أقصى سرعة لمكوك الفضاء ( ديسكفرى ) قبل التقاعد فى ( 3 / 2011 ) أحالت ( ناسا ) مكوك الفضاء ( ديسكفرى ) للتقاعد حيث أطلق للفضاء لأول مرة عام ( 1984 ) وكانت مهمته الأخيرة الرحلة رقم ( 39 ) وعندما عاد منها للأرض كان قد قطع مسافة ( 230 مليون كم ) وهى مسافة تتجاوز المسافة بين الأرض والشمس ( 149 مليون كم ) . أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف 6 / 1 / 2018

أقصى سرعة لمكوك الفضاء ( ديسكفرى ) قبل التقاعد

فى ( 3 / 2011 ) أحالت ( ناسا ) مكوك الفضاء ( ديسكفرى ) للتقاعد حيث أطلق للفضاء لأول مرة عام ( 1984 ) وكانت مهمته الأخيرة الرحلة رقم ( 39 ) وعندما عاد منها للأرض كان قد قطع مسافة

( 230 مليون كم ) وهى مسافة تتجاوز المسافة بين الأرض والشمس

( 149 مليون كم ) .

أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

6 / 1 / 2018

أسرار الكون تؤثر كل من المادة والإشعاع فى توازن وديناميكية وتطور الكون وقد سيطر الإشعاع وساد الكون خلال سنوات عمره الأولى إذ أن المادة بسبب الحرارة العالية جدا لم تكن قد تكونت بعد وإن المادة ظهرت فى الكون للمرة الأولى بعد مرور ( 370000 عام ) من الانفجار العظيم ( Big Bang ) . لقد كانت درجة الحرارة مناسبة لكى يجذب البروتون إلكترون ليدور حوله مكونا ذرة الهيدروجين وهى أول مادة ظهرت فى الكون حيث تكونت النجوم فى بداياتها من غاز الهيدروجين بعد ( 400 مليون عام ) وبعد مرور ( 13.75 مليار عام ) هى عمر الكون فإن المادة تسيطر على الكون مع دور ثانوى للإشعاع وإن التركيب الحقيقى للمادة حيث أن جميع مادة الكون تتكون من مجموعة من الجسيمات الأولية الحقيقية التى لا ترتيب داخليا لها والإلكترون الذى نعتمد على حركته وخصائصه أشهر الجسيمات دون الذرية أما الإشعاع الكهرومغناطيسى الموجى الذى يمكن وصفه من خلال طاقته أو تردده كضوء الشمس ويوجد الإشعاع الجسيمى الذى يمكن وصفه من خلال طاقته أو كتلته كجسيمات ألفا وبيتا وجاما . ويسلك الإشعاع سلوكا مزدوجا إذ يظهر على صورة موجة أو على صورة جسيم وإن جسيم أشعة الضوء ( الأشعة الكهرومغناطيسية ) ( فوتون ) وعن طريق افتراض مادة غريبة غير المادة المعروفة لفهم وتفسير سلوك النجوم والكون وعن طريق افتراض نوعا غريبا من الطاقة يختلف عن الطاقة المستخدمة والتعامل معها . قوة الجاذبية وحركة الكواكب : تعتبر قوة الجاذبية ( Gravity ) والتى أسسها ( نيوتن ) أقدم وأضعف قوى الكون ال ( 5 ) الجاذبية / الكهرومغناطيسية / النووية القوية / النووية الضعيفة / القوة المضادة للجاذبية ولقد عجزت قوة الجاذبية عن تفسير حركة كوكب عطارد ( Mercury ) الأقرب من الشمس وحركة كوكب أورانوس ( Uranus ) البعيد عنها وتمكن ( آينشتين ) من تفسير حركة كوكب عطارد بنظرية النسبية العامة فهى تطبق فى جميع الحالات أما نظرية جاذبية نيوتن فهى خاصة وتطبق فى حالة الجاذبية الضعيفة وكوكب عطارد قريب جدا من الشمس مما يجعل قوة جاذبيتها كبيرة نسبيا ولم تتمكن نظرية جاذبية نيوتن من تفسير حركته أما مشكلة حركة كوكب أورانوس فعن طريق افتراض وجود كوكب آخر ( نبتون ) يؤثر فى حركة أورانوس ويجعلها تشذ عن قانون الجاذبية . ولقد تم حساب كتلة كوكب ( نبتون ) ( Neptune ) وبعده عن الشمس فعن طريق رصد كوكب ( نبتون ) وهو أبعد الكواكب عن الشمس أما ( بلوتو ) البعيد فقد قرر اتحاد الفلك العالمى عام ( 2006 ) إخراجه من مجموعة الكواكب الشمسية لأن مداره تقاطع مع مدار كوكب ( نبتون ) وأصبح بلوتو ( Pluto ) يعرف بالكوكب القزم أو بمعنى آخر كويكب وكان الكوكب ( نبتون ) الكوكب الوحيد المكتشف على أساس حسابات نظرية الجاذبية فعن طريق استخدام نظرية الجاذبية لفهم وتفسير حركة جميع كواكب المجموعة الشمسية بدقة كبيرة قوة الجاذبية وحركة النجوم : إن الحركة التفصيلية الدقيقة للنجوم معقدة وبملاحظة الحركة نجد أن النجوم تبدو ساكنة بسبب بعدها الشاسع عن الأرض كما أن حركة الشمس من الشرق للغرب ليست حقيقية وإنما انعكاس لدوران الأرض حول محورها فإن النجوم تدور حول مركز المجرة كدوران الكواكب حول الشمس حيث يحوى مركز المجرة نجوما عملاقة قديمة جدا حيث تشكل كتلة النجوم معظم كتلة المجرة . وتوجد الشمس فى إحدى أذرع مجرة درب التبانة / اللبانة / الطريق اللبنى / Milky Way الحلزونية التى تحتوى نواتها الكروية على ( 99 % ) من كتلة المجرة حيث تدور الشمس ومعها جميع الكواكب كبقية النجوم الموجودة فى الأذرع حيث يوجد ( 300 مليار نجم ) حول مركز المجرة . إن سرعة دوران النجوم المحسوبة من قانون الجاذبية أصغر كثيرا من سرعتها الحقيقية كما أن سرعة النجوم لا تتناقص مع زيادة بعدها عن مركز المجرة كما تفترض نظرية الجاذبية وتحققه حركة الكواكب حول الشمس فسرعة دوران عطارد القريب جدا من الشمس أكبر كثيرا من سرعة دوران المريخ ( Mars ) البعيد عنها فإن سرعة دوران النجوم حول مركز المجرة ( Galaxy ) شبه ثابتة ولا تعتمد على بعدها عن مركز المجرة . إن القانون العام للجاذبية قانون كونى ويجب تحقيقه فى كل حركات النجوم والكواكب فعن طريق افتراض وجود شىء ما فى المجرة لا يمكن مشاهدته أو رصده ( المادة السوداء ) ( Black Matter ) حيث يسبب الشذوذ فى حركة النجوم ويجعلها لا تحقق قانون الجاذبية العام . المادة الداكنة السوداء : لتفسير حركة النجوم فعن طريق افتراض مادة غير عادية وغير مشعة لا يمكن رصدها منتشرة فى مجرة درب التبانة والكون كله ( المادة السوداء المظلمة ) حيث يصاحبها قوة جاذبية كبيرة تسبب زيادة سرعة النجوم فإنها لا تتفاعل مع المادة العادية مما يجعل من الصعب الكشف عنها . إن تركيب وطبيعة المادة السوداء المظلمة غير معروفة وإن الكون غنى بها إذ أنها تشكل ( 5 أضعاف ) المادة العادية وإن المادة تتكون من جسيمات افتراضية ضخمة ضعيفة التفاعل . ولقد نتجت الجسيمات الافتراضية عند نشأة الكون خلال الانفجار العظيم بسبب درجة الحرارة العالية جدا وتغمر الجسيمات الافتراضية الكون وتؤثر جاذبيتها الكبيرة فى حركة النجوم ولكن يصعب الكشف عنها بسبب ضعف تفاعلها مع المادة العادية وبمحاولة الكشف عن الأجسام الافتراضية من خلال تجارب معقدة وبطرق مختلفة من أهمها : 1 ) تحليل الإشعاع الكونى : إن نتائج الرصد والتحليل لإشعاعات قوية جدا من أشعة جاما صادرة من مركز مجرة الطريق اللبنى وتم رصد وتسجيل الإشعاعات عن طريق تلسكوب ( فيرمى ) الفضائى لأشعة جاما الذى وضع فى مداره حول الأرض عام ( 2008 ) فلم يمكن تفسير مصدر الإشعاعات من خلال تفاعلات المادة والإشعاع وإن الإشعاعات قد صدرت بسبب تصادمات عنيفة جدا بين جسيمات المادة السوداء المظلمة وفى حالة تأكيد النتائج من تجارب أخرى أو رصد الإشعاعات من مراكز مجرات أخرى فإنها ستكون المرة الأولى التى يتم فيها رصد واكتشاف المادة السوداء المظلمة بصورة تجريبية . 2 ) الكشف عن المادة السوداء المظلمة : من خلال تفاعلها الضعيف جدا مع المادة حيث تم بناء كواشف عدة فى أماكن مختلفة من العالم فقد تم بناء كاشف حساس جدا لجسيمات المادة المظلمة فى أعماق منجم للذهب كما تم بناء الكاشف على عمق كبير تحت سطح الأرض لعزله عن الأشعة الكونية وتم اختبار الكاشف حديثا ويتوقع العلماء أن يتم الكشف عن الجسيمات الخاصة بالمادة السوداء المظلمة إذا كانت حقيقية وموجودة . وإن الكشف عن المادة السوداء المظلمة من خلال تجارب تصادم الجسيمات دون الذرية ذى الطاقة العالية جدا فى مصادم ( الهادرون العملاق ) وبدأت التجارب حيث يمكن من خلال تصادم الهادرونات ( البروتونات ) التى تسير بسرعة قريبة جدا من سرعة الضوء حيث تنتج حرارة عالية جدا قد تؤدى لإنتاج جسيمات الكتلة السوداء المظلمة كما حدث فى الانفجار العظيم قبل ( 13.75 مليار سنة ) . تسارع وتوسع الكون : إن المادة والإشعاع والطاقة والفضاء والزمان كان مضغوطا فى حيز صغير جدا بكثافة عالية ( البيضة الكونية ) وإن نظرية الانفجار الأعظم التى تبحث فى نشأة وتطور الكون حيث أن انفجارا هائلا حدث فى ( البيضة الكونية ) قبل ( 13.75 مليار سنة ) حيث بدأت نشأة الكون . إن حجم الكون يزداد مع مرور الزمن أى أنه يتوسع وإن قوة جاذبية مادة الكون ( نجوم ومجرات وسدم ) ستعمل على إبطاء التوسع أو حتى إيقافه مما يؤدى لتوازن الكون أو حتى انكماشه على نفسه فيعود بيضة كونية كما بدأ منذ ( 13.75 مليار سنة ) وهذا اعتقاد خاطىء وتشبه حالة الكون حالة جسم قذف بسرعة معينة نحو الأعلى إذ أن سرعته ستتناقص بصورة تدريجية بسبب قوة جذب الأرض له حتى تنعدم ومن ثم يعود للأرض أما إذا كانت سرعة انطلاقه كبيرة وتمكنه من التحرر من مجال الجاذبية الأرضية فإنه لن يعود للأرض وسيستمر فى حركته بسرعة ثابتة حول الأرض . إن الجسم لا يمكن أن يتحرك بتسارع لانعدام القوى المؤثرة عليه وقد بين تحليل إشعاع نتج عن انفجار كونى هائل ( انفجار السوبرنوفا / المستعر الأعظم ) التقطه تلسكوب ( هابل ) الفضائى حيث أن الكون يتوسع الأن بمعدل أكبر مما كان يتوسع فى الماضى وإن معدل توسع الكون أو تسارعه يزداد بدلا من أن يتناقص مع مرور الزمن وإن تسارع وتوسع الكون بحاجة لقوة فما هى هذه القوة ومن أين جاءت ؟ الطاقة السوداء المظلمة : إن القوة الخفية التى تسبب تسارع وتمدد الكون ( الطاقة السوداء المظلمة ) وإن الطاقة المظلمة لها خاصية من خواص الفراغ يصاحبها نوع من الضغط السلبى ينتج عنه قوة تعاكس قوة الجاذبية ( القوة المضادة للجاذبية ) وتعمل على تسارع وتوسع الكون . وقد ظهرت إشارة وجود للطاقة الخفية ( الطاقة السوداء المظلمة ) فى أبحاث فيزيائية أخرى فقد بينت ميكانيكا الكم أن الفراغ ليس عدما حيث أن الفراغ يحوى نوعا معينا من الطاقة الخفية المجهولة . فعن طريق استخدام كمبيوتر الكم الذى يمتاز بقدرات هائلة تقوم مؤسسة مصفوفة الكيلومتر المربع ببناء تلسكوب راديوى مساحة صحنه الجامع للإشعاع = مليون م مربع وتزيد حساسية التلسكوب بأكثر من ( 50 مرة ) على التلسكوبات العادية . وسيمكن التلسكوب من رسم خريطة ثلاثية الأبعاد لغاز الهيدروجين فى الكون عند بدايته وتسجيل إشعاع أولى للنجوم التى تكونت وتأثير إشعاعها فى الهيدروجين مما يساهم فى فهم أسباب تسارع وتوسع الكون . الكون المجهول : أطلقت ( ناسا ) سفينة فضاء عام ( 2001 ) لجمع وتحليل إشعاع الخلفية الكونية وقد أظهرت دراسة عام ( 2010 ) بناء على المعلومات التى جمعها تلسكوب السفينة الفضائية الحقائق العلمية الآتية : 1 ) تشكل المادة العادية التى تكون النجوم والمجرات والسدم ( 4.6 % ) من مادة الكون . 2 ) تشكل المادة المظلمة واللازمة لتفسير حركة النجوم حول مراكز المجرات ( 24 % ) من مادة الكون . 3 ) تشكل الطاقة المظلمة اللازمة لتفسير تسارع وتوسع الكون ( 71.4 % ) من مادة الكون . إن الكون الواسع لا يشكل سوى أقل من ( 5 % ) من مادته أما معظم ما فى الكون 95 % غير معروف وهو ضمن الأمور الافتراضية ولا يمكن مشاهدته أو حتى رصده أو الكشف عنه ( وما أوتيتم من العلم إلا قليلا ) ( الاسراء :85 ) . د / فخرى حسن تنقيح / أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى

أسرار الكون

تؤثر كل من المادة والإشعاع فى توازن وديناميكية وتطور الكون وقد سيطر الإشعاع وساد الكون خلال سنوات عمره الأولى إذ أن المادة بسبب الحرارة العالية جدا لم تكن قد تكونت بعد وإن المادة ظهرت فى الكون للمرة الأولى بعد مرور ( 370000 عام ) من الانفجار العظيم ( Big Bang ) .

لقد كانت درجة الحرارة مناسبة لكى يجذب البروتون إلكترون ليدور حوله مكونا ذرة الهيدروجين وهى أول مادة ظهرت فى الكون حيث تكونت النجوم فى بداياتها من غاز الهيدروجين بعد ( 400 مليون عام ) وبعد مرور ( 13.75 مليار عام ) هى عمر الكون فإن المادة تسيطر على الكون مع دور ثانوى للإشعاع وإن التركيب الحقيقى للمادة حيث أن جميع مادة الكون تتكون من مجموعة من الجسيمات الأولية الحقيقية التى لا ترتيب داخليا لها والإلكترون الذى نعتمد على حركته وخصائصه أشهر الجسيمات دون الذرية أما الإشعاع الكهرومغناطيسى الموجى الذى يمكن وصفه من خلال طاقته أو تردده كضوء الشمس ويوجد الإشعاع الجسيمى الذى يمكن وصفه من خلال طاقته أو كتلته كجسيمات ألفا وبيتا وجاما .

ويسلك الإشعاع سلوكا مزدوجا إذ يظهر على صورة موجة أو على صورة جسيم وإن جسيم أشعة الضوء ( الأشعة الكهرومغناطيسية ) ( فوتون ) وعن طريق افتراض مادة غريبة غير المادة المعروفة لفهم وتفسير سلوك النجوم والكون وعن طريق افتراض نوعا غريبا من الطاقة يختلف عن الطاقة المستخدمة والتعامل معها .

