الجسيمات الاولية

هدف هذا الموجز هو الإلمام بالخطوط الرئيسية للمعرفة العلمية مع تأملها، فمهمتى لن تتجاوز النقل الأمين لتلك الخطوط، بهدف نشر الثقافة العلمية، وبهدف أن تصبح القضايا العلمية محلا للإهتمام العام، فمعرفة العالم عبر العلم منهجا وحقائق شرط جوهرى لقدرتنا على التأثير فيه،ولهذا الموجز علاقة وطيدة بكتاب "تقدم علمى..تأخر فكرى" المنشور بموقعى الفرعى فى الحوار المتمدين وموقع التحررية الجماعية، والذى يعتبر مقدمة طويلة نسبيا لهذا الموجز.يغنى عن كتابة مقدمة جديدة.
(1)الجسيمات الأولية اللبنات الأولى التى تشكل الوجود
من أين أتينا نحن؟ وأتت كل هذه الأشياء التى لا يمكن أن نحصر أنواعها وأعدادها؟ مما يمكن أن نراه أو ما لا يمكن أن نراه ؟ ما طبيعة البشر؟ وبمعنى آخر من نكون؟ و ما طبيعة كل هذه الأشياء؟ ومما نتكون وتتكون؟
هناك أشياء حية وأخرى غير حية، وأخرى بين بين!!!هناك أشياء بالغة الكبر ،وأشياء أخرى متناهية الصغر، وقد أثارت كل هذه الأشياء الخيال والتحدى لدى البشر ، وذلك منذ أصبحوا واعين بما حولهم من أشياء، من الحيوانات المفترسة إلى ظواهر الطبيعة الغامضة، ولولا قبول التحدى ما استطاعوا أن يحولوا النار التى كانت تشتعل فى الغابات بفعل الصواعق و التى كانت ترهبهم إلى وسيلتهم للتدفئة و الطهي وإنارة ظلمات الليل وإخافة الوحوش المتربصة بهم.
وقد ظن بعضهم إن كل هذه الأشياء هى خليط من أربع عناصر هى التراب والنار والماء والهواء، وظن آخرون إنها تتكون من ذرات صماء، وغير ذلك من الظنون، إلا أن آخر إجابات العلم على هذا السؤال هى، إن للطبيعة تاريخ طويل، وإن لكل ما فى الطبيعة تاريخ، فالإنسان مكون من بلايين الخلايا، التى هى عبارة عن بلايين الجزيئات الكيمائية، والتى تتكون بدورها من ذرات، تتراوح أعدادها فى الجزيئات المختلفة ما بين أثنين إلى مئات الألوف، والتى تتكون بدورها من جسيمات أولية معقدة تتكون بدورها من جسيمات أبسط وهكذا.
و نحن نستطيع أن نبدأ بالتاريخ للطبيعة من تلك الجسيمات الأولية فائقة الصغر، و التى لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، فهذه الجسيمات هى الأجزاء الأولية التى يبنى منها كل الواقع، والذى يؤثر على حواسنا المختلفة من نظر وسمع وشم وحس وتذوق، و يمكنا رصده بالأجهزة العلمية المختلفة مثل الميكروسكوبات والتليسكوبات، و التى تساعدنا على إدراك ما لا يمكن إدراكه بشكل مباشر مثل النجوم والفيروسات بحواسنا المختلفة.
هذا الواقع يؤثر على حواسنا المختلفة فتتولد فى عقولنا أفكارنا عنه، و التى ربما تكون صحيحة، وربما تكون غير صحيحة، فقد كان البشر يظنون أن الشمس هى التى تدور حول الأرض ..إلا أن الأرض هى التى تدور حول الشمس بصرف النظر عن إدراك البشر لذلك من عدمه، وتصديق بعضهم لذلك أم تكذيبهم، وسواء عرفوا بذلك أم لم يعرفوا فأن هذا لن يؤثر فى حقيقة دوران الأرض حول الشمس.
فإذا كانت الطبيعة هى كل الواقع المستقل عن وعينا به أو أفكارنا حوله .. أو بمعنى آخر المادة باعتبارها مفهوم فلسفى، معناه كل ما ينعكس فى عقولنا فى صورة وعى من خلال تأثيره على حواسنا، أو امتدادها من أجهزة علمية، فهذه الجسيمات الأولية هى أبسط الكائنات المادية المعروفة لدينا حتى هذه اللحظة، وبمعنى آخر أبسط ما أمكنا معرفته من وحدات الطبيعة حتى الآن .
