محمد أحمد كيلاني
حتى الآن كنا نظن أن الصوت يتطلب بالضرورة وسطًا ماديًا للانتشار، مثل الهواء أو الماء، لكن دراسة جديدة أظهرت أن هذا ليس هو الحال دائمًا، ويمكن أن ينتشر الصوت بمساعدة المجالات الكهربائية الضعيفة أي انه يمكن ان ينتقل في الفراغ، وقد مرت أربعة وأربعون عامًا منذ إطلاق فيلم “Alien”، وهو فيلم من إنتاج ريدلي سكوت، والذي تم الإعلان عنه بوعد مخيف بأنه “في الفضاء لن يتمكن أحد من سماع صراخك”.
ومع ذلك، فإن العبارة لا تزال موجودة، وبطبيعة الحال، صالحة، ولأن سكوت أو مسؤولي الدعاية لم يكتشفوا أي شيء جديد، فقد قاموا ببساطة بإضفاء طابع مرعب على حاجة الصوت إلى استخدام وسيط مادي لنشر نفسه.، ومع ذلك، فإن الأبحاث الحديثة تريد تحدي هذه الفرضية القديمة.
الصوت ينتقل في الفراغ
الصوت عبارة عن موجة، وعلى هذا النحو ينشأ من التذبذب، وعلى وجه التحديد، تذبذب جزيئات الوسط الذي ينتشر من خلاله.
وفي تجربتنا اليومية، هذا الوسيط هو الهواء دائمًا تقريبًا، لطوقد اعتدنا على سماع الأصوات عبر الهواء، سواء كنت تتحدث إلى شخص ما، أو تستمع إلى الموسيقى، أو تسمع طرقًا، فإن الاهتزاز يصل إلى آذاننا ويفسره الدماغ على أنه صوت.
وكل اهتزاز له أصل مختلف.،إذا تحدثنا، فإن اهتزاز الحبال الصوتية سيؤدي بدوره إلى اهتزاز جزيئات الهواء الموجودة في الحلق، وسيتم نقل هذا الاهتزاز إلى الجزيئات المحيطة، والتي سوف تنشره حتى يتم توزيع الطاقة بحيث لا يمكنها جعل الجزيء التالي يهتز، وإذا كانت هناك أذن في الطريق، فسوف يسمع شخص ما صوتًا.
أمثلة عن انتقال الصوت
وإذا فركنا وتر الكمان، أو نقرنا على وتر الجيتار، أو نفخنا بالطريقة الصحيحة في لسان الناي أو البوق، فسنكون قادرين أيضًا على جعل الهواء يهتز.
وسيتم نقل هذا الاهتزاز مرة أخرى إلى جزيئات الهواء المحيط حتى يتلاشى، وأيضًا عندما نصفق أو نضرب، فإننا نحدث اهتزازًا، ولكن بشكل أقصر بكثير.
وهذا السلوك بالطبع لا يقتصر على الصوت، فكل موجة تشترك فيه، على الرغم من أن ما يهتز يمكن أن يكون مختلفًا تمامًا.
وإذا أسقطنا حجرًا على سطح جسم مائي أو بحيرة أو بركة على سبيل المثال، فإن الاضطراب الناتج عن الحجر سينتقل إلى المياه المحيطة، وينتشر عبر سطحه حتى لا تكون هناك طاقة كافية للاهتزاز في المرة التالية.
ومن الواضح أنه بدون الماء لا يمكن أن تنتقل هذه الموجة، وبنفس الطريقة لن ينتقل الصوت إذا لم يكن هناك وسط مادي قادر على اهتزازه ونقله، وما نسميه الفضاء يمكن أن يكون له جوانب وخصائص مختلفة جدًا، على الرغم من أنه بشكل عام مكان ذو كثافة منخفضة جدًا من الجزيئات.
