األوتار نظرية الفائقة

� حل لغز كبير كان يؤرقه، وهو أمضى ألبرت أينشتين عقداه األخيران من الزمن محاوًال نظرية واحدة قوية تقوم بوصف كل مل يجري في الكون، وحتى أيامه األخيرة كان

اينشتين يمسك بمفكرة صغيرة يحاول فيها حل ذلك اللغز الكبير الذي شغله حوالي آخر عشرين عام من حياته ألنه كان مقتنعا أنه على وشك حل أكبر األلغاز في تاريخ العلم.

لكن الوقت لم يسعفه ومات قبل أن يحقق ذلك. واآلن وبعد مضي أكثر من نصف قرن على ذلك، فإن العلماء يعتقدون أنهم يمسكون بحل ذلك اللغز الكبير، معادلة واحدة، نظرية واحدة تصف كل ما يجري في هذا الكون بأفكار جديدة مختلفة بشكل جذري

( أو نظرية األوتارstring theoryعما عرفه العلم، نظرية تدعى )نظرية األوتار- ( وإن اتضح أن هذه النظرية صحيحة فإن مفاهيمناsuperstring theoryالفائقة )

.� اإلعتيادة عن الكون ووجودنا ستلقى صدمة كبيرة جدا

تقول نظرية الخيوط الفائقة أننا نعيش في كون يلتقي فيه الخيال العلمي مع الحقيقة،� )ًال أربعة أبعاد فقط(، وأكوان موازية لكوننا أقرب إلينا كون يتألف من أحد عشر بعدا

مما نتخيل. كون منظم يتألف تماما من )موسيقى( األوتار. وبكل ما تقدمه تلك النظرية من آفاق، فإن الفكرة األساسية للنظرية بسيطة بشكل مذهل، النظرية تقول أن ما هو،� موجود في هذا الكون من أصغر جزيء وحتى أكبر مجرة يتكون من عنصر واحد تماما

.� خيوط مهتزة متحركة صغيرة جدا من الطاقة ندعوها أوتارا وكما أن وتر الكمان يستطيع أن يعطي تشكيلة كبيرة من العالمات الموسيقية بحسب

درجة اهتزازه فإن األوتار الفائقة التي نتحدث عنها تهتز بأشكال مختلفة معطية كل أشكال مكونات الطبيعة التي نعرفها. أو بعبارة أخرى فإن الكون عبارة عن سيمفونية

كونية عظيمة متمثلة بكل تلك النغمات التي تستطيع أوتار الطاقة إصدارها. ًال تزال هذه النظرية في مرحلتها )الجنينة( إن صح التعبير، لكنها تكشف لنا صورة جديدة بشكل

.� جذري عن الكون، صورة غريبة جدا وجميلة أيضا

. وما سبب اإلعتقاد به؟unificationما هو مفهوم التوحيد الكوني؟ التوحيد هو صياغة قانون وحيد يصف كل مافي هذا الكون بواسطة فكرة واحدة، أو معادلة واحدة رئيسة. يعتقد العلماء أن هذه التوحيد موجود ألن وخالل المئتي سنة

الماضيتين فإن فهمنا للكون أعطانا مجموعة من التفسيرات العديدة والتي تشير إلى

اإلتجاه نفسه، تقود إلى طريق واحد، إلى فكرة وحيدة ًالزلنا نبحث عنها.

))التوحيد هو ما نسعى لتحقيقه، ألن هدف الفيزياء األساسي هو أن نصف المزيدوالمزيدمن ظواهر الكون بطرق ومبادئ أبسط وأبسط ((

ستيفن وينبيرغ ))إن قدرتنا على وصف الظواهر الهائلة العدد بشكل بسيط واحد هو خطوة خطيرة جدا

في مفاهيمنا عن الكون ووجوده(( مايكل غرين

...البداية... نيوتن

قبل أن يسعى أينشتين لهذا الهدف، فإن الرحلة نحوه بدأت مع أشهر الحوادث عندما كان هناك شاب يجلس تحت1665الفيزيائية في تاريخ العلم في يوم ما عام

شجرة ورأى تفاحة تسقط من الشجرة. ومع سقوط التفاحة فإن اسحق نيوتن غير نظرتنا إلى الكون بشكل جذري عن السابق، وبكلمات العلم في ذلك الوقت فقد قال

نيوتن أن القوتان األولى التي جذبت التفاحة إلى األرض و الثانية التي تبقي القمر يدور حول األرض هما في الواقع قوة واحدة، لقد وح�د نيوتن تلك القوتين في نظرية واحدة

دعاها )الجاذبية( ))كان توحيد القوى التي تعمل على األرض والقوى التي تعمل في السماء )الكون

� رائعا لنظرتنا إلى الكون(( والكواكب( توحيداس. وينبيرغ

الجاذبية كانت أول قوة تم فهمها بشكل علمي )رغم اكتشاف ثالثة قوى أخرى فيما بعد(، ورغم أن قانون نيوتن في الجاذبية عمره ثالثمئة سنة فإن معادًالته دقيقة لدرجة

نستخدمها للحصول على توقعات دقيقة جدا حتى في أيامنا هذه، في الواقع فإن العلماء� وانزال اإلنسان على لم يحتاجوا ألكثر من ذلك القانون إلطالق الصواريخ الفضائية مثال

القمر. لكن كانت هناك مشكلة.. فرغم ان قوانين نيوتن قامت بوصف ممتاز لقوى الجاذبية

فإن نيوتن كان يعاني من مشكلة محرجة، فهو لم يملك أي فكرة عن كيفية عمل الجاذبية حقيقة وطوال المئتان وخمسون عاما فإن العلماء أشاحوا بوجههم عن ذلك

السر كلما واجهوه.

النظرية النسبية إلى أن أتى موظف مجهول يعمل في مكتب سويسري ليغير كل تلك المفاهيم. فإلى

جانب عمله كان ألبرت أينشتين دائما يبحث في سلوك الضوء ولم يعرف حينها أن أسئلته عن الضوء ستقوده لحل مشكلة نيوتن عن كيفية عمل الجاذبية. في عامه الـ

قام اينشتين باكتشاف مذهل، وهو أن سرعة الضوء هي حد السرعة األقصى،26 سرعة ًال يمكن ألي شيء في هذا الكون أن يتجاوزها. وبعد نشره لتلك الفكرة وجد

أينشتين نفسه في مواجهة مع مشكلة نيوتن تماما في عدم فهم ماهية الجاذبية.

