مشكلة العلماء مع السرعات والمسافات الهائلة

مشكلة العلماء مع السرعات والمسافات الهائلةمن أهم الصعوبات التي تواجه العلماء هي كيفية قطع المسافات الهائلة الفاصلة بين النجوم والمجرات.فعند جمع معلومات عن أي نجم فان تلك المعلومة التي تأتينا أصبحت قديمة بمجرد وصولها إلينا.لأنها تستغرق زمناً طويلاً بسبب المسافة الفاصلة بيننا وبين ذلك النجم ومثال على ذلك فان أقرب نجم إلينا هو (ألفا سنتوري) فإنه يصل ضوؤه بعد 4 سنوات تقريباً إلينا.معنى ذلك أننا لا نعرف عنه شيئاً في اللحظة الحالية،فإذا تم انفجاره فلا نعلم إلا بعد مضى أربع سنوات على تلك الانفجار.وكذلك عند دراسة المجرات نجد أن أقرب مجرة إلينا هي مجرة الأندروميدا أو مجرة المرأة المسلسلة التي تقع على بعد مليونين من السنين الضوئية من مجرتنا أي أننا ما عرفناه عن تلك المجرة هو ما حدث منذ مليوني عام، وربما تكون قد انفجرت ونحن لا نشعر بسبب الزمن الفاصل بينها وبين مجرتنا.معنى ذلك أننا نرى الكواكب والنجوم المحيطة بنا في الماضي دائماً، وهذا كله يتعلق بالسرعة التي ينطلق بها الضوء وحيث أن السرعة في الفضاء ليست محددة القيمة،ولكنها نسبية ومثل دوران الأرض حول محورها بسرعة 1000كم في الساعة، وتنطلق في الفضاء تدور حول الشمس بسرعة 100000كم في الساعة وكذلك تحملنا الشمس معها عند دورانها حول مركز المجرة بسرعة 80000000كم في الساعة، وبالرغم من هذه السرعات الهائلة فإننا لا نشعر بها. وكذلك عند رصد نجم لامع يتحرك نحونا بسرعة هائلة، فانه يصعب علينا تحديد هل نحن نتحرك نحو هذا النجم أم أن هذا النجم يتحرك نحونا.نستخلص من هذا أنه ليس هناك من وسيلة لإيجاد سرعتنا الحقيقية التي ننطلق بها في الفضاء.وكل ما سبق يشمل ما تنص عليه النظرية النسبية للعالم الرياضي (اينشتاين)وهي العلاقة الأكيدة بين السرعة والمكان والزمان ثم أكدها بنظرية النسبية العامة.وطبقاً لتلك النظرية فانه لا يمكن قياس السرعة المطلقة لأي جسم في الفضاء لأن كل شيء في هذا الكون يغير موقعه من لحظة لأخرى.وحيث أن الضوء يتحرك في الفراغ بسرعة ثابتة، ولا يعتمد على سرعة مصدره أو اتجاه حركته.فانه يمكن استخدامه في قياس السرعة النسبية لمختلف الأجسام.حيث أن سرعة الضوء 300000كم في الثانية، وهي سرعة لا يمكن لأي جسم متحرك أن يتعداها وتعرف باسم (حاجز الضوء) وهذا الحد لم يصل إليه سرعة أي جسم حتى الآن.وعند النظر إلى هذه السرعة نجد أنه لا يوجد مانع أن يصل سرعة أي جسم إلى القريب من هذه السرعة ولكن هناك نسبة ضئيلة جداً لا يمكن الوصول إليها.فيمكن الوصول إلى 99.6% من سرعة الضوء، ولكن النسبة المتبقية وهي 0.1% لا يمكن الوصول إليها مهما كانت القوة الدافعة التي تحرك هذا الجسم.بالنظر إلى أسرع السفن الفضائية الآلية نجد سرعتها 30كم في الثانية، وهي بطيئة جداً بالمقارنة بسرعة الضوء.فعند استخدام تلك السفن للوصول لأقرب نجم (ألفا سنتوري)معنى ذلك أن تصل السفينة بعد نحو 40000 سنه أو أكثر.وبالمقارنة بسرعة الضوء نجد أنها تقطع المسافة لذلك النجم في زمن 4سنوات تقريباً.وعند النظر لتلك السفن إذا كانت تحمل ركاباً فانه سوف ينتهي عمر الركاب في أوائل سنوات تلك الرحلة.