في البداية كان هناك ظلام
وبعد ذلك إنفجار
نشأ منه كيان لا يتوقف عن التمدد
من الزمان والمكان والمادة
والآن .. أنظر لأبعد مما كنا نتخيل
خارج حدود وجودنا
في مكان نُسميه الكــــــــون
.. مندفعاً عبر الفضاء
الضوء ، هو أسرع شئ يتحرك بالكون
من الممكن أن يدور حول الأرض سبعة مرات فى ثانية واحدة
.. بينما يصل إلينا من مسافات بعيدة
فإنه يكشف معه تاريخ الكون
نستطيع النظر إلى الوقت الماضي
يسافر الضوء بسرعة 186 ألف ميل / ثانية
وسرعته ، هي السرعة القصوى
لا شئ يمكنه التحرك أسرع
لا شئ أبداً ،على الاطلاق يكسر حاجز هذه السرعة
لكن هل هذه الإجابة نهائية ؟
هل لمركبات الفضاء أن تسافر يوماً أسرع من الضوء ؟
هل هذا يستحق المحاولة ؟
إن مجرد عدم المحاولة يعتبر .. إستسلام
! ربما لن نلمس ذلك أو نشعر به
إنها كمية نظرية ولديها تأثير هائل
معدل الحركة فى صميم كل الوجود
الثابت الكوني الأساسي الوحيد
ما نسميه سرعة الضوء
ترجمة : رامي أحمد www.facebook.com/ArabTranslators
الكــــــون " سرعة الضوء "
.. على كوكب الأرض حيث أن تزايد السرعة أمر مُلح
.. أسرع البشر ، والمركبات ، والتقنيات
يبدو أنها تزحف فى كون ينتصب فيه الضوء ملكاً
أكثر من كونه ملكاً ، سرعة الضوء هي حجر الأساس التى بُني عليها كامل الكون
.. هناك قول شائع فى الفيزياء
إن سرعة الضوء ليست مجرد فكرة جيدة ، إنها القانون
إن سرعة الضوء هى أحد أهم حدود السرعات في الكون بأكمله
.. سرعة الضوء ، 186 ألف ميل / ثانية
شيء هائل
ما يعني أن الضوء إذا سافر حول الأرض في دائرة
من الممكن أن يُطوق الأرض سبع مرات في ثانية واحدة
هذه سرعة مذهلة
هذه السرعة المذهلة هى أول ما نواجهه عند دراسة ظاهرة الضوء
.. والقول بأنه سريع تصريح غير حقيقي بالمرة
أمر مذهل بالنسبة لي حين أتحدث في هاتفي
يمكنني التحدث بوضوح إلى شخص ما عبر البلاد
ولا أعطى إعتباراً لأى تأخير بالوقت
.. وتلك الاشارة التى تذهب من هاتفي إلى برج ما
ثم لأعلى إلى قمر صناعي ، نزولاً إلى الأرض .. يبدو أمراً لحظيًا
.. لذا ، نعتبره حقاً كأمر مسلم به
أن سرعة الضوء تقريباً لا نهائية بالنسبة لنا
بروفيسور كليفورد جونسون فيزيائى بجامعة ثاوثرن ، كاليفورنيا
مولع بركوب الدراجات
.. يدور فى مسار
محاولاً إجتياز مسافة الـ 186 ألف ميل التي يقطعها الضوء فى ثانية
سوف يجد على أي حال أن محاولته لن تفلح
لكي أسافر المسافة التي يقطعها الضوء في ثانية واحدة
سوف أستغرق 22 شهراً على دراجة
تتحرك بسرعة 12 ميل بالساعة لمدة 24 ساعة يومياً
.. ولكن سرعة الضوء بالنسبة لسرعة الحياة
تجعل عالمنا يعمل تماماً كما نتوقعه
أحد الأثار المفيدة للبشرية .. لأن تكون سرعة الضوء بهذه السرعة التي نعرفها
أن ما تراه هو ما تحصل عليه
سرعة الضوء ، تجعل من كل التجارب اليومية فورية ولحظية
حين يُضاء المصباح فأنت تراه مباشرة
أي شئ يحدث حولك ، تسجله مباشرة
.. وثمة تجربة محددة تبلور بوضوح
أن الضوء يسافر أسرع من أي شئ آخر ، بما فيها الصوت
أحد النتائج المثيرة للسرعة الهائلة
التى يسافر بها الضوء أنك تستطيع رؤية وميض البرق
بشكل فوري ولحظي
لكنك تسمع الرعد بعد ذلك بفترة
لكن سرعة الضوء ، لها حدودها
حين تتعامل مع مكان ضخم مثل الكون
نعتقد بأن سرعة الضوء هائلة جداً على المقياس البشري
ورغم ذلك ، على المستوى الفلكي فإنها تمثل عائق كبير لنا
ومن الساخر أنه حين أُطلقت مركبة أبوللو إلى الفضاء
مسافرةً بسرعة مذهلة قرابة 25 ألف ميل / ساعة
ثَـبَتَ بشكل محبط بُطء سرعة الضوء
حين جاء الوقت لمحادثة رواد الفضاء عن بُعد 236 ألف ميل على سطح القمر
لذا ، حينما كان رواد الفضاء على القمر
"وسأل الناس "نيل أرمسترونج
"أهلاً نيل .. كيف الحال عندك"
إستغرق الأمر بضع ثوان بين "النداء والإجابة من "نيل أرمسترونج
"نيل" .. معك "هوستون" هذا إختبار للصوت .. إنتهى
نعم ، تم الاستلام هوستون الصوت عالٍ وواضح
تأكيد الإستلام
وهذه الثوان القليلة
لم يستغرقها للتفكير في الإجابة
لكن لأن الأمر يستغرق 1.3 ثانية
لسفر الإشارة بسرعة الضوء حتى تصل إلى "نيل" من غرفة المراقبة
و 1.3 ثانية أخرى لعودة الاشارة فى الاجابة
بإستخدام أشعة الراديو للعودة
وهذه الـ 2.6 ثانية تُستهلك في المسافة بدون تفكير
حسنـاً
الـ 1.3 ثانية التي يستغرقها الضوء للسفر من الأرض إلى القمر
