10- مضاد المادة ومضاد الأكوان

من الانشغالات العلمية الجديدة والخطيرة في مجال الفيزياء المعاصرة، هو موضوع المادة المضادة[1]، قد تناولته قصته داوون براون “ملائكة وشياطين”، حيث حاول مجموعة من “المتطرفين” تدمير الفاتيكان باستعمال قنبلة مضاد مادة مسروقة من المختبر النووي سيرن CERN خارج جنيف. فالقنبلة المكونة من مضاد المادة لها قوة تفجيرية هائلة، تتجاوز بكثير قدرة القنبلة الذرية الحالية. ولهذا فهناك اهتمام عسكري بالموضوع وكذلك علمي.

يقول كاكو: “أدرك الفيزيائيون مع بداية القرن العشرين أن الذرة تتألف من جسيمات تحت ذرية مشحونة تتألف من الالكترونات (بشحنة سالبة) التي تدور حول نواة صغيرة (شحنة موجبة)، وتتألف النواة بدورها من بروتونات (تحمل شحنة موجبة) ونيوترونات (حيادية كهربائية). لذا فقد صدم الفيزيائيون في الخمسينات عندما أدركوا أنه يوجد لكل جسيم هو البوزيترون الإلكترون في كل شيء، عدا من انه يحمل الشحنة المضادة. لقد اكتشف أولا في صور الأشعة الكونية المأخوذة في غرفة السحب. (من السهل رؤية أثار البوزيترون في غرفة سحب. وعندما يوضع في حقل مغناطيسي قوى فإنه ينحني في الاتجاه المضاد للالكترونات العادية. قمت بتصوير مصل هذه الآثار لمضاد المادة عندما كنت في المدرسة الثانوية). وفي العام 1955 انتج مسرع الجسيمات ببيفاترون (Bevatron) في بركلي بجامعة كاليفورنيا مضاد للبروتون. وكما هو متوقع، فهو مماثل للبروتون عدا أنه يمتلك شحنة سالبة. ويعني هذا من حيث المبدأ أنه يمكن صنع مضاد للذرة (حيث تدور البوزيترونات حول مضاد البروتون). وفي الحقيقة، من المحتمل نظريا وجود مضاد المعدن ومضاد الكيمياء ومضاد البشر ومضاد الأرض وحتى مضاد الكون”[2]. ويؤكد كاكو بأن العلماء استطاعوا صنع كميات ضئيلة من مضاد الهيدروجين، بحيث حققت مؤسسة سيرن[3] CERN نجاحا تاريخيا سنة 1995 عندما تم صنع تسع ذرات من مضاد الهيدروجين، كما حقق مختبر فيرمى نجاحا هاما بدوره حينما استطاع صنع مائة ذرة من مضاد الهيدروجين. ومن حيث المبدأ، يصرّح العلماء بأنه في مقدرتهم صناعة مواد مضادة لعناصر أعلى، لكن التكلفة المالية المرتفعة لذلك هي العائق الوحيد[4].

وهناك مشكل آخر يكمن في خاصية التطاير لدى مضاد المادة، بحيث إذا لمس هذا المضاد الجدران فإنها تنفجر، لذلك يلجأ العلماء إلى تأيين مضاد المادة أولا إلى غاز من الأيونات تم حبسه في “قارورة مغناطيسية” وبالتالي يمنع الحقل المغناطيسي مضادة المادة من ملامسة الجدار[5].

ويعتقد الفيزيائي جيرالد سميث من جامعة ولاية بنسلفانيا، بأن 4 ميللغرامات[6] من البوزيترونات كافية لجعل صاروخ من مضاد المادة، يصل إلى المريخ في أسابيع محدودة فقط. وليس هناك حاليا مسرعات مصممة لإنتاج مضاد المادة بشكل كاف، ولذلك يتصور سميث[7] بأنه في المستقبل، سيكون ممكنا إنتاج كميات كبيرة وبالتالي صناعة صواريخ مضاد المادة هي الوسيلة لتحقيق السفر بين الكواكب.

