8 أسئلة في الفيزياء لم يجد العلماء لها أجوبة : نظريات فيزيائية وأسئلة لم تحل

 نظريات فيزيائية لم تحل - مشاكل الفيزياء في العصر الحالي

الإنسان كائن فضولي بطبعه لم يتوقف عن التساؤل عن طبيعة كل ما حوله منذ الأزل، كيف لا والتساؤل هو ما يميزه عن باقي المخلوقات الحية. ولولا بحث الإنسان في طبيعة كل ما يحيط به لما وصلنا الى هذا المستوى التكنولوجي والعلمي المعاصرين. 

لكن لا تعتقد أن الإنسان المعاصر قد وصل الى مرحلة إزالة الغموض عن كل شيء، فمنذ فلاسفة اليونان القدماء وحتى عصرنا الحالى كلما توصل الإنسان الى حل مسألة علمية معينة، ظهرت من ورائها أسئلة أخرى أكثر عمقا وتعقيدا. 

من بين هذه الأسئلة العالقة نذكر 8 مسائل تعد من أبرز المسائل في الفيزياء التي لم يجد العلماء لها جوابا.

1. الثقوب السوداء ومشكلة نقطة التفرّد

تعد الثقوب السوداء أكثر الأجسام الفضائية غموضا في الكون ويعود ذلك الى صعوبة رصدها مباشرة نظرا لعدم انبعاث ضوء منها. لمعرفة المزيد عن الثقوب السوداء اضغط هنا.

ما الذي يوجد داخل الثقب الأسود؟ هل يوجد نموذج فيزيائي يصف ما الذي يحدث للمادة في "أعمق" نقطة داخله؟ سؤال لم يستطع العلماء حله الى اليوم. 

فعندما يكمل نجم كبير بما يكفي استهلاك وقوده تتغلب الجاذبية في مركزه على قوة الطرد المتولدة من التفاعل النووي، عندها ينسحق النجم في نقطة متناهية في الصغر وذات جاذبية لانهائية تسمى نقطة التفرد، وهنا تنهار القواعد الفيزيائية العادية ويصبح من الصعب وصف ما يحدث باستعمال القواعد الفيزيائية الحالية. 

لكن في هذا المستوى من الصغر قد تحمل الفيزياء الكمومية في المستقبل جوابا لهذا السؤال.

2. مسألة الزمن واتجاهه الوحيد نحو المستقبل

حسب نظرية النسبية العامة، يتكوّن الكون من نسيج مترابط من أربعة أبعاد وهي الأبعاد المكانية الثلاثة إضافة إلى البعد الزمني. 

لكن الناظر عن قرب يكتشف أن هناك اختلاف جوهري بين البعد الزمني والأبعاد المكانية، فعكس البعد المكاني الذي نستطيع التنقل فيه في أي اتجاه نريد، لا يمكن التنقل في الزمن، فنحن ككائنات بشرية نعتبر "محاصرين" في اتجاه واحد ولا يمكن التنقل بحرية في الزمن. 

وهنا السؤال: هل يمكن بطريقة ما أن يتوصل الإنسان إلى التنقل بشكل عملي في الزمن؟ هذه المسألة اثارت فضول الفلاسفة والعلماء منذ القدم.

يمكن تفسير ظاهرة اتجاه الزمن الوحيد نحو المستقبل جزئيا عن طريق القانون الثاني للديناميكا الحرارية الذي يعتبر أن الإنتروبي* (Entropy) لا يمكن إلا أن تزداد أو أن تبقى ثابتة ولا يمكن أن تتناقص في كوننا. 

قد تحمل دراسة الإنتروبي جوابا عن مسالة التنقل في الزمن.

* ألإنتروبي : مفهوم فيزيائي في الديناميكا الحرارية يترجم ظاهرة الفوضى او التشتت. يقول القانون الثاني للديناميكا الحرارية أن كل نظام (system) يتجه تلقائيا نحو الثشتت. فإذا وضعت قطرة لبن في كاس شاي مثلا لن تبقى القطرة كما هي بل ستتشتت داخل الشاي ولا يمكن بأي طريقة إعادتها وتجميعها مجددا.

