شعاع الجر

في يوليو 1960، ذكرت مجلة "الصواريخ والقذائف" التجارية أن مارتن ن. كابلان، وهو مهندس أبحاث في شركة رايان للطيران ، قد أجرى تجارب يمكن أن تؤدي إلى القدرة على توجيه قوة مضادة للجاذبية نحو جسم ثانٍ أو بعيدًا عنه. ^{[ 7 ]}

في عام 1964، أشار الفيزيائيان ليوبولد هالبرن من معهد نيلز بور وب. لوران من المعهد النوردي للفيزياء النظرية إلى أن نظرية النسبية العامة ونظرية الكم تسمحان بتوليد وتضخيم الجرافيتونات بطريقة مشابهة لليزر. ^{[ 8 ]} وقد أظهرا، من حيث المبدأ، أنه يمكن توليد وتضخيم الإشعاع الجاذبي على شكل حزمة من الجرافيتونات باستخدام الانبعاثات الرنانة المستحثة.

في عام ١٩٩٢، ادعى البروفيسور يفغيني بودكليتنوف و ر.  نيمينين، من جامعة تامبيري للتكنولوجيا ، اكتشافهما تقلبات في وزن الأجسام فوق قرص فائق التوصيل ضخم مُركّب، مُعلّق مغناطيسيًا. ^{[ ٩ ]} بعد ثلاث سنوات، نشر بودكليتنوف نتائج تجارب إضافية باستخدام قرص فائق التوصيل حلقي الشكل. ^{[ ١٠ ]} وذكرا أن وزن العينات يتذبذب بين -٢.٥٪ و+٥.٤٪ مع ازدياد السرعة الزاوية للموصل الفائق. وقد أدت بعض التوليفات من السرعات الزاوية للقرص والترددات الكهرومغناطيسية إلى استقرار التذبذبات عند انخفاض بنسبة ٠.٣٪. أما التجارب التي أُجريت على القرص الحلقي، فقد أسفرت عن انخفاضات وصلت إلى حد أقصى يتراوح بين ١.٩٪ و٢.١٪. وأشارت التقارير المتعلقة بمجموعتي التجارب إلى أن منطقة فقدان الوزن كانت أسطوانية الشكل، تمتد عموديًا لمسافة لا تقل عن ثلاثة أمتار فوق القرص. تم الإبلاغ عن ملاحظات نوعية لقوة دافعة على حدود المنطقة المحمية في خريف عام 1995. ^{[ 11 ]} حاولت عدة مجموعات حول العالم تكرار ملاحظات بودكليتنوف حول الحماية بالجاذبية. ^{[ 12 ]}

قام الفيزيائي الإيطالي جيوفاني مودانيزي، أثناء عمله كزميل فون هومبولت في معهد ماكس بلانك للفيزياء ، بأول محاولة لتقديم تفسير نظري لما يُزعم أنه ملاحظات بودكليتنوف. ^{[ 11 ] [ 13 ]} جادل مودانيزي بأن تأثير الحجب وقوة الطرد الطفيفة على حدود المنطقة المحجوبة يمكن تفسيرهما من خلال التغيرات المُستحثة في الثابت الكوني المحلي . وصف مودانيزي عدة تأثيرات تتعلق بالاستجابات للتعديلات التي تطرأ على الثابت الكوني المحلي داخل الموصل الفائق. ^{[ 14 ]} استخدم نينغ وو، من معهد فيزياء الطاقة العالية (بكين)، نظرية قياس الجاذبية الكمومية التي طورها عام 2001 لتفسير ملاحظات بودكليتنوف. ^{[ 15 ]} قدّرت نظرية وو الفقد النسبي للجاذبية بنسبة 0.03%، أي أقل بعشر مرات من النطاق المُبلغ عنه الذي يتراوح بين 0.3% و0.5 %.

