د.فاطمة الحلموشي - كلية العلوم- قسم الفيزياء - جامعة البعث - حمص - سوريا

خلقنا على هذه الأرض وهي أجمل الكواكب على الإطلاق إذ أنها تنبض بالحياة وتشغلنا عن التفكير فيما , سواها في كثير من الأحيان. لكن هذه الأرض لا تعدو كونها كرة صغيرة تسبح في فضاء رحب والأجدر بنا أن نتعرف على هذا الفضاء وعلى المادة المكونة له.

الجزء الأول من " المادة العاتمة وبناء الكون " نقدم فيه صورة مبسطة لبناء الكون كما نراه ، ونتحدث عن أهم النظريات التي وضعت حول نشوئه ونخمن لحظة نشوء الكيمياء . ( سنعرض هذا القسم في جزأين )

بناء الكون ( 1 )

إذا نظرت إلى السماء في ليلة من ليالي الشتاء ، وقد تلبدت بالغيوم ، فإنك لن ترى شيئاً وتظن أن هذه الأرض وما يحيط بها من غيوم هي الوجود كله ، ولكن سرعان ما تتذكر أن الشمس هي جزء من هذا الوجود . وعندما ينقضي فصل الشتاء ترى القمر يضيء لك الليالي فتسهر وتتسامر في ضوئه الساحر، وعندما يختفي وتظهر النجوم المتلألئة يبدو الكون أكثر اتساعاً ، وتدرك أنه واسع لدرجة قد لا يتسع إليها خيالك .

حقاً إنه لكون بديع بشمسه وقمره ونجومه وأرضه . . . إنه صنع صانع أتقن كل شيء صنعه ، إنه الله ، فسبحان الله أحسن الخالقين ( لقد ورد ذكر السماء في القرآن الكريم في 120 آية وذكر السماوات في 190 آية ) [1].

في الحقيقة ، لقد شغل الكون الإنسان منذ القدم وعلى مر العصور، فعمل جاهداً وما زال يعمل على فهمه ، حتى أنه استطاع رصد حركة النجوم منذ زمن بعيد ، وبالتحديد في أوائل القرن التاسع ، أي في عهد الخليفة المأمون ، عندما كانت الحضارة الإسلامية في أوجها ، حيث شيد مرصدين أحدهما في بغداد والأخر في دمشق وكانا – في ذلك الوقت - الوحيدين في العالم ( في عام 964 صدر كتاب " النجوم الثابتة " للفلكي الفارسي الأصل عبد الرحمان الصوفي الذي يحدد فيه مواقع النجوم ) .

ومع اختراع المقاريب ( التلسكوبات ) وتطويرها ، وزيادة مقدرتها ، استطعنا أن نعرف الكثير عن بناء هذا الكون ، بل إننا استطعنا رصد نشوء واندثار النجوم ، إذ أن النجوم مثل الإنسان تولد وتتطور ثم تموت . وهنا نسأل :

كيف وجد هذا الكون ؟

وما هي مكوناته ؟

ومما تتألف هذه المكونات ؟

وما هي تلك القوى التي تحكمها ؟

الكون كما نراه الآن:

من المعلوم أن الكون مؤلف من مجرات Galaxies , وحشود مجرات Cluster of Galaxies وأن أهم هذه المجرات مجرتنا " درب اللبانة " Milky Way ( وأحياناً يقال لها درب التبان ) وهي تشتمل على أكثر من 100,000مليون نجم شكل ( 1 ) ، من هذه النجوم شمسنا Sun ولها عدد من الكواكب planets تتبعها وتدور حولها ، ولكل كوكب تابع أو أكثر يتبعه ويدور حوله ، وأهم كواكبها أرضنا earth ولها تابع واحد هو القمرmoon الذي تغزل به الشعراء ، وحدثه الناس ، وسامره المحبين . تشكل كل شمس مع توابعها منظومة يطلق عليها " المنظومة الشمسية "Solar System.

