلة زمرة الاستنظام او اعادة التنظيم

تطبيق معادلة زمرة اعادة التنظيم او الاستنظام: الحرية المقارية و استقطاب الفراغ الكمومى

تأثير النفق و اللاحتمية الكمومية

فرضية المحاكاة

مقدمة

فرضية المحاكاة لصاحبها الفيلسوف السويدى نيك بوستروم هى ربما اهم النتائج الفلسفية فى ال 20 سنة الاخيرة التى تعد بتقديم حل جذرى -على الاقل حسب ما اراه شخصيا- لكثير من المعضلات الفلسفية للفيزياء الكمومية و الميتافيزقيا و الوعى و كذا المعضلات الفلسفية ذات الاسقاطات الدينية مثل معضلة الشر ومعضلة الحرية و غيرها من المعضلات الاخرى الابراهيمية.
هذه الفرضية تبدو على السطح و لأول وهلة و كأنها فرضية تشكيكية مثل فرضية الحلم للفيلسوف الصينى القديم زوانغى لكن هذا غير صحيح بالمرة بل هى نظرية ميتافيزقية كاملة متجانسة كما بين الفيلسوف الاسترالى شالمرز فيلسوف العقل الاول فى هذا العصر الذى يبدو من كتاباته حول هذا الموضوع انه غير معترض تماما بل هو متحمس جدا لفرضية المحاكاة لبوستروم.
اذن زوانغى عندما نام و حلم انه فراشة ثم استيقظ تسائل مباشرة هل انا فعلا زوانغى الذى كنت احلم اننى فراشة ام اننى فراشة تظن نفسها زوانغى الذى نام و حلم انه فراشة. اذن هذا تشكيك كبير فى ماهية الواقع و قد تناول كثير من الفلاسفة هذا التشكيك بعد ذلك عبر فرضية الحلم هذه و اذكر من بينهم الغزالى.
لكن فرضية المحاكاة اقوة من هذا بكثير فهى مبررة رياضيا و ربما حتى فيزيائيا وهى ليست تشكيك فى ماهية الواقع بل هى تنظير لتلك الماهية.
يقول بوستروم ان الانسانية فى اغلبيتها الساحقة هى ليست مجموعة من هذه الكائنات البيولوجية الواعية و العاقلة بل هى فى الحقيقة مجموعة من الكائنات العددية التى تظن نفسها واعية و عاقلة لكنها فى الحقيقة ذات وعى و عقل يحاكى فقط وعى و عقل الكائنات البيولوجية وكل ذلك فى برنامج حاسوبى مكتوب من قبل هذه الكائنات البيولوجية الاصلية.
ثم يذهب بوستروم ابعد من ذلك و ينص على ان هذه الكائنات البيولوجية التى تظن نفسها بيولوجية قد تكون فى الاخير هى الاخرى محاكاة عددية حاسوبية من كائنات اخرى و هكذا الى مالانهاية (اذن معضلة الدور مثلا تصبح مقبولة جدا فى مثل هذه الظروف, هل ترون ذلك!).
تذكروا فيلم المصفوفة و قصة البطل نيون الذى استفاق من المحاكاة ليجد ان كل وجوده وهم و سراب فالواقع شيء و المحاكاة التى تقدمها له المصفوفة شيء آخر تماما رغم انها محاكاة للواقع.
فى فرضية المحاكاة الامر اخطر بكثير فالواقع حسب بوستروم هو المحاكاة نفسها وليس شيئا مستقلا عنه فالبطل نيون مثلا فى فرضية المحاكاة لا يمكنه ابدا ان يستفيق لان كل ما هو موجود فعلا هو المحاكاة الحاسوبية التى تجعله يعقل و يعى و يختبر الحياة و كأنه انسان حقيقى فى واقع مادى وهو و كل الكون المادى حوله ليسا الا محاكاة عددية على حاسوب.
اما شالمرز فى شرحه على فرضية المحاكاة فهو يقرر ان الانسان المحاكى قد يكون فعلا ليس الا دماغ فى علبة تجعله العمليات الكيميائية و الكهربائية المستحثة فى مختلف مناطق المخ يشعر و يحس مثل الانسان العادى الذى يمتلك دماغ فى جسم.
يتبع ان شاء الله.

https://www.simulation-argument.com/simulation.html 

تفصيل فرضية المحاكاة

فرضية المحاكاة simulation hypothesis لنيك بوستروم Nick Bostrom تنص على ان واحدة من القضايا الثلاث التالية يجب ان تكون بالضرورة صحيحة:
-اما اننا نعيش يقينا داخل محاكاة-اجداد ancestor-simulation (انظر ادناه لتعريف المصطلح) اى بعبارة بسيطة نحن نعيش يقينا داخل محاكاة عددية (رياضية خوارزمية) على الحاسوب (الفيزيائى المادى) او شيء شبيه لذلك.
-او ان جميع الحضارات الانسانية ستنقرض قبل ان تبلغ الطور مابعد-الانسانى posthuman phase (انظر ادناه لتعريف المصطلح).
-او ثالثا رغم ان بعض الحضارات الانسانية ستبلغ الطور مابعد-الانسانى الا ان لا واحدة منها ستكون مهتمة باجراء محاكيات للاجداد على الحواسيب.
المسلمة الاساسية (مع مسلمات اخرى) لهذه الفرضية هى ان الوعى الانسانى يمكن محاكاته فى ادق تفاصيله و من بينها الكواليا qualia (وهذا عكس نظرية شالمرز) و ان العمليات العقلية مستقلة تماما عن كل الاجهزة و قوالب التنفيذ (اى ان العمليات العقلية لا تحتاج الى الدماغ للوجود بل يمكن تنفيذها فى اى جهاز مادى آخر يبلغ تعقيد الدماغ و تشابكه وهذا عكس نظرية سارل).
البرهان الذى يقدمه نيك بوستروم على فرضية المحاكاة يعتمد على المصطلحات و الحسابات التالية:
اولا هناك عدد هائل من الحضارات الانسانية التى ستتطور على الارض منذ النشأة الاولى للانسان الهوموسابيانى على الارض الى غاية ملايين السنوات فى المستقبل.
هذه الحضارات سوف تمر كلها بما يسميه بوستروم الطور الانسانى العادى normal human stage اما بعضها فسيصل الى ما يسميه بوستروم الطور مابعد-الانسانى the posthuman stage.
فى الطور مابعد-الانسانى سوف تتطور التكنولوجيا الى الحد الذى سيصبح فيه الانسان قادرا على اجراء و تنفيذ محاكيات لاجداده و محاكيات لتاريخه بل اجراء محاكيات لكل الكون المادى فى ادق تفاصيله دون ان تنبض (اى تفنى و تندثر) امكانياته التقنية و ثرواته الطبيعية.
محاكاة-الاجداد ancestor simulation -كما يسميها بوستروم- هى محاكاة عددية لكل اجدادنا فى جميع تفاصيل حياتهم التى عاشوها و تجاربهم و تاريخهم و كل ما خبروه وهى محاكاة على حاسوب فيزيائى اى مادى -او ما يشابهه- عبر برنامج رياضى خوارزمى اى الغوريتمى -مثل لغات الخورزمة و البرمجة المعروفة اليوم-.
اليوم نحن نعرف مثلا كيف نبنى البروتون و الالكترون و النواة و غيرهم افتراضيا على الحاسوب عبر محاكيات الديناميك اللونى على الشبكة lattice quantum chromodynamics.
هذا البوروتون المحاكى و هذه النواة المحاكاة لا تختلف فى شيء عن البروتون و النواة الماديان الا فى كونهما افتراضيان غير ماديان.
يا هل ترى لو كان البروتون يتميز بوعى و عقل و قمنا بمحاكاته على الحاسوب هل سيتمكن من معرفة او تمييز انه بروتون محاكى و ليس بروتون مادى. الجواب حسب فرضية المحاكاة هو لا.
اذن حسب فرضية المحاكاة فان الحضارات الانسانية التى سوف تصل الى الطور مابعد-الانسانى سوف تتطور تكنولوجيا الى الحد الذى يمكنها من كتابة و تنفيذ محاكيات عددية لكل تاريخها السابق و لكل اجدادها بكل تجاربهم و وعيهم و حياتهم فى ادق تفاصيلها بحيث انه لا يمكن لهؤلاء الاجداد من داخل المحاكاة تمييز او معرفة انهم محاكاة عددية و ليست كائنات بيولوجية ذات وعى ظواهرى كما كانت تظن نفسها.
فى محاكاة-الاجداد هذه سيتم ايضا محاكاة الكون المادى او جزء منه حسب الضرورة و هذا حتى تكون تجربة و وعى و عقل الراصد المحاكى لا تفترق فى اى شيء عن تجربة و وعى و عقل الراصد المادى الذى يحاكيه كما ان البروتون المحاكى على شبكات الديناميك اللونى لا يفترق فى اى شيء عن البروتون المادى.
هذا على الاقل صحيح مبدأيا ولا يتبقى مصدر للفروق بين المحاكى و المادى بطبيعة الحال الا الاخطاء العددية و التجريبية التى ترافق اى محاكاة عددية على الحاسوب كما هو معروف.
نحن هنا لا نقول ان المحاكى غير حقيقى و ان المادى حقيقى لان فرضية المحاكاة تصر على انه بالنسبة للبشر المحاكين و هو الاغلبية الساحقة ممن سيوجدون على الارض فان المحاكاة هى كل شيء بالنسبة لهم فهى حقيقتهم الانطولوجية.
اذن المحاكى هو حقيقى بقدر حقيقة المادى لا يقل عنه فى شيء و ليس فقط لان كل موجود يرصد الوجود من وجهة نظره و من معلمه العطالى.
اذن لتكن p نسبة كل الحضارات الانسانية التى ستظهر على الارض و التى سوف تصل الى الطور مابعد-الانسانى وهو متى سيتمكن الانسان من اجراء محاكيات عددية على الحاسوب (او نظير هذا الامر) للوعى الانسانى لكل الاجداد الذين عاشوا (ومحاكاة كل شيء آخر ضرورى لتجربتهم مثل الكون و الارض و التاريخ و المجتمع).
اذن p تساوى Cp تقسيم C حيث C هو العدد الاجمالى لكل الحضارات الانسانية التى سوف تظهر على الارض و Cp هو العدد الاجمالى للحضارات الانسانية التى سوف تصل الى الطور مابعد-الانسانى قبل ان تنقرض.
فالحضارات التى لا تصل الى الطور مابعد-الانسانى حسب فرضية المحاكاة هى حضارات يجب ان تنقرض ليس هناك بديل آخر.
هذا اولا.
ثانيا سنفترض ان الحضارات الانسانية التى سوف تصل الى الطور مابعد-الانسانى لن تكون بالضرورة كلها مهتمة باجراء محاكيات الاجداد.
ليكن N العدد المتوسط لمحاكيات-الاجداد التى ستجريه حضارة انسانية ما وصلت الى الطور مابعد-الانسانى.
لتكن fi نسبة الحصارات مابعد-الانسانية المهتمة باجراء محاكيات-الاجداد.
وليكن Ni العدد المتوسط لمحاكيات-الاجداد الذى ستجريه حضارة وصلت الى الطور مابعد-الانسانى ومهتمة باجراء هذا النوع من المحاكيات.
العلاقة بين هذه الاعداد الثلاثة N و Ni و fi هى علاقة بسيطة تعطى وضوحا ب (تأمل!)
N=Ni*fi...(1)
بنفس الطريقة فان الجداء
p*N
هو العدد الاجمالى لمحاكيات-الاجداد التى ستجريها جميع الحضارات مابعد-الانسانية (هذا امر مهم فتأمله).
كل واحدة من محاكيات-الاجداد هذه هى فى مقام حضارة من الحضارات التى لم تبلغ طور مابعد-الانسانية.
اذن كل محاكاة-اجداد هى حضارة محاكاة بأتم معنى الكلمة.
هذا اولا و ثانيا.
ثالثا ليكن الآن H العدد المتوسط للافراد الذين عاشوا فى حضارة ما من الحضارات التى انقرضت و لم تصل الى الطور مابعد-الانسانى.
هذا العدد لانه عدد متوسط هو ايضا العدد المتوسط للافراد الذين عاشوا فى اى حضارة من الحضارات المحاكات اى ان H هو عدد الافراد الذين يعيشون داخل اى محاكاة عددية للاجداد.
اذن مباشرة نستنتج ان الجداء
p*N*H
هو العدد المتوسط للافراد الذين يتميزون بتجربة و وعى انسانى الذين يعيشون داخل محاكاة عددية على الحاسوب.
اى p*N*H هو العدد المتوسط للعقول الافتراضية داخل اى محاكاة-اجداد.
اذن نسبة الافراد (او البشر او الراصدون او العقول) الذين يتميزون بتجربة و وعى انساني محاكَى لا يفترق عن التجربة و الوعى الانساني البيولوجي تعطى بالنسبة البسيطة
f=p*N*H/(p*N*H+H)....(2)
انظر الصورة الاولى.
هذه هى النتيجة الاساسية. بالتعويض بالمعادلة (1) فى المعادلة (2) نحصل على الصورة الاخرى لهذه النتيجة وهى المعادلة فى الصورة الثانية اى
f=p*Ni*fi/(p*Ni*fi+1)...(3)
وهذه هى النتيجة الاساسية فى ابسط صورها.
الملاحظة الاساسية التى تعتبر نقطة ارتكاز فرضية المحاكاة هو ان العدد Ni وهو العدد المتوسط لجميع محاكيات-الاجداد التى ستجرى فى الطور ما بعد-الانسانى هو عدد هائل جدا.
بتعويض Ni بما لانهاية فى المعادلة الثالثة (المعادلة فى الصورة الثانية) نحصل على احد ثلاثة قضايا واحدة منها وواحدة فقط يجب ان تكون صحيحة:
اولا الاحتمال f يساوى واحد لان Ni يذهب الى مالانهاية فى البسط و المقام.
اى ان نسبة عدد الافراد الذين يتميزون بوعى و تجربة انسانى محاكى لا يفترق عن الوعى و التجربة الانسانى البيولوجي يساوى واحد.
اذن نحن يقينا نعيش فى محاكاة-اجداد.
ثانيا يمكن للاحتمال f ان يساوى صفر منسجما مع شرط ان Ni تذهب الى مالانهاية بطريقتين مختلفتين.
يمكن للاحتمال p ان ينعدم و يساوى صفر.
اذن هذا يعنى انه لا توجد حضارة انسانية ستصل ابدا الى الطور مايعد-الانسانى فكل الحضارات الانسانية ستنقرض قبل ذلك.
ثالثا يمكن للاحتمال f ان ينعدم ايضا بانعدام الاحتمال fi.
اذن رغم ان بعض الحضارات الانسانية ستبلغ طور مابعد-الانسانية الا انه ولا واحدة فيها ستهتم وتجرى محاكيات للاجداد رغم انه يمكنها ان ان تقوم بذلك.
وهذه القطعة هى مثال على الفلسفة النموذجية التى ادعوا اليها التى لا تعتمد الا على الرياضيات و العلم و الفيزياء.
يتبع ان شاء الله.

