هكذا وبمساعدة معدات الأشعة السينية بديعة الإتقان (التي، كما يتذكر الفيزيائي، أظهرت منذ ثلاثين عاما التركيبات الشبكية الذرية التفصيلية للبلورات)، نجحت مؤخرا جهود علماء الأحياء والفيزيائيين الموحدة في تقليل الحد الأعلى لحجم التركيب المجهري َّ المسئول عن الصفات المحددة الواسعة النطاق للفرد — حجم الجين — وتقليصه كثيرا لأرقام دون التقديرات التي عرضنا لها مسبقا. وأصبح علينا الآن أن نجيب على نحو جدي على السؤال التالي: كيف يُمكن لنا، من وجهة نظر الفيزياء الإحصائية، التوفيق بين الحقيقتين القائلتين إن تركيب الجين يبدو أنه يتضمن فقط عددا قليلا نسبيا من الذرات (في حدود ١٠٠٠ وربما أقل من ذلك بكثير)، وأنه رغم ذلك يظهر نشاطا شديد الانتظام والانضباط، مع استمرارية وديمومة تصلان إلى حدود إعجازية؟

دعوني ألق الضوء ثانية على ذلك الوضع العجيب حقا كان العديد من افراد هابسبورج الحاكمة مصابين بتشوه غريب في الشفة السفلى (الشفة الهابسبورجية .(فدرست بعناية الجوانب الوراثية للأمر ونُشرت كاملة مع صور تاريخية للأشخاص بواسطة الأكاديمية الملكية لفيينا وتحت رعاية الأسرة الحاكمة السالفة الذكر. ثبُت أن تلك الصفة «أليل» مندلي حقيقي للنوع الطبيعي من الشفة. وبتأمل صورة أحد أفراد تلك الأسرة الذي كان يعيش في القرن السادس عشر، وصورة أحد ذريته الذي عاش في القرن التاسع عشر، يمكن أن نفترض دون شك أن مادة تركيب الجين، المسئولة عن الصفة غير الطبيعية، قد انتقلت من جيل إلى جيل عبر القرون، وتناسخت بدقة في كل انقسامات الخلايا البينية، تلك الانقسامات التي لم تكن كثيرة جدا. بالإضافة إلى ذلك، فإن عدد الذرات المشاركة في تركيب الجين المسؤول على الأغلب هو بالقيمة الأُسية نفسها كما هو الوضع في الحالات التي اختبرت بواسطة الأشعة السينية. لقد بقي الجين في درجة حرارة ٩٨ فهرنهايت تقريبًا طوال ذلك الوقت. كيف يمكن لنا أن نفهم أنه ظل كما هو رغم الميل الفوضوي للحركة الحرارية لقرون؟

إن أي فيزيائي في نهاية القرن الفائت كان سيحتار ولا يستطيع الإجابة عن هذا ٍّ السؤال، إذا كان مستعدا للاعتماد فقط على قوانين الطبيعة تلك التي يستطيع تفسريها َ والتي يفهمها بالفعل. ربما، في واقع الأمر، بعد تفكير قصير في الموقف الإحصائي، كان سيجيب (على نحو صحيح، كما سنرى): لا يُمكن أن تكون تركيبات المادة هذه سوى جزيئات. إن الكيمياء تحصلت بالفعل على كم واسع من المعرفة في ذلك الوقت عن طريق وجود تلك الروابط بني الذرات، وأحيانا الثبات أو الاستقرار الهائل جدا لها. لكن تلك المعرفة تجريبية خالصة. لم تُفهم طبيعة الجزيء؛ فقد كانت الروابط المشتركة القوية للذرات التي تحفظ شكل الجزيء تمثل لغزا كاملا َّ للجميع. لكن في واقع الأمر تبين أن تلك الإجابة صحيحة لكن قيمتها محدودة ما دام الاستقرار البيولوجي المبهم أرجع فقط إلى استقرار كيميائي مبهم بالقدر نفسه إن الدليل على اعتماد صفتَني متماثلتين في الشكل على المبدأ نفسه، دائما ما يكون غير راسخ ما دام المبدأ نفسه غير معروف.

((قابلة للتفسير من خلال نظرية الكم))

