وفقًا لأحد المقاييس، فإن أكبر أخبار الفيزياء لهذا العام حدثت قبل 80 عامًا. ومع ذلك، في حين أن نجاح فيلم عن صنع القنبلة الذرية كان بمثابة مفاجأة، فإن الاكتشافات التي خرجت من مختبرات الفيزياء الفعلية - بما في ذلك المختبر الأضخم على الإطلاق، وهو الكون نفسه - لم تكن أقل إثارة للإعجاب من زيادة الاهتمام بـ J. روبرت أوبنهايمر.

• جيمس ويب تليسكوب الفضاء، الآن في عامها الثاني من العمليات العلمية، تواصل عرض صور مذهلة للكون، وتضخمت النتائج العلمية من عام 2022 إلى سيل. ومن مكانه على بعد مليون ميل، يدرس تلسكوب جيمس ويب الفضائي كل شيء من أبعد مجرات الكون إلى الكواكب والأقمار المجاورة. وكان الثابت الوحيد هو المفاجأة: ملاحظات التلسكوب باستمرار تحدي النظريات الراسخة وإجبار العلماء على إعادة تصور كيف أصبحت الأجسام الكونية مألوفة - أشياء مثل النجوم والكواكب والثقوب السوداء.

تقع الثقوب السوداء أيضًا في مركز أحد أبرز الاكتشافات لعام 2023: دليل على موجات الجاذبية التي تنتجها النجوم. اصطدام الثقوب السوداء الهائلة. للكشف عن تلك التموجات في الزمكان، قامت عدة اتحادات من علماء الفلك بفحص الكون لمدة 15 عامًا، وهي فترة كافية لاكتشاف التقلبات الزمنية الصغيرة التي تحدث عندما تغمر موجات الجاذبية الأرض.

وبالقرب من الوطن، ينشغل العلماء بالتلاعب بعالم الكم وفهمه، وهو عالم لا يتم التعامل معه غالبًا وفقًا للقواعد العادية. شهد هذا العام بعض التقدم الملحوظ في الأجهزة الأساسية للحوسبة الكمومية، الكيوبتات التي في شكلها النهائي يمكنها تشغيل حسابات معقدة للغاية. والأهم من ذلك أن الباحثين صنعوا أيضًا تحسينات في تصحيح الخطأ الكمي، والتي لا تزال واحدة من أصعب المشاكل التي يجب حلها.

لكن هذه التطورات لا تعني أننا انتهينا من فهم الكون من أكبر مقاييسه إلى أصغرها. قد يكون مدارنا التالي حول الشمس مليئًا باكتشافات أكثر عمقًا.

لقد قيل في كثير من الأحيان أننا في كل مرة ننظر فيها إلى الكون في ضوء جديد - أو من خلال عدسة جديدة - نرى أشياء لم نتخيلها أبدًا. لقد حقق تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا هذا الوعد. وفي مطلع العام، أعلن علماء الفلك أن عين التلسكوب الذهبية ذات الشكل العسلي قد سرقت أنظار الجميع. نجوم الكون الأولى. JWST لديها أيضًا رأيت الضوء من المجرات التي توهجت بعد حوالي 300 مليون سنة من التصفيق الكبير الذي خلق الكون كما نعرفه. وقال: في صور تلسكوب جيمس ويب الفضائي، هذه المجرات "سطعة للغاية بغباء". روهان نايدو من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. والآن، يكافح علماء الفلك لشرح كيفية نمو هذه المجرات بسرعة كبيرة، حيث أن حجمها ونضجها المبكر يتحدى التوقعات.

وينطبق الشيء نفسه على الثقوب السوداء الهائلة التي تثبت المجرات في النسيج الكوني. توقع العلماء رؤية عدد قليل من الثقوب السوداء الضخمة في بداية الكون، لكن تلسكوب جيمس ويب الفضائي حدث بالفعل اكتشافهم بواسطة الدلو. وهم يظهرون في وقت مبكر، وبثقل أكبر من المتوقع. ويأمل علماء الفلك أن تكشف مثل هذه الملاحظات عن كيفية تشكل تلك الثقوب السوداء العملاقة. قال: "لقد كنت أنتظر هذه الأشياء لفترة طويلة". مارتا فولونتيري، عالم فيزياء فلكية في معهد باريس للفيزياء الفلكية.

بالقرب منا، في سديم أوريون في مجرتنا، رصد تلسكوب جيمس ويب الفضائي مؤخرًا 42 زوجًا مثيرًا للاهتمام من الأشياء التي تدور حول بعضها البعض. قد تكون هذه العوالم نجومًا، أو قد تكون كواكب تطفو بحرية. من الصعب أن أقول. لكن في كلتا الحالتين، لا تتناسب هذه العوالم الغامضة تمامًا مع النظريات الموجودة التي تصف كيفية تشكل النجوم أو الكواكب الحرة. كما هو الحال مع جميع طرق الرؤية الجديدة، فإن تلسكوب جيمس ويب الفضائي يلهم أسئلة أكثر بكثير مما يقدم إجابات.

في وقت سابق من هذا العام، أعلن الباحثون الكميون أنهم خطوا خطوة نحو التطوير كمبيوتر كمي أكثر موثوقية. في هذا النظام، يتم تخزين المعلومات طوبولوجيًا؛ إنها منسوجة في جزيئات أسطورية تقريبًا تتشارك الذكريات وتتذكر ماضيها. إن تجديل اثنين من هذه "الأنيونات غير الأبيلية" معًا يخزن المعلومات في التقلبات - وبالتالي، يمكنك قياس أحدهما أو الآخر دون فقدان تلك المعلومات. وكما أوضح زميلي تشارلي وود، "من خلال الاحتفاظ بسجلات غير قابلة للتدمير تقريبًا لرحلاتهم عبر المكان والزمان، يمكن للأنيونات غير الأبيلية أن تقدم المنصة الواعدة لبناء أجهزة كمبيوتر كمومية متسامحة مع الأخطاء".

ثم في أغسطس، أعلن العلماء الذين يتعاملون مع تعقيد تصحيح الخطأ الكمي أنهم قد تطوروا فئة جديدة قوية من الرموز يمكن أن يساعد ذلك - على الأقل من الناحية النظرية - في حل مشكلة الإزعاج المتمثلة في البتات الكمومية الواهية والمعرضة للخطأ.

في عمل فذ يذكرنا بالخدعة السحرية، أفاد العلماء في وقت سابق من هذا العام أنهم تمكنوا من سحب الطاقة من الفراغ. أو كان لديهم؟ وبدلاً من استحضار شيء من لا شيء، تمكن الفيزيائيون من ذلك طاقة النقل الفضائي على مسافات مجهرية. نجحت هذه القفزة لأن الفريق استغل الخصائص الغريبة للفراغ الكمي، وهو نوع غريب من العدم مشبع بنوع من الطاقة الكمومية الحارقة.

اكتشف العلماء في وقت سابق من هذا العام نوع جديد من المرحلة الانتقالية، أشبه بتحول المادة الصلبة إلى سائلة. إلا أن هذا كان بمثابة تحول في بنية المعلومات. عندما تتشابك البتات الكمومية (أو الكيوبتات)، فإن قياس إحداها يكشف عن حالات أي وحدات أخرى. يمكن أن ينتشر التشابك، لكن القياس يدمر شبكة التشابك - إنه مثل قص الأسلاك في سياج من حلقات السلسلة. ماذا يحدث عندما يتكامل التشابك والقياس في شبكة من الكيوبتات المتشابكة؟ إن الانتقال بين الحالة التي يبقى فيها التشابك على قيد الحياة والحالة التي يستسلم فيها لأدوات قطع الأسلاك هو ما حدده الفيزيائيون ولاحظوه في المختبر. قال: "هنا تخضع خصائص المعلومات - كيفية مشاركة المعلومات بين الأشياء - لتغيير مفاجئ للغاية". بريان سكينر من جامعة ولاية أوهايو.

عندما يتعلق الأمر بهذه الأنظمة، فإننا نطرح مصطلح "الكم" تقريبًا كما لو أن الكم وغير الكم موجودان في نظام ثنائي. هذا ليس صحيحا بالضرورة. في محاولة لقياس الكمية - أو الدرجة التي لا يمكن بها محاكاة النظام الكمي على جهاز كمبيوتر كلاسيكي - الباحثون كشفت مؤخرا عن مقياس جديد، ليصل إجمالي المقاييس المعروفة إلى ثلاثة. في البداية كان هناك تشابك. ثم كان هناك "السحر". الآن، هناك "السحر الفرميوني".

إنها مشكلة قديمة في الفيزياء: ميكانيكا الكم تصف العالم بطريقة أخرى، ونظرية أينشتاين في الجاذبية بطريقة أخرى، وعندما يجتمع الاثنان معًا تحصل على هراء. بعض العلماء مثل ريناتي لولنعتقد أن الجاذبية يجب أن تكون كميّة؛ الآخرين، مثل جوناثان أوبنهايم، سوف يراهن ضد هذه الفكرة. في حين أن لول كان رائدًا في اتباع نهج مدفوع حسابيًا للجاذبية الكمية والذي يتضمن استخلاص شكل الزمكان من المبادئ الأولى، فإن أوبنهايم يبحث عن "شيء" أساسي أعمق قد يربط بين الاثنين.

ومع ذلك، تستمر الجاذبية الكمومية في الظهور في حلول المفارقات التي تبدو مستعصية على الحل.

تعتقد مجموعة من المنظرين البارزين أنهم فعلوا ذلك حدد الخطأ أدى ذلك إلى مفارقة هوكينج الشهيرة لمعلومات الثقب الأسود، حيث يبدو أن المعلومات غير القابلة للتدمير الموجودة داخل الثقب الأسود تُفقد مع تبخر الثقب الأسود. كان خطأ هوكينج الواضح هو أنه (وأجيال الفيزيائيين الذين تلوه) لم يدركوا أن المعالجة "شبه الكلاسيكية" الموثوقة للجاذبية لا يمكنها التعامل مع تعقيد الحالات التي يمكن أن ينتجها الثقب الأسود، والتي تنهار بشكل غير متوقع عند منطقة الثقب الأسود. السطح الخارجي. وقد طورت المجموعة الآن نظرية أكثر تعقيدًا للجاذبية يمكنها التعامل مع المنطقة الموجودة داخل أفق الحدث مباشرة ولا تنتهك أي بيانات تجريبية حالية.

عندما تتصادم المجرات، تندمج الثقوب السوداء المركزية فائقة الكتلة، وهو اصطدام عنيف للغاية لدرجة أنه يهز نسيج الزمكان نفسه. وفي يونيو/حزيران، أعلنت العديد من مؤسسات التعاون الدولية ذلك لقد وجدوا موجات الجاذبية الناتجة. وللقيام بذلك، استخدمت الفرق النجوم النابضة، التي تدور بسرعة حول جثث النجوم التي تعمل كساعات كونية مثالية. تغير موجات الجاذبية الإيقاع الظاهري للنجوم النابضة، لكن الأمر استغرق 15 عامًا من الدراسة لتحديد علامة الأحداث العنيفة التي تهز الكون باستمرار.

ملاحظة المحرر: ساهم مايكل موير في كتابة هذا المقال.