التصنيف: البحث العلمي

آلة إنجما (بالإنجليزية: Enigma Machine) وكلمة إنجما كلمة إنجليزية تعني (لغز) وهي آلة تستخدم لتعمية وفك تعمية الرسائل السرية. ويُطلق اسم آلة إنجما تحديداً على أي آلة من عائلة الآلات الكهروميكانيكية الدوارة التي تستخدم لإنتاج الشيفرة السرية، حيث أن هذه العائلة تشمل أنواعًا متعددة ومختلفة من الطرازات.

بدأ الاستعمال التجاري لإنجما في بدايات العقد الثاني من القرن العشرين، وقد تم استخدامها من قِبل العديد من الجهات العسكرية والحكومية للعديد من الدول، ربما من أشهرها ألمانيا النازية في فترة قبل وأثناء الحرب العالمية الثانية [1].

الطراز الألماني من هذه الآلة، والذي يدعي فيرماخت إنجما (بالألمانية: Wehrmacht Enigma)، هو الإصدار الذي أخذ شعبية واسعة بسبب سهولة استخدامها وصعوبة فك شفرتها وبسبب استعمالها من قبل القوات العسكرية النازية. استطاع خبراء تعمية قوات الحلفاء فك تعمية عدد هائل من الرسائل باستخدام هذه الآلة. وقد تم فك التعمية عام 1932 على يد مشفرين بولنديين هم ماريان رييفسكي، جيرزي وزيسكي، هينركي زيجلاسكي من مكتب التعمية البولندي. في منتصف عام 1939 تم نقل طرق التعمية وفك التعمية من بولندا إلى بريطانيا وفرنسا. قدمت هذه الآلة مساعدة كبيرة لجهاز الاستخبارات العسكرية لقوى الحلفاء وقد سميت ألترا (ULTRA)، حتى أنه يقال أن نهاية الحرب الأوروبية كانت أبكر بعامين بسبب فك الشيفرة الألمانية [2][3].

وقد تمكن الحلفاء من كسر تعمية رسائل آلة إنجما ليس فقط بسبب وجود بعض نقاط الضعف في تعميتها ولكن بسبب بعض العوامل المهمة الأخرى خصوصاً الأخطاء البشرية من مستعمليها وتسرب اسرار التعمية أثناء العمل وكذلك ساعدت الآلات المستولى عليها في كشف طريقة عملها [4].
محتويات
[إخفاء]

* 1 الوصف
o 1.1 الدوّارات
o 1.2 حركة خطوية
o 1.3 دولاب الدخل
o 1.4 العاكس
o 1.5 لوحة المآخذ
o 1.6 ملحقات
o 1.7 التوصيف الرياضي
* 2 إجراءات استخدام آلة إنجما
o 2.1 المؤشرات
o 2.2 الاختصارات وعلامات الترقيم
* 3 تاريخ تطور الآلة
o 3.1 إنجما التجارية
o 3.2 إنجما العسكرية
* 4 آلات إنجما الناجية
* 5 انظر أيضًا
* 6 مراجع
* 7 وصلات خارجية

[عدل] الوصف
مخطط توصيل آلة إنجما يظهر تدفق التيار. الزر A محول إلى اللمبة D

إن آلة الإنجما كما هي الآلات الدوّارة، عبارة عن توليفة أو تجميع لأنظمة كهربائية وميكانيكية. تتألف الآلية الميكانيكية من لوحة مفاتيح، ومجموعة من الأقراص الدوّارة تسمى الدوّارات مركبة بشكل متقارب على طول محور، وآلية خطوية لتدير واحدة أو أكثر من الدوّارات مع كل ضربة على الأزرار. إن الآلية تختلف من آلة إلى أخرى، ولكن الشكل الأكثر شيوعًا هو أن يتحرك الدوّار باتجاه عقارب الساعة خطوة واحدة مع كل ضربة على الأزرار، ويتحرك الدوّار المجاور بين الفينة والأخرى. الحركة المتواصلة للدوّارات يعطي تحويلا مختلفا للتعمية بعد كل ضربة على الأزرار.

تعمل الأجزاء الميكانيكية بطريقة تكوَن دوائر كهربائية مختلفة حيث أن التعمية الحقيقية للحروف تتم كهربائيًا. عند الضرب على الزر، تكتمل الدارة الكهربائية، ويمر التيار خلال العناصر المختلفة وبالنتيجة يضيء أحد المصابيح المختلفة، معلنًا الحرف الناتج. فمثلاً، عندما تشفر الرسالة التي تبدأ بـ(ANX)، يضغط مشغل الآلة على الزر A، فيضيء مثلاً مصباح الحرف Z، فيكون أول حرف من الكلمة المشفرة Z. يتابع المشغل تعمية الحرف N بنفس الطريقة، وهكذا.

لشرح آلية إنجما، سنستخدم مخطط التوصيل الجانبي. ولتسهيل المثال، سيقتصر المخطط على أربع مكونات لكل منها. في الآلة الحقيقية يوجد 26 مصباح، وزر، ومأخذ، وتوصيلة كهربائية داخل الدوّارات. يمر التيار من البطارية (1) خلال لوحة المفاتيح الكهربائية (الأزرار) ثنائية الاتجاه (2) إلى لوحة المآخذ (3) التي تسمح بالربط بين لوحة المفاتيح (2) ودولاب الدخل الثابت (4). ثم، يمر التيار خلال المأخذ غير المستعمل (المغلق) (3) إلى دولاب الدخل (4) خلال توصيلات الدوّارات (5) الثلاثية (في فيرماخت إنجما) أو الرباعية (في كريغزمارينه Kriegsmarine M4 (نموذج قوات البحرية) أو خيار الحماية Abwehr variant)، ثم تدخل إلى العاكس (6). يعيد العاكس التيار الكهربائي من طريق آخر، إلى الدوّار (5) ودولاب الدخل (4)، ويمر خلال المأخذ (S) الموصول مع المأخذ (D) بكبل كهربائي (8)، فيضيء مصباح بعد مرور التيار خلال لوحة المفاتيح ثنائية الاتجاه (9). إن التغيير المستمر في المسلك الكهربائي خلال الآلة أو الوحدة بفضل دوران الدوّارات، يعطي عملية تعمية الحروف الأبجدية باستخدام الإنجما أمانا عاليا.

[عدل] الدوّارات
مخطط التوصيل: تعمية حرفين متتابعين بآلة إنجما، يمر التيار عبر مجموعة الدوّارات، ثم العاكس، ثم يعود التيار مارًا عبر الدوّارات مرة أخرى. تمثل الخطوط الرمادية إمكانية أخرى لمسلك الدارة الكهربائية في كل دوّار. يشفّر الحرف A بشكل مختلف مع كل خطوة للدوّار، أولاً الحرف G، ثم الحرف C. حيث أن خطوة واحدة للدوّار اليميني أعطت مسار مختلف تمامًا للدارة الكهربائية.

تشكل الدوّارات (بالألمانية: Walzen) قلب آلة إنجما. وهي ذات قطر 10 سم. وكل دوّار عبارة عن قرص مصنوع من المطاط الصلب أو الباكليت مزود بمجموعة من الأوتاد النحاسية المحملة بنابض على الوجه الأول من القرص مرتبة بشكل دائري، وعلى الطرف الآخر يوجد عدد موافق من التماسات الكهربائية الدائرية تمثل الأوتاد والتماسات الأبجدية الممثلة ب 26 حرفًا من A إلى Z. عندما توضع بشكل متراص، تتقابل الأوتاد والتماسات في الدوّارات المتجاورة، مشكلة اتصال وصلات كهربائية.
تجميع لدوّارات آلة الإنجما. الدوّارات الثلاثة القابلة للحركة محشورة بين دولابين ثابتين، دولاب الإدخال على اليمين، والعاكس (موسوم بإشارة B) على اليسار.

في داخل الدوّار، يصل 26 سلكاً كل وتد من الطرف الأول مع التماس في الطرف الثاني بطريقة معقدة. ويختلف التوصيل من دوّار إلى آخر. ينجز الدوّار الواحد بذاته تعمية بسيطة، أو تعمية استبدالية. فمثلاً، قد يكون الوتد الموافق للحرف E موصولاً إلى تماس الحرف T على الوجه المعاكس. يأتي التعقيد من استخدام عدة دوّارات على التسلسل (3 أو 4) وحركة نظامية للدوّارات، تعطي بمجملها نوعًا أقوى في التعمية. عندما توضع الدوّارات في الآلة، يمكن ضبط الدوّار وفق 26 موضعاً. يمكن إدارته باليد باستخدام دولاب محزز ناتئ من الغطاء عندما يغلق، كما يظهر في الشكل 2. يضبط المشغّل الوضعية باستخدام حلقة أبجدية مثبتة على جانب القرص، ومجهزة بـ 26 حرفًا أو رقمًا، ويمكن رؤية الحرف أو الرقم من نافذة، مشيرًا إلى موضع الدوّار. كانت الحلقة الأبجدية في النسخ الأولية لآلات الإنجما ثابتة، وتم إدخال تعديلات معقدة على النسخ اللاحقة لتسهيل ضبط الحلقة الأبجدية نسبة إلى التوصيل في قلب الدوّار. عرف موضع الحلقة الأبجدية بـ(ضبط الحلقة).
ثلاث دوّارات لآلة الإنجما، والمحور الذي توضع عليه عندما تكون في حالة العمل.

الدوّارات التي يوجد عليها ثلم (أو عدة أثلام) تستخدم للتحكم بخطوة الدوّارات. أما في النسخ العسكرية للآلة فإن الأثلام تكون موضوعة على الحلقة الأبجدية.

تُزود آلات الإنجما التابعة للجيش وقوى الطيران بعدة دوّارات، كان عددها ثلاثة في الآلات الأولى. وفي 15 أكتوبر 1938 ازداد العدد إلى خمسة وقد رقمت هذه الدوّرات باستخدام الأرقام الرومانية (I، II، III، IV، VI) لتمييزها باستخدام ثلم واحد موضوع عند نقاط مختلفة على الحلقة الأبجدية. كان هذا أحد الإجراءات الأمنية ولكن تم اعتماده في طريقة الساعة البولندية للتعمية، وفي بانبوريسموس البريطانية.

أما نسخة فيرماخت إنجما التابعة للبحرية فقد صنعت باستخدام عدد أكبر من الدوّارات، بدءًا بستة ثم سبعة ثم ثمانية دوّارات. وقد وضع على الدوّارات الإضافية ثلمين N وA مؤديًا إلى عدد دورات أكبر.
شكل مفصل لدوّار إنجما ثلاثة دوّارات متسلسلة

1. حلقة محززة
2. نقطة علام لتماس الحرف A
3. الحلقة الأبجدية
4. صفيحة التماسات
5. أسلاك التوصيل
6. أوتاد التماس
7. عتلة ضبط حلقة التحميل بالنابض.
8. محور
9. الدولاب المحزز
10. ترس سقاطة

[عدل] حركة خطوية
الحركة الخطوية في آلة الإنجما

من أجل تجنب الحصول على شيفرة استبدالية بسيطة (وبالتالي سهلة الفك)، فقد كانت بعض الدوّارات تدور نتيجة الضرب المتكرر على زر ما. يؤدي هذا إلى الحصول على تعمية مختلفة عند كل موضع للدوّار، وهذا يعطي شيفرة أبجدية استبدالية متغيرة بشكل كبير. أكثر الآليات استخدامًا لهذا الغرض هي آلية ترس السقاطة واللسين. كل دوّار مجهز بترس سقاطة ذي 26 سنًا، ويوجد لسين يتعشق مع أسنان الترس. يمكن إزاحة اللسين من التعشيق مع كل ضربة زر في الآلة، فيتحرك الدوّار خطوة واحدة.

في آلة فيرماخت إنجما، لكل دوّار حلقة محززة قابلة للضبط. ولكل من الدوّارات الأساسية الخمسة (I–V) حلقة محززة بثلم واحد، بينما للدوّارات الإضافية التابعة للقوات البحرية (VI، VII، VIII) حلقة مجهزة بثلمين. وعند نقطة معينة يتوازى ثلم الدوّار مع اللسين، مما يسمح بالتعاشق مع ترس السقاطة للدوّار المجاور والتحرك معه عند ضربة الزر التالية. عندما يكون اللسين غير متوازٍ مع السقاطة، فإنه ينزلق ببساطة فوق سطح الحلقة بدون أن يتعاشق مع السقاطة. وفي نظام الدوّار ذي الثلم الواحد، فإن الدوّار الثاني سيتقدم خطوة واحدة بعد 26 خطوة للدوّار الأول. وبشكل مشابه، يتقدم الدوار الثالث خطوة واحدة بعد 26 خطوة للدوّار الثاني. يتقدم الدوّار الثاني أيضًا في نفس الوقت الذي يتقدم فيه الدوّار الثالث، مما يعني أن الدوّار الثاني يمكن أن يخطو مرتين في ضربة الزر اللاحقة (خطوة مزدوجة)، موفرًا للوقت [5].

هذه الخطوة المزدوجة تسبب انحراف الدوّارات عن العدّاد. تحدث الخطوة المزدوجة كالآتي: يخطو الدوّار الأول خطوة واحدة، ويأخذ معه الدوّار الثاني ليخطو خطوة إضافية. فإذا تحرك الدوّار الثاني في هذه الخطوة ضمن موقع الثلم الخاص به، سقط اللسين الثالث. في الخطوة التالية، سيدفع هذا اللسين سقاطة الدوّار الثالث ليخطو خطوة واحدة، ولكنه يندفع متعاشقًا مع ثلم الدوّار الثاني، دافعًا الدوّار الثاني مرة ثانية.

ومع ثلاثة سقاطات ولسين واحد في الداوليب الأول والثاني، فإن للآلة 26 * 25 * 26 = 16,900 احتمال دورات (وليس 26 * 26 * 26 بسبب الخطوة المزدوجة للدوّار الثاني [5]). والرسائل كانت تاريخياً مقتصرة على حوالي ألفين من الكلمات، وبالتالي فإن احتمال تكرر الموضع في الرسالة الواحدة قليل جدًا.

[عدل] دولاب الدخل

يربط دولاب الدخل (بالألمانية: Eintrittswalze) لوحة المآخذ (إن وجدت) أو لوحة المفاتيح مع مجموعة الدوّارات. وبينما التوصيل الدقيق المستخدم لايشكل أهمية كبيرة في أمن المعلومات، فقد برهن إعاقة لمحلل الشيفرة البولندي ماريان رييفسكي أثناء استنتاجه لتوصيل الدوّارات. يتم وصل المفاتيح في الإنجما التجارية بترتيب وضعها على لوحة المفاتيح QrightarrowA, WrightarrowB, ErightarrowC وهكذا. إلا أنها توصل بشكل متسلسل في الإنجما العسكرية ArightarrowA, BrightarrowB, CrightarrowC وهكذا.

[عدل] العاكس

باستثناء النماذج الأولى من الآلة A وB ،فإن الدوّار الأخير يأتي قبل العاكس (بالألمانية: Umkehrwalze) والذي هو ميزة موثقة ببراءة اختراع خاصة بعائلة آلات الإنجما من بين العديد من أنواع آلات الدوّارات التي تم تصميمها في تلك الحقبة من الزمن. يربط العاكس مخارج آخر دوّار بشكل مزدوج بحيث يحول مسار الحركة عبر الدوّارات إلى طريق مختلف. يعمل العاكس على إعطاء الإنجما خاصية أن لايمكن أن يشفر أي حرف إلى نفسه.

في الإنجما من الطراز C فإنه من الممكن إدراج العاكس بأحد شكلين مختلفين. أما في الطراز D فإنه من الممكن تعديل العاكس على 26 وضعية مختلفة، على الرغم من أنه لايتحرك أثناء التعمية.

في الجيش الألماني والقوى الجوية، تم تثبيت العاكس ولم يسمح له بالدوران، حيث كان هناك أربع نسخ، النسخة A وقد تم استبدالها بالنسخة B في الأول من نوفمبر عام 1937. النسخة الثالثة C تم استخدامها لفترة قصيرة في عام 1940 وتم حلها من قبل الكوخ 6 [6]. أما النسخة الرابعة D التي تم تشغيلها لأول مرة في الثاني من يناير 1944 فقد كان لها عاكس قابل لإعادة التوصيل مما سمح لمستخدم الإنجما بتغيير التوصيلات كجزء من إعدادات المفاتيح.

[عدل] لوحة المآخذ
لوحة المآخذ في آلة إنجما

لوحة المآخذ (بالألمانية: Steckerbrett) التي تسمح بتوصيل متغير يقوم بتغييره مشغل الآلة. تم وضع هذه اللوحة قيد الاستعمال في الجيش الألماني في عام 1930 وتم اعتمادها بشكل فوري من قبل سلاح البحرية أيضًا. لوحة المآخذ تشارك بشكل كبير في قوة عملية التعمية التي تقوم بها الآلة، بشكل أكبر مما سيكون التأثير عليه لو تم إضافة دوّار جديد. بدون لوحة المآخذ سيكون من الممكن حل شيفرة آلة إنجما بطرق بسيطة مباشرة وربما بإجراء الحسابات يدويًا، بينما إضافة لوحة المآخذ نفى أي إمكانية لاستخدام الطرق البسيطة في فك تعمية الآلة، حيث أن محللي الشيفرة لقوات الحلفاء اضطروا لتصنيع آلات خاصة من أجل فكها.

يوضع كبل على لوحة المآخذ بحيث يربط الحروف على شكل أزواج. مثلاً، من الممكن ربط الحرفين E وQ بحيث يشكلان زوجًا، ويكون تأثير هذا هو عكس هذين الحرفين قبل وبعد المزج في الدوّارات الرئيسية. على سبيل المثال عندما يضغط مشغل الآلة الحرف E فإن الإشارة ستحول إلى حرف Q قبل دخولها للدوّارات، ومن الممكن صنع حتى 13 زوجًا في وقت واحد.

يتدفق التيار من لوحة المفاتيح إلى لوحة المآخذ، ومن ثم يستمر ليدخل دوّار الدخل. لكل حرف على لوحة المآخذ قابسين. إن إدخال الكبل في قابس أحد الحروف سيفصل اتصاله من الأعلى مع لوحة المفاتيح ومن الأسفل مع دوّار الدخل، وعندما يوصل الكبل إلى حرف آخر على لوحة المآخذ فإنه سيتم إنشاء اتصال بين هذين الحرفين.

[عدل] ملحقات
ساعة إنجما الإضافية

أضيفت لاحقًا على إنجما M4 طابعة صغيرة (بالألمانية: Schreibmax) كانت تطبع 26 حرفًا على شريط ورقي صغير. كانت هذه الطابعة ضرورية مع مشغل آخر يقرأ المصابيح ويكتب الحروف الناتجة. وضعت الطابعة (Schreibmax) على آلة إنجما ووصلت إلى لوحة المصابيح. ولتوصيل الطابعة، كان من الضروري إزالة غطاء المصابيح وكل المصابيح أيضًا. ويمكن للطابعة -إضافة لفائدتها في تحسين أمن العملية- أن توضع في مكان بعيد مثل مكتب ضابط الإشارة المشغل للآلة الذي يمكنه أن يرى النص الكامل بعد فك التعمية.

إضافة أخرى إلى آلة إنجما، كانت لوحة مصابيح إضافية. فإذا تم تجهيز الآلة بلوحة مصابيح إضافية، تم تعريض الغلاف الخشبي للآلة. لقد كان هناك نسخة عن لوحة المصابيح يمكن توصيلها لاحقًا، ولكنها تتطلب كما في حالة الطابعة (Schreibmax)، نزع لوحة المصابيح الأساسية وكل المصابيح. لقد سمحت هذه اللوحة لشخص بعيد أن يقرأ الرسالة بعد فك التعمية بدون أن يراها عامل فك التعمية.

في عام 1944، أضاف لوفتفافيه (سلاح الجو الألماني) مفتاحًا كهربائيًا إلى لوحة المآخذ وسماه الساعة. كان عبارة عن صندوق صغير يحتوي على مفتاح كهربائي ذي أربعين موضعاً، يمكنها أن تحل محل المآخذ المفترضة. بعد توصيل المآخذ كما هو محدد في لوحة المفاتيح اليومية، يدير المشغل المفتاح إلى أحد المواقع الأربعين، وكل وضع يعطي توليفة مختلفة من توصيل المآخذ. معظم توصيلات المآخذ هذه كانت، وعلى عكس المآخذ المفترضة، ليست مزدوجة (pair-wise). ففي أحد مواضع المفتاح، لا تفعل الساعة شيءًا سوى محاكاة توصيلات الأسلاك بالمآخذ.

[عدل] التوصيف الرياضي

تعتمد آلة الإنجما على نوع متقدم من الشيفرة متعددة الأبجدية، حيث أن كل تحويل في آلة إنجما لأي حرف يمكن أن يعبر عنه رياضيًا كنتيجة لتباديل معينة. لنفترض ثلاث دوّارات لآلة إنجما تابعة للقوى الجوية الألمانية، وليكن P يشير إلى تحويل لوحة المآخذ، وU يشير إلى تحويل العاكس، وL,M,R تشير إلى الدوّارات اليسار فالوسط فاليمين بشكل متتابع. يمكن عندها التعبير عن التعمية بالشكل:

E = PRMLUL − 1M − 1R − 1P − 1.

بعد كل ضربة زر، يدور الدوّار مغيرًا التحويل. فمثلا، إذا دار الدوّار اليمين R عدد من المواضع i، يصبح التحويل ρiRρ − i، حيث ρ هي التبديل الدوري (cyclic permutation) يبدأ من A إلى B، و B إلى C، وهكذا دواليك. وبشكل مشابه، يمكن تمثيل الدوّار اليسار j وk دوران M وL. يمكن عندها توصيف تحويل التعمية بالشكل:

E = P(ρiRρ − i)(ρjMρ − j)(ρkLρ − k)U(ρkL − 1ρ − k)(ρjM − 1ρ − j)(ρiR − 1ρ − i)P − 1.

[عدل] إجراءات استخدام آلة إنجما
تتطلب آلة إنجما قائمة بإعداد المفاتيح اليومي، وعدد من الوثائق المساعدة. إجراءات آلة إنجما الألمانية البحرية هي الأكثر تفصيلا، وأمنًا، من الإجراءات المستخدمة في الآلات الأخرى. طبع كتاب الرموز باللون الأحمر، بحبر منحل في الماء على ورق قرنقلي، بحيث يمكن تدميره بسهولة إذا خشي وقوعه بيد العدو. كتاب الرموز المبين أعلاه تم ضبطه أثناء أسر الغواصة الألمانية المسماة يوبوته 505.

في الاستعمال الألماني العادي، قسمت الاتصالات إلى عدد من الشكبات العاملة المختلفة، ولكل منها إعدادات مختلفة لآلة إنجما. سميت شبكات الاتصالات هذه بالمصطلح مفتاح في حديقة بلتشلي، وأعطيت اسم رمز مثل، أحمر، وعصفور، وقرش. أعطيت كل من هذه الوحدات العاملة على الشبكات، قائمة إعدادات لآلة إنجما لفترة من الزمن. ولكي تعمى رسالة ويفك تعميتها بشكل صحيح، يجب على كل من المرسل والمستقبل أن يعد آلته بنفس الطريقة، كاختيار الدوّار وترتيب الاختبار، موقع البداية، وتوصيلات لوحة المآخذ. جميع هذه الإعدادات (مع بعضها تسمى المفتاح في المصطلح الحديث) يجب أن توضع مسبقًا، وتوزع في كتاب الرموز.

إن الحالة الأولية لآلة إنجما، المفتاح، لها عدة سمات:

* نظام الدوّارات (بالألمانية: Walzenlage): اختيار الدوّارات وترتيبها عند تركيبها.
* الوضع الأولي للدوّارات: يختارها المشغل، وهو مختلف لكل رسالة.
* إعداد الحلقات (بالألمانية: Ringstellung): موضع الحلقات الأبجدية نسبة إلى توصيل الدوّارات.
* إعداد المآخذ (بالألمانية: Steckerverbindungen): توصيل المآخذ في لوحة المآخذ.
* توصيل العاكس القابل للإعداد في النسخ الأخيرة جدًا.

لقد صممت آلة إنجما لتكون موثوقة حتى لو عرف توصيل الدوّارات من قبل العدو، بالرغم من الجهود العملية المعتبرة لحفظ سر التوصيل. إذا كان التوصيل سريًا، فإن العدد الكلي للإعدادات المحتملة يتجاوز 10114 (حوالي 380 بت)، وبمعرفة التوصيل وشروط التشغيل الأخرى، يمكن تخفيضه إلى 1023 أي (76 بت).[3] إن مستخدمي إنجما كانوا واثقين من وثوقيتها بسبب العدد الهائل من الاحتمالات، وقد كان من غير الملائم للعدو أن يحاول كل احتمالية للإعدادات بطريقة بروته فورس.

[عدل] المؤشرات

كانت معظم المفاتيح تترك ثابتة لفترة من الزمن، عادة تقدر هذه الفترة بيوم. على أية حال، كان يختار وضع جديد مختلف لكل دوّار ولكل رسالة، وهو مبدأ مشابه لمبدأ استهلال المتجهات (Initialization vector)، في التعمية الحديثة، لأنه إذا أرسلت عدة رسائل معماة بنفس الإعدادات أو مقاربة لها، فإن محلل التعمية، مع توفر عدة رسائل مطولة وتتكلم في عمق الموضوع، قد يكون قادرًا على فك الرسائل باستخدام تحليل التردد. يتم إرسال موضع البداية مباشرة قبل النص المعمى. يشار إلى الطريقة الصحيحة المستخدمة بإجراء المؤشر، وقد سمحت إجراءات المؤشر الضعيفة بكسر تعمية الإنجما.
الشكل 2: إن الدواليب المحززة للدوّارات تنتأ من الغطاء، مما يسمح للمشغل بضبط الدوّارات، وموضعهم الحالي، هنا RDKP، يكون مرئيًا للمشغل من خلال مجموعة من النوافذ

إن أول من استخدم إجراءات المؤشر هم محللوون التعمية البولنديون ليخترقوا بشكل أولي آلة إنجما. وكان الإجراء بأن يعد المشغل آلته بالتوافق مع قائمة الإعدادات التي تتضمن موضعا مبدئيا عاما للدوّارات (Grundstellung—"ground setting") وليكن مثلا AOH. يدير المشغل الدوّارات حتى ظهور AOH ضمن نوافذ الدوّارات. وعندها يختار المشغل موضع البداية العشوائي لتلك الرسالة الخاصة. قد يختار المشغل EIN، وتصبح هذه إعدادات الرسالة لمقطع التعملية ذاك. ثم يبدأ المشغل بطباعة EIN على الآلة، مرتين، ليتحقق من أخطاء التحويل. تكون النتائج هي مؤشر معمّى، EIN مكتوبة مرتين قد تتحول إلى XHTLOA، التي ستنتقل مع الرسالة. وأخيرًا، يدير المشغل الدوّارات إلى إعدادته للرسالة، EIN في مثالنا هذا، ويطبع نص الرسالة كاملا.

تنعكس العملية عند الطرف المستلم. يعد المشغل الآلة بحسب الإعداد الأولي ويطبع الحروف الستة الأولى من الرسالة (XHTLOA). في هذا المثال، EINEIN تنتج عن المصابيح. يعيد تحريك الدوّارات إلى EIN، ثم يطبع المشغل كامل الرسالة لتنفك الرسالة المعماة.

إن الضعف في نظام المؤشرات أتى من عاملين. الأول، استخدام إعدادات عامة أساسية (global ground setting)، وهو ما تم تغييره بحيث أصبح المشغل يختار الموضع الأولي لتعمية المؤشر، ويرسل الوضع الأولي بشكل صريح. ثانيًا هو تكرار المؤشرات والذي كان شرخًا خطيرًا في وثوقية العملية. كانت تعمية إعدادات الرسالة تكرر مرتين، مما يعطي علاقة في تحويل الحرفين الأول والرابع، وفي تحويل الحرفين الثاني والخامس، وفي تحويل الحرفين الثالث والسادس. هذه المشكلة في الوثوقية مكّنت مكتب التعمية البولندية من اختراق نظام إنجما قبل الحرب في بدايات 1932. على أية حال، بدءًا من عام 1940، غير الألمان الإجراءات لزيادة السريّة.

استخدم كتاب الرموز خلال الحرب العالمية الثانية لإعداد الدوّارات والحلقات. يختار المشغل لكل رسالة موضعا مبدئيا عشوائيا، وليكن WZA، ومفتاحا عشوائيا للرسالة، وليكن SXT. يحرك المشغل الدوارات ليضبطها على موضع البداية WZA ويعمي مفتاح الرسالة SXT. لنفترض النتيجة هي UHL. ثم يعد مفتاح الرسالة SXT كموضع أولي ويعمي الرسالة. بعدها، يحول موضع البداية WZA، ومفتاح الرسالة المعمى UHL، ثم النص المعمى. يقوم المستلم بإعداد موضع البداية وفق أول مقطع رمزي، WZA، ويفك تعمية المقطع الثاني، UHL، للحصول على إعدادات الرسالة SXT. بعدها يستخدم إعداد الرسالة هذا SXT كموضع أولي لفك تعمية الرسالة. بهذه الطريقة، كانت الإعدادات الأساسية مختلفة وأوقفت الإجراءات السابقة الشرخ في وثوقية إعدادات الرسالة المعماة مرتين.

استخدم هذا الإجراء من قبل فيرماخت والقوات الجوية فقط. لقد كانت إجراءات القوات البحرية (Kriegsmarine) لإرسال الرسالة باستخدام إنجما أكثر تعقيدًا، ومدروسة بشكل أكبر. قبل تعمية الرسالة باستخدام آلة إنجما، كانت الرسالة تعمى باستخدام كتاب رموز (Kurzsignalheft). لقد حوى هذا الكتاب على جداول لتحويل الجمل إلى أربع مجموعات رباعية من الحروف. لقد حوى الكتاب على العديد من الجمل المنتقاة، مثل المسائل اللوجستية كالتزود بالوقود، والمواعيد مع سفن المؤونة، وأسماء المرافئ والبلدان والأسلحة وظروف الطقس ومواقع العدو وسفنه، وجداول الأوقات والتواريخ. ويوجد كتاب رموز آخر يتضمن تعريف المفتاح (Kenngruppen) ومفتاح الرسالة (Spruchschlüssel). لمزيد من التفاصيل أنظر (Kurzsignale on German U-Boats)

[عدل] الاختصارات وعلامات الترقيم

استخدمت آلة إنجما الحربية 26 حرفًا أبجديًا فقط. واستبدلت الإشارات بمجموعة من الرموز النادرة، وتم إهمال الفراغات أو استبدالها بـX. حيث كانت X تشير إلى الفراغ أو النقطة. بعض الإشارات اختلفت في القطع الأخرى من الجيش. استبدل فيرماخت الفاصلة بـZZ وإشارة الاستفهام بـ(FRAGE) أو (FRAQ). استبدلت القوات البحرية (كريغزمارينه، Kriegsmarine) الفاصلة بـY، وإشارة الاستفهام بإشارة UD. التركيبة CH، كما في كلمة (Acht) أي ثمانية، وكلمة (Richtung) أي اتجاه، استبدلت بـ Q فأصبحت (AQT,RIQTUNG). استبدل الصفران أو الثلاثة أو الأربعة أصفار بـCenta، MILLE، MYRIA.

كان جيش الدفاع (فيرماخت) وسلاح الجو (لوفتفافيه) يرسلون الرسائل في مجموعات من 5 حروف، بينما كانت القوات البحرية (كريغزمارينه)، وباستخدام آلة إنجما ذات الأربع دوّارات، ترسل الرسائل في مجموعات من أربع حروف. الكلمات المستخدمة بشكل متكرر كان يجب أن تتغير قدر الإمكان. فكلمات مثل Minensuchboot بمعنى كاسحة ألغام يمكن أن تكتب (MINENSUCHBOOT، أو MINBOOT، أو MMMBOOT، أو MMM354). ولجعل تحليل التعمية أصعب، فقد تم إلغاء أكثر من 250 حرفًا في الرسالة الواحدة. قسمت الرسائل الطويلة إلى عدة أجزاء، لكل منها مفتاح رسالة خاص به. لمزيد من التفاصيل انظر ترجمات (Tony Sale) لـ(الإجراءات العامة) "[7]. وانظر أيضًا (إجراءات الضابط والأركان) [8]
.

[عدل] تاريخ تطور الآلة

كان هناك العديد من النماذج من عائلة آلة إنجما، وأول آلات الإنجما بدأت منذ بدايات عام 1920. وبدءًا من منتصف 1920 بدأ العديد من فروع الجيش الألماني استخدام إنجما، مع إضافة العديد من التغييرات لزيادة وثوقيتها. بالإضافة إلى أن العديد من الدول تبنت الآلة وكيّفتها مع آلات التعمية خاصتها.
مجموعة من سبع آلات إنجما ومعداتها معروضة في المتحف الوطني لعلم التعمية في الولايات المتحدة. من اليسار إلى اليمين، النماذج هي: 1) إنجما التجارية 2) إنجما T 3) إنجما G 4) Unidentified 5) إنجما لوفتفاف (القوى الجوية) 6) إنجما جيش هيير 7) إنجما القوات البحرية

[عدل] إنجما التجارية

في 23 شباط/فبراير 1918، قدم المهندس الألماني آرثر شيربيوس من أجل تسجيل براءة اختراع لآلة تعمية باستخدام الدوّارات ، وأسس مع ريتشارد ريتر شركة شيربيوس و ريتر. ولقد فاتحوا وزارة البحرية والخارجية الألمانية بتصميمهم، ولكنه لم يلق أي اهتمام. ثم تخلوا عن حقوق البراءة إلى لـ(Gewerkschaft Securitas)، التي أسست في 9 حزيران/يونيو 1923 شركة آلات التعمية (Chiffriermaschinen Aktien-Gesellschaft)، وكان شيربيوس و ريتر على رأس مجلس الإدارة. بدأت (Chiffriermaschinen AG) الدعاية لآلة إنجما نموذج A التي عرضت في مؤتمر اتحاد البريد العالمي في عام 1923 و1924. كانت الآلة ثقيلة وضخمة، ومزودة بآلة كتابة. وكانت بأبعاد 65x45x35 سم، وبوزن حوالي 50 كغ. تم تقديم النموذج B وكان بتركيب مشابه [9]. كلا النموذجين A و B كانا مختلفان عن النسخ التالية: فقد اختلفا بالحجم والشكل، وطريقة التعمية ولكن بدون العاكس. إن العاكس الذي اقترحه ويلي كورن زميل شيربيوس أدخل على نموذج إنجما C في عام 1926.
آلة إنجما النادرة ذات الثمانية دوّرات

النموذج C كان أصغر وقابلا للحمل أكثر من سابقيه. كان ينقصه آلة كاتبة يعتمد عليها بدلا من قراءة المصابيح، وبالتالي أسند له اسم إنجما ذات المصابيح لتمييزها عن النماذج A وB. انقرض النموذج C بسرعة، مفسحًا المجال لإنجما D (1927). استخدم هذا النموذج بشكل واسع، وذهبت نسخ منه إلى السويد، وهولندا، والمملكة المتحدة، واليابان، وإيطاليا، وإسبانيا، والولايات المتحدة، وبولندا.

[عدل] إنجما العسكرية

كان سلاح البحرية هو أول من امتلك آلة إنجما في فروع الجيش الألماني. حيث تم تصنيع الآلة المسماة الشيفرة السرية الراديوية C (بالألمانية: Funkschlüssel C) في عام 1925، وتم تشغيلها في عام 1926 [10]. كانت لوحة المفاتيح تحوي 29 حرفًا للأبجدية الألمانية، كما أن الأحرف مرتبة بالترتيب QWERTZU.ا [11] كان للدّوارات 28 نقطة اتصال، والحرف X موصول عبر الدّوارات وغير مشَفَّر [12]. تم اختيار ثلاث دوّارات من خمسة[13]، كما كان من الممكن حشر العاكس في أحد أربع أوضاع مختلفة [14] تم تعديل الآلة بشكل طفيف في عام 1933. [15].