الشكل ( 1- أ ) : منظر أمامي لمجرة قرصية الشكل ذات الأذرع يفترض أن هذا هو شكل مجرتنا ، تقع شمسنا على أحد أذرعها وفي منتصف لقرص الذي يبلغ عرضه 100,000 سنة ضوئية. طبعاً بما أننا موجودون في المجرة فلا نستطيع تصويرها من الخارج .

الشكل ( 1- ب ): منظر لمجرتنا من داخلها, وتبدو قرصية الشكل, من الواضح أنها منفوخة قليلاً عند مركزها.

ترسل الشمس بأشعتها لتمد الأرض بالدفء وتبعث فيها الحياة ، وترسلها أيضاً إلى القمر ليعكسها فيضيء لنا ظلمة الليالي . وهكذا نرى أن الأجرام السماوية إما أنها تضيء من تلقاء ذاتها كالشمس ، أو أنها تعكس الضوء كالقمر ، ومنها ما يبدو بلون باهت .

للمجرات أشكال مختلفة ، منها بيضاوي أو إهليلجي elliptical galaxy شكل ( 2 ) ، ومنها حلزوني أو لولبي spiral galaxy شكل ( 1- أ ) ، وبعضها ليس منتظماً irregular galaxy . ليس للمجرات البيضاوية أذرع ، في حين نجد أن للمجرات الحلزونية أذرع ؛ ذراعان أو ثلاثة أذرع وربما أربع .

إذا كانت المجرة الحلزونية ممطوطة باتجاه الذراع قيل عنها أنها قضيبية شكل ( 3 ) تتألف الأذرع من نجوم وغازات تنطلق من مركز المجرة ، ولهذا النوع من المجرات شكل قرص منفوخ قليلاً عند مركزه شكل ( 1-ب ) ، وهي إجمالاً ضخمة , أما المجرات غير المنتظمة فتكون عادة صغيرة مثل غيمتا ماجلانا Magellanic Cloud الأقرب إلى مجرتنا.

قد يجتمع عدد من المجرات فتتشكل مجموعة مجرات مثل " مجموعتنا المجرية " local groub ، حيث أطلق هذا الاسم على مجموعة من المجرات عددها (30 ) ، تشكل مجرتنا ومجرة المرأة المسلسلة Andromeda Galaxy الأقرب إلينا والتي تبعد عنا 22 مليون سنة ضوئية ( السنة الضوئية = 9.465 ألف مليار كيلو متر ) أهم عناصرها .

أما إذا كان عدد المجرات أكبر أطلق على التجمع " حشد مجرات " أو اختصاراً " حشد " شكل (4) ، حيث يمكن أن يبلغ عدد المجرات في الحشود بضعة آلاف من المجرات . تتمركز الحشود الكبيرة حول مجرة حلزونية عملاقة Super Spiral Galaxy. من أقرب حشود المجرات إلينا حشد العذراء Virgo Cluster وهو يتألف من 2500 مجرة معروفة ، ويبعد عنا 65 مليون سنة ضوئية . وقد يتجمع عدد من الحشود معاً فيتشكل ما يسمى " حشد فائق " Super Cluster .

الشكل ( 2- أ ) : منظر لمجرة بيضاوية الشكل ، تعرف هذه المجرة باسم NGC4414و هذه الصورة مأخوذة بمقراب .Hubble

الشكل ( 2- ب): يظهر مجرة بيضاوية ممطوطة بشدة بالصدفة تعرف باسم , NGC3314إذ يتراوح شكل المجرات البيضاوية بين الأكثر كروية والأشد امتطاطاً كهذه المجرة.

الشكل ( 3) : مجرة حلزونية أذرعها قضيبية الشكل حيث نجد أن المجرة ممطوطة قليلاً باتجاه الذراع ويفسر هذا الإمتطاط بسبب وجود القضيب .

الشكل ( 4 ) : حشد من المجرات حيث يمثل كل جسم يظهر في هذا الشكل مجرة .