مبرهنة غليسن

ومن اعظم المبادئ او بالاحرى المسلمات التى تقوم عليها الفيزياء الكمومية (وبالتالى الفيزياء و الواقع نفسه) هو المبدأ الاحصائى لماكس بورن الذى ينص (فى ابسط صوره) على ان احتمال وجود الجملة الفيزيائية فى نقطة معينة يُحسب بأخذ مربع طويلة دالة الموجة و هذه الاخيرة (اى دالة الموجة) تحسب من حل معادلة شرودينغر.
لكن من اين جاء المبدأ الاحصائى لبورن الذى يسمى ايضا اختصارا قاعدة بورن.
اولا هو جاء من عبقرية و حدس ماكس بورن نفسه وقد تحصل بورن من اجل ذلك على نوبل للفيزياء بعد عشرين سنة كاملة من التنصيص عليه (وهذا زمن طويل) و هذا بعد ان تيقن الجميع ان المبدأ صحيح تجريبيا و حسيا بما لا يدع اى مجال للشك.
ثانيا هذا المبدأ هو مسلمة بمعنى انه فرضية صحيحة بصحة نتائجها. و التجربة كما ذكرت حكمت تماما لصالحه و لصالح كل مبدأ آخر فى الميكانيك الكمومى و بدون استثناء.
لكن الناس لم تتوقف عن محاولة فهم هذا المبدأ بشكل اعمق فالفيزياء النظرية ليست سطحية و لا تحب التسطيح.
مبرهة غليسون لصاحبها غليسون (وهو رياضى اكثر منه فيزيائى نظرى) يمكن اعتبارها البرهان النظرى الرياضى على المبدأ الاحصائى لبورن.
هى تعتمد على المنطق الكمومى لفضاء هيلبرت و على نظرية الاحتمالات لكولموغروف او بالاحرى على محاولة تمديد استخدام مسلمات كولموغروف للاحتمالات نحو ما يسمى شبكات هيلبرت (وهى الجبريات المنطقية التى يقوم عليها الميكانيك الكمومى بمقابل جبريات بوول التى يقوم عليها الميكانيك الكلاسيكى).
هى تنص بكل بساطة ان اى توزيع احتمال على شبكة هيلبرت هو بالضرورة معطى بشعاع حالة كمومى.
ليس هناك امكانية احتمالات اخرى على فضاء هيلبرت الا تلك التى تعطيها قاعدة بورن.
هذا اول و اعظم مبرهنات الميتافيزيقا الكمومية (وهذه هى الميتافيزقيا التى نتكلم عنها) و من نتائجها المباشرة بالاضافة الى البرهان على قاعدة بورن هو النص على انه لا يمكننا ابدا تعريف توزيع احتمال بقيمتين (الصفر و الواحد فقط) على شبكة هيلبرت وهذا هو نص المبرهنة العظيمة الاخرى لكوشن و سباكر التى تنص على ان اى نظرية متغيرات مخفية للميكانيك الكمومى يجب بالضرورة ان تكون نسقية (بمعنى انه عندما نقيس مقدار فيزيائى مع مجموعة اخرى من المقادير الفيزيائية المتوائمة معها فاننا لا نحصل على نفس النتيجة لو قسنا نفس المقدار لكن مع مجموعة اخرى من المقادير المتوائمة. اذن النسق له تأثير حقيقى على الفيزياء).
انظروا منشور الاسبوع الماضى حول موضوع مبرهنة غليسون بتفاصيل اكثر على المدونة.

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 صفاتها-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.

فضاء هيلبرت

الجملة الفيزيائية-اى جملة- نحتاج ان نعرف ماهى حالتها.
الحالة-حالة الجملة الفيزيائية- هى نقطة فى فضاء يسمى فضاء هيلبرت Hilbert space.
لكن ماهو فضاء هليبرت الذى يعتمد عليه كل الميكانيك الكمومى و كل نظرية الحقول الكمومية التى توصل اليهما الانسان الغربى فى بحثه عن ماهية الواقع و محاولة فهمه لتلك الماهية كما هى و ليس كما نريدها ان تكون -او كما قال نيتشه-?
اذن هذا منشور رياضى اكثر منه فيزيائى رغم انه فيزيائى بامتياز.
اولا فضاء هيلبرت هو فضاء شعاعى مثل الفضاء الاقليدى Euclidean space الثلاثى الذى نعيش فيه الذى هو من الناحية الرياضية فضاء شعاعى.
لهذا فان حالة الجملة التى قلنا عنها اعلاه انها نقطة فى فضاء هيلبرت هى فى الحقيقة شعاع فى هذا الفضاء و لهذا فان حالة الجملة الفيزيائية تسمى رسميا شعاع الحالة state vector..
وفضاء هيلبرت رغم انه يشبه الفضاء الاقليدى الثلاثى الذى نعيش فيه الا انه يختلف عنه فى امرين مهمين:
هو ليس ثلاثى الابعاد بل قد يكون عدد ابعاده لا نهائى و قد تكون الابعاد مستمرة continuous و ليست متقطعة discrete مثل تلك التى فى الفضاء الاقليدى الثلاثى الذى يحتوى على الابعاد x و y و z. هذا الفرق الاول.
اما الفرق الثانى فهو خاصية ان فضاء هيلبرت هو فضاء مركب complex و ليس فضاء حقيقى real مثل الفضاء الاقليدى الثلاثى. اذن مركبات اى شعاع فى فضاء هيلبرت هى اعداد مركبة -وهذا هو سر كل السحر الكمومى-.
ولهذا فان شعاع حالة الجملة -الذى يصبح فى احدى تمثيلاته دالة الموجة wave function- هو شعاع مركب. ولهذا ايضا فان دالة الموجة لا تحسب الاحتمال لكنها فى الحقيقة تحسب سعة الاحتمال probability amplitude...
اما الاحتمال نفسه فنحصل عليه باخذ مربع طويلة norm شعاع الحالة.
ثانيا فضاء هيلبرت هو فضاء مترى metric space اى اننا يمكن ان نٌعرف عليه مفهوم المسافة او البعد بين الاشعة انطلاقا من مفهوم الطويلة الذى هو مُعرف اعتمادا على مفهوم الجداء السلمى او الداخلى inner product الموجود بين الاشعة.
فالجداء السلمى بين الاشعة يعرف على فضاء هيلبرت بنفس الطريقة التى يعرف بها الجداء السلمى بين الاشعة فى الفضاء الاقليدى الثلاثى.
هذا الجداء السمى هو الذى يسمح لنا بتعريف مفهوم الطويلة ثم مفهوم المسافة بين الاشعة.
الخواص الرياضية التى يحققها هذا الجداء السلمى موجودة فى الصورة الاولى.
ثالثا فضاء هيلبرت هو اذن فضاء شعاعى مترى.
لكن فضاء هيلبرت اكثر من هذا -وهذا ما يجعله فعلا هيلبرت و ليس شيئا آخر- هو فضاء تام complete space أو فضاء كوشى Cauchy space و هذا يعنى بكل عفوية ان هذا الفضاء لا يحتوى على فراغات.
من الناحية الرياضية فان الفضاء التام هو الفضاء الذى لو كانت فيه سلسلة series -مشكلة من اشعة فى الفضاء- متقاربة مطلقا absolutely convergent فانها بالضرورة يجب ان تكون متقاربة الى شعاع فى الفضاء.
اكرر و اقول اى سلسة مشكلة من اشعة فى الفضاء متقاربة مطلقا هى بالضرورة يجب ان تكون متقاربة الى شعاع فى الفضاء.
اذن الفضاء لا يحتوى على فراغات.
والتقارب المطلق للاشعة هو التقارب المطلق للاطوال اى ان مجموع اطوال الاشعة متقارب اى لا يذهب الى مالانهاية مهما كان عدد حدود السلسلة الماخذوة بعين الاعتبار.
التعريف الرياضى فى الصورة الثانية.
رابعا فضاء هيلبرت هو اذن فضاء شعاعى مترى تام. اذن فضاء هيلبرت هو فى الحقيقة فضاء بناخ Banach space الذى اساس بنيته الطويلة و ليس الجداء السلمى.
خامسا فضاء هيلبرت هو ايضا مثال على الفضاءات الشعاعية الطوبلوجية topological vector spaces و هى الفضاءات الشعاعية التى تتحلى ببنية طوبولوجية منتظمة uniform topological structure.
سادسا الفضاءات-الجزئية الخطية المغلقة closed linear subspaces لفضاء هليبرت-والتى تلعب دورا اساسيا فى بناء المنطق الكمومى quantum logic- هى ايضا فضاءات شعاعية مترية تامة اى فضاءات هليبرت فى حد ذاتها.

مصفوفة التصادم

فيزياء الجسيمات الاولية هى الحب الاول و الأخير لأغلب من يتوجه الى دراسة الفيزياء النظرية.
وهى ايضا السبب الرئيسى الذى يجذب الطلبة و يُرغبهم فى دراسة فيزياء الجسيمات الأولية التى تُعرف ايضا باسم فيزياء الطاقات العليا high energy physics..
وموقع فيزياء الجسيمات الاولية بالنسبة للفيزياء النووية مثل موقع الفيزياء النووية بالنسبة للفيزياء الذرية مثل موقع الفيزياء الذرية بالنسبة للفيزياء الصلبة...
وقد وقعت فى حب فيزياء الجسيمات الأولية عندما كنت شابا كغيرى من الطلبة و كانت بالفعل سبب ذهابى الى تخصص الفيزياء النظرية لكن عكس الكثير من الطلبة فاننى فقدت اهتمامى بها بسرعة بعد ان فهمتها جيدا و بعد ان وقعت فى حب من هو أساسها و مؤصلها وهى نظرية الحقول الكمومية quantum field theory.
واهم -وربما اول اهم شيء- فى فيزياء الجسيمات الاولية elementary particle physics هى نظرية التصادم scattering theory,
فكثير -ان لم يكن اغلب-مما يحدث فى المسرعات accelerators و المفاعلات reactors هو تصادم بين الجسيمات.
فهناك حزمة ساقطة incident beam متشكلة من جسيمات حرة free particles تماما تأتى -رياضيا- من المالانهاية فى الفضاء-زمن و تسمى الجسيمات الواردة incident particles...
ثم تصل او بالاحرى ترد هذه الحزمة الى منطقة التصادم اين يوجد الاستهداف the target..
وبعد تفاعل الجسيمات الواردة مع الهدف -وهذا هو التصادم- فان الجسيمات تغادر منطقة التصادم بعد ان تكون قد غيرت من طاقتها و كمية حركتها و تذهب مرة اخرى الى المالانهاية فى الفضاء-زمن على شكل جسيمات صادرة outgoing particles...
اذن هناك:
-اولا جسيم حر وارد من المالانهاية نرمز لحالته ب |n in>...
-ثانيا منطقة تفاعل محدودة الحجم -شرط مهم جدا فى نظرية التصادم- اين يتصادم الجسيم الوارد مع الذرات المشكلة لمادة الاستهداف و بالتالى تتغير حالته بسبب هذا التفاعل/التصادم.
-ثالثا يغادر الجسيم الوارد منطقة التصادم نحو المالانهاية مرة اخرى على شكل جسيم صادر نرمز لحالته ب |m out>...
الاعداد الطبيعية n و m ترمز لطاقة و كمية حركة و الاعداد الكمومية الاخرى المميزة للجسيمات الواردة و الصادرة.
اما in وهى اختصار incoming فهى ترمز لفضاء هيلبرت Hilbert space -اى فضاء حالات- الجسيم الوارد..
واما out وهى اختصار outgoing فهى ترمز لفضاء هيلبرت الجسيم الصادر..
بسبب التصادم فان هذين الفضاءان مختلفان.
انظر الصورة الاولى.
طويلة احتمال التفاعل الذى يأخذنا من الحالة الواردة ||n in> الى الحالة الصادرة |m out> يعطى بالجداء السلمى
<m out| n in>
هذه الكمية هى ما يعرف بمصفوفة التصادم scattering matrix او اختصارا S-matrix اى المصفوفة-S التى تريد ان تحسبها نظرية الحقول الكمومية لحساب فيزياء الجسيمات الاولية.
هذه المصفوفة تعطى بعبارة فى قمة الاناقة التى فى الصورة الثانية حيث ان T هو ما يعرف بمؤثر الترتيب فى الزمن time ordering operator اما الكمية L التى تظهر فى الأس فهى كثافة لاغرانجية التفاعل interaction Lagrangian density مكتوبة بدلالة الحقول الحرة الواردة.
هذه العبارة هى نقطة انطلاق مبرهنة وييك Wick theorem و نظرية الاضطرابات perturbation theory و مخططات فايمان Feynman diagrams.
اشتقاق هذه المعادلة سيكون فى محاضرات اليوتوب ان شاء الله.

