في البداية كان هناك ظلام
وبعد ذلك إنفجار
نشأ منه كيان لا يتوقف عن التمدد
من الزمان و المكان و المادة
كل يوم ، اكتشافات جديدة تُزيل الغموض
عن الأسرار القاتلة التي تعصف بالعقل
لمكان نُسميه الكــــــــون
في محاولتهم لكشف أسرار الكون
توصل العلماء إلى استنتاج مذهل
فمن أجل فهم الفضاء الخارجي عليهم أولًا فهم الكون الداخلي
هذه المادة المجهرية التي تشكل الأساس لكل شيء نراه
لكن الانكماش بمقدار بلايين المرات وصولًا إلى عالم الذرات و الجزيئات التحت ذرية
يأخذنا إلى عالم غريب و مجهول
حين نهبط إلى العالم المجهري نجده في غاية الغرابة
غريب جدًا في الواقع و لا يُصدَّق
إن مكونات هذا الكون أصغر بكثير من أي شيء يمكننا رؤيته بالمجهر
لكنها تعتبر أساس هذا الكون
لن نتمكن من فهم من أين جئنا ما لم نتمكن من فهم هذا العالم الصغير المجنون
إذن فلنذهب في رحلة مذهلة إلى عالم مجهول
"المعروف بـ "الكون المجهري
ترجمة : د / محمد حباله DrHebala fb/ArabTranslators
الــكـــــــون -(-( الكون المجهري )-)-
عندما يتحدث الناس عن الكون , فإنهم عادة ما يقصدون هذه المساحة الشاسعة من الفضاء
التي تصل مساحتها لمليارات السنوات الضوئية
و التي يمكنهم رؤيتها بواسطة التلسكوبات و تقنيات التصوير الكوني
إنهم يفكرون في النجوم و المجرات و الكواكب
و كل هذه الأشياء الكبيرة هناك
لديك أجسام فضائية تتحرك تحت تأثير الجاذبية
هناك قوانين للكون , و أنت تعتقد أنها دائمًا و أبدًا صحيحة
لكن هناك كون آخر
عالم غير مرئي يتحكم في كل ما نراه
حين تتقلص الأحجام تريليونات المرات حتى تصل للعالم المجهري
تكون القوانين أقل ثباتًا من القوانين التي اعتدنا عليها في عالمنا الكبير
إن سحر الكون المجهري يبدأ عند مقياس واحد من عشرة مليارات من المتر
و هو حجم الذرة
حيث تتصرف المادة بشكل مختلف كلية عند هذا المستوى
لدرجة ان العلماء سنوا مجموعة قوانين مختلفة تمامًا لوصف ما يحدث
"و أسموها "نظرية الكم
و هي في قمة الغرابة
كرة البيسبول هذه تمثل جزيئًا تحت ذري كالإلكترون أو أحد فوتونات الضوء
و التي تقوم في العادة بأمور غريبة و شاذة في الكون المجهري
فالنسخة التحت ذرية من هذه الكرة
قد تصبح غير مرئية و تستطيع المرور بسهولة عبر الأجسام المصمتة
و قد تصبح في عدة أماكن في نفس الوقت
و يمكنها نظريًا العودة في الزمن و تغيير الماضي
و هذا يعني أن بإمكاني قذف كرة البيسبول هذه باتجاه القاعدة الأولى و القاعدة المركزية في نفس الوقت
أو أن أغير النتيجة المتوقعة للمباراة أثناء اللعب
هذه هي مواضيع الخيال العلمي
لكننا نعلم أنها حقيقة واقعة أو على الأقل تبدو كذلك في عالم الكم
حيث تحدث كل الأمور الغريبة
لو تمكن العلماء من فهم كيف تحدث هذه الظواهر الغريبة
سيتمكنون من تطبيقها في حياتنا اليومية
فإنهم سيحدثون ثورة في عالم الكمبيوتر و ربما يمكنوننا من الاتصال اللحظي عبر الكون
و المفتاح لتحقيق هذه المعجزات هو ما يسمى بالتشابك الكمي
و قد قام العلماء بالفعل بالاستفادة من هذا الاكتشاف المذهل في المجالين العسكري و المدني
في فيزياء الكم
ما يحدث لجسم في هذا المكان قد يؤثر في الحال في جسم هنا
و المسافة بينهما قد تكون ملايين الأميال
هذه هي الطريقة التي يحدث بها ذلك
حين يتفاعل جسمان تحت ذريان معًا فإنهما قد يشتبكان معًا
و هو ما يعني أن دورانهما و مكانهما و خصائصهما الأخرى تصبح متصلة مع بعضها
بطريقة غير معروفة للعلم الحديث
لو أنك قمت بقياسات لأحد الجزيئات فإن ذلك يحدد في الحال سلوك الجزيء الآخر
و عند انتهاء التجربة تجد أن الحالة الكمية للجزيء الآخر
قد حددت بدقة عن طريق قياسك للحالة الكمية للجزيء الشريك
هذا يعني أنه لو شاهد العلماء جزيئًا مشتركًا و أجبروه على الدوران في اتجاه عقارب الساعة
فإن الجزيء الآخر سيبدأ في الحال في الدوران في الاتجاه الآخر
قد يبدو هذا غريبًا لكن الأمر الأكثر غرابة