لشرح تلك المشكلة سنتخيل أن الشمس فجأة اختفت من مكانها.. إن نتائج هذه اإلختفاء من وجهة نظر نيوتن تعني أن الكواكب ستخرج عن مساراتها فور اختفاء

الشمس لتسير في الكون متحررة من جاذبية الشمس. أو بعبارة أخرى فإن نيوتن اعتقد أن الجاذبية هي قوة تأثيرها فوري مهما اختلفت المسافة، لذا فسنشعر بشكل

فوري باختفاء الشمس وجاذبيتها وستتأثر الكواكب بذلك بشكل فوري. لكن أينشتين وجد مشكلة كبيرة في تلك النظرة ظهرت من فهمه للضوء، فهو يعرف أن الضوء ًال ينتقل بشكل فوري بل يملك سرعة وهو بذلك يحتاج زمنا ليقطع مسافة

مليون ميل من الشمس93معينة، في الواقع فإن الضوء يحتاج لثمان دقائق ليقطع الـ ويصل إلينا، وطالما أنه وجد أن ًال شيء يمكن أن يكون أسرع من الضوء، فكيف ًالختفاء الشمس أن يحرر األرض قبل أن تصل الظلمة إلى األرض بسبب اختفاء

الشمس مثال؟ بالنسبة ألينشتين فإن أي شيء في هذا الكون ًال يمكن أن يسافر أسرع من الضوء،

� فكيف وهذا يعني أن فكرة نيوتن عن قوة الجاذبية كانت خطأ. وإن كان نيوتن مخطئا تبقى الكواكب في مساراتها؟ كيف كانت حساباته صحيحة ودقيقة عن مسارات

الكواكب؟ كان على أينشتين أن يحل تلك المشكلة، وبعد تقريبا عشر سنوات من جهده( في نظرية النسبية العامة. unificationوجد الجواب في نوع جديد من التوحيد )

قال أينشتاين أن األبعاد الثالثة المكانية للكون والبعد الرابع )الزمن( مرتبطة ببعضها بنسيج كوني زماني-مكاني )أو يطلق عليه زمكان( وبفهمه للهندسة المكانية الزمانية

للنسيج الكوني فقد استطاع أن يتحدث عن حركة األشياء في ذلك النسيج. ومثل سطح الترامبولين المطاطي )الذي يقفز عليه البهلوان( فإن هذا النسيج الكوني يمكن لفه

وتمدده وتقعره إذا وضعنا فيه أجساما ثقيلة كالكواكب والنجوم.. وهذا التغيير فيالنسيج الكوني وانحاءه يخلق ما نشعر بأنه جاذبية.

لشرح هذه الفكرة بشكل أكبر سنتخيل سطحا من المطاط كالذي يقفز عليه البهلواني.�... وأي جسم سيسير قريبا إن وضعنا كرة ثقيلة في وسطه فسوف يتقعر مشكال إنحناءا

من الكرة سيحني مساره وفقطا إلنحناء ذلك السطح. � لكن � منحنيا مثال آخر.. في حلبات سباق السيارات وعند المنعطفات يكون الطريق مائال

السائق يرى نفسه عمودي على ذلك الطريق. ونحن نقع في نفس اإلحساس فالنسيج الكوني المنحني بسبب وجود الشمس يفرض على األرض أن تسير وفق ذلك الميالن فتبدو أنها مشدودة للشمس بقوة الجاذبية. فكوكب األرض ًال يدور حول الشمس ألنها تطلق قوة لتمسك به. بل ببساطة ألنه يسير في منحنيات النسيج الكوني الذي تسببه

الشمس. ومع هذا الفهم الجديد فإن إعادة تجربة اختفاء الشمس ستعطي نتائج مختلفة.. ألن

األرض لن تفلت من مسار الشمس فور اختفاء الشمس، بل سيصل تأثير اختفاء الشمس إلينا بشكل موجة بعد ثمان دقائق على األقل من اختفائها )قام أينشتين

.)� بحساب سرعة موجة النسيج الكوني ووجد أنها بسرعة الضوء تماما Generalأطلق أينشتين على هذه الصورة الجديدة للجاذبية اسم )النسية العامة(

relativity .

 

ورغم ذلك اإلنجاز الضخم فإن أينشتين لم يكن راضيا عن عمله بعد. فقد حاول جاهدا توحيد الشكل الجديد الذي أتى به عن الجاذبية مع القوة األخرى الوحيدة المعروفة في

. electromagnetismذلك الوقت وهي القوة الكهرمغنطيسية هذه القوة )الكهرمغنطيسية( التي هي أصال توحيد لما كان يعتقده العلماء قوتان

مختلفتنان )الكهرباء( و )المغنطيس(.

القوة الكهرمغنطيسية من عدة عقود قبل أينشتين. ًالحظ العالم األسكتلندي جيمس ماكسويل أن التدفق

الكهربائي يؤدي إلى نشوء قوة مغنطيسية تؤثر في المعادن. ومن خالل معادًالت رياضية أربع وصل ماكسويل إلى صيغة واحدة تصف تلك القوتان كقوة واحدة هي القوة

. فكان كإسحاق نيوتن قد نقل العلم خطوةelectromagnetismالكهرمغنطيسية أقرب على طريق توحيد المعادًالت التي تصف الكون. أينشتين أعجب كثيرا باًالثنين

واعتبر أن ما قدمه هؤًالء العلماء خطوات مهمة جدا على طريق توحيد نظريات القوى التي تحكم الكون. وبعد خمسين عاما من نظرية ماكسويل فإن أينشتين اعتقد أنه إن استطاع أن يوحد فكرته عن الجاذبية مع فكرة ماكسويل عن الطاقة الكهرمغنطيسية

فإنه سيصل إلى المعادلة األم التي تصف كل شيء بذاتها وحدها.

