المستعر الأعظم – Supernova

عندما نسمع كلمة «سوبرنوفا»، غالبًا ما نتخيّل انفجار نجم ضخم في نهاية حياته. لكن السوبرنوفا ليست انفجارًا واحدًا يحدث بالطريقة نفسها دائمًا؛ بل يمكن أن تقع عبر طريقين رئيسيين مختلفين تمامًا.

الطريقة الأولى: انهيار نجم ضخم

إذا نظرنا إلى نجم ضخم في أي مرحلة مستقرة من حياته، فسنجد داخله صراعًا مستمرًا بين قوتين:

• الجاذبية التي تحاول ضغط مكوّنات النجم نحو مركزه.

• والطاقة الناتجة عن الاندماج النووي، التي تدفع طبقاته إلى الخارج وتقاوم الجاذبية.

خلال معظم حياة النجم، تتوازن القوتان، فيظل النجم مستقرًا. لكنه مع مرور الوقت يستهلك الهيدروجين الموجود في قلبه، فيبدأ بدمج الهيليوم الذي تكوّن أصلًا من اندماج الهيدروجين. وعندما ينفد الهيليوم، ينتقل إلى دمج الكربون، ثم عناصر أثقل، وهكذا حتى يصل في نهاية حياته إلى تكوين عناصر في منطقة الحديد والنيكل.

وهنا يتوقف الاندماج النووي عن إنتاج الطاقة التي يحتاج إليها النجم لمقاومة الجاذبية.

بعدما حافظ النجم طوال حياته على التوازن بين الجاذبية والضغط الناتج عن الاندماج، تنتصر الجاذبية في النهاية، ويبدأ قلب النجم في الانهيار على نفسه بسرعة هائلة.

وخلال هذا الانهيار تنضغط البروتونات والإلكترونات، وتتكوّن النيوترونات، وتنطلق كميات هائلة من جسيمات شديدة الخفة تُسمّى «النيوترينوات». وتتكوّن موجة صدم تساعد، مع النيوترينوات والاضطرابات داخل النجم، على قذف طبقاته الخارجية إلى الفضاء.

وهذا هو ما نرصده في صورة انفجار نجمي هائل وضوء مرئي قد يتفوّق مؤقتًا على سطوع المجرة التي يوجد فيها النجم بأكملها.

ملحوظة: الألوان التي نراها في كثير من صور وكالة ناسا ليست بالضرورة الألوان التي يمكن أن تراها أعيننا؛ فأحيانًا يمنح العلماء الأشعة السينية أو الأشعة تحت الحمراء ألوانًا مرئية حتى نستطيع تمييز العناصر المختلفة ودرجات الطاقة والحرارة في الصورة.

لماذا لا يستخرج النجم طاقة من الحديد ويواصل حياته؟

يعتمد استخراج الطاقة من الاندماج النووي على أن تكون النواة الجديدة أكثر تماسكًا واستقرارًا من النوى التي اندمجت لتكوينها.

داخل النجم يحدث الآتي:

• يندمج الهيدروجين ويكوّن الهيليوم، فتتحرر طاقة.

• يندمج الهيليوم ويكوّن الكربون، فتتحرر طاقة.

• وتستمر العملية وصولًا إلى عناصر قريبة من الحديد.

في كل خطوة، تمسك النواة الجديدة بمكوّناتها بقوة أكبر، ويتحوّل فرق صغير في الكتلة إلى طاقة وفقًا لمعادلة آينشتاين:

[E=mc^2]

لكن عندما يصل النجم إلى منطقة الحديد والنيكل، يكون قد وصل تقريبًا إلى قمة الاستقرار النووي؛ فهذه النوى متماسكة للغاية بالفعل. وإذا حاول النجم دمج الحديد لتكوين عنصر أثقل، فلن تنتج العملية طاقة، بل ستحتاج إلى طاقة حتى تحدث.

يمكننا تخيّل الأمر ككرة تتحرك فوق تل:

• الاندماج من الهيدروجين حتى الحديد يشبه كرة تنحدر من أعلى التل، فتُطلق طاقة يستطيع النجم الاستفادة منها.

• أما دمج الحديد لتكوين عناصر أثقل، فيشبه محاولة دفع الكرة إلى أعلى تل آخر؛ أي إننا نحتاج إلى منحها طاقة بدلًا من استخراج الطاقة منها.

وهنا تبدأ مشكلة النجم الضخم:

الحديد ليس وقودًا نوويًا صالحًا له ← يتوقف إنتاج الطاقة ← يضعف الضغط المتجه إلى الخارج ← تنتصر الجاذبية ← ينهار قلب النجم.

والعكس صحيح أيضًا؛ فبعض العناصر الثقيلة جدًا يمكن أن تطلق طاقة عن طريق الانشطار النووي بدلًا من الاندماج، مثل اليورانيوم. وبصورة مبسطة:

• العناصر الخفيفة تطلق الطاقة عن طريق الاندماج.