تاريخ الفيزياء

تاريخ الفيزياء و بالضبط تاريخ فيزياء الجسيمات الاولية و الميكانيك الكمومى المكونان الأصليان و الاساسيان للفيزياء النظرية بقلم الفيزيائى النظرى المعروف الهولندى-الامريكى اليهودى (غريب جدا فكلهم يهود!! و كأنهم شعب الله المختار فعلا!) ابراهام باياس Abraham Pais فى حوالى 700 صفحة موزعة على 22 فصل.
الكتاب بعنوان: متجها نحو الداخل حول المادة و القوى فى العالم الفيزيائى
inward bound of matter and forces in the physical world.
و المؤلف باياس يحكى عن تاريخ فيزياء الجسيمات الاولية كشاهد عيان, فهو قد عاين عن قرب و شارك بكثرة فى اكتشافات الجسيمات الاولية و نظرية الحقول الكمومية خلال و بعد الحرب العالمية الثانية الى غاية فترة التسعينات من القرن الماضى.
هذا الكتاب كنت قد قرأته عندما كنت طالبا للدكتوراة فى امريكا و كان من امتع و اسهل ما قرأت. و كان له تأثيرا كبيرا على كثير من فهمى لمواضيع فيزياء الجسيمات الاولية فى نسقها التاريخى و كذا العلمى.
هذا تاريخ ايضا مؤصل و مُعترف به من قبل مؤرخى العلوم بالاضافة الى كونه محرر من فيزيائى نظرى متمرس. اذن هو ليس تاريخ هواة مكتوب للمعرفة السطحية فقط و للمتعة.
فالمؤلف بسبب هذا الكتاب و كتبه عن سيرتى العظيمين اينشتاين Einstein و بور Bohr يعتبر من أكبر مؤرخى الفيزياء النظرية و فيزياء الجسيمات الاولية و الميكانيك الكمومى.
باياس بعد الحرب كان قد عمل مساعدا لبور فى كوبنهاغن ثم هاجر الى امريكا و عمل فى معهد برنستون للدراسات المتقدمة زميلا لاينشتاين.
و بالتالى فهو اقرب فيزيائى نظرى الذى هو مؤرخ فى نفس الوقت للصراع الفلسفى الذى كان يدور بين بور و اينشتاين على خلفية تفسير الميكانيك الكمومى.
اذن هذا موضوع اسهل بكثير على القراءة بالمقارنة مع مواضيع المنطق الكمومى او غيرها و امتع-بالنسبة للاغلبية- اذن استمتعوا بالقراءة و بالفهم فتاريخ الفيزياء يعطيك ايضا نافذة غير مسبوقة على الفيزياء نفسها.
اذن تاريخ الفيزياء هو ايضا علم اصيل فهمه سهل -ليس مثل الفيزياء النظرية و فلسفة الفيزياء او اى من وجع الرأس هذا- وهو ايضا ممتع لكن له اهله ايضا و من اراد ان يكتب فيه بهذه الطريقة و على هذا المستوى عليه ان يصبح مؤرخا متمكنا و هذا ايضا توجه ممتاز لمن يرغب فى ذلك و اننى انصح به ايضا طلبة الفيزياء ممن لهم ميول تاريخية.
التحميل هنا:

https://drive.google.com/file/d/1v7hlEqzGiYsAIKlXpb74bW-OLCgHA3fS/view?usp=sharing 

الميكانيك الكمومى و التجربة

الميكانيك الكمومى و التجربة
Quantum Mechanics and Expereince
كتاب من تأليف فلسوف الفيزياء الأول دايفيد ألبارت David Albert
و كلمة (التجربة) فى العنوان يقصد بها المؤلف التجربة الانسانية اى الوعى و ليس التجربة الفيزيائية
الفضل الاول: التركيب الخطى linear superposition.
وحسب المؤلف فهذا هو اساس كل الظواهر الغريبة فى الميكانيك الكمومى التى نراها فعلا فى الطبيعة.
يشرح هذا المبدأ باستخدام قصص مستوحاة من تجارب التداخل المعروفة لكل مثقف فى الفيزياء.
اذن منبع للجسيمات يرسل الكترونات واحدا بعد آخر الى شاشة تحتوى على ثقبين A و B.
الالكترونات بعد ان تمر من الثقبين تصل الى شاشة استقبال أبعد هى التى تقوم بدور الراصد.
نحصل على شكل تداخل فقط و اذا فقط كان الثقبان مفتوحين معا.
شكل التداخل يعبر عن احتمال.
اذن الشدة (شدة الضوء لو كنا استعملنا ضوءا لكن هنا لاننا استعملنا الكترونات فهى شدة الالكترونات) فى نقطة معينة من الشاشة هى عدد الالكترونات التى سقطت فى تلك النقطة.
هذا الاحتمال لا يساوى الى مجموع احتمال الالكترونات ان تمر من الثقب A و احتمال ان تمر الالكترونات من الثقب B,
ألبارت يلخص الامكانيات العقلية لوجود الالكترونات فى اربعة اشياء لا تستطيع اللغة ان تعبر الا عن هاته الامكانيات و هى:
-اولا الاكترونات مرت من الثقب الاول A و لا تمر عبر B.
-ثانيا الالكترونات مرت من الثقب الثانى B و لا تمر عبر A.
-ثالثا الالكترونات مرت من الثقبين A و B معا.
-رابعا الالكترونات لا تمر من اى من الثقبين.
هذه هى كل الامكانيات المختلفة عقليا و لغويا.
لكن التجربة و الميكانيك الكمومى يؤكد و الطبيعة تؤكد اكثر منهما ان كل تلك الامكانيات الأربعة ليست هى ما يحدث فعلا فى الواقع.
فاننا لن نحصل يقينا -اليقين التجريبى- على التداخل من اجل كل امكانية من الامكانيات الاربعة اعلاه.
يقول البارت الصحيح ان نقول -دون ان نفهم فعلا المعنى اللغوى الحقيقى لما نقول- ان الالكترونات المتداخلة موجودة فى حالة تركيب خطى للطريقين المارين عبر الثقبين A و B.
فهذا هو نمط الوجود الذى تكون فيه الالكترونات المتداخلة و ليس اى من انماط الوجود اعلاه المحصل عليها بالقسمة العقلية.

وألبارت يضيف و يقول اننا نقول ان الالكترونات موجودة فى حالة تداخل خطى لنعبر عن شيء -يمكننا ان نكتبه رياضيا- لكننا لا نفهم فعلا محتواه الميتافيزيقى. و هذه هى معضلة تفسير الميكانيك الكمومى حسب فيلسوف الفيزياء الاول دايفيد البارت.
مُترجم من الفصل الاول من الكتاب اعلاه بتصرف شديد.

فلسفة الفيزياء

للتحميل كتابان حديثان فى فلسفة الفيزياء سيوفران فكرة شاملة عن المسائل الفيزيائية ذات الانعكاس الكلامى و الفلسفى المتناولة فى هذا المجال.
شعارنا لا فلسفة الا فلسفة الرياضيات و فلسفة العلوم و ام فلسفة العلوم هى فلسفة الفيزياء المبنية على التجربة العلمية و الرياضيات المجردة. كل شيء آخر فى الفلسفة هو حشو و كلام أجوف.

الكتاب الاول
دليل اكسفورد فى فلسفة الفيزياء
The Oxford Handbook of the Philosophy of Physics
https://drive.google.com/…/1MgXra33gHR7vZTLifEm3uNSa4…/view…
تأليف زمرة من الفلاسفة-الفيزيائيين تحرير روبرت باترمان نشر 2013.
وهو يحتوى على:
-من اجل فلسفة ميكانيك الموائع
--ماهو الميكانيك الكلاسيكى على كل حال?
-السببية فى الميكانيك الكلاسيكى.
-نظريات المادة: المالانهايات و اعادة التنظيم. وهذا الباب بقلم كادانوف احد مشاهير الميكانيك الحاصائى و أحد رواد نظرية اعادة التنظيم.
-درُ و واجه الغريب...ت ت تغيرات: المسائل الفلسفية التى تثيرها التحولات الطورية.
-نظريات الحقل الفعالة.
-سطوة السلالم (مفرد سلم ويقصد به المستوى الطاقوى)
-التناظر.
-التناظر و التكافؤ
-اللاتمايز.
-التوحيد فى الفيزياء,
-الرصد و النطاق الكلاسيكى فى الميكانيك الكمومى.
-تفسير ايفريث (و يقصد به تفسير عديد-العوالم).
-التكافؤ الاحادى و التكافؤ الفيزيائى.
-المقاربتان المطلقية و العلائقية للفضاء-زمن,
-البنية الشاملة للفضاء-زمن,
-فلسفة الكوسمولوجيا.

الكتاب الثانى
فلسفة الفيزياء
Philosophy of Physics
https://drive.google.com/…/12Q37sXuc7ZMfW8mBDelhYmohh…/view…
تأليف جمهرة من الفلاسفة-الفيزيائيين تحرير جرمى باترفيلد و جون ايرمان نشر 2007.
وهو يحتوى على:
-حول الاختزال السمبليكتى فى الميكانيك الكلاسيكى.
-تمثيل الزمن و التغير فى الميكانيك.
-نظرية النسبية الكلاسيكية.
-الميكانيك الكمومى غير-النسبى.
-ما بين الكلاسيكى و الكمومى.
-المعلوماتية الكمومية و الحاسوبية.
-الأساس المفاهيمى لنظرية الحقل الكمومى بقلم توهفت احد اهم الفيزيائيين النظريين فى نظرية الحقل الكمومى الحائز على نوبل حول نظرية اعادة التنظيم للحقل المعيارى- بكل بساطة هذا يعنى انه يمكننا ان نصف الجسيمات الاولية بنظرية الحقل بدقة هائلة-.
-نظرية الحقل الكمومى الجبرية.
-خلاصة فى أسس الميكانيك الاحصائى الكلاسيكى.
-الميكانيك الاحصائى الكمومى.
-مسائل فى فلسفة الكوسمولوحيا.
-الثقالة الكمومية بقلم كارلو روفلى احد اعمدة الثقالة الكمومية الحلقية و احد اكبر اعداء نظرية الوتر.
-التناظرات و قوانين الانحفاظ فى الفيزياء الكلاسيكية.
-مظاهر الحتمية فى الفيزياء الحديثة.

جايمس بيبلز نوبل فى الفيزياء 2019

وجائزة نوبل فى الفيزياء لهذا العام تأخذها مناصفة الفيزياء النظرية ممثلة فى شخص الكوسمولوجى النظرى بيبلز Peebles (نصف الجائزة) و الفيزياء الكوكبية ممثلة فى شخصى مايور Mayor و كويلوز Queloz (نصف الجائزة).
وهذا غير عادل بالمرة كالعادة تقريبا (فقد حدث هذا من قبل عدة مرات).
وكل الذى فعله مايور و كويلوز هو انهما اكتشفا اول كوكب يدور حول نجم هو مركز لمجموعة كوكبية تشبه المجموعة الشمسية.
وهذا مهم لكنه ليس مهما بالمرة امام انجازت بيبلز.
فالرجل بدون منازع هو الكوسمولوجى النظرى الاول حجة التخصص -الكوسمولوجيا النظرية- منذ الستينات.
واكتشافاته ليست حظا فقط فى الاكتشاف بل هى حظ فى الموهبة و الاكتشاف معا وهذا مستوى اعلى بكثير.
وهذا هو الفرق بين الفيزياء النظرية التى تحتاج حظا من الموهبة و حظا من الحظ و بين الفيزياء التجريبية التى لن تتطلب الا ان تكون محظوطا اى حظا من الحظ بمعنى ان تكون فى المكان المناسب فى الزمان المناسب و تعمل و تجتهد.
اذن بيبلز انجز فى فيزياء اشعاع الخلفية الكونية الميكروى cosmic microwave background radiation و هو الاشعاع الضوئى الذى يجوب الكون بكل حرية منذ اصبح الكون شفافا بعد 400 الف سنة (ما يسمى زمن الانفصال decoupling time) من الانفجار الاعظم.
واشعاع الخلفية الميكروى هو من اهم الظواهر الكونية على الاطلاق لسهولة قياسه (وقد اُكتشف ايضا صدفة مثل ذلك الكوكب اعلاه من قبل مهندسين فى الراديو و الالكترونيك و ليس حتى من قبل فيزيائيين) و احتواءه ايضا على كثير من الاسرار الكونية و اهمها ربما كيفية تشكل البنى structure formation من التقلبات الكمومية quantum fluctuation اى كيف تشكلت المجرات و النجوم و غيرها من البنى الكونية العملاقة انطلاقا من التقلبات الكمومية الضئيلة جدا التى كانت فى عهد التضخم.
ومن انجازات الرجل ايضا مشاركاته المحورية فى التركيب النووى الاعظم big bang nucleosynthesis وهو كيف تشكل الهيدروجين من الالكترونات و البروتونات و النيوترونات و كيف تشكلت باقى الذرات الخفيفة و الثقلية من الهيدروجين.
وايضا من مشاركاته المادة المظلمة dark matter التى تشكل حوالى 25 بالمائة (بمقابل المادة المضيئة التى تتشكل منها اجسامنا و التى تتضمن على 5 بالمائة فقط من اجمالى كتلة الكون).
و المادة المظلمة هى مادة مظلمة لانها لا تتفاعل كهرومغناطيسيا اى لا يمكن ان يصدر عنها اى ضوء و كل تفاعلاتها تتم عبر قوى الجذب الثقالى.
والمادة المظلمة هى السبب فى دوران كل المجرات (وهى تجمعات من المادة لا يعى عظمتها الا القليل).
اذن كل تلك المجرات فانها تدور حول محاورها بسبب قوة الجذب الثقالى لمادتها المظلمة و لا تلعب المادة المضيئة اى دور فى ذلك.
ومن مشاركات بيبلز ايضا الطاقة المظلمة dark energy و هى شئ اعظم من المادة المظلمة و هى تتضمن ما يقارب ال 70 بالمائة من اجمالى كتلة الكون.
والظاقة المظلمة شيء عجيب غريب فهى تتأتى (وهذا هو المرجح عند الاغلبية) من طاقة الفراغ vacuum energy اى طاقة الحالة الكمومية الاساسية quantum vacuum state مثل تأثير كازيمر Casimir effect المشهور مثلا و هى غريبة ايضا لانها تتميز بضغط سالب (عكس المادة المضيئة و عكس المادة المظلمة) و لهذا فانها تؤثر كقوة ثقالة مضادة anti-gravity تؤدى الى زيادة توسع الكون زيادة متسارعة وهذا هو الملاحظ فعلا من القياسات الاخيرة لمرصد بلانك الذى اكد بالاضافة الى كل هذه النظريات الرائعة على صحة نظرية التضخم inflation theory وهى الحلقة الاخيرة التى كانت مفقودة فى صرح النموذج القياسى الكوسمولوجى standard model of cosmology.
وللتمثيل اقول ان المادة المظلمة هى جسم الكون اما الطاقة المظلمة فهى يمكن التفكير فيها على انها روح الكون.
اما الانسان فهو يتشكل من المادة المضيئة لاجسامنا و من الوعى او الروح الذى هو طاقتنا المظلمة.
(للعلم يمكنكم الاطلاع على كل هذه المواضيع بشكل بيداغوجى لكن رياضى و فيزيائى مضبوط فى كتابى حول النسبية العامة المنشور مع ال IOP).
وكل هذا حتى تطمئن قلوبنا الى صحة التنظير الفيزيائى وعدم ابتعاده كثيرا بل على العكس اقترابه الشديد من القياسات و المشاهدات و التجارب الحسية و ماهو موجود بالفعل فى الطبيعة التى رغم كل هذا الفهم المتحقق تبقى فى اغلبها غيب مغيب.
لكن قوة العلم (وبالخصوص الفيزياء النظرية فى التوقع و الفيزياء التجريبية فى التحقق) يجعل العلم فعلا بمثابة المسيح الدجال عند تحديه للفلسفة و الدين و الايمان فقليل جدا من يرسخ و يصبر على فتنته (اى هذا العلم أو هذا المسيح الدجال) لكثرة تصديقه بالمعجزات (اى هذه الانجازات و الاكتشافات رياضيا و نظريا و تجريبيا).
اذن اقول و اننى واثق من ذلك انه كان يجب عليهم (الهيئة السويدية) اعطاء جيمس بيبلز كل الجائزة و ليس فقط نصفها لان ما فعله الاخران ليس شيئا بالمقارنة مع ما فعله هذا العالم العبقرى الذى اجد صعوبة شديدة فى رؤية و فهم عبقريته التى تأتيه بسهولة شديدة تحير عقلى البسيط و علمى الأبسط.
واننى لن استحى ان اقول اننى احسده و احسد امثاله. واظن ان حسد العلماء شيء ايجابى و ليس سلبى اذن فاننى ادعوا اليه لعل بعضنا يحقق فى المستقبل بعض ما حققه كثير منهم.

