أموالاً طائلة تُخصصها الدُول والوكالات العلمية من أجل البحث العِلمي سنوياً، نرى ثمرة هذه الأموال في نتائج تلك الأبحاث من اكتشافات وابتكارات وحلول لمشاكل جمّه ولكن في الواقع بالرغم من أننا مُحاطون بالعديد من الروائع التقنية وقد نطّلع على نتائج تلك الأبحاث أيضاً إلا إننا قد لا نملك الإجابة على أبسط وأهم الأسئلة في حياتنا!
في عام 2009 أثبتت إحصائية أن 47% من الشعب الأمريكي الذي يتميز بأكبر نسبة مُساهمات في البحث العلمي لا يعلمون أن الأرض يلزمها عام لإتمام دورة كاملة حول الشمس وأن 59% منهم فقط يعرفون أن الديانصورات والإنسان القديم لم يعيشا في نفس الحقبة الزمنية و47% فقط يدركون أن 70% من مساحة الأرض مُغطاة بالماء في حين أن 21% فقط تمكنوا من إجابة الأسئلة الثلاثة السابقة بشكل صحيح!
وفي دراسة أخرى أجرتها جامعة ميتشيجان في عام 2011 وجد الباحثون أن 28% فقط من الأمريكيين لديهم حصيلة علمية كافية ليتمكنوا من قراءة القسم العلمي في جريدة نيويورك تايمز وفهمه.
قد نتفق جميعاً أن هذه الأرقام قد لا تختلف كثيراً في العالم العربي وفي كلا الحالتين فالمشكلة في رأيي تكمن في أننا فقدنا أشياء مهمّة مثل التأمل والتساؤل والبحث والرغبة في المعرفة. ما نحن بصدده في الجزء الأول من هذا المقال هو استعراض خمسة أسئلة أساسية وأجوبتها بشكل مختصر وسهل:
لماذا تبدو السماء زرقاء ؟
اكتشف مجموعة من الباحثين أن ذلك اللون الأزرق في السماء يؤثر في مشاعرنا بشكل إيجابي فتجعلنا أكثر تجاوباً وتكيّفاً مع التحديات التي تتعلق بالمشاعر ولكن لعلكم تسائلتم يوماً لماذا تبدو السماء زرقاء ؟
الإجابه باختصار شديد تكمن في ظاهرة تُسمى التشتت وتعني انتشار الضوء الساقط على جسم ما في عدة اتجاهات مختلفة، لتصلنا أشعة الشمس يجب أن تمر بالغلاف الجوي للأرض والذي يتكون من عدة طبقات كما نعلم جميعاً ويحتوي على مجموعة مختلفة من الغازات والجزيئات. تصطدم أشعة الشمس بتلك العوائق وتتناثر هنا وهناك وكما نعلم فأشعة الشمس تتكون من عدة أطياف مختلفة كل طيف له طول موجي محدد وبالتالي له لون محدد ويتميّز طيف اللون الأزرق بطول موجي صغير نسبياً وبالتالي ينتشر بسهولة من خلال تلك العوائق ويتناثر في السماء مسبباً تلك الزرقة التي نراها.
ولكنكم قد تتسائلون أيضاً ماذا عن وقت الشروق والغروب حيث يكون لون السماء أحمر أو أصفر أو برتقالي ؟ في تلك الأوقات الشمس تكون أبعد بكثير عن وقت الظهر والعصر وبالتالي فأشعتها تقطع مسافات أطول لتصل لأعيننا وهذا يؤثر على ميزة الطول الموجي القصير للون الأزرق ويسمح لنا برؤية بعض الألوان الأخرى.من الجدير بالذكر أيضاً أنك إذا نظرت مباشرة للشمس لن ترى سوى اللون الأبيض حولها وذلك لأنك في هذه الحالة تنظر لأشعة الشمس بشكل مباشر فأنت ترى في هذه اللحظة كافة الأطياف والألوان مجتمعة.