وقت يسير مقارنةً بأجرام سماوية أخرى
الضوء الصادر من الشمس إلى القمر مباشرة
يستغرق أكثر من 8 دقائق للوصول إلى الأرض
.. إذا قـُدر للشمس أن تختفي الآن
إذا ما تخيلنا أنها إنتهت فجأة
سوف يستغرق الأمر 8 دقائق قبل أن نعلم حتى بهذه الكارثة
ورؤية آثار إختفاء الشمس
وحدود سرعة الضوء
لها أيضاً تحدٍ خاص فى التواصل مع مركبات الفضاء البعيدة
يستغرق الأمر 44 دقيقة لسفر الإشارات ذهاباً واياباً
لمركبات إستكشاف كوكب المريخ
وأكثر من 3 ساعات لـ "كاسينى" عند زُحل
"وأكثر من 29 ساعة لـ"فوياجر المركبة الأكثر بُعداً عنـا
وهى الآن تحلق خارج مجموعتنا الشمسية
ولاتزال هذه المسافات تافهة على المقياس الكوني الكبير
يمكننا بالكاد إستيعاب 10 مليارات ميل تفصل الأرض عن فوياجر
لكن ماذا بعد ذلك ؟
أقرب النجوم لنا هو قزم أحمر "يُدعى "بروكسيما سينتورى
يبعد عنا قرابة 25 تريليون ميل
هذا يعني 25 متبوعة بـ 12 صفراً
.. دائماً ما أسأل سؤالاً
كيف يمكن للفلكيين إستيعاب هذه المسافات الكبيرة ، هذه الأرقام الكبيرة
والحقيقة أنه لا يمكنني
إن العقل البشرى عادة لا يتعامل مع أرقام بهذه الضخامة
.. من حين لآخر ، أحاول كتابة
كم عدد الأصفار لمسافة بالكليومترات تفصلنا عن مجرة ما
! فقط لرؤية كم هذا الرقم كبير
لكن حقيقةً ، وبالطبع كفلكيين
سوف نستغرق طوال اليوم في كتابة الأصفار
إذا لم نمتلك أداة أفضل لإستخدامها
وهنا نستخدم .. السنة الضوئية
السنة الضوئية هى مسافة 6 تريليون ميل تقريباً
إنها المسافة التي يقطعها الضوء في عام كامل
إستخدام السنة الضوئية لوصف المسافات
يفتح بُعداً جديداً لعنصر السرعة الضوئية
"فكر بذلك .. "سيريس النجم الأكثر سطوعاً بالسماء
يبعد 8.6 سنة ضوئية
هذا يعني أن ما نراه ليس حالته الآن
بل حالته منذ 8.6 سنة مضت
"كما نرى النجم الساطع "فيجا كما كان حاله منذ 25 سنة
"والأحمر العملاق "بيتلجيوس كما كان حاله منذ 500 سنة
إنها هبة رائعة من الطبيعة
لأن الضوء يستغرق وقتاً في السفر حيث نستطيع النظر إلى الماضي
كلما نظرنا إلى مسافات أبعد كلما إقتربنا أكثر من الماضي
لم نكن لنعلم أى فكرة عن تاريخ الكون
إذا كان الضوء يسافر بشكل فوري
"لورا دانلى"
"المشرفة على "مرصد جريفيث "التاريخي بـ "لوس أنجلوس
مع قدرة الضوء لأخذنا إلى الماضي
تقوم بتركيب بعض الصور
والتى تخبرنا بقصة سرعة الضوء الكونية في لقطات
تنظر إلى ماضي الوقت عند بدايته
منذ أكثر من 13 مليار عام مضى على يومنا الحالي
أنا أقوم بوضع سِجِل قُصاصات لتاريخ عائلة مجراتنا
وقد عملت على كل المجرات التي تستطيع أن تراها تليسكوباتنا
إلى أقصى حد يمكننا العودة إليه بهذه التليسكوبات
كل صورة فى هذا الألبوم .. تعرض صورة للكون
فيما مضي من الزمن مكافئا لعدد السنين الضوئية التي قطع بها الضوء هذه المسافة
سديم السرطان" الشهير" منذ 6500 سنة
" قلب المجرة " مركز مجرتنا درب التبانة
منذ 26 ألف سنة
ومجرة أندروميدا الجارة المباشرة لمجرتنا
هذه صورتها منذ 2.5 مليون سنة
هذا كأنه بالأمس على المقياس الكوني العظيم
أحب هذا العنقـود
بالنسبة لـ 90 % من هذه الصور التي تنظر إلى الماضي
يمتلئ الألبوم بمجرات شائعة
نعم هي شائعة .. لكنها متنوعة بشكل مثير
.. هاتان المجرتان تتصادمان
يمكنك رؤية إحداهما تذهب مباشرة في تصادم مع الأخرى
وهناك إثارة كبيرة فى طريقة تكون المجرات
وفي الطريقة التي تتفاعل بها مع بعضها البعض
حسناً ، هذه الصورة تبعد قرابة 500 مليون سنة ضوئية
بينما تضع دانلي كل صورة في ألبومها
تبدأ صورة أكبر فى الظهور
المجرات البالغة كانت أكثر المجرات تطورا عبر الـ 12 مليار عام الماضية
لكن الكون أيضاً لديه صوراً لطفولته
تُظهر المجرات عندما كان الكون فى مَهْدِه
هذه حقاً مجرات مثيرة جدا للإهتمام تبعد عنا قرابة 11 مليار سنة ضوئية
.. هذه المجرات المضغوطة
تظهر وكأنها طفل لديه 2 أو 2.5 عام
بالكاد يتعلم كيف يمشي
لكن حتى هذه المجرات لديها أخوة وأخوات أصغر منها
"هذا المنظر المثير يُظهر "عدسة الجاذبية
وهي عنقود من المجرات يبعد عنا 2.2 مليار سنة ضوئية
تجعل الضوء يلتوي .. سامحاً لنا بالنظر إلى مسافات أبعد عبر الفضاء والوقت
تُظهر العدسة بقعة صغيرة
تظهر كأحد المجرات الكونية الناشئة التي نستطيع رؤيتها
على حالتها منذ 13 مليار سنة مضت
إنها مازالت طفل فى الكون المتنامي