مشكلة أينشتين

وعندما بدأ أينشتين بمحاوًالته لتوحيد الفكرتين واجه مشكلة الفرق العظيم في شدتهما.. فالقوة الكهرمغنطيسية أكبر بكثير من قوة الجاذبية الضعيفة.. نحن نستطيع

تحطيم قوة الجاذبية كل يوم في حياتنا اليومية وبواسطة عضالت جسمنا مثال )إن رفعنا أي شيء عن األرض مثال(. لكن القوة الكهرمغنطيسية الكبيرة ًال نستطيع تحديها بتلك

السهولة.. فهي التي تمنعنا مثال من إختراق األرض إن سقطنا من ارتفاع ما... هي التي تعطي مقاومة المادة الكبيرة...مثال آخر... مهما حاولت أن تمشي داخل حائط فلن تستطيع أن تدخل فيه ألن القوة التي تمنعك بكل بساطة هي القوة الكهرمغنطيسية الموجودة في الشحنة السالبة على محيط الذرات التي تجمع جزيئات وذرات المادة وتربطها ببعضها بشكل متماسك. نحن نعتقد أن الجاذبية قوة كبيرة رغم أنها أضعف

قوى الطبيعة. لكن الكرة األرضية بكل جاذبيتها عندما تجذب كرة فإن الكرة ترتد بكل بساطة بسبب القوى الكهرطيسية التي تؤثر في بنية المادة بدًال من أن تغوص في

األرض. في الواقع فإن القوة الكهرمغنطيسية أقوى بمليارات المرات من قوة الجاذبية، لكننا ًال نشعر بذلك ألنها تعمل على مستوى الذرات والجزيئات. وكانت تلك أصعب مهام

أينشتين بسبب اًالختالف العظيم في شدة تلك القوتين. ساءت األمور أكثر بالنسبة ألينشتين عندما ظهرت تغييرات واكتشافات كبيرة في

الفيزياء. تلك اإلكتشافات على المستوى الذري تركت أينشتين عاجزا عن المضي في هدفه ألنه كان متمسكا بنظريته النسبية - والتي قدمت الكثير فعال - وأهمل اإلكتشافات والكشوف التي ظهرت في أيامه على المستوى الدقيق الذري. وفقدت أدوات أينشتين

قدرتها على مجاراة تلك اإلكتشافات ولم تستطع أن تساعده في توحيد القوتين)الجاذبية( و)الكهرمغنطيسية(.

(النظرية الكمومية )الكوانتية في العشرينات من القرن الماضي قام مجموعة من العلماء بقيادة العالم )نيلز بور(

بسرقة الشهرة من أينشتين ليأتوا بنظرة جديدة وغريبة للفيزياء. نظرة تجعل من�. نظرة قلبت رؤية أينشتين لنظرية التوحيد الخيال العلمي في تلك األوقات شيئا سخيفا رأسا على عقب، وجد هؤًالء العلماء أن الذرات ليست هي أصغر جزء في المادة... بل إنها تتكون من جزيئات صغيرة كالبروتونات والنيترونات.. محاطة باإللكترونات... وفي ذلك العالم الصغير من الذرة، فإن نظريتا أينشتين وماكسويل كانتا عديمتا الفائدة في�. فالجاذبية ًال قيمة شرح الطرق الغريبة التي تتصرف فيها تلك الجزيئات الصغيرة جدا لها في تلك المستويات الدقيقة من الذرة والكهرمغنطيسية لم تنفع إطالقا لشرح تلك

القوى الجديدة وتأثيرها في تلك الجزيئات. وبال أي نظرية تصف ما يجري في ذلك المكان الصغير في داخل الذرة فقد ضاع العلماء وهم يبحثون هن شيء يستطيع وصف ما يجري داخل الذرة حتى آخر العشرينيات حين وصل العلماء إلى نظرية ميكانيك الكم

أو )النظرية الكوانتية( والتي تستطيع وصف ذلك العالم الدقيق من الجزيئات في.� الذرة.. كانت تلك النظرية مختلفة عن سابقاتها لدرجة غيرت نظرة العالم للكون تماما

كانت نظرية أينشتين النسبية توضح أن الكون منظم ويمكن توقع أحداثه لكن نيلز بور اختلف معه في ذلك. فعلى المستوى الدقيق للذرات والجزيئات فإن ذلك العالم الصغير� وفي ذلك العالم فإن )الال تأكيد( هو ما يحكمه، والنظرية هو عالم من اًالحتماًالت تماما

الكوانتية )الكمومية( تستطيع أن تتوقع فقط احتماًال لنتيجة أو أخرى. هذه الفكرةالغريبة فتحت الباب أمام صورة جديدة غير مستقرة للعالم والواقع.

كان عدم اًالستقرار في ذلك العالم الصغير لدرجة كبيرة لو أننا استطعنا مالحظته في عالما المألوف الذي نعيش فيه ًالعتقدنا أننا فقدنا عقلنا. إن القوانين في العالم

� فالعالم الكوانتي مختلفة تماما عن خبراتنا والقوانين الفيزيائية التي نلمسها يوميا الكوتني عالم مجنون بكل بساطة.. ًال يوجد فيه شيء مؤكد، تسود فيه اإلحتمالية عوضا

عن الحتمية ألنه عالم تحكمه اإلحتماًالت وظهور أي حدث محكوم باحتمال معين غير� بل أكيد. واألهم من ذلك أن عدم التقاط حدث معين محتمل ًال يعني أنه لم يحصل فعال

يعني أنه ربما قد حصل في عالم مختلف عن الذي نراقبه في تلك اللحظة. باختصار فإن كل شيء محتمل في ميكانيك الكم وًال شيء أكيد...

سأقدم نتيجة غريبة لكنها حقيقية لتلك النظرية...مثال إن حسابات ميكانيكا الكم تظهر فعال أن لدي فرصة في أن أسير عبر جدار اذا دفعته، لكن احتمال ذلك صغير لدرجة أنه علي أن أحاول لمدة زمنية تعادل الالنهاية لتحقيق ذلك. وفي العالم الصغير الذري فإن

تلك اإلحتماًالت تحدث بشكل مستمر.

