نظرية الرؤية عن بعد

نظرية الرؤية عن بعد

تتم الرؤية عن بعد عن طريق الفوتونات الضوئية والادراك الحسى الفكرى بين البشر عن بعد من حيث الأفكار وقدرة بعض الناس على قراءة أفكار غيرهم عن بعد .

حيث تبين النظرية أن الفكر الانسانى متصل عبر العصور والأزمان وإن ابتعدت المسافات واللغات بينهم .

وأن فوتون الضوء هو رمز الاتصال والادراك الحسى الفكرى بين البشر

( العقل الانسانى الواحد ) حيث أن عالم فيزيائى يفكر فى تجربة ما فى أمريكا نجد أن فى مصر عالم فيزيائى آخر يفكر فى نفس التجربة فى نفس الوقت وإن اختلفت اللغة والدين والعادات والتقاليد بين أمريكا ومصر .

العلم موضوعى احتمالى وذاتى .

أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

27 / 9 / 2015 

ظرية الأوتار الفائقة

نظرية الأوتار الفائقة

جسيمات دقيقة لا يزيد حجمها عن واحد على مليار من حجم البروتون .

إن الكون يتكون من أوتار صغيرة من الطاقة فإن كل جزىء فى جسم الانسان وكل بقعة من الضوء وكل كتلة صغيرة من الجاذبية هى فى الحقيقة مجرد شكل من أشكال الأوتار الفائقة .

العالم الطبيعى ملىء بمجموعة من الجسيمات الأصغر من الذرات كما هو ملىء 

ب ( 4 قوى ) تبدو مستقلة عن بعضها البعض وهى الجاذبية / كهرومغناطيسية /القوة النووية الضعيفة / القوة النووية القوية .

ومن خلال وصف الجسيمات دون الذرية كأوتار مهتزة فإن نظرية الأوتار الفائقة تجمع كل الأجزاء المتفرقة فى إطار عمل واحد وأن كل نوع من الجسيمات بما فيها الالكترونات التى تكون المادة العادية والفوتونات التى تنقل القوى الكهرومغناطيسية تتشابه مع تردد معين لذبذبة الأوتار وهذا يشبه الطريقة التى تحول بها الذبذبات الالكترون إلى نيوترون أو أى نوع آخر من الجسيمات .

وتوجد خاصية فى نظرية الأوتار الفائقة ( إن مع اهتزاز الأوتار فإن الزمان

والمكان يلتفان من حول الأوتار وهذا يسبب احداث الجاذبية فنظرية الأوتار الفائقة يمكن أن تساعدنا على ادماج المعادلات التى تصف حركة عالم الجسيمات دون الذرية بالمعادلات التى تصف الجاذبية .

اختبار موجة الجاذبية :

إن الأوتار التى تتضمنها نظرية الأوتار الفائقة دقيقة للغاية ولا يزيد حجمها على

واحد على مليار من مليار من حجم البروتون وهذا الحجم الصغير للغاية للأوتار

يعنى أننا يجب أن نبحث عن دليل على وجودها بعد فترة قصيرة من الانفجار الكبير والذى حدث عندما كان حجم الكون أصغر كثيرا من حجمه الحالى فالمفترض أن اهتزاز الأوتار فى تلك الحقبة المبكرة من تاريخ الكون لابد وأن يكون قد خلق بعض الاهتزازات فى الجاذبية أو موجات الجاذبية والتى يتردد صداها عبر الكون بسرعة الضوء وتتنبأ نظرية الأوتار بالذبذبات التى يمكن أن تنجم عن هذه الموجات .

فى عام ( 2002 ) تم إنشاء موقع على الانترنت لرصد مقياس تداخل موجات

الجاذبية باستخدام شعاع الليزر .

وعلى مدى ( 8 سنوات ) تأمل وكالة أبحاث الفضاء والطيران الأمريكية ( ناسا ) ووكالة أبحاث الفضاء الأوروبية فى اطلاق قمر صناعى فضائى لقياس التداخلات باستخدام شعاع الليزر ويطلق على هذا النظام ( ليزا ) وسوف يتكون من ( 3 ) أقمار صناعية تدور حول الشمس وسيتم ربطها معا باستخدام ( 3 ) شعاعات ليزر لتكون مثلثا من الضوء يبلغ طول كل ضلع من أضلاعه ( 3 ملايين ميل ) .

وتم تصميم الأقمار الصناعية لرصد أى تغير فى المسافة بين أضلاع المثلث مهما كانت بسيطة بحيث تصل إلى واحد على عشرة من قطر ذرة واحدة .

ومن الناحية النظرية فإن أى موجة من موجات الجاذبية تمر بأضلاع المثلث سوف تؤثر على الخطوط المحيطية الفضائية التى تصل بين الأقمار الصناعية الثلاثة وهذا يمكن أن يؤثر على الطريقة التى تتجمع بها شعاعات الليزر مع بعضها البعض بطريقة يمكن قياسها ويمكن أن تتولد موجات الجاذبية من عدة مصادر :

1 ) تصادم الثقوب السوداء .

2 ) انفجار الكواكب .

وقد نجحت الأقمار الصناعية الأولى كمسبار ( ولكنسون ) لقياس التباين بالموجات متناهية القصر فى رصد الموجات متناهية القصر التى تولدت من الانفجار الكبير وساعد ذلك على اظهار الأرض حديثة الولادة عندما كان عمر الأرض ( 300000 سنة ) لكن يتعين أن يكون بإمكان المرصد العودة إلى أزمنة أبعد يمكن أن تصل إلى واحد على تريليون من الثانية بعد الانفجار الكبير .

ويمكن للنتائج التى يتم التوصل إليها من خلال المرصد أن تساعد علماء الطبيعة

فى التمييز بين النظريات المختلفة التى تناولت ما حدث قبل وبعد اللحظة التى وقع فيها الانفجار الكبير للكون .

ويتنبأ أحد النماذج الفضائية ( التمدد ) بأن الكون هو مجرد جزء واحد من عالم

عظيم متعدد الأكوان وأن الانفجارالكبير هو مجرد واحد من انفجارات عديدة

وحسب النموذج فإن الكون تمدد بشكل كبير وبسرعة خلال جزء من أول ثانية من ظهور الكون بسبب الانفجار الكبير .

وهناك نظرية تعتمد على نظرية الأوتار الفائقة ( إن الانفجار الكبير حدث نتيجة

للتصادم بين كونين متوازيين كانا يسبحان فى فضاء ذى أبعادا أعلى ) .

إن المرصد ( ليزا ) قد يكون قادرا على التمييز بين بعض هذه النظريات ويقدم

اختبارا تجريبيا للوضع الذى كان سائدا عندما نشأ الكون قبل ( 13.7 مليار سنة ) وإذا كانت الاشارات التى يلتقطها ( ليزا ) هى نفسها التى تتوقعها نظرية الأوتار الفائقة فإن ذلك سوف يثبت أن بعض جوانب تلك النظرية هى النظرية الكمية الصحيحة للجاذبية .

اختبار معجل الجزيئات ( الجسيمات ) :

يبدأ تشغيل أكبر معجل للجزيئات ( جهاز تصادم هادرون الضخم ) ويتم فى هذا الجهاز

تحطيم بروتونات عالية الطاقة عن طريق احداث تصادم بين بعضها البعض ويأمل أنصار

نظرية الأوتار الفائقة فى أن يوجد بين الحطام الذى سينتج عن تصادم البروتونات وجود

جسيمات ضخمة .

وحسب نظرية الأوتار الفائقة فإن الجسيمات كالبروتونات والنيوترونات والالكترونات هى صاحبة أقل معدل لاهتزاز الأوتار .

أما معدلات الاهتزاز الأقوى فيجب أن ينتج عنها مجموعات أكثر ضخامة كما يوجد علاقة بينها وبين الجسيمات المألوفة وتسمى الجسيمات الضخمة ( سبارتكلز ) أو  

( سوبر بارتكلز ) .

وتتنبأ نظرية الأوتار بأن كل الجسيمات دون الذرية تقترن بها جسيمات أخرى من هذا النوع فإن الالكترون ينبغى أن يكون مقترنا بالسوبرالكترون أو السلكترون والكوارك ينبغى أن يكون مقترنا بالسوبركوارك أو الاسكوارك ولم يتمكن أحد من رصد الجسيم الضخم ( سبارتكل ) حتى الأن لأن معجلات الجسيمات المتاحة حتى الأن ليست لها القدرة على ذلك .

ويتوقع بعض علماء الطبيعة أن يكون معجل ( هادرون ) الضخم قادرا على اظهار الجسيمات الضخمة ويتكون قلب معجل هذا المعجل من نفق دائرى طوله 17 ميل بين الحدود الفرنسية السويسرية .

وفى ذلك المعجل نجد شعاعين من البروتونات يتحرك كل منهما عكس الآخر

وبالضغط على زر صغير فهناك نبضة كهربائية قوتها ( 12 ألف أمبير ) ستتحرك عبر سراديب طويلة من المغناطيسيات الكهربائية لخلق مجالات كهرومغناطيسية تكون أقوى ( 100000 مرة ) من المجالات الكهرومغناطيسية للأرضى .

وستقوم المغناطيسيات برفع الجسيمات عبر ممر دائرى مع زيادة سرعاتها لتصل إلى ( 99.999999% ) من سرعة الضوء وتكتسب طاقة تصل إلى 14 ترليون الكترون وهو مايزيد تريليونات المرات عن الطاقة التى تنبعث من الديناميت عند انفجاره .

وقبل أن يبدأ مفاعل هادرون الضخم فى البحث عن الجسيمات فإنه سوف يقوم

باختيار نموذج قياسى لفيزياء الجسيمات وهذا النموذج عبارة عن نظرية تشرح

سلوك الجسيمات تحت الذرية وربما يعد هذا النموذج القياسى أكثر النظريات الكمية نجاحا حيث يشرح كل تفاعل تحت الذرى رصده العلماء حتى الأن لكنه يثير رغبة أنصار نظرية الأوتار الفائقة لمعرفة المزيد .

فهم يرون فيه نموذجا قبيحا يلوى ذراع الحقائق للوصول لنتائج محددة وغير

كاملة لأنه يحوى ( 19 معيارا قابلة للتعديل والضبط ) كما يرى هؤلاء أن النموذج يحوى ثلاثة نسخ متطابقة من الجسيمات تحت الذرية ويخلو من أى وصف للجاذبية .

ويعتقد أنصار نظرية أوتار الفائقة أن النموذج القياسى يصف فقط أقل درجات

اهتزاز الأوتار فإن النموذج القياسى يقوم بدور جيد فى وصف العالم الذى نعرفه

رغم أن هذا الوصف لم يكتمل بعد ورغم ذلك فإن النموذج القياسى ظل يستخدم

كنظرية موثوق بها لعدة عقود .

وقد شكل اكتشاف الجسيمات الفائقة أول فشل لهذا النموذج فى تفسير العالم الكمى الصغير وأدى ذلك لاطلاق فيضان من التجارب التى قام بها الباحثون فى مجال فيزياء الجسيمات فإن الجسيمات الفائقة لم تؤد للوصول لاتفاق حول نظرية الأوتار الفائقة وذلك أن بعض نظريات الفيزياء تشرح وجود جسيمات تشبه الجسيمات الفائقة دون اللجوء لنظرية الأوتار .

ويمكن لمعجل هادرون التصادمى الضخم أن يدعم نظرية الأوتار الفائقة بطرق

أقرب فإن هذا المعجل يمكن أن يؤدى لتوليد ثقوب سوداء مصغرة تنبأت احدى

نظريات الأوتار الفائقة بوجودها وهذا يمكن أن ينتج مقدمات لفيضان من

الجسيمات تحت الذرية مع تفسخ هذه الثقوب وأن الثقوب السوداء تكون صغيرة

جدا .

وتتنبأ نماذج حديثة من نظرية الأوتار الفائقة بوجود سبعة أبعاد مكانية خلف

الأبعاد الثلاثية التى نشعر بها ( الطول / العرض / العمق ) .

ويمكن للتصادمات التى تحدث داخل معجل هادرون الضخم أن تكون قادرة على

تحويل الجسيمات تحت الذرية إلى واحد من الأبعاد السبعة الأخرى ويخرجها من

دائرة الأبعاد الثلاثية وهنا يمكن رصد الكتلة والطاقة المفقودة أو نواتج انحلال

الجسيمات ذات الأبعاد الأعلى نفسها عن طريق أجهزة الاستشعار فى معجل

هادرون .

الاختبارات المعملية على الجاذبية :

هناك طريقة بسيطة جدا يمكن من خلالها رصد الأبعاد العليا التى تتنبأ بها نظرية

الأوتار الفائقة عن طريق امعان النظر فى البحث عن انحرافات فى قانون نيوتن

للجاذبية فقد توصل إلى أن الجاذبية تتأثر بمربع المسافة ويمكن مضاعفة مسافة

الارتفاع عن الأرض وسوف نجد وقتها أن قوة الجاذبية تنخفض إلى الربع فإن

الجاذبية تنتشر خلال الفضاء المكانى فإن خصائصها عادة ما تكون حساسة للأبعاد التى تنتشر خلالها وإذا ما كانت الأبعاد الاضافية السبعة التى تنبأت بها نظرية الأوتار الفائقة موجودة بالفعل فإن ذلك يعنى تسرب الجاذبية إلى تلك الأبعاد كذلك وبوسعنا ملاحظة هذا التسرب كانحراف بسيط عن نموذج قانون التربيع العكسى الذى وضعه نيوتن .

وقد تم اختبار نظرية نيوتن بدقة بالغة فى المجموعة الشمسية وما خلفها وهذه

الاختبارات كانت على درجة عالية من الدقة إلى درجة أننا يمكن بالاعتماد على هذه النظرية تعريف مجس فضائى مثل ( كاسينى ) كيف يجد طريقه خلال الحلقات المحيطة بكوكب زحل والذى يبعد عن الأرض بمقدار مليون ميل .

ووفقا لنظرية الأوتار الفائقة وعلى نطاقات صغيرة يمكن أن يصل طول الواحد منها إلى المليمتر فإن الجاذبية يمكن أن تتجه إلى أبعاد أعلى وإلى أكوان وعوالم أخرى غير التى نعرفها .

أبعاد عليا :

قام عالم الطبيعة جون برايس وزملاؤه فى جامعة كلورادو بأول تجربة لرصد

وجود أبعاد عليا ن طريق الجاذبية حيث قام فريق البحث ببناء جهاز بحثى عبارة عن قصبتين متوازيتين من التنجستين وكانت واحدة من القصبتين تهتز بمعدل ألف مرة فى الثانية فينشأ عن ذلك اضطراب محدود فى الجاذبية يفترض أن ينتقل بالتبعية إلى القصبة الأخرى وهنا يتعين أن تسير الحركة فى القصبة الثانية إلى كيفية تنقل الجاذبية منها .