وإذا لم يكن هناك ركاب في تلك السفن وتوجهت الكتروني فنجد أنه عند الرجوع لكوكبنا أن شكل الحضارة على سطح الأرض خلال هذا الزمن وقد تغير أو يمكن قد تكون أفنت البشرية تماماً.وخلال هذا الزمن الهائل هل السفن قادرة على العمل بدقة أثناء تلك المدة الطويلة وتبقى محركاتها صالحة للعمل.معنى ذلك أنه ليس هناك من بديل إلا محاولة رفع سرعة تلك السفن الفضائية، وعند بلوغ تلك السرعة القريبة من الضوء نجد وجود بعض الظواهر الغريبة، وهي ظواهر تتعلق بزيادة الكتلة وتمدد الزمن بالنسبة للجسم الذي ينطلق بسرعة قريبة من سرعة الضوء. وهذا ما تنبأت به النظرية النسبية.ومن هذه الظواهر الغريبة هي ظاهرة التقلص أو الانكماش، ومعناه إذا تحرك جسم بسرعة تقترب من سرعة الضوء نجد أن طول هذا الجسم يقل عن طوله الأصلي في حالة سكونه. وهذا النقص دائماً في اتجاه حركة هذا الجسم.ولقد أوضح اينشتاين أن هذا التقلص يكون أشد وضوحاً للسرعات التي تقترب من سرعة الضوء.وعند تصور سفينة فضائية تنطلق بسرعة 36000كم في الساعة، فان هذا التقلص في طول تلك السفينة الناتج عن هذه السرعة سيكون غير محسوس.أما إذا بلغت سرعة السفينة نحو 270000كم في الثانية أي ما يعادل 90% من سرعة الضوء، فان هذا التقلص يكون ظاهراً ويصل لنحو 50% من الطول الأصلي.وكلما زادت السرعة زاد التقلص في الطول، وإذا اقتربت تلك السرعة من سرعة الضوء أي وصولها إلى99.9% من سرعة الضوء فان طول هذه السفينة ستتحول لقرص مستو بدون سمك تقريباً.ومن الملاحظ أن كتلة الجسم المتحرك بتلك السرعة الهائلة تزداد مساوية للمالانهاية تقريباً.ولذلك لن نجد لدينا من الطاقة لزيادة سرعة الجسم أكثر من ذلك.وهناك ظاهرة أخرى تنبأت بها النظرية النسبية وهي أشد غرابة وهي ظاهرة تمدد الزمن بزيادة السرعة، ومثال لذلك نجد أن ركاب السفن الفضائية التي تنطلق بسرعة قريبة من سرعة الضوء يلاحظون أن ساعاتهم تدور ببطء شديد أي أنه حدث تمدد للزمن.ويمكن طرح مثال آخر نتصور أن هناك توأمين يبلغان من العمر عشرين عاماً، وأن أحدهما انطلق في سفينة فضاء تسير بسرعة قريبة من سرعة الضوء، بينما بقى الأخ الآخر على سطح الأرض فانه طبقاً لتلك النظرية، إذا كانت السفينة تسير بسرعة قريبة من سرعة الضوء وتتجه نحو نجم يبعد عنا بمقدار 36 سنة ضوئية.فانه بالنسبة للشخص الموجود على سطح الأرض ستحتاج هذه السفينة إلى 72 عام كي تقطع رحلتي الذهاب والإياب وعند عودة الشخص من الفضاء سيجد أخيه وأصبح عمره 92 عام.أما الشخص الذي في الفضاء لم يزد عمره في نهاية الرحلة إلا بمقدار يوم واحد.ولقد تم التحقق من تلك الظاهرة بالنسبة لبعض جسيمات الأشعة الكونية التي تنطلق بسرعة الضوء تقريباً.وحيث أن سرعة السفن الفضائية لم تصل حتى الآن لسرعة الضوء،ومن المتوقع أن يصل الإنسان إلى نحو نصف سرعة الضوء قبل منتصف القرن الواحد والعشرين.وذلك إذا تطورت خبرته، ولاشك أن ظاهرة تمدد الزمن ستكون عوناً لركاب تلك السفن الفضائية الفائقة السرعة لقطع مسافات هائلة في الفضاء وهم ما زالوا على قيد الحياة، ويستطيعوا الإجابة على السؤال القديم.

