اكتشف العلماء أن الضوء يمكن أن يطور بشكل طبيعي “مهارة” خفية أثناء انتقاله عبر الفضاء الفارغ، دون الحاجة إلى مواد أو عدسات خاصة. الائتمان: Scitechdaily.com

تشير خاصية الضوء المكتشفة حديثًا إلى أنه قد يكون أكثر اكتفاءً ذاتيًا مما كان يُعتقد سابقًا.

الباحثون في جامعة إيست أنجليا حددوا خاصية غير معروفة سابقًا للضوء تسمح له بالالتواء والدوران والتصرف بطرق غير عادية – دون الحاجة إلى مرايا أو مواد أو عدسات متخصصة.

في اكتشاف يمكن أن يعيد تشكيل التشخيص الطبي، ونقل البيانات، والأنظمة الكمومية المستقبلية، أثبت علماء من المملكة المتحدة وجنوب أفريقيا أن الضوء يمكن “برمجته” من خلال الاستفادة من هندسته المتأصلة.

تتحدى هذه النتيجة الافتراضات القديمة، والتي توضح أن الضوء يمكن أن يطور سلوكًا مراوانًا – مما يعني أنه يمكن أن يتصرف مثل اليد اليسرى أو اليمنى – أثناء التحرك بحرية عبر الفضاء.

وفقًا للفريق، قد يؤدي هذا في النهاية إلى تمكين الضوء من حمل المعلومات، وفحص الأنظمة البيولوجية، والتعامل مع المادة، وحماية الإشارات الكمومية.

تلعب اللامركزية أو “استخدام إحدى اليدين” دورًا رئيسيًا في العلوم. توجد العديد من الجزيئات، بما في ذلك تلك المستخدمة في الأدوية، في أشكال يسارية ويمينية تبدو متطابقة تقريبًا ولكن يمكن أن تتصرف بشكل مختلف تمامًا في الجسم.

للتمييز بينهما، يعتمد العلماء عادةً على ضوء متخصص يدور إما في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة. حتى الآن، كان توليد هذا النوع من الضوء والتحكم فيه يتطلب أسطحًا مصممة بعناية، أو مواد متقدمة، أو تركيزًا مكثفًا باستخدام عدسات قوية.

يظهر البحث الجديد أن هذه الخطوات قد لا تكون ضرورية.

قال الدكتور كاين فوربس من كلية الكيمياء والصيدلة وعلم الصيدلة بجامعة إيست أنجليا: “يُظهر عملنا أن الضوء يمكنه بشكل طبيعي تطوير سلوك استخدام اليد هذا من تلقاء نفسه”.

“عليك فقط إعداده بالطريقة الصحيحة. يعتقد معظم الناس أن الضوء ينتقل في خطوط مستقيمة. ولكن يمكن للعلماء أيضًا إنشاء ضوء منظم – ضوء يتم ترتيب سطوعه وشكله واتجاهه بعناية.”

ويواصل قائلاً: “أحد الأمثلة المتطرفة هو الضوء الذي يلتوي أثناء انتقاله، ليشكل شكلًا لولبيًا يُعرف باسم الدوامة الضوئية. يمكن لكل تطور أن يحمل معلومات، مما يجعل هذا النوع من الضوء ذا قيمة للإنترنت عالي السرعة والاتصالات الآمنة وأجهزة الاستشعار المتقدمة.”

“يمكن للضوء أيضًا أن يدور أثناء انتقاله، اعتمادًا على كيفية استقطابه. يمكن أن يكون هذا الدوران أعسرًا أو أيمنًا – وهو شكل آخر من أشكال اللامركزية”.

في السابق، كان يُعتقد أن التفاعل بين دوران الضوء وحركته الملتوية ضعيف للغاية ولا يمكن ملاحظته إلا في ظل ظروف يتم التحكم فيها بعناية. وجد فريق جامعة إيست أنجليا أنه عندما يتم إعداد الضوء في حالة متوازنة بدقة، يمكن أن يظهر دورانه بشكل طبيعي أثناء انتقاله عبر الفضاء الفارغ.

وأوضح طالب الماجستير لايت مخومبوزا، الذي أجرى تجارب رئيسية: “يبدأ الأمر بدون دوران على الإطلاق”. “ولكن عندما يتحرك الشعاع للأمام، تظهر مناطق الدوران وتنفصل – كما لو كان الدوران مختبئًا ثم يكشف عن نفسه”.

لا مرايا. لا توجد مواد خاصة. مجرد ضوء يتحرك بحرية.

وفقا للدكتور إسحاق نايب من جامعة ويتواترسراند في جوهانسبرغ، جنوب أفريقيا، فإن التفسير يكمن في الطوبولوجيا – فرع من الرياضيات يدرس الخصائص التي تظل دون تغيير حتى عندما يتم تمديد الأشياء أو إعادة تشكيلها.

وقال: “لشرح ذلك، تخيل كوبًا وكعكة دونات”. “يمكنك تحويل أحدهما إلى الآخر دون تمزيقه، لأن كلاهما به ثقب واحد. وهذا الثقب هو سمة طوبولوجية.”

قد يبدو الكوب والدونات مختلفين، لكنهما متطابقان في الطوبولوجيا: كلاهما يحتوي على ثقب واحد يحدد بنيتهما. الائتمان: شترستوك

يبدو أن للضوء نسخته الخاصة من “عدد الثقوب” هذا – وهو توقيع طوبولوجي مخفي مضمن في ترتيب استقطابه. تستمر هذه الميزة أثناء انتقال الضوء وتوجه بمهارة كيفية تطور الشعاع.

ومع تحرك الشعاع للأمام، يؤدي هذا الهيكل الداخلي إلى ظهور سلوك الدوران، مما يمنح الباحثين طريقة جديدة للتحكم في الضوء باستخدام الهندسة وحدها.

قال الدكتور نايب: “يعطينا هذا مفتاح ضبط جديد تمامًا للضوء. ومن خلال ضبط طوبولوجيته، يمكننا أن نقرر كيف وأين تظهر اللامركزية”.

قال الدكتور فوربس: «إن التداعيات واسعة النطاق». “هذا العمل يمكن أن يؤدي إلى اختبارات طبية أبسط وأكثر حساسية، وخاصة في مجال تطوير الأدوية.”

ويواصل: “يمكن استخدامه أيضًا لتعبئة المزيد من المعلومات في أشعة الليزر – مما يعزز سعة البيانات للاتصالات، بما في ذلك الشبكات الكمومية المستقبلية. ولأن التأثير لا يعتمد على مواد هشة أو أسطح مصممة بدقة، فقد يكون استخدامه في تقنيات العالم الحقيقي أسهل وأرخص”.

وأضاف: “يمكن لهذا البحث أن يضع الأسس لجيل جديد من التقنيات المعتمدة على الضوء، من خلال إظهار أنه يمكن التحكم في سلوك الضوء باستخدام هندسته الداخلية”.

• اختبارات طبية وصيدلانية أبسط، باستخدام ضوء منظم خصيصًا للتمييز بين الجزيئات اليسرى واليمنى الحيوية لسلامة الأدوية واكتشاف الأمراض.
• أجهزة استشعار بصرية مدمجة قادرة على تحديد المواد البيولوجية والكيميائية بسرعة، وبتكلفة زهيدة، وبدون معدات مختبرية.
• تقنيات اتصالات أكثر قوة، حيث يتم تجميع المعلومات في حالات ضوئية ملتوية ودوران متعددة لتعزيز سعة البيانات وأمانها.
• أدوات متقدمة في علم الأحياء وتكنولوجيا النانو، تسمح بتحريك وتدوير الجزيئات الصغيرة أو الخلايا أو الجزيئات باستخدام الضوء وحده.
• تقنيات كمومية أكثر قوة، مع طوبولوجيا تساعد على حماية المعلومات الكمومية الدقيقة من الضوضاء والاضطراب.

يقول الباحثون إن النتائج التي توصلوا إليها تتحدى الأفكار القديمة حول ما يمكن أن يفعله الضوء بمفرده.

قال الدكتور فوربس: «بالنسبة لشيء مألوف جدًا، أثبت الضوء أنه أكثر ثراءً وغرابة وأقوى مما يتخيله أي شخص».

“ومن المثير للدهشة أن هذا السلوك الجديد كان موجودًا طوال الوقت – فقط في انتظار رؤيته.”

المرجع: “التحكم الطوبولوجي في اللامركزية والدوران باستخدام الضوء المنظم” بقلم لايت مخومبوزا، وبيدرو أورنيلاس، وأنجيلا دادلي، وإسحاق نابي، وكين أ. فوربس، 24 أبريل 2026، الضوء: العلوم والتطبيقات.
دوى: 10.1038/s41377-026-02278-6

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.