رحلة الكون عبر الزمان(2) المعادلة الأشهر فى التاريخ

سامح سعيد عبود

الحوار المتمدن-العدد: 2683 - 2009 / 6 / 20 - 10:19
المحور: مواضيع وابحاث سياسية
    

بخلاف نظرية النسبية التى اشتهر أينشتين باكتشافها، فإن انجازه الأهم الذى تم الاستفادة منه عمليا فى تصنيع القنبلة الانشطارية، التى قذفت بها هيروشيما ونجازاكى، وكذلك فى المفاعلات النووية، هو صياغته للمعادلة الأشهر فى التاريخ، والتى تحدد العلاقة بين الطاقة والكتلة، مما فتح الباب لإمكانية تحويل أى منهما للأخرى، وقبل أن نتطرق لشرح المعادلة فإنه من المهم أن نتعرف على عدد من التعريفات والنظريات الأساسية فى الطبيعة التى تصف خواص هذا الواقع بكل ما يحويه من أشياء وعمليات ، وهذا ما سنعرضه باختصار فيما يلى.
(أ) الكتلة
نلتقى فى حياتنا بأجسام مختلفة من الكائنات الحية والكائنات غير الحية، بعض هذه الأجسام نراها ثابتة وبعضها متحرك، بعضها كبير وبعضها صغير وهكذا، وكل هذه الأجسام لها كتل، فما هى الكتلة ؟ ، أستقر العلم على ثلاث تعريفات كلها صحيحة للكتلة كمفهوم طبيعى تتصف به سائر الأجسام والجسيمات .
أول هذه التعريفات أن الكتلة هى كمية المادة فى جسم أو جسيم ما، وهو ما يعطى الجسم أو الجسيم حجمه و كثافته.
ثاني هذه التعريفات أن الكتلة هى مقدار مقاومة الجسم للسرعة، فنحن عندما نحاول زيادة أو انقاص سرعة الجسم أو الجسيم نلاحظ أنه يقاوم ذلك التأثير بما يتناسب مع كتلته، فلو لدينا حجر وكرة مطاطية متساويان فى الحجم يتحركان بنفس السرعة فإن زيادة سرعة الحجر أو انقاص سرعته تحتاج لقوة أكبر من مما تحتاجه زيادة سرعة الكرة المطاطية أو انقاص سرعتها، حيث أن الحجر يحوى كتلة أكبر من كتلة الكرة المطاطية، لأن مقاومة الكرة المطاطية لزيادة السرعة أو انقاصها أقل من مقاومة الحجر.
ثالث هذه التعريفات أن الكتلة هى مقدار مقاومة الجسم للقصور الذاتى، فنحن عندما نحاول تحريك أو إيقاف جسم أو جسيم عن الحركة ، نلاحظ أنه يقاوم ذلك التأثير بما يتناسب مع كتلته، ولأن كتلة الورقة أصغر من كتلة القلم الموجود على المكتب أمامك، فإنك حين تنفخ فى الأثنين بنفس القوة فستجد أن الورقة تحركت أسرع من القلم، و لمسافة أكبر من القلم، ذلك لأن كتلة القلم قاومت تأثير الهواء الخارج من فمك بالنفخ، بأكثر مما قاومت كتلة الورقة تأثير هذا الهواء.
(ب) الطاقة
الطاقة هى القدرة على إحداث الفعل، أيا كان هذا الفعل حركة الكرة أو نمو النبات أو سقوط الحجر أو حتى تفكيرك فيما تقرأ، و يحدث الفعل أيا كان هذا الفعل، عند تبادل الطاقة بين الجسيمات والأجسام المختلفة، و الطاقة تتناسب طرديا مع كتلة الجسيم أو الجسم، و يحملها نوع من الجسيمات الأولية ذات خواص معينة، وهو ما سوف يتم شرحه تفصيلا فيما بعد.
فالطاقة إذن هي المقدرة على القيام بعمل ما. وهناك صور عديدة للطاقة، يتمثل أهمها في الحرارة و الضوء. و الصوت أيضا عبارة عن طاقة. و هناك" الطاقة الميكانيكية" التي تولدها الآلات، و"الطاقة الكيميائية" التي تتحرر عند حدوث تغيرات كيميائية. و يمكن تحويل الطاقة من صورة إلى أخرى. فعلى سبيل المثال، يمكن تحويل الطاقة الكيميائية المختزنة في بطارية الجيب إلى ضوء .
