ترنيمة للطاقة

E=mc2 قصة أعظم اكتشاف في التاريخ؛ ديفيد بودانيس. ترجم من الإنجليزية: يانيف فركاش. دار نشر كيتر، 296 صفحة، 78 شيكل

عزيزي شوشاني

مخطوطة الورقة على E=mc2

إذا كانت القصائد الحديثة القصيرة، التي تحتوي على فكرة معبر عنها بإيجاز، يمكن أن تشبه الصيغ في الفيزياء، كما يبدو لي أحيانًا، فإن الصيغة E=mc2 التي طورها ألبرت أينشتاين في نظريته النسبية الخاصة عام 1905 يمكن اعتبارها أغنية (هاليل). ) من أجل الطاقة.

تلقى المؤلف ديفيد بودانيس تدريباً أساسياً في العلوم، لكنه فضل العمل كصحفي ومستشار اقتصادي، وفي الكتاب الذي أمامنا يصف بلغة بطلاقة ورائعة مكونات وتطور إحدى أهم الصيغ في العصر الحديث الفيزياء.

حتى بداية القرن العشرين، كان هناك قانونان منفصلان لحفظ الكتلة والطاقة. وفي أي عملية فيزيائية أو كيميائية تحدث في النظام المغلق على البيئة فإن كمية هذه الأحجام لم تتغير. وكان أينشتاين هو أول من أشار، انطلاقا من اعتبارات نظرية بحتة، إلى أن الكتلة يمكن أن تتحول إلى كمية هائلة من الطاقة والعكس صحيح - فالطاقة، على سبيل المثال، من الإشعاع الكهرومغناطيسي، يمكن أن تتحول إلى جزيئين لهما كتلة ينفصلان عن بعضهما البعض في عملية المعروف اليوم باسم "الإنتاج الزوجي". وبما أن الكتاب مخصص لجمهور غير محترف، فإن المؤلف لا يقدم أي دليل أو تفسير لأصل صيغة الربط (يتوفر شرح بسيط على موقع المؤلف).

يستعرض الجزءان الأولان من الكتاب بالتفصيل كل من الكميات الفيزيائية والرموز التي تظهر في الصيغة، مع التركيز على الشخصيات المرتبطة بتطورها. نتعلم من هذه المراجعة المثيرة للاهتمام أن المساهمات الكبيرة في الفيزياء قدمتها شخصيات خارج المؤسسة العلمية. وفي الفصل الخاص بتوضيح مفهوم الطاقة (ص 21 وما بعده)، يصف المؤلف مساهمة مايكل فارداي، وهو تجليد كتب مبتدئ في لندن في أوائل القرن التاسع عشر، والذي، بسبب حبه الكبير للكتب، توصل إلى رؤى عميقة المتعلقة بمفاهيم الطاقة والمجال الكهربائي. يشرح المؤلف قدرة غير المتخصصين على تقديم مثل هذه المساهمة المهمة في تطوير الفيزياء، بقوله: "في وقت لاحق، تبين أن التعليم الرسمي المحدود لفاراداي كان ميزة. هذه ليست حالة شائعة؛ عندما يكون الموضوع "البحث العلمي في مراحل متقدمة... الأبواب مغلقة، والمقالات تصبح غير قابلة للقراءة ولكن في هذه الأيام الأولى لفهم الطاقة، كانت الأمور مختلفة" (ص 19).

وفي الفصل الذي استعرض مفهوم الكتلة، تناولت قصة أنطوان لافوازييه الذي كان محاسبًا لمدة 20 عامًا، وفي تحقيقه الذي أدى في النهاية إلى قانون حفظ الكتلة، تناولت يومًا واحدًا فقط في الأسبوع، وهو ما أسماه "يوم السعادة". كما نعلم، عمل أينشتاين أيضًا بدءًا من عام 1902 ككاتب براءات اختراع من الدرجة الثالثة في برن، وأثناء قيامه بهذا العمل قام بتأليف العديد من المقالات العلمية وتصور الأفكار الأساسية للنظرية النسبية الخاصة. «لقد حرره العمل في مكتب براءات الاختراع من واجب الإنتاج المتسلسل للمنشورات الأكاديمية ('الإغراء بالسطحية'، كما كتب أينشتاين، 'الذي لا يستطيع مقاومته إلا أصحاب الشخصية القوية') وسمح له بالانخراط في أفكاره بقدر ما هو مطلوب "(ص 81

جانب آخر مثير للاهتمام في المراجعة التاريخية في الكتاب هو مساهمة المرأة في تطوير الفيزياء، وهو ما لا ينعكس بشكل كاف في نظام التعليم العلمي. كم عدد علماء الفيزياء الذين يعرفون، على سبيل المثال، أن سيسيليا باين كانت أول من قرأت طيف ضوء الشمس بشكل صحيح، وأنها بناءً على هذه القراءة حددت أن معظم المواد الموجودة على هذا الكوكب هي الهيدروجين والهيليوم؟
وفي هذا العمل تحدت النظرية التي كانت سائدة في ذلك الوقت، وهي أن نواة الشمس مصنوعة من الحديد، وهي النظرية التي عجزت عن تفسير مصدر طاقة الشمس.
كانت استنتاجات سيسيليا باين ذات أهمية حاسمة لفهم مصدر طاقة الشمس والنجوم الأخرى. ونحن نعلم اليوم بوضوح أن عمليات اندماج النوى الخفيفة إلى أنوية أثقل تحدث في النجوم، مثل اندماج الهيدروجين إلى هيليوم، أو اندماج الهيليوم إلى كربون، ويتحول انخفاض الكتلة بين متفاعلات هذا التفاعل ونواتجه إلى طاقة.

