عالِم

Juan Maldacena

1968 – حتى الآن · نظرية الأوتار, الجاذبية الكمومية, نظرية المجال الكمومي
عالم فيزياء نظرية أرجنتيني، اقترح مبدأ التناظر AdS/CFT (فرضية مالداسينا)، الذي يربط نظرية الأوتار في فضاء مضاد دي سيتر بنظرية المجال الامتثالي على حدوده. هذا الاكتشاف الثوري أتاح دراسة الأنظمة الكمومية شديدة الترابط من خلال الجاذبية والعكس بالعكس.

سيرة

حصل على الدكتوراه من جامعة برينستون عام 1996. عمل في هارفارد، ومنذ عام 2001 يعمل أستاذًا في معهد الدراسات المتقدمة في برينستون. حائز على العديد من الجوائز، منها ميدالية لورنتز، وجائزة غروبر في علم الكون، وجائزة الفيزياء الأساسية.

اكتشافات رئيسية

💡 يُعد مالداسينا أحد أكثر علماء الفيزياء استشهادًا في العصر الحديث؛ حصلت ورقته البحثية عام 1998 حول AdS/CFT على عشرات الآلاف من الاستشهادات.
"رأى أن الكون منظم بحيث يمكن وصف التعقيد الظاهري للثقب الأسود بنظرية بسيطة على الحدود."
المفاهيم
نظرية الأوتارالثقب الأسودالجاذبية
قوانين
تقابل AdS/CFT
العلماء
Stephen HawkingRobert HookeFritz ZwickyJacob BekensteinKarl SchwarzschildJoseph WeberSubrahmanyan ChandrasekharRainer Weiss

مقالات ذات صلة

بصمات الهندسة الكمومية في ظل الثقب الأسود
ظل الثقب الأسود ليس مجرد صورة ظلية داكنة. إنه بصمة الهندسة الكاملة للزمكان، بما في ذلك أدق التأثيرات الكمومية. عندما ينظر علماء الفيزياء الفلكية إلى صور أفق الحدث، لا يرون قرصًا أسود، بل طبقات متراكمة من الفضاء المنحني، والمادة الغريبة، والرغوة الكمومية. الثقب الأسود الكلاسيكي لشفارتزشيلد له أفق واحد، خلفه التفرد.
الثقب الأسود كجسر: خلف التفرد ينفتح عالم من الجاذبية المضادة
قبل مئة عام، تنبأت معادلات أينشتاين بالثقوب السوداء، لكن الفيزياء داخلها كانت تنهار: مسارات الجسيمات تنقطع عند التفرد، نقطة الانحناء اللانهائي. كان ذلك طريقًا مسدودًا، نهاية الزمكان. الآن، يقدم الفيزيائي إسحاق بارس تحولًا جذريًا: التفرد ليس جدارًا، بل باب. خلفه تنفتح منطقة كاملة حيث تغير الجاذبية إشارتها وتبدأ بالتنافر.
الصدى في الثقب الدودي
الثقب الدودي هو نفق يخترق الفضاء المنحني ويربط مناطق بعيدة من الكون. مؤخراً، اقترح خوان مالداسينا وزملاؤه نموذجاً عاملاً لهذا الثقب يعتمد على مزيج خاص من انحناء الفضاء والجسيمات الكمومية. قرر الفيزيائيون معرفة ما قد يسمعه المراقب إذا أرسل إشارة إلى هذا النفق.
الثقوب الدودية الخفية في ذرة الهيدروجين
قطرتا ماء تهتزان بتناغم - لأنهما متصلتان بقشة. هكذا الجسيمات المتشابكة: ربما يقوم اتحادها على ثقب دودي مجهري. خوان مالداسينا وليونارد ساسكيند أطلقا على هذا التخمين اسم ER=EPR: جسور أينشتاين-روزن (ER) تساوي مفارقة أينشتاين-بودولسكي-روزن (EPR).
لماذا تهدئ المجالات المغناطيسية الثقوب السوداء
في مراكز العديد من المجرات تكمن ثقوب سوداء فائقة الكتلة، محاطة بأقراص من الغاز و الغبار الكوني و النجوم. تصادماتها قادرة على توليد موجات ثقالية — تموجات في نسيج الزمكان.
الأوتار الكمومية تعزف في سلسلة ريدبرغ
بنى الفيزيائيون سلسلة من ذرات ريدبرغ — وهي ذرات تحمل إلكترونات في مدارات بالغة الاتساع، بحجم مسارات الكواكب. هذه الذرات العملاقة تستشعر جاراتها بقوة، مما يحوّل السلسلة إلى نظير كمومي للوتر. باستخدام الليزر، شُدّ النظام إلى نقطة حرجة تتلاشى فيها جميع المقاييس — تمامًا كما يصبح وتر العود مشدودًا جاهزًا لإصدار نغمات نقية بغض النظر عن طوله.