الفيزياء العددية او الحاسوبية مرة اخرى و كيف تتعامل مع الفضاء و الزمن و المالانهاية

العلم يتميز بالصفاء و الشفافية و البراءة مالم تتدخل فيه يد الانسان و هى لن تتدخل ليس لأن الانسان صاف و شفاف و برئ و لكن لأن الطريقة العلمية و الطريقة الرياضية هما دائما بالمرصاد لذلك الانسان و انحرافاته و تعسفاته.
هذا هو سر نجاج العلم فى الرقى بالانسان رغم نقائص اخرى كثيرة يمكن التغاضى عنها مع كل هذا النجاح الباهر-فى الحياة قبل العلم- الذى نعيشه و نراه امامنا فى الغرب بالخصوص.
واصفى و أشف و ابرء و ايضا اقوى ما فى العلم هى الفيزياء التى هى أم العلوم كلها.
والفيزياء انواع: نظرية و تجريبية و عددية.
فالتجريبية آلة جهنمية عمياء.
و النظرية ألة عميقة ذات عبقرية هائلة.
والعددية وسط بين الاثنين و هى رسول بينهما و هى فى الواقع اصفى الجميع و أكثرهم نقاءا وهذا هو الرأى فى هذا المنشور.
فالفيزياء العددية او الفيزياء الحاسوبية computational physics تعتمد على علوم الحاسوب computer science و على الحاسوبية العلمية scientific computing و على علوم التحليل العددى numerical analysis و الخوارزميات algorithms و التشفير coding الرياضية لحل مسائل فيزيائية نظرية عويصة و معقدة جدا ليس هناك طريق آخر لحلها.
وأقول ان الفيزياء العددية اصفى الجميع لأن علوم الحاسوب اصفى من الفيزياء فى امرين اساسيين تعتمد عليهما هما:
اولا المنطق منطق ارسطو لكن حسب ما طوره بوول Boole الذى هو منطق جبرى-حسابى و ليس منطق فرجى Ferge و راسل Russell الذى هو منطق لغوى-رمزى.
ونحن مع الخوارزمى و من بعده العظيم ليبنيز فى تفضيل الحساب و الجبر لحسمهما على اللغة و الرمز لعدم حسمهما لأى شيء.
ثانيا الحساب فكل علوم الحاسوب هى حساب مبنى على الاعداد الطبيعية و الاعداد الكسرية (الناطقة او المنطقية كما يسميها البعض) و هذا لمحدودية دقة الآلة.
و الحساب و العد اصفى و ادق انواع الرياضيات على الاطلاق.
اذن منطق يوول و الحساب هذا كل ما يجرى داخل الألة و هذا كل اساس علوم الحاسوب و هو اساس قوى جدا.
اذن تأتى الفيزياء النظرية بافكارها الجهنمية و تريد ان تحل مسائل معقدة فى غاية الاهمية باستعمال علوم و تقنيات الحاسوب فتجد نفسها مجبرة على اختزال كل الرياضات الهائلة التى تعتمد عليها الى منطق بوول و الحساب و لهذا قلت فان الفيزياء العددية هى اصفى انواع الفيزياء و الفيزياء النظرية.
فكل شيء يقبل الخورزمة و التشفير الحاسوبى هو فى اعلى درجات الدقة و الصفاء و الضبط و الشفافية و اليقين غير الموجود حقيقة حتى فى انواع الفيزياء الاخرى. علينا ان نعى ذلك جيد ثم نعترف به من حين الى آخر.
وهدف الفيزياء العددية هو اجراء الحساب العددى او المحاكاة العددية على نظريات و نماذج الفيزياء النظرية.
والمحاكاة العددية هى تجربة افتراضية بكل المقاييس و هى افتراضية لانها تُجرى على الحواسيب و ليس فى الواقع لكنها تجربة كغيرها من التجارب.
و المحاكاة العددية هى حساب عددى يتميز بشيء اساسى يغيب فى اغلب الحساب العددي و هو استعمال العشوائية -اى الصدفة- عبر استعمال الاعداد العشوائية random numbers و خوارزميات مونتى كارلو Monte Carlo.
و العشوائية اساسية للطبيعة لان الطبيعة تعتمد اساسا على الصدفة.
لكن حتى تنجح الفيزياء العددية فى تشفير و خورزمة تلك الفيزياء النظرية اى اختزالها الى منطق بوول و الحساب فانها تفترض ثلاثة اشياء اساسية لا يتكلم عنها المختصون و لا غيرهم لا كثيراة و لا قليلا و هى:
اولا الزمن حسب الفيزياء و حسب ما نجده فى الطبيعة هو فعلا زمن نسبى relativistic time كما بين و وضح ذلك اينشتياين وهو يأتى مثلا فى ما يسمى مترية metric الفضاء-زمن باشارة معاكسة لاشارة الاتجاهات المكانية الثلاثة.
كل التحليل العددي و الفيزياء الحاسوبية او العددية المعروفة للانسان لا يمكنها ابدا ان تتعامل مع زمن نسبى بشكل مباشر و لهذا نضطر الى القيام بما يسمى تدوير وييك Wick rotation و هو نوع من الأقلدة Euclidean-ization للنظرية اى تحويل الفضاء-زمن ذى البنية الهندسية الريمانية Riemannian geometry نسبة الى ريمان Riemann الى فضاء ذى بنية هندسية اقليدية Euclidean geometry نسبة الى اقليدس Euclid.
بعبارة اخرى نحن لا نستطيع ان نمارس الحساب و المحاكاة العددية بالزمن الحقيقى النسبى الذى يظهر فى الطبيعة و الفيزياء فنضطر الى تدويره اى تحويله الى شيء يسمى الزمن التخيلى وهو زمن افليدى وهو بكل بساطة نوع من المكان اى الفضاء.
أهم نتائج تدوير الزمن الى زمن تخيلى (اى فضاء) هو تحويل دالة الموجة wave function الكمومية التى تعطى (بدلالة الفعل action) طويلة احتمال probability amplitude (ركزوا طويلة الاحتمال و ليس الاحتمال نفسه) الى احتمال عادى.
اذن تدوير الزمن الى زمن تخيلى اقليدى يؤدى الى تحويل دالة الموجة الى احتمال احصائى عادى و تذكروا فان نطرية الاحتمالات هى جزء من المنطق عند الانجليز.
وهذا الربط بين تدوير الزمن من زمن نسبى الى زمن تخيلى اقليدى (اى فضاء) و تحويل الميكانيك الكمومى الى احتمالات من اعمق و اغمض نتائج الفيزياء النظرية التى لا اظننى وجدتهم يناقشونها كثيرا.
ثانيا لكن حتى تتمكن الفيزياء العددية من تشفير و منطقة و حساب نتائج الفيزياء النظرية فانه لا يكفيها اقلدة الزمن النسبى بل يجب عليها ايضا تقطيع الفضاء اى المكان.
فالفضاء فى الهندسة الاقليدية و فى الهندسة الريمانية و عند الاغلبية الساحقة من الفيزيائيين و الفلاسفة (الا المتكلمين و هذه تحسب لهم فعلا) هو مستمر continuum اى ان المستقيم مثلا هو المستمر الحقيقى real continuum اى بكل بساطة على المستقيم بين كل نقطة و نقطة مهما تصاغرت المسافة بينهما توجد نقطة و لهذا نقول ان الاعداد الحقيقية هى كثيفة dense.
نفس الشيء بالنسبة للمستوى و للفضاء فهى كلها مستمرات و هذا لا تتحمله الفيزياء العددية و علوم الحاسوب لانهما يتعاملان فعلا و فى الحقيقة مع الاعداد الطبيعية المتقطعة discrete و ليس مع الاعداد الحقيقية المستمرة continuous.
لهذا فانه فى الفيزياء العددية نُقطع discretize دائما الفضاء الاقليدى (هنا نقصد به الفضاء-زمن بعد تدوير وييك للزمن).
و اذن فان المكان هو مجموعة من النقاط المتقطعة حيث تفصل بين كل نقطة و نقطة مسافة منتهية قد تكون صغيرة جدا لكنها ليست يقينا صفر.
ثالثا بعد ان دورنا الزمن النسبى تدويرا اقليديا و قطعنا المكان الى نقاط منفصلة و ليست متصلة علينا الآن ان نضع حدا و حدودا للزمن و الفضاء.
فالفيزياء العددية التى تريد تشفير و خورزمة جزء معتبر من الفيزياء النظرية (خاصة الاساسية منها) و اختزالها على طريقة علوم الحاسوب الى منطق يوول الجبرى و الحساب (العقليان جدا) فانها يجب ايضا ان تضع الكون او الجملة الفيزيائية او الفضاء-زمن (الذى اصبح فضاءا اقليديا مقطعا اى منفصلا) فى علبة منتهية الحجم.
فالمنطق -منطق بوول- و الحساب و الفيزياء العددية و علوم الحاسوب وحتى الفيزياء النظرية و الرياضيات (ولو ضمنيا) لا تتحمل جميعها المالانهاية و لا تعرف التعامل معها الا عبر الاستقطاب extrapolation و اشياء اخرى.
بعد تدوير الزمن النسبى الى زمن اقليدى يشبه فى كل شيء المكان, ثم تقطيع المكان الى نقاط منفصلة, ثم وضع كل شيء فى علبة و التخلص من المالانهاية فان الفيزياء العددية تتمكن من تشفير و خورزمة الفيزياء النظرية التى تتحول بذلك الى منطق بوول و حساب كما أراد ليبنيز ذلك لكنه اراده فى الميتافيزيقا و لم يتحقق فحققته الفيزياء النظرية و اراده فرجى و راسل فى الرياضيات و لم يتحقق و حققته ايضا الفيزياء النظرية كل ذلك عبر ابنتها الوفية الفيزياء العددية.
وهذه هى قصة الفيزياء العددية الحقيقية التى لا يُقدرها الكثيرون و تعسف بحقها آخرون اكثر منهم و احتقرها من لا يفهم شيئا اصلا.

مصفوفات ديراك

المادة فى الكون تتشكل مما يسمى:
-لبتونات (مفرد لبتون lepton) مثل الالكترونات و النيترينوات (مفرد نيترينو neutrino)
-و كواركات (مفرد كوارك quark) التى تتشكل منها الهايدرونات (مفرد هايدرون hadron) مثل البروتونات و النيوترونات.
ورغم اختلاف هذه الجسيمات الاولية اختلافا جذريا فى كل شيء ابتداءا من الكتلة و انتهاءا بانماط تفاعلها فان اللبتونات و الكواركات تتميز بشيئين أساسيين مشتركين:
-اولا هذه جسيمات اولية فعلا على الحقيقة -على مصطلح علم كلام  أحدهم- و ليس وهما. فهى فعلا جسيمات بدون بنية داخلية و لا تقبل الانقسام الى جسيمات اولية لكن اذا تصادمت بقوة كافية فهى تتلاشى و تتحول الى انماط اخرى من المادة و الطاقة. اذن الكواركات و اللبتونات هى فعلا الجوهر الفرد الذى جادل فيه و مازال الفلاسفة و المتكلمون من عشاق الكلام المنمق الغامض الحشوى.
-ثانيا هذه الجسيمات اى اللبتونات و الكواركات تشترك فى خاصية فيزيائية وحيدة هى كونها تتميز بعزم لف او سبين spin يساوى تصف.
هذا يعنى ان هذه الجسيمات هى فرميونات (مفرد فرميون fermion) نسبة الى فيرمى Fermi اى انها تخضع لاحصائية فيرمى و ديراك Fermi-Dirac statistics او ما يعرف بالشكل الكيميائى المبسط مبدأ الاستبعاد لباولى Pauli exclusion principle اى انه لا يمكن لأى فرميونين ابدا احتلال نفس الحالة الكمومية معا فى نفس الوقت.
فهذه خاصية عميقة جدا تتميز بها مثلا الالكترونات و غيرها من اللبتونات و ايضا كل الكواركات بدون استثناء وهى المسؤولة عن استقرار المادة و تماسكها.
وهى الخاصية (التى تعرف فى نظرية الحقل تحت مسمى مبرهنة السبين و الاحصاء spin-statistics theorem) التى قال عنها الفيزيائى الاكثر بيداغوجية و قدرة على الشرح العميق المبسط فى التاريخ فايمان Feynamn انه لا يستطيع ان يشرحها بأى شكل مبسط الا اذا استعمل نظرية الحقل الكمومى quantum field theory وهى ليست شيئا بسيطا ابدا.
كون اللبتونات و الكواركات هى فرميونات اى جسيمات اولية بعزم لف او سبين يساوى نصف يعنى انها توصف رياضيا بشيء -دالة موجة- يسمى سبينور spinor وهى كما ترون مصطلح مشتق من السبين spin اى عزم اللف.
هذا السبيور هو كائن رياضى يعيش فى فضاء يمكن تمثيله بما يسمى مصفوفات ديراك Dirac matrices ولهذا فان معادلة ديراك Dirac equation التى تعطى دالة موجة الالكترون تتضمن ضرورة و بشكل اساسى مصفوفات ديراك و ايضا فانه يجب التأكيد مرة اخرى ان دالة الموجة التى تظهر فى معادلة ديراك هى فى الحقيقة سبينور.
مصفوفات ديراك تحقق جيرية شهيرة فى الرياضيات تسمى جبرية كليفورد Clifford algebra و هى كانت معروفة قبل ديراك بسنوات طويلة لكن ديراك اعاد اكتشافها دون ان يعلم بكليفورد فى الفيزياء و لهذا فان المصفوفات تسمى مصفوفات ديراك و الجبرية التى تحققها تسمى جبرية كليفورد.
اذن السبينور الذى هو دالة موجة اللبتونات و الكواركات و الذى يحل معادلة ديراك يعيش فى فضاء مصفوفات ديراك وهو قد يعيش فى اى بعد للفضاء-زمن انطلاقا من 1 الى غاية 11 بعد وهو اقصى حد تسمح به المتطلبات الرياضية و الفيزيائية.
فى الملف المرفق نناقش مصفوفات ديراك بشكل اكثر دقة لكن بعجالة خاصة فى ابعاد الفضاء-زمن الفردية التى تهم النظرية المصفوفية Matrix Theory لنظرية الوتر.

