خلأ کوانتومی: انرژی منفی و گرانش دافعه

0
895

بیگ بنگ: آیا می‌توان انرژی را از یک فضای خالی قرض گرفت؟ و اگر این امکان وجود دارد، آیا باید آن را برگردانیم؟ طبق یک پژوهش ِ جدید مقادیر انرژی کوچکتر از صفر، حداقل در محدوده‌های خاصی مجاز است!

Vacuum Quantum Physics xبه گزارش بیگ بنگ، “انرژی” کمیتی است که همیشه باید مثبت باشد – حداقل این چیزی است که شهود ِ ما می‌گوید. اگر هر ذره از یک حجم معین جدا شود، هیچ چیزی باقی نخواهد ماند که بتواند حامل انرژی باشد؛ سپس یک محدوده بدست می‌آید. آیا هنوز می‌توان از یک فضای خالی “انرژی” استخراج کرد؟

فیزیک کوانتومی بارها نشان داده که با شهود ما مغایرت دارد – و در این مورد نیز صدق می‌کند. تحت ِ شرایطی خاص، “انرژی‌ منفی” حداقل در دامنۀ معینی از فضا و زمان مجاز است. یک تیم بین‌المللی از محققان ِ موسسه TU وین، دانشگاه آزاد بروکسل(بلژیک) و دانشگاه IIT کان‌پور (هند) این مسئله را بررسی کردند که “انرژی منفی” تا چه حد امکانپذیر است. به نظر می‌رسد که مهم نیست کدام نظریات کوانتومی مد نظر قرار دارند و مهم نیست کدام تقارن‌ها در جهان وجود دارند، بلکه همیشه محدوده‌های معینی برای «قرض گرفتن» انرژی وجود دارد. به طور محلی، انرژی می‌تواند کمتر از صفر باشد اما همانند پولی که از بانک وام می‌گیریم، این “انرژی” نیز باید در پایان «برگردانده شود».

گرانش دافعه

پروفسور “دنیل گرومیلر” از موسسه فیزیک نظری TU وین گفت: «در نظریۀ نسبیت عام، معمولأ فرض می‌کنیم که انرژی همیشه و در هر جایی از جهان، بزرگتر از صفر است.» این مسئله پیامد بسیار مهمی برای گرانش دارد: انرژی از طریق فرمول E = mc2 با جرم در ارتباط است. بنابراین “انرژی منفی” همچنین به معنای “جرم منفی” است. جرم‌های مثبت یکدیگر را جذب می‌کنند اما در یک جرم منفی، گرانش به طور ناگهانی به یک نیروی دافعه تبدیل می‌شود. هرچند، نظریه‌ی کوانتومی، “انرژی منفی” را مجاز می‌داند.

دنیل گرومیلر می‌گوید: «بر اساس فیزیک کوانتومی، می‌توان انرژی را از یک خلأ در یک مکان معین قرض گرفت، مثل پولی که از بانک وام می‌گیریم. برای مدتی طولانی، چیزی در مورد حداکثر مقدارِ این اعتبار انرژی و نرخ‌های بهرۀ احتمالی آن که باید بازگردانده شود، نمی‌دانستیم. فرضیات مختلفی دربارۀ این «نرخ بهره» (در پیشینه‌ی تحقیقات «بهرۀ کوانتومی» نامیده می‌شود) منتشر شد اما هیچ نتیجۀ جامعی بدست نیامد.»

«وضعیت انرژی کوانتومی صفر»(QNEC) که در سال ۲۰۱۷ اثبات شد با پیوند دادن ِ نظریه‌ نسبیت یا فیزیک کوانتومی، محدودیت‌های خاصی را برای «قرض گرفتن» انرژی اثبات کرد: یک انرژی کوچکتر از صفر مجاز است؛ اما فقط در یک زمان و دامنۀ معین. اینکه قبل از تمام شدن محدودۀ اعتبار انرژی، چه مقدار انرژی را می‌توان از یک خلأ وام(قرض) گرفت به مقدار فیزیک کوانتومی بستگی دارد که به اصطلاح آنتروپی درهم‌تنیدگی نامیده می‌شود.

دنیل گرومیلر افزود: «در یک حالت معین، «آنتروپی درهم‌تنیدگی» مقیاسی از مدیریت ِ رفتار یک سیستم توسط فیزیک کوانتوم است. اگر “درهم‌تنیدگی کوانتومی” نقشی حیاتی در برخی از نقاط ِ فضا ایفا کند، مثلأ در لبۀ یک سیاهچاله، آنگاه یک جریان ِ “انرژی منفی” برای یک زمان معین، رخ می‌دهد و وجود “انرژی‌ منفی” در آن منطقه امکانپذیر می‌شود.»

«گرومیلر» به کمک «مکس ریگلر» و «پولاستیا پارخ» توانست این محاسبات ویژه را تعمیم دهد. مکس ریگلر این رساله را در گروه تحقیقاتی دنیل گرومیلر در دانشگاه TU وین تکمیل کرد و اکنون با مدرک فوق دکترا در دانشگاه هاروارد کار می‌کند. پولاستیا پارخ از دانشگاه IIT نیز در کانپور (هند) مهمان موسسه‌ی اروین شرودینگر و  دانشگاه TU وین بود.

گرومیلر ادامه داد: «تمام ملاحظات قبلی همیشه به نظریات کوانتومی که تقارن‌های نسبیت خاص را دنبال می‌کردند، اشاره داشتند. اما اکنون نشان دادیم که این ارتباط بین “انرژی منفی” و “درهم‌تنیدگی کوانتومی” یک پدیدۀ عام‌تر است.» شرایط انرژی که مانع از استخراج مقادیر نامحدود انرژی از یک خلاء می‌شوند با صرف نظر از تقارن‌ها، برای نظریات کوانتومی ِ بسیار متفاوت، معتبر هستند.

“قانون پایستگی انرژی” دور زده نمی‌شود

البته، این کار هیچ ربطی به «ماشین‌های واحد» افسانه‌ای که انرژی را از هیچ تولید می‌کنند ندارد، زیرا آنها به طور پنهان ارائه می‌شوند. “دنیل گرومیلر” تأکید کرد: «این حقیقت که طبیعت یک انرژی کوچکتر از صفر را برای یک مدت زمان معین در یک مکان معین امکانپذیر می‌کند به این معنا نیست که “قانون پایستگی انرژی” نقض شده است. برای اینکه انرژی منفی بتواند در یک مکان معین جریان یابد، جریان‌های انرژی مثبت نیز باید در مجاورت آن وجود داشته باشد.»

حتی اگر “ماده” پیچیده‌تر از آن چیزی باشد که قبلأ تصور می‌کردیم، انرژی از هیچ بدست نمی‌آید، گرچه می‌تواند منفی شود. نتایج تحقیقات ِ جدید مرزهای سفت و سختی را برای “انرژی منفی” در نظر می‌گیرد و بدین ترتیب آن را به خواص ناب مکانیک کوانتومی پیوند می‌دهد. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Physical Review Letters منتشر شده است.

ترجمه: سحر  الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: scitechdaily.com


ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.