استخدامات الفيمتو ثانية ....أكثر من مجرد "كليك"!

بسم الله الرحمن الرحيم

استخدامات الفيمتو ثانية
أكثر من مجرد "كليك"!
مجلة (التدريب والتقنية). العدد 85¡ فبراير 2006

ذهبت أول جائزة نوبل في الفيزياء إلى الألماني (كارل رونتيغن) عام 1901 بفضل اكتشافه للأشعة السينية – أشعة إكس.. والتي لم تكن في الواقع أكثر من وسيلة تصوير متقدمة. ثم كانت أول نوبل علمية للعرب بعدها بـ 98 عاماً هي تلك التي حصدها (أحمد زويل) عن تقنيته للتصوير الفائق في زمن الفيمتو ثانية.

بين (إكس – رونتغن) و (فيمتو ثانية – زويل) يمتد تاريخ عريض من تقنيات التصوير العلمية التي كان وجه العلم والحضارة سيتغير تماماً بدونها. لكن أهمية التصوير في التاريخ البشري تبرزها تطبيقات أبسط بكثير من الفتوح العلمية التي جاء بها الرجلان. فكاميرات التصوير العادية التي تتكدس في بيوتنا باتت تمثل ما يشبه الذاكرة البشرية التي ستنقل تاريخنا للأجيال القادمة على نحو أفض بمراحل مما فعلته الأشعار أوراق البردي ومنحوتات الغرانيت مع أسلافنا. والتصوير السينمائي جاء ليعيد صياغة التجربة البشرية ويعيد تعريف الأدب والدراما وليقدم بدوره تاريخاً موثقاً كان له الدور الأبرز في صقل الشخصية الإنسانية المعاصرة عبر التلفزيون والسينما وحتى عبر أفلام الفديو العائلية. ويمثل التصوير الرقمي حلقة جديدة في العلاقة بين الإنسان والصورة التي بدأتها نقوش الكهوف القديمة. وسائط التصوير والتخزين الرقمية وصلت بالعملية لدرجة من البساطة جعلت من كل مواطن عادي محترف تصوير.. على نحو أوسع بكثير مما فعلته أفلام (الكوداك) وتقنيات (بولارويد) الفورية العتيدة. وهكذا نجح التصوير في الارتقاء بناحية تقنية بحتة صاعداً بها إلى خانة (الفن).. وهو إنجاز فذ يحتسب لذاته. وفيما تتوقف شركات آلات التصوير عن إنتاج الكاميرات الفيلمية للأبد.. تتواتر الأنباء عن قرب توافر تقنيات التصوير ثلاثي الأبعاد على نحو تجاري رخيص خلال سنوات قليلة قادمة.

بالعودة للجانب العلمي البحت لنعمة التصوير¡ تعالوا نحاول إحصاء بعض التطبيقات العلمية التي تدين بالكثير للعدسات والأفلام وللصورة ككل. هناك أولاً الطب الذي رفدت الأشعة السينية إياها فرع العظام منه قبل أن يتم إدراج تقنيات أخرى في عمليات المناظير وكشف الخلايا السرطانية وتصوير المواليد وفي كل تطبيق جراحي يمكن تخيله تقرباً. التصوير يفرض ذاته بشكل أو بآخر حيثما كان هناك مختبر و (مجهر). والصورة المرئية تبدو كإثبات حقيقي يضاهي إن لم يتفوق على كل الحسابات الرياضية اللازمة لتأكيد نظريات الفيزياء والكيمياء الجامدة.

خارج النطاق الذرة والخلية وانطلاقاً في الكون الرحب كانت الصورة خير إثبات لمدى جفاف صحراء القمر. ولعدد الكواكب حول الشمس واتساع أجواز الكون. وفيما احتاج (غاليليو) لعقود من التحديق عبر عدسات تلسكوبه ليدرك أن الأرض هي التي تدور حول الشمس¡ فإن مسباراً واحداً فقط (هابُل) كان له الفضل في مضاعفة المعرفة البشرية في علم الفلك خلال بضع سنوات.

يبقى هناك الكثير كي نكتشف ونشاهد. ومع تتابع فصول المعرفة البشرية لتغضي ماهو أضأل وأسرع أو ما هو أكبر وأبعد¡ تتوالى تقنيات التصوير الأكثر تعقيداً ومهارة. وحتى بغض النظر عن المتطلبات الدقيقة لنخبة العلماء والبحاثة¡ يظل التطوير في علم التصوير مطلوباً من قبل أفراد جمهور عريض متعطش للفن البصري ولتخليد ذكريات يومه وإن عبر عدسة عادية وضغطة عابرة على زر الغالق.

