فى الرابع عشر من أغسطس عام 1894
اجتمع حشد مثير خارج متحف التاريخ الطبيعى باكسفورد
هذا المبنى العملاق كان يستضيف الاجتماع السنوى
للجمعية البريطانية للعلوم والتقدم
تم بيع 2000 تذكرة مقدماً لهذا المؤتمر
وكان المتحف ممتلئ بالكامل
فى انتظار محاضرة "من القاء بروفيسور "اوليفر لودج
ربما يكون اسمه غير مألوفاً لنا الأن
لكن اكتشافاته ستجعل منه رمزاً
مثل باقى رواد مهندسين الكهرباء بالتاريخ
"مثل "بنجامين فرانكلين
"اليساندرو فولتا"
"والعظيم "مايكل فاراداى
وبدون قصد ، سوف يصنع مجموعة من الأحداث
سوف تحدث ثورة فى العصر الفكتورى حينها
فى مواد النحاس ، وأسلاك التليغراف
سوف تعد هذه المحاضرة علامة ميلاد للعالم الكهربى الحديث
عالم يهيمن عليه السليكون والاتصالات اللاسلكية
فى هذه الحلقة سنكتشف كيف ربطت الكهرباء العالم
بواسطة الاذاعة وشبكات الحاسوب
وكيف استطعنا أخيراً تسخير الكهرباء العنيدة
فى المستوى الذرى البعيد
بعد قرون من تجارب العلماء على الكهرباء
كانت تُرسم ملامح عصر جديد من فهمنا للكهرباء
هذه الأنابيب لا تتصل بأى مصدر للطاقة
رغم أنها تضئ بشدة
انه التأثير الخفى للكهرباء
فتأثيرها لا يظهر فقط خلال أسلاك تسرى بها
فى منتصف القرن التاسع عشر
تم تطوير نظرية توضح كيفية حدوث هذا
تقول النظرية أنه يحيط بأى شحنة كهربية
كما يتدفق الكثير منها فوق رأسى الأن
تكون هناك قوة مجال
مصابيح الفلورسنت هذه تضئ بوضوح
لأنها تقع تحت تأثير قوة المجال من كابلات الجهد العالى بالأعلى
النظرية التى تقول بأن تدفق الكهرباء ينتج عنه قوة مجال خفية
كان أول من وضعها هو مايكل فاراداى
لكن الأمر تطلب شاب عبقرى اسكتلندى
"يدعى "جيمس ماكسويل "ليثبت صحة نظرية "فاراداى
ليس من خلال التجارب بل من خلال الرياضيات
كانت هذه صيحة كبيرة بالقرن التاسع عشر
فى فهمنا لعلوم بالكون
والذى بدأ يظهر كألة من الفيزياء
"قبل "ماكسويل صمم العلماء ألات غريبة
وأجروا اختبارات رائعة لصناعة وقياس الكميات الكهربية
لكن ماكسويل كان مختلفاً
كان شغوفاً بالأرقام
ولم تكتفى نظريته الجديدة بالكشف عن قوة المجال الخفية للكهرباء فحسب
لكن أيضاً حسابها
سوف تعتبر أحد أهم الاكتشافات العلمية على الاطلاق
كان ماكسويل عالم رياضيات متميز
د. جون اجار جامعة لندن
ولقد نظر الى الكهرباء والمغناطيسية بطريقة فريدة
لقد عبر عن علاقتهما فى معادلات محكمة ودقيقة
والشئ الأكثر أهمية ، أنه فى معادلات ماكسويل
هو فهم الكهربية والمغناطيسية كشئ مرتبط وكشئ مولد للموجات
أظهرت حسابات ماكسويل أن هذه المجالات تنتشر
كما لو أنك لمست سطح الماء باصبعك
التغير فى اتجاه التيار الكهربى
سوف ينتج نوع من الموجات
خلال هذه المجالات الكهربية والمغناطيسية
وبالتالى ، فان تغير اتجاه تدفق التيار الكهربى
للأمام وللخلف كما فى حالة التيار المتردد
سوف ينتج سلسلة كاملة من الموجات
موجات حاملة للطاقة
كانت الرياضيات تؤكد أن التغير فى التيارات الكهربية
سوف يتناسب معها مباشرة ارسال مستمر لموجات من الطاقة حول محيطها
موجات سوف تستمر للأبد ما لم يمتصها شئ
كانت رياضيات ماكسويل تتميز بالتقدم والتعقيد
حيث حفنة قليلة من الناس استطاعوا فهمها وبالرغم من أن عمله كان مجرد فرضيات رياضية
الا أنه ألهم شاب ألمانى فيزيائى "يدعى "هاينرك هرتز
قرر "هرتز" أن يكرس وقته لاجراء تجارب
تثبت صحة معادلات ماكسويل بشأن الموجات
وها هو يفعل
هذا هو معمل هرتز الأصلى
ويكمن جماله فى البساطة التامة
هنا يتولد تيار متردد يسرى عبر هذه الأقطاب المعدنية
مع شرارة تقفز عبر هذه الفجوة
بين هاتين الكرتين
والأن ، اذا كان ماكسويل على صواب
فسوف ينتج التيار المتردد موجات كهرومغناطيسية خفية تنتشر فى المحيط
واذا وضعت سلك فى طريق هذه الموجات
فانه سيتأثر بالمجال الكهرومغناطيسى
والذى سيحث تياراً كهربياً على المرور بالسلك
لذا ما فعله هرتز هو بناء هذه الحلقة من السلك كمستقبل
حيث يتنقل به فى كل مواضع الغرفة
ليرى اذا ما كان يستطيع كشف أى موجات
وقد فعل هذا بترك فجوة صغيرة جداً بالسلك
حيث تقفز الشرارة اذا مر أى تيار بالحلقة
وبما أن قيمة التيار ضعيفة جداً فان الشرارة ستكون خافتة جداً
وقد قضى هرتز معظم أوقات عام 1887
بغرفة مظلمة يحدق بعدسته
محاولاً كشف وجود أياً من هذه الشرارات الخافتة
لكن هرتز لم يكن الوحيد الذى كان يحاول كشف موجات ماكسويل
رجوعاً الى انجلترا "كان البروفيسور الفيزيائى الشاب "اوليفر لودج
معجباً وشغوفاً بالأمر منذ سنوات