تحويل الثقب الأسود إلى ثقب دودي: ديناميكيات الطاقة السالبة
الثقب الأسود الثقب الأسود المعتاد هو منطقة في الزمكان تكون فيها الجاذبية شديدة لدرجة أنه حتى الضوء لا يمكنه الإفلات منها. ومع ذلك، اكتشف الفيزيائيون آلية يمكنها تحويل هذه الحفرة اللا قعر لها إلى نفق نافذ — ثقب دودي.
ظل الثقب الدودي: حافة مسننة عند الدوران
الثقب الدودي — نفق افتراضي في الزمكان يربط مناطق بعيدة من الكون. لفترة طويلة، كان يُعتقد أن الظل الذي يلقيه مثل هذا الجسم على خلفية الغاز المتراكم الساطع يجب أن يكون دائرياً تماماً، مثل ظل الثقب الأسود. ومع ذلك، بالنسبة لـثقب دودي دوّار — قابل للعبور، على عكس «عنق» الثقب الأسود العادي — قد يصبح شكل الظل غير متوقع: تكتسب حافته أسناناً، تشبه صورة ظلية لترس.
مسارات خفية عبر صحراء المحيط
تفصل آلاف الكيلومترات من المحيط المفتوح شعاب وسط المحيط الهادئ عن التجمعات المرجانية النادرة في الشرق. هذا الشريط المائي، المسمى بحاجز شرق المحيط الهادئ، ظل يُعتبر منذ زمن طويل شبه مستعصٍ على يرقات المرجان الصغيرة. التيارات هنا تحمل الماء غالبًا نحو الغرب، بعيدًا عن الجزر الشرقية. لكن علماء الوراثة وجدوا ارتباطًا غريبًا: جزيرة كليبرتون، الضائعة على الجانب الشرقي، تتشارك الجينات مع جزر لاين الواقعة في أقصى الغرب.
ثقب دودي على شريحة كمومية
اكتشف الفيزيائيون: لفتح ثقب دودي، يجب هزّه بقوة. ليس بالمعنى الحرفي — لكن على شريحة كمومية، قاموا بمحاكاة نظام من 8 جسيمات، شديد الفوضى والتشابك لدرجة أنه تحول إلى صورة ثلاثية الأبعاد مهتزة لـثقب أسود.
همس كمومي في صمت لا مقياس له
يسقط حجر في بركة. تنتشر الدوائر وتخفت — وسرعان ما يعود سطح الماء أملس. لكن ماذا لو لم يكن للبركة شواطئ ولا قاع، ولا حتى حجم مميز للموجة؟ في مثل هذا العالم — عالم بلا مقياس — تعيش الأنظمة الكمومية عندما تحيط بها بيئة لا تميز أي طول أو طاقة. الماء في مثل هذه البركة «يتذكر» دائمًا شكل الحجر، والأمواج لا تهدأ تمامًا أبدًا. أي بيئة من هذا القبيل تؤثر على الجسيم الكمومي بنفس الطريقة: كـ«حمام غير جسيمي».
ثقوب سوداء راقصة تختبر هندسة الكون
إن اندماج ثقبين أسودين يشبه رقصة تنتهي بموجة قوية — موجة ثقالية. تحمل هذه الموجة بصمة كيفية انحناء الزمكان حول الأجسام. لو كانت الهندسة مختلفة عما نعرفه — كما لو كانت كرة تتدحرج ليس على أرضية مستوية بل على مشمع متموج — لكانت الإشارة مختلفة.
همس الكم للثقوب السوداء
في مركز قمع هائل يبتلع كل ما حوله، يسقط جسم كروي صغير في مسار حلزوني. وبينما يدور، ينبعث همهمة منخفضة — إنها اهتزازات الزمكان نفسه، ونسمي هذه الاهتزازات الموجات الثقالية. يزداد ترددها، ويرتفع نبرتها — تماماً مثل صوت صفارة سيارة تمرّ بسرعة. في الواقع، دور القمع يلعبه الثقب الأسود، ودور الجسم الكروي يلعبه نجم نيوتروني أو ثقب أسود صغير.
