علاقة المادة بالإشعاع

قبل أن أتكلم عن علاقة المادة بالإشعاع، سأوجز شيئًا عن كل منهما على انفراد. فالمادة كانت ولا تزال موضع درس العلماء، وكانت دراسات المادة حتى أواخر القرن الماضي تنقسم قسمينِ رئيسين: الدراسات الطبيعية التي كانت ترمي إلى تعرف أحوال المادة المختلفة الجامدة والسائلة والغازية، وتأثرها بالمؤثرات الطبيعية المختلفة كالحرارة والقوى الميكانيكية، وخصائصها الطبيعية كالمرونة والتوتر السطحي. والدراسات الكيميائية التي كانت تبحث في التفاعلات الكيميائية بين المواد المختلفة وتكوين المركبات من العناصر وتحليلها إلى هذه العناصر؛ وكيف أن هذه العناصر يمكن أن تتحد بطرق مختلفة لتكوين مركبات مختلفة بعضها غير عضوي وبعضها عضوي. وقد أدت كل من الدراسات الطبيعية والدراسات الكيميائية للمادة إلى النتيجة الهامة الآتية وهي: أن المواد على اختلاف أنواعها وصورها مؤلفة من عدد محدود من العناصر (هذا العدد هو إلى حد علمنا الآن نحو ٩٢ عنصرًا) كما أدت إلى أن العناصر المختلفة مؤلفة من ذرات مختلفة وبذلك تكون المواد جميعًا مؤلفة من نحو ٩٢ نوعًا مختلفًا من الذرات.

ومنذ سنة ١٩٣٦م حدث تقدم كبير في استخدام النيوترونات لإحداث ما يسمى بالنشاط الإشعاعي الاصطناعي أو المكتسب، فقد وُجِدَ أن العناصر التي ليس لها نشاط إشعاعي ذاتي يمكن تحويلها إلى عناصر ذات نشاط إشعاعي مكتسب بتعريضها للنوترونات المتحركة ولا بأس من الإشارة هنا إلى ما حدث أخيرًا من التوصل إلى قسمة أو فلق ذرة اليورانيوم بتعريضها لنوترونات بطيئة فقد تمكن هاهن وشتراسمان في برلين من الحصول على عنصر الباريوم ووزنه الذري ١٣٧ من عنصر اليورانيوم الذي وزنه الذري ٢٣٨ وحدث مثل ذلك لعنصر الثوريوم (٢٣٢).

وخلاصة ما تقدم أن المادة مؤلفة من جسيمات. وأن أمامنا اليوم قائمة من هذه الجسيمات بعضها مشحون كهربائيًّا وبعضها عديم الشحنة، وأننا في طريقنا إلى الحصول على الجسيمات الخفيفة من الجسيمات الثقيلة، وغاية ما يمكن أن نطمع فيه في هذا الدور من تطور العلم أن نُرْجِع الجسيمات جميعًا إلى نوع واحد رئيسي أو نوعين من الجواهر الابتدائية؛ هذا عن المادة.