• بعض العناصر الثقيلة جدًا يمكن أن تطلق الطاقة عن طريق الانشطار.

• أما منطقة الحديد والنيكل فهي شديدة الاستقرار، ولذلك يصعب استخراج طاقة نووية منها.

  

الطريقة الثانية لحدوث سوبرنوفا: انفجار قزم أبيض في نظام نجمي ثنائي

القزم الأبيض هو البقايا الصغيرة والكثيفة لنجم منخفض أو متوسط الكتلة انتهت حياته ولم يعد قادرًا على مواصلة الاندماج النووي بصورة طبيعية.

و«النظام النجمي الثنائي» يعني ببساطة وجود نجمين مرتبطين بالجاذبية ويدوران حول بعضهما.

يمكن أن يصل القزم الأبيض إلى الانفجار عبر مسارين رئيسيين:

1. أن يسحب مادة من نجم مرافق له.

2. أن يندمج مع قزم أبيض آخر.

عندما يسحب القزم الأبيض مادة من نجم آخر

في هذا السيناريو، يكون أحد النجمين قد أنهى حياته وتحول إلى قزم أبيض، بينما لا يزال النجم الآخر حيًا. ومع مرور الوقت، قد ينتفخ النجم الحي ويتحوّل إلى عملاق. وعندما يمتد غلافه ويقترب بما يكفي من القزم الأبيض، تبدأ جاذبية القزم الأبيض في سحب غازاته؛ وكأنه يسرق المادة من صاحبه. لكن القزم الأبيض لا يستطيع التعامل مع هذه المادة مثل النجم العادي. فتتراكم المادة عليه، وتزداد كتلته وحرارته وكثافته، حتى تصل مادته إلى ظروف تسمح للكربون والأكسجين ببدء الاندماج فجأة، وهنا تبدأ حلقة لا يمكن السيطرة عليها:

الاندماج يطلق حرارة ← الحرارة تسرّع الاندماج ← الاندماج الأسرع يطلق حرارة أكبر ← والحرارة الأكبر تسرّعه أكثر… ولفّي بينا يا دنيا!

خلال ثوانٍ، تحدث سلسلة من التفاعلات النووية الجامحة، ويتحوّل القزم الأبيض كله إلى ما يشبه قنبلة نووية هائلة، ثم يتمزق في الانفجار.

وهذه هي:

Supernova Type Ia – سوبرنوفا من النوع «One-A».

وفي سيناريو آخر، قد يكون النجمان قزمين أبيضين يقتربان تدريجيًا من بعضهما حتى يندمجا، وقد يؤدّي ذلك أيضًا إلى انفجار نووي حراري من النوع نفسه.

إذن، الفرق الأساسي بين الطريقين هو:

• في الطريق الأول، تسحق الجاذبية قلب نجم ضخم.

• وفي الطريق الثاني، يفجّر احتراق نووي جامح قزمًا أبيض.

  

ماذا يتبقى بعد السوبرنوفا؟

في حالة انفجار نجم ضخم، يعتمد المصير النهائي بصورة أساسية على كتلة قلب النجم: إذا توقّف انهيار القلب عند مرحلة معينة، يتكوّن جسم صغير شديد الكثافة يتألّف في معظمه من النيوترونات، ويُسمّى «النجم النيوتروني», وإذا كان هذا النجم يدور بسرعة ويصدر حزمًا منتظمة من الإشعاع، فقد نرصده في صورة نجم نابض، إذا كانت كتلة القلب كبيرة للغاية، فقد لا توجد قوة قادرة على إيقاف انهياره، فيتحول إلى ثقب أسود، وفي بعض الحالات، قد ينهار النجم إلى ثقب أسود من دون انفجار ضوئي واضح، أو بانفجار أضعف بكثير مما نتوقع. وتُعرف هذه الحالة باسم «السوبرنوفا الفاشلة».

أما في سوبرنوفا القزم الأبيض من النوع Ia، فعادةً ما يتمزق القزم الأبيض بالكامل، ولذلك لا يترك وراءه نجمًا نيوترونيًا أو ثقبًا أسود.

وكل واحدة من هذه النهايات تستحق مقالًا مستقلًا سنعود إليهم لاحقًا.

هل ستتحول الشمس إلى سوبرنوفا؟

لا، فكتلة الشمس ليست كافية على الإطلاق لكي تنتهي بانهيار قلب وسوبرنوفا.

بعد نحو خمسة مليارات سنة، ستتحول الشمس إلى عملاق أحمر، ثم تطرد طبقاتها الخارجية، ويبقى قلبها في صورة قزم أبيض، وهذا القزم الأبيض لن ينفجر لاحقًا في صورة سوبرنوفا من النوع Ia؛ لأن الشمس ليست جزءًا من نظام نجمي ثنائي يسمح لها بسحب المادة من نجم مرافق أو الاندماج مع قزم أبيض آخر، كن يمكننا أن نتحدث بالتفصيل عن مصير الشمس في مقال آخر أيضا.