أينشتين قاوم فكرة أن ذلك العالم هو عالم أفضل ما نستطيع القيام به هو حساب اإلحتماًالت، وقال قوله الشهير )الله ًال يرمي النرد(، لكن التجارب الالحقة كلها أظهرت

أن أينشتين كان مخطئا وأن النظرية الكمومية استطاعت بدقة مذهلة وصف العالم على المستوى الذري. فلفهم أي حدث وكل ما يحدث على المستوى الذري أو الجزيئي

فإنك تحتاج حتما لميكانيك الكم. ولم تظهر أي مالحظة أو مراقبة علمية على ذلكالمستوى تعارض أي توقع تقدمه حسابات ميكانيكا الكم.

قوى أخرى جديدة في الثالثينات وبينما كان أينشتين في مهمته الصعبة في محاولة الوصول لنظرية

توحيدية فإن ميكانيك الكم كانت تكشف المزيد والمزيد من أسرار الذرات وجزيئاتها. اكتشف العلماء أن الجاذبية والكهرمغنطيسية ليستا القوتان الوحيدتان اللتان تحكمان

عالما الفيزيائي. وبمراقبتهم لبنية الذرة اكتشف العلماء قوتان إضافيتان. واحدة هي )القوة النووية

الكبيرة( التي تعمل كالغراء القوي الذي يجمع أجزاء النواة )البروتونات والنيترونات( بشكل محكم. والثانية هي )القوة النووية الضعيفة( التي تسمح بتحول النيوترونات إلى

بروتونات مسببة اإلشعاعات الذرية. وعلى المستوى الذري فإن قوة الجاذبية ًال قيمةلها على اإلطالق مقارنة بالقوى األخرى.

أوضح مثال وتطبيق على )القوة النووية الكبيرة( التي تربط جزيئات النواة وشدتهاالعظيمة هو القنبلة الذرية التي تحرر عمليا تلك القوى الكامنة في نواة الذرة.

وبين تلك القوى الثالث القوية على مستوى الذرات فإن قوة أينشتين الجاذبية ًال تجد� لهم بينها. وكما أن أينشتين لم يستطع تفسير األحداث على المستوى الذري فإن مكانا

النظرية الكمومية أيضا ًال تقترب من قوة الجاذبية على المستوى الذري، أو بكلمات أخرى فإن الجاذبية التي قدمها أينشتين تعمل بشكل ممتاز على مستوى األجسام

الكبيرة والكواكب بينما تفشل في المستوى الذري.. بنفس الوقت فإن النظرية الكمومية هي نظرية على المستوى الذري لكن ًال قيمة لها في األحداث التي تجري

على األجرام واألجسام الكبيرة.

كان ًال بد من نظرية تجمع الطرفين ألن األجسام الكبيرة مكونة من المادة ذاتها المكونة منها الذرات. والكون بأكمله مبني من الجزيئات نفسها. فال بد من قانون وحيد

يجمعهما. ببساطة لم يستطع أحد أن يجمع النسبية العامة وميكانيكا الكم في نظرية واحدة في تلك األوقات. وفشلت كل المحاوًالت لوصف الجاذبية بلغة ميكانيك الكم لعقود وعقود وأصيب معظم العلماء باإلحباط الشديد بسبب ذلك. فالقاعدة الذهبية للعلماء أن قوانين الطبيعة الصحيحة يجب أن تطبق في كل مكان وعلى كل ما هو

� بين النسبية والكمومية. موجود في الطبيعة. وهذا ما كان مستحيال بقي الطرفان )النسبية( و)الكمومية( يعمالن بشكل منفصل بعد موت أينشتين.. وحققا

نتائج مذهلة في فهم الكون... لكن المشكلة أن هناك ظواهر كونية ًال يمكن دراستها .� بإحدى النظريتان بل هي بحاجة لنظرية تجمعهما كأعماق الثقوب السوداء مثال

الثقوب السوداء قدم فكرة الثقوب السوداء عالم فلك ألماني يدعى كارل شوارتزشيلد.1916في عام

وبينما كان على الجبهة في الحرب العالمية األولى قام بحل معادًالت أينشتين بطريقةجديدة وغامضة.

اقترح شوارتزشيلد أن كتلة كبيرة ككتلة النجوم إذا اجتمعت وتكثفت في مكان صغير جدا بحجم ذري فإنها ستشوه النسيج الكوني وتحنيه لدرجة ًال تسمح لشيء بالهروب

من جذبه وًال حتى الضوء. وبقي العلماء يعتقدون أنها مجرد نظرية إلى أن رصدت .� � وتحقق توقع شوارتزشيلد فعال األقمار والتلسكوبات الثقوب السوداء فعال

وهنا تكمن المشكلة، فإذا أردنا دراسة الثقب األسود، هل نستخدم النسبية العامة ألن الثقب األسود ذو كتلة هائلة )وزن كبير( أم نستخدم النظرية الكمومية )ألن الثقب

األسود صغير جدا بالحجم(؟ كان على العلماء أن يستعينوا بكلتا النظريتين بنفس الوقت. لكن عندما نحاول وضع

النظريتين في تطبيق واحد فإنهما تنهاران وتعطيان نتائج منافية للواقع وهذا مستحيل ألن الكون يجب أن يتبع قوانين فيزيائية واضحة ومحددة. هنا أيضا تبرز أهمية وجود

نظرية توحد قوانين الكون الفيزيائية..

.Big bangمشكلة اإلنفجار العظيم أحد المشاكل الكبيرة التي توقف العلماء عن فهم لحظة بداية اًالنفجار الكبير )وبالتالي

ما سبق تلك اللحظة تحديدا( هو تضارب النظريات التي يعملون بها. ففي جهة واحدة لديهم النظرية النسبية الدقيقة جدا عند استخدامها في الحسابات المتعلقة باألجرام السماوية الكبيرة كالكواكب والنجوم. وفي الجهة األخرى لديهم

النظرية الكمومية التي تقدم أفضل وأدق الحسابات على المستوى الذري والجزيئي.لكن المعضلة تكمن في محاولة دمج هاتين النظريتين.

في لحظة اًالنفجار الكبير فإن كتلة صغيرة جدا اهتزت وانفجرت بشكل عنيف وخالل األربعة عشر مليار عام بعد ذلك الحدث فإن الكون توسع من تلك الكتلة وتمدد وبرد...