حاول العلماء البحث عن مضاد المادة في الفضاء الخارجي، لكن لحد الآن لم يتم العثور على أي شيء؛ وهذه من الأمور التي تحير علماء الفيزياء. واعتقد أندري ساخروف، مصمم القنبلة الهيدروجينية في الاتحاد السوفياتي سابقا، بانه عند بداية الكون “كان هناك تناظر بسيط بين كمية المادة والمادة المضادة في الانفجار الكبير. ويدعى كسر هذا التناظر الضئيل بـ”خرق تناظر الشحنة السوية”(CP violation) هذه الظاهرة هي حاليا محور الكثير من البحث المكثف. اعتقد ساخروف أن الذرات الموجودة اليوم في الكون كلها بقيت من إلغاء كامل تقريبا من المادة ومضاد المادة. لقد بسبب الانفجار الكبير إلغاء كونيا للاثنين. خلقت المادة الضئيلة المتروكة متبقيا شكل الكون المرئي الحالي. قدرات أجسامنا كلها هي مخلفات الانفجار الهائل للمادة ومضاد المادة”[8]. فهذه النظرية تشير إلى إمكانية وجود مضاد في الطبيعة[9]. وقد عثر وليام بوركل على “نوافير”[10] من مضاد المادة في مجرة درب التبانة. كما أطلق قمر باميلا سنة 2006 للبحث عن مضاد المادة في الفضاء.

أشار كاكو إلى بول ديراك باعتباره مكتشف مضاد المادة، وهو عالم فيزيائي، شغل كرسي لوكاسيان في جامعة كامبردج وهو نفس الكرسي الذي شعله نيوتن، والذي يشغله حاليا ستيفن هوكنغ. وحصل ديراك على جائزة نوبل سنة 1933، كما اكتشف كارل أندرسون مضاد الإلكترون[11]. ويقول كاكو بأن “يوجد مضاد المادة لأن لمعادلة ديراك نوعين من الحلول: واحد للمادة والآخر لمضاد المادة (وهذا بدوره هو الناتج من النسبية الخاصة).

لا تتنبأ معادلة ديراك بوجود مضاد المادة فقط، لكنها تتنبأ أيضا بـ”لف” الإلكترون. يمكن للجسيمات تحت الذرية أن تلف مثل لف القسم العلوي. ولف الإلكترون مهم بدوره لفهم تدفق الالكترونات في أنصاف النواقل والترانزستورات التي يتشكل أساس الالكترونات الحديثة. يأسف ستيف هوكنغ أن ديراك لم يسجل برادة اختراع لمعادلته. لقد كتب “كان ديراك سيحصل على ثروة لو أنه سجل براءة اختراع لمعادلته. كان سينال عائدات عن كل تلفاز وراديو محمول ولعبة فيديو وحاسوب”[12].

واستنادا إلى معادلة ديراك[13]، يمكن حسب اعتقاد كاكو، الإجابة عن عدد مهم من الأسئلة، مثل ما مضاد المادة المقابل للجاذبية؟ وهل هناك مضادات الأكوان؟.

ويبدو لكاكو بأن الحديث حول وجود أكوان معكوسة ومضاد المادة، مسألة مهمة ويتعامل معها علماء الفيزياء بجد[14]. وتحمس بشكل كبير ريتشارد فينمان الحائز على جائزة نوبل لنظرية الكون المعكوس، لكن عالمين من جامعة كولومبيا، انتقدا هذه النظرية، وبرهنا من خلال فحص لطبيعة الجسيمات تحت الذرية أن الكون المعكوس تناظريا عبر المرأة لا يمكن أن يوجد[15]. وقد حصل لي ويانغ، بسبب اكتشافهما، الذي يعرف “بنقض التماثل” على جائزة نوبل سنة 1957. كما حصل جيمس كرونين وفال فيتش على جائزة نوبل سنة 1980، لتوصلهما إلى نتائج مهمة حول استحالة الكون المعكوس بالتماثل والشحنة[16].

