TTC - Particle Physics for Non-Physicists

ترجمـــة سماعية .. م / رامــي أحــمـــد

ترجمـــة سماعية .. م / رامــي أحــمـــد

""فيزياء الجسيمات لغير المتخصصين""

(المحاضرة (1 طبيعة الفيزياء

أهلاً، ومرحباً بكم في عالم فيزياء الجسيمات

(إسمي هو (ستيفن بولوك

أستاذ الفيزياء النظرية للجسيمات الذرية بجامعة كولورادو - بولدر

هذه الكلمات ربما تعني أو لا تعني كثير لك حتى الآن

الفيزياء النظرية للجسيمات الذرية إنه فرع من الفيزياء

وبنهاية هذه الدورة سيكون لديكم فهم جيد عما تعنيه هذه الكلمات وما أدرسه

وهذا ما سنقوم بدراسته تحديداً في هذه الدورة

فيزياء الجسيمات، هي فرع من علم الفيزياء

والفيزياء بشكل عام تهتم بدراسة مِمَّ يتشكل العالم ؟

وكيف تعمل الأشياء ؟ كيف تتصرف ؟ ولماذا تتصرف بهذه الطريقة ؟

إنها محاولة لفهم الأشياء والظواهر الطبيعية والتقنية

في عالمنا الطبيعي، أنت تقذف الكرة في الهواء وهي تتبع شكل القوس

ونحن نفهم هذا المسار، إنه منطقي ويتبع قوانين فيزيائية معروفة

فيزياء الجسيمات هي فرع العلم حيث نحاول حقيقةً البحث في الأعماق

مِمَّ يتكون الكون بالمستويات الدنيا ؟ ما هي أبسط مكونات المادة ؟

والقوانين والأفكار الأكثر أصالة التي تحكم سلوك الأشياء

ولماذا تتصرف بالطريقة التي هي عليها ؟

فيزياء الجسيمات تهتم بالجسيمات التي تشكل العالم الذي نعيشه

يمكنني وصف فيزياء الجسيمات في خَمسْ كلمات

هذه الكلمات الخَمسْ كلمات علمية

وهي مُعرَّفة بواسطة الفيزيائيون بمعاني محددة

ولكنها أيضاً مرتبطة بالبديهيات في حياتنا اليومية

القوة، الطاقة، المادة، المكان، الزمان

هذه هي الخَمسْ مكونات الأساسية لفرع فيزياء الجسيمات

وحتى للفيزياء بشكل عام

القوة والطاقة تفسر كيف ولماذا تفاعل الأشياء المادة، تفسر ماهية الشيء نفسه، مِمَّ يتكون العالم

