أحد صفحات التقدم العلمي للنشر
Advertisement
فضاء

وقود المستقبل

كيف تجعل سفينة فضائية تنطلق بأسرع من سرعة الضوء

هل كنتَ تعلم؟
تجرأ أكثر من 600
شخص على الذهاب
إلى الفضاء

تتمثل‭ ‬إحدى‭ ‬القدرات‭ ‬الأشهر‭ ‬للمركبة‭ ‬إنتربرايز‭ ‬بقدرتها‭ ‬على‭ ‬الانزلاق‭ ‬من‭ ‬أحد‭ ‬طرفي‭ ‬المجرة‭ ‬إلى‭ ‬الطرف‭ ‬الآخر‭ ‬في‭ ‬لحظات‭ ‬معدودة‭ ‬باستخدام‭ ‬محرك‭ ‬الطيّ‭ ‬الخيالي. ‬لا‭ ‬تقترب‭ ‬التكنولوجيا‭ ‬البشرية‭ ‬حالياً‭ ‬في‭ ‬تطورها‭ ‬بما‭ ‬يكفي‭ ‬لمحاكاة‭ ‬محرك‭ ‬الطيّ‭ ‬بالمركبة‭ ‬إنتربرايز. ‬ولكن‭ ‬النظرية‭ ‬الكامنة‭ ‬وراء‭ ‬بناء‭ ‬هذا‭ ‬المحرك‭ ‬موجودة‭ ‬منذ‭ ‬أوائل‭ ‬تسعينات‭ ‬القرن‭ ‬العشرين. ‬لتحقيق‭ ‬سرعات‭ ‬أعلى‭ ‬من‭ ‬سرعة‭ ‬الضوء،‭ ‬وهو‭ ‬الحد‭ ‬الطبيعي‭ ‬للسرعة‭ ‬الفيزيائية،‭ ‬اقترح‭ ‬عالم‭ ‬الفيزياء‭ ‬النظرية‭ ‬ميغيل‭ ‬ألكوبييري‭ ‬Miguel Alcubierre‭ ‬أنه‭ ‬يجب‭ ‬علينا‭ ‬ثني‭ ‬نسيج‭ ‬الزمكان‭.‬

يمكن‭ ‬تخيل‭ ‬الزمكان‭ ‬Space-time‭ ‬على‭ ‬أنه‭ ‬صفيحة‭ ‬من‭ ‬المطاط‭ ‬توجد‭ ‬فوقها‭ ‬كل‭ ‬المادة،‭ ‬مما‭ ‬يسبب‭ ‬انخفاضات‭ ‬في‭ ‬المطاط‭ ‬حسب‭ ‬كتلها‭. ‬اقترح‭ ‬ألكوبييري‭ ‬أنه‭ ‬إذا‭ ‬كان‭ ‬بالإمكان‭ ‬طي‭ ‬الزمكان‭ ‬أمام‭ ‬مركبة‭ ‬فضائية‭ ‬ثم‭ ‬توسيعه‭ ‬خلفها،‭ ‬ستستطيع‭ ‬السفينة‭ ‬الانطلاق‭ ‬بسرعة‭ ‬تزيد‭ ‬كثيراً‭ ‬عن‭ ‬سرعة‭ ‬الضوء،‭ ‬فتحقيق‭ ‬”سرعة‭ ‬الطيّ“. ‬وسيستمر‭ ‬هذا‭ ‬الحني‭ ‬للزمكان،‭ ‬نظرياً،‭ ‬بالتحرك‭ ‬على‭ ‬شكل‭ ‬موجة‭ ‬ويعمل‭ ‬كحزام‭ ‬ناقل،‭ ‬فيحمل‭ ‬فوقه‭ ‬سفينة‭ ‬الفضاء‭.‬

