وجدت مجموعة من علماء الفيزياء النظرية من جامعة بريستول وبيرمنغهام طريقةً جديدةً لتخمين كيفية تدفق الضوء عبر الفضاء وذلك من خلال ربطه في عقد.

قد يبدو ضوء الليزر شعاعًا واحدًا شديد التركيز، لكنه في الواقع حقلٌ كهرومغناطيسي يهتز بشكل بيضوي في كل نقطةٍ في الفضاء، يُطلق على هذا الضوء متعدد الاتجاهات (الضوء المستقطب -(Polarized Light .

يمكن رؤية تأثير الضوء المستقطب عن طريق النظارات الشمسية المستقطبة التي تسمح باختراق الضوء فقط باتجاهٍ واحد، من خلال توجيهها إلى السماء وتدويرها سيلاحظ الناظر بقعًا أكثر قتامة وأكثر سطوعًا تظهر وتختفي عندما يتدفق الضوء في اتجاهاتٍ مختلفة.

تمكّن العلماء الآن من استخدام (تكنولوجيا التصوير المجسم – (holographicلتحويل شعاع الليزر المستقطب بثنيه إلى عقدة.

قاد البروفيسور (مارك دينيس – (Mark Dennis من كلية علوم الفيزياء والفلك في جامعة برستول وفريقٌ من جامعة برمنغهام الجزء النظري من البحث، وقال: «نحن جميعًا على درايةٍ بربط العُقد في المواد الملموسة مثل أربطة الحذاء أو الشريط.

كما يمكن استخدام فرعٍ من الرياضيات يُسمى (نظرية العقدة – (knot theory لتحليل مثل هذه العقد من خلال حساب الحلقات والمعابر.

ولكن بالنسبة إلى الضوء تصبح الأمور أكثر تعقيدًا، فهو ليس مجرد شعاع واحد يشبه الخيط يمكن عقده, بل يشمل كل الحقل الذي يتحرك فيه.

من وجهة نظر الرياضيات ليست العقدة مثيرةً للاهتمام بل الفضاء المحيط بها، تُعرف الخصائص الهندسية والمكانية للحقل بـ (الطبولوجيا –(Topology الخاصة».

من أجل تحليل طبولوجيا حقول الضوء التي تم عقدها، استخدم باحثون من جامعات في بريستول وبرمنغهام وأوتوا وروشستر أشعةً ضوئيةً مستقطبة لخلق هياكل تُعرف باسم (متفردات الاستقطاب -Polarization Singularities)، اكتُشفت عن طريق البروفيسور (جون ناي – (John Nye في بريستول منذ أكثر من 35 عامًا.

تحدث المتفرّدات الاستقطابية لنقاطٍ يكون فيها القطع الناقص للاستقطاب دائريًا مع استقطاباتٍ أخرى تلتف حولها.

تحدث هذه المتفرّدات في الأبعاد الثلاثية على طول الخطوط مكونةً عقدًا في هذه الحالة.

كان الفريق قادرًا على تكوين عُقدٍ في الضوء أكثر تعقيدًا مما كان ممكنًا من قبل، وتحليلها بتفاصيل دقيقة.

وأضاف البروفيسور دنيس: «أحد أهداف الطبولوجيا هو التحدث عن عرض البيانات من ناحية الخطوط والأسطح, إذ إن الأسطح في العالم الواقعي تحتوي على فجواتٍ أكثر بكثير مما توقّعته الرياضيات».

  • ترجمة: سرمد يحيى.
  • تدقيق: تسنيم المنجّد.
  • تحرير: عيسى هزيم.
  • المصدر