الموجات الثقالية لا ترى انقسامًا في الثقوب السوداء
ارتعاش الفضاء يعزف كأوركسترا. الموجات الثقالية التي تلتقطها كاشفات LIGO وVirgo تحكي عن اصطدامات الثقوب السوداء. أحيانًا تُسمع في الموسيقى نغمات نشاز — انحرافات طفيفة عن نوتات أينشتاين. قد تهمس هذه الانحرافات عن فيزياء جديدة أو مجرد غبار على الأقواس. في الدراسة الجديدة، بحث العلماء عن خلل خاص — خلل يعتمد على كتلة الأجسام المتصادمة.
ثقب أسود بقلبٍ منفوش
قلم يُسقط على الأرض يرتطم بسطحه كاملاً في اللحظة نفسها. لكن لو كانت الأرضية كمومية — مكوّنة من عدد لا يحصى من حبيبات الرمل المهتزة — لما لمس القلم نقطة واحدة فقط. هكذا تقريباً يبدو قلب الثقب الأسود في دراسة جديدة: بدلاً من نقطة الكثافة اللانهائية (التفرد) توجد منطقة يصبح فيها الزمكان نفسه مرناً، كالإسفنج.
الثنائي الثقالي: كيف تستمع الكتل المتشابكة إلى همس الأبعاد الأخرى
الكون، وفق النموذج القياسي، يبدو كلوحة ثلاثية الأبعاد تنساب عليها الفيزياء التي نألفها. لكن في العمق، وراء عتبة المألوف، قد تكون انطوت أبعاد غير مرئية — ست أو سبع حلقات ملتفة بإحكام، تنبأت بها نظرية الأوتار. من المستحيل رصدها مباشرة، مثل سماع أوركسترا في الغرفة المجاورة عبر جدار خرساني.
تناظر خفي: كيف تتفق الجسيمات على القواعد بنفسها
في فيزياء الجسيمات الأولية، من المعتاد منذ زمن طويل اعتبار أن قوى الطبيعة — الكهرومغناطيسية، والتفاعل الضعيف، والتفاعل القوي — تخضع لتناظر صارم يسمى التناظر المعياري (gauge symmetry). إنه بمثابة مجموعة قواعد تتبادل بها الجسيمات ناقلات القوى. ولكن من أين تأتي القواعد نفسها؟ عادةً ما تُدخل يدويًا، ثم يُتحقق من أن كل شيء متسق.
ثقوب دودية من خمسة أبعاد
يمكن ثقب ورقة مطوية بقلم رصاص، فيصبح المسار بين نقطتين أقصر. هكذا تعمل فكرة الثقب الدودي تقريبًا: نفق في الفضاء يربط مناطق بعيدة. لكن الجاذبية تميل إلى انهيار مثل هذا النفق ما لم يُمسك بشيء ذي ضغط سالب — مثل بالون منفوخ من الداخل يمنع الجدران من الالتصاق.
كيف نسمع الشقوق في نسيج الكون
تعزف السيمفونية، لكن في النوتة الموسيقية نغمة كاذبة بالكاد تُلحظ. هكذا تقريبًا يبحث الفيزيائيون عن انحرافات عن النظرية النسبية العامة في "أصوات" الكون — الموجات الثقالية الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء.
البندول الكمومي على الكرة والحلقة
بندول يتأرجح ليس في مستوى واحد، بل في خمسة أبعاد في آن واحد. حركته تصفها نموذج رياضي معقد، وهو نفسه إلكترون في صفيحة غرافين يتفاعل مع خمسة "أنواع" مختلفة من الوسط المحيط. حتى الآن، كانت محاكاة هذا البندول على الحاسوب عملية مؤلمة وبطيئة: كل خطوة تتطلب استعراض عدد هائل من الاحتمالات.
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.
مدى الجاذبية: تصويب دقيق نحو الثقوب السوداء
عندما تقترب الثقوب السوداء وتبتعد عن بعضها – دون اندماج، بل بمجرد احتكاك حقول الجاذبية – تصبح مقذوفات مثالية لاختبار قوانين الجاذبية. في الحقول الشديدة، حيث يصل تمدد الزمن إلى قيم هائلة، أي شرخ صغير في النظرية سيلمع كوهج مبهر.
ظلال الجاذبية: كيف تشق الكتلة الواقع
تنقسم قطعة ألماس نانوية ثقيلة في جهاز تداخل كمومي إلى قسمين، ساحبة على نفسها واقعين. جاذبيتها - الضئيلة وشبه الملموسة - تثير الحقل الكمومي للفراغ، فتتولد سحب مترابطة من الجرافيتونات. هذه ظلال الجاذبية التي تلقيها كل موضع من مواضع الكتلة. أما للأجسام الخفيفة، فالظلال تكاد تنصهر معًا - حيث يقترب التباين من الواحد، والعالم لا يزال لم يتشظَّ إلى فروع مستقلة.
