فالزمنا النصوص اللي ما استطعنا» لكن لم يكن بد من إجراء بعض التغيو
يدف هذا الكتاب إلى إعطاء اليزياثين وسواهم » من اللهدمين غر
قل هذا الكتاب فكرة مفيدة عن أسلوب كلام الفيزيايين القادة وصاكاتيم
حول موضوع ذي أحمية عصرية. وقد كنا في أُناء إعداد هذه القابلات
كي ننسج روابط يينهاء إلى كتانة مقدمة طويلة شرحنا فيا عدة أذكار أساسية
محتاجها التارئة ليفهم النظرية فهما أكمل . وفي هذه المقدمة ميجد شرحين
ورغم أن موضوع الإنار الفالقة مازال في طور خاض مريع + 901 أ
جوهر اللظرية متوطد الوم » ونأل أ يجح هذا الكتاب في إلقاء الضي على
ماجكن أن يكون أعظم خطوة على طريق التقدم العلمي في عصرنا الراهن .
التعامل مع الكلمات والانسة لين ديوز 820005588 عل سخ
الشحاديث السجلة .
بول ديفيس

مقدمة
‎١‏ ما المقصود ب« نظرية كل شيء:؟
‏مامن علم أكثر طموحاً من الفيزياء » الأ الفيزيائي يهدف إلى التعامل مع العالم كله
اكمجال لنشاطه . قفي حين ينحصر اعتام البيولوجيين (علماء ‎١‏ ويات الحية +
الدين» ميالون إلى إنكار أن يكو أي شيء خارج دائرة اعتاماتهم .
‏والفيزيائيون بالطبع معترفون؛ عن طيب خاطر» بأ إداكهم لمعظم الأمور مايال مع
باستخدام قوانين الفيزياء الممهودة . والوضع هنا يشبه الوضع في الجمل الببولوجية حيث تتحدى
أبسط الكائنات الحية » كالفيروسات والجرائم ؛ براعة الفيزيائي بتعقيداتها البالغة . لكن هذا العجز
العملي صائر إلى الانحسار على أساس أن ص ايه المعقدة» مهما كان غامضاًء لاب أن
حك في أعماقه قوانين الفيزياء ولاشيء مرا
‏إن فكرة أننا لانحتاج إلا لقوأتين الفيزياء في سبيل قهم هذا العالمء بدقائق تفاصيله » تابعة
من فلسفة الاتزالية (ه00:8تات8»» . فأنصار هذه المدرسة الفكرية؛ التي تضم عدة علماء+
يعتقدون أن علم النفس يمكن مبدئياً اتاله تحت مظلة البيولوجيا ضمن الكيمياء » والكيمياء في
إطار الفيزياء . وبتعبير آخرء برى أصحاب عذا المذهب أن سهم التفسير؛ يتجه ديماً تحو
أعمق مستويات الحقيقة » إلى أن يتاح في النهاية تفسير كل شيء بلغة المكرّنات الأساسية للمادة »

تقتصر على الإشارة إلى أنه أساس العقلية التي انطلق منها بعض الفيزيائيين مؤُخراً لدى الكلام
حول نظريات كل شيء» أو ؛ رمزبا ؛ 3ك ش . لكن من الهم أن نعلم أن مثل هذه النظرية ذن
تشرح كل شيء؛ ما لاه تشرح» مسلمات الهندسة » في الرياضيات ؛ مبرهنة فيناغُرس . صحيح
أن مهنة فيناغرس يمكن استنتاجها من تلك المسلمات؛ لكن هذا الومان يتطلب سلسلة
محاكجات كثيةٍ التمقيد . لكن ما نريد قوله هو أنناء حتى لو تعزّفنا العناصر الأساسية في فيزياء
العالم» لا نستطيع أن فهم شتى مظاهرها المعقدة كي تتبعها بشكل الي. وهكذا فإن
3ك ش مشبقي لدى الفيزيائين مسائل دون حل + كمسألة نمذجة الغيوم وندف الثلج» فضلاً عن
الأسرار الأحمق» كأصل الحياة أوماهية الوعي البشري . ومع ذلك يرى فلاسفة الاسالية أن
تفسير كل هذه الأمور يمكن أن يُستخرج من لكش .
