تصفح واستمتع بباقي أقسام حياتنا

أقسام الموقع

إقرأ اَخر المقالات المثيرة في الفيزياء والفيزيقيا

المقال

ارتبطت بنظرية النسبية

العشوائية أم الاختراع

المصدر: جريدة الخليج الإماراتية

وسام الأسدي

((العشوائية)) اصطلاح حديث يعود الى القرن الثامن عشر, وأصبح أكثر شيوعاً في القرن العشرين, حيث ارتبطت العشوائية بنظرية الاحتمالات, والنظرية النسبية في مجال فيزياء الكم.

وكان((اينشتاين)) قد دحض المعتقدات التي ظلت تهيمن على عقول العلماء لفترة طويلة من أن العالم تكون بالصدفة وانه عيارة عن جزيئات تم ترتيبها عشوائياً عندما أكد أن النظام في العالم لا يتبع نظرية العشوائية وإنما تم بناؤه على أسس علمية بينة, ويرفض الكثير من الناس الاعتقاد بمبدأ العشوائية لاسباب عقائدية وفلسفية.

والعشوائية لغوياً تعني غياب السبب والتخطيط, وغياب النظام أو الإدارة اللازمة لحدوث أمر ما.

تحقق مبدأ العدالة وتساعد على إجراء أبحاث علمية موضوعية

قد يكون الأمر مفاجئاً للكثيرين, ولكن هناك حقيقة لا بد أن نواجهها وهي ان تحقيق عشوائية حقيقية أمر بالغ الصعوبة, فالعديد من أجهزة الكمبيوتر مزودة بما يعرف بمولدات رقمية عشوائية, ولكن في الحقيقة, تستخدم جميع هذه الأجهزة معادلات حسابية ثابتة, لا يمكن ان ينتج عنها حسابات عشوائية, إلا أن هذه الحقيقة لم تمنع العلماء من وضع ثقتهم ولسنوات عديدة في ما عرف ببرنامج ((راندو)) الذي زودت به أجهزة الاَي بي ام, والذي يستخدم أرقاماً تبدو عشوائية.

وفي عام 1970, اكتشف علماء الرياضيات ان برنامج ((راندو)) أوجد نماذج رياضية عميقة باشتخدام هذه الأرقام التي يفترض أنها عشوائية, مزيلاً بذلك الشكوك المتعلقة بصحة الأبحاث التي بنيت عليها.

ويقول الباحثون أن أجهزة الكمبيوتر تظهر قدرة على تحقيق العشوائية تفوث قدرة البشر, فقد طلب مجموعة من الباحثين النفسيين في جامعة مكماستر في كندا من 32 شخصاً كتابة سلسلة مكونة من مائة رقم عشوائي, وكانت النتائج مخيبة للاَمال,  فقد تفادى الجميع تكرار اي رقم الا بعد الانتهاء من جميع الارقام المائة, ولم يستخدموا الارقام المتلسلة مثل 21, 22, 23, رغم أن هذا الترتيب يتحقق عادة في العشوائية غير المتعمدة.

من جانبها تستخدم الحكومات مبدأ العشوائية للحفاظ على أهم أسرار الدولة, وذلك بتحويل نص الرسائل والقرارات المهمة إلى أرقام, ومن ثم إضافة أرقام عشوائية لها, وبالتالي يتم تشكيل شيفرة يصعب حل رموزها, لسبب واحد هو  استحالة التعرف على الأرقام العشوائية التي استخدمت فيها, ويطلق على الشيفرة عادة ((النظام الذي يستخدم لمرة واحدة)), لأن تسلسل الأرقام العشوائية في أي رسالة لا يتكرر في رسالة أخرى.

وكانت مخاطر تكرار استخدام الأرقام العشوائية ذاتها قد ظهرت جلية الحرب الباردة, حيث تمكن محللو الرمز الامريكيون من حل رموز شيفرة البرقيات السرية التي يتبادلها المسؤولون الروس في موسكو ورجال المخابرات الروسية (الكي جي بي) الموجودون في الولايات المتحدة الامريكية, واستطاعوا بذلك الكشف عن هويات الاشخاص الذين قاموا بالتجسس على الأسلحة النووية الامريكية من أمثال ((كلاوس فوتش)) والزوجين ((روز ينبيرج)) وخمسة جواسيس بريطانيين كانوا يعملون لحساب المخابرات الروسية.

