الفيزياء وموجات الجاذبية
إن إنشاء
مرصد متطور لرصد موجات الجاذبية وأطلق الاكتشاف لمجال بحثى جديد فى علم الفلك
يساعد على معرفة ما حدث فى اللحظات الأولى التى تلت الانفجار الكبير أو العظيم Big
Bang وتبدأ القصة
عام ( 1975 ) فعن طريق حضور العلماء لمؤتمر لوكالة ( ناسا الفضائية ) فعن طريق
مناقشة حول ضرورة بناء أجهزة قادرة على رصد أبسط موجات الجاذبية .
فعن طريق
تطوير وبناء مرصد ( موجات الجاذبية ) الذى يعمل بقياس الموجات التداخلية باستخدام
شعاع الليزر ( ليجو ) فإن مرصد ( موجات الجاذبية ) ساعد العلماء على رؤية جوانب من
الكون ولقد نجحت وحدات الاستشعار فى المرصد الذى يعمل بقياس الموجات التداخلية باستخدام
شعاع الليزر ( ليجو ) فى تسجيل تغيرات محدودة فى الأماكن حيث يقل طولها أكثر من
( 10000 مرة
) عن قطر نواة الذرة .
الضوء وحده
لا يكفى :
إن فهم
الكون قبل سعى ( كوبرنيكوس ) لتتبع الأجرام السماوية فى الليل أو أن يوجه (
جاليليو ) تلسكوبه إلى كوكب ( المشترى / Jupiter ) سعى الإنسان لاستخدام الضوء من أجل فهم
الكون فقد أعلنت الأشعة السينية ( X ) عن نشاط الأجرام القوية كالنجوم النيترونية والمستعرات العظمى (
السوبرنوفا ) المتفجرة وأظهرت الأشعة تحت الحمراء المقدمات الغبارية للنجوم حديثة
الولادة كما ساهمت الموجات اللاسلكية فى رسم خريطة للإشعاع المتخلف عن الانفجار
الكبير أو العظيم ( Big Bang ) .
ويوجد أشياء
لا يمكن مشاهدتها باستخدام الضوء حيث يستخدم موجات الجاذبية بدلا من الضوء فى
محاولة لرؤية المزيد عن طريق المرصد ( ليجو ) وإن رصد موجات الجاذبية يمكن أن
يساعد فى فهم المزيد عن نشأة الكون وتطوره فيمكن للمرصد ( ليجو ) أن يساعد فى رصد
أنواع الثقوب السوداء ( 2 ) ( الدوارة والثابتة ) التى يمكن أن تشرح طبيعة المادة
المظلمة ( المادة الغامضة التى تشكل ( 80 % ) من كتلة الكون ) .
إن موجات
الجاذبية تحدثها أشياء ما تزيد سرعتها أو تتباطأ خلال حركتها فى الزمكان وقد تنبأ
( آينشتين )
بوجودها فى عام ( 1915 ) وتنبأ فى الوقت نفسه بأنها ضعيفة جدا بشكل لا يمكن رصدها
لكن ( ليجو ) وهو شبكة من المراصد وليس مرصدا واحدا حيث يمكن رصد موجات الجاذبية
فعلا .
ويتكون
المرصد من وحدتى رصد متطابقتين على شكل حرف ( L ) يوجد أحدهما فى ولاية واشنطن والأخرى فى
لويزيانا وإذا ما مرت موجات الجاذبية خلال ذراع كل منهما البالغ طوله
( 2.5 ميل )
فإن الوحدتين تنضغطان وتتمددان بشكل تبادلى وتقوم شبكة من وحدات الليزر والمرايا
برصد التغيرات .
والتحدى
الرئيسى عند تصميم المرصد وبنائه هو منع أى اشارات مشابهة كالزلازل وحركة الشاحنات
من خداع المرصد ليسجلها كموجات جاذبية .
ولقد رصد (
ليجو ) بعد تجديده موجات جاذبية نتجت عن تصادم ( 2 ) من الثقوب السوداء وشك
العلماء فى خداع أو اهتزازات أخرى لكنهم تأكدوا من دقة رصد موجات الجاذبية وبعدها رصد
المرصد ( 3 ) تصادمات أخرى وعن طريق اكتشاف التصادمات التى تشمل النجوم
النيوترونية حيث كان اكتشافا مهما جدا .
الكيمياء :
صور الجزيئات الحيوية عالية الوضوح :
بفضل
التطورات الحديثة فى مجال تصوير الجزيئات الحيوية حيث أنه مصطلح واسع يشمل أشياء
عديدة بدءا من الإبر أو الأهداب المستخدمة من قبل البكتيريا وحتى بناء فيروس زيكا
.
