عالِم

Gerard 't Hooft

1946- · نظرية الحقل الكمومي, الجاذبية الكمومية, فيزياء الجسيمات الأولية
فيزيائي نظري هولندي، أحد مؤسسي نظرية الحقل الكمومي الحديثة. قدم إسهامًا جوهريًا في إثبات قابلية إعادة التطبيع لنظريات المقياس، مما شكّل أساس النموذج المعياري. طوّر المبدأ الهولوغرافي في الجاذبية الكمومية، مقترحًا رابطًا بين نظرية الحقل الكمومي والجاذبية.

سيرة

ولد في دين هيلدر. درس في جامعة أوتريخت حيث حصل على الدكتوراه تحت إشراف مارتينوس فيلتمان. عمل في أوتريخت ثم أصبح أستاذًا هناك. حائز على جائزة نوبل في الفيزياء (1999) بالمشاركة مع فيلتمان. معروف أيضًا بأعماله عن الإنسطانتونات، والأحادية القطبية المغناطيسية، والثقوب السوداء الكمومية.

اكتشافات رئيسية

💡 في شبابه، اهتم ليس فقط بالفيزياء بل أيضًا بالموسيقى، وكان يعزف على الساكسفون. كما عُرف بهوايته في جمع الأخطاء العلمية والمفاهيم الخاطئة.
"أعرب عن اقتناعه بأن النظرية النهائية يجب أن تكون جميلة وطبيعية."
المفاهيم
انحناء الزمكانالإنتروبيا
قوانين
المبدأ الهولوغرافي
العلماء
Ludwig BoltzmannWilhelm WienKip ThorneJacob BekensteinKarl SchwarzschildJoseph WeberEmmy NoetherCharles Bennett

مقالات ذات صلة

الأرض كهوائي: مطاردة الفوتون المظلم
قبل مئة عام، كانت المراصد المغناطيسية تسجل فقط التنفس البطيء لنواة الأرض. اليوم، تتحول بياناتها إلى أرض صيد لفيزياء الجسيمات. في مرصد إسكداليمور شمال إنجلترا، تُسجل تذبذبات المجال المغناطيسي كل جزء من مئة من الثانية. عشر سنوات من هذه التسجيلات، أي 9909 مقطعاً مدة كل منها ثماني ساعات، أصبحت فخاً لشبح: الفوتون المظلم.
ظل الأرض يبحث عن مسابير فضائية
في القرن الثامن عشر، بحث Уильям Гершель عن حياة على المريخ. أما اليوم، فيستهدف علماء الفلك ليس الكواكب، بل القطع الأثرية - مثل مسابير كائنات فضائية مختبئة في النظام الشمسي. المشكلة أن رصد جسم صغير بالقرب من الشمس الساطعة يكاد يكون مستحيلاً. وهنا تبرز فكرة جديدة: تحويل ظل الأرض إلى مرشح طبيعي. يعمل الظل كبئر عميق.
الأكوان الصغيرة: لماذا تظل أسرارها بعيدة المنال
وفقًا لإحدى الفرضيات الفيزيائية، قد يكون عالمنا ثلاثي الأبعاد إسقاطًا من سطح مستوٍ. ومن هذا الكون، تنفصل أحيانًا فقاعات صغيرة مغلقة — أكوان وليدة. طويلاً ما اعتُبرت فارغة، خالية من التنوع الداخلي. اتضح أن المعلومات بداخلها متناثرة كشظايا مرآة محطمة. فكل مراقب خارجي لا يرى إلا انعكاسًا في شظيته — مما يعني أن درجة الفوضى كبيرة، والصورة الكاملة لا تُتاح لأحد.
جسيم شبح: كيف التقطنا إشارة إلى قوة جديدة
في المعهد الهنغاري لأبحاث النواة ATOMKI، لاحظ الفيزيائيون شيئًا غريبًا: في اضمحلال نوى ذرية مثارة، تتولد أحيانًا أزواج من الإلكترون والبوزيترون تتناثر بزاوية غير عادية. وكأن هناك جسيمًا وسيطًا غير مرئي يختبئ بينهما، يظهر للحظة ثم يختفي.
علم الكون2026-01-251 دarXiv:2601.17938سريع
نقص المعلومات يُسرِّع الكون
الحد المرئي للكون هو شاشة هولوغرافية تخضع، مثل الثقب الأسود، للقوانين التي اكتشفها بيكينشتاين وهوكينغ. عادةً ما تُحفظ المعلومات عليها، لكن الحسابات تُظهر أنه عند فقدان بضع بتات، تنطلق طاقة تُسرّع التوسع.
ضوء يأتي في أزواج
الضوء الصادر من مصباح عادي هو تيار من فوتونات منفردة، مثل قطرات من صنبور. لكن هناك ضوءًا تأتي فيه الفوتونات في أزواج، كأنها توأمان يمشيان معًا. هذا الضوء المترابط كان مطلوبًا منذ زمن لقياس المسافات وتصوير الأجسام المخفية خلف الزوايا. لكن مصادر هذا الضوء كانت إما باهتة جدًا أو ومضاتها قصيرة جدًا بحيث لا تستطيع الكاشفات العادية التقاطها.
كيف يمكن لمصادم الهادرونات الكبير رصد المادة المظلمة؟
في قلب جبال الألب، على عمق نحو مئة متر، يقع مصادم الهادرونات الكبير (LHC) — أكبر مسرّع للجسيمات المشحونة في العالم. من وقت لآخر، تسجل كاشفاته ارتفاعات مفاجئة وغير مفسرة في الإشارات، أطلق عليها الباحثون اسم UFO (أجسام متساقطة غير محددة).
جسيم شبح بطاقة 17 ميجا إلكترون فولت
في التحولات النووية للبريليوم-8 والهيليوم-4 والكربون-12، يرى فيزيائيو تعاون ATOMKI منذ عام 2020 أحداثًا زائدة — وكأن شيئًا آخر يولد أحيانًا أثناء اضمحلال النواة المثارة، إلى جانب الفوتونات العادية. طاقة هذا "الشيء" هي نفسها دائمًا: حوالي 17 مليون إلكترون فولت. في عام 2025، لاحظت تجربة PADME قرب روما زيادة مماثلة، لكن في تصادمات البوزيترونات مع الإلكترونات.
علم الكون2026-02-201 دarXiv:2602.18218سريع
اصطياد الفوتونات المظلمة بتلسكوب مرآوي: تجربة Dandelion
الكون محمول بهيكل غير مرئي من المادة المظلمة — مادة غامضة لا تظهر إلا من خلال الجاذبية. ربما يكون جزء منها فوتونات مظلمة، نسخ شبحية افتراضية للفوتونات العادية، لا تتفاعل تقريبًا مع المادة وتخترقها كما يخترق الضوء الزجاج.
كيف يكشف الضوء أسرار الرنينات البروتونية
لا يمكن رؤية البروتون ككرة بسيطة. إذا ضربته بفوتون، فقد يمتص الطاقة ويدخل في حالة مثارة — مثل الجرس الذي يبدأ بالرنين بتردد معين بعد الضربة. تسمى هذه الحالات بالرنينات النووية (nucleon resonances)، وهي تعيش لفترة قصيرة جداً قبل أن تتحلل إلى جسيمات أخرى.
كيف ترى غير المرئي: البروتون بلا معادلات
البروتون ليس كرة ملساء، بل كتلة متشابكة من الكواركات والغلونات تتحرك باستمرار وتتبادل الطاقة. لا يمكن معرفة كيفية توزيع الطاقة والضغط واللف المغزلي داخله مباشرة: فالقياسات تعطي نقاطًا نادرة ومشوشة فقط. الأمر أشبه بمحاولة تخمين شكل الوجه من بضع صور ضبابية ملتقطة من زوايا مختلفة.
الخفاء في مصيدة الضوء
في مصادم الهادرونات الكبير، تصطدم البروتونات بسرعة تقارب سرعة الضوء. أحيانًا لا تتحطم، بل تتبادل فوتونات — جسيمات الضوء. هذه الفوتونات يمكن أن تولد زوجًا: جسيمًا يراه الكاشف، وآخر يطير دون أن يُلاحظ. هذه العملية تشبه لعبة البلياردو، حيث بعد الضربة تبقى كرة على الطاولة وتختفي الأخرى في الجيب دون أن تترك أثرًا.
كيف نميّز المادة المظلمة عن الضوضاء؟
تحت الأرض، في منجم ذهب سابق، يوجد خزان مملوء بالزينون السائل. إذا مرّ عبره جسيم من المادة المظلمة، يومض الزينون. لكنه يومض أيضًا من الجسيمات العادية — مثل النيوترينوات أو بقايا النشاط الإشعاعي. المهمة هي معرفة أي وميض ناتج عن المادة المظلمة وأي ناتج عن الضوضاء. وجد العلماء في تجربة المادة المظلمة LZ طريقة: للوميض شكل.
صورة من العدم: الصمت يرسم الأشباح
قارع الطبل يصمت، لكن من خلال فترات الصمت يمكن معرفة أين لم يضرب. وهكذا بنى الفيزيائيون الصورة، ليس بالتقاط الضوء، بل بالتقاط لحظات الظلام المطلق. صورة ظهرت من الصمت. في التجربة، وُجّه ضوء مصباح عادي إلى الجسم. ثم استُبعدت بلا رحمة جميع الومضات التي انعكست فيها الفوتونات عن الجسم.
الجاذبية من الحرارة: كيف تعيد الإنتروبيا كتابة معادلات الكون
يتصرف أفق الحدث للثقب الأسود كما لو كان منظّمًا حراريًا: له درجة حرارة وإنتروبيا. وفي عام 1995 أظهر الفيزيائي تيد جيكوبسون أن تطبيق قاعدة نقل الحرارة المعتادة على هذا المنظّم الحراري يُفضي، من تلقاء نفسه، إلى معادلات أينشتاين للجاذبية. فالحرارة ودرجة الحرارة ومقياس الفوضى عند حدود المنطقة المتاحة من الفضاء: من هذه كلها يتشكّل التجاذب، كما يبدو.
كيف تملي الجاذبية أنماطًا في العالم الكمومي
حجر يُلقى في بركة يترك دوائر متوسعة على الماء. في الفيزياء الكمومية، تلعب المعادلات التي تربط خصائص الجسيمات دور هذه الدوائر. مؤخرًا، اقترح علماء الرياضيات مجموعة من هذه المعادلات لعالم بدون جاذبية، لكن مع عدد كبير من "درجات الحرية" — تقريبًا مثل تموجات معقدة على الماء. كان السؤال هو من أين تأتي هذه المعادلات. جاء الجواب من مكان غير متوقع — من هندسة الثقوب السوداء.
الإكسيتونات المظلمة: جدول كمومي داخل الشريحة
في شطيرة رقيقة من أشباه الموصلات، يولد الضوء أزواجًا — إلكترونًا وثقبًا موجبًا — يظلان مرتبطين معًا ككرة في نهاية شريط مطاطي. عادةً، مثل هذه الأزواج، المسماة إكسيتونات، تبعث الضوء بسرعة وتختفي. لكن هناك نوع آخر — إكسيتونات مظلمة، تعيش أطول بمئات المرات، لأن بنيتها الداخلية تمنعها من إطلاق الطاقة بسهولة إلى الخارج.
المرآة المثالية: الحقول الكمومية على الحلقة والهندسة الداخلية
على الحلقة، تعيش النظرية على السطح، بينما يختبئ في الداخل فضاء منحنٍ — مثل سرج يمتد نحو الحافة. وفقًا للمبدأ الهولوغرافي للعالم خوان مالداسينا، فإن كل ما يحدث في الداخل يمكن وصفه ببيانات على الحدود.
إنتروبيا الزمكان: كيف نقيس فوضى طيّات الجاذبية
الزمكان ليس مسرحًا سلبيًا، بل نسيج ديناميكي تشوّهه الأجسام الضخمة، مثلما يشوّه الحرير المشدود تحت ثقل الكرات. في كل طيّة جاذبية من هذه الطيّات تُخزَّن معلومات — ووفقًا لـمبدأ لانداوير، فإن محو أي بت يتطلب إطلاق حرارة.
الكون كصورة هولوغرامية منسوجة من خيط كمومي
كوننا يتوسع، ومستقبله، حسب رأي علماء الكون، هو فضاء دي سيتر الفارغ البارد. فهم طبيعته الكمومية يشبه محاولة قراءة كتاب بالنظر إلى غلافه فقط. المبدأ الهولوغرامي يلمح إلى أن كل المعلومات حول ما يحدث داخل الحجم يمكن تسجيلها على حدوده، كرسم على فيلم. لكن حتى الآن لم يكن هناك 'مجهر' ملموس يُظهر كيف تتشابك الخيوط الكمومية على الحدود لتكوّن الزمكان الحجمي.
الطاقة المظلمة الهولوغرافية الكسرية: القائد غير المحلي للتسارع الكوني
هل الثابت الكوني لأينشتاين خطأ مزعج أم بصيرة عادت كالبوميرانغ؟ تسارع الكون فاجأ الفيزيائيين: نموذج ΛCDM يعمل، لكن لماذا طاقة الفراغ صغيرة بشكل سخيف؟ تخيل محيطًا يعج بالتقلبات الكمومية، لكن على السطح لا يوجد سوى تموج مجهري. مشكلة الضبط الدقيق تتطلب أفكارًا جديدة، وهي تأتي من اتحاد غير متوقع: الحساب الكسري والمبدأ الهولوغرافي.
ثنائي شبح: تحلل النيوترينو للفوتون فائق السرعة
في عام 2021، رصد مرصد LHAASO كمات جاما بطاقة تزيد عن بيتا إلكترون فولت من مصادر مثل سديم السرطان — بقايا انفجار مستعر أعظم، في مركزه ينبض نجم نيوتروني. سافرت هذه الجسيمات آلاف السنين، ومجرد وصولها يشكك في ثبات ثبات لورنتز — المبدأ الذي ينص على أن سرعة الضوء في الفراغ مطلقة ومتساوية لجميع المراقبين.
النص الكوني يصمت: المادة المظلمة والنيوترينوات لا تتحاوران
ضوء الكوازارات البعيدة، بعد اختراقه مليارات السنين، يترك على الشريط الكوني نقشاً من خطوط الامتصاص الداكنة — الطيفية غابة لايمان-ألفا. كل خط يشبه حرفاً في نص عظيم، خطه الهيدروجين في الوسط بين المجري.
فسيفساء على سطح الثقب الأسود
الثقب الأسود يبتلع كل شيء، حتى الضوء. لكنه لا ينتهك قوانين الفيزياء: لديه إنتروبيا الإنتروبيا — مقياس للمعلومات المخفية التي 'يتذكرها' الجسم.
الفوتون المظلم من حقل متأرجح
في اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم، تمدد الكون بسرعة هائلة — هذه المرحلة تُسمى التضخم الكوني. حتى الفراغ لم يكن هادئًا حينها: هزّات كمية كانت تُرجّح الحقول، مثلما تُحرك الريح سنابل الحقل. أحد هذه الحقول — حقل هيغز المظلم — ربما انحرف عشوائيًا عن وضعه الأكثر استقرارًا. عندما انتهى التضخم، بدأ هذا الحقل يتأرجح ويتحلل، مولّدًا جسيمات — فوتونات مظلمة.
الجاذبية ثلاثية الأبعاد تبحث عن نفسها في مرآة الهولوغرافيا الجماعية
مبدأ الهولوغرافيا كثيرًا ما يُشرح بتشبيه الهولوغرام: كل المعلومات عن الحجم مشفرة على سطح مستوٍ. في الفيزياء، هذا يعني أن الزمكان ثلاثي الأبعاد مع الجاذبية قد يكون مكافئًا لنظرية ثنائية الأبعاد بدون جاذبية — وهي ما يُسمى نظرية الحقل الامتثالي (CFT)، والتي تعيش على حدود ذلك الفضاء.
المادة المظلمة تنكشف عبر زوج من الميونات
في جليد القارة القطبية الجنوبية، يختبئ كاشف بحجم كيلومتر مكعب. إنه لا يلتقط الضوء، بل الجسيمات الشبحية — النيوترينوات، التي لا تتفاعل تقريبًا مع المادة. لكن في بعض الأحيان، قد يلمع فيه وحش مختلف تمامًا: زوج من الميونات يولدان معًا وينطلقان في مروحة واسعة. هذا النمط لا يمكن أن ترسمه أي جسيمات معروفة من المادة العادية.
بلورة اصطياد المادة المظلمة الخفيفة
لم يرَ أحدٌ المادة المظلمة، لكنها يجب أن تمر عبر الكواشف كما يمر الريح بين أوراق الشجر. أحيانًا، نادرًا جدًا، يصطدم جسيم المادة المظلمة بنواة ذرة — وعندها يجب أن يلتقط الكاشف هذه الصدمة. المشكلة أن جسيمات المادة المظلمة الخفيفة بالكاد تستطيع تحريك النوى الثقيلة: الأمر أشبه بمحاولة إسقاط لعبة البولينج برمي زغب صغير عليها. نحتاج إلى هدف من نوى خفيفة يسهل هزّها.
هيغسينو: ضيف غير مرئي في الزينون السائل
في خزان يحوي ثلاثة أطنان من الزينون السائل، مدفونًا في أعماق الأرض، تحرك شيء ما ذات مرة. ليس الزينون نفسه، بل إحدى نواته الذرية: تلقت دفعة بطاقة 248 ألف إلكترون فولت وارتدت، مثل كرة بلياردو أصابتها كرة غير مرئية.
المادة المظلمة كقائد أوركسترا غير مرئي: تفسير إشارة نادرة في كاشف LZ
في مختبر تحت الأرض في جنوب داكوتا، ينتظر كاشف LUX-ZEPLIN، المملوء بالزينون السائل، الاصطدامات النادرة. عادةً، تمر جسيمات المادة المظلمة عبره دون أن تترك أثرًا، ولكن في إحدى المرات، تحركت نواة زينون من مكانها بطاقة مقدارها 248 كيلو إلكترون فولت. هذه دفعة قوية جدًا بالنسبة للنماذج المعتادة، حيث تلامس المادة المظلمة النوى بشكل خفيف فقط.
الفوتون المظلم لم يستجب: حدّ جديد من نموذج DALI الأولي
تخيّل أنك تستمع إلى مذياع في جوف الليل، آملاً أن تلتقط همسًا من محطة بعيدة. فلا تجد إلا خشخشة الأثير. هكذا تقريبًا أنصت الفيزيائيون إلى إشارة من الفوتونات المظلمة: 36 ساعة من الصمت، لكن هذا الصمت كان أثمن من كثير من الضجيج. الفوتونات المظلمة جسيمات افتراضية يُعتقد أنها قد تشكّل المادة المظلمة. وهي تختلف عن الفوتونات العادية بأن لها كتلة ضئيلة جدًّا، وأنها تتفاعل مع المادة على نحو شديد التحرّز.
دفعة أم انكسار: ماذا يخفي إشارة LZ الوحيدة
في أعماق منجم سابق لاستخراج الذهب في ولاية داكوتا الجنوبية يقف خزان يحوي عشرة أطنان من الزينون السائل. إنه أشبه بترموس عملاق لا يلتقط الحرارة، بل يلتقط دفعات نادرة تأتي من جسيمات غير مرئية. وعلى مدى عامين ونصف من الرصد، أحسّ كاشف LUX-ZEPLIN بضربة واحدة لا غير، ضربة لا تندرج في الضجيج المعتاد. اهتزّت نواة زينون كأن أحدًا دفعها بطاقة 248 ألف إلكترون فولت، وهذا أكثر مما ينبغي للخلفية العادية.