حينما كانت المجرات في طور التكوين
لم تمتلك حقيقةً أي خصائص مميزة لها
كانت مجرد بقع بالكون ولم يكن لها بنية مميزة
كان الكون بأكمله مجرد بقع صغيرة في بداية نشأته أيضاً
وما نراه من هذا الزمن هي أشعة الضوء الأولى بالتاريخ
.. تصل إلينا الآن فقط
منذ 13.7 مليار سنة بعد إنطلاقها إلى الوجود
ونرى ذلك فى صورة الشفق الناتجة بعد الإنفجار العظيم
وهى تُعرف اليوم بـ خلفية الإشعاع الميكرويفي الكونية
خلفية الإشعاع الميكرويفى الكونية هي أبعد شئ يمكننا رؤيته
إنها بشكل ما تمثل طفلاً فى مهده
صورة السماء الكاملة لناسا تكشف جلياً التماثل في كل مكان نراه بالكون
الكون بحالته البدائية مباشرة بعد ميلاده
لكن هنا تماماً تتعثر رؤيتنا قليلاً
ما يمكننا رؤيته بالكون محدود
ليس بحجم أو قوة معداتنا
بل بفعل عائق سرعة الضوء نفسها
كيف يمكن لأسرع شئ بالكون أن يصيبنا بالعمى في رؤية فضاء لانهائي ؟
العلم بأن سرعة الضوء تساوي 6 تريليون ميل / سنة
يجعلنا نختزل بشكل جيد الحديث عن مسافات هائلة في الكون
لكن يجدر العلم بأن سرعة الضوء
وهى 6 تريليون ميل بالسنة أمر بالغ الثبات
إن سرعة الضوء غاية في الثبات
في حين أن الكون يغير كل شئ حقيقة
لكنك لا ترى الضوء يسير بسرعة مختلفة أبداً
لذا ، فالضوء هو عصا القياس المثلى لكل شئ بالكون
وحقيقةً ، فإن ثبات سرعة الضوء
يُنتج أداة مثالية لقياس المسافات في هذا الكون المتسع
"هذه الأداة تُدعى "الإزاحة الحمراء
وهى تحدث بسبب أن الضوء يسافر بين المجرات بسرعة ثابتة
وعندما يتمدد الفراغ بين المجرات
فإن الضوء المتحرك بينهم يتمدد
متحولاً إلى اللون الأحمر
بينما يتحرك الضوء من مجرة إلى اخرى
من مجرة بعيدة إلى مجرتنا مثلاً
فإن الضوء يتمدد عبر الفراغ المتمدد
وهذا يجعل ضوء ذات طول موجي قصير كاللون الأزرق
يتحول تدريجياً إلى لون ذات طول موجي أطول يميل إلى الإحمرار
وهذا هو السبب الأساسي فى رؤيتنا للإزاحة الحمراء في طيف المجرات
كيف تتحول ظاهرة الإزاحة الحمراء إلى أداة لقياس المسافات ؟
ذلك بفضل إكتشاف مذهل تم عام 1926
في "مرصد جبل ويلسون" خارج لوس أنجلوس
لطالما كان التواجد هنا بمرصد ويلسون أمر مثير بالنسبة لي
لأن في هذا المكان تحديداً تغيرت نظرتنا عن الكون كلياً
في هذا المكان إكتشف "أدوين هابل" أن الكون يتمدد
وكان هذا إكتشافاً مذهل ولم يكن يتوقعه
لم يعتقد أي أحد بأن هذه هي الحقيقة وقد غير ذلك كل شئ
بمشاهدته للإزاحة الحمراء بكل مكان
وجد هابل أن كل المجرات بالكون كانت تتحرك بعيدة عن بعضها البعض
والذي نعرف الآن أنه يحدث بسبب تمدد الفضاء نفسه
.. عندما نراها من الأرض
لا تبدو المجرات بأنها تتحرك بعيداً
لكننا نعلم أن هذا بسبب الإزاحة الحمراء للضوء الصادر منها
المجرة التى تبتعد فى سرعة منخفضة ينزاح ضوؤها قليلاً نحو الإحمرار
والمجرة التى تتحرك بشكل أسرع ينزاح ضوؤها أكثر نحو الاحمرار
وقد إكتشف هابل بأن هذه المجرات التي تتحرك أسرع هي الأكثر بعداً عنا
ما يعني أنه كلما زادت الإزاحة الحمراء
كلما كانت المجرة بعيدة عنا
بحساب مدى سرعة تمدد الكون
وعمل الحسابات الرياضية العكسية
إستطاع علماء الفلك حساب عمر الكون
وبوضع سرعة الضوء فى الحسابات يظهر إستنتاج غريب على العقل
الكون مكان بالغ الضخامة لذلك فالوقت الذي يستغرقه الضوء في السفر مهم جداً لنا
نحن نؤمن بأن الكون نشأ منذ قرابة 13.5 مليار سنة
وهذا يعني أن أبعد مكان .. ننظر إليه في كل الاتجاهات
يبتعد عنا بـ 13.5 مليار سنة ضوئية
لم يكن هناك وقت كافي للضوء للسفر عبر مسافات أطول
"وهذا ما ندعوه "الأفق الضوئي
كرة يبلغ قطرها 13.5 مليار سنة ضوئية في كل الاتجاهات
تحتوي على كل شئ يمكن أن نراه
لكن هنا تأتي الغرابة فى الأمر
هل الفضاء ينتهي عند ذلك ؟
ليس لدينا سبب كي نؤمن بأن كل ما نراه هو الحجم الكامل للكون
في الحقيقة ، ربما الكون أكبر كثيراً مما نراه
ما نراه يرتبط بوقت سفر الضوء فقط
هذا كل ما نراه ، هذا هو أفـُقنـا
لذا ، فكر في هذا اللغز
.. الفلكيين فى مجرة أخرى .. عند حافة الأفق الخاص بنا
لا يمكنهم رؤية أي مجرات عند الحافة الأخرى لأُفقنا
.. لكنهم قد يروا مجرات أخرى
تبعد 13.5 مليار سنة ضوئية في الإتجاه الآخر
وكذلك الفلكيين عند حافة الأفق الخاص بهم
.. وهكذا وهكذا ربما حتى اللانهاية
