قرأتُ قبل فترة كتابًا مهمًا بعنوان «المادة المضادة: المادة التي تسترجع الزمن» للكاتب «غابرييل شاردان». يطرح الكتاب أسئلة فلسفية، رغم المحتوى العلمي للكتاب؛ إذ استطاع المؤلف -بأسلوب علمي غير معقد- أن يوضح للقارئ فكرة المادة المضادة، وأنواعها، وآلية إنتاجها، والمحاولات المختبرية التي أُجريت من أجل تصنيعها، والتحديات التي واجهت العلماء في هذا المجال. ويظل البعد العلمي للكتاب واضح المعالم، واستطاع أيضًا أن يرسم تصورًا فلسفيًا لقضايا علمية معقدة، رغم أن المؤلف لم يستطع أن يجد سبيلًا إلى تقديم إجابات نهائية للتساؤلات الفلسفية المرتبطة بالمادة المضادة وعلاقتها بالزمن والكون، ومن هذه التساؤلات ما يتعلق بفهمنا للزمن في ظل وجود المادة المضادة، مثل: لماذا يسير الزمن إلى الأمام؟ وهل يمكن -في حال وجود مادة مضادة- أن يسير الزمن في الاتجاه المعاكس؟ وهل يتيح لنا ذلك إعادة النظر في مفاهيمنا التقليدية للزمن، بما في ذلك الماضي والمستقبل؟

كذلك تساءلتُ -شخصيًا- عن العلاقة التي يمكن أن نصل إليها عبر فهمنا للمادة المضادة وقوانين الفيزياء، مثل قوانين فيزياء الكوانتم والنسبية وحفظ الطاقة. وشدّني أيضًا تساؤل الكاتب -الذي يمكن للقارئ أن يجده جليًا بين السطور-: إذا كان الكون يحتوي على المادة العادية التي تتكون منها النجوم والكواكب والإنسان وبقية الكائنات، فلماذا توجد أيضًا مادة مضادة؟ وأين اختفت هذه المادة بعد نشأة الكون؟ وبوجود هذه التساؤلات، سواء بظاهرها العلمي أو باطنها الفلسفي؛

فإنني لا أعد القارئ بإجابات حتمية، ومع ذلك دعونا نبدأ ونرى تفاعلنا مع هذا الحقل العلمي الرائع.

ترشدنا الدراسات العلمية أنه يكاد من الصعب العثور على المادة المضادة مقارنة بالمادة -غير المضادة- التي يتشكل منها الكون وموجوداته. وفي الوقت نفسه، تفترض قوانين الفيزياء أن الانفجار العظيم أنتج كميات متساوية من المادة والمادة المضادة، ولكننا اليوم نجد المادة حاضرة في الكون بصورة واضحة، في حين تكاد تكون المادة المضادة غائبة إلا في حالات نادرة كما سنبين ذلك لاحقا.

وهذا ما يقودنا إلى محاولة فهم العلاقة بين المادة المضادة والزمن؛ إذ تشير الاستدلالات الفيزيائية إلى أن الانفجار العظيم -منذ لحظة نشأته- دفع الكون إلى الأمام في مسار تطوري مستمر الذي يمكن ربطه بمفهوم الزمكان؛ فيتجه الزمن إلى الأمام، متحركا من الماضي إلى المستقبل، ويتشكل معه المكان في إطار واحد. لكن ماذا لو افترضنا وجود المادة المضادة باعتبارها عنصرا كونيا موازيا؟ ماذا سيكون عليه الحال؟ وهل يمكن أن يكون هناك زمن معاكس؟

من الناحية العلمية، لا يوجد دليل يثبت أن المادة المضادة تسمح بالسفر عبر الزمن، أو حتى بوجود زمن مضاد أو زمن يسير في الاتجاه العكسي، ولكن هذه الفكرة ترتبط بتعبير استعمله بعض الفيزيائيين مفاده أن الجسيم المضاد يمكن وصفه رياضيا على أنه جسيم يتحرك إلى الخلف في الزمن، وجاءت هذه الفكرة ضمن تفسير رياضي اقترحه الفيزيائي «ريتشارد فاينمان»، وإن كان تأويله يبدو أقرب إلى الفلسفة منه إلى الفيزياء المحضة. وقبل أن نخوض في هذا الجانب الفلسفي، لا بد من التعرف إلى بعض الأساسيات المتعلقة بالمادة المضادة؛ فهي نظير معاكس للمادة العادية التي يتكون منها العالم المرئي؛ فيقابل الإلكترون نظير مضاد يسمى البوزيترون، والبروتون يقابله البروتون المضاد، وبوجه عام فإن لكل جسيم أولي معروف تقريبا جسيما مضادا يماثله في الكتلة ويعاكسه في بعض خواصه الأساسية، وفي مقدمتها الشحنة الكهربائية. وعندما تلتقي المادة بالمادة المضادة يُفني كل منهما الآخر وفق معادلة آينشتاين الشهيرة، وتتحول كتلتهما إلى طاقة هائلة، وهذا ما يتوافق مع قانون حفظ الطاقة كما سنوضح لاحقا بمزيد من التفاصيل.

