هل من الممكن إيجاد شيء من لا شيء؟ و لنكون أكثر تحديداً، هل يمكن تحول الطاقة إلى مادة؟ نعم، ولكن فقط في حال اجتمعت مع توأمها، المادة المضادة. وهناك أمر غامض جدًا عند الحديث عن المادة المضادة: فهي توجد بكميات أقل بكثير عما ينبغي أن تكون عليه. و لنبدأ بأشهر معادلة فيزيائية تم التوصل إليها وهي: (الطاقة تساوي الكتلة ضرب مربع سرعة الضوء) ببساطة تقول أن المادة هي عبارة عن طاقة مركزة، و أن المادة والطاقة قابلتان للتغير؛ كعُملتين و بينهما فارق كبير. إن 90 ترليون جول من الطاقة تعادل جرامًا واحدًا فقط من المادة. ولكن كيف يتم تحويل الطاقة إلى مادة؟ إن كلمة السر هي: تكثيف الطاقة. ففي حال تركيز كمية كبيرة من الطاقة في مساحة محدودة، فستتشكل جزيئات جديدة في الوجود. ولو نظرنا بشكل أقرب، فسنلاحظ أن هذه الجزيئات تكون دائماً على شكل أزواج مثل التوائم. ذلك أن الجزيئات يوجد نظيرٌ لها دوماً هو مضاد للجزيئات، وتنتج كل من تلك الجزيئات بصورة متساوية مناصفة. ولربما يبدو هذا الكلام كخيال علمي، ولكنه يحدث يوميًا في مسرع الجزيئات. ففي حال تصادم اثنين من البروتونات في معجل هادرونات كبير يتبع لمنظمة CERN، فإنه يتم إنتاج المليارات من المادة والمادة المضادة في الثانية. لنأخذ (الالكترون) كمثال، لديه كتلة صغيرة تحمل شحنات سالبة. و لديه مادة مضادة هي (البوزيترون) ، التي لديها نفس الكتلة ، ولكنها تحمل شحنات موجبة. لكن بغض النظر عن الشحنات المختلفة فالجزيئان متماثلان تماماً ومستقران. و الأمر ذاته صحيح بالنسبة للجزيئات الأثقل؛ أغني (البروتونات) و(البروتونات المضادة). ولهذا السبب فإن لدى العلماء قناعة أن العالم المكون من المادة المضادة؛ سيبدو بمنظر و إحساس و رائحة عالمنا. وفي هذا العالم المضاد ربما سنجد الماء المضاد والذهب المضاد وربما مثلاً الرخام المضاد. تصور أن الرخام والرخام المضاد قد جُمعا معًا، هذه المواد التي تبدو صلبة سوف تختفي تمامًا لتصبح ومضة كبيرة من الطاقة فيما يعادل قنبلة نووية. وبسبب الجمع بين المادة و المادة المضادة سينتج عنه طاقة كبيرة فإن الخيال العلمي مليئ بالأفكار المتعلقة بكيفية الاستفادة من الطاقة المخزنة في المادة المضادة فمثلاً لتزويد المركبات الفضائية بالوقود في (ستار تريك). فمحتوى الطاقة في المادة المضادة أكثر بمليار مرة من الطاقة في الوقود المعتاد. الطاقة الناتجة من جرام واحد من مادة مضادة تكفي لقيادة سيارة ألف مرة حول الأرض أو لوضع مكوك الفضاء في مداره حول الأرض. لماذا إذًا لا نستخدم المادة المضادة في إنتاج الطاقة؟ المادة المضادة هي غير موجودة في الطبيعة تنتظر أن نقوم بجمعها. يجب أن نقوم بصنع المادة المضادة قبل أن نستخدمها في صنع الطاقة ويتطلب الأمر طاقة مهولة لإنتاج المادة المضادة ولن تكون الطاقة الناتجة أكبر. ولكن ماذا لو وجدت المادة المضادة في الفضاء الخارجي ويمكننا استخراجها يومًا ما من كوكب مكون من المادة المضادة. ظن الكثير من العلماء قبل عدة عقود أن مثل هذا الأمر ممكن الحدوث. لكن أظهرت الدراسات اليوم أنه لا توجد كميات كبيرة من المادة المضادة في أي مكان من الكون الذي نراه وهو أمر غريب، فقد قلنا سابقاً من المفترض تواجد كميات من المادة المضادة موازية لكميات المادة الموجودة في الكون. حيث أن الجزئيات والجزيئات المضادة يجب أن يتواجدوا بأعداد متساوية. ماذا بشأن المادة المضادة المفقودة؟ هذا أمر غامض فعلاً. لفهم ما يمكن أن يحدث يجب أن نعود إلى لحظة الإنفجار الكبير. ففي اللحظة التي تكوّن فيها الكون تحولت كميات كبيرة من الطاقة إلى مادة وقد احتوى الكون الأول على كميات متساوية من المادة والمادة المضادة. ولكن بعد مرور ثانية واحدة فقط قام معظم المادة وجميع المادة المضادة بالقضاء على بعضهم البعض منتجين بذلك كميات هائلة من الإشعاع التي يمكن أن نلاحظها اليوم. وبقي فقط جزء من مئة مليون جزء من المادة بقيت في الكون ولم يبقى أي شيء من المادة المضادة. ولربما قلت "انتظر!، "لماذا اختفت المادة المضادة تماماً وبقيت المادة فقط؟" يبدو أننا كنا محظوظين لحد ما لوجود عدم تناسق بسيط موجود بين المادة والمادة المضادة. وإلا لما وجدت أي جزيئات إطلاقًا في أي مكان من الكون ولما وجد الجنس البشري. ولكن ما الذي أوجد عدم التناسق هذا؟ تحاول التجارب في "CERN" أن تجد سبب لماذا توجد أشياء ولماذا لا نعيش في كون ممتلئ بالإشعاعات فقط؟ ولكن إلى الآن، نحن ببساطة لا نملك الإجابة.