إن أيل كش (فيما نعلم) قد صيغت في القرن الخامس قبل الميلاد لدى الفيلسوفين
الإفريقيين أوسيبوس 1088005 ودمتريطس عد كته . تقول نظريتهماء الموصرفة بالذرية
«عل4100» بأن العالم يتألف من ذزات وخلاء فقط . وفي هذه النظرية أجناس شتى من الذرات+
لكن المفروض أن تكون كلها عنصرهة :2160:6018 ؛ بمعنى أنها ل يمكن إفناؤها ولا تحطيمها - أي
إن الذرات لا تتألف من أجزاء داخلية ؛ فلا يمكن القول يأنبا و مصنوعة من ؛ أي شيء أصغر منها ء
فهي حتماً أصغر من أن تُرى مباشرة. وهي في حالة حركة دائمة في الخلاء. وكان يقال إن
اللقاءات بين الذرات يمكن أن تسبب التصاق بعضها معاً فتولد الانطباع بالتواصل المادي وين
كل تغير في الكائنات المعجسدة يمكن أن يُعزى إلى إعادة تنظ نطراً على تلك الذرات .
ثم جاءت النبضة العلمية الحديئة بفضل أعمال ال غالبليو ونيوتن في القرن السابع عشر +
فاكتسبت النظرية الذية دعماً باكتشاف قوانين حركة الأجسام المادية . فقد أصبح بالإمكان
إدراك أن حركة الذرات أيضاً تخضع لقواتين فيزيائية معريفة جيداً. وهذا التقدم أوحى للعالم
إن الكائن الذكي » إذا عرف » في أية لحظة ماء كا لي القرى العاملة في الفليمة
وكل مراقع الأشياء التي مُتع العالم منهاء فإنه يستطيع لم بحركات أضخم
الأجسام م في العالم وحركات أصفر الذرات في صيغة واحدة» شرط أن يكون لديه
مايكفي من القدرة على وضع هذه المعلومات موضع التحليل ؛ فلاشيء مشكوك

وهذا بالتأكيد محاولة نحو نظرية لكل الأشياء.
تشرح كل شيء . فهي ثم تتعرض إلى سبب "كون العالم حاوياً ما يحويه كما أن مسألة
مصدر هذه الذرات يمقادير كتلها الأشكال الي ما قد ثركت دون جواب . علاوة عل أن طبيعة
القوى الفاعلة بين الذرات كانت غامضة أيضاً بعض الشيء. صحيع أن نيوتن قم نظرية في
الثقالة؛ إلا أن هذه النظرية لم تكن ملائمة لتفسير القوى بين الذرات . زد على ذلك أن الفضاء
إذن اعبار أعمال غالينيو ونيوتن ولابلاس نظرية لكل شيء مرضية جداً .
لقد يقي الوضع على حاله عموماً حتى أوائل النصف الثاني من القرن التاسع عشر عندما
أضيفت إلى قوانين نيوتن في اليكانبك والتفالة نظرٌ مكسويل الكهرطيسية . ولفترة طويلة كان
الظرف أو ذاك . ورغم أن وجود انذرات ظل دون تفسير » وأن المكان والزمن ظلا خارج الفيزياء »
فقد اعتقد عدة فيزيائيين أن عملهم يقتصر بعد الآن على ربح رقم عشري جديد في قياسات شتى
المقادير |( حتى إن لورد كلفن 168010 قال في محاضرة ألقاها عام 1300 أمام الجمعية
البيطانية لتقدم العلوم : لم ببق أمامنا الآن شيء جديد تكتشقه في الفيزياء بقي علينا فقط أن
نزيد في دقة القياسات » . وهكذا ساد شعور بأد دكش أصبحت في اليد
بيإلقاء نظرة سريعة إلى الوراء نستطيع أن ترى صفة غير مرضية في أية نك ش مطروحة في
لكن محاولة لإصلاح هذا العيب جرت حوالي عام ‎١88٠0‏ عل يدي الرياضي تيودور كالونا
«تطف7 الذي اكتشف وابطة ممكنة
وهكذا أمكن بروز نظرية جدية مرشحة لتكون ا لك ش في وقت مبكر من هذا القرن رغم أن
لكن اكتشاف الالكترون والنشاط الإشعاعي + وباج فرضية بلانك الكمومية وظهور
ًُ بة والمفهومات الشائعان للمكان ؛ الزمان فيا . حتى إن
فرضية «مقريطس الذرية حلت لها صورة لعالم الصغائر أكار تعقيداً وتفصيلاً فأصبحت

تنطوي على ذرات قابلة للتجزئة وذات مواقع وحركات معينة . وهكذا اتضح أن أسس الفيزياء
القديمة قد انبارت .