وتتجه تساؤلاتنا العلمية أيضا عن إمكانية اكتشاف العلماء للمادة المضادة في الطبيعة، وإلى قدرتهم على إنتاجها مختبريا، وعن الكميات التي يمكن تصنيعها منها؛ فمن الناحية العلمية، لا يمكن أن نحصر حقل المادة المضادة في النطاق النظري؛ إذ إنها رُصدت فعلا في الطبيعة، وأُنتجت في المختبرات منذ عقود، بدأ الأمر عندما تنبأ الفيزيائي «بول ديراك» عام 1928 بوجودها، وذلك حين وجد أن معادلاته تسمح بوجود إلكترون يمتلك الخصائص نفسها، ولكن بشحنة معاكسة. بعد ذلك، وفي عام 1932، اكتشف الفيزيائي «كارل أندرسون» أول جسيم مضاد يُرصد تجريبيا، وهو البوزيترون أو الإلكترون الموجب أثناء دراسته للأشعة الكونية. ويمكن اعتبار هذا الاكتشاف أول دليل مباشر على وجود المادة المضادة في الطبيعة.

وبالتالي فإن المادة المضادة موجودة بالفعل في الكون، وتظهر في عدة مواضع منها ما يتولد في الأشعة الكونية؛ فعندما تصطدم الجسيمات عالية الطاقة بالغلاف الجوي للأرض تتكون جسيمات مضادة، مثل البوزيترونات والبروتونات المضادة، وتظهر في بعض العناصر المشعة التي تطلق البوزيترونات أثناء عمليات التحلل الإشعاعي. ويُعتقد أنها تتولد أيضا في بعض الظواهر الفلكية المعقدة والعنيفة مثل المناطق المحيطة بالثقوب السوداء والنجوم النيوترونية والمستعرات العظمى؛ حيث تتشكل جسيمات مضادة نتيجة الظروف الفيزيائية القاسية وطاقات التصادم الهائلة، ورُصدت بالفعل إشارات فلكية تدل على وجود كميات كبيرة من البوزيترونات في مركز مجرة درب التبانة.

لكن من المهم أن ندرك أن وجود المادة المضادة في الطبيعة لا يعني وجودها بكميات كبيرة أو مستقرة؛ إذ إنها غالبا ما تتعرض للإفناء سريعا عندما تلتقي بالمادة العادية، الأمر الذي يجعل رصدها ودراستها وتخزينها من أعقد التحديات التي تواجه الفيزياء الحديثة. وهذا ما قاد العلماء إلى محاولات تصنيعها مختبريا، وبدأت فعلا منذ خمسينيات القرن الماضي عبر استعمال مسرعات الجسيمات لإنتاج الجسيمات المضادة. وفي عام 1955، نجح العلماء في اكتشاف أول بروتون مضاد وإنتاجه، ثم تتابعت الإنجازات العلمية بعد ذلك؛ فتمكنوا لاحقا من إنتاج النيوترونات المضادة، ثم الذرات المضادة المتمثّلة في ذرات الهيدروجين المضاد في عام 1995، وتطورت التجارب لاحقا؛ ليتمكن الباحثون من احتجاز ذرات الهيدروجين المضاد لفترات أطول نسبيا.

لكن ما يهمنا إدراكه هو أن الكميات المُنتجة لا تزال صغيرة للغاية؛ فحتى يومنا هذا لم يُنتج سوى مقادير مجهرية من المادة المضادة، وإذا جمعنا كل ما أنتجته البشرية منها منذ بداية التجارب وحتى الآن، فمن المرجح أن الكمية الإجمالية تقدر بكسور ضئيلة جدا من أجزاء الميكروجرام، وهي كميات لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة.

ويرجع ذلك إلى أن إنتاج المادة المضادة عملية شديدة الصعوبة، وتتطلب استهلاك كميات هائلة من الطاقة بجانب التحديات التقنية الكبيرة المصاحبة لها. ويمكن أن نتصور حجم هذه الصعوبة إذا علمنا أن إنتاج جرام واحد فقط من المادة المضادة قد يتطلب طاقة هائلة وتكاليف تُقدَّر بمليارات وربما تريليونات الدولارات وفق تقديرات مختلفة.

من المهم أيضا أن ندرك أن التحدي الأكبر لا يقتصر على الإنتاج وحده؛ فيمتد إلى التخزين، فلا يمكن حفظ المادة المضادة في أوعية تقليدية؛ لأنها إذا لامست جدارا مصنوعا من المادة العادية فإنها تفنى فورا مع ذلك الجدار، وتتحول الكتلة إلى طاقة وفق قوانين الفيزياء المعروفة. لهذا السبب تُستعمل تقنيات خاصة تعتمد على الحقول المغناطيسية والكهربائية لاحتجاز الجسيمات أو الذرات المضادة وإبقائها معلقة داخل فراغ شبه تام، بحيث لا تلامس الجدران أو أي مادة أخرى. مع ذلك، فإن تخزينها لفترات طويلة وبكميات كبيرة لا يزال من أصعب التحديات التي تواجه الفيزياء الحديثة حتى اليوم.

رغم أن المادة المضادة -وفق أدبيات طرحها الحالية- تبدو وكأنها لا تزال في مرحلة التنظير الفيزيائي ولم تتجاوز بعد مرحلة

التطبيقات العملية الواسعة، وأنها ما تزال تتمثل في أذهان كثيرين وكأنها أقرب إلى الخيال العلمي منها إلى الواقع القابل للتحقق، ولكن ثمة عددًا من التطبيقات التي دخلت فيها المادة المضادة بالفعل، أو يُتوقع أن يكون لها دور فيها مستقبلًا. من أبرزها المجال الطبي والتصوير التشخيصي، وأشهرها ما يتمثل في أجهزة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET Scan)؛ حيث تُحقن مواد مشعة تطلق البوزيترونات، وعندما تلتقي هذه البوزيترونات بالإلكترونات الموجودة داخل الجسم تحدث عملية إفناء ينتج عنها فوتونا جاما ينطلقان في اتجاهين متعاكسين، وتلتقط أجهزة التصوير هذين الفوتونين لتحويلهما إلى صور دقيقة تساعد في تشخيص عدد كبير من الأمراض واكتشافها في مراحل مبكرة.

كذلك تُطرح المادة المضادة -نظريًا- لتكون وقودًا محتملًا للمركبات الفضائية المستقبلية؛ إذ تتطلب الرحلات الفضائية البعيدة مصادر طاقة ذات كثافة عالية جدًا. وكما أسلفنا، فإن المادة والمادة المضادة عندما تلتقيان تفنيان بعضهما بعضًا، وتتحول كتلتهما إلى طاقة وفق معادلة أينشتاين الشهيرة (E = mc²)؛ مما يجعل تفاعل المادة مع المادة المضادة من أعلى عمليات تحويل الكتلة إلى طاقة. ومن التطبيقات العلمية المهمة أيضًا مساهمة المادة المضادة في دراسة أصل الكون ونشأته؛ إذ يمكن أن تساعد العلماء على فهم الانفجار العظيم بصورة أعمق، والكشف عن أسباب هيمنة المادة على الكون واختفاء معظم المادة المضادة، والإسهام في دراسة طبيعة الزمان ومفهوم التناظر في الفيزياء.

ولهذا الغرض، نجح العلماء في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية في إنتاج ذرات من الهيدروجين المضاد وإخضاعها لتجارب دقيقة؛ لمعرفة ما إذا كانت المادة المضادة تخضع للجاذبية بالطريقة نفسها التي تخضع لها المادة العادية، وكذلك للتحقق من مدى تماثل القوانين الفيزيائية بين المادة والمادة المضادة. ويمكن أن تقود مثل هذه الدراسات إلى اكتشاف فروق دقيقة قد تساعد في تفسير اختفاء المادة المضادة من الكون بعد نشأته.

وبجانب هذه الفوائد الملحوظة والمحتملة، فإن المادة المضادة تنطوي أيضًا على مخاطر كبيرة؛ فكما ذكرنا آنفًا، عندما تلتقي المادة بالمادة المضادة تحدث ظاهرة الإفناء، ومن ثم فإن أي كميات كبيرة من المادة المضادة -إذا أمكن إنتاجها مستقبلًا- قد تمتلك قدرة تدميرية هائلة، الأمر الذي يثير مخاوف مشابهة لتلك التي رافقت تطور التقنيات النووية.

كذلك يمثل تخزين المادة المضادة تحديًا ومصدرًا للمخاطر؛ إذ إن أي خلل في أنظمة الاحتجاز يمكن أن يؤدي إلى ملامسة المادة المضادة للمادة العادية؛ فتحدث عملية الإفناء، ويتحرر قدر كبير من الطاقة، ولهذا السبب تعد مسألة التخزين الآمن واحدة من أعقد العقبات العلمية والهندسية المرتبطة بالمادة المضادة حتى يومنا هذا.

تقودنا المفاهيم المرتبطة بالمادة المضادة إلى مراجعة بعض القوانين الفيزيائية، وإلى فهم العلاقات التي تربط هذه المادة بعدد من المبادئ الأساسية في الفيزياء، وفي مقدمتها قانون حفظ الطاقة، الذي ينص على أن الطاقة لا تُخلق من العدم ولا تفنى، وإنما تتحول من صورة إلى أخرى. ورغم أن هذا المبدأ نشأ في إطار الفيزياء الكلاسيكية، فإنه ما يزال يشكل جزءًا أساسيًا من الفيزياء الحديثة، بما في ذلك الفيزياء التي تدرس المادة المضادة.

وهذا ما يعيدنا إلى ظاهرة الإفناء التي تحدث عندما تلتقي المادة بالمادة المضادة. وعليه، ينبغي التوضيح أن الإفناء لا يُقصد به الفناء بالمعنى المطلق، وإنما هو عملية تحول؛ إذ تتحول الكتلة إلى أشكال أخرى من الطاقة والجسيمات، في انسجام تام مع قانون حفظ الطاقة، ويؤكد أن -وفق المبادئ الفيزيائية- الكون وموجوداته في حركة مستمرة من التحولات.

ووفق المعطيات الفيزيائية وقوانينها المطروحة آنفًا، التي تؤكد بقاء الطاقة المتحررة من المادة، وأن الكون قد بدأ -وفق التصورات السائدة- بكميات متقاربة من المادة والمادة المضادة، فإن السؤال يتكرر: أين ذهبت المادة المضادة؟ ولماذا نرى اليوم كونًا تهيمن عليه المادة العادية التي تشكل النجوم والكواكب والمجرات والإنسان، في حين تبدو المادة المضادة نادرة إلى هذا الحد؟ وهذا ما يولّد تساؤلاتنا الفلسفية المتعلقة بالزمن واتجاهه؛ فهل يمكن أن يكون اختفاء المادة المضادة مرتبطًا بطريقة ما باتجاه الزمن نفسه؟ فنحن نعيش في كون يتمدد باستمرار، ونفهم الزمن بكونه متجهًا من الماضي إلى المستقبل ضمن إطار الزمكان. وهل توجد علاقة عميقة بين هذا الاتجاه الزمني وبين اختفاء المادة المضادة؟ وهل يمكن أن يكون وراء هاتين الظاهرتين أصل فيزيائي مشترك لم نكتشفه بعد؟

وبعيدًا عن الطرح الفلسفي وتساؤلاته المشروعة، فإن فرضيات العلم لا تقدم حتى الآن أدلة علمية تثبت أن المادة المضادة تمثل زمنًا معكوسًا، أو أنها تتحرك في اتجاه زمني مخالف للزمن الذي نعرفه. ومع ذلك، فإن تزامن هذين اللغزين الكبيرين -لغز اختفاء المادة المضادة ولغز اتجاه الزمن- يفتح الباب أمام تساؤلات فلسفية وعلمية عميقة.

وفي ختام مقالنا هذا، ومع تعذر وجود الإجابات المطلقة حتى وقت كتابة هذه السطور، فإن ما نستطيع قوله اليوم بثقة هو أن العلم أكد وجود المادة المضادة، وأكد وجود اتجاه للزمن نتعايش معه وندركه في عالمنا الفيزيائي، ولكنه -في المقابل- لم ينجح بعد في تقديم تفسير نهائي لسبب ندرة المادة المضادة مقارنة بالمادة العادية، وكذلك لم يقدم تفسيرًا كاملًا لسر اتجاه الزمن نفسه؛ فدفع ذلك بعض الفيزيائيين إلى التساؤل عما إذا كان ثمة رابط أعمق بين هاتين المعضلتين، وهو سؤال ما يزال مفتوحًا أمام البحث العلمي، ويستقطب كذلك اهتمام الفلسفة. لنقف عند هذه المرحلة، ولنتح للقارئ المهتم أن يواصل البحث والتفكير.

د. معمر بن علي التوبي  أكاديمي وباحث عُماني