جهاز قادر على توليد الطاقة من الرياح المتولدة عن الحركة

إن تأمين طاقة تكفي لتلبية احتياجات البشر هو أحد أكبر التحديات التي تواجه المجتمع، فمصادر الطاقة التي نستخدمها كالبترول والغاز الطبيعي والفحم مصادر غير متجددة وغير نظيفة تسبب تلوث الهواء والاحتباس الحراري الذي يزداد عامًا بعد عام. وفي نفس الوقت، وبحلول عام 2050 سيصل عدد الأشخاص الذين يعملون بالقطاع الصناعي إلى 10 مليارات. القطاع الصناعي سيستمر في النمو، وستنمو معه حاجتنا إلى الطاقة. لذا فإن التوصل إلى مصادر بديلة ونظيفة للطاقة كالطاقة الشمسية وطاقة الرياح أمر في غاية الأهمية. 

تحتاج مراوح الهواء التقليدية المولدة للطاقة حد أدنى من قوة الرياح حتى تستطيع القيام بمهامها. ذلك أن معظم مراوح توليد الطاقة الموجودة حاليًا تعاني من عدم القدرة على توليد الطاقة بشكل كبير عند ضعف قوة الرياح. ولكن كان لمجموعة باحثين صينيين مهتمين بهذا الأمر رأي آخر.

استطاع باحثون تصميم جهاز صغير قادر على توليد الطاقة من الرياح المتولدة عن حركة الأشخاص الاعتيادية. وتعد هذه الطريقة التي طرحت في 23 سبتمبر في صحيفة “cell reports physical science” اقتصادية للغاية وذات كفاءة عالية في التقاط وجمع الطاقة من الرياح.

آلية العمل

لايمكن اعتبار الجهاز الجديد على أنه توربين، بل مولد صغير مصنوع من شريطين من البلاستيك في أنبوب. عند هبوب الرياح يصطدم الشريطان ببعضهما ويولدان طاقة شبيهة بتلك المتولدة عن فرك البالون بالرأس، حيث يصبح الشريطان مشحونين بعد الاحتكاك والانفصال بظاهرة تعرف ب « tirboelectric » أو الكهرباء المتولدة عن الاحتكاك.

مولدات الرياح التقليدية

يستطيع الجهاز العمل بسرعة رياح تصل الى 1.6m/s حيث تعد هذه السرعة كافية لتوليد الطاقة. ويعمل الجهاز بشكل أمثلي عند السرعات بين 4 الى 8m/s .يستطيع هذا الجهاز حاليا تشغيل 100 مصباح Led بالإضافة إلى حساس حرارة.

ويعلق Ya Yang من جامعة بيجين-Beijing للطاقة النانوية

« نحن الآن قادرين على جمع نسمات الهواء كل يوم لتوليد الطاقة. لقد كنا قادرين على وضع هذه الجهاز بيد أحد الأشخاص وكانت حركة يده قادرة على توليد الطاقة »

« لانطمح حاليا لاستبدال مولدات الطاقة التي تستخدم الرياح ولكن نريد حل المشكلات التي تواجهها. فبعكس توربينات الهواء التي تستخدم تكاليف ثابتة من الفحم والمغانط من أجل العمل، باستطاعة هذه الأجهزة استخدام مصادر طاقة منخفضة السعر من أجل عملها. كما يمكن تطبيقها ضمن المحميات البيئية والمدن وذلك لعدم استخدامها مراوح. نحن نطمح ﻷن نجعل هذا الجهاز أكبر وأقوى لإنتاج حوالي 100 واط من الطاقة وبالتالي منافسة مولدات الطاقة الهوائية »

المصدر

The Guardian
Sciencedaily

ما هو الجبر البولياني وما علاقته بالحاسب؟

ما هو الجبر البولياني وما علاقته بالحاسب؟

يعد الحاسب آلة منطقية مبنية على أساس التعامل مع القيم المنطقية “true or false” أو صفر وواحد، ويعد ذلك بالإضافة إلى مجموعة العمليات المعرفة عليها كافيًا ﻷجل بناء حاسوب متكامل قادر على أداء مجموعة من الوظائف مثل عرض الصور والمستندات والإتصال بالإنترنت.