3. ما الذي يكوّن المادة؟

تساءل فلاسفة الإغريق قديما هل يوجد حد معين لن نستطيع بعده تقسيم المادة إلى جزيئات أصغر حجما؟ أي وجود لبِنة أساسية تكوّن جميع المواد. 

فذهب بعض الفلاسفة إلى وجود حد معين وسموا هذا الجسيم الأوّلي Atomos. 

وذهب البعض الآخر أمثال أفلاطون إلى عدم وجود حد لتقسيم المادة. 

لكن في نهاية القرن التاسع عشر أثبت راذرفورد وجود الذرّة. لكن اكتشف بعد ذلك وجود جسيمات أصغر من الذرّة، فالذرّة تتكون من بروتونات و نيوترونات و الكترونات، و البروتونات والنيوترونات تتكون من كواركات. 

وهنا نتساءل هل وصلنا حقا إالى الجسيم الأوّلي الذي يكوّن المادة؟ أم أن هناك جسيمات أخرى لم نكتشفها؟ وهنا نعود الى السؤال الأساسي: من ماذا تتكوّن المادة؟.

توجد اليوم نظريات عديدة في فيزياء الجسيمات تحاول الإجابة على هذا السؤال أهمها ما يسمى بالنموذج المعياري الذي يشرح التفاعل بين الجسيمات دون الذرية. يمكن للنموذج المعياري أيضا أن يتنبأ بوجود جسيمات أولية مثل بوزون هيغز (Higgs Boson) الذي اكتشف في 2012.

لكن النموذج المعياري لا يعد كافيا إذ يقول الدكتور دون لينكولن، فيزيائي جسيمات في مختبر فيرمي للمسرّعات :" النموذج المعياري لا يفسر كل شيء، فهو لا يفسر سبب وجود بوزون هيغز ولا يفسركيف اكتسب كتلته تحديدا، فكتلته أصغر بكوادريليون مرة مما كان متوقعا".

اقرا ايضا10 حقائق حول تليسكوب جيمس ويب

اقرا ايضاالمادة المظلمة - الأدلة على وجودها

اقرا ايضا10 أحجار كريمة هي الأغلى سعرا في العالم

اقرا ايضاأكبر 10 نجوم - ماهو أكبر نجم في الكون

4. وجود نظرية فيزيائية أو قانون فيزيائي موحّد

في الفيزياء المعاصرة، يمكن تفسير حركة الأجسام المتناهية في الكبر كالكواكب والنجوم عن طريق نظرية النسبية العامة لأنشتاين، أما الأجسام الذرية ودون الذرية كالإلكترونات والكواركات فلا تستطيع النسبية العامة تفسير تصرفها، وهنا ولدت ميكانيكا الكم وهي فرع من الفيزياء التي تدرس الأجسام المتناهية في الصغر.

المسالة هنا هي أن كلا النظريتين تصفان العالم بطريقة مختلفة عن الأخرى وتختلفان كثيرا في عديد النواحي. فمثلا في نظرية النسبية العامة تدور جميع الأحداث على نسيج من الزمكان يتغير و ينثني حسب كثافة الجسم كما نعلم. أما في ميكانيكا الكم، تدور الأحداث على خلفية ثابتة من الزمكان. 

وهنا السؤال المحوري : كيف يمكن الدمج بين النظريتين في نظرية واحدة شاملة؟ هل من الممكن استخراج نظرية كمومية على نسيج مرن من الزمكان؟

تحاول نظرية الأوتار ونظرية الجاذبية الحلقية الكمومية الإجابة على هذا السؤال منذ عدة عقود، وبالفعل تمكنت كل واحدة من إعطاء بعض الإجابات والحلول لبعض المسائل العالقة لكن إلى حد الآن لم يتم إثبات أي منهما تجريبيا.

5. مسألة الطاقة المظلمة والمادة المظلمة

ما الذي يكوّن كوننا؟ سؤال قد يبدو في ظاهره بسيطا، لكنه أعقد مما نتوقع. 