لذا فإن الفلكيين على كوكب الأرض محصورين بفعل سرعة الضوء
إذا سألنا ماذا يحدث وراء الأفق الخاص بنا
فإننا نواجه حقيقة أن سرعة الضوء تمثل عائق حقيقي
إننا لم نرى قط أي شئ وراء الأفق الخاص بنا
هل من الممكن أن نكتفي بأن لدينا الكثير لنراه داخل الأفق الضوئي الخاص بنا ؟
" هذه اللقطة المثيرة هي " المجال فائق العمق من تيليسكوب هابل الفضائى
إنها صورة مفصلة للغاية لمساحة من السماء
أصغر مئات المرات من مساحة القمر كاملاً
تحتوى على 10 آلاف مجرة
بعض منها يندفع ضوؤها نحونا منذ 13 مليار سنة
ووراء ذلك تظهر خلفية الإشعاع الكوني
بعد 400 ألف عام من الإنفجار العظيم مباشرة
في هذه الصورة الملونة لناسا
يظهر الإشعاع بلون أخضر نقي
ويكشف عن إنتظام توزيع المادة
وتختلف درجة الحرارة فقط بمعدل 1/50000 من الدرجة
لا شئ فى التجارب البشرية يقترب أبداً من هذا النوع من التماثل
في الواقع ، يعتقد العلماء بأن الكون لابد أن يكون مختلف تماماً
بالمناسبة ، لابد أن يكون الكون متبايناً
إذا نظرت في هذا الإتجاه وفي الاتجاه المعاكس
من المفترض أن ترى تركيز مختلف تماماً للمادة
درجات حرارة مختلفة
لكن المشهد متماثل تماماً
لذا ، نحن في لغز كبير
.. تمتد جذور هذا اللغز
عند ميلاد الكون بالإنفجار العظيم
إذا كان كل شئ طار بعيداً منذ البداية
لم لا يكون المشهد متماثل ؟
لا يوجد نوع من الإنفجارات المعروفة يؤدى إلى مثل هذا التماثل
إذا تخيلنا إنفجاراً عادياً
كقنبلة ذرية ، أو قنبلة تى ان تى
لا يُنتج هذا التماثل أبداً
.. بل إن هناك شظايا تتطاير هنا
قطعة من الورق تتطاير هنا وقطعة أكبر من الحديد هناك
لابد أن يكون الحدث غير متماثل
.. لذا يعتقد العلماء بأن خلفية الإشعاع الكوني
من المفترض ألاّ تظهر بهذا اللون الأخضر النقي
ويمكننا معرفة السبب أكثر فى محل دهانات عادي
دعنا نتخيل كون يحتوي على علبتين مختلفتين من الدهان
في هذا الكون الإفتراضي من الألوان
لدينا علبة من الدهان الأصفر وعلبة أخرى من الدهان الأزرق
وفي اللحظة الأولى من الإنفجار العظيم
بدأت العلبتين بالتباعد عن بعضهم البعض
في عالمنا الإفتراضي هذا سيظهر أحد الجوانب باللون الأصفر
والجانب الآخر باللون الأزرق
لكن وكما تعلمنا .. أن الكون يبدو أخضر
سواء في حالة الدهانات أو في حالة الكون الحقيقي
لونيّ الدهانات تمثل جسيمات مختلفة في الكون المتطور
لكي تنتهى بلون أخضر مثل خلفية الإشعاع الكونية فلابد أن يتلامسا
لكن حين قدر العلماء سرعة الإنفجار العظيم
إستنتجوا بأنه قد فصل كل شئ أسرع من سرعة الضوء
ما يعني أن الأزرق والأصفر كانوا متباعدين تماماً
ولم يحدث الإختلاط بينهم عند هذه اللحظة
رؤية الكون بهذا الشكل من التماثل سيبدو غريباً جداً
إنه يشبه أن تأخذ اللون الأصفر وتصبه ، لكنك تجده أخضر
ثم تاخذ اللون الأزرق وتصبه وتجده كذلك لون أخضر
هذا مستحيل
هذه المعضلة من الممكن أن تُحل
"عن طريق نظرية عملت عليها تُدعى "التضخم
وهي حيلة على الإنفجار العظيم
التضخم هي نظرية واسعة القبول
.. تجعل نظرية الإنفجار العظيم تعمل
بدون الحد الذي فرضته سرعة الضوء
الطريقة الأخرى التي قد يعمل بها الأمر
أنه لربما كوننا تمدد فقط بهذا البُعد
وكان لدى علبتي الدهان الوقت الكافي للإختلاط
ويصبحوا أكثر تماثلاً عند اللون الأخضر
ذلك قبل أن يخضع الكون فجأة إلى تمدد هائل
والذى حدث أسرع من سرعة الضوء
هذا يتيح للون الأخضر الإنتشار في كامل الكون
إذا صحت هذه النظرية
فإن فترة التضخم هي في الواقع فترة الإنفجار العظيم التي لاحظناها
.. الإنفجار الآخر الذي حدث قبل هذا
كان إنفجار أصغر قليلاً
لقد كان مجرد مقدمة للإنفجار العظيم الحقيقي
حتى يومنا هذا ، فإن الكون يتمدد بسرعة كبيرة
والمجرات تبتعد عن بعضها بسرعة شديدة
ويبدو أن ذلك ينتهك السرعة القصوى للضوء
تمدد الفراغ بسرعة أكبر من سرعة الضوء
يضع حداً آخر لما يمكننا رؤيته من الأرض بينما تستمر المجرات بالإندفاع بعيداً عنا
المجرات القريبة نسبياً منا تلك التي نستطيع أن نراها بسهولة
تبتعد بسرعة متوسطة
وبالطبع ، المجرات الأكثر بعداً تتحرك بشكل أسرع
لكن تلك البعيدة عنا بشكل هائل
في الحقيقة .. فإنها تبتعد بسرعة أكبر من سرعة الضوء
ولذلك فتلك المجرات لن نستطيع رؤيتها أبداً
لأنها قد نشأت منذ زمن بعيد
بحيث لن يصل ضوؤها إلى هنا أبداً