الزمان والمكان، هما الإطار الحاوي لحدوث كل هذه الأشياء

هذا هو مفهوم فيزياء الجسيمات

وبينما نتقدم في هذه الدورة سوف نتعامل تحديداً مع المادة بالأساس

وأيضاً مع باقي المفاهيم

القوة التي تتأثر بها تلك المادة والطاقة المحتوية بهذه التفاعلات

والمكان والزمان حيث يحدث كل ذلك

أنظر حولك لحظة فكر بالعالم الذي نحن به الآن

العالم المادي إنه الأشياء والظواهر

هناك المواد الصلبة التي أينما وُجِدَت فهي قاسية

وقد تحاول كسرها أو ثنيها ولا تستطيع

وهناك أيضاً المواد اللينة مثل يديك أو بشرتك

هناك المواد الطيارة، مثل الهواء الذي نتخلله حيث بالكاد يمكنك الإحساس به واكتشافه

وهناك أشياء تحدث داخل هذا العالم

الصوت الذي تسمعه بأذنك والضوء الذي تحس به عينيك

.. الألوان والقصاصات كل هذه أشياء بعالم الفيزياء

ويمكنك تخيل أن هذا التنوع الهائل للظواهر معقد بشكل تام

يمكن تخيل أن العالم به مجموعات من الأشياء المختلفة

وأنه يمكننا دراسة أياً منها كفرع من العلوم

وربما من الصعب تخيل أنه يمكننا ربطها جميعاً، لكننا نستطيع

هذه أحد الأشياء المميزة التي تعلمناها عن العالم

بأن كل شيء مادي، بدءاً من الأشياء بهذه الغرفة والأجرام الفضائية

وحتى الأشياء في أعمق أعماق المجرات، وكل ما بين ذلك

كل ذلك يربطه مجموعة بسيطة من القواعد ومجموعة بسيطة من المفاهيم

ووحدات بناء أساسية واحدة

وهذا هو محور دراستنا في هذه الدورة ما هي تلك المفاهيم ؟

وما هي وحدات البناء وكيف نفهمها جيداً ؟

لنعود إلى الوراء 25 قرناً من الزمان

هذا سؤال قديم لطالما إحتار الناس عن مِمَّ يتكون العالم

منذ قديم الأزل، وأعتقد فقط أنهم لم يكتبوه بعصر إنسان الكهف

لكن لدينا بالفعل سجلات لفلاسفة اليونان يفكرون بهذا

مِمَّ يتكون العالم ؟

سوف نتعلم في المحاضرات القادمة عن بعض هؤلاء الناس وأفكارهم

لكن دعوني ألخص وجهتي نظر ظهرتا منذ 25 قرن مضت

كان هناك (ديموقريطس)، فيلسوف يوناني في حقبة قريبة من 460 قبل الميلاد

والذي كان يؤمن بفكرة، لم يكن هو أول من بدأها

لكنه إتبع منهج العديد من الفلاسفة الآخرين الذين فكروا في كيفية عمل العالم

وكانت فكرته هي أن كل شيء يتكون من أجزاء صغيرة

وأسماها "أتوموس" وهي تعني غير قابل للتجزئة أو التفكيك

دعني أعطيك تشبيه واضح لتفهم نظرية (ديموقريطس) بشكل صحيح

تخيل أنني أعطيتك قطعة من الزبدة

هذه الزبدة هي مادة فيزيائية ولها خصائص معينة

إنها صفراء، وهي لينة، وتذوب عند التسخين

ولها كتلة محددة يمكنك وصفها، ودراستها كجسم مادي

والآن إذا قطعتها لنصفين، ورميت نصفها وبقي لنا نصف قطعة الزبدة

أعتقد أننا نتفق جميعاً أنها مازالت زبدة

إنها أقل وزناً لكنها بالطبع مازالت زبدة

لم نغير طبيعة أو خصائص هذه المادة

لذا إذا أردت فهم ماهية الزبدة، لا يهم كم أعطيك منها

فإذا ما قمنا بقسمتها ثانية، مرة وراء مرة

فسيكون لدينا جزيء من الزبدة، مازالت زبدة

ولا فرق بين جزيء الزبدة وبين القطعة الأصلية، عدا كم أعطيتك منها

وهنا تخيَّل ديموقريطس ماذا إذا قمنا بتجزئتها أكثر .. مرة بعد المرة

في النهاية يؤمن ديموقريطس منذ 25 قرن مضت بأننا سنصل إلى جزء

جزء فردي غير قابل للتجزأة أو الإنقسام، جزء من الزبدة

إنه مادي وواقعي، شيء صغير للغاية كي تتخيله أو تراه وتنظر إليه

لكن يبدو أنه أصغر كثيراً في الواقع من أي شيء يمكنك رؤيته بعينيك

وهذه هي فكرة ديموقريطس عن الذرات

وأنها تتواجد بالفضاء وتتحرك وتتفاعل مع بعضها

وأنها أجسام مادية صلبة حقيقية

هذه كانت فكرة فلسفية تماماً

وكان هناك فلاسفة آخرون بذلك الوقت يختلفون تماماً معها