لكنه لم يملك وقتاً لتصميم أية تجارب
ليحاول اثبات النظرية
وفى يوم ما بعام 1888 حينما كان يقوم بتجربة على الحماية من البرق
لاحظ شيئاً غريباً
لاحظ "لودج" أثناء قيامه بهذه التجربة
وبارساله تياراً متردداً حول الأسلاك
استطاع رؤية وهج بين الأسلاك
وفى حالة من الاضطراب
رأى هذا الوهج يحدث نمطاً
كانت هذه الشرارات الكهربية ذات الوهج الأزرق تضى بوضوح
فى مساحات بين الأسلاك المتباعدة
أدرك أن ذلك بفعل قمم وقيعان الموجات
موجات كهرومغناطيسية خفية
أثبت "لودج" أن "ماكسويل" كان محقاَ
اذن وبدون قصد ، صنع لودج موجات ماكسويل الكهرومغناطيسية حول الأسلاك
لقد تمت الاجابة على السؤال المحير
ممتلئ بالحماسة باكتشافه
أعد لودج نفسه ليعلن عن اكتشافه للعالم
فى الاجتماع الصيفى العلمى السنوى الذى تقيمه الجمعية البريطانية
ولكن قبل ذلك الحدث قرر أن يذهب فى اجازة
كان ذلك التوقيت الأسوء
لأنه فى المانيا وفى نفس التوقيت تماماً
كان "هرتز" هو الأخر يجرى تجاربه على نظريات ماكسويل
وفى النهاية وجد هرتز ما كان يبحث عنه
شرارة خافتة
وبينما يتنقل بالمستقبل فى مواضع الغرفة المختلفة
استطاع رصد الموجات التى أنتجتها معداته
وقد فحص كل معادلات ماكسويل بحرص
وقام باختبارها معملياً
لقد كان سباق القوى فى التجارب العلمية
رجوعاً الى بريطانيا
حيث تجمعت الحشود باجتماع الجمعية البريطانية
عاد "اوليفر لودج" من رحلته مستريحاً وممتلئ بالحماسة
اعتقد لودج حينها أنها لحظة انتصاره
حينما يستطيع اعلان اكتشافه لموجات ماكسويل
"صديقه العظيم عالم الرياضيات "فيتذجيرالد
كان من المقرر أن يلقى خطاب الافتتاح بالاجتماع
لكنه أُبلغ حينها بأن هرتز" قد نشر نتائج مدهشة"
وأنه اكتشف موجات ماكسويل التى تنتشر عبر الفضاء
أعلن هرتز عن اكتشافه قائلاً
لقد انتزعنا السماء من الرب ذاته" "وسخرنا الأثير من حولنا
حسناً ، أتخيل الأن كيف شعر لودج
وكأن انجازه قد سُرق
فقد البروفيسور "اوليفر لودج" لحظة انتصاره
"حيث تفوق عليه "هاينرك هرتز
اكتشاف هرتز للموجات الكهرومغناطيسية هو ما ندعوه اليوم الموجات الراديوية
بالرغم من عدم معرفته حينها
سوف يؤدى هذا الى ثورة كاملة فى علم الاتصالات على مدار القرن التالى
كشفت نظرية ماكسويل أن الشحنات الكهربية
تخلق قوة مجال حولها
وأن الموجات تنتشر عبر هذه المجالات كما فى الماء
وقد صنع هرتز جهازاً
يستطيع كشف وقياس هذه الموجات عبر الهواء
لكن وبنفس الوقت تقريباً
كان هناك اكتشاف ثورى أخر فى فهمنا للكهرباء
"اكتشاف سيعيد البروفيسور "اوليفر لودج مرة أخرى الى الصورة
ومرة أخرى ، سيتم سرقة اكتشافه
تبدأ القصة باكسفورد فى صيف عام 1894
مات هرتز فجأة فى بداية هذا العام
وقد أقام لودج محاضرة تذكارية مع اكتشاف جديد
سيروج لفكرة الموجات لأعداد أكبر عكف لودج على تحضير محاضرته
وبحث عن أفضل الطرق فى اكتشاف الموجات
وقد اقترض بعض المعدات من أصدقائه
وقام بتطوير بعض التقنيات المدهشة
فى كشف تلك الموجات
هذا الجهاز هنا يولد تياراً متردد
وشرارة عبر هذه الفجوة
يصدر التيار المتردد موجات كهرومغناطيسية كما توقع ماكسويل تماماً
ومن ثم يتم استقبالها عند المستقبل
فيحث هذا تيار ضعيف جداً عبر هذا الهوائى
الى الأن ، هذا ما فعله هرتز
ما أضافه لودج على هذا هو صنع هذه الأنابيب المحشوة بالحديد
فيمر التيار الكهربى عبر هذا الحشو
مجبراً اياهم على التكتل سوياً
وهذا يغلق دائرة كهربية أخرى
ويطلق رنين الجرس
لذا ، عند الضغط على الزر فى هذه الناحية
يطلق هذا الجرس عند المستقبل
وهذا يحدث دون اتصالاً مباشراً بين الدائرتين
هذا أشبه بالسحر
يمكنك تخيل ازدحام المنزل
بالنسبة لمعظم المشاهدين فقد تفاجأوا
فكما لو أن سحراً دق الجرس
انه مثير الى حد ما
ربما لم يكن أكثر الأشياء ابهاراً قد رأها المشاهدين من قبل
لكنه بالطبع خلق ذلك الاحساس عند الحضور
المعدات التى جهزها لودج حينها
لم تبدو كتجربة معملية بحتة
فى الحقيقة كانت بمثابة ألة كالتليغراف
والتى كانت ثورة فى علم الاتصالات لكن دون كابلات طويلة
تمتد بين المرسل والمستقبل
بالنسبة لهؤلاء العبقريين من الحضور
كانت التجربة أكثر من كونها اثبات لنظريات ماكسويل العظيم
كان ذلك عملاً ثورياً فى شكل الاتصال
نشر لودج محاضرته على الموجات الكهرومغناطيسية
وامكانية ارسالها واستقبالها بالأسلوب الذى طوره
فى كل العالم كان المخترعون والعلماء وحتى الهواة
قد قرأوا عن تقارير لودج وتجربته
وبدأوا التجارب على موجات هرتز
