علوم

علوم

إعداد وتحرير د. جواد بشارة

عن نيو سانتيس أمريكان

***

- قد يكون هناك خطأ ما في نماذجنا الكونية المُكرّسة

- المادة في الكون تزداد تكتلًا، ولكن يبدو أنها تحدث بشكل أبطأ مما كان متوقعًا.

- إن هذا التباطؤ في تطور البنية واسعة النطاق للكون يمكن أن يشير إلى أجزاء أو مجالات جديدة، أو يمكن أن يشير إلى أن فهمنا للمادة المظلمة ليس صحيحًا تمامًا.

إن تطور الكون محكوم إلى حد كبير بالدفع والجذب لقوتين متنافستين: الطاقة المظلمة التي تجبر الكون بأكمله على التوسع، في حين تقوم الجاذبية أو الثقالة بسحب المادة معًا. وفقًا لنموذج علم الكون الأكثر قبولًا على نطاق واسع، والذي يسمى lambda-CDM، يجب أن يعني هذا أنه بمرور الوقت، تصبح الشبكة الكونية للمجرات أكثر كثافة بينما تنمو الفراغات الكونية وتفرغ من المادة.

ولكن عندما قام نهات مينه نجوين - من جامعة ميتشيغان - وزملاؤه بتجميع بيانات حول بنية الخلايا البدائية المبكرة لاحظ أن الهياكل تتراكم مثل سديم القلب بشكل أبطأ من المتوقع . بعد دراسة الكون وحالته الأحدث من مجموعة متنوعة من المصادر، بما في ذلك مسوحات المجرات وقياسات الضوء المعتمد بعد الانفجار الكبير مباشرة، وجد العلماء أن عملية نمو البنية هذه تتباطأ بمعدل غير متوقع. الشبكة الكونية تزداد كثافة والفراغات تتشكل. قد يكون سبب هذا شيئًا ما والذي الذي يتطلب مجالات جديدة، وأنواع أخرى من الجسيمات أو التفاعلات"، قد تكون أكبر والفراغات أقل كثافة لكن الأمر ليس كذلك ويحصل بأسرع ما توقعه نموذج lambda-CDM (رسائل المراجعة الفيزيائية، doi.org/gspg7t).

"العديد من المجسات المختلفة التي تسبر الكون في أوقات مختلفة ومقاييس مختلفة، يشير كل منها إلى نفس الشيء، وهو أن نمو البنية في الآونة الأخيرة تم قمعه أكثر بكثير مما نتوقع من النموذج القياسي. يقول العالم نجوين."نحن نعلم أننا يجب أن نتوقع تباطؤًا شديدًا، لكننا نجد أن التباطؤ أكثر وضوحا مما توقعنا."

جاءت قياسات فريق البحث مختلفة وتتعارض مع النموذج القياسي عند مستوى 3.7 سيغما، مما يعني أن هناك احتمالًا يبلغ حوالي 1 في 4600 بأن يظهر نمط من البيانات مثل هذا كصدفة إحصائية إذا وصف النموذج القياسي الكون بشكل صحيح. يمكن أن يفسر قمع نمو البنية وأيضًا التوترات الأخرى التي ظهرت في الملاحظات الكونية الماضية. "لم يستخدموا مجموعات البيانات القديمة الموجودة هناك، ولكن بالنظر إلى نوع من تلك البيانات المحدثة، أعتقد أنها ربما جعلت استنتاجاتهم أقوى. يقول مايك هدسون في جامعة واترلو في كندا. "هناك العديد من الاقتراحات في الأدبيات التي تشير إلى أن lambda-CDM خاطئة بطريقة سيئة، ولكن معظمها غير مقبول على نطاق واسع في المجتمع - لقد حظي هذا الاقتراح بمزيد من الاهتمام، "من حيث زوايا التباطؤ. فمتى، وكيف يجب علينا تعديل النموذج القياسي لمراعاة ذلك، هذا هو اللغز. يقول جيامين وهو من معهد ماكس بلانك لفيزياء خارج الأرض في ألمانيا: "إن نماذج الجاذبية المعدلة التي نعرفها ستنتج تعزيزًا هيكليًا بدلاً من القمع". إن رؤية القمع بدلًا من ذلك هو تلميح مثير للاهتمام لما يمكن أن يحدث".

"ما يمكن أن يسبب هذا قد يكون شيئًا يتطلب حقولًا جديدة، وهو ما يعني أجزاء جديدة أو تفاعلات جديدة، وهو ما يعني قوى جديدة، ربما بين أجزاء المادة المظلمة؛" يقول نجوين: إذا تفاعلت المادة المظلمة أو تم التنبؤ بها، فقد تكون مسؤولة عن القياسات، ولكن سنحتاج إلى المزيد من الملاحظات لنعرفها على وجه اليقين.

النجوم السوداء أو المظلمة:

يمكن حل لغز هائل لفئة جديدة غريبة من النجوم مدعومة بالمادة المظلمة. ولكن بما أنه لغز هائل في علم الكونيات. يتساءل جوناثان أوكالاغان: فهل رصدنا سورين بالفعل؟

في الأيام الأولى ـ ونحن نتحدث في وقت مبكر جدًا، أي بعد وقت قصير من الانفجار الأعظم ـ ربما كان الكون مليئًا بالأشياء وبحوش نجمية غريبة. واسعة بما يكفي لإغراق نظامنا الشمسي بأكمله، هذه النجوم لن تحصل على الطاقة عن طريق الاندماج النووي، مثل نجم عادي، ولكن بدلاً من ذلك بواسطة المادة المظلمة: على وجه التحديد، جزيئات هذه المادة الغامضة تفني نفسها لتغذي ما يسمى بالنجوم السوداء أو المظلمة".3775 jawad

هذه هي الفكرة على الأقل. ولكن عندما قدمت كاثرين فريز، عالمة الفيزياء الفلكية النظرية بجامعة تكساس في أوستن، العرض لأول مرة في مؤتمر عام 2007، لم يحظ بالقبول بشكل خاص. لقد سمعت عددًا من طلاب الدراسات العليا يصفوننا بالمجانين،" كما تقول. بغض النظر عن مفهوم النجوم السوداء أو المظلمة

لقد تمسكت فريزـ Freese. على مدار الأعوام الستة عشر الماضية برأيها، وقامت هي وزملاؤها بتحسين فهمهم لهذه العبارات الافتراضية المثيرة. وكانت المشكلة هي العثور على أدلة بالنسبة لهم بدت دائمًا بعيد المنال.

وذلك لأن فريز وزملائها أبلغوا عن رؤية محتملة: لمجرات غير عادية يمكن رؤيتها بواسطة تلسكوب جديد هو تلسكوب ويب. ربما لا تكون بعض هذه المجرات مجرات حقيقية على الإطلاق، ولكنها في الواقع نجوم مفردة - نجوم سوداء أو مظلمة، كما تقول عضوة الفريق جيليان بولين، التي كانت تعمل آنذاك في جامعة كولجيت في نيويورك.

ولا تزال أصداء الشك تتردد بين علماء الفلك الآخرين. إنها فكرة مثيرة للجدل للغاية. يقول كوزمين إيلي، وهو أيضًا من جامعة كولجيت، والذي قاد الفريق. ولكن إذا كانت النجوم السوداء أو المظلمة موجودة بالفعل، فلن تكون النجوم السوداء المظلمة دليلاً على نوع محدد من المادة السوداء أو المظلمة فحسب، بل يمكنها أيضًا المساعدة في حل واحدة من أكبر المعضلات والتحديات في علم الكونيات، وهي الأصول الغامضة للثقوب السوداء الهائلة التي تدفع تطور المجرات.

كوننا مليء بالمادة المظلمة التي لا يمكننا رؤيتها مباشرة، لأنها لا تتفاعل مع الضوء، ولكننا نعرف أنها موجودة. إنها تكشف عن نفسها عن طريق تشويه الزمكان، مما ينتج عنه تأثير عدسة ثقالية يشوه رؤيتنا للأشياء الأخرى التي يمكننا رؤيتها.يمكن أن نرى إن. لدينا الكثير من الأدلة حول طبيعة جاذبية المادة المظلمة؛ كما يقول بيرل سانديك في جامعة ولاية يوتا." إنها موجودة، لكننا لا نعرف أين هي".

ومن خلال هذه الملاحظات نعرف أن المادة المظلمة تكون 27% من الكون. وحوالي 68% هي الطاقة المظلمة التي لا يمكن تفسيرها بنفس القدر والتي تدفع توسع الكون، مع مجرد 5% هي المادة الطبيعية التي نتكون نحن والأرض والشمس والنجوم والمجرات الكراسي والطاولات والبشر والحيوانات والنباتات والحضارات الأخرى.

نحن لا نعرف بالضبط ما هي المادة المظلمة، على الرغم من أن لدينا أفكارًا خاطئة عنها. في أواخر القرن الثاني الميلادي، تم تقديم مرشح يسمى الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل، أو WIMP.ما يصل إلى 1000 مرة أكبر من البروتونات، ولكن لن تتفاعل الجسيمات الضعيفة مع المادة العادية. إلاّ أنها ستؤثر على بعضها البعض - وبعنف. اثنان من هذه الجسيمات سوف يفنيان عند الاتصال، مما ينتج عن تفاعلهما انفجار من الطاقة في شكل أشعة غاما.

يمكننا أيضًا أن نستنتج كيف تصرفت المادة السوداء أو المظلمة في الكون المبكر. بعد الانفجار الكبير، منذ حوالي 13.8 مليار سنة، كان الكون مليئًا بمستنقع من الجسيمات، دون أي هياكل معقدة. تتفاعل المادة المظلمة بشكل أبطأ من المادة العادية، لذلك تتجمع معًا بسهولة أكبر تحت تأثير الجاذبية. في أول 200 مليون سنة من التاريخ الكوني، ومن تكتلات ضخمة تشكلت مادة مظلمة تسمى الهالات الصغيرة. وفي نهاية المطاف، امتصت هذه المادة العادية تاو، والتي شكلت النجوم والمجرات.

كان إدراك فريز أنه إذا كانت هذه الأشياء الصغيرة المعروفة بالهالات مليئة بالجزيئات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs)، فإن من الممكن أن يؤدي ذلك إلى عملية مثيرة للاهتمام تشبه عملية إنشاء نجم عادي. أدركنا أن لدينا هذه العملية التي غاب عنها مجتمع علم الفلك؛ والتي تخبرنا أنه. كان هناك نوعًا جديدًا تمامًا من النجوم.

تتشكل النجوم عندما تتكثف سحابة منهارة من الغبار والغاز مكونة من مادة عادية. تسحق الجاذبية ذرات الهيدروجين والهيليوم معًا، وتصل في النهاية إلى العتبة التي يبدأ فيها الاندماج النووي ويتشكل قلب النجم. في النجوم، بفعل قوة الجاذبية التي تدفع إلى الداخل تتوازن تمامًا مع القوة الخارجة الناتجة عن الاندماج. ولكن إذا كانت كثافة المادة المظلمة عالية بما فيه الكفاية في الهالات الصغيرة، فإن إبادة الجسيمات ضعيفة التفاعل (WIMPs) قد ينتج ما يكفي من الطاقة بحيث تمنع القوة الخارجية المادة العادية من الوصول إلى الكثافة الحرجة. عندها لن يبدأ الاندماج النووي أبدًا، وبدلاً من ذلك، سيكون لديك فئة مختلفة من المواد الدنيوية التي ستستقر عند حجم أكبر بكثير، ربما بقطر مماثل لقطر مدار ساتوم وكتلتها تصل إلى مليون مرة كتلة الشمس. هناك يكون مصدر الحرارة هو الذي يمنع تلك السحابة من الانهيار أكثر من ذلك؛ كما يقول فريز. إنها ستكون أجساماً مدعومة بالمادة السوداء أو المظلمة." سيكون محتوى المادة السوداء أو المظلمة للنجوم منخفضًا، فقط 0.1 بالمائة. ولكن هذا سيكون كافيا لإنتاج تريليونات تريليونات من عمليات الإبادة في الثانية الواحدة، مما يجعل النجم يتألق بشكل لا يصدق باللون الأبيض أو الأزرق اللامع. وبهذا المعنى، فإن "النجم المظلم" هي تسمية خاطئة. وفي الحالات القصوى، يمكن أن تكون النجوم السوداء أو المظلمة كذلك تنمو بشكل هائل حقًا وتتفوق حتى على كامل النجوم المرئية.

النجوم المظلمة (انظر القصة الرئيسية) بعيدة كل البعد عن الظواهر النجمية الغريبة الوحيدة التي قد نكتشفها أو لا نكتشفها في الفضاء في نهاية المطاف.3776 jawad

نجوم جانوس أو يانوس:

وفي يوليو/تموز، قال علماء الفلك إنهم رصدوا نجما يبدو أنه انقسم فجرا إلى المنتصف، نصفه مصنوع من الهيليوم والآخر مصنوع من الهيدروجين. له وجهان، مثل جانوس في الأساطير الرومانية. يبدو هذا الآن ربما تم رصد النجم للتو في لحظة غريبة، في منتصف التحول من حرق الهيليوم إلى الهيدروجين، وهي عملية يُعتقد أن العديد من النجوم القزمة البيضاء تمر بها.

النجوم الهجينة:

تُعرف أيضًا باسم كائنات زيتكو Thorne-Zytkow، وتتكون من نجم نيوتروني داخل نجم عادي. إنهم نجوم النجوم الروس، إذا صح التعبير. ربما يتشكلون عندما يصطدم نجمان ويندمجان. خلال حياتهم القصيرة، لا يمكن تمييزهم عن النجوم الكبيرة الأخرى. تظل هذه افتراضية، والطريقة الوحيدة لاكتشافها ستكون من خلال مجموعة من قياسات موجات الجاذبية وملاحظات العناصر الموجودة داخل النجم.

نجوم بوزون:

متى لا يكون الثقب الأسود حقاً أسود؟ عندما يكون نجم بوزون. تتكون النجوم عادة من الفرميونات، الجزيئات التي تشكل المادة. ولكن من الممكن أن تتجمع البوزونات، وهي جسيمات الطبيعة الحاملة للقوة، معًا بأعداد غير محدودة تقريبًا وتخلق مادة شفافة لا تفعل شيئًا سوى بذل جهد قوة جاذبية هائلة على كل شيء حولها. سيكون من الصعب تمييز هذه الأجسام عن الثقوب السوداء، ولهذا السبب لم يبتكر علماء الفلك بعد أي طرق سهلة للعثور عليها.

المجرات في الكون المبكر. يمكن أن تصبح أكثر سطوعًا بمليار مرة من الشمس؛» كما تقول فريز التي نشرت سلسلة من الأوراق البحثية حول ظهور النجوم السوداء أو المظلمة Dark Stars، أولها، التي كتبتها مع زملائها دوغلاس سبوليار وباولو جوندولو، في عام 2008. ويتذكر دان هوبر من جامعة شيكاغو أنه كان هناك "نقاش حاد" عندما تم نشرهما. الصراخ على بعضهم البعض؛' هو يقول. مرحبًا لم أكن أعرف من هو على حق ومن هو على خطأ."وقد حظيت الفكرة بدعم كبير. يقول سانديك أعتقد: "إنها فكرة رائعة للغاية، وهي ممكنة تمامًا". كما أنها بعيدة كل البعد عن النجم الغريب الوحيد الذي تم اقتراحه هناك سبب وجيه للأمل في وجود هذه النجوم النظرية. بصرف النظر عن كونها نوعًا جديدًا تمامًا من النجوم، يمكن للنجوم السوداء أو المظلمة أن تقوم بتقديم حل للغموض الكوني الكبير: أصل الثقوب السوداء الهائلة. وهي الثقوب السوداء الضخمة، الكثيفة جدًا لدرجة أنه حتى الضوء لا يمكنه الهروب منها، والتي تقع في مركز المجرات.

عندما ننظر إلى الكون البعيد والمبكر، نرى مجرات يقل عمرها عن مليار سنة تحتوي على ثقوب سوداء هائلة تبلغ كتلتها مليار مرة كتلة شمسنا في مراكزها. إن كيفية نمو هذه الثقوب السوداء بهذه السرعة هو لغز محير. كما إن ظهور مثل هذه الثقوب السوداء الضخمة في بداية الكون يطرح مشكلة كبيرة؛ كما يقول محمد لطيف من جامعة الإمارات العربية المتحدة. ربما تكون هذه الثقوب قد نشأت عن اندماج ثقوب سوداء أصغر حجمًا، لكن لا يبدو أن هناك وقتًا كافيًا لحدوث ذلك.

يمكن أن تكون النجوم السوداء أو المظلمة هي الإجابة، لأنها يمكن أن تكون البذور المراوغة للثقوب السوداء الهائلة. من المحتمل أنها عاشت بسرعة وماتت صغيرة، ولم تدوم سوى ملايين السنين. قد تولد النجوم المظلمة الأصغر حجمًا، والتي ربما تبلغ كتلتها 100 مرة تقريبًا كتلة شمسنا، من جديد كنجوم عادية بمجرد توقف إبادة جسيمات الــ WIMP. وبمجرد نفاد وقود المادة المظلمة، فقد يبدأ الاندماج النووي؛ تقول فريز.

لكن النجوم السوداء أو المظلمة بمجرد نفاد الوقود تماما فيها، سوف تنهار وتتحول إلى ثقوب سوداء. وفي حالة النجوم السوداء أو المظلمة فائقة الكتلة، ونظرًا لكتلتها الضخمة، فإن الثقوب السوداء الناتجة عنها سيكون بنفس القدر من الضخامة، حيث يصل إلى مليون كتلة شمسية. لقد قمنا بالفعل بحل مشكلة الثقب الأسود الكبير المعلقة؛ كما تقول فريز. إذا بدأت بنجومنا السوداء أو المظلمة، سيكون لديك بذور كتلتها مليون كتلة شمسية يمكن أن تندمج معًا لتصنع ثقوبًا سوداء تبلغ كتلتها مليار كتلة شمسية."

'' يمكن للنجوم السوداء أو المظلمة القدرة على خلق شقب أسود عملاق يكون بكتلة تفوق مليار مرة كتلة الشمس'' ومع ذلك، خلال العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، واجهت قضية النجوم السوداء أو المظلمة عقبة. ظهرت مرشحات أخرى للمادة المظلمة وحالة الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs).

ومع عدم وجود دليل على وجود الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs)، أصبحت الأجزاء النظرية الأخف التي تسمى الأكسيونات رهان العديد من الفيزيائيين لتفسير المادة المظلمة. وستكون الأكسيونات خفيفة جدًا بحيث لا يمكنها إنتاج طاقة كافية لتكوين نجوم مظلمة. ويفضل آخرون، مثل برنارد كار من جامعة كوين ماري في لندن، فكرة أن المادة المظلمة لا تتكون من جزيئات غامضة على الإطلاق، ولكنها تتكون من ثقوب سوداء نشأت في بداية الكون، تسمى الثقوب السوداء البدائية.3777jawad

ومع ذلك، ظلت فريز متفائلة بشأن آفاق النجوم السوداء أو المظلمة، ولا تزال الأمور تتحسن. وفي عام 2022، قامت هي وزملاؤها بحساب المرشح الآخر للمادة المظلمة. يمكن للأطراف أن تشكل نجومًا داكنة. "ليس من الضروري أن تكون تلك الكائنات ضعيفة التفاعل؛" تقول فريز: هناك بديل حيث لا يزال يتم تصور المادة المظلمة كجسيم، ولكن كجسيم يتفاعل بقوة أكبر مع نفسه. إن مفهوم المادة المظلمة ذاتية التفاعل شائع في الوقت الحالي، كما تقول فريز. ثم، في وقت سابق من هذا العام، رصدت التلسكوبات الأبعد في السماء شيئًا ما.

اللطخات الحمراء: إن تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، الذي تم إطلاقه في ديسمبر 2021، قادر على التعمق في تاريخ الكون بفضل مرآته الكبيرة المطلية بالذهب والتي تراقب مكونات الكون المرئي في ضوء الأشعة تحت الحمراء. لقد رصد بالفعل مجرات يرجع تاريخها إلى بضع مئات الملايين من السنين الأولى من عمر الكون، أي أقدم من أي مجرات يمكن رؤيتها بواسطة أي تلسكوب آخر. وقد أظهرت هذه النتائج قاعًا أكثر سطوعًا في الكون المبكر يحدث بصورة أكثر مما كان متوقعًا. ؛' يقول كار: "لم يكن من المتوقع أن تنمو المجرات كثيرًا إلا بعد مليار سنة تقريبًا من الانفجار الكبير، ولكن يبدو أن تلسكوب جيمس ويب الفضائي قد اكتشف الكثير من المجرات التي تتشكل قبل ذلك بكثير".

في يونيو، أعلن علماء الفلك في المسح المتقدم العميق خارج المجرة (JADES) التابع لـ JWST عن حفنة من المجرات المرشحة الجديدة التي كانت الأقدم حتى الآن, مع نجم يعود تاريخه فقط إلى مابعد 320 مليون سنة من الانفجار الكبير. ومع ذلك، قامت فريز وزملاؤها بنشر ورقة بحثية ما قبل الطباعة، وهي دراسة لم تخضع بعد لمراجعة النظراء، مما يشير إلى أن هذه قد لا تكون مجرات. وبدلاً من ذلك، يعتقدون أن النجوم الدنيوية، التي تظهر على شكل بقع حمراء في تلسكوب جيمس ويب الفضائي، هي نجوم داكنة منفردة. ومنطقهم يقول أن ثلاثة من الأشياء تبدو مستديرة، مثل النجم، وتفتقر إلى السمات الضعيفة للمجرة. كما تتناسب الأجسام أيضًا مع شكل النجوم السوداء أو المظلمة، مع كمية ما تم إنتاجه من الضوء بما يتوافق مع ما يمكن توقعه. ويقدر أن اثنين من المرشحين يفوق حجم وكتلة شمسنا بمليون مرة، وواحد منهم في نصف ذلك.3776 jawad

لا يزال من الممكن أن تظهر هذه الأمور لتكون مجرات صغيرة جدًا، وربما تظهر كمصادر نقطية فردية بسبب نقص الدقة. "مازلنا نفضل الحل الأبسط؛" تقول ساندرا تاتشيلا من جامعة كامبريدج، والتي هي جزء من فريق JADES. وفي الوقت الحالي، لا يوجد دليل واضح على وجود نموذج للنجم الأسود أو المظلم." كما تقول مارسيا ريكي من جامعة أريزونا، وهي أيضًا جزء من فريقJADES الذي حذّر بالمثل، مشيرًا إلى ذلك وقد تكون اللطخات البعيدة التي شاهدها تلسكوب جيمس ويب الفضائي نجومًا داكنة غريبة.

يبدو أن اثنين من المرشحين الثلاثة يتمتعان بملامح ضعيفة تتفق مع مجرة صغيرة، في حين يمكن أن يكون الثالث ببساطة مجرة مدمجة. "للادعاء بأن شيئًا ما هو نجم مظلم، تحتاج حقًا إلى دليل قوي جدًا؛".

هناك فرصة أننا قد نحصل عليه. في اكتوبر، سيقوم فريق JADES بجمع النصف الثاني من بياناته، بما في ذلك الأطياف التفصيلية لهذه الأجسام، مما يعني قياس الضوء الذي تنبعث منه عبر مجموعة من الأطوال الموجية. يجب أن نكون قادرين على التقاط توقيع الشكل المتأين من الهيليوم، المعروف باسم الهيليوم-Il. إذا كانت الأجسام الغامضة عبارة عن نجوم سوداء أو مظلمة، فإن علماء الفلك يتوقعون رؤية الهيليوم-2 يمتص الضوء عند طول موجي محدد. ومن ناحية أخرى، إذا كانت مجرات، فإنهم يتوقعون أن يصدر الهيليوم-2 ضوءًا عند هذا الطول الموجي. "التوقيع الدليلي للنجم المظلم هو سمة الهيليوم-إيل؛" كما تقول بولين.

قد يكون هناك المزيد من المرشحين للنجوم السوداء أو المظلمة، يقول تاو. في حين يقول إيل إنه يعمل على ورقة بحثية جديدة تتضمن مشاهدات جديدة من ملاحظات تلسكوب جيمس ويب الفضائي. "لن نفتقر إلى المرشحين". ويضيف إن تلسكوب جيمس ويبJWST هو الوحيد الذي لديه القدرة على العثور على النجوم السوداء أو المظلمة في الوقت الحالي، على الرغم من أن أمثال التلسكوب الفضائي الروماني القادم التابع لناسا، والذي من المقرر إطلاقه في عام 2027، قد يكون لديه أيضًا ما يلزم.

بالنسبة لغالبية علماء الفلك، الذين يتبنون هذه الفكرة، يظل من الصعب ابتلاع النجوم السوداء أو المظلمة. "يفضل معظم الناس أن يكونوا محافظين وألا يستحضروا أي شيء غريب مثل النجوم السوداء أو المظلمة؛" كما "يقول كار. ولكن مرة أخرى، فإن كوننا مليء بالأشياء غير المتوقعة، من الثقوب السوداء إلى النجوم المغناطيسية. يقول كار: "نحن محاطون بالغرابة. لماذا لا نُحاط بالنجوم المظلمة أيضًا؟ .

إعداد وترجمة د. جواد بشارة

***

اكتشاف فقاعة «أحفورية» يبلغ قطرها مليار سنة ضوئية من بدايات الكون: ماذا تحتوي؟

عثر فريق المشروع المخصص لرسم خرائط الكون على بنية كونية مذهلة وهي عبارة عن: "فقاعة" يبلغ قطرها مليار سنة ضوئية، والتي جمدتها الموجات الصوتية من الكون البدائي. علينا أن نعود بضعة مليارات من السنين لفهم ما يعنيه هذا.

ولم يتوقع هذا الفريق من علماء الفيزياء الفلكية العثور على "أحفورة" من بدايات الكون. خلال مشروع لرسم خريطة للكون، اكتشف عالم الفيزياء الفلكية دانييل بوماريدي وزملاؤه نوعًا من "الفقاعة" العملاقة من المجرات - تسمى هوليلانا - من عصر بعيد. لقد جمد بمرور الوقت العناصر الثمينة المتعلقة ببدايات الكون. لذا، لفهم هذا الاكتشاف، الذي نُشر في 5 سبتمبر 2023، نحتاج إلى العودة عدة مليارات من السنين إلى الوراء.

خلال تلك الحقبة المبكرة ، بعد بضع مئات الآلاف من السنين من الانفجار الكبير، لم يكن الكون البدائي "شفافًا" بعد، ولكن في حالة البلازما - وهي حالة كثيفة وساخنة للمادة. ويحدث صراع بين قوة الجاذبية  أو الثقالة وضغط البلازما. يؤدي هذا إلى اختلافات في كثافة المادة نفسها: هناك مناطق ذات كثافة عالية جدًا، ومناطق ذات كثافة منخفضة جدًا. ويؤدي الصراع بين هاتين الكثافتين إلى تدفق المادة المنخفضة الكثافة نحو المادة الزائدة الكثافة: وهذه هي "العقد" في الشبكة الكونية.

داخل هذه العقد، وجدنا بعد ذلك قمم كثافة حقيقية. هذه الظاهرة الحاسمة هي التراكم: تتكتل المادة. "تراكمت المادة، وبدأت الهياكل تتشكل مع مجموعات المجرات، التي تحتوي على المجرات، ثم الكواكب. يوضح دانييل بوماريدي: "كل شيء يأتي من التراكم".

موجات صوتية مجمدة في الوقت المناسب ولكن، ما هي بالضبط أحفورة "فقاعة" هوولايلانا؟ إنها على وجه التحديد نتيجة كومة من الموجات - الموجات - المجمعة من نقاط مختلفة عبر هذا التراكم. ومن هنا جاءت فكرة الفقاعة: كل شيء يتكثف في منطقة، ثم تتضخم مع توسع الكون. وهذه هي المرة الأولى التي يمكن فيها ملاحظة هذه الموجات القادمة من بدايات الكون.3722 منجزات علمية

لقد توقع الفيزيائيون منذ فترة طويلة أننا يجب أن نجد، في زمن البلازما البدائية، BAOs: التذبذبات الصوتية الباريونية. وترجمة ذلك: الموجات الصوتية التي تتحرك خلال المادة العادية. جاءت هذه الموجات من صراع الكثافة. يشرح لنا دانييل بوماريدي قائلاً: "يمكن أن تبدأ هذه الموجات من أي مكان، ولكن بشكل خاص في الأماكن التي تكون فيها الكثافة أعلى". كثافة المادة الصغيرة تعني: موجة صغيرة. كثافة المادة العالية تعني: موجة طويلة. كان "المكان الذي كان لهذه الظاهرة أكبر سعة، في عقد الشبكة الكونية، حيث تدفقت المادة نحو المناطق ذات الكثافة الأعلى في الكون. »كانت قمم الكثافة عند أصل تكوين مجموعات المجرات مرادفة أيضًا لقمم BAO.

ومع ذلك، بعد 380 ألف سنة من الانفجار الكبير، «بردت البلازما بسبب تمدد الكون»، كما يشير دانييل بوماريدي. "عند نقطة معينة، تجاوزنا درجة حرارة حرجة، حيث أصبح من المثير للاهتمام بالنسبة للإلكترونات والبروتونات أن تتحد وتشكل الذرات الأولى. » هذه الطاقة التي تربط الجزيئات أصبحت أقوى من طاقة البلازما. في الواقع، "تنتصر المادة"، وينطلق الضوء، وتختفي "البلازما".

"يصبح الكون في الأساس فراغًا. ظاهرة BAO تقترب من نهايتها. يتم تجميد هذه الموجات الصوتية. »إن فكرة الحفرية لتعيين فقاعة هوولانا تشير على وجه التحديد إلى "حقيقة أنه كان هناك نوع من الصقيع"، كما يوضح دانييل بوماريدي. "كانت الهياكل تتطور، وفجأة حدث تحول، وتجمد التطور. مثل أحفورة الأمونيت في علم الآثار: كانت حية، وتجمدت، وبعد وقت طويل يمكن للباحث العثور على هذه الحفرية. »

تحتوي مثل هذه الحفرية على معلومات قيمة يجب تحليلها: فهي بمثابة "شاهد على الكون الشاب"، كما يعتقد دانييل بوماريدي. لفترة طويلة، كانت فكرة BAO مجردة ونظرية. ويضيف: "هناك، يصبح الأمر ملموسًا". والأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن دانييل بوماريدي وفريقه قاموا بقياس ثابت هابل، أي قيمة توسع الكون داخل هذه الفقاعة. يتوافق هذا القياس مع القياسات التي تم إجراؤها في الكون المحلي، ولكن ليس في الكون البعيد. وهذا يزيد من مشكلة فجوة القياس المعروفة بالفعل، وبالتالي يعطي اكتشاف فقاعة «أحفورية» من بدايات الكون: ماذا تحتوي فقاعة يبلغ قطرها مليار سنة ضوئية؟ عند توسع الكون: هل تضيق الفجوة بين القياسات؟ و ماهي "عواقب مهمة للفيزياء الأساسية وعلم الكونيات الحديث"؟

تميل الملاحظات الحديثة إلى تضييق الفجوة بين تقديرات ثابت هابل. وفقًا لعالمة الفلك ويندي فريدمان وفريقها، قد لا يكون هناك في النهاية أي صراع حول معدل توسع الكون. ماذا لو لم يكن هناك في النهاية أي صراع حول قياسات معدل توسع الكون؟ وتظهر أحدث الملاحظات أن الفجوة بين القياسات تميل إلى التضييق. على أي حال، هذا ما تشرحه عالمة الفلك الأمريكية ويندي فريدمان بالتفصيل في دراسة ستنشر في مجلة الفيزياء الفلكية، والتي يمكن الوصول إليها على موقع arXiv وتناقلتها جامعة شيكاغو في 30 يونيو 2021.3723 منجزات علمية

 الكون يتوسع. عندما نراقب المجرات، فإنها تعطي انطباعًا بأنها تبتعد عنا. في الواقع، ليست المجرات هي التي تبتعد عن بعضها البعض، بل الفضاء نفسه هو الذي يتوسع. تعتبر معرفة سرعة توسع الكون معلمة مهمة للعلماء. إنهم يسعون إلى تحديد ما يسمى بثابت هابل، والذي يعطي معدل توسع الكون في لحظة معينة. في التسعينيات، تم اكتشاف أن توسع الكون يتسارع (السرعة التي تتحرك بها المجرات بعيدًا تتزايد بمرور الوقت). ومع ذلك، كما لخصت جامعة شيكاغو في بيانها الصحفي، فإن الطريقتين الرئيسيتين لقياس سرعة توسع الكون تؤديان إلى قياسات مختلفة. هل كنا مخطئين تمامًا بشأن شكل الكون؟ سبب هذا التوتر والاختلاف في القياسات هو قيمة ثابت هابل في المعادلات الرياضية المتعلقة بهذا الموضوع.

هذه الفجوة "تقسم" بطريقة ما علماء الفيزياء الفلكية، بين أولئك الذين يعتقدون أن هذه الفجوة كبيرة، وأولئك الذين يعتبرون أنه لا بد من وجود خطأ أو أكثر في القياسات. في الحالة الأولى، قد يعني هذا أن هناك حاجة إلى فيزياء جديدة. وفي الحالة الثانية، فإن هناك ميل إلى تأكيد نموذجنا لكيفية عمل الكون. وفقا لويندي فريدمان، لن يحتاج هذا النموذج إلى تعديل كبير.

ما الطريقتان لقياس ثابت هابل؟

* باستخدام إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، وهو أقدم ضوء لا يزال موجودًا في الكون. يمكن استخدام ملاحظات هذا الضوء في نموذج الكون الشاب للتنبؤ بما يجب أن يكون عليه ثابت هابل اليوم. والنتيجة هي 67.4 كيلومترًا في الثانية لكل ميغابارسيك (1 ميغابارسك، أو Mpc، أي ما يعادل مليون فرسخ فلكي؛ وكان الفرسخ الفلكي نفسه يساوي 3.26 سنة ضوئية).

* استخدام قياس المسافات وسرعات انطلاق النجوم والمجرات في مناطق الكون المرئي القريبة بالنسبة إلينا. القياس الذي أجرته ويندي فريدمان في عام 2001 باستخدام تلسكوب هابل الفضائي، باستخدام النجوم المعروفة باسم القيفاويات، أنتج قيمة 72.

في عام 2019، نشرت ويندي فريدمان نتائج جديدة، باستخدام طريقة أخرى غير الطريقة القيفاوية، هذه المرة لمراقبة العمالقة الحمراء، باستخدام هابل أيضًا. ثم تم تقدير القيمة بـ 70 كيلومترًا في الثانية لكل Mpc. ومنذ ذلك الحين، واصل عالم الفلك وفريقه العمل على تحسين دقة قياساتهم (باستخدام طرق مستقلة لمعايرة سطوع العمالقة الحمراء، والتي تعطي نتائج قريبة جدًا). كتبت العالمة في أحدث دراسة لها: "إن تأكيد حقيقة توتر H0 [ثابت هابل] يمكن أن يكون له عواقب مهمة لكل من الفيزياء الأساسية وعلم الكونيات الحديث".3724 منجزات علمية

القيفاويات، Les Céphéides صاخبة قليلا:

ومن الآن فصاعدا، يعتقد العالم أن البيانات التي تم الحصول عليها بطريقة العملاق الأحمر تظهر الاتساق بين معدلات توسع الكون، المقاسة محليا أو عن بعد (الطريقتان الموصوفتان أعلاه). ولذلك لن يحتاج العلماء إلى فيزياء جديدة لحل المشكلة. حققت ويندي فريدمان وفريقها، مع العمالقة الحمراء، ثابت هابل قدره 69.8 كيلومترًا في الثانية لكل Mpc، وهو أقرب إلى القياس الذي تم إجراؤه باستخدام إشعاع الخلفية الكونية الميكروي.

لماذا نحقق قياسًا أعلى باستخدام الطريقة القيفاوية؟ «لطالما كانت النجوم القيفاوية أعلى قليلًا وأكثر تعقيدًا من أن نفهمها تمامًا؛ تقول ويندي فريدمان في بيان صحفي لجامعة شيكاغو: "هذه نجوم شابة في مناطق تشكل النجوم النشطة في المجرات، وهذا يعني أنه من الممكن لأشياء مثل الغبار أو التلوث من النجوم الأخرى أن تشوه قياساتك".

كما تقول الباحثة وفريقها، إن طريقة العملاق الأحمر والقيفاويات على أية حال تجعل من الممكن الحصول على أقوى تقدير إحصائي لثابت هابل في الوقت الحاضر. وفي الوقت الحالي، يخلص العلماء إلى أنه ليس من الممكن استبعاد احتمال حاجتنا إلى فيزياء جديدة لإنهاء التناقض في القياسات بشكل كامل. ويمكن للبيانات التي سيتم جمعها في السنوات المقبلة أن تحل المعضلة أخيرًا، خاصة مع إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي المتطور جداً. حصلت ويندي فريدمان وفريقها بالفعل على القدرة على استخدام المرصد لإجراء مزيد من الدراسة للقيفاويات والعمالقة الحمراء.

درب التبانة تنبعث منها جزيئات شبحية مراوغة ومشكلة النيوترونات المنتجة في مجرتنا:

تم اكتشاف النيوترينوات في كل مكان في الكون، ولكن لم يتم اكتشافها أبدًا في مجرتنا درب التبانة. ويتم ذلك الآن بفضل جهاز كشف تم تركيبه في القارة القطبية الجنوبية، بمساعدة الذكاء الاصطناعي الذي كان قادرًا على مراقبة هذه الجسيمات الغامضة والمراوغة.

إذا كنت تخشى الأمواج أو المواد الكيميائية أو أي مادة أخرى غير مرئية تحيط بنا، فانتظر: فأنت أيضًا محاط دائمًا، بل وتعبرك ، جسيمات غامضة تسمى النيوترينوات. مليارات من هذه الجسيمات الأولية، التي تنتقل بسرعة قريبة من سرعة الضوء، تمر عبر كل سنتيمتر مربع من جسمنا في كل ثانية وتوجد في كل مكان في الكون.

ومع ذلك، لم يتم اغتصاب لقبها بالجسيمات الشبحية، لأنها تظل سرية بشكل خاص، ولا تتفاعل أبدًا مع المادة العادية، مما يجعل اكتشافها صعبًا للغاية.

وعلى الرغم من كل شيء، فإن أجهزة الكشف المثبتة على الأرض اليوم تتمكن من التقاط عشرات الآلاف من النيوترينوات عالية الطاقة كل عام، وجميعها قادمة من أحداث كونية بعيدة تقع على بعد سنوات ضوئية من مجرتنا. وهي تختلف عن النيوترينوات الشمسية القادمة من شمسنا والتي تشكل الغالبية العظمى من الجسيمات التي نتلقاها. ولذلك يصعب اكتشاف النيوترينوات عالية الطاقة. يعد تحقيق هذا إنجازًا واضحًا، ولكن ماذا عن النيوترينوات المماثلة المنتجة في مجرتنا؟ يجب أن تكون موجودة أيضا؟ قال فرانسيس هالزن، عالم الفيزياء في جامعة ويسكونسن وعضو تعاون آيس كيوب،: "هناك بعض هذه الأشياء". وهي قليلة العدد ومن الصعب جدًا اكتشافها، لكننا وجدنا بعضها. »3725 منجزات علمية

 ونشر الباحث دراسة نشرت في مجلة ساينس بتاريخ 29 يونيو 2023، تناول فيها اكتشاف الأشعة الكونية المحملة بالنيوترينوات القادمة من مجرتنا. وهي نيوترينوات "محلية الصنع" مدمجة في الكتلة.3726 منجزات علمية

قبل الخوض في التفاصيل، لا بد من التوضيح: الأشعة الكونية المحملة بالنيوترينوات التي تصل بانتظام إلى الأرض. ولكن، نظرًا لأنها تنحرف وفقًا للمجالات المغناطيسية بين النجوم التي تمر عبرها، فإنها تأتي إلينا من جميع الاتجاهات. ومن الصعب تتبع المصدر.

في عام 2022، تمكن فريق من علماء الفيزياء الفلكية من تحديد البلازارات، وهي نوى المجرة التي تنبعث منها إشعاعات قوية، والتي ترسل النيوترينوات. ولكن من المفارقة أنه على الرغم من اكتمال هذه التقنية، إلا أنه يظل من المستحيل العثور على نفس هذه الجسيمات المنبعثة مباشرة من مجرتنا. يقول فرانسيس هالزن: "عندما وجدنا النيوترينوات الأولى، اعتقدنا أنها جاءت منا". عندما ننظر إلى السماء، فإن معظم النجوم المرئية تأتي من مجرة درب التبانة، لكن بالنسبة للنيوترينوات، فالأمر عكس ذلك. »

لا تكمن المشكلة في صعوبة اكتشاف هذه النيوترينوات. إنهم ليسوا أكثر من أولئك الذين من أصل خارج المجرة، لكنهم أقل عددًا بكثير ويجدون أنفسهم غارقين في الكتلة.

ولفرز الأمور، استخدم الباحثون البيانات التي تم جمعها على مدى السنوات العشر الماضية من خلال تجربة IceCube. كما يوحي اسمه، فإن IceCube هو حرفيًا مكعب ثلج يبلغ طوله كيلومترًا مكعبًا واحدًا، تم بناؤه في أعماق القارة القطبية الجنوبية ودُفن تحت السطح. بما فيه من أكثر من ثابت هابل يبلغ 69.8 كيلومترًا في الثانية لكل Mpc، وهو أقرب إلى القياس الذي تم إجراؤه باستخدام إشعاع الخلفية الكونية الميكروي. ومن مكمنه تحت أرض القطب الجنوبي يستخدم 5000 كاشف بصري، ويبحث عن أدنى فوتون ينبعث عندما يتفاعل النيوترينو مع نواة الذرة، وهو ما يحدث نادرًا جدًا. عند حدوث إحدى هذه الصدمات، يتم إنتاج جسيم آخر: الميون. وهذا بدوره يمكن أن يتفاعل مع الجسيمات الأخرى ويسبب ظهور مخروط من الضوء، والذي يوفر معلومات مهمة للغاية عن الاتجاه الذي يأتي منه النيوترينو.3727 منجزات علمية

استعاد فريق فرانسيس هالزن هذه البيانات الكثيفة للغاية وقام بإخضاعها لخوارزمية تعتمد على طريقة التعلم الآلي. هدفها: إعادة تتبع مسار جميع النيوترينوات المسجلة ومعرفة ما إذا كان هذا يتزامن مع أشعة جاما النشطة في مجرتنا.

المصادر لا تزال غامضة:

يوضح فرانسيس هالزن: "لقد حددنا نموذجًا، حيث يوجد فائض من النيوترينوات في المستوى المجري، وهو ما يتوافق إحصائيًا مع أشعة غاما المعروفة بالفعل. يتوافق توزيع وعدد النيوترينوات المتوقعة مع النموذج. » وهو إنجاز لم يكن من الممكن تحقيقه قبل بضع سنوات فقط، لأن أجهزة الكشف لم تكن متطورة بما يكفي لالتقاط عدد كبير من النيوترينوات. عندما بدأت في عام 2011، حددت آيس كيوب 6000 فقط سنويًا، لكنها زادت قدرتها عشرة أضعاف منذ ذلك الحين.

لا تزال هناك مشكلة واحدة: التحديد الواضح للمصادر التي تشكل أصل هذه النيوترينوات المجرّية. إذا تم الاشتباه في وجود عدة أشعة غاما، فليس من السهل تتبعها، لأن الأجهزة لا تملك دقة دقيقة كافية لتحقيق ذلك. لم يكن هذا هو الحال بالنسبة للبلازارات، مصانع النيوترينو هذه من المجرات الأخرى التي كانت أكبر بكثير وأسهل في رؤيتها، على الرغم من أن التحدي كان ملحوظًا أيضًا.

يقول فرانسيس هالزن: "هذه هي خطوتنا التالية". التعرف على وجه التحديد من أين تأتي هذه الجزيئات. نحن نعلم أن بعضها يولد في مجرتنا درب التبانة، لكننا لا نستطيع أن نحدد بدقة عدد المصادر الموجودة، ومكان وجودها. »

ولذلك فإن جزيئات الأشباح بعيدة كل البعد عن الكشف عن كل أسرارها. ومع ذلك، فإن هذا المجال ديناميكي للغاية، وقد لا تستغرق الاكتشافات الجديدة وقتًا طويلاً.

 لقد أسفرت 25 عامًا من المراقبة للتو عن اكتشاف مهم لمعرفة موجات الجاذبية والثقوب السوداء الهائلة.

بعد أقل من 10 سنوات من الاكتشاف الأول لموجة الجاذبية، حققت الأبحاث حول هذه التموجات في الفضاء قفزة هائلة أخرى. تعاون علماء من جميع أنحاء العالم لتحقيق، هذا بتاريخ 29 يونيو 2023، حيث نشرت نتائج جديدة مهمة: الكشف عن موجات جاذبية منخفضة التردد للغاية، قادمة من أزواج من الثقوب السوداء فائقة الكتلة.

مثل هذا الاكتشاف ثوري تمامًا مثل المرة الأولى تمكن العلماء من الحصول على صورة ثقب أسود، في أبريل 2019. “عندما حصلنا على أول صورة لثقب أسود، رأينا البيئة الفريدة للثقب الأسود الوحيد في مجال البصريات، كما يوضح عالم الفلك نوميراما جيل ثيوريو. في مرصد باريس الذي شارك في العمل الجديد. هذه المرة، نقيس انبعاث زوج من الثقوب السوداء مباشرة، باستخدام موجات الجاذبية. » للحصول على هذا الإنجاز، استغرق الأمر أكثر من 25 عامًا من الملاحظات.

ما هي موجة الجاذبية أو الموجة الثقالية؟

قبل أن نذهب أبعد من ذلك، هناك نقطة سريعة في المفردات: ما هي موجة الجاذبية؟ إنها "تشوه في الزمكان ينتشر بسرعة الضوء"، كما يتذكر جيل ثورو. وترتبط هذه الفكرة ارتباطًا وثيقًا بنظرية النسبية العامة لأينشتاين وطريقته في تناول فكرة الجاذبية.

"الجاذبية ليست قوة سحرية تعمل على مسافة"، يتابع عالم الفلك شرحه. إنها كتلة تشوه الزمكان حولها. وإذا هززنا هذه الكتلة بقوة، فإن هذا التشوه في الفضاء المحيط ينتشر على شكل موجة جاذبية. »

ما الذي اكتشفناه للتو بالضبط؟

للكشف عن موجات الجاذبية هذه، وبالتالي مراقبة ما يبدو أنه الكثير من الثقوب السوداء الهائلة التي تدور حول بعضها البعض، استخدم العلماء 25 نجمًا نابضًا. يخبرنا عالم الفلك أن هذه "نجوم مضغوطة للغاية، وتدور بسرعة كبيرة". استخدمها الباحثون كـ “ساعات طبيعية”، مما يساعد على “اكتشاف الاختلافات الدقيقة في الزمكان، مثل موجات الجاذبية”.

يبدو الأمر كما لو كانت النجوم النابضة بحد ذاتها أداة قياس. إذا تعطلت النجوم النابضة، فيمكننا استنتاج مرور موجة الجاذبية.

تلسكوب بحجم المجرة:

يمكننا القول أن العلماء قاموا بطريقة ما بإنشاء تلسكوب بحجم مجرتنا درب التبانة. إنه أمر مذهل عندما نقارنه بمراصد LIGO وVirgo، اللذين شاركا في أول اكتشاف لموجات الجاذبية في عام 2015: هذه قطع من المعدات لا يزيد طولها عن بضعة كيلومترات، موضوعة على سطح الأرض.

"إن ما يعادل كاشفنا المعتمد على النجوم النابضة pulsars هو أذرع تمتد على المسافة بين النجوم النابضة والأرض. هذه النجوم النابضة الشهيرة موجودة في مجرتنا درب التبانة: لدينا بالفعل كاشف بحجم درب التبانة. »3729 منجزات علمية

كاشف بحجم المجرة يستخدم النجوم النابضة.

 المصدر: دانييل فوتسيلار / MPIfR

إشارة من الثقوب السوداء الهائلة:

بفضل هذا الكاشف العملاق، اكتشف العلماء للتو موجات جاذبية معينة: تم التقاطها بترددات منخفضة للغاية. في حين أن مراصد LIGO وVirgo رصدت عند بضعة هرتز وعشرات من الهرتز، يمكن للعلماء هذه المرة المراقبة عند مستوى يتراوح بين مليون ومليار من الهيرتز. ومع ذلك، "في هذا النطاق الترددي المنخفض للغاية نتوقع انبعاث الجاذبية لظواهر عملاقة، مرتبطة بالثقوب السوداء فائقة الكتلة. "الثقوب السوداء التي تبلغ كتلتها عدة مليارات من كتلة الشمس، والتي نعرف أنها تقع في قلب المجرات الكبيرة"، كما يلخص جيل ثورو.

أصبح بإمكان العلماء الآن الوصول إلى موجات جاذبية "أكبر" من تلك التي يمكن الوصول إليها بواسطة أجهزة الكشف الحالية. وبالتالي، إلى أزواج من الثقوب السوداء الأكبر حجمًا.

يعرف العلماء أن الكون قد تشكل بطريقة هرمية: في البداية كان هناك تكوين النجوم والمجرات الصغيرة، والتي من خلال الاندماج، شكلت تدريجياً مجرات أكثر ضخامة. "أثناء اندماج المجرات، تشكل الثقوب السوداء أيضًا أزواجًا، مما ينتج عنه موجات جاذبية منخفضة التردد للغاية والتي نعتقد أننا اكتشفناها اليوم. » لماذا استغرق هذا الاكتشاف 25 عامًا؟

وقد يكون من المفاجئ أن العلماء احتاجوا إلى ربع قرن لمراقبة الإشارة القادمة من مثل هذه الثقوب السوداء العملاقة. يؤكد جيل ثورو: "إنه كشف للحركة البطيئة". لقد استخدمنا 2500 ساعة من التلسكوب سنويًا منذ منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، وهناك اكتشافات لا يمكن تحقيقها إلا على مدى فترة طويلة من الزمن. »

ولأن هذه الثقوب السوداء ضخمة جدًا، فإن الملاحظات تكون على ترددات منخفضة جدًا. "نحن نعمل على نطاق أوسع: تستغرق هذه الثقوب السوداء سنوات لتدور حول بعضها البعض، مما ينتج ترددات منخفضة إلى حد ما. التردد هو عكس الزمن: إذا أخذنا وقتًا طويلًا، فإن ذلك ينتج ترددًا منخفضًا. » ولهذا السبب «يستغرق الأمر سنوات لإخراج هذه الإشارة. إذا كنت تريد إشارة النانوهيرتز، فأنت بحاجة إلى 30 عامًا من البيانات. »

حملة مراقبة عالمية:

ومن أجل الحصول على هذه النتائج، تم إجراء حملة مراقبة واسعة النطاق. وفي أوروبا وحدها، تم استخدام 5 تلسكوبات راديوية كبيرة، بما في ذلك التلسكوب الراديوي الكبير نانكا تمكن العلماء من الحصول على صورة ثقب أسود، في أبريل 2019. “عندما حصلنا على أول صورة لثقب أسود، رأينا البيئة الفريدة للثقب الأسود الوحيد في مجال البصريات، كما يوضح عالم الفلك نوميراما جيل ثيوريو. في مرصد باريس الذي شارك في العمل الجديد. هذه المرة، نقيس انبعاث زوج من الثقوب السوداء مباشرة، باستخدام موجات الجاذبية. » للحصول على هذا الإنجاز، استغرق الأمر أكثر من 25 عامًا من الملاحظات.

وهكذا تم تنفيذ المشروع من خلال تعاون EPTA ("مصفوفة توقيت النجم النابض الأوروبي")، والذي يتضمن أيضًا عمليات رصد في الهند من خلال مرصد GMRT ("التلسكوب الراديوي العملاق Metrewave").

ولكن هذا ليس كل شيء: يتم تنسيق نتائج EPTA مع نتائج التعاون العلمي الآخر: التعاون الأسترالي (PPTA)، والصيني (CPTA)، وأمريكا الشمالية (NANOGrav). وجميع النتائج متسقة على القول بأن هذا هو بالفعل توقيع موجات الجاذبية.

ما علاقة هذا بخلفية موجات الجاذبية؟

"نحن بصدد إثبات وجود خلفية من موجات الجاذبية"، يشير جيل ثورو إلى وجود. إما نوع من الضجيج في الخلفية، أو الضجيج الناتج عن مصادر مختلفة تنبعث منها موجات جاذبية منخفضة التردد.

"ما نعتقد أنه يمكننا وصفه في المقام الأول هو تراكب جميع الانبعاثات الصادرة عن جميع الثقوب السوداء الثنائية فائقة الكتلة في الكون. هناك أزواج من الثقوب السوداء في كل مجرة ضخمة. تتداخل الإشارات المختلفة الصادرة عن هذه المجموعة بأكملها وتنتج ضوضاء في الخلفية. » ومن آمال العلماء أن تبرز أزواج معينة من الثقوب السوداء، من أجل دراستها بمزيد من التفصيل. ويمكن أن تكون الثقوب السوداء أكبر من غيرها، أو أقرب إلينا، وبالتالي "ستخرج من القاع".

النتائج الجديدة واعدة أيضًا لتخصص آخر مهتم بخلفية موجات الجاذبية ألا وهو: علم الكونيات، أي دراسة الكون. "في بداية الكون، بعد ثوانٍ قليلة من الانفجار الكبير، كانت هناك ظواهر أنتجت أيضًا موجات الجاذبية. وتنتظر مجموعة من النماذج الكونية نتائجنا بفارغ الصبر، لأنها ستجعل من الممكن تقييد هذه الظواهر وفهمها. »

ولكن لا يزال هناك عمل يتعين القيام به: لا يستطيع العلماء حتى الآن أن يزعموا بشكل كامل أنهم اكتشفوا خلفية موجات الجاذبية، حتى لو كانت القرائن مقنعة. "سنحتاج إلى اكتشاف عتبة 5 سيغما، أي 5 أضعاف مستوى الضوضاء في الخلفية. نحن حاليا في 3 أو 4 سيغما. نحن تقريبا هناك. ومن خلال الجمع بين كافة البيانات العالمية، يكاد يكون من المؤكد أننا سنتجاوز هذه العتبة في غضون عام واحد. »3730 منجزات علمية

أقدم مجرة تم رصدها على الإطلاق تسمى مايسي13.4 مليار:

وتمكن علماء الفلك من تأكيد عمر مجرة مايسي عند 13.4 مليار سنة، أي 390 مليون سنة بعد الانفجار الكبير وهي أقدم مجرة في الكون المرئي تم اكتشافها. وفي هذا التاريخ (أغسطس 2023)، كانت أكبر من تم رصدها على الإطلاق. نحن مدينون بذلك لتلسكوب جيمس ويب الفضائي JWST.

يعود تاريخها إلى 390 مليونًا بعد الانفجار الكبير: مايسي هي أقدم مجرة تم رصدها على الإطلاق - على الأقل في الوقت الحالي، اعتبارًا من أغسطس 2023. وبما أن عمر الكون هو 13.8 مليار سنة على حد علمنا، فإن هذا يعطيه إجمالي عمر 13.4 عامًا. مليار سنة.

اسمها الصغير – الاسم الأول – يأتي من قصة مؤثرة. ويقود فريق علماء الفلك من جامعة تكساس ستيفن فينكلستين. اتضح أنهم تعرفوا على هذه المجرة لأول مرة في عيد ميلاد مايسي ابنة فينكلستين. إن إعطاء هذا الاسم للمجرة (التي لها أيضًا اسم علمي من الحروف والأرقام كما هو الحال بالنسبة للنجوم) يضفي على عملية الاكتشاف إنسانية معينة.3731 منجزات علمية

 "واحدة من المجرات البعيدة الأولى التي حددها تلسكوب جيمس ويب الفضائي". نحن مدينون بهذا الاكتشاف الرائع لتلسكوب جيمس ويب الفضائي، الذي يبهجنا دائمًا بالصور الرائعة، ولكنه أيضًا، بشكل أعمق وأقوى، يتقدم العلم بفضله بشكل جذري. على الرغم من تحديد مجرة مايسي في يونيو 2022، إلا أنه تم نشر التفاصيل في مجلة Nature في 14 أغسطس 2023 بعد التحليل.

كان هذا التحليل ضروريًا لفحص المجرة باستخدام التحليل الطيفي. "الأمر المثير في مجرة مايسي هو أنها كانت واحدة من أولى المجرات البعيدة التي حددها تلسكوب جيمس ويب الفضائي وهي أول مجرة تم تأكيدها طيفيًا. »

لماذا التحليل الطيفي؟ الأمر بسيط، لتحديد عمر جسم كوني، عليك دراسة الوقت بين لحظة انبعاث الضوء ولحظة استقباله. وللقيام بذلك، ينظر العلماء إلى التحول الأحمر في الطيف. ومع توسع الكون، فإن حجم هذا التحول يعبر عن المسافة. كلما كان الجسم بعيدًا، زاد انزياحه نحو الأحمر.

هذه الخطوة ضرورية. وكدليل على ذلك، تم اكتشاف مجرة أخرى في نفس الوقت، وهي CEERS-93316، والتي قُدِّرت سابقًا بوجودها بعد 250 مليون سنة من الانفجار الكبير. وأرجع التحليل الناتج في النهاية تاريخها إلى مليار سنة بعد الانفجار الكبير. ومن النادر أن يكون التقدير الأولي بعيدًا عن النتيجة النهائية، التي تم التوصل إليها هنا في فرنسا. وهكذا تم تنفيذ المشروع من خلال تعاون EPTA ("مصفوفة توقيت النجم النابض الأوروبي")، والذي يتضمن أيضًا عمليات رصد في الهند من خلال مرصد GMRT ("التلسكوب الراديوي العملاق Metrewave").

ولكن هذا ليس كل شيء: يتم تنسيق نتائج EPTA مع نتائج التعاون العلمي الآخر: التعاون الأسترالي (PPTA)، والصيني (CPTA)، وأمريكا الشمالية (NANOGrav). وجميع النتائج متسقة على القول بأن هذا هو بالفعل توقيع موجات الجاذبية.

***

د. جواد بشارة

إعداد وتحرير وترجمة د. جواد بشارة

يتسبب إشعاع هوكينغ في تبخر الثقب الأسود.

طرح ستيفن هوكينغ، عالم الكونيات البارز، فرضية مفادها أن إشعاع هوكينغ المنبعث من الثقوب السوداء يؤدي إلى تبخر الثقوب السوداء. واصل العلماء العمل وخلصوا إلى أن الكون كله يمكن أن يتبخر! وفق نظرية إشعاع هوكينغ الشهير ... قام فريق من الباحثين من جامعة رادبود في هولندا بإجراء تعديل حاسم على نظرية ستيفن هوكينغ (1942-2018) التي يرجع تاريخها إلى عام 1974 بشأن تبخر الثقوب السوداء. لقد وسعوا نطاق هذه النظرية إلى جميع الأشياء الرئيسية في الكون. وهكذا يتوقع العلماء أن كل شيء في الكون يمكن أن يتبخر على مدى فترة طويلة بما فيه الكفاية! نُشر هذا البحث في مجلة Physical Review Letters.

تبخر الثقوب السوداء بواسطة إشعاع هوكينغ

تؤكد الأبحاث الجديدة التي أجراها الفيزيائيون وعلماء الفلك أن ستيفن هوكينغ كان محقًا بشأن الثقوب السوداء والإشعاع الذي ينبعث منها، والذي يُطلق عليه إشعاع هوكينغ.

كان ستيفن هوكينغ أحد أعظم علماء الكونيات والفيزياء النظرية في عصرنا. لقد طور معرفتنا بالثقوب السوداء بشكل كبير. في السبعينيات، أصبح مهتمًا بفئة من الثقوب السوداء يكون وجودها ممكنًا وفقًا لنظرية النسبية العامة. وليس المقصود بها جميع الثقوب السوداء. لقد افترض أن هذه الثقوب السوداء الصغيرة يمكن أن تكون بحجم البروتون وتقدر كتلتها بمليار طن! توجد هذه الثقوب السوداء نظريًا لأن نظرية النسبية لا تمنعها. قد تكون موجودة في الكون. ربما كانوا قادرين على التكون في الانفجار العظيم في الكون المبكر بسبب الضغوط الخارجية الهائلة.

درس ستيفن هوكينغ خصائص هذه الثقوب السوداء الدقيقة. وهكذا لاحظ أنهم لا يطيعون قوانين الفيزياء الكلاسيكية. مما يعني أنها لا تخضع للنسبية العامة مثل الثقوب السوداء الكلاسيكية. بل في الواقع، سوف تطيع فيزياء الكم في نطاق اللامتناهي في الصغر. ثم قام بتعديل وصفه للثقب الأسود من خلال تضمين بعض الخصائص الكمومية. وهكذا يكتشف أن ثقبه الأسود الصغير يتبخر بإصدار الطاقة. لقد قام ستيفن هوكينغ للتو باكتشاف جوهري! لا يزال نظريًا حتى يومنا هذا ويعرف باسم إشعاع هوكينغ.

هذا الإشعاع الضعيف يختلف باختلاف الثقب الأسود. إنه ضعيف للغاية بالنسبة للثقوب السوداء فائقة الكتلة والمتوسطة. من ناحية أخرى، يبدو الأمر أكثر أهمية بالنسبة للثقوب السوداء النجمية.

وفقًا لهذه الدراسة، يمكن أن يتبخر هذا القزم الأبيض أيضًا بعد إشعاع هوكينغ.

جمع ستيفن هوكينغ الفيزياء الكلاسيكية، وخاصة نظرية الجاذبية لأينشتاين، مع فيزياء الكم. وهكذا أوضح أن الخلق والإبادة العفوية لأزواج من الجسيمات يحدثان بالقرب من أفق الحدث للثقب الأسود. أفق الحدث هو نوع من "الحدود". وأبعد من ذلك، من المستحيل الهروب من قوة الجاذبية للثقب الأسود. يتكون هذا الزوج من الجسيمات من جسيم وجسيمه المضاد. يتم إنشاؤه لفترة وجيزة جدا ثم يهلك على الفور. ومع ذلك، يمكن أن يحدث أن "يسقط" جسيم واحد في الثقب الأسود ويهرب الآخر على شكل إشعاع يسمى إشعاع هوكينغ. وفقًا لستيفن هوكينغ، ستؤدي هذه الظاهرة في النهاية إلى تبخر الثقب الأسود.

أجرى باحثون من جامعة رادبود بحثًا نظريًا جديدًا. وهكذا أظهروا أن هوكينغ كان محقًا بشأن تبخر الثقوب السوداء، ولكن ليس تمامًا. لقد سعوا لإثبات ما إذا كان وجود أفق الحدث ضروريًا. للقيام بذلك، قاموا بدمج تقنيات من الفيزياء وعلم الفلك والرياضيات. الهدف هو فحص ما يحدث عندما يتم إنتاج مثل هذه الأزواج من الجسيمات في بيئة الثقوب السوداء. اكتشفوا أن هذه الأزواج من الجسيمات يمكن أن تتشكل بعيدًا عن أفق الحدث.

فكل شيء في الكون يمكن أن يتبخر حتى الآن، اعتقد الفيزيائيون أنه لا يوجد إشعاع ممكن بدون أفق حدث كما في حالة الثقوب السوداء. في هذه الدراسة الجديدة، تسعى إلى إظهار أن انحناء الزمكان حيث يتم سحب الجسيمات عن بعضها بواسطة قوى المد لحقل الجاذبية، يلعب في الواقع دورًا مهمًا في تكوين الإشعاع وأن أفق الحدث ليس ضروريًا.

هذه الدراسة، وهي دراسة نظرية، تجعل من الممكن إدراك أن الأجسام في الكون التي ليس لها أفق حدث مثل الأقزام البيضاء أو النجوم النيوترونية أو غيرها من الأشياء لديها أيضًا إشعاع هوكينغ هذا. وهذا يعني أنه بعد وقت طويل جدًا، يمكن أن ينتهي كل شيء في الكون بالتبخر مثل الثقوب السوداء. في الواقع، يمكن أن تنطبق هذه الظاهرة على أي جسم لديه مجال جاذبية.

في انتظار تأكيد محتمل لهذه الظاهرة، تظل هذه الدراسة فرضية. لن يتمكن الفيزيائيون من تأكيد ذلك إلا عندما يكتشفون إشعاع هوكينغ الناتج عن أشياء مثل الثقوب السوداء، وكذلك الكواكب والنجوم أو حتى النجوم النيوترونية. لكن في الوقت الحالي، فإن تسليط الضوء على هذا الإشعاع أمر مستحيل!

***

إعداد وتحرير وترجمة د. جواد بشارة

يعتبر أمن البيانات ذا أهمية قصوى في العصر الرقمي اليوم، حيث يتم تخزين معلوماتنا الشخصية والحساسة على الإنترنت. لطالما كانت طرق المصادقة التقليدية المستندة إلى كلمة المرور موضع قلق بسبب نقاط ضعفها في عمليات القرصنة والخروقات. مع تطور التكنولوجيا، تظهر طرق المصادقة البيومترية، مثل بصمات الوجه وبصمات الأصابع والتعرف على الصوت، كبدائل واعدة لكلمات المرور، ففي احدث استطلاع اجرته ادارة (1)Bitwarden لعام 2023 لقرارات كلمة المرور، والذي شمل 800 من صانعي القرار في مجال تكنولوجيا المعلومات في جميع أنحاء العالم، حيث كشف أن التكنولوجيا بدون كلمة مرور أصبحت أكثر انتشارًا في سير العمل، حيث يقوم 49٪ من المشاركين إما بنشر تكنولوجيا بدون كلمة مرور أو يخططون لنشرها، ويعتمد 51٪ على طرق مصادقة " something you are" مثل المصادقات البيومترية (الحيوية) كالتعرف على الوجه أو بصمات الأصابع أو التعرف على الصوت. من هذا المنطلق نستكشف هنا إمكانية استبدال كلمات المرور بالمصادقة البيومترية وتقييم قوتها الأمنية في الحفاظ على المواقع والبيانات والإدخال المصرح به والجوانب الأخرى ذات الصلة.

المصادقة البيومترية (الحيوية) نموذج واعد:

تعتمد المصادقة البيومترية على الخصائص الفسيولوجية أو السلوكية الفريدة للأفراد للتحقق من هويتهم. فيما يلي ثلاث أنماط بيومترية (حيوية) شائعة الاستخدام:

بصمة الوجه: تعمل تقنية التعرف على الوجه على تحليل ميزات الوجه، مثل المسافة بين العينين وشكل الأنف وخط الفك، لإنشاء طباعة وجه فريدة لكل فرد. مع التقدم في الذكاء الاصطناعي (AI) وخوارزميات التعلم العميق، أصبح التعرف على الوجوه دقيقًا وقويًا للغاية.

بصمات الأصابع: تم اعتماد مصادقة بصمات الأصابع على نطاق واسع في العديد من الأجهزة، مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. تعد أنماط النتوءات والتجاويف الموجودة على أطراف أصابع الفرد فريدة من نوعها، مما يجعل بصمات الأصابع معرفًا حيويًا ممتازًا. تلتقط مستشعرات بصمات الأصابع هذه الأنماط وتطابقها لمصادقة المستخدمين.

التعرف على الصوت: تستفيد المصادقة الصوتية من الخصائص الصوتية المميزة للأفراد، بما في ذلك درجة الصوت والنبرة والنطق. يمكن لخوارزميات التعرف على الصوت المتقدمة تحديد المستخدمين بدقة من خلال تحليل أنماط صوتهم، وحتى مراعاة الاختلافات التي تسببها العوامل البيئية أو العواطف.

قوة المصادقة البيومترية من وجهة نظر عسكرية:

من وجهة نظر عسكرية، يمكن أن يكون تأثير المصادقة بدون كلمات مرور واستخدام المصادقة البيومترية كبيرًا. فيما يلي بعض الاعتبارات المحتملة:

تعزيز الأمان: يمكن أن توفر المصادقة البيومترية مستوى أعلى من الأمان مقارنة بأساليب المصادقة التقليدية المستندة إلى كلمة المرور. تعتبر السمات الحيوية، مثل بصمات الأصابع أو مسح قزحية العين أو التعرف على الوجه، فريدة للأفراد ويصعب تزويرها أو تكرارها. هذا يجعل من الصعب على الأفراد غير المصرح لهم الوصول إلى الأنظمة أو المنشآت أو المعدات العسكرية الحساسة.

التحكم الفعال في الوصول: يمكن للمصادقة البيومترية تبسيط عمليات التحكم في الوصول داخل المنشآت العسكرية أو القواعد أو المناطق الآمنة. يمكن للجنود والموظفين المصادقة على أنفسهم بسرعة من خلال توفير بياناتهم الحيوية، مما يلغي الحاجة إلى تذكر كلمات المرور أو مشاركتها. يمكن أن يوفر هذا الوقت، ويقلل من النفقات الإدارية، ويعزز الكفاءة التشغيلية.

تعزيز المساءلة: المصادقة البيومترية يمكن أن تساعد في إنشاء رابط قوي بين الفرد وأفعاله. من خلال دمج معرّفات المقاييس الحيوية في أنظمة أو أجهزة عسكرية مختلفة، يصبح من السهل عزو إجراءات أو أحداث معينة إلى الأفراد. يمكن أن يساعد ذلك في التحقيقات أو التحليل الجنائي أو الإجراءات التأديبية، وتعزيز المساءلة بين الأفراد العسكريين.

التخفيف من التهديدات الداخلية: يمكن أن تعمل المصادقة البيومترية كطبقة دفاع إضافية ضد التهديدات الداخلية داخل الجيش. بينما يمكن مشاركة كلمات المرور أو اختراقها، فإن سمات القياسات الحيوية فريدة للأفراد ولا يمكن نقلها بسهولة. هذا يقلل من مخاطر الوصول غير المصرح به من قبل المطلعين بقصد ضار، وحماية المعلومات الحساسة أو المعدات أو العمليات.

الاعتبارات والتحديات:

على الرغم من الفوائد المتوفرة في المصادقة البيومترية، إلا أنها تواجه تحديات واعتبارات معينة:

مخاوف بشأن الخصوصية: يثير جمع البيانات البيومترية وتخزينها مخاوف بشأن الخصوصية. يجب أن تلتزم المنظمات بالبروتوكولات الصارمة والأطر القانونية لضمان التعامل الآمن مع المعلومات البيومترية وتخزينها. يجب استخدام تقنيات إخفاء الهوية والتشفير لحماية حقوق خصوصية الأفراد.

الدقة ومعدلات القبول والرفض الكاذبة: أنظمة القياسات البيومترية ليست معصومة عن الخطأ ويمكن أن تنتج معدلات قبول أو رفض زائفة. يمكن أن تؤثر عوامل مثل الظروف البيئية أو الشيخوخة أو الإصابات أو التغيرات في المظهر على دقة أنظمة التعرف الحيوى فالتحديثات والتحسينات المنتظمة في الخوارزميات ضرورية للتخفيف من هذه المشكلات.

تسريب البيانات البيومترية: إذا تم اختراق البيانات البيومترية، فلا يمكن تغييرها مثل كلمة المرور. يجب على المؤسسات استخدام آليات تشفير وتخزين قوية لحماية البيانات البيومترية من الانتهاكات. يجب تخزين قوالب المقاييس البيومترية بشكل آمن، باستخدام تقنيات مثل التجزئة غير القابلة للعكس (2).

تعقيد التنفيذ: قد يواجه تنفيذ نظام المصادقة البيومترية بعض التحديات التقنية. يتطلب تجهيز الأجهزة اللازمة للتعرف على البيانات البيومترية وتخزينها، وتوفير بنية تحتية قوية للمصادقة البيومترية . يجب أيضًا التأكد من توافق الأنظمة مع مختلف أجهزة ومنصات التشغيل.

تعتبر البيانات البيومترية بديلاً قويًا لكلمات المرور في حماية البيانات والمصادقة. توفر الخصائص الفريدة للأفراد مستوى عالٍ من الأمان وتقاوم الهجمات المشتركة. ومع ذلك، يجب أن تتم معالجة التحديات المتعلقة بالخصوصية ودقة النظام وتسرب البيانات. يجب على المؤسسات تبني إجراءات أمنية قوية وتحسين التقنيات المستخدمة لضمان استخدام البيانات البيومترية بشكل آمن وفعال في المستقبل.

يُعد استبدال كلمات المرور بالبيانات البيومترية مثل بصمات الوجه وبصمات الأصابع والتعرف على الصوت واحدة من الخطوات الهامة نحو تعزيز أمان البيانات والحفاظ على الخصوصية واعطاء موثوقية اكثر بالجانب الإداري للجنود من خلال قراءة معلوماتهم الشخصية والوظيفية رقميا والحد من الروتين الورقي الحالي.

توفر هذه التقنيات مستوى عالٍ من الأمان وصعوبة الاختراق، وتعزز تجربة المستخدم بتقليل الاعتماد على كلمات المرور التقليدية. ومع ذلك، يجب أن تُنفذ هذه التقنيات بشكل صحيح وتُلبي متطلبات الأمان والخصوصية. كما يجب أيضًا أن يكون هناك توعية بالتحديات المحتملة ومراعاة الاحتياطات اللازمة لحماية البيانات البيومترية من التسرب والاستخدام غير المصرح به. من المتوقع أن تستمر تلك التقنيات في التطور والتحسين مع مرور الوقت، مما سيعزز قوتها الأمنية وقدرتها على الحفاظ على المواقع والبيانات والدخول المصرح به في المستقبل لذلك نتأمل ان تأخذ الحكومة هذا الأمر بنظر الإعتبار وتواكب التطور الرقمي الحاصل.

***

ايهاب عنان سنجاري

باحث في مجال الذكاء الإصطناعي والأمن السيبراني

...................

1- Bitwarden هو تطبيق إدارة كلمات المرور ومحفظة رقمية تهدف إلى توفير حل آمن ومرن للحفاظ على كلمات المرور والمعلومات الحساسة الأخرى. ويعتبر خدمة تخزين البيانات الآمنة والمشفرة في السحابة.

2- التجزئة غير القابلة للانعكاس هي تقنية أساسية في التشفير وتلعب دورًا مهمًا في ضمان سلامة البيانات وأمن كلمات المرور وتطبيقات التشفير الأخرى.

هل الكون الذي نحن فيه هو كل ما موجود ام ان هناك أكوان اخرى؟ واذا كانت هناك أكون اخرى فما هو شكلها؟ هل يمكن العيش فيها؟ قد يبدو هذا للبعض مجرد تكهنات لكن الموضوع ليس كذلك.

ماذا لو

بعض علماء الفيزياء يجادلون بان انفجار التمدد المتسارع في فجر الكون والذي عُرف بالتضخم يجعل وجود شكل من الأكوان المتعددة امراً حتميا. كوننا الحالي في الحقيقة ليس الاّ واحدا من بين الكثير.

في هذه النظرية، كل كون جديد يتبلور من الخلفية المضطربة للتضخم، مطبوعا بمزيج فريد من القوانين الفيزيائية. اذا كانت القوانين الفيزيائية التي تحكم تلك الأكوان الاخرى مشابهة لقوانينا، عندئذ نحن نستطيع فهمها على الأقل نظريا.

ضمن كوننا الحالي، الفيزياء تُحكم بقواعد تخبرنا كيف تتفاعل الاشياء مع بعضها البعض، وبثوابت الطبيعة مثل سرعة الضوء، الذي يحدد قوة هذه التفاعلات. لذا، نحن نستطيع تصور أكوانا افتراضية فيها يمكن ان نغير هذه الخصائص ونستكشف النتائج ضمن معادلات رياضية.

هذا قد يبدو بسيطا، لكن القواعد التي يتم تعديلها هي التركيب الأساسي للكون. لو نتصور كونا فيه الألكترون أثقل من الالكترون في كوننا بمائة مرة، عندئذ كيف ستكون النتائج بالنسبة للنجوم والكواكب وحتى الحياة؟

ماذا تحتاج الحياة؟

جرى مؤخرا إثارة هذا السؤال في العديد من الأوراق العلمية. قابلية السكن habitability هو مفهوم معقد لكننا نعتقد ان الحياة تتطلب عددا من المقادير الضرورية لنشئتها واستمرارها. التعقيدية هي واحدة من تلك المقادير. بالنسبة للحياة على الارض، تأتي التعقيدية من القائمة الدورية للعناصر periodic table التي يمكن مزجها وترتيبها في عدد هائل من مختلف الجزيئات. نحن مكائن من جزيئات حية. لكن بيئة مستقرة وتدفق ثابت للطاقة هما ايضا ضروريان. من غير المدهش ان الحياة الارضية بدأت على سطح كوكب صخري وبغزارة من العناصر الكيميائية تسبح في ضوء نجم مستقرعاش طويلا.

تغيير القوى الاساسية

هل توجد بيئة مشابهة على امتداد الأكوان المتعددة؟ استطلاعنا النظري تم في ضوء غزارة العناصر الكيميائية. في كوننا، ماعدى الهايدروجين والهيليوم اللذان تكوّنا في البغ بانغ (الانفجار الكبير)، فان جميع العناصر تنشأ خلال حياة النجوم. هي اما تتولد من خلال التفاعل النووي في النوى النجمية او في العنف الهائل للسوبرنوفا، عندما تتمزق نجمة عملاقة في نهاية مدة حياتها.

كل هذه العمليات تُحكم بواسطة أربع قوى أساسية في الكون. الجاذبية تضغط على النوى النجمية لتدفعها نحو كثافة وحرارة هائلة. الكهرومغناطيسية تحاول فصل نوى الذرات عن بعضهما لكن اذا تمكنت من الاقتراب بدرجة كافية، فان القوة النووية العنيفة يمكنها ان تشدّها الى عنصر جديد. حتى القوة النووية الضعيفة التي يمكنها قلب البروتون الى نيوترون، تلعب دورا هاما في إشعال الفرن النجمي.

كتل الجزيئات الأساسية مثل الالكترونات وجسيمات ما دون الذرة، يمكنها ايضا ان تلعب دورا محوريا.

لذا، لكي نستطلع اكوانا افتراضية، لدينا عدة اوجه يمكننا تعديلها. التغيرات في الكون الأساسي تنسحب على بقية الفيزياء.

توازن الكاربون - الاوكسجين

لمعالجة التعقيدية الهائلة لهذه المشكلة، نحن نقطع مختلف أجزاء الفيزياء الى قطع يمكن ادارتها: نجوم وأغلفة جوية وكواكب وطبقات تكتونكية، أصل الحياة والكثير. ومن ثم نقوم بتثبيت القطع الى بعضها لتحكي القصة الكاملة حول إمكانية العيش عبر الكون المتعدد. ستبرز لنا صورة معقدة. بعض العوامل يمكن ان تؤثر بقوة على إمكانية العيش في الكون.

فمثلا، نسبة الكاربون الى الاوكسجين شيء تم عبر سلسلة معينة من التفاعلات النووية في قلب النجم، وهويبدو مهم خصيصا. الهروب بعيد جدا من القيمة في كوننا، حيث تكون هناك كمية متساوية تقريبا من العنصرين، يؤدي الى بيئة من الصعب جدا بروز الحياة فيها او ازدهارها. لكن غزارة العناصر الاخرى تبدو أقل أهمية. طالما هي بيئة مستقرة، والذي يعتمد على التوازن بين القوى الاساسية، هي يمكنها لعب دورا محوريا في بناء شكل الحياة.

المزيد من التعقيدية

العلماء في محاولتهم كانوا قادرين فقط على اتخاذ اتجاه وصفي عام لكشف امكانية العيش في الاكوان المتعددة، اختاروا عينة من امكانات الفضاء في خطوات مرنة جدا. بعد ذلك، لكي يجعلوا المشكلة قابلة للسيطرة عليهم أخذ العديد من التقريبات النظرية والطرق السريعة. لذا هم فقط في المرحلة الاولى في فهم ظروف الحياة عبر الكون المتعدد.

في الخطوات القادمة، تعقيدية كاملة لفيزياء بديلة لأكوان اخرى بحاجة للدراسة. سوف نحتاج لفهم تأثير القوى الأساسية على حجم صغير ثم تمديده لنطاق أوسع حول تكوين النجوم ومن ثم الكواكب.

كلمة تحذير

فكرة الكون المتعدد لاتزال في طور الفرضية، فكرة لاتزال بحاجة للاختبار. ونحن لا نعرف اذا كانت القوانين الفيزيائية يمكن ان تكون مختلفة في الاكوان المتعددة، واذا كانت كذلك، فكم هي ستكون مختلفة.

نحن في بداية سفرة سوف تكشف مكاننا النهائي ضمن اللانهائية – او ربما نتجه نحو نهاية علمية ميتة للعلم.

***

حاتم حميد محسن

في علم الفيزياء النظرية والفيزياء الكونية الكوسمولوجيا العديد من النظريات والمنظّرين الذي أسهموا في تطور هذه العلوم من بينهم كارلو روفيللي وبرايان غرين وماكس تيغمارك وبالطبع آينشتاين وماكس بلانك وبور وشرودينغر وهيزنبيرغ وغيرهم وهذه ومضات قصيرة عنهم وعنهم مساهماتهم:

النسبية هي مصطلح يمكن أن يشير إلى العديد من النظريات الفيزيائية التي طورها ألبرت أينشتاين في بداية القرن العشرين، والتي أحدثت ثورة في فهمنا للمكان والزمان والجاذبية.

تم تطوير أول هذه النظريات، النسبية الخاصة، في عام 1905 وقدمت مفهوم ثبات سرعة الضوء، مما يعني أن قوانين الفيزياء هي نفسها لجميع المراقبين في حركة موحدة. قدمت النسبية الخاصة أيضًا المعادلة الشهيرة E = mc²، والتي تنشئ علاقة بين الكتلة والطاقة.

تم تطوير النظرية الثانية، النسبية العامة، في عام 1915 وتصف كيف أن الجاذبية هي نتيجة لانحناء الزمكان بسبب وجود الكتلة والطاقة. أوضحت النسبية العامة ظواهر مثل انحراف الضوء بواسطة الكتل والانزياح الأحمر للضوء المنبعث من الأجسام المتحركة في مجال الجاذبية.

كان للنسبية آثار مهمة على الفيزياء، وعلم الكونيات، وفلسفة العلوم، ومكنت التقدم التكنولوجي مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). تستمر نظرية النسبية في الدراسة والاختبار التجريبي اليوم.

الزمكان هو مفهوم أساسي في الفيزياء، يصف الكون على أنه سلسلة متصلة تتكون من ثلاثة أبعاد مكانية وبُعد زمني واحد. تم تطويره من قبل ألبرت أينشتاين في نظريته في النسبية الخاصة والممتدة.

وفقًا لهذه النظرية، يعد الزمكان كيانًا ديناميكيًا يمكن أن يتشوه بوجود الكتلة والطاقة. يسمى هذا التشوه انحناء الزمكان. على سبيل المثال، الجاذبية هي مظهر من مظاهر انحناء الزمكان بسبب وجود الكتلة.

لقد أحدثت نظرية النسبية ثورة في فهمنا للكون، حيث أظهرت أن المكان والزمان ليسا كيانين منفصلين ومستقلين، لكنهما متشابكان ومترابطان. وقد أدت أيضًا إلى فهم أفضل لظواهر مثل تمدد الزمن وتقلص الطول والتأثيرات النسبية التي تحدث بسرعات قريبة من سرعة الضوء.

لذلك فإن الزمكان هو مفهوم أساسي في الفيزياء، والذي يسمح لنا بفهم بنية الكون والقوانين التي تحكمه.

ميكانيكا الكم هي فرع من فروع الفيزياء التي تدرس الظواهر الفيزيائية على نطاق مجهري، مثل الذرات والجسيمات دون الذرية. تم تطويره في بداية القرن العشرين لحل مشاكل معينة في فهم خصائص الذرات والجزيئات، ومنذ ذلك الحين له العديد من التطبيقات في مجالات مثل الكيمياء، وفيزياء المواد، والبيولوجيا، والإلكترونيات، والحوسبة الكمومية.

تختلف المبادئ الأساسية لميكانيكا الكم عن تلك الموجودة في الفيزياء الكلاسيكية، التي تصف الظواهر العيانية مثل حركات الأجسام في بيئتنا اليومية. في ميكانيكا الكم، يتم وصف الجسيمات من حيث وظائف الموجة، والتي لديها احتمال العثور على جسيم في موضع معين أو بزخم معين. الظواهر الكمومية مثل التداخل والتشابك هي أيضًا مفاهيم أساسية في ميكانيكا الكم، والتي غالبًا ما تعتبر غريبة وغير بديهية.

ميكانيكا الكم لها آثار مهمة على فهمنا للواقع المادي، خاصة بالنسبة لمفهوم الحتمية والسببية. وهو أيضًا أساس التقنيات المبتكرة، مثل الليزر والترانزستورات وأجهزة الكمبيوتر الكمومية.

نظرية الأوتار، المعروفة أيضًا باسم نظرية الأوتار الفائقة، هي محاولة لحل واحدة من أكبر المشاكل في الفيزياء النظرية: كيفية توحيد النسبية العامة لأينشتاين، التي تصف الجاذبية واسعة النطاق، وفيزياء الكم، التي تصف سلوك الجسيمات دون الذرية.

تفترض نظرية الأوتار أن الجسيمات دون الذرية ليست نقاطًا شبيهة بالنقاط، بل هي سلاسل اهتزازية أحادية البعد، تؤدي اهتزازاتها إلى ظهور جسيمات وقوى مختلفة في الكون. توسع نظرية الأوتار الفائقة هذه الفكرة من خلال تضمين مفهوم التناظر الفائق، الذي يفترض وجود جسيمات فائقة التناظر لكل جسيم معروف.

أثارت نظرية الأوتار الكثير من الإثارة بين علماء الفيزياء النظرية بسبب قدرتها على حل بعض أعمق المشاكل في الفيزياء، مثل توحيد قوانين الفيزياء وطبيعة الجاذبية الكمومية. ومع ذلك، فإنها تظل نظرية مضاربة لم يتم إثباتها بالتجارب بعد. أثارت بعض المراجعات أيضًا أسئلة حول صفة غير قابلة للتزوير لنظرية الأوتار وحقيقة أنه قد يكون من الصعب اختبارها تجريبياً.

الجاذبية الكمية الحلقية هي محاولة لتطوير نظرية الجاذبية الكمومية باستخدام نهج قائم على الحلقة. تستند هذه النظرية إلى فكرة أن الزمكان منفصل، أي أنه يتكون من كميات محدودة ومتميزة، بدلاً من سلسلة متصلة غير قابلة للقسمة بلا حدود. تفترض نظرية الحلقة أيضًا أن الزمكان ديناميكي، أي أنه يمكن وصفه بأنه مجموعة من الحلقات تعتمد على نقاط في الزمكان.

تعد الجاذبية الكمية الحلقية نهجًا واعدًا بشكل خاص لحل مشكلة توحيد النسبية العامة لأينشتاين مع فيزياء الكم، لأنها تتيح للجاذبية أن تُعامل كقوة كمومية. في الواقع، في نظرية الحلقة، توصف الجاذبية بأنها تتوسط بواسطة جسيمات تسمى الغرافيتونات، والتي تتفاعل مع بعضها البعض لإنتاج قوة الجاذبية.

ومع ذلك، على الرغم من العديد من التطورات في نظرية الحلقات على مدى العقود القليلة الماضية، لا تزال الجاذبية الكمية الحلقية نظرية مضاربة ولم يتم إثباتها تجريبيًا. تكمن الصعوبة الرئيسية في أن المقاييس اللازمة لمراقبة تأثيرات الجاذبية الكمية الحلقية صغيرة للغاية، بترتيب طول بلانك، مما يجعل الاختبار التجريبي صعبًا للغاية.

الكون المتعدد هو فرضية علمية تشير إلى أن كوننا يمكن أن يكون واحدًا من العديد من الأكوان الموجودة، ولكل منها خصائصه وخصائصه الفيزيائية. وفقًا لهذه النظرية، هناك عدد لا حصر له من الأكوان المتوازية، تسمى أيضًا "العوالم المتوازية" أو "الأكوان المتوازية"، والتي تتعايش مع كوننا.

تستند هذه الفكرة إلى العديد من النظريات العلمية، مثل نظرية التضخم الكوني، ونظرية الأوتار، ونظرية ألبرت أينشتاين للنسبية العامة. على الرغم من أن وجود الكون المتعدد يُعد حاليًا فرضية، إلا أن العديد من العلماء يعتقدون أنه يمكن أن يقدم إجابات لأسئلة أساسية في الفيزياء، مثل طبيعة المكان والزمان.

من المهم أن نلاحظ أن الكون المتعدد لا يزال تخمينيًا إلى حد كبير ولا يوجد دليل تجريبي على وجوده حتى الآن. ومع ذلك، فإن البحث مستمر لمحاولة الكشف عن العلامات غير المباشرة لوجود الكون المتعدد، مثل الحالات الشاذة في إشعاع الخلفية الكونية أو ملاحظات القوانين الفيزيائية التي لا يمكن تفسيرها من خلال كوننا وحده.

نظرية كل شيء (بالإنجليزية، نظرية كل شيء) هي فرضية علمية تهدف إلى توحيد القوى الأساسية الأربعة للطبيعة: القوة الكهرومغناطيسية، القوة النووية الضعيفة، القوة النووية القوية والجاذبية، في نفس النظرية المتماسكة . ستكون هذه النظرية قادرة على وصف جميع الظواهر في الكون على جميع المستويات، من فيزياء الجسيمات دون الذرية إلى علم الكونيات.

كان البحث عن نظرية لكل شيء هدفًا رئيسيًا للفيزياء النظرية لعدة عقود، ولكن لا يوجد حتى الآن إجماع علمي على أفضل نهج لتحقيق ذلك. تم اقتراح العديد من النظريات، مثل نظرية الأوتار، والجاذبية الكمية الحلقية، ونظرية M، ونظرية التناظر الفائق.

ومع ذلك، فإن هذه النظريات لها حدود ويظل هناك تحديات نظرية وتجريبية مهمة يتعين حلها لتحقيق نظرية كل شيء. على سبيل المثال، تظل الجاذبية الكمية وفهم الطاقة المظلمة والمادة المظلمة من التحديات الرئيسية للفيزياء النظرية الحديثة.

الزمن هو البعد الأساسي للكون الذي نعيش فيه، لكن طبيعته الحقيقية تظل مسألة مفتوحة ومعقدة في الفيزياء والفلسفة. وفقًا للفيزياء الكلاسيكية، يُعتبر الزمن كيانًا مطلقًا وعالميًا يتدفق بطريقة خطية وثابتة مستقلة عن أي حدث أو ملاحظة.

ومع ذلك، فقد أظهرت الفيزياء الحديثة، ولا سيما نظرية النسبية الخاصة والعامة، أن الزمن نسبي ويعتمد على الراصد والسرعة والجاذبية. وفقًا لهذه النظريات، يمكن أن يختلف تدفق الزمن اعتمادًا على موقع الراصد وسرعته، ويمكن تنشيطه من خلال وجود حقول جاذبية مكثفة.

بالإضافة إلى ذلك، اقترح بعض الفيزيائيين نظريات الكم للوقت التي تتحدى فكرة تدفق الزمن وتصف الزمن بأنه بُعد ثابت وثابت، لا ينكشف بل يكشف عن نفسه تدريجيًا.

باختصار، إن طبيعة الزمن هي قضية معقدة لا يزال العلماء والفلاسفة يستكشفونها ويناقشونها.

إن مسألة أصل الزمن موضوع شائع. معقدة تمت دراستها من قبل الفلاسفة والفيزيائيين وعلماء الكون لعدة قرون. وفقًا لنظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين، فإن الزمن هو أحد أبعاد الزمكان، والذي يمكن أن يتأثر بالجاذبية والسرعة.

لذلك فإن أصل الزمن مرتبط بأصل الكون نفسه. وفقًا لنظرية الانفجار العظيم، بدأ الكون في الوجود منذ حوالي 13.8 مليار سنة، من حالة كثافة عالية جدًا ودرجة حرارة عالية جدًا. قبل هذه النقطة، لم يكن هناك مكان ولا وقت، وبغض النظر عما نعرفه. لذلك في هذه اللحظة كان الوقت قد بدأ في الوجود.

ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن هذه النظرية تستند إلى الملاحظات والحسابات، ولا تزال قيد التطوير والتحقق. من الممكن أن تؤدي الاكتشافات والنظريات الجديدة إلى تغيير فهمنا الحالي لأصل الزمن.

الكون المتعدد هو فرضية علمية تشير إلى أن كوننا يمكن أن يكون واحدًا من العديد من الأكوان الموجودة، ولكل منها خصائصه وخصائصه الفيزيائية. وفقًا لهذه النظرية، هناك عدد لا حصر له من الأكوان المتوازية، تسمى أيضًا "العوالم المتوازية" أو "الأكوان المتوازية"، والتي تتعايش مع كوننا.

تستند هذه الفكرة إلى العديد من النظريات العلمية، مثل نظرية التضخم الكوني، ونظرية الأوتار، ونظرية ألبرت أينشتاين للنسبية العامة. على الرغم من أن وجود الكون المتعدد يُعد حاليًا فرضية، إلا أن العديد من العلماء يعتقدون أنه يمكن أن يقدم إجابات لأسئلة أساسية في الفيزياء، مثل طبيعة المكان والزمان.

من المهم أن نلاحظ أن الكون المتعدد لا يزال تخمينيًا إلى حد كبير ولا يوجد دليل تجريبي على وجوده حتى الآن. ومع ذلك، فإن البحث مستمر لمحاولة الكشف عن العلامات غير المباشرة لوجود الكون المتعدد، مثل الحالات الشاذة في إشعاع الخلفية الكونية أو ملاحظات القوانين الفيزيائية التي لا يمكن تفسيرها من خلال كوننا وحده.

الانفجار العظيم نظرية علمية تصف أصل الكون وتطوره. وفقًا لهذه النظرية، بدأ الكون كنقطة تفرد - نقطة ساخنة وكثيفة وصغيرة بلا حدود - منذ حوالي 13.8 مليار سنة. ثم تمدد بسرعة في عملية تعرف باسم التضخم الكوني، والتي تسببت في تبريد الكون وتقليل كثافته.

مع توسع الكون، بدأت المادة والطاقة في التكون واندمجت في النهاية لتشكيل النجوم والمجرات والأجرام السماوية الأخرى. كان الكون المبكر يتألف في الغالب من الهيدروجين والهيليوم، ولكن بمرور الوقت قامت النجوم بدمج هذه العناصر معًا لتكوين عناصر أثقل بما في ذلك الكربون والنيتروجين والأكسجين.

يتم دعم نظرية الانفجار العظيم من خلال مجموعة كبيرة من الأدلة الرصدية، بما في ذلك إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف، ووفرة عناصر الضوء في الكون، وهيكل الكون واسع النطاق. على الرغم من هذه الأدلة، لا تزال هناك بعض الألغاز المحيطة بالانفجار العظيم، بما في ذلك طبيعة المادة المظلمة والطاقة المظلمة، والتي يعتقد أنها تشكل غالبية محتوى الطاقة الكتلي في الكون.

The Big Bounce هو نموذج كوني افتراضي يقترح أن الكون يمر بدورات من التوسع والانكماش. وفقًا لهذه النظرية، يبدأ الكون بانفجار كبير، ويتمدد لمليارات السنين، ثم ينهار إلى حالة كثيفة ساخنة تُعرف باسم الأزمة الكبيرة. ومع ذلك، فبدلاً من توقف الكون عن الوجود، تسببت الأزمة الكبيرة في إحداث انفجار كبير آخر، مما تسبب في توسع الكون وإعادة الدورة من جديد.

تستند هذه الفكرة إلى نظرية المصير النهائي للكون، والتي تحددها كمية المادة في الكون ومعدل تمددها. إذا كان هناك ما يكفي من المادة في الكون، فإن الجاذبية ستتغلب في النهاية على التمدد، مما يؤدي إلى الانهيار. ومع ذلك، إذا كان الكون يتوسع بمعدل متسارع بسبب الطاقة المظلمة، فقد لا تحدث الأزمة الكبرى وسيستمر الكون في التوسع إلى ما لا نهاية.

لا تزال نظرية Big Bounce تعتبر تخمينية ومثيرة للجدل، ولا يوجد حاليًا دليل مباشر يدعمها. ومع ذلك، لا يزال مجالًا نشطًا للبحث في علم الكونيات، ويستكشف العلماء باستمرار طرقًا جديدة لدراسة الكون وفهم أصوله ومصيره النهائي بشكل أفضل.

The Big Rip Theory هي فرضية كونية تشير إلى أن توسع الكون يمكن أن يتسارع أضعافًا مضاعفة في مرحلة ما في المستقبل، مما سيؤدي في النهاية إلى تمزيق المادة على نطاق ذري وتدميرها تمامًا. NT الكون.

تستند هذه النظرية إلى فكرة أن الطاقة المظلمة، وهي شكل افتراضي للطاقة يُعتقد أنها مسؤولة عن تسريع توسع الكون، يمكن أن يكون لها خصائص تؤدي إلى زيادة شدتها عندما يتوسع الكون. إذا حدث هذا، ستصبح الطاقة المظلمة قوية بما يكفي للتغلب على قوة الجاذبية التي ستحافظ على المجرات والنجوم وحتى الذرات معًا، مما يتسبب في تمدد الكون بمعدل متزايد باستمرار.

إذا استمر هذا التسارع إلى أجل غير مسمى، فسيتمدد الكون في النهاية إلى النقطة التي سيتم فيها التغلب على القوى الأساسية التي تربط المادة معًا، وحتى الجسيمات الذرية ستمزق إلى أشلاء. يُعرف هذا السيناريو الكارثي باسم التمزق الكبير.

ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن نظرية التمزق الكبير هي حاليًا مجرد فرضية، والعديد من الفرضيات الكونية الأخرى تتنافس أيضًا على تفسير توسع الكون. الملاحظات الحالية لا تؤكد أو تبطل هذه النظرية بشكل قاطع، وهناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم مستقبل الكون بشكل أفضل.

ماكس تيغمارك عالم فيزياء وكونيات سويدي أمريكي معروف بإسهاماته في مجال الفيزياء النظرية، لا سيما في مجالات علم الكونيات وفيزياء الوعي. يعمل حاليًا أستاذًا للفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) وعضو في معهد الأسئلة التأسيسية (FQXi).

تشمل اهتمامات تغماركTegmark البحثية دراسة الكون المبكر، وطبيعة المادة المظلمة والطاقة المظلمة، وفرضية الأكوان المتعددة، والعلاقة بين الفيزياء والوعي. وقد كتب أيضًا العديد من الكتب العلمية الشهيرة، بما في ذلك "كوننا الرياضي: بحثي عن الطبيعة المطلقة للواقع" و "الحياة 3.0: أن تكون إنسانًا في عصر الذكاء الاصطناعي".

حصل تغمارك Tegmark على العديد من الجوائز والأوسمة لمساهماته في الفيزياء، بما في ذلك جائزة James Clerk Maxwell للفيزياء النظرية من الجمعية الفيزيائية الأمريكية وجائزة Crafoord في علم الفلك والرياضيات من الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم.

بريان غرين عالم فيزياء ورياضيات معروف بعمله في مجال نظرية الأوتار. ولد في 9 فبراير 1963 في نيويورك ونشأ في مانهاتن. حصلت غرين على درجة البكالوريوس من جامعة هارفارد وعلى الدكتوراه. من جامعة أكسفورد.

يعمل حاليًا أستاذًا للفيزياء والرياضيات بجامعة كولومبيا ومؤسسًا مشاركًا لمهرجان العلوم العالمي، وهو حدث لتعليم العلوم العامة يُعقد سنويًا في مدينة نيويورك.

ألّف غرين العديد من الكتب العلمية الشهيرة، بما في ذلك الكون الأنيق "The Elegant Universe" ونسيج الكون "The Fabric of the Cosmos" و الواقع الخفي"The Hidden Reality"، والتي تستكشف حدود الفيزياء وعلم الكونيات. كما أنه ضيف متكرر في البرامج التلفزيونية والأفلام الوثائقية التي تتناول مواضيع علمية.

حصل غرين على العديد من الجوائز والأوسمة عن عمله، بما في ذلك جائزة ديراك من المركز الدولي للفيزياء النظرية، وجائزة يوليوس إدغار ليلينفيلد من الجمعية الفيزيائية الأمريكية، وقائمة تايم 100 لأكثر الأشخاص نفوذاً في العالم.

كارلو روفيلي عالم فيزياء نظري إيطالي ولد عام 1956. اشتهر بإسهاماته في نظرية الجاذبية الكمومية، وهي محاولة لحل مشكلة توحيد النسبية العامة لأينشتاين وفيزياء الكم.

عمل روفيلي في نظرية الحلقة منذ الثمانينيات ونشر العديد من المقالات والكتب حول هذا الموضوع، بما في ذلك "الجاذبية الكمية" (2004) و "الجاذبية الكمية المتغيرة للحلقة: مقدمة أولية للجاذبية الكمية ونظرية سبينفوم" (2014).

بالإضافة إلى مساهماته في الفيزياء النظرية، يُعرف روفيلي أيضًا بعمله في تعميم العلوم. نشر العديد من الكتب التي تستهدف جمهورًا أوسع، بما في ذلك "سبعة دروس موجزة في الفيزياء" (2014) و "الواقع ليس ما يبدو" (2016)، والتي كانت من أكثر الكتب مبيعًا على مستوى العالم.

يعمل روفيلي حاليًا كأستاذ في جامعة إيكس مرسيليا في فرنسا ويواصل العمل على نظرية الجاذبية الكمية الحلقية وغيرها من الأسئلة الأساسية في الفيزياء النظرية.

***

د. جواد بشارة

 

سيكون انفجارًا كبيرًا مظلمًا

* هل ظهرت المادة السوداء أو المظلمة في نفس وقت حدوث الانفجار العظيم؟

"دارك بيغ بانغ" Dark Big Bang: هذا ليس اسم أغنية Nickelback، بل فرضية قدمها ثنائي من الفيزيائيين. وجاء في ورقتهم البحثية أنه،" كان من الممكن أن يكون هناك انفجار كبير ثان ينتج مادة سوداء أومظلمة حصريًا.

المادة السوداء أو المظلمة، العصور المظلمة، الطاقة السوداء أو المظلمة، الثقب الأسود.. والآن، الانفجار العظيم المظلم؟ تم اقتراح هذا المصطلح من قبل فريق من الفيزيائيين، الذين نشروا فرضيتهم على arxiv في نهاية فبراير 2023. نظرًا لأن هذه المنصة الإلكترونية ليست مجلة علمية، تظل الدراسة نظرية للغاية، لكنها مع ذلك مثيرة للدهشة ومثيرة للاهتمام.

يعتمد عملهم على المادة السوداء والداكنة (أو "المظلمة"). استنتاجًا من الرياضيات، لم يتم ملاحظة هذه المادة أو رصدها بشكل مباشر مطلقًا، ولكن تم افتراض وجودها في النموذج القياسي أوالمعياري للكون. ومع ذلك من الضروري شرح بعض الملاحظات. سيكون تأثير جاذبيتها في أصل شكل المجرات، على سبيل المثال، من خلال العمل "كغراء لاصق" للنجوم. في المجموعات أو الحشود أو العناقيد النجمية، يمكن أن تكون كمية المادة السوداء أو المظلمة الموجودة هناك خمسة أضعاف المادة العادية ؛ ويمكن أن تشكل 85٪ من إجمالي مادة الكون.

نظرية "الانفجار العظيم المظلم" La théorie du « Dark Big Bang

في الفرضية التي قدمتها كاثرين فريز Katherine Freese ومارتن وولفجانغ وينكلر Martin Wolfgang Winkler، كان هناك في النهاية انفجاران كبيران:

الانفجار الكبير "الساخن"، وهو النموذج الكلاسيكي للحدث الذي أنتج مادة مرئية وعادية ؛ ويتميز بأنه ساخن، والانفجار العظيم، "المظلم"، والذي كان سيحدث بعد فترة طويلة وكان سينتج المادة المظلمة لأنه كون مظلم.

كتب الباحثان: "يتوافق الانفجار العظيم المظلم مع القيود المرتبطة بتكوين الهياكل ومع إشعاعات الخلفية المكروية الكونية المنتشرة  وهو الحدث الذي حصل عندما كان عمر الكون أقل من شهر". من الواضح أنهما يذكروننا بأن تأثير المادة المظلمة على ما يبدو لم يكن موجودًا قبل فترة معينة من الكون (لم يتم قياسها أبدًا قبل أكثر من 12 مليار سنة)، في حين أن المادة العادية كانت موجودة بالفعل من قبل. كان من الممكن أن يحدث الانفجار العظيم المظلم في هذا الوقت، قبل فترة دقيقة للغاية بعد شهر واحد من ولادة الكون.

من الآن وحتى اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم ... // المصدر: جامعة جونز هوبكنز

تظهر كاثرين فريز ومارتن وولفجانغ وينكلر أيضًا أنه إذا كانت هذه النظرية صحيحة، فإن توقيعات هذا الانفجار العظيم المظلم ستستمر بالضرورة في الوقت الحاضر. وفقًا لهم، ستكون هذه، على وجه الخصوص، موجات الجاذبية أو الموجات الثقالية des ondes gravitationnelles التي يجب تحديدها حول النجوم النابضة (النجوم النيوترونية étoiles à neutrons التي تدور بسرعة كبيرة على نفسها).

تتمتع هذه الفرضية بميزة فصل تطور المادة المظلمة عن المادة العادية، مع الإشارة إلى فترة محددة في التاريخ الكوني كان من الممكن أن يقع فيها مثل هذا الحدث الرئيسي. في مواجهة الصعوبة التي يواجهها الفيزيائيون في العثور على هذه المادة السوداء أو المظلمة الشهيرة matière sombre ou Noire- التي تحمل هذا الاسم لأنها غير مرئية - يوفر المسار المحدد وسيلة مفيدة للبحث.

بشكل ممتع، وكما هو الحال إلى حد كبير مع طيف النظريات المحتملة حول المادة السوداء أو المظلمة، يمكننا أن نجد فرضية معاكسة تمامًا لهذه الفرضية: في عام 2019، اقترح الفيزيائيون أن المادة السوداء أو المظلمة يمكن أن تسبق الانفجار العظيم.

وماذا لو ولدت المادة السوداء أو المظلمة قبل الانفجار العظيم؟

4936 الانفجار الكبيرFlickr / CC / Chandra X-ray Observatory Centre

المادة المظلمة نتاج الانفجار العظيم؟ ليس بهذه السرعة: يسمح لنا النموذج الرياضياتي الجديد بالنظر في أقدمية المادة السوداء أو المظلمة. مسار جديد لاكتشافه.

ربما لعبت المادة السوداء أو المظلمة دورًا أساسيًا في توسع الكون منذ نشأته. الأمر الأكثر غموضًا هو أنه لم يتم إثبات وجودها من خلال الملاحظة والرصد المباشر. تم إطلاق القمر الصناعي إقليدسsatellite d’Euclid في عام 2022 في محاولة لدراسة هذه المادة الغامضة. لكن دراسة نُشرت في 7 أغسطس في مجلة Physical Review Letters تجعل المادة السوداء أو المظلمة أكثر غرابة مما هي عليه بالفعل، من خلال النظر في قدرتها على الانفجار العظيم.

وفقًا للفرضية الأكثر قبولًا اليوم، قبل 13.8 مليار سنة، كانت كل المادة تتركز في نقطة صغيرة جدًا ومتجانسة هي الفرادة la singularité، حتى حدوث الانفجار العظيم، وهو توسع هائل ومفاجئ للزمكان. ومع ذلك، سيكون للمادة السوداء أو المظلمة تأثير جاذبية على المادة العادية. هذا ما يسمح لنا بالنظر في دورها الأساسي المحتمل في التقلبات الكوانتية أو الكمومية البدائيةfluctuations quantiques primordiales التي سمحت بتكوين المجرات وعناقيد المجرات (بقدر ما كانت ستظل في أصل توسع الكون  على شكل طاقة سوداء أومظلمة ومعتمة).

4937 الانفجار الكبير

لم تتم ملاحظة ورصد المادة المظلمة بشكل مباشر. // المصدر: Flickr / CC / NASa Goddard Space Flight Centre (اقتصاص الصورة) المصدر: فليكر / سي سي / مركز ناسا جودارد لرحلات الفضاء (صورة مقصوصة)

وبسبب هذا الدور الأصلي المحتمل، يُعتقد عادةً أن المادة السوداء أو المظلمة أتت من الانفجار العظيم. أو أنها كانت قد ولدت  بعد ذلك، أثناء التضخم. المشكلة هي أن هذه المادة الغامضة لم يتم ملاحظتها أبدًا. ومع ذلك، وفقًا لتومي تينكانين Tommi Tenkanen، عالم الفلك والفيزيائي وراء الدراسة الجديدة، "إذا كانت المادة المظلمة بالفعل من بقايا الانفجار العظيم، فلا بد أن الباحثين قد رأوا بالفعل إشارة  عن المادة السوداء أو المظلمة في تجارب فيزياء الجسيمات."

قد لا يكون الجدول الزمني هو ما تعتقده:

ولكن بعد ذلك، ما هو الاستنتاج الذي يمكننا استخلاصه من هذا؟ أن المادة السوداء أو المظلمة غير موجودة؟ بالنسبة إلى تومي تنكانين Tommi Tenkanen، يشير هذا قبل كل شيء إلى أننا كنا مخطئين منذ البداية بشأن أصلها. ربما كانت المادة السوداء أو المظلمة موجودة بالفعل في الحساء البدائي soupe primordiale لكل شيء موجود اليوم. كان يمكن أن تظهر في الواقع خلال بضعة كسور صغيرة من الثانية قبل التفرد الأولي أو الفرادة الأولية singularité initiale للانفجار العظيم Big Bang.

قصة الكون

4938 الانفجار الكبيرتستند هذه الفكرة إلى عنصر أساسي للنقاش في الفيزياء الفلكية حول التسلسل الزمني لأصول الكون. من المقبول عمومًا أن الانفجار العظيم هو زمن صفري، وهو تفرد أولي أو فرادة أولية، وأن التضخم نفسه حدث بعد 10-32 ثانية. ولكن على العكس من ذلك، بالنسبة لبعض العلماء، كان هذا التضخم قد حدث قبل 10-32 ثانية من الانفجار العظيم.

وفقًا لهذه النظرية، فإن الفرادة القوية التي حدثت قبل 13.8 مليار سنة كانت نتيجة فترة تضخم بدأت من قبل. باختصار، كانت هناك حالة كونية état cosmique سابقة  للّحظة الصفرية l’instant zéro للكون كما نعرفها. في هذا الإطار الفكري، يأتي اقتراح تومي تينكانين: المادة الطبيعية كانت قد ظهرت بالفعل في وقت الانفجار العظيم، لكن المادة السوداء أو المظلمة كانت ستنشأ أثناء التضخم l’inflation الذي سبقها، قبل الصفر الفوري.

إنها الحالة الابتدائية C’est élémentaire

يوضح الفيزيائي: "إذا كانت المادة السوداء أو المظلمة مكونة من جسيمات جديدة ولدت قبل الانفجار العظيم، فإنها تؤثر على طريقة توزيع المجرات عبر السماء بصورة فريدة". يمكن استخدام هذه الصلة للكشف عن هويتها واستخلاص استنتاجات حول الأوقات التي سبقت الانفجار العظيم ".

بالنظر إلى أن المادة السوداء أو المظلمة قد ولدت قبل أن يزعزع الانفجار العظيم طريقتنا في فهم هذه المسألة الافتراضية. إذا كانت موجودة في الحساء البدائي، فهذا يعني أن جسيمات المادة المظلمة هي جسيمات أولية. نشأت هذه الجسيمات المسماة scalaires "العددية" مباشرة عن طريق التضخم الكوني l’inflation cosmique. ولكن الاكتشاف الوحيد الذي ثبت حتى الآن هو بوزون هيغز الشهير.

ومن ثم تأتي الدراسة بإمكانية وجود صلة جديدة بين فيزياء الجسيمات وعلم الفلك. وهكذا، قد تظهر طريقة جديدة تمامًا للبحث عن المادة السوداء أو المظلمة. يقول تومي تنكانين: "على الرغم من أنه من الصعب جدًا العثور عليها في تجارب رصد الجسيمات، إلا أن هذه المادة يمكن أن تكشف عن وجودها في les observations astronomiques الملاحظات الفلكية".

***

د. جواد بشارة

طور العلماء تجربة كمومية تسمح لهم بدراسة ديناميكيات ثقب دودي "قابل للعبور". من الواضح أنهم لم يولدوا ثقبًا دوديًا على هذا النحو، بل نظامًا كميًا يحاكي بعض خصائصه الرئيسية. لم تساعد هذه التجربة في وصف الثقوب الدودية بشكل أفضل فحسب، بل سلطت الضوء أيضًا على مفهوم الجاذبية الكمومية. الثقب الدودي هو كائن افتراضي يربط بين منطقتين مختلفتين من الزمكان. سيكون اختصارًا عبر الزمكان، يربط مركز اثنين من الثقوب السوداء. لم يتم ملاحظة الثقوب الدودية بشكل تجريبي. ومع ذلك، فقد تم افتراض وجودتيها وخصائصها منذ ما يقرب من 100 عام. في عام 1935، وصف ألبرت أينشتاين وناثان روزين الثقوب الدودية. بالجسور الزمكانية التي ستكون أنفاقًا عبر نسيج الزمكان، وفقًا لنظرية النسبية العامة لأينشتاين. يصف الأخير الجاذبية بأنها انحناء للزمكان. تسمى الثقوب الدودية أحيانًا "جسور أينشتاين-روزين". تتيح التجربة المعنية هنا التحقيق في الروابط بين هذه الكائنات النظرية وفيزياء الكم. بمعنى آخر، يتعلق الأمر باستكشاف مفهوم الجاذبية الكمية، التي تحاول توحيد ميكانيكا الكم والنسبية العامة.  تم  اختبار أفكار الجاذبية الكمية في المختبر في عام 2013، إذ افترض اثنان من علماء الفيزياء النظرية، هما خوان مالداسينا وليونارد سسكيند، أن الثقوب الدودية تعادل التشابك الكمي. إنها ظاهرة يشكل فيها جسيمان نظامًا مرتبطًا. لذلك، لديهم حالات كمومية تعتمد على بعضها البعض، حتى لو كانت على مسافات طويلة جدًا فيما بينها.  تحتوي النسبية العامة على حلول يرتبط فيها ثقبان أسودان بعيدان داخليًا عبر ثقب دودي. يمكن تفسير هذه الحلول على أنها حالات متشابكة تشابكاً كمومياً لثقبين أسودين ". وهكذا أسس عملهم رابطًا نظريًا بين الجاذبية وفيزياء الكم: ماذا لو كان ثقبنا الأسود ثقبًا دوديًا؟ بعد بضع سنوات، في عام 2017، قام باحثون آخرون - بمن فيهم دانييل جافريس، الذي شارك في الدراسة الجديدة - بتوسيع هذه الفكرة إلى ما يسمى بالثقوب الدودية القابلة للعبور. لقد تخيلوا سيناريو حيث تبقي الطاقة السلبية الطاردة ثقبًا دوديًا مفتوحًا لفترة كافية. سمح هذا لشيء بالمرور من طرف إلى آخر. ثم أظهروا أن الوصف الثقالي لمثل هذا الثقب الدودي يعادل "الانتقال الآني الكمي". إنها عملية يتم من خلالها نقل الحالة الكمومية لنظام ما على الفور إلى نظام آخر عبر الفضاء. لهذا، تم استخدام مبادئ التشابك الكمومي.  كما تم إثبات النقل الآني الكمي بشكل تجريبي في عدة مناسبات. قدم Jafferis و Spiropulu وزملاؤهم أول عرض تجريبي لهذا العمل النظري، عن طريق محاكاة ثقب دودي صغير على معالج كمومي . "لقد وجدنا نظامًا كميًا يعرض الخصائص الرئيسية لثقب دودي ثقالي. قالت ماريا سبيروبولو: "في الوقت نفسه، فهي صغيرة بما يكفي ليتم تنفيذها على الأجهزة الكمومية الحالية". وهي المحققة الرئيسية في برنامج أبحاث قنوات الاتصال الكمومي التابع لوزارة الطاقة الأمريكية لأبحاث الفيزياء الأساسية وأستاذة الفيزياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. 

