outerspace-4k-kg

كل المادة في الكون -صغيرة كانت أم كبيرة وبغض النظر عن عمرها- تتكون من ذرات. جميع هذه الوحدات البنائية تتكون من أنوية موجبة الشحنة وإلكترونات سالبة الشحنة تدور حولها في مدارات.

أعداد النيوترونات والإلكترونات والبروتونات في ذرة ما يحدد لأي عنصر تنتمي هذه الذرة في الجدول الدوري للعناصر وتؤثر هذه الأعداد في طرق تفاعل هذه الذرة مع الذرات الأخرى من حولها. فكل ما تراه حولك ما هو إلا ترتيبات مختلفة من ذرات تتفاعل مع بعضها البعض بطرق فريدة.

السؤال هنا، إن كان كل شيء مصنوعًا من الذرات، فما عدد هذه الذرات في الكون؟

كبداية متواضعة، يحتوي جسم الإنسان المتوسط على سبعة أوكتيليون (سبعة متبوعة بسبعة وعشرين صفرًا) ذرة، وبالنظر لهذه المحصلة الضخمة من الذرات في جسم إنسان واحد قد يخطر على بالك أنه من المستحيل إيجاد إجابة لسؤالنا المطروح، وقد تكون على حق؛ لأننا لا نعلم تحديدًا ما حجم كوننا الضخم وهذا يجعلنا لا نعلم تحديدًا عدد الذرات فيه، ولكن من الممكن أن نحسب تقريبًا عدد الذرات في كوننا المرصود باستخدام فرضيات مبنية على علم الكونيات والقليل من الرياضيات.

[caption id="attachment_105491" align="aligncenter" width="2400"]<a href="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/mB7tuVXixJq9J9Cds75gjK.jpg"><img class="size-full wp-image-105491" src="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/mB7tuVXixJq9J9Cds75gjK.jpg" alt="" width="2400" height="1350" /></a> Atom molecule abstract[/caption]
<h3>الكون المرصود:</h3>
خُلِق الكون قبل 13.8 مليار عام خلال الانفجار العظيم الذي انبثقت منه الحياة من نقطة واحدة لانهائية الكتلة والحرارة، وما زال الكون يتسع في الفراغ اللانهائي إلى يومنا هذا.

لأن الكون عمره 13.8 مليار عام والكون المرصود يتمدد إلى أبعد ما يمكن للضوء الوصول إليه في الزمن المبتدئ بولادة الكون قد يجعلك هذا تفترض أن الكون يتوسع بسرعة 13.8 مليار سنة ضوئية في كل الاتجاهات، ولكن تمدد الكون ليس سبب صعوبة حساب عدد الذرات.

عند رصدنا مجرةً أو نجمًا بعيدين، ما نراه فعليًا هو مكانهما عندما بعثتا ضوءهما وليس حينما وصلتا إلى الأرض. باستخدام إشعاع الخلفية الكونية الميكروي يمكننا حساب السرعة التي يتمدد فيها الكون، فكون هذه السرعة ثابتة -وهو تخمين العلماء الأفضل حتى الآن، رغم أن بعض العلماء يعتقدون أن الكون بدأ بالتباطؤ- فهذا يعني أن الكون المرصود فعليًا يتمدد بسرعة 46 مليار سنة ضوئية في كل الاتجاهات وفقاً لموقع space.com.

ولكن معرفة حجم الكون المرصود لا يخبرنا بالضرورة كل شيء نعرفه عن عدد الذرات فيه، نريد أيضًا أن نعرف كمية المادة أو أي شيء موجود فيه.
<h3>فرضيات كونية:</h3>
المادة ليست الشيء الوحيد في الكون؛ تشكل المادة حوالي 5% فقط مما في الكون بحسب وكالة الفضاء الأمريكية ناسا، الـ 95% المتبقية هي المادة المظلمة والطاقة المظلمة، ولكن لأنهما مصنوعتان أيضًا من ذرات لن يكون الأمر معيقًا في إيجاد إجابتنا المبتغاة.