هو أن هذين الجسمين قد تفصلهما مليارات السنوات الضوئية
و على الرغم من ذلك فإنه في اللحظة التي تشاهد فيها حركة أحد الجسيمات
فأنت متأكد من دوران الجسم الآخر
هذا غريب , لأنه قد يعني أن المعلومات انتقلت في الحال
من جزيء إلى الآخر بأسرع من سرعة الضوء
لا يمكنني فهم ذلك و لا أعتقد أن أحدًا قد فهمه
"إنه "التصرف الشاذ للجسم البعيد كما أسماه أينشتاين
إن التشابك الكمي هو أكثر من مجرد تساؤل عن الكون المجهري
لأن تأثيرات الجزيء المتشابك يمكننا رؤيتها و الاحساس بها في عالمنا
و لو تمكن العلماء من تخطي بعض العقبات الجوهرية
فإن التشابك الكمي قد يساعد البشر في يوم ما من التواصل اللحظي عبر مساحات شاسعة
يعتقد بعض الناس أن التشابك الكمي قد يمكّننا من نقل المعلومات بسرعة أسرع من الضوء
أنا لا أعتقد أن هذا يمكن تحقيقه
لأنه حتى تقوم بانشاء هذه الأنظمة ستنشؤها تحت سرعة أقل من سرعة الضوء
لكن ما الذي أعرفه ؟
قبل مائة عام لم يعتقد أحد أننا قد نصل للقمر
لكن التشابك الكمي قد يتمكن فعلًا من تطوير أجهزة الكمبيوتر
يأمل العلماء في استغلال سحر الكون المجهري لبناء أجهزة كمبيوتر جديدة أكثر تقدمًا
لنرى ما الذي يمكنه هذا الصغير فعله
في معهد ماساشوستس للتكنولوجيا ... يقوم البروفيسور سيث لويد
بالمساعدة في انتاج نموذج أولي لحاسب كمي يستخدم تكنولوجيا الكم
بدلًا من التقنيات العادية المستخدمة في الحسابات
يحتوي هذا المختبر على أسرع الوحدات الكمية توصيلًا في العالم
و باستخدام الوحدات الكمية في الحاسبات نتمكن من جعلها تقوم بعدة مهام في وقت واحد
تقوم بهذا و ذاك في الوقت نفسه
تقوم بجمع اثنين مع اثنين أو واحد مع ثلاثة
أو تقوم بالمهمتين معًا في نفس الوقت
إن قدرة وحدة كم واحدة على القيام بعدة حسابات في نفس الوقت
تعطي الكمبيوتر الكمي القدرة على أن يكون أقوى من أي كمبيوتر على الإطلاق
و كما كانت الكمبيوترات التقليدية في الخمسينيات
فإن الكمبيوترات الكمية ما زالت اليوم في طور الطفولة
حيث تحتاج الأجهزة لحجرات كبيرة و يمكنها فقط القيام بالحسابات الأولية
لكنها تعِد بمستقبل مبهر
إن الفيزياء الكمية غريبة و مزعجة و قوانينها غير مفهومة
و تستغل الكمبيوترات الكمية هذه الغرابة كي تعمل بأسلوب لا تستطيع الكمبيوترات التقليدية العمل به
و العقبة الأساسية هي التوصل لطريقة فعالة لتكويد المعلومات التقليدية
و هي الآحاد و الأصفار التي تستخدمها الكمبيوترات
بحيث يتمكن الكون المجهري من فهمها و التعامل معها مستخدمًا الجزيئات المتشابكة
و حين يتمكن العلماء من تحقيق ذلك ستغير الكمبيوترات الكمية وجه الكوكب
حتى لو لديك كمبيوتر كمِّي بوحدات كمية محدودة جدًا
سيكون ما زال بمقدورك فك كل الشفرات التي يستخدمها الناس في الاتصال بالانترنت
أو ستتمكن من حل المشاكل التي تتسم بعدد لا متناهي من المتغيرات
كمحاولة فهم ما حدث عند الانفجار العظيم مثلًا
قد يكون من الصعب فهم ما سبق لكن الكون المجهري أكثر غرابة مما سبق
في الواقع إن أكثر التجارب شهرة في فيزياء الكم
توضح كيف يمكن أن يتواجد الجسم في مكانين في نفس الوقت
و هي النتيجة التي أبهرت العظيم ألبرت أينشتاين
بينما يستكشف العلماء الكون المجهري
وجدوا أن القوانين التي تحكمه عادة ما تستعصي على فهمنا نحن أبناء العالم الكبير
فعند الحدود القصوى للصغر
لا يبدو أن المعلومات تنتقل بسرعة أسرع من الضوء فحسب
بل يبدو أن مراقبة الإنسان تؤثر في النتيجة
يبدو أن سلوك الجسيمات الكمية يكون مختلفا عندما نراقبها
عن سلوكها حينما لا نراقبها
نتجت هذه المعلومة المذهلة من إجراء تجربة الثقبين
قام العلماء بهذه التجربة لأول مرة قبل قرن من الزمان
حيث أطلقوا فوتونات الضوء عبر حاجز معدني ذو ثقبين
و من ثم يصطدم الضوء الذي يعبر خلال الثقبين بشاشة موجودة بالخلف
سأقوم بتوضيح هذه التجربة المذهلة بالاستعانة بهذه الكرات و هذا الحاجز ذو الفتحتين
