المقالات

جائزة نوبل لعام 2012: رؤية الضوء

شارك

هل يمكننا "رؤية" الضوء؟ قبل أن تجيب على السؤال بنعم، خذ دقيقة من وقتك للتفكير في المعنى الحقيقي لـ"رؤية الضوء". إنك ترى الضوء بوصفه ظاهرة مخادعة. فربما كنت تعرف أننا "نتعرض" للضوء عندما نراه يصطدم بالأشياء قبل أن تمتصه أعيننا. ومن الواضح أنه بدون الضوء، لن تتمكن أعيننا من رؤية أي شيء سوى الظلام. ونحن في غنى عن ذكر أنه بإمكاننا أن نرى الضوء أيضًا عند مصدره: الشمس، والمصابيح الكهربائية، والنيران، والعصي المتوهجة؛ فكل هذه الأشياء يمكن رؤيتها بالعين المجردة.

إذًا، فنحن نرى مصدر الضوء، ونقطة انعكاسه، ولكن ماذا عما يحدث فيما بينهما؟ هل يمكننا أن نرى فوتونات الضوء أثناء انتقالها من المصدر إلى الأشياء الأخرى؟

والآن وصلنا إلى الجزء الأصعب. عادة لا نستطيع أن نرى أي شيء فيما بين مصدر الضوء ونقطة انعكاسه؛ ولذلك من أجل رؤية الضوء، فلا بد من امتصاصه، وبالتالي يتم تدميره.

وقد حصل سيرج هاروش ودافيد جي واينلاند على جائزة نوبل في الفيزياء عام 2012؛ وذلك لتمكنهم من العثور على حل لهذه المعضلة.

عمل هذان العالمان - وهما رائدان في الفيزياء الكمية - على إيجاد طريقة ليس لرؤية فوتونات الضوء فقط، بل لحصارها والتلاعب بها أيضًا. فقد تمكنا من عزل الفوتونات الفردية وقاما بدراسة كيفية عملها، دون تدميرها ودون أي تأثير معقد على بقية العالم.

وقام هنري رايخ من "الفيزياء الدقيقة" بتفسير العلم وراء تجربة هاروش الكمية. بالنسبة لمن يرى منا أن الفيزياء تحديًّا من نوع خاص، وأنا من بينهم، سيكون هذا الفيديو مفيدًا:

كما نرى في هذا الفيديو، أن ما قام به فعليًّا هو محاصرة واحدة من فوتونات الضوء في حفرة مظلمة وباردة جدًّا. فإنه أمر صعب للغاية لأنه يصعب عزل الجسيمات الأساسية مثل الفوتونات عن بيئتهم دون تدمير العديد من خصائصها الكمية الغامضة، الأمر الذي يثير اهتمام علماء الفيزياء ويدفعهم لدراستها. كما أن الفوتونات تظهر وتختفي بعكس الذرات والأيونات؛ فيمكن أن يتم خلقها وتدميرها.

قام هاروش وواينلاند باختراع طرق للحصول على الجسيمات مع الحفاظ على خصائصها الكمية. واستخدم واينلاند المجالات الكهربائية للحصول على الذرات المشحونة كهربائيًّا، مما يبقيهم بعيدًا عن الحرارة والإشعاع عن طريق إجراء تجاربه في درجات حرارة منخفضة جدًّا وفي الفراغ. وقام هاروش بمحاصرة جسيمات الضوء بين المرايا فائقة التوصيل والتي يتم تبريدها إلى درجة حرارة تصل إلى -273 درجة مئوية أو صفر.

إن الحفرة التي خلقها هاروش تحتوي على مرآتين في مواجهة بعضهما، وكانت الخدعة التي استخدمها جعلت المرايا دقيقة جدًّا؛ بحيث ينعكس الضوء من الأسطح المواجهة لبعضها بشكل متكرر. ومن خلال هذا الترتيب، تمكنت الفوتونات من البقاء لفترة طويلة نسبيًّا، مما يسمح للعلماء بدراستها والتلاعب بها كما يشاءون.

وتُعتبر هذه الأساليب التجريبية التي يمكن أن تقوم بقياس والتلاعب بالأنظمة الكمية الفردية مثيرة؛ لأنها يمكن أن تمكننا من استخدام نظم الكم في العديد من التطبيقات وبناء الأجهزة الجديدة والأدوات المستقبلية. هناك كثير من الأشياء التي يمكن أن نتعلمها في المستوى الأساسي، ولقد تم بالفعل استخدام الاكتشافات المعتمدة على هذه التجارب في تطوير بعض التطبيقات؛ مثل الساعات الذرية فائقة الدقة، والتي من المتوقع أن تؤدي إلى تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمية، والتي تُعتبر أسرع وأكثر أمنًا من التكنولوجيا الحالية القائمة على الإلكترونات.

المراجع

www.guardian.co.uk
www.sixtysymbols.com

من نحن

«كوكب العلم» مجلة علمية ترفيهية باللغتين العربية والإنجليزية يصدرها مركز القبة السماوية العلمي بمكتبة الإسكندرية وتحررها وحدة الإصدارات بقطاع التواصل الثقافي ...
مواصلة القراءة

اتصل بنا

ص.ب. 138، الشاطبي 21526، الإسكندرية، جمهورية مصر العربية
تليفون: 4839999 (203)+
داخلي: 1737–1781
البريد الإلكتروني: COPU.editors@bibalex.org

شاركنا

© 2020 | مكتبة الإسكندرية