الفراغ الملحوظ في الوجود

عام 1654 ، كان من المفترض أن يكون عالم وسياسي ألماني يدعى أوتو فون غريكه مشغولاً بكونه رئيس بلدية ماغديبورغ. لكنه بدلاً من ذلك كان يقوم بمظاهرة لأمراء الإمبراطورية الرومانية المقدسة. مع اختراعه الجديد ، مضخة فراغ ، امتص الهواء من كرة نحاسية مكونة من نصفي الكرة الأرضية. ثم كان لديه فريقان من الخيول ، 15 في كل منهما ، يحاولان فصل نصفي الكرة عن بعضهما البعض. لدهشة المتفرجين الملكيين ، لم تستطع الخيول فصل نصفي الكرة الأرضية بسبب الضغط الهائل للجو المحيط بهم.

أصبح Von Guericke مهووسًا بفكرة الفراغ بعد التعرف على الفكرة الحديثة والراديكالية لكون مركزية الشمس: كون مع الشمس في المركز والكواكب تدور حوله. ولكن لكي تنجح هذه الفكرة ، يجب ملء الفراغ بين الكواكب بلا شيء. وإلا فإن الاحتكاك سيبطئ حركة الكواكب.

الفراغ يغني لنا ، الانسجام الكامن وراء الواقع نفسه.

كان العلماء والفلاسفة وعلماء الدين في جميع أنحاء العالم قد ناقشوا وجود الفراغ لآلاف السنين ، وهنا كان فون غريك ومجموعة من الخيول تظهر أنه حقيقي. لكن فكرة الفراغ ظلت غير مريحة ، ولم يتم الاعتراف بها إلا على مضض. قد نكون قادرين على خلق فراغ بشكل مصطنع مع ما يكفي من الذكاء هنا على الأرض ، لكن الطبيعة كرهت الفكرة. توصل العلماء إلى حل وسط: كان الفضاء مليئًا بالعنصر الخامس ، وهو الأثير، مادة لم يكن لها الكثير من الخصائص الواضحة ، لكنها بالتأكيد لم تكن شيئًا.

ولكن مثل الثورات الكمومية والكونية للـ 20^ذ وصل القرن ، ولم يجد العلماء هذا الأثير مطلقًا واستمروا في الظهور خالي الوفاض.

كلما بحثنا ، من خلال التلسكوبات والمجاهر التي تزداد قوة ، اكتشفنا شيئًا أكثر. اكتشف عالم الفلك إدوين هابل في عشرينيات القرن الماضي أن سديم أندروميدا كان في الواقع مجرة ​​أندروميدا ، وهي موطن لمليارات النجوم على بعد 2.5 مليون سنة ضوئية. بقدر ما يمكن أن نقول ، كل تلك السنوات الضوئية المنعزلة لم تكن مليئة بالكثير على الإطلاق ، فقط ذرة الهيدروجين المفقودة أو الفوتون المتجول. مقارنة بالحجم الصغير نسبيًا للمجرات نفسها (تمتد مجرتنا درب التبانة لمدة 100000 سنة ضوئية فقط) ، بدا أن الغياب يهيمن على الكون.

في المقاييس دون الذرية ، اكتشف العلماء أيضًا أن الذرات هي أماكن فارغة بشكل مدهش. إذا كنت تريد إعادة قياس ذرة الهيدروجين بحيث تكون نواتها بحجم كرة السلة ، فإن أقرب إلكترون سيجلس على بعد حوالي ميلين. مع عدم وجود عشبة تحت ذرية وحيدة بينهما.

لا شيئ. لا شيء مطلقا. أدت التجارب والملاحظات المستمرة فقط إلى تأكيد أنه على المقاييس الكبيرة والصغيرة ، يبدو أننا نعيش في عالم فارغ.

ثم انفتح ذلك العدم. في الفراغ الذي يسيطر على حجم الذرة وحجم الكون ، وجد الفيزيائيون شيئًا ما. بعيدًا عن الأثير المهدئ في الماضي ، هذا الشيء قوي بما يكفي لتمزيق كوننا. اتضح أن الفراغ على قيد الحياة.

في كانون الأول (ديسمبر) 2022 ، أصدر فريق دولي من علماء الفلك نتائج مسحهم الأخير للمجرات ، وأكد عملهم أن فراغ الزمكان يتسبب في إحداث فوضى في الكون. وجدوا أن المادة لا تشكل سوى مساهمة أقلية في ميزانية الطاقة في الكون. بدلاً من ذلك ، يتم احتواء معظم الطاقة داخل الكون في الفراغ ، وهذه الطاقة تهيمن على التطور المستقبلي للكون.

عملهم هو الأحدث في سلسلة من الاكتشافات التي تمتد إلى أكثر من عقدين. في أواخر التسعينيات ، اكتشف فريقان مستقلان من علماء الفلك أن توسع الكون يتسارع ، مما يعني أن كوننا ينمو أكبر وأكبر بشكل أسرع وأسرع كل يوم. لا يزال معدل التوسع الدقيق في الوقت الحاضر محل نقاش بين علماء الكونيات ، لكن الحقيقة واضحة: شيئا ما يجعل الكون ينفجر. يبدو كقوة جاذبية منفرة ، وقد أطلقنا عليها اسم الطاقة المظلمة.