2003 عام الاكتشافات الفضائية

2003 عام الاكتشافات الفضائيةشهد العام 2003 في مجال الفضاء تحطم المكوك الأمريكي كولومبيا وأول رحلة صينية مأهولة إلى الفضاء وعدة مهمات استكشافية إلى كوكب المريخ بحيث بلغت النشاطات الاستكشافية هذا العام أعلى مستوى لها منذ هبوط مركبة أبوللو على القمر عام 1969.وشهد هذا العام أيضا تزايد الشكوك حول مستقبل محطة الفضاء الدولية وإرسال ثلاث مهمات غير مأهولة لاستكشاف كوكب المريخ وبعض النجاحات المذهلة في عالم الفضاء.وستقرر عوامل من بينها الكرامة الوطنية والبعد الإستراتيجي وميزانيات بمليارات الدولارات إضافة إلى عدد من الأفكار, متى وأين وكيف سيقوم الإنسان بخطواته التالية في الفضاء.وتقوم وكالة الأبحاث والفضاء الأمريكية (ناسا) العملاقة في عالم الفضاء على وجه الخصوص بإعادة التفكير في هيكليتها إذ إنها تعيد النظر في سياستها في أعقاب تحطم المكوك كولومبيا ومقتل طاقمه المكون من سبعة أشخاص في الأول من فبراير/ شباط الماضي.وتواجه ناسا معضلة أكبر العام المقبل حيث يتعين عليها أن تفكر في ما يتوجب عليها عمله في ما يتعلق بأسطولها من المكوكات التي لم تعد وسائل يعتمد عليها في وضع الأشخاص والمؤن والمعدات في المدار بل أصبحت وسائل باهظة الكلفة بشكل كبير وأصبحت الرحلات التي تقوم بها أقل عددا بسبب تشديد أنظمة السلامة.وانتقد كثير من العلماء المحطة على أنها باهظة التكاليف ولا تقدم أي شيء جديد فيما يتعلق بالأبحاث بل إنها تلتهم الأموال المخصصة لمشروعات أخرى كان يمكن أن تجرى بواسطة روبوتات بحيث تكون أكثر فائدة وبعيدة عن أي مخاطرة.وتم تعليق برنامج تجميع محطة الفضاء الدولية وخفض عدد طاقمها إلى أدنى مستوى بحيث أبقت على عدد قليل للقيام بمهمات الصيانة الأساسية بينما تحضر ناسا بنشاط وحماس للمهمة المكوكية التالية التي من المقرر مبدئيا أن تتم في سبتمبر/ أيلول 2004 وتفكر بكيفية استبدال كولومبيا أو ما إذا كان من الضروري استبدالها.ومن المعروف أن النقاش في مجال الاستكشافات الفضائية يدور دائما حول ما إذا ينبغي أن تكون المهمات الفضائية مأهولة أم غير مأهولة وربما رجحت كارثة كولومبيا ووضع محطة الفضاء الدولية كفة الخيار الثاني.إلا أن البرامج الفضائية الأمريكية للقيام بمهمات مأهولة ربما تحرز دفعة بعد قيام الصين بأول مهمة مأهولة إلى الفضاء في 15 أكتوبر/ تشرين الأول الماضي.وفي إطار سعيها للتفوق على روسيا التي كانت القوة الفضائية رقم 2 في العالم والتي تعاني ميزانيتها من العديد من المشاكل بسبب التدهور الاقتصادي, وضعت بكين العديد من المشاريع من بينها بناء محطة فضائية خاصة بها وإرسال مركبات فضائية للدوران حول القمر خلال ثلاث سنوات وكذلك إجراء عملية هبوط غير مأهولة على القمر عام 2010.وجرت خلال هذا العام أحداث هامة في عالم الفلك إلا أن تلك الأحداث لم تأخذ مكانها البارز في خضم الأحداث الجسام التي حصلت هذا العام. فقد أصدر الفلكيون البريطانيون والأستراليون أدق حساب على الإطلاق لعدد النجوم التي تضيء سماء الكون المرئي وقالوا إنها تبلغ حوالي 70 سكستليون (ألف مليون مليون مليون).كما أطلقت ناسا في أغسطس/ آب الماضي ما وصفته بأعظم مرصد فضائي وهو تلكسوب "سبيتزير" للأشعة تحت الحمراء الذي سيمنح الإنسان نظرة إلى أعماق الفضاء.أما تلسكوب "ويلكنسون مايكرويف إنيسوتروبي بروب" الذي يعمل على الموجات القصيرة وأطلق عام 2001 فقد أنتج أوضح صور على الإطلاق للكون بعد 40 ألف عام من "الانفجار العظيم" (بيغ بانغ). وأثبت تحليل البيانات من التلسكوب أن الكون ليس مسطحا بل كرويا.