ما سنتحدث عنه في هذا المقال هو مجموعة العمليات المعرفة على الصفر والواحد والتي تنتمي إلى فرع رياضياتي يدعى بالجبر البولياني.

ما هو الجبر البولياني؟

يعرف الجبر البولياني على أنه إحدى أفرع الرياضيات التي تتعامل مع القيم المنطقية فقط بالإضافة إلى مجموعة العمليات التي تتعامل مع هذه القيم. يمكن مثلا تعريف علمية And وهي عملية منطقية تأخذ دخلين على الأقل وتعطي خرج واحد صحيح عندما تكون جميع القيم المدخلة صحيحة

1 and 1 gives 1
0 and 1 gives 0

يمكن تمثيل هذه العملية منطقيَا من خلال سرد جميع قيم الدخل ووضعها في جدول يدعى بجدول الحقيقة truth table والذي يأخذ الشكل التالي.

جدول الحقيقة الخاص بعملية and

كما يمكن تعريف عملية or بشكل مشابه والتي تعطي نتيجة خاطئة فقط عندما تكون جميع قيم الدخل قيم خاطئة

0 or 0 or 0 or 0…. gives 0

ويمكن تمثيل جدول الحقيقة الخاص بها بالشكل التالي:

جدول الحقيقة الخاص بعملية or

وبالمثل، يمكن تمثيل عملية النفي not التي ترد القيمة المنطقية المتممة للقيمة المدخلة بالشكل التالي

not 1 gives 0
not 0 gives 1

ويمثل جدول الحقيقة الخاص به بالشكل التالي

جدول الحقيقة الخاص بعملية not

ولكن, ما هي أهمية هذه العمليات المنطقية، وماعلاقتها بالنظام العتادي Hardware؟

في الحقيقة، جميع العمليات التي تجري داخل الحاسوب “حرفيا” هي عبارة عن احدى العمليات المعرفة سابقا وذلك بحسب النظرية التالية:

يمكن تعريف أي تابع منطقي في الجبر البولياني، بغض النظر عن المتغيرات الموجودة ضمنه وماهية هذا التابع، من خلال العمليات المنطقية and, or, not

وحتى يمكن الاستفادة من هذه العمليات المنطقية على أرض الواضع لبناء أجهزة معقدة مثل الالكترونيات، لابد من وجود وسيلة لتمثيل القيم المنطقية عتاديا، وهذا يقودنا الى مفهوم البوابات المنطقية logical gates.

البوابات المنطقية Logical gates

تعد البوابات المنطقية إسقاط لعمليات الجبر البولياني عتاديًا، ذلك أنه حتى يستطيع الحاسوب وجميع الأجهزة الالكترونية التعامل مع مفاهيم الجبر البولياني وبناء أجهزة معقدة اعتمادا عليها، لابد من وجود أجهزة تمثل هذه العمليات، فمثلا، يمكن تمثيل عملية And من خلال البوابة المنطقية التالية والتي تأخذ الشكل المفاهيمي:

الشكل المفاهيمي لبوابة And

كما يتم تمثيل عملية not و or بشكل مشابه، وبذلك يمكننا تمثيل قطع معقدة انطلاقا من هذه البوابات البسيطة مثلا الجوامع “adders” الموجود في وحدة الحساب والمنطق، و النواخب “muxers” والتي تعد مكون أساسي موجود ضمن وحدة التحكم “control unit” في الحاسوب.

بالنظر إلى هذه المفاهيم نجد أن الحاسوب هو حصيلة خبرات متراكمة أخذت سنوات طويلة من العمل على طبقات تجريد والانطلاق منها الى طبقات تجريد أعلى مبنية عليها حتى الوصول الى أدوات موجودة على أرض الواقع، ولم يكن دفعة واحد كما كان يتخيل الى البعضـ كما أن هذه العمليات لا تزال مستمرة لبناء نماذج حواسيب مبنية على أسس النماذج الحالية مثل الحواسيب الكمومية، وأدوات الواقع الافتراضي التي تستخدم جميع لمفاهيم التي ذكرت، ولكن بشكلها المجرد.

