شكّل فيلم الخيال العلمي الشهير "Star Trek" مصدر إلهام للعلماء والباحثين على السواء، وقدّم صورة محتملة عمّا يمكن للبشرية أن تطمح إليه في اكتشاف العديد من التقنيات المستقبلية. ففي إحدى حلقاته تستخدم سفينة الفضاء النجمية "إنتربرايز" تقنية خيالية تُعرف باسم محركات الالتواء للسفر عبر الفضاء بسرعاتٍ تفوق سرعة الضوء. ومع أن محركات الالتواء نشأت في الخيال العلمي، أخضع العلماء هذه الفكرة الخيالية في السنوات الأخيرة لدراسة معمَّقة تستهدف إمكانية تحويلها إلى حقيقة قابلة للتطبيق.
وفقًا للنظرية النسبية العامة لأينشتاين، لا يمكن لأي جسم أن يسافر بسرعة تفوق سرعة الضوء؛ لأنه كلما زادت سرعة الجسم زادت كتلته، وبحلول الوقت الذي يصل فيه الجسم إلى سرعة الضوء، ستقترب هذه الكتلة من اللانهاية. أي أن هذا التسارع يتطلّب طاقة لانهائية؛ وهذا غير ممكن. لكن، ربما توجد بعض الثغرات التي تسمح لجسم أن يسافر بسرعة تفوق سرعة الضوء دون خرق لقوانين الفيزياء. من بين هذه الأفكار ما اقترحه الفيزيائي النظري المكسيكي ميغيل ألكوبيير، حول تصميم محرك انحناء يسمح نظريًّا لجسم أن يسافر أسرع من الضوء دون خرق لقوانين الفيزياء.
محرك ألكوبيير
في عام 1994م، نشر قسم الفيزياء والفلك في جامعة ويلز ورقةً بحثية علمية لألكوبيير بعنوان "السفر فائق السرعة في ظل النسبية العامة"، وقد اقترح لأول مرة مقياسًا للزمكان يدعم السفر بسرعة تفوق سرعة الضوء، بطريقة تشبه إلى حدٍّ كبير تلك التي تصورها مبدعو "Star Trek". إن محركَ الالتواء مفهومٌ نظريٌّ يسعى لتحقيق السفر أسرع من الضوء عبر تشويه الزمكان حول المركبة الفضائية. تتمثّل الفكرة في إنشاء فقاعة انحناء، حيث ينكمش الزمكان أمام المركبة الفضائية، بينما يتمدّد الفضاء خلفها، وهذا يعني أن محرك ألكوبيير يَثني الفضاء أمام الجسم وخلفه، أي يُقصِّر الفضاء أمامه ويُطيله خلفه، ما يسمح للمركبة الفضائية بركوب موجة من الزمكان المنحني والسفر لمسافات شاسعة في إطار زمني قصير، والتنقُّل السريع بين النجوم والمجرّات.
ولتقريب الصورة، تخيّل سجادة عليها كأس، أنت على السجادة وتريد الوصول إلى الكأس، يمكنك التحرُّك فوق السجادة أو سحبها نحوك. محرّك الالتواء يشبه سحب الزمكان لتقريب وجهتك. لكن للتشبيهات حدودها، فإن محرك الالتواء لا يجذب وجهتك نحوك، بل يُقلّص الزمكان ليُقصّر مسارك. ببساطة، تقلّ المسافة بينك وبين الكأس عند تشغيل المحرك، وفق شرح في مجلة "ساينس" (Science) في 16 أبريل، 2021م.
تخيّل أن رحلتنا إلى النجم "ألفا سنتوري"، التي يقطعها الضوء في أكثر من أربع سنوات ضوئية، وتحتاج إلى أكثر من سبعين ألف سنة بمركبة "فوياجر1" التي تسير بسرعة ستين ألف كيلومتر في الساعة، ستأخذ منا يومًا واحدًا فقط بواسطة محرك الالتواء إذا استطاع تقليص المسافة بمقدار 1/461 مرّة من الطول الطبيعي! قد تكون هذه الفكرة ضربًا من الخيال العلمي، إلا أنها متجذّرة في النظرية النسبية العامة وفق مقالة في مجلة (Daily JSTOR) في يوليو 27، 2023م.
لكن هناك مشكلة جوهرية تواجه تحقيق محرك ألكوبيير، فهو يتطلب كميات هائلة من الطاقة السلبية، وهي مادة تخيّلية لم نكتشفها بعد في العالم الحقيقي، وربما تكون غير موجودة في الطبيعة. والأسوأ من ذلك، أنّ متطلبات جهاز ألكوبيير من الطاقة السلبية هائلة. ولهذا السبب ينظر البعض إلى محرّك ألكوبيير على أنه محرك خيالي وغير فيزيائي حسب موقع (Phys.Org) في يوليو 29، 2024م.
إنّ فكرة محرك ألكوبيير، على ما فيها من صعوبات، كانت شرارة أشعلت خيال العلماء وعشّاق الخيال العلمي على حد سواء، وتمثّل منصة انطلاق قوية لإنجازات بشرية؛ إذ قدّمت لمحة عن مستقبل قد لا يقيِّد فيه حاجزُ سرعة الضوء البشريةَ، مما قد يفتح فصلًا جديدًا في المساعي البشرية لاستكشاف الكون خارج نظامنا الشمسي.
في عام 2021م، وبعد ثلاثين سنة تقريبًا من اقتراح محرك ألكوبير، ابتكر الباحثان في الفيزياء التطبيقية أليكسي بوبريك وجياني مارتير أولَ نموذج عامٍّ لمحرك التواء ذي طاقة موجبة يمكنه السفر بسرعات فائقة، بمبادئ الفيزياء المعروفة للبشرية اليوم، وقد نُشرت الدراسة في "مجلة الجاذبية الكلاسيكية والكمية" (Classical and Quantum gravity) في 20 أبريل، 2021م.
محرك الالتواء ذو السرعة الثابتة
وفي دراسة حديثة، اشترك فيها بوبريك ومارتير مع عدد آخر من الباحثين، عن نوعٍ جديد من محركات الالتواء تعمل بسرعة ثابتة دون سرعة الضوء، وتلبي جميع شروط الطاقة دون الحاجة إلى أشكال غريبة من المادة. وناقشوا في هذه الدراسة حلولًا مبتكرة تتوافق مع النظرية النسبية العامة. نُشرت الدراسة في المجلة نفسها في 29 أبريل، 2024م.
في الوقت نفسه تقريبًا، طوَّر باحثون في مختبر الدفع المتقدم في مؤسسة الأبحاث للفيزياء التطبيقية في نيويورك، ومن جامعة ألاباما في هانتسفيل، وسيلةَ دفع جديدة، عبارة عن (فقاعة انحناء) قادرة على تحريك الأجسام بسرعة تقارب سرعة الضوء. ويمثِّل هذا الإنجاز أول تطبيق رقمي لمحركات الالتواء الفيزيائية. ومع أن هذا التصميم يتطلب طاقة كبيرة، فإنه يثبت إمكانية تحقيق تأثيرات الانحناء باستخدام الطاقة الإيجابية. والطاقة الإيجابية تعني ظواهر مثل الضوء، والمادة، والمادة المضادة، وجميعها متوفرة طبيعيًّا في كوننا. ويقترح الفريق أيضًا شيئًا آخر يمكن استخدامه لتشويه الزمكان، وهو الجاذبية، فالجاذبية تعني نوعًا معيَّنًا من الانحناء يحدث في الفضاء ويؤثّر في الأشياء المحيطة به. نُشر البحث على موقع جامعة ألاباما في هانتسفيل في 29 مايو، 2024م.
ومع أن هذا المحرك لن يتوفر على الأرجح إلا في المستقبل البعيد، لأنه يتطلب كميات هائلة من الطاقة، ويتجاوز بكثير التقنيات الحالية، تواصل الفيزياء التطبيقية إحراز تقدم كبير مع دخول البشرية عصر الانحناء، كما أشارت مؤسسة (Applied Physics) في 2025م.
حضارة من النوع الثالث
لا تزال الحضارة البشرية في الوقت الحالي دون الحضارة الكوكبية، وبعيدة كل البعد عن الحضارة من النوع الثاني (النجمية)، أو الثالث (المجرية)، حسب مقياس كارداشوف للحضارات (انظر: "مقياس كارداشوف" القافلة سبتمبر/أكتوبر 2018). وإذا كان لدى البشرية أي أمل في المستقبل البعيد بأن تصبح حضارة من النوع الثالث، فستحتاج إلى محرّكات الالتواء للسفر بين النجوم والتنقُّل بين أطراف مجرّة درب التبانة. تخيّل مجرة درب التبانة التي يبلغ عرضها 120 ألف سنة ضوئية؛ هذه مسافة طويلة جدًّا يستحيل قطعها بوسائل الدفع التقليدية المتوفّرة لدينا. وبناءً على ذلك فإن السفر بسرعة تفوق سرعة الضوء هو الطريقة الوحيدة التي تمكِّن البشرية من الوصول إلى النجوم الأخرى في فترة زمنية قصيرة.
إن محركات الالتواء تحتاج إلى طاقة هائلة جدًّا أكبر بكوادريليون مرة من أقوى مُصادِم ذرّات لدينا، ما يجعلها ممكنة في حضارة من النوع الثالث فقط، ذلك أن حضارة من النوع الثالث لديها القدرة على استغلال كامل طاقة المجرة.
وفي حين لا تزال محرّكات الالتواء بعيدة المنال عن الحضارة البشرية الحالية، فإن دراسة هذه المفاهيم تقدّم رؤية عميقة حول طبيعة الزمكان نفسه، وتدفع البشرية إلى ما هو أبعد من حدود فهمنا الحالي للفيزياء، وقد تكون لها آثار عميقة في فهمنا للكون، وإمكانات تحقيق اختراقات تكنولوجية مستقبلية. وإن العمل الذي تقوم به مؤسسة الأبحاث للفيزياء التطبيقية، المذكورة آنفًا، يقرّب هذه المفاهيم من أن تصبح واقعًا ملموسًا للبشر. وقد تكون الحضارة البشرية في يوم ما ضمن الحضارات من النوع الثالث، وقادرة على السفر إلى النجوم والتنقل بين المجرات. عند ذلك لن نكون مضطرّين للانتظار آلاف أو ملايين السنين حتى نصل إلى وجهتنا النهائية!
وفقًا للنظرية النسبية العامة لأينشتاين، لا يمكن لأي جسم أن يسافر بسرعة تفوق سرعة الضوء؛ لأنه كلما زادت سرعة الجسم زادت كتلته، وبحلول الوقت الذي يصل فيه الجسم إلى سرعة الضوء، ستقترب هذه الكتلة من اللانهاية. أي أن هذا التسارع يتطلّب طاقة لانهائية؛ وهذا غير ممكن. لكن، ربما توجد بعض الثغرات التي تسمح لجسم أن يسافر بسرعة تفوق سرعة الضوء دون خرق لقوانين الفيزياء. من بين هذه الأفكار ما اقترحه الفيزيائي النظري المكسيكي ميغيل ألكوبيير، حول تصميم محرك انحناء يسمح نظريًّا لجسم أن يسافر أسرع من الضوء دون خرق لقوانين الفيزياء.
محرك ألكوبيير
في عام 1994م، نشر قسم الفيزياء والفلك في جامعة ويلز ورقةً بحثية علمية لألكوبيير بعنوان "السفر فائق السرعة في ظل النسبية العامة"، وقد اقترح لأول مرة مقياسًا للزمكان يدعم السفر بسرعة تفوق سرعة الضوء، بطريقة تشبه إلى حدٍّ كبير تلك التي تصورها مبدعو "Star Trek". إن محركَ الالتواء مفهومٌ نظريٌّ يسعى لتحقيق السفر أسرع من الضوء عبر تشويه الزمكان حول المركبة الفضائية. تتمثّل الفكرة في إنشاء فقاعة انحناء، حيث ينكمش الزمكان أمام المركبة الفضائية، بينما يتمدّد الفضاء خلفها، وهذا يعني أن محرك ألكوبيير يَثني الفضاء أمام الجسم وخلفه، أي يُقصِّر الفضاء أمامه ويُطيله خلفه، ما يسمح للمركبة الفضائية بركوب موجة من الزمكان المنحني والسفر لمسافات شاسعة في إطار زمني قصير، والتنقُّل السريع بين النجوم والمجرّات.
ولتقريب الصورة، تخيّل سجادة عليها كأس، أنت على السجادة وتريد الوصول إلى الكأس، يمكنك التحرُّك فوق السجادة أو سحبها نحوك. محرّك الالتواء يشبه سحب الزمكان لتقريب وجهتك. لكن للتشبيهات حدودها، فإن محرك الالتواء لا يجذب وجهتك نحوك، بل يُقلّص الزمكان ليُقصّر مسارك. ببساطة، تقلّ المسافة بينك وبين الكأس عند تشغيل المحرك، وفق شرح في مجلة "ساينس" (Science) في 16 أبريل، 2021م.
تخيّل أن رحلتنا إلى النجم "ألفا سنتوري"، التي يقطعها الضوء في أكثر من أربع سنوات ضوئية، وتحتاج إلى أكثر من سبعين ألف سنة بمركبة "فوياجر1" التي تسير بسرعة ستين ألف كيلومتر في الساعة، ستأخذ منا يومًا واحدًا فقط بواسطة محرك الالتواء إذا استطاع تقليص المسافة بمقدار 1/461 مرّة من الطول الطبيعي! قد تكون هذه الفكرة ضربًا من الخيال العلمي، إلا أنها متجذّرة في النظرية النسبية العامة وفق مقالة في مجلة (Daily JSTOR) في يوليو 27، 2023م.
لكن هناك مشكلة جوهرية تواجه تحقيق محرك ألكوبيير، فهو يتطلب كميات هائلة من الطاقة السلبية، وهي مادة تخيّلية لم نكتشفها بعد في العالم الحقيقي، وربما تكون غير موجودة في الطبيعة. والأسوأ من ذلك، أنّ متطلبات جهاز ألكوبيير من الطاقة السلبية هائلة. ولهذا السبب ينظر البعض إلى محرّك ألكوبيير على أنه محرك خيالي وغير فيزيائي حسب موقع (Phys.Org) في يوليو 29، 2024م.
إنّ فكرة محرك ألكوبيير، على ما فيها من صعوبات، كانت شرارة أشعلت خيال العلماء وعشّاق الخيال العلمي على حد سواء، وتمثّل منصة انطلاق قوية لإنجازات بشرية؛ إذ قدّمت لمحة عن مستقبل قد لا يقيِّد فيه حاجزُ سرعة الضوء البشريةَ، مما قد يفتح فصلًا جديدًا في المساعي البشرية لاستكشاف الكون خارج نظامنا الشمسي.
في عام 2021م، وبعد ثلاثين سنة تقريبًا من اقتراح محرك ألكوبير، ابتكر الباحثان في الفيزياء التطبيقية أليكسي بوبريك وجياني مارتير أولَ نموذج عامٍّ لمحرك التواء ذي طاقة موجبة يمكنه السفر بسرعات فائقة، بمبادئ الفيزياء المعروفة للبشرية اليوم، وقد نُشرت الدراسة في "مجلة الجاذبية الكلاسيكية والكمية" (Classical and Quantum gravity) في 20 أبريل، 2021م.
محرك الالتواء ذو السرعة الثابتة
وفي دراسة حديثة، اشترك فيها بوبريك ومارتير مع عدد آخر من الباحثين، عن نوعٍ جديد من محركات الالتواء تعمل بسرعة ثابتة دون سرعة الضوء، وتلبي جميع شروط الطاقة دون الحاجة إلى أشكال غريبة من المادة. وناقشوا في هذه الدراسة حلولًا مبتكرة تتوافق مع النظرية النسبية العامة. نُشرت الدراسة في المجلة نفسها في 29 أبريل، 2024م.