فالطبيعة قائمة على أساس وحدات بناء تتكون من وحدات أبسط، وتكون مع غيرها وحدات أو كائنات أعقد . كأنما الوجود كله ما هو إلا صندوق ضخم لا نهائى بداخله صناديق أصغر، وبدورها تتكون من صناديق أصغر، فسلسلة تطور الوجود تمضى، من أبسط الجسيمات الأولية المكتشفة حتى الآن، وصولا للمجتمع البشرى مرورا بأنوية الذرات و الذرات والجزيئات والأجسام غير الحية والأجسام الحية ذات الخلية الواحدة ثم ذوات الخلايا المتعددة إلى أرقاها الإنسان العاقل، الذى يكون مع غيره من البشر المجتمع البشرى، أرقى وأعقد أبنية الواقع المعروفة لدينا حتى كتابة هذه السطور، والذى أخذ فى التطور بدوره من مرحلة إلى أخرى حتى وصل إلى الرأسمالية بعد أن مر بأشكال أخرى ما قبل الرأسمالية، وهو لابد و أن يجتاز هذه المرحلة لمرحلة أرقى وهكذا.
إلا أن هذه السلسلة التطورية تعرف بجانبها الارتداد من الأشكال الأعقد إلى الأشكال الأبسط، فالجزيئات تنحل إلى ذرات مثلا، ومن الأشكال الأرقى إلى الأشكال الأدنى مثلما تتحول الأشجار ككائنات حية إلى أخشاب تصنع منها الجوامد كالموائد والمقاعد، كما تعرف هذه السلسلة الدوران فى دورات حلزونية، حيث التطور إلى قمة ما، ثم العودة مره أخرى إلى نقطه البداية، كما تحدث للبذور التى تتحول لنباتات تثمر، و يكون من نتيجة ذلك بذور جديدة وهكذا.
فهذه السلسلة ليست خطا مستقيما كخط قطبان السكك الحديدية، يعرف المحطات الثابتة والمسافات المتساوية، والسرعات المعروفة، إنه خط أكثر حيوية حيث يعرف التعرجات الشديدة فى كافة الاتجاهات، والسيولة المستمرة، والقفزات الهائلة، والانعطافات الحادة، والتنوع الشديد فى سرعات التغيير والتطور، ما بين بطيئة جدا و سريعة جداً، فالواقع أكثر تعقداً وثراءاً وتلوناً من هذه الصورة الآلية المبسطة المعروضة فحسب من باب التنويه عن مراحل التطور الأساسية فى إطارها العام المعروف حتى الآن للإنسان، و هو لا ينفى وجود مراحل أخرى سابقة على هذه المراحل، و إمكانية وجود مراحل لاحقه عليها، أو حتى خارج خطها الطبيعى، فهناك أشكال أخرى للوجود لم نعرف طبيعتها بعد، كالمادة المظلمة والتى تشكل جزء من الكون لا يصدر عنها أى ضوء يمكن رصده بوسائلنا المتاحة حاليا، وتبلغ درجة حرارتها حدا بالغا من الصغر، والثقوب السوداء والتى كانت نجوما نشطة فيما سبق من الأيام، ثم تقلصت إلى حد كبير للغاية مما ضاعف من كثافتها لحد هائل، وأكسبها جاذبية عالية للغاية بناء على ذلك ، بحيث لا تسمح لأى شى بالاقتراب منها أن ينفلت من جاذبيتها، والمادة الضد هى مادة تعتبر الصورة المعكوسة للمادة التى نعرفها،فالإلكترون باعتباره جسيما ماديا شحنته الكهربية سالبة فإن له ضدا يماثله فى كل شىء شحنته موجبة يسمى البوزيترون هو جسيما من المادة الضد.
فما نعرفه من الواقع هو جزء ضئيل للغاية، رغم ضخامته الهائلة، وما نعرفه من تاريخه هو جزء بسيط من مراحل وسيطة بالنسبة لتاريخه اللانهائى.
ألا أن الحقيقة هى أن ما نعرفه من واقع مكون من عشرات الأنواع من الجسيمات الأولية، والتى تتحرك فيما بينها متحولة من شكل لآخر، فهى إما متحللة لأنواع أبسط، أو مشتركة مع غيرها فى بناء أنواع أعقد ، وهى دائمة التحرك بسرعات خيالية بالنسبة لسرعتنا البطيئة من مكان لآخر، وهى إما أن تكون مرتبطة بوحدات بناء أعقد كأنوية الذرات، والذرات و الجزيئات، أو متحررة من أي ارتباط بهم، و هى فى كل تحركاتها هذه تتحرك وفق أبسط أشكال الحركة المعروفة بالحركة الطبيعية، و بأشكال خاصة من الحركة تخصها وتميزها.
على المرء أن يقرر إنه لا يمكن لعاقل عرف صدمات المعرفة العلمية المتوالية والمتسارعة خلال القرن العشرين، أن يركبه غرور القرون السابقة، فيدعى إننا توصلنا للمعرفة الكاملة لهذه الجسيمات، أو أن يؤكد أن ما عرفناه منها، لا يمكن أن ينقسم بدوره لجسيمات أخرى، أو أن يستطيع البرهنة على أن ما عرفناه منها، لا يمكن أن يكون كائنات مادية أخرى غير ما نعرفه من كائنات، فنحن لا نستطيع أن ندعى معرفتنا بالكائنات المادية المختلفة جميعها، فى شتى مناطق الكون اللانهائى المرصود وغير المرصود لدينا حتى الآن، وعبر تاريخه اللانهائى منذ الأزل وإلى الأبد، وبما مر عليه من تغيرات وتطورات لانهائية، وبما سوف يمر عليه من تطورات لانهائية فى مستقبلة اللامحدود.
إلا إننا نستطيع أن نؤكد على معرفتنا لأكثر من 100جسيم أولى، ونواتج الانحلال والاندماج فيما بينها، ونواتج التقاء كل منها بالجسيمات الأخرى بل ونؤكد معرفتنا بالعديد من الخواص المعقدة والمركبة لكل هذه الجسيمات الأولية متناهية الصغر، والتى تتحرك بسرعات فائقة الكبر، وتتحول فيما بينها من شكل لآخر بسرعات خيالية وتندمج مع غيرها، وتتحلل إلى غيرها، باستمرارية مذهلة، بل ونؤكد أيضا على معرفتنا بالكثير من خواصها والاحتمالات المختلفة لاتجاهاتها عند تحركها فى حالتها الحرة، وفى داخل الذرة، وغير ذلك من المعلومات.
نظرة على بعض التعريفات والنظريات الأساسية فى الطبيعة
من المهم لكى نعرف الأسس التى يقوم عليها الوجود فى تطوره، أن نتعرف على عدد من تعريفات الطبيعة التى تصف خواص هذا الواقع بكل ما يحويه من أشياء وعمليات ، وهذا ما سنعرضه باختصار فيما يلى.
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 الأجسام والجسيمات هى :ـ
أولا كمية المادة فى جسم أو جسيم ما، وهو ما يعطى الجسم حجمه وكثافته.
ثانيا 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 الحجر يحوى كتلة أكبر من كتلة الكرة المطاطية،لأن مقاومة الكرة المطاطية لزيادة السرعة أو انقاصها أقل من مقاومة الحجر.
ثالثا مقدار مقاومة الجسم للقصور الذاتى، فنحن عندما نحاول تحريك أو إيقاف جسم أو جسبم عن الحركة ، نلاحظ أنه يقاوم ذلك التأثير بما يتناسب مع كتلته، ولأن كتلة الورقة أصغر من كتلة القلم الموجود على المكتب فإنك حين تنفخ فى الأثنين بنفس القوة فستجد أن الورقة تحركت أسرع من القلم و لمسافة أكبر من القلم ذلك لأن كتلة القلم قاومت النفخ بأكثر مما قاومت كتلة الورقة.
كمية الكتلة الموجودة في الوجود ثابتة على الدوام، فالكتلة لا تفنى ولا تستحدث و لاتخلق من عدم، وإنما تتحول من شكل إلى آخر.
الطاقة
هى القدرة على إحداث الفعل، و يحدث تبادل الفعل عند تبادلها بين الجسيمات والأجسام، وهى تتناسب طرديا مع كتلة الجسيم أو الجسم، و يحملها نوع من الجسيمات الأولية ذات خواص معينه، وهو ما سوف يتم شرحه تفصيلا فيما بعد. فالطاقة هي المقدرة على القيام بعمل ما. وهناك صور عديدة للطاقة، يتمثل أهمها في الحرارة والضوء. 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 الموجودة في الوجود ثابتة على الدوام، فالطاقة لا تفنى ولا تستحدث و لاتخلق من عدم ، وإنما تتحول من شكل إلى آخر. وعندما يبدو أن الطاقة قد استنفذت، فإنها في حقيقة الأمر تكون قد تحولت إلى صورة أخرى، لهذا نجد أن الطاقة هي قدرة الكتلة للقيام بالشغل( الحركة) كنتيجة لحركتها أو وضعها بالنسبة للقوي التي تعمل عليها . فالطاقة التي يصاحبها حركة يطلق عليها طاقة حركية. والطاقة التي لها صلة بالوضع يطلق عليها طاقة كامنة (جهدية أو مخزنة ). 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 حالى 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
العلاقة بين السرعة والكتلة
الكتلة وفق التعريفين الثانى والثالث لها ليست خاصية مطلقة للأجسام والجسيمات حيث تتوقف كتلة سكون الجسم على سرعته فكلما زادت سرعة الجسم زادت كتلته ، وكلما قلت سرعة الجسم قلت كتلته.
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 أن القول أن الكتلة تساوى الطاقة على مربع سرعة الضوء، وأن مربع سرعة الضوء يساوى الطاقة على الكتلة. فقانون تبادل الكتلة والطاقة، و أمكانية 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.
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 . 
الكم
هو الوحدة التى لا تنقسم للطاقة أو المجال أو القوى والتى يمكن أن يمتصها جسيم المادة أو يقذفها فى شكل موجه.
الحد الفاصل بين جسيمات الكتلة، وكمات الطاقة
الجسيمات الأولية تنقسم لنوعين 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 كتلة.
إن كل جسيم من جسيمات الكتلة 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.
قوى الطبيعية:_
هناك أربع مجالات أو قوى فى الطبيعة التى تسبب كل أشكال الحركة فى الوجود و تحملها أربع أنواع من كمات الطاقة هى:
(ا ) النووية القوية وتحملها الجلونات ومفردها جلون وتعمل لربط النيوترونات والبروتونات داخل نواة الذرة لتكون أنوية الذرات المختلفة
(ب ) النووية الضعيفة و تحملها البوزونات، ومفردها بوزون وتعمل داخل نواة الذرة مسببة ظاهرة النشاط الإشعاعى لأنوية الذرات المشعة.
(ج ) الكهرومغناطيسية وتحملها الفوتونات، ومفردها فوتون و نحن نشاهد سيول منها عندما نرى الضوء و نحس بها عندما نحس بالحرارة، وهى تعمل داخل الذرات للربط بين الإلكترونات والبروتونات لتكوين الذرات و بين الذرات لتكوين الجزيئات و تعمل أيضا بين الأجسام المشحونة كهربيا.
(د ) الجاذبية وتحملها الجرافيتونات ومفردها جرافيتون وتعمل بين الأجسام مسببة تجاذبها .فالأجسام تسقط على الأرض بفعل تبادل الجرافيتونات بينها و بين الأرض، كما ترتبط الأرض بالشمس بتبادل الجرافيتونات فيما بينهما.
الموجه
هى انتشار اضطراب وانتقاله دون انتقال الجسم المضطرب ، وهى وسيلة نقل الطاقة ، وشكل حركه كمات الطاقة .
الإشعاع
هو موجات كهرومغناطيسية ، تنتقل بواسطتها كمات الطاقة الكهرومغناطيسية.
الشحنة الكهربية
هى خاصية للجسم المشحون كهربيا يمكن بواسطتها أن يتنافر أو يتجاذب مع الجسيمات الأخرى المشحونة كهربيا بتبادل الفوتونات.
ازدواجية (الموجه /الجسيم)
هو مفهوم بأنه ليس ثمة تمييز بين المظاهر الموجية و الجسيمية للجسيم الأولى ، فالجسيمات الأولية قد تسلك أحيانا مثل الموجات ، والموجات أحيانا قد تسلك مثل الجسيمات.
قوانين الحركة الميكانيكية للأجسام
القانون الأول لنيوتن 
ان الجسم يبقى على حالته من السكون أو الحركة بسرعة منتظمة ما لم تؤثر عليه قوة خارجية تؤثر على حالته فتغير من سرعته أو اتجاهه. 
القانون الثانى لنيوتن 
القوة المحصلة المؤثرة على جسم ما تساوى المعدل الزمنى للتغير فى كمية تحرك الجسم واتجاه هذه القوة هو اتجاه كمية التحرك 
القانون الثالث لنيوتن 
لكل فعل رد فعل مساو له فى المقدار ومضاد له فى الاتجاه
قانون الجذب العام
أن أى جسمين يجذب كل منهما الآخر بقوة جذب، تتناسب هذه القوة طرديا مع حاصل ضرب كتلة الجسمين، وعكسيا مع مربع المسافة بينهما.
النسبية العامة
إن الزمن يمثل أحد الأبعاد الأساسية في الكون، مثل الطول والعرض والعمق. فلتحديد أبعاد أى كائن مادى فعلينا ونحن نحدد طوله وعرضه وعمقه أن نضيف الزمن لهذه الأبعاد،. ويسمى هذا الامر "مُركّب الزمان – المكان"، الذي يشار اليه اختصاراً بمصطلح "الزمكان".
فالجاذبية لها القدرة على التأثير في مركب الزمكان، حيث انها "تشده" باتجاهها. ولأن الضوء الكوني يسير في خط مستقيم في الكون، فإن الجاذبية تشده وتلويه. فالضوء وسرعته هما أساس احتساب الزمان في الكون، وان الوقت يسير بسرعة تساوي سرعة الضوء. ولذا، فان الجاذبية تشد الضوء، مما يعني انها تمارس تأثيراً على الوقت، فتبطئه او تغير من سريانه. ولهذا اشتهرت مقولة "ان الوقت نسبي" باعتبارها من اساسيات النسبية العامة.
وفي العام 1919، أجريت محاولة اولى لقياس قدرة الجاذبية على لوي خطوط الضوء، وبواسطة احتساب فارق مواقع لنجوم بين الليل والنهار اثناء الكسوف الشمسي. وجاءت تلك التجربة لتثبت ان موقع النجوم، بالنسبة لأي من يراقبها في الأرض، تتأثر بالشمس. اذ تملك الشمس جاذبية كبيرة، لذا فإنها تشد اليها الضوء الصادر من النجوم، اثناء سيره الى الأرض. أما في الليل، فان من يراقب النجوم من الارض يكون غير متعرض لاثر جاذبية الشمس، او بالأحرى يكون الأثر في الاتجاه الآخر. لذا، يظهر فارق حسابي في تحديد مواقع النجوم من الأرض بين الليل والنهار. وبالطبع، لا يمكن رؤية النجوم نهاراً، بأثر من ضياء الشمس. ولذا، استغل العلماء حدوث كسوف شمسي كامل في العام 1919، لمراقبة النجوم نهاراً. اعتبرت تلك النظرية من اقوى الاثباتات على نظرية النسبية العامة. وفيما بعد، تبين ان الادوات التي استخدمها العلماء آنذاك لا تتمتع بالدقة الكافية، خصوصاً عند مقارنتها بالأدوات الحديثة. ومع ذلك، فإن الحسابات الأكثر دقة عن اثر الجاذبية على الضوء ايدت نظرية اينشتاين.
وفي العام1962، اجريت تجربة لقياس اثر الجاذبية الأرضية على الوقت. فإذا كانت حسابات اينشتاين صحيحة، فان جاذبية الارض تمارس تأثيراً اقوى على الضوء القريب منها، وبالتالي فإنها تبطئه وتخفض ايقاع الزمن. وضعت ساعتان فائقتا الدقة في اسفل واعلى برج عال. وتبين ان الساعة في الأسفل اعطت مقياساً للوقت ابطأ من الساعة في الأعلى. وأكدت التجربة صحة نظرية النسبية العامة عند اينشتاين.
نظرية النسبية الخاصة
تشرح نظرية النسبية الخاصة حركة الأجسام في السرعات العالية والقريبة من سرعة الضوء, وليس لها علاقة هامة بحركة الأجسام البطيئة نسبيا التى تحكمها قوانين الحركة الثلاثة وقانون الجذب العام لنيوتن السابق الإشارة لهم ،والتى نلاحظها فى حياتنا العادية و ترتكز النسبية الخاصة الى مقولتين في العلاقة بين المسافة والزمان، اضافة الى تشديدها على ان سرعة الضوء تبقى ثابتة، بغض النظر عن موقع الشخص الذي يراقبها في الكون.
نسبية المسافة
رأى اينشتاين ان "الاشياء التي تتحرك في سرعة فائقة تبدو وكأنها تتقلص باتجاه سهم السرعة، بالنسبة الى المراقب الثابت". لنفترض ان شخصاً يقف في محطة قطار هائلة الابعاد. يدخل قطار طويل جداً المحطة بسرعة ثلث سرعة الضوء. بالنسبة الى ذلك الشخص، سيرى القطار وكأنه "صغر" بمقدار الثلث. فمثلاً، اذا حمل راكب في القطار بطارية يد واطلق شعاع ضوء باتجاه مقدمة القطار. يسير الضوء في سرعة ثابتة، بالنسبة للراكب، مما يمكنه من قياس طول القطار، باحتساب الوقت اللازم لضوء البطارية للوصول الى مقدم القطار. والسبب في ذلك، ان الراكب يتحرك بسرعة تساوي سرعة القطار. واما بالنسبة الى المراقب الواقف في المحطة، فكلما تزايدت سرعة القطار، كلما قل الوقت اللازم لضوء البطارية للوصول الى مقدم القطار، اي ان طول القطار سيصبح اقل (القطار يتقلص). وعند تساوي سرعة الضوء مع سرعة القطار، فإن طول القطار يصبح صفراً، اي ان القطار يتلاشى!
نسبية الزمان
رأى اينشتاين ان "الزمان يزداد قصراً مع السرعة، اي ان ايقاعه يصبح اسرع. ويتباطأ الزمان كلما قلت السرعة". ولعل هذه المقولة اكثر المقولات اثارة للجدل في نظرية النسبية، واكثرها اهمية ايضاً.
وفي العودة الى القطار الاسطوري الوارد آنفاً. لنفرض ان الراكب يوجه الضوء من بطارية الى مرآة في أرض القطار، ليرتد منها الى لوح زجاجي على مسافة معينة من الراكب. لا تؤثر الزيادة في سرعة القطار على الوقت اللازم ليصل الضوء الى المرأة وينعكس على اللوح. ويختلف الأمر بالنسبة لمن يراقب تلك الأشياء نفسها من الخارج، سواء كان واقفاً او متحركاً بسرعة بطيئة بالنسبة الى سرعة القطار. وبالنسبة الى المراقب الواقف او البطيء، فإن الوقت اللازم للضوء ليعبر الى المرأة ثم الى اللوح، سيبدو أطول باستمرار، بمعنى ان وتيرة الوقت تصبح اكثر بطأ بالنسبة الى من يسير بسرعة بطيئة.
هل الوقت نسبي، كما نظّر اينشتاين؟ هل الوقت يختلف عند التحرك بسرعات كبيرة، كتلك التي تقارب الضوء؟ لم يقبل علماء ميكانيكا الكم ان هذا الأمر يمثل قاعدة ثابتة. ورأوا ان ثمة أحوالاً لا يتأثر الزمن فيها لا بالمسافات ولا بالسرعات. ومن الممكن تحريك الاشياء البعيدة من بعضها بعضاً بسنوات ضوئية، من دون ان تخضع لنسبية الوقت، اي انها تتحرك في الوقت نفسه، وبغض النظر عن السرعة! لم يقبل اينشتاين هذا المفهوم تحديداً، الذي يسمى احياناً بمفهوم التشابك ، ولذا وقعت القطيعة بين نظرياته وبين ميكانيكا الكم،وهذه أحد مشاكل الفيزياء المعاصرة.
والجدير بالذكر أن أينشتين رفض دوما أيضا أحد معالم ميكانيكا الكم وهو مبدأ عدم اليقين الذى ينص على أنه من المستحيل تحديد كل من مكان الجسم وكمية حركته بدقة في نفس الوقت، فإذا قلّ الارتياب (اللايقينية) في تحديد المكان، ازداد في تحديد كمية الحركة وبالعكس، وينطبق نفس الشيء بالنسبة لطاقة الجسيم والزمن الذي احتفظ فيه بهذه الطاقة ويؤدي ذلك إلى أنه إذا تحدَّد وضع الجسيم بدقة كبيرة، فإن طاقته لا تتحدد بدقة، والعكس..
ترابط كل ظواهر المادة
هكذا نرى أن كل ظواهر المادة ، ترتبط تبادليا ، وتؤثر كلا منها فى الأخرى ، وما هى إلا مظاهر مختلفة لجوهر واحد هو المادة، و لعملية واحدة تشكل الواقع نفسه، والتى تتجلى لنا من خلال مظاهرها ، وبالتالى يمكننا التوصل لمعرفتها ، إن ما يبرهن على مادية كل ما يحيط بنا من مظاهر حتى ولو كانت مدهشة بحيث نعجز عن فهمها هو الأساس المادى لقوى الطبيعة ، والتى تسبب وجود وحركة كل ما فيها.
فالضوء المرئى مثلاً ما هو إلا سيل من جسيمات (حمل القوى أو الطاقة أو المجال) الكهرومغناطيسية المسماة بالفوتونات والتى يمكن عند مستوى معين من الطاقة ، أن تتحرك فى شكل موجه ذات طول وتردد معينين ، تستطيع أعيننا البشرية رؤيته مباشرة ، ..كما أن موجات الراديو التى تنتسب لنفس عائلة كمات الطاقة الكهرومغناطيسية لا تستطيع آذاننا سماعها إلا أننا بجهاز الاستقبال نحولها لموجات صوتية مسموعة ، وهذا هو ما يفسر الطبيعة المزدوجة (جسيم/موجه) للضوء ، وكل ما فى الطبيعة من أجسام وجسيمات.
فأنت عندما تتحرك تتولد عن حركتك موجة ضعيفة جدا تتناسب مع كمات الطاقة التى بذلتها أو امتصصتها أثناء حركتك ،إلا أننا لا يمكن رصد هذه الموجة عبر حواسنا المباشرة ،كما لا يوجد جهاز حتى الآن يستطيع رصد هذه الموجة نظرا لضعفها الشديد.

فى لعبة تنس الطاولة يمسك كل لاعب مضربا ليتبادلا سويا قذف الكرات الصغيرة ،لتستمر المباراة التى تنقطع مؤقتا كلما فشل أحد اللاعبين فى التقاط الكرة على مضربه، فكل لاعب يضع نفسه فى الموضع المناسب حول مائدة اللعب لالتقاط الكرة وقذفها للجهة الأخرى ، كأنما تتحكم الكرة بحركتها فى موضعه بالنسبة للاعب الآخر. ويمكن أن نفهم ما نتحدث عنه من خلال تلك اللعبة فلو كنا أنا وأنت جسمين من جسيمات الكتلة مثل الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات مثلا فأننا بتبادلنا للكرات التى من الممكن اعتبارها كمات للطاقة مثل الفوتونات و الجلونات فأننا نكون شيء واحد مكون من شيئين طالما احتفظنا بتبادلنا للكرة ، وهو الأمر الذى لا يحدث إلا بحرصنا على أن تظل الكرة فى حركة مستمرة بين مضربينا، إلا أنه عندما تقع بعيداً عنا ينفصل كل منا عن الآخر لنعود شيئين منفصلين وما نتحدث عنه يرسم لنا لوحة الكون الرائعة تماما.

الأشياء أو الكتل المختلفة تتكون من أشياء أو كتل أخرى تحتفظ بوجودها واستمرار هذا الوجود بتبادل مكوناتها الداخلية لكمات الطاقة ، كما تتبادل هى بدورها كمات الطاقة مع أشياء أو كتل أخرى مكونه شيء آخر وهكذا
فقد أتى حين من الدهر لم يكن بالكون سوى أبسط جسيمات المادة و كمات الطاقة التى تكون الإشعاعات المختلفة وتسبب بحركتها الموجات المختلفة ، وهى التى تحمل قوى الفعل بين الجسيمات المادية ، وتشكل مجالات تأثيرها المختلفة.
العلاقة بين جسيمات المادة و كمات الطاقة ، ترسم لنا لوحه الكون الرائعة اللانهائية ، فى سكونها وحركتها وتغيرها فكيف يحدث هذا؟
قد عرفنا إن أى جسيم أو جسم يتحرك، يحدث اضطرابا فى الوسط المحيط به، يعرف باسم الموجة، والتى هى وسيله لنقل كمات الطاقة، سواء أكان هذا الجسم ضخما مثل الأرض، أو جسيم أولى مثل الإلكترون، إلا أن هذه الموجات تختلف طولاً وتردداً، متناسبة فى ذلك مع ما تحمله من طاقة، إلا إننا نستطيع تقسيمها إلى ثلاث أنواع هى:-
أ- موجات طويلة و ضعيفة التردد، هى موجات الجاذبية، وهى تنقل كمات طاقه الجاذبية المسماة، بالجرافيتونات ومفردها جرافيتون، ولأنها طويلة فهى لا تعمل سوى على المسافات الكبيرة فيما بين الأجسام المختلفة، وتسبب تبادل الفعل فيما بينها وبمعنى آخر حركتها، سواء أكانت أجسام فلكية أو غير فلكية، فتتجاذب هذه الأجسام حسب كتلتها، ما تحمله من مقادير الطاقة التى تتناسب طرديا مع هذه الكتل، وبسبب طولها هذا يمتد الكون لتلك المسافات الهائلة اللانهائية، إلا إنها من الضعف بحيث يصعب رصدها، والجسيمات التى تحملها ليس لها كتل خاصة بها، وهذا يعطيها القدرة على حمل تلك القوى، لتلك المسافات الهائلة بين الأجسام الكونية المختلفة.
ب- موجات متوسطه الطول والتردد، وتتحرك بسرعة الضوء، وهى الموجات الكهرومغناطيسية، والتى تنقل كمات الطاقة الكهرومغناطيسية (الفوتونات) ومفردها فوتون، وهى تعمل على مسافات متوسطة، وتأثيرها محدود بين الأجسام المختلفة إذ يلاشى معظمها بعضه بعضا ،إلا أن مجال سيادتها المطلقة هى الذرات والجزيئات ، وطولها هو الذى يحدد حجم الذرات و الجزيئات وهذه الموجات تتعامل مع الأجسام والجسيمات المشحونة كهربيا ، وتسبب تنافرها وتجاذبها حسب إشارة شحناتها ولأنها موجات يسهل رصدها بل وهى أسبق الموجات التى أمكن رصدها تاريخيا ، فقد أستطاع العلم تقسيمها حسب خواصها من حيث الطول والتردد ، وما تحمله من طاقه تنازليا إلى أنواع شتى هى أشعه جاما ، والأشعة السينية ، والأشعة فوق البنفسجية و الضوء المرئى ، و الأشعة تحت الحمراء ، وموجات الراديو .. ونظرا لقوه هذه الموجات فأنها تسبب الطابع الموجى للجسيمات الأولية.
ج- موجات قصيرة للغاية، وشديدة التردد وهى تنقل كمات الطاقة النووية الضعيفة (البوزونات) ومفردها بوزون، والتى تسبب ظاهرة النشاط الإشعاعى لأنوية الذرات المشعة، و كمات الطاقة النووية القوية (الجلونات) ومفردها جلون، والتى تربط الكواركات ومفردها كوارك مكونه البروتونات والنيوترونات، والتى تربطهم بدورهم مكونه أنوية الذرات، ولأنها قصيرة جداً فأنها لا تعمل إلا داخل أنوية الذرات مسببة حجمها المتناهى فى الصغر. والتى تتبادل الفوتونات مع الإلكترونات مكونة الذرات.
فإن أى جسم يتحرك يفقد أو يكتسب كمات من الطاقة نتيجة حركته تلك، تنتقل من خلال موجة بما فيها الأجسام الحية مثلنا والجامدة مثل الأرض.
إلا أن رصد موجات الجاذبية يصبح صعب للغاية، نظراً لضعفها الشديد و طولها، وبالتالى يصبح الطابع الموجى للأجسام مهمل للغاية، و إن كان موجوداً، أما فى عالم الجسيمات الأولية، فالطابع الموجى لها يصبح فى غاية الأهمية عند رصدها، حيث تبلغ القوى فيما بينها حداً ضخما يزداد باطراد كلما توغلنا داخل الجسيمات الأبسط المكونة للجسيمات الأعقد التى تربط بينها طاقات أكبر، تنقلها موجات أشد تردداً وأقصر طولاً حتى تستطيع نقل هذه الطاقات الكبيرة بين هذه الجسيمات، وذلك بالمقارنة بضعف موجات الجاذبية والقوى التى تنقلها، فالطبيعة الموجية للجسيم لا تنفى ماديته، كما لا تنفى مادية الجسيم الذى يتكون منه ذو الطابع الموجى المهمل، فأجهزة رصدنا العلمية قد ترصد الموجات التى تنشأ عن حركة الجسيم لا الجسيم نفسه.. فالموجة ليست شيئا يمكن أن يحدث أو يوجد منفصلاً عن حركة جسم ما، فما هى إلا شكل لحركة كمات الطاقة المنبعثة أو الممتصة بواسطة الجسم.. فكل الأجسام مهما بلغ حجمها من الكبر أو الصغر دائمة التبادل للطاقة أو القوى فيما بينها حيث تنبعث منها كمات الطاقة أو تمتص ما تبعثه الأجسام الأخرى فتسبب حركة كل الأجسام، والتى تؤثر فى الأجسام التى تقع فى مجال تأثرها المكون من هذه الكمات.
فتعدد الظواهر وترابطها المتبادل وتأثيرها المتبادل هو سمة من سمات المادة كما تتعدد جوانبها وتترابط فى وحده لا تنفصم يؤثر كلا منها فى الآخر.. و ربما تختفى بعض الظواهر أحيانا حين نحاول رصدها أو تبرز ظواهر أخرى إلا إنها كلها الظاهرة والخفية ظواهر موجودة ومتلازمة فى كل الكائنات المادية.. ويلاحظ تأثير تعددية و ازدواجية الظواهر والجوانب هذه مباشرة فى الجسيمات الأولية، وتؤثر فى نوعيه معلوماتنا عنها، إلا أنها مرتبطة فى نفس الوقت بالطبيعة المادية الواحدة لهذه الجسيمات، فما هى إلا ظواهر الجوهر المادى الواحد مادمنا قادرين على الإحساس بها، والتحكم فيها، والتعامل معها، وفهم طبيعتها، والقياس التقريبى لأبعادها، ومعرفه قوانينها وخصائصها من خلال وسائل مادية عملية حتى ولو كنا نرصد هذه الجسيمات من خلال أحد ظواهرها دون ظاهرة أخرى.. كأن نرصد طابعها الموجى دون الكتلى أو العكس كأن نرصد طابعها الكتلى ونهمل طابعها الموجى الذى تحدثه حركة هذه الكتلة وبالطبع فأن الطبيعة الخاصة لأبعاد هذه الجسيمات، تجعلها سريعة التحول من شكل لأخر، والحركة من مكان لأخر وهو ما يحدث ببطء نسبى فى الأجسام التى يمكن رؤيتها بالعين المجردة.