وكان الجهاز الذى طوره برايس دقيقا للغاية إلى درجة القدرة على قياس أى

تشويش يصل وزنه إلى واحد على مليار من حبة رمل واحدة لكن الباحثين لم

يجدوا أى انحراف عن قوانين نيوتن للجاذبية باستخدام قصبتين تبعدان عن

بعضهما البعض بمقدار ( 108 مللم ) أو واحد على ( 250 ) من البوصة .

وقامت مجموعات أخرى بتطوير اختبارات أخرى لقياس سلوك الجاذبية على

ارتفاعات مشابهة وحتى الأن لا يوجد أى دليل على وجود أكوان أخرى أو على

الأقل أظهرت التجربة عدم وجود عوالم موازية فى كلورادو .

وربما ظهرت لنا أبعاد اضافية على نطاقات ضيقة لكن نظرية الأوتار الفائقة لا

تزال غامضة إلى حد ما بسبب هذا التنبؤ .

وعلى العكس فإن هناك عددا من الباحثين بدأوا يجرون اختبارات على قانون نيوتن للجاذبية على مسافات صغيرة قد لا تزيد على حجم ذرة ومن هؤلاء أ / عمر محيى الدين من جامعة كاليفورنيا حيث يحاول قياس مقدار التجاذب بين كرة صغيرة للغاية مغطاة بالذهب مصنوعة من البولى ايسترين وبين شريحة رقيقة مغطاة بالذهب من الياقوت الأزرق .

وهنا يجب علينا ملاحظة أن التجاذب لا يرجع فقط للجاذبية بل إلى ظاهرة كمية

غير مفهومة للكثيرين تعرف بظاهرة كازيمير ( يحدث هذا التأثير بسبب الطاقة

الكامنة المستترة والموجودة حتى فى الفضاء الخالى ) .

وقد بدأ أ / عمر محيى الدين بمحاولة قياس الجاذبية على مسافات لا تزيد على

مئات النانومترات والتى تزيد ألف مرة عن قطر الذرة .

وقاد ريكاردو ديكا فريقا من الباحثين لتطوير رؤية بديلة يمكن أن تؤدى إلى

إلغاء ( تأثير كازيمير ) وبما يساعد على قياس تفاعلات الجاذبية بشكل مباشر .

وقد أنهى ( ديكا ) تجربة جرت على نطاق مصغر للغاية لمقارنة قوة الجذب بين

كرة مغطاة بالذهب وبين عينات تجريبية من الذهب والجرمانيوم المغطاة بطبقة

مشتركة من الذهب ومن شأن مقارنة القوى المؤثرة على الذهب والجرمانيوم أن تجعل من الممكن استبعاد دور ( تأثير كازيمير ) وأن تكشف عن جوانب لم تكن مرئية من قبل عن الجاذبية والتى يمكنها أن تقدم دليلا على نظرية الأبعاد الإضافية التى تعد ركنا أساسيا من نظرية الأوتار الفائقة .

وينوى ( ديكا ) وزملاؤه مستقبلا إجراء تجارب باستخدام ألواح تفصل بينها

مساحات ضيقة من ( النيكل 58 / النيكل 64 ) وهما شكلان من النظائر المشعة

متشابهان فى الخصائص الكيميائية ومختلفان فى الكتلة بحوالى ( 10 % ) .

وحتى الأن يسعى الفريق البحثى بقيادة ( ديكا ) إلى العثور على إشارة لوجود

الأبعاد العليا وهذا يمكن أن يتحقق من خلال نماذج تجريبية مطورة يتم السعى

لاستخدامها الوقت الحالى .

بحوث المادة المظلمة :

تظهر الدراسات الفلكية أن حوالى ( 23 % ) من الكتلة والطاقة فى الكون تتشكل من مادة مظلمة .

ويشير هذا المصطلح إلى جسيمات لا ينبعث منها أى ضوء ونادرا ما تتفاعل مع

المادة العادية ما لم يتم الاعتماد على قوة الجاذبية وهذه المواد غير المرئية تحيط بالمجرات وعادة ما يصل وزنها إلى عدة أضعاف وزن المجرة ذاتها .

ولا أحد يعرف مما تتكون هذه المواد لكن نظرية الأوتار الفائقة تتنبأ بأن هذه المواد تتكون من جسيمات فائقة وذات كتلة كبيرة .

وتبدو المادة المظلمة وكأنها وجدت قبل المجرة التى تضم مجموعتنا الشمسية

( مجرة درب التبانة ) وإذا كانت المادة المظلمة تتكون من جسيمات فائقة فلا بد

أنها موجودة فى كل مكان ومع استمرار دوران الأرض فى إطار مجرة درب التبانة فلا بد أن كوكب الأرض يتحرك بشكل غير مستمر خلال تيارات غير مرئية من جزيئات المادة المظلمة التى تمر خلال كوكب الأرض وخلال كل شىء.

وهناك عدة فرق بحثية تتسابق للوصول إلى جسيمات المادة المظلمة ويعتمد بعض من هذه الفرق على مواد عالية النقاء مثل الزيتون السائل وحبيبات الجرمانيوم التى يتم تبريدها إلى درجات حرارة منخفضة للغاية ووضعها فى مناجم عميقة للحيلولة دون تعرض الأجهزة البحثية للتيار المستمر للجسيمات العادية التى تضرب الغلاف الجوى للأرض وفى معظم الوقت فإن جسيمات المادة المظلمة سوف تتحرك خلال المادة دون أن تصطدم بأى شىء .

وفى حالات نادرة فإن الجسيمات المظلمة قد تتصادم مع الندرة وفى هذه الحالة

فإن ردا للفعل المفاجىء من جانب نواة الذرة سوف يؤدى إلى توليد كميات كبيرة من الجسيمات والذرات ذات الشحنة الكهربائية فضلا عن قدر كبير من الضوء والحرارة التى يمكن رصدها من خلال جهاز استشعار.

ففى عام ( 1999 ) أعلنت مجموعة من الباحثين عن اكتشاف مادة مظلمة فى

جهاز الكشف عن الموجات الكهربائية والأصل أنه تم اكتشاف مادة مظلمة معمليا فإنه يصبح من الممكن تحليلها ومقارنتها بما تقوله نظرية الأوتار الفائقة ومن المواد المرشحة لتضيفها كمادة مظلمة مادة ( النيوتر النيو ) .

وتتنبأ نظرية الأوتار الفائقة بأن ( النيوتر النيو ) ربما تكون قد وجدت وتلاشت

على الفور بأعداد كبيرة بعد الانفجار الكبير وبعد أن برد الكون تسبب انحرافا

بسيطا فى التوازن سبب خلقه المزيد من النيوتر النيو بأعداد تفوق تلك التى

تلاشت وأصابها الدمار وترك وراءه كميات كبيرة منها لا تزال موجودة حتى يومنا هذا وتشير آخر الحسابات إلى أن توافر النيوتر النيو قد يصل إلى عشرة أضعاف معدلات تواجد الذرات .

وهذه الوفرة تماثل تقريبا كمية المادة المظلمة فى الكون .

ويثق معظم الباحثين فى علم الطبيعة أننا سوف نجد معظم الجسيمات التى تشير

إليها كمادة مظلمة سواء كانت هى نفس الجسيمات التى تنبأت بها نظرية الأوتار

الفائقة أم لا .

ولكن ماذا يحدث إذا لم تتحقق كل التنبؤات ولم يستطع أحد التعرف على جسم مادة مظلمة ؟ بالنسبة للباحثين فى علم الفضاء وعلم الطبيعة على حد سواء فإن ذلك سوف يكون مصدرا لأزمة فكرية بالنسبة لهم .

فربما كانت المادة المظلمة لا تتكون من مواد غير معروفة فى الكون الذى نعيش

فيه وربما كانت تتكون من جسيمات مستقرة خارج الكون تحلق فوقنا فى أبعاد

موازية .

وقد يبدو ذلك من التفسيرات التى تقدمها لنا قصص الخيال العلمى بل إنها بالفعل

تماثل فى الحقيقة مبدأ اللامرئية إلا أن ذلك يظهر بشكل واضح فى المعادلات

الرياضية الخاصة بالأبعاد الأعلى لنظرية الأوتار الفائقة .

وما علينا إلا أن نتخيل أن الكون الذى نعيش فيه يتكون من بعدين مثل قطعة من

الورق ثم علينا أن نتخيل وجود كون آخر يشبه قطعة من الورق مواز لذلك الكون الذى نعيش فيه وهنا سوف نتغاضى بشكل تلقائى عن هذا الكون الآخر حتى لو كان يبعد بوصة واحدة عن الكون الذى نعيش فيه وفى الوقت نفسه لن نكون قادرين على رؤيته لأنه لا توجد أية طريقة للاستشعار أو للإشارة إلى وجود اتجاه للأبعاد الأعلى التى تؤدى إلى الكون الآخر .

وإذا كان هناك كون آخر ثلاثى الأبعاد منفصل عن كوننا بفضل بعد أعلى فإننا لن

نكون قادرين على مشاهدته بشكل مباشر حتى لو كان قريبا منا .

وهناك عدد محدد من علماء الطبيعة يعتقدون أن وضعنا فى الكون الحقيقى لا

يختلف عن ذلك كما تنبأت النظرية العامة للجاذبية لاينشتاين بأن الجاذبية الناشئة عن فوار فى كون آخر يمكن أن تتسرب إلى كوننا ومن هنا فإننا يمكن أن نشعربتأثير مواد لا نراها وهذا تفسير آخر لنظرية المادة المظلمة ويمكن لهذا التفسير غير المرئى أن يكون علامة على وجود كون آخر ذى أبعاد أعلى حسبما نشأت نظرية الأوتار الفائقة .

وقد لاحظ الباحثون فى علم الفلك أن المواد غير المرئية تبدو كما لوكانت تشكل

عنقودا حول الممرات وتكون هالة كروية يصل قطرها أحيانا إلى عشرة أضعاف

قطر المجرة التى تحيط بها والتى تكون ظاهرة لنا .

وربما كان مرجع ذلك هو تجمعات متشابكة ومتداخلة من مادة غير مرئية فى كون مواز تحاول أن تضغط على الكون الذى نعيش فيه مما يجعل المجرات فى مواقع ولا توجد مقترحات مقنعة لاختبار هذه الفكرة إلا أن العلماء قد يجدون أنفسهم مضطرين للتعامل معها بجدية إذا فشلت جميع البحوث الخاصة بالمادة المظلمة فى رصد مكانها فى الكون الذى نعيش فيه .

رغم الأفكار الجديدة والأنشطة التجريبية فلا يزال محتملا أن تفشل كل هذه

الاختبارات فى الوصول إلى أى دليل يؤيد نظرية الأوتار الفائقة وربما لا يظهر ذلك الدليل المنشود إلا فى وجود طاقات بحثية تفوق كثيرا القدرات البحثية التى تتوافرلنا بفعل التكنولوجيا المتاحة حاليا .

وربما كان الطريق الوحيد لدراسة نظرية الأوتار الفائقة بشكل مباشر هو إجراء

تجارب على ( ثابت بلانك ) أو الطاقة الثابتة وهذا المستوى من الطاقة لم يوجد

إلا من الثانية ( 43 / 70 ) التالية على الانفجار الكبير .

ففى عام ( 1873 ) تنبأ عالم الفلك ( جون ميشيل ) بوجود نجم ضخم للغاية إلى درجة أن الضوء نفسه لا يستطيع الهروب من جاذبيته الهائلة ولكن من الصعب قبول تلك النظرية لأنها كانت تتحدث عن شىء لا يمكن رصده وبعد ذلك ب( 200 ) عام توصل التلسكوب الفضائى ( هابل ) إلى دليل مذهل على وجود الثقوب السوداء وسعة انتشارها خلال رصد حلقات ( أقراص ) الغازات الملتهبة التى تحيط بها .

وقد تنبأ الفيلسوف اليونانى ( ديموكرينوس ) بأن المادة مكونة من ذرات وكان ذلك فى القرن الرابع قبل الميلاد ولا يزيد عمر قدرة الإنسان على رصد الذرات

واستخدامها عن ( 20 عام ) ويعتقد بعض النظريين أن الحكم على نظرية الأوتارالفائقة لن يأتى من التجارب بل من الرياضة البحتة وأن السبب الرئيسى الذى يجعل تنبؤات نظرية الأوتار الفائقة تفتقد إلى التعريف الجيد هو أن النظرية نفسها لم تكتمل .

وقد تم اكتشاف المعادلات الرياضية التى تقوم عليها نظرية الأوتار الفائقة عن

طريق المصادفة على أيدى اثنين من الباحثين فى علم الطبيعة أحدهما ايطالى

والآخر يابانى عام ( 1968 ) وكان كلاهما يعمل بشكل مستقل عن الآخر وشكلت النظرية بعدها جزءا أساسيا من العديد من الأبحاث منذ ذلك الوقت وأكثر الباحثين حماسا لتلك النظرية لا يختلفون على أن شكلها النهائى لم يتحدد بعد وأن شكلها النهائى سيتحدد عندما يمكن اخضاع النظرية لاختبارات رياضية .

وإذا ثبتت صحة تلك النظرية فإن ذلك سوف يسمح لنا بإجراء حسابات رياضية

لخصائص الكون المحيط بنا منذ نشأته الأولى وسوف يصبح فى مقدورنا وقتها

شرح جميع خصائص الجسيمات دون الذرية بما فيها شحناتها وكتلتها وكافة

خصائصها الكمية الأخرى ويمكن أن يتم إعداد جداول تكرارية تدرس للطلبة فى

حصص الكيمياء بالاعتماد على نظرية الأوتار الفائقة وسيكون خصائص هذه

العناصر وقتها معبرا عنها بأقصى درجات الدقة .

وإذا لم تتفق الخصائص التى سيتم حسابها مع الملامح المعروفة للكون الذى نعيش فيه فسوف تصبح نظرية الأوتار الفائقة نظرية اللاشىء أما إذا طابقت تنبؤات تلك النظرية الواقع تماما فسوف يمثل أهم اكتشاف فى تاريخ العلم .

معلومات اضافية :

إن الأوتار دون الذرية قد تهتز مثل أجساد مجدولة أو دوائر لولبية مغلقة وطبقا لاحدى معادلات نظرية الأوتار الفائقة فإن الجاذبية الكمية يتم احتواؤها بينما يتم وصف المادة من خلال أوتار مفتوحة ومغلقة .