لتحقيق‭ ‬مثل‭ ‬هذا‭ ‬التلاعب‭ ‬بالزمكان،‭ ‬اقترح‭ ‬ألكوبييري‭ ‬كمية‭ ‬هائلة‭ ‬من‭ ‬الكتلة‭ ‬السالبة‭ ‬Negative‭ ‬mass،‭ ‬وهي‭ ‬ظاهرة‭ ‬نادراً‭ ‬ما‭ ‬تنشأ‭ ‬في‭ ‬المختبرات‭ ‬ويُنظر‭ ‬إليها‭ ‬باعتبارها‭ ‬طاقة‭ ‬الفراغ‭ ‬Vacuum energy‭ ‬في‭ ‬الفضاء. ‬يجب‭ ‬أن‭ ‬تكون‭ ‬كمية‭ ‬الكتلة‭ ‬السالبة‭ ‬اللازمة‭ ‬لتشغيل‭ ‬محرك‭ ‬ألكوبييري‭ ‬للطي‭ ‬مساوية‭ ‬لكتلة‭ ‬نجم‭ ‬ضخم،‭ ‬وموزعة‭ ‬في‭ ‬حلقة‭ ‬حول‭ ‬مركبة‭ ‬فضائية. ‬فهذه‭ ‬الحلقة‭ ‬الافتراضية‭ ‬للكتلة‭ ‬السالبة‭ ‬ستخلق‭ ‬”فقاعة‭ ‬طيّ“،‭ ‬والتي‭ ‬ستشوه‭ ‬الزمكان‭ ‬وتنقل‭ ‬أي‭ ‬مركبة‭ ‬فضائية‭ ‬بداخلها‭ ‬من‭ ‬مكان‭ ‬إلى‭ ‬آخر‭.‬

وقود المستقبل
مركبة فضائية يتقلص أمامها الفضاء (باللون الأحمر) ويتسع خلفها (باللون الأزرق) لتقطع مسافات كونية شاسعة في أوقات قصيرة

على‭ ‬الرغم‭ ‬من‭ ‬أن‭ ‬نظرية‭ ‬ألكوبييري‭ ‬تتطلب‭ ‬كتلة‭ ‬سالبة،‭ ‬فإن‭ ‬الأبحاث‭ ‬الحديثة‭ ‬من‭ ‬جامعة‭ ‬غوتنغن‭ ‬Göttingen University‭ ‬بألمانيا،‭ ‬تطرح‭ ‬مجالاً‭ ‬فيزيائياً‭ ‬جديداً‭ ‬للباحثين‭ ‬لاستكشاف‭ ‬إمكانات‭ ‬قوة‭ ‬الطيّ. ‬في‭ ‬عام‭ ‬،2021‭ ‬افترض‭ ‬الفيزيائي‭ ‬إريك‭ ‬لينتز‭ ‬Erik Lentz‭ ‬أن‭ ‬الكتلة‭ ‬والطاقة‭ ‬الموجبة‭ ‬يمكنها‭ ‬أن‭ ‬توفر‭ ‬أيضاً‭ ‬المتطلبات‭ ‬اللازمة‭ ‬لبناء‭ ‬فقاعة‭ ‬الطيّ. ‬بدلاً‭ ‬من‭ ‬الحلقة‭ ‬الصلبة‭ ‬للكتلة‭ ‬السالبة‭ ‬المفصلة‭ ‬في‭ ‬نظرية‭ ‬ألكوبييري،‭ ‬يقترح‭ ‬لينتز‭ ‬أن‭ ‬وجود‭ ‬حلقات‭ ‬متراكبة‭ ‬من‭ ‬السوائل‭ ‬شديدة‭ ‬الكثافة،‭ ‬مثل‭ ‬تكوين‭ ‬باطن‭ ‬النجم‭ ‬النيوتروني،‭ ‬ستؤدي‭ ‬إلى‭ ‬النتيجة‭ ‬نفسها. ‬ومن‭ ‬خلال‭ ‬القدرة‭ ‬على‭ ‬حني‭ ‬الزمكان،‭ ‬يمكن‭ ‬للموجودين‭ ‬بداخل‭ ‬فقاعة‭ ‬الطيّ‭ ‬السفرُ‭ ‬عبر‭ ‬الفضاء‭ ‬بأسرع‭ ‬من‭ ‬سرعة‭ ‬الضوء‭ ‬دون‭ ‬خرق‭ ‬أي‭ ‬قوانين‭ ‬فيزيائية. ‬فيما‭ ‬يشبه‭ ‬إلى‭ ‬حد‭ ‬كبير‭ ‬القدرة‭ ‬على‭ ‬المشي‭ ‬بحرية‭ ‬في‭ ‬طائرة،‭ ‬تسمح‭ ‬فقاعة‭ ‬الطيّ‭ ‬نظرياً‭ ‬لسفينة‭ ‬الفضاء‭ ‬وطاقمها‭ ‬بالتحرك‭ ‬دون‭ ‬الشعور‭ ‬بآثار‭ ‬سرعة‭ ‬الطيّ‭.‬

