”

إذا سألتك من أين تأتي كتلتك، فقد تتضمن إجابتك قطعة خبز إضافية أو اثنتين. ومع ذلك، إذا سألت أحد هواة العلم نفس السؤال، فسأتوقع أن يسمع أن الأصل الحقيقي للكتلة يأتي من ظاهرة فيزيائية تسمى حقل هيغز. وفي حين أن هذا الادعاء يُرى غالبًا في قصص العلوم الشعبية، إلا أنه في الحقيقة ليس صحيحًا على الإطلاق. بل إن حقل هيغز يساهم بقدر ضئيل جدًا في كتلة الكون. والحقيقة أكثر إثارة للاهتمام.

أولًا، دعونا نتعمق في سبب ادعاء الصحافة العلمية بأن حقل هيغز يمنح الأجسام كتلتها.

حقل هيغز

كانت نظرية حقل هيغز نظريةً وضعَت في ستينيات القرن العشرين كنوعٍ من الحلول الترقيعية لإنقاذ نظريةٍ أخرى كانت رائجةً في ذلك الوقت. فقد وضع الفيزيائيون نظريةً مفادها أن قوتين كميتين معروفتين هما الكهرومغناطيسية والقوة النووية الضعيفة هما في الواقع مظهران لقوةٍ أساسيةٍ واحدة: القوة الكهروضعيفة. (تُعزى الكهرومغناطيسية إلى الكهرباء والمغناطيسية والضوء والكثير من الكيمياء، بينما تُعزى القوة النووية الضعيفة إلى بعض أشكال الإشعاع).

بنفس الطريقة التي نعرف بها أن الجليد والبخار هما مجرد شكلان مختلفان للماء، كانت هاتان القوتان مختلفتان ظاهرياً مجرد طرق مختلفة للنظر إلى الشيء نفسه. كانت هناك مشكلة في هذه القوة الموحدة الجديدة – فقد تنبأت بأن جميع الجسيمات دون الذرية لها كتلة صفرية. كان من المعروف أن هذا الادعاء خاطئ منذ أوائل الثلاثينيات، لذلك ربما ماتت نظرية الكهروضعيف بعد ولادتها بفترة وجيزة. ومع ذلك، اقترحت مجموعة من الفيزيائيين في منتصف الستينيات حقلاً طاقياً – يُسمى الآن حقل هيغز – أعطى كتلة لبعض الجسيمات وليس لبعضها الآخر.

تنبأت نظرية حقل هيغز هذه بوجود جسيم يسمى بوزون هيغز – والذي غالباً ما يُطلق عليه “جسيم الله” من قبل بعض مراسلي العلوم. تم اكتشاف بوزون هيغز في عام 2012 من قبل الباحثين العاملين في مختبر سيرن في أوروبا. وباكتشاف بوزون هيغز، تم التحقق من صحة نظرية الكهروضعيف.

صحيح أن حقل هيغز يمنح الكتلة لبعض الجسيمات دون الذرية، مثل الإلكترون المعروف، بالإضافة إلى فئة من الجسيمات تسمى “الكواركات” والتي توجد داخل البروتونات والنيوترونات. وبسبب هذه الحقيقة، يقول المراسلون وعشاق العلم إن حقل هيغز يمنحنا الكتلة.

ما الذي يمنحنا الكتلة؟

ومع ذلك، وعلى الرغم من نجاح نظرية هيغز، فإن هذا الادعاء يتبين أنه غير صحيح. يمكننا توضيح ذلك بسؤال حول مصدر كتلة شخص يزن 200 رطل. إذا سألت كيميائيًا، فسيقول إن كتلة الشخص تأتي من الجزيئات التي يتكون منها. وإذا قمت بوزن هذه الجزيئات، ستجد أنها تزن 200 رطل.

