مقدمة للترجمة

هذه المادة اللطيفة من نيوساينتست تشرح مجموعة من أغرب الظواهر التي ترتبط بقوانين الفيزياء، والتي تمثل فرصة لكسر مستحيلات فيزيائية حالية، يمكن يوما ما التغلب أو على الأقل التحايل عليها، ومن ثم يمكن أن تساعدنا في بناء تقنيات لم نكن نتصور وجودها، مثل الانتقال الآني أو تحويل الزلازل عن المدن!

نص الترجمة

تشتهر نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين بتنبؤها بالثقوب الدودية، وهي طرق مختصرة قد تسمح بالسفر عبر الزمن من خلال ربط مناطق مختلفة من المكان والزمان. لم ير أحد مثل هذه الثقوب من قبل، ومع ذلك، يحتدم الجدل حول إذا ما كان بإمكانك السفر عبرها حتى لو كانت موجودة.

وبينما ننتظر زائرا من المستقبل ليخبرنا عن الأمر، إليك بعض المستحيلات الفيزيائية الأخرى التي ربما ثبتت بالفعل أنها ممكنة.

آلات الحركة الدائمة

لقد أغرت فكرة الأجهزة التي يمكنها الحركة أو القيام بأنواع أخرى من العمل المفيد بدون طاقة خارجية بعض الأسماء الشهيرة على مر القرون. عمل ليوناردو دافنشي على عديد من التصميمات التي تتضمن أوزانا دوارة، وتخيل روبرت بويل قمعا يغذي نفسه، أما بليز باسكال، فقد كان حكيما كفاية ليتخلى عن البحث خلفها، واخترع عجلة الروليت بدلا من ذلك.

إن الآلات ذات الحركة الدائمة الكبيرة الحجم تخالف كل أنواع القوانين الفيزيائية، لا سيما قوانين الديناميكا الحرارية الصارمة (لاسيما قانون حفظ الطاقة الذي تعلمناه في المدارس الابتدائية صغارا، ويقول إن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من عدم، ولكن يمكن تحويلها من صورة إلى أخرى*).

ولكن “بلورات الزمن” التي ابتكرها عالم الفيزياء الحائز على جائزة نوبل فرانك ويلكزيك -وهي مواد تتكرر حركتها إلى الأبد في الزمن دون مصدر طاقة خارجي- تبدو قريبة من ذلك. (هذه البلورات لا تكسر قوانين الديناميكا الحرارية، لأنها لا تنتج عملا أو طاقة، بل إنها تظهر فقط تغيرا دوريا في حالتها الداخلية بمرور الوقت*).

ولكن النماذج التي تم تصنيعها مؤخرا في المختبر من هذه البلورات لا تؤدي أي عمل مفيد، ومن ثم فإن البحث مستمر.

أجهزة النقل الآني

هل تمنيت يوما أن تبتلعك الأرض ثم تقذف بك إلى مكان بعيد؟ من الغريب أن قوانين الفيزياء لا تمنع حدوث ذلك. في كتابه الصادر عام 2008 بعنوان “فيزياء المستحيل”، يصف الفيزيائي ميتشيو كاكو النقل الآني بأنه “استحالة من الدرجة الأولى”، وهذا يعني أن هذه التكنولوجيا ممكنة من الناحية النظرية، بل وقد توجد حتى في حياتنا.

في الواقع، توجد بالفعل أجهزة نقل عن بعد، ليس للبشر بالكامل، بل للجسيمات دون الذرية. تسمح التشابكات الكمومية، الظاهرة التي أطلق عليها أينشتاين “الفعل المخيف عن بعد”، بنقل المعلومات والحالات الكمومية على الفور عبر الفضاء.

تضمنت أولى تجارب النقل الآني الكمي، التي أجريت عام 1997، إعادة بناء الحالة الكمومية لفوتون واحد في فوتون آخر على بعد عشرات السنتيمترات. وعام 2017، بلغ الرقم القياسي العالمي للنقل الآني الكمي أكثر من 100 كيلومتر.

 

عباءات الإخفاء

عباءة الإخفاء الخاصة بهاري بوتر ليست سوى مثال خيالي على الملابس السحرية التي تجعلك تختفي. ولكن ما تسمى بالمواد الخارقة (مواد مصنعة تمت هندستها لتحصل على خصائص لا توجد في المواد الطبيعية*) تشير إلى إمكانية مماثلة في الحياة الواقعية أيضا.