حركة براون: يوفر غياب النموذج في مفهوم العشوائية ان يعمد الى استخدامها في أمور عديدة, أكثرها شيوعاً اختيار الرابح في ألعاب اليانصيب, وينظر لمبدأ العشوائية على أنه يوفر العدالة للجميع, ففكرة القرعة بقذف القطعة النقدية في الهواء واستقرارها على أحد جوانب قطعة النقد تستخدم عادة في الألعاب الرياضية لاختيار الفريق الذي يبدأ المباريات, ويستخدمها الأطباء كذلك لتحديد من يقع عليه الإختيار لاختبار دواء جديد مثلاً.

وتستخدم استطلاعات الرأي والأبحاث الميدانية عادةً مبدأ العشوائية للحصول على نتائج مرضية.

وفي أربعينات القرن الماضي صممت القنبلة الهيدروجينية باستخدام أرقام عشوائية في حل المسائل المتعلقة بالاحتمالات.

وتعود فكرة استخدام الأرقام العشوائية في القنبلة الهيدروجينية إلى عالم الرياضيات البولندي-الأمريكي ((ستانيسلو اولام)) عام 1946.

كما ان الذرات تتأثر أيضاً بمبدأ العشوائية, فقد لاحظ أحد علماء الطبيعة الاسكتلنديين ذلك عام 1827, حتى قبل أن يعرف أحد بوجود الذرات, قفد لاحظ ((روبيرت براون)) أثناء دراسته لحبوب اللقاح الموضوعة في الماء وجود بقع صغيرة ترقص بشكل شاذ داخل هذه الحبوب, وبعد وفاة ((براون)) لسنوات قليلة. وفي عام 1905 كشف ((اينشتاين)) عن السبب وهو ارتطام ذرات غير مرئية بهذه البقع. وبالتالي تحريكها بشكل عشوائي, وما زال يطلق على هذه الظاهرة((حركة براون)). وأدت الحسابات الرياضية لهذه الحركة العشوائية إلى التوصل إلى نتائج غريبة,ففي عام 1921 أثبت عالم الرياضيات الهنغاري((جورج بوليا)) ان القذف العشوائي للقطعة النقدية لتحديد خط سير شخص ما ليصل إلى البيت, سواء كان الى اليمين او اليسار, او الى الامام او الخلف ستوصل هذا الشخص حتماً إلى البيت. ولكن الامر قد يستغرق وقتاً أطول بكثير وقد يأخذ الشخص الى أماكن لم يرغب في الذهاب اليها ولعدد غير محدود من المرات.

قانون الاحتمالات: في عام 1940, قام عالم الرياضيات ((جون كيريتيش)) من جنوب افريقيا بزيارة الى كوبنهاجن, واثناء زيارته هاجم الالمان الدانمارك وألقي القبض على ((كيريتش)) وقضى باقي فترة الحرب محتجزاً في مخيم في ((جوتلاند)) ولقضاء الوقت قام باجراء تجربة موسعة على قانون الاحتمالات, وبدراسة العشوائية في لعبة الصورة والكتابة, وجد أن من أصل كل 10 اَلاف محاولة نحصل على 50,76 بالمائة على و49,33 كتابة, اَخذا بعين الاعتبار ان القذف يتم بشكل عشوائي تماماً.

إلا أن الوضع لا ينطبق على أحجار النرد(زهر الطاولة) فقد قام عالم حيوان هو ((والتر ويلدون)) وزوجته باجراء تجربة غريبة, حيث قاما برمي احجار النرد 26 ألف مرة- لدراسة الاحتمالات- ووجدا أن الرقمين (5)و(6) يتكرران باستمرار.

ترابط عنقودي: قد يستغرب البعض امكانية قيام أظمة مترابطة ترابطاً عنقودياً باستخدام مبدأ العشوائية, ولكن في الواقع هذا امر ممكن, فلو أخذنا على سبيل المثال فرضية ان مدينة ما يصل فيها الحوادث المميتة الى 12 حادثاً في السنة, فهذا يعني وقوع حادث مميت واحد كل شهر, إلا أن نظرية الاحتمالات تظهر ان تحقق فرضية حادث كل شهر لمدة 12 شهراً يتوقع ان تحدث مرة كل 19 ألف سنة, وفي الغالب ستشهد بعض الأشهر حادثين أو أكثر. بينما لا تشهد أشهر أخرى أي حادث.