ما أقرب نجم مرشح للتحول إلى سوبرنوفا؟

يُعدّ منكب الجوزاء واحدًا من أشهر وأقرب النجوم المرشحة للانفجار في صورة سوبرنوفا. وهو نجم أحمر فائق الضخامة، لذلك يُتوقع أن ينهي حياته بانهيار قلبه، لكن كلمة «قريب» هنا تُستخدم بالمقياس الكوني؛ فقد ينفجر خلال عشرات الآلاف أو مئات الآلاف من السنين، ولا نعرف موعدًا دقيقًا لذلك، وإذا كان البشر لا يزالون موجودين وقتها، فسيشاهدون في السماء سطوعًا استثنائيًا، لكن منكب الجوزاء بعيد بما يكفي بحيث لا يُتوقع أن يشكّل انفجاره خطرًا على الأرض.

أشهر السوبرنوفات تاريخيًا

SN 1054

شاهدها فلكيون عام 1054، وخلّفت وراءها سديم السرطان، الذي يوجد في مركزه نجم نابض.

سوبرنوفا تايكو 1572

ساعدت مشاهدتها على تقويض الفكرة القديمة التي كانت ترى أن السماء ثابتة ولا تتغير.

سوبرنوفا كبلر 1604

هي آخر سوبرنوفا مؤكدة شوهدت بالعين المجردة داخل مجرة درب التبانة.

SN 1987A

وقعت في سحابة ماجلان الكبرى، وكانت أقرب سوبرنوفا مرصودة في العصر الحديث. وقد مكّنت العلماء من رصد النيوترينوات ودراسة تطور حطام الانفجار على مدار عقود.

كما قدّم تلسكوب جيمس ويب أقوى دليل حتى الآن على وجود نجم نيوتروني في مركز بقاياها. ويمكن قراءة المزيد عبر وكالة ناسا: قلب SN 1987A.

السوبرنوفا، إذن، ليست مجرد مشهد جميل لانفجار نجم؛ بل هي نهاية صراع طويل بين الجاذبية والطاقة، وفي الوقت نفسه بداية لأجسام جديدة شديدة الغرابة، مثل النجوم النيوترونية والثقوب السوداء، ووسيلة ينثر بها الكون مادته في الفضاء لتدخل لاحقًا في تكوين أجيال جديدة من النجوم والكواكب.

المصادر :

• ناسا: أساسيات النجوم ودورة حياتها
  لتكوّن العناصر داخل النجوم، وانهيار القلب الحديدي، وتكوّن نجم نيوتروني أو ثقب أسود.

• ناسا: أنواع النجوم
  لمراحل اندماج العناصر، وتحوّل النجوم منخفضة الكتلة إلى أقزام بيضاء، ومصير الشمس.

• ناسا: سوبرنوفا Type Ia
  لانفجار القزم الأبيض داخل نظام ثنائي والمسارات المحتملة لحدوثه.

• ناسا: الأطوال الموجية والألوان التمثيلية
  لتوضيح أن ألوان الصور الفلكية قد تمثّل الأشعة السينية أو تحت الحمراء، ولا تطابق دائمًا ما تراه العين.

• ناسا: أنواع الثقوب السوداء
  للعلاقة بين كتلة النجم وبين تكوّن نجم نيوتروني أو ثقب أسود بعد السوبرنوفا.

• ناسا: منكب الجوزاء ومستقبله
  لكونه عملاقًا أحمر مرشحًا للانفجار خلال نحو 100 ألف سنة، وأنه يقع على مسافة آمنة من الأرض.

• ناسا وWebb: سديم السرطان وSN 1054
  لارتباط انفجار سنة 1054 بسديم السرطان والنجم النابض الموجود في مركزه.

• ناسا: سوبرنوفا كبلر 1604
  لكونها آخر سوبرنوفا شوهدت داخل درب التبانة بالعين المجردة.

• ناسا وWebb: النجم النيوتروني في SN 1987A
  لرصد النيوترينوات وأقوى دليل على وجود نجم نيوتروني في مركز البقايا.

من بين سيناريوهات نهاية العالم التي طالما أثارت اهتمامي، يحتل «الشتاء النووي» مكانة خاصة. في السابق، كان ما يجذبني إليه هو المفارقة القاتمة في الفكرة نفسها: أن يكون الإنسان قادرًا على تطوير أدوات بالغة التعقيد، ثم يستخدمها في النهاية لصناعة كارثته بيديه. أما اليوم، فقد أصبحت الفكرة أكثر إثارة للقلق؛ لأنها لم تعد تبدو لي بعيدة بالقدر الذي كنت أتصوره.