وعلى الرغم من أن الفراغ ليس فارغًا حقًا ولا فارغًا تمامًا، إلا أنه يحتوي على عدد قليل جدًا من الجزيئات بحيث لن يتمكن أي شخص من جعل أقرب الجسيمات التالية تهتز، ونتيجة لذلك، لن يتمكن من نقل الصوت، ومن هنا جاءت العبارة الصغيرة التي لا تُنسى من الترويج لفيلم “Alien”.
ويمكن أيضًا فهم الضوء على أنه موجة، على الرغم من أن ما يهتز في حالته ليس وسطًا ماديًا بل المجال الكهرومغناطيسي.
ولعدة قرون، وضعت أجيال من العلماء والمفكرين نظريات حول مادة تسمى الأثير، والتي يجب أن تكون الوسط المادي الذي ينشر الضوء.
وقد فكر إسحاق نيوتن في الأمر في أواخر القرن السابع عشر، ولكن لم نحصل على دليل قاطع على عدم وجوده إلا بعد قرنين من الزمان. فيمكن للضوء أن ينتشر في الفراغ، أما الصوت فلا، أو هكذا كنا نظن حتى الآن.
وقد أظهر باحثان من مركز علوم النانو بجامعة يوفاسكولا في فنلندا أنه في ظل ظروف معينة، يمكن أن ينتقل الصوت، كثيرًا، من خلال الفراغ.
ويوضحان في مقالتهما كيف أن الموجة الصوتية قادرة على القفز بشكل كامل عبر فجوة بين مادتين صلبتين لا يوجد فيها سوى فراغ إذا كانتا كهرضغطية.
وهذا النوع من المواد له بنية بلورية بدون مركز تناظر، وعند تعرضها لضغوط ميكانيكية معينة يمكنها أن تكتسب فرق جهد معين بين أطرافها المختلفة، مما يؤدي إلى تراكم الشحنات الكهربائية على سطحها.
ويمكن أن تحدث هذه العملية في الاتجاه المعاكس أيضًا عند تطبيق فرق محتمل أو تعريضها لمجال كهربائي، يتم ملاحظة التشوهات والاهتزازات في بنيتها.
الصوت يمكن أن ينتقل في الفراغ
ولذلك فإن اهتزازات الذرات في هذه المواد الناتجة عن الموجات الصوتية تنتج استجابة كهربائية.
وسيكون المجال الكهربائي الناتج قادرًا على الانتقال إلى ما هو أبعد من المادة، حتى من خلال الفراغ، ويسبب استجابة ميكانيكية في مادة أخرى.
والقيد الرئيسي هو أن الفجوة بين القطعتين يجب أن تكون أقل من الطول الموجي للموجة الصوتية.
ولو كانت هذه الموجة خفيفة وتنتقل بسرعة الضوء لكان هذا القيد مقيدًا للغاية، وذلك نظرًا لأنها موجة صوتية وسرعة انتشارها أقل بكثير، فإن الأطوال الموجية المعنية ستكون أطول بشكل عام.
وتتوافق الأطوال الموجية للضوء المرئي مع بضع مئات من النانومترات، في حين أن الأطوال الموجية للصوت المسموع، في الهواء، تتراوح بين بضعة مليمترات وحوالي 15 مترًا في المادة الصلبة، وستكون هذه الأطوال أصغر ولكنها ليست أصغر بشكل ممنوع.ط على الرغم من أن ناقل الحركة ليس فعالًا بشكل عام، إلا أنه يمكن تكوين النظام لتحقيق عمليات نقل طاقة تقترب من 100%، ومما لا شك فيه أن تطبيقات هذا الاكتشاف ستصل قريبًا إلى تقنيتنا.
وبالطبع العبارة الصغيرة من “Alien” لا تزال صحيحة وفي الفضاء لن يتمكنوا من سماع صراخك.
يعد هذا الاكتشاف مفيدًا في الوقت الحالي في مجموعة محدودة جدًا من الحالات ولنوع معين من المواد.، ومع ذلك، فإن أي اكتشاف يتحدى المعرفة الأكثر رسوخًا في العلوم يكون دائمًا مثيرًا للاهتمام.
أقرأ أيضاً.. الكوكب الأكثر حرارة في المجموعة الشمسية