وكان شخصين قد أُلهموا بشدة من هذا العمل
وكلاهما سيساهم فى تطوير التليغراف اللاسلكى
وكلاهما سيُخلد اسهاماتهم العلمية أكثر من اوليفر لودج
"كان الأول هو "جوليمو ماركونى
اليزابيث بروتون جامعة ليدز
ماركونى كان شخص عبقرى
ذو شخصية فاتنة
كان لديه سحر ايطالى ايرلندى
كان لذلك أثره على كل من عرفه من الفتيات وحتى أشهر علماء العالم
لم يكن ماركونى عالماً
لكنه قرأ كل أعمال العلماء
وجمعها من أجل صناعة نظام التليغراف اللاسلكى
ربما لأنه نشأ فى بولونيا بالقرب من الساحل
حيث رأى أهمية الاتصالات اللاسلكية فى الملاحة البحرية
وقد أتى الى لندن وهو بعمر الـ 22 مع أمه الأيرلندية ليسوق له
الشخص الأخر الذى أُلهم بمحاضرة لودج كان مدرساً
فى الجامعة الرئاسية بكالكوتا
"يدعى "جاجاديش شاندرا بوس
بالرغم من شهاداته من لندن وكامبريدج
كان قبوله ليكمل فى كالكوتا فرصة فى معركته ضد التميز والعنصرية
الهنود ، كما كان يشاع لم يملكوا السبيل الى العلم الدقيق
و"بوس" كان مصمماً ليثبت خطأ ذلك
ومن خلال السجلات نجده كيف كان نشيطاً فى العمل
هذا تقرير الاجتماع رقم 66 للجمعية البريطانية
فى "ليفربول" ، سبتمبر عام 1896
"وها هو "بوس
أول عالم هندى يحضر اجتماع الجمعية
يتحدث عن عمله ويكشف عن معداته
"لقد طور الكاشف الذى وصفه "لودج
لأنه وفى مناخ الهند الرطب
وجد أن المعادن داخل الأنبوبة التى استخدمها لودج ليكشف عن الموجات
صدأت ، والتصقت ببعضها
لذا قرر "بوس" بناء كاشف جديد باستخدام ملف
كان عمله مثيراً
كان الكاشف عملياً جداً وصالح للعمل بالسفن والبحر
لذا فهو صالح للأسطول البحرى البريطانى الكبير
كانت بريطانيا مركز لشبكة اتصالات ضخمة
امتدت عبر العالم كله
والتى كانت تخدم شبكة ملاحية ضخمة للتجارة
والمراكب البحرية التى خدمت الامبراطورية البريطانية
كان "بوس" عالماً أكاديمى ولم يهتم بالأهمية التجارية للتواصل اللاسلكى
"بخلاف "ماركونى
كان هذا بمثابة مجال جديد
لكن ماركونى لم يكن عالماً لذا ، كان يعمل بطريقة مختلفة
ربما كان ذلك سبب تقدمه بسرعة فى مكانة أعلى
وقد كان جيداً فى صناعة الروابط مع الناس
الذين احتاجهم ليتمكن من اتمام عمله
استخدم ماركونى صلاته ليتمكن من الذهاب مباشرة الى المكان الوحيد
الذى لديه المصادر التى ستساعده
كان مكتب البريد البريطانى مؤسسة كبيرة وقوية
حينما وصل ماركونى لندن للمرة الأولى عام 1896
كانت هذه البنايات جديدة بالكامل
ولديها بالفعل مشاريع خدمية للبريد والتليغراف للامبراطورية
أحضر ماركونى التليغراف معه من ايطاليا
أملاً فى ارسال اشارات لاسلكية عبر مسافات طويلة
مدير مكتب البريد
"ويليام بريس" أدرك فى الحال أهمية هذه التقنية
"لذا عرض "بريس" على "ماركونى مصادر التمويل والهندسة المطلوبة
من مكتب البريد وبدأوا العمل أعلى عند السطح
المركز الرئيسى القديم لمكتب البريد كان هناك تماماً
وبين هذه الأسطح ، بدأ ماركونى مع مهندسين مكتب البريد
ارسال واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية
ساعده المهندسين فى تطوير معداته
ثم قام ماركونى وبريس بالكشف عنها لأصحاب السلطة بالحكومة
"ما لم يدركه "بريس
أنه عندما كان فخوراً بنجاح شراكة مكتب البريد مع ماركونى
كان ماركونى لديه خطط أخرى
لقد قدَّم طلب براءة اختراع بريطانية على كل مجالات التليغراف اللاسلكى
وكان يخطط لبناء شركة خاصة به
حينما مُنح براءة الاختراع
فُتحت أبواب جهنم على المجتمع العلمى
كانت براءة الاختراع هذه شئ ثورى فى حد ذاته
تُمنح براءة الاختراع فقط على الأشياء التى لا علم لأحد بها
وقد قام ماركونى باخفاء معداته جيداً فى صندوق سرى
وها هو ذا
حينما حصل أخيراً على براءة الاختراع
فتح ماركونى صندوقه بشكل رسمى
كان الجميع شغوفاً لرؤية الاختراع الجديد بالمعدات
بطاريات تغذى الدوائر
قطع حديدية داخل الصندوق لاكمال الدائرة الكهربية
ليرن الجرس فى الأعلى
لا يوجد شئ جديد لم يره أحد من قبل لكن ماركونى لديه براءة الاختراع
سبب شهرة ماركونى ليس أنه اخترع شيئاً
هو لم يخترع الراديو ، بل طوره
وحوله الى نظام كامل
لم يفعل لودج هذا
ولهذا السبب نتذكر ماركونى ولا نتذكر لودج
كان المجتمع العلمى فى صدمة
ها هو شاب صغير يعرف القليل عن العلم الذى تحتويه أجهزته
على وشك صناعة ثروة من نتاج جهدهم
حتى ان بريس أكبر داعميه عانى من الاحباط والغضب
حينما رأى ماركونى على وشك تأسيس شركته الخاصة
لودج مع باقى المهندسين انتابهم نوبة جنون مع تسجيل براءة الاختراع
مع كل تفصيل صغير أو تطور صنعوه بمعداتهم
وهذا الجو صدم "بوس" حينما عاد الى بريطانيا
كتب "بوس" الى الهند مشمئزاً من الوضع فى انجلترا
المال ، المال ، المال" "طوال الوقت ، يا له من طمع
"أتمنى أن تروا جنون الناس بالمال هنا"
كان احباطه ملموساً من التغير الذى رءاه
فى البلد التى قصدها من أجل أهدافه العلمية
وبالنهاية أقنعه أحد أصدقائه
ليأخذ براءة اختراع واحدة وأخيرة
لاختراعه كاشف جديد للموجات
لقد كان الاكتشاف الذى سيقود العالم ربما لما هو أعظم من ثورة
لقد اكتشف قوة البلورات
هذا يسمح باستبدال التقنيات القديمة لحشو الحديد الغير عملية
وها هى طريقة جديدة تماماً للكشف عن الموجات الراديوية
وهو الشئ الذى سيكون فى قلب صناعة الراديو 312
كان اكتشاف "بوس" بسيطاً
لكنه سيشكل ملامح العالم الحديث
عندما تتلامس بعض البلورات مع المعادن لقياس كفاءة توصيلها الكهربائى
فانها تظهر الى حد ما سلوكاً غريباً وغير منتظم
لنأخذ هذه البلورة مثلاً
عند تلامس طرف السلك المعدنى مع هذه البقعة تماماً بالبلورة
ثم نصلها بالبطارية
فانها تعطى قيمة تيار معين
لكن عند عكس التوصيلات بالبطارية
ومحاولة امرار التيار فى الاتجاه المعاكس
انها قيمة أقل قليلاً
ليست مادة موصلة بالكامل للتيار انها شبه موصل
وقد استخدمت للمرة الأولى فى الكشف عن الموجات الكهرومغناطيسية
"حينما استخدم "بوس هذه البلورات بالدوائر الكهربية
بدلاً من أنابيب برادة الحديد
وجد أنها أكثر فعالية وكفاءة فى الكشف عن الموجات الكهرومغناطيسية
كانت هذه الوصلة الغريبة بين السلك والبلورة
المسماة كاتس ويسكر أو شارب القط
والتى سمحت للتيار بالمرور فى اتجاه ما أسهل من الاتجاه الأخر
ما يعنى امكانية استخراج الاشارة من الموجات الكهرومغناطيسية
فى ذلك الوقت ، لم يعلم أى أحد لماذا تتصرف بعض البلورات بهذه الطريقة
لكن بالنسبة للعلماء والمهندسين
فان هذا السلوك الغريب له أثاره العملية والمفيدة
باستخدام البلورات فى الكواشف
أصبح الأن متاحاً اذاعة واستماع صوت الانسان أو حتى الموسيقى
فى محاضرته باكسفورد عام 1894
فتح "اوليفر لودج" صندوق باندورا
المترجم : صندوق باندورا قصة اسطورية لرجل فتح صندوق يحوى كل شرور البشر
كعالم أكاديمى ، لم يتنبأ بالأهمية التجارية لاكتشافه العلمى
براءة الاختراع الوحيدة التى أراد تأمينها
لاستخدام أسلوبه فى استقبال الاشارات الراديوية
تم بيعها لشركة "ماركونى" القوية
"ربما ستكون أسوء لحظات "لودج
حين يأتى عام 1909
ويحصل ماركونى على جائزة نوبل بالفيزياء للاتصالات اللاسلكية
من الصعب تخيل الحسرة الكبيرة
للفيزيائى الذى اقترب بشدة من اكتشاف هرتز للموجات الراديوية
ثم أرى العالم كيفية ارسالها واستقبالها
لكن بالرغم من هذه الحسرة ظل "لودج" متماسكاً ورحب الصدر
مستخدماً التقنية ذاتها التى أنتجها عمله
لاعطاء الأخرين حقوقهم
كما يوضح هذا الفيلم النادر
صنع هرتز تطور عظيم
لقد اكتشف كيفية انتاج واكتشاف الموجات عبر الفضاء
جعل هذا للسماء فائدة عملية
وتسخيرها لنقل المعلومات
بطريقة طورها فيما بعد مجموعة من العلماء
من الصعب علينا اليوم تخيل العالم بدون البث الاذاعى
وأن نتخيل الوقت الذى لم يكن به الموجات الراديوية
ظل المهندسون فى تهذيب وتطوير قدرتنا
على ارسال واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية
وقد كانت اكتشافات هؤلاء العلماء انتصارات علمية
"من "ماكسويل" ، و"هرتز" ، و"لودج
لكن ظلت الطبيعة الداخلية للكهرباء مجهولة وغير مفسرة
ماذا يجعل هذه الشحنات والتيارات الكهربية فى هذه المكانة ؟
بالرغم من محاولات العلماء للاستفادة من الكهرباء
لكنهم مازالوا لا يعلمون ما هى
لكن هذه الأسئلة تم الاجابة عليها
بالتجارب التى بحثت سريان التيار الكهربى خلال المعادن المختلفة
رجوعاً الى خمسينات القرن التاسع عشر
أحد أعظم العقول الألمانية المجربة "والموهوب فى مجال الزجاج "هاينرك جايسلر
صنع هذه التحف الرائعة
فرغ جايسلر معظم الهواء من هذه الأنابيب الزجاجية الغريبة
ثم وضع كميات صغيرة من غازات أخرى بداخلها
ثم مرر تياراً كهربياً عبرها
فأضاءت بألوان مبهرة
وبدت هذه الأنوار ملموسة وقريبة
بالرغم من أنها صممت لمجرد التسلية
على مدار الخمسين عاماً القادمة رأى العلماء أن أنابيب جايسلر
فرصة لدراسة كيف تتدفق الكهرباء
بُذلت الجهود لتفريغ أكبر قدر من الهواء خارج الأنابيب
هل من الممكن مرور التيار عبر لاشئ ؟
عبر الفراغ ؟
هذا فيلم نادر للعالم البريطانى
الذى قام بتفريغ كامل وكفاية للهواء للاجابة على هذا السؤال
"اسمه "ويليام كروكس
صنع كروكس أنابيب مثل هذه
وفرغ معظم الهواء منها قدر استطاعته
فيما اقترب من الفراغ الكامل
ثم قام بامرار تيار كهربى خلال الأنبوبة
وقد لاحظ وهج مشرق فى نهايتها
شعاع مضئ خلال الأنبوبة
يصدم زجاج الأنبوبة عند الطرف الأخر
يبدو أننا أخيراً نرى الكهرباء بأعيننا
عرفت تلك الأشعة بأشعة الكاثود
وكان ذلك مقدمة لأنبوب أشعة الكاثود
والذى استخدم فى أجهزة التلفاز لعقود
"الفيزيائى "ج تومسون اكتشف أن هذه الأشعة
تتكون من جسيمات سالبة الشحنة
وبما أنها حاملات للتيار الكهربى ، فقد سميت بالالكترونات
ولأن هذه الالكترونات تتحرك فى اتجاه واحد فقط
من السطح المعدنى الساخن الى السطح موجب الشحنة عند الطرف الأخر
فانها بذلك تتصرف تماماً مثل "البلورات شبه الموصلة التى اكتشفها "بوس
لكن بينما البلورات كان لها حساسيتها الطبيعية
ولابد أن تكتشف نقطة التشغيل لها كى تعمل
فان هذه الأنابيب تُضبط صناعياً
سميت هذه الأنابيب بالصمامات
وسريعاً ما حلت محل البلورات فى كل أجهزة الراديو بكل مكان
ستقود هذه الاكتشافات الى تفجر تقنيات جديدة
ان عالم الالكترونيات الحديث للقرن العشرين
يتمركز بالكامل حول ما يمكنك فعله بالصمامات
لذا فصناعات الراديو تقوم على الصمامات
د. جون اجار جامعة لندن
وأجهزة التلفاز الأولى تقوم على الصمامات
وحتى أجهزة الحاسوب الأولية بنيت على الصمامات
هذا ما بُنى عليه العالم الالكترونى فى البداية
باكتشاف كيفية التحكم بمرور الالكترونات عبر الفراغ
أصبح العلماء شغوفين بفهم كيفية تدفقها فى المواد الأخرى
وهذا أيضاً سمح بفهم الأشياء التى بنيت منها المواد نفسها
الذرات
كانت بدايات القرن العشرين
حيث عرفنا أخيراً مم تتكون المواد وكيف تتصرف
وكذلك كيف تفعل الكهرباء على المستوى الذرى
فى جامعة مانشستر "كان فريق "ارنست رذرفورد
يدرس البنية الداخلية للذرة
ويرسم صورة لوصف الذرة
وهذا الكشف سيوضح أخيراً بعض أهم الخصائص المحيرة للكهرباء
بحلول عام 1913 كانت صورة الذرة المعروفة أنها
نواة موجبة الشحنة عند المركز
محاطة بالكترونات سالبة الشحنة تدور حولها
فى أنماط تسمى المدارات
كل مدار متاح له استيعاب الكترون ذات طاقة معينة
وباعطاء الالكترون طاقة دفع
فانه يقفز من مدار داخلى الى أخر أعلى
ولابد للطاقة أن تكون كافية تماماً
واذا لم تكن كافية فان هذا الانتقال لن يحدث
وهذه الدفعة من الطاقة تكون مؤقتة دائماً
لأن الالكترون سيعود الى مداره الأصلى فوراً
ونتيجة لذلك فانه يفقد الطاقة التى اكتسبها
"باطلاقه لـ "فوتون
وتعتمد طاقة كل فوتون على الطول الموجى له
أو كما نلاحظه اللون الطيفى
فهم بنية الذرات يفسر لنا الأن أيضاً
عروضاً ضوئية كهربية مبهرة
"تماماً كما فى أنابيب "جايسلر
كل نوع من الغازات يمر به التيار يكشف اللون الطيفى الخاص به
يظهر البرق بهذا اللون الأزرق نتيجة وجود النيتروجين بالغلاف الجوى
تختلف الغازات عالياً فى الغلاف الجوى
وكذلك ألوان الطيف للفوتونات المنطلقة
صانعة الشفق المذهل
ان فهم الذرات وكيفية اندماجها معاً بالمواد المختلفة
وكيف تتصرف الالكترونات بها
كان مفتاحاً لفهم الطبيعة الأساسية للكهرباء
"هذه "ألة ومسهرست
وهى تستخدم لانتاج الشحنات الكهربية
تُقذف الالكترونات بعيداً من هذه الأقراص فتولد تياراً كهربياً
عبر أذرع الألة المعدنية
معروف أن المعادن موصلة للكهرباء
ذلك لأن الالكترونات ضعيفة الارتباط بذراتها
وبذلك فانها تتدفق بسهولة منتجة التيار الكهربى
على عكس العوازل فانها غير موصلة للكهرباء
لأن الالكترونات ترتبط جيداً داخل ذرات مواد العوازل
وليست حرة الحركة حولها
ان تدفق الالكترونات ومن ثم الكهرباء
خلال المعادن أصبح أمراً مفهوماً الأن
تم تفسير سلوك الموصلات والعوازل
لكن ما كان يصعب فهمه الأن
هو السلوك الغريب للمواد شبه الموصلة
لقد بُنى عالمنا الالكترونى الحديث على أشباه الموصلات
وربما يتوقف التطور بدونها
"جاجاديش شاندرا بوس"
تصادف بخصائصها فى تسعينات القرن التاسع عشر
لكن أحداً لم يتوقع الأهمية الكبرى التى ستكون عليها
لكن مع نشوب الحرب العالمية الثانية
كانت الأمور على وشك التغير
هنا فى اكسفورد كان ذلك المعمل الفيزيائى الجديد
فى خدمة البحث العسكرى للحرب
كانت مهمة الباحثين هنا هو تطوير نظام الرادار البريطانى
كان الرادار يستخدم الأشعة الكهرومغناطيسية
ليكشف عن وجود الأعداء
وبينما كان يتم التطوير كان واضحاً أن الصمامات لا تقوم بالمهمة