ولي حوالي عام ‎١48.‏ توطدت نظريتان جديدتان ؛ ميكانيك الكم ونظرية النسبية
العامة» وتموذج ذري فصل ومع ذلك ظلت بعض التفاصيل خامة وبدا أن افبزاء ستعود مرق
مزكاً : نقيت اائسة عدوي المأمة عم آسابي آنا مفلقة “لها عي عد جتغير عن ججيمات:
نشر إدنغتون 5808000 » في سورة تفاؤل لا يقاوم ؛ عام ‎١77‏ » أوليات ما أسماه نظرية
أساسية» أي محاولة طموحة لتوطيد نظرية لكل شيء تعتمد على علاقات عددية غربية . وقد
استمر إدنغتون في تطوير أفكار من هذا القبيل إل أن توفي عام 14.45 . كا أن أينشتاين أنفق
معظم سه الأحوة في البحث عن ‎١‏ حقل موحدة» تستند إلى توصيف الطبيعة بلغة
لكننا نعلم اليوم أن الآمال المعقودة على نك ش معتمدةٍ على فيزياء عشرينيات هذا القرث
للعالم تعمل على صعيد التفاعلات بين الإلكترونات والترونات والبرتونات . وبازدهار التجايب في
فيزياء الجسيمات ظهرت طائفة كبوة من جسيمات أصغر من الذرة وشبكة مذهلة من القوى +
ٍ الفيزياء أعقد بكثير مما كان يترعم رجال العلم في عشرينيات هذا القرك .
كان لايد من انقضاء نصف قرن من الزمان بعد ذلك كي يفوص الفيزيائيون إلى أعمق
مستوى في البنية التي ينبع منها هذا الغاء دون الذري» وكي يقدموا نظرية مرضية بعض الشيء
بخصوص المادة والقوش . ومع هذا الفهم الجديد تشجع بعض الفيزا ميخراً على مداعبة أمل
جديد بالعثور على نضرية تفسر كل شيء في هذا العالم . ونظرية الأيتار الفائقة هي البوم | آخر صيحة
في هذا المجال تُعقد عليها أكبر الأمال . والمنظومة النظرية التي انصيت فيها كل الروافد الفكرية
أوسع بقرابة 3010 مرة من مملكة ا!

الجسيمات . زد على ذلك كله أن علا أن اتشرح هندسة الرمكان ع0تة86م؟ وخصائصة
التوبولوجية » كعدد الابعاد امحسوسة» وأن تشرح شرحا مقنعا كيف جاء هذا العالم إلى الوجيد .
‎١‏ ؟ . الوحدة في قلب الطيعة
‏لكل امرئٌ الحق في أن يحاول بناء نظرية لكل شيء . إنه لايملك 0
هنا يككمن كل ماتريد أن تعرف عن هذا العالم!
‏فأين العلة في هذا الضاول؟ إن المشكلة جالية في بعض جوانبها : على غرار جدول غير ء
مرتب . إن كل نك ش جيدة يجب أن تتألف من أكثر من مجرد قائمة تحوي القوانين والأغراض,
الأساسية . يجب أن يكون لديها القدرة على التعليل » كا يجب عليها أن نحرك روابط بين شتى أوجه
الطبيعة . ولاشك أن عن نظرية من هذا القبيل مسألة عقيدة انية إلى حد ماء عقيدة
مبعثها الإممان العميق بأ؛ الطبيعة لابد أن تكون بسبطة .