من الطبيعي في عالمنا الاعتيادي أنني لو رميت بالكرات عبر إحدى الفتحتين
فإنها ستسلك مسارا متوقعًا حتى تصطدم بالشاشة التي في الخلف
و ستنتهي في مكان واحد فقط
إذن لنستخدم مجموعة من الكرات لنرسم هذا المسار و سنستخدم قاذفة الكرات هذه
ها هي أول كرة لنرى ماذا سيحدث
هل ترى هذا ؟
تصطدم الكرات بالشاشة في مجموعتين مختلفتين كل منهما تقع على خط مستقيم مع إحدى الفتحتين
هذا هو الطبيعي و هذا هو ما نتوقعه
لكننا عندما نهبط إلى الكون المجهري و نستخدم الإلكترونات
و التي هي أصغر من هذه الكرات بعشرة تريليونات مرة
ستكون النتائج مختلفة تمامًا و شاذة عند إجراء نفس التجربة
سيكون النمط مماثلًا لمرور موجات عبر هاتين الفتحتين في نفس التوقيت و تفاعلهم مع بعضهم البعض
نحن نعتبر أن الإلكترونات جسيمات فكيف تتصف أيضا بخصائص الموجات ؟
هذه النتائج محيرة
فالالكترون كان جسيمًا قبل إطلاقه نحو الشاشة
لكنه أنتج نمطا على الشاشة كما لو أن هذا الإلكترون الواحد
قد عبر خلال الفتحتين معا في نفس الوقت
فهل استنسخ هذا الجسيم المجهري نفسه في الطريق ؟
و بعد أعوام من البحث لا زال العلماء يجهلون حقيقة ما يحدث
لربما كان من أكثر الأشياء سحرًا
أنه في فيزياء الكم يمكن للشيء أن يكون في أكثر من مكان في نفس الوقت
إنه في الحقيقة يشعر بالفتحتين و يعبر بالفعل خلالهما و يشعر كمَّيًا و ميكانيكيًا بتركيب الفتحتين في التجربة
يؤمن معظم الفيزيائيين أن قوانين الرياضيات ثابتة , و أنها تؤدي إلى نتائج مؤكدة
كما يمكن إثباتها بالتجربة
و لكن ماهية ما يحدث بالفعل ما زالت محل جدل
و في محاولة لتسجيل هذه النتائج المذهلة
قرر العلماء ملاحظة سلوك الإلكترونات أثناء عبور الثقب المزدوج
كيف يتمكن الجسيم بالفعل من العبور من الثقبين في نفس الوقت ؟
حجز العلماء الصف الأول من أجل مشاهدة هذا التصرف الغريب للإلكترونات
أو الجسيمات التحت ذرية الأخرى و حتى فوتونات الضوء
لا يهم ماهيتها ما دامت جسيمات مجهرية
و لم ينظروا إلى مكان اصطدامها بالشاشة فحسب
بل راقبوا أيضا تصرف الجسيمات أثناء عبورها من الثقوب
و قد شاهدوا ما أدهشهم
حينما كان العلماء يشاهدون الفتحات تصرفت الإلكترونات كجسيمات
و أنتجت تأثيرا مماثلًا للكرات على الشاشة الخلفية
و حينما لم يكونوا يشاهدون تصرفت الإلكترونات كموجات
و أنتجت تأثيرا مماثلًا لتأثير الموجات التداخلية على الشاشة
هذا غريب بالفعل , فما تشاهده يعتمد على ما إذا كنت تراقب أم لا
لو أنك تراقب , سترى الجسيمات تتعامل كأنها كرات
و لو أنك لا تراقب فستتصرف كأنها موجات
لكنها لا تتصرف كالإثنين معًا في نفس الوقت
كان هذا مذهلًا بحق
فيبدو أن المراقبة تغير من طبيعة الجسيمات التحت ذرية
المحير هو أنها تكون موجات حين لا ننظر إليها و تكون جسيمات حين ننظر إليها
فحتى الإلكترون و الذي يبدو كجسيم بالنسبة لنا يعمل كالموجات حين لا ننظر إليه
إن حقيقة أننا حين لا ننظر يعبر الإلكترون خلال الفتحتين
و حين ننظر يعبر من إحداهما فقط
هو ما نسميه باللغز الكمي
كيف يغير قرارنا بمراقبة شيء ما تغير من رد فعله ؟
هناك تفسيرًا منطقيًا لذلك
من أجل أن تراقب شيئًا ما فإنك تتفاعل بالضرورة مع نظامه
على سبيل المثال , يجب أن تلقي عليه الضوء و من ثم ينعكس الضوء فتتمكن من الرؤية
و بهذه الطريقة نعرف إن كانت هذه الكرة موجودة أم لا , عن طريق انعكاس الضوء
و هذا الانعكاس لا يغير من ماهية الأجسام الكبيرة شيئا
أما بالنسبة للجسيمات المجهرية فإن انعكاس الضوء عنها
يغير من مكانها و من طريقة تحركها
إذن ففي الكون المجهري حيث تكون فوتونات الضوء بنفس حجم الجسيمات التحت ذرية
فإن لهذه الفوتونات تأثيرات عظمى حين تنير الجسيمات كي نتمكن من رؤيتها
لكن هذا لا يجيب عن التساؤل
لم لا يغير الضوء ببساطة من اتجاه هذه الجسيمات ؟
لم تغير المشاهدة بالفعل من طبيعة ما نشاهده ؟
