قد تتغير قوانين الكون كما نعرفها جميعًا - بسبب جسيم غريب واحد

قد تبدو كلمة تاكيونات (Tachyons) وكأنها مخلوقات مقتطعة من رواية خيال علمي، لكن الحقيقة هي أنها تشير إلى جسيمات غير موجودة حتى الآن، ليس فقط قادرة على السفر بسرعة أكبر من سرعة الضوء، بل وأيضًا قادرة على تغيير فهمنا للكون. لقد أعطتنا سرعة الضوء - 299,792,458 مترًا في الثانية بالضبط - الكثير من الأفكار حول الفضاء والكون، مثل السنة الضوئية التي تعبر عن المسافة التي يقطعها الضوء في عام واحد. وعن طريق النظر إلى السماء ليلاً، فإن النجوم التي نراها تلمع من الماضي، حيث استغرق هذا الضوء قدرًا كبيرًا من الوقت للوصول إلينا. وإذا ما حذفنا جزء السفر من هذه المعادلة ووصلنا إلى المصدر على الفور، فإن هذا يعبث بمفاهيم السببية (السبب والنتيجة في الأساس) والنسبية (كيف تتصرف الأجسام في الزمكان)، ما يثير تساؤلات حول السفر عبر الزمن غيرها من المفاهيم الفيزيائية. نقدم في هذه المقالة لمحة عن التاكيونات وتأثيراتها

التاكيونات:

هي جسيمات افتراضية يُفترض نظريًا أنها تتحرك بسرعة تفوق سرعة الضوء. ورغم أنها لم تُرصد بعد ولا تزال مجرد تخمين، إلا أن وجودها سيكون له آثار عميقة على فهمنا للفيزياء وقوانين الكون.

التاكيون جسيم افتراضي سرعته تتجاوز سرعة الضوء

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tachion04c.jpg

في عام 1994، أخذ عالم فيزياء يُدعى الدكتور ميغيل ألكوبيير، من جامعة ويلز في كارديف، نظرية ألبرت أينشتاين في النسبية العامة (مختلفة عن النسبية الخاصة، وتتعلق بمفهوم استمرارية الزمكان، حيث تكون الجاذبية انحناءً في هذا "النسيج") وخلص إلى أن "محرك الانحناء" ممكن، لكنه يتطلب "طاقة سالبة". وفي الآونة الأخيرة، في مايو / أيار من العام الماضي، درس باحثون من جامعة ألاباما ما إذا كان من الممكن إنتاج مثيل لمحرك الانحناء هذا بالفعل من خلال شيء مألوف أكثر - ألا وهو الجسيمات التي تدعم تكوّن الكواكب وحتى الحياة مكوّنة منها. ويمكنهم استخدام المزيد من المواد العادية لإنتاج مثل هذه الظاهرة، ولكن فقط بسرعة دون سرعة الضوء، ويتطلب هذا قدرًا كبيرًا من الطاقة. وعلى الرغم من أن ذلك ربما يكون ممكنًا، إلا أنه غير عملي، نظرًا لأنه يثير مرة أخرى تحديات حول الكمية الهائلة من الطاقة المطلوبة. لكن هذا يعيدنا إلى التاكيونات، والتي يقول الأستاذ البولندي أندريه دراجان إنها "منطقية تمامًا من الناحية الرياضية"، وأنه في حين أن الجسيمات المألوفة التي صادفناها هي دون سرعة الضوء (أي أبطأ من سرعة الضوء)، إلا أنها قد تكون متسكعة مع جسيمات أسرع من الضوء وهي تاكيونات. ولكن مرة أخرى، تظهر مسألة الطاقة عندما يتعلق الأمر بإبطاء مثل هذه الجسيمات إلى السرعات تحت الضوئية التي نستطيع إدراكها.

ما هي الطرق التي قد تُغير بها التاكيونات فهمنا للكون؟

1- السببية والسفر عبر الزمن:

وفقًا لنظرية أينشتاين النسبية، إذا تحرك جسيم أسرع من الضوء، فقد يؤدي ذلك إلى انتهاك السببية، حيث تُصبح علاقات السبب والنتيجة غامضة. هذا قد يعني أن التأثير قد يحدث قبل سببه، ما يؤدي إلى مفارقات مثل "مفارقة الجد" في سيناريوهات السفر عبر الزمن. من ناحية أخرى، يُمكن للتاكيونات من الناحية النظرية، أن تُمكّن من إنشاء منحنيات زمنية مغلقة، وهي مسارات عبر الزمكان تدور حول نفسها. وهذا قد يسمح بالسفر عبر الزمن إلى الماضي، ما يُغير فهمنا للزمن والسببية بشكل جذري.