كمية الطاقة مثلها مثل كمية الكتله الموجودة في الوجود ثابتة على الدوام، فالطاقة والكتلة لا تفنيان ولا تستحدثان و لا تخلقان من عدم ، وإنما تتحولان من شكل إلى آخر. وعندما يبدو أن الطاقة قد استنفذت، فإنها في حقيقة الأمر تكون قد تحولت إلى صورة أخرى من صور الطاقة، وهو ما ينطبق أيضا على الكتلة، فضلا عن أن كلا من الطاقة والكتلة يتحول كل منهما لصورة من صور الأخرى.
الطاقة هي قدرة الكتلة للقيام بالشغل أو بالحركة، كنتيجة لحركة الكتلة أو وضعها بالنسبة للقوي التي تعمل عليها . فالطاقة التي يصاحبها حركة يطلق عليها طاقة حركية. والطاقة التي لها صلة بالوضع الذى تكون عليه الكتلة يطلق عليها طاقة كامنة أو طاقة وضع. فالسيارة التى تسير أعلى الجبل تتساوى فى طاقتها الحركية مع نفس السيارة عندما تسير بنفس السرعة أسفل الجبل، و لكن طاقة وضع السيارة أعلى الجبل أعلى منها أسفل الجبل فى حالة تساويهما فى نفس الحالة من السكون أو التحرك بنفس السرعة.
والطاقة توجد في عدة أشكال كالطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية والطاقة الديناميكية الحرارية والطاقة الكيميائية والطاقة الكهربائية والطاقة الإشعاعية والطاقة الذرية . . والطعام الذي نتناوله ، به طاقة كيميائية يخزنها الجسم ويطلقها عندما نعمل أو نبذل مجهودا. وكل أشكال هذه الطاقات قابلة للتحويل الداخلي من شكل لشكل بواسطة طرق مناسبة
(ج) العلاقة بين السرعة والكتلة
الكتلة وفق التعريفين الثانى والثالث لها باعتبارها القدرة على مقاومة الجسم للسرعة و للقصور الذاتى ليست خاصية مطلقة للأجسام والجسيمات، حيث تتوقف كتلة سكون الجسم على سرعته فكلما زادت سرعة الجسم زادت كتلته ، وكلما قلت سرعة الجسم قلت كتلته.
(د) العلاقة بين الكتلة والطاقة
كلما ازدادت كتلة الجسم أو الجسيم ازدادت الطاقة المصاحبة له، وكلما قلت كتلته قلت الطاقة المصاحبة له. فالعلاقة بين الكتلة والسرعة من جانب ، و السرعة و الطاقة من جانب آخر علاقة طردية، وهناك علاقة وطيدة بين السرعة والطاقة والكتلة عبرت عنها معادلة إينشتين الشهيرة "الطاقة تساوى الكتلة فى مربع سرعة الضوء ".
ومن هذه المعادلة يمكن القول أن الكتلة تساوى الطاقة على مربع سرعة الضوء، وأن مربع سرعة الضوء يساوى الطاقة على الكتلة. فقانون تبادل الكتلة والطاقة، و امكانية تحول أى منهما للأخرى، الذي تُعبّر عنه المعادلة الأكثر شهرة في التاريخ ، التي تعني ان الطاقة التي يمثلها جسم متحرك تساوي كتلته مضروبة بمربع سرعة الضوء فى الفراغ. يعني ان الطاقة التي تكتسبها الأجسام في الحركة، تنضاف الى كتلتها، التي تزيد كلما تزايدت سرعتها، وبالتالي تحتاج الى طاقة أكبر لتزيد من حركتها وهكذا دواليك. وتصبح الطاقة المطلوبة لاستمرارها في الحركة السريعة، هائلة