الحدود الفيزيائية التى تحكم الكون

 

الحدود الفيزيائية التى تحكم الكون ( Universe )

إن علم الفيزياء ممتع وفريد جدا من نوعه ولكنه فى نفس الوقت يصعب فهمها على الشخص الغير متخصص وتحتاج لوقت ومجهود كبير من أجل الوصول لمعلومة صغيرة يمكن فهمها بسهولة حيث أن أصعب النظريات والفرضيات والتجارب والاكتشافات العلمية المعقدة بأكبر قدر من التبسيط ومن حين لآخر يتم اختيار مواضيع ممتعة وشيقة وسهلة للكل .

 

الحدود الفيزيائية فى الكون :

إن الكون تحكمه قوانين ثابتة ومعروفة هى التى شكلته بشكله الحالى وبما أنه يوجد قوانين فلا بد من وجود حدود تحافظ على هذه القوانين وبما أن الحدود الفيزيائية فهل يوجد أى حدود فيزيائية أخرى فى الكون غير سرعة الضوء الإجابة هى يوجد بكل تأكيد ؟ .

إن أسرع سرعة فى الكون ( سرعة الضوء ) ولكن سيتم التكلم عن ( سرعة الضوء ) بشكل مختلف فطبقا لنظرية النسبية الخاصة لا يوجد شىء فى الكون أسرع من الضوء والذى يرمز له بالثابت ( C ) حيث نرى الضوء يسير بنفس السرعة ومن غير المهم سرعة الإنسان كم وقت رصد الضوء لأن الضوء سيكون سابق الإنسان بنفس السرعة ( 300000 كم / ث ) فعن طريق التفكير فى مرة أن تلحق شعاع الضوء هذا أمر مستحيل وشىء مفروغ منه و لا بد من توضيح اعتقاد سائد خاطىء بأن الثابت ( C ) فى معادلة آينشتاين ( الطاقة = الكتلة × مربع سرعة الضوء ) وهذا غير صحيح لأن الثابت = سرعة

( 299792458 م / ث ) وهى السرعة المفروض أن يتحرك بها أى جسم عديم الكتلة وهو الحد الأقصى للسرعة فى الكون حيث نكتشف أن للضوء نفس السرعة بالضبط وهذا معناه أنه لا يوجد أى شىء فى الكون تقدر تتحرك أسرع من هذا الثابت الكونى حيث لا يوجد شىء أسرع من سرعة الضوء لأنه يتكون من جسيمات الفوتونات عديمة الكتلة .

 

الثقوب السوداء فى الكون :

إن أعلى كثافة موجودة فى الكون فعن طريق معرفة قوانين الفيزياء حيث أن كل ما تم الضغط بقوة شديدة على حاجة كلما زادت كثافتها لأن الذى يحدث فيها أن مع الضغط الشديد يتم تقليص المسافة بين الذرات فى الجسم الذى نضغط عليه ولكن بزيادة الضغط أكثر عليه حيث أن الذرات ستلاقى أنه من الأسهل عليها أن تدمج إلكتروناتها مع بروتوناتها حيث سيتكون شىء جديد ( النيوترونات ) ومن غير مقارنة الغشاء الإلكترونى فالذرات الفارغة ستتجه لتندمج مع بعضها بشكل مباشر لأنه سوف يتم دمج نواة مع نواة والحالة تحدث فى مكان واحد فى الكون فى قلب النجوم وتفاعلات الاندماج النووى هى التى تجعل النجوم كالشمس تشع ضوء وحرارة ولما تفاعلات الاندماج النووى تنتهى حيث أن الجاذبية تسحق النجم للداخل وينهار النجم على نفسه ولو كانت كتلة النجم أكبر من كتلة الشمس ب ( 3 مرات ) على الأقل يتحول لثقب أسود وهو هذا الذى يوجد به أعلى كثافة فى الكون والتى من الممكن أن يكون حجم جزء منه = كتلة الأرض بالكامل فأقل درجة حرارة يمكن الوصول إليها فى الكون حيث أن أبرد درجة حرارة فى الكون هى الصفر وليس الصفر التقليدى ولكنه ( الصفر المطلق ) / صفر كلفن