الجسيمات الواقعة تحت الخطّ المنقّط تكون سرعتها أعلى من سرعة الضوء

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tachyon_rocket_frame_also.svg

2- النسبية الخاصة وسرعة الضوء:

تفترض النسبية الخاصة أن سرعة الضوء هي الحد الأقصى للسرعة في الكون. إذا وُجدت التاكيونات، فإنها ستُشكِّل تحديًا لهذا المبدأ، ما يتطلب إعادة النظر في أسس النسبية. تشير بعض النظريات إلى أن التاكيونات قد تمتلك كتلةً تخيلية، ما يسمح لها بالسفر أسرع من الضوء دون انتهاك قيود الطاقة. من جهة أخرى، قد يتطلب وجود التاكيونات تعديلات على لا متغيّر لورنتز، وهو تناظر أساسي للزمكان في النسبية الخاصة. وقد يُفضي هذا إلى فيزياء جديدة تتجاوز النموذج القياسي.

الجسيمات الأولية في النموذج القياسي

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Standard_Model_of_Elementary_Particles_ar.png

3- ميكانيكا الكم ونقل المعلومات:

قد تسمح التاكيونات باتصالات أسرع من الضوء، ما سيكون له آثار كبيرة على ميكانيكا الكم ومفهوم التشابك الكمومي. قد يُشكِّل هذا تحديًا لنظرية عدم الاتصال، التي تنص على أنه لا يمكن نقل المعلومات أسرع من الضوء في الأنظمة الكمومية. كما يتطلب إدراج التاكيونات في نظرية المجال الكمي صياغات جديدة لتفسير سلوكها. وهذا قد يُفضي إلى رؤى جديدة في طبيعة المجالات والجسيمات الكمومية.

4- علم الكونيات والكون المبكر:

طُرحت فرضية التاكيونات في بعض نماذج التضخم الكوني، حيث يُمكن أن تلعب دورًا في التمدد السريع للكون المبكر. وهذا قد يُقدم تفسيرات جديدة للتجانس المُلاحظ في إشعاع الخلفية الكونية الميكروي. على صعيد الطاقة المظلمة والمادة المظلمة، تُشير بعض النظريات التخمينية إلى أن التاكيونات قد تكون مرتبطة بالطاقة المظلمة أو المادة المظلمة، والتي لا تزال غير مفهومة جيدًا حتى الآن. إذا تفاعلت التاكيونات مع هذه المكونات الغامضة للكون، فقد تُقدم رؤى جديدة حول طبيعتها.

5- الطاقة والزخم:

غالبًا ما ترتبط التاكيونات بحالات الطاقة السالبة، ما قد يكون له آثار على استقرار الخلاء ومفهوم مصونية الطاقة. وقد يؤدي هذا إلى فهم جديد لطاقة الخلاء والثابت الكوني. كذلك يُشكِّل مفهوم التاكيونات ذات الكتلة التخيلية (مربع الكتلة عدد سالب) تحديًا لفهمنا التقليدي للكتلة والطاقة. وقد يؤدي هذا إلى أطر نظرية جديدة تتضمن هذه الجسيمات الغريبة.

الخاتمة:

مع أن التاكيونات لا تزال مفهومًا تخمينيًا، إلا أن وجودها سيُغير فهمنا للفيزياء جذريًا، مُشككًا في أسس النسبية وميكانيكا الكم وعلم الكونيات. ستُجبرنا على إعادة النظر في طبيعة الزمن والسببية وبنية الكون نفسه. مع ذلك، إلى أن يُعثر على أدلة تجريبية على وجودها، تبقى التاكيونات احتمالًا نظريًا مثيرًا للاهتمام أكثر من كونها حقيقةً مؤكدة.

ومن ثمّ، وباختصار، فإن أشعة الضوء الساطعة التي تراها موجهة في وجوه رواد الفضاء في وسائل الإعلام مثل ستار تريك وستار وورز قيد التفكير، ولكن التحديات والأسئلة المهمة لا تزال قائمة.