لذا كان على الفريق العودة الى التقنية القديمة
بدلاً من الصمامات استخدموا البلورات الشبه موصلة
لكنهم لم يستخدموا نفس "نوع البلورات التى طورها "بوس
واستخدموا بدلاً منها السليكون
هذا الجهاز هو مستقبِل مصنوع من بلورة السليكون
هناك سلك صغير من التنجستين ملفوف
ويلامس سطح بلورة صغيرة من السليكون
أمر مدهش معرفة أهمية هذا الجهاز
كانت المرة الأولى التى يستخدم فيها السليكون كشبه موصل
لكن ليكون عملياً كان لابد أن يكون شديد النقاء
وقد اجتهد كلا طرفى الحرب فى تطويره
د. هربرت ماتارى باحث رادارات ألمانى
فى الحقيقة كان البريطانيين يملكون أجهزة سليكون أفضل
لذا بالفعل كانوا يملكون بعض من ملفات السليكون
فى الوقت الذى كنا نبدأ المحاولة بذلك فى برلين
امتلك البريطانيين أشباه موصلات جيدة من السليكون
لحصولهم على مساعدات من المعامل الأمريكية
وتحديداً معامل "بيل" الشهيرة
وسريعاً ما أدرك الفيزيائيين
أنه اذا نجح استبدال الصمامات بأشباه الموصلات فى الرادار
ربما ينجح استبدالها فى باقى الأجهزة أيضاً مثل المكبرات
الأنبوبة المفرغة البسيطة ذات المسار الواحد الالكترونات
تم تعديلها الى جهاز جديد
بوضع حاجز معدنى فى مسار الالكترونات
وتطبيق جهد صغير عليه
يحدث تغيراً كبيراً فى قوة الأشعة الناتجة
استخدمت هذه الصمامات كمكبرات
محولة اشارة كهربية صغيرة جداً الى واحدة أقوى بكثير
المكبر هو شئ بسيط للغاية
تأخذ اشارة صغيرة وتحولها ببساطة الى اشارة أكبر
لكن ذلك يغير العالم حقيقةً
لأنك عندما تكبر اشاراة تستطيع نقلها الى اى مكان فى العالم
بمجرد انتهاء الحرب "بدأ الخبير الألمانى "هربرت ماتارى
"مع صديقه "هاينرك ويلكر
بناء جهاز من أشباه الموصلات لاستخدامه كمكبر للاشارات
وها هو النموزج الأولى "الذى صنعه "ماتارى" مع "ويلكر
اذا نظرت بالداخل ترى البلورة الصغيرة
والأسلاك التى تتلامس معها
اذا قمت بامرار تيار صغير عبر أحد هذه الأسلاك
فان هذا يسمح بتيار أكبر بالمرور من الجانب الأخر
لذا فانه يعمل كمكبر للاشارة
هذه الأجهزة الصغيرة سوف تستبدل الصمامات الكبيرة والمكلفة
فى الشبكات الطويلة للتليفونات والراديو والمعدات الأخرى
حيث تحتاج الاشارات الضعيفة للتقوية
أدرك "ماتارى" مباشرة أهمية ما صنع
لكن رؤساءه بالبداية لم يهتموا بالأمر
الى ذلك الوقت الذى ظهرت فيه ورقة بجريدة
تعلن عن اكتشاف معامل بيل
توصل فريق بحثى الى نفس الأمر
والأن هم يعلنون اختراعهم للعالم
"وقد اسموه "الترانزستور 11.15
لقد امتلكوه فى ديسمبر عام 1947 ونحن فى بداية عام 1948
لكن كما تعلم هذه هى الحياة
فى الواقع امتلكوه مبكراً قليلاً
لكن ولسخرية القدر كان الترانزستور لديهم ليس جيداً
بالرغم من الجهاز الاوربى كان عملياً أكثر
من الجهاز الأمريكى ذو الطابع التجريبى
لم يحقق أياً منهم أهدافه
فقد عمل كلاهما لكنهم كانوا غير عمليين تطبيقياً
لذا استمر البحث لانتاج طريقة أفضل لتكبير الاشارات الكهربية
وقد جاء هذا الانجاز بالصدفة
فى معامل بيل "كان خبير بلورات السليكون "راسيل اول
اكتشف أن أحد بلورات السليكون لديها خاصية غريبة جداً
بدى أنها تولد جهد كهربى خاص
وحينما قام بقياس ذلك الجهد على المذبذب
لاحظ تغير الجهد على الدوام
بدى وأن هذا الجهد يعتمد على كمية الاضاءة بالغرفة
لذا بوجود الظل على البلورة
كان الجهد ينخفض
وكلما زادت الاضاءة زاد الجهد على البلورة
والأكثر غرابة أنه بتسليط مروحة على البلورة
أن الجهد بدأ يتذبذب بنفس التردد الناتج من ظل ريش المروحة على البلورة
"سريعاً ما أدرك أحد أصدقاء "اول
أن هناك تصدع بالبلورة يصنع وصلة طبيعية
وهذه الوصلة الطبيعية الصغيرة هى كالكتلة الصلبة
كانت تشبه الوصلة بين نهاية "السلك والبلورة التى اكتشفها "بوس
الا أن هذه البلورة حساسة للضوء
وهذا الشق نتيحة أن أحد أطراف البلورة به كمية من الشوائب
أحد الجوانب به كمية اكبر من الفسفور
بينما الجهة الأخرى بها كمية أكبر من شائبة أخرى - البورون
ويبدو ان الالكترونات تستطيع الانتقال
من جانب الفسفور الى جانب البورون وليس العكس
فوتونات الضوء المسلطة على البلورة
كانت تصدم الالكترونات الى خارج الذرة
وكانت الذرات الشائبة المسئولة عن هذا التدفق
يملك الفسفور الكترون حر فى مداره الأخير
وأما البورون فيحتاج الى الكترون لتستقر نواته
لذا تميل الالكترونات الى الانتقال من جانب الفسفور الى جانب البورون
وبهذا يمر التيار فى اتجاه وحيد بالوصلة
ويليام شوكلى" رئيس" فريق مشروع أشباه الموصلات