وإن
تكنولوجيا المجهر الإلكترونى المبرد فقد قدم العلماء عن طريق تكنولوجيا المجهر
الإلكترونى المبرد رفع درجة وضوح الصور الملتقطة للجزيئات البيولوجية بما فيها
الصور ثلاثية الأبعاد .
فإن
تكنولوجيا المجهر الإلكترونى المبرد فتح
عالما جديدا أمام العلم لرؤية الجزيئات بأعلى درجات الوضوح ولمعرفة الكيفية التى
تتفاعل بها .
إن تكنولوجيا
المجهر الإلكترونى المبرد فى طريقها للوصول لصور عالية الوضوح للذرات المفردة حيث
تنافس الصور التى يمكن الوصول إليها عن طريق التصوير البلورى بالأشعة السينية ليجد
العلم نفسه أمام ثورة جديدة فى علم الكيمياء الحيوية والمجهر الإلكترونى معروف منذ
زمن طويل حيث ظهرت نماذجه الأولى عام ( 1931 ) لكن كانت لها عيوب مهمة حدت من قدرة
علماء البيولوجيا على الاستفادة منها فالمفروض أن يتم الحفاظ على العينات فى وعاء
مفرغ الهواء والفراغ بدوره يؤدى لتجفيف الجزيئات البيولوجية ويغير من البناء الجزيئى
حيث يتم قذف العينات عن طريق استخدام شعاع يقوم بإتلاف الجزيئات الحيوية .
ولقد ظهرت
تكنولوجيا التصوير البلورى بالأشعة السينية مما ساعد على إنتاج صور استاتيكية
ثابتة لبناء البروتينات إذا تم تحويلها إلى بلورات حيث كان الرنين المغناطيسى
النووى يوفر صورا عالية الوضوح لبناء البروتينات ولكن البروتينات الصغيرة الذائبة
.
إن
تكنولوجيا المجهر الإلكترونى المبرد تسمح للحصول على صور عالية الوضوح لعدد من
الجزيئات التى تستهدف العقاقير الجديدة وعن طريق تطوير تكنولوجيا المجهر
الإلكترونى المبرد بسبب نتيجة قصور التصوير البلورى باستخدام الأشعة السينية حيث
يتم العجز عن تحويل البروتينات الموجودة فى غشاء الخلية إلى بلورات حيث تم وضع
غشاء خلية بكتيرية يحوى بروتينا ( البكتريوهودسبين ) فى ميكروسكوب إلكترونى حيث تم
تغطيتها بالجلوكوز للحفاظ على رطوبتها وعن طريق خفض نسبة الطاقة فى الشعاع الموجه
إليها ليحصل على صورة ذات تباين محدود لكن بمرور الوقت تمكن من الحصول على صور على
درجة عالية من الوضوح بالاعتماد على انكسار الضوء الخاص بالجزيئات فى غشاء الخلية
ولقد تم الحصول على صورة ثلاثية الأبعاد للبروتين .
كيف يمكن
استخدام الشعاع محدود الطاقة فى تصوير جزيئات أقل تنظيما فى ترتيبها لتحاشى الحصول
على صور لا تعطى درجة الوضوح المطلوبة ؟
وعن طريق
التوصل لطريقة للاستفادة من البيانات بتقسيم الصور لمجموعات متشابهة من الأشكال ثم
تم وضع متوسط لكل مجموعة مما ساعد على زيادة درجة الوضوح والتباين فى الصور ثنائية
الأبعاد حيث تم تجميعها فى صور ثلاثية الأبعاد .
فتوجد مشكلة
مع تجميد العينات البيولوجية حيث تسبب بلورات الثلج انكسارا فى الشعاع الإلكترونى
مما يؤثر على درجة وضوح الصورة فإن الماء إذا تم تجميده بسرعة وتم تزجيجه كما يحدث
مع الزجاج سوف يمنع من تكون بلورات ثلجية ومع اسقاط عينات فى إيثان مبرد باستخدام
النيتروجين السائل لدرجة ( 196 مئوية ) تحت الصفر أمكن إنتاج صور واضحة مذهلة
وبسبب سرعة تجميد الجزيئات أصبح من الممكن رصدها فى أشكال عدة مما يسمح بتجميع
الصور فى صور متحركة تعيد عرض نمط حركتها .
ترجمة / هشام عبد الرؤوف
تنقيح / أسامة ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف
29 / 11 / 2017
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق