الذرة

لا أتذكر أول مرة رأيت فيها ذرة، لكنني أتذكر جيدًا أول مرة درسناها في حصة العلوم، وقد سحرتني. تعقيدها في الرسومات التي عُرضت علينا، وكيف يمكن لها أن تتحد لتكوّن المواد، جعلاني أرغب في معرفة المزيد: قرأت الكثير عنها، عن مكانها في الجدول الدوري، وعن جسيماتها، بل وحتى عن كيفية استخدامها لتوليد الطاقة في منازلنا.

بعد ذلك بوقت طويل تعلمت البرمجة، وأردت أن أعكس ما تعلمته في الحصص والكتب. أردت أن أصنع ذرة، وأشاهدها تتحرك، وأجعل كل جزء منها يبدو حقيقيًا؛ أن أجمعها معًا، وربما أبني شيئًا أكبر في محاكٍ. لكن حدث شيء لم أتوقعه: لم أعد ذلك الشاب الفضولي، بل صرت راشدًا بطريقة تفكير مختلفة. فبدأت البحث من الصفر. وكانت النتيجة مفاجئة: بعد سنوات من قراءة الكتب حول الموضوع، كفتني ساعات قليلة من التفكير النقدي لأكتشف تفاصيل لم أكن قد رأيتها من قبل.

على الرغم من أن الروايات تختلف كثيرًا، فإن معظمها يعود إلى العصور القديمة ويشبه إلى حد كبير هذه الرواية:

«يُقال إن أولى الدراسات حول الذرات تعود إلى العصور القديمة، حين تساءل أكثر الناس اجتهادًا عن عدد الأجزاء التي يمكن تقسيم كل شيء إليها. وبعد دراسة طويلة، خلصوا إلى أن الأشياء لا يمكن تقسيمها إلا حتى حد معين، لتبقى في النهاية شظايا صغيرة جدًا لا تُدرَك، أطلقوا عليها اسم الذرات.»

لفهم الفكرة، تخيل أنك تشعر بملل شديد فتُمسك بأي شيء قابل للتقسيم —عود أسنان، ورقة شجر، قطعة فاكهة— وتقسمه إلى نصفين. ثم مرة أخرى. ثم مرة أخرى… حتى لا تعود قادرًا على المتابعة. وها أنت ذا: حصلت على ذرة! …أو هكذا كانت الفكرة، على الأقل.

لو استطعنا إيقاف الزمن والاكتفاء بهذه القصة، لكان بإمكاني بناء محاكيي دون أي مشكلة: كل ما عليّ فعله هو جعل تفاحة تنقسم إلى قسمين، ثم ثلاثة…، ووضع حد لذلك، وانتهى الأمر. لكن هذه لم تكن سوى بداية القصة.

ما يلي هو نتاج دراسة عميقة للحقائق التاريخية والاكتشافات التي شكّلت تدريجيًا ما نسميه اليوم الذرات.

في مطلع القرن التاسع عشر، ابتكر كيميائي بريطاني يُدعى John Dalton، في غياب الجدول الدوري ورموز تمثيل العناصر الكيميائية، نظامه الخاص للتمثيل التخطيطي. فقد أعدّ، بشكل أساسي، قائمة بالعناصر المعروفة —الذهب، الفضة، الكربون، الأكسجين...— ورسم دائرة بجانب كل منها بتصميم مختلف بداخلها للتمييز بينها.

تصوّر Dalton الذرات على أنها كرات صغيرة، صلبة، وغير قابلة للتجزئة، أطلق عليها عادة اسم "الجسيمات النهائية"، أي أنها أشبه بحد المادة الذي لا يمكن تجاوزه بالتقسيم. نجح عمله في الربط، وبشكل نهائي، بين المفهوم المجرد للذرة والتجربة الكيميائية، ولهذا يُعرف تاريخيًا بأنه أبو النظرية الذرية.

بعد ما يقرب من قرن، حاول عالم بريطاني آخر يُدعى Joseph John Thomson تفسير طبيعة أشعة الكاثود، فرأى أنها تتكون من جسيمات دقيقة تحمل كهرباء. ولتفسير مصدر هذه الجسيمات، افترض أنها تعيش داخل الذرات، أشبه بالزبيب داخل كعكة، بل وبنى نظرية ذرية كاملة استنادًا إلى تلك «كعكة الزبيب».

تجدر الإشارة إلى أن Thomson لم يُرِ العالم قط ولو جسيمًا واحدًا من تلك الجسيمات: فقد استنتجها من تجاربه، ولم يرها. ومع ذلك، حازت الفكرة على جائزة نوبل عام 1906 وترسّخت باعتبارها حقيقة. ومنذ ذلك الحين، توقفت الذرة عن كونها فرضية متواضعة وأصبحت شيئًا لم يجرؤ أحد على التشكيك فيه. غيّرت هذه الأحداث قواعد اللعبة كليًا بالنسبة لعلماء ذلك العصر، محوّلة الذرة ونظرياتها إلى نقطة انطلاق مضمونة نحو النجاح.

بعد سنوات، ربط عالم من نيوزيلندا يُدعى Ernest Rutherford أبحاثه حول النشاط الإشعاعي بالذرات أيضًا، ورأى أنها ليست ساكنة كما في كعكة Thomson، بل أشبه كثيرًا بنظام شمسي مصغّر. أضاف أيضًا قطعة جديدة —نواة صغيرة تتركز فيها تقريبًا كل الكتلة— وبنى عليها نظرية ذرية جديدة.

كان النموذج الذري الكوكبي الجديد أشبه بنواة صغيرة جدًا موجبة الشحنة، تدور حولها جسيمات سالبة الشحنة (الإلكترونات)، مكوّنة نوعًا من النظام المداري. أما القطعة الثالثة، النيوترون، فلم تظهر بعد: إذ لم يُكتشف حتى عام 1932. وحصل Rutherford على جائزة نوبل عام 1908 عن أبحاثه حول المواد المشعّة.

بالتزامن تقريبًا مع نجاح Rutherford، حاول شاب دنماركي يُدعى Niels Bohr تصحيح أخطاء النموذج الذري الكوكبي، فأضاف إليه مستويات مدارية، ومستويات طاقة، وقفزات بين المدارات، بل وحتى انبعاث الضوء وامتصاصه، وهو ما افترض أنه موجات كهرومغناطيسية. وبعمله هذا، حوّل Bohr ما كان مجرد خريطة نظرية لتفسير بعض الظواهر إلى شيء يتطلب ملء السبورات بأكملها لفهمه. ونتيجة لإسهامه في بنية الذرات، فاز Niels Bohr بجائزة نوبل عام 1922.

ما تلا Bohr كان قائمة تكاد لا تنتهي من العقول اللامعة. أضاف جميعهم نظريات أكثر جموحًا عن الذرات —لم تُرَ من قبل قط—، مضخّمين جهازهم الرياضي إلى مستويات فلكية. وبصراحة، بعد ساعات من القراءة حول الموضوع، كان النظر إلى كل نموذج ذري أشبه بالنظر إلى مزلجة سانتا كلوز: شيء أُشيع عنه بشكل صادم ولم يستطع أحد رؤيته قط.

بما أن النماذج الذرية ليست سوى خريطة متخيَّلة، يبرز سؤال أكثر صدقًا: هل رأى أحد يومًا شيئًا يشبه الذرة؟ الإجابة المختصرة مزعجة: الأمر يعتمد على ما نعنيه بـ الرؤية.

ولتوضيح الأمر بشكل أفضل، لنتخيل أننا ننظر إلى تفاحة: يرتد الضوء عن سطحها، يصل إلينا، ويكوّن صورتها في أعيننا. لكن دون نحو 200 نانومتر تتوقف هذه الحيلة عن العمل: لم يعد الضوء العادي يعيد صورة لما هو موجود؛ يبدو أنه يمر حوله دون أن يرسمه ويواصل طريقه، وكأن الشيء شفاف. لم تتمكن من الاقتراب من هذا المقياس سوى نوعية ضوء خاصة جدًا —شديدة الكثافة، كتلك التي تُنتج في مسرّعات الجسيمات الكبرى— وحتى مع ذلك فإن ما تقدمه ليس صورًا فوتوغرافية، بل أنماطًا: ظلالًا وأشكالًا خفيّة.

لقد قطع العلم، مستخدمًا كل التقنيات المتاحة له، شوطًا مذهلاً: فهو قادر على تحديد مواقع أشكال ضبابية، وعدّها، وترتيبها واحدة تلو الأخرى، وقياس المجال الكهربائي على مقاييس صغيرة بشكل لا يُصدَّق. لكن كل واحد من هذه الإنجازات هو قياس متنكر في صورة، لا نظرة مباشرة. وما نسميه اليوم "صورة للذرات" لا يزال خريطة —أفضل بكثير من خرائط Thomson أو Bohr، لكنها خريطة في نهاية المطاف—. ويجب قول ذلك بهدوء، دون مبالغة: لقد قسنا أثرها بدقة استثنائية؛ أما رؤيتها، بالمعنى البسيط الذي نرى به تفاحة، فليس بعد. وينطبق الأمر ذاته على كل ما هو صغير جدًا أو بعيد جدًا تقريبًا.

فرضية تكاد تكون بعيدة الاحتمال، لكنها حاسمة: ماذا سيحدث لو قررنا، رغم استبعادها، إزالة الذرة بجرة قلم واحدة، ومحو كل نماذجها من الفصول الدراسية ومن كل فرع من فروع المعرفة؟

أول ما سيحدث هو فوضى تامة في الفصول الدراسية والتعليم. سيتعين إعادة كتابة الكتب المدرسية، ماحيةً أكثر من 200 عام من التاريخ. ستمتلئ ملايين الصفحات بـ"ثغرات" مفاهيمية، وكلمات مشطوبة أو مصطلحات محظورة تجعل النصوص غير مفهومة تمامًا. ستفتقر معادلات Schrödinger، وبنى Lewis، ومخططات الروابط الجزيئية إلى فرضية أساسية، فتتحول إلى خربشات بلا معنى. وستبطل دفعة واحدة أطروحات كاملة مكرّسة لتقنية النانو أو الفيزياء النووية أو الكيمياء الحيوية.

أما العلم، من جهته، فلن يتوقف: سيبحث عن مسارات أخرى —رياضية، فلسفية— لتفسير ما كانت الذرة تفسّره. لأن العالم سيظل مصنوعًا من الشيء نفسه. كل ما فعلناه هو محو الخريطة، لا الأرض التي تمثلها.

مهما بدا الأمر مستبعدًا، يكمن خلف كل هذا الجهد —وخلف آلاف الأشخاص الذين كرّسوا حياتهم كاملة لرسم الذرة بشكل أفضل— رهانٌ: سبر ما تتكون منه المادة على مستوى أعمق يَعِد بكون مليء بالإمكانات.

قد يصبح تحويل العناصر الكيميائية أمرًا ممكنًا عمليًا. فالمفاعلات النووية تحوّل بالفعل عناصر مثل اليورانيوم إلى بلوتونيوم وسيزيوم. كما يمكن لقصف العناصر الأخف بالجسيمات أن يحوّلها إلى عناصر أثقل. غير أن كل واحدة من هذه التحولات باهظة التكلفة وغير عملية، وتعطي فوق ذلك كميات ضئيلة جدًا. وكل هذا أمر يمكن أن يتغير لو فهمنا العملية بشكل أفضل واستطعنا التحكم بها على مستوى أدنى.

على سبيل المزاح، يمكننا تحويل الحجارة إلى ذهب أو ألماس، وملء البنوك، ثم تحويلها مرة أخرى إلى صخور؛ بل وحتى الذهاب إلى أبعد من ذلك وابتكار عناصر كيميائية جديدة بخصائص جديدة: مواد تتحدى الجاذبية، موصلات فائقة عند درجات حرارة عالية… قصة بلا نهاية.

أما الجائزة الثانية فمُفعَّلة بالفعل، ليس في مختبر بل في منزلك: فحصة كبيرة من كهرباء العالم تأتي من جهد هائل يتيح لنا جميعًا الاستمتاع بها. فهمٌ أفضل للمادة قد يفتح طرقًا لتوليد الطاقة لا نعرفها بعد، أفضل وأكثر كفاءة بكثير مما هو متاح اليوم. وذلك دون إغفال إمكانية استخدامها لأغراض غير سلمية، وهو ما جلب نتائج مأساوية عبر التاريخ.

لكن ليس كل شيء سيجلب المأساة. فخلف هذه الأبحاث يكمن الأمل في تحسين تقنيات مثل التصوير بالرنين المغناطيسي النووي، الذي لا غنى عنه لتشخيص الأمراض؛ أو في إيجاد طرق جديدة لمعالجة المعلومات قد تأخذ حواسيب المستقبل إلى حدود لم يُحلم بها من قبل. وبلا شك الأكثر طموحًا وخيالًا من بين كل ذلك، يلوح هدف قديم: فهم ماهية الزمن، وربما التحكم فيه.

كل هذا يفسر لماذا لا يضع كثيرون القلم جانبًا ويواصلون البحث. إذا كانت خريطة غامضة ومتخيَّلة كالذرة قد أوصلتنا إلى هذا الحد بالفعل، فإلى أين قد نصل لو استطعنا فهم المادة والتحكم بها على أدنى مستوياتها؟

في النهاية، بقي محاكيي مجرد محاولة. وكما ستكون قد تخيلت، كانت محاكاة ذرة على حاسوب أشبه بمحاولة اصطياد فراشات معصوب العينين. ومع ذلك، قادني كل هذا لا إلى الاهتمام بالذرات ونماذجها المتخيَّلة فحسب، بل أيضًا إلى خوض عالم كامل من المعرفة كان يومًا ما يسحرنا، وهو عالم قلة منا من يعرفه حقًا في العمق.