أظهر سي إس أونيكريشان ، من معهد تاتا للأبحاث الأساسية في مومباي، أنه إذا كان هذا التأثير ناتجًا عن درع جاذبي، فسيكون شكل المنطقة المحمية مشابهًا لظل الدرع الجاذبي. على سبيل المثال، سيكون شكل المنطقة المحمية فوق قرص مخروطيًا. ويتناسب ارتفاع قمة المخروط فوق القرص طرديًا مع ارتفاع قرص الحماية فوق الأرض. ^{[ 16 ]} وصف بودكليتنوف ونيمينين شكل منطقة فقدان الوزن بأنها أسطوانة تمتد عبر السقف فوق جهاز التبريد الفائق .

ابتكر فريق من العلماء في الجامعة الوطنية الأسترالية (ANU)، بقيادة البروفيسور أندريه رود، جهازًا يُشبه شعاع الجذب لنقل الجسيمات الصغيرة لمسافة 1.5 متر في الهواء. ^{[ 17 ]} وبدلًا من إنشاء مجال جاذبية جديد، يستخدم الجهاز شعاع ليزر لاغير-غوسي على شكل حلقة ، يتميز بحلقة ضوئية عالية الكثافة تُحيط بنواة مظلمة على طول محور الشعاع. تُحصر هذه الطريقة الجسيمات في مركز الشعاع باستخدام الترحيل الضوئي ، حيث تتميز الأجزاء المُضاءة من الجسيم بدرجة حرارة أعلى، مما يُكسب جزيئات الهواء الساقطة على سطحه زخمًا أكبر. وبسبب هذه الطريقة، لا يُمكن لهذا الجهاز العمل في الفضاء لعدم وجود هواء. ويذكر رود أن للجهاز تطبيقات عملية على الأرض، مثل نقل المواد الخطرة المجهرية وغيرها من الأجسام المجهرية. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

أجرى جون سينكو وكليفورد شليخت أبحاثًا حول شكل من أشكال الدفع الليزري ذي الدفع العكسي كشعاع ليزر جرّ كبير. تشمل التطبيقات المقصودة التحكم عن بُعد في الأجسام الفضائية على مسافات تصل إلى حوالي 100  كيلومتر، ^{[ 20 ]} وإزالة الحطام الفضائي، ^{[ 21 ]} واستعادة رواد الفضاء أو الأدوات التائهة في المدار. ^{[ 22 ]}

في عام 2010، قام علماء الفيزياء في جامعة نيويورك بتجربة حزم الجر العاملة القائمة على أنماط الضوء اللولبية . ^{[ 23 ]} يميل التوزيع الحلزوني لشدة الضوء في هذه الحزم غير المنحرفة إلى حصر الأجسام المضاءة، مما يساعد على التغلب على ضغط الإشعاع الذي يدفعها عادةً على طول المحور البصري. ثم يقوم الزخم الزاوي المداري المنقول من الجبهات الموجية الحلزونية للحزمة اللولبية بدفع الأجسام المحصورة عكس اتجاه التيار على طول الحلزون. وتدرس وكالة ناسا حاليًا استخدام كل من حزم بيسل وحزم الجر اللولبية في استكشاف الفضاء . ^{[ 24 ]}

في مارس 2011، افترض علماء من جامعة فودان وجامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا أن نوعًا محددًا من شعاع بيسل (وهو نوع خاص من الليزر لا ينحرف في مركزه) قادر على إحداث تأثير جاذب على جسيم مجهري معين، مما يجبره على التوجه نحو مصدر الشعاع. ^{[ 25 ] [ 26 ]} وتتمثل الفيزياء الكامنة وراء ذلك في تعظيم التشتت الأمامي عبر تداخل أقطاب الإشعاع المتعددة. وقد أوضحوا صراحةً أن الشرط اللازم لتحقيق قوة بصرية سالبة (جاذبة) هو الإثارة المتزامنة للأقطاب المتعددة في الجسيم. إذا كان إسقاط زخم الفوتون الكلي على طول اتجاه الانتشار صغيرًا، فإن القوة البصرية الجاذبة تصبح ممكنة. ^{[ 27 ]} ويقترح العلماء الصينيون إمكانية تطبيق هذه الإمكانية في التلاعب المجهري البصري. ^{[ 28 ]}

