قانون فيزيائي يجعل الهيليوم فائق الميوعة يتصرف كالثقوب السوداء

قانون فيزيائي يجعل الهيليوم فائق الميوعة يتصرف كالثقوب السوداء

بقلم: أ./ علاء خياط

قانون فيزيائي يجعل الهيليوم فائق الميوعة يتصرف كالثقوب السوداءمن بين كل قوانين الفيزياء الموجودة يمكن القول أن هذا القانون هو الأغرب، العلماء اكتشفوا أن القوة الفيزيائية التي تتحكم بأفق الحدث الخاص بالثقب الأسود  تلعب دوراً أيضا في الهيليوم فائق الميوعة والذي هو سائل فريد يتدفق دون وجود أي احتكاك.

إن قانون تشابك المناطق هو قانون قد تم رصده على مقياس كبير في الثقوب السوداء وعلى مقياس ذري في الهيليوم المبرد. ويمكن أن يكون المفتاح لتحقيق المسعى طويل الأمد بإيجاد نظرية الكم للجاذبية – الحل لأعمق المشاكل في الفيزياء النظرية اليوم.

حقيقة أن قانون التشابك يمكن تطبيقه على كل من الثقوب السوداء والهيليوم هو “أمر غريب ” هكذا قال أحد أعضاء الفريق الفيزيائي أدريان ديل ماسترو من جامعة فيرمونت ” وهي تشير إلى فهم أعمق للواقع.

الثقوب السوداء هي غريبة بحد ذاتها، ولكن علاقتها بالانتروبي –والتي هي الفوضى في الكون – أمر جعل الفيزيائي الشهير وسائح الفضاء ستيفن هوكينج Hawking مستغرقاً فيها كلياً.

الفوضى هي كيف تصف تطور النظام من الانتظام إلى عدم الانتظام – البيضة الغير ممسوسة بها فوضى منخفضة لكن البيضة المخفوقة تتمتع بفوضى عالية.

وكما انه ليس بإمكانك إعادة البيضة المخفوقة إلى حالها الأول فإن الفوضى تتطور في النظام من منخفضة الى عالية فقط هذا في كوننا على الأقل. وبفضل الفوضى الزمن لا يستطيع التحرك سوى للأمام ولذلك فإن زخم الانفجار الأعظم Big Bang والكون وكل شيء آخر محيط بنا يتجه نحو المزيد من الفوضى.

في السبعينيات من القرن الماضي اكتشف هوكينج Hawking وزميله الفيزيائي النظري جاكوب بيكينشتاين Jacob Bekenstein انه إذا كانت المادة غير محظوظة كفايةً لتدور قريبة جداً من أفق الحدث الخاص بالثقب الأسود و تقع فيه، فإن المعلومات التي ستضاف حينها لثقب الأسود (على شكل فوضى) تزداد فقط كلما ازدادت مساحة سطح الثقب الأسود، وهذا أمر غريب جداً لأن ازدياد حجم الثقب الأسود لا يبدو أحد العوامل المؤثرة على الإطلاق.

“إذا ضاعفت حجم صندوق فانك ستتوقع أن يتضاعف حجم المعلومات التي من الممكن وضعها فيه “هكذا أدلى الفيزيائي كريستفور هيردمان من جامعة وترلو في كندا وقائد الباحثين في الموضوع  لجريدة أخبار العلوم.

فكر بها كخزانة للملفات فانه من الغير منطقي لك أن تقيس مساحة سطح الخزانة لتعرف كم ملفاً ستتسع من دون أخذ حجم هذه الخزانة بالحسبان.

لكن هذا ما توصل اليه هوكينج وبيكنيشتاين عن الثقوب السوداء في الفضاء الخارجي، ويبدو أيضاً أن  قانون تشابك المساحات الغير بديهي هذا ينطبق أيضاً على نوع خاص من الذرات في المختبرات.

“لقد وجدنا أن نفس النوع من القوانين ينطبق أيضاً على المعلومات الكمية في الهيليوم فائق الميوعة “صرح ديل ماسترو في مؤتمر صحفي.

ولأجل اكتشاف ذلك قام الفريق بمحاكاة دقيقة للسائل فائق الميوعة Heluim 4  هيليوم 4 وهو هيليوم قد تم تبريده إلى درجتين فوق الصفر المطلق أو الصفر كيلفن و الذي يساوي -273.15 c أو  -459.67 F  وهي أبرد درجة حرارة  يمكن الوصول إليها في الكون، عند هذه النقطة يتحول الهيليوم من الغاز إلى السائل فائق الميوعة الأمر الذي يسمح له بالجريان دون فقدان أي طاقة حركية، وهذا يعني أنك إن وضعت بعض الهيليوم فائق الميوعة في وعاء ثم قمت بتدويره فإن الهيليوم حرفياً سيبقى يدور للأبد.

هذه الحالة من المادة غريبة لدرجة تجعل السائل فائق الميوعة يتسلق جدران الوعاء الموضوع فيه متحدياً الجاذبية ومن ثم يكمل طريقه نزولاً على جوانب الوعاء.

في الهيليوم فائق الميوعة لا تعتبر كل ذرة مكونة للمادة كياناً منفصلاً بل إن الذرات تصبح متشابكة كمياً مع بعضها البعض وتصبح كياناً واحداً. عندما قام ديل ماسترو و زملاءه بتحميل المحاكاة التي قاموا بها على جهاز الحاسوب الخارق (supercomputers) كانوا قادرين على إجراء عمليات محاكاة منفصلة ل 64 ذرة هيليوم أثناء تحولها إلى مائع فائق.

ومن خلال هذا المائع الفائق قاموا ببناء قسمين فرضيين –كرة من المائع الفائق و مائع فائق يحيط بهذه الكرة – وأثناء ازدياد حجم الكرة قاموا بتتبع مسار كمية المعلومات الكمومية المشتركة من التشابك الكمومي بينهما. وإذا عدت بالتفكير لثقوب السوداء فإن معلومات التداخل الكمي هذه مماثلة للمعلومات التي تسقط خلال أفق الحدث لثقب الأسود لتزيد من الفوضى intropy  داخله.

وتماما ً كما اكتشف هوكينج وبيكينشتاين قد شاهدوا أنه بينما كانت تزداد كمية المعلومات الكمومية المتداخلة التي يتم مشاركتها بين منطقتين فإن المائع الفائق يحدد بمساحة سطح الكرة لا بحجمها.

“تماما ً كالصورة المجسمة ( holograph) يبدو أن الكرة ثلاثية الأبعاد الموجودة في الفضاء قد تم تشفيرها بشكل كامل الى سطحها ثنائي الأبعاد وذلك تماماً كالثقب الأسود ” هكذا وصفها الفريق.

وهذه أمر مهم لان ظاهرة التشابك الكمي لا تتفق مع النموذج المعياري الفيزيائي، الأمر الذي جعل اينشتاين غير مرتاح لكن هذه الظاهرة موجودة لتبقى لذلك يجدر بنا الحصول على دراسات أفضل لها.قانون فيزيائي يجعل الهيليوم فائق الميوعة يتصرف كالثقوب السوداء

“التشابك الكمومي هو معلومات كمية – غير كلاسيكية – يتم مشاركتها بين أجزاء الحالات الكمية. إن الخصائص المميزة لميكانيكا الكم هي ما تجعلها غريبة عن واقعنا الكلاسيكي.” كما قال ديلماسترو في مؤتمر صحفي.

“النظرية الكلاسيكية للجاذبية تعتمد على المعرفة الدقيقة لشكل وهندسة الزمكان”

“Our classical theory of gravity relies on knowing exactly the shape or geometry of space-time.”

كما تفسر النظريات سلوك الأشياء من الكبير إلى متناهي الصغر في الكون، فإن النسبية لأينشتاين و ميكانيكا الكم لا ينسجمان، وإحدى أبرز المشاكل في الفيزياء الحديثة هو إيجاد نظرية الكم الكونية للجاذبية، ربما من بعد ما تمكنا من رؤية غرابة التشابك الكمي في ظاهرة طبيعية لحالة من حالات المادة سنصبح أقرب لهذا الهدف.

المصدر

www.sciencenews.org/article/superfluid-helium-behaves-black-holes


لتحميل مجلة الفيزياء العصرية العدد الثاني والعشرون

التحميل من الموقع مباشرة


لتحميل الاعداد السابقة من مجلة الفيزياء العصرية

من هنا

تعليقات

تعليقات