Is it possible to create something out of nothing? Or, more precisely, can energy be made into matter? Yes, but only when it comes together with its twin, antimatter. And there's something pretty mysterious about antimatter: there's way less of it out there than there should be. Let's start with the most famous physics formula ever: E equals m c squared. It basically says that mass is concentrated energy, and mass and energy are exchangeable, like two currencies with a huge exchange rate. 90 trillion Joules of energy are equivalent to 1 gram of mass. But how do I actually transform energy into matter? The magic word is <i>energy density</i>. If you concentrate a huge amount of energy in a tiny space, new particles will come into existence. If we look closer, we see that these particles always come in pairs, like twins. That's because particles always have a counterpart, an antiparticle, and these are always produced in exactly equal amounts: 50/50. This might sound like science fiction, but it's the daily life of particle accelerators. In the collisions between two protons at CERN's Large Hadron Collider, billions of particles and antiparticles are produced every second. Consider, for example, the electron. It has a very small mass and negative electric charge. It's antiparticle, the positron, has exactly the same mass, but a positive electric charge. But, apart from the opposite charges, both particles are identical and perfectly stable. And the same is true for their heavy cousins, the proton and the antiproton. Therefore, scientists are convinced that a world made of antimatter would look, feel, and smell just like our world. In this antiworld, we may find antiwater, antigold, and, for example, an antimarble. Now imagine that a marble and an antimarble are brought together. These two apparently solid objects would completely disappear into a big flash of energy, equivalent to an atomic bomb. Because combining matter and antimatter would create so much energy, science fiction is full of ideas about harnessing the energy stored in antimatter, for example, to fuel spaceships like Star Trek. After all, the energy content of antimatter is a billion times higher than conventional fuel. The energy of one gram of antimatter would be enough for driving a car 1,000 times around the Earth, or to bring the space shuttle into orbit. So why don't we use antimatter for energy production? Well, antimatter isn't just sitting around, ready for us to harvest. We have to make antimatter before we can combust antimatter, and it takes a billion times more energy to make antimatter than you get back. But, what if there was some antimatter in outer space and we could dig it out one day from an antiplanet somewhere. A few decades ago, many scientists believed that this could actually be possible. Today, observations have shown that there is no significant amount of antimatter anywhere in the visible universe, which is weird because, like we said before, there should be just as much antimatter as there is matter in the universe. Since antiparticles and particles should exist in equal numbers, this missing antimatter? Now that is a real mystery. To understand what might be happening, we must go back to the Big Bang. In the instant the universe was created, a huge amount of energy was transformed into mass, and our initial universe contained equal amounts of matter and antimatter. But just a second later, most matter and all of the antimatter had destroyed one another, producing an enormous amount of radiation that can still be observed today. Just about 100 millionths of the original amount of matter stuck around and no antimatter whatsoever. "Now, wait!" you might say, "Why did all the antimatter disappear and only matter was left?" It seems that we were somehow lucky that a tiny asymmetry exists between matter and antimatter. Otherwise, there would be no particles at all anywhere in the universe and also no human beings. But what causes this asymmetry? Experiments at CERN are trying to find out the reason why something exists and why we don't live in a universe filled with radiation only? But, so far, we just don't know the answer.