صناعة الفضاء الرابحة

صناعة الفضاء الرابحةثارت ضجة كبرى في أنحاء العالم، تنتقد ما ينفق من مبالغ تتجاوز مليارات الدولارات، على أجهزة ترسل إلى الفضاء لتبقى فيه، أو تحترق أو تتحطم. ولو تم التوقف عن مثل هذه المشاريع الفضائية، وحولت الأموال التي تنفق في سبيلها إلى مساعدات تقدم إلى الدول النامية والشعوب الجائعة، لدفعت بها إلى مستوى الدول الصناعية المتطورة، هذا بالإضافة إلى انتعاش تلك الشعوب والدول.ولكن الشكوك التي كانت قائمة بين الدول الكبرى في ذلك المجال، والمستندة إلى تصور مسبق، بأن التنافس في ذلك المجال العلمي يخفي وراءه، تنافس في المجال الحربي، ويهدف إلى إيجاد أسلحة فضائية متطورة، وأدى ذلك إلى استمرار التنافس على شكل حرب باردة في مجال غزو الفضاء.وهكذا استمرت برامج الفضاء متلاحقة، وعلى الأخص في كل من الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي سابقاً. واليوم وبعد أن انقضى أكثر من ثلث قرن نجد أن مشاريع الفضاء قد دخلت مرحلة الاستثمار المربح، فلقد تبين أن 5000 مليون دولار، تجنيه أمريكا سنوياً عن طريق حماية محاصيلها الزراعية، من الأعاصير المدمرة وموجات الصقيع القاتلة، وتدفق الرياح الحارة، وذلك بعد الصور التي توجهها الأقمار الصناعية التي خصصت لمراقبة تغيرات الطقس.كذلك وفراً قدره 500 مليون دولار، من جراء إخماد الحرائق التي تشب في الغابات، في مختلف الولايات الأمريكية، وذلك فور اشتعالها، بعد أن تكون الأقمار الصناعية المخصصة لذلك، قد أصدرت الإنذار اللازم حولها.وأن ما تقوم به الأقمار الصناعية المخصصة للكشف عن الثروات الباطنية، والتنبيه إلى بدء ثورات البراكين، وانتشار الزلزال، وحدوث الفيضانات، والتلوث في البيئة، واقتراب الأعاصير، وهياج الأمواج البحرية، ورصد حالتي المد والجزر. وقد قدر أن مالا يقل عن 700 مليون دولار يتم توفيرها سنوياً في روسيا، عن طريق اتخاذ الاحتياطيات لمواجهة الإنذارات التي تصدرها الأقمار الصناعية، حول تقلبات الطقس العنيفة التي تنزل بالطائرات والمزروعات والمراكز الصناعية والتجارية.ويزيد في دخل الدول للأقمار الصناعية، والمركبات الفضائية، العوائد التي تجنى من جراء الصناعة المحدثة، التي تنتج مواد لمختلف المجالات، حيث ينعدم الوزن، حيث لا يمكن إنتاج مثيلها على سطح الأرض في نطاق الجاذبية الأرضية. وقد وجد أن ما تدفعه الدول التي ترغب في الاستفادة من المعلومات، التي تقدمها عدة أقمار صناعية، يبلغ 500 مليون دولار سنوياً تقريباً، تتقاضاه الدولة المالكة لتلك القمر.

