طاقة اللاشيء والكارثة الفراغية

في مقال سابق ‫(‫‫هنا)‫ إتكلمنا علي الثابت الكوني وكيف إنه أفضل التفسيرات الموجودة لتسارع الكون‫.‫ ملخص الكلام إن الكون بتاعنا بيتمدد بدرجة متسارعة يعني بيزيد في تمدده ‫كل لحظة ‫، ودي مشكلة لأن معني كدة إن فيه طاقة مجهولة في الفضاء ‫، بيسموها ‫"‫الطاقة المظلمة‫"‫ ‫، بتعكس تأثير الجاذبية إلي بتحاول تصغر الكون ‫، وبتزيد عليها و‫"‫بتزق‫"‫ الكون وتزيده تمدداً‫.‫

السؤال بقي هو إيه مصدر الطاقة المظلمة دي‫؟

هل هي نوع جديد من الطاقة ما نعرفوش‫؟ هل هي قوة خامسة ‫(‫‫شوف الأربعة الأولانيين هنا)‫‫؟ هل هي حاجة إحنا عارفينها بالفعل بس مش فاهمين تطبيقها إيه علي الكون كله‫؟

الحقيقة السؤال ده لسة مالوش إجابة قطعية مية في المية ‫، ولكن هناك شبه إتفاق إن أفضل المرشحين للطاقة الكونية هو حاجة إسمها ‫"‫طاقة الفراغ‫"‫ أو ‫"‫طاقة اللاشيء‫"‫

Vacuum energy

ومن أسماءها أيضاً ‫"‫‫طاقة الصفر"‫

Zero point energy

الطاقة العجيبة دي مرشحة لأن تكون هي الطاقة المظلمة المتسببة في تسارع الكون ‫، لأن هذا النوع من الطاقة ‫، إلي حنتكلم عنه حالاً ‫، هو الوحيد المعروف لينا له الخواص المطلوبة‫.‫

طيب إيه  بقي حكاية طاقة الفراغ دي‫؟ الفراغ ليه طاقة إزاي يعني‫؟ أمال يبقي فراغ إزاي‫؟

الموضوع بيرجع لميكانيكا الكم ولنظريات المجال الكمية‫‫.‫ من الخواص العجيبة لميكانيكا الكم هو إن كل ظاهرة فيزيائية تأتي في صورة ‫"‫كميات‫"‫ محددة‫.‫ بمعني ‫، كمثال تخيل معايا إنك جبت كباية مليانة مية ودلقتها علي إيدك‫.‫ المية بالنسبالك عبارة عن مادة ‫"‫مستمرة‫"‫

Continuous

تبدو ليك وليا كما لو كان لا مكونات لها ‫، وإنك لو حبيت تقلل كمية المية تقدر تقللها إلي مالا نهاية وستظل مية زي ماهي إلي أن تنتهي تماماً‫.‫ لكن إحنا عارفين إن ده مش حقيقي ‫، الواقع إن المياه مكونة من جزيئات صغيرة جداً وإنك لو قعدت تقلل كمية المياه إلي في إيدك ستصل إلي مستوي لا تستطيع فيه التقليل أكثر من ذلك ‫، مستوي الجزيئات‫‫.‫

ده شيء معروف لأي طالب ثانوي ‫‫، لكن الشيء المذهل إن هناك ظواهر أخري في الدنيا أيضاً مكونة من كميات ضئيلة جداً ولكن ليست لامتناهية في الصغر ‫، منها الطاقة مثلاً‫.‫ ميكانيكا الكم تعلمنا إن هناك كمية أقل للطاقة لا نستطيع أن تقل عنها‫ ‫(‫‫وده مصدر الإسم ‫، ميكانيكا الكم أو الميكانيكا الكمية)‫.‫ يعني مافيش حاجة إسمها الطاقة تساوي صفر‫.‫ حتي في الفراغ إلي المفروض مافيهوش حاجة خالص‫ ‫، فراغ ‫، لا شيء ‫، ومع ذلك يحتوي علي طاقة ‫، صحيح قليلة جداً لكنها موجودة‫.‫ هي دي طاقة الفراغ‫.‫

الكلام ده مش نظري ‫، هذه الطاقة تمت دراستها معملياً مئات المرات ‫، وأشهر التجارب إلي إتعملت عليها تجربة قام بيها واحد إسمه كازيمير

Casimir

إذاً هذه الطاقة موجودة في الكون بين المجرات والأجرام‫ بكميات كبيرة.‫ ومن خصائصها زي ما قلنا إنها بتشتغل عكس الجاذبية وتتسبب في دفع الكون وتسارعه‫.‫ ولذلك الطاقة الفراغية دي هي المرشح الرئيسي للطاقة المظلمة‫.‫

بس فيه مشكلة‫.‫ مشكلة من كتر ماهي مشكلة الناس سموها أسوأ تنبؤ في تاريخ الفيزياء‫.‫ المشكلة إن كم طاقة اللاشيء الموجودة في الفراغ وتم حسابه بإستخدام ميكانيكا الكم وتم قياسه في المعامل أكبر بكتير جداً جداً جداً من الطاقة المطلوبة لتسارع الكون‫ ‫، يعني أكبر بكتير من الثابت الكوني إلي تم رصده.‫ والفرق بينهم كبير بحيث من المستحيل تفسيره علي إنه خطأ في التجارب أو الرصد‫.‫ فرق مهول‫‫ (‫‫حاجة بتاعة واحد وجنبها مئة صفر!‏!‏!‏ متخيل الرقم‫؟)‫.‫ المشكلة دي معروفة في الأوساط العلمية بإسم ‫"الكارثة الفراغ‫ية"‫

The vacuum catastrophe

و أحياناً ‫"‫مشكلة الثابت الكوني‫"‫

The cosmological constant problem

طيب نعمل إيه‫؟ مانقدرش نقول إن طاقة اللاشيء لا وجود لها لأن قياسها تم معملياً بالفعل ‫، ومانقدرش نقول إنها موجودة ولكنها ليست مصدر تسارع الكون لأن معني كدة إن هناك شيء يلغيها بالكامل ويتبقي عندنا مشكلتين‫: الأولانية‫: ماذا يلغي طاقة اللاشيء ‫، والثانية هي نفس المشكلة الأصلية‫ ماحليناهاش: لماذا يتسارع الكون‫.‫
 الحل المنطقي إذاً هو أن طاقة اللاشيء هي بالفعل مصدر تسارع الكون ‫، لكن هناك شيء ما أخر مجهول يقلل منها كثيراً ولكن لا يلغيها بالكامل‫ ‫، فيتبقي منها فقط ما يكفي لتفسير المعدل الحالي لتسارع الكون.‫ وإلي بيخلي الكلام ده منطقي أكثر بالنسبالي أنا علي الأقل هو إن هناك فترة في تاريخ الكون حصلت بعد الإنفجار العظيم مباشرة إسمها فترة ‫"‫التضخم‫"‫

Inflation

تمدد فيها الكون بمعدل تسارع ضخم جداً ‫، كما لو كانت طاقة الفراغ وقتها كانت مسيطرة بالكامل ‫، بدون أن يلغيها شيء لمدة كسر من الثانية ‫، وبعدين فيه حاجة إبتدت تأثر عليها وتلغيها‫ ‫، وإنخفض تسارع التمدد جداً إلي المعدلات الحالية.‫ من المنطقي إذاً إن طاقة الفراغ تكون مسئولة عن تمدد الكون في جميع مراحله‫.‫ الكلام الأخير ده عن التضخم هو رأيي الشخصي علي فكرة ‫، وهو جزء من إهتمامي البحثي ‫(‫‫ليا بحثين في الموضوع ده لغاية دلوقتي ‫، هنا وهنا - شوية دعاية شخصية بقي ‫، هو أنا يعني مالياش نفس‫؟)‫‫.‫
‫(‫ملحوظة جانبية‫: التضخم كان من السرعة بحيث أن حجم الكون تضاعف 100000000000000000000000000 مرة ‫، 26 صفر ‫، في فترة زمنية لا تزيد عن 0.00000000000000000000000000000000001 من الثانية ‫، 34 صفر ‫، تقريباً‫.‫ ركز كدة‫.‫ إنت متخيل الأرقام دي‫؟‫)‫

عموماً أياً كان الحل فمافيش شك إن إحنا في مرحلة عظيمة في تاريخ العلم ‫، إحنا بندرس الكون كله علي بعضه ‫‫، بنحاول نعرف أصلنا وفصلنا ‫، جينا منين ورايحين فين ‫، وليه وإزاي ، فيه حاجة أحسن من كدة‫؟