تمثل الترددات الأعلى للاهتزازات قدرا أكبر من الطاقة .

على نطاق ضيق للغاية أصغر كثيرا من الذرة قد تتكون جميع المواد وجميع القوى من أوتار فائقة مهتزة من الطاقة .

وعلى عكس الأوتار ثنائية الأبعاد فإنه من المعتقد أن الأوتار التى يتكون منها عالم ما تحت الذرة تهتز فى ( 10 ) أبعاد .

وتقدم نظرية الأوتار تفسيرا محتملا موحدا لجميع الحقائق الفيزيائية .

مع اهتزاز الأوتار يلتف الزمان والمكان وتحدث الجاذبية .

مجموعة اختبارات :

1 ) اختبار موجة الجاذبية :

يستخدم هوائى قياس التداخلات الذى يعمل بالليزر والمقرر اطلاقه فى عام

( 2013 ) ثلاثة أجهزة على شكل حرف ( واى ) ويستخدم كل جهاز بوصلتين لليزر ومكعبين على شكل مرآة وتتردد أشعة الليزر بين تلك الأجهزة الثلاثة لتقيس مواقعها النسبية بمساحات لا تتجاوز عدة درجات من المليار من المساحة وبمجرد مرور موجة جاذبية بين أضلاع هذا المثلث فإنها تغير المساحة بين تلك الأضلاع بشكل يمكن قياسه .

وتعرف موجة الجاذبية بإنها عبارة عن تموجات من الفضاء تنتج عن تسارع مرور كتلة ضخمة .

تتنبأ نظرية الأوتار الفائقة بأن تمدد الكون بسرعة خارقة خلال الثانية الأولى بعد الانفجار الكبير لابد وأن يكون قد تولد عنها نمط متميز من موجات الجاذبية وهذه الموجات لا تزال تتردد عبر الفضاء .

وإذا ما تمكن هوائى قياس التداخل باستخدام شعاع الليزر من رصدها فإن ذلك سوف يزيد بشكل كبير من قدرتنا على فهم أصولنا الكونية .

2 ) اختبار معجل الجسيمات :

سوف يقوم معجل الجسيمات أو الوحدة التصادمية والذى يجرى بناؤه على الحدود الفرنسية السويسرية بتوجيه أشعة متقابلة من البروتونات فائقة السرعة فى حلقة دائرية عملاقة .

وهنا تتحول الطاقة الناتجة عن التصادم إلى مادة وتنتج نوعا من الجسيمات لا يمكن رؤيتها فى الظروف العادية وهنا ستقوم وحدات الاستشعار بالسعى إلى تصنيف هذه الجسيمات والبحث عن الجسيمات التى ورد وصفها فى نظرية الأوتار الفائقة ولكنها لم تكتشف بعد .

حسب نظرية الأوتار الفائقة فإن البروتونات المتصادمة يمكن أن تنتج الجسيمات الفائقة وهى عبارة عن جسيمات ضخمة مناظرة للجسيمات العادية ويقول أحد نصوص نظرية الأوتار الفائقة إن تصادم البروتونات يمكن أن ينتج ثقوبا سوداء مصغرة وفى النهاية فإن نظرية الأوتار تتنبأ بأن التصادمات القوية يمكن أن تطلق بعض الطاقة من فضاء ثلاثى الأبعاد إلى أبعاد أعلى وسوف يبحث معجل هادرون الضخم فى كل هذه التأثيرات .

3 ) الاختبارات المعملية للجاذبية :

هناك أكثر من ( 10 ) فرق بحثية تدرس كيف يمكن أن تعمل الجاذبية على مسافات صغيرة واحدى هذه التجارب تجرى فى جامعة كلورادو حيث يتم قياس معدل التجاذب بين لوح خشبى يهتز وكتلة قريبة منه وهناك حاجز يفصل الكتلة عن اللوح من أجل إلغاء حركة الهواء والجاذبية الالكتروستاتيكية .

وتظهر كمية الذبذبة التى يتم احداثها فى اللوح بالضبط مدى قوة الجذب التى يتعرض لها بفعل الكتلة المهتزة .

تقول الأشكال الحديثة من نظرية الأوتار الفائقة إن الكون الذى نعيش فيه يتكون من أكثر من ثلاثة أبعاد وفى المسافات القصيرة يمكن أن تتسرب الجاذبية من الأبعاد الثلاثة التقليدية إلى بعض هذه الأبعاد الأعلى .

وإذا ما أظهرت تجارب قياس الجاذبية على المسافات القصيرة افتقاد بعض من قوة الجذب فإن ذلك سوف يكون دليلا غير مباشر يدعم نظرية الأوتار الفائقة .

4 ) بحوث المادة المظلمة :

23% من الكتلة والطاقة تتشكل من مادة مظلمة .

تستخدم بحوث المادة الباردة المظلمة مجموعة من بلورات الجرمانيوم والسليكون للبحث عن الجسيمات المفترض وجودها .

ويمكن بشكل عارض أن يصطدم جسيم المادة بالذرة مما يؤدى إلى إطلاق نبضات كهربائية ضعيفة لكنها قابلة للقياس فضلا عن بعض الشحنات الحرارية وتجرى هذه التجربة فى عمق منجم بهدف استبعاد الاشارات من الجسيمات الأخرى المعروفة .

حسبما تتنبأ نظرية الأوتار الفائقة فإن الجسيمات الفائقة تتفق مع الرصد الفلكى والذى يشير إلى أن الكون ملىء بالمادة المظلمة غير المرئية وإذا ما تمكنت بحوث المادة المظلمة الباردة من تحديد الجسيمات المظلمة فإن علماء الطبيعة سوف يكونون قادرين على دراسة خصائص جسيماتها ومعرفة ما إذا كان ذلك يتفق مع تنبؤات نظرية الأوتار الفائقة .

شهدت نظرية الأوتار الفائقة ثورتين رئيستين :

1 ) أن الأوتار تصف الجاذبية والجسيمات وأنها خالية من أى اختلالات فى معادلاتها الرياضية 2 ) وحدت الصياغات المختلفة لنظرية الأوتار الفائقة من خلال اضافة البعد الحادى عشر .

التماثل الفائق :

فى أوائل السبعينات من القرن العشرين توصل الفيزيائيون إلى نظرية التماثل الفائق وهى عبارة عن خاصية رياضية توحد الجسيمات المكونة للمادة مثل الإلكترونات والبروتونات بالجسيمات الناقلة للقوى مثل الفوتونات ووجد الفيزيائيون النظريون أن نظرية التماثل الفائق تزيل كل الاختلافات الظاهرة بين تلك الجسيمات دون الذرية بحيث تكشف عن وحدتها الأصلية كما وجدوا أنها تعطيهم إدراكا آخر أكثر عمقا عن نظرية كل شىء حيث أصبح بمقدورهم توحيد القوى العظمى ( النووية القوية / النووية الضعيفة /

الكهرومغناطيسية ) فى نظرية التوحيد الكبرى مع قوة الجاذبية .

وكان بعض الفيزيائيين النظريين قد حاولوا إدخال الجاذبية الخطيرة مع غيرها باستخدام نظرية المجال الكمى التى تصور القوة فى شكل جسيمات يطلق عليها ( جرافيتونات ) تنتشر بين كتل الأجسام لكن واجهتهم صعوبات رياضية بالغة .

إلا أن هذا الفشل حمل فى ثناياه التماثل الفائق بالإضافة للأبعاد الإضافية التى تؤدى إلى الأوتار الفائقة التى تمكنهم من توحيد الجاذبية مع كل القوى الأخرى .

الأوتار الفائقة :

فى عام ( 1984 ) أذهل الفيزيائيان النظريان ( شوارتز / جرين ) الوسط العلمى بالإعلان أنه بمقدورهما توحيد الجاذبية مع القوى الطبيعية الأخرى دون مواجهة المشاكل الرياضية وكان شرطهما هو عدم اعتبار الجسيمات دون الذرية نقاطا وإنما كيانات دقيقة تسمى ( الأوتار الفائقة ) التى يقل حجمها بكثير عن نواة الذرة وأن تتسم تلك الجسيمات الخيطية بالتماثل الفائق وأن تكون موجودة فى فضاء من ( 10 أبعاد ) على الأقل .

لكن فى أواخر الثمانينات من القرن العشرين اتضح أن الأوتار الفائقة تعد تقدما علميا كبيرا إلا أنها لم تكن تمثل القصة كاملة فنجد أن هناك نظرية واحدة لكل شىء إلا أنه اكتشف ما لا يقل عن ( 5 نظريات ) عن الأوتار الفائقة .

نظرية الأغشية :

فى عام ( 1995 ) قام الفيزيائى النظرى ( ويتن ) باثبات أن كل نظريات الأوتار الفائقة ال ( 5 ) ليست سوى وصف تقريبى لفكرة أساسية واحدة أكثر شمولية لنظرية الأغشية وعندئذ تظهر نظريات الأوتار الفائقة ال ( 5 ) كمجرد حواف متعددة الأبعاد لغشاء ذى

( 11 ) بعدا كلها ما عدا ( 4 ) منها ملتفة بالغة الضألة بحيث لا يمكننا رؤيتها .

إن نظرية الأغشية تعطى وصفا موحدا متفردا ليس فقط للقوى الكهرومغناطيسية والجاذبية ولكن للقوى الأساسية الأخرى وكل الجسيمات التى تؤثر فيها .

وهناك مجموعة من الأسئلة التى تبحث عن اجابات منها :

س : كيف ومتى بالتحديد التف كل الأبعاد ال ( 11 ) ما عدا ( 4 ) لنظرية الأغشية فى كيانات بالغة الضألة بحيث لا يمكننا رؤيتها وهل يمكن اكتشافها تجريبيا ؟

س : لماذا نجد تلك الصعوبة الجوهرية فى الكشف عن تلك الوحدة التى تجمع بين كل القوى والجسيمات ؟

لغز الكهرباء والمغناطيسية :

إن نظرية كل شىء وأهدافها ترجع أصولها إلى التجارب التى أجراها الفيزيائى ( فاراداى ) الذى قام بدراسة العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية حيث كان يدرك أن التيار الكهربائى المار فى سلك يولد حوله مجالا مغناطيسيا .

هل يمكن للمجال المغناطيسى توليد تيار كهربائى ؟

لقد نجح ( فاراداى ) وصنع ( المولد الكهربائى ) لكن أثناء إجراء التجارب اكتشف ( فاراداى ) أن الكهرباء والمغناطيسية مجرد وجهين مختلفين لظاهرة ( الكهرومغناطيسية ) .

وفى عام ( 1861 ) نجح الفيزيائى الاسكتلندى ( جيمس كلارك ماكسويل ) فى ترجمة اكتشافات فاراداى إلى لغة الرياضيات والنتيجة هى معادلات الكهرومغناطيسية لماكسويل التى أوضحت الوحدة الأساسية للكهرباء والمغناطيسية .

هل تتسع هذه الوحدة الكونية بحيث تشمل أكثر قوى الكون شيوعا ألا وهى الجاذبية ؟

آينشتاين وكالوزا وكلاين :

لقد وضع ( آلبرت آينشتاين ) نظريته عن الجاذبية ( النسبية العامة ) عام ( 1915 ) بأن هناك علاقة بالغة القوة بين الجاذبية والكهرومغناطيسية وتمثلت العقبة الأولى فى معرفة طريقة لدمج النسبية العامة مع معادلات ماكسويل فى صيغة رياضية موحدة حيث تفيد النسبية العامة بأن الجاذبية تنتج من التفاف نسيج الزمان والمكان ذاته من حولنا فإن معادلات ماكسويل تنظر إلى الكهرومغناطيسية كنوع من مجال القوة الذى ينساب خلال الكون ذى الأبعاد الأربعة .

وفى عام ( 1919 ) أثبتت عالمة الرياضيات الألمانية ( تيودورا كالوزا ) أنه يمكن دمج النظريتين بمجموعة واحدة من المعادلات الرياضية ولكن بشرط أن يكون للكون بعد خامس أضافى .

وفى عام ( 1926 ) اقترح عالم الرياضيات السويدى ( أوسكار كلاين ) حيث أن البعد الاضافى يكمن فى التفافه بدرجة بالغة الضآلة لدرجة أنه لا يمكن كشفه .

لكن ( آينشتاين ) اقتنع بأهمية اكتشاف ( كالوزا وكلاين ) لكنه لم يستطع تطبيقه فى النظرية الموحدة للجاذبية والكهرومغناطيسية بسبب وجود نتيجتين متنافرتين .

نظرية المجال الكمى :

اعتقد الفيزيائيون بتوحيد الكهرومغناطيسية مع القوة النووية الضعيفة عن طريق نظرية المجال الكمى حيث إن نظرية المجال الكمى إن لكل قوة أساسية الجسيم الخاص الناقل لها

وخلال الخمسينات من ق ( 20 ) بدأ الفيزيائيون يستكشفون أوجه التشابه بين الجسيمات الناقلة للكهرومغناطيسية ( الفوتون ) والناقلة للقوة الضعيفة الجسيمات ( دبليو ) حيث أن الجسيم ( دبليو ) أثقل بكثير جدا من ( الفوتون ) عديم الكتلة .

فى أواخر الستينات من ق ( 20 ) عرض ( 3 ) من الفيزيائيين نظريات مستقلة تثبت أن هاتين القوتين كانتا فى حقيقة الأمر وجهين مختلفين من قوة ( كهرضعيفة ) واحدة وهم

( ستيفن وينبرج و شيلدون جلاشو ) من الولايات المتحدة الأمريكية و ( عبد السلام ) من انجلترا حيث أن هذا التوحيد أفضى إلى تنبؤات بوجود تأثيرات جديدة يمكن اختبار صحتها تجريبيا .

الأوتار الفائقة والأغشية و ( 11 ) بعد :

فى عام ( 1984 ) أذهل الفيزيائيان ( جون شوارتز ) من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا و

( مايكل جرين ) من جامعة لندن العالم بأنه بمقدورهما توحيد الجاذبية مع القوى الطبيعية الأخرى بشرط عدم اعتبار الجسيمات دون الذرية نقاطا وانما كيانات دقيقة ( الأوتار الفائقة ) التى يقل حجمها بكثير عن نواة الذرة وأن تكون فى فضاء من ( 10 ) أبعاد .

وفى أواخر الثمانينات من ق ( 20 ) اتضح أنه على الرغم من أن الأوتار الفائقة تعد تقدما علميا كبيرا فقد اكتشف الفيزيائيون ما لا يقل عن ( 5 نظريات ) عن الأوتار الفائقة .