من اجل تفصيل اكثر انظروا الملاحق فى كتاب بولشينسكى Polchinski الذى توفى العام الماضى و الذى ارغب جدا ان اقول فيه بسبب الفيزياء رحمة الله عليه! لكننى اجد نفسى لا استطيع بسبب التاريخ و الجغرافيا و العقيدة!

النظريات الفيزيائية الاساسية

النظريات الفيزيائية الأساسية هى نظريات تُحقق الطريقة العلمية بامتياز -اى أنها ناجحة تجريبيا فى كل او كثير من توقعاتها- و تحقق ايضا الطريقة الرياضية بامتياز لانها تقدم صياغة رياضية واضحة لظواهر طبيعية أوضح.
هذه النظريات الفيزيائية الاساسية هى نظريات قابلة للتكذيب الرياضى (العقلى) و للتكذيب الفيزيائى (الحسى) و ليست علبة سوداء ميتافيزيقية غيبية او فلسفية يصعب التحقق من مكوناتها الداخلية او التحقق من كيفية عملها الخارجى.
ومما نعرف اليوم فان النظريات الفيزيائية الاساسية التى تحقق هذه الشروط هى كلها نظريات حقل وهذا يعنى انها:
اولا نظريات نسبية اى منسجمة مع النسبية الخاصة.
ثانيا نظريات كمومية اى منسجمة مع الميكانيك الكمومى.
ثالثا نظريات احادية اى تحترم انحفاظ المعلومات.
رابعا نظريات سببية اى انها تحترم مبدأ السببية.
خامسا هى نظريات موضعية (عموما) اى ان كل التفاعلات هى تفاعلات تقع فى نقطة معينة من الفضاء لا يمكن لتأثيرها ان ينتشر بسرعة أكبر من سرعة الضوء.
سادسا هى نظريات حقل اى ان متغيراتها الاساسية هى حقول و ليست جسيمات.
سابعا هى نظريات جسيمية اى ان الحقول فى الاخير تصف فى طيفها جسيمات و ليس شيئا آخر كالاوتار مثلا.
ثامنا هى نظريات تناظر بالاساس. و بالخصوص التناظر الموضعى المعيارى الذى يتحكم فى كل القوى الكونية.
تاسعا هى نظريات واقعية لا يلعب فيها ما يسمى الوعى اى دور (عموما).
عاشرا هى نظريات قابلة للتنظيم. وهذا هو موضوع هذا المنشور فى الحقيقة.
واعادة التنظيم renormalizability تعنى باختصار شديد ان هذه النظريات رياضيا خالية من التناقضات و انها رياضيات بحتة لكنها تتمتع بقوة التنبؤ predictive power التجريبى بشكل مذهل.
فى الوريقات الموضوعة للتحميل اشرح باقتضاب شديد مبرهنات اعادة التنظيم الخمس الاساسية فى نظرية الحقول الاضطرابية كما يشرحها زينجوستان Zinn-Justin فى كتابه الضخم (1500 صفحة) بالضبط.
هذه المبرهنات تحدد الشروط متى و كيف لنظرية حقل فيزيائى عامة ان تكون قابلة للتنظيم او غير قابلة للتنظيم او قابلة للتنظيم بشكل ممتاز.
هذا نص محاضرة قديمة ألقيت منذ حوالى عشرة سنوات وهو موضوع يحتاج الى خلفية غير هينة فى نظرية الحقول.
لكن الخلاصة التى فى هذه الوريقات اعتقد انه يصعب ايجادها فى اى مكان واحد بهذا القدر من التبسيط.

https://drive.google.com/file/d/1v2LPKoKNxqYVdoCNX-ptugHraM23OnP1/view?fbclid=IwAR1lEiVkYXxu4dTtC6CO_3A7LwUkXAvJTh2kJwHBskUnuKWX1S4Pj8SasWs 

حجر رشيد اهتزازات النيترينو

هل يمكن تعيين الاشعة الذاتية eigenvectors لمصفوفة هرميتية Hermitian matrix انطلاقا من قيمها الذاتية eigenvalues?
والقيم الذاتية تمثل مثلا نتائج القياس التى سيحصل عليها راصد فيزيائى عندما يقوم بقياس مقدار فيزيائي معين يمكن تمثيله رياضيا بمصفوفة matrix او بصفة عامة بمؤثر operator.
لو كنت سئلت هذا السؤال قبل اليوم لقلت هذا أكيد غير ممكن.
وهذا هذا الجواب الذى يعرفه كل رياضى و كل فيزيائى نظرى و كل فيزيائى منذ قرون على الاقل الى غاية 10 اوت الماضى.
فالاشعة الذاتية لمصفوفة شيء و القيم الذاتية شيء آخر وكل قيمة ذاتية تكون مرفقة على الاقل بشعاع ذاتى واحد و ربما اكثر.
وعملية البحث عن القيم الذاتية هى عملية مكلفة جدا جدا حسابيا (فهى من اهم المهمات فى الفيزياء العددية) لأنها تستهلك وقتا طويلا على اعظم الكمبيوترات الخارقة.
وهى عملية (اى ايجاد القيم الذاتية) مهمة جدا فى كل موضوع فيزيائى ذى اهمية للطبيعة و الكون و كل موضوع عصبونى ذى اهمية للعقل و الانسان.
اذن لا يمكن تعيين القيم الذاتية من الاشعة الذاتية. هذا هو الذى يعرفه الجميع و هو من المعلوم من الرياضيات و الفيزياء بالضرورة (فهو ليس شيئا عميقا).
او هكذا كان يُعتقد.
لكن هذا الجواب تغير مع البحث فى الرابط الصادر عن ثلاث فيزيائيين نظريين يعملون فى اهتزازات النيترينو neutrino oscillations (اى هو موضوع نظرى فينمولوجى الذى يحبه اغلب الطلبة و الاساتذة فى فيزياء الجسيمات و ليس حتى نظرى اساسى من النوع الذى اميل اليه شخصيا) و صدر ايضا عن رياضى شهير ساعدهم على البرهان الرياضى على ما اكتشفوه.
فهم لاحظوا خلال حساباتهم لاحتمالات تغيير النيترينو لذوقه flavor خلال انتشاره فى الفضاء (وهذا هو الاهتزاز) ان القيم الذتية و الاشعة الذاتية لمصفوفة هرميتية A ذات بعد n مرتبطة فيما بينها بالعلاقة الاولى فى الصورة الاولى.
القيم الذاتية هى λi.
الشعاع الذاتي المرفق بالقيمة الذاتية λi يرمزل له ب vi.
ونرمز للمركبة j لهذا الشعاع vi ب vij.
اما المصفوفة Mi فهى المصفوفة الجزئية ل A ذات البعد n-1 التى نحصل عليها من حذف السطر i و العمود i من المصفوفة.
اذن من هذه العلاقة نحصل فعلا على الاشعة الذاتية من القيم الذاتية.
وهى علاقة بسيطة جدا لكنها مذهلة لانها لا تتعلق الا على المصفوفة الجزئية M.
كمثال نحذف السطر 1 و العمود 1 من المصفوفة A لنحصل على المصفوفة M و العدد السلمى a و الشعاعان X و X^* كما فى المعادلة الثانية فى الصورة الاولى.
فى هذه الحالة يمكننا ان نحسب المركبة 1 لكل الاشعة الذاتية vi اى نحسب vi1 باستعمال العلاقة الثالثة فى الصورة الاولى.
هذه فعلا علاقة مذهلة و هى ايضا بسيطة الى الحد ان الفيزيائيين النظريين زانغ Zhang و دانتون Denton و بارك Parke (فى الصورة الثانية من اليسار الى اليمين) اعتقدوا يقينا انها يجب ان تكون علاقة معروفة فى الكتب الرياضية منذ قرون.
ففعلا لقد قتل الغربيون المصفوفات و خواصها بحثا طوال القرون الماضية و لا يمكن ان تكون علاقة بهذه الاهمية و هذه البساطة ان تكون قد فاتتهم.
لكن من المؤكد انها فاتت الجميع.
و استشار هؤلاء الفيزيائيون الرياضى المشهور تيرنس تاو Terrence Tao (صاحب المعادلات فى الصورة الاولى) الذى اكد لهم انها علاقة جديدة غير معروفة فعلا و ساعدهم على البرهان عليها بعدة طرق فهى كما يقول تاو سهلة جدا للبرهان بعد ان تكون قد عرفت العلاقة و فهمتها (وهكذا كل الاشياء).
فى البحث على الاركايف فى الرابط يتم تقديم البرهان بطريقتين قصيرتين لكن فعالتين.
هذه العلاقة تم تسميتها حجر رشيد Rosetta stone القيم الذاتية لاهتزازات النيترينو.
(وحجر رشيد كما يعرف اى مثقف هو آثار فرعونية مشهورة جدا من عهد الاسرة البطلمية تحتوى على أمرية ملكية بثلاثة لغات سمحت فيما بعد للعلماء بفك شفرة الحرف الفرعونى).
اذن هذه العلاقة للقيم الذاتية بالنسبة لاهتزازات النيترينو مثل حجر الرشيد بالنسبة للغة الفرعونية يكفى ان نعرف
هذه العلاقة الرياضية حتى نعرف كل شيء فيزيائى يخص اهتزازات النيترنيو.
وهذا هو الحظ (حظ النجاح فى الفيزياء النظرية) الذى تكلمت عنه من قبل: ان تكون فى المكان المناسب فى الزمن المناسب و هو حجر اساس بل هو الحجر الاساس فى النجاح بالاضافة الى الاجتهاد و الشغف و القدرة.
البحث على الاركايف فى الرابط 

https://arxiv.org/abs/1908.03795

كتب ل بال و بولياكوف و ساسكيند

و من افضل و اجمل و اكثر الكتب اناقة مع العمق و الدقة التى قرأتها و مازلت أقرأها ربما يوميا -وكأنها كتب سنة و حديث- هى كتاب العبقرى الايرلندى جول بال فى أسس الميكانيك الكمومى و كتاب العبقرى الروسى بولياكوف فى نظرية الحقل الكمومى و كتاب العبقرى الامريكى ساسكيند -مع ليندساى- فى الثقوب السوداء و التصور الوترى الأروع و الاعمق للكون على انه هولوغرام.
وهذه كتب قد اثرت فى شخصيا كثيرا و اتاحت لى عمقا فى الفهم لم يتحقق الا بعد التعرف اليها و التعمق فيها وصرف وقت معتبر عليها.
وهى كتب سهلة جدا جدا فى مواضيع صعبة جدا جدا -وهى لن تغنى عن الجانب التقنى البرهانى فهذا لم يكن هدفها لكنها فى الجانب الاساسى الفيزيائى فهى غير مسبوقة ابدا وهذه هى النقطة-.
اما كتاب جول بال فهو كتاب نادر فى اسلوبه و موضوعه وطريقة تنظيمه وفهرسته وهو افضلها عندى و عندما عثرت على هذا الكتاب و بدأت فى قرائته منذ سنوات طويلة بدأت أفهم فعلا ماهى المعضلة فى معضلة تفسير الميكانيك الكمومى و ماهى المعضلة فى معضلة الرصد و غيرها من المواضيع التى لم يركز عليها احد فى فيزياء الجسيمات الاولية مثلما ركز عليها جون بال و تفوق بذلك على كل من سبقه مثل بور و فون نويمان و اينشتاين و بوم و غيرهم.
أما كتاب بولياكوب فهو كما يقول مؤلفه هو مجموع ملاحظاته و طريقة فهم المؤلف لنظرية الحقل الكمومى و علاقتها بنظرية الوتر وهى طريقة خاصة جدا حتى ان البراهين التى تجدونها فى هذا الكتاب لمسائل نظرية الحقل هى فى قمة الاناقة و الاختصار و الفعالية وهى غير موجودة بهذه الطريق فى اى مكان آخر. والمؤلف اى بولياكوف يقول ان هذه الملاحظات الخاصة لم تكن هناك نية ابدا فى نشرها لانها ملاحظاته الخاصة لكن الناشر اراد استغلال الاسم و السمعة و أحسن ما فعل انه ضغط على بولياكوف للنشر. فهذا الكتاب فعلا هو افضل ما قرأت فى نظرية الحقل على الاطلاق.
اما كتاب ساسكيند فهو يعبر عن طريقة ساسكيند الفيزيائية جدا جدا فى عرض مسائل الفيزياء النظرية التى تطغى عليها التجريدية و الترميزية و هذا الكتاب هو افضل كتاب قرأته شخصيا فى فيزياء الثقوب السوداء الكمومية. لكن افضل شيء حتى تكون الاستفادة قصوية هو ان يكون المرء قد درس النسبية العامة و الثقوب السوداء من قبل حتى عندما يأتى المرأ و يقرأ لساسكيند فى هذا الكتاب فانه سيرى بأم عيني رأسه -وليس فقط بأم عينى عقله- ماهية و حقيقة الثقب الاسود و ماهية و حقيقة معضلة ضياع المعلومات فى الثقب الاسود و ماهية و حقيقة الكون الهولوغرام الذى تتصوره نظرية الوتر-اى ان كل هذا الكون هو فى الحقيقة سطح فقط و ان قوة الثقالة التى نشعر بها فى ثلاثة ابعاد هى فى الحقيقة قوة معيارية -اى تعميم للقوة الكهرومغناطيسية- على ذلك السطح-. اذن الكون -اى ذلك السطح-هو هولوغرام لهذا الكون الثلاثى و هو يحتوى على كل المعلومات الضرورية الخاصة بهذا الكون الثلاثى الذى نعيش فيه و لن نحتاج فى الحقيقة لوصف كل هذا الكون الا الفيزياء على ذلك السطح الثنائى الابعاد.

