علم الدكتور هُوُ
في عمر 60 عاماً ما زال مسلسل الدكتور هُوُ Doctor Who الذي يُعرض على قناة بي بي سي BBC عن مغامرات سيد الزمن Time Lord المتجدد، برنامجاً ممتعاً جداً في مجال الخيال العلمي. لكنه خيال علمي. الأداة الأساسية التي يستخدمها الدكتور هي مفك براغي (مسامير) صوتي، وليست عصا سحرية. يأخذ الدكتور المنتمي إلى كوكب غاليفري Gallifrey العلم على محمل الجد. وهذا ما ينبغي لنا أن نفعل…
مركبة تارديس
إن أحد الألغاز العلمية التي تتطلب حلاً فورياً وتنطوي على مفارقة يثيرها الدكتور هُوُ هي طبيعة تارديس TARDIS، مركبة الدكتور ومنزله ورفيقه الدائم.
أنت تعرف ما يأتي بعد ذلك: ”إنها أكبر في الداخل مما هي عليه من الخارج!“ (أو كما قال أحد الأذكياء في إحدى الحلقات، ”إنها أصغر من الخارج!“). الآلة التي تشبه في مظهرها الخارجي صندوق هاتف قديم للشرطة البريطانية – بحجم خزانة ملابس كبيرة – يبدو أنها على أقل تقدير في حجم منزل فسيح، إن لم يكن أكثر. هل يُعقل هذا؟
في الواقع قد يسمح الاستقراء التخيلي لنظرية النسبية التي وضعها ألبرت آينشتاين Albert Einstein بإمكان عدم استبعاد وجود شيء أكبر من الداخل على الفور – ولا الوظيفة الرئيسة لصندوق الشرطة القديم – بصفته آلة زمنية. لأن النسبية تدور حول تشوهات Distortions المكان والزمن. وكما يعرف المعجبون بمسلسل الدكتور هُو فإن كلمة TARDIS هي اختصار للزمن والبعد النسبي في الفضاء Time And Relative Dimension In Space.
إن الإنجازات العظيمة التي حققها آينشتاين في الفيزياء والتي بدأت في العقود الأولى من القرن العشرين جاءت من أفكار خيالية، وحتى مرحة، ومن المحتمل أن يوافق عليها الدكتور. تساءل آينشتاين عما سيكون عليه شكل الكون لو حاولتَ اللحاق بشعاع من الضوء بالسفر على متن مركبة فضائية سريعة جداً؟ المشكلة هي أن سرعة الضوء البالغة نحو 300,000 كم/ث تحددها قوانين فيزيائية أخرى، وتحديداً قوانين الكهرومغناطيسية. والفيزياء لا تهتم بمدى سرعة سفرك عندما تقيسُ تلك السرعة؛ هذه القوانين لا تتغير، مهما كانت السرعة التي تتحرك بها. ومن ثمّ فإن شعاعاً معيناً من الضوء تكون له دائماً السرعة نفسها بالنسبة إليك، وبالنسبة إلى أي شخص آخر، بغض النظر كيف يتحرك.
لذا، إذا قاس آينشتاين سرعة شعاع معين من الضوء بالنسبة إلى سفينته الفضائية في أثناء الطيران، وقاس زميل له على الأرض سرعة شعاع الضوء نفسه بالنسبة إلى مختبره الثابت على ما يبدو، فإن الاثنين سيحصلان على وجه التحديد على الإجابة نفسها بغض النظر عن مدى سرعة سفر آينشتاين.
”ينحني المكان والزمن لضمان أن المراقبين الذين يتحركون بعضهم – بالنسبة إلى بعض – يقيسون دائماً سرعة الضوء نفسها“
من هذه المفارقة Paradox الظاهرية، بنى آينشتاين نظريته النسبية الخاصة. بنمط أساسي، ينحني Bend المكان والزمن لضمان أن المراقبين الذين يتحركون بعضهم بالنسبة إلى بعض، يقيسون دائماً سرعة الضوء نفسها. وعلى وجه الخصوص، كما يُرى من الأرض، فإن ساعة آينشتاين المتسارعة ستبدو وكأنها تعمل على نحو أبطأ من تلك الموجودة على الأرض.
لكن النسبية هي أكثر بكثير من مجرد الساعات المتعارضة. لاحقاً دمج آينشتاين الجاذبية في نظريته (صارت هذه النسخة الموسعة تُعرف باسم النظرية النسبية العامة General Theory of Relativity) وكان قادراً على التنبؤ بـ”انحناء“ الزمكان Space-time الذي يحافظ على ثبات سرعة الضوء. أمكن اختبار هذا الانحناء في أيام آينشتاين بدراسة انحراف ضوء النجوم بفعل جاذبية الشمس، وفي الآونة الأخيرة من خلال دراسة الثقب الأسود ساجيتاريوس إيه* (Sagittarius A*)، وهو الثقب الأسود الضخم الموجود في مركز مجرتنا درب التبانة.
وبعد مزيد من القفزات المفاهيمية الضخمة، صارت نظرية النسبية العامة التي وضعها آينشتاين هي الركيزة الأساسية لنظرية الانفجار الكبير Big bang theory، وهي أفضل نموذج لدينا للكيفية التي وُلد وفقها الكون وكيف يتطور. ليس بالنتيجة السيئة لتجربة فكرية للركوب المتخيَّل على شعاع من الضوء!
قد يبدو كل هذا غريباً، لكن أهميته بالنسبة إلى تارديس هي أننا جميعاً نعيش حياتنا في زمكان منحنٍ. مثلاً تخلق كتلة الشمس بئراً من الجاذبية تدور الكواكب حول ”جدرانها“ وتعمل سرعتها على موازنة الجاذبية، على نحو لا يختلف عن دحرجة الكرة في لعبة الحظ.
حسناً، نحن لا نعرف كيف تمكن مهندسو سيد الزمن Time Lord من طي منزل في صندوق هاتف، ولكن بمجرد أن نعرف أن الزمكان يمكن ثنيُه وطيُّه وتعديلُه، لا يتطلب الأمر سوى قليل من الخيال (أو كثير منه) لوضع هذه المفاهيم معاً.
إذا كنتَ لا تزال غير مقتنع، فكِّرْ في هذا. وفقاً للنظرية التي تقف وراء الانفجار الكبير، كان الكون، في لحظاته الأولى، أصغر من جسيم تحت ذري Subatomic particle. كان من الممكن وضعه داخل صندوق شرطة عادي، فضلاً عن غرف الدكتور الفسيحة.
السفر عبر الزمن
أما بالنسبة إلى السفر عبر الزمن، فحتى مع النسبية الخاصة، يمكن أن يحدث انزلاق زمني مزعج. فكِّرْ مرة أخرى في التجربة الفكرية التي أجراها المراقبون على مركبة فضائية وعلى الأرض. هذه المرة، ضعْ آينشتاين على متن مركبة فضائية تتسارع بتسارع جاذبية أرضية واحدة (9.8 م/ث2).
يمكن لآينشتاين، إذا حصل على ما يكفي من الوقود والإمدادات، أن يذهب إلى أبعد ما يريد. وكما نعلم، لضمان عدم تغيير قياس سرعة الضوء، ستتباطأ ساعاته طوال الرحلة، مقارنة بالساعات الموجودة على الأرض. استمرّْ في التسارع بمعدل جاذبية واحدة مدة 13 عاماً ذاتية، فسيصل آينشتاين إلى 1,000 عام في المستقبل بالنسبة إلى المراقب على الأرض (ونحو 1,000 سنة ضوئية من كوكبه). فجأة، صار لدينا آلة زمن، إلى المستقبل على الأقل.
ولكن ماذا عن السفر إلى الماضي؟ وكيف يمكن لآينشتاين العودة إلى الكوكب؟ للمصادفة، ربما وجد آينشتاين أيضاً الحل لهذه المعضلة في عمله الذي بدأه في العام 1916. وكان يدرس نموذجاً رياضياتياً نسبياً لنجم – أو أي جسم كروي غير مشحون وضخم – وضعه عالم رياضيات ألماني يدعى كارل شفارتزشيلد Karl Schwarzschild.
وصفت المعادلات مجال الجاذبية على مسافة موجبة من مركز الجسم الضخم. لكن آينشتاين لاحظ أن المعادلات تصح أيضاً إذا استخدمت مسافة سالبة. ماذا يمكن أن يعني هذا فيزيائياً؟
”أدرك الفيزيائيون أن الزمكان يمكن أن ’ينحني‘ على نطاق واسع“
أدرك الفيزيائيون في النهاية أن الزمكان يمكن أن ”ينحني“ على نطاق واسع، ومن ثم أن يجمع اثنين من هذه الأجسام الضخمة معاً لتكوين ”جسر“ يمكّن المسافرين من سلوك طرق مختصرة عبر الفضاء.
بحلول خمسينات القرن العشرين، أطلق الفيزيائي الأمريكي جون ويلر John Wheeler على هذه الجسور اسم ”الثقوب الدودية“ Wormholes، ودُرست النظرية الكامنة دراسة مكثفة في السنوات التي تلت ذلك. خلال الفترة نفسها، أصبحت الثقوب الدودية عنصراً أساسياً في الخيال العلمي، والمهم بالنسبة إلى ما نسعى إليه هو أنها توفر لنا طريقة لبناء آلة زمنية في الاتجاهين.
تذكر رحلة آينشتاين الطويلة. سيرى مراقب على الأرض لديه تلسكوب قوي أن السفينة تستغرق 1,000 عام لتصل إلى وجهتها. لكن الوقت الذي سيقيسه آينشتاين بالساعات الموجودة على متن سفينته سيكون 13 عاماً. لنفترض حالياً أن آينشتاين سحب معه أحد طرفي الثقب الدودي، تاركاً الطرف الآخر على الأرض. عندما يصل إلى وجهته، يمكنه ببساطة أن يخطو عبره ويعود إلى الأرض. تشير ساعة آينشتاين إلى أنه كبِر 13 عاماً؛ لكن عمر الأرض زاد 1,000 سنة. لقد سافر آينشتاين إلى مستقبله. وبالمثل، يمكن لأي شخص على الأرض أن يمر عبر الثقب الدودي الذي ظهر منه آينشتاين ويسافر ما يقرب من 1,000 عام إلى ماضيه (ويظهر على متن سفينة فضائية على بعد 1,000 سنة ضوئية).
يمكنك أن تتخيل كوناً ممتلئاً بفتحات الثقوب الدودية التي تربط النقاط عبر الزمكان والمستقبل والماضي. قد تبدو شبكة ثابتة كهذه بعيدة كل البعد عن قدرات تارديس التي يمكن أن تأخذك إلى أي مكان وأي وقت، تماماً كما تمنحك السيارة مستوى من الحرية لا يوفره مترو أنفاق لندن. ربما يمتلك أسياد الزمن طريقة مختلفة تماماً أكثر فعالية لفعل الأشياء. ولكن، كما يقول الدكتور هُوُ، ما لا تستبعده قوانين الفيزياء هو مجرد مسألة هندسية.
”تارديس ذكية جداً وحتى قادرة على التعاطف، على ما يبدو (من المؤكد أنها شديدة الارتباط بالدكتور)“
تارديس الذكية
الجانب الآخر من تقنية تارديس هو نظام الذكاء الاصطناعي الذي يتحكم فيها. نحن نعلم أن تارديس ذكية جداً وحتى قادرة على التعاطف، على ما يبدو (من المؤكد أنها شديدة الارتباط بالدكتور). ولكن ما نوع التكنولوجيا التي قد تدعم مثل هذه المعالجة؟
ربما تعمل تارديس، وهي مركبة تتنقل في فضاءات رياضياتية شديدة التجريد، على آليات رياضياتية شديدة التجريد. ولكن أي نوع من الآليات؟
للحصول على اقتراح حديث، فكِّرْ في ”مسألة الأجسام الثلاثة“ Three-body problem. هذا لغز على صلة بالجاذبية عمره أكثر من 300 عام، وقد اكتشف باحثون عاملون في بلغاريا في 2023 أكثر من 12,000 حل له.
وفق رياضيات إسحاق نيوتن Isaac Newton، يمكن أن نفهم جيداً المدار المشترك لجسمين. إذا كان أحدهما أكبر بكثير من الآخر، كما هي حال الشمس التي هي أكبر من الأرض، فإن كلا الجسمين يدور حول نقطة عميقة داخل الجسم الأكثر ضخامة. إذا كان الجسمان متماثلين في الحجم، فمن الممكن أن يدورا حول نقطة مشتركة في الفضاء الفارغ، تسمى ”مركز الأبعاد المتناسبة“ Barycentre.
لكن الأمر يزداد تعقيداً عندما يتعلق الأمر بثلاثة أجسام. لم يكن معروفاً سوى نحو 600 حل حتى العام 2017، عندما عُثر على نحو 600 حل آخر. حالياً، في العام 2023، قدم حاسوب عملاق عدداً هائلاً يبلغ 12,392 حلاً. ويبدو أنه لا يوجد سبب لعدم التوصل إلى حلول تتضمن عدداً أكبر من الأجسام.
ستكون مشاهدة هذه الحلول مشاهدة ساحرة حين تدور الأجسام الثلاثة ويغوص بعضها حول بعض – وعندما ينتهي كل ”روتين مداري“ Orbital routine فإنه يتكرر إلى أجلٍ غير مسمى. هذه النتائج لها تطبيقات واضحة لعلماء الفلك الذين يدرسون الأنظمة النجمية والكوكبية المعقدة. ولكن لأغراضنا، ربما يمكن لهذه الأنماط وأشقائها الأكثر تعقيداً، أيضاً ترميز (تشفير) قدر كبير من المعلومات في معادلة رياضيات ديناميكية ودقيقة. هل يمكن لمصفوفة Array، أو حتى تسلسل هرمي Hierarchy، من مجموعات حلول لعدد من الأجسام n-body التي تدور في مدار مشترك تخزين ما يكفي من البيانات لبرمجة الذكاء الاصطناعي لتشغيل تارديس؟ يشبه الأمر إلى حد كبير فكرة تخزين البيانات في أسراب من طيور الزرازير في أثناء طيرانها… قد يكون الأمر خاطئاً، لكنني أراهن على أن الهندسة الحقيقية لتارديس ستكون بالقدر نفسه من الجمال.
غزو الأرض
غزت أرضَ الدكتور هُوُ كائناتٌ غريبة مرات عدة.
الأقدم (في تاريخ المسلسل)، كما هو موضح في حلقة ”مدينة الموت“ City of Death في العام 1979، نفذته سلالة محاربة تُسمى جاغاروث Jagaroth قبل 400 مليون سنة. ترك أحد الناجين ويُدعى سكاروث Scaroth شظايا حرفت تاريخ الأرض والإنسانية منذ ذلك الحين. لذلك، في عالم الدكتور هُوُ، دُمج الاحتكاك بالكائن الفضائي في تكيفنا.
حدث تدخل أخرق، ولكنه خلَّف القدر نفسه من الدمار، قبل 65 مليون سنة، عندما عادت سفينة شحن ضخمة بين النجوم عبر الزمن إلى الوراء وتحطمت على الأرض، وفقاً لحلقة ”الاصطدام بالأرض“ Earthshock في العام 1982، وهو اصطدام قضى على الديناصورات خلافاً لنظرية العلماء التي تتحدث عن ارتطام كويكب بالأرض. يمكننا حتى أن نخمن أبعاد سفينة الشحن في ضوء دراسة (واقعية) لحدث الديناصورات.
يُعتقد أن الكويكب – الذي ضرب الأرض بقوة تعادل 4.5 بليون قنبلة مثل تلك التي ألقيت على هيروشيما – كان بحجم جبل إيفرست وكتلته تقريباً. لكن كتلة قدرها 1,000 طن من ضديد المادة Antimatter من شأنها أن تحدث الانفجار نفسه، وهي كتلة يمكن أن تدفع سفينة شحن تزن 1,000 طن إلى نجم ألفا سنتوري Alpha Centauri بسرعة قريبة من سرعة الضوء.
ربما رأينا سفينة غريبة، أو حطام سفينة، تتجول عبر مجموعتنا الشمسية في السنوات الأخيرة، إنه ”جسم أومواموا“ Oumuamua object الشاذ. أثبتت سرعته العالية أنه جاء من خارج المجموعة الشمسية، وكان شكله الطويل الرفيع غير عادي إلى حد كبير. ربما لم يكن أكثر من مجرد جزء من كويكب غريب، ولكن لو أنه ضرب الأرض… حسناً، لم يكن سفينة شحن كتلك التي كانت وراء ”الاصطدام بالأرض“. ومع كتلة قدرها 40 طناً وتتحرك بسرعة 40 م/ث، كان من الممكن أن يحترق أومواموا في الغلاف الجوي للأرض.
الكواكب الشاردة
الدكتور هُوُ برنامج ترفيهي، ولكنه حقق بعض النجاحات التنبئية فيما يتعلق بتقدم المعرفة العلمية على مرّ العقود. مثلاً كان من سمات المسلسل منذ فترة طويلة أن يعرض كواكب شاردة في مجموعتنا الشمسية.
عندما بُثّ البرنامج أول مرة في العام 1963، كان يُعتقد أن هناك تسعة كواكب في المجموعة الشمسية، أبعدها هو بلوتو الذي اكتُشف قبل بضعة عقود فقط. وكان يُعتقد أن هذه الكواكب قد نشأت من عملية تكوين منطقية ومنظمة إلى حدٍّ معقول. لدينا العوالم الصخرية الأقرب إلى الشمس: عطارد والزهرة والأرض والمريخ. أبعد من ذلك، حيث درجات الحرارة أقل ويمكن للكواكب أن تحتفظ بكميات ضخمة من الغازات والجليد، لدينا العملاقان الغازيان (المشتري وزحل) والعملاقان الجليديان (أورانوس ونبتون)، مع وجود بلوتو على حافة المجموعة.
لذا فإن العلماء دُهشوا إزاء قصة ”الكوكب العاشر“ The Tenth Planet، وهي أول قصة لشعب سيبراني Cyberman، بُثت في العام 1966 وتدور أحداثها في العام 1986. وظهر فيها مونداس Mondas، وهو كوكب مارق يقع على حافة المجموعة الشمسية المعروفة. كان هذا الكوكب والرجال السيبرانيون يشكلون تهديداً للأرض، ولكن في النهاية يبدو أن الكوكب ترك المجموعة الشمسية برغبته.
ثم جاء فولكان Vulcan في حلقة ”قوة الداليكس“ The Power of the Daleks التي بُثَّتْ أيضاً في العام 1966: كوكب داخل مدار عطارد اختفى أيضاً في العام 2020 وفق المسلسل. (افترض علماء الفلك الأوائل وجود فولكان، ولكن تبين أن هذا ناجم عن إساءة تفسير أرصاد عطارد).
ثم كان هناك الكوكب فوغا Voga في حلقة ”انتقام السيبرانيين“ Revenge of the Cybermen التي بُثَّتْ في العام 1975، وهو عالم مصنوع بالكامل من الذهب. لقد دخل هذا الكوكب إلى المجموعة الشمسية وصار تابعاً لكوكب المشتري. بحلول العام 2875، صار هدفاً للبشر المنقبين عن الذهب.
لم تتناسب مثل هذه الكواكب الغريبة والمتجولة مع نماذج المجموعة الشمسية المنظمة التي كانت معروفة في العام 1963، وربما أضافت إلى الإحساس بالمتعة من خلال الأحداث غير المعقولة في المسلسل. لكن الزمن وعمليات الرصد الأعمق والنمذجة النظرية الأكثر نضجاً غيرت وجهة نظرنا حول أصل الكواكب. وحالياً نحن نعلم أن المجموعة الشمسية نفسها لديها تاريخ أكثر تعقيداً مما كان يُعتقد.
مثلاً، بعد ثلاث سنوات فقط من عرض حلقة ”الكوكب العاشر“ The Tenth Planet، مع تركيز الاهتمام على القمر بسبب بعثات أبولو، طُورت نظرية الاصطدام الكبير Big Splash حول منشأ القمر. في أثناء تكوين الأرض، اصطدم كوكب أولي آخر تساوي كتلته كتلة المريخ (اسمه ثيا Theia) بالأرض مسبباً قذف كميات كبيرة من الصخور التي تجمعت في النهاية لتشكل القمر.
لاحقاً، في العام 1992 (قبل 14 عاماً من تخفيض تصنيف كوكبنا الخارجي بلوتو إلى كوكب قزم على نحو مثير للجدل)، اكتُشف أن بلوتو لا يمثل حدود المجموعة الشمسية. ويوجد خلفه – ما بين 30 و40 ضعف مسافة الأرض من الشمس – حزام كويبر Kuiper belt، وهو عبارة عن حشد من الأجرام المصنوعة من الصخور والجليد التي اكتُشف أكثر من 100,000 منها حتى الوقت الحالي ويبلغ قطرها أكثر من 100 كيلومتر (60 ميلاً). ومن بين هذا الحشد خمسة ”كواكب قزمة“ Dwarf planets تدور في مدارات دائرية هي أوركوس Orcus، وهاوميا Haumea، وسالاسيا Salacia، وكواور Quaoar، وماكيميكي Makemake. واستمرت وجهة نظرنا حول تكوين المجموعة الشمسية تتطور.
قد يلجأ الدكتور هُوُ إلى مفاهيم أو تقنيات خيالية قد تبدو غير واقعية أو غير معقولة في بعض الأحيان، لكنه على الأقل يحاول الالتزام ببعض القوانين العلمية أو مبادئ العلم في جوهر قصصه. وكما هي الحال في نبوءته عن العوالم المُتجوِّلة Wandering worlds، فإنه في بعض الأحيان يكون على صواب أكثر منه على خطأ.
