نظرية الأوتار المبسطة
في عام 1994، أجرى البروفيسور الدكتور غونتر نيمتز وزميله هورست أيخمان تجارب رائدة في شركة هيوليت باكارد تضمنت نقل المعلومات بسرعة أكبر من سرعة الضوء. ونجحا في نقل إشارة عبر مسافة قصيرة للغاية بسرعة تعادل 4.7 أضعاف سرعة الضوء، وذلك بفضل ظاهرة تسمى النفق الكمومي. وقد أشعلت هذه النتيجة الرائعة مناقشات ساخنة بين العلماء، ولكنها لا تزال قابلة للتكرار.
أسرع من الضوء؟
قد يبدو الأمر مستبعداً، ولكنني كنت حاضراً في عام 1999 عندما أرسل البروفيسور الدكتور نيمتز إشارة ميكروويف معدلة بتردد AM للسيمفونية الأربعين لموتسارت من خلال منشور بوز المزدوج بسرعة 40 أضعاف سرعة الضوء.
بصفتي مشرفًا لموقع إخباري يتناول موضوع الخيال العلمي ويسمى "متحف المستقبل"كنت أبحث باستمرار عن مواضيع مثيرة للاهتمام. وفي أحد الأيام، عثرت بالصدفة على مقال عن الدكتور نيمتز والعمليات الغامضة للنفق الكمومي الأسرع من الضوء. وبسبب فضولي، تواصلت معه، ووافق بلطف على عرض تجربته.
فيما يلي مقتطف من المقال الأصلي الذي كتبته عن تجربة نيمتز في التاسع من سبتمبر عام 9، بعنوان نقل الإشارات أسرع من الضوء:
"بعد أن التقيت بالبروفيسور الدكتور نيمتز للمرة الأولى، عُرضت عليّ تجربته الجديدة في حفر الأنفاق. وبصفتي شخصًا عاديًا، لا أستطيع أن أبدأ على الفور في تفسير تجربته علميًا بشكل متعمق، ولكنني سأحاول بكل جدية أن أفهم ما رأيته اليوم، وأن أحاول مشاركة رؤاي وأسئلتي وأن أجعل البيانات متاحة عندما تصبح معروفة".
"أقدم هنا لأول مرة صورًا حصرية عالميًا لإعداد التجربة الجديدة التي أجراها البروفيسور نيمتز."
في هذه التجربة، تم قياس الإشارة النفقية الكمومية مقابل إشارة تنتقل عبر مساحة معملية عادية. ولإثبات ذلك، استخدم الدكتور نيمتز منظار ذبذبات وصمام ثنائي للكشف لقياس وقت النفق بدقة.
موزارت بسرعة 4.7 أضعاف سرعة الضوء
وتوقعًا لأي أسئلة محتملة في المستقبل، قمت بإعداد مقطع فيديو قصير منذ ست سنوات يتضمن آخر تسجيل متبقي لإرسال موزارت بسرعة تفوق سرعة الضوء.
أسئلة فنية
في أغسطس 2023، أجريت مراسلات مع هورست أيخمان، المهندس الذي يقف وراء تجربة النفق الكمومي والمؤلف المشارك مع البروفيسور نيمتز في العديد من الأوراق ذات الصلة. استفسرت عن تعديل واكتشاف توقيت الإشارة. قدم لي المعلومات التالية:
"أثناء قياسات التوقيت، قمت بإنشاء مُعدّل نبضات مزود بفلتر متخصص، مما يتيح معدل تكرار يبلغ 13 ميجا هرتز ووقت صعود يبلغ حوالي 500 بيكو ثانية. توفر إشارة AM أثرًا يمكن اكتشافه وقياسه بسهولة، وذلك بفضل الصمام الثنائي السريع للكشف المقترن بمذبذب سريع بدرجة كافية."
إذا قبلنا بالفعل وجود تأثيرات تفوق سرعة الضوء تنشأ عن النفق الكمومي، فيمكننا أن نستنتج أن هذه الظاهرة تسمح للجسيم بالدخول في حالة تاكيونية محلية صارمة، لفترة قصيرة جدًا من الزمن.
لقد تم إجراء النفق الكمومي بنجاح مئات المرات في المختبرات في جميع أنحاء العالم، مما يدل على إمكانية تطبيقه في التكنولوجيا اليومية. على سبيل المثال، يستخدم قارئ بصمات الأصابع على هاتفك الذكي النفق الكمومي. قد لا تفكر في ذلك، لكنه يعمل ببساطة!
قارئات بصمات الأصابع والنفق الكمومي
عندما يحدث النفق الكمومي باستخدام مؤشر ليزر أحمر (يعمل بتردد عدة مئات من التيراهيرتز)، فإن المجال التاكيوني المتلاشي يمتد فقط بضعة بيكومترات بسبب التردد العالي.
خلال تجارب نيمتز، استخدم ترددًا يبلغ 8.7 جيجاهرتز، والذي تطابق بالصدفة مع طول موجة انبعاثات الهيليوم 3. وقد مكن هذا التردد بالذات من اكتشاف مجاله المتلاشي على مسافة عدة سنتيمترات بين المنشورين. (لقد حدث أن جهاز إرسال الموجات الدقيقة المتوفر في مختبر الجامعة يعمل عند هذا التردد).