أحمد زويل: التصوير على المستوى الذري

في عالم التصوير الضوئي حيث يمتزج الفن بالعلم وبالحرفية التقنية¡ تطرح أسماء ذواتها كأعلام تستحق الإشادة. هناك (رونتغن) صاحب أول صورة بأشعة إكس. قبله بقرون أسس (الحسن بن الهيثم) لأساسيات علم البصريات. وفي العصر الحديث فرض الأميركي (جورج إيستمان كوداك) اسمه كرديف لكل ما يمت للتصوير بصلة. لكننا سنتسغل الفرصة النادرة للإشادة بعَلم عربي هو الدكتور (أحمد زويل) صاحب تقنية (الفيمتو ثانية) التي أتاحت تصوير أدق التفاعلات الكيميائية لينال عليها جائزة (نوبل) عام 1999.

تلقى زويل تعليمه المدرسي بمدينة (دسوق) المصرية ثم التحق بكلية العلوم بجامعة الإسكندرية وحصل منها على البكالوريوس عام 1967بتقدير امتياز مع مرتبة الشرف ثم على الماجستير في علم الأطياف عام 1969. سافر إلى الولايات المتحدة الأمريكية ليحصل على الدكتوراه من جامعةبنسلفانيا عام1974 وعمل خلال هذه الفترة معيداً وزميلاً وباحثاً بنفس الجامعة ثمعمل بمعه كاليفورنيا للتقنية (كالتك).

ويعلق زويل على ذلك قائلا عندما جئت لأمريكا وأصبحت أستاذا في واحدةمن أعظم جامعات أمريكا –كالتك- التي عينت بها في عام 76 بعد حصولي علي الدكتوراهودرجة زمالة من جامعة بيركلي لمدة عامين ¡ وفي عام 78 منحوني درجة البقاء فيالجامعة لمدي الحياة بينما هذه الدرجة لا تمنح لحاملها قبل مرور خمس سنوات¡ وأعطتنيالجامعة درجة أستاذ كرسي (لاينس بولينج) - وكان لاينس بولينج قد حصل علي جائزتي نوبل فيالكيمياء وفي السلام - وبهذا أصبحت من اصغر العلماء سناً الذين انتخبوا لأكاديميةأمريكا للعلوم ومعني هذا إنهم لم يعطوني الفرصة فقط ولكن أيضا التقدير الذي أعاننيعلمياً.

وفى يوم الثلاثاء21 أكتوبر عام 1999 فاز العالم المصري د. أحمد زويل بجائزة نوبل فيالكيمياء لتمكنه من مراقبة حركة الذرات داخل الجزيئات أثناء التفاعل الكيميائي عنطريق تقنية الليزر السريع. وقد أعربت الأكاديمية السويدية الملكية للعلوم أنه قد تمتكريم د. زويل نتيجة للثورة الهائلة في العلوم الكيميائية التي أحدثتها أبحاثه الرائدةفي مجال ردود الفعل الكيميائية واستخدام أشعة الليزر حيث أدت أبحاث د. زويل إلىإيجاد ما يسمى بـ (كيمياء الفمتو ثانية) التي نشرحها بالتفصيل فيما يلي¡ ولاستخدام آلات التصوير الفائقة السرعة لمراقبةالتفاعلات الكيميائية وذلك بسرعة الفمتو ثانية. وقد أكدت الأكاديمية السويدية فيحيثيات منحها الجائزة لأحمد زويل إن هذا الاكتشاف قد أحدث ثورة في علم الكيمياء وفيالعلوم المرتبطة به¡ إذ أن البحوث التي قام بها تسمح لنا بأن نفهم وبأن نتنبأبالتفاعلات المهمة.

ولا يزال زويل يعمل حاليا كأستاذ للكيمياء الفيزيائية في معهدكاليفورنيا للتقنية وهو يحتفظ بجنسيتهالمصرية إلي جانب الجنسية الأمريكية التي اكتسبها منذ سنوات. وقدحصل زويل قبل نيله نوبل على العديد من الدرجات العلمية منها زمالة جامعة (بيركلي)عام 1975 ثم عمل أستاذاً مساعداً للطبيعة الكيميائية بمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيافي باسادينا عام 1976 حتى عام 1978 ثم أستاذاً مشاركاً للفيزياء الكيميائية بنفسالمعهد حتى عام 1982 ثم عمل أستاذاً للطبيعة الكيميائية من 1982 حتى الآن وفى عام 1981 حصل على جائزة بحوث الكيمياء المتميزة من مؤسسة (ان ار سى) ببلجيكا واختارتهالجمعية الأمريكية للطبيعة لزمالتها عام 1982. وفى عام 1981 حصل على جائزة وكالةناسا للفضاء. كما حصل على جائزة المؤسسة القومية الأمريكية للعلومخلال عامي 1982 و 1984 ثم حصل على جائزة الملك فيصل في الطبيعة عام 1989 وجائزة هوكست 1990 وفى نفس العامتم اختياره الشخصية المصرية الأمريكية¡ كما منحته جامعة أكسفورد الدكتوراه الفخريةعام 1991. وفى عام 1993 منحته الجامعة الأمريكية بالقاهرة الدكتوراه فيالعلوم وأخيرا تم منحه وشاح النيل عام 1994 . وقد رشح د.احمد زويل لنيل جائزة نوبلأكثر من مرة وللدكتور "أحمد زويل " مجموعة من الأجهزة المسجلة باسمه وأربعة كتبعلمية ¡ وما يزيد عن 250 بحثا علميا في مجالات الليزر.

تقنيات التصوير: فن اللعب بالضوء

بتطرقنا لـ (تقنيات التصوير) فإننا لن نتناول بالضرورة أنواع الكاميرات الرقمية التي باتت تزيح أسلافها الفيلمية عن الساحة. لن نتكلم هنا عن عدد (الميغا بيكسلات) في الكادر أو كيفية عمل (مستشعرات) تلك الآلات الرقمية. الحديث عن تقنيات التصوير سيأخذنا إلى استكشاف الآفاق العلمية التي تُسهم فيها الصور المرئية بأكثر مما تفعل النظريات والمعادلات الرياضية المعقدة.. ولتظل القدرة على التقاط ثمة صور إبداعاً علمياً بذاتها!

ستغطي مادة هذا فرعين أساسيين علهما يغطيان كامل طيف التصوير العلمي: تصوير الأجرام السماوية¡ وتقنيات تصوير الأجسام الذريّة.

تصوير الفضاء: النظر للماضي

يظل التطلع للفضاء هو وسيلتنا الوحيدة للآن للسفر عبر الزمن والتطلع فعلاً لمنظر ينتمي للماضي. فالسنوات الضوئية التي تمثل بعد النجوم عنا ليست سوى الزمن الذي يستغرقه وصول ضوئها إلينا.

بالنسبة للتصوير الفضائي¡ تلعب الأقمار الاصطناعية والمسابر الدور المحوري في هذا المجال. كونها تحلق بحرية في الخواء متجررة من الغلاف الجوي الذي يعيق عمل التليسكوبات الأرضية. ويبز اسم المسبار أو المنظار الفضائي (هابُل) كأبز أداة تصوير فضائي على الإطلاق.

فمنذ إطلاقه من على متن المكوك الفضائي الأميركي عام 1990¡ التقط هذاالمنظار الفضائي أوضح وأروع الصور الكونية التي رأتها العين البشرية علىالإطلاق.

يحمل منظار الفضاء هابُل اسم عالم الفلك الأميركي (إدوين بي هابُل – Edwin Hubble) (1889 -1953) الذي حقق اكتشافات مهمة في عشرينات القرن الماضي غيّرت من مفهومنا عن الكون. وباستخدامه لأكثر أشكال التقنية تطوراً ¡ اكتشف هابُل أن الغيوم الباهتة الكثيرة في السماء ليست نجوماً بل مجرات بعيدة خارج مجرّة درب التبّانة¡ وأن كلاً منها يحتوي على ملايين النجوم. وفجأة اكتشفت البشرية أن الكون أكبر بكثير مما كانت تظن! كما اكتشف هابُل أنه كلما نأت مجرّة ما عن الأرض كلما زادت سرعتها عبر الفضاء¡ وهو ما يُعرف اليوم بثابتة هابُل. وقد أدى هذا الفهم إلى بروز فكرة الكون المتمدد (أو الكون الآخذ في الاتساع) ثم إلى نظرية "الانفجار العظيم" عن أصل الكون.