فى عام ( 1995 ) أعلن الفيزيائى ( إدوارد ويتن ) من معهد الدراسات المتقدمة برينستون بالولايات المتحدة الأمريكية التصور الأولى للنظرية النهائية حيث أثبت ( ويتن ) أن كل نظريات الأوتار الفائقة ال ( 5 ) ليست سوى وصف تقريبى لنظرية الأغشية وفى هذه النظرية تظهر نظريات الأوتار الفائقة كمجرد حواف متعددة الأبعاد لغشاء ذى ( 11 بعدا ) ماعدا ( 4 ) منها ملتفة وبالغة الضآلة بحيث لا يمكن رؤيتها .

إن نظرية الأغشية تعطى وصفا موحدا واحدا ليس فقط للقوى الكهرومغناطيسية والجاذبية ولكن للقوى الأساسية الأخرى وكل الجسيمات التى تؤثر فيها .

كيف ومتى بالتحديد التفت كل الأبعاد ال ( 11 ) ما عدا ( 4 ) لنظرية الأغشية فى كيانات بالغة الضآلة بحيث لا يمكن رؤيتها وهل يمكن اكتشافها تجريبيا ؟ ولماذا نجد تلك الصعوبة الجوهرية فى الكشف عن تلك الوحدة الرائعة التى تجمع بين كل القوى والجسيمات ؟

الأوتار الفائقة وتشكيل المجرات :

نظرية كل شىء ( الأوتار الفائقة ) تهز القوانين الأساسية لعلم الفيزياء إذ أنها تتحدى المفاهيم التقليدية للظواهر الطبيعية وتقدم تفسيرا لما حدث مباشرة عقب الانفجار الأعظم

( Big Bang  ) عند بداية خلق الكون وما يدور من فعاليات داخل نواة الذرة التى تزدحم بمئات الجسيمات دون الذرية .

إنها نظرية الأوتار الفائقة التى ستحدث ثورة فى علم الفيزياء حيث يتم توحيد قوانين الفيزياء فى قانون واحد من المعادلات الرياضية .

الأوتار ونظرية كل شىء :

انبثقت نظرية الأوتار الفائقة من الأبحاث التى خاضها الفيزيائيون وعلماء الرياضيات بحثا عن نظرية واحدة تصف جميع القوى والجسيمات دون الذرية داخل الذرة ( نظرية كل شىء ) .

إن هناك ( 4 قوى ) تتحكم فى تفاعلات الجسيمات دون الذرية قوة الجاذبية التى تعتبر أضعف القوى السائدة فى باطن الذرة على الرغم من تأثيرها الكبير فى الكون بين الأجرام الفضائية ثم القوة النووية الضعيفة التى تعتبر مسئولة عن بعض ظواهر التحلل الإشعاعى لنواة الذرة والقوة الكهرومغناطيسية التى تتحكم فى دوران الإلكترونات حول النواة والقوة النووية الشديدة التى تشد مكونات نواة الذرة ( البروتونات / النيترونات ) لبعضها البعض بقوة وأن القوى ال ( 4 ) ما هى إلا مظاهر مختلفة لقوة واحدة كانت موجودة عند حدوث الانفجار الأعظم لحظة خلق الكون ونظرية كل شىء لا بد أن تذهب لأبعد من نظرية النسبية العامة لآينشتاين التى تتعامل مع الكون بأسره ومع الجاذبية أكثر قوى الكون صعوبة فى وضعها ضمن إطار نظرية واحدة .

الأوتار واللانهايات:

إن أكبر مشكلة فى جميع نظريات الجسيمات دون الذرية قبل نظرية الأوتار الفائقة حيث أنها كانت تقود إلى اللانهايات التى تظهر فى المعادلات الرياضية وتجعل تطبيقها مستحيلا .

واللانهاية هى ما تحصل عليه إذا أردت قسمة عدد ما على الصفر فإذا تمت المحاولة على الآلة الحاسبة فإن الآلة ستخبرك أنك أخطأت وطلبت المستحيل .

وعندما نعامل الجسيمات دون الذرية كالبروتونات والإلكترونات كنقاط إذ يصعب تصور الكيانات البالغة الدقة فقد قرر علماء الفيزياء أن يروا ماذا يحدث إذا اعتبروا أن الجسيمات دون الذرية ليست نقاطا وإنما هى أقرب كيانات يمكن تصورها لخطوط دقيقة جدا أحادية الاتجاه أو أوتار بحيث أمكن التخلص من مشكلة اللانهايات وإن الأوتار الفائقة خيوط رقيقة صلبة تشد على صناديق بعض الألات الموسيقية وباهتزازها يستخرج النغم منها .

أما الأوتار فى نظرية كل شىء فبنية لا يمكن تصور مدى دقتها إذ أنها أصغر من قطر البروتون بملايين المرات .

ويمكن وصف ال ( 4 قوى ) الأساسية فى الكون بتداخل الأوتار حيث أنه باقترابها من بعضها والتصاقها تكون القوة الموحدة التى تشتق منها ال ( 4 قوى ) .

كيف نشأت نظرية الأوتار الفائقة ؟

إنه فى أثناء تحطم التناظر الذى حدث بعد جزء من الثانية عقب لحظة الخلق فقد تم حبس بعض حالات التفريغ الناتجة عن الانفجار الأعظم ( Big Bang ) الذى حدث منذ ( 13.7 بليون سنة ) داخل خيوط فى الفضاء ( الأوتار الفائقة ) والأوتار نوعان :

1 ) أوتار كونية بالغة الطول تمتد فى عمق الكون وربما يبلغ طولها عددا كبيرا من السنوات الضوئية .

2 ) أوتار فائقة : قصيرة وتستخدم لإثبات أن الجسيمات دون الذرية ليست نقاطا وإنما أوتار مهتزة ولأن الوتر يحتوى على طاقة عالية وتفريغ نشط منذ ميلاد الكون فإنه يتضمن قدرا هائلا من الكتلة فيقدر أن كل ( 1 سم ) من الوتر الكونى يحتوى على 10 ملايين مليون طن وإن قطعة من الوتر طولها ( 1 م ) يمكن أن يصبح وزنها ككوكب الأرض .

ولا يتصور أن تكون للأوتار الكونية نهايات منذ نشأتها إذ لو كانت هناك نهايات فإن التفريغ الشديد فى الداخل بعد الانفجار العظيم يكون قد تسرب للخارج ومن ثم تفقد طاقتها تدريجيا وتتقلص ثم تزول فالوتر الكونى إما أن يمتد عبر الكون بأسره وإما أن يشكل أنشوطة كالشريط المطاطى المشدود فشد الوتر الكونى يؤدى لتذبذبه بسرعة عالية بسرعة الضوء .

وتكون الجسيمات دون الذرية أنماط اهتزازية لوتر فائق منفرد فكل نمط اهتزازى للوتر يقابله جسيم دون ذرى بطاقة وكتلة مختلفة فالوتر الذى يتذبذب بطريقة معينة يظهر نفسه فى عالم الواقع كالكوارك .

أما الوتر الآخر الذى يهتز ويلتف بطريقة مختلفة فإنه يبدو كالإلكترون أو أى جسيم آخر من المكونات الداخلية للذرة .

وتتحرك الأوتار الكونية فى عمق الكون التى تترك ورائها مناطق تزداد فيها كثافة المادة ومن ثم تتكون الأجرام الفضائية كالمجرات فى أشكال منبسطة يفصل بينها مسافات شاسعة فهو مادة مظلمة .

إن علماء الكونيات اكتشفوا أن الكون لا بد أن يكون بين ( 10 : 100 ضعف ) الحجم المعروف من قبل فبلايين البلايين من النجوم المنتشرة فى سماء الليل قد تبين أنها ليست إلا بقايا قليلة من لوحة الخلق فالأطراف المرئية للجيل الجليدى الكونى المتمثل فى المادة المظلمة غير المرئية تكون أكثر من ( 90 % ) من الكون لا يعرف طبيعتها على وجه الدقة فهناك بعض الاحتمالات كالجسيمات دون الذرية ( النيوترينو ) ولكنها لا ترقى لليقين .

كون ب ( 10 ) أبعاد :

تعمل نظرية الأوتار الفئقة فى كون ب ( 10 ) أبعاد مما يثير مشكلة تفسير السبب فى أن للكون ( 4 ) أبعاد ( 3 ) منها للمكان طول وعرض وارتفاع وواحد للزمن وحسب نظرية الأوتار الفائقة تكورت الأبعاد ال ( 6 ) الزائدة لتغدو غير مرئية ثم تمدد الكون بأبعاده ال ( 4 )

وهناك تصور آخر للكون من حيث أنه يحتوى على ( 10 ) أبعاد ومشكلة الكون ذى العشرة أبعاد ليس من المستحيل التغلب عليها إذ لدى علماء الرياضيات طريقة ( الدمج ) تتيح دمج الأبعاد العشرة الزائدة ومن ثم يتم تصغيرها فتصبح غير مرئية وإن هذا التأثير يشبه حبلا مكونا من عدد جدائل ملفوفة .

إن كل نقطة فى الفضاء وفى كل لحظة من الزمن عالم ملفوف سداسى الأبعاد دقيق الحجم جدا ولكنه معقد التركيب .

البذور الكونية :

إن فكرة الوتر الكونى تم قبولها من قبل علماء الفيزياء لتفسير من أين جاءت البذور الكونية التى نمت منها المجرات جزر الكون الكبرى .

يوجد لغزان عن المجرات كيف تكونت المجرات المنفردة ؟ ولماذا تتجمع المجرات مع بعضها البعض فى عناقيد هائلة ؟

وتطرح نظرية الأوتار الفائقة اجابة لكل السؤالين فى نفس الوقت .

فيقدر علماء الفلك بأنه فى ( 10000 سنة ) الأولى من عمر الكون كانت تسوده الأوتار والإشعاعات الساخنة والجسيمات دون الذرية كالكواركات وعندما هبطت درجة الحرارة بدأت الأوتار فى اجتذاب سحب الغازات والمادة المظلمة والاحتفاظ بها .

ويمكن أن تكون المجرات المنفردة قد تكونت حول أنشوطة صغيرة بينما اجتذبت أنشوطة أكبر عددا من المجرات لتكوين تشكيل عنقودى فإذا كانت المجرات قد تكونت حول أنشوطة من الأوتار الكونية فلا تكون المجرات إلا مجرد محددات لتوضيح أين كان الوتر الكونى فإن أجزاء طويلة من الوتر الكونى لن تكون فى شكل خطوط مستقيمة فإنها تشكل منظومة شديدة التعقيد يعبر فيها وتر كونى من أعلى ثم يشتبك مع الأوتار الكونية الأخرى وتتحرك ذبذبات الأوتار الكونية المتشابكة لأعلى ولأسفل بسرعة الضوء وحيثما تعبر الأوتار الكونية فإنها تتمزق ثم تتصل ونظرا لأن الكتل كانشوطات الأوتار الكونية ذات طاقة مهتزة بسرعة الضوء فإنها يجب أن تشع الطاقة للخارج فى شكل موجات جاذبية فطبقا لنظرية النسبية العامة لآينشتاين إن الوتر الكونى لن يكون العنصر السائد فى الكون فأنشوطة واحدة من الوتر الكونى ذات قطر يبلغ بضع مئات من السنين الضوئية يمكن ان تساعد فى الامساك بكمية متجمعة من الغازات لزمن طويل جدا فى الكون تكفى لتكوين مجرة .

عدسات الجاذبية :

إن الأوتار الكونية فماذا يحدث إذا مر وتر كونى منها داخل أحد النجوم ؟

إن المادة التى تشكل النجم سوف تنضغط فجأة مما يحدث انفجارا هائلا من التفاعلات النووية الحرارية تنتهى بانفجار النجم للخارج مما يحدث تفسيرات ( السوبرنوفا ) .

يوجد تأثير مرتبط بالوتر الكونى إذ أن جاذبيته الهائلة تحنى الضوء المار بالقرب منه فإذا حدث أن مر جزء من الوتر الكونى بين مجرة درب التبانة / اللبانة / الطريق اللبنى وبين مجرة أخرى بعيدة فسوف نرى صورتين لهذه المجرة تحدثهما أشعة الضوء التى سارت على طول أحد جانبى الوتر الكونى وتقوست باتجاه كوكب الأرض .

رءوف وصفى

تنقيح / أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

27 / 9 / 2015

                           

نظرية الانفجار الأعظم

نظرية الانفجار الأعظم

إن صورة الكون الاستاتيكى ( الثابت ) الأزلى المستقر استقرارا أبديا فإن علماء الكون حيث ابتكر العالم الروسى ( أكسندر فريدمان ) رؤية مستحدثة للكونى فالكون دائب التحور والاتساع والتمدد فإن مفهوم الكون المتدد والآخذ فى التطور .

حيث قام ( الكسندر فريدمان ) بتطوير نماذجه الكونية الخاصة والمبنية على أساس معادلات آينشتاين للنسبية العامة فتعاضى عن فكرة دور ( الثابت الكونى ) الذى أدخله آينشتاين فى معادلاته  

ليحافظ على صورة الكون الاستاتيكى المستقر فالكون أصبح ديناميكى متحرك متمدد متسع .

إن تاريخ الكون الفيزيائى بصفة خاصة آخذ فى الاتساع والتمدد فلا بد أنه كان اضأل منه اليوم فالفضاء كان منطقيا إذ كان مدموجا فى حيز ذى ضآلة متناهية .

فإن نظرية النسبية العامة تقتضى وجود لحظة بداية فالكون بدأ فى حيز مدموج بالغ الضيق انفجر

 لللخارج .

فنظرية الانفجار الأعظم تعتمد على أن الكون ديناميكى متحرك متسع متمدد ولم يكن له بداية محددة

فإن فيزيائيات المدعمة لنظرية الانفجار الأعظم تعتمد على الأشعة الكونية فإن انحلال النشاط الاشعاعى التى تنكسر خلالها الذرات الضخمة كذرة اليورانيوم إلى ذرات آصأل مطلقة جسيمات وإشعاعات وطاقة .

فولادة الكون عن طريق تصور أن كل نجوم الكون منضغطة فى حيز بالغ الاندماج الذرة الابتدائية ثم تصور اللحظة التى تحللت فيها الذرة المفردة المدموجة مطلقة كل نجوم الكون ومادته .

عاطف يوسف محمود

تنقيح / أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

27 / 9 / 2015 

( كيبلر 186 اف ) كوكب شبيه بالأرض صالح للحياة

( كيبلر 186 اف ) كوكب شبيه بالأرض صالح للحياة

( كيبلر 186 اف ) كوكب يقارب حجمه حجم الأرض ويحوى الماء فى حالة سائلة ويتوقع العلماء أن البشر يستطيعون العيش على سطحه .

