فكر بقطعة فحم محترق. لأن الحرارة المحررة تزن شيئاً ما، ويفقد الفحم تدريجياً كتلة. لذا فإذا كان من الممكن جمعه ووزن منتجات الحرق – الرماد والغاز الملفوظ وهكذا – فإنها ستزن أقل من قطعة الفحم الأصلية.

ان كمية الطاقة – الكتلة تتحول إلى طاقة حرارية عندما يحرق الفحم ليبقى بحجم أصغر ما يمكن، وغير قابل للقياس اساساً. ومع ذلك، هناك أماكن طبيعية مغطاة بأشكال أخرى من الطاقة. وتعرف عليها الفيزيائي الانكليزي فرانسز استون عام 1919 بينما كان يزن الذرات. لنتذكر أن كل الذرات الطبيعية وعددها 92 تحتوي على نواة مصنوعة من جسيمين مميزين داخل الذرة، البروتون والنيوترون ⁽⁵⁾. وهكذا فإن كتلت النواتين متشابهتان، والنواة يمكن أن تكون الاثقل بوزنها. وانها تشبه حجر لعبة الليغو. وذرة الهيدروجين، النواة الاخف، صنعت من حجر واحد من لعبة الليغو، واليورانيوم الاثقل صنع من 238 حجراً من الليغو.

فهناك شك منذ بدء القرن التاسع عشر بأن الكون بدأ فقط بنوع واحد من الذرة الابسط؛ أي الهيدروجين. ومنذ ذلك الوقت، فإن كل الذرات الأخرى كيفما تكون بنيت من الهيدروجين بعملية جمع أحجار الليغو معاً. والدليل على هذه الفكرة التي افترضها الفيزيائي اللندني وليام بروت في 1815، هو أن ذرة كالليثيوم تزن 6 أضعاف أكبر من الهيدروجين وأن ذرة كالكربون تزن بالضبط 12 ضعفاً أكبر من ذرة الهيدروجين وهكذا.

على كل حال، عندما قارن استون مختلف انواع كتل الذرات باستخدام أجهزة ابتكرها وسماها رسم طيف الكتلة، اكتشف عندئذ أشياء مختلفة. فالليثيوم بالحقيقة يزن أقل من 6 ذرات هيدروجين، والكربون يزن أقل من 12 ضعف ذرة هيدروجين والتناقض الأكبر كان أن ذرة الهيليوم، ثاني أخف ذرة. حيث إن نواة الهيليوم جمعت من أربعة أحجار ليغو، وبترتيبها تزن أربع مرات أكبر من ذرة الهيدروجين. وبدلاً من ذلك، لقد وزنت 0.8% أقل من أربع ذرات هيدروجين. وكانت أشبه بوضع أربع حقائب تحتوي الواحدة منها على كيلوغرام واحد من السكر معاً، ووجدها تساوي تقريباً 1% أقل من أربعة كيلوغرامات!

واذا جمعت كل الذرات بالحقيقة من احجار الليغو لذرة الهيدروجين كما توقع بروت، فإن اكتشاف استون اظهر شيئاً قابلاً للملاحظة حول بناء الذرة. وخلال ذلك فالكمية الهامة من الطاقة – الكتلة ذهبت أولاً. ان الطاقة – الكتلة تشبه كل أشكال الطاقة غير المدمرة. ويمكن أن تتغير من شكل لآخر. فالشكل المنخفض النهائي للطاقة هو الطاقة الحرارية والنتيجة، أنه إذا تحول كيلوغرام واحد من الهيدروجين إلى كيلوغرام واحد من الهيليوم، فإن ثمانية كيلوغرامات من الكتلة – الطاقة تكون قد تحولت إلى طاقة حرارية. والمدهش أن الطاقة أكبر بمليون مرة من الطاقة المتحررة من حرق كيلوغرام واحد من الفحم.