حفظ الأطعمة

حفظ الأطعمةيحاول رواد الفضاء تقليل وزن المركبة، كي لا تستهلك كمية أكبر من الوقود عند رفعها لمدارها ومن تلك المحاولات جعل وزن المواد الغذائية الضرورية لرواد الفضاء، كأخف ما تكون، كما جعلوا حجمها أصغر ما يمكن، مع الحفاظ على القيمة الغذائية. ولتأمين ذلك عالجوا تلك المواد بطرق شتى، كالتجفيف والتبخير والضغط والتجميد والتبريد، وتحويل بعض تلك المواد إلى أقراص.وتطبق تلك الطريقة، في معالجة الأطعمة التي ترسل في أماكن نائية للعاملين في الصحراء، والمناطق القطبية كذلك في تأمين غذاء الجيوش العاملة والمحاربة.

في مجال الطب و العقاقير

في مجال الطب و العقاقيرحرصاً على سلامة رواد الفضاء، وملاحظة حالتهم النفسية والجسدية، تم صنع أجهزة لاسلكية تلامس أجسامهم، وتستطيع أن تنقل إلى شاشة تليفزيونية على سطح الأرض، انتظام تنفسهم، وحرارة أجسامهم، وحالات التوتر التي قد تصيبهم. وأدخل تلك الأجهزة الآن إلى المستشفيات و العيادات، حيث أصبح بالإمكان مراقبة الحالة الصحية للمريض، الموضوع تحت العناية المركزة، وذلك بالرغم من بعد أماكن الأطباء عنهمكما تم صنع العديد من الأجهزة توضع بملامسة مكان معين من جسم المريض، ويكشف بعضها عن انتظام نبضات القلب، إلى غير ذلك من الحالات الصحية التي تستلزم مراقبة جيدة للمريض، كما صنع عقاقير وأدوية، ومواد كيميائية في محطات الفضاء، وهي في حالة انعدام الوزن، لم يكن من الممكن صنعها على سطح الأرض مع وجود الجاذبية، والضغط الجوى السائد على سطح الأرض.

مجال الحاسوب

مجال الحاسوبلعب الحاسوب أهم دور في إطلاق الأقمار الصناعية، والصواريخ و المحطات الفضائية، وتوجيه تلك الأشياء، وضبط أجهزتها، وإعطاء إنذار عند تعطل أي جزء بها. ولقد استطاع الحاسوب القيام بملايين العمليات الرياضية وغيرها، وذلك خلا ثوان فقط. وأصبح الحاسوب من أهم الأجزاء في المصالح التجارية والصناعية.ولتلك الأهمية نجده منتشراً في مجالات الإعلام والنشر والمكتبات، وتنظيم حركة الطيران، وفي مكاتب حجز تذاكر السفر، وفي جودة المنتجات. واستخراج المعلومات المطلوبة عن المجرمين و المشتبه بهم.وكذلك في مجال القدرة الكهربائية، لتقدير الطاقة المولدة، والمستهلكة.كما تم إنتاج حاسوب مزود بجهاز تليفزيوني، يمكننا من مراقبة عمليات لحام الأجزاء الدقيقة، والكشف عن سلامة الأقسام الداخلية في المفاعلات الذرية، وانتظام عملها، والكشف عن سلامة خطوط المياه، والبترول، وهي تحت الأرض.

مجال البصريات و التصوير

مجال البصريات و التصويرتحتاج الأقمار الصناعية، والمركبات الفضائية، إلى عدسات بالغة الصفاء و شديدة المقاومة، وذلك لاستخدامها في مجال المراقب و ألآت التصوير، فحدث تطوير كبير في تلك الصناعات، وساعد ذلك في عدسات النظارات، وآلات التصوير.