ذلك لأن الفراغ يتمدد أسرع من سرعة الضوء
إذن فالفراغ نفسه هو إستثناء للقاعدة
يمكنه التمدد أسرع من سرعة الضوء
لكن كل شئ داخله يظل محاطاً بألبرت أينشتين ونظريته عن النسبية
ألبرت أينشتين هو المسيطر على الأمر
لا يمكنك كسر حاجز الضوء
نحن الفيزيائيين ، نستطيع تسريع الجسيمات
حتى 99.9999 % من سرعة الضوء
لكننا أبداً لم نكسر هذا الحاجز
لكننا لسنا فى حاجة إلى كسر هذا الحاجز لتجربة ظاهرة سرعة الضوء الغريبة
إذا كان الكون يلتوى ويتمدد بسرعة تُقارب سرعة الضوء
ماذا يحدث عندما نزيد من السرعة ونقترب من سرعة الضوء
.. بالنسبة لمعظمنا يبدو الضوء بسيطاً وغير معقد
أداة طبيعية من خلالها نرى الكون
رغم ذلك و عند التدقيق فى معناه العلمى
يبدو الضوء غريب وعجيب
الضوء هو شئ يمر علينا في كل التجارب اليومية
ورغم ذلك لدينا فهم ضئيل جداً عنه في الحقيقة
إنه غريب جداً
إن سرعة الضوء هي شئ يلتوي الكون بأكمله حوله كي يتلائم معه
يمكننا أن نفهم لماذا يلتوي الكون حول سرعة الضوء
بالإنضمام إلى الفيزيائى كليفورد جونسون" عند طريق الدراجات"
حيث تتنافس كرة تنس مع شعاع ضوئي
إذا قذفت جسم عادى ككرة التنس هذه
يمكنني إلقاءَها بسرعة ما وسوف تذهب إلى مسافة معينة
هذا هو مسار كرة التنس
حيث يلقيها جونسون أثناء وقوفه ثابتاً
وهي تسقط تقريباً عند منتصف المسار
بعد ذلك ، سيحاول إلقاء الكرة ثانية
لكن هذه المرة أثناء ركوبه للدراجة
وسنرى نتائج مختلفة
إذا ألقيت كرة التنس عند نفس السرعة أثناء ركوبي الدراجة
سوف تتحرك بشكل أسرع
لأنها ستساوى سرعة كرة التنس مضافة إلى سرعة الدراجة
ولذلك سوف تذهب أبعد
قارن بين التجربتين وستجد أن الإختلاف واضح
الكرة تذهب أسرع وأبعد حينما تلقيها من دراجة متحركة
ذلك واضح تماماً
والآن نضع الضوء في نفس الإختبار
مستخدمين كشاف الدراجة بدلاً من كرة التنس
إذا كنت واقف ثابتاً
وقمت بتشغيل كشاف الدراجة
هذا الشعاع الضوئي الذى يخرج من الكشاف
يخرج بسرعة الضوء المعروفة
ليس سرعة أخرى ، بل سرعة الضوء المعروفة
نفترض أن الضوء كان بطيئاً بشكل كافي كى نرى حقيقة حركته على الممر
وقد وضعنا علامة لمكانه بعد فترة من إنطلاقه
بعد ذلك ، يشغل جونسون الكشاف عند سرعة الدراجة
وهنا يحدث غير المتوقع
في نفس اللحظة من الوقت
يسافر الضوء تماماً نفس المسافة السابقة
بخلاف ما حدث مع كرة التنس
لا تُضاف سرعة الدراجة إلى سرعة الضوء
سرعة الضوء تبقى هي سرعة الضوء ثابتة
يسافر شعاعى الضوء نفس المسافة ، لأن سرعة الضوء ثابتة
ولا تعتمد على حركة المصدر
قد يتصادم هذا مع البديهة لكن هذه هي حقيقة الطبيعة
كل شعاع ضوئى بالطبيعة يسافر بسرعة ثابتة في الفضاء الفارغ
لا يهم كم سرعة تحرك النجم أو المذنب أو المجرة التي تُشعه
بعد إكتشاف العلماء لهذه الحقيقة في نهاية القرن التاسع عشر
قام ألبرت أينشتين بعمل الرياضيات اللازمة لها
وطَوَّر نظريته الخاصة عن النسبية
معتمداً على ثبات الضوء كمركز للنظرية
فهم سرعة الضوء يفتح لنا نافذة في فهم طبيعة المكان والزمان كما نفهمه الآن
نحن لا نعيش في عالَم صارم
حيث عصا القياس ودقات الساعة منتظمة تماماً
بل نعيش فى عالم أينشتاين المرن والمتغير
عالم نسبي من المكان والزمان
في التجارب اليومية
لا نشعر بتمدد الكون
لأنه وبالمقارنة مع سرعة الضوء فإننا نتحرك ببطء شديد
لكن حين تلوي السرعة تبدأ الأمور بالتغير
كلما تقترب أكثر وأكثر من سرعة الضوء
تحدث كل التشوهات العجيبة والغريبة
عندما نقول أن الكون لديه تلك الإنحناءات
بحيث تبقى سرعة الضوء ثابتة
من المدهش فعلاً أن يكون هذا حقيقي
بينما تقترب أكثر وأكثر من سرعة الضوء
يبدو وقتك وكأنه يبطئ
بالنسبة لمراقب يشاهدك من بعيد
! ذلك مدهش
حينما يدور كليفورد جونسون بالدراجة حول الممر
يحتاج أن يُضاعف سرعته قرابة 56 مليون مرة ضعف سرعته الحالية وهى 12 ميل بالساعة
وذلك كي يقترب من سرعة الضوء
ولنفترض أنه يستطيع
تخيل أنني أستطيع قيادة الدراجة بسرعة تقترب من سرعة الضوء
لا يهم إذا كان هذا ممكن أو لا
فقط تخيل أن هذا يحدث
.. فإن ساعتي ستكون بطيئة
بالمقارنة مع صاحب الكاميرا الذي يصورني
وإذا قمت بهذا لفترة كافية
فسوف يزداد عمري بشكل أبطء كثيراً من المُصوِّر على الأرض
لذا حين أنهى رحلتي على الدراجة
وأعود للتحدث إلى المصور
سوف يكون فعلياً أكبر كثيراً مما تركته