أول الانتقال الآني للثقب الدودي الثقب الدودي، فيزياء الكم، الثقب الأسود انطباع الفنان عن تجربة النقل الآني الكمي التي تراقب سلوك ثقب دودي يمكن اجتيازه. ائتمانات: inqnet / A. مولر (معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا) يعتمد نموذج الكمبيوتر الذي طوروه على إطار نظري. يُعرف باسم Sachdev-Ye-Kitaev، أو SYK (

بعد Alexei Kitaev، أستاذ الفيزياء النظرية والرياضيات في Caltech، وكذلك Subir Sachdev و Jinwu Ye، وهما باحثان آخران عملوا في هذا الموضوع). هذا النموذج قادر على محاكاة تأثيرات الجاذبية الكمية. وبالتالي قاد الباحثين إلى التفكير في أن بعض الأفكار النظرية حول الثقوب الدودية يمكن استكشافها بشكل أكبر من خلال تجربة المعالجات الكمومية.

الثقوب الدودية المكانية والزمانية: هل نعرف كيف نكتشفها؟

 في عام 2019، أظهر Jafferis و Ping Gao أنه من خلال تشابك نموذجين SYK، كان من الممكن تحقيق النقل الآني للثقب الدودي. وبالتالي يمكن للمرء أن ينتج ويقيس الخصائص الديناميكية المتوقعة للثقوب الدودية التي يمكن عبورها. قمنا بهذه التجربة لأول مرة. استخدم Spiropulu وفريقه تقنيات التعلم الآلي من أجل بناء نموذجين "مختزل" و"مبسط" من SYK. لقد تشابكوا معهم باستخدام المعالج الكمي Sycamore الذي طورته Google. أرسل الباحثون بعد ذلك كيوبت من المعلومات المشفرة في أحد أنظمة SYK المتشابكة. لاحظوا ظهور المعلومات على الفور من النظام الآخر. لذلك، انتقلت المعلومات من نظام كمي إلى آخر عن طريق النقل الآني الكمي. يمكن أن تمر المعلومات أيضًا عبر وصف الجاذبية من خلال الثقب الدودي القابل للعبور. أشار ليونارد سسكيند وآدم براون في مقال مصاحب للدراسة إلى أن "المفاجأة ليست أن الرسالة وصلت بشكل ما، لكنها وصلت بشكل واضح". تم تأكيد دور "الطاقة السلبية" يوضح جون بريسكيل John Preskill: "،  وهو أستاذ الفيزياء النظرية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومدير معهد المعلومات الكمية والمادة :ما وجدته مثيرًا للاهتمام بشأن تجربة Google الجديدة هذه هو أنهم، باستخدام التعلم الآلي، كانوا قادرين على جعل النظام بسيطًا بما يكفي لمحاكاته على آلة كمومية موجودة مع الحفاظ على رسم كاريكاتوري معقول لما تتوقعه صورة الجاذبية". هذه محاكاة مبكرة لكيفية عمل الثقوب الدودية في الحياة الواقعية. على وجه الخصوص، حاول الفريق إبقاء الثقب الدودي مفتوحًا. لهذا استخدموا نبضات من الطاقة السلبية البغيضة، أو على العكس من الطاقة الإيجابية. كما تنبأت النظرية، لاحظوا تواقيع ثقب دودي يمكن اجتيازه فقط عند تطبيق طاقة سالبة.

: هل يمكن لفيزياء الكم أن تفسر الصدفة؟ يأمل الباحثون في توسيع نطاق عملهم في المستقبل ليشمل دارات كمومية أكثر تعقيدًا. وبالتالي يمكنهم إجراء عمليات محاكاة أكثر صدقًا لسلوك الثقوب الدودية. تعتبر العلاقة بين التشابك الكمومي والزمكان والجاذبية الكمومية واحدة من أهم الأسئلة في الفيزياء الأساسية ومجال نشط للبحث النظري. وكذلك إمكانية تفسير الصدفة كمومياً." نحن متحمسون لاختبار هذه الأفكار على الأجهزة الكمومية وسنواصل ذلك "، يختتم سبيروبولو".

***

إعداد د. جواد بشارة

-هل هناك نهاية لها؟

-وكيف يحدث ذلك؟

نعم الثقوب السوداء لها نهاية, جاء هذا الإكتشاف عندما إكتشف ستيفن هوكينغ أن الثقوب السوداء ,,,يجب أن تشع الطاقة نتيجة عمليات ميكانيكا الكم, هذا الإشعاع يسمي إشعاع هوكينغ.

بينما تقوم الثقوب السوداء بإشعاع الطاقة فإنها تنكمش ,,,و كلما إنكمشت أكثر كلما زاد الإشعاع ,,,فهذه هي طبيعة عملية الإشعاع,,,

-و في النهاية فإن الثقب الأسود سوف يتبخر بالكامل,,

-و لكن تلك العملية تأخذ و قتا طويل جدا يعادل مليارات مليارات مليارات مليارات مليارات مليارات السنين من عمر الكون لتتبخر بالكامل.

-و لذلك فهي عملية ليس لها أي تأثير ملحوظ علي الثقوب السوداء بحسب حالات الفيزياء الفلكية.

طور عالم فيزياء الرياضيات التي تجعل السفر عبر الزمن أمرًا معقولاً "بدون مفارقة"

لم ينجح أحد في السفر عبر الزمن حتى الآن - على الأقل بقدر ما نعلم - لكن السؤال عما إذا كان مثل هذا العمل الفذ سيكون ممكنًا من الناحية النظرية لا يزال يثير إعجاب العلماء.

كما تظهر أفلام مثل Terminator و Donnie Darko و Back to the Future والعديد من الأفلام الأخرى، فإن الانتقال عبر الزمن يخلق الكثير من المشاكل للقواعد الأساسية للكون: إذا عدت إلى الزمن المناسب ومنعت والديك من الالتقاء، على سبيل المثال، كيف يمكنك أن تكون موجودًا لتعود بالزمن إلى الوراء في المقام الأول؟

إنها لغز ضخم يُعرف باسم "مفارقة الجد"، لكن في سبتمبر / أيلول العام الماضي قال طالب الفيزياء جيرمان توبار من جامعة كوينزلاند في أستراليا إنه اكتشف كيفية "تعيين الأرقام" لجعل السفر عبر الزمن ممكنًا. بدون المفارقات.

قال توبار في سبتمبر 2020: "تقول الديناميكيات الكلاسيكية أنه إذا كنت تعرف حالة النظام في أي وقت، فيمكنه إخبارنا بتاريخ النظام بالكامل".

"ومع ذلك، تتنبأ نظرية النسبية العامة لأينشتاين بوجود حلقات زمنية أو السفر عبر الزمن - حيث يمكن أن يكون حدث ما في الماضي وفي المستقبل في حد ذاته - مما يعكس نظريًا دراسة الديناميكيات.

ما تظهره الحسابات هو أن الزمكان يمكن أن يتكيف لتجنب المفارقات.

لاستخدام مثال موضعي، تخيل مسافرًا عبر الزمن يسافر إلى الماضي لمنع انتشار وباء - إذا نجحت المهمة، فلن يعاني المسافر عبر الزمن من مرض يعود بالزمن للهزيمة.

يقترح عمل توبار أن الوباء سوف يهرب بطريقة أخرى، بطريقة مختلفة، لإزالة التناقض. مهما فعل المسافر عبر الزمن، لن يتوقف الوباء.

ليس من السهل على غير الرياضيين التعمق في عمل توبار، لكنه يفحص تأثير العمليات الحتمية (بدون أي عشوائية) على عدد عشوائي من المناطق في متتالية الزمكان، ويوضح كيفية منحني الزمان المغلقين (كما هو متوقع) بواسطة أينشتاين) يمكن أن تتناسب مع قواعد الإرادة الحرة والفيزياء الكلاسيكية.

قال الفيزيائي فابيو كوستا من جامعة كوينزلاند، الذي أشرف على البحث: "تم التحقق من الحسابات - والنتائج هي خيال علمي".

يكشف البحث الجديد عن المشكلة بفرضية أخرى، وهي أن السفر عبر الزمن ممكن، لكن السفر عبر الزمن سيكون محدودًا فيما فعلوه، لمنعهم من خلق مفارقة. في هذا النموذج، يتمتع المسافرون عبر الزمن بحرية فعل ما يريدون، لكن التناقضات غير ممكنة.

على الرغم من أن الأرقام يمكن أن تعمل، إلا أن انحناء المكان وانلزما لإدخال الماضي لا يزال بعيد المنال - فالزمن الذي صممه العلماء حتى الآن هو مفهوم مفاهيمي لدرجة أنه لا يوجد حاليًا إلا في شكل حسابات على الورق.

يمكننا الوصول إلى هناك يومًا ما - اعتقد ستيفن هوكينغ بالتأكيد أننا نستطيع - وإذا وصلنا إلى هناك، يشير هذا البحث الجديد إلى أننا سنكون أحرارًا في فعل ما نريد مع العالم في الماضي: لكن الزمن سيعيد ضبط نفسه وفقًا لذلك.

يوضح كوستا قائلاً: "حاول قدر المستطاع أن تصنع مفارقة، فالأحداث ستضبط نفسها دائمًا لتجنب أي تناقضات". "إن نطاق العمليات الحسابية التي اكتشفناها تُظهر أن السفر عبر الزمن مع الإرادة الحرة ممكن منطقيًا في كوننا دون أي مفارقة."

هذا هو أول دليل على وجود عالم متعدد الأكوان:

في عام 1964، قام الفيزيائيان أرنو بينزياس وروبرت ويلسون بتركيب أجهزة استقبال ميكروويف فائقة الحساسية لرصد علم الفلك الراديوي في مختبرات بيل في هولمدل، نيو جيرسي.

بغض النظر عما فعله الاثنان، لكنهما لم يتمكنا من التخلص من ضوضاء الخلفية من الراديو، والتي يبدو أنها تأتي من كل مكان في وقت واحد. أخبر روبرت ديكي، الفيزيائي في جامعة برينستون، بنزياس أن ضوضاء الراديو يمكن أن تكون إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف (CMB)، وهو إشعاع ميكروويف موجود منذ بداية الكون. وهذه هي قصة اكتشاف CMB. سهل وجميل.

فاز بينزياس وويلسون بجائزة نوبل في الفيزياء عام 1978 عما اكتشفوه، وكان ينبغي أن يحصلوا عليه. فتح عملهم حقبة جديدة في علم الكونيات، مما أعطى العلماء طرقًا جديدة لدراسة واكتشاف الكون.

لقد غير العلماء طريقة تفكيرهم بشأن التوهجات الشمسية. ومع ذلك، أدى هذا الاكتشاف أيضًا إلى واحد من أكثر الاكتشافات إثارة للدهشة في التاريخ الحديث: قد تكون الخصائص الفريدة لـ CMB أول دليل مباشر على الكون المتعدد، وهو فكرة وجود عدد لا حصر له من العوالم. ولمعرفة هذا الكون المتعدد

المذهل تمامًا، علينا العودة إلى بداية المكان والزمان.

كيف ولد الكون وفقًا للنظرية الأكثر شيوعًا حول ولادة كوننا، امتلأت مئات الآلاف من السنين الأولى بعد الانفجار العظيم ببلازما مكونة من نوى وإلكترونات وفوتونات كانت ساخنة جدًا لدرجة أنها تشتت الضوء.

وجد فيزيائيو كامبريدج دليلاً على وجود ثقب دودي:

تم تأسيس وجود الثقوب الدودية، وهي خطوط أنابيب تربط مكانين منفصلين في الزمكان، نظريًا من قبل علماء الفيزياء في جامعة كامبريدج. إذا كان من الممكن أن تتدفق البيانات أو الجسم المادي عبر الثقب الدودي، فقد يصبح السفر عبر الزمن والتواصل الفوري عبر مسافات كبيرة أمرًا ممكنًا.

"ولكن هناك مشكلة: ثقوب آينشتاين غير مستقرة للغاية، ولا تبقى مفتوحة لفترة كافية لتجاوز شيء ما."

في عام 1988، استنتج العلماء أن نوعًا من الطاقة السلبية يُعرف باسم طاقة كازيمير يمكن أن يُبقي الثقوب الدودية مفتوحة. تستند إجابة كامبريدج الافتراضية على مبادئ الطاقة الكمومية، مما يعني أنه حتى الفراغات تغمرها موجات من الطاقة.

"هل هذا يعني أن لدينا التكنولوجيا لبناء ثقب دودي؟" يسأل مات فيسر من جامعة فيكتوريا في ويلينجتون بنيوزيلندا. "الجواب لا يزال لا". لكنه لا يزال، مفتونًا بعمل بوتشر. "من وجهة نظر مادية، قد يجدد الاهتمام بالثقوب الدودية."

إذا تخيلت لوحين معدنيين في فراغ، فإن بعض موجات الطاقة ستكون أكبر من أن تمر بين الألواح، مما يعني أن الزمكان بين الألواح سيكون له طاقة سالبة.

"في ظل الظروف المناسبة، هل يمكن للشكل الشبيه بالأنبوب للثقب الدودي نفسه أن يولد طاقة كازيمير؟ تُظهر الحسابات أنه إذا كانت حلق الثقب الدودي أطول من عرض فمه، فإنه بالفعل يولد طاقة كازيمير في مركزه.

الكون كله ذكي، كل أفكارنا مرتبطة بعوالم بعيدة:

ما هو الوعي؟ كيف يعمل؟ لماذا وكيف نفكر؟ في الآونة الأخيرة، ابتكر الفيزيائي ستيوارت هامروف من مركز أبحاث الوعي بجامعة أريزونا نظرية رائدة مقنعة وجميلة للغاية بحيث يبدو أنها تحل حقًا "لغز الألفية".

يحدث ما يسمى بالانهيار الكمومي في الدماغ - وهي ظاهرة معقدة بشكل لا يصدق - ونتيجة لذلك، تولد فكرة. ولكن بعد ذلك تبين أن الدماغ هو نوع من التناظرية للكون. أو - جهاز كمبيوتر كمي تم إنشاؤه بطبيعته، قادر على الاتصال عقليًا بأي نقطة في الكون وأي حضارة، حتى في أطراف المجرة.

لقد تعاطى العلم والفلسفة مشكلة الوعي من جانبين. كان العلم يبحث عن دعم مادي للفكر، على سبيل المثال خلية عصبية. اتضح أنه عندما يموت الدماغ، يموت الوعي أيضًا.

فصلت الفلسفة "الفكر" عن الدماغ، وتمثله إما كإثير مليء بالمعرفة (فلاديمير فيرنادسكي ونوسفيرته) أو "هالة" حول رأس الإنسان. لكن التجارب مع الوسطاء لم تعط نتيجة واضحة: أظهر الوسطاء أحيانًا تأثيرات مذهلة، لكن في كثير من الأحيان لم يتمكنوا من فعل أي شيء، واتضح أيضًا أن الكثيرين كانوا سحرة.

وطوال الوقت، ومن الغريب، كانت ميكانيكا الكم على الهامش. إنه أمر غريب - بعد كل شيء، هي التي تعمل "بوعي" منذ البداية. دعونا نلقي نظرة فاحصة.

ظهرت ميكانيكا الكم في بداية القرن العشرين. على عكس نظرية النسبية، التي ابتكرها شخص واحد، ألبرت أينشتاين، فهي إبداع جماعي. على الرغم من "غرابته"، فقد أصبح على الفور وإلى الأبد أساس الفيزياء، لأنه يشرح بدقة لا تصدق ما يحدث من حولنا.

تقول ميكانيكا الكم أن المادة والطاقة عادة في حالة غير محددة. وبالتالي، فإن الضوء عبارة عن موجة ومجموعة من الجسيمات (الفوتونات). ولكن بمجرد أن يتدخل المراقب (البشري)، يتم "تحديد" المادة: فالضوء، على سبيل المثال، يصبح إما موجة أو جسيمًا، اعتمادًا على ما هو "متوقع" منه.

إنه انهيار دالة الموجة (المصطلح مؤسف، لكن الجميع معتاد عليه). يقول العلماء الراديكاليون إن العالم لا وجود له على الإطلاق حتى ننظر إليه. يدعي آخرون أن العالم كله مليء بالوعي وأنه "مراقب": الخشب والحجر لهما وعي. على الرغم من الغرابة الواضحة، فمن السهل رؤية انهيار الدالة الموجية في التجربة، وهو ما يظهر حتى في فصول الفيزياء المتقدمة بالمدارس الثانوية. لذلك ليس هناك شك.

ولكن ماذا عن الوعي الذي يغير الكون؟ لماذا المراقب مهم جدا؟ كان عالم الفيزياء والرياضيات بجامعة أكسفورد روجر بنروز، زميل الجمعية الملكية في لندن، أول من اشتبه في أن الوعي له طبيعة كمومية.

عمل هاميروف مع Penrose لمدة 30 عامًا ويريد أن يفهم بالضبط كيف يعمل. الشيء هو أن نظرية الكم للوعي هي بعض الشيء.. غير علمية، وتسمح بالتخاطر وقراءة العقل والتواصل مع شجرة البلوط القديمة وأرواح الأسلاف، وهذا يعني أن كل ما ينغمس فيه الصوفيين صحيح. وهذا ليس جيدًا إلى حد ما، لأن الصوفيين لا معنى لهم. إذا افترضت مثل هذه الأشياء المذهلة، فعليك أن تشرحها علميًا. وهذا ما فعله. أدرك بنروز أن كل جسيم في الكون هو مجرد انحناء في الزمكان لأينشتاين. عندما ينفجر مثل هذا الانحناء أو "الفقاعة"، يحدث انهيار كمي ويظهر الوعي.

لكن في نموذجه، نشأ الوعي كما لو كان عفويًا ولا يمكن أن يولد المعنى والذاكرة. من الواضح أن الكون كان "يفكر"، لكن مثل تلميذ في المدرسة يشاهد الدرس من النافذة: أولاً في شيء ما، ثم في شيء آخر.

اقترح هاميروف أن الخلايا العصبية في الدماغ تنظم فقاعات الزمكان هذه بحيث تشكل الملوثات العضوية الثابتة شيئًا مثل الموسيقى. تحتوي هذه الموسيقى على الفكر والذاكرة والمعلومات. قال الفيلسوف فيثاغورس في القرن السادس قبل الميلاد نفس الشيء تقريبًا. كيف عرف؟ دع هذا السؤال.

قوبلت فرضية هاميروف بالشكوك: الحواسيب الكمومية الموجودة اليوم تعمل في درجات حرارة منخفضة للغاية في بيئة معقمة. هل يمكن أن تحدث التحولات الكمومية داخل دماغ دافئ ورطب؟ الآن كان هاميروف قادرًا على حل كل الشكوك. و هنا ما يحصل عليه.

الضوء بحد ذاته هو الوعي. كان يعتقد ذات مرة أن المراقب الواعي "يفرض" أهمية على اتخاذ القرار. الآن، من الواضح أن العكس هو الصحيح: الانتقال الكمي، على العكس من ذلك، يولد الوعي.

"وصفت التقاليد القديمة الوعي بأنه نور. غالبًا ما كان يتم تصوير الشخصيات الدينية بـ "الهالات" أو الهالات المضيئة. الآلهة الهندوسية - ذات بشرة زرقاء زاهية. كتب هاميروف في مقالته الأخيرة، في العديد من الثقافات، يكون أولئك الذين "استيقظوا على الحقيقة" "مستنيرين".

قدم هاميروف تفصيلاً شاملاً لكيفية عمله على مستوى الفوتونات والذرات والجزيئات والخلايا العصبية والتفاعلات الكيميائية والمواد التي تدخل في "خلق" الوعي.

يأتي الاستنتاج الأهم من نظريته: الوعي يسبق الحياة. إذ تشير العلوم التقليدية والفلسفة إلى أن الوعي نشأ في مرحلة ما من التطور، ربما مؤخرًا مثل ظهور الدماغ والجهاز العصبي. لكن التقاليد الروحية الشرقية، والنفسية الشاملة، ونظرية الاختزال الموضوعي لروجر بنروز تشير إلى أن الوعي سبق الحياة ”، كتب هامروف. واتضح أن هذه التقاليد صحيحة (مرة أخرى، كيف عرف القدماء ذلك؟). يصف هاميروف بالتفصيل الكون المبكر المليء بنور الانفجار العظيم - كان الكون آنذاك عقلًا هائلًا. ولكن بعد ذلك أصبحت المادة غائمة وبدأت فترة من اللاوعي. عندما انتهى، بدأت الجزيئات المعقدة في الظهور. بمساعدتهم، بدأ الكون "يفكر" بشكل أكثر وضوحًا ودقة. لذا فإن الكون كله واعٍ وحي لأن الوعي ينبع مباشرة من ميكانيكا الكم والنسبية. الإنسان "أكثر وعياً" من الحجر فقط لأن الخلايا العصبية في الدماغ هي بيئة أفضل للانتقال الكمي من التركيب البلوري للحجر أو الألياف الخشبية، لكن الإنسان بالتأكيد ليس الكائن الوحيد، وبالتأكيد ليس الكائن الأول الذي يفكر.

بمجرد التفكير في شيء ما، نقوم بتنشيط (وليس "نحن"، إنه ينشط نفسه) الانتقال الكمي الذي يربطنا بأي نقطة في الكون وأي عقل معقد موجود في أي مكان، وفي كل مكان.

نحن الكون، والكون هو نحن.ما هو اللا شيء؟ سؤال وجواب مارتن ريس. وهذا الأخير أستاذ فخري في علم الكونيات والفيزياء الفلكية، جامعة كامبريدج

لا يعمل مارتن ريس لصالح أي منظمة قد تستفيد من هذه المقالة أو يقدم المشورة بشأنها أو يمتلك أسهمًا فيها أو يتلقى تمويلًا منها، ولا يكشف عن أي انتماء غير منظمته البحثية.

ناقش الفلاسفة طبيعة ألـــ "لا شيء" منذ آلاف السنين، ولكن ماذا يقول العلم الحديث عنها؟ في مقابلة مع The Conversation، يوضح مارتن ريس، أنه عندما يتحدث الفيزيائيون عن لا شيء، فإنهم يقصدون مساحة (فارغة). قد يبدو الأمر بسيطًا، لكن التجارب تُظهر أن الفضاء الفارغ ليس فارغًا حقًا - فهناك طاقة كامنة غامضة يمكن أن تخبرنا شيئًا عن مصير الكون.

س: هل المساحة الفارغة هي نفسها لا شيء؟

ج: تبدو المساحة الفارغة وكأنها لا شيء بالنسبة لنا. على سبيل القياس، قد يبدو الماء وكأنه لا شيء بالنسبة للأسماك - إنه ما يتبقى عند إزالة جميع الأشياء الأخرى العائمة في البحر. وبالمثل، من المفترض أن تكون المساحة الفارغة معقدة للغاية.

ساعدنا في وضع الذكاء في قلب النقاش

نحن نعلم أن الكون فارغ جدًا. يبلغ متوسط كثافة الفضاء حوالي ذرة واحدة لكل عشرة أمتار مكعبة - وهو أكثر تخلخلًا بكثير من أي فراغ يمكننا الوصول إليه على الأرض. ولكن حتى لو جردت كل المادة بعيدًا، فإن الفضاء لديه نوع من المرونة التي (كما تم تأكيده مؤخرًا) تسمح لموجات الجاذبية - تموجات في الفضاء نفسه - بالانتشار من خلاله. بالإضافة إلى ذلك، تعلمنا أن هناك نوعًا من الطاقة الغريبة في الفضاء الفارغ نفسه.

س: اكتشفنا لأول مرة طاقة الفراغ هذه في القرن العشرين مع ظهور ميكانيكا الكم، التي تحكم عالم الذرات والجسيمات الصغيرة. يشير هذا إلى أن الفضاء الفارغ يتكون من مجال طاقة خلفي متقلب - مما يؤدي إلى ظهور موجات وجسيمات افتراضية تظهر وتختفي. يمكنهم حتى تكوين قوة صغيرة. لكن ماذا عن المساحات الفارغة واسعة النطاق؟

ج: حقيقة أن الفضاء الفارغ يمارس قوة على نطاق واسع تم اكتشافه منذ 20 عامًا. اكتشف علماء الفلك أن تمدد الكون يتسارع. كانت مفاجأة. كان التوسع معروفًا منذ أكثر من 50 عامًا، لكن الجميع توقع أن يتباطأ بسبب قوة الجاذبية التي تمارسها المجرات وغيرها من الهياكل على بعضها البعض. لذلك كانت مفاجأة كبيرة أن نجد أن هذا التباطؤ بسبب الجاذبية قد تجاوزه شيء "يدفع" التمدد. هناك، إذا جاز التعبير، طاقة كامنة في الفضاء الفارغ نفسه، والتي تسبب نوعًا من التنافر الذي يتجاوز جاذبية الثقالة مثل هذه المقاييس الكبيرة. هذه الظاهرة - تسمى الطاقة المظلمة - هي أكثر مظاهر دراماتيكية لحقيقة أن الفضاء الفارغ ليس عديم الملامح ولا صلة له بالموضوع. في الواقع، إنها تحدد مصير كوننا على المدى الطويل.

س: لكن هل هناك حدود لما يمكن أن نعرفه؟ على نطاق أصغر تريليون مرة من الذرة، يمكن للتقلبات الكمومية في الزمكان أن تؤدي ليس فقط إلى الجسيمات الافتراضية، ولكن إلى الثقوب السوداء الافتراضية. إنه نطاق لا يمكننا ملاحظته، وحيث يتعين علينا الجمع بين نظريات الجاذبية وميكانيكا الكم لاستكشاف ما يحدث نظريًا - وهو أمر معروف بصعوبة القيام به.

ج: هناك عدة نظريات تهدف إلى فهم هذا، وأشهرها نظرية الأوتار. لكن لم تلتزم أي من هذه النظريات بالعالم الحقيقي حتى الآن - لذا فهي لا تزال مجرد تكهنات غير مختبرة. لكني أعتقد أن الجميع تقريبًا يقبل أن الفضاء نفسه يمكن أن يكون له بنية معقدة على هذا النطاق الصغير جدًا حيث تلتقي تأثيرات الجاذبية والكم.

نحن نعلم أن كوننا له ثلاثة أبعاد في الفضاء: يمكنك الذهاب من اليسار إلى اليمين، ومن الأمام إلى الخلف، ومن أعلى إلى أسفل.. لكن هناك شك قوي قد يوجد مثل البعد الرابع في أنك إذا قمت بتكبير نقطة صغيرة في الفضاء لاستكشاف هذا النطاق الصغير جدًا.. فستجده ملفوفًا بإحكام بأوريغامي في حوالي خمسة أبعاد أخرى لا نراها. يشبه الأمر نوعًا ما عندما تنظر إلى خرطوم حديقة من بعيد، تعتقد أنه مجرد خط. لكن عندما تنظر عن كثب، ترى أن أحد الأبعاد كان في الواقع ثلاثة أبعاد. تتضمن نظرية الأوتار رياضيات معقدة، مثلها مثل النظريات المنافسة. لكن هذا هو نوع النظرية التي سنحتاجها إذا أردنا أن نفهم على أعمق مستوى أقرب ما يمكن أن نتخيله من العدم: أي الفضاء الفارغ.

س: في فهمنا الحالي، كيف يمكننا أن نفسر أن كوننا بأكمله ينمو من لا شيء؟ هل يمكن حقًا أن تبدأ ببعض طاقة الفراغ المتذبذبة؟

ج: بعض التحولات أو التقلبات الغامضة يمكن أن تكون قد أدت فجأة إلى توسيع جزء من الفضاء - أو هكذا يعتقد بعض المنظرين. يمكن للتقلبات الجوهرية في نظرية الكم أن تهز الكون بأسره إذا تم تقليصها إلى نطاق صغير بما يكفي. قد يحدث هذا في زمن صغير للغاية 10 - 44 من الثانية تقريبًا - المعروف باسم زمن بلانك. إنه مقياس يتشابك فيه الزمان والمكان، لذا فإن فكرة الساعة الموقوتة لا معنى لها. يمكننا استقراء عالمنا بثقة كبيرة حتى نانو ثانية، وببعض الثقة أقرب بكثير إلى زمن بلانك. ولكن بعد ذلك، توقفت جميع الرهانات لأنه.. يجب استبدال الفيزياء على هذا المقياس بنظرية أعظم وأكثر تعقيدًا.

س: إذا كان من الممكن أن يؤدي تذبذب جزء عشوائي من الفضاء الفارغ إلى نشوء الكون، فلماذا لا يحدث نفس الشيء بالضبط في جزء آخر من الفضاء الفارغ؟ - مما أدى إلى ظهور أكوان متوازية في كون متعدد لا نهائي؟

ج: إن فكرة أن الانفجار العظيم ليس هو الفكرة الوحيدة وأن ما نراه بالتلسكوبات هو جزء ضئيل من الواقع المادي هو فكرة شائعة بين العديد من الفيزيائيين. وهناك إصدارات عديدة من الكون الدوري. لم يظهر دليل قوي على الانفجار العظيم إلا قبل 50 عامًا. ولكن منذ ذلك الحين كانت هناك تكهنات حول ما إذا كانت مجرد حلقة واحدة في كون دوري. والمفهوم القائل بأن هناك الكثير للواقع المادي أكثر من حجم المكان والزمان الذي يمكننا فهمه حتى باستخدام أقوى التلسكوبات يكتسب المزيد والمزيد من الاهتمام. لذلك نحن لا نعرف ما إذا كان هناك انفجار كبير واحد أم عدد لامتناهي منه - فهناك سيناريوهات تتنبأ بالعديد من الانفجارات الكبرى وأخرى تتنبأ بانفجار واحد فقط. أعتقد أننا يجب أن نستكشفهم جميعًا.

س: كيف سينتهي الكون؟

ج: إن أبسط تنبؤات بعيدة المدى تتنبأ بأن الكون سيستمر في التوسع بمعدل متسارع، ليصبح أكثر خواءً وأبرد. يمكن أن تتحلل الجزيئات الموجودة فيه، مما يؤدي إلى استمرار التخفيف إلى أجل غير مسمى. سننتهي، إلى حد ما، بحجم ضخم من الفضاء، لكنه سيكون أكثر إفراغًا مما هو عليه الآن. هذا أحد السيناريوهات، ولكن هناك سيناريوهات أخرى تتضمن "اتجاه" انعكاس الطاقة المظلمة من التنافر إلى الجاذبية، لذلك سيكون هناك انهيار إلى "أزمة كبيرة" أو"إنكماش عظيم"، عندما تتجه الكثافة مرة أخرى نحو اللانهاية.

هناك أيضًا فكرة، بسبب الفيزيائي روجر بنروز، مفادها أن الكون يستمر في التوسع، ويصبح أكثر تمييعًا، ولكن بطريقة ما - عندما لا يحتوي على شيء سوى الفوتونات، جسيمات الضوء - يمكن "توسيع" الأشياء، بحيث بعد هذا التخفيف الهائل، يصبح الفضاء بطريقة ما هو المولد لانفجار عظيم جديد. لذا فهي نسخة غريبة إلى حد ما من الكون الدوري القديم - لكن من فضلك لا تسألني أن أشرح أفكار بنروز.

س: ما مدى اقتناعك بأن العلم يمكنه أخيرًا فك شفرة ما هو لا شيء؟ حتى لو تمكنا من إثبات أن كوننا ولد من تذبذب غريب في مجال الفراغ، ألا يجب أن نسأل أنفسنا من أين أتى هذا الحقل الفراغي؟

ج: يحاول العلم الإجابة على الأسئلة، ولكن في كل مرة نجيب عليها تظهر أسئلة جديدة - لن نحصل على الصورة الكاملة أبدًا. عندما بدأت بحثي في أواخر الستينيات، كان السؤال عما إذا كان هناك انفجار كبير مثيرًا للجدل. الآن لم يعد هذا مثيرًا للجدل، ويمكننا أن نقول بدقة حوالي 2٪ ما هي الدقة بدا الكون من 13.8 مليار سنة الحالية إلى نانوثانية. هذا تقدم هائل. لذلك ليس من التفاؤل عبثًا الاعتقاد بأنه في الخمسين عامًا القادمة سيتم فهم المشكلات الصعبة المتعلقة بما يحدث في العصر الكمي أو "التضخم".

لكن بالطبع، هذا يثير سؤالًا آخر: ما مقدار العلم الذي سيكون متاحًا للدماغ البشري؟ قد يتضح، على سبيل المثال، أن رياضيات نظرية الأوتار هي بطريقة ما وصف صحيح للواقع، لكننا لا نستطيع أبدًا فهمها جيدًا بما يكفي للتحقق منها مقابل أي ملاحظة حقيقية. ثم قد نضطر إلى انتظار ظهور نوع من ما بعد البشر أو البشر الآلهة للحصول على فهم أكمل. لكن يجب على أي شخص يتأمل هذه الألغاز أن يفهم أن الفضاء الفارغ للفيزيائي - الفراغ - ليس هو نفسه أـلــ "لا شيء" الذي تحدث عنه الفلاسفة.

نظرية الكون الموازي ليست مجرد رياضيات - إنها علم يمكن اختباره: كما قال يوجين ليم المحاضر في فيزياء الجسيمات النظرية وعلم الكونيات، كينجز كوليدج لندن.

قد يبدو وجود الأكوان المتوازية وكأنه شيء اخترعه كتاب الخيال العلمي، مع القليل من الأهمية للفيزياء النظرية الحديثة. لكن فكرة أننا نعيش في "أكوان متعددة" مكونة من عدد لا حصر له من الأكوان المتوازية اعتُبرت احتمالًا علميًا منذ فترة طويلة - على الرغم من أنها لا تزال موضع نقاش حاد بين علماء الفيزياء. السباق مستمر الآن لإيجاد طريقة لاختبار النظرية، بما في ذلك البحث في السماء عن علامات الاصطدام مع أكوان أخرى.

من المهم أن تضع في اعتبارك أن وجهة نظر الكون المتعدد ليست في الواقع نظرية، بل هي نتيجة لفهمنا الحالي للفيزياء النظرية. هذا التمييز أمر بالغ الأهمية. لم نلوح بيدنا وقلنا، "ليكن كون متعدد". بدلاً من ذلك، فإن فكرة أن الكون ربما يكون واحدًا من اللانهاية مشتقة من النظريات الحالية مثل ميكانيكا الكم ونظرية الأوتار.

تفسير العوالم المتعددة:

ربما سمعت عن تجربة قطة شرودنغر الفكرية، وهو حيوان أليف يعيش في صندوق مغلق. يتيح لنا فتح الصندوق متابعة إحدى القصص المستقبلية المحتملة لقطتنا، بما في ذلك قصة يكون فيها القط ميتًا وحيًا. السبب الذي يجعل الأمر يبدو مستحيلًا هو ببساطة لأن حدسنا البشري لا يعرف ذلك.

لكن هذا ممكن تمامًا وفقًا للقواعد الغريبة لميكانيكا الكم. سبب حدوث ذلك هو أن مساحة الاحتمالات في ميكانيكا الكم ضخمة. رياضياتيا، الحالة الميكانيكية الكمومية هي مجموع (أو تراكب) جميع الحالات الممكنة. في حالة قطة شرودنغر، القطة هي تراكب الحالتين "الميتة" و "الحية".

ولكن كيف نفسر هذا ليكون منطقيًا عمليًا؟ هناك طريقة شائعة تتمثل في عرض كل هذه الاحتمالات كأجهزة محاسبية بحيث تكون حالة القط الوحيدة "الحقيقية الموضوعية" هي الحالة التي نلاحظها. ومع ذلك، يمكن للمرء أيضًا أن يختار قبول حقيقة أن كل هذه الاحتمالات صحيحة، وأنها موجودة في أكوان مختلفة من كون متعدد.

مُنظّر الوترفي نظرية الأوتار:

تعتبر نظرية الأوتار الفائقة من أكثر السبل الواعدة، إن لم تكن الأكثر قدرة، على توحيد ميكانيكا الكم والجاذبية. من المعروف أنه أمر صعب لأن قوة الجاذبية يصعب وصفها على المقاييس الصغيرة مثل تلك الموجودة في الذرات والجسيمات دون الذرية - وهو علم ميكانيكا الكم. لكن نظرية الأوتار، التي تنص على أن جميع الجسيمات الأساسية مصنوعة من أوتار أحادية البعد، يمكنها وصف جميع قوى الطبيعة المعروفة في وقت واحد: الجاذبية، والكهرومغناطيسية، والقوى النووية.

ومع ذلك، لكي تعمل نظرية الأوتار رياضياتيًا، فإنها تتطلب عشرة أبعاد فيزيائية مكانية على الأقل. نظرًا لأنه لا يمكننا إلا أن نلاحظ أربعة أبعاد: الارتفاع والعرض والعمق (كل مكاني) والوقت (الزمني)، لذلك يجب إخفاء الأبعاد الإضافية لنظرية الأوتار بطريقة ما إذا كانت صحيحة. من أجل التمكن من استخدام النظرية لشرح الظواهر الفيزيائية التي نراها، يجب "ضغط" هذه الأبعاد الإضافية من خلال تقليصها بطريقة تجعلها أصغر من أن تُرى. ربما لكل نقطة في أبعادنا الأربعة الكبرى، هل هناك ستة اتجاهات إضافية لا يمكن تمييزها؟

هناك مشكلة، أو قد يقول البعض، إحدى سمات نظرية الأوتار هي أن هناك العديد من الطرق للقيام بهذا الدمج - 10500 احتمال هو رقم مروج له بشكل عام. سينتج عن كل من هذه الانضغاطات كونًا له قوانين فيزيائية مختلفة - مثل الكتل المختلفة للإلكترونات وثوابت الجاذبية المختلفة. ومع ذلك، هناك أيضًا اعتراضات قوية تستخدم لمنهجية الدمج، لذا فإن السؤال لم يتم تسويته تمامًا.

لكن بالنظر إلى هذا، فإن السؤال الواضح هو: في أي من هذه الاحتمالات الطبيعية نعيش؟ لا توفر نظرية الأوتار نفسها آلية للتنبؤ بهذا، مما يجعلها عديمة الفائدة لأننا لا نستطيع اختبارها. لكن لحسن الحظ، فإن فكرة من دراستنا لعلم الكون المبكر حولت هذا الخطأ إلى ميزة.

الكون البدائي:

في بداية الكون، بعد الانفجار العظيم مباشرة، شهد الكون فترة من التوسع المتسارع تسمى التضخم. تم التذرع بالتضخم في الأصل لشرح سبب كون المراقبة الحالي متماثلًا تقريبًا في درجة الحرارة. ومع ذلك، تنبأت النظرية أيضًا بمجموعة من التقلبات في درجات الحرارة حول هذا التوازن والتي تم تأكيدها لاحقًا من قبل العديد من المركبات الفضائية مثل Cosmic Background Explorer و Wilkinson Microwave Anisotropy Probe و PLANCK المركبة الفضائية.

في حين أن التفاصيل الدقيقة للنظرية لا تزال محل نقاش ساخن، فإن التضخم مقبول على نطاق واسع من قبل الفيزيائيين. ومع ذلك، فإن نتيجة هذه النظرية هي أنه لا بد من وجود أجزاء أخرى من الكون لا تزال تتسارع. ومع ذلك، بسبب التقلبات الكمومية في الزمكان، فإن بعض أجزاء الكون لا تصل أبدًا إلى الحالة النهائية للتضخم. هذا يعني أن الكون المرئي، على الأقل وفقًا لفهمنا الحالي، منتفخ إلى الأبد. لذلك يمكن أن تصبح بعض الأجزاء أكوانًا أخرى، والتي يمكن أن تصبح أكوانًا أخرى وما إلى ذلك. تولد هذه الآلية عددًا لا نهائيًا من الأكوان.

بدمج هذا السيناريو مع نظرية الأوتار، من الممكن أن يكون لكل من هذه الأكوان انضغاط مختلف إضافي الأبعاد وبالتالي لها قوانين فيزيائية مختلفة.

الخلفية الكونية الميكروية. البحث عن موجات الجاذبية وعلامات الاصطدام مع الأكوان الأخرى. اختبار النظرية:

تعيش الأكوان التي تنبأت بها نظرية الأوتار والتضخم في نفس الفضاء المادي (على عكس العديد من الأكوان الميكانيكية الكمومية التي تعيش في الفضاء الرياضياتي)، يمكن أن تتداخل أو تتصادم. في الواقع، يجب أن يصطدموا حتما، تاركين بصمات محتملة في السماء الكونية يمكننا محاولة العثور عليها.

تعتمد التفاصيل الدقيقة للتوقيعات بشكل وثيق على الأنماط - بدءًا من البقع الباردة أو الساخنة في الخلفية الكونية الميكروية إلى الفراغات الشاذة في توزع المجرات. ومع ذلك، نظرًا لأن الاصطدام مع الأكوان الأخرى يجب أن يحدث في اتجاه معين، فمن المتوقع عمومًا أن يكسر أي توقيع انتظام كوننا المرئي.

يسعى العلماء بنشاط إلى هذه التواقيع. يبحث البعض عنها مباشرة من خلال البصمات الموجودة في الخلفية الكونية الميكروية، الشفق اللاحق للانفجار العظيم. ومع ذلك، لم يتم رؤية مثل هذا التوقيع حتى الآن. يبحث آخرون عن دعم غير مباشر مثل موجات الجاذبية، والتي هي تموجات في الزمكان عندما تمر الأجسام الضخمة من خلالها. يمكن لمثل هذه الموجات أن تثبت بشكل مباشر وجود التضخم، مما يعزز في النهاية دعم نظرية الأكوان المتعددة.

تشير فيزياء الكم إلى أن الموت غير موجود وربما مجرد وهم:

كان الإنسان دائمًا فضوليًا بشأن ما يحدث بعد الموت. هناك، بالطبع، العديد من الإجابات الشائعة على هذا السؤال، لكن ربما أضاف العلماء للتو عددًا لا نهائيًا من الاحتمالات الأخرى، فقط لزعزعة الأمور. يقول الدكتور روبرت لانزا، أن الموت هو في الواقع مدخل يؤدي إلى عدد لا حصر له من الأكوان. يقول لانزا أيضًا أنه خلال حياتنا، يحدث كل شيء يمكن أن يحدث في الكون. ومضى يقول إن الموت غير موجود في هذه المواقف لأن كل شيء يحدث في نفس الوقت. فقط لأن الطاقة تتحرك عبر دماغنا نعتقد أن وعينا مرتبط بجسمنا.

في كتابه "Biocentrism: كيف إن الحياة والوعي هما مفتاحان فهم طبيعة الكون"، يقول أن الحياة والوعي هما مفتاح فهم طبيعة الكون. أثار هذا الكثير من الجدل على الإنترنت، لأن نظريته عن الحياة الأبدية مختلفة تمامًا عن الأفكار المعتادة حول الحياة والموت.

يتمتع لانزا بخبرة واسعة في مجال الخلايا الجذعية من خلال عمله في الطب التجديدي وكبير المسؤولين العلميين في شركة Advances Cell Technology Company. كما أنه مهتم أكثر بالفيزياء وميكانيكا الكم والفيزياء الفلكية أكثر من ذي قبل. خلال بحثه حول هذه الموضوعات، توصل إلى نظريته الجديدة عن المركزية الحيوية عن طريق الصدفة.

تقول المركزية الحيوية أن الحياة والوعي جزءان مهمان من كيفية عمل الكون. يعتقد أيضًا أن الكون المادي تم إنشاؤه بواسطة وعينا، وليس العكس. يعتقد أنه عندما نموت، ينكسر الخيط الذي يربط العقل والجسد معًا. عندما يحدث هذا، نفقد أيضًا الإحساس بمكان وزمن وجودنا. "في الواقع، تشير المركزية الحيوية إلى أن التنوع يؤدي إلى جميع الاحتمالات المادية. بدأ المزيد والمزيد من علماء الفيزياء بقبول تفسير "العوالم المتعددة" لفيزياء الكم، والذي ينص على وجود عدد لا حصر له من الأكوان.

كل ما يمكن أن يحدث يحدث بالفعل في الكون. لا يوجد الموت في هذه السيناريوهات لأنها كلها موجودة في وقت واحد بغض النظر عما يحدث في أي منها. الشعور بـ "أنا" هو مجرد طاقة تعمل في الدماغ. لكن الطاقة لا تموت أبدا. ولا يمكن تدميرها.

على الرغم من أن أفكاره مجرد نظريات، أعتقد أنها مثيرة للاهتمام للتفكير فيها. على الرغم من أننا لا نستطيع أبدًا التأكد مما سيحدث بعد ذلك، يبدو أنه على الجانب الآخر، ربما زاد عدد الاحتمالات لدينا إلى أجل غير مسمى. بغض النظر عن رأيك، تمتلك فيزياء الكم بعض الأفكار الرائعة حول الأشياء التي لا نعرفها عن العالم، وسيكون كتاب لانزا رائعًا للقراءة، على أقل تقدير. تحتوي هذه الفقرة على معلومات من مركزية الحياة لروبرت لانزا. من الصعب التكهن بما إذا كنا سنكون قادرين على إثبات وجوده. ولكن بالنظر إلى الآثار الهائلة لمثل هذا الاكتشاف، فمن المؤكد أنه يستحق البحث.

مصير الكون: الموت الحراري، التمزق الكبير أو الوعي الكوني؟

سوف تبقى الثقوب السوداء قبل أن يدخل الكون في الموت. لكن القصة لا تنتهي عند هذا الحد..

من خلال جمع عدد متزايد من القرائن، يقترب علماء الكونيات من فهم المستقبل والمصير النهائي للكون. وأخشى أن الأخبار ليست جيدة. سيتوقف تشكل النجوم وستتولى الثقوب السوداء زمام الأمور حتى تتبخر في النهاية إلى العدم. قد يكون هناك "تمزق كبير" في الأفق. ولكن بالنسبة لأولئك الذين لا يمانعون في انتظار 10 10 أو 5010 عامًا أخرى أو نحو ذلك، فقد تبدأ الأمور في الظهور حيث قد يقع عدد من الأحداث الغريبة.

ولكن قبل التفكير في الأحداث العشوائية في المستقبل البعيد جدًا، فلنبدأ بما نعرفه عن الماضي والحاضر.

الماضي:

السبب في قدرتنا على دراسة التطور السابق للكون هو أن علم الفلك يشبه في بعض النواحي علم الآثار. صراحةً: كلما ابتعدنا عن كوكبنا، كلما عدنا بالزمن إلى الوراء في الكون. وعندما نعود بالزمن بعيدًا، نجد أن المجرات أقرب إلى بعضها البعض مما هي عليه الآن. على الرغم من وجود دليل واحد فقط من بين العديد من الأدلة، فإن هذه الملاحظة - إلى جانب نظرية النسبية العامة لأينشتاين - تعني أن الكون بدأ بانفجار كبير وأنه استمر في التوسع منذ ذلك الحين.

الحاضر:

في نهاية القرن الماضي، كانت إحدى أكثر المشاكل إلحاحًا في علم الكونيات الحديث هي قياس معدل تباطؤ الكون. بالنظر إلى مقدار الكتلة المرصودة في الكون، كان يُعتقد أن هذا قد يكون كافيًا للتسبب في انكماش محتمل في التمدد.

من اللافت للنظر أن فريقين مستقلين من العلماء وجدوا عكس ذلك تمامًا. لم يكن الكون يبطئ تمدده، بل كان يتسارع. أدى هذا الاكتشاف العميق إلى الحصول على جائزة نوبل في الفيزياء عام 2011. ومع ذلك، لا يزال فهم آثاره يمثل تحديًا. تتمثل إحدى طرق التفكير في الكون المتسارع في أنه يجب أن يكون هناك نوع من المادة (أو المجال) يتخلل الكون ويمارس ضغطًا سلبيًا (أو الجاذبية الطاردة). نسمي هذه الطاقة المظلمة أو السوداء أو المعتمة.

قد يبدو هذا بعيد المنال بعض الشيء، لكن تم إجراء تجارب مستقلة لتأكيد تسارع الكون ووجود الطاقة المظلمة. بدءًا من عام 2006، شاركت في استطلاع WiggleZ للطاقة المظلمة - وهي تجربة علمية لتأكيد التسارع بشكل مستقل. لم نشهد حدوث التسارع فحسب، بل قدمنا أدلة دامغة على أن السبب كان الطاقة المظلمة. لقد لاحظنا أن الطاقة المظلمة تؤخر نمو التجمعات الهائلة من المجرات.

يوفر معدل نمو التجمعات العملاقة مثل برج العذراء دليلاً قوياً على وجود الطاقة المظلمة. لذلك اقترحنا أن الطاقة المظلمة حقيقية. إذا كان مفهوم الطاقة المظلمة وقوة جاذبيتها البغيضة غريبًا جدًا، فإن البديل الذي يجب مراعاته هو أنه ربما تحتاج نظرية الجاذبية إلى تعديل. يمكن تحقيق ذلك بنفس الطريقة التي طورت بها النسبية الجاذبية النيوتونية. في كلتا الحالتين، نحتاج إلى فيزياء جديدة لشرحها.

المستقبل:

قبل الانتقال إلى المستقبل البعيد، سأذكر دراسة أخرى ذات صلة: GAMA. باستخدام هذا التحقيق، اكتشفنا أن الكون "يموت" ببطء. بعبارة أخرى: لقد تجاوزنا حقبة ذروة تشكل النجوم، والكون يتلاشى بالفعل. يمكن التنبؤ بالمستقبل "القريب" بدرجة من اليقين. في غضون خمسة مليارات سنة، ستدخل الشمس مرحلة العملاق الأحمر. لسوء الحظ، بعد ما لا يزيد عن ملياري سنة بعد ذلك، ستستهلك الأرض. بعد ذلك، تصبح القوة النسبية للطاقة المظلمة وتغيرها بمرور الوقت أمرًا مهمًا. كلما زادت قوة تنافر الطاقة المظلمة وتسارعها، زاد احتمال تعرض الكون لتمزق كبير. لنقولها بصراحة: التمزق الكبير هو ما يحدث عندما تكون القوة الطاردة للطاقة المظلمة قادرة على التغلب على الجاذبية (وكل شيء آخر). الأجسام المرتبطة بالجاذبية (مثل عنقودنا الفائقة المحلية، مجرتنا درب التبانة، نظامنا الشمسي، وفي النهاية أنفسنا) تتفكك وكل ما تبقى هو (على الأرجح) بقع وحيدة من الفراغ. لا تستبعد البيانات المأخوذة من مسح WiggleZ والتجارب الأخرى حدوث التمزق الكبير، ولكنها تدفع به إلى المستقبل البعيد بشكل استثنائي (إن وجد).

الأمر الأكثر إلحاحًا هو الموت الحراري للكون. مع استمرار الكون في التوسع، لن نتمكن بعد الآن من رصد المجرات خارج مجموعتنا المحلية (في غضون 100 مليون سنة). سيتوقف تشكل النجوم بعد ذلك في حوالي 1 إلى 100 تريليون سنة، حيث سيتم استنفاد إمدادات الغاز اللازمة. على الرغم من وجود نجوم حولها، إلا أن وقودها سينفد في حوالي 120 تريليون سنة. كل ما تبقى في هذه المرحلة هو بقايا نجمية: الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية والأقزام البيضاء هي أمثلة رئيسية. في غضون مائة كوينتيليون (10 20) سنة، سوف تبتلع الثقوب السوداء الهائلة في قلب المجرات معظم هذه الأجسام.

بهذه الطريقة، سيصبح الكون أكثر قتامة وهدوءًا حتى لا يحدث الكثير. ما سيحدث بعد ذلك سيعتمد على مدى سرعة تحلل المادة في الكون. يُعتقد أن البروتونات، التي تشكل الذرات جنبًا إلى جنب مع النيوترونات والإلكترونات، تتحلل تلقائيًا إلى جسيمات دون ذرية إذا انتظرت لفترة طويلة بما فيه الكفاية. تم حساب الوقت اللازم لاختفاء جميع المواد العادية بحوالي 10 40 عامًا. أبعد من ذلك، ستبقى الثقوب السوداء فقط. وحتى أنها سوف تتبخر بعد حوالي 10100 عام.

في هذه المرحلة، سيكون الكون شبه فارغ. الجسيمات المتبقية، مثل الإلكترونات وجسيمات الضوء (الفوتونات)، تكون متباعدة جدًا بسبب توسع الكون ونادرًا ما تتفاعل، إن وجدت. هذا هو الموت الحقيقي للكون، الملقب بـ "الموت بالحرارة" أو الموت الحراري.

تأتي الفكرة من القانون الثاني للديناميكا الحرارية، الذي ينص على أن الانتروبيا - مقياس "الفوضى" أو عدد الطرق التي يمكن بها تنظيم النظام - تتزايد دائمًا. سيتطور أي نظام، بما في ذلك الكون، في النهاية إلى حالة من الفوضى القصوى - تمامًا مثل مكعب السكر الذي يذوب دائمًا في فنجان من الشاي ولكنه يستغرق وقتًا طويلاً بشكل لا يصدق للعودة بشكل عشوائي إلى هيكل مكعب مرتب. عندما يتم توزيع كل الطاقة في الكون بالتساوي، لا يوجد مزيد من الحرارة أو الطاقة الحرة لتشغيل العمليات التي تستهلك الطاقة، مثل الحياة.

أدمغة بولتزمان والانفجارات الكبيرة الجديدة:

كل ما سبق يبدو غامقًا جدًا على أقل تقدير. لذلك سوف أنهي هذا المقال بملاحظة تخمينية للغاية، وربما خاطئة تمامًا، وغير قابلة للاختبار تمامًا، ولكنها أكثر إيجابية.

قد يكون المستقبل البعيد للكون غريبًا نوعًا ما:

وفقًا للقواعد الغريبة لميكانيكا الكم، يمكن أن تنشأ الأشياء العشوائية من الفراغ. وهي ليست مجرد شذوذ رياضياتي: فوجود الجسيمات التي تظهر فجأة ثم تختفي مرة أخرى يتم ملاحظته باستمرار في تجارب فيزياء الجسيمات. ومع ذلك، لا يوجد سبب يمنع ما يسمى بـ "التقلبات الكمومية" من تكوين ذرة كاملة.

حتى أنه كانت هناك تكهنات بأنه يمكن إنشاء "دماغ"، يُطلق عليه اسم دماغ بولتزمان، في هذا السياق. ماهو الإطار الزمني لظهور مثل هذا الشيء؟ حسنًا، تم حساب ذلك عند 10 10 و 1056 عامًا. 10 10 10 56 ans

وانفجار كبير جديد؟ يمكن أن يحدث في 1056 10 10 سنة. 10 10 10 56 ans

***

د. جواد بشارة

الكون المتعدد:

أظهر الباحثون بنموذجهم أن عالمين متفاعلين يمكنهما إلغاء السلوك المتوقع للثوابت الكونية المختلفة. وجدوا أن التفاعلات تؤدي إلى سلوك تحكمه ثوابت كونية مشتركة أصغر بكثير من الثوابت الفردية.

يتجنب حساب الثابت الكوني الفعال المشكلة التي يواجهها الباحثون بقيمهم التقريبية السريعة بسبب حقيقة أن الاختلافات بين الكونتين تلغي بعضهما البعض بمرور الوقت.

يقول بارهيزكار: "لا ندعي أبدًا أنه يحل مشكلة الثابت الكوني". لنكون صادقين، هذا بيان متعجرف للغاية. إنها مجرد نظرة عامة جيدة أنه إذا كان لديك كونان بهما ثوابت كونية ضخمة - مثل 120 مرتبة من الحجم أكبر مما نلاحظه - وإذا جمعت بينهما، فلا تزال هناك فرصة للحصول على ثابت كوني فعال صغير جدًا لهما. "

باتباع هذا المنظور الجديد، تعمق Galitski و Parhizkar في نموذج أكثر تفصيلاً لعالمين متفاعلين، يطلق عليهما "عالمان". كل من هذه العوالم مستقلة وفقًا لمعاييرنا العادية، ويتكون كل منها من مجموعات مقابلة من كل المادة وجميع المجالات.

بالإضافة إلى ذلك، فقد شملوا الحقول التي تعيش في كلا العالمين في وقت واحد، والتي أطلقوا عليها "حقول البرمائيات".

الباحثون مفتونون بالنتائج الإضافية الناتجة عن نموذجهم الجديد. اكتشفوا أن جزءًا من النموذج يشبه مناطق مهمة من الواقع عندما وضعوا الحسابات معًا.

يشير نموذج للعالمين أكثر تفصيلاً من أي نموذج موجود سابقًا إلى أن ثابتًا كونيًا صغيرًا يمكن تفسيره من خلال عالمين ويقدم تفاصيل حول كيفية قيام العالمين بصياغة توقيعاتهم الخاصة على إشعاع الخلفية الكونية، والذي استمر منذ فجر التاريخ.

قد تكشف القياسات في الظروف الحقيقية عن هذا التوقيع أو لا تكشفه على الإطلاق. لذلك، قد يستحق هذا المنظور المستوحى من الجرافين مزيدًا من الاهتمام في التجارب المستقبلية، أو قد يكون مجرد إضافة مثيرة للاهتمام لصناديق ألعاب علماء الفيزياء.

اختبرنا نظرية أينشتاين في الجاذبية على مقياس الكون - هذا ما وجدناه. كل شيء في الكون له جاذبية - ويشعر بها أيضًا. ومع ذلك، فإن هذه القوة الأساسية الأكثر شيوعًا هي أيضًا التي تشكل أكبر التحديات لعلماء الفيزياء. كانت نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين ناجحة بشكل ملحوظ في وصف جاذبية النجوم والكواكب، ولكن لا يبدو أنها تنطبق تمامًا على جميع المقاييس.

لقد مرت النسبية العامة سنوات عديدة من الاختبارات القائمة على الملاحظة، من قياس إدينجتون لانحراف ضوء النجوم بواسطة الشمس في عام 1919 إلى الاكتشاف الأخير لموجات الجاذبية. ومع ذلك، تبدأ الفجوات في فهمنا بالظهور عندما نحاول تطبيقها على مسافات صغيرة للغاية، حيث تعمل قوانين ميكانيكا الكم، أو عندما نحاول وصف الكون بأكمله.

اختبرت دراستنا الجديدة، المنشورة في مجلة Nature Astronomy، نظرية أينشتاين على أكبر المقاييس. نعتقد أن نهجنا يمكن أن يساعد يومًا ما في حل بعض أعظم الألغاز في علم الكونيات، وتشير النتائج إلى أن نظرية النسبية العامة قد تحتاج إلى تعديل على هذا المقياس. تتنبأ نظرية الكم بأن الفضاء الفارغ، الفراغ، مليء بالطاقة. لا نلاحظ وجودها لأن أجهزتنا يمكنها فقط قياس التغيرات في الطاقة بدلاً من مقدارها الإجمالي. ومع ذلك، وفقًا لأينشتاين، فإن طاقة الفراغ لها جاذبية مثيرة للاشمئزاز - فهي تفصل مناطق الفضاء الفارغ عن بعضها. ومن المثير للاهتمام أنه في عام 1998 تم اكتشاف أن توسع الكون كان يتسارع بالفعل (اكتشاف نال جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2011). ومع ذلك، فإن كمية طاقة الفراغ، أو الطاقة المظلمة كما تم تسميتها، اللازمة لتفسير التسارع هي من حيث الحجم أقل مما تنبأت به نظرية الكم.

ومن هنا فإن السؤال الكبير، الذي أطلق عليه اسم "مشكلة الثابت الكوني القديم"، هو ما إذا كانت طاقة الفراغ تنجذب بالفعل - مما يؤدي إلى قوة الجاذبية وتغيير تمدد الكون.

إذا كان الأمر كذلك، فلماذا تكون جاذبيتها أقل بكثير مما كان متوقعًا؟ إذا لم ينجذب الفراغ إطلاقا، فما الذي يسبب التسارع الكوني؟

لا نعرف ما هي الطاقة المظلمة، لكن علينا أن نفترض أنها موجودة لتفسير توسع الكون. وبالمثل، يجب أن نفترض أيضًا وجود نوع من المادة غير المرئية، تسمى المادة السوداء أو المظلمة، لشرح كيف تطورت المجرات والعناقيد إلى كيفية رصدنا لها اليوم.

تم تضمين هذه الافتراضات في النظرية الكونية القياسية للعلماء، والتي تسمى نموذج لامدا للمادة المظلمة الباردة (LCDM) - مما يشير إلى وجود 70٪ من الطاقة المظلمة و 25٪ من المادة السوداء و 5٪ من المادة العادية في الكون. وقد حقق هذا النموذج نجاحًا ملحوظًا في ملاءمة جميع البيانات التي جمعها علماء الكونيات على مدار العشرين عامًا الماضية.

لكن حقيقة أن معظم الكون يتكون من قوى ومواد مظلمة، تأخذ قيمًا غريبة لا معنى لها، جعلت العديد من الفيزيائيين يتساءلون عما إذا كانت نظرية أينشتاين في الجاذبية بحاجة إلى تعديل لوصف الكون بأكمله.

حدث تطور جديد قبل بضع سنوات عندما أصبح واضحًا أن طرقًا مختلفة لقياس معدل التوسع الكوني، والتي يُطلق عليها اسم ثابت هابل، أعطت إجابات مختلفة - وهي مشكلة تُعرف باسم توتر هابل.

التفريغ، أو التوتر، يقع بين قيمتين من ثابت هابل. الأول هو الرقم الذي تنبأ به النموذج الكوني LCDM، والذي تم تطويره لمطابقة بيانات علماء الفيزياء الذين يقولون: نحن على وشك اكتشاف البعد الخامس وسيغير كل ما نعرفه عن الفيزياء.

يُسأل العلماء أحيانًا عما إذا كانوا يجرون تجارب جديدة في المختبر أو يواصلون تكرار التجارب السابقة بنتائج يمكن التنبؤ بها. في حين أن معظم العلماء يفعلون الشيء الأول، فإن النمو العلمي يعتمد أيضًا على الثاني والتحقق مما إذا كان ما نعتقد أننا نعرفه لا يزال صحيحًا في ضوء المعلومات الجديدة.

قام المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) بفحص بنية وخصائص السيليكون الذي تمت دراسته كثيرًا في تجارب جديدة، وقدمت النتائج نظرة ثاقبة للمكان المحتمل للكشف عن "القوة الخامسة". وفقًا لبيان صحفي، يمكن أن يساعدنا ذلك في فهم كيفية عمل الطبيعة بشكل أفضل.

بعبارات بسيطة، نحتاج فقط إلى ثلاثة أبعاد للفضاء، وهي الشمال والجنوب والشرق والغرب والأعلى للأسفل، الطول والعرض والارتفاع، وبُعد واحد للزمن، أي الماضي - المستقبل، لفهم العالم. ومع ذلك، كما جادل ألبرت أينشتاين في نظريته عن الجاذبية، فإن الكتلة تشوه أبعاد الزمكان.

وفقًا لـ BBC Science Focus، اقترح أوسكار كلاين وثيودور كالوزا في عشرينيات القرن الماضي فرضية خماسية الأبعاد لشرح قوى الطبيعة، بالإضافة إلى الجاذبية، القوة الكهرومغناطيسية الوحيدة المعروفة. ومع ذلك، فقد أدى اكتشاف القوى النووية القوية والضعيفة إلى تقدم فرضية كلاين وكلوزا، والتي تم دمجها مع القوى الكهرومغناطيسية لتطوير النموذج القياسي، والذي يفسر معظم الأحداث الطبيعية وليس كلها.

بينما يلجأ الفيزيائيون إلى نظرية الأوتار لشرح سبب ضعف الجاذبية، فإن فكرة البعد الخامس الواسع عادت للظهور، مما قد يفسر أيضًا وجود المادة المظلمة.

لفهم التركيب البلوري للسيليكون بشكل أفضل، قصفه باحثو NIST بالنيوترونات وقاموا بتقييم كثافة وزوايا وشدة هذه الجسيمات لاستخلاص استنتاجات حول الهيكل.

تتولد الموجات الواقفة بين صفوف أو صفائح الذرات وفوقها عندما تمر النيوترونات عبر التركيب البلوري. عندما تلتقي هذه الموجات، فإنها تنتج أنماطًا صغيرة تعرف باسم اهتزازات pendellösung، والتي توفر معلومات حول القوى التي تواجهها النيوترونات داخل الهيكل.

يتم توصيل كل قوة بواسطة الجسيمات الحاملة، التي يتناسب مداها مع كتلتها.

ونتيجة لذلك، فإن الجسيم عديم الكتلة، مثل الفوتون، له مدى لانهائي والعكس صحيح. إن تحديد النطاق الذي يمكن للقوة أن تعمل فيه يحد أيضًا من قوتها. تمكنت التجارب الحديثة من الحد من قوة القوة الخامسة المفترضة على مقياس طول من 0.02 إلى 10 نانومتر، مما يوفر نطاقًا للبحث فيه عن البعد الخامس الذي تعمل فيه هذه القوة.

قد يؤدي المزيد من البحث في هذا المجال قريبًا إلى اكتشاف البعد الخامس، ولأول مرة في المدارس، يجب على معلمي الفيزياء، مثل الطلاب، التركيز على مفهوم مجرد.

أصبحت الثقوب السوداء أكثر غموضًا، لكنها أكثر قابلية للفهم:

الثقوب السوداء والصور المجسمة أو الهولوغرام: نظرية جديدة تغير فهمنا للكون طرحها عالم الفلك أريان ماري ويدعمها علماء آخرون. يعتقد العلماء أساسًا أن الثقوب السوداء تشبه إلى حد ما الصور المجسمة، حيث يتم ترميز جميع المعلومات اللازمة لإنتاج صورة ثلاثية الأبعاد على سطح ثنائي الأبعاد. هذا وفقًا لبحث جديد يربط بين نظريتين متعارضتين نُشرت في مجلة Physical Review X.

كما تملي نظريات الكم، يمكن أن تكون الثقوب السوداء معقدة بشكل لا يصدق وتحتوي على كمية هائلة من المعلومات ثنائية الأبعاد، على غرار أكبر محركات الأقراص الصلبة الموجودة اليوم.

تتوافق هذه الفكرة الدقيقة مع نظرية النسبية لأينشتاين، التي تصف الثقوب السوداء بأنها ثلاثية الأبعاد وبسيطة وكروية وسلسة، وهو ما تمكنا بالفعل من رؤيته عندما أصدر علماء الفلك أول صورة لثقب أسود في عام 2019. بعبارة أخرى، تبدو الثقوب السوداء ثلاثية الأبعاد، تمامًا مثل الصور المجسمة.

بالنسبة لعلماء الفيزياء الفلكية، تشكل الثقوب السوداء تحديات نظرية صعبة لأسباب عديدة. هم، من جانبهم، ممثلون ممتازون للمفارقات العظيمة للفيزياء النظرية من خلال الجمع بين مبادئ نظرية أينشتاين للنسبية العامة مع مبادئ فيزياء الجاذبية الكمومية.

وفقًا للنظرية الحالية، فإن الثقوب السوداء هي أجسام بسيطة بدون أي معلومات. وفقًا لفيزياء الكم، كما أخبرنا البحث النظري من قبل جاكوب بيكينشتاين وستيفن هوكينغ، فهي أكثر الأنظمة الموجودة تعقيدًا والمعروفة في الكون، لأنها تتميز بانتروبيا هائلة، والتي تقيس مدى تعقيد النظام، وبالتالي فهي تحتوي على الكثير من المعلومات. لدراسة الثقوب السوداء، استخدم مؤلفا الدراسة الجديدة، فرانشيسكو بينيني وباولو ميلان - علماء من SISSA (المدرسة الدولية للدراسات المتقدمة) و INFN (Instituto Nazionale de Fisica Nucleare) - فكرة تأسست هناك منذ 30 عامًا تسمى المبدأ الهولوغرافي.

في الدراسات الجديدة، أوضح الباحثون أن هذا المبدأ المبتكر والمعارض إلى حد ما يقترح أنه يمكن التعبير عن سلوك الجاذبية في منطقة معينة من الفضاء بدلاً من ذلك من خلال نظام معقد، يعيش فقط على طول حافة هذه المنطقة، لذلك، يوجد في بعد واحد أقل.

قبل كل شيء، أوضح الباحثون أنه في هذا الوصف البديل (المعروف باسم التصوير المجسم)، لا تظهر الجاذبية بشكل صريح. بمعنى آخر، يسمح لنا مبدأ الهولوغرام بوصف الجاذبية باستخدام لغة لا تحتوي على الجاذبية، وبالتالي تجنب الاحتكاك بميكانيكا الكم.

قد يبدو الأمر مربكاً كذلك، لكنه في الحقيقة ليس كذلك. ما فعله بينيني وميلانو هو تطبيق نظرية مبدأ التصوير المجسم على الثقوب السوداء. بهذه الطريقة، أصبحت خصائصها الديناميكية الحرارية الغامضة أكثر قابلية للفهم: التركيز على التنبؤ بأن هذه الأجسام لديها نسبة عالية من الانتروبيا والنظر إليها من منظور ميكانيكا الكم، مما يسمح لنا بوصفهم على أنهم صورة ثلاثية الأبعاد: لديهم بعدين تختفي فيهما الجاذبية، لكنهم يعيدون إنتاج كائن ثلاثي الأبعاد. لكن هناك المزيد. أكثر بكثير. فوفقًا لمؤلفي الدراسات الجديدة، هذه ليست سوى الخطوة الأولى نحو فهم أعمق لهذه الأجسام الكونية والخصائص التي تميزها عندما تتقاطع ميكانيكا الكم مع النسبية العامة. كما يؤكد علماء الفيزياء بأنه يمكن أن تكون هناك ثقوب دودية تم الكشف عنها بمساعدة تلسكوب جيمس ويب. يقول الباحثون إن 40 مليار ثقب أسود موجود في الكون وفقًا لدراسة تم تلقيها من عالمنا، يوجد حوالي 40 مليار مليار ثقب أسود في الكون المرئي.

الثقوب السوداء هي أجسام كونية رائعة ولكنها غامضة منتشرة في جميع أنحاء الكون. لسوء الحظ، لا نعرف الكثير عنهم، وبالكاد تمكنا من التقاط صورة لتلك الموجودة في مجرة أخرى.

لكن ما هي الثقوب السوداء بالضبط؟

بحكم التعريف، الثقب الأسود هو جسم فلكي له قوة جاذبية قوية بحيث لا يمكن لأي شيء، ولا حتى الضوء، الهروب منه. "سطح" الثقب الأسود، المسمى الأفق الكلي أو أفق الحدث، يتحدى الحد حيث تتجاوز السرعة المطلوبة لتجنبه سرعة الضوء، وهي السرعة القصوى في الكون. ونتيجة لذلك، فإن المادة والإشعاع محتجزان ولا يمكنهما الخروج.

تمت دراسة فئتين رئيسيتين من الثقوب السوداء على نطاق واسع على مر السنين. تنتشر الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية، التي تتجاوز كتلة الشمس من ثلاث إلى عشرات مرات، في جميع أنحاء مجرتنا، مجرة درب التبانة، بينما توجد وحوش فائقة الكتلة تزن ما بين 100000 ومليارات من الكتل الشمسية في مراكز المزيد من المجرات العملاقة. تشير بعض النظريات إلى أن الثقوب السوداء هي بقايا أكوان أخرى. من ناحية أخرى، تشير دراسات أخرى إلى أن هذه الوحوش الكونية يمكن أن تكون بمثابة أنفاق في الفضاء، مما يسمح لنا بالوصول بسهولة إلى مسافات لا يمكن تخيلها. يبقى أن نرى ما إذا كانت الدراسات المذكورة أعلاه صحيحة أم خاطئة.

تم أخذ الإجابة عن السؤال حول عدد الثقوب السوداء الموجودة في الكون من قبل طالب الدكتوراه في SISSΑ أليكس سيسيليا، تحت إشراف البروفيسور أوبيدريا لابي والدكتور لوميب بوكو، إلى جانب متعاونين آخرين من المدرسة الإيطالية بالإضافة إلى أقسام مختلفة. و iпterпatioпal iпstitutioпs.

في إحدى الأوراق البحثية - التي ستتبعها - المنشورة في مجلة Αstrophysical Journal، فحص المؤلفون ديموغرافيا الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية، وهي ثقوب سوداء ذات كتل تتراوح بين بضع عشرات إلى بضع مئات من الكتل الشمسية. كتلة الحياة من النجوم الضخمة.

وجد الخبراء بيانات مذهلة: أولاً، يدعي الباحثون أن حوالي 1٪ من المادة العادية (الباريوية) في الكون عالقة في الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية. ثانيًا، وربما الأهم من ذلك، وجد العلماء أن عدد الثقوب السوداء في الكون المرئي أقل من 40 تريليون.

حساب قمة الثقوب السوداء في الكون:

"تم تحقيق هذه النتيجة المهمة من خلال نهج أصلي يجمع بين أحدث رموز التطور النجمي والبيولوجي SEVN الذي طوره الباحث في SISSΑ الدكتور ماريو سبرا، مع وصفات تجريبية للخصائص الفيزيائية ذات الصلة للمجرات، ولا سيما المعدل وأوضح الباحثون أن تكوين النجوم، وكمية الكتلة النجمية، ومعدنية الوسط بين النجوم (وكلها مهمة في تحدي ظلال وكتل الثقوب السوداء النجمية).

إن تحليل تركيبة الثقوب السوداء في الكون المرئي ليس الموضوع الوحيد الذي درسه العلماء في هذا البحث. فبالاشتراك مع الدكتور أوغو دي أرلو والبروفيسور ميشيلا مابيلي من جامعة بادوا، استكشف الباحثون أيضًا التكوينات المختلفة للثقوب السوداء ذات الكتل المختلفة، مثل النجوم الفردية والأنظمة الحيوية والعناقيد النجمية. وبناءً على أبحاثهم، يقترح العلماء أن الثقوب السوداء النجمية الأكبر حجمًا تتكون أساسًا من الأحداث الديناميكية في العناقيد النجمية.

أظهرت الدراسة أن مثل هذه الأحداث ضرورية لشرح وظيفة الكتلة للثقوب السوداء المدمجة كما تم تقديرها من ملاحظات موجات الجاذبية من خلال تعاون LIG / Virgo.

أعلن فريق بحث بلغاري عن طريقة يقول إنه يمكن استخدامها للكشف عن الثقوب الدودية، وهي الهياكل النظرية التي، إذا ثبت وجودها، قد تكون قادرة على ربط نقاط متباعدة في الزمكان.

لطالما استحوذت الثقوب الدودية على خيال علماء الفيزياء. يفسر هذا الانبهار جزئيًا بحقيقة أن الثقوب الدودية، مثل مفهوم السفر عبر الزمن، متوافقة مع نظرية النسبية العامة لأينشتاين. على الرغم من معقولية هذه المفاهيم النظرية، لا يزال يتعين على العلماء العثور على ارتباطات لهذه المفاهيم في الواقع العملي.

يُعد اكتشاف الثقوب الدودية مشكلة، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن هذه الهياكل التي تنحني للعقل لا يمكن تمييزها تقريبًا عن الثقوب السوداء، وهي مناطق من الفضاء تكون نتاجًا محتملاً لنجم نفد وقوده وانهار على نفسه. عرف العلماء ذلك في المقام الأول من خلال الجاذبية الشديدة التي يمارسونها على الأجسام القريبة في الفضاء. إذا أضفنا إلى هذا التشابه مع الثقوب السوداء حقيقة أننا ما زلنا غير متأكدين من وجود الثقوب الدودية بالفعل، فقد يصبح اكتشافها أكثر صعوبة.

ومع ذلك، قد يتغير هذا قريبًا، وفقًا لنتائج فريق من جامعة صوفيا، بلغاريا، الذين يدعون أنهم طوروا طريقة جديدة جديدة يمكن أن تساعد العلماء على معرفة الفرق بين الثقوب السوداء وأبناء عمومتهم الثقوب الدودية الافتراضية.

في ورقة بحثية جديدة نُشرت في مجلة Physical Review D، درس الفريق المؤلف من فالنتين ديليسكي، وجالين جيولشيف، وبيتيا نيدكوفا، وستويتشو يازادجيف، الاستقطاب الخطي الناتج عن أقراص التراكم، وتكوينات المادة الدوارة المرئية حول الثقوب السوداء والأجسام الفلكية الأخرى التي تتكون منها في المقام الأول من الغاز أو البلازما أو الغبار النجمي.

وفقًا لورقة الفريق، بحث العلماء عن توقيعات محددة في خصائص الاستقطاب لهذه التكوينات، على أمل أن تساعدهم في تحديد الفرق بين الثقوب السوداء والثقوب الدودية المرشحة المحتملة.

وفقًا لورقة الفريق، اعتمدت دراستهم على تحليل صور مناطق الفضاء المشتبه في احتوائها على ثقوب دودية، بما في ذلك زوايا ميل مختلفة، مقارنة بالصور غير المباشرة التي تظهر عدسة جاذبية قوية، وأخيرًا، الصور التي تظهر الإشعاع المستقطب الذي "يصل إلى المراقب المقارب من خلال حلق الثقب الدودي ". ثم تمت مقارنة هذه الصور بواحدة من أبسط أنواع الثقوب السوداء، والمعروفة باسم ثقب شوارزشيلد الأسود. صممه كارل شوارزشيلد في عام 1915، بعد وقت قصير من كشف أينشتاين عن نظريته في النسبية العامة، يُعتقد أن هذه الثقوب السوداء تمتلك كتلة ولكن ليس بها شحنة كهربائية أو دوران. بناءً على هذه المقارنات، كان الفريق قادرًا على إنتاج نموذج جديد ومبسط لحلق ثقب دودي افتراضي، والذي سمح لهم بعمل تنبؤات حول كيفية تصرف المواد المحيطة به، بشكل مختلف عن المادة التي يمتصها الثقب الأسود.

وفقًا لنماذج الباحثين، فإن الضوء المنبعث من الجسيمات المحيطة بالثقب الدودي سيكون مستقطبًا بواسطة الحقول المغناطيسية القوية التي تنتجها. من قبيل الصدفة، تم بالفعل اكتشاف هذه الأنواع من الانبعاثات المستقطبة في السنوات الأخيرة، مما أدى إلى ظهور الصور الأولى لـ M87 التي تم التقاطها في عام 2019. كما أسفرت الاكتشافات المماثلة عن صور لـ Sagittarius A * تم التقاطها في وقت سابق في عام 2022.

استنادًا إلى نماذج الفريق، يمكن أن يكون M87 نفسه ثقبًا دوديًا، مما يترك الباب مفتوحًا أمام احتمال أن تكون الثقوب الدودية مرتبطة بالعديد من الثقوب السوداء الأخرى. السؤال هو كيف نكتشفها.

تتمثل إحدى الطرق في ملاحظة الثقوب الدودية المشتبه بها بشكل غير مباشر باستخدام عدسة الجاذبية، والتي يمكن أن تكشف عن بعض الخصائص التي يقترحها الفريق البلغاري في النمذجة التي تميز هذه الهياكل عن الثقوب السوداء. كما لاحظوا في ورقتهم، "لوحظت اختلافات أكثر أهمية في صور العدسة القوية غير المباشرة"، مضيفين أن كثافة الاستقطاب على طول الثقوب الدودية المشتبه بها "يمكن أن تزداد بترتيب من حيث الحجم بالنسبة لثقب شوارزشيلد الأسود.

من ناحية أخرى، إذا تم الكشف عن مرشح مفترض ويمكن ملاحظته بزاوية حيث يتم ملاحظة الضوء يمر من مدخله ويسير في اتجاه الأرض، يمكن أن تسمح التواقيع الناتجة أيضًا باكتشاف ثقب دودي. أكثرعلى وجه التحديد، يصف الباحثون أن "الإشعاع القادم من المنطقة على الجانب الآخر من الحلق الدوامي ينتج عنه تكوين هيكل إضافي لصور الحلقة"، والتي يمكن تمييزها بسبب "خصائص الاستقطاب المتميز".

على الرغم من اعتراف الفريق بأنه سيكون من الصعب التمييز بين الدوامات بناءً على الاستقطاب الذي تنتجه فقط، فإن الصور التي تظهر انعكاسًا قويًا للجاذبية واستقطاب الإشعاع أثناء مروره عبر مدخل الدوامة مفيدة. من خلال توفير "إشارات مميزة يمكن أن تكون بمثابة تحقيقات" لأجسام بلا أفق ".

بعبارة أخرى، يمكن للتركيبات الفريدة من التوقيعات التي يصفها الفريق، بناءً على نماذجهم الجديدة، أن تقطع شوطًا طويلاً في اكتشاف الثقوب السوداء التي تتصرف مثل الثقوب الدودية.. هياكل الزمكان التي تم الحديث عنها لفترة طويلة ويمكن أن يكون ذلك مختبئًا عن مرأى العلماء من البداية.

نُشرت ورقة الفريق، بعنوان "صورة مستقطبة للانبعاثات الاستوائية في فضاءات بلا أفق: الثقوب الدودية العابرة"، في مجلة Physical Review D في 10 نوفمبر 2022.

إلى أين تقود الثقوب السوداء؟

إذن أنت على وشك القفز إلى ثقب أسود. ما الذي يمكن أن يخبئه لك إذا نجحت رغم كل الصعاب؟ إلى أين ستنتهي وما هي القصص الشيقة التي يمكن أن تخبرها إذا كان بإمكانك العودة إلى حيث بدأت؟

يقول البروفيسور ريتشارد ماسي "من يعلم؟" هي الإجابة الأساسية على كل هذه الأسئلة. بصفته زميلًا في الجمعية الملكية في معهد علم الكونيات الحسابي بجامعة دورهام، يعرف ماسي الكثير عن ألغاز الثقوب السوداء. "السقوط في أفق الحدث يشبه تجاوز الحجاب. بمجرد أن يسقط شخص ما، لا يمكن لأحد أن يرسل رسالة مرة أخرى، "قال. "الجاذبية الهائلة ستمزقهم، لذلك أشك في أن أي شخص يسقط من خلاله سيصل إلى أي مكان."

يبدو الأمر وكأنه إجابة مؤلمة ومخيبة للآمال، وهي كذلك. كان يُعتقد أن نظرية النسبية العامة لأينشتاين قد تنبأت بالثقوب السوداء من خلال ربط أعمال الزمكان بعمل الجاذبية. منذ ذلك الحين، عرف العلماء أن الثقوب السوداء تتشكل عندما يموت نجم ضخم ويترك وراءه نواة صغيرة كثيفة. إذا كانت كتلة هذا النواة تزيد عن ثلاثة أضعاف كتلة الشمس، فإن جاذبيتها ستكون قوية جدًا لدرجة أنها ستنهار إلى نقطة واحدة هي الفرادة، أو التفرد، يُعتقد أنها المركز اللامتناهي للثقب الأسود.

سيكون للثقب الأسود الناتج غير القابل للسكن قوة جاذبية قوية بحيث لا يمكن حتى للضوء الهروب. لذلك لا توجد طريقة للخروج من أفق الحدث، وهي النقطة التي يمكن للضوء والمادة فيها التحرك نحو الداخل فقط، كما اقترح عالم الفلك الألماني كارل شوارزشيلد. قال ماسي إن قوى المد والجزر ستحول جسمك إلى سلاسل من الذرات، وسينهار الشيء في النهاية عند التفرد. يبدو من المستحيل تمامًا أن تتمكن من الخروج من مكان ما، ربما على الجانب الآخر.

ثم قد هناك ثقب دودي

أين هذا؟ على مر السنين، تلاعب العلماء بفكرة أن الثقوب السوداء يمكن أن تكون ثقوب دودية تؤدي إلى مجرات أخرى. حتى أن البعض قالوا إنهم يمكن أن يكونوا وسيلة للوصول إلى عالم آخر.

هذا النوع من الأفكار موجود منذ فترة طويلة. في عام 1935، توصل آينشتاين وناثان روزين إلى فكرة جسور الزمكان التي تربط بين مكانين مختلفين. لكن في الثمانينيات، أثار الفيزيائي كيب ثورن، أحد أبرز الخبراء في العالم في الآثار الفيزيائية الفلكية لنظرية النسبية العامة لأينشتاين، سؤالًا حول ما إذا كان يمكن للأشياء أن تمر عبرها بالفعل.

قال ماسي: "عندما كنت طفلاً، أصبحت مهتمًا بالفيزياء لأول مرة عندما قرأت كتاب كيب ثورن الشهير عن الثقوب الدودية." من ناحية أخرى، لا يبدو أن هناك أي ثقوب دودية.

قدم ثورن نصيحته الخبيرة للأشخاص الذين صنعوا فيلم Interstellar. في كتابه "The Science of Interstellar"، كتب: "لا نرى أي أشياء في كوننا يمكن أن تتحول إلى ثقوب دودية مع تقدمنا في العمر" (WW Norton and Company، 2014). يقول ثورن إن السفر عبر هذه الأنفاق المحتملة سيبقى على الأرجح في عالم الخيال العلمي، حيث لا توجد أدلة كثيرة على أن الثقب الأسود يمكن أن يسمح بمثل هذا المرور. ومع ذلك، لا يمكننا الاقتراب بما يكفي لنرى بأنفسنا. لا يمكننا حتى تخيل ما يحدث داخل الثقوب السود. نظرًا لأن الضوء لا يمكن أن يخرج من جاذبيتها القوية، لا تستطيع الكاميرا التقاط أي شيء. كما هي، تقول النظرية أن أي شيء فوق أفق الحدث يضاف إلى الثقب الأسود. لأن الزمن يقترب من هذا الحد، يبدو أنه يحدث ببطء شديد، لذلك لن تأتي الإجابات بسرعة.

قال دوجلاس فينكباينر، أستاذ علم الفلك والفيزياء بجامعة هارفارد: "أعتقد أن القصة المعيارية هي أنها تؤدي إلى نهاية الزمن". "شخص ما ينظر من بعيد لن يرى صديقه رائد الفضاء يسقط في الثقب الأسود. بسبب انزياح الجاذبية إلى الأحمر، مع اقترابها من أفق الحدث، فإنها ستصبح أكثر احمرارًا وأقل سطوعًا. لكن الصديق يقع في الوقت المناسب، في مكان ليس "إلى الأبد".

قد يؤدي الثقب الأسود إلى ثقب أبيض. بالتأكيد، إذا أدت الثقوب السوداء إلى مجرة أخرى أو إلى كون آخر، فلا بد من وجود شيء ما لإيقافها. قال إيغور نوفيكوف، عالم الكونيات الروسي، في عام 1964 إنه يمكن أن يكون "ثقبًا أبيض". وقال نوفيكوف إن ثقبًا أبيض وثقبًا أسود كانا متصلين في الماضي. يختلف الثقب الأبيض عن الثقب الأسود في ذلك الضوء ويمكن للمادة أن تنفجر لكنها لا تستطيع الدخول.

واصل العلماء درس الرابط المحتمل بين الثقوب السوداء والثقوب البيضاء. في ورقة بحثية نُشرت عام 2014 في مجلة Physical Review D، ذكر كارلو روفيلي وهال إم هاغارد، "هناك مقياس كلاسيكي يرضي معادلات أينشتاين خارج منطقة زمكان محدودة حيث تسقط المادة في ثقب أسود ثم تأتي. من ثقب أبيض. بعبارة أخرى، عندما تموت الثقوب السوداء، يمكنها بصق كل المواد التي ابتلعتها وتتحول إلى ثقوب بيضاء. سيتوقف انهيار الثقب الأسود ولن تضيع المعلومات التي يحتويها. بدلاً من ذلك، سيكون هناك ارتداد كمي، والذي من شأنه أن يخرج المعلومات. إذا كان هذا صحيحًا، فسوف يلقي الضوء على نظرية قدمها عالم الكونيات والفيزياء النظرية السابق بجامعة كامبريدج ستيفن هوكينغ في السبعينيات، حيث كان يعتقد أن التقلبات الكمومية تسببت في إطلاق الثقوب السوداء للجسيمات والإشعاع، وهي حرارة حرارية.

قال فينكباينر، "قال هوكينغ إن الثقب الأسود لا يدوم إلى الأبد." تنبأ هوكينغ في ورقة عام 1976 نُشرت في مجلة Physical Review D أن الثقب الأسود سيفقد طاقته ويتقلص ويختفي إذا تعرض للإشعاع. قال إن الإشعاع الصادر من الثقب الأسود سيكون عشوائيًا ولن يقول شيئًا عما سقط هناك. هذا يعني أنه عندما ينفجر الثقب الأسود، ستضيع كمية هائلة من المعلومات.

أظهر هذا أن نظرية هوكينغ تتعارض مع نظرية الكم، التي تقول لا يمكن فقدان المعلومات. تقول الفيزياء إن العثور على المعلومات يصبح أكثر صعوبة وأصعب لأنه في حالة فقدها، لا يمكنك معرفة ما حدث في الماضي أو ما سيحدث في المستقبل. أدت نظرية هوكينغ إلى "مفارقة معلومات الثقب الأسود"، والتي لطالما كانت مصدر إرباك لعلماء الفيزياء. قال بعض الناس إن هوكينغ كان مخطئًا تمامًا، وقال هوكينغ نفسه إنه كان مخطئًا في عام 2004 في اجتماع علمي في دبلن.

لذا، هل يجب أن نعود إلى فكرة أن الثقوب السوداء تنبعث منها معلومات تم حفظها وترسلها عبر ثقب أبيض؟ في دراسة نشرت عام 2013 في مجلة Physical Review Letters، استخدم خورخي بولين من جامعة ولاية لويزيانا ورودولفو جامبيني من جامعة الجمهورية في مونتيفيديو، أوروغواي الجاذبية الكمية الحلقية لمراقبة ثقب أسود. لقد وجدوا أنه كلما اقتربت من مركز الجاذبية، تزداد قوة، ولكن كلما ابتعدت، تضعف وتضرب أي شيء يحدث في جزء آخر من الكون. دعمت النتائج فكرة أن الثقوب السوداء تشبه الأبواب. في هذه الدراسة، لا يوجد تفرد، لذا فهي لا تبني جدارًا منيعًا يسحق كل شيء يعبر من خلاله. هذا يعني أيضًا أن البيانات لا تختفي.

ربما لا تؤدي الثقوب السوداء إلى أي مكان

لكن أحمد المهيري، ودونالد مارولف، وجوزيف بولشينسكي، وجيمس سولي، وجميعهم فيزيائيون، اعتقدوا أن هوكينغ قد يكون حصل على شيء ما في بحثه. لقد اعتمدوا على فكرة تسمى "AMPS Firewall"، والمعروفة أيضًا باسم "فرضية جدار حماية الثقب الأسود". مما اكتشفوه، يمكن لميكانيكا الكم أن تحول أفق الحدث إلى جدار ضخم من النار يحرق أي شيء يلمسه في لحظة. بهذه الطريقة، لا تذهب الثقوب السوداء إلى أي مكان، حيث لا يمكن لأي شيء أن يدخل إلى الداخل.

لكن هذا يتعارض مع نظرية النسبية العامة لأينشتاين. إذا عبر جسم ما أفق الحدث، فسيكون في حالة سقوط حر، ويقول مبدأ التكافؤ إن الشيء، أو الشخص، في السقوط الحر لن يشعر بكامل قوة الجاذبية. يمكن أن يتبع هذا قواعد الفيزياء الموجودة في أجزاء أخرى من الكون، ولكن حتى لو لم ينتهك مبدأ أينشتاين، فإنه سيدحض نظرية المجال الكمي أو يقترح أن المعلومات قد تضيع.

مكان لا يعرف فيه شيء:

تقدم هوكينغ للمرة الثانية. في مقال كتبه عام 2014، قال إنه لا يوجد "أفق حدث". وبدلاً من ذلك، قال إن الانهيار الجاذبي سيخلق "أفقًا واضحًا".

سيحمل هذا الأفق أشعة الضوء التي حاولت مغادرة مركز الثقب الأسود "لفترة من الزمن". طريقته الجديدة في التفكير هي أن الآفاق الظاهرة تحتفظ مؤقتًا بالمادة والطاقة قبل أن تفصلها وتتركها تذهب. يتناسب هذا التفسير جيدًا مع نظرية الكم، التي تقول إن المعلومات لا يمكن تدميرها، وإذا تم إثبات ذلك، فإنها تقول إن أي شيء يمكن أن يخرج من الثقب الأسود.

حتى أن هوكينغ قال إن الثقوب السوداء قد لا تكون حقيقية. كتب: "الثقوب السوداء مفترضة سيتم إعادة تخيلها كحالات مرتبطة ثابتة في مجال الجاذبية ". لن يكون هناك تفرد، وسيتحرك المجال المرئي إلى الداخل بسبب الجاذبية، لكنه لن يصل أبدًا إلى المركز ويصبح كتلة كثيفة.

ومع ذلك، فإن المعلومات التي يتم الحصول عليها لن تكون هي نفسها التي تم أخذها. إذا نظرت إلى ما يحدث، لا يمكنك معرفة ما يحدث، وهي مشكلة في حد ذاتها، خاصة بالنسبة لشخص يجد نفسه في مثل هذا الموقف المخيف. لن يشعروا بنفس الشيء مرة أخرى.

هناك شيء واحد مؤكد: سيقضي العلماء الكثير من الوقت في حل هذا اللغز لفترة طويلة قادمة. اقترح روفيلي وفرانشيسكا فيدوتو مؤخرًا أن بقايا الثقوب السوداء المتبخرة يمكن أن تكون جزءًا من المادة المظلمة. صدرت ورقة هوكينغ حول الثقوب السوداء و "الشعر الرخو" في عام 2018 وتشرح كيف تُترك جزيئات الطاقة الصفرية حول أفق الحدث، مما يشير إلى أن المعلومات لا تضيع بل يتم التقاطها.

كان هذا مخالفًا لنظرية الفيزيائي جون أرشيبالد ويلر John Archibald Wheeler، الذي قال إن المراقب لن يكون قادرًا على التمييز بين الثقوب السوداء لأنه لن يتم الاحتفاظ بأي من الشحنات الزائفة الخاصة لفيزياء الجسيمات. إنها فكرة مثيرة للاهتمام، لكن من غير المرجح أن يتم قبولها كإجابة على السؤال عن المكان الذي تؤدي إليه الثقوب السوداء. نحتاج فقط إلى معرفة كيفية الدخول في واحدة.

هل تموت الثقوب السوداء؟ و إذا كان ذلك يحدث فكيف يكون؟

-كل شئ في هذه الدنيا يعيش و يموت,,,, فماذا عن الثقوب السوداء.

***

د. جواد بشارة

 

تم التحقق مختبريا وبالتجربة على نحو لا يشوبه الشك بأنه لا يوجد هناك شيء يمكن ان ينتقل بسرعة تفوق سرعة الضوء حسب نظرية النسبية لآينشتاين، وإن الكون المرئي مكون من مادة وطاقة لاتفنى ولا تستحدث من العدم.

محاولة توضيح وشرح بعض الألغاز الكونية:

من أسرار مهمة بلانك إن القمر الصناعي بلانك يشكل آلة هائلة للعودة بالزمن إلى الوراء، قادرة على كشف العديد من الأسرار عن أصل الكون وبنيته وتكوينه. استخدمه علماء الكونيات وعلماء الفيزياء الفلكية لرسم خرائط للقبو السماوي، بدقة لا مثيل لها، تقلبات في درجات الحرارة واستقطاب أقدم ضوء في العالم، وهو الأشعة الأحفورية. وقد تم شرح ذلك في الفيديو الذي أنتجه اتحاد HFI-Planck ووكالة الاتصالات Canopée وبمساعدة Jean Mouette من IAP (Institut d'astrophysique de Paris) لتوضيح مم تتكون هذه المهمة.

"لماذا يعم الظلام في الليل إذا كان هناك الكثير من النجوم؟ يمكن أن يكون سؤالًا يطرحه الطفل على والديه. ومع ذلك، تبين أن الإجابة ليست واضحة على الإطلاق. ينورنا هيرفي دول، المتخصص في علم الكونيات، بعرض تقديمي رائع. وهو المتخصص في مجرات الأشعة تحت الحمراء، والإشعاع خارج المجرة، وبشكل أكثر عمومية في تكوين الهياكل الكبيرة في علم الكونيات، و قد عمل في وكالة ناسا (في جامعة أريزونا) قبل أن يصبح أستاذًا باحثًا في أورساي في عام 2004

في الجزء السفلي من المنتصف، لاحظ تلسكوب بلانك الفضائي السماء بأكملها عند 545 جيجاهرتز، مع تحديد النقاط المرشحة في النقاط الحمراء، ثم لاحظها هيرشل. في كل مكان، بعض صور هيرشل، مع محيطات كثافة المجرات. © Dole، Guéry، Hurier، ESA، Planck Collab.، HFI consotrium، IAS، CNES، univ. باريس سود، CNRS

تخبرنا دراسة عناقيد المجرات عن العديد من جوانب علم الكونيات ونشأة الكون، من طبيعة المادة المظلمة إلى انهيار الجاذبية الذي يسبب نشأة العديد من النجوم والمجرات. تم الكشف عن مجموعة مجرات غريبة من خلال دراسة البيانات من مهمة بلانك ولم يتم شرح خصائصها بشكل كامل. طلبنا من Hervé Dole، عالم الفيزياء الفلكية في IAS (CNRS / Université Paris-Saclay)، أن يخبرنا عن اكتشاف هذا المشروع الذي شارك فيه.

خلال القرن التاسع عشر، مع ولادة الفيزياء الفلكية وارتفاع حجم المقرابات والتلسكوبات الأخرى، وبالتالي في قوتها، اشتهر عالم لابلاس ونيوتن، أي النظام الشمسي بشكل أساسي، ووصل إلى النجوم. لم يكن ذلك ممكناً حتى عشرينيات القرن الماضي ولم يسبق أن غامر أحد باختراق الغلاف الجوي والتجوال في عالم السدم خارج المجرة مع تلسكوب إدوين هابل، وبالتالي تم قبول نظرية جزر الكون للفيلسوف إيمانويل كانط، المستوحاة من أفكار توماس رايت، مما جعل السديم من أندروميدا (M31 في كتالوج ميسييه) مجرة مثل درب التبانة. اليوم، توصلنا إلى تصور وجود أكوان متعددة حيث سينخفض كوننا المرئي نفسه إلى نفس رتبة مجرتنا بل وأصغر بكثير، وربما لن يكون أكبر من جسيم أولي مادون مجهري مقارنة بالكون الكلي المطلق اللانهائي. و تقترن هذه الخرائط المتتالية أيضًا بنشوء الكون المرئي والذين يسعون إلى شرح أصل هذه الأشياء. يتم الكشف عن العناصر الأولى ببراعة في معهد بوانكاريه ويمكن للمرء أيضًا التشاور مع معهد جيمس جينز حول موضوعهم. خلال القرن العشرين، أدركنا أنهم كانوا أصل وجودنا، لذلك نحن نبحث عن معرفة عميقة لا نهاية لها للعمليات التي أدت من الانفجار العظيم إلى الأحياء. يتعلق فصل من هذه المعرفة بولادة النجوم الأولى والمجرات الأولى، والتي ستجتمع معًا لتشكيل الهياكل الكبيرة التي نلاحظها في شكل خيوط تتشابك مع أنواع من الفراغات الكونية وتحتوي على عناقيد فائقة من المجرات. ما يسمى بالنموذج القياسي في علم الكونيات يوفر الأساس لكتابة هذا الفصل ويتم تغذيته من خلال الملاحظات والمحاكاة العددية التي تتضمن تفاعلات بين المادة المظلمة، التي لا تزال بعيدة عن الكواشف، والمادة الباريونية العادية المكونة من البروتونات والنيوترونات. من بين الأدوات المستخدمة لتطوير النموذج القياسي، لا شك في أن هناك اثنين من الأدوات التي كانت ولا تزال ذات أهمية خاصة، وهما تلسكوب هابل والقمر الصناعي بلانك اللذين أتاحا قياس ودراسة أقدم ضوء في العالم كما لم يحدث من قبل. الكون والإشعاع الأحفوري. إن دراسة طيف هذا الإشعاع واستقطابه تشبه إلى حد ما دراسة النجم، لأنها توفر نوعًا من بطاقة الهوية للكون المرئي من خلال إتاحة تقدير عمره وشكله وتكوينه و حتى تاريخه. في هذا الصدد، فإن إرث بلانك ما زال حياً وبصحة جيدة وقد أدى إلى ألغاز لا نزال نفتقر إلى حلول لها. يتعلق أحدهما بالتحديد الدقيق لثابت هابل-لوميتر فيما يتعلق بتسارع تمدد الكون. ولكن، هناك أيضًا فئة من مجموعات المجرات والآن مجموعات مجرات أولية بتشكيل نجمي محموم. على الرغم من أنها لا تتحدى النموذج الكوني القياسي، إلا أنه في هذه المرحلة على الأقل، لا يمكن تفسير مجرات الانفجار النجمي المكتشفة في المجموعة الأولية للمجرات المسماة PHz G237.01 + 42.50، أو G237 باختصار، في سياق المحاكاة العددية القائمة على هذا النموذج لحساب ولادة وتطور المجرات وعناقيد المجرات. كما أعلن عن، سعى العلماء لمعرفة المزيد من خلال مقابلة أحد العلماء الباحثين وراء هذا الاكتشاف، وهو الفرنسي هيرفيه دول المختص بقمر بلانكي Planckien Hervé Dole، وعالم الفيزياء الفلكية في IAS (CNRS / Université Paris-Saclay).، قبل إعطائه فرصة الحديث، تذكر أن هذه ليست المرة الأولى التي نكتشف فيها عناقيد أولية (يمكننا أن نذكر مثال SSA22) وحتى عناقيد مجرات فائقة. G237 ليس الأبعد المعروف أيضًا. تذكر أيضًا أنه لبعض الوقت، فوجئ علماء الكونيات باكتشاف مجرات كبيرة بالفعل بعد أقل من ملياري سنة من نهاية الانفجار العظيم، تشبه تلك التي لوحظت لاحقًا في تاريخ الكون، وأنه كان من الصعب فهم ولادتها مع المجرات الكبيرة. النماذج المتاحة لنا، بما في ذلك اندماج المجرات الصغيرة. لم يفاجأ الباحثون كثيرًا لأن النموذج الجديد لولادة المجرات ونموها هو نموذج يتضمن خيوط من المادة الباردة، كما أوضح عالم الكونيات الفرنسي رومان تيسييه. نحن نعلم أن Planck يمكنه اكتشاف مجموعات المجرات باستخدام تأثير Sunyaev-Zel'dovich الذي ينتج عن الاصطدامات بين إلكترونات البلازما شديدة الحرارة التي تغمر هذه المجموعات بالفوتونات من الإشعاع الأحفوري. أثناء الصدمات، تعطي الإلكترونات الطاقة لهذه الفوتونات وبالتالي تغير محليًا طيف الجسم الأسود لهذا الإشعاع على القبو السماوي. هل تم استخدام نفس الطريقة لاكتشاف المجموعات الأولية؟ يقول هيرفي دول: لا، لأن ما يثير اهتمامنا تحديدًا هو العناقيد البدائية، لذا ما حدث في بداية تاريخ الكون المرئي. يفترض أن تكون هذه الأجسام موقعًا لتشكيلًا مهمًا للنجوم ويجب أن تتيح دراستها فهمًا أفضل لما ينظمها في المجرات، حتى لما يقمعها. كما يجب أن يجعل من الممكن فهم ما كان يحدث في نوى المجرات النشطة، مثل الكوازارات، بشكل أفضل. ومع ذلك، في وقت مبكر من عام 2005، كان من الواضح أننا يمكن أن نكتشف مع بلانك الأشعة تحت الحمراء لغبار المجرات مع معدل عالٍ من تشكل النجوم والتي يجب أن تكون ساطعة جدًا لهذا السبب، في هذه المجموعات الأولية ذات الانزياح الطيفي العالي.، لذلك يُرى ذلك عندما كان عمر الكون المرئي بضعة مليارات من السنين فقط. لذلك تعهدنا سريعًا بالبحث عنها في بيانات بلانك، وبالتالي وجدنا ما يقرب من 2000 مرشح محتمل اعتبارًا من عام 2010 ونشرنا حول هذا الموضوع في 2015-2016. Futura-Sciences: لماذا قررت أيضًا استخدام هيرشل Herschel لنفس الغرض؟ هيرفي دول: ظلت التحولات الطيفية للأشعة تحت الحمراء لهؤلاء المرشحين قابلة للملاحظة في الأشعة تحت الحمراء في النطاق الطيفي الذي يمكن الوصول إليه مع هيرشل. لكن معه كان لدينا قرار أفضل بكثير من قرار بلانك. بدلاً من مجرد رؤية النقاط المضيئة لكل مجموعة بروتو محتملة، يمكننا الآن تمييز عشرات المجرات في كل مجموعة أولية. في الجزء السفلي من المنتصف، لاحظ بلانك السماء بأكملها عند 545 جيجاهرتز، مع تحديد النقاط المرشحة في النقاط الحمراء، ثم لاحظها هيرشل. في كل مكان، إذن لماذا شرعت في استخدام تلسكوب سوبارو والتلسكوب ذو العينين الكبيرتين أيضًا؟ Hervé Dole : مع Herschel، تم تقليل كتالوج المرشحين إلى حوالي 200 مجموعة أولية مفترضة وحصلنا على مؤشرات على أن هذه المجموعات الأولية كانت في حالات معينة تؤدي إلى الاندماج لإعطاء مجموعات أولية ذات حجم أكبر. ولكن ما زلنا لا نملك تحولات طيفية دقيقة، ولم نكن متأكدين مما إذا كانت بعض العناصر المرشحة مجرد أجسام أحدث بكثير، في مقدمة ملاحظات خلفية الإشعاع الأحفوري. اتضح أن أحد المرشحين المتبقين بعد ملاحظات هيرشل، PHz G237.01 + 42.50، المختصر G237، كان الوحيد الذي كان جزءًا من "حقل Cosmos"، وهي منطقة من القبو السماوي يبلغ حجمها حوالي عشرة أضعاف. من القمر الكامل، في كوكبة Sextans. تم تعيين هذا الحقل بواسطة العديد من الأدوات لعقود من الزمن، وبالتالي يمكننا بالفعل توضيح العديد من الأشياء المتعلقة ببيئة G237 على القبو السماوي: هل أقنعت نفسك أخيرًا أنك أمام مجموعة مجرية أولية؟ هيرفي دول: بالتأكيد، ويمكننا أيضًا أن نلاحظها في النطاق المرئي والأشعة فوق البنفسجية. يشير تحولها الطيفي إلى أننا نراها كما كان الكون بعد حوالي 3 مليارات سنة من الانفجار العظيم، عندما كان تكوين النجوم في ذروته، حتى أننا نتحدث عن "الظهيرة الكونية" لتمييز هذه الفترة.: هل فاجأك معدل تشكل النجوم؟ هيرفي دول: نعم، بالنسبة للمجموعة بأكملها، ونعلم أنها تحتوي على ما يزيد قليلاً عن ثلاثين مجرة، فهي أكبر بحوالي 10000 مرة مما في حالة مجرة درب التبانة، التي تشكل كتلة شمسية تحت شكل النجم كل عام. في الواقع، هذه هي خاصيةً بعض المجرات التي لها معدل مذهل، تلك الموجودة في مركز العنقود الأولي. لا يسعنا إلا أن نعتقد أنهم سوف يندمجون ليكونوا في أصل تلك التي تسمى باللغة الإنجليزية لألمع المجرات العنقودية، أو BCG، بشكل عام المجرات الإهليلجية. في الأساس، تُعرَّف BCG على أنها ألمع مجرة في العنقود، وبعضها هو الأكثر كتلة معروفة، حيث إنها قادرة على احتواء عشرات أضعاف كتلة مجرة درب التبانة. عندما نقارن معدل التكوين المرصود، والذي يكون على وجه الخصوص حوالي مائة كتلة شمسية لألمع المجرات وفي قلب G237، يكون أعلى من 3 إلى 10 مرات من ذلك الذي تنبأت به المحاكاة العددية على أساس النموذج القياسي في علم الكونيات.: هل يجب أن نشكك في النموذج القياسي مع المادة المظلمة والطاقة المظلمة؟ هيرفي دول: لا يوجد سبب للقيام بذلك في هذه المرحلة حتى لو كان من الضروري بالطبع مراجعة النماذج الرقمية لتشكيل النجوم في العناقيد الأولية. هذا ليس شيئًا جديدًا، فقد وجدت نماذج تشكيل النجوم نفسها عدة مرات معيبة بسبب الملاحظات الفلكية بالأشعة تحت الحمراء التي تظهر مناطق في درب التبانة أو المجرات الأخرى التي أنتجت عددًا أكبر من النجوم مما كان مخططًا له في الأصل، ولم يكن من الضروري إدخال فيزياء جديدة لفهم الأسباب.: هل يجب أن نحضر نموذج خيوط المادة الباردة؟ هيرفي دول: هذا يطرح مشاكل ولكن من الصعب القول على نحو حاسم. يتوافق G237 مع فترة أو تحديدًا يصعب فهم تطور هياكل الكون المرئي. ما هو مؤكد هو أن مثال G237، وهو مثال عن الكتلة الأولية الأكثر تميزًا، يجب أن يكون ممثلاً إلى حد ما للمجموعات الأولية الأخرى نظرًا لأنه أول ما ندرسه جيدًا وسيكون ذلك غريبًا جدًا. أنه شذوذ على وجه التحديد. لمعرفة اكثر اكتشف بلانك مجموعة أولية من تشكيل المجرات التي تتساءل عن المحاكاة الكونية. أكدت التلسكوبات على الأرض ملاحظات القمر الصناعي بلانك الذي اقترح وجود مجموعة أولية من المجرات. لكنهم كشفوا أيضًا أنه كان موقعًا لمعدل تكوّن نجم مذهل، أعلى بعشرة آلاف مرة من معدل تكوّن النجوم في مجرتنا درب التبانة، والذي لا يمكن فهمه بسهولة مع النماذج الحالية لعلم الكونيات، التي تصف نمو المجرات. تمت مناقشة أصل المجرات في إطار النماذج الكونية النسبية منذ ثلاثينيات القرن الماضي على الأقل والتاريخ حول هذا الموضوع غني جدًا ومثير للاهتمام حيث يمكن إقناع المرء من خلال قراءة العمل الشهير لجائزة نوبل في الفيزياء جيمس بيبلز: هيكل الكون واسع النطاق. في الأساس، نحن نشمل تقلبات الكثافة الأولية في المادة التي ولدت خلال الانفجار العظيم، وكما هو الحال دائمًا، كان جورج لوميتر أول من فهم الاتجاهات التي يجب أن يتطور فيها علم الكونيات النسبي، متوقعًا العديد من النتائج الحديثة. المناطق الأكثر كثافة غير مستقرة وسوف تنهار بفعل الجاذبية. في البداية، توصف هذه الظاهرة بمعادلات بسيطة ويبقى المرء متحيراً، فيما يسمى التقريب الخطي، بالقرب من فيزياء نيوتن. في حين أن هذه المعادلات يسهل حلها تحليليًا، إلا أن هناك وقتًا تصبح فيه الكثافات لانهائية والانهيار كبيرًا لدرجة أنه يجب حل المعادلات غير الخطية، كما هو الحال في حالة تدفقات السوائل للطائرات عالية السرعة وهذا يتطلب حسابات رقمية على الكمبيوتر (انظر على سبيل المثال حول هذا الموضوع مقدمة في علم الكونيات بواسطة جايانت نارليكار). مقتطف من منصة السينما على شبكة الإنترنت "Du Big Bang au Vivant" التي تغطي أحدث الاكتشافات في مجال الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات (2010). © جان بيير لومينيت بلانك وأصل المجرات. ترافقت التقلبات في الكثافة مع تقلبات في درجات الحرارة وتركت بصمة في الإشعاع الأحفوري الشهير الذي تمت دراسته ورسم خرائطه بشكل مذهل من قبل قمر بلانك وفريق علماء الفيزياء الفلكية "البلانكين" الذين شاركوا في هذه المغامرة العظيمة للنووسفير بحثا عن أصولها. كان المتابعون على دراية جيدة بأحد هؤلاء الباحثين، الذي توفي للأسف بشكل مأساوي، سيسيل رينو. تحدث إلينا عضو آخر من البلانكيين، وهو لورانس بيروتو، بإسهاب عن الإشعاع الأحفوري. أكد بلانك ما كان معروفًا بالفعل منذ عقود، وهو أن تقلبات الكثافة في المادة المعروفة، المستخلصة من دراسة الإشعاع الأحفوري، كانت صغيرة جدًا بالنسبة للمجرات وعناقيد المجرات لتدريبها بالفعل. لحل التناقض، يمكننا افتراض وجود مكون للمادة المظلمة أكبر من المادة المعروفة والتي لا تصدر ضوءًا، تترك أثرًا غير مباشر أكثر دقة في الإشعاع الأحفوري. الآثار التي رأيناها بالفعل تشكل دليلاً مقنعًا للغاية على وجود المادة المظلمة حتى لو كانت نظرية موندMond قد حددت مؤخرًا نقطة متطورة حول هذا الموضوع. النموذج الكوني القياسي، أحد رواده بالتحديد جيمس بيبلز، يتضمن بالتالي مكونًا لما يسمى بالمادة المظلمة الباردة، لأن جسيماتها ستتحرك بسرعات منخفضة أمام الضوء تمامًا مثل تلك الموجودة في الغاز البارد ( تزيد درجة الحرارة من التحريض الحراري والسرعات في الغاز). يمكن أن تنهار هذه المادة الغريبة بسرعة أكبر بكثير آخذة معها المادة العادية، والتي ستشكل النجوم أولاً ثم المجرات وعناقيد المجرات التي تتجمع معًا مما يعطي هياكل كبيرة وفقًا للنموذج الكوني القياسي للمادة المظلمة، ولكن أيضًا مع مكون غريب إضافي يجب أن نحدده. تحت مصطلح الطاقة المظلمة ولكنها تترجم بدقة أكبر في شكل ثابت كوني. تم تلخيص كل هذا بشكل ممتاز وموضح في أحد أشرطة الفيديو والذي يجب على القارئ مشاهدته للوصول إلى بقية هذه المعلومةز

في أحسن الأحوال لحوالي 13.8 مليار سنة، لم يتوقف الكون عن التطور أبدًا. على عكس ما تخبرنا به أعيننا عندما نتأمل السماء، فإن ما يتكون منها بعيد كل البعد عن السكون. يمتلك الفيزيائيون ملاحظات في عصور مختلفة من الكون ويقومون بعمليات محاكاة يعيدون فيها إعادة تشكيل الكون وتطوره. يبدو أن المادة المظلمة لعبت دورًا كبيرًا منذ بداية الكون حتى تشكل الهياكل الكبيرة التي نراها اليوم. تشكيل محموم من النجوم الجديدة اليوم، كما هو موضح في بيان صحفي من Cnrs وكالة الفضاء الأوروبية، يشرح فريق دولي من علماء الفيزياء الفلكية يضم باحثين من جامعة باريس ساكلاي، وجامعة تولوز الثالثة - بول ساباتير، وجامعة إيكس مرسيليا، وجامعة كلود برنارد دي ليون، بعد الانغماس في الماضي البعيد للكون المرئي والتأكد من أحد تنبؤات النموذج الكوني القياسي: تأكد وجود مجموعات أولية من المجرات في مرحلة التكوين. يمكننا أن نقتنع بهذا من خلال منشورين في مجلتي MNRAS و A&A ولكن يمكن العثور عليهما مجانًا في خادم arXiv إن وجود هذه العناقيد البدائية، التي تشكلت بالتالي من مجرات صغيرة جدًا في عملية التلاقي معًا تحت تأثير الجاذبية، تم التنبؤ به بالفعل على وجه الخصوص من خلال المحاكاة العددية، لكننا اعتقدنا أنه من المحتمل أن نرى بالفعل حوالي 2000 في ملاحظات الإشعاع الأحفوري. وفق تحليل بلانك في أوائل عام 2010. وقد لوحظت هذه المجموعات الأولية المحتملة بالطبع عندما كان عمر الكون بالفعل بضعة بلايين من السنين. حاول علماء الفيزياء الفلكية بالفعل تأكيد وجود هذه المجموعات الأولية باستخدام بيانات من مهمة أخرى مشهورة لوكالة الفضاء الأوروبية، وهي مهمة القمر الصناعي هيرشل. أخيرًا، من خلال الجمع أيضًا بين الملاحظات من العديد من التلسكوبات الأرضية الأخرى، مثل سوبارو اليابانية في هاواي ومرصد التلسكوب الأمريكي ذو العينين الكبيرتين، الواقع على ارتفاع 3267 مترًا فوق مستوى سطح البحر في جبل جراهام، أريزونا، يمكن لعلماء الفيزياء الفلكية الآن الإعلان عن وجود البروتو. - العنقود المجري يسمى PHz G237.01 + 42.50 أو G237 للاختصار. إنه لأمر مدهش لأنه يحتوي على عدد قليل من المجرات التي تشكل نجومًا بمعدل أعلى بكثير من مجرة درب التبانة حاليًا (مع تحويل كتلة شمسية واحدة تقريبًا إلى نجم كل عام). من بين الباحثين في أصل هذا الاكتشاف، الذي يتعلق بنجم شوهد بعد حوالي 3 مليارات سنة من الانفجار العظيم،: "اكتشف Planck هذه المجموعات الأولية المرشحة من الفضاء منذ حوالي عقد من الزمان. استغرق تأكيدها ودراستها وقتًا، والعديد من الملاحظات باستخدام التلسكوبات الأخرى، والعمل الجاد من جانب الباحثين والطلاب. إنه إنجاز عظيم أن نرى أخيرًا إحدى هذه المجموعات الأولية التي تمت دراستها بالتفصيل، ولكن تظل العديد من الأسئلة مفتوحة لأنها تشكك في نماذج تكوينها وفي جزء من فهمنا لتشكيل النجوم في الهالات. معظم المادة المظلمة الضخمة في الكون البعيد. إن مهمة الفضاء الأوروبية لإقليدس، والتي ينبغي إطلاقها في عام 2023، يجب أن تجعل من الممكن تحديد هياكل أخرى من هذا النوع، مما يجعل من الممكن تحديد قوانين أكثر عمومية من تلك التي تستند إلى حالات فردية. فأين أطروحة الخلق الرباني المباشر واللحظوي التي حدثتنا عنها النصوص الدينية من هذا الشرح العلمي لعملية الخلق و التكوين الكوني؟

نموذج نظري جديد للكون المرئي:

يبلغ عمر الكون 13.8 مليار سنة. أدرك أنه من الصعب تخيل مثل هذه القصة الطويلة. هل ترغب في قراءة ملخص كل هذا في موضوع واحد؟ تاريخ موجز للكون والحياة على الأرض في بضعة سطور؟

للبدء، علينا أن نعود إلى الانفجار العظيم، وهو مفهوم تم تقديمه في عام 1927 من قبل الراهب البلجيكي جورج لوميتر، الذي اقترح أن الكون يتوسع، وبالتالي لا بد أنه كان أصغر في الماضي.