بصورة عامة ، نتعرف على الكون بالاعتماد على الإشعاع الكهرطيسي ( أو الضوء ) الذي يصل إلينا من الفضاء الخارجي ، ويكاد يكون الأداة الوحيدة التي تساعد - بصورة مباشرة - على فهم بناء الكون . يصل إلينا هذا الإشعاع على هيئة إصدارات من الأمواج الراديويه Radio Waves أو الأشعة تحت الحمراء Infrared أو الضوء Light أو الأشعة فوق البنفسجيةUltra-Violet أو الأشعة السينية X - Ray .

في الحقيقة توجد أكثر من طريقة للكشف عن المادة المرئية الموجودة في هذا الكون بالإضافة للضوء ، أهمها دراسة تأثير قوة الجاذبية على الأجسام وعلى الضوء الذي تصدره ، وكذلك بقياس سرع الأذرع للمجرات الحلزونية . لكن ما بمقدورنا أن نفعل إذا وجدت مادة في هذا الكون لا تومض ، أو لا ترسل إشعاعاً ؟ كيف نعرف أنها موجودة حيث هي ؟ وكيف نستطيع تحديد كم من هذه المادة موجود ؟ وكيف نعرف ما هي؟

إن مثل هذه المادة هي التي أطلق عليها العلماء اسم " المادة العاتمة " dark matter، ويُعتقد الآن أن معظم المادة الموجودة في الكون هو من هذا النوع . إنها مادة ( مواد ) تصدر كمية من الإشعاع لا تكفي للكشف عنها ، أو أنها تصدر كمية كافية من الإشعاع لكنها مخبأة " hidden matter" ، أو أنها لا تصدر الضوء نهائياً .

القوى الأساسية :

من المعلوم أنه توجد في الطبيعة أربعة أنواع من القوى [3 - 2 ] يشار إليها " بالقوى الأساسية " هي : قوة الجاذبية والقوة الكهربائية والقوة النووية الضعيفة والقوة النووية الشديدة ( طبعاً قوة الرياح وقوة المدُ والجذر وما إلى هنالك من قوى لا تعتبر قوى أساسية ) . لكل من هذه القوى مداها ؛ أي مجال تأثيرها [ 2 ] ، وهي مبينة في الجدول ( I ) .

* الشدة محسوبة عند المسافة 10^-13 cm وبالمقارنة مع القوى النووية الشديدة.

نرى في الجدول من اليمين إلى اليسار على التوالي : نوع القوى ، مدى تأثيرها معطى بالسنتيمتر ( cm )، شدتها ، الجسيم الوسيط الذي يقوم بنقل فعل القوى ، الكتلة السكونية لوسيط القوى مقدرة بوحدة ( eV / c² ) أي إلكترون فولط مقسوماً على مربع سرعة الضوء ، الشحنة ، حال الجسيم الوسيط هل هو مكتشف أم أنه - حتى الآن - مفترض .

قوى الجاذبية :

تؤثر في الأجسام المادية كافة ، فنحن موجودون على سطح هذه الأرض بفعل هذه القوة ، وكذلك تحجز المياه في الأنهار وتستقر في البحار والمحيطات بالفعل ذاته ، وينتشر الهواء حول الأرض بتأثير الجاذبية على جزيئات الهواء وتخضع الأجسام المتأثرة بهذه القوة في حالتي الحركة والسكون إلى قوانين نيوتن وما ينتج عنها . ويمتد تأثير فعل الجاذبية هذا من أصغر الجسيمات الموجودة في الطبيعة والتي تدعى " الجسيمات الأولية "[3]
elementary particles - مثل مركبات النواة ، أي البروتونات والنيترونات وجسيمات أخرى نبينها في الجدول ( II ) - إلى أكبر الأجسام الموجودة في الكون ، أي إلى حشود المجرات .

يطلق على العلم الذي يهتم بدراسة التفاعلات أو التأثيرات المتبادل بين الجسيمات الأولية "الفيزياء الصفرية " أو " الميكرو فيزياء micro physics وعلى العلم الذي يهتم بالتفاعلات على النطاق الأكبر ، أي بمجمل الأجسام المدروسة " الفيزياء الكبرية " أو العيانية أو الماكرو فيزياء macro physics .