ويثير اكتشاف الكوكب ( كيبلر 186 اف ) تساؤلات حول وجود كواكب شبيهة بالأرض ووجود أشكال حياة فى الفضاء الخارجى ( Outer Space ) .

والعثور على الكوكب ( كيبلر 186 اف ) خبر تناقلته الأوساط العلمية على مستوى العالم فالعلماء وجدوا أن الكوكب هو الأكثر شبها بالأرض فى الحجم والمكان ويدور حول نجم ويقع فى نطاق ( المنطقة المعتدلة ) التى تبعد عن النجم مسافة كافية لوجود الماء فى حالة سائلة والظروف تجعله الأنسب لاستضافة أى شكل من أشكال الحياة لكن الوصول إليه ليس سهلا والكوكب ( كيبلر 186 اف ) يبعد عن الأرض ( 490 أو 500 سنة ضوئية )  فالعلماء بنو استنتاجاتهم بناء على صور للكوكب ( كيبلر 186 اف ) فنحن لا نعلم بالتحديد هل يوجد فعلا ماء على سطحه فى حالة سائلة أو غلاف جوى يحيط به وقد وضع العلماء صورة لما قد يكون شكله والكوكب اكتشف بواسطة التلسكوب الفضائى ( كيبلر ) التابع لوكالة الفضاء الأمريكية ( NASA ) والذى يدور حول الشمس على بعد 65 مليون كم

أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

27 / 8 / 2015 

د / أحمد زويل الذى روض الزمن

د / أحمد زويل الذى روض الزمن

فى عام ( 2002 ) حضر د / زويل مؤتمر عن التكنولوجيا باعتباره العالم العربى الوحيد الحائزعلى جائزة نوبل فى الكيمياء باختراعه علم ( الفيمتوكيمياء ) الذى أحدث ثورة علمية على مستوى العالم فى ترويض الزمن عن طريق ( الفيمتوثانية ) وقبل ظهور ( الفيمتوثانية ) كان العالم فى بداية ( ق / 20 ) كانت أكبر سرعة ممكنة سرعة العين البيولوجية نفسها أو أسرع قليلا ( 1 : 1000 ) من الثانية وفى منتصف ( ق / 20 ) أصبحت واحدا على مليون من الثانية فالصور عن حركة الذرات والجزيئات المسئولة عن أوضاع المادة الفيزيائية والتفاعلات الكيميائية وحتى عن العمليات الحيوية فى الكائنات البيولوجية وتحصل العمليات فى زمن أقل من واحد على مليون من البليون من الثانية ( الفيمتوثانية ) .

تجميد الزمن :

بين د / أحمد زويل أن الإنجاز العلمى الذى صنعه مع فريق من العلماء تمثل فى إيجاد طريقة لرصد الزمن على مستوى واحد على مليون من البليون من الثانية ( الفيمتوثانية )

( Femto Second ) فكأنه توصل لتجميد الزمن فعند هذه السرعة صار من الممكن رؤية تفاعل الذرات والجزيئات داخل المادة فى كافة أشكالها .

إن العالم العربى لديه مشكلة كبيرة فى البحث العلمى ولا بد من حلها بزيادة الانفاق على الأبحاث العلمية الجديدة وتشجيع العلماء الشبان واعطائهم الفرص التى تؤدى لاظهار نتائج أبحاثهم على أرض الواقع وتنفيذها محليا ودوليا .

أهمية التكنولوجيا :

بعد نوبل حاول زويل حض الرأى العام العربى على تقويم العلم والتكنولوجيا ونشر الوعى بأنه من دون قاعدة علمية حقيقية يخرج العرب من مسار الإنسانية وتاريخها وإن دخول عصر الكمبيوتر ينجز بشراء الأجهزة والبرامج وهو فهم خاطىء ودعا زويل لبناء مراكز تفوق فى العالم العربى كى تأتى على شاكلة المؤسسات العلمية فى الغرب .

أهمية العقل العربى فى بناء التكنولوجيا :

لاحظ زويل أن الكثير من العرب يرون أن تفوقه علميا دليلا على أن الفرد العربى يملك من القدرات ما يؤهله لتلقى العلم .

قبل ثورة ( 25 / 1 / 2011 ) حدث خلاف بين زويل والرئيس المخلوع حسنى مبارك عن مسعى زويل لإنشاء مدينة جامعية تكون مركز تفوق وبعد الثورة عاود زويل جهوده التى كللت بتبنى الفكرة وتحقيقها عبر ( مدينة زويل للعلوم ) .

وقبل ذلك فى عام ( 2005 ) أصدر زويل كتاب ( عصر العلم ) ومنه :

( أدى تطور العلم لانكماش الزمان والمكان وحلت مقاييس جديدة فى مقياس الانكماش حيث أصبح المريخ على بعد دقائق من الأرض وأصبح بمقدور العلم أن يعبر لداخل الثانية تفتيتا وتجزيئا وصولا لواحد من مليون من البليون من الثانية .

ولقد جاء حصول د / زويل على جائزة نوبل عام ( 1999 ) إذ اختتم ( ق / 20 ) فتوحاته العلمية ليستكمل عصر العلم فتوحات أخرى فى ( ق / 21 ) .

فلقد حصل د / زويل وهو فى الثانوية العامة على أعلى الدرجات فى الكيمياء والفيزياء والرياضيات ثم رشح للالتحاق بكلية العلوم جامعة الاسكندرية .

وفى صيف ( 1967 ) تخرج زويل مع رتبة الامتياز مع مرتبة الشرف الأولى وكان ترتيبه الأول على دفعته وكان ميالا للبحوث التى تناولت مجال الطيف لبعض المركبات الكيماوية ويوجد جهاز ( فوتومتر طيفى / سبكتروفوتومتر ) فى جامعة الإسكندرية .

فى بداية عام ( 1969 ) تقدم زويل بطلبات لعدد من الجامعات الأمريكية حيث قبل فى جامعة

( كاليفورنيا للتكنولوجيا / كالتك ) وعند وصوله للجامعة فوجىء بأن المستوى العلمى لخريج الجامعة فى الولايات المتحدة كان أمرا جديدا بالنسبة لد / زويل وشكلت ميكانيكا الكم وعلوم الليزر والكهربية والمغناطيسية وقد درس الفيزياء الرياضية وفى عام ( 1973 ) أكمل رسالة الدكتوراه وكان موضوعها ( طيف الرنين الضوئى والمغناطيسى للأكسيتونات والحالات الموضعية فى البللورات الجزيئية ) ويشير ( اكسيتون ) لحركة جسيم يمكن تحفيزه بالضوء ولقد تسلم العمل رسميا فى جامعة ( كالتك ) فى ( 26 / 5 / 1976 ) وكان مجاله العلمى

( ترابط الجزيئات باستخدام أجهزة الليزر ) ولقد نجحت فكرة استخدام أشعة الليزر فى رصد ترابط الجزيئات ولم يتمكن العلماء من رؤية الذرات ساكنة فى ( ق / 20 ) باستخدام تكنولوجيا ميكروسكوبية ( STM ) واتجه بأفكاره لاستخدام أفضل للزمن وتمكن عبر تكنولوجيا متطورة فى ضغط ومضات الليزر ثم كسر الروابط فى جزىء ثلاثى الذرات ثم تمكن زويل من الوصول لأسرع كاميرا فكانت أسرع ب ( 10 بلايين مرة ) من سرعة الكاميرا وقد وصل بالليزر للعمل على مستوى ( الفيمتوثانية ) وترتب على ذلك ميلاد علوم جديدة ( الفيمتوكيمياء )

( الفيمتوبيولوجيا ) وإن علم ( الفيمتوثانية ) يؤدى لاكتشافات وتطورات علمية وتكنولوجية تساهم فى ترويض المادة والزمن .

أحمد مغربى

تنقيح / أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

23 / 8 / 2015

ضوء جديد ينافس الليزر والأشعة السينية

ضوء جديد ينافس الليزر والأشعة السينية

نجح علماء الفيزياء فى صناعة مصدر جديد للضوء ( تكاثف فوتونات بوزة آينشتاين ) ويتم تصنيعها من ذرات عنصر ( روبيديوم ) الكيميائى وهى عبارة عن جزىء واحد هائل لا يمكن التمييز بين ذراته عندما يتم تجميدها بقوة أثناء تواجدها بكثافة فى مساحة صغيرة .

إن هذه الطريقة الجديدة قد تصلح لصناعة مصادر جديدة شبيهة بالليزر والتى تضىء فى مجال الأشعة السينية إذ أن موجات ضوئها أقصر من موجات الليزر التقليدى ومن الممكن استخدامها فى صناعة رقائق الكمبيوتر .

وبواسطة الضوء الجديد يمكن صناعة ليزر بموجات ضوئية قصيرة جدا أى موجات فوق البنفسجية أو ضوء سينى وبواسطتها يمكن وضع شبكات إلكترونية أكثر تعقيدا فى نفس مساحة السليكون المتوفرة فى الرقائق الحاسوبية مما ينتج رقائق فائقة الأداء كما يمكن استخدامه فى رسم الطيف والألواح الضوئية .

أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

27 / 9 / 2015 

شاحن لكل الموبايلات صديق للبيئة

شاحن لكل الموبايلات صديق للبيئة

اعتمدت هيئة الاتصالات الدولية جهاز شحن جديد يتناسب مع كل أجهزة التليفون المحمول المنتشرة حول  العالم حيث يحتوى الشاحن الجديد على مخرج شحن شبيه بالموجود فى أجهزة التصوير الرقمية وإن الشاحن الجديد سيخفض الانبعاثات الغازية .

شاحن لا يحتاج لكهرباء

تم إنتاج شاحن جديد عبارة عن بطارية مضغوطة لحمله فى أى مكان لأنه خفيف الوزن ذاتى التشغيل ويعمل مع جميع الأجهزة المزودة بمدخل ( USB ) ومزود بمؤشرات توضح مستوى الشحن وتقوم البطارية بشحن البطاريات الفارغة بالطاقة لجانب تخزينه للطاقة بداخله لتشغيل أجهزة المحمول واللعب والكاميرات الرقمية بدون الحاجة للتيار الكهربى ويمكن توصيله بمشغل الولاعة بالسيارة أو جهاز الكمبيوتر .

أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

مجلة العلم المصرية

التاريخ : 16 / 1 / 2015

سبائك البريليوم تدخل فى صناعة الطائرات والصواريخ ومركبات الفضاء

سبائك البريليوم تدخل فى صناعة الطائرات والصواريخ ومركبات الفضاء

إن العديد من المعادن المستخرجة من الطبيعة واكتشف عناصرها واستخدم بعضها فى مجالات عديدة وعنصر ( البريليوم ) من العناصر الكيماوية التى تأخر اكتشافها واستخلاصها .

يدخل البريليوم فى تركيب العديد من المعادن التى يستخلص منها الأحجار الكريمة كالبريل المستخلص منه الزمرد والأكوامارين الذى يستخلص منه الزمرد الأزرق والهليودور ويستخرج منه الزمرد الذهبى والمورجانيت ويستخرج منه الزمرد الوردى والكريزوبيريل والالكسندريت ونجد أن عنصر البريليوم من المعادن الصلبة ووزنه أخف من الألومنيوم ولكن صلابته تفوق الصلب المستخدم فى الإنشاءات المعمارية وهو مقاوم للحرارة حيث ينصهر عند درجة حرارة

( 1300 درجة مئوية ) .

واكتشف العلماء الخواص المتعددة لعنصر البريليوم بعد تحضيره صناعيا فاستخدمت سبائكه فى صناعة الطائرات لأنها أخف مرة ونصف المرة من الألومنيوم بالإضافة لقوة تحملها عندما تطير بأضعاف سرعة الصوت كما أن مقاومة عنصر البريليوم للحرارة عالية جعلته الأنسب فى صناعة الصواريخ ومركبات الفضاء كما عرف عنه فى مجال الفيزياء النووية أنه ضعيف فى امتصاص النيوترونات ( أجسام صغيرة داخل نواة الذرة ) فهو يغير من حركتها ويبطىء من سرعتها فيتحكم فى التفاعلات داخل المفاعلات النووية كما أنه يضاف بكميات بسيطة للنحاس لتصنع منه سبيكة ( برونز البريليوم ) التى تمتاز بأنها عالية الجهد قوية الاحتمال تستخدم فى صناعة التروس ذات السرعات والصمامات والمحركات الكهربائية .

كما أن مقاومته للاحتكاك أدت لاستخدامه فى مصانع الذخيرة والمفرقعات حيث أن احتكاكه لا يتسبب عنه تطاير الشرروالصخور التى تحتوى على عنصر البريليوم موجودة بكميات كبيرة يمكن الاستفادة منها فى العديد من الصناعات الاستراتيجية حيث توجد فى جنوب سيناء والصحراء الشرقية بمصر وفى القسم الغربى من السعودية وفى السودان .

إن أحد مصممى الطائرات فإن الطائرة كلما زاد وزنها كلما احتاجت لمحرك قوى ليستطيع أن يطير بها عند نفس السرعة فإن الزيادة فى تكاليف بنائها وفى الوقود المستعمل فلقد أدرك الفنيون منذ أول وهلة ضرورة استعمال أخف المواد وزنا وأكثرها متانة فى بناء الطائرة وأصبح أساس المقارنة بين مواد بناء الطائرات المختلفة فالنسبة بين معدل قوة شدها أو ضغطها وبين كثافتها .

إن امكان تشغيل السبائك المعدنية فى جميع الأشكال والأحجام وزيادة فى تقدير عمر الطائرة حيث أن المعدن إذا ما أحسن حمايته من العوامل الجوية سوف يتم تأثير العوامل عليه بدرجة كبيرة فإن امكان عمل معايير خاصة لأجزاء الطائرة وامكان احلال قطعة محل أخرى وقد زاد اهتمام مهندسى التعدين بمواد بناء هياكل الطائرات ويتم تحضير عدد من سبائك الألومنيوم التى يمكن استخدامها فى الأغراض المختلفة كألواح للتشغيل وقضبان للخراطة والتعزيز والسباكة أو الحدادة .

كما تم اكتشاف سبيكة خاصة من الألومنيوم يمكن استعمالها فى الأجزاء التى تتعرض لأحمال وضغوط كبيرة وقد استعمل المهندسون الصلب مع الألومنيوم عند الحاجة لهيكل من أنابيب الصلب الملحومة ببعضها البعض وقد أمكن استعمال سبائك الألومنيوم فى الطائرات التى تسير بسرعة تزيد على سرعة الصوت ولكن إذا ما تجاوزت سرعة الطائرة ضعف سرعة الصوت فإن طاقة الحركة التى يكتسبها الهواء الملاصق للطائرة سوف تتحول لطاقة حرارية بفعل الاحتكاك الدائم بين الهواء وجسم الطائرة مما يترتب عليه ارتفاع فى درجة حرارة السطح الخارجى للطائرة فيقل معدل الشد والضغط للألومنيوم ويفقد الكثير من خواصه ويصبح الطيران خطرا فيجب استعمال الصلب عند هذه المرحلة أو معدن ( التيتانيوم والبريليوم ) .

أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

مجلة العلم المصرية

التاريخ : 14 / 1 / 2015

دراسات لإنتاج الضوء مستوحى من جناح الفراشة

دراسات لإنتاج الضوء مستوحى من جناح الفراشة

إن محاكاة البلورات الضوئية داخل الفراشات والخنافس ومعظم الحشرات وتطبيقها فى مجال الصناعات الإلكترونية حيث نظم المركز القومى للبحوث ورشة عمل تحت عنوان

( البلورات الضوئية فى الحشرات ) حيث شارك فيها مدينة زويل للعلوم والتكنولوجيا فإن دراسة الفوتونات الضوئية فى الحشرات تعتبر من أهم فروع العلم الحديث فهى من العلوم البيئية والتى تقع بين علم الطبيعة ( الفيزياء ) وعلم الحشرات والبيولوجيا فإن البلورات الضوئية جاءت فى إطار البرنامج العالمى الخاص باليونسكو لعام الضوء فالبرنامج العلمى الخاص بالمحاكاة الحيوية للحشرات التى تهتم بالدراسة المستفيضة لجلد الحشرات وحراشيفها باستخدام الميكروسكوب الإلكترونى الماسح ( أسكان ) والميكروسكوب الإلكترونى ( T I M ) وذلك لتحديد طبقات جلد الحشرات ومعرفة التركيب الطبيعى والكيميائى لجلد الحشرات فإن تطوير آداء الكريستالات الضوئية الصناعية التى تدخل فى عمل الدوائر الإلكترونية المتكاملة والمستخدمة فى جميع الصناعات الإلكترونية فعلى المستوى الصناعى تعددت تطبيقات محاكاة البلورات الضوئية بالحشرات حيث يمكن تصنيع مواد دهان ذات صبغة فائقة البياض ويمكن تصنيع دوائر إلكترونية تكاملية ضوئية

( LED ) فائقة التوهج ولأجهزة ليزر متناهية الصغر فإن البلورات الضوئية الفوتونية فإن البلورات موجودة منذ بدء الخليقة فى أجنحة الفراشات الملونة وهى شعيرات أنواع مختلفة من الدود فإن دراسة الفوتونات الضوئية الطبيعية قد تمتد للمساهمة فى تصنيع أجهزة كمبيوتر بسرعات فائقة كبديل لأشباه الموصلات .

أشرف أمين

تنقيح / أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

27 / 9 / 2015 

ثورة الليزر

ثورة الليزر

إن شعاع الليزر الذى تنبأ به ( آينشتاين ) عام ( 1916 ) عند عرض بعض المركبات الكيميائية للطاقة الضوئية الشمسية ذات الطول الموجى القصير فلاحظ أن المركبات الكيميائية تتلالأ للحصول على ضوء متجانس من نفس اللون فعن طريق استخدام قضيبا من الياقوت الأحمر أو الزمرد الأزرق أو الماس الأبيض لكى تزداد قوة التوهج حينما يسقط عليه الضوء فزيادة كثافة الإشعاع عندما يسقط الضوء على الأحجار الكريمة ( الياقوت الأحمر والزمرد الأزرق والماس الأبيض ) ينبعث وميض ليصطدم بالفضة التى عكسته كالمرآة حيث انطلق شعاع الليزر عن طريق تكثيف الضوء وتركيزه وانطلق شعاع الليزر الأحمر أو الأزرق أو الأبيض فتطورت تكنولوجيا الليزر مما أدى لانطلاق أشعة ليزر متنوعة من الليزر النووى والكهرومغناطيسى والغازى والليزر الطبى حيث ترسل ضوءا بموجات وطاقات وصفات مختلفة وتستخدم أنواع عديدة من الليزر باستخدام أشباه الموصلات المليئة بالأحجار الكريمة ( الياقوت الأحمر والزمرد الأزرق والماس الأبيض ) وبعض المواد الكيميائية المساهمة فى إنتاج أشعة الليزر فى الطيف المرئى أو الأشعة تحت الحمراء أو الأشعة فوق البنفسجية أو أشعة جاما فكل شعاع ليزر ضوء متجانس وليس كل ضوء شعاع ليزر

( ضوء غير متجانس ) فيستخدم الليزر فى مجالات الطب والهندسة والزراعة والاتصالات والفضاء والكمبيوتر والتطبيقات العلمية .

الليزر وعلوم الفضاء :

يعد استخدام الليزر فى مجال الفضاء من التطبيقات الهامة لعلوم الليزر فاستخدام الليزر فى رصد الأقمار الصناعية ( Satalites ) بسبب الدقة العالية التى يتميز بها الليزر واستخدام الليزر ذى الطاقة العالية جدا لتدمير الصواريخ بجميع أنواعها فى الفضاء فإجراء التجارب فى مجال استخدامات الليزر للحصول على تكنولوجيا الليزر واستخدامات الليزر فى الفضاء عديدة منها :

1 ) تتبع الأقمار الصناعية فى الفضاء وحساب مداراتها .

2 ) رصد القمر الطبيعى وحساب المسافة بينه وبين الأرض .

3 ) رصد الحطام الفضائى وامكانية ازالته .

4 ) دراسة المناخ والطقس .

5 ) تطبيقات عسكرية لليزر فى توجيه الصواريخ لأهدافها وفى الفضاء .

أشعة الليزر وخصائصها :

إن الليزر ( Laser ) يستخدم فى تكبير وتضخيم شدة الضوء عن طريق الانبعاث المستحث ويمتلك شعاع الليزر خصائص تميزه عن الضوء وعن أى مصدر من مصادر الإشعاع الكهرومغناطيسى فإن الضوء الأبيض والذى ينبع من الشمس يحوى جميع ألوان الطيف ( قوس قزح ) فإذا ما مر الضوء الأبيض خلال المنشور الزجاجى فإنه يتحلل لسبعة ألوان الطيف وأما أشعة الليزر لا تحتوى إلا على لون واحد ( أحمر أو أزرق أو أبيض ) فشعاع الليزر حزمة ضوئية فى منتهى النقاء من ناحية الطول الموجى والضوء الصادر عن الليزر له اتجاه واحد حيث أن الضوء ينبعث فى جميع الاتجاهات فشعاع الليزر حزمة ضوئية مركزة تركيزا شديدا فزاوية انفراج أشعة الليزر صغيرة جدا وتسير أشعة الليزر فى خطوط مستقيمة وأنها لا تخضع لقانون التربيع العكسى فلا تقل شدة الاستضاءة عكسيا مع مربع المسافة عن مركز شعاع الليزر فإنها لا تفقد شدتها إلا ببطء شديد لصغر زاوية الانفراج الخاصة بأشعة الليزر فتكون مصاحبة ببريق شديد فى اتجاه شعاع الليزر ويعتبر الترابط والتماسك بين الفوتونات لأشعة الليزر فالأشعة الضوئية تصدر عن إثارة العناصر حيث تنبعث منها كميات ضوئية ( الفوتونات ) ولها طول موجى واحد تحدده طاقة الذرة وإن ملايين الانتقالات التى تحدث فى ملايين الذرات المثارة ينبعث عنها ملايين الفوتونات كأشعة ضوئية ولا توجد رابطة بين الفوتونات المنبعثة أما فى أشعة الليزر فالفوتونات مترابطة ومتماسكة ولها اتجاه واحد فمولد الليزر يحتوى على المكونات التالية :

1 ) استخدام الليزر فى تتبع الأقمار الصناعية فإن تتبع الأقمار الصناعية بأشعة الليزر حساب الزمن المستغرق لشعاع الليزر للوصول للأقمار الصناعية والعودة للمحطة الأرضية ففى رصد الأقمار الصناعية بأشعة الليزر يوجه جزء بسيط من شعاع الليزر للفوتودايود حيث يتم تحويله لإشارة الكترونية ومنه للعداد الزمنى الذى يقوم بحساب بداية زمن الرحلة نحو الفضاء للوصول للأقمار الصناعية .

2 ) الرسم بأشعة الليزر لكى يوضح التكنولوجيا المستخدمة لرصد الأقمار الصناعية بأشعة الليزر ويوجه جزء من أشعة الليزر للأقمار الصناعية لوجود مرايا عاكسة على أسطح الأقمار الصناعية لكى تساعد على ارتداد أشعة الليزر للمحطة الأرضية حيث يتم تجميع الفوتونات المرتدة عن طريق استخدام مستقبل التلسكوبات حيث تمر الفوتونات المجمعة من المرايا بالفوتوملتيبلير حيث يتم تكبيرها وتحويلها لإشارة الكترونية ومنها للعداد الزمنى الذى يقوم بحساب نهاية زمن الرحلة فيتم حساب الزمن المستغرق لشعاع الليزر منذ لحظة انطلاقه من مولد الليزر وحتى العودة للمحطة الأرضية فإن استخدام شعاع الليزر لحساب المسافة بين موقع الليزر والأهداف المراد رصدها فبمعرفة الزمن يمكن حساب المسافة بين الأقمار الصناعية والمحطة الأرضية لأن سرعة الضوء ثابتة = ( 300000 كم / ث ) وأثناء عمليات الرصد يتم حساب المسافات المختلفة بين المحطات الأرضية والأقمار الصناعية لفترات زمنية معينة فيمكن حساب مدارات الأقمار الصناعية فتوجد بعض الشروط الهامة لرصد الأقمار الصناعية بأشعة الليزر .

1 ) يجب أن تكون المعلومات الخاصة بالأقمار الصناعية معروفة والمقصود بالمعلومات عناصر المدارات الخاصة للأقمار الصناعية .

2 ) وجود مرايا عاكسة لأشعة الليزر على أسطح الأقمار الصناعية مما يسمح بارتداد أشعة الليزر واستقباله .

3 ) أن يكون الليزر ذو قدرة عالية للوصول للأقمار الصناعية ذات الارتفاعات العالية كألأقمار العسكرية وأقمار التجسس عن بعد .

الأجهزة الواجب توافرها لرصد الأقمار الصناعية بالليزر :

1 ) الليزر الخارج من التلسكوبات الفضائية أثناء الرصد للأقمار الصناعية .

2 ) التلسكوبات الفضائية المستخدمة فى محطات الرصد للأقمار الصناعية .

3 ) التلسكوبات الفضائية ( Mounts ) الأجهزة الخاصة بتتبع الأقمار الصناعية من النوع الأفقى / الرأسى ويتحرك الكترونيا لمتابعة الأقمار الصناعية فى الفضاء عن طريق تغذية الكمبيوتر بالمعلومات الخاصة بالأقمار الصناعية .

4 ) مولدات الليزر المعتمدة على استخدام الأحجار الكريمة ( الياقوت الأحمر والزمرد الأزرق والماس الأبيض ) ( ND: YAG ) وينتج أنصاف أقطار من النبضات الكهرومغناطيسية بطول موجى ( 530 نانوميتر ) وبطاقة تصل ( 80 مللى جول ) وباتساع نبضة ( 20 بيكوثانية ) وبتردد يعادل ( 5 نبضات / ث ) .

4 ) الكمبيوتر الذى يحتوى على العديد من البرامج لحساب مواقع الأقمار الصناعية ومجموعة البرامج لعمل التحاليل اللازمة لرصد الأقمار الصناعية ويحتوى على عدد ( 2 موتور )

1 ) لتحريك التلسكوبات فى الاتجاه الأفقى       2 ) لتحريك التلسكوبات فى الاتجاه الرأسى

5 ) جهاز ( GPS ) جهاز ضبط الزمن حيث يمكن بواسطته قياس الزمن بدقة تصل إلى أقل من

( 110 نانوثانية ) .

6 ) وحدة التحكم بالكمبيوتر ( LRE ) للربط والتحكم فى حركة التلسكوبات والتعامل مع الأجهزة الموجودة فى المحطات الأرضية .

7 ) جهاز المناخ ( MET- 3 ) ويستخدم لقياس الحرارة والرطوبة والضغط الجوى بدقة عالية .

8 ) جهاز العداد الزمنى ( SR620 ) الذى يقيس الزمن بدقة عالية تصل ( 25 بيكوثانية ) .

الليزر الشمسى :

يعتبر الليزر من أهم الاكتشافات فعن طريقه يمكن حساب أحادية الألوان ووحدة الاتجاه والاستقطابية وتضخيم الضوء بانبعاث شعاع الليزر فإن الضوء الصادر من الشمس ما هو إلا حزم من الأشعة الضوئية المنتشرة فى جميع الاتجاهات فالضوء القادم من الشمس حزم من الأشعة الضوئية فالتشتت الذى يحدث للضوء ما هو إلا اضعاف وتشتيت للطاقة فالأشعة الضوئية المشتتة القادمة من الشمس لو تم توجيهها فى اتجاه واحد دون تشتيت فإن الطاقة الكلية ستتركز فى اتجاه واحد ففى عام ( 1917 ) قدمت أبحاث آينشتاين فى النسبية العامة ( 1915 ) عن طريق مبدأ

( الانبعاث المستحث ) فعن طريق انبعاث وامتصاص المادة للإشعاع فالمادة عندما تمتص الإشعاعات ذات طاقة معينة فإن الذرات تستثار لتصل لمستويات طاقة أعلى وإذا انبعثت أشعة الليزر الشمسى المنبعثة من المادة لها نفس الطول الموجى للأشعة الضوئية فاكتشاف مبدأ ( الانبعاث المستحث ) عام ( 1917 ) فإن أول جهاز ليزر الذى ولد أشعة الليزر من خلال قضيب الياقوت الأحمر أو الزمرد الأزرق أو الماس الأبيض المعرض للضوء حيث يكون شعاع الليزر وميضى حلزونى فعن طريق التجارب على الموجات الميكروية ( موجات أشعة الميكروويف ) حيث تم النجاح فى إنتاج الليزر فبدلا من إنتاج الليزر فى مجال الأشعة الميكروية ) امتد ليشمل الأشعة تحت الحمراء والضوء المرئى فعن طريق الطاقة الشمسية أخذت تكنولوجيا الليزر فى التطور ( الليزر الشمسى ) ( Solar Laser ) وعن طريق توليد الليزر من الطاقة الشمسية لتحويل أشعة الشمس المشتتة فى جميع الاتجاهات التى يوجد بها جميع الأطوال الموجية لأشعة موجهة فى اتجاه واحد وذات طول موجى واحد .