وفقًا لمعادلة آينشتاين الشهيرة E=mc2 فإن الطاقة والكتلة (أو المادة) متبادلتان، بمعنى أنه من الممكن أن تنتج المادة من الطاقة والعكس صحيح، ولكن على المستوى الكوني فإننا نفترض أن كمية المادة الناتجة من الطاقة والمتحولة إليها متكافئتان والفارق بينهما صفر، ما يعني أن المادة محدودة وعدد الذرات في الكون المرصود هو نفسه ولا يتغير منذ الانفجار العظيم وفقاً لساينتيفيك أميريكان Scientific American، وهذا مهم لأن تصورنا عن الكون المرصود ليس لقطة ثابتة لا تتغير بتغير الزمن.

وفقاً لمعرفتنا للكون المرصود فإن القوانين الفيزيائية التي تحكم ما رصدناه من الكون هي نفسها في كل مكان آخر فيه، هذه الحقيقة والفرضيات الداعمة لأن الكون في تمدد دائم تدلنا على أن المادة موزعة بشكل موحد في كل أنحاء الكون وهو ما يعرف بـ المبدأ الكوني. بعبارة أخرى، ليس هنالك مناطق في الكون تحتوي مادة أكثر من أخرى.

هذه الفكرة تعطي العلماء فرصة تحديد عدد النجوم والمجرات في الكون المرصود بدقة وهذا أمر مفيد لأن أغلب الذرات تتواجد في النجوم.
<h3>تبسيط المعادلة:</h3>
معرفة حجم الكون المرصود وأن المادة موزعة بشكل متساوي ومحدود حول الكون تجعل حساب عدد الذرات أكثر سهولة ولكن علينا صياغة بعض الفرضيات.

أولاها: افتراضنا أن الذرات متواجدة في النجوم حصرًا وهو أمر لسوء الحظ غير دقيق، لدينا فكرة أقل دقة عن عدد الكواكب والأقمار والصخور الفضائية في الكون المرصود مقارنة بعدد النجوم فيه ما يجعل إضافتهم للمعادلة أمرًا عسيرًا، ولكن لأن الأغلبية الساحقة من عدد الذرات موجود في النجوم يمكننا من خلال حساب عدد الذرات في النجوم وإهمال كل شيء آخر إيجاد تقريب ممتاز لعدد الذرات في الكون.

ثاني الفرضيات هي أن كل الذرات في الكون هي ذرات هيدروجين وهذا أيضًا ليس صحيحًا. تبلغ نسبة الهيدروجين في الكون حوالي 90% بحسب مختبر لوس ألاموس الوطني، ونسبته أكثر في النجوم وهي اهتمامنا الأول، وسترى بعد قليل أن هذا الافتراض يجعل الحسابات أكثر سهولة.
<h3>إجراء الحسابات:</h3>
وبعد طول الانتظار حان وقت إجراء الحسابات وإيجاد الإجابات المطلوبة.

لإيجاد عدد الذرات في الكون المرصود علينا معرفة كتلته، أي إيجاد عدد النجوم فيه. يوجد ما يقارب مئة مليار إلى تريليون مجرة في كوننا المرصود وكل مجرة فيها عدد مشابه من النجوم وفقًا لوكالة الفضاء الأوروبية، هذا يعطينا مئة سيكتيليون إلى عشرة سيبتيليون نجمة، ومن أجل إجراء التجربة لنقل أن عددها سيبتيليون (1024، واحد متبوع بأربعة وعشرين صفرًا). بالطبع هذا تخميننا الأفضل، فالمجرات تتفاوت في الأحجام وأعداد النجوم، ولكن لأننا لن نستطيع عدها كل على حدة فإن افتراضنا سيؤدي الغرض.

يبلغ متوسط وزن النجمة حوالي ديسيليون كيلوغرام (1033، واحد متبوع بثلاثة وثلاثين صفرًا) وفقاً لـ Science ABC، ما يعني أن كتلة الكون تبلغ حوالي مئة ألف سبتينديليون (1056، واحد متبوع بستة وخمسين صفرًا).

بما أننا الآن نعرف كتلة الكون المرصود وكمية المادة فيه نريد أن نعرف عدد الذرات الذي يحتويه. كل جرام من المادة يحتوي في المتوسط على عشرة سيبتيليون بروتون وفقًا للمختبر الوطني لفيزياء الجزيئات فيرميلاب في ولاية إلينوي الأمريكية، هذا الرقم يساوي رقم ذرات الهيدروجين -التي افترضناها مسبقًا من أجل المعادلة- لأن ذرة الهيدروجين الواحدة تحتوي على بروتون واحد فقط.

