الكون والنظرية الشاملة

ناصر عطية

كان معظم الناس يؤمنون ان الكون ساكن وغير متغير، وكان السؤال حول بداية الكون لا يسمح به كونه سؤالا ميتافيزيقيا او لاهوتيا ونستيطع التفسير ما نراه بشكل جيد سواء اعتقدنا بنظرية وجود الكون منذ الازل او بنظرية ان الكون قد بدا في زمن محدد ويبدوا كانه وجد منذ الازل لكن لاحظ هابل ان المجرات البعيدة، عندما تنظر اليها تجدها تبتعد بسرعة عن كوكبنا اي ان الكون يتوسع وهذا يعني انه في اوقات سابقة كانت جميع الاجسام مركزة في مكان واحد وفي الحقيقة يبدوا انه في وقت ما قبل عشرين الف مليون سنة كانت جميع الاجسام في نفس المكان وبالتالي كانت كثافة الكون لا نهائية.

ان مشاهدات هابل ادت الى اقتراح وجود زمن اسمه (الانفجار الكبير) الذي كان فيه الكون لا متناهيا في الصغر وكثافته عالية الى ما لا نهاية في هذه الظروف تنهار جميع قوانين العلوم، وتنهار بالتالي جميع الامكانيات للتنبؤ بالمستقبل واذا كان هناك احداث قبل ذلك الوقت، فانها لا تستطيع ان تؤثر على ما يحدث في الوقت الحاضر ويمكن اهمال وجودها لانه لا يوجد له تبعات يمكن ملاحظتها، ويمكننا القول بان الزمن بدأ عند الانفجار الكبير، بمعنى ان الزمن السابق لذلك لا يمكن تعريفه واذا كان الكون يتسع فيمكن وجود اسباب فيزيائية لضرورة وجود بداية اما افتراض بدء الكون قبل هذا الانفجار فهو امر لا معنى له.

هنالك تعريف بسيط للنظرية هي عبارة عن انموذج للكون او لجزء محدد منه، ومجموعة من القوانين التي تربط كميات معينة من الانموذج مع ملاحظاتنا حولالكون والنظرية تعتبر نظرية جيدة اذا اوفت بشرطين: يجب ان تصف وصفا دقيقا مجموعة كبيرة من الملاحظات علىاساس انموذج يحتوي عددا قليلا من العناصر اللاعتباطية ويجب ايضا ان تتنبأ بشكل دقيق بنتائج الملاحظات المستقبلية عل سبيل المثال، ان نظرية ارسطو التي تفترض ان جميع الاشياء مكونة من اربعة هي التراب والهواء والماء والنار كانت بسيطة لدرجة تؤهلها لتكون نظرية جيدة لكنها لم تخرج باستنتاجات محددة، وان نظرية نيوتن في الجاذبية اعتمدت على انموذج ابسط وهو ان الاجسام تتجاذب مع بعضها البعض بقوى تتناسب طرديا مع الكتلة وتتناسب عكسيا مع مربع المسافة بينها ومع ذلك فان نظريته تنبأت بحركة الشمس والقمر والكواكب بدرجة عالية من الدقة.

اكد الفيلسوف المختص بفلسفة العلم كارل بوير فان النظرية الجيدة هي التي تتميز بحقيقة انها توصلنا الى تنبؤات يمكن دحضها او تخطيها بالملاحظة، ففي كل مرة تتفق فيها نتائج تجربة جديدة مع تنبؤات النظرية، فان النظرية تستمر في الوجود وتزداد ثقتنا بها، ولكن اذا تعارضت احدى الملاحظات الجديدة مع النظرية، فيجب علينا التخلي عنها او تعديلها على الاقل هذا ما مفروض ان يحدث، ولكن يمكن دائما التشكيك في قدرة الشخص الذي اجرى الملاحظة.

ما يحدث عادة بالممارسة هو ان النظرية الجديدة المبتكرة تكون امتدادا للنظرية السابقة على سبيل المثال، كشفت المراقبة الدقيقة لكوكب عطارد عن فرق بسيط بين حركة الكوكب وبين تنبؤات نظرية نيوتن في الجاذبية وجاءت النظرية النسبيةى العامة لانشتاين لتتنبأ بهذا الفرق الطفيف في الحركة عما تفترضه نظرية نيوتن وان تنبؤات انشتاين طابقت ما لوحظ، بينما لم تطابقه نظرية نيوتن، وهذا ما يؤكد صجة النظرية الجديدة رغمذلك فنحن نستخدم نظرية نيوتن في بعض الحالات.