الليزر والضوء :

إن خروج علوم الليزر من علوم الفيزياء والرياضيات حيث طبق فى المجالات الزراعية والصناعية والطب وقد طورت علوم الليزر حيث استعمل كمشرط الجراح بالليزر وأسلوب التخدير بالليزر وإجراء أدق العمليات الجراحية بلا دماء أو ألم واستعمال الليزر فى رتق شبكية العين وإعادة الإبصار وقد تطورت ابداعات الليزر عن طريق استخدام الليزر لتصحيح الإبصار والنظارات الزجاجية والبلاستيكية والعدسات اللاصقة .

وعن طريق جهاز الليزر الجديد ( الفيمتوليزر ) الذى يتولى القطع السطحى لقرنية العين باستخدام أشعة ( الفيمتوليزر ) فى علاج طول وقصر النظر وفى ميدان الطب اقتحم الليزر مجال جراحات المسالك البولية ( البروستاتا ) وعن طريق ليزر ( السيراليز / 200 ) أدى لتحقيق طفرة علاجية لتضخم البروستاتا الحميد وأصبح بفضل الليزر تحقيق تدخلات بسيطة تصنع المعجزات ويقتحم الليزر مجال السمنة باستخدام الليزر البارد ( أحدث أنواع الليزر ) الذى يتولى إذابة الدهون فى البطن والأرداف والصدر ويتولى الليزر توسيع فتحات جدار الخلايا الدهنية لتسمح بخروج الدهون المذابة خارج الخلايا بسهولة .

ويوجد أجهزة جديدة من الليزر ذات طول موجى معين تسمح بالتعامل مع الجلد وأصبح العلاج غير الجراحى لتجاعيد البشرة وإزالة الوحمات والوشم ( الليزر الكسندريت ) له خاصية النقاء بحيث يفتك بجدار الشعيرة .

أما ( الأربيم ليزر ) فهو يزيل الندبات ويتولى صنفرة سطح الجلد بينما ( إن دى ياج ليزر ) فإنه يزيل الوحمات و ( الروبى ليزر ) يزيل أنواع المكياج الدائم للنساء والرسومات والوحمات الداكنة وآثار الالتهابات والبقع بنية اللون .

تطبيقات الليزر فى الصناعة :

إن اكتشاف أشعة الليزر من أعظم انجازات ق ( 20 ) لما له من أثر كبير فى جميع المجالات العلمية والعسكرية والطبية والزراعية والصناعية فقد تم ادخال الليزر فى الصناعة منذ اكتشافه ( 1960 )

فى قياسات الأجهزة البصرية وأنابيب الضخ وخطوط الكهرباء وأجهزة القياس وفى مجال التصنيع كالقطع واللحام والصهر والتبخير وتصنيع الدوائر الالكترونية المتكاملة وفى الحفر على الزجاج .

مكونات جهاز الليزر :

مصدر ضوئى يضخ الطاقة للمادة النشطة فى جهاز الليزر ومصدر الطاقة المنبعثة مرتبطة بنوع الليزر والمصادر قد تكون كهربائية فى جهاز ( أرجون ليزر ) وجهاز ثانى أوكسيد الكربون ومحتويات جهاز الليزر :

1 ) انبوب وعدد من المرايا موجودة عند طرفى الانبوب حيث تقوم بعكس أشعة الليزر بشدة ومن ثم تزداد شدة الأشعة الليزرية أما الفوتونات التى تمر خلال الانبوب تنعكس للخلف خلال وسط الليزر وفى كل مرة ينعكس فيها ضوء الليزر للأمام والخلف بواسطة المرايا على طرفى الانبوب حيث يزداد عدد الذرات لتضخ المزيد من الفوتونات فإن شدة ضوء الليزر تزداد وفى نهاية المرايا توجد فتحة صغيرة تسمح لنسبة ضئيلة من ضوء الليزر للمرور للخارج خلال ذراع خاصة توجد فى نهايتها أداة يدوية يخرج منها ضوء الليزر ليسقط على الهدف .

إن مرشد ضوء الليزر فإن ضوء الليزر غير مرئى فيستعمل ضوء خفيف ( هيليوم نيون ) ذو تأثير ضعيف والهدف ارشاد ضوء الليزر فسقوط ضوء ( هيليوم نيون ) المكان الذى يصدر عليه ضوء الليزر عند المعالجة .

آلية عمل جهاز الليزر :

يقوم الجهاز بتضخيم ضوء الليزر حيث يتكون الضوء من مجموعة من الألوان ذات أطياف مرئية وشبه مرئية فيقوم جهاز الليزر بتحويل الأطياف لتردد واحد قوى جدا وله نقاوة عالية جدا تختلف عن خليط ترددات الضوء بواسطة بلورات شبه شفافة تحتوى على ذرات مشعة من اليورانيوم والكروم والديوتيريوم وعندما تتعرض البلورات لمصدر ضوئى قوى فإن الالكترونات التى تدور حول النواة تكتسب طاقة اضافية فتقفز لمدارات أعلى فتصبح فى حالة غير مستقرة تدفعها للرجوع لوضعها المستقر حيث تطلق الطاقة المكتسبة على شكل ضوء فكل العوامل المشعة تعمل بنفس الطريقة لكن فى جهاز الليزر يتم السيطرة على فوتونات ضوء الليزر بحيث تطلق جميع الالكترونات ضوءا له نفس الطاقة ونفس التردد وتضاف أشعة الليزر لبعضها البعض لتنتج شعاعا واحدا مترابطا ومتماسكا وشديدا جدا بحيث يمكنه صهر المعادن وبسبب التماسك العرضى لشعاع الليزر تنتقل أشعة الليزر لمسافات طويلة جدا وبخطوط مستقيمة .

صفات أشعة الليزر :

إن ضوء الليزر له( 4 مميزات ) :

1 ) إن الضوء يسير موازيا باتجاه واحد مع انحراف ضئيل جدا حتى لمسافة طويلة .

2 ) إن حزمة الليزر أكثر بريقا ( 1000 مرة ) من ضوء النهار وأكثر لمعانا من أشعة الشمس .

3 ) يتألف ضوء الليزر من لون واحد وطول موجة واحد فإن حزمة الليزر نقية جدا على العكس من الضوء الأبيض فيشمل انبعاث عفوى للفوتونات بأطوال موجات وألوان مختلفة تسير فى اتجاهات مختلفة .

4 ) إن كل أمواج الضوء تتحرك متوازية فى كل من الفراغ والزمان ومجال الضوء حيث يتألف من مزيج من أطوال موجات ( فوتونات ) الضوء تشع فى اتجاهات مختلفة .

أنواع الليزر :

إن الليزر له أنواع مختلفة منها : الليزر الشمسى و النووىو الكهرومغناطيسى والطبى والغازى فيأتى الليزر من نوع المادة ( ليزر الياقوت الأحمر / ليزر الزمرد الأزرق / ليزر الماس الأبيض ) فعن طريق المواد الصلبة والسائلة والغازية وليزر الهيليوم والنيون .

ليزر الحالة الصلبة : الليزر المنتج من مادة أو خليط من المواد الصلبة كالياقوت الأحمر والزمرد الأزرق والماس الأبيض أو خليط الألومنيوم واليتريم والنيودينيم ( ليزر TAG ) وطوله الموجى فى منطقة الأشعة تحت الحمراء .

ليزر الغاز : يعتمد على الغازات كليزر ثانى أوكسيد الكربون وليزر أول أوكسيد الكربون وليزر الهيدروجين والهليوم والنيون وتكون أطوالها الموجية فى مدى الأشعة تحت الحمراء .

ليزر الإكسيمر : كليزر الغازات الخاملة كغاز الكلور أو الفلور أو الكربتون أو الأرجون وتنتج الغازات أشعة ليزر ذات أطوال موجية فى مدى الأشعة فوق البنفسجية .

ليزر الأصباغ : ليزر المواد العضوية كالرودامين المذاب فى محلول كحولى وتنتج ليزر يمكن التحكم فى الطول الموجى لشعاع الليزر .

ليزر أشباه الموصلات : ليزر الديود يعتمد على المواد شبه الموصلة للكهرباء ويمتاز بحجم ليزر صغير ويستهلك طاقة قليلة فيستخدم فى الأجهزة الكهربائية والالكترونية والأجهزة الدقيقة كأجهزة

( CD ) وطابعات الليزر .

ويتميز الليزر بالطول الموجى لليزر الياقوت الأحمر وليزر الزمرد الأزرق وليزر الماس الأبيض فيستخدم ليزر غاز ثانى أوكسيد الكربون فى قطع المعادن لأن طوله الموجى فى مدى الأشعة تحت الحمراء أشعة حرارية ساقطة على أسطح المعادن لتذيبها .

تصنيفات الليزر :

الليزر له ( 4 تصنيفات ) تعتمد على خطورتها على الخلايا الحية فعند التعامل مع الليزر يجب الانتباه للإشارة التى توضح تصنيفه .

1 ) إن شعاع الليزر ذو طاقة منخفضة ولا يشكل درجة من الخطورة وإن الليزر يضر العين ويستخدم فى السوبر ماركت كماسح ضوئى وتبلغ طاقة الليزر ( 4 MW ) .

2 ) ليزر ضوءه مرئى وطاقته لا تتعدى ( 1 MW ) .

3 ) طاقة الليزر متوسطة وتبلغ ( 15 MW ) وخطر على العين ومعظم الأقلام المؤشرة من هذا النوع من الليزر وطاقة الليزر أكثر من المتوسط .

4 ) أنواع الليزر ذات الطاقة العالية وتصل ( 500 MW ) للشعاع المتصل بينما ليزر النبضات فتقدر طاقته ( 210 J – cm ) ويشكل خطورة على العين وعلى الجلد واستخدام الليزر يتطلب العديد من التجهيزات وإجراءات الوقاية .

ويوجد لليزر العديد من التطبيقات فتوجد التطبيقات الطبية والهندسية والصناعية والعلمية والعسكرية وتوجد تطبيقات الليزر فى الاتصالات .

تطبيقات الليزر الصناعية :

 معاملة المادة بالليزر عن طريق شرح كيفية استخدام الليزر فى عمليات القطع واللحام ومعالجة الأسطح والحفر .

تطبيقات القطع باستخدام الليزر :

يتم تركيز طاقة الليزر فى بقعة صغيرة مما يؤدى لتبخر المعادن فيتم قطع الجزء المراد من المادة ويعتبر ليزر ثانى أوكسيد الكربون الأفضل من بين جميع أنواع الليزر فى قطع المعادن للأسباب التالية :

1 ) معدل القطع باستخدام ليزر ثانى أوكسيد الكربون يتم بمعدل سريع .

2 ) يمكن التحكم فى عملية القطع باستخدام برامج معينة من خلال الكمبيوتر .

3 ) يمكن لليزر ثانى أوكسيد الكربون قطع المعادن ذات السمك الصغير جدا .

إن معدل القطع يتناسب طرديا مع طاقة الليزر المستخدم فى عملية القطع ويتناسب عكسيا مع سمك المعادن وكلما كانت طاقة الليزر المستخدم كبيرة كان معدل القطع أعلى وكلما كان سمك المعادن كبيرا كان معدل القطع أقل فطاقة الليزر وسمك المعادن ليسوا العاملين الوحيدين المتحكمين فى سرعة القطع وتوجد عوامل أخرى كنوع الغاز المستخدم فيتم استخدام غاز الأكسجين أما فى حالة قطع مواد كالورق والبلاستيك والخشب التى تمتص شعاع الليزر الخارج عند الطول الموجى لليزر فإنه يتم استخدام الغازات الخاملة كالنيتروجين والأرجون وباستخدام ليزر ثانى أوكسيد الكربون يمكننا قطع الخشب لعمق يصل ( 50 مللم ) .

تطبيقات الحفر باستخدام الليزر :

يستخدم الليزر فى حفر السيراميك فهى ليست عملية انتزاع جزئيات نظيفة فمن خلال تدفق النبضات الليزرية والتركيز الضوئى على المادة المراد الحفر عليها فينتج زيادة كبيرة فى الطاقة مما يؤدى لحرارة عالية جدا فى منطقة التركيز الضوئى ويؤدى لتبخر معظم المواد وتعتمد كفاءة عملية انتزاع الجزيئات على مستوى امتصاص طول موجة الليزر وعلى نقطة انصهار المادة وفى حال امتصاص المادة لطاقة كافية من شعاع الليزر من السيراميك فيمكن أن يتم تجاوز نقطة الانصهار للمادة وتنصهر المادة مع عملية انتزاع الجزيئات وخلال عملية حفر الأنيلوكس السيراميكية عالية الجودة فإن عملية نقل البكسلات الرقمية لسطح طباعة السيراميك تقوم بخلق حدود انصهار للذرات والجزيئات فى الطباعة كما تحصل تمزقات غير مرغوب بها مما يؤثر على مظهر حدود الذرات والجزيئات ودقة وتطابق الحفر يؤدى للتأثير على مستوى جودة الحفر .

تكنولوجيات الحفر بالليزر :

يتم تصميم واستخدام العديد من المواد حسب التطبيقات الصناعية المطلوبة بحيث تتم عملية انتزاع الجزيئات بدون انصهار للمعادن فى تحويل المادة الصلبة لبودرة يمكن انتزاعها بالشفط وتختلف عمليات الحفر على السيراميك بسبب وجود بودرة السيراميك وإلى بقايا السيراميك المصهور حيث تكونت على حدود الذرات والجزيئات يؤدى لتوليد الكرونا ذات المقاومة الكبيرة للاهتراء التى تؤدى لزيادة عمر السيراميك وعلى سطح الكرونا تحت المجهر ( الميكروسكوب ) حيث يتم ملاحظة وجود جزيئات بنية ذات حبيبات سيراميكية زجاجية مضغوطة وإلى تشكيل حدود الجزيئات من السيراميك المصهور فإن هندسية الذرات والجزيئات يتم تشكيلها من خلال توزيع طاقة الليزر حسب هندسية شعاع الليزر وشعاع الليزر المتعدد الأنماط والذى يتم الحصول عليه من أنواع الليزر ذات الطاقة العالية حيث لا يعطى توزيعا متجانسا للطاقة فعن طريق توزيع الطاقة ذات الشدة الأعلى فى نقطة التركيز لشعاع الليزر مما يؤدى للحصول على حرارة عالية جدا فى نقطة التركيز ويؤدى للحصول على عملية ذات كفاءة عالية .