ان معامل المليون لم يلاحظ من قبل الفلكيين. فعبر الألفيات السابقة، اندهش الناس كيف حفظت الشمس وهي تحترق. ففي القرن الخامس قبل الميلاد، تأمل الفيلسوف الاغريقي اناكساغورس وفكر بأن الشمس كانت "كرة حارة حمراء من الحديد ليست أكبر من اليونان". ومؤخراً في القرن التاسع عشر؛ أي في عصر الفحم، تساءل الفيزيائيون فيما إذا كانت الشمس كتلة عملاقة من الفحم، وأما لكل كتل الفحم على كل حال، لقد وجدوا أنها إن كانت كتلة من الفحم، فيمكن أن تحترق في حوالى 500 سنة. والمشكلة في أن الدليل من علوم الأرض والحياة هو أن تلك الأرض – ومن ضمنها الشمس – هي أقدم بحوالي مليون مرة على الأقل. والاستنتاج الذي لا مفر منه هو ان الشمس تحتوي على مصدر للطاقة أكثر من الفحم بمليون مرة.

إن الرجل الذي جمع اثنين مع اثنين كان الفلكي الانكليزي ارثر ايدنغتون. ولقد ظن ان الشمس كانت مسحوقاً من الطاقة النووية والذرية. وهي في داخلها تضرب معاً الذرات ذات المواد الحقيقية، كالهيدروجين، لتكون ثاني أخف الذرات وهي الهيليوم. وفي عملية الطاقة – الكتلة كانت قد حولت إلى طاقة حرارية وضوئية. وللحفاظ على النواتج المذهلة، فاربعة ملايين طن من الكتلة – أي ما يعادل مليون فيل – تدمر كل ثانية. هذا كان المصدر النهائي لضوء الشمس. وهذه هي المناقشة الملائمة حول المادة التي تجعل الضوء الخارج من ذرة ثقيلة يحول إلى طاقة – كتلة في اشكال أخرى من الطاقة. والتفصيل في هذا ربما ينفع.

تصور أنك وأثناء سيرك إلى البيت يسقط حجر من السقف، ويضرب رأسك. فالطاقة حررت في هذه العملية. على سبيل المثال، تحرر الطاقة الضوئية من ضربة شديدة لحجر يضرب رأسك. وربما يصدمك بعنف عندئذ تتحرر طاقة حرارية. فإذا استطعت قياس الحرارة للحجر ورأسك بدقة عالية، فستجدهما أدفأ قليلاً من ذي قبل. فمن أين أتت هذه الطاقة؟ الجواب هو من الجاذبية. والجاذبية هي قوة الجذب بين جسمين كبيرين. ففي هذه الحالة تسحب الجاذبية الحجر إلى الأرض.

والآن، ماذا يحدث إذا كانت الجاذبية أكبر بمرتين مما هي عليه؟ سيسحب الحجر بشكل أسرع باتجاه الأرض. وستحدث ضوضاء أكبر عندما يصطدم بها، وسيكون حرارة أكبر وهكذا؛ وباختصار ستحرر طاقة أكبر. وماذا إذا كانت الجاذبية أكبر بعشر مرات؟ عندئذ ستطلق العنان لطاقة أكبر. والآن ماذا إذا كانت الجاذبية عشرة آلاف تريليون تریلیون تریلیون اقوی؟ بكل وضوح، سيتحرر مقدار كبير من الطاقة بتحطم الحجر (وباندماج الحجر والأرض سيكون أشبه بذرة الهيليوم). لكن أليس هذا خيالاً؟ بالتأكيد لا توجد هناك قوة تقدر بعشرة تريليون تريليون تريليون مرة اقوى من الجاذبية؟ حسناً يوجد هناك مثل هذه القوة، وهي تعمل في كل واحد منا في هذه اللحظة الهامة انها تسمى القوة النووية، وانها الغراء الذي يجمع نوى الذرات معاً.

_____________________________________

هوامش

(5) ما عدا ذلك ان أغلب نوى نظائر الهيدروجين، مؤلفة ببساطة من بروتون واحد ونيوترون واحد.

مواضيع ذات صلة

Relativistic energy

Relativistic mass

Transformation of velocities

The twin paradox

Equivalence of mass and energy

Relativistic dynamics

The Lorentz contraction

Transformation of time

The Michelson-Morley experiment

نظرية المفعول الكهروضوئي ونقد معادلة ط = ك × سر2 للعالم حسن كامل الصباح:

معادلة أينشتاين جامدة المضمون

تاريخ المعادلة المشهورة الطاقة = الكتلة × مربع سرعة الضوء ط = ك × سر2