ومن المثير للاهتمام أنه يبدو أنه كلما انخفض التردد المستخدم، امتد المجال المتلاشي من الحاجز على نطاق أوسع.
التكرارات (هذا موضوع رائع لك مشروع المعرض العلمي!)
في الآونة الأخيرة، تم تكرار هذه التجربة الرائدة من قبل بيتر إلسن سيمون تيبيك، الذين قدموا نتائجهم في "شباب يبحثون"مسابقة الفيزياء الطلابية المرموقة في ألمانيا، في عام 2019. وقد نال عملهم الجائزة الأولى من راينلاند بالاتينات بالإضافة إلى جائزة هيراوس لألمانيا.
المراجع:
حفر الأنفاق فائقة الإضاءة: الفائزون في مسابقة "Jugend forscht".
الفائزون في مسابقة "Jugend forscht" يلتقون بالمستشارة الألمانية
ما هو الغشاء؟ (الطوبولوجيا ونظرية الأوتار باختصار)
القاعدة التي تقول إن لا شيء يتحرك بسرعة أكبر من الضوء لها استثناء غير معروف إلى حد كبير: الموجات المتلاشية. وقد حاول العديد من الباحثين تفسير هذه الظاهرة.
تفسيري بسيط: الفوتون هو أصغر وحدة ممكنة من الطوبولوجيا أو الهندسة أو البعد أو المعلومات أو الطاقة أو أي شيء آخر. من الناحية الطوبولوجية، الفوتون هو نقطة في الفضاء ذات بعد صفري؛ إنه كمية ذات بعد صفري (0).
في رقصة النفق الكمومي الساحرة، يجتاز هذا الفوتون، هذا الإمكان الخالص، حاجزًا. وبذلك يتحول؛ فعندما تنتقل النقطة من موضع إلى آخر، تصبح خطًا - خيطًا. وهذا الخيط نفسه، ذلك الخيط الدقيق، هو الذي يجد مكانه في السرد العظيم لنظرية الأوتار. فجأة، تجاوزنا من عالم الأثيري للبعد الصفري إلى الواقع الملموس لجسم أحادي البعد.
في معجم الفيزياء النظرية، يمكننا أيضًا أن نشير إلى هذا الوتر أحادي البعد باعتباره "غشاءً"، موجودًا داخل فضاء محصور أحادي البعد خالٍ من نسيج الزمن.
ما هو الغشاء؟
في عالم نظرية الأوتار والكم، 1-غشاء هي "أجسام أو موجات" أحادية البعد تعبر الزمكان - ليس من خلال القوانين الكلاسيكية، بل تحكمها مبادئ فيزياء الكمعندما نفكر في الفضاء أحادي البعد، فإننا نتجاهل البعد الرابع، وهو الزمن.
في هذا السياق، يمكن للفوتونات أو الأوتار أن تتحرك بسرعة تفوق سرعة الضوء. وهذه ليست مجرد فكرة رياضية مجردة؛ بل إنها تعكس واقعنا.
تنتج الموجات المتلاشية من عودة الفوتونات إلى عالم غير كمي رباعي الأبعاد، مما يسمح لنا برؤية حركة الفوتون التي تتخطى حاجزًا بسرعة أكبر من سرعة الضوء.
إنه الفضاء يا جيم، ولكن ليس كما نعرفه
قام ألبرت أينشتاين بشرح نظريته النسبية الخاصة باستخدام الهندسة التي وضعها عالم الرياضيات هيرمان مينكوفسكي، الذي وحّد المكان والزمان في زمكان متصل رباعي الأبعاد.
في نظريته النسبية العامة، استخدم أينشتاين الهندسة الريمانية - وهو فرع يتضمن مفهوم الفضاء المنحني - لوصف كيفية تشويه الكتلة والطاقة للزمكان.
هذه "طوبولوجيا"لقد كان نموذج الفضاء المنحني مصدر جذب لا نهاية له بالنسبة لنا منذ العصور المبكرة.
توجد الكرة في ثلاثة وأربعة أبعاد. وفي العوالم ذات البعد الواحد والصفري، لا توجد الكرة (والزمن)، لأن هذه الأبعاد تفتقر إلى البنية الضرورية لتحديد "السطح" أو "الحجم"، ناهيك عن "الزمن".
هل حان "الوقت" للتقدم إلى ما هو أبعد من مجال ريمان في فهمنا للكون؟
انقر هنا لمشاهدة الجزء الثالث من "Superluminal":
فتح العقل: هل تتحدى الموجات الدماغية البشرية سرعة الضوء؟
سلسلة "سوبر لومينال":
1. اكتشاف الموجات الدماغية الأسرع من الضوء: رحلة مصورة
2. علماء يكشفون عن طوبولوجيا فضائية مذهلة أثناء تحطيمهم لحدود سرعة الضوء!
3. فتح العقل: هل تتحدى الموجات الدماغية البشرية سرعة الضوء؟
4. كشف سر الوعي الأسرع من الضوء