علماء ينجحون في بناء “قنبلة الثقب الأسود” في المختبر

في سابقة علمية، أعلن فريق من علماء الفيزياء من المملكة المتحدة وإيطاليا نجاحه في بناء ما سمي “قنبلة ثقب أسود”، التجربة لم تتضمن ثقبًا أسود حقيقيًا، إلا أنها أعادت خلق ظاهرة أساسية معروفة باسم “الإشعاع الفائق” تتعلق بالثقوب السوداء، معلنة إمكانية تطبيق هذه النظرية في بيئة معملية للمرة الأولى على الإطلاق.

قد يثير مصطلح “قنبلة الثقوب السوداء” مخاوف البعض بشأن التطبيقات العسكرية، لكن يؤكد هندريك أولبريشت، أستاذ الفيزياء بكلية الفيزياء والفضاء في جامعة ساوثهامبتون البريطانية، وباحث رئيسي في الدراسة، في تصريحات حصرية للجزيرة نت أن التجربة المخبرية لا تمثل أي تهديد فعلي. ويقول “المصطلح صاغه بريس وتيوكولسكي في عام 1972، وهو بالتأكيد يثير الخيال”

ويضيف أولبريشت “ربما تتمكن حضارة أكثر تقدمًا منّا من صنع قنبلة أو مصدر طاقة؛ فالطاقة المحتواة حتى الآن ضئيلة، وحتى زيادتها لن تساعد، فالنتيجة النهائية تشبه إرسال تيار كبير عبر أي دائرة كهربائية، وهو ما يمكن تحقيقه بوسائل مباشرة عديدة، كما أن هذه الطاقة لا تمتلك القوة التدميرية لكسر الروابط الكيميائية أو الذرية.”

لم تخضع هذه الدراسة لمراجعة الأقران حتى لحظة النشر، لكنها أثارت اهتمامًا واسعًا في الأوساط العلمية لما تحمله من دلالات على قدرة التجارب البسيطة على تقديم رؤى جديدة حول فيزياء الثقوب السوداء، وميكانيكا الكم، وربما حتى مستقبل توليد الطاقة.

الإشعاع الفائق

تعتبر الثقوب السوداء من بين أكثر الأجسام غموضًا في الكون، إذ تتكدس في مساحات صغيرة مقارنة بكتلتها الهائلة، مما يُمكّنها من تشويه نسيج “الزمكان” بشكل جذري. قوة جاذبية الثقوب السوداء هائلة لدرجة أنه لا يمكن لأي شيء الإفلات منها ضمن مسافة معينة تُعرف باسم أفق الحدث، ولا حتى الضوء.

ويُعدّ الفيزيائي روجر بنروز أحد رواد دراسة الثقوب السوداء رياضيًا، وقد تقاسم جائزة نوبل في الفيزياء عام 2020 عن أعماله. وفي خضمّ تلك الأعمال المبكرة، أدرك بنروز أن لا شيء يقف ساكنًا في كوننا، فالكواكب والنجوم والمجرات تدور، وقد ينطبق هذا أيضًا على الثقوب السوداء.

ومن ثم استنتج بنروز أن هذه الوحوش الضخمة قادرة على الدوران لتشكل دوامة، ويمكن لأي جسم قريب أن يعلق في هذه الدوامة ويدور حول الثقب الأسود في رحلة طالما استرعت اهتمام صنّاع أفلام الخيال العلمي.

قبل أن يتجاوز الجسم أفق الحدث، يصل إلى منطقة يُطلق عليها الفيزيائيون المجال الإرجوسي أو “الإرجوسفير”. في تلك المنطقة، لا فكاك للأجسام إلا بأن تتحرك بسرعة تفوق سرعة الضوء للإفلات من الدوران حول الثقب الأسود كفرصتها الأخيرة للنجاة.

وفي هذا السياق، تستند تجربة قنبلة الثقب الأسود إلى مفهوم “الإشعاع الفائق”، حيث يمكن لجسم دوار أن يمتص طاقة ذات تردد سلبي. يشرح أولبريشت: “في الإرجوسفير، يمكن للجسيمات أن تبدو وكأنها تمتلك طاقة سلبية، وامتصاص الثقب الأسود لهذه الطاقة السلبية يعني أنه يجب عليه أن يُصدر بعض الطاقة، وهذا ما يعرف باسم الإشعاع الفائق.”

تخيّل أنك تسقط من سطح ناطحة سحاب بسرعة. فجأة أثناء السقوط، ترى شخصًا آخر يمر بجانبك، لكنه يسقط في الاتجاه المعاكس. من وجهة نظرك، يبدو وكأنه يصعد نحو السماء، بينما هو يسقط أيضًا، أي أنه سقوط سلبي، لذا، فعملية امتصاص الموجات ذات التردد السلبي بالنسبة للثقوب السوداء تعني إنتاج طاقة.

قنبلة الثقب الأسود

اقترح الفيزيائي السوفياتي ياكوف زوليديتش في 1971، أن دوران الجسم الممتص للموجات مثل أسطوانة أو ثقب أسود بسرعة كافية، يمكنه أن يضخم الموجات ذات التردد السلبي، فيُصدر طاقة أكثر مما امتص.