حين نفكر في حرب نووية، تذهب أذهاننا تلقائيًا إلى الانفجار: كرة النار الهائلة، وموجة الصدمة، والإشعاع، والمدن التي يمكن أن تختفي في دقائق. وكل هذه بالفعل أخطار كارثية، لكن فرضية الشتاء النووي تنظر إلى ما هو أبعد من اللحظات الأولى للانفجار، وتسأل سؤالًا أكثر رعبًا: ماذا يحدث للكوكب بعد أن تتوقف القنابل عن السقوط؟

تبدأ بالقنابل... لكنها لا تنتهي عندها

في حال وقوع حرب نووية واسعة، يمكن للحرارة الهائلة الناتجة عن الانفجارات أن تشعل حرائق ضخمة في المناطق المأهولة. لن تحترق المباني وحدها، بل المصانع والسيارات ومخازن الوقود والبنية التحتية ومختلف المواد القابلة للاشتعال داخل المدن.

هذه الحرائق يمكن أن تنتج كميات هائلة من الدخان والجسيمات الكربونية السوداء، وقد تحمل التيارات الهوائية الصاعدة جزءًا من هذه الجسيمات إلى ارتفاعات كبيرة في الغلاف الجوي، وصولًا إلى طبقة الستراتوسفير.

تقع الستراتوسفير فوق الطبقة التي تحدث فيها معظم الظواهر الجوية التي نعرفها من سحب وأمطار وعواصف. وإذا وصلت الجسيمات إلى تلك الارتفاعات، فقد تبقى هناك لفترات طويلة نسبيًا، وتنتشر عبر مساحات شاسعة من الكوكب.

وهنا تبدأ قصة الشتاء النووي الحقيقية.

ماذا لو خفت ضوء الشمس؟

لن تتحول السماء بالضرورة إلى كتلة سوداء كما قد توحي أفلام نهاية العالم، لكن وجود كميات ضخمة من الجسيمات الكربونية في طبقات الجو العليا يمكن أن يقلل مقدار الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى سطح الأرض.

وهذا فارق بالغ الأهمية.

فالطاقة القادمة من الشمس هي المحرك الأساسي للنظام المناخي على الأرض. وإذا انخفضت كمية الطاقة التي تصل إلى السطح بدرجة كبيرة، يمكن أن تنخفض درجات الحرارة وتتغير أنماط هطول الأمطار وتضطرب الدورة المائية ومواسم النمو.

ومن هنا جاءت التسمية: الشتاء النووي — Nuclear Winter.

ليس لأنه «شتاء» بالمعنى الموسمي المعتاد، وإنما لأن عالمًا أعقبته حرب نووية واسعة قد يصبح أبرد وأقل إضاءة وأكثر اضطرابًا مناخيًا.

لكن انخفاض درجات الحرارة ليس، في حد ذاته، أكثر ما يدعو إلى الخوف.

المشكلة الحقيقية تبدأ عندما نحتاج إلى الطعام.

ماذا نأكل في عالم بلا شمس كافية؟

الزراعة نظام شديد الحساسية. تحتاج النباتات إلى قدر مناسب من ضوء الشمس، ودرجات حرارة ملائمة، ومياه، ومواسم نمو مستقرة نسبيًا. وإذا اجتمع انخفاض الضوء مع انخفاض درجات الحرارة واضطراب الأمطار، تصبح مواسم الزراعة أقصر، وقد ينخفض إنتاج عدد من المحاصيل الأساسية بصورة حادة.

ولا يتوقف الأمر عند النباتات. اضطراب المناخ والإنتاج الزراعي يؤثر بدوره في الثروة الحيوانية، بينما يمكن للتغيرات المناخية والضوئية في المحيطات أن تؤثر في النظم البحرية وإنتاج الغذاء منها.

عند هذه المرحلة، لا نعود أمام مشكلة تخص الدول التي تعرضت للقصف فقط.

نصبح أمام أزمة غذاء عالمية.

في دراسة نُشرت في دورية Nature Food عام 2022، استخدم الباحثون نماذج لمحاكاة التأثيرات التي قد تتركها عدة سيناريوهات مختلفة للحرب النووية على إنتاج الغذاء عالميًا.

وفي أكبر السيناريوهات التي درستها الورقة، وهو حرب نووية واسعة بين الولايات المتحدة وروسيا تؤدي إلى وصول أكثر من 150 تيراغرامًا من الجسيمات السوداء إلى الغلاف الجوي، أشارت النماذج إلى أن الانخفاض الهائل في إنتاج الغذاء وما يتبعه من مجاعات قد يؤدي إلى وفاة أكثر من خمسة مليارات إنسان.

خمسة مليارات.