يتضح انه من الصعب جدا ايجاد نظرية نصف الكون كله دفهة واحدة وعوضا عن ذلك، نلجأ الى تقسيم المشكلة الى اجزاء ونخترع عددا من النظريات الجزيئة فكل واحدة من هذه النظريات الجزئية تصف او تتنبأ بمجموعة محددة من الملاحظات، او انها تمثلها بمجموعة بسيطة من الارقام يمكن ان يكون هذاالنهج خاطئا تماما فاذا كل شيء في الكون يعتمد على كل شيء اساسي، فقد يكوم مستحيلا التوصل الى حل متكامل عن طريق البحث في اجزاء منفصلة من المشكلة.

اليوم يصف العلماء الكون بواسطة نظريتين جزئيتين اساسيتين: النظرية النسبية العامة ونظرية والكوانتم ميكانيك. ان النظرية النسبية العامة تصف قوى الجاذبية والتركيب الواسع للكون، اي تركيب الكون  المرئي ابتداء من اميال قليلة وحتى مليون مليون مليون ميل (1 وامامه 24 صفرا). اما والكوانتم ميكانيك بالمقابل فهو يتعامل مع ظواهر على مستويات غاية في الصغر مثل واحد في المليون من الانش. لكن لسوء الحظ، فان هاتين النظريتين لا تتناسبان مع بعضهما البعض ولا تستطيعان ان تكونا صحيحتين في وقت واحد فمن اهم ما يشغل علماء الفيزياء اليوم، هو البحث عن نظرية جديدة تجمع بين النظريتين – نظرية كوانتم للجاذبية.

نموذج حاسوبي يحاكي طريقة تعلم القراءة

طور باحثان أميركيان نموذجا حاسوبيا لدراسة تطور مهارة القراءة، وخلصا إلى أن مصاحبة الصوت المسموع للقراءة يساعد على تعلم القراءة بسرعة، ويؤدي إلى جعل مهارة القراءة أكثر إفادة، باعتبارها الأداة الرئيسة للتعلم، عندما يتم تدريب الأطفال مبكرا على تطوير العلاقة بين بنية الكلمات وأحرفها وبين الصوتيات الخاصة بهذه الكلمات.

والنموذج الحاسوبي هو برنامج أو تطبيق يحاكي نموذجا مجردا في الأنظمة المركبة، كالفيزياء أو البيولوجيا أو العلوم الاجتماعية، للتعرف على كيفية عملها. ولتوضيح كيفية تطور مهارة القراءة قام مارك سايدنبرغ من جامعة ويسكونسن ومايكل هارم من جامعة ستانفورد بتطوير نموذج حاسوبي قادر على تعلم القراءة بصورة تحاكي تعلم الأطفال، حيث يتبع النموذج تقريبا نفس المبادئ ويتأثر بذات المؤثرات التي يتعرض لها الطفل في فصول الدراسة في مراحل تعلمه الأولى للقراءة.

بدأ الباحثان أولا بتعريض النموذج الحاسوبي للأصوات حتى يستطيع تجميع حصيلة من المفردات اللغوية، كما يتعرض الأطفال للأصوات منذ المراحل الأولى في حياتهم قبل بدء التعلم الفعلي للقراءة.   وعندما تمكن النموذج الحاسوبي من "فهم" بعض معاني الأصوات حوله، عرض له الباحثان هجاء بعض الكلمات وطلبا منه التوصل إلى معانيها. نجح النموذج في التوصل إلى معاني تلك الكلمات باستخدام الأصوات، أو الأنماط البصرية، أو مزيج من كليهما.

وبتدريب النموذج الحاسوبي على حصيلة أكبر من المفردات اللغوية، حتى صار ذلك النموذج "قارئا ماهرا" مثل أي طفل سريع التعلم. وعمد الباحثان إلى تحديد العوامل التي سرّعت قدرة النموذج على التعلم، سواء كانت "صوتيات" مصاحبة للكلمات، أو أنماطا بصرية، أو غيرها.

تشير نتائج الدراسة الى أنه عندما وصلت قدرة النموذج إلى تمييز 6000 مفردة وفهم معانيها، تأكد الباحثان أن المزاوجة بين "المؤثر الصوتي" والنمط البصري للكلمة تساعد المتعلم في المراحل الأولى على إدراك معنى الكلمة المقروءة بصورة أسرع، وذلك بدوره يساعد على تعلم أيسر وأسرع. وبالمقابل أظهرت النتائج أن الاعتماد الكلي على الأنماط البصرية للوصول إلى معنى الكلمة، يؤدي إلى إرهاق الدماغ لأنه سيعتمد الربط بين الخرائط البصرية للأحرف المكونة للكلمات وبين معاني تلك الكلمات، دون مساعدة من عوامل أخرى لفك رموز هذه الخرائط.