.. إذا كان هذا يبدو سحراً وليس علماً
فهناك دليل على ذلك يحدث معنا جميعاً كل يوم
مثال عظيم على نظرية النسبية لأينشتاين
و حقيقة أن الساعة قد تتحرك بالنسبة GPS إليك أكثر بطءً من ساعتك المتمثلة في نظام الـ
نظام تحديد المواقع العالمي
يسمح لنا بالقيادة دون أن نضل الطريق
" إتجه يميناً "
GPS يبدأ الـ بشبكة من 24 قمراً صناعياً
تدور حول الأرض على إرتفاع 12500 ميل فوق السطح
وفي أي وقت فإن الجهاز في سيارتك يستقبل إشارات من أربعة أقمار على الأقل
ويقارن أوقات سفر الإشارات بسرعة الضوء لحساب الموقع بدقة على الأرض
" تقدم 500 قدم ، ثم اتجه يميناً "
والأمر برمته يعتمد على الدقة الشديدة للساعات
وحينما صمم المهندسين ذلك النظام
كانوا يعلمون أن الأقمار الصناعية سوف تدور بما يقارب 7 آلاف ميل بالساعة
وهذه السرعة كافية لتبطئ من ساعتهم لكسر صغير من الثانية
وضع المهندسون في الحسبان جميع فروق التوقيت النسبية في النظام
مما أعطاه دقة بالغة
إذا كانت الساعات بالأقمار الصناعية تدق بمعدل مختلف
عن تلك الساعات هنا على الأرض
ولم تأخذ ذلك بالإعتبار
فسوف تحصل على إجابة خاطئة لمكان سيارتك
تقدم ميل واحد " " جهة الوصول عند اليسار
تشوه الوقت هو واحدة من النتائج الغريبة للسفر بالقرب من سرعة الضوء
.. على الدراجة عند الممر
يستمر كليفورد جونسون في الدوران عند الحافة
بينما يبدأ الفراغ بفعل أشياء غريبة له ولدراجته
تخيل أنني على الدراجة مرة أخرى متحركاً بالقرب من سرعة الضوء
فإن المراقب الذى ينظر إلي سوف يرى في الواقع
أن طول الدراجة بالاتجاه الذى أتحرك تجاهه يبدأ بالانكماش
سيرى أن الدراجة يقصر طولها
"وهذا التأثير يُسمى "إنكماش الطول
ويرى المراقب الثابت هذا التأثير .. ويرى أيضا تأثير تمدد الوقت
حين ينظر إلى شخص يسافر بسرعة تقترب من سرعة الضوء
لكن بروفيسور جونسون لديه فرصة خاصة لرؤية تأثيرات غريبة للضوء
بينما تقترب سرعته من سرعة الضوء
تتغير نظرته إلى الكون بشكل كامل
ما أراه أمامى مباشرة بينما أتحرك بسرعة تقترب من سرعة الضوء
أن الأشكال التي أمامي تتشوه بالمقارنة بمنظرها الطبيعي
كل شئ يلتوي على شكل النفق
والألوان تتشوه بطرق مختلفة
"تغيرات الألوان تحدث بسبب "تأثير دوبلر
"وتشوه الأشكال بسبب ظاهرة تسمى "الإنحراف
التشوه هو شئ شبيه لما يمكن أن تراه إذا كنت تقود عبر عاصفة ممطرة
.. إذا كنت ثابتاً
ونظرت إلى خارج النافذة سوف ترى المطر ينزل مستقيماً لأسفل
بينما إذا كنت تتحرك عبر العاصفة
فقد تلاحظ أن المطر يبدو وأنه يميل تجاهك كنتيجة لحركتك
وهذا يشبه ظاهرة الإلتواء التي تحدث حين تسافر بسرعة قريبة من سرعة الضوء
تجاه الأجسام التي أمامك
في الواقع ، لسنا فى حاجة للسفر بسرعة تُقارب سرعة الضوء
لنجرب هذه التشوهات التي تحدث بفعل الحركة خلال الزمان والمكان
لأنهم معنا في كل دقيقة باليوم
كل التشوهات التي تحدث كنتيجة لسرعة الضوء
لاتزال تحدث في تجاربنا اليومية وفي كل يوم من حياتنا العادية
لكن هذه التأثيرات صغيرة جداً حتى نشعر بها
مازال لسرعة الضوء خدع أُخرى في عالمنا المتحرك ببطء
وتلك الخدع نشاهدها جيد جداً
ربما سرعة الضوء ثابتة فقط عند السفر في الفضاء
أما حينما يسافر الضوء خلال أشياء كالزجاج أو السوائل
فإنه يبطئ بشكل واضح
.. وإذا لم يكن يفعل
فإن أشياء كالتليسكوبات ورؤية الإنسان .. كانت ستكون مستحيلة
لكن ماذا سيحدث إذا تباطأ الضوء أكثر وأكثر
ماذا إذا وصلت سرعة الضوء إلى الصفر ؟
إن سرعة الضوء تبلغ 186 ألف ميل بالثانية
إنها ثابت كوني .. لكن ثابت له شرط
إنها تسافر بهذه السرعة فقط عبر الفضاء
تتغير سرعة الضوء حين يسافر عبر أوساط مختلفة
حيث يسافر أبطأ قليلاً عبر الماء
وهذا سبب رؤية الانكسار والإلتواء والتموجات بالضوء عندما تكون تحت الماء
الحياة كما نعرفها الآن كانت ستختلف كلياً
إذا لم يكن الضوء ينتشر عبر سرعات مختلفة خلال الأوساط المختلفة
على سبيل المثال لم يكن فى وسعنا الرؤية
لن تعمل أعيننا بهذه الطريقة
في عالم حيث يسافر الضوء فى سرعة ثابتة عبر كل المواد
كنا سنعلم القليل عن العالم حولنا
ونرى مجرد بقع غامضة من الضوء والظلام
هذا لأن أعيننا تعتمد على عدسات بيولوجية
تُركز الصور على شبكة العين تماماً كعدسات الزجاج
وهي تعمل لأن الضوء يبطأ عندما يعبر خلالها
لكن لماذا يحدث هذا ؟