<strong>كل هذه المعطيات تعطينا الجواب:</strong>

مئة ساكسفيغانتيليون ذرة، وهو واحد متبوع بثلاثة وثمانين صفرًا ويمكن صياغته هكذا: 1083 أو:

100,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000

الرقم السابق ما هو إلا اجتهاد مدروس مبني على عدة افتراضات وتقريبات، ولكن لن يكون الرقم الفعلي بعيدًا عنه.

<strong>اقرأ أيضًا:</strong>

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=87598">ما مدى ثقل الكون؟ إجابات متناقضة تلمح إلى فيزياء جديدة</a>

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=92871">تحديد كمية المادة في الكون</a>

ترجمة :أحمد أبو شمالة

تدقيق: محمد الأسطى

<a href="https://www.livescience.com/how-many-atoms-in-universe.html">المصدر</a>

ما عدد الذرات في الكون المرصود؟

Miami_flooding_AP_19175710635381_web2

لقد أدى التغير المناخي بالفعل إلى زيادة تواتر الأعاصير وشدتها وغيرها من الظواهر الجوية الشديدة في جميع أنحاء العالم ولكن يوجد تهديد أصغر حجمًا وأقل تأثيرًا قادم يمكن أن يعيث الفوضى في سواحل أمريكا. تحدث فيضانات المد المرتفع التي تلقب بالفيضانات المزعجة nuisance floods في المناطق الساحلية عندما يصل المد إلى حوالي 0.6 متر فوق متوسط المد العالي اليومي إذ تبدأ مياه البحر بالفيضان في الشوارع وتتسرب عبر المصارف المخصصة للعواصف في الشوارع.

ولكونها تسمى بالفيضانات المزعجة، فإن هذه الفيضانات تعد مصدر إزعاج أكثر من كونها كارثة فعلية، إذ تغمر الشوارع والمنازل، ما يجبر المحلات والشركات على الإغلاق وتتسبب في فيضان بالوعات مياه الصرف الصحي أيضًا ولكن كلما طال أمدها، زاد الضرر الذي يمكن أن يحدث.

شهدت الولايات المتحدة ما يزيد عن 600 من هذه الفيضانات في عام 2019 وفقًا للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي NOAA، وتحذر دراسة جديدة بقيادة ناسا من أن الفيضانات المزعجة ستصبح أكثر تواترًا في الولايات المتحدة بحلول ثلاثينيات القرن الواحد والعشرين، إذ من المتوقع أن تشهد غالبية الساحل الأمريكي ثلاثة إلى أربعة أضعاف أيام الفيضانات العالية كل عام مدة عقد على الأقل.

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/High-Tide-Flooding-in-Honolulu.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-105780" src="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/High-Tide-Flooding-in-Honolulu.jpg" alt="" width="1280" height="720" /></a>

حذرت الدراسة المنشورة بتاريخ 21 يونيو في مجلة Nature Climate Change من أن أيام الفيضانات الإضافية هذه لن تتوزع على نحو متساوٍ على مدار العام ولكن من المرجح أن تتجمع معًا على مدى بضعة أشهر فقط؛ أي أن المناطق الساحلية التي تواجه الآن فيضانين أو ثلاثة فيضانات في الشهر ستواجه قريبًا اثني عشر فيضانًا أو أكثر، وحذرت الدراسة أيضًا من أن مواسم الفيضانات الساحلية المطولة قد تسبب مخاطر على الحيوات وسبل العيش إذا لم تبدأ المجتمعات بالتخطيط لها من الآن.

وقد صرّح باحث الدراسة الرئيسي فيل طومسون الأستاذ المساعد في جامعة هاواي بأن تراكم الفيضانات بمرور الوقت سيكون له تأثير ملحوظ. إن فاضت المياه 10 أو 15 مرة في الشهر، فلن تتمكن الحركة الاقتصادية من الاستمرار في العمل بينما تكون باحات مواقف السيارات غارقة تحت المياه كما الشوارع والمنشآت؛ هذا يعنى أنهم سيفقدون وظائفهم لأنهم لا يستطيعون العمل. وستصبح آبار الصرف الصحي مشكلة صحية عامة.