قوة الجاذبية وحركة الكواكب :

تعتبر قوة الجاذبية ( Gravity ) والتى أسسها ( نيوتن ) أقدم وأضعف قوى الكون ال ( 5 )  الجاذبية / الكهرومغناطيسية / النووية القوية / النووية الضعيفة / القوة المضادة للجاذبية ولقد عجزت قوة الجاذبية عن تفسير حركة كوكب عطارد ( Mercury ) الأقرب من الشمس وحركة كوكب أورانوس ( Uranus ) البعيد عنها وتمكن ( آينشتين ) من تفسير حركة كوكب عطارد بنظرية النسبية العامة فهى تطبق فى جميع الحالات أما نظرية جاذبية نيوتن فهى خاصة وتطبق فى حالة الجاذبية الضعيفة وكوكب عطارد قريب جدا من الشمس مما يجعل قوة جاذبيتها كبيرة نسبيا ولم تتمكن نظرية جاذبية نيوتن من تفسير حركته أما مشكلة حركة كوكب أورانوس فعن طريق افتراض وجود كوكب آخر ( نبتون ) يؤثر فى حركة أورانوس ويجعلها تشذ عن قانون الجاذبية .

ولقد تم حساب كتلة كوكب ( نبتون ) ( Neptune ) وبعده عن الشمس فعن طريق رصد كوكب ( نبتون ) وهو أبعد الكواكب عن الشمس أما ( بلوتو ) البعيد فقد قرر اتحاد الفلك العالمى عام ( 2006 ) إخراجه من مجموعة الكواكب الشمسية لأن مداره تقاطع مع مدار كوكب ( نبتون ) وأصبح بلوتو ( Pluto ) يعرف بالكوكب القزم أو بمعنى آخر كويكب وكان الكوكب ( نبتون ) الكوكب الوحيد المكتشف على أساس حسابات نظرية الجاذبية فعن طريق استخدام نظرية الجاذبية لفهم وتفسير حركة جميع كواكب المجموعة الشمسية بدقة كبيرة

قوة الجاذبية وحركة النجوم :

إن الحركة التفصيلية الدقيقة للنجوم معقدة وبملاحظة الحركة نجد أن النجوم تبدو ساكنة بسبب بعدها الشاسع عن الأرض كما أن حركة الشمس من الشرق للغرب ليست حقيقية وإنما انعكاس لدوران الأرض حول محورها فإن النجوم تدور حول مركز المجرة كدوران الكواكب حول الشمس حيث يحوى مركز المجرة نجوما عملاقة قديمة جدا حيث تشكل كتلة النجوم معظم كتلة المجرة .

وتوجد الشمس فى إحدى أذرع مجرة درب التبانة / اللبانة / الطريق اللبنى / Milky Way الحلزونية التى تحتوى نواتها الكروية على ( 99 % ) من كتلة المجرة حيث تدور الشمس ومعها جميع الكواكب كبقية النجوم الموجودة فى الأذرع حيث يوجد ( 300 مليار نجم ) حول مركز المجرة .

إن سرعة دوران النجوم المحسوبة من قانون الجاذبية أصغر كثيرا من سرعتها الحقيقية كما أن سرعة النجوم لا تتناقص مع زيادة بعدها عن مركز المجرة كما تفترض نظرية الجاذبية وتحققه حركة الكواكب حول الشمس فسرعة دوران عطارد القريب جدا من الشمس أكبر كثيرا من سرعة دوران المريخ ( Mars ) البعيد عنها فإن سرعة دوران النجوم حول مركز المجرة ( Galaxy ) شبه ثابتة ولا تعتمد على بعدها عن مركز المجرة .

إن القانون العام للجاذبية قانون كونى ويجب تحقيقه فى كل حركات النجوم والكواكب فعن طريق افتراض وجود شىء ما فى المجرة لا يمكن مشاهدته أو رصده ( المادة السوداء ) 

( Black Matter ) حيث يسبب الشذوذ فى حركة  النجوم ويجعلها لا تحقق قانون الجاذبية العام .

المادة الداكنة السوداء :

لتفسير حركة النجوم فعن طريق افتراض مادة غير عادية وغير مشعة لا يمكن رصدها منتشرة فى مجرة درب التبانة والكون كله ( المادة السوداء المظلمة ) حيث يصاحبها قوة جاذبية كبيرة تسبب زيادة سرعة النجوم فإنها لا تتفاعل مع المادة العادية مما يجعل من الصعب الكشف عنها .

إن تركيب وطبيعة المادة السوداء المظلمة غير معروفة وإن الكون غنى بها إذ أنها تشكل

( 5 أضعاف ) المادة العادية وإن المادة تتكون من جسيمات افتراضية ضخمة ضعيفة التفاعل .

ولقد نتجت الجسيمات الافتراضية عند نشأة الكون خلال الانفجار العظيم بسبب درجة الحرارة العالية جدا وتغمر الجسيمات الافتراضية الكون وتؤثر جاذبيتها الكبيرة فى حركة النجوم ولكن يصعب الكشف عنها بسبب ضعف تفاعلها مع المادة العادية وبمحاولة الكشف عن الأجسام الافتراضية من خلال تجارب معقدة وبطرق مختلفة من أهمها :

1 ) تحليل الإشعاع الكونى :

إن نتائج الرصد والتحليل لإشعاعات قوية جدا من أشعة جاما صادرة من مركز مجرة الطريق اللبنى وتم رصد وتسجيل الإشعاعات عن طريق تلسكوب ( فيرمى ) الفضائى لأشعة جاما الذى وضع فى مداره حول الأرض عام ( 2008 ) فلم يمكن تفسير مصدر الإشعاعات من خلال تفاعلات المادة والإشعاع وإن الإشعاعات قد صدرت بسبب تصادمات عنيفة جدا بين جسيمات المادة السوداء المظلمة وفى حالة تأكيد النتائج من تجارب أخرى أو رصد الإشعاعات من مراكز مجرات أخرى فإنها ستكون المرة الأولى التى يتم فيها رصد واكتشاف المادة السوداء المظلمة بصورة تجريبية .

2 ) الكشف عن المادة السوداء المظلمة :

من خلال تفاعلها الضعيف جدا مع المادة حيث تم بناء كواشف عدة فى أماكن مختلفة من العالم فقد تم بناء كاشف حساس جدا لجسيمات المادة المظلمة فى أعماق منجم للذهب كما تم بناء الكاشف على عمق كبير تحت سطح الأرض لعزله عن الأشعة الكونية وتم اختبار الكاشف حديثا ويتوقع العلماء أن يتم الكشف عن الجسيمات الخاصة بالمادة السوداء المظلمة إذا كانت حقيقية وموجودة .

وإن الكشف عن المادة السوداء المظلمة من خلال تجارب تصادم الجسيمات دون الذرية ذى الطاقة العالية جدا فى مصادم ( الهادرون العملاق ) وبدأت التجارب حيث يمكن من خلال تصادم الهادرونات ( البروتونات ) التى تسير بسرعة قريبة جدا من سرعة الضوء حيث تنتج حرارة عالية جدا قد تؤدى لإنتاج جسيمات الكتلة السوداء المظلمة كما حدث فى الانفجار العظيم قبل ( 13.75 مليار سنة ) .

تسارع وتوسع الكون :

إن المادة والإشعاع والطاقة والفضاء والزمان كان مضغوطا فى حيز صغير جدا بكثافة عالية

( البيضة الكونية ) وإن نظرية الانفجار الأعظم التى تبحث فى نشأة وتطور الكون حيث أن انفجارا هائلا حدث فى ( البيضة الكونية ) قبل ( 13.75 مليار سنة ) حيث بدأت نشأة الكون .

إن حجم الكون يزداد مع مرور الزمن أى أنه يتوسع وإن قوة جاذبية مادة الكون ( نجوم ومجرات وسدم ) ستعمل على إبطاء التوسع أو حتى إيقافه مما يؤدى لتوازن الكون أو حتى انكماشه على نفسه فيعود بيضة كونية كما بدأ منذ ( 13.75 مليار سنة ) وهذا اعتقاد خاطىء وتشبه حالة الكون حالة جسم قذف بسرعة معينة نحو الأعلى إذ أن سرعته ستتناقص بصورة تدريجية بسبب قوة جذب الأرض له حتى تنعدم ومن ثم يعود للأرض أما إذا كانت سرعة انطلاقه كبيرة وتمكنه من التحرر من مجال الجاذبية الأرضية فإنه لن يعود للأرض وسيستمر فى حركته بسرعة ثابتة حول الأرض .

إن الجسم لا يمكن أن يتحرك بتسارع لانعدام القوى المؤثرة عليه وقد بين تحليل إشعاع نتج عن انفجار كونى هائل ( انفجار السوبرنوفا / المستعر الأعظم ) التقطه تلسكوب ( هابل ) الفضائى حيث أن الكون يتوسع الأن بمعدل أكبر مما كان يتوسع فى الماضى وإن معدل توسع الكون أو تسارعه يزداد بدلا من أن يتناقص مع مرور الزمن وإن تسارع وتوسع الكون بحاجة لقوة فما هى هذه القوة ومن أين جاءت ؟

الطاقة السوداء المظلمة :

إن القوة الخفية التى تسبب تسارع وتمدد الكون ( الطاقة السوداء المظلمة ) وإن الطاقة المظلمة لها خاصية من خواص الفراغ يصاحبها نوع من الضغط السلبى ينتج عنه قوة تعاكس قوة الجاذبية ( القوة المضادة للجاذبية ) وتعمل على تسارع وتوسع الكون .