لأن الضوء يتم امتصاصه بواسطة ذرات الزجاج
ثم يُعاد إشعاعه بعد ذلك لذا فهناك عامل تأخير
الضوء يصدم الذرة فتتبخر الذرة
ثم تُطلق حزمة الضوء لذا فهناك عامل تأخير بالوقت
عامل التأخير هذا يسبب أيضاً إنحناء الضوء حينما يصدم زجاج على شكل العدسة
.. بالإنحناء بالطريقة الصحيحة
يُمكن للضوء أن يُركَّز ، يُجمِّع أو يُكبِّر
بالنسبة للفلكيين الذين يدرسون الكون
لا شئ أهم من هذه الخاصية
نشكر الرب على خاصية بطء الضوء عند مروره عبر الزجاج
لأن هذا هو سبب إمتلاكنا للتليسكوبات
سبب إمتلاكنا للتليسكوبات أن الضوء ينحني عند مروره عبر الزجاج
ونستطيع أن نُركِّز كمية ضخمة من الضوء عند نقطة صغيرة
وهذا ما يعطينا القدرة على رؤية عجائب الكون
يسافر الضوء عبر عدسات الزجاج بالتليسكوب تقريباً بسرعة 124 ألف ميل / ثانية
ثلثي القيمة التي يسافر بها عبر الفراغ
لكن يطمح بعض العلماء فى جعل سرعة الضوء أكثر بطئًا من هذا بكثير
في معملها بحرم جامعة هافارد
د.لينا هاو قد دفعت بالأمر إلى أقصاه
وذلك بالوصول بسرعة الضوء إلى الصفر
بالطبع سرعة الضوء بالغة الضخامة
أقصد ، لا يوجد ما هو أسرع منها
وتعلم ضخامة السرعة 186 ألف ميل بالثانية
ونحن نفكر حيال هذا يا الهى ، ذلك فظيع
لنحاول العمل على ذلك الأمر
هاو" ، وفريقها نصبوا تجربتهم"
فى معمل معقد ملئ بالليزر والمرايا والمناشير ، وأدوات غريبة أخرى
إنه مجال من الفيزياء تجرأ القليل على إقحام أنفسهم فيه
.. إذا بدأت بتغيير الأشياء بهذا الشكل المثير
بأخذ هذه السرعة الهائلة للضوء
ومن ثم إبطائها إلى سرعة دراجة
فأنت الآن داخل نظام جديد من الطبيعة
أنت الآن قادر على بدء إستكشاف مناطق بالطبيعة لم يدخلها أحد قبل ذلك
وُضعت المكابح على سرعة الضوء داخل المعمل
بتركيز الليزر على سحابتين مجهريتين من غاز الصوديوم
مُبردين حتى بضعة أجزاء من المليار فوق الصفر
يُصوَّب الليزر لضرب السحابتين مجهزاً إياهم للعمل
ثم تُطلق نبضة ضوئية باتجاه السحابة الأولى حيث تُضغط داخل الغاز
وتقل سرعتها إلى بضع أميال بالساعة فقط
تتحول النبضة من شئ كالكيلومتر طولاً وتنكمش في شئ كالسنتيمتر مثل عازف الأكورديون
أثناء دخولها في سحابة الذرة
وتنتهي فقط بطول 02. ميلليمتر
هذا أقل من نصف سُمك شعرة الرأس
صغير جداً حقاً
وصغير للغاية لدرجة أن النبضة الضوئية يتم إحتواءَها بالكامل داخل سحابة الذرة
تدَّعي "هاو" بأن بصمة ومعلومات الضوء قد إنتقلت بأكملها إلى سحابة الصوديوم
ويمكن إيقافها بعد ذلك في الفراغ بين السحابتين قبل أن تستمر بالحركة
بينما تدخل إلى السحابة الثانية
يُطلق شعاع ليزر آخر
فتتمدد النبضة إلى حجمها الأصلي مرة أخرى وإلى سرعة 186 ألف ميل بالثانية
ذلك أشبه قليلاً بالناقل في الخيال العلمى
الذي يرسل الناس والأشياء عبر الفضاء
ما فعلناه حقيقة في هذه التجربة
أننا أوقفنا وعطلنا النبضة الضوئية في أحد أجزاء الفراغ
ثم أعدناها للحركة فى جزء مختلف تماماً من الفراغ
ووضعناها على الطريق مرة أخرى
حيث أن الضوء يحمل المعلومات
فهذه التقنية بالغة التقدم تشير إلى طريق الحاسبات الضوئية مستقبلاً
والتي تسري عبر الأسلاك والرقاقات الإلكترونية
حينما تُقرأ المعلومات مباشرة من الضوء
ربما تكون أسرع ، أقل حجماً وأكثر أماناً من أي شئ نعرفه اليوم
لكن الرؤى الأعظم للعلماء والحالمين بالمستقبل
تكمن في جهة أخرى لإستخدام طيف السرعة الضوئية
مازلنا نواجه سرعة الضوء كحائل منيع
وقد أخبرنا أينشتين أننا لن نتعداها أبداً
لكن التاريخ ملئ بالمستحيلات التي أصبحت حقيقة
هل من الممكن في لحظة أن .. نستطيع الوصول إلى النجوم
في سفن تسافر أسرع من الضوء ؟
وإذا كان .. فمتى ؟
في أبريل عام 2008 العالم الفيزيائي الشهير ستيفن هوكنج
دعى إلى سباق بشري لغزو الفضاء
ووضع أهداف بعيدة للسفر بين النجوم
معرفة أسرار الفضاء
سوف يغير مستقبل البشرية بالكامل
وربما يحدد إذا ما كان لهم مستقبل أم لا
لكن النجوم بعيدة جداً عنا بحيث لا نستطيع الوصول إليها عملياً
إلا اذا إستطعنا السفر أسرع من الضوء
لكن هناك مشكلة
النظرية النسبية لأينشتين
تخبرنا أن كتلة مركبة الفضاء ستصبح لانهائية بينما تقترب من سرعة الضوء
لذا بينما تحاول السفر أسرع وأسرع
فسوف تصل الى نقطة تحتاج فيها إلى طاقة أكثر وأكثر
حتى تحتاج إلى طاقة لانهائية كي تسافر بسرعة الضوء