الإجابة ببساطة هي "نحن لا نعرف"
هذا أحد الألغاز الجوهرية لميكانيكا الكم و أحد أسباب صعوبتها
الغريب أننا حين ننظر إلى الأشياء نراها كجسيمات و حين لا ننظر تصبح موجات
إنه شيء تناقشنا نحن العلماء حوله بشراسة لحوالي مائة عام
و لا يزال لا يوجد من إجماع
حين نشرت هذه النتائج لأول مرة قبل أكثر من قرن
كانت كافية لتربك أنبه عقل بين العلماء
قال أينشتاين : أنا لا أؤمن بفيزياء الكم
لأنني أؤمن أن القمر موجود حتى و أنا لا أنظر باتجاهه
أينشتاين كان يشير بالطبع إلى النتيجة المباشرة لهذه النظرية
و هي أن القمر لا يكون موجودا إلا حين تنظر باتجاهه
لكن النتائج التي تذهب العقل لتجربة الثقبين لا تنتهي عند هذا الحد
فقد أتاحت التكنولوجيا للعلماء في السنوات الأخيرة إجراء الاختبار بطرق مختلفة
و قد شككت نتائجها في تعاملنا مع الزمن
إنها نسخة متطورة من تجربة الثقبين
حيث تطلق الإلكترونات في اتجاه الحاجز ذو الثقبين
لكن مع تمكين العلماء من تأخير النظر إليها
إلى الوقت الذي تكون عبرت فيه الثقوب لكن قبل أن تصل للشاشة
كما لو أنني في الملعب و قذفت الكرة باتجاه الحاجز ذو الثقبين
لكن عيناي مغلقتان لذا تعبر الكرات و تتصرف كموجات
لكن في آخر ثانية و قبل أن تصل للشاشة أفتح عيناي و أقرر أن أشاهد
في هذه اللحظة تتحول الإلكترونات إلى جسيمات
و تبدو كما لو أنها كانت جسيمات منذ لحظة إطلاقها
كما لو أنها عادت في الزمن إلى ما قبل العبور من الثقوب
و قررت أن تعبر من ثقب واحد و ليس من كليهما كما حدث بالفعل
حيث كانت موجات بالفعل
إن هذا أمرًا جنونيًا
هذا هو اللغز
و هو أن اختيارنا لنوع التجربة يحدد الطبيعة المسبقة للإلكترون
و بطريقة أو بأخرى يكون التأثير بأثر رجعي في الزمن
ما زال العلماء يحاولون فهم هذه الألغاز المجهرية و علاقتها بالسفر عبر الزمن
و تغيير الماضي للعالم الذي نعيش فيه
لكن شيئًا واحدًا كان واضحًا
هو أن القوانين التي تحكم العالم التحت ذري تدل على كون بنفس غرابة الخيال العلمي
إن فيزياء الكم قد تدل في الحقيقة أن الواقع ما هو إلا انعكاس لخيالنا
بعد اكتشاف ألغاز الكون المجهري أراد العلماء أن يدرسوها و يفهموا كنهها بسرعة
لكن أثناء محاولتهم لفهم ما يحدث في هذا الخضم المجهري
اكتشفوا شيئًا غير متوقع
رفضت الطبيعة أن تخبرهم إياه
حين نهبط للعالم المجهري نجد أن عدم اليقين شيء أساسي
في كل ما نرغب في قياسه و معرفته
و هذه ليست مشكلة تخص طريقة القياس بل إن الطبيعة نفسها لا تعرف
أطلق العلماء على هذا "مبدأ الشك"
و برغم غرابته إلا أنه أحد أهم قوانين الكون المجهري
نحن بمنتهى البساطة لا يمكننا أن نكون على يقين تام من أي شيء
نحن نظن أننا نعرف الكثير عما يدور حولنا في حياتنا اليومية
فعلى سبيل المثال بإمكاننا تحديد موقع هذه الكرة
و ضربها بسرعة معينة نحددها حتى تتدحرج و تصطدم بالكرات الأخرى
كما نفعل في لعبة البلياردو
لكن ما الذي سيحدث بالفعل لو أننا صغرنا حجم كل شيء تريليونات المرات ؟
في ذلك العالم ستتصرف هذه الكرات كالجسيمات التحت ذرية
في هذا الخضم المجهري لا يمكن لفيزياء الكم أن تحدد بدقة أماكن هذه الجسيمات
و هذا بسبب خصائصها الموجية
و الأغرب أنه لو حاول العلماء حبس أحد الجسيمات
فإنه سينتج الطاقة الكافية لإطلاق سراحه قبل أن يتم تحديد مكانه و سرعته
ينص "مبدأ الشك" على أن الطبيعة لن تسمح بسجن عناصرها الأساسية
إذن فبسبب أن الجسيمات تخضع لقوانين مختلفة كليًا في الكون المجهري
و هي قوانين فيزياء الكم
فإن لعبة البلياردو المجهرية ستصبح مختلفة تمامًا
إن الشك في الكون المجهري يمتد لما هو أبعد من مكان الجسيمات
إنه يشمل كل شيء بما فيها طاقة الجسيمات
و هذا ما يفسح المجال لظاهرة تخلب الألباب تسمى العبور الكمي
في الفيزياء الطبيعية لو أنك ألقيت كرة بقوة غير كافية
في اتجاه حائط فإنها لن تعبر الحائط و سترتد في اتجاهك