كيف تخفي التناظرية الفائقة الشحنات في الثقوب السوداء
يسقط حجر في بركة ماء — فتنتشر دوائر على سطحها. في الفيزياء، يعمل قانون حفظ مماثل للطاقة والزخم: ما كان موجودًا يبقى موجودًا. لكن في الزمكان المنحني، حيث تسيطر الجاذبية، يصبح تحديد الكميات المحفوظة أكثر صعوبة. هنا تأتي بنية كومار (Komar) للنجدة — وصفة رياضية تسمح بحساب الشحنة الكلية (مثل الكتلة أو الشحنة الكهربائية) داخل سطح مغلق، حتى لو كان الزمكان منحنيًا بشدة.
الثقوب الدودية تضع حدودًا للخيال
يشبه الزمكان أحيانًا ورقة يمكن أن نثقب فيها ثقبًا ونصل الحافتين بأنبوب قصير — فنحصل على ثقب دودي. في أبسط النماذج الرياضية لهذه الثقوب تظهر مجالات قياسية عديمة الكتلة — تشبه ضبابًا غير مرئي يملأ كل شيء حولنا. يتصرف هذا الضباب بغرابة: قيمه تصبح تخيلية. في الفيزياء، الأعداد التخيلية ليست خيالًا بل أداة عمل — مثلما يستخدم المحاسب المبالغ السالبة لتسجيل الديون.
ثقب أسود بلا تفرد: رقصة الجسيمات على أنغام الكم
حجر يسقط في بئر — وبعد ثانية يصل صوت ارتطام. نجم يسقط في ثقب أسود — ويختفي خلف الأفق، تاركًا فقط ارتجافًا في الفضاء. لكن ماذا لو كانت قاع البئر ليست نهاية مسدودة بل ممرًا؟ في الصورة المألوفة، تنضغط المادة إلى نقطة ذات كثافة لا نهائية — تفرد. هنا تنهار المعادلات، كساعة سقطت في خلاطة إسمنت. استبدل مؤلفو الدراسة هذه النقطة بقنطرة كمية.
كعكات كونية محشوة بالجاذبية
الكعكة الرياضية — الطوروس — تقع على حدود عالم ثلاثي الأبعاد حيث تعمل الجاذبية. يمكن عجنها وتمديدها، وقرر الفيزيائيون اختبار سلوكها. داخل هذا العالم، يمكن أن يكون الفضاء مسطحًا مثل الطاولة، أو منتفخًا مثل فقاعة الصابون، أو منحنيًا مثل السرج. الحدود على شكل كعكة لم ترغب في البقاء ملساء. تظهر عليها تجاعيد تلقائيًا، وأحيانًا تعبر نفسها — مثل شريط ملفوف في حلقة يخترق جانبه.
الأداة الكونية: ألحان رنانة من ثقوب دودية دوارة
أينشتاين وروزين تخيلا جسراً يربط بين صفحتين من الواقع. أطلق عليه ويلر اسم ثقب دودي، وأثبت ثورن وموريس أن النفق قابل للعبور إذا مُلئ بمادة غريبة. نعلم اليوم أن الدوران، وهو صفة تكاد تكون ملازمة للأجسام المدمجة، يحول الثقب الدودي إلى أداة كونية.
جاذبية من مئات الأكوان
لحاف مرقّع، كل رقعة فيه عبارة عن عقدة كمومية صغيرة تخضع لقواعد رياضية صارمة. أخذ الفيزيائيون العديد من هذه العقد المتطابقة وبدأوا في خياطتها بكل الطرق الممكنة. فنتجت أشكال ثلاثية الأبعاد، من الكرات البسيطة إلى كعكات محيرة بثقوب. هكذا يبدو نموذجهم للجاذبية الكمومية: ليس هندسة واحدة، بل مجموع كل الأشكال الممكنة التي يمكن أن يتخذها الفضاء.
حكم الهندسة: لماذا الثقوب الدودية محكوم عليها بالغرابة
منذ زمن بعيد، يحلم الفيزيائيون بأنفاق تخترق الفضاء — الثقوب الدودية، القادرة على ربط أركان الكون البعيدة في لحظات. لكن الرياضيات أصدرت حكمًا قاسيًا: حلق هذا الجسر يجب أن ينتفخ، وهذا يتطلب مادة غريبة ذات ضغط سلبي — تلك المادة 'المضادة للجاذبية' التي تمدد الفضاء بدلًا من تقليصه.
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.
الثقوب الدودية دون مادة غريبة: هندسة خالصة
الثقب الدودي هو نفق افتراضي عبر نسيج الزمكان، وهو مفهوم طوره جون ويلر وكيب ثورن. وكما يميل الممر في الجبل إلى الانهيار تحت ثقله، فإن عنق الثقب الدودي يميل إلى الانغلاق تحت تأثير الجاذبية.
الكهرباء والمغناطيسية تتبادلان الأدوار — والثقوب السوداء لا تلاحظ الاستبدال
كرتان مشحونتان كهربائيًا تتجاذبان بقوة معينة. إذا استبدلت شحناتهما بأقطاب مغناطيسية، فسيُظهر ميزان الزنبرك نفس القوة تمامًا. ومع الثقوب السوداء، يبدو أن القصة نفسها — فقط بدلاً من النوابض، يعمل نسيج الزمكان نفسه. مؤلفو الدراسة الجديدة ولأول مرة قاموا بحساب تصادم ثقبين أسودين يحملان شحنة كهربائية على الكمبيوتر.
ظلال الثقوب السوداء تختبر الجاذبية الكمومية
ظل الثقب الأسود ليس مجرد صورة ظلية. إنه حافة الهاوية، حيث المكان والزمان ملتويان لدرجة أن حتى الضوء يضطر للدوران، كخشبة في دوامة. ينشأ هذا 'الدوامة الكونية' من كتلة هائلة تحني الزمكان.
ثقب دودي دوّار دون مادة غريبة
الثقب الدودي هو نفق افتراضي في الزمكان المنحني يربط بين منطقتين بعيدتين في الكون، ويمكن أن يختصر المسافة بينهما. في النظرية الكلاسيكية لأينشتاين (النسبية العامة)، يُسمى هذا النفق جسر أينشتاين-روزن، وهو غير مستقر للغاية: فهو ينهار فورًا تقريبًا بعد تكوّنه.
كيف تختبئ التباعد اللوغاريتمي في الفضاءات متعددة الأبعاد
أنبوب طويل بلا نهاية، ملتصق بكل نقطة منه كرة صغيرة جدًا — هكذا يبدو الفضاء الذي عمل عليه المؤلفون. جزء منه يشبه السرج (وهو فضاء دي سيتر المضاد، أو AdS)، والجزء الآخر يشبه الكرة. في هذا الكون تعيش حقول كمومية، وسلوكها يعتمد كليًا على شكل هذا «الأنبوب بالكرات». عندما يحسب الفيزيائيون طاقة التقلبات الكمومية في مثل هذه الفضاءات، غالبًا ما يصطدمون باللانهايات.
الثقوب الدودية بين النظريات: كيف نقارن العوالم الكمومية
لكل نظام كمومي — سواء كان ذرة أو بلورة أو الكون بأسره — مجموعة مسموحة من الطاقات، تشبه درجات سلم. كلما زادت حرارة النظام، زاد ميل الجسيمات لتسلق الدرجات العليا. ابتكر الفيزيائيون طريقة لمقارنة هذين «السلمين» من نظريتين مختلفتين: فقد أدخلوا مسافة بولتزمان-فاسرشتاين — رقمًا يُظهر مدى اختلاف الأطياف الطاقية لعالمين.
التوهج الشبح: ظل الثقب الدودي أكثر سطوعاً من ظل الثقب الأسود
في عام ٢٠١٩، أحدثت صورة ظل M87* ضجة كبيرة: فلأول مرة ترى البشرية معالم ثقب أسود الذي تنبأ به شفارتزشيلد وأحاطته الأساطير.
رقصة الكواركات الهادئة: بيانات جديدة تضيّق حدود الموصلية الفائقة اللونية
في أعماق نجم نيوتروني هائل، حيث تزن ملعقة صغيرة من المادة وزن جبل، تنضغط الكواركات إلى مسافات لا تُصدق. قبل اكتشاف هذه الأجرام بزمن طويل، حسب سوبرامانيان تشاندراسيخار حد الأقزام البيضاء، وتنبأ فريتز زفيكي بجرأة أن المستعرات العظمى تُخلف وراءها كتلًا من النيوترونات.
صدى الثقوب السوداء: كيف تكشف صفارات الجاذبية انحناء الكون
في وقت سابق، اكتشف إدوين هابل أن المجرات تتباعد عن بعضها، وربط جورج لومتر ذلك بتوسع الفضاء. اليوم، يفترض نموذج ΛCDM، المستند إلى الطاقة المظلمة والمادة المظلمة، أن الكون مسطح كلوحة قماشية مشدودة بإتقان.