اقرأ أيضًا: ما هي الخوارزميات؟ وكيف تعمل؟

المصدر
The Elements of computing systems

هل من الممكن أننا نعيش بالفعل في عالم افتراضي؟

يقول الفيلسوف «نيك بوستروم-Nick Bostrom» من جامعة أوكسفورد أن البشرية مرت أو ستمر بإحدى السيناريوهات التي يفرض إحداها أننا نعيش بالفعل في محاكاة!
ففي السيناريو الأول، يفترض البروفيسور أن الحضارة البشرية وجميع الحضارات الأخرى الموجودة وغير المكتشفة ستنقرض قبل أن تتمكن من بناء أجهزة تحاكي الواقع الذي تعيش فيه، فقد تنقرض بسبب الاحتباس الحراري مثلًا، أو بسبب جائحة أو كوكب مدمر للأرض أو غير ذلك، أما الثاني، فيفترض أن الحضارات قد تصل إلى المستوى الذي يمكنها من بناء أجهزة محاكاة للواقع، ولكن لن تقوم بذلك لسبب معين، قد يكون أخلاقي أو اقتصادي أو غير ذلك، والسيناريو الثالث وهو الأخطر، يفترض أننا سوف نصل الى المرحلة التي تمكننا من بناء هذه الأجهزة، وبالتالي هذا يؤدي الى أننا نعيش بالفعل في محاكاة!


في كتاب نشره «ريزوان فيرك-Rizwan Virk» عام 2019 والذي يدعى ب «The Simulation Hypothesis» أو فرضية المحاكاة، يقوم الكاتب فيه بإزالة الغطاء عن النظرية التي تحدث بها بوستروم ومدى قدرتنا التكنولوجية التي قد تمكننا من الوصول لما دعاه «نقطة المحاكاة-Simulation point» والتي نستطيع عندها بناء محاكاة لكل شيء موجود ضمن هذا الكون.

قبل أن نبدأ بطرح الأفكار، لنسأل أنفسنا هذا السؤال، هل من الممكن حقًا أن نكون الآن في عالم افتراضي؟

هناك العديد من الظواهر التي يمكن تفسيرها عن طريق فرضية المحاكاة بشكل أفضل من الفرضيات الفيزيائية، فمثلًا، عند محاكاة الأجسام المحيطة الموجودة بلعبة مثلًا، تقوم اللعبة بخلق-render الأجسام الموجودة أمام اللاعب فقط بهدف استمثال موارد الحاسوب، وهذا يتوافق مع المشاهدات الموجودة في الفيزياء الكمومية.

ما هي الأمثلة الموجودة في الفيزياء الكمومية والتي تعد دليلًُا على ذلك؟

لنفرض وجود نجم يبعد عنا مليارات السنين الضوئية، يبث هذا النجم أشعة ضوئية قد تعترضها إحدى المجرات “أو أي جسم كوني جاذبيته عالية” عند محاولتها الوصول الى كوكب الأرض، بالتالي بحسب نسبية آينشتاين العامة، فإن شعاع الضوء سينحرف على يمين أو يسار الجسم الكوني بسبب جاذبية الجسم الكوني المرتفعة، وبحسب ميكانيكا الكم، فإن هذا الضوء سيصل الى الأرض من الطريق الأول، أو الثاني، أو الطريقين معًا! ولن يتحدد هذا الطريق إلا في حال قرر مراقب ما موجود على الأرض النظر للضوء عند وصوله، عندها سيجد أنه سلك إحدى الطرق فقط وليس جميعها، ذلك أنه قبل أن يقوم المراقب بملاحظة هذا الضوء، قام الضوء بعبور جميع المسارات الممكنة بسبب سلوكه الموجي، ولكن عند تعرضه للمراقبة، سلك سلوك جسيم وأتى من طريق واحد فقط!