لكنك لو قذفت إلكترونًا بقوة غير كافية في اتجاه الحائط .. فإنه سيمر خلاله على أي حال
و هذا هو ما نسميه العبور الكمي
كيف من الممكن حدوث ذلك ؟
قد يبدو هذا غريبًا , لكن أحد التفسيرات المتاحة للعبور الكمي
هو أن الشك الكامن في الكون المجهري يسمح للجسيم باستعارة الطاقة من المستقبل
كي يتمكن من اختراق الحاجز ثم يقوم بارجاعها فيما بعد, بعد عبور الحائط
إن الإلكترون موجود في نفس الوقت في الجهة الأخرى لذا فهو يتمكن من العبور والظهور في الجهة الأخرى من الحائط
منذ اكتشاف عجائب العالم المجهري قبل حوالي قرن من الزمان
و الناس يتسائلون عمّا إذا كان العبور الكمي و التواجد في أكثر من مكان معًا و السفر عبر الزمان
أشياء من الممكن تحقيقها على أرض الواقع
يقول بعض العلماء أننا لن نتمكن أبدًا من قذف كرة خلال حاجز مصمت
إن الكرة تحتوي على عدد كبير من الجزيئات و أنت تريدهم أن ينتقلوا جميعًا لمكان آخر في نفس الوقت
من أجل أن تظهر الكرة في ذلك المكان و هذا أمر غير وارد الحدوث أبدًا
قد يستطيع إلكترونًا مفردًا أو بروتونًا فعل ذلك
لكن كلما زاد حجم الجسيم أو زاد عدد الجسيمات المكونة للجسم
كلما كانت عملية العبور أكثر صعوبة
و بالرغم من ذلك فإن عددًا متزايدًا من العلماء يقترحون نظرية ثورية لما يحدث
نحن نعلم أن هذه الجسيمات لديها القدرة على التواجد في مكانين في نفس الوقت
و أنا أتكون من هذه الجسيمات الصغيرة فإن كانت لديها هذه القدرة فإنها لدي أنا أيضا
يسمي العلماء ذلك بالتفسير المتعدد العوالم لفيزياء الكم
و هم يقولون أنه مثل الإلكترون في تجربة الثقبين
فإن البشر يتواجدون في عدة أماكن في نفس الوقت
و هم يقولون أنه في أي وقت يقوم أحدنا باتخاذ قرار فإننا في الواقع لا نفضل قرارًا على الآخر
بل إننا نقوم بالاثنين في نسختين مختلفتين من الواقع
إن ما يحدث عندما تستخدم عقلك و إرادتك من أجل قرار ما
هو أن كل هذه الاختيارات قد تحققت في عدة عوالم متوازية في نفس الوقت
إن نظرية العوالم المتعددة في فيزياء الكم تنص على أنني حين أقذف كرة ملتوية
فإنني أفعل ذلك في هذا الكون فقط
أما في كون آخر فربما أكون قد قذفت كرة سريعة و في كون ثالث قد أقوم بمناورة لأول مرة في حياتي
بل و في كون آخر قد أكون قذفت الكرة خارج الملعب
في افتراضية العوالم المتعددة , تكون كل هذه الاختيارات قد تحققت في أكوان موازية لنا
ليس في كوننا هذا و لكن في أكوان متوازية
هذا هو لب نظرية العوالم المتعددة
قد يبدو هذا فكرًا جامحًا للغاية , لكن هناك ... عدد ضخم من علماء الفيزياء النظرية
يؤمنون أن هذه هي الطريقة التي يعمل بها الكون المجهري
و لو ثبتت صحتها فإن التطبيقات لهذه النظرية المبهمة ستشمل ما هو أبعد بكثير من كرة البيسبول
فهي في جوهرها تفترض أن هناك أكوانًا موازية لنا فاز فيها النازيون في الحرب العالمية الثانية
و في كون آخر أحبطت الحكومة الأمريكية تفجيرات الحادي عشر من سبتمبر
و ما زال برجي مركز التجارة العالمي قائمين في مانهاتن
, لو أنك طبقت المعنى الحرفي لميكانيكا الكم
فهي تقول أنك في كل مرة تنظر نحو شيء كمي فإنك تصبح نسختين مختلفتين
و كل نسخة منك تحصل على إجابة مختلفة عن الأخرى
إنها تنص على أن هناك نسخًا متعددة منك شاهد كل منها أشياء مختلفة حدثت في الكون
هناك اتفاق هذه الأيام على أن العالم المجهري غريب
و قد أمل كثير من الناس في أن تصبح تلك الغرابة محدودة في العالم المجهري فقط
و أن الأشياء الكبيرة مثلنا محصنة ضدها و أننا دائمًا موجودون في مكان واحد
لكنه قد اتضح الآن أن هذا الأمل كان ساذجًا لا يمكن أن تكون هذه الغرابة محدودة
إن الجدل الكبير القائم حول التفسير المتعدد العوالم لفيزياء الكم
سيظل متأججا حتى يتمكن العلماء أخيرًا من فك ألغاز الكون المجهري
لكن بعض الفلكيين يعتقدون أننا لن نتمكن أبدًا من الفهم التام لهذه الألغاز
لأنه طبقا لحساباتهم فإن الجزء الأكبر من المادة التي تمسك هذا الكون ببعضه البعض