لقد رصد منظار هابُل مشاهد يتعذر رصدها عبر أقوى المناظير الأرضية. ومع أن الهواء ليس ملموسا¡ فإنك عندما تنظر عبر كيلومترات من الغلاف الجوي¡ يصبحكثيفا كالماء. فالفوارق في حرارة الهواء وكثافته تشوه الضوء¡ وتجعل النجوم لامعةومتلألئة.

يملك هابُل¡ الذي يدور علىارتفاع 569 كيلومترا فوق سطح الأرض¡ رؤية واضحة للكون. وهو يسافربسرعة تفوق الـ28 ألف كيلومتر في الساعة¡ ويدور دورة كاملة حول الكوكب كل 97 دقيقة¡ويجمع الضوء بمرآته الأساسية البالغ قطرها 2.4 متراً.

تحافظ (جيروسكوبات) وهي أدوات شديدة الدقة تُبقي التلسكوب مُصوّبا علىالهدف بدقة تبلغ 0.007 ثانية قوسية علىثبات المنظار الفضائي وتمكّنه من التركيز على نقطة في باريس بحجمقطعة معدنية صغيرة وعدم الانحراف عنها حتى ولو كان المنظار في لندن.

وينتجالمنظار 10 إلى 15 غيغابايت من الصور والبيانات العلمية كل يوم. وقد التقط أكثر من 700 ألف صورة خلابة لسحب ضخمة من الغاز المضيء¡ ولمجموعة متنوعة من المجراتوالأجسام غير المألوفة¡ ولولادة النجوم وموتها.

ويعتبر هابُل هو المرصد الأكثر شهرة بين أربعة "مراصد عظيمة" وضعتها وكالة الفضاء القومية الأميركية (ناسا) في مدار حول الأرض لدراسة الكون منخلال موجات ضوئية مختلفة. ويعمل أحد المناظير في نطاق الأشعة دون الحمراء من طيفالألوان¡ ويكشف منظار آخر الأشعة السينية¡ ويدرس منظار ثالث أشعة (غاما) المتحركة. أما هابُل¡ المنظار الوحيد الذي يعمل في الطيف المرئي للضوء¡ فهوأجودها.

وتقضي إحدى المهام الرئيسية للمنظارالفضائي بقياس المسافات بدقة في الكون. ويتيح هذا للعلماء احتساب سرعة توسع الكونالمعروفة بثابتة هابُل التي تحدد بدورها عمرالكون.

فوفقاً لتلك النظرية¡ ولد الكونبانفجار ضخم¡ وهو يتوسع منذ ذلك الحين. وطيلة سنوات¡ ظن العلماء أن ذلك حصل قبل 10إلى 20 مليار عام. غير أن هابُل حصر عمر الكون بما بين 12 و15 مليار عام. وتحددالمشاهدات الحديثة عمر الكون بـ13.5 مليار عام¡ بزيادة أو نقصان مليارعام.

النتائج العلمية التي يمكن التوصل لها عبر المناظير الفضائية مثل هابل لا متناهية. فقد أراد العلماء أن يعرفوا مايمكن رؤيته في الفراغ. فتم في شهر ديسمبر 1995¡ تصويب هابُل إلى جزءمظلم وفارغ في الفضاء. وتم تركيز المنظار على بقعة صغيرة يبدو أنها خالية من النجوموالمجرات¡ وهي منطقة بحجم عُشر قطر القمر.
وأبقيت كوة التلسكوب مفتوحة لفترةطويلة - مليون ثانية أو أكثر من عشرة أيام- لجمع أكبر كمية ممكنة من الضوء. وبعدتثبيت هابُل بجيروسكوبات دقيقة¡ راح يسبر أغوار الظلمة الحالكة لالتقاط أضعف ضوء تمتسجيله. وعندما نظر العلماء إلى الصورة¡ ذُهلوا لرؤيتهم حقلا مكتظا بالمجراتيشمل أكثر من 10 آلاف مجرة في هذه البقعة الصغيرة من السماء (الفارغة).