وقد ظهرت إشارة وجود للطاقة الخفية ( الطاقة السوداء المظلمة ) فى أبحاث فيزيائية أخرى فقد بينت ميكانيكا الكم أن الفراغ ليس عدما حيث أن الفراغ يحوى نوعا معينا من الطاقة الخفية المجهولة .

فعن طريق استخدام كمبيوتر الكم الذى يمتاز بقدرات هائلة تقوم مؤسسة  مصفوفة الكيلومتر المربع ببناء تلسكوب راديوى مساحة صحنه الجامع للإشعاع = مليون م مربع وتزيد حساسية التلسكوب بأكثر من ( 50 مرة ) على التلسكوبات العادية .

وسيمكن التلسكوب من رسم خريطة ثلاثية الأبعاد لغاز الهيدروجين فى الكون عند بدايته وتسجيل إشعاع أولى للنجوم التى تكونت وتأثير إشعاعها فى الهيدروجين مما يساهم فى فهم أسباب تسارع وتوسع الكون .

الكون المجهول :

أطلقت ( ناسا ) سفينة فضاء عام ( 2001 ) لجمع وتحليل إشعاع الخلفية الكونية وقد أظهرت دراسة عام ( 2010 ) بناء على المعلومات التى جمعها تلسكوب السفينة الفضائية الحقائق العلمية الآتية :

1 ) تشكل المادة العادية التى تكون النجوم والمجرات والسدم ( 4.6 % ) من مادة الكون .

2 ) تشكل المادة المظلمة واللازمة لتفسير حركة النجوم حول مراكز المجرات ( 24 % ) من مادة الكون .

3 ) تشكل الطاقة المظلمة اللازمة لتفسير تسارع وتوسع الكون ( 71.4 % ) من مادة الكون .

إن الكون الواسع لا يشكل سوى أقل من ( 5 % ) من مادته أما معظم ما فى الكون 95 % غير معروف وهو ضمن الأمور الافتراضية ولا يمكن مشاهدته أو حتى رصده أو الكشف عنه ( وما أوتيتم من العلم إلا قليلا ) ( الاسراء :85 ) .