تعد هذه التجربة محاكاة لتجربة شهيرة قام بها العالم الأميركي جون ويلر والتي استبدل فيها النجم بمصدر ضوئي، ووضع بدل المجرة حائط ذو شقين وأمام الحائط بمسافة معينة قام بوضع شاشة لرصد الضوء المنعكس عليها.
عند عدم وجود مراقب لهذه الفوتونات وجد أنها تعبر من الشق الأول أو الثاني او كليهما لتشكل على الشاشة نمطا متداخلا يدل على سلوكها الموجي، ولكن عند وضع راصد عند الشقين يسلك الضوء سلوك جسيم ليعبر من احدى الشقين فقط!

صورة توضيحية لتجربة جون ويلر

في حال كنا نعيش بعالم افتراضي وكان هذا العالم مطابق للواقع، أليس من الأفضل اذًا عدم التفكير بهذا الموضوع نهائيًا؟

بحسب ريزوان فيرك، هناك العديد من الناس التي تفضل عدم معرفة الحقيقة، ولكن من الضروري أن ندرك أي نوع من الشخصيات الموجودة نحن.
لنشبه الموضوع بلعبة فيديو، هنالك شخصيات رئيسية تتبع قواعد معية للوصول لهدف معين، في حال استطعنا أن ندرك أننا شخصية رئيسية، فقد نحصل على Hints أو دلائل لاستكشاف هذا العالم بشكل أفضل والحصول على معلومات أكثر، ولكن في حال كنا شخصيات ثانوية، فهذا يعد أمرًا مرعبًا، مالهدف من المحاكاة، ومن يقوم بهذه المحاكاة، وهل جميع الشخصيات المحيطة شخصيات ثانوية أم أن هناك شخصيات مميزة عن الأخرى.

اذًا، كم من الوقت سنستغرق حتى نتمكن من بناء عالم افتراضي متكامل؟

يقول ريزوان فيرك أن البشرية عليها أن تمر بعشرة مراحل لتصل لما يسمى ب “نقطة المحاكاة” حيث يقدر أننا في المرحلة الخامسة تقريبًا بوجود الواقع الافتراضي والواقع المعزز، وتمثل المرحلة التالية بناء شخصيات افتراضية بدون الاستعانة بالنظارات الخاصة بالواقع المعزز، وقد بدأنا بهذه المرحلة بالفعل، ولكن هناك عائق بسيط أمام هذه المرحلة، هو أنه في فلم المصفوفة أو the matrix، استطاعت الشخصيات الدخول إلى العالم الافتراضي عن طريق أداة موصولة بالنخاع الشوكي، وهو الذي يشكل واجهة تخاطب بين المصفوفة والعقل البشري، ولكن الأبحاث البيولوجية مازالت في مراحل مبكرة في دمج الآلة مع العقل البشري وتحتاج عدة عقود حتى نتمكن من بناء واجهة تخاطبية كاملة مع الآلة.

Vox

Interesting Engineering

Nick Bostrom Paper

ما هي تجربة المارشميلو؟

ما هي تجربة المارشميلو؟

تعد «تجربة المارشميلو – The marshmallow test» التي قام بها البروفيسور «Walter Mischel» من جامعة ستانفورد، إحدى أشهر التجارب في مجال أبحاث علم الإجتماع، وهي تقوم على فكرة «الإشباع المؤخر – delayed gratification» حيث تقترح الدراسة وجود علاقة بين سلوك الطفل بعمر صغير ونجاحه في الحياة العملية لاحقًا.

نبذة عن تجربة المارشميلو

تقوم التجربة على فكرة وضع قطعة من المارشميلو أمام طفل، ومن ثم الطلب منه عدم أكل هذه القطعة لمدة 15 دقيقة، وبعدها سيحصل على قطعة أخرى بلإضافة لتلك الموجودة أمامه.
قامت هذه التجربة على افتراض وجود علاقة بين قدرة تحمل الطفل لهذا النوع من الإغراءات، والنجاح اللاحق في الحياة العملية ودرجة التحصيل العلمي، وقد خلصت الدراسة الى أن الأطفال الذين انتظروا المدة المدروسة، حصلوا على نتائج دراسية أفضل من أقرانهم، بلإضافة الى علاقات اجتماعية وحياة صحية أفضل.