إن استخدام تطبيقات الحفر بالليزر فى إنتاج الأنيلوكس السيراميكى حيث تم تطوير النظام ليقوم بتكنولوجيا استخدام أشعة الليزر المتعددة الأنماط حيث يتم استخدامها فى الكليشيهات المستخدمة فى الحفر الفوتوجرافى .

الصناعات الكهربائية والالكترونية :

إن الليزر الفائق الشدة فى الحرارة المكونة من تركيز طاقة الليزر حيث تستعمل فى صناعة الدوائر الالكترونية المتكاملة والأجهزة الالكترونية الدقيقة فمن الممكن لحام نهاية الأسلاك الكهربائية منفصلة صغيرة بعد وضعهما داخل انبوب زجاجى مغلق بينما يمتص من قبل نهاية الأسلاك الكهربائية حيث يتم الصهر بشعاع الليزر .

عصر الفضاء :

إن تطور الليزر السريع حيث يستخدم فى تطبيقات متنوعة فى فترة زمنية وجيزة حيث إن الاستفادة من الليزر فى الاتجاه والقدرة حيث يستخدم فى الاتصالات الفضائية لدراسة الكواكب والنجوم والمجرات والسدم والغاز والتراب الكونيين حيث إن آينشتاين فى عام ( 1905 ) النسبية الخاصة وعام ( 1915 ) النسبية العامة للكون فإذا أريد اكتشاف المجرات الكونية والنجوم والكواكب والسدم والغاز والتراب الكونيين يلزم مركبة فضائية تنتقل بسرعة الضوء فإن أى جسم كونى يملك كتلة ويتحرك بسرعة الضوء حيث يتم دراسة الشهب والنيازك والكويكبات فتزداد كتلة الجسم الكونى إلى ما لا نهاية والتناقض الواقعى وضع علماء الفضاء أمام عقدتين فى الوصول للفضاء

1 ) لا تيسير فى إمكانية الوصول لسرعة الضوء حتى لو تم استخدام كل الطاقة النووية فى الأرض إلا إذا تم الكشف عن الكواكب القريبة من المجموعة الشمسية مواد جديدة غير معروفة على الأرض فالصواريخ الفضائية والعابرة للقارات لا تزيد سرعتها عن ثلث سرعة الضوء فسرعة الضوء مطلقة .

2 ) بافتراض الحصول على جسم كونى يتحرك بسرعة الضوء فإن كتلته حسب قوانين النسبية العامة لآينشتاين تزداد إلى ما لا نهاية وثبت علميا أن استخدام المعجلات للجسيمات دون الذرية كالالكترونات والبروتونات والنيوترونات والبوزيترونات والجالونات والليبتونات والكواركات وجد أن كتلتها تزداد بزيادة سرعتها .

الليزر فى الطب وجراحة العيون :

يعتبر اكتشاف الليزر من أعظم انجازات ق ( 20 ) حيث استعمل فى كثير من مجالات العلم والتكنولوجيا والليزر حزمة ضوئية ذات فوتونات تشترك فى التردد وتتطابق فى الموجات بحيث تحدث ظاهرة التداخل البناء بين موجات الليزر لتتحول لنبضات ضوئية ذات طاقة عالية حيث أن نبضات أشعة الليزر عن طريق إشعاع المصدر الضوئى موجات ضوئية مبعثرة غير منتظمة فلا يكون لها قوة الليزر وباستخدام بلورات من الأحجار الكريمة ( الياقوت الأحمر والزمرد الأزرق والماس الأبيض ) بحيث تكون عالية النقاوة فيمكن تحفيز إنتاجها من الشعاع الليزرى لأشعة ضوئية من لون واحد ذى طول موجى واحد وفى طور موجى واحد وعندما يتم التطابق مع بعضها البعض وانعكاسها عدة مرات بين مرآتين داخل بلورة الليزر فتنتظم الموجات وتتداخل وتخرج من الجهاز بطاقة كبيرة وقوية .

اكتشاف الليزر :

إن آينشتاين والنسبية العامة ( 1915 ) فآينشتاين الذى وضع الأسس العلمية لليزر وأحد العلماء السوفيت ( فابريكانت ) الذى اقترح عام ( 1940 ) تضخيم الأشعة الليزرية عن طريق السيزيوم وفى عام ( 1958 ) بدأ التسابق العلمى وفى يوليو ( 1960 ) لاحظ ( ميمان ) الومضات لأشعة الليزر وكان الجهاز يتكون من قضيب من الياقوت الأحمر طوله بضعة سم وأطرافه مسطحة ومتوازية وجوانبه المسطحة مغطاة بطبقة معدنية عاكسة وقد لف حول القضيب وبشكل حلزونى انبوب ( Xenon ) فعن طريق إعطاء النبضات من الأشعة البيضاء ( أشعة الضوء ) بقوة شديدة وعن طريق تفريغ شحنة الليزر فى الانبوب يتخطى حدا معينا من القوة حيث كان القضيب يعطى بشكل عنيف حزمة من الأشعة الحمراء ( ليزر الأشعة تحت الحمراء ) لا يزيد قطرها عن بضعة سم وذات خصائص معينة حيث قام بعض العلماء بإجراء تجارب أن الليزر الغازى ( هيليوم / نيون ) قادرة على إرسال أشعة الليزر بطريقة متواصلة لا بشكل نبضات متتالية فعن طريق استخدام مرايا جهاز الليزر فإن الاهتزازات الصوتية تدخل تنوعات فى إرسالات أشعة الليزر فقدرة الليزر على نقل الأصوات من أهم خصائص أشعة الليزر .

خصائص فريدة للعلاج بالليزر :

1 ) قلة الفقد فى الدم أثناء اجراء العمليات الجراحية .

2 ) نبضات الليزر تكون قصيرة زمنيا مما يجعل المريض لا يشعر بالألم .

3 ) استخدام الليزر يعطى للطبيب رؤية واضحة للمنطقة المعالجة لقلة الأدوات الطبية المستخدمة من قبل الطبيب .

4 ) العلاج بالليزر لايحتاج لاحداث الجروح فى أجسام المرضى فيمكن للمريض مغادرة المستشفى فور زوال تأثير التخدير .

5 ) الليزر يمكن التحكم به بواسطة الكمبيوتر مما يعطى الدقة فى اجراء العمليات الجراحية .

صفات أشعة الليزر :

1 ) يختلف الليزر عن الضوء فى أنه يستطيع قطع المعادن شديدة الصلابة وحفر الثقوب بدقة .

2 ) زاوية انتشار الليزر أقل بكثير من زاوية انتشار الضوء مما يجعل الليزر يصل لمسافات بعيدة .

3 ) ضوء الليزر يحتوى على لون واحد ( الأحمر أو الأزرق أو الأبيض ) بينما الضوء خليط من عدة ألوان ( ألوان قوس قزح ) .

تطبيقات الليزر :

دخل الليزر كعنصر فعال فى كافة المجالات العلمية والطبية والصناعية والزراعية وأسلحة الليزر ولقد تعددت استخدامات الليزر فى شتى مجالات الحياة وتمثل الاستخدامات الطبية لليزر فلقد استخدم الليزر بمختلف أنواعه فى علاج الكثير من الأمراض بل وحتى الوقاية من الأمراض وتعد  استخدامات الليزر فى الجراحة وأمراض النساء وطب العيون والأسنان والأمراض الجلدية .

إنجازات الليزر فى الطب :

إن استخدام الليزر فى الطب لم يقتصر على تحسين الطرق العلاجية بل أمكن استخدامه فى مقاومة الآفات .

الجراحة الآمنة :

إن عمل الليزر جراحيا حيث يتميز بالعمل المزدوج حيث يكون شعاع الليزر عملان فى آن واحد فإن عملية القطع وتخثر الدم حيث يتم ايقاف نزيف الدم فمدة العملية قصيرة حيث يغادر المريض بعدها المستشفى ومما يتميز به الليزر إمكانية استخدامه بواسطة الألياف الضوئية البصرية فنجح الأطباء فى نقل أشعة الليزر للمواقع المصابة فى العمليات الجراحية داخل جسم المريض لإزالة أورام المثانة والرئة والكلية دون فقدان كميات كبيرة من الدم فيمكن اجراء العمليات الجراحية لمرضى

( النزيف الوراثى ) ويمكن استخدامه فى جراحات الأمراض الخبيثة كالسرطان والقروح وجراحات الأوعية الدموية وفى توسيع الشرايين وعلاج قصور الدورة الدموية فى الأطراف وفى علاجات الحبل الشوكى وجراحات المعدة والكبد .

الليزر واستئصال الرحم :

دخل الليزر ميدان استئصال الرحم بديلا للجراحات التقليدية التى تستدعى فتح البطن ثم الرحم جراحيا ثم التعامل بالمشرط مع جدار الرحم ثم إعادة غلق الرحم والبطن فى عملية شاقة طويلة لا تخلو من المخاطر ففى عام ( 1989 ) استخدم الكى بالكهرباء فى جراحات استئصال الرحم ثم دخل الليزر عام ( 1990 ) حيث أن استخدام الليزر يقدم بديلا سهلا وأكثر أمانا وأقل تكلفة .

الجراحة الأذينية :

يحدث التهابات فى العظيمات الداخلية فى الأذن مما يسبب التآكل وتحطيم بعض الأجزاء فى الأذن وربما حدث نزيف شريانى دموى خلف طبلة الأذن عند مرور شعاع الليزر المناسب عبر طبلة الأذن فيمر بالأذن دون أن يثقبها ويصل للعظيمات والشريان المنفجر داخل طبلة الأذن .

الليزر فى الأمراض الجلدية :

لقد تطور استعمال الليزر فى الأمراض الجلدية والتجميلية فإن الكثير من الأمراض الجلدية يصعب معالجتها قبل عصر الليزر فأصبح من الممكن علاجها باستخدام الليزر فيوجد عدة أنواع من الليزر فليزر ثانى أوكسيد الكربون الذى يستخدم فى إزالة الندبات الجلدية والوحمات والتجاعيد وزراعة الشعر وإزالة الشعر الغير مرغوب فيه والتخلص من الدوالى الجلدية .

استخدامات ليزر ثانى أوكسيد الكربون :

1 ) تقشير الجلد حيث يستخدم الليزر فى إزالة الندب ( ندبات آثار حب الشباب ) والتجعدات الجلدية وآفات ضخامية لمرض الحزاز ( الزهمية ) وبقعة الصداف .

2 ) التهاب ما حول الفم حيث يستخدم ليزر ثانى أوكسيد الكربون المعالج لالتهاب ماحول الفم .

جراحة العيون بالليزر :

استخدم الليزر فى المجال الطبى ( جراحة العيون ) بمختلف أنواعها فى علاج الكثير من الأمراض والوقاية من حدوث الأمراض ويعد استخدام الليزر فى مجال طب وجراحة العيون فهناك ( 4 ) أنواع رئيسية من الليزر المستخدم فى طب وجراحة العيون .

1 ) الأرجون ليزر : ويستخدم فى كى شبكية العين فى حالات الارتشاح الشبكى السكرى وحالات وجود قطوعات فى شبكية العين لحمايتها من حدوث الانفصال الشبكى .

2 ) الياج ليزر  : يستخدم فى فتح المحفظة الخلفية للعدسة البلورية فى حالة اعتامها عقب عمليات المياه البيضاء ويستخدم فى ثقب القزحية كأحد خطوط علاج المياه الزرقاء .

3 ) اليود ليزر  : يستخدم فى كى شبكية العين عند مرضى اعتلال الشبكية السكرى وخاصة عند تواجد نزيف بالجسم الزجاجى الذى يعوق الكى بالأرجون ليزر .

4 ) الاكسيمر ليزر  : يستخدم فى جراحات تصحيح عيوب انكسار العين وإزالة سحابات القرنية السطحية .

الاستخدامات العلاجية أو الوقائية لليزر فى جراحة العيون :

إن الجفون والقنوات الدمعية تستخدم بعض أنواع الليزر لإزالة نوعيات من الزوائد الجلدية من جفن العين وبعض العمليات التجميلية لشد جلد الجفن والتجميل ويستخدم نوع معين من الليزر مع صبغة خاصة فى علاج حالات الجفاف الشديدة للعين عن طريق فتح القنوات الدمعية بصفة مستديمة .

القرنية أكثر أجزاء العين استخداما لأشعة الليزر حيث يستخدم الاكسيمرليزر فى علاج العتامات السطحية للقرنية كما يستخدم فى علاج العيوب الانكسارية فى قصر وطول النظر والاستجماتيزم عن طريق العديد من التكنولوجيات أهمها :

1 ) تكنولوجيا الليزك  : تستخدم لبعض الحالات التى لا تسمح بإجراء عمليات الليزر كعدم انتظام سطح القرنية وحالات الاستجماتيزم الشديدة وحالات قلة سمك القرنية عن المعدلات الطبيعية .

عدسة العين يستخدم الليزر فى إزالة المياه البيضاء والزرقاء مما يؤدى لإجراء الجراحة من خلال جرح لا يتعدى طوله ( 1.2 ملم ) فإن المريض يستعيد القدرة على العمل فى نفس اليوم مع وضوح الرؤية وعدم شعور المريض بالألم بعد العملية كما تستخدم أشعة الليزر فى إزالة العتامات التى قد تتكون على المحفظة الخلفية للعدسة بعد إزالة المياه البيضاء والزرقاء وتركيب عدسة صناعية داخل العين حيث تؤدى العتامات لنقص فى حدة الابصار بعد إجراء جراحات المياه البيضاء والزرقاء وإن المياه الزرقاء تستخدم أشعة الليزر فى الوقاية والعلاج ومتابعة عمليات المياه الزرقاء .

1 ) الوقاية من حدوث المياه الزرقاء عن طريق إجراء ثقب فى قزحية العين بعد فحص دقيق لزوايا العين وتحديد عمق الخزانة الأمامية للعين وفى حالات المياه الزرقاء الثانوية المصاحبة لانسداد بؤبؤ العين .

كما يستخدم الياج ليزر والدايود ليزر لعلاج المياه الزرقاء مفتوحة الزاوية عن طريق تصويب أشعة الليزر المباشرة لزاوية الحجرة الأمامية للعين الجزء المسئول عن تصريف سائل العين ويتم استخدام أشعة الليزر فى الحالات المتقدمة والمستعصية عن طريق تسليط أشعة الليزر على خلايا الجسم الهدبى التى تفرز سائل العين .

د / مكرم إبراهيم خليل و د / ياسر عبد الفتاح عبد الهادى ووجدى رياض

وأ . د / محمد عبد الرحمن سلامة و أ . د / يسرى مصطفى حسين و د / ميرفت الشبراوى

      

تنقيح / أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

27 / 9 / 2015