في 15 يوليو 1928 [16] استخدم الجيش الألماني نسخته الخاصة من إنجما سميت إنجما G وتم تعديلها إلى إنجما I في يونيو 1930 [17].
أحد آلات إنجما الأمريكية في المتحف الوطني للتعمية فورت ميادي، ماريلاند، الولايات المتحدة الأمريكية.

[عدل] آلات إنجما الناجية

لم يتم الكشف عن الجهود لخرق شيفر إنجما حتى السبعينات من القرن العشرين. منذ ذلك الوقت ازداد الاهتمام بآلة إنجما بشكل ملحوظ وتم عرض عدد منها على العامة في متاحف الولايات المتحدة وأوربا. يمتلك المتحف الألماني في ميونخ طرازي إنجما العسكرية ذات الثلاث دوارات والأربع دوارات بالإضافة إلى عدة نسخ مدنية أخرى. نسخة آلة إنجما الصالحة للعمل التي تعرض في متحف التعمية الوطني في ماريلاند، حيث يستطيع الزوار لمس الآلة بالأيدي وتشفير رسائلهم أو فك تشفيرها. كما أن المتحف العسكري في ستوكهولم يعرض أحد آلات إنجما في صالته. كما يوجد أيضًا عدة أمثلة في متحف تاريخ الكمبيوتر في الولايات المتحدة الأمريكية، حديقة بلتشلي في بريطانيا، وغيرها من المتاحف في أستراليا وألمانيا.

الغابات ط§ظ„ط§ط³طھظˆط§ط¦ظٹط© ، ط§ظ„ط؛ط§ط¨ط§طھ ط§ظ„طµظ†ظˆط¨ط±ظٹط© ، الغابات ط§ظ„ط§ظپط±ظٹظ‚ظٹط© ، الغابات ط§ظ„ظ…ط·ظٹط±ط© ، الغابات المدارية ، الغابات في العالم ، الغابات في السودان ، الغابات المطيرة الاستوائية ، الغابات المدارية المطيرة ، الغابات في الوطن العربي

الغابات هي مساحات من الأرض غنية بالحياة النباتية وخصوصا بالأشجار الكثيفة. والغابات عنصر أساسي من عناصر البيئة ولها تأثير مباشر على المناخ.

البيئة

البيئة ليست ما يحيط بنا عن قرب فقط وإنما كل شىء تتضمنه الكرة الأرضية، وتعتبر الغابات جزءا لا يتجزأ من البيئة فهى تساهم في استقرارها. ولكن للأسف فهى تضيع من بين أيدينا تدريجياً وتتعرض للضياع لنضيف بذلك عنصراً آخراً لإنتهاكات الإنسان التى يقترفها يوماً بعد يوم تجاه بيئته، ويمضى قدماً تجاه مصيره الذى وضعه بيده لحياته وسط خصم هذه الأضرار التى تؤثر على جودة حياة الكائنات الحية بأكملها على سطح الكرة الأرضية لكن ماذا يحدث لهذا الجزء الهام من بيئتنا، ما هى أهميتها بما أنها مساحة شاسعة من الغطاء النباتى؟!

أهمية الغابات

لا تقتصرالغابات على كونها غطاء شاسع أخضر لكن لها مغزى اقتصادى وصناعي، كما أنها تمنع تدهور التربة وتآكلها، تحمى ينابيع المياه، وتحافظ على استقرار الجبال، كما أنها تحد من تأثير المدافئ الخضراء والتى تساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري في العالم من خلال البساط الأخضر الذى يمتص غاز ثانى أكسيد الكربون. وتعتبر الغابات بيئة وموطناً طبيعياً للحيوان والنبات حيث تضم حوالى 66% من كائنات الكرة الأرضية، لذلك فهى تساعد على حماية التنوع البيولوجى من الانقراض وعلى المستوى الاقتصادى، وتساهم كمصدر مهم للطاقة والمواد الخام، كما لعبت الغابات على مر العصور دوراً حضارياً وتاريخياً هائلا حيث كانت موطناً للعنصر البشرى منذ القدم.

وعلى الرغم من أهمية الغابات، فما زالت التقارير تشير إلى التدهور المستمر في هذه المساحة الشاسعة، حيث أقرت الإحصائيات بأن نسبة الغابات التى تعرضت للتدهور وصلت إلى نصف مساحتها وخاصة خلال العقودالثلاثة الأخيرة.

في الفترة ما بين عام 1990 – 1995 وصلت نسبة الفاقد منها إلى حوالى 112,600 كم² سنوياً والمساحات المتبقية منها صغيرة – ولكن الغابات الحدودية (التى تقع على الحدود) مازالت تلعب دوراً كبيراً في البقاء على حياة الغابات، وفى الحفاظ على التنوع البيولوجى لكنها مهددة أيضاً بالإنقراض ويرجع ذلك لأسباب اقتصادية لتحقيق النمو المستمر لاقتصاد الدول، والاستهلاك المتزايد لها. تأثير غازات المدافئ الخضراء، ومتطلبات التوسع السكاني. بالإضافة إلى السياسات الخاطئة المتبعة من قبل الحكومات لتسكين الأفراد واقامة المبانى هناك بدلاً من تشجيع السياحة في هذه المناطق الخلابة.
الوضع بالنسبة للغابات الحدودية الغابــات الحدوديــة النسبة
مساحة الغابات على الكرة الأرضية بوصفها غابات حدودية %40
المساحة الباقية في العالم من الغابات الحدودية والتى توجد في روسيا وكندا والبرازيل %70
نسبة الغابات الحدودية المهددة بإقامة أماكن للسكن، ونزع الغطاء النباتى من أجل الزراعة والممارسات البشرية الأخرى الضارة بها %39
نسبة الغابات الحدودية المهددة بالخطر في الدول المتقدمة %3
عدد الدول التى فقدت غاباتها الحدودية بشكل كلى 76 دولة
عدد الدول التى على وشك أن تفقد غاباتها الحدودية ومنها على سبيل المثـال (نيجيريا – فنلندا – فيتنام – ساحل العاج) 11 دولة
نسبة مساحة الغابات التى تقع في المناطق الشمالية %50
نسبة مساحة الغابات الحدودية التى تقع خارج المنطقة الشمالية ومهددة بالفعل %75

التأثير الدولي

تأثر الدول المتقدمة

تزداد المساحة الإجمالية للغابات في الدول المتقدمة وان كان ذلك بيطء لكنها في ازدياد، وعلى الجانب الآخر مازالت حالتها متدهورة وخاصة في أوروبا حيث تعانى الغابات من تلوث الهواء، والتقلبات الجوية والجفاف. وفى خلال العشرين عاماً الأخيرة فقد حوالى 100,000 هكتاراً من الغابات في أوروبا الوسطى والشرقية، وقد فازت كندا بالنصيب الأكبر في عملية التدهور هذه إذ وصلت نسبتها إلى 40% في بعض مقاطعاتها والسبب الرئيسى اقتلاع أنواع النباتات المختلفة.

تأثر الدول النامية

وتعدد أسباب تدهور حالات الغابات في البلدان النامية ومنها:

* اقتلاع أنواع عديدة من النباتات والأشجار.
* الاعتماد على خشب الأشجار في كثير من الصناعات.
* رعى الماشية على الثروة الغابية.
* اشتعال الحرائق.
* انتشار الآفات.
* انتشار الأمراض.

أنواع الغابات

الغابات متنوعة منها الاستوائى – الشمالى – والمعتدل.

الغابات الاستوائية النسبة الكبيرة منها إذا لم تكن معظمها تقع في الدول النامية، وبدأت في الاختفاء (بمعدل 70,000 – 170,000 كم² سنوياً). وترتبط حالة التدهور بالأحوال الاقتصادية الحالية والتزايد السكانى. والاحتياجات المتزايدة للحصول على مساحات أوسع وأرحب لتواكب النمو السكانى، والضغط على المواد الطبيعية الموجودة في الصحراء أدى إلى استغلالها بشكل سيئ لكن الأمر المثير للفزع أن إمكانية استعادة مثل هذه الغابات أصعب بكثير من محاولة استعادة الغابات الشمالية والمعتدلة على الرغم من أن الأخيرة لا تحتوى على التنوع البيولوجى مثل الغابات الاستوائية، لذلك فالصعوبة تنشأ من هنا لأن فقد مثل هذه الغابات يعنى فقد الثروة النباتية والحيوانية.

والصورة ليست جرداء لهذا الحد، ولكن يوجد جانباً مشرقاً فيها حيث أن إجمالى المساحات المزروعة للغابات على مستوى العالم في تزايد مستمر، وإن كان تنوعها محدوداً لا يتعدى نوعاً أو أكثر قليلاً، فقد تم اختيارهذه النباتات لنموها السريع، وللأغراض التجارية وسهولة التعامل معها. وقد تضاعفت في الفترة ما بين 1980 – 1995 في كلا من الدول المتقدمة والنامية لتصل إلى حوالى 160 – 180 مليون هكتاراً في عام 1995، وهناك مساعى من جانب الدول النامية بأن تضاعف هذه المساحة في الفترة ما بين 1995 – 2022

ترتبط هذه الزيادة بمدى التغير الذى يتم إحرازه في برامج إدارة الغابات، ونظم الزيادة بمدى التغير الذى يتم إحرازه في برامج إدارة الغابات، ونظم الاعتناء بالأشجار وتحسين السلالات، وهذا يساهم بدوره في التخفيف من الضغط الذى يحدث على الحياة النباتية في الصحراء. وإدخال أنواع نباتية على الغابات الطبيعية له فوائد كثيرة، على الرغم من المخاوف أن تحل هذه الأنواع المستحدثة محل الأنواع الطبيعية التى حبى الله بها صحارينا:

* 1- كلما تم زراعة أشجار من نفس النوع والعمر فهذا يعطى للحياة النباتية مقاومة كبيرة ضد التهديدات البيئية.
* 2- كما أن التنـوع لـه فائدتـه إذا أصـاب مرض ما نوع معيــن، أو آفة أو عند التعرض لحرائـق يكـون هنــاك التعويض المقابل لذلك.
* 3- كلما كـان هنـاك تنوع في النباتات التى تزرع فوق سطح تربة كلما زاد غناء هذه التربة بالمواد المغذية التى تفيدهـا، كمـا تزيد فرص تواجـد الثروة الحيوانية التى تتغذى على أنواع متعددة من الغطاء النباتى، وبالتالى انتعاش الحياة الاقتصادية بوجه عام.

ريقة الغابة ويمكن وصفها بأنها من أخطر المشاكل التى تواجهها البيئة بلا منازع، ويكون السبب الرئيسى فيها هو المناخ الجاف، وقد تستمر هذه الحرائق لأشهر ليست لأيام فقط وينجم عنها العديد من المخاطر وخاصة لإنبعاث غاز أول أكسيد الكربون السام.

عوامل نشوب الحرائق

وهناك عاملان أساسيان في نشوب مثل هذه الحرائق عوامل طبيعية لا دخل للإنسان فيها، وعوامل بشرية يكون الإنسان هو بطلها؛ ومن أشهر الأمثلة على العوامل البشرية تلك الحرائق التى نشبت في إندونيسيا في جزيرتى "بورنيو " و سومطرة" ما بين عامى 1997 – 1998. وانبعث من هذه الحرائق غازات سامة غطت مساحة كبيرة من منطقة جنوب شرق آسيا مما نتج عنه ظهور مشاكل صحية وبيئية، وقد نشبت الحرائق في حوالى 808 موقعاً تم تحديدها بصور الأقمار الصناعية وقدرت المساحة التى دمرتها الحرائق بحوالى 456,000 هكتاراً (45,600 كم²). ويرجع السبب الأساسى وراء هذه الحرائق تحويل إنتاج هذه الغابات من خلال إحلال زراعة النخيل لإنتاج الزيوت.

ناهيك عن الخسارة الفادحة للأخشاب والثروة النباتية والحيوانية والبشرية لأن الغازات السامة لهذه الحرائق تمتد إلى البلدان المجاورة ولا تقف عند حدود دولة بعينها. ومن الأمثلة الأخرى لحرائق الغابات تلك الحرائق التى نشبت في البرازيل عام 1998 والتى قضت على ما يفوق على المليون هكتاراً من غابات السفانا وقد عانت المكسيك أيضاً من الجفاف على مدار سبعين عاماً كما أدى إلى نشوب الحرائق لتقضى على حوالى 3,000 م² من الأرض وانتشار دخانها إلى جنوب الولايات المتحدة الأمريكية.

ويمكننا وصف حرائق الغابات بأنها أعظم كارثة بيئية لهذا العقد، وكارثة أجيال لا تستطيع إتخاذ أية إجراءات وقائية بعيداً عن السياسات والحكومات، ولكن عليها أن تدفع الثمن وتتحمل العواقب.

الحفاظ على الغابات

تعاني الغابات الطبيعية في العالم إلى عمليات إبادة وقطع نتيجة للتوسع السكاني (العمراني) وزحف المدينة إلى الريف مما سبب تضرر البيئة وفقدان التوازن البيئي للكرة الأرضية والتوازن الطبيعي من الغطاء النباتي. ومن الضروري العناية بالنباتات والأشجار وتعويض ما يفقد منهاوذلك منعا للتصحر وزحف أو توسع الصحراء على حساب الرقعة الخضراء.

أنواع الأشجار

ولغرض توفير بقع خضراء وغابات صناعية يجب اختيار النبات المناسب لظروف البيئة التي سيزرع بها؛ فالأشجار والنباتات يمكن تقسيمها كما يلي:

* 1. الاشجار والنباتات المتحملة لدرجات الحرارة العالية.
* 2. الاشجار والنباتات المتحملة لدرجات الحرارة المنخفضة.
* 3. الاشجار والنباتات المتحملة للتقلبات الجوية والرياح.
* 4. الاشجار والنباتات المتحملة للرياح البحرية والملوحة بالقرب من سواحل البحار.
* 5. الاشجار والنباتات المقاومة للأدخنة والغبار.

نظرية الأوتار أو نظرية الخيطية (String Theory) هي مجموعة من الأفكار الحديثة حول تركيب الكون تستند إلى معادلات رياضية معقدة، تنص هذه المجموعة من الأفكار على أن الأشياء أو المادة مكونة من أوتار حلقية مفتوحة و أخرى مغلقة متناهية في الصغر لا سمك لها و أن الوحدة البنائية الأساسية للدقائق العنصرية، من إلكترونات و بروتونات و نيترونات و كواركات، عبارة عن أوتار حلقية من الطاقة تجعلها في حالة من عدم الاستقرار الدائم وفق تواترات مختلفة وإن هذه الأوتار تتذبذب و تتحدد وفقها طبيعة وخصائص الجسيمات الأكبر منها مثل البروتون والنيوترون والإلكترون، أهم نقطة في هذه النظرية أنها تأخذ في الحسبان كافة قوى الطبيعة: الجاذبية والكهرومغناطيسية والقوى النووية، فتوحدها في قوة واحدة ونظرية واحدة، تسمى النظرية الفائقة M-Theory.

تهدف النظرية إلى وصف المادة على أنها حالات اهتزاز مختلفة لوتر أساسي وتحاول هذه النظرية الجمع بين ميكانيكا الكم Quantum Mechanics التي تفسر القوى الأساسية المؤثرة في عالم الصغائر (القوة النووية الضعيفة، القوة الكهرمغنطيسية، القوة النووية القوية) و بين النظرية النسبية العامة General Theory of Relativity التي تفسر قوة الجاذبية في عالم الكبائر ضمن نظرية واحدة والتي تقول بإن الكون هو عالم ذو عشرة أو أحد عشر بُعدًا، على خلاف الأبعاد الأربعة التي نحس بها و أن هنالك 6 أو 7 أبعاد أخرى، إضافةً لأبعاد عالمنا الثلاثة معالزمن، غير محسوسة و منطوية على نفسها. أما هذه النظرية الجديدة فتعتقد بأن الكون مكون من 26 بعداً، اُختزلت فيما بعد إلى عشرة أبعاد. ولتوضيح هذه الفكرة يستعمل البعض مثال خرطوم رش الماء، فعندما تنظر للخرطوم من بعيد لا ترى سوى خط متعرج. لكنك بفحصه عن كثب سترى أنه عبارة عن جسم في ثلاثة أبعاد حيث أن الأبعاد الجديدة ملتفة على نفسها في جزء صغير جدا.

استنادا إلى نظرية الأوتار الفائقة فإن الكون الذي نعيش فيه ليس وحيدا، وإنما هنالك أكوان عديدة متصلة ببعضها البعض، ويرى العلماء أن هذه الأكوان متداخلة ولكل كون قوانينه الخاصة به، بمعنى أن الحيز الواحد في عالمنا قد يكون مشغولاً بأكثر من جسم ولكن من عوالم مختلفة، وبحسب هذه النظرية فإن الكون ما هو إلا سيمفونية أوتار فائقة متذبذبة، فالكون عزف موسيقي ليس إلا ومن الممكن معرفة الكون ومما يتكوّن من خلال معرفتنا للأوتار ونغماتها، فالكون يتصرف على نمط العزف على الأوتار.

يقول العالِم الفيزيائي الأمريكي غوث (مواليد 1947) Alan Guth بما أن الكون ولد من العدم وبما أن العدم يمتد إلى مساحات لا متناهية، إذاً من المتوقع نشوء أكوان لامتناهية في أجزاء مختلفة من العدم. أما العالِم الكوزمولوجي والفيزيائي الأمريكي ريز (مواليد 1942) Martin Rees فيقول: بما أنه توجد عوالم مختلفة وعديدة، إذاً من المتوقع وجود عالم كعالمنا. ويُقدِّم مثلاً على ذلك، إذا دخلنا إلى متجرة لبيع الثياب حيث توجد ثياب بمقاييس مختلفة وعديدة فليس من المستغرب حينئذٍ أن نجد ثوباً بمقاسنا. لذا ليس من المستغرب وجود عالَم كعالمنا لأنه توجد عوالم عدة ومختلفة.

