توجد حدود لسرعة انتقال البيانات في الفراغ أثبتها العلم، وتلك السرعة هي سرعة الضوء 300 ألف كيلومتر بالثانية. من غير المحتمل زيادة سرعة الفوتونات عن سرعة الضوء، ولكن بعض خواص الضوء لا تنطبق عليها قوانين السرعة المعروفة.
لن يفيد التلاعب بخواص الضوء في تسريع عملية السفر عبر الفضاء، لكن قد يُمهد الطريق لاكتشافات جديدة في مجال تقنيات أشعة الليزر.
أثبت علماء الفيزياء في الولايات المتحدة، أن الأمواج المكونة من الفوتونات تستطيع اجتياز سرعة الضوء عند توفر شروط معينة.
تمكن الباحثون من التلاعب بالحد الأقصى لسرعة نبضات الضوء لفترة من الوقت، ما يؤدي إلى تسريعها وإبطائها إلى وضع ثابت افتراضي، وذلك باستخدام مواد مختلفة مثل الغازات الذرية الباردة والبلورات الانكسارية والألياف الضوئية.
تمكن باحثون عاملون في مختبر لورنس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا وباحثون من جامعة روشستر في نيويورك السنة الماضية من خرق سرعة الضوء، وذلك باستخدام مجموعة من الجسيمات المشحونة كانت تسبح في بلازما حارة. تمكنوا من ذلك بعد ضبط سرعة الأمواج الضوئية داخل البلازما بدقة لتنتقل من عشر سرعة الضوء في الخلاء إلى أسرع بنسبة 30%.
هذا الأمر رائع ومثير للإعجاب.
مع الأسف، ما تزال حدود هذه السرع خاضعةً إلى قوانين الفيزياء المعروفة، فما يزال العلم عاجزًا عن خلق ظروف تسمح بالسفر إلى بروكسيما سنتوري والعودة إلى الأرض بلمح البصر.
تُحدد سرعة الفوتون من تداخل الحقلين الكهربائي والمغناطيسي أو ما يُسمى الحقل الكهرومغناطيسي. لا يمُكن تخطي هذا الأمر، لكن قد تكون تدفقات الفوتونات الناتجة عن أمواج ضوئية منخفضة التردد قادرةً على الاندفاع وخلق أموج منتظمة.
يُشير مصطلح سرعة المجموعة إلى الإيقاع الذي يصف معدل صعود وهبوط مجموعة الأمواج الضوئية وهي تتحرك. يمكن تعديل هذه الموجة لزيادة سرعتها أو خفضها، ويعتمد ذلك على ظروف الحقل الكهرومغناطيسي المحيط.
تمكن الباحثون عبر تجريد الأيونات من الإلكترونات الموجودة في أيونات الهيدروجين والهيليوم باستخدام الليزر، من تغيير سرعة المجموعة لنبضات الضوء القادمة من مصدر ضوئي آخر. يُتيح هذا إمكانية إبطاء سرعة الضوء أو زيادتها بتعديل نسب الغازات، الذي يؤدي إلى تغيير خصائص نبضات الضوء وشكلها.
ساعدت ظاهرة انكسار الضوء على نجاح التجربة بسبب الحقول الكهرومغناطيسية المحيطة بالبلازما، واستقطاب الضوء الناتج عن استخدام الليزر لاقتلاع الإلكترونات الموجودة في الأيونات. حافظت الأمواج الضوئية على سرعتها المعتادة، وزاد التسارع عند حركتها مثل مجموعة واحدة.
تُفيد هذه التجربة في توضيح الفيزياء النظرية التي تُفسر كيفية عمل أنواع البلازما، وتضع قيودًا جديدةً على دقة النماذج المعتمدة حاليًا لدراستها.
تساعد نتائج هذه التجربة عمليًا على تسهيل عملية تطبيق التقنيات المتقدمة على أرض الواقع، وتخطي العوائق التي تحول دون ذلك.
تظهر الفائدة الكبرى لنتائج هذه الدراسة في مجال تطوير تقنيات الليزر، خاصةً تقنيات الليزر عالية الطاقة. عند المقارنة بين وسائط تضخيم أشعة الليزر القديمة والحديثة، نجد أن القديمة تعتمد على مواد صلبة لتضخيم الضوء، التي تتلف بسرعة عند ارتفاع الطاقة.
قد نتخطى هذه المشكلة باستخدام حزم بلازما لتضخيم الضوء أو تغيير خواصه، لكن للحصول على أفضل النتائج يجب نمذجة الحقول الكهرومغناطيسية المؤثرة وفهم خواصها.
قد يكون اهتمام الباحثين في مختبر لورنس ليفرمور الوطني لفهم الطبيعة الضوئية للبلازما أمرًا عاديًا، فهذا المكان فيه تقنيات الليزر الأحدث في العالم.
تمتلك تقنيات الليزر عالي الطاقة تطبيقات عديدةً، فيمكن استخدامها لتحسين مسرعات الجسيمات، وتحسين طاقة الانصهار النووي غير الضارة بالبيئة.
قد لا تُساعد هذه الاكتشافات على جعل السفر عبر الفضاء أسهل، لكنها ستجعل المستقبل مشرقًا حتمًا.
نُشر هذا البحث في مجلة Physical Review Letters.
اقرأ أيضًا:
ماذا لو كانت سرعة الضوء أقل من سرعته الحالية بكثير؟
أشعة الليزر المستقرة قد تساعدنا في حل أعظم ألغاز الفيزياء
ترجمة: طاهر قوجة
تدقيق: ميرفت الضاهر