في عام ٢٠١٣، ابتكر علماء من معهد الأدوات العلمية (ISI) وجامعة سانت أندروز شعاعًا جاذبًا يسحب الأجسام على المستوى المجهري. ^{[ ٢٩ ]} تشير الدراسة إلى أن هذه التقنية قد تكون واعدة في مجال البحوث الطبية الحيوية. قال البروفيسور زيمانيك: "لقد أمضى الفريق بأكمله سنوات عديدة في دراسة مختلف طرق توصيل الجسيمات بواسطة الضوء." ^{[ ٢٩ ]} وقال الدكتور برزوبوهاتي: "تفتح هذه الأساليب آفاقًا جديدة أمام علم الفوتونيات الأساسي، فضلًا عن تطبيقاتها في علوم الحياة." ^{[ ٣٠ ]} وقال الدكتور سيزمار: "نظرًا لأوجه التشابه بين معالجة الجسيمات الضوئية والصوتية، نتوقع أن يُلهم هذا المفهوم دراسات مستقبلية مثيرة في مجالات خارج نطاق الفوتونيات." ^{[ ٣٠ ]}

ابتكر علماء الفيزياء في الجامعة الوطنية الأسترالية شعاعًا جاذبًا عكسيًا، قادرًا على نقل جسيمات قطرها خُمس المليمتر لمسافة تصل إلى 20 سنتيمترًا، أي ما يقارب 100 ضعف المسافة التي قطعتها التجارب السابقة. ووفقًا للبروفيسور فيسلاف كروليكوفسكي، من كلية أبحاث الفيزياء والهندسة، فإن "إثبات جدوى شعاع ليزر واسع النطاق كهذا يُعد بمثابة الكأس المقدسة لعلماء فيزياء الليزر". ^{[ 31 ]} نُشر هذا العمل في مجلة Nature عام 2014. ^{[ 32 ]} وفي العام نفسه، طوّر الدكتور هورست بونزمان وفريقه في الجامعة الوطنية الأسترالية شعاعًا جاذبًا يعمل على الماء، والذي يُمكن استخدامه لاحتواء التسربات النفطية، والتحكم في الأجسام الطافية، أو دراسة تكوّن التيارات الساحبة على الشواطئ. ^{[ 33 ]}

في عام 2015، قام فريق من الباحثين ببناء أول شعاع جر صوتي في العالم، قادر على رفع وتحريك الأجسام باستخدام الموجات الصوتية. ^{[ 34 ]} وقد تم توفير صفحة ويب على موقع Instructables تتضمن تعليمات لبناء جهاز بدائي. ^{[ 35 ]}

في عام 2016، اكتشف علماء جامعة رايس أن ملفات تسلا يمكنها توليد مجالات قوة قادرة على التلاعب بالمادة من خلال عملية تسمى تسلافوريسيس. ^{[ 36 ]}

في ديسمبر 2016، تمكن الباحثون من التحكم في حركة الخلايا البكتيرية باستخدام شعاع جاذب، مما فتح الباب أمام إمكانية استخدام الأشعة الجاذبة في تطبيقات مستقبلية في العلوم البيولوجية. ^{[ 37 ]}

في عام ٢٠١٨، أثبت فريق بحثي من جامعة تل أبيب، بقيادة الدكتور ألون بهاباد، تجريبياً وجود نظير بصري للولب أرخميدس، حيث يتم نقل دوران شعاع ليزر حلزوني الشدة إلى الحركة المحورية لجزيئات كربونية محمولة جواً، بحجم ميكرومتر، محصورة بصرياً. وباستخدام هذا اللولب البصري، تم نقل الجزيئات بسهولة وبسرعة واتجاه محددين، باتجاه التيار الضوئي أو عكسه، لمسافة تزيد عن نصف سنتيمتر. ^{[ ٣٨ ]}

في عام 2019، استخدم باحثون في جامعة واشنطن شعاعًا جاذبًا لتجميع مواد نانوية في عملية وصفوها بأنها "لحام نانوي ضوئي". ^{[ 39 ]}