وتشكلت المجرات والكواكب والنجوم التي نراها اليوم. لكن إذا عدنا بالزمن إلى الوراء تدريجيا فإن الكون سيتقلص ليعود إلى ما كان عليه من حرارة وكثافة شديدتين، وليعود

إلى الحجم الصغير جدا إلى أن نصل إلى نقطة بداية الزمن في الكون. المشكلة أن قانونا الفيزياء اللذان يستخدمها العلماء سيضطرون لدمجهما )النسبية( و)الكوانتية(

وهما قانونان ًال يتفقان وًال يعطيان نتائج صحيحة في تلك اللحظة، ويقف العلماءعاجزون عن فهم ما جرى في لحظة بداية الكون.

قد يتساءل أحد، ما أهمية أن يكون لدينا قانونا فيزياء متعارضان في هذا الكون الكبير... ولم عليهما أن يتفقا؟ لم علينا أن نحصل على قانون واحد فقط؟ الكون بكل مكوناته

يجب أن يشكلة وحدة متكاملة ألن العلم وبشكل مستمر يشير إلى ذلك ولو أنه ًال يقوله صراحة. ونظرية اًالنفجار الكبير اآلن قطعت مرحلتها األفتراضية وصارت مؤكدة وهي

�. نقطة واحدة.. هذه النقطة ًال بد تقول أن الكون بدأ من كتلة حارة صغيرة كثيفة جداأن تخضع لقانون واحد فقط وليس لقانونين اثنين.

لماذا ال يتفق قانون الكم مع النظرية النسبية؟ الجاذبية على مستوى األجسام الكبيرة تقوم بلف وحني الكون وتغيير شكل الفضاء تبعا

لكتلة الجرم )األرض أو الشمس أو غيرهم(. لكن الشكل المنحني الواضح والحتمي والمحدد للكون على مقياس األجرام الكبيرة ليس هو الشكل الوحيد للكون، فالكون

يختلف تماما في المقاييس الصغيرة على مستوى الذرات والجزيئات ولفهم هذا الكون علينا أن نستخدم ميكانيك الكم. المشكلة أن ميكانيك الكم عندما تقوم بوصف الكون

على تلك المقاييس الدقيقة جدا فإنها تعطي صورة مختلفة تماما للكون. وكأننا نتحدثعن كونين مختلفين تماما.

عند تلك المقاييس الصغيرة في الكون فإن النظرية الكمومية تقول أن الكون يصبح فوضوي بشكل كبير )على عكس النظام الهادئ الواضح للمجرات واألجرام(. هو عالم

مضطرب بشكل كبير لدرجة أن ًال معنى للمفاهيم التي نعرفها عن الزمان والمكان. فالمكان والزمان مشوهان بشكل كبير، ًال يمكن معرفة إن كان هناك حدث قد حصل

قبل آخر أو بعده.. فال معنى للزمن فيه.. ًال يمكن معرفة اإلتجاهات ألن ًال معنى للمكان�. والزمان والمكان ألي حدث غير محدد بل محتمل فقط. أيضا

لمئات السنين اعتقد كل الفيزيائيون أن المادة في النهاية تتكون من أجزاء كروية صغيرة الحجم جدا.. ورغم اًالكتشافات الحديثة نسبيا في علم الفيزياء )الذرات(

و)الجزيئات( فإن اًالعتقاد بقي أن تلك الجزيئات هي كرات صغيرة جدا من المادة تكون البروتونات والنيترونات )الكواركات( والضوء )الفوتونات(... الخ.أتت نظرية األوتار

الفائقة واستبدلت كرات المادة الدقيقة تلك بأوتار فكل جزئ صغير من المادة هو وتر من الطاقة يهتز بشكل معين يعطي صفات هذا الجزيء، وباختالف اًالهتزاز يختلف الجزيء.وهذه األوتار الفائقة لم يتم حتى اآلن رصد علمي اختباري لها بعد... وهذه

مشكلة ألن أي نظرية غير مدعومة بالرصد تتحول إلى فلسفة ًال علم... سنعود لهذهالفكرة بعد شرح نظرية األوتار الفائقة بشكل أكبر.

...تاريخ ونشأة نظرية األوتار الفائقة

في أواخر الثمانينات وبينما كان فيزيائي شاب إيطالي يدعى )غابرييل فينيتسيانو( يبحث عن بعض المعادًالت الرياضية التي تصف قوى النواة الكبيرة في الذرة... وفي كتب

الرياضيات القديمة التي يملكها وجد معادلة رياضية قديمة عمرها مئتا عام كتبها عالم

سويسري يدعى ليونار أويل. فينيتسيانو ذهل باكتشافه أن تلك المعادًالت التي اعتبرت� وقام لسنين عديدة مجرد فضول رياضي كانت تصف القوى الكبيرة في النواة فعال

باكتشافه الذي اشتهر به فيما بعد في وصف القوى الكبيرة التي تعمل في نواة الذرة.كان ذلك حدث وًالدة نظرية األوتار.

وبسبب شهرة هذا اًالكتشاف فقد وقعت تلك المعادًالت في يد فيزيائي أمريكي يدعى )ليونارد سسكيند( اكتشف أن وراء الرموز الرياضية وصف لشيء أكثر من مجرد

جزيئات. فالمعادلة تقدم متحوًالت تصف اهتزازات ووصف لخيوط. قام بدراستها أكثر ووجد أنها عمليا تصف خيوطا مهتزة مثل الخيوط المطاطية الحرة الطرفين، هذه

الخيوط باإلضافة لصفاتها في التمدد والتقلص فهي تهتز بشكل دوراني أيضا حسب تلك المعادلة، المضحك أن سسكند عندما قدم بحثه للنشر تم رفضه لعدم أهميته واعتقد أن

اكتشافه سيموت. في تلك األوقات فإن العلماء كانوا مشغولين في اكتشاف الجزيئات وأنواعها الجديدة

الدقيقة بالقيام بتعريضها لسرعات كبيرة و اصطدامها ببعضها لشطرها إلى جزيئات أصغر ودراسة نواتج تلك اإلنشطارات. كانت اًالكتشافات كبيرة جدا وأنواع الجزيئات المكتشفة كبير. أدى ذلك إلى استنتاجات كبيرة على مستوى الفيزياء أهمها أن قوى

� القوة التي تنشأ بين جسمين هي عبارة عن �. مثال الطبيعة يمكن وصفها كجزيئات أيضا جزيء )رسول( بينهما، وكلما انتقل بين الطرفين بمعدل أكثر كلما اقترب الجسمان من

بعضهما أو بعبارة أخرى – زادت القوة بينهما. أي أن تبادل الجزيئات هو ما يخلق ما� تأكيد تلك النظريات باكتشاف الجزيئات المسؤولة عن القوة نشعر أنه طاقة. وتم فعال الكهرطيسية والقوى النووية القوية )المسؤولة عن تماسك النواة في الذرة( والضعيفة )المسؤولة عن النشاط اإلشعاعي الذري(. وشعر العلماء أنهم اقتربوا من تحقيق حلم توحيد القوى الذي بدأه أينشتين. ألن تلك الجزيئات المسؤولة عن القوى الثالث )القوة الكهرطيسية والقوى النووية القوية )المسؤولة عن تماسك النواة في الذرة( والضعيفة )المسؤولة عن النشاط اإلشعاعي الذري(( تبدأ بالتشابه في الخصائص في حال تطبيق حالة اإلنفجار الكبير أي أنها تنصهر في حرارة وكثافة الكون الشديد عند اإلنفجار لتصبح

نوعا واحدا من القوى ودعى ذلك الشكل من الفهم بـالـ )الشكل القياسي للقوى(standard moduleالعالم ستيفن وينبيرغ، لكن خلف ذلك النجاح برزت مشكلة

كبيرة... فذلك الشكل القياسي لجزيئات القوى استطاع أن يصف ثالث فقط من القوى الرئيسية في الفيزياء مهمال القوة الرابعة )الجاذبية( ألنها كانت تعمل على مستوى

مختلف عن العالم الكوانتي الدقيق.

في أواخر السبعينات كان العلماء المتبنون لنظرية األوتار قليلون ومهملون ويعانون من مشاكل كبيرة في النظرية.. فتلك النظرية مثال تنبأت بوجود جزيئات عديمة الكتلة

تستطيع أن تنطلق بسرعة أكبر من سرعة الضوء )وهذا غير ممكن حسب أينشتين(.� )غير مرئية وغير ممكن التحقق من وجودها(. كانت أيضا تتنبأ بجزيئات بال كتلة تماما

كانت تحتاج لعشر أبعاد بدًال من األبعاد األربعة )ثالث أبعاد للماكن وبعد زمني(. كانت أيضا متضاربة النتائج الرياضية تعطي أرقاما تدل على خطأ معادًالتها. إلى أن جاء العالم

جون شوارتز الذي بدأ بوضع تعديالت للنظرية وربط النظرية مع الجاذبية وافتراض أن حجم تلك األوتار أصغر بمئة مليار مليار مرة من الذرة وبدأت النظرية تأخذ شكال

صحيحا، والجزيء الذي لم يكن يملك كتلة كان بنظر جون شوارتز جزيء )الجرافيتون(Gravitonأو الجزيء المسؤول عن نقل القوة الجاذبية على المستوى الكوانتي. وهو .

بذلك حل الجزء المفقود الذي قدمه ستيفن وينبيرغ في الشكل القياسي للقوى الذي كان يفتقد لوصف الجاذبية على المستوى الكوانتي. رغم ذلك لم يحظ البحث مرة

أخرى باإلهتمام وبقيت النظرية في الظالم وبقي يعمل فيها ويؤمن بها عالمان اثنان منمجتمع العلماء الفيزيائيين هما جون شوارتز ومايكل غرين.

وصل هذان العالمان في أوائل الثمانينات إلى حل المشاكل الرياضية في النظرية وبدأت النظرية تصف القوى الثالثة األخرى إلى جانب الجاذبية وهي القوة الكهرطيسية

والقوى النووية القوية )المسؤولة عن تماسك النواة في الذرة( والضعيفة )المسؤولة عن النشاط اإلشعاعي الذري(. وقاد هذا اإلكتشاف المذهل العلماء إلى التهافت على

Theالنظرية بالمئات وحظيت النظرية أخيرا على اإلهتمام وتم تسميتها )نظرية الكل( )Theory Of Everything .)

استطاعت النظرية وصف كل مكونات الطبيعة بشكل واحد مذهل فالبروتونات واًالكترونات والنيوترونات التي تتكون منها الذرات تتكون من أجزاء أصغر هي

. تلك الكواركات التي كان يعتقد أنها مادة هي وبحسب نظريةquarksالكواركات األوتار عبارة عن أوتار أو خيوط صغيرة جدا من الطاقة مهتزة بعدة اتجاهات وطرق. كل وتر من هذه األوتار حجمه صغير جدا مقارنة بالذرة. فهو كحجم شجرة من حجم

كوكب األرض.

 

وكل اهتزاز معين لتلك األوتار يعطي الجزيء خصائص مختلفة.. فقد يشكل اإلهتزاز جزيئا مكونا لذرات المادة أو الطاقة أو الجاذبية، إلكترونات أو جزيئات ألفا أو

بيتا..الخ... أي أن كل ما في هذا الكون من مادة أو طاقة أو شحنات هي في الواقع أوتار لكنها مهتزة بطرق مختلفة. والفرق الوحيد بين الجزيئات التي تعطي مادة

الخشب والجزيئات التي تعطي طاقة الجاذبية هو طريقة اهتزاز تلك األوتار فقط.كانت نظرية األوتار الفائقة حلقة الوصل بين ميكانيك الكم والنظرية النسبية ألنها تفسر وتلغي الفروقات بينهما بناء على طبيعة األوتار وخصائصها، والكون الفوضوي على

المستوى الذري يصبح أقل فوضوية وأقرب إلى الكون الكبير على مستوى األجسامالكبيرة. وهو نصر كبير على مستوى الفيزياء والرياضيات والكون للعلماء بآن واحد.