في الوقت نفسه تقريبًا، طوَّر باحثون في مختبر الدفع المتقدم في مؤسسة الأبحاث للفيزياء التطبيقية في نيويورك، ومن جامعة ألاباما في هانتسفيل، وسيلةَ دفع جديدة، عبارة عن (فقاعة انحناء) قادرة على تحريك الأجسام بسرعة تقارب سرعة الضوء. ويمثِّل هذا الإنجاز أول تطبيق رقمي لمحركات الالتواء الفيزيائية. ومع أن هذا التصميم يتطلب طاقة كبيرة، فإنه يثبت إمكانية تحقيق تأثيرات الانحناء باستخدام الطاقة الإيجابية. والطاقة الإيجابية تعني ظواهر مثل الضوء، والمادة، والمادة المضادة، وجميعها متوفرة طبيعيًّا في كوننا. ويقترح الفريق أيضًا شيئًا آخر يمكن استخدامه لتشويه الزمكان، وهو الجاذبية، فالجاذبية تعني نوعًا معيَّنًا من الانحناء يحدث في الفضاء ويؤثّر في الأشياء المحيطة به. نُشر البحث على موقع جامعة ألاباما في هانتسفيل في 29 مايو، 2024م.
ومع أن هذا المحرك لن يتوفر على الأرجح إلا في المستقبل البعيد، لأنه يتطلب كميات هائلة من الطاقة، ويتجاوز بكثير التقنيات الحالية، تواصل الفيزياء التطبيقية إحراز تقدم كبير مع دخول البشرية عصر الانحناء، كما أشارت مؤسسة (Applied Physics) في 2025م.
حضارة من النوع الثالث
لا تزال الحضارة البشرية في الوقت الحالي دون الحضارة الكوكبية، وبعيدة كل البعد عن الحضارة من النوع الثاني (النجمية)، أو الثالث (المجرية)، حسب مقياس كارداشوف للحضارات (انظر: "مقياس كارداشوف" القافلة سبتمبر/أكتوبر 2018). وإذا كان لدى البشرية أي أمل في المستقبل البعيد بأن تصبح حضارة من النوع الثالث، فستحتاج إلى محرّكات الالتواء للسفر بين النجوم والتنقُّل بين أطراف مجرّة درب التبانة. تخيّل مجرة درب التبانة التي يبلغ عرضها 120 ألف سنة ضوئية؛ هذه مسافة طويلة جدًّا يستحيل قطعها بوسائل الدفع التقليدية المتوفّرة لدينا. وبناءً على ذلك فإن السفر بسرعة تفوق سرعة الضوء هو الطريقة الوحيدة التي تمكِّن البشرية من الوصول إلى النجوم الأخرى في فترة زمنية قصيرة.
إن محركات الالتواء تحتاج إلى طاقة هائلة جدًّا أكبر بكوادريليون مرة من أقوى مُصادِم ذرّات لدينا، ما يجعلها ممكنة في حضارة من النوع الثالث فقط، ذلك أن حضارة من النوع الثالث لديها القدرة على استغلال كامل طاقة المجرة.
وفي حين لا تزال محرّكات الالتواء بعيدة المنال عن الحضارة البشرية الحالية، فإن دراسة هذه المفاهيم تقدّم رؤية عميقة حول طبيعة الزمكان نفسه، وتدفع البشرية إلى ما هو أبعد من حدود فهمنا الحالي للفيزياء، وقد تكون لها آثار عميقة في فهمنا للكون، وإمكانات تحقيق اختراقات تكنولوجية مستقبلية. وإن العمل الذي تقوم به مؤسسة الأبحاث للفيزياء التطبيقية، المذكورة آنفًا، يقرّب هذه المفاهيم من أن تصبح واقعًا ملموسًا للبشر. وقد تكون الحضارة البشرية في يوم ما ضمن الحضارات من النوع الثالث، وقادرة على السفر إلى النجوم والتنقل بين المجرات. عند ذلك لن نكون مضطرّين للانتظار آلاف أو ملايين السنين حتى نصل إلى وجهتنا النهائية!