الآن يمكنك أن تجاوب على هذا السؤال أيضاً .. لماذا تبدو مياه المحيط باللون الأزرق ؟
كم عُمر الأرض ؟
هل تسائل أحدكم يوماً كم يبلغ عُمر الأرض؟ أظنه سؤالٌ مثيرٌ للجدل وقد كان بالفعل على مدار الثلاث قرون الماضية، في عام 1654 أحد الباحثين والذي يدعى John Lightfoot تقدّم لإجابة هذا السؤال وقال أن الأرض خُلِقت في تمام الساعة التاسعة من صباح يوم 26 من أكتوبر عام 4004 قبل الميلاد معتمداً في حساباته على الإنجيل.
في القرن السابع عشر قام عالم يُدعى Comte de Buffon بتسخين عيّنة مشابهه في تكوينها للأرض قام بصناعتها وبناءاً على معدّل انخفاض درجة حرارتها قام بتقدير عُمر الأرض بحوالي 75000 عام.
في القرن التاسع عشر قام العالم Lord Kelvin باستخدام بعض المعادلات وقدّر عُمر الأرض من 20 إلى 40 مليون سنة، وهذه كانت آخر المُحاولات حتّى تم اكتشاف النشاط الإشعاعي للمواد واستخدامه في تحديد عُمر المواد المختلفه بقياس مُعدّل اضمحلاله. هذه هي الطريقة المستخدمة حالياً لتحديد عُمر الصخور والعيّنات الأثرية والحفريات وحتّى العينات التي يأتي بها رواد الفضاء من القمر والمريخ، وبناءاً على تلك الطريقة تم تقدير عُمر الأرض بحوالي 4.54 مليار سنة بهامش خطأ أقلّ من 1%.
الآن يمكنك أن تجاوب هذا السؤال .. كم عُمر الكون ؟
كيف يعمل المغناطيس ؟
لمعرفة إجابة هذا السؤال يجب أن نعرف في البداية التعريف العلمي لكلمة مغناطيس وهو ببساطة أي مادة أو عنصر لها مجال مغناطيسي والذي يتمثل في مجموعة من الإلكترونات التي تتحرك في نفس الاتجاه، هذه الإلكترونات تسعى دائماً أن تكون مرتبطة بغيرها من الإلكترونات. أي مغناطيس له قطبين شمالي وجنوبي حيث يخرج المجال المغناطيس الناشئ عن الإلكترونات من القطب الشمالي ويدخل مرة أخرى عبر القطب الجنوبي.
إذا نظرنا إلى الحديد كمثال سنجد أنه يحتوي على العديد من الإلكترونات الغير مرتبطة أي أنها في حالة فردية وبالتالي فعند اقتراب مغناطيس من قطعة حديد ستنجذب إليه بفعل قوى الجذب بين الإلكترونات التي تسعى للإرتباط والمتمثلة في المجال المغناطيسي الناشئ عنها.
يمكنك أن تفكر في هذه الأسئلة .. لماذا تنجذب بعض المواد للمغناطيس وأخرى لا تنجذب، وكيف تتحول المواد العادية إلى مغناطيس ؟
ما هي النظرية النسبية ؟
عندما نُشير للنظرية النسبية فنحن في الواقع نُشير إلى نظريتين النظرية النسبية الخاصّة والعامّة وكلاهما قام بنشرهم العالم ألبرت أينشتاين في مطلع القرن العشرين وبالنسبة لغير العلماء فمن الصعب فهم هاتين النظريتين بالرغم من التغيير الجذري الذي حدث للفيزياء بسببهما.
في محاولة منه لشرح النظرية ببساطة ذكر أينشاتين أن الرجل عندما يقضي ساعة في فعل شئ يحبه يشعر وكأنها دقيقة ولكن دعه يجلس على فرن ساخن لمدة دقيقة وسيشعر وكأنها ساعة
ولكن تفاصيل النظرية بالطبع أعقد من ذلك بكثير، فقبل النسبية كان يعتقد الجميع أن الزمان والمكان كلاهما قِيَم ثابتة ومن زاوية رؤيتنا على الأرض فهما بالفعل كذلك، ولكن أينشاتين أثبت بالرياضيات أن المنظور المُطلق للأشياء عبارة عن وهم وأن الزمان والمكان يمكن أن يتعرض كلاهما للتعديل والتغيير. من الممكن للمكان أن ينضغط أو يتوسّع ويمكن لمعدّل مرور الزمن أن يقل أو يزيد كذلك في حال التعرض لمجال جاذبية قوي أو التحرك بسرعة كبيرة جداً.