وجود شكوك حول الدراسة

على الرغم من النتائج المرضية التي حققتها هذه الدراسة، إلا أنه قد ظهر بعض المشككين الذين اقترحوا إعادتها، وكان السبب الأساسي في رغبتهم هذه هو قلة عدد العينات التي أجريت عليها الدراسة، حيث تم اختبار حوالي تسعين طفلًا فقط، بلإضافة إلى عدم وجود تنوع في الظروف التي نشأ فيها الأطفال حيث كان جميعهم مسجلون في حضانة جامعة ستانفورد.

العلاقة بين نوع العينات المدروسة ونتائج تجربة المارشميلو

قام «Tyler Watt – تايلور وات» من جامعة نيويورك وعلماء من جامعة كاليفورنيا بإعادة التجربة ولكن هذه المرة بظروف مختلفة، حيث احتوت تجربتهم على حوالي 900 طفل، وركزوا على وجود اختلاف بينهم من ناحية العرق، ثقافة الأهل، والدخل.
وقد كانت النتائج كما توقعوا تماما، حيث وجدت الدراسة أن سلوك الطفل في التجربة له علاقة وطيدة بمستوى الدخل ونوع البيئة التي ينشأ فيها الطفل، وهذا يتناقض مع نتائج الدراسة السابقة التي قام بها والتر ميشيل.

تفسير نتائج الدراسة

تعد نتائج الدراسة الجديدة نتائج منطقية إذا ما أخذنا بعين الإعتبار نوعية العينات التي يتم دراستها، فعلى سبيل المثال، الأطفال ذوي الدخل المحدود يعتبرون وجود قطعة المارشميلو أمامهم فرصة يجب أن ينتهزوها بسبب وضعهم المعيشي السيء، فالوعود بالنسبة لهم تمثل مستقبل بعيد، أما المارشميلو التي أمامهم فهي حقيقة موجودة أمامهم يمكن أن يستغلوا فرصة أكلها.
طريقة التفكير هذه تتناقض مع أقرانهم الذين نشؤو في بيئات ذات وضع اقتصادي جيد، فحتى لو لم يحصلوا على قطعة المارشميلو الأخرى في حال انتظروا، يمكن أن يطلبوا من أهلهم الحصول على علبة كاملة لاحقًا.

مصادر أخرى تدعم هذه النتائج

تصف الباحثة الإجتماعية «رانيتا راي – Ranita Ray» من جامعة نيفادا في كتابها «The Making of a Teenage Service Class» سلوك المراهقين ذوي الدخل المحدود، حيث وجدت أنه على الرغم من الوضع الإقتصادي السيء الذي يعاني منه هؤلاء الأشخاص، إلا أنهم ينفقون معظم أموالهم على الشهوات البسيطة مثل الوجبات السريعة أو التجميل وتصفيف الشعر وشراء الثياب.

تعزى نتائج هذه الدراسات الى السلوك الذي يتربى عليه الشخص بسبب الوضع الإقتصادي السيء الذي ينشأ به، فالأهل ذوي الدخل المحدود يدللون أبنائهم عن طريق شراء أمور بسيطة كالحلوى، فهذه الأشياء الصغيرة تخفف من سوء الأوضاع المعيشية التي تمر بها هذه الفئات. بينما تقوم منهجية التربية عند العائلات التي تحصل على دخل جيد على تعويد الأطفال الإنتظار للحصول على مكافآت أكبر وهذا يخلص الى الدراسات المذكورة هنا.