في الحقيقة "أرسطو" والذي ربما كان أكثر الفلاسفة شهرة بهذا العصر، إختلف كثيراً

وفي الحقيقة فإن معظم أفكار ديموقريطس "التي نعرفها أتت إلينا من كتاب أرسطو "النقد

كان لأرسطو فكرة مُنتقَدة كثيراً بوجهة النظر الحديثة

فقد آمن بأن العالم يتكون من التراب والهواء والماء والنار

لكن لا يوجد أجزاء فردية إنها أشبه بالشخصيات والصفات

وأن المادة بالتالي يمكن تفكيكها إلى مالانهاية

يمكنك تفكيك الزبدة إلى أجزاء أصغر وأصغر بشكل مستمر وستبقى زبدة حتى النهاية

عاشت فكرة أرسطو لآلاف السنين كان رجلاً لامعاً جداً من جوانب عدة

ولديه نفوذه وتأثيره في الدين وفلسفة الدين والفلسفة بشكل عام

العديد من أفكاره العلمية وهذه الواحدة بالتحديد

تم في الواقع تكذيبها تماماً الآن ولا يوجد دليل على فكرة أرسطو

وعلى العكس يوجد العديد من الأدلة على الفكرة التي آمن بها ديموقريطس

لكن لم يكن كلا الرجلين عالماً بالمعنى المفهوم حديثاً بعالمنا

فقد إعتقدوا أن بإمكاننا فهم العالم فقط بالتفكير به، فقط كن فيلسوفاً

إسأل نفسك كيف من المفترض أن يكون شكل العالم ليكون منطقياً

ويبدو أن هذه طريقة عقيمة جداً لمعرفة كيف تعمل الأشياء

فمن الأفضل تماماً أن تذهب إلى المعمل وتسأل الطبيعة عن حقيقة الأشياء

ليس بأن نؤمن بالطريقة التي من المفترض أن تكون عليها

بل عليك أن تأخذ البيانات وتجمع المعلومات، وتسأل نفسك كيف تتصرف الزبدة

ويمكنك إكتشاف ما تأخر لأكثر من ألفي سنة حتى القرن التاسع عشر

بأن الناس بدأت تكتشف أدلة دامغة تُثبت أن الزبدة تتكون مما نعرفه الآن بأنه جزيئات

وبعد ذلك في وقت متأخر إكتشفنا أن هذه الجزيئات نفسها

تتكون من جسيمات أصغر والتي ندعوها الذرات تيمناً بما أسماه ديموقريطس في فكرته

إذن، فهذا اللغز حول كيفية عمل العالم

هو جدل أثير منذ وقت طويل جداً وظل بدون إجابة لوقت طويل أيضاً

وسأؤكد أنه تم معرفته حالياً

وأنا أعلم أن هذه تبدو كجملة مغرورة لفيزيائي بأننا نفهم العالم

سوف نُفصّل هذا لاحقاً وبمرور الوقت في هذه الدورة

سوف نتحدث تحديداً عما نعرفه حالياً وما لا نعرفه حتى الآن

وما هي الألغاز المتبقية وما هي الأسئلة الأصعب التي لم نجاوب عليها إلى الآن

لكن إلى حد كبير جداً نعلم يقيناً أن الكون يتكون من الذرات

لدينا أدلة مادية مباشرة

فلدينا المجهر الإلكتروني الذي يصور الذرات المفردة حالياً

وحتى على المستوى دون الذري فالذرات نفسها تتكون من أجزاء أصغر

وحدات البناء الحقيقية للطبيعة التي أصغر من الذرة

إنها آخر النظريات الحالية وسوف نمر عليها مراراً وتكراراً في هذه الدورة

وحتى هذه الجسيمات دون الذرية

لدينا عليها أدلة مباشرة فهي تترك أثاراً خافتة وراءها في كواشف الجسيمات

كتلك الآثار التي تراها خلف الطائرة النفاثة

حتى إذا لم يمكنك رؤية الطائرة يمكنك رؤية دليل مباشر على مسارها

وفي هذه الدورة سوف ندرس تلك البيانات

والأفكار التي بنيناها حول هذه البيانات لمحاولة جعل الأمور منطقية ومحاولة فهمها

دعونا نعطي تشبيهاً لفهم الأمر كما أفهمه أنا

لتكون فكرة الذرات والجسيمات دون الذرية مفهومة بشكل جيد

هناك فكرة علمية أخرى والتي جادل حولها فلاسفة اليونان

والتي تدور حول موقعنا في الكون هذا سؤال مختلف كلياً

بدايةً .. هل نعيش على أرض مسطحة أم أنها كرة ؟

هل نقع في مركز الكون ؟ أو بمكان آخر خلاف المركز ؟

وهل هناك مركز أصلاً ؟

كانت هذه أسئلة منطقية يسأل الناس عنها وكان هناك فضول بشأنها

ومرة أخرى كان هناك معسكرات مختلفة من الفلاسفة منذ 25 قرن مضت

وكان هناك في الحقيقة فلاسفة يونانيين آمنوا بنسخة عصرية عن طريقة عمل العالم