* القوة النووية الشديدة المسؤولة عن ارتباط النيوترونات بالپروتونات في داخل نواة الذرة. كما هو معروف، النواة مشحونة إيجابيا وهي لذلك تتدافع إن تركت لشأنها بفعل القوة الكهربائية ممزقة عرى النواة وهنا تتدخل القوة الشديدة للتغلب على القوى المذكورة وتقريب البروتونات إلى بعضها محاولة لم شمل النواة ولتخلق نوع من التوازن الدقيق بينها وبين القوة الكهربائية التنافرية (repulsive) (التي تسعى إلى تفجير النواة). عندما يطلق العنان للقوة النووية الشديدة تنشأ نتائج كارثية، فمثلا عندما تشطر نواة اليورانيوم عن عمد في القنبلة الذرية تتحرر الكميات الهائلة من الطاقة الحبيسة داخل النواة في شكل انفجار نووي مروع. حيث تطلق القنبلة النووية مليون ضعف من الطاقة التي يعطيها الديناميت ويؤكد ذلك بشكل جلي حقيقة أن بإمكان القوة الشديدة توليد طاقة تتعدى طاقة المتفجرات الكيميائية التي تحكمها القوة الكهرمغنيطيسية. تفسر القوة الشديدة أيضا سبب إضاءة النجوم بأن النجم ليس إلا فرن نووي ضخم تتحرر فيه القوة الشديدة سجينة النواة. ولو أن طاقة الشمس كانت ناجمه عن حرق الفحم بدلا من الوقود النووي لما أطلقت الشمس إلا جزءا ضئيلا من ضوئها ولخبت بسرعة متحولة إلى رماد. وبدون الشمس تبرد الأرض وتنقرض كل أشكال الحياة عليها وبدون القوة الشديدة لايمكن أن توجد الشمس و بالتالي لا يمكن أن تنشاء الحياة وترتقي.

* القوة النووية الضعيفة، و هي القوة التي تتحكم بتحلل الجسيمات الأولية داخل الذرة والمسؤولة عن نشاط الذرات الثقيلة غير مستقرة الإشعاع. لبعض النوى كنواة اليورانيوم التي تضم 92 بروتون كتلا هائله تؤدي إلى تحللها تلقائيا وإطلاق شظايا وبقايا صغيرة فيما ندعوه بالنشاط الاشعاعي. النوى في هذه العناصر هي ببساطة نوى غير مستقرة وتجنح إلى التحلل (disintegration) لذا لابد من تواجد قوة أخرى ضعيفة لتتحكم بالنشاط الاشعاعي وتكون مسؤولة عن تحلل النوى الثقيلة. هذه هي القوة الضعيفة التي تتسم بسرعة الزوال والتلاشي إلى حد أننا لانتحسسها مباشرة في حياتنا لكننا نستشعر آثارها غير المباشرة. فعندما نضع عداد جايجر بالقرب من قطعة اليورانيوم تتناهى إلى مسامعنا الطقطقة التي تقيس النشاط الاشعاعي للنوى الناجم عن فعل القوة الضعيفة. ويمكن أن تستخدم الطاقة المتحررة من قبل القوة الضعيفة لتوليد الحرارة أيضا، فمثلا إن الحرارة الشديدة الموجودة في باطن الأرض قد نجمت جزيئا عن تحلل العناصر المشعة في عمق نواة الأرض تتفجر هذه الحرارة الهائلة بدورها في هيئة براكين إن وصلت سطح الأرض. وبالمثل فإن الحرارة التي تنتج في نواة مفاعل نووي والتي تستطيع توليد طاقة كهربائية تكفي لإنارة مدينة كاملة تعزى أيضا إلى أثر القوة الضعيفة.

كان هناك نواقص في نظام نيوتن لتفسير قوة الجاذبية. أحدها أن النظام كان يقول بأن قوة الجاذبية لحظية، أي كأن هنالك حبل يربط الأرض بالشمس فلا تحتاج قوة الجاذبية إلى مدة للانتقال، وأن الجاذبية تعمل فقط على المدى الضخم كالكواكب و النجوم و المجرات و تصبح هذه القوة معدومة في الجزيئات الصغيرة و داخل الذرات. و أنه على الرغم من أن الجاذبية تبدو هي القوة الأكثر وضوحا إلا أنها تعتبر ضعيفه جدا جدا مقارنة بالقوى الأخرى فعلى سبيل المثال يمكننا باستخدام المغناطيس أن نرفع مسمار من على سطح الأرض، نلاحظ هنا أن المغناطيس الضئيل الحجم هذا قد تغلب على الجاذبية الناتجة من هذا الكوكب الضخم. لكن آينشتاين رأى خلاف ذلك و هو أن سرعة الضوء هي السرعة القصوى في هذا الكون، فلا يمكن للجاذبية بأن تكون أسرع من الضوء فقام آينشتاين بتفسير أدق لهذه الجاذبية و هي بأن الكتلة تصنع انحناء في الفضاء و يتسبب هذا في تدحرج (انجذاب) الأجسام الأخرى إلى الكتلة على هذا المنحدر، فكان هذا الاكتشاف مدخل إلى فكرة توحيد القوى في هذا العالم تحت قوة واحدة تحكم هذا الكون ولكن آينشتاين توفي قبل أن يحقق ذلك.

و ترى هذه النظرية المادة متكونة من سترينغات أي حلقات مفتوحة و تلتصق نهاية الحلقة بغشاء أو فضاء يسمى بران هو عبارة عن الكون الذي نعيش فيه إلا أن الحلقات الغير ملتصقة بالبراين كالجسيم النظري جرافيترون التي يعتقد أنها الحامل لقوة الجاذبية فإنها يمكنها الابتعاد عن البران لتذهب إلى بران أخرى.

توحيد القوى الأربعة

الهدف الكبير للفيزياء هو إيجاد نظرية أو علاقة رياضية واحدة تصبح معها القوى الأربعة حالاتٍ خاصة من قوة وحيدة اصطُلِحَ على تسميتها بالقوة الفائقة ولكن هذا الهدف يواجهه مشكلاتٌ عديدة، أهمها وجود نظريتين كبيرتين تسودان الفيزياء، هما: نظرية أينشتاين في النسبية والنظرية الكمية، و حتى الآن لم يتمكن الفيزيائيون من توحيد هاتين النظريتين على نحوٍ كلِّيٍّ ومُرْضٍ. تقوم الفيزياء الحديثة على ركيزتين أساسيتين، الأولى هي النظرية النسبية العامة لالبرت آينشتاين، و التي تمنحنا الإطار النظري لفهم العالم في أبعاده الكبرى: النجوم والمجرات وتجمعات المجرات، وحتى ما وراء المدى البعيد للكون نفسه. أما الركيزة الثانية فهي ميكانيكا الكم، وهي التي تزودنا بالإطار النظري لفهم العالم في أصغر أبعاده: الجزيئات والذرات وحتى الدقائق تحت الذرة مثل الإلكترونات والكواركاث وبالرغم من إثبات صحة التنبؤات التي بشرت بها كل من هاتين النظريتين، إلا أن الوسائل النظرية في البحث أدت وبشكل لا يقبل الجدل إلى نتيجة غير مريحة في نفس الوقت وهي أن النظرية النسبية العامة ونظرية ميكانيكا الكم، تنفي إحداهما الأخرى بحيث لا بد من أن تكون واحدة منهما فقط على صواب. وهكذا فإن النظريتين اللتين تشكلان أساس التقدم الهائل في الفيزياء خلال المائة عام الماضية غير متوافقتين.

ترى النسبية العامة الكونَ كمتَّصَل مكاني–زماني محدَّب بسبب وجود كتل كبيرة كالشمس؛ وهي تفسر الجاذبية تفسيراً جيداً. أما النظرية الكمية فهي تهتم عموماً بالأجسام الصغيرة، كالقُسَيْمات particles التي يُعَد تحديبها للمكان–الزمان مهمَلاً لضآلته. تدريجيا أصبحت النظرة السائدة للقوى على أنها تبادُل لقُسَيْمات بين الأجسام المتفاعلة: فتنافُر إلكترونين (التفاعل الكهرومغناطيسي) يتم بسبب تبادُلهما لفوتونات ناقلة messenger photons، وليس بسبب تَضادِّهما. وقد عُمِّمَتْ هذه النظرة على بقية القوى، فافتُرِضَ أن الجاذبية تسري عبر تبادُل قُسيمات تسمى الغرافيتونات gravitons. أما التفاعل الضعيف فهو يتم بواسطة قُسيمات W ± وZ، فيما التفاعل القوي يتم عبر تبادُل الغلووُنات gluons بين الكواركات، تلك القُسيمات التي يُفترَض أنها تؤلف الپروتونات والنوترونات. وهكذا صار مشروع توحيد القوى، من هذا المنظور، مرادفًا للبحث عن المركَّبات الأساسية للمادة .

كانت أول محاولة لتوحيد هذه القوى الأربعة في العصر الحديث هي محاولة توحيد القوة الكهرومغناطيسية و القوة النووية الضعيفة تحت مسمى القوة الكهروضعيفة. كان التوحيد مجرد حسابات رياضية و قاموا باستنتاج جزيء جديد لحامل هذه القوة الموحدة و سموه z-particle. ولكن المشكلة الرئيسية في هذا التوحيد كانت التنبآت بأن القوتان لن تتوحدا إلا تحت طاقات حرارية هائلة جدا أعلى حتى من حرارة قعر أضخم نجوم الكون. مثل هذه الحرارة تواجدت في فترة الانفجار العظيم ولكن تم إثبات أن هذه الطاقة الحرارية العالية يمكن بالفعل إنتاجها عن طريق مصادمة جزيء بروتون مع جزيء بروتون مضاد anti-proton والتي أدت إلى نشوء طاقة هائلة جدا مقاربة لما كانت عليه حرارة الانفجار العظيم.

بعد إثبات إمكانية الدمج بين القوة الكهرومغناطيسية و القوة النووية الضعيفة استمرت التنبؤات الرياضية بأنه إذا ماتم العودة بالزمن أكثر للوراء إلى بداية الكون لأصبحت الحرارة أشد بكثير و حينها تذوب أيضا القوة النووية القوية بفعل هذه الحرارة و تتوحد مع النووية الضعيفة و الكهرومغناطيسية لتكون قوة واحده و اسم الجزيء الحامل لهذه القوة هو بوزون يسمى بوزون X. لكن لم يتم اكتشاف هذا الجزيء بعد.

لهدف توحيد هذه القوى الأربعة يأمل العلماء في التوصل إلى مجموعة من التناظُرات الرياضية التي يُطلَق عليها اسم التناظر المعياري gauge symmetry والتي لا يمكن وصفها بكلمات بسيطة. يرتبط التناظر المعياري، بفكرة المعاير(تبديل المستوى أو قيمة الكمية) وتتصف جملةٌ ما بتناظر معياريٍّ إذا لم تتبدل الطبيعةُ الفيزيائية للجملة نتيجة تحويل من هذا النوع، ولتوضيح الفكرة يستعمل البعض مثال السفر بالقطار فإذا كنَّا مسافرين، مثلاً، في قطار يسير بسرعة خطِّية منتظمة لما شعرنا بأثر لحركته؛ أما إذا دار القطار على خطٍّ متعرج فإننا سنشعر بقوة تختلف من نقطة إلى أخرى بحسب السرعة وتقوس الخط. فإذا أجرينا تحويلاً معياريًّا على أثر الدوران من خلال إدخال حقل جاذبية يعوِّض عن التبدلات من نقطة لأخرى، نعود من جديد لنشعر وكأن القطار ساكن على الرغم من دورانه، بذلك نكون قد جعلنا قوانين الفيزياء لا تتبدل بالنسبة إلى تحويلات معيارية محلِّية تتعلق بالمسافة .

الهدف الرئيسي هو توحيد القوى السابقة كلِّها مع الجاذبية. وأفضل نظرية مرشَّحة الآن هي نظرية "الأوتار الفائقة" التي تبحث عن تناظُر فائق (تناظر إفتراضي بين البوزونات و الفرميونات، لكل فرميون نظير فائق هو عبارة عن بوزون و العكس صحيح) supersymmetry يحل المشكلة. وتفترض هذه النظرية أن عالمنا يتألف من عشرة أبعاد على الأقل: الأبعاد الثلاثة المكانية والبُعد الزمني، إضافة إلى ستة أبعاد جديدة لا نراها لأنها منطوية على ذاتها (أي أنها صغيرة جدًّا، لا تشعر بها سوى القُسَيمات، مما يسمح بتوحيد هويتها). أما لبنة الكون الوحيدة فهي "الوتر" String الذي يمكن أن نقول، في تبسيط مفرط، بأن القُسيمات المختلفة تشكِّل "اهتزازات" متباينة له.

جدول زمني

يمكن تلخيص الجدول الزمني لنشوء فكرة الأوتار الفائقة بالتالي:

* في عام 1968 وعندما كان الفيزيائي الإيطالي غبرايل فينيزيانو Gabriele Veneziano يحاول فهم القوة النووية الشديدة إكتشف أن معادلة رياضية قديمة لعالم الرياضيات السويسري ليونارد أولير (1707 – 1783) Leonhard Euler تطابق مفهوم القوة النووية الشديدة.

* في عام 1970 ظهرت نظرية أخرى اسمها الكروموديناميك الكمومي نجحت في وصف التفاعلات الشديدة وبنتيجة ذلك وبالرغم من حصول قدر هائل من العمل في النظرية الوترية أثناء تلك المرحلة المبكرة هجر معظم الناس الموضوع في أواسط السبعينات عندما أنشئ الكروموديناميك الكمومي.

* في عام 1974 قام الأمريكي جون شوارتز (مواليد 1941) والفرنسي جوئيل شيرك (إنتحر في عام 1979) بدراسة استخدام الأوتار لتوصيف القوة النووية الشديدة و الجاذبية في آن واحد وتوصلوا إلى أن الأوتار يجب أن تكون أصغر بكثير مما كان يعتقد في البدء .

* في عام 1980 وبعد انتحار جوئيل شيرك تعاون جون شوارتز مع الفيزيائي البريطاني مايكل جرين (مواليد 1946) Michael Boris Green بخصوص تطوير السلوك الرياضي المفصل للنظرية الوترية ذات الأبعاد العشرة ونجحوا في عام 1984 في حذف الشذوذ المتعلقة بنظرية الأوتار وأدى ذلك إلى ازدياد تقبل النظرية و أزداد بشكل كبير عدد المشتغلين بهذا الموضوع.

نموذج الوتر

بمقتضى نظرية الأوتار هذه فإن محتويات الكون ليست جٌسيمات أولية Particles، بل خيوط دقيقة جداً، ذات بُعد واحد أشبه بأشرطة مطاطية متناهية الدقة، تتذبذب إلى الأمام والوراء. وتقول هذه النظرية أن الأوتار مقومات مجهرية فائقة الصغر تتكون منها الجسيمات الدقيقة التي منها تتكون الذرات وعليه فإن لبنات الطبيعة الأساسية تتكون من أوتار دقيقه مهتزه. فإن كان ذلك صحيحا فإن كل أشكال المادة بدءا من أجسادنا وانتهاءا بالنجوم البعيدة تتكون في الجوهر من أوتار. لم يشاهد أحد هذه الأوتار ذلك انها أكثر الاوتار ضالة من ان ترى أو تلاحظ ويبدو عالمنا وفقا لنظرية الاوتار الفائقة مصنوعا من جسميات نقطيه لأن أدوات قياسنا بدائية وبسيطة لدرجة لاتسطيع معها أن تتحسس تلك الأوتار الضئيلة. وطول الوتر، كما يزعم أصحاب هذه النظرية، أصغر بمقدار مئة بليون بليون مرة من نواة الذرة. هذه الصورة تكملة للفكرة القديمة التي أدخلها موري غيل Murray Gell-Mann و كازوهيكو نيشيجيما Kazuhiko Nishijima في عام 1961 والتي نصت على أن النيوترونات والپروتونات مصنوعة من كواركات. حيث أضافت نظرية الأوتار الفائقة إن على هذه الكواركات أن تكون مضمومة معاً بقوة ما، وبذلك كانت الصورة أن الأوتار وصف للقوة التي تمسك بالكواركات معاً، على شاكلة نتف من المطاط. ويمكن أن يتخيل المرء بأن الكواركات وكأنها مربوطة عند أطراف هذه الأوتار.

تنص النظرية بأن الوتر (الوحدة البنائية الأساسية للدقائق العنصرية من إلكترونات و بروتونات و نيترونات و كواركات) من المحتمل أن يكون عبارة عن خيط دائري مغلق ومن المحتمل أيضا أن يكون خيط مفتوح بطرفين. فبالنسبة للقوى الثلاثة الكهرومغناطيسية و القوة نووية قوية و القوة نووية ضعيفة يكون الوتر مفتوح و بطرفين “ملتصقين” بغشاء الكون, أما بالنسبة لقوة الجاذبية فالوتر عبارة عن خيط دائري ليس له طرف ليرتبط بهذا الكون بل له الحرية بالدخول و الخروج من هذا الكون. وللتوضيح فعندما يجذب المغناطيس المسمار من على سطح الأرض فالجزيئات التي تجذب المسمار إلى المغناطيس مثبته على غشاء الكون. أما القوة المضادة و هي قوة الجاذبية فجزيئاتها تدخل و تخرج من هذا الكون لعدم ارتباطها بالغشاء، لكن لا يوجد حتى الآن أي اثبات عملي على هذا الكلام لأن هذه الأوتار متناهية في الصغر ومن المستحيل رؤيتها لذلك فالطريقة الوحيدة لاختبار هذه النظرية هي البحث عن تنبؤات هذه النظرية.

من المفترض أن تقوم نظرية الأوتار الفائقة بفهم جميع الأحداث المبكرة عند نشوء الكون و وقوع الانفجار العظيم حيث يعتقد ستيفن هوكينغ أن الحرارة الهائلة للإنفجار العظيم تؤدي إلى انعدام الفوارق بين الزمن والفضاء، ويُصبح الزمن بُعداً فضائياً، أي أن الزمن "يتفضأ" على حد تعبير هوكنغ. وقد استند هوكنغ إلى الأعداد التخيلية، وطبقها على مفهوم الزمن، وعند ذلك سيفقد الزمن طابعه الأساسي في جريانه الدائم باتجاه واحد (هو المستقبل)، أو ما يُسمى سهم الزمن، وهذا الزمن الخيالي سيؤشر إلى الاتجاهين المتعاكسين. وتصور هوكنغ أن الزمن يرتد إلى الوراء في ظروف خاصة: يحدث هذا كما قال، عندما يكفّ الكون المتحدد حالياً عن النمو ويبدأ بالتقلص. في عام 2022 ألف هوكينغ كتابه الكون في قشرة جوز وفيه يقول إن الكون بدأ في شكل كرية مفلطحة في أجزاء منها، تشبه قشرة الجوز في حجمها وشكلها وإن الثقوب السوداء لم تعد كاملة السواد، وانما هي تشع وتتبخر لتتلاشى، وحيث ينشأ الكون من بذرة حجمها وشكلها كثمرة جوز.