الكتب الثلاثة للتحميل
كتاب بال: ما يقال و مالا يقال فى الميكانيك الكمومى
http://b-ok.cc/book/453402/685fcb
كتاب بولياكوف: الحقول المعيارية و الأوتار
http://b-ok.cc/book/573271/bc26b4
كتاب ساسكيند و ليندساى: مقدمة فى الثقوب السوداء, المعلومات و نظرية الاوتار: الكون الهولوغرام
http://b-ok.cc/book/453210/e2f019

انواع التناظرات بين اللغة العربية و اللغة الانجليزية

الاغتصاب و الشذوذ بين الفكر الغربى و الفكر العربى..
الفيزيائى النظرى الجيد هو كائن (أرضى و بعضهم ربما فضائى لذكائه المفرط الذى قد يكون غير انسانى) مهوس بالتناظر..
فعندما تعطيه جملة فيزيائية فان اول سؤال سوف يسأله هو: ماهى التناظرات التى تتميز بها هذه الجملة? و هل هى مكسورة ام مضبوطة?..
فاذا كانت التناظرات مضبوطة فان الحل الرياضى للمسألة الفيزيائية هو تقريبا فى اليد..
ولان الفيزيائى النظري الجيد هو ايضا جيد جدا لغويا (قديما كانوا فى لغاتهم متمكنين متحكمين و اليوم فى اللغة الانجليزية لانها لغة أم الفيزياء النظرية و العلم ككل فهم ايضا متمكنين متحكمين) فانه عندما يجد ان التناظرات مكسورة يسأل ماهو نوع كسرها?..
اذن هناك:
-تناظرات داخلية internal و تناظرات خارجية external..وهناك تناظرات موضعية local و تناظرات شاملة global..وهناك تناظرات مستمرة continuous و تناظرات متقطعة discrete..وهناك تناظرات عادية ordinary و تناظرات ممتازة super..وووو..
-وهناك التناظر المضبوط و يسميه الغربى exact و هو الذى لا يعانى من اى انكسار ابدا و هو أهم نوع على الاطلاق و بعضها حيوى الى الحد الذى لو لم يكن هناك لتوقفت عجلة الفيزياء تماما عن التقدم..
-لكن هناك التاظرات المكسورة صراحة و يسميها الغربى explicitly broken..اذن هى ليست تناظرات حقيقية..وهى مكسورة صراحة بمعنى ان هناك حد فى دالة الطاقة لا يحترمها بشكل واضح..
- لكن هناك التناظرات المكسورة تلقائيا و يسميها الغربى spontaneously broken وهذا أهم نوع على الاطلاق بعد المضبوطة و هى تشبه المضبوطة فى قوتها و هى تعنى ان التناظر غير مكسور مطلقا رغم المصطلح اللغوى و الفيزيائى لكنه مخفى فقط وراء قناع من الانكسار الظاهرى..فالطاقة متناظرة تماما لكن الجملة باختيارها احد الحالات الفيزيائية تكسر التناظر ظاهريا..
-وهناك تناظرات تقريبية ويسميها approximate و هى موجودة و مفيدة جدا جدا هى الاخرى.. وهى تقريبية لان الانكسار صغير جدا يمكننا ان نتعامل معه رياضيا عبر نظرية الاضطرابات..
-ثم هناك تناظرات حادثة و يسميها accidental وهى تعنى ان التناظر موجود لكن لا يوجد مبدأ او تفسير يعتمد عليه..
- ونصل الى سبب كتابتى لهذا المنشور..
فهناك تناظرات يسميها الغربى violation و تعريبها الواحد و الوحيد هو المغتصبة..
فهذه تناظرات مغتصبة و ليست فقط مكسورة اولا لان الانكسار قصوى maximal اى كبير جدا جدا و ثانيا لان الطبيعة هى التى تغتصب هذا التناظر الذى يبدو للعقل منطقى جدا جدا..
وأشهر هذا النوع اغتصاب التناظرات المتقطعة discrete symmetries التالية: تناظر المرآة parity الذى يرمز له P ب و تناظر ارفاق الشحنة charge conjugation الذى يرمز له ب C و تناظر العكس فى الزمن time reversal الذى يرمز له ب T..
لكن اشهرها قاطبة هو اغتصاب ال CP...
و هذه كلها ظواهر تتميز بها فقط التفاعلات الضعيفة النووية الاشعاعية فى الكون...
اذن الامريكى (المنحل اخلاقيا حسب ما نعتقد) يسميها اغتصاب violation و ليس كسر breaking دون ان تراوده اى فكرة سيئة فى ذهنه..
اما العربى الذى دائما الدين و الاخلاق فى قلبه و ذهنه عندما تقول له اغتصاب لا يستطيع ان يفكر الا فى الاغتصاب!!
وهذا راجع الى ديكارتية الفكر الغربى -مهما كانت عيوبهم الاخرى- و الى النرجسية الاخلاقية الدينية (مصطلحى الشخصى) للفكر العربى الذى لا يعرف ان يفكر فى العلم الا عبر الدين و الاخلاق..
وقد اعترض على ترجمتى الدقيقة هنا ل violation ب الاغتصاب الاصدقاء لمرتين الآن..
الاول ذكر لى منذ سنة و نصف ان المصطلح عنيف فظ..وهذا هو الهدف فالطبيعة عنيفة و فظة بازاء هذه التناظرات و تكسرها بشكل سمج و لهذا جاء المصطلح..
اما صديق اليوم فقد صحح لى الكثير فى منشور النيترينو لكن لم يسترعى انتباهى الا هذه النقطة..
لكننى اتمنى ألا لا يكون مثل كثير من المعربين الجزائريين عندنا الذين تعريبهم ايمان بالقول و ربما فى القلب لكنه يقينا ليس ايمان بالعمل فهو تعريب بالارجاء (مصطلحى الآخر) اى يقولون و لا يفعلون او بالاحرى لا يكتبون شيئا فى الفيزياء بالعربية و ربما تجدهم لا يدرسون اصلا بالعربية..
-وحتى اصدمكم أكثر فان الفيزيائى النظرى الغربى الجيد المتمكن لغويا -انجليزيا- لديه نوع آخر من التناظرات يسميها التناظرات الشاذة anomalous symmetries وهى تلك التناظرات التى رغم انها مضبوطة كلاسيكا فانها تنكسر عبر التصحيحات الحلقية الكمومية quantum loop corrections...
اذن هذان مصطلحان (الاغتصاب) و (الشذوذ) صحيحان تماما فيزيائيا و حتى لغويا دون اى محتوى اخلاقى او دينى لمن فهمهما فعلا و اننى ملتزم بهما حتى يأتى احدهم باقتراح بناء يعكس الفيزياء تماما -كما أفهمها شخصيا- دون ان يهيم و يتوه فى غياهب لغة امرؤ القيس...
والاجيال القادمة اذا كانت ستكون هناك اجيال قادمة -فقد ننقرض كلنا بهذه العقلية و الثقافة التى نحن عليها اليوم- سيكون لها الكلمة الاخيرة فى ترسيم المصطلح من عدم ترسيمه..
و الاولية دائما ترجع للمتخصص الفيزيائى المتمكن الى حد محترم فى اللغة العربية و ليس للمتخصص اللغوى -اذا كان هناك متخصص لغوى مهتم بهذه الامور- غير المتمكن فى الفيزياء...
واعلموا ان كل ترجماتى ليست خبط عشواء فوراءها تفكير ملى و عميق و هى متغيرة ايضا -حسب تطور الفهم اللغوى و الفيزيائى عندى- سيلحظ ذلك من واظب على قراءة منشورات هذه الصفحة فى الفيزياء و الرياضيات و الفلسفة و علوم الوعى..

الكتب الثلاثة فى نظرية الحقل الكمومى و النسبية العامة و نظرية الاوتار الممتازة

ورغم مرور السنوات و الخبرة المتراكمة و الفهم المتحقق و المتعمق فاننى مازلت اقول و أُصر على قولى أن اهم كتاب فى نظرية الحقل الكمومى يبقى كتاب بسكين و شرودر و أهم كتاب فى نظرية النسبية العامة هو كتاب كارول و أهم كتاب فى نظرية الاوتار الممتازة هو كتاب باكر و باكر و شوراز.
وهنا نقصد بالأهم الدقة العلمية مع الفائدة البيداغوجية و المعالجة الشاملة لكل مادة مع التناول الاكثر تقدما مع ما وصلت اليه فعلا الفيزياء النظرية الحديثة.

وهذه المجالات الثلاثة (نظرية الحقل الكمومى+ نظرية النسبية العامة+نظرية الاوتار الممتازة) هى الفيزياء النظرية الأساسية بدون منازع و التحكم فيها يبقى عقدة العقد بالنسبة للطلبة و الاساتذة و المقررات و برامج الماجسيتير و الدكتوراة فى كل العالم.
فهى تتطلب نفس المستوى الاكاديمى فى الرياضيات كما فى الفيزياء كما ان غياب الاستاذ المقتدر أو الطالب المتمكن من هذ المعادلة لن يؤدى الا الى الفشل الذريع لكل من الطرفين و لكل الاطراف.
وهذه المجالات (نظرية الحقل الكمومى و هى انجحها و نظرية النسبية العامة و هى اكثرها اناقة و نظرية الاوتار الممتازة و هى اكثرها جموحا) تشكل ايضا فيما بينها النواة الصلبة الابداعية للفيزياء النظرية.
فالتحكم فيها فعلا هو قضية موهبة و قدرة أكثر منه قضية حب و اجتهاد و لو ان للحب و الاجتهاد دورهما الحيوى الذى لا يُنكر.
لكنه اساسا مجال يشبه الشعر و الرسم فانك اما ان تكون شاعرا و رساما و اما ان لا تكون. و اذا كنت موهوبا فانه يمكن ان تتعلم التخصص لتبدع اما اذا لم تكن موهوبا فانه يمكنك أكيد ان تتعلم التخصص لكن ليس هناك امل فى الابداع.
للتحميل الكتب الثلاثة فى الروابط.
بسكين و شرودر
http://b-ok.cc/book/452734/71f769
كارول
http://b-ok.cc/book/451505/a54d6b
باكر و باكر و شوارز
http://b-ok.cc/book/453168/74427a

النيترينو

هناك ثلاثة انواع من النيترينو:
-النيترينو الالكترون electron neutrino و يرمز له ب ν_e
-النيترينو الميون muon neutrino و يرمز له ب ν_μ
-النيترينو الطاو tau neutrino و يرمز له ب ν_τ
وهى جسيمات لا تحمل شحنة كهربائية و بالتالى لا تتفاعل عبر الكهرومغناطيسية و ايضا لا تحمل شحنة لونية color charge نووية و بالتالى لا تتفاعل عبر القوة القوية اللونية strong color force النووية ومنه فانه لا يبقى لها الا التفاعل عبر القوة الضعيفة weak force النووية الاشعاعية التى هى اضعف القوى على الاطلاق فى الطبيعة و منه فان رؤية النيترينو هى فى الواقع من اصعب المهمات التجريبية للضعف الشديد لتفاعلاته مع المادة..
وفى الماضى كان يُظن ان النيترينو هو ايضا صفر الكتلة مما يعنى انه لا يتفاعل ايضا عبر قوة الجذب الثقالى..
وهذا يعنى -اذا كان فعلا صفر الكتلة- ان النيترينو يمكن ان يأتى الا كحالة دوارة الى اليسار..
وفعلا فان كل النيترينو المشاهد فى الطبيعة هو دوار الى اليسار left-handed و ليس دوار الى اليمين right-handed..
لكن انعدام الكتلة ايضا يعنى ان انواع النيترينو الثلاثة لا يمكن ان تمتزج مع بعضها البعض او ما يعرف بظاهرة اهتزاز النيترينو neutrino oscillation..
واهتزاز النيترينو يعنى ان الالكترون النيترينو الذى تنتجه الشمس مثلا يتحول نصفه (بالضبط) الى ميون نيترينو عند وصوله الى سطح الارض و هذا التحول هو اهتزاز و ليس تهافت..
بمعنى ان الالكترون النيترينو لم يتهافت اى يتلاشى و يتحول الى ميون نيترينو بل هو اهتز اى تحول خلال انتشاره فى الفضاء يتغير ذوقه flavor -هذا هو المصطلح- من الالكترون الى الميون النيترينو..
لكن النيترينو ليس منعدم الكتلة..
بل له كتلة صغيرة جدا جدا تبينها ظاهرة اهتزاز النيترينو كما برهنت على ذلك التجربة اليابانية Super-Kamiokande فى واخر التسعينات و تحصل رئيسها مع رئيس التجربة الكندية (فقط الرؤساء فى الفيزياء التجريبية يحصلون على نوبل و ليس المئات و الآلاف التى تعمل تحت امرتهم و هذا معقول) على نوبل فى الفيزياء فى سنة 2015 بسبب ذلك..
اذن النيترينو بسبب هذه الكتلة له جالة دوارة الى اليمين و حالة دوارة الى اليسار...
وهاتان الحالاتان تتحولان بشكل مختلف تحت تأثير التناظر المعيارى الموضعى local gauge symmetry للتفاعلات الكهروضعيفة electroweak interactions الذى يعطى بالزمرة SU(2)_LxU(1)_Y والتى يتم فيها توحيد القوى الكهرومغناطيسية مع القوى النووية الضعيفة..
فالنيترينو الدوار الى اليسار يتحول فى التمثيلة الاساسية fundamental representation لهذه الزمرة اما النيترينو الدورار الى اليمين فيتحول فى التمثيلة الاحادية singlet representation اى انه لا يتفاعل و لا يرى التفاعل الكهروضعيف..
وهذا الاختلاف فى التحويل بين الدوار الى اليمين و الدوار الى اليسار يعبر عن كون التفاعلات الضعيفة ليست متناظرة تحت تأثير التناظر المرآة parity الذى يرمز له ب P الذى يؤثر مثل المرآة اى انه يأخذ الاشياء الى صورها..
فالتناظر P يعنى ان كل تفاعل فى الطبيعة صورته فى المرآة هو ايضا تفاعل موجود فى الطبيعة الا عندما نصل الى القوة النووية الضعيفة فهى اسثناء..
ف P كان عليه ان يأخذ النيترينو الدوار الى اليمين الى نيترينو دوار الى اليسار لكن كونهما يتصرفان بشكل مختلف جذريا تحت تأثير التناظر الكهروضعيف يعنى ان التناظر المرآة P مغتصب قصويا maximally violated فى التفاعلات النووية الضعيفة (ودائما اقول ان هذا من اعمق الظواهر الطبيعية و اكرر ذلك هنا)..
اذن النيترينو الدوار الى اليمين هو فعلا جسيم شبح لا يتفاعل عبر اى شيء بشكل مباشر و كل تفاعلاته مع الجسيمات الاخرى تتم عبر جسيم الهيغر Higgs و لولا الهيغز لكان هذا النيترينو شبحا فعلا..
ثم ان الخاصية الغريبة الاخرى لكتلة النيترينو هى انه لا احد يعلم يقينا بعد فيما اذا كان النيتيرنو هو جسيم ديراك Dirac او انه جسيم ماجورانا Majorana و لو ان الاحتمال الاخير هو المرجح وهو يعنى مما يعنى ان الجسيم المضاد للنيترينو هو نفسه لا يتغير..
لكن كتلة النيترينو فى النموذج القياسى standard model يعبر عنها ضرورة بكتلة ماجورانا لان النيترنو الدوار الى اليمين مختلف جذريا عن النيترينو الدوار الى اليسار بازاء التناظر الكهروضعيف اعلاه SU(2)_LxU(1)_Y وهى يُحصل عليها عبر ميكانيزم هيغز Higgs mechanism و ميكانيزم الارجوحة seesaw mechanism (ترقبوا المحاضرة التقنية على مدونة الفيزيائى الجزائرى)..
اذن النيترينو بسبب الكتلة يهتز بين اذواقه الثلاثة فمثلا لو اخذنا الميون النيترينو الذى ينتج فى الاشعة الكونية cosmic rays من تهافت جسيم البيون pion كما فى الصورة حيث ان الميون يتهافت مباشرة بدوره الى الالكترون.. كل ذلك يحدث فى الغلاف الجوى..
اذن نرى من التفاعل الذى فى الصورة انه لدينا فى المحصلة 1 الكترون نيترينو و 2 ميون نيترينو اذن نتوقع مباشرة ان عدد الميون النيترونو الذى سنراه على سطح الارض هو ضعف عدد الالكترون النيترينو..
لكن المشاهد ان عدد الميون النيترينو يساوى بالضبط الالكترون النيترينو و ليس الضعف..
و التفسير الوحيد ان نصف عدد الميون النيترينو قد اهتز اى تحول فى طريقه الى الارض الى شئ آخر هو أكيد ليس الالكترون النيترينو لاننا رأيناهم كلهم..
اذن لم يبقى الا ان يكون قد اهتز الى الطاو النيترينو و هذا فعلا الذى يقع و لهذا فان نصف عدد الميون النيترينو لا يصل الى الارض لانه قد اهتز الى طاو نيترينو و الذى نراه فى النهاية هو ان عدد الميون النيترينو يساوى فعلا عدد الالكترون النيترينو و ليس الضعف كما يشير اليه التفاعل فى الصورة و هذا بسبب ظاهرة اهتزاز النيترينو..
ويبقى النيترينو فى الحقيقة من اغرب الجسيمات الاولية قاطبة و اهم ظواهره التى يعانيها هى ظاهرة اهتزاز النيترينو التى تعنى مما تعنى ان النيترينو له كتلة و منه فان النيترينو الدوار الى اليمين موجود و هو مختلف عن الدورار الى اليسار و منه فان كتلة النيترينو يجب ان تعطى بحد ماجورانا و ليس ديراك (وهو الجسيم الوحيد فى الطبيعة الذى هو ماجورانا) اى ان الجسيم المضاد له هو نفسه..
و ايضا هذا يعنى انه يجب ان يكون هناك موجود جسيم آخر ثقيل جدا ( حسب ميكانيزم الارجوجة) كتلته فى حدود السلم الطاقوى energy scale للنظريات التوحيدية الكبرى grand unified theories (وهو السلم الطاقوى الموالى لسلم النظرية الكهروضعيفة) هو الذى يؤدى الى كتلة صغيرة جدا لكن غير منعدمة للنيترينو و لهذا سميت بالارجوحة فالكتلة صغيرة من جهة (انحفاض) تؤدى الى كتلة مرتفعة من الجهة الاخرى (ارتفاع)..