وينتهي كاكو إلى طرح التساؤل التالي: “هل مضادات الأكوان المعكوسة ممكنة؟ الجواب نعم. حتى لو كانت أكوان معكوسة بالتماثل أو معكوسة بالشحنة غير ممكنة فمضاد الكون مازال ممكنا، لكنه سيكون كونا غريبا. لو عكسنا الشحنات والتماثل ومرور الزمن فسيصبح الكون الناتج عن ذلك قوانين الفيزياء كلها. إن الكون المعكوس بالتماثل والشحنة والزمن CPT مازال ممكنا”[17].

في النهاية، يعود كاكو إلى صلب الموضوع الذي يتعلق بإمكانية توظيف واستغلال مضاد المادة في تزويد محركات الصواريخ. ليقول بأن المشاكل التقنية المرتبطة بالمشروع تجعل السفر إلى الكواكب، أمرا مؤجلا، بحيث سيستغرق أمر حل المشاكل التقنية وابتكار تكنولوجيا متطورة، مدة قرن كامل، وبالتالي يتوقع كاكو بأن البشرية قادرة على السفر إلى النجوم في المستقبل، ولهذا فإن استعمال مضاد المادة كوقود هو حاليا استحالة من الصنف الأول.

لقد اعتبر كاكو في الباب الأول من كتابه، حقول القوة والحجب عن الرؤية والمدافع الشعاعية والنقل الفوري والحركة بتأثير الدماغ والروبوتات والكائنات الفضائية والسفن النجمية ومضاد المادة ومضادات الأكوان من الصنف الأول للأمور المستحيلة، بينما خصص الباب الثاني لمستحيلات الصنف الثاني.

ثانيا: مستحيلات الصنف الثاني/ المستقبل البعيد

يتحدث كاكو في هذا الباب الثاني، عن قضايا تعتبر بالنسبة إليه من مستحيلات الصنف الثاني وهي: أسرع من الضوء والسفر عبر الزمان والأكوان المتوازية. وكما أشار كاكو في بداية كتابه، فإن مستحيلات الصنف الثاني هي “تقانات تقع على حافة فهمنا للعالم الفيزيائي. وإذا كانت ممكنة على الإطلاق، فإن ذلك سيستغرق ما بين آلاف وملايين السنين في المستقبل”[18].

1- أسرع من الضوء

من المعلوم عند الفيزيائيين أن سرعة الضوء هي الحد النهائي للسرعة في الكون؛ وبذلك يتعذر الوصول إلى النجوم البعيدة. وتعتبر أعمال اينشتاين رائدة وثورية في مجال سرعة الضوء. فبالنسبة لنيوتن يمكن سبق الضوء، بينما اينشتاين قد “اكتشف شيء لم يعرفه حتى ماكسويل نفسه، وهو: إن سرعة الضوء ثابتة مهما كانت سرعتك لو أسرعت نحو شارع الضوء أو بعيدا عنه فإنه سيتحرك بالسرعة نفسها، لكن هذه الخاصة تناقض المنطلق السليم. وجد اينشتاين الجواب عن سؤاله في سن الطفولة: لا تستطيع أبدا أن تسابق شعاعا من الضوء لأنه يتحرك دوما بعيدا عنك بسرعة ثابتة مهما كانت سرعتك”[19]. وثبات سرعة الضوء يؤدي إلى تغير الإدراك بالزمان والمكان، ويخلق تغييرات كذلك للزمان والمكان[20].