د / فخرى حسن   تنقيح / أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى 

اختراق حاجز الصوت ه ثير جسم يتذبذب على الوسط المحيط به كالهواء أو أى وسط آخر ينقل جسيمات الهواء من أماكنها وهى بدورها ستضغط الطبقات التالية لها حيث ستجد أن لكل الهواء المحيط بالجسم قد بدأ بالحركة فإن الهواء قد تذبذب أو أنه حدثت ذبذبات صوتية فى الهواء والعلم الذى يدرس الذبذبات الصوتية ( علم الصوتيات ) ولوصف خواص الذبذبات الصوتية يستعمل مفهوم ( تردد الذبذبة الصوتية ) والذبذبة أو الدورة أو الهيرتز أو السايكل تعنى شيئا واحدا ففى الفيزياء توجد كميات للذبذبة أكبر بكثير من الهيرتز فباستعمال وحدات الكيلوهرتز أو كيلوسايكل وميجاهرتز أو ميجاسايكل . توجد حقيقة علمية تخبر بأنه يجب ألا نخاف من الصاعقة بعد سماع صوت الرعد حيث يتلخص فى أن الضوء ينتشر لحظيا والرعد والصاعقة يحدثان معا فى لحظة واحدة إلا أنه يتم رؤية البرق لحظة حدوثه أما صوت الرعد فيصل بسرعة ( 1 كم / 3 ث ) مما يعنى أن خطر ضربة الصاعقة سينعدم بعد سماع دوى الرعد وبمعرفة سرعة انتشار الصوت فى الهواء ( 330 م / ث ) يمكن تحديد البعد الذى توجد عنده العاصفة الرعدية فإذا مضت ( 12 ث ) بين لحظة ظهور البرق ولحظة سماع دوى الرعد مما يعنى أن العاصفة تبعد مسافة ( 4 كم ) . واكتشف علماء الصوتيات أن السوائل توصل الصوت بسرعة أكبر من الغازات ففى الماء ينتشر الصوت بسرعة ( 1450 م / ث ) أى أنه ينتشر فى الماء أسرع من انتشاره فى الهواء ب ( 4.5 مرة ) كما أن سرعة الصوت فى الأجسام الصلبة أسرع من السوائل والغازات فسرعة الصوت فى الحديد ( 6000 م / ث ) . الصوت المسموع : ما هى الذبذبات الصوتية التى يستطيع الإنسان سماعها بالأذن ؟ حيث أن الأذن قادرة على استقبال الذبذبات التى تقع فى حدود من 20 : 20000 هيرتز أو سايكل / ث والصوت ذو الذبذبة الكبيرة ( الصوت العالى ) وذو الذبذبة الصغيرة ( الصوت المنخفض ) وباستخدام العلاقة نجد أن أطوال موجات الصوت المسموع تقع فى الحدود من ( 15 م ) أشد النغمات انخفاضا إلى ( 3 سم ) أشد النغمات علوا والكيفية التى نستطيع بها سماع الذبذبات الصوتية فى ظاهرة الرنين التى تعمل على أساسها الأذن البشرية حيث يوجد داخل الأذن البشرية ما يقرب من ( 4500 شعيرة ) ذات أطوال مختلفة لاستقبال كل النغمات الممكنة وغشاء طبقة الأذن ينقل الذبذبات للشعيرات الدقيقة ولكن لن يتذبذب منها سوى التى تتوافق ذبذبتها مع الذبذبة الخارجية ويتم تمييز النغمة الموسيقية عن طريق تحليل الصوت لمركباته التوافقية أى إلى النغمة الأساسية والنغمة التوافقية . الهدوء والضوضاء : يمتلك الإنسان المقدرة على استقبال موجات صوتية أقوى صوت فيها يختلف عن أضعف صوت ب ( 10 تريليونات مرة ) وهذه قدرة مدهشة جدا حيث تفتقر أدق الموازين السمعية الحساسة لمثل الخاصية الفريدة التى تمتاز بها أذن الإنسان حيث يستعمل مقياس لدرجة ارتفاع الصوت حيث أن وحدة الارتفاع فيه بالبيل وعادة ما تستعمل أجزاؤها العشرية ( الديسيبل ) وإذا وقفنا على بعد عدة أمتار من مصدر الصوت فإن : الصوت الصادر عن حفيف الأوراق = 10 ديسيبل . الصوت الصادر عن شارع هادىء = 30 ديسيبل . الصوت الصادر عن سيارة عابرة = 50 ديسيبل . الصوت الصادر عن محادثة بصوت مرتفع = 70 ديسيبل . الصوت الصادر عن شارع به ضوضاء = 90 ديسيبل . الصوت الصادر عن طائرة = 100 ديسيبل . الصوت غير المسموع : توصل علماء الصوتيات إلى أن ذبذبة الصوت التى يبلغ مقدارها ( 20000 هرتز ) تعتبر الحد الأعلى للذبذبات التى تستطيع الأذن استقبالها وفوق هذا الحد لن تتأثر الأذن بالذبذبات الميكانيكية التى تحدث فى الوسط المحيط بها ويمكن إجراء ذبذبات عالية لا يستطيع الإنسان سماعها لكن يمكن تسجيلها على الأجهزة العلمية وليست الأجهزة العلمية الشىء الوحيد القادر على تسجيل الذبذبات فكثير من الحيوانات كالوطواط والنمل والحيتان والدلافين قادرة على استقبال التذبذب الميكانيكى بتردد يصل ( 100000 هرتز ) وقد توصل العلماء لذبذبات فوق صوتية تصل إلى مليار هرتز . ويستخدم الخفاش الموجات فوق الصوتية وهو يطلق إشارات غير مسموعة لأذن الإنسان بذبذبة قدرها يتراوح بين 25000 : 50000 سايكل / ث وكل إشارة تستغرق من ( 10 : 15 بالألف من ث ) وجهاز السمع عند الوطواط ( الخفاش ) ذو درجة غير عادية من التقدم والرقى فهو قادر على سماع الإشارة المنعكسة حتى لو كانت أضعف من الإشارة التى أرسلها بألفى مرة . كيف تنقل الأجسام الصلبة الصوت ؟ إن انتقال الصوت عن طريق السوائل والغازات يختلف عن انتقاله عن طريق الأجسام الصلبة والفرق يتلخص فى أنه إلى جانب الموجات الطولية فى الأجسام الصلبة يمكن أن تنشأ موجات عرضية والموجة العرضية تتميز بأن الجسيمات التى تشارك فى عملية التذبذب فيها لا تتذبذب باتجاه انتشار الموجة بل على الاتجاه العمودى على اتجاه الانتشار أى بعرض اتجاه الانتشار . والموجة العرضية مستحيلة فى السوائل والغازات لأن الأوساط تقاوم الضغط ولا تقاوم الإزاحة أما الأجسام الصلبة فهى لا تمانع فى التغيير بالحجم بل تمانع فى التغيير فى الشكل ويمكنها أن تحتوى على الموجات الطولية والعرضية التى توصل الصوت بالجودة نفسها ولكن ليس بالسرعة نفسها فالموجات الطولية تنتشر أسرع من الموجات العرضية دائما . إن سرعة الموجات العرضية فى الصلب = ( 3000 م / ث ) أما الطولية فتبلغ سرعتها ( 6000 م / ث ) ولكن سرعة الصوت فى الرصاص ( 700 م / ث ) للموجات العرضية و ( 2200 م / ث ) للطولية كما أن هناك موجات سطحية تنتشر فى الجسم الصلب وهى تخضع لقوى المرونة وتتحرك على منحنيات مقفولة قريبة الشبه بالقطع الناقص وكلما ابتعدنا عن السطح تتضاءل الموجة حتى تتلاشى . ويمكن رصد سرعة وسعة وطول وذبذبة الموجات بواسطة جهاز السيزموجراف وتحدث ( 100000 هزة ) على مدار السنة حيث تنتشر موجاتها الطولية والعرضية والسطحية بجميع الاتجاهات الأهم فيها الموجات السطحية وتبلغ سرعة الموجات الزلزالية الطولية 5.5 م / ث والعرضية ( 3.3 م / ث ) . الحركة بالسرعة فوق الصوتية : ما هى تكنولوجيا الانفجار الصوتى الناجم عن اختراق جدار الصوت ( موجة الصدم ) ويمكن تعريف موجة الصدم فيزيائيا فإن الانتشار الموجى هو الحالة التى تحدث فيها زيادة أو انخفاض ضغط نتيجة انفجار وتعلو الموجة بالتدريج ثم تهبط دفعة واحدة وتنتشر الموجة بالفراغ فى جميع الاتجاهات والموجة الضاربة لا تحمل التغيير الحاد فى الضغط بل التغيير فى الكثافة ودرجة الحرارة . وتتحرك الموجة الضاربة بسرعة فوق صوتية وأن حركة الأجسام الصلبة فى الهواء بسرعة فوق صوتية تؤدى لحدوث الموجات الضاربة فإن للموجة الضاربة أو موجة الصدم أهمية كبيرة فى الطيران الحديث خصوصا عندما أصبح بالإمكان الطيران بسرعة فوق صوتية تزيد عن ( 320 م / ث ) أو ( 1200 كم / ساعة ) وحركة الطائرة بسرعة تتعدى حاجز الصوت تختلف اختلافا كبيرا عن التحرك الذى لا يتعدى الحاجز الصوتى بسرعة أقل من سرعة الصوت والاختلاف يتلخص فى أنه تنشأ أمام الأجسام الطائرة بسرعة فوق صوتية موجة صدم أمامية وأخرى خلفية وهى عبارة عن منطقة على شكل صفيحة يكون فيها الهواء ذا كثافة عالية أما سماكتها = ( 5 : 10 سم ) . ما الذى يحدث عند حاجز الصوت ؟ عندما تحلق طائرة بسرعة تفوق سرعة الصوت فنسمع دويا شديدا ومفاجئا إنه الانفجار الصوتى فإن الدوى لا يصدر عندما تخترق الطائرة جدار الصوت بل يصدر عنها بشكل متواصل خلال المدة التى تكون فيها سرعتها تفوق سرعة الصوت . تزيح الطائرة الهواء جانبا أثناء طيرانها محدثة عددا لا حصر له من الاضطرابات ( موجات الضغط ) وتظهر من الأماكن المختلفة على سطح جسم الطائرة منتشرة على شكل الموجات التى يحدثها قارب يمخر عباب الماء وتنتقل جميع الموجات بسرعة الصوت وتستطيع الموجات عند السرعات تحت الصوتية أن تتحرك أمام الطائرة وخلفها فتسبق الطائرة بحيث لا تدركها أبدا إلا أن الموجات لا تستطيع أن تسبق الطائرة عند السرعات الصوتية لأن مصدرها الطائرة تتحرك بسرعتها نفسها فتتراكم الموجات الواحدة فوق الأخرى معززة بعضها بعضا لتولد موجة صدمة عالية الضغط وعمودية على خط الطيران أما عندما تتجاوز الطائرة سرعة الصوت فإنها تخلف ورائها موجات الضغط وتنحنى موجة الصدمة للخلف وهى لا تزال تصدر عن الطائرة ويكون شكل موجات الصدمة المتتالية مخروطيا وتكون موجة الصدمة الأولى دائما على الأجنحة حيث يزيد سطح الجناح من سرعة سريان الهواء وإن بعض أجزاء الجناح تصل لسرعة الصوت قبل بقية أجزاء الطائرة . وحيث يسمح دوى الانفجار الصوتى بمنطقة ( البساط ) وتتجاور منطقة البساط مع منطقة انعدام الصوت وعندما تحلق الطائرة بسرعة تفوق سرعة الصوت بمرتين ( 2 ماخ ) وعلى ارتفاع ( 15 كم ) يكون عرض البساط ( 85 كم ) . ويركز مهندسو الطائرات والقذائف اهتمامهم على إضعاف وتقليل المقاومة الناشئة عن الموجة الضاربة ويمكن تقليل المقاومة بالنسبة للطائرات والقذائف عن طريق جعل شكلها مدببا أو حادا والجناح المتراجع يفى بالغرض فتدفق السيل الهوائى عليه يتحلل لمركبين واحد يمس الجناح والآخر عمودى عليه وبالمزيد من السرعة التى يعكف المصممون على زيادتها حيث سيواجهون عامل مقاومة آخر غير الحاجز الصوتى ألا وهو الحاجز الحرارى فارتفاع درجة الحرارة الناشئة عن الانضغاط يتناسب مع سرعة الهواء فكلما زادت السرعة زادت سخونة الهواء وعند اللحظة التى تصل فيها السرعة للحاجز الصوتى سوف ترتفع درجة حرارة الهواء إلى ( 60 درجة مئوية ) والحرارة لا تحمل أى خطر ولكن الهواء ستزداد سخونته ب ( 240 درجة مئوية ) عندما تكون سرعة الطائرة ضعف سرعة الصوت وستكون 820 درجة مئوية عند الطيران بسرعة ( 3 أضعاف ) سرعة الصوت وإن الزيادة ف

 اختراق حاجز الصوت

فى ( 14 / 10 / 1947 ) اخترق أحد الطيارين الأمريكان حاجز الصوت لأول مرة فى تاريخ البشرية بطائرته ( بل إكس 1 ) فوق أحد المطارات الأمريكية وقد تم ذلك على مرحلتين :

1 ) عندما طار الطيار الأمريكى وطائرته معلقا بطائرة من طراز بى 29

2 ) عندما انفصل عن الطائرة الأم عند ارتفاع عال وشغل صواريخ دفع طائرته التى اندفعت وراحت تضاعف سرعتها حتى زادت عن سرعة الصوت فبدأ عهد جديد فى تاريخ الطيران .