وقود المستقبل
يمكن لمعجّل الجسيمات في مختبر فيرميلاب Fermilab إنتاج كميات ضئيلة من ضديد المادة

لكن‭ ‬هناك‭ ‬العديد‭ ‬من‭ ‬الأسئلة‭ ‬التي‭ ‬لا‭ ‬تزال‭ ‬دون‭ ‬إجابة‭ ‬حول‭ ‬بناء‭ ‬سفينة‭ ‬قادرة‭ ‬على‭ ‬تحمل‭ ‬سرعة‭ ‬الطيّ‭ ‬في‭ ‬الحياة‭ ‬الواقعية،‭ ‬مثل‭ ‬كيفية‭ ‬التحكم‭ ‬في‭ ‬اتجاهها‭ ‬والمسافة‭ ‬التي‭ ‬تقطعها،‭ ‬وكذلك‭ ‬كيفية‭ ‬خروج‭ ‬السفينة‭ ‬من‭ ‬فقاعة‭ ‬الطيّ. ‬في‭ ‬مسلسل‭ ‬ستار‭ ‬تريك،‭ ‬لتشغيل‭ ‬محرك‭ ‬الطيّ‭ ‬وخلق‭ ‬طاقة‭ ‬كافية‭ ‬لحني‭ ‬الزمكان،‭ ‬تستفيد‭ ‬المركبة‭ ‬إنتربرايز‭ ‬من‭ ‬تفاعل‭ ‬الفناء ‭ ‬Annihilation reaction‭ ‬بين‭ ‬المادة- ‬في‭ ‬صورة‭ ‬الديوتيريوم‭ ،‬Deuterium‭ ‬وهو‭ ‬نظير‭ ‬حقيقي‭ ‬للهيدروجين- ‬وضديد‭ ‬المادة،‭ ‬والتي‭ ‬تنظمها‭ ‬بلورة‭ ‬خيالية‭ ‬تسمى‭ ‬الديليثيوم‭ .‬Dilithium‭ ‬إن‭ ‬طاقة‭ ‬”البلازما‭ ‬الكهربائية“‭ ‬المنبعثة‭ ‬من‭ ‬هذا‭ ‬التفاعل‭ ‬تنشئ‭ ‬فقاعة‭ ‬الطيّ‭ ‬اللازمة‭ ‬للتلاعب‭ ‬بالزمكان‭ ‬وتحريك‭ ‬السفينة. ‬أكبر‭ ‬عقبة‭ ‬يجب‭ ‬التغلب‭ ‬عليها‭ ‬في‭ ‬استخدام‭ ‬تفاعلات‭ ‬الإبادة‭ ‬لتوليد‭ ‬الطاقة‭ ‬هي‭ ‬إنتاج‭ ‬ما‭ ‬يكفي‭ ‬من‭ ‬ضديد‭ ‬المادة‭ ‬لتشغيل‭ ‬محرك‭ ‬الطيّ‭.‬

كما‭ ‬يوحي‭ ‬الاسم،‭ ‬فإن‭ ‬ضديد‭ ‬المادة‭ ‬هي‭ ‬نسخة‭ ‬معكوسة‭ ‬ومضادة‭ ‬من‭ ‬المادة‭ ‬العادية. ‬فمثلاً،‭ ‬للإلكترون‭ ‬Electron‭ ‬شحنة‭ ‬سالبة،‭ ‬لذا‭ ‬فإن‭ ‬شريكه‭ ‬في‭ ‬ضديد‭ ‬المادة‭ ‬له‭ ‬الكتلة‭ ‬نفسها‭ ‬ولكن‭ ‬بشحنة‭ ‬موجبة‭ ‬معاكسة‭ ‬يسمى‭ ‬البوزيترون‭ .‬Positron‭ ‬من‭ ‬أجل‭ ‬تكوين‭ ‬ضديد‭ ‬المادة،‭ ‬تطلق‭ ‬مسرعات‭ ‬الجسيمات‭ ‬مثل‭ ‬مصادم‭ ‬الهادرونات‭ ‬الكبير ‭ ‬Large Hadron Collider جزيئات‭ ‬عالية‭ ‬السرعة‭ ‬على‭ ‬بعضها‭ ‬البعض‭ ‬لإطلاق‭ ‬ضديد‭ ‬المادة‭.‬

لكن‭ ‬هناك‭ ‬العديد‭ ‬من‭ ‬المشكلات‭ ‬الفيزيائية‭ ‬المتعلقة‭ ‬باستخدام‭ ‬ضديد‭ ‬المادة‭ ‬كمصدر‭ ‬للوقود. ‬أولاً،‭ ‬عائد‭ ‬إنتاجها‭ ‬منخفض‭ ‬جداً‭. ‬يمكن‭ ‬لمختبر‭ ‬فيرمي‭ ‬الوطني‭ ‬للمعجلات‭ (‬فيرميلاب‭)‬ Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab)‭ ‬إنتاج‭ ‬كمية‭ ‬كافية‭ ‬من‭ ‬ضديد‭ ‬المادة‭ ‬في‭ ‬ساعة‭ ‬واحدة‭ ‬لتوليد‭ ‬جزء‭ ‬من‭ ‬الألف‭ ‬من‭ ‬الوات،‭ ‬ومن‭ ‬ثمَّ‭ ‬تدعو‭ ‬الحاجة‭ ‬إلى‭ ‬100,000‭ ‬فيرميلاب‭ ‬لتشغيل‭ ‬مصباح‭ ‬كهربائي‭ ‬واحد. ‬نظراً‭ ‬لحقيقة‭ ‬أن‭ ‬ضديد‭ ‬المادة‭ ‬تفنى‭ ‬عندما‭ ‬تتلامس‭ ‬مع‭ ‬المادة‭ ‬العادية،‭ ‬فإن‭ ‬تخزينها‭ ‬يكاد‭ ‬يكون‭ ‬مستحيلاً،‭ ‬لأن‭ ‬كل‭ ‬شيء‭ ‬يتكون‭ ‬من‭ ‬المادة‭.‬

على الرغم من المشكلات الكمومية، لا تزال الأبحاث حول المركبات الفضائية التي تعمل بضديد المادة جارية

على‭ ‬الرغم‭ ‬من‭ ‬هذه‭ ‬المشكلات‭ ‬الكمومية،‭ ‬لا‭ ‬تزال‭ ‬الأبحاث‭ ‬حول‭ ‬المركبات‭ ‬الفضائية‭ ‬التي‭ ‬تعمل‭ ‬بضديد‭ ‬المادة‭ ‬جارية. ‬أحد‭ ‬أحدث‭ ‬التطورات‭ ‬في‭ ‬الدفع‭ ‬بضديد‭ ‬المادة‭ ‬هو‭ ‬اقتراح‭ ‬وكالة‭ ‬ناسا‭ ‬لمسبار‭ ‬فضائي‭ ‬يتحرك‭ ‬بطول‭ ‬الطريق‭ ‬عبر‭ ‬جوارنا‭ ‬النجمي‭ ‬إلى‭ ‬نجم‭ ‬قريب‭ ‬نسبياً‭ ‬على‭ ‬بعد‭ ‬4.2‭ ‬سنة‭ ‬ضوئية‭ ‬يسمى‭ ‬قنطورس‭ ‬الأقرب‭ ‬(بروكسيما‭ ‬سنشوري)‭ ‬،Proxima Centauri‭ ‬والذي‭ ‬سيتم‭ ‬باستخدام‭ ‬معجّل‭ ‬الإبادة‭ ‬Annihilation accelerator‭ ‬. ولكن‭ ‬حتى‭ ‬يتمكن‭ ‬العلماء‭ ‬من‭ ‬إنتاج‭ ‬ضديد‭ ‬المادة‭ ‬وتخزينها‭ ‬بكميات‭ ‬كبيرة،‭ ‬فإن‭ ‬تشغيل‭ ‬مركبة‭ ‬فضائية‭ ‬تشبه‭ ‬إنتربرايز‭ ‬سيظل‭ ‬منتمياً‭ ‬بقوة‭ ‬إلى‭ ‬عالم‭ ‬الخيال‭ ‬العلمي‭.‬