المصادر:
Vox
The Atlantic

كيف قام الأخوان رايت بأول عملية طيران ناجحة في التاريخ؟

كيف قام الأخوان رايت بأول عملية طيران ناجحة في التاريخ؟

عندما تم سجن «ديدالوس-Daedalus» مع ابنه «Icarus-إيكاروس» في القلعة لإخفاء سر المتاهة الخاصة به، قام ديدالوس بصنع أجنحة من الريش والشمع ليتمكنا من الهرب، وقبيل الانطلاق، حذر الأب ابنه ألا يحلق عاليًا بها كي لاتذيب الشمس أجنحته فيسقط، ولكن بعدما انطلق رأى الحرية ونسي نصيحة والده وحلق عاليًا، فذابت أجنحته ووقع في البحر.

بالتفكير مليًا في هذه الأسطورة اليونانية، نجد أن اليونان جعلوا ديدالوس وابنه يهربان عن طريق بناء أجنحة، نعم، لقد كان الطيران أعجوبة عند القدماء وقوة خارقة بالنسبة لهم استخدموها في الأساطير، ذلك أن أعظم العقول في تلك الفترة أقرت بأن الأمر مستحيل فيزيائيا، إلى أن قام «الأخوان رايت-Wright brothers» ببناء أول نموذج ناجح لطائرة وتمكنا من إقلاعها باستخدام قوى آيروديناميكية.

ولكن، ماهي القوى الآيروديناميكية؟

تنحدر هذه الكلمة من أصل يوناني وتتألف من شقين، الأول «هو ἀήρ-ايرو» بمعنى هواء والثاني هو «δυναμική-دايناميك» بمعنى قوة وتهتم بشكل عام بدراسة حركة الهواء واحتكاكه مع المواد الصلبة، ويعد هذا العلم أحد فروع ميكانيك الموائع.

ولكن كيف تمكن الأخوان رايت من القيام بذلك؟ كيف استطاعا تسخير تلك القوة لصالحهما؟

اعتمد الأخوان رايت على فكرة أساسية وهي قانون نيوتن الأول، بحسب نيوتن، يظل الجسم الساكن ساكنا، والجسم المتحرك متحركا ما لم تؤثر عليه قوة خارجية، أي أنه لكي تحلق الطائرة في الهواء، يجب ان تتغلب هذه القوة الآيروديناميكية على وزن الطائرة الذي يقوم بسحبها للأسفل باتجاه مركز الأرض.

بشكل عام، تؤثر على الطائرة أثناء الحركة أربع قوى أساسية:

قوة الدفع الأمامي – Thrust:

تمثل قوة الدفع الخاصة بالمحركات، تكون جهة هذه القوة باتجاه حركة الجسم “غالبًا” وتوجد بشكل أساسي للتغلب على قوة الدفع الخلفي أو المقاومة.

قوة السحب الخلفي- Drag:

تنشأ هذه القوة بسبب مجموعة عوامل منها سرعة الطائرة، كثافة الهواء، شكل الجسم والزاوية التي يصنعها مع اتجاه الحركة، يتم التغلب على هذه القوة باستخدام قوة الدفع الأمامي.

وزن الطائرة – Weight:

يتناسب طردا مع كتلة الجسم، أي أنه كلما ازدادت الكتلة الخاصة بالجسم، ازدادت قوة الرفع المطلوبة للتغلب على الوزن.

قوة الرفع – Lift:

وهي محور دراستنا هذه، هناك العديد من التفسيرات لهذه القوة، منها ماهو صحيح ومنها ماهو مغلوط سنبدأ بمعلومات عامة عن هذه القوة.


تنشأ هذه القوة بسبب حركة الطائرة في الهواء وتتولد عند مراكز الضغط في الأجنحة التي تأخذ شكل ال «airfoil» “كما في الشكل الموضح بلأسفل” ذلك أنه عند حركة الجسم في الهواء، تستطيع جزيئات الهواء الانتقال بسهولة حول الجسم لضعف الارتباط بينها على عكس الأجسام الصلبة.