نظرية الزمر و النموذج القياسى للجسيمات الاولية

من يريد فعلا ان يفهم النموذج القياسى standard model للجسيمات الاولية (وهو ادق نظرية فيزيائية بناها الانسان تصف كل شيء فعلا الذى هو شيء) فان عليه ان يكون فصيحا (لا يكفى الفهم الذهنى بل الامر يتطلب الفصاحة الذهنية) فى نظرية زمر ليه Lie groups و دورها المحورى الذى تلعبه فى:
-التناظرات المعيارية الموضعية local gauge symmetries (فكل القوى الكونية بدون استثناء هى تناظرات معيارية موضعية)
-و جبرياتها (التى تنبنى منها الزمر) المسماة جبريات ليه Lie algebras
-و نظرية التمثيلات representation theory التى تعنى بكيفية تمثيل زمر و جبريات ليه بمصفوفات غير قابلة للاختزال irreducible على فضاءات منتهية.
و النموذج المعيارى هو اتحاد من نظريتين اساسيتن هما:
- اولا نظرية القوة الكهروضعيفة electroweak force لأصحابها غلاشو Glashow (الامركيى اليهودى من اصل روسى) و واينبرغ Weinberg (وهو ايضا امريكى يهودى من اصل روسى) و عبد السلام Salam (الباكستانى القاديانى) التى يتم فيها توحيد الكهرومغناطيسية مع النووية الضعيفة الاشعاعية فى تناظر معيارى واحد يقابل زمرة ليه SU(2)xU(1) التى تسمى الزمرة الكهروضعيفة electroweak group..
هذا التناظر يعود و ينكسر تلقائيا (ضرورة لان الاشعاعية نراها فى عالمنا مختلفة عن الكهرومغناطيسية) نحو الزمرة الكهرومغناطيسية U(1) (وهى ليست نفس ال U(1) فى الزمرة الكهروضعيفة) التى هى زمرة مضبوطة فى هذا الكون تقابل انحفاظ الشحنة الكهربائية.
الانكسار التلقائى يعنى ان الانكسار يتم عبر تحويل طورى من الدرجة الثانية second order phase transition و هو يعنى ان التناظر رغم انه محفوظ على مستوى الهاميلتونية Hamiltonian (أى الطاقة) الا انه غير محفوظ على مستوى الحالة الاساسية ground state (وهذا اذن مختلف جدا جدا عن اى طريقة اخرى لكسر التناظر).
وبسبب هذا الانكسار التلقائى للتناظر spontaneous symmetry breaking (الذى يتم بالمناسبة عبر حقل الهيغز Higgs field) فان الفوتون وهو وسيط القوة الكهرومغناطيسية يبقى بدون كتلة لانه يقابل تناظر غير مكسور (هو الشحنة الكهربائية) اما اشقائه الجسيمات الشعاعية ال W و Z التى تتوسط القوة النووية الضعيفة فتكتسب كتلة معبرة عن انكسار التناظر الضعيف (وهما الشحنة الفائقة hypercharge و الايزوسبين isospin).
ثانيا المركبة الثانية للنموذج المعيارى هو الديناميك الكمومى اللونى quantum chromodynamics الذى يصف التفاعلات النووية القوية اللونية strong color force للكواركات و هى تعتمد على تناظر معيارى موضعى مضبوط لا ينكسر ابدا يقابل زمرة ليه SU(3) حيث ال 3 تعبر عن الشحنات اللونية الثلاثة المختلفة التى يمكن ان تحملها الكواركات (وهى نظير الشحنة الكهربائية).
الاجسام البوزونية التى تحمل هذا التفاعل القوى اللونى هى ثمانية جسيمات تسمى الغليونيات gluons و هى كلها بدون كتلة لان هذا تناظر مضبوط غير مكسور.
اذن حتى يمكن فهم كل هذه النظريات لا يكفى ان تفهم الزمر و تمثيلاتها بل يجب ان تصبح فصيحا فى نظرية الزمر (لأنها هى اللغة الاولى و اللغة الأم فى هذا الموضوع)..
و هذا الأمر اى التحكم النهائى فى نظرية الزمر و تمثيلاها هو اول الامور التى يُقصر فيها الاساتذة و الطلبة عندنا (أما ثانى التقصيرات فهى نظرية معادلة اعادة التنظيم renormalization group equation theory و قد تكلمت عنها من قبل).
صدقونى لا يوجد طريق آخر.
و لو كان هناك طريق آخر لما بخلت به عليكم أبدا.
محاضرات زوير Zuber فى الرابط من افضل ما قرأت فى هذا المضمار و اكثرها بيداغوجية. افهموها و احفظوها فهى ستكون بداية جيدة.

www.lpthe.jussieu.fr/~zuber/Cours/Cours-M2-2012_e.pdf 

النموذج القياسى للجسميات الاولية

النموذج القياسى للجسيمات الاولية-الجزء الاول-

فى هذا الجزء الاول نبنى بشكل تفصيلى صريح اللاغرانجية (وهى الطاقة فى فضاء التمثيلات اذا صح التعبير) التى تصف القوة الكهروضعيفة (وهى القوة الموحدة للقوة الكهرومغناطيسية و التفاعلات النووية الضعيفة الاشعاعية) وهذا كما يصفها النموذج الرسمى ل غلاشو و واينبرغ و عبد السلام -وهم تحصلوا على نوبل من اجل هذا العمل بالضبط-.
اذن هذا النموذج متناظر بالكلية تحت تأثير الزمرة SU(2)xU(1) و لا يحتوى على انكسار تلقائى للتناظر (الذى سنفصله ان شاء الله فى الجزء الموالى من هذه المحاضرة).
و هو يصف الحقول المعيارية الشعاعية و اولها الفوتون γ و ايضا البوزونات الشعاعية للتفاعل الضعيف W و Z.
هو ايضا يحتوى على ثلاثة عائلات من اللبتونات موصوفة بحقول فرمينوية من نوع ديراك و المتفاعلة مع الحقول المعيارية و مع حقل الهيغز السلمى.
واول عائلة من هذه اللبتونات تتشكل من الالكترون و النيترينو الالكترونى.
وهو ايضا يحتوى على حقل الهيغز و هو حقل سلمى (او بالاحرى اربعة حقول سلمية) تتفاعل مع الحقول المعيارية و مع حقول ديراك للبتونات.
كل هذه الحقول تصف جسيمات بدون كتلة (وهذا هو معنى التناظر المضبوط الذى لا يسمح بأى كتلة).
وحتى نولد كتلة:
-لجسيم الهيغز.
-لمختلف اللبتونات (باستثناء النيترينوات فهى جسيمات خاصة جدا جدا كتلتها تتطلب تعامل خاص ستناوله فى جزء لاحق).
-و لمختلف الجسيمات الشعاعية باستثناء الفوتون (الذى هو فعلا صفر الكتلة لانه يقابل تناظر موضعى مضبوط فى الطبيعة هو ال U(1) الكهرومغناطيسي).
اذن حتى نولد كتلة لكل هؤلاء يكفى ان نجعل حقل الهيغز يتفاعل مع اللبتونات عبر الاقتران الشهير ل يوكاوا.
هذه اللاغرانجية هى متناظرة تحت تأثير تحويلات بوانكريه (الانسحابات و الدورانات و لورنتز اى النسبية) و متناظرة تحت تأثير التناظر المعيارى SU(2)xU(1) الذى يعبر عن القوة الكهروضعيفة عندما كانت الكهرومغناطيسية و الاشعاعية قوة واحدة موحدة عند الطاقات العليا فوق طاقات النموذج القياسى لكن تحت طاقات النظريات التوحيدية الكبرى.
لكن هذه اللاغرانجية غير متناظرة تحت تاثير التناظرات المتقطعة بالخصوص التناظر P اى العكس فى الفضاء لان القوة الاشعاعية لا تحفظ هذا التناظر (وهذا من اغرب الظواهر الطبيعية قاطبة).
وايضا فان هذه اللاغرانجية تحقق شرط اضافى هو شرط اعادة التنظيم و هذا مما يجعلها وحيدة تماما اى لا يمكن ان تكون الا على هذا الشكل.

مستمد من كتابى فى نظرية الحقل و الموضوع ايضا مبرمج فى مادة نظرية الحقل لهذا العام.
التفصيلات الرياضية و الفيزيائية على مدونة (الفيزيائى الجزائرى).

http://algerianphysicist.blogspot.com/2018/10/the-glashowweinbergsalam-electroweak.html 