• استخدم روديارد كيبلينغ في قصته "بسهولة الأبجدية " (1912) "الحلقة الطائرة"، التي تولدها إحدى مناطيد مجلس مراقبة الطيران ، عندما حاولت امرأة، كبيان سياسي، الانتحار علنًا. سحبت الحلقة السكين من يدها، وبدلًا من سحبها نحو المنطاد، ألقتها على بعد خمسين ياردة؛ كما استمرت في تثبيت ذراعها لثانية أو نحوها بعد ذلك. قال جون برونر ، في مقدمة مجموعة من قصص كيبلينغ الخيالية العلمية، إن هذا قد يكون أول تصوير لشعاع الجر.
• صاغ إي إي سميث مصطلح "شعاع الجذب" (وهو تحديث لمصطلحه السابق "شعاع الجذب") في روايته " كلاب الفضاء التابعة لشركة آي بي سي" ، التي نُشرت مسلسلةً في مجلة "أمازينغ ستوريز" عام 1931. وكان بطل سلسلة كتبه " سكايلارك أوف سبيس " (من عام 1929 فصاعدًا) قد اخترع "أشعة الجذب" و"أشعة الطرد". ويمكن أيضًا بث أشعة الطرد بشكل متساوي الخواص كحقل قوة دفاعي ضد المقذوفات المادية. ويظهر هذا الجهاز أيضًا في سلسلة كتب سميث " لينسمان ".
• في رواية باك روجرز لفيليب فرانسيس نولان ، أرمجدون 2419 ميلادي (1928)، استخدمت سفن العدو الجوية "أشعة طاردة" للدعم والدفع، ^{[ 41 ]} على غرار أشعة "الشعاع الثامن" المستخدمة للدعم والدفع لسفن المريخ الجوية في سلسلة بارسوم / جون كارتر من المريخ (نُشرت لأول مرة 1912-1943) لإدغار رايس بوروز .
• توم سويفت – في كتاب توم سويفت الابن " توم سويفت والقبة المائية في أعماق البحار " (1958)، يخترع توم جهاز "الريبيلاترون". يمكن ضبط هذا الجهاز لصد عناصر كيميائية محددة. وقد استُخدم لإنشاء بيئة فقاعية في قاع المحيط، وكنظام دفع لمركبته الفضائية تشالنجر .
• سلسلة كتب "القطاع العام" لجيمس وايت : رواية "جراح النجوم" الصادرة عام 1963 هي مصدر سلاح "راتلر"، وهو سلاح شعاعي مزدوج يجمع بين خاصيتي الجر والضغط. يجذب هذا السلاح الهدف (سفينة كاملة أو جزء من هيكلها) ثم يدفعه بقوة 80 ضعف قوة الجاذبية الأرضية في الثانية، عدة مرات في الدقيقة. كما تضمنت الرواية نوعًا من الحقول القسرية يُسمى "حاجز الدفع".
• تتضمن رواية "الزناد" لآرثر سي كلارك تطوير أشعة الجر في الجزء الأول من الرواية.
• يصف كتاب "العمود السادس" لروبرت أ. هاينلاين حزم الجر/الضغط بأنها نتاج فيزياء "طيف مغناطيسي جاذبي أو كهرومغناطيسي جاذبي تم اكتشافه حديثًا" والذي ظهر في الرواية.

• سلسلة القصص المصورة "باك روجرز" – كانت في الأصل مجرد أشعة دافعة؛ ظهرت الجرارات بحلول سبعينيات القرن العشرين.
• تتميز بدلات دروع الرجل الحديدي المختلفة عادةً بأجهزة عرض شعاع دافع مثبتة في راحة اليد كأحد أنظمة الأسلحة الرئيسية.

• ستار تريك (مسلسل تلفزيوني، أفلام، كتب، وألعاب). أحد أبرز استخدامات هذا المفهوم وأكثرها شهرة. أحد الأعمال الخيالية القليلة البارزة التي استخدمت هذه الأشعة بشكل متكرر وأشارت إليها باستمرار باسم أشعة الجر.
• فيلم "المنطقة 9" الذي صدر عام 2009 تضمن شعاع جر يرفع مركبة الإنزال الخاصة بوحدة القيادة كنقطة محورية في نهاية الفيلم.