أما الإشعاع فكان فلاسفة الإغريق مختلفين في هل كانت رؤية الأشياء تنشأ عن خروج شعاعة من العين تصل إلى المرئي أو وصول شعاعة من المرئي إلى العين. وكان الرأي الغالب (قال به أقليدس وغيره) أن الرؤية تحدث بخروج شعاعة من العين إلى الجسم المرئي. ويرجع الفضل في وضع علم الضوء إلى العرب كما يثبت من الاطلاع على مؤلفات ابن الهيثم. وقد قال ابن الهيثم في أول رسالته في الضوء ما يأتي: «الكلام في ماهية الضوء من العلوم الطبيعية والكلام في كيفية إشراق الضوء محتاج إلى العلوم التعليمية من أجل الخطوط التي تمتد عليها الأضواء، وكذلك الكلام في ماهية الشعاع هو من العلوم الطبيعية، والكلام في شكله وهيئته هو من العلوم التعليمية، وكذلك الأجسام المشعة التى تنفذ الأضواء فيها، والكلام في ماهية شفيفها هو من العلوم الطبيعية، والكلام في كيفية امتداد الضوء فيها هو من العلوم التعليمية، فالكلام في الضوء وفي الشعاع وفي الشفيف، يحب أن يكون مركبًا من العلوم الطبيعية والعلوم التعليمية.» وقد دل ابن الهيثم بذلك على إدراكه الفرق بين ما نسميه اليوم علم البصريات الطبيعية وعلم البصريات الهندسية، وقد عُرِفَ عن البصريات الهندسية الشيء الكثير في العصر العربي وفي العصور الحديثة الأولى. أما البصريات الطبيعية فلم تتقدَّم تقدُّمًا محسوسًا حتى أواخر القرن السابع عشر. ويقترن هذا التقدم بأسماء رومر الذي قاس سرعة الضوء سنة ١٦٧٥م فوجدها ما يقرب من ٣٠٠٠٠٠ كيلومتر في الثانية الواحدة، وحققها بعد ذلك فيزو سنة ١٨٤٩م وفوكو سنة ١٨٦٢م وهويجتز الذي أسس النظرية الموجية للضوء عام ١٦٧٨م وينج وفرينل وأراجو وغيرهم. والنظرية الموجية للضوء هي بلا شك نظرية هامة أمكن بواسطتها تفسير معظم الخواص الطبيعية للضوء. وهذه النظرية تفرض أن الضوء حركة اهتزازية تنتقل من الجسم المضيء إلى ما حوله. وقد أمكن تفسير قوانين الانعكاس والانكسار بناءً على هذه النظرية، كما أمكن على وجه الخصوص تفسير ظواهر التدخل في الأمواج وقد وُجِدَ أنه عندما يمر الضوء في ثقب صغير، فإننا نحصل على مناطق مضيئة فمناطق مظلمة فمضيئة وهكذا مما يعزز النظرية الموجية. وبواسطة النظرية الموجية صار في الوسع أن يُفَسَّر الاختلاف في الألوان على أنه اختلاف في الطول الموجي، كما أنه عممت فكرة الضوء بحيث شملت جميع الأشعة المرئية منها وغير المرئية. فأشعة اللاسلكي التي تبلغ طول الموجة فيها مئات الأمتار والأشعة الحرارية والأشعة المرئية والأشعة التي بعد البنفسجية والتي تقل طول الموجة فيها عن ١ / ١٠٠٠ من السنتيمتر، وكذلك الأشعة السينية وأشعة غما والأشعة الكونية. جميع هذه تؤلف سلسلة تكاد تكون متصلة الحلقات من الأشعة تُطْلَق عليها جميعًا اسم الأشعة أو الأشعاع. وخلاصة القول إذن أن الأشعاع هو تموجات تنتقل بسرعة ٣٠٠٠٠٠ كيلومتر في الثانية الواحدة وتختلف في أطوال أمواجها.

ويتضح من أوجه الشبه التي ذكرتها أن كلًّا من المادة والأشعاع يمكن اعتباره مؤلَّفًا من جسيمات، كما أن كلًّا منهما يمكن اعتباره مؤلَّفًا من أمواج، والفرق الرئيسي بين المادة والأشعاع هو السرعة، فالفوتونات التي تتألَّف منها الأشعة تكون دائمًا متحركة بسرعة ٣٠٠٠٠٠ كيلومتر في الثانية الواحدة في حين أن الإلكترونات والبروتونات وما إليها من جسيمات المادة هي إما ساكنة وإما متحركة بسرعات تكون عادة صغيرة بالنسبة إلى سرعة الفوتونات.

•••

وقد تقدمت أخيرًا ببعض آراء يُقْصَدُ منها التوفيق بين وجهتي النظر إلى كل من المادة والأشعاع. ولما كانت هذه الآراء قد عُلِّق عليها تعليقات مختلفة من بعض العلماء فلا بأس هنا بالإشارة إليها.

من المعلوم أن القوانين الكهربائية المغنطيسية تُصَاغ عادة في الصيغة التي تنسب إلى مكسويل، وفي هذه القوانين نستعمل عادة لغتين مختلفتين: إحداهما للتعبير عن المادة، والأخرى للتعبير عن الأشعاع، فهل من الممكن استخدام قانون أكثر أساسية من قانون مكسويل، أي أن نوحد بين اللغتين، بحيث تنطبق العبارة الواحدة على كل من المادة والأشعاع؟ هذا هو السؤال الذي وضعته لنفسي وحاولت الإجابة عنه.