في عام 1929، لاحظ إدوين هابل المجرات في جبل ويلسون في كاليفورنيا. إنه يدرك أن المجرات، هذه "الجزر الكونية" التي تحتوي على بلايين النجوم، تبتعد عنا. وكلما ابتعدوا، ابتعدوا بشكل أسرع. إذن فالكون يتوسع بالفعل! وإذا كان الكون يتوسع، فيمكننا إرجاع الفيلم إلى الوراء، ونصل في وقت ما، حوالي 13.8 مليار سنة، عندما كان الجو حارًا جدًا (مليارات مليارات المليارات من الدرجات)، وكان كثيفًا جدًا (الكون بأكمله تقريبًا) في مساحة صغيرة بلا حدود).

بعد 379000 عام، أدى توسع الكون إلى تبريده قليلاً. و "لم تعد"درجة الحرارة ~ 3000 درجة. ستكون الذرات الأولى قادرة على التكوين، بشكل أساسي غازي الهيدروجين والهيليوم.

في الواقع، قبل هذه الـ 379000 سنة، كان الجو حارًا جدًا بحيث تتحد الإلكترونات ونواة الذرات لتكوين الذرات. إذن لدينا سحابة من الإلكترونات تعمل كسحابة من الماء عندما يكون هناك ضباب.. لا يمكن للضوء الهروب! إذن، 379000 بعد الانفجار العظيم، أصبح الجو بارد بدرجة كافية (حسنًا، لا يزال 5000 درجة) لتتشبث الإلكترونات بالنوى لتكوين الذرات. إنه إعادة التركيب! لذلك لم يعد يُمتص الضوء! وكان هناك ضوء! هذا الضوء المنبعث منذ أكثر من 13 مليار سنة قد برد نحو 3 درجات كلفن، ويجب أن يكون موجودًا في جميع اتجاهات الكون: إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف. الآن يمكننا تصويرها، خاصة مع القمر الصناعي بلانك.

ثم يمر الكون بعصر مظلم. بين 379000 سنة بعد الانفجار العظيم وحوالي 100 مليون سنة بعده، لا توجد نجوم ولا مجرات. هذه هي المنطقة المقفرة.

تحت تأثير الجاذبية، تتشكل النجوم والمجرات الأولى. المجرات صغيرة لكنها تنمو بالتعرف على مجرات صغيرة أخرى يسمح لنا تلسكوب جيمس ويب الفضائي حاليًا بفهم هذه المرحلة بشكل أفضل:

كشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي للتو عن صورة المجرة الأبعد التي تم رصدها على الإطلاق: نراها كما كانت منذ أكثر من 13.4 مليار سنة. كيف يكون هذا الكشف ممكنا؟ ماذا نتعلم عن الكون؟ خيط

راهن على هذه المجرات، منذ أكثر من 10 مليارات سنة، تشكلت مجرة درب التبانة: مجرتنا. التي نمت بابتلاع الآخرين ولديها اليوم أكثر من 200 مليار نجم.

النجوم الأولى التي تموت هي الأكبر. ينتهي بهم الأمر في سوبرنوفا. انفجارات ضخمة. عاش البعض فقط بضعة ملايين من السنين. يخلقون ذرات جديدة، والتي يرمونها مرة أخرى في الفضاء.

تموت النجوم الأقل كتلة بعد بضعة مليارات من السنين، ولا تزال تضيف ذرات جديدة في الوسط بين النجوم: الوسط النجمي. موت هذه النجوم مذهل.

ثم يحتوي الغاز في المجرة على جميع الذرات اللازمة للحياة. إما أنهم أتوا من بعد الانفجار العظيم أو من أجيال من النجوم الميتة من قبل. في مناطق مثل هذه، ستتشكل النجوم.

بعد حوالي 4.5 مليار سنة تشكل نجم: الشمس. حولها قرص غاز وغبار. في هذا القرص سوف تتكون 8 كواكب، بما في ذلك الأرض.

إذا كنت تريد معرفة سبب تشكل القرص:

كثيرًا ما يُسأل عن سبب امتلاء الكون بأشياء على شكل أقراص، مثل مجرة أندروميدا هنا، حيث النجم الشاب إم لوبي. يخبرك أن تعرف السبب بدرس بسيط في الفيزياء. منذ ما يقرب من 4 مليارات سنة، ظهرت الحياة على هذا الكوكب.

منذ أقل من 600 مليون سنة، انفجرت الحياة متعددة الخلايا. هذا هو الانفجار الكمبري. تصبح الحياة متنوعة ومنظمة للغاية.

قبل 65 مليون سنة، سقط نيزك في المكسيك. هل تصرفت الديناصورات بعد ذلك مثل البشر المجهدين؟

منذ 7 ملايين سنة، ظهر أسلاف خط "الرجال" الأوائل. نشأ الإنسان المنتصب في إفريقيا، ومنذ ذلك الحين، بعد هجرات عديدة، سكن البشر الكوكب.

لذلك تشكل الكون منذ حوالي 14 مليار سنة. ظهرت الحياة على الأرض بعد العديد من الأحداث على نطاقات مكانية وزمنية هائلة. هذا البعد الزمني يصعب فهمه.

نحن نتيجة رحلة كونية استمرت 14 مليار سنة. تأتي الذرات فينا من الانفجار العظيم قبل 13.8 مليار سنة، أو من النجوم الميتة قبل ولادة الشمس قبل 4.5 مليار سنة. لنبقى مع خاتمة مألوفة!

يمكنني تخيل علاقة الانفجار الكبير والثقب الأسود! لماذا لا يتم إنشاء ثقب أسود على جانب واحد في الكون أ والذي من شأنه أن يولد انفجارًا كبيرًا على الجانب الآخر في الكون ب.

حتى تكون ليلتي مثالية: عندما ننظر "بعيدًا" في الكون (منذ وقت طويل جدًا)، كيف يمكننا أن نعرف أننا ننظر في اتجاه الانفجار العظيم، وليس في الاتجاه المحيطي؟

اسمحوا لي أن أشرح: في الاتجاه المحيطي، يستغرق ضوء المجرات سنوات ضوئية للوصول إلينا. ومع ذلك، فهم بعيدون عن الانفجار العظيم مثلنا (هم في نفس العمر في الزمن T

نحن ننظر في اتجاه الماضي. ما نراه على بعد 10 مليارات سنة ضوئية لم يعد موجودًا منذ فترة طويلة. لا يمكننا رؤية الطرف الآخر للكون في شكله الحالي. لكن هذا ما يسمح لنا برؤيته في جميع أوقات وجوده.

وفي هذه الحالة، هل من الممكن تخيل أن ما ندركه من الشمس لم يعد موجودًا اليوم؟ على افتراض أنه في الوقت الحالي انفجرت الشمس وأن العواقب على الأرض لن تظهر إلا في x مليون سنة؟

كلما نظرنا أبعد، كلما نظرنا أبعد إلى الماضي، كانت الشمس قريبة، فهي تقع على بعد 8 دقائق ضوئية منا. نراه كما كانت قبل 8 دقائق. إنها مجرد ثانية للقمر. يبلغ الحد الأقصى لمجرتنا 50000 عام.

هناك خطأ ما في الانفجار العظيم.. لماذا لا يمكننا العودة قبل الانفجار الأولي للانفجار العظيم؟ هل هناك دائما ما قبل.. أو لا يوجد قبل ولا بعد؟.. من تسبب في الانفجار الأولي للانفجار العظيم؟ تأتي المادة من مكان ما لمرة واحدة شاهدت مقطع فيديو مثيرًا للاهتمام أعطى كمثال كرة مدفعية، من خلال رؤية مكان هبوطها، يمكننا حساب من أين تم إطلاقها ولكن ليس بالضرورة بواسطة الرمح. لذلك يمكننا تفسير توسع الكون، وليس خلقه. إنه أمر لا يصدق على أي حال! ولكن بعد أن يكون الانفجار العظيم مجرد نظرية، فإنه ليس متأكدًا بنسبة 100٪، ثم كيف نفسر أنه لا يوجد شيء يمكن أن يخلق شيئًا ما، كيف يمكن للانفجار العظيم أن يكون قد خلق بدون أي شيء من قبل؟ ثم هل ما زالت مادته الأولية موجودة بعد الكون؟ في الأكوان الأخرى؟ في الكون المتعدد الخ.. في الواقع، هذا "العدم" ليس "لاشيء" ولم يحدث أبدًا لأن الفراغ يمكن أن يتكون من طاقة، وجسيمات غير معروفة للإنسان، وردود فعل قوية وتفاعلات، إلخ، والتي خلقت بدقة تفاعل "متفجر" يسمى بيغ بانغ أو الانفجار العظيم. ولكن ماذا حدث قبل الانفجار العظيم؟ إن خلق الكون المتوسع حقيقة، فهل انهياره ممكن؟ قال جان بول 2 لستيفن هوكينغ: " لنترك بعد الانفجار العظيم لك، وليكن ماقبله لنا." كيف يمكن للعلم استعادة السيطرة؟ كيف تفسر النجم Methuselah HD 140283. نجم أقدم من الكون ويبعد 190 سنة ضوئية من الأرض. بعيدًا عن كونك على حافة الكون.

يعد جيمس ويبJWST أكبر تلسكوب تم إطلاقه في الفضاء على الإطلاق. تبلغ مرآته 6.5 مترًا تقريبًا، مقارنةً على سبيل المثال بـ 2.4 متر لتلسكوب هابل. المنصة التي يوضع عليها التلسكوب هي بحجم ملعب تنس! يقول العلماء مازحين أطلقنا ملعب تنس في الفضاء!

يرى الكثير من الناس أن تلسكوب JWST هو خليفة لتلسكوب هابل، لكن تلسكوب JWST مختلف تمامًا. ترى عيوننا من اللون الأرجواني إلى الأحمر. يرى هابل بشكل رئيسي في المرئي (الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء القريبة أيضًا). JWST هو تلسكوب يعمل بالأشعة تحت الحمراء.

وهذه هي الثورة: لدينا الآن تلسكوب ضخم يعمل بالأشعة تحت الحمراء في الفضاء! لماذا الحجم مهم؟ لسببين!

أولاً، يشبه التلسكوب دلوًا خفيفًا. كلما كان حجمه أكبر، زاد الضوء الذي يمكن أن يستقبله ويلاحظ الأشياء الباهتة (بعيدة أو باهتة بطبيعتها)

ثانيًا، كلما كان التلسكوب أكبر، زادت الدقة النظرية: يمكنه مراقبة التفاصيل الدقيقة. نرى هنا صورًا تم الحصول عليها بواسطة تلسكوبات كبيرة بشكل متزايد: نرى المزيد من التفاصيل والأشياء الخافتة! ويرى JWST تمزيق الأجسام السماوية. لكن ستقول لي، لدينا تلسكوبات يبلغ ارتفاعها 10 أمتار تقريبًا على الأرض، ونقوم ببناء 40 مترًا منها.. لماذا نذهب إلى الفضاء؟؟

لأن الجو يزعجنا كثيرا. بادئ ذي بدء، لا يسمح لجميع "الألوان" بالمرور. الذهاب إلى الفضاء يجعل من الممكن مراقبة الطيف بأكمله وبالتالي جميع الظواهر الفيزيائية. على الأرض يمكننا أن نلاحظ فقط في "نوافذ الغلاف الجوي"، لقد رأيت بالتأكيد صورًا في الأشعة تحت الحمراء (الحرارية) حيث نرى كائنات حية في الليل. الأجسام في درجة حرارة الغرفة تنبعث من الأشعة تحت الحمراء. لذلك نحن ايضا.. والجو. جو الأشعة تحت الحمراء شديد السطوع! تشبه المراقبة بالأشعة تحت الحمراء (الحرارية) من الأرض محاولة مراقبة شيء ما خلف هالة ضوئية ساطعة. تكون جميع الأجسام الموجودة في السماء تقريبًا أقل سطوعًا من السماء. لذلك من الصعب ملاحظتها من الأرض.. نحن عميان. أخيرًا، يجعل الغلاف الجوي الصور غائمة، بسبب الاضطرابات، لذلك من الصعب الحصول على صور واضحة، كما لو كان شخص ما في حمام السباحة، يكون الجو ضبابيًا! JWST هو تلسكوب فضائي عملاق في الفضاء. لذلك فإنه يجعل من الممكن عمل صور حادة ودقيقة، ومراقبة جميع الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء، ومراقبة الأجسام الباهتة! تشكلت النجوم والمجرات الأولى منذ حوالي 13 مليار سنة: انبعثت من الأشعة فوق البنفسجية (كانت ساخنة). ينقل توسع الكون الضوء نحو اللون الأحمر. الضوء الذي نستقبله اليوم هو الأشعة تحت الحمراء. وبالتالي، فإن النجوم والمجرات الأولى ضعيفة (لأنها بعيدة)، وتنبعث من الأشعة تحت الحمراء: لذا فإن JWST هو أفضل أداة لرؤيتها!

وهذا ما تم الكشف عنه اليوم: أبعد مجرة تم رصدها على الإطلاق. نحن نراها كما كانت بعد 350 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم، منذ 13.5 مليار سنة !!! يُنظر إلى هذا على أنه حدث بعد 450 مليون سنة من الانفجار العظيم. تبدو المجرات أكثر إشراقًا من المتوقع. هناك احتمالان: - إما أنها تستضيف نجومًا منخفضة الكتلة أكثر مما كان متوقعًا - أو أنها تستضيف نجومًا مشرقة للغاية، هل تشكلت النجوم في وقت أبكر مما كان متوقعًا؟ هذه الملاحظات توحي بذلك! بالإضافة إلى ذلك، تسمح لنا برؤية شكل هذه المجرات، وفهم كيفية تشكل المجرات بشكل أفضل، بعد الانفجار العظيم مباشرة.

ما يلي؟ راقب أجزاء أخرى من الكون بحثًا عن مجرات بعيدة، وخذ الأطياف لتحديد عمرها وتكوين النجوم التي تتكون منها. قد نعلم أننا قد لاحظنا النجوم الأولى للكون.

كثيرًا ما يُسأل عن سبب امتلاء الكون بأشياء على شكل قرص، مثل مجرة أندروميدا هنا، حيث النجم الشاب إم لوبي. هل ترغب في معرفة السبب بدرس بسيط في الفيزياء؟

هذه الهياكل لديها الكثير من القواسم المشتركة. تتشكل بعد انهيار الجاذبية: تنهار سحابة كروية من الغاز إلى حد ما تحت وزنها. بالنسبة للنجوم، يحدث هذا في أماكن مثل هذه، في الفيزياء، لدينا كميات محفوظة، على سبيل المثال الزخم الذي، ببساطة، هو نتاج الكتلة والسرعة. إذا اصطدمت الكرات، كما هو الحال هنا، فإنها تنقل هذا الزخم إلى بعضها البعض. حسنًا، هناك شيء آخر يتم الحفاظ عليه، وهو الزخم الزاوي. نظرًا لأن المتزلجين يدورون بشكل أسرع عندما يقربون أذرعهم من أجسادهم، فإن الكرة الدوارة التي تتقلص ستدور بشكل أسرع. إذا كان لديك كرسي دوار، فيمكنك التحقق منه عن طريق حمل أشياء ثقيلة. لذلك، فإن الجسم الكبير الذي يدور، حتى ببطء شديد، سينتهي به الأمر بالدوران بسرعة أثناء الانقباض. والتفاعلات في الكون يمكن أن تسبب هذا الدوران الضعيف. عندئذ تخلق الجاذبية الانكماش لكنها لا تشكل قرصًا، بل مجرد كرة تدور بشكل أسرع! هذا هو المكان الذي تلعب فيه قوة الطرد المركزي. لا تفعل ذلك، ولكن تخيل أنك تقود سيارة وتدور بسرعة أو أن تكون على باب دوار: قوة تدفعك للخارج. ستعمل قوة الطرد المركزي هذه على الكرة في حالة انكماش. ستنهار الكرة على جميع المحاور باستثناء خط الاستواء. ثم لدينا قرص. وانه جميل!

نموذج الكون الثنائي و"تموج في النسيج الجاذبية" اقترح في دراسة جديدة علم الفلك أريان ماري 20 نوفمبر 2022 من خلال وضع ورقة غرافين منحنية على ورقة منحنية أخرى، يتم إنشاء نمط جديد يغير الطريقة التي تنتقل بها الكهرباء عبر الألواح. باستخدام نموذج جديد، يمكن أن تظهر فيزياء مماثلة إذا كان عالمان متجاوران قادرين على التفاعل.

لاحظ الباحثون في جامعة ميريلاند أن سلوك الكهرباء عندما تتفاعل صفحتان من الجرافين يمكن تفسيره على أنه فيزياء الأكوان ثنائية الأبعاد حيث تقفز الإلكترونات أحيانًا بين الأكوان. استخدموا التدفقات الهيدروديناميكية في مواد مختلفة لمحاكاة الظواهر الفيزيائية الفلكية.

كانت فرضيتهم أن ظاهرة مماثلة قد تنتج عن أنماط تموج في النسيج في مجالات أخرى إذا قاموا بتعميم الرياضيات على أكوان من أي عدد من الأبعاد، بما في ذلك كوننا رباعي الأبعاد. نتيجة لهذا البحث، اضطر العلماء لمواجهة واحدة من المشاكل الكونية الرئيسية.

يقول بارهيزكار: "لقد ناقشنا إمكانية مراقبة فيزياء التموج عندما يندمج عالمان حقيقيان في عالم واحد". "ما الذي تريد البحث عنه عندما تسأل هذا السؤال؟ أولاً، تحتاج إلى معرفة مقياس الطول لكل كون.

يتم وصف مستوى الدقة المرتبط بأي شيء تفحصه بمقياس الطول - أو مقياس القيم المادية بشكل عام. لا يهم إذا كنت تقيس ذرة أو ملعب كرة قدم، لأنهما بمقاييس مختلفة جدًا. إذا كنت تقيس ذرة، فسيكون جزء من عشرة مليارات من المتر مهمًا، لكن هذا غير ذي صلة إذا كنت تقيس ملعب كرة قدم. يتم وضع الحدود الأساسية على أصغر وأكبر مقاييس معادلاتنا بواسطة نظريات الفيزياء.

اكتشف جاذبية Moire Gravityوفقًا لميكانيكا الكم، فإن طول بلانك هو أصغر طول تحدده نظرية الكم. كان Galitski و Parhizkar مهتمين بهذا الحجم من الكون.

وهذا يرتبط ارتباطًا مباشرًا بثابت، يسمى الثابت الكوني، وهو جزء من معادلات النسبية العامة لأينشتاين. يؤثر الثابت على ما إذا كان الكون يميل إلى الانكماش أو التمدد بعيدًا عن تأثيرات الجاذبية في المعادلات.

لذلك، فهي خاصية أساسية لكوننا. نتيجة لذلك، لتحديد قيمته، يحتاج العلماء فقط إلى دراسة الكون وقياس التفاصيل المختلفة، مثل مدى سرعة تحرك المجرات بعيدًا. ثم يعوضون بهذه القياسات في المعادلات ويكتشفون ما يجب أن يكون عليه الثابت.

بسبب التأثيرات النسبية والكمية الموجودة في كوننا، فإن هذا الحل البسيط يواجه مشكلة. حتى على المستوى الكوني، يجب أن تؤثر تأثيرات التذبذب الكمومي في الفراغ الشاسع على السلوك. يطرح الجمع بين فهم أينشتاين النسبي للكون ونظريات الفراغ الكمومي مشاكل للعلماء.

على سبيل المثال، عندما يحاول الباحثون تقدير الثابت الكوني من الملاحظات، تكون القيمة المحسوبة أقل بكثير مما كانوا يتوقعون من جوانب أخرى من النظرية.

أيضًا، تزداد القيمة بشكل كبير إذا ركزت على قيمة ثابتة بدلاً من التقديرات التقريبية المفصلة. يستمر هذا التحدي، المعروف باسم كارثة الفراغ أو مشكلة الثابت الكوني.

يقول بارهيزكار: "هذا هو التناقض الأكبر - إلى حد بعيد - الأكبر - بين القياس وما يمكننا التنبؤ به من الناحية النظرية". "هذا يعني أن هناك خطأ ما."

يمكن أن ينتج عن نمط تموج في النسيج اختلافات كبيرة في المقاييس، لذلك بدا من المنطقي استخدام تأثيرات تموج في النسيج لتأطير القضية.

من أجل نمذجة تطور الكون بمرور الوقت، جمع جاليتسكي وبارهيزكار نسختين من نظرية أينشتاين (وسمياها جاذبية تموج في النسيج) وأضافا مصطلحات إضافية للسماح للنسختين بالتفاعل. بدلاً من مقاييس الطاقة والطول في الجرافين، نظرت هذه الدراسة في الثوابت والأطوال الكونية عبر الأكوان.

***

د. جواد بشارة

عبده حقيترجمة: عبده حقي

الاستبداد الرقمي: لماذا سوف يعود مستقبل الحوسبة إلى التناظرية؟

نادرًا ما يفكر معظمنا في هذا الأمر، ولكن عندما نقوم بتشغيل هواتفنا الذكية وأجهزة الكمبيوتر، فإننا نقدم عن وعي أو بدونه ذواتنا للآلات التي تختصر كل المهام في سلسلة رقمي 1 و 0. هذا ما تعنيه الرقمية. ولكن وفقًا لدوج برجر، الباحث في مجموعة الحوسبة الفائقة في شركة ميكروسوفت، فقد يكون هذا الوضع على وشك الانتهاء.

يعتقد الباحث برجر أننا قد ندخل حقبة جديدة لا نحتاج فيها إلى هذه الدقة الرقمية الراهنة. قد يكون عصر البيانات الضخمة حقًا عصر حوسبة أقل دقة إلى حد ما.

منذ حوالي نصف قرن، جعلت عديد من الشركات معالجاتها الدقيقة أسرع كثيرا عن طريق إضافة المزيد من الترانزستورات – بل مؤخراً، هناك المزيد من "أنوية" المعالجات التي يمكن أن تعمل بالتوازي. لكن يبدو أن هذه التعزيزات المنتظمة في الأداء على وشك الانتهاء. إنه أمر لا مفر منه حقًا. لقد أصبحت أجزاء الرقائق صغيرة جدًا، ولا يمكن تقليصها أكثر من ذلك بكثير.

ستتقلص في المستقبل عملية صناعة الرقائق الحالية قريبًا إلى 14 نانومتر، وسيعرف أيضًا باسم 14 جزء من المليار من المتر. عندما تصبح الترانزستورات صغيرة إلى هذا الحد، سوف يصبح من الصعب جدا إبقائها تعمل في حالات التشغيل أو التوقفات الدقيقة المطلوبة للحوسبة الرقمية. هذا هو أحد الأسباب التي تجعل رقائق البطاطس اليوم ساخنة للغاية.

يسمي برجر هذا المستجد بالضريبة الرقمية. وعلى مدى العقد المقبل، ستصبح هذه الضريبة أكبر من أن يستمر صناع الكمبيوتر في دفعها. وقال في حديث تم بثه على شبكة الإنترنت في المقر الرئيسي لمايكروسوفت : "لقد أصبحت الترانزستورات أكثر تسريبًا وأكثر ضوضاء". "إنها تفشل في كثير من الأحيان".

"إن التحدي هو أنه في مرحلة ما على طول هذا الطريق، عندما تصل إلى ذرات مفردة، تصبح هذه الضريبة مرتفعة للغاية. لن سوف تكون قادرًا على بناء ترانزستور رقمي مستقر من ذرة واحدة."

ولكن إذا كانت مكاسب أدائنا في المستقبل لن تأتي من ترانزستورات أصغر، فكيف سنحسن من فعالية الأشياء؟ هذا صحيح. لذلك سوف نذهب إلى التناظرية.

وأضاف أيضا : "أعتقد أن هناك فرصة لكسر هذا الاستبداد الرقمي لهذا التجريد من الآحاد والأصفار الذي خدمنا جيدًا لمدة نصف قرن . "بعض المختصين يسمونها التناظرية."

كان برجر يعمل مع لويس سيز، الأستاذ المساعد في جامعة واشنطن حول ابتكار طريقة جديدة تمامًا للبرمجة. بدلاً من اتباع التعليمات الثنائية، كانا يقومان بتفكيك الأكواد التي يكون بعضها - جزء من تطبيقك المصرفي الذي يرسل رصيد حسابك من البنك .

يهدف الباحثون إلى بناء أنظمة منافسة في مجال المعالجات والتخزين والبرمجيات . إنهم يعتقدون أنهم سيكونون قادرين على تشغيلها بجهد أقل بكثير من الأنظمة التقليدية، مما سيوفر المال على الطاقة والتبريد. لقد قاموا ببناء أول NPU باستخدام رقائق قابلة للبرمجة، لكنهم الآن يصنعونه من الدوائر التناظرية، والتي ستكون أسرع وتستخدم طاقة أقل بكثير من نظيراتها الرقمية. يقول سيزي: "يعد استخدام النظام التناظري مكسبًا كبيرًا في الكفاءة وأكثر تقريبيًة أيضًا".

هذا الأسلوب قد يرتكب بعض الأخطاء الطفيفة، لذا فهو لا يعمل مع جميع نماذج البرمجة ولا يرغب في بناء آلة حاسبة بهذه الطريقة. ولكن بالنسبة للعديد من أنواع البرامج - برامج معالجة الصور، على سبيل المثال - فهي جيدة بما فيه الكفاية.

وفقًا لبرجر، يمكن أن يعمل التعرف على الصور والمعلوماتية الحيوية واستخراج البيانات والتعلم الآلي على نطاق واسع والتعرف على الكلام مع الحوسبة التناظرية. "إننا نقوم بعدد هائل من الأشياء التي تتقاطع مع العالم التناظري بطرق أساسية."

إن برجر وسيزي ليسا الوحيدين اللذين يتطلعان إلى مستقبل التناظرية . ففي العام الماضي، أطلقت وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة "داربا" (DARPA) برنامجًا يسمى "آبسايد" UPSIDE، اختصارًا للمعالجة غير التقليدية للإشارات لاستغلال البيانات الذكية، والتي تسعى إلى حل هذه المشكلات نفسها.

سوف يمر وقت طويل - ربما من 10 إلى 15 عامًا - قبل أن تحظى الأنظمة التي يصفها برجر بفرصة استخدام العالم الحقيقي. ولكن قد تكون هذه هي الطريقة التي يحصل بها الجيل القادم من أجهزة الكمبيوتر على عصارته. يقول برجر: "ليس لدينا أي فكرة إلى أي مدى يمكننا دفع هذا". "ولكن بمجرد أن تكون على استعداد لارتكاب القليل من الخطأ وتكسر هذا الاستبداد الرقمي مرة أخرى، يمكنك البدء في استخدام هذه الأجهزة الصاخبة مرة أخرى - ولن تضطر إلى دفع هذه الضريبة الهائلة لضمان الرقمين الصانعين لهذه الرقمية 1 أو 0. "

روبرت ماكميلان من جانبه يغطي التقنيات المعقدة التي تعمل خلف الكواليس لجعل تطبيقات الهاتف المحمول الخاصة بك تقوم بأشياء رائعة.

***

ان أصل الكون او بداية كل شيء هو مسألة يلفها الكثير من الغموض  في كلا الروايتين العلمية والدينية. هذا ليس لأنهما يواجهان المشكلة بنفس الطريقة، بالتأكيد ليس كذلك. انما المشكلة لأن السؤال المطروح في كلا القصتين هو ذاته. نحن نريد معرفة كيف جاء كل شيء للوجود. نريد معرفة ذلك لأنه في غير ذلك ستبقى القصة غير كاملة. نحن مخلوقات لهذا الكون، وقصة الكون هي في الأساس قصتنا ايضا. لا اعتراض على ان علم الكون الحديث وعلم الفلك أنتجا رواية رائعة للتاريخ المبكر للكون. ولكن هل يستطيع العلم حقا إعطاء الجواب؟ . كما بالنسبة لي ولكل شخص آخر، للكون تاريخ ميلاد. نحن نعلم انه بدأ قبل 13.8 بليون سنة، ونستطيع ان نصف وبثقة كيف تطور الكون بدءاً من جزء من مائة من الثانية بعد الانفجار العظيم، رغم ان هناك بعض الفجوات الهامة في تاريخ الكون لازال يتوجب علينا ملئها. تلك المعرفة هي إنجاز هائل، لكن السؤال الذي مازال أمامنا هو ما مدى قرب العلم من الأصل الاول.

تاريخ الحياة

الأشياء تصبح اكثر تعقيدا  لو أبقينا على مقارنة يوم الميلاد. كل واحد منا له أبوين. آباؤنا ايضا لهم آباء، وهكذا. نحن نستطيع تعقّب هذه الاستمرارية رجوعا الى أول وجود حي، والذي نسميه أصلنا المشترك الاخير وهو بكتريا عاشت قبل 3 بليون سنة. حالما نجد ذلك الأصل سنواجه سؤالا آخر اكثر صعوبة وهو: كيف جاء ذلك الكائن الحي الأول اذا لم يكن هناك كائن حي سابق له ؟التوضيح العلمي المقبول الوحيد هو ان الحياة يجب ان تكون خرجت من لاحياة. انها خرجت قبل 3.5 بليون سنة من زيادة التعقيدية في التفاعلات الكيميائية بين الجزيئات الحيوية الموجودة في الشكل البدائي الأول للأرض.

وماذا عن الكون؟ كيف جاء الكون للوجود اذا لم يكن هناك شيء قبله؟ اذا كان أصل الحياة يشكل غموضا محيرا، فان أصل الكون هو أكثر حيرة وغموضا. الكون، حسب التعريف ينطوي على كل ما هو موجود. كيف يمكن لكل شيء ان يأتي من لا شيء؟ مهمة العلم هي تطوير توضيحات دون اللجوء للتدخل الديني. العلم يستعمل قوانين الطبيعة كخطة انطلاق له. المحدودية هنا تجعل من الصعب جدا للعلم وصف أصل الكون. هذه المشكلة تُعرف في الفلسفة بالسبب الأول. اذا كان الكون خرج بفعل ذاته، فهو يكون نشأ بسبب ليس له مسبب. انه خرج الى الوجود بدون أصل سابق له. العلم يعمل ضمن حدود مفاهيمية واضحة. لكي يوضح أصل كل شيء، يحتاج العلم لتوضيح ذاته. ولكي يقوم بهذا، سيحتاج الى اسلوب جديد للتوضيح العلمي.

قصة الكون لا يمكن ان تبدأ في صفحة ثانية

الأوصاف الحالية لأصل الكون تعتمد على دعامتين رئيسيتين اثنين في فيزياء القرن العشرين. الدعامة الاولى هي النسبية العامة لاينشتاين القائلة ان الجاذبية هي نتيجة لإنحناء الفضاء الناتج عن وجود الكتلة. الدعامة الثانية هي فيزياء الكوانتم التي تصف عالم الذرات وما دون الذرة. اذا أخذنا بالإعتبار ان الكون في طفولته كان صغيرا جدا فان تأثيرات الكوانتم ستكون هامة. النظريات الحالية لأصل الكون بدءاً من نظرية الأوتار مرورا بالجاذبية الكوانتمية الحلقية وحتى الكون المتأرجح بين التوسع والانكماش – كلها تستعمل الآثار الغريبة التي وصفتها فيزياء الكوانتم لتوضيح ما يبدو غير قابل للتوضيح. القضية هي الى أي مدى يمكن لتلك النظريات ان توضح حقا السبب الأول. بنفس الطريقة التي تتحلل بها النواة المشعة تلقائيا، فان كامل الكون ربما نشأ من تقلبات عشوائية في الطاقة – فقاعة في الفضاء ظهرت من "لاشيء" تطلق عليها فيزياء الكوانتم اسم الفراغ. الشيء المثير للانتباه هو ان الفقاعة كانت عبارة عن  تقلبات لصفر من الطاقة، نتيجة تعويض ذكي بين الطاقة الموجبة للمادة والطاقة السالبة للجاذبية. هذا يوضح لماذا يكتب العديد من الفيزيائيين للناس العامة وبثقة يؤكدون لهم ان الكون خرج من لا شيء – الفراغ الكوانتمي هو لاشيء، ويعلنون بفخر ان تلك القضية اُغلقت. لسوء الحظ، الأشياء ليست بهذه البساطة. ما سُمي لاشيء، او الفراغ الكوانتمي الفيزيائي هو بعيد جدا عن الفكرة الميتافيزيقية للفراغ التام. في الحقيقة، الفراغ هو كينونة ممتلئة بالفعالية، حيث ان الجزيئات تتحد وتختفي كالفقاعات عند التسخين. لكي نعرّف الفراغ، نحتاج للبدء من عدة مفاهيم أساسية مثل الفضاء، الزمن،حفظ الطاقة، ومجالات الجاذبية والمادة. النماذج التي يضعها العلماء تعتمد على قوانين الطبيعة التي جرى اختبارها فقط لمواقف بعيدة جدا عن بيئة الكون البدائي الاول.

الفراغ الكوانتمي هو سلفاً تركيب او بناء ذو تعقيدية هائلة. لكي نستعمله كنقطة ابتداء يعني ان نبدأ قصة الكون في صفحة ثانية من الكتاب. محاولاتنا لفهم كيف بدأ الكون تتطلب منا تخمين حجم للطاقة اكثر مما يمكن اختباره بألف ترليون مرة. لكن يبقى هناك أمل بتحقيق تقدم. غير ان تلك التنبؤات حول الكون المبكر ترتكز على ما نستطيع قياسه بوسائلنا، وعلى استعمال النماذج الحالية لفيزياء الطاقة العالية. هذه النماذج هي ايضا ترتكز على ما نستطيع قياسه، وعلى ما نعتبره تخمين مقبول. هذا الاتجاه يُعتمد لكي تُدفع حدود المعرفة الى عوالم غير معروفة. ولكن يجب ان لا ننسى ان ما يعتمد عليه هذا الاطار النظري لا يجعلنا متأكدين من كيفية فهم أصل الكون. الإعلان عن تعدد الأكوان، والقول انه أبدي، والاستنتاج ان كوننا هو فقاعة خرجت من ذلك الكون المتعدد، كل ذلك لا يجعلنا قريبين من الجواب الحقيقي.

الكون سيدفع الجميع للتواضع

لايبدو ان العلم كما يُصاغ الآن يستطيع الإجابة على سؤال أصل الكون. ما يستطيع عمله هو توفير نماذج تصف سيناريوهات محتملة. هذه النماذج هي أدوات ممتازة يستطيع العلماء استعمالها لدفع حدود المعرفة الى أوقات مبكرة ومبكرة جدا، بأمل ان ترشدهم تلك الملاحظات والبيانات الى حدود أبعد. لكن هذا يختلف جدا عن توضيح أصل الحياة من خلال كيمياء معقدة. لكي نوضح أصل كل شيء، نحتاج الى علم قادر على توضيح نفسه وأصل قوانينه. نحتاج الى ما فوق النظرية metatheory توضح أصل النظريات. تعدد الأكوان ليس مخرجا. نحن لا نزال نحتاج الى اطار مفاهيمي للفضاء والزمن ومجالات لوصفهما. وليست لدينا أي فكرة كيف تتغير قوانين الطبيعة بين الفروع المختلفة لهذا الكون المتعدد. المحدود والمضاد له و اللاشيء هي ادوات ضرورية للرياضيات. لكنها خطيرة جدا كمفاهيم لوصف الحقيقة الطبيعية. هي متاهات يسهل التيه فيها، كما يذكر جورج لويس بورخيس في (مكتبة بابل)(1). تشخيص الصعوبة العلمية المفاهيمية عادة ما تُواجه بسخرية كموقف انهزامي. السؤال الصارم الذي يتبع هو، "هل يجب علينا التخلي عن المهمة؟" بالطبع نحن لا يجب ان نتخلى. المعرفة تتقدم فقط عندما ندفعها الى الأمام ونتحمل مخاطرة القيام بهذا. لاعيب في اندفاعنا لفهم الاسطورة العميقة من خلال العقل والمنهجية العلمية. العيب هو الادّعاء اننا نعرف أكثر مما لدينا من معرفة واننا نفهم الأشياء التي تشير وفق التفكير الحالي اننا بعيدين جدا عن الفهم. هناك عدة أسئلة تتطلب تواضعا فكريا، وأن أصل الكون هو في مقدمة تلك الأسئلة.

***

حاتم حميد محسن

........................

Bigthink.com, 25 May 2022

الهوامش

(1) كتاب مكتبة بابل The Library of Babel للكاتب Borges Jorge Luis صدر عن دار بنجوين في نيويورك عام 1998،والقصة كانت نُشرت في الأصل في مجموعة بورخس عام 1944. ان الكون (يسميه البعض مكتبة) مؤلف من عدد لا متناهي من القاعات ذات الأضلاع السداسية  رُصت الى بعضها، في وسط كل قاعة هناك منفذ للتهوية. من أي ضلع سداسي يمكن للمرء ان يرى الطوابق العليا والسفلى، الواحدة بعد الاخرى الى ما لا نهاية. ترتيب القاعات كان دائما هو ذاته: 20 رف للكتب، 5 لكل جانب. المكتبة تحتوي على كل ما كُتب وما سيُكتب. وجميع الكتب بلغة واحدة. القصة هي من أروع القصص الخيالية التي تسعى لتخيّل اللانهائي، فيها تتجسد الصلة بين الفلسفة والخيال الى أبعد الحدود وفي وقت واحد.

حاتم حميد محسنمن الواضح ان لاشيء يأتي من لا شيء، لأنه لكي يوجد شيء ما، يجب ان تكون هناك مادة او مركب موجود سلفا، وهذه الأخيرة لكي تكون موجودة لابد ان يكون هناك شيء آخر موجود سبقها. السؤال هو من أين جاءت تلك المادة التي أنتجت الانفجار الكبير(1)، وماذا حدث في اللحظة الاولى لخلق تلك المادة؟. "آخِر نجمة سوف تبرد ببطء وتتلاشى، ومع موتها، سيصبح الكون مرة اخرى فراغا، بلا ضوء او حياة او معنى". هكذا حذّر الفيزيائي بريان كوكس Brian Cox في السلسلة الاخيرة لـ BBC عن الكون. ان تلاشي تلك النجمة الأخيرة سيكون فقط بداية لحقبة معتمة طويلة وبلا نهاية. كل المادة بالنهاية سوف تُستهلك بواسطة ثقوب سوداء عملاقة، التي بدورها سوف تتبخر الى وميض ضوء خافت. الفضاء سيتمدد الى الأبد حتى يصبح ذلك الوميض الخافت منتشرا جدا لدرجة يصعب معه التفاعل، وهنا ستتوقف الفعالية. ومن الغريب ايضا ان بعض الكوزمولوجيين يعتقدون ان كونا سابقا فارغا ومظلما وباردا مثل ذلك الكامن في مستقبلنا البعيد ربما كان مصدر للانفجار الكبير الخاص بنا.

المادة الاولى

ولكن قبل الوصول الى ذلك، دعنا ننظر في كيفية حدوث المادة الفيزيقية اول مرة. اذا كان هدفنا توضيح أصل مادة مستقرة مصنوعة من الذرات او الجزيئات، بالتأكيد لا شيء من هذا القبيل عند الانفجار الكبير ولا بعده  بمئات آلاف السنين. نحن في الحقيقة  لدينا فهم جيد ومفصّل عن كيفية تكوّن اولى الذرات من جزيئات بسيطة عندما انخفضت حرارة الظروف بما يكفي لتصبح المادة المعقدة مستقرة، وايضا لدينا فهم عن الكيفية التي التحمت بها تلك الذرات في عناصر ثقيلة داخل النجوم. لكن ذلك الفهم لا يعالج السؤال حول ما اذا كان هناك شيء خرج من لاشيء(2). لذا دعونا نفكر رجوعا الى الأبعد. ان اولى الجزيئات المادية القديمة كانت هي البروتونات والنيوترونات، التي مع بعضهما يكوّنان نواة الذرة. هذه العناصر جاءت الى الوجود في واحد الى عشرة الاف من الثانية بعد الانفجار الكبير. قبل تلك النقطة، لم تكن هناك مادة في أي معنى مألوف في العالم. لكن الفيزياء تسمح لنا بالاستمرار في تعقّب زمني رجعي وصولاً الى العمليات الفيزيائية التي سبقت أي مادة مستقرة.

هذا يأخذنا الى ما سمي بـ "حقبة التوحد العظمى grand unified epoch". نحن لازلنا الآن في عالم الفيزياء التخمينية لأننا لا نستطيع إنتاج طاقة كافية في تجاربنا لإستكشاف نوع العمليات التي كانت تجري في ذلك الوقت. لكن فرضية معقولة هي ان العالم الفيزيائي صُنع من حساء من جزيئات اولية قصيرة الحياة – بما فيها أصغر الجسيمات quarks، التي هي حجر الأساس لـ  البروتونات والنيوترونات. كان هناك كل من المادة "والمضاد للمادة" بكميات متساوية تقريبا: كل نوع من جزيئات المادة، كالكورك مثلا، يمتلك "صورة معاكسة" مرافقة له مضادة للمادة، والتي هي تقريبا مشابهة لذاتها، تختلف فقط في مظهر واحد. غير ان المادة والمضاد للمادة يختفيان في ومضة من الطاقة عندما يلتقيان، وهو ما يعني ان هذه الجزيئات كانت تُخلق وتتحطم باستمرار.

لكن كيف تسنّى لهذه الجزيئات ان تأتي الى الوجود بالمقام الأول؟ حقل فيزياء الكوانتم يخبرنا انه حتى الفراغ، بافتراض مطابقته لزمكان فارغ، هو مليء بالفعالية الفيزيائية على شكل تقلبات في الطاقة. هذه التقلبات تؤدي الى مجيء الجزيئات بقوة، فقط لتختفي بعد وقت قصير. هذا يبدو كسمة رياضية غريبة بدلا من فيزياء حقيقية، لكن مثل هذه الجزيئات جرى تحديدها في عدد كبير من التجارب. حالة الفراغ الزمكاني تتحرك دائما مع جزيئات تُخلق باستمرار وتتحطم، "من لا شيء" كما يبدو. ولكن هذا يخبرنا ان الفراغ الكوانتمي (رغم اسمه) هو شيء ما غير اللاشيء. الفيلسوف ديفد البرت انتقد تفسير البغ بانغ الذي يوعد بمجيء شيء ما من لا شيء بهذه الطريقة.(3)

لنفرض اننا نطرح السؤال التالي: من أين نشأ الزمكان ذاته؟ عندئذ نستطيع الاستمرار في إعادة الساعة الى الوراء، الى أول مراحل الانفجار الكبير القديمة plank epoch وهي الفترة المبكرة جدا في تاريخ الكون لدرجة  تنهار معها أفضل نظريتانا الفيزيائية. هذه الفترة حدثت فقط في عشر المليون من الترليون من الترليون من الترليون من الثانية بعد الانفجار الكبير. في هذه النقطة، اصبح الزمان والمكان ذاتهما عرضة للتقلبات الكوانتمية. الفيزيائيون عادة يعملون منفصلين في ميكانيكا الكوانتم التي تحكم العالم الجزئي للجزيئات، وفي النسبية العامة التي تنطبق على مستويات كونية اكبر. ولكن لكي نفهم حقا مرحلة الـ  plank epoch، سنحتاج الى نظرية كاملة في الجاذبية الكوانتمية تدمج الاثنين معا.

لانزال ليس لدينا نظرية مثالية في الجاذبية الكوانتمية، ولكن هناك محاولات حثيثة مثل نظرية الأوتار والجاذبية الكوانتمية الحلقية. في هاتين المحاولتين، يُنظر الى الزمان والمكان العاديين كبروز مثل موجات المحيط العميق. ما نلمسه كزمان ومكان هو نتاج للعمليات الكوانتمية التي تعمل في مستوى مكروسكوبي أعمق (لايُرى بالعين المجردة) – عمليات لاتنفعنا كثيرا كمخلوقات تكوّنت في عالم ماكروسكوبي (عالم مرئي بالبصر).

في مرحلة الـ plank epoch، ينهار فهمنا العادي للزمان والمكان ، لذا نحن لا نستطيع الإعتماد على فهمنا العادي للسبب والنتيجة ايضا. رغم هذا، كل النظريات الشائعة للجاذبية الكوانتمية تصف شيئا ما فيزيائيا كان يحدث في البلانك ايبوك – هو بعض الكوانتم السابق في الوجود للمكان والزمان العاديين. ولكن من أين أتى ذلك؟

حتى لو لم تعد السببية قابلة للتطبيق في أي شكل مألوف، لكنه لايزال بالإمكان توضيح عنصر واحد من كون البلانك ايبوك في العلاقة مع  آخر. لسوء الحظ، حتى الآن افضل الفيزياء لدينا تفشل تماما بتوفير أجوبة. وحتى نحقق تقدما آخرا نحو "نظرية لكل شيء"، سوف لن نكون قادرين على إعطاء أي جواب محدد. أغلب ما نستطيع قوله وبثقة في هذه المرحلة هو ان الفيزياء حتى الآن لم تجد أي حالات مؤكدة لشيء ما ينبثق من لا شيء.

دورات من لاشيء تقريبا

لكي نجيب على السؤال عن كيفية نشوء شيء من لا شيء سوف نحتاج لتوضيح الحالة الكوانتمية لكل الكون في بداية البلانك ايبوك. كل المحاولات للقيام بهذا تبقى تخمينية الى حد كبير. بعضها تلجأ لقوى ما فوق الطبيعة مثل نظرية المصمم(4). لكن توضيحات اخرى شائعة تبقى ضمن عالم الفيزياء – مثل الأكوان المتعددة التي تحتوي على عدد لا متناهي من الأكوان الموازية ،او النماذج الدائرية للكون التي تولد وتولد مرة اخرى.

الفائز بجائزة نوبل لعام 2020 الفيزيائي روجر بينروس Roger Penrose اقترح نموذجا مثيرا للاهتمام لكنه ايضا مثير للجدل حول الكون الدائري أطلق عليه اسم "علم الكون الدوري المطابق"conformal cyclic cosmology. كان بينروز متحفزا جدا بالارتباط الرياضي الملفت بين حالة صغيرة من الكون الحار والكثيف – كما كان عند البغ بانغ – وحالة من الكون البارد جدا والفارغ والمتمدد – كما سيكون في المستقبل البعيد. نظريته الثورية لتوضيح هذا التطابق هو ان هاتين الحالتين تصبحان متشابهتين رياضيا عندما يؤخذان الى أقصى حد ممكن. من المفارقة، قد  يبدو ان الغياب الكلي للمادة ربما نجح في خلق كل المادة التي نراها حولنا في الكون. حسب هذه الرؤية، نشأ البغ بانغ من لا شيء تقريبا، هو ما تبقى عندما جرى ابتلاع كل مادة الكون في الثقوب السوداء، التي بدورها سخنت الى فوتونات – اختفت في الفراغ. وهكذا، كل الكون ينشأ من شيء يُنظر اليه من منظور فيزيائي آخر – هو أقرب الى ما يمكن للمرء الحصول عليه من لاشيء ابدا. لكن ذلك اللاشيء لايزال نوعا من الشيء. لايزال كوننا فيزيائيا مع انه فارغ. كيف يمكن ان تكون نفس الحالة من الكون البارد والفارغ من منظور معين والكون الحار والكثيف من منظور آخر؟ الجواب يكمن في إجراء رياضي معقد يسمى "إعادة قياس امتثالي" conformal rescaling، وهو تحوّل هندسي يغيّر بالنتيجة حجم الشيء لكن يترك شكله دون تغيير.

بينروس بيّن كيف ان حالة البارد والفارغ  وحالة الحار الكثيف يرتبطان بـ إعادة القياس هذه لكي يتشابهان في أشكال زمكانهما- رغم عدم التشابه في حجمهما. من الصعب فهم الكيفية التي يتشابه بها شيئان  بهذه الطريقة رغم انهما يختلفان في الحجم – لكن بينروس يجادل بان الحجم كمفهوم لم يعد له معنى في مثل هذه البيئات الفيزيائية المتطرفة.

في علم الكون الدائري الإمتثالي، يسير اتجاه التوضيح من البارد القديم الى الحار الجديد: حالة الحار الكثيف توجد بسبب حالة البارد الفارغ. لكن كلمة "بسبب" هذه ليست هي المألوفة  - كسبب يتبعه النتيجة. انه ليس فقط الحجم لم يعد ملائما في هذه الحالات المتطرفة، الزمن ايضا لم يعد ملائما. حالة الفراغ البارد وحالة الحار الكثيف هما بالنتيجة يقعان في خط زمني مختلف. حالة الفراغ البارد سوف تستمر الى الأبد من منظور المراقب في حدود هندسته المكانية الخاصة به، لكن الحالة الكثيفة الحارة تؤدي الى انخراط فعال في خط زمني جديد خاص بها. ربما من المفيد فهم الحالة الكثيفة الحارة كنتاج عن الحالة الفارغة الباردة بطريقة غير سببية. نحن يجب ان نقول ان الحالة الكثيفة الحارة تنشأ من او تتأسس على الحالة الفارغة الباردة . هاتان فكرتان ميتافيزيقيتان متميزتان جرى استطلاعهما من جانب فلاسفة العلوم بكثافة، خاصة في سياق الجاذبية الكوانتمية وحيث ينهار المبدأ المألوف للسبب والنتيجة . عند حدود معرفتنا، يصبح من الصعب فصل الفيزياء عن الفلسفة.

الدليل التجريبي؟

يقدم علم الكون الدائري التماثلي بعض الأجوبة المفصلة مع انها تخمينية لسؤال من أين جاء البغ بانغ. ولكن حتى لو جرى تأييد رؤية بينروس، فنحن ربما لانزال لم نجب على السؤال الفلسفي الأعمق – سؤال حول من أين جاءت الحقيقة الفيزيائية ذاتها. كيف حدث النظام الدائري بأكمله؟ عندئذ نحن بالنهاية ننتهي الى سؤال خالص حول لماذا هناك شيء بدلا من لاشيء – وهو أحد أكبر أسئلة الميتافيزيقا. لكن تركيزنا هنا هو على توضيحات تبقى ضمن عالم الفيزياء. هناك ثلاثة خيارات كبرى للسؤال العميق حول الطريقة التي بدأت بها الدورات. هي اما لا وجود لتوضيح فيزيائي ابدا. او ربما هناك دورات متكررة بلانهاية، فيها كل كون يتخذ سماته الخاصة مع الحالة الكوانتمية الاساسية  لكل كون والموضحة ببعض سمات الكون السابق. او ربما هناك دورة واحدة وكون واحد متكرر. الاتجاهان الأخيران يتجنبان الحاجة لأي أحداث غير سببية – وهذا يعطيهما قبولا متميزا. لا شيء يُترك بلا توضيح من جانب الفيزياء. بينروس يرى سلسلة من دورات جديدة لا متناهية لأسباب مرتبطة جزئيا بتفسيره المفضل لنظرية الكوانتم. في ميكانيكا الكوانتم، يوجد نظام فيزيائي مركب من عدة حالات مختلفة في نفس الوقت، ونحن فقط "نلتقط واحدة" عشوائيا،عندما نريد قياسها . بالنسبة لبينروس كل دورة تستلزم أحداثا كوانتمية عشوائية تتضح بطريقة مختلفة – بمعنى كل دورة سوف تختلف عن تلك الدورات التي قبلها وتلك التي بعدها. هذه بالحقيقة أخبار جيدة للفيزيائيين التجريبين لأنه قد يسمح لهم بأخذ لمحة عن الكون القديم الذي أدّى الى كوننا من خلال الآثار الخافتة اللمعان او الغريبة، المرصودة في الإشعاع المتبقي من البغ بانغ والتي لاحظها قمر بلانك الصناعي.

يعتقد بينروس وزملائه انهم حددوا هذه الآثار سلفا،معزين نماذج في بيانات البلانك الى إشعاع من ثقب أسود هائل في الكون السابق. غير ان ادّعائهم جرى تحدّيه من جانب فيزيائيين آخرين والمسألة بقيت دون تغيير. دورات جديدة لا متناهية هي أساسية لرؤية بنروس. لكن هناك طريقة طبيعية لتحويل كوزمولوجيا الدورات الإمتثالية من شكل متعدد الدورات الى شكل بدورة واحدة. الحقيقة الفيزيائية تكمن في دوران انفرادي من خلال البغ بانغ الى حالة من أقصى الفراغ في المستقبل البعيد – ومن ثم مرة اخرى الى نفس البغ بانغ، بما يؤدي من جديد الى نفس الكون مرة اخرى.

هذه الإمكانية الأخيرة تكمن في تفسير آخر لميكانيكا الكوانتم سُميت تفسير العوالم المتعددة. هذا التفسير يخبرنا انه في كل مرة نقيس بها نظام من مجموعة من حالتين او اكثر من الحالات الفيزيائية، فان هذا القياس لايختار الحالة عشوائيا . بدلا من ذلك، فان القياس الذي نراه هو فقط إمكانية واحدة – هي التي تحدث في كوننا. القياس الآخر يحدث في أكوان اخرى متعددة عُزلت بفاعلية عن كوننا. لذا لا يهم كم هو الاحتمال ضئيلا بحدوث شيء ما، حتى لو كانت له فرصة اللاصفر فهو يحدث في عالم كوانتمي موازي. هناك اناس مثلما نحن في عوالم اخرى ربحوا جائزة اليانصيب، او كانوا يحترقون تلقائيا ، او قاموا بكل الثلاثة في وقت واحد.

بعض الناس يعتقد ان هذه الأكوان الموازية ربما ايضا يمكن ملاحظتها في بيانات كونية، كبصمات نتجت بفعل اصطدام كون آخر بكوننا. العديد من مفردات نظرية الكوانتم تعطي شكلا لولبيا لعلم الكون الدائري الإمتثالي، مع انه ليس ذلك الشكل الذي يتفق معه بينروس. الانفجار الكبير ربما كان إعادة ولادة لكون متعدد كوانتمي واحد، يحتوي بلا نهاية على العديد من الأكوان المختلفة تحدث كلها مجتمعة. كل شيء يمكن حدوثه – ويحدث مرة اخرى واخرى واخرى.

الاسطورة القديمة

بالنسبة لفيلسوف العلوم، تُعتبر رؤية بينروس رائعة. انها تفتح إمكانات جديدة لإستطلاع البغ بانغ آخذة توضيحاتنا الى ما وراء السبب والنتيجة العاديين. انها لهذا السبب حالة اختبار كبير لاستكشاف مختلف الطرق التي تستطيع بها الفيزياء توضيح عالمنا. انها تستحق مزيد من الانتباه من الفلاسفة. بالنسبة لمحبي الاسطورة، رؤية بينروس هي جميلة. في شكل بينروس المفضل والمتعدد الدورات، يتنبأ بعوالم جديدة لا متناهية تولد من رماد أسلافها. في شكلها الاحادي الدورة، هي إعادة لجوء حديثة للفكرة القديمة حول التنين الذي يأكل ذيله . في الميثولوجيا القديمة، التنين هو ابن للمحتال لوكي (يغير شكله) وللعملاقة انغروبودا. ابن المحتال يأكل  ذيله، والدورة المستمرة الناتجة عن ذلك ستحفظ التوازن في العالم. لكن اسطورة التنين جرى توثيقها في كل العالم بما فيه مصر القديمة.

التنين ضمن كون أحادي الدورة هو رائع جدا. انه يحتوي في معدته على كوننا بالاضافة الى كل واحد من الأكوان الاسطورية المدهشة الاخرى التي سمحت بها فيزياء الكوانتم – وفي النقطة التي يلتقي بها رأسه مع ذيله، هو فارغ تماما مع انه ايضا في سباق مع  طاقة بدرجة حرارة مئة الف مليون بليون ترليون درجة مئوية. هنا حتى المحتال (لوكي) الذي يستطيع تغيير شكله سيكون منبهرا.

***

حاتم حميد محسن

.................................

* The evolution of the cosmos after the Big Bang, NASA, January3, 2022

الهوامش

(1) يُعتبر فريد هويل fred Hoyle اول من صاغ مصطلح الانفجار الكبير عام 1949 ليصف نوعا من النظرية ظل يكرهها ويقاومها كثيرا حتى نهاية حياته. عبارة "انفجار عظيم" تلمّح مجازيا لإنفجار وحدث مزعج وقع في بداية الزمن. هويل صاغ العبارة بنوع من الإزدراء ساخرا من فكرة كون انفجاري، لكن ما هو مشهور ليس بالضرورة صحيحا.

(2) يجب التذكير ان معظم نظريات الفيزيائيين والكوزمولوجيين حول أصل الكون تبقى نظريات تخمينية وليست حقائق قطعية وذلك لسببين اولهما ان تكنلوجيا العلوم لم تتوصل بعد الى امكانية اجراء تجارب مختبرية تضاهي ما حصل في المراحل المبكرة للكون من حيث درجات الحرارة الهائلة والكثافة والظروف الاخرى. وثانيا، ان علماء الفيزياء الآن ينقسمون الى فريقين منفصلين احدهما يعمل وفق النسبية العامة والآخر ضمن ميكانيكا الكوانتم، كل واحدة من النظريتين له مجاله المحدد، ولكي يتم الوصول الى نظرية مؤكدة لابد من توحيد النظريتين في نظرية واحدة تحكم كل الكون من الجسيمات الصغيرة الى المجرات والكواكب، وهو الأمر الذي لم يحدث حتى الآن.

(3) هناك منْ إعتبر فكرة البحث عن شيء ما قبل الانفجار الكبير هي فكرة بلا معنى لأنه لم يكن هناك زمن ولا مادة، وحتى قوانين الفيزياء او قانون السبب- النتيجة لم تكن تعمل. نظرية الانفجار العظيم التي تشير الى ان الكون خرج الى الوجود قبل اكثر من 13 بليون سنة تعني انه لم يكن ابديا او قديما وانما خُلق منذ لحظة ذلك الانفجار، ومن هنا تنصب الجهود لمعرفة كيف تم ذلك.

(4) ان حجة التصميم او المصمم ترفض اننا خُلقنا عشوائيا بالصدفة او اننا وُجدنا بسبب الانفجار العظيم. وليم بالي قارن تصميم الكون بعملية العثور على ساعة وسط العشب، يقول العثور على ساعة يشير الى ان أحد ما هو الذي صنعها، جميع أجزاء الساعة تعمل مجتمعة من اجل قياس الوقت، مثلما هناك مصمم للساعة، هناك مصمم للكون. الفيلسوف ديفد هيوم(1711-1776) رفض فكرة المصمم الذكي للأسباب التالية: 1- اننا ليست لدينا تجربة بخلق الكون لكي نستطيع مقارنة الكون بها. نحن نعلم هناك من صنع الساعات نستطيع مقارنتها مع بعضها لنستنتج ان لها سبب مشابه. 2- لا يوجد شبه كافي بين الكون والساعة، فالكون صُنع من مواد عضوية طبيعية اما الساعة صنعت من مواد ميكانيكية مصطنعة. 3- حجة التصميم لا تعطي دليلا على قدرة الله الكلية. فالساعة عادة تُصمم من قبل مجموعة من المهندسين وليس مهندسا واحدا، وعند المقارنة سيكون هناك مجموعة من الآلهة وليس الها واحدا. كذلك الساعة تمر بسلسلة من التجربة والخطأ قبل صنعها لأجل اجراء التحسينات عليها، اما في حالة خالق الكون لا نستطيع الافتراض ان الله قام بذلك لأن ذلك يعني انه ليس قادرا على كل شيء.

إعداد وتحرير وترجمة: د. جواد بشارة

اكتشف العلماء الممولون من وكالة DARPA عن طريق الخطأ أول "فقاعة 'warp bubble' في العالم وفتحوا الباب أمام السفر بسرعة تفوق سرعة الضوء. فلأول مرة في التاريخ، حدد فريق من العلماء فقاعة الاعوجاج bulle de distorsion - أو `` فقاعة الاعوجاج 'warp bubble' '' باللغة الإنجليزية - التي تتناسب مع الرياضيات الخاصة بمحرك Alcubierre للسفر أسرع من الضوء دون انتهاك نظرية أينشتاين للنسبية الخاصة.3525 السفر بين النجوم

النموذج الأولي لمركبة الفضاء ذات محرك الاعوجاج التابعة لناسا.

إنه اكتشاف مذهل يمكن أن يأخذنا إلى أنظمة نجمية أخرى في المستقبل البعيد جدًا، لكن أقرب قليلاً من الأمس. تسمح النظرية الكامنة وراء هذا المحرك - التي اقترحها عالم الرياضيات المكسيكي ميغيل ألكوبيير Miguel Alcubierre في تسعينيات القرن الماضي - للمركبة الفضائية بالسفر أسرع من الضوء عن طريق انحناء الفضاء، وتمديده خلف السفينة أثناء تقليصه في مقدمة السفينة. بهذه الطريقة، يتم تقصير المسافة الفعالة بين نقطتين، ويمكن للمركبة أن تغطي تلك المسافة بشكل أسرع من سرعة فوتون يسافر عبر مساحة مكانية في الفضاء غير مشوهة.

فقاعة نانوية: Une bulle nanoscopique

كان الفريق يعمل على مشروع مختلف لـ DARPA، قسم التكنولوجيا المتقدمة في البنتاغون، عندما عثروا صدفة على هذه الفقاعة. هذا المشروع الأصلي، الذي لا يزال قيد التنفيذ، يقيم إمكانية استخراج الطاقة من ظاهرة تسمى تقعر أو تجويف كازيمير cavité de Casimir. يصف هذا التأثير التجاذب بين الأجسام المعدنية المفصولة بمسافة صغيرة للغاية. وفقًا لنظرية المجال الكمومي théorie quantique des champs، هناك تقلبات في الفراغ الكمومي le vide quantique على هذه المسافة، ناتجة عن عدم توازن في أنماط اهتزاز هذه العناصر المعدنية. يولد هذا الخلل قوة قابلة للقياس ليست ثقالية جاذبية وتؤدي إلى تماسك الصفائح.3526 السفر بين النجوم

فقاعة الانحناء المكتشفة في عمل فريق DARPA.

لكن من حيث المبدأ، تدعي الدراسة أن الفقاعة لا علاقة لها بتجويف كازيمير. خلال إحدى التجارب التي تهدف إلى دراسة ظاهرة تجويف كازيمير، حدد فريق معهد باوندلس للفضاء Boundless Space Institute تحت إشراف الدكتور هارولد جي "سوني" وايت Dr Harold G. "Sonny" White هيكلًا يتوافق مع فقاعة التشويه أو الانحناء الزمكاني bulle de distorsion.

وفقًا لأبحاثهم، "من خلال إجراء تحليل يتعلق بمشروع ممول من DARPA لتقييم الهيكل المحتمل لكثافة الطاقة الموجودة في تجويف كازيمير ، كما هو متوقع بواسطة نموذج الفراغ الديناميكي le modèle dynamique du vide  أو نموذج ديناميكية الفراغ، تم اكتشاف بنية على مقياس ميكرو/نانو micro / nano الذي يتنبأ بتوزيع كثافة الطاقة السالبة يتطابق بشكل وثيق مع متطلبات مقياس الكوبيير ".

في مقابلة بالبريد الإلكتروني مع مدونة The Debrief، قال الدكتور وايت إن ما حددوه لم يكن نظيرًا لفقاعة الاعوجاج، ولكنه "فقاعة اعوجاج حقيقية، وإن كانت متواضعة وصغيرة". قال العالم - الذي ترأس مجموعة أبحاث Eagleworks التابعة لوكالة ناسا لسنوات - إن أهمية هذا الاكتشاف ضخمة ويفتح إمكانية التطبيقات العملية المستقبلية التي لم يتم تصورها حتى الآن.

كانت Eagleworks مجموعة أبحاث الدفع المتقدمة التابعة لوكالة ناسا، حيث أجرى وايت بحثًا لحل مشكلات استهلاك الطاقة الهائلة التي فتحتها معادلات ألكوبيير. نجح عمله في تقليل متطلبات الطاقة هذه، حيث قدم لأول مرة حلاً ممكنًا للبشرية للسفر إلى أنظمة نجمية أخرى الأمر لا يمكن القيام به الآن إلا في مسلسل الخيال العلمي مثل ستار تريك "رحلة النجوم""Star Trek"..

إذا كنا قادرين على تطوير النظرية والتكنولوجيا إلى النقطة التي تكون فيها متطلبات الطاقة قابلة للإدارة والمواد قوية بما فيه الكفاية، من الناحية النظرية، إلا إنه، في الوقت الحالي، شيء لا يزال يبعد عنا عدة قرون.

ومن هنا تأتي أهمية هذا الاكتشاف العرضي، الذي تحدث عنه الدكتور وايت بالفعل خلال مؤتمر في منتدى طاقة الدفع التابع للمعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضاء في آب- أغسطس الماضي، ولكن تمت مراجعة نتائجه واستنتاجاته ونشرها في المجلة العلمية الأوروبية. المجلة الفيزيائية. خطوتهم التالية هي عدم إجراء مزيد من البحث حول فقاعة الانحناء أو التشويه الزمكاني. وتقول إنه قد يبدو مغريًا، ولكن يجب عليهم أولاً إكمال بحث تجويف كازيميرr الذي دفعت تكاليفه مؤسسة DARPA التابعة لوزارة الدفاع ولوكالة الفضاء الأمريكية ناسا.3527 السفر بين النجوم

اقتراح لتجربة ثانية لزيادة تأثير فقاعة الانحناء. (إل إس آي)

لكن الدكتور وايت يقول إن الخطوة التالية هي دراسة فقاعة الانحناء هذه بشكل أكبر عن طريق بناء مركبة فضائية نانوية، "نموذج كروي قطره 1 ميكرون يقع في وسط أسطوانة قطرها أربعة ميكرون". ولم يعلق المحقق بمزيد من التفصيل لأنه، وفقًا لـموقع The Debrief ، يمكن تصنيف هذا التحقيق على أنه سري من قبل البنتاغون . المراجع (المراجع): دراسة مراجعة الأقران، استخلاص المعلومات، إلى ذلك أشارت نتائج رصدية حديثة إلى أن مجرتنا درب التبانة قد تكون قديمة بقدم عمر الكون التقديري أي 13.8 مليار و800 مليون سنة بعد الانفجار العظيم. سيكون هذا هو عمر مناطق معينة من درب التبانة، وفقًا لدراسة نشرت في مجلة Nature. وهي نتيجة تمتد لولادة ملياري سنة وستؤدي إلى إعادة كتابة تاريخ مجرتنا.3528 السفر بين النجوم

درب التبانة ESA / GAÏA / DPAC

خريطة مجرة درب التبانة مصنوعة باستخدام أحدث كتالوج من القمر الصناعي الأوروبي Gaia

وفق آخر تقديرات علماء الفلك. قد تستغرق مجرتنا، درب التبانة، التي تستضيف حوالي 200 مليار نجم ويبلغ قطرها أكثر من 100000 سنة ضوئية، قدرًا كبيرًا من تقدم العمر في بعض مناطقها ويسبغ عليها قدر من "الشيخوخة". وفقًا للعمل المنشور في مجلة Nature، بدأت بعض المناطق تتشكل منذ 13 مليار سنة، أي بعد 800 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم ... أي بأكثر من ملياري سنة مما تخيله علماء الفلك حتى الآن! وقع الدراسة ماوشينغ شيانغ Maosheng Xiang وهانس والتر ريكس Hans-Walter Rix ، وهما عالمان من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك l’Institut Max-Planck d’astronomie في هايدلبرغ بألمانيا.3529 السفر بين النجوم

تشريح درب التبانة

لم تعد ذرات الهيدروجين تندمج:

أعاد الثنائي من الباحثين بناء تاريخ مجرة درب التبانة من خلال تحديد عمر 250000 من النجوم التي تعمل كمتتبعين أثر traceurs من نوع ما. ينتمون إلى عائلة "العمالقة الفرعية sous-géantes " ويتوافقون مع مرحلة معينة من حياة النجوم عندما لم تعد ذرات الهيدروجين تندمج في لبها. ثم ينتقل إنتاج الطاقة نحو طبقة تحيط بالنواة، مما يؤدي إلى تضخم النجم. ومع ذلك، فإن هذه المرحلة التطورية، التي تسبق التحول إلى "عملاق أحمر" géante rouge، هي قصيرة نسبيًا: فهي لا تدوم إلا "فقط" بضعة ملايين من السنين، مما يجعل من الممكن تحديد عمر هذه النجوم بدقة.

معلومات عن لمعان النجوم وتركيبها الكيميائي:

لا يزال من الضروري التمكن من توصيفهم وتعريفهم على هذا النحو. لهذا، اعتمد العلماء الألمان على نوعين من البيانات: تلك الموجودة في كتالوج EDR3، أولاً وقبل كل شيء، والتي تم تسليمها في عام 2020 بواسطة القمر الصناعي الأوروبي Gaia، وتلك الخاصة بتلسكوب LAMOST (تلسكوب الألياف الطيفية متعدد الأجسام في منطقة السماء الكبيرة) الموجود في شرق الصين. بينما قدمت الأولى معلومات عن لمعان النجوم، أبلغت الأخيرة الباحثين عن تركيبها الكيميائي، ولا سيما "المعدنية" (الجزء من كتلتها الذي لا يتكون من الهيدروجين أو الهيليوم).3530 السفر بين النجوم

قرص بارتفاع 6000 سنة ضوئية:

من خلال الجمع بين هذه البيانات والاعتماد على عمليات المحاكاة الحاسوبية المعقدة، تم تحديد عمر هذه النجوم البالغ عددها 250000 بمستوى غير مسبوق من الدقة. تشير التحليلات بالتالي إلى أن معظم النجوم في مجرتنا قد تكونت خلال مرحلتين متميزتين. لذلك كان من الممكن أن تبدأ الأولى منذ 13 مليار سنة في منطقة من مجرة درب التبانة تسمى "القرص السميك" disque épais، بارتفاع 6000 سنة ضوئية. وهي نفسها تشمل المصباح المركزي le bulbe centralو disque fin "القرص الرفيع"، وهو يسمى هكذا لأنه أرق بثلاث مرات. ومع ذلك، فهو أكثر شمولاً وامتداداً. كما أنه موطن لأذرع المجرة وكذلك غالبية النجوم في الشريط الأبيض المرئي للعين المجردة في سماء الليل.

تصادم بين مجرتين:

كانت المرحلة الثانية قد بدأت بعد ملياري عام، عندما اصطدمت مجرة قزمة تسمى غايا أنسيلادوس Gaia-Enceladus واندمجت مع مجرتنا الفتية. ثم امتلأ القرص السميك بعدد كبير من النجوم. والقرص الرقيق نفسه لن يظهر إلا بعد 5 إلى 6 مليارات سنة بعد موجة جديدة من تشكل النجوم التي كانت الشمس جزءًا منها. هذه الاكتشافات "أحدثت ثورة في نظرتنا إلى متى وكيف تشكلت مجرتنا"، أشعل ماوشينغ شيانغ في بيان صحفي صادر عن وكالة الفضاء الأوروبية. إلى أنه يمكن تقديم تأكيد وتفاصيل أخرى في القريب العاجل من خلال تلسكوب جيمس ويب الفضائي télescope spatial James-Webb، الذي تم تشغيله في يونيو وسيدرس المجرات الأولى مثل مجرة درب التبانة، ولكن أيضًا من خلال كتالوج غايا القادم المتوقع أيضًا في حزيران- يونيو 2022.

***

يسيطر على كوننا الحالي شكلان غامضان من المادة والطاقة لم يتم فهمهما بعد. معظم الكون الذي نحن فيه يختبئ عن الحواس. ومع اننا لا نستطيع رؤيته او لمسه، لكن معظم الفلكيين يقولون ان غالبية الكون يتألف من مادة مظلمة وطاقة مظلمة. ولكن ما هي هذه المادة المحيرة غير المرئية التي تحيط بنا؟ وما الفرق بين الطاقة المظلمة والمادة المظلمة؟ باختصار، المادة المظلمة تبطئ من توسّع الكون بينما الطاقة المظلمة تسرّع من اتّساعه.

المادة المظلمة تعمل كقوة جاذبة – نوع من الإسمنت الكوني الذي يشد الكون الى بعضه. هذا بسبب ان المادة المظلمة تتفاعل مع الجاذبية لكنها لاتعكس او تمتص او تبعث الضوء. اما بالنسبة للطاقة المظلمة هي قوة دافعة – مضادة للجاذبية – تدفع الكون في توسّع متسارع.

الطاقة المظلمة هي القوة الأكثر هيمنة بين القوتين، تشكل ما يقارب 68% من الكتلة والطاقة الكلية للكون. المادة المظلمة تشكل 27% والباقي 5% هو كل ماتبقّى من المادة العادية التي نراها ونتعامل معها كل يوم.

المادة المظلمة

في الثلاثينات من القرن الماضي، قام الفلكي السويسري فريتز زويكي بدراسة صور لما يقرب من 1000 مجرة تشكل عنقود كوما المجري coma cluster – حيث رصد شيئا مثيرا للدهشة في سلوكها.المجرات تحركت بسرعة قصوى لدرجة انها كان يجب ان تتحطم الى أجزاء متناثرة. هو اعتقد ان نوعا ما من "المادة المظلمة" كان يشدّها الى بعضها.

وبعد عقود لاحقة، وجد الفلكيان فيرا روبن و كينت فورد  ظاهرة مشابهة عندما درسا معدل دوران المجرة الواحدة. النجوم في حدود المجرة يجب ان تدور بشكل أبطأ من النجوم القريبة من المركز. تلك هي الطريقة التي تدور بها الكواكب في نظامنا الشمسي. بدلا من ذلك، هما لاحظا ان النجوم في أطراف المجرة تدور بنفس سرعة او أسرع من النجوم القريبة الى المركز. العالمان الفلكيان وجدا اكثر من دليل على ان شكل ما غير مرئي للمادة هو الذي يمسك الكون الى بعضه.

"حتى النجوم التي في الحافات البعيدة تدور بسرعة عالية"، هذا ما ذكره روبن في مقابلة مع مجلة discover. " هناك يجب ان يوجد الكثير من الكتلة لتجعل النجوم تدور بسرعة عالية، لكننا لا نستطيع رؤيتها. نحن نسمي هذه الكتلة غير المرئية بـ المادة المظلمة.

الفليكيون الآن لديهم خطوط اخرى للدليل تقترح ان المادة المظلمة هي حقيقية. في الحقيقة، ان وجود المادة المظلمة جرى القبول به على نطاق واسع لدرجة انها اصبحت جزءا مما  يسمى بـ  النموذج القياسي لعلم الكون، الذي يشكل الاساس في كيفية فهم العلماء لمولد وتطور الكون. نحن لا نستطيع بدونها توضيح كيفية مجيئنا الى هنا. لكن تلك الأهمية الكبيرة تضع ضغطا على الكوزمولوجيين ليجدوا برهانا واضحا واكيدا بان المادة المظلمة حقا موجودة وان نموذجهم في الكون صحيح. منذ عقود، استخدم الفيزيائيون في جميع انحاء العالم وسائل ذات تكنلوجيا عالية في محاولة للكشف عن المادة المظلمة. لكنهم حتى الآن لم يجدوا علامة لها.

الطاقة المظلمة

منذ أكثر من قرن عرف الفلكيون ان الكون يتمدد . المشاهدات التلسكوبية بيّنت ان معظم المجرات تتحرك بعيدا عن بعضها، وهو ما يعني ان المجرات كانت أقرب الى بعضها في الماضي البعيد. وبالتالي،تراكم الدليل على نظرية الانفجار الكبير Big Bang. غير ان الفلكيين افترضوا ان قوة السحب الجذبي الكلية لكل المجرات ونجوم الكون يجب ان تبطئ تمدد الكون، وربما سينهار الكون يوما ما مرتدا على ذاته في انكماش كبير Big crunch. تلك الفكرة اُهملت في اواخر التسعينات من القرن الماضي. الباحثون الذين درسوا السوبرنوفا في المجرات البعيدة جدا اكتشفوا ان المجرات البعيدة كانت تتحرك بعيدا عنا أسرع من حركة المجرات القريبة. الكون لم يكن يتمدد فقط، بل ان التمدد كان يتسارع.

لكن المشاهدات اللاحقة، بدلا من ان ترفض ذلك، فهي فقط جعلت الدليل على الطاقة المظلمة اكثر صلابة. في الحقيقة،بعض النقاد البارزين للمادة المظلمة لازالوا يقبلون بوجود الطاقة المظلمة.

الآن، ذلك لا يعني ان الباحثين يدركون ماهية الطاقة المظلمة. هم لازالوا بعيدين عنها. لكنهم يستطيعون وصف دورها في الكون، بفضل نظرية اينشتاين في النسبية العامة. اينشتاين لم يعرف عن الطاقة المظلمة، لكن معادلاته تفترض ان فضاءً جديدا يمكن ان يأتي الى الوجود. وهو ايضا أدخل عامل تصحيح في النسبية سماه الثابت الكوزمولوجي الذي – أضافهُ ثم ندم لاحقا – للحيلولة دون انهيار الكون نحو الداخل. هذه الفكرة تسمح للفضاء ذاته ليمتلك طاقة. غير ان العلماء لم يروا ابدا هذه القوة على الارض.

بعض الفيزيائيين النظريين يعتقدون ان هناك عالما مظلما كاملا من الجسيمات والقوى، تنتظر احدا لإكتشافها. ومهما كانت الكيفية التي صُنعت بها الطاقة المظلمة والمادة المظلمة، فهما  يلعبان لعبة الشد والدفع في الكون، كلاهما يمسكان به ويشطرانه الى قطع متناثرة.

***

حاتم حميد محسن

.......................

المصدر: Astronomy, Eric Betz, March 3, 2020

Big Bang، Dark Energy، Gravity، Quantum Mechanics، Universeجواد بشارة

27 يناير 2022 

ترجمة: د. جواد بشارة عن  Phys.org


ربما كان الكون موجودًا منذ الأزل وسيبقى إلى الأبد، وفقًا لنموذج جديد يطبق شروط التصحيح الكمي لتكمل نظرية أينشتاين في النسبية العامة. يمكن للنموذج أيضًا أن يأخذ في الاعتبار المادة المظلمة والطاقة المظلمة، وبالتالي حل العديد من المشكلات في وقت واحد.

عمر الكون المقبول على نطاق واسع، كما تقدره النسبية العامة، هو 13.8 مليار سنة. في البداية، كان كل ما هو موجود قد احتل نقطة مفردة لا متناهية الكثافة، أو الفرادة. فقط بعد أن بدأت هذه النقطة في التوسع في "الانفجار العظيم" بدأ الكون رسميًا.

على الرغم من أن تفرد الانفجار العظيم يتبع بشكل مباشر وحتمي رياضيات النسبية العامة، إلا أن بعض العلماء ينظرون إليها على أنها إشكالية لأن الرياضيات يمكن أن تشرح فقط ما حدث مباشرة بعد التفرد، وليس قبله أو خلاله.

"تفرد الانفجار الكبير هو أخطر مشكلة في النسبية العامة، لأنه يبدو أن قوانين الفيزياء تنهار هناك"، هذا ما قاله أحمد فرج علي من جامعة بنها ومدينة زويل للعلوم والتكنولوجيا، وكلاهما يقع في مصر.

أظهر علي وشريكته في التأليف ثريا Saurya Das من جامعة ليثبريدج في ألبرتا، كندا، في بحث نُشر في Physics Letters B أنه يمكن حل تفرد Big Bang من خلال نموذجهم الجديد الذي يقول ليس للكون بداية أو نهاية وإنه لابد من إعادة النظر في الأفكار القديمة.

يؤكد الفيزيائيون على أن شروطهم الخاصة بالتصحيح الكمي لا يتم تطبيقها بشكل خاص بهدف القضاء على تفرد الانفجار العظيم على وجه التحديد. يعتمد عملهم على أفكار الفيزيائي النظري ديفيد بوم، المعروف أيضًا بإسهاماته في فلسفة الفيزياء. في وقت مبكر من الخمسينيات من القرن الماضي، استكشف بوم إمكانية استبدال الجيوديسيا الكلاسيكية (أقصر مسار بين نقطتين على سطح منحني) بمسارات كمومية.

في ورقتهما، طبق علي وداس المسارات البومية (نسبة لبوم) هذه على معادلة طورها الفيزيائي أمل كومار رايشودوري Raychaudhuri في الخمسينيات من القرن الماضي في جامعة الرئاسة في كولكاتا بالهند. كان رايشودوري Raychaudhuri أيضًا مدرسًا لداس عندما كان طالبًا جامعيًا في تلك المؤسسة في التسعينيات.

باستخدام معادلة رايشودوري Raychaudhuri المصححة كمياً، اشتق علي وداس معادلات فريدمان المصححة كمياً، والتي تصف توسع الكون وتطوره (بما في ذلك الانفجار الكبير) في سياق النسبية العامة. على الرغم من أن النموذج ليس نظرية حقيقية للجاذبية الكمية، إلا أن النموذج يحتوي على عناصر من نظرية الكم والنسبية العامة. يتوقع علي وداس أيضًا أن تصمد نتائجهما حتى لو تم صياغة نظرية كاملة للجاذبية الكمومية.

لا تفردات أو مادة مظلمة:

بالإضافة إلى عدم توقع تفرد يشبه الانفجار العظيم، فإن النموذج الجديد أيضًا لا يتنبأ بـ "أزمة كبيرة" مثل التفرد. في النسبية العامة، فإن أحد المصائر المحتملة للكون هو أنه يبدأ في الانكماش حتى ينهار على نفسه في إرتدادة كبيرة ويصبح نقطة غير متناهية الكثافة مرة أخرى أي فرادة.

يشرح علي وداس في ورقتهم البحثية أن نموذجهم يتجنب التفردات بسبب الاختلاف الرئيسي بين الجيوديسيا الكلاسيكية والمسارات البومية. تتقاطع الجيوديسيا الكلاسيكية في النهاية، والنقاط التي تتقارب فيها هي التفردات. من ناحية أخرى، لا تتقاطع مسارات بوم Bohmian أبدًا وبالتالي لا تظهر التفردات في المعادلات.

من الناحية الكونية، أوضح العلماء أن التصحيحات الكمية يمكن اعتبارها مصطلحًا ثابتًا كونيًا (بدون الحاجة إلى الطاقة المظلمة) ومصطلح إشعاعي. هذه المصطلحات تحافظ على الكون في حجم محدود، وبالتالي تمنحه عمرًا لانهائيًا. تقدم المصطلحات أيضًا تنبؤات تتفق بشكل وثيق مع الملاحظات الحالية للثابت الكوسمولوجي وكثافة الكون.

جسيمات الجاذبية الجديدة:

من الناحية الفيزيائية، يصف النموذج الكون بأنه مليء بالسائل الكمومي. يقترح العلماء أن هذا السائل يتكون من الغرافيتونات، وهي جزيئات افتراضية عديمة الكتلة تتوسط قوة الجاذبية. إذا كانت موجودة، فستلعب الغرافيتونات دورًا رئيسيًا في نظرية الجاذبية الكمومية.

في مقال ذي صلة، أعطى داس ومعاون آخر، راجات بهادوري، من جامعة ماكماستر، كندا، مزيدًا من المصداقية لهذا النموذج. لقد أظهروا أن الغرافيتونات gravitons يمكن أن تتشكل مكثف بوز-أينشتاين (سمي على اسم أينشتاين والفيزيائي الهندي الآخر ساتيندراناث بوز) في درجات حرارة كانت موجودة في الكون في جميع الأوقات.

بدافع من قدرة النموذج على حل تفرد البغ بانغ Big Bang وشرح المادة المظلمة والطاقة المظلمة، يخطط الفيزيائيون لتحليل نموذجهم بشكل أكثر صرامة في المستقبل. على وجه الخصوص، يخططون لإعادة دراستهم مع مراعاة الاضطرابات الصغيرة غير المتجانسة ومتباينة الخواص، لكنهم لا يتوقعون أن تؤثر الاضطرابات الصغيرة على النتائج بشكل كبير.

قال داس: "إنه لأمر مرضي أن نرى أن مثل هذه الحلول البسيطة يمكن أن تحل الكثير من المشاكل دفعة واحدة".

ترجمة د. جواد بشارة عن  Phys.org

الكون بالفعل في عصره السادس والأخير.

منذ ما قبل الانفجار العظيم وحتى يومنا هذا، مر الكون بعصور عديدة. الطاقة المظلمة تعلن النهاية.3278 بداية الكون

 توضيح لتاريخنا الكوني، من الانفجار العظيم حتى يومنا هذا، على خلفية الكون المتوسع.

لا يمكننا أن نكون متأكدين، على الرغم مما ادعى الكثيرون، أن الكون بدأ من التفرد أو الفرادة الكونية  singularité. ومع ذلك ، يمكننا تقسيم الرسم التوضيحي الذي تراه إلى فترات مختلفة بناءً على خصائص الكون في تلك الأوقات المحددة. نحن بالفعل في الحقبة السادسة والأخيرة من الكون.3279 بداية الكون

(الائتمان: NASA / WMAP Science Team)

النقاط الرئيسية التي يجب تذكرها

من التضخم الكوني إلى خليط من الجسيمات البدائية إلى التوسع والتبريد اللاحق، مر الكون بالعديد من المعالم الهامة في تاريخنا الكوني. قبل حوالي 6 مليارات سنة، بدأ شكل جديد من الطاقة يسيطر على توسع الكون: الطاقة السوداء أو المظلمة، التي تحدد الآن مصيرنا الكوني. العصر الذي نعيش فيه، حيث تهيمن هذه الطاقة السوداء أو المظلمة على توسع الكون، هو آخر ما سيختبره كوننا على الإطلاق. هذا هو السبب في أننا نعيش بالفعل بداية النهاية القصوى.

لم يعد الكون اليوم كما كان بالأمس. مع كل لحظة تمر، يحدث عدد من التغييرات الدقيقة ولكن المهمة، على الرغم من أن العديد منها غير محسوس على المقاييس الزمنية البشرية والقابلة للقياس. يتوسع الكون، مما يعني أن المسافات بين أكبر الهياكل الكونية تتزايد بمرور الوقت.

قبل ثانية، كان الكون أصغر قليلاً؛ وفي ثانية، سيكون الكون أكبر قليلاً. لكن هذه التغييرات الطفيفة تتراكم على نطاقات كبيرة من الزمن الكوني وتؤثر على أكثر من مسافات. مع توسع الكون، تتغير الأهمية النسبية للإشعاع والمادة والنيوترينوات والطاقة السوداء أو المظلمة. درجة حرارة الكون تتغير. وما تراه في السماء سيتغير أيضًا بشكل جذري. إجمالاً، هناك ست عهود مختلفة يمكننا تقسيم الكون إليها، ونحن نعيش بالفعل في العصر الأخير.

 إنه عصر هيمنة الطاقة السوداء أو المظلمة بينما تصبح المادة (العادية والسوداء) والإشعاع أقل كثافة مع توسع الكون بسبب حجمه المتزايد، فإن الطاقة السوداء أو المظلمة، وكذلك طاقة المجال أثناء التضخم  l'énergie de champ pendant l'inflation ، هي شكل من أشكال الطاقة المتأصلة في الفضاء نفسه. عندما يتم إنشاء مساحات جديدة في الكون المتوسع، تظل كثافة الطاقة السوداء أو المظلمة ثابتة. (الائتمان: إي سيجل / ما وراء المجرة)

يمكن فهم سبب ذلك من خلال الرسم البياني أعلاه. يحتوي كل شيء موجود في كوننا على قدر معين من الطاقة: مادة، إشعاع، طاقة مظلمة، إلخ. مع توسع الكون، يتغير الحجم الذي تشغله هذه الأشكال من الطاقة، وسيرى كل منها كثافة طاقته تتطور بشكل مختلف. على وجه الخصوص، إذا حددنا الأفق الذي يمكن ملاحظته بواسطة المتغير la variable  a ، فعندئذٍ:

سترى المادة • la matière  كثافة طاقتها تتطور بمقدار 1/ a 3   ، نظرًا لأن الكثافة (بالنسبة للمادة) هي مجرد كتلة فوق الحجم ، ويمكن بسهولة تحويل الكتلة إلى طاقة عبر E = mc 2

سيرى الإشعاع أن كثافة طاقته تتطور بمقدار 1/ a 4  ، نظرًا لأن كثافة العدد (للإشعاع) هي عدد الجسيمات مقسومًا على الحجم ، وتتوسع طاقة كل فوتون على حدة مع توسع الكون ، مضيفًا عاملًا إضافيًا قدره 1/ un   أحد أقرباء المادة

الطاقة المظلمة          l'énergie noire  هي خاصية للفضاء نفسه ، لذلك تظل كثافة طاقته ثابتة  (1/ a 0 )  ، بغض النظر عن تمدد الكون أو حجمه3280 بداية الكون

 يتضمن التاريخ المرئي للكون المتوسع الحالة الساخنة والكثيفة المعروفة باسم الانفجار العظيم Big Bang ونمو وتشكيل البنية la structure بعد ذلك. المجموعة الكاملة من البيانات، بما في ذلك ملاحظات عناصر الضوء وخلفية الميكروويف الكونية le fond diffus cosmologique، تترك الانفجار العظيم فقط كتفسير صالح لكل شيء نراه. مع توسع الكون، سيبرد أيضًا، مما يسمح للأيونات ions والذرات المحايدة atomes neutres والجزيئات molécules والسحب الغازية nuages de gaz والنجوم étoiles وأخيراً المجرات galaxies بالتشكل. (الائتمان: NASA / CXC / M. Weiss)

لذلك فإن الكون الذي كان موجودًا لفترة أطول سوف يتوسع أكثر. سيكون أكثر برودة في المستقبل وكان أكثر دفئا في الماضي؛ كانت جاذبيته أكثر اتساقًا في الماضي وأكثر تكتلًا الآن؛ كانت أصغر في الماضي وسيكون أكبر بكثير في المستقبل.

من خلال تطبيق قوانين الفيزياء على الكون ومقارنة الحلول الممكنة مع الملاحظات والقياسات التي حصلنا عليها، يمكننا تحديد من أين أتينا وإلى أين نتجه. يمكننا استقراء تاريخنا حتى بداية الانفجار العظيم الساخن وحتى قبل ذلك، إلى فترة التضخم الكوني. يمكننا أيضًا استقراء كوننا الحالي في المستقبل البعيد والتنبؤ بالمصير النهائي الذي ينتظر كل ما هو موجود.3281 بداية الكون

إن تاريخنا الكوني بأكمله مفهوم جيدًا من الناحية النظرية، ولكن فقط لأننا نفهم نظرية الجاذبية التي تكمن وراءها ولأننا نعرف المعدل الحالي للتوسع وتكوين الطاقة في الكون. سيستمر الضوء دائمًا في الانتشار عبر هذا الكون المتسع، وسنستمر في تلقي هذا الضوء بشكل تعسفي بعيدًا في المستقبل، لكنه سيكون ما يصل إلينا محدودًا زمنيًا. سنحتاج إلى التحقيق في اللمعان luminosités المنخفض والأطوال الموجية des longueurs d'onde الأطول للاستمرار في رؤية الأشياء المرئية حاليًا، لكن هذه قيود تكنولوجية وليست مادية أو فيزيائية. (الائتمان: نيكول راجر فولر / مؤسسة العلوم الوطنية)

عندما نرسم خطوط التقسيم بناءً على سلوك الكون، نجد أن هناك ست عهود مختلفة ستحدث.

العصر التضخمي Epoque inflationniste: الذي سبق وأسس الانفجار العظيم الساخن.

عصر الحساء البدائيL' ère de la soupe primordiale: من بداية الانفجار العظيم حتى حوث التفاعلات التحويلية النووية والجسيمية في الكون المبكر.

عصر البلازما L'ère du plasma: من نهاية التفاعلات النووية والجسيمية غير المشتتة حتى يبرد الكون بدرجة كافية لتكوين مادة محايدة بشكل مستقر.

عصر الظلام  L'ère des ténèbres: من تكوين المادة المحايدة حتى النجوم والمجرات الأولى أعادت تأين réionisent الوسط المجري للكون.

العصر النجمي 5.     Ère stellaire: من نهاية إعادة التأين réionisation حتى يتوقف التكوين ونمو الجاذبية أو النمو الثقالي la croissance gravitationnelle للبنية واسعة النطاق ، عندما تهيمن كثافة الطاقة السوداء أو المظلمة على كثافة المادة la densité de matière.

عصر الطاقة السوداء أو المظلمة L'ère de l'énergie noire: المرحلة الأخيرة من عالمنا، حيث يتسارع التوسع l'expansion s'accélère وتتحرك وتبتعد الأجسام المنفصلة بشكل لا رجوع فيه وبلا رجعة فيه.

لقد دخلنا بالفعل هذه الحقبة الأخيرة منذ مليارات السنين. لقد حدثت بالفعل معظم الأحداث المهمة التي ستحدد تاريخ كوننا.3282 بداية الكون

 تنتشر التقلبات الكمومية  Les fluctuations quantiques التي تحدث أثناء التضخم l'inflation عبر الكون، وعندما ينتهي التضخم ، تغدو تقلبات في الكثافة. هذا يؤدي، بمرور الوقت، إلى بنية الكون واسعة النطاق اليوم، بالإضافة إلى تقلبات درجات الحرارة التي نشهدها في  أشعة الخلفية الكونية الميكروية المنتشرة CMB. إنه مثال درامي لكيفية تأثير الطبيعة الكمومية للواقع على الكون بأسره على نطاق واسع. (الائتمان: إي سيغل؛ وكالة الفضاء الأوروبية / بلانك ومجموعة العمل المشتركة بين الوكالات التابعة لوزارة الطاقة / ناسا / NSF والمعنية بأبحاث CMB)

1) العصر التضخمي Ère inflationniste. قبل الانفجار العظيم الساخن، لم يكن الكون ممتلئًا بالمادة matière أو المادة المضادة d'antimatière أو المادة السوداء أو المظلمة matière noire أو الإشعاع rayonnement. لم يكن مليئاً بجزيئات particules من أي نوع. بدلاً من ذلك، كان مليئاً بشكل من أشكال الطاقة المتأصلة في الفضاء نفسه d'énergie inhérente à l'espace lui-même: شكل من أشكال الطاقة التي تسببت في توسع الكون بسرعة كبيرة وبلا هوادة، وبالتالي بشكل أسي de manière exponentielle.

قامت هذه الطاقة بتمديد الكون étiré l’Univers، مهما كانت هندسته السابقة، إلى حالة لا يمكن تمييزها عن التباعد المسطح l’espacement plat.

لقد وسعت رقعة صغيرة من الكون المرتبطة سببيًا causalement connectée إلى واحدة أكبر بكثير من كوننا المرئي حاليًا: أكبر من الأفق السببي الحالي l'horizon causal actuel.

لقد أخذ كل الجسيمات التي ربما كانت موجودة هناك ووسعت الكون بسرعة كبيرة بحيث لم يبقى أي منها داخل منطقة بحجم كوننا المرئي Univers visible.

كما أن التقلبات الكمية les fluctuations quantiques التي حدثت أثناء التضخم خلقت بذور الهيكل أو البنية الكونية les germes de la structure الأمر الذي أدى إلى ظهور شبكتنا الكونية réseau cosmique الواسعة اليوم.

ثم فجأة، قبل حوالي 13.8 مليار سنة، انتهى التضخم. كل هذه الطاقة، التي كانت متأصلة في الفضاء نفسه، تم تحويلها إلى جسيمات particules وجسيمات مضادة antiparticules وإشعاعات radiations. مع هذا التحول، انتهى عصر التضخم وبدأ الانفجار العظيم الساخن. 

عند درجات الحرارة المرتفعة التي تم الوصول إليها في الكون الصغير جدًا، لا يمكن فقط تكوين الجسيمات والفوتونات تلقائيًا، مع طاقة كافية، ولكن أيضًا الجسيمات المضادة والجسيمات غير المستقرة، مما ينتج عنه حساء بدائي soupe primordiale من الجسيمات والجسيمات المضادة. ومع ذلك، حتى في ظل هذه الظروف، قد تظهر فقط بعض الحالات أو الجسيمات المحددة. (الائتمان: مختبر Brookhaven الوطني)

2.) عصر الحساء البدائي L'ère de la soupe primordiale. بمجرد امتلاء الكون المتسع بالمادة والمادة المضادة والإشعاع، سوف يبرد. عندما تصطدم الجسيمات، فإنها تنتج كل أزواج الجسيمات المضادة للجسيمات التي تسمح بها قوانين الفيزياء. يأتي القيد الرئيسي فقط من طاقات الاصطدامات المعنية، لأن الإنتاج محكوم بـمعادلة الطاقة والكتلة لآينشتاين E = mc 2.

عندما يبرد الكون، تتناقص الطاقة ويصبح من الصعب بشكل متزايد تكوين أزواج أكثر ضخامة من الجسيمات والجسيمات المضادة، لكن عمليات الإبادة والتفاعلات الجسيمية الأخرى تستمر بلا هوادة. بعد 1إلى3 ثوانٍ من الانفجار العظيم، اختفت المادة المضادة تمامًا تاركة المادة العادية فقط التي نعرفها ونتكون منها. بعد ثلاث إلى أربع دقائق من الانفجار العظيم، يمكن أن يتشكل الديوتيريوم المستقر deutérium stable ويحدث التخليق النووي la nucléosynthèse للعناصر الخفيفة éléments légers. وبعد قليل من التحلل الإشعاعي désintégrations radioactives وعدد قليل من التفاعلات النووية النهائية réactions nucléaires finales ، كل ما تبقى لنا هو بلازما متأينة plasma ionisé ساخنة (لكنها في طور التبريد) تتكون من الفوتونات photons والنيوترينوات neutrinos والنوى أو النواتات الذرية noyaux atomiques والإلكترونات électrons.3283 بداية الكون

 في الصورة أعلاه، في الأوقات المبكرة (على اليسار)، تنتشر الفوتونات على الإلكترونات ولديها طاقة عالية كافية لإعادة أي ذرة إلى الحالة المتأينة état ionisé. بمجرد أن يبرد الكون بشكل كافٍ ويخلو من مثل هذه الفوتونات عالية الطاقة photons de haute énergie (على اليمين)، لا يمكنها التفاعل مع الذرات المحايدة atomes neutres، وبدلاً من ذلك ببساطة يتدفقون بحرية، لأن لديهم الطول الموجي longueur d'onde الخاطئ لإثارة هذه الذرات إلى مستوى طاقة أعلى. (الائتمان: إي سيجل / ما وراء المجرة)

3.) عصر البلازما L'ère du plasma. بمجرد تشكل هذه النوى الضوئية، فإنها تكون الأجسام المشحونة موجبًا (كهربائيًا) الوحيدة في الكون، وهي موجودة في كل مكان. بالطبع، يتم موازنتها بمقدار متساوٍ من الشحنة السالبة على شكل إلكترونات. تشكل النوى والإلكترونات الذرات، لذلك قد يبدو من الطبيعي أن هذين النوعين من الجسيمات سوف يجتمعان على الفور معًا، ويشكلان الذرات ويمهدان الطريق للنجوم.

لسوء حظهم، فإن عدد الفوتونات يفوق عددهم - بأكثر من مليار إلى واحد. في كل مرة يصل إلكترون ورابطة نواة، يصل فوتون ذو طاقة عالية بدرجة كافية ويفصل بينهما. فقط عندما يبرد الكون بشكل كبير، من مليارات الدرجات الحرارية إلى بضعة آلاف من الدرجات، يمكن للذرات المحايدة أن تتشكل أخيرًا. (وحتى ذلك الحين، هذا ممكن فقط بسبب انتقال ذري خاص transition atomique spéciale.)

في بداية عصر البلازما، سيطر الإشعاع على محتوى الطاقة في الكون. في النهاية، تهيمن عليها المادة السوداء أو المظلمة والعادية. هذه المرحلة الثالثة تأخذنا 380،000 سنة بعد الانفجار العظيم.3284 بداية الكون

إعادة التأين réionisation: رسم تخطيطي لتاريخ الكون، مع إبراز إعادة التأين.

 قبل تكون النجوم أو المجرات، كان الكون مليئًا بالذرات المحايدة التي تحجب الضوء. في حين أن معظم الكون لا يعود إلى التأين إلا بعد 550 مليون سنة، مع وصول بعض المناطق إلى إعادة التأين الكامل عاجلاً ومناطق أخرى لاحقًا. بدأت الموجات الرئيسية الأولى لإعادة التأين بالحدوث منذ حوالي 250 مليون سنة، في حين أن بعض النجوم المحظوظة قد تتشكل فقط من 50 إلى 100 مليون سنة بعد الانفجار العظيم. باستخدام الأدوات المناسبة، مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي، يمكننا البدء في الكشف عن المجرات الأولى. (Credit: SG Djorgovski et al.، Caltech. تم إنتاجه بمساعدة مركز Caltech Digital Media Center) كما في الصورة أعلاه.

4.) عصر العصور المظلمة L'ère de l'âge des ténèbres. يكون الكون عندئذ مليئاً بالذرات المحايدة، يمكن للجاذبية أن تبدأ أخيرًا عملية تكوين بنية في الكون. ولكن مع وجود كل هذه الذرات المحايدة حولنا، فإن ما نسميه حاليًا الضوء المرئي سيكون غير مرئي في السماء بأكملها. لماذا ا؟ لأن الذرات المحايدة، خاصة في شكل الغبار الكوني poussière cosmique، من الكثرة بمكان بحيث يقوم بحجب الضوء المرئي.

من أجل إنهاء هذه العصور المظلمة، يجب إعادة تأين الوسط بين المجرات. إنها تتطلب كميات هائلة من تشكل النجوم وأعدادًا هائلة من فوتونات الأشعة فوق البنفسجية ultraviolets، وتتطلب وقتًا وجاذبية وبدء الشبكة الكونية. تحدث المناطق الرئيسية الأولى لإعادة التأين من 200 إلى 250 مليون سنة بعد الانفجار العظيم، لكن إعادة التأين لا تنتهي، في المتوسط ، حتى يبلغ عمر الكون 550 مليون سنة. في هذه المرحلة، يستمر معدل تشكل النجوم في الازدياد، وبدأت للتو عناقيد المجرات الضخمة الأولى في التكون.

كانت مجموعة المجرات Abell 370، الموضحة أعلاه، واحدة من ستة مجموعات مجرية ضخمة تم تصويرها في برنامج Hubble Frontier Fields. كما تم استخدام المراصد الرئيسية الأخرى لتصوير هذه المنطقة من السماء أو الفضاء، وقد تم الكشف عن آلاف المجرات البعيدة جدًا. من خلال مراقبتهم مرة أخرى بعدسة متطورة وبرؤية علمية جديدة، سيحصل برنامج BUFFALO (ما وراء الحقول الحدودية العميقة للغاية والمراقبة القديمة Beyond Ultra-deep Frontier Fields And Legacy Observations) من هابل على مسافات لهذه المجرات، مما يسمح لنا بفهم أفضل لكيفية تشكل المجرات وتطورها وتطورها والتي نشأت في كوننا. عند دمجها مع قياسات الضوء داخل العنقود intracluster ، يمكننا الحصول على فهم أكبر ، من خلال خطوط متعددة من الأدلة على نفس البنية ، للمادة المظلمة بداخلها. (Credit: NASA، ESA، A. Koekemoer (STScI)، M. Jauzac (Durham University)، C. Steinhardt (Niels Bohr Institute)، and the BUFFALO team)

5.) العصر النجمي Ère stellaire. بمجرد انتهاء العصور المظلمة، يصبح الكون شفافًا أمام ضوء النجوم. يمكن الآن الوصول إلى فترات الاستراحة العظيمة للكون. Les grands recoins du cosmos ، حيث تنتظر النجوم والعناقيد النجمية amas d’étoiles والمجرات وأكداس أو وعناقيد المجرات amas de galaxies والشبكة الكونية العظيمة المتنامية التي تنتظر من سيكتشفها. تهيمن المادة السوداء أو المظلمة والمادة الطبيعية على الكون بقوة، وتستمر الهياكل المرتبطة بالجاذبية في النمو أكثر فأكثر.

يزداد معدل تكوين النجوم أكثر فأكثر، ويبلغ ذروته بعد حوالي 3 مليارات سنة من الانفجار العظيم. في هذه المرحلة، تستمر مجرات جديدة في التكون، وتستمر المجرات الموجودة في النمو والاندماج، وتجذب عناقيد المجرات المزيد والمزيد من المادة. لكن كمية الغاز الحر في المجرات تبدأ في الانخفاض، حيث أدت الكميات الهائلة من تشكل النجوم إلى استنفاد كمية كبيرة منها. ببطء ولكن بثبات، فإن معدل تشكل النجوم آخذ في التناقص.

بمرور الوقت، سيتجاوز معدل الوفيات النجمية معدل المواليد، وهي حقيقة تضاعف من المفاجأة التالية: مع انخفاض كثافة المادة مع توسع الكون، يبدأ شكل جديد من الطاقة - الطاقة السوداء أو المظلمة - في الظهور والسيطرة. بعد حوالي 7 أو8 مليار سنة من الانفجار العظيم، تتوقف المجرات البعيدة عن إبطاء ارتدادها بالنسبة لبعضها البعض وتبدأ في التسارع مرة أخرى. الكون المتسارع يبدو جلياً. بعد ذلك بقليل، بعد 9.2 مليار سنة من الانفجار العظيم، أصبحت الطاقة السوداء أو المظلمة هي عنصر الطاقة المهيمن في الكون. في هذه المرحلة، حيث ندخل العصر الأخير من عمر الكون المرئي.3285 بداية الكون

 الطاقة المظلمة l'énergie noire: المصائر المختلفة المحتملة للكون، مع مصيرنا الحقيقي المتسارع الموضح إلى اليمين. بعد وقت كافٍ، سيترك التسارع كل بنية مجرية structure galactique أو مجرية فائقة supergalactique المرتبطة تماماً معزولة في الكون، حيث ستتسارع جميع الهياكل الأخرى بشكل لا رجعة فيه. يمكننا فقط أن ننظر إلى الماضي لاستنتاج وجود وخصائص الطاقة السوداء أو المظلمة، الأمر الذي يتطلب ثابتًا constante واحدًا على الأقل، لكن آثاره أكثر أهمية للمستقبل. (الائتمان: وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية)

6.) عصر الطاقة السوداء أو المظلمة Âge de l'énergie noire. بمجرد أن تهيمن الطاقة السوداء أو المظلمة، يحدث شيء غريب: يتوقف هيكل الكون الواسع النطاق عن النمو. ستبقى الأشياء التي كانت مرتبطة جاذبيًا ثقالياً gravitationnellement liés ببعضها البعض قبل هيمنة الطاقة السوداء أو المظلمة ستبقى مرتبطة لكن تلك التي لم تكن مرتبطة بعد في بداية عصر الطاقة السوداء أو المظلمة لن تكون كذلك أبدًا. بدلاً من ذلك، سوف يبتعدون ببساطة عن بعضهم البعض، ويقودون الوجود الانفرادي existences solitaires في الامتداد الكبير من العدم la grande étendue du néant.

الهياكل الفردية ذات الصلة أو المترابطة والمتصلة، مثل المجرات ومجموعات / عناقيد المجرات، ستندمج في النهاية لتشكل مجرة إهليلجية عملاقة une galaxie elliptique géante. النجوم الموجودة سوف تموت. سوف يتباطأ تشكل النجوم الجديدة إلى حد ضئيل ثم يتوقف؛ ستؤدي تفاعلات الجاذبية إلى إخراج معظم النجوم إلى هاوية مابين المجرات l'abîme intergalactique. سوف تتصاعد الكواكب بشكل حلزوني نحو نجومها الأم أو بقايا نجمية بسبب الاضمحلال بفعل إشعاع الجاذبية la désintégration par rayonnement gravitationnel. حتى الثقوب السوداء، ذات الأعمار الطويلة للغاية، سوف تتحلل في النهاية بسبب إشعاع هوكينغ rayonnement de Hawking.

 بمجرد أن تصبح الشمس قزمًا أسود naine noire، إذا لم يقذف أي شيء أو يصطدم ببقايا الأرض، فإن شعاع الثقالة أو إشعاع الجاذبية le rayonnement gravitationnel سوف يدخلنا في دوامة الدوران en spirale ويستمر يدور وأخيراً، يتمزق، وفي النهاية تبتلعه بقايا شمسنا. (الائتمان: جيف براينت / فيستابرو)

في النهاية، ستبقى النجوم القزمية السوداء les étoiles naines noires والكتل المعزولة les masses isolées الصغيرة جدًا بحيث لا يمكن أن تؤدي إلى اندماج نووي، وقليلة المحتويات ومنفصلة عن بعضها البعض في هذا الكون الفارغ الذي يتسع باستمرار. هذه الجثث النهائية ستظل موجودة حتى لسنوات طويلة، وستستمر حيث تظل الطاقة السوداء أو المظلمة هي العامل المهيمن في كوننا. طالما أن النوى الذرية المستقرة ونسيج الفضاء نفسه لا يخضعان لنوع من التفكك غير المخطط له، وطالما تتصرف الطاقة المظلمة لوحدها على نحو مماثل للثابت الكوني constante cosmologique، كما يبدو، فإن هذا المصير لا مفر منه.

هذه الحقبة الأخيرة من هيمنة الطاقة السوداء أو المظلمة قد بدأت بالفعل. أصبحت الطاقة السوداء أو المظلمة مهمة لتوسع الكون منذ 6 مليارات سنة وبدأت بالسيطرة على محتوى الطاقة في الكون في وقت قريب من ولادة شمسنا ونظامنا الشمسي. قد يكون للكون ست مراحل فريدة، ولكن بالنسبة لتاريخ الأرض كله، فقد كنا بالفعل في المرحلة الأخيرة. ألق نظرة فاحصة على الكون من حولنا. لن تكون أبدًا غنية جدًا - أو يسهل الوصول إليها - مرة أخرى على الإطلاق.

 

حمزة فنينإذا عدنا إلى العصور الوسطى الأوروبية سنجد أن السلطة (Authority) دائما ما كانت تُستمدّ من أشياء خارج الإنسان، من الله، من الكتاب المقدّس، من رجال الدّين، فكان المرء إذا سأل سؤالاً من قبيل: ما الخير وما الشر؟ أو ما الجيّد وما السيء؟ يُجاب مباشرة بأن الخير هو ما أوصى به الرب أو الكتاب المقدّس أو آباء الكنيسة أمّا الشر فهو ما نهوا عنه. أي أن الإنسان في ذلك العصر كان يحصل على كل إجابات أسئلته من مصادر خارج ذاته ومشاعره. وإذا تعرّض لمشكلةٍ شخصيةٍ فلا يفكّر في حلّها بنفسه أو يُحكّم عقله فيها بل كان يسأل الله أو رجل الدين. بعبارة أخرى فإن ذلك الإنسان لم يكن يفكّر بعقله الخاص أبداً. أمّا مع "الثورة الإنسانية" (Humanist revolution)، فقد انتقلت السلطة من السماء إلى الأرض، من الله والكتاب المقدس ورجال الدين إلى الإنسان ذاته، فارتفعت الصيحات التي تقول: "يا أيها الإنسان فكّر بنفسك ولا تعتمد على أية سلطة خارجة عن سلطة عقلك أو مشاعرك". لقد نادت الثورة الإنسانية بأن كل الإجابات هي داخل أنفسنا وليست في مكانٍ آخر، فأصبح بذلك الإنسان هو مركز الوجود، أصبح هو مصدر ومعيار كلّ تقويمٍ وقياسٍ. وقد تجلّت هذه "الثورة الإنسانية" في كافة المجالات، في الأخلاق والفن والاقتصاد والسياسة والتعليم وغيرها... فقد أصبح، على سبيل المثال، "الجيد" هو ما يجعل المرء يشعر بشكل جيّد و"السيء" هو ما يجعل المرء يشعر بشكلٍ سيّء، أما "الجميل" فهو ما يراه المرء جميلاً في حين أن "القبيح" هو ما يراه قبيحاً. لقد أصبحت السلطة العليا للإنسان، لكلّ شخصٍ على حدة، للمُشاهد، للمستهلك، للمُنتَخِب، للقارئ...

3100 حمزة فنينوقد كان كلّ ما نادت به "الثورة الإنسانية" وألحّت عليه مبني على أساسٍ هو الايمان بحرية الإرادة لدى الإنسان، والايمان القويّ أيضاً بعقل وبمشاعر الإنسان باعتبارهما أفضل ما يمكن أن يعود إليه.

لكن كلّ هذه القصة اليوم، كما يذهب لذلك يوفال نوح هراري، لم تعد ذات معنى. لأن ما كان يُسمّى بحرية الإرادة لم يعد اليوم سوى خرافةٍ من الخرافات التي كانت ترويها الجدّات، وأنّ ما كان يُسمى بالمشاعر ليس سوى "خوارزميات بيوكيميائية" (Biochemical algorithms) وليس هناك أي شيءٍ ميتافيزيقيٍ أو فوق-طبيعي يميّزهم. أما العقل فهو الآخر لم يعد سوى مجرّد برنامج يوضع داخل حاسوبٍ اسمه المــخ، أي أنّ العقل هو عبارة عن برمجةٍ حاسوبيةٍ مزروعة في المخ، وما الحالات العقلية سوى حالات حسابية. وإذا كان الأمر هكذا فإنه يمكن، كما يخبرنا العلماء والمهندسين، أن يتمّ صنع خوارزميات تستطيع أن تقوم بنفس دور المشاعر بل وأفضل منهم، أي أن تستطيع هذه الخوارزميات أن تفهم المرء أكثر مما يفهم هو نفسه. كما ظهرت إمكانية خلق حاسوب مرفق ببرمجةٍ لا تجعله يحاكي العقل فقط، بل تكسبه عقلاً أيضاً. هذا يعني أنّ البشر، بل وكل الكائنات الحية الأخرى، ليسوا سوى خوارزميات (Organisms are algorithms)، وهذا هو ما نجده سائداً في مجال علم الكمبيوتر مثلا (Computer science). هذا يعني، على سبيل المثال، أن مشاعر البشر ليست سوى حسابٍ للاحتمالات لاتخاذ قرارات معينّة. وقد تطّور هذا الحساب عبر ملايين السنين من الانتخاب الطبيعي (Natural selection) لجعل البشر وباقي الحيوانات يتّخذون قراراتٍ صائبة، عندما يتعرّضون لمشاكل معينة، تمكّنهم من البقاء. أمّا الذي يقوم بعمليّة الحساب هذه فهو الجسد في حين تظهر الإجابة على شكل شعور أو إحساس، سواء بالخوف أو بالشجاعة، بالحاجة إلى الهروب أو بالحاجة إلى الإقدام، إلى غير ذلك. هكذا تكون تلك النصيحة القائلة "اتبع مشاعرك" أو "اتبع قلبك" صحيحةً، باعتبار المشاعر هي أفضل مصدر للقرارات من خلال تطورها عبر ملايين السنين من الانتخاب الطبيعي، رغم أنّ أساسها الذي كان مبينا على حرية الإرادة كان خاطئا حسب ما يذهب إليه نوح هراري. كما أن نفس هذه النصيحة لم تعد اليوم صحيحةً دائما، بحجّة أنّه يمكن صنع خوارزميات تساعد الإنسان على اتخاذ القرارات أفضل مما تخبره به مشاعره، التي ليست في نهاية المطاف سوى خوارزميات أخرى.