موجودة في بعد أعلى و لن نتمكن أبدا من اكتشافه
لو أن هناك شيئًا في الكون المجهري أكثر غرابة من جزيئات الكم
فهو تلك المادة الغامضة التي لم يرها العلماء أبدًا
لكنها تلعب دورا محوريًا في تكوين الكواكب و الأنظمة الشمسية و المجرات
يعلم علماء الفلك أنه توجد مختلف أنواع المادة و التي لها تأثير كبير على الجاذبية لكننا لا نراها
و نحن نطلق عليها اسم المادة السوداء
لولا وجود المادة السوداء لن يكون لي أي وجود لأنها هي التي تمسك بتلابيب الأشياء و المجرات
إنها ضرورية جدا من أجل الحياة
تشكل المادة السوداء 85% من قوى الجاذبية في الكون
لو أن المادة السوداء مكونة من جسيمات فإن الملايين من هذه الجسيمات ستعبر خلالي كل ثانية
و بالرغم من أن العلماء يعلمون بوجود المادة السوداء إلا أن هناك لغزًا مجهريًا ما زال يحيرهم
ما هي ماهيتها ؟
ظنوا في البداية أنها مادة عادية لكنها غير مرئية لسبب مجهول
لكن ما حدث أن علماء الفلك قاموا باكتشاف
نحن نعلم كمية المادة العادية الموجودة في الكون
و نعني بالمادة العادية أي التي تتكون من ذرات و مصنوعة من بروتونات و نيوترونات و إلكترونات
و هي الجسيمات الأساسية التي أتكون منها أنا و أنت و كل شيء على وجه الأرض
و بالرغم من ذلك غير كافية
لا يوجد من المادة العادية ما يكفي لأحجام هذا الكون
كان هذا الاستنتاج غريبًا
كيف يمكن أن تكون معظم المادة في الكون المجهري غير مصنوعة من البروتونات و النيوترونات و الإلكترونات ؟
كان من الصادم أن نكتشف أن هذه الذرات تكون جزءًا ضئيلًا جدًا من كل المادة في الكون
هناك ستة أضعاف من مادة أخرى مختلفة كليةً و لا نراها
من المثير للاهتمام أن العلم لم يثبت لنا أننا لسنا مركز الكون فحسب
بل إننا مخلوقين من مواد مختلفة عن تلك التي صنع منها معظم الكون
معظم الكون يتكون من هذه المادة السوداء و من جسيماتها الدقيقة المستعصية على الرؤية
افترض بعض علماء الفيزياء النظرية أن المادة السوداء تتكون من النيوترينات
و هي جسيمات دقيقة أصغر من الإلكترون بألف مرة
و تتشابه مع المادة السوداء في العديد من الخصائص
نحن نعلم أن النيوترينات موجودة و أن لديها كتلة محددة و وزنًا محددًا
إذن قد حلت المعضلة
لكن اتضح أنها ليست النيوترينات
معظم المادة السوداء ليست نيوترينات عادية لأنها تتحرك بسرعة كبيرة جدًا جدًا
و تهدم إنشاء الكيانات العظيمة هذه التكتلات من المادة بحجم المجرات
التي تكونت في بدايات الكون
لذلك سيكون من الصعب جدًا تكون المجرات لو كان الكون ممتلئا بكل هذه النيوترينات الجوالة
إذن فالمادة السوداء ليست مادة عادية و ليست نيوترينات
إنها نوع جديد كليًا من الجسيمات التي لم نكتشفها بعد
لا بد أنها نوع شاذ من الجسيمات التحت ذرية نشأت كبقايا للانفجار العظيم
حين كان الكون كثيفًا و ساخنًا
حيث نشأت مجموعة ضخمة من الجسيمات اختفى معظمها أو تحلل إلى جسيمات أخرى
لكن بعضهم استمر وجوده و هو ما نظن أنه المادة السوداء
لكن ما هي هذه الجسيمات المجهرية المعجزة ؟
بما أنها شيء مجهول للعلم فقد اقترح الفلكيون وجود جسيم جديد تمامًا
له كل خصائص المادة السوداء و بدأوا في البحث عنه في الكون
و أسموه القزم
و هي الحروف الأولى لكلمة انجليزية تعني الجسيمات الكثيرة ضعيفة التفاعل
أحد مشاكل هذه النظرية هي أننا لم نتمكن بالفعل من رصد هذا القزم في المختبر
هناك العديد من التجارب بالفعل التي تجرى في هذه اللحظة
للبحث عن هذه الأقزام في معامل تحت الأرض
كما أنهم يحاولون تخليقها في مسارعات الجسيمات مثل مسارع هادرون في جنيف
إذن فالهجوم متعدد المحاور من أجل الكشف عن هذه الأقزام لو أنها بالفعل الإجابة الصحيحة
لو وجد العلماء دليلًا على المادة السوداء فهل سيجدون أيضا أدلة على عالم آخر من الكواكب السوداء
و أشكال حياة سوداء , و جدول دوري من العناصر السوداء؟
