تويت
المقال رقم (3) : قطار الجاذبية السريع
قبل نحو أربعمائة عام تقريباً،وتحديدا في النصف الأخير من القرن السابع عشر, تلقى إسحاق نيوتن رسالة من العالم والمخترع البريطاني الكبير روبرت هوك، حيث شرح هوك في هذه الرسالة المعادلات الرياضية التي تتحكم بكيفية سقوط الأجسام إذا ما ألقيت عبر قنوات افتراضية تم حفرها بزوايا متباينة داخل الكرة الأرضية، وبالرغم من أن هوك بدا مهتماً بالقوانين الفيزيائية لهذه التجربة الذهنية، إلا أن فكرة مدهشة وخيالية تدحرجت من خلال هذه المعيطات ألا وهي نظام نقل فائق السرعة.
وأظهرت الحسابات التي قام بها هوك أنه في حال تم تطوير التكونولوجيا لحفر مثل هذه القنوات خلال الكرة الأرضية فإنه يمكن لمركبة ذات احتكاك منخفض أن تمر عبر قناة كهذه لتصل إلى بقعة أخرى في أي مكان على سطح الأرض في زمن لا يتجاوز ثلاثة أرباع الساعة فقط مهما كانت المسافة المقطوعة، ليس ذلك فحسب، بل إن المركبة لن تستهلك سوى قدر ضئيل من الوقود، وهذا ما يعرف بمبدأ "قطار الجاذبية"، وعلى الرغم من أن تحقيق أمر كهذا يبدو ضربا من ضروب الخيال إلا إن الفكرة حضيت باهتمام الأوساط العلمية والبحثية في القرون اللاحقة.
إن المبدأ الأساسي الذي تقوم عليه فكرة قطار الجاذبية واضح تماما، حيث يمكن لشخص ما يقف عند حافة أحد الأنفاق وينظر داخل فتحة هذا النفق أن يرى منحدرا مائلا، فإذا تحرك قطار من أحد طرفي النفق فإن قوة الجاذبية ستقوم مباشرة بسحب القطار إلى الأسفل متسببة في انطلاقه بما يشبه الأفعوانية في حركتها، وكلما كان النفق أكثر إنحدارا كلما كانت سرعة القطار أكبر ذلك أن أقصى درجات التسارع تحدث في الأنفاق العمودية التي تقطع مركز الكرة الأرضية، ويستمر القطار في التسارع إلى أن يصل إلى منتصف الطريق، عندها يكون قصوره الذاتي غير متوافق مع قوة الجاذبية مما يؤدي إلى تباطؤ سرعته تدريجيا، وطبقا للحسابات التي قام بها هوك، فإنه متى ما تم تسيير القطار في محيط تنعدم فيه قوة الاحتكاك فإنه سيبلغ السطح في الجهة المقابلة من النفق تماما في اللحظة التي تصل فيها سرعته إلى الصفر،ومن الطبيعي أن يحتاج قطار الجاذبية إلى قوة دفع كافية للتخلص من الإحتكاك إذا كان يسير على سطح الكرة الأرضية.
ومن خصائص قطار الجاذبية السريع أن الرحلة على متنه تستغرق دائما ما يقارب اثنتين وأربعون دقيقة فقط مهما كانت المسافة التي يقطعها، وفي الواقع، لو كانت الأرض كروية الشكل تماماً، لاستغرقت الرحلة عبر القناة وقتاً ثابتاً قدره اثنتان وأربعون دقيقة واثنتا عشرة ثانية بالضبط،مما يعني أنه سيصبح بالإمكان اجتياز المسافات البعيدة بنفس المدة الزمنية التي يستغرقها اجتياز المسافات الأقصر وذلك لأن سرعة القطار القصوى ستزداد بما يكفي للتعويض عن فارق الاختلاف بين المسافة والزمن، ولهذا فإن هذه الرحلة الزمنية التي تستغرق اثنتان واربعون دقيقة ستكون ثابتة مهما كان حجم وسيلة النقل ويعود الفضل في ذلك إلى طبيعة الجاذبية الأرضية.