توجد عدة أدلة على هذه الزيادة المتوقعة في أيام الفيضانات، أولها ارتفاع مستوى سطح البحر؛ إذ يسخن الاحتباس الحراري الغلاف الجوي فيذوب الجليد بوتيرة قياسية ما يؤدي إلى ضخ كميات هائلة من المياه الذائبة في المحيط؛ وقد نتج عن هذا ارتفاع متوسط مستوى سطح البحر العالمي بحوالي 21 إلى 24 سم منذ عام 1880، ثلث هذه الزيادة حدثت في آخر 25 عامًا فقط، وفقًا لـ NOAA.

بحلول عام 2100، قد ترتفع مستويات سطح البحر من 0.3 إلى 2.5 مترًا فوق ما كانت عليه في عام 2000 بحسب مقدرة البشر على تقليل انبعاثات الغازات الخضراء في العقود القادمة.

في حين أن ارتفاع مستويات سطح البحر وحده سيزيد من تواتر فيضانات المد العالي، فإنه سيحصل على القليل من المساعدة من القمر.

يؤثر القمر في قوتي المد والجزر، ولكن قوة جذب القمر لا تتساوى بين سنة وأخرى. للقمر في الواقع «تذبذب» في مداره، ما يؤدي إلى تغيير طفيف في موقعه بالنسبة إلى الأرض في دورة إيقاعية تتبدل مرة كل 18.6 سنة. خلال نصف الدورة، يضعف القمر المد والجزر على الأرض ما يؤدي إلى انحصار المدود والجُزُر. أما في النصف الآخر من الدورة، يتضخم المد والجزر، إذ ترتفع المدود وتشتد الجُزُر، وفقًا لوكالة ناسا.

نحن الآن في مرحلة تضخيم المد والجزر من الدورة؛ تبدأ الدورة التالية لتضخيم المد في منتصف الثلاثينيات من القرن الحالي؛ ووجد الباحثون أنه بحلول ذلك الوقت سيكون مستوى سطح البحر العالمي قد ارتفع بما يكفي لجعل تلك المدود الأعلى من المعتاد مزعجة أكثر.

كتب الفريق أنه بواسطة التأثير المشترك لارتفاع مستوى سطح البحر والدورة القمرية، ستزداد الفيضانات العالية بسرعة على كامل الساحل الأمريكي. فخلال ما يزيد قليلًا عن عقد من الزمان، سوف تنتقل الفيضانات العالية من قضية محدودة إلى قضية وطنية مع تأثر غالبية السواحل الأمريكية بها.

ستؤدي عناصر أخرى من دورة المناخ (مثل أحداث النينيو) إلى تكتل أيام الفيضانات هذه في أجزاء معينة من العام، ما يؤدي إلى أشهر كاملة من الفيضانات الساحلية التي لا هوادة فيها.

كتب الباحثون أن هذا النمط يبدو مخيفًا، ومن المهم أيضًا فهمه للتخطيط للتكيف معه. وقد صرح باحث الدراسة المشارك هاملينجتون من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا قائلًا: «من المفيد أن نعرف أن هذه الأحداث تتكتل في شهر معين أو أنه فيضانات النصف الثاني من السنة تكون أكثر حدة من النصف الأول».

قد تجذب الأحداث المناخية الشديدة أنظار وسائل الإعلام الأمريكية كونها ستضرب سواحل أمريكا، ولكن سيكون من المستحيل قريبًا تجاهل فيضانات المد العالي. استنتج الباحثون أنه من الأفضل البدء بالتخطيط لذلك من الآن، قبل فوات الأوان.

<strong>اقرأ أيضًا:</strong>

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=65305">ما الذي يسبب المد والجزر؟</a>

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=65064">لماذا لا تسبب الشمس ظاهرة المد والجزر؟ ولماذا هي حصرية على القمر؟</a>

ترجمة: احمد أبو شماله

تدقيق: عون حدّاد

<a href="https://www.livescience.com/high-tide-flooding-climate-change-2030">المصدر</a>

تمايل في مدار القمر قد يسبب فيضانات غير مسبوقة في العقد المقبل

Recycling-Logo-2016

يسعى علماء من كلية ترينيتي في دبلن إلى الوصول إلى «الوصفة السحرية» التي من خلالها ستتمكن البشرية من إنتاج الطاقة النظيفة والمتجددة بالكامل مستقبلًا، والتي سيكون الماء الناتج عنها هو النفايات الوحيدة.