خلال السنوات الـ15 الماضية¡ قطع هابُل أكثر من 3 مليارات ميل. الآن وقد أشرفت مهمته على نهايتها¡ فإن مستقبل هابُل غير أكيد. لقد مُنع المكوكالفضائي من استئناف مهمته الفضائية بعد تحطم مكوك كولومبيا في شباط/فبراير 2003¡وفي السنة التالية ألغت ناسا مهمة لصيانة هابُل كان مقررا إجراؤها عام 2006.
ومن المفترض سحب المكوك الفضائي من الخدمة بحلول عام 2010. هذا العاملالدؤوب الذي خدم البرنامج الفضائي الأميركي ومحطة الفضاء الدولية لأكثر من عقدين¡قائم على تكنولوجيا السبعينات. وتطور ناسا الجيل التالي من المركبات الفضائية¡ التيقد لا تصبح جاهزة للعمل قبل عام 2014¡ ما يعني أن برنامج الفضاء الأميركي سيتوقف عنالعمل طيلة أربع سنوات.

من الناحية التكنولوجية¡ ما زال في هابُل رمق. فوكالة ناسا تميل إلى "الإفراط في هندسة" مشاريعها متخذةً الكثير من التدابيرالوقائية الإضافية. مسبارا فوياجر 1 و2¡ اللذان أطلقا عام 1977¡ لا يزالان يعملانويبثان إشارات ضعيفة رغم أنهما تخطيا مهلة عملهما بسنوات.

لقد تجاوزالمسباران مدار أبعد كوكب وهما أول آلتين من صنع الإنسان تغادران النظام الشمسي. وسيسافران لمدة 50 ألف عام على الأقل قبل أن يصلا إلى نجم آخر.

ويأمل الكثيرمن العلماء في إنقاذ هابُل. قد يعمّر المنظار الفضائي سنوات إضافية إنْ أرسلت بعثاتلصيانته.
وقد طُرح اقتراح لصيانةالمنظار الفضائي على أيدي رجال آليين¡ لكن العملية مكلفة جدا وأكثر تعقيدا مماتتيحه التكنولوجيا الحالية. وقد أشارت ناسا إلى إمكانية إرسال بعثة لصيانة هابُل عام 2007¡ لكن تمويل المشروع قد يكون صعبا. "الأمر يبدو ميؤوسا منه"¡ كما يقولنول.

التصوير الذري.. سباق في الضآلة

على النقيض تماماً من المقاييس الفلكية التي يعمل بها (هابل) وسواه من آلات التصوير الفضائية¡ يعكف فريق آخر من العلماء على تصوير العالم المجهول الذي تمثله الجسيمات الذرية بالغة الضآلة.. عبر وحدات زمنية ضئيلة جداً بدورها.

فعندما استطاع العالم العربي (أحمد زويل) مع فريقه البحثي أن يصل إلىرصد تفاعلات كيميائية تحدث في واحد على مليون من بليون من الثانية.. وهو ما سُمِّيبـ (الفيمتو ثانية) ونسبة هذه المدة إلى الثانية الواحدةتعادل نسبة الثانية الواحدة في عمر الزمن إلى 32 مليون سنة¡ اهتز المجتمع العلمي واعتبر إنجاز العالم العربي فتحًا جديدًااستحق عنه جائزة نوبل بجدارة. لكن مسيرة العلم لا تتوقف, وثمة حديث الآن عن (الأتوثانية) وهي تساوي جزءًا على بليون من بليون من الثانية!

لقد تأكد العلماء أنه كلما صغرت الفترة الزمنية, زادت صعوبة متابعةالأحداث. وقد أدى اكتشاف الليزر في الستينيات من القرن العشرين, إلى دفع العلماءخطوات للأمام في ملاحقتهم لتلك الأحداث. وأكثر أنواع الليزر شيوعًا تعمل بإثارةذرّات لغاز خامل مثل النيون (وهناك ليزرات أخرى تعمل بأجسام صلبة مثل الياقوتالصناعي أو حتى بصبغات عضوية), وعندما تحدث حالة (استرخاء) لتلك الذرات وتعودإلكتروناتها إلى مواضعها الأصليّة¡ يتوهّج الغاز بطول موجيّ مميز للضوء سواء كانمرئيًا أو موجات دقيقة أو أحمر أو أزرق. ويتوقف هذا على الذرّة المثارة. ويدفع الليزر موجات الضوء إلىالانطلاق بشكل متوافق ومنسق مع تركيز الوهج في شكل حزمة كثيفة من الضوء, تتسمبالنقاء والتماسك.

وفي أواخر الثمانينيات من القرن العشرين, وصلت نبضة الليزر في القصرإلى 6 فيمتو ثانية, وبينما كان الباحثون قديمًا يضطرون إلى ملاحظة الصور التيتُلتقط قبل التفاعلات الكيميائية وبعدها, يمكنهم الآن رصد صور بطيئة لعملية التفاعلذاتها.

ومنذ ذلك الوقت بدأ العلم الجديد المسمى (كيمياء الفيمتو) يركّز علىكيفية حدوث التمثيل الضوئي في النباتات وغير ذلك من التفاعلات الكيميائية الجزئيّة. وفي عام 1999 نجح زويل في إجراء سلسلة من التجارب الرائعة التيأوضحت كيف يتم تحطيم الروابط الكيميائية ثم إعادة تكوينها خلال فترة زمنية تتراوحبين 100 - 200 فيمتو ثانية. ونبضة الفيمتو ثانية مفيدة للغاية في حفر ثقوب بالغة الدّقة, ولأنطاقتها تتبدد بسرعة, فليس هناك وقت كاف للمادة المحيطة لكي تسخن وبالتالي يقلالاضطراب وتزداد الفاعلية. وتستخدم حاليا نبضات الفيمتو ثانية لحفر مسالك دقيقةللغاية داخل ألواح زجاجية خاصة, وهو تطور يمكن أن يُحدث ثورة في مجاليّ تخزينالبيانات والاتصالات السلكية واللاسلكية. ويعكف الآن الباحثون في استخدامات الفيمتو ثانية, على تطوير وسيلةجديدة لإجراء جراحات في العيون بأشعة الليزر, تؤثر مباشرة في القرنيّة دون أن تتلفالنسيج الذي فوقها. وأخيرا تم استخدام تقنية الفيمتو ثانية لتفسير الكفاءة الرائعة التيتتم بها بعض تفاعلات التمثيل الضوئي في النبات. إن الوحدة الجوهرية في تجميعالبروتينات التي تتحكم في عملية التمثيل الضوئي هي مجموعة من الجزيئات, تمثل قلبالتفاعل, تحفّز التفاعلات التي تحول طاقة الشمس إلى طاقة كيميائية لازمة لإنشاءالمادة العضوية وتحيط بهذه الوحدة شبكة من البروتينات, تتكون أساسًا من اليخضور (الكلوروفيل) وعندما تسقط أشعة الشمس على هذه البروتينات, تقوم بامتصاص فوتوناتهاالضوئية, ثم توجه طاقتها تجاه مركز التفاعل.

إن هذا التوجيه هو الذي يسحر عقول الكيميائيين. فالعملية تبدأ بامتصاصجزئي من اليخضور لفوتون ضوئي, وعندئذ يحصل على طاقة من الفوتون. بيد أن تلك الطاقةتتحول إلى جزيء يخضوري مجاور يمررها بدوره إلى جزيء يخضوري ثالث وهلم جرا. وبهذهالطريقة تقفز طاقة الفوتون ما بين جزيئات اليخضور حتى تصل إلى مركز التفاعل.

وبينما تنتقل الطاقة خلال شبكة جزيئات اليخضور, فإنها تغيّر من طريقةامتصاصها وإطلاقها للضوء, ويسمح ذلك بالكشف عن الطاقة المتدفّقة. وقد تتبع العلماءحركة الطاقة تجاه مركز التفاعل, وأوضحوا أن (القفزات) بين الجزيئات حدثت في بضعمئات من الفيمتو ثانية, ولكن لم يكن بوسع هؤلاء العلماء الإمساك بالطاقة, وهي تتحركمن جزيء إلى آخر.

وأدت السهولة والكفاءة التي تقوم المنظومات الدقيقة للتمثيل الضوئيبتوجيه الطاقة بها تجاه مركز التفاعل, إلى محاولة بعض الكيميائيين ابتكار مماثلاتصناعية لها. ويأمل الباحثون في إمكان الاستفادة من الطاقة الكيميائية, التي تولّدهاتلك المنظومات لحفز عملية تخليق جزيئات عضوية مفيدة مثل الوقود. وربما سوف تنقضيسنوات قبل أن ينجح العلماء في محاجاة ما صنعته الطبيعة في بلايين السنين, إلا أنالباحثين يعتقدون أنهم سوف يتمكنون في نهاية الأمر من صنع منظومات فعّالة, تكونبمنزلة بوابة للإكثار من إنتاج المحصولات الزراعية.