رأى الأهمية البالغة لهذه الوصلة ذات الاتجاه الواحد بالبلورة
لكن كيف من الممكن صناعة بلورة بها وصلتين لتستخدم كمكبر ؟
"باحث أخر فى معامل بيل يدعى "جوردون تيل
كان يعمل على تقنية ستمكنه من فعل ذلك
لقد اكتشف طريقة جديدة ليصنع بلورات مفردة
من شبه الموصل - الجرمانيوم
فى هذا المعهد البحثى يتم بناء بلورات أشباه الموصلات
بنفس الطريقة التى استخدمها تيل" فى معامل بيل سابقاً"
فقط هنا يتم صناعتها بحجم أكبر بكثير
فى قاع هذا الوعاء الضخم حاوية من مصهور الجرمانيوم الساخن
وتُضبط درجة النقاء المطلوبة
ويوجد هنا الكميات المناسبة من الشائب المطلوب
لتغيير الخصائص التوصيلية
هذا الذراع الدوار بالأعلى متصل بالبلورة بالأسفل
والتى تم خفضها بداخل السائل وسوف ترتفع بالتدريج
بينما يبرد الجرمانيوم ويتصلب
فانه يكون بلورة طويلة كالجليد
الناتج النهائى هو بلورة واحدة رائعة من الجرمانيوم
وجد "تيل" أنه أثناء صُنع البلورة
يمكن اضافة شوائب أخرى بالوعاء وخلطها بها
وهذا ينتج بلورة واحدة من الشوائب المختلفة
ما يصنع الوصلات داخل البلورة
كانت البلورة المفردة ذات "الوصلتين حلم كبير لـ"شوكلى
امرار تيار صغير عبر هذا القطاع بالوسط
يسمح لتيار أكبر بكثير ليمر عبر هذه المنطقة الثلاثية
من بلورة صغيرة كهذه
يمكن قطع مئات الكتل
كل منها يحوى وصلتين تسمح بحركة الالكترونات عبرها
ليتم التحكم بها بدقة
هذه الأجهزة العملية الصغيرة
يمكن استخدامها فى كل أنواع المعدات الكهربية لا يمكنك امتلاك مثل هذه المعدات الالكترونية بدون هذه المكبرات الصغيرة
وهى تملك هذه الخاصية السحرية كلما صغر حجمها ، كلما زادت كفاءتها
تلك حالة من الفوز المؤكد للتطور
حصل فريق معامل بيل على جائزة نوبل لاختراعهم الذى غير العالم
بينما تم نسيان الفريق الاوربى
ترك "ويليام شوكلى" معامل بيل
وفى عام 1955
قام بانشاء معمله الخاص بأشباه الموصلات بريف كاليفورنيا
مجنداً أفضل الخريجين الفيزيائيين بالبلاد
لكن هذا الوضع المحتفل لم يدم طويلاً
لأن شوكلى كان شخصاً يصعب التعامل معه
ترك الناس شركته لأنهم كرهوا الطريقة التى عاملهم بها
لذا فحقيقة أن شوكلى كان كذلك
"هو السبب وراء وجود "وادى السليكون
بدأت الأمور تتطور وشركات جديدة تعمل
وكل ذلك بسبب أن شوكلى كان رجلاً تصادمياً
كانت الشركات الجديدة فى تنافس شديد
لتطوير أحدث أجهزة أشباه الموصلات
قاموا بتصغير الترانزستورات بدرجة كبيرة
حيث يمكن وضع عدد ضخم منهم فى دائرة كهربية
تُطبع على شريحة واحدة من بلورة شبه موصل
هذه الشرائح الصغيرة يمكن دمجها بكل أنواع المعدات الالكترونية
وأشهرها هو الحاسبات
لقد بزغ فجر جديد
واليوم ، تلك الشرائح متناهية الصغر فى كل مكان
لقد صبغت كل أشكال الحياة الحديثة
من الاتصالات ، والنقل ، وحتى التسلية
وربما أيضاً لأن حاسباتنا أصبحت بتلك القوة بفضل ذلك
فان ذلك ساعدنا على فهم أعمق للكون بكل تعقيداته
ان شريحة صغيرة كهذه تحتوى ما يقارب 4 مليارات ترانزستور
من المدهش كم التطور الذى حدث على مدار 60 عاماً
من السهل التفكير بالوثبات العظيمة
التى صنعناها فى فهم واكتشاف الكهرباء
وأنه لم يبقى سوى القليل لنتعلمه
ربما ذلك خطأً
بالملاحظة نجد أنه كلما تكون الدائرة أصغر فأصغر
يعنى ذلك أن خاصية كهربية قديمة منذ قرون
كانت تزيد مشاكلها أكثر فأكثر
المقاومــة
يجب أن يتم تبريد الحاسوب باستمرار
اذا نزعت المروحة ، فان هذا ما يحدث
مذهل ، انه يشتعل
130،120،100درجة
200درجة ، وها هو يتوقف
حدث هذا فقط فى بضع ثوان وقد تم طهى الشريحة نهائياً بحق
كما نرى ، بينما تسرى الالكترونات خلال الشريحة
فانها لا تسرى ببساطة دون اعاقة
انها تصارع الذرات داخل ذرات السليكون
والطاقة المفقودة بواسطة الالكترونات تتحول الى حرارة
والأن ، هذا مفيد أحياناً
فهناك السخانات والأفران الكهربية
وبأى مكان نجد الوهج الأبيض الساخن
انها المصابيح الكهربية
لكن المقاومة بالمكونات الالكترونية
وفى خطوط النقل
هى المسبب الأكبر فى ضياع الطاقة
ومشكلة كبيرة جداً
% من المعتقد أن المقاومة تضيع 20 من الطاقة الكهربية التى ننتجها
انها احدى المشاكل الكبرى للعالم الحديث
وتحاول الابحاث الاقتراب من حل تلك المعضلة للمقاومة
ان ما نفهمه عن درجة الحرارة
هو قياس لمدى تذبذب الذرات داخل المواد
واذا تذبذبت الذرات
فان الالكترونات المارة بها
تكون بحالة أشبه بالتصادم والصراع معها
لذا عامة ، فان المواد الساخنة
لها مقاومة كهربية أعلى