أنا لا أعتقد أنها تشبهنا , و أن بإمكان الجسيمات السوداء تكوين كواكب و غيرها
لأنه لو كان باستطاعتهم ذلك لكانت معظم الكواكب في نظامنا الشمسي
مصنوعة بالفعل من المادة السوداء
لكنني أعتقد على الأغلب أن المادة السوداء مصنوعة من مجموعة متنوعة من الجسيمات
و أنها أكثر تعقيدًا من مجرد جسيم واحد
لا يزال العلم الحديث عاجزًا عن إيجاد دليل على وجود هذه المادة المجهرية الغامضة
و عدد متنام من العلماء يرجح أن السبب ليس أنها شيء آخر
بل أنها في مكان آخر مثل بعد آخر مختلف
يؤمن العلماء فعلا بفكرة أن المادة السوداء تأتي من أبعاد أخرى
أو أنها تمثل جسيمات عادية تتحرك بالفعل في أبعاد أخرى
مشكلة الأبعاد الأخرى هي أننا لا نراها
و لا نتفاعل معها بقوة , و بالتالي فهي المكان الطبيعي لوضع المادة السوداء
من السهل تقبل فكرة أن تأثير الجاذبية في المجرات و التجمعات المجرية
و الذي نعزوه إلى المادة السوداء في كوننا
سببه الفعلي تركيزات من المادة في أبعاد أخرى
نشعر بتأثيرها في بعدنا الحالي لكننا لن نتمكن من رصدها في بعدنا الحالي
لأنها موجودة فعليًا في مكان آخر
مهما كانت أو أينما كانت , يثق العديد من العلماء أنهم في النهاية سيكشفون لغز المادة السوداء
فيما عدا لو كانت بالفعل في حجم أصغر مما تمكن البشر من رصده على الإطلاق
و هو ما يثير تساؤلًا
ما الذي يتواجد عند الحدود الصغرى للكون المجهري ؟
هذا هو ما أراد المشاهد جيسون إل من هيوستون, تكساس
أن يسأل برنامج "الـكــــون" عنه
أنا سعيد يا جيسون أنك سألت هذا السؤال
إن أصغر شيء في الكون هو الوحدات التحت ذرية الأساسية
كالإلكترونات أو الكواركات التي تكون البروتونات و النيوترونات أو النيوترينات
و كل هذه الجسيمات يعتقد أنها اهتزازات مختلفة لكيان ضئيل يسمى بالوتر
و هو حزمة ضئيلة جدًا من الطاقة
و هو أصغر شيء على الإطلاق يُبنى منه كل شيء آخر
لقد بدأ العلماء مؤخرًا فقط في استكشاف الأوتار و الجسيمات الضئيلة الأخرى في الكون المجهري
لكن ما وجدوه يعطي أدلة محيرة على العالم الذي جاءت منه
أثناء غوصهم أعمق و أعمق داخل الكون المجهري نجح العلماء في النظر إلى داخل الذرات
لكن ما الذي سنستكشفه لو استمرت رحلتنا المذهلة هذه أعمق و أعمق نحو العالم التحت ذري ؟
إن الأحجام التحت الذرية لهي في الواقع مساحات شاسعة لم تستكشف بعد
و نعلم عنها أقل مما نعلم عن الأنظمة الشمسية و المجرات و حتى عن الكون
لأننا نستطيع ملاحظة الكواكب و النجوم و المجرات في الكون
لكن من الصعب إجراء تجارب تمكننا من رصد هذه الأجزاء الدقيقة من المكان و الزمان
إن ما تحتاجه بشكل أساسي من أجل استكشاف الكون المجهري هو أجهزة أدق بكثير
كي تمكنك من ملاحظة التفاصيل في هذه المستويات الدقيقة
لكن أثناء محاولة العلماء لسبر أغوار المساحات الأصغر من الذرة
لن يمكنهم تسليط الضوء عليها لإضائتها بل سيحتاجون شيئا أقوى
كي تشاهد بدقة , ستحتاج لطاقة أعلى
و سنتمكن من رصد تفاصيل أدق بكثير باستخدام أجهزة الطاقة العالية المتنوعة الأشكال
تمثل مسارعات الجسيمات إبداع حقيقي في هذا المجال
نحن نستخدم جسيمات أساسية لسبر أغوار تركيب جسيمات أساسية أخرى عن طريق صدمهم معًا
من أجل التفاعل و مشاهدة النتائج عند مستويات متعددة من الطاقة
إذن فنحن سنتمكن من استكشاف أحجام أصغر و أصغر من المكان و الزمان
عن طريق استهلاك طاقات أعلى و أعلى في تجارب التصادم
لكن ما زال أكبر مسارع للجزيئات في العالم لا يقدر على انتاج الطاقة الكافية
لرصد أشياء أصغر من الجسيمات الأساسية الموجودة داخل الذرات
و على الرغم من ذلك فإن العلماء يؤمنون بوجود جسيمات بأحجام أصغر بكثير مما يستطيع العقل البشري أن يصدقه
يحاول الفيزيائيون الآن فهم "ما يسمى بــ "طول بلانك
و هو يساوي عشرة أس سالب 33 من السنتيمتر
و هو حجم أصغر بعشرين مرة من حجم الإلكترون
فلو كان الإلكترون بهذا الحجم و هو ما ضخمته أنا مرات عدة