وباختصار فإن الفيمتو ثانية تعتبر فترة زمنية رائعة بالنسبة للتعاملمع الذرّات والجزيئات الكاملة. أما بالنسبة للفيزيائي المهتم بالإلكترونات التي هيأصغر وأخف وأسرع بكثير من الأنوية الذرّية التي تدور حولها, فإن المقياس الزمني (الفيمتو ثانية) يعد بطيئًا جدا, ولذلك فهم مهتمون بالتقدم خطوة أخرى إلى الأمام فياتجاه (الأتو ثانية.

لكن على الرغم من ثورة الاكتشافات العلمية التي تحققت بفضل تقنياتالفيمتو ثانية, فإن بعض جوانب الكيمياء مازالت عسيرة المنال. فمهما كانت نبضةالاستكشاف المستخدمة, فإن كاميرا الفيمتو ثانية لا تقدم لنا سوى القليل منالمعلومات عن مواضع الإلكترونات داخل مداراتها حول أنوية الذرات.

وطبقًا للنظريات التقليدية, فإن الإلكترون يدور حول نواة ذرةالهيدروجين في كسر من الفيمتو ثانية, وعلى ذلك فإننا نحتاج إلى نبضات لا تتعدى بضعمئات من الأتو ثانية لتتبع كل إلكترون فيالذرّة. وإذا أمكن توليد نبضات تستمر لعدة أتوات ثانية, فإن عددًا من الظواهرالجديدة سوف يتيسر اكتشافها, وأحد الأمثلة على ذلك: سلوك الإلكترونات في الجزيئاتالمثارة, فالجزيء يكون أكثر ميلاً للتفاعل الكيميائي عندما تكون أحد إلكتروناته فيحالة إثارة. إلا أن الإلكترون قد يعود مرة أخرى إلى حالته الأصلية قبل حدوثالتفاعل. ومن الممكن أن تساعد دراسة حركات الإلكترونات المثارة في تفسير سبب حدوثبعض التفاعلات الكيميائية بينما يفشل بعضها الآخر في تحقيق ذلك.

خلال العام الماضي 2005 أعلن العلماء في (معهد التكنولوجيا) بفيينا بالنمسا, أنهمنجحوا لأول مرة في توليد ومضات أشعة سينية (أشعة إكس) منفصلة تستمر لمدة تقاسبالأتو ثانية. والومضات المعلن عنها - التي تستمر لنحو 650 أتو ثانية - (كامنة) فيالأشعة السينية بالطيف الكهرومغناطيسي, أثمرت فيما بعد عن أخذ قياسات بالأتو ثانيةلظاهرة فيزيائية معينة, هي انفصال إلكترون عن ذرة, إثر (ضربها) بفوتون (وحدة الضوء) من الأشعة السينية.

ومن واقع تلك التجربة وما سبقها من تجارب قامت بها جماعات بحث أخرى, أصبحت (فيزياء الأتو) في طليعة المجالات الفيزيائية, التي تتعامل مع أصغر وحداتقياس للزمن. كما أن (كيمياء الأتو) صارت حديث ما بعد (كيمياء الفيمتو) التي ابتكرهاعالمنا العربي الكبير د.أحمد زويل.

ومثلما يمكن للمصباح الومضيّ بآلة التصوير أن يعطي لقطات ساكنة لقطرةماء ساقطة, فإن نبضات الفيمتو ثانية يمكنها أن تسجل مراحل التفاعل الكيميائي فائقةالسرعة بين الجزيئات بعضها البعض, أما نبضات الأتو ثانية فإنها ترصد الحركات الأكثرسرعة للإلكترونات داخل الذرة, وفور إمساك الفيزيائيين لنبضة أتو ثانية, تأكدوا منفائدتها لهم. وصوّب العلماء نبضة أتو ثانية إلى ذرات غاز الكربتون, فأثارت نبضةالأتو ثانية ذرّات الكربتون وانتزعت منها إلكتروناتها. ثم تمكن العلماء من الحصولعلى قياس دقيق للغاية, في حدود بضعة أتوات ثانية, للمدة التي يحتاج إليها الإلكترونلكي يضمحل وهو تحوّل يقترن بانبعاث طاقة, ولم يكن ممكنا أبدا من قبل دراسة الخصائصالديناميكية (القوى المحركة) للإلكترونات من خلال مقياس زمني بالغ الضآلة إلى هذاالحد