الايزوسبين و النكهة و نموذج الكوارك

بالنسبة للقوة النووية القوية فان التفاعل بين البروتون و النوترون يساوى التفاعل بين البروتون و البروتون يساوى التفاعل بين النوترون و النوترون.
هذا يعنى ان البروتون و النوترون هما فى الواقع حالتين مختلفتين من جسيم واحد نسميه النوية nucleon..
وهى فرضية اول من وضعها كان هايزنبرغ..
نميز هاتين الحالتين بعدد كمومى نسميه الايزوسبين isospin..
فالبروتون له ايزوسبين يساوى زائد نصف..
والنوترون له ايزوسبين يساوى ناقص نصف..
والتفاعلات النووية القوية متناظرة تماما تحت تأثير تحويلات الايزوسبين التى تشكل زمرة SU(2)...
والنوية فى الحقيقة تشكل التمثيلة الاساسية fundamental representation للزمرة SU(2)...
اذن من الناحية الرياضية البحتة فى الايزوسبين هو مماثل للسبين اى عزم اللف لكن الفرق الفيزيائى شاسع لان السبين يؤثر فى الفضاء الفيزيائى الخارجى الذى نعيش فيه و تعيش فيه النوية لكن الايزوسبين يؤثر فى فضاء الحالات الداخلى للنوية..
ثم جاء يوكاوا Yukawa -احد انجازات اليابان- فى العام 1935 و اقترح ان التفاعلات النووية بين البروتون و النوترون التى يتحول فيها البروتون الى نوترون و يتجول فيها النوترون الى نوترون و قد يتحول فيها حتى البروتون الى بروتون آخر و النوترون الى نوترون آخر كل هذه التفاعلات بين البروتونات و النوترونات تتوسط فيها جسيمات سماها البيونات pions و يرمز لها ب π التى يمكن ان تكون مشحونة ايجابيا أو سلبيا او منعدمة الشحنة..
واكثر من هذا فان يوكاوا تمكن من حساب كتلة هذه الجسيمات بالضبط (باستخدام مبدأ الارتياب لهايزنبرغ و حل معادلة كلاين Klein و غوردن Gordon التى يخضع لها اى جسيم سلمى مثل البيون) وايضا حدد قيمة السبين او عزم اللف على انه 0 اى ان البيونات جسيمات سلمية و حدد قيمة الايزوسبين على انه يساوى واحد بمعنى ان البيونات تشكل التمثيلة الشعاعية vector representation لزمرة الايزوسبينات SU(2)..
البيون تم اكتشافه بكل هذه المواصفات عام 1947 وتحصل يوكاوا على نوبل فى الفيزياء من اجل توقعه للبيون عام 1949 بعد قصف اليابان بالقنبلة الذرية بعامين..
اذن البيونات تتوسط التفاعل النووى القوى بين البروتونات و النوترونات (وهو تصور تقريبى) مثلما ان الفوتونات تتوسط التفاعلات الكهرومغناطيسية بين الالكترونات (وهو تصور مضبوط)..
و الايزوسبين هو محفوظ فى القوى النووية مثلما ان الشحنة الكهربائية هى محفوظة فى القوى الكهرومغناطيسية..
لكن هناك فرق آخر فان الايزوسبين I3 هو ناجم عن تناظر شامل global symmetry تقريبى اما الشحنة الكهربائية Q فهى ناجمة عن تناظر موضعى local symmetry..
لكن ليس فقط الايزوسبين I3 هو المحفوظ فى القوى النووية الكبرى لكن ايضا ما يسمى الغرابة strangeness وهو عدد آخر كمومى s يميز الجسيمات التى يتم انتاجها عبر القوى النووية القوية لكنها لا يمكن ان تتهافت الا تحت تأثير القوة النووية الضعيفة..
و اذا اضفنا الغرابة s الى الايزوسبين I3 فان هناك ثنائيات اخرى تحت تأثير الايزوسبين ليست فقط النوية منها مثلا ميزونات الكاوون K و باريونات الكساي Ξ التى فى الصورة..
العلاقة بين الشحنة الكهربائية Q التى هى محفوظة فى كل التفاعلات فى الطبيعة و الايزوسبين I3 و الغرابة s اللذان هما محفوظان فقط فى النووية القوية هى معطاة بعلاقة نيشيجيما Nishijima و غال-مان Gell-Mann فى الصورة المكتوبة بدلالة ما يسمى الشحنة-الفائقة hypercharge التى يرمز لها ب Y و التى تساوى مجموع الغرابة s و العدد الباريونى baryon number الذى يرمز له ب B (وهو يساوى واحد بالنسبة للباريونات و صفر من اجل اى جسم آخر)..
لكن باضافة الغرابة فان تناظرات الايزوسبين SU(2) التى تميز القوى النووية القوية يتم تمديدها الى تناظرات النكهة flavor symmetries المعطاة بالزمرة SU(3) و التى تحتوى بداخلها على ثلاثة زمرات SU(2) مختلفة وهى المعطاة بالسبينات ٍS (الذى يمثل الايزوسبين) و V و U فى الصورة الثالثة..
ال 3 فى الزمرة SU(3) تعنى فى الحقيقة الكواركات الاخف u (الكوارك الواقف up) و d (الكوارك الجالس down) و s (الكوارك الغريب strange) كما أن ال 2 فى الزمرة SU(2) كانت تعنى الكواركات u و d...
هذه الكواركات u و d و s تشكل التمثيلة الاساسية لزمرة النكهة SU(3)..
التناظر SU(3) يسمح لنا بترتيب الجسيمات الاولية فى تمثيلات احادية غير قابلة للاختزال unitary irreducible representation لهذه الزمرة..
ولان الجسيمات المتفاعلة عبر القوة النووية القوية يمكن ان تأتى اما على شكل ميزونات (وهى الجسيمات المشكلة من كوارك و كوارك مضاد) او باريونات (وهى الجسيمات المشكلة من ثلاثة كواركات) فان التمثيلات الاحادية للزمرة SU(3) التى تتنظم فيها الجسيمات الاولية نحصل عليها من الجداءات التنسورية tensor products التالية:
-الجداء التنسورى فى الصورة الرابعة الذى يؤدى الى الميزونات التى فى الصورتين الخامسة و السادسة.
الجداء التنسورى فى الصورة السابعة الذى يؤدى الى الباريونات التى فى الصورتين الثامنة و التاسعة.
هذا يؤدى بنا الى النماذج التالية للقوة النووية القوية:
-الطريق الثماني eightfold way التى اقترحها غال-مان و نعيمان Neeman الاسرائيلى عام 1961.
-نموذج الكوارك quark model الذى اقترحه غال-مان و زويغ Zweig عام 1964 والذى تحصل من اجله غال-مان على نوبل فى عام 1969.
-النظرية اللونية الكمومية quantum chromodynamics و هى النظرية النهائية للقوة النووية القوية التى تدخل كواحدة من المركبتين الاساسيتين للنموذج القياسى standard model للجسيمات الاولية.
مستمد من كتابى عن نظرية الحقل.

هل الثقالة كمومية او كلاسيكية 

فريمان دايزون Freeman Dyson آخر العمالقة الذين صنعوا النظرية الكمومية الحديثة عمره 96 سنة و مازال يصنع و يريد ان يصنع ثورات اخرى فى الفيزياء النظرية.

آخر شطحاته الفيزيائية العميقة هو تحديه (ومنذ العام 2001) لمسلمة فيزيائية-رياضية من اكثر المسلمات رسوخا وهى لرسوخها لا يتكلم عنها اى احد فهى عقيدة فيزيائية من نوع عقائد "ايمان او فيزياء العجائز".
فالمسلمة ان الجميع يسلم تسليما مطلقا لا تفكير معه ان كل الواقع المادى بدون استثناء هو كمومى اى انه يجب ان يخضع لقوانين الميكانيك الكمومى.
اذن القوى الكونية الاربعة (الكهرومغناطيسية و النووية الصغرى و النووية الكبرى) هى كلها قوى كمومية بالاساس و هذا تم البرهان عليه نظريا و تجريبيا بما لا يدع اى مجال للشك. لكن ايضا قوة الجذب الثقالى (وهى القوى الرابعة و اقدم القوى اكتشافا) يجب ان تكون هى الاخرى قوة كمومية.
هذه هى المسلمة. المسلمة ان كل شيء مادى و من بين ذلك قوة الجذب الثقالى يجب ان يخضع لقوانين الميكانيك الكمومى.
لكن الصعوبات الهائلة التى يجدها الفيزيائيون فى عملية تكميم القوة الثقالية هى صعوبات غير مسبوقة فى تاريخ الفيزياء النظرية و العجز عن ايجاد هذه القوة الكمومية للثقالة هو عجز شامل رغم كثرة العباقرة و الاذكياء الذين حاولوا و يحاولون و منذ حوالى 100 سنة و ايضا فان الاقتراحات و البرامج المطروحة لحل هذا المشكل (ايجاد ما يسمى "الثقالة الكمومية" او "نظرية كل شيء" و هو الاسم الشعبى) لا تعد و لا تحصى لكنها كلها فاشلة و فشلت فى تقديم اى حل مقبول (ومن هذه الاقتراحات نظرية الاوتار string theory و الثقالة الكمومية الحلقية loop quantum gravity و الهندسة غير التبديلية noncommutative geometry و النماذج المصفوفية matrix models و التثليت الديناميكى dynamical triangulation و المجموعات السببية causal sets و غيرها كثير جدا لا يمكن ان يحصيها المقام).
اذن السؤال الذى بدأ يطرحه الفيزيائيون هل هذا العجز و الفشل راجع الى عدم توفر الادوات و كذا الفهم المناسبين لحل هذه المعضلة ام انه راجع الى كون المعضلة غير قابلة للحل اصلا لان الثقالة كلاسيكية اصلا ليس لها اى علاقة بالكمومى?
(انظر مثلا ستيافن كارليب Stephan Carlip وهو رجل ذو نظرة خاصة به فى هذا المجال الذى راجع هذه النقطة بشكل مقتضب فى مقال بعنوان (هل الثقالة الكمومية ضرورية?
انظر هنا
https://arxiv.org/abs/0803.3456)
الجواب الذى يعطيه دايزون ابن ال 96 سنة هو لا.
الثقالة الكمومية ليست ضرورية.
لان قوة الجذب الثقالى هى بالاساس قوة كلاسيكية عكس باقى القوى.
و على هذا الرأى فان الكون تحكمه ثنائية duality (وهذا امر تقمته الفيزياء و الفلسفة معا).
فمن جهة هناك الميكانيك الكمومى الذى هو النظرية المضبوطة لكل شيء فى الكون باستثناء قوة الثقالة و هناك النسبية العامة الكلاسيكية التى تحكم بشكل مضبوط قوة الجذب الثقالى.
وهذا رأى وجيه جدا فى رايى.
وقد ذهب روجر بنروز Roger Penrose فى تفسيره للميكانيك الكمومى (وايضا المجرى لايوس ديوسى Lajos Diosi) الى شيء من هذا القبيبل بالقول ان عملية انهيار دالة الموجة collapse of the wave function هى عملية ديناميكية (ولهذا يسمى هذا التفسير بتفسير الانهيار الموضوعى objective collapse) تتسبب فيه بالضبط بنية الفضاء-زمن الكلاسيكية المستمرة الصلبة. و هذا قد يعنى ضمنيا ان الفضاء-زمن لا يمكن ان يدخل او يكون متراكبا خطيا linearly superposed مثلما يحدث للمادة اى انه لا يمكن للفضاء-زمن ان يكون منحنيا بشكل معين و منحنيا بشكل آخر فى نفس الوقت فى تركيب خطى.
لكن السؤال يبقى فعلا. هل الثقالة كلاسيكية ام كمومية من الناحية التجريبية المحضة. فالفيزياء علم مادى و تبقى طريقته الاساسية فى الحسم هو الحس و ليس العقل. اذن هل يمكن القيام بالتجربة.
الجواب كما تبين مؤخرا نعم يمكن القيام بالتجربة و هى تجربة معقدة جدا من الناحية التكنولوجية لان قوة الثقالة ضعيفة جدا على مستوى المسافات النى نعيش فيها (قوة الثقالة تصبح هائلة و تصبح هى المهيمنة فقط على مستوى الكون ككل و مستوى الثقوب السوداء). و هذا الضعف يتسبب فى صعوبات مستحيلة تقريبا فى قياس و رصد اثار هذه القوة فى المختبرات.
لكن الجواب يبقى نعم و التجربة فعلا اصبحت ممكنة و قابلة للاجراء خلال السنوات العشر القادمة ان شاء الله.
انظروا مقال الكوانطا quanta magazine (اروع مجلة علمية فى التاريخ كله) من أجل وصف الاقتراحات و ذكر المراجع هنا
https://www.quantamagazine.org/physicists-find-a-way-to-se…/
نلخص خطوات هذه التجربة كما يلى.
اولا نعتبر كرتان صغيرتان من الماس وهما كرتان كلاسيكيتان اى تتصرفان بشكل كلاسيكى.
نحول كل كرة ماس الى جسيم كمومى عن طريق غرس ذرة نيتروجين فى قلب الكرة مكان احدى ذرات الكربون بجوار شغور vacancy فى البنية الشبكية lattice structure للماس. هذا الشغور عبارة عن عيب نقطى point defect فى شبكة الماس (تذكروا ان الماس هو بلور من الناحية الذرية عبارة عن شبكة من ذرات الكربون) اى لا توجد ذرة كربون اين كان يجب ان تكون ذرة كربون.
اذن ندخل على كرة الماس عيب يسمى عيب نقطى عبارة عن جملة نيتروجين-شغور nitrogen-vacancy system كما فى الصورة الثانية.
ثانيا نُشع على كل كرة ماس (و جملة النيتروجين-شغور التى فى مركزها) نبضة ميكروية microwave pulse و هذا من اجل اثارتها to excite. اذن الالكترون الذى يدور حول جملة النيتروجين-شغور اما انه يمتص هذا الاشعاع النبضة او لا يمتص لانه جسيم كمومى. وهكذا تصبح كرة الماس كمومية لانها تصبح فى حالة تركيب خطى لسبينين (مفرد سبين spin و هو عزم اللف). فاذا امتص الاكترون النبضة فان جملة النيتروجين-شغور تصبح مثارة و عندها يصبح السبين لجملة كرة الماس علوى spin-up و اذا لم يمتص الالكترون النبضة فان جملة النيتروجين-شغور تبقى فى الحالى الاساسية و يبقى عندها سبين جملة كرة الماس سفلى spin-down.
ثالثا نضع كرتا الماس فى حقل مغناطيسى. اذن الحقل المغناطيسى سيجعل كرة الماس اذا كانت حالتها هى السبين العلوى تنحرف فى حركتها الى اليمين اما اذا كانت حالتها هى السبين السلفى فهى ستنحرف فى حركتها الى اليسار.
اذن تصبح كل كرة ماس فى حالة تركيب خطى لمسارين مختلفين.
رابعا اذن الكرتان ستتجاذبان ثقاليا. هنا تدخل طبيعة الثقالة هل هى كلاسيكية حقيقة ام هى كمومية مثل باقى القوى الاساسية للطبيعة.
اذن كرة الماس الاولى (الحمراء مثلا) هى فى حالة تداخل خطى لمسارين و كرة الماس الثانية (الزرقاء مثلا) هى ايضا فى حالة تداخل خطى لمسارين. اذن قوة قوة الجذب الثقالى بين الكرتين ستتعلق بمكان كل كرة فى تركيبها الخطى. اذن هناك اربعة امكانيات.
-الحمراء انحرفت الى اليمين و الزرقاء انحرفت الى اليمين. فهذه قوة ما.
-الحمراء انحرفت الى اليمين و الرزقاء انحرفت الى اليسار فهذه قوة مختلفة.
-الحمراء انحرفت الى اليسار و الزرقاء انحرفت الى اليمين فهذه قوة ثالثة مختلفة.
-الحمراء انحرفت الى اليسار و الزرقاء انحرفت الى اليسار فهذه قوة رابعة مختلفة.
اذن يصبح سبين او عزم لف جملة النيتروجين-شغور الموجودة فى مركز الكرة الحمراء مرتبطا correlated ب سبين او عزم لف جملة النيتروجين-شغور الموجودة فى مركز الكرة الزرقاء.
خامسا اذا كانت قوة الثقالة كمومية فعلا فان حالة الجملة الكلية (كرة الماس الحمراء+ كرة الماس الزرقاء) متشابكة تشابكا كموميا quantum entanglement وهى ظاهرة كمومية مخصوصة جدا. بعبارة اخرى تصبح الكرتان فعلا غير مستقلتان تماما بل تشكلان معا جملة واحدة توصف بحالة واحدة.
اما اذا كانت قوة الثقالة كلاسيكية فعلا فان انهيار دالة الموجة سيقع و هذا يعنى ان كرة الماس الحمراء اما ان تكون هناك او هنا و كرة الماس الزرقاء ستكون اما هنا او هناك و يقع التجاذب الثقالى بينهما على حسب ما وُجد فعلا فى الواقع.
اذن اما ان نحصل على حالة تشابك كمومى (حالة الثقالة الكمومية) او نحصل على توزيع احصائى عادى (حالة الثقالة الكلاسيكة).
سادسا بعد سقوط الكرتان جنبا الى جنب لوقت معين يتم ادخالهما الى حقل مغناطيسى ثانى عكسى من اجل دمج المسارات مجددا التى تم تفريقها فى الخطوة الثالثة.
سابعا آخر خطوة هى ما يسمى بروتوكول "شاهد التشابك" entanglement witness الذى يسمح لنا بقياس او رصد حالة الكرتان و التأكد من ماهيتها (هل هى تشابك كمومى اذن هى ثقالة كمومية ام هى توزيع احصائى اذن هى نسبية عامة كلاسيكة).
كل هذه الخطوات فى الصورة الثالثة.