إستنادا إلى العالم الأميركي بريان غرين Brian Greene (مواليد 1963) في كتابه الكون الأنيق (2017) The Elegant Universe فإنه في ومضات زمنية قصيرة جداً (نحو واحد على عشرة ملايين الترليونات، الترليونات، الترليونات من الثانية) ومسافة فضائية قصيرة جداً (نحو واحد من بليون ترليون ترليون من السنتيمتر)، تشوه اضطرابات ميكانيك الكم والفضاء والزمن إلى حد أن المفهوم التقليدي لليسار واليمين والخلف والأمام، والأعلى والأسفل والقبل والبعد يصبح لا معنى له ويعتقد غرين ان العالم مشرف على ثورة كبرى، ستكشف النقاب عن الطبيعة الجوهرية للزمن والفضاء، هذه ستتمخض عن صوغ لقانون طبيعي جديد بكل معنى الكلمة سيُلزم العلماء على التخلي عن مصفوفة الفضاء – الزمن التي كانوا يتعاملون معها لقرون، مقابل عالم مجرد من الفضاء والزمن.

يعتقد المؤمنون بهذه النظرية بأن هنالك إمكانية حول انبثاق الجوهر من فيزياء الأبعاد الإضافية أكثر من أبعاد الفضاء الثلاثة المعهودة ويتكئون هنا على نظرية الأوتار، التي تتنبأ بوجود عشرة أبعاد، أربعة منها هي أبعادنا الثلاثة المعروفة مضافاً إليها الزمن. أما الستة المتبقية فينبغي أن تكون خفية. وهناك بديل آخر، هو تطوير لنظرية الأوتار، وذلك بإضافة بعد آخر إلى العشرة، ليصبح عدد الأبعاد أحد عشر. وهذا كله بعد الاحتكام إلى الرياضيات لإيجاد حل مفترض للتنسيق بين نظرية النسبية العامة حول الجاذبية، ونظرية ميكانيك الكم الذي يتعامل مع أجزاء الذرة.

توضيح

* لتوضيح فكرة نظرية الأوتار الفائقة فكر في أوتار العود أو الكمان أو الغيتار وكيف أن العازف ينظم إيقاع الوتر و الصوت بواسطة شد أو رخي الوتر الواحد بواسطة المفتاح الذي يرخي أو يشد الوتر وكيف يمكن الحصول على نغمات مختلفة بشد أو إرخاء وتر معين، وتصور أيضا أن الذرات في المادة بدءا من أجسادنا وانتهاءا بالنجوم البعيدة تتكون من أوتار دقيقة مهتزة وبحسب هذه النظرية فإن الكون ما هو إلا سيمفونية أوتار فائقة متذبذبة فالكون عزف موسيقي ليس إلا ومن الممكن معرفة الكون ومما يتكوّن من خلال معرفتنا للأوتار ونغماتها.

* الفرق بين وتر الآلة الموسيقية و الوتر في نظرية الأوتار الفائقة هو أن الأوتار في الأخيرة عائمة في الفضاء وغير مربوطة كما هو الحال في الأوتار المربوطة بالآلات الموسيقية وبالرغم من حالة الحرية هذه فإن هناك توتر أو ضغط على هذه الأوتار ومقدار هذا التوتر يمكن الإشارة إليها بالمعادلة 1/(2 p a’) حيث يشير a إلى مربع طول الوتر الذي هو عبارة عن مقدار صغير جدا يصل إلى 10^-13 سنتمتراً أي أصغر بمقدار مئة مليار مليار مرة من نواة الذرة و p إلى طول بلانك الذي هو كمية صغيرة لدرجة لا تصدق من السلم النووي أصغر ب 10^20 مرة. و للتعبير عن ذلك هنالك طريقة تقول بأن نسبة سلم بلانك على (مقاس) الذرة كنسبة هذا إلى مقاس المنظومة الشمسية. وهذه الأوتار على نوعين إما وتر مغلق يمكن أن يتحول إلى وتر مفتوح أو وتر مغلق لا يمكن أن يتحول إلى وتر مفتوح. فنحن إذن أمام مسافات بالغة الصغر. ويمكن القول هنا إن الفرميونات هي جسيمات المادة و البوزونات جسيمات تنقل القوى بين جسيمات المادة.

* هناك نظريتان ، نظرية النسبية العامة لالبرت آينشتاين التي تفسر قوة الجاذبية في عالم الكبائر وهي تمنحنا الإطار النظري لفهم العالم في أبعاده الكبرى: النجوم والمجرات وتجمعات المجرات‚ وحتى ما وراء المدى البعيد للكون نفسه, والنظرية الأخرى هي ميكانيكا الكم التي تفسر القوى الأساسية المؤثرة في عالم الصغائر (القوة النووية الضعيفة، القوة الكهرمغنطيسية، القوة النووية القوية) وهي التي تزودنا بالاطار النظري لفهم العالم في أصغر أبعاده: الجزئيات والذرات وحتى الدقائق تحت الذرة مثل الإلكترونات والكواركات وبالرغم من أن النظريتين متكاملتان كل على حدى إلا أن الجمع بينهما يؤدي إلى نتائج كارثية في فهم الكون من أصغر الأجزاء إلى أكبرها حيث أن نظرية النسبية العامة ونظرية ميكانيكا الكم، إحداهما تنفي الأخرى بحيث لا بد من أن تكون واحدة منهما فقط على صواب وهكذا فإن النظريتين اللتين تشكلان أساس التقدم الهائل في الفيزياء خلال المائة عام الماضية غير متوافقتين. وقد يتسائل البعض عن غرض جمع النظريتين من الأساس والجواب التقليدي هو تصور أنك تعيش في مدينة يسودها نظامين مختلفين من أنظمة السير و المرور فهذا يؤدي إلى فوضى كارثية والدمج بين النظريتين هي الطريقة الوحيدة لفهم منشأ الكون وماحصل عند الانفجار العظيم حيث أن هذا الكون العملاق نشأ من جسم صغير كروي مفلطح في أجزاء منه، تشبه قشرة الجوز في حجمها وشكلها.

* استنادا إلى نظرية الأوتار الفائقة فإن الأفكار التي كانت تعتبر محض خيال مثل الإنتقال عبر الزمن والإنتقال من مكان إلى آخر هائل البعد في لحظات يمكن إعتبارها غير مستحيلة. لتوضيح هذه الفكرة تصور أن الكون هو عبارة عن المدينة التي تعيش فيها، ففي هذه المدينة إذا أردت الانتقال من منزلك إلى مكان عملك فإنك تحتاج إلى واسطة نقل و وقت للوصول إلى مكان العمل، لكن حاول للحظة أن تنسى المفهوم التقليدي الخطي المسطح للكون أو المدينة وتصور ان المدينة تحتوي على طيات بحيث يكون مكان عملك فوق منزلك بدلا من كونها تقع على بعد عدة كيلومترات وأن هنالك نفق أو جسر يوصلك بسرعة إلى مكان عملك ولنطلق تسمية ثقب دودي على هذه الأنفاق ، كانت هذه فكرة ألبرت أينشتاين.

* طرح ألبرت أينشتاين فكرته الجريئة في إضافة بعد الزمن إلى الأبعاد الثلاثة المعروفة لإنتاج نسيج واحد زمكاني أشبه بشبكة الصيادين وعلى هذا النسيج كانت الكواكب والنجوم والشمس وكل منها يحدث تقعرا في ذلك النسيج حسب ثقله. فعلى سبيل المثال، التقعر الذي تحدثه الشمس في هذا النسيج أكبر من التقعر الذي تحدثه الأرض مما يؤدي إلى دوران الأرض حول الشمس في أطراف التقعر الذي أحدثته الشمس على نسيج الكون. كانت هذه ثورة على مفهوم الجاذبية القديمة لنيوتن وسميت هذه النظرية بنظرية النسبية العامة. لكن آينشتاين كان يحلم أيضا بتوحيد قوة الجاذبية مع القوة الكهرومغناطيسية وكان معجبا جدا بما حققه ماكسويل من توحيد للقوتين الكهربائية و المغناطيسية وكان حلم آينشتاين أن يتمكن من توحيد فكرته الجديدة عن قوة الجاذبية مع القوة الكهرومغناطيسية في شكل معادلة رياضية الهدف منها التقرب أكثر من فهم الكون.

* في العشرينيات تمكن مجموعة من العلماء و على رأسهم نيلز بور من اختطاف الأضواء من آينشتاين, كان هؤلاء العلماء وعلى عكس آينشتاين مهتمين بالأجزاء الصغيرة من الكون مثل الذرة و الإلكترونات والبروتونات. و لعجز نظرية الجاذبية التي طرحها أينشتاين لتفسير التجاذب بين الكواكب العملاقة عن تفسير هذا العالم الصغير وغير المرئي في الذرة الواحدة وضعت نظرية حاصة بذلك أطلق عليها ميكانيكا الكم. لم يكن هنالك أي دور للتنظيم و الحتمية في هذه النظرية وإنما كان كل شيء عبارة عن إحتمالات. فحتى إذا كان هنالك 1000 احتمال لشيئ ما فإن هنالك إحتمالا لحدوث هذه الإحتمالات الألف، وحتى الأشياء التي تعتبر مستحيلة مثل اختراق جدار فإن ميكانيكا الكم وبالرغم من تأكيدها على أن إحتمالية وقوع هذا الشيئ هو من الصغر بحيث أنه قد يتطلب دفع الجدار إلى مالانهاية ولكنه احتمال قائم. مجمل القول أن ميكانيكا الكم كانت تؤمن بالإحتمالات وبأنه لايوجد يقين لايقبل الشك بنتائج أي تجربة أو نظرية وهذا ماكان يرفضه آينشتاين و النظرية النسبية العامّة الذي كان مؤمنا بأن هنالك تنظيم لكل شيء في الكون ولكن التجارب المتلاحقة أثبتت خطأ أينشتاين في هذه النقطة.

* لغرض التقريب بين التناسق الرائع للنظرية النسبية و عدم التناسق و الإحتماليات غير الحتمية لنظرية الكم حاول العديد إيجاد وسيلة للتقريب بينهما, وفي عام 1968 وعندما كان الفيزيائي الإيطالي غبرايل فينيزيانو Gabriele Veneziano، الشاب والمتخرج حديثا يحاول فهم القوة النووية الشديدة اكتشف أن معادلة رياضية قديمة لعالم الرياضيات السويسري ليونارد أولير (1707 – 1783) Leonhard Euler تطابق مفهوم القوة النووية الشديدة وكانت هذه المعادلة بمثابة ولادة لنظرية الأوتار. الثورة التي أحدثتها هذه النظرية هي قابلية هذه الأوتار الدقيقة للتمدد إلى غشاء هائل Brane بحجم الكون متعدد الأبعاد، وجود هذا الغشاء الهائل المتعدد الأبعاد يفتح الباب لفكرة جريئة و غريبة وهي أن الكون الذي نعيش فيه ما هو إلا غشاء واحد ضمن فضاء أوسع متعدد الأبعاد. ويستعمل البعض مثال الخبز الذي يمكن قطعه إلى عدة شرائح والكون الذي نعيش فيه ماهو إلا شريحة واحدة فقط وعليه فإن هناك العديد من الأكوان المجاورة وقد تكون هذه الأكوان مشابهة لكوننا أو قد تكون خاضعة لقوانين فيزيائية مختلفة تماما.

الأبعاد الأخرى

مرت نظرية الأوتار بمراحل مختلفة فمن وتر صغير متحرك تم التقسيم إلى وتر مغلق يمكن أن يتحول إلى وتر مفتوح و وتر مغلق لا يمكن أن يتحول إلى وتر مفتوح. ثم بدأ تقسيم آخر فيما إذا كان الوتر عبارة عن جسيمات تنقل القوة والتي تسمى البوزونات أو إذا كان الوتر عبارة عن الجسيمات التي تكون المادة والتي تسمى الفرميونات ثم تطور الأمر إلى محاولة التوافق بين البوزون و الفرميون تحت نظرية التناظر الفائق supersymmetry (تناظر إفتراضي بين البوزونات و الفرميونات ، لكل فرميون نظير فائق هو عبارة عن بوزون و العكس صحيح). يختلف عدد الأبعاد الكونية الأخرى حسب هذه التقسيمات وفيما يلي قائمة توضيحية بالأبعاد الأفتراضية.

نظرية الأوتار الفائقه

انظر أيضا إلى نظرية الأوتار الفائقة

استنادا إلى نظرية الأوتار الفائقة فإن الكون الذي نعيش فيه ليس وحيدا، وإنما هنالك أكوان عديدة متصلة ببعضها البعض، ويرى العلماء أن هذه الأكوان متداخلة ولكل كون قوانينه الخاصة به، بمعنى أن الحيز الواحد في عالمنا قد يكون مشغولاً بأكثر من جسم ولكن من عوالم مختلفة، وبحسب هذه النظرية فإن الكون ما هو إلا سيمفونية أوتار فائقة متذبذبة، فالكون عزف موسيقي ليس إلا ومن الممكن معرفة الكون ومما يتكوّن من خلال معرفتنا للأوتار ونغماتها، فالكون يتصرف على نمط العزف على الأوتار.
نظريات الأوتار
نوع النظرية عدد الأبعاد
موجز
البوزونية 26 حسب هذه النظرية فالوتر عبارة عن جسيمات تنقل القوة فقط وقد يكون الوتر مفتوحا أو مغلقا. لكن المشكلة الرئيسية هنا هو أن الوتر عبارة عن جسيم ذو كتلة إفتراضية تخيلية وتم إطلاق تسمية تاكيون tachyon على هذا الجسيم.
I 10 حسب هذه النظرية هناك تناظر فائق بين البوزون و الفرميون أي أن لكل بوزون نظير فرميوني ولكل فرميون نظير بوزوني.
IIA 10 حسب هذه النظرية هناك تناظر فائق لكن الوتر هو من النوع المغلق فقط و لا تعترف بوجود جسيم ذو كتلة إفتراضية (تاكيون).
IIB 10 حسب هذه النظرية هناك تناظر فائق للوتر المغلق فقط بالإضافة إلى أن الوتر يتحرك باتجاه واحد فقط.
HO 10 هناك تناظر فائق في الوتر من النوع المغلق فقط وهناك اختلاف في الوتر المتحرك يسارا عن الوتر المتحرك يمينا.
HE 10 نفس التناظر السابق مع اختلاف طفيف في تناسق الوتر والصيغة الرياضية للتناسق.

كان هنالك اعتقاد في السابق بأن كل نظرية من النظريات المذكورة أعلاه مستقلة عن بعضها البعض لكنه تم التوصل إلى اكتشاف نوع من العلاقة بينها و سميت هذه العلاقة بالثنائيات dualities ومعناها أن كل نظرية يمكن تحويلها إلى نظرية أخرى.

العلاقة مع النظرية النسبية

مقالة رئيسية: نظرية النسبية العامة

العلاقة مع نظرية الكم

مقالة رئيسية: ميكانيكا الكم
الكون باختصار: أحد أحدث كتب ستيفن هوكينغ

الصعوبات الرئيسية في الفكرة

استنادا إلى جون شوارتز أستاذ الفيزياء بمعهد كاليفورنيا التقني (كالتيك) هناك العديد من الصعوبات التي تواجه نظريات الأوتار منها:

* ذلك الجسيم عديم الكتلة (الوتر عبارة عن جسيم ذو كتلة إفتراضية تخيلية وتم إطلاق تسمية تاكيون tachyon على هذا الجسيم) الذي تفرزه الرياضيات إلزامياً ولا ينتمي إلى مجموعة الجسيمات التي نصادفها في العمليات النووية.

* إن تماسك النظرية رياضياً يتطلب أن يكون الزمكان ذا أبعاد أكثر من أربعة.

* عشرة أبعاد إضافية مسألة خطيرة جداً في مجال توصيف الجسيمات النووية، لأننا نعلم حق العلم أنه يوجد ثلاثة أبعاد مكانية وواحد زمني، وأن الموقف لا يحتمل مطلقا أبعاداً إضافية.

* إحدى المسائل البارزة في برنامج الأوتار الفائقة هي مسألة تحديد الشكل الخاص الذي تتخذه الأبعاد الإضافية في التفافها على نفسها.

* النظرية ليست مفهومة فهماً كاملاً والمشكلة الكبرى تكمن في محاولة فهم لماذا يجب أن يكون واحد من هذه الحلول أحسن من سواها. لا يوجد في المرحلة الراهنة أية طريقة للاختيار بين هذه الحلول سوى القول بأن أحدها يتفق مع الطبيعة أحسن من غيره لكن لا يوجد معيار رياضي لاختيار الأحسن.

* التعويل على فكرة أن العالم قائم حقا على مبادئ رياضية وأنه يوجد تفسير منطقي لكل شي والرياضيات طريقة لوصف الأشياء بشكل منطقي.

* صعوبة بل استحالة اختبار النظرية بصورة عملية في المختبر بسبب الحيز الذي هو عبارة عن مسافات بالغة الصغر.