باستخدام خبراتهم في الكيمياء والفيزياء النظرية والذكاء الاصطناعي يعمل الفريق الآن على ضبط هذه الوصفة، وكلهم إيمان بأن ما يبدو خيالًا اليوم سيكون واقعًا نعيشه قريباً.

العمل الأولي على هذه الوصفة الذي صُرح عنه قبل أقل من عامين أعطى نتائج واعدة، أما الآن فإن هذه النتائج ستكون مثمرة أكثر مما عرفناه من النتائج الأولية السابقة لهذا العمل المثير الذي نشر عنه في وقت قريب في المجلة الرائدة «Cell Reports Physical Sience».
<h3>المشاكل والحلول:</h3>
يمكن القول إن الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشري CO2 هو التحدي الأكبر الذي يواجه حضارة القرن الحادي والعشرين، لا سيما بالنظر إلى زيادة عدد سكان العالم والطلب المتزايد على الطاقة المصاحب لها.

ينبعث الأمل من فكرة أنه يمكننا استخدام الكهرباء المتجددة لتفكيك جزيء الماء (H2O) لإنتاج الهيدروجين الأخضر الغني بالطاقة (H2) والذي يمكن بعد ذلك تخزينه واستخدامه في خلايا الوقود. بصيص الأمل هذا مثير للاهتمام خاصةً في المواقف التي تنتج فيها مصادر طاقة الرياح والطاقة الشمسية الكهرباء لتحليل الماء، لأن هذا سيسمح لنا بتخزين الطاقة لاستخدامها عندما لا تتوفر تلك المصادر المتجددة.

<strong>اقرأ أيضًا: <a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=86487">كيف يمكن أن تساعدنا الطاقة المتجددة على التعافي اقتصاديًا من الجائحة؟</a></strong>

المشكلة الأساسية هي أن جزيء الماء مستقر إلى حد بعيد ويتطلب قدرًا كبيرًا من الطاقة لشطره، أي إن الطاقة اللازمة لتحليل الماء ستكون أكبر من الناتجة عنه. والعقبة الرئيسية التي يجب إزالتها خاصةً هي فرط الجهد المرتبط بتفاعل إنتاج الأكسجين وهو حجر الأساس في تفكيك الماء لإنتاج الهيدروجين.

على الرغم من أن بعض العناصر فعالة في كونها محفزات في شطر الماء مثل الروثينيوم أو الإيريديوم، فإنها باهظة التكلفة ونادرة، ما يجعلها غير صالحة للاستهلاك العالمي. أما الخيارات الأخرى الأقل تكلفة فتعاني مشكلة كفاءتها أو متانتها أو كليهما، فعليًا وحتى هذه اللحظة لم يكتشف أحد محفزات فعالة من ناحية التكلفة، وقوية لفترات زمنية طويلة.

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/light-bulb-984551_960_720.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-105814" src="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/light-bulb-984551_960_720.jpg" alt="" width="600" height="337" /></a>
<h3>إذن ما الحل لهذه المعضلة؟</h3>
قبل أن تتخيل المعاطف والنظارات الواقية والدوارق الزجاجية الكيميائية والروائح الغريبة فإن هذا البحث العلمي قد أُنجز بالكامل حاسوبيًا.

اجتمع الفيزيائيون النظريون والكيميائيون في فريق ترينيتي المسؤول عن هذا الاختراق الحديث، جمع الفريق عباقرة الكيمياء مع أجهزة حاسوبية شديدة القوة للعثور على أحد «الكنوز المفقودة» للتحفيز الكيميائي.
<h3>إلام توصل الفريق؟</h3>
في ذلك الوقت، أي قبل سنتين، اكتشف الفريق أن العلم كان يقلل من أهمية نشاط بعض المحفزات الأكثر تفاعلية ونتيجة لذلك بدا أن عقبة الجهد الزائد المخيفة أسهل في التخلص منها مما تبدو عليه، علاوةً على ذلك، عملوا على تنقيح نموذج نظري مقبول منذ فترة طويلة يستخدم للتنبؤ بكفاءة محفزات تفكيك الماء، ما سهل البحث عن محفز «الرصاصة الخضراء Green bullet» بعيد المنال.

وفي الوقت الحاضر، فإن عمليات البحث اللاحقة التي أُجريت باستخدام نهج اندماجي آلي ونمذجة كيميائية كمومية متقدمة حددت تسع مجموعات وفيرة على كوكب الأرض من المعادن والروابط (التي تُلصق معًا لتوليد المحفزات) بكونها أدلة واعدة للتحقيق التجريبي.

تبرز معادن الكروم والمنغنيز والحديد للفريق بشكل خاص. يمكن الآن وضع الآلاف من المحفزات التي تتكون خاصة من هذه المعادن في وعاء انصهار وتقييم قدراتها مع استمرار البحث عن المزيج السحري.

<strong>اقرأ أيضًا: <a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=94107">الطاقة المتجددة أفضل من الطاقة النووية في خفض انبعاثات الكربون</a></strong>

قال ماكس غارسيا ميلكور أستاذ مساعد في الكيمياء في ترينيتي وهو المؤلف الأول لهذا البحث التاريخي: «منذ عامين، كان عملنا قد جعل البحث عن الكنز المفقود للعوامل المحفزة يبدو أكثر قابلية للإدارة. والآن، اتخذنا قفزة كبيرة أخرى إلى الأمام من خلال حصر الخيارات بشكل كبير وتسريع طريقة البحث، حتى وقت قريب كنا نبحث عن إبرة صغيرة في كومة قش ضخمة. قبل عامين فحصنا 17 محفزًا، أما الآن فقد فحصنا 444، ونعتقد أنه لن يمر وقت طويل قبل أن يكون لدينا قاعدة بيانات فيها 80000 محفز قابل للفحص».

وأضاف: «كيف يمكننا أن نعيش على نحو مستدام؟ يمكن القول إن هذا هو السؤال الأهم والأكثر إلحاحًا الذي يواجه مجتمع القرن الحادي والعشرين. أعتقد أن الباحثين من جميع التخصصات يمكن أن يساعدوا في الإجابة على ذلك، ونشعر بقوة خاصة في سعينا تتمثل بالنهج متعدد التخصصات الذي نتخذه».

قال مايكل كريغ طالب الدكتوراه في ترينيتي والمؤلف الأول لمقال المجلة العلمية: «يبدو لنا وبأمل كبير أن العلم يمكن أن يزود العالم بالطاقة المتجددة بالكامل، وهذا العمل الأخير يوفر أساسًا نظريًا لتحسين الطرق المستدامة لتخزين هذه الطاقة، ويتجاوز ذلك من خلال تحديد معادن معينة تقدم نتائج واعدة أكثر. ركزت الكثير من الأبحاث على المعادن الفعالة ولكنها باهظة الثمن، على الرغم من أن هذه المعادن أندر من أن نطوعها لتخزين الهيدروجين وإنتاج طاقة تكفي كل متطلبات البشرية. نحن نركز على إيجاد خيار طويل الأمد وقابل للتطبيق ونأمل تحقيق ذلك».

<strong>اقرأ أيضًا:</strong>

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=93258">كيف يمكن أن يصبح الهيدروجين الأخضر رخيصًا بما يكفي لينافس الوقود الأحفوري؟</a>

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=105335">هل يمكن للطاقة المتجددة تغطية حاجة بلدان بأكملها؟</a>

ترجمة: أحمد أبو شمالة

تدقيق: عبد الرحمن داده

<a href="https://techxplore.com/news/2021-07-scientists-home-recipe-renewable-energy.html">المصدر</a>

السعي نحو الوصفة السحرية لطاقة متجددة ونظيفة بالكامل

bigstock-road-map-of-the-mind-44203111-scaled-1

<h3>أحد أهم الأسئلة غير المجابة بعد في العلم هو كيف تأسس وعينا؟</h3>
في التسعينيات قبل فترة طويلة من فوزه بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2020 لتنبؤاته عن الثقوب السوداء، تعاون الفيزيائي روجر بنروز مع طبيب التخدير ستيوارت هاميروف لاقتراح إجابة طموحة عن هذا السؤال. إذ زُعِم أن النظام العصبي للدماغ يشكل شبكة معقدة وأن الوعي الناتج عن ذلك يجب أن يخضع لقواعد ميكانيكا الكم، إذ يرون ذلك يفسر التعقيد الغامض للوعي البشري.

قوبل بنروز وهاميروف بالتشكيك من المجتمع العلمي؛ لأنه عادة ما تنطبق قوانين ميكانيكا الكم فقط في درجات حرارة منخفضة للغاية، فالحواسيب الكمومية مثلًا تعمل حاليًا عند نحو 272 درجة مئوية تحت الصفر، وفي درجات حرارة أعلى من هذا الحد تتولى الميكانيكا الكلاسيكية زمام الأمور.

نظرًا إلى أن أجسامنا تعمل في درجة حرارة الغرفة، فمن المتوقع أن تحكمها القوانين الكلاسيكية للفيزياء؛ لهذا السبب رُفضت نظرية الوعي الكمومي تمامًا من قبل العديد من العلماء رغم وجود المؤيدين لها.

قرر كاتب هذه الدراسة الانضمام إلى زملائه من الصين بقيادة البروفيسور شيانمين جين في جامعة شانغهاي جياو تونغ لاختبار بعض المبادئ التي تقوم عليها نظرية الوعي الكمومي، إذ درسوا كيف يمكن أن تتحرك الجسيمات الكمومية في بنية معقدة مثل الدماغ (ولكن في بيئة معملية)، وإذا تمكنا من مقارنة النتائج التي توصلنا إليها يومًا ما بالنشاط الذي يُقاس في الدماغ، فقد نقترب خطوة واحدة من التحقق من قبول نظرية بنروز وهاميروف المثيرة للجدل أو رفضها.

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/1-lZpwcFmuWhe6npmHxcWzHw.jpeg"><img class="aligncenter size-full wp-image-105888" src="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/1-lZpwcFmuWhe6npmHxcWzHw.jpeg" alt="" width="1200" height="686" /></a>
<h3>العقول والكُسيرات</h3>
تتكون أدمغتنا من خلايا تسمى الخلايا العصبية، ويظن أن نشاطها المشترك يولد الوعي، إذ تحتوي كل خلية عصبية على أنابيب دقيقة تنقل المواد إلى أجزاء مختلفة من الخلية.

تجادل نظرية بنروز-هاميروف للوعي الكمومي بأن الأنابيب الدقيقة مبنية في نمط كسيري ما يمكّن العمليات الكمومية من الحدوث.

الكُسيرات هياكل ليست ثنائية الأبعاد ولا ثلاثية الأبعاد ولكنها بدلاً من ذلك بعض القيم الكسرية بينهما.

في الرياضيات، تظهر الكُسيرات على شكل أنماط جميلة تكرر نفسها إلى ما لا نهاية، وتصنع ما قد يبدو مستحيلاً؛ بنية مساحتها محدودة ومحيطها غير محدود.

قد يبدو تخيّل هذا مستحيلًا، لكن الكُسيرات تحدث بالتكرار في الطبيعة؛ إذا نظرت عن كثب إلى زهيرات القرنبيط أو فروع السرخس فسترى أنهما مكونان من نفس الشكل الأساسي يكرر نفسه مرارًا وتكرارًا ولكن بمقاييس أصغر وأصغر، وهي سمة أساسية للكُسيرات.

يحدث الشيء نفسه إذا نظرت داخل جسمك، بنية رئتيك مثلًا كُسيريّة وكذلك الأوعية الدموية في نظام الجهاز الدوري.

تظهر الكُسيرات أيضًا في الأعمال الفنية المتكررة الساحرة لأم سي آشر وجاكسون بولوك، وقد استُخدمت لعقود في التكنولوجيا مثل تصميم الهوائيات.
هذه كلها أمثلة على الكُسيرات الكلاسيكية أي التي تلتزم بقوانين الفيزياء الكلاسيكية بدلاً من فيزياء الكم.

سبب استخدام الكُسيرات لشرح تعقيد الوعي البشري يعود لكونها معقدة بصورة لا نهائية، ما يسمح للتعقيدات بالظهور من أنماط بسيطة متكررة، فقد تكون الكُسيرات هي الهياكل التي تدعم الأعماق الغامضة لعقولنا.

ولكن إذا كان هذا هو الحال، فإن الوعي يمكن أن يحدث فقط على المستوى الكمي، إذ تتحرك جزيئات صغيرة في أنماط كسيرية داخل الخلايا العصبية في الدماغ، وهو السبب وراء تسمية اقتراح بنروز وهامروف «نظرية الوعي الكمي».
<h3>نظرية الوعي الكمومي</h3>
لم نتمكن بعد من قياس سلوك الكُسيرات الكمومية في الدماغ (إن وجدت أصلاً)؛ لكن التكنولوجيا المتقدمة تعني أنه يمكننا الآن قياس الكُسيرات الكمومية في المختبر.