نظرة إلى عالم األواتار الفائقة حتى تصح نظرية األوتار الفائقة، وتحقق الخواص التي تقدمها لنا لفهمنا للمادة

والجزيئات فإن هذه النظرية احتاجت إلى تطبيق فكرة أشبه بالخيال العلمي لكنها ممكنة... فهي بحاجة ألبعاد إضافية في الكون وًال تكفيها األبعاد األربع المعروفة )ثالثة

أبعاد لمكان وبعد للزمان(. وهذه أغرب وأهم تنائج تلك النظرية. دعونا نتذكر أن األبعاد الثالث المكانية هي ما يمكننا رؤيته وما يحتاج إليه عقلنا للفهم واإلستيعاب خالل حياتنا

اليومية،لكن ًال يوجد مانع علمي أو رياضي من وجود أبعاد أخرى ًال ندركها بحواسنا المجردة. المذهل أكثر أن تلك األبعاد أقرب إلينا مما نتصور، لكننا ًال ندركها لصغر

حجمها. سنذكر مثاًال يوضح ذلك. إن نظرنا لعمود من الكهرباء من مسافة بعيدة نسبيا فسيبدو لنا كخط مستقيم )له بعدين اثنين فقط( لكن كلما اقتربنا من العمود فإن بعدا ثالثا سيظهر له )سماكته(.

وحتى تشكل األوتار الفائقة تلك التشكيلة الكبيرة من الجزيئات والخصائص المختلفة لها فإن عليها أن تهتز في فضاء يملك أكثر من ثالثة أبعاد، في الواقع فإنها تحتاج لتسع

أبعاد مكانية إضافة إلى البعد الزمني والنتيجة عشر أبعاد.

تلك األبعاد الصغيرة أقرب ما يمكن تخيلها إلى سطوح متداخلة على مستوى صغير جداكالشكل التالي

..نتائج نظرية إم أو نظرية األوتار الفائقة وتطورها

تنظيم النسيج الكوني

قبل أينشتين فإن العلماء كانوا يعتقدون أن الكون ثابت الشكل، لكن نظرية أينشتين النسبية تقول أن الكون عبارة عن نسيج يمكن حنيه وثنيه.. فإذا تخيلنا أننا نسير على

أرض مستوية لنقطع مسافة ما فإننا بثني تلك األرض يمكننا الوصول إلى هدفنا بشكل أسرع... قدم اينشتين فكرة انحناءات الكون وتشوهات النسيج الكوني بما يعرف بـ

wormholesأو الطرق الدودية. وهي طرق مختصرة للوصول إلى أجزاء قصوى من الكون بسرعة فائقة وزمن قصير )بشكل نظري فقط(.

وعلى المستوى الذري وحسب الصفات الكوانتية فإن النسيج الكوني معرض للتمزق� بسبب اإلختالفات الشديدة في المكان والزمان التي والتغير بشكل كبير جدا أيضا

تسببها فوضى الجزيئات، بوجود تلك الفوضى فإن النسيج الكوني معرض للتمزق بشكل دائم، وذلك يسبب كوارث زمانية ومكانية أكبر مما نتخيل، هنا تأتي األوتار لتنظم ذلك النسيج الفوضوي فتهتز عبر النسيج الكوني الممزق لتقوم بإصالحه وترميمه. وهذا ما

يجعل النسيج الكوني مستقر نسبيا على المستوى الدقيق. فال يمتد التمزق للنسيجالكوني ويسبب كارثة كونية.

النسيج الكوني المشوه

البعد الحادي عشر وأهميته... رغم األهمية الكبيرة التي وصلت إليها نظرية األوتار الفائقة فإنها كانت تعاني من

مشكلة كبيرة تحديدا في أواسط الثمانينات من القرن المنصرم... ألنها لم تكن نظرية واحدة بل خمس نسخ من النظرية.. وكانت تلك مشكلة كبيرة فالعلماء في النهاية

يبحثون عن نظرية واحدة تصف الكون ًال خمسة نظريات، إلى أن أتى العالم إدوارد وقام بجعل تلك النسخ الخمس في شكل نظرية واحدة أطلقEdward wittenويتن

لكنه اضطر إلضافة بعد جديد وصارت النظرية بأحدM-theoryعليها اسم نظرية إم �. وحتى تقوم األوتار الفائقة باًالهتزاز بالشكل الكافي فإنها تحتاج ألحد عشر عشر بعدا

�.. كان البعد اإلضافي الذي أضافه العالم إدوارد ويتن ذو نتائج خطيرة على النظرية. بعدا فذلك البعد يسمح للوتر المهتز بالتمدد واإلهتزاز بمساحة كبيرة جدا تصل إلى حجم

� membraneالكون نفسه مشكال غشاءا تمت دعوته بالـ . هذهbrane أو اختصارا الفكرة قادت إلى استنتاج أننا نعيش على غشاء كوني سببه اهتزاز األوتار، وأننا نعيش

في كون موجود على غشاء في كون آخر ذو أبعاد أكثر وكأننا موجودون في شريحة من (. هذا قد يعني أيضا أن تلكmembranesكون مؤلف من عدة شرائح )أغشية( – )

األبعاد والعوالم قد تكون مالصقة لنا وحولنا في كل مكان لكننا ًال نستطيع اإلحساس بها ألن جزيئاتنا ًال تستطيع اختراق الغشاء الذي نعيش عليه بكل بساطة. هذه الفكرة

حصلت على أهميتها أيضا في موضوع الجاذبية.

حل مشكلة الجاذبية مع نظرية األوتار الفائقة منذ حوالي ثالثمئة سنة من أيام اسحق نيوتن والجاذبية هي أقدم القوى الفيزيائية التي تعرف عليها البشر ورغم ذلك فقد بقيت معضلتهم الكبرى فهم طبيعتها وماهيتها. ورغم

أن المعتقد أن الجاذبية هي قوة كبيرة )ألنها تربطنا إلى األرض، وتبقي القمر إلى األرض، واألرض والشمس( إًال أن العلم اكتشف قوى فيزيائية أكبر بكثير من قوة

الجاذبية. فالقوة الكهرمغنطيسية أقوى بكثر من قوة الجاذبية.. نحن نستطيع رفع قطعة من الحديد بمغنطيس صغير متحديا قوة جذب األرض بأكملها لتلك القطعة... الواقع أن الحسابات تشير إلى أن القوة الكهرمغنطيسية أقوى بألف مليار مليار مليار مليار مرة

�... وهو فرق هائل جدا. هذا39من قوة الجاذبية أي أقوى بواحد إلى جانبه صفرا الضعف الشديد في الجاذبية أثار حيرة العلماء لسنوات عديدة. إلى أن أتت نظرية