طائرة الأحلام بوينغ 787 هي طائرة مدنية متوسطة الحجم تصنف كطائرة ركاب نفاثة ثنائية المحرك ذات بدن واسع. وهي لا تزال تحت التطوير بمصانع شركة بوينغ لصناعة الطائرات. وستكون حمولتها ما بين 210 و330 مسافر حسب تصميم الكراسي داخل كابينة الركاب. الأهم من ذلك هو إعلان بوينغ بأن طائرة ب787 ستكون أكثر كفاءة للوقود من أخواتها السابقات وستكون أول طائرة معروفة تصنع من مواد مركبة[3]، أيضا تطوير تلك الطائرة يعتبر ابتكار لنهج الإدارة التعاونية. حتى تاريخ 28 يناير 2022 كانت تعريف تلك الطائرة B 7E7. بظهور نظرية نقلت بصورة جذرية تصميم الانحناء القوي للأسطح، مما أخرج الشكل النهائي لتصميم طائرة 787 بمقدمة أقل ميلانًا وذيل عادي جدّا. عرضت البوينغ أول طائرة 787 مع بدء احتفال بمصنع التجميع بولاية واشنطن تاريخ 8 يوليو 2022، وهو الوقت الذي اعتبرت فيه تلك الطائرة الأسرع مبيعا بتاريخ طائرات الجسم العريض حيث تم استلام 600 طلب شراء.[4]. كان من المفترض دخولها الخدمة في مايو 2022 ولكن التأخير بالإنتاج أجل موعد ادخالها الخدمة إلى الربع الأول من 2022.[5][6]

التطوير

مقدمة

بدأ التفكير جدّيا بتبديل طائرات B 767 في أواخر التسعينيات بعدما قلت مبيعاتها بسبب منافسة الإيرباص 330-200. وأيضا الانخفاض بمبيعات الجامبو 400-747 شجّع بقوة على ذلك التفكير. كانت الشركة قد جهزت بديلين لذلك، أحدهما هي الطائرة الصوتية Sonic Cruiser والأخرى (جامبو 747x). الطائرة الصوتية ممكن أن تعطي سرعة أعلى – تقريبا ماخ 0.98 – بحيث استهلاك الوقود معادل ل B 767 أو A330. طائرة ال 747X المنافسة للإيرباص 380 سيكون طولها نفس طول الجامبو 400-747 ولكن أكثر كفاءة نتيجة عمل تركيبة جناح فائقة الدقة. رد فعل السوق للطائرة 747X كان فاترًا على غير المتوقع بينما كان أفضل حالا للطائرة الصوتية، فبعض خطوط الطيران الكبيرة ككونتننتال أبدت بعض الحماس لفكرة الطائرة الصوتية وإن عبروا عن قلقهم بكلفة التشغيل.[7]. لكن خفض مدة الرحلة يمكن أن يرضي زبائنهم ويرفع أيضًا من خدمات الطائرة.

ثم أتت هجمات 11 سبتمبر فوضعت سوق الطيران على حافة الانهيار، فلم تستطع شركات الطيران تقبل دفع المصروفات الضخمة جراء ضعف السوق وكذلك ساعد عامل ارتفاع أسعار المحروقات على التوجه نحو الكفاءة عوضا عن السرعة. وضعت البوينغ أمام زبائنها من شركات الطيران خيارين لهيكل الطائرة: إما للسرعة العالية أو كفاءة الطيران، ولكن ازدياد تكلفة هيكل الطائرة سبب عدم إقبال على الطلبات. أخيرًا ألغت البوينغ مشروع 747X عندما أعلنت الإيرباص إنتاج طائرة A380، وبحثت عن طائرة مشابهة للمنافس لها وهي B 7E7[3].

مرحلة التصميم

سمي مشروع تبديل الطائرة الصوتية ب B 7E7 والحرف E كان يقصد به معاني كثيرة مثل Efficiency أي الكفاءة أو Environmentally friendly صديق البيئة وبالنهاية وقع الاختيار على 8 Eight فأعطت الرمز النهائي له 787[3].وأيضا اختير التصويت بأحسن لقب له فحصل لقب Dreamliner طائرة الأحلام على 500 ألف صوت[8] . بتاريخ 26 أبريل 2022 دشنت شركة خطوط اليابان ANA بإعلانها طلب مؤكد ل50 طائرة تستلمها أواخر 2022. طلب تلك الشركة يتضمن 30 طائرة من 3-787، عدد الكراسي من 290 ↔ 330 ذات درجة واحدة للطيران المحلي، و 20 طائرة 8-787 ذات مدى بعيد (طيران دولي)، عدد الكراسي 210 ↔ 250، ذات درجتين للرحلات الإقليمية الدولية كبكين وغيرها. تلك الطائرة تسمح للشركة الناقلة ANA لفتح خطوط طيران لمدن متوسطة الكثافة السكانية لم تكن لها خطوط من قبل مثل دنفر ومونتريال وبوسطن. وبما أنها الزبون الأول لتلك الطائرة فإنها استحقت خصم ما بين 40 ← 50% من لائحة الأسعار.
أول تصميم لشكل الطائرة

كانت بداية الفكرة لتصور ال787 هو إضافة نوافذ أنيقة لمقصورة الطائرة وواجهة منخفضة وأيضا موازن عمودي مميز vertical stabilizer شبيه بزعنفة القرش، ولكن التصميم النهائي للطائرة لم يتغير كثيرا عن غيره من الطائرات، فمنظر الزعنفة لا يختلف كثيرا عما هو موجود بالطائرات التي بالخدمة وكذلك المقدمة ونوافذ المقصورة أيضا. بدأت التغييرات بطائرات 3-787 و8-787 أولا، ومن ثم 9-787 التي ستدخل الخدمة 2022. كانت تسعيرة بوينغ الابتدائية ل 8-787 حوالي 120 $ مليون دولار وهو رقم قليل مثير للتعجب. لكن بوينغ زادت الأسعار مرتين بعد ذلك. حتى وصلت الأسعار عام 2022 كما هو مكتوب بالجدول أعلاه[9]. وصلت طلبات إعلان شراء للزبائن والتعهد بالشراء لتلك الطائرات إلى 237 طائرة خلال السنة الأولى للبيع، ومع الطلبات الثابتة فالعدد 677 للطائرة 787 كعرض أولي بتاريخ 8 يوليو 2022 قبل دخولها الخدمة[10]. يجعل من تلك الطائرة الأسرع مبيعا قبل الخدمة للحجم العريض من الطائرات بالتاريخ.[4][11].
حجيرات المحرك على الطائرة 787 ميزة لتقليل الضوضاء

تستخدم 787 نفس التقنية المفترضة للطائرة الصوتية وبشكل أكثر تقليدية (انظر الخصائص في الأسفل). تدعي بوينغ أن تلك الطائرة سيكون لها على الأقل 20% كفاءة وقود أكثر من الطائرات المنافسة لها، ثلث من تلك الزيادة بالكفاءة يأتي من المحركات، الثلث الثاني يأتي من تطوير الانسيابية الهوائية aerodynamic وزيادة استخدام الخامات المركبة خفيفة الوزن، أما الثلث الأخير فيأتي من الأنظمة المتطورة المستخدمة بالطائرة، فالمساهمة الكبرى للكفاءة تأتي من أسلوب بناء الأنظمة الكهربية والتي استبدلت أنظمة نزف الهواء bleed air وطاقة الهيدروليك بمضخات وكمبريسورات تعمل بالكهرباء. ستستخدم تقنية الطائرة الصوتية وال 787 كجزء من مشروع البوينغ لاستبدال خط تصنيع الطائرات المدنية بالكامل بمهمة تسمى Yellowstone Project أو مشروع الصخرة الصفراء (كترجمة حرفية) وطائرة 787 هي أول مرحلة من ذلك المشروع.

اختارت بوينغ لطائرتها نظام المحركين قد يكون من جنرال إلكتريك GEnx أو رولز رويس ترنت 1000 ويكونا منفصلين تحت الأجنحة. هذا الاختيار ترك محرك برات ووتني خارج الموضوع التي لم تستطع توفير محركات لزبائن 787 وعلى حد قول جورج ديفيد المدير التنفيذي للشركة الصانعة لتلك المحركات: لا نستطيع أن نتقدم بمشروع لتلك المحركات[12]. بالإضافة لمصادر صناعية، فبوينغ ترغب باستخدام نسخ متطورة من المحركات الموجودة بدلا من استخدام محركات جديدة كليا غير محددة المخاطر من برات ووتني. ولأول مرة بتاريخ الطيران التجاري يكون الواجهة القياسية لكلا المحركين (GEnx و ترنت 1000) متطابقين في تلك الطائرة فيمكن تبديل نوع محرك مع النوع الآخر دون إشكاليات وهذه المرونة ساعدت الطائرة عند شركات الطيران[3]. سوق المحركات لبوينغ 787 قد يصل إلى 40 مليار دولار خلال ال 25 سنة القادمة، سيكون المحرك المدشن للنسخ الثلاث من 787 هو رولز رويس ترنت 1000. شركة إيرباص ستدشن طائراتها المنافسة A350 بمحركات مطورة من الرولز رويس تسمى Trent XWB.

متوقع مع انطلاق تلك الطائرة الجديدة ان تنطلق معها انتقادات شديدة من المنافسين، فمثلا بوينغ شككت بمدى إيرباص 380 والإيرباص تسخر من الطائرة الصوتية (Sonic Cruiser). ولم تستثنى طائرتنا ال 787 من الذم وكما يقول جون ليهاي في محاولة لدحض كل ادعاءات بوينغ. فقد انتقد ليهي علنا بأنه لا حاجة للاندفاع بالاستعمال المكثف والواسع للمركبات لهيكل تلك الطائرة. لكن على الرغم من هذا الانتقاد فإن البوينغ بدئوا بالعمل وفحصوا أجسام تلك المركبات خلال اختبارات طبقت على مشروع طائرة الصوتية Sonic Cruiser[13] قبل خمس سنوات من البدء بإنتاج 787[14].
صورة كمبيوترية لطائرة خاضعة لفحص ضغط الهواء داخل نفق الهواء

خضعت 787 لاختبار الهواء (Wind Tunnel) بموقع نفق الهواء الأسرع من الصوت التابع لبوينغ، وبنفق شركة (QinetiQ) الموجود في فارنبوره- بريطانيا، وبنفق الهواء بمركز أبحاث ناسا الأمريكية، وأيضا بالمركز الفرنسي لأبحاث ديناميكا الهواء الذي أنشئ عام 2022.

ذكرت بوينغ بأنها ترغب بتطوير نسخة متمددة، 10-787 وبسعة كراسي ما بين 290 إلى [15][16]310. تلك النسخة المقترحة سوف تنافس النسخة المقترحة من الإيرباص A350-900[17]. سوف تحل 10-787 محل ER 777-200 في أي طلبات مستقبلية، وبإمكانها أيضا منافسة A330-300 و طائرة A340-300. أبدت كلا من طيران الإمارات وكوانتاس والخطوط الفيتنامية اهتمامهم بتلك الأنواع التي ستدخل الخدمة عام 2022[18][19][20]. مع أن بوينغ لم تظهر تلك النسخ للعلن بشكل رسمي، لكن مايك باير رئيس مشروع 787 قد ذكر بأنها ليست تلك بالمسألة ولكن عندما نفعلها فإن 10-787 ستكون نسخة أطول من 9-787 وستضحي ببعض المسافة لتعطي كراسي إضافية ومساحة بالشحن[21]. لذلك لم يحدد الموعد لذلك ولكن الشركة الصانعة تتوقع بناء نسخة شحن خلال 10 ← 15 سنة[22].

الإنتاج
منشأة بوينغ في ايفيريت حيث التجميع النهائي للطائرة

بسبب المنافسة الشرسة، أعلنت بوينغ في 16 ديسمبر 2022 بأن تجميع طائراتها ال787 سيكون في ايفيرت بولاية واشنطن[3]. فبدلا من بناء الطائرة بالكامل بالطريقة التقليدية، سيعمل بالتجميع النهائي من 800 إلى 1200 عامل لعمل التوصيلات النهائية ودمج الأنظمة مع بعضها البعض[23]. هذه التقنية قد عملتها البوينغ سابقا ببرنامج طائرات B 737. بما أن القطع الضخمة للطائرة يكون بها القطع الصغيرة قد ركبت مسبقا قبل شحنها إلى ايفيريت، مما يخفض الوقت اللازم لإتمام عملية تجميع الطائرة بدرجة أقل من الربع عن الوقت العادي القديم لعملية التجميع الكاملة[24][25].

شركة البوينغ اشترت 3 طائرات جامبو LCF 747-400 من الخطوط التايوانية والصينية وطورتها لكي تحمل الأجزاء الضخمة وتنقلها جوا، حيث بإمكانها حمل الأجنحة وجسم الطائرة بالإضافة إلى القطع الصغيرة معها.

الصناع المساهمون

تصنع البوينغ زعنفة الذيل tail fin لتلك الطائرة بمنشأة موجودة بقرية فريديريكسون بنفس الولاية، والجنيح وقلاب الجناح Flap بمصنع بوينغ بأستراليا، الشكل الإنسيابي صنع بمصنع بوينغ كندا، لا تبوح بوينغ بتقنيتها وكميات الأجنحة ذات الصفة التجارية التي تنتجها، ولأسباب اقتصادية بحتة فالأجنحة تنتج في مصانع بمدينة ناغويا اليابانية مثل مصانع ميتسوبيشي الثقيلة، سطح التوازن الأفقي horizontal stabilizers يصنع بإيطاليا، أما أقسام جسم الطائرة فتصنعها شركة فوغت بمدينة تشارلستون، كارولاينا الجنوبية وشركة ألينا الإيطالية وكاواساكي للصناعات الثقيلة باليابان وشركة سبيريت لأنظمة الطيران الأمريكية بكانساس[26]. عقود الباطن تصمم عن طريق أنظمة كاتيا [2]Catia V5.
كابينة الركاب

أبواب الركاب صنعت بفرنسا، أما أبواب الشحن وأبواب المداخل الصغيرة الموجودة تحت وأيضا باب النجاة للطاقم الطائر فجميعها صنعت بواسطة شركة ساب السويدية. مشاركة المصانع اليابانية مهمة جدا للمشروع حيث لها 35% مساهمة، وكثير من عقود الباطن المدعومة وممولة من الحكومة اليابانية[27]. في تاريخ 26 أبريل من عام 2022 أعلنت البوينغ مع مصانع توراي اليابانية عن اتفاقية باستثمار 6 بليون دولار لإنتاج الألياف الكربونية. فالصفقة هي امتداد لعقد تم توقيعه ما بين الشركتين عام 2022، وهذا مما سهل على البوينغ بعض الأمور التي قد تجد صعوبة للمحافظة على إنتاجها لطائرتها 787[3]. بتاريخ 6 فبراير 2022 أعلنت شركة تال للحلول الصناعية التابعة لمجموعة تاتا الهندية عن صفقة تتم بموجبها إرسال جسور الأرضية للطائرة 787 من مصانعها في ناجبور بوسط الهند إلى معامل التجميع بإيطاليا واليابان والولايات المتحدة[28][29].

يتم تصنيع عجلات الهبوط بفرنسا وأيضا أنظمة تحويل الكهرباء[3]. تمد شركة هونيوال وراكويل كولينز أنظمة توجيه الطيران (Flight Control) والإرشاد (guidance) وباقي أنظمة الملاحة (Avionics) بالإضافة إلى شاشة العرض الأمامية (Head-up display) الموجودة أمام الطيار ومساعده. وهو نظام حديث جدا للطائرات المدنية يمكن الطيار من الرؤية الأمامية من خلال الغيوم[3]، كما بالصورة الجانبية.

إنتاج موزعات وأنظمة التحكم للطاقة يتم إنتاجها بولاية كونيتيكت ومن ضمنها أنظمة التحويل المتكاملة من وحدة الطاقة الاحتياطية (APU)و المحركات إلى القطع الكهربائية الرئيسة بالطائرة. يتم عمل فحص الأجواء الباردة على وحدة الطاقة الإحتياطية بولاية ألاسكا.

بداية ظهور قسم مركب هيكل الطائرة كان في يناير 2022، والتصميم النهائي كان في أبريل 2022. بتاريخ 30 يونيو نفس العام احتفلت بوينغ ببداية تجميع رئيسي لتلك الطائرة بمصانع فوجي باليابان بالقرب من ناغويا[30]. في ديسمبر 2022 أجرت بوينغ تشغيل افتراضي لتلك الطائرة. وعلى عكس التشغيل التقليدي (والذي حصل لاحقا)، أنها تمت بدون أي وجود لهيكل الطائرة البدني ذلك بعمل تصميم بمساعدة الحاسوب خارج عن الطائرة نفسها، فالشركة جسمت عملية الصنع خطوة بخطوة من أول التصنيع وحتى الانتهاء ببرنامج خاص. المقصود بعملية التشغيل الافتراضي هو لاكتشاف مشاكل الإنتاج قبل البدء بالتجميع الأول لهيكل الطائرة، حيث من السهولة والرخص المادي لتصحيح الأخطاء قبل البدء الرسمي بالإنتاج[31].

تم بداية أول تجميع ضخم بتاريخ 12 يناير 2022، فالهيكل الأمامي والجناح وعجلات الهبوط تم شحنهم من اليابان ونقلهم عبر الطائرة الجامبو LCF400-747 إلى تشارلستون، كارولاينا الجنوبية[32].

قطاع 41
قطاع 41
التركيب النهائي لقطاع 41 على البوينغ 787

بتاريخ 15 فبراير 2022 تم الكشف عن المقطع الأمامي (ويسمى بقطاع 41) بشركة سبيريت ايرو سيستم بكانساس. وقد استخدم هذا المقطع في أول طيران تجريبي للطائرة 787. فهي تضم كابينة الطاقم الطائر وعجلات الهبوط الأمامية والمقطع الأمامي لكابينة الركاب. ويكون المقطع بيضاوي ارتفاعه 6.4 متر وعرض 5.74 متر وطول 12.8 متر تم إنتاج زعنفة الذيل العمودية بتاريخ 14 مارس 2022 في مصانع بوينغ بولاية واشنطن نفسها[33]. وفي 16 أبريل تم إنتاج كامل الواجهة الأمامية مع كابينة الطائرة بكانساس[34]. طائرة جامبو LCF نقلت أول سطح التوازن الأفقي horizontal stabilizer تم صنعه بإيطاليا بتاريخ 24 ابريل]].[35].