فإن طول بلانك يكون أصغر بطريقة لا يمكن تخيلها من أصغر شيء يمكننا قياسه على الإطلاق
و بالرغم من ذلك فإن الفيزيائيين يحاولون التعامل مع هذه الأحجام
و هذا هو أساس نظرية الأوتار
تنص نظرية الأوتار على أن أي شيء نظن أنه جسيم , ما هو إلا وتر دقيق في حالة اهتزاز
و لكي أوضح ذلك أكثر لدي هنا هذه القطارة
و سأضع قطرة واحدة من الماء
تحتوي على تريليونات التريليونات من ذرات الهيدروجين و الأكسجين
تخيل لو أخذنا ذرة واحدة من الهيدروجين و كبرناها 10 مليارات مرة
سيصبح قطرها نصف متر
قد تتساءل هل يمكننا حينها رؤية الأوتار المفردة الموجودة داخل ذرة الهيدروجين ؟
الإجابة هي : لا
حتى لو استمرينا و كبرناها لحجم نظام شمسي فإن الأوتار حينها ستظل أصغر من أن ترى
فقط حين نكبرها إلى حجم الكون سنتمكن حينها من رؤية الوتر بالعين المجردة
لو أن حجم ذرة الهيدروجين بحجم الكون كم سيبلغ حجم الوتر حينها ؟
سيكون فقط بحجم أحد هذه الأشجار
و المذهل في الأمر هو أننا نحن البشر نتناقش بمنتهى الأريحية عن شيء بهذا القدر من الصغر
العلماء لا يتكلمون بأريحية فحسب بل إنهم قد سنوا نظريات عما يحدث بالفعل
هذا في الواقع هو أحد قدس الأقداس في العلم
نحن نعتقد أنه لا وجود للزمان و المكان العاديين عند مقياس بلانك
لكننا لا نعلم ما الذي يحل محلهما
نحن في حاجة لتطوير مفهومنا عن المكان بشيء أعمق
بشيء له القدرة على استيعاب عدة أبعاد مختلفة أو بشيء مختلف كلية عما هو عليه
أحد الاحتمالات هو أن المكان عند مقياس بلانك يوازي الخطوط البيضاء في ملعب الكرة
حيث تمثل الخطوط نسيج كوننا و لا يوجد بينها شيء آخر
قد يقفز الزمان بين نقطة و أخرى و لا توجد خطوات في المنتصف
كما لو أنه نمل كمي يقفز من نقطة إلى أخرى دون المشي على المكان الفاصل بين النقطتين
لماذا ؟ .. لأنه لا وجود للمكان فيما بين النقطتين
مهما كان ما يوجد في هذه المقاييس المتناهية الصغر فإن معظم العلماء يظنون أن مفاهيم الزمان و المكان
التي تنطبق على كوننا لا معنى لها في الكون المجهري
قد يكون الزمان و المكان هما الصفات الملموسة للكون
لكن عند الأحجام الدقيقة للمكان و المسافات الصغيرة من الزمان , يكون مفهوم الزمان و المكان لا معنى لهم
يقول العلماء أن الظروف عند "طول بلانك" تشبه كثيرًا الظروف التي كانت موجودة قبل الإنفجار العظيم
حين كان كل شيء في كوننا مكثفًا في نقطة مجهرية دقيقة
ربما تكون الإجابات للتساؤلات حول ما يحدث في الكون عند الأحجام الدقيقة
مرتبطة بمعرفة ماهية الكون قبل الإنفجار العظيم
فهل نشأ الكون من العدم عند الإنفجار العظيم
أم أنه كان شيئا آخر و تحول للكون الذي نعرفه عند الإنفجار العظيم ؟
هذه الأسئلة لا نعرف إجاباتها لكنها مرتبطة بما يحدث عند مقياس بلانك
قد تعتقد أن ما يحدث للأشياء التي في مقياس بلانك أمور لا تهمنا لأن حجمنا أكبر بكثير
لكن الحقيقة هي أن كل شيء يمت لنا بصلة فهذه هي أصل نشأتنا
لأن كوننا كله كان أصغر من حجم بلانك لو رجعنا بالزمن إلى الوراء
مهما كان الذي يوجد عند المقاييس الدقيقة للعالم التحت ذري و مهما كان تصرف هذه الأشياء
فإن العلماء يقولون أننا لا بد أن نفهمها جيدًا
حتى نتمكن من الفهم الكامل للكون من فوقنا
و لفهم سلوك الإنسان
و لمعرفة ما الذي كان يوجد قبل الإنفجار العظيم
إنه لمقدار ضخم من المعلومات يخلب الألباب
محبوس لا يُرى, داخل مساحة دقيقة
من كوننا المجهري
Translated By : DrHebala
Revised By : DrMansoob
Our Best Wishes -(-( Arab Translators )-)- fb/ArabTranslators
أليكس فيليبينكو جامعة كاليفورنيا ، بيركلي
كليفورد جونسون جامعة جنوب كاليفورنيا
شون كارول معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
فريد كاتنر جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز
سيث لويد معهد ماساشوستس
ماكس تيجمارك معهد ماساشوستس