= ( -273.15 درجة سيليزيوس ) = ( - 459.67 درجة فهرنهايت ) وهذه قيمة نظرية تقريبية لأنه لا يمكن الوصول إليها عمليا فما هو أصل درجة الحرارة ؟ إن الحرارة عبارة عن مقياس لحركة الذرات وكل ما تكون الذرات تتحرك بسرعة كلما زادت درجة الحرارة مما يعنى أن الانخفاض فى درجة الحرارة هو انخفاض فى طاقة وحركة الذرات والبرودة معناها أن حركة الذرات تنخفض حتى تصل إلى الصفر المطلق بحيث أن الذرات لا تتحرك أصلا ولا ينفع مطلقا أن نجعل الذرات تتوقف عن الحركة فى أى جسم موجود فى الكون يعنى أمرا مستحيلا ولا يمكن الوصول لدرجة حرارة أقل من الصفر المطلق ولكن من غير الممكن الوصول للصفر المطلق نفسه فأقصى شىء يمكن الوصول إليه أننا نقترب من الصفر المطلق بسبب القانون 3

( للتراموداينامكس ) و ( الديناميكا الحرارية ) حيث أن الثلاجات الموجودة فى البيوت تعمل عن طريق وضع هدف كتبريد الطعام لدرجة حرارة معينة ويتم ذلك عن طريق تعريضها لعملية تبادل حرارى مع مادة أبرد منه كالفريون والفريون يظل يدور باستمرار فى دورته ويبرد الطعام الموجود بداخل الثلاجة وبافتراض أننا نريد تبريد الطعام لغاية درجة حرارة تقل عن

( 5 درجات سيلزيوس ) فلا بد أن يكون الوسط الذى سوف يتم التبريد به ( الفريون ) تكون درجة حرارته أقل من ( 5 درجات ) فيستخدم غاز الفريون فى الثلاجات والتكييفات لأن درجة حرارته تكون تحت الصفر وبنفس المبدأ فمن أجل انتقال الحرارة لجسم معين ونجعله أبرد من الصفر المطلق لازم على المبرد نفسه أن يكون بدرجة حرارة أقل من الصفر المطلق نفسه فلا بد أن تكون دورة التبريد المستخدمة تبقى أقل أصلا فى البداية من الصفر المطلق فلا بد أن يكون الوسط المستخدم لكى يتم تبريد به أى جسم فى الكون يكون درجة حرارته أقل من الصفر المطلق وذلك مستحيل فمن المستحيل الوصول للصفر المطلق فما هى أقل درجة حرارة يمكن الوصول إليها ؟ فأقل درجة حرارة يمكن الوصول إليها هى ( 1 / مليار كلفن ) من

( 1 نانو كلفن ) يعنى تم الاقتراب جدا جدا من الصفر المطلق حيث يوجد سبب آخر لاستحالة الوصول للصفر المطلق وهو

( مبدأ عدم اليقين ) لهاينزنبرج حيث أن أى جسم مع درجة حرارة مساوية للصفر المطلق لا يمتلك أى حركة ذرية من أى نوع ( الطاقة أو الحرارة ) ولكن ذلك مستحيل لأن نص مبدأ ( عدم اليقين ) ( أنه لا يمكن التحديد بدقة حاجتين فى نفس الوقت وهى سرعة ومكان الجسيم فلو أردنا معرفة مكانه مستحيل نعرف سرعته بدقة والعكس ) ولذلك فإن أى مادة معروف مكانها بدقة لا يمكن التأكد من أن سرعتها = صفر لأن المادة ستمتلك أى حركة وإن كانت بسيطة جدا يعنى مستحيل حرارتها تصل للصفر المطلق يعنى أنه تم تحديد مكان المادة بمنتهى الدقة فمستحيل تكون حرارتها قد وصلت للصفر المطلق حيث أن

( مبدأ عدم اليقين ) من غير المتوقع أن يعبر عن أحد الحدود الفيزيائية لمعرفة خواص المواد فعن طريق الحديث عن أعلى درجة حرارة موجودة فى الكون فمن أجل توليد حرارة فلا بد من تسخين الذرات أو تحريكها أكثر فلو تم تسخين غاز معين فتتحرك ذراته أسرع وأسرع ولما يحدث تصادم بين الذرات التى تتحرك بسرعة كبيرة جدا كل ذرة تتصادم مع ذرة أخرى مما ينتج عنه فوتونات الضوء والتى تدفع الذرات الأخرى وتزودها بالطاقة وأعلى درجة حرارة يمكن الوصول إليها فى الكون بشكل نظرى هى ( درجة حرارة بلانك ) = ( 142 نليون ) = ( 10 اس 32 كلفن ) حيث أن هذه الدرجة رهيبة فدرجة حرارة قلب الشمس ( 15 مليون درجة م ) ودرجة الحرارة النظرية تم استنتاجها من النموذج القياسى للجسيمات فلماذا هذه الحرارة بالتحديد هى أعلى درجة حرارة ممكن تكون موجودة فى الكون ؟ يعنى لماذا لا تكون أعلى منها بدرجة ؟ فلو تخطت درجة الحرارة هذه القيمة تبدأ الفيزياء التى تحكم الكون فى الانهيار وينتهى الكون فورا ولا يمكن لأى شىء فى الكون يصل لهذه الحرارة إلا لما الجسيمات تصل إلى ( التوازن الحرارى ) حيث أن ( حرارة بلانك ) التى هى أعلى درجة حرارة يمكن الوصول إليها فى الكون وصلها الكون قبل ذلك بعد الانفجار العظيم مباشرة فما هى أعلى درجة حرارة استطاع البشر توليدها

فهذه كانت فى مصادم الهادرونات ( سيرن ) لما كانوا يعملوا تجارب عبارة عن مصادمة جزيئات من الذهب ببعض بسرعة تقارب سرعة الضوء وكانت درجة الحرارة تصل إلى ( 4 تريليون درجة س ) وهى أعلى حرارة من من التى تنتج عن انفجار النجوم ( السوبرنوفا / المستعرات العظمى ) .

إن أصغر طول فى الكون فى سنة ( 1900 ) قام ( بلانك ) بسبب معادلته ( الطاقة عبارة عن كوانت أو كمات محددة مضروبة فى رقم ثابت بلانك ) والثابت يعبر عن أصغر شىء ممكن الوجود فى الكون لكن بلانك ليس كمية طاقة صغيرة بل وصف حالة فيزيائية كاملة ويمكن أن نستنتج منه طول بلانك وهذا سيكون أقل طول له معنى حقيقى فى الكون والذى =

( 1.6 × 10 اس – 35 م ) وهذا أصغر وحدة طول ممكن الوصول إليها فى الكون لأن قوانين الكون نفسها ستتوقف عن العمل على المقاييس الأصغر منه ويتم حساب طول بلانك باستخدام ( 3 ) من الثوابت الكونية ( سرعة الضوء / ثابت بلانك / ثابت الجاذبية ) كما نستنتج منه حجم بلانك وهذا سيكون أصغر حجم موجود فى الكون فلو كانت الذرة بحجم الأرض فحجم بلانك سيكون أصغر من رأس مسمار أما ( زمن بلانك ) الذى هو أقل زمن له معنى فى الكون يمكن القيام بحسبه فزمن بلانك هو عبارة عن الزمن الذى سيحتاجه الفوتون الذى يسافر بسرعة الضوء ليقطع مسافة طول بلانك وزمن بلانك

= ( 10 اس – 43 ث ) فعن طريق تقسيم الثانية إلى ( 1 وبجانبه 43 صفر ) وتم أخذ جزء واحد من أجزاء الثانية يكون زمن بلانك الذى يحتاجه الفوتون ليمشى مسافة طول بلانك وثابت بلانك هو الرقم الذى يعتبر أنه جوهر عالم الكم كله والرقم الذى يمكن أن نرى تأثيره على مستوى الإلكترونات والبروتونات والفوتونات لذلك هو رقم مهم جدا .

أسامه ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف     29 / 5 / 2023