ليسوا جميعًا ضحايا للانفجارات أو الإشعاع المباشر، وقد يكون كثير منهم على بعد آلاف الكيلومترات من المدن المستهدفة.

قد يموتون ببساطة لأن الطعام لم يعد موجودًا بما يكفي.

وهنا تكمن إحدى أكثر أفكار الشتاء النووي رعبًا: لست مضطرًا إلى أن تعيش في دولة مشاركة في الحرب كي تصبح أحد ضحاياها.

وماذا لو توقفت الحرب؟

لنفترض أن الأسوأ قد بدأ، ثم قرر البشر أخيرًا أن يتوقفوا. انتهى إطلاق الأسلحة، ولم تعد هناك قنابل جديدة تسقط.

هل انتهت الكارثة؟

للأسف، ليس بالضرورة.

فما أُطلق إلى الغلاف الجوي لا يختفي بمجرد توقيع اتفاق لوقف إطلاق النار. يمكن أن تستمر الاضطرابات المناخية الناتجة عن الجسيمات الموجودة في طبقات الجو العليا سنوات، كما تشير النماذج إلى مشكلة إضافية أقل شهرة: طبقة الأوزون.

تحمينا طبقة الأوزون من جزء كبير من الأشعة فوق البنفسجية الضارة القادمة من الشمس. وتشير نماذج مناخية وكيميائية إلى أن حربًا نووية واسعة جدًا يمكن أن تسبب اضطرابًا شديدًا في كيمياء الستراتوسفير واستنزافًا كبيرًا للأوزون.

إذا حدث ذلك، يمكن أن تصل كمية أكبر من الأشعة فوق البنفسجية، وخصوصًا UV-B، إلى سطح الأرض.

وهذه الأشعة قادرة على إحداث تلف في الحمض النووي DNA، وترتبط بزيادة خطر الإصابة بسرطانات الجلد وإصابات العين. والمشكلة لا تخص الإنسان وحده؛ فزيادة التعرض للأشعة فوق البنفسجية يمكن أن تضر النباتات والمحاصيل وبعض الكائنات البحرية، ما يضيف ضغطًا جديدًا إلى أنظمة بيئية وغذائية تعاني بالفعل آثار الحرب.

أي أن قرار إيقاف الحرب لا يعيد العالم فورًا إلى اللحظة التي سبقتها.

قد تتوقف القنابل، بينما تستمر آثارها في الغلاف الجوي والمناخ والغذاء والنظم البيئية لسنوات.

فهل يمكن أن ننهي أنفسنا فعلًا؟

هنا يجب التمييز بين السيناريو العلمي واليقين.

الشتاء النووي ليس نبوءة تخبرنا بما سيحدث حتمًا إذا استُخدم سلاح نووي، ولا تعني النماذج أن أي حرب نووية ستؤدي بالضرورة إلى النتائج القصوى نفسها. يعتمد حجم التأثير على عدد الأسلحة المستخدمة، ومواقع الانفجارات، وحجم الحرائق الناتجة عنها، وكمية الجسيمات التي تصل بالفعل إلى طبقات الجو العليا، وخصائص تلك الجسيمات، ومدى بقائها وانتشارها.

ولا تزال بعض هذه المتغيرات تحمل قدرًا مهمًا من عدم اليقين، وهو ما أكده تقرير الأكاديميات الوطنية الأمريكية للعلوم والهندسة والطب الصادر عام 2025 حول الآثار البيئية المحتملة للحرب النووية.

لذلك، هل تعني حرب نووية واسعة حتمًا نهاية الجنس البشري؟

لا. لا يستطيع العلم أن يقول ذلك.

لكن ربما لا نحتاج أصلًا إلى سيناريو انقراض كامل حتى تصبح الفكرة مرعبة بما يكفي.

لأن بعض النماذج العلمية تخبرنا بشيء آخر: أن حربًا واحدة يمكن أن تتحول من صراع بين مجموعة من الدول إلى كارثة تمس الكوكب كله، وأن مليارات البشر قد يموتون لا بسبب القنابل التي سقطت عليهم، ولا بسبب الإشعاع الذي وصل إليهم...

وإنما بسبب الجوع الذي جاء بعد أن توقفت القنابل.

بعض المصادر

• National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. (2025). Potential Environmental Effects of Nuclear War.

• Xia, L., et al. (2022). Global food insecurity and famine from reduced crop, marine fishery and livestock production due to climate disruption from nuclear war soot injection. Nature Food, 3, 586–596.

• NASA Goddard Institute for Space Studies — أبحاث ومحاكاة تأثير الحرب النووية في المناخ والأمن الغذائي العالمي.

• Bardeen, C. G., et al. (2021). دراسة التأثيرات المحتملة للحرب النووية في طبقة الأوزون والأشعة فوق البنفسجية، Journal of Geophysical Research: Atmospheres.

