يتكون جِسمك من خلايا، وإذا دققت أكثر في تلك الخلايا سوف تجد حزمة من الجزيئات والتي بدورها تتكوَّن من ذرَّات، وإذا ركزت على النوى في تلك الذرَّات ستجد البروتونات والنيوترونات. افتح واحدة منهم وستجد الكواركات، تلك الأجسام الأساسيَّة الصغيرة جدًا والتي تندمج بطريقة مثيرة للاهتمام لتكوّن جزيئات أثقل ومألوفة أكثر في تشكيل حياتنا اليومية.

عندما تجد شيء صلب فإنَّ صلابته تكون بسبب التنافر الكهروستاتيكي بين الذرَّات. إذا قُمت بالضغط على صخرة سوف تقاوم الذرات أي ضغط آخر، ولن يمكنك دفعها أكثر -إلى حد ما-، وإذا دفعت بقوة جدًا جدًا ستتمكن من دفع النوى معًا ودمج عناصر جديدة، ولكن هذا في مقال آخر.

يمكنك إيجاد مصادر غريبة للضغط في مواقف غير متوقعة. على سبيل المِثال، إذا أخذت سحابة من الذرّات العشوائية وبردّتها إلى الصِفر المُطْلَق (أعلَم أنه لا يُمكن ذلك – لكن هذه تجربة فِكْرية فحاول فقط أن تتخيَّل معي هنا)، سوف تتوقع أن الضغط سيقل إلى الصفر أيضًا. لأنَّه في كافة الأحوال مجرد غاز، وفي الغازات يرتبط الضغط بدرجة الحرارة؛ لكن ذلك لن يحدث، وفي هذه المرحلة تلعب الطبيعة خدعة، حيث ستجد ضغط مُقاوِم من إلكترونات وكواركات الغاز يدفعك للتأثير بقوَّة إن لم تكن أكثر من تلك التي تحاول فيها إعتصار الصَخرة.

الانحلال الضعيف

يأتي ذلك الضغط من خاصية غير متوقعة في ميكانيكا الكَمْ. يوجد نوعين من البنيات الأساسية في الكون: الفرميونات (مثل الكواركات والإلكترونات) والبوزونات (مثل الفوتونات)، والخاصية الوحيدة التي تَفصِل مُكونات الكون في هذين المعسكرين هي كيف يتصرفون عندما نحاول الجمع بين حالاتهم الكمية. ذلك المُصطلح «الحالة الكمية» يعود إلى قائمة الأرقام التي نستخدمها لوَصف جزئ في نظام معين: مستوى طاقته، والعزم الزاوي، والاتجاه المغزلي، وهكذا.

واتضح ذلك أنّهَ لا يمكن لاثنين من الفيريمونات أن يحتلوا نفس الحالة الكمية: لا يمكنهم مشاركة نفس مجموعة الأرقام الكمية الوصفية في نظام واحد في حين أن البوزونات حُرة تمامًا في القيام بذلك. في البداية كانت قاعدة مفترضة للطبيعة مبنية على أدلة تجريبية، ولكن أصلها في الرابط بين ميكانيكا الكم والنسبية الخاصة … ولكن هذا مقال آخر.

إن ذلك يعني أنه إذا ضغطت اثنين من الفيرميونات عند الصفر المطلق، لا يمكن لكلا الفيرميوناتين أنْ يستحوذوا على نفس الحالة الخالية من الطاقة. واحدة فقط يجب أن يكون لديها تكوين مختلف كطاقة أعلى أو اتجاه مغزلي مختلف عن الأخرى. لا يوجد أي طريق آخر حوله – إنه مخبوز في التكوين الأساسي لكوننا. هذا يعني أنَّ حزمة كاملة من الإلكترونات، مبردة إلى درجة الصفر المطلق، لن تكون خالية من الطاقة بشكل كامل، وأن تلك الطاقة ستقوم بدور ضغط مقاوم لانضغاط آخر.

حتى إذا لم تكن عند الصفر المطلق (لأنه لا يمكنك ذلك)، فيمكن للإلكترونات أن تظل لديها ضغط قوي. يُقال أنَّ الجزيئات في هذا النوع من الموقف في حالة تضاؤل. عندما يحدث ذلك في الطبيعة، كما في قلب نجم ميت، نحصل على قزم أبيض.

لكن يمكن أن يُطغى على الضغط أيضًا. إذا كانت الجاذبية قوية للغاية (بالأخص إذا تعدت كتلة القزم الأبيض كتلة الشمس ب 140%)، لا يستطيع ضغط انحلال الإلكترون أن يُنافس هذا الضغط، وينهار القزم الأبيض.

نيوترونات للإنقاذ

لكنه إلى حد ما ليس رحلة اتجاه واحد إلى انهيار كارثي وعذاب متفرد لثقب أسود. أثناء حَدَث الانضغاط الهائل يمكن للإلكترونات أن تندفع داخل أي بروتونات شاردة مُحولة إياهم إلى نيوترونات إضافية. مع تحول تقريبًا كل المواد داخل النجم إلى حساء نيوتروني مكثف، ويَمنع ضغط انحلال النيوترونات المزيد من الانهيارات، قادرًا على تكوين بقايا قلب كُتلته ضعف كتلة الشمس ولكن ليس أكبر من مدينة صغيرة.

للنجوم النيوترونية وزن محدد أيضًا، لكن من الصعب قليلًا أن نثبت هذا الرقم لأننا لسنا واضحين تمامًا عن الفيزياء المُربكة التي تحدث عميقًا داخل قلوبهم، ولكن لدينا تخمين صعب، وهو أنه في مكان ما حوالي ثلاث مرات كتلة الشمس. إذا وَصَل إلى تلك الكتلة شيء ما يجب أن يعطي نجم نيوتروني.

إذن هل هذا كل شيء؟ هل يركب الكائن الضخم المنهار القطار مباشرة من نجم نيوتروني إلى ثقب أسود، أم يوجد محطات أُخرى؟

كواركات للإنقاذ؟

إذا أحدثت خرقًا في حزمة من النيوترونات ستجد فيضان من الكواركات، والتي تكون فيرميونات في حد ذاتها وقادرة تمامًا على إحداث تضاؤل للضغط. إذن هل يمكن أن يوجد ذلك نجم الكوارك الافتراضي؟ هل يتكوَّنون في الكون؟

من الصعب نظريًا أن نحدّد ذلك. نحن فعليًا لا نفهم الفيزياء على مستوى الكواركات جيدًا. جزء من المشكلة يكمن في أن الكواركات خجولة وترفض أنْ تُرى مفردة، دائمًا ما تجدها في مجموعات، لذلك لا نستطيع أن نسأل كوارك وحيدة عمَّا يحب أن يفعل، لذا نجد أن فيزياء مجموعات الكواركات معقدة بشكل كبير– ونحن ببساطة لا نعرف إذا كانوا يستطيعون تكوين هياكل مستقرة على المقاييس التي نحتاجها.

رصديًا من الصعب أن نقول أيضًا. من الخارج ومن بعيد للغاية (أي من الأرض) سيبدو نجم الكوارك إلى حد كبير مثل نجم نيوتروني: كائن ضخم محكم يقذف إشعاعات ويستضيف حقل مغناطيسي قوي بشكل جنوني. قد يكون هناك بعض الاختلافات الصغيرة والغامضة تقريبًا في إشارتهم الكهرومغناطيسية لكن لن يسهل اكتشاف ذلك – على خلاف ذلك، حسنًا، لقد وجدنا حتى الآن أن النجوم النيوترونية قد تستضيف قلبًا مدعوم بالكوارك في مركزهم – ولكن كما قلت نحن لا نستطيع فهم الفيزياء التي تحكمهم جيدًا.

إذا كانت نجوم الكوارك حقًا موجودة، فإن وجودهم سيكون نادرًا للغاية؛ حيث إن تكوينهم يعدّ نافذة ضيقة جدًا بين الظروف اللازمة لتكوين نجم نيوتروني عادي وثقب أسْوَد كامل. لذلك حتى لو حللنا المعادلة ووجدنا أن نجوم الكوارك مسموح بها تقنيًا بقوانين الفيزياء المعروفة، فمن المحتمل أن الطبيعة لا تهتم بها حقًا، وقد لا نجد واحد منهم في نهاية المطاف.

هذا كل ما في الأمر.

ترجمة: فاطمة الجبالي

المصدر: هنا