انرژی خلاء

یک ظرف محتوای هوا را در نظر بگیرید. اگر هوای داخل ظرف را با یک پمپ خارج کنیم در ظرف چه چیزی باقی می ماند؟ تا قبل از شکل گیری نظریه کوانتومی در قرن بیستم فیزیکدان ها معتقد بودند که در این ظرف هیچ چیزی باقی نمی ماند اما نظریه کوانتومی نگاه فیزیکدان ها را به مفهوم خلاء برای همیشه تغییر داد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

امروزه از نگاه فیزیک کوانتومی باید گفت که خلاء در واقع خالی نیست بلکه برعکس مملو از انرژی است اما ببینیم چرا؟ علت صفر نبودن انرژی خلاء به رابطه عدم قطعیت هایزنبرگ باز می گردد. براساس رابطه عدم قطعیت، مقدار انرژی یک سیستم همواره با گذشت زمان، افت و خیز دارد و بنابراین انرژی سیستم حتی در خلاء نیز نمی تواند مطلقا برابر صفر باشد. به بیان دقیق تر و براساس نظریه میدان کوانتومی می توان گفت که خلاء همواره حاوی میدان هایی است که افت و خیز می کنند. از این دیدگاه، خلاء را می توان به اقیانوسی تشبیه کرد که برخلاف تصور فیزیک کلاسیک هیچ گاه ساکن نبوده بلکه همیشه مواج و متلاطم است.بر مبنای نظریه میدان کوانتومی، این امواج در واقع انبوه فوتون ها و ذرات دیگری هستند که مستمرا از دل خلاء پدید آمده و لحظه ای بعد محو می شوند. این امواج فوتون ها در تمامی طول موج ها در گستره خلاء حضور دارند و بنابراین خلاء همواره حاوی مقدار مشخصی انرژی است. اما با توجه به آنکه این انرژی در تمامی گستره خلاء کیهانی و در همه جهان بطور یکسان وجود دارد، آیا راهی برای آشکار سازی آن به لحاظ تجربی وجود دارد؟ در سال ۱۹۴۸ یک فیزیکدان هلندی به نام هندریک کازیمیر توانست پاسخی برای این پرسش بیابد. محاسبات کازیمیر نشان می داد چنانچه دو صفحه فلزی بدون بار الکتریکی را در فاصله کمتر از چند میکرون از همدیگر در محیط خلاء قرار دهیم باید به واسطه وجود انبوه فوتون های موجود در خلاء که مستمرا از دو طرف به این صفحات ضربه وارد می کنند، نیروی جاذبه ای مابین این دو صفحه برقرار می شود. در آن زمان خود کازیمیر با انجام آزمایشاتی سعی کردوجود این نیروی جاذبه اسرار آمیز را – که امروه اصطلاحا « اثر کازیمیر » نامیده می شود – در عمل بررسی کند اما آزمایشات او از دقت کافی برخوردار نبودند تا اینکه سرانجام ۱۰ سال بعد، یکی از فیزیکدانان همکار او در آزمایشگاه پژوهشی شرکت فیلیپس بنام مارکوس اسپارنای توانست برای نخستین بار از وجود انرژی خلاء بطور تجربی و عملی پرده بردارد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
غلتش گوی فلزی: چند سال پیش فیزیکدان های دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید برای نخستین بار موفق شدند یک گوی فلزی کوچک به شعاع یک دهم میلی متر را – که تصویرآن را در زیر میکروسکوپ مشاهده می کنید – تنها به کمک انرژی خلاء و به واسطه اثر کازیمیر به غلتش در آورند.


با توجه به آنکه انرژی خلاء در همه جا بصورت بی پایان وجود دارد فیزیکدان ها در تلاشند تا راه هایی را برای استفاده عملی از این انرژی فراگیر و تمامی نشدنی بیابند. بعنوان مثال با توجه به اینکه اثر کازیمیر در فواصل کمتر از چند میکرون ظاهر می وشد بعضی فیزیکدان ها به این فکر افتاده اند که انرژی خلاء را برای راه اندازی ماشین ها و روبات های میکرومتری استفاده کنند. البته از آنجایی که هنوز تمامی میدان های موجود در جهان برای بشر شناخته شده نیست نمی توان مقدار کل انرژی موجود در حجم مشخصی از خلائ را بطور دقیق تخمین زد؛ اما بعضی فیزیکدان ها معتقدند که مقدار این انرژی می تواند فوق العاده زیاد یا حتی نامتناهی باشد. به هر حال امروزه خلاء – که در فیزیک کلاسیک صرفا به معنای هیچ بود – عملا به یکی از عجیب ترین و راز آمیزترین پدیده های جهان تبدیل شده است.


دانستنی ها

بیگ بنگ

خیلی جالب بود.
باز هم ادامه بدید.

بحث انرژی Empty Space یکی از جالب ترین و متناقض ترین (و شاید مهم ترین) مباحث فیزیک مدرن هست...

بر اساس Quantum field theory این انرژی صفر است که البته جاذبه رو در نظر نمی گیره و بزرگ ترین نقص هم همینجاست. -> در صورتی که چهارمین و مرموز ترین نیروی طبیعت یعنی جاذبه مستقل از فیزیک کوانتوم باشه این مورد صحیح است. ولی اگه انرژی های نقطه صفر رو در این محدوده حساب کنیم این رقم بی نهایت (در صورت پیوسته بودن زمان/مکان) یا بسیار بزرگ ولی محدود (در صورت ناپیوسته بودن زمان/مکان) میشه. در این صورت انرژی یک متر مکعب خلاء به اندازه تبدیل 10 به توان 96 کیلوگرم ماده به انرژی است!!!!!
بر اساس مشاهدات نجومی از curvature دنیا، به نظر میاد صفر یا نزدیک به صفر باشه. در صورتی که نسبیت عام صحیح باشه این مورد صحیح است!
اگه نسبیت عام رو مستقل از QFT فرض کنیم، اصلا انرژی برای خلاء قابل تعریف نیست (برای همین مورد خط بالا خود به خود نقض میشه چون این فرضیه یک فرضیه خیلی بزرگ است).
بر اساس سیمتری که همیشه در فیزیک وجود داشته، این رقم می بایست صفر باشه وگرنه فیزیکدانان تئوری خیلی خوششون نمیاد :n02:

کلا این قضیه یکی از مرموز ترین مباحث فیزیک مدرن هست و قطعا هم قضیه وابسته به درک صحیحی از جاذبه (و احتمالا ماده/انرژی تاریک) هست.