في الأبحاث الحديثة التي تضمنت مجهر المسح النفقي (STM) رتب الباحثون في مدينة أوترخت الإلكترونات بعناية في نمط كُسيري، ما أدى إلى تكوين كُسيرة كمومية، ثم قاسوا الدالة الموجية للإلكترونات التي تصف حالتها الكمومية؛ فوجدوا أنها أيضًا تقطن في البعد الكُسيري الذي يمليه النمط الفيزيائي الذي صنعوه.

ففي هذه الحالة، كان النمط الذي استخدموه على المقياس الكمي هو مثلث سيربنسكي وهو شكل يقع في مكان ما بين بُعد واحد وثنائي الأبعاد (شكل كُسيري)، كان هذا اكتشافًا مثيرًا، لكن تقنيات مجهر STM لا يمكنها سبر كيفية تحرك الجسيمات الكمومية، وهو ما سيخبرنا المزيد عن كيفية حدوث العمليات الكمومية في الدماغ.

تقدم الباحث وزملائه في جامعة شنغهاي جياو تونغ خطوة إلى الأمام مستخدمين أحدث التجارب الضوئية، تمكنوا فيها من الكشف عن الحركة الكمومية التي تحدث داخل الكُسيرات بتفاصيل غير مسبوقة.

حقق العلماء ذلك بحقن الفوتونات (جسيمات الضوء) في شريحة اصطناعية صممت بصعوبة على شكل مثلث سيربنسكي صغير.

حقن العلماء الفوتونات في طرف المثلث وشاهدوا كيف تنتشر في جميع أنحاء هيكله الكسيري في عملية تسمى «النقل الكمي»، ثم كرروا هذه التجربة على بنيتين كُسيريتين مختلفتين كلاهما على شكل مربع بدلاً من مثلث، وفي كل من هذه الهياكل أجروا مئات التجارب.

كشفت ملاحظاتهم من هذه التجارب أن الكُسيرات الكمومية تتصرف في الواقع بطريقة مختلفة عن الكُسيرات الكلاسيكية، وتحديدًا، انتشار الضوء عبر الكُسيرات تحكمه قوانين مختلفة في حالة الكم مقارنة بالحالة الكلاسيكية.

يمكن أن توفر هذه المعرفة الجديدة بالكُسيرات الكمومية أسسًا للعلماء لاختبار نظرية الوعي الكمومي تجريبًا.

إذا أُخُذت القياسات الكمومية يومًا ما من الدماغ البشري، فيمكن مقارنتها بنتائجنا؛ لتحديد ما إذا كان الوعي ظاهرة كلاسيكية أم ظاهرة كمومية.

يمكن أن يكون لعملنا أيضًا تطبيقات عميقة عبر المجالات العلمية، فعبر البحث في النقل الكمي في هياكل الفريق الكُسيرية المصممة صناعيًا قد تكون هذه أولى الخطوات الصغيرة نحو توحيد الفيزياء والرياضيات والأحياء التي يمكن أن تثري بصورة كبير فهمنا للعالم من حولنا وكذلك العالم الموجود في رؤوسنا.

<strong>اقرأ أيضًا:</strong>

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=81605">ما هو الوعي الكمومي؟ نظرية فيزيائية يمكنها التنبؤ بسلوك الإنسان</a>

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=21487">سلسلة علم الاحياء الكمية الحلقة الخامسة :نظرية الوعي الكمومي</a>

ترجمة: أحمد أبو شمالة

تدقيق: تسبيح علي

<a href="https://www.sciencealert.com/is-consciousness-bound-by-quantum-physics-we-re-getting-closer-to-finding-out">المصدر</a>

أحمد أبو شمالة

الأعمال

ما عدد الذرات في الكون المرصود؟

تمايل في مدار القمر قد يسبب فيضانات غير مسبوقة في العقد المقبل

السعي نحو الوصفة السحرية لطاقة متجددة ونظيفة بالكامل

هل يرتبط الوعي البشري بالفيزياء الكمومية؟