  ---

  شكرًا للقراءة، اشترك من هنا ليصلك المزيد من المقالات المشابهة.

الجاذبية: بين الفهم الشائع والفهم العلمي

تُعد الجاذبية واحدة من أكثر المفاهيم العلمية التي يُساء فهمها في النقاشات العامة. فكثيرًا ما تُستخدم كلمة “نظرية” بمعناها اليومي للدلالة على التخمين أو عدم اليقين، بينما تحمل في العلم معنى مختلفًا تمامًا. كما تُثار تساؤلات متكررة حول طبيعة الجاذبية، وعلاقتها بحركة الكواكب، وسبب ارتفاع بالونات الهيليوم، وكيفية حدوث المد والجزر، وما إذا كانت الفيزياء الحديثة قد أبطلت ما قدمه نيوتن

في هذا المقال سنستعرض معنى النظرية العلمية، وكيف تطورت فكرة الجاذبية تاريخيًا، وما الأدلة التي دعمتها، ولماذا ما زالت تُعد واحدة من أنجح النظريات العلمية رغم استمرار البحث عن فهم أعمق لطبيعتها

ماذا تعني كلمة “نظرية”؟

كلمة “نظرية” لا تعني “تخمينًا” أو “فكرة غير مؤكدة”

النظرية العلمية هي إطار يفسر مجموعة كبيرة من الملاحظات والتجارب المدعومة بالأدلة. ولذلك فإن كلمتي “مجرد” و”نظرية” لا تجتمعان في جملة واحدة بهذا المعنى

لدينا مجموعة من الملاحظات، فنفترض تفسيرًا معينًا لها، فتكون هذه فرضية. ثم نجري تجارب عليها، ونفسر من خلالها ظواهر أخرى، ونضع قانونًا نستطيع تطبيقه على أشياء موجودة بالفعل، ونتنبأ من خلاله بأشياء ستحدث مستقبلًا. وعندما ينجح هذا النموذج في تفسير الملاحظات والظواهر المختلفة، ويُختبر مرارًا وتكرارًا وتؤيده الأدلة، يصبح لدينا نظرية علمية قوية

والأمر ليس دائمًا سلمًا بسيطًا من فرضية إلى نظرية، لكن هذا التبسيط يساعد على فهم الفكرة العامة

كيف ظهرت فكرة الجاذبية؟

لم يضع نيوتن فرضية الجاذبية من فراغ، بل كان أمامه بالفعل كم هائل من البيانات المرصودة

كان العلماء يعرفون أن: الأشياء تسقط نحو الأرض ،القمر يدور حول الأرض، الكواكب تدور حول الشمس.

Johannes Kepler واكتشف قوانين حركة الكواكب اعتمادًا على الرصد الفلكي

كان السؤال المطروح آنذاك: هل يمكن أن يكون لكل هذه الظواهر سبب واحد؟

فكر نيوتن في أن هناك قوة واحدة تجذب جميع الأجسام بعضها إلى بعض، وفي تلك المرحلة كانت الجاذبية مجرد فرضية

من الفرضية إلى النموذج الرياضي

لم يكتفِ نيوتن بطرح الفكرة، بل حوّلها إلى معادلات رياضية

فإذا كانت الجاذبية موجودة فعلًا، فلا بد أن يكون بالإمكان حساب تأثيرها، ومن هنا استنتج قانون الجذب العام سنة 1687، والذي ينص على أن أي جسمين في الكون يوجد بينهما تجاذب يتناسب طرديًا مع حاصل ضرب الكتلتين، وعكسيًا مع مربع المسافة بين مركزيهما

لكن هل يكفي استنتاج القانون من الملاحظات السابقة وقوانين كبلر؟

الإجابة: لا

فالاختبار الحقيقي لأي نظرية هو قدرتها على التنبؤ

قال نيوتن إن فرضيته، إذا كانت صحيحة، فيجب أن تصف حركة القمر والكواكب بدقة. وعندما قورنت النتائج المستخرجة من القانون بالمشاهدات الفلكية، كانت متوافقة معها بدرجة مدهشة

لم يكن هذا إعلانًا بأن النظرية صحيحة بصورة مطلقة، لكنه كان دليلًا قويًا على أن نتائجها المتوقعة تنطبق على الواقع

متى تصبح الفكرة نظرية علمية؟

عندما ينجح النموذج في: تفسير عدد كبير من الظواهر، التنبؤ بأشياء لم تكن معروفة سابقًا، اجتياز اختبارات مستقلة ومتكررة والاستمرار في النجاح أمام البيانات الجديدة.