في ظل هذا الوضع فإنه أصبح بالإمكان القول: "يا أيها الإنسان إذا وقعت في حيرةٍ ما أو في مشكلة ما فلا تتّبع مشاعرك بل اتبع ما تُمليه عليك الخوارزميات". أي أنّ السلطة أو المشروعية قد أُخذت من الإنسان ومُنحت لأشياء خارجة عنه، يمكن أن نسمّيها "آلهةً جديدةً". لقد تمّ صنع "ذكاءٍ اصطناعي" قادر على فهم البشر أفضل من البشر أنفسهم، وها هو يقول لهم: ’’ يا أيها الناس لا تُنصتوا لمشاعركم، بل أنصتوا إلينا نحن، أنصتوا إلى فيسبوك وغوغل وأمازون فهم يعرفونكم أفضل مما تعرفون أنفسكم. إنهم يعرفون ما تشعرون به، بل وأكثر من ذلك، فإنهم يعرفون علّة هذا الشعور. وبالتالي فيمكنهم أن يتخذوا لكم قرارات أفضل مما يمكن أن تتخذوه بأنفسكم"! ويؤكّد نوح هراري أنّ كلّ ما تحتاجه هذه الخوارزميات للقيام بمهمتها على أفضل حالٍ ممكن هو توفرها على ثلاثة أمور: المعرفة البيولوجية (Biological knowledge) الدقيقة بالإنسان (ويمكن جلبها من علوم الدماغ والبيولوجيا)، القوة الحسابية (Computing power) والبيانات الكافية (Data). هكذا يمكننا "اختراق البشر" (hack human) بتعبير نوح هراري، والذي يعبّر عن فكرته هذه بالصيغة الرياضية التالية:

B * C * D = H

لا يعني "اختراق البشر" سوى القدرة على خلق خوارزميات (Algorithms) قادرة على فهم الإنسان أفضل مما يفهم هو نفسه. وعملية الفهم هذه تتضمن أن هذه الخوارزميات يمكنها أن تُعدّل أو تُطوّر ما تراه واجباً عليه ذلك في جسد الإنسان. وفي إحدى محادثات نوح هراري مع فيـي-فيـي لي (Fei-Fei Li) في لقاءٍ نُظّم بجامعة ستانفورد، سألته في هذا الصدد: هل الحبّ قابلٌ للاختراق؟! فأجابها أنه إذا قبلنا أن الحب ليس في نهاية التحليل سوى عملية بيولوجية يقوم بها الدماغ، وأنه إذا استطاع الذكاء الاصطناعي تزويدنا بنظام صحيّ جيدّ من خلال قدرته على التنبّؤ بالأمراض، كالسرطان مثلا، فلا فرق حينها بين السرطان والحب. وتجدر الإشارة إلى أنّ عملية الاختراق هذه لا تعني أننا نريد من الذكاء الاصطناعي أن يفهم الإنسان بشكلٍ يتصف بالكمال، بل نريد منه فقط أن يفهم الإنسان أكثر مما يفهم هو نفسه، وهذا ليس صعبا لأنّ أغلب الناس لا يعرفون أنفسهم جيداً، لا يعرفون ماذا يريدون وماذا يختارون وإلى أين يذهبون... إنّهم في متاهة من أمرهم، والذكاء الاصطناعي يمكن أن يتدخّل ليساعدهم. وهذا ما يقصده نوح هراري عندما نجده يقول إن اختراق البشر هو لصالح البشر.

في ظلّ هذا الوضع الذي وصل إليه العلم ظهر ما يسمى بـ "التفرّد التكنولوجي" (Technological Singularity). ويعود استعمال كلمة "Singularity" (التفرّد) إلى حقل الرياضيات حيث إنّ نقطة التفرّد هي النقطة التي يكون عندها التابع الرياضي غير معرّف، أي بدون

قيمة، وبالتالي يفشل في إيجاد سلوكٍ عند هذه النقطة. وعلى سبيل المثال، فإن نقطة التفرد في الدالة f(x) = 1/x هي النقطة 0.3101 حمزة فنين

أما "التفرّد التكنولوجي" فيحيل على تلك اللحظة المستقبلية التي سيتفرّد فيها الذكاء الاصطناعي بنفسه بعد أن يخرج عن سيطرة الإنسان. وبالتالي لن يكون للبشر أي قدرةٍ على التحكم بمجرى الأحداث، بل الأخطر أنّهم قد يُصبحون مجرّد عبيدٍ للآلات الذكية! ونجد هذا السيناريو في كثير من أفلام الخيال العلمي، إلا أن هناك من نظّر إلى هذه الفكرة مُعتقداً أنّ هذا الأمر ليس حكرا على أفلام الخيال العلمي وحدها بل إنه لا بد أن يتحقق على أرض الواقع في السنوات المقبلة.

يعود استعمال مصطلح "التفرّد التكنولوجي" إلى فيرنر فينجه (Vernor Vinge)، وهو كاتب خيال علمي أمريكي درّس الرياضيات وعلم الحاسوب بجامعة سان دييغو (SDSU)، وذلك في مقاله الشهير الذي نشره سنة 1993: "التفرّد التكنولوجي القادم: كيف يمكن الاستمرار في الحياة في عصر ما بعد البشرية" (The Coming Technological Singularity: How to Survive in the Post-Human Era)، حيث اعتقد، في ظل التقدّم المتسارع للتكنولوجيا في القرن العشرين، بأن البشرية تسير نحو عصرٍ لن تستطيع فيه التحكّم في التكنولوجيا. وهذا ما سمّاه بــ "التفرّد التكنولوجي". ويحدّد في مقاله هذا أربع وسائل يمكن للعلم أن يصل من خلالها إلى هذا المنعطف الخطير في تاريخ البشرية وهي: أولاً، يمكن للعلماء أن يصنعوا روبوتات تتفوّق على الإنسان باستخدام الذكاء الاصطناعي. ثانياً، إمكانية أن تصبح شبكات الحاسوب ذات ذكاء فوق-إنساني (Superhumanly intelligent). ثالثاً، يمكن أن تصبح التقاطعات بين الإنسان والكمبيوتر أكثر حميمية، وبالتالي قد تؤدي إلى الدمج بينهما وإنتاج ذكاء يتجاوز الذكاء الإنساني. ورابعاً، يمكن لعلم البيولوجيا أن يجد وسيلةً لتصميم الذكاء البشري فعلياً. لكن متى سيتم الوصول إلى هذا "التفرّد"؟ هنا نجد اختلافا بين دعاته، حيث هناك من قال إنه سيكون في مطلع القرن الواحد والعشرين، وهناك من حدّد سنة 2023، وهي حالة فيرنر فينجه، وهناك من حدّد سنة 2045 مثل راي كورزفل (Ray Kurzweil) ...

3102 حمزة فنينليس فيرنر فينجه هو الوحيد الذي يعتقد بهذا السيناريو بل الكثيرون، من بينهم إلون ماسك (Elon Musk) الذي يرى مستقبل البشرية بشكلٍ مرعب ومخيف، حيث يعتقد بقوة وما يفتأ يردّد ويؤكّد على أن الذكاء الاصطناعي هو أكبر خطر يهدّد الحضارة الإنسانية، وأنه لا محالة سوف يخرج عن سيطرة البشر، بل وسيسيطر عليهم وبالتالي على العالم، وسيقود النوع الإنساني إلى أن يصبح عبداً له. وفي طرحه هذا نجده يستشهد بالعالم الفيزيائي الذي غادرنا قبل سنوات قليلة وهو ستيفن هوكينغ (Stephen Hawking) الذي اتفق مع إلون ماسك وحذر من تطور الذكاء الاصطناعي في المستقبل، وذلك في الحوار الذي أجري معه في آخر حياته. كما نجد أيضا المؤرّخ الشهير يوفال نوح هراري الذي يعتقد، وإن بشكلٍ مختلف نوعا ما وغير متشائم، أن النوع الإنساني سيفنى وينتهي وسيحلّ محله نوعٌ جديد، هو مزيجٌ بين الآلة والإنسان، بين الذكاء الاصطناعي والذكاء الإنساني، وذلك من خلال زرع شرائح في جسد الإنسان ستجعله لا يموت أبداً، أي يصبح مثل الإله! وهذا بالضبط هو التصوّر الذي عرضه في كتابه الشهير "الإنسان الإلـه: تاريخ موجز للغد" (Homo Deus: A Brief History of Tomorrow). كما نجد هذا التصور الذي يمنح الخلود للإنسان مُعبّراً عنه بطريقة أخرى، وهي ما تسمّى بــ "تحميل العقل" (Mind Uploading)، والتي تعني أن الإنسان حتى عندما يموت، يفقد جسده، فإنه سيستمرّ في العيش من خلال "تحميل عقله" ووضعه داخل روبوت معين، فيكون بالتالي خالداً رغم أنه لن يكون هناك أي جسد بل "العقل فقط". في هذا الصدد نستحضر ما كُتب على غلاف المجلة الأمريكية "Time" في فبراير من سنة 2011: ’’ 2045: السنة التي سيصبح فيها الإنسان خالداً‘‘.

وغير هذه الأسماء التي ذكرنا هناك الكثير، مثل بيل جيتس (Bill Gates)، في مرحلة معينة، وبيل جوي (Bill Joy) وراي كورزفل (Ray Kurzweil) ...

أما عن الأساس الذي يقوم عليه هذا "التفرد" كما صاغه فيرنر فينجه فهو قانون مـور (Moore’s law) الذي صاغه غوردن مور (Gordon Earle Moore)، أحد مؤسّسي إنتل (Intel)، سنة 1965، والذي يقول إن قدرة وسرعة الآلات الحسابية تتضاعف كل ثماني عشرة شهر بعدما لاحظ أن عدد الترانزستورات (Transistors) يتضاعف في هذه المدة. ويترافق مع هذا التضاعف انخفاض تكلفة أجهزة الكمبيوتر.3103 حمزة فنين

بيد أن اعتبار الذكاء الاصطناعي كأكبر خطر يهدّد الحضارة الإنسانية كما قال إلون ماسك، قد صدم العديد من المشتغلين والمختصين في الذكاء الاصطناعي. ففي القسم الثاني من كتابه "الذكاء الاصطناعي غير موجود" ((L’intelligence artificielle n’existe pas، الذي صدر سنة 2019، يعود بنا الباحث والمهندس لوك جوليا (Luc Julia) إلى إلقاء الضوء على سوء الفهم الذي حصل بصدد الذكاء الاصطناعي، حيث أصبح الحديث بعيدا عن الواقع العلمي الرياضي، وبالتالي فالذكاء الاصطناعي كما يتحدث عنه مثل هؤلاء هو في الحقيقة لا وجود له في الواقع. فحسب ما يذهب إليه جوليا، الذي عمل على محاربة هذه التصورات، فإن ما قاله إلون ماسك وستيفن هوكينغ مثلا لا أساس له من الصحّة، وأنه مجرّد إلقاء للكلام على عواهنه اعتمادا على أفكار مستلهمة من أفلام الخيال العلمي وليس من الوقائع الدقيقة المعتمدة على علم الرياضيات، أي أن ما يقوله إلون ماسك هو مناقض تماماً لما نجده عند علماء الذكاء الاصطناعي. ذلك لأنه مبني على فرضيةٍ خاطئة. فالواقع هو أن الروبوتات، على سبيل المثال، لا يمكنها أبداً أن تقوم بأي عملٍ انطلاقا من ذاتها، فهي لا تملك أية أفكار خاصة بها، إنها لا تقوم سوى بما يتمّ أمرُه بها أو ما يتمّ برمجته عليها، وفقط. ورغم أنّه بالإمكان تعليم الروبوتات أفعال سيئة وعنيفة ومدمرة فإن ذلك لا يفيد بأي معنى أن نعتبرهم مالكين لإرادة أو قدرة قد تمكّنهم من الانقلاب على البشر. كما أن خطأ تلك الفرضية يبدو واضحا عندما نضع في حسباننا أنه، منذ فجر التاريخ، لم تكن إرادة السيطرة والهيمنة مرتبطة بالذكاء بل بهرمون التستوستيرون (Testosterone)، أي أنها تصرّف "حيواني" مزروع في جينات الإنسان، وذلك من أجل أن يستطيع الاستمرار في البقاء. كما أنّ ذلك الخطاب الذي يبالغ في وصف الذكاء الاصطناعي وفي الاحتفاء به وتشبيهه بالسحر هو، حسب لوك جوليا، مبالغٌ فيه وينتج عن عدم فهم كيفية اشتغال الذكاء الاصطناعي، وعن سطحية وسذاجة في التفكير. فعلى سبيل المثال نجد البعض يتعجّب ويندهش كثيرا عندما يسمع أنّ بطل العالم في الشطرنج غاري كاسباروف (Garry kasparov) قد هُزم من طرف برنامج لعب اصطناعي (أو Deep Blue) سنة 1997، في حين أن فهم القواعد والأسس الرياضية التي يقوم عليها البرنامج لن تؤدّي بالمرء إلى التعجّب والاندهاش أبداً.

لم يكن لوك جوليا هو الوحيد الذي تصدّى لتلك الأفكار التي راجت حول الذكاء الاصطناعي، إذ نجد الفيلسوف وعالم الحاسوب الفرنسي جون غابرييل غاناسيا (ـJean-Gabriel Ganascia) قد اعتبر أن "التفرّد" ليس سوى مجرّد أسطورة، وذلك في كتابه الشهير "أسطورة التفرّد" (Le mythe de la Singularité) الذي صدر سنة 2017. والذي لم يكن الداعي من تأليفه سوى انتشار مثل تلك الآراء التي قال بها فينجه وإلون ماسك وستيفن هوكينغ وغيرهم. ويخبرنا غاناسيا إن "التفرّد" قائم في حقيقة الأمر، إلى جانب قانون مور، على تمييزٍ بين أمرين هما: الذكاء الاصطناعي الضعيف والذكاء الاصطناعي القوي (IA faible et IA forte)، فالأوّل يقول إنّه بالإمكان بناء أنظمة قادرة على أن تستدّل وتحلّ المشكلات بطريقةٍ تبدو ظاهريا وكأنها ذكية، دون أن تكون كذلك في الحقيقة. أمّا الثاني فيقول إنّه بالإمكان خلق ذكاء اصطناعي يمكن أن يفكّر ويستدلّ ويتوفّر على نوعٍ من الوعي بالذات كما هو الحال بالنسبة للإنسان. وتجدر الإشارة إلى أنّ هذا التمييز، كما يشير إلى ذلك غاناسيا، لم يقل به متخصّص ما في الذكاء الاصطناعي أو عالم حاسوب بل من قال به هو فيلسوف، وهو جون سورل (John Searle)، الأمريكي الشهير الذي يشتغل في مجالي فلسفة اللغة وفلسفة العقل، والذي يعدّ من أهمّ المعارضين لتوجّه الذكاء الاصطناعي القويّ. أما من ناحية قانون مور فإنه ليس أبدياً بل لا بد وأن يصل إلى مرحلةٍ يتوقف فيها، لأنه لا يمكن أن يستمر تصغير الترانزستورات بشكل لانهائي، ناهيك عن المشاكل الكثيرة التي ستعترض الآلات في المجال الصغروي.

يشير غاناسيا في كتابه هذا إلى ملاحظةٍ مهمة وهي أن أولئك الذين يحذّرون من مخاطر الذكاء الاصطناعي هم نفسهم من يعمل على تطويره. ويسمّيهم بــ "رجال الإطفاء مفتعلي الحرائق" (Les pompiers-pyromanes)! وغالبا ما تكون دوافع هؤلاء سياسية. لهذا يؤكّد لوك جوليا في كتابه الذي ذكرناه أعلاه على ضرورة تحصيل معرفة جيدة بمنطق اشتغال الذكاء الاصطناعي، وامتلاك حسّ نقدي تجاه تلك الأفكار التي يقول بها إلون ماسك مثلاً. وإذا لم نقم بهذا فإننا سنترك المجال شاسعاً لأولئك الذين يريدون السيطرة على التكنولوجيا وحدهم. وكما يُظهر تاريخ الإنسانية فإن كل من اكتشف صناعةً ما وجلبت له الكثير من الأموال فإنه يميل عادةً إلى الإبقاء عليها لمصالحه الشخصية وحده. إضافة إلى أنّه يقترح، في هذا الصدد، استبدال مصطلح "الذكاء الاصطناعي" بمصطلح "الذكاء المتطور" (L’intelligencee augmentée) كمحاولةٍ لتجنّب كل تلك المخاوف والتضليلات التي يحملها المصطلح الأول من جهة، ومن جهة أخرى فإن المصطلح الثاني يجعلنا نفهم بشكل أوضح دور ذلك الذكاء الاصطناعي، أي باعتباره مجرد عامل يؤدي إلى تطوير الذكاء الإنساني وليس إلى خلعه عن عرشه والحلول مكانه.

بيد أن الأمر الذي لا شك فيه هو أنه بإمكان الإنسان أن يبرمج الآلات على فعل أي شيء مهما بلغت خطورة هذا الشيء، لهذا فليس الخطر في أنّ الآلات يمكن أن تفكّر بنفسها وتحوز على الوعي والشعور حتى بل أنها ستخضع لتفكير الإنسان وشعوره! فمثلما يمكن صنع سيارات ذاتية القيادة تضمن سلامة الناس بشكل كبير، يمكن أيضا صنع أسلحة ذاتية التشغيل وبرمجتها لقتل أي شخص. أي أن البعد السلبي حاضرٌ دائما في تطور الذكاء الاصطناعي، إذ لا يمكنه، بحجمه وقدراته الكبيرة، أن يلج حياة البشر دون لعنة. في هذا الصدد تتوضح ضرورة حضور ذلك البعد الأخلاقي في هذا المجال، خاصة عند المتخصصين في علم الكمبيوتر. وحتى إذا لم تكن الآلات قادرة وحدها على تدمير البشر، فإن البشر سيدمرون أنفسهم بأنفسهم باستعمال الآلات، هكذا يتبين أن مصير الإنسان، في كل الحالات، يتوقّف عليه ذاته. ونعود لما قاله فردريك سكينر (Frederic Skinner)، أستاذ علم النفس بجامعة هارفرد: ’’ ليست المشكلة أن تُفكّر الآلات بل المشكلة ألاّ يُفكّر الإنسان‘‘.

 

بقلم: حمزة فنين

.....................

مصادر ومراجع المقالة:

- الباهي، حسان، الذكاء الصناعي وتحديات مجتمع المعرفة، أفريقيا الشرق، 2012.

-   Jean-Gabriel Ganascia, le mythe de la singularité, éditions de Seuil, 2017.

-   Luc Julia, l’intelligence artificielle n’existe pas, Editions First, 2019.

-   Yuval Noah Harari, Homo Deus, A brief History of Tomorrow, Vintage, 2017.

-   Verner Vinge, The coming technological singularity. In: https://mediacentrum.groenlinks.nl/sites/default/files/the_coming_technological_singularity.pdf

-   https://www.youtube.com/watch?v=8BXfd0dHh1o

-   https://www.youtube.com/watch?v=2C1Y2bD5ZSE

-   https://www.youtube.com/watch?v=d4rBh6DBHyw

-   https://www.youtube.com/watch?v=4ChHc5jhZxs

-   https://www.youtube.com/watch?v=n0BIcv1Nwc0

-   https://www.youtube.com/watch?v=fFLVyWBDTfo

-   https://www.youtube.com/watch?v=UAMsNykDqJY

 

جواد بشارةإعداد وترجمة د. جواد بشارة

هل الثقوب السوداء والمادة المظلمة شيء واحد؟

 تفترض دراسة جديدة أن الثقوب السوداء البدائية تكونت بعد الانفجار العظيم وتشكل كل المادة المظلمة في الكون. في العصور المبكرة للكون المرئي، بعد الانفجار العظيم، تجمعوا معًا وزرعوا تكوين المجرات الأولى، ثم تمددوا في النهاية عن طريق التغذي على الغاز والاندماج مع الثقوب السوداء الأخرى لخلق الثقوب السوداء الهائلة التي نراها في مركز المجرات مثل مجرتنا درب التبانة.

الثقوب السوداء البدائية التي نشأت في اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم - أصغر حجمًا من رأس الدبوس وغيرها من الكتل الهائلة التي تمتد لمليارات الأميال - يمكن أن تفسر كل المادة المظلمة في الكون.

إنه انعكاس لنموذج جديد للكون البدائي أنشأه علماء الفيزياء الفلكية من جامعة ييل وجامعة ميامي ووكالة الفضاء الأوروبية (ESA). إذا كان هذا صحيحًا مع البيانات من تلسكوب جيمس ويب الفضائي الذي تم إطلاقه قبل أيام، فإن الاكتشاف سيغير فهم العلماء لأصول وطبيعة المادة المظلمة والثقوب السوداء.

يُعتقد أن المادة المظلمة، التي لم تتم ملاحظتها بشكل مباشر مطلقًا، وهي تشكل غالبية المادة في الكون المرئي وتعمل بمثابة سقالات غير مرئية تتشكل وتتطور عليها المجرات. قضى الفيزيائيون سنوات في اختبار مجموعة متنوعة من المواد المظلمة المرشحة، بما في ذلك الجسيمات الافتراضية مثل النيوترينوات العقيمة والجسيمات الضخمة المتفاعلة الضعيفة (WIMPS) والأكسيونات.

من ناحية أخرى، تم ملاحظة الثقوب السوداء. الثقب الأسود هو نقطة في الفضاء تكون فيها المادة شديدة الترابط والكثافة بحيث تخلق جاذبية شديدة. حتى الضوء لا يمكنه مقاومة جاذبيته، وبالتالي لايمكنه الإفلات منه. توجد الثقوب السوداء في مركز معظم المجرات.

الدراسة الجديدة، التي تم قبولها للنشر في مجلة الفيزياء الفلكية، تشير إلى نظرية تم اقتراحها لأول مرة في السبعينيات من قبل الفيزيائيين ستيفن هوكينغ وبرنارد كار. في ذلك الوقت، جادل هوكينغ وكار أنه في الجزء الأول من الثانية بعد الانفجار العظيم، ربما تكون التقلبات الصغيرة في كثافة الكون قد خلقت منظرًا للتلال مع مناطق "وعرة" لها كتلة إضافية. ستنهار هذه المناطق المتكتلة وتتحول إلى ثقوب سوداء.

في حين أن النظرية لم تكتسب قوة دفع داخل المجتمع العلمي الأوسع، تشير الدراسة الجديدة إلى أنه إذا تم تغييرها وتعديلها قليلاً، فقد يكون لها قوة تفسيرية.

قال بريامفادا ناتاراجان ، أستاذ علم الفلك والفيزياء في جامعة ييل ، إن معظم الثقوب السوداء البدائية "ولدت" بحجم يزيد عن 1.4 مرة من كتلة شمس الأرض ، فمن المحتمل أن تمثل كل المادة المظلمة.3189 الثقوب السوداء

(اللوحة الموجودة في أقصى اليسار) الائتمان: ييل ووكالة الفضاء الأوروبية

يقول ناتاراجان وزملاؤه إن نموذجهم الجديد يظهر أن النجوم والمجرات الأولى تشكلت حول الثقوب السوداء في بدايات الكون. بالإضافة إلى ذلك، كان للثقوب السوداء البدائية القدرة على التحول إلى ثقوب سوداء فائقة الكتلة من خلال الاستمتاع بالغاز والنجوم القريبة وابتلاعها، أو عن طريق الاندماج مع الثقوب السوداء الأخرى.

قال ناتاراجان: "الثقوب السوداء البدائية، إن وجدت، قد تكون البذور التي تتكون منها جميع الثقوب السوداء الهائلة، بما في ذلك تلك الموجودة في مركز مجرة درب التبانة".

"ما أجده شخصيًا مثيرًا للغاية بشأن هذه الفكرة هو كيف تم توحيد بأناقة المشكلتين الصعبتين حقًا اللذين أعمل عليهما - وهما التحقيق في طبيعة المادة المظلمة أو السوداء وتشكيل ونمو المادة المظلمة أو السوداء. الثقوب السوداء - وحلها جميعًا على الفور ".

تتمثل مهمة تلسكوب جيمس ويب في العثور على المجرات الأولى التي تشكلت في الكون المبكر ومراقبة النجوم التي تشكل أنظمة كوكبية.

المؤلف الأول للدراسة الجديدة هو نيكو كابيلوتي ، وهو زميل سابق لما بعد الدكتوراه في مركز ييل لعلم الفلك والفيزياء الفلكية وهو الآن أستاذ مساعد للفيزياء في جامعة ميامي. أما غونتر هاسينجر، المدير العلمي لوكالة الفضاء الأوروبية، هو المؤلف الثاني للدراسة.

قال كابيلوتي: "تُظهر دراستنا أنه بدون إدخال جسيمات جديدة أو فيزياء جديدة، يمكننا حل الألغاز في علم الكونيات الحديث لطبيعة المادة المظلمة نفسها التي هي أصل الثقوب السوداء فائقة الكتلة".

يمكن للثقوب السوداء البدائية أيضًا أن تحل لغزًا كونيًا آخر: فائض الأشعة تحت الحمراء المتزامنة مع الأشعة السينية، والتي تم اكتشافها من مصادر بعيدة ومظلمة منتشرة في جميع أنحاء الكون. قال ناتاراجان وزملاؤه أن الثقوب السوداء البدائية سيقدم "بالضبط" نفس توقيع الإشعاع.

والأفضل من ذلك، أنه يمكن إثبات وجود الثقوب السوداء البدائية - أو دحضها - في المستقبل القريب، وذلك بفضل تلسكوب جيمس ويب الفضائي ومهمة LISA (هوائي مقياس التداخل الليزري الفضائي) التي تم الإعلان عنها في ثلاثينيات القرن الحالي.

إذا كانت المادة المظلمة مكونة من ثقوب سوداء بدائية، فقد تكون المزيد من النجوم والمجرات حولها في بدايات الكون كذلك، وهي بالضبط الحقبة التي سيتمكن تلسكوب جيمس ويب رؤيتها. في غضون ذلك، ستكون ليزا قادرة على التقاط إشارات موجات الجاذبية أو الموجات الثقالية الناجمة من الاندماج الأول للثقوب السوداء البدائية.

قال هاسينجر: "إذا كانت النجوم والمجرات الأولى قد تشكلت بالفعل فيما يسمى بالعصور المظلمة، فيجب أن يكون تلسكوب جيمس ويب الفضائي قادرًا على رؤية دليل على ذلك".

وأضاف ناتاراجان: "كان من المقنع استكشاف هذه الفكرة بعمق، مع العلم أن لديها القدرة على التحقق من صحتها بسرعة إلى حد ما".3190 الثقوب السوداء

الائتمان: معهد ليدن للفيزياء

ما هي المادة المظلمة؟ كيف تتشكل الثقوب السوداء الهائلة؟ قد تحمل الثقوب السوداء الأولية الإجابة على هذا السؤال الذي طال أمده. حدد ليدن وعلماء الكونيات الصينيون طريقة جديدة يمكن من خلالها إنتاج هذه الأجسام الافتراضية فورًا بعد الانفجار العظيم. نُشر بحثهم في مجلة Physical Review Letters.

في سعيهم لفهم الكون، يواجه العلماء ألغازًا كبيرة لم يتم حلها. على سبيل المثال، تتحرك النجوم حول المجرات كما لو أن هناك كتلة أكبر بخمس مرات مما لوحظ تجذبها وتحافظ على مداراتها. ما الذي يجعل هذه المادة المظلمة تقوم بذلك؟ ومعضلة أخرى: تحتوي المجرات على ثقوب سوداء ضخمة في نواتها، تزن ملايين الكتل الشمسية. في المجرات الفتية، لم يكن لدى النجوم المنهارة الوقت الكافي لتنمو بهذا الحجم. فكيف تشكلت الثقوب السوداء الهائلة المزعومة؟

توصل علماء الكونيات إلى حل افتراضي يمكنه حل أحد اللغزين ويتمثل بدور ما للثقوب السوداء البدائية، التي ظهرت بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم، ولديها القدرة على البقاء صغيرة أو اكتساب الكتلة بسرعة. في الحالة الأولى، هي مرشحة لتكوين المادة المظلمة أو السوداء. في الحالة الأخيرة، يمكن أن تكون بمثابة بذور للثقوب السوداء الهائلة. أعلن عالم الكونيات بجامعة لايدن دونغ جانغ وانغ وزملاؤه الصينيون يي فو كاي وشي تونغ وشينغ فينغ يان من جامعة USTC عن طريقة جديدة يمكن أن تكون هي التي تكونت بها الثقوب السوداء البدائية في عصر الانفجار العظيم.3191 الثقوب السوداء

الائتمان: معهد ليدن للفيزياء

 يوضح هذا الشكل جزء المادة المظلمة بسبب الثقوب السوداء البدائية (المحور الرأسي)، كدالة لكتلتها الفردية في الكتل الشمسية (المحور الأفقي). يتم استبعاد المناطق المظللة من خلال الملاحظات الفلكية. يتجلى تأثير الرنين في شكل قمم ضيقة (خطوط منقطة باللونين الأحمر والأزرق) تُظهر التوزيع الكتلي للثقوب السوداء البدائية. نظرًا لأن القمم ضيقة، يجب أن يكون لجميع الثقوب السوداء البدائية نفس الكتلة. بالنسبة لكوننا، هناك قمة حقيقية واحدة فقط، اعتمادًا على التفاصيل (غير المعروفة حتى الآن) للانفجار العظيم. على سبيل المثال، الذروة الزرقاء تقابل الثقوب السوداء من حوالي 10 إلى 100 كتلة شمسية، النطاق الذي تم اكتشافه مؤخرًا بواسطة تجربة موجات الجاذبية في مختبري ليغو وفيرغو LIGO / VIRGO.

بعد الانفجار العظيم، احتوى الكون على اضطرابات صغيرة في الكثافة ناتجة عن تقلبات كمومية عشوائية. وكانت هذه كبيرة بما يكفي لتشكيل النجوم والمجرات، لكنها أصغر من أن تصبح ثقوبًا سوداء بدائية بمفردها. حدد وانغ وزملاؤه تأثيرًا رنينيًا جديدًا يجعل الثقوب السوداء البدائية ممكنة عن طريق زيادة اضطرابات معينة بشكل انتقائي. يؤدي هذا إلى التنبؤ بأن جميع الثقوب السوداء البدائية يجب أن يكون لها نفس الكتلة تقريبًا. تُظهر القمم الضيقة في الشكل 1 نطاقًا من الكتل المحتملة نتيجة الرنين.

نموذج قابل للتطبيق:

يقول وانغ: "الحسابات الأخرى لها طرق مختلفة لتحسين الاضطرابات، لكنها تواجه مشاكل". "نحن نستخدم الرنين أثناء التضخم، عندما ينمو الكون بشكل أسي قليلاً. بعد فترة طويلة من الانفجار العظيم. تكون حساباتنا بسيطة بما يكفي بحيث يمكننا التعامل معها. في الواقع، قد تكون الآلية أكثر تعقيدًا، لكنها بداية. القمم الضيقة التي نحصل عليها متأصلة في الآلية، لأنها تستخدم الرنين ".3192 الثقوب السوداء

الائتمان: NASA / JPL-Caltech / SSC

هل المادة المظلمة أو السوداء مكونة من ثقوب سوداء بدائية؟ دراسة من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية:

بعد دراسة ورصد وملاحظة المجرة القزمة غير المنتظمة IC1613. يتساءل علماء الفلك عما إذا كانت الثقوب السوداء البدائية يمكن أن تشكل المادة المظلمة في الكون، ويقترحون أن أشكال المجرات القزمة الخافتة مع هالات المادة المظلمة يمكن أن تكشف عن الإجابة.

أدرك علماء الفلك الذين درسوا حركات المجرات وطبيعة إشعاع الخلفية الكونية المنتشر في القرن الماضي أن معظم المادة في الكون لم تكن مرئية. حوالي 84٪ من المادة في الكون عبارة عن مادة مظلمة أو سوداء، يوجد الكثير منها في الهالات حول المجرات. أطلقنا عليها اسم المادة المظلمة لأنها لا تصدر ضوءًا، ولكنها أيضًا غامضة: فهي لا تتكون من ذرات أو مكوناتها المعتادة مثل الإلكترونات والبروتونات.

في غضون ذلك، لاحظ علماء الفلك تأثيرات الثقوب السوداء، وحتى أنهم اكتشفوا مؤخرًا موجات ثقالية من زوج من الثقوب السوداء المندمجة. تتشكل الثقوب السوداء عادةً أثناء الموت المتفجر للنجوم الضخمة نتيجة المستعر الأعظم السوبرنوفا، وهي عملية يمكن أن تستغرق عدة مئات من ملايين السنين عندما يندمج نجم من الغاز المحيط، ويتطور، ويموت في النهاية. من المفترض أن توجد بعض الثقوب السوداء في بدايات الكون، ولكن ربما لم يكن هناك وقت كافٍ في الكون المبكر لحدوث عملية التكوين الطبيعية. تم اقتراح بعض الطرق البديلة، مثل الانهيار المباشر للغاز البدائي أو العمليات المرتبطة بالتضخم الكوني، والتي من شأنها أن يصبح من الممكن إنشاء العديد من هذه الثقوب السوداء البدائية.

قاد عالم الفلك CfA Qirong Zhu مجموعة من أربعة علماء يبحثون في احتمال أن تكون المادة المظلمة أو السوداء اليوم مكونة من ثقوب سوداء بدائية، باتباع الاقتراحات المنشورة سابقًا. إذا كانت هالات المجرات مكونة من ثقوب سوداء، فيجب أن يكون لها توزيع كثافة مختلف عن الهالات المكونة من جسيمات غريبة. هناك اختلافات أخرى أيضًا: من المتوقع أن تتشكل هالات الثقب الأسود في وقت مبكر من تطور المجرة أكثر من بعض الأنواع الأخرى من الهالات.

يقترح العلماء أن النظر إلى النجوم في هالات المجرات القزمية الخافتة يمكن أن يكتشف هذه التأثيرات لأن المجرات القزمية صغيرة وخافتة (تتوهج ببضعة آلاف من اللمعان الشمسي) حيث يمكن اكتشاف التأثيرات الطفيفة بسهولة أكبر.

أجرى الفريق سلسلة من عمليات المحاكاة الحاسوبية لاختبار ما إذا كانت الهالات من المجرات القزمية يمكن أن تكشف عن وجود ثقوب سوداء بدائية، ووجدوا أن بإمكانهم: التفاعلات بين النجوم والثقوب السوداء في الهالة المبكرة يجب أن تعدل حجم التوزيعات النجمية قليلاً..

استنتج علماء الفلك أيضًا أن مثل هذه الثقوب السوداء يجب أن يكون لها كتل تتراوح بين حوالي اثنين إلى أربعة عشر كتلة شمسية، فقط ضمن النطاق المتوقع لهذه الأجسام الغريبة (على الرغم من أنها أصغر من الثقوب السوداء التي تم رصدها مؤخرًا بواسطة أجهزة الكشف عن الموجات الثقالية) وقابلة للمقارنة بنتائج الدراسات الأخرى.

ومع ذلك، يؤكد الفريق أن جميع النماذج لا تزال غير حاسمة وأن طبيعة المادة المظلمة لا تزال بعيدة المنال.

نظرة جديدة لطبيعة المادة المظلمة:

من قبل Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)

 يمكن أن يكون جسم العدسة الدقيقة في المجرة الأمامية نجمًا هـ (كما هو موضح)، ثقب أسود بدائي أو أي جسم مضغوط آخر.3193 الثقوب السوداء

الائتمان: ناسا / جايسون كوان (مركز تكنولوجيا علم الفلك).

من أعظم الألغاز في العلم اليوم طبيعة المادة المظلمة أو السوداء التي تشكل على ما يبدو أكثر من 80٪ من كتلة الجسيمات في الكون. بيد أن عدم وجود أدلة تجريبية، والتي يمكن أن تجعل من الممكن التعرف عليها مع واحد أو آخر من الجسيمات الأولية الجديدة التي تنبأ بها المنظرون، وكذلك الاكتشاف الأخير لموجات الجاذبية الناتجة عن اندماج اثنين من الثقوب السوداء (مع كتل أعاد المرصد الليزري لموجات الجاذبية التداخلية حسابها حوالي 30 مرة) من قبل LIGO الاهتمام بإمكانية أن تتخذ المادة المظلمة شكل ثقوب سوداء بدائية ذات كتل تتراوح بين 10 و1000 مرة من كتلة الشمس.

الثقوب السوداء البدائية، والتي تنشأ من تقلبات كثافة عالية للمادة خلال اللحظات الأولى من الكون، هي من حيث المبدأ مثيرة للاهتمام للغاية. على عكس تلك التي تشكلت من النجوم، التي تكون وفرتها وكتلتها محدودة بسبب أنماط تكوين النجوم وتطورها، يمكن أن توجد الثقوب السوداء البدائية مع مجموعة واسعة من الكتل والوفرة. يمكن العثور عليها في هالات المجرات، ومن الممكن أن يؤدي اللقاء العرضي بين اثنتين منهما بكتلة 30 ضعف كتلة الشمس، يليه اندماج لاحق، إلى ظهور موجات الجاذبية أو الموجات الثقالية التي اكتشفها ليغو.

"تأثير"العدسات الدقيقة للجاذبية" Microlens":

إذا كان هناك عدد كبير من الثقوب السوداء في هالات المجرات، فإن بعضها يعترض الضوء القادم نحونا من كوازار بعيد. بسبب حقول الجاذبية القوية، يمكن أن تركز جاذبيتها أشعة الضوء وتسبب زيادة في السطوع الظاهر للكوازار. هذا التأثير، المعروف باسم "العدسات الدقيقة للجاذبية"، يزداد أهمية كلما كبرت كتلة الثقب الأسود، وكلما زاد احتمال اكتشافه كلما زاد وجود هذه الثقوب السوداء. لذلك، على الرغم من عدم إمكانية اكتشاف الثقوب السوداء نفسها بشكل مباشر، إلا أنه سيتم اكتشافها من خلال زيادة سطوع الكوازارات المرصودة.

في هذه الفرضية، استخدمت مجموعة من العلماء تأثير العدسات الدقيقة على الكوازارات لتقدير عدد الثقوب السوداء البدائية ذات الكتلة المتوسطة في المجرات. تُظهر الدراسة، التي قادها الباحث من معهد الفضاء الفلكي في جزر الكناري (IAC) وجامعة لا لاغونا (ULL)، Evencio Mediavilla Gradolph، أن النجوم العادية مثل الشمس تسبب تأثيرات العدسات الدقيقة، باستثناء وجود عدد كبير من الثقوب السوداء البدائية ذات الكتلة المتوسطة.

المحاكاة الحاسوبية:

باستخدام المحاكاة الحاسوبية، قارنوا الزيادة في السطوع، في الضوء المرئي والأشعة السينية، لـ 24 كوازارًا بعيدًا بالقيم التي تنبأ بها تأثير العدسة الدقيقة. ووجدوا أن قوة التأثير صغيرة نسبيًا، كما يتوقع المرء من الأجسام التي تتراوح كتلتها بين 0.05 و0.45 مرة من كتلة الشمس، وأقل بكثير من الثقوب السوداء ذات الكتلة المتوسطة. بالإضافة إلى ذلك، قدروا أن هذه العدسات الدقيقة تشكل حوالي 20٪ من الكتلة الكلية للمجرة، وهو ما يعادل الكتلة المتوقعة في النجوم. وهكذا تظهر نتائجهم أنه مع وجود احتمال كبير، فإن النجوم العادية وليست الثقوب السوداء البدائية ذات الكتلة المتوسطة هي المسؤولة عن العدسات الدقيقة المرصودة.

يوضح Evencio Mediavilla قائلاً: "تشير هذه الدراسة إلى أنه ليس من المحتمل على الإطلاق أن تشكل الثقوب السوداء التي تزيد كتلتها عن 10 إلى 100 ضعف كتلة الشمس جزءًا كبيرًا من المادة المظلمة". لهذا السبب، فإن الثقوب السوداء التي تم الكشف عن اندماجها بواسطة ليغو تشكلت على الأرجح عن طريق النجوم المنهارة، ولم تكن ثقوبًا سوداء بدائية ".

يشمل علماء الفلك المشاركون في هذا البحث خورخي خيمينيز فيسنتي وخوسيه كالديرون إنفانتي (جامعة غرناطة) وخوسيه إيه مونيوز لوزانو وهيكتور فيفيس أرياس (جامعة فالنسيا).

كم يحتوي الكون من الثقوب السوداء؟:3194 الثقوب السوداء

الائتمان: NASA / JPL-Caltech

الثقوب السوداء الهائلة هي أجسام شديدة الكثافة مدفونة في قلب المجرات.

كلنا نخشى الثقوب السوداء، لكن ما هو عددها حقًا؟ بين الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية والثقوب السوداء الهائلة، ما هي نسبة الكون المكونة من الثقوب السوداء؟

هناك نوعان من الثقوب السوداء في الكون نعرفهما: هناك ثقوب سوداء ذات كتلة نجمية، مكونة من نجوم ضخمة، وثقب أسود هائل يعيش في قلب كل مجرة من المجرات في الكون المرئي.

حوالي 1 من كل 1000 نجم لديه كتلة كافية ليصبح ثقبًا أسود عند موته. تحتوي مجرتنا درب التبانة على أكثر من 100 مليار نجم، مما يعني أنه يمكن أن تحتوي على ما يصل إلى 100 مليون ثقب أسود ذو كتلة نجمية. نظرًا لوجود مئات المليارات من المجرات في الكون المرئي، فهناك الكثير والكثير من الثقوب السوداء. في الواقع، تشير الحسابات إلى أن ثقبًا أسود جديدًا يتشكل كل ثانية أو نحو ذلك. لذا، فقط للتلخيص، الكون بأسره حوالي 1/1000 من الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية "ذات السمة العادية".

للثقوب السوداء الهائلة قصة مختلفة قليلاً. يبعد ثقبنا الأسود المجري المركزي حوالي 26000 سنة ضوئية منا. رسميًا يُطلق عليه اسم A-star Sagittarius، لكن لأغراضنا سأطلق عليه اسم Kevin. فقط لكي تعرف أنهم لا يستخدمون هذا المصطلح "supermassive" بدون سبب، تصل كتلة كيفن Kevin على 4.1 مليون ضعف كتلة الشمس.

الثقب الأسود كيفن عملاق ورهيب. يمكننا فقط أن نتخيل كيف يكون الحال في منطقة الفضاء بالقرب من كيفن. ما هي نسبة المجرة التي تعتقد أن كيفن يمثلها، من حيث الكتلة؟

على الرغم من أن كيفن فائق الكتلة تمامًا، إلا أنه صغير جدًا، يبلغ 1/10000 في المائة من كتلة درب التبانة. إذاً لكي نكون دقيقين، إذا أضفنا كتلة كيفن إلى كتلة جميع الثقوب السوداء المعروفة أيضًا بالكتلة النجمية. "mini-Kevins»، نحصل على نسبة 11 / 10000s  وهي نسبة صغيرة جدًا .

اتضح أن هذه النسبة تصمد على نطاق عالمي وهي تقريبًا نفسها بالنسبة لكتلة الكون بأكملها. إذن، 10 على عشرة آلاف من المائة هي إجابة السؤال. بقدر ما نعرف.

إلا إذا كانت المادة المظلمة عبارة عن ثقوب سوداء. تمثل المادة المظلمة أكثر من نصف كتلة الكون. لا يمتص الضوء ولا يتفاعل مع المادة بأي شكل من الأشكال. نحن ندرك وجودها فقط من خلال تأثير الجاذبية.

اتضح أن علماء الفلك يعتقدون أن أحد التفسيرات للمادة المظلمة يمكن أن يكون ثقوبًا سوداء بدائية. يقال إن هذه الثقوب السوداء المجهرية لها كتلة كويكب واحد أو أكثر ويمكن أن تتشكل فقط في ظل ظروف الضغط العالي ودرجة الحرارة المرتفعة بعد الانفجار العظيم.

التجارب التي تبحث عن الثقوب السوداء البدائية لم تجد أي دليل بعد، ولا يعتقد معظم العلماء أن هذا تفسير قابل للتطبيق. ولكن إذا كان الأمر كذلك، فإن الكون يتكون بالكامل تقريبًا من كابوس الثقوب السوداء المستوحى من الفيزياء.3195 الثقوب السوداء

منظر فني لثقب أسود مشع. الائتمان: ناسا

إن لم يكن الآن، ففي المستقبل البعيد، يمكن أن يكون كل شيء. مع الوقت الكافي، ستلتقط كل تلك الثقوب السوداء النجمية والكتل الفائقة مثل كيفن كل المواد المتوفرة في الكون.

في غضون 10 كوينتيليون سنة، سيكون كل شيء في الكون إما قد سقط في ثقب أسود أو سيتم إلقاؤه في طريق الهروب. وبعد ذلك سوف تتبخر هذه الثقوب السوداء ببطء بمرور الوقت، كما تنبأ ستيفن هوكينغ.

في غضون 10 ^ 66 عامًا، ستتبخر الثقوب السوداء النجمية الأصغر. قد تستغرق الثقوب السوداء الهائلة الأكثر ضخامة 10 ^ 100 عام. وبعد ذلك لن يكون هناك ثقوب سوداء على الإطلاق.

يقترح إثنان من الباحثين أن الثقوب السوداء في مراكز المجرات قد تكون ثقوب دودية:3196 الثقوب السوداء

الائتمان: الأشعة السينية: NASA / UMass / D. Wang et al.، IR: NASA / STScI

(توصل زيلونغ لي وكوزيمو بامبي من جامعة فودان في شنغهاي إلى فكرة جديدة جدًا - هذه الثقوب السوداء، التي توجد في مركز العديد من المجرات، يمكن أن تكون بدلاً من ذلك ثقوباً دودية. لقد كتبوا مقالًا، تم تحميله على خادم ما قبل الطباعة في arXiv، يصفون فكرتهم وكيف يمكن إثبات (أو خطأ) ما توصلوا إليه بواسطة أداة جديدة ستتم إضافتها قريبًا إلى مرصد في تشيلي.

في عام 1974، اكتشف علماء الفضاء القوس A * (SgrA ) - وهو مصدر ضوئي لموجات الراديو المنبثقة مما بدا بالقرب من مركز مجرة درب التبانة. وفي دراسة لاحقة عن هذا الجسم دفع العلماء إلى الاعتقاد بأنه كان (ولا يزال) ثقبًا أسود - فقد أشار سلوك النجوم القريبة، على سبيل المثال، إلى أنه كان شيئًا هائلًا وكثيف للغاية.

ما يمكننا رؤيته عندما ننظر إلى SgrA هي غازات بلازما بالقرب من أفق الحدث، وليس الكائن نفسه، حيث لا يمكن للضوء الهروب منه. يجب أن يكون هذا صحيحًا أيضًا بالنسبة للثقوب الدودية، بالطبع، التي تم وضع نظرية وجودها أيضًا من خلال نظرية النسبية العامة. حتى أن أينشتاين أشار إلى إمكانية وجودها. لسوء الحظ، لم ينجح أحد على الإطلاق في إثبات وجود الثقوب الدودية، والتي يقال إنها قنوات بين أجزاء مختلفة من الكون، أو حتى بين كونين في نظريات الكون المتعدد، وربما طرق مختصرة بين عدة أكوان. في مقالهما، يقترح لي وبامبي أن هناك أدلة دامغة تشير إلى أن العديد من الأشياء التي نعتقد أنها ثقوب سوداء في مركز المجرات، قد تكون في الواقع ثقوب دودية.

يقترح العالمان أن غازات البلازما التي تدور حول ثقب أسود مقابل ثقب دودي يجب أن تبدو مختلفة بالنسبة لنا، حيث من المتوقع أن تكون الثقوب الدودية أصغر بكثير. بالإضافة إلى ذلك، فإن وجود الثقوب الدودية سيساعد في تفسير سبب امتلاك المجرات الجديدة لما يُعتقد الآن أنه ثقوب سوداء.؟ يمكن لــ  Li و Bambi استنتاج ، بدلاً من ذلك ، إن هذه الأشياء هي في الواقع ثقوب دودية ، والتي تقول النظرية أنه يمكن أن تظهر في لحظة ، وسوف يحدث ذلك بعد الانفجار العظيم.

ستتم إضافة معدات تسمى GRAVITY، سيتم تركيبها قريبًا، إلى مرصد الفضاء الأوروبي في تشيلي، مما يمنح الباحثين رؤية غير مسبوقة لـ SgrA (والثقوب السوداء الأخرى). في غضون بضع سنوات قصيرة فقط، سيكون من الممكن إثبات ما إذا كانت فكرة لي وبامبي صحيحة أم لا - يجب أن تكون كرة التقاط الفوتون للثقب الدودي أصغر بكثير من تلك الموجودة في الثقب الأسود. - إذا كان الأمر كذلك مع SgrA ومع ذلك، سيحتاج علماء الفضاء إلى إعادة التفكير بجدية في الثقوب الدودية وكيف يمكن أن تتناسب مع النظريات الحالية التي تصف الكون.

ملخص الفرضية:

يمكن أن تكون الثقوب السوداء الهائلة المرشحة في مركز كل مجرة عادية عبارة عن ثقوب دودية نشأت في بدايات الكون وتربط إما منطقتين مختلفتين من كوننا أو كونين مختلفين في نموذج كون متعدد. في الواقع، لم يتم فهم أصل هذه الأجسام الفائقة الكتلة جيدًا، كما أن الهياكل الطوبولوجية غير التافهة مثل الثقوب الدودية مسموح بها في كل من النسبية العامة وفي نظريات الجاذبية البديلة، ولا يمكن للملاحظات الحالية استبعاد مثل هذا الاحتمال. في غضون بضع سنوات، ستتمتع أداة VLTI GRAVITY بالقدرة على تصوير قطرات البلازما التي تدور بالقرب من المدار الدائري المستقر الأعمق لـ SgrA ، مرشح الثقب الأسود الفائق الكتلة في مجرة درب التبانة. تختلف الصورة الثانوية للنقطة الساخنة التي تدور حول ثقب دودي اختلافًا كبيرًا عن تلك الموجودة في النقطة الساخنة حول الثقب الأسود.3197 الثقوب السوداء

 توضيح فني لرحلة الثقب الدودي. رصيد الصورة: NASA / Les Bossinas (شركة Cortez III Service Corp.)

(PhysOrg.com) - الثقوب الدودية هي واحدة من أغرب الأشياء التي تحدث في النسبية العامة. على الرغم من عدم وجود دليل تجريبي على الثقوب الدودية، إلا أن العلماء يتوقعون أنها تبدو وكأنها تعمل كاختصارات بين نقطة في الزمكان وأخرى. يتخيل العلماء عادةً الثقوب الدودية التي تربط مناطق الفراغ، لكن دراسة جديدة تشير الآن إلى احتمال وجود ثقوب دودية بين النجوم البعيدة. بدلاً من أن تكون أنفاقًا فارغة، ستحتوي هذه الثقوب الدودية على سائل مثالي يتدفق بين النجمين، وربما يمنحهما توقيعًا يمكن اكتشافه.

نشر العلماء، فلاديمير دزونشاليف من الجامعة الوطنية الأوراسية في كازاخستان والمؤلفون المشاركون، بحثهم في إمكانية وجود ثقوب دودية بين النجوم على arXiv.org.

بدأ العلماء في دراسة فكرة الثقوب الدودية بين النجوم عندما بحثوا عن أنواع الأجسام الفيزيائية الفلكية التي يمكن أن تكون بمثابة ثقوب دودية. وفقًا للنماذج السابقة، قد تبدو بعض هذه الأجسام مثل النجوم.

هذه الفكرة قادت العلماء، ومن بينهم العالمة ديما، إلى التساؤل عما إذا كانت اكتشف ما إذا كانت الثقوب الدودية قد توجد في النجوم العادية والنجوم النيوترونية. من بعيد، ستبدو هذه النجوم إلى حد كبير مثل النجوم العادية (والنجوم النيوترونية العادية)، ولكن يمكن أن يكون لها بعض الاختلافات التي يمكن اكتشافها.

لدراسة هذه الاختلافات، طور الباحثون نموذجًا لنجم عادي به نفق في وسط النجم، يمكن للمادة أن تتحرك من خلاله. سيكون للنجمين اللذين يشتركان في ثقب دودي اتصال فريد، حيث أنهما مرتبطان بفم الثقب الدودي. نظرًا لأن المادة الغريبة في الثقب الدودي يمكن أن تتدفق مثل السوائل بين النجوم، فمن المحتمل أن ينبض النجمان بطريقة غير عادية. يمكن أن يؤدي هذا النبض إلى إطلاق أنواع مختلفة من الطاقة، مثل الأشعة الكونية عالية الطاقة.

في الوقت الحالي، يتمثل الجزء الصعب في حساب أنواع التذبذبات التي تحدث بالضبط ونوع الطاقة التي يتم إطلاقها. ستسمح هذه المعلومات للعلماء بالتنبؤ بالشكل الذي قد يبدو عليه النجم الذي يحتوي على ثقب دودي من الأرض والبدء في البحث عن هذه النجوم ذات المظهر الطبيعي.

السفر عبر الزمن؟ ربما

تخيل أنك كاتب خيال علمي بجدول زمني ضيق. كنت ترغب في لعب مساحات شاسعة من الكون، ولكن لديك الكثير من النزاهة العلمية لاستحضار Warp Drive أو DeLorean من فراغ. أنت قلق أيضًا من أن يشعر جمهورك بالملل لآلاف السنين التي قد تستغرقها سفينة الفضاء لتقطع المسافات بين النجوم بشكل واقعي. ما تحتاجه حقًا هو ثقب دودي - اختصار عبر الزمان والمكان. أفضل ما في الأمر، على عكس معظم قصص الخيال العلمي، أن الثقوب الدودية يمكن أن تكون حقيقية جدًا وفرضية علمية رصينة.

قبل خمسة وسبعين عامًا، قدم ألبرت أينشتاين ومساعده ناثان روزين مقالًا إلى مجلة Physical Review بهدف توحيد الجاذبية والكهرومغناطيسية. على الرغم من أنهم فشلوا في الكشف عن نظرية لكل شيء، إلا أنهم فعلوا شيئًا أكثر أهمية: من خلال إنشاء أول نموذج نظري للثقب الدودي، مكّن آينشتاين وروزين كتاب الخيال العلمي - بما في ذلك آرثر سي كلارك ومادلين لانجل والمؤلفون من "Babylon 5" و "Doctor Who" - لاستكشاف مساحات شاسعة من المكان والزمان في غمضة عين.

من الخارج، يشبه جسر أينشتاين-روزن، كما كان يُطلق عليه في الأصل الثقوب الدودية، كثيرًا مثل ابن عمه، الثقب الأسود. وأنا أخاطر بإلغاء شارة الفيزياء الرسمية الخاصة بي إذا لم أخبرك، بشكل مثالي بصوت مخيف، أنه "لا شيء يمكن أن يفلت من الثقب الأسود، ولا حتى الضوء".

قدم آينشتاين وروزين تخمينًا جريئًا للغاية: ماذا لو سقط مسافر في فم شيء يبدو وكأنه ثقب أسود، ولكن بدلاً من سحقه بفعل فرادة أو تفرد في مركز ثقب أسود، ظهر بدلاً من ذلك من فم آخر أو فتحة أخرى من الطرف الآخر للثقب، من المحتمل أن يكون عدة سنوات ضوئية من حيث بدأ؟ إنه ليس جنونًا كما يبدو. تم تأكيد نظرية النسبية العامة لأينشتاين من خلال تجارب لا حصر لها - نموذج العمل الحالي الخاص بنا لكيفية عمل الجاذبية والفضاء -. وكما يبدو، فإن جسر أينشتاين-روزن هو حل صحيح تمامًا لمعادلات النسبية العامة.

والثقوب الدودية هي ليست مجرد اختصار عبر الفضاء. ففي عام 1988، أظهر الفيزيائي كيب ثورنKip Thorne من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا شيئًا آخر: إذا كان بإمكانك بناء ثقب دودي، فيمكنك تحويله إلى آلة زمنية أيضًا. من خلال تحريك أحد أفواه الثقب عبر الفضاء بسرعة قريبة من سرعة الضوء، يمكننا إنشاء نفق ثنائي الاتجاه يربط بين نقطتين في الوقت المناسب. أفضل ما في الأمر، لا داعي للقلق بشأن إفساد القصة. إن آلة الزمن المبنية من قوانين النسبية العامة تتفق بالضرورة مع نفسها، وبالتالي ستبقى قصتك آمنة كما تركتها.

ومع ذلك، كان لمفهوم أينشتاين الأصلي بعض العيوب. من ناحية أخرى، استنتج المنظرون لاحقًا أن عبور جسر أينشتاين - روزن يجب أن يكون تذكرة باتجاه واحد، حيث أن أحد الفم هو دائمًا المدخل والآخر هو المخرج. تم اكتشاف مشكلة أكبر في الثقب الدودي الذي تصوره أينشتاين في عام 1962، عندما أوضح جون أرشيبالد ويلر أن جسر أينشتاين-روزين قد ينهار أو يذوب قبل أن يمر أي شيء، حتى شعاع من الضوء من خلاله.

لحسن الحظ، تحسن تصميم الثقوب الدودية بشكل كبير خلال الـ 75 عامًا الماضية. في عام 1988، عالج ثورن وطلابه مشكلة الثقوب الدودية التي يمكن اجتيازها، ويرجع ذلك في جزء كبير منه إلى نداء من صديقه كارل ساغان، الذي كان يعمل في ذلك الوقت على رواية "الاتصال" التي تحولت إلى فيلم سينمائي رائع بطولة جودي فوستر. اكتشف ثورن أنه من الممكن نظريًا بناء نماذج من الثقوب الدودية، لكنها تتطلب وجود "مادة غريبة" غير معروفة حتى الآن - وهي مادة غريبة تحتوي على كتلة أقل من الصفر - لإبقائها مفتوحة. على عكس جسور أينشتاين-روزن، كان نموذج ثورن ثنائي الاتجاه، والأهم من ذلك أنه مستقر.

قد يبدو الأمر كله بمثابة أخبار جيدة، لكن الطباعة الدقيقة على الثقوب الدودية تكون مخيفة للغاية عندما تخطو إليها. من ناحية، لم نكتشف أبدًا أي شيء مثل المادة الغريبة اللازمة لفتح الثقوب الدودية، ومن ناحية أخرى، لا نعرف كيف يمكننا - أو حتى حضارة خارقة - إحداث ثقب دودي في الكون. في المقام الأول. علاوة على ذلك، فإن فكرة السفر عبر الزمن هي لعنة بالنسبة للعديد من الفيزيائيين المحترمين لدرجة أن البعض، بما في ذلك ستيفن هوكينغ، قد اقترحوا "تخمين حماية الجدول الزمني" واستحالة تغيير أي شيء في الماضي، وأصروا بشكل أساسي على أن الفيزياء يجب أن تحظر بطريقة ما آلات الزمن من أجل الحفاظ على "الكون آمنًا" كما يرويه المؤرخون ". "

يتمتع الفيزيائيون النظريون برفاهية القدرة على ابتكار أشياء غير موجودة أو ربما لا يمكن أن توجد. في ثلاثة أرباع القرن منذ أن تخيل أينشتاين الثقوب الدودية، لم نقترب بأي مكان من أحدها، على الرغم من وجود بعض الخيال العلمي الخيالي فوقها. قد يكون الأمر في الواقع علميًا، إذا أردنا استكشاف المجرة، فسيكون من الأسهل القيام بذلك دون محاولة تمزيق نسيج الزمكان في هذه العملية.

لم تُلاحظ جسور أينشتاين-روزن مثل تلك الموضحة أعلاه في الطبيعة، لكنها توفر للفيزيائيين النظريين وعلماء الكون حلولًا في النسبية العامة من خلال الجمع بين نماذج الثقوب السوداء والثقوب البيضاء.

هل يمكن أن يقع كوننا داخل ثقب دودي يمثل نفسه جزءًا من ثقب أسود موجود في كون أكبر بكثير؟3198 الثقوب السوداء

تم اقتراح أحد هذه السيناريوهات التي يولد فيها الكون من داخل ثقب دودي (يسمى أيضًا جسر أينشتاين-روزن) في مقال بقلم عالم الفيزياء النظرية بجامعة إنديانا نيكوديم بوبلاوسكي في رسائل الفيزياء ب. كانت النسخة النهائية من المقال متاحة على الإنترنت في 29 مارس وستنشر في النسخة المطبوعة في 12 أبريل.

يستفيد Poplawski من نظام الإحداثيات الإقليدية المسمى إحداثيات الخواص لوصف مجال الجاذبية للثقب الأسود ولصياغة الحركة الجيوديسية الشعاعية لجسيم ضخم في الثقب الأسود.

من خلال دراسة الحركة الشعاعية عبر أفق الحدث (حدود الثقب الأسود) لنوعين مختلفين من الثقوب السوداء - Schwarzschild و Einstein-Rosen ، آينشتاين-روزين و شوارزشيلد، وكلاهما حلول مشروعة رياضياً للنسبية العامة - يعترف بوبلاوسكي بأن التجربة أو الملاحظة فقط هي التي يمكنها أن تكشف عن حركة جسيم يسقط في ثقب أسود حقيقي. لكنه يشير أيضًا إلى أنه نظرًا لأن المراقبين يمكنهم فقط رؤية الجزء الخارجي من الثقب الأسود، فلا يمكن ملاحظة الجزء الداخلي ما لم يدخل المراقب داخله أو يقيم فيه.

ثم أضاف: "إن هذا الشرط يمكن أن يتحقق إذا كان كوننا داخل ثقب أسود موجود في كون أكبر." "نظرًا لأن نظرية النسبية العامة لأينشتاين لا تختار اتجاهًا زمنيًا، إذا كان الثقب الأسود يمكن أن يتشكل من الانهيار الثقالي للمادة عبر أفق الحدث في المستقبل، فإن العملية العكسية ممكنة أيضًا. مثل هذه العملية تصف ثقبًا أبيض متفجرًا: مادة تخرج من أفق الأحداث في الماضي، مثل الكون المتوسع ".

ثقب أبيض متصل إلى ثقب أسود من خلال جسر أينشتاين-روزن (ثقب دودي) وهو من الناحية الافتراضية انعكاس الزمن للثقب الأسود. يقترح مقال بوبلاوسكي أن جميع الثقوب السوداء الفيزيائية الفلكية، وليس فقط ثقوب شوارزشيلد وأينشتاين-روزن السوداء، قد تحتوي على جسور أينشتاين-روزن، ولكل منها كون جديد بداخله تشكل في وقت واحد مع الثقب الأسود.

وقال "من هذا يترتب على أن كوننا يمكن أن يكون قد تشكل من داخل ثقب أسود موجود داخل كون آخر".

من خلال الاستمرار في دراسة الانهيار التثاقلي لمجال من الغبار في إحداثيات متناحرة، ومن خلال تطبيق البحث الحالي على أنواع أخرى من الثقوب السوداء، يمكن لوجهات النظر حيث نشأ الكون من داخل الثقب الأسود آينشتاين - روزين D 'Einstein-Rosen أن تتجنب المشكلات التي يراها العلماء مع نظرية الانفجار العظيم ومشكلة فقدان معلومات الثقب الأسود التي تدعي أن جميع المعلومات المتعلقة بالمادة تُفقد لأنها تتجاوز أفق الحدث (وهي بدورها تتحدى قوانين فيزياء الكم).

هذا النموذج في إحداثيات الخواص للكون مثل ثقب أسود يمكن أن يفسر أصل التضخم الكوني، حسب نظرية بوبلاوسكي.

Poplawski هو باحث مشارك في قسم الفيزياء في الجامعة. حاصل على درجتي الماجستير والدكتوراه. في الفيزياء من جامعة إنديانا وماجستير في علم الفلك من جامعة وارسو، بولندا.

 

......................

المراجع:

الثقوب السوداء: السجون الأبدية لا أكثر، مؤتمر لستيفن هوكينغ

مزيد من المعلومات: "الحركة الشعاعية في جسر أينشتاين-روزن"، رسائل الفيزياء ب، بقلم نيكوديم ج. بوبلاوسكي. (المجلد 687، الأعداد 2-3، 12 أبريل 2010، الصفحات 110-113. مقدمة من جامعة

هل تشكلت الثقوب السوداء مباشرة بعد الانفجار العظيم؟

مزيد من المعلومات: استكشاف الكون PBH-ΛCDM مع انزياح أحمر قوي: البذر المبكر للثقوب السوداء والنجوم الأولى وخلفيات الإشعاع الكوني، arXiv: 2109.08701 [astro-ph.CO] arxiv.org/ abs / 2109.08701

معلومات المجلة: مجلة الفيزياء الفلكية مقدمة من جامعة ييل

يقترح علماء الكون طريقة جديدة لتكوين ثقوب سوداء بدائية

بقلم إريك أرندس، معهد ليدن للفيزياء

هل المادة المظلمة مكونة من ثقوب سوداء بدائية؟

مزيد من المعلومات: Yi-Fu Cai وXi Tong وDong-Gang Wang وSheng-Feng Yan، "الثقوب السوداء الأولية لرنين سرعة الصوت أثناء التضخم،" فيز. القس ليت. 121، 081306، journal.aps.org/prl/abstract/… ysRevLett.121.081306

معلومات المجلة: رسائل المراجعة الفيزيائية

مقدمة من معهد ليدن للفيزياء

نظرة جديدة لطبيعة المادة المظلمة

مزيد من المعلومات: Qirong Zhu et al. الثقوب السوداء البدائية كمادة مظلمة: قيود الأقزام المدمجة شديدة الانخفاض، الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية (2018). DOI: 10.1093 / mnras / sty079

معلومات المجلة: إشعارات شهرية من الجمعية الفلكية الملكية

مقدمة من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية

هل تنشأ موجات الجاذبية ليجو من الثقوب السوداء البدائية؟

مزيد من المعلومات: E.Mediavilla وآخرون ، حدود الكتلة ووفرة الثقوب السوداء البدائية من Quasar Gravitational Microlensing، مجلة الفيزياء الفلكية (2017). DOI: 10.3847 / 2041-8213 / aa5dab

معلومات المجلة: مجلة الفيزياء الفلكية

مقدمة من معهد الفضاء الفلكي في جزر الكناري (IAC)

تعطي المجرات القزمية أدلة على أصل الثقوب السوداء الهائلة

المصدر: الكون اليوم

بواسطة بوب ييركا، Phys.org

يقترح الفيزيائي أن أنواعًا معينة من الثقوب الدودية يمكن أن تظل مفتوحة لفترة كافية لإرسال فوتون عبرها

مزيد من المعلومات: التمييز بين الثقوب السوداء والثقوب الدودية ذات النقاط الساخنة المدارية، arXiv: 1405.1883 [gr-qc] arxiv.org/abs/1405.1883

معلومات المجلة: arXiv

© 2014 Phys.org

يدرس العلماء الثقوب الدودية المحتملة بين النجوم

بواسطة ليزا زيجا، Phys.org

كوننا في المنزل في كون أكبر؟ لذا اقترح بحثًا عن الثقوب الدودية

 (ج) 2010، مرات لوس انجليس.

وزعت من قبل McClatchy-Tribune Information Services

عن الكاتب

ديف غولدبرغ هو مؤلف مع جيف بلومكويست، "دليل المستخدم إلى الكون: النجاة من مخاطر الثقوب السوداء، ومفارقات الزمن، وعدم اليقين الكمومي". وهو أستاذ مشارك في الفيزياء بجامعة دريكسيل. كتب هذا لصحيفة لوس أنجلوس تايمز.

كوننا المرئي في كون أكبر؟ لذا اقترح بحثًا عن الثقوب الدودية:

من جامعة إنديانا

الثقوب السوداء: السجون الأبدية لا أكثر، مؤتمر لستيفن هوكينج

مزيد من المعلومات: "الحركة الشعاعية في جسر أينشتاين-روزن"، رسائل الفيزياء ب، بقلم نيكوديم ج. بوبلاوسكي. (المجلد 687، الأعداد 2-3، 12 أبريل 2010، الصفحات 110-113.

مقدمة من جامعة إنديانا

مزيد من المعلومات: Vladimir Dzhunushaliev، et al. "نجم مع ثقب دودي في وسطه." arXiv: 1102.4454v1 [astro-ph.GA]

© 2010 PhysOrg.com

 

جواد بشارةفي مجال الفيزياء الفلكية هناك علماء يعتقدون أن الكون ليس له بداية معلومة على نحو قطعي.

 إذا تم سؤالك عن بداية الكون المرئي، فإن الانفجار العظيم le Big Bang هو أول إجابة تتبادر إلى الذهن.

ومع ذلك، يتساءل بعض العلماء عما إذا كانت هذه هي البداية حقاً، وهل هناك شيء ما قبل وقوع حدث الانفجار العظيم؟ وهل حدث حقاً انفجار عظيم؟

اليوم، يذهب باحث شاب إلى أبعد من ذلك ويؤكد أنه ربما لم تكن هناك بداية للكون.

وهذا العالم الشاب هو برونو بينتو Bruno Bento ، باحث في قسم العلوم الرياضية بجامعة ليفربول، المملكة المتحدة.

بينتو هو مؤلف مشارك لمقال أكاديمي بعنوان "لو لم يكن للزمن بداية"، والذي لا يزال قيد المراجعة من قبل الزملاء.3074 المستجدات الكونية

 الانفجار العظيم هو النظرة التقليدية لأصل الكون.

تنحرف نظريته عن المفهوم التقليدي لمرور الزمن، بافتراض ماضٍ لانهائي ورؤية الانفجار العظيم كحدث إضافي في الكون الذي كان موجودًا دائمًا.

ما هو اقتراح بينتو وكيف يتحدى ما نعرفه عن تطور الكون المرئي؟ ما وراء التفرد أو الفرادة الكونية La singularité التي انطلق منها الانفجار العظيم؟

الفيزياء الحديثة لها نظريتان تساعداننا في تفسير الكون. هناك، من ناحية، نظرية النسبية،3075 المستجدات الكونية

الفرادة التفرد هو الحد حيث لم تعد النسبية كافية لشرح ما يحدث هناك.

ومن ناحية أخرى، هناك ميكانيكا الكم la mécanique quantique ، التي تصف التفاعلات والجسيمات دون الذرية.

وعلى الجانب الآخر، هناك النسبية العامة la relativité générale ، والتي تعمل جيدًا في تفسير الجاذبية التي تحكم ما يحدث في العالم الماكروسكوبي le monde macroscopique أو في النطاق العياني مافوق الذري.

تعيدنا نظرية النسبية العامة إلى الوراء 13.8 مليار سنة، إلى الأوقات التي أعقبت الانفجار العظيم مباشرة، عندما كان كل شيء موجودًا على مقاييس صغيرة.

ومع ذلك، لا تستطيع نظرية أينشتاين تفسير ما حدث لحظة الانفجار العظيم، ولا ما حدث من قبل ذلك.

هذا ما يسميه الخبراء "التفرد" أو " الفرادة’"، أي النقطة التي لا تستطيع فيها نظرية النسبية بعد الآن تفسير ما يحدث.

 

في هذا التفرد أو الفرادة، تكون المادة مضغوطة لدرجة أن الجاذبية تصبح قوية للغاية على النطاق دون الذري.

لشرح ما حدث أثناء هذه التفرد أو الفرادة وقبلها، سيكون من الضروري أن يكون لدينا نظرية توحد ميكانيكا الكم والنسبية العامة.

هذا ما يسميه الخبراء بالنظرية الكمومية للجاذبية أو نظرية الثقالة الكمومية théorie quantique de la gravité ، والتي يمكن من خلالها تفسير الجاذبية على المستوى الكمومي وتساعد في وصف ما يحدث في تلك المقاييس.

وهنا يأتي دور اقتراح بينتو.3076 المستجدات الكونية 

يتحدى بينتو الفكرة التقليدية للزمكان.

الذرات المكانية الزمانية: Atomes spatio-temporels

في ورقته البحثية، يعتمد بينتو على نظرية المجموعات السببية la théorie des ensembles causaux ، وهي مقاربة للجاذبية الكمومية حيث يتكون الزمكان من لبنات بناء، "ذرات الزمكان" les "atomes d'espace-temps", ، والتي تشكل العناصر.

بهذه الطريقة، تحل نظرية المجموعة السببية مشكلة التفرد أو الفرادة، لأنه وفقًا لها، لا يمكن أن يكون هناك شيء أصغر من ذرة الزمكان.3077 المستجدات الكونية

 تستند نظرية المجموعات السببية على مفهوم "ذرات الزمكان".

قال بينتو لبي بي سي موندو: "وفقًا لنظرية المجموعة السببية، فإن ما نختبره بمرور الوقت يتوافق مع ولادة عناصر جديدة من المجموعة السببية"."ما نسميه" الآن "هو ولادة عناصر جديدة من المجموعات السببية.

ليس لدينا بداية:

يعتمد عمل بينتو على هذه الفكرة لاقتراح أن المجموعات السببية تشكلت وتتشكل دوماً إلى ما لا نهاية، بحيث لا يكون الانفجار العظيم بداية الكون المرئي، فهناك عدد لامتناهي من الانفجارات العظيمة.

بالنسبة لبينتو، هناك دائمًا شيء ما من قبل، وهذا يعني أن المجموعات السببية ستكون لانهائية في الماضي وأن الانفجار العظيم لن يكون سوى لحظة معينة في تطور الكون.

يقول بينتو: "يشير عملنا إلى أنه في حين أن مجموعات الأسباب هي الحل، فليس لدينا بالضرورة بداية". يتمثل التحدي الذي يواجه بينتو في الابتعاد عن فكرة "التسلسل" الذي يؤدي فيه أحد العناصر إلى ظهور عنصر آخر. 3078 المستجدات الكونية

يقول بينتو: "ليس لدينا بالضرورة بداية".

بدلاً من ذلك، يقترح التفكير في "التحول غير المتزامن" حيث تولد العناصر جزئيًا وليس كليًا.

يقر الباحث في مقاله بأن فكرة "أصبحت r غير المتزامن "يبدو وكأنه" لغز خيالي "وأن" هناك حاجة لنوع جديد من الرياضيات لفهم "الصيرورة غير المتزامنة" وعواقبها على طبيعة الزمن ".

قال عالم الفيزياء الفلكية نيايش أفشوردي Niayesh Afshordi ، الباحث في معهد Perimeter للفيزياء النظرية في كندا ، لـ BBC Mundo ، التي لم تشارك في العمل ، إن عمل بينتو "يقدم الخطوات الأولى نحو تأسيس فهم رياضياتي للانفجار العظيم وعصور ما قبل التاريخ المحتمل له".

يأمل السيد بينتو أن تختبر التجارب المستقبلية عواقب نماذج مثل تلك التي يقترحها.

ماذا لو لم يكن للكون نهاية؟3079 المستجدات الكونية

تتنبأ نظرية الكون المرآة l'univers miroir بأن نوعًا من "الكون المضاد" d'"anti-univers» المكون من المادة المضادة antimatière يتمدد على الجانب الآخر من الانفجار العظيم.

للتاريخ المعتاد للكون بداية ووسط ونهاية. يبدأ مع الانفجار العظيم، منذ 13.8 مليار سنة، عندما كان الكون صغيرًا وساخنًا وكثيفًا. في أقل من جزء من المليار من المليار من الثانية، نمت هذه النقطة الصغيرة من الكون " الفرادة الكونية" إلى أكثر من مليار مرة حجمها الأصلي، من خلال عملية تسمى "التضخم الكوني""inflation cosmologique".. ثم يأتي "الخروج الرشيق" sortie gracieuse عندما يتوقف التضخم. استمر الكون في التوسع والبرود ة، ولكن بجزء بسيط من المعدل الأصلي. على مدى الــ 380000 سنة التالية، كان الكون كثيفًا لدرجة أنه حتى الضوء لا يمكن أن يمر عبره - كان الكون عبارة عن بلازما معتمة un plasma opaque شديدة الحرارة من الجسيمات المتناثرة.

عندما بردت الأشياء أخيرًا بما يكفي لتشكل أول ذرات الهيدروجين، سرعان ما أصبح الكون شفافًا. انتشر الإشعاع في جميع الاتجاهات وكان الكون في طريقه ليصبح الكيان المتكتل الذي نراه اليوم، مع مساحات شاسعة من الفضاء الفارغ تتخللها مجموعات من الجسيمات والغبار والنجوم والثقوب السوداء والمجرات والإشعاع وأشكال أخرى من المادة والطاقة.

وفقًا لبعض النماذج، ستنتهي هذه الأجزاء من المادة بالتحرك بعيدًا عن بعضها البعض بحيث تختفي ببطء. سيصبح الكون حساء باردًا وموحدًا من الفوتونات المعزولة. 3080 المستجدات الكونية

يتكون الكون الذي نراه اليوم من مجموعات من الجسيمات والغبار والنجوم والثقوب السوداء والمجرات والإشعاع ...

إنها ليست نهاية دراماتيكية بشكل خاص، على الرغم من أنها ذات نهاية مرضية. ولكن ماذا لو لم يكن الانفجار العظيم نقطة البداية لكل شيء؟

ربما كان الانفجار العظيم بمثابة "ارتداد كبير" un "Big Bounce"(grand rebond، نقطة تحول في دورة مستمرة من الانكماش والتوسع de contraction et d'expansion. يمكن أن تكون أيضًا نقطة انعكاس réflexion، مع امتداد صورة معكوسة une image miroir لكوننا إلى الجانب الآخر، حيث تحل المادة المضادة محل المادة ويتدفق الزمن نفسه للخلف بالاتجاه المعاكس لسهم الزمن في كوننا المرئي. (قد تكون هناك "مرآة مقلوبة" تعكس كيف تبدو الحياة على هذا الجانب).

أو، يمكن أن يكون الانفجار العظيم نقطة انتقال أو تحول un point de transition في كون كان دائمًا - وسيظل دائمًا - يتوسع. كل هذه النظريات تقع خارج التيار الرئيسي لعلم الكونيات، ولكن جميعها مدعومة من قبل علماء مؤثرين.

يشير العدد المتزايد من هذه النظريات المتنافسة إلى أن الوقت قد حان للتخلي عن فكرة أن الانفجار العظيم يمثل بداية المكان والزمان. وربما قد لا يكون له وفي الواقع، نهاية أو غاية.

تنشأ العديد من البدائل المتنافسة للانفجار العظيم من الاستياء العميق من فكرة التضخم الكوني l'idée d'inflation cosmologique.3081 المستجدات الكونية

 الندوب التي خلفها الانفجار العظيم في إشعاع الميكروويف الضعيف الذي يخترق الكون بأسره توفر أدلة على ظهور الكون المبكر.

يقول نيل توروك Neil Turok، المدير السابق لمعهد بيرميتر للفيزياء النظرية في واترلو، كندا: "يجب أن أعترف أنني لم أحب التضخم أبدًا منذ البداية".

ويضيف بول شتاينهاردت Paul Steinhardt ، أستاذ العلوم في ألبرت أينشتاين بجامعة برينستون ، ومؤيد نموذج "الارتداد الكبير"Big Bounce".": "لقد فشل النموذج التضخمي Le paradigme inflationniste ".

يقول روجر بنروز، أستاذ Rouse Ball الفخري للرياضيات بجامعة أكسفورد: "لطالما اعتبرت التضخم نظرية مصطنعة للغاية". "السبب الرئيسي لعدم وفاتها عند الولادة هو أنها كانت الشيء الوحيد الذي يمكن أن يفكر فيه الناس لشرح ما يسمونه "ثوابت مقياس تقلبات ومتغيرات درجة حرارة الخلفية الكونية الميكروية""l'invariance d'échelle des fluctuations de température du fond diffus cosmologique. "

كانت الخلفية الكونية المنتشرة (أو "CMB") عاملاً أساسياً في جميع نماذج الكون منذ ملاحظتها الأولى في عام 1965. إنها إشعاع محيط ضعيف موجود في كل مكان في الكون المرئي. ويعود إلى اللحظة عندما أصبح فيها الكون شفافًا للإشعاع.

تعد الأشعة الكونية الخلفية المكروية المنتشرة CMB مصدرًا رئيسيًا للمعلومات حول ظهور الكون المبكر. إنها أيضًا لغز رائع للفيزيائيين. في كل اتجاه، يهدف العلماء إلى تلسكوب لاسلكي radiotélescope، تبدو أشعة الخلفية الكونية الميكروية المنتشرة CMB متشابهة، حتى في المناطق التي يبدو أنها لا يمكن أن تتفاعل مع بعضها البعض في أي مرحلة من تاريخ الكون البالغ من العمر 13.8 مليار سنة.  تقول كاتي ماك Katie Mack، عالمة الكونيات بجامعة ولاية كارولينا الشمالية: "درجة حرارة الإشعاع CMB هي نفسها على الجانبين المتقابلين من السماء، ولم تكن هذه الأجزاء من السماء على اتصال سببي أبدًا". "يجب أن يكون هناك شيء ما قد ربط هاتين المنطقتين من الكون في الماضي. يجب أن يكون هناك شيء ما أخبر هذا الجزء من السماء ليكون بنفس درجة حرارة ذلك الجزء الآخر من السماء."

في حالة عدم وجود آلية لجعل درجة الحرارة موحدة في الكون المرئي، يتوقع العلماء رؤية اختلافات أكبر بكثير في مناطق مختلفة.

يوفر التضخم طريقة لحل "مشكلة التجانس problème d'homogénéité ". لقد أدت فترة من التوسع المجنون إلى تمدد الكون بسرعة كبيرة لدرجة أنه انتهى به الأمر كله تقريبًا إلى ما هو أبعد من المنطقة التي يمكننا أن نلاحظها ونتفاعل معها. تطور كوننا المرئي من منطقة متجانسة صغيرة داخل هذه الفوضى البدائية chaos primordial ، مما أدى إلى إنتاج إشعاع الخلفية الكوني المتماثل. قد تبدو مناطق أخرى بخلاف ما يمكننا ملاحظته مختلفة تمامًا.

  يجد الفيزيائيون النظريون بشكل متزايد أن نظرية التضخم لا يمكنها تفسير انتشار المادة والطاقة الملحوظ في الكون.

تقول كاتي ماك: "يبدو أن التضخم هو الشيء الذي يحظى بدعم كافٍ من البيانات التي يمكن أن نأخذها بشكل افتراضي". "هذا هو ما أقوم بتدريسه في فصولي. لكنني أقول دائمًا إننا لسنا متأكدين من حدوث ذلك. ولكن يبدو أنه يناسب البيانات جيدًا، وهذا ما سيقوله معظم الناس. على الأرجح."

لكن النظرية كانت دائما معيبة وتعاني من قصور وثغرات présenté des lacunes. والجدير بالذكر أنه لا توجد آلية محددة لتحفيز التوسع التضخمي، ولا يوجد تفسير قابل للاختبار لكيفية حدوث النهاية الكريمة. إحدى الأفكار التي طرحها دعاة التضخم هي أن الجسيمات النظرية les particules théoriques شكلت شيئًا يسمى "حقل التضخم champ d'inflation " الذي أدى إلى التضخم ومن ثم انهار وتفكك إلى الجسيمات التي نراها اليوم.

ولكن حتى مع هذه التغييرات، فإن التضخم يقدم تنبؤات لم يتم تأكيدها، على الأقل حتى الآن. وفقًا للنظرية، يجب تشويه الزمكان من خلال موجات الجاذبية البدائية التي ارتدت عبر الكون أثناء الانفجار العظيم. ولكن بينما تم اكتشاف أنواع معينة من موجات الجاذبية، لاسيما الناجمة عن تصادم الثقوب السوداء ولكن، لم يتم العثور على أي من هذه الموجات الثقالية البدائية لدعم هذه النظرية.

تجبر فيزياء الكم أيضًا نظريات التضخم على المغامرة في تضاريس وعرة جدًا. من المتوقع أن تتسبب تقلبات الكم fluctuations quantiques النادرة في أن يؤدي التضخم إلى تجزئة الفضاء إلى عدد لا حصر له من الشظايا parcelles ذات الخصائص المختلفة إلى حد كبير - "أكوان متعددة" multivers تحدث فيها كل نتيجة يمكن تصورها.

يقول شتاينهارد: "النظرية غير حاسمة تمامًا". "يمكنها فقط أن تقول إن الكون المرئي يمكن أن يكون مثل هذا أو ذاك أو مثل أي احتمال آخر يمكنك تخيله، اعتمادًا على موقعنا في الكون المتعدد. لا شيء مستبعد مما يمكن تصوره فيزيائيًا."

سئم شتاينهارد، الذي كان من أوائل مهندسي النظرية التضخمية، من الافتقار إلى القدرة على التنبؤ وعدم القدرة على اختبارها.

وتساءل شتاينهارد:"هل نحتاج حقًا إلى تخيل أن هناك عددًا لا نهائيًا من الأكوان الفوضوية التي لم نرها من قبل ولن نراها أبدًا لشرح الكون البسيط والسلس بشكل ملحوظ الذي نلاحظه بالفعل؟". "أقول لا. علينا أن نبحث عن فكرة أفضل." 

بدلاً من أن يكون بداية، ربما كان الانفجار العظيم لحظة انتقال من فترة من المكان والزمان إلى فترة أخرى – فهو مجرد مرحلة تطور أو حالة انتعاش un rebondissement.

قد تكون المشكلة مع الانفجار العظيم نفسه ومع الفكرة بأن هناك بداية للزمان والمكان.

تتفق نظرية الارتداد العظيم"Big Bounce" مع صورة الانفجار العظيم Big Bang لكون حار وكثيف قبل 13.8 مليار سنة بدأ في التوسع والتبرد refroidir. ولكن بدلاً من أن تكون بداية المكان والزمان، كانت لحظة انتقال من مرحلة سابقة كان فيها الفضاء ينكمش.

وفقًا لشتاينهارد، مع الارتداد بدلاً من الانفجار، كان لدى الأجزاء البعيدة من الكون الكثير من الوقت للتفاعل مع بعضها البعض وتشكيل كون واحد سلس حيث ستتاح لمصادر إشعاع الخلفية الكونية الميكروبة المنتشرةCMB الفرصة للتوازن.

في الواقع، من الممكن أن يكون الزمن موجوداً منذ الأزل وإلى الأبد. "وإذا كان هناك انتعاش rebond في ماضينا، فلماذا لا يوجد هناك أكثر من انتعاش؟" شتاينهارد يقول. "في هذه الحالة، من المعقول أن يكون هناك واحد في مستقبلنا. يمكن أن يبدأ كوننا المتسع في الانكماش، والعودة إلى هذه الحالة الكثيفة وبدء دورة الارتدادات مرة أخرى."

عمل شتاينهارد وتوروك معًا على بعض الإصدارات المبكرة من نموذج Big Bounce ، حيث تقلص الكون إلى مثل هذا الحجم الصغير الذي استحوذت عليه فيزياء الكم من الفيزياء الكلاسيكية ، مما ترك التنبؤات غير مؤكدة. ولكن في الآونة الأخيرة، طورت متعاونة أخرى مع شتاينهارد Steinhardt، وهي آنا ليجاس Anna Ijjas، نموذجًا لا يصبح فيه الكون أبدًا صغيرًا جدًا بحيث تهيمن فيزياء الكم.

يقول شتاينهارد: "إنها فكرة مبتذلة ومحافظة إلى حد ما موصوفة في جميع الأوقات بواسطة المعادلات الكلاسيكية". "يقول التضخم أن هناك كونًا متعددًا un multivers، وأن هناك عددًا لا حصر له من الطرق التي يمكن أن يكشف بها الكون عن نفسه، وأننا نعيش ببساطة في واحد سلس ومسطح. إنه ممكن ولكن ليس محتملاً كثيرًا. هذا النموذج من الكون الارتدادي يقول إن هذه هي الطريقة التي يجب أن يكون عليها الكون المرئي ".

استكشف نيل توروك أيضًا سبيلًا آخر لبديل أبسط للنظرية التضخمية، وهو "الكون المرآة", l'"Univers miroir".. إنه يتنبأ بأن كونًا آخر تهيمن عليه المادة المضادة، ولكنه محكوم بنفس القوانين الفيزيائية مثلنا، يتمدد عبر الانفجار العظيم - نوع من "الكون المضاد"، إذا صح التعبير، وهي النظرية التي تحدث عنها الأوميون وتبناها عنهم العالم جون بيير بتي قبل توروك.

يقول: "أحد الأشياء التي استخلصتها من ملاحظات الثلاثين عامًا الماضية هو أن الكون بسيط للغاية". "وعلى نطاق واسع، هو ليس فوضويًا. وليس عشوائيًا. إنه منظم ومنتظم بشكل لا يصدق، ويتطلب عددًا قليلاً جدًا لوصف كل شيء." 3082 المستجدات الكونية

 كوننا الذي يتدفق بمرور الوقت يمكن أن يكون له انعكاس مثالي يمتد أيضًا في الاتجاه المعاكس للحدث الذي نسميه الانفجار العظيم.

مع وضع ذلك في الاعتبار، لا يرى تورك Turok مجالًا لكون متعدد أو أبعاد أعلى أو جسيمات جديدة لشرح ما يمكن للمرء رؤيته عند النظر إلى السماء. يقدم الكون المرآة كل ذلك - ويمكنه أيضًا حل أحد أكبر ألغاز الكون.

إذا جمعنا كل الكتل المعروفة للمجرة - النجوم والسدم والثقوب السوداء، إلخ. – فإن المجموع لا يخلق جاذبية كافية لشرح الحركة داخل وبين المجرات. يبدو أن الباقي يتكون من شيء لا يمكننا رؤيته حاليًا - مادة وطاقة مظلمة أو سوداء. تمثل هذه المادة الغامضة حوالي 96٪ من المادة والطاقة في الكون.

يتنبأ نموذج الكون المرآة أن الانفجار العظيم أنتج بوفرة جسيمًا يعرف باسم "النيوترينوات اليمنى neutrinos droitiers ". في حين أن علماء فيزياء الجسيمات لم يروا بعد أيًا من هذه الجسيمات مباشرة، إلا أنهم متأكدون تمامًا من وجودها. وهي التي تشكل منها المادة المظلمة، وفقًا لمؤيدي نظرية الكون المرآة.

"إنه الجسيم الوحيد في هذه القائمة (من جسيمات النموذج القياسي) الذي يحتوي على خاصيتين مطلوبتين، وهما أننا لم نلاحظه بعد بشكل مباشر وأنه يمكن أن يكون مستقرًا"، كما يقول لاثام بويل Latham Boyle، وهو من كبار مؤيدي نظرية الكون المرآة l'univers miroir وزميل توروك في معهد بيرميتر Perimeter.

ربما يكون البديل الأكثر تحفيزًا للانفجار العظيم والتضخم هو نظرية "علم الكونيات الدورية المطابقة" la théorie de la "Cosmologie cyclique conforme" (CCC) لروجر بنروز. مثل الانفجار العظيم، إنه ينطوي على كون قد يكون موجودًا إلى الأبد. لكن في CCC، لا يمر الكون أبدًا بفترة من الانكماش - إنه يتوسع فقط.

يقول بنروز: "رأيي هو أن الانفجار العظيم لم يكن البداية". "كل ما نعرفه اليوم، كل تاريخ الكون، هو ما أسميه" الدهر"éon» ««على التوالي من الدهور" dans une succession d'éons"..

يتنبأ نموذج بنروز بأن جزءًا كبيرًا من مادة الكون سيتم جره في النهاية إلى ثقوب سوداء فائقة الكتلة. عندما يتمدد الكون ويبرد إلى ما يقرب من الصفر المطلق، فإن هذه الثقوب السوداء "تغلي" من خلال ظاهرة تسمى إشعاع هوكينغ  rayonnement de Hawking.

الفضاء الغريب الذي يقع خارج نظامنا الشمسي

يقول بنروز: "عليك أن تفكر في الأمر من منظور شيء مثل googol من السنوات، أي رقم واحد به 100 صفر". "هذا هو عدد السنوات، أو أكثر، التي تستغرقها الأجسام الكبيرة جدًا حتى تتبخر في النهاية. وبعد ذلك ينتهي بك الأمر إلى عالم تهيمن عليه الفوتونات (جسيمات الضوء)."

وفقًا لـبنروز Penrose ، في هذه المرحلة ، يبدأ الكون في النظر تقريبًا إلى الطريقة التي بدأ بها ، مما يمهد الطريق لبداية دهر آخر.3083 المستجدات الكونية

 يتنبأ علم الكونيات الدوري المطابق بأن جزءًا كبيرًا من الكون سينجذب إلى الثقوب السوداء الضخمة التي ستحترق بعد ذلك.

إحدى تنبؤات نظرية علم الكونيات الدورية المطابقة CCC هي أنه يمكن أن يكون هناك تسجيل للدهر السابق في إشعاع الخلفية الكونية الميكرووية الذي ألهم نموذج التضخم. عندما تصطدم الثقوب السوداء شديدة الكتلة، فإن التأثير يخلق إطلاقًا هائلاً للطاقة على شكل موجات ثقالية d'ondes gravitationnelles.

عندما تتبخر الثقوب السوداء العملاقة في النهاية، فإنها تطلق كمية هائلة من الطاقة على شكل فوتونات منخفضة التردد. Selon Penrose, ces deux phénomènes sont si puissants qu'ils peuvent "éclater de l'autre côté" d'une transition d'un éon à l'autre, chacun laissant son propre type de "signal" intégré dans le CMB comme un écho وفقًا لبنروز ، هاتان الظاهرتان قويتان لدرجة أنهما يمكن أن "تنفجرا على الجانب الآخر" للانتقال من دهر إلى آخر ، كل واحدة تترك نوعها الخاص من "الإشارة" المدمجة في الأشعة الخلفية الأحفورية الميكروية الكونية المنتشرة أي CMB كصدى من الماضي.

يطلق بنروز على الأنماط التي خلفتها الثقوب السوداء المتبخرة اسم "نقاط هوكينغ""points de Hawking"..

خلال أول 380.000 سنة من الدهر الحالي، لم تكن هذه النقاط أكثر من مجرد نقاط صغيرة في الكون ، ولكن مع توسع الكون ستظهر على أنها "نقاط" أو بقع في السماء.

عمل بنروز مع علماء الكونيات البولنديين والكوريين والأرمن لمعرفة ما إذا كان من الممكن بالفعل العثور على هذه الأنماط من خلال مقارنة قياسات الأشعة الخلفية الكونية الميكروية المنتشرة CMB بآلاف الأنماط العشوائية.

يقول بنروز: إن "الاستنتاج الذي توصلنا إليه هو أننا نرى هذه البقع في السماء بمعدل ثقة 99.98٪". ومع ذلك، ظل العالم المادي متشككًا إلى حد كبير في هذه النتائج حتى الآن، وأظهر علماء الكونيات اهتمامًا محدودًا بمحاولة تكرار تحليل بنروز.

من غير المحتمل أن نكون قادرين على ملاحظة ما حدث مباشرة في اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم، ناهيك عن اللحظات السابقة له. من المحتمل أن تحجب البلازما غير الشفافة وفائقة السخونة التي كانت موجودة في اللحظات القليلة الأولى رؤيتنا إلى الأبد.

لكن هناك ظواهر أخرى يمكن ملاحظتها، مثل موجات الجاذبية البدائية les ondes gravitationnelles primordiales، والثقوب السوداء البدائية les trous noirs primordiaux، والنيوترينوات المستقيمة les neutrinos droits، والتي يمكن أن تزودنا بأدلة للنظريات الصحيحة المتعلقة بالكون.

تقول كاتي ماك: "بينما نطور نظريات ونماذج جديدة لعلم الكونيات، ستمنحنا هذه تنبؤات أخرى مثيرة للاهتمام يمكننا البحث عنها".

"الأمل ليس بالضرورة أن نرى البداية بشكل أكثر مباشرة، ولكن ربما، بطريقة ملتوية، أن نفهم بشكل أفضل بنية الفيزياء نفسها. «وربما الخروج بفرضيات ثورية كتلك التي قال بها جوليان باربور Julian Barbour، الفيزيائي الذي يؤيد فكرة أن الزمن يسير في اتجاهين. حتى ذلك الحين، سيستمر النقاش حول تاريخ كوننا المرئي وبداياته ونهايته.

إذا كان للكون خالق، فربما ترك لنا رسالة؟ حاول الباحث وعالم الفيزياء الفلكية ميكائيل هابك Michael Hippke العثور عليها.

الكون لا يزال غامضا جدا. لا يزال السؤال الوجودي عن أصله، على وجه الخصوص، مطروحاً ويثير تساؤلات العديد من الناس اليوم، بما في ذلك العديد من الباحثين. هل تم إنشاؤه أو خلقه من العدم؟ وإذا كان الأمر كذلك، فهل ترك لنا هذا الخالق رسالة؟ لمعرفة ذلك، نظر عالم الفيزياء الفلكية مايكل هايبك في الإشعاع الأحفوري للكون بعمق.

دعونا نعود بعيدا جدا إلى الوراء. خلال الألف سنة الأولى بعد الانفجار العظيم - منذ حوالي 13.8 مليار سنة - كان الكون شديد الحرارة والكثافة لدرجة أن الذرات لم تستطع أن تتكون. ثم تطورت البروتونات والإلكترونات الأخرى في شكل بلازما مؤينة plasma ionisé. بعد ذلك، مع تبريد الكون وتمدده، اجتمعت هذه البروتونات والإلكترونات لتشكل أول ذرات هيدروجين محايدة (وقت إعادة التركيب) تدريجيًا، أصبح الفضاء واضحًا وتمكن الضوء أخيرًا من التحرك والانتشار بحرية فيه.

هذا "الضوء الأول"، الذي ظهر بعد حوالي 380.000 سنة بعد الانفجار العظيم، لا يزال قابلاً للاكتشاف حتى اليوم، منتشرًا في كل الفضاء المعروف. هذه هي الأشعة الخلفية الكونية الأحفورية الميكروية المنتشرة (CMB).

ومع ذلك، قبل بضع سنوات، طرح عالمان في الفيزياء النظرية - ستيفن هسو Stephen Hsu من جامعة أوريغون وأنتوني زي Anthony Zee من جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا - على نفسيهما الأسئلة الوجودية التي طرحها الكثير منا: هل يمكن أن يكون الكون المرئي مخلوقاً؟ وإذا كان الأمر كذلك، فهل هناك أي طريقة لمعرفة ذلك؟

ثم جادل الفيزيائيان - نظريًا تمامًا - أنه إذا كان للكون خالق، لكان بإمكان الخالق أن يترك هناك رسالة يحتمل أن تكون مرئية لجميع الحضارات التكنولوجية في إشعاع الخلفية الكونية المنتشرة، بسبب وجوده في كل مكان.3084 المستجدات الكونية

 خريطة لـ CMB توضح لنا تقلبات درجات الحرارة أو تباين الخواص للكون المبكر. حقوق الصورة: NASA / WMAP Science Team

رسالة ثنائية أو مزدوجة Un message binaire؟

لاحظ أنه في ذلك الوقت، لم يكن الكون المبكر l’Univers primitif موحدًا uniforme أو لم يكن متجانساً، مما يُظهر اختلافات في الكثافة تظهر اليوم على أنها تقلبات طفيفة جدًا في درجة الحرارة. وكذلك، اقترح الباحثون أنه يمكن تشفير être codé رسالة ثنائية أو مزدوجة في هذه الاختلافات في درجات الحرارة.

لاحظ أنه لا تزال هناك العديد من المشاكل مع هذه النظرية. الأول هو أن إشعاع الخلفية الكونية المنتشر CMB في الواقع يبرد باستمرار. حوالي 380000 بعد الانفجار العظيم، كان متوسط درجة الحرارة فيه حوالي 3000 كلفن. اليوم، بعد مرور 13.4 مليار سنة، يقرأ مقياس الحرارة 2.7 كلفن. يبدو أيضًا أنه من غير المحتمل جدًا أن تظهر الأشعة الأحفورية الميكروية CMB بنفس الشكل تمامًا وذلك اعتمادًا على مكان وجودك في الكون.

بالإضافة إلى ذلك، لا يمكننا مراقبة الأشعة الخلفية الميكروية CMB بالكامل بسبب انبعاث مجرة درب التبانة. بعبارة أخرى، هناك عدم يقين إحصائي متأصل في كل ملاحظة كونية نقوم بها. ومع ذلك، لا يزال عالم الفيزياء الفلكية مايكل هايبك من مرصد Sonneberg في ألمانيا يعالج المشكلة من خلال أخذ كل هذه القضايا في الاعتبار.

في عمله، اعتمد على القمر الصناعي بلانك ومسبار ويلكنسون للتباين الميكروي (WMAP)، وكلاهما لاحظ وسجل تقلبات درجات الحرارة في CMB. من مجموعات البيانات هذه، استخرج الباحث بعد ذلك تدفقًا إزدواجياً un flux binaire من البتات bits ، قارن نتائج كل مجموعة بيانات للعثور على البتات المقابلة.

 "لم أجد أي رسالة ذات معنى":

تم عرض أول 500 bits بت من الرسالة أعلاه. كانت القيم باللون الأسود متطابقة في مجموعتي بيانات Planck و WMAP وتعتبر دقيقة باحتمال 90٪. ومع ذلك، تختلف القيم باللون الأحمر بين مجموعتي البيانات. من أجل هذا البحث، اختار عالم الفيزياء الفلكية قيم بلانك، والتي تبلغ دقتها حوالي 60٪.

بإدخال بياناته الثنائية في موسوعة الإنترنت الخاصة بالسلاسل الصحيحة، لم يجد أخيرًا أي نتائج مقنعة. وكتب بهذا الصدد قائلاً: "لم أجد أي رسائل ذات مغزى في تدفق البت الفعلي". "يمكننا أن نستنتج أنه لا توجد رسالة واضحة عن سماء في الخلفية الإشعاعية الميكروية الكونية المنتشرة CMB."

لاحظ أن مقال هايبك Hippke الذي يصف طرقه ونتائجه متاح على خادم arXiv preprint ، لكن لم تتم مراجعته بعد.

يبدو أن لغز النجوم الأقدم من الكون قد تم حله:

"أتذكر المناقشات مع بور التي استمرت لساعات عديدة حتى وقت متأخر جدًا من الليل وانتهت باليأس تقريبًا؛ وعندما ذهبت في نهاية المناقشة لوحدي في نزهة في الحديقة المجاورة، كررت لنفسي مرارًا وتكرارًا السؤال حول: هل يمكن أن تكون الطبيعة سخيفة جدًا كما بدت لنا في هذه التجارب الذرية؟ "فيرنر هايزنبرغ Werner Heisenberg. ادرس عبثية الكون في دورة العلوم الموحدة.

النجوم تتغير كلما كانت أسرع، والعكس صحيح. النظرية التي تشرح هذه الحقيقة تجعل من الممكن أيضًا تحديد تاريخها، لكنها أدت إلى إعطاء عمر أعلى بكثير من عمر الكون المرئي في حالة بعض النجوم وهذه مفارقة تحتاج لتفسير. يتضمن حل هذا اللغز سيناريو اجتاز للتو الاختبارات بنجاح.

ابتكر رواد الفيزياء الفلكية في القرن العشرين نظرية حول البنية النجمية la structure stellaire التي تم تطويرها جيدًا قبل الحرب العالمية الثانية. تم تنقيحها من خلال التقدم في الفيزياء الفلكية النووية بعد هذه الحرب ومع ظهور أجهزة الكمبيوتر الفائقة وأساليب التحليل العددي. أخيرًا، بات بوسعنا التفكير في تطور النجوم ووصفها. سيعتمد هذا في المقام الأول على كتلها leurs masses.

ثم تسمح الحسابات بتقدير كم من الوقت سيستغرق النجم ليصبح قزمًا أبيض أو يتحول إلى مستعر أعظم supernova، على سبيل المثال، على الرغم من عدم إمكانية تحديد تاريخ محدد. أظهر التاريخ الكامل للفيزياء الفلكية النجمية في النصف الثاني من القرن الماضي أن نظرية البنية النجمية والتطور النجمي ناجحة بشكل ملحوظ. لذلك، فإنه من المفاجئ أن علماء الفيزياء الفلكية وجدوا أن تطبيقها على نجوم أقزام بيضاء naines blanches معينة ذات كتلة منخفضة ، يؤدي إلى تحديد عمر لها أكبر من عمر الكون المرئي ، مهما كان ذلك التقدير لعمر الكون المرئي راسخًا ، وذلك من خلال الجمع بين الملاحظات المختلفة مثل تلك المتعلقة بالإشعاع الأحفوري وتلك المستمدة من القمر الصناعي بلانك le satellite Planck.

تم تأكيد النموذج الكوني القياسي أيضًا بشكل ملحوظ، حتى لو واجه المرء حاليًا لغز التناقضات في تقديرات ثابت هابل-لوميتر الشهير والذي يعطي أيضًا تقديرًا لعمر الكون المرصود أو المرئي، فقد بحث علماء الفيزياء الفلكية عن طريقة لشرح سبب تناقض هذه الأقزام البيضاء مع نظرية التطور النجمي أو نظرية الكونيات. في الواقع، تم العثور على حل ممكن.

نحن نعلم أن النجوم، على الأقل في مجرة درب التبانة، غالبًا ما تكون على هيئة أزواج في أنظمة ثنائية. قد يحدث أثناء تطور نجوم هذه الأزواج أن يبدأ أحدهم في تمزيق المادة عن الآخر عبر قوى المد االثقالية لجاذبية.

حوالي 97٪ من النجوم في مجرة درب التبانة ستصبح أقزامًا بيضاء، والنجوم المسببة للمشاكل بها كتل أقل من 0.3 من الكتلة الشمسية، ويطلق عليها باللغة الإنجليزية قزم أبيض منخفض الكتلة للغاية (ELM) ، والذي يمكن أن ينتج عنه "قزم أبيض منخفض الكتلة للغاية ". الأقزام البيضاء من نوع ELM، على الرغم من ندرتها، توجد على وجه التحديد بين الأنظمة الثنائية وبقدر ما هو معروف فقط في هذه الأنظمة.

السيناريو المتصور لحل لغز النجوم الأقدم من الكون هو كما يلي. 

كل شيء يبدأ بالنجوم في التسلسل الرئيسي الذي منه ينتف قزم أبيض كلاسيكي المادة. عادة، نتحدث عن مثل هذه الأنظمة من حيث النجوم المتغيرة الكارثية d’étoiles variables cataclysmiques (CVs). هناك أكثر من 1600 مثال معروف حاليًا في مجرة درب التبانة ولها فترة مدارية تتراوح عادةً بين 80 دقيقة و12 ساعة.

تسارع تطور النجوم بفعل قوى المد والجزر des forces de marée:

قد يحدث أن يؤدي تراكم المادة على القزم الأبيض إلى حدوث تفاعلات نووية حرارية تؤدي إلى انفجار عنيف ولكن لا يؤدي ذلك إلى تدمير النجم، لذلك قد يحدث انفجار جديد لنفس الأسباب لاحقًا. هذا يسمى nova المستعر لهذا النوع من الانفجار.

ولكن يمكن أن يحدث أيضًا أن تكاثر المادة كافٍ لكتلة القزم الأبيض لتتجاوز حد شاندراسيخارChandrasekhar الشهير، حوالي 1.4 كتلة شمسية. حيث النجم لم يعد مستقرًا، إنه ينهار، تحدث تفاعلات نووية حرارية ولكنها أكثر عنفًا، وبالتالي فإن الانفجار الناتج يدمر النجم بأكمله. إنه مستعر أعظم supernova من نوع SN Ia.

ستكون الأقزام البيضاء الغريبة من نوع ELM في البداية نجومًا في التسلسل الرئيسي، لكن القزم الأبيض المصاحب لن يبدأ في تمزيق المواد حتى وقت متأخر من حياة النجم، عندما يبدأ في حرق الهيليوم في قلب النجم. غلاف الهيدروجين المحيط بهذا اللب هو أيضًا موقع تفاعلات الاندماج الحراري النووي.

في مرحلة ما، لم يعد القزم الأبيض المستقبلي من نوع ELM ضحية لقزمها الأبيض لأن انتقال المادة يتوقف. لم يتبق سوى نجم واحد كتلته أقل من 0.3 كتلة شمسية والتي ستتحول في النهاية إلى قزم أبيض. ثم نحصل على نجم يستغرق وقتًا أطول من المعتاد لتكوين مثل هذه الكتلة المنخفضة (كلما زادت كتلة النجم، زادت سرعة تطوره والعكس صحيح).

اليوم، تم اختبار هذا السيناريو للتو من قبل فريق من علماء الفيزياء الفلكية الذين استخدموا العديد من الأدوات مثل تلسكوب شين في مرصد ليك في كاليفورنيا بالإضافة إلى بيانات من مهمة غايا، كما هو موضح في منشور في الإخطارات الشهرية. الجمعية الفلكية والتي يمكن العثور عليها مجانًا على arXiv.

لقد لاحظ علماء الفيزياء الفلكية بالفعل عشرات النجوم المشوهة بفعل قوى المد والجزر ولها خصائص النجم المتوقعة في الانتقال من التسلسل الرئيسي إلى حالة القزم الأبيض النهائية من نوع ELM، أي عندما فقد النجم معظم كتلته وكاد يتقلص ليصبح قزم أبيض ELM.

مهمة غايا: سرعان ما حددت مجرة درب التبانة مهمة غايا التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية لقياس مواقع وسرعات مليار نجم في مجرة درب التبانة. سيسمح لنا ذلك بإعادة بناء تاريخ مجرتنا، لفهم هيكلها بشكل أفضل ولكن أيضًا للبحث عن المادة المظلمة والكواكب الخارجية.

تتطور النجوم بشكل أكبر، والعكس صحيح. النظرية التي تشرح هذه الحقيقة تجعل من الممكن أيضًا تحديد تاريخها، لكنها أدت إلى إعطاء عمر أعلى بوضوح من عمر الكون المرئي في حالة بعض النجوم. يتضمن حل هذا اللغز سيناريو اجتاز للتو الاختبارات بنجاح.

الرئيسي ولكن القزم الأبيض لن يبدأ ماتي في تمزيق المادة إلا في وقت متأخر من حياة النجم ، عندما يبدأ في حرق قلب الهيليوم بينما قاعدة غلاف الهيدروجين المحيط بهذا النواة هي أيضًا مقر تفاعلات الاندماج النووي الحراري.

في مرحلة ما ، لم يعد القزم الأبيض المستقبلي من نوع ELM ضحية لقزمها الأبيض لأن انتقال المادة يتوقف. لم يتبق سوى نجم واحد كتلته أقل من 0.3 كتلة شمسية والتي ستتحول في النهاية إلى قزم أبيض. ثم نحصل بعد ذلك على نجم يستغرق وقتًا أطول من الطريقة العادية لتكوين مثل هذه الكتلة المنخفضة (كلما زادت كتلة النجم، كلما تطور بسرعة والعكس صحيح).

اليوم، تم اختبار هذا السيناريو للتو من قبل فريق من علماء الفيزياء الفلكية الذين استخدموا العديد من الأدوات مثل تلسكوب شين في مرصد ليك في كاليفورنيا بالإضافة إلى بيانات من مهمة جايا ، كما هو موضح في منشور في الإخطارات الشهرية. الجمعية الفلكية والتي يمكن العثور عليها مجانًا على arXiv.

لقد لاحظ علماء الفيزياء الفلكية بالفعل عشرات النجوم المشوهة بفعل قوى المد والجزر ولها خصائص النجم المتوقعة في الانتقال من التسلسل الرئيسي إلى حالة القزم الأبيض النهائية من نوع ELM، أي عندما فقد النجم معظم كتلته وكاد يتقلص ليصبح أبيض. ELM قزم.

لذلك يبدو أن اللغز، لغز النجوم أقدم من الكون المرئي، قد تم حله.

 لقد تم للتو ملاحظة حالة جديدة للمادة للمرة الأولى

تفتح السوائل الدورانية الكمومية Les liquides de spins quantiques آفاقًا جديدة في مجال تصنيع الحواسيب العملاقة superordinateurs.

تساعد المغناطيسات المغناطيسية أو الممغنطة les aimants magnétiques، لأنها لا تتجمد، في الحفاظ على الدوران الكمومي في حالة سائلة.

صلب وسائل وغازي: نحن نعرف الحالات الكلاسيكية الثلاث للمادة. ومع ذلك، فهذه ليست الحالات الوحيدة، وهناك حالات أخرى أكثر غرابة للمادة، مثل البلازما أو حالة السائل الفائق. من الآن فصاعدًا، يجب أن نضيف أيضًا آخر: سائل الدوران الكمومي le liquide de spin quantique.

كانت هذه الحالة موضع تكهنات مختلفة لعقود من الزمن، حتى لو لم يتم ملاحظتها مطلقًا. تم الانتهاء منه الآن، وفقًا لدراسة من جامعة هارفارد، نُشرت نتائجها في مجلة Science.

يشير سائل الدوران الكمومي إلى المغناطيسات المغناطيسية أو الممغنطة التي، على عكس المغناطيسات العادية، لا تتجمد حتى في درجات حرارة منخفضة جدًا وبالتالي لا تستقر في حالة صلبة بخصائص مغناطيسية. في هذه الحالة الجديدة للمادة، تكون الإلكترونات مضطربة، ومن هنا تتم مقارنتها بالسائل.

يشير مصطلح "الدوران الكمومي spin quantique " إلى اتجاه الزخم الزاوي moment cinétique الذي تحمله الجسيمات، والتي تكون متشابكة enchevêtrées في أزواج مع لفات أو سبينات spins متقابلة، كما يوضح موقع تنبيه العلوم. في المغناطيس الكلاسيكي، يتم توجيه دوران الإلكترونات في نفس الاتجاه - لأعلى أو لأسفل - مما يؤدي إلى ما يسمى بالمغناطيسية. في السوائل الكمومية المغزلية، يلعب إلكترون ثالث دورًا في إحداث فوضى.

مع إدخال إلكترون ثالث، لا يمكن لدور الإلكترون أن يصطف في اتجاه واحد فقط، مما يخلق مغناطيسًا يسمى "المحبط" frustré. ويؤدي هذا الإحباط المغناطيسي إلى استمرار "اضطراب" الدورات، مما يسمح بالحفاظ على هذه "الحالة السائلة"، حتى في درجات الحرارة المنخفضة، كما يضيف TrustmyScienceموقع أنا أثق بالعلم.

 هذه المفاهيم الخاطئة التي تجعلك تبدو غبيًا عندما تتحدث عن فيزياء الكم:

الملاحظة:

هذه الملاحظة غير المسبوقة، فقد حصل أعضاء الدراسة على جهاز محاكاة كمومي قابل للبرمجة، un simulateur quantique programmable تم تصميمه في عام 2017. بفضل الليزر الخاص بهذا الجهاز، نظم العلماء الذرات بشكل فردي في نمط شبكي un motif en treillis، من أجل إعادة إنتاج هذا المغناطيس المحبط.

هذه الملاحظة الأولى مثيرة للاهتمام بشكل خاص، لأنها تفتح آفاقًا جديدة، لا سيما فيما يتعلق ببناء أجهزة كمبيوتر كمومية أكثر قوة وأكثر موثوقية.

على عكس أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، التي تعمل على نظام ثنائي 0 أو 1 بت، تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية الكيوبتات. المشكلة: تعاني الكيوبتات من عدم استقرار كبير، وأقل اختلاف في المجال المغناطيسي أو الاهتزاز أو حتى درجة الحرارة يكفي لفقد الكيوبتات خصائصها الكمومية. هذا هو المكان الذي يمكن أن تأتي فيه السوائل الدورانية الكمومية.

هذه الحالة الجديدة للمادة يمكن بالفعل أن تجعل من الممكن تطوير كيوبتات طوبولوجية qubits topologiques، محمية بشكل أفضل من التداخل الخارجي مقارنة بالكيوبتات التقليدية. يكفي للحفاظ على الحالة الكمومية لفترة كافية لتوليد نتائج الحسابات.

 

.......................

المصدر:

 https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/etoile-enigme-etoiles-plus-vieilles-univers-semble-resolue-95327/

 

جواد بشارةينحصر كوننا المرئي بين اللامتناهي في الصغر وا للامتناهي في الكبر، بين دعامتيه النظريتين، نظرية الكوانتم أو الكم وبين نظرية النسبية.

النسبية كما هو معروف أحدثت ثورة في عالم الفيزياء منذ سنة 1905 على يد آينشتاين وغيرت في مفاهيم الزمان والمكان ودمجتهما معاً في كينونة واحدة أسمتها الزمكان، والسرعة والحركة والزخم، وذلك على النطاق الكوني الواسع برمته.