كلما اقتربت من سرعة الضوء. والحال انها لا تبلغ سرعة الضوء ابداً، لأن كتلتها تصبح لامتناهية. وبالخلاصة، فإن كل الأجسام والجسيمات ذات الكتل محكومة بأن تسير بسرعة اقل من سرعة الضوء. كما تفيد المعادلة فى إمكانية تحول الطاقة إلى كتلة والكتلة إلى طاقة، فعدما يصطدم جسيم وجسيم مناظر له من المادة الضد يتحولان إلى طاقة، مثال ذلك إذا اصطدم إلكترون وبوزيترون يتحولان لكمات من الطاقة.
(ه) سرعة الضوء في الفراغ
هو ثابت طبيعى مهم وقيمته بدقة هى 299792458 متر فى الثانية أو 1079252848 كيلومتر فى الساعة، لاحظ أن هذه السرعة هي تعريف وليس قياس منذ أن تم توحيد الوحدات العالمية, تم تعريف المتر على أنه المسافة التي يقطعها الضوء في الفراغ خلال 1/299,792,458 من الثانية. سرعة الضوء تتغير بحسب الوسط الذي يتحرك الضوء فيه. عند عبور الضوء خلال مواد شفافة مثل الزجاج أو الهواء تقل سرعته. كذلك تتغير سرعة الضوء بتأثير الجاذبية .
(و) الكم
كان للعالم ماكس بلانك الفضل فى اكتشاف الطبيعة الجسيمية للطاقة ، وأنها برغم طابعها كموجات إلا أنها فى نفس الوقت تتكون من جسيمات تسمى بكمات الطاقة، و قد حدد بلانك قيمة الكم الذى يكون الوحدة الأولية للطاقة فيما يعرف بثابت بلانك، والكم هو الوحدة التى لا تنقسم للطاقة أو المجال أو القوى والتى يمكن أن يمتصها جسيم المادة أو يقذفها فى شكل موجه.
(ز) الحد الفاصل بين جسيمات الكتلة، وكمات الطاقة
الجسيمات الأولية التى تشكل اللبنات الأولية للوجود، تنقسم لنوعين من الجسيمات، جسيمات كتلة و كمات طاقة على أن جسيمات الكتلة لا يمكن أن تبلغ سرعتها سرعة الضوء فى الفراغ، و إلا تغيرت طبيعتها من جسيمات كتلة لتصبح كمات طاقة، والتى بدورها لا يمكن أن توجد فى حاله سكون، و إلا تحولت طبيعتها، لتصبح جسيمات للكتلة، ولذلك فأن كتلة سكون الجسيمات الأولية من نوع كمات الطاقة تصبح صفر، بمعنى ضرورة تلاشيها فى حالة السكون، و تحولها لجسيم من جسيمات الكتلة.
إن كل جسيم من جسيمات الكتلة وتحت أى ظرف من الظروف، يحيط به ، ويتخلله مجال هو قطاع الفضاء الذى يظهر فيه قدرته على تبادل الفعل بينه و بين الجسيمات و الأجسام الأخرى ، وهذا المجال مكون من كمات الطاقة و بمسمى آخر المجال و بمسمى ثالث جسيمات حمل القوى.

#سامح_سعيد_عبود (هاشتاغ)      

---

اشترك في قناة ‫«الحوار المتمدن» على اليوتيوب
حوار مع الكاتب البحريني هشام عقيل حول الفكر الماركسي والتحديات التي يواجهها اليوم، اجرت الحوار: سوزان امين	حوار مع الكاتبة السودانية شادية عبد المنعم حول الصراع المسلح في السودان وتاثيراته على حياة الجماهير، اجرت الحوار: بيان بدل

كيف تدعم-ين الحوار المتمدن واليسار والعلمانية على الانترنت؟

تابعونا على:

الفيسبوك

التويتر

اليوتيوب

RSS

الانستغرام

لينكدإن

تيلكرام

بنترست

تمبلر

بلوكر

فليبورد

الموبايل

كيفية إشراك-إيصال مواضيعكم أو مواضيع تهمكم  إلى اكبر عدد ممكن من القراء والقارئات