عندها يصبح لدينا نظرية علمية قوية

مذنب هالي: عندما تتنبأ النظرية بالمستقبل

من أشهر الأمثلة على نجاح قوانين نيوتن مذنب هالي

لم يكن نيوتن نفسه من تنبأ بعودته، لكن قوانين الجاذبية التي وضعها هي التي سمحت بذلك

استخدم صديقه وزميله Edmond Halley قوانين نيوتن لحساب مدارات المذنبات، ولاحظ أن المذنبات التي ظهرت في أعوام 1531 و1607 و1682 هي على الأرجح المذنب نفسه يعود كل فترة

وبناءً على تلك الحسابات، تنبأ هالي بأن المذنب سيعود في أواخر عام 1758 أو أوائل عام 1759

توفي نيوتن سنة 1727
وتوفي هالي سنة 1742

لكن المذنب عاد فعلًا سنة 1758 كما توقعت الحسابات ومنذ ذلك الحين أصبح يُعرف باسم Halley’s Comet

وكان آخر ظهور له سنة 1986، ومن المتوقع أن يعود مرة أخرى سنة 2061، ويُتوقع أن يكون أسهل في الرصد من ظهوره السابق، الله يعطينا ويعطيكم طولة العمر

اكتشاف نبتون: أحد أعظم انتصارات النظرية

تنبأت قوانين نيوتن بمواقع الكواكب، وأوقات الكسوف والخسوف، وحركة الأقمار، كما فسرت الاضطرابات الناتجة عن تأثير الكواكب بعضها في بعض

ومن أشهر النجاحات بعد وفاة نيوتن اكتشاف كوكب نبتون سنة 1846

لاحظ العلماء أن مدار أورانوس لا يتفق تمامًا مع الحسابات وبدلًا من رفض النظرية مباشرة، اقترحوا وجود كوكب غير مكتشف يؤثر على أورانوس بجاذبيته

تم حساب موقع هذا الكوكب رياضيًا أولًا باستخدام قوانين نيوتن، ثم وُجهت التلسكوبات إلى المكان المتوقع، فوجدوا نبتون بالفعل

ولهذا يعتبر كثير من مؤرخي العلم أن اكتشاف نبتون كان أحد أعظم الانتصارات التاريخية لنظرية نيوتن، لأنها لم تفسر ظاهرة معروفة فقط، بل قادت إلى اكتشاف جرم لم يكن أحد قد رآه من قبل

الجاذبية ليست القوة الوحيدة في الكون

قد يتساءل البعض: إذا كانت الجاذبية تجذب الأجسام نحو مركز الأرض، فلماذا لا تكون كل الأشياء ملتصقة بالأرض؟ ولماذا ترتفع بالونات الهيليوم؟

السبب ببساطة أن الجاذبية ليست القوة الوحيدة في الكون، فالجسم في أي لحظة يتأثر بأكثر من قوة

عندما يقف شخص على سطح الأرض، فإن الجاذبية تشده نحو مركز الأرض، لكن سطح الأرض نفسه يؤثر عليه بقوة مساوية تقريبًا في الاتجاه المعاكس، ولذلك يبقى ثابتًا ولا يغوص داخل الأرض، وعند العودة إلى تعريف الجاذبية نجد أن الجسمين يجذب كل منهما الآخر. فالإنسان يجذب الأرض، والأرض تجذب الإنسان، لكن كتلة الإنسان لا تُقارن بكتلة الأرض، ولذلك يكون تأثير الأرض عليه هائلًا مقارنة بتأثيره عليها

لماذا لا نطير؟

هنا تظهر قوة أخرى تُعرف باسم قوة الطفو.

وقوة الطفو مرتبطة بالموائع، أي السوائل والغازات.

إذا غُطست كرة تحت الماء، فإن الماء يضغط عليها من جميع الجهات، لكن الماء الموجود أسفل الكرة يكون أعمق من الماء الموجود أعلاها، وكلما ازداد العمق ازداد الضغط، لذلك يدفع الماء أسفل الكرة إلى أعلى بقوة أكبر من القوة التي يدفعها بها الماء من الأعلى إلى الأسفل، فتكون المحصلة النهائية قوة صاعدة إلى أعلى، وهي ما نعرفه باسم قوة الطفو

ونحن أيضًا موجودون داخل مائع، وهو الهواء، لذلك يؤثر الهواء علينا بقوة طفو، لكنها صغيرة جدًا مقارنة بوزن الإنسان، فإذا كان وزن شخص ما يعادل 70 وحدة تقريبًا، فإن قوة الطفو الناتجة عن الهواء قد تعادل وحدة واحدة أو أقل… لذلك تبقى المحصلة النهائية في اتجاه الأرض، ولا نطير