في 8 مايو شركة فوجت اتمت انشاء مقطع 47 و48 الخلفيين بمصنعها بشارلستون.[36], وتم شحنهما بتاريخ 11 مايو مع المقطع الأمامي 41.[37]. وأرسلت ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة أول أجنحة للطائرة 787 مصنوعة من ألياف الكربون من مصنعها بناغويا إلى البوينغ بتاريخ 15 مايو 2022.[38][39]

نقلت الجامبو LCF نقلت أخر قطعة تجميع خارجي وهو منظومة هيكل الجسم الأوسط بتاريخ 16 مايو[40]. بدأ التجميع النهائي بتاريخ 21 مايو بمصنع ايفيريت بولاية واشنطن[41]. ثم شحنت شركة رولز رويس أول محركين من نوع ترنت 1000 من ديربي بإنجلترا بموعدها المحدد 7 يونيو[42]. بتاريخ 26 يونيو تم تجميع أول طائرة 787 وتم ترقيمها ب (LN1/ZA001) وقد سحبت إلى حظيرة الصبغ[43].
جامبو LCF

وبدأت البوينغ بصنع الطائرة الثانية، وستستخدم للفحص الثابت ولن تطير ولن يكون بها محركات ولا سطح التوازن الأفقي وليس للشركة رغبة بكسر الأجنحة ذات المواد المركبة خلال الفحص، وهو يكلف مبالغ طائلة لتحسينها بعد ذلك[44]. كان أهم حدث بعد ذلك هو حصول محرك الترنت 1000 على شهادة موافقة رسمية من الهيئات الأوربية والأمريكية لاستخدامه على تلك الطائرة[45]، وكان ذلك بتاريخ 7 أغسطس 2022. بتاريخ 20 أغسطس أعلنت شركة سن ستراند أنها أرسلت أول شحنتين تكييف هواء لطاقم الركاب لتستخدم للطيران الفحص الأولي لطائرة 787[46]. ومنذ الأمس القريب في 31 مارس 2022 أعلنت شركة جنرال الكتريك أن محركها (GEnx-1B) قد حصل على شهادة من هيئة الطيران الأمريكي.

كان احتفال العرض الأول للطائرة 787 قد تم في 8 يوليو 2022. ولكن كان هناك بعض الأنظمة الرئيسية لم تجهز بالطائرة بعد، وهناك قطع كثيرة علقت بمثبتات مؤقتة غير مرخصة بالطيران مما يتطلب استبدالها بمثبتات مرخصة جويا[47].

أعلنت البوينغ بأن أول رحلة طيران ستكون في سبتمبر[48]، ثم عادت فأعلنت بتاريخ 5 سبتمبر بأن هناك تأخير مدته 3 أشهر لرحلة الطيران الأولى واضعة اللوم على نقص بالمرابط وأيضا عدم الانتهاء من البرمجيات بالكامل[49]. وفي 10 أكتوبر 2022 تم الإعلان عن تأخير ثلاث أشهر أخرى منوهة بمشاكل خطوط التموين مع المزودين المحليين والأجانب في سلسلة من التعليلات للتأخير وخاصة مع نقص بالمرابط، ونقص بالتوثيقات من المزودين الأجانب، وأيضا التأخير المستمر لبرمجة أجهزة الطيران الإرشادي المزودة من جانب هونيوال[50][51][52]. وبعدها بإسبوع تم استبدال مدير البرمجة بالطائرة 787، بالرغم من أن تأخير التسليم لم يذكر بأنه سبب التغيير[53].

ثم أعلنت الشركة مرة أخرى في 15 يناير 2022 عن تأخير إضافي لأول رحلة للطائرة بسبب مشاكل الإنتاج. حيث كان من المفروض أن البوينغ في أواسط يناير كانت تخطط بإعلان أنها سترسل أول طائرة 787 لأول زبون لها وهي خطوط كل اليابان (All Nippon Airways) أوائل عام 2022[54].

مع بداية تأخير ستة أشهر لأول الطلبيات، لا تزال بوينغ تنوي إنتاج 109 من 112 طائرة كان مخطط إنتاجهم بالأساس عام 2022 و2017، ثم زيادة الإنتاج عام 2022 إلى 10 طائرات بالشهر، لكن الإعلان التالي لتأخير 3 أشهر إضافية، جعل الشركة لم تحدث للآن جدول التسليم. بوينغ خاطبت مورديها حول إمكانية زيادة الإنتاج بالمستقبل إلى 16 طائرة بالشهر. بتاريخ 28 مارس 2022 أعلنت بوينغ عن خطط لشراء مصانع طيران فوغت المساهمة لايروناتيكا الدولية المالكة لمصنع جنوب كارولينا والذي يصنع القطع المهمة لجسم 787. عملية الشراء تجعل مصنع التجميع مساهمة مشتركة مابين البوينغ والشركة الإيطالية ألينا ايروناتيكا[55].

أعلنت البوينغ عن تأخير رابع بتاريخ 9 أبريل 2022، أجلت فحص أول طيران إلى الربع الأخير من عام 2022، والتسليم الأول سيكون بالربع الثالث 2022. الإعلان الجديد يشير إلى الجدول الجديد مزودا بوقت إضافي تحسبا لأي تأخيرات مستقبلية[56][57]. لذلك لكي تحافظ البويغ على الجدول الأخير فإنها يجب عليها أن تكمل فحص الطيران ل 787 خلال فترة 9 أشهر، في سبتمبر 2022 وبعد إعلان التأخيرات، صرح مايك باير بأن البوينغ سوف تحافظ على موعد التصديق على الطائرة باستخدام 6 رحلات تجريبية ل 787 بمعدل 120 ساعة طيران فحص شهريا، أكثر من الساعات طيران الفحص للطائرات السابقة والتي كانت 70-80 ساعة طيران فحص شهريا[58]، أخذت طائرة البوينغ 777 مدة 11 شهرا بتسع طائرات لكي تأخذ 7000 ساعة طيران ويكون منها 180 حد أدنى ETOPS وهو الرحلات التي تبعد عن اقرب مطار بحوالي الساعة أو أكثر، وهي أحد الأشياء الاساسية[59].

التصميم

الخصائص

بنية الطائرة الخفيفة هو من أهم ميزاتها. وزن المواد الخام يكون كالتالي: 50% مواد مركبة، 20% ألومنيوم، 15% تيتانيوم، 10% حديد، 5% مواد اخرى[60]. المواد المركبة هي أخف وأقوى من خامات الطائرة الأخرى، مما يجعل الطائرة 787 خفيفة جدا[61]، حجم الطائرة يحتوي 80% مواد مركبة، فهي تحتوي على 35 طن من البلاستيك معزز بألياف كربونية[62]، صنعت مع 23 طن من ألياف كربونية. تلك المواد المركبة تستخدم بهيكل الطائرة والأجنحة و الذيل والأبواب وكابينة الطائرة. الألومنيوم يستخدم بقشرة الهيكل الخارجي، التيتانيوم يستخدم أساسا بالمحرك والحديد يستخدم بأماكن متعددة بالطائرة[60].

أطول مسافة تستطيع ال787 أن تصلها هي (8،000 إلى 8،500) ميل بحري أو مايعادل(14،800 إلى 15،700) وهي تغطي خط لوس أنجلوس إلى بانكوك أو نيويورك إلى تايبيه، وتكون سرعة الطيران الثابتة حوالي 0،85 ماك[63] او مايعادل (561 ميل/ ساعة، 903 كم/ ساعة).
نظام الإنارة هنا تستخدم إنارة LED

تتسع الطائرة ل 240 كرسي بحالة تشكيلها للرحلات الداخلية وتكون عادة بدرجتين فقط، فالكابينة الداخلية تكون بعرض 5.47 متر وهي أعرض بمقدار 38 سم عن A330 و A340[64] ولكن أضيق ب 13سم عن A350-800[65].

نوافذ كابينة الركاب هنا أكبر قليلا من باقي نوافذ الطائرات الأخرى (27 سم في 47 سم) بمعنى أعلى قليلا من مستوى النظر، وتستخدم نظام الكتروكروميزم(Electrochromism) الذي يعتمد نظام الإعتام الذاتي للمحافظة على شفافية المكان وتقليل التوهج وذلك باستخدام إنارة LED[66] بدلا من إنارة الفلورسنت. مما يسمح بانعدام المصابيح داخل الطائرة ويكون عندها تركيبة الوان من 128 لون.

سيعمل بنظام إيثرنت المطور للتشغيل الملاحي الثنائي/ ARING 664 – AFDX لإرسال المعلومات ما بين غرفة القيادة وباقي أنظمة الطائرة[67]. شاشات LCD المتعددة الوظائف والموجودة بغرفة القيادة فهي تستخدم أنظمة ودجات و واجهة مستخدم رسومية في نظام ARING 661[68]، وهو نفس نظام الشاشات المشابه لسفينة الفضاء أوريون المصنعة من قبل شركة لوكهيد مارتن والذي تصنعه شركة Rockwell Collins روكويل-كولينز الأمريكية[69]. أما عن عجلة القيادة YOKE فهو كما في باقي الطائرات البوينغ.

الضغط الداخلي بالطائرة قد عدل إلى ارتفاع يساوي 6000 قدم (1800 م) بدلا من 8000 قدم (2400 م) بالطائرات التقليدية. وهذا يجعل الركاب أكثر ارتياحا حسب دراسة مشتركة بين البوينغ مع جامعة ولاية اوكلاهوما[70][71]، قد تزداد الرطوبة داخل كابينة الركاب بسبب أن المواد المركبة الداخلة بتكوين الطائرة لا تتأكسد. أما التكييف داخل الكبينة يكون مزودة كهربيا من الكمبريسورات (الضواغط) بدون استخدام نظام التهوية من المحرك[72]. فنظام تكييف الهواء بالكابينة يستخدم جودة هواء أفضل باستخدام الفلاتر التي تمنع البكتريا والشوائب والآوزون يمنع دخوله، نظام الفلترة الغازية تسحب الروائح والمهيجات للحساسية والملوثات الغازية[60].

وقف التهوية بالمحركات النفاثة يعني التخلص من قنوات الهواء الساخن والتي تستخدم بنظام منع الجليد (Anti-Ice) ووظائف أخرى تستخدم هذا النظام، كل ذلك استبدل بنظام كهربي بالكامل[3].

يوجد بالطائرة نظام إضعاف هبوب الريح النشط Active Gust Alleviation system، وهو مشابه للنظام المستخدم بطائرة البوينغ العسكرية ب 2 ويستخدم لتطوير الكفاءة بالطريق[71]، وكجزء من مشروع إيضاح تقنية تقليل الضوضاء2 (Quiet Technology Demonstrator 2 project)، فالبوينغ اجرت تجارب بتقنيات لتقليل الضوضاء على عدة محركات لتلك الطائرة. ومن خلال ذلك أعيد تصميم مجرى الهواء ليحتوي على مواد تمتص الصوت واعيد ايضا تصميم اغطية فتحة العادم حيث الحافات شذبت لتشكل نمط مسنن ليسمح بخلط أهدأ ما بين التيار الخارج من العادم وتيار الهواء الجوي، وتتوقع الشركة أن تلك التطويرات ستجعل من الطائرة 787 هادئة جدا بداخل الطائرة وبالخارج[73].

صمم المهندسين بالبوينغ داخلية الطائرة بجعلها مريحة وانسيابية أكثر بالتنقل داخل الطائرة للأشخاص الذين يعانون من الإعاقة الجسدية أو الذهنية والمصابين بحساسية لبعض الأشياء، فمثلا تم وضع مرحاض متحول 56 انش في 57 انش مع حائط بينهما سهل الإزالة مما يسمح المرحاضين ليصبحا مرحاض واحد كبير للأشخاص المعوقين الذين يستخدمون الكرسي المتحرك[74].

المسائل التقنية المتعلقة

تبادل المحركات

المحركين الذين يمكن تركيبهما بطائرة 787 يستخدمان ترابط كهربي قياسي وبموائمة تسمح لكلا المحركين (رولز رويس + جي إي) ليكونا مهيئين للتحميل بالطائرة بجميع الأحوال. تلك المرونة تسمح لشركة الطيران بالتحويل من نوع إلى نوع آخر عند حدوث مستجدات تقنية بأحدهما ليكون أكثر مطابقة لشكل التشغيل. هدف البوينغ هو جعل تغيير المحرك من نوع إلى آخر سهل وبسيط ولا يخالف المواصفات القياسية للتبديل. حسب ما يقوله مارتي أولسن وهو نائب مدير شركة تزويد الطائرات المستأجرة (ILFC): تبديل نوع المحرك لطائرة 787 قد يستغرق حوالي 15 يوما مما يصعب الجدوى الاقتصادية، "إذ يجب عليك استخراج غطاء المحرك والأشياء المتعلقة به الموجودة بالجناح" واشتكى من أن البوينغ لا تزال تعزز ال24 ساعة تغيير على الرغم من الوعود لتعديل تسويقهم. الطائرات الحالية بإمكانها تغيير المحركات لإختيار نوع آخر ولكن هذه الطريقة نادرة الحدوث بسبب الكلفة العالية. رد البوينغ بأن التصميم لم ينته وتغيير ال24 ساعة لايزال هدفهم[75].

توليفة هيكل الطائرة

هيكل (fuselage) طائرة 787 مكون بالكامل من مواد مركبة، مما يجعلها أول طائرة في هذا المجال. وبما أن طائرة البوينغ 777 تحتوي على 50% ألومنيوم و 12% مواد مركبة، فإن هذا الرقم قد تغير بالطائرة الجديدة حيث 15% ألومنيوم و 50% مواد مركبة (معظمها بلاستيك مدعوم بالألياف الكربونية) و 12% تيتانيوم. جذع (لغة) الهيكل سيكون مصنوع كقطعة واحدة، واجزاء هذا الجذع ستلتحم من البداية للنهاية لتكون الهيكل. هذا سيلغي الحاجة ل 50،000 مربط كانت تستخدم ببناء الطائرات التقليدية. وحسب مايقوله المصنعون فإن المواد المركبة هي أقوى وأيضا تسمح لضغط اعلى للكابينة خلال الرحلة مقارنة مع الألمونيوم[76]، ولكن كان هناك مقترحات من العديدين بأن خطورة توليفة الهيكل لم تشكل بعد بالكامل ويفضل عدم المجازفة بذلك. وأضيف أيضا بأن ألياف الكربون مركب غير مرغوب به حيث لا يظهر به الشروخ أو نقاط الضعف وإصلاح تلك العيوب ليس بالأمر السهل[77]. لكن بوينغ رفضت تلك المزاعم بحجة أن تلك المركبات قد استخدمت بالأجنحة و بطائرات ركاب أخرى منذ سنين طوال ولم تكن عليها أي شكوى، وأضافوا بأن هناك أنظمة خاصة لكشف العيوب المخفية ستوضع لفحص أي احتمال لأضرار مخفية[78].
صورة لقطعة من هيكل طائرة البوينغ 787 ويبدو أنها مصنوعة من المواد المركبة

أطلقت البوينغ عام 2022 برنامج الرعاية الذهبية ل787[79]. وهو عرض اختياري، لمراقبة وصيانة الطائرة خلال عملها إن أمكن بالكامل وبصورة روتينية. وهذا أول مرة البوينغ تعمل مثل تلك البرامج: خدمات ما بعد البيع ليست بجديدة ولكنها كانت تقدم عن طريق مراكز خدمة لطرف ثالث. كما أن فحص بوينغ بالأساس يكون مرئي لتصميم واختبار المواد المركبة، وهذا سيقلل الحاجة للفحص بالطرق الفوق صوتية أوالغير مرئية وذلك لتوفير المال والوقت[80].

طبقا لنائب رئيس البوينغ جيف هاوك، والذي يوجه جهوده للتصديق على 787 لتصبح جاهزة للخدمة في شركات الطيران: فحص تحطم الطائرة تضمن إسقاط عمودي لقطعة من هيكل الطائرة من ارتفاع 15 قدم على قطعة فولاذية سماكتها انش واحد وقد تم ذلك كما هو مخطط له بتاريخ 23 أغسطس 2022 في ميسا، أريزونا[81][82]. الناطقة باسم البوينغ لوري جنتر قررت بتاريخ 6 سبتمبر 2022 بأن النتائج طابقت لما تنبأ به مهندسو البوينغ. باستطاعة البوينغ أن تشكل مجموعة من مخططات لعمليات تصادم وذلك بالتحليل الحاسوبي بدلا من عمليات تصادم حقيقية لأجزاء من الطائرة أو الطائرة ككل[83][84]. مع ذلك فقد تم تقديم مقترحات من بعض المهندسين الخارجين من البوينغ بأنه في حالة وقوع اصطدام خلال الهبوط فالذي يتبقى هو الجسم المعدني أما الهيكل المكون من المواد المركبة قد يتحطم ويحترق مكونا أبخرة سامة[85].

مسائل الوزن

قطعت البوينغ أشواطا لتقليل وزن تلك الطائرة منذ بداية أول تركيب لأجزائها عام 2022. الطائرة هي الأولى المصممة بواسطة الحاسوب والوزن الفارغ هو وعد للعملاء لضمان كفاءة الوقود والإلتزام بالحمولة الصافية. ولكن خلال التركيب ستظهر قطع ببعض الاختلافات.

اول 6 طائرات وهم من المقرر أنهم سيكونون جزء من برنامج الفحص، سيعبئون بحمولة زائدة كما يقول سكوت كارسون المدير التنفيذي لطائرات البوينغ التجارية. وبعد الانتهاء من برنامج فحص الطيران سوف تنقل تلك الطائرات إلى الزبائن وهم شركة خطوط اليابان ANA ونورث وست والخطوط الملكية المغربية وذلك بمنحى بالمضاربة على تخفيضات أكثر من المعتاد[86]. الطائرة ال787 الآولى ستكون حمولتها الزائدة المتوقعة حوالي 2،270 ك.غ، لكن الطائرة السابعة وما يليها ستكون الطائرة المثالية وقد حققت جميع متطلبات البوينغ[87]، وقد أجرت بعض التحسينات على التصميم وأضافت كمية أكثر من التيتانيوم بالتصنيع[31]. وحسب كلام ستيفن إدفار من شركة تزويد الطائرات المستأجرة (ILFC): الوزن الزائد الموجود بطائرة 9-787 سيكون حوالي 6،350 ك.غ عند الحمولة الفارغة للطائرة، وهو ما قد يسبب بمشاكل بالحمولة بالنسبة للطائرة المستقبلية 10-787[88].