على شاهد قبر العالم الألماني الفذ لودفيغ بولتزمان  Ludwig Boltzmannنقرأ المعادلة التالية S=k.log W حيث S هي الأنتروبي و k هي ثابت بولتزمان و Wهي العدد الذي لايحصى من الحالات الممكنة لكافة العناصر الذرية ومادون الذرية أو المجهرية . وهي المعادلة التي صاغها بولتزمان سنة 1878 قبل موته منتحرا إذ شنق نفسه جزعاً من عدم فهه وتعرضه للهجمات القاسية من جانب الوسط العلمي، وهي المعادلة التي عدها آينشتاين الأهم في الفيزياء المعاصرة. وهي دالة تصف كل نظام مغلق يتطور ويتنامى مع مرور الزمن، إلى جانب المبدأ الثاني لقوانين الترموديناميك أو الديناميك الحراري الذي وضعه العالم الفرنسي سادي كارنوsadi carnot .

تبين للعلماء أن للكون المرئي بداية وستكون له حتماً نهاية ، والتي يسميها العلماء " الموت الحراري للكون المرئي la mort thermique de l’univers" شأنه بذلك شأنه مكوناته، وهو يتألف من 2000 مليار مجرة مكتشفة ومرصودة لحد الآن إلى جانب مليارات من الأكداس والحشود المجرية التي لم نرصدها بدقة بعد وأكدتها الحسابات الرياضياتية ، وفي كل مجرة من 100 إلى 500 مائة مليار نجم أو شمس ولكل واحدة منها منظومتها الشمسية على غرار نظامنا الشمسي بما تحتويه من كواكب وأقمار وكويكبات والتي تعد بمليارات المليارات، فهناك حوالي 300000 نجم يولد في كل ثانية في الكون المرئي ، علماً بأن أقرب نجم إلينا يبعد مسافة 4 سنوات ضوئية ونصف والسنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء بسرعة 300000 كلم في الثانية لمدة 4 سنوات . ويقدر عمر هذا الكون المرئي حالياً بــ 8،13 مليار سنة أو مايقارب الــ 14 مليار سنة قابلة للتزايد، ويبلغ نصف قطره اليوم 95 مليار سنة ضوئية. لكم ان تتأملوا وتستنتجوا ما تشاؤون.

أما فيزياء الكم فهي هي فيزياء الجسيمات الصغيرة جدًا والمعروفة بلغة الفيزياء باللامتناهي في الصغر. هذه الجسيمات هي لبنات بناء أساسية لكوننا المرئي. وفي حين تركز الفيزياء الكلاسيكية على الطبيعة العادية للأشياء التي يمكننا رؤيتها ولمسها دون الحاجة لأدوات إضافية في النطاق العياني وهو ما يعرف باللامتناهي في الكبر، فإن ميكانيكا الكم تدرس الأشياء أو الظواهر الطبيعية التي لا يمكن رؤيتها،  أو رصدها بأدواتنا الحالية، بينما تقوم فيزياء النسبية بدراسة الأشياء والأجسام الكبيرة مافوق الذرة التي نشاهدها ونرصدها بأدواتنا العلمية كالتلسكوبات وغيرها.

فالكون المرئي بدأ كمومياً من نقطة لامتناهية في الصغر عرفت بالفرادة أو التفرد وهي أصغر كيان مادي توصل إليه العلماء بحساباتهم العلمية.

فما هي فيزياء الكم؟

تستند فيزياء الكموم أو الكوانتوم على مبدأ يسمى التكميم، أو عملية الانتقال من فهم ظواهر فيزيائية يمكننا رؤيتها إلى شيء لا يمكننا رؤيته أو لمسه. لذا فإن فيزياء الكموم هي علم اللامتناهي في الصغر في الكون المرئي وكيف تتفاعل مع الأشياء من حولها. ويدرس الفيزيائيون الكموميون الجسيمات دون الذرية – الفوتونات والإلكترونات والنيوترونات والكواركات وما إلى ذلك – ولكن كيف يمكنك دراسة شيء لا يمكنك رؤيته؟ في معرض الإجابة على هذا السؤال يتعين علينا أن نطلع على مدخل مبسط عن فيزياء الكموم الكوانتم.

ظهرت فيزياء الكم، المعروفة أيضًا باسم ميكانيكا الكم، في المجتمعات العلمية في أوائل القرن العشرين عندما نشر ألبرت أينشتاين نظريته عن النسبية. ومع ذلك، لا يمكن أن ينسب هذا المجال إلى أي عالم واحد. ففي عام 1900، وجد الفيزيائي ماكس بلانك نفسه في مواجهة معضلة. فوفقًا لقوانين الفيزياء في ذلك الوقت، إذا تم تسخين صندوق في بيئة لا يمكن للضوء الهروب منها، فإنه ينتج كمية لا حصر لها من الأشعة فوق البنفسجية. لذا افترض العلماء أن الضوء هو موجة مستمرة. لكن عندما لم ينجح تسخين الصندوق كما توقعوا، بدأ بلانك في الاعتقاد بأن الضوء لم يكن موجودًا كموجة، ولكن كمقدار صغير من الطاقة يُعرف بالكميات. كذلك وضع أينشتاين في وقت لاحق نظرية مفادها أن الضوء موجود كجسيمات فردية، والتي سميت في عام 1926 بالفوتونات. فأول جسيم دون ذري اكتشفناه هو الإلكترون، بسبب تأثيرات تفريغ الكهرباء في بعض الغازات. ثم جاءت البروتونات، ونواة الذرة والنيوترونات.

جلبت لنا الثلاثينيات من القرن الماضي أولى مسرعات الجسيمات، وعلى الرغم من أنها لم تكن عالية التقنية أو متطورة مثل تلك التي نستخدمها اليوم، إلا أنها مكنت العلماء في ذلك الوقت من تسريع حزم البروتونات وقياس حجم نواة الذرة. وتعمل مسرعات اليوم على نفس المبادئ، وتنتج حزمة من الجسيمات المشحونة يمكن للعلماء استخدامها لدراسة المكونات دون الذرية الأخرى. كما يمكنهم اكتشافها مباشرة أو اكتشاف وجودها بسبب تفاعل الجسيمات المشحونة.

مبدأ عدم اليقين الكمومي:

فيزياء الكموم ليست سهلة بل صرح ريتشارد فاينمان أشهر أستاذ فيزياء في أمريكا بأنه لايوجد من يستطيع فهمها ولو أدعى أحدهم ذلك فهو كذاب. في عام 1927، افترض أحد أقطاب فيزياء الكموم فيرنر هايزنبرغ الألماني أنه من المستحيل قياس كلا من موضع جسم في نفس الوقت. عُرفت هذه النظرية فيما بعد باسم مبدأ الللادقة أو مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ، وهي واحدة من أسس ميكانيكا الكم الحديثة.

لا تعمل ميكانيكا الكم مع العناصر التي يمكننا رؤيتها. على سبيل المثال يمكنك بسهولة معرفة سرعة وموضع سقوط تفاحة من شجرة، بناءً على قانون الجاذبية – ولكن ليس من السهل تحديد أي من هذه الأشياء عندما تتحدث عن جسيم مستحيل مشاهدته بالعين المجردة. حيث ستؤثر أي محاولة لقياس سرعة أو موضع جسيم دون ذري على كلا القياسين بطريقة لا يمكن معها إجراء تحليل فعلي. فمجرد فعل الملاحظة يغير نتيجة التجربة. هذا ما يجعل فيزياء الكم صعبة للغاية كمجال علمي يعتمد مبدأ الاحتمالية.

ربما كان هناك وقت استطاعت فيه الفيزياء أن تشرح بشكل جيد معظم سلوك عالمنا المحيط بنا. ونقول معظم لأن هناك الكثير من الظواهر الموجودة لم تستطع أية نظرية أن تفسرها بشكل صحيح وهي التي تعرف بألغاز الكون. على سبيل المثال، يمكننا استخدام قوانين نيوتن للحركة لدراسة حركة الأجسام السماوية مثل الكواكب ومسارات الأجسام الأرضية مثل الصخور على الأرض. لكن قوانين نيوتن بها القليل من النقص عندما يتعلق الأمر بالمدار الإهليجي لعطارد على سبيل المثال، فلا يمكنها تفسير ذلك تماماً.

أينشتاين والنسبية:

عالج ألبرت أينشتاين هذا النقص من خلال نظريته في النسبية العامة التي وصفت بشكل مثالي مدار عطارد المرصود، وجميع الأجرام الأرضية والسماوية الأخرى. فبعد أن غمرت النظرة النيوتونية العالم في أوائل القرن العشرين، ذهبت النسبية العامة في سلسلة من التنبؤات الفورية الدائمة التي لم تفشل أبداً. حيث تنبأت النسبية بانحناء الضوء، وتم تأكيد هذا التوقع. وكذلك تنبأت بوجود ثقوب سوداء، وهي منطقة غريبة للغاية من الزمكان. ربما في البداية لم يكن من الواضح ما إذا كان هذا التنبؤ مجرد قطعة أثرية رياضية للنظرية أو ما إذا كانت الرياضيات قد وصفت شيئاً حقيقياً بالفعل. لكننا نعلم اليوم أن الثقوب السوداء حقيقية. تنبأت النظرية كذلك بوجود موجات الجاذبية أو الموجات الثقالية التي لم نتمكن من تأكيدها تجريبياً إلا في عام 2016.

لكن بعض الأشياء لا يمكن لأي إطار نظري أن يفسرها، لا فيزياء نيوتن، ولا النسبية الخاصة والعامة، ولا الديناميكا الكهربية أو الكهرومغناطيسية أو الديناميكا الحرارية. لم تكن جميع نظريات الفيزياء في أوائل القرن العشرين قادرة على الوصف الصحيح للأشياء على نطاق مجهري.

بالانتقال إلى أبعاد أصغر، نصل إلى الجزيئات، والذرات والإلكترونات، وفي النهاية إلى الكواركات التي كان لا بد من اكتشافها وهي أصغر الجسيمات المادية المعروفة حالياً. يعتقد الفيزيائيون أن تلك “الأشياء” الصغيرة تتصرف بغرابة شديدة. أما الغريب حقاً فهو أن هذه الأشياء الصغيرة لم تلتزم بالقوانين التي كانت لدينا والخاصة بالأجسام الكبيرة مثل الصخور والكواكب، فقوانين الفيزياء الجوهرية تتوقف عن العمل في النطاق مادون الذري. لذا، فإما أننا بحاجة إلى تعديل النظرية التي لدينا، وهي النسبية العامة، أو نفكر في نظرية جديدة تصف هذا السلوك الغريب للأجسام اللامتناهية في الصغر. لم ينجح تفسير النسبية العامة لاستيعاب الأشياء الصغيرة جداً. لكن ما نجح هو وصف السلوك الغريب للأشياء الصغيرة بطريقة غريبة بنفس القدر.

ما هذا السلوك الغريب؟

فيما يخص النطاق العياني مافوق الذري، فمن الممكن توقع التكوين المستقبلي للنظام إذا عرفنا التكوين السابق له. على سبيل المثال، تتيح لنا معرفة موقع الكوكب التنبؤ بالموقع المستقبلي للكوكب لأننا نعرف كيفية حساب حركته. لكن هذا لا يعمل مع الأشياء الصغيرة مجهرياً. فإذا كان لديك جسيم من الضوء، يسمى الفوتون، فلا يمكنك أن تكون متأكداً من أنه سيذهب في هذا الاتجاه أو ذاك، أو أنه سيهبط هنا أو هناك. فمرة يهبط الفوتون هنا عندما نطلقه، ومرة ​​أخرى يهبط هناك عندما نطلقه. لكننا لم نفعل أي شيء مختلف! لذا كيف سنقوم بعمل تنبؤات دقيقة إذا لم نتمكن من توقع أي شيء بشكل صحيح؟

قد تكون كلمة “كمّية” مخيفة، لكنها تصف فقط أن كل الأشياء الصغيرة تأتي في شكل “أجزاء”. الضوء، على سبيل المثال، ليس شيئاً مستمراً حيث يصعب تحديد مقدار ما هو موجود. بدلاً من ذلك، يتم تقسيمها إلى قطع أو حزم أو كوانتا كما قرر علماء الفيزياء تسميتها. الكم الواحد هو أصغر كمية ممكنة من الضوء، أو أي شيء آخر، صغير جداً.

الآن يمكننا عد تلك الأشياء الصغيرة التي نتعامل معها. لكن ما زلنا لا نستطع أن نقول كيف سيتصرفون في ضوء التكوين الأولي. بل اكتشفنا أنه يمكننا التنبؤ باحتمالية سلوك معين. فأحياناً يهبط الفوتون، جسيم الضوء الأولي، هنا وهناك ، لذلك حسبنا احتمالية مكان هبوطه، 13٪ هنا، 25٪ هناك، 34٪ هناك، وهكذا.

وبعد مراقبة المكان الذي هبطت فيه الفوتونات، تطابقت النتائج التجريبية بدقة مع الاحتمالات المتوقعة! إن ميكانيكا عالم الكم غريب، لكن على الأقل لدينا نظرية عمل تصف ميكانيكا الكم بدقة.

لإعطائك مثالاً ملموساً أكثر على السلوك الغريب، فكر في الضوء المنعكس على لوح من الزجاج. هل تساءلت يوماً عن مقدار الضوء الذي ينعكس؟

لقد قلنا بالفعل أننا لا نستطع التنبؤ بما إذا كان فوتون واحد قد انعكس أم لا، ولكن يمكننا التنبؤ بأنه من بين مائة فوتون، على سبيل المثال، سينعكس فوتونان في المتوسط. لذا، فإن 2٪ من جميع الفوتونات تنعكس عائدة من سطح الزجاج. ومع ذلك، هل هي دائماً 2٪؟ دعنا نتحقق ونأخذ لوح زجاج مختلف، لوح أكثر سمكاً قليلاً. الآن 4٪ من كل الفوتونات تعكس! حسناً، أنت تقول. لنأخذ لوح زجاج أكثر سمكًا. 16٪. كلما زاد سمك الزجاج تنعكس الفوتونات أكثر! لنأخذ لوح زجاج أكثر سمكاً! 8٪. هذا غريب. ماذا حدث هناك؟

تقوم بفحص وأخذ ألواح زجاجية أكثر سمكاً وملاحظة انعكاساتها. وبالنسبة لألواح الزجاج السميكة تدرك أن الانعكاس يعود إلى 0٪ ثم يعود إلى 16٪ ثم يعود إلى 0٪. يدور من 0٪ إلى 16٪.

عند هذه النقطة تتساءل، كيف يمكن أن “يعرف” الضوء متى ينعكس؟ كل ما أفعله هو زيادة السماكة. هل يعكس السطح الأمامي والسطح الخلفي؟ ولكن كيف يعرف أنه لا ينعكس على السطح إذا لم يصل إلى السطح الخلفي بعد؟ كيف يقرر عدم التفكير على الإطلاق؟ الجواب يكمن في رسم سهام صغيرة.

الاحتمالات في فيزياء الكم:

لقد أثبتنا أنه يمكننا حساب احتمال حدث ما، مثل “ما هو احتمال انعكاس الضوء عن هذا الزجاج”؟ دعونا نحسب إذن!

من أجل حساب الاحتمالات الخاصة بنا. تخيل ساعة تناظرية تحسب وقت الفوتون الذي يبدأ رحلته من المصدر (الليزر) إلى الزجاج حيث ينعكس عن السطح الأمامي ثم يصطدم بكاشف يسجله. حافظ على دوران عقارب تلك الساعة طالما أن الفوتون يتحرك ثم يتوقف بمجرد اصطدامه بالكاشف.

الآن لدينا اتجاه معين بواسطة عقرب الساعة وما نفعله بعد ذلك هو رسم يد الساعة هذه كسهم. طوله هو الجذر التربيعي لاحتمالية انعكاسه التجريبية وفي هذه الحالة دعنا نقول إن الانعكاس هو 4٪، لذا سيكون الطول 0.2 لأن 0.2 0.2 = 0.04 وهو 4٪.

دعونا نفعل الشيء نفسه للسطح الخلفي. نحافظ على دوران ساعة اليد عندما يغادر الفوتون المصدر، وينعكس عن السطح الخلفي، ثم يضرب الكاشف. هذه المرة استغرق الفوتون وقتًا أطول قليلاً لأنه كان عليه أن ينتقل عبر الزجاج. ومن ثم فهو يشير إلى اتجاه مختلف. لنفترض أنه ينعكس على السطح الخلفي بنسبة 4٪ أيضاً، لذا فإن طول السهم هو 0.2 مرة أخرى.

قبل أن نضع هذين السهمين معًا، هناك تفاصيل صغيرة نحتاج إلى معرفتها. تنعكس الأسهم التي تنعكس عن السطح الأمامي في اتجاهها. الآن نضع ذيل السهم الثاني على رأس السهم الأول (الذي عكسناه سابقًا). ثم نرسم سهمًا آخر، ما يسمى بالسهم النهائي، من ذيل السهم الأول إلى رأس السهم الثاني. طول هذا السهم يساوي 0.223. نحن نربيعها ونحصل على 0.05 وهي 5٪. لقد حسبنا للتو احتمال انعكاس الفوتونات على الزجاج.

إذا زدنا سمك الزجاج، فإن يد الفوتونات المنعكسة عن السطح الخلفي ستستغرق وقتًا أطول قليلاً للوصول إلى الكاشف. والنتيجة هي سهم يشير في نفس اتجاه السهم الأول. أضفهم معًا رأسًا إلى الذيل، وارسم السهم الأخير، وستحصل على 0.2 + 0.2 = 0.4. ربّع هذه القيمة 0.4 وستحصل على 0.4 0.4 = 0.16 أي 16٪، أقصى انعكاس. لماذا هذا هو الحد الأقصى؟ لأنه لا يمكنك وضع الأسهم معًا بأي طريقة أخرى لزيادة طولها معًا. هذا هو السبب في أن أقصى انعكاس هو 16٪ للزجاج.

يشار إلى هذا العمل المتمثل في مراقبة سلوك الضوء باسم الديناميكا الكهربية الكمومية، أو QED باختصار، وهي طريقة للنظر إلى الضوء على أصغر نطاق. ولكن ما علاقة كل هذا من الفوتونات والزجاج والانعكاسات برسم الأسهم؟!

الجاذبية الكمومية قد تكشف الطبيعة الحقيقية للزمن حيث تواجه محاولات العلماء في توحيد ميكانيكا الكم مع النسبية الخاصة في نظريةٍ شاملة للجاذبية الكمومية مشكلةً تعرف باسم "مشكلة الزمن". في ميكانيكا الكم، الزمن كوني ومطلق، وهو دقات منتظمةٌ في عقارب الساعة تملى على التشابكات الكمومية الناشئة بين الجسيمات الأولية. ولكن في النسبية العامة (نظرية الجاذبية الخاصة بـ ألبرت آينشتاين)، فإنّ الزمن نسبيٌ وديناميكي، وهو بعدٌ مرتبطٌ مع الأبعاد الثلاثة للمكان X,Y,Z ،الطول والعرض والارتفاع،  و المشكّلة معا نسيج "الزمكان Space-temps " رباعيّ الأبعاد . ينحني النسيج الكوني للزمكان تحت تأثير الكتلة أو وزن المادة، مما يجعل الأجسام "تسقط" باتجاهها (هذه هي الجاذبية)، كما يؤدي ذلك إلى إبطاء الزمن بالنسبة للساعات البعيدة عنها. وبطريقةٍ مماثلة، إذا ركبت في صاروخٍ وتسارعت عبر الفضاء باستخدام الوقود بدلاً من الجاذبية، فإنّ الزمن سيتمدد، وسيزيد عمرك بدرجةٍ أقل من شخصٍ آخر بقي ساكناً في منزله. تتطلب عملية توحيد ميكانيكا الكم مع النسبية العامة توفيق مفهوميهما المطلق والنسبي للزمن. مؤخراً، قدم بحثٌ واعدٌ عن الجاذبية الكمومية موجزاً عن الطبيعة المحتملة لذلك التوافق، بالإضافة إلى نظرةٍ على الطبيعة الحقيقية للزمن. يعدّ العديد من الفيزيائيين المرموقين اليوم أنّ الزمكان والجاذبية ظاهرتين "ناشئتين": بمعنى أنّ نسيج الزمكان المنحني والمرن بالإضافة للمادة التي يحتويها هما هولوغرام ينبثق من شبكةٍ معلوماتيةٍ متشابكةٍ من البتّات الكمومية (qubits quantum bits)، بشكلٍ مشابهٍ للبيئة الثلاثية الأبعاد لألعاب الحاسوب المشفرة في البتّات التقليدية على رقاقةٍ من السيليكون. يقول مارك فان رامسدنك Mark Van Raamsdonk، عالم الفيزياء النظرية في جامعة كولومبيا البريطانية: "أعتقد اليوم أننا نفهم أنّ الزمكان وهو في الواقع مجرد وصفٍ هندسي للبيئة التشابكية لهذه الأنظمة الكمومية الضمنية". أنجز الباحثون الحسابات الرياضية مظهرين كيفية نشأة الهولوغرام في أكوانٍ افتراضية تتمتع بهندسة زمكانٍ واسعةٍ تُعرف باسم فضاء (أنتي دي سيتر anti-de Sitter)، اختصارا AdS. في هذه العوالم المشوهة، تتقلص الزيادات المكانية أكثر فأكثر كلما ابتعدت عن المركز. وفي النهاية، يتقلص البعد المكاني الممتد من المركز حتى يختفي تماماً، واصلاً إلى حدوده النهائية. إنّ حقيقة وجود هذه الحدود –والتي تتمتع بأبعادٍ مكانية أقل ببعدٍ واحد من الزمكان الداخلي أو الجسم Bulk– يساعد في عمل الحسابات عن طريق توفير منصةٍ صلبة لنمذجة البتّات الكمومية المتشابكة التي تعمل على إظهار الهولوغرام بداخلها. قال براين سوينغل Brian Swingle من جامعة هارفرد وبرانديز: "داخل الجسم، يبدأ الزمن بالانحناء مع المكان بطرقٍ دراماتيكية. يخولنا فهمنا لوصف ذلك من خلال (الرواسب) على تلك الحدود" مشيراً في كلامه إلى البتّات الكمومية المتشابكة. في ورقةٍ علمية جديدة، يشرح إريك فيرليند Erik Verlinde من جامعة أمستردام احتمالية أن تكون المادة المظلمة وهما ناتجا عن النشوء الهولوغرامي للزمكان من التشابك الكمومي. حقوق الصورة: ILVY NJIOKIKTJIEN FOR QUANTA MAGAZINE في ورقةٍ علمية جديدة، يشرح إريك فيرليند Erik Verlinde من جامعة أمستردام احتمالية أن تكون المادة المظلمة وهما ناتجا عن النشوء الهولوغرامي للزمكان من التشابك الكمومي. حقوق الصورة: ILVY NJIOKIKTJIEN FOR QUANTA MAGAZINE عرض المزيد تتطور حالات البتّات الكمومية وفقاً للزمن الكوني بشكلٍ مشابهٍ لعملية تنفيذ خطوات شيفرةٍ حاسوبية، مما يخلق زمناً منحنياً ونسبياً في جسم فضاء AdS. ولكن، ليست هذه الطريقة التي يعمل بها كوننا بالضبط. في كوننا، يتمتع نسيج الزمكان بهندسةٍ تُعرف باسم "دي سيتر de Sitter"، يتمدد فيها النسيج كلما نظرت لمسافةٍ أبعد. يتمدد النسيج حتى يصل الكون إلى حدٍ يختلف فيه عن ذلك الذي في فضاء AdS: ألا وهو نهاية الزمن. في تلك النقطة، في حدثٍ يُعرف باسم "الموت الساخن heat death" يتمدّد الزمكان بدرجةٍ كبيرةٍ ينفصل فيها كلٌ شيء داخله عن كلٍ شيء آخر، وبالتالي لن تتمكن أي إشارةٍ من السفر بين شيئين أبداً. عندها، ينهار المفهوم المألوف عن الزمن. وبعد ذلك، لا يحصل أي شيء. على الحد الأبديّ لفقاعة الزمكان الخاص بكوننا، من المرجح أن تبقى التشابكات التي تربط البتّات الكمومية (والتي تعمل كشيفرةٍ لهيكل كوننا الداخلي) سليمةً، إذ لا تحتاج هذه الروابط الكمومية إلى إرسال تلك الإشارات ذهاباً وإياباً. ولكن، يتوجب على حالة البتّات الكمومية أن تبقى ساكنةً وغير متأثرةٍ بالزمن. يقترح هذا أنه كما تقوم البتّات الكمومية على حدود فضاء AdS بخلق هيكلٍ داخليٍ ببعدٍ مكانيٍ إضافي، فإنه يتوجب على البتّات الكمومية على الحد عديم الزمن لفضاء de Sitter أن تنشئ كوناً بزمنٍ ديناميكيٍ. لم يتمكن الباحثون بعد من إجراء هذه الحسابات الرياضية. قال سوينغل: "في فضاء de Sitter لا نمتلك فكرةً جيدةً لفهم آلية نشوء الزمن". يأتي أحد الحلول من الرؤى النظرية الخاصة بـ دون بايج Don Page وويليام ووترز William Wootters في الثمانينيات. اكتشف بايج، والذي يعمل حالياً في جامعة ألبيرتا، مع ووترز، العامل حالياً في كلية ويليامز، أنّه يمكن للنظام المتشابك الساكن عالمياً أن يحوي نظاماً فرعياً يتطور كما يبدو من وجهة نظر المراقب الموجود بداخله. يتكون النظام من نظامٍ فرعي متشابكٍ مع ما قد يبدو كساعة زمنية. يُطلق على هذه الحالة اسم "حالة تاريخية History state". تختلف حالة النظام الفرعي بالاعتماد على حالة الساعة، ما إذا كان عقربها يُشير إلى الساعة الواحدة أو الثانية أو الثالثة وهكذا. يشرح سوينغل: "لكنّ الزمن لا يتغير في حالة النظام والساعة ككل. لا وجود للزمن، إنها الحالة فحسب –حيث لا تتغير أبداً". بكلماتٍ أخرى، الزمن غير موجودٍ عالمياً، لكنّ مفهوماً فعالاً عن الزمن ينبثق من النظام الفرعي. وضح فريقٌ من الباحثين الإيطاليين هذه الظاهرةً تجريبياً عام 2013. كتبت المجموعة في ملخص عملها: "لقد أظهرنا كيف يمكن رؤية تطور حالة متشابكةٍ ساكنة مكونةٍ من فوتونين من قِبل راصدٍ يستخدم أحد الفوتونين كساعةٍ لقياس زمن تطور الفوتون الآخر. ومع ذلك، فبالنسبة لراصدٍ خارجي، فإن الحالة المتشابكة العالمية لا تتطور أبداً". قاد عملٌ نظريٌ آخر إلى نتائج مشابهه. تقترح الأنماط الهندسية، كالأمبليتوهيدرون Amplituhedron، التي تصف نتائج التفاعلات الجسيمية أنّ الواقع ينبثق من شيء رياضيٍ بحتٍ لا يتأثر بالزمن. ومع ذلك، تبقى الأمور غير واضحةٍ تماماً فيما يتعلق بالعلاقةِ بين الأمبليتوهيدرون وعلم الهولوغرام". وأخيراً، يقول سوينغل: "بطريقةٍ ما، يمكن للزمن أن ينبثق من درجات حراريةٍ لا تتأثر بالزمن عن طريق التشابك.

يُمكن أن تكشف الجسيمات الضخمة المتذبذبة بانتظام كالساعة ما حدث قبل الانفجار العظيم!!!!!

ما قبل البداية أو ماقبل الانفجار العظيم !!

على الرغم من أن هذا يبدو رائعًا، إلا أن النماذج الأولية لمفهوم الكون الدوري او المتذبذب واجهت صعوبة في مطابقة نتائج الملاحظات وعمليات الرصد والمراقبة التي تم إجراؤها – وهذا عائق رئيسي عندما نتحدث عن خلق العلوم والقيام بها بطريقة منهجية.

إن العائق الرئيسي هو عملية التوفيق مع ملاحظاتنا حول إشعاع الخلفية الكونية الميكروي: بقايا من الضوء عندما كان عمر الكون 380،000 سنة فقط. ولأننا لا نستطيع أن نرى ما قبل هذا الجدار الضوئي، فإننا إذا بدأنا العبث نظرياً بفيزياء الكون الوليد، أي الكون في مراحله الأولى، فنحن نؤثر على نمط ضوء الشفق الذي تولد بعد الانفجار العظيم.

وبناءً على ذلك، يبدو أن الكون الدوري كان فكرة أنيقة ولكنها غير صحيحة.

لكن فكرة الكون الملتهب ekpyrotic universe ظلت مشتعلة على مر السنين، وقد استكشفت ورقة نشرت في يناير في قاعدة بيانات arXiv بعض المشاكل الرياضية والفرص الضائعة سابقًا. اكتشف الفيزيائيون، روبرت براندنبرغر وزيوي وانغ من جامعة ماكجيل في كندا McGill university، أنه في لحظة «الارتداد»، عندما يتقلص كوننا إلى نقطة صغيرة بشكل هائل ومن ثم يعود إلى حالة الانفجار العظيم، فمن الممكن ترتيب كل شيء للحصول على نتائج رصدية مختبرة وتكون مناسبة.

بكلمات أخرى، قد تسمح الفيزياء المعقدة لهذه الحقبة الحاسمة (والتي نعترف أننا بالكاد نفهمها) إلى تغيير رؤيتنا جذريًا للكون والوصول إلى رؤية منقحة حول المكان والزمان الذي نوجد فيه في الكون.

ولكن لاختبار هذا النموذج بالكامل، سيتعين علينا الانتظار لجيل جديد من التجارب في علم الكونيات، لذلك دعونا ننتظر قبل الاحتفال بنموذج الكون الملتهب ekpyrotic universe.

اقتَرحَ الباحثون البَحث عن تأثير الجُسيمات التي تتذبذب بانتظام كالساعة؛ لمَعرِفة إذا ما كان هناك كون قَبل الانفِجار العَظيم، وفهم كيفية تَطوره بعد نُشوئه.

النَظرة السائدة حاليًا في علم الكَونِيات أنَّ الكون شَهِد في اللحَظات الأولى انفِجارًا هائلًا من التوسع، وهو ما يُعرف بالتَضخُم “inflation” أو التوسع المُتسارع الموجز، وفي أثناء التوسع المُفاجئ تَوسع الفَضاء بِسُرعة تفوق سُرعة الضوء.

يُمكن للتَضخم أَن يُساعد في حل العَديد مِن الأَلغاز عن بُنية الكون وتطوره، على سبيل المِثال يُمكن للتَضخُم أن يسوي تركيب الكَون (يخفض الاختلافات فيه)، مُوضحًا لماذا يَبدو الكَون تقريبًا متشابهًا في الاتِجاهات كافة.

قال آڤي لوب Avi Loeb وهو مُؤلف مُشارك في هذه الدراسة وأُستاذ عِلم الفلك في جامعة هارفرد: “مع ذلك فإنَّ مُنتقدي نَظرية التَضخُم في عِلم الكَونيات يجادلون في أَنَّها تَحتاج إلى ظُروف بِداية غير مرجحة للكَون، يحتاج التوسع المتسارع (التضخم) إلى نماذج مصطنعة بكثرة من أَجل شَرح آخر البَيانات لخَلفِية إشعاع الخلفية الميكروية الكوني (cosmic microwave background radiation) التي تُعد أَقدم ضَوء في الكَون“.

قال لوب لموقع space.com: “ لقَد تم استِبعاد النَموذج الأكثر طبيعية ومعقولية للتَضخُم، وهناك نظرية مرنة جدًا للتَضخُم بإِمكانها التكيف مع أي سيناريو، فيَكون كُل شيء مُمكن، تبدو مقلقة قليلًا؛ فقوة النَظرية العِلمية هي أنه بإِمكانها التَنَبؤ بمُخرجات مُعينة واستِبعاد أُخرى“.

وقال لوب: “طَوَّر العُلماء نَماذِج كَونية أُخرى مُختلِفة جدًا، فقد تَتَمكن من حلِّ ألغاز الكَون نفسه التي حلَّها نموذج التَضخُم، على سَبيل المثال التضخم يفترض أنَّ الكون ابتدأ نقطة متفردة وهي نُقطة ذات كَثافة لا نِهائية من المادة والطاقة، نظريًا المتفردات تحني نسيج الفَضاء والوقت إلى ما لا نهاية، ولا شيء مَوجود قبل الانفِجار العَظيم حتى الوقت، ومَع ذلك هُناك نَموذج كَوني آخر يُشير إلى أنَّ الكَون ولد من “الارتِداد الكبير” Big Bounce وتَوسع للخارج بعد انهِيار كَون بِدائي في السابق، وفي نموذج التضخم فإنَّ هذا النَموذج باستِطاعته أن يَشرح لماذا يبدو الكون بهذه الطريقة.

الآن لاتِخاذ القرار بين التَضخُم والمقتَرحات الأُخرى اقتَرح Loeb وزُملاؤه عمل فحص لرُؤية إذا ما كانوا جزئيًا على خطأ.

قال Loeb: “ يُحرز العِلم تَقدُمًا مع الأَدلة، ليس بالاعتِقادات والتَكهُنات لذلك نُريد أن نَجد أدلة لنُقنِع أَنفُسنا بأنَّ سيناريو أو آخر هو ما حصل“.

قال تشونغ تشى شيانيو Zhong-Zhi Xianyu وهو مُؤلف مُشارك في هذه الدراسة في جامعة هارفرد، في تصريح له: “المِفتاح لهذا الاختبار هو كيف يُمكن للكَون أَن يَتصرف في هذه النَماذج الكَونية المُختلفة، يُشير التَضخُم إلى أنَّ الكَون يَتَوسع بتضاعُف مُستَمر، بينما يفترض الارتداد الكبير أنَّ كونًا بدائيًا تَقلص ثُم تَوسع كَوننا الحالي، اقتَرحت بَعض النَماذج بِأنَّ أي تَغيُّر في الحَجم حدث بِشكل بَطيء، بَينما اقتَرح آخَرون أَنَّه يحدث بسرعة بالغة”.

إذا كان كَون بِدائي قد وُجد قَبل كَوننا الحالي، فيقترح فهمنا الحالي للفيزياء أنه كان مِن المُمكن للجُسيمات الضخمة أن تَكون مَوجودة وأن تَكون قد تذبذبت على تَردد مُنتظم مشابه لتَأرجح بندول الساعة ذهابًا وإيابًا، وتَقلبات هذه “الساعات القِياسية البدائية” كانت لتنتج مِن شذوذات (irregularities) صغيرة في كَثافة المادة من قياسات صغيرة جدًا يُمكن أن تُصبح اللبنات الأساسية للبنى في المقياس الكوني في كوننا بعد التمدد.

قال شينغانغ تشن Xingang Chen المُؤلف الرئيسي للدَراسة في جامعة هارفرد في تصريح له:

“إذا تَخيلنا المَعلومات التي تَعرفنا عليها إلى الآن عما حدث قبل الانفِجار العظيم في قائمة من الإطارات(الصور) المكوِّنة لفيديو، فتُخبرنا الساعة المعيارية كيف يمكن تشغيل تلك الصور“.

إذا وُجِد كَون بدائي منذ زمن ما، سَيضغط انهياره الساعات القِياسية البِدائية بِطُرق يمكن اكتشافها ضمن بُنية الكَون الحالي.

قال Xianyu في هذا البيان: “إذا عُثر على نَمط إشارات تُمثل تقلص الكون، سَيؤدي ذلك إلى دَحض نظرية التَضخُم بالكامل“.

قال loeb “هناك العَديد مِن مَجموعات البَيانات الحالية والمُستقبلية التي يُمكن للباحثين تَحليلها للبحث عن تلك العلامات البارزة، أَحدها يَتضمن دِراسات على نِطاق واسع للفضاء كدراسة سلون الرقمية للفضاء Sloan Digital Sky Survey ، والدراسة القادمة عن الطاقة المظلمة Dark Energy Survey، وأيضًا دراسة واسعة المجال لتلسكوب الأشعة تحت الحمراءWide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) أو تلسكوب المسح الإجمالي الكبير Large Synoptic Survey Telescope (LSST) “، وأضاف يمكن أيضًا للعلماء أن يَنظروا إِلى خَلفية أَشعة الميكروويف الكَونية.

قال Loeb: “حَددنا تفاصيل ملحوظة يمكن أن تَستَبعد التَضخُم”، هذا ممكن لحد بعيد أن التضخم حدث بالفعل، ولكن من الجيد دائمًا أن يكون لديك القدرة على مَعرفة ما إِذا كانت الأَفكار الشائعة صَحيحة أيضًا“.

فَصل العُلماء اكتِشافاتهم في الورقة التي تَمت المُوافقة عليها مِن مَجلة رسائل المراجعة الفيزيائية Physical Review Letters، المُتوفرة حاليًا على مَوقعهم الإلكتروني ArXiv.

قد يتم حل لغز بداية الكون قريباً:

بدأ الكون بالانفجار الكبير، ولكن الشرارة التي اشتعل بها ذلك الانفجار ظلت لغزًا كبيرًا منذ فترة طويلة، وحتى الآن.

لكن دراسة نشرتها دورية "ساينس" (Science) أوضحت -على ما يبدو- تلك الآلية؛ إذ تمكَّن باحثون -بالصدفة البحتة- من محاكاة ما حدث في بداية الكون، عبر إحداث انفجار داخل أنبوب اختبار لا تزيد مساحة سطحه على 2،2 بوصة مربعة!

حين تموت النجوم، تترك وراءها إرثًا متفجرًا، يُعرف باسم المستعرات العظمى، التي تفوق في حجمها المجرة المضيفة لها في كثير من الأحيان، وقد أسفر أحد الانفجارات الناجمة عن تلك المستعرات عن وجود كوننا الفسيح.

كان ذلك الانفجار هائلًا؛ إذ يُعَد أكبر انفجار شهده عمر الكون حتى الآن، ومع ذلك، تمكَّن الباحثون في جامعة "سنترال فلوريدا" من محاكاته عن طريق الصدفة.

كان الباحثون يختبرون أنظمة الدفع في المحركات المدمجة بالمركبات الفضائية، والتي يُمكن أن تسير بسرعة تفوق سرعة الصوت.

وكجزء من تلك التجارب، أجرى الباحثون اختبارًا على الطريقة التي تندفع بها ألسنة النيران.

وحين بدأ الباحثون في التعمق في ذلك الاختبار، اكتشفوا مجموعةً من المعايير التي يُمكن أن تدفع اللهب إلى توليد الاضطرابات، والإسراع التلقائي، والانتقال إلى التفجير، ما يعني ببساطة أنهم اكتشفوا الكيفية التي بدأت بها الشرارة نفسها، والتي يُمكن أن تكون النقطة الأولى –والأساسية- في صناعة انفجارات النجوم المستعرة، وحتى الانفجار الكبير الذي بدأ به كوننا.

يمكن ملاحظة الحركة العشوائية للغاز في الوسط البينجمي في جميع مناطق تكوين النجوم.

وينقسم إلى نوعين:

أولهما الاضطراب الأسرع من حركة الصوت، وفيه يجتاح ضغط الغاز الجزيئات الزائدة عن الحد داخله، وينفجر متمددًا للخارج، موفرًا قوة ضغط هائلة، تخلق هياكل ذات كثافة قليلة نسبيًّا، أما ثانيهما فهو الاضطراب الأقل من حركة الصوت، والذي لا يوجد غالبًا في أثناء الانفجارات النجمية.

في مجرة كمجرتنا –درب التبانة- تموت النجوم ذات الكتلة الأكبر من شمسنا بنحو 100 مرة، مُحدِثةً انفجارًا مستعرًا، ويحدث ذلك الأمر كل 50 عامًا تقريبًا.

وفي أثناء وفاة النجم، يبدأ الجرم في الاحتراق، مستهلكًا الأكسجين والكربون، قبل الدخول في عملية تسريع ووضع انتقالي ينتهي بتفجير قوي، وبالرغم من علمنا بوجود التفجيرات؛ إذ نرصدها بتلسكوباتنا، إلا أن هناك دائمًا رابطًا مفقودًا للكيفية التي تنتقل بها النجوم من وضع استهلاك الكربون والأكسجين إلى وضع الانفجار.

في حين تفترض معظم الآليات والنظريات الحديثة التي تُفسر الانفجار الكبير أن الفتيل كان موجودًا في لحظة الانفجار بشكل طبيعي، فإن الآلية التي اكتشفها الباحثون تقول إن هناك "لهبًا سلبيًّا" كلهب الشمعة، تحول إلى لهب نشط "كفتيل القنبلة".

يقول الباحث الرئيسي في تلك الدراسة وهو العالم المصري "كريم أحمد"، في تصريحات لـ"للعلم"، إنهم لاحظوا أن النيران المنبعثة من المحركات "يُمكن أن تتسارع من تلقاء نفسها دون الحاجة إلى زيادة في كمية الوقود"، فبدأوا في التساؤل عن سبب تلك الظاهرة الفريدة.

لتوضيح الأمر بصورة أكثر، يجب فهم مجموعة من التعريفات المهمة في علم الاحتراق، أول تلك التعريفات هو مصطلح التوقد، وهو نوع من أنواع الحريق الذي تنتقل فيه الشعلة بسرعة تفوق سرعة الصوت، وفيه تقل سرعة الحرق عن سرعة الصوت، وتكون سرعة انتشار اللهب أقل من 100 متر في الثانية، أما الضغط فلا يزيد على نصف بار. من أمثلة ذلك النوع من الحريق موقد الغاز، والألعاب النارية، وحرائق الغابات، وحتى البارود في الأسلحة الشخصية الخفيفة. ويتوسع ذلك النوع من الحريق في نمط دائري حال توافُر الوقود، فإذا لم يكن هناك وقود انطفأت النيران وانكمشت.

أما التعريف الثاني فهو التفجير، وفيه يحدث شكل هائل من أشكال الانفجار، تتحرك فيه الشعلة بسرعة أكبر من سرعة الصوت، وبضغط يزيد على 20 بارًا (وحدة قياس للضغط لا تتبع النظام الدولي للوحدات)، يؤدي ذلك إلى إطلاق جزيئات غير مستقرة ذات طاقة عالية تنفصل وتتجمع في أشكال جديدة، ويُعد انفجار "التي إن تي" واحدًا من الأمثلة التي توضح الحريق بالتفجير.

أما التعريف الثالث، فهو حريق التوقد/ التفجير، وفيه تتزايد سرعة اللهب من مرحلة التوقد (سرعتها أقل من سرعة الصوت) إلى مرحلة التفجير (سرعتها أعلى من سرعة الصوت)؛ لتخلق تيارات دوامية اضطرابية، وهو ما حدث تمامًا في الانفجار الكبير الذي شكَّل كوننا"، وفق ما يقوله "أحمد".

تشير الدراسة إلى أن الطاقة التي بدأ بها كوننا تسببت في انفجار من النوع الأول "التوقدي" قاد إلى انفجار من النوع الثاني "التفجيري"، ما أدى إلى تسارُع الكون وتوسُّعه بالصورة التي نعرفها الآن.

يقول "أحمد" –وهو أمريكي من أصل مصري- في تصريحاته لـ"للعلم":

الأمر جاء بالمصادفة حين كنا نستكشف الطريقة التي تندفع بها النيران من المحركات، في محاولة لجعل تلك النيران تُنتج طاقةً أكثر بطريقة أكثر فاعليةً ونظافة، ولا تنطبق تلك الآلية على المحركات فقط، بل على النجوم المستعرة أيضًا. وحين لاحظ الفريق إمكانية تحوُّل جبهة اللهب من التوقد إلى الانفجار أدرك أن ذلك ما جعل الانفجار الكبير كبيرًا.

يضيف "أحمد" أن العمل على تلك الدراسة استغرق أكثر من 5 سنوات كاملة، ولن يساعدنا فهم تلك الآلية على فهم الكيفية التي توسع بها الكون فقط، ولكن سيساهم أيضًا في تطوير محركات ذات طاقة عالية يمكنها توليد كهرباء هائلة، وهو الهدف الأساسي لتلك الدراسة، كما يُمكن أن يساهم أيضًا في تطوير محركات دفع نفاثة ومحركات صاروخية أكثر قوةً وفاعليةً مقارنةً بالمحركات الحالية، ما سيساعد على تقليص مدة الرحلة من نيويورك إلى القاهرة من 11 ساعة إلى 60 دقيقة، وهذا يعني أنني أستطيع العودة إلى الوطن الأم في وقت أقل".

يُذكر أن كريم أحمد، المؤلف الرئيسي للدراسة له جذور مصرية، إذ إن والديه مصريان، وهو حاصل على الدكتوراة في الهندسة الميكانيكية من جامعة بوفالو الأمريكية، وعمل طويلًا في مجال المحركات العسكرية، وهو عضو في الأكاديمية الأمريكية للملاحة والفضاء، علاوة على كونه باحثًا في جامعة سنترال فلوريدا، وعضوًا في هيئة تدريس مركز الأبحاث المتقدمة للطاقة.

الجاذبية الكمومية ونظرية كل شيء:

كيف يمكن لنظرية يتم دمج ميكانيكا الكم مع نظرية النسبية العامة / قوة الجاذبية والبقاء صحيح بمقاييس الطول المجهري؟ ما هي التنبؤات التي يمكن التحقق منها التي تقدمها أي نظرية عن الجاذبية الكمومية؟

الكثير من الصعوبة في ربط هذه النظريات على الإطلاق تأتي مقاييس الطاقة من الافتراضات المختلفة التي تضعها هذه النظريات حول كيفية عمل الكون. نماذج النسبية العامة الجاذبية هي انحناء الزمكان: في شعار جون أرشيبالد ويلر، "الزمكان يخبر المادة كيف تتحرك؛ المادة تخبر الزمكان كيف ينحني." من ناحية أخرى، تُصاغ نظرية المجال الكمومي عادةً في الزمكان المسطح المستخدم في النسبية الخاصة. لم تثبت أي نظرية حتى الآن نجاحها في وصف الحالة العامة حيث تؤثر ديناميات المادة، المصممة بميكانيكا الكم، على انحناء الزمكان. إذا حاول المرء التعامل مع الجاذبية على أنها مجرد مجال كمومي آخر، فإن النظرية الناتجة لن تكون قابلة لإعادة التنظيم. حتى في الحالة الأبسط التي يكون فيها انحناء الزمكان ثابتًا بشكل مسبق، فإن تطوير نظرية المجال الكمومي يصبح أكثر تحديًا رياضياتيًا ، والعديد من الأفكار التي يستخدمها الفيزيائيون في نظرية المجال الكمي على الزمكان المسطح لم تعد قابلة للتطبيق.

تأمل أن تسمح لنا نظرية الجاذبية الكمومية بفهم مشاكل الطاقة العالية جدًا والأبعاد الصغيرة جدًا للفضاء، مثل سلوك الثقوب السوداء، وأصل الكون.

يتسائل العلماء: هل الطريق نحو نظرية كل شيء..هو  الجاذبية الكمومية أو الثقالية؟

مما لا شك فيه أن أهم إنجازين في علم الفيزياء، خلال القرن العشرين، هما اكتشاف نظريتي «النسبية الخاصة والعامة» و«فيزياء الكم»، فقد أصبحت النظريتان فيما بعد بمنزلة العمود الفقري للفيزياء الحديثة.

ويشكل الدمج بين النظريتين التحدي الأكبر لعلماء الفيزياء، والذي إن تحقق سيشكل خطوة عملاقة نحو فهم نظرية كل شيء في هذا الكون البديع.

قبل أن نتكلم عن الصعوبات التي واجهت العلماء لإنجاز الدمج بين هاتين النظريتين، دعونا أولًا نتكلم بشكل مختصر عن كل نظرية منهما على حدة.

لنبدأ بالنظرية النسبية، كانت هناك فكرة تسيطر على المجتمع العلمي، هي وجود ما يسمى بالأثير، الوسط الحامل للموجات الكهرومغناطيسية.

تلك الفكرة دفعت العلماء إيه ميكلسون وإي مورلي لاختبار وجود الأثير عمليًّا عن طريق اختبار تأثر سرعة الضوء بسرعة الأثير المفترض وجوده، إلا أن نتائج التجربة جاءت سلبية. وقد وضعت تلك النتائج العلماء في حيرة من إيجاد التفسير المناسب لها.

فيما بعد نفى أينشتين فكرة وجود الأثير، وتنبأ بأن سرعة الضوء هي السرعة القصوى، وهي غير متغيرة في هذا الكون، ليبني بذلك النظرية «النسبية الخاصة».

ذلك الفرض المتعلق باعتبار سرعة الضوء سرعةً قصوى وضع أينشتين في تحدٍّ أمام نظرية «نيوتن للجاذبية»، والتي تنتقل الجاذبية فيها انتقالًا آنيًّا، فيما يتعارض مع فرضية أينشتين بخصوص سرعة الضوء التي تعتبر أقصى سرعة في الكون.

دفع ذلك أينشتين لوضع افتراض يقول بأن الجاذبية أيضًا تنتشر بسرعة قصوى تساوي سرعة الضوء، لكن أصبح الثمن لهذا الافتراض هو القبول بانحناء الزمان والمكان نتيجة انتشار قوى الجاذبية في الفراغ، وقد أصبح هذا المنطلق الأساسي لصياغة نظرية النسبية العامة.

واعتبر أينشتين أن الزمان والمكان ليسا شيئًا مسطحًا كما يُعتقد، وإنما هما نسيج واحد ينحني بفعل توزيع الكتلة والطاقة بداخله.

والأمر أشبه بغشاء مرن من المطاط منبسط في جميع الاتجاهات، لكن بمجرد وضع كرة معدنية ثقيلة الوزن عليه يتقوس تحت تأثير ثقل هذه الكرة، ويكون التقوس أكبر ما يمكن بجوار الكرة، ويقل تدريجيًّا كلما بعدنا عنها، وهو مؤقت؛ إذ يزول بمجرد رفع الكرة.

ويبقى سؤال مهم.. ماذا لو تحركت كرة أخرى أصغر في الحجم والثقل في اتجاه الكرة الكبيرة بحيث تدخل في نطاق التقوس؟

بطبيعة الحال ستسقط فيه، ولكن الأمر يختلف لو أن الكرة الصغيرة تحركت بسرعة كافية تمنعها عن السقوط في التقوس؛ إذ سوف تدور في محيط هذا التقوس دون السقوط فيه.

ويطلق على نطاق التقوس مجال الكرة الكبيرة، وهو ما يحدث حال تحرك كواكب مجموعتنا الشمسية في مجال نجم الشمس بسرعة تمنع انجذابها الكامل للشمس لكنها تظل تدور حولها في مدار محدد؛ فالشمس ذات الثقل الكبير تؤدي لتقوس الفضاء (نسيج الزمكان)؛ وهو ما يجعل الكواكب الأصغر في الكتلة التي تتحرك بالقرب منها تنجذب إليها.

وبناء على ما سبق، فإن الأشعة الضوئية تسير في خطوط مستقيمة إذا كان الفضاء خاليًا من المادة، بينما يتعرض مسارها للانحناء والتقوس في حال صادفت جسمًا ذا كتلة كبيرة كالشمس مثلًا.

تلك النتائج كانت هي الحد الفاصل بين فهم نيوتن للزمان والمكان وفهم أينشتين لهما.

والآن، نأتي للنظرية الأخرى وهي نظرية الكم، والتي تُعَد ثورة علمية قادها مجموعة من العلماء الشباب أمثال هيزنبيرج وديراك وبوهر وباولي وغيرهم من أفذاذ التاريخ البشري.

تتعلق فيزياء الكم بفهم عالم الفيزياء على المسافات الضئيلة الذرية وما دونها.

ويرتكز جوهر فيزياء الكم علي أساس مبدأ فيزيائي شهير يُعرف بمبدأ «عدم التأكد». ولفهم ذلك المبدأ علينا أن نفهم فلسفة الفيزياء أو ما يُعرف بالفيزياء الكلاسيكية قبل ظهور فيزياء الكم.

ومن جانبها، ترتكز فلسفة الفيزياء الكلاسيكية حول دراسة معادلة حركة حتمية للنظام الفيزيائي، تلك المعادلة يمكنها إخبارنا بصورة حتمية عن ماضي النظام الفيزيائي وحاضره ومستقبله. ومثال على ذلك معادلات الحركة لنيوتن، أو معادلات أينشتين لمجال الجاذبية، وغيرها من المعادلات الكلاسيكية.

فعندما وجد العلماء أن هذه المعادلات الكلاسيكية لا تستطيع تفسير فيزياء المسافات الضئيلة تم اقتراح مبادئ فيزياء الكم، التي تستند في الأساس إلى مبدأ عدم التأكد، وهو ما يعني إنشاء ميكانيكا لما نراه نحن من الطبيعة، وليس ما تقوم به الطبيعة بالفعل.

ولذلك تقدم ميكانيكا الكم معادلات من نوع جديد يؤدي راصد النظام الفيزيائي دورًا فيها. ويعني ذلك أن مبدأ الحتمية الذي كان يزين الفيزياء الكلاسيكية تم التخلي عنه بالكامل في الفيزياء الكمية.

هنا تأتي المعضلة، وهي الدمج ما بين النسبية العامة -وهي نظرية في الأساس تستند إلى مبدأ الحتمية الكلاسيكي- ونظرية الكم -التي يكمن جوهرها في مبدأ عدم التأكد وعدم الحتمية.

ما قبل البداية الانفجار العظيم:

على الرغم من أن هذا يبدو رائعًا، إلا أن النماذج الأولية لمفهوم الكون الدوري او المتذبذب واجهت صعوبة في مطابقة نتائج الملاحظات وعمليات الرصد والمراقبة التي تم إجراؤها – وهذا عائق رئيسي عندما نتحدث عن خلق العلوم والقيام بها بطريقة منهجية وليس فقط إخبار القصص مع الأصدقاء بجانب نار التخييم.

إن العائق الرئيسي هو عملية التوفيق مع ملاحظاتنا حول إشعاع الخلفية الكونية الميكروي: بقايا من الضوء عندما كان عمر الكون 380،000 سنة فقط. ولأننا لا نستطيع أن نرى ما قبل هذا الجدار الضوئي، فإننا إذا بدأنا العبث نظرياً بفيزياء الكون الوليد، أي الكون في مراحله الأولى، فنحن نؤثر على نمط ضوء الشفق الذي تولد بعد الانفجار العظيم.

وبناءً على ذلك، يبدو أن الكون الدوري كان فكرة أنيقة ولكنها غير صحيحة.

لكن فكرة الكون الملتهب ekpyrotic universe ظلت مشتعلة على مر السنين، وقد استكشفت ورقة نشرت في يناير في قاعدة بيانات arXiv بعض المشاكل الرياضياتية والفرص الضائعة سابقًا. اكتشف الفيزيائيون، روبرت براندنبرغر وزيوي وانغ من جامعة ماكجيل في كندا McGill university، أنه في لحظة «الارتداد»، عندما يتقلص كوننا إلى نقطة صغيرة بشكل هائل ومن ثم يعود إلى حالة الانفجار العظيم، فمن الممكن ترتيب كل شيء للحصول على نتائج رصدية مختبرة وتكون مناسبة.

بكلمات أخرى، قد تسمح الفيزياء المعقدة لهذه الحقبة الحاسمة (والتي نعترف أننا بالكاد نفهمها) إلى تغيير رؤيتنا جذريًا للكون والوصول إلى رؤية منقحة حول المكان والزمان الذي نوجد فيه في الكون.

ولكن لاختبار هذا النموذج بالكامل، سيتعين علينا الانتظار لجيل جديد من التجارب في علم الكونيات، لذلك دعونا ننتظر قبل الاحتفال بنموذج الكون الملتهب ekpyrotic universe.

اقتَرحَ الباحثون البَحث عن تأثير الجُسيمات التي تتذبذب بانتظام كالساعة؛ لمَعرِفة إذا ما كان هناك كون قَبل الانفِجار العَظيم، وفهم كيفية تَطوره بعد نُشوئه.

النَظرة السائدة حاليًا في علم الكَونِيات أنَّ الكون شَهِد في اللحَظات الأولى انفِجارًا هائلًا من التوسع، وهو ما يُعرف بالتَضخُم “inflation” أو التوسع المُتسارع الموجز، وفي أثناء التوسع المُفاجئ تَوسع الفَضاء بِسُرعة تفوق سُرعة الضوء.

يُمكن للتَضخم أَن يُساعد في حل العَديد مِن الأَلغاز عن بُنية الكون وتطوره، على سبيل المِثال يُمكن للتَضخُم أن يسوي تركيب الكَون (يخفض الاختلافات فيه)، مُوضحًا لماذا يَبدو الكَون تقريبًا متشابهًا في الاتِجاهات كافة.

قال آڤي لوب Avi Loeb وهو مُؤلف مُشارك في هذه الدراسة وأُستاذ عِلم الفلك في جامعة هارفرد: “مع ذلك فإنَّ مُنتقدي نَظرية التَضخُم في عِلم الكَونيات يجادلون في أَنَّها تَحتاج إلى ظُروف بِداية غير مرجحة للكَون، يحتاج التوسع المتسارع (التضخم) إلى نماذج مصطنعة بكثرة من أَجل شَرح آخر البَيانات لخَلفِية إشعاع الخلفية الميكروية الكوني (cosmic microwave background radiation) التي تُعد أَقدم ضَوء في الكَون“.

قال لوب لموقع space.com: “  لقَد تم استِبعاد النَموذج الأكثر طبيعية ومعقولية للتَضخُم، وهناك نظرية مرنة جدًا للتَضخُم بإِمكانها التكيف مع أي سيناريو، فيَكون كُل شيء مُمكن، تبدو مقلقة قليلًا؛ فقوة النَظرية العِلمية هي أنه بإِمكانها التَنَبؤ بمُخرجات مُعينة واستِبعاد أُخرى“.

وقال لوب: “طَوَّر العُلماء نَماذِج كَونية أُخرى مُختلِفة جدًا، فقد تَتَمكن من حلِّ ألغاز الكَون نفسه التي حلَّها نموذج التَضخُم، على سَبيل المثال التضخم يفترض أنَّ الكون ابتدأ نقطة متفردة وهي نُقطة ذات كَثافة لا نِهائية من المادة والطاقة، نظريًا المتفردات تحني نسيج الفَضاء والوقت إلى ما لا نهاية، ولا شيء مَوجود قبل الانفِجار العَظيم حتى الوقت، ومَع ذلك هُناك نَموذج كَوني آخر يُشير إلى أنَّ الكَون ولد من “الارتِداد الكبير” Big Bounce وتَوسع للخارج بعد انهِيار كَون بِدائي في السابق، وفي نموذج التضخم فإنَّ هذا النَموذج باستِطاعته أن يَشرح لماذا يبدو الكون بهذه الطريقة.

الآن لاتِخاذ القرار بين التَضخُم والمقتَرحات الأُخرى اقتَرح Loeb وزُملاؤه عمل فحص لرُؤية إذا ما كانوا جزئيًا على خطأ.

قال Loeb: “ يُحرز العِلم تَقدُمًا مع الأَدلة، ليس بالاعتِقادات والتَكهُنات لذلك نُريد أن نَجد أدلة لنُقنِع أَنفُسنا بأنَّ سيناريو أو آخر هو ما حصل“.

قال تشونغ تشى شيانيو Zhong-Zhi Xianyu وهو مُؤلف مُشارك في هذه الدراسة في جامعة هارفرد، في تصريح له: “المِفتاح لهذا الاختبار هو كيف يُمكن للكَون أَن يَتصرف في هذه النَماذج الكَونية المُختلفة، يُشير التَضخُم إلى أنَّ الكَون يَتَوسع بتضاعُف مُستَمر، بينما يفترض الارتداد الكبير أنَّ كونًا بدائيًا تَقلص ثُم تَوسع كَوننا الحالي، اقتَرحت بَعض النَماذج بِأنَّ أي تَغيُّر في الحَجم حدث بِشكل بَطيء، بَينما اقتَرح آخَرون أَنَّه يحدث بسرعة بالغة”.

إذا كان كَون بِدائي قد وُجد قَبل كَوننا الحالي، فيقترح فهمنا الحالي للفيزياء أنه كان مِن المُمكن للجُسيمات الضخمة أن تَكون مَوجودة وأن تَكون قد تذبذبت على تَردد مُنتظم مشابه لتَأرجح بندول الساعة ذهابًا وإيابًا، وتَقلبات هذه “الساعات القِياسية البدائية” كانت لتنتج مِن شذوذات (irregularities) صغيرة في كَثافة المادة من قياسات صغيرة جدًا يُمكن أن تُصبح اللبنات الأساسية للبنى في المقياس الكوني في كوننا بعد التمدد.

قال شينغانغ تشن Xingang Chen المُؤلف الرئيسي للدَراسة في جامعة هارفرد في تصريح له:

“إذا تَخيلنا المَعلومات التي تَعرفنا عليها إلى الآن عما حدث قبل الانفِجار العظيم في قائمة من الإطارات(الصور) المكوِّنة لفيديو، فتُخبرنا الساعة المعيارية كيف يمكن تشغيل تلك الصور“.

إذا وُجِد كَون بدائي منذ زمن ما، سَيضغط انهياره الساعات القِياسية البِدائية بِطُرق يمكن اكتشافها ضمن بُنية الكَون الحالي.

قال Xianyu في هذا البيان: “إذا عُثر على نَمط إشارات تُمثل تقلص الكون، سَيؤدي ذلك إلى دَحض نظرية التَضخُم بالكامل“.

قال loeb “هناك العَديد مِن مَجموعات البَيانات الحالية والمُستقبلية التي يُمكن للباحثين تَحليلها للبحث عن تلك العلامات البارزة، أَحدها يَتضمن دِراسات على نِطاق واسع للفضاء كدراسة سلون الرقمية للفضاء Sloan Digital Sky Survey ، والدراسة القادمة عن الطاقة المظلمة Dark Energy Survey، وأيضًا دراسة واسعة المجال لتلسكوب الأشعة تحت الحمراءWide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) أو تلسكوب المسح الإجمالي الكبير Large Synoptic Survey Telescope (LSST) “، وأضاف يمكن أيضًا للعلماء أن يَنظروا إِلى خَلفية أَشعة الميكروويف الكَونية.

قال Loeb: “حَددنا تفاصيل ملحوظة يمكن أن تَستَبعد التَضخُم”، هذا ممكن لحد بعيد أن التضخم حدث بالفعل، ولكن من الجيد دائمًا أن يكون لديك القدرة على مَعرفة ما إِذا كانت الأَفكار الشائعة صَحيحة أيضًا“.

فَصل العُلماء اكتِشافاتهم في الورقة التي تَمت المُوافقة عليها مِن مَجلة رسائل المراجعة الفيزيائية Physical Review Letters، المُتوفرة حاليًا على مَوقعهم الإلكتروني ArXiv.

بدأ الكون بالانفجار الكبير، ولكن الشرارة التي اشتعل بها ذلك الانفجار ظلت لغزًا كبيرًا منذ فترة طويلة، وحتى الآن. يتبع.

 

د. جواد بشارة

 

 

عزالدين مزوزتهتم الفيزياء بدراسة الظواهر الطبيعية، كدرجة الحرارة وحركة الأجسام الصغيرة والأجرام السماوية، والتفاعلات الذرية بين الجزيئات إلى غير ذلك من الظواهر، وكل ظاهرة طبيعية رُبطت بمجموعة من المقادير حتى نتمكن من تفسيرها ونتمكن بالإحاطة بكل تفاصيلها ولكي أيضا نتمكن من تكمميمها وقياسها باستعمال أجهزة خاصة بها، فدرجة الحرارة رُبطت بــ: المقدار الفيزيائي t وهو كمية تُعبر عن الحرارة وتقاس بالمحرار، وكذلك الطاقة الحرارية E، وحركة جسم أُلحقت به مجموعة من المقادير الفيزيائية ككتلة الجسمm وسرعته v وتسارعه γ ومدة الحركة T إلى غير ذلك من المقادير.

وقسًم العلماء المقادير الفيزيائية إلى سبعة مقادير أساسية وذلك وفقا للمرسوم 501_61 الصادر بتاريخ 3ماي 1961 والمتعلق بوحدات القياس ومراقبة أجهزة القياس:

المقادير الأساسية

الطول L ووحدته المتر (m)

الكتلة M ووحدتها (Kg)

التيار الكهربائيI ووحدته(A)

درجة الحرارة θووحدتها (كلفن(K°

كمية المادةN ووحدتها (mole)

وشدة الضوء Jوتُقاس بــــ: (candela)

الزمن T ووحدته (seconde)

وكل بقية المقادير الفيزيائية كالسرعة والتسارع والقوة والطاقة إلى غير ذلك فهي مشتقة من المقادير الأساسية، فمثلا السرعة تساوي المسافة على الزمن V=L/T فالسرعة اشتُقت من المسافة والزمن وهما أساسيان، نفس الشيء بالنسبة لجميع بقية المقادير الأخرى.

كل المقادير الست الأولى عدا الزمن، يمكن ملامستها أو رؤِيتها أو الإحساس بها عن طريق حواسنا المعروفة، إلا الزمن فلا يمكن أن نراه ولا يمكن أن نحس به بواسطة حواسنا المختلفة غير أنه موجود ويمكن قياسه بعدة طرق كاستعمال الظل، الشمعة، الساعة الرملية، الساعة المائية، الساعة الميكانيكية، الساعة الإلكترونية، النواس، النجوم....الخ، والزمن هو المقدار الفيزيائي الوحيد الذي تشترك فيه كل الاختصاصات من العلوم سواء علوم تجريبية أو ادبية وحتى الفنية مثل الموسيقى.

لم يستطع العلماء إعطاء تعريف دقيق للزمن، فمن بين التعريفات التي وجدتها تقول أن الزمن هو ترتيب لأحداث متتالية تقع بالنسبة لمعظم الناس وتشترك فيها، أما تعريفي للزمن فهو عبارة عن لوحات من الأحداث تتعاقب كتساقط قطع الدومينو المصفوفة في شكل فني بديع، فاللحظة التي تمر لن تعود كذلك قطعة الدومنو التي تسقط لن تقوم، كما يمكن القول أن الزمن هو مجموعة من الأحداث التي تتوالى وتتعاقب ثانية وراء الثانية كأنها طلقات رشاش، رصاصة تلو رصاصة.

تمكن العلماء لحد الآن من تعريف وحدة قياس الزمن الثانية، وسأكتب التعريف باللغتين الفرنسية والإنكليزية:

la seconde est la durée de 9192631770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfin de l'état fondamental de l'atome de césium 133.(Fr)

The second has been defined as the duration of 9192631770periods of the radiation corresponding to the transition between the two hyperfine levels of the ground state of the caesium 133 atom.(En)

ولما كان موضوعنا هو الزمن وليس وحدة قياسه، لذلك لم أكلف نفسي عناء الترجمة إلى العربية حفاظا على أصلية التعريف.

إن الزمن لم يكن موجودا قبل خلق الكون، فهو مخلوق كبقية الخلق وهذا مصداقا لقوله تعالى: " إِنَّ عِدَّةَ الشُّهُورِ عِندَ اللَّهِ اثْنَا عَشَرَ شَهْرًا فِي كِتَابِ اللَّهِ يَوْمَ خَلَقَ السَّمَاوَاتِ وَالْأَرْضَ مِنْهَا أَرْبَعَةٌ حُرُمٌ "، فالزمن مرتبط بالكون وهو ينعدم وينتهي مع نهاية الكون، إن بداية الزمن بدأ مع الإنفجار العظيم، لأن الزمن مرتبط بالحركة ( حركة المجرات والكواكب وتشكلها)، فالكون كان نقطة مادية غاية في الصغر جد ساخنة وجد كثيفة ثم انفجرت، ومعها بدأ الزمن وبداية الكون(t=0) ، وللعلم فإن كلمة الزمن لم تُذكر في القرآن الكريم ولم ترد هذه الكلمة بتاتا.

إن الزمن بعد أساسي في عالمنا الذي نعيش فيه أي في هذا الفضاء والكون كالأبعاد الأخرى والتي هي الطول والعرض والارتفاع، ويسمى أيضا بالبعد الرابع، إلا أن هذا البعد وهمي لا يمكن رِؤيته، فلتعلم أنه إذاضللت طريقك في الأبعاد الثلاثة فستحدد موقعك ويمكنك العودة إلى مكانك بطريقة بسيطة، أما إذا ضللت طريقك في الزمان فلن تعود أبدا. فنحن نتحرك على محور هذا البعد في اتجاه واحد نحو الاتجاه الموجب منه وبسرعة لا نعرف قيمتها، أي هل الزمن يتباطئ أو أم أننا نسير بسرعة ثابتة نريد معرفة قيمة تغير الزمن، وكأننا نسير على قارب فوق نهر يجري، ولا يمكننا أن نتحرك في الاتجاه العكسي لمحور الزمن (الرجوع إلى الوراء) لأنه لم يحدث أن سافر أي شخص إلى الماضي، كما لا يمكن أن نسارع في تحركنا لنتصل بالمستقبل (السفر إلى المستقبل) فلم يحدث أن جاءنا أحد بأخبار من المستقبل لأن هذا من الغيبيات، ولا يعلم الغيب إلا الله، فلولا الزمان لما كان الوجود ولا يمكن أن تكون الحياة في هذا الكون بدونه.

وهناك نظريات تجعل منالزمن بعدا يمكننا التحكم فيه نظريا والسفر فيه سواء نحو الماضي أو نحو المستقبل. فهي تنص على أن الإنسان لو استطاع أن يخترع مركبة تسير بسرعة تقترب من سرعة الضوء (وهذا عمليا من المستحيلات على الأقل في الوقت الحالي) فإن الزمن سيتقلص أي يتباطئ ، وعليه نصل إلى المستقبل بسهولة، وهناك عائق آخر وهو أنه لو فرضنا أننا تمكنا من اختراع مركبة فائقة السرعة فإن كتلتها وكتلة مافيها عندما تسير بسرعة الضوء ستصبح طاقة (كتلة نارية) وذلك وفقا لنظرية انشتاينE=mc²

الزمن في التاريخ

فنظرة العصور القديمة للزمان تختلف من عهد إلى آخر، فالإغريق يعتقدون أن الزمان ينجب الكائنات ثم يقضي عليها، وكان العرب في العصر الجاهلي يعتقدون أن للزمان قوة قاهرة تهيمن على الحياة، وتهلك الناس، كما جاء في القرآن الكريم: " وقالوا ما هي إلا حياتنا الدنيا نموت ونحيا وما يهلكنا إلا الدهر وما لهم من علم إن هم إلا يظنون. " الجاثية (24)، كما أن العرب أطلقوا على المصائب " بنات الدهر "وكأن الدهر هو الذي يأتي بالمصائب!.

أقسام الزمن

الزمن الطبيعي.

الزمن البيولوجي.

الزمن النفسي (السيكولوجي).

الزمن في الإسلام

أما الإسلام فقسم الزمن إلى مرحلتين، زمن دنيوي متغير مرتبط بحركة الكون ونهاية الكون وبقيام الساعة ينتهي، وزمن أخروي ثابت لا يتغير لأن الأخرة ليس فيها متغيرات، واقصد هنا أن الزمن ثابت أو لا وجود له بتاتا وهذا مصداقا لقوله تعالى " قيل ادخلوا أبواب جهنم خالدين فيها" وقال أيضا " وَالَّذِينَ آمَنُوا وَعَمِلُوا الصَّالِحَاتِ سَنُدْخِلُهُمْ جَنَّاتٍ تَجْرِي مِن تَحْتِهَا الْأَنْهَارُ خَالِدِينَ فِيهَا أَبَدًا وَعْدَ اللَّهِ حَقًّا ۚ وَمَنْ أَصْدَقُ مِنَ اللَّهِ قِيلًا " فالخلود هو عدم الموت والبقاء على نفس النمط إما جنة أو نار، وتكون أعمار أهل الجنة ثابتة كما جاء في الحديث حَدَّثَنَا أَبُو هُرَيْرَةَ مُحَمَّدُ بْنُ فِرَاسٍ الْبَصْرِيُّ ، حَدَّثَنَا أَبُو دَاوُدَ ، حَدَّثَنَا عِمْرَانُ أَبُو الْعَوَّامِ ، عَنْ قَتَادَةَ ، عَنْ شَهْرِ بْنِ حَوْشَبٍ ، عَنْ عَبْدِ الرَّحْمَنِ بْنِ غَنْمٍ ، عَنْ مُعَاذِ بْنِ جَبَلٍ ، أَنّ النَّبِيَّ صَلَّى اللَّهُ عَلَيْهِ وَسَلَّمَ قَالَ: " يَدْخُلُ أَهْلُ الْجَنَّةِ، الْجَنَّةَ جُرْدًا مُرْدًا مُكَحَّلِينَ أَبْنَاءَ ثَلَاثِينَ أَوْ ثَلَاثٍ وَثَلَاثِينَ سَنَةً.

أسماء الزمن في القرآن (1)

كما قلت أعلاه، لم ترد كلمة الزمن بتاتا في القرآن الكريم، ولكن وجدنا له في القرآن مرادفات كثيرة وهي:

أبد، أحقابا، الدهر، العصر: وتسمى بأسماء الزمن الممتد.

أجل، أمد، أمة، ساعة، مدة، وقت، ميقات، موعد، ميعاد: وتسمى بأسماء الزمن المحدود.

حول، سنة، عام، شهر، يوم: وتسمى بأسماء السنة وأجزائها.

شتاء، صيف. (لم يذكر في القرآن الربيع والخريف): وتسمى بأسماء فصول السنة.

امس، اليوم، غد: وتسمى بأسماء اليوم الزمنية.

جمعة ، سبت. (لم يذكر بقية الإيام): وتسمى بأسماء أيام الأسبوع.

أصيل، إبكار، بكرة، سحر، إشراق، شفق، إصباح، صبح، صريم، ضحى، ظهيرة، عشاء، عشي، غداة، غدو، غسق، الفجر، فلق، ليل، نهار: وتسمى بأسماء أجزاء اليوم.

آناء، زلف: وتسمى بأسماء أجزاء الليل.

آنفا ، الآن: وتسمى بأسماء الزمن المقالب والزمن المصاحب للحدث.

تارة، أطوارا: وتسمى بأسماء الزمن المتجدد.

العمر، معاش: وتسمى بأسماء العمر الحياتية.

عدة، قروء: وتسمى بأسماء الزمن الخاصة بالمرأة.

أيان، بضع، كلما، لما، متى، كم: وتسمى بأسماء الزمن الظرفية الشرطية والاستفهامية.

إذ، بضع، بعد، بعض، بين قبل، كل، مع: وتسمى بأسماء الظروفالمتزامنة لإضافتها إلى ما بعدها.

في الأخير يبقى الزمن المقدار الفيزيائي مبهما رغم محاولات كثير من العلماء طرح عدة تفسيرات وتحليلات، والزمن مرتبط بالحياة بل هو الحياة فمن انتهى زمنه مات، فالكائنات الحية من إنسان وحيوان ونبات تسير في حياتها وفق إيقاع زمني منتظم فيما يعرف " بالزمن البيولوجي " فالقرآن الكريم تناول موضوع الزمن ببراعة تامة فهو يجمع بين الأسلوب العلمي الدقيق والأدبي الرقيق، فمثلا لم يرد من أسماء أيام الأسبوع في القرآن الكريم الا يومان فقط هما: (السبت والجمعة)، وكلاهما له علاقة وطيدة بالانتماء الديني، فالسبت ارتبط بتاريخ اليهودية كما ارتبط الجمعة بتاريخ الإسلام، وارتبط أيضا الزمن بالمواسم الدينية والأحكام الشرعية كموسم الحج والصوم والإرضاع...الخ. وفي الختام اسمح لنفسي بأن أدلو بدلوي لأقول أن الزمن مرتبط بالقمر، واستشهد بهذه الآية الكريمة التي يقول فيها المولى عز وجل: " هُوَ الَّذِي جَعَلَ الشَّمْسَ ضِيَاء وَالْقَمَرَ نُوراً وَقَدَّرَهُ مَنَازِلَ لِتَعْلَمُواْ عَدَدَ السِّنِينَ وَالْحِسَابَ مَا خَلَقَ اللّهُ ذَلِكَ إِلاَّ بِالْحَقِّ يُفَصِّلُ الآيَاتِ لِقَوْمٍ يَعْلَمُونَ "يونس5، وقال الله تعالى أيضا "والقمر قدرناه منازل حتى عاد كالعرجون "يس39، وفي النهاية أقول أن اليوم في الإسلام يبدأ مع مغرب الشمس وليس كما هو معمول به وهو بداية اليوم تكون عند منتصف الليل، فمثلا تحديد دخولوبداية أول يوم من شهر رمضان وبداية أول يوم من شهر شوال تكون مع رؤية هلال رمضان أو هلال شوال والذي يُرصد مع وقتالمغرب، وهذا دليل آخر على ما قلته بأن الزمن مرتبط بالقمر، فأقول للفيزيائيين إن أرادوا أن يجعلوا الزمن ثابتا لا يتغير فعليهم بتغييب القمر من الوجود.

 

الدكتور: عزالدين مزوز

قسم الفيزياء - جامعة باتنة1

..........................

1- أسماء الزمن في القرآن دراسة دلالية، محمود يوسف عبد القادر عوض

 

 

جواد بشارةإعداد وترجمة: د. جواد بشارة

العالم المعجزة ألبرت أينشتاين اكتشف صورة الكون المرئي نظرياً لكنه لم  يستطع رسمها عملياً، هذا العالم اللامع المولود في ألمانيا في مارس 1879 وتوفي في الولايات المتحدة عام 1955 ألبرت أينشتاين، زعزعت نظريته الأساسية للنسبية المفهوم البشري للزمان والمكان والكون. لكن علماء آخرين سارو على خطه وطوروا إنجازاته ومنهم أوليفييه مينازولي عالم فيزياء فلكية نسبية، والعضو في مختبر أرتميس في مرصد كوت دازور، والمنخرط جدًا في اكتشاف موجات الجاذبية. الذي اقترح مؤخرًا نظرية جديدة للجاذبية، تسمى النسبية المتشابكة، حيث تتبع المسار الذي اتخذه ألبرت أينشتاين بالفعل مع ما يسمى مبدأ ماخ. قرر موقع المستقبل، الذي أجرى بالفعل عدة مقابلات مع الباحث بمناسبة الاكتشافات التي تم إجراؤها باستخدام موجات الجاذبية، تقديم هذه تلخيص لهذه النظرية . غالبًا ما يفسر أن نتاج أينشتاين كان مستوحى مما أسماه هو نفسه مبدأ ماخ لاكتشاف نظرية النسبية العامة ولإنشاء النموذج الأول لعلم الكونيات النسبي في عام 1917. في المقال الذي نشره حول هذا الموضوع في ذلك العام، أدخل أينشتاين في معادلات نظريته النسبية في الجاذبية ثابتًا، وهو الثابت الكوني الشهير. سيكون هناك الكثير لنقوله عن الأسباب الدقيقة التي دفعت أينشتاين لإدخال هذا الثابت، كان لابد من إدخال الثابت الكوني Λ، الذي يمكن تفسير أصله بطرق مختلفة، ولكن على وجه الخصوص من أجل تلبية مبدأ ماخ، كما كتب آينشتاين لاحقًا، ولكن ما هو مبدأ ماخ في الواقع؟ عادة، يتم تقديمه على النحو التالي، كما يتضح من مقاطع من مقدمات مشهورة لمبادئ علم الكونيات النسبية لمبادئ علم الكونيات والجاذبية لمايكل بيري، ومقدمة في علم الكونيات بقلم جايانت نارليكار. منذ حوالي أربعة قرون، لتفسير حقيقة أن التجارب على الأرض لا يبدو أنها تظهر الحركة الدوارة للأرض حول الشمس ويمكن القول أيضًا أنها تساعد في تفسير الحركات الظاهرة للكواكب في الإطار المرجعي المرتبط بالشمس ودوران الأرض حولها كباقي الكواكب الأخرى، تحت نموذج مركزية الشمس لكوبرنيكوس، الأمر الذي قاد غاليليو إلى افتراض أن قوانين الميكانيكا هي نفسها لجميع المراقبين المتحركين الذين يمكن اعتبارهم تقريبًا على نحو ممتازًا مثل خط مستقيم وموحد. لذلك كانت السرعات مرتبطة بمراقب معين ويمكننا ببساطة صياغة مبدأ القصور الذاتي، وهو أساس الميكانيكا. هذه قصة مبدأ النسبية! كان غاليليو هو من وضع أساساته في بداية القرن السابع عشر قبل أن يضعه نيوتن، بعد بضعة عقود، كما إنه أحد المبادئ الأساسية الثلاثة للميكانيكا الكلاسيكية، بافتراض أن نفس القوانين الفيزيائية تنطبق على شيء ما، سواء أكان أم لا متحركاً في الفضاء. بعد فترة وجيزة من الشك في النصف الثاني من القرن التاسع عشر، كان ألبرت أينشتاين أخيرًا هو الذي أعاد للفيزياء كل نبلها في بداية القرن التالي، من خلال نظرية النسبية الخاصة وطور  ... مبادئ الجمود والنسبية، وأسس الفيزياء ولكن، كما كان نيوتن سيوضح ذلك، إذا بدت السرعة نسبية وفقًا لمبدأ غاليليو للثبات لقوانين الميكانيكا، فإن التسارع يبدو بالفعل مطلقًا والتجارب الميكانيكية جعلت من الممكن إظهار ما إذا أننا كنا في إطار مرجعي متسارع، أم لا، وبالتالي لاكتشاف حركة الأرض حتى تحت السماء الملبدة بالغيوم التي لا تظهر حركات النجوم والشمس، وهو ما سيوضحه فوكو بتجربته الشهيرة مع البندول. أوضح نيوتن أيضًا أنه عندما يدور المرء دلوًا من الماء، فإن قوة الطرد المركزي التي تشوه سطحه لإعطائه شكل مكافئ تُظهر بوضوح الطابع المطلق للتسارع، وهو التسارع الذي يشير إلى وجود نقطة مرجعية مطلقة من خلالها يمكن أن تعطي قيمة مطلقة متساوية لقوة التسارع الطاردة المركزية، أي الفضاء نفسه. لم يقتنع عالم الرياضيات والفيلسوف الألماني جوتفريد ليبنيز في زمن نيوتن ولا لاحقًا في النصف الثاني من القرن التاسع عشر الفيزيائي والفيلسوف النمساوي إرنست ماخ بذلك. فقد وجدوا فكرة 'مساحة فارغة تمامًا لأنه كيف يمكن للمرء أن يرتبط بها حقًا بحركة، على عكس ما يوفر جسمًا ماديًا، على سبيل المثال سطح الأرض. رسم ماخ حلاً لجعل معادلات الميكانيكا ثابتة لجميع الأطر المرجعية، معجلة أم لا، وبالتالي لجعل التسارع نسبيًا مثل السرعة. إذا أخذنا تجربة دلو الماء لنيوتن، فإن ما يجب مراعاته وفقًا لماخ، هو أولاً أن الماء يتحرك بالنسبة للنجوم على مسافات طويلة في الكون. يمكن ملاحظته وخاصة أن هذه النجوم تمارس قوة على الماء في حالة تحرك جزء من المادة مبتعدًا عن بعض نجومه ليقترب من البعض الآخر. مجموعة القوى التي تمارس، على سبيل المثال، من قشرة كروية من النجوم تجتذب في جميع الاتجاهات ستنتج بعد ذلك قوة القصور الذاتي لهذا الجزء من المادة واستمرارها في حركة مستقيمة وموحدة في غياب مصدر قريب وأكثر كثافة، ويمتلك القوة، على سبيل المثال الأرض. يمكن للمرء أن يحصل على تفسير لقصور الجسم، وجزيئات المادة المكونة له، وهذا يعني ميله إلى الاستمرار في حالة من الراحة والسكون أو الحركة المستقيمة المنتظمة في غياب القوى (بصرف النظر عن مجموع قوى الجاذبية التي تمارسها النجوم والتوزيعات الأخرى للمادة في جميع أنحاء الكون المرئي. وفقًا لماخ، إذا أزلنا جميع النجوم وبشكل عام جميع الأجسام المادية باستثناء دلو نيوتن الدوار، فإن قوى القصور الذاتي وبالتالي قوة الطرد المركزي، وحتى كتلة الماء، ستختفي. لذلك سيكون من المستحيل إثبات دوران الدلو على نفسه ليس فقط من خلال تجربة ميكانيكية ولكن أيضًا لأنه لن يكون لدينا أي شيء لمراقبة الحركة، مثل حركة النجوم الموجودة في القبو السماوي إذا استبدلنا دلو نيوتن بالكرة الأرضية المعزولة والفريدة في الفضاء ومعنا نحن على سطحها. هناك طريقة أخرى لتقديم الفكرة التي اقترحها ماخ وهي أن نقول إنه من حيث المبدأ لا توجد تجربة تسمح لنا بالقول ما إذا كانت الأرض تدور بالنسبة لقشرة من النجوم أو المجرات الثابتة تمامًا أو ما إذا كانت الأرض ثابتة وقشرة المادة هي التي تدور حولها لأنه في كلتا الحالتين، تأتي القوى الموجودة من كل مادة في الكون فيما يتعلق بما يسمى قوى القصور الذاتي فيما يتعلق بالمادة الموهوبة بالكتلة. ها هي قصة مبدأ القصور الذاتي! صاغه غاليليو لأول مرة في القرن السابع عشر، وهو يشكل أحد المبادئ الأساسية الثلاثة لميكانيكا نيوتن. بعد ثلاثة قرون، كان هذا المبدأ هو أصل الثورة المفاهيمية التي أدخلها ألبرت أينشتاين والتي تثبت أن الجاذبية ليست قوة بل مظهر من مظاهر انحناء الزمكان. اعتقد أينشتاين أنه حصل على شكل ملموس لأفكار ماخ من خلال نظريته عن النسبية العامة، والتي اقترحت بعض الحسابات بالفعل أن القصور الذاتي بين الأجسام يعتمد على تفاعلات الجاذبية بمعنى النسبية العامة. حتى أنه ذهب إلى حد القول بأن وجود الزمكان نفسه مرتبط ارتباطًا وثيقًا بوجود المادة لدرجة أن إزالة المحتوى المادي للكون سيؤدي إلى اختفاء الزمكان. لكن في هذه النقطة، كان عليه أن يعيد النظر في رأيه عندما أوضح له عالم الفلك الهولندي ويليم دي سيتر أن نظرية النسبية العامة تحتوي بالفعل على حلول كونية للكون.. حتى بدون مادة. حتى نهاية حياته، كان أينشتاين يعمل على نظريات موحدة وغير ثنائية لتعميم نظريته النسبية في الجاذبية. لم يكن الأمر يتعلق فقط بإثبات أن المجال الكهرومغناطيسي كان أيضًا مظهرًا من مظاهر هندسة معينة من الزمكان، ولكن يجب أن تكون جسيمات المادة نفسها تركيزات للطاقة، وبالتالي الكتلة وفقًا لمعادلته  E = mc2، لحقل أحادي واحد بما في ذلك الجاذبية والكهرومغناطيسية. العديد من النظريات النسبية للجاذبية صارت ممكنة بعد وفاته في عام 1955، واستمرت الأبحاث حول مبدأ ماخ والنظريات التوحيدية للفيزياء وقادت منذ الستينيات إلى اقتراح ما يسمى بنظريات التنسور القياسي مثل نظريات كارل برانس وروبرت ديك، والتي تسمى نظرية برانس ديك والتي يمكن أن تظهر أيضًا من نظريات كالوزا كلاين Kaluza-Klein، كما أوضح باسكوال جوردان، أحد مؤسسي ميكانيكا الكم ورائد نظريات KK. في حالة نظرية برانس ديك المستوحاة من ماخ وأفكار المشرف على أطروحة ستيفن هوكينغ دينيس سياما (انظر كتب بيري ونارليكار المذكورة سابقًا)، يعتمد ثابت الجاذبية لنيوتن على محتوى الكون ويمكن أن يختلف في المكان والزمان كما هو الحال مع الحقول القياسية، وهي أسهل الأمثلة على ذلك لفهم درجة الحرارة أو الضغط على الأرض. نظرًا لأن نظرية الجاذبية تُصلح هندسة الزمكان بمجال محدد هنا أيضًا في أي نقطة في الزمكان ولكن في شكل موتر، فإننا نتحدث بشكل عام عن نظريات الجاذبية، القريبة لبرانس ديك. كنظريات موتر عددي. يمكننا اختبارها من خلال دراسة حركات الأجسام المادية، ومسار أشعة الضوء وبشكل عام انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الزمكان المنحني وأيضًا مع موجات الجاذبية المنبعثة من الأنظمة الثنائية للنجوم المدمجة (الثقوب السوداء أو النجوم النابضة). أنتج معهد Henri-Poincaré فيلمًا وثائقيًا مدته 32 دقيقة عن عالم الرياضيات الاستثنائي جوزيف لويس لاغرانج، في إنتاج مشترك مع CNRS Images وبالشراكة مع معهد لاغرانج في باريس حول هذا الموضوع و مساهمة لاغرانج. يتتبع لاغرانج حياة جوزيف لويس لاغرانج، عالم الرياضيات خلال عصر التنوير. في البداية كان أكاديميًا محميًا من الأقوياء، ثم أصبح لاغرانج تدريجيًا أستاذًا مسؤولًا عن تثقيف المواطنين الجدد خلال الثورة الفرنسية. يتتبع الفيلم خطواته، ويأخذنا إلى تورين، مسقط رأسه، ومن إلى برلين حيث أكمل عمله في الميكانيكا السماوية، قبل أن يعود إلى باريس. وهكذا يشكك الفيلم في مشاركة العلماء في الحياة السياسية في ذلك الوقت). معهد هنري بوانكاريه ساعد في صياغة جميع النظريات البديلة لنظرية الجاذبية لأينشتاين باستخدام إطار عام جدًا للفيزياء اكتشفه عالم الرياضيات العظيم لاغرانج منذ أكثر من قرنين، واستنادًا إلى ما يسمى بمبدأ الفعل الأقل. عند تطبيقه على الفيزياء الحديثة، فإنه يؤدي إلى النظر في ما يسمى مبدأ لاغرانج (انظر للاقتناع بمقررات الفيزياء النظرية للفيزيائي الروسي العظيم ليف لانداو) وهذه هي الطريقة التي يمكن بها وصف معادلات أينشتاين للجاذبية وفي نفس الوقت لوصف المعادلات في مجالات الفيزياء الأخرى التي تصف جسيمات المادة والقوى الأخرى (النيوترينوات، والكواركات، والفوتونات، والغلونات، وما إلى ذلك)، بما في ذلك مجال البوزون الشهير هيغز. دعونا نحدد بواسطة R، نظرية لاغرانج لأينشتاين (ترتبط R بموترات انحناء ريمان الشهيرة التي تصف انحناء هندسة الفضاء ذي البعد n) و Lm، اللاغرانجية لبقية الفيزياء. في حالة النموذج القياسي للفيزياء الراسخة، يمكن كتابة إجمالي لاغرانج الذي يلخص معرفتنا بجزيئات الكون المرئي على النحو التالي: R + Lm. بدائل معادلات أينشتاين تستبدل R بوظيفة غير خطية f (R) والتي يمكن اختزالها إلى R عندما لا يكون انحناء الزمكان قويًا جدًا. وبالتالي، يمكن اختزال f (R) إلى aR + bR2 على سبيل المثال، مع a و b وهما ثوابت مثبتة على شكل الدالة f (R) . توجد نظريات غير خطية متشابهة تتضمن مصطلحات أخرى (موتر ريتشي، موتر ريمان، موتر متري، إلخ) مما يسمى الهندسة التفاضلية للمساحات المنحنية. هناك أيضًا، في ظروف غير قاسية جدًا، يمكنهم إرجاع نظرية أينشتاين بتعبيرات معينة لـ f، تمامًا كما تعيد هذه النظرية إلى فيزياء نيوتن ذات الكثافة المنخفضة والسرعات البطيئة مقارنةً بالضوء، دورها. تم اقتراح استخدامها لحساب طبيعة الطاقة المظلمة، أو حتى المادة المظلمة. هذه النظريات مقيدة بالملاحظات في النظام الشمسي، النجوم النابضة والنجوم الثنائية وأيضًا المجرات التي تظهر تأثيرات عدسات الجاذبية على وجه الخصوص. على الرغم من كل شيء، تبقى العديد من الاحتمالات مفتوحة لاستغلالها لبناء بدائل لمعادلات النسبية العامة، لتوحيد الفيزياء ولحل أهم مشاكل علم الكونيات والفيزياء الأساسية، على سبيل المثال، مع وجود أو عدم وجود فرادات الزمكان في قلب الثقوب السوداء أو في أصل الانفجار العظيم. هنا نمتلك بعض المفاتيح اللازمة لمقاربة نظرية النسبية المتشابكة. في أكثر أشكالها وضوحًا، حيث يتم التحكم في انتشار الضوء وانعكاسه، ولكنه ينطبق أيضًا على موجات الرادار، وعلى ما يسمى بالأشعة الزاحفة، وحركة الأجسام الصلبة ... ثمرة عدة قرون من التشكيل، هنا مبدأ قدمت لنا فرانسواز كومبس تحليلها الفيزيائي الفلكي للماضي، ولكن أيضًا في العشرين عامًا القادمة.  وفي هذا السياق من عرض لنظرية النسبية المتشابكة، التفت موقع المستقبل إلى الباحث الذي اقترحها، أوليفييه مينازولي، والذي كان لطيفًا بما يكفي للإجابة على أسئلتنا. إنه عالم فيزياء فلكية نسبية، وعضو في مختبر أرتميس في مرصد الساحل اللازوردي ـــ كوت دازورـــ، وهو مختبر مشارك جدًا في الكشف عن موجات الجاذبية. لا يزال استكشاف هذه النظرية في بدايته فقط، ولكن يمكن تقديمه بالفعل كمثال معين لما يسمى بنظريات التنسور القياسي المقترحة لتجاوز نظرية النسبية العامة لأينشتاين.  محاولات التغلب على معادلات النظرية العامة للنسبية هي تقريبا قديمة قدم نظرية النسبية للجاذبية التي نشرها أينشتاين في نهاية عام 1915 في شكلها النهائي. قام أينشتاين نفسه بتعديل هذه المعادلات في وقت مبكر من عام 1919 بهدف المساعدة في فهم الجسيمات الأولية، مادون الذرية، المعروفة في عصره، وهي الإلكترونات والبروتونات (عند اكتشاف هذه الجسيمات، ويمكن للمرء الرجوع إلى الكتاب الذي كرسه العالم الحائز على نوبل ستيفن واينبرغ لهذا الموضوع). في الواقع، احتاج علماء الفيزياء في بداية القرن العشرين إلى اعتبار الإلكترون بمثابة توزيع ممتد للشحنة الكهربائية، لكن كان من الضروري بعد ذلك شرح سبب عدم انفجاره تحت تأثير التنافر الكهروستاتيكي لأجزائه. لذلك افترض بوانكاريه وجود قوة جديدة تحبط هذا التنافر، كما هو موضح في دورة الفيزياء الخاصة به، كما أثبت ذلك ريتشارد فاينمان. من ناحية أخرى، عندما تحدث عن جلب أينشتاين ببساطة لقوة الجاذبية. بعد بضع سنوات، في عام 1933، سعى ماكس بورن وليوبولد إنفيلد إلى إيجاد حل في اتجاه آخر، وهو التعديل غير الخطي لمعادلات ماكسويل بنظرية تتلخص في نظرية الفيزيائي البريطاني عندما لا تكون الحقول الكهربائية والمغناطيسية شديدة للغاية. . المعادلات غير الخطية، مفتاح للفيزياء الجديدة في الواقع، ويمكننا القول إن التقدم في الفيزياء غالبًا ما يكون ناتجًا عن مرور ما يسمى بالمعادلات الخطية، لأن مجموع حلين من هذه المعادلات كان لا يزال حلاً، للمعادلات غير الخطية التي لم تعد لها هذه الخاصية ولكن تم اختصارها إلى الأول في القضايا التي تم النظر فيها في البداية. هذا هو الحال بالضبط مع نظرية الجاذبية لأينشتاين، التي تحل محل المعادلات غير الخطية التي ندين بها لنيوتن ولابلاس وبواسون. لذلك من الطبيعي أن نتساءل عما إذا كانت المعادلات غير الخطية أكثر من معادلات أينشتاين، يمكن أن تشكل امتدادًا لنظريته، وتكون قادرة بشكل خاص على شرح طبيعة الجسيمات الأولية، أو حتى استبدال المعادلة الخطية الأساسية لميكانيكا الكم، كما فعل أينشتاين بالفعل (توجد محاولات في هذا الاتجاه مع إصدارات غير خطية من معادلة شرودنغر، على وجه الخصوص لحل مشكلة القياس الشائكة في نظرية الكم. يمكننا الاقتراب من نظرية الجاذبية الجديدة التي اقترحها عالم الفيزياء الفلكية أوليفييه مينازولي من هذه الزاوية. إن نظرية النسبية المتشابكة هي في الواقع تعميم غير خطي لمعادلات أينشتاين،. ثم تم توضيح أن هناك إطارًا أساسيًا لجميع المعادلات المركزية للفيزياء النظرية بناءً على ما يسمى بمبدأ الإجراء الأقل وشكلية لاغرانج. لكن أولاً وقبل كل شيء، دعنا نحدد على الفور أنه على حد علمنا في هذه المرحلة، لا توجد صلة بين هذه النظرية قيد الاستكشاف ومفهوم التشابك الكمومي. دعونا أيضًا نتعاطى مع ما يسمى بنظريات التنسور القياسي التي تبناها ألبرت أينشتاين ونظام المعادلات التفاضلية الجزئية غير الخطية لنظرية النسبية العامة، أي معادلات آينشتاين باعتبارها مظهرًا من مظاهر قانون تشوه الزمكان استجابةً للإجهاد الميكانيكي، أي موتر الطاقة النبضية، حيث يصف الجانب الأيسرمن المعادلة انحناء الزمكان بينما يصف الجانب الأيمن توزيعات النبضات والطاقات، سواء كانت مادة أو ضوء أو طاقة مظلمة. يمكن النظر إلى الثابت الموجود على اليمين على أنه ثابت لوسط مرن حسب  أورين جاك تورنر ونظريات التنسور العددية كما يشير اسم الموتر إلى ذلك، تم اكتشاف هذا النوع من الكمية الرياضياتية التي تعمم تلك الخاصة بالمتجه نفسه في شكل عمود من الأرقام، من خلال تطوير ميكانيكا الوسائط المرنة القابلة للتشوه تحت تأثير الضغوط والتوترات (انظر أطروحة كاملة من قبل ليون بريلوين حول هذا الموضوع). في أبسط صوره، يكون الموتر عبارة عن مجموعة من الأرقام المحددة في كل نقطة من الجسم المرن، تمامًا مثل متجه السرعة للسائل المتحرك. العدد القياسي هو رقم بسيط، مثل درجة الحرارة عند كل نقطة من جسم مرن ساخن. يتم تعريف مثل هذا الجسم تقريبًا من خلال إعطاء ثوابت مرنة تجعل من الممكن حساب كيفية تشوهه استجابةً لضغوط معينة، على سبيل المثال عن طريق التمدد. أبسط مثال على ذلك هو الثابت k في الزنبرك الذي يمتد بطول x استجابة للقوة F وفقًا للمعادلة F = kx. ولكن في كثير من الأحيان، يجب إضافة المصطلحات غير الخطية بحيث يكون لدينا F = ax + bx2 + cx3 + ... لتعكس سلوك نظام مادي بشكل أفضل. يمكننا تحديد ما نسميه موتر متري gμν، وهي مجموعة من الأرقام حيث تشير المؤشرات إلى الصفوف والأعمدة، والتي تعمل على إصلاح هندسة السطح وبشكل عام للمساحة، أو حتى الزمكان في إطار نظرية أينشتاين . يمكن أن يختلف الموتر المتري في المكان والزمان، وبالتالي يشير إلى تباين ديناميكي في انحناء الفضاء، على سبيل المثال الكرة التي تتضخم أو تصبح بيضاوية الشكل. وبالتالي، فإن النظرية النسبية للجاذبية هي بطريقة ما نظرية ذات معادلات تصف كيف يمكن للوسط المرن الذي يمثل الزمكان أن يتشوه ويموج استجابة لمحتواه. إنها ما يسمى بنظرية الشد أو حتى النظرية المترية ولكنها لا تتطابق بالضرورة مع نظرية أينشتاين، لذلك لدينا نظريات بديلة لنظرية الجاذبية لأينشتاين والتي لها وجود فقط في مقياس الزمكان مع موتر gμν. عندئذٍ تكون نظرية الجاذبية العددية والموتر هي النظرية التماثلية لوسط مرن مع مجال درجة حرارة يعدل حالة الضغوط والثوابت المرنة لهذا الوسط. أحد هذه الثوابت القابلة للتعديل يمكن أن يكون ثابت الجاذبية لنيوتن ولكن أيضًا ثابت آينشتاين الكوني. واستمرارًا للتماثل، سيكون لها بالتالي مجال قياسي مُلاحظ مقترنًا بالمجال المتري g. لا يمكن أن يكون لهذا الحقل نفس القيمة اليوم أثناء الانفجار العظيم أو داخل النجوم شديدة الكثافة مثل النجم النيوتروني، لذا فإن مظاهر فيزياء الزمكان اعتمادًا على قيمة Φ ستكون مختلفة مثل قيمة صخرة عند درجة حرارة منخفضة أو على شكل حمم بركانية، أو حتى مختلفة كما لو كان المعدن فائق التوصيل أو لم يعد كذلك. و لمعرفة المزيد، لجأنا إلى أوليفييه مينازولي الذي كان لطيفًا بما يكفي للإجابة على أسئلتنا. عمل أوليفييه مينازولي، الباحث في الفيزياء الفلكية النسبية، في وكالة ناسا في مختبر الدفع النفاث JPL (مختبر الدفع النفاث)، في باسادينا، كاليفورنيا، في الولايات المتحدة.

س: إحدى الصفات التي طرحتها لتقديم نظرية النسبية المتشابكة هي أنها تقدم توضيحًا ملموسًا لمبدأ ماخ.

أوليفييه مينازولي: بالتأكيد، لكن من الضروري إعطاء بعض التفاصيل حول هذا الموضوع. بادئ ذي بدء، نحن ندين بهذا الاسم بشكل أساسي لأينشتاين في إشارة إليه عند طرح الأفكار التي وضعها إرنست ماخ في القرن التاسع عشر، وهو عالم فيزياء نمساوي، أثرت كتاباته، مثل تلك التي تتناول التطور التاريخي لعلم الميكانيكا، بشكل كبير على صاحب نظرية النسبية. لكن ماخ نفسه لم يأت بنظرية محددة ويمكن للمرء أن يتساءل عما كان يدور في خلده حقًا وما إذا كان يتوافق مع ما أسماه أينشتاين مبدأ ماخ. نتيجة لذلك، كانت هناك العشرات من الصيغ المختلفة لهذا المبدأ حيث يمكن إقناعنا بقراءة العمل الذي حرره الفيزيائي البريطاني جوليان باربور،" مبدأ ماخ: من دلو نيوتن إلى الجاذبية الكمية". لذلك يجب أن نحدد ما نتحدث عنه في أي مناقشة حول هذا الموضوع.

س: إذن ماذا تقصد بمبدأ ماخ؟

 أوليفييه مينازولي: بكل بساطة ما قاله أينشتاين نفسه في عدة مناسبات وعلى وجه الخصوص ردًا على أحد الصحفيين خلال زيارته الأولى للولايات المتحدة في عام 1921: "لقد اعتقدنا سابقًا أنه إذا اختفت كل المواد في الكون، فسيستمر المكان والزمان في أن يكونا موجودين. بينما وفقًا لنظرية النسبية، فإنهما يختفيان أيضًا. "نحن نعرف أيضًا بيانًا أكثر تقنية عنه:" في رأيي، تعتبر نظرية النسبية العامة نظامًا مرضيًا إذا أظهرت أن الصفات الفيزيائية للفضاء يتم تحديدها تمامًا من خلال المادة وحدها. لهذا السبب، لا يمكن أن يوجد مجال gμν (أي لا توجد سلسلة متصلة من الزمكان) بدون المادة التي تولده. " مع نظرية أينشتاين، تستند الفيزياء المعروفة على مجموع اثنين من شكلية لاغرانج، R للجاذبية و Lm للمادة، وتصنع كل الجسيمات والقوى الأخرى في النموذج القياسي. لذلك يمكن كتابة رمز لاغرانج الكلي للكون L ببساطة في المعادلة L = R + Lm ولكن في حالة نظرية النسبية المتشابكة، لم يعد من الممكن أن توجد هندسة الزمكان بدون وجود محتوى، سواء كان ذلك المجال الكهرومغناطيسي أو النيوترينوات أو مجال بوزون Brout-Englert-Higgs. تذهب النظرية الجديدة إلى أبعد من ذلك بكثير، لإعادة صياغة جون ويلر، من وجود هندسة الزمكان التي يتم تحديدها من خلال محتواها وهذه الهندسة هي التي تخبر الأجسام المادية أو الأشعة الضوئية كيف تتحرك. في الواقع، تمت كتابة العامل اللاغرانجي للكون Lagrangian of the World الجديدة L = L2m / R وبالتالي نرى بوضوح أنه إذا كانت Lm صفرًا، فإن L تكون أيضًا صفراً ولا يمكن حتى تعريف النظرية بعد الآن.

س: عامل لاغرانج مذهل للغاية، كيف جئت لتطبيقه؟

 أوليفييه مينازولي: إنه أمر مذهل حقًا وغير بديهي أيضًا! بدأ كل شيء بعمل بحث تم إجراؤه حول نظريات الجاذبية المتوترة مع زميلي وصديق اورليان هيس Aurélien Hees يمكن العثور على مثل هذه النظريات في عدة بدائل لنظرية الجاذبية لأينشتاين أو محاولات لتوحيد قوى الفيزياء كما هو الحال في سياق Kaluza-Klein (KK) أو نظريات الأوتار الفائقة، ولكن تم اقتراح إحدى النظريات الشائعة الأولى من هذا النوع في أوائل الستينيات من قبل برانس وديك. في حالة أبسط نظريات KK، نرى بالفعل حقلاً عدديًا يظهر من إضافة بُعد مكاني إضافي واحد على الأقل، وفي تلك الخاصة بالسلاسل الفائقة يوجد حقل قياسي مهم جدًا يسمى دالاتون يتبع الحقل القياسي من هذه النظريات، ولكن هناك أيضًا حالات، لا سيما مع نظريات لاغرانج من النوع f (R)، وبالتالي بدون حقل عددي في البداية، حيث يمكننا إظهار أن محتواه مكافئ رياضياتيًا وماديًا للنظرية اقترن ثابت آينشتاين بطريقة خاصة جدًا بحقل عددي. ومع ذلك، فإن وجود هذا المجال القياسي يمكن أن يكون مشكلة كبيرة لأنه إذا كان يمكن استخدامه في بعض الأحيان لبناء، على سبيل المثال، نماذج الطاقة المظلمة، فإنه يؤدي إلى وجود نوع من القوة الخامسة التي تعمل على تعديل حركات الأجرام السماوية أو الضوء الأشعة في حالات معينة بإعطاء تأثيرات تتعارض مع الملاحظات. إذا كنا لا نريد أن نفقد مزايا النظرية الموحدة المدروسة، فيجب علينا التأكد من وجود آليات فصل بين المجال القياسي وهندسة الزمكان في المواقف التي تنطوي على مشاكل. يمكننا أن نأخذ على سبيل المثال حالة ما يسمى بنظرية "الحرباء" لحقل قياسي معين تم تخيله لتفسير الطاقة المظلمة. كتلة هذه الجسيمات المرتبطة بالحقل القياسي هي دالة لكثافة البيئة التي توجد فيها. ستكون خفيفة في بيئات قريبة من الفراغ مثل الفضاء بين النجوم، لكنها ثقيلة على سبيل المثال في نجم مثل الشمس. لذلك نُسب اسم "الحرباء" إليها بقدر ما يتكيف هذا الجسيم مع بيئته بطريقة ما. بهذه الطريقة، من الممكن التوفيق بين الملاحظات في النظام الشمسي وكذلك على مستوى مجموعات المجرات.  مع Aurélien Hees، وجدنا فئة من نظريات التنسور القياسي التي بدت أنها تسمح تلقائيًا بالفصل الضروري لمراعاة القيود المعروفة في ذلك الوقت، ولا سيما ملاحظات النظام الشمسي. كانت الخطوة التالية هي معرفة ما إذا كانت هناك وظيفة خاصة جدًا f (R)، أو بالأحرى( f R، Lm )  في هذه الحالة، تتوافق مع هذه النظرية.

س: ما الذي وجهك في تحديد هذه الوظيفة؟

 أوليفييه مينازولي: في الواقع، تم ذلك عن طريق التجربة والخطأ من خلال افتراض أشكال مختلفة ممكنة وعن طريق الاختبار في كل مرة إذا كان بإمكاننا الرجوع إلى معادلات نظرية التنسور القياسي الأولية، والتي نجحت في القيام بها.، في عام 2015، في محاضراتي لطالبتي في ذلك الوقت ثم في أطروحة، هندريك لودفيج. ثم قمنا بفحص حساباتنا من قبل أحد الخبراء في النظريات البديلة لنظرية أينشتاين، سالفاتور كابوزويلو، الذي لم يعثر على أخطاء. ما قفز في وجهنا وكان غير متوقع تمامًا هو أنه لا يمكن حتى تعريف النظرية بهذا الشكل دون تعريف المادة في نفس الوقت. علاوة على ذلك، فإن العاملين، f (R، Lm)  ) من ناحية و tensor-scalar  من ناحية أخرى، يكونان متساويين فقط إذا فرض أحدهما وجودًا في تعريف النظريتين. كما أوضحت في بيان صحفي من مختبر Artemis (CNRS-UCA-OCA)، في عام 2021، مع اثنين من الطلاب، دينيس أروجا وأوليفييه روسيل، جاءت الفكرة إلينا لتعميد هذه النظرية الجديدة المسماة النظرية "النسبية المتشابكة" لأن المادة وانحناء الزمكان لا ينفصلان عن طريق البناء.

س: كما أوضح كارل بوبر بوضوح، يجب أن تقوم النظرية العلمية بعمل تنبؤات، أو تأخيرات، أيًا كان، يمكن مقارنتها بالتجربة والتي تسمح، إن لم تكن، بدحض النظرية ككل.، لإظهار أنه من المحتمل جدًا على الأقل أن يكون هناك شيء خاطئ يجب مراجعته بجدية. ماذا عن نظرية النسبية المتشابكة؟

 أوليفييه مينازولي: حتى الآن، اجتازت النظرية الاختبارات في النظام الشمسي في ظل نظام مجال ضعيف حيث تعطي تأثيرات نظرية النسبية العامة لأينشتاين، وهي بحد ذاتها تصحيحات طفيفة لمعادلات حركة الكواكب المستخلصة من نظرية نيوتن. من ناحية أخرى، أظهرنا أن للنظرية عواقب مثيرة للاهتمام، وربما قابلة للقياس، على النجوم النيوترونية والثقوب السوداء وعلم الكونيات، لكن هذه النتائج لا تزال قيد التنفيذ مع النتائج الأولية. لذلك لا يزال من الممكن تمامًا ألا تكون النظرية فعالة مثل النسبية العامة في تفسير الملاحظات ككل لكوننا. من ناحية أخرى، يبدو أن العمل الآخر حول النظريات ذات الصلة يشير إلى أنه لا ينبغي أن يكون هناك أي تغيير في شكل موجات الجاذبية فيما يتعلق بالثقوب السوداء الثنائية. قد يكون الأمر مختلفًا بالنسبة لثنائيات النجوم النيوترونية، ولكن في هذه الحالة هناك انحطاط محتمل بين عدم اليقين في معادلات حالات المادة المكونة للنجوم النيوترونية والاختلافات الناتجة عن النظريات النسبية المختلفة.

س: إذن هناك العديد من التنبؤات الجديدة التي تظهر انحرافات عن تلك الخاصة بنظرية النسبية العامة، أو حتى نظريات التنسور القياسي الأخرى؟

 أوليفييه مينازولي: نعم، هناك أسباب للاعتقاد أنه عندما تصبح كثافة المادة مهمة، يمكن للجاذبية أن تصبح مثيرة للاشمئزاز، والتي يمكن أن تزيل أيضًا التفردات في قلب الثقوب السوداء في النسبية العامة كما تؤدي بطبيعة الحال إلى طور التضخم خلال الانفجار العظيم. إذا كانت هذه المرحلة من التضخم مع التوسع السريع جدًا ولكن العابر للفضاء كافية، فسيكون من الممكن حل بعض الألغاز في علم الكونيات. لكن هذا لا يزال يتعين إثباته. تتشابه نظرية لاغرانج للنسبية المتشابكة إلى حد ما مع بعض الأشكال التقريبية لنظرية الأوتار منخفضة الطاقة، مع وجود الشعاع كحقل قياسي. نحن نعرف حلولًا لهذه النظرية الفعالة والتي هي مكافئة للثقوب السوداء المشحونة للنسبية العامة مع الشد. مع أطروحة الطالب، إديسون سانتوس، تمكنا من إظهار أنه في الحد الذي أصبحت فيه شحنة هذه الثقوب السوداء ضئيلة، عدنا إلى حل شوارزشيلد الكلاسيكي، والذي يعد حلاً تقريبيًا لنظرية النسبية رغم كونه معقد. تظل مسألة حدوث التفرد في قلب الحل الدقيق مفتوحة، ولكن في الوقت الحالي يمكننا أن نعتقد أنه في كثير من الحالات في الممارسة العملية، لا يمكن التمييز بين حلول الثقوب السوداء لنظريتي النسبية. هنا مرة أخرى، لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به. من ناحية أخرى، مع النجوم النيوترونية، نرى بوضوح اختلافات يمكن قياسها. يمكن أن تكون النجوم النيوترونية أكثر كتلة بنسبة 8٪ تقريبًا مقارنة بنظرية أينشتاين التي تؤدي إلى كتلة محدودة بالتزامن مع ما هو معروف عن حالة المادة في هذه النجوم. الأهم من ذلك، تتنبأ النظرية بوجود اختلافات يمكن ملاحظتها مع النبضات السينية للنجوم النيوترونية، وهي اختلافات يمكن إبرازها باستخدام أداة مستكشف التكوين الداخلي للنجم النيوتروني (Nicer). لقد كان في محطة الفضاء الدولية منذ 3 يونيو 2017. نحن ندرس حاليًا هذا المسار. أخيرًا، ولكن هناك أيضًا عمل مستمر وما زلنا فقط في بداية استكشاف عواقب نظرية النسبية المتشابكة، لا يمكننا إدخال ثابت آينشتاين الكوني في النظرية مباشرة لأن ذلك سيؤدي إلى انتهاكات لمبدأ التكافؤ الذي لا نلاحظه. ومع ذلك، فإننا نرى بالفعل أننا نعيش في كون يمكن ملاحظته مع توسع متسارع. إذا كانت نظرية النسبية المتشابكة صحيحة، فإن تسارع تمدد الكون يجب أن يكون بسبب شيء آخر، ويفترض أن نموذج ΛCDM لا يمكن أن يكون صحيحًا. اقترحت مؤخرًا فرضية يمكن أن تفسر هذا التسارع دون الحاجة إلى حقل جديد (الطاقة المظلمة الشهيرة). هذه الفرضية في الوقت الحالي بعيدة جدًا عن التحقق، وربما لا تكون التفسير الجيد أيضًا لتسريع توسع الكون في إطار النسبية المتشابكة. على أي حال، لا يزال هناك الكثير الذي يتعين القيام به لتقييم أهمية هذه النظرية الجديدة ومدى ملاءمتها لقوانين الطبيعة! للتدوين بالنسبة لأولئك الذين لم تثبطهم التطورات التقنية، هناك مراجعة ممتازة لبدائل نظرية أينشتاين النسبية للجاذبية، والتي يمكن العثور عليها في arXiv. نحن مدينون بذلك لسلفاتوري كابوزييلو وماريافيليسيا دي لورينتيس. سيكمل العرض التقديمي الذي قدمه أوليفييه مينازولي في أحد الفيديوهات وفيهعرض تقديمي للخبراء في نظرية النسبية المتشابكة.

  

 

جواد بشارةهل هي مفاجأة؟ لم يعد الانفجار العظيم بداية الكون المرئي بعد الآن، فلقد اعتدنا أن نعتقد أن الانفجار العظيم يعني أن الكون بدأ من نقطة الفرادة أو التفرد. ولكن بعد ما يقرب من 100 عام، مازلنا لسنا متأكدين. لا تبدأ الصورة الكونية الحديثة لتاريخ كوننا بالفرادة أو التفرد  الذي نربطه ونحدده مع الانفجار العظيم، ولكن بالأحرى بفترة من التضخم الكوني الذي يمتد فيه الكون المرئي إلى مقاييس هائلة، ليتسم بخصائص موحدة وبالتسطح المكاني. تشير نهاية التضخم إلى بداية الانفجار العظيم الساخن.