ما علاقة الهيليوم بالكثافة؟

لفهم ذلك لا بد من فهم الكثافة أولًا

الكثافة هي مقدار الكتلة الموجودة في حجم معين

فمثلًا: كيلوغرام من الحديد حجمه صغير نسبيًا، ولذلك تكون كثافته عالية

كيلوغرام من القطن حجمه أكبر، ولذلك تكون كثافته أقل

الكتلة نفسها، لكن توزيع المادة مختلف

وللكتلة نفسها تكون الكثافة متناسبة عكسيًا مع الحجم

وهنا يأتي دور الهيليوم

فبالونة الهيليوم حجمها كبير، لكن الغاز الموجود داخلها خفيف جدًا، بمعنى أن لترًا واحدًا من الهواء الجوي أثقل من لتر واحد من الهيليوم، ولذلك فإن الحجم نفسه من الهيليوم يملك كتلة أقل من الحجم نفسه من الهواء، وعندما تشغل البالونة حيزًا معينًا من الهواء، فإنها تزيح كمية من الهواء أثقل من وزنها، فتصبح أخف من الهواء الذي أزاحته، ولذلك ترتفع

والقاعدة العامة هي: إذا كانت كثافة الجسم أقل من كثافة الوسط المحيط به، فإنه يرتفع أو يطفو أما إذا كانت كثافته أكبر من كثافة الوسط المحيط به، فإنه يهبط أو يغرق

لماذا ترتفع المناطيد؟

يعتمد المنطاد على المبدأ نفسه، فالكثافة تتأثر بدرجة الحرارة، وعندما يسخن الهواء يتمدد وتنخفض كثافته، ولأن الهواء الساخن أقل كثافة من الهواء البارد المحيط به، فإنه يرتفع إلى أعلى، ويرفع معه المنطاد

كيف يحدث المد والجزر؟

المد والجزر يحدثان بسبب جاذبية القمر للأرض، لكن القمر لا يشد البحر الموجود تحته فقط، وإلا لكان لدينا مد واحد فقط، ولفهم الفكرة، يمكن تخيل أن القمر موجود إلى يمين الأرض، في هذه الحالة يشد المياه القريبة منه بقوة أكبر من القوة التي يشد بها مركز الأرض، بينما يشد المياه الموجودة على الجانب البعيد بقوة أقل

وبما أن قوة الجاذبية تضعف مع المسافة، فإن هذه الفروق الصغيرة تؤدي إلى تشكل انتفاخ مائي في الجهة القريبة من القمر، وفي الوقت نفسه يتشكل انتفاخ آخر في الجهة المقابلة نتيجة اختلاف تأثير الجاذبية على الأرض والمياه البعيدة

وهذا هو السبب في وجود مدين وجزرين أحيانا، وليس مدًا واحدًا وجزرًا واحدًا فقط

هل نظرية نيوتن كاملة؟

بالطبع لا

لكن عدم الكمال لا يعني الخطأ

بل إن بعض حدود نظرية نيوتن كانت هي نفسها التي قادت لاحقًا إلى ظهور نظرية النسبية العامة, وما يهم هنا هو أن العلماء يدركون أن الجاذبية ليست الوصف النهائي لكل ما يحدث في الكون، لكن وجود الجاذبية نفسه ليس موضع خلاف علمي جاد

وسواء اعتُبرت الجاذبية قوة مرتبطة بجسيم كمومي افتراضي يسمى (الغرافيتون) ، أو اعتُبرت نتيجة لانحناء الزمكان كما قال أينشتاين، فإن القوانين الأساسية للجاذبية أثبتت نجاحها عبر أكثر من ثلاثة قرون

الجاذبية والبحث العلمي الحديث

يحاول العلماء منذ عقود الوصول إلى نظرية موحدة تجمع بين الجاذبية وميكانيكا الكم… ولا تزال هذه واحدة من أكبر المشكلات المفتوحة في الفيزياء الحديثة، لكن هذا لا يعني أن نيوتن أصبح مخطئًا بعد ظهور أينشتاين، كما لا يعني أن أينشتاين أصبح مخطئًا بعد تطور ميكانيكا الكم

في كثير من الأحيان يسمع الناس أن العلماء ما زالوا يناقشون الجاذبية، فيظنون أن وجود الجاذبية نفسه محل شك وهذا غير صحيح، فالجاذبية من أكثر النظريات نجاحًا في تاريخ العلم… نعتمد عليها في بناء الأقمار الصناعية ومحطات الفضاء، وإرسال المركبات الفضائية إلى الكواكب، والتنبؤ بمواقع الأجرام السماوية بعد سنوات طويلة، وحتى تشغيل أنظمة الملاحة العالمية

والبحث الحالي ليس لأن النظرية فشلت، بل لأن العلماء يسعون إلى فهم أعمق لما يحدث في الظروف القصوى، مثل مراكز الثقوب السوداء وبدايات الكون

العلم تراكمي

لا توجد حتى اليوم نظرية واحدة قادرة على تفسير كل شيء في الكون… كل نظرية تثبت نجاحها ضمن نطاق معين، وقد لا تكون كافية لتفسير ظواهر على مستويات أخرى

. لكن عدم كمال النظرية لا يعني أبدًا خطأها