القوى الكهربائية :

تؤثرعلى الجسيمات ( الأجسام ) المشحونة فقط وهي إما أنها تنافرية تؤدي إلى ابتعاد الجسيمات ( الأجسام ) المشحونة عن بعضها إذا كان الجسيمان المتفاعلان يحملان شحنة من النوع نفسه ، أو أنها تجاذبيه ( تؤدي إلى اقتراب الجسيمان المتفاعلان من بعضها حتى التلامس إن أمكن ) إذا كان الجسيمان المتفاعلان يحملان شحنتين من نوعين مختلفين ، وذلك لأنه يوجد نوعين من الشحنات ( خاصة أطلق عليها شحنة لها حالتين ) موجبة وسالبة . يعبر قانون كولون في الكهرباء الساكنة عن هذه القوى وتعبر قوانين مكسويل عن الأفعال المتبادلة بين الأجسام في حالة كون الشحنات متحركة ، مثل التيار الكهربائي الذي يسري في الأسلاك الكهربائية.

القوى النووية الضعيفة :

اكتشف هذا النوع من القوى لأول مرة عند ملاحظة عملية نووية تعرف " بتفكك بيتا "nuclear - decay ، وعلى الرغم من أن كافة الهادرونات (الباريونات) والليبتونات - الجدول (II ) - تشارك في العمليات التي تخضع لهذه القوى إلا أن هذه التأثيرات تكون محجوبة ( لا نشعر بها ) بفعل القوى الكهرطيسية الشديدة وغيرها ومدى هذه القوى قصير جداً– الجدول ( I ) .

القوى النووية الشديدة :

مرت هذه التسمية بمرحلتين حيث أطلقت في البداية على القوى الفاعلة بين مكونات النواة [3] ، أي البروتونات والنيترونات ، وتعمل على التغلب على قوة كولون التنافرية المؤثرة على البروتونات كونها مشحونة إيجاباً ، وبالتالي تعمل على تماسك النواة واستقرارها . وبعد أن اكتشف أن كل من البروتونات والنيترونات ليست أجساماً بسيطة إنما مركبة من جسيمات أخرى أطلق عليها " الكواركات " الجدول ( III) أشير إلى القوى النووية الشديدة على أنها القوى الفاعلة بين هذه الجسيمات [2].

نهاية القسم الأول

الجداول و المراجع

يبين هذا الجدول أهم الجسيمات الأولية ونقرأ في الأعمدة على التوالي بداءً من اليسار : اسم ورمز الجسيم – رمز الجسيم المضاد – السبين – الكتلة بوحدة كتلة الإلكترون - الكتلة بوحدة المليون إلكترون فولت – عمر النصف له إن كان يتفكك – الجسيمات الناتجة عن التفكك . أما المجموعات الأفقية فهي على التوالي : البوزونات - اليبتونات – الباريونات [ 3].

المراجع والمصادر:

العربية:

1- المعجم المفهرس لألفاظ القرآن الكريم , محمد فؤاد عبد الباقي , دار الحديث , القاهرة ( 1986)

3- الفيزياء النووية ( 2), فاطمة الحلموشي, جامعة حلب ( 1986)

الفيزياء النووية , فاطمة الحلموشي وزملاؤها , جامعة البعث ( 1995)

4- مجلة العلوم ، المجلد 7 – العدد 4 ،مؤسسة الكويت للتقدم العلي (1990 )

5- الفيزياء العامة ( 2) ، بسام مغربي وزملاؤه ، جامعة دمشق ( 1996 )

8- الدقائق الثلاثة الأولى من عمر الكون ( ترجمة الأستاذ وائل أتاسي ) لدار العربية المتحدة للطباعة

والنشر، الطبعة الثانية (1986).

English:

2- Introduction to high-energy physics, Donald H. Perkins. Oxford. England (1982)

6- Perez, J. W.F. teal. Proceedings of the international School on cosmological dark matter, Valencia Spain (1993), World Scientific publishing. (1994)

7-Cline David B. proceedings of the First International Symposium on sources of Dark Mater in the Universe (1994),: World Scientific Publishing (1995)