وتبلغ سرعة الصوت فى الهواء ( 762 ميل / ساعة ) ( ماخ 1 ) فإذا كانت سرعة الطائرة ( 2 ماخ ) فهى = ( 1524 ميل / ساعة ) والماخ وحدة قياس للسرعة = نسبة سرعة جسم ما إلى سرعة الصوت ويستعمل الاصطلاح مع الأجسام التى تسير بسرعات كبيرة كالطائرات النفاثة بالإضافة لسرعة الهواء داخل القنوات الهوائية ومطاحن الرياح وتكون سرعة الماخ على مستوى سطح البحر ( 1225 كم / ساعة )

( 765.6 ميل / ساعة ) ( 340 م / ث ) ويتغير الرقم باختلاف الحرارة وضغط الجو وإن مبادىء العدد الماخى ما يعادل سرعة الصوت

( سوبرسونيكس ) اعتمادا على النسبة بين سرعة الجسم : سرعة الصوت وفى بداية عهد الطيران فوق الصوتى حيث أن الطائرات فوق الصوتية تملك حاجزا ماديا وكلما قاربت سرعة الطائرة من سرعة الصوت أصبح من الصعب عليها الطيران فهى تحتاج لطاقة هائلة للمرور من حالة الطيران بسرعة أقل من سرعة الصوت إلى سرعة تفوق الصوت ( خرق جدار الصوت ) الذى لا يوجد له فى الواقع جدار مادى

ما هى خواص الصوت وكيفية انتقاله عبر الأشياء المادية وما الذى يحدث عند خرق جدار الصوت .

الذبذبات الصوتية :

إن تأثير جسم يتذبذب على الوسط المحيط به كالهواء أو أى وسط آخر ينقل جسيمات الهواء من أماكنها وهى بدورها ستضغط الطبقات التالية لها حيث ستجد أن لكل الهواء المحيط بالجسم قد بدأ بالحركة فإن الهواء قد تذبذب أو أنه حدثت ذبذبات صوتية فى الهواء والعلم الذى يدرس الذبذبات الصوتية ( علم الصوتيات ) ولوصف خواص الذبذبات الصوتية يستعمل مفهوم ( تردد الذبذبة الصوتية ) والذبذبة أو الدورة أو الهيرتز أو السايكل تعنى شيئا واحدا ففى الفيزياء توجد كميات للذبذبة أكبر بكثير من الهيرتز فباستعمال وحدات الكيلوهرتز أو كيلوسايكل وميجاهرتز أو ميجاسايكل .

توجد حقيقة علمية تخبر بأنه يجب ألا نخاف من الصاعقة بعد سماع صوت الرعد حيث يتلخص فى أن الضوء ينتشر لحظيا والرعد والصاعقة يحدثان معا فى لحظة واحدة إلا أنه يتم رؤية البرق لحظة حدوثه أما صوت الرعد فيصل بسرعة ( 1 كم / 3 ث ) مما يعنى أن خطر ضربة الصاعقة سينعدم بعد سماع دوى الرعد وبمعرفة سرعة انتشار الصوت فى الهواء ( 330 م / ث ) يمكن تحديد البعد الذى توجد عنده العاصفة الرعدية فإذا مضت ( 12 ث ) بين لحظة ظهور البرق ولحظة سماع دوى الرعد مما يعنى أن العاصفة تبعد مسافة ( 4 كم ) .

واكتشف علماء الصوتيات أن السوائل توصل الصوت بسرعة أكبر من الغازات ففى الماء ينتشر الصوت بسرعة ( 1450 م / ث ) أى أنه ينتشر فى الماء أسرع من انتشاره فى الهواء ب ( 4.5 مرة ) كما أن سرعة الصوت فى الأجسام الصلبة أسرع من السوائل والغازات فسرعة الصوت فى الحديد ( 6000 م / ث ) .

الصوت المسموع :

ما هى الذبذبات الصوتية التى يستطيع الإنسان سماعها بالأذن ؟ حيث أن الأذن قادرة على استقبال الذبذبات التى تقع فى حدود من 20 : 20000 هيرتز أو سايكل / ث والصوت ذو الذبذبة الكبيرة ( الصوت العالى ) وذو الذبذبة الصغيرة ( الصوت المنخفض ) وباستخدام العلاقة نجد أن أطوال موجات الصوت المسموع تقع فى الحدود من ( 15 م ) أشد النغمات انخفاضا إلى ( 3 سم ) أشد النغمات علوا والكيفية التى نستطيع بها سماع الذبذبات الصوتية فى ظاهرة الرنين التى تعمل على أساسها الأذن البشرية حيث يوجد داخل الأذن البشرية ما يقرب من ( 4500 شعيرة ) ذات أطوال مختلفة لاستقبال كل النغمات الممكنة وغشاء طبقة الأذن ينقل الذبذبات للشعيرات الدقيقة ولكن لن يتذبذب منها سوى التى تتوافق ذبذبتها مع الذبذبة الخارجية ويتم تمييز النغمة الموسيقية عن طريق تحليل الصوت لمركباته التوافقية أى إلى النغمة الأساسية والنغمة التوافقية .

الهدوء والضوضاء :

يمتلك الإنسان المقدرة على استقبال موجات صوتية أقوى صوت فيها يختلف عن أضعف صوت ب ( 10 تريليونات مرة ) وهذه قدرة مدهشة جدا حيث تفتقر أدق الموازين السمعية الحساسة لمثل الخاصية الفريدة التى تمتاز بها أذن الإنسان حيث يستعمل مقياس لدرجة ارتفاع الصوت حيث أن وحدة الارتفاع فيه بالبيل وعادة ما تستعمل أجزاؤها العشرية

( الديسيبل ) وإذا وقفنا على بعد عدة أمتار من مصدر الصوت فإن :

الصوت الصادر عن حفيف الأوراق = 10 ديسيبل .

الصوت الصادر عن شارع هادىء = 30 ديسيبل .

الصوت الصادر عن سيارة عابرة = 50 ديسيبل .

الصوت الصادر عن محادثة بصوت مرتفع = 70 ديسيبل .

الصوت الصادر عن شارع به ضوضاء = 90 ديسيبل .

الصوت الصادر عن طائرة = 100 ديسيبل .

الصوت غير المسموع :

توصل علماء الصوتيات إلى أن ذبذبة الصوت التى يبلغ مقدارها

( 20000 هرتز ) تعتبر الحد الأعلى للذبذبات التى تستطيع الأذن استقبالها وفوق هذا الحد لن تتأثر الأذن بالذبذبات الميكانيكية التى تحدث فى الوسط المحيط بها ويمكن إجراء ذبذبات عالية لا يستطيع الإنسان سماعها لكن يمكن تسجيلها على الأجهزة العلمية وليست الأجهزة العلمية الشىء الوحيد القادر على تسجيل الذبذبات فكثير من الحيوانات كالوطواط والنمل والحيتان والدلافين قادرة على استقبال التذبذب الميكانيكى بتردد يصل ( 100000 هرتز ) وقد توصل العلماء لذبذبات فوق صوتية تصل إلى مليار هرتز .

ويستخدم الخفاش الموجات فوق الصوتية وهو يطلق إشارات غير مسموعة لأذن الإنسان بذبذبة قدرها يتراوح بين 25000 : 50000 سايكل / ث وكل إشارة تستغرق من ( 10 : 15 بالألف من ث ) وجهاز السمع عند الوطواط ( الخفاش ) ذو درجة غير عادية من التقدم والرقى فهو قادر على سماع الإشارة المنعكسة حتى لو كانت أضعف من الإشارة التى أرسلها بألفى مرة .

كيف تنقل الأجسام الصلبة الصوت ؟

إن انتقال الصوت عن طريق السوائل والغازات يختلف عن انتقاله عن طريق الأجسام الصلبة والفرق يتلخص فى أنه إلى جانب الموجات الطولية فى الأجسام الصلبة يمكن أن تنشأ موجات عرضية والموجة العرضية تتميز بأن الجسيمات التى تشارك فى عملية التذبذب فيها لا تتذبذب باتجاه انتشار الموجة بل على الاتجاه العمودى على اتجاه الانتشار أى بعرض اتجاه الانتشار .

والموجة العرضية مستحيلة فى السوائل والغازات لأن الأوساط تقاوم الضغط ولا تقاوم الإزاحة أما الأجسام الصلبة فهى لا تمانع فى التغيير بالحجم بل تمانع فى التغيير فى الشكل ويمكنها أن تحتوى على الموجات الطولية والعرضية التى توصل الصوت بالجودة نفسها ولكن ليس بالسرعة نفسها فالموجات الطولية تنتشر أسرع من الموجات العرضية دائما .

إن سرعة الموجات العرضية فى الصلب = ( 3000 م / ث ) أما الطولية فتبلغ سرعتها ( 6000 م / ث ) ولكن سرعة الصوت فى الرصاص

( 700 م / ث ) للموجات العرضية و ( 2200 م / ث ) للطولية كما أن هناك موجات سطحية تنتشر فى الجسم الصلب وهى تخضع لقوى المرونة وتتحرك على منحنيات مقفولة قريبة الشبه بالقطع الناقص وكلما ابتعدنا عن السطح تتضاءل الموجة حتى تتلاشى .

ويمكن رصد سرعة وسعة وطول وذبذبة الموجات بواسطة جهاز السيزموجراف وتحدث ( 100000 هزة ) على مدار السنة حيث تنتشر موجاتها الطولية والعرضية والسطحية بجميع الاتجاهات الأهم فيها الموجات السطحية وتبلغ سرعة الموجات الزلزالية الطولية 5.5 م / ث والعرضية ( 3.3 م / ث ) .

الحركة بالسرعة فوق الصوتية :

ما هى تكنولوجيا الانفجار الصوتى الناجم عن اختراق جدار الصوت

( موجة الصدم ) ويمكن تعريف موجة الصدم فيزيائيا فإن الانتشار الموجى هو الحالة التى تحدث فيها زيادة أو انخفاض ضغط نتيجة انفجار وتعلو الموجة بالتدريج ثم تهبط دفعة واحدة وتنتشر الموجة بالفراغ فى جميع الاتجاهات والموجة الضاربة لا تحمل التغيير الحاد فى الضغط بل التغيير فى الكثافة ودرجة الحرارة .

وتتحرك الموجة الضاربة بسرعة فوق صوتية وأن حركة الأجسام الصلبة فى الهواء بسرعة فوق صوتية تؤدى لحدوث الموجات الضاربة فإن للموجة الضاربة أو موجة الصدم أهمية كبيرة فى الطيران الحديث خصوصا عندما أصبح بالإمكان الطيران بسرعة فوق صوتية تزيد عن

( 320 م / ث ) أو ( 1200 كم / ساعة ) وحركة الطائرة بسرعة تتعدى حاجز الصوت تختلف اختلافا كبيرا عن التحرك الذى لا يتعدى الحاجز الصوتى بسرعة أقل من سرعة الصوت والاختلاف يتلخص فى أنه تنشأ أمام الأجسام الطائرة بسرعة فوق صوتية موجة صدم أمامية وأخرى خلفية وهى عبارة عن منطقة على شكل صفيحة يكون فيها الهواء ذا كثافة عالية أما سماكتها = ( 5 : 10 سم ) .

ما الذى يحدث عند حاجز الصوت ؟

عندما تحلق طائرة بسرعة تفوق سرعة الصوت فنسمع دويا شديدا ومفاجئا إنه الانفجار الصوتى فإن الدوى لا يصدر عندما تخترق الطائرة جدار الصوت بل يصدر عنها بشكل متواصل خلال المدة التى تكون فيها سرعتها تفوق سرعة الصوت .

تزيح الطائرة الهواء جانبا أثناء طيرانها محدثة عددا لا حصر له من الاضطرابات ( موجات الضغط ) وتظهر من الأماكن المختلفة على سطح جسم الطائرة منتشرة على شكل الموجات التى يحدثها قارب يمخر عباب الماء وتنتقل جميع الموجات بسرعة الصوت وتستطيع الموجات عند السرعات تحت الصوتية أن تتحرك أمام الطائرة وخلفها فتسبق الطائرة بحيث لا تدركها أبدا إلا أن الموجات لا تستطيع أن تسبق الطائرة عند السرعات الصوتية لأن مصدرها الطائرة تتحرك بسرعتها نفسها فتتراكم الموجات الواحدة فوق الأخرى معززة بعضها بعضا لتولد موجة صدمة عالية الضغط وعمودية على خط الطيران أما عندما تتجاوز الطائرة سرعة الصوت فإنها تخلف ورائها موجات الضغط وتنحنى موجة الصدمة للخلف وهى لا تزال تصدر عن الطائرة ويكون شكل موجات الصدمة المتتالية مخروطيا وتكون موجة الصدمة الأولى دائما على الأجنحة حيث يزيد سطح الجناح من سرعة سريان الهواء وإن بعض أجزاء الجناح تصل لسرعة الصوت قبل بقية أجزاء الطائرة .

وحيث يسمح دوى الانفجار الصوتى بمنطقة ( البساط ) وتتجاور منطقة البساط مع منطقة انعدام الصوت وعندما تحلق الطائرة بسرعة تفوق سرعة الصوت  وعلى ارتفاع ( 15 كم ) يكون عرض البساط ( 85 ) .

ويركز مهندسو الطائرات والقذائف اهتمامهم على إضعاف وتقليل المقاومة الناشئة عن الموجة الضاربة ويمكن تقليل المقاومة بالنسبة للطائرات والقذائف عن طريق جعل شكلها مدببا أو حادا والجناح المتراجع يفى بالغرض فتدفق السيل الهوائى عليه يتحلل لمركبين واحد يمس الجناح والآخر عمودى عليه وبالمزيد من السرعة التى يعكف المصممون على زيادتها حيث سيواجهون عامل مقاومة آخر غير الحاجز الصوتى ألا وهو الحاجز الحرارى فارتفاع درجة الحرارة الناشئة عن الانضغاط يتناسب مع سرعة الهواء فكلما زادت السرعة زادت سخونة الهواء وعند اللحظة التى تصل فيها السرعة للحاجز الصوتى سوف ترتفع درجة حرارة الهواء إلى ( 60 درجة مئوية ) والحرارة لا تحمل أى خطر ولكن الهواء ستزداد سخونته ب ( 240 درجة مئوية ) عندما تكون سرعة الطائرة ضعف سرعة الصوت وستكون 820 درجة مئوية عند الطيران بسرعة ( 3 أضعاف ) سرعة الصوت وإن الزيادة فى درجة الحرارة تؤدى لتعقيدات كثيرة تكنولوجيا وعند سرعة ( 10 كم / ث ) تصبح درجة الحرارة هائلة لدرجة ينصهر فيها أى جسم ويتحول لبخار وهذا هو الحال مع النيازك التى تسقط على الأرض من الفضاء الكونى باستمرار بسرعات تصل لعشرات الكيلومترات / ث حيث تبدأ بالتسخين على ارتفاع ( 200 كم ) وعند ارتفاع ( 60 : 130 كم ) ترتفع درجة حرارتها لحد التبخر ولا يصل للأرض إلا ما كان حجمه كبيرا منها حيث لا تصل الحرارة إلى كتلته كلها وهكذا يصل جزء منه للأرض ويحدث فيها دمارا هائلا .

حسام الشالاتى

تنقيح / أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف

أوتار و ( 10 ) أبعاد أحدث نظريات الكون

أوتار و ( 10 ) أبعاد أحدث نظريات الكون

• لقوانين الأساسية لعلم الفيزياء إذ أنها تتعدى المفاهيم التقليدية للظواهر الطبيعية وتقدم تفسيرا مستحدثا لما حدث مباشرة عقب الانفج Big Bang  عند بداية خلق الكون وما يدور من فعاليات داخل نواة الذرة التى تزدحم بمئات الجسيمات دون الذرية منها ( الكواركات / الليبتونات / البوزيترونات / البروتونات / النيوترونات ) بالإضافة إلى ( الإلكترونات ) خارج نواة الذرة وتدور حول نواة الذرة فى مدارات اهليلجية أو حلزونية أو عنقودية حيث أن نظرية الأوتار

( String Theory ) حيث أنها ستحدث ثورة فى علم الفيزياء إذ تطمح فى توحيد كل قوانينه فى مجموعة واحدة من المعادلات الرياضية .

الأوتار ونظرية كل شىء :

انبعثت نظرية الأوتار الفائقة ( نظرية كل شىء ) من الأبحاث التى خاضها علماء الفيزياء والرياضيات بحثا عن نظرية واحدة تصف جميع القوى والجسيمات دون الذرية داخل الذرة ( Theory for Everything ) ويوجد ( 4 قوى ) تتحكم فى تفاعلات الجسيمات دون الذرية ( قوة الجاذبية ) التى تعتبر أضعف القوى السائدة فى باطن الذرة ( والقوة الكهرومغناطيسية ) المتحكمة فى دوران الإلكترونات حول النواة ( والقوتان النوويتان الشديدة والضعيفة )

التى تربط الكواركات بواسطة الجالونات لبعضها البعض بقوة بالغة .

ويعتقد علماء الفيزياء أن القوى الأربع ما هى إلا مظاهر مختلفة لقوة واحدة كانت موجودة عند حدوث الانفجار الأعظم

( Big Bang ) وخلق الكون ونظرية الأوتار الفائقة / نظرية كل شىء لا بد أن تذهب  لأبعد من نظرية النسبية العامة لآينشتين التى تتعامل مع الكون بأسره ومع الجاذبية التى هى أكثر قوى الكون صعوبة فى وضعها ضمن إطار نظرية واحدة حتى بعد الاكتشاف المذهل لموجات الجاذبية ( 11 / 2 / 2016 ) التى تنبأ بها آينشتاين فى عام ( 1916 ) أى منذ ( 100 عام ) كإحدى نتائج نظرية النسبية العامة معتبرا أن موجات الجاذبية هى تموجات فى الزمكان ( spacetime ) .