الماخذ الرئيسية يعلمنا الانفجار العظيم أن عالمنا المتسع والمبرد كان أصغر سنًا وأكثر كثافة وسخونة في الماضي. ومع ذلك، فإن الاستقراء على طول طريق العودة إلى الفرادة أو التفرد يؤدي إلى تنبؤات لا تتفق مع ما نلاحظه، و بدلاً من ذلك، لا ندري متى ولماذا حدث التضخم الكوني وهل أعقب وأسس الانفجار العظيم أم سبقه،، الأمر الذي سيؤدي إلى تغيير قصة أصلنا الكوني إلى الأبد.

من أين يأتي كل هذا الجزم؟ في كل اتجاه نهتم بمراقبته، نجد النجوم والمجرات وسحب الغاز والغبار والبلازما الضعيفة والإشعاع الذي يمتد على سلسلة من الأطوال الموجية: من الراديو إلى الأشعة تحت الحمراء إلى الضوء المرئي وأشعة غاما. بغض النظر عن مكان إنطلاق الإشعاع وتواجده، أو الكيفية التي ننظر بها إلى الكون المرئي، فإننا نجده أنه مليء بالمادة والطاقة تمامًا في كل مكان وفي جميع الأوقات. ومع ذلك، فمن الطبيعي أن نفترض أن كل ذلك جاء من مكان ما. إذا كنت تريد معرفة الإجابة على أكبر سؤال على الإطلاق - مسألة أصولنا الكونية - عليك أن تطرح السؤال على الكون المرئي نفسه، وتستمع إلى ما يخبرك به. اليوم، الكون كما نراه يتوسع ويتخلل (يصبح أقل كثافة) ويبرد. على الرغم من أنه من المغري الاستقراء ببساطة ونحن نتقدم للأمام في الوقت المناسب، عندما تكون الأشياء أكبر وأقل كثافة وأكثر برودة، تسمح لنا قوانين الفيزياء بالاستقراء للخلف بنفس السهولة. منذ زمن بعيد، كان الكون المرئي أصغر وأكثر كثافة وسخونة. فإلى أي مدى يمكن أن نأخذ هذا الاستقراء؟ رياضياتيًا، من المغري الذهاب إلى أبعد ما يمكن: العودة إلى الأحجام متناهية الصغر والكثافات ودرجات الحرارة اللانهائية، أو ما نعرفه على أنه حالة التفرد أو نقطة الفرادة الكونية. هذه الفكرة، وهي فكرة البداية الفريدة للمكان والزمان والكون، كانت تُعرف منذ فترة طويلة باسم الانفجار العظيم. لكن فيزيائيًا، عندما نظرنا عن كثب بما فيه الكفاية، وجدنا أن الكون يروي قصة مختلفة. إليك كيف نعرف أن الانفجار العظيم لم يعد بداية الكون بعد الآن. تم إجراء عدد لا يحصى من الاختبارات العلمية لنظرية النسبية العامة لأينشتاين، مما أخضع الفكرة لبعض القيود الأكثر صرامة التي حصلت عليها البشرية على الإطلاق. كان الحل الأول لأينشتاين هو تحديد المجال الضعيف حول كتلة واحدة، مثل الشمس. قام بتطبيق هذه النتائج على نظامنا الشمسي بنجاح كبير. وبسرعة كبيرة، تم العثور على حفنة من الحلول الدقيقة بعد ذلك.

https://bigthink.com/wp-content/uploads/2021/10/https___blogs-images.forbes.com_startswithabang_files_2018_01_ligo20160211e-1-1200x674-1.jpg

(الائتمان: تعاون علمي ليجو، ت. بايل، معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا / معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا) مثل معظم القصص في العلوم، فإن أصل الانفجار العظيم له جذوره في كل من المجالات النظرية والتجريبية / الرصدية. على الجانب النظري، طرح أينشتاين نظريته العامة للنسبية في عام 1915: وهي نظرية جديدة للجاذبية سعت إلى قلب نظرية نيوتن في الجاذبية العامة. على الرغم من أن نظرية أينشتاين كانت أكثر أناقة وتعقيدًا، لم يمض وقت طويل قبل العثور على الحلول الدقيقة الأولى. في عام 1916، وجد كارل شوارزتشيلد Karl Schwarzschild الحل لكتلة شبيهة بالنقطة، والتي تصف ثقبًا أسود غير دوار. في عام 1917، وجد ويليم دي سيترWillem de Sitte الحل لكون فارغ مع ثابت كوني، والذي يصف الكون المتوسع باطراد. من عام 1916 إلى عام 1921، وجد رينير وردستورم Reissner-Nordström،  الحل بشاكل مستقل من قبل أربعة باحثين، وصف الزمكان لكتلة مشحونة متناظرة كرويًا. في عام 1921، وجد إدوارد كاسنرEdward Kasner حلاً يصف كونًا خالٍ من المادة والإشعاع ومتباين الخواص: مختلف في اتجاهات مختلفة. وفي عام 1922، اكتشف ألكسندر فريدمانAlexander Friedmann الحل لكون متناحي إيزوتروبي isotropic و متشابه الخواص (نفس الشيء في جميع الاتجاهات) ومتجانس (متماثل في جميع المواقع)، حيث توجد جميع أنواع الطاقة، بما في ذلك المادة والإشعاع. توضيح لتاريخنا الكوني، من الانفجار العظيم حتى الوقت الحاضر، في سياق الكون المتوسع. تصف معادلة فريدمان الأولى كل هذه الحقب، من التضخم إلى الانفجار العظيم إلى الحاضر وبعيدًا في المستقبل، وبدقة تامة، حتى اليوم.

https://bigthink.com/wp-content/uploads/2021/10/https___blogs-images.forbes.com_startswithabang_files_2016_09_expansionoftuniverse.jpg?w=942

(الائتمان: فريق العلوم NASA / WMAP)  

كان هذا الأخير مقنعًا للغاية لسببين. الأول هو أنه بدا ليصف كوننا على النطاق الفائق أو المقاييس الأكبر، حيث تبدو الأشياء متشابهة، في المتوسط ​​، في كل مكان وفي جميع الاتجاهات. وثانيًا، إذا قمت بحل المعادلات الحاكمة لهذا الحل - معادلات فريدمان - فستجد أن الكون الذي يصفه لا يمكن أن يكون ثابتًا، ولكن يجب أن يتمدد أو يتقلص. تم التعرف على هذه الحقيقة الأخيرة من قبل الكثيرين، بما في ذلك أينشتاين، ولكن لم يتم أخذها على محمل الجد حتى بدأت أدلة المراقبة والمشاهدة والرصد تدعمها. في عام 1910، بدأ عالم الفلك فيستو سليفر Vesto Slipher في رصد بعض السدم، والتي جادل البعض بأنها قد تكون مجرات خارج مجرتنا درب التبانة، ووجد أنها كانت تتحرك بسرعة: أسرع بكثير من أي أجسام أخرى داخل مجرتنا. علاوة على ذلك، كانت الغالبية من تلك الأجسام تبتعد عنا، مع ظهور سدم خافتة وأصغر بشكل عام تتحرك بشكل أسرع. بعد ذلك، في عشرينيات القرن الماضي، بدأ إدوين هابل Edwin Hubble بقياس النجوم الفردية في هذه السدم، وفي النهاية حدد المسافات بينها. لم يقتصر الأمر على أنها كانت أبعد بكثير من أي شيء آخر في المجرة، ولكن تلك الموجودة على مسافات أكبر كانت تتحرك بعيدًا بشكل أسرع من تلك الأقرب. وقد أجمع جورج لوميتر Lemaître وروبرتسون Robertson وهابل وآخرين معًا بسرعة، بأن الكون يتوسع. مقاربة إدوين هابل الأصلية وقياسه لمسافات المجرات مقابل الانزياح الأحمر (يسار)، مما أدى إلى توسع الكون، مقابل نظير أكثر حداثة بعد حوالي 70 عامًا (على اليمين). بالاتفاق مع كل من الملاحظة والنظرية، يتوسع الكون.

https://bigthink.com/wp-content/uploads/2021/10/hubble.png?w=955

(مصدر: E. Hubble ؛ R. Kirshner، PNAS، 2004) كان جورج ليميتر أول من أدرك ذلك عام 1927.  

عند اكتشاف التوسع،  كان جورج لوميترGeorges Lemaître أول من استقرأ فكرة العودة إلى الوراء، ونظّر لذلك - كما قد يفعل أي عالم رياضيات مختص - أنه يمكنك العودة إلى الوراء بقدر ما تريد: إلى ما أسماه الذرة البدائية the primeval atom. في البداية، أدرك أن الكون المرئي كان عبارة عن مجموعة ساخنة وكثيفة وسريعة التوسع من المادة والإشعاع، وأن كل شيء من حولنا خرج من هذه الحالة البدائية. تم تطوير هذه الفكرة لاحقًا من قبل الآخرين لعمل مجموعة من التنبؤات الإضافية: الكون، كما نراه اليوم، تطور أكثر مما كان عليه في الماضي. كلما نظرنا إلى الخلف في الفضاء، كلما نظرنا إلى الخلف أيضًا في الزمن المناسب. لذلك، يجب أن تكون الأشياء التي نراها في ذلك الوقت أصغر سنا، وأقل تكتلًا جاذبيًا أو ثقالياً، وأقل كتلة، وعناصر ثقيلة أقل، وبنية أقل تطورًا. يجب أن تكون هناك نقطة لا يوجد بعدها نجوم أو مجرات. في مرحلة ما، كان الإشعاع شديد السخونة لدرجة أن الذرات المحايدة لا يمكن أن تتشكل بثبات، لأن الإشعاع سيطرد بشكل موثوق أية إلكترونات من النوى التي كانوا يحاولون الارتباط بها، وبالتالي يجب أن يكون هناك بقايا - حمام بارد ومتناثر الآن من الإشعاع الكوني من ذلك الزمن.  وفي زمن مبكر للغاية، كان من الممكن أن يكون الجو حارًا جدًا لدرجة أنه حتى النوى الذرية يمكن أن تتفكك فيه، مما يعني أنه كان هناك مرحلة مبكرة قبل النجمية حيث كان من الممكن أن يحدث الاندماج النووي: Big Bang nucleosynthesis. من ذلك، نتوقع أنه كان هناك على الأقل مجموعة من العناصر الضوئية وانتشرت نظائرها في جميع أنحاء الكون قبل تشكل أي نجوم. يتضمن التاريخ المرئي للكون المتوسع الحالة الساخنة والكثيفة المعروفة باسم الانفجار العظيم ونمو وتشكيل البنية لاحقًا. المجموعة الكاملة من البيانات، بما في ذلك ملاحظات عناصر الضوء وخلفية الميكروويف الكونية، تترك الانفجار العظيم فقط كتفسير صالح لكل ما نراه.

https://bigthink.com/wp-content/uploads/2021/10/https___blogs-images.forbes.com_startswithabang_files_2018_01_1-VRSRvJXybTeZdYSlcqR3sw.jpg

(الائتمان: NASA / CXC / M. Weiss)

 بالتزامن مع الكون المتوسع، ستصبح هذه النقاط الأربع حجر الزاوية للانفجار العظيم. إن نمو وتطور البنية واسعة النطاق للكون، والمجرات الفردية، والمجموعات النجمية الموجودة داخل تلك المجرات كلها تؤكد صحة تنبؤات الانفجار العظيم. كان اكتشاف حمام من الإشعاع بمقدار 3 كلفن فقط فوق الصفر المطلق - جنبًا إلى جنب مع طيف الجسم الأسود وعيوب درجة الحرارة عند مستويات ميكروكلفين من عشرات إلى مئات - هو الدليل الرئيسي الذي أثبت صحة الانفجار العظيم وأزال العديد من بدائله الأكثر شيوعًا. واكتشاف وقياس عناصر الضوء ونسبها - بما في ذلك الهيدروجين، والديوتيريوم، والهيليوم 3، والهيليوم -4، والليثيوم - 7 - لم يكشف فقط عن نوع الاندماج النووي الذي حدث قبل تكوين النجوم، ولكن أيضًا إجمالي كمية المادة الطبيعية الموجودة في الكون. استقراء العودة إلى أبعد ما يمكن أن يأخذك دليلك هو نجاح هائل للعلم. طبعت الفيزياء التي حدثت خلال المراحل الأولى من الانفجار العظيم الساخن نفسها على الكون المرئي، مما مكننا من اختبار نماذجنا ونظرياتنا وفهمنا للكون منذ ذلك الوقت. إن أول بصمة يمكن ملاحظتها، في الواقع، هي خلفية النيوترينو الكونية، التي تظهر آثارها في كل من الخلفية الكونية الميكروية (إشعاع الانفجار العظيم) وهيكل الكون واسع النطاق. تأتي خلفية النيوترينو هذه إلينا، بشكل ملحوظ، من ~ 1 ثانية فقط في الانفجار العظيم الساخن. إذا لم تكن هناك اهتزازات بسبب تفاعل المادة مع الإشعاع في الكون، فلن تكون هناك اهتزازات تعتمد على المقياس في تجمع المجرات. الاهتزازات نفسها، الموضحة مع طرح الجزء غير المتذبذب (الجزء السفلي)، تعتمد على تأثير النيوترينوات الكونية المفترض وجودها بواسطةالانفجار العظيم. يتوافق علم الكون القياسي في Big Bang مع β = 1.

https://bigthink.com/wp-content/uploads/2021/10/https___blogs-images.forbes.com_startswithabang_files_2019_02_power_fig1_beta.jpg

مصدر الصورة: D. Baumann et al.، Nature Physics، 2019)  

لكن الاستقراء خارج حدود دليلك القابل للقياس هو لعبة خطيرة، وإن كانت مغرية. بعد كل شيء، إذا تمكنا من تتبع الانفجار العظيم الساخن إلى ما يقرب من 13.8 مليار سنة، حتى عندما كان عمر الكون أقل من ثانية واحدة، فما الضرر في العودة إلى الوراء ثانية واحدة إضافية فقط: إلى التفرد المتوقع أو الفرادة الموجودة عندما كان عمر الكون 0 ثانية؟ من المدهش أن الإجابة هي أن هناك قدرًا هائلاً من الضرر - إذا كنت مثلي في التفكير في "وضع افتراضات غير صحيحة لا أساس لها حول الواقع" لتكون ضارة. والسبب في كون هذا الأمر إشكاليًا هو أن البدء من الفرادة أو التفرد - عند درجات حرارة عالية عشوائية، وكثافات عالية عشوائية، وأحجام صغيرة عشوائية - سيكون له عواقب على كوننا لا تدعمها الملاحظات بالضرورة. على سبيل المثال، إذا بدأ الكون من حالة فردية أو فرادة، فلا بد أنه نشأ إلى الوجود مع التوازن الصحيح تمامًا لـ "الأشياء" بداخله - المادة والطاقة معًا - لتحقيق التوازن الدقيق في معدل التوسع. إذا كان هناك قدر ضئيل من المادة، فإن الكون الذي تمدد في البداية كان سينهار مرة أخرى الآن. وإذا كان هناك القليل قليلاً، لكانت الأشياء تتوسع بسرعة كبيرة بحيث يصبح الكون أكبر بكثير مما هو عليه اليوم. لو كانت كثافة الكون أعلى بقليل (حمراء) في لحظة الفرادة أو التفرد، لكان الكون قد انهار بالفعل ؛ إذا كانت كثافة أقل قليلاً، لكانت قد توسعت بشكل أسرع وأصبحت أكبر بكثير. لا يقدم الانفجار العظيم، من تلقاء نفسه، أي تفسير لماذا يوازن معدل التمدد الأولي في لحظة ولادة الكون بين كثافة الطاقة الإجمالية بشكل مثالي، ولا يترك مجالًا للانحناء المكاني على الإطلاق.

singularity

(الائتمان: البرنامج التعليمي لعلم الكونيات لنيد رايت)

 ومع ذلك، بدلاً من ذلك، ما نلاحظه هو أن معدل التوسع الأولي للكون والكمية الإجمالية للمادة والطاقة داخله يتوازنان تمامًا كما يمكننا قياسه. لماذا ؟ إذا كان الانفجار العظيم قد بدأ من التفرد، فليس لدينا تفسير؛ علينا ببساطة أن نؤكد أن "الكون وُلِد بهذه الطريقة"، أو كما يسميه الفيزيائيون الجاهلون لليدي غاغا Lady Gaga، "الظروف الأولية". initial conditions وبالمثل، فإن الكون الذي وصل إلى درجات حرارة عالية بشكل عشوائي من المتوقع أن يمتلك آثار وبقايا عالية الطاقة، مثل أحادي القطب المغناطيسي، لكننا لا نلاحظ أيًا منها. من المتوقع أيضًا أن تكون درجات حرارة الكون مختلفة في المناطق المنفصلة سببيًا عن بعضها البعض - أي أنها في اتجاهين متعاكسين في الفضاء عند حدود الملاحظة لدينا - ومع ذلك يُلاحظ أن للكون درجات حرارة متساوية في كل مكان تصل إلى 99.99٪ + الدقة. نحن دائمًا أحرار في الاحتكام إلى الشروط الأولية كتفسير لأي شيء، ونقول، "حسنًا، لقد ولد الكون بهذه الطريقة، وهذا كل شيء." لكننا دائمًا ما نكون مهتمين أكثر بكثير، كعلماء، إذا كان بإمكاننا التوصل إلى تفسير للخصائص التي نلاحظها. في اللوحة العلوية، يمتلك كوننا الحديث نفس الخصائص (بما في ذلك درجة الحرارة) في كل مكان لأنها نشأت من منطقة لها نفس الخصائص. في اللوحة الوسطى، يتم تضخيم المساحة التي كان من الممكن أن يكون لها أي انحناء عشوائي لدرجة أننا لا نستطيع ملاحظة أي انحناء اليوم، مما يحل مشكلة التسطيح. وفي اللوحة السفلية، يتم نفخ الآثار عالية الطاقة الموجودة مسبقًا بعيدًا، مما يوفر حلاً لمشكلة الآثار عالية الطاقة. هذه هي الطريقة التي يحل بها التضخم الألغاز الثلاثة العظيمة التي لا يستطيع الانفجار العظيم تفسيرها بمفرده.

 

https://bigthink.com/wp-content/uploads/2021/10/https___specials-images.forbesimg.com_imageserve_5f3b13106b315ba53625f356_The-3-big-puzzles-the-horizon-flatness-and-monopole-problems-that-inflation_960x0.jpg?w=960

(الائتمان: إي سيجل / ما وراء المجرةCredit: E. Siegel/Beyond the Galaxy

 هذا هو بالضبط ما يعطينا التضخم الكوني، وأكثر من ذلك. يقود التضخم، بالتأكيد، استقراء الانفجار العظيم الساخن إلى حالة مبكرة جدًا، شديدة الحرارة، كثيفة جدًا، موحدة جدًا، لكن توقف قبل أن تعود إلى حالة التفرد. إذا كنت تريد أن يكون للكون معدل تمدد وإجمالي كمية المادة والطاقة فيه، فستحتاج إلى طريقة ما لإعداده بهذه الطريقة. الأمر نفسه ينطبق على كون له نفس درجات الحرارة في كل مكان. في ملاحظة مختلفة قليلاً، إذا كنت ترغب في تجنب الآثار عالية الطاقة، فأنت بحاجة إلى طريقة ما للتخلص من أي آثار موجودة مسبقًا، ثم تجنب إنشاء أخرى جديدة عن طريق منع كونك من أن يصبح شديد الحرارة مرة أخرى. يحقق التضخم ذلك من خلال افتراض فترة، قبل الانفجار العظيم الساخن، حيث كان الكون يهيمن عليه ثابت كوني كبير (أو شيء يتصرف بشكل مشابه): نفس الحل الذي وجده دي سيتر في طريق العودة في عام 1917. هذه المرحلة لتمتد الكون المسطح، يمنحه نفس الخصائص في كل مكان، ويتخلص من أي بقايا طاقة عالية موجودة مسبقًا، ويمنعنا من توليد آثار جديدة عن طريق وضع حد أقصى لدرجة الحرارة التي تم الوصول إليها بعد انتهاء التضخم واندلاع الانفجار العظيم الساخن. علاوة على ذلك، من خلال افتراض وجود تقلبات كمومية ولدت وامتدت عبر الكون أثناء التضخم، فإنها تقدم تنبؤات جديدة لأنواع العيوب التي سيبدأ بها الكون. تتمدد التقلبات الكمومية التي تحدث أثناء التضخم عبر الكون، وعندما ينتهي التضخم، فإنها تصبح تقلبات في الكثافة. هذا يؤدي، بمرور الوقت، إلى أن تكون بنية الكون واسعة النطاق اليوم، بالإضافة إلى التقلبات في درجات الحرارة التي لوحظت في الخلفية الإشعاعية الميكروية الكونية CMB . التنبؤات الجديدة مثل هذه ضرورية لإثبات صحة آلية الضبط الدقيق المقترحة.

https://bigthink.com/wp-content/uploads/2021/10/https___specials-images.forbesimg.com_imageserve_5f3b1342853b256e2a65f132_How-inflation-and-quantum-fluctuations-give-rise-to-the-Universe-we-observe-today-_960x0.jpg?w=960

(الائتمان: إي سيجل ؛ وكالة الفضاء الأوروبية / بلانك ووزارة الطاقة / ناسا / فريق العمل المشترك بين الوكالات المعني بأبحاث CMB)

منذ أن تم افتراضه في الثمانينيات، تم اختبار التضخم بعدة طرق ضد البديل: كون بدأ من التفرد. عندما نقوم بتكديس بطاقة الأداء، نجد ما يلي: يعيد التضخم إنتاج كل نجاحات الانفجار العظيم الساخن. لا يوجد شيء لا يمكن تفسيره بسبب الانفجار الكبير الذي تسبب فيه التضخم. يقدم التضخم تفسيرات ناجحة للألغاز التي يتعين علينا ببساطة أن نسميها "الظروف الأولية" ولنقول أن لها في الانفجار العظيم الساخن. من بين التنبؤات التي يختلف فيها التضخم والانفجار العظيم الساخن دون تضخم، تم اختبار أربعة منها بدقة كافية للتمييز بين الاثنين. على تلك الجبهات الأربع، يكون التضخم 4 مقابل 4، في حين أن الانفجار الكبير الساخن هو 0 مقابل 4. لكن الأمور تصبح ممتعة حقًا إذا نظرنا إلى الوراء في فكرتنا عن "البداية". في حين أن الكون الذي يحتوي على المادة و / أو الإشعاع - ما نحصل عليه مع الانفجار العظيم الساخن - يمكن دائمًا استقراءه إلى التفرد، لا يمكن للكون التضخمي أن يوجد نظرًا لطبيعته الأسية، حتى إذا قمت بإعادة عقارب الساعة إلى الوراء لفترة لا نهائية من الوقت، فإن الفضاء سيقترب فقط من الأحجام الصغيرة للغاية ودرجات الحرارة والكثافات اللانهائية ؛ لن يصل إليه أبدًا. هذا يعني، بدلاً من أن يؤدي بشكل حتمي إلى التفرد، لا يمكن للتضخم أن يوصلك إلى واحد بمفرده. كانت الفكرة القائلة بأن "الكون بدأ من التفرد، وهذا ما كان عليه الانفجار العظيم"، يجب التخلص منها في اللحظة التي أدركنا فيها أن مرحلة تضخم سبقت المرحلة الساخنة والكثيفة والمليئة بالمادة والإشعاع التي نعيشها اليوم . التفرد تمثل الخطوط الزرقاء والحمراء سيناريو الانفجار الكبير "التقليدي"، حيث يبدأ كل شيء في الوقت t = 0، بما في ذلك الزمكان نفسه. لكن في السيناريو التضخمي (الأصفر)، لا نصل أبدًا إلى التفرد، حيث يذهب الفضاء إلى حالة فردية ؛ بدلاً من ذلك، يمكن أن يصبح صغيرًا بشكل تعسفي فقط في الماضي، بينما يستمر الزمن في التراجع إلى الأبد. فقط آخر جزء صغير من الثانية، منذ نهاية التضخم، يطبع نفسه على كوننا المرئي اليوم.

singularity

(الائتمان: إي سيجل)

تعطينا هذه الصورة الجديدة ثلاث معلومات مهمة حول بداية الكون تتعارض مع القصة التقليدية التي تعلمها معظمنا. أولاً، الفكرة الأصلية للانفجار العظيم الساخن، حيث نشأ الكون من حالة فرادة أو تفرد لا متناهية وساخنة وكثيفة وصغيرة - ويتمدد ويبرد، مليئًا بالمادة والإشعاع منذ ذلك الحين – وبالتالي هي غير صحيحة. لا تزال الصورة صحيحة إلى حد كبير، ولكن هناك حدًا للزمن الذي يمكننا فيه استقراء ذلك. ثانيًا، أثبتت الملاحظات الحالة التي حدثت قبل الانفجار العظيم الساخن: التضخم الكوني. قبل الانفجار العظيم الحار، خضع الكون المبكر لمرحلة من النمو الأسي، حيث كانت أي مكونات موجودة مسبقًا للكون "منتفخة" حرفيًا. عندما انتهى التضخم، أعيد تسخين الكون إلى درجة حرارة عالية، ولكن ليست عالية بشكل عشوائي، مما يمنحنا الكون الساخن والكثيف والمتوسع الذي نما إلى ما نعيش فيه اليوم. أخيرًا، وربما الأهم من ذلك، لم يعد بإمكاننا التحدث بأي نوع من المعرفة أو الثقة حول كيف - أو حتى ما إذا كان - الكون نفسه قد بدأ. بحكم طبيعة التضخم، فإنه يمحو أي معلومات جاءت قبل اللحظات القليلة الأخيرة: أين انتهى وأدى إلى الانفجار العظيم الساخن. كان من الممكن أن يستمر التضخم إلى الأبد، أو يمكن أن يسبقه مرحلة أخرى غير متفردة، أو قد يسبقه مرحلة انبثقت بالفعل من التفرد. حتى يأتي اليوم الذي نكتشف فيه كيفية استخراج المزيد من المعلومات من الكون مما يبدو ممكنًا في الوقت الحاضر، ليس لدينا خيار سوى مواجهة جهلنا. لا يزال الانفجار العظيم يحدث منذ وقت طويل جدًا، لكنه لم يكن البداية التي افترضناها ذات مرة. 

 

إعداد وترجمة:  د. جواد بشارة

............................

https://bigthink.com/wp-content/uploads/2021/10/https___blogs-images.forbes.com_startswithabang_files_2018_05_history.jpg?lb=1536,864

الائتمان: نيكول روجه فولر / مؤسسة العلوم الوطنية Credit: Nicole Rager Fuller/National Science Foundation

 

جواد بشارةوجدت دراسة أن الكون المرئي  كان يمكن أن يكون موجودًا دائمًا ومنذ الأزل وليس له بداية هذا هو عنوان دراسة جديدة قام بها اثنان من علماء الفيزياء من جامعة ليفربول وإمبريال كوليدج لندن. بينما كان العلماء يحاولون منذ عقود الكشف عن ألغاز ولادة الكون، فقد يرجع السبب في ذلك إلى أن الكون ليس له بداية في الواقع. هناك طريقة معينة للجاذبية الكمومية، تسمى نظرية المجموعة السببية، تشير بالفعل إلى أن كوننا ربما كان موجودًا دائمًا. ووفقًا لهذه النظرية، فإن الزمكان منفصل بشكل أساسي إلى زمان ومكان (على العكس من ذلك، في جميع النظريات الحالية للفيزياء، فإن المكان والزمان متصلان) وترتبط أحداث الزمكان بترتيب جزئي؛ هذا النظام الجزئي له أهمية مادية للعلاقات السببية لأحداث الزمكان. لذا في مستوى ما سيكون هناك وحدة أساسية للزمكان. شرع برونو فاليكسو بينتو من قسم العلوم الرياضياتية في جامعة ليفربول وستاف زاليل من مختبر بلاكيت في إمبريال كوليدج في استخدام هذا النهج السببي لاستكشاف بداية الكون. هذه هي الطريقة التي اكتشفوا بها أنه من الممكن ألا يكون لكوننا المرئي بداية. لذلك كان من الممكن أن يكون موجودًا دائمًا في الماضي اللامتناهي في القدم وكان سيتطور "مؤخرًا" إلى ما نسميه الانفجار العظيم.  في كوننا المرئي يعتمد توحيد على نظريتين رئيسيتين: فيزياء الكموم والنسبية العامة. تصف الأولى بشكل فعال ثلاثة من القوى الأساسية أو الجوهرية الأربعة للطبيعة (التفاعل الكهرومغناطيسي، والتفاعل الضعيف، والتفاعل النووي القوي). من ناحية أخرى، فإن نظرية النسبية العامة تقدم أقوى وصف كامل للجاذبية تم تأسيسه على الإطلاق. إنها تمثل الجاذبية على أنها انحناء للزمكان، حيث يتناسب نصف قطرها مع كثافة الطاقة. ومع ذلك، فإن النسبية العامة بها بعض أوجه القصور. كما اتضح، لا تنتج هذه النظرية نتائج متسقة لمكانين معينين على الأقل، وهما مركز الثقوب السوداء وبداية الكون. هذه المناطق، التي تسمى التفردات أو الفرادات singularités، هي نقاط في الزمكان حيث تتفكك قوانين الفيزياء الحالية   وتتوقف ولم تعد صالحة. ضمن هاتين الفرادتين، تصبح الجاذبية بشكل خاص قوية بشكل لا يصدق في مقاييس اللامتناهي في الصغر. للتغلب على المشكلة، وبالتالي محاولة توحيد فيزياء الكموم والنسبية العامة، سعى الفيزيائيون إلى تأسيس نظرية الثقالة أو الجاذبية الكمومية. كان هذا للمساعدة في تفسير الظواهر التي تنطوي على كميات كبيرة من المادة أو الطاقة على أبعاد مكانية صغيرة. من هذا الجهد ولدت عدة مناهج، مثل نظرية الجاذبية الكمومية أو نظرية الأوتار الفائقة أو الجاذبية الكمومية الحلقية. تفترض نظريات الفيزياء الحالية أن المكان والزمان مستمران. في مثل هذا الزمكان، يمكن أن تكونا نقطتان قريبتين من بعضهما البعض في الفضاء قدر الإمكان، تمامًا كما يمكن أن يحدث حدثان قريبان من بعضهما البعض قدر الإمكان. لكن نظرية المجموعة السببية تصف الزمكان كسلسلة من العناصر أو الوحدات أو "الذرات" المنفصلة من الزمكان. لذلك تفرض هذه النظرية قيودًا صارمة على قرب الأحداث في المكان والزمان، لأنها منطقية لا يمكن أن تكون أقرب من حجم إحدى هذه "الذرات". نظرية تزيل مشكلة تفرد أو فرادة الإنفجار العظيم. أثارت هذه النظرية، التي تشكك في مفهوم الزمكان نفسه، اهتمامًا كبيرًا من قبل ببرونو بينتو. قال بينتو لـ Live Science: "لقد سررت بالعثور على هذه النظرية، التي لا تحاول فقط أن تكون أساسية أو جوهرية قدر الإمكان، ولكنها أيضًا تضع الزمن في دور مركزي وما يعنيه الزمن الذي يمر فيه فيزيائيًا". إن نظرية المجموعات السببية لها بالفعل آثار مهمة على طبيعة الزمن. كما يشرح الفيزيائي، فإنها تقوم على مبدأ أن مرور الزمن هو شيء مادي حقًا وأنه ليس نوعًا من الوهم الذي يولده أذهاننا. في هذه النظرية، تنمو المجموعة السببية وحدة واحدة في كل مرة، وتصبح أكبر فأكبر. هذا النهج يقضي تمامًا على مشكلة تفرد أو فرادة الانفجار العظيم، لأنه يشير إلى أنه من المستحيل على المادة أن تنضغط إلى نقاط صغيرة بلا حدود ؛ لا يمكن أن تكون أصغر من حجم وحدة الزمكان. بدون هذه التفرد الأولي، الممثلة بنقطة كثافة لا نهائية تحتوي على كل طاقة الكون، كيف تبدو بداية الكون إذن؟ في مقال متوفر في نسخة ما قبل الطباعة، حاول بينتو وزاليل تحديد ما إذا كان يجب بالضرورة أن يكون هناك سابقة في الوجود أم لا. يشير تفكيرهم إلى أن الكون ربما لم يكن له بداية، وأنه كان موجودًا دائمًا. "في الصياغة الأصلية وديناميكيات المجموعة السببية، من الناحية الكلاسيكية، تتطور المجموعة السببية من لا شيء إلى الكون الذي نراه اليوم. في عملنا، على العكس من ذلك، لن يكون هناك انفجار كبير كبداية، لأن المجموعة السببية ستكون لانهائية حتى الماضي اللامتناهي في القدم، وبالتالي هناك دائمًا شيء ما من قبل ما هو موجود، كما"يشرح بينتو. لذلك فإن ما نسميه الانفجار العظيم سيكون مجرد لحظة معينة في هذا التطور. يبقى على الباحثين تحديد ما إذا كان هذا النهج السببي بدون بداية يمكن أن يجعل من الممكن تطوير نظريات تسمح بوصف التطور المعقد للكون المرئي أثناء الانفجار العظيم.

 

إعداد د. جواد بشارة

..........................

 المصدر: arXiv، B. Bento and S. Zalel

 

 

جواد بشارةهل يمثل نموذج فيزياء الجسيمات في فجر الثورة العلمية؟ إنجاز علمي جديد يقربنا من القوة الأساسية أو الجوهرية الخامسة في الكون المرئي، إلى جانب القوى الأربعة المعروفة وهي الجاذبية أو الثقافلة، الكهرومغناطيسية، والنووية القوية أو الشديدة، والنووية الضعيفة، التي أصبح وجودها أكثر وضوحًا في مارس الماضي. قد يسمح لنا مصادم الهادرون العملاق الثاني، قيد الإنشاء حاليًا، بمعرفة نهاية القصة. في آذار (مارس) الماضي، ألقى LHC التابع لـ CERN، وهو مسرّع الجسيمات، حجر الأاس لاكتشاف  مزلزل جديدة  في المجتمع العلمي من خلال الإعلان عن الاكتشاف المحتمل لقوة أساسية أو جوهرية خامسة في الفيزياء. في الآونة الأخيرة، قام علماء الفيزياء في جامعة كامبريدج باكتشافات جديدة يبدو أنها تؤكد هذه النتائج الأولية. أصبحت الفيزياء الآن رسمية فيما يسمى بالنموذج المعياري أو القياسي لفيزياء الجسيمات. إنه المجال الذي يصف كيف يعمل عالمنا على أصغر نطاق، في اللامتناهي في الصغر. على حد تعبير هاري كليف، عالم فيزياء الجسيمات في كامبريدج والمؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة، هذه هي "النظرية العلمية الأكثر نجاحًا على الإطلاق"... على الرغم من أننا نعلم حقيقة أن لها عيوبها. على سبيل المثال، نسيت تمامًا إحدى القوى الأساسية الأربعة التي نعرفها اليوم. يصف بشكل مثالي القوة الكهرومغناطيسية والتفاعل الضعيف والتفاعل القوي، لكنه يترك تفاعل الجاذبية جانبًا. كما أنه لا يكفي لتفسير بعض الظواهر الغامضة مثل المادة المظلمة. إن النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات مخزون جيدًا بالفعل، ولكن لا يزال به الكثير من الأشياء المجهولة، مثل قطعة مفقودة من اللغز. لذلك فقد اشتبه الفيزيائيون لفترة طويلة في أنه يجب أن يكون هناك عدد قليل من المكونات المفقودة في الوصفة التي يقترحونها. كما يشرح هاري كليف في مقالته، للعثور على هذا المكون المفقود، تحول علماء الفيزياء بسرعة إلى أحد الجسيمات الأساسية الستة: كواركات القاع (أو كواركات الجمال). هذه الكواركات هي تجسيد لعدم الاستقرار. وهي موجودة لجزء متناهي الصغر من الثانية قبل أن تتحول إلى مجموعة من الجسيمات الأخرى. يوضح كليف أنه لتحديد الممثلين المفقودين، أي الجسيمات الشبحية، من المثير للاهتمام دراسة تفاصيل هذا التحول. هذا هو المكان الذي جاء فيه الاكتشاف الأولي في مارس الماضي. وفقًا للنموذج القياسي أو المعياري، يجب أن تنتج كواركات القاع جسيمين آخرين - الإلكترونات والميونات - في نفس التردد. ومع ذلك، وجدوا أن الأخير يظهر بشكل أقل قليلاً، وهذه ملاحظة أكثر إثارة للاهتمام. هذا يشير بالفعل إلى أن القوة الجديدة، غير المدرجة في النموذج القياسي أو المعياري، هي أصل هذا الخلل. لكن هذه كانت فقط نتائج أولية. القلق الأكبر هو أن البيانات الأولية لم تكن دقيقة، أو بالأحرى غير كافية. لأنه في تخصص ما مثل فيزياء الجسيمات، فإن العتبات الإحصائية المعتادة لم تعد كافية. لكي يتم اعتبار الظاهرة ثابتة، يجب تطبيق معايير دقيقة أكثر صرامة ؛ نحن نتحدث عن انحراف معياري قدره 5 سيغما. دون الخوض في التفاصيل، هذا يعني أننا نحاول التأكد من أن هناك فرصة أقل من واحد في المليون أن تكون هذه الملاحظة غير مهمة. لذلك فهي عتبة أمان ممتازة ؛ إذا تم تحقيق ذلك، يمكن اعتبار النتيجة صلبة للغاية. يسمح مصادم الهادرونات الكبير التابع لــ سيرن، من بين أمور أخرى، بدراسة تحلل الجسيمات، الاقتراب أكثر فأكثر من الهدف، لذلك من الضروري تعميق هذه النتائج للاقتراب من هذه الـ 5 سيغما الشهيرة. هذا ما حاول فريق هاري كليف القيام به منذ مارس الماضي. ولهذا، لا يوجد سوى حل واحد: الغوص مرة أخرى في البيانات. لذلك بحثوا عن آثار أخرى لهذه الخصوصية لعملية التفكك. من خلال تحليل تفاعل الأرباع السفلية مع نوع آخر من الكواركات الجسيمية - لاحظوا في الواقع نفس الظاهرة التي لاحظها زملاؤهم في مارس الماضي. "يمكن أن نكون على وشك اكتشاف كبير." – كما يقول هاري كليف لسوء الحظ، مرة أخرى، لا تزال نتائجهم تظهر هامش خطأ بنسبة 2 ٪. نتيجة لا تزال بعيدة عن 5 سيغما الشهيرة. من ناحية أخرى، يبدو أنه يشير إلى أن كل هؤلاء الأشخاص الجميلين يسيرون بالفعل على الطريق الصحيح. يقول هاري كليف: "نتائجنا قريبة جدًا من نتائج الأعمال السابقة، وتعزز فكرة أننا قد نكون على وشك اكتشاف كبير". للحصول على دليل لا جدال فيه بشكل نهائي، سيتعين على الفيزيائيين الانتظار حتى يتم تشغيل مختبرهم العملاق القادم. وبالفعل، فإن مصادم الهدرونات الكبير (LHCb) في مرحلة البناء حاليًا ؛ في النهاية، يجب أن يكون قادراً على إحداث تصادمات بتردد أعلى بكثير. سيوفر هذا المزيد من البيانات الإحصائية حول هذه الظاهرة، وربما يمكننا، من وضع اليد أخيرًا على أحد الأجزاء المفقودة في النموذج القياسي أو المعياري.

والآن لننطلق من النطاق مادون الذري أو المجهري في اللامتناهي في الصغر إلى آفاق الكون المرئي الرحبة والشاسعة.

عند سحابة Magellanic Cloud العظيمة، انعطف يمينًا وانطلق مباشرة لبضعة ملايين سنة ضوئية ولا بأس، يجب أن تصل إلى أندروميدا. عندما سمعنا لأول مرة عن شيء إسمه خريطة هذا الكون المرئي المجسمة، لم يسعنا إلا تخيل نظام لتحديد المواقع العالمي (GPS) المرفق به. من الواضح أن هذا ليس هو الهدف الحقيقي من هذه التمثيلات ثلاثية الأبعاد للهياكل العظيمة للكون. قبل مؤتمره، في 19 أكتوبر في مدينة العلوم في باريس Cité des sciences، بعنوان : "توسع الكون: تاريخ ثلاثي الأبعاد"، أردنا معرفة المزيد مع إيتين بيورتان Etienne Burtin، الباحث في معهد الأبحاث حول القوانين الأساسية أو الجوهرية للكون المرئي (Irfu / CEA) ومتخصص في الموضوع. هل خريطة الكون فكرة يجب أن تكون موجودة لبعض الوقت؟ بمجرد أن نظر البشر إلى السماء، تساءلوا لماذا رأوا الدب الأكبر الذي يشبه القدر. إن فهم سبب وجود أنماط في السماء قديمة قدم البشرية. على مستوى علم الكونيات الحديث، كان المعلم الرئيسي هو إدوين هابل الذي نظر في العشرينات من القرن الماضي إلى المجرات وأدرك أنه كلما ابتعدوا عنا، زادت سرعة ابتعادهم عنا. بسرعة، توصلنا إلى فكرة الكون المتوسع. في الثمانينيات من القرن الماضي، أتاحت المسوحات الأولى للمجرات البعيدة رؤية الهياكل. تتجمع المجرات في شكل كتل أو حشود وأكداس، مع خيوط من المجرات. إنه ليس شيئًا عشوائيًا تمامًا، فهناك أنماط. وعلى مدى العقدين الماضيين، قمنا بتنظيم هذا بطريقة شبه صناعية لقياس أكبر عدد ممكن من الأجسام الفيزيائية الفلكية، وبالتالي المجرات البعيدة، في السماء. اليوم، مع القراءات الرئيسية الجديدة، ندخل حقًا المرحلة الصناعية. بين عامي 2000 و 2020، قمنا بقياس موقع ما يقرب من 5 ملايين مجرة. ومع القراءات التالية، في السنوات السبع أو العشر القادمة، سنكون قد قمنا بقياس 50 مليون مجرة، وهو عدد متواضع نسبة لعدد المجرات المفترض في الكون المرئي وهو 200 مليار مجرة. هل تم استخدام هذه الخرائط أيضًا للعودة بالزمن؟ بمجرد أن تلاحظ جسمًا فيزيائيًا فلكيًا، فإنك تعود على الفور إلى التاريخ. عندما ننظر إلى الشمس، نراها كما كانت قبل ثماني دقائق. إذا نظرنا إلى النجم Proxima في Centaur، فإن الضوء الذي نكتشفه اليوم انبعث منه قبل أربع سنوات. وبالنسبة للأشياء البعيدة جدًا، مثل تلك الموجودة في برنامج eBoss الذي عمل عليه العلماء، فهي في المتوسط ثمانية مليارات سنة. بالنسبة لمثل هذه الأجسام، فإننا نعرف موقعها منذ ثمانية مليارات سنة. لذلك، على خريطتنا، سنقوم بإعادة بناء كلا الموقعين، ووسيلة لمراقبة الكون المرئي كما كان هيكله قبل ثمانية مليارات سنة. كيف يبدو الكون عندما تنظر إلى هذه الخريطة؟ لدينا محاكاة حاسوبية عددية تسمح للمادة بالتطور بمرور الوقت ويمكننا أن نظهر أنه بدءًا من حقل مادة متجانس تقريبًا، نصل إلى هيكلة الكون. ما يهمنا هو عدم النظر إلى الخريطة والتجول حولها، على الرغم من أن ذلك قد يكون ممتعًا. في الواقع، يتم تطبيق الأساليب الإحصائية على هذه الخرائط من أجل التمكن من العثور على الميزات وفهم تطور الكون. يتم ذلك بالقول، على سبيل المثال، سننظر في جميع المسافات بين جميع المجرات في العينة. وما نلاحظه هو أن هناك مسافة مميزة تم حسابها بمئات الملايين من السنين الضوئية وأن مقياس المسافة هذا موجود في جميع عصور الكون. إنها تأتي من ظاهرة فيزيائية حدثت في الأيام الأولى للكون. وهذه المسافة ستتيح لنا الوصول إلى قصة توسع الكون. كيف يمكن أن تسمح لنا هذه الخرائط بالتقدم في هذا اللغز العظيم للنموذج الكوني الحالي للطاقة المظلمة؟ في الواقع، يتم إدخال هذه الطاقة المظلمة بعد قياسات المستعرات الأعظمية [النجوم المحتضرة الساطعة للغاية، السوبرنوفا] والتي يمكن تفسيرها من خلال الكون المتوسع بسرعة. والطاقة لهذا التسارع، أطلقنا عليها اسم الطاقة المظلمة. ثم نفهم أنه من خلال قياس تاريخ هذا التوسع، لدينا الأدوات المناسبة لمحاولة فهم الطاقة المظلمة وتوضيح طبيعتها وماهيتها. إنه عبارة عن فيل غير مرئي في منتصف الغرفة، تلك الطاقة المظلمة، أليس كذلك؟ نعم، هذه صورة . لدينا هذا الفيل الذي لا نراه، لكننا نلاحظ أن الأرض مشوهة. بالنسبة لعامة الناس، قد يكون من الصعب جدًا معرفة ما يلي: إنها تزيد عن 70٪ من محتوى الطاقة في الكون اليوم، ولا نعرف ما هي. نحن نعلم أنها تشبه إلى حد كبير الثابت الكوني ويمكن أن يكون استخدامها تنبؤيًا للغاية في القياسات الفلكية الحالية. يجب أن تكون هذه الخرائط جاهزة أيضًا لاستيعاب البيانات المستقبلية ... نحن فعليًا دمجنا وسندمج الكثير من البيانات في السنوات القادمة. وتتقدم عمليات المحاكاة بالتوازي مع الملاحظات الرصدية. اليوم، لفهم الملاحظات، تحتاج إلى محاكاة. بالنسبة لجميع الاستطلاعات الرئيسية، بمجرد حصولنا على الضوء الأخضر لبدء إنشاء البنية التحتية التي ستنفذها، نقوم بتشغيل عمليات المحاكاة في نفس الوقت. تتمثل ميزة محاكاة الكون في إمكانية القيام بذلك مسبقًا. لذلك نحن نتحرك بالتوازي. المحاكاة حيوية في تقدير دقة بياناتنا. لتقدير دقة القياس لمسح كبير للمجرات، عليك القيام بآلاف من عمليات المحاكاة للكون. حسنًا، أخشى قليلاً من الشعور بخيبة أمل من إجابتك، لكن إذا فهمت بشكل صحيح، فأنت لا تزيف النجوم بأنفسهم ... تبلغ كتلة المجرة حوالي 100 مليار ضعف كتلة الشمس. في أفضل محاكاة للكون الكبير اليوم، يمثل الجسيم، وهو جسم أولي يمكننا تطويره بمرور الوقت، مليار ضعف كتلة الشمس. لذلك يتطلب الأمر بضع جسيمات لوصف مجرة. كل مجرة هي جزء من عنقود ويستغرق الأمر بضعة آلاف من الجسيمات لوصفها. نحن لسنا على الإطلاق في المستوى اللامتناهي، والذي، بالنسبة لنا، يتوافق مع مليار نجم. لا يمكننا حتى الآن صنع كل من الهياكل الكبيرة جدًا للكون التي تهمنا وتهتم بالنجوم. لذا، ألا يمكننا لعب لعبة ستار تريك Star Trek بمحاكاة ثلاثية الأبعاد للكون؟ يمكننا القيام بذلك، إذا اتفقنا على السير بين المجرات. هذه تطبيقات موجودة. هل تجعلك تسافر، عندما تتعامل مع هذه الأشياء، هذه المسافات الهائلة؟ إنها حقًا تروق الجميع. أنا شخصيا، نعم. على مكتبي، لدي صورة أندروميدا. لكن لدي طلاب جاءوا إلى علم الكونيات ولم يضعوا أعينهم في التلسكوب. لدينا طرق إحصائية للعمل على الفيزياء الأساسية، والباقي يعتمد على حساسيتنا. من ناحيتي، ما زلت مندهشا بمجرد أن أرى درب التبانة في سماء صافية للغاية. البرنامج المفصل والجدول الزمني على موقع Cité des sciences website. ستقدم ليبراسيون، الشريك في الحدث، بانتظام مقالات ومقابلات ومنتديات حول الموضوعات التي تم تناولها خلال هذه المؤتمرات، والتي ستعقد حتى يناير 2022. يمكنك العثور عليها هنا. البرنامج المفصل والجدول الزمني على موقع Cité des sciences الإلكتروني.

الفضاء: ورقة عمل بعنوان : سنكون في مركز نفق مغناطيسي عملاق بقلم إدوارد لريكي، 26 أكتوبر، 2021 . سيكون نظامنا الشمسي محاطًا بمجال مغناطيسي كبير ينتقل عبر مجرتنا. يبدو أن هذه النظرية متوافقة مع العديد من الملاحظات الأخرى. كان هناك تكوينان مغناطيسيان ضخمان يمكن ملاحظتهما عن طريق الأشعة الراديوية كانا معروفين بالفعل من قبل الفيزيائيين. وبحكم طبيعتها، فإن كل التشكيلات من هذا النوع مرتبطة ببعضها البعض. بحيث يتم عبور كوننا من خلال هذه الشبكة المعقدة. في انعكاس رائع للمنظور، توصل فريق من جامعة تورنتو بقيادة جينيفر ويست إلى نموذج متماسك تمامًا. قد يكون هذان الهيكلان المتعارضان، على ما يبدو منفصلين في سمائنا، طرفي نفق مغناطيسي يبلغ طوله 1000 سنة ضوئية. وستضعنا وجهة نظرنا في المركز. سنكون في وسط نفق مغناطيسي، عرف علماء الفلك هذين الهيكلين منذ عقود، وهما يطلق عليهما "حفز القطب الشمالي" و "منطقة المروحة". لكن معظم التفسيرات العلمية ركزت عليها بشكل فردي. انعكس الغرب على خصائصها لمدة 15 عامًا، بعد أن شاهد لأول مرة خريطة راديوية للسماء. الخريطة الكهرومغناطيسية للقطب الشمالي - وذهبت بعض الدراسات إلى حد اقتراح أن الخيوط الحلزونية للغاز الجزيئي قد تكون "العظام" التي تشكل "العمود الفقري" لمجرة درب التبانة. تتمثل الخطوة التالية في فهم أفضل لكيفية ارتباط هذا المجال المغناطيسي المحلي بكل من المجال المغناطيسي للمجرة واسع النطاق، بالإضافة إلى المجالات المغناطيسية الأصغر حجمًا لشمسنا وأرضنا. لا تزال هذه النتائج بحاجة إلى التحقق من صحتها من خلال دراسات أخرى. ربما من ملاحظات الراديو الأكثر دقة. ولكن إذا تم تأكيد ذلك، يمكن أن يقدموا لعلماء الفلك إجابات لأسئلة طويلة الأمد حول تكوين وتطور الحقول المغناطيسية في المجرات. حول كيف يصمدون أيضًا. في غضون ذلك، يوافق ويست على أن النموذج الجديد لـ "النفق" لا يجلب وجهات نظر جديدة للمجتمع العلمي فحسب، بل أيضًا مفهوم ثوري بالنسبة لبقيتنا. "أعتقد أنه من الرائع أن نتخيل أن هذه الهياكل موجودة في كل مكان عندما ننظر إلى سماء الليل.

الاعتمادات: PhotoVision / Pixabay J. West et al.، ArXiv، 2021 شبكة مغناطيسية تشكل الهيكل العظمي لمجرة درب التبانة الخريطة الكهرومغناطيسية لمنطقة المروحة - الاعتمادات: J. West et al.، ArXiv، 2021

مصير الأرض والبشر في المستقبل المنظور:

 " أرض جافة في Interstellar، تموت الأرض، تحرقها الشمس والأغبرة والعواصف الرملية، مما يجبر البشر على العثور على كوكب جديد. عهد بالمهمة إلى العديد من رواد الفضاء، بما في ذلك كوبر، لعب الدور الممثل ماثيو ماكونهي. يشرح أوليفييه سانغوي، الوسيط العلمي في مدينة الفضاء Cité de l'Espace في تولوز: "هذه مبالغة". "إن الحصول على قصة أمر ينطوي على مخاطر. في الواقع، الأرض ليست مهددة من وجهة نظر مناخية، إنما البشر هم من يتعرضون لها بالتهديد. ويمكن للأرض أن تعيش بشكل جيد للغاية مع المزيد من ثاني أكسيد الكربون ودرجة حرارة أعلى، ولكن ليس نحن. تدفع بداية فيلم بين النجوم أنتيرستيلر المؤشر إلى أبعد حد . ولا يتوقع العلماء مثل هذا التطور السريع  والوصول إلى مثل هذه الحالة الكارثية ". رحلة خارج المجموعة الشمسية للعثور على كوكب قابل للحياة، يتفوق رواد الفضاء على نظامنا الشمسي. قال أوليفييه سانجوي: "نحن لا نعرف حتى الآن كيف نفعل ذلك". "يمكن للسفينة في الفيلم أن تقلع وتذهب إلى المدار وتقلع. في الوقت الحالي، هذا غير موجود، ما زلت بحاجة إلى صاروخ ذي قوة دفع ووقود يكفي للسفر بين النجوم. لكنه نوع من المركبات قيد الدراسة في الوقت الحاضر. في الواقع، المشكلة هي السرعة التي ليست عالية بما يكفي حالياً. أوقات السفر في الوقت الحالي غير واردة على الإطلاق بالنسبة للبشر ". كوكب ذو موجات عملاقة هذه واحدة من أكثر المشاهد إثارة للإعجاب في الفيلم: يهبط رواد الفضاء على كوكب مليء بأمواج عالية مثل الجبال. إنه أمر "معقول"، كما يوقل الخبير العلمي  الذي اتخذه مخرج الفيلم "كريستوفر نولان وهو العالم كيب ثورن، الفيزيائي المتخصص في الثقوب السوداء، مستشارًا تقنيًا له. هذه الموجات العملاقة هي تأثير المد والجزر. يسبب القمر يحدث المد والجزر على الأرض ونحن نتخيل أن هذا الكوكب القريب من ثقب أسود يمكنه أيضًا يحدث فيه ورواد الفضاء البشر يعانون من آثار المد والجزر " الكبيرة ". تحول في الزمن بعد عودتهم من إقامتهم على ذلك الكوكب، وجد رواد الفضاء واحدًا منهم بقي في السفينة. لقد مرت عليهم ساعات قليلة، ولكن مرت عليه أكثر من ثلاثة وعشرين عامًافالزمن بطيء بالنسبة له! "هذه هي نظرية النسبية لأينشتاين تباطؤ الزمن مع السرعة ومع الكتلة الكبيرة والجاذبية الكبيرة،" يلاحظ أوليفييه سانجوي. "نحن نعلم أن الزمن لا يتدفق بنفس الطريقة اعتمادًا على مجال الجاذبية. فمجال الجاذبية بقوة مثل حقل الثقب الأسود يضخم هذه الظاهرة. ويعاني رواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية حول الأرض من نفس النوع من التشويه، ولكن بكميات ضئيلة، تبقى أجزاء من الثانية لمدة ستة أشهر ". لاثقب الأسود في الفيلم يقود إلى المستقبل. فبعد عبور ثقب أسود، يهبط كوبر في المستقبل. "هناك، ندخل مجالًا لا تعرفه الفيزياء بعد. لا نعرف ما يجري داخل الثقب الأسود، ويمكن لكاتب السيناريو تخيل كل أنواع الأشياء. المشهد الذي أقنعني على أقل تقدير. أنا لا أرى سفينة أو جسد بشري ينجو من شدة جاذبية ثقب أسود. لكن يجب علينا أيضًا أن نترك الجانب المذهل، إنها السينما. إذا كان الفيلم الذي ينكشف في الفضاء واقعيًا تمامًا، فسيكون ذلك مملًا جدًا! " لقد تركنا السؤال الأكثر إثارة للأخير: كيف ومتى سينتهي الكون؟ يعتقد العلماء أن لدينا ما لا يقل عن 1.1 مليار سنة متبقية. لذلك لا داعي للقلق في المستقبل القريب حتى تصل الأرض إلى النقطة التي تصبح فيها الحياة مستحيلة. يعتقدون أيضًا أنه عندما تأتي نهاية الكون، سيكون ذلك بسبب أحد الأحداث الأربعة: تمزق كبير، تجميد كبير، إنكماش كبير، وتسارع كبير Big Rip و Big Freeze و Big Crunch و Big Slurp. سيكون التمزق الكبير بسبب الطاقة المظلمة وحقيقة أن الكون يتوسع باستمرار. في النهاية سيكون كبيراً لدرجة أن الكون المرئي لن يكون قادراً على الحفاظ على نفسه وسوف يتمزق أو يمزق نفسه. يعتمد التجمد الكبير أيضًا على كوننا المتوسع باستمرار، ولكن في هذا السيناريو سيصبح كبيرًا جدًا بحيث يكون كل شيء متباعدًا لدرجة أنه لن يكون هناك المزيد من الضوء من الشموس والأقمار.، وسيصبح أكثر برودة وبفعل درجة البرودة سوف تتوقف كل الحياة. و على عكس الانفجار العظيم الذي شكل كل شيء، تفترض الأزمة الكبرى أن الكون لن يستمر في التوسع، ولكنه سيصل إلى نقطة حيث سينهار على نفسه حتى يقع كل شيء في الثقب الأسود. أخيرًا، يحتوي Big Slurp على جسيم بوزون هيغز Higgs Boson المكتشف مؤخرًا كمركز له. بطريقة ما، يرتبط هذا الجسيم باحتمال تسرب فقاعة من كون آخر إلى عالمنا وابتلاعه حرفيًا. لسنا متأكدين تمامًا من أيهما يبدو أقل فظاعة - لحسن الحظ لن نكون موجودين لمشاهدته! فما رأيك ؟ هل لديك نظرياتك الخاصة حول بعض أو ربما كل هذه الألغاز غير المبررة؟ هل يمكن تفسير البعض بمحض الصدفة؟ هل لدى العلم الجواب؟ أم أن هناك شيء أكثر شرا في هذه السيناريوهات؟ هل نحن وحدنا على الأرض؟ هلنحن وحدنا في الكون المرئي ؟ هل يمكن أن نكون محط ملاحظة واختبار من قبل كائنات فضائية متطورة ومتقدمة علمياً تفوقنا بملايين السنينو لم نلحق بها بعد؟ من يدري ؟ لكن من الممتع التفكير في كل هذا!

 

إعداد د. جواد بشارة

 

 

جواد بشارةيقول رئيس ناسا إن الأجسام الطائرة المجهولة الهوية يمكن أن تكون ذات تقنية غريبة لا أرضية، كما ألمح رئيس ناسا بيل نيلسون في مؤتمر إلى احتمال وجود كائنات فضائية . تعكس مداخلة بيل نيلسون مداخلة سلفه في رئاسة وكالة الفضاء الأمريكية ناسا، والتي من الواضح أنها أكثر تحفظًا بشأن هذه القضية.

"من أنا لأقول أن كوكب الأرض هو المكان الوحيد  الذي يضم شكلاً متحضراً ومنظماً للحياة مثل حياتنا؟" أجاب بيل نيلسون، مدير وكالة ناسا. أثناء زيارته لجامعة فيرجينيا، عندما طرح عليه سؤال عن الكائنات الفضائية غير البشرية، واستند رئيس الوكالة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء إلى روابط محتملة بين المشاهدات العسكرية للأجسام الطائرة المجهولة (UFOs) والبحث عن حياة خارج كوكب الأرض.

أشار بيل نيلسون إلى الطيارين الذين شاهدوا الأجسام الطائرة المجهولة من قبل. قال: "إنهم يعلمون أنهم رأوا شيئًا، وأن راداراتهم علقت به". "وهم لا يعرفون ما هو. ولا نعرف نحن ما هو. نأمل ألا يكون خصمًا هنا على الأرض يمتلك هذا النوع من التكنولوجيا ".

هناك الكثير من هذه الأسئلة، والقليل من الإجابات المتداولة بين الناس وعدد كبير من المعنيين. وأمام الحشد في الجامعة، حيث تخرج طالب القانون السابق هذا، كشف بيل نيلسون عن مجموعة من الأسئلة الوجودية. "من هناك؟" من نحن؟ كيف جئنا الى هنا؟ كيف أصبحنا على ما نحن عليه؟ كيف تطورنا؟ هل توجد هذه الظروف في كون به بلايين أو مليارات المليارات من الشموس أو النجوم الأخرى ومئات مليارات من المجرات الأخرى؟ "تحدث رئيس وكالة ناسا عن النظريات الحديثة القائلة بإمكانية وجود أكوان أخرى متعددة لانهائية غير كوننا المرئي. لكنه لم يدعي أن لديه معلومات محددة، وفي جميع الاحتمالات، كان يستمتع بنفسه خلال هذا الظهور العلني.

يشير هذا الموقف بصراحة إلى موقف سلفه، ستيف جورشيك، الذي كان متحفظًا على موضوع الحياة خارج كوكب الأرض. في مقابلة مع موقع  Futurism في فبراير 2021، قال إنه من الصعب التعليق على هذه المسألة. واختتم حديثه قائلاً: "حتى الآن، لا توجد كائنات فضائية". لكن العالم في جامعة هارفارد آفي لوب ألمح إلى أنه قد يكون كوننا قد تم إنشاؤه في المختبر من قبل حضارة متقدمة يعيش فيها أفراد أكثر تقدمًا من الناحية التكنولوجية مما نعيشه في عالم بيولوجي.  ويواصل آفي لوب: " إن أكبر لغز حول تاريخ كوننا هو ما حدث قبل الانفجار العظيم. من أين جاء كوننا؟ "يسأل آفي لوب في افتتاحيته الأخيرة الموقعة في مجلة Scientific American.  الرئيس السابق لقسم علم الفلك بجامعة هارفارد، والمدير المؤسس لمبادرة الثقب الأسود بجامعة هارفارد ورئيس مجلس الفيزياء والفلك التابع للأكاديميات الوطنية، لديه نظرية حول أصل الكون. يكتب أنه كان من الممكن أن يكون قد تم إنشاؤها في المختبر من قبل "حضارة تكنولوجية متقدمة".

هذه الكائنات المتفوقة، التي صنفها المؤلف A على المقياس الكوني، "يمكن أن تكون قد طورت تقنية خلقت كونًا طفلًا من لا شيء بفضل النفق الكمومي" لأن "كوننا له هندسة مسطحة مع صافي طاقة صفر". يمكن للنظرية التي طرحها آفي لوب أن توحد الفكرة الدينية القائلة بأن الخالق الأسمى هو أصل الحياة مع "المفهوم العلماني للجاذبية الكمومية". ويضيف أنه إذا كانت نظريته صحيحة، فإنها تشير إلى أن كونًا مثل كوننا، يضم سكانًا أكثر تقدمًا من الناحية التكنولوجية، سيكون كونًا بيولوجيًا.

هل البشر سيئون للغاية بالنسبة للفئة A من الكائنات الفضائية المتطورة؟ يشير الوجود المفترض لكون بيولوجي إلى أن الجنس البشري خُلق لولادة حضارات أكثر تقدمًا مما نحن عليه اليوم، أي إن البشر مقبلون على تطور علمي وتكنولوجي وبيولوجي كبير في المستقبل. يصنف آفي لوب البشر في المستوى C على المقياس الكوني، "لأننا غير قادرين على إعادة خلق ظروف صالحة للسكن على كوكبنا عندما تموت الشمس" ... أو حتى في المستوى D، لأننا ندمر بلا مبالاة الموائل ومصادر الثروة الطبيعية على كوكبنا الأرض بسبب تغير المناخ، مدفوعًين بتقنياتنا ".

ليس من المستحيل بالنسبة لنا الوصول إلى الفئة (A)، لكن العديد من العقبات تعرقل هذا التطور، ولا سيما عدم قدرتنا على خلق "كثافة كبيرة بما فيه الكفاية من الطاقة المظلمة في منطقة صغيرة"، كما كتب كاتب الافتتاحية. ومع ذلك، يشجع آفي لوب الأفراد على "النظر بتواضع من خلال التلسكوبات الجديدة" من أجل "البحث عن أكوان وكائنات أكثر ذكاءً في كتلتنا الكونية". ويحذر من أنه إذا لم نفعل ذلك، فقد تنتهي تجربتنا على الأرض مثل تجربة الديناصورات.

بيد أن بحث البشر عن حضارات خارج كوكب الأرض لم يسفر عن أية نتائج. فبعد البحث عن علامات حضارة متقدمة خارج كوكب الأرض في 100000 مجرة ​​، لم يجد فريق من علماء ناسا، الذين يستخدمون الملاحظات من التلسكوب المداري وايز، أي دليل على وجود مثل هذه الحضارة، "يشرح جيسون تي رايت، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة ولاية بنسلفانيا الذي صمم برنامج البحث: "الفكرة وراء بحثنا هي: إذا تم استعمار مجرة ​​بأكملها من قبل حضارة متقدمة تتقن السفر إلى الفضاء، فإن الطاقة التي تنتجها تقنيات تلك الحضارة يجب أن تكون قابلة للاكتشاف في موجات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة. هذه هي الموجات بالضبط التي يستطيع القمر الصناعي WISE اكتشافها لأنه مصمم للقيام بذلك.

"طالما أن الحضارة المتقدمة القادرة على التحرك في الفضاء فإنها تستخدم كميات كبيرة من الطاقة المنبعثة من النجوم لتشغيل أجهزة الكمبيوتر أو السفر بين النجوم أو الاتصالات أو الأشياء التي لا يمكننا تخيلها، وإن الديناميكا الحرارية الأساسية تخبرنا أنه يجب تحويل هذه الطاقة إلى إشعاع متوسط ​​تحت الحمراء. هذه الفيزياء الأساسية نفسها تجعل جهاز الكمبيوتر الخاص بك يشع الحرارة عند تشغيله ... نتائجنا تعني أنه لا يوجد في أي من 100000 مجرة ​​يمكن للقمر الصناعي WISE رصدها بتفاصيل كافية مشغولة إلى حد كبير من قبل حضارة فضائية تستخدم الكثير من الطاقة. من ضوء النجوم. هذا مثير للاهتمام لأن هذه المجرات عمرها مليارات السنين مما يعطي الحضارات الفضائية الزمن اللازم للتطور، إذا كانت موجودة، وبالتالي يستنتج رايت: "إما أنها غير موجودة أو لا تستخدم طاقة كافية لنا لاكتشافها".

هذه النتائج تجعل مفارقة فيرمي الشهيرة للحياة خارج كوكب الأرض أكثر صلة بالموضوع. إذا لم نكن وحدنا في الكون "فأين هم؟" قبل 70 عامًا سأل إنريكو فيرمي، أحد أعظم علماء الفيزياء في التاريخ وأحد مخترعي القنبلة الذرية. يتم التعبير عن المفارقة على النحو التالي: تطورت الحياة بسرعة وبشكل لا يقاوم على الأرض. يوجد أكثر من 100 مليار نجم في مجرتنا درب التبانة، يجب أن يكون لمعظمها كواكب، بعضها قادر على إيواء الحياة. لذلك يجب أن تكون الحياة منتشرة للغاية في مجرتنا وأن الأنواع المتطورة، أكثر بكثير في مجرتنا، ويجب أن تكون قادرة على استعمار المجرة في غضون بضعة ملايين من السنين. ومع ذلك، لم نلاحظ أي أثر لذكاء خارج كوكب الأرض. "ولكن أين هم؟"

إحصائيًا، منطق إنريكو فيرمي لا يمكن إيقافه. عندما ننظر إلى القبو المرصع بالنجوم في منتصف الليل، نلاحظ حوالي 2500 نجم في مجرتنا، بالكاد جزء من جزء من المليون من عدد النجوم في مجرتنا وكلها تقريبًا تقع على  أقل من 1000 سنة ضوئية وهي المسافة التي يمثل 1٪ من قطر مجرة ​​درب التبانة. في الواقع إننا  بالكاد نرى أي شيء. فنحن بدائيين تكنولوجياً. الأعداد والمسافات تجعلك تشعر بالدوار أكثر. لذلك يوجد ما بين 100 و 400 مليار نجم في مجرتنا وتقريبًا ونفس عدد المجرات في الكون المرئي الذي يمكن ملاحظته بوسائلنا الحالية. ببساطة، هذا يعني أن هناك 10000 نجم في الكون مقابل كل حبة رمل على الأرض. دعونا نأخذ المنطق الإحصائي لفيرمي إلى أقصى حد. لا يتفق جميع علماء الفلك على النسبة المئوية للنجوم في الكون التي يمكن مقارنتها بشمسنا. وتتراوح هذه النسبة بين 5٪ و 20٪. خذ، أدنى افتراض، 5٪. كم من هذه النجوم لديها كواكب تدور حولها يمكن أن تكون لها ظروف قريبة من ظروف الأرض. مرة أخرى يختلف علماء الفلك. وتتراوح النسبة بين 50٪ و 22٪ بحسبهم. خذ مرة أخرى الأضعف، 22٪، وارجع إلى درب التبانة. إذا اعتبرنا أن لديها 100 مليار نجم فقط، فإن 5٪ منها يمكن مقارنتها بالشمس وأن 22٪ منها لها كواكب مماثلة للأرض في مدارها، فهذا يجعل مليار كوكب مثل الأرض في مجرتنا درب التبانة لوحدها إذا تطورت الحياة الذكية بنسبة 0.1٪ فقط من الوقت، فهناك 100000 حضارة ذكية في مجرة ​​درب التبانة! فأين هن؟

 

إعداد د. جواد بشارة

 

 

جواد بشارةإعداد وترجمة د. جواد بشارة

trous noirs pourraient avoir propre version pression quantique

يمكن أن تتعرض الثقوب السوداء لنسختها الغريبة من الضغط، والتي تسمى "الضغط الكمومي" جوناثان بايانو 11 سبتمبر 2021 يزيد علماء الفيزياء في جامعة ساسكس بالمملكة المتحدة من تعقيد فهمنا لفيزياء الثقوب السوداء (على الرغم من عدم اكتمالها) من خلال اقتراح أن لديهم نسختهم الغريبة من الضغط عند حوافها، والتي تسمى "الضغط الكمومي pression quantique ". بخلاف ذلك الموجود على الأرض وفي أي مكان آخر في الكون، فإن وجوده لن يكون متوقعًا من قبل علماء الفيزياء. وفقًا للباحثين، تشير حسابات تأثير ميكانيكا الكموم على الجاذبية في محيط الثقوب السوداء إلى أن هذه المناطق قد تخضع لهذا الضغط الكمومي. وهذا اكتشاف غير متوقع. إن مسألة التفاعل بين ميكانيكا الكموم والجاذبية هي واحدة من أعظم الألغاز في الفيزياء الحديثة، وحافة الثقب الأسود هي واحدة من المناطق القليلة التي تكون فيها الظروف شديدة بما يكفي بحيث تكون تأثيرات الظاهرتين ذات صلة في وقت واحد. استخدم Xavier Calmet و Folkert Kuipers، من جامعة ساسكس، إطارًا يسمى نظرية المجال الكمومي théorie quantique des champs لاستكشاف ما يحدث عندما تلتقي ميكانيكا الكموم والجاذبية على حافة ثقب أسود. الضغط الكمي: ضروري لشرح تقلبات الجسيمات fluctuations des particules لقد حسبوا كيف يمكن للتقلبات الكمومية الصغيرة أن تخلق تأثيرات لا تؤخذ في الاعتبار من خلال معادلاتنا القياسية للجاذبية. كشفت هذه الحسابات عن متغير مفاجئ، والذي يبدو أنه يشير إلى أن التقلبات في الجسيمات الكمومية على حافة الثقب الأسود يجب أن تمنح الثقب الأسود ضغطًا غريبًا، يختلف عما نعرفه. يقول كالميت Calmet: "كان الأمر غير متوقع على الإطلاق". عندما تم افتراض وجود الثقوب السوداء لأول مرة، اعتقد الفيزيائيون أنها يجب أن تكون بسيطة للغاية. أظهر العمل اللاحق للفيزيائي الشهير ستيفن هوكينغ وآخرون أنه، أي الثقوب السوداء، تبعث نوع من الجسيمات في عملية تُعرف الآن باسم إشعاع هوكينغ rayonnement de Hawking، مما يعني أنه يجب أن يكون لديها درجة حرارة. "هذا في حد ذاته، شكل مفاجأة. الآن، إضافة الضغط تعني أن الثقوب السوداء أكثر تعقيدًا، "يقول كالميت. ومع ذلك، لا يزال يتعين على الباحثين فهم ما يمكن أن يعنيه هذا الضغط بالمعنى المادي. يتضمن المفهوم المعتاد للضغط جزيئات تدفع ضد جسم ما وترتد عنه، لكن حافة الثقب الأسود (أفق الحدث) فارغة تقريبًا. لذلك ليس هناك الكثير من "الدفع" ضده. يقول ستيفن هسو Stephen Hsu من جامعة ولاية ميتشيغان: "يجب أن يكون مصدر الضغط هنا هو تقلبات كمومية بحتة بنسبة 100٪". تخلق التقلبات الكمومية جسيمات افتراضية يمكن أن تكون، من الناحية النظرية، مصدر الضغط. ويشرح قائلاً: "إنه ليس نوع الضغط الذي اعتدنا عليه". مثل بالون يتسرب ... إذا تخيلت أفق الحدث لثقب أسود على شكل بالون، فإن الضغط لا يأتي من الداخل أو الخارج لتقليص أو توسيع البالون، إنه من داخل مادة البالون نفسها. "يمكننا تخيل الأفق كسطح معين إلى حد ما، وبالتالي فإن الضغط سيدفعه إلى الداخل (إذا كان سالبًا) أو للخارج (إذا كان موجبًا)، وهو ما يتوافق على التوالي مع انخفاض أو زيادة في كتلة يشرح روبرتو كاساديو Roberto Casadio من جامعة بولونيا بإيطاليا. وجد الباحثون أن الضغط سالب، وهو ما يجب أن يتوافق مع تقلص الثقب الأسود بمرور الوقت، مثل تسريب بالون. تتوافق هذه النتيجة مع الأعمال الأخرى التي تشير إلى أن الثقوب السوداء تفقد المادة عندما تتعرض للنيوترونات. يمكن حتى ربط الظاهرتين. يقول هسو إن الأمر سيستغرق على الأرجح الكثير من العمل الإضافي لفهم من أين يأتي هذا الضغط بالضبط وما هي العواقب على فهمنا للثقوب السوداء. ولكن نظرًا لأنه ينبع من التقلبات الكمومية، فإن معرفة المزيد عنها يمكن أن يكون خطوة إلى الأمام في فهم الجاذبية الكمومية. يشرح كالميت قائلاً: "أي ميزة جديدة نكتشفها على الثقوب السوداء على المستوى الكمومي يمكن أن تعطينا بعض الأدلة حول كيفية دمج النسبية وميكانيكا الكموم، وما هي الميزات التي يجب أن تمتلكها هذه النظرية الأساسية". المصدر: Physical Review D

يمكن أن تكشف البلورة الكمومية cristal quantique عن هوية المادة المظلمة

جوناثان بايانو 31 أغسطس 2021

cristal quantique pourrait reveler identite matiere noire

انطباع الفنان عن الضوء والمادة في التشابك الكمومي. | IQOQI إنسبروك / هارالد ريتش

في تجربة مبتكرة، ابتكر الباحثون بلورة البريليوم cristal de béryllium قادرة على اكتشاف المجالات الكهرومغناطيسية الضعيفة للغاية. يُعتقد أن المادة المظلمة تتكون من جسيمات افتراضية تسمى الأكسيونات axions، من بين أشياء أخرى، ويعتقد الباحثون أنه يمكن اكتشافها يومًا ما باستخدام أجهزتهم التجريبية، والتي يسمونها "بلورة الكموم cristal quantique ". من خلال محاصرة 150 جسيمًا مشحونًا من البريليوم (أيونات des ions) باستخدام نظام من الأقطاب الكهربائية والمجالات المغناطيسية (للتغلب على تنافرها الطبيعي)، نجح الباحثون في JILA، وهو معهد مشترك في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، وفي جامعة كولورادو بولدر. في تكوين بلورة كمومية بخصائص فريدة. عندما حاصرت عالمة الفيزياء الذرية في JILA آنا ماريا راي Ana Maria Rey وزملاؤها الأيونات بنظام مجالها وإلكترودها leur système de champs et d’électrodes، تجمعت الذرات معًا في لوح مسطح يبلغ سمكه ضعف سمك شعرة الإنسان. هذا الكل المنظم يشبه البلورة التي اعتقدوا أنها ستهتز عندما تزعجها قوة خارجية. وهنا توجب  تجاوز مبدأ عدم يقين هايزنبرغ l’incertitude d’Heisenberg grâce بالتشابك الكمومي l’intrication quantique يقول راي: "عندما تثير الذرات، فإنها لا تتحرك منفردة". "إنهم يتحركون ككل". عندما تواجه "بلورة" البريليوم هذه مجالًا كهرومغناطيسيًا، فإنها تتحرك استجابةً لذلك، ويمكن ترجمة هذه الحركة إلى مقياس لشدة المجال l’intensité du champ. لكن قياسات أي نظام ميكانيكي كمومي تخضع للحدود التي وضعها مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ، والتي تنص على أنه لا يمكن معرفة خصائص معينة للجسيم، مثل موقعه وزخمه، في وقت واحد بدقة عالية. وجد الفريق طريقة للتغلب على هذا القيد من خلال التشابك الكمومي، حيث ترتبط سمات الجسيمات الكمومية ارتباطًا جوهريًا. قال راي: "باستخدام التشابك، يمكننا اكتشاف الأشياء التي لا يمكن تحقيقها بطريقة أخرى". في هذه الحالة، تشابكت هي وزملاؤها حركات أيونات البريليوم مع دورانها. يجب أن تعلم أن الأنظمة الكمومية تبدو مثل قمم الغزل الصغيرة والدوران يصف الاتجاه (على سبيل المثال لأعلى أو لأسفل) الذي تتجه فيه هذه "القمم". أثناء التجربة، عندما اهتزت البلورة، تحركت إلى حد معين. ولكن بسبب مبدأ عدم اليقين، فإن أي قياس لهذا الإزاحة، أو مقدار حركة الأيونات، سيخضع لحدود الدقة ويحتوي على "ضوضاء كمومية bruit quantique "، كما يقول راي. وأضافت أنه لقياس الإزاحة، "نحتاج إلى إزاحة أكبر من الضوضاء الكمومية". تم نشر تفاصيل الدراسة في مجلة Science. يعمل التشابك بين حركات الأيونات ودوراتها على توزيع هذه الضوضاء، مما يقللها ويسمح للباحثين بقياس التقلبات فائقة الدقة في البلورة. اختبر الباحثون النظام عن طريق إرسال موجة كهرومغناطيسية ضعيفة إليه ومشاهدته يهتز.

نحو الكشف عن المحاور الافتراضية للبلورة التي صممها الفريق بالفعل والتي هي أكثر حساسية بعشر مرات لاكتشاف الإشارات الكهرومغناطيسية الدقيقة من أجهزة الاستشعار الكمومية الشائعة. لكنهم يعتقدون أنه مع المزيد من أيونات البريليوم، يمكن الحصول على كاشف أكثر حساسية قادرًا على تمييز الأكسيونات. الأكسيون هو جسيم افتراضي من مادة مظلمة خفيفة للغاية، كتلته تساوي واحدًا أو أقل من واحدًا من المليار من كتلة الإلكترون. تشير بعض نماذج الأكسيون إلى أنه يمكن أن يتحول إلى فوتون في ظل ظروف معينة، وفي هذه الحالة لن يكون موجودًا في مجال المادة المظلمة وينتج مجالًا كهرومغناطيسيًا ضعيفًا. إذا مرت الأكسيونات عبر مختبر يحتوي على بلورة البريليوم هذه، فيمكنها اكتشاف وجودها. قال دانيال كارني Daniel Carney، الفيزيائي النظري في مختبر لورانس بيركلي الوطني في بيركلي، كاليفورنيا، والذي لم يشارك في البحث: "أعتقد أنها نتيجة جميلة وتجربة رائعة". بالإضافة إلى المساهمة في دراسة المادة المظلمة، يعتقد كارني أن هذا العمل يمكن أن يجد العديد من التطبيقات، مثل البحث عن المجالات الكهرومغناطيسية الشاردة في المختبر أو الكشف عن العيوب في المادة. المصدر: Science

يمكن اكتشاف الطبيعة الكمومية للجاذبية في موجات الجاذبية جوناثان بايانو 31 أغسطس 2021

nature quantique gravite pourrait etre detectable dans ondes gravitationnelles

انطباع فني عن وجود ثقبين أسودين على وشك الاندماج، مما ينتج موجات ثقالية.

 الجاذبية، التي شرحها نيوتن بطريقة بسيطة ثم بعد ذلك ببضعة قرون بطريقة أكثر اكتمالا من قبل أينشتاين، سيكون لها أيضًا طبيعة كمومية. نظرية النسبية لأينشتاين، التي تقدم الزمكان على أنه "نسيج قابل للنمذجة" يسحب قوة الجاذبية، وبالتالي لن تكون كافية لشرح جميع جوانب هذه الميكانيكا الطبيعية المبهرة. في الآونة الأخيرة، عكف فريق من الباحثين على دراسة موجات الجاذبية - الناتجة عن اصطدام الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية - على أمل اكتشاف المكون الكمومي للجاذبية وإثباته. كان السؤال عن كيفية توافق الجاذبية وميكانيكا الكموم معًا أحد أعظم خطوط البحث في الفيزياء لعقود. كيف تؤثر التقلبات الكمومية على موجات الجاذبية (تموجات في الزمكان الناجمة عن حركة واصطدام الأجسام الضخمة) يمكن أن توفر للفيزيائيين طريقة لحل هذا اللغز. الجاذبية هي المجال الوحيد في الفيزياء الذي لا يتناسب حاليًا مع الفهم الميكانيكي الكمومي للكون. قال كارلو روفيلي Carlo Rovelli، من جامعة إيكس مرسيليا بفرنسا، والذي لم يشارك في هذا العمل: "نظريتنا الفيزيائية الأساسية غير متسقة حاليًا: إنها تتكون من جزأين لا يتماشيان معًا". "للحصول على صورة متماسكة للعالم، علينا الجمع بين النصفين." جسيم الغرافيتون: يمكن اكتشاف تأثيره في موجات الجاذبية وقد  تم تكريس الكثير من العمل النظري لهذه المشكلة، لكن الملاحظات والتجارب لم تحلها بعد. هذا يرجع أساسًا إلى حقيقة أن مستويات الطاقة التي تظهر فيها تأثيرات الكموم على سلوك الجاذبية مرتفعة بشكل غير عادي. توجد مستويات الطاقة العالية هذه بشكل خاص في الأحداث الفلكية التي تنتج موجات الجاذبية. الموجات التي تنتجها الحقول الكمومية، مثل الضوء، هي بطبيعتها موجات وجسيمات في آن واحد. لذلك إذا كانت حقول الجاذبية حقًا حقول كمومية، فيجب أن تتصرف موجات الجاذبية أيضًا مثل الجسيمات. تسمى هذه الجسيمات الافتراضية الغرافيتونات. قام موليك باريك Maulik Parikh من جامعة ولاية أريزونا وزملاؤه بحساب أن وجود الغرافيتونات يمكن أن يخلق اضطرابات في إشارات موجات الجاذبية. اكتشفوا أنه يمكن، من الناحية النظرية، اكتشافها بواسطة مراصد موجات الجاذبية الحالية مثل LIGO و VIRGO. يقول باريك: "ربما لا تكون الطبيعة الكمومية للجاذبية بعيدة المنال، وربما هناك توقيع تجريبي عليها". "تنبؤنا هو أن هناك نوعًا من الضوضاء، والتداخل، في الجاذبية - وخصائص تلك الضوضاء تعتمد على الحالة الكمومية لحقل الجاذبية." الجاذبية الكمومية: من خلالها توحيد ميكانيكا الكموم والنسبية العامة ويمكن تمييزها عن مصادر الضوضاء الأخرى من حيث أنها من المحتمل أن تظهر بنفس تقلبات الإشارة بالضبط في العديد من أجهزة الكشف في وقت واحد. ستكون مراقبة هذه الضوضاء دليلًا على أن الجاذبية لها مكون كمومي. قال روفيلي: "لدينا كل الأسباب للاعتقاد بأن هذا هو الحال". يقوم باريك وزملاؤه حاليًا بنمذجة كيف ستبدو ضوضاء الكموم في الاكتشافات الفعلية لموجات الجاذبية من الأحداث الفلكية، مثل اندماج الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية، لذا فهم يعرفون ما الذي يبحثون عنه. إن اكتشاف هذه الإشارة وإثبات أن الجاذبية هي ظاهرة كمومية جزئية على الأقل سيشكلان خطوة رئيسية نحو توحيد النسبية العامة وميكانيكا الكموم، وهو جهد بحثي يسميه العلماء "الجاذبية الكمومية". نظرًا لأن الجاذبية هي سمة من سمات كل الزمكان، وميكانيكا الكموم تصف المادة في نطاقها المجهري مادون الذري، في اللامتناهي في الصغر، فإن هذا من شأنه أن يقربنا من نظرية الاتساق الذاتي théorie autoconsistante لكل شيء متعلق بالفيزياء. يقول باريك: "القصة الكاملة للجاذبية هي في الواقع قصة المكان والزمان". "في نظرية كل شيء théorie du tout، نتوقع أن يكون المكان والزمان والمادة شيئاً واحدًا بطريقة ما، وستكون مراقبة هذه الظاهرة خطوة نحو إثبات ذلك." المصدر: خطابات المراجعة المادية

premiere detection potentielle singularite triangulaire

 أول اكتشاف محتمل لـ "التفرد الثلاثي"، وهي عملية دون ذرية غامضة جوليان كلوديت 10 سبتمبر 2021 . إنه أول كشف محتمل عن التفرد الثلاثي يدعي فريق دولي من الباحثين، بعد مراجعة البيانات القديمة من مسرعات الجسيمات، تحديد الأدلة على عملية دون ذرية غامضة اقترحها الفيزيائي الروسي ليف لاندو Lev Landau في الخمسينيات من القرن الماضي، ولكن لم يتم إثباتها مطلقًا حتى الآن: التفرد الثلاثي أو الفرادة المثلثية la singularité triangulaire. في الخمسينيات من القرن الماضي، افترض الفيزيائي ليف لاندو وجود التفرد الثلاثي أو الفرادة المثلثية، وهي عملية دون ذرية نادرة تتبادل فيها الجسيمات هوياتها قبل أن تبتعد عن بعضها البعض. في هذا السيناريو، جسيمان - يسميان kaons - تشكلان زاويتي المثلث، بينما تشكل الجسيمات المتبادلة النقطة الثالثة في المثلث. قال برنارد كيتزر Bernhard Ketzer، المؤلف المشارك في الدراسة المعنونة "الجسيمات المتضمنة تبادل الكواركات وتغيرت الهوية أثناء العملية"، التي نُشرت في مجلة فيزيكال ريفيو ليترز، وهوعضو معهد هيلمهولتز للفيزياء النووية والإشعاعية في جامعة بون:" يطلق عليه التفرد الثلاثي أو الفرادة المثلثية  لأن الطرق الرياضية لوصف التفاعلات بين الجسيمات دون الذرية تتعطل. إذا حدث هذا التبادل لهوية الجسيمات حقًا، فقد يساعد الفيزيائيين على فهم التفاعل القوي (أو القوة النووية الشديدة أو القوية)، الذي يربط الكواركات داخل النكليونات (النوى الذرية). لذا فإن التفرد الثلاثي Singularité triangulaire هو مفتاح فهم التفاعل القوي. في عام 2015، اعتقد علماء الفيزياء الذين يدرسون تصادم الجسيمات في CERN بسويسرا، أنهم حصلوا على لمحة موجزة عن مجموعة جسيمات غريبة قصيرة العمر تسمى تيتراكوارك tetraquark. لكن الدراسة الجديدة تقدم تفسيرًا مختلفًا - شيء أكثر غرابة. بدلاً من تكوين مجموعة جديدة، يتبادل زوج من الجسيمات الهويات قبل أن تختفي. يُعرف تبادل الهوية هذا باسم التفرد الثلاثي أو الفرادة المثلثية، وربما قدمت هذه التجربة بشكل غير متوقع أول دليل على هذه العملية. تدرس تجربة CERN's COMPASS (جهاز Muon والبروتون المشترك للهيكل والتحليل الطيفي) التفاعل القوي L’expérience COMPASS (Common Muon and Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy) du CERN étudie l’interaction forte. في حين أن للقوة وظيفة بسيطة للغاية (تجمع البروتونات والنيوترونات معًا)، فإن القوة نفسها معقدة بشكل مذهل، وقد كافح الفيزيائيون لوصف سلوكها بشكل كامل في جميع التفاعلات. لفهم التفاعل القوي، يصطدم العلماء في كومباس بجزيئات عالية الطاقة جدًا في معجل يسمى بروتون السينكروتون الفائق Super Proton Synchrotron. ثم يشاهدون ما يحدث. يبدأون ببيون un pion (أو méson pi "باي ميزون")، ويتكون من عنصرين أساسيين، كوارك وكوارك مضاد. القوة القوية تحافظ على الكوارك والكوارك المضاد عالقين معًا داخل البيون. على عكس القوى الأساسية الأخرى في الطبيعة، والتي تضعف مع المسافة، فإن التفاعل القوي يزداد قوة كلما ابتعدت الكواركات عن بعضها البعض (تخيل كواركات بيون مرتبطة بشريط مطاطي). ثم يسرع العلماء هذا الرائد ليقترب من سرعة الضوء ويصطدم بذرة الهيدروجين. هذا الاصطدام يكسر رابطة القوة بين الكواركات، وبالتالي يطلق كل الطاقة المتراكمة. يوضح Ketzer: "يتم تحويل هذا إلى مادة، مما يؤدي إلى تكوين جسيمات جديدة". "لذلك فإن مثل هذه التجارب تزودنا بمعلومات مهمة حول التفاعل القوي." تمثيل التفرد الثلاثي. يتحلل الجسيم a1 الناتج أثناء الاصطدام إلى جسيمين * K  و K-quer. تتفاعل هذه مع بعضها البعض لإنتاج الجسيمين π و f0. كما في الشكل أدناه.

representation singularite triangulaire

 إشارة مشوشة خلطت مع إشارة tetraquark :

في عام 2015، قامت تجربة كومباس بتحليل رقم قياسي بلغ 50 مليون تصادم من هذا القبيل ووجدت إشارة مثيرة للاهتمام. ونتيجة لهذه الاصطدامات، ظهر جسيم جديد في أقل من 1٪ من الحالات. أطلقوا على هذا الجسيم اسم "a1 (1420)" واعتقدوا في البداية أنه مجموعة جديدة من أربعة كواركات - رباعي كوارك. ومع ذلك، كان هذا الرباعي غير مستقر وتفتت إلى أجزاء أخرى. تحدث الكواركات عادة في مجموعات من ثلاثة (التي تشكل البروتونات والنيوترونات) أو في أزواج (مثل البيونات). كانت مجموعة من أربعة كواركات اكتشافًا نادرًا بالفعل. لكن التحليل الجديد يقدم تفسيرًا أكثر غرابة. بدلاً من إنشاء رباعي رباعي جديد لفترة وجيزة، أنتجت كل تصادمات البيدق شيئًا غير متوقع  وهوالتفرد الثلاثي الغامض la mystérieuse singularité triangulaire. وفقًا للباحثين الذين يقفون وراء التحليل الجديد، يصطدم البيون بذرة الهيدروجين ويتحطم، كل طاقة القوة القوية تنتج فيضانًا من الجسيمات الجديدة. بعض هذه الجسيمات هي الكاونات kaons، وهي نوع آخر من أزواج الكواركات والكواركات المضادة، وهي نادرًا جدًا، عندما يتم إنتاج كاونين، يبدأان في اتخاذ مسارات مختلفة. سوف تتحلل هذه الكاونات في النهاية إلى جسيمات أخرى أكثر استقرارًا. لكن قبل ذلك، يتبادلون أحد كواركاتهم مع الآخر، ويتحولون في هذه العملية. إن هذا التبادل القصير للكواركات بين الكواركات هو الذي يحاكي إشارة رباعي الكواركات tétraquark. يقول Ketzer، وهو أيضًا عضو في مشروع البحث متعدد التخصصات "اللبنات الأساسية للتفاعلات الأساسية" Building Blocks of Matter and Fundamental Interactions (TRA مادة). "ثم تبدو الإشارة الناتجة تمامًا مثل تلك الخاصة بـ tetraquark." إذا قمت بتتبع مسارات الجسيمات الفردية بعد الاصطدام الأولي، فإن زوج الكاونات يشكل "ساقين"، وتشكل الجسيمات المتبادلة ثلثًا بينهما، مما يتسبب في ظهور مثلث في الرسم التخطيطي، ومن هنا جاء اسم هذه العملية. على الرغم من أن الفيزيائيين قد توقعوا وجود التفردات المثلثية لأكثر من نصف قرن، فإن هذه التجربة هي الأقرب إلى الملاحظة الأولى. لكنها لم تفز بعد. يحتوي النموذج الجديد للعملية التي تنطوي على تفردات مثلثة على معلمات أقل من نموذج tetraquark ويناسب البيانات بشكل أفضل. لكنها غير حاسمة، لأن نموذج رباعي الكواركات الأصلي لا يزال بإمكانه تفسير هذه البيانات. ومع ذلك فهي فكرة مثيرة للاهتمام. إذا تم تأكيده، فسيكون تحقيقًا قويًا للتفاعل النووي القوي، حيث أن ظهور التفردات المثلثية هو توقع لفهمنا لهذه القوة، والتي لم يتم التحقيق فيها بشكل كامل بعد. البروتونات والنيوترونات والبيونات والجسيمات الأخرى (تسمى الهادرونات) لها كتلة. لقد حصلوا عليها بفضل آلية هيغز المزعومة، ولكن من الواضح أنها ليست حصرية: يمتلك البروتون كتلة أكبر بحوالي 20 مرة من تلك التي يمكن تفسيرها بواسطة آلية هيغز وحدها. يوضح Ketzer أن "الجزء الأكبر بكثير من كتلة الهادرونات يرجع إلى التفاعل القوي". ومع ذلك، لم يتضح بعد بالضبط كيف تتشكل كتل الهادرونات. تساعدنا بياناتنا على فهم خصائص التفاعل القوي بشكل أفضل، وربما الطرق التي يساهم بها في كتلة الجسيمات. " المصدر: خطابات المراجعة المادية.

 

 

جواد بشارةإعداد وترجمة د. جواد بشارة

عن مجلة: Physical Review Letters


 يمكن أن تكشف البلورة الكمومية عن هوية المادة المظلمة كما قال جوناثان بايانو في مقال له نشر في 31 أغسطس 2021 . في تجربة مبتكرة، ابتكر الباحثون بلورة بيريليوم قادرة على اكتشاف المجالات الكهرومغناطيسية الضعيفة للغاية. يُعتقد أن المادة المظلمة تتكون من جسيمات افتراضية تسمى الأكسيونات، من بين أشياء أخرى، ويعتقد الباحثون أنه سيتم اكتشافها يومًا ما باستخدام أجهزتهم التجريبية بعد تطويرها تكنولوجياً، والتي يسمونها "بلورة الكموم". من خلال محاصرة 150 جسيمًا مشحونًا من البريليوم (أيونات) باستخدام نظام من الأقطاب الكهربائية والمجالات المغناطيسية (للتغلب على التنافر الطبيعي)، قام الباحثون في JILA، وهو معهد مشترك في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، وفي جامعة كولورادو بولدر، ونجحوا في إنشاء بلورة كمومية بخصائص فريدة.

2780 المادة السوداء

انطباع الفنان عن الضوء والمادة في التشابك الكمومي. | IQOQI إنسبروك / هارالد ريتش

عندما حاصرت عالمة الفيزياء الذرية في JILA آنا ماريا راي وزملاؤها الأيونات بنظام مجالها وإلكترودها، تجمعت الذرات معًا في لوح مسطح يبلغ سمكه ضعف سمك شعرة الإنسان. هذا الكل المنظم يشبه البلورة التي اعتقدوا أنها ستهتز عندما تزعجها قوة خارجية.  وبهذا سيتم تجاوز مبدأ عدم يقين لهايزنبرغ بالتشابك الكمومي كما تقول راي: "عندما تثير الذرات، فإنها لا تتحرك منفردة". "إنها تتحرك ككل". عندما تواجه "بلورة" البريليوم هذه مجالًا كهرومغناطيسيًا، فإنها تتحرك استجابةً لذلك، ويمكن ترجمة هذه الحركة إلى مقياس لشدة المجال. لكن قياسات أي نظام ميكانيكي كمومي تخضع للحدود التي وضعها مبدأ عدم اليقين في هايزنبرغ، والتي تنص على أنه لا يمكن معرفة خصائص معينة للجسيم، مثل موقعه وزخمه، في وقت واحد بدقة عالية. وجد الفريق طريقة للتغلب على هذا القيد من خلال التشابك الكمومي، حيث ترتبط سمات الجسيمات الكمومية ببعضها البعض ارتباطًا جوهريًا. قالت راي: "باستخدام التشابك، يمكننا اكتشاف الأشياء التي لا يمكن تحقيقها بطريقة أخرى". في هذه الحالة، تشابكت هي وزملاؤها حركات أيونات البريليوم مع دورانها. يجب أن تعلم أن الأنظمة الكمومية تبدو مثل قمم الغزل الصغيرة والدوران يصف الاتجاه (على سبيل المثال لأعلى أو لأسفل) الذي تتجه فيه هذه "القمم". أثناء التجربة، عندما اهتزت البلورة، تحركت إلى حد معين. ولكن بسبب مبدأ عدم اليقين، فإن أي قياس لهذه الإزاحة، أو مقدار حركة الأيونات، سيخضع لحدود الدقة ويحتوي على "ضوضاء كمومية"، كما تقول راي. وأضافت أنه لقياس الإزاحة، "نحتاج إلى إزاحة أكبر من الضوضاء الكمومية". حيث يعمل التشابك بين حركات الأيونات ودوراناتها على توزيع هذه الضوضاء، مما يقللها ويسمح للباحثين بقياس التقلبات فائقة الدقة في البلورة. اختبر الباحثون النظام عن طريق إرسال موجة كهرومغناطيسية ضعيفة إليه ومشاهدته يهتز. نحو الكشف عن المحاور الافتراضية البلورة التي صممها الفريق بالفعل أكثر حساسية بعشر مرات لاكتشاف الإشارات الكهرومغناطيسية الدقيقة من أجهزة الاستشعار الكمومية الشائعة. لكنهم يعتقدون أنه مع المزيد من أيونات البريليوم، يمكن الحصول على كاشف أكثر حساسية قادرًا على تمييز الأكسيونات . والأكسيون هو جسيم افتراضي من مادة مظلمة خفيفة للغاية، كتلته تساوي واحدًا من المليار من كتلة الإلكترون. تشير بعض نماذج الأكسيون إلى أنه يمكن أن يتحول إلى فوتون في ظل ظروف معينة، وفي هذه الحالة لن يكون موجودًا في مجال المادة المظلمة وينتج مجالًا كهرومغناطيسيًا ضعيفًا. إذا مرت الأكسيونات عبر مختبر يحتوي على بلورة البريليوم هذه، فيمكنها اكتشاف وجوده كما قال دانيال كارني، الفيزيائي النظري في مختبر لورانس بيركلي الوطني في بيركلي، كاليفورنيا، والذي لم يشارك في البحث: "أعتقد أنها نتيجة جميلة وتجربة رائعة". بالإضافة إلى مساهمتها في دراسة المادة السوداء أو المظلمة، يعتقد كارني أن هذا العمل يمكن أن يجد العديد من التطبيقات، مثل البحث عن المجالات الكهرومغناطيسية الشاردة في المختبر أو الكشف عن العيوب في المادة. إلى ذلك، يدعي الفيزيائيون أنهم خلقوا سائلًا ذا "كتلة سالبة" حسب ورقة بحثية لجوليان كلوديت نشرت في13 أبريل 2017 حيث إدعي باحثون أمريكيون أنهم نجحوا في تكوين سائل ذي كتلة سالبة. يعني السائل ذو الكتلة السالبة أنه على عكس أي جسم مادي آخر معروف، عندما تضغط على السائل المذكور، فإنه يتسارع في الاتجاه المعاكس بدلاً من نفس الاتجاه الأولي. قد يقود مثل هذا السلوك العلماء إلى فهم بعض السلوكيات الغريبة التي تحدث في الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية. لكن قبل أن نتحدث عن الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية.  2781 المادة السوداء

دعونا نلقي نظرة على سؤال آخر: كيف يمكن لشيء ما أن يكون له كتلة سالبة؟ نظريًا، يجب أن يكون للمادة كتلة سالبة، بنفس الطريقة التي يمكن أن تكون بها الشحنة الكهربائية سالبة أو موجبة. لذا فهو يعمل من الناحية النظرية، لكن فكرة الكتلة السالبة هي موضوع قابل للنقاش في المجتمع العلمي ولقد بنى العالم الفرنسي جون بيير بتي نظريته الكوسمولوجية جانوس على مفهوم الكتلة السالبة. في الواقع، يتساءل الباحثون عما إذا كانت الأشياء ذات الكتلة السالبة يمكن أن توجد دون انتهاك قوانين الفيزياء. يتم التعبير عن قانون إسحاق نيوتن الثاني رياضياتيًا بالصيغة f = ma (القوة تساوي كتلة جسم مضروبة في تسارعه). إذا أعدنا كتابة هذه الصيغة بحيث يكون التسارع مساويًا لقوة مقسومة على كتلة جسم، مع الأخذ في الاعتبار الكتلة السالبة، فهذا يعني أيضًا تسارعًا عكسيًا: يمكنك أن تتخيل نفسك تدفع كوبًا على طاولة، وسوف تتسارع بمقدار الاتجاه المعاكس لقوة الدفع الخاصة بك. في حين أن هذا قد يبدو غريبًا بالنسبة لنا، إلا أن هذا لا يعني أنه مستحيل. أظهرت الأبحاث السابقة دليلاً على أن الكتلة السالبة يمكن أن توجد بالفعل في الكون، دون كسر النظرية النسبية العامة. بالإضافة إلى ذلك، يعتقد العديد من الفيزيائيين أن الكتلة السالبة يمكن أن تكون مرتبطة بعناصر معينة اكتشفناها في الكون، مثل الطاقة المظلمة والثقوب السوداء والنجوم النيوترونية، وأن الأخيرة يمكن أن تساعدنا على فهم هذه الظواهر بشكل أفضل. لهذا السبب، حاول الفيزيائيون جاهدين إعادة تكوين الكتلة السالبة في المختبر، وفي النهاية نجحوا. في الواقع، يزعم الباحثون في جامعة ولاية واشنطن أنهم نجحوا في الحصول على سائل من الذرات شديدة البرودة التي تعمل كما لو كانت تمتلك كتلة سالبة. يقترح الفريق أيضًا أن استخدام هذا السائل سيسمح لنا بدراسة بعض الظواهر التي تحدث في الكون والتي لم نفهمها تمامًا بعد. يقول مايكل فوربس، أحد الباحثين: "الخبر السار الأول (مع هذا الاكتشاف) هو أن لدينا تحكمًا رائعًا في طبيعة هذه الكتلة السالبة، دون مزيد من التعقيدات". من أجل إنشاء هذا السائل الغريب، استخدم الفريق الليزر لتبريد ذرات الروبيديوم إلى جزء صغير من الدرجة فوق الصفر المطلق، مما أدى إلى تكوين ما يسمى بتكثيف بوز-آينشتاين. في هذه الحالة، تتحرك الجسيمات ببطء شديد وتتبع مبادئ ميكانيكا الكموم، بدلاً من الفيزياء الكلاسيكية: هذا يعني أنها تبدأ في التصرف مثل الموجات، ولها موقع لا يمكن تحديده بدقة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الجسيمات تتصرف مثل سائل خالي من أي لزوجة، وتشكل ما يسمى السائل الفائق: والذي يتدفق بالتالي دون فقدان الطاقة في حالة الاحتكاك.  وبفضل الليزر، تمكن الفريق من الحفاظ على هذا السائل الفائق في درجات حرارة متجمدة، ولكن أيضًا حصره في مكان صغير على شكل وعاء، بقياس أقل من 100 ميكرون في القطر. بينما ظل السائل الفائق محتجزًا في هذا الفضاء، فقد احتفظ بكتلة منتظمة وظل يعمل بشكل طبيعي. بعد ذلك، باستخدام ليزرات إضافية، أخرج الفريق السائل الفائق: أجبروا الذرات على التحرك ذهابًا وإيابًا لتغيير دورانها، وكسر "الوعاء" والسماح للروبيديوم بالتحرك ذهابًا وإيابًا. كان يتصرف كما لو كان لديه كتلة سالبة. "عندما تضغط، تتسارع رأسًا على عقب. يبدو الأمر كما لو أن الروبيديوم يصطدم بجدار غير مرئي "، كما تقول فوربس. الآن يقول الفريق إن الكتلة السائلة السائلة تطابق وتؤكد ما وجدته الفرق الأخرى في بحث مختلف. ومع ذلك، لا يزال يتعين تحديد ما إذا كان هذا السائل الفائق الكتلة السالب موثوقًا ودقيقًا بما يكفي ليكون قادرًا على اختباره بشكل فعال في المختبر. الآن علينا انتظار الفرق المستقلة الأخرى لتكرار نفس النتائج.

 

تم نشر تفاصيل الدراسة في مجلة Science.

نُشر البحث في مجلة Physical Review Letters .

خطابات المراجعة الفيزيائية، جامعة ولاية واشنطن

| Edobric / شترستوك

 

 

 

جواد بشارةتشير معادلة "أينشتاين" الجديدة إلى أن الثقوب الدودية تحمل مفتاح الجاذبية الكمومية تلخص معادلة ER = EPR أدلة جديدة لفهم التشابك الكمومي والزمكان.

illustration of a wormhole

يعتقد بعض علماء الفيزياء أن الثقوب الدودية يمكن أن تربط الثقوب السوداء في الفضاء، وربما توفر دليلًا على ألغاز التشابك الكمومي وكيفية دمج النسبية العامة مع ميكانيكا الكموم.. stockernumber2  هناك معادلة جديدة تطفو في جميع أنحاء عالم الفيزياء هذه الأيام من شأنها أن تجعل أينشتاين فخوراً بنفسه وبما قدمه للبشرية من السهل جدًا تذكر: ER = EPR. قد تشك في أنه لكي تنجح هذه المعادلة، يجب أن تكون P مساوية لـ 1. لكن الرموز في هذه المعادلة لا تعني أرقامًا، بل أسماء. ربما خمنت أن E تعني أينشتاين. R و P هما الأحرف الأولى من -  أسماء علماء من المتعاونين في اثنتين من أكثر ورقات أينشتاين إثارة للاهتمام. مجتمعين في هذه المعادلة، تعبر هذه الأحرف عن مسار محتمل للتوفيق بين النسبية العامة لأينشتاين وميكانيكا الكموم. ميكانيكا الكموم والنسبية العامة كلاهما نظريات ناجحة بشكل مذهل. كلاهما يتنبأ بظواهر غريبة تتحدى المفاهيم التقليدية للواقع. ومع ذلك، عند اختبارها، تتوافق الطبيعة دائمًا مع متطلبات كل نظرية. نظرًا لأن كلا النظريتين تصف الطبيعة جيداً ببعديها اللامتناهي في الصغر واللامتناهي في الكبر، فمن الصعب تفسير سبب مقاومة كل الجهود لدمجها رياضياتيًا. بطريقة ما، يعتقد الجميع أنه يجب أن ينسجما معًا في النهاية في معادلة واحدة جامعة هي معادلة نظرية كل شيء . لكن حتى الآن، أبقت الطبيعة شكل علاقتهما سراً.  ومع ذلك، تشير المعادلة ER = EPR إلى أنه يمكن العثور على مفتاح اتصالهما في أنفاق الزمكان المعروفة باسم الثقوب الدودية.

2751 الثقوب الدودية

رسم توضيحي لثقب دودي الثقوب الدودية، الأنفاق عبر نسيج الزمكان تربط مواقع متباعدة على نطاق واسع، وقد تنبأت بها نظرية النسبية العامة لأينشتاين.

هذه الأنفاق، التي توحي بها النسبية العامة لأينشتاين، ستكون مثل اختصارات الفضاء الجزئي التي تربط ماديًا بالمواقع البعيدة. يبدو أن مثل هذه الأنفاق قد تكون هي الأنا المتغيرة للرابط الغامض بين الجسيمات دون الذرية المعروفة باسم التشابك الكمومي. على مدى التسعين عامًا الماضية أو نحو ذلك، تابع الفيزيائيون مسألتين كموميتين رئيسيتين بشكل منفصل: الأولى، كيفية تفسير الرياضيات الكمومية لفهم غرابتها (مثل التشابك)، والثانية، كيفية التزاوج بين ميكانيكا الكموم والجاذبية. اتضح بأنه، إذا كانت ER = EPR صحيحة، فإن كلا السؤالين لهما نفس الإجابة: لا يمكن فهم الغرابة الكمومية إلا إذا فهمت ارتباطها بالجاذبية. قد تخلق الثقوب الدودية هذا الرابط. تُعرف الثقوب الدودية تقنيًا باسم جسور أينشتاين-روزن (الجزء "ER" من المعادلة). تعاون ناثان روزن مع أينشتاين في ورقة تصفهم في عام 1935. يشير EPR إلى ورقة أخرى نشرها أينشتاين مع روزن في عام 1935، جنبًا إلى جنب مع بوريس بودولسكي. لقد أوضحت تلك المفارقة ألغاز التشابك الكمومي المتناقضة حول طبيعة الواقع. لعقود من الزمان، لم يفكر أحد بجدية في إمكانية وجود أي علاقة بين الصيغتين. لكن في عام 2013، اقترح الفيزيائيان خوان مالداسينا وليونارد سسكيند أن الثقوب الدودية والتشابك يصفان الشيء نفسه إلى حد ما. في ورقة بحثية حديثة، أوضح سسكيند بعض الآثار المترتبة على هذا الإدراك. من بينها: إن فهم المساواة بين الثقب الدودي والتشابك يمكن أن يكون المفتاح لدمج ميكانيكا الكموم والنسبية العامة، وأن تفاصيل الاندماج تفسر لغز التشابك، وأن الزمكان نفسه يمكن أن ينشأ من التشابك الكمومي، وأن الخلافات حول كيفية التفسير قد يقدم الحل لميكانيكا الكموم في هذه العملية. يكتب سسكيند: "تخبرنا علاقة آينشتاين ER = EPR  أن الشبكة المعقدة للغاية من الأنظمة الفرعية المتشابكة التي تتألف من الكون هي أيضًا شبكة معقدة للغاية (ومعقدة تقنيًا) من جسور أينشتاين-روزن". "بالنسبة لي يبدو واضحًا أنه إذا كانت ER = EPR صحيحة، فهي مشكلة كبيرة جدًا، ويجب أن تؤثر على أسس وتفسير ميكانيكا الكموم." يشكل التشابك أحد أكبر العوائق أمام فهم فيزياء الكموم. يحدث، على سبيل المثال، عندما ينبعث جسيمان من مصدر مشترك. يخبرك الوصف الكمومي لمثل هذا الزوج من الجسيمات باحتمالات أن يؤدي قياس أحد الجسيمات (مثل دورانه spin) إلى نتيجة معينة (على سبيل المثال، عكس اتجاه عقارب الساعة). ولكن بمجرد قياس أحد أعضاء الزوج، ستعرف على الفور النتيجة عندما تقوم بإجراء نفس القياس على الآخر، بغض النظر عن بُعده والمسافة التي تفصله عن الجسيم الآخر. امتنع أينشتاين عن هذا الإدراك، وأصر على أن القياس في مكان ما لا يمكن أن يؤثر على تجربة بعيدة (استدعى إدانته الشهيرة بالتعبير عنـ "عمل مخيف عن بعد"). لكن العديد من التجارب الفعلية أكدت قدرة التشابك على تحدي تفضيل أينشتاين. على الرغم من (كما أصر أينشتاين) لا يمكن إرسال أي معلومات على الفور من جسيم إلى آخر بأسرع من الضوء، ومع ذلك يبدو أن أحدهما "يعرف" ما حدث لشريكه المتشابك آنياً.  عادة، يتحدث الفيزيائيون عن التشابك بين جسيمين. لكن هذا مجرد مثال أبسط. يشير سسكيند إلى أن الحقول الكمومية - المادة التي تتكون منها الجسيمات - يمكن أيضًا أن تكون متشابكة. كتب بهذا الصدد: "في فراغ نظرية المجال الكمومي، تتشابك الحقول الكمومية في المناطق المنفصلة من الفضاء". يتعلق الأمر بالمظهر المعروف (وإن كان غريبًا) للجسيمات "الافتراضية" التي تظهر باستمرار وتخرج إلى الوجود من الفراغ. تظهر هذه الجسيمات في أزواج حرفيًا من العدم ؛ يضمن أصلهم المشترك أنهم متشابكون. في حياتها القصيرة، تصطدم أحيانًا بجسيمات حقيقية، ثم تتشابك فيما بعد. لنفترض الآن أن أليس وبوب، المعترف بهما عالميًا أنهما أكثر المجربين الكموميين قدرة على الإطلاق، بدأوا في جمع هذه الجسيمات المتشابكة الحقيقية في الفراغ. تأخذ أليس عضوًا من كل زوج ويأخذ بوب الآخر. إنهم يطيرون بعيدًا بشكل منفصل إلى عوالم الفضاء البعيدة ثم يسحق كل منهم جزيئاتهم بكثافة بحيث يصبحون ثقبًا أسود. وبسبب التشابك الذي بدأت به هذه الجسيمات، أنشأ بوب وأليس ثقبين أسودين متشابكين. إذا كانت ER = EPR صحيحة، فإن الثقب الدودي سيربط  بين تلك الثقوب السوداء ؛ لذلك، يمكن وصف التشابك باستخدام هندسة الثقوب الدودية. كما كتب سسكيند: "هذا ادعاء رائع لم يتم تقدير تأثيره بعد". والأكثر أهمية، كما يقترح، هو احتمال أن جسيمين دون ذريين متشابكين وحدهما متصلان بطريقة ما بنوع من الثقب الدودي الكمومي. نظرًا لأن الثقوب الدودية عبارة عن تشوهات في هندسة الزمكان - التي وصفتها معادلات الجاذبية لأينشتاين - فإن تحديدها بالتشابك الكمومي من شأنه أن يصوغ رابطًا بين الجاذبية وميكانيكا الكم. ومعلى أي حال، تؤكد هذه التطورات بالتأكيد على أهمية التشابك لفهم الواقع. على وجه الخصوص، تسلط معادلة ER = EPR الضوء على المناقشات الخلافية حول كيفية تفسير ميكانيكا الكموم. تؤكد الحكمة الكمومية القياسية (تفسير كوبنهاغن) على دور المراقب، الذي "ينهار" عند إجراء القياس للاحتمالات الكمومية المتعددة في نتيجة واحدة محددة. لكن تفسير هيوغ إيفريت المنافس (أو المعروف بإسم"عوالم عديدة") يقول أن الاحتمالات المتعددة تحدث جميعها - أي مراقب يحدث فقط لتجربة سلسلة متفرعة واحدة متسقة من الأحداث المتعددة المحتملة الحدوث فإنها تحدث بالفعل. في صورة إيفريت، لا يحدث أبدًا انهيار دالة الاحتمالات (الدالة الموجية). تؤدي التفاعلات (أي القياسات) فقط إلى تشابك الكيانات المتفاعلة. يصبح الواقع إذن "شبكة معقدة من التشابكات". من حيث المبدأ، يمكن عكس كل تلك الأحداث المتشابكة، لذلك لا شيء ينهار على الإطلاق - أو على الأقل سيكون مضللاً أن نقول إن الانهيار لا رجوع فيه. ومع ذلك، فإن النظرة القياسية للانهيار الذي لا رجعة فيه تعمل بشكل جيد في الممارسة العملية. لا يمكن أبدًا التراجع عن العديد من التفاعلات المعقدة التي تحدث في الحياة الواقعية. بعبارة أخرى، يقول ساسكيند، تشير ER = EPR إلى أن وجهتي النظر للواقع الكمومي "متكاملتان". يواصل سسكيند استكشاف كيفية عمل التشابك مع مشاركين متعددين بالتفصيل ويصف الآثار المترتبة على اعتبار التشابك مكافئًا لثقب دودي. يبقى من المؤكد، على سبيل المثال، أن الثقوب الدودية لا يمكن استخدامها لإرسال إشارة عبر الفضاء أسرع من الضوء. لا يمكن لأليس وبوب، على سبيل المثال، إرسال رسائل إلى بعضهما البعض عبر الثقب الدودي الذي يربط بين الثقوب السوداء. إذا كانوا يريدون التحدث حقًا، فيمكنهم القفز إلى الثقب الأسود والالتقاء في منتصف الثقب الدودي. سيوفر مثل هذا الاجتماع تأكيدًا قويًا لفكرة ER = EPR، على الرغم من أن أليس وبوب سيواجهان صعوبة في نشر ورقتهما البحثية حولها. في غضون ذلك، تظهر العديد من الأوراق البحثية حول ER = EPR وأعمال أخرى تتعلق بالجاذبية - هندسة الزمكان - بالتشابك الكمي. في ورقة بحثية حديثة، حاول الفيزيائيون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ChunJun Cao و Sean M. Carroll و Spyridon Michalakis إظهار كيف يمكن "بناء" الزمكان من الشبكة الواسعة للتشابك الكمومي في الفراغ. كتبوا: "في هذه الورقة نتخذ خطوات نحو اشتقاق وجود وخصائص الفضاء نفسه من وصف كمومي جوهري باستخدام التشابك". لقد أظهروا كيف يمكن ربط التغييرات في "الحالات الكمومية" - الأوصاف الكمومية البحتة للواقع - بالتغيرات في هندسة الزمكان. ويقولون: "بهذا المعنى، يبدو أن الجاذبية تنشأ من ميكانيكا الكموم بطريقة طبيعية". أقر كاو وكارول وميشالاكيس بأن نهجهم لا يزال غير مكتمل، ويحتوي على افتراضات يجب التحقق منها لاحقًا. كتبت كارول في مشاركة مدونة حديثة: "ما فعلناه هنا تمهيدي وتخميني للغاية". "ليس لدينا نظرية كاملة عن أي شيء، وحتى إن ما لدينا ينطوي على قدر كبير من التكهنات وليس حساب صارم بما فيه الكفاية ". ومع ذلك، هناك شعور واضح بين العديد من الفيزيائيين أن الطريق لتوحيد ميكانيكا الكممو والجاذبية قد فتح من جديد على ما يبدو. تلاحظ كارول أنه إذا كان هذا هو المسار الصحيح، فقد تبين أنه ليس من الصعب على الإطلاق الحصول على الجاذبية من ميكانيكا الكموم - إنها "تلقائية". ويعتقد ساسكيند أن الطريق إلى الجاذبية الكمومية - عبر الثقب الدودي - يوضح أن وحدة النظريتين أعمق مما كان يعتقد العلماء. يقول إن المعنى الضمني لـ ER = EPR هو أن "ميكانيكا الكموم والجاذبية مرتبطان ارتباطًا وثيقًا أكثر بكثير مما كنا نتخيله،أو على الأقل كما كنت أعتقد  أنا.