األوتار الفائقة وغيرت نظرة العلماء إلى الجاذبية. فقد تكون قوة الجاذبية قوية كما القوة الكهرطيسية أو باقي القوى، لكنها تبدو ضعيفة لنا بسبب خاصية األوتار. األوتار

كما رأينا هي التي تكون الجزيئات المسؤولة عن نقل الطاقة، ماذا لو أن الجزيء كان جزيئا غير مستقر في كوننا، ماذا لوGravitonالمسؤول عن نقل قوة الجاذبية

يتسرب إلى األبعاد األخرى فيبدو تأثيره ضعيفا في عالمنا؟ Gravitonكان الجزيء تلك هي الفكرة المهمة األخرى التي قدمتها نظرية األوتار الفائقة في فهم طبيعة

الجاذبية.فجزيئات الطاقة التي نعرفها والجزيئات التي تشكل المادة التي يتكون منها كل ما هو موجود في الكون تحافظ على بقائها في البعد الذي نوجد به، والغشاء

المكون من اهتزاز األوتار في البعد الحادي عشر يحجبنا عن أكوان في أبعاد أخرى... حسب نظرية األوتار الفائقة مكون من وتر مغلقGravitonلكن جزيء الجاذبية

النهايات )كحلقة(. وهذه الخاصة تجعله حرا طليقا غير مرتبط بالبعد الذي نوجد فيه مما يؤدي إلى تسربه من الغشاء الذي نعيش فيه إلى أبعاد أو أكوان أخرى، لذا ًال نشعر

بقوته بسبب اختفائه السريع من بعدنا. �(، يقول أحد علماء تلك األفكار دفعت العلماء لفرضيات كنا نحسبها )خياًال علميا بحتا

نظرية األوتار الفائقة )لو وجدت حياة أخرى في بعد آخر فإن جزيئات الجاذبية قد تكون طريقة في اتصالنا مع ذلك البعد بتحرير جزيئات الجاذبية بشكل كبير ألنها تستطيع

التملص من الغشاء الذي تسببه األوتار في البعد الحادي عشر – طبعا هذا كالم ممكننظريا ًال عمليا بعد(.

منشأ االنفجار العظيم ونظرية األوتار الفائقة.�...أعتقد أن ))هل أعتقد حقا أن اًالنفجار العظيم أتى من العدم؟ كال... أنا لست فيلسوفا

هذه مشكلة بالنسبة للفالسفة.. لكن حتى العلماء يكرهون كلمة عدم ألنها ًال توصلهم ))� إلى شيء فعليا

)بيرت أوفرت( أحد علماء نظرية األوتار الفائقة. � جريئا آخر يقول بما أننا نعيش في كون محمول تقدم نظرية األوتار الفائقة افتراضا

على غشاء كبير شكلته األوتار المتمددة في البعد الحادي عشر فهذا ًال يمنع وجود غشاء آخر يحمل كونا أخر بالقرب منا، بل ًال مانع إطالقا من حدوث تماس بين تلك األغشية

من وقت آلخر يؤدي إلى تحرير طاقة كبيرة تولد انفجارا كبيرا لكون آخر.

الشكل التالي يوضح األغشية الكونية التي تنشأ عن تمدد اهتزاز األوتار واحتمالاصطدامها ببعضها برسم بسيط ثنائي البعد

مشكلة النظرية في الوقت الحاضر... النظرية ورغم سالمتها وقوتها الرياضية التي تفسر العديد من الظواهر التي احتار بها

العلماء إًال أنها تملك مشكلة مهمة فهي باإلضافة لكونها تحتاج لكثير من اًالفتراضات...� لصغرها الشديد... وهذا يضعها في فال يمكن التحقق من وجود األوتار في المخبر حاليا

خانة فلسفية ًال علمية، فالعلم مبني على اًالستقراء والمالحظة والقياس، لكن هذا ًال يمنع العلماء اآلن من السعي للتحقق منها.و برأي العلماء، هناك بوادر أمل، فإذا كانت األوتار موجودة منذ بدء الكون فال بد أنها تركت أثرا على محتويات الكون من نجوم أو

كواكب، وتمدد هذا األثر بتمدد حجم الكون وتلك فكرة يتم التقصي عنها.

وسيلة أخرى للتأكد تكمن في مخبران وحيدان في العالم للشطر الذري األول يدعىfermilab في وًالية إيلونويز األمريكية... والثاني هو مخبر cernفي سويسرا )وهو

(. هذه2007أكبر بكثير من المخبر األمريكي لكنه قيد اإلنجاز وسيدخل العمل في عام المخابر تقوم بدراسة الجزيئات عن طريق تسريع ذرات الهيدروجين بعد فصلها عن

الكتروناتها إلى سرعات تقارب سرعة الضوء، ثم تسييرها بإتجاهات معاكسة لتحقيق اصطدامها ومشاهدة الجزيئات التي تخرج منها. فإن استطاع العلماء مشاهدة جزئ

( وهو يختفي بعد اًالصطدام مباشرة )أو بكلمات أخرى يخرج منGravitonالجاذبية ) الذي نعيش فيه إلى كون آخر ( فذلك يعني أن توقعات نظريةmembraneالغشاء

األوتار الفائقة عن الجاذبية كانت صحيحة.

في النهاية

كثيرا ما عمل العلماء على نظريات انتهت بالفشل، وكثيرا ما أنفق العديد الوقت على�... لكن العلماء �، ونظرية األوتار الفائقة ليست استثناءا نظريات لم تثبت صحتها تماما مؤمنون بأنها تقدم تفسيرات منطقية لظواهر محيرة في السابق، وهم يعتقدون أن أناقة تلك النظرية علميا ستقودهم إلى العديد من اإلجابات عن هذا الكون ومن أين

أتى. يقول ستيفن وينبيرغ )ًال أعتقد أن نظرية بتلك القوة الرياضية التي تملكها نظرية األوتار الفائقة في تاريخ العلم باءت بالفشل تماما، ًال بد أن تقدم هذه النظرية شيئا

�. والكل هنا يعمل عليها بجد كبير(. لمعارفنا يوما ما

---------------