شارك
الرئيسية
قد تسمع أحياناً بعض المفاهيم والمصطلحات العلمية الغريبة في نشرة الأخبار أو عند مشاهدة بعض الأفلام، لكن على الرغم من غرابة هذه المفاهيم فمن المهم معرفتها وأخذ فكرة عن المجالات التي تُستخدم بها لزيادة الفائدة وبناء فهم أوضح للعلوم المختلفة حتى وإن كانت من غير اختصاصك، إليك أبرز هذه المفاهيم العلمية وشرحاً مبسطاً لكلٍ منها.
اقرأ أيضاً: ما هي الأمواج الثقالية التي تنبأ بها أينشتاين منذ أكثر من 100 عام؟
10 مفاهيم علمية شائعة
إليك أبرز المفاهيم العلمية الشائعة التي قد يجهلها الكثيرون أو لا يعرفون ما هي بشكلٍ واضح:
1. قطة شرودنغر
تعد قطة شرودنغر تجربة فكرية ابتكرها الفيزيائي النمساوي إروين شرودنغر، حيث صممها لتوضيح مفارقة التشابك الكمومي؛ إذ يمكن اعتبار قطة افتراضية حية وميتة في الوقت نفسه لأن مصيرها مرتبط بحدث عشوائي قد حدث أو لم يحدث.
تنصُّ تجربة قطة شرودنغر بأنه إذا وضعت قطة في صندوق مغلق فهي سوف تموت، لكنك لن تعرف فيما إذا كانت القطة على قيد الحياة أم ميتة حتى تفتح الصندوق، لذا؛ حتى تفتح الصندوق وتشاهد القطة بعينيك، ستظل القطة حية وميتة في الوقت نفسه.
يُصنف هذا المصطلح في مجال فيزياء الكم، ويُشار إلى عدم القدرة على معرفة حالة القطة سواء حية أو ميتة حتى تتم مشاهدتها باسم عدم التحديد الكمي أو تأثير المراقب، وتنصُّ المفارقة على أن حدثاً أو مراقباً لتجربة معينة يؤثّر في نتائج هذه التجربة.
2. السائل غير النيوتوني
هي السوائل التي لا تخضع لقوانين نيوتن في اللزوجة، ويمكن للسوائل غير النيوتونية التبديل بين الحالة الصلبة والسائلة اعتماداً على القوى المؤثرة عليها، ولزوجتها لا تتعلق فقط بالحرارة على عكس السوائل النيوتونية، ويعد أشهر مثال توضيحي عنها عندما يتم ضرب السائل غير النيوتوني بقبضة اليد بسرعة سوف يصبح صلباً للحظة، بينما لو أدخلت يدك ببطء سوف يكون سائلاً.
سُميت السوائل النيوتونية والسوائل غير النيوتونية بهذا الاسم تيمناً بالفيزيائي البريطاني الشهير إسحاق نيوتن، حيث اكتشف من بين إنجازاته العديدة المعروفة (بما في ذلك الجاذبية)، المبادئ الأساسية للزوجة في القرن السابع عشر.
تضم السوائل النيوتونية في الجسم، الماء والبول والسائل النخاعي، بينما السوائل غير النيوتونية تشمل كلاً من: الدم والسائل الزلالي والمخاط والخلط الزجاجي.
أمّا عن تطبيقات السوائل غير النيوتونية، فقد عرض الباحث محمد الزارعي من قسم أبحاث تطوير التكنولوجيا الكيميائية والبوليمرية والبتروكيماوية في معهد أبحاث صناعة البترول (RIPI) في إيران، ضمن بحثه المنشور في دورية أبحاث وتكنولوجيا المواد (Journal of Materials Research and Technology) عام 2020، مجموعة من استخدامات السوائل غير النيوتونية في مجال الصناعة، ومن أهم الأمثلة التي ذكرها، استخدام السوائل غير النيوتونية في الأحذية الرياضية، حيث تكون بحالة سائلة عند الوقوف أو الحركة البطيئة، وتتصلب عند الركض أو الضغط السريع، ما يحقق مرونة وصلابة وراحة في الوقت نفسه.
اقرأ أيضاً: لغز حيّر العلماء: لماذا حرارة هالة الشمس أعلى من حرارة سطحها بـ 200 مرة؟
3. مبدأ عدم اليقين
هو مبدأ فيزيائي في مجال فيزياء الكم، صاغه الفيزيائي الألماني فيرنر هايزنبرغ عام 1927، وينص المبدأ على أننا لا نستطيع معرفة موقع وسرعة (زخم) الجسيمات دون الذرية مثل الفوتون أو الإلكترون بدقة تامة؛ فكلما زادت الدقة في تحديد موضع الجسيم قلّ ما نعرفه عن سرعته والعكس صحيح.
يشرح مبدأ عدم اليقين عدة ظواهر بفيزياء الكم لا تستطيع الفيزياء الكلاسيكية تفسيرها، وأحد أهم تطبيقات هذا المبدأ هو إثبات أن الإلكترون لا يمكن أن يوجد داخل النواة، ويخبرنا مبدأ عدم اليقين أن هناك غموضاً في الطبيعة، وهو حد أساسي لما يمكن معرفته عن سلوك الجسيمات الكمومية التي تعد أصغر الجسيمات في الطبيعة.
للتوضيح، يمكننا تشبيه مبدأ عدم اليقين بالسيارة السريعة، إذ لا يمكننا تحديد موقع السيارة وهي متحركة بشكل دقيق وتحديد سرعتها بالوقت ذاته، ويمكننا فقط تحديد أحد الأمرين بدقة، حتى وإن تمكنا من حساب السرعة والموقع للسيارة، فالأمر يختلف بالنسبة للجسيمات دون الذرية التي لا يمكن تحديد سرعتها وموقعها بالوقت ذاته بشكلٍ دقيق.
4. الغازات النبيلة أو الخاملة
هي الغازات المكونة من العناصر الكيميائية السبعة الموجودة في المجموعة 18 من الجدول الدوري، وتضم كلاً من:
تتصف الغازات النبيلة بأنها غازات عديمة اللون والرائحة والطعم وغير قابلة للاشتعال، وكان يُعتقد سابقاً لعقود بعد اكتشافها بأنها لا تستطيع الارتباط بذرات أخرى؛ أي أن ذرات الغازات النبيلة لا يمكن أن تتحد مع ذرات العناصر الأخرى لتكوين مركبات كيميائية، لذا دُعيت بالغازات الخاملة أو النبيلة.
5. البصمة الكربونية
تعبّر البصمة الكربونية عن الكمية الإجمالية لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري مثل ثاني أوكسيد الكربون والميثان التي ينتجها شخص أو شركة أو حدث صناعي أو طبيعي أو منتج، وتسهم في الاحتباس الحراري العالمي والتغيّر المناخي، ويمكن تقسيم مصادر البصمة الكربونية إلى 8 مجالات مميزة كما يلي:
- البناء.
- السكن والنشاط البشري الحياتي.
- الغذاء.
- اللباس.
- وسائط النقل.
- تصنيع المنتجات.
- الخدمات.
- التجارة.
من الممكن تصنيف البصمات الكربونية للأشخاص كالتالي:
- البصمة الكربونية المثالية أو المنخفضة للشخص تتراوح بين 2700-6000 كيلوغرام في السنة، ويعد إنتاج 3 أطنان من الكربون سنوياً الحد المثالي.
- البصمة الكربونية المتوسطة تتراوح بين 7250-9970 كيلوغراماً في السنة.
- كل ما يزيد على 6000 كيلوغرام في السنة يعتبر بصمة كربونية ضارة.
يُمكن قياس البصمة الكربونية من خلال حساب كمية الوقود التي تحرقها الطائرة أو السيارة وحجم غازات الدفيئة المنبعثة عنها أثناء الرحلة، وتقسيمها على عدد الركاب لمعرفة البصمة الكربونية للشخص الواحد.
6. البلاسيبو أو الدواء الوهمي
عبارة عن مادة دوائية غير فعّالة أو تدخل علاجي آخر يبدو مماثلاً لدواء فعّال أو علاج طبي حقيقي آخر يتم اختباره وإعطاؤه بالطريقة نفسها لكنه لا يحمل أي قيمة علاجية بل فقط يبدو كذلك.
يؤثّر الدواء الوهمي بشكلٍ رئيسي من خلال دعم توقعات الفرد الذي يتناوله، إذ قد يتسبب هذا التوقع في انخفاض هرمونات التوتر أو يتسبب في تخفيف الأعراض، وتشمل أنواع العلاجات الوهمية ما يلي:
- الأقراص الخاملة مثل حبوب السكر.
- الحقن الخاملة مثل المحلول الملحي.
- العلاجات والجراحات الوهمية.
اقرأ أيضاً: تعرّف إلى مكونات الطيف الكهرومغناطيسي
7. متتالية فيبوناتشي
تُدعى أحياناً بتسلسل فيبوناتشي، وهي مجموعة من الأعداد الصحيحة (أرقام فيبوناتشي) التي تبدأ بصفر متبوعاً برقم واحد، ثم يتم جمع الأرقام المتتالية بالسلسلة فتزداد المتتالية بشكل طردي، وتحكم المتتالية قاعدة واحدة تنص على أن كل رقم يساوي مجموع الرقمين السابقين له.
حيث يبدأ تسلسل فيبوناتشي بـ 14 عدداً صحيحاً هي: 0، 1، 1، 2، 3، 5، 8، 13، 21، 34، 55، 89، 144، 233...
0+1=1
1+1=2
2+1=3
3+5=8 وهكذا
ويمكن للمتتالية هذه الاستمرار إلى اللانهاية نظرياً.
سُميت متتالية فيبوناتشي على اسم عالم الرياضيات الإيطالي ليوناردو بيسانو المعروف أيضاً باسم فيبوناتشي الذي ولد عام 1170، واعتبر فيبوناتشي أن متتاليته جواب للسؤال التالي: "كم عدد أزواج الأرانب التي سيتم إنتاجها في السنة بدءاً من زوج واحد، إذا كان كل زوج يحمل في كل شهر زوجاً جديداً ويصبح قادراً على الإنجاب بدءاً من الشهر الثاني فصاعداً؟"
تستخدم متتالية فيبوناتشي لتعريف البنية اللولبية رياضياً، ويعد هذا التمثيل مهماً لعلماء الأحياء والفيزيائيين.
8. الإيبيجينية أو علم التخلّق (Epigenetics)
يُدعى أيضاً علم ما فوق الوراثة أو علم فوق الجينات، وهو مجال علمي يدرس كيف يمكن للسلوكيات والبيئة أن تسبب تغييرات تؤثّر في طريقة عمل الجينات (تفاعل البيئة مع الجينات). على عكس التغيرات الجينية، فإن التغييرات فوق الجينية قابلة للعكس ولا تغير تسلسل الحمض النووي الخاص بالكائن الحي، لكنها يمكن أن تغيّر كيفية قراءة الكائن لتسلسل الحمض النووي.
تم تقديم مصطلح "علم التخلق" عام 1942، من قِبل عالم الأجنة كونراد وادينجتون، الذي ربطه بمفهوم القرن السابع عشر لـ "التخلق اللاجيني"، الذي عرَّفه بأنه مجموع العمليات التي تنشأ عن التفاعلات بين النمط الجيني والنمط الظاهري.
من أشهر الأمثلة عن التأثير الإيبيجيني هو امتلاك ملكة نحل العسل وعاملاتها لتسلسلات متطابقة من الحمض النووي، ولكن اختلافات واضحة في السلوك والشكل والقدرة الإنجابية، والسبب في هذا الاختلاف هو نوع الغذاء، فالملكة تتغذى على رحيق الملكات بينما العاملات على الرحيق العادي، وهذا يؤدي من الناحية الجزئية إلى ارتباط مجموعات الميثيل بالحمض النووي للنحل (وهذه المجموعات تعمل بمثابة غطاء يمنع تعبير جينات معينة)، ما يغيرّ التعبير الجيني بين الملكة والعاملات فيظهر التباين المظهري.
9. توكاماك
التوكاماك هي آلة تحصر البلازما باستخدام نظام معقد من المجالات المغناطيسية الموجودة في وعاء مجوف على شكل دونات، يسميها العلماء حلقة الطاقة أو الطارة (TORUS). يرى علماء الطاقة الاندماجية أن التوكاماك هو مفهوم حصار البلازما الرائد لمحطات الطاقة الاندماجية المستقبلية، واشتُقَّ مصطلح "توكاماك" من اختصار روسي يرمز إلى "غرفة حلقية تحتوي ملفات مغناطيسية".
يرجع تاريخ إنشاء التوكاماك إلى اقتراح العالمين السوفييتيين أندريه ساخاروف وإيجور تام عام 1950 تصميم نوع من أجهزة الاندماج بالحصر المغناطيسي، وسمّياه توكاماك، وذلك أثناء تفتيشهما عن طرق لتكرار عملية الاندماج النووي الشمسية على الأرض.
يمكن للتوكاماك إنتاج تيارات بلازما بمستوى ميغا أمبير، وهو ما يعادل التيار الكهربائي في أقوى صواعق البرق، ويعد الرقم القياسي في توليد طاقة كهربائية من مفاعل إندماجي نحو 16 ميغاواط أنتجها توكاماك حلقة الطاقة الأوروبية المشتركة الموجود في إنجلترا عام 1997.
10. سيكلوترون
هو نوع من مسرّعات الجسيمات ينتج نظائر مشعة تُستخدم في تصوير الجزيئات، حيث تُوضَع النظائر المستقرة وغير المشعة في السيكلوترون فتحرض انتقال البروتونات إلى مجالات طاقية عالية ضمن مجال مغناطيسي، ويُستخدم السيكلوترون في التطبيقات التالية:
- إنتاج مواد مشعة للأغراض الطبية التشخيصية والعلاجية.
- قصف النوى الذرية بجزيئات عالية السرعة في سبيل دراسة التفاعلات النووية.
- إضافة الأيونات لتحسين جودة المواد الصلبة.
ويتألف السيكلوترون عادةً من المكونات التالية:
- النظام المغناطيسي.
- غرف محكمة الإغلاق ومفرغة.
- نظام طاقة متذبذبة.
- حاقن الأيونات.
- معدات التركيز والتكثيف.
اختُرِع السيكلوترون لأول مرة من قِبل العالم إرنست لورانس عام 1929، حيث قام بتسريع الجسيمات النووية باستخدام فرق كمون أقل من غير أجهزة، وفي عام 1939 حصل لورانس على جائزة نوبل في الفيزياء لاختراعه هذا.