وكلما كانت أبرد
قلت مقاومتها الكهرببة
اذن ماذا يحدث اذا بردنا شئ للحد الأقصى ؟
قريباً من الصفر المطلق
273درجة مئوية-
عند الصفر المطلق
لا حرارة على الاطلاق
ما يعنى أن الذرات لا تتحرك على الاطلاق
ماذا يحدث حينها لتدفق التيار الكهربى ؟
ولتدفق الالكترونات ؟
باستخدام جهاز خاص "يدعى كرويوستات "منظم البرد
يستطيع حفظ الأشياء قريبة من الصفر المطلق
نجد أن
داخل هذا المنظم
فى هذا الملف يوجد الزئبق
المعدن السائل الشهير
وهو جزء من الدائرة الكهربية
وهذه الألة هناك تقيس المقاومة الكهربية للزئبق
انظر ماذا يحدث عند نزول الزئبق
داخل الجزء البارد من المنظم
ها هو
انخفضت المقاومة الى صفر مطلق
الزئبق مثل باقى المواد المعروفة له تلك الخاصية
"وهى تدعى "التوصيلية الفائقة
ما يعنى عدم وجود أى مقاومة لسريان التيار الكهربى
لكن هذه الخاصية تعمل فقط عند درجات التجمد القصوى
اذا استطعنا استخدام المواد فائقة التوصيل فى كابلات نقل الطاقة
وفى المكونات الالكترونية
سوف نتجنب فقد الكثير من الطاقة الكهربية النفيثة بسبب المقاومة
المشكلة بالطبع هى ضرورة حفظ المواد فائقة التوصيل
فى درجات حرارة فائقة البرودة
وفى عام 1986
كان هناك انجازاً عظيماً
"فى معمل صغير قرب "زيورخ" ، "سويتزلند
IBM الفيزيائى من
اكتشف التوصيلية الفائقة فى أصناف جديدة من المواد
ما يعد أحد أهم الاكتشافات العلمية على مر بضعة عقود
"هذه قطعة من نفس المادة التى اكتشفها "سويتزلند
لا تبدو مميزة جداً
لكن اذا قمت بتبريدها بالنيتروجين السائل
فان شيئاً مميز يحدث
تصبح فائقة التوصبل
وبما أن الكهربية والمغناطيسية مرتبطين معاً
فان ذلك يعطى لها خواص مغناطيسية مدهشة
هذا المغناطيس المعلق
يسبح فوق الموصل الفائق
الشئ المثير هو
بالرغم من أن درجة حرارة هذه المواد تبعد كثيراً عن الصفر المطلق
فان هذه المجالات المغناطيسية قوية كفاية
ليس فقط لتحمل وزن هذا المغناطيس القوى
بل أيضاً لتحمل وزنى
أنا الأن على وشك السباحة
يا الهى انه شعور غريب جداً
حينما اكتشفت هذه المادة لأول مرة عام 1986
فانها أحدثت ثورة
ليس فقط لأن لا أحد قد توقع هذه الفائقية فى التوصيل
بل لأن تلك الخاصية كانت فى درجات حرارة أعلى كثيراً مما توقعها أحد
نحن نقترب من الحصول على مواد فائقة التوصيل تعمل فى درجة حرارة الغرفة
لا نملك ذلك حالياً
لكن يوم ما سوف نجد المادة المناسبة
وحينما نضعها فى معداتنا الالكترونية
سوف نبنى عالم أفضل ، وأرخص ، وأكثر قوة
لدينا اليوم مواداً بهذه الخاصية
تعمل فى درجات حرارة "مماثلة لمجمد الثلاجة "الفريزر
لكن مثل هذه المواد الجديدة لا يمكن تطويرها بشكل كامل بالعلم النظرى
لذا ، بدون فهم كامل وعميق
فان المجربون لا يقودهم الحظ فى كل الأحيان كما يقودهم الفهم العلمى العميق للعلوم
مؤخراً احتفل معمل يابانى
باكتشافهم فعالية المواد فائقة التوصيل
بمعالجتها ببعض المشروبات الكحولية
على نحو غريب وجدوا أن الخمر الأحمر
يحسن من أداء المواد فائقة التوصيل
أهمية البحث بمجال الكهرباء 3
على المحك مرة أخرى
ليصنع ثورة علمية جديدة
لو اكتشنا المواد الفائقة التى تعمل فى درجات الحرارة العادية
اننا فى حالة ادمان متنامى للطاقة الكهربية
وعندما نفهم كلياً كيفية تسخير المواد فائقة التوصيل
سوف تُفتح أفاق عالم كهربى جديد
سوف يقودنا هذا الى أحد أكثر المراحل اثارة
فى تاريخ الاكتشاف والاختراع للبشرية
مجموعة جديدة من الأدوات والتقنيات
سوف تغير العالم مرة أخرى من حولنا
لقد غيرت الكهرباء عالمنا
فقط منذ عدة مئات من السنين كانت تبدو كأعجوبة سحرية غامضة
ثم انتقلت من المعامل نتيجة سلسلة من التجارب الغريبة والمدهشة
وأخيراً تم السيطرة عليها
وأحدثت ثورة فى عالم الاتصالات
ومن قبلها كابلات التوصيل
ومن ثم الموجات فى مجالات الكهرباء المتقدمة
انها تدير وتضئ عالمنا الحديث
من الصعب تخيل عالمنا اليوم بدون الكهرباء
انها تشكل عصرنا
وبدونها سنخسر الكثير من حولنا
وهى لاتزال تقدم لنا المزيد
نحن على أعتاب عصر جديد من الاكتشاف
ثورة جديدة
وفوق كل هذا
شئ ما يجب على كل من يعمل فى مجال الكهرباء أن يعلمه
... لم تنتهى القصة بعد
لتعرف أكثر عن قصة الكهرباء
ولتختبر قوة معرفتك
جرب النشاط التفاعلى للجامعة المفتوحة
... اذهب الى bbc.co.uk/electricity
واتبع الرابط الى الجامعة المفتوحة
تــرجــمــة : م / رامى أحمد
الصدمة
والرعب
قصة
الكهرباء
الحلقة الثالثة
ثورات تلو الثورات
بروفيسور / جيم الخليلى