“مقطع عرضي بجناح الطائرة”، كيف قام الأخوان رايت بأول عملية طيران ناجحة في التاريخ؟


وبما أن الجزيئات تتحرك فهناك سرعة خاصة بهذه الجزيئات تختلف بين بعضها البعض وتؤثر بها على الجسم بقيم مختلفة، انطلاقا من هذه المعلومات، توجد فرضيتين لتفسير قوة الرفع.

تفسير الظاهرة حسب برنولي:


تتعلق فرضية برنولي بضغط الهواء على الجسم، حيث قام برنولي بربط سرعة الهواء بالضغط الخاص به، أي أنه عندما تتغير السرعة الخاصة بالهواء، تتغير قيمة الضغط عنده والعكس صحيح بالتالي عندما تتغير سرعة الهواء المحيطة بالجسم، تتغير قيم الضغط المحيطه به وبتجميع قيم الضغط التي تؤثر على الجسم ينتج لدينا قوة تكون المركبة العمودية فيها على اتجاه الحركة هي قوة الرفع، أما المركبة الأفقية فهي مضافة الى قوة السحب المقاوم للحركة.

حسب نيوتن


تقوم فرضية نيوتن على جمع قيم السرعة لجزيئات الهواء المحيطة التي تؤثر على الجسم، ينتج عن ذلك محصلة اتجاه حركة جزيئات الغاز الكلي، وبحسب قانون نيوتن الثالث، ينتج لدينا رد فعل يعاكس حركة الجزيئات، تكون المركبة العمودية على اتجاه الحركة في رد الفعل هي قوة الرفع أما المركبة الأفقية فتمثل قوة السحب المقاوم للحركة.

اذًا، ما هو التفسير الصحيح؟


كل من فرضية نيوتن وفرضية برنولي صحيحتان، ولكن اعتمد نيوتن على مبدأ انحفاظ كمية الحركة، بينما اعتمد برنولي على مبدأ انحفاظ الضغط. ويجب التنويه هنا الى أن فرضية نيوتن أو فرضية برنولي تشير الى المجتمعات التي تدعم هذه الفكرة وليس الأشخاص بحد ذاتهم، ذلك أن زمن برنولي ونيوتن سبق عصر الطيران بكثير.

بالخلاصة، لا يوجد إجماع كلي بين الفيزيائيين على الأسباب التي تؤدي لخلق قوة الرفع، حيث أنه على الرغم من استطاعتنا تصميم طائرات متكاملة واستمثالها للعمليات التجارية أو العسكرية، وقياس هذه القوى ضمن أنفاق هوائية بدقة عالية، إلا أنه لايوجد تفسير موحد كامل ودقيق لسبب نشوء هذه القوة

المصادر:

Scientific American, NASA

اقرأ أيضا من الأكاديمية:

الطباعة ثلاثية الأبعاد، نماءٌ وازدهار أم خراب ودمار؟

هل من الممكن أن يشيخ الطفل قبل والديه؟

هل من الممكن أن يشيخ الطفل قبل والديه؟ بشكل عام، هل يمر الوقت على الجميع بنفس النسبة؟ ما علاقة هذه الأسئلة بالتمدد الزمني المذكور في نسبية آينشتاين؟

نظرية النسبية العامة:

عندما تتاح لك حرية اختيار مكان سكنك، حاول أن تسكن في مكان منخفض قدر الإمكان لأنك ستشيخ أبطأ بالمقارنة مع إقامتك في مكان مرتفع!

هل من الممكن أن يشيخ الطفل قبل والديه؟

هذا ما تحدث به آينشتاين في ورقته البحثية التي نشرها عام 1907 عن النسبية العامة، والتي تنص على أن الأجسام التي تتعرض لمقادير مختلفة من الجاذبية، يحدث فرق في التوقيت بينها، بمعنى آخر، يمر الوقت بشكل أسرع على السكان في الطوابق المرتفعة عن سطح الأرض مقارنة بجيرانهم في الطوابق الأدنى.