 

إعداد وترجمة د. جواد بشارة

 

 

 

جواد بشارةمقدمة في فيزياء الكموم: تصف نظرية الكموم عالماً غريباً، حيث نكتشف أن المادة التي تشكل كوننا بأكمله، والتي يبدو أنها تحتل مكاناً جيداً في الفضاء، هي في الواقع "ممتدة" في مكان ما. المعايير مثل هنا وهناك، والتي هي متماسكة للغاية على مقياسنا البشري تفقد كل معنى بمجرد عبورنا لحدود العالم الذري. دالة الموجة في المعادلة التي وضعها إدوين شرودينغر في عام 1927 لا تصف الجسيمات على أنها نقاط مادية ملموسة جدًا، ولكن كدالة موجية، نوع من "شبح" الجسيم بطريقة ما. عندما يكون هناك انهيار للدالة الموجية، توجد منطقة محددة باحتمالية غير صفرية حيث من المحتمل أن يجد المرء الجسيم. في موقع ما في على نحو تخميني ... ففيزياء الكموم هي أولاً وقبل كل شيء نظرية احتمالية. لا توجد معادلة لمفهوم الدالة الموجية في العالم الحقيقي، إنها مجرد صيغ و شكليات رياضياتية عملية للغاية لوصف العالم الكمومي. ثابت بلانك: قدم الفيزيائي ماكس بلانك مساهمة كبيرة في نظرية الكموم أو الكوانتوم quantum. اكتشف قيمة الثابت الذي سيحمل اسمه والذي يعبر عن الحد الأدنى للطاقة التي يمكن قياسها على الجسيم. دعونا الآن نرى قيمة هذا الثابت: h = 6.63. 10-34 جول ثانية. اكتشف بلانك هذا الثابت في عام 1900، بقوة الأشياء إذا جاز التعبير، لأنه كان يعتقد في ذلك الوقت أن تبادل الطاقة بين المادة والإشعاع يتم بشكل مستمر، بينما أثبتت التجارب عكس ذلك. لقد أدخل قيمة هذا الثابت في حساباته، وعزم لاحقًا على جعل قيمته تميل نحو الصفر للعودة إلى وصف مستمر للإشعاع، لكن جهوده كانت بلا جدوى: لا يمكن إلغاء الثابت h دون تناقض التجارب .. ها هي الصيغة التي طورها ماكس بلانك E = h . f.، وفيها: - E = طاقة التردد ؛ - h = ثابت بلانك ؛ - f = تردد الموجة. وسيعطي لاحقًا اسم الكموم لهذه الكميات. اتبعت ثوابت أخرى مثيرة للاهتمام منسوبة إلى ماكس بلانك مثل: زمن بلانك = 10-43 ثانية. إنه أصغر مقياس للزمن يمكننا الوصول إليه، بعد هذا الحد، تتوقف قوانين الفيزياء عن صلاحيتها. وإليك واحدًا آخر: طول بلانك = 10-33 سم. يشير هذا الطول إلى الحدود بين عالمنا والمجال الكمومي ؛ في مثل هذه المقاييس الصغيرة، يصبح الفضاء نوعًا من الفقاعة الكمومية حيث يمكن للجسيمات الافتراضية أن تنبثق من فراغ فقط لتتفكك على الفور. وهو عالم غير محدد كما رأينا، إذ إن العالم الكمومي يفلت من كل محاولاتنا لتحديده في منطقة محددة من الفضاء: عندما نحاول قياس موضع الجسيم بدقة كبيرة، فإن المعلومات المتعلقة بسرعته تغدو غير مؤكدة. وعلى العكس من ذلك، عندما يريد المرء معرفة سرعته بدقة متزايدة، يصبح موقعه غامضًا ... هناك حد لا يمكن التغلب عليه للمعرفة التي يمكن الحصول عليها من معلومات النظام ؛ يُعرف هذا الحد بمبدأ عدم اليقين لهيزنبيرغ . Le principe d'incertitude d'Heisenberg مبدأ عدم اليقين يلخص بهذه المعادلة ∆ p . ∆ q ≥ h / ( 2 Π ) حيث p= قياس الحركة q = قياس الموضع و h= ثابت بلانك. يشير هذا المبدأ، الذي ذكره الفيزيائي الألماني كارل فيرنر هايزنبرغ في عام 1927، إلى حدود دقة القياس التي يمكن الحصول عليها بناءً على معلومات نظام معين. لكن يجدر الانتباه إلى أن عدم الدقة هذا ليس بسبب النقص في أجهزة القياس، إنه حقيقة جوهرية في العالم ما دون الذري. من الواضح أن مبدأ اللادقة أو عدم اليقين هذا لا ينطبق في عالمنا. على سبيل المثال، من الممكن معرفة سرعة السيارة وموضعها في نفس الوقت وبدقة كبيرة. في معادلتنا، المتغير p هو مقياس للزخم quantité de mouvement، والذي يرقى إلى ضرب السرعة في الكتلة، لذا p = v.m السيد. استبدل هذا المصطلح في معادلتنا، تصبح الصيغة ∆ p . ∆ q ≥ h / ( 2 Π.m )  بالنسبة للأجسام ذات الكتلة الكبيرة، ستكون المعادلة قادرة على إعطاء دقة كبيرة للسرعة والموضع، في وقت واحد. لكن على المستوى الكمومي، تمتلك الجسيمات كتلة منخفضة جدًا، وهذا هو السبب في أن دقة القياسات تتناقص بمجرد أن نصل إلى المقياس الذري وما دون الذري. كيف تصف طاقة الفراغ فكرة الفراغ؟ الجواب ليس سهلاً جدًا ... إنه غياب المادة والطاقة، هذا كل شيء! إذا أخذت جرسًا زجاجيًا وأنتجت فراغًا كبيرًا فيه، فمن السهل أن ترى أن المساحة التي يشغلها الجرس خالية من كل شيء: فحتى الهواء غائب فيه ومع ذلك ... على المستوى الذري، فإن ما يسمى بـ "الفراغ" يختلف تمامًا عما اعتدنا عليه: في الواقع وببساطة، لا يوجد فراغ. إنه siège مقر للحث والتحريض الدائم حيث تولد الجسيمات و الجسيمات المضادة anti- particules et particules  وتتفكك في فترة زمنية قصيرة للغاية. في بيانه الثاني، يترجم هيزنبيرغ Heisenberg هذه الحالة من خلال معادلة مبدأ عدم اليقين الثاني ∆ E . ∆ T ≥ h / ( 2 Π ) ماذا تخبرنا هذه المعادلة؟ بكل بساطة، تتناسب طاقة الجسم عكسيا مع مدة القياس. بعبارة أخرى، إذا أجرينا قياسًا على نظام، خلال فترة زمنية قصيرة للغاية، فإن الفراغ تسكنه طاقة وهذه الطاقة تكون أكبر لأن وقت القياس قصير. هذه الظاهرة تسمى تذبذب الفراغ fluctuation du vide. وبالتالي، فإن الفراغ يسكنه طاقة يمكنها أن تأخذ أبعادًا ضخمة على نطاقات زمنية قصيرة جدًا. هل سنتمكن يومًا ما من استخدام هذه الطاقة جزئيًا أو كليًا؟ تم إجراء بحث بالفعل في هذا الاتجاه: سمحت تجربة تسمى تأثير كازيمير effet Casimir باكتشاف التقاء لوحين معدنيين يفصل بينهما مساحة صغيرة جدًا. نظرًا لأن الألواح تكاد تلامس بعضها البعض، فإن الضغط الذي يمارس على الوجوه الخارجية كان أكبر من الضغط الذي يحدث بين الصفائح. بالطبع ما زلنا بعيدين عن إنتاج الطاقة من هذه العملية، ولكن من يدري، قد ننجح يومًا ما ... في الصفحات القليلة التالية، سنحاول الآن أن نفهم بشكل أفضل ما ينتج الانتقال بين عالمنا والكون الكمومي. في الطريق إلى فك الترابط في العالم الذري يفلت من منطقنا، إنها حقيقة ... لكن لماذا ؟، إذن، هل لإن العالم المجهري الذي نتطور فيه يبدو منظمًا هكذا؟ ألا ينبغي أيضًا أن يكون غير محدد، في منتصف المسافة بين الموجة والجسيم؟ بالطبع، ليس كذلك، وليس من الصعب الاقتناع به: مكتبي صلب، وإذا وضعت كأسي الزجاجي عليه فلن يمر! كل المواد بمقياسنا تقع في مكان ما، لا علاقة لها بالشذوذ الذي يحكم المجال الكمومي. وهذا الاختلاف في المقياس هو بالضبط ما يمنعني من المرور عبر كرسيي وأنا أكتب هذه السطور ...! على المستوى الذري، تعمل الجسيمات بمفردها، ولديها تفاعل ضئيل أو معدوم مع البيئة، ويمكننا القول إنها "متسقة" مع العالم الكمومي. يتكون عالمنا من بلايين من الجسيمات الأولية. وكلما زاد عدد الجسيمات، زاد تواتر التفاعلات بينها بالطبع. هذه التفاعلات تكسر بطريقة ما تناظر العالم الكمومي: يحدث ما يسمى بــ "فك الترابط" décohérence . لذلك فإن كسر التناظر هذا هو الذي يتسبب في الانتقال بين العالم المجهري وعالمنا المريح من الصلابة ... والديمومة. يقوم النظام بفك الترابط بسرعة أكبر وفقًا لعدد الذرات التي يتكون منها، وهذا هو السبب في أن هذه الظاهرة على نطاقنا الواقعي لا يمكن ملاحظتها، ولا يمكننا على سبيل المثال رؤية كائن سيكون في منتصف الطريق بين التماسك وفك الترابط. هل الكموم أو الكوانتوم علم يمر بمرحلة انتقالية؟ على الرغم من أن ظاهرة فك الترابط تشير إلينا بالحدود بين العالمين، إلا أنها لا تقدم أي إجابة مرضية للأسئلة العديدة التالية. نحتاج إلى المنطق والعقلانية لإيجاد بنية المادة. فكيف إذن نرسي أساسًا متينًا لعالم يبدو غامضًا؟ عندما يهرب منا جوهر المادة باستمرار مثل سراب أثيري غامض، فمن السهل الانغماس في اللاعقلانية أو العلوم الزائفة، الأمر الذي يأخذنا في النهاية بعيدًا عن الحقيقة. من المنطقي أن نعترف بأنه ليس لدينا حتى الآن جميع البيانات المتعلقة بالمشكلة، ولدينا أدوات جيدة مع نظرية الكموم، وقد تم التحقق من دقتها بنجاح عدة مرات. لكنها لا تشرح سبب الأشياء ... إنها توضح فقط كيف تبدو الأشياء إذا كان عالمنا يبدو حقيقيًا جدًا، فهو مجرد مسألة حجم. دعونا نحول ذرة إلى حجم منزل وتكون نواتها بحجم رأس الدبوس! لذلك فهي تتكون بالكامل تقريبًا من الفراغ، بالإضافة إلى الفراغ غير الموضعي. إن فهم العالم سيأتي بلا شك من مفهوم جديد سيجمع الأمواج والجسيمات تحت نفس الراية. ماهو الغرض من ميكانيكا الكموم ؟ ميكانيكا الكموم هي النظرية الأساسية لجسيمات المادة التي تشكل كائنات الكون والقوى التي تحرك هذه الأشياء. . وكما أن ميكانيكا الكموم موجودة لشرح عالمنا، فهي موجودة أيضاً لشرح سبب استقرار الذرات والجزيئات، وكيف يمكن أن ينبعث منها الضوء وكيف يمكنها أن تمتصه، ولكن أيضًا كيف يتحد في التفاعلات الكيميائية. تشرح ميكانيكا الكموم لماذا وكيف تشرق الشمس، وأصل نوى الكربون في أجسامنا وتسمح لنا بمعرفة تكوين النجوم في المجرات. وهناك مجالات أخرى لميكانيكا الكموم إنها في قلب التكنولوجيا الحديثة وتكنولوجيا المستقبل بسبب تشغيل الليزر والمكونات الإلكترونية لأجهزة الكمبيوتر لدينا. النظرية رياضياتية للغاية وتعطي وصفًا محددًا للجسيمات، والتي بطريقة ما هي أيضًا موجات ويمكن العثور عليها في وقت واحد في مكانين في نفس الوقت، أو تتخطى العوائق التي قد يعتقد المرء أنها غير سالكة مثل (تأثير النفق effet tunnel ) .

ميكانيكا الكموم، الأسس والتطبيقات:

العلاقة الفاضلة (ولكن العاصفة أحيانًا) بين الرياضيات والفيزياء مليئة بالمفاجآت. وهكذا، فإن بعض الأشياء الرياضياتية، التي تعتبر في البداية مجرد فضول curiosités، ينتهي بها الأمر بلعب دور في تفسير الظواهر الفيزيائية. يعود العالم كلود أصلانغول Claud Aslangul إلى تاريخ ميكانيكا الكموم ويتعامل مع المشكلات العملية في كتابه "الرياضيات من أجل العلوم" Des mathématiques pour les sciences، الذي نشرته منشوررات دي بويكيق De Boeckيقول أصلانغول إن المؤلفات والكتب التي كرستها لنظرية الكموم هي امتداد مطور للدورات المقدمة في معاهد ENS و UPMC. إنها تهدف إلى تقديم أسس وتطبيقات نظرية كتب عنها روجر بنروز بجدارة بأنها الأكثر دقة والأكثر غموضًا من بين كل النظريات الفيزيائية. نرى هنا اثنتين من أشهر المعادلات التي تحكم عالم الكموم. هذه معادلة شرودنجر l'équation de Schrödinger (ih/2 π) d l Ψ>/dt = Hl Ψ >، المشهورة في ميكانيكا الكم، مع أقل بقليل من متباينات هايزنبرغ. والجدير ذكره أنه تم إنشاء معادلة شرودنغر في شكلها البدائي في عام 1926 من قبل إروين شرودنغر Erwin Schrödinger وعممها بول ديراك Paul Dirac بعد بضع سنوات. في البداية، تناولت أفكار عالم الرياضيات هاملتون Hamilton وفيليكس كلاين Félix Klein لتوسيع نظرية دي بروجلي De Broglie لموجات المادة.

 وبسبب غموضها للغاية وشذوذها الكبير، لدرجة أنه بدا لي أنه من الضروري شرح نشأتها، التي لم تكن خالية من الأخطاء، عندما كان أعظم عقول القرن العشرين هم الآباء المؤسسون لها. التكوين الذي يتم إرساله في كثير من الأحيان، حتى في الكلاسيكيات العظيمة، في بضع صفحات قبل أن يبدأ العرض الرسمي، تقنيًا حتمًا، لأن هذه النظرية، بطبيعتها، لا يمكن أن تكتفي بالرياضيات التي تم تعلمها في الكلية، بغض النظر عما يقوله البعض من أنه يجب أن ننصح قبل كل شيء بقراءة مقال نهائي بقلم Wigner (Eugene Paul Wigner، الفعالية غير المعقولة للرياضيات في العلوم الطبيعية، الاتصالات في الرياضيات البحتة والتطبيقية، 1960).

 The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences, Communications in Pure and Applied Mathematics, 1960).

شذوذ أو غرابة وحكمة الجسيمات Les bizarreries et la sagesse des particules:

 أحد أشهر شذوذ وغرابة الكموم هو تأثير النفق l'effet tunnel. يعلم الجميع أن الكرة التي تُلقى على الحائط ترتد ذهابًا وإيابًا. قم بالتجربة باستخدام إلكترون (بالجدار الأيمن)، ويا للدهشة، هناك احتمال معين لإيجاد الإلكترون على الجانب الآخر من الجدار، وينطبق الشيء نفسه على أشياء أكثر أكبر بكثير مثل : نيوكليونات، ذرات، جزيئات nucléons, atomes, molécules, ، إلخ. كان الفيزيائي جورج غامو George Gamow أول من أدرك أن موجات المادة الكمومية يمكن أن تمر عبر حواجز الطاقة التي تحظر تقليديًا التفاعلات النووية والكيميائية. وهكذا اكتشف تأثير النفق .إنها ليست مزحة بقدر كونها تتيح لنا فهم أصل النشاط الإشعاعي، وتشغيل ليزر الأمونيا وتصميم وإنتاج مجاهر أو ميكروسكوبات باستخدام هذا التأثير لرؤية سطح المواد الصلبة كما لم يحدث من قبل أو على حد تعبير كلود أصلانغول تأثير النفق، أو كيفية الوصول إلى الجانب الآخر من الجبل دون الحاجة لتسلقه. هاك شذوذ آخر لايقل غرابة: خذ قطيعًا من غنم فيركور Vercors الذي يتجه نحو حافة الجرف falaise ببطء. ماذا تفعل الخراف؟ انهم جميعا يسقطون إلى الهاوية. الآن خذ شعاعًا من جزيئات الطاقة الصغيرة ووجهها إلى منحدر مجهري ؛ ماذا يجري ؟ معظم الجسيمات تستدير! من المؤكد أن الأشياء الصغيرة التي تتكون منها المادة (والإشعاع)، والأصغر منها، تتصرف على نحو يخالف الحدس، لكن لا يمكننا إنكار تمتعها بحكمة رائعة حقًا. يقع الجسيم الكلاسيكي في الهاوية (على اليسار)، والجسيم الكمومي، الذي يكره الفراغ، يستدير (على اليمين). كلود أصلانجول لن يتوقف أبدًا عن الاستشهاد بأمثلة حيث تتصرف الأشياء الصغيرة (وكذلك الصغيرة جدًا) بطريقة تتعارض مع الحدس، والتي تقدم نظرية الكموم إجابة لها. ومن الأمثلة الشهيرة على الموصلية الفائقة (الحديد الذي لا يسخن)، والذي يعتمد فهمه على وجود أزواج كوبر. paires de Cooper من اليسار إلى اليمين، ولكن بحق الشيطان كيف يمكن أن يتحد إلكترونان، وفقًا لكولوم Coulomb، وهما يتنافران بعنف، ليشكلان كيانًا يتغير جذريًا في الطبيعة مقارنة بمكوناته ويكون قادرًا، بمعنى ما، على الانتشار في المعدن دون أن يعترضه أي شيء، لدرجة أنه بمجرد إنشاء التيار، فإنه يستمر لسنوات طويلة على أقل تقدير؟ لقد أوضح لنا هايزنبرغ وشرودنغرHeisenberg Schrödinger et (وباردين Bardeen وكوبر Cooper وشريففر Schrieffer من بعدهم) كيف ولماذا يمكن أن تكون هذه المعجزة ممكنة.

تعقيد الدالة الموجية La complexité de la fonction d'onde :

مما لا شك فيه أن الدالة الموجية Ψ لشرودنغر قد ألقت حجرًا في بركة واقع الفيزيائيين. لا يكمن تعقيدها فقط في معناها الغريب وما يسمح بالتنبؤ بها من خلال الحساب، ولكن أيضًا وقبل كل شيء في حقيقة أنها دالة ذات قيم معقدة. إذا لم يكن علماء الرياضيات قد اخترعوا بالفعل الأعداد المركبة، لكان على الفيزيائيين تعريفها قبل أن يتمكنوا من التفكير في بناء نظرية الكموم، بينما يتعمقون في نظرية المجموعاتthéorie des groupes التي، هي أيضًا، كانت ستواجه مشكلة بدون التعقيدات. les complexes تتضح الطبيعة التي لا مفر منها لتعقيد Ψ من الرؤية البسيطة للمعادلات الأساسية حيث تتربع على العرش الصيغة i (i2 = -1)  دون خوف من عدم فكها، سواء كان ذلك من قبل شرودينغر Schrödinger أوهيزنبيرغ Heisenberg وبورن Born و Jordan جوردان. يتم قياس هذه الصيغة الرياضياتية أيضًا بغباء شديد من خلال رسم الأجزاء الحقيقية والخيالية لـ Ψ ومعامله المربع في حالة بسيطة. نرى كيف أن الأولين، متفاوتين بالسرعة الكاملة، يدمجان (!) لإعادة تكوين نتوء احتمالي، والذي، بالطبع، ليس الصورة الساذجة التي لدينا عن الجسيم، ولكنه يبدأ كل شيء على نحو مشابه. يحدث، حقاً، أن الدالة الموجية لها قيم حقيقية، لكن هذه حالات خاصة جدًا لا ينبغي تضليلها. فبدون التعقيدات، لا سعة للاحتمال pas d'amplitude de probabilité، لا تدخل pas d'interférences، لا علاقات عدم يقين pas de relations incertitude  d’باختصار، لا شيء أكثر مما يشكل جوهر نظرية الكموم. هذا بلا شك يزعزع العادات، ولكن كما قال سوفوس لي Sophus Lie، "إذا كانت الحياة معقدة، فذلك لأن لها جًزءا حقيقيًا واقعياً وجزءًا خياليًا".

لا الموقع ولا السرعة:

 عدم احتمالية invraisemblance أخرى لنظرية الكموم la théorie quantique هو نفي وجود مسار للجسيم (تجربة شقوق يونغ موجودة هناك للاقتناع بهذا): الجسيم لا يتحرك في الفضاء كما يبدو أن الفطرة السليمة تفرضه، أي باتباع خط معين في الفضاء بمرور الوقت. اثنان من الآباء المؤسسين لنظرية الكموم وتفسيرها الفيزيائي، فيرنر هيزنبرغ ونيلز بور كانا مدركين تمامًا لحقيقة أنه لا يمكن للمرء أن ينسب إلى كمات المادة ويضيء مسارًا في المكان والزمان بالمعنى الكلاسيكي. © في الواقع، لبناء هذا، من الضروري تحديد نقطة بدقة تامة وفي نفس الوقت (التي تعطي الموقع) وفي هذه النقطة ظل (الذي يعطي السرعة)؛ لقد علمنا Heisenberg هيزنبيرغ، من خلال ما يسمى بمعادلات عدم اليقين اللامعة، أنه بالنسبة لجسيم صغير جدًا، فإن هذا مجرد وهم حيث لا يوجد مسار، كما يقال، ومع ذلك، بالنسبة لجسم دون مجهري،فإننا نرى المسار. وإلى جانب ذلك، نراه أيضًا عندما يمر جسيم مشحون عبر غرفة ويلسون chambre de Wilson. في الواقع، في الحالة الأخيرة، نعتقد أننا نراه، لكن في الواقع، إنه مجرد أثر مكون من قطرات صغيرة مكثفة، حجمها بقياس الميكرون micron؛ على الرغم من صغر حجمها (بالنسبة للعين)، فهي عملاقة مقارنة بالحجم (المفترض) للجسيم الذي "رأيناه" يتجول. إذا كان بروتونًا متجولًا، نصف قطره أقل من جزء من المليون من المليار من المتر، فإن الانخفاض الذي أحدثه في مكان ما أكبر بمليار مرة. إن القول بأن هذا الأثر المرئي للعين المجردة هو مسار الجسيم ليس له معنى يذكر، بالنسبة لسدادة الفلين التي تنجرف على نهر السين، فإن مسار الفلين هو قاع نهر السين (والذي، مع ذلك، ليس بعرض مليار سم.

يقال لا يوجد مسار، ومع ذلك فهو موجود بالنسبة لرمي كرة في الهواء. إذن، كيف ننتقل من الوضع الكمومي إلى الوضع "العادي" (الكلاسيكي)؟ من الناحية التخطيطية Schématiquement، عندما يكبر الجسيم الكمومي على الأقل بالفكر (بتفكيرنا)، هل يتوقف عن كونه هذا الشبح غير المنتظم الموجود في كل مكان ولا مكان يتراجع فيه بلطف؟ لحظة بعد لحظة على خط متواصل يتطور في الفضاء؟ ليس لهذا السؤال إجابة كاملة ومفصلة حتى الآن، لكن فاينمان Feynman صاغ مفتاح الفتح دون إجبار الباب على فهم هذا الانتقال الغامض الذي لا جدال فيه، وذلك بفضل الشكليات التي اخترعها، وبالتالي وضع الأسس الكمومي للضوء الشفاف. كان ريتشارد فاينمان فيزيائيًا ومعلمًا لامعًا. من خلال إعادة صياغة نظرية الكموم باستخدام مسارها المتكامل، أحدث ثورة في نظرية الكموم للحقول والجسيمات الأولية. نحن مدينون له بأفكار رؤية حول تكنولوجيا النانو وأجهزة الكمبيوتر الكمومية. أعتبر المعهد الأمريكي للفيزياء هذه الشكليات تقنية للغاية بحيث لا يمكن تلخيصها فقط، ولكن من الممكن الحصول على فكرة عنها من خلال صورة لا تخلو من المخاطر. يجب أن نتخيل التطور المكاني لجسم صغير ليس كرحلة على طول خط، ولكن كرحلة لاستكشاف الجزء الداخلي الكامل لأنبوب الزمكان حيث يمكننا العثور على هذا الجسيم: البعد العرضي للأنبوب يثير غموض الموقف، وبما أننا لا نستطيع تفضيل نقطة نظرًا لوجود عدد كبير من الخطوط في الأنبوب كما نريد، فلا شك أيضًا في تثبيت الظل (مماس لأي مكان آخر؟). يحتوي هذا الأنبوب على عدد لا نهائي من المسارات التي تربط أحد طرفيه بالآخر، وإذا كنا مهتمين به حقًا، فيمكننا القول إن الجسيم يأخذ كل هذه "المسارات" في نفس الوقت، وكلها تشارك في تطور مكان واحد إلى آخر بين لحظتين، الأمر ليس بسيطًا، لكنه كذلك أسوأ من المسار البراوني حيث، إذا لم تكن هناك سرعة حتى الآن (المسار لا يمكن تمييزه في أي مكان)، فعلى الأقل هناك موقع، لم نفقد كل شيء. ماذا يحدث عندما يكبر الجسم ويكبر ويتحول تدريجيًا إلى كرة صغيرة يمكنك حملها في راحة يدك؟ الجواب بسيط: يتناقص البعد العرضي للأنبوب بلا توقف، وعندما يمر المرء إلى الحد التقليدي، يصبح خطاً - وهذا واضح -، لكن المعجزة هي أن هذا الخط، تم الحصول عليه بالمرور إلى الحد ضمن الشكلية الكمومية، ليس سوى المسار الذي تصوره غاليليو Galilée ونيوتن Newton ولاغرانج Lagrange وهاملتون Hamilton! شكرا، للسيد فاينمان. Feynman .

عامل الإلكترون غير الطبيعي أو دقة الشيطان:

 للإلكترون لحظة مغناطيسية (وهو ليس الوحيد)، ظل أصلها غامضًا للغاية لفترة طويلة، ولكن ثبت أنه مرتبط بعزم زاويmoment cinétique معين (الدوران) (le spin)، وهو أمر غير ضروري قبل كل شيء علينا أن ألا نتخيله على أنه دوران للإلكترون على نفسه (وهو ما اعتقده المرء للحظة قصيرة) - إلى جانب أن النقطة التي تنقلب وتدور على نفسها، أمر سخيف. هذه العلاقة بين الزخم الزاوي والعزم المغناطيسي هي علاقة عالمية وهي بالفعل في قلب النظريات الكلاسيكية للمغناطيسية - إلى الحد الذي يُسمح لها بالبقاء منتصبة (ليس هذا هو الحال: مرة أخرى، بدون الإطار الكمومي، لا توجد مغناطيسية). المشكلة الصغيرة هي أنه، بالنسبة للإلكترون، هناك اختلاف عددي طفيف: في الوحدات الصحيحة، بدلاً من إيجاد أن رقمًا معينًا (دعنا نسميها ge) يساوي 1، بدأنا بملاحظة 2، وهي تفاصيل تمت تسويتها بسرعة بواسطة توماس Thomas (مقدمة توماسprécession de Thomas )، ثم ديراك Dirac في نظريته النسبية لعام 1928.

هناك ثلاث علماء حصلوا على ثلاث جوائز نوبل في الفيزياء عام 1965. أتاح عملهم للديناميكا الكهربائية الكمية النسبية لديراك l'électrodynamique quantique relativiste de Dirac، وهم فيرمي Fermi، وهيزنبرغ Heisenberg، وباولي Pauli تحرير نفسها من الصعوبات التي كانت غارقة فيها، وأن تصبح النظرية الفيزيائية الأكثر دقة المعروفة من قبل البشرية, في الواقع، أظهرت القياسات الأكثر دقة في وقت لاحق أنه لم يكن 2 بالضبط، ولكن أكثر قليلاً. نظرًا لأنه لا يوجد شك حول 2، فقد اعتدنا على قياس هذا الاختلاف بالكمية ae = (ge-2) / 2، وهو بالتالي رقم قريب من الصفر، ولكن ليس صفرًا. يعتمد تفسير هذا الاختلاف على الديناميكا الكهربية الكمومية l'électrodynamique quantique، وهي نظرية تحدد كمومية المادة والإشعاع على قدم المساواة - وهو ما لم يفعله ديراك - وتجعل من الممكن فهم ظاهرة على أنها عادية، ولكنها أساسية، مثل الانبعاث التلقائي للذرة. . ماذا تقول قياسات الشذوذ ae، التي حققت دقة غير عادية؟ يعطون القيمة 0.0011596521811. الآن ما الذي تجده مع حساب بالرأس يقوم به المرء، من المستحيل القيام به بدون آلة؟ توفر مقالة حديثة إلى حد ما القيمة 0.00115965218279. وهي نتيجة متقاربة فهل يجب أن نضيف أي شيء؟

تأثير موسباور L'effet Mössbauer أو المدفع عديم الارتداد ou le canon sans recul:

 لقد تعلمنا جميعًا، من خلال التجربة اليومية أو من خلال المعرفة الأكاديمية للحفاظ على الدفع conservation de l'impulsion (الزخم أو كمية الحركة quantité de mouvement)، أنه عندما ننتقل من أحد طرفي القارب إلى الطرف الآخر على البحيرة، يتحرك القارب في الاتجاه المعاكس، ما هي المفردات المعتادة التي يعين من خلالها تأثير الارتداد effet de recul. عند القيام بذلك، نمنح القارب سرعة معينة، وبالتالي القليل من الطاقة (الحركية). اكتشف رودولف موسباور Rudolf Mössbauer في عام 1957 (في أطروحته) أنه أمر يتعلق الأمر بعالم اللامتناهي في الصغر (كما نقول)، ولكن ليس هذا هو الحال دائمًا: هناك ظواهر يبدو أن نقل الطاقة خلالها يحدث بدون نكص أو ارتداد. هل سيتم انتهاك قانون الحفاظ على الزخم؟ لا، لحسن الحظ، ولكن بمجرد التأكيد على هذه النقطة، يبقى السؤال: كيف يكون هذا ممكنًا؟ اكتشف رودولف موسباور، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1961، التأثير المسمى باسمه والذي استخدم لاختبار نظرية النسبية العامة. وكان معلما عظيما.

تكمن الإجابة في هذا التقدير الكمومي أو التكميم الشيطاني للطاقة، الذي اخترعه بلانك في عام 1900 في ما قدّمه على أنه "فعل يأس" لإنقاذ الفيزياء بأي ثمن، وهو أيضًا مسؤول عن انخفاض درجة الحرارة المنخفضة في السعة الحرارية la capacité calorifique لبعض المواد الصلبة، في حين يؤكد القانون الكلاسيكي لـ Dulong et Petit (1819دولانج و بتي أنه ثابت، ولآلاف الآثار الأخرى التي لا يمكن إلا لنظرية الكموم أن تقدم تفسيرًا لها. النقطة الحاسمة هي أنه إذا كان النظام على استعداد لتلقي القليل من الطاقة بشرط أن يكون على الأقل بواسطة كمومية غير قابلة للكسر un quantum insécable، وإذا كان بإمكانك فقط إعطائه جزءًا صغيرًا من هذا الكم، فإنه لا يريده. كل شيء، لأنه لا يستطيع أن يأخذه وطاقته تبقى ثابتة: و بدون وجود نقل للطاقة، لا يوجد تراجع أو ارتداد واضح! .

التشفير الكمومي La cryptographie quantique :

يمكن القول إن هذا هو أحد أكثر التطبيقات التي لا يمكن تصورها بالنسبة إلى هيزنبيرغ Heisenberg وشرودينغر Schrödinger، اللذين كان الهدف من بناء نظرية جديدة عندهما هو فهم آلية الضوء المنبعث من الذرات، ولماذا التوصيل الكهربائي، كما يعرفه المرء الآن، أسس استقرار المادة في جميع المقاييس التي يمكن ملاحظتها اليوم، وجميع الأسئلة التي قدمت الفيزياء الكلاسيكية إجابات عليها تتعارض مع التجربة، عندما كانت قادرة فقط على صياغة واحدة. ولكن ما علاقة التشفير، فن نقل المعلومات بسرية، بحقيقة أن ثابت بلانك صغير، لكن ليس صفرًا؟ هناك علاقة.! في البداية، كانت هذه تكهنات للمنظرين، ولا شك أنها كانت تعتبر في ذلك الوقت انعكاسات منطقية تمامًا، ولكنها لا ينبغي أن تتخطى حدود عقولهم، باستثناء إصدار منشور في مقال، على الأقل ليس تلك الخاصة بـ `` المختبر - نحن يمكن أن نقول الشيء نفسه أيضًا عن تأثير زينو الكمومي l'effet Zénon (quantique)). الحسابات التخمينية في البداية عند الانطلاق، والإدراك أو الإنجاز العملي عند الوصول: نجد منشورات إعلانية من المصرفيين (نكتشف بدون مفاجأة أنهم سويسريون) تمجد السرية المطلقة لتبادل المعلومات بين وكالتين تقعان على ضفتي البحيرة المتقابلان. ليمان من خلال استخدام التشفير الكمومي. وسواء كان ذلك صحيح، أو كذب، يجب ألا نشكك دائمًا في الإعلانات. .

يعد تشارلز بينيت Charles Bennett من أوائل الفيزيائيين الذين فهموا كيفية عمل التشفير والنقل الآني الكمومي la téléportation quantique . إن بروتوكولات التشفير التي تم تطويرها، والتي كان يمكن لقيصر روما الرغبة بلا شك في الاستفادة منها لتبادل أسراره مع كليوباترا، دقيقة للغاية ولا يمكن وصفها ببضع كلمات، ولكنها تستند جميعها إلى فكرة أساسية: عندما نلاحظ نظامًا كموميًا بالترتيب لنرى كيف تبدو (بشكل أكثر تقنيًا، ما هي حالتها)، فنحن بالضرورة نتعامل معها ويمكننا القيام بذلك بألين طريقة ممكنة، سيكون هناك دائمًا شيء متبقي. عندما يهتم الجاسوس بنواقل المعلومات بين شخصين، فإنه يغيرها حتمًا ونهائيًا، ثم يحمل هؤلاء أثرًا لعمله الضار، أو غير المرغوب فيه على أي حال. ولا يمكنه أن يقتصر على تصويرها أو نسخها - هذا ما تقوله نظرية عدم الاستنساخ الكمومي non-clonage quantique: سيتم تمييز الأصل ببصمة لا تمحى والتي، مرة أخرى، ستكشف أن الرسالة المرسلة كانت إذا لم يتم اعتراضها، على الأقل "تم الاستماع إليها" لا يمكن تصوير ميكروفيلم للرمز السري دون أدنى ضرر فهذا مستحيل؛ فمجرد تصوير دوران عابر، سببن un spin أمر مستحيل، حتى بدون فلاش. وبالتالي على الجواسيس أن يقلقوا.

 وظائف أو دوال غريبة جدا:

 كل شخص لديه على الأقل تصور حدسي لما نسميه الوظيفة أو الدالة(العددية): نقدم لأنفسنا سلسلة من القواعد - وصفة - تسمح بتصنيع رقم ثان، X، من أول x. x يمكن أن تكون x عددًا صحيحًا، أو حقيقيًا، أو معقدًا أو مركباً، أو رباعي، ومن حيث المبدأ كل شيء ممكن، ولا شيء ممنوع ؛ في الوصفة، يمكن تربيع x وإضافة 3 إليها، والحصول على X = x2 + 3من الناحية الفنية، نشير إلى x→ X = f(x), f، f للدلالة على الوصفة. بعد القيام بذلك، يتبادر إلى الذهن سؤال على الفور. من المؤكد أنه عندما تتغير x، فإن X -- وبالتالي f(x) -- تختلف أيضًا. لذلك، عندما تتغير x بشكل جيد حول قيمة ثابتة x0، بدون "القفز"، فهل تفعل الدالة f الشيء نفسه؟ نعم نعم، نقول إن f متصلة عند x0, من الناحية الفنية، يتم التعبير عن هذا من خلال استدعاء عملية التحديد، يصعب فهمها جيدًا، ولكنها ذات أهمية كبيرة. حدسيًا، تعني الاستمرارية أنه عندما نقترب من x0 (من المفترض أن تكون البساطة رقمًا حقيقيًا)، نجد نفس القيمة لـ f سواء وصلنا إلى x0 من الأسفل (بقيم أقل) أو من أعلى (بقيم أعلى). هناك فكرة أساسية أخرى هي فكرة المشتق، والتي تحدث بشكل طبيعي عندما نسأل أنفسنا كيف تختلف X سريع، وليس سريعًا؟) عندما تتغير x.  لهذا، نجعل النسبة بين الزيادة ΔX والزيادة Δx بالقرب من قيمة ثابتة x0: إذا كانت هذه النسبة لها قيمة كبيرة، سواء كانت مطلقة أم لا، فهذا يعني أن الوظيفة أو الدالة تتغير بسرعة، إذا كانت صغيرة، تختلف الدالة ببطء. بعد ذلك، نفحص ما يحدث عندما تصبح x أصغر وأصغر. بدفع الأشياء إلى أقصى الحدود، نذهب إلى الحد الأقصى بمعنى عالم الرياضيات ثم أحد شيئين: إما أن الحد موجود - ثم نقول إن الوظيفة قابلة للتفاضل عند x0، ونشير إلى قيمة الحد f '(x0) --,--, أو أنه غير موجود. في الحالات العادية (الدوال "الجيدة")، يكون المشتق موجودًا باستثناء ربما لبعض قيم x، ويمكن أيضًا أن يكون "القليل أو البعض" كبيرًا، أو حتى كبير جدًا مثل عدد الأعداد الصحيحة ؛ كان يعتقد منذ فترة طويلة أن هذه الحالة الأخيرة، لدالة مستمرة، كانت أسوأ ما يمكن، في النهاية يمكن اعتبارها من اختراع الشيطان. في حوالي عام 1870، عرض بولزانو وويرستراس ودو بوا ريمون Bolzano, Weierstrass et du Bois-Reymond أمثلة على الدوال المستمرة في كل مكان، ولكن ليس هناك مكان يمكن اشتقاقه من المشتقات، مما أثار حفيظة تشارلز هيرمايت Charles Hermite " إنني أنآى بنفس و أبتعد بخوف ورعب عن هذا الطاعون المؤسف للوظائف المستمرة التي ليس لها مشتقات" وكذلك سخرية: "، وحيرة بوانكاريهPoincaré:" في الماضي، عندما تم اختراع دالة جديدة، كانت في ضوء أو من أجل هدف عملي ما ؛ واليوم، نبتكرها عمداً لهزيمة عقل آبائنا، ولن نحصل منها على أي شيء. " أحيانًا يكون أعظم العباقرة مخطئين. بالطبع، لا يوجد شيء يمكن إلقاء اللوم عليه في خيال بولزانو ورفاقه، لأن الاكتشافات الرياضياتية العظيمة غالبًا ما تنتج من المقدمات التي تبدو باهظة بالنسبة إلى السكارى béotien، وأحيانًا تكون وحشية للمبتدئين. وبعد ذلك، يمكننا أيضًا أن نقول إنه إذا كان يحق لعلماء الرياضيات التفكير فجأة خارج الدروب الممهدة والمسارات المطروقة، فإن عمليات التشويش الظاهرة لديهم ليست مفيدة في الممارسة، وأن هذا ليس ما سيعكس المجال المغناطيسي للأرض. أو يخرج التطبيقات المدنية للانصهار النووي من اليوتوبيا اليوم.

قدم جان بيران Jean Perrin، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1926، أول دليل على وجود الذرات باستخدام صيغة آينشتاين الناتجة عن عمله على الحركة البراونية le mouvement brownien. لقد ربط بين مسارات الجسيمات التي تؤدي مثل هذه الحركة والوظائف غير القابلة للاشتقاق المكتشفة في القرن التاسع عشر. استغرق الأمر من عبقرية جان بيران حوالي عام 1905 (عام باركته الآلهة) لإدراك أن هذه الوحوش (تقريبًا) موجودة في الطبيعة. دراسة الحركة العشوائية للجسيمات الصغيرة في سائل (حركة براونية) باستخدام مجهر ضوئي بسيط، يكتب بيران: لا يمكننا أيضًا إصلاح انحراف أو تماس tangente، حتى بشكل تقريبي، في أي نقطة من المسار، وهذه حالة يكون فيها من الطبيعي حقًا التفكير في تلك الوظائف المستمرة بدون المشتقات التي تخيلها علماء الرياضيات، والتي قد ينظر إليها المرء عن طريق الخطأ كفضول رياضي، لأن الطبيعة تقترحهم بالإضافة إلى وظائف مشتقة.. " إذن، الوحوش التي تخيلها بولزانو موجودة في الطبيعة؟ تقريبًا، لأنه يتدخل هنا في دقة ما يحدث أن (بعض) علماء الرياضيات و (بعض) الفيزيائيين يتصارعون مثل جامعي القمامة. الدقة هي أن عالم الرياضيات يمكن أن يذهب إلى أقصى الحدود بقلم رصاص على ورقته، لكن الفيزيائي نفسه لا يستطيع أن يفعل ذلك أبدًا، لأن الطبيعة، ذات السيادة، لها قواعدها ومقاييسها التي لا يمكن لأحد التصرف فيها وفقًا لتقديره الخاص. مثلما يتمنى. عندما ترجم بيران حدسه المبهر إلى مصطلحاته، كان يعلم جيدًا أنه، بالمعنى الدقيق للكلمة، لم يكن هذا صحيحًا تمامًا: لتصنيع التماس (وبالتالي المشتق)، يجب أن نذهب إلى حد الزيادات الصفرية (للموضع و الفاصل الزمني). لكنه، جان بيران، المدافع المتحمّس عن الذرّية رغم كل الصعاب، كان يعلم جيدًا أن هناك بالضرورة مقياسًا للحد الأدنى للطول يكون أقله الفيزيائي أعمى بمعنى أن ما تخبره عيناه أنه أكبر. لا ينبغي استقراء النطاق. إلى اللامتناهي في الصغر (كما هو الحال في ميكانيكا الكموم؟). يجب على الفيزيائي أن يصدق ما يراه، بعينيه، بأجهزته أو من خلال النظريات التي تشرح التجربة، لا أكثر. هذا المثال يسلط الضوء على ما لا ينبغي اعتباره خطًا فاصلًا بين عالم الرياضيين وعالم الفيزيائيين - مجرد خط فاصل، ولا يزال ضبابيًا - مع الأخذ في الاعتبار أنه، أخيرًا، الصفر واللانهاية من الأول دائمًا لوضع هذا الأخير في منظوره الصحيح، حيث يتعين على الأخير دائمًا الرجوع إلى المقاييس المادية للمشكلة التي يقومون بتحليلها. بالنسبة لأولئك الذين يجرون التحليل الطيفي الذري، فإن المسافة بين الأرض والقمر لا نهائية حقًا، بينما بالنسبة لعالم الكونيات، فهي "صغيرة للغاية" ؛ لمن يتساءل كيف تتجمع الذرات لتكوين الجزيئات، فإن النواة الذرية هي نقطة نصف قطرها صفر (وبدون بنية، مثل أي نقطة جيدة) بينما بالنسبة للخبير في الغلوونات والكواركات، فإن النواة تشبه المجرة نوعًا ما . تقاس أهمية المقاييس أيضًا فيما يتعلق بالعملية، وهو أمر عادي بداهة، على أي حال ابتدائي، لمحاولة رسم الرسم البياني لدوال بولزانو Bolzano و Weierstrass. ويرستراس، يميل الفيزيائي إلى القيام بذلك، لكنه سرعان ما يدرك أنه لا يستطيع (لا هو ولا أي شخص آخر): لتمثيل هذه الدالة بيانياً، ستحتاج إلى قلم رصاص يرسم خطًا رفيعًا للغاية، وهو غير موجود. لذلك سيكون قانعًا في البداية برسم شيء مقارب ثم، باستخدام قلم رصاص أرق بكثير، يمكنه رسم الرسم على اليمين ؛ يمكنه أن يفعل ذلك من جديد، لكنه لا يستطيع أن يفعل أفضل بكثير على أي حال، حتى بقلم رصاص بطرف كوارك. على أي حال، تعطي الرسومات فكرة جيدة عن الطبيعة الوحشية للأشياء التي يتعامل معها - وعلى وجه الخصوص ثبات حجمها - إنها بالفعل ليست سيئة. تمثيل رسومي لتقريب دالة Weierstrass. يؤدي التكبير / التصغير على الفاصل الزمني ([0 ؛ 0.0001]، على سبيل المثال) إلى إنتاج رسم بياني له نفس الشكل تقريبًا . سيقول عالم الرياضيات إن الرسم البياني مستحيل رسمه، وهو محق. لكن هل هو حقا سبب للطلاق؟

لقد تحدثنا للتو عن الدوال، بالمعنى الأولي. في العقود الأولى من القرن العشرين، ظهرت الحاجة إلى تعميم هذه الفكرة ؛ وهكذا ولدت نظرية التوزيعات la théorie des distributions، أو الدوال المعممة، التي نحن مدينون لها للوران شوارتزLaurent Schwartz وجويلفاند وشيلوف Guelfand et Chilov، ولكن أحد الرواد (رغماً عنه؟) كان ديراك نفسه، الفيزيائي الجريء على جميع المستويات، ولا سيما من قبل مقدمة لدالته التي، على الرغم من أنها ليست واحدة، أثارت انتقادات وغضب وحتى السخرية،

بم يتعلق الأمر؟ على وجه التحديد، لإعطاء الصرامة المرغوبة للأشياء المتضررة بشكل سيئ على ما يبدو، والتي يتعامل معها الفيزيائيون بلا خجل ودون تحمل عناء (عار عليهم!) لتحديد أنهم يشيرون ضمنيًا إلى المقاييس الصحيحة وأنهم يشيرون إلى هذه المقاييس، نسبيًا، هنا، جميع العمليات الفنية مبررة فيزيائيًا (أو قابلة للتبرير). بالنسبة لعلماء الرياضيات، فإنهم غير المستعبدين لمقاييس غير موجودة بالنسبة لهم، كان من الضروري ترتيبها - وبالطبع فعلوها. كما هو الحال دائمًا، كانت عملية إعادة التنظيم هذه وفقًا لشرائع الصرامة مثمرة للغاية، ولم تقتصر على طمأنة علماء الفيزياء (الذين لم يحتاجوا إلى ذلك) أنهم، بعد كل شيء، لم يفقدوا عقولهم - بالإضافة إلى النجاح في النظريات التي تم إنشاؤها بوسائل مشبوهة وكانت موجودة لإثبات ذلك. من خلال تطورها، وسعت نظرية التوزيعات مجال البحث، وعلى مستوى أكثر واقعية وفي مقابل الأشياء، سمحت للفيزيائيين بالخروج من الصعوبات التقنية التي لم يعرفوا كيفية التخلص منها. الحائز على ميدالية فيلدز في الرياضيات، عالم الرياضيات العظيم لوران شوارتز Laurent Schwartz (1915-2002) كان أيضًا مشاركًا للغاية، وكان عضوًا في محكمة راسل. كانت مهاراته التدريسية أسطورية، كما يتضح من دورة التحليل الخاصة به في المدرسة التقنية بوليتكنيك École Polytechnique. كان أحد أعضاء بوربكي لمدرسة البوليتكنيك.

 ليس من الممكن أن نقول أكثر من ذلك بكثير بكلمات اللغة المشتركة، لكن مثالًا أوليًا سيسمح بفهم (ولو قليلاً) ما يدور حوله، حتى لو كان (بالضرورة) تقنيًا صغيرًا. ضع التكامل التالي: تحت أنف طالب جديد واطلب منه أن يحسبها. إذا كان قد تعلم مساره جيدًا، فستكون الإجابة فورية: لا داعي لاحتسابه، لأنه غير موجود. وإذا بدوت متفاجئًا، فسنشرح لك أن الدالة المراد دمجها تتصرف بشكل سيء للغاية في الأصل (في x = 0)، وبالتالي فهي غير قابلة للتكامل. لا شيء للرد عليه، باستثناء أن نظرية التوزيعات تخبرك بما يجب عليك فعله في مثل هذه الحالة، ولمرة واحدة، لا تقتصر على أن تقدم كمكافأة، بل تمنحك قيمة التكامل valeur de l'intégrale، وهي ... سيخبرك نفس الطالب بعد ذلك أننا في حالة جنون كامل: لا نسمح لأنفسنا فقط بإعطاء قيمة معينة لتكامل غير موجود ولكن هذه القيمة أيضًا سالبة، في حين أن الدالة المراد دمجها تكون إيجابية في كل مكان. بالطبع، لا يوجد شيء مجنون في ذلك، كل شيء صحيح تمامًا. الشيء الوحيد الذي يمكننا القيام به هو مجرد إضافة اقتباسات للمساواة: للإشارة إلى حقيقة أن المساواة يجب أن تُفهم بمعنى عام وأن الجميع على حق في نهاية المطاف. تمامًا كما لم يكن رامانوجانRamanujan مخطئًا في الكتابة: (عدد لا حصر له من الأرقام كلها إيجابية وهي سلبية، إنه الرعب)، عبقريته التي سمحت له بحذف الاقتباسات بلا شك بالنسبة له هي غير ضرورية تمامًا، ولكنها بالتالي تعرضه لانتقادات حادة من هيل Hill – سواء كانت مبررة، غير مبررة؟ تشكل نشأة وتطورات نظرية التوزيعات مثالًا جديدًا على الإثراء الدائم الذي تجلبه الرياضيات والفيزياء لبعضهما البعض. صرخات ديراك (؟) قادت علماء الرياضيات، بطبيعتهم المرتبطين بأكبر قدر من الصرامة، إلى تجاوز انطباعاتهم الأولى (السيئة). وهكذا، قدمت الترسانة المفاهيمية والتقنية التي تم تشكيلها، أسلحة جديدة وأدوات جديدة للفيزيائيين للتعامل مع المواقف الأخرى التي بدا فيها المأزق ميؤوسًا منه. لم تكن هذه هي المرة الأولى، سيكون هناك المزيد. تخمين ريمان La conjecture de Riemann :

 في عام 1859، في مقال عن دراسة الدالة التي تحمل اسمه، تراجع برنارد ريمان بين سطرين وهو تأكيد اعتبره دليلاً غير ضروري على ما كان يفعله. منذ ذلك الحين، حاولت أجيال من علماء الرياضيات، دون جدوى، إظهار ما يُعرف عمومًا بتخمين ريمان، دون مزيد من التوضيح، فالجميع يعرف ما هو. ولكن هل حقاً الجميع يعرف ذلك ؟ لا، بلا شك، من المناسب أن نقول أكثر من ذلك بقليل. لاحظ أن الدالة التي درسها ريمان  Riemann، لها مثل أي دالة الحق في أن تكون صفرًا تمامًا لقيم معينة من سعتها -- z نعلم أن هذا هو الحال عندما يكون z عددًا صحيحًا سالبًا بشكل صارم. المعامل (على اليسار) والأجزاء الحقيقية والخيالية (على اليمين) عندما يختلف y من 0 إلى 50. جميع الأصفار المشار إليها لها 1/2 للجزء الحقيقي. و الآخرين ؟ كان من الممكن أن تنتهي القصة عند هذا الحد إذا لم نكن نعرف بالفعل، بفضل كوشي Cauchy وليوفيل Liouville وعدد قليل من الآخرين، أن دالة معينة، تم تحديدها في البداية عندما تكون حجتها عددًا حقيقيًا، يمكن تعميمها (في ظل ظروف معينة) في حالة حدوث ذلك عندما يكون رقمها معقداً أي عدد مركب nombre complexe وهذا ما يسمى "الإطالة التحليلية prolonger analytiquement ". يمكن القيام بهذا التعميم، وسأل ريمان نفسه بعد ذلك عما إذا كانت الدالة تتلاشى في مكان آخر من المستوى المعقد أو المركب، باستثناء القيم الزوجية السالبة (تسمى من الأصفار التافهة zéros triviaux). لا نعرف حقًا كيف تم اكتساب الاقتناع، دون إعطائنا دليلًا، على وجود هذه القيم، وفوق كل شيء، وقبل كل شيء، أن هذه الأعداد المركبة الرائعة جميعها لها نفس الجزء الحقيقي، يساوي 1/2، وبالتالي تقع جميعها على خط رأسي معين من المستوى المركب (ما يسمى بالخط الحرج ligne dite critique) - وتم تمريرها إلى ما كان يشغل بالها في ذلك الوقت.

كان جورج فريدريش برنارد ريمان Georg Friedrich Bernhard Riemann (1826-1866) عالم رياضيات عبقريًا. مساهماته في التحليل والهندسة ونظرية الأعداد أسطورية: من الفراغات المنحنية عديمة الأبعاد أو ذات n أبعاد ولغاية الطوبولوجيا، بما في ذلك التحليل المعقد l'analyse complexe ونظرية التكامل la théorie de l'intégration. وكان قد توقع نظرية النسبية العامة.

كل شيء على الخط الحرج؟ قد يظن المرء أنه سؤال طريف ولكن ما أهميته؟ الأهمية كبيرة، خاصة لمحاولة كشف لغز (لغز آخر)، توزيع الأعداد الأولية la répartition des nombres premiers، تلك التي لا يمكن تقسيمها إلا على 1 (وهذا بديهي) أو على نفسها. هذا التوزيع غريب جدًا: عندما نبدأ في سرد هذه الأرقام، نكتشف بسرعة أن لها بنية غريبة جدًا، بمعنى على سبيل المثال حيث لا يبدو أن الفرق بين عددين أوليين متتاليين يتبع أي قاعدة، باستثناء الحدس. تميل إلى التعيين على أنها فرصة (بشرط أن تكون قد حددتها مسبقًا دون غموض!). لا يمكن للمرء، يدويًا، الذهاب بعيدًا جدًا في مثل هذه القائمة (إنها مملة)، ولكن يمكن للمرء مع ذلك أن يدرك بسرعة أن المسافة بين الاثنين أولاً اللذان يتبعان بعضهما البعض، لها تباين غير منتظم للغاية، لذلك، لكشف هذا اللغز، نشر علماء الرياضيات كنوز الخيال والبراعة لعدة قرون. وهنا يأتي دور دالة ريمان - من خلال العلاقات التي لا يمكن ترجمتها إلى لغة عادية - وأنه إذا كانت تخمين ريمان la conjecture de Riemann صحيحًا، فسنكون قد فهمنا بشكل أفضل من أين يأتي هذا التوزيع، الذي يحتفظ حتى اليوم بكل أسراره تقريبًا، حتى لو تم إحراز بعض التقدم؟ على سبيل المثال، أظهر هاردي Hardy في عام 1914 أن الخط الحرج الشهير يحتوي على عدد لا نهائي من الأصفار - لكن هذا لا يعني أنها كلها موجودة هناك. يمكن أيضًا قياس أهمية تخمين ريمان من خلال حقيقة أن معهد كلاي الرياضياتي Clay Mathematical Institute جعلها واحدة من مشاكل الألفية السبع، والتي سيكون لمن يحلها أكثر بقليل من حفنة من الدولارات .

كان غودفري هارولد هاردي Godfrey Harold Hardy (1877-1947) عالم رياضيات بريطانيًا رائدًا في نظرية الأعداد التحليلية théorie analytique des nombres. يعرفه غير الرياضيين بشكل أفضلمن خلال كتابه A Mathematician's Apology عالم الرياضيات، ومقاله عام 1940 عن جماليات الرياضيات l'esthétique des mathématiques، ودوره الإرشادي من عام 1914 مع عالم الرياضيات الهندي العبقري سرينيفاسا رامانوجان Srinivasa Ramanujan. هذا التخمين هو فرصة جديدة للإشارة إلى ما يميز عالم الرياضيات والفيزيائي عندما يستخدمان نفس اللغة، مع ذلك دعونا نوضح هذه النقطة. اليوم، بفضل أجهزة الكمبيوتر القوية، ثبت أن 25 مليار صفراً الأقرب إلى المحور الحقيقي كلها على الخط الحرج ؛ وبالتالي، فإن الفيزيائي الذي يعمل في الوحدات الصحيحة (المقاييس الصحيحة) لن يتلاعب عادةً بهذه الأعداد الكبيرة، لذلك، إذا احتاج إليها للتقدم، فسوف يعترف بأن تخمين ريمان قد تم إثباته وسيحصل على الدعم أعلاه لبقية الوقت من عمله. من الواضح، بالنسبة لعالم الرياضيات، أن الدليل المعني ليس واحدًا: 25 مليارًا ليست لانهائية، وسيقول بدقة أنه لا يوجد شيء مثبت فمن على حق ؟ الأثنين.

هل الفوضى هي القاعدة Le chaos est-il la règle ؟

 الفوضى، بالمعنى المبتذل للمصطلح، هي كلمة طنانة أو مبتذلة، وغالبًا ما تستخدم في جميع أنواع الصلصات. بالنسبة للعلماء، هذا نظام جديد، لم يكن متوقعا لقرون من الحتمية المنتصرة، والذي كان بطله في العصر الحديث لابلاس Laplace العظيم. في بداية القرن العشرين، لم يكتف بوانكاريهPoincaré برفع زاوية الحجاب عن عالم مجهول، ولكن عمله الرائد والرؤي ظل تقريبًا بدون متابعة حتى بداية الستينيات. في تلك اللحظة بالتحديد، حدثت نقرة un déclic، نوع من الزخم، نقرة حاسمة لتحريك ما لم يكن كذلك. لذلك، تطلب الأمر خبير أرصاد ملهم، إدوارد لورنز Edward Lorenz، وجهاز كمبيوتر متطور بديلاً عن النظر بأعيننا اليوم، حيث يعتقد المرء أنه يرى عربة يجرها ثور. تزدهر الحكايات والتفاصيل حول اكتشاف لورنز، لكن ما يهم هو ما أعقب ذلك: الصعود المذهل لنظام ما نتيجة لما يعتبره البعض، عن حق أو خطأ، صدفة سعيدة في تاريخ العلم. .

بعد أن أصبحت تقريبًا مجالًا في حد ذاته، فإن الفوضى تنتمي إلى مجال ما يسمى بالظواهر غير الخطية phénomènes dits non linéaires، تلك التي تتميز بحقيقة أنه، بشكل تخطيطي للغاية، إذا كنت تعمل مرتين على نظام، فلن يكون رد فعله ضعف ذلك .: التأثير لا يتناسب مع السبب. مثال: ضع بلطف قطعة من الرخام الصغيرة على برتقالة. لا يحدث شيء، حتى اللحظة التي يفقدها فيها القليل من التوازن توازنها ويسقطها. بمعنى آخر: أسباب صغيرة، تأثيرات كبيرة، أو حتى "تأثير الفراشةeffet papillon". لاحظ أن العكس ممكن أيضًا: نحن نتصرف كثيرًا ولا يحدث شيء، الاحتكاك القوي هو الدليل اليومي.

كان عالم الرياضيات والفيزيائي والفيلسوف العبقري هنري بوانكاريه Henri Poincaré (1854-1912) قد توقع نظرية الفوضى، كما ورد في مختبر تاريخ العلوم والفلسفة، أرشيف هنري بوانكاريه، المركز الوطني للبحث العلمي، جامعة لورين.

هي الآن بحد ذاتها فرعاً علمياً، ما يسمى الآن بنظرية الأنظمة الديناميكية des systèmes dynamiques هي مثال جديد للتقارب بين الرياضيات والعديد من التخصصات الأخرى، والفيزياء بالطبع، ولكن أيضًا علم الفلك، والجيوفيزياء، والاقتصاد، ودراسة السلوكيات الاجتماعية أو الحيوانية (والتي تشبه غالبًا بعضهم البعض)؛ القائمة لا حصر لها. إنها مصدر للعجب والافتتان لأن أبسط النماذج، التي يمكن أن تظهر معادلاتها الأولية في كتب الكلية، تؤدي إلى أكثر المظاهر المحيرة. وأشهر هذه التطبيقات هو ما يسمى بالتطبيق اللوجستي l'application dite logistique، والذي لا يعرفه أحد بالضبط لماذا قرر بيير فرانسوا فيرهولست Pierre-François Verhulst، في عمله حوالي عام 1840 حول نمو السكان، تسميته على هذا النحو، دون أن يتخيل ذلك بعد قرن من الزمان. سيصبح كتاب التكليف لجيش من العلماء الذين لا يؤمنون دائمًا بأعينهم أمام الثروة الرائعة التي يمكن أن تولدها دالة من الدرجة الثانية المثيرة للشفقة. نحن مدينون لفيونبومـ Feigenbaum، وهو غريب الأطوار في الثلاثين من عمره مر عبر معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا MIT، جمعت مجموعة متعمقة من الظواهر المذهلة في تعبير رياضياتي شبه تافه، ونأمل ألا تختفي من البرامج المقدمة للجميع، بما في ذلك أولئك الذين لا يحلمون كل ليلة بأن يصبحوا علماء رياضيات أو فيزيائيين. لفتح كتاب حول هذا السؤال هو الانطلاق في رحلة تأخذك إلى حدود الخيال الذي لا يقاوم. من المستحيل وصف آلاف الزوايا والشقوق، الألف وجه، ولكن عليك أن تدع نفسك تضيع في أعماق الجاذبين الغريبين، واكتشاف عواقب الحساسية للظروف الأولية - العواقب الواقعية والمنهجية على حد سواء - وليس يتم خداعهم أمام هدوء مكاني وزماني كبير، والذي أحيانًا بعد فترة طويلة، جدًا، يغرق في العاصفة المتقطعة. افتح مثل هذا الكتاب: إليكم نصيحتي لأي شخص يريد معرفة المزيد حول ما يحكم جميع الظواهر الطبيعية تقريبًا، من الزلازل وتوقعات الطقس إلى عدم استقرار النظام الشمسي، والبقعة الحمراء العظيمة لكوكب المشتري، وربما سوق الأسهم حوادث. إذا عاد لابلاس بيننا، فلن يصدق عينيه أيضًا..

ميتشل جاي فيونباوم Mitchell Jay Feigenbaum (1944) عالم فيزياء نظرية أمريكي. كان أحد رواد نظرية الفوضى في السبعينات . ومرة أخرى، يمكن لهذا التخصص أن يجلب علماء الرياضيات والفيزيائيين وجهاً لوجه، وبعضهم مرتبط بمفهوم اللامتناهي في الصغر (بالمعنى الدقيق الذي يحددونه به)، والبعض الآخر مشبع بفكرة أنه يمكننا بالتأكيد قطع الزمان والمكان وهي مهمة، إلى قطع أصغر وأصغر، ولكن عندما تأتي لحظة تقول فيها الطبيعة الأم "توقف"، فإننا لا نذهب إلى أبعد من ذلك. السؤال القديم إن لم يكن الشجار الذي يتلخص في البديل: منفصل أم مستمر؟ الأعداد الصحيحة أم الأعداد الحقيقية (لتبسيط الأمر)؟ في الواقع، اتضح - ولكن يمكننا مضاعفة الأمثلة إلى ما لا نهاية - أن الفوضى وكل الإسراف الذي هو عواقب حتمية للتطبيق اللوجستي لا يمكن أن ينشأ إلا إذا تم التعامل مع الزمن بهذه الطريقة، أي بطريقة سرية (خطوة، نحن توقف، نبدأ من جديد وهكذا دواليك، فإن فكرة الكم غير القابل للتجزئة ليست حصرية بــ بلانك Planck، ولكن، هناك، الزمن وليس الطاقة هو ما يتم قياسه كمومياً). إذا أخذنا في الاعتبار، عن غير قصد، أو لأسباب وجيهة للغاية، نسخته من الأقرب إليه حيث يتغير الزمن باستمرار (النهج الذي اتبعه فيرهولست Verhulst)، يصبح كل شيء مرة أخرى تفاهة محزنة: فالزمن "المستمر" يزيل كل شيء بشكل لا يمكن إصلاحه، وهو يزيل كل شيء على الإطلاق، مما يجعل Feigenbaum مشهور - دون أخذ أي شيء بعيدًا عن Verhulst. لكن بعد ذلك؟ بالنسبة لظاهرة يبدو أنها تأتي في إطار سيناريو يمكن تشكيله على غرار La Verhulst-Feigenbaum، ماذا عن هذه الظاهرة؟ هل يمكن أن تصبح فوضوية أم لا؟ نود أن نعرف، في الممارسة العملية. مرة أخرى، لا يمكن أن تكون الإجابة عقائدية، لكنها عملية: كل هذا يتوقف على السياق. إذا قمنا بتحليل نظام يكون مقياسه الزمني ضخمًا بالنسبة إلى أصغر فترة زمنية يمكن تصورها بشريًا (زمن بلانك، فقط لإصلاح الأفكار والتأكد من الذات)، فلن يحدث شيء يعارض (حتى يثبت العكس) لتأكيد ذلك، بالنسبة لهذا النظام، يتدفق الزمن بشكل مستمر، دون هزات ودون الحاجة إلى إدخال ما هو ثابت بلانك للقمر الذي يدور حوله الأرض. على العكس من ذلك، إذا كان التنظير الصدغي فقط له معنى، أو من المحتمل أن يتم تصميمه، فيجب اعتبار المتغير الذي يمثل الزمن كقيم للتسلسل المنفصل، سلسلة من المرات منفصلة جيدًا عن بعضها البعض. وهناك بالفعل فوضى كامنة، ولكن أحيانًا على نطاق واسع جدًا فقط يمكن أن تظهر نفسها (الأنظمة المتقطعة موجودة لتشهد على ذلك). بمعنى آخر، خلال فترة قصيرة من الزمن، قد يبدو النظام مستقرًا ومنظمًا تمامًا، وبصراحة غير مضطرب، ولكن لا يوجد دليل على أن هذا سيستمر حتى نهاية الزمن. الشيطان أو الشر يكمن في التفاصيل كما يقول المثل.

 الحوسبة على الآلة: العجائب والخدع:

 لقد غزت أجهزة الكمبيوتر حياتنا اليومية، لإنجاز المهام المتكررة أو "الإدارية" التي ليست علمية على الإطلاق، ولكن أيضًا لدعم عقول أولئك الذين يقومون بالنمذجة الكمومية modélisation quantitative بشكل أو بآخر. هذه الآلات الرائعة تجعل من الممكن حساب وتصميم كائنات بهذا التعقيد بحيث أنه بدون أجهزة كمبيوتر، صغيرة أو كبيرة، لن يرى أي منها ضوء النهار (سواء كان Ariane  منصة إطلاق الصواريخ أو LHC ..مصادم الجسميات العملاق أو أجهزة الكمبيوتر العملاقةsupercalculateurs)، وكذلك وقبل كل شيء للإجابة على الأسئلة الأساسية التي، لولا هذه الوسائل غير العادية، كانت ستبقى بلا إجابة. إن الانبهار الذي يشعر به المرء أمام هذه الآلات يجب ألا يجعلنا ننسى أنها ليست سوى "أدوات" لن تحل محل المليارات القليلة من الخلايا العصبية المتصلة جيدًا للأفراد والتي تعمل بكثافة بالتوازي. هذا التذكير هو أقل فائدة لأننا نرى ظهور وتطور اتجاهات مذهلة وضارة، مثل أولئك الذين يريدون إزالة بعض أساسيات تدريس الرياضيات من أجل السبب (الغبي) الذي يقول أن الآلات اليوم تقوم بعمليات متطروة. هل سيصدقني أي شخص عندما أدعي أنني سمعت اقتراح إزالة تكامل البرنامج لأن أي جهاز كمبيوتر قادر على حساب التكاملات (حسنًا، بعضها)؟ دعونا نتغاضى عن حقيقة أنه حتى أكثر برامج الجبر الحاسوبية تعقيدًا غالبًا ما تفشل في الإجابة عن الأسئلة التي يتعامل معها الطالب الذي تعلم التحليل المعقد في غضون دقائق. دعونا أيضًا ننقل حقيقة أنه، في كثير من الأحيان، يستسلم المرء لإغراء استخدام الرموز التي لا يعرف المرء شيئًا عنها، ويقذف كطعام إلى الصندوق الأسود فيض من المعلومات التي لا يمكنه هضمها تلقائيًا إلا كما قيل له . للقيام بذلك من أجل الحصول على نتائج أولية، وبالتالي فإن أي تحليل نقدي مستحيل. هناك شيء أكثر خطورة، في الأساس، لأن هذه الآلات، هي أيضًا، لا تعرف الصفر ولا اللانهاية. بالضرورة. هل يمكننا أن نطلب من آلة إجراء "عدد لا نهائي" من العمليات في فترة زمنية "محدودة"؟ أن تأخذ في الاعتبار "كل" الكسور العشرية ( لــ π التي لا نعرفها) أو الكسور العشرية les décimales لــ 2 √؟ لا، من الواضح أنها مبهرة، فهذه الآلات لا تعرف، بل لا تستطيع أن تعرف بأن الــ 1.414213562373095048 لن يساوي √2 أبدًا، أي أكثر من 22/7 يساوي π .

 هل هو أمر جلل أم لا؟ يتوقف الأمر على ...، ثم نعود إلى السؤال الذي تم تناوله في القسم السابق: فوضى، وليس فوضى؟ هناك حالات لا يكون لها فيها أي عواقب، ولكنها غالبًا ما تكون أيضًا في الحالات التي لا تحتوي فيها المشكلة على تعقيد كافٍ لاحتوائها، أو تكمن في الزاوية، أو فيروس ليس لديه أي علم حاسوبي، أو جاهز للتفعيل، أو على أي حال ليس من المستحيل اكتشافه بفضل التحليل الذي تم إجراؤه باستخدام قلم رصاص وممحاة وقطعة من الورق وإتقان جيد للرياضيات التطبيقية. على العكس من ذلك، في الحالات الصعبة (على الأقل من حيث المبدأ) يلجأ المرء إلى الحساب التلقائي أو الرسمي أو العددي. وهناك، يمكن أن يحدث أي شيء، بما في ذلك المواقف التي تبدو بسيطة حيث، على وجه التحديد، يمكن للمرء أن يلاحظ بعد إجراء الحساب يدويًا أثناء عملها تفكيرياً في رأسه، أن الآلة تضيع في الديكور. قد يكون هذا بسبب أن الخوارزمية غير مناسبة للسؤال المطروح (ولكن لمعرفة ذلك، عليك الغوص فيه)، ولكن أيضًا بشكل أساسي بسبب استحالة تمثيل أرقام معينة بالضبط في الجهاز. أيضًا لأن الرقمنة في أغلب الأحيان هي "تقديرية"، وقلنا أعلاه أن الرؤية التي تخرج من المستمر لا علاقة لها أحيانًا بما يعرف فقط بالأعداد الصحيحة (أو حتى الأعداد المنطقية) - مرة أخرى البديل المتواصل المنفصل! لا مفر من استحالة إعطاء آلة نسخة "دقيقة" من الأرقام ؛ يرجع ذلك إلى طبيعة الأشياء، وإلى حقيقة أن هناك البعض ممن يدعون أنفسهم بدون إذن،إن π، و γ constante d'Euler ثابت أويلر γ، وثوابت فيونبوم Feigenbaum  δ  و α، وألف رمز آخر لا نعرفه كيفية تمثيله "بالضبط" إلا بواسطة رمز محدد فقط لا يقول شيئًا، ولا يعني شيء على الإطلاق، للآلة. إنه بالطبع موضوع بحث متقدم في دوائر الحوسبة النظرية، من أجل إحباط الفخاخ أو في أي حال لتثبيت ما يكفي من جدران الحماية لإطفاء الحريق في حالة اندلاعه. ترك هذا السؤال الصعب للغاية للخبراء في هذا المجال، ومع ذلك، يجب أن نعرض على سبيل المثال (يكفي مثال!) ما مدى الجنون - هنا بدون عواقب عملية، ولا كارثة نووية، ولا تحطم طائرة – الذي يمكن للآلة التي لا تخضع للإشراف الجيد أن تجرنا إليه وما يمكن أن تسببه من كوارث.

هناك ثلاثة من أعظم عباقرة القرن العشرين: ستانيسلو أولام وريتشارد فاينمان وجون فون نيومان Stanislaw Ulam, Richard Feynman et John von Neumann. كان أولام من الرواد في استخدام حواسيب فون نيومان في الفيزياء والرياضيات. فاينمان هو أحد رواد نظرية الحواسيب الكمومية، هذا هو السبب في أننا يجب أن نشير إلى مقال رائع (سهل القراءة) بقلم جان ميشيل مولر Jean-Michel Muller المتعلق بتطبيق تكراري غير خطي من الدرجة الثانية جميع المكونات موجودة، ولكن، مرة أخرى، لن يجد تلميذ صعوبة في حساب الشروط الأولى، من الواضح أن بيان المشكلة أساسي. التحليل التفصيلي (باستخدام قلمه الرصاص فقط) يجعل من الممكن فهم سبب المشكلة أو لماذا تظهر المشكلة، دون اتخاذ أي احتياطات، نحصل بأقصى سرعة على نتيجة كارثية، بمعنى أن رمزًا ساذجًا يوفر في عدد قليل من التكرارات حلاً في تناقض تام مع المطلق، الحتمية التي يخضع لها التكرار. والسبب هو أن هذه المشكلة، مهما كانت بسيطة، لها حساسية للظروف الأولية وأن أخطاء التقريب تتسبب في انحراف المسار المحسوب عن المسار الدقيق. للحصول على هذا، من الضروري العمل حصريًا في أعداد صحيحة، أي عدم وضع ". "إلى القيم التي تم إدخالها على لوحة المفاتيح لتعيين نقطة البداية - اكتب" 3 "، لا سيما" 3. ". ومع ذلك، ألا تساوي 3 3.000000000 ... (عدد المنازل العشرية التي يمكن للآلة استيعابها)؟ بالطبع، لكن 1/3 لا تساوي 0.3333333333333 (نتوقف عند هذا الحد) لا شك أن أفضل طريقة لجعل الناس يرغبون في معرفة المزيد هي الاقتباس من هذا المؤلف في أحد استنتاجاته: "نلاحظ أحيانًا في الآلة تقاربًا جيدًا وسريعًا نحو نتيجة خاطئة تمامًا. " على الرغم من أنه من الواضح أنه يحتوي على ما هو مطلوب للإثبات، فإن مثال مولر بسيط في الواقع بما يكفي بحيث يمكننا حله بشكل فعال مع القليل من الجبر والمعرفة، وبالتالي الكشف عن الأماكن التي تأخذ فيها أوجه القصور، ناهيك عن الرذائل، إجراءات رقمية متطورة بسرعة كبيرة. ولكن بعد ذلك، على وجه التحديد في الحالات التي يكون فيها من المستحيل حقًا الحصول على فكرة دقيقة مسبقًا بسبب التعقيد الهائل للمشكلة، سواء في طبيعتها أو في رعب المعادلات التي تصممها، وماذا تفكر، وماذا تصدق، ماذا أفعل؟ القاعدة المنهجية بديهية: ابدأ باكتساب معرفة قوية في الرياضيات (التطبيقية)، وهي الوحيدة التي تسمح بفرز المشكلة يدويًا عن طريق تقريبيها إلى الحد الأقصى، وتحليل الحالات الحدودية لمعرفة كيفية الهبوط على القدمين، وليس على الرأس، باختصار، حدد الطريق، والكمبيوتر مغلق. وعندها فقط، فقط بعد كل هذا، اضغط على زر التشغيل.،

الرياضيات من أجل العلوم، عمل كلود أصلانجول. انقر لشراء كتاب المؤلف انقر لشراء كتاب المؤلف هذا الكتاب هو نتيجة خبرة تدريس لعدة سنوات في دورات الفيزياء في جامعة بيير وماري كوري (باريس السادسة) وفي المدرسة العليا للنورمال (أولم). يستهدف جمهورًا عريضًا (من L3 إلى M2، حتى إلى درجة الدكتوراه)، ويقدم إجابات مفصلة ومعلقة على المشكلات المقترحة في نهاية كل فصل من كتاب الدورة. يجب أن يسمح تنوع الموضوعات التي يتم تناولها للقارئ من ناحية بتعميق المفاهيم، ومن ناحية أخرى لاكتساب التمكن من الأساليب والتقنيات، والتي تسمح فعاليتها بالتقدم نحو حل معظم النماذج. كل مفتاح إجابة، يسبقه البيان المقابل، مكتوب بتفصيل كبير من أجل السماح بالتحقق الدقيق من جميع مراحل التفكير والحسابات الوسيطة. إذا لزم الأمر، يسمح الملحق بتعميق نقطة ما، أو إنشاء ارتباط بأسئلة أخرى للوهلة الأولى بعيدًا إلى حد ما عن موضوع المشكلة. أخيرًا، يتم توفير المراجع، والتي تشير أحيانًا إلى الأعمال الأكاديمية، وأحيانًا إلى المجلات المتخصصة التي نشرت المقالات الأصلية التي تم استخلاص قضايا معينة منها. بضع كلمات من المؤلف، كلود أصلانجول لفترة طويلة مسؤول عن دورة الرياضيات للفيزيائيين في ENS و UPMC، أقنعني الضغط الودي بكتابة هذا الكتاب الذي يحاول تقديم نظرة عامة على الرياضيات التي يجب أن يعرفها أي شخص يهدف إلى نمذجة الظواهر.، سواء في ما يسمى بالعلوم الدقيقة أو العلوم الاجتماعية، ناهيك عن الاقتصاد، التي شهدت مؤخرًا محاولات للوصف النظري أو العملي الذي يتطلب خلفية رياضية متقدمة ومنظمة. ربما يكون عالم الرياضيات والفيزيائي العظيم هيرمان ويل، أكثر طلاب هيلبرت موهبة، أحد أفضل الأمثلة على الروابط العميقة بين الرياضيات والفيزياء التي يمكن رؤيتها على أنها تنمو معًا. كان لعمله الذي يجمع بين نظرية النسبية وفيزياء الكم ونظرية المجموعة والهندسة التفاضلية تأثير عميق على علوم القرن العشرين. © ETH زيورخ مستوحاة من روح هذه التعاليم، فإن كتاب "الرياضيات من أجل العلوم"، الذي نشره دي بوك، يهدف أيضًا إلى أن يكون كتابًا مصاحبًا لأي طالب رائد أعمال. دراسات علمية طويلة، حيث يتم تقديم المفاهيم والأساليب والتقنيات بدقة متناهية وببساطة لغة قدر الإمكان. كان الهدف هو إتاحة الفرصة للقارئ لاكتساب الإتقان الذي يسمح له بالخروج من جميع المواقف العملية بشرط أن يعرفوا، في حالة وجود صعوبة، وضع أيديهم على المقياس الصحيح الذي، إذا لزم الأمر، عملية تحديد مناسبة، تحصل دائمًا خارج الغابة. أيضًا (قبل كل شيء؟) لتطوير تعريف حدسي يظل، في الرياضيات كما في أي مكان آخر، ولكن أيضًا في الرياضيات، أساس الرغبة الحقيقية في التعلم والفهم. بالنسبة إلى مجلدي ميكانيكا الكم، سيتبع هذا العمل قريبًا نشر الإجابات على العديد من المشكلات المقترحة في نهاية كل فصل. شريط فيديو لمؤتمر سولفاي لعام 1927، التقطه إيرفينغ لانجموير. تم خلال هذا المؤتمر عرض العديد من أجمل النصوص في تاريخ العلوم. بالتركيز على حالة نظرية الكم في ذلك الوقت، فإنهم يشيرون بطريقة ما إلى ولادة التفسير الأرثوذكسي لميكانيكا الكم. تظهر هذه الكتابات أن الآباء المؤسسين لم يتفقوا مع بعضهم البعض. لم يكن لدى شرودنجر وأينشتاين ودي برولي نفس الرؤية التي يتمتع بها بور وباولي وهايزنبرغ وبورن. نانسي ثورندايك جرينسبان، يوتيوب الأمثلة القليلة المقدمة ناتجة عن خيار مستوحى أساسًا من دافعين. الأول هو إثارة الفضول والرغبة في معرفة المزيد عن الأشياء التي هي في النهاية عادية تمامًا، أو على الأقل يتم تقديمها على مستوى ابتدائي. الثاني - الأقوى لأنني فيزيائي ولست عالم رياضيات - هو أن نتذكر أن الكونين، الرياضي والفيزيائي، متداخلان (متشابكان؟) أحدهما في الآخر، وذلك بفضل المقاييس ذات الصلة بالتحليل، أي محاولة في المعارضة، وحتى الانفصال، ليس محكوماً عليها بالفشل فحسب، بل هي قبل كل شيء ضارة. سأختم باقتباس: "غالبًا ما يتم تحقيق تقدم العلم من خلال التشكيك في العقائد التي تبدو راسخة...".

 

د. جواد بشارة

..........................

ملحوظة: جان بيران، الذرات (فلاماريون، باريس، 1991). التوزيعات، أو كيفية فهم الأشياء التي لا تحتوي على معنى

! تلاحظ : مقتطف من كلود أصلانجول، الرياضيات للعلوم (دي بوك، بروكسل، 2011). ماركوس دو سوتوي، سمفونية الأعداد الأولية (Héloïse d'Ormesson، باريس، 2005).

ريتشارد فاينمان (إلى اليسار) يناقش مع ستيفن ولفرام نظرياته عن الأوتوماتا الخلوية. ولفرام هو مؤلف برنامج الجبر المشهور عالميا: ماثيماتيكا.

ملحوظة جان ميشيل مولر، الحاسبات في البحث عن الحساب، La Recherche، 278 (إصدار خاص حول نظرية الأعداد)، ص. 772، يوليو-أغسطس 1995. الرياضيات للعلوم، كتاب لكلود أصلانجول لاكتشاف في طبعات De Boeck

 

جواد بشارةمشروع غاليليو: أخيراً اعترف جنرال أمريكي ومسؤول في و كالة الفضاء الأمريكية ناسا بحصول اتصال بحضارة فضائية متطورة وإبرام إتفاقية تعاون سرية معها، كما طلب تقرير أمريكي قبل بضعة أسابيع الكشف عن ذلك: "لم يعد بإمكاننا تجاهل الوجود المحتمل لحضارات خارج كوكب الأرض". سيتم ذلك من خلال إطلاق برنامج مخصص تحت مسمى، مشروع غاليليو. في جميع أنحاء العالم، وسيتم تعقب ظواهر الفضاء غير المحددة والأجسام المحلقة مجهولة الهوية (Pan) - والتي اعتدنا أن نسميها الأطباق الطائرة المجهولة - ودراستها من قبل فريق من الباحثين. الهدف: تحديد ما إذا كانت الحضارات التكنولوجية خارج كوكب الأرض (extraterrestre) تزورنا أحيانًا أم لا. هل يراقبنا الفضائيون؟ ظل البشر يتتبعون الحياة في الفضاء لعقود. ولكن ماذا لو اكتشفنا وجود الفضائيين بالفعل؟ في وقت سابق من هذا العام، سكب آفي لوب الكثير من الحبر حول الادعاء بأن لديه دليل على وجود حضارات خارج كوكب الأرض. قبل بضعة أسابيع، اعترف في افتتاحية بأن "احتمال أن تكون ظواهر الفضاء غير المحددة (Pan) - تلك التي كانت تسمى سابقًا الأجسام الطائرة المجهولة، بالنسبة للأجسام الطائرة غير المحددة - من أصل خارج كوكب الأرض، أمر تخميني للغاية". وأضاف "بدلاً من مجرد التساؤل عن السيناريوهات المحتملة، يجب أن نجمع بيانات علمية أفضل ونوضح مرة أخرى طبيعة هذه الأجسام". بالاتفاق التام مع المؤسسات الحكومية المعنية والمتخصصة، ما دعا إلى رفع تقرير إلى الكونغرس الأمريكي صاغه مكتب مدير المخابرات الوطنية (أودني) صدر في نفس الوقت، ينتقل عالم الفيزياء الفلكية بجامعة هارفارد (الولايات المتحدة) من الكلام إلى الفعل. كما أعلن عن إطلاق برنامج للبحث عن أدلة على وجود حضارات تقنية خارج كوكب الأرض (ETC) ودراستها في ما يعرف بمشروع غاليليو. وقال البيان الصادر عن جامعة هارفارد: "مع وفرة أنظمة الكواكب المكتشفة مؤخرًا، لم يعد بإمكان البشر تجاهل احتمال وجود حضارات وكائنات فضائية متقدمة ومتطورة ونشر المزيد من البيانات عالية الدقة، هو ما نريده عند التحقق من مجهول. لذا فإن هذا الاقتراح من مشروع غاليليو يبدو رائعًا. سأندهش إذا ما انطلقت في أي وقت من الأوقات إلى الحد الموصوف فكرة شبكة من الكاميرات ذات الحساسية والدقة الفائقة ف يوليو 2021، الآراء الخارجية تبقى مختلطة. فحتى لو أدركوا أنه لا يوجد ضرر في البحث، فإن إمكانية العثور على شيء تبدو ضئيلة. لأن ما يهدف إليه آفي لوب وفريقه هو رصد ظاهرة فضائية غير معروفة أو مجهولة تلك التي كانت تسمى في السابق الأجسام الطائرة المجهولة - للأجسام الطائرة غير المحددة. لذلك، سُجِّلت الظواهر في سمائنا، أو بالكاد وراءها. أوضح الباحثون المشاركون: "نريد تحويل البحث عن التوقيعات التكنولوجية خارج كوكب الأرض من الملاحظات العرضية أو القصصية إلى الملاحظات العلمية المنهجية والمصادق عليها والشفافة". ولكن بين الطائرات التجريبية السرية أو بالونات الطقس أو الطيور أو النيازك أو حتى ظواهر الأرصاد الجوية، يبدو أن طبيعة هذه الأجسام ذاتها تريد أن تكون عشوائية لدرجة أنه يبدو من الصعب على العلماء الخارجيين التفكير في استراتيجية مراقبة عالمية لأن هذه هي فكرة آفي لوب وفريقه. بتمويل خاص يقارب 1.5 مليون يورو، قاموا بتطوير شبكة من التلسكوبات عالية الدقة مدعومة بالذكاء الاصطناعي والتي من شأنها أن تفحص السماء باستمرار لتسجيل بيانات صلبة عن أي شيء قد يخرج من السماء. ولكن أيضًا لاستكشاف المناطق المحيطة بالأرض باستخدام مستشعرات متعددة الكواشف بحثًا عن أي جسم غير عادي. نوع أومواموا، على سبيل المثال. من أجل التمكن من دراستها بشكل أفضل.  يتصور مشروع غاليليو بالضبط ما دعا إليه تقرير الكونغرس الأمريكي الذي أعده مكتب مدير الاستخبارات الوطنية (أودني) قبل أيام قليلة: دراسة متعمقة وعلمية - ومتاحة–للظواهر السماوية مجهولة. لهذا، أحاط آفي لوب نفسه بالفنيين وخبراء الأجهزة والعلماء من خلفيات مختلفة. كما يؤكد أن رعاته ملتزمون بتمويل "سخي  وبدون شروط مسبقة "، للعمل بهدوء وبحرية تامة.  توجد بالفعل شبكات مدنية وعسكرية لرصد الأشياء في مدار أرضي منخفض. ويسعى مشروع آخر، أطلق عليه اسم Sky Hub، إلى استخدام الأدوات المدنية والتعلم الآلي لفهرسة الأحداث في السماء والتي يمكن أن تشير إلى زيارة حضارة غريبة. تحدي مشروع غاليليو: إعادة إنتاج كل هذا والنجاح في استخراج أي بيانات تهم العلماء ويعمل الفريق حاليًا على اختيار الأدوات التي ستشكل شبكته من التلسكوبات التي سيتم توصيلها بذكاء اصطناعي مسؤول عن تصفية البيانات. وبينما يتوقع المراقبون أن نتائج مشروع غاليليو قد تستغرق وقتًا طويلاً للوصول - خاصةً بالنظر إلى الوقت الذي سيستغرقه تطوير برنامج قادر على القيام بالمهمة - يأمل آفي لوب في الحصول على بعض النتائج الأولى المثيرة للاهتمام خلال العام المقبل . ما يريده الجميع هو أن يقدم مشروع غاليليو إجابات مفيدة. أبعد من أي تحيزات يمكن أن تشوه نتائجه. بطريقة او بأخرى.

إلى ذلك، ادعى جنرال  في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية السابقة في 27 يوليو 2021، أن السوفييت تعلموا جذب الأجسام الطائرة المجهولة واتصلوا بها في الثمانينيات خلال الحرب الباردة، كان من المستحيل إفشاء المعلومات خارج الاتحاد السوفيتي. بسبب السرية عالية المستوى، لم يناقش المسؤولون العسكريون والموظفون أبدًا الأجسام الطائرة المجهولة خلال الحقبة السوفيتية. وفي الوقت نفسه، في الولايات المتحدة، عُقدت مؤتمرات UFO بسبب زيادة مشاهدات الأجسام الطائرة المجهولة. بعد انهيار الاتحاد السوفياتي، بدأ الناس يتحدثون عن الأجسام الطائرة المجهولة في روسيا، بما في ذلك ضباط القوات الجوية السوفيتية. ادعى الجنرال فاسيلي أليكسييف أن السوفييت قد اتصلوا بالأجسام الطائرة. في عام 1997، أجرى الدكتور فاليري أوفاروف مقابلة مع رئيس خدمة سلامة الطيران في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، الجنرال فاسيلي أليكسييف، حول الأجسام الطائرة المجهولة. الدكتور يوفاروف هو رئيس قسم أبحاث الأجسام الطائرة المجهولة وعلم الحفريات والتكنولوجيا القديمة في الأكاديمية الروسية للأمن القومي. بعد ذلك، نُشر نص المقابلة حصريًا في الطبعة الألمانية من مجلة MAGAZINE 2000plus في مايو 2000. يقول الدكتور فاليري أوفاروف "هناك دائما سؤال حول وجود اللواء الكسييف ولكن هناك تأكيد لهويته في كتاب "القوة الجوية الروسية عند مفترق طرق"، بقلم بنجامين س. لامبيث". تم تمويل جميع الأبحاث المذكورة في هذا الكتاب من قبل القوات الجوية الأمريكية، مما يجعلها المصدر الأكثر موثوقية لتأكيد وجود هذا الجنرال السوفيتي. خلال الثمانينيات، عمل الجنرال أليكسييف في هيئة الأركان المركزية التي أشركته في الوحدات الميدانية. من هناك تعلم العديد من الروايات عن الظواهر التي لا يمكن تفسيرها. وكان هناك شهود عيان على الظاهرة وانعكس ذلك في وثائق وتقارير محددة من السلطات. دفع هذا وزارة الدفاع السوفيتية والإدارات الأخرى إلى التحقيق. أرسلوا خبراء إلى الأماكن التي شوهدت فيها الأجسام الطائرة المجهولة في كثير من الأحيان. وقال إن الأجسام الطائرة المجهولة تظهر غالبًا في قواعد عسكرية مختلفة أو في أي مكان "يوجد فيه تركيز عالٍ من العلوم المتقدمة وإلى حد ما وجود خطر. لأن كل صاروخ نووي، وكل تثبيت جديد للقوات الجوية، يمثل تقدمًا علميًا وعسكريًا. " وأضاف قائلاً: إن الضباط والقادة الذين كانوا على علم بالظاهرة لم يكن لديهم توجيه رسمي أو تعليمات بشأنها، لذا قاموا بالتحقيق على طريقتهم الخاصة. "أعرف في بعض الأماكن أنهم تعلموا حتى خلق حالة من شأنها أن تؤدي عمدا إلى ظهور جسم غامض. سيظهر جسم غامض حيث كانت هناك زيادة في النشاط العسكري المتعلق بذلك، على سبيل المثال، بنقل البضائع" الخاصة ". لقد كان كذلك. ما يكفي لتحفيز أو برمجة مثل هذه الحركة بشكل مصطنع لظهور جسم غامض "، قال الجنرال ألكسييف. بالإضافة إلى ذلك، تعلم السوفييت الاتصال بالأطباق الطائرة. وبحسب قوله، فإن العسكريين حركوا أيديهم في اتجاهات مختلفة، مما تسبب في تسطيح الكرة (UFO) في نفس الاتجاه، ويقول جنرال اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية أن السوفييت تعلموا جذب الأجسام الطائرة المجهولة. على سبيل المثال، إذا رفعت ذراعيك ثلاث مرات، فسيتم تسطيح الجسم الغريب أيضًا ثلاث مرات عموديًا. في أوائل الثمانينيات، أمر السوفييت بإجراء التجارب باستخدام الأجهزة التقنية (المزواة، ومحطات الرادار وغيرها)، وبفضل ذلك تم تسجيل الأشياء غير المحددة بدقة كبيانات للأجهزة. شارك الجنرال أليكسييف في حادثة لا تصدق عندما واجه فريق من العلماء السوفييت وخبراء آخرين الجسم الغريب في الهواء. طاروا من موسكو إلى نوفوسيبيرسك للتحقيق في حادث تحطم طائرة. عند عودته، تبع جسم غامض طائرته في الهواء. كفريق بحث، لاحظوا الكائن الفضائي الغريب، وجمعوا البيانات المرسومة للتحليل العلمي. لقد فهم أن وزارة الدفاع وأكاديمية العلوم وأجهزة المخابرات كانت تدرس الأجسام الطائرة المجهولة / الأجسام الطائرة المجهولة لكن أولئك الذين لم يشاركوا بشكل مباشر في التحقيق لم يكن لديهم أي فكرة عما يجري. وانتقد السياسة لعدم السماح بالاختراع المفتوح في مواضيع غير محددة. أعتقد أن السياسة تدخلت في العلم هنا. وقال إن التحقيق في ما لم يتم تحديده وما لم يتم فهمه تم في الأساس لتوضيح الأمور. حتى أن الجنرال ألكسييف تحدث عن مواجهات عسكرية مع جسم غامض. وأشار إلى حادثة وقعت لاثنين من ضباط الصف خارج موسكو. أقام أحدهم اتصال توارد خواطر مع السفينة ودعي حتى للدخول لكنه رفض إلا أنً تلقى أمراً بالموافقة لدخول السفينة الفضائية اللأرضية. رأى أليكسييف بنفسه رسومات السفينة التي رسمها هذا الضابط. اعتقد الجنرال السوفيتي أن هناك فرصة أكبر لأن تكون الأجسام الغريبة قادمة من خارج كوكب الأرض أو تنتمي إلى حضارات أخرى. المصدر تعليقات ماكس بلانك 27 يوليو 2021 الساعة 06:03 صباحًا إنه لأمر مدهش أن هذه المقالة لا تذكر اتصال توارد خواطر مع الكائنات الفضائية غير البشرية التي كان من الممكن تصديقها أكثر من رفع ذراعيك 3 مرات. كمثال وفي النقطة التي نحن فيها: "يزعم الرئيس غريب الأطوار لجمهورية كالميكيا الروسية أنه التقى بأجانب وركوب سفينة الفضاء الخاصة بهم. يزعم كيرسان إليومجينوف، الذي كان مسؤولًا عن كالميكيا لمدة 17 عامًا، أنه التقى في عام 1997 كائنات فضائية في عام 1997 "ببدلات فضاء صفراء"، وتواصل معهم عن طريق التخاطر، قبل القيام بجولة معهم على متن سفينة الفضاء الخاصة بهم، "نوع من أنبوب شبه شفاف ". ومع ذلك، دعا نائب روسي سلطات البلاد إلى ضمان صحته العقلية ". يجب أن تكون الفودكا قوية للغاية هناك.

هل من الممكن أن تكون الكائنات الفضائية هي التي خلقت البشر؟

لماذا لا تسأل نفسك ما إذا كان البشر ليسوا من صنع الكائنات الفضائيةles extraterrestres؟ يقوم الإنسان اليوم بعملية تصميم روبوتات لشن الحروب، بالإضافة إلى أصناف من البشر والجنود معدلة وراثيًا. وبما أن المخلوقات الفضائية تسبقنا بــ 25 مليون سنة، فربما يكونون قد خلقوا البشر، قبل بضعة ملايين من السنين، مع الاحتفاظ بإمكانية القدرة على التحكم في أجسادهم وعقولهم، إذا لزم الأمر. وهذه الفقرة الأخيرة مهمة للغاية يجب أن نتذكرها دائماً "السيطرة على أجسادهم وعقولهم". هذا ما كان سيفعله الإنسان أيضًا، إذا كان في مكان الـمخلوقات الفضائية غير الأرضية قبل 25 مليون سنة. يمكن للكائنات الفضائيةles extraterrestres بالتأكيد التلاعب بما نفكر فيه ونتخيله، من الواضح إن ذلك ممكن دون أن ندرك ذلك ودون أن نكون قادرين على منعهم من القيام بذلك. يبدو واضحًا بالنسبة لي أنه إذا كانت الكائنات الفضائية هي التي خلقت الجنس البشري، فذلك أيضًا من خلال تصور وسائل إزالة جميع الاحتمالات بالنسبة للبشر للتخلص من خالقهم، أو أن يصبحوا أذكياء جدًا. وبالتالي، ربما اختارت الكائنات الفضائية بشكل جيد للغاية، في لحظة معينة، السماح للبشر بتنظيم أنفسهم، حيث سيكون لديهم إمكانية إنهاء تجربتهم الجينية، إذا لم يلب البشر توقعاتهم. من ناحية أخرى، إذا كان الإنسان قد تطور في ظروف جيدة، فمن المحتمل أن يكون في خططهم منحه المزيد من الذكاء والقدرات الأخرى. هذا ما كان سيفعله الإنسان أيضًا، لو كان في مكان الـمخلوقات الفضائيةles extraterrestres ؛ السماح للتجربة البشرية بالتطور أو مقاطعتها. لماذا لا تخبر نفسك أنهم اختاروا هذا الكوكب، كما سيختار الإنسان الأرض لمزرعة الأرانب؟ إذا كان الأمر كذلك، فيجب أن يكونوا قلقين للغاية بشأن كيفية تدمير هؤلاء الرجال لموائلهم وبيئتهم و، وبالتالي كوكب هذه الكائنات الفضائية؟ إذا كنت في موقع ET ولمنع هذا الكوكب من التدمير الكامل، كنت سأدمر الجنس البشري قبل فوات الأوان. قد يحدث هذا بالفعل بطرق مختلفة، لأن هذه الفرضيات قد تشير إلى أن الكائنات الفضائية قد يكون لها نفس القدر من السيطرة على قوى الطبيعة، (حاليًا على نحو مروع بشكل متزايد)، كما هو الحال على أجسامنا، في خضم أزمة الصحة والكواكب وإنتشار الأوبئة الفتاكة. من الممكن أيضًا أن تقود الكائنات الفضائية البشر إلى التدمير الذاتي، من خلال غبائهم ودون الإضرار بالكوكب، حيث يمكنهم دفعهم إلى خلق أشياء ستدمرهم بأنفسهم ودائمًا دون خطر على الكوكب. في الواقع، دعنا نعترف بأن الكائنات الفضائية تريد إيقاف تجربتها وتدمير الجنس البشري بسرعة، دون الإضرار بالكوكب، كيف تعتقد أنهم سيفعلون ذلك؟ إنهم لن يهبطوا على الكوكب في سفن عدوانية من المرجح أن يطلق البشر قوتهم النووية ضد بعضهم البعض على الأرجح! وهم لن يسمحوا بذلك لأنه سيكون لذلك عواقب كثيرة على كوكب الأرض. ومع ذلك، لديهم إمكانية وضع البشر وجهاً لوجه مع عدو، وهو فيروس طبيعي بداهة مثل كورونا، سيحاول البشر الدفاع عن أنفسهم ضده ... بأفكار لم تأت لهم بالصدفة (لأنها قادمة من ET) والتي ستقضي عليهم دون الإضرار بالأرض. لو كنت، أنا الإنسان، متقدماً على الجنس البشري بـ 25 مليون سنة، لأنني طورت نفسي، هذا ما كنت سأفعله في أسرع وقت ممكن، قبل فوات الأوان، على كوكب الأرض. إذا كنت قادرًا على القيام بهذا المنطق، فأنت كذلك. لذلك قد يكون من الملح أن تسأل نفسك الأسئلة الصحيحة. لا تستطيع الكائنات الفضائية تحمل النظر إلى البشر وإحصاء النقاط في هذه المرحلة من حضارتنا. كان هذا الموقف صحيحًا حتى نهاية الحرب العالمية الثانية. اليوم، مع ظهور القنبلة الذرية والطاقة النووية، يمكن أن تعاني الأرض من حادثة أخرى ولا تريدها على الإطلاق. وهذا ما يفسر زياراتهم العديدة للمواقع النووية. لكنهم فشلوا في منع ذلك، لذا فإنهم قد يفضلون تدمير الجنس البشري. الطاقة النووية ليست خوفهم الوحيد. يلعب البشر أيضًا دور المتدربين السحرة، في CERN، على سبيل المثال (في بحيرة جنيف، على الحدود بين فرنسا وسويسرا وألمانيا)، وقد تتسبب دراسة الثقوب السوداء في تدمير الكوكب. يمكن أن يحدث ذلك في أي وقت منذ أن بدأوا هذا البحث، لكن هذا ليس همهم الوحيد. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم الشرب موارد الكوكب على نحو سيء، ويستغلونها بشكل مفرط، من خلال تدميرها، وهذا الفعل الأخير لا يخص البشر وحدهم. إذا أراد المتفرغون إعادة تكوين جنس بشري جديد يقبل العيش وفقًا لقواعدهم، فيجب عليهم أولاً إزالة النوع الأول، دون الإضرار بالأرض، وكذلك بحياته وموارده الطبيعية. بالنسبة للـ ETs، أصبح الإنسان هو سرطان الأرض (Guidestone Stones).

 

إعداد د. جواد بشارة

 

عبده حقيينطلق البحث عن مواقع الويب باستخدام محرك البحث الأول عالميا "غوغل" وينتهي هناك أيضًا. وهناك عدد قليل من المستخدمين من يعرفون أنه إلى حد اللحظة لم يتم إدراج كل المحتوى الموجود على الإنترنت أيضًا في محركات البحث التقليدية المعروفة . لكن في المقابل فإن الإنترنت هو أكبر بكثير مما يتصوره المبحرون .

يُطلق أيضًا على المحتوى الذي يتم البحث عنه واستكشافه بواسطة محركات البحث اسم "الشبكة المرئية" وهي مجموع بوابات الإنترنت التي يمكن للجميع الولوج إليها بحرية أو التي يمكن البحث فيها باستخدام محركات البحث.

بالإضافة إلى "الشبكة المرئية" هناك أجزاء كبيرة من الإنترنت غير مرئية عبر محركات البحث وهي ذات سمعة سيئة ، ما يسمى ب"الإنترنت المظلم".

لا توجد شبكة مظلمة واحدة بل هناك عدد كبير من الشبكات المظلمة وكلها تندرج ضمن هذا المصطلح لأن بنيتها الفنية والتقنية تختلف بالفعل بشكل كبير عن إنترنت "داب ويب" والذي غالبًا ما يشار إليه بشكل غير صحيح أيضًا باسم  "دارك نيت".

يتم تنظيم الإنترنت المظلم تقنيًا بشكل مختلف عن "الشبكة المرئية" التي يتم في الغالب عبر اتصالات الخادم والمستخدم. بمعنى آخر من أجل استدعاء أي موقع ويب يقوم المستعرض الخاص بإنشاء اتصال إنترنت بخادم الويب الخاص. ثم يتم تخزين جميع المحتويات التي يمكن العثور عليها على هذا الموقع على خادم الويب.

تشبه البنية الفنية للشبكة المظلمة (دارك نيت) إلى حد كبير شبكة من نظير إلى نظير بي تو بي  (P2P) على عكس أنظمة الخادم الكلاسيكية لا يوجد كمبيوتر مركزي يمكن من خلاله طلب المحتوى في شبكات بي تو بي  ولكن لكل كمبيوتر حقوق متساوية ويمكنه تقديم المحتوى أو الوصول إليه.

لا يمكن الوصول إلى "دارك نيت"  أيضًا عبر المتصفحات العادية مثل فايرفوكس أو كروم  ولكن عبر برامج خاصة . في حالة انضمام عدد معين من أجهزة الكمبيوتر معًا باستخدام نفس البرنامج ، يمكن وصف هذه الشبكة بأنها شبكة من صنف الشبكة المظلمة.

تشترك الشبكات المظلمة في شيء مهم آخر. كقاعدة عامة فإنها تتيح إخفاء الهوية على نطاق واسع . وإذا كان كل زائر للإنترنت "العادي" يترك آثارًا رقمية طوال الوقت تقريبًا فإنه من الصعب جدًا حتى على الأجهزة السرية مراقبة ما يحدث في الشبكات المظلمة. هناك على سبيل المثال خدمات التشويش مثل  " Tor" والتي تجعل من الممكن إخفاء هوية عنوان IP الخاص بالشخص.

أشهر شبكة مظلمة على الأرجح هي "شبكة  تور" وتعتبر في البداية شبكة لإخفاء هوية بيانات الاتصال. لا تستخدم أيضا الشبكة لإخفاء هذه البيانات فحسب بل توفر أيضًا عددًا مما يسمى "الخدمات المخفية" التي يمكن الوصول إليها من خلال متصفح "تور" هناك أيضًا ما يعادل عناوين الإنترنت في شبكة تور وكلها تنتهي ب onion ويمكن العثور عليها باستخدام أدلة ارتباط خاصة.

ونظرًا لأنه لا توجد شبكة مظلمة واحدة فقط ولكن هناك العديد منها فهناك أيضًا محتوى مختلفا جدًا بشكل طبيعي. ورغم ذلك فإن الشبكة المظلمة تعتبر بحق ملعبا حصريا للمجرمين.

هناك عديدا من "العروض الإجرامية" تقدم كخدمات على الشبكات المظلمة حيث يمكن شراء المخدرات والبنادق والمواد الإباحية.

على سبيل المثال لقد أصبح ما يسمى بـ "طريق الحرير" والذي كان نوعًا من مراكز التسوق للعروض غير القانونية ذائع الصيت.

وبالتالي هناك أيضًا مجموعة من المحتوى القانوني. على سبيل المثال ، يقدم فيسبوك أيضًا إصدارًا في هذا الصدد .

سيكون فهم الشبكة المظلمة كمنصة خالصة للأنشطة غير القانونية أمرًا خاطئًا. إذ لم يتم إنشاؤها من قبل المجرمين أو من أجلهم ولكن تتوفر على ميزة يقدرها المجرمون بشكل خاص وهي : إخفاء الهوية على نطاق واسع. لذلك يمكن مقارنة الشبكات المظلمة بأحياء المدينة التي يوجد فيها القليل جدًا من رجال الشرطة. في العالم الحقيقي أيضًا "تزدهر" الجريمة في مثل هذه الأماكن لأن خطر اكتشافها قليل جدا.

من ناحية أخرى يوفر إخفاء الهوية أيضًا ميزة أخرى مهمة وهي : حماية البيانات. وبالتالي فإن الشبكة المظلمة هي أيضًا مثيرة جدًا لتلك المجموعات التي تعتبر إخفاء الهوية أمرًا بالنسبة لها. يتم استخدام الشبكة المظلمة على سبيل المثال من قبل نشطاء الحقوق المدنية أو المنشقين أو المبلغين عن المخالفات للإبلاغ عن المظالم في الدول والمجتمعات.

 

عبده حقي

 

يعتبر دور الملاحظ في فيزياء الكوانطا جزء لا يتجزأ من إشكاليات ابيستمولوجية انبثقت مع البدايات الأولى لتشكلها على يد الآباء المؤسسين لها أمثال "نيلس بور"، "اينشتاين" و"شرودينجر"...ألخ. ففي الفيزياء الكلاسيكية لم يكن ليطرح هذا الدور  بشكل ملح على إعتبار أن الملاحظ (أو المجرب) غالبا ما اعتبر تدخله تدخلا سلبيا يكتفي فيه بتسجيل معطيات موجودة بشكل موضوعي، أي: باستقلال تام عن ذاته. لكن هذا الوضع سرعان ما تغير خصوصا مع محاولة العلماء تقديم تفسير لما يسمى ب"تجربة الشقين" double- slit experiment ، وهي التجربة التي يبدو فيها سلوك "النسق الفيزيائي" المدروس (ذرات، فوتونات، إليكترونات، جزيئات ...إلخ.) متغيرا بحسب تدخل الملاحظ من عدمه، وهو ما لا نجد له نظيرا في الفيزياء الكلاسيكية. ففي التجربة الأولى (على يسار القارئ) حيث لا حضور لملاحظ، يظهر سلوك "النسق المدروس" موجي undulatory، في حين أن التجربة الثانية (على يمين القارئ) تكشف لنا عن سلوك مغاير، سلوك جسيمي corpuscular بعد تدخل الملاحظ (عبر وساطة جهاز رصد).

2518 الكوانتم 1

منذ ذلك الحين سينصب النقاش حول ما إذا كان فصل الموضوعات الكوانطية عن الملاحظ، أو الذات العارفة، ممكنا أم لا. إجمالا نستطيع القول بأن الآراء توزعت ما بين من يقول بإمكانية ذلك ("اينشتاين" و"شرودينجر" مثلا)، وبين من يرون بأن النسق المدروس والنسق الملاحظ يشكلان معا كلا لا يمكن تجزيئه ("فون نيومان" و"نيلس بور" مثلا). تمخض عن هذا النقاش نتائج ابيستمولوجية وفلسفية (بل وحتى ميتافيزيقية)  همت قضايا: "الموضوعية العلمية"، "طبيعة الواقع"، "معنى القياس"، و"الحتمانية الفيزيائية"...إلخ.

في هذه الورقة سنحاول تقديم قراءة لهذه الإشكالية من خلال مقال صادر بمجلة Annalen der Physik (1) الألمانية العريقة، مقال للباحثين "شان يو" Shan Yu و"دانكو نيكولاي" Danko Nikolié. لقد دأبت بعض تأويلات فيزياء الكوانطا على إرجاع "انهيار دالة الموجة" wave function collapse إلى تدخل "وعي" الملاحظ، بشكل يبدو معه هذا الأخير كما لو كان "علة فاعلة" تمنح الموضوعات قيم محددة (سواء تعلق الأمر بالموقع، السرعة، الطاقة ...إلخ.)، وسبب ذلك، كما يطرح ذلك المبدأ الأول لفيزياء الكوانطا، أي مبدأ التراكب principle of superposition ، هو أنه قبل إجرائنا للقياس لا نعلم بالضبط القيم العددية لهذا المتغير أو ذاك، بحيث قد يحتل النسق المدروس مجالا بأكمله يصير معه موقعه، على سبيل المثال، هو حاصل جمع x+y+z...لذا وحده القياس قادر على إنهاء حالة التراكب هاته، وبالتالي حصول النسق على قيمة محددة. وهو ما أثار سجالا طويلا ما بين "اينشتاين" و"بور" دون أن يجد له حلا نهائيا (2). لكن ما يهمنا في الورقة الحالية هو بيان كيف حاول الباحثين، "يو" و"نيكولاي"، معالجة الوجه الأخر المتعلقة بدور الملاحظ، وخصوصا "الوعي" في عملية الانهيار تلك.

إن هدف المقال الذي عنواناه ب "لا حاجة لميكانيكا الكوانطا بمقولة الوعي"  Quantum Mechanics needs no Consciousness هو إثبات خطأ فرضية الوعي ودوره المزعوم، بحسب رأيهما، في انهيار الموجة. وتقول هذه الفرضية: "من الضروري أن يتشكل داخل ذهن الملاحظ تمثل ظاهراتي صريح لنتيجة القياس الكوانطي لدالة موجة (حالة متراكبة) حتى ينهار النسق المدروس بشكل يكتسب معه حالة خاصة واحدة." (3) إذن ما هو السبيل الذي سلكاه لبيان عدم جدوى هذه الفرضية؟ لنختصر الخطوات التي اعتمداها في النقط الآتية:

- سيظهر شكل التداخل (الصورة أعلاه يسارا) interference pattern  إذا لم يتمكن الملاحظ (أو المجرب) من تسجيل المعلومة المتعلقة "بالمسار الذي سلكه الفوتون" which path، وعليه يرى "يو" و"نيكولاي" بأنه يتوقع العثور على شكل تداخل عند D⁰ (أنظر الشكل أدناه) في الحالات التالية:

1- إن لم تجرى أي محاولة لقياس "أي مسار سلكه الفوتون"، بمعنى أخر ما لم يتم تشغيل جهازي الرصد عند D₁ وD₂.

2- إذا تم فعلا قياس المعلومة الخاصة "بالمسار الذي سلكه الفوتون" أثناء تشغيل جهازي الرصد السابقين (عند D₁ وD₂) بغرض التفاعل مع الفوتونات الواردة من L وR، لكن نتائج ذلك القياس لم تلتقط بواسطة الجهاز "الماكروسكوبي"، مما يعني أن الملاحظ البشري لم يتمكن من إدراكها (أي النتائج).

3-الحالة الثالثة والأخيرة التي عرضها الباحثان تقول: تم فعلا قياس تلك المعلومة بواسطة الجهاز الماكروسكوبي الموجود عند  D₁وD₂، لكن، رغم تمكن النظام الحسي للملاحظ من التقاطها، إلا أن تشتت "وعيه"، لسبب من الأسباب، حال دون إدراكه لها، أي ما حدث، كما يقول الباحثان، هو فقط تشكل تمثلات ذهنية غير-ظاهراتية (أي غير واعية).

بعد عرضهما لهذه التوقعات الثلاثة، لجأ "يو" و"نيكولاي" إلى انتقادها الواحدة تلو الأخرى، وهو الانتقاد الذي يمكننا اختصار مضامينه كالأتي:

نقد التوقع الأول: الإمكانية المبدئية لانجاز عملية القياس، قياس "مسار الفوتون"، كافية وحدها لحدوث الانهيار، من تم يصبح التوقع الأول الخاص بفرضية تدخل الوعي غير صحيحة.