وكانت المساهمة التي لا تقل أهمية هي مساهمة الكيميائي اليهودي ليزا مايتنر، التي عرضت على أوتو هان في عام 1938 التحليل النظري الصحيح لانشطار نواة اليورانيوم، على الرغم من أن هان خان صداقتهما ورتب لإبعادها من المعهد الألماني حيث كانت تعمل. عملت عندما وصل هتلر إلى السلطة. قبل مائتي عام قدمت الباحثة أميلي دي شاتيلا تفسيرا مفاده أن الطاقة الحركية تتناسب مع مربع السرعة، كما اعتقد لايبنتز في القرن السابع عشر، وليس كما اعتقد معاصره إسحاق نيوتن، أن هذه الطاقة تتناسب مع مربع السرعة. السرعة إلى القوة الأولى.

ويتناول جوهر الكتاب (الأجزاء 5-3) معاني الصيغة الشهيرة والنتائج المستخلصة منها. يصف المؤلف بالتفصيل المشاكل التي واجهت الألمان في تطوير القنبلة النووية في الحرب العالمية الثانية، وكيف تمكن الأمريكيون من التغلب عليها في "خطة مانهاتن" الخاصة بهم. ومن المؤسف أن المؤلف لم يكرس نفس القدر من الاهتمام لوصف استخدامات الصيغة لرفاهية الإنسان والمجتمع، رغم أن هناك وصفا في الكتاب، في رأيي، مختصرا جدا، بعض هذه الاستخدامات المثيرة للاهتمام. وفي رأيي، كان من الممكن أيضًا التوسع أكثر في مناقشة أهمية الصيغة في فهم العمليات النووية الحرارية التي توفر طاقة النجوم، بما في ذلك شمسنا، ومساهمتها في تطوير نماذج في الفيزياء الفلكية، مثل نشأة الثقوب السوداء وتطور الكون حتى نهاية الأجيال. من تجربتي أعلم أن هذه المواضيع مثيرة جدًا لكثير من الناس. أعتقد أنه سيكون من الجيد أن نذكر مثالًا واحدًا على الأقل لعملية الاندماج، إن لم يكن في متن الكتاب، ففي الملاحظات، على سبيل المثال تحويل الديوترون والتريتيوم إلى الهيليوم، وإظهاره من خلال استخدام بسيط إلى حد ما من الصيغة، ما هي الطاقة المنطلقة من الاندماج بينهما.

في بعض الأماكن، تكون الأوصاف التي قدمها المؤلف غير دقيقة، ربما بسبب صعوبة شرح العمليات الفيزيائية المعقدة لعامة الناس. هذا هو، على سبيل المثال، وصف أفكار شاندراسيخار فيما يتعلق بتكوين الثقوب السوداء (ص 172 وما يليها) أو الحجة الواردة في ص 53 التي تحاول تبرير الزيادة في كتلة مكوك فضائي تقترب سرعته سرعة الضوء (يوجد شرح أكثر إقناعا في التعليقات ص 215). وفي الحديث عن الجاذبية الأرضية أيضاً في الصفحة 217 هناك خطأ في جملة "تسقط تفاحة أو أي جسم آخر في الثانية الواحدة حوالي 5 أمتار". وكما نعلم فإن هناك تسارعاً على سطح الأرض (حوالي 10 م في الثانية المربعة)، بحيث أنه في الثانية الأولى فقط يسقط الجسم حوالي 5 أمتار ثم تزداد سرعته وتزداد.

على الرغم من أن الكتاب شائع بطبيعته ومخصص لجمهور واسع من القراء المهتمين بالفيزياء الحديثة، إلا أن المتخصصين في تاريخ الفيزياء سيجدونه أيضًا مثيرًا للاهتمام. استثمر المؤلف جهدًا كبيرًا في جمع مجموعة متنوعة من المشاهد، وفي توسيع الموضوعات من جسم الكتاب بملاحظات مفيدة، وفي التفسيرات التاريخية والفلسفية الرائعة. وهكذا، على سبيل المثال، يطرح الخلاف بين نيوتن ولايبنتز حول اعتماد طاقة الحركة على السرعة ويربط ذلك بوجود الله. وكما نعلم، كان نيوتن مشبعًا بالإيمان الديني وآمن بالتصميم الإلهي للعالم وقوانينه. علاوة على ذلك، كان يعتقد أن الله يمد العالم بالطاقة بشكل مستمر. بل في رأيه أنه إذا كانت طاقة الحركة من صفة السرعة للقوة الأولى، فإنه في اصطدام جسمين سرعتهما متضادة، تضيع كل طاقتهما الحركية، وبالتالي هناك حاجة إلى تجديد مستمر من مخزون الطاقة في العالم. ويحتوي الكتاب على العديد من الأمثلة الإضافية ذات السياقات الفلسفية والتاريخية المثيرة للتفكير.

ينهي بودانيس كتابه بجملة: "لقد استمتعت حقًا بكتابة هذا الكتاب" (ص 284). وليس لدي ما أضيفه إلى ذلك: شكرًا لك سيد بودانيس، لقد استمتعت حقًا بقراءة هذا الكتاب.

ديفيد بودانيس E = mc2، سيرة ذاتية للمعادلة الأكثر شهرة في العالم

ياكير شوشاني أستاذ الفيزياء. أحدث مؤلفاته "خواطر في الواقع" و"خواطر في العقل" صدرت عن جامعة الإذاعة - وزارة الدفاع.

لشراء الكتاب في ميثوس - الرجاء الضغط على اللافتة
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~301410247~~~42&SiteName=hayadan