كما تظهر قدرة مبدأ العشوائية على انتاج أنظمة عنقودية غير ذات معنى بوضوح لدى العلماء الذين يحاولون وضع نظام عنقودي لمدى ارتباط المرض بأماكن تواجد الجماعات مثل دراسة نسبة الإصابة بسرطان الدم عند أولئك الذين يقطنون حول مصنع ((سيلفيلد)) للطاقة النووية.

وكان العلماء في عام 1995 قد لاحظوا وجود نظام عنقودي مكون من أربع حالات لمرض مصابين بمرض ال (سي جي دي) وهو مرض نادر يصيب الدماغ شبيه بمرض جنون البقر, ووجد أن جميعهم من عمال المزارع, ويشير صغر حجم النظام مقارنة ب500 ألف مزارع متواجدين في بريطانيا إلى إمكانية تكون أنظمة عشوائية.

نظام ايرين: قام العلماء بتطوير العديد من الطرق بهدف إيجاد أنظمة حقيقية من الارقام العشوائية, وكان أشهرها نظام ((إيرين)) وهو عبارة عن جهاز المؤشر الرقمي العشوائي الالكتروني حيث يقوم هذا الجهاز باستخدام الحركة العشوائية للالكترونات داخل مولدات نبضية, تتسارع هذه النبضات بمرور فترات زمنية قصيرة. وتستخدم النتائج الرقمية النهائية في توليد المزيد من الإرقام, وتتم مراجعة نتائج ((إيرين)) ومدى التزامها بالعشوائية باستخدام اختبارات احصائية معقدة.

أجهزة المخابرات والحكومات تستخدم مبدأ العشوائية للحفاظ على أسرارها

مستوى الرنين: عندما نحاول التحدث في غرفة مزدحمة, فإن الأصوات التي يطلقها الأشخاص الاَخرون تشكل إزعاجاً لنا, ولكن اكتشف العلماء أن إضافة نسبة مناسبة من الضوضاء يجعل من السهل التقاط الإشارات الصوتية الضعيفة, وتكمن الخدعة فيما يسمى بمستوى الرنين, أي المرحلة التي يصطدم عندها الصوت العشوائي برأس الاشارة الضعيفة, عند المستوى الذي يمكن التقاطها عنده.

وكانت قد بدأت فكرة استخدام الصوت لتقوية المؤثرات الضعيفة في عام 1980 عن طريق علماء حاولوا فهم النظرية التي تقول ان حدوث تغيرات جوهرية في شكل مدار الارض سيؤدي حتماً الى حدوث تغيرات مناخية جوهرية, كما حصل في العصور الثلجية, ويبدو أن الجواب يكمن في تلك الاهتزازات العشوائية الشديدة التي لها تأثير مضطرد على مناخ الكرة الأرضية, وقد يكون كافياً لاعادته الى سابق عهده ايام العصر الجليدي.

ويستخدم مهندسو الالكترون حالياً المؤثرات ذاتها لمساعدة الصم, فيقومون باستخدام كمية مناسبة من الأصوات العشوائية, بعد إجراء عملية زراعة قوقعة الأذن الداخلية.

عامل مشترك: أظهر علماء الرياضيات ان امكانية وجود عددين عشوائيين لا يجمعهما اي عامل مشترك تساوي (6) مقسمة على مربع العدد(بي اَي) وهو الحرف السادس عشر من الحروف اللاتينية ويساوي 3,14159 من محيط الدائرة مقسمة على قطرها, وقد يساوي 61 بالمائة.

وبالبحث عن العوامل التي تقبل القسمة على هذا الرقم من بين الأرقان العشوائية المأخوذة من وضع النجوم في السماء اثناء الليل, نحصل على قيمة للرقم (بي اَي) تعادل3,12772 في 99 بالمائة من القيم الحقيقية. وتظهر نظرية الاحتمالات كذلك ان السقوط العشوائي للاجسام على منطقة بعينها يؤدي الى أرقام خاصة, يسميها الرياضيون (الرقم ((e)) ويساوي 2,718و282) فعلى سبيل المثال أدى تحليل السقوط العشوائي للقنابل الالمانية(7-1) فوث لندن خلال الحرب العالمية الثانية للحصول على قيمة مختلفة للرقم ((e)) وهي 2,690 بمعدل واحد بالمائة من القيمة الحقيقية.

-

الصفحة الرئيسية

العودة إلى علومنا

مقالات الفيزياء والفيزيقيا