نقد التوقع الثاني: في مجموعة أخرى من التجارب، كما يقول الباحثان، تم قياس معلومة "مسار الفوتون"، دون أن يتمكن الجهاز الماكروسكوبي" من تسجيلها، وبالتالي لم يتمكن الملاحظ من الوعي بها، ومع ذلك لم يتم في هذه الشروط العثور على التداخل.

نقد التوقع الثالث: لا وجود، بحسب "يو" و"نيكولاي"، لأي محاولة لاختبار التوقع الثالث، لكن يكفي التوقعين السابقين في نظرهما لبيان عدم صحة التوقع الأخير. بصيغة أخرى، إذا لم يظهر عند الشاشة D⁰ شكل يفيد التداخل حين لم تلتقط عين الملاحظ "مسار الفوتون"، فإن الأمر نفسه يلزم أن يحدث في حالة ما إذا بلغ شبكية عينه دون أن يتمكن من الوعي به، مما يؤكد في نظرهما عدم ضرورة "وعي الملاحظ" كشرط للتداخل، وبالتالي عدم صحة الفرضية التي انطلاقا منها.

خلاصة: هل حسم الباحثان إشكالية "دور الملاحظ" في فيزياء الكوانطا؟ في اعتقادي الشخصي لا أرى بأن المسالة قد حسمت فعلا لاعتبارين على الأقل: الاعتبار الأول فلسفي، ويخص التغير الذي طرأ على مفهوم الحقيقة منذ "كانط"، تغير أضحت معه هذه الأخيرة موضوع إتفاق بين- ذاتي intersubjectif نتيجة المأزق الديكارتي الذي قادت إليه مقاربته الانطولوجية لعلاقة الفكر بالواقع (يبقى مع ذلك من الضروري إضفاء طابع نسبي على هذا الموقف في ظل المراجعات النقدية الكبرى للكانطية في ضوء المستجدات العلمية الحالية، وهو ما أتركه لمقال قيد الانجاز)، مما منح دورا محوريا للوعي البشري. هذا الاعتبار الأول يقودنا إلى الثاني، وهو ذو طبيعة فيزيائية. صحيح أن "كانط" قد ظل رهين فيزياء ورياضيات عصره، لكن "حدسه الفلسفي" العميق فتح الباب أمام تأويلات ساهمت بشكل كبير في تقدم المعرفة العلمية (وإن كانت لها نقائص وأخطاء كثيرة) وأقصد بذلك التأويل الوضعاني positiviste. لقد أكد"بور" (وإن لم يكن من البساطة إدراجه ضمن هذا التيار أو ذاك لأسباب يطول شرحها) على أن النسق الفيزيائي+ أجهزة الرصد المختلفة لا يشكلان عناصر منفصلة عن بعضها البعض، بل يشكلان كلا لا يقبل القسمة، ومع أنه لم يشر إلى الملاحظ، فإنه بكل تأكيد جزء من هذا النظام الكلي، مما يقودنا إلى التساؤل الشائك حول ما إذا كان للعالم خصائص ذاتية مستقلة عن وجودنا كذوات ملاحظة وواعية. 2518 الكوانتم 2

كمال الكوطي، باحث في فلسفة العلوم، المغرب.

........................

الهوامش:

1-Ann.Phys.(Berlin) 523, No.11,931-938 (2011) /DOI  10.1002/andp.201100078

2- أهم نقاط هذا السجال ارتبطت بما إذا كان الواقع (أو النسق المدروس) يمتلك خصائص قبل إجراء أي قياس.

3- أنظر الصفحة 932 من المقال أعلاه.

 

 

حاتم حميد محسنمنذ بداية عصر الالكترون، اصبح من السهل للباحثين الانخراط مع عامة الناس في الوصول الى المصادر الثمينة للمعلومات والتي لم تكن متاحة بطريقة اخرى. هذا يتضح في ما نشره موقع (المحادثة) اخيرا من رسالة لم تكن معروفة كُتبت عام 1949 من قبل اينشتاين، ناقش فيها الرياضي والفيزيائي الألماني المولد قضية النحل والطيور وما اذا كانت مبادئ الفيزياء الجديدة يمكن صياغتها عبر دراسة حواس الحيوان. عثر الناشر (The conversation) على الرسالة ولأول مرة عام 2019، بعد ان قرأت المتقاعدة جودي ديفس Judith Davys التي تعيش في بريطانيا مقالة نشرها الموقع حول القدرات الرياضية للنحل. هي اتصلت بالناشر للحديث عن الرسالة التي عمرها 72 سنة، وهي الرسالة التي وجّهها اينشتاين لزوجها كلاين ديفس Glyn Davys. التحقيق في هذه الوثيقة الثمينة استغرق سنة كاملة.

لقاء رئيسي

كان آينشتاين واحدا من أعظم المفكرين في القرن العشرين، بالاضافة الى كونه متحدث ممتاز. خياله ساعده في صياغة العديد من التكنلوجيات التي تطبع عصر المعلومات اليوم. فمثلا، نظرية اينشتاين في النسبية العامة تحكم البناء الواسع النطاق للكون، والتي بدورها تساعد في إجراء تصحيحات في نظام الـ GPS المُستخدم في التلفونات الذكية. في عام 1921، مُنح اينشتاين جائزة نوبل لدراسته حول "التأثير الكهروضوئي". هذا التأثير يصف كيف يستطيع الضوء ازالة الالكترونات من الذرات، وهو المبدأ الذي تعتمد عليه اليوم عمليات الخلايا الشمسية.

في عام 1933، ترك آينشتاين المانيا ليعمل في جامعة برنستون الامريكية. وهنا في ابريل من عام 1949 التقى مع العالم كارل فون فرش Karl Von Frisch اثناء محاضرة. كان فون فرش زائرا لبرنستون ليعرض بحثه الجديد عن كيفية انتقال النحل بفاعلية اكبر مستخدما نماذج استقطاب للضوء المتناثر من السماء. هو استخدم هذه المعلومات في ترجمة لغة الرقص الشهيرة للنحل، والتي بسببها استلم في النهاية جائزة نوبل. وبعد يوم من حضور اينشتاين لمحاضرة فريش، اجتمع الباحثان في لقاء خاص. ورغم ان هذا الاجتماع لم يُوثق رسميا، لكن الرسالة المكتشفة اخيرا من اينشتاين تعطي افكارا حول الاشياء التي جرت مناقشتها.

سلوك الحيوان من منظور فيزيائي

من المحتمل ان رسالة اينشتاين كانت جوابا لإستفسار تسلّمه من غلاين ديفيس. وفي عام 1942، ومع اشتداد الحرب العالمية الثانية، التحق ديفس بالبحرية الملكية البريطانية . حيث تدرّب كمهندس وبحث في مواضيع تتضمن الاستعمال المبكر للرادار لإكتشاف السفن والطائرات. هذه التكنلوجيا الوليدة بقيت سرا في ذلك الوقت. وبالمصادفة التامة، وفي نفس الوقت تم اكتشاف استشعار السونار الحيوي في الخفاش، وهو ما أثار انتباه الناس الى ان الحيوان ربما لديه حواس مختلفة عن الانسان. ومع فقدان أي مراسلات سابقة بين ديفس واينشتاين، لكن ما يثير الاهتمام هو الشيء الذي حفزه للكتابة الى الفيزيائي الشهير.

لقد بدأ الناشر رحلة البحث عبر الاون لاين في أرشيف الأخبار المنشورة في انجلترا عام 1949. ومن خلال البحث وجد ان استنتاجات فون فرش عن حركة النحل كانت سلفا اخبارا هامة في تموز من تلك السنة، وجرت تغطيتها ايضا من قبل صحيفة الغارديان في لندن.

الأخبار ناقشت تحديدا كيف يستعمل النحل ضوءاً مستقطبا للحركة. وهكذا يُحتمل ان هذا هو ما حفز ديفس ليكتب الى اينشتاين. من المحتمل ايضا ان رسالة ديفس الاولى لاينشتاين ذكرت خصيصا النحل وان اينشتاين أجاب: "انا مطّلع جيدا على التحقيقات الرائعة للسيد فرش".

يبدو ان افكار فون فرش حول الادراك الحسي للنحل بقيت ضمن افكار اينشتاين منذ ان التقى العالمان صدفة في برينستون . في رسالته لديفس، يقترح اينشتاين ايضا ان النحل لكي يوسع معرفتنا بالفيزياء، سنحتاج لملاحظة انواع جديدة من السلوك. ومن اللافت، انه من الواضح خلال كتابته بان اينشتاين تصور ان اكتشافات جديدة قد تظهر من دراسة سلوك الحيوانات. كتب اينشتاين:

من المتوقع ان التحقيقات في سلوك الطيور المهاجرة والحمام الزاجل ربما تقود في يوم ما الى فهم بعض العمليات الفيزيائية التي لم تُعرف بعد.

افكار اينشتاين تبدو صحيحة، مرة اخرى

الآن، وبعد اكثر من 70 سنة منذ ان ارسل اينشتاين رسالته، تكشف البحوث اسرار الكيفية التي تتحرك بها الطيور المهاجرة اثناء الطيران لآلاف الكيلومترات لتصل وبدقة لوجهتها المقصودة. في عام 2008، اُجري بحث عن الطائر المغرد thrushes الذي رُبط بجهاز إرسال لاسلكي كشف ولأول مرة، ان هذه الطيور تستخدم شكلا من البوصلة المغناطيسية كمرشد أساسي لها اثناء الطيران. احدى النظريات عن أصل الاحساس المغناطيسي في الطيور هي في استعمال العشوائية والتشابك الكوانتمي quantum randomness&entanglement(1). كلا هذين المفهومين الفيزيائيين اقترحهما اينشتاين اول مرة، لكن رغم ان اينشتاين كان احد مؤسسي فيزياء الكوانتم، فهو كان غير مرتاح لنتائجها. وكما ذكر مرة في عبارته الشهيرة"الله لايلعب بالنرد" وهو ما يوضح معارضته للعشوائية الكامنة في قلب ميكانيكا الكوانتم. وفي ورقة هامة عام 1935، أدخل اينشتاين ومؤلفين آخرين هما بورس بولوسكي و ناثان روزن مفهوم التشابك الكوانتمي. ومن الملفت، ان المفهوم اُدخل كفشل مفاهيمي لميكانيكا الكوانتم، بدلا من ان يكون احد الاجزاء المركزية المميزة لها. ربما من المفارقة، ان احدى النظريات الرائدة عن أصل الحس المغناطيسي في الطيور هو استعمال العشوائية والتشابك الكوانتمي. هذه النظرية تقترح ان التفاعلات الكيميائية الزوجية الجوهرية في الكريبتوكروميس التي تشير الى البروتينات الموجودة في نباتات وحيوانات معينة انما تتأثر بمجال المغناطيسية الأرضي، وهكذا تشكل الأساس للبوصلة المغناطيسية البايولوجية للطيور.

ورغم ان آينشتاين لايتفق مع التشابك الكوانتمي، لكن رغبته للتأمل في الكيفية التي نتعلم بها أشياء جديدة من الادراك الحسي للحيوان يشير الى انه كان مسرورا بالطريقة التي وسّعت بها البحوث المتصلة بهجرة الطيور حدود فهمنا للفيزياء. في الحقيقة، ان رسالة اينشتاين لديفس هي دليل لمدى انفتاحه للامكانات الجديدة لحقل الفيزياء المُلاحظ في الطبيعة. انها توضح، مرة اخرى، كم هو كان واعيا بما يمكن ان يكتشفه المرء لو يتخذ رؤية مختلفة عن العالم.

The conversation, May 12, 2021، الباحثون المشاركون في المقال: ادرين دير استاذ مشارك في جامعة RMIT الاسترالية، و اندريه غرينتري استاذ في فيزياء الكوانتم في جامعة RMIT وزميل المجلس الاسترالي للبحوث، و جار غاركيا زميل بحث في نفس الجامعة. 

 

حاتم حميد محسن

.....................

الهوامش

(1) العشوائية هي النقص الظاهر في الشكل او في تنبؤية الحدث. السلسلة العشوائية من الأحداث او الرموز او الخطوات عادة ليس لها نظام ولاتتبع شكلا مفهوما. طبقا لميكانيكا الكوانتم، ان التجربة التي يتم فيها السيطرة على كل العوامل الملائمة سببيا، لاتزال بعض مظاهر المحصلة تتغير عشوائيا، ولهذا فان ميكانيكا الكوانتم لا تحدد محصلة تجربة معينة وانما فقط تضع احتمالات لها. اما مفهوم التشابك الكمي فيشير الى عدم امكانية الوصف الكامل لمكوّن واحد بدون اعتبار المكونات الاخرى. في التشابك الكوانتمي تتولد او تتفاعل جسيمات بحيث لا يمكن وصف الحالة الكمية لجسيم معين بشكل مستقل عن الجسيمات الاخرى حتى لو كانت تفصل بينها مسافات كبيرة.

 

 

نموذج "فيرنر هايزنبرغ"

تقوم ميكانيكا الكوانطا على مبادئ أساسية شكلت جزءا من الغرابة التي ميزت ولا زالت تميز هذه النظرية الفيزيائية الحديثة (1):

أولهما: هو مبدأ التراكب principe de superposition، ويعبر عنه رياضيا بالصيغة التالية:

2462 كوانتم 1

فإذا كانت حالة état نسق فيزيائي هي A، وكانت B حالة ثانية مميزة لنفس النسق، فإن A+B هي أيضا حالة ممكنة، الأمر الذي لا يتماشى مع حدسنا المألوف: إذ أن الشيء إما أنه يوجد في الموقع A أو B (نفس الشيء يصدق على السرعة...ألخ)، وبالتالي لا يمكنه أن يوجد في الموقعين معا.

الثاني: يخص معادلة "شرودينجر" Schrödinger الشهيرة التي تصف لنا تطور نسق فيزيائي في الزمن، وصيغتها الرياضية هي كالآتي:

2462 كوانتم 2

أي الطاقة الإجمالية للنسق هي حاصل جمع الطاقة الكامنة بالطاقة الحركية.

أما الثالث: فيعود للفيزيائي المجري "فون نيومان" Von Neumann، ويتعلق بانهيار أو إختزال دالة الموجة (أو متجه الحالة vecteur d’état)، ويقول بأن عملية قياس النسق المدروس عادة ما تؤدي إلى إنهاء حالة التراكب، وبالتالي الحصول على حالة محددة، وهي الحالة التي قد تكون إما A أو B وليس A+B ، ويعبر عنه رياضيا بالصيغة التالية:

2462 كوانتم 3لكن التساؤل المطروح، هو: أي المبدأين سنختار لوصف النسق الفيزيائي، معادلة "شرودينجر" أم المبدأ القائل بانهيار دالة الموجة؟ هنا بالضبط يتجلى ما أصطلح على تسميته بمشكلة القياس في ميكانيكا الكوانطا. الأكثر من ذلك هو أن هذه المبادئ الثلاثة جعلت من مفهوم الواقع، ومن خلاله الحقيقة، مفهوما إشكاليا، فما الذي نعنيه بالواقع والحقيقة في هذه النظرية؟ بمعنى أخر هل هناك واقع منفصل عن الذات الملاحظة؟ وهل الحقيقة العلمية، بلغة "فان فريزن" Van Fraassen(2)، إبداع أم إكتشاف؟ (3). لن نجانب الصواب إن نحن قلنا بأن "هايزنبرغ" ينزع إلى اعتبار الحقيقة العلمية إبداعا وليس إكتشافا، فحين يقول: "لا تمثل المعادلات الرياضية الطبيعة بل المعرفة التي لدينا حولها." (4) فإن هذا يعني أن مهمة العلم لم تعد كما كانت في السابق، أي وصفا للطبيعة، أو استنساخا سلبي لمعطيات منظمة موجودة هاهنا قبل تدخل العقل،  بل وصفا للتجارب التي يقيمها العلماء، وهي التجارب التي أضحت أكثر دقة بفعل التقدم الذي أحرزته الفيزياء الذرية. من هنا بدأت تطفو على السطح مشكلات أساسية تخص منح تفسير، كما يقول "هايزنبرغ"، فلسفي لنظرية الكوانطا، وهو ما قاد أيضا إلى تضارب ما بين أراء العلماء بلغ حد التناقض. هذا الوضع ذهب ببعض الآباء المؤسسين ("اينشتاين" على رأسهم) لهذه النظرية إلى درجة اعتبارها ناقصة وغير مكتملة، لأنها في نظرهم لا تستجيب لنموذج الحقيقة العلمية القديم، وعلى وجه الخصوص نموذج الواقعانية الفيزيائية le réalisme physique  الذي طبع الفيزياء الكلاسيكية. لكن هل هذا يعني أن الإطار النظري الذي شكلته هذه الفيزياء الأخيرة طيلة ثلاثة قرون هو إطار نهائي يلزم أن تخضع لمفاهيمه وقوانينه مجمل الظواهر الطبيعية؟

بخصوص هذه المسألة اعتبر "هايزنبرغ" بأن لا وجود لما أسماه "بالحلول النهائية"، فقد أوضح بأن مجال علم الطبيعة الدقيق لم يعرف أبدا مثل هذه الحلول سوى في بعض مجالات التجربة المحدودة جدا. هكذا، على سبيل المثال، وجدت المشكلات التي طرحتها مفاهيم الميكانيكا النيوتونية Newtonien حلها النهائي داخل قوانين "نيوتن" والخلاصات الرياضية الناتجة عنها. لكن هذه الحلول لا تتجاوز المفاهيم والتساؤلات التي تطرحها تلك الميكانيكا، لهذا لم يكن بالإمكان إخضاع علم الكهرباء مثلا للتحليل القائم على هذه المفاهيم. من تم عمل هذا العلم الجديد على تشييد أنساق مفاهيمية مختلفة، بشكل مكن القوانين الطبيعية لعلم الكهرباء من إكتساب صياغة رياضية نهائية. من هذا المنطلق يدل مفهوم "نهائي"، عند تطبيقه على العلوم الطبيعية الدقيقة، على وجود أنساق مفاهيمية، وقوانين تشكل كلا منغلقا قابلا للصياغة الرياضية؛ أنساق تصدق على بعض مجالات التجربة، حيث تكتسي صلاحية كونية، بشكل لا تقبل معه تغييرا أو تجديدا. لهذا لا يمكن أن نأمل تمثيل حقول جديدة من التجربة بإعتماد نفس المفاهيم والقوانين. تماما كما هو الحال في فيزياء الكوانطا حيث لا تستطيع مفاهيمها وقوانينها أن توصف بكونها نهائية إلا بهذا المعنى المحدود جدا حيث تصير المعرفة العلمية ثابتة بشكل نهائي داخل هذه اللغة الرياضية أو تلك. فالقوانين المعبرة عن الحق، مثلا، متغيرة بتغير الشروط والظروف ومع بروز كل مستجد جديد وطارئ، لكن فكرة الحق موجودة في ذاتها دوما وأبدا. نفس التحليل يصدق على علوم الطبيعة، التي تنطلق من تصور مفاده بأنه بالإمكان دوما فهم الطبيعة في كل ميدان جديد من ميادين التجربة، وبالتالي لا يمكن إضفاء طابع الإطلاقية على نسق نظري سابق مهما كانت النجاحات التي راكمها. ويكفي هنا التذكير بالنقاش الذي دار حول طبيعة الضوء، والتصورات النظرية المتضاربة بشأنه، وحول أيضا حقيقة وجود الذرات من عدمه، وإن كانت تمثل البناء النهائي للمادة، وإن كانت المادة جسيمات أم موجات...ألخ.

لكن، لا يجب أن يقودنا، بحسب "هايزنبرغ"، هذا الوضع إلى التقليل من قيمة وصلابة الأساس الذي يقوم عليه صرح العلوم الطبيعة، بل المطلوب هو فقط تغيير التصور المعتاد الذي لدينا حول مفهوم "الحقيقة العلمية". لذا يجب التأقلم مع وضع المعرفة الجديد حيث لم يعد بالإمكان "موضعة الطبيعة" objectivation de la nature، بقدر ما يلزمنا بناء علاقة معها. لهذا يقول "هايزنبرغ": "إذا كان مسموحا لنا الحديث عن صورة الطبيعة كما تقدمها لنا علومنا الدقيقة الحالية، فإن ما يلزمنا فهمه من هذا القول ليس صورة الطبيعة، بل صورة علاقتنا بها."(5). لم يعد ممكنا اعتبار ذلك التقسيم "الديكارتي" القديم للكون إلى وقائع موضوعية تجري في زمكان espace-temps (الجوهر الممتد) من جهة، ونفس بشرية âme humaine (جوهر مفكر) تنعكس عليها تلك الوقائع من جهة ثانية، لم يعد ممكنا اعتباره نقطة بداية إن نحن أردنا فهم علوم الطبيعة الحديثة. بعبارة أخرى، إن المواجهة ما بين ذات عارفة بمقولاتها الخالدة(الفكر) وموضوع معرفة (الواقع) ماثل أمامها لم تعد صالحة لفهم خاصية التلازم الجدلي ما بين الذات والموضوع، حيث الأول يغير مفاهيمه وقوانينه بتفاعله مع واقع لا ينفك ينضب حيوية وعطاء مع كل اتساع لنطاق التجربة، وكل نفاذ لعمقها. إن الجانب الأهم، في نظر "هايزنبرغ"، هي شبكة العلاقات التي تربط الإنسان بالطبيعة باعتبارها الهدف الرئيس للعلم. وبفضلها، أي بفضل تلك العلاقات، نصير باعتبارنا مخلوقات فيزيائية حية أجزاء تابعة للطبيعة، لكن من منطلق أننا بشر نجعل منها في نفس الآن موضوعا لفكرنا ولممارستنا (6). وبما أن العلم لم يعد ينظر إلى الطبيعة كمتفرج، فإنه قد أصبح يتعرف على نفسه كجزء من تأثيرات متبادلة ما بين الطبيعة والإنسان. خلاصة القول: لم تعد الحقيقة صورة لواقع في ذاته منفصل عنا، بقدر ما هي صياغة وبناء نظري صادر عن تفاعل جدلي للذات العارفة مع موضوع التجربة.

 

كمال الكوطي

.......................

الهوامش:

1-  أقول حديثة وليس معاصرة بحيث دأب المهتمون بتاريخ وفلسفة العلوم إلى اعتبار الفيزياء الكلاسيكية تلك التي تمتد من "جاليلي" إلى "اينشتاين"، بينما خصصوا سمة حديثة لفيزياء ما بعد "اينشتاين"، فيزياء الكوانطا.

2-  للمزيد من التفاصيل أنظر كتابه:  The scientifique image : Oxford University Press Inc, New York, 1980.

3- لكثرة التفاصيل المرتبطة بهذه الإشكالية سأركز باختصار شديد في هذه الورقة على موقف "هايزنبرغ".

4- Heisenberg Werner : La nature dans la physique contemporaine, Editions Gallimard, 1962, p., 138

5- المرجع نفسه، أي: La nature dans la physique contemporaine, p., 142

6- تصور "هايزنبرغ" لعلاقة التداخل ما بين الذات الباحثة وموضوع البحث ناتج عن موقفه من مسألة القياس، وهو التصور الذي يتقاسمه مع كل من "نيلس بور" و"فولفجونج باولي"...، لكن "شرودينجر" عارضه لرفضه الشديد لما يسمى "بانهيار دالة الموجة"أو  "متجه الحالة" l’effondrement de la fonction d’onde ou du vecteur d’état.

 

 

جواد بشارةعن مجلة كوانتوم

إعداد وترجمة د. جواد بشارة

تحاول كيارا مارليتو بناء نظرية رئيسية - مجموعة من الأفكار الأساسية جدًا بحيث تتبعها جميع النظريات الأخرى. خطوتها الأولى: استدعاء المستحيل.

نشأت نظرية الباني من العمل في نظرية المعلومات الكمومية. تهدف إلى أن تكون واسعة بما يكفي لتغطية المجالات التي لا يمكن وصفها بطرق التفكير التقليدية، مثل فيزياء الحياة وفيزياء المعلومات. إذ تتطلب الفيزياء الأساسية الفيزياء أسئلة وأجوبة الفيزياء الكمومية والفيزياء النظرية ومعضلة الرقم الأولي وغيرها من المواضيع وأكبر أفكار الكوانتوم في الرياضيات.

يقال إن القيود في الفن تؤدي إلى الإبداع. يبدو أن الشيء نفسه ينطبق على الكون. من خلال فرض قيود على الطبيعة، فإن قوانين الفيزياء تزاحم أروع الإبداعات الموجودة في الواقع. قلل من سرعة الضوء، وفجأة يمكن أن يتقلص الفضاء، ويمكن أن يتباطأ الزمن إذا ازدادت. الحد من القدرة على تقسيم الطاقة إلى وحدات صغيرة بلا حدود، وكل غرابة ميكانيكا الكم تزدهر. كتبت عالمة الفيزياء كيارا مارليتو: "إن التصريح عن شيء مستحيل يؤدي إلى المزيد من الأشياء الممكنة". "بقدر ما يبدو هذا غريبًا، فهو شائع في فيزياء الكموم."

نشأت كيارا مارليتو في تورينو بشمال إيطاليا، ودرست الهندسة الفيزيائية والفيزياء النظرية قبل أن تكمل الدكتوراه في جامعة أكسفورد، حيث أصبحت مهتمة بالمعلومات الكمومية والبيولوجيا النظرية. لكن حياتها تغيرت عندما حضرت محاضرة ألقاها ديفيد دويتش David Deutsch، وهو فيزيائي آخر من جامعة أكسفورد ورائد في مجال الحوسبة الكمومية. كان هذا ما ادعى أنه نظرية جديدة جذرية للتفسيرات. كانت تسمى نظرية الباني théorie des constructeurs، ووفقًا لدويتش، فإنها ستعمل كنوع من النظرية الفوقية الأكثر جوهرية حتى من الفيزياء الأساسية لدينا – أي أعمق من النسبية العامة، وأكثر دقة من ميكانيكا الكموم. إن وسمه بالعالم الطموح سيكون بخساً بحقه.

2434 بشارة 1رسم توضيحي للجاذبية على شكل جسيمات

كانت كيارا مارليتو، البالغة من العمر 22 عامًا، مدمنة على محاضرات هذا الأستاذ. في عام 2011، تعاونت مع دويتش Deutsch وقضيا معًا العقد الماضي في تحويل نظرية البناء إلى برنامج بحث كامل.

الغرض من نظرية المنشئ أو الباني هو إعادة كتابة قوانين الفيزياء من حيث المبادئ العامة التي تتخذ شكل الوقائع المضادة contrefactuels - عبارات وتصريحات، أي حول ما هو ممكن وما هو مستحيل. هذا هو النهج الذي قاد ألبرت أينشتاين إلى نظرياته عن النسبية. لقد بدأ أيضًا بمبادئ غير واقعية من قبيل: من المستحيل تجاوز سرعة الضوء؛ من المستحيل معرفة الفرق بين الجاذبية والتسارع.

تهدف نظرية المنشئين أو البنائين أكثر إلى إنها تأمل في تقديم المبادئ الكامنة وراء فئة واسعة من النظريات في الفيزياء، بما في ذلك تلك التي لم نكن نملكها حتى الآن، مثل نظرية الجاذبية الكمومية التي توحد ميكانيكا الكموم مع النسبية العامة. كما تسعى نظرية البناة، إلى توفير أم لكل النظريات - "علم القدرة والعجز أو الممكن وغير الممكن، أي العلم الكامل الذي يأخذ مكان نظرية كل شيء: Science du Can and Can't«، وهو عنوان كتاب مارليتو الجديد.

يبقى أن نرى ما إذا كانت نظرية المنشئ قادرة حقًا على تحقيق ذلك، وإلى أي مدى تختلف حقًا عن الفيزياء. حتى الآن، اجتمعت مجلة Quanta مع Marletto عبر Zoom والبريد الإلكتروني لمعرفة كيفية عمل النظرية وما قد تعنيه لفهمنا للكون والتكنولوجيا وحتى الحياة نفسها. تم اختصار المقابلة وتحريرها من أجل الوضوح.

- في قلب نظرية المنشئ la théorie des constructeurs   هناك الشعور بأن شيئًا ما مفقود في مقاربتنا المعتادة للفيزياء.

تُصاغ القوانين المعيارية للفيزياء - مثل نظرية الكموم والنسبية العامة وحتى قوانين نيوتن - من حيث مسارات الأشياء trajectoires d'objets وما يحدث لها في ظل ظروف أولية معينة. لكن هناك ظواهر معينة في الطبيعة لا يمكنك التقاطها تمامًا من حيث المسارات - ظواهر مثل فيزياء الحياة أو فيزياء المعلومات. ولالتقاطهم، أنت بحاجة إلى الحقائق المضادة contrefactuels.

2434 بشارة 2

- وما هي هذه الحقائق المضادة؟

تُستخدم كلمة "مضاد للواقع" بطرق مختلفة، لكنني أعني هنا شيئًا واحدًا محددًا: الواقع المقابل هو بيان حول التحولات الممكنة والمستحيلة في نظام مادي. يكون التحول ممكنًا عندما يكون لديك "مُنشئ" يمكنه أداء مهمة ثم الاحتفاظ بالقدرة على تنفيذها مرة أخرى. في علم الأحياء نسميه محفزًا catalyseur، لكن بشكل عام، يمكن أن نسميه منشئ constructeur أو باني.

في النهج الحالي أو المقاربة الحالية للفيزياء، تمتلك بعض القوانين بالفعل هذا الهيكل المضاد مثل- الحفاظ على الطاقة أو قانون حفظ الطاقة la conservation de l’énergie، على سبيل المثال، هو الادعاء بأنه من المستحيل وجود آلة دائمة الحركة mouvement perpétuel.

تشرح كيارا مارليتو سبب فشل الأساليب التقليدية للفيزياء في حالات مهمة مثل نظرية المعلومات، وكيف يمكن أن تنجح نظرية المنشئ أو الباني.

- إذن، المنشئ هو آلة الحركة الدائمة، والواقع المضاد ينص على أن هذا التحول من الطاقة القابلة للاستخدام إلى طاقة قابلة للاستخدام غير ممكن؟

نعم. تظهر المواقف المضادة في القوانين الحالية، لكن هذه القوانين تعتبر من الدرجة الثانية. لم يتم دمجها بإخلاص. تضع نظرية الباني الحقائق المضادة في أساس الفيزياء، بحيث يمكن صياغة القوانين الأساسية بهذه المصطلحات.

- كيف سيعمل هذا في مجال الممارسة؟

على سبيل المثال، ضع في اعتبارك الجاذبية الكمومية. يقول بعض الناس، "لماذا نحتاج حتى إلى تكميم quantifier الثقالة أو تحديد مقدار الجاذبية في ظل عدم وجود دليل تجريبي على ذلك؟" يمكن أن يكون لدينا نظرية كلاسيكية عن الجاذبية ونظرية كمومية لكل شيء آخر. والحال، توفر لنا نظرية المنشئ أو الباني أساسًا نظريًا قويًا وعامة لاختبار تجريبي من شأنه أن يثبت أن الجاذبية أو الثقالة يجب أن تكون كمومية.

تم اقتراح هذا الاختبار من قبلي ومن وفلاتكو فيدرال Vlatko Vedral، وبشكل مستقل عنا عن طريق سوجاتو بوسSougato Bose ومعاونيه. يذهب الأمر على هذا النحو: تقيس خصائص كتلتين كموميتين تتفاعلان مع بعضهما البعض عن طريق الجاذبية فقط. إذا طورا تشابكًا enchevêtrement، يمكنك أن تستنتج شيئًا قويًا جدًا عن الوسيط الذي تسبب في التشابك الكمومي l’intrication، وهو الجاذبية. يسمح لك هذا باستنتاج أن الوسيط لا يمكن أن يكون كلاسيكيًا – بل يجب أن يكون ذو خصائص كمومية.

الآن، كما أثبتت أنا و فلاتكو، فإن الطريقة الأكثر عمومية للوصول إلى هذا الاستنتاج هي استخدام مبدأ نظرية المنشئ المسمى "التشغيل البيني interopérabilité "، مما يعني أنه إذا كان من الممكن إنشاء التشابك محليًا عبر وسيط، فيجب أن يكون هذا الوسط كموميًا . لا يهم كيف تكون الجاذبية الكمومية - سواء كانت تدور حول الجاذبية الكمومية، أو نظرية الأوتار، أو أي شيء آخر - ولكن يجب أن تكون نظرية كمومية. إنه اختبار لا يمكنك تصوره إلا على هذا المستوى من العمومية من خلال التفكير من حيث مبادئ نظرية المنشئ en termes de principes de la théorie du constructeur.

- يبدو أن الحقائق المضادة تلعب دورًا أكبر بكثير أو أكثر تقييدًا في نظرية الكموم مما هي عليه في النظرية الكلاسيكية. يمكن للمرء أن يجادل بأن هذا هو الدرس المستفاد من نظرية الكموم - أنه لا يمكننا أن نقول فقط "هذا ما يحدث بالفعل في العالم" بطريقة دقيقة لا لبس فيها. هل هذا ما يتطلب صياغة مختلفة للقوانين الفيزيائية؟

هناك العديد من الحقائق المضادة contrefactuels في نظرية الكموم، لكنها صحيحة أيضًا في الفيزياء الكلاسيكية! المعلومات الكمومية والكلاسيكية وجهان لنفس مجموعة الخصائص النظرية للمعلوماتية. ما يميز المعلومات الكمومية هو أن لها خاصيتين إضافيتين معاكستين أو مضادتين contrefactuelles.

أولاً، يحتوي على متغيرين للمعلومات على الأقل - على سبيل المثال، الموضع والسرعة la position et la vitesse - حيث يستحيل نسخ أو قياس كليهما في وقت واحد بدقة عالية على نحو تعسفي. ثانيًا، يجب أن يكون من الممكن عكس جميع التحولات على هذه المتغيرات.

لذا فإن نظرية الكموم لديها المزيد من الحقائق أو الوقائع المضادة، لكنك لا تزال بحاجة إلى الحقائق المضادة للتعبير بشكل كامل عن نظرية المعلومات الكلاسيكية وحتى الديناميكا الحرارية الكلاسيكية. لا يمكن استيعاب مفاهيم مثل العمل والحرارة بشكل كامل مع المسارات وقوانين الحركة، لأنه في التصميم القياسي يُنظر إليها على أنها ناشئة وتقريبية. في نظرية المنشئ، يمكننا التحدث عنها باستخدام عبارات دقيقة حول التحولات الممكنة والمستحيلة.

- حسنًا، يكون التحويل ممكنًا إذا كان المنشئ القادر على تنفيذ هذا التحويل موجودًا. هل يتعين عليك بعد ذلك تقديم دليل على أنه من الممكن بناء كل مُنشئ؟ هل تعاني أو تواجه تراجع régression لانهائي؟

أعتقد أنك بحاجة إلى تغيير الميول أو الاتجاه la tendance. خذ الديناميكا الحرارية la thermodynamique. عندما كنت تنظرًا بأن آلة الحركة الدائمة مستحيلة، فإن هذا الادعاء ليس شيئًا يجب عليك إثباته بشكل شامل من خلال التحقق من جميع النماذج الممكنة لآلة الحركة الدائمة، باستخدام ظروف أولية مختلفة وديناميكيات مختلفة لكل منها. إذا كان عليك القيام بذلك، فستكون تلك مهمة مرهقة للغاية!

ما تفعله هو توضيح القانون من حيث المهام الممكنة والمستحيلة ومن ثم تحديد العواقب. على سبيل المثال، إذا كان لديك هذا البيان العام الذي يفيد بأن الآلات ذات الحركة الدائمة مستحيلة، فيمكنك دمجها مع عبارات أخرى تفيد بأن المهام الأخرى ممكنة أو غير ممكنة وتحديد أن المحرك الحراري ممكن. وهذا يمنحك الكثير من القوة التنبؤية. هذا هو المنطق. أنت تعتبر هذه العبارات كونها بمثابة أساسية وجوهرية  fondamentales.

- عرّف ديفيد دويتش نظرية المُنشئ على أنها النظرية التي يمكن أو لا يمكن أن تحدث فيها التحولات ولماذا. ما زلت أجد صعوبة في فهم كيف تقدم نظرية البناء هذه الــ "لماذا".

بادئ ذي بدء، دعني أوضح أنه سواء كنت تستخدم نظرية المُنشئ أو تستخدم النهج الحالي أو المقاربة الحالية، فنحن ببساطة نتعامل مع تقدير للقوانين الفعلية. ويمكن أن تكون هذه الافتراضات خاطئة دائمًا. لكن إذا اشتريت نظرية الباني، فإن المفتاح هو أن التخمين البسيط للقوانين الديناميكية لن يكون كافيًا لالتقاط كل الواقع المادي. أنت بحاجة إلى مبادئ إضافية، قدمتها نظرية المنشئين  la théorie des constructeurs  لذلك أعتقد أن ديفيد يصر على أن نظرية البناء ليست مجرد قائمة بالأشياء الممكنة والأشياء المستحيلة. هذه هي النظرية التفسيرية للسبب الذي يجعل نموذجًا معينًا للمهام الممكنة والمستحيلة يجسد أفضل ما نعرفه حاليًا عن الواقع المادي. إذا أردت أن تتحدى هذه النظرية التفسيرية، يمكنك ذلك. لكن التخمين هو أنه أيا كان التفسير الذي قد تتوصل إليه لتحسين هذا، يجب التعبير عنه في حد ذاته من حيث المهام الممكنة والمستحيلة.

- هل ستكون هناك مجموعة بدائية من المهام في الأسفل؟ على سبيل المثال، في حساب التفاضل والتكامل، من خلال بعض العمليات المنطقية الأساسية، يمكن إنشاء جميع العمليات المنطقية الأخرى. تخيل أن هناك عددًا قليلاً من المنشئات الأساسية التي يمكن من خلالها إنشاء جميع المنشئات الأخرى؟

باختصار، نعم، على الرغم من أنه شيء لم نطوره بالفعل بعد. توقع جون فون نيومان، الفيزيائي والرياضياتي العظيم، آلة يعتقد أنها أكثر عمومية من كمبيوتر تورينغ  Turing العالمي. أطلق عليه فون نيومان لقب باني عالمي constructeur universel. لقد أدرك أنه إذا فكرت في بعض المهام التي، على سبيل المثال، يمكن للأنظمة الحية القيام بها، مثل عمل نسخ من نفسها، فلن تتمكن آلة تورينغ العالمية من القيام بذلك. لا يستطيع جهاز الكومبيوتر الماك Mac الخاص بي صنع جهاز Mac آخر من مواد خام مملة أو مهملة، على الرغم من أنني أتمنى ذلك! لذلك سأل فون نيومان: ما الذي يجب أن أضيفه إلى آلة تورينغ حتى تصبح آلة أكثر قوة يمكن بناؤها؟ اتضح أنك بحاجة إلى إضافة عدد من الأشياء: مجموعة من الأدوات التي تسمح للآلة بالاستيلاء على المواد الخام وتجميعها، والقدرة على قراءة تعليمات التجميع، وما إلى ذلك.

المُنشئ العالمي هو نظير لآلة تورينغ بمعنى أنه يُعتقد أنه قادر على أداء جميع المهام المسموح بها جسديًا. ولا نعرف ما إذا كان هذا ممكنًا وفقًا لقوانين الفيزياء لدينا. والسبب في أننا لا نعرف، حتى بعد 70 عامًا من اقتراح فون نيومان لهذا، هو أنه لم يأخذ أحد بالاقتراح الأصلي وربطه بالفيزياء.

بمجرد أن تتمكن نظرية المُنشئ من تعريف المُنشئ العالمي من الناحية المادية وفهم المبادئ التي تسمح لك بالقول إن المُنشئ العام ممكن، فسنحصل على إجابة لسؤالك - سنعرف ما هي البوابات الأولية أو المهام. العناصر الأولية التي يمكن للمُنشئ العالمي أن يستدعيها عند محاولة أداء مهمة معقدة.

 

الجاذبية الكمومية

يجد الفيزيائيون طريقة لرؤية "ابتسامة" الجاذبية الكمومية

عادة ما نعتقد أننا نبدأ بالفيزياء الأساسية ثم نطور التكنولوجيا كتطبيق لتلك الأفكار. يبدو أن الأمر يسير في الاتجاه الآخر- يبدأ بإمكانية وجود تقنية، وهذا يقودنا إلى الفيزياء الأساسية.

وأعتقد حقاً أنه أمر مريح. من خلال دراسة خصائص شيء يبدو تقنيًا للغاية - مثل الكمبيوتر أو المُنشئ - ينتهي بك الأمر بدراسة الميزات الأعمق لقوانين الفيزياء. هذا شيء أدهشني عندما بدأت دراسة المعلومات الكمومية l'information quantique  لأول مرة.

اعتقدت في البداية أن المعلومات الكمومية كانت مجرد تطبيق غريب الأطوار لفيزياء الكموم على الحوسبة - لكن هذا ليس صحيحًا. إنها أفضل أداة لدينا لفهم نظرية الكموم نفسها. القياس، EPR، التشابك: كل هذه الأشياء التي كانت مربكة للغاية حتى للآباء المؤسسين لنظرية الكموم تم وضعها بشكل صحيح من قبل أشخاص يعملون في المعلومات الكمومية، وفي الوقت نفسه، كانوا يعملون على بناء جهاز كمبيوتر. كمومي عالمي.

إنه لأمر رائع جدًا أن تتمكن من القيام بشيء مفيد جدًا في التكنولوجيا مثل التشفير ولكن في نفس الوقت تدرس أساسيات التشابك l'intrication والتراكبات des superpositions وما إلى ذلك. في نظرية المنشئ، نحاول اتباع نفس النوع من المنطق ولكن على مستوى أكثر عمومية.

- لذا فإن التكنولوجيا التي يمكن أن تنبثق من نظرية المنشئ ستكون شيئًا مثل طابعة ثلاثية الأبعاد متعددة الاستخدامات، قادرة على بناء أي شيء مادي، بما في ذلك نسخة من نفسه. إنه منشئ عالمي.

نعم.

- هل سيكون المُنشئ العالمي أيضًا حاسوبًا كموميًا عالميًا؟ أم هل يجب أن نكون قادرين فقط على الطباعة ثلاثية الأبعاد لأجهزة الكمبيوتر الكمومية؟

من الأفضل التفكير في أدلة جهاز معين قابل للبرمجة، حيث يكون الدليل هو مجموعة المهام أو التحولات التي يمكن للجهاز تنفيذها عندما يتلقى برنامج الإدخال الصحيح. وبهذا المعنى، فإن كونك حاسوبًا كموميًا أو أن تكون قادرًا على بناء كمبيوتر كمومي بمواد كافية هو في الأساس نفس الشيء - لأنه بمجرد أن تتمكن آلة من بناء آلة أخرى، فإن الآلة الأولى لديها ذخيرة من الثانية في حد ذاتها.. يحتوي المنشيء العالمي Le constructeur universel Universal Builder على جميع الحسابات المسموح بها فعليًا في دليله الخاص، مما يعني أنه كمبيوتر عالمي أيضًا.

- ويمكن للباني الشامل أو العلمي le constructeur universel أن ينتج أنظمة حية؟

نعم. يُنظر إلى فيزياء الحياة على أنها جزء فرعي من هذه النظرية الأكثر عمومية للمنشئ العالمي. ويمكنك أن تتخيل كيف يمكن لفهم أفضل للأسس النظرية لمنشئ قوانين الفيزياء أن يمنحك طرقًا لبرمجة المنشئ العالمي لأداء المهام ذات الصلة في هذا المجال.

لذلك، على سبيل المثال، بالنسبة للبيولوجيا الكمومية la biologie quantique، قد تفكر في المنشئ العالمي على أنه مبرمج لتقليد ما يحدث في خلية نباتية عند حدوث عملية التمثيل الضوئي، ثم التفكير في طرق لتحسين ذلك. يمكنك تخيل جميع أنواع الماكينات النانوية القابلة للبرمجة والتي تعتبر حالات محددة من المنشئ أو الباني العالمي مبرمجة لمهام محددة. ويجب أن تكون مجموعة المبادئ التي يقوم عليها كل هذا والتي سنكتشفها أثناء دراستنا لنظرية المنشئ. هذه هي الرؤية.

- إذن، يمكن لمنشئ عالمي أن يبني نظامًا حيًا، لكن النظام الحي نفسه هو نوع من باني للاستخدامات الخاصة؟

الحمض النووي هو مكرر un réplicateur ويحتوي على التعليمات لبناء الخلية، فالخلية هي الناقلة القادرة على قراءة هذه التعليمات، وبناء نسخة جديدة من نفسها، ونسخ التعليمات وإدخالها في الخلية الجديدة. وفي نظرية الباني، يمكنك تفسير سبب كون هذه الآلية الوحيدة القابلة للتطبيق الممكنة إذا كنت تريد استنساخًا ذاتيًا موثوقًا، وفقًا لقوانين الفيزياء غير المصممة خصيصًا للحياة. لذا فهذه ليست فقط إحدى الطرق التي يمكن أن تعمل بها الحياة وفقًا لقوانين الفيزياء لدينا، ولكنها الطريقة الوحيدة التي يمكن أن تعمل بها. إنها سمة مميزة للأنظمة الحية، سواء تم بناؤها باستخدام الكيمياء الموجودة على الأرض أم لا.

في النهاية، ما نحتاجه هو نظرية لما يميز الحياة عن غير الحياة، وحتى الآن لا توجد إجابة كمومية وتنبؤية. ما هي القوانين التي تقوم عليها هذه الظاهرة؟ ما ينقصنا ليس علم الأحياء - فقد قام علماء الأحياء بعملهم بالفعل؛ لقد عملوا بشكل جميل مع نظرية التطور. يتعين على علماء الفيزياء الآن حل المشكلة ضمن حدود الفيزياء الأساسية. وآمل أن توفر نظرية المنشئ الأدوات اللازمة لمعالجة هذه المشكلة.

 

 

جواد بشارةإعداد وترجمة د. جواد بشارة

ولدت اللانهاية من الخيال، بعد أرسطو في القرن الأول قبل الميلاد، نشر العلماء، على مدى قرون، كنوز من المخيلة لتمثيل وتصور الكون بشكل عقلاني يتجاوز اتساعه وسائل المراقبة التي بحوزتنا آنذاك.

الكون الوحيد أو الكون المتعدد؟ كيف نتخيل المساحات التي تتجاوز وسائل التحقيق لدينا؟ تدور أسئلة العلم المعاصر هذه عبر الزمن منذ القرن الرابع قبل الميلاد، عندما تخلى العلماء اليونانيون عن نشأة الكون الأسطورية لإعطاء تماسك عقلاني للظواهر الفلكية، وتتوافق هذه الأخيرة مع أطروحات أرسطو بشأن السماء. تظهر مراقبة النجوم، على وجه الخصوص، أنها تدور حول محور القطبين، وتشكل الأبراج التي لا يزال شكلها متطابقًا. بالنسبة للفيلسوف اليوناني، تلاه بطليموس في طرحه هذا وأعتبر أن الكون برمته مغلق أي أن كل شيء مغلق في هذا "القبو السماوي" أو "الجرم السماوي من النجوم الثابتة". إن فلاسفة ذلك الزمان يتخيلونها على أنها كرة مادية، تتمحور حول الأرض ويتم نقل حركتها إلى الأجرام السماوية السفلية للكواكب، والشمس والقمر. المسلم به أنه في أعقاب ديموقريطس وأبيقور، يفترض بعض الفلاسفة كونًا لا نهائيًا تتخطاه الذرات، لكن هذا الرسم البياني لا يأخذ في الاعتبار الانتظام

حركات النجوم. من خلال العرب، تم تبني علم الكونيات هذا من قبل علماء مسيحيين في العصور الوسطى. إنه لا يتعارض مع الكتاب المقدس ويحتفظ بإحدى صفاته للخالق ألا وهي صفة: اللانهائية. أخيرًا، تبنى توما الأكويني، أطروحة أرسطو، التي جعلت من الكرة السماوية دليلاً على وجود الله. لم يكن هناك أحد يتصور بعد ذلك أن الكون سوف يمتد إلى أبعد من ذلك. في أحسن الأحوال - كما يقترح نيكولاس دي كو Nicolas de Cues - يقترح المرء أن هذه الكرة الكونية ستكون "غير محددة". في القرن السادس عشر، كانت مساهمة كوبرنيكوس غامضة. على الرغم من تمركزه حول الشمس، إلا أن الكون الذي تصوره يظل محصورًا في مجال النجوم الثابتة. ومع ذلك، يدفع مثل هذا التحول الجرم السماوي النجمي بعيدًا جدًا عن زحل. يستنتج الكوبرنيكي جيوردانو برونو من هذا أن الكون لانهائي ومليء بعدد لا نهائي من "العوالم". وكانت الأطروحة الهرطقية، من وجهة نظر الكنيسة الكاثوليكية، قد قادته إلى المحرقة وهو حي في عام 1600. ومثاله المأساوي يدفع علماء الفلك "المبتكرين والمجددين" إلى توخي الحذر، حتى لو اعتقدوا، مثل غاليليو، أن الكون غير محدود أو لا يصرحون بحدوده، فالتلسكوبات في ذلك الوقت لم تكون قوية بما يكفي لدراسة الظواهر البعيدة جدا. ولذلك فإن التركيبات الكونية للقرن الثامن عشر هي افتراضية (دوامات ديكارت، بينما كانت تنتظر سدم كانط ولابلاس في القرن التالي). ترك مساحة كبيرة للخيال. البعض، مثل باسكال، يغضب من عتبة هذه "المساحات اللانهائية"، والبعض الآخر، مثل سيرانو دي بيرجيراك Cyrano de Bergerac، يستمتعون في تطوير شخصياتهم الرومانسية.".

إن مفهوم الحدود "رمزي" في الخيال العلمي، لجعل أبطاله يسافرون إلى أقاصي الكون، يجب أن يتغلب الخيال العلمي على عدم وجود إجابة دقيقة من العلماء حول طبيعة تخوم الكون.

إن موضوع استكشاف الفضاء هو قديم قدم الخيال العلمي. برنارد دي فونتنيل Fontenelle (1657-1757) يستحضر النجوم الصالحة للحياة عام 1686 في كتابه مقابلات حول تعددية العوالم؛ واليوم فإن هذا الموضوع هو في قلب أوبرا الفضاء، الذي تجسد في ملحمة وتحفة حرب النجوم السينمائية ومجموعتها من الكواكب.

هذه العوالم مفصولة عن بعضها بمسافات كبيرة، لكننا لسنا في التخوم الكونية والتي تعني أبعد نقطة على الحدود، أو النقطة الأكثر بعدًا ". باستثناء   بول أندرسون في التو صفر Poul Anderson in Tau zero (1967) أو ليو سيكسين في الموت الخالد الذي لايموت Liu Cixin in The Immortal Death (2010)، فقد خاطر عدد قليل جدًا من المؤلفين بذلك، لأن حدود الكون تشكل العديد من المشاكل التي لا يحلها العلم. ومع ذلك، فإن إبداع المؤلفين يتغذى من النظريات العلمية. المشكلة الأولى: النقل والانتقال والسفر بين المجرات والنجوم. كيفية السفر لمسافات لا حصر لها والتي تفصل بين المجرات. يستخدم البعض نظرية الثقوب الدودية في الزمكان، والتي تربط على الفور نقطتين بعيدتين جدًا، كما في فيلم رحلة بين النجوم Interstellaire (2014) لكريستوفر نولان.

لكن قدرة الإنسان على المشي عبر ثقب دودي دون أن يصاب بأذى أمر غير قابل للتصديق. تأتي الصعوبة الأخرى من حقيقة أن المؤلفين يجدون صعوبة في تخيل ذلك في مكان آخر. هناك أيضًا، لا يساعدهم علماء الكونيات لأنهم يدرسون الكون الذي يمكن الوصول إليه بواسطة الأدوات الرصدية. لكن "التخوم" هي "حدود". ماذا وراء هذه الحدود، ماذا يوجد خارج الكون؟ علماء الفيزياء الفلكية ليس لديهم إجابات. لذا، لاستكشاف المناطق البعيدة، يمتلك المؤلفون حيل ماكرة. قاموا بتجسيدها بإبداع، كما في فيلم أودسية الفضاء 2001: A Space Odyssey (1968)، إخراج ستانلي كوبريك والذي كتب سيناريو الفيلمهو الروائي آرثر سي كلارك. يذهب البطل في المشهد الأخير بعيدًا جدًا في الفضاء، تقذفه قوة ذكاء لا أرضي لحضارة فضائية ذكية ومتطورة، للوصول إلى مكان يرى فيه نفسه يشيخ ويموت ثم يعود إلى ولادته. تتحول الرحلة إلى أقصى مدى، إلى حلقة، وإلى دورة. يخترع الفنانون "استراتيجيات تجنب" أخرى، مثل الكون المتعدد (خارج كوننا هناك أكوان أخرى) أو جدلية بين اللامتناهي في الصغر واللامتناهي في الكبر كما هو الحال في سلسلة أفلام الرجال ذوي البدلات السود Men in Black، حيث الكون كله ليس أكثر من كرة، لعبة من كائنات فضائية عملاقة. أخيرًا، في سلسلة أفلام ومسلسلات ستار نريك Star Trek، يأخذ الاستكشاف شكل لقاءات مع حضارات مختلفة. في هذه الحالة، تكون الحدود في كل مرة بمثابة هي لقاء الآخر.".

 

 

جواد بشارةسعى العلماء منذ بدء الثورة العلمية في القرن السابع عشر ولغاية اليوم، إلى دفع الحدود المتعارف عليها لمعلوماتهم ومعارفهم العلمية وفتح أبواب جديدة لأبعاد كونية وزمكانية أخرى، وعلى رأس تلك الجهود، زيارة أكوان موازية أو مجاورة أو متداخلة، معترف بوجودها نظرياً، والعودة من الزيارة لتقديم شهادة عيان علمية على وجودها. يعتبر البعض ذلك هذيان خيالي علمي لكنه أمر ممكن حسب نظرية الأوتار الفائقة، وكذلك بالنسبة لباحثين في تجربة " همهمة" Murmure الذي يدعون أنهم سوف يثبتون مختبرياً وتجريبياً وجود عوالم أخرى ممكنة تسميها نظرية الأوتار البرانات أو الأغشية الكونيةbranes بمساعد طرق علمية دقيقة جداً وهي بمثابة دفق جديد لتخصص علمي يبحث عن الجديد، وهو أمر من شأنه أن يهز أركان النظريات الفيزيائية القائمة ومن بينها النموذج القياسي أو المعياري في الكوسمولوجيا أو علم الكونيات. ومن المفارقات إن إثبات نظرية تعدد الأكوان من شأنه أن يحل معضلة ولغز تمدد الكون المرئي وابتعاد أفقه وتضاعف حجمه، فأين يحدث هذا الازدياد في حجم الكون والتمدد الكوني وفي أي حيز مكاني؟

تمدد الكون وتجاذب المادة:

يصور تمدد الكون أحيانا على أنه قوة تدفع الجسيمات أو الأجسام بعيدا عن بعضها. ورغم أن هذا التصور صحيحا من وجهة تأثير الثابت الكوني إلا أن تلك الصورة ليست صحيحة بالكامل. يعتقد العلماء أنه قد مر على الكون مرحلة كان فيها ابتعاد الأجسام بعيدا عن بعضها تحت تأثير القصور الذاتي حيث كانت الأجسام في الكون تتطاير متفرقة عن بعضها البعض لسبب غير معلوم- أغلب الظن كنتيجة للتضخم الكوني واستمر على تمدده ولكن بمعدل يقل باستمرار بسبب قوة الجاذبية بين المادة.

وبالإضافة إلى انخفاض سرعة تمدد الكون ككل فإن الجاذبية قد عملت موضعيا على تكاثف بعضا من المادة هنا وهناك مكونة نجوما ومجرات. وعندما تتكون أجرام وتتشكل تحت تأثير الجاذبية فإنها تنفصل عن التمدد العام لمقاييس الكون لتغلب قوى الجذب حيث تتكاثف المادة.

وبعدما تترابط الأجرام مع بعضها البعض فهي لا تنفصل ثانيا عن بعضها. ولهذا فإن مجرة المرأة المسلسلة أندروميد التي ترتبط بمجرتنا درب التبانة نجدها وكأنها تسقط علينا (تتحرك في اتجاهنا وتقترب منا ونقترب منها) ولا تبتعد. نحن موجودون في مجموعة المجرات المحلية (المجموعة المحلية وتتكون من مجرة درب التبانة والمرأة المسلسلة الكبيرة مثلنا ونحو 30 من المجرات الصغير الأخرى)، ولا تزداد المسافات بينها. فإذا ما خرجنا من المجموعة المحلية نجد أن تمدد الكون ساريا ويمكن قياسه ورصده. وعلى الرغم من ذلك نجد أن تشكيلات كبيرة في الكون تصل إلى حد مجموعات وعناقيد المجرات تترك التمدد العام للكون الذي يسمى «سريان هابل» وتحتفظ بترابطها. إزاء هذا المشهد غير القابل للتصور نجد أننا لا شيء يذكر في هذا الوجود، لا الأرض لها قيمة وتأثير ولا النظام الشمسي الذي يحتويها ولا المجرة التي تأوي نظامنا الشمسي وهي درب التبانة هي الحدود القصوى للعالم، بل ولا حتى كوننا المرئي المتخم بالأسرار والألغاز. الجسيمات الأولية للوجود الكلي المطلق، لانهائية العدد وتمتلك طاقة لانهائية وهي بمثابة أكوان متعددة، ككوننا المرئي ومحتوياته، وهي تشكل بنية وهيكيلية الكون المطلق الحي العاقل الصمد، السرمدي، الأبدي الأزلي، اللامحدود واللانهائي، والذي لا يوجد وجود آخر غيره، لا يخلق شيئاً، ولم يخلقه أحد، وكل ما موجود في هذا الوجود إن هو إلا جزء منه ومن مكوناته فهو الموجود بذاته ولذاته.

عندما أصابته بالرصاصة في المنتصف، يختفي البطل، ليعود فجأة إلى الظهور على بعد أمتار قليلة. يمكن أن يكون إتقان القفز من كون إلى آخر بمثابة إنقاذ للحياة. أو تجمد الدم ... عندما يجد أبطال القصة أنفسهم فجأة غارقين في عالم موازٍ مظلم وجليدي، دون معرفة كيفية الهروب، يكون هذا مقبولاً ولكن في السينما فقط.

تشكل الأكوان المتوازية والأبعاد الخفية الأخرى أرضًا خصبة للخيال، من مسلسل الأشياء الغريبة Stranger Things إلى دراغون بال وآفنجرز ونهاية اللعبة Avengers: Endgame إلى Dragon Ball Z. وفي كثير من الأحيان، في الإطار الكلاسيكي الحالي لمثل هذه القصص، هناك شخصية تجسد صوت العلم، وإعطاء مصداقية للخيال: نعم، من الممكن أن توجد عوالم أخرى إلى جانب عالمنا أو كوننا المرئي، دون أن نكون على علم بذلك. نعم، يمكن لكوننا والأكوان الأخرى، من الناحية النظرية، أن يتواصلوا من خلال بُعد جديد، لم يتم اكتشافه بعد ولكنه قابل للحياة علميًا. قد لا يتطابق الطرح النظري مع الواقع ولا ما يكتبه كتاب السيناريو له انعكاس في الواقع: إن وجود الأكوان المتوازية هو فرضية ذات مصداقية تامة، والتي تقوم على مفاهيم جادة جدًا للفيزياء. أما بالنسبة للتواصل بين هذه الأكوان التي تتجاهل بعضها البعض.. فهناك، يطلق المبدعون عنان أفكارهم في كافة الاتجاهات وفي جميع سبل التخيل والمخيلة: الآلهة القديمة، وكائنات خارج الأرض، والآلات السرية، والقوى الخاصة، إلخ. الكثير من الناشطين في مجال الخيال العلمي ووسائلهم التعبيرية المختلفة، ليس لديهم، هذه المرة، أي شيء علمي عنهم. على الأقل كان هذا هو الحال، إلى أن وضع هؤلاء الباحثون الجريؤون، وفي رؤوسهم ذلك العناد الأسطوري، أن يحققوا لقاء الأكوان.

في السنوات الأخيرة، عمل فريق من المتخصصين المختارين بعناية على تهيئة الظروف لأروع لقاء يمكن لعشاق الخيال العلمي والفيزيائيين على حد سواء أن يحلموا به. لأنه، بالطبع، للشروع في رحلة إلى العوالم المتعددة، ولإدراك ذلك، يجب على المرء أولاً أن يتبنى أكثر النظريات إثارة في الفيزياء المعاصرة. تلك التي تهدف إلى شرح الكون المرئي بالكامل أو بالأحرى كشف حقيقة الأكوان المتعددة.

البرانات أو الأغشية والعوالم البرانية

BRANES ET MONDES BRANAIR

من بين هذه الأخيرة نظرية الأوتار. ووفقًا للتفسيرات المختلفة لها، فإن الأساس الذي يعتمد عليه الباحثون الجريؤون العابرون للعالم: وجود أبعاد إضافية لكوننا. سيكون الكون المرئي محصورًا داخل جسم كوني يسمى "غشاء- بران"، له ثلاثة أبعاد مكانية، بالإضافة إلى البعد الزمني: ثم يجري الحديث هنا عن 3 أغشية. سوف يتطور هذا الغشاء داخل فضاء زمكاني أكبر يسمى "الجزء الأكبرBULK"، والذي يمكن أن يضم العديد من العوالم المتذبذبة الأخرى، بطريقة ورقة ثنائية الأبعاد تكون في الواقع في مساحة ثلاثية الأبعاد تحتوي على أوراق أخرى وستكون هناك أبعاد إضافية لكوننا المرئي، من المحتمل أن ترتبط هذه الــ " الأغشية الثلاثة" المختلفة فيما بينها، هل هذه جرأة؟  نعم، ولكن لسبب وجيه وهو أن الفيزياء مخلصة أخيرًا للواقع! لأنه بمجرد أن توجد "عوالم الأغشية mondes branaires" في صندوق أدواتهم النظرية، يمكن للفيزيائيين تطوير سلسلة جديدة كاملة من النماذج الفيزيائية والكونية، والتي تفسر بعض أوجه القصور التي تقوض النموذج القياسي أو المعياري لفيزياء الجسيمات، والتي، على الرغم من عيوبها، تضع إطارًا للجميع في مجال البحث في الفيزياء. يمكن للأغشية الأخرى، على سبيل المثال، أن تمارس جاذبية ثقالية على كوننا، وبالتالي تقدم تفسيرًا لواحد من أعظم ألغاز الفيزياء الحالية: وهي المادة السوداء أو المظلمة. ينبع الانفجار العظيم أو أصل الكون، في الواقع، من تصادم عنيف بين غشاءنا وأغشية كونية أخرى.

ومع ذلك، فإن هذه التفسيرات المذهلة لعالمنا ولتلك العوالم التي ربما تحيط به، لديها نقطة ضعف كبيرة: إنها تنبع مباشرة من نظرية الأوتار. وعلى هذا النحو، فإنها تظل افتراضية، في غياب دليل تجريبي على أنها تصف الواقع بالفعل ... في جميع أبعاده.

هذا ليس بسبب عدم التشكيك في الطبيعة: حاولت العديد من المجموعات البحثية إثبات اتساق هذه النظرية. في العقود الأخيرة من القرن العشرين وفي بداية العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ولغاية نهاية العقد الثاني من القرن الواحد والعشرين، كان هناك الكثير من الآمال المعلقة على مصادم الجسيمات الشهير LHC، وهو مسرّع الجسيمات الأوروبي العظيم، والذي اعتقد الفيزيائيون أنه قادر على اكتشاف عائلة مما يسمى بالجسيمات فائقة التناظر، التي تنبأت بها نظرية الأوتار. ولكن بعد مرور عشر سنوات، لم يتم العثور على أي إشارة إيجابية لصالح هذا الافتراض، على الرغم من المحاولات العديدة ومستويات الطاقة الاستثنائية التي تم تحقيقها في المسرع. حاولت تجارب أخرى رفيعة المستوى الكشف مباشرة عن وجود أبعاد صغيرة مخفية. "تتنبأ نظرية الأوتار أيضًا أنه في وجود أبعاد أخرى، فإن الغرافيتون، وهو الجسيم الذي يمكن أن يحمل قوة الجاذبية يتحلل إلى فوتونين نشيطين للغاية "، كما تكشف فيروز مالك، من جامعة غرونوبل. حيث عملت الباحثة لأكثر من عشر سنوات على تجربة في مصادم الهادرونات، والتي تهدف إلى الكشف عن مثل هذه الأزواج من الفوتونات عالية الطاقة. بالنسبة لكتاب الخيال العلمي والمنظرين المخضرمين على حد سواء، لا يزال وجود أبعاد إضافية وأغشية تخمينًا محتملاً حتى اليوم. ومع ذلك، فإن الإخفاقات المتتالية لتجارب XXL التي أجريت في مسرعات الجسيمات الكبيرة دفعت بعض الباحثين إلى البحث عن مسار بديل، وواعد جدًا ظهر على شكل رسم تخطيطي نظري مؤخرًا، والذي يتمتع بميزة هائلة لإثبات أن الأكوان المتوازية يمكن أن تكون ضمن مجال الاكتشاف، والأفضل من ذلك: إثبات وجود أبعاد خفية يمكن أن يتم دون بناء مسرعات عملاقة جديدة ومكلفة.

إن هذا الطريق البديل هو الذي استعاره الباحثون المتحمسون الذي يتواجدون في أصل تجربة تسمى Murmure، والهدف المعلن منها هو تسليط الضوء على وجود غشاء كوني آخر بعيدًا عن غشاءنا الكوني الذي يوجد فيه كوننا المرئي.

البحث عن الأدلة:

تقدمت هذه التجربة، في تكتم، خطوة بخطوة، لمدة خمسة عشر عامًا. وفي الأشهر الأخيرة اثارت حماس علماء الفيزياء. وبهذا الصدد يحذر باتريك بيتر، مدير الأبحاث في CNRS وعالم الفيزياء الفلكية في معهد الفيزياء الفلكية في باريس: "إذا حققت مثل هذه التجربة هدفها، فلن تؤدي بالضرورة إلى التحقق من صحة نظرية الأوتار. لكن التداعيات على الفيزياء سيكون لها عواقب كبيرة وسوف لا تقل عن ضخامة صراع الجبابرة ".

هذه الأبحاث من النوع الجديد، وهذه الطرق المتقاطعة المؤدية إلى أكوان أخرى، يقف وراءها العالم  الفيزيائي ميكائيل سارازين Michael Sarrazin، باحث مشارك في معهد يوتينام Utinam  في جامعة بورغون-فرانش-كومتي Bourgogne في بيزانسون وجامعة نامور في بلجيكا ، فهو المحرض والمنسق الرئيسي. فما هي خصوصيتها؟ مسار فكري شديد الانحدار يعرف كيفية العثور على الخبراء الأكثر قدرة على حل كل تحد جديد يفتحه البحث عن البعد الخامس. بدأ كل شيء، بالنسبة لميكائيل سارازين، بتمرين أساسي: التحديد الدقيق لما يمكن أن يشكل أخيرًا إثباتًا قويًا ومقبولًا. "بدأ كل شيء بالأفكار التي كانت لدينا منذ عام 2005 مع زميلي فابريس بيتي Fabrice Petit، من مركز أبحاث الخزف البلجيكي في مونس " كما يتذكر الباحث. " لقد درسنا بشكل منهجي النظريات التي تؤدي إلى فرضية الأكوان المتوازية، من أجل تحديد ما إذا كان تبادل المادة ممكنًا بين عالمنا وعالم آخر، من خلال بُعد إضافي". وهو هدف طموح وهذا أقل ما يقال عنه كما يذكرنا باتريك بيترPatrick Peter، "من الناحية النظرية، يتعلق الأمر بإثنين من الأغشية أو البرانيات. محكمان تمامًا لا يمكن اختراقهما فيما يتعلق ببعضهم البعض: ولا شيء يمكن أن يدخلهما أو يخرج منهما. لكن هذا دون احتساب فيزياء الكموم أو أخذها بالاعتبار، فإحدى خصائصها الرئيسية، تأثير النفقeffet tunnel! "هذا الأخير يسمح للجسيم، في ظل ظروف معينة، بعبور ما يسميه الفيزيائيون حاجزًا محتملاً أو كامناً. وببساطة، يمكن للجسيم أن يمر بطريقة ما عبر جدار. حدث لا يمكن تصوره تمامًا في الميكانيكا الكلاسيكية، ولكنه يصف جيدًا الواقع الغريب للعالم الكمومي، "ومع ذلك، ففي عام 2010، أثبتت أنا وفابريس بيتي أن تأثير النفق يمكن أن يسمح لجسيم من كوننا بالمرور إلى كون آخر ذو 3 أغشية، من خلال بعد رابع مكاني والذي سيكون نوعًا من النفق الذي يربط بين العالمين، كما يقول مايكل سارازين. وبشكل حتمي، كلما اقترب الغشاءان من بعضهما البعض، زاد احتمال حدوث مثل هذا التبادل للمادة. " وهكذا تم وضع حجر الأساس الأول للمسار المؤدي إلى الأبعاد المخفية للكون. والخطوة الثانية تتمثل في ابتكار بروتوكول تجريبي قادر على التقاط الظاهرة المرغوبة، وقبل كل شيء، في إيجاد الجسيم الجاهز للقيام بالرحلة بين العوالم.

ينبغي إيجاد أو إنتاج هذه الجسيم، وتفادي تعرضه للإزعاج من محيطه، وإرساله إلى بران أو غشاء آخر ... واستعادته. في عام 2011، التقى ميشيل سارازين مع العالم التجريبي غيوم بينول Guillaume Pignolمن مختبر الفيزياء دون الذرية وعلم الكونيات في جامعة غرينوبل الألب. وهو متخصص في فيزياء النيوترونات، ويقترح أن الجسيم المفضل لديه الذي يمكن أن يكون المرشح المثالي لتسليط الضوء على تبادل محتمل للمادة بين غشاءين هو النيوترون. "يمكن للجسيمات الأخرى من الناحية النظرية أن تقوم بالخدعة، لكن النيوترون لا يزال يتمتع ببعض المزايا، كما يوضح غيوم بينول Guillaume Pignol. " بالفعل، كما يوحي اسمه، هو جسيم محايد، لا يتفاعل عن طريق القوة الكهرومغناطيسية، الأمر الذي يقتلع شوكة من أقدامنا. علاوة على ذلك، لدينا الوسائل اللازمة لإنتاج كميات كبيرة منه بسهولة، ولدينا معرفة جيدة إلى حد ما بفيزياء النيوترونات ". على مدار المناقشات، حدد الباحثان مفهومًا للتجربة من شأنه أن يختبر تبادل المادة بين غشاءنا الكوني وأغشية كونية أخرى.

الفكرة الأساسية هي إرسال تدفق من النيوترونات في اتجاه حاجز غير سالك على الإطلاق ; ويستحيل اختراقه بالنسبة لهم. ولكن قبل الوصول إلى هذا الجدار، يجب أن تمر النيوترونات عبر مادة تسمى الوسيط modérateur والمنظم، والتي ستجبر جزءًا صغيرًا منها على الاختفاء في غشاء آخر - إذا كان هذا موجودًا. يوضح غيوم بينول: "في كل اصطدام مع نواة ذرية، يكون للنيوترون احتمال ضئيل للغاية في أن يُلقى في هذا الكون المجاور لنا". ستصبح هذه الجسيمات "الشبحية" بعد ذلك قادرة مؤقتًا على عبور العقبة التي تواجهها من خلال تجاوزها عبر هذا الكون الخفي، كما لو كانت تستطيع المرور من تحت الباب. لكن التجربة لا تنتهي عند هذا الحد. في الواقع، فإن الاختفاء البسيط لبعض الجسيمات داخل الحشد الهائل من النيوترونات الموجودة في التدفق لن يتم ملاحظته ولن يكون من الممكن اكتشافه تمامًا".

أيضا، وللتأكد من مرور الجسيم من غشاء إلى آخر، فإن الباحثين قاطعين: من الضروري، بمجرد تجاوز الجدار، إعادة ظهور النيوترونات في كوننا. وهذا ممكن، لأنه وفقًا للنظرية، بعد المرور عبر الوسط المعتدل، يجب أن ينتهي الأمر بالنيوترونات المخفية في حالتين متراكبتين في ما يعرف بالتراكب الكمومي Superposition quantique: في كل من غشاءنا وفي أغشية أخرى. هذا التفسير، الذي يتعارض مع الفطرة السليمة ويخالف قوانين الميكانيكا الكلاسيكية، هو مع ذلك طبيعي تمامًا للفيزيائيين الذين اعتادوا العمل في عالم الكموم الكوانتوم. أيضًا، من الممكن نظريًا تحويل هذه النيوترونات مرة أخرى إلى غشاءنا، من خلال زيادة فرصها في التفاعل مرة أخرى مع المادة داخل مواد أخرى، هذه المرة تسمى العملية التجديد régénérant. "في نهاية التجربة، سينتظر الكاشف أي ناجين من هذه الرحلة ذهابًا وإيابًا بين البرانين أو الغشائين، كما يخلص ميكائيل سارازين يعتمد نجاح التجربة على كمية النيترونات المسماة العابرة للجدار، المستعادة بين الغشاءين والتي وضعت على نحو بديهي في أحدث جهاز لدينا. في السنوات التالية، سينتقل الفيزيائيون إلى المرحلة الثالثة من عملهم: التصميم الملموس لجهاز السماح بقياس حساس بما يكفي ليكون قابلاً للاستغلال وذا مصداقية، أولاً وقبل كل شيء، يجب أن يجدوا فريقًا علميًا قادرًا على إنتاج كمية كبيرة من النيوترونات.

سيأتي بعد ذلك باحثان آخران لتقوية الفريق: جاكوب لامبلين ، المتخصص في التجارب في فيزياء النيوترينو واكتشاف المادة المظلمة في جامعة غرينوبل - ألب، وغاي تيروان من جامعة نامور، وهو خبير في قياسات الضوضاء المنخفضة في الفيزياء النووية. " في هذا النوع من التجارب، من الضروري التخلص من الكشف عن النيوترونات الطفيلية، التي كانت ستصل إلى الكاشف بوسائل أخرى - التفاعل مع الأشعة الكونية، والنشاط الإشعاعي الطبيعي، وما إلى ذلك "، يكشف غاي تيروان. ويواصل شرحه:" من الضروري أولاً وضع درع ثانٍ، وهذه المرة حول الكاشف، مما يجعل من الممكن تجنب خطر تلوث الأخير قدر الإمكان ". يقترح الباحث بعد ذلك، من خلال فكرة جدار نيوترون، إحاطة الكاشف بغلاف من طبقتين - البولي إيثيلين وكربون البورون - مما يجعل من الممكن امتصاص غالبية النيوترونات القادمة من الخارج. ومع ذلك، وعلى الرغم من كل هذه الاحتياطات، فإن احتمالية التلوث ما زالت غير صفرية. "إذا كنا قادرين على اكتشاف النيوترونات، كان علينا التأكد من التمييز بين الإشارة الفعالة والضوضاء المتبقية البسيطة، كما يتابع جاكوب لامبلين. لذلك حددنا التوقيع المميز الذي يجب أن تتركه النيوترونات القادمة من الغشاء المخفي، وأيها سيكون مختلف جذريًا عن النيوترونات الأخرى ".

نحن إذن في عام 2015. اكتملت المرحلة الدقيقة من الاستعدادات، والفريق جاهز لمعمودية النار. هل ستقوم النيوترونات بالالتفاف عبر غشاء قريب من غشاءنا؟ لقد وصلت الإثارة إلى ذروتها. لمدة أسبوع كامل في معهد بول لانجفان peule-Langevin Institute، حاولت مجموعة صغيرة من علماء الفيزياء المتهورين، المستحيل: اكتشاف مرور الجسيمات في عالم غير كوننا. "سقطت النتائج بسرعة، ولم نكتشف أي فائض كبير في النيوترونات، أفاد جاكوب لامبلين على الفور، ولكن هل هذه هي نهاية القصة؟ على العكس!" هذا لم يبطل بأي حال سيناريو العوالم المتعددة. كانت هذه التجربة الأولى مجرد رسم تخطيطي، مما سمح لنا بوضع حد أعلى لاحتمال انتقال النيوترون من غشاء إلى آخر. "إذا لم يجد الباحثون النيوترونات المتوقعة في كاشفهم، فهذا يعني ببساطة أن هذه الجسيمات أقل احتمالية من المتوقع للتحول من عالم إلى آخر. ومع ذلك، فإن هذا الرقم يرتبط ارتباطًا مباشرًا بالمسافة بين الغشاءين - فكلما اقتربوا، زاد عدد النيوترونات. لذلك، تمكن الفيزيائيون من إظهار أن الغشاءين بداهة مفصولين بما لا يقل عن 1.4 × 10 33 رن، وهذا يعني 87 مرة من طول بلانك - والذي يمكن أن تبدأ الجاذبية منه في إحداث تأثيرات كمومية. "من ناحية أخرى، ليس لدينا حد أعلى، وإذا كان من المفترض أن يكون اللون البني بعيدًا جدًا، فهناك فرصة ضئيلة لأن نشهد اختفاء وعودة للنيوترونات. يعترف مايكل سارازين. ومع ذلك، فإن نجاح هذا الاختبار التجريبي الأول حفزنا حقًا على الاستمرار في هذا الاتجاه. لقد أظهرنا أنه من الممكن اختبار مثل هذه السيناريوهات بجهاز بسيط نسبيًا مقارنة بمسرعات الجسيمات الضخمة! "

ثم تأتي المرحلة الرابعة من عمل الباحثين: البحث عن التحسينات الممكنة. خطوة صعبة، لكنها شائعة في العلوم التجريبية وفوق كل شيء، الأكثر جرأة. يقول الفيزيائي إن الفريق مسلح بالشجاعة والتواضع والصبر من أجل الوصول إلى نتيجة في مفاعل دي مول. على وجه الخصوص، "عملت على تحسين المادة التي تسمح بتجديد النيوترونات المخبأة في غشاءنا. "كانت هذه بالفعل إحدى نقاط الضعف في المحاولة السابقة: قد تكون بعض النيوترونات قد فوتت العودة إلى الغشاء لدينا بسبب نقص كفاءة المجدد أو الوسيط."

العودة إلى عالمنا:

في تجربة Murmure، قام الفيزيائيون بإحاطة كاشف الهليوم 3 بطبقة سميكة من الرصاص. لقد مكنتهم الحجج النظرية بالفعل من تقدير أن هذه المادة تعمل مثل الهوائي، وتوجه النيوترونات التي تمر في غشاء آخر نحو عالمنا. تم إجراء تحسينات مهمة أخرى، لا سيما تحت تأثير ضوضاء الخلفية المرتبطة بالتفاعل مع النيوترونات خارج التجربة. تقع نتائج تجربة Murmure في نهاية عام 2020. للأسف ... على الرغم من التحسينات العديدة، لم تكشف هذه التجربة الجديدة عن النيوترونات الزائدة أيضًا. "لقد أدركنا أخيرًا أن مفاعل دي مول كان أقل قدرة على إرسال النيوترونات من غشاء إلى آخر من السابق"، كما يحلل مايكل سارازين. " وبالفعل، كانت طبقة المادة المعتدلة تأمل في حمل النيوترونات نحوها. لم يكن الغشاء المخفي سميكاً بدرجة كافية. ومع ذلك، فإن التحسينات التي أجريناها لم تذهب سدى، لأنها جعلت من الممكن تعويض هذه المشكلة: نحصل على نفس النتيجة تقريبًا على الحد الأدنى للمسافة بين الغشاءين، مع تدفق نيوتروني أضعف بكثير". لذلك فإن البحث عن البعد الخامس بعيد عن هنا! يأمل الفريق الصغير من الفيزيائيين في السنوات القادمة أن يتمكنوا من تنفيذ تجربتهم المحسنة في مفاعل آخر، من أجل استغلال إمكاناته الكاملة. "حتى لو بدت هذه النتائج مخيبة للآمال للوهلة الأولى، فقد أتاحت التجربة مرة أخرى إمكانية وضع قيود على بعض النماذج النظرية الحالية، كما فعلت كورالين ستاسر نسبيًا. وقد تمكنا من تأكيد الحد الذي تم تعيينه لاحتمالية مرور الجسيمات من عالم إلى آخر، وعلى أقل مسافة بين هاتين الغشائين - البرانين، وهي أمر مهم بالفعل في فهم هذه الفيزياء خارج النموذج القياسي أو المعياري". هذا ليس كل شيء. لقد أدرك الباحثون أيضًا أنه في مكان آخر كان من الممكن مواصلة سعيهم من خلال تجارب أخرى غير تجاربهم! لقد أدركوا، من خلال تشريح نتائجهم، أنه يمكنهم البحث عن علامات الاختفاء التلقائي والظهور من جديد للنيوترونات في نتائج التجارب الأخرى التي أجريت بالفعل، والتي يمكن الوصول إلى قاعدة بياناتها في موقع NEUTRINOS TO THE RESCUE

"على وجه الخصوص، نحن نعمل بالفعل مع نتائج تجربة الاستريو، التي تم تركيبها في نهاية عام 2016 في معهد peule-Langevin Institute، وكان الهدف منها دراسة جسيمات تسمى النيوترينوات ، في محاولة لإثبات بعض خصائصها الغريبة، حسب جاكوب لامبلين. في الواقع، اتضح أن كاشف النيوترينو فعال أيضًا في العثور على النيوترينوات. كانت التجربة في مفهومها قريبة إلى حد ما من مفهومنا، فقد تمكنت من التقاط بعض البيانات، دون حساب المحرضين للاختفاء التلقائي ومظاهر النيوترونات التي توقعنا رؤيتها! لذلك نحن في بحث كامل عن مثل هذه الأحداث بين بيانات هذه التجربة التي اكتملت الآن ". ربما يكون باحثون آخرون ذوو أهداف أقل تشويشًا قد شهدوا بالفعل، دون معرفة ذلك، مجيء وذهاب الجسيمات بين عالمين. ومن ثم فإن نتائجهم ستثبت بالصدفة وجود أكوان متوازية. ما لم تكن تجربة الكتم مصدر إلهام لعلماء آخرين عازمين بنفس القدر. يمكنهم بدورهم إطلاق عدد قليل من النيوترونات في ألغاز مفاعل تجريبي ومحاولة اكتشاف الآثار من عالم آخر.

المياه الثقيلة كمادة معتدلة وسيطة:

وسرعان ما أدركوا أن الحل الأمثل هو إجراء التجربة في مفاعل أبحاث نووي من نوع آخر. في الواقع، فإن ظاهرة الانشطار التي تحدث داخل المفاعل، والتي تتكون من انقسام ذرة ثقيلة إلى ذرتين أصغر حجمًا لإطلاق الطاقة، تكون مصحوبة بانبعاث نيوترونات، بمعدل اثنين أو ثلاثة أو أكثر، تتولد مع كل تفاعل. من الممكن بعد ذلك استعادة التدفق المنتظم والمسيطر عليه لهذه الجسيمات المحايدة داخل هذه الأجهزة، والتي تتناسب تمامًا مع متطلبات التجربة.

معهد بول لانجفان paule-Langevin في غرونوبل ، وهي منظمة بحثية متخصصة في فيزياء النيوترونات التي يشارك فيها Guillaume Pigno! سبق أن عملت في إطار تجارب أخرى، ثم طرحت نفسها كمرشح مثالي لجهازهم. يصف ميخائيل سارازين: "كان علينا تعويض هذه المعدات المتطورة والأجهزة التي كانت موجودة بالفعل هناك". وبمجرد خروجهم من قلب المفاعل، يجب أن تمر النيوترونات عبر طبقة من الماء الثقيل. جزيئات H20 لها ذرات الهيدروجين الخاصة بها مستبدلة بنظيرها الثقيل، الديوتيريوم، الذي تحتوي نواته على نيوترون إضافي ". تسمح هذه المادة، المؤهلة لتكون وسيطًا، في المفاعل النووي، بإبطاء الجسيمات دون امتصاصها - تساهم التصادمات المتعددة بين النيوترونات وجزيئات الماء الثقيل في كفاءة التفاعل المتسلسل. لكن اتضح أنه كجزء من التجربة، فإن للنيوترونات أيضًا فرصة لتمرير غشاء مخفي عند كل اصطدام مع ذرة أخرى. باختصار: إن وجود هذا الوسيط نعمة حقيقية للباحثين. في كل مكان سيكون هناك بركة كبيرة من الماء الخفيف ثم جدار خرساني سميك، يعملان معًا كدرع للنيوترونات. من الناحية النظرية، لا يمكن لأي نيوترون أن يمر عبر هذا الجدار المزدوج. أخيرًا، سيتم وضع كاشف النيوترون بعد هذا الحاجز غير السالك. سيكون ممتلئًا بغاز الهليوم -3، وهو مركب يستخدم بانتظام للكشف عن وجود النيوترونات والذي من شأنه، علاوة على ذلك، تجديد النيوترونات مؤقتًا في الغشاء المخفي، مما يتسبب في عودتها إلى كوننا.

ومع ذلك، يشعر الباحثون في هذه المرحلة أنهم سيحتاجون إلى بعض المساعدة. يتضمن البروتوكول الذي ابتكروه خبرة عالية المستوى في اكتشاف الجسيمات بكميات صغيرة بصورة تبعث على السخرية، والمعروفة أيضًا باسم قياسات منخفضة الضوضاء في أحد الغشائين وتعد هذه بالفعل خطوة مهمة في فهم هذه الفيزياء بما يتجاوز النموذج القياسي. "وهذا ليس كل شيء. لقد فهم الباحثون أيضًا أنه من الممكن مواصلة سعيهم من خلال تجارب أخرى غير تجاربهم! لقد أدركوا، من خلال تشريح نتائجهم، أنه يمكنهم البحث عن علامات الاختفاء والظهور التلقائي للنيوترونات في نتائج التجارب الأخرى التي تم إجراؤها بالفعل، للإنقاذ "على وجه الخصوص، نحن نعمل بالفعل مع نتائج تجربة Stereo ، التي تم تركيبها منذ نهاية عام 2016 في معهد Paule-Langevin Institute ، والتي كان الهدف منها دراسة الجسيمات المسماة النيوترينوات، في محاولة لتسليط الضوء على بعض خصائصها الغريبة ، يربط جاكوب لامبلين. في الواقع، اتضح أن كاشف النيوترينو فعال أيضًا في إيجاد النيوترونات.!.: التجربة في مفهومها قريبة جدًا من مفهومنا، فقد تمكنت من التقاط الاختفاء التلقائي والظهور للنيوترونات دون أن يدرك المحرضون ذلك. من المتوقع أن نرى! لذلك نحن في بحث كامل عن مثل هذه الأحداث من بين بيانات هذه التجربة التي اكتملت الآن. "ربما يكون باحثون آخرون ذوو أهداف أقل تشعبا قد شهدوا بالفعل، دون معرفة ذلك، أي مجيء وذهاب الجسيمات بين عالمين. وستكون نتائجهم مصادفة بعد ذلك لكي تحمل دليلًا على وجود أكوان متوازية. ما لم تكن تجربة الكتم مصدر إلهام لعلماء آخرين مصممين بشكل متساوٍ. عل دفع دفق نيوترونات في أركان مفاعل تجريبي ومحاولة اكتشاف آثار عالم آخر ... يمكن لهذه بدورها إطلاق عدد قليل من النيوترونات في أركانا مفاعل تجريبي ومحاولة الكشف عن آثار لعالم آخر ملتفة على نفسها، وبطول قصير للغاية. من خلال هذه النظرية، نعلم لماذا لا تدرك حواسنا ولا أجهزة القياس لدينا البعد الخامس في حياتنا اليوميًة. "إن التشابه بين البراغيث والأكروبات يسمح لنا بتشكيل تمثيل تقريبي لما هو عليه هذا البعد الخامس الافتراضي، يشرح جورجي دفالي.

خذ بهلوانًا يمشي على سلك. على الرغم من كل جهوده، لن يتمكن أبدًا من التحرك في أكثر من بُعد واحد: للأمام أو للخلف. من ناحية أخرى، يمكن للرقاقة الموجودة على نفس السلك الوصول إلى بُعد إضافي أصغر. وهكذا يمكن أن يتحرك Ble في جميع الاتجاهات حول الحبل وينتهي به الأمر إلى الولوج إلى ذلك البعد الإضافي. لذلك سنكون كل تلك البهلوانات التي لا تتوفر لها سوى ثلاثة أبعاد مكانية، ضمن مساحة أكبر بكثير بأبعاد 10، 20، 26. استحوذ مفهوم البعد الإضافي تدريجياً على جزء من المجتمع العلمي. في الثمانينيات، أخذ بعض المنظرين الفكرة مرة أخرى، دائمًا بهدف توحيد التفاعلات الأساسية - الآن أربعة وهي الجاذبية والكهرومغناطيسية، بعد اكتشاف التفاعلات النووية القوية والضعيفة حسب جورجي دفالي. وفقًا لإصدارات هذه النظرية، يتكون الزمكان لدينا من 10 أو 11 أو حتى 26 بعدًا، معظمها صغير جدًا على وجه الخصوص، طور علماء فيزياء الجسيمات نظرية الأوتار، وهي نموذج توحيد رائع قائم على فكرة تمثيل جميع الجسيمات الأولية على أنها أوتار مهتزة صغيرة أحادية البعد ومرة أخرى، استغرق الأمر بضعة عقود." حتى يكون هذا رائعًا وأنيقًا" ولكي تعمل النظرية، كان من الضروري للغاية إضافة أبعاد مكانية إلى كوننا "، كما يشهد جورجي دفالي. ولكون تلك الأبعاد المكانية صغيرة للغاية لا يمكننا تجربة الحركة وفقًا لها، بل إن بعض الاختلافات في نظرية الأوتار تقترح فكرة رائعة مفادها أن الكون الذي نتطور فيه ليس سوى نوع من الجزر المعزولة داخل `` مساحة زمكان أكبر بكثير، تمتلك أبعادًا إضافية عديدة. ومن هذه الفكرة نشأت مفاهيم "الغشاء" والكون الموازي لكوننا: فهذا الأخير هو واحد من بين أكوان أخرى يتمتع بثلاثة أبعاد مكانية، بالإضافة إلى بعد زمني واحد، فإن الكون المرئي الذي نحن فيه لن يكون سوى غشاء واحد من بين عدد لامتناهي من الأغشية - الأكوان.

"الكتلة": الكل بأبعاد متعددة. يُطلق على حجم الزمكان الذي يحتوي على جميع الأغشية اسم الكتلة. سيكون لها أكثر من ثلاثة أبعاد ، بما في ذلك الأبعاد الكبيرة والصغيرة.

ربط مخفي بين الأغشية فيما بينها يمكن أن تكون بعض أبعاد المادة السائبة عبارة عن قنوات اتصال بين أغشية. يمكن للجسيمات مثل الجاذبية أن تنتقل من غشاء إلى آخر عبر هذه الأبعاد.

النيوترون، رائد الرحلة إلى الحياة الأخرى في الكون الموازي. من بين عدد كبير من الجسيمات المعروفة للفيزيائيين، كان من الضروري اختيار الجسيمات الأكثر قدرة على الهروب سالمة من هذه الرحلة ذهابًا وإيابًا إلى عالم آخر. وقع الاختيار أخيرًا على النيوترون، وهو جسيم موجود في نواة الذرات، وهو غير أولي لأنه يتكون من ثلاثة كواركات (اثنان "علويان" وواحد "مهرج"). كما يوحي اسمه، فإن النيوترون محايد كهربائيًا، مما يعني أنه لا يخضع لتأثيرات التفاعل الكهرومغناطيسي وبالتالي يسهل مهمة المجربين. بالإضافة إلى ذلك، فإن جسده معروف جيدًا، ويسهل اختباره بكميات كبيرة في مفاعل الانشطار النووي.

في أصل الأكوان المتوازية:

منذ بداية القرن العشرين، واجه الفيزيائيون تحديًا: لتوحيد التفاعلات الأساسية التي تحكم سلوك المادة. "منذ نجاح توحيد الظواهر المغناطيسية والكهربائية في القرن الحادي عشر" بواسطة جيمس ماكسويل، كان الفيزيائيون يبحثون عن نظريات موحدة جديدة، حتى عن نظرية كل شيء، والتي من شأنها أن تصف جميع الأفعال المتداخلة المعروفة في بطريقة فريدة ومتماسكة ، كما يذكر عبد الحق جوادي ، مدير الأبحاث في المركز الوطني للأبحاث العلمية  في النظرية التوحيدية CNRS Unified Theory. يأخذ هذا المسعى خطوة إلى الأمام في عام 1921، عندما قدم الألماني تيودور كالوزا أحد النماذج الأولى لتوحيد القوتين الأساسيتين الفريدين المعروفتين آنذاك: الجاذبية والكهرومغناطيسية. يوضح كلوزا أنه من الممكن الجمع بين المعادلات التي تصف هاتين الظاهرتين المتميزتين تحت نفس النظرية الموحدة. إلا أن الفيزيائي يسن شرطًا: من الضروري أن نضيف إلى كوننا بعدًا إضافيًا صادمًا، البعد الخامس؟ من الناحية النظرية، لا شيء يمنع إضافة بُعد واحد أو أكثر إلى الزمكان، وهو تقليديًا رباعي الأبعاد إنشونال (ثلاثة أبعاد للفضاء وواحد من الزمن)، كما هو موصوف منذ أن طور أينشتاين نظريته النسبية. من المسلم به أنه "من الناحية العملية، من المعقد للغاية إضافة بُعد زمني، تحت طائلة انتهاك مبدأ السببية المقدس، كما يعترف جورجي دفالي، المنظر في معهد ماكس بلانك للفيزياء في ميونيخ (ألمانيا). إضافة الأبعاد المكانية بالإضافة إلى الثلاثة التي نلاحظها بشكل يومي لا تشكل مشكلة حقيقية ولكن إذا كانت هذه الأبعاد الإضافية موجودة، فكيف لا يمكننا رؤيتها ونشعر بوجودها؟ بعد بحث كلوزا، السويدي أوسكار كلاين يجيب على السؤال، ويعطي البعد الخامس شكلاً.

أوسكار كلاين (1894-1977) في عام 1926 أكمل نظرية كلوزا، من خلال إعطاء الأبعاد الجديدة شكلاً ملفوفًا وطولًا قصيرًا جدًا، قام جيمس ماكسويل (1831-1879) بتوحيد الكهرباء والمغناطيسية تحت معادلة واحدة، مما أثار حماس خلفائه. ألبرت أينشتاين (1879-1955) طور نظرية النسبية العامة، موضحًا بأن المكان والزمان لا ينفصلان.

تيودور كلوزا (1885-1954) كان أول من تخيل في عام 1921، نظرية تنطوي على وجود أبعاد إضافية.

نظرية الأوتار La théorie des cordes:

ماذا لو لم تكن اللبنات الأساسية للكون جسيمات نقطية، بل خيوطًا صغيرة؟ وهكذا، مثل أوتار الجيتار التي تولد نغمات مختلفة عن طريق الاهتزاز على ترددات مختلفة، يمكن لهذه الأوتار أن تلد كل الجسيمات التي نعرفها، وفقًا لطريقة الرنين ... دمج قوة الجاذبية فيما يسمى بالنهج المضطرب، وهي طريقة رياضياتية هائلة طورها الفيزيائي الأمريكي ريتشارد فاينمان، والسماح بتطبيق مبادئ ميكانيكا الكموم على التفاعلات القوية والضعيفة والكهرومغناطيسية. لأنه إذا أمكن وصف هذه القوى الثلاث على المستوى المجهري لتشكيل النموذج القياسي أو المعياري لفيزياء الجسيمات، فإن أي محاولة لفعل الشيء نفسه مع الجاذبية قد انتهت حتى ذلك الحين بفشل لاذع ...

حلم العالم الفيزيائي:

من الناحية التاريخية، فإن ما يسمى بنظرية الأوتار هي إذن أول من لتوحيد القوى الأربع، وهي النظرية التي حلم بها كل فيزيائي! ومع ذلك، نظرًا للعديد من الحالات الشاذة النظرية التي تمت مواجهتها أثناء استخدامها في الزمكان لدينا، كان على الخبراء افتراض وجود أبعاد مكانية إضافية، والتي لن نتمكن من الوصول إليها نظرًا لصغر حجمها. لإثبات محدودية هذه النظرية، حاول الفيزيائيون، في أوائل عام 2010، الكشف في مصادمات الجسيمات الكبيرة عن وجود عائلة جديدة من الجسيمات تنبأت بها هذه النظرية: وهي الجسيمات فائقة التناظر.

لسوء الحظ، لم يتم الكشف عن أية إشارة إيجابية حتى الآن. لذلك فإن نظرية الأوتار تراوح دائمًا إلى حد ما في نفس النقطة. لكن اكتشاف أبعاد مكانية إضافية يمكن أن يغير قواعد اللعبة.

الثقالة الكمومية الحلقية:

للتوفيق بين ميكانيكا الكموم والنسبية العامة، يعتقد أنصار نظرية الأوتار أنه من الضروري التمسك بقوة بالشكلية الرياضياتية، ولا سيما نهج ريتشارد فاينمان المضطرب الشهير. لكن ... ماذا لو كان الأخير غير متوافق تمامًا مع قوة الجاذبية؟ لأن النهج المضطرب يعمل بشكل مثالي في إطار كون أحادي ثابت، بالطبع؛ لا يزال من الصعب دمج الجانب الديناميكي والمنحني للزمكان الذي قدمته النسبية العامة، والتي تميل إلى إزعاج العديد من علماء الفيزياء. بدلاً من إدخال تعديل على بنية المادة، من الجسيمات إلى الأوتار، فإن استراتيجية أخرى لتحديد مقدار الجاذبية ستتألف ببساطة من أخذ معادلات النسبية العامة، وإعادة صياغتها. تم تنفيذ هذه المهمة الشاقة لأول مرة في عام 1986 من قبل الفيزيائي الهندي أبهاي أشتيكار، مما مهد الطريق للبديل الرئيسي لنظرية الأوتار: الجاذبية الكمومية الحلقية Gravité quantique en boucle.

تمييز الزمان والمكان:

يشير هذا الأخير إلى أنه على المستوى المجهري أو ما دون الذري، يكون الزمكان منفصلاً، أي أن مساحات وأحجام الفضاء لا يمكن أن تأخذ أي قيمة، ولكن يتم تحديدها كمومياً. - تشبه إلى حد ما الإلكترونات التي يمكن أن تأخذ فقط حيزاً محددًا للغاية يدور حول نواة الذرة. لذلك، تنص هذه النظرية على أنه على مقياس اللامتناهي في الصغر، فإن الفضاء ليس متصلًا على الإطلاق، ولكنه يتكون من حبيبات بدائية تسمى كوانتا مجال الجاذبية. لاختبار صحة هذه النظرية تجريبياً، يمكن للفيزيائيين، على سبيل المثال، محاولة اكتشاف هذا التشخيص التقديري للزمكان باستخدام الأشعة عالية الطاقة، أو حتى البحث عن توقيع في قلب الإشعاع الكهرومغناطيسي الكوني، الذي انتشر عقب أقل من مائة ألف سنة بعد الانفجار العظيم. لاحظ أن الجاذبية الكمومية الحلقية لا تفترض وجود أكوان متوازية أو أبعاد إضافية. لكن لا يوجد ما يثبت أنها غير قادرة على دمج مثل هذه المفاهيم.

نحو فيزياء عالية الدقة:

استهداف ظواهر معينة بدلاً من اختبار النظرية ككل: هذا هو النهج الجديد لنظام يتوق إلى سد الثغرات في النموذج القياسي.

لم يعد الأمر سراً: بعد القرن العشرين المزدهر بشكل خاص، أصبحت فيزياء الجسيمات الآن كمن يسير في مغامرة عبور الصحراء، بل حتى يمكننا القول إنها في أزمة، وفقًا لبعض المتخصصين. في الواقع، على مر السنين، أظهر النموذج القياسي، وهو نظرية رائعة تم تطويرها لوصف اللبنات الأولى وتفاعلات المادة قدر الإمكان، أنه غير قادر على حل ألغاز المادة السوداء المظلمة والطاقة المعتمة أو الداكنة أو المظلمة، للتوفيق بين الجاذبية والجسيمات الجديدة. أو لتثبيت معادلات الطاقة العالية جدًا، والتي من شأنها من الناحية النظرية أن تعطي بوزون هيغز كتلة قريبة من اللانهاية ...

من أجل سد هذه الثغرات، أطلق المنظرون بتهور مطلب البحث عن فيزياء جديدة، وتطوير نماذج شاملة من الثراء والتنوع المجنون: جسيمات غريبة، وقوى إضافية، وتماثلات خفية، وأبعاد إضافية ... لسوء الحظ، التجارب لم تثبت أو تؤكد أي من هذه الفرضيات. الأسوأ من ذلك: أن الأمل الذي وُضع في أوائل العقد الأول من القرن الحالي في تجارب كبيرة جدًا مثل مصادم الهادرونات الكبير (LHC) قد تلاشى بسبب الافتقار إلى حدوث اختراق كبير.

في مواجهة الجدار، قرر فيزيائيون مثل ميشيل سارازين، باحث مشارك في معهد أوتينام (جامعات بورغون-فرانش-كومتي ونامور، في بلجيكا)، وزملاؤه ... تغيير الحجم. بدلاً من الاستثمار في المشاريع الضخمة التي ستستغرق عقودًا لإكمالها، فإنهم يعملون الآن في "فيزياء عالية الدقة"، وتتمثل الميزة الأولى والهائلة في تقليل التكاليف والقوى العاملة: عندما يكلف LHC ما يقرب من 4 مليار يورو وتحشد الوكالة الأوروبية سيرن CERN 17500 عقل علمي، فإن تكلفة تجربة Murmure تكلف حوالي 50000 يورو لفريق من عشرة علماء، بما في ذلك طلاب الدكتوراه.

منطق بحث آخر:

"أكثر من مجرد اختلاف بسيط في الوسائل، فإن منطق البحث بأكمله هو الذي يختلف، كما يصر مايكل سارازين. من خلال إجراء تصادمات الجسيمات، يجمع المجربون كميات هائلة من البيانات، ويمكنهم في نفس الوقت اختبار كمية البيانات. نحن نركز على اكتشاف ظاهرة واحدة دقيقة ". بعبارة أخرى، إذا كانت مصادمات الجسيمات تعمل مثل سفن الصيد، فتقوم بإلقاء شبكة واسعة من أجل جمع أكبر قدر ممكن من المواد القابلة للاستغلال، فإن تجارب مثل Murmure الهمهمة تكون أقرب إلى الصيد بالصنارة: أقل كفاءة من حيث الكمية، ولكنها أكثر استهدافًا بشكل غير محدود.

كريستوفر سميث، المنظر في مختبر الفيزياء دون الذرية وعلم الكونيات في غرونوبل، يختبر هذا التغيير الجذري في النموذج بشكل مباشر. أمضى الباحث سنوات في مصادم الهادرونات العملاق LHC دون كلل في تعقب علامات الفيزياء الجديدة، لا سيما من خلال البحث عن جسيمات افتراضية تنبأت بها نظرية كالوزا-كلاين Kaluza-Klein. انضم الآن إلى مجموعة Frontier Intensity Research Group، التي تتخذ خيارًا شائعًا بشكل متزايد لاستكشاف هذه الفيزياء الجديدة عن طريق زيادة "لمعان" التجربة - فهم الدقة - بدلاً من مقياس طاقتها. "لقد وصلنا إلى حد ما إلى حدود الطاقة الخاصة بـ UfC فيما يتعلق بالبحث عن هذه الجسيمات الغريبة، مما سمح لنا بتحسين النماذج التي تنبأت بوجودها، كما يؤكد كريستوفر سميث. بتوليد مصادمات طاقة أعلى، يمكننا جميعًا الاستمرار في هذا" البحث، على وجه الخصوص بفضل هذه الملاحظة، شاركت فيروز مالك، من جامعة غرونوبل، عن طيب خاطر. حاولت الكشف عن وجود أبعاد إضافية في LHC، من خلال دراسة أزواج من الفوتونات عالية الطاقة، دون أن نضع أيدينا على ما كنا نأمل في العثور عليه، تعترف الفيزيائية. بالإضافة إلى ذلك، كلما زادت طاقة هذه الاصطدامات، زادت ضوضاء الخلفية، مما يجعل تحديد الشذوذ المحتمل أكثر صعوبة. " هذا هو السبب في أن هذه التجارب الأكثر تواضعًا، والتي تحاول هزيمة النموذج القياسي أو المعياري من خلال العديد من نقاط الدخول الأخرى، هي حقًا أنفاس من الهواء النقي بالنسبة لنا ".

تم العثور على هذا الحماس في السنوات الأخيرة في الأدبيات العلمية، والتي تزخر بنتائج التجارب المماثلة، التي جمعتها فرق صغيرة في وقت قصير جدًا. Guillaume Pigno غيوم بينو، ! في مختبر الفيزياء وعلم الكونيات تحت الذري، متخصص في الدقة العالية، يستخدم بشكل أساسي النيوترون (والذي يتطلب بالتأكيد مفاعل أبحاث نووي ليس مقعدًا مختبريًا تمامًا، بل بناء مختبر صغير بالفعل وأرخص بكثير من مصادم الجسيمات). بالإضافة إلى مساهمته في Murmure، عمل في مجال ذي صلة ورائع بنفس القدر: وهو البحث عن المادة السوداء أو المظلمة. في الواقع، هناك العديد من الأسباب التي تدفع الباحثين اليوم إلى تعقب هذه المادة المجهولة الماهية. سيكون هناك مرشحًا جيدًا للمادة السوداء أو المظلمة. يقول غيوم بينوGuillaume Pigno: "ستكون النيوترونات قادرة - في حالات نادرة وعندما يتم دفعها هناك عن طريق تطبيق مجال مغناطيسي قادرة لتتأرجح من الحالة المعتادة إلى حالة النيوترونات المرآة". ثم نحاول بعد ذلك اكتشاف مثل هذه الأحداث في التجارب التي هي نوعاً ما تشبه النفخة ". الفكرة هي استخدام شعاع من النيوترونات ومحاولة مشاهدة الاختفاء بعفوية من هذه الجسيمات في وجود مجال مغناطيسي: وبواسطة جهاز بسيط وفعال وقابل للتحقيق بتكلفة منخفضة مرة أخرى.

ومن جانب جامعة واشنطن، هناك فريق صغير آخر - تضمنت دراسته الأخيرة 5 باحثين - يحاول منذ عام 2007 تكرار تجربة مماثلة لتجربة كافنديش، مما يجعل من الممكن تحديد قيمة ثابت الجاذبية.. مسلحين بمعدات دقيقة جيدة تكون قياسية في أي مختبر، يسعون جاهدين لضبط القياسات لتحديد مدى تأثير ثابت الجاذبية اللامتناهي في الصغر.

تجربة لا تفشل حقًا أبدًا:

بالنسبة إلى غي تيروين Guy Terwagne، في نامور، "تُظهر هذه السلسلة من التجارب أنه لا يزال بإمكاننا القيام بفيزياء الجسيمات على جميع المستويات". باختيار عدم اختبار النظرية ككل بعد الآن، كما هو الحال في مسرعات الجسيمات، ولكن ببساطة اختبار التأثيرات المستهدفة التي تنبأت بها نماذج معينة، يضع المجربون قيودًا صارمة بشكل متزايد على الأخيرة، تاركين المنظرين للقيام بذلك. وهو أمر غير محتمل أكثر فأكثر مع انخفاض النتائج، بينما يظهر البعض الآخر أكثر قوة. لذا فإن التجربة لا تفشل أبدًا. حتى عندما لا يتم تحقيق هدفها النهائي حقًا، تظل نتائجه وبروتوكول ffi قابلين للاستغلال "، مع تقرير مخاطر المنفعة الممتازة "، يؤكد! المنظر باتريك بيتر، مدير الأبحاث في المركز الوطني للبحوث العلمية والفيزياء الفلكية في معهد باريس للفيزياء الفلكية:" على عكس أخواتهم الهادرونات العملاقة، لن يكون الأمر خطيرًا إذا لم يكن هناك تأثير غريب. من خلال هذه التجارب، نظرًا لتكلفتها المنخفضة للغاية. من ناحية أخرى، إذا وجدنا شيئًا ما، يمكن أن يؤدي إلى ثورة مفاهيمية حقيقية! "

لم يتم الفوز بالمعركة حتى نكتشف أخيرًا ما يكمن وراء النموذج القياسي أو المعياري. لكن الآن أصبح جيشًا حقيقيًا من جنود المشاة يسيرون جنبًا إلى جنب مع آلات الحرب مثل LHC. معرفة أن اختراقًا طفيفًا في دفاعات العدو يمكن أن يكون كافيًا لإخلال فهمنا تمامًا لــ اللامتناهي في الصغر.  الباحثون يتجهون الآن إلى المعدات الموجود من بينها (مفاعل الأبحاث BR2 المستخدم في مشروع Murmure). ينحرف النموذج القياسي بعيدًا جدًا عن المسار اليساري. هذه واحدة من المشاكل الكبيرة للنموذج القياسي أو المعياري: في حين أن جميع الجسيمات يمكن أن توجد نظريًا في نسختين- اليسار واليمين في لغة الفيزيائيين - بعض النيوترينوات لوحظ فقط في نسختها اليسرى. نتيجة مؤسفة، بالنظر إلى أن مثل هذا الانتهاك للتناظر ليس له سبب للوجود بالنسبة للمنظرين. من أجل استعادة التوازن، تخيلوا بعد ذلك عائلة أخرى من الجسيمات اليمنى، والتي من شأنها أن تعيد التوازن - هذا هو أصل مادة المرآة، التي يصعب اكتشافها لأنها لن تتفاعل مع جسيمات النموذج.

 

إعداد وتحرير وترجمة د. جواد بشارة

 

ملحق"4"

ما معنى " التكنولوجيا"؟

المقطع الأول "تكنو" تعني المهارة أو الفن، والمقطع الثاني "لوجيا" وتعني دراسة أو علم، وكلمة تكنولوجيا مجتمعة علم المهارة، وعلم التطبيق، أو علم المهارة الفنية، أي أنها تقوم بأداء الأعمال بناء على خطط مسبقة، تؤديها بكل مهارة وإتقان لكي يكون عملك غير مكرر فالتكنولوجيا تعني التميز .

اما "الرقمية"

معناها تقنية تتمحور حول وسائل التواصل الاجتماعي والاعلام الالكتروني ويسمى كذلك الرقمي اي "التطبيقات" ، البيانات الكبيرة والرسوم والطباعة ثلاثية الأبعاد والسحابة والزوم والبريد الالكتروني وكل ما يتعلق بالاتصالات والمعلومات عبر التراسل المباشر وغير المباشر والنشر والطباعة الرقمية "الطباعة الالكترونية" وتخزين البيانات والمعلومات وارشفتها عبر الانترنيت .ويمكن اختصار كل ذلك باحد المصطلحين : "العالم الرقمي" او "عصر المعلوماتية" .

نحن الان فعلا رغم تباين واختلاف المستويات الثقافية والعلمية للبلدان بعصر المعلوماتية ، لا يمكن لنا الاستغناء عن ادواته التي اختصرت المسافات والوقت والتخزين والتراسل وغيرها من ضرورات الحياة اليومية اثناء اداء العمل او خارجه باوقات الفراغ .

انه عصر التقنيات الجديدة والتكنولوجيا "الرقمية" الجديدة لدرجة لا يمكننا الاستغناء عن اداواته او وسائطه وهما : الموبايل والكمبيوتر وتفرعاتهما كاللوحي والاي فون وسواها من الوسائط الرقمية التي اصبحت من مسلتزمات حياتنا المعاصرة .

التكنولوجيا الرقمية دخلت تقريبا بجميع مقتنياتنا المنزلية والشخصية لانها غير مقتصرة على الموبابل والكمبيوتر الاداتين الرئيسيتين للعالم الرقمي ، كالادوات المنزلية والكاميرات "دكيتال" والفيديو الرقمي والافلام وأدوات التصوير السينمائي وطرق العرض والمؤثرات البصرية المرتبطة بالاعلام المرئي وسواها مما انتجته التكنولوجيا الرقمية في عصرنا "عصر المعلوماتية" .

وبما ان تلك التكنولوجيا اصبحت متداولة بدون حدود فاننا نستعملها بشكل يومي دون التفكير بما توفره لنا من سهولة وديناميكية وسرعة وقوة اداء ودقة كاننا قد اعتدنا عليها مسبقا دون البحث عن خفاياها التي تبعدنا اكثر واكثر عن مجاراة تطورات عصرنا الذي توفره التكنولوجيا الرقمية . وما زلنا نقف في الصفوف الخلفية لاستكشاف هذا العالم الجديد الذي لا يتجاوز عمرة اكثر من ثلاثة عقود . واستخدامنا لمنتجاته دون المشاركة بابتكاراته او الدخول بعمليات التصنيع التي ترفد تطوراته المستمرة ولا تكاد تمر الساعات الا ونحن على موعد مع اكتشافات وتطورات جديدة تفوق سابقاتها سواء على مستوى التصنيع او الاداء او السرعة والدقة .

السؤال موجه للمعنيين في دولنا العربية الى متى نقف في الصفوف الخلفية لتطورات عصرنا؟ كمتفرجين ومستخدمين دون ان نشارك مشاركة حقيقية بتطوير وانتاج تلك التقنيات التي بدأت منذ اكثر من عقد ترسم الملامح الحقيقية للمستقبل ؟

بينما تشهد دول اسيا تنافسا محموما على دخول اسواق صناعات التكنولوجيا الرقمية بواسطة ابتكاراتها وصناعاتها وسهولة استخدامها في كافة شؤون الحياة على قدم المساوة مع كبرى الشركات التكنولوجية العالمية في الغرب .

نحن في الوطن العربي في الواقع لسنا سوى متفرجين ومستهلكين للصناعات والتكنولوجيا الرقمية بعد ان فاتنا اللحاق من قبل بالثورة الصناعية الكبرى التي اجتاحت العالم بداية ومنتصف القرن الماضي؟ وها نحن الان وبعد اكثر من ثلاثة عقود على الثورة الجديدة نقف في نفس المكان في الصفوف الخلفية لهذه الثورة التي غيرت طرق تفكيرنا واساليب العمل والانتاج كمستهلكين دون المشاركة الحقيقية على مستوى التصنيع والانتاج والابتكار .

لا احد يلام بالتأكيد في تخلفنا ماضيا وحاضرا سوى سياسيينا وانظمتنا القمعية الغارقة بالفساد والتخلف . تكرر نفسها منذ اكثر من قرن بهيئة اديولوجيات غير قابلة للنقد والتقويم والتطور او دينية وطائفية اكثر تخلفا، تعاني من نفس الامراض منذ اكثر من قرن . وازاء هذا الواقع السياسي والانظمة القمعية المتعاقبة لا غرابة ان تكرس تلك الانظمة الفساد والتخلف او ان نجد انفسنا في الصفوف الخلفية للاحداث والتطورات والثورات الاجتماعية والثقافية والتكنولوجية .

لهذا انا من دعاة ترسيخ مبدأ "التعليم المدمج" ويعني التعليم التقليدي "الكلاسيكي" مع التعليم الالكتروني "الرقمي" بوقت مبكر من الدراسة قبل المتوسطة لانه سيكون من الصعب ايجاد وظائف او اعمال للفروع العلمية والادبية او المهنية لمن لا يجيد التعامل مع الكمبيوتر او العالم الرقمي وتقنياته وبرامجه . وتنمية الذهن والقدرة على التعامل مع المشكلات التقنية للمنتجات والصناعات الرقمية اوالبرامج الجديدة "المستحدثة" او "المطورة" .

قيس العذاري

22.2.2021

...................

توضيح :

هناك اشكالية واضحة في التعريف بالمصطلحات الاجنبية المكونة من مقطعين او اكثر والسبب ان كل مقطع له معنى يختلف عن المقطع اللاحق والمصطلح المكون من مجموع المقاطع له معنى اخر يختلف عن معاني المقاطع المكون منها . لذا دائما ما يحدث الالتباس لدى الدارسين والباحثين في استخدام المصطلحات الاجنبية المكونة من دمج مقطعين او اكثر ، والطريقة الصحيحة لاستخدام مثل هذه المصطلحات في الدراسات والبحوث شرح معنى كل مقطع ومن ثم المصطلح المكون منها لكي لا يحدث سوء فهم او الالتباس باستخدام المصطلحات الاجنبية في الدراسات والبحوث .

هناك مراجع عديدة وموسوعات متخصصة بشرح المصطلحات الاجنبية يمكن الرجوع اليها للوصول الى الدقة العلمية اللازمة لاستخدام المصطلحات الاجنبية في الدراسات والبحوث .

والابامكان استخدام خانة البحث search ووكبيديا فهما اكثر دقة في البحث عن معاني المصطلحات المؤلفة من مقطين او اكثر او المصطلحات المركبة .

 

 

الصفحة 1 من 4

في المثقف اليوم