في هذه الحالة، تقدم نظرية الكم الإجابة. وفي ضوء المعرفة الحالية، فإن آلية الوراثة ترتبط على نحو وثيق بأسس نظرية الكم، بل وتعتمد عليها. هذه النظرية اكتشفها ماكس بلانك عام ١٩٠٠. ويمكن أن يؤرخ لعلم الوراثة الحديث منذ إعادة اكتشاف ورقة مندل البحثية من قبل دي فريس وكورنس وتشريماك (١٩٠٠) ومنذ ورقة دي فريس البحثية عن الطفرات (١٩٠١–١٩٠٣)؛ من ثم فميلاد النظريتين العظيمتين متزامن تقريبًا، وليس من العجيب أن كلتيهما كان عليها أن تصل لدرجة من النضج قبل أن ينبثق الرابط بينهما. وفيما يتعلق بنظرية الكم فقد استغرقَت أكثر من ربع قرن حتى تُوصل لنظرية الكم الخاصة بالرابطة الكيميائية في مبدئها العام، فيما بين عامي ١٩٢٦ و١٩٢٧ على َّ يد دبليو هايتلر وإف لندن. تتضمن نظرية هايتلر ولندن أكثر المفاهيم براعة وتعقيدا لآخر تطورات نظرية الكم (الذي يُطلق عليه «ميكانيكا الكم» أو «الميكانيكا الموجية»). إن ُ عرض هذه النظرية دون استخدام لغة التفاضل والتكامل يكاد يكون من المستحيل، أو سيتطلب على الأقل كتابًا آخر صغيرا مثل هذا. لكن لحسن الحظ، بعد إنجاز كل الأبحاث ذات الصلة في هذا المجال ومساهمتها في توضيح أفكارنا يبدو من الممكن أن نبرز بطريقة، مباشرة أكثر الرابط بني «القفزات الكمية» والطفرات؛ كي نبرز أهم النقاط في هذا الشأن. هذا ما نحاول القيام به هنا.

 ((نظرية الكم والحالات المنفصلة والقفزات الكمية))

كان الكشف الأعظم لنظرية الكم هو اكتشاف سمات الانفصال في الطبيعة، في سياق بدا فيه أي شيء بخلاف الاستمرارية غير معقول بحسب الرؤى الراسخة في ذلك الوقت. أولى الحالات من ذلك النوع كانت خاصة بالطاقة؛ فالجسم على المستوى الكبير بوجه عام يُغير ٍ طاقته على نحو مستمر. فالبندول، على سبيل المثال، الذي يُضبط ليتأرجح يتباطأ تدريجيٍّا بسبب مقاومة الهواء. الغريب أنه ثبت أن علينا أن نعترف بأن النظام َّ على المستوى الذري يتصرف على نحو مختلف. وبناءً على أسس لا يمكن أن نتناولها هنا، بات علينا أن نفترض أن النظام الصغير بطبيعته يُمكن أن يمتلك فقط كميات معينة منفصلة من الطاقة، تُسمى مستويات الطاقة المحددة خاصته. والانتقال من حالة لأخرى هو إلى حد كبير حدث غامض، يُدعى غالبًا (القفزة الكمية.( لكن الطاقة ليست الخاصية المميزة الوحيدة للنظام. فلنلجأ مرة أخرى إلى مثال البندول خاصتنا لكن فكر في واحد يستطيع أداء أنواع مختلفة من الحركات؛ كرة ثقيلة معلَقة بخيط من السقف يمكن أن نجعلها تتأرجح من الشمال للجنوب أو من الشرق إلى الغرب أو أي اتجاه آخر، أو في دائرة أو في قطع ناقص. وعن طريق نفخ الكرة برفق بمنفاخ، يمكن جعلها تنتقل على نحو مستمر من حالة حركة إلى أخرى.

وبالنسبة للأنظمة ذات المستويات الصغيرة، فأغلب هذه الخصائص أو مثيلاتها — لا يمكن أن ندخل في التفاصيل — يتغير على نحو غير مستمر؛ فهي «تتجزأ كميا» بالضبط كما هي الحال مع الطاقة.

 تكون النتيجة أن عددا من الأنوية الذرية، متضمنة حراسها من الإلكترونات، عندما ِّ تجد نفسها قريبة بعضها من بعض مكونة «نظاما»، تكون غير قادرة بطبيعتها على أن تتخذ أي تكوينات تعسفية يمكن أن نُفكر فيها. إن طبيعتها تترك لها فقط سلسلة كبيرةوالتي عادةً ما ندعوها المستويات أو مستويات الطاقة؛ فمن الصحيح أن ترى أن الحالة تعني تكوينً محدًدا من كل الجسيمات. ولكن منفصلة من «الحالات» لتختار منها(1) ، والتي عادةً ما ندعوها المستويات أو مستويات الطاقة؛ لأن الطاقة جزء   مهم جدا من الخاصية. لكن يجب أن يكون مفهوما أن الوصف الكامل يتضمن ما هو أكثر من مجرد الطاقة؛ فمن الصحيح ان ترى ان الحالة تعني تكوينا محددا من كل الجسيمات.

ان التحول من أحد هذه التكوينات لآخر يُعد قفزة كمية. لو أن للحالة الثانية طاقة أكبر (مستوى أعلى)؛ فالنظام يجب أن يمد من الخارج بالفارق بين الطاقتين على الأقل لجعل الانتقال ممكنًا. وعند الانتقال لمستوى أقل يمكن أن يتغير النظام تلقائيا، ببذل فائض الطاقة في صورة إشعاع.

هوامش

(1) لقد اخترت التناول الذي عادةً ما يُقدم عند عرض الموضوع على نحو مبسط، والذي يكفي لغرضنا الحالي. لكنني أعرف تناولا آخر يرسخ لخطأ شائع. إن القصة الحقيقية معقَدة للغاية، بالنظر إلى تضمنها اللاتحدد العرضي فيما يتعلق بالحالة التي يوجد بها النظام.