بديل‭ ‬الثقب‭ ‬الدودي

بدلاً من تحويل نسيج الزمكان إلى حزام ناقل بين المجرات، قد يكون التنقل عبر ثقب دودي Wormhole بديلاً أسهل. وعلى الرغم من أن آلبرت آينشتاين قد توقع وجوده، فلا يزال الباحثون غير متأكدين مما إن كان موجوداً بالفعل. باختصار، الثقب الدودي هو نفق يربط بين فتحتين في الزمكان المطوي. وسيؤدي دخولك في أحد الطرفين، نظرياً، إلى قذفك إلى الطرف الآخر بوتيرة أسرع بكثير من سرعة الضوء، بعد أن تقطع مسافة هائلة. والمشكلة الوحيدة هي أننا لا نعرف كيف سيعمل، ولسنا قريبين حتى من صنع ثقب دودي اصطناعي. ويبحث العلماء عن الثقوب الدودية في جميع أنحاء مجرة درب التبانة، داخل الثقوب السوداء وحتى في تقلبات الزمكان المعروفة بالرغوة الكمومية Quantum foam، لكنهم لم يعثروا على شيئ حتى الآن. وإذا اكتشفنا أحدها ودرسناه عما قريب، سنقترب أكثر من استخدامها كطرق سريعة للزمكان.

ركوب‭ ‬الأمواج
كيف‭ ‬يمكن‭ ‬للمركبة‭ ‬إنتربرايز أن‭ ‬تتحرك‭ ‬نظرياً‭ ‬عبر‭ ‬الزمكان

1‭‬ التوسع
يتسع‭ ‬الزمكان‭ ‬خلف‭ ‬فقاعة‭ ‬الطيّ‭.‬

2‭‬ الانكماش
ينكمش‭ ‬الزمكان‭ ‬أمام‭ ‬فقاعة‭ ‬الطيّ‭.‬

3 فقاعة‭ ‬الطيّ
فقاعة‭ ‬الطيّ،‭ ‬والتي‭ ‬يشار‭ ‬إليها‭ ‬أيضاً‭ ‬بحقل‭ ‬الطيّ،‭ ‬هي‭ ‬منطقة‭ ‬ذات‭ ‬انحناء‭ ‬حيزي‭ ‬شديد،‭ ‬والذي‭ ‬يحني‭ ‬الزمكان‭.‬

4‭‬ الزمكان
الزمكان‭ ‬هو‭ ‬النموذج‭ ‬المفاهيمي‭ ‬الذي‭ ‬يدمج‭ ‬الأبعاد‭ ‬الثلاثة‭ ‬للفضاء‭ ‬مع‭ ‬البعد‭ ‬الرابع‭ ‬للزمن‭- ‬وهو‭ ‬نسيج‭ ‬الكون‭ ‬كما‭ ‬نعرفه‭.‬

5‭‬ الحركة
تتحرك‭ ‬فقاعة‭ ‬الطيّ‭ ‬وأي‭ ‬مركبة‭ ‬فضائية‭ ‬بداخلها‭ ‬بطول‭ ‬الزمكان‭ ‬بسبب‭ ‬الانكماش‭ ‬الشبيه‭ ‬بالحزام‭ ‬الناقل‭ ‬وتوسع‭ ‬الزمكان‭.‬

هل كنت تعلم؟

تبعد المركبة الفضائية عن الأرض نحو 14.5 بليون ميل.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

شاهد أيضاً
إغلاق
زر الذهاب إلى الأعلى