إذا ما تخيلنا أن محطة افتراضية لقطار الجاذبية السريع موجودة في أسبانيا ومتصلة بمحطة مماثلة في نيوزيلندا فإن النفق سيمتد عموديا إلى الأسفل وذلك لأن مسار مروره يتقاطع مع مركز الكرة الأرضية، مما يعني أن رحلة الإنطلاق ستكون مثيرة ما أن يهوي القطار فجأة في حيز السقوط الحر، وسينطلق القطار بسرعة قصوى تبلغ حوالي 17,670 ميلاً في الساعة قبل أن تبدأ سرعته في التباطؤ، حيث أنه سيتحرك في خط مستقيم لمسافة قدرها 7,290 ميلاً، علما بأن هذه الرحلة في الواقع تمتد لمسافة 12,440 ميلاً على سطح الكرة الأرضية، وما أن تنقضي اثنتان وأربعون دقيقة من لحظة الإنطلاق الرهيب حتى يتوقف القطار في المحطة بهدوء لينزل المسافرون إلى وجهتهم في الجانب الآخر من العالم.
وعلى الرغم من أن مراسلات روبرت هوك وإسحاق نيوتن كانت تدور حول موضوع سقوط الأجسام خلال الكرة الأرضية إلا أنهما قاما بذلك لمجرد كونه واحد من التمارين الفكرية، ولم يوضع أول مقترح لإنشاء قطار الجاذبية إلا في بداية القرن التاسع عشر، حينما قامت مجموعة من المتافئلين علميا بعرض هذا المقترح على أكاديمية باريس للعلوم، وكما هو متوقع، فقد آثرت الأكاديمية إرجاء هذا المقترح الطموح، وقد آل مصير هذه الفكرة إلى الذبول حتى الستينيات من القرن الحادي والعشرين عندما قام الفيزيائي باول كوبر بنشر ورقة بحث في المجلة الأمريكية للفيزياء يقترح فيها النظر إلى قطارات الجاذبية على أنها أحد المشاريع المستقبلية لوسائل النقل، وبالرغم من أن المقال كان مثار جدلا في بعض المناظرات إلا أن المقترح لم يؤخذ على محمل الجد.
وعلى الرغم من أن قوة الإحتكاك تقف عائقا أمام مفهوم قطار الجاذبية إلا أن العائق التقني الأكبر سيكون بلا شك في حفر مثل هذه الأنفاق الهائلة، إذ أن فجوة بقطر عشرة أقدام تمر عبر مركز الكرة الأرضية تستلزم إزاحة أكثر من إثني عشر بليون قدم مربع من الصخور ، كما يجب نقل هذه الصخور بيعدا إلى مكان آخر، علاوة على ذلك، فإن باطن الأرض وقشرتها الداخلية تقعان تحت ضغط عال ودراجات حراراة ملتهبة، وبالتالي فإن سيكون لازما تغطية كل نفق بدرع واق للمحافظة عليه من التلف، ولكن من المؤسف أن المواد المعروفة حاليا ليس باستطاعتها الصمود أمام الظروف البيئية القاسية ناهيك عن مسألة عزل النفق وحمايته من الحرارة الشديدة، وبالتالي فإن البشر قد لا يستطيعون أبدا الخروج أحياء من هذه الرحلة نظرا لهذه الدرجات العالية من الحرارة، إلا أن هذه التكنولوجيا ستكون مفيدة جدا في عمليات النقل السريع للبضائع بين القارات وبالتالي تصبح بمثابة مصعد عالمي عملاق.
أما أولئك الذي يجدون متعة في التفكير في مثل هذه الأفكار الجريئية فقد اقترحوا بأن يتم تفريغ الأنفاق من الهواء للتخلص من مقاومة الرياح رغم أن عملا جبارا كهذا سيثبت أن الأمر لا يقل تحديا عن عملية الحفر نفسها، كما افترض آخرون بامكانية سحب قطار كهذا مغناطيسيا للتخلص من عملية الاحتكاك في المواقع التي لا يمر خلالها النفق من مركز الأرض، ولكن إذا ما استخدمت المنغناطيسات الكهربائية لهذا الغرض فإن مقدار الطاقة التي تستهلكها الأجهزة سيرتفع ارتفاعا كبيرا، وتعتبر الأجرام السماوية كالقمر من أكثر المواقع ملائمة لتطبيق قطار الجاذبية حيث لا وجود للغلاف الجوي ولا الصفائح التكتونية ولا الحمم البركانية، ولهذا سيكون مبدأ الجاذبية هو عينه علما بأن الرحلة في كوكب له كثافة تختلف عن كثافة كوكب الأرض سيكون لها طولا معياريا مختلفا.
وبالرغم من أن قطار الجاذبية السريع قد يبدو أمرا مستحيلاً – أو بالأحرى أمرا غير عملي- ، إلا أنه يضع في الإعتبار امكانية القيام بنقل فائق السرعة عبر الكوكب لا يستهلك سوى مقدار ضئيل من الطاقة في كل رحلة، وبالطبع فإن شق مثل هذه الأنفاق وتعزيز صلابتها يتعدى ما توصلت إليه التكونولوجيا في وقتنا الحاضر، ولكن المستقبل مليء بالمفاجآت، إن من شأن التكنولوجيا الحديثة بما تمتلكمه من قوى دافعة أن تنقلنا إلى الجانب الآخر من المشكلة بشرط أن نستخدم عقولنا في التخلص من الإحتكاك الإبداعي.
---------
آلان بيلوز هو مؤسس ومصمم ومدير تحرير موقع دامن إنترستينج...
المصدر: هــنــا
قطار الجاذبية السريع
للكاتب آلان بيلوز
15 أكتوبر 2006م
ترجمة: أمير الورّاقين
للكاتب آلان بيلوز
15 أكتوبر 2006م
ترجمة: أمير الورّاقين
قبل نحو أربعمائة عام تقريباً،وتحديدا في النصف الأخير من القرن السابع عشر, تلقى إسحاق نيوتن رسالة من العالم والمخترع البريطاني الكبير روبرت هوك، حيث شرح هوك في هذه الرسالة المعادلات الرياضية التي تتحكم بكيفية سقوط الأجسام إذا ما ألقيت عبر قنوات افتراضية تم حفرها بزوايا متباينة داخل الكرة الأرضية، وبالرغم من أن هوك بدا مهتماً بالقوانين الفيزيائية لهذه التجربة الذهنية، إلا أن فكرة مدهشة وخيالية تدحرجت من خلال هذه المعيطات ألا وهي نظام نقل فائق السرعة.
وأظهرت الحسابات التي قام بها هوك أنه في حال تم تطوير التكونولوجيا لحفر مثل هذه القنوات خلال الكرة الأرضية فإنه يمكن لمركبة ذات احتكاك منخفض أن تمر عبر قناة كهذه لتصل إلى بقعة أخرى في أي مكان على سطح الأرض في زمن لا يتجاوز ثلاثة أرباع الساعة فقط مهما كانت المسافة المقطوعة، ليس ذلك فحسب، بل إن المركبة لن تستهلك سوى قدر ضئيل من الوقود، وهذا ما يعرف بمبدأ "قطار الجاذبية"، وعلى الرغم من أن تحقيق أمر كهذا يبدو ضربا من ضروب الخيال إلا إن الفكرة حضيت باهتمام الأوساط العلمية والبحثية في القرون اللاحقة.
إن المبدأ الأساسي الذي تقوم عليه فكرة قطار الجاذبية واضح تماما، حيث يمكن لشخص ما يقف عند حافة أحد الأنفاق وينظر داخل فتحة هذا النفق أن يرى منحدرا مائلا، فإذا تحرك قطار من أحد طرفي النفق فإن قوة الجاذبية ستقوم مباشرة بسحب القطار إلى الأسفل متسببة في انطلاقه بما يشبه الأفعوانية في حركتها، وكلما كان النفق أكثر إنحدارا كلما كانت سرعة القطار أكبر ذلك أن أقصى درجات التسارع تحدث في الأنفاق العمودية التي تقطع مركز الكرة الأرضية، ويستمر القطار في التسارع إلى أن يصل إلى منتصف الطريق، عندها يكون قصوره الذاتي غير متوافق مع قوة الجاذبية مما يؤدي إلى تباطؤ سرعته تدريجيا، وطبقا للحسابات التي قام بها هوك، فإنه متى ما تم تسيير القطار في محيط تنعدم فيه قوة الاحتكاك فإنه سيبلغ السطح في الجهة المقابلة من النفق تماما في اللحظة التي تصل فيها سرعته إلى الصفر،ومن الطبيعي أن يحتاج قطار الجاذبية إلى قوة دفع كافية للتخلص من الإحتكاك إذا كان يسير على سطح الكرة الأرضية.
ومن خصائص قطار الجاذبية السريع أن الرحلة على متنه تستغرق دائما ما يقارب اثنتين وأربعون دقيقة فقط مهما كانت المسافة التي يقطعها، وفي الواقع، لو كانت الأرض كروية الشكل تماماً، لاستغرقت الرحلة عبر القناة وقتاً ثابتاً قدره اثنتان وأربعون دقيقة واثنتا عشرة ثانية بالضبط،مما يعني أنه سيصبح بالإمكان اجتياز المسافات البعيدة بنفس المدة الزمنية التي يستغرقها اجتياز المسافات الأقصر وذلك لأن سرعة القطار القصوى ستزداد بما يكفي للتعويض عن فارق الاختلاف بين المسافة والزمن، ولهذا فإن هذه الرحلة الزمنية التي تستغرق اثنتان واربعون دقيقة ستكون ثابتة مهما كان حجم وسيلة النقل ويعود الفضل في ذلك إلى طبيعة الجاذبية الأرضية.
إذا ما تخيلنا أن محطة افتراضية لقطار الجاذبية السريع موجودة في أسبانيا ومتصلة بمحطة مماثلة في نيوزيلندا فإن النفق سيمتد عموديا إلى الأسفل وذلك لأن مسار مروره يتقاطع مع مركز الكرة الأرضية، مما يعني أن رحلة الإنطلاق ستكون مثيرة ما أن يهوي القطار فجأة في حيز السقوط الحر، وسينطلق القطار بسرعة قصوى تبلغ حوالي 17,670 ميلاً في الساعة قبل أن تبدأ سرعته في التباطؤ، حيث أنه سيتحرك في خط مستقيم لمسافة قدرها 7,290 ميلاً، علما بأن هذه الرحلة في الواقع تمتد لمسافة 12,440 ميلاً على سطح الكرة الأرضية، وما أن تنقضي اثنتان وأربعون دقيقة من لحظة الإنطلاق الرهيب حتى يتوقف القطار في المحطة بهدوء لينزل المسافرون إلى وجهتهم في الجانب الآخر من العالم.
وعلى الرغم من أن مراسلات روبرت هوك وإسحاق نيوتن كانت تدور حول موضوع سقوط الأجسام خلال الكرة الأرضية إلا أنهما قاما بذلك لمجرد كونه واحد من التمارين الفكرية، ولم يوضع أول مقترح لإنشاء قطار الجاذبية إلا في بداية القرن التاسع عشر، حينما قامت مجموعة من المتافئلين علميا بعرض هذا المقترح على أكاديمية باريس للعلوم، وكما هو متوقع، فقد آثرت الأكاديمية إرجاء هذا المقترح الطموح، وقد آل مصير هذه الفكرة إلى الذبول حتى الستينيات من القرن الحادي والعشرين عندما قام الفيزيائي باول كوبر بنشر ورقة بحث في المجلة الأمريكية للفيزياء يقترح فيها النظر إلى قطارات الجاذبية على أنها أحد المشاريع المستقبلية لوسائل النقل، وبالرغم من أن المقال كان مثار جدلا في بعض المناظرات إلا أن المقترح لم يؤخذ على محمل الجد.
وعلى الرغم من أن قوة الإحتكاك تقف عائقا أمام مفهوم قطار الجاذبية إلا أن العائق التقني الأكبر سيكون بلا شك في حفر مثل هذه الأنفاق الهائلة، إذ أن فجوة بقطر عشرة أقدام تمر عبر مركز الكرة الأرضية تستلزم إزاحة أكثر من إثني عشر بليون قدم مربع من الصخور ، كما يجب نقل هذه الصخور بيعدا إلى مكان آخر، علاوة على ذلك، فإن باطن الأرض وقشرتها الداخلية تقعان تحت ضغط عال ودراجات حراراة ملتهبة، وبالتالي فإن سيكون لازما تغطية كل نفق بدرع واق للمحافظة عليه من التلف، ولكن من المؤسف أن المواد المعروفة حاليا ليس باستطاعتها الصمود أمام الظروف البيئية القاسية ناهيك عن مسألة عزل النفق وحمايته من الحرارة الشديدة، وبالتالي فإن البشر قد لا يستطيعون أبدا الخروج أحياء من هذه الرحلة نظرا لهذه الدرجات العالية من الحرارة، إلا أن هذه التكنولوجيا ستكون مفيدة جدا في عمليات النقل السريع للبضائع بين القارات وبالتالي تصبح بمثابة مصعد عالمي عملاق.
أما أولئك الذي يجدون متعة في التفكير في مثل هذه الأفكار الجريئية فقد اقترحوا بأن يتم تفريغ الأنفاق من الهواء للتخلص من مقاومة الرياح رغم أن عملا جبارا كهذا سيثبت أن الأمر لا يقل تحديا عن عملية الحفر نفسها، كما افترض آخرون بامكانية سحب قطار كهذا مغناطيسيا للتخلص من عملية الاحتكاك في المواقع التي لا يمر خلالها النفق من مركز الأرض، ولكن إذا ما استخدمت المنغناطيسات الكهربائية لهذا الغرض فإن مقدار الطاقة التي تستهلكها الأجهزة سيرتفع ارتفاعا كبيرا، وتعتبر الأجرام السماوية كالقمر من أكثر المواقع ملائمة لتطبيق قطار الجاذبية حيث لا وجود للغلاف الجوي ولا الصفائح التكتونية ولا الحمم البركانية، ولهذا سيكون مبدأ الجاذبية هو عينه علما بأن الرحلة في كوكب له كثافة تختلف عن كثافة كوكب الأرض سيكون لها طولا معياريا مختلفا.
وبالرغم من أن قطار الجاذبية السريع قد يبدو أمرا مستحيلاً – أو بالأحرى أمرا غير عملي- ، إلا أنه يضع في الإعتبار امكانية القيام بنقل فائق السرعة عبر الكوكب لا يستهلك سوى مقدار ضئيل من الطاقة في كل رحلة، وبالطبع فإن شق مثل هذه الأنفاق وتعزيز صلابتها يتعدى ما توصلت إليه التكونولوجيا في وقتنا الحاضر، ولكن المستقبل مليء بالمفاجآت، إن من شأن التكنولوجيا الحديثة بما تمتلكمه من قوى دافعة أن تنقلنا إلى الجانب الآخر من المشكلة بشرط أن نستخدم عقولنا في التخلص من الإحتكاك الإبداعي.
---------
آلان بيلوز هو مؤسس ومصمم ومدير تحرير موقع دامن إنترستينج...
المصدر: هــنــا
تعليق