فالمادة المعروفة التي يمكن مشاهدتها والتي تتكون من ذرات لا تمثل سوى 5% من الكون، ف 95% من الكون يتكون من "أشياء" مجهولة بالنسبة لنا وهي ما نسميه بالطاقة المظلمة والمادة المظلمة.

الطاقة المظلمة هي الطاقة التي تجعل الكون يتسارع في التوسع، فهي قوية بما يكفي للتغلب على قوى الجاذبية و تمنع الكون من الإنكماش. 

أما المادة المظلمة فهي عبارة عن "غراء" يمنع المجرات و المجموعات المجرية من التفتت. 

لم يستطع علماء الفلك والفيزياء الفلكية إلى حد الآن من تقديم تفسير للطاقة والمادة المظلمتين أو حتى مشاهدتهما، لكن تأثيرهما كبير لدرجة ان وجودهما أصبح من المسلّمات.

6. مسألة الجاذبية كأحد القوى الأساسية الأربعة

تمكن انشتاين عبر النظرية النسبية العامة من تقديم نموذج رياضي يصف جاذبية الأجسام في الفضاء، ويمكن تبسيط هذا النموذج في فكرة انحناء النسيج الذي يربط الزمان والمكان معا وهو ما يسمى بالزمكان. 

لكن الكون تحكمه ثلاث قوى أخرى اضافة الى الجاذبية وهي القوة النووية الضعيفة والقوة النووية القوية والقوة الكهرومغناطيسية. 

لكن الجاذبية تعد أضعف من هذه القوى بتريليونات تريليونات تريليونات المرات.

يفترض بعض الفيزيائيين أن السبب يعود الى وجود أبعاد مكانية اضافية لا يمكننا الإحساس بها "تمتص" بعضا من قوى الجاذبية (أو لنقل أن الجاذبية تتسرب من الأبعاد المكانية الثلاثة الى أبعاد أخرى) مما يجعلها ضعيفة جدا. 

لكن هذا لا يزال مجرد تخمين ولا يرتقي الى كونه نظرية علمية.

7. أين المادة المضادة؟

أثارت المادة المضادة اهتمام العلماء منذ ثلاثينيات القرن الماضي عندما تنبأت معادلات العالم ديراك بوجودها، وبالفعل تم انتاجها في المخابر وخصوصا في مصادم الهيدرونات الكبير، ولكن بكميات ضئيلة جدا على المستوى الذري. 

لكن عندما تم انتاج المادة المضادة في المختبرات، انتجوا أيضا كميات مساوية لها من المادة العادية وهذا يعني انه في لحظة الإنفجار العظيم، تم إنتاج المادة والمادة المضادة بكميات متساوية ولكن في كوننا الحالي لا توجد غير المادة، فأين ذهبت المادة المضادة إذا؟

"لو كانت الكميات الأولية من المادة والمادة المضادة متساويين، لأفنوا بعضهم البعض في انفجار من الطاقة ولم نكن لنوجد من الأساس" وهذا ما يجعل العلماء يفترضون أن في بداية نشأة الكون، كانت كمية المادة أعلى بجزء بسيط جدا من كمية المادة المضادة، ربما بفرق جزيء واحد.

8. هل توجد أكوان أخرى؟

يعتبر الكون الذي نعيش فيه مضبوطا بشكل دقيق جدا بحيث لو تغير أي ثابت من ثوابته ولو بشكل بسيط فلا يمكن للحياة أو المادة اصلا أن توجد. 

وقد ذهب الفيزيائيون لطرح فرضية تعدد الأكوان لتفسير هذا الضبط الدقيق "Fine Tuning". 

بالطبع لم يتمكن أحد من إثبات أو نفي هذه الفرضية فلا نعلم بعد ماهي حدود الكون و ما الذي وراءه، وإن وجدت أكوان أخرى فهل توجد وراء حدود كوننا هذا أم في أبعاد أخرى؟

المصادر من هنا وهنا