الحيلة هنا هي أن الفراغ ، الذي أظهره فون غريك لأول مرة منذ كل تلك القرون ، ليس فارغًا كما يبدو. إذا كنت ستأخذ صندوقًا (أو ، باتباع مثال فون جويريك ، نصفي الكرة الأرضية) ، وأزلت كل شيء منه ، بما في ذلك كل الجسيمات ، وكل الضوء ، وكل شيء ، فلن يتبقى لك ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، لا شيء. ما سيتبقى لك هو فراغ الزمكان نفسه ، والذي تعلمناه أنه كيان بحد ذاته.

لا شيء يحتوي على كل الأشياء. إنه أغلى من الذهب.

نحن نعيش في عالم كمومي. عالم حيث لا يمكنك أن تكون متأكدا تماما من أي شيء. في أصغر المقاييس ، تتلاشى الجسيمات دون الذرية وتبرز إلى الوجود ، وتختبر لفترة وجيزة عالم الأحياء قبل أن تعود من حيث أتت ، وتختفي من الواقع قبل أن تتاح لها فرصة للتفاعل بشكل هادف مع أي شيء آخر.

هذه الظاهرة لها أسماء مختلفة: رغوة الكم ، رغوة الزمكان ، تقلبات الفراغ. تمثل هذه الرغوة طاقة أساسية لفراغ الزمكان نفسه ، وهو مستوى أرضي عارية تحدث عليه جميع التفاعلات الفيزيائية الأخرى. بلغة نظرية المجال الكمومي ، نسل تزاوج ميكانيكا الكم والنسبية الخاصة ، الحقول الكمومية التي تمثل كل نوع من الجسيمات تنقع في فراغ الزمكان مثل الخبز المقرمش المغطى بالزيت والخل. هذه الحقول لا يسعها إلا أن تهتز على المستوى الكمي الأساسي. من وجهة النظر هذه ، فإن الفراغ يغني لنا ، الانسجام الكامن وراء الواقع نفسه.

في أكثر نظريات الكم تقدمًا لدينا ، يمكننا حساب الطاقة الموجودة في الفراغ ، وهي لانهائية. كما هو الحال في ، فإن ملء كل سنتيمتر مكعب من المكان والزمان هو كمية لا حصر لها من الطاقة ، والجهود المشتركة لجميع تلك الجسيمات التي لا تعد ولا تحصى ولكن الفوارة. هذه ليست بالضرورة مشكلة للفيزياء التي اعتدنا عليها ، لأن جميع تفاعلات التجربة اليومية تجلس “فوق” (لعدم وجود مصطلح أفضل) برج الطاقة اللامتناهي – إنها تجعل الرياضيات مجرد ألم حقيقي للعمل معه.

كل هذا سيكون مزعجًا رياضيًا ولكن بخلاف ذلك غير ملحوظ باستثناء حقيقة أنه في نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، تتمتع طاقة الفراغ بقدرة غريبة على توليد قوة جاذبية مثيرة للاشمئزاز. عادة لا نلاحظ مثل هذه التأثيرات أبدًا لأن طاقة الفراغ تغمرها كل الكتلة الطبيعية بداخلها (في حالة فون جويريك ، كان الضغط الجوي المحيط بنصفيه هو القوة المهيمنة في اللعب). لكن على المستويات الأكبر ، هناك الكثير من العدم الخام للكون أن هذه التأثيرات تتجلى كتوسع متسارع. تشير الأبحاث الحديثة إلى أنه منذ حوالي 5 مليارات سنة ، خففت المادة في الكون لدرجة أن الطاقة المظلمة يمكن أن تظهر في المقدمة. اليوم ، يمثل ما يقرب من 70 في المائة من إجمالي ميزانية الطاقة في الكون. أظهرت الدراسات أن الطاقة المظلمة تعمل حاليًا على تمزيق البنية الكبيرة للكون ، وتمزيق مجموعات المجرات العملاقة وتفكيك الشبكة الكونية أمام أعيننا.

لكن التسارع ليس بهذه السرعة. عندما نحسب مقدار طاقة الفراغ اللازمة لإنشاء الطاقة المظلمة تأثير ، نحصل فقط على عدد صغير.

لكن فهمنا الكمي لطاقة الفراغ يقول إنها يجب أن تكون لانهائية ، أو على الأقل كبيرة بشكل لا يصدق. بالتأكيد ليست صغيرة. هذا التناقض بين الطاقة النظرية للفراغ والقيمة المرصودة هو أحد أعظم الألغاز في الفيزياء الحديثة. ويؤدي إلى التساؤل عما قد يكون كامنًا في العدم الهائل لذراتنا وكوننا. ربما كان فون غريك على حق طوال الوقت. كتب “لا شيء يحتوي على كل الأشياء”. “إنه أغلى من الذهب ، بدون بداية ونهاية ، أكثر بهجة من إدراك النور الغزير ، أشرف من دماء الملوك ، مقارنة بالسماء ، أعلى من النجوم ، أقوى من ضربة البرق ، الكمال و مبارك في كل شيء “.