النسبية الخاصة وتجربة التوأم:
ماذا لو حدث الأمر وكنت قاطناً بالفعل في طابق مرتفع، هل فقدت فرصتك في تعديل فرق التوقيت مع جيرانك في الطوابق الأدنى؟ بحسب النسبية الخاصة، لا!

لتوضيح الطريقة سنبدأ بالمثال التقليدي الذي أصبح ملازماً لهذه النظرية والذي يدعى «مفارقة التوأم-twin paradox» حيث يقوم أحد التوائم بالسفر لنجم بسرعة قريبة من سرعة الضوء ليعود ويجد أخاه يكبره بعدة سنوات! ذلك بسبب أن الوقت يمر بشكل أبطأ على الأجسام التي تتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء مقارنةً بالأجسام الأخرى، وهذا ما حدث في تجربة التوأم.

التمدد الزمني وعلاقته بالنسبيتين:
كلا النسبيتين، العامة والخاصة تتحدث عن مفهوم واحد يدعى «تمدد الزمن-time dialtion» وقد لوحظ تأثيره بشكل عملي في عدة تجارب منها تجربة«هيفلي-كيتنغ Hafele–Keating experiment» والتي قام فيها العالمان «Joseph Hafele and Richard Keating» بتسيير طائرتين تحملان أجهزة قياس توقيت دقيقة «cesium atomic clocks» باتجاهين مختلفين، حيث أتمت الطائرتان دورتان كاملتان حول الكرة الأرضية، وبعد المقارنة مع جهاز توقيت مرجعي موجود على الأرض، وجد فرق في التوقيت بين الأجهزة، الأمر الذي يؤكد مفهوم التمدد الزمني.

إذاً هل أصبح من الممكن السفر عبر الزمن باستخدام طريقة هيفلي-كيتنغ؟
على الرغم من السرعة العالية للطائرات وارتفاعها عن الأرض، فإن فرق التوقيت بين الساعتين يعد متناهياً في الصغر، ذلك أن الأمر يتطلب مرور مئات الملايين من السنين في نفس الظروف للحصول على فرق توقيت بين الساعتين مقداره ثانية واحدة! بالتالي يتطلب الحصول على فرق ملحوظ السفر بسرعة قريبة من الضوء بحسب النسبية الخاصة، أو الجلوس في مكان ذو جاذبية مرتفعة للغاية، حسب النسبية العامة.

ماذا لو أردت ملاحظة أثر النسبية بنفسي، هل سيتطلب الأمر مني الحصول على طائرتين كما في تجربة هيفلي-كيتينغ؟

بفضل العديد من التحسينات على أجهزة التوقيت، يمكن إجراء تجارب مماثلة لتجربة هيفلي-كيتينغ ضمن المختبر، حيث أجرى باحثون من «المعهد الوطني للمعايير والتقنية-National Institute of Standards and Technology» تجربة استطاعوا من خلالها تسجيل فرق في التوقيت بين جسمين يبلغ فرق الإرتفاع بينهما ثلث متر، أو أحدهما يتحرك بسرعة أقل من 10m/s بالنسبة للآخر وذلك بفضل «أجهزة توقيت ذرية-ضوئية عالية الدقة-high-precision optical atomic clocks».

أخيراً يمكن القول أن النظرية النسبية فتحت لنا أبواباً لم نكن لنتخيل وجودها أصلاً، فقد تنبأت بوجود «الثقوب السوداء-black holes» على الرغم من عدم وجود أي دليل مادي عنها في تلك الفترة، كما أنها افترضت وجود «ثقوب دودية-wormholes» التي تسمح بالإنتقال بشكل مختصر في نسيج الزمكان، وعلى وجه الخصوص اقترحت طرق للإنتقال عبر الزمن، فعلى الرغم من الأثر الصغير الذي نلاحظه من تطبيقاتها في وقتنا الحالي، إلا أنها لازالت محور اهتمام الدراسات الحالية والمستقبلية.

المصادر:

The Vintage News
Scientific American 1
Scientific American 2

اقرأ أيضا:
رصد أكبر انفجار في تاريخ الكون منذ الانفجار العظيم!

Exit mobile version