‏ومن المقبول عموماً أن النظرية العلمية تكون أكثر مقدرة وإغراءٌ كلما قل عدد فوضياتها
المستقلة . ومن عادة النظريات أن تحووي عوامل حرة يحتاج تعيبتها إلى التجربة , وبتطويرات لاحقة
يمكن للنظرية أن تعطي قم هذه العوامل . ولكي نضرب مثلاً فوذجياً نسوق قانون ستيفان.ت
بولتزمان في الإشماع . كان هذا القانون» عند اكعشافه عام ‎١88 ٠‏ » يقول بأن كثافة ‎١١‏ التي
يُشعها جسم أسود متناسبة مع الأى الرابع لدرجة حرارته المطلقة . وقد ثم تعيين ثابتة أسب
بالتجربة . ولكن عندما تاكد نجاح نظرية بلانك الكمومية عام ‎39٠0‏ تبين أن هذه الثابتة ليست

الطبيعة الأساسية» بل أنها مشتفة من ثوابت أخرى في الفيزياء هي : سرعة الضوء ونابتة
بولتزمات ‏
وقد ثبت باليية العلمية في عدة مناسبات أن التوغل إلى أعماق الظواهر يكشف مزيداً
إل التجارب المباشة . فعل هذه الشاكلة نحسن المفهوم الحديث للذرة عما كان عليه في الفيزياء
القديمة» إذ ثبين كيف يمكن لأنولع عديدة من الذرات أن تتألف من عدد صغير من المكرّنات
يتعين في إطار أشيائها الأخرى؛ باستضاء عامل واحد فقط هو س م الوحدات الذي نعتمده في
الطبيعة كلها . ومن المحتمل أن يكون هذا الميدا صيغة رياضية موجزة تنطوي بمفردها عل الفيزياء
المركز الذي يضم مسرع الجسيمات العملاق قرب شيكاغو ‏ عن هذه النظرية إنها ستكون
إن المحاولات الحادفة لتوحيد الفيزياء تسلك خطتين متلفتين بعيدلي المدى. يقال إن
إحداهما تتاول الموضوع « من الذروة للأسفل» ؛ فتنطلق من مبداً عام عريض بمكن تبره على
أساس من الأنافة والبساطة وعلى الأرجح بصيغة رياضية مختصرة » ثم يتجه العمل نحو توصيف العالم
كانت معظم أعمال أينشتاين تنبو عن مقدرة هذا الطريق . كان نشو :
تكون مستقلة عن جملة الإحداثيات (مرجع المقارئة) التي ندرس الأحداث فيها . ومن هاتين
الأحوال العامة . فحساب حزكات الكواكب ؛ مثلاًء أو إصدار الاشعاع التقالي عن النجوم المثنأةء

حساب معقد جداً؛ هذا لدرجة أن مجمل نتائج هذه النظرية؛ بعد مضي أكار من ستين غاماً
على تأسيسهاء لم تُكتشف بعاد .
أما الخطة الثانية ؛ حطة « من الأسفل إلى الذروة»» فهي على الأرجح أكثر شيوعاً . هنا
ينطلق المرء من الظواهر التجريبية . فالتجارب الميرية تقدم مجموعة من المعطيات الخام يُعمد إلى
فرضبات نوعية * عنبا قوانين أكثر عمومية . ومنها اسُبطت نبويات بخصوص ظواهر في مجالات
هنا وعناك » بشيء من الحظ يتفق له أن يصتع نظرية تفوق في نجاعتها مجموع أ. زائها . وفي فيزياء
الجسيمات أمثلة عديدة على نجاح هذه الخطة . فالتظرية الكواركية؛ مثلاًء ‎١١‏ من مراحل
من الأسفل إلى الذروة» أنها تتحاشى اثمادي في الإتعاد عن الطريق الذي تمه التجرية؛ وإذا
قادت العجارب إلى الابتعاد عن الأناقة الفنسفية ؛ فذلك من سو حظ الفلسفة .