إن المبدأ وراء الأغطية المصنعة من المواد الخارقة بسيط، إذ تنحني موجات الضوء حول جسم في مجال رؤيتك، تماما كما ينحني الماء حول صخرة في مجرى مائي. ولكن في الممارسة العملية، يجب تطوير مواد نانوية جديدة تماما يمكنها ثني الضوء بطرق غير مألوفة.

تم تصنيع أول مواد خارقة في المختبر عام 2000، وسرعان ما تبع ذلك أجهزة تمويه أساسية. وقد حكم الباحثون مؤخرا في هذا النطاق بأن التمويه مستحيل بالنسبة للأجسام ذات الحجم البشري، ولكن هذا ليس خسارة كبيرة، فحتى لو كان ذلك ممكنا لن تتمكن إلا من إعادة توجيه أطوال موجية محددة من الضوء، مما يجعل الجسم المغطى غريب اللون وأكثر وضوحا.

بدلا من ذلك، يمكن استخدام مبادئ تمويه مماثلة في نطاق أهم، حيث يمكن أن تستخدم لتحويل الموجات الزلزالية وحماية مدن بأكملها من الزلازل.

درجات الحرارة السلبية

إذا كنت تريد أن تعيش في هذا الكون، فمن الأفضل أن تمتثل لقواعده. لا يمكن السفر بسرعة أكبر من سرعة الضوء، ولا تمكن القسمة على الصفر، ولا يمكن تبريد أي شيء إلى ما دون الصفر المطلق.

يمثل الصفر المطلق، الذي يساوي نحو سالب 273 درجة مئوية درجة الحرارة التي تتوقف عندها الذرات عن الحركة. لذا، يبدو من المنطقي ألا تتمكن من النزول إلى ما دونها. في الواقع، فقد أثبت علماء الفيزياء في وقت سابق أنه لا يمكنك حتى الوصول إليها على الإطلاق، لكن يمكنك القفز تحتها.

وفقا للتعريف الديناميكي الحراري الصارم، فإن درجة الحرارة مقياس للانتظام: فكلما كان الشيء أكثر هدوءا وأكثر تنظيما، انخفضت درجة حرارته. لذلك، في عام 2013، اتخذ علماء الفيزياء في جامعة لودفيغ ماكسيميليان في ميونيخ في ألمانيا قفزة منطقية، حيث قاموا بتنظيف مجموعة من الذرات المبردة إلى ما يقرب من الصفر المطلق قليلا، مما أدى إلى إنشاء درجة حرارة أقل من الصفر المطلق من الناحية الفنية.

مثل هذه الحالات ليست مفيدة عمليا. لكنها قد تساعدنا في دراسة الطاقة المظلمة، المادة الغامضة التي تمزق الكون، إذ اقترح البعض أنها ذات درجة حرارة سالبة.

 

المادة المتزوجة بالمادة المضادة

في العادة، عندما تتلامس المادة مع نقيضها، المادة المضادة، فإن كلتيهما “تفنى” في اندفاع مفاجئ من الطاقة. إنه لمن حسن الحظ أننا نعيش في كون به كثير من المادة وقليل من المادة المضادة بشكل غامض. (المادة المضادة هي نفسها المادة الطبيعية لكن مع شحنات متضادة، فمثلا تعلمنا أن الإلكترونات ذات شحنة سالبة، لكن النقيض لها -البوزيترونات- هي إلكترونات بشحنة موجبة*).

ولكن من الغريب أن بعض المادة قد تكون أيضا مادة مضادة. ما يسمى بفيرميونات ماجورانا ستكون جسيماتها المضادة الخاصة، والتي قد تكون قادرة على إنتاج كميات كبيرة من المادة المضادة.

إن النيوترينوات جسيمات قابلة للفناء الذاتي في ظل الظروف المناسبة. ولقد اشتبه علماء الفيزياء منذ فترة طويلة في أن النيوترينوات قد تندرج ضمن هذه الفئة، وإن كان إثبات ذلك يعني رصد بعض أندر العمليات في الكون في أثناء عملها، والتي ربما تحدث مرة واحدة كل 100 تريليون تريليون سنة.

وفي الوقت نفسه، هناك تقارير مستمرة تفيد بأننا نجحنا في إنجاز شيء مماثل في المختبر. فعندما يتم انتزاع الإلكترون من موصل فائق، يتبقى ثقب خلفه يتصرف مثل جسيم مشحون إيجابيا بنفس الكتلة تماما. وإذا تم التلاعب بهما بالطريقة الصحيحة، فيمكن جعلهما يتصرفان مثل جسيمات ماجورانا.

 

* إضافات من المترجم

هذه المادة مترجمة عن نيوساينتست ولا تعبر بالضرورة عن الجزيرة نت