بالتعمق أكثر، يمكننا أن نسأل: ما هي كتلة الذرات التي تتكون منها هذه الجزيئات؟ عندما تقوم بوزنها، ستجد مرة أخرى أنها تزن 200 رطل.

توجد داخل الذرات البروتونات والنيوترونات في مركز الذرة، بالإضافة إلى سحابة من الإلكترونات تدور حول المحيط. تزن البروتونات والنيوترونات نفس الوزن تقريبًا، بينما الإلكترونات خفيفة الوزن – حيث تزن حوالي 0.05٪ من كتلة البروتونات والنيوترونات. لذلك، يمكننا تجاهل الإلكترونات والتركيز على البروتونات والنيوترونات. عندما تجمع كتلها، تحصل على 199.9 رطلًا (مع 0.1 رطل في الإلكترونات).

إلى هذه النقطة، يبدو أن كتلة الشخص توجد في الجسيمات دون الذرية التي تتكون منها. ومع ذلك، هذا هو المكان الذي يلقينا فيه الكون كرة منحنية. كل بروتون ونيوترون يحتوي على ثلاثة جسيمات أصغر تسمى الكواركات. لذلك، يتوقع المرء أنه إذا جمعت كتلة الكواركات، فستحصل على الرقم الممل الآن وهو 200 رطل.

لكن هذا ليس ما تجده. إذا جمعت كل كتلة جميع الكواركات في شخص يزن 200 رطل، ستجد أن الكواركات تزن حوالي 4 أرطال.

إذن، من أين تأتي باقي الأرطال الـ 196؟ هنا تكمن الإجابة الشيقة. يتجلى الحل، كما هو الحال غالبًا، في معادلة آينشتاين الشهيرة E = mc². وتقول هذه المعادلة إن الطاقة والكتلة متكافئتان. فكيف يساعدنا هذا؟

يتبين أن الكواركات داخل كل بروتون ونيوترون تتحرك بسرعات عالية جدًا؛ بل إن هذه السرعات قد تقترب من سرعة الضوء. السرعة العالية جدًا تعني طاقة عالية جدًا، ووفقًا لآينشتاين، فإن الطاقة العالية جدًا تعني كتلة عالية جدًا. ومع ذلك، هناك المزيد في القصة.

البروتونات والنيوترونات عبارة عن كرات صغيرة جدًا، يبلغ قطرها حوالي جزء من كوادريليون من المتر. إذا كانت البروتونات تتكون من كواركات سريعة بشكل مفرط محصورة داخل هذا الحجم الصغير، فيجب أن تكون هناك قوى قوية بشكل مفرط تُحافظ على تماسكها. يمكن أن تعني القوى القوية أيضًا طاقة عالية، تمامًا كما أن القوس المشدود بشدة يمتلك طاقة أكبر من القوس ذي الوتر المُرخى.

يمكنك جمع طاقة الحركة وطاقة الاحتواء للكواركات داخل البروتونات والنيوترونات، وعندما تفعل ذلك، تجد أن كتلة الشخص لا تتكون من “مادة” بالطريقة التي نفكر بها عادةً، بل إن كتلتنا تتكون من الطاقة. في الواقع، كل المادة تتكون من الطاقة. بطريقة (صحيحة تقريباً بشكل فضفاض)، فإن مجموعة الأشخاص الذين يؤمنون بالخرافات العلمية الزائفة على حق: نحن جميعاً طاقة.

الآن، يمكن للمرء أن يذهب بعيداً جداً مع الادعاءات العلمية الزائفة، وهذا ما يحدث غالباً. لكن فكرة أن كتلتنا ليست أكثر من حركة محمومة للجسيمات دون الذرية الصغيرة، المتماسكة بقوى لا تُتصور، تعطينا طريقة مختلفة جداً للتفكير في المادة والطاقة. مرة أخرى، علمنا العلم أن الواقع أغرب بكثير مما نتخيل.

هذا القسم الأخير من مقال أطول.
المحتوى: “