وذلك مستحيل
يعني ذلك أن السفر عبر الفضاء أمر مستحيل أيضاً
حقاً ؟
"مارك ميليس" .. أحد العلماء القلائل
الغير مستعدين لتجاهل الموضوع وعدم المحاولة
يعمل فيزيائي بمعمل الدفع بناسا
وهو يحب بناء نماذج سفن الفضاء في أوقات فراغه
وهو محب للمرح والمزاح
في أي حديث خارج نطاق الخيال العلمي أو السفر إلى النجوم
إن حالة المرح في الواقع حالة صحية تماماً
وهي تساعدنا على تخطي شكوكنا للمواضيع لطرح أسئلة عميقة
وذلك للتأكد من أننا نعمل بشكل صحيح
"كان رئيس سابق لمشروع ناسا "إختراق الدفع المتوقف حاليا
ميليس هو محرر لكتاب يجمع كافة البحوث الجادة عن الأمر
حينما يتعلق الأمر بقضية سرعة الضوء
فهناك حوالي 36 فيزيائي كتبوا مقالات
بعضها يشكك بالأمر ، والبعض الآخر يقترح طرق أخرى للمحاولة
لا أحد يقول بأننا فى القريب العاجل سنكون قادرين على السفر بين النجوم
لكن من الممكن بعد بضع قرون أو ألفيات
لا يمكننا الحكم حالياً
عملياً ، يؤمن كل العلماء باستحالة السفر عبر الفضاء أسرع من الضوء
لكن ربما هناك طريقة للخداع
وذلك بركوب الفضاء نفسه بدلاً من السفر عبره
صدق أو لا تصدق .. حتى علماء ناسا يدرسون إمكانية
أنه لربما يمكننا طي الفضاء وشق ثقب به
وصنع نظام طرق للسفر عبر الزمان والمكان
هذه هى الفكرة الأساسية لإستخدام الثقوب الدودية
لطي الفراغ فعلياً حول نفسه
وعمل إختصار للإنتقال عبر الكون
كيف سيكون شكل آلة الثقب الدودى ؟
ربما كبيرة الحجم مع معدات مثبتة على عدد كبير من الكويكبات
مرتبة بشكل كروي ضخم
سوف تحتاج إلى كمية هائلة من طاقة أشعة الليزر
والتي تُركز طاقة هائلة عند نقطة محددة
علينا الوصول إلى درجات حرارة هائلة
أكبر قدر من الطاقة المتاحة بالكون من أجل فتح حفرة ، أو فقاعة
ربما بوابة إلى كون أخر
والطريقة الأخرى لركوب الفضاء والتي تسمح لنا بالسفر أسرع من الضوء هي مركبة الإلتواء
ميجول ألكيبير ، كان أول من يكتب عن مركبة الإلتواء عام 1994
ألكيبير ، فيزيائي مكسيكي عمل على رياضيات تخص مركبات النجوم
تُدفع عن طريق طي الزمكان نفسه
خلف المركبة ، فإن الزمكان يتمدد ، و يتقلص أمامها
وبينهما كأن السفينة تركب الأمواج
والسفينة نفسها تقع داخل فقاعة
والفضاء حولها يدفعها أسرع من الضوء
، مركبة الإلتواء , إذا كانت ممكنة أصلاً فهي تبعد عنا ربما عدة قرون
لكن فى سويسرا ، يعمل الفيزيائيون في مُصادِم هادرون الكبير
وربما هم على الطريق الصحيح حتى الآن
مُصادِم الهادرون الكبيرة هو فى الأصل محطم للذرة
إنه مُصادِم للجزيئات
لكنه في طريقه لتوليد طاقات عالية حيث ربما يلتوى وينثنى الزمان والمكان
نحن فعلياً نجرب كيف نقوم بطي الفراغ في المعامل
إنها الخطوة الأولى والبداية لمركبة الإلتواء
مع الفيزياء التي نعرفها اليوم
لن نستطيع السفر أسرع من الضوء في المستقبل القريب
لا يعني هذا عدم المحاولة
حتى إن كان السفر بسرعة الضوء شئ مستحيل
لكن مجرد عدم المحاولة يعتبر .. استسلام
خارج نطاق عمله بناسا
أسس ميليس مؤسسته "غير الربحية " تاو زيرو
لتشجيع البحث الجاد على السفر إلى النجوم
بالرغم من تفاعل القليل من العلماء مع الفكرة
يعتقد الكثير بأن الأمر يستحق المحاولة على الأقل
فَهم الكون هو أحد أهم الإحتياجات الأساسية للإنسان
بالنسبة لنا ككائنات متقدمة
إذن ، هل ينبغى أن نبحث في التقنية والفيزياء التي قد تسمح لنا بالسفر أسرع من الضوء ؟
بالطبـع
لأننا لا نعرف أبداً لأين سيصل بنا الأمر
حتى إن لم نكتشف طريقة للسفر أسرع من الضوء
ربما نكتشف مجموعة كاملة من الأشياء المفيدة
ماذا إذا أثبت العلم أن سرعة الضوء حائل لا يمكن كسره ؟
وأن سفر النجوم أمر مستحيل ؟
سوف يصنع ذلك نظرة جديدة للأرض كسفينة فضاء
مجبرةً إيانا على إستخدام تقنياتنا لنعاملها بلطف
.. طالما بقينا كركابها
في رحلتنا المستمرة عبر الكون
آمى ماينزر معمل الدفع النفاث - ناسا
ميتشيو كاكو مؤلف كتاب فيزياء المستحيل
أليكس فليبينكو جامعة كاليفورنيا، بيركيلي
ميشيل ثالير جامعة كالتك
كليفورد جونسون جامعة ساوثرن، كاليفورنيا
لورا دانلى مرصد حديقة جريفث
ألان جوث معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
د.لينا هاو جامعة هافارد
: مراجعة علمية DrMansoob
Our Best Wishes -(-( Arab Translators )-)- www.facebook.com/ArabTranslators