«نوبل» لثالوث أميركي - بريطاني عن فيزياء بنية المادة المتطرفة

كأن الثالوث الذي نال «جائزة نوبل - 2016» للفيزياء، جسر علمي يربط بين الفيزياء الميكانيكية لإسحاق نيوتن في بريطانيا ونسبيّة آلبرت آينشتاين في أميركا، مع امتداد ألماني أيضاً. إذ شهدت بريطانيا مولد ديفيد ثاوليس (بيرسدن، 1934) ودانكن هولداين (لندن، 1951) ومايكل كوستيرليتس (آبردين، 1942). واحتضنت جامعات أميركا أعمالهم العلمية في جامعات واشنطن (ولاية سياتل)، وبرنستون (نيوجيرسي)، وبراون (جزر رود، ببروفيدانس) على التوالي.
وكذلك اعتمدوا على نظريات أسسها علماء معظمهم ألمان، عرفت باسم «فيزياء الكموميّة» Quantum Physics، لدراسة بنية المادة وانتقالاتها في الأحوال المتطرفة!
والطريف أن نصف الجائزة (417 ألف يورو) ذهب إلى الأكبر سناً بينهم (ثاوليس، 82 سنة)، فيما تقاسم نصفها الآخر الاثنان الأصغر سناً.
وعلى غرار آينشتاين، لم يخض الثلاثة تجارب عن المادة، بل أعملوا العقل ومعادلات الرياضيات النظرية البحتة لصوغ معادلات نظرية تدرس بنية المادة في الأحوال المتطرفة. ووصلوا إلى وصف مبتكر، بل غرائبي، للمادة الملموسة وأحوالها المتطرفة، وحطّم عملهم حدوداً كان يعتقد أنها تفصل بين ما هو عادي ومتطرف في تحولات المادة وانتقالاتها.
وتفسر قوانين نيوتن المادة العادية، فيما تبرز نسبية آينشتاين في الكون الكبير وسرعات الضوء والطاقة الضخمة للذرة. وفي مقلب آخر، تقف فيزياء الكموميّة لتفسر أحوال العوالم الفائقة الصغر في دواخل الذرة وتشابكاتها وتداخل طاقاتها، بل إن مفهوم الزمان كأنما «يضيع» في تلك المتاهات.
وبالعقل المجرد والمعادلات النظرية، برهنت أعمال ثاوليس وهولداين وكوستيرليتس، أنّ هناك أحوالاً للمادة تنطبق عليها معادلات فيزياء الكموميّة، من دون أن تكون بالضرورة في دواخل الذرّة. وبرهنوا أنه إذا تدنّت الحرارة إلى ما تحت الصفر ب273 درجة مثلاً، وهو وضع متطرف، تصبح البنية الهندسية للمادة، خاضعة لقوانين فيزياء الكموميّة، وهو ما لم يقل به حتى مؤسسو تلك القوانين. وذهبوا إلى أبعد من ذلك. فكر ذلك الثالوث العلمي بأن العالم الذي نعيشه هو ثلاثي الأبعاد له طول وعرض وعمق - ارتفاع، يدعمه بعد رابع هو الزمان. كيف تكون الحال لو تقلّص العمق، فصار العالم مسطحاً كورقة، بل برهافة سطح لو جمعت ملايين منه لكانت بسماكة ورقة رهيفة؟ كيف تتصرف تجمّعات الذرات حينئذ، مع العلم أن كل المادة تتألف من ارتصافات من الذرات؟ حتى أنهم تخيلوا عالماً ببعد واحد، كخيط يتضاءل عرضه إلى حد يصبح خيط العنكبوت كأنه «أوتوستراد» مقارنة به، بل كأن عرضه غير موجود.
عالم مسطّح وربما «خفي»
لعل الأكثر إدهاشاً في أعمال ثاوليس وهولداين وكوستيرليتس، أنهم برهنوا إمكان الوصول إلى تلك الأحوال من المادة (خصوصاً الثنائية الأبعاد)، عبر انتقالات مرحليّة تشكّل كل منها وحدة مستقلّة، كما تكون الحال في الانتقال بين الأعداد الكاملة (1 ثم 2 ثم 3 ...)، بل كان مذهلاً أنهم وضعوا معادلات تبرهن أن الانتقال من تلك الأحوال الغرائبية المتطرفة في المادة، إلى المادة الطبيعية التي نتعامل معها، يكون أيضاً في وحدات مستقلة كالانتقال من عدد صحيح إلى آخر. وبذا، رسمت معادلاتهم مسار الانتقال من التوصيل العادي للكهرباء مثلاً، إلى التوصيل الفائق، وهو أمر وجد تطبيقه أيضاً في النقل الفائق للتدفّقات الإلكترونيّة داخل الألياف الضوئية للإنترنت التي تصنع ما نسميه يومياً... العالم الرقمي الافتراضي.