وحوّلت تلك التجربة عالم الفيزياء إلى خلية نحل, إذ أصبحت الإلكتروناتالآن مجالا للبحث والاستكشاف للأسرار الغامضة للمادة, لقد بدأ عصر (فيزياء الأتوثانية ليس فقط في تتبع تلك العمليات, ولكن أيضًا في السيطرة على (استرخاء) الذرةبعد (إثارتها) (أي زيادة طاقتها نتيجة لامتصاصها فوتونات أو نتيجة لحدوث تصادمبها), وهذا مثير جدًا, فعلى سبيل المثال فبالسيطرة على الطريقة التي تُطلق بهاالذرات أشعة إكس من خلال مقياس الأتو ثانية يمكن تصميم جهاز ليزر يستخدم أشعة إكس, وهو حلم طالما راود مخيلة الفيزيائيين.

كما أن صناعة أشباه الموصلات والترانزستورات والمعدات الإلكترونيةالأخرى مثل رقائق الكمبيوترات التي نحتاج دائما إلى زيادة سرعتها, سوف تستفيدبالطبع من مقياس الأتو ثانية فائق الصغر. كما سوف تتيح تطبيقات كيمياء الأتواكتشافات مذهلة في المجالات الطبية والمواد الوراثية (دنا ورنا) والأحماض الأمينيةوالهندسة الوراثية وابتكار أدوية جديدة أكثر فاعلية, بعد دراسة دقيقية لتفاعلاتهامع الخلايا بوساطة تقنيات الأتو ثانية.

ويدرك العلماء أن كل قدم تقني آخر, يؤدي إلى نبضات أصغر من الأتوثانية, سوف يثمر في النهاية تطورًا علميًا هائلاً, وهذه بالضبط الخطوة التالية. وفييوم ما - لعله ليس بعيدًا جدًا في المستقبل - حتى الأتو ثانية بالغة السرعة, سوفتقتصر على تحقيق بعض الأهداف المرجوة, وسوف تبدو الإلكترونات (بطيئة وكسولة)! وكلماتمكن العلماء من سبر غور كيانات أصغر وأصغر من المادة, الكواركات - على سبيل المثال - التي تكون بروتونات ونيترونات نواة الذرة, فإن العمليات الفيزيائية تصبح أسرعبكثير, ومن ثم فإن المقياس الزمني سيكون على الأرجح - في نطاق (الزيبتو ثانية) أيواحد من ألف بليون من بليون من الثانية! وهناك جهاز ليزر يتم تصميمهفي الوقت الحالي أطلق عليه (ليزترون) ليستخدم في إصدار (الزيبتو ثانية).

وربما تتساءل: هل الزيبتو ثانية هو آخر المطاف في الإبحار في دياجيرالزمن البالغ الضآلة¿ لن يتوقف العلم عند حدود معينة, بل سوف يتجاوزها إلى ما يفوقخيالنا العلمي. وسيكون الزمن المتناهي الصغر في بؤرة الأبحاث العلمية المستقبلية, وسيحصل الباحثون في هذا المجال على المزيد من جوائز نوبل في الفيزياء والكيمياء, ونتمنى أن يكون بينهم علماء عرب.

أهم المصادر:

1- كامل مادة (تصوير الفضاء: النظر للماضي) نقلاً عن مقال: (نافذة الأرض على عوالم مجهولة) بقلم (بروس غولدفارب). مجلة (هاي) عدد ديسمبر 2005.

2- كامل مادة (التصوير الذري.. سباق الضآلة) نقلاً عن مقال: (مابعد زويل.. إطلالة على عالم الأتوثانية) بقلم (رءوف وصفي). محلة (العربي) عدد فبراير 2005.

صراحه موضوع رائع

بس عشان اكون صادق الخط صغير اوووى انا عينى وجعتنى ومقراتوش كله

لكن فى النهايه اكن كل الحب والاحترام للمجهود الرائع ده

استخدامات الفيمتو ثانية ....أكثر من مجرد "كليك"! Rdd74hn0

استخدامات الفيمتو ثانية ....أكثر من مجرد "كليك"! Rdd74hn0

تقبلو مرورى
أبوالنجا

تسلم على مرورك الرقيق استخدامات الفيمتو ثانية ....أكثر من مجرد "كليك"! Icon_flower

و انا كبرتلك الخط شوية عشان تكمل الموضوع

» ثانية واحدة من الحب
» رحمك الله ياسالم فقد ابكيت العين "قصة مؤثرة جدا"