لكنهم في الحقيقة لم يعتمدوا على جمع البيانات وعمل القياسات

وملاحظة الكواكب التي تدور بالسماء

وقد إستغرق الأمر ألفي عام حتى عصر النهضة وبعدها، ليبدأ الناس تقديم معلومات محددة

واليوم لدينا جميعاً تلك النظرة للعالم

وقد قيل لنا كأطفال صغار في المدارس الإبتدائية

بأن الشمس تقع في مركز المجموعة الشمسية

وأن الكواكب تدور وتحوم حولها

ويمكننا بشكل جيد فهم ظاهرة مثل أن الشمس تشرق من الشرق

وتسافر عبر السماء لتغرب من الغرب دون إستحضار تلك الفكرة البدائية

بأن الأرض ثابتة والشمس تدور حولنا على مدار اليوم

أعتقد أنه من الممكن أن نقولها بملأ الفم بأن تلك ليست فكرة علمية سليمة

وأعتقد كثيراً أيضاً أن الجميع يتفق معي

إذا كنت تختلف معي فالأمر يستحق التفكير لماذا نؤمن بذلك

وحتى إذا كنت تتفق معي فلتسأل نفسك كيف تعرف ذلك ؟

لماذا تؤمن حقاً بتلك الصورة التي أعطيت إليك في المدرسة الإبتدائية

بأن الشمس لا تدور حول الأرض على مدار اليوم

هناك العديد من الأسباب كي تؤمن بذلك هناك العديد من البيانات

هناك العديد من التجارب والقياسات التي من الممكن القيام بها

في الحقيقة تستطيع بنفسك القيام بها ومن الممتع التفكير بذلك

وهذا أمر سنفكر فيه خلال هذه الدورة

حينما أخبرك بحقائق علمية كل هذه الحقائق تقوم على أدلة

ومن المهم أن تسأل نفسك دائماً كيف أتأكد من ذلك ؟

لِمَ علي أن أؤمن بهذا ؟

الهدف من هذه الدورة أن يكون معك الإطار العام

إنه أشبه بذلك الإطار العام الذي قد أشرح به النظام الشمسي ويكون لديك تصور عقلي

وبينما يكون لك تصور عقلي عن النظام الشمسي

من السهل عليك إستيعاب تلك التقارير والأخبار عن الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض

أو مركبات الفضاء التي نرسلها إلى زحل لإكتشافه

فيكون لديك تصور عقلي وإطار عام

حيث يمكنك إستيعاب الأفكار المعاصرة والإكتشافات الحديثة وتفهمها جيداً

وما أود القيام به هو إعطاؤك ذلك التصور العقلي

كي تفهم الأفكار المعاصرة التي لدينا بخصوص فيزياء الجسيمات

عن كتل البناء الأساسية

إنه نموذج غير مألوف عامة برغم أن هناك العديد لديهم بعض الأفكار

وبعض الإستيعاب البسيط لما أخذوه بالمدارس الإبتدائية والمدارس الثانوية

فقد يعرف البعض ما هي الذرة

ولكننا سوف نتعمق كثيراً سوف نذهب إلى ما وراء الذرة

لنعرف مِمَّ تتكون ؟ ومِمَّ تتكون هذه المكونات ؟

وسوف نتبع هذه السلسلة قدر إستطاعتنا

الهدف من علم فيزياء الجسيمات هو البحث في الأعماق

وهذا يقود إلى فكرة أقرب إلى النظرة الفلسفية

وهو نهج لفهم العالم وهو ما أسميه الإختزال

بالطبع الجميع يسميه الإختزال

إنها فكرة أنك حينما تنظر إلى شيء معقد فهناك العديد من الطرق لمحاولة فهمه

وأحدها هو أن تسأل مِمَّ يتكون ؟ ما هي كتل البناء المعروفة التي تتكون منها ؟

هذا نهج إختزالي حيث تختزل التعقيد إلى شيء ما أبسط

ولكن ليست هذه الطريقة الوحيدة في أساليب العلم

إذا نظرت إلى الإنسان نفسه الذي يتفاعل مع غيره

وتسأل ماذا يحدث ؟ كيف أفهم تلك الصراعات والمناقشات ؟

وطبيعة علم النفس أو الإجتماع ؟

يمكنك كمبدأ، التفكير بإستكشاف الإنسان نفسه والبحث في الجوانب المختلفة لهذه التفاعلات

أو يمكنك إختزال الأمر وتبدأ بدراسة العقل البشري

وتبدأ بفهم السلوك الإنساني من خلال فهم التفاعلات الكيميائية والفيزيائية بالعقل

لا أقول أن هذه الطريقة الوحيدة لفهم السلوك الإنساني لكنها طريقة مفيدة

يمكننا مثلاً اللجوء إلى العقاقير إذا حدث خلل وظيفي بإنسان

ففي بعض الحالات تضطر إلى إستخدام الحلول الكيميائية

في حالات أخرى يتطلب الأمر العلاج النفسي