وأنه قد تم اكتشاف موجات الجاذبية نتيجة اصطدام ثقبين أسودين كانا يدوران حول بعضهما البعض ثم أخذا يتقاربان فى مسار حلزونى حتى ارتطما ويؤكد العلماء أن اكتشاف موجات الجاذبية سوف يؤدى لإعادة صياغة نظرية جديدة عن الكون .

وقد  استحوذت نظرية ( الأوتار الفائقة / نظرية كل شىء ) على تفكير علماء الفيزياء والفكرة عبارة عن كتابة نظرية واحدة بمجموعة متفردة موحدة من المعادلات الرياضية توضح القوى الأريع الأساسية ( الجاذبية / الكهرومغناطيسية / القوة النووية الضعيفة / القوة النووية الشديدة ) عن الكون كتعبيرات متفاوتة لقوة واحدة تعتبر أصل كل شىء .

س : ما سبب الاهتمام بنظرية الأوتار الفائقة / نظرية كل شىء ؟

ج  : إن علماء الفيزياء يقتربون فى حذر من المفاهيم الجديدة إلا أن نظرية الأوتار الفائقة استأثرت بالاهتمام لسببين رئيسيين :

1 ) إن فكرة التوحيد لها تأثير جمالى يستريح له العقل فلماذا تختار الطبيعة أربع قوى رئيسية ( الجاذبية / الكهرومغناطيسية / القوة النووية الضعيفة / القوة النووية الشديدة ) وليس ( 7 ) أو أى رقم آخر ؟ حيث أن وجود قوة واحدة شىء أكثر منطقية .

2 ) أنه إذا كان الكون قد خلق من الانفجار الأعظم / Big Bang

فلا بد أن القوى الأربع كلها كانت فى الأصل قوة واحدة .

الأوتار واللانهائيات :

إن نظرية كل شىء هى أنها كانت تقود إلى اللانهايات التى تظهر فى المعادلات الرياضية وتجعل تطبيقها مستحيلا واللانهاية هى ما نحصل عليه إذا أردنا قسمة عدد ما على الصفر ويحدث هذا عندما نعامل الجسيمات دون الذرية كالبروتونات والنيوترونات والإلكترونات والبوزيترونات والكواركات والليبتونات والجالونات كنقاط إذ يصعب تصور الكيانات بالغة الدقة فقد قرر علماء الفيزياء رؤية ماذا يحدث إذ اعتبروا الجسيمات دون الذرية ليست نقاطا بل خطوط دقيقة للغاية أحادية الاتجاه

( أوتار ) أما الأوتار فى نظرية الأوتار الفائقة / نظرية كل شىء فهى كيانات لا يمكن تصور مدى دقتها إذ أنها أصغر من قطر البروتون ببلايين المرات .

ويمكن وصف القوى الأربع ( الجاذبية / الكهرومغناطيسية / القوة النووية الضعيفة / القوة النووية الشديدة ) الأساسية فى الكون بتداخل الأوتار حيث أنه باقترابها من بعضها البعض والتصاقه تكون القوة الموحدة التى تشتق منها القوى الأربع الأساسية .

س : كيف نشأت الأوتار الفائقة ؟

ج  : أنه فى أثناء تحطم التناظر الذى يعد جزءا ضئيلا للغاية من لحظة الخلق فقد تم حبس أو تقييد بعض حالات التفريغ الناتجة عن الانفجار الأعظم ( Big Bang ) منذ نحو ( 13.8 بليون )

سنة داخل خيوط فى الفضاء ( الأوتار ) .

إن الأوتار الفائقة نوعان :

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

2 ) أوتار فائقة / Superstrings : تتميز بأنها قصيرة جدا وتستخدم لإثبات أن الجسيمات دون الذرية ليست نقاطا ولكنها أوتار مهتزة ولأن الوتر يحتوى على طاقة عالية وتفريغ نشط منذ ميلاد الكون فإنه يتضمن قدرا هائلا من الكتلة إذ يقدر أن كل سم من الوتر الكونى يشتمل على ( 10 مليون مليون طن ) وإن قطعة من الوتر طولها ( 1م ) يمكن أن يصبح وزنها كوزن كوكب الأرض .

إن الأوتار الكونية نهايات منذ نشأتها إذ لو كانت هناك نهايات فإن التفريغ الشديد فى الداخل بعد الانفجار الأعظم يكون قد تسرب للخارج ومن ثم تفقد طاقتها تدريجيا وتتقلص ثم تفنى .

إن الوتر الكونى إما أن يمتد عبر الكون كله وإما أن يشكل انشوطة ( Loop ) كأى شريط مطاطى مشدود .

ولا شك أن شد الوتر الكونى يؤدى إلى تذبذبه بسرعة هائلة أى بسرعة الضوء ( 300000 كم / ث ) وتكون الجسيمات دون الذرية هى أنماط متباينة لاهتزاز وتر فائق منفرد أى أن كل نمط اهتزازى للوتر يقابله جسيم دون ذرى بطاقة وكتلة مختلفة فالوتر المتذبذب بطريقة معينة يظهر نفسه فى عالم الواقع كالكوارك .

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

وتتحرك الأوتار الكونية فى عمق الكون كالأسواط المقرقعة التاركة ورائها آثارا عبارة عن مناطق تزداد فيها كثافة المادة ومن ثم تتكون الأجرام الفضائية .

ويفسر السبب فى تكون بعض الأجرام الفضائية الهائلة كالمجرات فى أشكال منبسطة يفصل ما بينها مساحات شاسعة مما يبدو فضاء فارغا ولكنه مادة مظلمة ( Dark Matterial ) .

إن علماء الكونيات قد اكتشفوا أن الكون لا بد أن يكون بين

( 10 أضعاف ) و ( 100 ضعف ) الحجم الحالى للكون فبلايين البلايين من النجوم المنتشرة فى سماء الليل قد اتضح أنها ل(يست إلا بقايا قليلة من لوحة الخلق المروعة حيث أن الجزء الأكبر منه مختف فى الأعماق فى شكل مادة مظلمة غير مرئية تكون أكثر من ( 90 % ) من الكون لا يعرف طبيعتها على وجه الدقة .

كون ب ( 10 أبعاد ) :

تعمل نظرية الأوتار الفائقة / نظرية كل شىء فى كون به

( 10 أبعاد ) مما يثير مشكلة تفسير السبب فى أن الكون له

( 4 أبعاد ) ( الطول / العرض / الارتفاع / الزمن ) حيث أن

( الطول / العرض / الارتفاع ) للمكان وواحد للزمن .

وحسب نظرية الأوتار الفائقة / نظرية كل شىء تكورت الأبعاد

( 6 ) الزائدة لتغدو غير مرئية ثم تمدد الكون بأبعاده الأربعة

( الطول / العرض / الارتفاع / الزمن ) .

ومشكلة الكون ذى الأبعاد العشرة وليس من المستحيل التغلب عليها إذ لدى علماء الرياضيات طريقة ( الدمج ) تتيح دمج الأبعاد الستة الزائدة ومن ثم يتم تصغيرها فتصبح غير مرئية ودون الدخول فى شرح معادلات رياضية معقدة وطويلة فإن التأثير يشبه حبلا مكونا من عدة جدائل ملفوفة حيث يبدو وكأنه خطأ أحادى البعد لو تم النظر إليه من مسافة شاسعة .

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

ويقوم علماء الفيزياء بكتابة معادلات نظرية الأوتار الفائقة

نظرية كل شىء التى تصف إلى حد ما الكون كله وكل القوى الأربع التى تعمل من خلاله ( الجاذبية / الكهرومغناطيسية / القوة النووية الضعيفة / القوة النووية الشديدة / القوة المضادة للجاذبية ) .

إن إنزال نظرية الأوتار الفائقة / نظرية كل شىء من العشرة أبعاد

إلى دنيا واقعية ذات ( 4 أبعاد ) تستخدم للحصول على تنبؤات يمكن التحقق منها أو دحضها بتجارب أرضية عادية وبغض النظر عن درجة جمال وروعة وأناقة المعادلات الرياضية الخاصة بنظرية الأوتار الفائقة / نظرية كل شىء فإن النظرية تظل لا قيمة لها .

ولقد تقبل علماء الفيزياء نظرية الأوتار الفائقة وأبعادها ( 10 )

باعتبار أنها تمثل النظام الطبيعى للك