إن أفكار اينشتاين تم تأكيدها من خلال مجموعة من التجارب، بما في ذلك الأبحاث حول(GPS)، حيث تتغير الساعات على نظام الـ  GPS مع حركتها فوق الأرض، كما تنبأ اينشتاين. وتتلخص أفكار هذا العالم في نظرية النسبية الخاصة. وتداركها اينشتاين في النظرية النسبية العامة[21]. وفي النسبية العامة يصبح الزمان – المكان نسيجا يمكن أن يتمدد أسرع من الضوء، ولهذا يتوقع كاكو إمكانية السفر مستقبلا بأسرع من الضوء؛ وذلك من خلال طريقتين: المكان المدد والمكان الممزق[22]. وعملية التمدد والتمزق تسمح بوجود ثقوب في الفضاء، أو ما سمي بالثقب الدودي. وهناك أبحاث سيغل الكويير سنة 1944، الذي اقترح محرك الالتواء.

ومن الاقتراحات الهامة حول العثور على المادة السالبة في الفضاء الخارجي، استعمـــال ما يسمى عدسات اينشتاين. ويقول كاكو “ولو اكتشف تلسكوب هابل الفضائي يوما ما مادة سالبة أو ثقبا دوديا من خلال عدسات اينشتاين، فسيخلق صدمة في عالم الفيزياء..”[23] ومن المعلوم بأن هناك انشغال كبير لعلماء الفلك بعدسات اينشتاين[24]، وذلك لفهم أكبر وأدق لطبيعة الكون.

ومن القضايا التي حيرت علماء الفيزياء والفلك، مسألة تشكل ثقوب سوداء والثقوب الدودية، وإمكانية وجود كون آخر على الطرف الآخر من الثقب الأسود، مما دعي “بجسر اينشتاين”، وساهم روبرت اوبنهايمر وطالبه هارحلاند ستايدر[25] بورقة علمية بينت إمكانية تشكل ثقوب سوداء بطرق طبيعية. كما تقدم الرياضي روي كير[26] بتفسير للثقب الأسود؛ حيث اعتقد بأن “الثقب الأسود لن ينهار إلى نجم نقطي كما افترض شفارز نشايلد، لكنه سينهار إلى حلقة دوارة. وسيكون مصير اي شخص يصطدم بهذه  الحلقة الهلاك. لكن أي شخص يسقط وسط الحلقة لن يموت، بل سيمر خلالها. لكنه بدلا من أن يصل إلى الطرف الآخر من الحلقة فإنه سيمر عبر جسر اينشتاين – روز ليصل إلى كون آخر”[27].

ويرى الباحث كيب ثورن من معهد كاليفورنيا للتقنية بأن تقانة لصنع الثقوب الدودية أمر يفوق قدرات الحضارة الإنسانية بكثير. ويؤكد كاكو ذلك بقوله أن حضارة من النوع الثالث هي التي بإمكانها امتلاك تحكم في الطاقة (تحقيق طاقة بلانك) وبالتالي يكون لها قدرة السفر عبر الثقوب الدودية، والحضارة الإنسانية في تقديره تحتاج 200 سنة للانتقال من حضارة ضعيفة من النوع الصفر، إلى حضارة من النوع الأول. ويشير كاكو إلى مجهودات علمية جبارة، في مجموعة من المختبرات الدولية، مثل مركز المسرع الخطي في ستانفورد ومختبر روذفورد ابلتون في انجلترا والبوليتكنيك في فرنسا، وهي مجهودات تستهدف مضاعفة طاقة مسرع جسيمات ضخم بمقدار متر فقط[28]. ولذا فالأبحاث متواصلة لتحقيق أرقام قياسية[29] في مجال تسريع الجسيمات. وينتهي كاكو إلى الإقرار بأن امتلاك تكنولوجيا تتجاوز سرعة الضوء، غير ممكن حاليا وهو من مستحيلات الصنف الثاني.

د. خالد ميار الإدريسي
رئيس تحرير مجلة مآلات، فصلية محكمة تعنى بالدراسات الاستشرافية

الهوامش: