Hans Bethe

في المرفأ الهادئ للفقاعة المحلية — وهي تجويف مخلخل من الغاز الساخن حول الشمس — دوى انفجار مؤخرًا. اشتعل مستعر أعظم على بعد عشرات الفراسخ منا، ولا يزال صداه يتردد في الأرجاء، مغيرًا صورة الأشعة الكونية. لطالما اعتُقد أن تدفق الجسيمات من المجرة منتظم، كضوء مصابيح بعيدة متعددة.

في تدفق الجسيمات المشحونة القادمة إلينا من أعماق المجرة، تبين أن الحديد هو الخروف الأسود. جهاز ATIC-2، الذي رُفع على منطاد فوق القارة القطبية الجنوبية، قارن كيف تتغير نسبة النوى من الكبريت إلى الكروم بالنسبة للحديد مع تغير الطاقة.

مترجم في قاعة ضخمة لا يسمع جاره فحسب، بل يلتقط الهمس في الزاوية البعيدة، ومن هذه الشذرات يعيد بناء الحوار كاملًا. هكذا تعمل الشبكة العصبية CAS-Canglong: فهي تلتقط الروابط بين الضغط والرياح والحرارة عبر الكوكب، وبناءً عليها تتنبأ بحالة المحيط بعد ثلاثة أشهر. سابقًا، كانت التوقعات للمدى من أسبوعين إلى موسم نقطة ضعف في علم الأرصاد.

في الحشد الكثيف من النجوم القديمة المعروف باسم العنقود النجمي الكروي M15، لم يرَ الفلكيون نجومًا فحسب، بل طبقات من الزمن. بعض النجوم وُلدت أبكر، وبعضها لاحقًا، والتركيب الكيميائي يكشف أصلها بدقة عالم آثار يقرأ طبقات مستوطنة قديمة. هذه قصة عن كيف أن انفجارًا أثرى الغاز بعناصر ثقيلة، تاركًا آثارًا غير متساوية في الجيل الأول من النجوم، بينما اختلط كل شيء بحلول الجيل الثاني.

قياس طاقة جسيم في مصادم الهادرونات الكبير مهمة تشبه محاولة سماع همس وسط ضجيج حشد صاخب. عند اصطدام البروتونات، يتولد وابل حقيقي من الجسيمات، وتتداخل إشاراتها في الكاشف لتشكل فوضى عارمة. الطرق التقليدية للرصد، كالأذن البشرية التي تعجز عن تمييز الأصوات وسط الضجيج، تُنقص باستمرار من قيمة الطاقة الحقيقية — فجزء من المعلومات يضيع في التداخلات.

عندما يستنفد نجم ضخم وقوده النووي الحراري، ينهار لبّه وتُقذف طبقاته الخارجية إلى الفضاء بسرعات تبلغ آلاف الكيلومترات في الثانية. هكذا يولد بقايا المستعر الأعظم — سحابة متوسعة من الغاز المضغوط بموجات الصدمة، تمتد على مدى سنوات ضوئية.

في أعماق النجوم، تندمج النوى الخفيفة منتجة الهيليوم وتيارات من النيوترونات. على الأرض، تُعاد هذه العملية عبر دمج الديوتيريوم والتريتيوم — وهما نظيران خاصان من الهيدروجين، يحتويان على نيوترون واحد ونيوترونين على التوالي.

يُشبه مفاعل الاندماج النووي مرجلًا عملاقًا يُطهى فيه الهيليوم من الهيدروجين. تصل حرارة البلازما فيه إلى 150 مليون درجة، أي أكثر سخونةً من نواة الشمس بعشر مرات. لكن، كما في أي مرجل، تتكون هنا ترسبات: شوائب ضارة تتراكم على الجدران وتُخمد البلازما. اقترح الفيزيائيون صنع الجدران من مادة إسفنجية تمتص الشوائب وتمنعها من العودة إلى الوقود.

بعد أن تنبأ بها فولفغانغ باولي وأطلق عليها إنريكو فيرمي اسمها، تُعد النيوترينوات جسيمات شبه مستعصية على الرصد. داخل النجوم العملاقة المحتضرة المعروفة بـالمستعرات العظمى وعند اندماج النجوم النيوترونية، تولد أعداد هائلة منها. لكل جسيم منها نكهة يمكن أن تتغير.

نظر تلسكوب جيمس ويب الفضائي إلى الوراء في الزمن، إلى عصر لم يتجاوز عمر الكون فيه بعد الانفجار العظيم مليار سنة، ليكتشف مجرة تُدعى 'سونيا'. وخلافاً لجاراتها التي ازدانت بنجوم فتية، بدت هي مُتعبة وخافتة.

يعيد علماء الفلك بناء تاريخ المجرات من صورها البصرية، تمامًا كما يقرأ الجيولوجي ماضي الكوكب من طبقات الصخور. تقليديًا، تم استخدام نهجين: التحليل الطيفي — وهو تفكيك الضوء إلى خطوط طيفية تكشف التركيب الكيميائي وحركة النجوم — وهو مكلف ويستغرق وقتًا طويلاً، أو الفوتومتري — وهو تصوير عبر مجموعة من المرشحات الضوئية، ويعطي تقديرات تقريبية فقط للسطوع واللون.

لكي تندمج نواتان ذريتان، لا بد من التغلب على تنافرهما الكهربائي الشديد، تماماً كمحاولة تقريب قطبين مغناطيسيين متشابهين. في الظروف العادية، لا يساعد على ذلك إلا طاقة هائلة، كما في أنوية النجوم، حيث شرح هانز بيته آلية الاندماج في ثلاثينيات القرن الماضي. لكن العلماء وجدوا حديثاً طريقة لإنشاء "حظيرة" معدنية.

شمسنا الشمس هي أقوى مصدر طبيعي للنيوترينوات النيوترينو، وهي جسيمات شبحية لا تتفاعل تقريبًا مع المادة. أثناء مرورها عبر المادة الشمسية الكثيفة، تتعرض هذه الجسيمات لتذبذبات — تغير نوعها، أو كما يقول الفيزيائيون، «نكهتها» (نيوترينو إلكتروني، ميوني، تاو النيوترينو). تخيل صوتًا يمر عبر حشد من الناس: كلما كانت البيئة أكثر كثافة، كان تشوه الجرس الصوتي أقوى.

تشبه المجرات مطابخ عملاقة، حيث تُضغط الذرات الخفيفة في أعماق النجوم إلى ذرات ثقيلة — تمامًا كما يُصنع الخبز من الدقيق والماء. عندما يموت النجم، يقذف ما تراكم إلى الغاز بين النجمي، مُغنيًا إياه بـ"توابل": الأكسجين والكربون والحديد.

في الأسابيع الأولى من حياة الجنين، يزحف سرب كثيف من الخلايا عبر جسمه. ومن هذه الخلايا ستتشكل لاحقًا عظام الوجه وأجزاء من القلب والأعصاب. لا يتحرك هذا السرب بشكل عشوائي: فهناك عدة خلايا قائدة في المقدمة، بينما تتبعها البقية كما يتبع راكبو الدراجات في المجموعة المتقدمة. لوقت طويل، كان يُعتقد أن القادة هم نوع خاص من الخلايا، مهيأ منذ الولادة للقيادة.

الشبكة العصبية العادية المستخدمة في الكيمياء الكمومية تشبه طالبًا يتعلم من أخطائه، لكنه يتعثر في كل مرة عند النقطة نفسها. فهي تزحف ببطء نحو الإجابة الصحيحة، وتكون حساسة للإعدادات، وكثيرًا ما تفقد استقرارها.

في مركز درب التبانة المزدحم بالسكان، يصعب تمييز النجوم الفردية، لكن هناك بالضبط يختبئ Patchick 126 — وهو عنقود خافت ظل تصنيفه غير مؤكد لفترة طويلة. وجّه علماء الفلك إليه مطياف الأشعة تحت الحمراء IGRINS وتلسكوب هابل الفضائي لدراسة كيميائه وعمره بالتفصيل لأول مرة.

بعض النجوم تنطفئ مثل الألعاب النارية المعيبة: فبدلاً من الانفجار المضيء، تظهر سحابة من الدخان. عادةً ما ينهي النجم الضخم حياته بانفجار مستعر أعظم، تاركاً وراءه ثقباً أسوداً. لكن أحياناً لا يحدث انفجار: فالنجم ينضغط مباشرة إلى ثقب أسود، ويكاد لا يُلاحَظ ذلك.

بعض المستعرات العظمى فائقة اللمعان المستعرات العظمى تُظهر بصمة أكسجين ساطعة في ضوئها وتتوسع بسرعة، بينما لا تفعل ذلك أخرى. بدا وكأنها ظواهر مختلفة. لكن المستعر الأعظم PTF12dam خرق القواعد: فمع تزايد السطوع، تغيرت بصمة الأكسجين، منتقلة من نوع إلى آخر.

عندما يستنفد نجم ضخم وقوده، ينهار على نفسه وينفجر، ناثراً في الفضاء المادة التي كانت تشكل باطنه. بقايا هذا الانفجار — ذات الكرسي A — معروفة لدى علماء الفلك منذ زمن بعدم تماثلها: كتل مضيئة من المادة موزعة بشكل غير متساوٍ. الآن، التلسكوب الياباني للأشعة السينية XRISM نظر داخل هذه الكتل ورأى أن العناصر الثقيلة داخلها موزعة أيضاً بشكل غير عشوائي.

إن إشعال شمس مصغرة هو حلم قديم للبشرية. عادةً ما يحاول العلماء احتجاز بلازما ملتهبة (غاز من جسيمات مشحونة) عند درجات حرارة تصل إلى مئات الملايين من الدرجات. لكن البلازما تسعى للانفلات من المصائد المغناطيسية، ويكلف احتجازها نفقات هائلة. يقدم بحث جديد مسارًا آخر: عدم تسخين كل الوقود، بل إطلاق شعاع من الجسيمات السريعة نحو هدف.

داخل مستعر أعظم منفجر، يولد عدد لا يُحصى من النيوترينوات – جسيمات شبحية تعبر كل شيء تقريبًا دون أثر. لكنها عندما تتجمع، تبدأ في التأثير على بعضها البعض وتغير دورها بسرعة البرق – يسمي الفيزيائيون هذا بـ«النكهة». سابقًا، كانت حسابات هذه التحولات تعتمد على وسط متجانس أو عشوائيات مُنَعَّمة.

النبضة الضوئية في الألياف البصرية تشبه طلقة مسدس البدء: قصيرة وحادة، لا يمكن الخلط بينها وبين الصمت. هذه هي النبضات التي يُصدرها الخلية العصبية الاصطناعية الجديدة، المبنية على شريحة سيليكون. وهي مصنوعة من بلورة فوسفيد الغاليوم — وهي مادة قادرة على الاهتزاز ونقل الضوء في آن واحد.

الماء في الجدول ينحني حول الحجارة، لكن رياضيات هذه الحركة مختبئة في صندوق أسود — هكذا تعمل الشبكات العصبية العادية. إنها تعطي إجابة لكنها لا تقول لماذا. لا يمكن للمهندسين أن يثقوا في التنبؤ إذا لم يروا خطواته. ديناميكا الموائع حصلت على نموذج شفاف.

في كأس ماء، تولّد الموجات فوق الصوتية فقاعات صغيرة جدًا. تكبر تارةً وتنكمش تارةً أخرى، وأحيانًا تنهار فجأة مثل فقاعة صابون تنفجر، لكن أسرع بآلاف المرات. بجانب هذه الفقاعات تسبح جسيمات دقيقة — مثل كريات نيكل بحجم ذرة غبار. تدفعها الفقاعة عند كل حركة، مثل سبّاح يضرب الماء ويرسل أمواجًا حوله.

تعمل المعادن المسامية المعروفة بالزيوليتات مثل إسفنجات صغيرة ذات ثقوب بأحجام محددة بدقة. تمر عبر هذه الثقوب جزيئات من نوع واحد بينما تعلق جزيئات أخرى — وهذا أساس تنقية المياه وفصل الغازات والتحفيز في البتروكيماويات. لكن ابتكار زيوليت جديد على الورق أسهل بكثير من زراعته في المختبر: يجب أن تتوفر عشرات الشروط الدقيقة للبلورة.

تلسكوب جيمس ويب نظر إلى بقايا المستعر الأعظم ذات الكرسي A — سحابة غاز خلفها انفجار نجم ضخم. هناك رأى شبكة دقيقة من الخيوط المتوهجة وبنية غامضة أُطلق عليها «الوحش الأخضر»: ثقوب وحلقات شبه دائرية. لفهم مصدر هذا النمط، أعاد العلماء إنتاج الانفجار على حاسوب فائق — من انهيار النواة إلى عمر ألف عام.

يتراكم الدماغ خلال النهار انطباعات، مثلما تتراكم الأشياء في الغرفة. وفي الليل، أثناء النوم العميق، لا يكتفي بالراحة، بل يرتب الأمور: يفرز أحداث اليوم ويقرر ما يحتفظ به وما يتخلص منه. بنى العلماء نموذجًا حاسوبيًا للدماغ يتعلم أثناء النهار من عدة أمثلة، وفي الليل "يعيد مشاهدة" هذه الأمثلة كما لو كان يرى أحلامًا.

في مصادم الهادرونات الكبير، تصطدم البروتونات ببعضها البعض مثل شاحنتين محملتين بالقصاصات الملونة. تتطاير الشظايا — عشرات الجسيمات الجديدة — في كل الاتجاهات. يسجل الكاشف آثارها، ثم يبدأ العمل الرئيسي: تجميع صورة كاملة للاصطدام من هذه الآثار. في السابق، كانت هذه المهمة تُنجز بواسطة مجموعة قواعد وضعها الفيزيائيون. كان كل نوع من الجسيمات يُعالج على حدة، وفق قوانينه الخاصة.

في قلب درب التبانة، بين حشد كثيف من النجوم، يختبئ العنقود النجمي الكروي تونانتزينتلا 2. لم يلحظه أحد لعقود، رغم أنه يحمل مفتاح التاريخ الأقدم لمجرتنا. والآن، تمكن علماء الفلك من دراسته باستخدام تلسكوب هابل الفضائي ومطياف APOGEE الأرضي، واكتشفوا أنه أحد أقدم العائلات النجمية في الكون. تبين أن العنقود معاصر لأول النجوم: عمره 13.58 مليار سنة.

عند الانتقال إلى شقة جديدة، لا يتعلم الإنسان من جديد فتح الأبواب أو تشغيل الأضواء. فالتجربة من المنزل القديم تنتقل تلقائيًا: المطبخ هو مكان به موقد وحوض، وغرفة النوم هي مكان به سرير. لا يخزن الدماغ خريطة دقيقة، بل مخططًا مرنًا يطبقه على الفضاء غير المألوف. بنى العلماء نموذجًا حاسوبيًا لهذا النقل. يتكون من طابقين. الطابق العلوي هو المهمة المجردة: العثور على الطعام، تذكر الزاوية الآمنة.

في أعماق الفضاء توجد سحابة غازية تشبه عقدًا بخرزات لامعة. هذا هو سديم العقد — بقايا نجم انتفخ ذات يوم وابتلع جاره. في المركز بقيت سحابة مزدوجة: نجم صغير حار ورفيقه المنتفخ الغني بالكربون. وجّه العلماء تلسكوب هابل الفضائي نحو السديم، وفحصوا كمية الكربون في جزئه الداخلي. اتضح أن الكربون فيه قليل — وكأن أحدهم كشطه بملعقة.

في سحابة غازية كثيفة، حيث تولد نجمة أثقل من الشمس، يوجد مصدر راديوي صغير جدًا. يعمل مثل الليزر: جزيئات الميثانول تضخّم الإشعاع، فنرى نقطة مضيئة. لكن هذه النقطة تتصرف بغرابة — سطوعها يقفز صعودًا وهبوطًا خلال ساعات معدودة. تابع العلماء المصدر G33.641-0.228 من عام 2009 إلى عام 2016.

كل حركة فكرية تترك أثرًا — دفعة كهربائية ضعيفة على فروة الرأس. جهاز مزود بعشرات الأسلاك، يشبه قبعة السباحة، يلتقط هذه الآثار ويحولها إلى خطوط متموجة. من خلالها يمكن تخمين ما يشعر به الشخص حتى لو ظل صامتًا. في الدراسة الجديدة، تنافست ثلاثة برامج حاسوبية على من يقرأ هذه الخطوط بدقة أكبر ويحدد: هل المزاج سيئ أم هادئ أم جيد.

عالم طيور في الأدغال يسمع تغريداً، لكن الطائر يختبئ بين الأوراق. ما أجمل أن يحصل فوراً على صورته - على الأقل من قاعدة بيانات الصور. عادةً، يتطلب ذلك آلاف الأزواج من "تسجيل التغريد + صورة لنفس الطائر"، وجمعها مكلف ويستغرق وقتاً طويلاً. ابتكر الباحثون طريقة غير مباشرة: استخدموا نموذجين جاهزين. أحدهما يفهم العلاقة بين الصورة والنص (مثل: "صدر أحمر، قبعة سوداء" ← صورة طائر أبو الحناء).

خذ قمة دوّارة للأطفال وأطلقها على الطاولة. ستدور بثبات، وستتحرك جميع أجزائها في اتجاه واحد. والآن ارْمِ حفنة من الخرز على الأرض وانفخ فيها — ستتطاير كل خرزة في اتجاه. هكذا تقريبًا يميز علماء الفلك بين نوعين من المجرات الكبيرة: "القمم الدوّارة" (الدوارات السريعة) و"الخرز" (البطيئة ذات الحركة العشوائية للنجوم).

مرجل يغلي: البخار يتصاعد، والماء يغلي، وتختلف درجة الحرارة من نقطة إلى أخرى. هكذا في الفضاء أيضًا: سحب الغاز حول النجوم الشابة ليست كرات ملساء، بل خليط متلاطم مع دوامات وتفاوت في الكثافة. ظل علماء الفلك يعتبرون هذه السحب متجانسة لفترة طويلة، لكن هذا التبسيط قد يشوّه الاستنتاجات. بنى العلماء نموذجًا حاسوبيًا لسحابة حول نجم حار منفرد — مع الاضطراب وبدونه.

تُظهر صور سديم الثريا التي التقطها تلسكوب جيمس ويب مشهدًا مذهلًا: سحب الغبار بين النجمي تتوهج بشكل غير منتظم، وكأن شخصًا ما مدّها في اتجاه واحد. حلل العلماء هذه الصور واكتشفوا أن توهج الغبار ممتد على طول خطوط المجال المغناطيسي الذي يخترق السديم. الأمر كما لو أن خيوطًا غير مرئية توجّه حركة الغاز والغبار.

يرقة سمكة الزرد شبه شفافة، ويمكن رؤية دماغها تحت المجهر. ولكن حتى في مثل هذا الكائن الصغير، تكون الوصلات العصبية متشابكة لدرجة يصعب معها فهمها يدويًا. لجأ العلماء إلى حيلة ذكية: صنعوا نسخة حاسوبية دقيقة من هذه اليرقة، حيث تُعرف كل وصلة. فكانت النتيجة ساحة اختبار افتراضية للتحقق من الطرق. أُطلق على هذه الساحة خوارزمية تبحث بنفسها عن الأنماط.

نموذج اللغة هو بنية متعددة الطبقات، حيث تعالج كل طبقة الكلمات بطريقتها الخاصة. في بداية التدريب، تكون الطبقات فوضوية، لكنها تدريجيًا تنتظم في فريقين. الفريق الأول يعمل ببساطة: هندسته الداخلية تتماسك وتصبح أقل تشابكًا. بينما يظل الفريق الثاني معقدًا ومتشعبًا. الطبقات ذات الهندسة البسيطة كانت أفضل المتنبئين بنشاط مناطق اللغة في الدماغ.