انتقادات لشبكة الحاسوب
غرفة القيادة بطائرة 787 ونرى أمام النوافذ ما يسمى نظام شاشة عرض أمامية

بدأت اهتمامات وكالة الطيران الفدرالية السابقة بالظهور مجددا في يناير 2022 بشأن احتمال عدم وجود الحماية الكافية لشبكة الطائرة من إمكانية الدخول المتعمد أو الغير متعمد من أحد الركاب إليها[89][90]. شبكة الحاسوب بكابينة الركاب مصممة لتوفير خدمة إنترنت خلال الرحلة ولكنها مرتبطة بأجهزة التحكم والملاحة والاتصالات للطائرة. رد بوينغ بانه رغما من أن الشبكات متصلة ببعض ولكن هناك معدات وبرامج للحماية موجودة من ضمن الشبكة العنكبوتية للطائرة مثل

* نظام الحاجز الهوائي (Air Gap) للفصل المادي بين الشبكات.
* نظام الجدار الناري (Fire Wall) للفصل بين البرامج.

وكجزء من شهادة التصديق تبرهن البوينغ لوكالة الطيران المدني بأن ما عملته من حماية هي كافية.

الأنواع

هناك 3 أنواع لسلسلة البوينغ 787 وقد عرضوا للبيع منذ عام 2022. 8-787 ستدخل الخدمة عام 2022. و9-787 ستدخل الخدمة عام 2022 و آخر طائرة تدخل الخدمة هي 3-787.

787-8
بوينغ 8-787 أول نسخة من مجموعة 787

هذا النوع هو النموذج الأساسي لعائلة 787 حيث الطول 186 قدم (57 متر) وباع الجناح هو 197 قدم (60 متر) والمدى الذي تصله هو 14200 إلى 15200 كم يعتمد على تشكيلة الكراسي. طائرة 8-787 تحمل 210 راكب على 3 درجات وستدخل الخدمة عام 2022 وكانت البوينغ تخطط باستبدال ER 767-200 و 300-767 ER بالطراز الحديث ل 8-787. فضلا عن التوسع إلى أسواق تتضخم بسرعة، حيث الطائرات الكبيرة لا تستطيع البقاء اقتصاديا، شركة نورث ويست ستكون أول شركة أمريكية تطير ب 8-787 وستستخدم الطائرة بخط ديترويت – شانغهاي.

787-3

هذا النوع يحتوي على 290 راكب ودرجتين، ويستخدم للرحلات القصيرة ذات الكثافة العالية ولكن بمدى يصل 4،650 إلى 5650 كم بالحمولة الكاملة. وهي مصممة لتحل محل طائرات الإيرباص 300 و 310 والبوينغ 300-757 و 200-767 بالخطوط الإقليمية وبمطارات ذات بوابات محددة جدا، هيكلها سيكون مشابه لهيكل 8-787، لكن بتقوية بعض الأماكن بالهيكل. الجناح سيكون مستمدا من 8-787 بحيث يكون طرف الجناح المخلوط مستعيضا عن شكل قمة الجناح ذو الزاوية. هذا التغيير قلل من طول الجناح ب 25 قدم مما سمح ال3-787 لتناسب أكثر مع البوابات المحلية وخاصة باليابان.

هذا النوع من الطائرات سيكون محددا بالمدى بحالة الوزن الأقصى لطائرة عند الإقلاع (MTOW) بحوالي 163،290 ك.غ، بحيث يكون خزان الوقود الموجود بها هو نفسه الموجود ب 8-787. فالمدى الحقيقي يحسب بواسطة سعة الوزن المتبقي للوقود بعد حساب وزن الطائرة والحمولة ويقسم ذلك من الوزن الأقصى لطائرة عند الإقلاع. الوزن الكامل للركاب والشحن سيقلل حمولة الوقود عند الإقلاع، لذلك ستكون مثل 747-400، بحيث ستقتصر على الخطوط القصيرة ذات الكثافة العالية مثل طوكيو إلى شنغهاي، أوساكا إلى سيؤل أو لندن إلى برلين. فالكثير من المطارات تكون تسعيرة الهبوط للطائرات حسب وزن الطائرة، فالطائرة ذات (MTOW) منخفض ينخفض بها الأجر والرسوم.

وتتوقع البوينغ ان مستقبل الطيران مابين المدن الكبيرة ذات الخمس ملايين أو أكثر قد تكون ثابتة لمستوى السعة عند تلك النسخة.[91][92]، فالمناطق مثل الهند وشرق اسيا يعتبر مثال رائع لذلك، فالكثافة السكانية مابين تلك المناطق يصل إلى 3،1 مليار نسمة، وقد يقلل كفاءة تلك الطائرة من تكلفة الهبوط (كما تقول البوينغ) مما يجعلها مفيدة جدا لتلك الخطوط مقارنة مع الطائرات ذات الحجم الأصغر.

تعتقد البوينغ بأن شركات النقل قد يستخدمون هذا النوع حسب خبرتهم لكي يتمكنوا من المنافسة مع الشركات ذات التكلفة المنخفضة وذلك بتشغيل ضعف سعة الطائرات ذات الممر الواحد بالكابينة وبتكلفة تشغيل اقل من الضعف لكلفة تشغيل اثنين منها وذلك بحساب الوقود وكلفة الهبوط والصيانة وعدد الطاقم الطائر وكلفة عبور الأجواء والوقوف والبوابات والخ من التكاليف.

ما وراء آسيا ستكون المسافة 5600 كم وزمن الرحلة بالكاد يكون 6 ساعات وهو كاف للربط مع عدة مدن كبيرة، ولكن المشكلة هي سعة البوابات التي تقيد طائرة 3-787 وهي المشكلة الوحيدة التي يحتاج التغلب عليها باليابان. وفي أوروبا تلك النسخة تظل بعيدة نوعا ما لتلك البوابات القصيرة بالشرق الأوسط والهند والصين فالمطارات الحديثة قد تم بناء بوابات ذات سعة أكبر وأطول لتوائم متطلبات تلك الطائرة. أما بأوربا ولضعف الحماس عند الزبائن الأوربيين لشراء تلك الطائرة فليس عند البوينغ حاليا أي خطط لأخذ الموافقة لتأهيلها رسميا في أوروبا.

فقط شركتين يابانيتين طلبوا 43 طائرة من تلك النسخة، ولكن المشاكل بالطائرة 8-787 قد جعل الشركة تعلق بعض الشغل على تلك النسخة 3-787[93]. لذلك فأول طلبية لتلك النسخة وكما هو مقرر لها سيكون خلال عام 2022[94].

787-9
طائرة 9-787

هذا النوع سيكون أول الأنواع المضغوطة من مجموعة 787، فعدد الكراسي سيكون من 250-290 بثلاث درجات ولمدى يصل ما بين 14.800 إلى 15.750 كم وكان مخطط لها بالدخول للخدمة هو 2022[95]، ولكن الجدول الحالي يقرر أوائل 2022[96]. بما أن هدف شركة البوينغ هو منافسة تلك الطائرة لطائرات الإيرباص 300-330 و 200-330 وأيضا لتحل محل طائراتها ER 767-400. وكمثيلتها 8-787 فإنها ستفتح خطوط جديدة مباشرة وبدون توقف، آخذة معها شحن أكبر وركاب أقل وتكون أكثر كفاءة من ER 777-200 أو 300/500-340. يختلف هذا النوع عن الشكل الآخر وهو 8-787 بعدة أمور مثل قوة بنية الهيكل وطوله وسعة وقود أعلى و MTOW أكبر وبالإضافة إلى ان طول الجناح لديها أطول قليلا من مثيلتها،

عند العرض الأول كان سعة الوقود عند النوع 9-787 مشابه لمثيلتيه الأخريين، اختلاف التصاميم لاحقا أعطى وزن اعلى مما أدى إلى مدى أقصر من الطائرة 8-787، وبعد مشاورات مع الزبائن من شركات الطيران، فقد تغير التصميم بحيث أضيف خزان أمامي لزيادة سعة الوقود. مما أدى لزيادة المدى و زيادة بالوزن الأقصى لطائرة عند الإقلاع عن النوعين الأخرين. تلك النسخة قادرة على الطيران بدون توقف من نيويورك إلى مانيلا أو من موسكو إلى ساوباولو وتلك بالتأكيد سيقلل تكلفة الطيران للكرسي عن باقي مثيلاتها.

المبيعات الأولى لتلك النسخة كانت محدودة حيث كان مقررا إدخالها الخدمة عام 2022. طائرات 8-787 أصغر حجما وستدخل الخدمة بوقت أقرب من غيرها مما جذب معظم شركات الطيران وجعلها الأكثر طلبا من غيرها، ويعتبر انتاج السنوات الأربع الأولى قد بيعت بالكامل، مما جعل تلك شركات تقيم مميزات الطائرة 8-787 مع 9-787 بحيث أحدهما سيتم تسليمه بعد 2022. توقعات المحللين بأن 9-787 ذات السعة الأكبر والمدى الأطول ستكون الأكثر طلبا وخاصة خلال شركات الطيران الناجحة. الخطوط النيوزيلاندية هي الزبون الأول ل 9-787 والثاني بحيث طائرات 787 بعد اليابانية (ANA). أم الأكثر طلبات ل 9-787 فهي كوانتاس و السنغافورية وكونتيننتال.

مترو ظ…طھط±ظˆ مترو مترو مترو مترو مترو مترو مترو مترو

من أصل الكلمة متروبوليتان [métropolitain] المشتق من سكة الحديد الميتروبوليتان اي سكة حديد التجمعات الحضرية.

المترو- هو أحد أنواع القطارات الخفيفة وهي إحدى أهم وسائل النقل في غالبية دول العالم بخاصة الدول ذات الكثافة السكانية العالية.

و هو وسيلة نقل حضري، تستخدم قطارات تسير على سكة حديد (غالبا) لنقل المسافرين بأعداد كبيرة. مسارات المترو هي أنفاق أرضية، تتخللها (في بعض الأحيان) مقاطع على سطح الأرض أغلبها جسور.

* المترجم الفرنسي يعرف المترو بأنه سكة حديدية وضعت لتشكل شبكة لنقل عدد كبير من المسافرين داخل منطقة حضرة محددة بواسطة عربات تسير على السكك موجهة توجيها خارجيا أوتوماتيكيا (أي بدون سائق) تتنقل القطارات في مجال مشكل أساسا من أنفاق شقت خصيصا لها الغرض
* التعريف الشمال أمريكي للمترو هو أكثر اختصارا : هو وسيلة لنقل المسافرين الحضري لأعداد كبيرة موجه عن بعد في موقع مخصص مغلق، دون تقاطع مع وسائل النقل الأخرى و الراجلين .

تاريخ

أول متو هو مترو أنفاق لندن 1863، مقتبس اصلا من القاطرات البخارية، حسب كريستيان وولمر أول مقاول مترو لندن كان شارل بيرسن الذي طور الفكرة في 1845. قررت سلطات بلدية لندن بناء المترو لمواجهة مشكلة كبيرة كانت تواجهها العاصمة آنذاك بتسهيل حركة 2.5 مليون نسمة في 90 كم² أول خط كان طوله 6.5 كم انطلق من فارينغدون ستريت إلى بادينغتون. القاطرات البخارية شكلت مشكلة كبيرة للمسافرين لكن المترو عرف نجاحا شعبيا كبيرا، ما فتئت تتكاثر عدد الخطوط في كل اتجاهات لندن.

في 1890 دشن مترو لندن أول خط مكهرب مما سمح بالقضاء نهائيا على مشكله التهوية التي تسببها القاطرات البخارية، تمت كهربة كل الخطوط في مترو لندن في خلال 10 سنوات.

اما المترو في القارة الأوربية فهو مترو استنبول في 1871، تلاه مترو بودابست 1896، أما مترو باريس اين أول خط تم وضعه للخدمة في 1900 من ثم عدة خطوط مترو وضعت للخدمة في أنحاء العالم.

التكنولوجيا الحالية
أول مترو مكهرب بودابست

أغلب قطارات المترو تسير على سكك كلاسيكيك ذات انفراج عادي اي 435 1 مم معتمد من اللاتحادية العالمية للسكك الحديدية المترو على العجلات المطاطية هي تكنولوجيا فرنسية طورت ابتداءا من 1950 أول مترو يسير كليا على العجلات المطاطية هو مترو مونتريال، مترو مكسيكو يستعمل نفس التكنولوجيا ابتداءا من 1980 ظهرت القيادة الأوتوماتيكية الكلية بدون سائق .

قد تكون قد سمعت عن ط§ظ„ط­ظ…ط¶ ط§ظ„ظ†ظˆظˆظٹ دي أن ايه ( DNA ) . تخيل الدي إن أي مثل عقد من اللؤلؤ طوله بآلاف الأمتار ولكنك لا تراه بالعين المجردة ،انه أرق من خيط الملابس بـملايين المرات. هذا العقد الطويل ( DNA )يجدل ويطوى طياً محكما ويرص ويصف بشكل بديع ليصبح كروموسوما.لذلك الكروموسوم في الواقع عبارة عن خيط طويل ملتف من الحمض النووي ( DAN ) . وكما أن عقد اللؤلؤ الطبيعي يحتوي على حبات لؤلؤ مرصوصة على طوله ، فأيضا الحمض النووي ( DAN ) يحتوي على حبات مصفوفة على طوله تسمى مورثات أو جينات(مفرد مورث أو جين). يوجد 30000 مورثه موزعه على الـ 46 كروموسوم ( 30000 حبه لؤلؤ في كل العقود ). تحتوي هذه المورثات على وصفات ( كمقادير إعداد الطعام ) لتحضير جميع البروتينات بأنواعها. وكما ذكرنا سابقاً فالبروتينات هي المواد الأساسية لبناء الخلية ولاستمرارها في العمل. في كل خلية من خلايا جسمنا نسختين من كل مورث، واحدة منها موجودة على الكروموسوم الذي ورثناه من أمهاتنا والمورثة الأخرى موجودة على الكروموسوم الذي ورثناه من آبائنا.وكما أن حبات اللؤلؤ مرصوصة على طول عقـد اللؤلؤ الطبيعي ، كذلك المورثـات كل واحدة منها لها مكانها الخاص والمحدد على طول الكروموسوم .
تركيبة الدي ان اي( DNA)
اخذ اسم الدي ان اي من الاحرف الاولى الحمض النووي المؤكسد باللغة الانجليزية(DeoxyriboNucleic Acid )و الاحماض النووية ( Nucleic Acid) مركبة من سلسلة متارصة من الحمض النووية المسماه النيوكليدات(Nucleotides ).وكل نيوكليديت يتركب من ثلاث قطع:فسفات( Phosphate) و سكر( Sugar) و قاعدة نيتروجينية (Nitrogenous base ).و هذه النيوكليدات تصطف جنبا الى جنب لتكون سلك طويل و مترابط و ذلك عن طريق رابطة فوسفاتية تربط السكر الذي قبلها بالسطر الذي بعدها (و بالتحديد تربط الكربون رقم 5 في السكر الاول بالكربون رقم 3 في السكر الذي يليها).و هكذا ييستمر هذا الخيط الطويل من النيوكليدات.و الدي ان اي هو عبارة عن خيطين من من تلك النيوكليدات متلاصقين و مجدولين كما تجدل ضفيرة الشعر و ذلك بشكل محكم و دقيق و يحافظ على ذلك النظام الروابط التي بين هذه المركبات خاصة الروابط الفسفورية و الروابط التي بين االقواعد النيتروجينية.و لذلك فانه يطلق على الدي ان اي سلسلة الدي ان اي(DNA CHAIN ) كما هو شائع بين المختصين. .
االسكر و القواعد النيتروجينية:
هناك نوعان اساسيان من السكر الذي يتركب منه الاحماض النووية.النوع الاول يسمى سكر الديوكسي ريبوز( DeoxyRibose) و هذا هو النوع الذي يدخل في تركيبة الدي ان اي.و النوع الثاني يسمى بسكر الريبوز ( Ribose) و يدخل في تكوين الار ان اي (RNA ).
و بينما تنقسم القواعد النيتروجينية الى خمسة انواع،ثلاثة منها تدخل في تكوين ال "دي ان اي" و "الار ان اي" بينما الرابع و الخامس يدخل في تكوين الار ان اي او الدي ان اي لوحده.و يرمز لهذه القواعد النيتروجينية بالحرف الاول من اسمها الانجليزي كما هو مبين في الجدول التالي:

DNA
RNA

Adenine
Adenine

Cytosine
Cytosine

Guanine
Guanine

Thymine
Uracil

و تلاحظ من الجدول السابق ان الثيامين ليوجد فقط في الدي ان اي بينما اليوراسيل يوجد فقط في الار ان اي.و لذلك و عند تكوين الار ان اي من ال اي ان اي فان الخلية تستبدل كل قاعدة نيتروجينية من نوع الثيامين بقاعدة نيتروجينية من نوع اليوراسيل.
و تقسم القواعد النيتروجينية ايضا الى نوعين اساسيين:الاول يسمى بالبيورينات ( Purines ) و هي اكبر حجما من النوع الثاني و يدخل تحت هذا النوع الجوانين و السيتوسون.و النوع الثاني تسمى بالبيروديمنات ( pyrimidines ) و هي اسغر حجما من النوع الاول و يدخل تحتها السيتوسون و الثيامين و ايوراسيل
و بما ان الدي ان اي عبارة عن خيط مزدوج فانه من البديهي ان لا يتقابل نوع واحد من القواعد النيتروجينية على طول تلك السلسلة.و لذلك فالخيط الاول لا تكون القواعد النيتروجينة متماثلة بالتي جوارها،و لكنها مختلفة و لكن هذا الاختلاف منتظم و محدد.فلذلك كل قاعدة نيتروجينية يقابها نوع معين من القواعد النيتروجينية و هذه القاعدة ثابتة و لا تتبدل اطلاقاً.

موضع تابع
حمض الدي ان اي ، حمض الدي ان ا ، حمض dna ، معلومات عن حمض DNA

محكمة ط§ظ„ط§ط³طھط¦ظ†ط§ظپ هي ثاني مراحل التقاضي التي يلجأ إليها أطراف قضية ما لعدم قبولهم بحكم قضت به ظ…ط­ظƒظ…ط© البداية، حينها يُطعن بالحكم أمام محكمة الاستئناف سواء أكان صادراً لصالحهم أم ضدهم إما لتعديل الحكم أو لإلغائه، مهما كان نوع الأحكام، شرعية أم مدنية أم جزائية. ولا ينتهي التقاضي عند هذا الحد بل يمكن أن يتبعه طعن في محكمة التمييز.