الأمثلة التي توضح النسبية كثيرة جداً يمكنك أن تتخيّل أن معك ساعة قمت بوضعها في مدار حول الأرض لتتحرك بسرعة كبيرة جداً مقارنة بمكانك على الأرض الأن إذا كان مازال باستطاعتك رؤية الساعة ستبدو أصغر مما كانت عليها عندما كانت بين يديك ستلاحظ أيضاً أن عقارب الساعة تدور بشكل أبطأ والسبب هو ظاهرة تسمى “تمدد الوقت – time dilation” تفترض النسبية أن الزمان والمكان كلاهما شيء واحد يُطلق عليه الزمكان والذي يتأثر فقط بالجاذبية والسرعة يمعنى أنه إذا كان هناك جسم تحت تأثير قوى جاذبية كبيرة جداً أو يتحرك بسرعة كبيرة جداً فإن الزمن بالنسبة لهذا الجسم سيصبح أبطأ بالمقارنة مع جسم آخر غير مُعرض لنفس القوى.
قد تبدو هذه الافتراضات غير منطقية وغريبة ولكنها في الواقع صحيحة وكما ذكرت الأمثلة التي تدعمها في حياتنا كثيرة، على سبيل المثال نظام تحديد المواقع العالمي GPS يعتمد على قياسات محددة للزمن لتحديد المواقع على الأرض تدور الأقمار الصناعية الخاصّة بهذا النظام حول الأرض بسرعة 14 ألف كيلو متر في الساعة وهي سرعة كبيرة مقارنة بسرعتنا على الأرض وبالتالي في حال لم يقم المهندسين بضبط ساعات النظام على الأرض لتعويض فرق الزمن الناتج عن تلك السرعة فستظهر لنا المواقع على الخريطة على بُعد 10 كيلومترات عن الموقع الحقيقي.
هل يمكنك أن تفكر في بعض الأمثلة التي تدعم النسبية من واقع الحياة ؟
لماذا تبدو الفقاعات دائرية الشكل ؟
بالرغم من أن هذا ليس الحال دائماً ولعلكم لاحظتم ذلك بأنفسكم في بعض الحالات إلا أن الفقاعات دائرية الشكل في أغلب الأوقات وإن لم تكن كذلك فهي تحاول أن تأخذ الشكل الدائري بقدر الإمكان. والسبب يكمن في ظاهرة “التماسك - cohesion” حيث أن تلك الفقاعات ما هي إلا طبقات رقيقة جداً من المادة السائلة التي نشأت عنها والتي تتماسك جزيئاتها معاً بسبب قوى التجاذب بينها.
ينشأ عن ذلك ما يُعرف بالتوتر السطحي والذي يعمل على مقاومة أي شئ يحاول العبور من خلاله. في داخل الفقاعة هناك الهواء المحبوس الذي يحاول الخروج مسبباً ضغطاً على تلك الطبقات السائلة “جدار الفقاعة” وفي الخارج هناك كمية أكبر من الهواء تضغط أيضاً على الجهة الأخرى لسطح الفقاعة.
الأن بالنسبة للفقاعة أفضل وسيلة لمقاومة تلك القوى هو أن تتخذ الشكل الأكثر كثافة وإحكاماً وهو الشكل الدائري “تذكر عدم قدرتك على كسر بيضه في حالة الضغط عليها رأسيا بسبب مبدأ توزيع القوى”.في الوقت الحالي تمكن العلماء من عمل فقاعات مكعبة ومثلثة الشكل بعدة طرق لدراسة الأسطح المختلفة من منظور هندسي.
الأن بإمكانك أيضاً أن تُجاوب هذه الأسئلة .. لماذا تبدو قطرات الماء دائرية الشكل، ولماذا تبدو فقاعات الهواء داخل الماء أيضاً دائرية الشكل ؟