لذا استخدم الباحثون أسطوانة معدنية دوارة بدلًا من الثقب الأسود الحقيقي لمحاكاة الإشعاع الفائق، حيث تم ضبط سرعة دوران الأسطوانة، لكن لضعف الطاقة الناتجة تحتاج التجربة إلى تضخيم للطاقة.

تخيل وكأننا لدينا القدرة على إحاطة ثقب أسود بمرآة هائلة الضخامة، بحيث يمكن أن تعكس الموجات لتعود إليه وتُضخَّم مجددًا، مما يؤدي إلى تضخيم متسارع أُسيًا متضاعفًا. هذا التضخيم المتكرر يمكن أن يصل إلى حد يؤدي إلى انفجار، ومن هنا جاء اسم “قنبلة الثقب الأسود”.

يقول أولبريشت “كان علينا التأكد من أننا نستطيع تدوير الأسطوانة بسرعة كافية، وأن التفاعل بين المجال والأسطوانة قوي بما يكفي للحصول على تضخيم قابل للقياس.”

ولمحاكاة المرآة الضخمة، أحاط الفريق الأسطوانة بملفات كهربائية تعيد عكس الإشارات، وقد واجه الفريق تحديات كبيرة أثناء تنفيذ التجربة، خاصة فيما يتعلق بالتحكم في النظام لمنع الانفجارات الناتجة عن التيارات العالية المحتملة.

لم يكن هدف الفريق صناعة قنبلة من طاقة الثقوب السوداء بالأساس كما قد يفهم البعض، وإنما اختبار إمكانية توليد طاقة من دوران جسم، كما تتوقع النظرية التي اقترحها بريس وتيكولسكي عام 1972 استنادًا إلى أفكار روجر بنروز حول استخراج الطاقة من الثقوب السوداء الدوارة وأفكار زوليديتش عن الإشعاع الفائق.

لغز تقلبات الفراغ الكمومية

بحسب المسودة البحثية، نجح الفريق في تحقيق الإشعاع الفائق في المختبر لأول مرة باستخدام أسطوانة معدنية دوارة. كما رصد تضخيمًا مضاعفًا لإشارات كهرومغناطيسية، بما يتوافق مع توقعات نظريات زوليديتش ونموذج قنبلة الثقب الأسود. وأظهرت النتائج أن النظام قادر على توليد طاقة ذاتيًا انطلاقًا من حركة الإلكترونات والجزيئات في درجة حرارة الغرفة.

وفقًا لميكانيكا الكم، الفراغ ليس خاليًا بشكل كامل، بل يعج بجسيمات افتراضية تظهر وتختفي بسرعة كبيرة. يمكن تخيل الأمر كأن الفراغ يغلي بجسيمات افتراضية لا يمكن رؤيتها مباشرة، لكنها تؤثر على الواقع.

إن تضخيم هذه التقلبات قد يحولها إلى موجات حقيقية قابلة للرصد وتصبح مصدرًا لطاقة خرجت من الفراغ الفيزيائي. ولاختبار نجاح نظام قنبلة الثقب الأسود المُصمم، حاول الفريق رصد “تقلبات الفراغ الكمومية”، أي التغيرات العشوائية اللحظية في الطاقة والتي تحدث حتى في الفراغ التام، حيث تغيب الجسيمات المادية وليس الافتراضية.

لكن تقلبات الفراغ الكمومية ضعيفة للغاية، وتُبتلع تمامًا في درجة حرارة الغرفة، إذ تتسبب درجة حرارة الغرفة في حركة الإلكترونات والجزيئات. هذه الحركة تُنتج إشارات أو طاقة تسمى الضوضاء الحرارية، وهي تفوق بكثير إشارات التقلبات الكمومية، مما يُخفيها. ويخطط الفريق لتعديل إعدادات التجربة للوصول إلى نظام يمكن فيه ملاحظة هذه التقلبات مباشرة.

يقول أولبريشت “إذا أردنا التغلب على التداخل الحراري، فيمكننا إما الانتقال إلى ترددات عالية أو درجات حرارة منخفضة. الترددات العالية محدودة بالسرعة التي يمكننا بها تدوير الأسطوانة. وللوصول إلى سرعات أعلى، نحتاج إلى تقليص حجم الجسم الدوار.”

ومن الناحية الأخرى، تحد درجات الحرارة المنخفضة بما يمكن الوصول إليه باستخدام تقنيات التبريد العميق. يستطرد أولبريشت “من الناحية المثالية، نحتاج إلى كليهما (أي تقليص حجم الجسم الدوار، وخفض درجة الحرارة). لكن عند هذه الترددات، يجب أن يكون الجسم الدوار مجهريًا، مما قد يُسبب العديد من المشاكل التقنية الأخرى، وبالتالي يكون حجم التأثير ضئيلًا. ومع ذلك، يمكن لنظام قنبلة الثقب الأسود أن يُنتج إشارة كبيرة حتى من تضخيم صغير جدًا، وهو أمرٌ مُفيد.”