لاحظ الباحثان أن نتائج تلك الدراسة تناقض ما يدرّس في برامج التدريب على القراءة السريعة، حيث يُطلب من المتدربين "إسكات" الصوت المصاحب للكلمات المقروءة في عقولهم، ليتمكنوا من قراءة أسرع. لكن ذلك الأسلوب لن يؤدي إلى قراءة أكثر إفادة أو إلى تعلم أيسر.

رقيقة تحرض الأعصاب كيميائيا على إعادة البصر للكهول

طور علماء جامعة ستانفورد الاميركية رقيقة إلكترونية جديدة تعمل على تبديل كمية النواقل العصبية على مستوى النيورونات (الخلايا العصبية) الموجودة في العين، وهذا من شانه اعادة البصر لدى الكهول الذين يعانون من اضطرابات
الشبكية الكهلية العائدة الى التقدم في العمر. ويعتقد العلماء بان هذه الرقيقة الجديدة يمكن ان تخدم كشبكية صناعية لدى مرضى العيون، او كجهاز لارسال بعض العقاقير الدوائية الى داخل الجسم، خاصة الدماغ لمعالجة مرض باركنسون. وتختلف هذه الرقيقة عن غيرها من الرقائق بانها لا تستخدم الطاقة الكهربائية لتحريض الاعصاب، انما تستخدم بعض المواد الكيميائية التي تلعب دور الناقل العصبي الكيميائي بين الخلايا. وهذه الطريقة في الاتصال العصبي اكثر فعالية من النقل الكهربائي، خاصة في خلايا الدماغ وخلايا العين. وكان العلماء يعتقدون ان انتاج اجهزة ناقلة للمواد الكيميائية بين الخلايا مسألة شبه مستحيلة، خاصة ان نسبة المواد الكيميائية المنتقلة بين الخلايا قليلة جدا، لكن علماء ستانفورد بينوا ان ذلك وارد.

وقال الباحث هارفي فيش مان، مدير ابحاث قسم الهندسة البيولوجية في مختبر امراض العيون في جامعة ستانفورد، انه يجب اجراء ابحاث اخرى متقدمة من اجل الحصول على نتائج مرضية في هذا المجال، لكن في الوقت الحاضر استطاع العلماء اثبات ان الاجهزة الكيميائية يمكن انتاجها.

وبنى الفريق المذكور رقيقة كومبيوترية تحتوي على اربع فتحات للسيطرة على بيئة شبيهة بالوسط الموجودة فيه الخلايا العصبية. واستطاع الباحثون التحكم بالرقيقة إلكترونيا، حيث يمكن تحريض الرقيقة على افراز مواد كيميائية ناقلة عن طريق الانتشار الكيميائي التفاضلي. وراقب العلماء ردة فعل الخلايا العصبية عن طريق مادة صباغية يمكن رصدها بالاشعة. اضافة لذلك فان الرقيقة لديها قدرة على امتصاص المواد الكيميائية الزائدة لكي لا يحدث تسمم عصبي. وقال البروفيسور مارك بلومكرانز رئيس قسم امراض العيون المشارك في هذه الدراسة، ان الرقيقة الجديدة سوف تقوم بمهمات اكبر من الرقائق الكهربائية. رغم ان الرقيقة يمكن استخدامها في الكثير من الابحاث العلمية والمجالات السريرية، الا ان الباحثين ركزوا على امراض العين الاستحالية الناتجة عن التقدم بالعمر التي تعتبر المسبب الاول للعمى لدى الكبار. وتحدث الرؤية لدى الناس الاصحاء عندما تحول الخلايا الحساسة للضوء، الموجات الضوئية الى اشارات كهربائية تنتقل الى الدماغ عن طريق العصب البصري. وهذا يحدث بشكل اساسي في الطبقة الخارجية للعصب، وهي طبقة مغلفة بغشاء رقيق يقوم بهذه المهمة، لكن هذه الطبقة تتلاشى في الامراض الاستحالية، وتؤدي الى موت الخلايا العصبية. ويفقد المريض الرؤية المحيطية. لكن، وجد ان 80 % من المرضى لديهم خلايا عصبية فعالة ويمكن استعادة البصر لديهم من خلال اجراء زراعة الخلايا. اما بقية المرضى، ونسبتهم 20 %، فالحل الامثل لهم هو اجراء زراعة رقيقة إلكترونية. وبدلا من ان تحتوي الرقيقة على اربع فوهات، كما هو الحال في الرقيقة التجريبية المذكورة، فسوف يصبح بالامكان انتاج رقائق تحتوي على ما لا يقل عن 1000 فوهة من اجل حدوث تداخل كيميائي متكامل في الخلايا العصبية.