هو تاريخ مراحل توحيد متالية . فقد برهن نيوتن مثلاً على أن حركة
الأحرام الساية مع القوانين التحريكية والثقالية المسيطرة على سلوك الأجسام عند سطع
الأض . ثم وتمد مكسويل قوانين الكهرباء والمقتطيسية ؛ وأقام فوق ذلك رابطة بين نظرية الحقل
الكهرطيسي والضوء وذلك بإثبات أن الضوء ليس سوى أمواج كهرطيسة . أنا أينشتاين فقد
اتتشف رابطة بين المكان والزمات» وأخرى بين الطاقة والمادة» وذهب بعد ذلك إلى ربط الزمكان
وفي السنين الأخيرة جرتء لتوحيد قوى الطبيعة أكثر من ذلك » غاولات تركزت على
فيزياء الجسيمات في مجال الطافات العالية. وسبب ذلك أن سير الطبيعة في أعماق َ
يقتضي المزيد من طاقة الجسيمات المستخدمة . وفي هذا الميدان يوجد نظريتات وات أولاهما
نظرية النسبية والثانية نظرية الكم . وتعتمد كل ماولات التوحيد الراهنة على افتراض أن هاتين
التظريجين يجب أن اتتحدا بشكل مكشوف . وقبل ل أن نشحص فيزياء الجسيمات علينا إذن أن لوجز

‎١‏ 9 . نظرية النسبية
مكسويل في التحريك الكهربائي (الالكتروديناميك) بخصوص نسبية الحركة . فالحركة المنتظمة
(ثاجة السرعة في خط مستقم) ؛ في رأي غاليليو ونيوتن» هي حركة يجب أن تنسب إلى مرجع
مقا ؛ أي إن الحركة لايمكن أن تولّد أي مفعول فيزياني مطلق . فالركاب الجالسون في طائرة تسير
بسرعة ثابتة في خط مستقيم لا يشعرون بتاناً بحركتها » ولايمكن أن يتأكدوا من هذه الحركة إلا إذا
'جهة أخرى تتنباً معادلات مكسويل بأن اله لنسبا
للفضاء الحر . فسرعة الضوء ثابتة من ثوابت الطبيعة. لكن النظرية لاتقول أي شيء بخصوص
مرجع المقارنة الذي يجب أن تُقاس هذه السرعة بالنسبة له . كان هناك رأي يقول بأن الفضاء مليء
مكسويل وبين مبداً النسبية الذي قال به غاليليو . لكن التجارب التي استهدفت قي
الكرة الأضية بالنسبة للأثير أعطت لغذه السرعة قيمة معدومة! كانت هذه
مأساوباً؛ لأنها توهم بأن الأض ساكنة في الفضاء وأن كل مافي السماوات يدور حولطا!
‏لكن أينشتاين نشر عام ‎٠905‏ مايسمى اليوم نظرية النسبية الخاصة » وكانت تهبدف إلى
عق وأن بوفض فكرة الأثر ؛ فقال بأن سرعة الضوء تظل على قيمتها في كل
بسرعة مطلقة الثبات أ لقي لين جع ألبدع بلا للع دان لقياس سرعة
الإشارة الضوئية الواحدة قيمة عددية واحدة.
إن هذا المبداً النسبوي الجديد» أي ثبات سرعة الضوء بالنسبة لكل المراجع » ينطوي على
مخالفة للأفكار الشائعة عن المكان والزمن . فالتناول النيوتتي للمكان والزمن والحركة؛ خصيصاً»
يجب أن تحل محله نظرية نسبوية ©011806ه88 جديدة . وبيت القصيد في هذا التفكير النسبوي +
بخصوص المكان والزمان» أن المسافات المكانية والفترة الزمنية سيكون لا قم تخلف باختلاف
الحالة الحركية للراصد الذي يقيسها . ومن هذا المنطلق نقول إن فترة الساعة الزمنية » مثلاء يمكن